专利名称：离子扩散及半导体器件形成的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制作方法，尤其涉及离子扩散及半导体器件形成的方法。
背景技术：
目前，在半导体衬底内注入离子形成源/漏极或者金属层中注入离子后，需要采 用热退火工艺激活离子使离子扩散均勻，并且修复离子注入过程中产生的缺陷。热退火工 艺在预定时间内将晶圆快速加热到设定温度，进行短时间快速热处理的方法，热处理时间 通常需要几分钟，工艺要求的温度为700 1300°C。现有在制作M0S晶体管过程中采用热退火工艺激活注入离子如图1至图3所示。 参考图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100中形成有隔离结构101，隔离结构101 之间的区域为有源区102 ；在有源区102的半导体衬底100中掺杂离子，形成掺杂阱103 ；在 有源区102的半导体衬底100上依次形成栅介质层104与栅极105，所述栅介质层104与栅 极105构成栅极结构106。如图2所示，以栅极结构106为掩模，在半导体衬底100内进行离子注入，在半导 体衬底100内形成源/漏极延伸区110 ；然后，将半导体衬底100放入退火炉内，将温度升 高至950°C，退火时间为1秒 1分，使注入的离子在半导体衬底100内扩散均勻。如图3所示，在栅极结构106两侧形成侧墙112 ；以侧墙112及栅极结构106为掩 模，在栅极结构106两侧的半导体衬底100中进行离子注入，形成源/漏极114。最后，将半 导体衬底100放入退火炉内，将温度升高至950°C，退火时间为1秒 1分，进行退火工艺， 使注入的离子扩散均勻。现有在离子注入步骤以后采用热退火工艺使离子扩散均勻，热退火工艺需要在 600°C以上的温度下处理，退火时间为1 2分钟，才能使离子充分扩散，并修补因高能量离 子注入时，碰撞所形成的缺陷。但是由于温度高，会造成多重离子错位与移位交互替代，使 扩散后，离子的浓度分布无法达到局部化的要求，且离子的稳定性差，降低了半导体器件的 性能。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种离子扩散及半导体器件形成的方法，防止离子的浓 度分布无法达到局部化的要求，且离子的稳定性差。为解决上述问题，本发明一种离子扩散的方法，包括向待注入层内注入离子，形 成离子注入层；将离子注入层放入超声波液体槽内，使离子扩散均勻。可选的，所述液体槽是水槽、酒精槽、含盐量为3. 5 %的海水槽。所述液体槽内的温 度为0°C 30°C。可选的，超声波在液体槽内的速率为1100m/S 1600m/s。超声波液体槽的振动频 率为 lOOKHz 200MHz。
可选的，离子扩散时间为10微秒 20秒。本发明还提供一种半导体器件的形成方法，包括在半导体衬底上依次形成栅介质层与栅极，所述栅介质层与栅极构成栅极结构；以栅极结构为掩模，在栅极两侧的半导体 衬底内进行离子注入，形成源/漏极延伸区；将形成有源/漏极延伸区的半导体衬底放入超 声波液体槽内，使离子扩散均勻；在栅极结构两侧形成侧墙后，在栅极结构及侧墙两侧的半 导体衬底内进行离子注入，形成源/漏极；将形成有源/漏极的半导体衬底放入超声波液体 槽内，使离子扩散均勻。可选的，所述液体槽是水槽、酒精槽、含盐量为3. 5%的海水槽。所述液体槽内的温 度为0°C 30°C。可选的，超声波在液体槽内的速率为1100m/S 1600m/s。超声波液体槽的振动频 率为 IOOKHz 200MHz。可选的，离子扩散时间为10微秒 20秒。可选的，所述源/漏极延伸区或源/漏极导电类型为η型，注入离子是η型离子。 所述η型离子为磷离子或砷离子。可选的，所述源/漏极延伸区或源/漏极导电类型为P型，注入离子是P型离子。 所述P型离子为硼离子、氟硼离子或铟离子。与现有技术相比，本发明具有以下优点将离子注入层放入超声波液体槽内，使离 子扩散均勻。超声波在液体中传输的速率快，且不需要将液体温度升高，即能使液体产生振 动，在振动能量的驱使下离子能够扩散均勻，并且扩散速度加快，降低了工艺成本，提高了 工艺效率。
