專利名稱：袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法及mos晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，尤其涉及形成MOS晶體管袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法及MOS晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件向高密度和小尺寸發(fā)展，金屬_氧化物_半導(dǎo)體(MOS)晶體管是主要的驅(qū)動力。而驅(qū)動電流和熱載流子注入是MOS晶體管設(shè)計(jì)中最為重要的兩個(gè)參數(shù)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)通過控制柵氧化層、溝道區(qū)域、阱區(qū)域、源/漏延伸區(qū)的摻雜形狀、袋形注入(pocketimplant)區(qū)以及源/漏極注入形狀和熱預(yù)算等等來獲得預(yù)料的性能。 隨著MOS器件的溝道長度變短，源/漏極耗盡區(qū)之間過于接近，會導(dǎo)致出現(xiàn)不希望的穿通(punch through)電流，產(chǎn)生了短溝道效應(yīng)。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常采用輕摻雜漏極(lightly doped drain, LDD)結(jié)構(gòu)，形成源/漏延伸區(qū)，在源/漏延伸區(qū)植入較重的摻雜離子例如砷離子以形成超淺結(jié)，以提高器件的閾值電壓Vt并有效控制器件的短溝道效應(yīng)。并且，對于0. 18um以下尺寸的半導(dǎo)體器件，會在源/漏延伸區(qū)附近形成包圍源/漏延伸區(qū)的袋形注入?yún)^(qū)(pocket/halo)。袋形注入?yún)^(qū)的存在可以減小耗盡區(qū)的耗盡程度，以產(chǎn)生較小的穿透電流。 但是，輕摻雜漏極(lightly doped drain, LDD)結(jié)構(gòu)的摻雜離子種類與半導(dǎo)體襯底或者形成MOSFET區(qū)域的摻雜阱的導(dǎo)電類型不同，而袋形注入?yún)^(qū)域的導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體襯底或者形成MOSFET區(qū)域的摻雜阱的導(dǎo)電類型相同，因此，在源/漏延伸區(qū)和袋形注入?yún)^(qū)之間會產(chǎn)生PN結(jié)，在輕摻雜漏極結(jié)構(gòu)與袋形注入?yún)^(qū)內(nèi)的摻雜離子密度都比較高的情況下，產(chǎn)生結(jié)漏電。 關(guān)于形成袋形注入?yún)^(qū)的更多細(xì)節(jié)可以在中國發(fā)明專利第200610030636. 6號所公開的內(nèi)容中找到。 但是，隨著半導(dǎo)體器件尺寸的進(jìn)一步減小，如何控制MOS晶體管的結(jié)電容Cj。成為業(yè)界的又一需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何控制MOS晶體管的結(jié)電容。 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種形成MOS晶體管袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法，
包括步驟將所述晶圓以通過晶圓中心且垂直于晶圓的直線為軸旋轉(zhuǎn)第一角度；進(jìn)行形成
袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入；將所述晶圓以所述直線為軸旋轉(zhuǎn)第二角度，旋轉(zhuǎn)第二角
度的方向與旋轉(zhuǎn)第一角度的方向相同；保持離子注入的方向不變，重復(fù)進(jìn)行形成袋形注入
區(qū)的源/漏區(qū)離子注入和旋轉(zhuǎn)第二角度的步驟，直至晶圓回到旋轉(zhuǎn)第一角度后的狀態(tài)。 可選地，所述晶圓的晶向指數(shù)為〈100〉，所述第一角度為30至40度或50至60度。 可選地，所述第二角度為90度、45度或22. 5度。 可選地，所述離子注入的方向與晶圓成60度至90度。
