本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件的制造，特別是涉及一種多晶硅中砷離子注入方法。

背景技術(shù)：

1、離子注入(ion?implant)是近些年來(lái)在國(guó)際上蓬勃發(fā)展并獲得廣泛應(yīng)用的一種材料表面改進(jìn)技術(shù)，其原理是：用例如能量為100kev量級(jí)的離子束入射到材料中，使離子束與材料中的原子或分子發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的相互作用，入射離子逐漸損失能量，最后停留在材料中，并引起材料的表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面的性能，或獲得某些新的優(yōu)異性能。

2、在目前的硅基半導(dǎo)體元器件的制造技術(shù)中，由于純凈狀態(tài)下，硅的導(dǎo)電性能很差，因此只有在硅中加入少量雜質(zhì)，使得硅的結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率發(fā)生改變，硅才能成為一種有用的半導(dǎo)體，該在硅中加入少量雜質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為摻雜。硅摻雜技術(shù)是制備半導(dǎo)體元器件的基礎(chǔ)，而離子注入技術(shù)則是現(xiàn)有最常用的摻雜方法之一。該過(guò)程是通過(guò)向硅襯底中引入可控制數(shù)量的雜質(zhì)，從而改變其電學(xué)性能，由于半導(dǎo)體的離子注入技術(shù)能夠重復(fù)控制所摻雜的雜質(zhì)濃度和深度，因而現(xiàn)有的半導(dǎo)體元器件制造技術(shù)中幾乎所有的摻雜工藝都是用離子注入技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

3、半導(dǎo)體離子注入工藝中的瞬態(tài)增強(qiáng)擴(kuò)散(ted)是眾所周知的問(wèn)題，當(dāng)摻雜層或區(qū)域通過(guò)離子注入形成于半導(dǎo)體襯底中時(shí)，結(jié)深度不僅取決于離子注入能量，而且還可能取決于在后續(xù)熱處理期間當(dāng)注入離子遷移通過(guò)晶格時(shí)的ted現(xiàn)象。ted提高了摻雜層中的摻雜劑的擴(kuò)散率，因而增加了淺摻雜層的深度。

4、對(duì)于ted問(wèn)題，目前研究較多的是采用碳共注入手段對(duì)注入單晶硅襯底中的硼離子及磷離子進(jìn)行抑制。硼和磷的ted是由間隙擴(kuò)散機(jī)制引起的，在離子注入的退火過(guò)程中，一些碳可以定位在再生長(zhǎng)初期的晶格點(diǎn)上，并捕獲間隙硅，從而可對(duì)硼和磷的擴(kuò)散起到有效的抑制效果，且在單晶硅襯底中對(duì)ted的抑制屬于縱向抑制。但在硅基半導(dǎo)體器件的制備過(guò)程中很多時(shí)候會(huì)遇到需要對(duì)多晶硅基底進(jìn)行砷離子摻雜過(guò)程，砷離子屬于空位型摻雜離子，其在擴(kuò)散或活化過(guò)程中是通過(guò)空位擴(kuò)散機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。目前對(duì)于砷離子在多晶硅材料中摻雜擴(kuò)散或活化過(guò)程中產(chǎn)生的擴(kuò)散問(wèn)題并未有過(guò)多研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種多晶硅中砷離子注入方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中砷離子在多晶硅材料中進(jìn)行離子注入后產(chǎn)生擴(kuò)散的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種多晶硅中砷離子注入方法，所述方法包括：

3、提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上形成有多晶硅層；

4、于所述多晶硅層中的預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行砷離子及碳離子的離子注入；

5、對(duì)離子注入后的所述多晶硅層進(jìn)行熱處理工藝。

6、可選地，先于所述多晶硅中進(jìn)行砷離子注入，再于所述多晶硅中進(jìn)行碳離子注入；或先于所述多晶硅中進(jìn)行碳離子注入，再于所述多晶硅中進(jìn)行砷離子注入。

