專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更具體涉及減少形成在同一晶片上的各元件的閾值電壓差異的制造半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
隨著器件縮小，結(jié)的集成度逐漸增大。為了阻止由于熱累積(thermal budget)形成瞬態(tài)增強(qiáng)擴(kuò)散(TED)結(jié)，通過快速熱處理(RTP)進(jìn)行后續(xù)高溫退火過程。
在高溫退火過程中，可以阻止由于TED導(dǎo)致的更深入結(jié)的不正常擴(kuò)散，但是不能防止由于圖案數(shù)目增加導(dǎo)致的圖案效應(yīng)。在高溫RTP中，通過使用高溫計(jì)(pyro)、熱電偶等測量特定點(diǎn)位處的溫度來控制溫度。圖案效應(yīng)是由晶片中的反射率改變引起的，這導(dǎo)致整個(gè)晶片的溫度隨著從高圖案密度區(qū)域至無圖案區(qū)域的移動(dòng)而改變。
隨著電子產(chǎn)品生產(chǎn)的多樣化，晶片尺寸逐漸增大。形成在晶片上的元件特性隨面積增大而變化的可能性增高。此外，晶片中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域之間的特性差異導(dǎo)致閾值電壓差異，使得良品率下降。
圖1是示出形成在單個(gè)晶片上的各晶體管的閾值電壓變化的圖。
由圖1可見，由于圖案效應(yīng)和其它過程，形成在單個(gè)晶片中的各晶體管之間存在100mV或更大的閾值電壓差。具體而言，可見形成在晶片中央?yún)^(qū)域中的晶體管比形成在其它區(qū)域中的晶體管具有更低的閾值電壓。
形成在同一晶片上的各元件之間的閾值電壓差異的原因之一是由于退火過程中溫度梯度導(dǎo)致的結(jié)區(qū)擴(kuò)散差異。例如，在注入用于形成源極/漏極結(jié)區(qū)的離子之后，進(jìn)行退火過程以擴(kuò)散源極/漏極結(jié)區(qū)。該過程非常重要，這是因?yàn)槠渫ㄟ^退火使結(jié)區(qū)擴(kuò)散以使電子流平穩(wěn)。
如上所述，結(jié)區(qū)的擴(kuò)散步驟對(duì)閾值電壓水平有直接影響。具體而言，擴(kuò)散步驟隨退火溫度而非常不同。然而，當(dāng)使用具有寬大面積的晶片時(shí)，由退火設(shè)備形成溫度梯度。因而，在同一晶片上的各元件之間產(chǎn)生閾值電壓差異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，其可通過實(shí)施退火室內(nèi)部不同位置處的溫度差別設(shè)定的退火過程來改善形成在單個(gè)晶片上的晶體管的閾值電壓分布。
在一個(gè)實(shí)施方案中，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟實(shí)施將雜質(zhì)離子注入半導(dǎo)體襯底的離子注入過程和在退火室各部分溫度差別設(shè)定的狀態(tài)下實(shí)施退火以活化雜質(zhì)離子。


圖1是示出在單個(gè)晶片不同位置上的晶體管的閾值電壓變化的圖。
圖2是示出爐型RTP和燈型RTP的圖案效應(yīng)的圖。
圖3A是示出爐型RTP設(shè)備中溫度梯度的圖。
圖3B是示出在爐型RTP過程中晶片溫度梯度的圖。
圖4A-4C是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
圖2是示出爐型RTP和燈型RTP的圖案效應(yīng)的圖，其示出在晶片正面和背面測量的溫度T和基于類型的平均溫度Tavg之間的偏差。
由圖2可知，當(dāng)應(yīng)用燈型RTP時(shí)，溫度偏差T-Tavg隨芯片圖案而變化很大，在晶片邊緣區(qū)域和中央?yún)^(qū)域之間存在80℃的溫度差。
相反，當(dāng)應(yīng)用爐型RTP時(shí)，來自芯片圖案的溫度偏差比燈型RTP要小，并且晶片邊緣和中央?yún)^(qū)域之間的溫度差小于20℃。
在本發(fā)明中，采用爐型RTP作為活化注入源極和漏極結(jié)中的離子的退火過程，從而減小由于圖案效應(yīng)引起的晶體管特性差異。注意可以實(shí)施燈型或線型RTP來替代爐型RTP。
