CN1697136A

CN1697136A - 将离子束注入于半导体装置的方法

Info

Publication number: CN1697136A
Application number: CNA2004100817998A
Authority: CN
Inventors: 孙容宣; 秦丞佑; 李民镛; 卢径奉
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2024-12-31
Also published as: CN1697136B; KR20050107700A; KR100689673B1

Abstract

本发明提供了一种用于注入离子于一半导体装置的方法，其能够补偿再施行均匀离子注入至基板之全部表面时产生的基板中央部分与边缘部分之间的阈电压之差异，以及用于制造一半导体装置的其它方法，其能够通过形成一非均匀沟道掺杂层或通过形成一非均匀结轮廓(profile)来增进基板之内部晶体管参数之分布。

Description

将离子束注入于半导体装置的方法

技术领域

本发明有关一种用以制造半导体装置的方法，且特别是有关于一种用以注入(implanting)离子于半导体装置之方法。

背景技术

近来，更精确的控制杂质是符合在大型半导体装置体积与密度的趋势。此外，有鉴于大量制造的技术，再制与处理能力是被要求的。因此，离子注入方法的实际应用变的更为重要。此离子注入方法使得杂质离子化，并在一基板上的预定区域中通过扫描该杂质得到加速它，藉以注入一预定数量的杂质在所需要的区域中。

上述离子注入方法可选择性地注入杂质与注入具有高纯度的杂质。再者，此离子注入方法可以更精确的控制杂质，藉以提供更佳的再制能力与均匀度。至于此离子注入方法，对于控制注入杂质剂量是非常重要的，也就是控制杂质量。在此，此剂量系通过测量离子束电流所控制。

至于用以制造半导体装置的制程中，栅极之关键尺寸(criticaldimention，以下简称CD)的分布是直接影响产品制造的良率。因此，该CD的分布的控制在于半导体装置商业领域中式非常重要的，藉以显示大规模的努力以控制栅极的CD分布经由掩模制程、蚀刻制程与侧壁间隔物沉积制程。

然而，困难的是控制晶体管参数的变化根据基板的位置通过栅极之CD的分布以及用以形成栅极的侧壁上的间隔物。在使用具有大直径超过300mm基板的制程中，其变成大问题去控制在晶体管参数的变化，当半导体装置变的连续的萎缩(shrunken)。也就是，栅极硬掩模与由蚀刻制程所图样化栅极，根据该基板的位置其系不具有固定的尺寸。因此，栅极的尺寸变的不一样，藉以产生在由于不同栅极长度之晶体管参数的差异。

因此，控制栅极CD的分布，一种用以对基板的中央部分与边缘部分不同地实行曝光制程。再者，努力以实行一种新的制程以及发展用以在基板改善分布的装置，其介于用以在栅极侧壁形成间隔物的制程以及通过使用蚀刻制程图样化栅极的制程。

然而，目前尚未发现一种用以改善基板分布的方法，以及一半导体装置现在被发展是不需要控制晶体管参数的差异根据基板的位置。

此外，制程裕度(process margin)减少的更多是由于半导体装置的连续收缩(shrinkage)，藉以引致造成在产品良率降低的问题，此产品系由栅极之CD的分布所制造的。

也就是，在栅极CD的最小尺寸为200nm，产品良率是不被减少的甚至栅极CD的分布是约±10％。然而，当栅极CD的最小尺寸是100nm以与栅极CD分布是±10％，产品良率的减少变成更严重的问题。因此，该分布应该被控制在约±5％的范围。

然而，该制程裕度由于半导体装置的连续收缩剧烈的减少，藉以使其困难以增加产品的良率，因为控制分布以及生产量的减少是困难的。

第1图简短的显示习知离子注入装置。

参考第1图，习知离子注入实行离子注入至基板11的整个表面，通过来回地扫描离子束13在指示为□⊙之X的方向，也就是在水平方向，由于电场或磁场以及通过来回地在Y方向上扫描被固定在支撑物(holder)12的基板11，在也就是基本垂直X方向的垂直方向。在此，该离子束13由在支撑物12固定之基板11照射。在此时，基板11系在Y方向上来回地扫描通过连接至驱动装置14之驱动轴15。

