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纳米CMOS器件中超浅结离子掺杂新技术
07光电姓名:肖志彬学号:0715222027
摘要:综述了集成电路(IC)中制备纳米CMOS器件的几种超浅结离子掺杂新技术,包括等离子体浸没掺杂、投射式气体浸入激光掺杂、快速汽相掺杂和离子淋浴掺杂等新技术,并对比分析了这几种掺杂技术各自的优缺点及其应用前景。
关键词:超大规模集成电路;特大规模集成电路;离子束掺杂技术;CMOS器件;纳米电子技术
Abstract: The plasma immersion ion implantation doping, the project-gas immersion laser doping, rapid vapor-phase doping and the ion shower doping are summarized. The strong and weak points and their application prospects of these new technologies are analysed pared in details.
Key words: VLSI;ULSI; ion beam doping; CMOS device; nanoelectronic technology
1 引言
近几年来,IC芯片设计、芯片制造、测试和封装技术都取得了长足的进展,整个产业链的各个环节都在配套发展。“中的差距正在缩短。~ 工艺仍是当前制备IC的主流技术,,~,今后5~10年将面临特征尺寸90nm以下的CMOS 工艺的挑战[1,2]。不仅如此,超大规模集成电路(VLSI)和特大规模集成电路(ULSI)快速发展,对器件加工技术提出更多的特殊要求,其中MOS器件特征尺寸进入纳米时代对超浅结的要求就是一个明显的挑战。CMOS器件按比例缩小,要求源-漏结深越来越浅。根据半导体工业协会(SIA)预测,,它的结深为54±18nm;,结深为30±10nm。在要求超浅结的同时,其掺杂层还必须有低串联电阻和低泄漏电流。为了实现这些目标,需要半导体行业界对源/漏掺杂、体内和沟道内掺杂予以更多的关注。
目前,一些企业制备浅结采用传统的离子束注入技术,它通过减小注入能量、降低热处理时间和温度等来实现,如低能离子注入(L-E)、快速热退火(RTA)、预非晶化注入(PAI)。但从根本上讲,这些技术制备超浅结会带来几个问题:一是瞬态增强扩散的限制;二是激活程度的要求;三是深能级中心缺陷等。而最近几年比较有发展潜力的超低能注硼技术,会因CMOS IC产业链生产能力限制而无法被推广应用。业界专家相信, CMOS器件来说,将要求在温度高达1100℃下退火。因此若干超浅结离子掺杂剂引入途径正在深入研究中,一些极有希望的技术方案,如等离子体浸没掺杂(PIIID)、投射式汽体浸没激光掺杂(P-GILD)、快速汽相掺杂(RVD)和离子淋浴掺杂(ISD)等超浅结离子掺杂技术,可望不久会进入生产领域。
2 四种超浅结离子掺杂新技术
等离子体浸没掺杂
技术简介
等离子体浸没掺杂(PIIID:plasma immersion ion implantation doping)技术最初是1986年在制备冶金工业中抗蚀耐磨合金时提出的,亦称等离子体离子注入、等离子体掺杂或等离子体源离子注入掺杂[3,4]。1988年,该技术开始进入半导体材料掺杂领域,用于薄膜晶体管的氧化、高剂量注入形成埋置氧化层、沟槽掺杂、吸杂重金属的高剂量氢注入等工序。近几年来,该新技术已成为发表在一些国际性半导体期刊上学术论文的主题,且商用系统也有一些厂商提供技术和设备。
PIIID技术的原理如图1(a)所示。与传统注入技术不同,PIIID系统不采用注入加速、质量分析和离子束扫描等工艺。在PIIID操作系统中,一个晶片放在邻近等离子体源的加工腔中,该晶片被包含掺杂离子的等离子体所包围。当一个负高压施加于晶片底座时,电子将被排斥而掺杂离子将被加速穿过鞘区而掺杂到晶片中。图1(b)则说明了PIIID技术原形系统的结构。
PIIID技术的优缺点
PIIID技术用于CMOS器件超浅结制备的优点如下:(1)以极低的能量实现高剂量注入;(2)注入时间与晶片的大小无关;(3)设备和系统比传统的离子注入机简单,因而成本低。所以可以说,这一技术高产量、低设备成本的特点符合半导体产业链主体发展的方向,此为考虑将该技术用于源-