专利名称：使用衬底倾斜的半导体掺杂的制作方法
技术领域：
0001本发明一般涉及掺杂半导体衬底的方法；并且，更具体地涉及一种通过改变衬底相对于注入源的倾斜角度来注入掺杂剂的方法。
背景技术：
0002在集成电路制造中注入掺杂剂需要对射束入射角度进行精确控制。尽管存在很多不同类型的射束入射角度误差，三种较常见的类型是跨越整个晶片的锥角误差、射束偏转误差和平行度误差。锥角误差通常是由晶片扫描系统的几何形状引起的锥角效应的结果。锥角误差可跨越整个晶片变化。例如，射束角度误差在一个晶片边缘约为-x度，在晶片中心约为零度，在相对边缘处约为+x度。另一方面，当在批量、注入组之间调整射束时，或每当调整发生时，偏转误差被引入，并且在整个晶片上偏转误差往往是一致的。尽管如此，平行度误差导致在晶片的整个宽度上的随机的射束入射角度误差。这种误差的随机性质使其极难修正。
0003很遗憾，如果没有对射束入射角度的精确控制，各种不同的问题使得集成电路的集体管降级。作为例子，晶体管不对称、变化、以及降低的多功能侦测良率(MPY)经常是由于射束入射角误差所造成的结果。射束入射角度误差也可导致栅或门极阴影效应或阴影遮蔽效应(shadowing)和不对称的掺杂分布，这两者都是不希望出现的。图1示出了晶体管器件100上的栅极阴影遮蔽效应。晶体管器件100包括栅极结构120，其具有高度(h)，位于衬底110的上方。晶体管器件100经历注入工艺130以形成注入区140。如图所示，由于注入射束的入射角度(θ)，栅极结构120的高度(h)遮蔽或遮护衬底110的一部分使其无法受到注入，由此引起位于栅极结构120的不同端上的注入区140的形貌上的不同。例如，一个注入区140(示于图1中的左端)起始于离栅极结构120的侧壁的距离(d)处，而其它注入区140(示于图1中的右端)紧靠栅极结构120的侧壁起始。尽管使用方程d＝h tan(θ)可估计出距离(d)，但是它产生了由距离(d)确立的不希望有的未掺杂区，该未掺杂区可导致所制造的晶体管100中的运行问题。
0004因此，需要一种没有现有技术方法和器件的缺点的在衬底内注入掺杂剂的方法。
发明内容
0005本发明提供了用于在衬底中注入掺杂剂的方法和用于制造半导体器件的方法，其中衬底倾斜角度在掺杂期间是变化的。
0006在一个实施方式中，一种用于注入掺杂剂的方法包括围绕相对于注入源的轴线、在第一方向(例如，顺时针x度)以第一角度定位衬底；在衬底被以第一角度定位的情况下，将注入剂量的一部分注入；围绕相对于注入源的轴线，在与第一方向相反的第二方向(例如，逆时针x度)以第二角度定位衬底；以及在衬底被以第二角度定位的情况下，将注入剂量的另一部分注入。第二角度可以可选地被选择为与第一角度相等并相反。第一和第二角度可以可选地被选择为具有约90度的间隔。
0007在一个修改的实施例中，该方法可包括围绕相对于注入源的轴线、再次在第一方向以第三角度定位衬底；在衬底以第三角度定位的情况下，将注入剂量的第三部分注入；围绕相对于注入源的轴线，在与第一方向相反的第二方向以第四角度定位衬底；以及在衬底以第四角度定位的情况下，将注入剂量的第四部分注入。第三和第四角度可以可选地被选择为分别与第一和第二角度相同。第一、第二、第三和第四注入部分可以可选地包含以相等的(即，总量的四分之一)注入剂量、速率和时段的注入。
0008衬底可位于一台板或转盘上方，并且定位步骤可通过围绕轴线倾斜台板实现。
0009本发明进一步提供了一种用于制造半导体器件的方法，其使用上述的掺杂注入方法。在一个实施例中，一种用于制造半导体器件的方法包含在衬底的上方形成栅极结构，并且在靠近栅极结构的衬底内形成注入，以形成MOS晶体管器件的源极区和漏极区。
0010本说明书参照附图对本发明的实施方式进行了描述，其中0011图1(现有技术)示出了晶体管器件的制造中在掺杂已知掺杂期间的栅极阴影遮蔽效应的示例。
0012图2是曲线图，其示出了对于同一晶片上的垂直晶体管和水平晶体管，射束入射角度误差对n沟道金属氧化物半导体(MOS)器件的驱动电流的影响。
0013图3-6是示意性图示，它们示出了示例工艺的步骤中的顶视图和横截面图，在该示例工艺中，多个衬底根据本发明的原理经历掺杂。
0014图7是结合了根据采用了本发明的原理的掺杂工艺制造的半导体器件的集成电路(IC)的横截面图。
