專利名稱：半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及半導(dǎo)體器件制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷發(fā)展，器件的尺寸也不斷縮小。例如對(duì)于MOS場(chǎng)效應(yīng) 管，其柵極尺寸不斷縮小，相應(yīng)地，溝道長(zhǎng)度也不斷縮短而產(chǎn)生短溝道效應(yīng)，使得例如MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的閾值電壓降低。為了提高器件性能，現(xiàn)有普遍采用超淺結(jié)技術(shù)來(lái)抑制短溝道效 應(yīng)，即通過(guò)降低所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管源/漏區(qū)的結(jié)深，以減小源/漏區(qū)和襯底之間的電容，來(lái) 抑制短溝道效應(yīng)。現(xiàn)有技術(shù)一般是在形成源/漏輕摻雜區(qū)注入之后，進(jìn)行快速熱退火。即，在柵極兩 側(cè)的襯底中輕摻雜注入之后，進(jìn)行快速熱退火以重新晶體化所述輕摻雜區(qū)?，F(xiàn)有技術(shù)的一 種半導(dǎo)體器件制造方法部分過(guò)程舉例如下參照?qǐng)DIa所示，在襯底10上依次形成柵氧化層20和柵極21。形成柵氧化層20 和柵極21 —般采用化學(xué)氣相沉積的方法。柵氧化層20 —般采用例如氧化硅等材料。參照?qǐng)DIb所示，對(duì)襯底10進(jìn)行N型離子注入，在柵氧化層20和柵極21兩側(cè)的襯 底中形成深度較淺的N型延伸區(qū)30、31。對(duì)于目前采用的90nm及以下的工藝，在形成N型 延伸區(qū)之后，還會(huì)進(jìn)行暈環(huán)注入(Halolmplantation)。暈環(huán)注入為大角度的離子注入工藝， 主要是防止源漏相通，降低延伸區(qū)結(jié)深以及縮短溝道長(zhǎng)度。參照?qǐng)DIc所示，在柵氧化層20和柵極21兩側(cè)形成側(cè)墻26，并再次進(jìn)行N型離子 注入，以形成N型輕摻雜區(qū)40、41。在形成N型輕摻雜區(qū)40、41之后，對(duì)所述輕摻雜區(qū)進(jìn)行退火。一般采用尖峰退火 (spike-annealing)0然后，再進(jìn)行與上述步驟類似的P型輕摻雜區(qū)工藝及相應(yīng)退火工藝，以及后續(xù)的 源、漏極形成工藝。在例如美國(guó)專利US7091097B1中還能發(fā)現(xiàn)更多與上述內(nèi)容相關(guān)的信息。然而，在目前的半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在離子注入之后，襯底中存在較多的 注入離子殘留，可能產(chǎn)生結(jié)漏電(junction leakage)等現(xiàn)象，影響所形成的半導(dǎo)體器件性 能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的離子注入后，襯底中存在較多 注入離子殘留，而影響所形成的半導(dǎo)體器件性能的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括N型離子注入形成N 型輕摻雜區(qū)之后的退火，其中所述退火包括尖峰退火和浸入式退火(soak-armealing)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述半導(dǎo)體器件制造方法具有以下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)尖峰退火和浸入 式退火的結(jié)合應(yīng)用，使得注入離子殘留的現(xiàn)象得到了改善。


圖la至lc是現(xiàn)有技術(shù)的一種半導(dǎo)體器件制造方法部分過(guò)程示意圖；圖2a是本發(fā)明半導(dǎo)體器件制造方法中N型離子注入形成N型輕摻雜區(qū)之后的退火的一種實(shí)施方式流程圖；圖2b是本發(fā)明半導(dǎo)體器件制造方法中N型離子注入形成N型輕摻雜區(qū)之后的退 火的另一種實(shí)施方式流程圖；圖3是本發(fā)明半導(dǎo)體器件制造方法中的各種退火實(shí)例示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例對(duì)N型輕摻雜區(qū)退火以及現(xiàn)有技術(shù)對(duì)N型輕摻雜 區(qū)退火后，測(cè)量到的N型輕摻雜區(qū)的深度對(duì)比表；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例對(duì)N型輕摻雜區(qū)退火、P型輕摻雜區(qū)退火以及現(xiàn) 