本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域,具體而言,涉及一種輕摻雜漏注入方法與采用該方法形成的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù):
現(xiàn)有技術(shù)中的輕摻雜漏注入(Lightly Doped Drain,LDD)以及源/漏注入的離子注入方法一般都是分多次注入,以下以輕摻雜漏注入為例進(jìn)行說(shuō)明,該離子注入過(guò)程包括:步驟S1’,在形成有STI(淺槽隔離)和柵極的晶片襯底100’的表面上依次設(shè)置如圖1所示的犧牲氧化層200’與光刻膠300’;步驟S2’,對(duì)圖1所示光刻膠300’進(jìn)行圖形化處理,使部分犧牲氧化層200’裸露,形成圖2所示的結(jié)構(gòu);步驟S3’,對(duì)圖2所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕摻雜漏注入(LDD),在晶片襯底中形成如圖3所示的第一超淺結(jié)101’;步驟S4’,去除圖3所示的光刻膠300’,形成圖4所示的結(jié)構(gòu);以及步驟S5’,重復(fù)步驟S1’至步驟S4’,形成圖5所示的位于不同位置的第一超淺結(jié)101’和第二超淺結(jié)102’。
上述方法在每一次輕摻雜漏注入后都需要將光刻膠去除,去除光刻膠一般采用濕法腐蝕的方法,濕法腐蝕對(duì)犧牲氧化層有著較強(qiáng)的腐蝕能力,所以隨著一次次光刻膠的去除,犧牲氧化層的厚度逐漸變小,使得犧牲氧化層中的離子被同時(shí)去除,進(jìn)而使得離子注入的總數(shù)減小,影響器件的性能。
當(dāng)出現(xiàn)采用多次輕摻雜漏注入形成多個(gè)超淺結(jié)或者采用較長(zhǎng)時(shí)間去除光刻膠的情況時(shí),犧牲氧化層就會(huì)被完全去除,使得晶片襯底直接暴露在空氣中,其表面很容易被氧化形成表面二氧化硅,在后續(xù)的濕法去除光刻膠時(shí),表面二氧化硅也會(huì)被去除,使得晶片襯底表面會(huì)形成硅凹陷,這樣使得注入的離子總數(shù)有較大程度的減小,影響器件的特性,并且硅凹陷會(huì)影響器件的可靠性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本申請(qǐng)旨在提供一種輕摻雜漏注入方法與采用該方法形成的半導(dǎo)體器件,以解決現(xiàn)有技術(shù)中多次輕摻雜漏離子注容易造成晶片襯底表面硅凹陷的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面,提供了一種輕摻雜漏注入方法,上述輕摻雜漏注入方法包括:步驟S1,在具有STI和柵極的晶片襯底的表面上依次設(shè)置犧牲氧化層與光刻膠,上述犧牲氧化層的厚度為T(mén)HK1;步驟S2,對(duì)上述光刻膠進(jìn)行圖形化處理,使上述犧牲氧化層的部分表面裸露;步驟S3,對(duì)上述犧牲氧化層和上述晶片襯底進(jìn)行輕摻雜漏注入,在上述晶片襯底中形成第一超淺結(jié);步驟S4,去除上述光刻膠;以及步驟S5,重復(fù)執(zhí)行 步驟S1至步驟S4,使得執(zhí)行步驟S1至步驟S4的執(zhí)行過(guò)程共n次,形成n個(gè)位于不同位置的超淺結(jié),且n≥1,其中,上述注入方法還包括在n次執(zhí)行過(guò)程中的m次執(zhí)行過(guò)程中,在去除上述光刻膠的步驟后,在上述晶片襯底和上述犧牲氧化層的表面設(shè)置附加犧牲氧化層,m≥1,且m≤n。
進(jìn)一步地,采用SACVD法設(shè)置上述附加犧牲氧化層。
進(jìn)一步地,上述SACVD法的溫度在300~500℃之間。
進(jìn)一步地,上述SACVD法的壓強(qiáng)在3~5torr之間。
進(jìn)一步地,上述m大于1。
進(jìn)一步地,上述m≥3,n≥5。
進(jìn)一步地,設(shè)置上述附加犧牲氧化層時(shí),上述犧牲氧化層的厚度為T(mén)HK3,上述附加犧牲氧化層的厚度為T(mén)HK2,上述THK2與THK3之和等于0.8~1.2THK1。
進(jìn)一步地,上述步驟S4中上述犧牲氧化層的損傷厚度為0.1THK1~0.5THK1,在執(zhí)行上述步驟S5時(shí),上述犧牲氧化層的剩余厚度小于上述損傷厚度時(shí),設(shè)置上述附加犧牲氧化層。
根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面,提供了一種半導(dǎo)體器件,包括超淺結(jié),上述超淺結(jié)采用上述輕摻雜源漏極離子注入方法形成。