可選地，旋轉(zhuǎn)第二角度的總和為360度。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種MOS晶體管的制造方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行源/漏延伸區(qū)注入；將所述晶圓以通過晶圓中心且垂直于晶圓的直線為軸旋轉(zhuǎn)第一角度；進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入；將所述晶圓以所述直線為軸旋轉(zhuǎn)第二角度，旋轉(zhuǎn)第二角度的方向與旋轉(zhuǎn)第一角度的方向相同；保持離子注入的方向不變，重復(fù)進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入和旋轉(zhuǎn)第二角度的步驟，直至晶圓回到旋轉(zhuǎn)第一角度后的狀態(tài)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源/漏極。 可選地，所述晶圓的晶向指數(shù)為〈100〉，所述第一角度為30至40度或50至60度。 可選地，所述第二角度為90度、45度或22. 5度。 可選地，所述離子注入的方向與晶圓成60度至90度。 可選地，旋轉(zhuǎn)第二角度的總和為360度。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以控制MOS晶體管的結(jié)電容。 另外，本發(fā)明創(chuàng)造性地選擇了形成袋形注入?yún)^(qū)的離子注入的初始旋轉(zhuǎn)角度，找到了可以進(jìn)一步減小MOS晶體管結(jié)電容的工藝參數(shù)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例制造MOS晶體管的流程圖； 圖2至圖7為根據(jù)上述流程制造MOS晶體管的示意圖； 圖8為第一角度13與制成的MOS晶體管結(jié)電容之間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行袋形注入?yún)^(qū)摻雜時(shí)，初始旋轉(zhuǎn)角度的不同會影響所制成的MOS晶體管的結(jié)電容。 基于上述考慮，在具體實(shí)施方式
的以下內(nèi)容中，提供一種MOS晶體管的制造方法，
如圖l所示，包括步驟 S101，提供晶圓； S102，在晶圓上形成柵極結(jié)構(gòu)； S103，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)進(jìn)行源/漏延伸區(qū)注入； S104，將晶圓旋轉(zhuǎn)第一角度； S105，進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入；
S106，將晶圓旋轉(zhuǎn)第二角度；
S107，重復(fù)步驟S105和S106，形成袋形注入?yún)^(qū)；
S108，形成源/漏區(qū)。 下面結(jié)合附圖對上述步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。 如圖2所示，首先執(zhí)行步驟S101，提供晶圓201。形成晶圓201的材料可以為硅、III-V族或者II-VI族化合物半導(dǎo)體、或者絕緣體上硅(SOI)。在晶圓中形成隔離結(jié)構(gòu)202，所述隔離結(jié)構(gòu)202可以為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。所述晶圓201中還形成有各種阱(well)結(jié)構(gòu)與襯底表面的柵極溝道層。 一般來說，形成阱
4(wel 1)結(jié)構(gòu)的離子摻雜導(dǎo)電類型與柵極溝道層離子摻雜導(dǎo)電類型相同，密度較柵極溝道層低；離子注入的深度泛圍較廣，同時(shí)需達(dá)到大于隔離結(jié)構(gòu)的深度。為了簡化，此處僅以一空白晶圓201圖示，在此不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。 接著執(zhí)行步驟S102，如圖3所示，形成柵極結(jié)構(gòu)203。形成柵極結(jié)構(gòu)203的過程是首先在晶圓201上依次形成柵介質(zhì)層204與柵極205。 其中，柵介質(zhì)層204可以是氧化硅(Si02)或氮氧化硅(SiNO)。在65nm以下工藝
節(jié)點(diǎn)，柵極的特征尺寸很小，柵介質(zhì)層204優(yōu)選高介電常數(shù)(高K)材料。所述高K材料包
括氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、
氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化鋁等。特別優(yōu)選的是氧化鉿、氧化鋯和氧化鋁。 柵極205可以是包含半導(dǎo)體材料的多層結(jié)構(gòu)，例如硅、鍺、金屬或其組合。在本發(fā)
