專利名稱：摻雜區(qū)形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種摻雜區(qū)形成方法。
背景技術(shù)：
摻雜區(qū)包含阱區(qū)、輕摻雜區(qū)和重?fù)诫s區(qū)。所述阱區(qū)用以調(diào)整器件的閾 值電壓及避免器件常見問題，如閂鎖效應(yīng)等。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)提供雜質(zhì)濃度梯度。所述重?fù)诫s區(qū)包含源/漏區(qū)。
通常，如圖l所示，形成所述摻雜區(qū)的步驟包括，步驟ll:在基底 上確定摻雜區(qū)域；步驟12:對所述區(qū)域完成離子注入才喿作；步驟13: 將經(jīng)歷所述離子注入操作的基底移出離子注入腔室；步驟14:清潔所述 基底；步驟15:對經(jīng)歷所述清潔操作的基底執(zhí)行熱處理操作，形成摻雜 區(qū)。
形成摻雜區(qū)后，在所述摻雜區(qū)表面形成凹陷(recess )，造成摻雜(劑) 損失(dose loss)。特別地，對于90&6Snm工藝，將磷(P)注入摻雜區(qū) 中時(shí)，所述摻雜損失易超出產(chǎn)品要求。如何減少所述凹陷的產(chǎn)生，進(jìn)而 減少所述摻雜損失成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
2006年11月1日公布的公告號為"CN1282999C，，的中國專利中提供了 一種制造半導(dǎo)體元件的方法，包括(l)制備一半導(dǎo)體襯底，其上形成了 一具有結(jié)區(qū)的下部結(jié)構(gòu)；(2)形成一層間介電膜于上述半導(dǎo)體襯底的整個(gè) 表面上；(3)通過蝕刻層間介電膜而形成暴露出結(jié)區(qū)的接觸孔；(4)順序 地進(jìn)行干式清洗和濕式清洗由接觸孔所露出的半導(dǎo)體襯底的表面；(5)在 一還原性氣體氣氛下對已清洗的接觸表面進(jìn)行預(yù)處理，以去除形成于接 觸表面上的自然氧化膜；(6)追加原位摻入摻雜劑至結(jié)區(qū)的表面，以便補(bǔ)償在預(yù)處理后的接觸表面上的摻雜劑損失；以及(7)原位沉積一導(dǎo)電膜于 接觸孔及層間介電膜上。
換言之，應(yīng)用上述方法制造半導(dǎo)體元件時(shí)，通過追加原位摻入摻雜劑 的方式減少所述摻雜損失。即，應(yīng)用上述方法制造半導(dǎo)體元件時(shí)，為減 少摻雜損失，需增加摻雜劑的原位摻入步驟，操作復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種摻雜區(qū)形成方法，可減少摻雜區(qū)表面凹陷的產(chǎn) 生，進(jìn)而減少摻雜損失。
本發(fā)明提供的一種摻雜區(qū)形成方法，包括
在基底上確定摻雜區(qū)域；
對所述區(qū)域完成離子注入操作；
將經(jīng)歷所述離子注入操作的基底移出離子注入腔室，移出時(shí)，所述 基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度； 清潔所述基底；
對經(jīng)歷所述清潔操作的基底執(zhí)行熱處理操作，形成摻雜區(qū)。
可選地，使所述基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度時(shí)，采用控制 完成離子注入操作與移出才喿作之間的時(shí)間間隔的方式；可選地，將經(jīng)歷 所述熱處理操作的基底移出熱處理腔室時(shí)，所述基底的溫度小于或等于 磷酸生成溫度；可選地，使所述基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度時(shí)， 采用控制完成熱處理操作與移出操作之間的時(shí)間間隔的方式；可選地， 使所述基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度時(shí)采用制冷工藝；可選地， 所述離子注入操作為磷離子注入操作；可選地，所述摻雜區(qū)包括輕摻雜 區(qū)、源/漏區(qū)和阱區(qū)；可選地，清潔所述基底的步驟包括去除確定摻 雜區(qū)域時(shí)引入的掩模層；清洗所述基底?？蛇x地，所述熱處理操作為快 速熱退火操作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)上述技術(shù)方案提供的摻雜區(qū)形成方法，通過控制移出所述離子注入腔 室時(shí)的基底溫度，使其小于或等于磷酸生成溫度，可減少注入離子與空 氣中的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)的可能性，繼而，減少注入離子與空氣中的水蒸 氣反應(yīng)生成的物質(zhì)腐蝕所述基底的可能性，可減少摻雜區(qū)表面凹陷的產(chǎn) 生，進(jìn)而減少摻雜損失。
圖1為說明現(xiàn)有技術(shù)中形成摻雜區(qū)的流程示意圖； 圖2為說明本發(fā)明實(shí)施例的形成摻雜區(qū)的流程示意圖3為說明本發(fā)明實(shí)施例的移出離子注入腔室時(shí)的基底溫度與產(chǎn)生 凹陷的數(shù)目間的函數(shù)關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
