專利名稱：晶體管的制造方法
晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造方法，尤其涉及提高導(dǎo)電溝道中的載流子遷移 率，從而提高晶體管飽和電流值的晶體管制造方法。
背景技術(shù)：
晶體管，尤其是"金屬-半導(dǎo)體-氧化物"場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，是集 成電路中最常見的元件之一。飽和電流值是衡量MOSFET性能的重要指標(biāo)。 飽和電流值越高表明MOSFET的驅(qū)動(dòng)能力越強(qiáng)。
現(xiàn)有技術(shù)中，通過在半導(dǎo)體襯底中引入應(yīng)力材料來提高導(dǎo)電溝道的載流子 遷移率，是一種可以提高晶體管飽和電流值的有效方法。例如，對(duì)于典型的 MOSFET結(jié)構(gòu)，構(gòu)成飽和電流的載流子是從MOSFET的源極或者漏極出發(fā)經(jīng) 過導(dǎo)電溝道進(jìn)入漏極或者源極，提高導(dǎo)電溝道的載流子遷移率相當(dāng)于降低了載 流子流經(jīng)路徑上的電阻，因此可以提高M(jìn)OSFET的飽和電流。申請(qǐng)?zhí)枮?US6492216的美國專利中揭露的一種MOSFET的制造方法，在MOSFET的制 作過程中，外延生長一層由硅、鍺和碳構(gòu)成的具有應(yīng)力的化合物材料，用這種 材料作為導(dǎo)電溝道，可以提高導(dǎo)電溝道中的載流子遷移率，達(dá)到提高M(jìn)OSFET 飽和電流值的目的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，普遍采用的方法是在半導(dǎo)體襯底表面生長具有應(yīng)力的材料 作為導(dǎo)電溝道，實(shí)現(xiàn)提高晶體管飽和電流值的技術(shù)效果。此類方法主要提高了 導(dǎo)電溝道的載流子遷移率，而并未改變?cè)礃O和漏極的載流子遷移率。然而，源 極和漏極也是構(gòu)成載流子流經(jīng)通道的一部分，在制造過程中的其他工藝相同的 情況下，如果能提高源極或者漏極的載流子遷移率，則可以進(jìn)一步提高晶體管 如MOSFET的飽和電流，使之有更加良好的電學(xué)特性。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供可以提高M(jìn)OSFET的飽和電流的晶 體管源極和漏極的制造方法。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種晶體管的制造方法，包括如下步驟 提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底表面制作注入阻擋層，界定源極和漏極區(qū)域； 將摻雜離子和碳離子注入半導(dǎo)體襯底中的源極和漏極區(qū)域；對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行 退火處理。
上述技術(shù)方案中，可以先將摻雜離子注入半導(dǎo)體襯底中的源極和漏極區(qū) 域，再將碳離子注入半導(dǎo)體襯底的源極和漏極區(qū)域；也可以先將碳離子注入半 導(dǎo)體襯底中的源極和漏極區(qū)域，再將摻雜離子注入半導(dǎo)體襯底的源極和漏極區(qū) 域。
所述半導(dǎo)體襯底為P型單晶硅襯底。
所述摻雜離子為N型摻雜離子。
所述N型摻雜離子為砷、磷或者兩者的組合。
所述將碳離子注入半導(dǎo)體襯底所采用的注入能量為2.5keV 30keV，注入 劑量為Ixl015cm_2 lxl016cm—2。
所述退火處理包括快速熱退火，溫度為950GC 1000GC，時(shí)間為30秒 300秒。
所述退火進(jìn)一步包括在快速熱退火之前進(jìn)行脈沖退火。 所述脈沖退火的溫度為100(^C 1050GC，脈沖次數(shù)為120次 250次，每
次的退火時(shí)間不超過1秒。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以提高源極和漏極的載流子遷移率，從而提高
MOSFET的飽和電流。


附圖1為本發(fā)明所提供的晶體管的制造方法具體實(shí)施方式
的工藝流程圖； 附圖2至附圖5為本發(fā)明所提供的晶體管的制造方法具體實(shí)施方式
的實(shí)施 步驟示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所提供的晶體管的制造方法做詳細(xì)的說明。
附圖1為本發(fā)明所提供的晶體管的制造方法具體實(shí)施方式
的工藝流程圖。 步驟SIO，提供半導(dǎo)體襯底；步驟Sll，在半導(dǎo)體襯底表面制作注入阻擋層， 界定源極和漏極區(qū)域；步驟S12，將摻雜離子注入半導(dǎo)體襯底中的源極和漏極 區(qū)；步驟S13，將碳離子注入半導(dǎo)體襯底中的源極和漏極區(qū)；步驟S14，對(duì)半 導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火處理。
