专利名称：袋形注入区的离子注入方法及mos晶体管的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及形成MOS晶体管袋形注入区的离子注入方法及MOS晶体管的制造方法。
背景技术：
随着半导体器件向高密度和小尺寸发展，金属_氧化物_半导体(MOS)晶体管是主要的驱动力。而驱动电流和热载流子注入是MOS晶体管设计中最为重要的两个参数。传统设计通过控制栅氧化层、沟道区域、阱区域、源/漏延伸区的掺杂形状、袋形注入(pocketimplant)区以及源/漏极注入形状和热预算等等来获得预料的性能。 随着MOS器件的沟道长度变短，源/漏极耗尽区之间过于接近，会导致出现不希望的穿通(punch through)电流，产生了短沟道效应。因此，本领域的技术人员通常采用轻掺杂漏极(lightly doped drain, LDD)结构，形成源/漏延伸区，在源/漏延伸区植入较重的掺杂离子例如砷离子以形成超浅结，以提高器件的阈值电压Vt并有效控制器件的短沟道效应。并且，对于0. 18um以下尺寸的半导体器件，会在源/漏延伸区附近形成包围源/漏延伸区的袋形注入区(pocket/halo)。袋形注入区的存在可以减小耗尽区的耗尽程度，以产生较小的穿透电流。 但是，轻掺杂漏极(lightly doped drain, LDD)结构的掺杂离子种类与半导体衬底或者形成MOSFET区域的掺杂阱的导电类型不同，而袋形注入区域的导电类型与半导体衬底或者形成MOSFET区域的掺杂阱的导电类型相同，因此，在源/漏延伸区和袋形注入区之间会产生PN结，在轻掺杂漏极结构与袋形注入区内的掺杂离子密度都比较高的情况下，产生结漏电。 关于形成袋形注入区的更多细节可以在中国发明专利第200610030636. 6号所公开的内容中找到。 但是，随着半导体器件尺寸的进一步减小，如何控制MOS晶体管的结电容Cj。成为业界的又一需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何控制MOS晶体管的结电容。 为解决上述问题，本发明提供一种形成MOS晶体管袋形注入区的离子注入方法，
包括步骤将所述晶圆以通过晶圆中心且垂直于晶圆的直线为轴旋转第一角度；进行形成
袋形注入区的源/漏区离子注入；将所述晶圆以所述直线为轴旋转第二角度，旋转第二角
度的方向与旋转第一角度的方向相同；保持离子注入的方向不变，重复进行形成袋形注入
区的源/漏区离子注入和旋转第二角度的步骤，直至晶圆回到旋转第一角度后的状态。 可选地，所述晶圆的晶向指数为〈100〉，所述第一角度为30至40度或50至60度。 可选地，所述第二角度为90度、45度或22. 5度。 可选地，所述离子注入的方向与晶圆成60度至90度。
可选地，旋转第二角度的总和为360度。 根据本发明的另一方面，提供一种MOS晶体管的制造方法，包括步骤在半导体衬底上形成栅极结构；在栅极结构两侧的半导体衬底中进行源/漏延伸区注入；将所述晶圆以通过晶圆中心且垂直于晶圆的直线为轴旋转第一角度；进行形成袋形注入区的源/漏区离子注入；将所述晶圆以所述直线为轴旋转第二角度，旋转第二角度的方向与旋转第一角度的方向相同；保持离子注入的方向不变，重复进行形成袋形注入区的源/漏区离子注入和旋转第二角度的步骤，直至晶圆回到旋转第一角度后的状态；在栅极结构两侧的半导体衬底中形成源/漏极。 可选地，所述晶圆的晶向指数为〈100〉，所述第一角度为30至40度或50至60度。 可选地，所述第二角度为90度、45度或22. 5度。 可选地，所述离子注入的方向与晶圆成60度至90度。 可选地，旋转第二角度的总和为360度。 与现有技术相比，本发明可以控制MOS晶体管的结电容。 另外，本发明创造性地选择了形成袋形注入区的离子注入的初始旋转角度，找到了可以进一步减小MOS晶体管结电容的工艺参数。
图1为根据本发明一个实施例制造MOS晶体管的流程图； 图2至图7为根据上述流程制造MOS晶体管的示意图； 图8为第一角度13与制成的MOS晶体管结电容之间的关系图。