盡管下面將參照附圖對本發(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)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(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)被理解為對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對本發(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)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí) 現(xiàn)開發(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)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和 耗費(fèi)時(shí)間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(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。需說明的是，附圖均 采用非常簡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 說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
如圖2所示，采用本發(fā)明提供的方法，形成摻雜區(qū)的具體步驟包括步驟21:在基底上確定摻雜區(qū)域。
對所述摻雜區(qū)域執(zhí)行離子注入操作后形成輕摻雜區(qū)、源/漏區(qū)和/或 阱區(qū)。
所述摻雜區(qū)域?qū)?yīng)輕摻雜區(qū)時(shí)，所述基底為已定義器件有源區(qū)、完 成淺溝槽隔離且在其上已形成柵極的襯底；所述摻雜區(qū)域?qū)?yīng)源/漏區(qū) 時(shí)，所述基底為已定義器件有源區(qū)、完成淺溝槽隔離且在其上已形成柵 極、輕摻雜區(qū)及環(huán)繞所述柵極的側(cè)墻的襯底；所述摻雜區(qū)域?qū)?yīng)阱區(qū)時(shí)， 所述基底為投入生產(chǎn)的棵片(bare wafer)或者在其表面已形成氧化層 的襯底。所述襯底包含但不限于包括元素的硅材料，例如單晶、多晶或 非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe )，也可以是絕緣體上硅(SOI )。
在基底上確定摻雜區(qū)域的步驟包括在所述基底上形成掩模層；圖 形化所述掩模層。所述掩模層包括抗蝕劑層(如光刻膠)和/或硬掩模 層(如氧化硅層、氮氧化硅層或氮化硅層)。
可采用旋涂工藝形成所述抗蝕劑層；實(shí)踐中，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、曝光及檢測等步驟，相關(guān)工 藝可應(yīng)用各種傳統(tǒng)的方法，應(yīng)用的所述抗蝕劑層可選用任何可應(yīng)用于半 導(dǎo)體制程中的抗蝕劑材料，在此均不再贅述。
可采用化學(xué)氣相淀積工藝形成所述硬掩^i層；可采用等離子體刻蝕 工藝形成圖形化的硬掩模層。
步驟22:對所述區(qū)域完成離子注入"J喿作。
所述離子注入操作在離子注入腔室中進(jìn)行；完成所述離子注入操作 后，所述基底將被移出所述離子注入腔室。實(shí)際生產(chǎn)中，考慮到，經(jīng)歷 所述離子注入操作后，對于半導(dǎo)體制程而言，所述基底的實(shí)際溫度并不 高(約為200 ~ 300攝氏度)，因此，通常所述基底直接移出所述離子注 入腔室，繼而，去除掩才莫層、清洗所述基底。
涉及的摻雜粒子包含硼(B)、氟化亞硼(BF2)、砷(As)、磷(P)或其它可摻雜材料中的一種。
經(jīng)歷所述離子注入操作后，所述摻雜區(qū)域表面晶格結(jié)構(gòu)受到損傷， 這種損傷將在經(jīng)歷后續(xù)清潔操作后，在熱處理(如退火)步驟中得到修 復(fù)。
步驟23:將經(jīng)歷所述離子注入操作的基底移出離子注入腔室，移出 時(shí)，所述基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度。
實(shí)踐中，經(jīng)歷離子注入操作后，所述基底通常由離子注入腔室直接 進(jìn)入下一制程，如，去除確定所述摻雜區(qū)域的掩模層及清洗經(jīng)歷所述去 除操作后的基底；所述直接包含實(shí)際生產(chǎn)中連續(xù)操作間的運(yùn)行時(shí)間，如， 所述基底在完成離子注入操作后即移出離子注入腔室時(shí)，需要的運(yùn)行時(shí) 間為5秒。
實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷上述及后續(xù)操作后，形成的摻雜區(qū)表面易具有 凹陷，將導(dǎo)致?lián)诫s損失。
