专利名称：一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制备PN结的技术领域，尤其是一种以激光制备超浅结于半导 体基片表面的方法。
背景技术：
随着半导体器件越来越小型化，对制备PN结的技术要求也越来越高，要求制备横 向尺寸及深度都越来越小的高质量的超浅结。现有技术中的各种制备超浅结的方法，都是 先利用各种方式掺杂、然后在一定的温度下退火形成的。如专利申请号为01806216. 4的 《通过激光退火及快速加温退火形成超浅结的方法》公开了一种制备超浅结后半段的退火 工艺，先以足以激活掺杂材料的激光照射基片，再在低温下快速对基片进行加温退火，以期 得到较好质量的超浅结。此种处理方式，不仅工艺复杂，成本较高，最重要的是在对掺杂进 行处理的过程中会造成掺杂的横向和纵向扩散，使PN结的尺寸受到限制。
发明内容
发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种工艺简 单、质量可靠、可操作性强的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，所制备的超 浅结深度小于30nm。 技术方案本发明公开了一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，包括 以下步骤 步骤(1)，在真空条件下，以通气流量为50 1000sccm的速度通入H2以及另一种
气体的混合物，此混合气体于基片晶格活化时会掺杂到半导体基片表面； 步骤(2)，使用激光照射半导体基片，使半导体基片瞬间温升至1000°C 1400°C ，
最终半导体基片表面形成超浅结，进一步优选地，基片瞬间温升为1200°C。 本发明中，优选地，步骤(2)使用激光照射半导体基片，连续式激光器连续照射时
间为5 50s，脉冲激光器累计照射5 20次。 本发明中，优选地，步骤(1)所述真空条件是真空度为1000Pa 10X10—3Pa的本
底真空。 本发明中，一种方案，步骤(1)中该半导体基片为N型半导体基片，与通入的HJ昆 合的另一种气体是B2H6。 本发明中，优选地，步骤(l)中将N型半导体基片加热至50(TC以下，可以防止基片 在加热过程中出现额外掺杂，影响掺杂质量，加热温度稳定在10分钟以上。
本发明中，优选地，步骤(1)所述真空条件是真空度为6.6Pa，混合气体中B2He占 体积百分比的1% 15%。 本发明中，另一种方案，步骤(1)中该半导体基片为P型半导体基片，与通入的H2 混合的另一种气体是^3。 本发明中，优选地，步骤(l)中将P型半导体基片加热至50(TC以下，可以防止基片在加热过程中出现额外掺杂，影响掺杂质量，加热温度稳定在10分钟以上。 本发明中，优选地，步骤(1)所述真空条件是真空度为6. 6Pa，混合气体中PH3占体
积百分比的1% 15%。本发明中，优选地，步骤(2)所述激光工作介质为ArF，波长为193nm，或者所述激 光工作介质为Kr，波长为248nm，或者所述激光工作介质为Xe，波长为308或351nm。
本发明中选用的激光器功率在1J 30MJ之间可调，每脉冲小于20纳秒。
本发明中所用的激光器，只要保证瞬间照射可使基片升温到120(TC左右即符合本 发明要求，不局限于本发明所给出的优选方案。 有益效果本发明摈弃了传统的先对半导体衬底掺杂，再退火的制备PN结方式。 从根本上解决了制备超浅结过程中，退火工序造成的杂质损失及扩散问题，有利于形成高 浓度、低深度的高质量超浅结。本发明制备超浅结深度可以小于30NM，掺杂浓度视具体要求 可调。本发明简化了工序。縮短了工艺时间，节约了大量的生产成本。本发明不仅省掉了 退火工序，激光掺杂工序相比传统的离子注入掺杂，也大为简化。本发明中气体成份可调， 有利于根据超浅结用途不同，对掺杂浓度进行调整。对通入气体流量的控制，有利于在真空 室内形成均匀气氛，保证制备超浅结的均匀性。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和 其他方面的优点将会变得更加清楚。 图示为本发明一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法的实现装置示意 图。
具体实施例方式
本发明公开了一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，包括以下步骤
步骤l，在真空条件下，以通气流量为50 1000sccm的速度通入H2以及另一种气 体的混合物，此混合气体于基片晶格活化时会掺杂到半导体基片表面；
步骤2，使用激光照射半导体基片，使半导体基片瞬间温升至1000°C 1400°C ，最
终半导体基片表面形成超浅结。 步骤1中，所述真空条件为lOOOPa 10 X 10—3Pa本底真空度。优选为所述本底真 空度为6. 6Pa。 步骤2中，使用激光照射半导体基片，连续式激光器连续照射时间为5 50s，脉冲 激光器累计照射5 20次。使用短波长激光使基片瞬间升温到1000 140(TC，最佳温度 在120(TC左右。所述激光工作介质为ArF，波长为193nm，或者所述激光工作介质为Kr，波 长为248nm，或者所述激光工作介质为Xe，波长为308或351nm。 —种方案，步骤l中该半导体基片为N型半导体基片，与通入的H2混合的另一种 气体是B^e，将N型半导体基片加热至50(TC以下，所述真空条件是真空度为6. 6Pa，混合气 体中B2H6占体积百分比的1% 15%。 另一种方案，步骤1中该半导体基片为P型半导体基片，与通入的H2混合的另一 种气体是^3，中将P型半导体基片加热至500°C以下，所述真空条件是真空度为6. 6Pa，混合气体中PH3占体积百分比的1% 15%。 如图所示，本发明工艺步骤为将半导体基片4放入附图中的载片台5上，关闭真 空室门，通过出气管道7对真空室2抽真空到本底真空度，通过进气管道3对真空室2通入 混合气体，同时调节抽气系统抽气速率，使真空室内压强恒定。同时，利用加热器6对基片 加热。当真空室达到设定压强、半导体基片温度达到设定温度时，将符合要求波长和能量密 度的激光通过透光玻璃窗1照射到半导体基片4上，此时半导体基片4表面温度瞬间升到 120(TC左右，激活了半导体基片4表面的晶格，实现了掺杂气体的掺杂过程，使基片表面形
