专利名称：半导体器件制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及半导体器件制造方法。
背景技术：
随着半导体制造工艺的不断发展，器件的尺寸也不断缩小。例如对于MOS场效应 管，其栅极尺寸不断缩小，相应地，沟道长度也不断缩短而产生短沟道效应，使得例如MOS 场效应管的阈值电压降低。为了提高器件性能，现有普遍采用超浅结技术来抑制短沟道效 应，即通过降低所述MOS场效应管源/漏区的结深，以减小源/漏区和衬底之间的电容，来 抑制短沟道效应。现有技术一般是在形成源/漏轻掺杂区注入之后，进行快速热退火。即，在栅极两 侧的衬底中轻掺杂注入之后，进行快速热退火以重新晶体化所述轻掺杂区。现有技术的一 种半导体器件制造方法部分过程举例如下参照图Ia所示，在衬底10上依次形成栅氧化层20和栅极21。形成栅氧化层20 和栅极21 —般采用化学气相沉积的方法。栅氧化层20 —般采用例如氧化硅等材料。参照图Ib所示，对衬底10进行N型离子注入，在栅氧化层20和栅极21两侧的衬 底中形成深度较浅的N型延伸区30、31。对于目前采用的90nm及以下的工艺，在形成N型 延伸区之后，还会进行晕环注入(Halolmplantation)。晕环注入为大角度的离子注入工艺， 主要是防止源漏相通，降低延伸区结深以及缩短沟道长度。参照图Ic所示，在栅氧化层20和栅极21两侧形成侧墙26，并再次进行N型离子 注入，以形成N型轻掺杂区40、41。在形成N型轻掺杂区40、41之后，对所述轻掺杂区进行退火。一般采用尖峰退火 (spike-annealing)0然后，再进行与上述步骤类似的P型轻掺杂区工艺及相应退火工艺，以及后续的 源、漏极形成工艺。在例如美国专利US7091097B1中还能发现更多与上述内容相关的信息。然而，在目前的半导体器件制造过程中发现，在离子注入之后，衬底中存在较多的 注入离子残留，可能产生结漏电(junction leakage)等现象，影响所形成的半导体器件性 能。
发明内容
本发明解决的是现有技术半导体器件制造过程中的离子注入后，衬底中存在较多 注入离子残留，而影响所形成的半导体器件性能的问题。为解决上述问题，本发明提供一种半导体器件制造方法，包括N型离子注入形成N 型轻掺杂区之后的退火，其中所述退火包括尖峰退火和浸入式退火(soak-armealing)。与现有技术相比，上述半导体器件制造方法具有以下优点通过尖峰退火和浸入 式退火的结合应用，使得注入离子残留的现象得到了改善。
图la至lc是现有技术的一种半导体器件制造方法部分过程示意图；图2a是本发明半导体器件制造方法中N型离子注入形成N型轻掺杂区之后的退火的一种实施方式流程图；图2b是本发明半导体器件制造方法中N型离子注入形成N型轻掺杂区之后的退 火的另一种实施方式流程图；图3是本发明半导体器件制造方法中的各种退火实例示意图；图4是根据本发明的一种实施例对N型轻掺杂区退火以及现有技术对N型轻掺杂 区退火后，测量到的N型轻掺杂区的深度对比表；图5是根据本发明的一种实施例对N型轻掺杂区退火、P型轻掺杂区退火以及现 有技术对N型轻掺杂区退火、P型轻掺杂区退火后，测量到的N型轻掺杂区的深度对比表；图6是根据本发明的另一种实施例对N型轻掺杂区退火以及现有技术对N型轻掺 杂区退火后，测量到的N型轻掺杂区的深度对比表；图7是根据本发明的另一种实施例对N型轻掺杂区退火、P型轻掺杂区退火以及现 有技术对N型轻掺杂区退火、P型轻掺杂区退火后，测量到的N型轻掺杂区的深度对比表。
具体实施例方式参照图2a所示，根据本发明半导体器件制造方法的一种实施方式，在N型离子注 入形成N型轻掺杂区之后的退火过程中，先执行步骤si，进行尖峰退火，并接着执行步骤 s2，进行浸入式退火。以下通过一个具体的半导体器件制造的实例对上述实施方式方法进行进一步说明。继续参照图la所示，在衬底10上依次形成栅氧化层20和栅极21。形成栅氧化层 20和栅极21 —般采用化学气相沉积的方法。栅氧化层20 —般采用例如氧化硅等材料。继续参照图lb所示，对衬底10进行N型离子注入，在栅氧化层20和栅极21两侧 的衬底中形成深度较浅的N型延伸区30、31。在形成N型延伸区之后，还会进行晕环注入。参照图lc所示，在栅氧化层20和栅极21两侧形成侧墙26，并再次进行N型离子 注入，以形成N型轻掺杂区40、41。其中所述注入的N型离子可以为砷离子，所述砷离子的 能量可以为IKeV，剂量可以为8X1014Cm_2。在形成N型轻掺杂区40、41之后，对所述N型轻掺杂区40、41先进行尖峰退火，再 接着进行浸入式退火。