专利名称：掺杂区形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种掺杂区形成方法。
背景技术：
掺杂区包含阱区、轻掺杂区和重掺杂区。所述阱区用以调整器件的阈 值电压及避免器件常见问题，如闩锁效应等。所述轻掺杂区包含轻掺杂
漏注入(Lightly Doped Drain, LDD )区及袋式(Pocket)离子注入区， 所述轻掺杂区用于定义MOS器件的源漏扩展区。LDD杂质位于栅极下方紧 贴沟道区边缘，Pocket杂质位于LDD区下方紧贴沟道区边缘，均为源/漏 区提供杂质浓度梯度。所述重掺杂区包含源/漏区。
通常，如图l所示，形成所述掺杂区的步骤包括，步骤ll:在基底 上确定掺杂区域；步骤12:对所述区域完成离子注入才喿作；步骤13: 将经历所述离子注入操作的基底移出离子注入腔室；步骤14:清洁所述 基底；步骤15:对经历所述清洁操作的基底执行热处理操作，形成掺杂 区。
形成掺杂区后，在所述掺杂区表面形成凹陷(recess )，造成掺杂(剂) 损失(dose loss)。特别地，对于90&6Snm工艺，将磷(P)注入掺杂区 中时，所述掺杂损失易超出产品要求。如何减少所述凹陷的产生，进而 减少所述掺杂损失成为本领域技术人员亟待解决的问题。
2006年11月1日公布的公告号为"CN1282999C，，的中国专利中提供了 一种制造半导体元件的方法，包括(l)制备一半导体衬底，其上形成了 一具有结区的下部结构；(2)形成一层间介电膜于上述半导体衬底的整个 表面上；(3)通过蚀刻层间介电膜而形成暴露出结区的接触孔；(4)顺序 地进行干式清洗和湿式清洗由接触孔所露出的半导体衬底的表面；(5)在 一还原性气体气氛下对已清洗的接触表面进行预处理，以去除形成于接 触表面上的自然氧化膜；(6)追加原位掺入掺杂剂至结区的表面，以便补偿在预处理后的接触表面上的掺杂剂损失；以及(7)原位沉积一导电膜于 接触孔及层间介电膜上。
换言之，应用上述方法制造半导体元件时，通过追加原位掺入掺杂剂 的方式减少所述掺杂损失。即，应用上述方法制造半导体元件时，为减 少掺杂损失，需增加掺杂剂的原位掺入步骤，操作复杂。
发明内容
本发明提供了一种掺杂区形成方法，可减少掺杂区表面凹陷的产 生，进而减少掺杂损失。
本发明提供的一种掺杂区形成方法，包括
在基底上确定掺杂区域；
对所述区域完成离子注入操作；
将经历所述离子注入操作的基底移出离子注入腔室，移出时，所述 基底的温度小于或等于磷酸生成温度； 清洁所述基底；
对经历所述清洁操作的基底执行热处理操作，形成掺杂区。
可选地，使所述基底的温度小于或等于磷酸生成温度时，采用控制 完成离子注入操作与移出才喿作之间的时间间隔的方式；可选地，将经历 所述热处理操作的基底移出热处理腔室时，所述基底的温度小于或等于 磷酸生成温度；可选地，使所述基底的温度小于或等于磷酸生成温度时， 采用控制完成热处理操作与移出操作之间的时间间隔的方式；可选地， 使所述基底的温度小于或等于磷酸生成温度时采用制冷工艺；可选地， 所述离子注入操作为磷离子注入操作；可选地，所述掺杂区包括轻掺杂 区、源/漏区和阱区；可选地，清洁所述基底的步骤包括去除确定掺 杂区域时引入的掩模层；清洗所述基底。可选地，所述热处理操作为快 速热退火操作。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点上述技术方案提供的掺杂区形成方法，通过控制移出所述离子注入腔 室时的基底温度，使其小于或等于磷酸生成温度，可减少注入离子与空 气中的水蒸气发生反应的可能性，继而，减少注入离子与空气中的水蒸 气反应生成的物质腐蚀所述基底的可能性，可减少掺杂区表面凹陷的产 生，进而减少掺杂损失。
图1为说明现有技术中形成掺杂区的流程示意图； 图2为说明本发明实施例的形成掺杂区的流程示意图3为说明本发明实施例的移出离子注入腔室时的基底温度与产生 凹陷的数目间的函数关系图。
