CN103681268A - 一种使用激光退火工艺激活离子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明克服了现有技术只通过尖峰退火工艺来激活掺杂元素时产生的离子扩散，提出了一种使用激光退火工艺激活离子的方法，通过在尖峰退火和消除氮化硅层之后使用激光退火工艺，在显著提高激活离子的同时，减少离子的扩散效应，优化器件的性能。
Description
技术领域
本发明主要应用于微电子领域，尤其涉及一种使用激光退火工艺激活离子的方法。
背景技术
在现有技术中尖峰退火工艺（Spike anneal）对于离子的激活并不明显，而离子的激活直接关系到器件的性能，对于器件性能有着很大的影响。尖峰退火工艺的特点是会在某一温度保温一段时间，它可以同时完成激活掺杂元素并修复缺陷两项功能。但是缺点是伴随着SCE(短沟道效应)，高温长时间退火工艺，会造成注入离子的严重再扩散；只有快速热处理工艺的高温瞬时退火，才能既保证激活杂质又能抑制杂质的深度和横向扩散。激光回火在高温滞留时间很短，其主要作用在于激活掺杂元素。目前主要工艺为单一使用尖峰退火工艺。本专利创新点主要是在尖峰退火工艺之后增加激光回火工艺，可以在激活离子的同时，极大减少扩散效应，优化器件的性能。
中国专利（公开号：102790013A）记载了一种ＣＭＯＳ晶体管的制作方法，包括下列步骤：提供半导体结构，所述半导体结构包括半导体衬底以及形成于其上的ＮＭＯＳ晶体管与ＰＭＯＳ晶体管；在所述ＮＭＯＳ晶体管表面形成应力层；刻蚀所述应力层，露出ＰＭＯＳ晶体管；进行第一次尖峰退火工艺后，进行激光退火工艺；进行第二次尖峰退火以修复激光退火产生的损伤；去除ＮＭＯＳ晶体管表面的应力层。本发明避免了半导体衬底产生的损伤，进而提高半导体器件的性能及良率。
中国专利（公开号：CN102468237A）记载了一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成栅极介电层和位于栅极介电层上的栅极；在栅极两侧的半导体衬底内形成源／漏区，且在形成源／漏区期间，在所述栅极中注入氟离子；在形成源／漏区后，依次进行快速尖峰退火和激光脉冲退火。本发明使氟离子进入栅极介电层，氟离子取代栅极介电层中的部分氧离子形成氟硅基团，从而同时改善了ＮＭＯＳ晶体管的ＨＣＩ效应和ＰＭＯＳ晶体管的ＮＢＴＩ效应。
从上述现有技术来看，它们虽然在尖峰退火后进行了激光退火工艺，但是，上述工艺并不是通过增加激光退火工艺来激活掺杂元素，同时又减少扩散效应。
发明内容
本发明克服了现有技术只通过尖峰退火工艺来激活掺杂元素时产生的离子扩散，提出了一种使用激光退火工艺激活离子的方法，通过在尖峰退火和消除氮化硅层之后使用激光退火工艺，在显著提高激活离子的同时，减少离子的扩散效应，优化器件的性能。
一种使用激光退火工艺激活离子的方法，应用于晶体管的制备工艺中，其中，所述方法包括：
提供一具有源/漏区的半导体衬底，且该半导体衬底及形成于其上的NMOS晶体管、PMOS晶体管上覆盖有一氮化硅层；
对所述源/漏区进行尖峰退火工艺后，继续对所述源/漏区进行激光退火工艺。
上述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其中，在相同线性阈值电压情况下，在所述尖峰退火工艺之后采用所述激光退火工艺提高半导体结构的饱和电流。
上述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其中，对所述源/漏区进行尖峰退火工艺，并继续去除所述氮化硅层后，对所述源/漏区进行激光退火。
上述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其中，所述激光退火的工艺时间在10毫秒到1000毫秒的范围之间。
上述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其中，所述尖峰退火的工艺时间在10秒到10分钟之间。
上述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其中，通过干法刻蚀工艺去除所述PMOS晶体管上的所述氮化硅层。
上述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其中，通过湿法刻蚀工艺去除所述NMOS晶体管上的所述氮化硅层。
上述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其中，所述尖峰退火工艺的温度在900℃到1400℃之间。
