CN1177201A - 制造半导体器件的方法 - Google Patents
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Abstract
按本发明,在将杂质离子注入衬底之前,通过用其直径和质量皆小于杂质离子注入工艺所用元素的元素进行离子注入,在衬底表面上形成细小龟裂,另外,热处理期间,在杂质离子向外扩散之前,形成于衬底表面上的细小龟裂就已愈合,因而防止了杂质离子向外扩散。
Description
本发明涉及一种制造半导体器件的方法，特别涉及一种在半导体器件中注入杂质离子的方法，该方法可以防止离子注入工艺后的热处理工艺期间注入到衬底中的杂质离子向外扩散。
通常在制造半导体器件时，实际上将N型或P型杂质离子注入到硅晶片中，用以形成N型或P型半导体器件。5价元素P、As和Sb离子主要用作N型杂质离子，3价元素B离子主要用作P型杂质离子。这些元素的质量和直径各不相同。在杂质离子注入过程中，很可能会损伤硅衬底表面。相应的，元素的质量和直径越大越容易损伤衬底表面。在使杂质离子和硅原子共价键合的热处理工艺期间，注入到衬底中的某些杂质离子通过受损伤的衬底表面部分向外扩散，杂质离子的这种损失引起薄层电阻变化，因而降低了器件的电特性。在使用较大质量和直径的元素进行离子注入工艺时，杂质离子发生向外扩散的可能性更大。
图1A和1B是说明把杂质离子注入到半导体器件中的常规方法的器件的剖面图。
参见图1A，利用杂质离子注入工艺向硅衬底1注入砷(As)离子3。在本领域中，砷离子3广泛用作形成N型半导体的杂质离子。由于砷原子质量和直径较大，所以离子注入工艺期间衬底1表面发生龟裂4。因而较严重地损伤了硅衬底1表面。
参见图1B，进行退火工艺，使砷离子3与随机分散于硅衬底1中的硅原子2共价键合。此时，砷离子3与硅原子2共价键合，砷离子3释放出自由电子6，硅衬底1表面的龟裂4愈合。
在砷离子3与硅原子2共价键合时，砷离子3的离子特性消失，从而砷离子变成砷原子态3A。然而，在退火工艺期间，某些砷离子3在龟裂4愈合之前就已通过龟裂4向外扩散。
如上所述，根据现有技术的离子注入方法的缺点在于，损伤硅衬底1的表面，且在退火工艺期间会损失一些砷离子3。所以，注入到衬底中的杂质离子的量与所需杂质的量之间存在差异，这样便会因薄层电阻的变化引一电特性劣化。
因此，本发明的目的在于提供一种将杂质离子注入到半导体器件中的方法，通过在杂质离子注入工艺后的热处理期间阻止注入到衬底中的杂质离子向外扩散，可以提高器件的电特性。
为了实现上述目的，注入杂质离子的方法包括以下步骤：通过第一离子注入工艺在硅衬底表面上形成细小龟裂；通过第二离子注入工艺向硅衬底注入杂质离子；及进行热处理工艺，使注入的杂质离子与分散于硅衬底中的硅原子共价键合。本发明中，第一离子注入工艺所用元素的直径和质量皆小于第二离子注入工艺所用元素。
在阅读了结合附图对实施例的详细说明后，可以理解本发明的目的和优点，各附图中：
图1A和1B是说明将杂质离子注入到半导体器件中的方法的器件剖面图；
图2A至2C是说明根据本发明将杂质离子注入到半导体器件中的方法的器件剖面图。
参见图2A，利用第一离子注入工艺，在硅衬底11中注入氩离子15。由于用20-30Kev这种很低能量的离子注入工艺，所以氩离子15只注入到硅衬底11的表面部分。在氩离子15注入到硅衬底11中时，硅衬底11的表面部分上形成了第一龟裂14A。
参见图2B，利用第二离子注入工艺，将砷(As)离子13注入到硅衬底11中。在砷离子13通过第一龟裂14A注入到硅衬底11中时，硅衬底11中形成第二龟裂14B。
与作为N型杂质元素的砷元素相比，不活泼的氩元素的直径及质量皆较小。因此，第一龟裂14A的尺寸小于第二龟裂14B。
当砷离子13通过第一龟裂14A注入到硅衬底11中时，由于砷离子13的注入造成的影响被细小的第一龟裂14A吸收。因而，减少了硅衬底中晶体损伤。
参见图2C，为使注入的砷离子13与随机分散于硅衬底11中的硅原子12共价键合，进行退火工艺。退火期间，砷离子13与硅原子12共价键合，同时砷离子13释放出自由电子16。另外，硅衬底11表面部分中的氩离子15向外扩散，第一和第二龟裂14A和14B自硅衬底11表面愈合。
同时，由于退火自硅衬底11的表面开始，所以第一细小龟裂14A迅速愈合。因而，由于砷离子13向外扩散的通道被阻断，所以防止了注入的砷离子13向外扩散。另外，在砷离子13与硅原子12共价键合时，砷离子13的离子特性消失，因而砷离子变为砷原子态13A。
虽然本发明实施例说明的制造方法是，在利用砷作5价元素的杂质离子注入工艺之前，通过用直径和质量皆较小于砷的氩进行离子注入，在硅衬底表面上形成细小的龟裂，从而制造N型半导体器件，但本发明并不限于上述实施例。
即，在利用3价元素(如硼)或5价元素(如磷、锑)进行杂质离子注入以制造N型或P型半导体之前，用其直径和质量皆小于杂质离子注入工艺所用的这些元素的元素进行离子注入，从而在衬底表面上形成细小龟裂。
在上述的本发明中，在向衬底注入杂质离子之前，先通过用其直径和质量皆小于杂质离子注入工艺所用元素的元素进行离子注入，在衬底表面上形成细小龟裂。由此，可以减少杂质离子工艺期间对硅衬底的损伤。另外，在热处理中，在杂质离子向外扩散之前，形成于衬底表面上的细小龟裂就已愈合，因而薄层电阻不发生变化，提高了器件的电特性。
尽管上面某种程度上具体说明了优选实施例，但上述说明只是对本发明原理的说明。应该明白，本发明并不限于这里所公开的这些优选实施例。因此，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以做出各种变化，但所有变化皆被包含于本发明的其它实施例中。
Claims (7)
1.一种制造半导体器件的方法，该方法包括以下步骤：
通过第一离子注入工艺在硅衬底表面上形成细小龟裂；
通过第二离子注入工艺在所述硅衬底中注入杂质离子；及
进行热处理，使所述注入的杂质离子与硅原子共价键合。
2.根据权利要求1的制造半导体器件的方法，其特征在于，所述第一离子注入工艺使用氩。
3.根据权利要求1的制造半导体器件的方法，其特征在于，所述第一离子注入工艺用20-30Kev的低能量进行。
4.根据权利要求1的制造半导体器件的方法，其特征在于，所述第一离子注入工艺使用其直径和质量皆小于所述第二离子注入工艺所用元素的元素。
5.根据权利要求1的制造半导体器件的方法，其特征在于，所述第二离子注入工艺使用3价元素。
6.根据权利要求1的制造半导体器件的方法，其特征在于，所述第二离子注入工艺使用5价元素。
7.根据权利要求1的制造半导体器件的方法，其特征在于，所述第二离子注入工艺使用砷。
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