具体实施例方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发 明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明 而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本 领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细 描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混 乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实 现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实 施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和 耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列 说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均 采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助 说明本发明实施例的目的。
如图2所示，采用本发明提供的方法，形成掺杂区的具体步骤包括步骤21:在基底上确定掺杂区域。
对所述掺杂区域执行离子注入操作后形成轻掺杂区、源/漏区和/或 阱区。
所述掺杂区域对应轻掺杂区时，所述基底为已定义器件有源区、完 成浅沟槽隔离且在其上已形成栅极的衬底；所述掺杂区域对应源/漏区 时，所述基底为已定义器件有源区、完成浅沟槽隔离且在其上已形成栅 极、轻掺杂区及环绕所述栅极的侧墙的衬底；所述掺杂区域对应阱区时， 所述基底为投入生产的棵片(bare wafer)或者在其表面已形成氧化层 的衬底。所述衬底包含但不限于包括元素的硅材料，例如单晶、多晶或 非晶结构的硅或硅锗(SiGe )，也可以是绝缘体上硅(SOI )。
在基底上确定掺杂区域的步骤包括在所述基底上形成掩模层；图 形化所述掩模层。所述掩模层包括抗蚀剂层(如光刻胶)和/或硬掩模 层(如氧化硅层、氮氧化硅层或氮化硅层)。
可采用旋涂工艺形成所述抗蚀剂层；实践中，形成图形化的抗蚀剂 层包含所述抗蚀剂层的涂覆、烘干、光刻、曝光及检测等步骤，相关工 艺可应用各种传统的方法，应用的所述抗蚀剂层可选用任何可应用于半 导体制程中的抗蚀剂材料，在此均不再赘述。
可采用化学气相淀积工艺形成所述硬掩^i层；可采用等离子体刻蚀 工艺形成图形化的硬掩模层。
步骤22:对所述区域完成离子注入"J喿作。
所述离子注入操作在离子注入腔室中进行；完成所述离子注入操作 后，所述基底将被移出所述离子注入腔室。实际生产中，考虑到，经历 所述离子注入操作后，对于半导体制程而言，所述基底的实际温度并不 高(约为200 ~ 300摄氏度)，因此，通常所述基底直接移出所述离子注 入腔室，继而，去除掩才莫层、清洗所述基底。
涉及的掺杂粒子包含硼(B)、氟化亚硼(BF2)、砷(As)、磷(P)或其它可掺杂材料中的一种。
经历所述离子注入操作后，所述掺杂区域表面晶格结构受到损伤， 这种损伤将在经历后续清洁操作后，在热处理(如退火)步骤中得到修 复。
步骤23:将经历所述离子注入操作的基底移出离子注入腔室，移出 时，所述基底的温度小于或等于磷酸生成温度。
实践中，经历离子注入操作后，所述基底通常由离子注入腔室直接 进入下一制程，如，去除确定所述掺杂区域的掩模层及清洗经历所述去 除操作后的基底；所述直接包含实际生产中连续操作间的运行时间，如， 所述基底在完成离子注入操作后即移出离子注入腔室时，需要的运行时 间为5秒。
实际生产发现，经历上述及后续操作后，形成的掺杂区表面易具有 凹陷，将导致掺杂损失。
