專利名稱：：最佳化的環(huán)狀或袋狀冷植入的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及離子植入(ionimplantation)，尤其涉及用以改良環(huán)狀或袋狀植入的若干溫度下的植入。
背景技術(shù)：
：離子植入器(ionimplanter)包含離子源(ionsource)，用于將氣體或固體材料轉(zhuǎn)換為良好界定的離子束(ionbeam)。所述離子束通常經(jīng)質(zhì)量分析以消除非所要的離子物種(ionspecies)，被加速至所要能量，且被植入至目標(biāo)(target)中。所述離子束可藉由靜電或磁性束掃描(electrostaticormagneticbeamscanning)、藉由目標(biāo)移動(targetmovement)，或藉由束掃描與目標(biāo)移動的組合而分布于目標(biāo)區(qū)域上。所述離子束可為點束(spotbeam)或具有長尺寸及短尺寸的帶狀束(ribbonbeam)。環(huán)狀植入(haloimplantation)一般用于抑制擊穿效應(yīng)(punch-througheffect)0當(dāng)源極(source)及漏極(drain)的空乏區(qū)在柵極-基板偏壓(gate-substratebias)及源極-漏極偏壓(source-drainbias)兩者的影響下彼此短路時發(fā)生此效應(yīng)。在一例子中，藉由在柵極下方以45°角度植入而形成環(huán)狀。袋狀植入(pocketimplant)同樣可抑制擊穿效應(yīng)。因此，此項技術(shù)中需要一種用以改良環(huán)狀植入或袋狀植入的經(jīng)改良的若干溫度下的植入方法。
發(fā)明內(nèi)容揭示一種執(zhí)行袋狀植入或環(huán)狀植入的經(jīng)改良的方法。由環(huán)狀植入造成的損傷及缺陷的量藉由增加漏電流(leakagecurrent)、降低噪聲容限(noisemargin)且增加最小柵極電壓(gatevoltage)而使半導(dǎo)體裝置(semiconductordevice)的效能降級。在冷溫(coldtemperature)下執(zhí)行環(huán)狀植入或袋狀植入，此舉降低了對結(jié)晶結(jié)構(gòu)(crystallinestructure)造成的損傷，且改良了晶體(crystal)的非晶化(amorphization)0冷溫的使用亦允許將諸如硼或磷等較輕元素用于環(huán)狀植入。為了較佳地理解本揭示，參考隨附圖，隨附圖以引用的方式并入本文中，且其中圖1為束線離子植入器(beam-lineionimplanter)的簡化方塊圖。圖2為NMOS源極-漏極的剖面圖。圖3為剖面圖及袋狀植入的TEM。圖4為環(huán)狀植入、TEM及介穩(wěn)態(tài)區(qū)(meta-stableregion)。圖5為將折射率(refractiveindex)的相對增量與劑量進行比較的曲線圖。具體實施方式圖1為束線離子植入器的簡化方塊圖。熟習(xí)此項技術(shù)者將認(rèn)識到，束線離子植入器200僅為不同束線離子植入器的多個實例中的一者。一般而言，束線離子植入器200包含離子源觀0以產(chǎn)生離子，所述離子經(jīng)提取以形成離子束觀1，所述離子束281可(例如)為帶狀束或點束。在一例子中，離子束281可經(jīng)質(zhì)量分析，并自發(fā)散的離子束轉(zhuǎn)換為帶狀離子束，且具有實質(zhì)上平行的離子軌跡。在一些實施例中，束線離子植入器200可更包含加速或減速單兀(accelerationordecelerationunit)290。末端臺(endstation)211支撐離子束281的路徑中的一或多個工件(workpiece)(諸如，基板(substrate)138)，使得所要物種的離子被植入至基板138中。在一例子中，基板138可為具有圓碟形狀的半導(dǎo)體晶圓(semiconductorwafer)，諸如，在一個實施例中，具有直徑為300mm的硅晶圓(siliconwafer)0然而，基板138不限于硅晶圓?；?38亦可為(例如)平板、太陽能或聚合物基板。末端臺211可包含平臺(platen)四5以支撐基板138。