CN103258731B - 避免硅衬底表面损伤的方法 - Google Patents
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Abstract
避免硅衬底表面损伤的方法。本发明涉及一种半导体离子注入工艺领域，具体涉及一种修复晶圆表面损伤的方法。通过在一定的温度条件下，通入一定量的含氧反应气体可保护在进行离子注入工艺时对衬底表面的牺牲氧化层造成的损伤，进而造成衬底表面的晶格损伤，以表面在后续的工艺中出现难以修复的缺陷，提升了器件性能和产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体离子注入工艺领域，具体涉及避免硅衬底表面损伤的方法。
背景技术
随着半导体工艺技术的发展，离子注入的工艺层数占到整个生产过程工艺层数的近一半，成为半导体缺陷的主要来源之一。在现有技术的离子注入工艺中，大颗粒高能量的离子注入对硅表面造成的晶格损伤无法避免，有晶格损伤的硅表面经过后续的高温和酸槽工艺后会形成不可修复的缺陷，进而造成器件良率较低。现有的办法是在衬底表面沉积一层牺牲氧化层，以该牺牲氧化层为阻挡层进行离子注入工艺。同时考虑到每一道的离子注入都有一次光刻和去胶的过程，加上注入时对氧化层的损伤，牺牲氧化层的厚度会逐渐变薄，致密度会越来越弱，考虑到离子扩散对温度的敏感性，不能通过高温来修复牺牲氧化层。
图1为现有技术进行大颗粒高能量离子注入工艺时的示意图，如图1所示，在进行离子注入工艺时，在衬底上形成一层牺牲氧化层，然后对衬底进行离子注入工艺。同时由于每一道的离子注入都有一次光刻和去胶的过程，加上离子注入时对氧化层的损伤，牺牲氧化层的厚度会逐渐变薄，致密度会越来越弱，考虑到离子扩散对温度的敏感性，不能通过高温来修复牺牲氧化层，进而在衬底造成了晶格损伤。
中国专利（申请号：201110051920.2）公开了一种修复离子注入损伤的方法，包括以下步骤：提供一半导体衬底，对所述半导体衬底实施离子注入工艺；在氢气的氛围中对所述半导体衬底进行热处理工艺，以修复离子注入损伤；对所述半导体衬底进行金属化处理；在所述半导体衬底上方形成金属连线。所述方法能够修复离子注入对半导体衬底表面的晶格损伤，从而在后续金属化处理过程中，有效防止沉积的金属进入所述半导体衬底内部，从而减小漏电流、避免造成器件穿通的问题。
该发明是在离子注入工艺后对半导体衬底进行热处理工艺以修复离子注入工艺时对衬底造成的损伤，但是在进行热处理工艺时，由于离子对温度比较敏感，在高温条件下比较活跃，在离子注入工艺进行热处理时容易产生离子扩散现象，注入的离子可能会扩散至衬底内，进而影响了生产工艺。
发明内容
本发明根据现有技术的不足提供了一种修复晶圆表面损伤的方法，在高能离子注入前，通入含氧的混合气体以修复牺牲氧化层表面的缺陷，然后进行高能离子注入工艺，由于牺牲氧化层的缺陷已被修复，避免了在进行大颗粒高能量离子注入时对衬底造成的损伤。
本发明采用的技术方案为：
一种避免晶圆表面损伤的方法，应用于一衬底的离子注入工艺中，其中，通入含氧的混合反应气体以防止在进行离子注入工艺时对所述衬底造成的损伤。
上述的防止晶圆表面损伤的方法，其中，具体包括以下步骤：
步骤S1、提供一半导体衬底，所述衬底形成有栅极结构，所述衬底包括源极区域和漏极区域；
步骤S2、于所述栅极结构的上表面制备一层牺牲氧化层；
步骤S3、进行离子注入及光刻工艺，并去除光刻胶；
步骤S4、通入含氧混合反应气体以防止所述牺牲氧化层的上表面的损伤；
步骤S5、进行后续的离子注入工艺及高温和酸槽工艺。
上述的防止晶圆表面损伤的方法，其中，步骤S1半导体衬底为硅衬底。
上述的防止晶圆表面损伤的方法，其中，所述衬底为P型衬底。
上述的防止晶圆表面损伤的方法，其中，步骤所述牺牲氧化层的厚度为80～120A。
上述的避免硅衬底表面损伤的方法，其中，步骤S4中的所述含氧混合反应气体为O2和N2的混合气体。
上述的避免硅衬底表面损伤的方法，其中，通入所述O2和N2的气体比例为9：1，流量为8000～9000sccm，反应时间30～60秒，温度范围200℃～300℃。
上述的避免硅衬底表面损伤的方法，其中，步骤S4中的所述含氧混合反应气体为O2和H2的混合气体。
上述的避免硅衬底表面损伤的方法，其中，通入所述O2和H2的气体比例为6：1，流量为1000～3000sccm，反应时间30～60秒，温度范围200℃～300℃。
根据权利要求1所述的避免硅衬底表面损伤的方法，其中，所述离子注入工艺为大颗粒高能量离子注入工艺。
由于本发明采用了以上技术方案，在一定的温度条件下通入O2和N2的混合反应气体可很好的修复在进行大颗粒高能量离子注入工艺时对牺牲氧化层造成的损伤进而对衬底造成的晶格损伤，进而保护衬底免受伤害，进而提高了器件性能及良率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为现有技术中进行离子注入工艺时衬底表面损伤的示意图；
图2～6为本发明一种避免晶圆表面损伤方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
图2为本发明一种修复晶圆表面损伤的方法的流程图，具体包括以下步骤：
步骤S1：提供一衬底1，在本发明的实施例中，优选采用一P型的硅衬底晶圆，该衬底1形成有栅极结构，衬底1还包括源极区域和漏极区域。如图2所示。
步骤S2：于栅极结构的上表面制备一层牺牲氧化层2，在本发明的实施例中，优选的，制备牺牲氧化层2的厚度为80A～120A，如80A，90A，100A，120A等值，在此厚度的牺牲氧化层能够最大程度满足工艺需求，过薄的牺牲氧化层在离子注入时难以起到阻挡作用，导致在进行离子注入容易穿透牺牲氧化层对衬底造成损伤，过厚的牺牲氧化层又会导致生产成本的增加，故80A～120A厚度的牺牲氧化层后为最佳技术方案。如图3所示。
步骤S3、以该牺牲氧化层2为阻挡层进行大颗粒高能量离子注入工艺，于衬底1的源极区域和漏极区域形成离子掺杂区后，进行光刻工艺并去除光刻胶。由于每一道离子注入工序都包括一次光刻和去胶的过程，在不断离子注入及光刻工艺时，牺牲氧化层2的厚度会不断降低，同时致密度也会越来越弱，进而在进行离子注入工艺时，会对牺牲氧化层下表面的衬底造成晶格缺陷，进而影响后续的工艺，如图4所示结构，在经过离子注入及光刻工艺后，形成了一厚度较薄的剩余牺牲氧化层2′，如图4所示。
步骤S4、于反应室内通入含氧反应气体以修复剩余牺牲氧化层2′的上表面在离子注入时产生的损伤，在本发明的实施例中，采用通入O2和N2或O2和H2的混合反应气体来修复损伤。其中，在选择通入O2和N2的混合反应气体时，优选控制通入O2和N2的气体比例为9：1，流量为8000～9000sccm（如8000sccm，8200sccm，8500sccm，8800sccm等值），反应时间30～60秒（如30秒，40秒，50秒，60秒等值），温度范围200℃～300℃（如200℃，220℃，250℃，280℃，300℃等值）；在选择通入O2和H2的混合反应气体时，优选控制通入O2和H2的气体比例为6：1，流量为1000～4000sccm（如1000sccm，2000sccm，3000sccm，4000sccm等值），反应时间30～60秒（如30秒，40秒，50秒，60秒），温度范围200℃～300℃（如200℃，220℃，250℃，280℃，300℃等值）。
在特定的反应条件下通入上述含氧的混合反应气体可很好修复半导体衬底1表面剩余牺牲氧化层2′因离子注入时产生的缺陷，同时通入的含氧混合反应气体在损伤的剩余牺牲氧化层2′表面重新制备了一厚度与原来牺牲氧化层3厚度相同的氧化层3，进而在后续的大颗粒高能量离子注入工艺时很好的保护了牺牲氧化层下表面的衬底，避免对硅表面造成损伤。如图5所示和图6所示，在通入含氧的混合反应气体后，于剩余牺牲氧化层2′的基础上重新制备了一与原来牺牲氧化层厚度一致的氧化层3。
步骤S5、继续后续的高温和酸槽工艺，在此本发明不予赘述。
综上所述，由于本发明采用了以上技术方案，在一定的温度条件下通入含氧的混合反应气体可修复在进行大颗粒高能量离子注入工艺时对牺牲氧化层造成的损伤进而保护牺牲氧化层下表面的硅衬底免受离子注入造成的晶格损伤，防止漏电流和器件的穿透，进而提高了器件性能及产品良率。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种避免硅衬底表面损伤的方法，应用于离子注入工艺中，所述硅衬底的上表面覆盖一具有缺陷的氧化层，其特征在于，所述方法包括：
采用含氧气体对所述氧化层进行修复工艺，以去除所述缺陷；
对所述硅衬底继续进行所述离子注入工艺；
其中，具体包括以下步骤：
步骤S1、提供一衬底，所述衬底形成有栅极结构，所述衬底包括源极区域和漏极区域；
步骤S2、于所述栅极结构的上表面制备一层牺牲氧化层；
步骤S3、进行离子注入及光刻工艺，并去除光刻胶；
步骤S4、通入含氧混合反应气体以防止所述牺牲氧化层的上表面的损伤；
步骤S5、进行后续的离子注入工艺及高温和酸槽工艺。
2.根据权利要求1所述的避免硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，所述缺陷为进行离子注入工艺和/或光刻和/或刻蚀工艺后对所述氧化层造成的损伤。
3.根据权利要求2所述的避免硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，步骤S1中的所述衬底为P型衬底。
4.根据权利要求2所述的避免硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，步骤S2中的所述牺牲氧化层的厚度为80?～120?。
5.根据权利要求2所述的避免硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，步骤S4中的所述含氧混合反应气体为O2和N2或O2和H2的混合气体。
6.根据权利要求5所述的避免硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，通入所述O2和N2的气体比例为9：1，流量为8000～9000sccm，反应时间30～60秒，温度范围200℃～300℃。
7.根据权利要求5所述的避免硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，通入所述O2和H2的气体比例为6：1，流量为1000～4000sccm，反应时间30～60秒，温度范围200℃～300℃。
8.根据权利要求1所述的避免硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，所述离子注入工艺为大颗粒高能量离子注入工艺。
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