所述尖峰退火和浸入式退火都在同一炉管中进行。例如，参照图3所示，对应曲线100，将具有N型轻掺杂区40、41的衬底10置于炉 管中，先升温至1050°C进行尖峰退火。其中所述升温包括两段式升温，例如先升温至500 650°C，再继续升温至1050°C来进行尖峰退火。在尖峰退火之后，接着进行800°C的浸入式退火，所述浸入式退火的时间为10秒。 其过程包括向炉管中通入氖气、氦气中的任意一种或组合来进行气体冷却，使得炉管中的 温度从1050°C下降到800°C。随后持续对衬底10加热来维持800°C的温度以进行浸入式退 火。所述浸入式退火的时间即维持800°C的温度的时间，例如10秒。
又例如，继续参照图3所示，对应曲线200，对具有N型轻掺杂区40、41的衬底10先 升温至1050°C进行尖峰退火。其中所述升温包括两段式升温，例如先升温至500 650°C， 再继续升温至1050°C来进行尖峰退火。再接着进行900°C的浸入式退火，所述浸入式退火 的时间为10秒。所述退火过程可参照上述相关描述。上述浸入式退火的温度及时间仅为举例，所述浸入式退火的温度可以为600 900°C，时间可以为5 30秒。在上述对N型轻掺杂区执行浸入式退火之后，再进行工艺过程类似的P型轻掺杂 区工艺及相应退火工艺。其中，在形成P型轻掺杂区之后的退火可以采用两次尖峰退火的方法。例如在形 成P型轻掺杂区之后，先进行950°C的尖峰退火，再进行1070°C的尖峰退火。在上述对P型轻掺杂区执行退火之后，进行后续的源、漏极形成工艺。参照图4所示，#1、#2、#3分别表示在形成N型轻掺杂区后，采用上述本发明实施例 的两种退火方法和采用现有技术的退火方法的晶圆样本。从退火之后，对于所述N型轻掺 杂区结深的测量结果可以看到，相对于现有技术对N型轻掺杂区仅采用1050°C的尖峰退火 的工艺，上述实例采用的对N型轻掺杂区先进行1050°C的尖峰退火，再进行800°C或900°C 的浸入式退火工艺，所述N型轻掺杂区结深基本保持不变。现有技术仅采用1050°C的尖峰 退火后的N型轻掺杂区结深为16. 6nm，而上述实例采用的先进行1050°C的尖峰退火，再进 行800°C或900°C的浸入式退火后的N型轻掺杂区结深分别为16. 7nm和17. 2nm。图5所示为#1、#2、#3这三个晶圆样本在上述N型轻掺杂区退火后，再经过P型轻 掺杂区退火后的N型轻掺杂区结深。从两次退火之后，对于所述N型轻掺杂区结深的测量结果可以看到，相对于现 有技术对N型轻掺杂区仅采用1050°C的尖峰退火，对P型轻掺杂区采用两次尖峰退火 (950°C +1070°C )的工艺，上述实例采用的对N型轻掺杂区先进行1050°C的尖峰退火，再进 行800°C或900°C的浸入式退火工艺，随后经过所述P型轻掺杂区退火后，所述N型轻掺杂 区结深基本保持不变。现有技术N型轻掺杂区、P型轻掺杂区退火后，所述N型轻掺杂区结 深为21. 8nm，而上述实例采用对N型轻掺杂区先进行1050°C的尖峰退火，再进行800°C或 900°C的浸入式退火，以及所述P型轻掺杂区退火后，所述N型轻掺杂区结深分别为21. 8nm 和 22. 7nm。而在对#1、#2、#3的注入离子残留情况检测后发现，#1、#2的注入离子残留相对于
#3的注入离子残留具有明显改善。参照图2b所示，根据本发明半导体器件制造方法的另一种实施方式，在N型离子 注入形成N型轻掺杂区之后的退火过程中，先执行步骤slO，进行浸入式退火，并接着执行 步骤s20，进行尖峰退火。以下通过一个具体的半导体器件制造的实例对上述实施方式方法进行进一步说明。继续参照图la所示，在衬底10上依次形成栅氧化层20和栅极21。形成栅氧化层 20和栅极21 —般采用化学气相沉积的方法。栅氧化层20 —般采用例如氧化硅等材料。继续参照图lb所示，对衬底10进行N型离子注入，在栅氧化层20和栅极21两侧 的衬底中形成深度较浅的N型延伸区30、31。在形成N型延伸区之后，还会进行晕环注入。