明的一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選采用多晶硅來形成柵極205。 然后，在多晶硅柵極205外圍形成偏移隔離層(Offset Spacer) 206以便保護(hù)柵極205的邊緣。形成偏移隔離層206的材料可以例如是氮化硅，可以采用原位氧化的方法形成。 接著執(zhí)行步驟S103，如圖4所示，以偏移隔離層206為掩膜，在柵極結(jié)構(gòu)203兩側(cè)的晶圓201中進(jìn)行離子注入，形成源/漏延伸區(qū)207。所述源/漏延伸區(qū)207的導(dǎo)電類型為N型或者P型，即進(jìn)行源/漏延伸區(qū)207注入的離子可以選自磷離子、砷離子、二氟化硼離子、硼離子或者銦離子中的任意一種。 進(jìn)行源/漏延伸區(qū)207注入的工藝為當(dāng)注入離子是砷離子時(shí)，離子注入能量為2KeV至5KeV，離子注入劑量為5X1014/cm2至2X1015/cm2 ;當(dāng)注入離子是磷離子時(shí)，離子注入能量為IKeV至3KeV，離子注入劑量為5 X 1014/cm2至2 X 1015/cm2 。 當(dāng)注入離子是硼離子時(shí)，離子注入能量為0. 5KeV至2KeV，離子注入劑量為5X10，ci^至2X1015/0112 ;當(dāng)注入離子是二氟化硼離子時(shí)，離子注入能量為1KeV至4KeV，離子注入劑量為5X 1014/cm2至2X 1015/cm2。 接著執(zhí)行步驟S104，如圖5所示，將晶圓201旋轉(zhuǎn)第一角度P ，所述的第一角度P小于90度。這里，步驟S104是形成袋形注入?yún)^(qū)208(參考圖6)的第一步。
步驟S104中，晶圓201的旋轉(zhuǎn)是以通過晶圓201的中心231，且垂直于晶圓201的直線為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。也就是說，晶圓201是在平行于其圓形表面的平面內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。
步驟S104中旋轉(zhuǎn)的角度可以找到一個(gè)參考點(diǎn)，即晶圓201上的缺口 (notch) 230。這個(gè)缺口 230是晶圓201邊緣上用于晶向定位的小凹槽，在用于半導(dǎo)體制造的每一片晶圓上都有這樣一個(gè)缺口。當(dāng)然，選定這個(gè)缺口 230僅僅是為了方便標(biāo)定旋轉(zhuǎn)的角度，在此不應(yīng)作為對本發(fā)明的范圍限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，在晶圓上選定其他參考點(diǎn)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。 步驟S104中旋轉(zhuǎn)的方向可以是順時(shí)針方向，也可以是逆時(shí)針方向，這可以根據(jù)實(shí)
際需要進(jìn)行設(shè)定。在以下的實(shí)施例中，以采用逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)為例進(jìn)行說明。而關(guān)于發(fā)
明人創(chuàng)造性地得出第一角度13的范圍，將在后文中進(jìn)行討論。 然后執(zhí)行步驟S105，進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)208的源/漏區(qū)離子注入。 以注入硼離子形成袋形注入?yún)^(qū)208為例，進(jìn)行硼離子注入的具體工藝參數(shù)可以
為離子注入能量為4KeV至8KeV ;離子注入劑量為4X 1013/cm2至6X 1013/cm2。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然上述工藝參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)前述目的，但是，為了更好地形成袋形注入?yún)^(qū)208，進(jìn)行硼離子注入的能量優(yōu)選為5KeV至6KeV，例如5. 5KeV ;注入劑量優(yōu)選為5X 1013/cm2。
如圖6所示，在這里進(jìn)行硼離子注入可以采用與晶圓201成一定夾角a的傾斜注入。進(jìn)行硼離子注入的注入夾角a可以為60度至90度。 另外，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，采用氟化硼離子代替硼離子進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)208的注
入，效果更好。因?yàn)榉痣x子的離子直徑較大，更容易嵌入晶圓201的晶格結(jié)構(gòu)中而不穿
越晶格結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，在這里，采用硼離子和氟化硼離子都只是優(yōu)選的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人
員知道，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)還可以采用其他離子形成袋形注入?yún)^(qū)208。 接著執(zhí)行步驟S106，如圖7所示，將晶圓201旋轉(zhuǎn)第二角度Y 。跟步驟S104相同，步驟S106中的晶圓201的旋轉(zhuǎn)也是以通過晶圓201的中心231 ，
且垂直于晶圓201的直線為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。即晶圓201是在平行于其圓形表面的平面內(nèi)進(jìn)行
