本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種離子注入方法。

背景技術(shù)：

離子注入技術(shù)是半導(dǎo)體工藝中常用的摻雜方法，并且隨著器件尺寸的不斷縮小，離子注入成為集成電路制造中主要的摻雜技術(shù)，其通過將離子注入且摻雜至半導(dǎo)體襯底內(nèi)，從而在半導(dǎo)體襯底上形成具有期望的輪廓與濃度的摻雜區(qū)。目前離子注入技術(shù)通常使用的射束掃描式離子注入設(shè)備，其本質(zhì)是用高能定向離子束將需要摻雜的雜質(zhì)離子射入晶圓內(nèi)部，因?yàn)椴捎蒙涫驮O(shè)計(jì)，因此摻雜的定向性強(qiáng)(各向異性)。在平面型晶體管中，定向性強(qiáng)的特性并不會帶來問題，但是當(dāng)器件采用三維鰭式場效應(yīng)晶體管設(shè)計(jì)時(shí)，比如在垂直型的三柵設(shè)計(jì)中，由于3D結(jié)構(gòu)會遇到離子注入陰影效應(yīng)(shadow effect)的問題，比如調(diào)整金屬功函數(shù)的離子注入、改善負(fù)偏壓不穩(wěn)定(NBTI)的F離子注入、硅化物形成之前降低肖特基勢壘的離子注入以及鰭片摻雜的離子注入中，都存在由于陰影效應(yīng)導(dǎo)致無法形成均勻的離子注入/共形摻雜(conformal doping)的問題。

因此，有必要提出一種新的離子注入方法，以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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。

為了克服目前存在的問題，本發(fā)明一方面提供一種離子注入方法，用于向半導(dǎo)體襯底注入摻雜離子，該方法為在向所述半導(dǎo)體襯底 注入摻雜離子時(shí)，控制離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)變化。

進(jìn)一步地，所述離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)振動。

進(jìn)一步地，所述離子束入射方向的振動頻率為100MHZ～200MHZ。

進(jìn)一步地，所述離子束入射方向的振動角度為0～5度。

進(jìn)一步地，所述離子束入射方向沿平行于所述半導(dǎo)體襯底表面的方向振動。

進(jìn)一步地，所述離子束入射方向沿與所述半導(dǎo)體襯底表面呈一定角度的方向振動。

本發(fā)明提出的離子注入方法，通過控制控制離子注入方向在一定角度范圍內(nèi)變化，使得離子從不同角度注入到半導(dǎo)體襯底中，從而克服由于陰影效應(yīng)導(dǎo)致無法形成均勻的離子注入/共形摻雜的問題。

附圖說明

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。

附圖中：

圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的離子注入方法的示意圖；

圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的離子注入方法的離子束入射方向變化示意圖；

圖2示出了在金屬柵極制作中采用根據(jù)本發(fā)明的離子注入方法進(jìn)行離子注入的示意圖；

圖3示出了在硅化物制作中采用根據(jù)本發(fā)明的離子注入方法進(jìn)行離子注入的示意圖；

圖4示出了在鰭片摻雜中采用根據(jù)本發(fā)明的離子注入方法進(jìn)行離子注入的示意圖。

具體實(shí)施方式

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)人員而言顯而易見的是，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。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。

應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在…上”、“與…相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在…上”、“與…直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)印?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。

空間關(guān)系術(shù)語例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀?。因此，示例性術(shù)語“在…下面”和“在…下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。

在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時(shí)，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說明書中使用時(shí)，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其 它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時(shí)，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。

針對現(xiàn)有技術(shù)中由于3D結(jié)構(gòu)會遇到離子注入陰影效應(yīng)(shadow effect)的問題，比如調(diào)整金屬功函數(shù)的離子注入、改善負(fù)偏壓不穩(wěn)定(NBTI)的F離子注入、硅化物形成之前降低肖特基勢壘的離子注入以及鰭片摻雜的離子注入中，都存在由于陰影效應(yīng)導(dǎo)致無法形成均勻的離子注入/共形摻雜(conformal doping)，本發(fā)明提出一種離子注入方法，用于向半導(dǎo)體襯底注入摻雜離子可克服這種技術(shù)問題，該方法的思路為在向所述半導(dǎo)體襯底注入摻雜離子時(shí)，控制離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)變化，如圖1A和圖1B所示，其中，帶箭頭的線條表示離子注入方向，虛線A表示離子束振動方向，在向晶圓100注入摻雜離子時(shí)，通過控制離子注入方向，使其在一定角度范圍內(nèi)變化，比如在0～10度范圍內(nèi)變換，即如圖1B所示，圖中注入方向1和注入方向3的夾角為10度，離子注入方向在這一角度范圍內(nèi)不斷變化，通過控制控制離子注入方向在一定角度范圍內(nèi)變化，使得離子從不同角度注入到半導(dǎo)體襯底中，從而克服由于陰影效應(yīng)導(dǎo)致無法形成均勻的離子注入/共形摻雜的問題。