本發(fā)明的發(fā)明人分析后認(rèn)為，形成所述凹陷的原因在于將所述基 底直接移出離子注入腔室后，所述基底將接觸空氣中的水蒸氣；而經(jīng)歷 離子注入操作后，所述基底的溫度升高(高于IOO攝氏度)，在高溫條 件下，空氣中的水蒸氣將易于與所述基底內(nèi)的注入離子發(fā)生反應(yīng)，造成 所述注入離子的損失(即摻雜損失)，且在所述基底上粘附反應(yīng)生成物， 若所述反應(yīng)生成物對所述基底有侵蝕作用，將導(dǎo)致上述凹陷的產(chǎn)生，而 所述凹陷的產(chǎn)生將進(jìn)一步增加摻雜損失；實(shí)踐中，形成N型離子注入時(shí)， 注入離子為磷(P),而水蒸氣中包含氫(H)和氧(0),在高于100攝 氏度的條件下，H、 0和P若發(fā)生反應(yīng)，將易于形成類似于磷酸的包含H、 0、 P的生成物，所述生成物可能侵蝕所述基底。
本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)歷分析與實(shí)踐后認(rèn)為，控制所述基底在移出離子 注入腔室時(shí)的溫度，以減少所述基底內(nèi)的注入離子與空氣中的水蒸氣發(fā) 生反應(yīng)的程度，可成為減少所述凹陷產(chǎn)生的指導(dǎo)方向?？紤]到，工業(yè)上制造磷酸的反應(yīng)溫度為70~90攝氏度，而本發(fā)明 的本質(zhì)就是，通過控制所述基底在接觸空氣中的水蒸氣時(shí)的溫度，減少 所述基底表面粘附的類似于磷酸的包含H、 0、 P的生成物的量，由此，
確定將所述基底移出離子注入腔室時(shí)，所述基底的溫度小于或等于磷酸 生成溫度，具體地，所述基底的溫度可小于或等于90攝氏度。
由此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)歷分析與實(shí)踐后，提供了一種摻雜區(qū)形成 方法，包括在基底上確定摻雜區(qū)域；對所述區(qū)域完成離子注入操作； 將經(jīng)歷所述離子注入操作的基底移出離子注入腔室，移出時(shí)，所述基底 的溫度小于或等于磷酸生成溫度；清潔所述基底；對經(jīng)歷所述清潔操作 的基底執(zhí)行熱處理操作，形成摻雜區(qū)。通過控制所述基底在接觸空氣中 的水蒸氣時(shí)的溫度，減少注入離子與空氣中的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)的可能 性，繼而，減少注入離子與空氣中的水蒸氣反應(yīng)生成的物質(zhì)腐蝕所述基 底的可能性，可減少摻雜區(qū)表面凹陷的產(chǎn)生，進(jìn)而減少摻雜損失。
本發(fā)明的發(fā)明人對上述分析的實(shí)踐效果進(jìn)行了驗(yàn)證。使所述基底的 溫度小于或等于磷酸生成溫度時(shí)，可采用控制完成離子注入操作與移出 操作之間的時(shí)間間隔的方式。如圖3所示，曲線31和32分別為基底溫 度和凹陷數(shù)目與所述時(shí)間間隔的函數(shù)關(guān)系圖。實(shí)踐中，采用此方式控制 所述基底在移出離子注入腔室的溫度時(shí)，為使所述基底在移出離子注入 腔室時(shí)的溫度為90攝氏度，所述時(shí)間間隔可約為60秒；若要使所述基 底在移出離子注入腔室時(shí)的溫度為55攝氏度，所述時(shí)間間隔可約為600 秒。
對所述基底溫度完成離子注入操作后間隔60秒將其移出離子注入 腔室，整片基底上形成的凹陷點(diǎn)約為500個(gè)；而對所述基底溫度完成離 子注入梯:作后間隔600秒將其移出離子注入腔室，整片基底上形成的凹 陷點(diǎn)僅約為5個(gè)?？梢?，通過控制移出所述離子注入腔室時(shí)的基底溫度， 使其小于或等于磷酸生成溫度(具體地，如90攝氏度)，確實(shí)可減少摻 雜區(qū)表面凹陷的產(chǎn)生，進(jìn)而可減少摻雜損失。此外，使所述基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度(具體地，如90 攝氏度)時(shí)還可采用制冷工藝?？刹捎脦в欣鋮s環(huán)的設(shè)備或者采用對無 冷卻環(huán)的設(shè)備增加冷卻環(huán)后執(zhí)行所述制冷工藝。執(zhí)行所述制冷工藝時(shí)， 向所述冷卻環(huán)中通入制冷氣體，如氮?dú)饣蚝庵械囊环N或其組合。通過 調(diào)節(jié)所述制冷氣體的流量或流速，控制所述基底的降溫速率，可縮短為 使所述基底溫度降低而設(shè)置的完成離子注入操作與移出操作之間的時(shí) 間間隔，提高降溫的效率。具體地，若未采用制冷工藝時(shí)，需將所述時(shí) 間間隔設(shè)為60秒時(shí)，方可將所述基底的溫度降為90攝氏度；那么，采 用制冷工藝后，將所述時(shí)間間隔設(shè)為小于60秒(如20秒)時(shí)，即可將 所述基底的溫度降為90攝氏度。
步驟24:清潔所述基底。
清潔所述基底的步驟包括
步驟241:去除確定摻雜區(qū)域時(shí)引入的掩模層。
所述掩模層為光刻膠時(shí)，可采用氧氣等離子體灰化工藝去除所述掩 模層；所述掩模層為硬掩模時(shí)，可采用干法清洗工藝去除所述掩模層。 干法清洗工藝可采用等離子體刻蝕工藝。
步驟242:清洗所述基底。
采用等離子體灰化工藝或干法清洗工藝去除所述掩模層后，需采用 濕法清洗工藝清洗所述基底，以去除所述基底表面殘留的刻蝕副產(chǎn)物及 表面沾污；濕法清洗工藝中，可采用稀釋的氫氟酸溶液、包含^5克酸和雙 氧水的混合清洗溶液及/或包含氨水和雙氧水的混合清洗溶液清洗所述 基底。
