专利名称：：形成超浅结的方法
技术领域：
：本发明涉及平导体制造技水领域，特别涉及一秤形成超浅结的方法。
背景技术：
：离子注入是将改变导电率的掺杂材料引入半导体衬底的标准技术。在传统的离子注入系统中，所需要的掺杂材料在离子源中被离子化，离子被加速成具有规定的能量的离子束后被引向半导体衬底的表面。离子束中的高能离子渗入半导体材料并且^皮镶嵌到半导体材料的晶格之中。继离子注入之后，半导体衬底被退火以激活掺杂材料和修复离子注入所引起的结晶损伤。退火包括依照规定的时间和温度对半导体衬底进行热处理。掺杂材料的注入深度是由被注入半导体村底的离子的能量决定的。当前，半导体器件的技术状态要求结的深度小于1000埃，甚至是200埃或更小的数量级。然而，用来激活被注入的掺杂材料的退火程序会引起掺杂材料从半导体衬底的注入区域向外扩散。这种扩散作用将导致结的深度因退火而增加。并且，单纯地减少注入能量，不总是能够提供令人满意的结果，如结深为200埃或更小的数量级的超浅结时所遇到的情况。由此，对离子注入后退火工艺的研究成为解决此结深扩散问题的指导方向。为了开发在激活掺杂材料的同时限制掺杂材料的扩散的退火程序，已经做了大量的工作。专利号为"01806216.4"的中国专利中提供了一种通过激光退火和快速加温退火形成超浅结的方法，该方法通过在不使半导体衬底熔化的情况下用足以激活掺杂材料激光能量照射半导体衬底，并在比较低的温度下对半导体衬底进行快速加温退火以修复晶格损伤，以形成无结深扩散的超浅结。应用该方法形成超浅结时，掺杂材料的激活及晶格损伤的修复分别在激光退火抢和快速热处理室中进行，即需要进行两次热处理过程，步骤繁杂且导致生产周期延长，如何能在一次热处理过程中同时完成掺杂材料的激活及晶格损伤的修复，且可减少超浅结的结深扩散成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容本发明提供了一种形成超浅结的方法，可在一次热处理过程中同时完成掺杂材料的激活及晶格损伤的修复，且可减少超浅结的结深扩散。本发明提供的一种形成超浅结的方法，包括对半导体村底进行离子注入；对所迷半导体衬底进行预退火操作，将所述半导体衬底由室温升温至中间温度值；通入氧气，对所述半导体衬底进行退火操作，将所述半导体衬底由所述中间温度值升温至退火温度峰值；对所述半导体衬底进行降温操作，将所述半导体衬底由退火温度峰值降至室温。所述离子材料包括但不限于硼、氟化亚硼、砷或磷中的一种；所述氧气浓度范围为l1000ppm;所述氧气浓度范围为150500ppm;所述氧气浓度范围为300500ppm;所述氧气流量范围为l~50sccm;所述氧气流量范围为3~30sccm;所述中间温度值取值范围为500~700摄氏度；所述退火温度峰值取值范围为10001100摄氏度；控制距所述退火温度峰值温度差为50摄氏度的两个温度点间的时间间隔小于或等于1.5秒。与现有技术相比，本发明具有以下优点1.在形成超浅结的过程中采用峰值退火方法，可在一次热处理过程中同时完成掺杂材料的激活及晶格损伤的修复；在峰值退火过程中通入氧气，减少了掺杂离子的扩散；2.在峰值退火过程中通入氧气以减少掺杂离子向村底内扩散可减小结深，进而防止短沟效应的发生；在峰值退火过程中通入氧气以减少掺杂离子向衬底表面的扩散可保证对应一定结深的超浅结，其内掺杂离子的数目相对多；3.通过控制氧气的流量为3~30sccm,以将氧气的浓度控制在300~500ppm，可防止半导体衬底表面被氧化过多而形成较厚的氧化层；4.通过在退火过程中通入氧气，在抑制超浅结结深扩散的同时，还可降低半导体衬底表面电阻率。图1为说明本发明方法实施例的流程示意图2为说明本发明方法实施例的不同氧气浓度下硼掺杂浓度与结深的函数关系图3为说明本发明方法实施例的不同氧气浓度下硼掺杂浓度与结深的函数关系局部放大图。具体实施例方式尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于具有本发明优势的本领域技术人员来说仅仅是常规工作。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应用本发明提供的方法，形成超浅结的步骤包括对半导体衬底进行离子注入；对所述半导体衬底进行预退火操作，将所述半导体衬底由室温升温至中间温度值；通入氧气，对所述半导体衬底进行退火操作，将所述半导体衬底由所述中间温度值升温至退火温度峰值；对所述半导体衬底进行降温操作，将所述半导体衬底由退火温度峰值降至室温。图1为说明本发明方法实施例的流程示意图，如图1所示，应用本发明提供的方法，形成超浅结的具体步骤包括首先，对半导体衬底进行离子注入。