等离子体掺杂(Plasma Doping)

等离子体中的离子可以利用等离子体的自偏压特性和外加偏压组合,将离子轰击晶圆片表面的能量范围控制在数电子伏 (ev)至数万电子伏,从而可以部分替代传统的离于注入。等离子体掺杂的最大优点是,可以高效地实现超低能量的搭杂,这是因为其工艺过程是在“面”上处理的,而传统的离子注人是在“点”上处理的。对于那些对离子成分和轰击能量纯度要求不高的ic 产品的生产制造,这种工艺非常适合。 等离子体浸没离子注入 (plasme immersion lon implantation,piii) 或等离子体摻杂 (plasma doping, piad)系统已经被广泛地开发、应用于需要低能量或高剂量的ic 产品规模生产中(如超浅结和深沟槽应用)。
通常,用射频电源产生高浓度等离子体电离掺杂气体,而用偏置电源加速离子去“轰击”圆片表面。最常用的 plad 掺杂气体为 b2h6,用于硼掺杂。对于需要非常高剂量的圆片摻杂的产品,由于离子注入机需要“点”式扫描注入,即使在最高的离子束流下,工艺实施时间仍然较长,产出效率低。而等离子体掺杂则采用等离子体的“面”轰击来替代离子束的 “点”扫描,因此可以大幅度提升产出效率。但是,plad 不能选择离子种类,也不能精确控制离子的流量或剂量,因此 plad 的主要应用范围是高剂量、非关键层离子注入。目前,plad广泛应用于 dram 芯片的多晶硅补偿掺杂,以及 dram 器件阵列的接触注入。 在等离子体浸没系统中,掺杂离子将轰击圆片,并被注入衬底。掺杂离子流通量主要受外加rf或微波的功率控制,离子的能量主要由偏压的射频功率决定。通过磁铁的电流可以调整磁场的位型,由于低气压下磁化的等离子体受到磁场的约束,因此可以通过磁场来控制摻杂离子流的均匀性。等离子体浸没注入技术是一种低能量过程,离子能量一般小于 1 kev,所以对于亚0.1um 器件的应用,piii可以用于形成超浅结。与传统离子注入技术相比,等离子体浸没系统的缺点是无法选择特殊的离子种类,并且由于离子流量受等离子体位置和反应室压力的影响,离子能量分布范围不如传统离子注入那样单纯,容易形成能量污染。所以,等离子体浸没注入系统很难精确控制掺杂物的浓度和结深。


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