在退火時(shí)退火室的頂部、頂轉(zhuǎn)角和側(cè)壁處溫度差別設(shè)定的狀態(tài)下(溫度梯度不同的狀態(tài)下)實(shí)施退火。
圖3A是示出爐型RTP設(shè)備中溫度梯度的圖。圖3B是示出在爐型RTP過程中晶片溫度梯度的圖。在圖3A中，附圖標(biāo)記300指提供在其中實(shí)施工藝過程的空間的室，310指其上負(fù)載晶片的晶舟。
參考圖3A和3B，在爐型RTP設(shè)備中，差別設(shè)定室300的頂部、頂轉(zhuǎn)角和側(cè)壁處溫度以改變晶片上的溫度。
因而，如果實(shí)施具有溫度梯度的爐型RTP作為活化注入源極和漏極結(jié)中的離子的退火過程，則形成在晶片中央?yún)^(qū)域上的晶體管的源極和漏極結(jié)比形成在晶片邊緣的晶體管向結(jié)中擴(kuò)散得更多。結(jié)果，晶片中央?yún)^(qū)域中的晶體管的導(dǎo)通電流增大并且閾值電壓上升。
因?yàn)楸染吘墔^(qū)域中晶體管的閾值電壓相對(duì)更低的中央?yún)^(qū)域中晶體管的閾值電壓上升，因此可以減少整個(gè)晶片上的閾值電壓偏差。
溫度梯度不限于本發(fā)明提出的基于室區(qū)域的溫度，還可以根據(jù)過程步驟差別實(shí)施。例如，室頂部的溫度可設(shè)定得低于室頂轉(zhuǎn)角處的溫度，而室頂轉(zhuǎn)角處的溫度可設(shè)定得低于室側(cè)壁的溫度。換言之，退火室頂部、頂轉(zhuǎn)角和側(cè)壁的溫度可差別設(shè)定。
圖4A-4C是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
參考圖4A，n型摻雜劑注入半導(dǎo)體襯底40以形成n阱(未示出)。為了控制閾值電壓，注入控制閾值電壓的離子。N型摻雜劑可包括磷(P)離子，可采用200-1000KeV的離子注入能和1012-1014離子/cm2的離子注入劑量。用于控制閾值電壓的離子可采用p型摻雜劑，可采用5-100keV的離子注入能和1011-1014離子/cm2的離子注入劑量。為了防止摻雜劑的溝道效應(yīng)，傾斜注入閾值電壓控制離子。
順序沉積柵極氧化物層41和多晶硅層。使多晶硅層和柵極氧化物層41圖案化，在特定區(qū)域上形成柵極43。柵極43具有柵極氧化物層41和柵極電極42堆疊的結(jié)構(gòu)。
柵極氧化物層41通過在70-800℃溫度下的濕法氧化工藝過程形成。多晶硅層使用具有最小晶粒尺寸的摻雜多晶硅層、利用SiH4或Si2H6和PH3的混合氣、通過低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)而形成。
在包括柵極43的整個(gè)表面上形成絕緣層(例如熱溫度氧化物(HTO)層)。在柵極43兩側(cè)通過實(shí)施毯覆式蝕刻(blanket etch)形成隔離層44。HTO層可通過LPCVD在1-3托壓力、650-800℃溫度下形成。
參考圖4B，利用柵極電極42和作為掩模的隔離層43注入用于形成源極和漏極結(jié)的雜質(zhì)離子。雜質(zhì)離子可包括BF2或B和BF2的混合氣。
當(dāng)使用BF2時(shí)，使用1-30KeV的離子注入能和1014-5×1015離子/cm2的離子注入劑量。當(dāng)使用B和BF2的混合離子時(shí)，使用1-30KeV的離子注入能和1014-3×1015離子/cm2的劑量注入BF2。使用1-20KeV的離子注入能和1014-3×1015離子/cm2的劑量注入B。
BF2具有高原子量，因此有效形成淺結(jié)。BF2和B的混合離子有效阻止由于惰性摻雜劑而產(chǎn)生的缺陷。
參考圖4C，使用具有溫度梯度的爐型RTP來擴(kuò)散注入的雜質(zhì)離子，由此形成源極和漏極結(jié)45。為了最大限度地脫除惰性摻雜劑，使用具有氫氣氣氛的爐型RTP，并且為了促進(jìn)該過程，使氮?dú)馀c氫氣混合。
如果如上所述使用爐型RTP，則可以降低圖案效應(yīng)，并且可以改善由于圖案效應(yīng)所致的晶體管特性差異。
