一種高濃度n型淺結(jié)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種制備高濃度N型淺結(jié)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，半導(dǎo)體制造工藝得到了飛速發(fā)展。在半導(dǎo)體制造工藝過程中，經(jīng)常需要進(jìn)行摻雜工藝以形成P型區(qū)或N型區(qū)。摻雜主要有熱擴(kuò)散和離子注入這兩種方法。熱擴(kuò)散工藝是在一定溫度條件下，先在襯底表面先預(yù)淀積一層摻雜劑，接著是推進(jìn)氧化工藝，在高溫條件下，雜質(zhì)原子向襯底擴(kuò)散推進(jìn)，從而形成高濃度的摻雜區(qū)。熱擴(kuò)散工藝在形成高濃度的摻雜區(qū)的工藝中有明顯優(yōu)勢。
[0003]但是，在制備N型摻雜區(qū)工藝中，預(yù)淀積與氧化推進(jìn)工藝中在相同條件下同時(shí)完成的，預(yù)淀積的同時(shí)在表面也會(huì)被氧化，形成一層表面氧化阻擋層，能一定程度上阻擋后繼雜質(zhì)的滲入，從而使得最終的摻雜區(qū)域N型雜質(zhì)濃度偏低。
[0004]因此，對于N型淺結(jié)的形成，需要開發(fā)一種能夠防止N型雜質(zhì)濃度偏低的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種高濃度N型淺結(jié)的制備方法，以避免最終的N型摻雜區(qū)域的雜質(zhì)濃度偏低。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高濃度N型淺結(jié)的制備方法，其包括:
[0007]步驟SI，采用N型摻雜劑對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一次擴(kuò)散摻雜，其工藝條件包括:摻雜溫度為600-1200°C，優(yōu)選800-1000 °C，更優(yōu)選850-980 °C;摻雜時(shí)間至少3分鐘，優(yōu)選5_20分鐘，更優(yōu)選10-15分鐘；
[0008]步驟S2，用洗滌液對步驟SI得到的摻雜后的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行洗滌；
[0009]步驟S3，將洗滌后的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第二次擴(kuò)散摻雜，工藝條件包括:摻雜溫度為600-1200°C，優(yōu)選800-1000°C，更優(yōu)選850_980°C ;摻雜時(shí)間至少3分鐘，優(yōu)選5_20分鐘，更優(yōu)選10-15分鐘；和
[0010]步驟S4，用洗滌液對步驟S3得到的襯底進(jìn)行洗滌。
[0011]在【具體實(shí)施方式】中，所述方法進(jìn)一步包括:
[0012]步驟S5，將洗滌后的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第三次擴(kuò)散摻雜，其工藝條件包括:摻雜溫度為600-1200°C，優(yōu)選800-1000°C，更優(yōu)選850_980°C ;摻雜時(shí)間至少3分鐘，優(yōu)選5_20分鐘，更優(yōu)選10-15分鐘；和
[0013]步驟S6，用洗滌液對步驟S5得到的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行洗滌。
[0014]優(yōu)選地，在上述擴(kuò)散摻雜的過程中，N型摻雜劑與氧氣以及惰性氣體混合使用。
[0015]優(yōu)選地，在步驟SI中，所述第一次擴(kuò)散摻雜的工藝條件是溫度為800-1150°C、時(shí)間為5-20分鐘；優(yōu)選地，氮?dú)饬髁?5-25SLM，氧氣流量0.5-5SLM，三氯氧磷載氣流量0.5-5SLM。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一次擴(kuò)散摻雜的摻雜溫度為950°C，摻雜時(shí)間為14分鐘。
[0016]優(yōu)選地，在步驟S3中，所述第二次擴(kuò)散摻雜的工藝條件是溫度為800-1150°C、時(shí)間為5-20分鐘；優(yōu)選地，氮?dú)饬髁?5-25SLM，氧氣流量0.5-5SLM，三氯氧磷載氣流量為0.5-5SLM。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二次擴(kuò)散摻雜的摻雜溫度為950°C，摻雜時(shí)間為14分鐘。
[0017]優(yōu)選地，在步驟S5中，所述第三次擴(kuò)散摻雜的工藝條件為溫度為800-1150°C、時(shí)間為5-20分鐘；優(yōu)選地，氮?dú)饬髁?5-25SLM，氧氣流量0.5-5SLM，三氯氧磷載氣流量0.5-5SLM。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第三次擴(kuò)散摻雜的摻雜溫度為950°C，摻雜時(shí)間為14分鐘。
