專利名稱：制造nmos晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造NMOS晶體管的方法，特別涉及在制造NMOS晶體管過程中，進(jìn)行雙重袋形離子注入并應(yīng)用快速熱退火工藝的方法。
背景技術(shù)：
在制造NMOS晶體管的工藝中，對于硅作為襯底材料的MOS管形成源漏區(qū)時，通常采用離子注入工藝，以在晶片上具有元件的一側(cè)注入摻雜物或雜質(zhì)原子。然而，離子注入工藝會損害晶片表面的晶格結(jié)構(gòu)，并且部分注入的雜質(zhì)原子會留在晶格的間隙位置而不產(chǎn)生電性。為了修補(bǔ)在離子注入工藝中受損的晶格結(jié)構(gòu)，并且為了將所有的雜質(zhì)原子移動至晶格的置換位置，以使這些原子產(chǎn)生電性，通常會對晶片實(shí)施退火工序以將晶片加熱至高溫?？焖贌嵬嘶?RTA，Rapid Thermal Anneal)工藝是將晶片快速加熱到設(shè)定溫度，進(jìn)行短時間快速熱退火的方法。熱退火時間通常小于1-2分鐘。過去幾年間，快速熱退火已逐漸成為制造先進(jìn)半導(dǎo)體必不可少的一項工藝，它的應(yīng)用十分廣泛，可用于氧化、 退火、金屬硅化物的形成和快速熱化學(xué)沉積?？焖贌嵬嘶鹂梢钥焖偕凉に囈蟮臏囟?(200-1300°C )，并快速冷卻，通常升溫速度為50-250°C /s (攝氏度/秒)；此外，還可以精確地控制工藝氣體。因此，快速熱退火可以在一個工藝中完成復(fù)雜的多階段熱處理工藝?？焖贌嵬嘶鸸に嚨目焖偕郎?、短時間快速處理的能力很重要，因為先進(jìn)半導(dǎo)體制造工藝要求盡可能縮短熱退火時間、限制雜質(zhì)擴(kuò)散程度。用快速熱退火工藝取代慢速熱處理工藝還可以大大縮短生長周期，并減小整個工藝的熱預(yù)算，因此對于提升良品率來說快速熱退火技術(shù)特別有價值?？焖贌嵬嘶鸸に嚨囊粋€重要應(yīng)用是活化離子注入雜質(zhì)，形成超淺結(jié)。這一工藝要求熱退火具有快速升溫和冷卻功能，因為離子注入后，必須將晶片加熱到約1050°C進(jìn)行高溫退火，除去離子注入引起的損傷，并活化注入的雜質(zhì)，同時必須縮短高溫處理時間，盡可能減少雜質(zhì)離子的擴(kuò)散。為此，又開發(fā)了尖峰退火(Spike Anneal)工藝，使晶片可以快速升溫然后立即冷卻。尖峰退火工藝的特點(diǎn)是在某一溫度保溫一段時間，它可以同時完成激活雜質(zhì)元素并修復(fù)缺陷兩項基本功能。尖峰退火在高溫時的滯留時間很短，其主要作用在于激活摻雜元素。在實(shí)際操作中，晶片在某一溫度穩(wěn)定后快速升溫，到達(dá)目標(biāo)溫度即刻降溫。尖峰退火處理加熱過程時間短，對結(jié)深再擴(kuò)散影響很小，這種情況的結(jié)深很大程度上由離子注入的深度決定。盡管如此，如果峰值駐留時間過長，那么雜質(zhì)的擴(kuò)散就會非常顯著， 從而就會破壞結(jié)分布就會引發(fā)雜質(zhì)擴(kuò)散，增大結(jié)深。在65nm(納米)及以上的NMOS器件的制造工藝中，關(guān)鍵的開發(fā)技術(shù)指標(biāo)包括控制漏致勢壘降低(DIBL, Drain Induced Barrier Lowering)、增加擺幅(swing enhancement)、改善導(dǎo)通/關(guān)閉(I。n/I。ff)性能(即給定泄漏電流I。ff情況下，飽和電流Idsat 的值)等器件直流(DC)性能以及提高熱載流子注入(HCI，Hot Carrier Injection)可靠性性能。但通常情況下，上述各器件直流(DC)性能指標(biāo)與熱載流子注入可靠性指標(biāo)，是很難同時滿足的。