末端臺211亦可包含掃描器(scanner)(未圖示)，用于使基板138垂直于離子束281的剖面的長尺寸而移動，進而將離子分布于基板138的整個表面上。離子植入器200可包含熟習(xí)此項技術(shù)者已知的額外組件，諸如自動化工件處理設(shè)備(automatedworkpiecehandlingequipment)、法拉第感測器(Faradaysensor)或電子泛射槍(electronfloodgun)。熟習(xí)此項技術(shù)者將理解，離子束所遍歷的整個路徑在離子植入期間是被抽空的。在一些實施例中，束線離子植入器200可并入有離子的熱植入(hotimplantation)74"Λο熟習(xí)此項技術(shù)者將認(rèn)識到，半導(dǎo)體制造中所涉及的其他系統(tǒng)及制程、電漿處理(plasmatreatment)中所涉及的其他系統(tǒng)及制程，或使用經(jīng)加速的離子的其他系統(tǒng)及制程均可執(zhí)行本文中所描述的制程。舉例而言，此情形的一些實例(例如)為電漿摻雜工具(plasmadopingtool)、離子淋灑器(ionshower)或電楽浸入工具(plasmaimmersiontool)。亦可使用熟習(xí)此項技術(shù)者已知的可使物種加速且將物種植入至基板中的其他半導(dǎo)體處理設(shè)備。因此，此制程并不是僅限于束線離子植入器。圖2為匪OS電晶體(匪OStransistor)300的剖面圖。在離子植入步驟期間，鄰近于柵極330的源極310及漏極320摻雜有N型摻雜劑(N_typedopant)，諸如含有磷或其他V族元素的原子或分子。在一些實施例中，為改良半導(dǎo)體效能，植入源極-漏極延伸部(source-drainextension,SDE)340o此等植入物用于使源極310及漏極320在柵極330下方延伸。然而，將摻雜劑植入至源極310或漏極320中將使基板302的晶格(crystallattice)非晶化。植入亦可造成晶格的缺陷。存在若干類型的缺陷。在整體基板與非晶化的部分之間的邊界處導(dǎo)致的損傷被稱為射程末端(end-of-range，E0R)缺陷。此等EOR缺陷可位于所植入的離子的較低穿透距離處，如由350表示。由于通常在垂直于基板的表面的方向上執(zhí)行植入，故此EOR損傷的位置通常平行于基板表面。此等EOR缺陷350可導(dǎo)致接面漏電(junctionleakage)0另外，SDE植入的使用可導(dǎo)致位于柵極330下方的EOR損傷，如由351表示。在一些實施例中，由于可以某一角度執(zhí)行SDE植入，故SDE植入所導(dǎo)致的EOR損傷可垂直于基板表面，或至少可不平行于基板表面。可將此損傷稱作橫向損傷。橫向擴散可導(dǎo)致短通道效應(yīng)(shortchanneleffect,SCE)0亦導(dǎo)致基板的表面處的損傷，如由352表示。雖然在植入后對基板進行退火可用以處理并修復(fù)所導(dǎo)致的某些損傷，但退火制程無法修復(fù)所有損傷。此等缺陷中的每一者均可導(dǎo)致裝置效能問題。在一些實施例中，此損傷在基板302內(nèi)產(chǎn)生對角地傾斜向下的通道。如上文所描述，橫向擴散可導(dǎo)致短通道效應(yīng)。當(dāng)通道的長度在量值上類似于通道的寬度時，此情形發(fā)生。隨著柵極長度變短，此問題變得愈加重要。一種用以限制橫向擴散的方法是藉由使用環(huán)狀植入或袋狀植入。圖3A繪示具有柵極410、源極420及漏極430的MOS裝置400的剖面圖。柵極410的任一側(cè)均為間隙壁440。舉例而言，藉由使用源極漏極延伸部(SDE)，源極420及漏極430各自在柵極410下方延伸。環(huán)狀或袋狀植入450是超過漏極430及源極420區(qū)(諸如在柵極410下方)而沉積的摻雜劑的植入，所述摻雜劑的導(dǎo)電性與相關(guān)聯(lián)的源極420及漏極430區(qū)的導(dǎo)電性相反。換言之，環(huán)狀植入450與整體基板460具有相同的導(dǎo)電性。環(huán)狀植入460產(chǎn)生非均勻的通道摻雜輪廓。此環(huán)狀植入減小短通道裝置(shortchanneldevice)中的Vt下降(roll-off)。