TW399269B - Method for forming shallow junctions in semiconductor wafers using controlled, low level oxygen ambients during annealing - Google Patents
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Description
經濟部中央標準局只工消費合作社印製 A7 _ _B7 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明係有關於在半導體晶圓中形成淺接合的方法， 其藉由在摻雜材料的離子植入後施以熱處理，以活化摻雜 材料，更特定的係有關在熱處理的過程中，藉由控制熱處 理室內的氧氣濃度，以減緩摻雜材料的擴散。 發明背景 離子植入係一標準化技術，用以將可變導電性的摻雜 材料施加致半導體晶圓中。在一習知的離子植入系統中， 離子源將期望的摻雜材料離子化，並將離子加速而形成具 有指定能量的離子束，且離子束導向晶圓表面。離子束中 的高能離子穿透半導體材料體中，並嵌入半導體材料的晶 格中。離子植入後，將半導體退火，以活化摻雜材料。退 火程序包括將半導體晶圓在指定的時間中，加熱於一指定 的溫度。 半導體產業的趨勢是朝向小型、高速的裝置。特別是 ，將半導體裝置的橫向尺寸及深度皆縮小。半導體裝置之 技術狀態需要小於1 0 0 0埃的接合深度，且最終需要小 至2 0 0埃或更小的等級。 摻雜材料的植入深度由植入之離子的能量來決定。淺 接合須以低植入能量來獲得。然而’用以活化植入摻雜材 料的退火程序使得摻雜材料從植入區擴散至半導體晶圓。 擴散的結果是退火程序增加了接合的深度。爲了避免退火 所造成之接合深度的增加，可降低植入能量，使得退火後 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨Ο X 297公釐） -4 - _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 線 經濟部中央標準局員工消费合作.lh印製 A 7 _____B7 五、發明説明（2 ) 獲得期望的接合深度。除了在極淺的接合之外，此方法提 供了令人滿意的結果。因退火使摻雜材料擴散，而以減少 植入能量的方式來獲得接合深度的方法已到達了極限。此 外，在很低的植入能量下，離子植入的操作一般而言會效 率不高。 可使用快速熱處理以將退火所造成的擴散最小化。然 而，退火製程的明顯改變，如減少退火溫度，會降低之摻 雜材料的量，因此反而對半導體裝置的操作特性造成不利 的影響。 目前之低能硼離子植入的技術狀況，係在典型的 1 0 5 0 °C下退火，以達到良好的電子活性，並提供超過 1 0 5 0埃的接合深度。習知技術中，嘗試減少低能硼植 入的接合深度，並獲致有限的成功。已提出瞬間增進擴散 的程序以說明達成超淺接合的困難性，其中矽空隙增進了 硼的擴散。例如，參考M.I. Current等人的，> 20 da eV ( 200Ev ) to lOKeV Boron Implantation and Rapid Thermal Annealing of Si ( 100) : A SIMS and TEM Study" ,4,h I n t e r n a丨W o r k.s h o p - M e a s.，超淺摻雜圖形的特性及曲線， 1997年4月，第41 . 1到第41 . 12頁及E.J. Η.
Collart 等人的'(1!1!3 1-3(：【61」乙31^〇11〇1:]^〇评£116犷27(10〇6\^-lOKeV) Boron Ion Implantation ^ , 4lh Internal Workshop-Meas.，超淺摻雜圖形的特性及曲線，1 9 9 7年4月，第 6 . 1到第6 . 9頁。 A. Agarwal 等人在免 Boron Enhanced Diffusion of i丨裝------訂-----線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） -5- A7 A7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 __B7 五、發明説明（3 )