有技術(shù)對(duì)N型輕摻雜區(qū)退火、P型輕摻雜區(qū)退火后，測(cè)量到的N型輕摻雜區(qū)的深度對(duì)比表；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例對(duì)N型輕摻雜區(qū)退火以及現(xiàn)有技術(shù)對(duì)N型輕摻 雜區(qū)退火后，測(cè)量到的N型輕摻雜區(qū)的深度對(duì)比表；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例對(duì)N型輕摻雜區(qū)退火、P型輕摻雜區(qū)退火以及現(xiàn) 有技術(shù)對(duì)N型輕摻雜區(qū)退火、P型輕摻雜區(qū)退火后，測(cè)量到的N型輕摻雜區(qū)的深度對(duì)比表。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2a所示，根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體器件制造方法的一種實(shí)施方式，在N型離子注 入形成N型輕摻雜區(qū)之后的退火過(guò)程中，先執(zhí)行步驟si，進(jìn)行尖峰退火，并接著執(zhí)行步驟 s2，進(jìn)行浸入式退火。以下通過(guò)一個(gè)具體的半導(dǎo)體器件制造的實(shí)例對(duì)上述實(shí)施方式方法進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。繼續(xù)參照?qǐng)Dla所示，在襯底10上依次形成柵氧化層20和柵極21。形成柵氧化層 20和柵極21 —般采用化學(xué)氣相沉積的方法。柵氧化層20 —般采用例如氧化硅等材料。繼續(xù)參照?qǐng)Dlb所示，對(duì)襯底10進(jìn)行N型離子注入，在柵氧化層20和柵極21兩側(cè) 的襯底中形成深度較淺的N型延伸區(qū)30、31。在形成N型延伸區(qū)之后，還會(huì)進(jìn)行暈環(huán)注入。參照?qǐng)Dlc所示，在柵氧化層20和柵極21兩側(cè)形成側(cè)墻26，并再次進(jìn)行N型離子 注入，以形成N型輕摻雜區(qū)40、41。其中所述注入的N型離子可以為砷離子，所述砷離子的 能量可以為IKeV，劑量可以為8X1014Cm_2。在形成N型輕摻雜區(qū)40、41之后，對(duì)所述N型輕摻雜區(qū)40、41先進(jìn)行尖峰退火，再 接著進(jìn)行浸入式退火。所述尖峰退火和浸入式退火都在同一爐管中進(jìn)行。例如，參照?qǐng)D3所示，對(duì)應(yīng)曲線100，將具有N型輕摻雜區(qū)40、41的襯底10置于爐 管中，先升溫至1050°C進(jìn)行尖峰退火。其中所述升溫包括兩段式升溫，例如先升溫至500 650°C，再繼續(xù)升溫至1050°C來(lái)進(jìn)行尖峰退火。在尖峰退火之后，接著進(jìn)行800°C的浸入式退火，所述浸入式退火的時(shí)間為10秒。 其過(guò)程包括向爐管中通入氖氣、氦氣中的任意一種或組合來(lái)進(jìn)行氣體冷卻，使得爐管中的 溫度從1050°C下降到800°C。隨后持續(xù)對(duì)襯底10加熱來(lái)維持800°C的溫度以進(jìn)行浸入式退 火。所述浸入式退火的時(shí)間即維持800°C的溫度的時(shí)間，例如10秒。
又例如，繼續(xù)參照?qǐng)D3所示，對(duì)應(yīng)曲線200，對(duì)具有N型輕摻雜區(qū)40、41的襯底10先 升溫至1050°C進(jìn)行尖峰退火。其中所述升溫包括兩段式升溫，例如先升溫至500 650°C， 再繼續(xù)升溫至1050°C來(lái)進(jìn)行尖峰退火。再接著進(jìn)行900°C的浸入式退火，所述浸入式退火 的時(shí)間為10秒。所述退火過(guò)程可參照上述相關(guān)描述。上述浸入式退火的溫度及時(shí)間僅為舉例，所述浸入式退火的溫度可以為600 900°C，時(shí)間可以為5 30秒。在上述對(duì)N型輕摻雜區(qū)執(zhí)行浸入式退火之后，再進(jìn)行工藝過(guò)程類似的P型輕摻雜 區(qū)工藝及相應(yīng)退火工藝。其中，在形成P型輕摻雜區(qū)之后的退火可以采用兩次尖峰退火的方法。例如在形 成P型輕摻雜區(qū)之后，先進(jìn)行950°C的尖峰退火，再進(jìn)行1070°C的尖峰退火。在上述對(duì)P型輕摻雜區(qū)執(zhí)行退火之后，進(jìn)行后續(xù)的源、漏極形成工藝。參照?qǐng)D4所示，#1、#2、#3分別表示在形成N型輕摻雜區(qū)后，采用上述本發(fā)明實(shí)施例 的兩種退火方法和采用現(xiàn)有技術(shù)的退火方法的晶圓樣本。