應(yīng)用本申請(qǐng)的技術(shù)方案,在傳統(tǒng)輕摻雜漏注入的過(guò)程中,加入設(shè)置附加犧牲氧化層的過(guò)程,即在m次步驟S5的去除上述光刻膠的步驟后,在上述晶片襯底和上述犧牲氧化層的表面設(shè)置附加犧牲氧化層,使得該附加犧牲氧化層與犧牲氧化層共同保護(hù)硅襯底,避免在后續(xù)濕法去除光刻膠的過(guò)程中將晶片襯底表面的二氧化硅去除,進(jìn)而避免了硅凹陷現(xiàn)象的發(fā)生,并使其可靠性提高;進(jìn)一步避免了由于硅凹陷引起的注入離子總數(shù)的大量減少,從而保證了器件的漏電流不會(huì)增大,進(jìn)而提高了器件性能。
附圖說(shuō)明
構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解,本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng),并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1至圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)的輕摻雜漏注入的過(guò)程,其中,
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中在晶片襯底上依次設(shè)置犧牲氧化層與光刻膠后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2示出了對(duì)圖1所示的光刻膠進(jìn)行圖形化處理后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3示出了對(duì)圖2所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕摻雜漏注入后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4示出了去除圖3所示的光刻膠后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5示出了完成多步輕摻雜注入后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6示出了本申請(qǐng)的一種優(yōu)選的實(shí)施方式的輕摻雜漏注入的流程示意圖;
圖7至圖15示出了本申請(qǐng)的一種優(yōu)選的實(shí)施方式的輕摻雜漏注入的過(guò)程,其中,
圖7示出了在晶片襯底上依次設(shè)置犧牲氧化層與光刻膠后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8示出了對(duì)圖7所示的光刻膠刻蝕后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖9示出了對(duì)圖8所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子注入后晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖10示出了去除圖9所示的光刻膠后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖11示出了在圖10所示結(jié)構(gòu)上設(shè)置光刻膠并刻蝕后形成的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖12示出了對(duì)圖11所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子注入并去除光刻膠后形成的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖13示出了完成六次LDD過(guò)程的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖14示出了在圖13所示的結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置附加犧牲氧化層后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖15示出了對(duì)圖14所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三次LDD過(guò)程后的晶片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖16示出了犧牲氧化層厚度的變化示意圖;以及
圖17示出了設(shè)置附加犧牲氧化層及其后續(xù)的LDD過(guò)程后的犧牲氧化層厚度與附加犧牲氧化層的厚度總和的變化示意圖。
具體實(shí)施方式
應(yīng)該指出,以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的,旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明,本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。
