RU2002337C1 - Способ плазменного легировани полупроводниковых подложек - Google Patents

Abstract

Использование: микроэлектроника, формирование элементов И С Сущность изобретени , внедрение примеси в материал подложки провод т в плазменной среде, сформированной в виде плазменного потока атмосферного давлени  при тем4 пературе не менее 10 К, образованного трем  сход щимис  стру ми, в зону сли ни  которых подают легирующую примесь, а последующий отжиг провод т путем пересечени  подложкой плазменного потока, по меньшей мере один раз. предварительно исключив из потока легирующую примесь. Способ позвол ет реализовать широкий диапазон глубин залегани  легированных слоев и воспроизводимость концентрации легирующей примеси, а также существенно снизить дефектность кристаллической структуры.

Description

Изобретение относитс  к технологии электронной промышленности, в частности к способам формировани  элементов полупроводниковых ИС.

Известен способ ионного легировани  пучком направленных ионов, испускаемых с определенной энергией. При этом примесь внедр етс  в материал подложки, а затем провод т ее активацию высокотемпературным воздействием до образовани  кристаллического сло  на подложке. Этот способ требует сложного, дорогосто щего и энергоемкого оборудовани .

Кроме того, имплантированные полупроводниковые слои, получаемые указанным способом, в зависимости от дозы имплантации имеют аморфизированную или полукристаллическую структуру, которую затем необходимо перевести в кристаллическое состо ние с помощью операции активации примеси, представл ющей собой различные виды отжига - термического или импульсного, который представл ет собой электронный, фотонный, лазерный или ре- зистивный отжиг, также требующий специального сложного оборудовани .

Наиболее близким к предлагаемому способу легировани   вл етс  способ плазменного легировани  полупроводниковых подложек, включающий внедрение примеси в материал подложки в плазменной среде, содержащей указанную примесь, и последующий отжиг. В этом способе плазменна  среда создаетс  микроволновой плазмой, в которую вводитс  газообразное легирующее вещество, а легирование осуществл етс  методом электронного циклотронного резонанса.

Таким способом можно легировать поверхности полупроводниковых подложек в большом диапазоне поверхностных концентраций примеси, однако на мелкую глуо

бину пор дка 500 А. Это определ ет довольно специфическое применение способа в микроэлектронике создание мелких легированных слоев дл  охранных областей полупроводниковых структур, легирование поликремниевых затворов, создание сверхтонких p-n-переходов дл  СБИС и т.д. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в расширении диа- п азона глубин залегани  легированных сло- ев, большей воспроизводимости концентраций легирующей примеси, а также уменьшении дефектности кристаллической структуры. Кроме того, способ

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

позвол ет совместить в одном процессе легирование и отжиг.

Это достигаетс  тем, что по способу плазменного легировани , включающему внедрение примеси в материал подложки в плазменной среде, содержащей указанную примесь и последующий отжиг, плазменную струю формируют в виде плазменного потока атмосферного давлени  при температуре 10 К, образованного трем  плазменными сход щимис  стру ми, в зону сли ни  которых подают указанную примесь, после внедрени  примеси исключают ее из плазменного потока и осуществл ют отжиг при пересечении подложкой плазменного потока по меньшей мере один раз.

Отличие предлагаемого способа легировани  от известного 4 состоит в том, что примесь внедр ют в подложку путем формировани  плазменной среды в виде плазменного потока .атмосферного давлени  при температуре 104 К; плазменный поток образуют трем  сход щимис  стру ми, примесь подают в зону сли ни  этих струй; после внедрени  примеси исключают ее из плазменного потока, а отжиг осуществл ют при пересечении подложкой плазменного потока , по меньшей мере один раз.

