專利名稱：輕摻雜離子注入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種輕摻雜離子注入 方法。
背景技術(shù)：
輕摻雜離子注入用以形成輕摻雜區(qū)，所述輕摻雜區(qū)包含輕摻雜漏注入(Lightly Doped Drain, LDD)區(qū)及袋式(Pocket)離子注入?yún)^(qū)，所 述輕摻雜區(qū)用于定義MOS器件的源漏擴(kuò)展區(qū)。LDD雜質(zhì)位于柵極下方緊貼 溝道區(qū)邊緣，Pocket雜質(zhì)位于LDD區(qū)下方緊貼溝道區(qū)邊緣，均為源漏區(qū)才是 供雜質(zhì)濃度梯度。離子注入是將改變導(dǎo)電率的摻雜材料引入半導(dǎo)體襯底的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 在離子注入系統(tǒng)中，所需要的摻雜材料在離子源中被離子化，離子被加 速成具有規(guī)定能量的離子束后被引向半導(dǎo)體襯底的表面，離子束中的高 能離子得以滲入半導(dǎo)體材料并且被鑲嵌到半導(dǎo)體材料的晶格之中?，F(xiàn)有工藝中，隨著臨界尺寸的減小，在進(jìn)行輕摻雜離子注入之前， 需預(yù)先形成側(cè)墻基層(offset spacer),其與柵極共同組成進(jìn)行輕#^雜 離子注入時(shí)應(yīng)用的掩膜；即，利用現(xiàn)有工藝進(jìn)行輕摻雜離子注入的步驟 包括如圖1所示，提供半導(dǎo)體基底IO，所述半導(dǎo)體基底10內(nèi)包含核心器 件區(qū)12和輸入輸出器件區(qū)14,所述核心器件區(qū)12和輸入輸出器件區(qū)14通 過(guò)淺溝槽16隔離；如圖2所示，在所述半導(dǎo)體基底10上形成4冊(cè)極20;如圖 3所示，在形成4冊(cè)極20的所述半導(dǎo)體基底10上形成側(cè)墻基層30,所述側(cè)墻 基層30粘結(jié)于核心器件區(qū)12內(nèi)柵極20的側(cè)壁，并環(huán)繞所述柵極20;如圖4 所示，分別執(zhí)行核心器件區(qū)12和輸入輸出器件區(qū)14內(nèi)的離子注入操作， 并形成離子注入界面40,所述核心器件區(qū)12的離子注入操作以所述側(cè)墻 基層30及柵極20為掩膜。實(shí)踐中，一套完整的集成電路包含至少一個(gè)核心器件和至少一個(gè)輸入輸出器件(IO器件，10 device),所述核心器件形成于核心器件區(qū)內(nèi)， 所述輸入輸出器件形成于輸入輸出器件區(qū)內(nèi)，所述輸入輸出器件的工作 電壓(約為2. 5V)高于所述核心器件的工作電壓(約為l. 2V);高工作 電壓易造成在輸入輸出器件內(nèi)結(jié)和溝道區(qū)的交界邊緣處形成有高電場(chǎng)， 電子在移動(dòng)的過(guò)程中將受此高電場(chǎng)加速成為高能粒子，所述高能粒子碰 撞產(chǎn)生電子-空穴對(duì)(稱為熱載流子)，所述熱載流子從電場(chǎng)獲得能量， 可進(jìn)入柵氧化層或柵極中，繼而影響器件的閾值電壓控制以及跨導(dǎo)的漂 移，即產(chǎn)生熱載流子效應(yīng)。如何抑制所述熱載流子效應(yīng)的發(fā)生一直是業(yè) 界追求的目標(biāo)。如，2006年9月27日公開(kāi)的公告號(hào)為"CN1277305C"的中國(guó)專利中提 供了 一種CMOS制造中改進(jìn)熱載流子效應(yīng)的工藝集成方法，通過(guò)在柵氧化 工藝前及晶體管柵多晶圖形定義完成后分別增加熱氧化工藝，以有效減 少柵氧化層內(nèi)的界面陷阱，特別是漏端靠近多晶邊緣的氧化層界面陷阱， 從而降低熱載流子在柵氧內(nèi)被捕獲的幾率，改善熱載流子效應(yīng)。但是， 應(yīng)用此方法抑制所述熱載流子效應(yīng)時(shí)需增加工藝步驟，影響生產(chǎn)效率。此外，2005年6月15日公開(kāi)的公告號(hào)為"CN1627532"的中國(guó)專利申請(qǐng) 中提供了一種減小熱載流子效應(yīng)的1/0麗OS器件，所述器件包括硅襯底、 襯底的上部?jī)蓚?cè)具有源區(qū)及漏區(qū)、硅襯底的中間部上方處具有柵氧化層， 柵氧化層上具有多晶硅層，多晶硅及柵氧化層的兩側(cè)具有側(cè)墻，特別地， 襯底的中間部位置比源區(qū)及漏區(qū)略高。