Boron: The Limiting Factor for Ultra-Shallow junctions v' , IEDM 97，1997，第 467 — 470 頁，發表 了對於以低於1 K e V的能量，在1 〇 5 0 °C退火1 0秒 之硼離子植入而言，硼增進擴散（B E D )係產生淺接合 的限制因子。且不論硼離子的能量多低，即使是以1 e V 的分子束做取向附生層積，接合深度大於1 〇 〇 〇埃。報 告中並指出，硼增進擴散係由形成硼化矽層所造成，其將 間隙物注入矽中並驅動此增進擴散。硼增進擴散爲製造硼 淺接合的限制因子。 就申請人所知，無習知的技術可提供滿意的製程來製 造具有選擇性接合深度及薄電阻的超淺接合，尤其是無法 簡單的由降低植入能量來獲得所需的接合深度。據此，需 要在半導體晶圓中製造超淺接合的改良方法以及藉由熱處 理在半導體中活化植入之摻雜材料的改良方法。 發明槪要 依據本發明第一觀點，提供一種用以在半導體中製造 淺接合方法。此方法包步驟：將摻雜材料植入半導體晶圓 ;在選定的溫度及時間下，在熱處理室中對半導體晶圓施 以熱處理，以活化摻雜的材料，且在活化摻雜材料的步驟 中，控制熱處理室中的氧氣濃度。氧氣濃度控制於或接近 於一選定的位準，該選定的位準小於當熱處理室中充滿處 理氣體時的典型背景位準。 對於植入B '或B F 2 4離子之半導體晶圓，熱處理室 ---- ---- 表紙張尺度適用中國國家標率（CNS > Λ4规格（2IOX297公雄.） -6 - Γ — ^------ΐτ-----^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消#合作社印製 A7 B7五、發明説明（4 ) 中的氧氣濃度較佳的係控制於或接近於選定的位準，其範 圍約爲3 0至3 0 0 P pm。更佳的是將氧氣濃度的範圍 控制於或接近於範圍約爲3 0至4 0 P P m的選定位準。 可藉由淸靜或真空幫浦，將氧氣濃度降低至一期望的 位準以下，接著加入一控制的氧氣量以達到所選定的氧氣 濃度位準，來控制氧氣濃度。另一方法中，可回充包含有 氧氣的處理氣體至熱處理室，其中該氧氣具有選定的濃度 位準。此外，可使用任何適當的氣體控制技術來建立並控 制選定的氧氣位準。 本發明的程序可有效的使用於低能硼植入以產生小於 1 0 0 0埃之淺接合深度。 依據本發明的另一觀點，提供一種在半導體晶圓中形 成淺接合的方法。此方法包括步驟：將摻雜材料植入半導 體晶圓；在選定的溫度及時間下，在熱處理室中對半導體 晶圓施以熱處理，以活化摻雜的材料，且在活化摻雜材料 的步驟中，控制熱處理室中的氧氣濃度。氧氣濃度控制於 或接近於一選定之小於1 〇 〇 〇 p pm的位準。 依據本發明的另一觀點，提供一種在半導體晶圓中活 化摻雜材料的另一方法。半導體晶圓在選定的溫度及時間 下’在熱處理室中被施以退火。在退火過程中，控制熱處 理室中的氧氣濃度，使其位於或接近於一選定的位準，該 選定的位準小於當熱處理室中充滿處理氣體時的典型背景 位準。 依據本發明的另—觀點，提供一種半導體晶圓的熱處 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 .線 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐] 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 _ B7 五、發明説明（5 ) 理方法。具有植入摻雜材料的半導體晶圓置放於熱處理室 中。將熱處理室中的氧氣濃度降至零或接近於零的位準。 接著，將氧氣以一選定的濃度位準加入熱處理中，且該選 定的位準小於當熱處理室中充滿處理氣體時的典型背景位 準。藉由將半導體晶圓在熱處理室中施以熱處理來活化摻 雜的材料。其中熱處理係在選定的溫度、時間下，並將熱 處理室中的氧氣濃度控制於或接近一選定位準來實施。 本發明的程序在硼淺接合的深度方面，超越了習知的 技術報告，提供了於1 K e V下的淺接合，且甚至可在更 小的能量下提供更淺的接合。由此，硼加強擴散不再是阻 礙以低能植入來製造淺接合的限制因子。 圖示的簡單說明 爲了更了解本發明，合倂伴隨的圖是以做參考。 圖1是半導體晶圓的簡單部分剖面圖； 圖2是依據本發明，熱處理系統之一例的方塊圖； 圖3的流程圖顯示依據本發明形成淺接合之方法的一 例： 圖4顯示熱處理程序中，在不同氧氣濃度位準下，硼 濃度爲半導體晶圓深度的函數； 圖5顯示以IKeV硼及5KeV BF2植入晶圓， 並以1 0 5 0 "C退火1 〇分鐘，淺接合深度及薄電阻値與 氧氣濃度的關係。 圖6顯示熱處理程序中，在不同氧氣濃度位準下，硼 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐） -8- ί—^------IT-----k (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印t A7 ______B7 五、發明説明（6 ) 濃度爲半導體晶圓深度的函數； 圖7顯示以lKeV硼及5KeV BF2植入晶圓， 並以1 1 0 0°C退火1 〇分鐘，淺接合深度及薄電阻値與 氧氣濃度的關係。 圖8顯示以lKeV硼及5KeV BF2植入晶圓， 並以1 0 0 0°C退火1 〇分鐘，淺接合深度及薄電阻値與 氧氣濃度的關係。 圖9顯示以IKeV硼及5KeV BF2植入晶圓， 並以9 5 0°C退火1 〇分鐘，淺接合深度及薄電阻値與氧 氣濃度的關係。
