專利名稱：：形成超淺結(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及平導(dǎo)體制造技水領(lǐng)域，特別涉及一秤形成超淺結(jié)的方法。
背景技術(shù)：
：離子注入是將改變導(dǎo)電率的摻雜材料引入半導(dǎo)體襯底的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在傳統(tǒng)的離子注入系統(tǒng)中，所需要的摻雜材料在離子源中被離子化，離子被加速成具有規(guī)定的能量的離子束后被引向半導(dǎo)體襯底的表面。離子束中的高能離子滲入半導(dǎo)體材料并且^皮鑲嵌到半導(dǎo)體材料的晶格之中。繼離子注入之后，半導(dǎo)體襯底被退火以激活摻雜材料和修復(fù)離子注入所引起的結(jié)晶損傷。退火包括依照規(guī)定的時(shí)間和溫度對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理。摻雜材料的注入深度是由被注入半導(dǎo)體村底的離子的能量決定的。當(dāng)前，半導(dǎo)體器件的技術(shù)狀態(tài)要求結(jié)的深度小于1000埃，甚至是200埃或更小的數(shù)量級(jí)。然而，用來激活被注入的摻雜材料的退火程序會(huì)引起摻雜材料從半導(dǎo)體襯底的注入?yún)^(qū)域向外擴(kuò)散。這種擴(kuò)散作用將導(dǎo)致結(jié)的深度因退火而增加。并且，單純地減少注入能量，不總是能夠提供令人滿意的結(jié)果，如結(jié)深為200埃或更小的數(shù)量級(jí)的超淺結(jié)時(shí)所遇到的情況。由此，對(duì)離子注入后退火工藝的研究成為解決此結(jié)深擴(kuò)散問題的指導(dǎo)方向。為了開發(fā)在激活摻雜材料的同時(shí)限制摻雜材料的擴(kuò)散的退火程序，已經(jīng)做了大量的工作。專利號(hào)為"01806216.4"的中國專利中提供了一種通過激光退火和快速加溫退火形成超淺結(jié)的方法，該方法通過在不使半導(dǎo)體襯底熔化的情況下用足以激活摻雜材料激光能量照射半導(dǎo)體襯底，并在比較低的溫度下對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行快速加溫退火以修復(fù)晶格損傷，以形成無結(jié)深擴(kuò)散的超淺結(jié)。應(yīng)用該方法形成超淺結(jié)時(shí)，摻雜材料的激活及晶格損傷的修復(fù)分別在激光退火搶和快速熱處理室中進(jìn)行，即需要進(jìn)行兩次熱處理過程，步驟繁雜且導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長，如何能在一次熱處理過程中同時(shí)完成摻雜材料的激活及晶格損傷的修復(fù)，且可減少超淺結(jié)的結(jié)深擴(kuò)散成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種形成超淺結(jié)的方法，可在一次熱處理過程中同時(shí)完成摻雜材料的激活及晶格損傷的修復(fù)，且可減少超淺結(jié)的結(jié)深擴(kuò)散。本發(fā)明提供的一種形成超淺結(jié)的方法，包括對(duì)半導(dǎo)體村底進(jìn)行離子注入；對(duì)所迷半導(dǎo)體襯底進(jìn)行預(yù)退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由室溫升溫至中間溫度值；通入氧氣，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由所述中間溫度值升溫至退火溫度峰值；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行降溫操作，將所述半導(dǎo)體襯底由退火溫度峰值降至室溫。所述離子材料包括但不限于硼、氟化亞硼、砷或磷中的一種；所述氧氣濃度范圍為l1000ppm;所述氧氣濃度范圍為150500ppm;所述氧氣濃度范圍為300500ppm;所述氧氣流量范圍為l~50sccm;所述氧氣流量范圍為3~30sccm;所述中間溫度值取值范圍為500~700攝氏度；所述退火溫度峰值取值范圍為10001100攝氏度；控制距所述退火溫度峰值溫度差為50攝氏度的兩個(gè)溫度點(diǎn)間的時(shí)間間隔小于或等于1.5秒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.在形成超淺結(jié)的過程中采用峰值退火方法，可在一次熱處理過程中同時(shí)完成摻雜材料的激活及晶格損傷的修復(fù)；在峰值退火過程中通入氧氣，減少了摻雜離子的擴(kuò)散；2.在峰值退火過程中通入氧氣以減少摻雜離子向村底內(nèi)擴(kuò)散可減小結(jié)深，進(jìn)而防止短溝效應(yīng)的發(fā)生；在峰值退火過程中通入氧氣以減少摻雜離子向襯底表面的擴(kuò)散可保證對(duì)應(yīng)一定結(jié)深的超淺結(jié)，其內(nèi)摻雜離子的數(shù)目相對(duì)多；3.通過控制氧氣的流量為3~30sccm,以將氧氣的濃度控制在300~500ppm，可防止半導(dǎo)體襯底表面被氧化過多而形成較厚的氧化層；4.