目前，對于深亞微米制造工藝來說，為了得到淺結(jié)，在輕摻雜的源區(qū)和漏極(LDD， lightly doped drain)和源極/漏極(S/D)退火制造工藝中，應(yīng)用了具有較快升溫速度的尖峰退火。并且在LDD和S/D快速熱退火時所用的具有較快升溫速度的尖峰退火中，常見的工藝是加入硼(B)作為NMOS晶體管袋形離子注入劑，以致得到NMOS晶體管熱載流子注入可靠性和器件性能達(dá)到平衡。但是，較快的升溫速度使得晶體管載流子注入的容限減少，并且需要較高的工藝條件。而且目前僅加入硼離子作為離子摻雜劑所得到的半導(dǎo)體器件性能并不十分理想。因此，需要一種新的簡便易行的工藝以便改進(jìn)NMOS器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。為了解決現(xiàn)有的快速熱退火工藝使得晶體管載流子注入的容限減少，且工藝條件較高的問題，本發(fā)明提供了一種在快速熱退火(LDD和S/D快速熱退火)的制造工藝中，應(yīng)用了較慢的升溫速度(升溫速度不大于150°C/s)以得到更大NMOS晶體管熱載流子注入的容限的方法。并且加入硼(B)和銦(In)作為N型輕摻雜的源極和漏極(NLDD)袋形離子注入劑以改善器件的性能，這稱為雙重(B+In)袋形離子注入。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造NMOS晶體管的方法，所述方法包含如下步驟提供一硅襯底；在所述硅襯底上形成柵極；以柵極為掩膜，向所述硅襯底中注入硼和銦離子，形成輕摻雜的源區(qū)和漏區(qū)；在所述柵極上形成一氧化層，蝕刻所述氧化層以在所述柵極側(cè)壁上形成間隙壁；以所述柵極和間隙壁為掩膜，通過離子摻雜形成源極/漏極；將所述硅襯底實(shí)施快速熱退火?？焖贌嵬嘶鸬纳郎厮俣确秶?0°C /s-150°c /s。優(yōu)選的升溫速度是80°C /s?？焖贌嵬嘶疬€可以再結(jié)合另外一種升溫速度超過150°C /s的熱退火工藝。這種熱退火工藝的退火時間可以是毫秒量級。例如是閃光退火或者激光退火。在離子注入步驟中，銦可以在硼添加之前或者之后加入。銦離子注入能量范圍是25kev-55kev。銦離子注入劑量范圍是kl2kev4el3kev。B+In雙重袋形離子注入的優(yōu)點(diǎn)在于，NMOS晶體管的導(dǎo)通/關(guān)閉性能、漏致勢壘降低和擺幅等指標(biāo)都得以改善。但熱載流子注入的性能卻降低了。具有較慢升溫速度的尖峰退火的優(yōu)點(diǎn)在于，熱載流子注入的性能得到了顯著改善。因此，根據(jù)本發(fā)明的B+h雙重袋形離子注入和具有較慢升溫速度的尖峰退火的結(jié)合，能夠同時改善熱載流子注入、器件導(dǎo)通/關(guān)閉性能、和漏致勢壘降低等諸多指標(biāo)。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
圖1是NMOS晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明NMOS晶體管制造方法的主要步驟。圖3是溝道為10 μ m寬NMOS晶體管在不同制造工藝下泄漏電流和飽和電流關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明的NMOS晶體管100的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖1，制造NMOS晶體管 100的方法的主要步驟包括提供一硅襯底101 ；在襯底上利用氧化工藝形成柵氧化層102， 再在柵氧化層上用CVD法(化學(xué)氣相沉積法)沉積柵極103 ；以柵極為掩膜，僅注入硼或者注入硼和銦離子，進(jìn)行離子摻雜工藝，形成LDD區(qū)104 ；接著在包含柵極103以及柵氧化層 102的柵極結(jié)構(gòu)上形成一氧化層，利用非等向蝕刻工藝蝕刻該氧化層，以便在柵極側(cè)壁上形成間隙壁結(jié)構(gòu)(spacer) 105 ；然后以柵極103和間隙壁105為掩膜，通過離子摻雜形成源極 /漏極106 ；最后將硅襯底實(shí)施快速熱退火。