上述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其中，所述激光退火工艺的温度在900℃到1400℃之间。
本发明具有如下技术优势：
1、由于激光退火工艺具有时间短的优势，在尖峰退火工艺之后加入激光退火来激活掺杂离子，通过快速热处理工艺的高温瞬时退火，来保证激活离子又能抑制离子的深度和和横向的扩散。
2、在尖峰退火工艺之后加入激光退火工艺，流程简单，并能显著增加激活离子的效果，使器件性能优化。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明未去除氮化硅层的晶体管结构侧视图；
图2为本发明去除氮化硅层的晶体管结构侧视图；
图3为在尖峰退火前使用激光退火工艺，NMOS晶体管阈值电压和饱和电流的关系图；
图4为在尖峰退火后去除氮化硅层之前使用激光退火工艺，NMOS晶体管阈值电压和饱和电流的关系图；
图5为去除氮化硅层之后使用激光退火工艺，NMOS晶体管阈值电压和饱和电流的关系图；
图6为在尖峰退火前使用激光退火工艺，PMOS晶体管阈值电压和饱和电流的关系图；
图7为在尖峰退火后去除氮化硅层之前使用激光退火工艺，NMOS晶体管阈值电压和饱和电流的关系图；
图8为去除氮化硅层之后使用激光退火工艺，NMOS晶体管阈值电压和饱和电流的关系图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
图1为本发明未去除氮化硅层的晶体管结构侧视图；图2为本发明去除氮化硅层的晶体管结构侧视图；如图1，2所示：在半晶体管1的上方表面设有一层氮化硅层4，所述氮化硅层完全覆盖栅极6，源区3及漏区4，为了提高器件的性能，激活源区3和漏区4的掺杂元素。
实施例一
在晶体管的制备工艺中，完成上述器件结构的制备工艺后，继续尖峰退火工艺，并在完成上述尖峰退火工艺后，立即对上述的器结构进行激光退火工艺，具体的：如图3，6所示，菱形标记4为本工艺所需最低值，三角形标记19是用本工艺流程的实际值，还有3个正方形标记作为工艺所需的目标值，此时若干个菱形标记4和三角形标记19并没有位于3个正方形标记附近，而是聚集在目标值的斜下方，表示在阈值电压相同的条件下，饱和电流值未能达到目标值的数值，从而代表了此工艺流程激活离子效果并不能达到工艺所需的要求。实验2本发明对现有技术做出第一步改变，先对源区3和漏区4先对进行尖峰退火工艺，尖峰退火的时间在10s-10min之间，尖峰退火的工艺温度在900℃-1400℃之间，本实施例中尖峰退火的工艺温度为1075℃，而后进行激光退火工艺，激光退火的时间在10毫秒-1000毫秒之间，实施例1中时间为200毫秒，激光退火的工艺温度在900℃-1400℃之间，本实施例中激光退火的工艺温度为1025℃，最后，去除氮化硅层4，具体地，在NMOS晶体管上的氮化硅层用湿法刻蚀去除，在PMOS晶体管上的氮化硅层用干法刻蚀去除，分别对比图3和图4,对比图6和图7，菱形标记4为现有技术值，三角形标记19是用本工艺流程的实际值，还有3个正方形标记作为工艺所需的目标值，当激光退火工艺使用于尖峰退火工艺之前，三角形标记19聚集在菱形标记4的附近，两者都在3个正方形标记的斜下方即表明此工艺激活离子的效果和现有技术接近，并没有明显的改善达到工艺所需的要求；而在使用本实施例的工艺后，发现三角形标记22明显向左斜上方迁徙，并靠近3个正方形标记，可以从对比的趋势中看出，在尖峰退火之后使用激光退火时，在阈值电压相同的情况下，饱和电流的数值得到了显著的提高，表明激活离子的效果有了显著的提升。
实施例二
在实施例一的基础上，进行了进一步的优化，即完成上述器件结构的制备工艺后，继续尖峰退火工艺，并在去除上述的氮化硅层之后，才对上述的器结构进行激光退火工艺，具体的：
对源区3和漏区4先对进行尖峰退火工艺，尖峰退火的时间在10s-10min之间，尖峰退火的工艺温度在900℃-1400℃之间，本实施例中尖峰退火的工艺温度为1075℃，而后去除氮化硅层4，具体地，在NMOS晶体管上的氮化硅层用湿法刻蚀去除，在PMOS晶体管上的氮化硅层用干法刻蚀去除，最后进行激光退火工艺，激光退火的时间在10毫秒-1000毫秒之间，实施例2中时间为200毫秒，激光退火的工艺温度在900℃-1400℃之间，本实施例中激光退火的工艺温度为1025℃，如图5，8所示，可以发现三角形标记9已聚集在3个正方形标记周围，即此工艺流程的实际值接近此工艺流程的目标值，在阈值电压相同时，采用此工艺流程晶体管的饱和电流基本达到了目标值，激活离子的效果又有显著提升，达到了工艺所需。
