本发明涉及一种半导体工艺中的热扩散掺杂技术，具体的是涉及半导体工艺中一种浅pn结扩散技术。
背景技术：
随着集成电子技术的不断进步，芯片的特征尺寸不断的减小，从而面临着不少挑战，其中之一是浅pn结的掺杂技术。如深亚微米金属氧化物半导体器件中源/漏区，特别是源漏延伸区的结深要求随着栅长的缩减而不断地减小以抑制逐渐增强的短沟道效应，同时相应的表面浓度随之增加以减小源/漏区串联电阻来提高电路速度。正如国际半导体协会(sia)的超大规模集成电路发展要求书(roadmap)中规定：技术水准为130nm，特征尺寸100nm的金属氧化物半导体器件中源/漏延伸区的结深应为30-50nm,否则不能正常工作。按等比例缩小原则，0.18μm工艺超浅结深约为54±18nm，0.1μm工艺为30±10nm，随着特征栅长的减小，对源/漏延伸区的工艺要求更加严格，如何制备结深很浅的源/漏延伸区成为其工艺技术中的一个重要问题。除集成电路器件之外，其它双极型和mos分立器件也有根据不同的特殊性能要求，需要结深很浅的结构，如何制备浅pn结(以下简称浅结，且pn结结深xpn小于0.1μm）己成为半导体工艺技术的一个重要的问题。
技术实现要素：
本发明的任务是提供半导体工艺中一种浅pn结形成技术--即浅pn结扩散技术,本发明的任务是通过如下技术方案来完成的:所述的浅pn结扩散技术结合常规设备和工艺，采用先制备一层滿足一定厚度的薄二氧化硅阻挡层，再进行硼、磷等的扩散以形成浅pn结;所述的浅pn结扩散技术具体如下:
(a)、设计得到浅pn结结深的二氧化硅阻挡层厚度xmin,
(b)、要形成浅pn结的硅片上先生成符合(a)所要求的一层厚度为xmin的二氧化硅层后和固态扩散杂质源片(即si片和bn片)相间放在石英舟上，放入石英管炉口通n2预烘30分，后推入扩散炉恒温区，恒温时以垂直流方式通n2：o2=8.8：1.8气氛，在石英管进气端加上石英散流板避免气流喷射，能均匀地进入扩散区，例行地在石英舟两头放1-2片假片,气流流量参照re＝（d－μρ）/w≤15估算，式中：re为雷诺系数；d为石英管直径；μ为气体流平均流速；ρ为气体密度；w为气体粘滞系数。
与现有技术比较：即利用光刻氧化层窗口后再进行传统热扩散技术很难形成结深小于0.1μm，并且表面是高掺杂浓度的浅结；用先进的离子注入掺杂技术(pd)和激光诱导掺杂技术及快速气相掺杂技术不仅很难，且设备及工艺也很复杂。本发明提出利用增加一层适当厚度的二氧化硅阻挡层进行硼、磷等杂质的热扩散形成浅结一种新技术。本发明通过扩散理论机理探索，结合多次试验实践，提出和设计增加一层阻挡层薄膜的浅结扩散工艺技术，工艺上容易操作、产能大，优化了器件中形成浅pn结工艺技术。它具有与离子注入掺杂技术和激光诱导掺杂技术及快速气相扩散技术相比仅需增加一次高温氧化过程、设备与工艺简单、高温时间短、离子沾污少、晶格完整性好以及适用性广等优点。本发明利用增加一薄的二氧化硅阻挡层再进行硼、磷等杂质的热扩散形成浅pn结一种新技术，其特征在于结合常规设备和工艺，经固体热扩散理论估算和大量工艺试验的设计思路，采用改进的热扩散技术用于半导体工艺中以制备浅pn结扩散层，解决了一般在光刻图形窗口后用直接热扩散工艺技术难以形成浅pn结的工艺问题，本技术不必改动常规传统设备，工艺容易操作，产能大，成本低，实现了浅结技术优化，本发明在4英寸半导体工艺线上已获得成功应用，也可以推广应用在其它硅集成电路、分立器件的生产线上。
本发明具有如下的优点：
1、可适用所有的热扩散方法制备的浅结p+n结或n+p结层。
2、本发明工艺上容易操作，装片量大，高产量，生产效率高，成本低。