图1至图3是现有形成MOS晶体管过程中采用热退火工艺的示意图；图4是本发明一种离子扩散方法的具体实施方式
流程图；图5是本发明半导体器件形成方法的具体实施方式
流程图；图6是本发明在不同液体槽内超声波传输速率的示意图；图7至图12是本发明形成半导体器件过程中采用离子扩散工艺的实施例示意图。
具体实施例方式本发明将离子注入层放入超声波液体槽内，使离子扩散均勻。超声波在液体中传 输的速率快，且不需要将液体温度升高，即能使液体产生振动，在振动能量的驱使下离子能 够扩散均勻，并且扩散速度加快，降低了工艺成本，提高了工艺效率。图4是本发明一种离子扩散方法的具体实施方式
流程图。如图4所示，执行步骤 S 1，向待注入层内注入离子，形成离子注入层。所述待注入层可以是半导体衬底、金属层或栅极等。通常，在半导体衬底中注入离 子的工艺可以是在形成掺杂阱、源/漏极延伸区及源/漏极的步骤中。执行步骤S2，将离子注入层放入超声波液体槽内，使离子扩散均勻。所述液体槽是水槽、酒精槽、含盐量为3. 5 %的海水槽；液体槽内的温度可以为 0°C 30°C ；其中，超声波在液体槽内的传输速率为llOOm/s 1600m/s。超声波液体槽的振动频率为IOOKHz 200MHz。离子扩散时间为10微秒 20秒。
作为具体实施例如图6所示，在液体槽内放入水，将水温置于0°C，这时超声波在 水槽内传输速率为1402m/s ；在液体槽内放入水，将水温设为20°C时，超声波在水槽内传输 速率为1482m/s ；而如果在液体槽内放入酒精，将温度置于0°C，这时超声波在酒精槽内的 传输速率为1130m/s;如果在液体槽内放入的是含盐量为3. 5%的海水，并将温度设置为 20°C时，超声波在海水槽内的传输速率为1522m/s。由于超声波在上述液体内的传输速率 快，使液体的振动速率也相应加快，促进离子在半导体衬底或其它膜层中的扩散速度。图5是本发明半导体器件形成方法的具体实施方式
流程图。如图5所示，执行步 骤S11，在半导体衬底上依次形成栅介质层与栅极，所述栅介质层与栅极构成栅极结构；执 行步骤S12，以栅极结构为掩模，在栅极两侧的半导体衬底内进行离子注入，形成源/漏极 延伸区；执行步骤S13，将形成有源/漏极延伸区的半导体衬底放入超声波液体槽内，使离 子扩散均勻；执行步骤S14，在栅极结构两侧形成侧墙后，在栅极结构及侧墙两侧的半导体 衬底内进行离子注入，形成源/漏极；执行步骤S15，将形成有源/漏极的半导体衬底放入 超声波液体槽内，使离子扩散均勻。下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。图7至图12是本发明形成半导体器件过程中采用离子扩散工艺的实施例示意图。 如图7所示，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200可以为硅或者绝缘体上硅(SOI)。在 半导体衬底中形成隔离结构201，所述隔离结构201为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化 硅(LOCOS)隔离结构。在隔离结构201之间为有源区202，在有源区202的半导体衬底200 中掺杂离子，形成掺杂阱203，如果是形成PMOS晶体管，则在半导体衬底200中掺杂η型离 子，形成η掺杂阱；而如果是形成NMOS晶体管，则在半导体衬底200中掺杂ρ型离子，形成 P掺杂阱。在有源区202的半导体衬底200上依次形成栅介质层204与栅极205，所述栅介质 层204与栅极205构成栅极结构206。具体形成工艺为用热氧化法或化学气相沉积法在 半导体衬底200上形成栅介质层204 ；接着用化学气相沉积法或低压等离子体化学气相沉 积或等离子体增强化学气相沉积工艺在栅介质层204上形成多晶硅层；在多晶硅层上形成 光刻胶层，定义栅极图案；以光刻胶层为掩膜，刻蚀多晶硅层及栅介质层204至露出半导体 衬底，形成栅极205 ；灰化去除光刻胶层。