BF_2~+注入单晶硅的退火行为

浅结制备对LSI,特别是VLSI来说,是十分重要的工艺.由于~(BB)+的质量小,常规低能注入时有许多无法克服的缺点,难以与~(75)As~+匹配来制备理想的浅结.因此,目前除了改变注入状态,例如先用~(28)Si~+作自注入使衬底无序化,再注~(11)B~+,及隔开薄氧化层作~(11)B~+注入外,人们倾向于用BF_2~+的注入来获得P型浅结.我们在中科院上海冶金所离子束开放实验室的资助下,对BF_2~+注入Si的各种行为作了研究,下面介绍BF_2~+注入Si的退火行为.     

浅结激光退火的实验研究及工艺模型

随着器件尺寸缩小,浅结、超浅结的制作日益成为重要的工艺模块.对于22 nm及以下技术代来说,除了采用低能离子注入获得极浅的原始注入分布外,通常还采用短时或者瞬时激光退火来激活注入杂质,以保持原始的注入杂质不发生明显的扩散再分布.详细介绍了一台激光退火设备的搭建情况,利用所搭建的激光退火装置进行浅结、超浅结的激光退火实验研究.另一方面,鉴于当前激光退火工艺模型的欠缺,在实验数据的基础上,初步分析和建立了专门针对浅结激光退火处理的工艺模型.     

1微米自对准CoSi_2 SALICIDE MOS技术研究

针对微米与亚微米器件对自对准硅化物技术的要求,本文报道了沟道长度为1微米的自对准CoSi_2硅化物化MOSFET(SALICIDE)技术的实验结果.首先研究了CoSi_2薄膜形成动力学和膜性质,随后着重研究并讨论了与自对准CoSi_2技术有关的一些重要问题,包括各向异性刻蚀、选择腐蚀和栅侧壁氧化物上的桥接试验等,最后给出了 1μm沟道长度的自对准 CoSi_2 SALICIDE MOS晶体管的电学性能实验结果.     

离子束混合,掺杂硅化物及快速热处理在硅化物自对准工艺中的应用

文中提出了一种应用于ＣＭＯＳ电路的硅化物工艺。该工艺中硅化物的形成运用了离子束混合技术，掺杂硅化物结合ＲＴＡ推结实现硅化物浅结。并且也研究了与该工艺相关的一些主要问题。特别是：（１）离子束混合及ＲＴＡ对Ｔｉ硅化物的特性及Ｔｉ／ＳｉＯ２间的相互作用的影响；（２）自对准ＴｉＮｘＯｙ／ＴｉＳｉ２形成及相态转变；（３）ＲＴＡ推结时杂质再分布、分凝和结形成的机理；（４）硅化物器件特性及可靠性，结果表明，该工     

BF_2~+注入硅的特性与分析

用BF_2~+分子离子注入n型硅,由于B的有效注入能量减少,可以得到B的浅注入分布,B分布的沟道效应也明显降低。BF_2~+注入硅能形成非晶层,在低温(550℃)退火时,注入层以固相外延形式再结晶,B原子的激活率可高达85％。次级离子质谱(SIMS)测量表明,退火期间,F的迁移行为与注入靶温、注入剂量和退火温度有密切的关系。再结晶过程中F的外扩散以及残留缺陷对F的捕获,是引起F不规则迁移的主要原因。快速退火的应用,使B的再分布减少,注入损伤消除,同时可获得较低的方块电阻值。BF_2~+注入结合快速退火制作的P~+N二极管具有低的反向漏电流(～1fA/μm~2—10V)和较高的反向击穿电压。     

固相外延CoSi_2薄膜作为扩散源形成n~＋p浅结技术研究

通过Ａｓ＋离子注入到由ＴｉＮ／Ｃｏ／Ｔｉ／Ｓｉ多层结构因相反应得到的外延ＣｏＳｉ２层中，利用外延硅化物作为扩散源（ＥＳＡＤＳ），形成了０．１μｍ的浅ｎ＋ｐ结．研究了Ｃｏｓｉ２外延薄膜离子注入非晶化后的再结晶特性、注入杂质退火时的再分布特性和形成的ｎ＋ｐ浅结特性．实验结果表明：外延ＣｏＳｉ２层在非晶化后能有效地再结晶；Ａｓ原子在多晶ＣｏＳｉ２／Ｓｉ结构和单晶ＣｏＳｉ２／Ｓｉ结构中有着不同的再分布特性；同相应的以多晶ＣｏＳｉ２作为扩散源形成的结相比，以外延ＣｏＳｉ２作为扩散源形成的结反向漏电小１～２个数量级，     

