[發明專利]擴散區的形成方法

無效

• 申請號: 200910195219.0
• 申請日: 2009-09-04
• 公開（公告）號: CN102013392A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 涂火金;沈憶華
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/22
• 分類號: H01L21/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術領域

本發明涉及半導體工藝領域，特別涉及一種半導體器件中擴散區的形成方法。

背景技術

在目前的半導體工藝中，經常需要形成各種類型的擴散區，例如源區、漏區、阱、埋層等。對于RAM(隨機存取存儲器)器件而言，在目前的130nm工藝中，字線(word?line)通常是由半導體襯底中的N型埋層充當。所謂N型埋層，是通過向半導體襯底進行N型摻雜來實現的，其作用是為了減小摻雜區的體電阻。

從技術上來說，對半導體襯底摻雜主要通過離子注入摻雜。離子注入摻雜是將電離的雜質離子經電場加速后轟擊到襯底表面并進入襯底內部，它可以通過測量離子流嚴格控制劑量，從而控制摻雜濃度和深度。盡管離子注入技術在摻雜工藝中有重要的地位，但其也存在一些缺點：首先，在高能離子進入半導體襯底后，會和晶格原子發生碰撞，使許多晶格原子發生位移，造成晶格的損傷；其次，注入傾斜角的存在使得在溝槽結構處離子注入量不均勻；再次，由于注入離子的能量處于一定的區間，難以實現過淺或過深的注入；另外，離子注入機的生產為單片式，產能受到限制；再者，離子注入機的價格昂貴，增加了生產成本。

現有的擴散區形成方法中，以N型埋層為例，參見圖1a～圖1e，主要包括以下工藝步驟：參照圖1a，準備輕摻雜的P型硅作為半導體襯底100，在此選用電阻率為8～11.5Ω·cm的襯底；對所述半導體襯底100進行清洗；參照圖1b，在所述半導體襯底100上形成一層預摻雜層110，采用的方式為爐管熱氧化，厚度為熱氧化后形成半導體襯底100’；參照圖1c，圖形化預摻雜層110，通過光刻工藝定義埋層區區域，然后刻蝕該區域的預摻雜層110，形成預摻雜層圖形110’，作為后續離子注入的掩膜；參照圖1d，以預摻雜層圖形110’為掩膜進行N型離子注入，離子類型有磷、砷、銻等，在此選用砷，注入能量為75keV，劑量為1.8E15/cm²；參照圖1e，通過退火激活雜質并推進擴散形成N型埋層120，在N型埋層120形成后，濕法刻蝕預摻雜層圖形110’；在此之后，需要在所述半導體襯底100’上形成一層輕摻雜P型外延層(未示出)，半導體器件主要形成于該外延層上。

由于外延層薄膜質量優劣對器件性能有較大影響，因此對N型埋層的晶格結構要求較高。在進行離子注入摻雜的情況下，盡管有退火推進步驟來消除晶格損傷，并激活注入的雜質離子，但從實際效果看，注入造成的晶格損傷無法完全消除，因而對外延層的質量會造成負面影響。

基于上述內容，在擴散區形成過程，例如上述的RAM器件的N型埋層形成過程中，對于半導體襯底晶格損傷的修復及避免是一個重要的問題。公開號為20080258220的美國專利申請公開了一種通過原位或異地進行熱處理(即退火)的方法避免或減輕由離子注入引起的硅襯底無定形化或晶格弛豫等副作用。又如，公開號為20080057684的美國專利申請也通過增加一次時間為數分鐘至數小時的高溫退火工藝來消除硅襯底的缺陷。這些方法都通過后續補救措施來修復由于離子注入引起的表面缺陷，未能從根本上防止注入損傷的產生。

因此，對于半導體器件擴散區的形成，需要開發一種能夠有效地防止注入損傷產生的方法。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種形成擴散區的方法，能有效減輕擴散區的表面損傷。

為解決上述問題，本發明提供一種擴散區的形成方法，包括：在半導體襯底表面形成預摻雜層，所述預摻雜層內具有摻雜離子；在所述預摻雜層上形成保護層；對所述半導體襯底進行退火，使所述預摻雜層內的摻雜離子擴散入所述半導體襯底內。

所述預摻雜層內的摻雜離子在形成預摻雜層時摻入。

形成所述預摻雜層及對所述半導體襯底進行退火的次數為1～3次。

所述預摻雜層內的摻雜離子為砷，形成所述預摻雜層的反應物為正硅酸乙酯，所述預摻雜層內的雜質來源為三乙基砷酸酯。

所述退火方式為爐管方式或快速熱退火方式。

所述退火的溫度為1050～1150℃。

采用爐管方式退火的時間為10～60分鐘。

采用快速熱退火方式退火的時間為10～180秒。

所述預摻雜層內的摻雜離子為通過離子注入形成。

所述保護層和預摻雜層為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。