扩散区的形成方法技术

一种扩散区的形成方法，包括：在半导体衬底表面形成预掺杂层，所述预掺杂层内具有掺杂离子；在所述预掺杂层上形成保护层；对所述半导体衬底进行退火，使所述预掺杂层内的掺杂离子扩散入所述半导体衬底内。本发明专利技术通过炉管热扩散工艺替代原离子注入进行扩散区的掺杂，避免了离子轰击对半导体衬底表面造成的损伤，使扩散区中杂质离子分布更为均匀，改善了表面晶格结构，利于后续工艺的进行。在此过程中，工艺流程略加调整，未明显增加复杂性，生产成本无明显提高，在一定程度上提高了产能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体工艺领域，特别涉及一种半导体器件中。
技术介绍
在目前的半导体工艺中，经常需要形成各种类型的扩散区，例如源区、漏区、 阱、埋层等。对于RAM(随机存取存储器)器件而言，在目前的130nm工艺中，字线 (wordline)通常是由半导体衬底中的N型埋层充当。所谓N型埋层，是通过向半导体衬 底进行N型掺杂来实现的，其作用是为了减小掺杂区的体电阻。从技术上来说，对半导体衬底掺杂主要通过离子注入掺杂。离子注入掺杂是将 电离的杂质离子经电场加速后轰击到衬底表面并进入衬底内部，它可以通过测量离子流 严格控制剂量，从而控制掺杂浓度和深度。尽管离子注入技术在掺杂工艺中有重要的地 位，但其也存在一些缺点首先，在高能离子进入半导体衬底后，会和晶格原子发生碰 撞，使许多晶格原子发生位移，造成晶格的损伤；其次，注入倾斜角的存在使得在沟槽 结构处离子注入量不均勻；再次，由于注入离子的能量处于一定的区间，难以实现过浅 或过深的注入；另外，离子注入机的生产为单片式，产能受到限制；再者，离子注入机 的价格昂贵，增加了生产成本。现有的扩散区形成方法中，以N型埋层为例，参见图la 图le，主要包括以下 工艺步骤参照图la，准备轻掺杂的P型硅作为半导体衬底100，在此选用电阻率为8 11.5Q cm的衬底；对所述半导体衬底100进行清洗；参照图lb，在所述半导体衬底 100上形成一层预掺杂层110，采用的方式为炉管热氧化，厚度为110A,热氧化后形成半 导体衬底100’ ；参照图lc，图形化预掺杂层110，通过光刻工艺定义埋层区区域，然后 刻蚀该区域的预掺杂层110，形成预掺杂层图形110’，作为后续离子注入的掩膜；参照 图ld，以预掺杂层图形110’为掩膜进行N型离子注入，离子类型有磷、砷、锑等，在 此选用砷，注入能量为75keV，剂量为1.8E15/cm2 ；参照图le，通过退火激活杂质并推 进扩散形成N型埋层120，在N型埋层120形成后，湿法刻蚀预掺杂层图形110’ ；在此 之后，需要在所述半导体衬底100’上形成一层轻掺杂P型外延层(未示出)，半导体器 件主要形成于该外延层上。由于外延层薄膜质量优劣对器件性能有较大影响，因此对N型埋层的晶格结构 要求较高。在进行离子注入掺杂的情况下，尽管有退火推进步骤来消除晶格损伤，并激 活注入的杂质离子，但从实际效果看，注入造成的晶格损伤无法完全消除，因而对外延 层的质量会造成负面影响。基于上述内容，在扩散区形成过程，例如上述的RAM器件的N型埋层形成过程 中，对于半导体衬底晶格损伤的修复及避免是一个重要的问题。公开号为20080258220 的美国专利申请公开了一种通过原位或异地进行热处理(即退火)的方法避免或减轻由 离子注入引起的硅衬底无定形化或晶格弛豫等副作用。又如，公开号为20080057684的 美国专利申请也通过增加一次时间为数分钟至数小时的高温退火工艺来消除硅衬底的缺陷。这些方法都通过后续补救措施来修复由于离子注入引起的表面缺陷，未能从根本上 防止注入损伤的产生。因此，对于半导体器件扩散区的形成，需要开发一种能够有效地防止注入损伤 产生的方法。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种形成扩散区的方法，能有效减轻扩散区的表面损 伤。为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括在半导体衬底表 面形成预掺杂层，所述预掺杂层内具有掺杂离子；在所述预掺杂层上形成保护层；对所 述半导体衬底进行退火，使所述预掺杂层内的掺杂离子扩散入所述半导体衬底内。所述预掺杂层内的掺杂离子在形成预掺杂层时掺入。形成所述预掺杂层及对所述半导体衬底进行退火的次数为1 3次。