作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，可以控制所述離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)振動，如圖1A和圖1B所示，控制離子束入射方向在圖示角度范圍內(nèi)振動，即以一定頻率，所述離子束入射方向從最左側(cè)的入射方向(圖1B中方向1)逐步變化到最右側(cè)的入射方向(圖1B中方向3)，再從最右側(cè)的入射方向(圖1B中方向3)逐步變化到最左側(cè)的入射方向(圖1B中方向1)，如此往復(fù)振動。其中，振動頻率和角度可根據(jù)需要調(diào)整或設(shè)計(jì)，比如在一實(shí)施方式中，所述離子束入射方向的振動頻率為100MHZ～200MHZ，所述離子束入射方向的振動角度為0～5度。在此，所謂離子束入射方向的振動角度為所述離子束入射方向的左右振動的最大幅度，即，圖1B中夾角B的大小。

進(jìn)一步地，離子束入射方向的振動方向基于離子注入方向而確定。比如在一實(shí)施方式中，當(dāng)采用常規(guī)離子注入方法時(shí)，離子注入方向?yàn)榇怪庇诎雽?dǎo)體襯底表面，則當(dāng)采用本發(fā)明的離子注入方法時(shí)，離 子注入方向沿與該注入方向(即，垂直于半導(dǎo)體襯底表面的方向)垂直的方向振動，即所述離子束入射方向沿平行于所述半導(dǎo)體襯底表面的方向振動。換句話說，所述離子束入射方向的振動方向?yàn)殡x子束入射方向變化所沿方向，以圖1A和圖1B為例，離子束入射方向沿平行于所述半導(dǎo)體襯底表面的方向，即圖中虛線A所在方向，從左側(cè)的以一定角度從右傾斜注入，變化到垂直于半導(dǎo)體襯底表面注入，再變化到右側(cè)的以一定角度從左傾斜注入，然后變化到垂直于半導(dǎo)體襯底表面注入，從左側(cè)的以一定角度從右傾斜注入，如此往復(fù)振動。

或者又比如在另一實(shí)施方式中，當(dāng)采用常規(guī)離子注入方法時(shí)，離子注入方向?yàn)榕c半導(dǎo)體襯底表面呈一定角度(即，傾斜注入)，則當(dāng)采用本發(fā)明的離子注入方法時(shí)，離子注入方向沿與該注入方向垂直的方向振動，即所述離子束入射方向沿與所述半導(dǎo)體襯底表面呈一定角度的方向振動。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下文結(jié)合具體實(shí)施例來描述本發(fā)明離子注入方法的具體應(yīng)用，以便闡釋本發(fā)明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

實(shí)施例一

本發(fā)明提出的離子注入方法一種應(yīng)用情形為在制作金屬柵極的工藝中，進(jìn)行F離子注入以調(diào)整功函數(shù)。下面結(jié)合照圖2來描述如何在制作金屬柵極中使用本發(fā)明的離子注入方法。

圖2的示出的結(jié)構(gòu)是金屬柵極制作工藝中已經(jīng)除去偽柵極，要進(jìn)行F離子注入時(shí)的器件剖面圖。出于簡便目的，在圖2中僅標(biāo)出襯底200和間隙壁201，其它諸如層間電介質(zhì)、源/漏極等僅示出而未標(biāo)號。如圖2所示，半導(dǎo)體襯底200可以是以下所提到的材料中的至少一種：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半導(dǎo)體，還包括這些半導(dǎo)體構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)等。在半導(dǎo)體襯底200上形成有各種結(jié)構(gòu)，比如隔離結(jié)構(gòu)、層間電介質(zhì)、源/漏極等，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。所述各種結(jié)構(gòu)通過本領(lǐng)域常用的方法形成，在此不再贅述。