如上所述，习知离子注入器能实行一均匀的离子注入至该基板11的整个表面通过来回地在X方向上扫描离子束13。也就是，用再均匀的离子注入，来回在X与Y方向上扫描的速度是被相同的应用。

然而，如上解释的均匀离子注入注入离子于基板以及从基板至基板而与栅极CD分布没有任何的关系，藉以产生一大的差异在电子特性上，甚至在根据栅极CD分布的基板。

也就是，电子特性容易不同根据在基板上半导体装置的位置。举例来说，甚至离子注入的均匀度的等级是非常高的，半导体装置参数在基板上边缘部分容易与基板中央部分有所差异。因此，晶体管阈电压的电子特性在半导体装置参数是是被显示为不同的在介于基板的中央部分以及基板的边缘部分。

发明内容

因此，本发明提出一种用以在能够补偿产生于实行均匀离子注入至基板的整的表面介于在基板的中央部分与边缘部分的阈电压之差异之半导体装置注入离子。

本发明之另一目的在于提出一种制造半导体装置，能够通过形成一非均匀的结轮廓(profile)改善在基板内晶体管参数分布。

由本发明的一观点来看，本发明提出一种通过非均匀离子注入以局部不同剂量注入离于一基板。

由本发明另一观点来看，本发明提出一种以减少半导体装置之装置特性的变化的目的通过非均匀离子注入以局部不同剂量注入离子于半导体基板。

由本发明之再一观点来看，本发明提出一种以减少包括半导体MOSFET装置的阈电压的装置特性的波动为目的以不同剂量注入离子在MOSFETs的沟道区域进入半导体基板。

由本发明再一观点来看，用在减少包括半导体MOSFET装置的阈电压的装置特性变化的目的，本发明提出一种通过非均匀离子注入，以不同剂量注入离子在MOSFET的源/漏区域于半导体基板方法。

由本发明再一观点来看，用以减少半导体装置MOSFET之装置特性的变化之目的，本发明提出一种通过非均匀离子注入以局部不同剂量注入离子在轻掺杂漏极区域以及MOSFET之源漏极延伸区域至半导体基板的方法。

由本发明再一观点来看，本发明提出一种在x方向和基本垂直于X方向的Y方向注入离子至基板，包括下列步骤：

在中央部位与边缘部位中，区分在X方向之扫描速度与在Y方向之扫描速度之一，非均匀注入被注入离子之剂量于基板之中央部位与边缘部位。

由本发明再一观点来看，本发明提出一种用于制造半导体装置之方法，包含之步骤有：注入离子于—基板以形成一在基板之预定区域中的晶体管之源极/漏极结；以及附加的注入离子于源极/漏极结之部分，以根据基板之区域补偿晶体管之参数的差异。