具体实施例方式
本发明的发明人发现，在进行袋形注入区掺杂时，初始旋转角度的不同会影响所制成的MOS晶体管的结电容。 基于上述考虑，在具体实施方式
的以下内容中，提供一种MOS晶体管的制造方法，
如图l所示，包括步骤 S101，提供晶圆； S102，在晶圆上形成栅极结构； S103，在栅极结构两侧进行源/漏延伸区注入； S104，将晶圆旋转第一角度； S105，进行形成袋形注入区的源/漏区离子注入；
S106，将晶圆旋转第二角度；
S107，重复步骤S105和S106，形成袋形注入区；
S108，形成源/漏区。 下面结合附图对上述步骤进行详细说明。 如图2所示，首先执行步骤S101，提供晶圆201。形成晶圆201的材料可以为硅、III-V族或者II-VI族化合物半导体、或者绝缘体上硅(SOI)。在晶圆中形成隔离结构202，所述隔离结构202可以为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构。所述晶圆201中还形成有各种阱(well)结构与衬底表面的栅极沟道层。 一般来说，形成阱
4(wel 1)结构的离子掺杂导电类型与栅极沟道层离子掺杂导电类型相同，密度较栅极沟道层低；离子注入的深度泛围较广，同时需达到大于隔离结构的深度。为了简化，此处仅以一空白晶圆201图示，在此不应限制本发明的保护范围。 接着执行步骤S102，如图3所示，形成栅极结构203。形成栅极结构203的过程是首先在晶圆201上依次形成栅介质层204与栅极205。 其中，栅介质层204可以是氧化硅(Si02)或氮氧化硅(SiNO)。在65nm以下工艺
节点，栅极的特征尺寸很小，栅介质层204优选高介电常数(高K)材料。所述高K材料包
括氧化铪、氧化铪硅、氮氧化铪硅、氧化镧、氧化锆、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、
氧化钡钛、氧化锶钛、氧化铝等。特别优选的是氧化铪、氧化锆和氧化铝。 栅极205可以是包含半导体材料的多层结构，例如硅、锗、金属或其组合。在本发
明的一个实施例中，优选采用多晶硅来形成栅极205。 然后，在多晶硅栅极205外围形成偏移隔离层(Offset Spacer) 206以便保护栅极205的边缘。形成偏移隔离层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。 接着执行步骤S103，如图4所示，以偏移隔离层206为掩膜，在栅极结构203两侧的晶圆201中进行离子注入，形成源/漏延伸区207。所述源/漏延伸区207的导电类型为N型或者P型，即进行源/漏延伸区207注入的离子可以选自磷离子、砷离子、二氟化硼离子、硼离子或者铟离子中的任意一种。 进行源/漏延伸区207注入的工艺为当注入离子是砷离子时，离子注入能量为2KeV至5KeV，离子注入剂量为5X1014/cm2至2X1015/cm2 ;当注入离子是磷离子时，离子注入能量为IKeV至3KeV，离子注入剂量为5 X 1014/cm2至2 X 1015/cm2 。 当注入离子是硼离子时，离子注入能量为0. 5KeV至2KeV，离子注入剂量为5X10，ci^至2X1015/0112 ;当注入离子是二氟化硼离子时，离子注入能量为1KeV至4KeV，离子注入剂量为5X 1014/cm2至2X 1015/cm2。 接着执行步骤S104，如图5所示，将晶圆201旋转第一角度P ，所述的第一角度P小于90度。这里，步骤S104是形成袋形注入区208(参考图6)的第一步。
步骤S104中，晶圆201的旋转是以通过晶圆201的中心231，且垂直于晶圆201的直线为轴进行旋转。也就是说，晶圆201是在平行于其圆形表面的平面内进行旋转的。
