CN103165537B

CN103165537B - 一种cmos管的掺杂方法

Info

Publication number: CN103165537B
Application number: CN201310065238.8A
Authority: CN
Inventors: 吕燕翔; 居勤坤; 史仁龙; 万传友; 彭芳美; 周国忠
Original assignee: LIYANG HONGXIANG MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: LIYANG HONGXIANG MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: CN103165537A

Abstract

本发明公开了一种CMOS管的掺杂方法，通过采用源区离子注入和漏区离子注入交替进行，并且通过硬质掩模层的遮挡，从而在无需旋转衬底的情况下完成对源区和漏区的掺杂。

Description

一种CMOS管的掺杂方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，具体来说涉及一种CMOS管的掺杂方法。

背景技术

在半导体集成电路领域，互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管是各种电路的基础单元之一。随着信息技术的发展，对于信息数据的处理速度要求越来越高，对其中采用的CMOS晶体管的频率响应特性要求也越来越高。然而，CMOS晶体管的寄生电容随着工作频率的升高起到越来越大的负面作用，如何减小这些寄生电容对CMOS运算放大器的影响，已经成为提高CMOS晶体管频率响应特性的关键。

请参照图1，其为现有技术中制造CMOS晶体管的掺杂方法，其步骤为：在P型衬底100上通过杂质扩散的方法形成N型阱，在N型阱旁边形成绝缘隔离层300；在所述半导体衬底100的表面上形成栅氧化层103和硬质掩模层104，采用离子注入（图1中的200）工艺对衬底100进行N型杂质掺杂，以形成NMOS管的源区101和漏区102；在NMOS管上涂覆光刻胶（图中未示出），采用离子注入（图1中的400）工艺对N型阱进行P型杂质掺杂，以形成PMOS管的源区301和漏区302。

这种现有的掺杂方法中，从理论上来说，当进行离子注入时，应预先调整离子束发射装置，并使离子束发射装置所发射的离子束垂直于衬底表面。由于采用垂直离子注入的方式，因此，其寄生电容无法有效的减小。

中国专利申请2009101958587公开了一种掺杂方法，该方法在半导体衬底上形成栅极结构，并在栅极结构两侧形成侧壁层后，调整离子束的角度，并使离子束与衬底表面的垂直方向保持一固定夹角，采用预设的离子注入剂量的一半对栅极两侧的衬底进行轻掺杂或重掺杂；然后，将晶圆在水平方向上旋转180度，采用预设的离子注入剂量的一半再次对栅极两侧的衬底进行轻掺杂或重掺杂，形成轻掺杂漏极和轻掺杂源极，或漏极和源极。这种方法虽然能够达到减小寄生电容的效果，但是这种方法在掺杂过程中，其首先以一定角度进行一半剂量的掺杂后，还需要将晶圆在水平方向上旋转180度后再次进行另一半剂量的掺杂，因此，这种方法在掺杂过程中必须经过“半剂量掺杂-掺杂停止-旋转180度-再次半剂量掺杂”的过程，这种两次掺杂的方法的效率并不能让人满意。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种既能有效减小寄生电容，又能提高效率的掺杂方法。

本发明提出的CMOS管的掺杂方法包括如下步骤：

1．在P型半导体衬底上通过杂质扩散的方法形成N型阱，在N型阱旁边形成绝缘隔离层；此后在P型半导体衬底的表面上形成栅氧化层，在栅氧化层上淀积硬质掩模层；

2．NMOS管漏区的第一次离子注入：对N型阱的区域涂覆光刻胶以作为离子注入阻挡层；以离子束与水平方向成α的角度对NMOS管的漏区进行第一次掺杂，掺杂杂质为N型杂质，掺杂剂量为漏区总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层的高度为：在进行NMOS管漏区的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层的遮挡，离子束仅能对该NMOS管的漏区进行掺杂，而NMOS管的源区无离子注入；

3．NMOS管的源区的第一次离子注入：以离子束与水平方向成（90°+α）的角度对NMOS管的源区进行第一次掺杂，掺杂杂质为N型杂质，掺杂剂量为NMOS管源区总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层的高度为：在进行NMOS管源区的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层的遮挡，离子束仅能对NMOS管的源区进行掺杂，而NMOS管的漏区无离子注入；

4．重复步骤2和3，直至NMOS管的源区和漏区完成全部剂量的掺杂。

5．去除N型阱上的光刻胶，然后在NMOS管的区域表面上涂覆光刻胶，以作为离子注入阻挡层；

6．PMOS管漏区的第一次离子注入：以离子束与水平方向成α的角度对N型阱进行掺杂，掺杂杂质为P型杂质，掺杂剂量为PMOS管漏区总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层的高度为：在进行PMOS管漏区的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层的遮挡，离子束仅能对PMOS管漏区进行掺杂，而PMOS管源区无离子注入；