附图说明

第1图为简易显示习知之离子注入设备图。

第2图为根据本发明第1实施例在X方向上通过扫描离子在基板边缘部分增加比基板中央部分更多注入离子的剂量的图表；

第3图为显示习知均匀离子注入方法在晶圆直径为200mm之基本束扫描均匀度；

第4图为发散图显示一种根据本发明第1实施例基板的内侧被注入离子的剂量；

第5图为显示根据本发明与习知方法阈电压分布的比较图；

第6与7图显示根据本发明第2实施例之半导体装置的离子注入方法；以及

第8图显示根据本发明之第二实施例的经由控制一如图6之扫描区域的一种离子注入方法。

具体实施方式

参考伴随的图式，根据本发明之第一实施例之半导体装置中的离子注入法将被详述。

根据本发明在X与Y方向的往复扫描速度系根据用于非均匀离子注入法之基板的位置而有不同的设定。

本发明系基于技术原则以辨识在一基板中的栅极之关键尺寸(CD)，且通过施行非均匀离子法不造成该基板中的半导体装置参数有不同。

例如，假使该半导体之中央部分中的栅极之CD系大于在基板的边缘部分，则该半导体装置之中央部位会比在基板之边缘部分有更高的阈电压(V_T)。因此，在阈电压(V_T)中的差异，例如，通过透过非均匀离子注入法，表面沟道nMOSFET之阈电压(V_T)能够被补偿，通过调整用于沟道掺杂之注入离子之局部剂量，或者阈电压调整注入在中央部位高于边缘部位或通过调整它在边缘部位高于中央部位。另一方面假使在基板边缘部分中栅极之CD系高于在基板之中央部位者，该半导体装置参数具有会高于中央部位的一边缘部位的阈电压(V_T)。因此，在阈电压(V_T)中的差异，例如表面沟道nMOSFET之阈电压(V_T)能够通过减少在边缘区域中的被注入离子的剂量，使其少于中央区域的剂量，或通过透过非均匀离子注入法来增加中央部位中的被注入离子之剂量，得到补偿。

如上所述由一基板内之中央部分与边缘部分之间的制程裕度(process margin)所创造的栅极之CD之分布能够通过施行非均匀离子注入法来补偿。因此，该半导体装置参数之分布被减低，从而通过减低肇因于制程差量之失误而增加产出。

通过使用在X方向的扫描，可有两个非均匀离子注入法。第一个方法为在执行离子注入法期间，根据基板的位置，区分在X方向中的扫描速度，从而制造被注入离子之剂量之不均匀分布。第二个方法是藉使用具有区分在X方向中的扫描速度之旋转，造成被注入离子之剂量之不均匀分布。该旋转可通过在各个X方向束扫描之间以多于一次的步进旋转或在X方向离子束扫描时连续旋转来达成。

第2图为根据本发明在X方向上通过扫描离子在基板边缘部分增加比基板中央部分更多注入离子的剂量的图表。

参考第2图，通过使用在X方向扫描，使得基于一平区域之上部与下部对称，因此在基板之边缘部分之被注入离子之剂量增加的比中央部分多。例如，假使在中央部分之被注入离子之剂量接近100％，则在边缘部分之被注入离子之剂量相对为接近为140％。

接着，假使该离子系通过旋转该基板而被注入，该在边缘部分之被注入离子之剂量增加的比基板之中央部分者多，从而补偿了栅极之CD之发散图(scatter diagram)。例如，假使在中央部分之被注入离子之剂量接近200％则该在基板之边缘部分之被注入离子之剂量为相对接近240％，从而补偿了栅极之CD之发散图。

第3图为显示习知均匀束注入方法在跨越束扫描方向之离子束扫描之发散图。

参考第3图，晶圆直径内之束流维持近乎常数。于此，晶圆直径为200mm。

第4图为发散图显示一种根据本发明之基板的内侧被注入离子的剂量。此例中，发散图被反转。

当用于其它使用在X方向扫描之方法时，有第3种方法升高在中央部分中的被注入离子之剂量之分布使其高于边缘部分，以及第4种方法升高在边于部分中的被注入离子之剂量之分布使其高于中央部分。

在施行第3种与4种方法的实例中，在基板中的被注入离子之剂量的分布，能够为环形分布、矩形分布、左右对称型分布与上下对称型分布。

接着，相较于在X方向中扫描，该非均匀离子注入法亦能够通过使用在Y方向中扫描来施行以增进在基板中的半导体装置参数之分布。

例如在执行非均匀离子注入法的例子中，通过使用在Y方向中的扫描可有两种非均匀离子注入法。第一个方法为在执行离子注入法期间，根据基板的位置，区分在Y方向中的扫描速度，从而制造被注入离子之剂量之不均匀分布。第二个方法是藉使用具有区分在Y方向中的扫描速度之旋转，造成被注入离子之剂量之不均匀分布。该旋转可通过在各个Y方向束(beam)扫描之间以多于一次的步进旋转或在Y方向离子束扫描时连续旋转来达成。

当用于其它使用在Y方向扫描之方法时，有第3种方法升高在中央部分中的被注入离子之剂量之分布使其高于边缘部分，以及第4种方法升高在边缘部分中的被注入离子之剂量之分布使其高于中央部分。