[0018]在上述技術(shù)方案中，所述半導(dǎo)體襯底的材料選自硅和鍺中的至少一種，優(yōu)選硅，更優(yōu)選單晶硅、多晶硅及其外延層、非晶硅中的至少一種。
[0019]在上述技術(shù)方案中，所述N型摻雜劑選自含第五主族元素的化合物，例如含磷的化合物、含砷的化合物、含銻的化合物以及含鉍的化合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述N型摻雜劑為含磷的化合物，優(yōu)選三氯氧磷、磷烷、磷酸中的至少一種所述含磷的化合物可以是氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的。在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述N型摻雜劑為液態(tài)磷源，優(yōu)選三氯氧磷。
[0020]所述N型摻雜劑可以在惰性氣體稀釋的情況下使用。在本發(fā)明中，所述惰性氣體是指對N型摻雜劑以及半導(dǎo)體襯底不發(fā)生反應(yīng)的氣體，例如氮?dú)饣蛳∮袣怏w。
[0021]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，在步驟SI中，通入載氣攜帶的三氯氧磷與氧氣，對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一次摻雜。所述載氣優(yōu)選氮?dú)?。在上述?shí)施方式中，三氯氧磷的通入量為0.5-5SLM (載氣流量)，氧氣的通入量為0.5-5SLM。
[0022]在上述技術(shù)方案中，所述洗滌液可以是酸液，例如氫氟酸、硝酸、鹽酸、硫酸、磷酸或其任意組合，優(yōu)選氫氟酸。所述洗滌液還可以是堿液，優(yōu)選氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。在步驟S2、S4和S6中所使用的洗滌液可以是相同的，也可以是不同的。
[0023]第一次摻雜、第二次摻雜以及第三次摻雜均可在常壓立式爐或臥式爐中進(jìn)行。
[0024]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，第一次擴(kuò)散摻雜后，摻雜層的厚度為0.3-1微米。
[0025]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，第二次擴(kuò)散摻雜后，摻雜層的厚度為0.6-10微米。
[0026]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，最終制得的N型淺結(jié)的方塊電阻為0.5-50ohms/sq。
[0027]在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，最終制得的N型淺結(jié)的結(jié)深為0.5-10微米。
[0028]如本文所使用的，“SLM”是standard litre per minute的縮寫，意思是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下lL/min的流量。
[0029]采用本發(fā)明提供的高濃度N型淺結(jié)的制備方法能在更短的摻雜時(shí)間內(nèi)得到相同甚至更小方塊電阻的N型摻雜區(qū)域，或是方塊電阻相同但結(jié)深更小的N型摻雜區(qū)域。
【附圖說明】
圖1是根據(jù)實(shí)施例1制備的N型淺結(jié)的載流子濃度-結(jié)深測量曲線圖；
圖2是根據(jù)對比例I制備的N型淺結(jié)的載流子濃度-結(jié)深測量曲線圖。
其中，圖1、圖2中角標(biāo)里的“de”即為實(shí)例中的酸洗“deglaze”的簡寫。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制O
[0031]實(shí)施例1
[0032]在常壓立式爐中對單晶硅進(jìn)行磷擴(kuò)摻雜，硅襯底采用1-999Ω.m的P型片，工藝條件為:摻雜溫度970°C，氮?dú)饬髁?2SLM，氧氣1.2SLM，三氯氧磷載氣流量2.0SLM，以通源時(shí)間14分鐘進(jìn)爐第一次摻雜，出爐后在槽式濕刻機(jī)(或滾筒式濕刻機(jī))中采用DHF(HF = H2O=1:10)酸洗(deglaZe)2分鐘，去除表面氧化層，再回爐以相同工藝條件進(jìn)行第二次摻雜，出爐后再以相同條件進(jìn)行第二次酸洗去除表面氧化層。這樣經(jīng)過兩次摻雜后，再用四探針測量方塊電阻，測量的方阻約為9.lohms/sq,通過SRP擴(kuò)展電阻測量可得，結(jié)深約0.9微米，測量曲線如圖1所示。
[0033]對比例I
[0034]在常壓立式爐中對單晶硅進(jìn)行磷擴(kuò)摻雜，硅襯底采用1-999Ω.m的P型片，工藝條件為:摻雜溫度970°C，氮?dú)饬髁?2SLM，氧氣1.2SLM，三氯氧磷載氣流量2.0SLM，以通源時(shí)間30分鐘進(jìn)爐一次摻雜，出爐后在槽式濕刻機(jī)(或滾筒式濕刻機(jī))中采用DHF(HF = H2O =1:10)酸洗(deglaze)2分鐘，再用四探針測量方塊電阻，測量得方阻約為9.14ohms/sq，通過SRP擴(kuò)展電阻測量可得，結(jié)深約1.6微米，測量曲線如圖2所示。