圖1 0顯示以2 K e V砷植入晶圓，並以1 〇 5 0 °C 退火1 0分鐘’淺接合深度及薄電阻値與氧氣濃度的關係 〇 圖1 1顯示以2KeV砷植入晶圓，並以l〇〇〇°c 退火1 0分鐘’淺接合深度及薄電阻値與氧氣濃度的關係 0
圖1 2顯示以2 K e V砷植入晶圓，並以1 1 〇 〇 °C 退火1 0分鐘，淺接合深度及薄電阻値與氧氣濃度的關係 〇 圖1 3顯示以2 K e V砷植入晶圓，並以9 5 0 t退 火1 0分鐘，淺接合深度及薄電阻値與氧氣濃度的關係。 主要元件對照表 10 半導體晶圓 12 摻雜材料的離子束 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21 ox 297公釐） • 9 - -------:{1裝------訂-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（7 ) 1 4 植 入 區 2 0 雜 質 區 5 0 熱 處 理 器 5 2 加 熱 器 5 4 熱 處 理 室 6 2 氣 體 控 制 系統 6 4 入 P 6 6 排 氣 埠 7 0 處 理 器 體 源 7 2 氧 氣 源 7 4 質 流 控 制 器 7 6 質 流 控 制 器 8 0 氧 氣 監 測 器 詳細描述 爲了簡化起見，圖1顯示半導體晶圓1 〇的部分剖面 圖。由相關技術可知，雜質區可藉由離子植入形成於半導 體晶圓中。摻雜材料的離子束1 2直接的射向晶圓1 0， 產生一植入區1 4。接著將晶圓1 0退火，典型的在快速 熱處器中退火，以活化摻雜材料。退火程序使得摻雜材料 擴散於大於植入區1 4的雜質區2 0。雜質區2 0的特徵 在於接合深度X;，其爲垂直於晶圓表面之雜質區2 0的深 度。接合深度，不份是根據離子束1 2的能量及退火程序 的參數。依據本發明，限制了退火程序中接合深度的增加 〇 依據本發明，在退火程序中，熱處理室中的氧氣濃度 被控制於或近於一小於背景位準之選定的位準。依據習知 技術’該背景位準爲不控制氧氣的情況下，於熱處理室中 充滿處理器體時的位準。典型的背景位準爲1 0 0 0 P P m或更大’且沒有加以控制。依據本發明，較佳的係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐）
I ----------I------1T------0 /IV. (請先閲讀背面之注意事項再填离本頁) -10- 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 A7 ______B7_ 五、發明説明（8 ) 將氧氣濃度控制於或近於一小於1 0 〇 0 p p m之選定的 位準’約在3 〇至3 0 0 P p m的範圍內。當摻雜材料爲 硼或氟化硼（B F 2 )，且所需的接合深度小於1 〇 〇 〇埃 時’本發明特別有利於形成超淺接合。然而，本發明並不 限於此一應用，且可用來活化其他的摻雜材料，包括但不 限於砷及磷。 圖2是依據本發明，半導體晶圓之熱處理系統之一例 的方塊圖；熱處理器5〇包括安裝於熱處理室5 4中的加 熱器5 2。一適合之熱處理器5 0的例子爲快速熱處理器 ，如STEAG AST電子所製造的型號 SH 2800ε。然而，在本發明的範圍中，可使用不同 的快速熱處理器及習知的熱處理烤箱。 熱處理室5 4接收來自氣體控制系統6 2，並經由入 口 6 4的處理氣體。處理的氣體經由一輸出埠6 6而離開 熱處理室5 4。氣體控制系統6 2包括處理器體源7 0及 氧氣源7 2。典型的處理器體源7 0係爲氮氣源，但可提 供任何其他適當的處理氣體，包括但不限於氬或氨。氣體 源7 0經由質流控制器7 4供應氣體至熱處理器5 0的入 口 6 4。氧氣源7 2由質流控制器7 6供應氧氣至熱處理 器5 4的入口 6 4。藉由適當的調整該質流控制器7 4及 7 6 ’即可控制供應至熱處理室之氧氣及處理器體的相對 含量。一氧氣監測器8 0連接於輸出埠6 6，以量測熱處 理室5 4中的氧氣濃度。在一例中，質流控制器7 4及 7 6 可各爲 Bronkhost H i — T e c 2 0 0 系列。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Λ4規格（2丨0X297公釐） .—^-- λί.. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -11 - 經濟部中央標準局—工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) 本發明之處理步驟的流程圖顯示於圖3中。在步驟 1 0 0中，摻雜材料植入半導體晶圓中。