而且，達成較高的Idstat，因為在特定臨限電壓Vt下，環(huán)狀植入導(dǎo)致較陡峭的漏極-通道接面(drain-channeljunction)及較高的通道移動率(channelmobility)。為執(zhí)行環(huán)狀或袋狀植入450，通常使用比用于源極420及漏極430植入的植入能量大的植入能量。此舉確保離子被沉積于比漏極430及源極420大的深度處。如上文所描述，用于環(huán)狀或袋狀植入450的摻雜劑的導(dǎo)電性與用于源極420及漏極430區(qū)的摻雜劑的導(dǎo)電性相反。因此，若η型摻雜劑用于源極420及漏極430區(qū)，則ρ型摻雜劑用于環(huán)狀或袋狀450植入。此外，可在植入源極420及漏極430區(qū)之后執(zhí)行環(huán)狀或袋狀植入450。在其他實施例中，可在源極420及漏極430植入之前執(zhí)行此植入450?？山逵纱怪庇诠ぜ谋砻嬉腚x子束來植入環(huán)狀或袋狀植入物450。在一些實施例中，執(zhí)行傾斜植入以將摻雜劑引入柵極410下方的區(qū)域中。傾斜角可為任何角度，諸如在0°與60°之間。可在源極420及漏極430區(qū)下方執(zhí)行冷溫下的摻雜劑植入以形成袋或環(huán)450。術(shù)語“冷溫”或“低溫”是指低于約o°c或(例如)在0°C與約-100°c之間的溫度。摻雜劑可為(例如)呈離子、原子或分子形式的III族或V族元素，諸如B、As或P。因此，可植入B離子或可植入碳硼烷離子。執(zhí)行此冷植入將增強非晶化品質(zhì)，并減少對源極及漏極的表面損傷、橫向損傷及射程末端(E0I)損傷。在互補金氧半導(dǎo)體(complementarymetal-oxide-semiconductor,CMOS)裝置中，可藉由執(zhí)行低溫環(huán)狀或袋狀植入來減少整體漏電。低溫植入增強了非晶化、減少了殘余損傷并橫向地限制瞬間增強型擴散(transientenhanceddiffusion，TED)。橫向擴散的減少轉(zhuǎn)變?yōu)橛行艠O長度的增加。此增加將改良重迭電容(overlapcapacitance，C。v)、臨限電Ji(thresholdvoltage,Vt),1,^^^%(draininducedbodyleakage，DIBL)。DIBL亦因較少的橫向射程末端(EOR)損傷及漏電而得以改良。低溫植入亦改良活性，因為歸因于較少的殘余損傷而存在較少的摻雜劑去活性。更多的載流子可用，此情形增加了電流(諸如，Idstat),且因此增加驅(qū)動電流(drivecurrent)。外電阻(externalresistance)亦因增強的活性而得以改良。圖;3B為袋狀植入的TEM。暗區(qū)455為因植入而導(dǎo)致的非晶區(qū)。圓圈區(qū)域465繪示非晶與結(jié)晶之間的不一致界面。在理想植入中，在亮與暗之間將存在平滑的線。此斑污區(qū)465指示缺陷。如圖;3B中所說明，歸因于植入而存在缺陷。歸因于冷植入的環(huán)狀或袋狀植入而使缺陷減少具有各種益處。舉例而言，在靜5態(tài)隨機存取存儲器(staticrandomaccessmemory,SRAM)裝置中，存在最小操作電壓(minimumoperationvoltage,Vccmin)的改良。溫度降低的植入將減少因過度損傷而產(chǎn)生的摻雜劑析出，或摻雜劑擴散至所要的環(huán)或袋位置外。溫度降低的植入亦將改良窄柵極寬度效應(yīng)，且因此將降低V。Min。較低溫度植入亦可將損傷類型自介穩(wěn)態(tài)植入損傷改變?yōu)榉蔷е踩霌p傷。介穩(wěn)態(tài)植入損傷發(fā)生在環(huán)狀植入與源極區(qū)及漏極區(qū)之間的轉(zhuǎn)變區(qū)中。較低溫度植入允許以較低劑量使基板完全非晶化。圖4為環(huán)狀植入、TEM及介穩(wěn)態(tài)區(qū)的剖面圖。如圖4中所見，介穩(wěn)態(tài)區(qū)可導(dǎo)致阱(traps)。此等阱以價能(valanceenergy,Ev)與導(dǎo)能(conductionenergy,Ec)之間的能量位準(zhǔn)存在。通常，電子需要自價能跳躍至導(dǎo)位準(zhǔn)以變?yōu)榭蓜?。在此兩個能帶之間轉(zhuǎn)變所需的能量的量被稱為帶隙能(bandgapenergy，Eg)。然而，阱的存在產(chǎn)生中間能量位準(zhǔn)，其允許電子更容易地自價帶移動至導(dǎo)帶。