需要注意的是,這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式,而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的,除非上下文另外明確指出,否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式,此外,還應(yīng)當(dāng)理解的是,當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí),其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
為了便于描述,在這里可以使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ),如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用來(lái)描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是,空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附圖中的器件被倒置,則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下 方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而,示例性術(shù)語(yǔ)“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位),并且對(duì)這里所使用的空間相對(duì)描述作出相應(yīng)解釋。
現(xiàn)在,將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。然而,這些示例性實(shí)施方式可以由多種不同的形式來(lái)實(shí)施,并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是,提供這些實(shí)施方式是為了使得本申請(qǐng)的公開(kāi)徹底且完整,并且將這些示例性實(shí)施方式的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員,在附圖中,為了清楚起見(jiàn),擴(kuò)大了層和區(qū)域的厚度,并且使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的器件,因而將省略對(duì)它們的描述。
正如背景技術(shù)所介紹的,現(xiàn)有的分多次輕摻雜漏離子注入法容易使得晶片襯底表面形成硅凹陷,注入的離子的總數(shù)有較大程度的減小,影響器件的特性,并且硅凹陷會(huì)影響器件的可靠性,為了解決上述問(wèn)題,本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N輕摻雜漏注入方法,如圖6所示,該方法包括:步驟S1,在具有STI和柵極的晶片襯底的表面上依次設(shè)置犧牲氧化層與光刻膠,上述犧牲氧化層的厚度為T(mén)HK1;步驟S2,對(duì)上述光刻膠進(jìn)行圖形化處理,使上述犧牲氧化層的部分表面裸露;步驟S3,對(duì)上述犧牲氧化層和上述晶片襯底進(jìn)行輕摻雜漏注入,在上述晶片襯底中形成第一超淺結(jié);步驟S4,去除上述光刻膠;以及步驟S5,重復(fù)執(zhí)行步驟S1至步驟S4,使得執(zhí)行步驟S1至步驟S4的執(zhí)行過(guò)程共n次,形成n個(gè)位于不同位置的超淺結(jié),且n≥1,該方法還包括在n次執(zhí)行過(guò)程中的m次執(zhí)行過(guò)程中,在去除上述光刻膠的步驟后,在上述晶片襯底和上述犧牲氧化層的表面設(shè)置附加犧牲氧化層,m≥1,且m≤n。
上述的方法在傳統(tǒng)輕摻雜漏注入的過(guò)程中,加入設(shè)置附加犧牲氧化層的過(guò)程,即在m次步驟S5的去除上述光刻膠的步驟后,在上述晶片襯底和上述犧牲氧化層的表面設(shè)置附加犧牲氧化層,使得該附加犧牲氧化層與犧牲氧化層共同保護(hù)硅襯底,避免在后續(xù)濕法去除光刻膠的過(guò)程中將晶片襯底表面的二氧化硅去除,進(jìn)而避免了硅凹陷現(xiàn)象的發(fā)生,并使其可靠性提高;進(jìn)一步避免了由于硅凹陷引起的注入離子總數(shù)的大量減少,從而保證了器件的漏電流不會(huì)增大,進(jìn)而提高了器件性能。
為了采用高效快捷的方式設(shè)置附加犧牲氧化層,并且使得附加犧牲氧化層對(duì)上述晶片襯底具有良好的間隙填充和覆蓋性;同時(shí)為了避免設(shè)置附加犧牲氧化層的工藝對(duì)離子注入造成影響,對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)造成損傷,本申請(qǐng)優(yōu)選采用SACVD法(Sub Atmospheric Chemical Vapor Deposition,次大氣壓化學(xué)氣相沉積法)設(shè)置上述附加犧牲氧化層。