7．PMOS管源区的第一次离子注入：以离子束与水平方向成（90o+α）的角度对N型阱进行掺杂，掺杂杂质为P型杂质，掺杂剂量为PMOS管源区总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层的高度为：在进行PMOS管源区的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层的遮挡，离子束仅能对PMOS管源区进行掺杂，而PMOS管漏区无离子注入；

8．PMOS管漏区的第二次离子注入：重复步骤6，直至PMOS管漏区完成全部剂量的掺杂。

9．PMOS管源区的第二次离子注入：重复步骤7，直至PMOS管源区完成全部剂量的掺杂。

10．对CMOS管其进行退火，以激活掺杂杂质。

附图说明：

图1为现有的掺杂方法示意图。

图2为本发明提出的掺杂方法的示意图。

具体实施方式：

下面通过具体实施方式对本发明提出的掺杂方法进行详细说明。

实施例

如图2所示，本发明提出的CMOS管的掺杂方法包括如下步骤：

1．在P型半导体衬底100上通过杂质扩散的方法形成N型阱，在N型阱旁边形成绝缘隔离层300；此后在P型半导体衬底100的表面上形成栅氧化层103，在栅氧化层103上淀积硬质掩模层105；

2．NMOS管漏区102的第一次离子注入：对N型阱的区域涂覆光刻胶以作为离子注入阻挡层（图2中未示出）；以离子束200与水平方向成α的角度对NMOS管的漏区102进行第一次掺杂，掺杂杂质为N型杂质，掺杂剂量为漏区102总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层105的高度为：在进行NMOS管漏区102的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层105的遮挡，离子束仅能对该NMOS管的漏区102进行掺杂，而NMOS管的源区101无离子注入；即如图2所示，在进行漏区102的第一次离子注入时，由于硬质掩模层105的遮挡，离子束200’（其方向与离子束200平行）无法对源区101进行离子注入；

3．NMOS管的源区101的第一次离子注入：以离子束201与水平方向成（90°+α）的角度对NMOS管的源区101进行第一次掺杂，掺杂杂质为N型杂质，掺杂剂量为NMOS管源区101总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层105的高度为：在进行NMOS管源区101的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层105的遮挡，离子束仅能对NMOS管的源区101进行掺杂，而NMOS管的漏区102无离子注入；即如图2所示，在进行源区101第一次离子注入时，由于硬质掩模层105的遮挡，离子束201’（其方向与离子束201平行）无法对漏区102进行离子注入；

4．重复步骤2和3，直至NMOS管的源区101和漏区102完成全部剂量的掺杂。

5．去除N型阱上的光刻胶，然后在NMOS管的区域表面上涂覆光刻胶，以作为离子注入阻挡层（图2中未示出）；

6．PMOS管漏区302的第一次离子注入：以离子束400与水平方向成α的角度对N型阱进行掺杂，掺杂杂质为P型杂质，掺杂剂量为PMOS管漏区302总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层105的高度为：在进行PMOS管漏区302的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层105的遮挡，离子束仅能对PMOS管漏区302进行掺杂，而PMOS管源区301无离子注入；即如图2所示，在进行漏区302的第一次离子注入时，由于硬质掩模层105的遮挡，离子束400’（其方向与离子束400平行）无法对源区301进行离子注入；

7．PMOS管源区301的第一次离子注入：以离子束401与水平方向成（90o+α）的角度对N型阱进行掺杂，掺杂杂质为P型杂质，掺杂剂量为PMOS管源区301总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层105的高度为：在进行PMOS管源区301的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层105的遮挡，离子束仅能对PMOS管源区301进行掺杂，而PMOS管漏区302无离子注入；即如图2所示，在进行源区301的第一次离子注入时，由于硬质掩模层105的遮挡，离子束401’（其方向与离子束401平行）无法对漏区302进行离子注入；

8．PMOS管漏区302的第二次离子注入：重复步骤6，直至PMOS管漏区302完成全部剂量的掺杂。

9．PMOS管源区301的第二次离子注入：重复步骤7，直至PMOS管源区301完成全部剂量的掺杂。

10．对CMOS管其进行退火，以激活掺杂杂质。

其中，对NMOS管的源区101和漏区102掺杂时，注入离子的种类选择N型离子进行注入，如磷离子或砷离子等；如果采用磷离子，其注入能量为15～25Kev，NMOS管的源区101和漏区102的总掺杂剂量为5×10¹⁶～1×10¹⁷/cm²；如果采用砷离子，其注入能量为20～30Kev，NMOS管的源区101和漏区102的总掺杂剂量为1×10¹⁶～5×10¹⁷/cm²。