此現(xiàn)象被稱為阱輔助式穿隧(trapassistedtunneling)，且不利地影響漏電流。藉由使用低溫植入，經(jīng)植入的區(qū)被完全非晶化，其允許在退火后出現(xiàn)無缺陷的經(jīng)植入的區(qū)。大多數(shù)環(huán)狀植入條件均處于轉(zhuǎn)變區(qū)中，因此需要增強非晶化，使得可使經(jīng)植入的區(qū)再結(jié)晶，而不將缺陷引入至通道區(qū)域中。低溫植入允許此增強的非晶化。圖5為將折射率的相對增量與劑量進行比較的曲線圖。折射率為基板的非晶化的度量。注意，使植入物完全非晶化所需的所植入的物種的質(zhì)量隨著劑量的增加而降低。換言之，在低劑量下，諸如在用于環(huán)狀或袋狀植入的劑量下，需要較重的物種，諸如銻及砷。然而，在此等低劑量下，即使具有較重離子的植入亦未使基板完全非晶化。舉例而言，在Ixl013(lel3)的劑量下，在植入砷之后，基板處于轉(zhuǎn)變區(qū)中。此轉(zhuǎn)變區(qū)并非理想的，因為缺陷在退火后仍存在。冷植入降低了非晶化的臨限值，從而即使在此等低劑量下亦產(chǎn)生完全非晶區(qū)。此外，藉由使用低溫植入，諸如BF2、B或P的較輕物種可用于達成相同程度的非晶化。另外，使用的離子愈重，產(chǎn)生的區(qū)的非晶性愈大。因此，在退火后留下愈少的缺陷。實務(wù)上，使用傳統(tǒng)方法來形成電晶體。藉由使用適當(dāng)?shù)膿诫s劑，在柵極結(jié)構(gòu)的相對側(cè)植入源極區(qū)及漏極區(qū)。此等摻雜劑可為具有III族及V族元素(諸如，硼、磷或砷)的原子離子或分子離子?？稍诶錅兀蛘囟?諸如，室溫)下完成此漏極及源極植入。亦在冷溫下，在比漏極及源極植入深的深度處執(zhí)行第二植入。亦使用適當(dāng)摻雜劑(諸如具有III族及V族元素(諸如，硼、磷或砷)的原子離子或分子離子)來執(zhí)行此第二植入。如上文所提及，使用導(dǎo)電性與源極及漏極植入物的導(dǎo)電性相反的摻雜劑來完成此植入。在一些實施例中，可使用傾斜角度(諸如，在0度至60度之間)來執(zhí)行第二植入的至少一部分，以便在柵極下方引入摻雜劑。在一些實施例中，以IkeV至^eV的植入能量以及IxlO14(IeH)至2xl015(2el5)的劑量植入源極區(qū)及漏極區(qū)，而以0.5keV至200keV的植入能量以及l(fā)xl012(leU)至IxlO15(IeM)的劑量執(zhí)行第二或環(huán)狀植入。注意，在一些實施例中，環(huán)劑量小于源極及漏極劑量。而且，在一些實施例中，環(huán)狀植入的植入能量大于源極及漏極植入的植入能量(視用于每一植入的物種的類型而定)。可在環(huán)狀植入之前或之后完成源極及漏極植入。此外，退火周期(annealcycle)可在兩個植入步驟完成之后發(fā)生。在其他實施例中，可在兩個植入步驟之間進行退火。本揭示的范疇不受本文中所描述的特定實施例限制。實際上，除了本文中所描述的實施例及修改之外，熟習(xí)此項技術(shù)者自以上描述內(nèi)容以及隨附圖將明白本揭示的其他各種實施例及對本揭示的修改。因此，所述其他實施例及修改意欲屬于本揭示的范疇。此外，盡管本文已出于特定目的，在特定環(huán)境下，在特定實施方案的上下文中描述了本揭示，但熟習(xí)此項技術(shù)者將認(rèn)識到，本揭示的有用性不限于此，且可出于任何數(shù)目的目的，在任何數(shù)目的環(huán)境下有益地實施本揭示。因此，可鑒于本文中所描述的本揭示的完整廣度及精神而解釋所陳述的權(quán)利要求。權(quán)利要求1.一種處理基板的方法，包括將第一物種的摻雜劑引入至所述基板的鄰近于柵極的區(qū)中，以便產(chǎn)生源極區(qū)及漏極區(qū)；以及將第二物種的摻雜劑引入至所述源極區(qū)及漏極區(qū)下方的區(qū)中，所述第二物種的導(dǎo)電性與所述第一物種的導(dǎo)電性相反，其中在冷溫下植入所述第二物種。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的方法，其中在所述第一及第二物種的所述引入之后使所述基板退火。