以下將參照附圖2至附圖5進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。附圖2至 附圖5為本發(fā)明所提供的晶體管的制造方法具體實(shí)施方式
的實(shí)施步驟示意圖。
附圖2所示，參考步驟SIO，提供半導(dǎo)體襯底100。在本具體實(shí)施方式
中， 所述半導(dǎo)體襯底100為P型單晶硅襯底。如圖所示，在半導(dǎo)體襯底100的表面 上已經(jīng)制作了柵堆疊結(jié)構(gòu)101。在實(shí)際應(yīng)用中，所述半導(dǎo)體襯底100可以是半 導(dǎo)體領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種半導(dǎo)體材料，包括多晶結(jié)構(gòu)的硅、絕緣體上硅 (SOI)等。
附圖3所示，參考步驟Sll，在半導(dǎo)體襯底100表面制作阻擋層102。阻 擋層102將位于柵堆疊結(jié)構(gòu)101兩側(cè)需要注入的區(qū)域暴露出來，暴露的區(qū)域即 為晶體管的源極和漏極區(qū)域。柵堆疊結(jié)構(gòu)101在此也起到阻擋注入的作用。在 半導(dǎo)體襯底IOO表面不需要進(jìn)行離子注入的位置制作阻擋層102，可以在離子 注入過程中起到阻擋注入離子的作用。常見的阻擋層材料為二氧化硅、氮化硅 或者氮氧化硅?？梢圆捎没瘜W(xué)沉積、物理沉積、熱氧化等方法在半導(dǎo)體襯底100 的表面生長阻擋層，并在阻擋層中制作圖形以界定源極和漏極區(qū)域。圖形制作 可以采用本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所公知的光刻工藝或者電子束曝光工藝等。
附圖4所示，參考步驟S12，將摻雜離子注入半導(dǎo)體襯底100。摻雜離子 將注入半導(dǎo)體襯底100中由柵堆疊結(jié)構(gòu)101和阻擋層102界定的源極和漏極區(qū) 域，摻雜離子注入之后，在半導(dǎo)體襯底中形成了源極摻雜區(qū)域103和漏極摻雜 區(qū)域104。對(duì)于P型單晶硅襯底，所采用的摻雜離子為N型摻雜離子，例如砷、 磷或者兩者的組合。N型摻雜離子的注入劑量為lX1015Cm-2 lX1016cm—2，注 入能量為10keV 40keV。附圖5所示，參考步驟S13，將碳離子注入半導(dǎo)體襯底。碳離子將注入半 導(dǎo)體襯底100中由柵堆疊結(jié)構(gòu)101和阻擋層102界定的源極摻雜區(qū)域103和漏 極摻雜區(qū)域104。碳離子注入所采用的注入能量為2.5keV 30keV、注入劑量 為lX1015cm—2 lX1016Cm-2。由于碳與硅在元素周期表中同屬IV族元素，注 入的碳離子可以影響源極摻雜區(qū)域103和漏極摻雜區(qū)域104中單晶硅的晶格排 布，在晶格內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。根據(jù)半導(dǎo)體物理的知識(shí)，當(dāng)晶格內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)， 會(huì)影響到晶格的對(duì)稱狀態(tài)，從而影響到載流子在晶格中的遷移。在碳離子以上 述的能量和劑量條件下注入半導(dǎo)體襯底100中的源極摻雜區(qū)域103和漏極摻雜 區(qū)域104，可以提高載流子在晶格中的遷移速率。因此，將碳離子注入源極和 漏極可以提高源極和漏極的載流子遷移率，提高M(jìn)OSFET的飽和電流。實(shí)驗(yàn) 證明，在其他條件相同的情況下，采用碳離子注入的方法，可以將MOSFET 的飽和電流值從500jiA/^im提高至600|^A/^im以上，提高幅度超過20%。
本實(shí)施例采用先注入N型摻雜離子，后注入碳離子的方法進(jìn)行源極和漏極 的摻雜。也可以采用先注入碳離子，后注入N型摻雜離子的方法，即首先實(shí)施 步驟S13，再實(shí)施步驟S12，此方法與本具體實(shí)施方式
相比并無區(qū)別。
步驟S14，對(duì)半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行退火處理。
由于注入的碳離子會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)部形成缺陷團(tuán)簇，導(dǎo)致源極摻雜區(qū)域103 和漏極摻雜區(qū)域104之間的漏電流增加，因此需要在注入之后進(jìn)行退火處理。 所述退火處理包括快速熱退火(RTA)。快速熱退火的溫度為95(^C 1000GC; 時(shí)間為30秒 300秒?？焖贌嵬嘶鹩兄谙毕輬F(tuán)簇，從而降低漏電電流。 實(shí)驗(yàn)表明，在其他條件相同的情況下，進(jìn)行快速熱退火可以使漏電流從 0.01nA/(im降低至0.07nA4im，降低幅度為30%左右。
