TW460946B - Method for forming ultra-shallow junction by BF2+ plasma doping - Google Patents
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Description
4 60 94 6 672 5twf. doc/ 00 6 A7 _B7____ 五、發明說明（/ ) 本發明是有關一種半導體兀件（Semiconductor Device) 的製造方法，且特別是有關一種以含二氟化硼正離子(BF2+) 電漿摻雜方式（Plasma Doping)形成超淺接面（Ultra-shallow Junction)的方法。 對金氧半導體（M0S)元件而言，當其閘極線寬（Gate Linewidth)降至0.18μπι以下時，由於通道(Channel)長度十 分短，故其源極/汲極接面深度必須嚴格控制，以降低擊穿 電流（Punch-through Current)與短通道效應（Short Channel Effect)。因此，小尺寸半導體元件的摻雜製程中需採用能 量更低的離子植入以減低其植入深度，且需採用更快速的 熱回火方法以防止植入之摻質過度擴散，而得以形成一超 淺接面。 目前製作超淺接面的方法有超低能量離子佈植、晶圓 傾斜佈植法(Wafer Tilt Implantation)與預先非晶化佈植(Pre-amorphized Implantation)三種。然而，對 Ο.ΐμπι 以下製程而 言，超低能量離子佈植法幾乎是不可行的，這是因爲超低 能量離子佈植時的離子速度很小，即其單位時間的離子流 量約爲前一世代的十分之一，所以植入時間會大幅增加， 而嚴重降低工廠的產能。另外，在元件之通道愈來愈短的 情形下，傾斜離子佈植將會使源極/汲極區延伸區過於深入 閘極下方，而造成嚴重的擊穿現象（Punch-through)與短通 道效應。再者，由於小尺寸元件已使用能量甚低的離子來 佈植，所以預先非晶化處理已無法得到明顯更淺的效果。 除此之外，由於使用習知之離子植入法時離子束的截 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚Ί " (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 tx·!-------( 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 46094 6 6725twf.doc/〇〇6 ΓΓ： A7 B7 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 發明說明（>) 面積很小，故爲了在整個晶圓上植入離子，製程中需以離 子束二維掃描的方式進行植入，而必須耗費仵多時間。 本發明提出一種以含一氣化硼正離子（BF2+)電漿摻雜 方式形成超淺接面的方法’其係用來形成PMos的超淺接 面。此方法之步驟如下：首先將半導體基底置於一含二氟 化硼正離子之電漿中。接著在半導體基底上施加一負電 壓，以使電漿中的BF/撞擊至半導體基底上，而在其表層 形成一超淺接面。最後進行一快速回火步驟，以修補此超 淺接面中之半導體基底的晶格結構。 如上所述，本發明係將整個晶圓置於含有bf2+之電漿 中，再以適當大小的負電壓將BF2+植入半導體基底中而形 成超淺接面。因此，本發明是一種具有高離子流量之全面 性植入方法，而不必如習知技藝般以低離子流量之低能離 子束進行耗時的掃描動作，故能大幅增加離子佈植製程之 速度與產能。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 圖式之簡單說明： 第1圖所繪示爲本發明較佳實施例中超淺源極/汲極接 面所存在之金氧半導體元件；以及 第2A圖所繪示爲本發明之較佳實施例中，以含bf2+ 電漿摻雜方式形成超淺源極/汲極接面的裝置與方法，且第 2B圖所繪示爲此方法中的負電壓脈衝序列。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----II!訂 i! A7 4 6094 6 6725twf.doc/006 五、發明說明（3) 圖式之標號說明： 10:晶圓(Wafer) 100 :半導體基底 110、120 :閘氧化層（Gate Oxide)、閘極（Gate) 130 :超淺源極/汲極接面（Ultra-shallow S/D Junction) 210、220 :電極板（Electrode Plate) 230 :電漿（Plasma) 240 : BF2+離子 齡佳實施例說明 請參照第1圖，在形成超淺源極/汲極接面130之前， 先於晶圓10之半導體基底100上形成閘氧化層110，以及 閘氧化層110上的閘極120。然後開始進行本發明較佳實 施例之超淺源極/汲極接面的形成步驟。 請參照第2A圖，接著將晶圓10移入一反應室(未顯 示）中，並置於一電極板220上，此電極板220.係與另一電 極板210平行相對。接著在反應室中通入BF3與載氣，此 載氣例如爲氬氣。然後在此反應室中施加RF電力脈衝序 列(RF Power Pulse Train)，以產生含有BF2+離子240的電 漿230 ;同時藉由電極板220在晶圓10上施加負竃壓脈衝 序列(Negative Voltage Pulse Train)，以使 BF2+離子 240 規 律且間續地撞擊至半導體基底100上，而在閘極120兩側 之半導體基底100的表層形成超淺源極/汲極接面130 (第1 圖）。上述電漿230之產生方法例如爲感應耦合電漿法 (Induced Coupling Plasma)，且電漿 230 中 BF2+離子 240 的 能量介於200 eV至1〇 keV之間（此値並非撞擊至半導體基 底100上的動能），而BF2+離子240之植入劑量介於1015/cm3 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·----l·!— 訂--— — — — — — — 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 46094 6 6725twf.doc/006 五、發明說明（午） 至1017/cm3之間，且植入深度小於100A。 