CN101894748A - 离子注入的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子注入的方法，该方法包括：根据预先指定的离子注入顺序进行离子注入；所述的预先指定的离子注入顺序为：锗离子、砷离子、硼离子、铟离子和碳离子。通过使用上述的离子注入方法，可有效地改善半导体元器件的性能，消除或减小短沟道效应和/或反短沟道效应对半导体元器件性能所产生的不利影响。

Description

离子注入的方法

技术领域

本发明涉及半导体元器件的制造技术，尤其是指一种离子注入的方法。

背景技术

在半导体元器件的制造技术中，由于纯净状态下的硅的导电性能很差，因此只有在硅中加入少量的杂质，使得硅的结构和电导率发生改变，硅才能成为一种有用的半导体。上述在硅中加入少量杂质的过程称为掺杂。硅掺杂技术是制备半导体元器件的基础，而离子注入(Ion Implant)技术则是最重要的掺杂方法之一。所述离子注入技术是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，从而改变其电学性能的方法。由于离子注入技术能够重复控制所掺杂的杂质的浓度和深度，因而已经成为满足亚0.25微米特征尺寸和大直径硅片制作要求的标准工艺。而随着半导体技术的快速发展，半导体元器件的特征尺寸不断地减小和集成度的不断提高，现有的半导体元器件制造技术中几乎所有的掺杂工艺都是用离子注入技术实现的。

随着半导体制造工艺的不断完善，半导体元器件的特征尺寸(CD)也变得越来越小。然而，当沟道长度缩短到可与源极和漏极的耗尽层宽度之和相比拟时，沟道边缘(如源极、漏极以及绝缘区边缘)所造成的扰动将变得更为显著，半导体器件的性能也将因此而偏离原有的长沟道特性(也即沟道长度远大于源极和漏极的耗尽层宽度之和时的特性)。例如，在短沟道条件中，阈值电压(即栅极的开启电压)会随漏极电压的增加而降低，从而对元器件的阈值电压控制以及元器件漏电等器件特性造成不利影响。上述这种因沟道长度缩短而发生的对元器件特性的影响，通常称为短沟道效应(SCE，Short Channel Effect)。另一方面，由于在进行掺杂或离子注入时将对元器件造成一些损伤，因此在热处理过程中可能会出现硼(boron)离子的瞬态增强扩散，造成沟道两边硼离子的峰形分布，从而使得元器件的阈值电压随栅长(即栅极长度)的减小而增加，造成阈值电压随栅长分布的不均匀性，进入容易引起元器件特性的漂移，这种效应通常称为反短沟道效应(RSCE，Reverse Short Channel Effect)。

由于上述的短沟道效应和反短沟道效应都将对半导体元器件的性能产生不利影响，且增加了处理过程的复杂度，使得所获得的元器件难以满足设计中所需的规格，因此上述两个效应已经成为65纳米及以下半导体元器件制造工艺发展中的障碍。人们希望能够尽量消除或减小上述两个效应所带来的不利影响，力图实现在物理上是短沟道的半导体元器件，而在电学性能上却仍具有长沟道元器件的特性，所以，如何对RSCE和SCE进行较好的控制已成为半导体制造工艺发展中的迫切需要。

发明内容

本发明提供了一种离子注入的方法，从而可消除或减小短沟道效应和/或反短沟道效应对半导体元器件的性能所产生的不利影响。

为达到上述目的，本发明中的技术方案是这样实现的：

一种离子注入的方法，该方法包括：

根据预先指定的离子注入顺序进行离子注入；

所述的预先指定的离子注入顺序为：锗离子、砷离子、硼离子、铟离子和碳离子。

所述锗离子的能量为5～40Kev；所述锗离子的剂量为10¹³～10¹⁵/cm2。

所述砷离子的能量为1～10Kev；所述砷离子的剂量为10¹⁴～5×10¹⁵/cm2。

所述硼离子的能量为1～10Kev；所述硼离子的剂量为10¹³～10¹⁵/cm2。

所述铟离子的能量为10～50Kev；所述铟离子的剂量为10¹³～10¹⁵/cm2。

所述碳离子的能量为1～20Kev；所述碳离子的剂量为10¹³～10¹⁵/cm2。

综上可知，本发明中提供了一种离子注入的方法。在所述的离子注入的方法中，由于根据预先指定的离子注入顺序进行了离子注入，从而可有效地改善半导体元器件的性能，消除或减小短沟道效应和/或反短沟道效应对半导体元器件性能所产生的不利影响。

附图说明

图1为本发明中离子注入方法的流程示意图。

图2为半导体元器件的性能对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

在本发明中，提出了一种离子注入的方法，该方法包括：根据预先指定的离子注入顺序进行离子注入；所述的预先指定的离子注入顺序为：锗离子、砷离子、硼离子、铟离子和碳离子。

