一种高浓度n型浅结的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种制备高浓度N型浅结的方法。
【背景技术】
[0002]随着电子设备的广泛应用，半导体制造工艺得到了飞速发展。在半导体制造工艺过程中，经常需要进行掺杂工艺以形成P型区或N型区。掺杂主要有热扩散和离子注入这两种方法。热扩散工艺是在一定温度条件下，先在衬底表面先预淀积一层掺杂剂，接着是推进氧化工艺，在高温条件下，杂质原子向衬底扩散推进，从而形成高浓度的掺杂区。热扩散工艺在形成高浓度的掺杂区的工艺中有明显优势。
[0003]但是，在制备N型掺杂区工艺中，预淀积与氧化推进工艺中在相同条件下同时完成的，预淀积的同时在表面也会被氧化，形成一层表面氧化阻挡层，能一定程度上阻挡后继杂质的渗入，从而使得最终的掺杂区域N型杂质浓度偏低。
[0004]因此，对于N型浅结的形成，需要开发一种能够防止N型杂质浓度偏低的方法。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是提供一种高浓度N型浅结的制备方法，以避免最终的N型掺杂区域的杂质浓度偏低。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供一种高浓度N型浅结的制备方法，其包括:
[0007]步骤SI，采用N型掺杂剂对半导体衬底进行第一次扩散掺杂，其工艺条件包括:掺杂温度为600-1200°C，优选800-1000 °C，更优选850-980 °C;掺杂时间至少3分钟，优选5_20分钟，更优选10-15分钟；
[0008]步骤S2，用洗涤液对步骤SI得到的掺杂后的半导体衬底进行洗涤；
[0009]步骤S3，将洗涤后的半导体衬底进行第二次扩散掺杂，工艺条件包括:掺杂温度为600-1200°C，优选800-1000°C，更优选850_980°C ;掺杂时间至少3分钟，优选5_20分钟，更优选10-15分钟；和
[0010]步骤S4，用洗涤液对步骤S3得到的衬底进行洗涤。
[0011]在【具体实施方式】中，所述方法进一步包括:
[0012]步骤S5，将洗涤后的半导体衬底进行第三次扩散掺杂，其工艺条件包括:掺杂温度为600-1200°C，优选800-1000°C，更优选850_980°C ;掺杂时间至少3分钟，优选5_20分钟，更优选10-15分钟；和
[0013]步骤S6，用洗涤液对步骤S5得到的半导体衬底进行洗涤。
[0014]优选地，在上述扩散掺杂的过程中，N型掺杂剂与氧气以及惰性气体混合使用。
[0015]优选地，在步骤SI中，所述第一次扩散掺杂的工艺条件是温度为800-1150°C、时间为5-20分钟；优选地，氮气流量15-25SLM，氧气流量0.5-5SLM，三氯氧磷载气流量0.5-5SLM。在一个实施例中，所述第一次扩散掺杂的掺杂温度为950°C，掺杂时间为14分钟。
[0016]优选地，在步骤S3中，所述第二次扩散掺杂的工艺条件是温度为800-1150°C、时间为5-20分钟；优选地，氮气流量15-25SLM，氧气流量0.5-5SLM，三氯氧磷载气流量为0.5-5SLM。在一个实施例中，所述第二次扩散掺杂的掺杂温度为950°C，掺杂时间为14分钟。
[0017]优选地，在步骤S5中，所述第三次扩散掺杂的工艺条件为温度为800-1150°C、时间为5-20分钟；优选地，氮气流量15-25SLM，氧气流量0.5-5SLM，三氯氧磷载气流量0.5-5SLM。在一个实施例中，所述第三次扩散掺杂的掺杂温度为950°C，掺杂时间为14分钟。
[0018]在上述技术方案中，所述半导体衬底的材料选自硅和锗中的至少一种，优选硅，更优选单晶硅、多晶硅及其外延层、非晶硅中的至少一种。
[0019]在上述技术方案中，所述N型掺杂剂选自含第五主族元素的化合物，例如含磷的化合物、含砷的化合物、含锑的化合物以及含鉍的化合物。在一个实施方式中，所述N型掺杂剂为含磷的化合物，优选三氯氧磷、磷烷、磷酸中的至少一种所述含磷的化合物可以是气态、液态或固态的。在一个具体实施例中，所述N型掺杂剂为液态磷源，优选三氯氧磷。
[0020]所述N型掺杂剂可以在惰性气体稀释的情况下使用。在本发明中，所述惰性气体是指对N型掺杂剂以及半导体衬底不发生反应的气体，例如氮气或稀有气体。
[0021]在一个【具体实施方式】中，在步骤SI中，通入载气携带的三氯氧磷与氧气，对半导体衬底进行第一次掺杂。所述载气优选氮气。在上述实施方式中，三氯氧磷的通入量为0.5-5SLM (载气流量)，氧气的通入量为0.5-5SLM。
[0022]在上述技术方案中，所述洗涤液可以是酸液，例如氢氟酸、硝酸、盐酸、硫酸、磷酸或其任意组合，优选氢氟酸。所述洗涤液还可以是碱液，优选氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。在步骤S2、S4和S6中所使用的洗涤液可以是相同的，也可以是不同的。
[0023]第一次掺杂、第二次掺杂以及第三次掺杂均可在常压立式炉或卧式炉中进行。
[0024]在一个【具体实施方式】中，第一次扩散掺杂后，掺杂层的厚度为0.3-1微米。
[0025]在一个【具体实施方式】中，第二次扩散掺杂后，掺杂层的厚度为0.6-10微米。
[0026]在一个【具体实施方式】中，最终制得的N型浅结的方块电阻为0.5-50ohms/sq。
[0027]在一个【具体实施方式】中，最终制得的N型浅结的结深为0.5-10微米。
[0028]如本文所使用的，“SLM”是standard litre per minute的缩写，意思是标准状态下lL/min的流量。