所述掺杂离子材料包括但不限于硼(B)、氟化亚硼(BF2)、砷(As)、磷(P)或其它可掺杂材料中的一种。所述向半导体衬底注入掺杂离子的方法可采用任何传统的方法，涉及的技术方案在任何情况下均未被视作本发明的组成部分，在此不再赘述。然后，对所述半导体村底进行预退火操作，将所述半导体衬底由室温升温至中间温度值。所述中间温度值选择范围为500-700摄氏度，如600、650摄氏度；所述时间范围均为130秒，优选为10秒。显然，将半导体衬底由室温升温至中间温度值的过程可包含多步升温过程及升温后的持续过程。所述预退火操作用以使所述半导体衬底获得稳定的升温过程。所述将半导体衬底由室温升温至中间温度值的过程仅为便于本发明的具体实施而做出的特殊选择，不应作为对本发明方法实施方式的限定，本领域技术人员对此作出的任意合理的修改及等同变换不影响本发明方法的实施，且应包含在本发明的保护范围内。由于用来激活被注入的掺杂材料的退火程序会引起掺杂材料从半导体衬底的注入区域向外扩散，包括向半导体衬底内部及向半导体衬底表面的扩散。这种扩散作用将导致结的深度因退火而增加。并且，单纯地减少注入能量，不总是能够提供令人满意的结果，尤其对超浅结而言。对于超浅结，离子注入深度很浅，掺杂离子既容易向半导体衬底表面扩散，也容易向半导体衬底内部扩散。研究表明，注入离子特别是硼(Boron)、氟化硼(BF2)等容易与氧反应/结合，因此，在形成超浅结的过程中，同时通入少量的氧气，成为减小掺杂离子扩散的一个指导方向。随后，通入氧气，对所述半导体衬底进行退火操作，将所述半导体衬底由所述中间温度值升温至退火温度峰值。将所述半导体衬底由所述中间温度值升温至退货温度峰值用以激活掺杂材料及修复离子注入造成的晶格损伤。此过程可提供掺杂离子扩散所需的条件，在所述升温过程中通入氧气，可抑制所述退火过程中衬底内掺杂离子的扩散。作为本发明的实施例，所述氧气流量控制为1~50sccm(立方厘米/分钟)，优选为3-30sccm;对氮气和氦气的混合环境，所述氧气浓度控制为11000ppm(百万分之一原子比)，优选为300~500ppm;对氮气和氩气的混合环境，所述氧气浓度控制为l-1000ppm，优选为15Q300ppm。所述退火温度峰值取值范围为10001100摄氏度，优选为1050摄氏度。通过控制氧气的流量为l~50sccm,以将氧气的浓度控制在300~500卯m,可防止半导体衬底表面被氧化过多而形成较厚的氧化层。最后，对所述半导体衬底进行降温操作，将所述半导体衬底由退火温度峰值降至室温。通常，利用快速加温退火(RapidThermalAnnealing)或峰值退火(SpikeAnnealing)进行离子注入后的退火操作。快速加温退火通常包括在半导体衬底加热到950℃到1100℃的温度后持续1到30秒的时间，此退火过程中高温持续时间为退火工艺过程中的重要工艺参数，此参数的改变对最终形成的超浅结的结深及掺杂材料的激活程度均有重要影响；而峰值退火在半导体衬底加热到950℃到1100℃的温度后的持续时间通常少于1.5秒；峰值退火方式包括普通灯光退火(LampAnnealing)、闪光灯退火(FlashLampAnnealing,FLA)以及激光瞬间退火(LaserSpikeAnnealing,LSA)。显然，峰值退火与快速加温退火是两种截然不同的退火程序。作为本发明的实施例，选用普通灯光退火方式的峰值退火进行离子注入后的退火操作。由于采用峰值退火工艺，所述退火操作与所述降温操作间的间隔时间需控制在一相对较短的时间范围内。作为本发明的实施例，所述退火操作与所述降温操作间时间间隔小于或等于l秒。生产实践中，通过控制所述退火操作与所述降温操作过程中距所述退火温度峰值具有等温差的两个温度点间的时间间隔控制所述退火操作与所述降温操作间的间隔时间。显然，所述两个温度点温度值相同，区别在于分别通过所述退火操作与所述降温操作获得。作为本发明的实施例，所述退火温度峰值选为1050摄氏度；选取两组距所述退火温度峰值具有等温差的两个温度点，所述两组温度点具有的温度值分别选为1000摄氏度和950摄氏度，控制所述对应温度值为950摄氏度的两个温度点间的时间间隔小于或等于2.5秒；控制所述对应温度值为1000摄氏度的两个温度点间的时间间隔小于或等于1.5秒。在形成超浅结的过程中采用峰值退火方法，可在一次热处理过程中同时完成掺杂材料的激活及晶格损伤的修复；在峰值退火过程中通入氧气，减少了掺杂离子的扩散。在峰值退火过程中通入氧气以减少掺杂离子向衬底内扩散可减小结深，进而防止短沟效应的发生；在峰值退火过程中通入氧气以减少掺杂离子向衬底表面的扩散可保证对应一定结深的超浅结，其内掺杂离子的数目相对多。