3、所制备浅结，重复性好。可适用于双极性工艺为基础的cmos集成电路和其它需要有浅pn结的双极型半导体集成电路及分立器件工艺线上，应用灵活。
附图说明
图1为氧化炉设备;
图2为本发明用的扩散炉设备。
具体实施方式
以下结合附图的具体实施例对本发明进一步说明。（但不是对本发明的限制）。
本发明结合常规设备和工艺，经固态热扩散理论估算和大量工艺试验的设计思路，采用在一般规范工艺线上所使用的热氧化方法或其它常规的工艺方法，先制备一层滿足一定厚度的薄二氧化硅阻挡层，再进行硼、磷等的扩散以形成浅pn结(p+n结或n+p)。解决了一般在光刻图形窗口后用直接热扩散工艺技术难以形成浅pn结的工艺问题，本发明在4英寸半导体工艺线上已获得成功应用。
本发明的扩散技术具体如下:
1)保证略大于浅结结深的氧化层厚度的工艺条件中扩散时间为t+△t，即中的热扩散时间t加
2)制备好满足上述厚度要求的氧化硅阻挡层的硅片(即半成品硅片)扩散时和片状杂质源相间在石英舟中装片后放入石英管炉口通n2预烘30分，恒温时以垂直流方式通n2：o2=8.8：1.8气氛，为了改善气流均匀性在石英管进气端加上石英散流板避免气流喷射，能均匀地进入扩散区，此外，例行地在石英舟两头放1到2片假片（即不做正片的可多次使用的硅园片）。气流流量参照re＝（d－μρ）/w≤15估算，式中：re为雷诺系数；d为石英管直径；μ为气体流平均流速；ρ为气体密度；w为气体粘滞系数，（上述数据可具体查阅相关半导体工艺手册）。其余，采用通用的工艺条件和工艺参数（这是一般通用的半导体工艺常识，此处省略）。
根据上述要点便可使之成为可推广运用的一种浅pn结扩散技术。
本发明主要是根据常用的硅半导体掺杂杂质在二氧化硅中扩散系数远远小于在硅中的扩散系数，同时在硅和二氧化硅界面上存在杂质分凝现象，在表面处不存在较平滑的高浓度杂质分布，即可以在硅表面获得近似于指数函数杂质浓度分布且结深度很小的掺杂层。
根据上述思路改进扩散技术，只要设计好能保证得到浅结结深的二氧化硅阻挡层厚度xmin,并按下式计算：
热氧化、扩散系统设备示意图如附图1所示：扩散炉为三区控温，精度为±0.5℃。热扩散工艺目的是经高温热处理达到预定的杂质浓度分布，其表征为可直接测量的薄层电阻和结深，对一定的扩散方法为了得到所需的薄层电阻和结深，主要决定于扩散工艺条件：扩散温度、时间和保护气氛及流量。经理论估算和大量工艺试验确定工艺条件后，在批量生产中加以严格控制执行。
本发明技术实施中使用如图1的硅片在氧化炉中通入含高纯氧气的气体在高温中使硅片表面氧化的工艺(即常规热氧化工艺)在在需生成浅结的晶片(半成品硅片)上生成一层二氧化硅层厚度为xmin,如180nm，（是常规工艺具体过程省略）。硼扩散采用气--固扩散(即固态杂质扩散源如氮化硼等在高纯惰性气体气氛保护中进行杂质热扩散，详情参看一般半导体工艺手册)，如图2。
片状源采用市售光谱纯氮化硼(或硼微晶玻璃pwb)即图中bn片，在石英舟中相间装片放入石英管炉口通n2预烘30分，炉温调节在350℃。预烘后用3分钟慢慢推进炉中恒温区，垂直流方式通n2然后以5℃/分速率升温达到所需恒温温度（如1180℃）恒温65min(即t+△t)，然后以5℃/分速率降温到350℃，再用3分钟推出石英舟。把硅园片放在10：1的hf溶液漂洗即可完成浅结扩散，其表面浓度稳定在1017/cm3附近，结深≥60nm，相对偏差＜5％；同炉片间的相对偏差＜5％，不同批间之间相对偏差＜10％。（从上可从看出具有这样表面硼杂质浓度的浅pn结层，用常规的杂质热扩散法是难以实现的。）满足量产工艺线产品对工艺偏差和重复性的要求。本技术己实现在本单位量产的分立器件工艺线上稳定运用。