[0029]采用本发明提供的高浓度N型浅结的制备方法能在更短的掺杂时间内得到相同甚至更小方块电阻的N型掺杂区域，或是方块电阻相同但结深更小的N型掺杂区域。
【附图说明】
图1是根据实施例1制备的N型浅结的载流子浓度-结深测量曲线图；
图2是根据对比例I制备的N型浅结的载流子浓度-结深测量曲线图。
其中，图1、图2中角标里的“de”即为实例中的酸洗“deglaze”的简写。
【具体实施方式】
[0030]下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述，但并不构成对本发明的任何限制O
[0031]实施例1
[0032]在常压立式炉中对单晶硅进行磷扩掺杂，硅衬底采用1-999Ω.m的P型片，工艺条件为:掺杂温度970°C，氮气流量22SLM，氧气1.2SLM，三氯氧磷载气流量2.0SLM，以通源时间14分钟进炉第一次掺杂，出炉后在槽式湿刻机(或滚筒式湿刻机)中采用DHF(HF = H2O=1:10)酸洗(deglaZe)2分钟，去除表面氧化层，再回炉以相同工艺条件进行第二次掺杂，出炉后再以相同条件进行第二次酸洗去除表面氧化层。这样经过两次掺杂后，再用四探针测量方块电阻，测量的方阻约为9.lohms/sq,通过SRP扩展电阻测量可得，结深约0.9微米，测量曲线如图1所示。
[0033]对比例I
[0034]在常压立式炉中对单晶硅进行磷扩掺杂，硅衬底采用1-999Ω.m的P型片，工艺条件为:掺杂温度970°C，氮气流量22SLM，氧气1.2SLM，三氯氧磷载气流量2.0SLM，以通源时间30分钟进炉一次掺杂，出炉后在槽式湿刻机(或滚筒式湿刻机)中采用DHF(HF = H2O =1:10)酸洗(deglaze)2分钟，再用四探针测量方块电阻，测量得方阻约为9.14ohms/sq，通过SRP扩展电阻测量可得，结深约1.6微米，测量曲线如图2所示。
[0035]图1、图2中角标里的“de”即为实例中的酸洗“deglaze”的简写。
[0036]通过实施例和对比例的对比可知，按本发明的方法进行掺杂可以在相同结深时得到更小的方阻(即更高的掺杂浓度)。同样的，获得相同方阻时，可以得到更小的结深。
【主权项】
1.一种制备高浓度N型浅结的方法，包括: 步骤SI，采用N型掺杂剂对半导体衬底进行第一次扩散掺杂，其工艺条件包括:掺杂温度为600-1200°C，掺杂时间为3-10分钟； 步骤S2，用洗涤液对步骤SI得到的掺杂后的半导体衬底进行洗涤； 步骤S3，将洗涤后的半导体衬底进行第二次扩散掺杂，工艺条件包括:掺杂温度为600-1200°C，掺杂时间为至少3分钟；以及 步骤S4，用洗涤液对步骤S3得到的衬底进行洗涤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括: 步骤S5，将洗涤后的半导体衬底进行第三次扩散掺杂，其工艺条件包括:掺杂温度为600-1200°C ;掺杂时间为至少3分钟；以及 步骤S6，用洗涤液对步骤S5得到的半导体衬底进行洗涤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底的材料选自硅和锗中的至少一种，优选单晶硅、多晶硅及其外延层、非晶硅中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述N型掺杂剂选自含第五主族元素的化合物，优选含磷的化合物，更优选三氯氧磷、磷烷、磷酸中的至少一种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述洗涤液选自酸液或碱液。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述酸液选自氢氟酸、硝酸、硫酸、磷酸或其任意组合；所述碱液选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液或其任意组合。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，第一次扩散掺杂后，掺杂层的厚度为0.3-1微米。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，第二次扩散掺杂后，掺杂层的厚度为0.6-10微米。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所制得的N型浅结的方块电阻为 0.5_50ohms/sq。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所制得的N型浅结的结深为0.6-10微米。
【专利摘要】本发明涉及一种高浓度N型浅结的制备方法，包括：步骤S1，采用N型掺杂剂对半导体衬底进行第一次扩散掺杂，其工艺条件包括：掺杂温度为600-1200℃，掺杂时间为3-10分钟；步骤S2，用洗涤液对步骤S1得到的掺杂后的半导体衬底进行洗涤；步骤S3，将洗涤后的半导体衬底进行第二次扩散掺杂，工艺条件包括：掺杂温度为600-1200℃，掺杂时间为至少3分钟；以及步骤S4，用洗涤液对步骤S3得到的衬底进行洗涤。采用本发明提供的高浓度N型浅结的制备方法能在更短的掺杂时间内得到相同甚至更小方块电阻的N型掺杂区域，或是方块电阻相同但结深更小的N型掺杂区域。
【IPC分类】H01L21-223, H01L21-18
【公开号】CN104867820
【申请号】CN201510181166
【发明人】孙小虎, 周飞宇, 刘根
【申请人】株洲南车时代电气股份有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月16日