[发明专利]半导体器件制备过程中的杂质扩散工艺

说明书

本发明公开了一种半导体器件制备过程中的杂质扩散工艺，属于半导体器件制备技术领域。该工艺先进行杂质预淀积过程，然后将扩散炉在氮气和氧气的混合气氛下以5℃/min的速率升温至再扩散温度T2；进行杂质再扩散，最后将扩散炉在5slm氮气气氛下以3℃/min的速率降温至600℃以下，取出硅片后自然降温。本发明将杂质预淀积和扩散工艺在炉内一次完成，避免重复升降温对产品参数及性能的影响，同时缩短大量的工艺时间。

技术领域

本发明涉及半导体器件制备技术领域，具体涉及一种半导体器件制备过程中的杂质扩散工艺。

背景技术

扩散工艺是将一定数量的某种杂质掺入到半导体材料(如硅晶体)中，以改变其电学性质，并使掺入的杂质数量、分布形式和深度等都满足要求，从而形成器件功能。目前常用的是采用预淀积加再扩散的工艺制备方法，也是目前在半导体扩散工艺中应用最广的制备方法。预淀积是在高温下，将含有所需杂质的气体通过硅片表面，使杂质从化合物中分解出来，这些杂质集中在硅面表面较薄的一层中，具体工艺曲线如图1所示。第二步是再扩散，也称推进扩散，其目的是使预淀积所获得的杂质在扩散作用下推向硅片体内，通过调整温度、时间、气氛等条件变化来控制其杂质的浓度分布及深度(结深)，以满足器件的需要，具体工艺曲线如图2所示。由于其工艺较简单，且很容易对扩散参数(如杂质浓度、结深等)进行计算和控制，预淀积加再扩散的扩散工艺在半导体芯片制备中得到了大量的应用。但这方法也存在一些不足，主要有三点：一是工艺时间较长，以基区扩散工艺为例，方阻达到5Ω/□,结深在10μm左右，整体工艺时间会达到十小时以上，时间较长影响产能和进度，其带来的工艺偏差也较大；其次是升降温较多，频繁的升降温会造成杂质扩散尖峰的增多，造成结特性的变差，甚至器件失效；另外分成若干步骤后，在外部停留时间较长，易引进沾污问题，即使进行清洗操作，也会带来表面漏电等问题，影响芯片的参数和性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体器件制备过程中的杂质扩散工艺，其为现有预淀积和再扩散的优化工艺，将扩散工艺一次完成，避免重复升降温对产品参数及性能的影响，同时缩短大量的工艺时间。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种半导体器件制备过程中的杂质扩散工艺，该工艺是在扩散炉内将P或B杂质掺入硅片中，P杂质的掺杂源为三氯氧磷(POCl₃)，B杂质的掺杂源为掺有B的乳胶源；该工艺包括如下步骤：

(1)入炉前准备：

扩散炉加热到850℃，待用；硅片进行清洗，如掺入的为B杂质，则将掺有B的乳胶源旋涂在清洗后的硅片上；

(2)一次升温：

将经步骤(1)处理后的硅片摆入石英舟中，并一同置于扩散炉炉管中；炉内通入流量为5slm氮气，并以5℃/min的速率将扩散炉升温至预淀积温度T1；

(3)杂质预淀积：

进行P杂质预淀积时：在流量为0.5slm的氧气气氛下进行；进行P杂质预淀积时：先通入流量5slm的氧气并保持5min，然后在流量5slm氮气条件下通入POCl₃和氧气的混合气体，混合气体中POCl₃的流量为0.5slm、氧气的流量为0.5slm；达到P杂质或B杂质预淀积的设定时间后，炉内通入5slm流量的氧气并保持一段时间；

(4)二次升温：

将扩散炉在氮气和氧气的混合气氛下以5℃/min的速率升温至再扩散温度T2；该步骤混合气氛中的氮气流量为5slm，氧气流量为0.5slm；

(5)杂质再扩散：

在氧气或者氧气与氢气的混合气氛下进行杂质再扩散过程；单一气氛时氧气流量为5slm；混合气氛时氧气流量为5slm，氢气流量为6slm；

(6)降温：