選擇摻雜材料的 種類、does及能量，以便在半導體晶圓中產生期望深度及 導電度的雜質區。如上所述，摻雜材料可以是硼、B F 2、 氬、磷或其他期望的材料。典型的植入能量小於 1 0 k e V，亦可小於2 k e V以達成超淺接合。特別地 ，本發明的程序可用於2 k e V或更低的的硼離子植入並 於植入能量低於2 k e V時，提供更顯著的結果。經由示 例，可使用乂3^11所販售製造之型號乂113 ion 8 0 P L U S來植入摻雜材料。 在步驟1 0 2中，晶圓被置放於如前述圖2所示之熱 處理室中。在步驟1 0 4中，除去熱處理室5 4中的氧氣 。此可藉由將氣體從處理氣體源7 0導通至熱處理室5 4 ，並將連接於氧氣源7 2的質流控制器7 6關閉。典型的 ，使用氮作爲處理氣體。當氧氣監測器8 0指示出氧氣的 濃度等於或接近於0 p pm時，藉由適當的調整質流控制 器7 6，而將氧氣加入熱處理室5 4中，並達到或接近於 一選定的氧氣濃度位準。如上所述，選定的氧氣濃度位準 小於背景位準’該選定的位準係熱處理室充滿氣體時的位 準。以下較更詳細的說明較佳的氧氣濃度位準。 當氧氣監測器8 0顯示到達所選定的氧氣濃度時，晶 圓的熱處理室6 〇在步驟1 1 〇開始運作。晶圓在選定的 時間及選定溫度下處理。其中，退火的時間及溫度係依據 所製造之半導體裝置的期望特性。典型的退火程序使用約 --------Ί------1T------^ /i. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公禁） -12- A7 A7 經濟部中央樣準局員工消费合作社印裝 B7 五、發明説明（1〇 ) 9 5 0 t至1 0 5 0 t的溫度且處理時間約爲3 0秒或少 於3 0秒，然而並不限制於此範圍。退火程序可包括本發 明之範圍中各種不同的溫度上升率、下降率、溫度及時間 。進一步的，所謂的 ''釘尖退火〃亦包括於本發明的範圍 中，其中係施加一瞬間的溫度變化於晶圓上。 在習知的退火程序中，典型的氧氣背景位準爲 lOOOppm或更高，亦可高達10%。此外，習知程 序中的氧氣濃度並未加以控制。且已證實未受控制的氧氣 會危害到創作出淺的、重複性高的接合，尤其是實施硼離 子植入的情形。與習之技術相較，吾人已發現，控制氧氣 的濃度可增加重複性並減少接合的深度。瞬間的加強擴散 以及最近所定義的硼加強擴散實際上即爲大量氧氣加強擴 散（OED)或氧氣加強TED及BED。此處的結果顯 示將熱處理室中的氧氣濃度控制在非常低的位準可製造出 超淺接合。 將氧氣動控制於或小於1 0 0 0 p p m的位準可製造 出重複性高的超淺接合。選擇的氧氣濃度係退火溫度、時 間、預退火氧化物的厚度、覆蓋層、劑量、植入物種的能 量等之函數。等於或近於零的氧氣濃度使加強擴散最小化 ，但可使晶圓表面蝕刻及/或使摻雜材料從晶圓表面蒸發 。硼及B F 2植入所需的氧氣濃度較佳的是控制在約3 0到 3 0 0 P P m間的一選定位準，且更佳的是控制在約3 0 到4 0 p p m間的一選定位準。尙且，可依據應用的需要 ，將氧氣濃度控制於或近於一濃度範圍內的一選定位準。 I 裝------訂------M (請先閱讀背面之注意事項再填窍本頁) 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS > Λ4規格（2丨0X297公釐） -13- 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（11 ) 先前已介紹使用氣體控制系統6 2 (圖2 )控制氧氣 的濃度，氣體控制系統6 2包括處理氣體源7 0、氧氣源 7 2、及質流控制器7 4及7 6。通常，可使用任何適當 的氣體控制系統來控制熱處理室的氧氣濃度。例如，熱處 理室可以幫浦抽成真空並回充具有選定氧氣濃度位準的處 理器體。 量測的結果顯示於圖4 - 1 3。在每一情況中，使用 了上述圖2所示的系統。 圖4顯示硼原子濃度（以a t om/cm2)爲從晶圓 表面量起之深度的函數，係以第二離子質譜儀（S I MS )在不同的濃度下量得。硼離子在1 . OkeV及 1E15 1〇ns/cm2(國家1E15表示每平方公 分有1χ1 05個離子的劑量。晶圓在1 0 5 0°C下退火 1 0秒鐘。以下的參數標示於圖表之不同的氧氣濃度上： 薄電阻率R s :在1 E 1 7 / c m 3的氧氣濃度下所測得的 接合深度X j ;保持劑量D r ;及氧化物厚度T。*。如所示 者，在3 3 p pm氧氣濃度下退火的晶圓可獲得8 2 0埃 的接合深度及每平方公分2 8 3歐姆的薄電阻率。 1 0 0 0 p pm氧氣濃度下的曲線表示習知製程所獲 得的接合深度及電阻率，其中沒有使用任何預防措施來降 低電阻率。在本發明的製成中，氧氣濃度持續的降低，且 接合深度隨著氧氣濃度的降低而減少。