本發(fā)明涉及半導體技術領域，具體而言涉及一種離子注入方法。

背景技術：

離子注入技術是半導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，其通過將離子注入且摻雜至半導體襯底內，從而在半導體襯底上形成具有期望的輪廓與濃度的摻雜區(qū)。目前離子注入技術通常使用的射束掃描式離子注入設備，其本質是用高能定向離子束將需要摻雜的雜質離子射入晶圓內部，因為采用射束型設計，因此摻雜的定向性強(各向異性)。在平面型晶體管中，定向性強的特性并不會帶來問題，但是當器件采用三維鰭式場效應晶體管設計時，比如在垂直型的三柵設計中，由于3D結構會遇到離子注入陰影效應(shadow effect)的問題，比如調整金屬功函數(shù)的離子注入、改善負偏壓不穩(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導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。

技術實現(xiàn)要素：

在發(fā)明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

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，用于向半導體襯底注入摻雜離子，該方法為在向所述半導體襯底 注入摻雜離子時，控制離子束入射方向在一定角度范圍內變化。

進一步地，所述離子束入射方向在一定角度范圍內振動。

進一步地，所述離子束入射方向的振動頻率為100MHZ～200MHZ。

進一步地，所述離子束入射方向的振動角度為0～5度。

進一步地，所述離子束入射方向沿平行于所述半導體襯底表面的方向振動。

進一步地，所述離子束入射方向沿與所述半導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變化，使得離子從不同角度注入到半導體襯底中，從而克服由于陰影效應導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行離子注入的示意圖。

具體實施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術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節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避 免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。

應當理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實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域技術人員。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記表示相同的元件。

應當明白，當元件或層被稱為“在…上”、“與…相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為“直接在…上”、“與…直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。應當明白，盡管可使用術語第一、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/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區(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。

空間關系術語例如“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系。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關系術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，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向為在其它元件或特征“上”。因此，示例性術語“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90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應地被解釋。

在此使用的術語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白術語“組成”和/或“包括”，當在該說明書中使用時，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，術語“和/或”包括相關所列項目的任何及所有組合。

針對現(xiàn)有技術中由于3D結構會遇到離子注入陰影效應(shadow effect)的問題，比如調整金屬功函數(shù)的離子注入、改善負偏壓不穩(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導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，用于向半導體襯底注入摻雜離子可克服這種技術問題，該方法的思路為在向所述半導體襯底注入摻雜離子時，控制離子束入射方向在一定角度范圍內變化，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，通過控制離子注入方向，使其在一定角度范圍內變化，比如在0～10度范圍內變換，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不斷變化，通過控制控制離子注入方向在一定角度范圍內變化，使得離子從不同角度注入到半導體襯底中，從而克服由于陰影效應導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)選實施方式，可以控制所述離子束入射方向在一定角度范圍內振動，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振動，即以一定頻率，所述離子束入射方向從最左側的入射方向(圖1B中方向1)逐步變化到最右側的入射方向(圖1B中方向3)，再從最右側的入射方向(圖1B中方向3)逐步變化到最左側的入射方向(圖1B中方向1)，如此往復振動。其中，振動頻率和角度可根據(jù)需要調整或設計，比如在一實施方式中，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。比如在一實施方式中，當采用常規(guī)離子注入方法時，離子注入方向為垂直于半導體襯底表面，則當采用本發(fā)明的離子注入方法時，離 子注入方向沿與該注入方向(即，垂直于半導體襯底表面的方向)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為離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體襯底表面的方向，即圖中虛線A所在方向，從左側的以一定角度從右傾斜注入，變化到垂直于半導體襯底表面注入，再變化到右側的以一定角度從左傾斜注入，然后變化到垂直于半導體襯底表面注入，從左側的以一定角度從右傾斜注入，如此往復振動。

或者又比如在另一實施方式中，當采用常規(guī)離子注入方法時，離子注入方向為與半導體襯底表面呈一定角度(即，傾斜注入)，則當采用本發(fā)明的離子注入方法時，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，將在下文結合具體實施例來描述本發(fā)明離子注入方法的具體應用，以便闡釋本發(fā)明提出的技術方案。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。

實施例一

本發(fā)明提出的離子注入方法一種應用情形為在制作金屬柵極的工藝中，進行F離子注入以調整功函數(shù)。下面結合照圖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的示出的結構是金屬柵極制作工藝中已經(jīng)除去偽柵極，要進行F離子注入時的器件剖面圖。出于簡便目的，在圖2中僅標出襯底200和間隙壁201，其它諸如層間電介質、源/漏極等僅示出而未標號。如圖2所示，半導體襯底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化合物半導體，還包括這些半導體構成的多層結構等。在半導體襯底200上形成有各種結構，比如隔離結構、層間電介質、源/漏極等，所述隔離結構為淺溝槽隔離(STI)結構或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結構。所述各種結構通過本領域常用的方法形成，在此不再贅述。