如上所述，當(dāng)完成各個所需步驟后，如圖2所示，開始執(zhí)行F離子注入，以調(diào)整金屬柵極的功函數(shù)。在本實(shí)施例中，F(xiàn)離子注入，采用本發(fā)明提出的離子注入方法，即控制離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)變化，優(yōu)選地，控制離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)振動，這樣可以避免間隙壁201的陰影效應(yīng)，使溝道的摻雜均勻。這是因?yàn)榭刂齐x子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)變化或振動，使離子束入射方向在一定范圍內(nèi)變換，比如在向右傾斜如何和向左傾斜入射之間不斷變換，這樣使得采用單一入射方向時(shí)，由于間隙壁201的遮擋造成的陰影效應(yīng)得以克服，從而使需要進(jìn)行離子注入的各個地方都能得到注入，并且由于離子束入射方向不斷變化，使得離子注入更均勻。作為示例，在本實(shí)施例，進(jìn)行F離子注入時(shí)，離子束入射方向?yàn)樵诖怪庇诎雽?dǎo)體襯底200表面的方向一定角度范圍內(nèi)振動，振動角度為3度，振動方向?yàn)槠叫杏诎雽?dǎo)體襯底200表面(即，圖中虛線A所在方向)，即，離子束入射方向偏離垂直于半導(dǎo)體襯底200表面的方向最大幅度為3度，且在這一幅度內(nèi)做振動。

實(shí)施例二

本發(fā)明提出的離子注入方法一種應(yīng)用情形為在制作硅化物的工藝中，在形成硅化物之前進(jìn)行離子注入以降低肖特基勢壘。下面結(jié)合照圖3來描述如何在制作硅化物中使用本發(fā)明的離子注入方法。

圖3的示出的結(jié)構(gòu)是硅化物極制作工藝中已經(jīng)完成諸如、源漏極、高K、金屬柵極、接觸孔等的沉積或制作，要進(jìn)行硅化物形成前的離子注入時(shí)的器件剖面圖。出于簡便目的，在圖3中僅標(biāo)出襯底300和層間電介質(zhì)301，其它諸如源/漏極、金屬柵極、間隙壁、高K材料、接觸孔(CCT trench)等僅示出而未標(biāo)號。如圖3所示，半導(dǎo)體襯底300可以是以下所提到的材料中的至少一種：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半導(dǎo)體，還包括這些半導(dǎo)體構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)等。在半導(dǎo)體襯底300上形成有各種結(jié)構(gòu)，比如隔離結(jié)構(gòu)、層間電介質(zhì)、源/漏極、金屬柵極、接觸孔(CCT trench)等，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。所述各種結(jié)構(gòu)通過本領(lǐng)域常用的方法形成， 在此不再贅述。

如上所述，當(dāng)完成各個所需步驟后，如圖3所示，開始離子注入，以降低肖特基勢壘。在本實(shí)施例中，進(jìn)行離子注入時(shí)，采用本發(fā)明提出的離子注入方法，即控制離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)變化，優(yōu)選地，控制離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)振動，這樣可以避免層間電介質(zhì)301的陰影效應(yīng)，使硅化物形成前的摻雜均勻，從而有效降低肖特基勢壘。這是因?yàn)榭刂齐x子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)變化或振動，使離子束入射方向在一定范圍內(nèi)變換，比如在向右傾斜如何和向左傾斜入射之間不斷變換，這樣使得采用單一入射方向時(shí)，由于層間電介質(zhì)301的遮擋造成的陰影效應(yīng)得以克服，從而使需要進(jìn)行離子注入的各個地方都能得到注入，并且由于離子束入射方向不斷變化，使得離子注入更均勻。作為示例，在本實(shí)施例，進(jìn)行離子注入時(shí)，離子束入射方向?yàn)樵诖怪庇诎雽?dǎo)體襯底300表面的方向一定角度范圍內(nèi)振動，振動角度為5度，振動方向?yàn)槠叫杏诎雽?dǎo)體襯底300表面(即，圖中虛線A所在方向)，即，離子束入射方向偏離垂直于半導(dǎo)體襯底300表面的方向最大幅度為5度，且在這一幅度內(nèi)做振動。