7、可選地，碳離子的離子注入深度不小于砷離子的離子注入深度。

8、進(jìn)一步地，碳離子的離子注入深度與砷離子的離子注入深度一致。

9、可選地，碳離子的離子注入角度不小于砷離子的離子注入角度，離子注入角度為離子注入方向與所述多晶硅層的表面法線之間的夾角。

10、進(jìn)一步地，碳離子的離子注入角度不大于60°。

11、可選地，對(duì)離子注入后的所述多晶硅層通過(guò)快速熱退火工藝進(jìn)行所述熱處理。

12、進(jìn)一步地，所述快速熱退火工藝包括激光退火和/或尖峰退火。

13、可選地，進(jìn)行砷離子及碳離子的離子注入時(shí)，所述多晶硅層中的非預(yù)設(shè)區(qū)域設(shè)置光刻膠層進(jìn)行阻擋。

14、可選地，該多晶硅中砷離子注入方法適用于cmos器件的制備過(guò)程中。

15、如上所述，本發(fā)明的多晶硅中砷離子注入方法，在向多晶硅層中注入砷離子時(shí)，增加碳離子的注入步驟，當(dāng)碳原子進(jìn)入多晶硅層中后，碳原子取代硅原子形成碳-硅鍵，由于碳原子的半徑小于硅原子的半徑及砷原子的半徑，所以晶格點(diǎn)位之間的距離減小，砷原子周?chē)墓?硅鍵被碳-硅鍵取代，碳-硅鍵的鍵長(zhǎng)小，引起周?chē)Ц竦氖湛s畸變，使砷原子遷移的空位變小，從而使較大原子半徑的砷離子無(wú)法通過(guò)，相當(dāng)于漁網(wǎng)收口的效果，將砷離子兜住，使其無(wú)法通過(guò)，同時(shí)由于碳-硅鍵的鍵能大于硅-硅鍵的鍵能，進(jìn)一步增大砷離子空位遷移的勢(shì)壘，提高砷離子空位遷移的難度，最終有效降低砷離子在硅材料中的擴(kuò)散；再者由于離子注入的本體為多晶硅，其晶向取向在各個(gè)方向不同，所以采用本多晶硅中砷離子注入方法碳離子對(duì)于砷離子在多晶硅中各個(gè)方向均可產(chǎn)生等效的擴(kuò)散抑制效果，即既可在縱向產(chǎn)生擴(kuò)散抑制效果，也可在橫向產(chǎn)生擴(kuò)散抑制效果。

技術(shù)特征：

1.一種多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于：先于所述多晶硅中進(jìn)行砷離子注入，再于所述多晶硅中進(jìn)行碳離子注入；或先于所述多晶硅中進(jìn)行碳離子注入，再于所述多晶硅中進(jìn)行砷離子注入。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于：碳離子的離子注入深度不小于砷離子的離子注入深度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于：碳離子的離子注入深度與砷離子的離子注入深度一致。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于：碳離子的離子注入角度不小于砷離子的離子注入角度，離子注入角度為離子注入方向與所述多晶硅層的表面法線之間的夾角。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于：碳離子的離子注入角度不大于60°。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于：對(duì)離子注入后的所述多晶硅層通過(guò)快速熱退火工藝進(jìn)行所述熱處理。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于：所述快速熱退火工藝包括激光退火和/或尖峰退火。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于：進(jìn)行砷離子及碳離子的離子注入時(shí)，所述多晶硅層中的非預(yù)設(shè)區(qū)域設(shè)置光刻膠層進(jìn)行阻擋。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅中砷離子注入方法，其特征在于：該多晶硅中砷離子注入方法適用于cmos器件的制備過(guò)程中。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種多晶硅中砷離子注入方法，在向多晶硅層中注入砷離子時(shí)，增加碳離子注入步驟，當(dāng)碳原子進(jìn)入多晶硅層中后，碳原子取代硅原子形成碳?硅鍵，由于碳原子半徑小于硅原子及砷原子的半徑，所以晶格點(diǎn)位之間的距離減小，砷原子周?chē)墓?硅鍵被碳?硅鍵取代，碳?硅鍵的鍵長(zhǎng)小，引起周?chē)Ц袷湛s畸變，使砷原子遷移空位變小，從而使較大原子半徑的砷離子無(wú)法通過(guò)，同時(shí)由于碳?硅鍵鍵能大于硅?硅鍵鍵能，進(jìn)一步增大砷離子空位遷移的勢(shì)壘，提高砷離子空位遷移的難度，最終有效降低砷離子在硅材料中的擴(kuò)散；再者由于離子注入的本體為多晶硅，其晶向取向在各個(gè)方向不同，所以對(duì)于砷離子在多晶硅中各個(gè)方向均可產(chǎn)生等效的擴(kuò)散抑制效果。

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技術(shù)公布日：2025/5/15