本发明在尖峰退火和消除氮化硅层之后使用激光退火工艺，可以在晶体管相同的阈值电压中获得所需要的饱和电流，达到了工艺所需的激活离子的效果，并且激光退火属于高温瞬时退火，高温的逗留时间很短，既保证激活杂质又能抑制杂质的深度和横向扩散，极大地减少扩散效应，优化器件的性能。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种使用激光退火工艺激活离子的方法，应用于晶体管的制备工艺中，其特征在于，所述方法包括：
提供一具有源/漏区的半导体衬底，且该半导体衬底及形成于其上的NMOS晶体管、PMOS晶体管上覆盖有一氮化硅层；
对所述源/漏区进行尖峰退火工艺后，继续对所述源/漏区进行激光退火工艺。
2.如权利要求1所述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其特征在于，在相同线性阈值电压情况下，在所述尖峰退火工艺之后采用所述激光退火工艺提高半导体结构的饱和电流。
3.如权利要求1所述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其特征在于，对所述源/漏区进行尖峰退火工艺，并继续去除所述氮化硅层后，对所述源/漏区进行激光退火。
4.如权利要求1所述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其特征在于，所述激光退火的工艺时间在10毫秒到1000毫秒的范围之间。
5.如权利要求1所述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其特征在于，所述尖峰退火的工艺时间在10秒到10分钟之间。
6.如权利要求1所述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其特征在于，通过干法刻蚀工艺去除所述PMOS晶体管上的所述氮化硅层。
7.如权利要求1所述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其特征在于，通过湿法刻蚀工艺去除所述NMOS晶体管上的所述氮化硅层。
8.如权利要求1所述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其特征在于，所述尖峰退火工艺的温度在900℃到1400℃之间。
9.如权利要求1所述的一种使用激光退火工艺激活离子的方法，其特征在于，所述激光退火工艺的温度在900℃到1400℃之间。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100295022A1 (en) * | 2009-05-21 | 2010-11-25 | International Business Machines Corporation | Nanowire Mesh FET with Multiple Threshold Voltages |
| CN103021849A (zh) * | 2011-09-20 | 2013-04-03 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种采用应力记忆技术的nmos器件制作方法 |
| CN103346125A (zh) * | 2013-06-24 | 2013-10-09 | 上海华力微电子有限公司 | 改善gp cmos器件的电性参数均一性的方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100295022A1 (en) * | 2009-05-21 | 2010-11-25 | International Business Machines Corporation | Nanowire Mesh FET with Multiple Threshold Voltages |
| CN103021849A (zh) * | 2011-09-20 | 2013-04-03 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种采用应力记忆技术的nmos器件制作方法 |
| CN103346125A (zh) * | 2013-06-24 | 2013-10-09 | 上海华力微电子有限公司 | 改善gp cmos器件的电性参数均一性的方法 |
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