同時(shí)，如果注入p型摻雜劑作為閾值電壓離子，則形成在晶片中央?yún)^(qū)域中的晶體管的閾值電壓低，形成在晶片邊緣區(qū)域中的晶體管的閾值電壓高。在爐型RTP中，中央?yún)^(qū)域的溫度梯度高于晶片邊緣區(qū)域中的溫度梯度，因此可以提高位于中央?yún)^(qū)域的晶體管的低閾值電壓。
此外，本發(fā)明可應(yīng)用于源極/漏極結(jié)形成工藝以外的退火過程。結(jié)果，改善整個(gè)單個(gè)晶片的晶體管閾值電壓的均勻性。因此，可以穩(wěn)定制造半導(dǎo)體器件。
如上所述，本發(fā)明具有以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)。
使用爐型RTP作為活化注入源極和漏極結(jié)中離子的退火過程。因此，可以使圖案效應(yīng)最小化，并且可以改善由于圖案效應(yīng)導(dǎo)致的晶體管特性偏差。
實(shí)施具有溫度梯度的退火。因此，可以改善晶片邊緣區(qū)域和晶片中央?yún)^(qū)域的閾值電壓變化，并且可以得到均勻的閾值電壓。
隨著晶片尺寸增大而變得嚴(yán)重的單個(gè)晶片均勻性的增加可以通過簡單調(diào)整退火方法來解決。
可通過主動(dòng)處理由于后續(xù)高溫過程大幅改變晶體管特性的短溝道效應(yīng)來穩(wěn)定地制造器件。
本發(fā)明的上述實(shí)施方案是示例性的，并且各種替代方案和更改可以根據(jù)本說明書得到并落在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括將摻雜劑注入半導(dǎo)體襯底中，所述襯底具有第一區(qū)域和第二區(qū)域；和通過使第一和第二區(qū)域經(jīng)受不同的活化能來活化注入襯底的摻雜劑。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括將具有注入其中的摻雜劑的襯底提供在熱設(shè)備的處理區(qū)域上以進(jìn)行活化步驟，所述熱設(shè)備提供具有不同溫度的第一和第二區(qū)域。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括將具有注入其中的摻雜劑的襯底提供在熱設(shè)備中以進(jìn)行活化步驟，其中所述熱設(shè)備包括在其中提供有襯底的室，所述室具有溫度梯度以提供具有第一溫度的襯底第一區(qū)域和具有第二溫度的襯底第二區(qū)域。
4.權(quán)利要求3的方法，其中襯底的第一區(qū)域提供在鄰近襯底中部處，并且襯底的第二區(qū)域提供在鄰近襯底邊緣處。
5.權(quán)利要求3的方法，其中熱設(shè)備是爐型設(shè)備。
6.權(quán)利要求5的方法，其中將室頂部設(shè)定為第一室溫度，將室側(cè)壁設(shè)定為第二室溫度。
7.權(quán)利要求6的方法，其中第一室溫度設(shè)定為高于第二室溫度。
8.權(quán)利要求2的方法，其中第一溫度設(shè)定為高于第二溫度，第二溫度設(shè)定為低于第三溫度。
9.權(quán)利要求1的方法，其中在退火過程中，退火室具有爐型、燈型和線型中的一種。
10.權(quán)利要求1的方法，其中通過快速熱處理(RTP)來實(shí)施退火過程。
11.權(quán)利要求1的方法，其中在氫氣氣氛下實(shí)施退火過程。
12.權(quán)利要求1的方法，其中在氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚鈿夥障聦?shí)施退火過程。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟實(shí)施將雜質(zhì)離子注入半導(dǎo)體襯底的離子注入過程和在退火室各部分的溫度差別設(shè)定的狀態(tài)下實(shí)施退火以活化雜質(zhì)離子。
文檔編號(hào)H01L21/822GK101090094SQ20061015645
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者張民植, 郭魯烈 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司