步骤S104中旋转的角度可以找到一个参考点，即晶圆201上的缺口 (notch) 230。这个缺口 230是晶圆201边缘上用于晶向定位的小凹槽，在用于半导体制造的每一片晶圆上都有这样一个缺口。当然，选定这个缺口 230仅仅是为了方便标定旋转的角度，在此不应作为对本发明的范围限制，本领域技术人员知道，在晶圆上选定其他参考点也可以实现本发明的目的。 步骤S104中旋转的方向可以是顺时针方向，也可以是逆时针方向，这可以根据实
际需要进行设定。在以下的实施例中，以采用逆时针方向的旋转为例进行说明。而关于发
明人创造性地得出第一角度13的范围，将在后文中进行讨论。 然后执行步骤S105，进行形成袋形注入区208的源/漏区离子注入。 以注入硼离子形成袋形注入区208为例，进行硼离子注入的具体工艺参数可以
为离子注入能量为4KeV至8KeV ;离子注入剂量为4X 1013/cm2至6X 1013/cm2。发明人发现，虽然上述工艺参数可以实现前述目的，但是，为了更好地形成袋形注入区208，进行硼离子注入的能量优选为5KeV至6KeV，例如5. 5KeV ;注入剂量优选为5X 1013/cm2。
如图6所示，在这里进行硼离子注入可以采用与晶圆201成一定夹角a的倾斜注入。进行硼离子注入的注入夹角a可以为60度至90度。 另外，发明人还发现，采用氟化硼离子代替硼离子进行形成袋形注入区208的注
入，效果更好。因为氟化硼离子的离子直径较大，更容易嵌入晶圆201的晶格结构中而不穿
越晶格结构。当然，在这里，采用硼离子和氟化硼离子都只是优选的实施例，本领域技术人
员知道，根据现有技术还可以采用其他离子形成袋形注入区208。 接着执行步骤S106，如图7所示，将晶圆201旋转第二角度Y 。跟步骤S104相同，步骤S106中的晶圆201的旋转也是以通过晶圆201的中心231 ，
且垂直于晶圆201的直线为轴进行旋转。即晶圆201是在平行于其圆形表面的平面内进行
旋转的。 步骤S106的旋转方向要与步骤S104中的旋转方向完全相同，如果步骤S106与步骤S104逆向旋转将不能实现本发明的目的，即步骤S104中如果是顺时针旋转，则步骤S106中的旋转也应是顺时针，而如果步骤S104中的旋转是逆时针旋转，则步骤S106中的旋转也应是逆时针。 第二角度Y优选的角度可以是90度、45度或22. 5度。但是本领域技术人员知道，第二角度Y也可以是其他角度。 将晶圆201旋转第二角度Y的目的是为了在后续再次进行离子注入时，处于晶圆201上不同位置的各个MOS晶体管的源区和漏区所接受的离子更加均匀。
然后执行步骤S107，重复步骤S105和S106，形成袋形注入区208。
步骤S105和步骤S106以及步骤S107就是为了将形成袋形注入区208的离子注入分为多次进行，而且每次注入之前都让晶圆201旋转一定的角度来均匀分配注入的离子。
重复执行步骤S105和S106，直至晶圆201回到旋转第一角度后的状态，即回到如图5所示的状态。在本发明的一个实施例中，晶圆201仅回转一圈即可，也就是说重复步骤S106旋转第二角度Y的总和是360度。因此，在该实施例中，重复步骤S105和S106的次数与第二角度Y的大小相关。例如，当第二角度Y为90度时，只需旋转4次就可以回到旋转第一角度后的状态，而当第二角度Y为45度时需旋转8次才可以回到旋转第一角度后的状态，以此类推。 在本发明的一个实施例中，发明人以晶向指数为〈100〉的晶圆为例，对将晶圆旋转不同的第一角度P与最终制造出的MOS晶体管的结电容的关系进行考察。
图8为第一角度13与制成的MOS晶体管结电容之间的关系图。如图8所示，M0S晶体管的结电容与第一角度P是相关的。并且，最优的第一角度P不止一个，而是当第一角度P等于35度或55度，所制成的M0S晶体管的结电容最小。并且，发明人认为，当第一角度P在30度至40度之间或者在50度至60度之间时，MOS晶体管的结电容都在比较小的范围，因而这两个第一角度P范围都是可以接受的。 在本发明之前，并未有人发现在进行袋形注入区的离子注入时，初始旋转角度与最终形成的MOS晶体管的结电容之间存在关系，也就更没有对初始旋转角度进行过优化。发明人认为，由于通过改变晶圆初始角度，可以改变沟道与离子注入方向在晶圆上投影间的相对角度，同时也改变了离子注入晶圆内的通道路径，因而有效改变了注入到沟道中的 袋形离子注入的横向和纵向分布。通过优化初始旋转角，可以达到优化杂质分布和最大限 度抑制沟道效应的效果，从而明显减小源漏下衬底杂质浓度，有效改善衬底结电容。本发明 的发明人发现了上述关系，因而可以通过旋转不同的初始角度来控制所制成的MOS晶体管 的结电容。更进一步地，发明人创造性地选择了使得MOS晶体管结电容最小的初始角度。