如上述，该离子系通过根据在X与Y方向使用扫描方法期间，区别该扫描速度来非均匀注入的。此时，扫描速率具有一与被注入离子之剂量的反相关系。

例如，在使用于X方向中的扫描方法的例子里，在中央部分的扫描速率应当快于在边缘部分者，以增加基板之边缘部分中的被注入离子的剂量。

反之，基板之边缘部分之扫描速率应当快于在中央部分者，以增加基板之中央部分中的被注入离子的剂量。

如上说明，即使被注入离子之剂量系根据基板之区位有不同的设定，由离子注入制造的阈电压V_T系不均匀的形成在全部基板。

最后，为了增进在基板之半导体装置参数之分布，在X方向之扫描方法与在Y方向之扫描方法能够被同步施行于本发明。

例如，通过同时使用在X与Y方向中的扫描方法而施行非均匀离子注入法的例子中，有两个方法被施行。第一个方法为在执行离子注入法期间，根据基板的位置，同步区分在X与Y方向中的扫描速度，从而制造被注入离子之剂量之不均匀分布。第二个方法是藉使用具有区分在X与Y方向中的扫描速度之旋转造成被注入离子之剂量之不均匀分布

再者，当用于其它使用在X与Y方向扫描之方法时，有第3种方法升高在中央部分中的被注入离子之剂量之分布使其高于边缘部分，以及第4种方法升高在边于部分中的被注入离子之剂量之分布使其高于中央部分。

除了使用在X方向或Y方向之扫描方法之外，本发明能够非均匀的形成一施加于离子注入法之一离子注入屏蔽(sreen)层。

即是，该离子注入掩模层系由堆栈氧化物层或氮化物层所制的。同样，离子注入掩模层能由上述氧化物层或氮化物层之组合来形成。

再者，非均匀离子注入法之剂量分布能够由如一结构相关概念(structure dependent conception)来实施。

第5图为显示根据本发明与习知方法阈电压分布的比较图。

参考第5图，尤其在DRAM中，该习知方法在当具有一低阈电压(V_T)之分布时，产生一截止泄漏失效(off leakage fail)，当具有一高阈电压(V_T)之分布时，产生一tWR失效。

然而，本发明增进阈电压(V_T)之分布，从而补偿肇因于基板之边缘部分与中央部分之栅极的CD之分布的阈电压(V_T)的差异。因而，本发明预防截止泄漏失效(off leakage fail)与tWR失效。

本发明通过使用非均匀离子注入法提供一有效制造在基板之中央部分与边缘部分之均匀半导体参数。此外，如果使用本发明，可增进裕度失效(margin fail)大约大于10％。

本发明描述了确认该栅极之CD之分布与形成在栅极侧壁上的间隔物之宽度的分布，且试通过在形成结时，透过一局部源极/漏极离子注入法，通过根据基板之位置形成非均匀结轮廓试图改善基板中的晶体管参数之分布。

第6与7图显示根据本发明第2实施例之半导体装置的离子注入方法。

参考第6图与第7图，一用于形成源极/漏极结之离子注入法系施行于基板11之上。

在用于形成源极/漏极结之离子注入法完成之后，通过用以形成栅极与间隔物之已执行制程，晶体管参数可能根据基板之位置被散布。

据此，本发明附加采用局部补偿离子注入(CO IMP)制程，用于根据基板之位置，控制晶体管参数之分布，从而最小化由基板之不同位置产生的晶体管参数之差异。于此，补偿离子注入(CO IMP)制程意谓补偿N^-/N⁺型结或P⁺型结。

例如，参考第6图，补偿离子注入(CO IMP)制程系附加的执行至已完成有源极/漏极离子注入(S/D IMP)之基板11之中央部分。同样，参考第7图，补偿离子注入(CO IMP)制程系附加的执行至已完成有源极/漏极离子注入(S/D IMP)之基板21之边缘部分。

如上示，在执行该源极/漏极离子注入(S/D IMP)以形成形成在动态随机存取内存(DRAM)之单元区域中的N^-型结之后，该补偿离子注入(CO IMP)制程局部的且附加的被施行到每个基板11与21、该形成在具有周边区域之P型沟道(PMOSFET)的金属氧化物半导体场效应晶体管之P⁺型结以及形成在具有周边区域之N型沟道(NMOSFET)的金属氧化物半导体场效应管之N⁺型结。