本发明的发明人分析后认为，形成所述凹陷的原因在于将所述基 底直接移出离子注入腔室后，所述基底将接触空气中的水蒸气；而经历 离子注入操作后，所述基底的温度升高(高于IOO摄氏度)，在高温条 件下，空气中的水蒸气将易于与所述基底内的注入离子发生反应，造成 所述注入离子的损失(即掺杂损失)，且在所述基底上粘附反应生成物， 若所述反应生成物对所述基底有侵蚀作用，将导致上述凹陷的产生，而 所述凹陷的产生将进一步增加掺杂损失；实践中，形成N型离子注入时， 注入离子为磷(P),而水蒸气中包含氢(H)和氧(0),在高于100摄 氏度的条件下，H、 0和P若发生反应，将易于形成类似于磷酸的包含H、 0、 P的生成物，所述生成物可能侵蚀所述基底。
本发明的发明人经历分析与实践后认为，控制所述基底在移出离子 注入腔室时的温度，以减少所述基底内的注入离子与空气中的水蒸气发 生反应的程度，可成为减少所述凹陷产生的指导方向。考虑到，工业上制造磷酸的反应温度为70~90摄氏度，而本发明 的本质就是，通过控制所述基底在接触空气中的水蒸气时的温度，减少 所述基底表面粘附的类似于磷酸的包含H、 0、 P的生成物的量，由此，
确定将所述基底移出离子注入腔室时，所述基底的温度小于或等于磷酸 生成温度，具体地，所述基底的温度可小于或等于90摄氏度。
由此，本发明的发明人经历分析与实践后，提供了一种掺杂区形成 方法，包括在基底上确定掺杂区域；对所述区域完成离子注入操作； 将经历所述离子注入操作的基底移出离子注入腔室，移出时，所述基底 的温度小于或等于磷酸生成温度；清洁所述基底；对经历所述清洁操作 的基底执行热处理操作，形成掺杂区。通过控制所述基底在接触空气中 的水蒸气时的温度，减少注入离子与空气中的水蒸气发生反应的可能 性，继而，减少注入离子与空气中的水蒸气反应生成的物质腐蚀所述基 底的可能性，可减少掺杂区表面凹陷的产生，进而减少掺杂损失。
本发明的发明人对上述分析的实践效果进行了验证。使所述基底的 温度小于或等于磷酸生成温度时，可采用控制完成离子注入操作与移出 操作之间的时间间隔的方式。如图3所示，曲线31和32分别为基底温 度和凹陷数目与所述时间间隔的函数关系图。实践中，采用此方式控制 所述基底在移出离子注入腔室的温度时，为使所述基底在移出离子注入 腔室时的温度为90摄氏度，所述时间间隔可约为60秒；若要使所述基 底在移出离子注入腔室时的温度为55摄氏度，所述时间间隔可约为600 秒。
对所述基底温度完成离子注入操作后间隔60秒将其移出离子注入 腔室，整片基底上形成的凹陷点约为500个；而对所述基底温度完成离 子注入梯:作后间隔600秒将其移出离子注入腔室，整片基底上形成的凹 陷点仅约为5个。可见，通过控制移出所述离子注入腔室时的基底温度， 使其小于或等于磷酸生成温度(具体地，如90摄氏度)，确实可减少掺 杂区表面凹陷的产生，进而可减少掺杂损失。此外，使所述基底的温度小于或等于磷酸生成温度(具体地，如90 摄氏度)时还可采用制冷工艺。可采用带有冷却环的设备或者采用对无 冷却环的设备增加冷却环后执行所述制冷工艺。执行所述制冷工艺时， 向所述冷却环中通入制冷气体，如氮气或氦气中的一种或其组合。通过 调节所述制冷气体的流量或流速，控制所述基底的降温速率，可缩短为 使所述基底温度降低而设置的完成离子注入操作与移出操作之间的时 间间隔，提高降温的效率。具体地，若未采用制冷工艺时，需将所述时 间间隔设为60秒时，方可将所述基底的温度降为90摄氏度；那么，采 用制冷工艺后，将所述时间间隔设为小于60秒(如20秒)时，即可将 所述基底的温度降为90摄氏度。
步骤24:清洁所述基底。
清洁所述基底的步骤包括
步骤241:去除确定掺杂区域时引入的掩模层。
所述掩模层为光刻胶时，可采用氧气等离子体灰化工艺去除所述掩 模层；所述掩模层为硬掩模时，可采用干法清洗工艺去除所述掩模层。 干法清洗工艺可采用等离子体刻蚀工艺。
步骤242:清洗所述基底。