在進(jìn)行快速熱退火之前，還可以進(jìn)行脈沖退火，脈沖退火的脈沖次數(shù)為120 次 250次，每次的退火時(shí)間不超過1秒，溫度為1000QC 1050QC。脈沖退火 是現(xiàn)有技術(shù)中常用的退火工藝，主要作用是促進(jìn)摻雜離子形成源極和漏極。由 于采用了快速熱退火工藝，因此脈沖退火可以被省略。
下面給出本發(fā)明所述晶體管源極和漏極的制作方法的實(shí)施例
第一步，提供P型單晶硅襯底，襯底表面有柵堆疊結(jié)構(gòu)；第二步，在P型單晶硅襯底的表面制作二氧化硅注入阻擋層，用以界定源
極和漏極區(qū)域；
第三步，將磷離子注入P型單晶硅襯底中由二氧化硅阻擋層界定的源極和 漏極區(qū)域，形成源極和漏極摻雜區(qū)域，磷離子的注入劑量為6乂1015(^1-2，注入 能量為25keV;
第四步，將碳離子注入P型單晶硅襯底中的源極和漏極區(qū)域，注入劑量為 4X1015cm_2，注入能量為15keV;
第五步，對(duì)P型單晶硅襯底進(jìn)行快速熱退火處理，溫度為1000QC，退火 時(shí)間為150秒。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些 改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶體管的制造方法，其特征在于，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底表面制作注入阻擋層，界定源極和漏極區(qū)域；將摻雜離子和碳離子注入半導(dǎo)體襯底中的源極和漏極區(qū)域；對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，先將摻雜離子注 入半導(dǎo)體襯底中的源極和漏極區(qū)域，再將碳離子注入半導(dǎo)體襯底的源極和漏極區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，先將碳離子注入 半導(dǎo)體襯底中的源極和漏極區(qū)域，再將摻雜離子注入半導(dǎo)體襯底的源極和 漏極區(qū)域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底 為P型單晶硅襯底。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述摻雜離子為 N型摻雜離子。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述N型摻雜離 子為砷、磷或者兩者的組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，將碳離子注入半 導(dǎo)體襯底所采用的注入能量為2.5keV 30keV。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，將碳離子注入半 導(dǎo)體襯底所采用的注入劑量為1 x 1015cm—2 1 x 1016cm—2 。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述退火處理包 括快速熱退火。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述快速熱退火 的溫度為950GC 1000QC。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述快速熱退火 的時(shí)間為30秒 300秒。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述退火進(jìn)一步 包括在快速熱退火之前進(jìn)行脈沖退火。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述脈沖退火的 溫度為1000QC 1050GC，脈沖次數(shù)為120次 250次，每次的退火時(shí)間不 超過1秒。
全文摘要
一種晶體管的制造方法，包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底表面制作注入阻擋層，界定源極和漏極區(qū)域；將摻雜離子和碳離子注入半導(dǎo)體襯底中的源極和漏極區(qū)域；對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以提高源極和漏極的載流子遷移率，從而提高晶體管如MOSFET的飽和電流。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101567318SQ20081003665
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者猛 趙 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司