专利名称:离子注入半导体瞬时退火设备的利记博彩app
本发明属于集成电路和半导体器件制造技术的工艺设备。
自从六十年代初开始采用离子注入作为新的半导体掺杂工艺以来，为了消除注入引起的半导体晶体操作和电激活注入离子，一直采用常规长时间热退火，退火时间一般为30分以上(北京市辐射中心，北京师范大学低能核物理研究所离子注入研究室编著的“离子注入原理与技术”，1982年由北京出版社出版)。但随着超大规模集成电路迅速发展，不仅要求PN结结深越来越浅(至今已达0.2微米)，而且要求在浅结条件下薄层电阻尽可能小，也即要求在高剂量(超过固溶度值)注入条件下能有更高的电激活率。常规长时间热退火一般结深大于0.4微米，而且在高剂量注入条件下注入离子电激活率低，因此不可能满足超大规模集成技术发展的需要。因此1975年以来国内外科技工作者提出多种激光退火技术，它能很好解决上述两个问题。但因设备昂贵、技术复杂和生产效率低等问题，至今很难用于工业生产。1983年美国Varian公司试生产一种真空瞬时红外辐照退火设备，型号为IA-200〔见“国际半导体”Semiconductor International，December，69(1983)〕，该设备的退火腔是金属系统，退火腔内部的结构示意图示于附图1，用工业交流电加热开槽石墨板(4)，在硅片(2)和石墨板之间用多层钽板构成的快门(3)隔开，硅片受辐照时间由快门打开的时间决定，(1)(5)均是防止热能损失用的钽反射板，退火时只监测石墨板的温度，不能直接测量硅片温度。该设备由机械传动和控制机构将硅片送至(1)的片架上进行退火。这种瞬时退火设备虽然比常规长时间热退火方法有更高的电激活率，但在高剂量注入条件下还没有达到完全电激活〔如6×1015cm-2的注砷硅，退火后电激活率只有约85%，见“应用物理通讯”Appl.Phys.Lett.39，604(1981)〕。而且该设备不能用于离子注入化合物半导体，因在真空条件下退火，化合物半导体容易热分解。瞬时退火技术的关键是退火时间要短，因此要求半导体薄片的升温速率越快越好。IA-200型是在真空条件下退火，只能由高温石墨辐射能加热半导体片，因此升温慢，一般要十秒以上才能达到1000℃以上。
本发明的目的在于设计一种新的瞬时退火设备，使其升温速度更快、注入离子电激活率更高、操作更简便和生产效率更高，而且要能适用于化合物半导体退火。
本发明由机械传动和控制机构、双色红外无接触式测温仪、高频加热炉、充保护气装置和石英退火腔等五部份组成。整个退火过程在充保护气条件下进行。
石英退火腔的结构示意图示于附图2，包括矩形石英管(6)、石英导轨(12)、石英片架(11)、石英托盘(9)、石墨板(8)高频线圈(7)和石英杆(17)。矩形石英管(6)内充有保护气(可用高纯氮气或高纯氮氢混合气)，高频线圈(7)加热高纯石墨板(8)，石墨板尺寸比半导体片略大一些，石墨板安放在石英盘(9)上。双色红外无接触式测温仪的检测器安装在石英管上方，通过线圈间的缝隙测量石墨板温度，测温仪上直接显示被测温度。机械传动系统通过石英杆将装有半导体片(10)的石英片架(11)沿石英导轨(12)推至石墨板上方(半导体片不直接与石墨板接触)，此时测温仪测得半导体片的实际温度，半导体片在石墨板上方停留时间(也即升温和退火时间的总和)由时间控制器控制，一般为十秒以内，退火后机械传动系统快速(约10厘米/秒)将石英片架拉出退火区。
本发明除了用于离子注入半导体退火外，还能用于①绝缘层上多晶硅(SOI)再结晶，只要将石墨加热器改变一下形状，使SOI形成细条状熔区，当形成熔区后将石英片架缓慢(一般为0.1厘米/秒)拉出石墨加热区则可完成再结晶。②磷硅玻璃(PSG)回流，集成电路制造工艺的这一工序实际上是和离子注入瞬时退火工序同时完成。③难熔金属(如钽、钛、钼、钨、铂等)硅化物的形成，只要将硅片温度升至共晶温度，热处理时间仍只需几秒。④浅PN结的欧姆结制备，将硅片温度严格控制在共晶温度，时间尽可能短。
本发明的优点是1.样品升温快，样品从室温升至1000℃，本发明只需3秒，而IA-200型至少要十秒。
2.设备简单、操作方便和生产效率高(每小时可处理60片以上)。