采用等离子体灰化工艺或干法清洗工艺去除所述掩模层后，需采用 湿法清洗工艺清洗所述基底，以去除所述基底表面残留的刻蚀副产物及 表面沾污；湿法清洗工艺中，可采用稀释的氢氟酸溶液、包含^5克酸和双 氧水的混合清洗溶液及/或包含氨水和双氧水的混合清洗溶液清洗所述 基底。
步骤25:对经历所述清洁操作的基底执行热处理操作，形成掺杂区。
所述热处理操作为快速热退火操作(RTA)。执行所述快速热退火操 作时，涉及的反应温度为950 - 1100摄氏度，如1050摄氏度；操作持续时 间为15-60秒，如30秒。使所述基底的温度小于或等于磷酸生成温度时，采用控制完成热处理 操作与移出操作之间的时间间隔的方式；或者，使所述基底的温度小于
或等于磷酸生成温度时采用制冷工艺。
通过控制移出所述热处理腔室时的基底温度，使其小于或等于磷酸生 成温度(具体地，如90摄氏度)，可减少注入离子与空气中的水蒸气发 生反应的可能性，继而，减少注入离子与空气中的水蒸气反应生成的物 质腐蚀所述基底的可能性，可减少多晶硅栅层表面凹陷的产生，进而减 少掺杂损失。
需强调的是，未加说明的步骤均可采用传统的方法获得，且具体的工 艺参数根据产品要求及工艺条件确定。
尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描 述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种 细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因 此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和 方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明 概念的精神和范围。
权利要求
1.一种掺杂区形成方法，其特征在于，包括在基底上确定掺杂区域；对所述区域完成离子注入操作；将经历所述离子注入操作的基底移出离子注入腔室，移出时，所述基底的温度小于或等于磷酸生成温度；清洁所述基底；对经历所述清洁操作的基底执行热处理操作，形成掺杂区。
2. 根据权利要求1所述的掺杂区形成方法，其特征在于使所述 基底的温度小于或等于磷酸生成温度时，采用控制完成离子注入操作与 移出操作之间的时间间隔的方式。
3. 根据权利要求1所述的掺杂区形成方法，其特征在于将经历 所述热处理操作的基底移出热处理腔室时，所述基底的温度小于或等于 磷酸生成温度。
4. 根据权利要求3所述的掺杂区形成方法，其特征在于使所述 基底的温度小于或等于磷酸生成温度时，采用控制完成热处理操作与移 出操作之间的时间间隔的方式。
5. 根据权利要求1或3所述的掺杂区形成方法，其特征在于使 所述基底的温度小于或等于磷酸生成温度时采用制冷工艺。
6. 根据权利要求1或2所述的掺杂区形成方法，其特征在于所 述离子注入操作为磷离子注入操作。
7. 根据权利要求1至4中任一项所述的掺杂区形成方法，其特征 在于所述掺杂区包括轻掺杂区、源/漏区和阱区。
8. 根据权利要求1至4中任一项所述的掺杂区形成方法，其特征 在于，清洁所述基底的步骤包括去除确定掺杂区域时《I入的掩it层； 清洗所述基底。
9. 根据权利要求1至4中任一项所述的掺杂区形成方法，其特征 在于所述热处理操作为快速热退火操作。
全文摘要
一种掺杂区形成方法，包括在基底上确定掺杂区域；对所述区域完成离子注入操作；将经历所述离子注入操作的基底移出离子注入腔室，移出时，所述基底的温度小于或等于磷酸生成温度；清洁所述基底；对经历所述清洁操作的基底执行热处理操作，形成掺杂区。可减少掺杂区表面凹陷的产生，进而减少掺杂损失。
文档编号H01L21/02GK101593678SQ20081011398
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者李泽逵, 杜珊珊, 韩宝东, 韩秋华 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司