晶圆片温度对SIMOX+SOI材料的影响.pdf

2005年12月 第十三届全国电子束·离子束·光子束学术年会 湖南·长沙 晶圆片温度对SIMOX SOI材料的影响 乔狮雄刘咸成伍三忠文正 (中国电子科技集团公司第四十八研究所，长沙410111) 摘要：SIMOX SOl工艺中，采用可控加热器对晶圆片进行加热，可以使晶圆片在注入的整个过程中 关键词：S01材料；晶圆片温度；注入；加热器 1．引言 目前的半导体集成电路很多是在硅村底上制造的。体硅的厚度为几百微米，但只有晶圆片表面约 l微米的区域用于制造器件。由于器件和衬底之间的相互作用，导致一系列的寄生双极晶体管和寄生 电容的形成，这大大地影响了器件的性能和稳定性!如果采用SOI衬底，由于顶层硅很薄，结区可以深 入到Si02层，Si02的隔离作用避免了体硅器件中存在的大部分寄生效应【l】。由此可见，SOI材料的优 劣将直接影响到器件的质量。SIMOXSOI材料的制备工艺是个复杂的过程，包含注入、清洗、退火等多 道工序，每道工序都会影响SOI材料的质量。本文着重研究注人过程中晶圆片温度对sIMOxSOI材 ’ 料的影响 2．实验过程 实验中所用的注人机是我所研 制的强流氧离子注入机，束流在 25mA左右。晶圆片采用P型100单 晶硅片，直径100mm，注人的总能量 为150KeV．总剂量为1．5x10’Scm-2，实 验一采用直接注人方式。由于氧离子 束流具有很高的能量，晶圆片通过吸 收注入的氧离子的能量而被加热，晶 圆片温度可以达到425℃左右。实验 二采用加热器注入的方式。在注人的 工艺腔内计了一个加热器，加热器在 工艺腔内的位置如图1所示。为了避 免带人污染，加热器连接加热源的部 分采用熔点高、蒸发率小、真空性能 好的材料。在加热器上特别设计了一 个反射装置，起到保护加热源和将加 热源的红外光谱聚集到晶圆片上的 图1加热器在工艺腔内的位置【3】 一166— 2005年12月 第十三届全圈电子束·离子柬·先子束学术年会 湖南·长沙 作用。加热器正对着晶圆片加热，加热器的输出功率可以通过计算机来调节。另外还安装了一个红外 测温仪，将测得的晶圆片温度值反馈到计算机，可以直接显示在操作屏上。实验过程中，提前开启加热 器，通过调节加热器的输出功率，结合红外测温仪反馈回来的温度值，可以使晶圆片温度在注入前达 和退火处理。清洗晶圆片采用湿法化学清洗，退火温度为1300。C，时间6ll，通氩气和氧气保护。样品分 析是采用透射电子显微镜对样品做TEM剖面检测。 3．实验结果与分析 顶层硅内有少量位错．位错是晶体缺陷的一种表现形式。5iOz埋层靠近衬底处有比较多的条形硅岛。 硅内没有位错。sio：埋层靠近衬底处有较少条形硅岛。 图2实验一样品的ⅡM检测图 图3实验二样品的TEM检测图 注入时晶圆片的温度是一个重要的工艺 参数，这一温度影响到顶部硅层的质量和si02 埋层的绝缘性。氧离子的注入会使射程范围 之内的硅非晶化，如果在注入过程中晶圆片温， 度太低，顶部硅就会完全非晶化，经退火后将 形成多晶硅。若注入期间晶圆片处于500亿以 上的温度范围，则注入过程中所产生的非晶化 损伤会在退火后得到消除，从而保持顶部区域 仍是单晶硅。图4为注入剂量=1．8x101‰产、注 入能量=200KEY时SIMOX结构与注人时衬底 温度的变化图。在更高的温度下注入时(700— 800T：)，靠近顶部硅层的下界面处会形成氧化 物沉淀。通常情况下．离子注人温度范围在 图4SIMOX结构与注人时衬底温度的关系lIl —167— 2005年12月 第十三届全国电子束·离子束·光子柬学术年会 湖南·长沙 600-650％：时能获得较好的SIMOXSOI材料『l·21。