Способ плазменного легирования полупроводниковых подложек

НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ОПИС К ПАТЕНТУ И Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(51) 5 Н 01 . 21 22 менного потока атмосферного давления при температуре не менее 10 К, образованного тремя4сходящимися струями, в зону слияния которых подают легирующую примесь, а последующий отжиг проводят путем пересечения подложкой плазменного потока, по меньшей мере один раз, предварительно исключив из потока легирующую примесь. Способ позволяет реализовать широкий диапазон глубин залегания легированных слоев и воспроизводимость концентрации легирующей примеси, а также существенно снизить дефектность кристаллической структуры.10 15 20 25 30 35 40 45 Изобретение относится к технологии электронной промышленности, в частности к способам формирования элементов полупроводниковых ИС.Известен способ ионного легирования пучком направленных ионов, испускаемых с определенной энергией, При этом примесь внедряется в материал подложки, а затем проводят ее активацию высокотемпературным воздействием до образования кристаллического слоя на подложке. Этот способ требует сложного, дорогостоящего и энергоемкого оборудования.Кроме того, имплантированные полупроводниковые слои, получаемые укаэанным способом, в зависимости от дозы имплантации имеют аморфизированную или полукристаллическую структуру, которую затем необходимо перевести в кристаллическое состояние с помощью операции активации примеси, представляющей собой различные виды отжига - термического или импульсного, который представляет собой электронный, фотонный, лазерный или реэистивный отжиг, также требующий специального сложного оборудования.Наиболее близким к предлагаемому способу легирования является способ плазменного легирования полупроводниковых подложек, включающий внедрение примеси в материал подложки в плазменной среде, содержащей указанную примесь, и последующий отжиг. В этом способе плазменная среда создается микроволновой плазмой, в которую вводится газообразное легирующее вещество, а легирование осуществляется методом электронного циклотронного резонанса.Таким способом можно легировать поверхности полупроводниковых подложек в большом диапазоне поверхностных концентраций примеси, однако на мелкую глуобину порядка 500 А, Это определяет довольно специфическое применение способа в микроэлектронике создание мелких легированных слоев для охранных областей полупроводниковых структур, легирование поликремниевых затворов, создание сверхтонких р-п.-переходов для СБИС и т,д. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в расширении диапазона глубин залегания легированных слоев, большей воспроизводимости концентраций легирующей примеси, а также уменьшении дефектности кристаллической. структуры. Кроме того, способ позволяет совместить в одном процессе легирование и отжиг.Это достигается тем, что по способу плазменного легирования, включающему внедрение примеси в материал подложки в плазменной среде, содержащей указанную примесь и последующий отжиг, плазменную струю формируют в виде плазменного потока атмосферного давления при температуре 10 К, образованного тремя плазменнымиасходящимися струями, в зону слияния которых подают указанную примесь. после внедрения примеси исключают ее из плазменного потока и осуществляют отжиг при пересечении подложкой плазменного потока по меньшей мере один раз,Отличие предлагаемого способа легирования от известного 4 состоит в том, что примесь внедряют в подложку путем формирования плазменной среды в виде плазменного потока атмосферного давления при температуре 10 К; плазменный поток обраазуют тремя сходящимися струями, примесь подают в зону слияния этих струй; после внедрения примеси исключают ее из плазменного потока, а отжиг осуществляют при пересечении подложкой плазменного потока, по меньшей мере один раз.