氧氣濃度從 1 0 0 0 p p m降至3 3 P P m可使接合深度總共降低 3 2 0 埃。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】〇X 297公釐） •14' I II---^----1T------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 __ B7 五、發明説明（12) 圖5顯示以IkeV硼，5keVBF2所植入之晶圓 ’接合深度X ^ (以埃爲單位）及電阻率R s (以每平方公 分的歐姆爲單位）爲氧氣濃度的函數（以p p m爲單位） 。其中晶圓在1 0 5 0 °C下退火1 0秒鐘。最小的晶圓深 度發生於3 3 P pm的氧氣濃度下。 圖5顯示以1 k e V硼在〇 p pm的氧氣下植入，並 沒有使晶圓深度更淺，且由於來自表面蒸發或矽表面蝕刻 之摻雜材料的外擴散，薄電阻率亦會增加。因而較佳的是 當氧化物留置於適當的地方，或將植入的劑量及/或能量 以0至3 3 p P m位準的氧氣濃度來操作。 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外，圖5比較a相當的能量〃的B F 2植入及 1 k e V的硼植入。兩者的接合深度隨著氧氣濃度降至約 3 3 p pm而減少，其中BF2的接合深度較淺。在3 3 p pm的氧氣濃度下，兩者的接合深度相同。且兩者皆顯 示薄電阻率在氧氣低於3 3 p pm時，隨著氧氣濃度的降 低逐漸增加。此例中’吾人可下一個結論：對於兩者的情 形，3 3 p pm的氧氣濃度提供了平衡淺接合深度及最小 薄電阻率的最佳點。 圖6顯示對於1.OkeV及1E15 ions/ cm 2的硼植入，在不同氧氣濃下，硼濃度（以a t om/ cm 2爲單位）爲深度（以埃爲單位）的函數。晶圓在 1 0 0 0°C下退火1 0秒鐘。以下的參數標示於圖表之不 同的氧氣濃度上’包括接合深度X j及薄電阻率r s。 圖6中’ 1 0 0 0 P pm氧氣濃度的曲線爲典型由習 適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 _ _B7 五、發明説明（13) 知快速熱處理器退火技術所獲得的曲線。在1 0 0 0 P pm氧氣濃度下接合深度爲8 6 0埃及每平方公分，薄 電阻率爲2 8 3歐姆。接合深度在0 p pm時降至7 1 0 埃。且薄電阻率在0 P pm時增加至4 0 6歐姆。此係由 於硼的表面蒸發或矽的蝕刻。氧氣濃度位準的最佳選取可 依據使用者的目的來作選擇。對於此例（在1 0 0 0°C) ’最佳的選取近似於0至3 3 p p m之間。 圖7顯示以1 k e V硼，5 k e V B F 2所植入之晶圓 ，晶圓深度X i (以埃爲單位）及電阻率R s (以每平方公 分的歐姆爲單位）爲氧氣濃度的函數（以p p m爲單位） 。其中晶圓在1 1 0 0 °C下退火1 0秒鐘。 圖7顯示在較高的退火溫度下，如1 1 0 0°C，硼及 B F2在相當的植入能量下（近於1 k e V的硼）顯示接合 深度隨著濃度降至3 3 p pm而降低。然而，薄電阻率在 3 0 0 p p m時開始增加。此顯示最佳氧氣位準的溫度相 關。特別是，1 0 0 0 °C時的最佳濃度係介於0至3 3 ppm; l〇50°C 約爲 33ppm;且 ll〇〇°C 時爲 3 0 0 p pm。原因係的外擴散蒸發率及矽蝕刻隨著溫度 增加。爲了將此現象偏移，由氧所提供的氧化層，必須更 快的成長，因而需要更高的氧氣濃度》 圖8顯示對於1.OkeV硼及5keV BF2的植 入，深度X j (以埃爲單位）及薄電阻率R s (以每平方公 分的歐姆爲單位）爲氧氣濃度的函數。其中晶圓在 1 0 0 ◦ °C下退火1 0秒鐘。 ----------I------II------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2IOX297公釐） -16- A7 _ B7 *__ 五、發明説明（14 ) 圖8中顯示1 000 °C退火的溫度效應。其中，硼接 合深度持續的減少至氧氣濃度爲0 P P m，且薄電阻率從 3 3至〇 p p m間逐漸增加，但增加速率低於1 〇 5 0 °C 及 1 1 0 0 I：者。 圖9顯示對於1 . OkeV硼及5keV BF2的植 入’深度X ^ (以埃爲單位）及薄電阻率R s (以每平方公 分的歐姆爲單位）爲氧氣濃度的函數。其中晶圓在9 5 0 °C下退火1 〇秒鐘。 圖9進一步闡述上面所論及的溫度趨勢。在1 〇 〇 〇 P P m及〇 p p m間對深度的效應較小。但對薄電阻値的 影響則更高’尤其是硼離子植入的情形。此指爲了獲得低 的薄電阻率及高的電活性，必須使用1 〇 〇 〇 °C至 1 0 5 0 °C的溫度範圍。 