實(shí)施例三

本發(fā)明提出的離子注入方法一種應(yīng)用情形為在進(jìn)行鰭片摻雜，以調(diào)整閾值電壓，形成LDD或源/漏極。下面結(jié)合照圖4來描述如何在鰭片摻雜中使用本發(fā)明的離子注入方法。

圖4的示出的結(jié)構(gòu)是完成鰭片制作工藝中已經(jīng)形成鰭片、隔離結(jié)構(gòu)，并且形成了鰭片摻雜工藝中所需要的光刻膠時(shí)的器件剖面圖。如圖4所示，半導(dǎo)體襯底400可以是以下所提到的材料中的至少一種：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半導(dǎo)體，還包括這些半導(dǎo)體構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)等。在半導(dǎo)體襯底400上形成有多個鰭片401以及分隔各個鰭片的隔離結(jié)構(gòu)402。鰭片401通過構(gòu)圖半導(dǎo)體襯底400而形成，其中鰭片的數(shù)量根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，比如可形成一個或者更多個，在本實(shí)施例中，以形成6個鰭片為例進(jìn)行說明。所述鰭片的材料包括Si、Ge、SiGe中的至少一種，但 不限于此。鰭片401的形成可以通過適合的工藝包括光刻和刻蝕工藝，例如傳統(tǒng)的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝進(jìn)行。為了提高集成電路中的器件密度，獲得較小的尺寸和間距，可以通過將用于曝光的輻射波長降低到深紫外(DUV)、遠(yuǎn)紫外(FUV)或極紫外(EUV)范圍內(nèi)執(zhí)行光刻步驟；還可以通過將常規(guī)光刻工藝與刻蝕工藝結(jié)合，通過多次曝光或刻蝕來獲得較小的特征尺寸及特征間距；或者采用側(cè)壁圖像轉(zhuǎn)移(Sidewall Image Transfer,SIT)技術(shù)形成小于臨界尺寸(Critical Dimension,CD)的線寬。在本發(fā)明一實(shí)施例中，采用193nm準(zhǔn)分子激光刻蝕技術(shù)形成一個或者更多個鰭片401。隔離結(jié)構(gòu)402采用淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)，通過本領(lǐng)域常用的方法形成，在此不再贅述。

當(dāng)形成鰭片401和隔離結(jié)構(gòu)402后，需要對鰭片進(jìn)行摻雜，以調(diào)整閾值電壓、或者形成LDD或源/漏極。在本實(shí)施例以對中間兩個鰭片進(jìn)行摻雜為例進(jìn)行說明。為了僅對中間兩個鰭片進(jìn)行摻雜，在半導(dǎo)體襯底400上形成了圖形化的光刻膠層403，以遮蔽不需要摻雜的鰭片，并露出中間的鰭片。

如圖4所示，當(dāng)形成圖形化的光刻膠層402后采用本發(fā)明提出的離子注入方法進(jìn)行離子注入，以以調(diào)整閾值電壓、或者形成LDD或源/漏極。即，控制離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)變化，優(yōu)選地，控制離子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)振動，這樣可以避免鰭片401、光刻膠層403的陰影效應(yīng)，使溝道的摻雜均勻。這是因?yàn)榭刂齐x子束入射方向在一定角度范圍內(nèi)變化或振動，使離子束入射方向在一定范圍內(nèi)變換，比如在向右傾斜如何和向左傾斜入射之間不斷變換，這樣使得采用單一入射方向時(shí)，由于鰭片401、光刻膠層403的遮擋造成的陰影效應(yīng)得以克服，從而使需要進(jìn)行離子注入的各個地方都能得到注入，并且由于離子束入射方向不斷變化，使得離子注入更均勻。作為示例，在本實(shí)施例，進(jìn)行離子注入時(shí)，離子束入射方向?yàn)樵趦A斜入射，即離子束入射方向與半導(dǎo)體襯底400表面呈一定角度，并且該角度在一定范圍內(nèi)變化，即，離子束入射方向在這一范圍的角度內(nèi)振動，振動角度示例性可以為5度，相應(yīng)地離子束入射方向的振動方向也與半導(dǎo)體襯底400表面呈一定角度(即，圖中虛線A所在方向)。

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。