图2为说明本发明方法实施例的不同氧气浓度下硼掺杂浓度与结深的函数关系图；图3为说明本发明方法实施例的不同氧气浓度下硼掺杂浓度对结深的函数关系局部放大图；如图2及图3所示，作为示例，选择离子注入后不进行退火操作时硼掺杂浓度与结深的函数关系、在退火操作中不通入氧气时硼掺杂浓度与结深的函数关系以及在退火过程中通入氧气的流量分别为3sccm和30sccm时硼4参杂浓度与结深的函数关系作对比。所述硼掺杂浓度与结深的函数关系通过对所述半导体衬底进行二次离子质谱(SIMS)检测获得。由图2及图3计算可得出，不同退火条件下硼掺杂的对比数据。在退火过程中通入氧气时与离子注入后不进行退火操作时相比，离子掺杂浓度随结深变化更趋于緩慢，有利于得到掺杂浓度变化稳定的离子注入；对具有一定结深超浅结，在退火过程中通入氧气时与在退火操作中不通入氧气时相比，离子#^杂浓度更高，注入损失更少。表1为作为示例的不同退火条件下硼摻杂情况对比表。<table><row><column>退火条件</column><column>注入剂量(原子/cm2)</column><column>注入离子损失(﹪)</column></row><row><column>不进行退火操作</column><column>3.71E14</column><column>/</column></row><row><column>在退火操作中不通入氧气</column><column>2.92E14</column><column>21.29</column></row><row><column>在退火过程中通入氧气的流量为3sccm</column><column>3.46E14</column><column>6.74</column></row><row><column>在退火过程中通入氧气的流量为30sccm</column><column>3.40E14</column><column>8.36</column></row><table>由表1可见，在退火过程中通入少量氧气，可将离子注入损失降低约15%。所述注入剂量通过计算掺杂浓度与结深的函数关系曲线的积分得到。通过在退火过程中通入氧气，减少了离子注入损失，使得在抑制超浅结结深扩散的同时，还可降低半导体衬底表面电阻率。尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。权利要求1.一种形成超浅结的方法，包括对半导体衬底进行离子注入；对所述半导体衬底进行预退火操作，将所述半导体衬底由室温升温至中间温度值；通入氧气，对所述半导体衬底进行退火操作，将所述半导体衬底由所述中间温度值升温至退火温度峰值；对所述半导体衬底进行降温操作，将所述半导体衬底由退火温度峰值降至室温。2.根据权利要求1所述的形成超浅结的方法，其特征在于所述离子材料包括但不限于硼、氟化亚硼、砷或磷中的一种。3.根据权利要求1或2所述的形成超浅结的方法，其特征在于所述氧气浓度范围为11000ppm。4.根据权利要求3所述的形成超浅结的方法，其特征在于所述氧气浓度范围为150~500ppm。5.根据权利要求4所述的形成超浅结的方法，其特征在于所述氧气浓度范围为300-500ppm。6.根据权利要求1或2所述的形成超浅结的方法，其特征在于所述氧气流量范围为150sccm。7.根据权利要求6所述的形成超浅结的方法量范围为3~30sccm。8.根据权利要求1所述的形成超浅结的方法度值取值范围为500~700摄氏度。9.根据权利要求1所述的形成超浅结的方法度峰值取值范围为1000~1100摄氏度。10.根据权利要求1所述的形成超浅结的方法，其特征在于控制距所述退火温度峰值温度差为50摄氏度的两个温度点间的时间间隔小于或等于1.5秒。,其特征在于所述氧气流,其特征在于所述中间温,其特征在于所述退火温全文摘要一种形成超浅结的方法，包括对半导体衬底进行离子注入；对所述半导体衬底进行预退火操作，将所述半导体衬底由室温升温至中间温度值；通入氧气，对所述半导体衬底进行退火操作，将所述半导体衬底由所述中间温度值升温至退火温度峰值；对所述半导体衬底进行降温操作，将所述半导体衬底由退火温度峰值降至室温。在形成超浅结的过程中采用峰值退火方法，可在一次热处理过程中同时完成掺杂材料的激活及晶格损伤的修复；在峰值退火过程中通入氧气，减少了掺杂离子的扩散。文档编号H01L21/02GK101207020SQ20061014779公开日2008年6月25日申请日期2006年12月22日优先权日2006年12月22日发明者何永根,刘云珍,戴树刚,郭佳衢申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司