圖 10 顯不以 2keV 在 1E15 i ons/cm2 的劑量下植入砷時，深度X j (以埃爲單位）及薄電阻率 R s (以每平方公分的歐姆爲單位）對氧氣濃度的函數圖。 其中晶圓在1 0 5 0 t下退火1 〇秒鐘。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 相較於硼及B F 2 ’隨著氧氣濃度的降低，砷顯示了類 似但較不劇烈的影響。接合深度在約3 〇 〇 p p m的氧氣 濃度下停止降低，且薄電阻率在約2 5 0 0 p P m氧氣濃 度下開始增加。依據使用的目的，最佳的氧氣濃度位準係 介於300ppm至2500間。當低於l〇〇ppm時 ’矽蝕刻及/或砷蒸發變得非常劇烈，且電阻率劇烈的增 加0 -17- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公趁） -濟部中夬樣嗥局員工消費合作'社印簏 A7 ______B7__ 五、發明説明（15) 圖 1 1 顯示以 2keV在 1E15 i ο n s / c m 2 的劑量下植入砷時，深度X i (以埃爲單位）及薄電阻率 Rs(以每平方公分的歐姆爲單位）對氧氣濃度的函數圖。 其中晶圓在1 0 0 0 t下退火1 〇秒鐘。 圖1 1顯示，砷植入與1 〇 〇 〇。(：之退火溫度的關係 。結合深度下降至濃度成爲3 3 p p m，但薄電阻率從 3 0 0 p p m的氧氣濃度開始增加。此顯示了砷退火的氧 化物成長在1 0 0 〇°C時很重要，且在退火時，需要 3 0 〇 p pm的氧氣濃度，來獲得足夠快的氧化物成長速 度’以避免摻雜材料的蒸發及/或矽表面的蝕刻。 圖12顯示以2keV在1E15 ions/cm2 的劑量下植入砷時，深度X j (以埃爲單位）及薄電阻率 R （以每平方公分的歐姆爲單位）對氧氣濃度的函數圖。 其中晶圓在1 1 0 0 t：下退火1 0秒鐘。 如圖1 2所示，1 1 〇 〇 t下之砷植入的溫度效應。 結合深度持續的下降至濃度爲0 p p m，但薄電阻率從 2 5 0 0 p p m的氧氣濃度開始緩慢的增加，並從3 0 0 P p m開始急速的增加。 圖 13 顯不以 2keV 在 1E15 i ons/cm2 的劑量下植入砷時，深度X ;(以埃爲單位）及薄電阻率 (以每平方公分的歐姆爲單位）對氧氣濃度的函數圖。 其中晶圓在9 5 0 °C下退火1 0秒鐘。 如圖1 3所示，1 1 0 0 °C下之砷植入的溫度效應。 如硼及B F 2的情形，溫度效應的影響不大，但薄電阻率大 民尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） r I裝------訂------球 /ΙΛ (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- A7 t B7 五、發明説明（16 ) 於1 0 0 0 °C及1 0 5 0 °C者’表示具有較差的電活性。 爲了達到良好的電活性及低的電阻率’較佳的是在 1 0 0 0 °C及1 0 5 0 °C間對砷做退火處理。 綜上所述，可獲得以下的觀察結果。減少並控制氧氣 濃度可減少所有物種的接合深度。對於硼及B F 2的效應最 爲顯著。薄電阻率及接合深度皆最佳的氧氣位準可依據退 火的溫度及時間由使用者來選擇。氧氣濃度的位準對於硼 及B F 2可由0至1 p pm的範圍到3 0 0 P pm的範圍， 對於砷則可到2 5 0 0 p p m。折衷係由兩個競合項來獲 得。第一，由於〇ED，BED及/或TED (依據物種 )接合深度爲氧氣濃度的減函數。第二，氧氣提供了少量 的表面氧化物，可避免或將摻雜損失最小化，不論是經由 摻雜材料的表面蒸發及/或矽的表面蝕刻。最佳的氧氣濃 度位準並依據當退火時，基底本身是否具有氧化物或其他 的覆蓋層，如二氧化矽、氮化矽或任何其他層。 經濟部中央橾準局負工消費合作社印製 *f - t *l-- ---------I —------IT-----0----- /9% (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 雖然以上已顯示並說明本發明的較佳實施例，熟悉相 關技術之人應可了解，在不偏離由所附之申請專利範圍所 限定的發明範圍下，可做出不同的變化及改良。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） -19- τ
Claims (1)