具体实施例方式
0015本发明部分地基于这样的认识射束入射角度误差对位于半导体晶片上的垂直晶体管的影响通常不同于其对位于同一半导体晶片上的相似的水平晶体管的影响。图2示出了图200，其示出了对于同一晶片上的垂直晶体管和水平晶体管、射束入射角度误差对n沟道金属氧化物半导体(MOS)器件的驱动电流的影响。随着射束入射角度误差从约-0.5度增加到约3.0度，垂直晶体管和水平晶体管各自的驱动电流受到不同的影响。具体地，在图2的示例中，水平晶体管显著地受射束入射角度误差影响，而垂直晶体管则不是这样。如果射束入射角度误差处于与图2的示例中所给出的情况垂直的方向，可发生相反的效应。很遗憾，垂直晶体管和水平晶体管之间的驱动电流的完全不同的变化使得调节驱动电流中的变化很困难。
0016将前面提到的认识与以下理解相结合射束入射角度误差往往跨越整个晶片变化，本发明认识到通过围绕相对于注入源的方向的轴线定位可注入的衬底，可获得若干益处；在衬底被这样定位的情况下，将注入剂量的一部分注入；然后在相反的方向内定位衬底；在衬底在相反的方向内定位的情况下，将注入剂量的另一部分注入。
0017通过减小由射束入射角度误差引起的注入遮蔽效应，新颖的注入工艺降低了晶体管的不对称性。其改善了NMOS和PMOS晶体管的晶体管不对称性。另外，其试图使得垂直晶体管和水平晶体管具有基本相似的掺杂剂分布或断面，并且因而具有基本相似的驱动电流。这些益处导致改善的晶体管匹配电路和改善的SRAM平衡等。
0018图3-6示意性地示出了根据本发明的阐释性实施方式的示例性掺杂剂剂量注入的制造中的步骤的顶视图和横截面图。图3示出了顶视图300和位于注入台板305上或其上方的多个衬底的两个横截面视图340和370，它们正经历来自于注入源320的注入。顶视图300和两个横截面视图340、370表示了注入台板305和衬底310围绕注入台板305的中心点旋转时的快照。正如本领域内的技术人员所熟知的那样，在图3的实施例中，随着注入源320缓慢地从一端到另一端扫描整个注入台板305，注入台板305通常高速率顺时针方向或逆时针方向旋转。
0019图3的实施例仅示出了仅有四个衬底位于注入台板305上或或其上方。衬底310的实际数目可以少于或多于所显示的衬底数目。此外，在图3中，注入台板305被图示为圆盘，但是根据设计选择，注入台板可以具有其它形状。
0020如现代集成电路通常的情形，图3的示例实施方式中的衬底中的每个衬底既具有垂直晶体管(v)又具有水平(h)晶体管。当然，这不是一个必然要求，并且本发明的益处同样适用于那些仅存在垂直晶体管(v)或仅存在水平(h)晶体管的情况。
0021如上文所指出的，通常的情形是注入源320具有与之相关联的注入角度误差。在图3中，该注入角度误差被图示为(α)。一般应保持注入角度误差(α)尽可能地低；尽管如此，通过使用本发明的实施方案，即使更大的角度误差(α)也能被处理。在典型情形中，注入角度误差(α)可在高达约5度的范围内变化。
0022通过以多种不同的配置部分地对衬底310进行多种不同次数的注入直至达到给定的注入剂量，本发明的创造性方法被配置以减小注入角度误差(α)的影响。记住这一点，围绕相对于注入源320的第一方向的轴线，对衬底310进行定位。在图3示出的实施方式中，衬底310围绕y轴逆时针倾斜(枢轴转动)一角度(θ)。在倾斜衬底310之后，将四分之一的注入剂量注入到衬底310中。这可通过给予相等的部分剂量、速率或时段来确定。
0023衬底310的倾斜角度(θ)可显著地变动。在本发明的示例实施方式中，倾斜角度(θ)与注入源320的注入角度误差(α)基本相等。在这个实施方式中，除了垂直(v)晶体管和水平(h)所共有的轻掺杂衬底的小区域，晶体管倾斜角度(θ)会基本消除注入角度误差(α)的影响。然而，示例实施方式表明倾斜角度(θ)可高达约5度，并且特别地处于约1度和约3度之间。其它倾斜角度(θ)也在本发明的范围之内。
0024因此，倾斜角度(θ)可通过使用多种不同的工艺实现。例如，本发明的一个实施方式倾斜整个注入台板305以实现对衬底310的倾斜。本发明的另一个不同的实施方式倾斜注入台板305上的每个单独的衬底310，而保持注入台板305本身的角度不变。可使用其它用于相对于注入源倾斜衬底310的方式。