通過在退火過程中通入氧氣，在抑制超淺結(jié)結(jié)深擴(kuò)散的同時(shí)，還可降低半導(dǎo)體襯底表面電阻率。圖1為說明本發(fā)明方法實(shí)施例的流程示意圖2為說明本發(fā)明方法實(shí)施例的不同氧氣濃度下硼摻雜濃度與結(jié)深的函數(shù)關(guān)系圖3為說明本發(fā)明方法實(shí)施例的不同氧氣濃度下硼摻雜濃度與結(jié)深的函數(shù)關(guān)系局部放大圖。具體實(shí)施例方式盡管下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于具有本發(fā)明優(yōu)勢(shì)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列說明和權(quán)利要求書本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。應(yīng)用本發(fā)明提供的方法，形成超淺結(jié)的步驟包括對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行預(yù)退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由室溫升溫至中間溫度值；通入氧氣，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由所述中間溫度值升溫至退火溫度峰值；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行降溫操作，將所述半導(dǎo)體襯底由退火溫度峰值降至室溫。圖1為說明本發(fā)明方法實(shí)施例的流程示意圖，如圖1所示，應(yīng)用本發(fā)明提供的方法，形成超淺結(jié)的具體步驟包括首先，對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入。所述摻雜離子材料包括但不限于硼(B)、氟化亞硼(BF2)、砷(As)、磷(P)或其它可摻雜材料中的一種。所述向半導(dǎo)體襯底注入摻雜離子的方法可采用任何傳統(tǒng)的方法，涉及的技術(shù)方案在任何情況下均未被視作本發(fā)明的組成部分，在此不再贅述。然后，對(duì)所述半導(dǎo)體村底進(jìn)行預(yù)退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由室溫升溫至中間溫度值。所述中間溫度值選擇范圍為500-700攝氏度，如600、650攝氏度；所述時(shí)間范圍均為130秒，優(yōu)選為10秒。顯然，將半導(dǎo)體襯底由室溫升溫至中間溫度值的過程可包含多步升溫過程及升溫后的持續(xù)過程。所述預(yù)退火操作用以使所述半導(dǎo)體襯底獲得穩(wěn)定的升溫過程。所述將半導(dǎo)體襯底由室溫升溫至中間溫度值的過程僅為便于本發(fā)明的具體實(shí)施而做出的特殊選擇，不應(yīng)作為對(duì)本發(fā)明方法實(shí)施方式的限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)此作出的任意合理的修改及等同變換不影響本發(fā)明方法的實(shí)施，且應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。由于用來激活被注入的摻雜材料的退火程序會(huì)引起摻雜材料從半導(dǎo)體襯底的注入?yún)^(qū)域向外擴(kuò)散，包括向半導(dǎo)體襯底內(nèi)部及向半導(dǎo)體襯底表面的擴(kuò)散。這種擴(kuò)散作用將導(dǎo)致結(jié)的深度因退火而增加。并且，單純地減少注入能量，不總是能夠提供令人滿意的結(jié)果，尤其對(duì)超淺結(jié)而言。對(duì)于超淺結(jié)，離子注入深度很淺，摻雜離子既容易向半導(dǎo)體襯底表面擴(kuò)散，也容易向半導(dǎo)體襯底內(nèi)部擴(kuò)散。研究表明，注入離子特別是硼(Boron)、氟化硼(BF2)等容易與氧反應(yīng)/結(jié)合，因此，在形成超淺結(jié)的過程中，同時(shí)通入少量的氧氣，成為減小摻雜離子擴(kuò)散的一個(gè)指導(dǎo)方向。隨后，通入氧氣，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由所述中間溫度值升溫至退火溫度峰值。將所述半導(dǎo)體襯底由所述中間溫度值升溫至退貨溫度峰值用以激活摻雜材料及修復(fù)離子注入造成的晶格損傷。此過程可提供摻雜離子擴(kuò)散所需的條件，在所述升溫過程中通入氧氣，可抑制所述退火過程中襯底內(nèi)摻雜離子的擴(kuò)散。作為本發(fā)明的實(shí)施例，所述氧氣流量控制為1~50sccm(立方厘米/分鐘)，優(yōu)選為3-30sccm;對(duì)氮?dú)夂秃獾幕旌檄h(huán)境，所述氧氣濃度控制為11000ppm(百萬分之一原子比)，優(yōu)選為300~500ppm;對(duì)氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌檄h(huán)境，所述氧氣濃度控制為l-1000ppm，優(yōu)選為15Q300ppm。所述退火溫度峰值取值范圍為10001100攝氏度，優(yōu)選為1050攝氏度。通過控制氧氣的流量為l~50sccm,以將氧氣的濃度控制在300~500卯m,可防止半導(dǎo)體襯底表面被氧化過多而形成較厚的氧化層。