- A8 B8 C8 D8 88I0061S 六、申請專利範圍 1 . 一種用以在半導體中形成淺接合的方法，此方法 包步驟： 將摻雜材料植入半導體晶圓： 在選定的溫度及時間下，在熱處理室中對半導體晶圓 施以熱處理，以活化摻雜的材料； 在活化摻雜材料的步驟中，控制熱處理室中的氧氣濃 度，使氧氣濃度控制於或接近於一選定的位準，該選定的 位準小於當熱處理室中充滿處理氣體時的典型背景位準。 2 .如申請專利範圍第1項之形成淺接合的方法，其 中控制氧氣濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於一 小於1 0 0 0 P P m的選定位準。 3 .如申請專利範圍第2項之形成淺接合的方法，其 中控制氧氣濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於一 大於1 p p m的選定位準。 4 .如申請專利範圍第1項之形成淺接合的方法，其 中控制氧氣濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於一 30至300ppm的選定位準。 5 ·如申請專利範圍第4項之形成淺接合的方法，其 中植入摻雜材料的步驟包括植入B +或B F 2 +離子。 6 .如申請專利範圍第1項之形成淺接合的方法，其 中植入摻雜材料的步驟包括植入B+離子’且其中控制氧氣 濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於一 3 0至4 ◦ p p m的選定位準。 7 .如申請專利範圍第1項之形成淺接合的方法，其 本紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） r-ί m 1 1^1 Is· !-- ^^1 ^^1 1 n (請先M讀背面之注意事項$寫本頁) 1T 線 經濟部中央標率局貝工消費合作社印裝 -20- 經濟部中央梯率扃負工消費合作社印裝 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 中控制氧氣濃度的步驟包括將熱處理室內的氧氣濃度降至 於或接近於〇的濃度位準，接著以選定的濃度位準充入氧 氣。 8 .如申請專利範圍第7項之形成淺接合的方法，其 中減少氧氣濃度的步驟包括以該處理器體淸除熱處理室， 且充入氧氣的步驟包括調整耦合於氧氣源及熱處理室間的 直流控制器。 9 .如申請專利範圍第7項之形成淺接合的方法，其 中減少氧氣濃度的步驟包括將熱處理室內抽成真空。 1 0 ·如申請專利範圍第7項之形成淺接合的方法， 其中充入氧氣的步驟包括回充包含有氧氣的處理氣體至熱 處理室，其中該氧氣具有選定的濃度位準。 1 1 .如申請專利範圍第1項之形成淺接合的方法， 其中該處理器體包括氮氣。 1 2 ·如申請專利範圍第1項之形成淺接合的方法， 其中活化該摻雜材料的選定溫度係約9 5 0 t至1 0 5 0 t，且其中活化該摻雜材料的選定時間係約3 0秒或更少 〇 1 3 .如申請專利範圍第1項之形成淺接合的方法， 其中植入摻雜材料的步驟包括在約小於等於2 k e V的能 量位準下植入B '離子，且其中控制氧氣的步驟包括將氧氣 濃度控制於或接近於一 3 0至3 0 0 p p m的選定位準。 1 4 .如申請專利範圍第1項之形成淺接合的方法， 其中該淺接合形成小於1 0 0 0埃之淺接合深度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐） ----------裝------訂-------線 (請先閲讀背面之注$項$寫本頁) -21 - A8 B8 C8 m 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 申請專利範圍 一種用以在半導體中形成淺接合的方法，.此方 1材料植入半導體晶圓； 在選定的溫度及時間下，在熱處理室中對半導體晶圓 施以熱處理，以活化摻雜的材料； 在活化摻雜材料的步驟中，控制熱處理室中的氧氣濃 度’使氧氣濃度控制於或接近於一小於1 0 0 0 P p m的 選定位準。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項之形成淺接合的方法 ’其中控制氧氣濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近 於一大於1 p pm的選定位準。 1 7 .如申請專利範圍第1 5項之形成淺接合的方法 ，其中控制氧氣濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近 於一 3 0至3 0 0 p pm的選定位準。 1 8 ·如申請專利範圍第1 5項之形成淺接合的方法 ，其中植入摻雜材料的步驟包括植入B +或B F 2 1離子。 1 9 .如申請專利範圍第1 5項之形成淺接合的方法 ，其中植入摻雜材料的步驟包括植入B +離子，且其中控制 氧氣濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於一 3 0至 4 0 p p m的選定位準。 2 0 .