通過(guò)采用以上設(shè)置，使漏電壓引 起的溝道橫向電場(chǎng)的峰值點(diǎn)就會(huì)遠(yuǎn)離溝道表面，可有效減小熱載流子向 4冊(cè)氧化層的注入，同時(shí)減小溝道內(nèi)的峰值電場(chǎng)值，以顯著改善熱載流子 效應(yīng)，提高器件壽命，進(jìn)而保證器件的高可靠性。但是，應(yīng)用此方法抑 制所述熱載流子效應(yīng)時(shí)會(huì)造成柵氧化層結(jié)構(gòu)的改變，影響后續(xù)工藝。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種輕摻雜離子注入方法，可減少熱載流子效應(yīng)的發(fā)生。本發(fā)明提供的一種輕摻雜離子注入方法，包括提供包含核心器件區(qū)和輸入輸出器件區(qū)的半導(dǎo)體基底； 在所述半導(dǎo)體基底上形成柵極； 執(zhí)行輸入輸出器件區(qū)輕摻雜離子注入； 在柵極的側(cè)壁形成側(cè)墻基層；執(zhí)行核心器件區(qū)輕摻雜離子注入?？蛇x地，所述輕摻雜離子注入包含輕摻雜漏注入和袋式離子注入； 可選地，形成所述側(cè)墻基層的操作的反應(yīng)溫度為600 - 700攝氏度；可 選地，所述側(cè)墻基層包含第一側(cè)墻基層和第二側(cè)墻基層；可選地，所述 第一側(cè)墻基層材料為二氧化硅；可選地，所述第一側(cè)墻基層厚度為2~4 納米；可選地，所述第二側(cè)墻基層材料為氮化硅；可選地，所述第二側(cè) 墻基層厚度為6~8納米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供的輕摻雜離子注入方法，通過(guò)在形成側(cè)墻基層之前，執(zhí)行 輸入輸出器件區(qū)輕摻雜離子注入；繼而，順次執(zhí)行形成側(cè)墻基層及輕摻 雜離子注入的步驟，以利用形成側(cè)墻基層時(shí)的操作溫度，增強(qiáng)輸入輸出 器件區(qū)內(nèi)注入離子的注入擴(kuò)散；使得在輸入輸出器件區(qū)內(nèi)形成具有更高 結(jié)深的輕摻雜區(qū)，進(jìn)而使抑制熱載流子效應(yīng)的發(fā)生成為可能。


圖1為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中形成柵極后的半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中形成側(cè)墻基層后的半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中執(zhí)行輕摻雜離子注入后的半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)示 意圖；圖5為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的執(zhí)行輕摻雜離子注入的流程示意圖；圖6為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的形成柵極后的半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的執(zhí)行輸入輸出器件區(qū)輕摻雜離子注入后 的半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的形成側(cè)墻基層后的半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的執(zhí)行核心器件區(qū)輕摻雜離子注入后的 半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