所述预掺杂层内的掺杂离子为砷，形成所述预掺杂层的反应物为正硅酸乙酯， 所述预掺杂层内的杂质来源为三乙基砷酸酯。所述退火方式为炉管方式或快速热退火方式。所述退火的温度为1050 1150°C。采用炉管方式退火的时间为10 60分钟。采用快速热退火方式退火的时间为10 180秒。所述预掺杂层内的掺杂离子为通过离子注入形成。所述保护层和预掺杂层为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。与现有技术相比，上述方案具有以下优点通过炉管热扩散工艺替代原离子注 入进行扩散区的掺杂，避免了离子轰击对半导体衬底表面所造成的损伤，使扩散区中杂 质离子分布更为均勻，改善了晶格结构，有利于后续工艺的进行。在此过程中，对工 艺流程略有调整，但复杂性没有明显增加，生产成本无明显提高，对提高产能有一定帮 助。附图说明通过附图中所示的本专利技术的优选实施例的更具体说明，本专利技术的上述及其他目 的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。附图的绘 制并未刻意按照实际比例，重点在于示出本专利技术的主旨。在附图中，为清楚明了，部分 层和区域被加以放大。图la至图le是现有技术形成N型埋层的剖面结构示意图；图2是本专利技术的一个实施例的形成N型埋层的方法的流程示意图；图3至图7是本专利技术的一个实施例的形成N型埋层的剖面结构示意图；图8是本专利技术的一个实施例形成N型埋层的方法的流程示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以多种 不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下 做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。本专利技术提供的方法不仅适用于RAM器件中N型埋层的形成，也适用于其他半导 体器件中的扩散区的形成，例如P型埋层、阱区域、源漏区等。在此以RAM器件中N 型埋层的形成为例。从理论上说，离子注入会对半导体衬底晶格造成损伤，由于注入离子在轰击衬 底表面时能量相对较大，而且晶格表面原子间的连键不如衬底内部致密，更易造成衬底 表面状态的损伤；而N型埋层后的硅外延步骤对表面晶体质量要求较高，微小的表面缺 陷会引起诸如晶格失配等多种问题，均会导致外延层薄膜质量的劣化，由于外延层是形 成有源器件的主要区域，外延层薄膜劣化势必会影响半导体器件整体性能。为保证外延 工艺的较高质量，因此必须尽量消除N型埋层的表面缺陷。从现有技术看，对于N型埋层的掺杂基本上都采用离子注入技术，在注入后采 用退火工艺改善受损的晶格。前文对于离子注入的一些缺点已有描述，其中最主要的就 是晶格损伤。相比而言，热扩散掺杂是一个较为温和的过程，对晶格的影响较小；此 外，从产能方面考虑，相比于离子注入的单片式生产，扩散通常是在炉管中进行，一次 可处理几片乃至几十片硅片，由此大幅提高产能，减少了生产成本。因此，若能将N 型埋层掺杂技术由离子注入变更为热扩散掺杂，既在技术上有所改善，又对实际生产有 利。图2给出了本专利技术的一个实施例的形成N型埋层的方法的流程示意图，包括 步骤S210，在半导体衬底表面形成预掺杂层，所述预掺杂层内具有掺杂离子；步骤 S220,在所述预掺杂层上形成保护层；步骤S230，对所述半导体衬底进行退火，使所述 预掺杂层内的掺杂离子扩散入所述半导体衬底内。本专利技术提供的方法适用于形成半导体器件中的扩散区，例如RAM器件中N型埋 层的形成。图3至图7为本专利技术的一个实施例的形成N型埋层的剖面结构示意图，所述示意 图只是实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩散区的形成方法，其特征在于，包括：在半导体衬底表面形成预掺杂层，所述预掺杂层内具有掺杂离子；在所述预掺杂层上形成保护层；对所述半导体衬底进行退火，使所述预掺杂层内的掺杂离子扩散入所述半导体衬底内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：涂火金，沈忆华，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31