如申請專利範圍第1 5項之形成淺接合的方法 ，其中控制氧氣濃度的步驟包括將熱處理室內的氧氣濃度 降至於或接近於0的濃度位準，接著以選定的濃度位準充 入氧氣。請 先 閲 面 之 注 項 旁 裝 訂 ▲ 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -22- A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 種在半導體中活化植入之摻雜材料的方法 此方法 y 在選溫度及時間下，在熱處理室中對半導體晶圓 施以熱處理，以活化摻雜的材料；及 在熱處理的步驟中，控制熱處理室中的氧氣濃度，使 氧氣濃度控制於或接近於一選定的位準，該選定的位準小 於當熱處理室中充滿處理氣體時的典型背景位準。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項的方法，其中控制氧 氣濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於小於 一 1 0 ◦ 0 P pm的選定位準。請 先 聞 ι6 之 注 項 窝 本 頁 裝 經濟部中央揉率局負工消費合作社印製 2 3 氣濃度的 一 1 p p 2 4 氣濃度的 3 Ο Ο P 2 5 氣濃度的 於0的濃 2 6 將半 入的摻雜 將熱 以一.如申請專利範圍第2 1項的方法，其中控制氧 步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於大於 m的選定位準。 .如申請專利範圍第2 1項的方法，其中控制氧 步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於一 3 0至 P m的選定位準。 .如申請專利範圍第2 1項的方法，其中控制氧 步驟包括將熱處理室内的氧氣濃度降@或接近 度位準，接著以選定的濃度位準充入< .一種半導體的熱處理方法，此方法— 導體晶圓置入熱處理室內，該半導體晶有植 材料； 處理室內的氧氣濃度降低至或近於〇的位準； 選定或近於一選定的濃度位準，將氧氣充入熱處 本紙張尺度適用中鬮國家梯準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 訂 -23- 經濟部中央標準局員工消費合作社印^ A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 理室，該選定的位準小於當熱處理室中充滿處理氣體時的 典型背景位準；及 在選定的溫度及時間下，控制熱處理室內的氧氣至或 近於一選定的位準，藉此在熱處理室中對半導體晶圓施以 熱處理，以活化摻雜的材料。 2 7 .如申請專利範圍第2 6項之熱處理方法，其中 控制氧氣濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於小於 一lOOOppm的選定位準。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項之熱處理方法，其中 控制氧氣濃度的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於大於 一 1 p p m的選定位準。 2 9 .如申請專利範圍第2 6項之熱處理方法，其中 減少氧氣濃度的步驟包括將熱處理室抽成真空。 3 0 .如申請專利範圍第2 6項之熱處理方法，其中 充入氧氣的步驟包括回充包含有氧氣的處理氣體至熱處理 室’其中該氧氣具有選定的濃度位準。 3 1 .如申請專利範圍第2 6項之熱處理方法，其中 充入氧氣的步驟包括調整耦合於氧氣源及熱處理室間的直 流控制器’以在熱處理室中提供選定的氧氣濃度。 3 2 .如申請專利範圍第2 6項之熱處理方法，其中 充入氧氣的步驟包括將氧氣濃度控制於或接近於3 〇至 3 0 0 ppm的選定位準。 3 3 .如申請專利範圍第2 6項之熱處理方法，其中 活化該摻雜材料的選定溫度係約9 5 〇 至1 〇 5 〇 t， 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS) A<<規格（210X297公嫠） -24- -—裝------訂------線 xfs> (請先閱讀背面之注^^項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍且其中活化該摻雜材料的選定時間係約3 0秒或更少。 In flu m 1^1 . 1^1 -^1 /1 U3 (請先閲讀背面之注^n-項再填寫本I) 訂 線 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4说格（210X297公釐）
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