硅中离子注入层的红外瞬态退火及其浅结的制备

本文研究了硅中离子注入层的红外瞬态退火.对于注As~+和注B~+样品的测试表明,红外瞬态退火具有电激活率高、缺陷消除彻底和注入杂质再分布小等优点.对于注入剂量为1×10~(15)As~+cm~(-2)的样品和3.6×10~(14)B~+cm~(-2)的样品,经红外瞬态退火后电激活率分别达到了90%和95%.用红外瞬态退火样品制作的台面管的反向漏电流,在相同的测试条件下,只是常规热退火样品的一半左右.对于通过650(?)SiO_2膜,25keV、5×10~(14)cm~(-2)剂量的硼离子注入样品,经红外瞬态退火后得到了结深分0.20μm的浅结.     

二硅化钨形成、结构和电性质的研究

本文报道用As离子束混合形成WSi_2的结构和电性质的研究结果。指出在衬底温度350℃下注入,WSi_2的形成温度可大大降低.WSi_2薄膜电阻率随后退火温度的变化与微结构有关.淀积薄膜过程中引入的氧杂质限止晶粒生长,影响WSi_2薄膜的电阻率.观察到退火过程中氧杂质和注入As离子的再分布和严重丢失.进一步讨论了离子束混合形成硅化物的机理.     

多晶硅/CoSi_2/Si结构热稳定性研究

本文利用俄歇电子谱(AES)、X射线衍射(XRD)和电学测量等方法研究了原位掺杂多晶硅/CoSi_2/Si_(衬底)多层结构在700—900℃的温度范围内在惰性气体和真空中进行热处理的稳定性.结果表明,当退火温度低于 850℃,这种结构有良好的热稳定性.当温度高于 850℃,多晶硅与硅化物间将发生互扩散和界面反应.随着退火温度升高,在惰性气体的气氛中,CoSi_2迁移到表面层,而硅外延生长在硅衬底上,形成 CoSi_2/Si 双层结构;在真空中热处理仍可保持 poly-Si/CoSi_2/Si 三层结构.     

应用于硅化物自对准技术的CoSi_2薄膜特性及形貌研究

本文应用炉退火和快速退火(RTA)两种方法,使Co和Si热反应制备界面较平整、电阻率低(～16μΩ·cm)的CoSi_2薄膜。采用XRD、AES、TEM(横截面)、SEM、四探针等分析测试手段,详细研究了Co和Si、SiO_2之间的反应,CoSi_2薄膜的电学特性及CoSi_2/Si,CoSi_2,SiO_2界面形貌。结果表明,CoSi_2是除TiSi_2外另一个可用于MOS自对准技术的硅化物。     

一种新的部分耗尽SOI器件BTS结构

提出了一种新的部分耗尽SOI体接触技术,与其它体接触技术相比,该方法可以有效抑制SOI器件的浮体效应。形成多晶硅栅之前在源区进行大剂量P＋杂质注入,然后形成非对称源区浅结结构。然后生长硅化物电极,厚的硅化物穿透源区浅结与下面高浓度的体区形成欧姆接触。二维器件模拟表明该结构可以有效降低强反型区体区电势,从而抑制了浮体效应。     

BF_2~+注入Si的快速退火

利用高频感应的石墨加热器对注BF_2~+的硅片进行快速退火能获得比常规退火更浅的结。对这两种退火所引起的B和F的扩散进行了比较。实验观察到F原子分布的双峰,是注入层再结晶时F原子的外扩散所致。     

InP和GaAs中的Mg~+离子注入

本文研究了Mg~+离子注入InP和GaAs中的电学性能和辐射损伤行为.范德堡霍尔方法测量和电化学C-V测量均表明,快速热退火方法优于常规热退火方法,共P~+注入结合快速热退火方法能进一步减小注入Mg杂质的再分布,使电激活率大大提高。卢瑟福沟道分析则表明,相同注入条件下,InP中的辐射损伤较GaAs中大得多,大剂量注入损伤经热退火难于完全消除.     

