[发明专利]通过氟、氮、硼离子注入形成超浅结的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超浅结的制作方法，特别涉及一种通过氟、氮、硼离子注入形成超浅结的制作方法，它应用于半导体制造技术领域。

背景技术

在半导体制造方法中，通常使用两种方法向硅片中引入杂质元素，即热扩散和离子注入。热扩散是利用高温驱动杂质穿过硅的晶格结构；离子注入通过高能离子轰击将杂质引入硅片，杂质通过与硅片发生原子级的高能碰撞，被注入。在半导体制造刚刚开始的阶段，热扩散是晶片掺杂的主要手段；随着器件尺寸的逐渐缩小，现在主要的掺杂方法采用离子注入。一般CMOS器件中，低于100nm的高浓度掺杂结通常都被称为超浅结(Ultra Shallow Junction)。离子注入以其精确的注入深度和浓度的可控制性，目前广泛应用于超浅结的制作工艺中。

要形成硼的超浅结，主要受以下三方面的影响：1)由于硼原子质量很轻，同等能量下其注入的投影射程更深，制作硼掺杂的超浅结最难，所以行业通常采用超低能量注入硼离子。2)沟道效应。单晶材料由于原子有序排列的原因，会沿一定规律形成若干个核阻滞作用很小，电子密度很低的通道，这就是通常所说的沟道效应。沟道效应的存在会使得预期工艺浓度分布的设计范围被大大扩展，特别是在超低能离子注入工艺中，其沟道效应会更加显著。3)增强扩散效应。增强扩散效应是离子注入后在高温退火时的独特的物理现象。在硅晶体中，由于离子的轰击会造成了晶体结构的损伤或形成缺陷，在高温退火时，注入的杂质在衬底中扩散长度大大增强而形成的增强扩散效应，它最为显著的表现是扩散系数大幅增大，某些低温下扩散系数甚至可达到正常扩散系数的上亿(10⁸)倍。

目前有一些制作超浅结的方法，如专利号为“200610147797.3”的中国专利提供了一种两步快速退火形成超浅结的方法。它的工艺原理是通过快速退火时加入稀薄的氧气，通过氧元素的作用机理抑制硼元素的增强扩散，达到制作超浅结的目的。此方法由于退火需要加入微量稀薄的氧气，氧气的含量控制达到了ppm数量级，因此对快速退火设备提出了较高的要求，这在普通的快速退火炉中是不易实现的。

发明内容

本发明的目的是提供了一种通过氟、氮、硼离子注入形成超浅结的方法，通过采用氟、氮、硼混合注入的技术，利用氟元素、氮元素的共同作用来抑制硼扩散，提升对于硼扩散的抑制效果，从而实现超浅结的制作。

为实现上述目的，本发明的一种通过氟、氮、硼离子注入形成超浅结的方法，其步骤包括：

1)对硅衬底进行氟离子注入；

2)对所述硅衬底进行氮离子注入；

3)对所述硅衬底进行硼离子注入；

4)对所述硅衬底进行氮气退火。

所述对硅衬底进行氟离子注入的方法包括：选择衬底电阻率0.8～1.2Ω·cm的N型硅衬底；在硅衬底上需要制作超浅结的区域进行氟离子注入，能量为30～40keV，剂量为1×10¹⁵～2×10¹⁵/cm²。

所述对硅衬底进行氮离子注入的方法包括：在需要制作超浅结的区域进行氮离子注入，能量为5～10keV，剂量为5.0×10¹¹～5.0×10¹²/cm²。

所述对硅衬底进行硼离子的方法包括：在需要制作超浅结的区域进行硼离子注入，能量为3～5keV，剂量为1.0×10¹¹～1.0×10¹⁵/cm²。

所述对硅衬底进行氮气退火的方法为：采用单步退火法或者两步退火法进行退火。

所述单步退火法的方法包括：在普通快速退火炉中，退火温度为920～980℃，退火时间为1～10s，退火升温速率为200℃/s～300℃/s。

所述两步退火法的方法包括：第一步：退火温度为600±50℃，退火时间为：在普通热退火炉中，退火时间20～60min；或在普通快速退火炉中，退火时间60-180s；第二步：在普通快速退火炉中，退火温度为920～980℃，退火时间为1～10s。

有益效果：

本发明的一种通过氟、氮、硼离子注入形成超浅结的方法，通过采用氟、氮、硼混合注入的技术，利用氟元素、氮元素的共同作用来抑制硼扩散，提升对于硼扩散的抑制效果，从而实现硼掺杂的超浅结。与一般常规的超浅结的方法相比，本发明的优点在于：