最后执行步骤S108，形成源/漏区(图未示)。在形成源区和漏区的过程中，还可 以有热退火等激活注入离子的步骤。形成源区和漏区的工艺步骤已为本领域技术人员所熟 知，在此不再赘述。 本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的 保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
一种形成MOS晶体管袋形注入区的离子注入方法，其特征在于，包括步骤将所述晶圆以通过晶圆中心且垂直于晶圆的直线为轴旋转第一角度；进行形成袋形注入区的源/漏区离子注入；将所述晶圆以所述直线为轴旋转第二角度，旋转第二角度的方向与旋转第一角度的方向相同；保持离子注入的方向不变，重复进行形成袋形注入区的源/漏区离子注入和旋转第二角度的步骤，直至晶圆回到旋转第一角度后的状态。
2. 如权利要求1所述的形成M0S晶体管袋形注入区的离子注入方法，其特征在于所述晶圆的晶向指数为〈100〉，所述第一角度为30至40度或50至60度。
3. 如权利要求1所述的形成MOS晶体管袋形注入区的离子注入方法，其特征在于所述第二角度为90度、45度或22. 5度。
4. 如权利要求1所述的形成MOS晶体管袋形注入区的离子注入方法，其特征在于所述离子注入的方向与晶圆成60度至90度。
5. 如权利要求1所述的形成MOS晶体管袋形注入区的离子注入方法，其特征在于旋转第二角度的总和为360度。
6. —种MOS晶体管的制造方法，其特征在于，包括步骤在半导体衬底上形成栅极结构；在栅极结构两侧的半导体衬底中进行源/漏延伸区注入；将所述晶圆以通过晶圆中心且垂直于晶圆的直线为轴旋转第一角度；进行形成袋形注入区的源/漏区离子注入；将所述晶圆以所述直线为轴旋转第二角度，旋转第二角度的方向与旋转第一角度的方向相同；保持离子注入的方向不变，重复进行形成袋形注入区的源/漏区离子注入和旋转第二角度的步骤，直至晶圆回到旋转第一角度后的状态；在栅极结构两侧的半导体衬底中形成源/漏极。
7. 如权利要求6所述的M0S晶体管的制造方法，其特征在于所述晶圆的晶向指数为〈100〉，所述第一角度为30至40度或50至60度。
8. 如权利要求6所述的MOS晶体管的制造方法，其特征在于所述第二角度为90度、45度或22. 5度。
9. 如权利要求6所述的MOS晶体管的制造方法，其特征在于所述离子注入的方向与晶圆成60度至90度。
10. 如权利要求6所述的M0S晶体管的制造方法，其特征在于旋转第二角度的总和为360度。
全文摘要
本发明涉及形成MOS晶体管袋形注入区的离子注入方法及MOS晶体管的制造方法。其中，形成MOS晶体管袋形注入区的离子注入方法包括步骤将所述晶圆以通过晶圆中心且垂直于晶圆的直线为轴旋转第一角度；进行形成袋形注入区的源/漏区离子注入；将所述晶圆以所述直线为轴旋转第二角度，旋转第二角度的方向与旋转第一角度的方向相同；保持离子注入的方向不变，重复进行形成袋形注入区的源/漏区离子注入和旋转第二角度的步骤，直至晶圆回到旋转第一角度后的状态。与现有技术相比，本发明可以控制MOS晶体管的结电容。
文档编号H01L21/265GK101752231SQ200810204179
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者赵猛 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司