Способ осуществл ют следующим образом . Плазменный поток формируют из трех сход щихс  плазменных струй атмосферного давлени , создаваемых плазменными горелками. Число горелок определ етс  требованием получени  равномерной воронки в зоне сли ни  плазменных струй. Примесь в газообразном состо нии по трубе вводитс  в зону сли ни  струй. В среде плазмы, нагретой до температуры 10 К, осуществл етс  полна  диссоциаци , активаци  и частична  ионизаци  газов плазменного потока и материала примеси. При соударении этого потока с поверхностью подложки под действием температурных и ионизационных факторов происходит одновременное осаждение и внедрение легирующей примеси в подложку с образованием тонкого легированного сло . Затем прекращают подачу примеси и продолжают обрабатывать подложку при пересечении ей плазменного потока по меньшей мере один раз, осуществл   тем самым дальнейшее внедрение примеси и плазменный отжиг . В зависимости от состава плазменного потока, скорости его истечени , рассто ни  от места истечени  струи до подложкодер- жател  и других технологических параметров осуществл ют получение

легированного сло  с требуемыми параметрами на заданную глубину.

П р и м е р 1. Кремниевые пластины КДБ легировались фосфором путем введени  паров в плазменный поток. Дл  активизации процесса осаждени  и одновременного внедрени  примеси фосфора в плазменный поток вводилс  еще кислород. При пересечении подложкой плазменного потока с определенной скоростью получают легированный слой n-типа. поверхностное сопротивление которого составл ет 20-30 Ом/а , глубина залегани  р-п-перехода 0,3 мкм.

П р и м е р 2. Пластины арсенида гали  GaAs n-типа с концентрацией носителей по- р дка{1-3) 10 легировалс  алюминием путем введени  паров триметилалюмини  в плазменный поток. Подложку располагали на рассто нии 70-100 мм от места ввода плазменной струи. Пересечение подложкой плазменного потока задавалось с большей скоростью по сравнению с кремниевыми подложками. Температурный режим дл  подложек GaAs должен быть м гче , чем дл  подложек кремни . Легиросание проводилось в присутствии кислорода, чтобы одновременно с легированием наращивалось защитное диэлектрическое покрытие, предотвращающее испарение легколетучих примесей, используемых дл  легировани , например Al, As, Ga и др. Поверхностное сопротивление составл ло 500-700 Ом/о, глубина залегани  легированного сло  0.2 мкм.

ПримерЗ. Кремниевые пластины КЭФ 4,5 100, легированные бором через окисел

о

кремни  толщиной 500 А с Е 50 кэВ и D 6 -10 см , обрабатывались на установке динамической плазменной обработки (ДПО) при пересечении подложкой плазменного потока с определенной скоростью. Параметры обработанных подложек контролировались измерением поверхностного

0

сопротивлени , которое дл  данного случа  составило 200-300 Ом/о глубина р-п-перехода 0,2-0,5 мкм в зависимости от режима отжига.

5Пример 4, Подложки GaAs легировались ионами серы с кэВ и -1012 , затем с обеих сторон осаждалс  нитрид кремни  толщиной 0.12 мкм и проводилась активаци  примеси методом ДПО при определенной скорости пересечени  подложкой плазменных струй. Профиль распределени  активированной примеси снималс  на установке Semiconductor Materials

,, Profiling, поверхностна  концентраци  примеси составила 1018см 3.

Таким образом, использование данного способа легировани  полупроводниковых подложек дл  формировани  элементов ИС

0 позвол ет получить мелкозалегающие р-п- переходы в одном высокопроизводительном процессе.

Способ обеспечивает требуемое качество легировани  при высокой экономичности

5 процесса, широкий диапазон глубины залегани  слоев и воспроизводимость концентрации легирующей примеси, а также существенно снижает дефектность кристаллической структуры.

0 Этот же способ может быть использован дл  отжига ионнолегмрованной примеси , ДПО обеспечивает высокое качество активированных слоев по сравнению с известными методами отжига 3.

5

(56) Риссел Х„ Руге И. Ионна  имплантаци 

М.: Мир, 1983, с. 1-30.

Технологи  СБИС/Под ред. С.Зи. М:

Мир, 1986, с. 321-331. 0 Двуреченский А.В.. Качурин Г А., Нидаев Е.В. и Л.С.Смирнов. Импульсный отжиг

полупроводниковых материалом. М.: Наука,

1982, с. 1-45.

Патент США N 4912065, кл. Н 01 L 5 21/22. 1990.