3.本发明退火后半导体片既不发生翘曲，又不发生晶体滑移。
4.本发明采用石英退火腔，不仅仅容易清洗，而且在高温时比金属系统能更好地避免重金属离子沾污。
5.本发明的电激活率高和注入离子再扩散小，如1016cm-2砷注入硅退火后能达到完全电激活，退火后注入分布加宽不大于0.1微米，因此符合超大规模集成电路制造要求。本发明与超大规模集成技术的其它工艺能很好相容，现已能制出1μm栅长的MOS晶体管。
6.本发明特别适用于化合物半导体(如砷化镓)的退火，因为本发明采用保护气，退火时砷化镓不易热分解。
7.本发明除用于退火外，还能用于SOI再结晶、PSG回流、硅化物形成和浅欧姆结制备。
附图1是美国Varian公司生产的IA-200型瞬时红外辐照退火设备的金属退火腔内部的结构示意图，(1)、(5)是钽反射板，(2)是硅片，(3)是钽快门，(4)是开槽石墨板，(4)上的二个小箭头表示通电流。(3)中的箭头表示快门开关的移动方向。
附图2是本发明石英退火腔的结构示意图，(6)是矩形石英管，(7)是高频线圈，(8)是石墨板，(9)是石英盘，(10)是半导体片，(11)是石英片架，(12)是石英导轨，保证石英片架能在其上平稳地来回移动。
附图3是本发明总体结构示意图，(6)是矩形石英管，(7)是高频线圈，(13)是双色红外无接触式测温仪的检测器，(14)是高频炉，(15)是高纯保护气瓶，(16)是气体流量计和调节阀门，(17)是石英杆，(18)是开扁孔的管盖，(19)是机械传动系统和时间控制机构，(20)是细钢丝，(21)是石英杆固定架，(22)是主动轮，(23)是从动轮。
本发明的一种实施方案见总体结构示意图(附图3)，其中石英退火腔(如附图2所示)是本发明的关键部件，全部由高纯石英加工而成，矩形石英管的一端制成如附图3中6的右端形状，便于通气，其另一端要磨平，便于和由聚四氟乙烯制成的石英管盖(18)密封。高频线圈(7)是铜管退火后绕制而成的，管内通水冷却，线圈总长度比石墨板大约十厘米，高频炉是15KW，机械传动系统(19)是由直流电动机通过减速箱带动主动轮(22)使细钢丝作往返运动，运动方向由电动机的电流方向决定。在钢丝上装一个石英杆(17)固定架(21)，这样，钢丝能带动石英杆作左右运动，电动机的起动和停止均由控制器控制，时间控制精度到0.1秒。
权利要求
1.一种离子注入半导体瞬时退火设备，由机械传动和控制机构组成，其特征是还包括双色红外无接触式测温仪、高频炉、充气保护装置和石英退火腔。
2.按权利1所述的退火设备，其特征在于石英退火腔，包括矩形石英管(16)、石英导轨(12)、石英片架(11)、石英托盘(9)、石墨板(8)、高频线圈(7)和石英杆(17)。
3.按权利1或2所述的退火设备，其特征是可用于绝缘层上多晶硅(SOI)的再结晶，只要将石墨加热器改变一下形状，使SOI形成细条状熔区，当形成熔区后将石英片架缓慢拉出石墨加热区则可完成再结晶。
4.按权利1或2所述的退火设备，其特征是可用于磷硅玻璃(PSG)回流，集成电路制造工艺的这一工序实际上是和离子注入瞬时退火工序同时完成。
5.按权利1或2所述的退火设备，其特征是可用于形成难熔金属硅化物和制备浅结的欧姆结，只需将硅片温度升至共晶温度，热处理时间仍只需几秒。
专利摘要
本发明为离子注入半导体瞬时退火设备，属于集成电路和半导体器件制造技术的工艺设备。本发明的特征是采用高频加热石墨板和石英退火腔以及充保护气。本发明升温快、设备简单、操作方便和生产效率高(每小时六十片以上)。退火后电激活率高，注入离子再扩散小。本发明既合适于制作1μm短沟超大规模集成电路和浅pn结(结深为0.2μm)器件，又适合于离子注入化合物半导体退火。本发明还能用于绝缘层上多晶硅再结晶、磷硅玻璃回流、难熔金属硅化物形成和浅pn结的欧姆结制作。
文档编号H01L21/324GK85100131SQ85100131
公开日1986年7月23日 申请日期1985年4月1日
发明者钱佩信, 侯东彦, 陈必贤, 马腾阁, 林惠旺, 李志坚 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan