專利名稱：一種激活摻雜原子的方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路制造技術領域，特別涉及一種激活摻雜原子的方法。
背景技術：
目前大規模制造的半導體集成電路器件的主要原料是硅。本征硅的導電性能很差，只有當硅中加入少量雜質，使其結構和電導率發生改變時，硅才成為一種有用的半導體。這個過程被稱為摻雜。硅摻雜是制備半導體器件中pn結的基礎。硅芯片需要摻雜的基本是IIIA族(如硼、鋁、鎵等)和VA族雜質(如磷、砷等)。 硅片摻雜受關注之處在于每一步工藝后器件的剖面情況。由于硅片在一套工藝中要經歷多次高溫過程，如氧化物生長和CVD等，每次高溫過程都會造成雜質在硅中的擴散。雜質擴散會改變原始摻雜區的參數(如結深和濃度)并影響器件性能。因此半導體制造工藝要使得硅片經歷的高溫最低化，并采用有效措施抑制雜質的擴散。另一方面，離子注入會將硅原子撞擊出晶格結構而損傷硅片晶格；而且被注入離子基本不占據硅的晶格點，而是停留在晶格的間隙位置，無法在電子或空穴傳輸過程中起到應有的作用。而高溫退火處理能夠修復晶格缺陷還能使雜質原子移動到晶格點使其激活，是硅片加工過程中的必要步驟。硼是摻雜的常用雜質中原子量最小的一種，因此其擴散傾向最為明顯。現有技術中很難避免在高溫退火過程中硼原子的無序擴散。圖1示出了傳統的互補金屬氧化物半導體(CM0Q制造工藝中從初始的硅基底到淀積硅化阻擋層的制造過程中每一步硅片剖面的示意圖。Ia 提供一個硅基底101 ；Ib 在所述硅基底101的上表面，依次淀積柵極氧化層102和多晶硅層103 ；Ic 對多晶硅層103進行選擇性蝕刻，形成Ic所示形狀的多晶硅柵極；Id 對硅片表面進行硼原子的低濃度離子注入(LDD IMP)，其結果是在被保留的多晶硅103 (多晶硅柵極)兩側的硅基底101形成ρ+型硅襯底104和ρ+型硅襯底105 ；Ie 在被保留的多晶硅103兩側構造由氮化硅構成的側墻106 ；If 對多晶硅103的側墻106外側的ρ+型硅襯底104和ρ+型硅襯底105上分別進行源極和漏極離子注入，形成源極107和漏極108 ；Ig 在該硅片上表面淀積硅化阻擋層(SAB，Salicide Block Layer)，在多晶硅103 以及源極107/漏極108上形成的硅化阻擋層分別用109、110和111表示；對硅片進行快速退火(RTA)處理或激光尖峰退火(LSA)處理。所述硅化阻擋層通常為采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD，Plasma Enhanced CVD)方法淀積的富含硅的氧化物。PECVD反應生成的富含硅的氧化物除了硅和氧之外，還含有一定數量的氫原子，這些氫原子以Si-H、Si-0_H、H-0-H的形式存在。如圖2 所示，硅化阻擋層(109、110和111)中含有大量的氫原子(H)，在退火過程中，當硅片的溫度升高后，多晶硅103、源極107和漏極108中的硼原子(B)向外擴散，或者硅化物阻擋層中的氫原子向上述區域擴散。一旦硼原子與氫原子相遇會形成氫-硼鍵(H-B)使得硼原子失去活性。彎曲的粗黑箭頭表示擴散的方向。上述作用的最終效果是使得被激活的硼原子占全部摻雜硼原子的比例顯著降低，源極107和漏極108之間的電阻增大，降低器件性能。
發明內容
本發明提供了一種激活摻雜原子的方法，可以有效提高在高溫退火過程中被激活的硼原子的比例。該方法包括如下步驟提供一包含硅基底的硅片，在所述硅片的上表面，依次淀積柵極氧化層和多晶硅層；對所述多晶硅層進行選擇性蝕刻，構造出多晶硅柵極；對所述硅片的上表面進行硼原子的低濃度離子注入，在所述多晶硅柵極兩側的硅基底上形成P+型硅襯底；在多晶硅柵極兩側構造由氮化硅構成的側墻；對多晶硅柵極兩側的側墻外側的ρ+型硅襯底上分別進行源極和漏極離子注入， 形成源極和漏極；采用富氮氣體的等離子體對硅片上表面進行處理，在多晶硅柵極頂部、側墻外側以及源極和漏極的裸露表層形成飽和且穩定的硅-氮鍵化合物；在該硅片的多晶硅柵極頂部、側墻外側以及源極和漏極的裸露表層淀積硅化阻擋層SAB ；以及對所述硅片進行退火處理。較佳地，所述富氮氣體為氮氣隊、一氧化二氮隊0、一氧化氮NO、氧化氮隊03或上述氣體的任意組合構成的混合氣體。較佳地，所述采用富氮氣體的等離子體對硅片上表面進行處理包括向硅片所在的反應室內通入所述富氮氣體被電離形成的等離子體，持續時間約為 20秒至50秒。較佳地，所述反應室內溫度為400攝氏度至480攝氏度。較佳地，所述氣體的流量為lOOOOsccm至20000sccm。較佳地，所述反應室內壓強為1托至7托。較佳地，所述退火處理為快速退火處理或激光尖峰退火處理。較佳地，所述對硅片進行快速退火處理或激光尖峰退火處理的峰值溫度大于900 攝氏度。較佳地，所述硅化阻擋層的厚度為200埃至400埃。從以上方案可以看出，在淀積硅化阻擋層之前，采用富氮氣體等離子體對硅片進行處理，在等離子體的處理過程中在硅的表面形成在硅片上表面的表層形成飽和且穩定的硅-氮鍵化合物作為鈍化層。這一層鈍化層可以起到保護層的作用，阻止SAB層中的氫原子與源極/漏極中的硼原子結合，因此在隨后的激活摻雜原子的退火過程中，硼原子無法與氫原子相遇，可以防止硼原子失去活性，提高被激活硼原子的比例。
圖1為傳統的CMOS制造工藝中從初始的硅基底到淀積硅化阻擋層的制造過程中每一步硅片剖面的示意圖；圖2為傳統的CMOS制造工藝中硼原子擴散的原理示意圖；圖3為本發明實施例提出的CMOS制造工藝中從初始的硅基底到淀積硅化阻擋層處理流程圖。
具體實施例方式本發明實施例方法通過在SAB層淀積之前采用氮氣(N2)或氧化氮(N2O)等富含氮的氣體等離子體對硅片進行處理，其最終目的是抑制硼原子擴散程度。在上述等離子體的處理過程中在硅的表面形成在硅片上表面的表層形成飽和的穩定的硅-氮鍵化合物作為鈍化層。這一層鈍化層可以起到保護層的作用，阻止SAB層中的氫原子與源極/漏極中的硼原子結合，因此可以防止硼原子失去活性，提高被激活硼原子的比例。本發明實施例提出的CMOS制造工藝中從初始的硅基底到淀積硅化阻擋層處理流程如圖3所示，包括如下步驟步驟301 提供一包含硅基底的硅片，在硅基底的上表面，依次淀積柵極氧化層和
多晶娃層；步驟302 對所述多晶硅層進行選擇性蝕刻，構造出多晶硅柵極；步驟303 對所述硅片的上表面進行硼原子的低濃度離子注入(LDDIMP)，在所述多晶硅柵極兩側的硅基底上形成P+型硅襯底；步驟304 在所述多晶硅柵極兩側構造由氮化硅構成的側墻；步驟305 對多晶硅柵極兩側的側墻外側的P+型硅襯底上分別進行源極和漏極離子注入，形成源極和漏極；步驟306 采用富氮氣體的等離子體對硅片上表面進行處理，在多晶硅柵極頂部、 側墻外側以及源極和漏極的裸露表層形成飽和且穩定的硅-氮鍵化合物。步驟307 在該硅片的多晶硅柵極頂部、側墻外側以及源極和漏極的裸露表層淀積硅化阻擋層(SAB)，所述SAB層為氧化硅或富含硅的硅氧化合物。淀積方法可以選用亞常壓化學氣相沉積(SACVD)或等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)，SAB層的厚度控制在200 埃至400埃的范圍內。步驟308 對硅片進行快速退火(RTA)處理或激光尖峰退火(LSA)處理。退火的峰值溫度大于900攝氏度。上述流程結束后，轉入對硅片的后續工藝處理，在此不再一一贅述。本發明實施例中，步驟306的工藝要求如下向硅片所在的反應室內通入富含氮的氣體被電離形成的等離子體。持續時間約為20秒至50秒，反應室內溫度為400攝氏度至480攝氏度。富氮氣體可以是氮氣隊、一氧化二氮隊0、一氧化氮NO、氧化氮隊03或上述氣體的任意組合構成的混合氣體。富氮氣體流量為lOOOOsccm至20000sCCm。反應室壓強為1至7托，電離上述氣體所用的射頻功率為200瓦至1000瓦。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的范圍之內。