本申請(qǐng)的又一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,優(yōu)選上述SACVD法的溫度在300~500℃之間。當(dāng)采用的溫度在300~500℃之間時(shí),既可以在晶片襯底上形成較致密的附加犧牲氧化層,同時(shí)又不會(huì)對(duì)晶片襯底中已經(jīng)形成的STI、柵極等結(jié)構(gòu)造成影響,而且此溫度范圍對(duì)半導(dǎo)體器件的影響也比爐管的高溫制程影響小。
為了更好地控制附加犧牲氧化層的生長(zhǎng)過(guò)程,本申請(qǐng)優(yōu)選上述SACVD法的壓強(qiáng)在3~5torr之間。
本申請(qǐng)的又一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,上述m大于1。即在LDD過(guò)程中,至少有兩次設(shè)置附加犧牲氧化層的步驟,如果步驟S5的重復(fù)次數(shù)較少,去除光刻膠的工藝較為溫和,對(duì)犧牲氧化層的損傷較小,那么進(jìn)行兩次附加犧牲氧化層的設(shè)置甚至一次都可以避免硅凹陷的產(chǎn)生;如果步驟S5的重復(fù)次數(shù)較多,去除光刻膠的工藝較為苛刻,對(duì)犧牲氧化層的損傷較大,那么可以適當(dāng)增加犧牲氧化層的設(shè)置次數(shù),來(lái)避免硅凹陷的產(chǎn)生。
當(dāng)步驟S5的重復(fù)次數(shù)較多時(shí),為了進(jìn)一步避免犧牲氧化層的設(shè)置次數(shù)過(guò)多,造成犧牲氧化層與附加犧牲氧化層的總厚度較厚,導(dǎo)致LDD的效果變差,同時(shí)避免由于剩余的犧牲氧化層厚度較小,再次去除光刻膠時(shí)造成硅凹陷的現(xiàn)象,本申請(qǐng)優(yōu)選上述m≥3,n≥5。
本申請(qǐng)的又一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,設(shè)置附加犧牲氧化層時(shí),犧牲氧化層的厚度為T(mén)HK3,附加犧牲氧化層的厚度為T(mén)HK2,THK2與THK3之和等于0.8~1.2THK1,通過(guò)上述實(shí)施方式,控制剩余的犧牲氧化層與附加犧牲氧化層的總厚度與犧牲氧化層的初始厚度相當(dāng),即與THK1的大小接近,避免了剩余的犧牲氧化層與附加犧牲氧化層的總厚度過(guò)大,進(jìn)而影響離子注入的效果。
為了在保證消除硅凹陷的基礎(chǔ)上,盡可能簡(jiǎn)化LDD工藝方法,優(yōu)選上述步驟S4中犧牲氧化層的損傷厚度為0.1THK1~0.5THK1,在執(zhí)行步驟S5時(shí),犧牲氧化層的剩余厚度小于損傷厚度時(shí),設(shè)置附加犧牲氧化層,上述過(guò)程能夠采用盡可能少的犧牲氧化層的設(shè)置次數(shù)保證硅凹陷的消除。同時(shí)如果與前述實(shí)施方式進(jìn)行結(jié)合時(shí),不僅能夠使得剩余的犧牲氧化層與附加犧牲氧化層的總厚度適中,不會(huì)影響LDD效果;又能避免出現(xiàn)硅凹陷,保證了器件的性能和可靠性。
本申請(qǐng)的又一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,提供了一種半導(dǎo)體器件,包括超淺結(jié),上述超淺結(jié)采用上述的輕摻雜源漏極離子注入方法形成。
上述半導(dǎo)體器件的超淺結(jié)采用上述的輕摻雜源漏極離子注入方法制成,其晶片襯底不存在硅凹陷現(xiàn)象,相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)制成的半導(dǎo)體器件,該申請(qǐng)的半導(dǎo)體器件的離子總數(shù)較多,性能較好,具有較高的可靠性。
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本申請(qǐng)的技術(shù)方案,以下結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)輕摻雜漏注入方法進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
如圖7所示,在具有STI10和柵極20的晶片襯底100的表面上依次設(shè)置2.0nm的犧牲氧化層200與光刻膠300。
對(duì)圖7所示的光刻膠300進(jìn)行圖形化處理,使上述犧牲氧化層200的部分表面裸露形成如圖8所示的結(jié)構(gòu)。
對(duì)圖8所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行n-離子注入,注入的離子為As,注入的劑量為3.0×1013/cm2,能量為50KeV,形成圖9所示的第一超淺結(jié)101。