其中，在对PMOS管的源区301和漏区302掺杂时，注入离子的种类选择P型离子进行注入，如硼离子或铟离子；如果采用硼离子，其注入能量为4～10Kev，注入总剂量为5×10¹⁵～1×10¹⁶/cm²；如果采用铟离子，其注入能量为20～40Kev，注入总剂量为1×10¹⁵～1×10¹⁶/cm²。

其中，对CMOS管进行退火的步骤可以采用本领常规的退火方法。

本发明提出的掺杂方法，通过采用源区离子注入和漏区离子注入交替进行，并且通过硬质掩模层的遮挡，从而在无需旋转衬底的情况下完成对源区和漏区的掺杂，因此其无需旋转的步骤，其效率更优。

以上实施方式已经对本发明进行了详细的介绍，但上述实施方式并非为了限定本发明的范围，本发明的保护范围由所附的权利要求限定。

Claims

1.一种CMOS管的掺杂方法，包括如下步骤：

(1).在P型半导体衬底上通过杂质扩散的方法形成N型阱，在N型阱旁边形成绝缘隔离层；此后在P型半导体衬底的表面上形成栅氧化层，在栅氧化层上淀积硬质掩模层；

(2).NMOS管漏区的第一次离子注入：对N型阱的区域涂覆光刻胶以作为离子注入阻挡层；以离子束与水平方向成α的角度对NMOS管的漏区进行第一次掺杂，掺杂杂质为N型杂质，掺杂剂量为漏区总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层的高度为：在进行NMOS管漏区的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层的遮挡，离子束仅能对该NMOS管的漏区进行掺杂，而NMOS管的源区无离子注入；

(3).NMOS管的源区的第一次离子注入：以离子束与水平方向成(90°+α)的角度对NMOS管的源区进行第一次掺杂，掺杂杂质为N型杂质，掺杂剂量为NMOS管源区总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层的高度为：在进行NMOS管源区的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层的遮挡，离子束仅能对NMOS管的源区进行掺杂，而NMOS管的漏区无离子注入；

(4).重复步骤2和3，直至NMOS管的源区和漏区完成全部剂量的掺杂；

(5).去除N型阱上的光刻胶，然后在NMOS管的区域表面上涂覆光刻胶，以作为离子注入阻挡层；

(6).PMOS管漏区的第一次离子注入：以离子束与水平方向成α的角度对N型阱进行掺杂，掺杂杂质为P型杂质，掺杂剂量为PMOS管漏区总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层的高度为：在进行PMOS管漏区的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层的遮挡，离子束仅能对PMOS管漏区进行掺杂，而PMOS管源区无离子注入；

(7).PMOS管源区的第一次离子注入：以离子束与水平方向成(90°+α)的角度对N型阱进行掺杂，掺杂杂质为P型杂质，掺杂剂量为PMOS管源区总掺杂剂量的1/2；其中，硬质掩模层的高度为：在进行PMOS管源区的第一次离子注入时，通过该硬质掩模层的遮挡，离子束仅能对PMOS管源区进行掺杂，而PMOS管漏区无离子注入；

(8).PMOS管漏区的第二次离子注入：重复步骤6，直至PMOS管漏区完成全部剂量的掺杂；

(9).PMOS管源区的第二次离子注入：重复步骤7，直至PMOS管源区完成全部剂量的掺杂；

(10).对CMOS管进行退火，以激活掺杂杂质。

2.如权利要求1所述的CMOS管的掺杂方法，其特征在于：

其中，对NMOS管的源区和漏区掺杂时，注入离子的种类选择N型离子进行注入，所述N型离子为磷离子或砷离子；如果采用磷离子，其注入能量为15～25Kev，NMOS管的源区和漏区的总掺杂剂量为5×10¹⁶～1×10¹⁷/cm²；如果采用砷离子，其注入能量为20～30Kev，NMOS管的源区和漏区的总掺杂剂量为1×10¹⁶～5×10¹⁷/cm²。

3.如权利要求1所述的CMOS管的掺杂方法，其特征在于：

其中，在对PMOS管的源区和漏区掺杂时，注入离子的种类选择P型离子进行注入，所述P型离子为硼离子或铟离子；如果采用硼离子，其注入能量为4～10Kev，注入总剂量为5×10¹⁵～1×10¹⁶/cm²；如果采用铟离子，其注入能量为20～40Kev，注入总剂量为1×10¹⁵～1×10¹⁶/cm²。