所述栅介质层204的材料可以是氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiNO)等。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。栅介质层 204的厚度为15埃到60埃。栅极205还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。所述 栅极205的厚度为800埃到3000埃。如图8所示，以栅极结构206为掩膜，在栅极结构206两侧的半导体衬底200内进 行离子210注入，形成源/漏极延伸区208。本实施例中，在形成PMOS晶体管区域，向半导体衬底200内注入的是ρ型离子， 所述P型离子可以是硼离子；所述P型离子注入能量值的范围为500eV IkeV ；所述ρ型离子注入剂量范围为3E14cnT2 7E14cnT2。退火后，ρ型离子注入浓度范围为5E18cnT3 lE20cnT3。在形成NMOS晶体管区域，向半导体衬底200内注入的是η型离子，所述η型离子可以是磷离子或砷离子；所述η型离子注入能量值的范围为IkeV 3keV ；所述η型离子注 入剂量范围为5Ε14 lE15cnT2 ；退火后，η型离子注入浓度范围为lE19cnT3 lE20cnT3。如图9所示，将已经形成有源/漏延伸区208的半导体衬底200放入超声波液体 槽220内，超声波使液体槽220内的液体振动，加快注入离子的扩散速度，并且使形成源/ 漏延伸区208的离子扩散均勻。其中，液体槽220内的温度为0°C 30°C，超声波在液体槽 220内的传输速率为1100m/s 1600m/s，超声波液体槽的振动频率为IOOKHz 200MHz。 离子扩散时间为10微秒 20秒。本实施例中，如图6所示，在液体槽内放入水，将水温置于O°C，这时超声波在水槽 内传输速率为1402m/s ；在液体槽内放入水，将水温设为20°C时，超声波在水槽内传输速率 为1482m/s ；而如果在液体槽内放入酒精，将温度置于0°C，这时超声波在酒精槽内的传输 速率为1130m/s ；如果在液体槽内放入的是含盐量为3. 5%的海水，并将温度设置为20°C 时，超声波在海水槽内的传输速率为1522m/s。由于超声波在上述液体内的传输速率快，使 液体的振动速率也相应加快，促进离子在半导体衬底或其它膜层中的扩散速度。然后，参照附图10，在栅极结构206两侧形成侧墙212，所述侧墙的材料可以为氧 化硅、氮化硅、氮氧化硅中一种或者它们组合构成。作为本实施例的一个优化实施方式，所 述侧墙为氧化硅_氮化硅_氧化硅共同组成，具体工艺为在半导体衬底200上以及栅极结 构206上用化学气相沉积法或物理气相沉积法依次形成第一氧化硅层、氮化硅层以及第二 氧化硅层；然后，采用干法蚀刻的回蚀(etch-back)方法蚀刻第二氧化硅层、氮化硅层以及 第一氧化硅层至露出半导体衬底200及栅极205表面，形成侧墙212。如图11所示，以栅极结构206及侧墙212为掩模，在栅极结构206两侧的半导体 衬底200中进行离子注入，形成源/漏极214。本实施例中，在形成PMOS晶体管区域，向半导体衬底200中注入的是ρ型离子，如 硼离子、氟硼离子或铟离子等，所述离子注入能量值的范围为500eV 700eV ；所述离子注 入剂量值的范围为5E14cnT2 7E14cm_2。本实施例中，在形成NMOS晶体管区域，向半导体衬底200中注入的是η型离子，如 磷离子或砷离子等，所述离子注入能量值的范围为IkeV 3keV ；所述离子注入剂量值的范 围为 5E14cnT2 lE15cnT2。如图12所示，将已经形成有源/漏极214的半导体衬底200放入超声波液体槽 220内，超声波使液体槽220内的液体振动，加快注入离子的扩散速度，并且使形成源/漏极 214的离子扩散均勻。其中，液体槽220内的温度为0°C 30°C，超声波在液体槽220内的 传输速率为1100m/s 1600m/s，超声波液体槽的振动频率为IOOKHz 200MHz。