0025如横截面图340所示，注入角度误差(α)可基本不影响水平晶体管(h)。例如，作为注入剂量的第一部分的结果形成的各注入区380位于离水平晶体管(h)的栅极等距的位置。另一方面，如横截面图370所示，注入角度误差(α)会显著地影响垂直晶体管(v)。由注入角度误差(α)和倾斜角度(θ)的组合引起的栅极阴影遮蔽效应导致垂直晶体管(v)的各注入区380不位于离垂直晶体管(v)的栅极等距的位置。例如，如图3中所示，从垂直晶体管(v)的栅极结构去掉一个注入区380，而另一个注入区380位于靠近垂直晶体管(v)的栅极结构的位置。其结果是较轻掺杂区390位于靠近垂直晶体管(v)的栅极结构的位置，较轻掺杂区390在其内具有较少的掺杂或掺杂剂。在图3所示的阶段，较轻掺杂区390在其内可能基本没有掺杂。在该阶段，衬底310中的注入区380仅含四分之一的总期望注入剂量。
0026图4示出了已经围绕同一轴线倾斜衬底310之后的视图300、340、370(与图3中的视图相似)，但是在相反的方向。在图4中所示的实施方式中，衬底310围绕y轴顺时针倾斜角度(θ)。在示例性实施方式中，图4中所使用的倾斜角度(θ)的数值与图3中所使用的倾斜角度(θ)的数值基本相同，但是方向相反。在衬底310第二次倾斜之后，将另一四分之一的注入剂量注入到衬底310中。
0027如横截面图340所示，注入角度误差(α)再次基本不影响水平晶体管(h)。例如，作为第二部分注入剂量的结果形成的若干注入区380仍位于离水平晶体管(h)的栅极等距的位置。尽管如此，这次，如横截面图370所示，因为注入角度误差(α)基本被倾斜角度(θ)抵消，所以注入角度误差(α)基本不影响垂直晶体管(v)。其结果是全部四分之一的注入剂量到达衬底310的注入区380，并且全部四分之一的注入剂量到达较轻掺杂区390。因此，在该阶段，垂直晶体管(v)和水平晶体管(h)的注入区380累计都具有一半注入剂量，并且位于靠近垂直晶体管(v)的栅极的位置的较轻掺杂区390具有四分之一的注入剂量。
0028图5示出了衬底310已经旋转特定角度、并且又围绕与图3和4中相同的轴线倾斜之后的相似视图300、340、370。在图4中示出的实施方式中，衬底310在顺时针方向围绕z轴旋转约90度，并且围绕y轴逆时针倾斜角度(θ)。应当注意，衬底310可以可选地有益地从图3和4中所占据的位置在顺时针或逆时针方向旋转约90度。在衬底310第三次旋转并倾斜后，将另一四分之一的注入剂量注入到衬底310中。
0029如横截面图340所示，注入角度误差(α)现在显著地影响水平晶体管(h)。由注入角度误差(α)和倾斜角度(θ)的组合引起的栅极阴影遮蔽效应导致水平晶体管(h)的各注入区380不位于离水平晶体管(h)的栅极等距的位置。例如，如图5中所示，从水平晶体管(h)的栅极结构移开(remove)一个注入区380，而另一个注入区380位于靠近水平晶体管(h)的栅极结构的位置。其结果是位于靠近水平晶体管(h)的栅极结构的位置的较轻掺杂区510仅具有一半剂量，而水平晶体管(h)的注入区380累计具有四分之三的剂量。另一方面，在该结构中，垂直晶体管(v)基本不受注入角度误差(α)影响。因此，垂直晶体管(v)的注入区380现在累计具有四分之三的注入剂量，而较轻掺杂区390累计具有一半的注入剂量。
0030图6示出了衬底310已经围绕同一轴但在相反的方向旋转之后的视图300、340、370。在图6中所示的实施方式中，衬底310围绕y轴顺时针倾斜角度(θ)。在衬底310第四次旋转并倾斜后，将另一四分之一的注入剂量注入到衬底310中。
0031如横截面图340所示，这次，因为注入角度误差(α)基本被倾斜角度(θ)抵消，故注入角度误差(α)基本不影响水平晶体管(h)。其结果是全部四分之一的注入剂量到达衬底310的注入区380，并且全部四分之一的注入剂量到达较轻掺杂区510。此外，如横截面图370所示，再次注入角度误差(α)基本不影响垂直晶体管(v)。其结果是全部四分之一的注入剂量到达垂直晶体管(v)的注入区380，并且全部四分之一的注入剂量到达较轻掺杂区390。因此，在该阶段，垂直晶体管(v)和水平晶体管(h)的注入区380累计都具有全部注入剂量，并且位于靠近垂直晶体管(v)的栅极的位置的较轻掺杂区390、和位于靠近水平晶体管(h)的栅极的位置的较轻掺杂区510累计都具有四分之三的注入剂量。