旋轉(zhuǎn)的。 步驟S106的旋轉(zhuǎn)方向要與步驟S104中的旋轉(zhuǎn)方向完全相同，如果步驟S106與步驟S104逆向旋轉(zhuǎn)將不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，即步驟S104中如果是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則步驟S106中的旋轉(zhuǎn)也應(yīng)是順時(shí)針，而如果步驟S104中的旋轉(zhuǎn)是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則步驟S106中的旋轉(zhuǎn)也應(yīng)是逆時(shí)針。 第二角度Y優(yōu)選的角度可以是90度、45度或22. 5度。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，第二角度Y也可以是其他角度。 將晶圓201旋轉(zhuǎn)第二角度Y的目的是為了在后續(xù)再次進(jìn)行離子注入時(shí)，處于晶圓201上不同位置的各個(gè)MOS晶體管的源區(qū)和漏區(qū)所接受的離子更加均勻。
然后執(zhí)行步驟S107，重復(fù)步驟S105和S106，形成袋形注入?yún)^(qū)208。
步驟S105和步驟S106以及步驟S107就是為了將形成袋形注入?yún)^(qū)208的離子注入分為多次進(jìn)行，而且每次注入之前都讓晶圓201旋轉(zhuǎn)一定的角度來均勻分配注入的離子。
重復(fù)執(zhí)行步驟S105和S106，直至晶圓201回到旋轉(zhuǎn)第一角度后的狀態(tài)，即回到如圖5所示的狀態(tài)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，晶圓201僅回轉(zhuǎn)一圈即可，也就是說重復(fù)步驟S106旋轉(zhuǎn)第二角度Y的總和是360度。因此，在該實(shí)施例中，重復(fù)步驟S105和S106的次數(shù)與第二角度Y的大小相關(guān)。例如，當(dāng)?shù)诙嵌萗為90度時(shí)，只需旋轉(zhuǎn)4次就可以回到旋轉(zhuǎn)第一角度后的狀態(tài)，而當(dāng)?shù)诙嵌萗為45度時(shí)需旋轉(zhuǎn)8次才可以回到旋轉(zhuǎn)第一角度后的狀態(tài)，以此類推。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)明人以晶向指數(shù)為〈100〉的晶圓為例，對將晶圓旋轉(zhuǎn)不同的第一角度P與最終制造出的MOS晶體管的結(jié)電容的關(guān)系進(jìn)行考察。
圖8為第一角度13與制成的MOS晶體管結(jié)電容之間的關(guān)系圖。如圖8所示，M0S晶體管的結(jié)電容與第一角度P是相關(guān)的。并且，最優(yōu)的第一角度P不止一個(gè)，而是當(dāng)?shù)谝唤嵌萈等于35度或55度，所制成的M0S晶體管的結(jié)電容最小。并且，發(fā)明人認(rèn)為，當(dāng)?shù)谝唤嵌萈在30度至40度之間或者在50度至60度之間時(shí)，MOS晶體管的結(jié)電容都在比較小的范圍，因而這兩個(gè)第一角度P范圍都是可以接受的。 在本發(fā)明之前，并未有人發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行袋形注入?yún)^(qū)的離子注入時(shí)，初始旋轉(zhuǎn)角度與最終形成的MOS晶體管的結(jié)電容之間存在關(guān)系，也就更沒有對初始旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行過優(yōu)化。發(fā)明人認(rèn)為，由于通過改變晶圓初始角度，可以改變溝道與離子注入方向在晶圓上投影間的相對角度，同時(shí)也改變了離子注入晶圓內(nèi)的通道路徑，因而有效改變了注入到溝道中的 袋形離子注入的橫向和縱向分布。通過優(yōu)化初始旋轉(zhuǎn)角，可以達(dá)到優(yōu)化雜質(zhì)分布和最大限 度抑制溝道效應(yīng)的效果，從而明顯減小源漏下襯底雜質(zhì)濃度，有效改善襯底結(jié)電容。本發(fā)明 的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了上述關(guān)系，因而可以通過旋轉(zhuǎn)不同的初始角度來控制所制成的MOS晶體管 的結(jié)電容。更進(jìn)一步地，發(fā)明人創(chuàng)造性地選擇了使得MOS晶體管結(jié)電容最小的初始角度。