此處RF電力與負電壓以脈衝序列(Pulse Train)型式施 加之原因，係爲使電漿中BF2+離子240與電子(〇的濃度， 以及BF2+離子240的植入能量能得到較佳的控制。此RF 電力脈衝序列與負電壓脈衝序列二者之周期與脈衝長度皆 相同，如此則在施加RF電力脈衝而令BF3解離成BF2+時， 負電壓脈衝即可使BF/撞撃至半導體基底100上。此處負 電壓脈衝序列如第2B圖所示，其周期約爲100ms，強度 介於-60V至-10kV之間，而此負電壓脈衝序列中每一個脈 衝之長度與強度之乘積即爲控制BF2+離子240撞撃半導體 基底100之速度的主要因素，亦即控制BF2+離子240之植 入深度的主要因素。 請再參照第1圖，接著進行一快速回火步驟，以修補 超淺源極/汲極接面130中之半導體基底100的晶格結構。 此快速回火步驟例如爲一瞬間回火步驟(Spike Annealing)， 其係在一升溫步驟中將溫度升到最高點，並在溫度到達最 高點後立刻進行一降溫步驟，其中最高點之溫度介於 1000°C至1200°C之間，升溫步驟中的升溫速率例如爲 300°C/sec，且降溫步驟中的降溫速率例如爲900°C/sec。 如上所述，本發明之較佳實施例係將整個晶圓置於一 含BF2+電漿中，再以適當大小的負電壓脈衝使BF2+離子植 入半導體基底中，而形成超淺源極/汲極接面130。因此， 本發明是一種具有高離子流量之全面性植入方法，而不必 如習知技藝般以低離子流量之低能離子束進行耗時的掃描 6 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----—r---訂---------錢 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 60 94 6 A7 672 5twf.doc/ 0 0 6_^__ 五、發明說明（f) 動作，故能大幅增加離子佈植製程之速度及產能。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
---— l· —--訂---I -竣' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
Claims (1)
- 46094 6 6725twf.doc/006 A8B8C8D8 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 枉 印 製 /、、申請專利範圍 1. 一種以含二氟化硼正離子電漿摻雜方式形成超淺接 面的方法，適用於一半導體基底上，該方法包括下列步驟： 將該半導體基底置於一含BF2+電漿之中，該含BF/電 駿係由一無線射頻電力（RF Po wer)所產生； 在該半導體基底上施加一負電壓，以使該含BF2+電漿 中的BF2+撞撃至該半導體基底上，而在該半導體基底的表 層形成一超淺接面； 進行一快速回火步驟，以修補該超淺接面中之該半導 體基底的晶格結構。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該超淺接 面係爲一超淺源極/汲極接面。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法’其中該無線射 頻電力係爲一無線射頻脈衝序列之型式，且該負電壓係爲 一負電壓脈衝序列之型式，該無線射頻脈衝序列與該負Μ 壓脈衝序列之周期相同，且其中之一無線射頻脈衝保與二 負電壓脈衝同時施加、同時結束。 ' 4·如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該無丨泉_ 頻脈衝序列與該負電壓脈衝序列之周期皆爲l〇〇ms。 5·如申請專利範圍第3項所述之方法’其中該負雙 脈衝之強度介於-60V至-10kV之間。 > 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含+ 電漿中之BF2+的能量介於200 eV至10 keV之間。 2 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該超锋接 面中之BF2+的植入劑量介於i〇15/cm3至l〇17/cm3之間。(CNS)A4 規格（210 X 297 公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝·！------訂------I--气 4 6 0 94 6 6725twf. doc/006 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該超淺接 面中之BF2+的植入深度小於100A。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該快速回 火步驟係爲一瞬間回火步驟，該瞬間回火步驟之控溫方式 包括： 在一升溫步驟中將溫度升到一最高點；以及 當溫度到達該最高點後，立刻進行一降溫步驟。 10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該最高點 之溫度介於l〇〇〇°C至1200°C之間。 11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該升溫步 驟中的升溫速率爲300°C/sec。 12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該降溫步 驟中的降溫速率爲900°C/sec。 13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含BF2+ 電漿之型態爲感應耦合電漿(ICP)。 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含BIV 電漿中的反應氣體包含BF3與一載氣。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該載氣 係爲急氣。 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉
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