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参照图lc所示，在栅氧化层20和栅极21两侧形成侧墙26，并再次进行N型离子 注入，以形成N型轻掺杂区40、41。其中所述注入的N型离子可以为砷离子，所述砷离子的 能量可以为IKeV，剂量可以为8X1014Cm_2。在形成N型轻掺杂区40、41之后，对所述N型轻掺杂区40、41先进行浸入式退火， 再接着进行尖峰退火。所述浸入式退火和尖峰退火都在同一炉管中进行。例如，继续参照图3所示，对应曲线300，将具有N型轻掺杂区40、41的衬底10置 于炉管中，先升温至900°C进行浸入式退火，所述浸入式退火的时间为10秒，再接着继续升 温至1050°C进行尖峰退火。又例如，对具有N型轻掺杂区40、41的衬底10先升温至800°C进行浸入式退火，所 述浸入式退火的时间为10秒，再接着继续升温至1050°C进行尖峰退火。上述浸入式退火的温度及时间仅为举例，所述浸入式退火的温度可以为600 900°C，时间可以为5 30秒。在上述对N型轻掺杂区执行尖峰退火之后，再进行工艺类似的P型轻掺杂区工艺 及相应退火工艺。其中，在形成P型轻掺杂区之后的退火可以采用两次尖峰退火的方法。例如在形 成P型轻掺杂区之后，先进行950°C的尖峰退火，再进行1070°C的尖峰退火。在上述对P型轻掺杂区执行尖峰退火之后，进行后续的源、漏极形成工艺。参照图6所示，#4、#5分别表示在形成N型轻掺杂区后，采用上述本发明实施例 的退火方法和采用现有技术的退火方法的晶圆样本。从退火之后，对于所述N型轻掺杂区 结深的测量结果可以看到，相对于现有技术对N型轻掺杂区仅采用1050°C的尖峰退火的工 艺，上述实例采用的对N型轻掺杂区先进行900°C的浸入式退火，再进行1050°C的尖峰退火 工艺，所述N型轻掺杂区结深基本保持不变。现有技术仅采用1050°C的尖峰退火后的N型 轻掺杂区结深为16. 6nm，而上述实例采用的先进行900°C的浸入式退火，再进行1050°C的 尖峰退火后的N型轻掺杂区结深为16. 7nm。图7所示为#4、#5这两个晶圆样本在上述N型轻掺杂区退火后，再经过P型轻掺 杂区退火后的N型轻掺杂区结深。从两次退火之后，对于所述N型轻掺杂区结深的测量结果可以看到，相对于现 有技术对N型轻掺杂区仅采用1050°C的尖峰退火，对P型轻掺杂区采用两次尖峰退火 (950°C +1070°C )的工艺，上述实例采用的对N型轻掺杂区先进行900°C的浸入式退火，再 进行1050°C的尖峰退火工艺，随后经过所述P型轻掺杂区退火后，所述N型轻掺杂区结深 基本保持不变。现有技术N型轻掺杂区、P型轻掺杂区退火后，所述N型轻掺杂区结深为 21. 8nm，而上述实例采用的对N型轻掺杂区先进行900°C的浸入式退火，再进行1050°C的尖 峰退火，以及所述P型轻掺杂区退火后，所述N型轻掺杂区结深为21. 6nm。而在对#4、#5的注入离子残留情况检测后发现，#4的注入离子残留相对于#5的 注入离子残留具有明显改善。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
一种半导体器件制造方法，包括N型离子注入形成N型轻掺杂区之后的退火，其特征在于，所述退火包括尖峰退火和浸入式退火。
2.如权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述退火包括先进行尖峰 退火，并接着进行浸入式退火。
3.如权利要求2所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述尖峰退火的温度为 1050 O。
4.如权利要求2所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述浸入式退火的温度为 600 900°C，时间为5 30秒。
5.如权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述退火包括先进行浸入 式退火，并接着进行尖峰退火。
6.如权利要求5所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述浸入式退火的温度为 600 900°C，时间为5 30秒。
7.如权利要求5所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述尖峰退火的温度为 1050 O。
全文摘要
一种半导体器件制造方法，包括N型离子注入形成N型轻掺杂区之后的退火，其中所述退火包括尖峰退火和浸入式退火的结合应用。通过尖峰退火和浸入式退火的结合应用，使得注入离子残留的现象得到了改善。
文档编号H01L21/324GK101826462SQ20091004689
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者何永根 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司