步驟25:對經(jīng)歷所述清潔操作的基底執(zhí)行熱處理操作，形成摻雜區(qū)。
所述熱處理操作為快速熱退火操作(RTA)。執(zhí)行所述快速熱退火操 作時(shí)，涉及的反應(yīng)溫度為950 - 1100攝氏度，如1050攝氏度；操作持續(xù)時(shí) 間為15-60秒，如30秒。使所述基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度時(shí)，采用控制完成熱處理 操作與移出操作之間的時(shí)間間隔的方式；或者，使所述基底的溫度小于
或等于磷酸生成溫度時(shí)采用制冷工藝。
通過控制移出所述熱處理腔室時(shí)的基底溫度，使其小于或等于磷酸生 成溫度(具體地，如90攝氏度)，可減少注入離子與空氣中的水蒸氣發(fā) 生反應(yīng)的可能性，繼而，減少注入離子與空氣中的水蒸氣反應(yīng)生成的物 質(zhì)腐蝕所述基底的可能性，可減少多晶硅柵層表面凹陷的產(chǎn)生，進(jìn)而減 少摻雜損失。
需強(qiáng)調(diào)的是，未加說明的步驟均可采用傳統(tǒng)的方法獲得，且具體的工 藝參數(shù)根據(jù)產(chǎn)品要求及工藝條件確定。
盡管通過在此的實(shí)施例描述說明了本發(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。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說另外的優(yōu)勢和改進(jìn)是顯而易見的。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 方法和說明性例子。因此，可以偏離這些細(xì)節(jié)而不脫離申請人總的發(fā)明 概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種摻雜區(qū)形成方法，其特征在于，包括在基底上確定摻雜區(qū)域；對所述區(qū)域完成離子注入操作；將經(jīng)歷所述離子注入操作的基底移出離子注入腔室，移出時(shí)，所述基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度；清潔所述基底；對經(jīng)歷所述清潔操作的基底執(zhí)行熱處理操作，形成摻雜區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜區(qū)形成方法，其特征在于使所述 基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度時(shí)，采用控制完成離子注入操作與 移出操作之間的時(shí)間間隔的方式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜區(qū)形成方法，其特征在于將經(jīng)歷 所述熱處理操作的基底移出熱處理腔室時(shí)，所述基底的溫度小于或等于 磷酸生成溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的摻雜區(qū)形成方法，其特征在于使所述 基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度時(shí)，采用控制完成熱處理操作與移 出操作之間的時(shí)間間隔的方式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的摻雜區(qū)形成方法，其特征在于使 所述基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度時(shí)采用制冷工藝。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摻雜區(qū)形成方法，其特征在于所 述離子注入操作為磷離子注入操作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的摻雜區(qū)形成方法，其特征 在于所述摻雜區(qū)包括輕摻雜區(qū)、源/漏區(qū)和阱區(qū)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的摻雜區(qū)形成方法，其特征 在于，清潔所述基底的步驟包括去除確定摻雜區(qū)域時(shí)《I入的掩it層； 清洗所述基底。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的摻雜區(qū)形成方法，其特征 在于所述熱處理操作為快速熱退火操作。
全文摘要
一種摻雜區(qū)形成方法，包括在基底上確定摻雜區(qū)域；對所述區(qū)域完成離子注入操作；將經(jīng)歷所述離子注入操作的基底移出離子注入腔室，移出時(shí)，所述基底的溫度小于或等于磷酸生成溫度；清潔所述基底；對經(jīng)歷所述清潔操作的基底執(zhí)行熱處理操作，形成摻雜區(qū)。可減少摻雜區(qū)表面凹陷的產(chǎn)生，進(jìn)而減少摻雜損失。
文檔編號H01L21/02GK101593678SQ20081011398
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者李澤逵, 杜珊珊, 韓寶東, 韓秋華 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司