0032理论上，如图6中所示，结果所得到的垂直晶体管(v)和水平晶体管(h)具有基本相同的掺杂分布。因此，结果所得到的垂直晶体管(v)和水平晶体管(h)具有基本相同的驱动电流。不仅结果所得到的垂直晶体管(v)和水平晶体管(h)具有基本相同的驱动电流，每个较轻掺杂区390、510都具有至少四分之三的期望的剂量。进一步地，本发明的创造性方面对于形成轻度掺杂源极/漏极扩展注入(extension implant)特别有用。
0033图7是集成电路(IC)700的横截面图，其结合了根据本发明的原理构造的半导体器件710。IC 700可包括器件，诸如用于形成CMOS器件、BICMOS器件、双极型器件或其它类型器件的晶体管。IC 700可进一步包括无源器件，诸如电感器或电阻器，或者其也可包括光学器件或光电子器件。本领域技术人员会熟悉这些各种类型的器件及其制造。在图7中示出的特定实施方式中，IC 700包括半导体器件710，在半导体器件710上方具有电介质层720。此外，互连结构730位于电介质层720内以互连各种器件，因而，形成可操作的集成电路700。
0034尽管已经详细描述了本发明，本领域技术人员应该理解他们可以对这里描述的实施方式进行各种变化、替换和变更，而不脱离本发明最宽的保护范围。
权利要求
1.一种用于在衬底中注入掺杂剂的方法，包含围绕相对于注入源的轴线在第一方向以第一角度定位衬底；在所述衬底以所述第一角度定位的情况下，将注入剂量的一部分注入；围绕相对于所述注入源的所述轴线，在与所述第一方向相反的第二方向以第二角度定位所述衬底；和在所述衬底以所述第二角度定位的情况下，将所述注入剂量的另一部分注入。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二角度与所述第一角度数值相等并且方向相反。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一角度与所述第二角度分隔约90度。
4.根据权利要求1-3中的任一权利要求所述的方法，其进一步包含围绕相对于所述注入源的所述轴线在所述第一方向再以第三角度定位所述衬底；在所述衬底以所述第三角度定位的情况下，将所述注入剂量的第三部分注入；围绕相对于所述注入源的所述轴线，在与所述第一方向相反的所述第二方向以第四角度定位所述衬底；和在所述衬底以所述第四角度定位的情况下，将所述注入剂量的第四部分注入；
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第三和第四角度分别与所述第一和第二角度相同。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述第一、第二、第三和第四部分包含以相等的注入部分剂量、速率和时段注入。
7.根据权利要求1-6中的任一权利要求所述的方法，其中所述衬底位于台板上，并且定位步骤通过围绕所述轴线倾斜所述台板来完成。
8.一种用于制造半导体器件的方法，其包含通过使用如权利要求1-7中的任一权利要求的用于注入掺杂剂的所述方法来形成至少一种注入。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包含在衬底的上方形成栅极结构，并且其中注入掺杂剂的所述方法用于MOS晶体管器件的源极区和漏极区的形成中的至少一部分。
全文摘要
本发明提供了一种用于在衬底中注入掺杂剂的方法和一种利用此注入制造半导体器件的方法。用于注入掺杂剂的方法，除了其它步骤，包括围绕相对于注入源(320)在第一方向的轴线倾斜位于注入台板(305)上或其上方的衬底(310)，并且在衬底(310)在第一方向倾斜的情况下，将注入剂量的一部分注入；此后，在与所述第一方向相反的第二方向倾斜所述衬底；以及在所述衬底(310)在所述第二方向倾斜的情况下，将注入剂量的另一部分注入。
文档编号H01L21/425GK101061573SQ200580039980
公开日2007年10月24日 申请日期2005年10月3日 优先权日2004年10月1日
发明者S·格尼姆, J·D·伯恩斯坦, L·S·罗伯特松, J·许, J·洛伊克 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司