首先，假使局部的且附加的形成该补偿离子注入(CO IMP)到一结，其中晶体管参数差异产生，即基板之该中央部分或边缘部分，在形成在单元区域之N^-型结或在形成周边区域之N⁺型，该离子注入系通过放置一掩模导入以形成N^-或N⁺型结或通过使用另外购置的个别掩模来形成。此时³¹P或⁷⁵As被用来当作杂质。

在形成N^-或N⁺型结之后，在附加施行离子注入期间，可使用倾斜或旋转。同样的，一多于双重模式的多重模式(multi-mode)亦可使用。这里该双重模式为离子注入法之一。例如，该双重模式意指以7°的倾斜角度与7°注入一半剂量，以7°倾斜角度来注入另一半。

在形成于周边区域之P⁺型结中，如果局部且附加的施行补偿离子注入(CO IMP)制程到产生该不同晶体管参数之结，即是基板之中央部分与边缘部分，该离子注入系通过使用相同的掩模导入以形成P⁺型结或通过使用个别的掩模来形成。

局部且附加施行于P⁺型结之补偿离子注入(CO IMP)制程之杂质，系¹¹B，⁴⁹BF²与³⁰BF。补偿离子注入(CO IMP)制程系通过使用倾斜或旋转来执行的。同样，比双重模式还多的多重模式被使用来局部且附加补偿离子注入(CO IMP)于P⁺型结中。

如上述，局部且附加补偿离子注入(CO IMP)系通过控制与扫描离子注入之区域而被采用。

第8图显示一种根据本发明之离子注入方法经由控制一如图6之扫描区域。

参考第8图，在X与Y方向之扫描区域11A系关于用于局部且附加的补偿离子注入(CO IMP)施行后而被设定。之后，一X/Y译码器系被设定，接着，离子注入选择性的施行于受过局部离子注入的区域。此时，局部被施行的离子注入系通过控制在X或Y方向中的速率，或X及Y方向中的速率两者而被采用的。此外，局部执行的离子注入能够通过差别关于X与Y方向之被注入离子之剂量之比率而被采用。

表1显示在习知离子注入法与根据本发明之离子注入法之间的比较。

表1

	习知方法	本方法
	习知方法	本方法	掩模	是	是
S/D IMP	N^-，N⁺，P⁺	N^-，N⁺，P⁺	掩模	是	是
S/D IMP	N^-，N⁺，P⁺	N^-，N⁺，P⁺	CO IMP	否	是
PR Strip	是	是	CO IMP	否	是

如表1所示，本发明使用了在源极/漏极离子注入(S/D IMP)之后，局部与附加实行了补偿离子注入(CO IMP)。透过局部与附加施行补偿离子注入(CO IMP)，即可最小化根据基板之位置的晶体管参数之差异。

在形成一结之后，本发明局部且附加的执行一离子注入，从而使其可控制肇因于栅极之关键尺寸(CD)之分布、沉积间隔物于栅极之侧壁之制程以及一蚀刻制程的变化。同样的，通过非均匀注入，非均匀离子注入法能够以局部不同剂量被施行至在沟道区域上的注入离子、源极/漏极区域、轻掺杂的漏极区或MOSFET之源极漏极延伸区进入半导体基板，用于减低包含半导体MOSFET装置之阈电压之装置特性的变化之目的。此外，本发明提供最小化根据基板之位置的晶体管参数之差异的功效，从而增加肇因于其之差量之产出。

本发明包含了韩国专利申请号2004-0032799与2004-0077964，其分别于2004年5月10日与2004年9月30日于韩国专利局申请的标的，其之全部内容在此并入参考。