如上所述，當完成各個所需步驟后，如圖2所示，開始執(zhí)行F離子注入，以調整金屬柵極的功函數(shù)。在本實施例中，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變化，優(yōu)選地，控制離子束入射方向在一定角度范圍內振動，這樣可以避免間隙壁201的陰影效應，使溝道的摻雜均勻。這是因為控制離子束入射方向在一定角度范圍內變化或振動，使離子束入射方向在一定范圍內變換，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，由于間隙壁201的遮擋造成的陰影效應得以克服，從而使需要進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，在本實施例，進行F離子注入時，離子束入射方向為在垂直于半導體襯底200表面的方向一定角度范圍內振動，振動角度為3度，振動方向為平行于半導體襯底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體襯底200表面的方向最大幅度為3度，且在這一幅度內做振動。

實施例二

本發(fā)明提出的離子注入方法一種應用情形為在制作硅化物的工藝中，在形成硅化物之前進行離子注入以降低肖特基勢壘。下面結合照圖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的示出的結構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，要進行硅化物形成前的離子注入時的器件剖面圖。出于簡便目的，在圖3中僅標出襯底300和層間電介質301，其它諸如源/漏極、金屬柵極、間隙壁、高K材料、接觸孔(CCT trench)等僅示出而未標號。如圖3所示，半導體襯底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化合物半導體，還包括這些半導體構成的多層結構等。在半導體襯底300上形成有各種結構，比如隔離結構、層間電介質、源/漏極、金屬柵極、接觸孔(CCT trench)等，所述隔離結構為淺溝槽隔離(STI)結構或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結構。所述各種結構通過本領域常用的方法形成， 在此不再贅述。

如上所述，當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。在本實施例中，進行離子注入時，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變化，優(yōu)選地，控制離子束入射方向在一定角度范圍內振動，這樣可以避免層間電介質301的陰影效應，使硅化物形成前的摻雜均勻，從而有效降低肖特基勢壘。這是因為控制離子束入射方向在一定角度范圍內變化或振動，使離子束入射方向在一定范圍內變換，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，由于層間電介質301的遮擋造成的陰影效應得以克服，從而使需要進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，在本實施例，進行離子注入時，離子束入射方向為在垂直于半導體襯底300表面的方向一定角度范圍內振動，振動角度為5度，振動方向為平行于半導體襯底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體襯底300表面的方向最大幅度為5度，且在這一幅度內做振動。

實施例三

本發(fā)明提出的離子注入方法一種應用情形為在進行鰭片摻雜，以調整閾值電壓，形成LDD或源/漏極。下面結合照圖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的示出的結構是完成鰭片制作工藝中已經(jīng)形成鰭片、隔離結構，并且形成了鰭片摻雜工藝中所需要的光刻膠時的器件剖面圖。如圖4所示，半導體襯底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化合物半導體，還包括這些半導體構成的多層結構等。在半導體襯底400上形成有多個鰭片401以及分隔各個鰭片的隔離結構402。鰭片401通過構圖半導體襯底400而形成，其中鰭片的數(shù)量根據(jù)需要進行設置，比如可形成一個或者更多個，在本實施例中，以形成6個鰭片為例進行說明。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)的反應離子蝕刻(RIE)工藝進行。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)、遠紫外(FUV)或極紫外(EUV)范圍內執(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；或者采用側壁圖像轉移(Sidewall Image Transfer,SIT)技術形成小于臨界尺寸(Critical Dimension,CD)的線寬。在本發(fā)明一實施例中，采用193nm準分子激光刻蝕技術形成一個或者更多個鰭片401。隔離結構402采用淺溝槽隔離(STI)結構，通過本領域常用的方法形成，在此不再贅述。

當形成鰭片401和隔離結構402后，需要對鰭片進行摻雜，以調整閾值電壓、或者形成LDD或源/漏極。在本實施例以對中間兩個鰭片進行摻雜為例進行說明。為了僅對中間兩個鰭片進行摻雜，在半導體襯底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行離子注入，以以調整閾值電壓、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變化，優(yōu)選地，控制離子束入射方向在一定角度范圍內振動，這樣可以避免鰭片401、光刻膠層403的陰影效應，使溝道的摻雜均勻。這是因為控制離子束入射方向在一定角度范圍內變化或振動，使離子束入射方向在一定范圍內變換，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，由于鰭片401、光刻膠層403的遮擋造成的陰影效應得以克服，從而使需要進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，在本實施例，進行離子注入時，離子束入射方向為在傾斜入射，即離子束入射方向與半導體襯底400表面呈一定角度，并且該角度在一定范圍內變化，即，離子束入射方向在這一范圍的角度內振動，振動角度示例性可以為5度，相應地離子束入射方向的振動方向也與半導體襯底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)通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實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施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導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)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。