Способ осуществляют следующим образом. Плазменный поток формируют из трех сходящихся плазменных струй атмосферного давления, создаваемых плазменными горелками. Число горелок определяется требованием получения равномерной воронки в зоне слияния плазменных струй. Примесь в газообразном состоянии по трубе вводится в зону слияния струй. В среде плазмы, нагретой до температуры 10 К, осуществляется полная диссоциация, активация и частичная ионизация 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 слоя. Затем прекращают подачу примеси и продолжают обрабатывать подложку при пересечении ей плазменного потока по меньшей мере один Раз, осуществляя тем самым дальнейшее внедрение примеси и плазменный отжиг. В зависимости от состава плазменного потока, скорости его истечения, расстояния от места истечения струи до подложкодержателя и других технологических параметров осуществляют получение2002337 55 легированного слоя с требуемыми параметрами на заданную глубину.П р и м е р 1, Кремниевые пластины КДБ 10-(1001 легировались фосфором путем введения паров РОз в плазменный поток, Для активизации процесса осаждения и одновременного внедрения примеси фосфора в плазменный поток вводился еще кислород, При пересечении подложкой плазменного потока с определенной скоростью получают легированный слой п-типа, поверхностное сопротивление которого составляет 20-30 Ом/и, глубина залегания р-и-перехода 0,3 мкм,П р и м е р 2. Пластины арсенида галия ОаАз и-типа с концентрацией носителей порядка(1-3) 10 легировался алюминием путем введения паров триметилалюминия в плазменный поток, Подложку располагали на расстоянии 70-100 мм от места ввода плазменной струи. Пересечение подложкой плазменного потока задавалось с большей скоростью по сравнению с кремниевыми подложками. Температурный режим для подложек баАз должен быть мягче, чем для подложек кремния. Легирасание проводилось в присутствии кислорода, чтобы одновременно с легированием наращи-. валось защитное диэлектрическое покрытие, предотвращающее испарение легколетучих примесей, используемых для легирования, например А 1, Аз, Оа и др, Поверхностное сопротивление составляло 500 - 700 Ом/и, глубина залегания легиро-. ванного слоя 0,2 мкм.П р и м е р 3. Кремниевые пластины КЭ Ф 4,5 (100), легированные бором через окиселокремния толщиной 500 А с Е = 50 кэВ и О = 6 10 см 2, обрабатывались на установке динамической плазменной обработки (ДПО) при пересечении подложкой плазменного потока с определенной скоростью. Параметры обработанных подложек контролировались измерением поверхностного Формула и зоб рете н ия СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОДЛОЖЕК, включающий формирование плазменной среды, внедрение примеси в материал подложки в плазменной среде, содержащей указанную примесь, и последующий отжиг, отличающийся тем, что плазменную среду формируют в виде плаэ-5 10 15 20 25 30 35 40 45 сопротивления, которое для данного случаясоставило 200-300 Ом/у глубина р-и-перехода 0,2-0,5 мкм в зависимости от режимаотжига.П р и м е р 4. Подложки ОаАз легировались ионами серы с Е=75 кэВ и 0=5 10см, затем с обеих сторон осаждался нитрид кремния толщиной 0,12 мкм и проводилась активация примеси методом ДПО приопределенной скорости пересечения подложкой плазменных струй. Профиль распределения активированной примеси снималсяна установке Яеа 1 сопбвс(ог МатегазРгоПИпд, поверхностная концентрация примеси составила 10 см з,Таким образом, использование данногоспособа легирования полупроводниковыхподложек для формирования элементов ИСпозволяет получить мелкоэалегающие р-ипереходы в одном высокопроизводительном процессе.Способ обеспечивает требуемое качество легирования при высокой экономичностипроцесса, широкий диапазон глубины залегания слоев и воспроиэводимость концентрации легирующей примеси, а такжесущественно снИжает дефектность кристаллической структуры,Этот же способ может быть использован для отжига ионнолегированной примеси, ДПО. обеспечивает высокое качествоактивированных слоев по сравнению с известными методами отжига 3.(56) Риссел ХРуге И. Ионная имплантация,М,: Мир, 1933, с. 1 - 30.Технология СБИС/Под ред, С.Зи, М:Мир, 1986, с. 321 - 331.Двуреченский А,В., Качурин Г.А Нидаев Е,В. и Л.С,Смирнов. Импульсный отжигполупроводниковых материалом. М Наука,1982, с, 1-45.Патент США М 4912065, кл, Н 01 321/22, 1990. менного потока атмосферного давления при температуре не менее 10 К, образованного тремя сходящимися струями, в зону слияния которых подают указанную примесь, после внедрения примеси в материал подложки исключают примесь иэ плазменного потока и отжиг осуществляют при пересечении подложкой плазменного потока по меньшей мере один раз,