應(yīng)用不同的制造工藝，從而制造多個溝道寬為ΙΟμπι，長為0.06μπι的NMOS晶體管，以比較各個晶體管的性能。其中，改變制造工藝的手段主要包括兩方面一是在硅襯底上僅注入硼離子，或者注入硼和銦雙重離子，以形成摻雜的硅襯底；另一個是將硅襯底進(jìn)行快速熱退火的升溫速度選擇為大于150°C /s或小于150°C /s。表1是溝道為10 μ m寬NMOS晶體管在不同制造工藝下各參數(shù)的值。改變的條件包括袋形注入摻雜的元素和快速熱處理升溫速度。#1、#2和#3樣品的實(shí)驗數(shù)據(jù)如下。
權(quán)利要求
1.一種制造NMOS晶體管的方法，所述方法包含如下步驟提供一硅襯底；在所述硅襯底上形成柵極；以柵極為掩膜，向所述硅襯底中注入硼和銦離子，形成輕摻雜的源區(qū)和漏區(qū)；在所述柵極上形成一氧化層，蝕刻所述氧化層以在所述柵極側(cè)壁上形成間隙壁；以所述柵極和間隙壁為掩膜，通過離子摻雜形成源極/漏極；將所述硅襯底實(shí)施快速熱退火。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述快速熱退火的升溫速度范圍是50°C/ S-150 °C /s。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述快速熱退火的升溫速度是80°C/s。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述快速熱退火再結(jié)合另外一種升溫速度超過150°C/s的熱退火工藝。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述另外一種升溫速度超過150°C/s的熱退火工藝的退火時間是毫秒量級。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述另外一種升溫速度超過150°C/s的熱退火工藝是閃光退火或者激光退火。
7.如權(quán)利要求1-6所述的任一種方法，其特征在于，在所述離子注入步驟中，銦在硼添加之前加入。
8.如權(quán)利要求1-6所述的任一種方法，其特征在于，在所述離子注入步驟中，銦在硼添加之后加入。
9.如權(quán)利要求1-6所述的任一種方法，其特征在于，在所述離子注入步驟中，銦離子注入能量范圍是25kev_55kev。
10.如權(quán)利要求1-6所述的任一種方法，其特征在于，在所述離子注入步驟中，銦離子注入劑量范圍是kl2kev-4ei;3kev。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造NMOS晶體管的方法，所述方法包含如下步驟提供一硅襯底；在所述硅襯底上形成柵極；以柵極為掩膜，向所述硅襯底中注入硼和銦離子，形成輕摻雜的源區(qū)和漏區(qū)；在所述柵極上形成一氧化層，蝕刻所述氧化層以在所述柵極側(cè)壁上形成間隙壁；以所述柵極和間隙壁為掩膜，通過離子摻雜形成源極/漏極；將所述硅襯底實(shí)施快速熱退火?？焖贌嵬嘶鸬纳郎厮俣确秶?0℃/s-150℃/s。硼和銦雙重袋形離子注入和具有較慢升溫速度的尖峰退火的結(jié)合，能夠同時改善熱載流子注入、器件導(dǎo)通/關(guān)閉性能、和漏致勢壘降低等諸多指標(biāo)。
文檔編號H01L21/324GK102201341SQ20101013179
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者神兆旭 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司