图1为本发明中离子注入方法的流程示意图。如图1所示，在本发明中所提供的离子注入方法中，可按如下所述的离子注入顺序进行离子注入：

步骤101，首先进行锗(Ge)离子的注入。

在本步骤中，所述Ge离子的能量可以为5～40Kev，剂量可以为10¹³～10¹⁵/cm²。较佳的，所述Ge离子的能量可以为10Kev、20Kev、30Kev；所述Ge离子的剂量可以为5×10¹⁴/cm²。

步骤102，接着进行砷(As)离子的注入。

在本步骤中，所述As离子的能量可以为1～10Kev，剂量可以为10¹⁴～5×10¹⁵/cm²。较佳的，所述As离子的能量可以为3Kev、6Kev、9Kev；所述As离子的剂量可以为10¹⁵/cm²。

步骤103，然后进行硼(B)离子的注入。

在本步骤中，所述B离子的能量可以为1～10Kev，剂量可以为10¹³～10¹⁵/cm²。较佳的，所述B离子的能量可以为2Kev、4Kev、6Kev、8Kev；所述B离子的剂量可以为5×10¹³/cm²。

步骤104，再进行铟(In)离子的注入。

在本步骤中，所述In离子的能量可以为10～50Kev，剂量可以为10¹³～10¹⁵/cm²。较佳的，所述In离子的能量可以为10Kev、20Kev、30Kev、40Kev；所述In离子的剂量可以为5×10¹³/cm²。

步骤105，最后进行碳(C)离子的注入。

在本步骤中，所述C离子的能量可以为1～20Kev，剂量可以为10¹³～10¹⁵/cm²。较佳的，所述C离子的能量可以为5Kev、10Kev、15Kev；所述C离子的剂量可以为6×10¹³/cm²。

在本发明的实施例中，可以通过使用上述的离子注入顺序进行离子注入来形成所需的源漏扩展(SDE，Source Drain Extension)结构。例如，在定义栅极(Gate)之后，可通过设置一个掩膜来限定需要进行离子注入的范围，然后再使用上述的离子注入顺序进行离子注入，从而在沟道区(Channel)的两侧形成SDE结构，有效地改善半导体元器件的性能，抑制RSCE和SCE对半导体元器件性能的影响。

在本发明实施例中，可以使用常用的离子注入设备并使用上述的离子注入顺序完成上述的离子注入，然后再进行相应的后续处理过程(例如，退火处理过程等)。具体所使用的离子注入设备以及所述的后续处理过程在此不再赘述。

图2为半导体元器件的性能对比示意图。其中，图2中所示的实线为使用现有技术中的离子注入方法的半导体元器件的性能曲线，图2中所示的虚线为使用本发明的离子注入方法的半导体元器件的性能曲线。

如图2所示，如果使用现有技术中的离子注入方法，则当沟道长度缩短到相应的尺寸时，阈值电压将随之发生急剧地下降，从而对半导体元器件性能造成很不利的影响；而如果使用本发明的离子注入方法，则即使沟道长度缩短到相应的尺寸时，阈值电压也不会发生急剧地下降，而是以较为平滑的方式下降，从而可大大减轻或缓解沟道长度的变化对半导体元器件性能所造成的不利影响，抑制RSCE和SCE对半导体元器件性能所产生的不利影响。

综上所述，在本发明中，可以通过使用上述预先指定的离子注入顺序进行离子注入。由于在上述的离子注入中，最后注入的C离子将可能对先期注入的B离子在注入区中的扩散产生一定的抑制，限制了B离子的扩散范围，从而可以有效地抑制可能出现的RSCE和SCE。因此，通过使用本发明中提供的离子注入方法，可以有效地改善半导体元器件的性能，抑制RSCE和SCE对半导体元器件性能所产生的不利影响。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种离子注入的方法，该方法包括：

根据预先指定的离子注入顺序进行离子注入；

所述的预先指定的离子注入顺序为：锗离子、砷离子、硼离子、铟离子和碳离子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述锗离子的能量为5～40Kev；所述锗离子的剂量为10¹³～10¹⁵/cm²。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述砷离子的能量为1～10Kev；所述砷离子的剂量为10¹⁴～5×10¹⁵/cm²。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述硼离子的能量为1～10Kev；所述硼离子的剂量为10¹³～10¹⁵/cm²。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述铟离子的能量为10～50Kev；所述铟离子的剂量为10¹³～10¹⁵/cm²。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述碳离子的能量为1～20Kev；所述碳离子的剂量为10¹³～10¹⁵/cm²。

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