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的方法，其中在所述第一及第二物種的所述引入之間使所述基板退火。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的方法，其中所述第一物種為包括III族元素的原子離子或分子離子，且所述第二物種為包括V族元素的原子離子或分子離子。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的方法，其中所述第一物種為包括V族元素的原子離子或分子離子，且所述第二物種為包括III族元素的原子離子或分子離子。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的方法，其中所述第二物種的劑量小于所述第一物種的劑量。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的方法，其中使用傾斜角度來植入所述第二物種。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理基板的方法，其中所述傾斜角度在0度與60度之間。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的方法，其中在冷溫下植入所述第一物種。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的方法，其中所述冷溫在0°C與-100°C之間。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的處理基板的方法，其中所述冷溫在0°C與-100°C之間。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的方法，其中使用大于所述第一物種的植入能量來植入所述第二物種。13.一種處理基板的方法，包括將第一物種的摻雜劑引入至所述基板的鄰近于柵極的區(qū)中，以便產(chǎn)生源極區(qū)及漏極區(qū)；以及將第二物種的摻雜劑引入至所述柵極下方的區(qū)中，所述第二物種的導(dǎo)電性與所述第一物種的導(dǎo)電性相反，其中在冷溫下植入所述第二物種。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的處理基板的方法，其中使用傾斜角度來植入所述第二物種。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的處理基板的方法，其中所述傾斜角度在0度與60度之間。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的處理基板的方法，其中在冷溫下植入所述第一物種。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的處理基板的方法，其中所述冷溫在0°C與-100°C之間。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的處理基板的方法，其中所述冷溫在0°C與-100°C之間。19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的處理基板的方法，其中所述第二物種的劑量小于所述第一物種的劑量。全文摘要揭示一種執(zhí)行袋狀或環(huán)狀植入的經(jīng)改良的方法。由所述環(huán)狀植入造成的損傷及缺陷的量藉由增加漏電流、降低噪聲容限且增加最小柵極電壓而使半導(dǎo)體裝置的效能降級。在冷溫下執(zhí)行環(huán)狀或袋狀植入，其減少了對結(jié)晶結(jié)構(gòu)造成的損傷且改良晶體的非晶化。冷溫的使用亦允許將諸如硼或磷等較輕元素用于所述環(huán)狀植入。文檔編號H01L21/223GK102511076SQ201080042566公開日2012年6月20日申請日期2010年8月9日優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日發(fā)明者丹尼斯·羅迪爾,什玫爾·辛諾蓋凡嵐,克里斯多夫·R·漢特曼,本杰明·哥倫柏,沈圭河申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司