[0035]圖1、圖2中角標(biāo)里的“de”即為實(shí)例中的酸洗“deglaze”的簡寫。
[0036]通過實(shí)施例和對比例的對比可知，按本發(fā)明的方法進(jìn)行摻雜可以在相同結(jié)深時(shí)得到更小的方阻(即更高的摻雜濃度)。同樣的，獲得相同方阻時(shí)，可以得到更小的結(jié)深。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備高濃度N型淺結(jié)的方法，包括: 步驟SI，采用N型摻雜劑對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一次擴(kuò)散摻雜，其工藝條件包括:摻雜溫度為600-1200°C，摻雜時(shí)間為3-10分鐘； 步驟S2，用洗滌液對步驟SI得到的摻雜后的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行洗滌； 步驟S3，將洗滌后的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第二次擴(kuò)散摻雜，工藝條件包括:摻雜溫度為600-1200°C，摻雜時(shí)間為至少3分鐘；以及 步驟S4，用洗滌液對步驟S3得到的襯底進(jìn)行洗滌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 步驟S5，將洗滌后的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第三次擴(kuò)散摻雜，其工藝條件包括:摻雜溫度為600-1200°C ;摻雜時(shí)間為至少3分鐘；以及 步驟S6，用洗滌液對步驟S5得到的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行洗滌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底的材料選自硅和鍺中的至少一種，優(yōu)選單晶硅、多晶硅及其外延層、非晶硅中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述N型摻雜劑選自含第五主族元素的化合物，優(yōu)選含磷的化合物，更優(yōu)選三氯氧磷、磷烷、磷酸中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述洗滌液選自酸液或堿液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述酸液選自氫氟酸、硝酸、硫酸、磷酸或其任意組合；所述堿液選自氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液或其任意組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一次擴(kuò)散摻雜后，摻雜層的厚度為0.3-1微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第二次擴(kuò)散摻雜后，摻雜層的厚度為0.6-10微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所制得的N型淺結(jié)的方塊電阻為 0.5_50ohms/sq。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所制得的N型淺結(jié)的結(jié)深為0.6-10微米。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高濃度N型淺結(jié)的制備方法，包括：步驟S1，采用N型摻雜劑對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一次擴(kuò)散摻雜，其工藝條件包括：摻雜溫度為600-1200℃，摻雜時(shí)間為3-10分鐘；步驟S2，用洗滌液對步驟S1得到的摻雜后的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行洗滌；步驟S3，將洗滌后的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第二次擴(kuò)散摻雜，工藝條件包括：摻雜溫度為600-1200℃，摻雜時(shí)間為至少3分鐘；以及步驟S4，用洗滌液對步驟S3得到的襯底進(jìn)行洗滌。采用本發(fā)明提供的高濃度N型淺結(jié)的制備方法能在更短的摻雜時(shí)間內(nèi)得到相同甚至更小方塊電阻的N型摻雜區(qū)域，或是方塊電阻相同但結(jié)深更小的N型摻雜區(qū)域。
【IPC分類】H01L21-223, H01L21-18
【公開號(hào)】CN104867820
【申請?zhí)枴緾N201510181166
【發(fā)明人】孫小虎, 周飛宇, 劉根
【申請人】株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月16日