從退火之后，對(duì)于所述N型輕摻 雜區(qū)結(jié)深的測(cè)量結(jié)果可以看到，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)對(duì)N型輕摻雜區(qū)僅采用1050°C的尖峰退火 的工藝，上述實(shí)例采用的對(duì)N型輕摻雜區(qū)先進(jìn)行1050°C的尖峰退火，再進(jìn)行800°C或900°C 的浸入式退火工藝，所述N型輕摻雜區(qū)結(jié)深基本保持不變?，F(xiàn)有技術(shù)僅采用1050°C的尖峰 退火后的N型輕摻雜區(qū)結(jié)深為16. 6nm，而上述實(shí)例采用的先進(jìn)行1050°C的尖峰退火，再進(jìn) 行800°C或900°C的浸入式退火后的N型輕摻雜區(qū)結(jié)深分別為16. 7nm和17. 2nm。圖5所示為#1、#2、#3這三個(gè)晶圓樣本在上述N型輕摻雜區(qū)退火后，再經(jīng)過(guò)P型輕 摻雜區(qū)退火后的N型輕摻雜區(qū)結(jié)深。從兩次退火之后，對(duì)于所述N型輕摻雜區(qū)結(jié)深的測(cè)量結(jié)果可以看到，相對(duì)于現(xiàn) 有技術(shù)對(duì)N型輕摻雜區(qū)僅采用1050°C的尖峰退火，對(duì)P型輕摻雜區(qū)采用兩次尖峰退火 (950°C +1070°C )的工藝，上述實(shí)例采用的對(duì)N型輕摻雜區(qū)先進(jìn)行1050°C的尖峰退火，再進(jìn) 行800°C或900°C的浸入式退火工藝，隨后經(jīng)過(guò)所述P型輕摻雜區(qū)退火后，所述N型輕摻雜 區(qū)結(jié)深基本保持不變。現(xiàn)有技術(shù)N型輕摻雜區(qū)、P型輕摻雜區(qū)退火后，所述N型輕摻雜區(qū)結(jié) 深為21. 8nm，而上述實(shí)例采用對(duì)N型輕摻雜區(qū)先進(jìn)行1050°C的尖峰退火，再進(jìn)行800°C或 900°C的浸入式退火，以及所述P型輕摻雜區(qū)退火后，所述N型輕摻雜區(qū)結(jié)深分別為21. 8nm 和 22. 7nm。而在對(duì)#1、#2、#3的注入離子殘留情況檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，#1、#2的注入離子殘留相對(duì)于
#3的注入離子殘留具有明顯改善。參照?qǐng)D2b所示，根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體器件制造方法的另一種實(shí)施方式，在N型離子 注入形成N型輕摻雜區(qū)之后的退火過(guò)程中，先執(zhí)行步驟slO，進(jìn)行浸入式退火，并接著執(zhí)行 步驟s20，進(jìn)行尖峰退火。以下通過(guò)一個(gè)具體的半導(dǎo)體器件制造的實(shí)例對(duì)上述實(shí)施方式方法進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。繼續(xù)參照?qǐng)Dla所示，在襯底10上依次形成柵氧化層20和柵極21。形成柵氧化層 20和柵極21 —般采用化學(xué)氣相沉積的方法。柵氧化層20 —般采用例如氧化硅等材料。繼續(xù)參照?qǐng)Dlb所示，對(duì)襯底10進(jìn)行N型離子注入，在柵氧化層20和柵極21兩側(cè) 的襯底中形成深度較淺的N型延伸區(qū)30、31。在形成N型延伸區(qū)之后，還會(huì)進(jìn)行暈環(huán)注入。
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參照?qǐng)Dlc所示，在柵氧化層20和柵極21兩側(cè)形成側(cè)墻26，并再次進(jìn)行N型離子 注入，以形成N型輕摻雜區(qū)40、41。其中所述注入的N型離子可以為砷離子，所述砷離子的 能量可以為IKeV，劑量可以為8X1014Cm_2。在形成N型輕摻雜區(qū)40、41之后，對(duì)所述N型輕摻雜區(qū)40、41先進(jìn)行浸入式退火， 再接著進(jìn)行尖峰退火。所述浸入式退火和尖峰退火都在同一爐管中進(jìn)行。例如，繼續(xù)參照?qǐng)D3所示，對(duì)應(yīng)曲線300，將具有N型輕摻雜區(qū)40、41的襯底10置 于爐管中，先升溫至900°C進(jìn)行浸入式退火，所述浸入式退火的時(shí)間為10秒，再接著繼續(xù)升 溫至1050°C進(jìn)行尖峰退火。又例如，對(duì)具有N型輕摻雜區(qū)40、41的襯底10先升溫至800°C進(jìn)行浸入式退火，所 述浸入式退火的時(shí)間為10秒，再接著繼續(xù)升溫至1050°C進(jìn)行尖峰退火。上述浸入式退火的溫度及時(shí)間僅為舉例，所述浸入式退火的溫度可以為600 900°C，時(shí)間可以為5 30秒。在上述對(duì)N型輕摻雜區(qū)執(zhí)行尖峰退火之后，再進(jìn)行工藝類似的P型輕摻雜區(qū)工藝 及相應(yīng)退火工藝。