盡管下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域4支術(shù)人員可以》務(wù)改在此描述的本發(fā)明 而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本 領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì) 描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混 亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開(kāi)發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí) 現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí) 施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列 說(shuō)明和權(quán)利要求書本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均 采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助 說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。通常，器件內(nèi)結(jié)和溝道區(qū)的交界邊緣處形成的高電場(chǎng)，使得電子在移 動(dòng)的過(guò)程中將受此高電場(chǎng)加速成為高能粒子，所述高能粒子碰撞產(chǎn)生電子-空穴對(duì)(稱為熱載流子)，所述熱載流子從電場(chǎng)獲得能量，可進(jìn)入柵 氧化層或柵極中，繼而影響器件的閾值電壓控制以及if爭(zhēng)導(dǎo)的漂移，即產(chǎn) 生熱載流子效應(yīng)。如何抑制所述熱載流子效應(yīng)的發(fā)生歷來(lái)是業(yè)界追求的目標(biāo)。當(dāng)前，業(yè)界公認(rèn)，在器件內(nèi)結(jié)和溝道區(qū)的交界邊緣處形成的高電 場(chǎng)會(huì)隨著輕摻雜區(qū)結(jié)深的增加而發(fā)生變化，由此，如何增加器件輕摻雜區(qū)的結(jié)深成為抑制所述熱載流子效應(yīng)的指導(dǎo)方向。在器件的實(shí)際工作過(guò)程中，位于輸入輸出器件區(qū)的器件的工作電壓通 常高于位于非輸入輸出器件區(qū)的器件的工作電壓，即輸入輸出器件的工 作電壓通常高于核心器件的工作電壓，使得所述熱載流子效應(yīng)多在所述 輸入輸出器件中出現(xiàn)。通過(guò)增加器件輕摻雜區(qū)的結(jié)深抑制所述熱載流子效應(yīng)時(shí)，結(jié)深增加的 同時(shí)，結(jié)的橫向尺寸也有相應(yīng)程度的增加，對(duì)于核心器件而言，結(jié)的橫 向尺寸的增加，將導(dǎo)致結(jié)和溝道區(qū)的交界邊緣向溝道區(qū)縮進(jìn)，伴隨著器 件臨界尺寸的縮小，此縮進(jìn)將導(dǎo)致溝道區(qū)縮短，極易引發(fā)短溝效應(yīng)，進(jìn) 而影響器件性能。本發(fā)明的發(fā)明人分析后認(rèn)為，如何增加輸入輸出器件 輕摻雜區(qū)的結(jié)深成為本發(fā)明方法解決的主要問(wèn)題。為增加輸入輸出器件輕摻雜區(qū)的結(jié)深，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)分析與實(shí) 踐，提供了一種輕摻雜離子注入方法。利用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行輕摻雜離子注入的步驟包括提供包含 核心器件區(qū)和輸入輸出器件區(qū)的半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成 柵極；執(zhí)行輸入輸出器件區(qū)輕摻雜離子注入；在柵極的側(cè)壁形成側(cè)墻基 層；執(zhí)行核心器件區(qū)輕摻雜離子注入。如圖5所示，利用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行輕摻雜離子注入的具體步驟 包括步驟5 01:提供包含核心器件區(qū)和輸入輸出器件區(qū)的半導(dǎo)體基底。如圖6所示，所述半導(dǎo)體基底100為已定義器件有源區(qū)并已完成淺溝 槽16 0隔離的半導(dǎo)體襯底。所述半導(dǎo)體基底100表面具有氧化層(圖未示)， 所述氧化層既可作為經(jīng)歷后續(xù)步驟形成的柵極與所述半導(dǎo)體基底100間 的隔離層，又可作為進(jìn)行輕摻雜區(qū)形成過(guò)程中保護(hù)所述半導(dǎo)體基底不受 損傷的保護(hù)層。所述氧化層經(jīng)由熱氧化工藝獲得。所述熱氧化工藝應(yīng)用 高溫氧化設(shè)備或氧化爐進(jìn)行。通常，一套完整的集成電路包含至少一個(gè)核心器件和至少一個(gè)輸入輸 出器件，所述核心器件形成于核心器件區(qū)120內(nèi)，所述輸入輸出器件形成 于輸入輸出器件區(qū)14 0內(nèi)。所述核心器件區(qū)12 O和輸入輸出器件區(qū)14 O通過(guò) 淺溝槽160隔離。步驟502:如圖7所示，在所述半導(dǎo)體基底100上形成柵才及200。 在所述半導(dǎo)體基底100上形成柵極200的步驟包括:在所述半導(dǎo)體基底 IOO上沉積柵層；形成圖形化的抗蝕劑層，所述圖形化的抗蝕劑層具有柵 極圖形；以所述圖形化的抗蝕劑層為掩膜，刻蝕所述柵層。所述柵層材料包含多晶硅(poly)。所述柵層還可包含金屬硅化物。 所述金屬硅化物通過(guò)在多晶硅上沉積金屬層，繼而經(jīng)歷退火過(guò)程獲得。實(shí)踐中，所述形成圖形化的抗蝕劑層包含所述抗蝕劑層的涂覆、烘干、 光刻、曝光及^r測(cè)等步驟，相關(guān)工藝可應(yīng)用各種傳統(tǒng)的方法，應(yīng)用的所再贅述。在上述輕摻雜區(qū)的形成方法中，在形成柵極后的所述半導(dǎo)體基底上形 成圖形化的抗蝕劑層之前，均可包含為提高所述抗蝕劑層的圖形化效果 而在所述抗蝕劑層下形成抗反射涂層(ARC )的步驟，如BARC (圖未示)。 當(dāng)在形成圖形化的抗蝕劑層之前預(yù)先形成抗反射涂層時(shí)，在形成所述圖 形化的抗蝕劑層后，還包括以所述圖形化的抗蝕劑層為掩膜，形成圖形化的所述抗反射涂層；以所述圖形化的抗蝕劑層和抗反射涂層為掩膜， 執(zhí)行所述輕摻雜區(qū)離子注入操作。步驟503:執(zhí)行輸入輸出器件區(qū)輕摻雜離子注入。所述輕摻雜離子注入包含輕摻雜漏注入和袋式離子注入。輸入輸出器 件區(qū)內(nèi)的輕摻雜離子注入以所述柵極為掩膜。形成的輕摻雜漏注入界面 420及/或袋式離子注入界面440如圖8所示。涉及的離子注入方法可采用任何傳統(tǒng)的工藝，在此不再贅述。 具體地，注入劑量可為lel3 lel5原子數(shù)/平方厘米(atom/cm2); 注入能量可為5k 10k電子伏特(eV)。 步驟504:在柵極的側(cè)壁形成側(cè)墻基層。如圖9所示，所述側(cè)墻基層3 0 0用以在器件臨界尺寸限制下增大溝道長(zhǎng) 度，以防止短溝效應(yīng)的發(fā)生。作為示例，所述側(cè)墻基層可包含第一側(cè)墻基層和第二側(cè)墻基層；實(shí)際 生產(chǎn)中，所述第一側(cè)墻基層材料可選為二氧化硅，對(duì)于65納米工藝，所 述第一側(cè)墻基層厚度可選為2 ~ 4納米；所述第二側(cè)墻基層材料可選為氮 化硅，對(duì)于65納米工藝，所述第二側(cè)墻基層厚度可選為6 8納米。形成所述側(cè)墻基層300的操作涉及的反應(yīng)溫度可為600 ~ 700攝氏度。所述側(cè)墻基層300經(jīng)歷沉積、刻蝕等過(guò)程后獲得，涉及的反應(yīng)溫度可 增強(qiáng)輸入輸出器件區(qū)內(nèi)已注入離子的注入擴(kuò)散，繼而使已形成的摻雜區(qū) 的結(jié)深及結(jié)的橫向尺寸增加。對(duì)于輸入輸出器件區(qū)內(nèi)的輸入輸出器件， 離子的注入擴(kuò)散雖將造成結(jié)的橫向尺寸的增加，但是由此導(dǎo)致的溝道尺 寸的縮短可以被忽略，致使通過(guò)增強(qiáng)離子的注入擴(kuò)散，可實(shí)現(xiàn)輸入輸出 器件輕摻雜區(qū)內(nèi)結(jié)深的增加，而不易引入短溝效應(yīng)。本發(fā)明中，形成側(cè)墻基層300的操作在輸入輸出器件區(qū)輕摻雜離子注 入操作之后進(jìn)行，致使形成側(cè)墻基層時(shí)的反應(yīng)溫度可增強(qiáng)輸入輸出器件區(qū)內(nèi)輸入輸出器件中已注入的離子的注入擴(kuò)散，繼而，經(jīng)歷后續(xù)步驟中 的退火步驟可獲得輸入輸出器件內(nèi)結(jié)深增加的輕摻雜區(qū)。步驟505:執(zhí)行核心器件區(qū)輕摻雜離子注入。所述輕摻雜離子注入包含輕摻雜漏注入和袋式離子注入。核心器件區(qū) 內(nèi)的輕摻雜離子注入操作，以所述柵極和側(cè)墻基層為掩膜，形成的核心 器件輕摻雜漏注入界面422及/或袋式離子注入界面442如圖10所示。