BF_2~+注入束的沾污和对结深的影响

注入系统中剩余气体分子与B_2~+离子的碰撞,造成了不同能量的BF~+,F~+、B~+离子束对BF_2~+注入束的沾污。注入样品的SIMS分析结果和理论计算都证明,这种沾污使BF_2~+注入的结深明显增加,不利于浅结的制备。用静电束过滤器可部分消除这些沾污束,在先加速后分析的注入机中,也未观察到BF_2~+束的沾污。此外,提高系统真空度会明显降低沾污峰的强度。     

Co与Si和SiO_2在快速热退火中的反应

利用四探针、AES、XRD、XPS和SEM等技术研究了快速热退火中Co与Si和SiO_2反应动力学、相序、层的形貌。测量了薄层电阻与退火温度和时间的关系。结果表明,随退火温度的升高,淀积在硅衬底上的钴膜逐步转变为Co_2Si、CoSi_(?)最后完全转化为CoSi_2。CoSi_2对应的电阻率最低。Co与SiO_2不会反应,即使在1050℃的高温下也没有观察到任何形成钴硅化物的证据。     

选择性外延隔离P^＋多晶硅栅PMOSFET

在离子注入埋层的硅片上,以SiO_2层为掩膜和隔离,生长了选择性外延(SEG)单晶硅层,并在此外延层上制作了P~+掺杂的多晶硅栅PMOSFET。浅源漏结的P~+多晶硅栅PMOSFET是使用一次离子注入同时完成栅与源漏的掺杂注入,并由低温退火与快速热退火完成杂质的再分布推进。测试结果表明PMOSFET的短沟道效应明显减小。     

用于CMOS工艺的双功函数Ni全硅化物金属栅

研究了Ni全硅化物金属栅功函数调整技术.研究表明,通过在多晶硅硅化前向多晶硅栅内注入杂质能够有效地调整Ni全硅化物金属栅的栅功函数.通过注入p型或n型杂质,如BF2,As或P,能够将Ni全硅化物金属栅的功函数调高或调低,以分别满足pMOS管和nMOS管的要求.但是注入大剂量的As杂质会导致分层现象和EOT变大,因此As不适合用来调节Ni全硅化物金属栅的栅功函数.由于FUSI工艺会导致全硅化金属栅电容EOT减小,全硅化金属栅电容的栅极泄漏电流大于多晶硅栅电容.     

用于CMOS工艺的双功函数Ni全硅化物金属栅

研究了Ni全硅化物金属栅功函数调整技术.研究表明,通过在多晶硅硅化前向多晶硅栅内注入杂质能够有效地调整Ni全硅化物金属栅的栅功函数.通过注入p型或n型杂质,如BF2,As或P,能够将Ni全硅化物金属栅的功函数调高或调低,以分别满足pMOS管和nMOS管的要求.但是注入大剂量的As杂质会导致分层现象和EOT变大,因此As不适合用来调节Ni全硅化物金属栅的栅功函数.由于FUSI工艺会导致全硅化金属栅电容EOT减小,全硅化金属栅电容的栅极泄漏电流大于多晶硅栅电容.     

低温退火形成浅p~+n结

本文首次报道F预非晶注入与BF_2注入并在低温(600～800℃)下退火形成浅p~+n结。研究了这两种注入的电激活行为及漏电行为,并与B注入作了比较。F预非晶注入结合低温退火可形成xi<0.2μm,漏电流在nA/cm~2左右(V_R=-5V)的浅结。     

几种适用于VLSI离子注入新工艺的模型研究,

本文采用能较精确模拟沟道效应的两个Pearson-IV 分布的线性组合来模拟硅中B注入分布,提出了一个基于剂量匹配求解等效厚度的两层结构注入分布修正射程表达式,用该式对B注入 MoSi_2/Si、CoSi_2/Si,P注入CoSi_2/Si 进行了模拟和验证,本文还给出了利用等效厚度概念导出的多层结构注入修正射程递推表达式,并以 Pol_7-Si/SiO_2/Si三层结构为例进行了验证。