最后，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行降溫操作，將所述半導(dǎo)體襯底由退火溫度峰值降至室溫。通常，利用快速加溫退火(RapidThermalAnnealing)或峰值退火(SpikeAnnealing)進(jìn)行離子注入后的退火操作?？焖偌訙赝嘶鹜ǔ０ㄔ诎雽?dǎo)體襯底加熱到950℃到1100℃的溫度后持續(xù)1到30秒的時(shí)間，此退火過程中高溫持續(xù)時(shí)間為退火工藝過程中的重要工藝參數(shù)，此參數(shù)的改變對(duì)最終形成的超淺結(jié)的結(jié)深及摻雜材料的激活程度均有重要影響；而峰值退火在半導(dǎo)體襯底加熱到950℃到1100℃的溫度后的持續(xù)時(shí)間通常少于1.5秒；峰值退火方式包括普通燈光退火(LampAnnealing)、閃光燈退火(FlashLampAnnealing,FLA)以及激光瞬間退火(LaserSpikeAnnealing,LSA)。顯然，峰值退火與快速加溫退火是兩種截然不同的退火程序。作為本發(fā)明的實(shí)施例，選用普通燈光退火方式的峰值退火進(jìn)行離子注入后的退火操作。由于采用峰值退火工藝，所述退火操作與所述降溫操作間的間隔時(shí)間需控制在一相對(duì)較短的時(shí)間范圍內(nèi)。作為本發(fā)明的實(shí)施例，所述退火操作與所述降溫操作間時(shí)間間隔小于或等于l秒。生產(chǎn)實(shí)踐中，通過控制所述退火操作與所述降溫操作過程中距所述退火溫度峰值具有等溫差的兩個(gè)溫度點(diǎn)間的時(shí)間間隔控制所述退火操作與所述降溫操作間的間隔時(shí)間。顯然，所述兩個(gè)溫度點(diǎn)溫度值相同，區(qū)別在于分別通過所述退火操作與所述降溫操作獲得。作為本發(fā)明的實(shí)施例，所述退火溫度峰值選為1050攝氏度；選取兩組距所述退火溫度峰值具有等溫差的兩個(gè)溫度點(diǎn)，所述兩組溫度點(diǎn)具有的溫度值分別選為1000攝氏度和950攝氏度，控制所述對(duì)應(yīng)溫度值為950攝氏度的兩個(gè)溫度點(diǎn)間的時(shí)間間隔小于或等于2.5秒；控制所述對(duì)應(yīng)溫度值為1000攝氏度的兩個(gè)溫度點(diǎn)間的時(shí)間間隔小于或等于1.5秒。在形成超淺結(jié)的過程中采用峰值退火方法，可在一次熱處理過程中同時(shí)完成摻雜材料的激活及晶格損傷的修復(fù)；在峰值退火過程中通入氧氣，減少了摻雜離子的擴(kuò)散。在峰值退火過程中通入氧氣以減少摻雜離子向襯底內(nèi)擴(kuò)散可減小結(jié)深，進(jìn)而防止短溝效應(yīng)的發(fā)生；在峰值退火過程中通入氧氣以減少摻雜離子向襯底表面的擴(kuò)散可保證對(duì)應(yīng)一定結(jié)深的超淺結(jié)，其內(nèi)摻雜離子的數(shù)目相對(duì)多。圖2為說明本發(fā)明方法實(shí)施例的不同氧氣濃度下硼摻雜濃度與結(jié)深的函數(shù)關(guān)系圖；圖3為說明本發(fā)明方法實(shí)施例的不同氧氣濃度下硼摻雜濃度對(duì)結(jié)深的函數(shù)關(guān)系局部放大圖；如圖2及圖3所示，作為示例，選擇離子注入后不進(jìn)行退火操作時(shí)硼摻雜濃度與結(jié)深的函數(shù)關(guān)系、在退火操作中不通入氧氣時(shí)硼摻雜濃度與結(jié)深的函數(shù)關(guān)系以及在退火過程中通入氧氣的流量分別為3sccm和30sccm時(shí)硼4參雜濃度與結(jié)深的函數(shù)關(guān)系作對(duì)比。所述硼摻雜濃度與結(jié)深的函數(shù)關(guān)系通過對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行二次離子質(zhì)譜(SIMS)檢測(cè)獲得。由圖2及圖3計(jì)算可得出，不同退火條件下硼摻雜的對(duì)比數(shù)據(jù)。在退火過程中通入氧氣時(shí)與離子注入后不進(jìn)行退火操作時(shí)相比，離子摻雜濃度隨結(jié)深變化更趨于緩慢，有利于得到摻雜濃度變化穩(wěn)定的離子注入；對(duì)具有一定結(jié)深超淺結(jié)，在退火過程中通入氧氣時(shí)與在退火操作中不通入氧氣時(shí)相比，離子#^雜濃度更高，注入損失更少。表1為作為示例的不同退火條件下硼摻雜情況對(duì)比表。<table><row><column>退火條件</column><column>注入劑量(原子/cm2)</column><column>注入離子損失(﹪)</column></row><row><column>不進(jìn)行退火操作</column><column>3.71E14</column><column>/</column></row><row><column>在退火操作中不通入氧氣</column><column>2.92E14</column><column>21.29</column></row><row><column>在退火過程中通入氧氣的流量為3sccm</column><column>3.46E14</column><column>6.74</column></row><row><column>在退火過程中通入氧氣的流量為30sccm</column><column>3.40E14</column><column>8.36</column></row><table>由表1可見，在退火過程中通入少量氧氣，可將離子注入損失降低約15%。