最后執(zhí)行步驟S108，形成源/漏區(qū)(圖未示)。在形成源區(qū)和漏區(qū)的過程中，還可 以有熱退火等激活注入離子的步驟。形成源區(qū)和漏區(qū)的工藝步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟 知，在此不再贅述。 本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，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)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種形成MOS晶體管袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法，其特征在于，包括步驟將所述晶圓以通過晶圓中心且垂直于晶圓的直線為軸旋轉(zhuǎn)第一角度；進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入；將所述晶圓以所述直線為軸旋轉(zhuǎn)第二角度，旋轉(zhuǎn)第二角度的方向與旋轉(zhuǎn)第一角度的方向相同；保持離子注入的方向不變，重復(fù)進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入和旋轉(zhuǎn)第二角度的步驟，直至晶圓回到旋轉(zhuǎn)第一角度后的狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的形成M0S晶體管袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法，其特征在于所述晶圓的晶向指數(shù)為〈100〉，所述第一角度為30至40度或50至60度。
3. 如權(quán)利要求1所述的形成MOS晶體管袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法，其特征在于所述第二角度為90度、45度或22. 5度。
4. 如權(quán)利要求1所述的形成MOS晶體管袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法，其特征在于所述離子注入的方向與晶圓成60度至90度。
5. 如權(quán)利要求1所述的形成MOS晶體管袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)第二角度的總和為360度。
6. —種MOS晶體管的制造方法，其特征在于，包括步驟在半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行源/漏延伸區(qū)注入；將所述晶圓以通過晶圓中心且垂直于晶圓的直線為軸旋轉(zhuǎn)第一角度；進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入；將所述晶圓以所述直線為軸旋轉(zhuǎn)第二角度，旋轉(zhuǎn)第二角度的方向與旋轉(zhuǎn)第一角度的方向相同；保持離子注入的方向不變，重復(fù)進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入和旋轉(zhuǎn)第二角度的步驟，直至晶圓回到旋轉(zhuǎn)第一角度后的狀態(tài)；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源/漏極。
7. 如權(quán)利要求6所述的M0S晶體管的制造方法，其特征在于所述晶圓的晶向指數(shù)為〈100〉，所述第一角度為30至40度或50至60度。
8. 如權(quán)利要求6所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于所述第二角度為90度、45度或22. 5度。
9. 如權(quán)利要求6所述的MOS晶體管的制造方法，其特征在于所述離子注入的方向與晶圓成60度至90度。
10. 如權(quán)利要求6所述的M0S晶體管的制造方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)第二角度的總和為360度。
全文摘要
本發(fā)明涉及形成MOS晶體管袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法及MOS晶體管的制造方法。其中，形成MOS晶體管袋形注入?yún)^(qū)的離子注入方法包括步驟將所述晶圓以通過晶圓中心且垂直于晶圓的直線為軸旋轉(zhuǎn)第一角度；進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入；將所述晶圓以所述直線為軸旋轉(zhuǎn)第二角度，旋轉(zhuǎn)第二角度的方向與旋轉(zhuǎn)第一角度的方向相同；保持離子注入的方向不變，重復(fù)進(jìn)行形成袋形注入?yún)^(qū)的源/漏區(qū)離子注入和旋轉(zhuǎn)第二角度的步驟，直至晶圓回到旋轉(zhuǎn)第一角度后的狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以控制MOS晶體管的結(jié)電容。
文檔編號H01L21/265GK101752231SQ200810204179
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者趙猛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司