采用丙酮去除圖9所示的光刻膠300,如圖10所示,完成第一次輕摻雜離子注入。在去除光刻膠300的同時(shí),犧牲氧化層200的厚度減小,由圖10和圖8中的犧牲氧化層的厚度比 較可以看出,圖10中的犧牲氧化層被減薄。采用反射光譜解析方法對(duì)犧牲氧化層200的厚度進(jìn)行量測(cè),犧牲氧化層200的厚度由2.0nm減小為1.7nm。
重復(fù)上述的設(shè)置光刻膠301與刻蝕形成圖11的結(jié)構(gòu),對(duì)圖11所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行LDD并濕法腐蝕去除光刻膠301的過(guò)程,完成第二次LDD過(guò)程,形成圖12所示的第二超淺結(jié)102。
如此重復(fù)上述步驟四次,得到第一超淺結(jié)101、第二超淺結(jié)102、第三超淺結(jié)、第四超淺結(jié)、第五超淺結(jié)和第六超淺結(jié),圖13中僅示出了第一超淺結(jié)101和第二超淺結(jié)102。但是通過(guò)圖13與圖12的比較可以看出,在形成第六超淺結(jié)后犧牲氧化層的厚度進(jìn)一步減少。通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),如圖16所示,每次LDD過(guò)程的濕法腐蝕去除光刻膠后,犧牲氧化層200的厚度均減小,每次減小0.3nm,第六次LDD過(guò)程后,犧牲氧化層200的厚度為0.2nm。為了避免半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)硅凹陷現(xiàn)象,在圖13所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上采用SACVD法淀積二氧化硅1.8nm,作為圖14所示的附加犧牲氧化層400。
如圖17所示,附加犧牲氧化層400與剩余的犧牲氧化層200的厚度的總和為2.0nm。SACVD法反應(yīng)室的溫度為400℃,反應(yīng)室的壓強(qiáng)為4torr,時(shí)間為20s。
設(shè)置上述附加犧牲氧化層之后,重復(fù)上述的設(shè)置光刻膠、刻蝕、LDD與濕法腐蝕去除光刻膠的過(guò)程三次,完成器件的分步LDD過(guò)程,形成圖15所示的結(jié)構(gòu)。如圖17所示,整個(gè)輕摻雜漏注入過(guò)程后,犧牲氧化層200與附加犧牲氧化層400的厚度的總和為1.1nm。
上述的輕摻雜漏注入方法,在第六次LDD過(guò)程的濕法腐蝕去除光刻膠后,犧牲氧化層的厚度僅剩0.2nm,如果采用現(xiàn)有技術(shù)中的方法繼續(xù)進(jìn)行離子注入則將導(dǎo)致襯底的硅裸露,進(jìn)而被氧化,在后續(xù)的LDD過(guò)程的濕法去除光刻膠后,襯底表面的二氧化硅也會(huì)被去除,導(dǎo)致襯底硅凹陷現(xiàn)象的產(chǎn)生。而本申請(qǐng)的方法在在第六次LDD過(guò)程后,采用SACVD法在晶片襯底的表面上沉積1.8nm的附加犧牲氧化層400,有效地避免了硅凹陷現(xiàn)象的產(chǎn)生,保證了器件中離子的總數(shù)減少的較少,提高了器件的性能,使器件獲得了較高的可靠性。
根據(jù)LDD過(guò)程的工藝條件的不同,可以選擇在任意一次LDD過(guò)程的去除光刻膠后進(jìn)行附加犧牲氧化層的設(shè)置,也可以多次設(shè)置附加犧牲氧化層。
從以上的描述中,可以看出,本申請(qǐng)上述的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果:
1)、本申請(qǐng)的注入方法在傳統(tǒng)的輕摻雜漏注入的過(guò)程中,加入設(shè)置附加犧牲氧化層的過(guò)程,即在m次步驟S5的去除上述光刻膠的步驟后,在上述晶片襯底和上述犧牲氧化層的表面設(shè)置附加犧牲氧化層,使得該附加犧牲氧化層與犧牲氧化層共同保護(hù)硅襯底,避免在后續(xù)濕法去除光刻膠的過(guò)程中將襯底表面的二氧化硅去除,進(jìn)而發(fā)生硅凹陷的現(xiàn)象,避免了注入離子總數(shù)的大量減少,提高了器件性能,并使其可靠性提高。
2)、本申請(qǐng)的半導(dǎo)體器件,其超淺結(jié)采用上述的輕摻雜源漏極離子注入方法制成,其晶片襯底不存在硅凹陷現(xiàn)象,相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)制成的半導(dǎo)體器件,該申請(qǐng)的半導(dǎo)體器件的離子總數(shù)較多,性能較好,具有較高的可靠性。
以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已,并不用于限制本申請(qǐng),對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員 來(lái)說(shuō),本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。