所述注入劑量通過計(jì)算摻雜濃度與結(jié)深的函數(shù)關(guān)系曲線的積分得到。通過在退火過程中通入氧氣，減少了離子注入損失，使得在抑制超淺結(jié)結(jié)深擴(kuò)散的同時(shí)，還可降低半導(dǎo)體襯底表面電阻率。盡管通過在此的實(shí)施例描述說明了本發(fā)明，和盡管已經(jīng)足夠詳細(xì)地描述了實(shí)施例，申請(qǐng)人不希望以任何方式將權(quán)利要求書的范圍限制在這種細(xì)節(jié)上。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說另外的優(yōu)勢(shì)和改進(jìn)是顯而易見的。因此，在較寬范圍的本發(fā)明不限于表示和描述的特定細(xì)節(jié)、表達(dá)的設(shè)備和方法和說明性例子。因此，可以偏離這些細(xì)節(jié)而不脫離申請(qǐng)人總的發(fā)明概念的精神和范圍。權(quán)利要求1.一種形成超淺結(jié)的方法，包括對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行預(yù)退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由室溫升溫至中間溫度值；通入氧氣，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由所述中間溫度值升溫至退火溫度峰值；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行降溫操作，將所述半導(dǎo)體襯底由退火溫度峰值降至室溫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成超淺結(jié)的方法，其特征在于所述離子材料包括但不限于硼、氟化亞硼、砷或磷中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的形成超淺結(jié)的方法，其特征在于所述氧氣濃度范圍為11000ppm。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的形成超淺結(jié)的方法，其特征在于所述氧氣濃度范圍為150~500ppm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的形成超淺結(jié)的方法，其特征在于所述氧氣濃度范圍為300-500ppm。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的形成超淺結(jié)的方法，其特征在于所述氧氣流量范圍為150sccm。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成超淺結(jié)的方法量范圍為3~30sccm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成超淺結(jié)的方法度值取值范圍為500~700攝氏度。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成超淺結(jié)的方法度峰值取值范圍為1000~1100攝氏度。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成超淺結(jié)的方法，其特征在于控制距所述退火溫度峰值溫度差為50攝氏度的兩個(gè)溫度點(diǎn)間的時(shí)間間隔小于或等于1.5秒。,其特征在于所述氧氣流,其特征在于所述中間溫,其特征在于所述退火溫全文摘要一種形成超淺結(jié)的方法，包括對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子注入；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行預(yù)退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由室溫升溫至中間溫度值；通入氧氣，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火操作，將所述半導(dǎo)體襯底由所述中間溫度值升溫至退火溫度峰值；對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行降溫操作，將所述半導(dǎo)體襯底由退火溫度峰值降至室溫。在形成超淺結(jié)的過程中采用峰值退火方法，可在一次熱處理過程中同時(shí)完成摻雜材料的激活及晶格損傷的修復(fù)；在峰值退火過程中通入氧氣，減少了摻雜離子的擴(kuò)散。文檔編號(hào)H01L21/02GK101207020SQ20061014779公開日2008年6月25日申請(qǐng)日期2006年12月22日優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日發(fā)明者何永根,劉云珍,戴樹剛,郭佳衢申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司