虽然本发明已经被特殊之实施例所描述，很明显的熟悉此项技艺者将可藉此对其做出各种改变与修改，但是不能背离如同声明在下的申请专离范围之精神与领域

【主要组件符号说明】

11…基板

11A…扫描区域

13…离子束

21…基板。

Claims

1.一种用于通过非均匀离子注入以局部不同剂量向半导体装置注入离子之方法。

2.一种用于减低半导体装置之装置特性之变化为目的，通过非均匀离子注入以局部不同剂量向半导体装置注入离子之方法。

3.一种用于以减低包含有半导体MOSFET装置之阈电压之装置特性之波动为目的通过非均匀离子注入在MOSFET之沟道区上以局部不同剂量之离子于半导体装置中之方法。

4.一种用于以用于减低包含有半导体MOSFET装置之阈电压之装置特性之变化为目的通过非均匀离子注入而注入具有局部不同剂量之离子之MOSFET之源极/漏极于半导体装置中之方法。

5.一种用于以用于减低包含有半导体MOSFET装置之装置特性之变化为目的通过非均匀离子注入而注入具有局部不同剂量之离子之MOSFET之轻掺杂漏极区与源极延伸区之一于一半导体装置的方法。

6.一种注入离子于一在X方向与基本上垂直于X方向之Y方向中的基板之方法，该方法包含下列步骤：

以在中央部位与边缘部位中，区别在X方向之扫描速度与在Y方向之扫描速度之一，非均匀注入被注入离子之剂量于基板之中央部位与边缘部位。

7.如权利要求第6项之方法，其中该在中央部位之被注入离子之剂量系被升高，且在边缘部分之被注入离子之剂量系被降低。

8.如权利要求第6项之方法，其中该在中央部位之被注入离子之剂量系被降低，且在边缘部分之被注入离子之剂量系被升高。

9.如权利要求第7项之方法，其中该被注入离子剂量之分布包含环型分布、矩型分布、左右对称型分布与上下对称型分布其中一种。

10.如权利要求第8项之方法，其中该被注入离子剂量之分布包含环型分布、矩型分布、左右对称型分布与上下对称型分布其中一种。

11.一种注入离子于一在X方向与基本上垂直于X方向之Y方向中的基板之方法，该方法包含下列步骤：

以在中央部位与边缘部位中，区分在X方向之扫描速度与在Y方向之扫描速度二者，非均匀注入被注入离子之剂量于基板之中央部位与边缘部位。

12.如权利要求第11项之方法，其中该在中央部位之被注入离子之剂量系被升高，且在边缘部分之被注入离子之剂量系被降低。

13.如权利要求第11项之方法，其中该在中央部位之被注入离子之剂量系被降低，且在边缘部分之被注入离子之剂量系被升高。

14.如权利要求第12项之方法，其中该被注入离子剂量之分布包含环型分布、矩型分布、左右对称型分布与上下对称型分布其中一种。

15.如权利要求第13项之方法，其中该被注入离子剂量之分布包含环型分布、矩型分布、左右对称型分布与上下对称型分布其中一种。

16.一种用于制造半导体装置之方法其包含之步骤有：

注入离子于一基板以形成一在基板之预定区域中的晶体管之源极/漏极结；以及

附加注入离子于源极/漏极结之部分，以根据基板之区域补偿晶体管之参数的差异。

17.如权利要求第16项之方法，其中所述附加的注入系被执行至基板之中央部位。

18.如权利要求第16项之方法，其中附加的注入系被执行至基板之边缘部位。

19.如权利要求第16项之方法，其中附加的注入系通过使用用于形成源极/漏极结之掩模导入与一附加购置的个别掩模之一来执行的。

20.如权利要求第16项之方法，其中附加的注入系在设定用于局部执行离子注入之X与Y方向之扫描区后，通过控制在X方向之扫描速率、Y方向之扫描速率，以及X与Y方向之扫描速率两者之其中之一来施行的。

21.如权利要求第20项之方法，其中附加的注入系通过区别关于X与Y方向之被注入离子之剂量的比例来施行的。

22.如权利要求第16项之方法，其中使用在N^-与N⁺型结之一之附加注入之掺杂物，系为³¹P与⁷⁵As之一。

23.如权利要求第16项之方法，其中使用在P⁺型结之附加注入之掺杂物，系为¹¹B，⁴⁹BF₂与³⁰BF。

24.如权利要求第16项之方法，其中附加注入系通过使用一倾斜、旋转与一多重模式来施行的。