离子扩散 时间为10微秒 20秒。本实施例中，如图6所示，在液体槽内放入水，将水温置于0°C，这时超声波在水槽 内传输速率为1402m/s ；在液体槽内放入水，将水温设为20°C时，超声波在水槽内传输速率 为1482m/s ；而如果在液体槽内放入酒精，将温度置于0°C，这时超声波在酒精槽内的传输 速率为1130m/s ；如果在液体槽内放入的是含盐量为3. 5%的海水，并将温度设置为20°C时，超声波在海水槽内的传输速率为1522m/s。由于超声波在上述液体内的传输速率快，使 液体的振动速率也相应加快，促进离子在半导体衬底或其它膜层中的扩散速度。
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
一种离子扩散的方法，其特征在于，包括向待注入层内注入离子，形成离子注入层；将离子注入层放入超声波液体槽内，使离子扩散均匀。
2.如权利要求1所述离子扩散的方法，其特征在于，所述液体槽是水槽、酒精槽、含盐 量为3. 5%的海水槽。
3.如权利要求2所述离子扩散的方法，其特征在于，所述液体槽内的温度为0°C 30 °C。
4.如权利要求1所述离子扩散的方法，其特征在于，超声波在液体槽内的速率为 1100m/s 1600m/so
5.如权利要求4所述离子扩散的方法，其特征在于，超声波液体槽的振动频率为 lOOKHz 200MHz。
6.如权利要求1所述离子扩散的方法，其特征在于，离子扩散时间为10微秒 20秒。
7.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括在半导体衬底上依次形成栅介质层与栅极，所述栅介质层与栅极构成栅极结构；以栅极结构为掩模，在栅极两侧的半导体衬底内进行离子注入，形成源/漏极延伸区；将形成有源/漏极延伸区的半导体衬底放入超声波液体槽内，使离子扩散均勻；在栅极结构两侧形成侧墙后，在栅极结构及侧墙两侧的半导体衬底内进行离子注入， 形成源/漏极；将形成有源/漏极的半导体衬底放入超声波液体槽内，使离子扩散均勻。
8.如权利要求7所述半导体器件的形成方法，其特征在于，所述液体槽是水槽、酒精 槽、含盐量为3. 5%的海水槽。
9.如权利要求8所述半导体器件的形成方法，其特征在于，所述液体槽内的温度为 0°C 30°C。
10.如权利要求7所述半导体器件的形成方法，其特征在于，超声波在液体槽内的速率 为 1100m/s 1600m/s。
11.如权利要求10所述半导体器件的形成方法，其特征在于，超声波液体槽的振动频 率为 lOOKHz 200MHz。
12.如权利要求7所述半导体器件的形成方法，其特征在于，离子扩散时间为10微秒 20秒。
13.如权利要求7所述半导体器件的形成方法，其特征在于，所述源/漏极延伸区或源 /漏极导电类型为n型，注入离子是n型离子。
14.如权利要求13所述半导体器件的形成方法，其特征在于，所述n型离子为磷离子或 砷离子。
15.如权利要求7所述半导体器件的形成方法，其特征在于，所述源/漏极延伸区或源 /漏极导电类型为P型，注入离子是P型离子。
16.如权利要求15所述半导体器件的形成方法，其特征在于，所述p型离子为硼离子、 氟硼离子或铟离子。
全文摘要
一种离子扩散及半导体器件形成的方法。其中离子扩散的方法，包括向待注入层内注入离子，形成离子注入层；将离子注入层放入超声波液体槽内，使离子扩散均匀。本发明将离子注入层放入超声波液体槽内，使离子扩散均匀。超声波在液体中传输的速率快，且不需要将液体温度升高，即能使液体产生振动，在振动能量的驱使下离子能够扩散均匀，并且扩散速度加快，降低了工艺成本，提高了工艺效率。
文档编号H01L21/336GK101866837SQ20091004956
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者王津洲 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司