成超浅结。 实施例1 以156mmX156mmX180iim的N型单晶硅做基片，利用本发明在N型半导体基片上 进行掺杂形成超浅结，以此来进一步阐明本发明。其工艺步骤如下1、将经过清洁处理的N 型硅片放入真空室内的载片台上，硅片正对着透明玻璃窗1。 2、关闭真空室门，对真空室抽 真空达到3.0X10—卞a，同时开启加热器，对基片加热，加热温度为350°C。 3、当真空度达到 本底真空度，加热温度稳定在350°C 10分钟以上，硅片均匀受热后，向真空室内通入流量为 500sccm的B2H6和H2的混合气体，其中B2H6百分含量为5% 。同时调节抽气速率，使真空室 压强恒定。4、开启激光器，使波长为193nm(激光器所用介质为ArF)、能量密度为500mJ，脉 冲为20纳秒的激光束均匀地照射到基片上，使基片瞬间升温至1200°C。激光累计照射15 次，此时晶片表面形成符合要求，深度小于30nm，具有良好的迁移率及低的漏电流的质量良 好的超浅结，工艺过程完成。
实施例2 以156mmX156mmX180iim的P型单晶硅做基片，利用本发明在P型半导体基片 上进行掺杂形成超浅结，以此来进一步阐明本发明。其工艺步骤如下1、将经过清洁处理 的P型硅片放入真空室内的载片台上，硅片正对着透明玻璃窗1。 2、关闭真空室门，对真空 室抽真空达到10Pa，同时开启加热器，对基片加热，加热温度为400°C。 3、当真空度达到本 底真空度，加热温度稳定在40(TC且15分钟以上，硅片均匀受热后，向真空室内通入流量为 300sccm的PH3和H2的混合气体，其中PH3百分含量为8%。同时调节抽气速率，使真空室 压强恒定。4、开启使用连续式激光器照射半导体基片，使波长为248nm(激光器所用介质为 Kr)、能量密度为500mJ的激光束均匀地照射到基片上，连续照射时间为5 50s，使基片瞬 间升温至120(TC，本实施例中，激光与基片之间保持相对运动，其中基片固定，激光扫射速 度范围是15mm/s，当然，也可以使激光器固定，基片移动速度范围是15mm/s，效果相同。此 时晶片表面形成符合要求，深度小于30nm，具有良好的迁移率及低的漏电流的质量良好的 超浅结，工艺过程完成。 当然，以上两个实施例中，也可以使激光工作介质为Xe，波长范围为308或者 351nm，同样能实现发明目的。 本发明提供了一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法的思路及方法，具 体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均 可用现有技术加以实现。
权利要求
一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤(1)，在真空条件下，以通气流量为50～1000sccm的速度通入H2以及另一种气体的混合物，此混合气体于基片晶格活化时掺杂到半导体基片表面；步骤(2)，使用激光照射半导体基片，使半导体基片瞬间温升至1000℃～1400℃，最终半导体基片表面形成超浅结。
2. 根据权利要求1所述的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特征在 于，步骤(2)使用连续式激光器照射半导体基片，连续照射时间为5 50s ;或者使用脉冲 激光器照射半导体基片，累计照射5 20次。
3. 根据权利要求2所述的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特征在 于，步骤(1)所述真空条件是真空度为1000Pa 10X10—卞a的本底真空。
4. 根据权利要求3所述的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特征在 于，步骤(1)中该半导体基片为N型半导体基片，与通入的H2混合的另一种气体是B2He。
5. 根据权利要求4所述的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特征在 于，步骤(1)中将N型半导体基片加热至50(TC以下。
6. 根据权利要求4所述的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特征在 于，步骤(1)所述真空条件是真空度为6. 6Pa，混合气体中B^e占体积百分比的1% 15%。
7. 如权利要求3所述的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特征在于，步骤(1)中该半导体基片为P型半导体基片，与通入的H2混合的另一种气体是ra3。
8. 根据权利要求7所述的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特征在 于，步骤(1)中将P型半导体基片加热至50(TC以下。
9. 根据权利要求7所述的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特征在 于，步骤(1)所述真空条件是真空度为6. 6Pa，混合气体中P^占重量百分比的1% 15%。
10. 根据权利要求4或7所述的一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，其特 征在于，步骤(2)所述激光工作介质为ArF，波长为193nm，或者所述激光工作介质为Kr，波 长为248nm，或者所述激光工作介质为Xe，波长为308或351nm。
全文摘要
本发明公开了一种以激光制备超浅结于半导体基片表面的方法，包括以下步骤在真空条件下，以通气流量为50～1000sccm的速度通入H2以及另一种气体的混合物，此混合气体于基片晶格活化时会掺杂到半导体基片表面；使用激光照射半导体基片，使半导体基片瞬间温升为1000℃～1400℃，最终半导体基片表面形成超浅结，进一步优选地，基片瞬间温升为1200℃。本发明制备超浅结深度可以小于30nm，掺杂浓度视具体要求可调。本发明简化了工序，缩短了工艺时间。其中气体成份可调，有利于根据超浅结用途不同，对掺杂浓度进行调整。对通入气体流量的控制，有利于在真空室内形成均匀气氛，保证制备超浅结的均匀性。
文档编号H01L21/268GK101719464SQ200910235060
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者刘莹, 张宏勇, 郑振生 申请人:江苏华创光电科技有限公司