专利名称：降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺，特别是涉及一种外延工艺。
背景技术：
外延就是在单晶衬底上淀积一层单晶层，新淀积的这一层称为外延层。外延工艺分为同质外延和异质外延两种。同质外延就是外延层和衬底材料相同，例如在硅衬底上外延硅。异质外延就是外延层和衬底材料不一致，例如在硅衬底上外延氧化铝。外延工艺在双极器件、CMOS、硅基BiCMOS、锗硅BiCMOS和B⑶等器件制造中有着广泛的应用。请参阅图1，这是有埋层的衬底进行外延生长工艺后的硅片剖面示意图。硅衬底 10中具有埋层11，在硅衬底10表面通过外延工艺生长一层外延层20，外延层20例如是单晶娃。在外延生长过程中，可能会产生自掺杂和/或外扩散现象。自掺杂现象是指衬底中的杂质由于蒸发或受外延工艺影响而进入外延反应的气体中，从而导致外延层的掺杂不均勻。外扩散现象是指衬底中的杂质扩散到外延层，从而导致外延层的掺杂不均勻。自掺杂和/或外扩散现象会对载流子的分布、电阻率大小及均勻性、器件的最终性能造成很大的不良影响。为了抑制自掺杂和外扩散，目前采用的手段是在外延过程中精确而细微地调节工艺参数，例如反应时间、温度、气体流量等，从而尽量保证外延层的均勻性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新的外延工艺，可以尽可能抑制有埋层的衬底进行外延工艺时自掺杂和外扩散所带来的不利影响。为解决上述技术问题，本发明降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法为在外延工艺之前，通过离子注入工艺在衬底中形成阻挡层，阻挡层的上表面与埋层的上表面为同
一高度或更高。所述阻挡层是在衬底中注入碳或氟而形成的。本发明可以显著降低衬底中有埋层的情况下进行外延工艺时，自掺杂和外扩散对外延层生长所带来的不利影响。
图1是有埋层的衬底进行外延生长工艺后的硅片剖面示意图；图加 图池是本发明衬底中埋层与阻挡层的深度示意图。图中附图标记说明10-硅衬底；11-埋层；12-阻挡层；20-外延层。
具体实施例方式本发明适用于衬底中有埋层的情况下进行外延生长的情形。衬底中的埋层是通过离子注入工艺在衬底中注入P型或η型元素而形成的。常用的P型元素例如硼(B)。常用的η型元素例如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。本发明在衬底中通过离子注入工艺注入碳(C)、 氟(F)等元素，从而在衬底中形成阻挡层。阻挡层元素可以抑制埋层元素的外扩散，从而降低了埋层元素对外延工艺的自掺杂和外扩散影响。在进行外延工艺之前，衬底中已经通过离子注入工艺形成埋层。本发明用于形成阻挡层的离子注入工艺可以在用于形成埋层的离子注入工艺之前、之后或同时进行，但必须要在外延工艺之前。阻挡层中的掺杂浓度可以比埋层中的掺杂浓度更大、更小或相等。阻挡层的上表面与埋层的上表面为同一高度或更高，具体包括以下两种情形第1种，阻挡层整体在埋层的上方，两者没有交集。例如图加所示，硅衬底10中具有埋层11和阻挡层12，硅衬底10之上具有外延层 20。其中阻挡层12的上表面和下表面均在埋层11的上表面之上。又如图2b所示，阻挡层12的下表面与埋层11的上表面为同一高度。第2种，阻挡层与埋层有交集。例如图2c所示，阻挡层12的上表面在埋层11的上表面之上，阻挡层12的下表面在埋层11的上表面与下表面之间。又如图2d所示，阻挡层12的上表面在埋层11的上表面之上，阻挡层12的下表面与埋层11的下表面为同一高度。又如图2e所示，阻挡层12的上表面在埋层11的上表面之上，阻挡层12的下表面在埋层11的下表面之下。又如图2f所示，阻挡层12的上表面与埋层11的上表面为同一高度，阻挡层12的下表面在埋层11的上表面与下表面之间。又如图2g所示，阻挡层12的上表面与埋层11的上表面为同一高度，阻挡层12的下表面与埋层11的下表面为同一高度。又如图池所示，阻挡层12的上表面与埋层11的上表面为同一高度，阻挡层12的下表面在埋层11的下表面之下。下面以一个具体的实施例介绍一下衬底中形成埋层、阻挡层以及进行外延生长所需的工艺步骤第1步，在硅衬底上淀积或热氧化生长一层二氧化硅，作为离子注入掩蔽层。第2步，在所述离子注入掩蔽层(二氧化硅)之上旋涂光刻胶、经过曝光、显影之后，去除部分光刻胶形成离子注入窗口。第3步，在所述离子注入窗口中进行ρ型或η型杂质的离子注入，从而在硅衬底中形成埋层。在离子注入形成埋层之前、之后或同时，也在所述离子注入窗口中进行碳或氟的离子注入，从而在硅衬底中形成阻挡层。或者阻挡层的上表面与埋层的上表面为同一高度， 或者阻挡层的上表面高于埋层的上表面。第4步，去除硅片表面的光刻胶以及所述离子注入掩蔽层(二氧化硅)。第5步，进行高温炉退火或快速热退火工艺，这一步会在硅衬底上表面形成二氧化硅。
第6步，去除第5步所形成的二氧化硅，并进行外延生长工艺由于在外延工艺之前增加了在衬底中离子注入形成阻挡层的工艺步骤，该阻挡层可以降低埋层杂质在外延工艺中的外扩散或自掺杂现象，从而有效提高了外延工艺的质量。
权利要求
1.一种降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，其特征是，在外延工艺之前，通过离子注入工艺在衬底中形成阻挡层，阻挡层的上表面与埋层的上表面为同一高度或更高。
2.根据权利要求1所述的降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，其特征是，所述阻挡层是在衬底中注入碳或氟而形成的。
3.根据权利要求1所述的降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，其特征是，所述埋层是在衬底中注入η型杂质或ρ型杂质而形成的。
4.根据权利要求3所述的降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，其特征是，所述η型杂质为磷、砷、锑中的一种或多种。
5.据权利要求3所述的降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，其特征是，所述ρ型杂质为硼。
6.根据权利要求1所述的降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，其特征是，所述阻挡层在埋层的上方，所述阻挡层与埋层之间没有交集。
7.根据权利要求1所述的降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，其特征是，所述阻挡层与埋层有交集。
8.根据权利要求2或3所述的降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，其特征是，形成阻挡层的离子注入工艺在形成埋层的离子注入工艺之前、之后或同时进行。
9.根据权利要求2或3所述的降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，其特征是，所述阻挡层的掺杂浓度比埋层的掺杂浓度更大、更小或相等。
全文摘要
本发明公开了一种降低外延工艺中自掺杂与外扩散的方法，在外延工艺之前，通过离子注入工艺在衬底中形成阻挡层，阻挡层的上表面与埋层的上表面为同一高度或更高。本发明可以显著降低衬底中有埋层的情况下进行外延工艺时，自掺杂和外扩散对外延层生长所带来的不利影响。
文档编号H01L21/20GK102376548SQ20101026520
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者缪燕, 谢烜 申请人:上海华虹Nec电子有限公司