涉及的離子注入方法可采用任何傳統(tǒng)的工藝，在此不再贅述。 具體地，注入劑量可為lel3 lel5原子數(shù)/平方厘米(atom/cm2); 注入能量可為5k 10k電子伏特(eV)。采用本發(fā)明提供的方法，通過(guò)在形成側(cè)墻基層之前，執(zhí)行輸入輸出器 件輕摻雜離子注入；繼而，順次執(zhí)行形成側(cè)墻基層及輕摻雜離子注入的 步驟，以利用形成側(cè)墻基層時(shí)的操作溫度，增強(qiáng)輸入輸出器件內(nèi)注入離 子的注入擴(kuò)散；使得在輸入輸出器件內(nèi)形成具有更高結(jié)深的輕摻雜區(qū)， 進(jìn)而使抑制所述熱載流子效應(yīng)的發(fā)生成為可能。盡管通過(guò)在此的實(shí)施例描述說(shuō)明了本發(fā)明，和盡管已經(jīng)足夠詳細(xì)地描 述了實(shí)施例，申請(qǐng)人不希望以任何方式將權(quán)利要求書的范圍限制在這種 細(xì)節(jié)上。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)另外的優(yōu)勢(shì)和改進(jìn)是顯而易見(jiàn)的。因 此，在較寬范圍的本發(fā)明不限于表示和描述的特定細(xì)節(jié)、表達(dá)的設(shè)備和 方法和說(shuō)明性例子。因此，可以偏離這些細(xì)節(jié)而不脫離申請(qǐng)人總的發(fā)明 概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種輕摻雜離子注入方法，其特征在于，包括提供包含核心器件區(qū)和輸入輸出器件區(qū)的半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成柵極；執(zhí)行輸入輸出器件區(qū)輕摻雜離子注入；在柵極的側(cè)壁形成側(cè)墻基層；執(zhí)行核心器件區(qū)輕摻雜離子注入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕摻雜離子注入方法，其特征在于所述 輕摻雜離子注入包含輕摻雜漏注入和袋式離子注入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕摻雜離子注入方法，其特征在于形成 所述側(cè)墻基層的操作的反應(yīng)溫度為600 ~ 700攝氏度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕摻雜離子注入方法，其特征在于所述 側(cè)墻基層包含第 一側(cè)墻基層和第二側(cè)墻基層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輕摻雜離子注入方法，其特征在于所述 第 一側(cè)墻基層材料為二氧化硅。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輕摻雜離子注入方法，其特征在于所述 第一側(cè)墻基層厚度為2 ~ 4納米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輕摻雜離子注入方法，其特征在于所述 第二側(cè)墻基層材料為氮化硅。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輕摻雜離子注入方法，其特征在于所述 第二側(cè)墻基層厚度為6 ~ 8納米。
全文摘要
一種輕摻雜離子注入方法，包括提供包含核心器件區(qū)和輸入輸出器件區(qū)的半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底上形成柵極；執(zhí)行輸入輸出器件區(qū)輕摻雜離子注入；在柵極的側(cè)壁形成側(cè)墻基層；執(zhí)行核心器件區(qū)輕摻雜離子注入?？蓽p少熱載流子效應(yīng)的發(fā)生。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101330048SQ20071004213
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者居建華, 煜 李 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司