權利要求
1.一種激活摻雜原子的方法，其特征在于，包括提供一包含硅基底的硅片，在所述硅片的上表面，依次淀積柵極氧化層和多晶硅層； 對所述多晶硅層進行選擇性蝕刻，構造出多晶硅柵極；對所述硅片的上表面進行硼原子的低濃度離子注入，在所述多晶硅柵極兩側的硅基底上形成P+型硅襯底；在多晶硅柵極兩側構造由氮化硅構成的側墻；對多晶硅柵極兩側的側墻外側的P+型硅襯底上分別進行源極和漏極離子注入，形成源極和漏極；采用富氮氣體的等離子體對硅片上表面進行處理，在多晶硅柵極頂部、側墻外側以及源極和漏極的裸露表層形成飽和且穩定的硅-氮鍵化合物；在該硅片的多晶硅柵極頂部、側墻外側以及源極和漏極的裸露表層淀積硅化阻擋層 SAB ；以及對所述硅片進行退火處理。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氮氣體為氮氣隊、一氧化二氮N20、 一氧化氮NO、氧化氮隊03或上述氣體的任意組合構成的混合氣體。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用富氮氣體的等離子體對硅片上表面進行處理包括向硅片所在的反應室內通入所述富氮氣體被電離形成的等離子體，持續時間約為20 秒至50秒。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述反應室內溫度為400攝氏度至480攝氏度ο
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述氣體的流量為lOOOOsccm至 20000sccm。
6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述反應室內壓強為1托至7托。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火處理為快速退火處理或激光尖峰退火處理。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述對硅片進行快速退火處理或激光尖峰退火處理的峰值溫度大于900攝氏度。
9.根據權利要求1至7任一項所述的方法，其特征在于，所述硅化阻擋層的厚度為200埃至400埃。
全文摘要
本發明提供了一種激活摻雜原子的方法，在硅片的硅基底上構造出多晶硅柵極；對所述硅片的上表面進行硼原子的低濃度離子注入，在所述多晶硅柵極兩側的硅基底上形成p+型硅襯底；在多晶硅柵極兩側構造由氮化硅構成的側墻；對多晶硅柵極兩側的側墻外側的p+型硅襯底上分別進行源極和漏極離子注入，形成源極和漏極；采用富氮氣體的等離子體對硅片上表面進行處理，在多晶硅柵極頂部、側墻外側以及源極和漏極的裸露表層形成飽和且穩定的硅-氮鍵化合物；在該硅片的多晶硅柵極頂部、側墻外側以及源極和漏極的裸露表層淀積硅化阻擋層；以及對所述硅片進行退火處理。本發明方案可以有效提高被激活的硼原子的比例。
文檔編號H01L21/336GK102403197SQ201010278730
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月8日 優先權日2010年9月8日
發明者李敏 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司