其中，在形成P型輕摻雜區(qū)之后的退火可以采用兩次尖峰退火的方法。例如在形 成P型輕摻雜區(qū)之后，先進(jìn)行950°C的尖峰退火，再進(jìn)行1070°C的尖峰退火。在上述對(duì)P型輕摻雜區(qū)執(zhí)行尖峰退火之后，進(jìn)行后續(xù)的源、漏極形成工藝。參照?qǐng)D6所示，#4、#5分別表示在形成N型輕摻雜區(qū)后，采用上述本發(fā)明實(shí)施例 的退火方法和采用現(xiàn)有技術(shù)的退火方法的晶圓樣本。從退火之后，對(duì)于所述N型輕摻雜區(qū) 結(jié)深的測(cè)量結(jié)果可以看到，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)對(duì)N型輕摻雜區(qū)僅采用1050°C的尖峰退火的工 藝，上述實(shí)例采用的對(duì)N型輕摻雜區(qū)先進(jìn)行900°C的浸入式退火，再進(jìn)行1050°C的尖峰退火 工藝，所述N型輕摻雜區(qū)結(jié)深基本保持不變。現(xiàn)有技術(shù)僅采用1050°C的尖峰退火后的N型 輕摻雜區(qū)結(jié)深為16. 6nm，而上述實(shí)例采用的先進(jìn)行900°C的浸入式退火，再進(jìn)行1050°C的 尖峰退火后的N型輕摻雜區(qū)結(jié)深為16. 7nm。圖7所示為#4、#5這兩個(gè)晶圓樣本在上述N型輕摻雜區(qū)退火后，再經(jīng)過(guò)P型輕摻 雜區(qū)退火后的N型輕摻雜區(qū)結(jié)深。從兩次退火之后，對(duì)于所述N型輕摻雜區(qū)結(jié)深的測(cè)量結(jié)果可以看到，相對(duì)于現(xiàn) 有技術(shù)對(duì)N型輕摻雜區(qū)僅采用1050°C的尖峰退火，對(duì)P型輕摻雜區(qū)采用兩次尖峰退火 (950°C +1070°C )的工藝，上述實(shí)例采用的對(duì)N型輕摻雜區(qū)先進(jìn)行900°C的浸入式退火，再 進(jìn)行1050°C的尖峰退火工藝，隨后經(jīng)過(guò)所述P型輕摻雜區(qū)退火后，所述N型輕摻雜區(qū)結(jié)深 基本保持不變。現(xiàn)有技術(shù)N型輕摻雜區(qū)、P型輕摻雜區(qū)退火后，所述N型輕摻雜區(qū)結(jié)深為 21. 8nm，而上述實(shí)例采用的對(duì)N型輕摻雜區(qū)先進(jìn)行900°C的浸入式退火，再進(jìn)行1050°C的尖 峰退火，以及所述P型輕摻雜區(qū)退火后，所述N型輕摻雜區(qū)結(jié)深為21. 6nm。而在對(duì)#4、#5的注入離子殘留情況檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，#4的注入離子殘留相對(duì)于#5的 注入離子殘留具有明顯改善。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括N型離子注入形成N型輕摻雜區(qū)之后的退火，其特征在于，所述退火包括尖峰退火和浸入式退火。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述退火包括先進(jìn)行尖峰 退火，并接著進(jìn)行浸入式退火。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述尖峰退火的溫度為 1050 O。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述浸入式退火的溫度為 600 900°C，時(shí)間為5 30秒。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述退火包括先進(jìn)行浸入 式退火，并接著進(jìn)行尖峰退火。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述浸入式退火的溫度為 600 900°C，時(shí)間為5 30秒。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述尖峰退火的溫度為 1050 O。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括N型離子注入形成N型輕摻雜區(qū)之后的退火，其中所述退火包括尖峰退火和浸入式退火的結(jié)合應(yīng)用。通過(guò)尖峰退火和浸入式退火的結(jié)合應(yīng)用，使得注入離子殘留的現(xiàn)象得到了改善。
文檔編號(hào)H01L21/324GK101826462SQ20091004689
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者何永根 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司