CN103258732A - 防止硅衬底表面损伤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防止离子注入区域的硅表面损伤的方法，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保护层，所述方法包括：采用修复性溶液对所述保护层进行修复，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，以使所述保护层的厚度和致密度达到在所述离子注入工艺中对所述硅衬底进行保护的工艺要求。通过本发明方法对半导体器件中的保护层进行修复，使得保护层在经过多道的离子注入工艺后，仍然能够保持其具有满足工艺条件的致密度和厚度，进而在后续的离子注入工艺中能够有效保护其下方的硅层，防止离子注入区域的硅层的晶格损伤。

Description

防止硅衬底表面损伤的方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件加工工艺中防止硅衬底表面损伤的方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，离子注入技术已经成为半导体生产过程中的常用技术，目前，在半导体制造工艺中，离子注入的工艺层数将近占整个生产过程中工艺层数的一半，其也逐渐成为半导体缺陷的主要来源之一。
在现有的技术中，大颗粒、高能量的离子注入对硅表面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。目前，业界普遍采用的是使用牺牲氧化层来保护硅，以防止在离子注入后的硅表面的晶格损伤。但是，在离子注入工艺过程中，每一次的离子注入都有一次光刻和去胶的过程，光刻和去胶的过程会引起牺牲氧化层的厚度变薄，再加上离子注入本身也会使牺牲氧化层的厚度变薄，因此，在反复多次的离子注入过程中，牺牲氧化层的厚度会越来越薄，其致密度也会越来越弱。而对于牺牲氧化层的致密度变弱，就需要对牺牲氧化层进行修复，但是，由于离子注入后，离子扩散对温度较为敏感，故常规的高温修复不能应用于该牺牲氧化层的制备中。
中国专利（公开号：CN102655088A）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。该专利采用热处理来进行离子注入后的损伤修复，很容易造成离子的扩散，从而最终导致制备的半导体器件的性能不能保证。不具有实际应用的意义。
中国专利（CN101383269A）公开了一种监控片的重复利用方法，该方法包括：将经过中束流离子注入的监控片进行快速退火，修复监控片表面因离子注入造成的晶格损伤；将修复后的监控片用于中束流离子注入监控。该专利通过对中束流离子注入后测监控片进行快速退火，修复监控片的晶格损伤，以使得控片符合中束流离子注入监控的要求。该专利所公开的方法为在离子注入造成损伤后的修复措施，并非预防损伤的措施。
可见，对于离子注入工艺中预防硅损伤的牺牲氧化层的致密度的维持并没有一个有效的针对措施。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种防止硅衬底表面损伤的方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种防止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保护层，其中，所述方法包括：
采用修复性溶液对所述保护层进行修复，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。
所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其中，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所造成的损伤。
所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其中，所述保护层为牺牲氧化层。
所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其中，所述保护层的材质为SiO2。
所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其中，所述修复性溶液为强氧化性溶液，采用该强氧化性溶液氧化所述保护层以去除所述缺陷。
所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其中，所述强氧化性溶液为硫酸溶液。
所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其中，所述硫酸溶液的浓度为5%。
所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其中，采用所述修复性溶液对所述保护层进行修复后，所述保护层的厚度为
Figure BDA00003155082900031
所述的防止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。
所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其中，所述缺陷为所述保护层的厚度和致密度的减少。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明采用修复性溶液对半导体器件上的保护层进行修复，使得保护层在经过多道的离子注入工艺后，仍然能够保持其应有的致密度和厚度，进而在后续的离子注入工艺中有效保护其下方的硅层，防止离子注入区域的硅层的晶格损伤。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1是本发明方法的步骤示意图；
图2是本实施例中对牺牲氧化层进行修复的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种半导体器件加工工艺中防止硅衬底表面损伤的方法。本发明可用于技术节点为小于22nm、32/28nm、45/40nm、65/55nm、90nm以及大于130nm的工艺中；本发明可用于Logic、Memory、RF、HV、CIS、Flash、eFlash等技术平台中。
在半导体器件的制造过程中会经过多次的离子注入工艺，而通常进行离子注入工艺的器件都包含一个保护层，以保护其下方的硅衬底，避免硅衬底的损伤以及晶格缺陷。但是，在整个半导体器件的生产工艺中，通常都需要经过多道的离子注入工艺，以对半导体器件上的不同区域进行离子注入，而对于选择性的离子注入而言，其每一次离子注入的工艺过程之前都会进行光刻和去胶的步骤，以确定离子注入的区域，该光刻和去胶的步骤会对保护层的厚度产生影响，使其厚度变薄，同时也降低了该保护层的致密度；另外，当进行高能量的离子注入后，其也会减薄保护层的厚度，以及降低保护层的致密度。
因此，本发明在半导体器件的制造过程中的每一次的离子注入工艺之前，都对保护层进行修复，以恢复其厚度和致密度，使其达到满足后续离子注入工艺中所要求的厚度和致密度，以保护位于该保护层下方的硅衬底，从而避免该硅衬底表面出现晶格损伤。
图1是本发明方法的步骤示意图；如图1所示，本发明的防止离子注入区的硅表面损伤的方法包括以下步骤：
在具有一硅衬底的半导体器件中包括一保护层，该保护层位于该硅衬底之上，在对该硅衬底进行离子注入工艺之前，采用修复性溶液对该保护层进行修复，从而使该保护层在经过修复后的厚度和致密度满足后续的离子注入工艺中保护硅衬底的工艺要求。
下面结合具体实施例以及附图对本发明方法加以说明。
在本实施例中所采用的修复性溶液为具有强氧化性的硫酸溶液，并且该硫酸溶液的浓度为5%；保护层为牺牲氧化层，该牺牲氧化层的材质为SiO2。
在对覆盖有牺牲氧化层的硅衬底进行离子注入工艺之前，先对该牺牲氧化层进行氧化修复，具体的氧化修复方法如下：
图2是本实施例中对牺牲氧化层进行修复的结构示意图。
如图2所示，在一P型硅衬底的表面覆盖有一牺牲氧化层2，采用浓度为5%的硫酸溶液作用于该牺牲氧化层2的表面，使该牺牲氧化层2在该硫酸溶液的作用下进行氧化修复，从而改变其厚度和致密度以达到保护下方硅衬底的工艺标准，其中该牺牲氧化层2的厚度为
Figure BDA00003155082900067
，如
Figure BDA00003155082900068
、
Figure BDA00003155082900069
、
Figure BDA000031550829000610
、
Figure BDA000031550829000611
、
Figure BDA000031550829000612
等。
如图1所示，在该牺牲氧化层2修复完成之后，对硅衬底上覆盖有牺牲氧化层2的区域进行离子注入，该离子注入的注入离子可根据具体的工艺需要进行选择，其能量和剂量同样可根据具体工艺需要进行选择，在本实施例中优选的是大颗粒且高能量的离子，待离子注入工艺完成后，根据工艺需要，如需再次对该牺牲氧化层2所覆盖的硅衬底1进行离子注入工艺时，重复上述的步骤，先采用浓度为5%的硫酸溶液对该牺牲氧化层2进行氧化修复，使其厚度和致密度均达到保护下方硅衬底1的工艺要求后，再继续进行离子注入工艺。
通常情况下，一个半导体器件的生产过程中需要经过多次的离子注入工艺，在每次的离子注入工艺之前均采用上述的氧化修复方法对牺牲氧化层2进行氧化修复。
在完成离子注入工艺后，将该半导体器件放入缺陷扫描设备中进行检测，检测后并未发现被离子注入后的硅表面产生损伤和晶格缺陷。该检测证明了采用浓度为5%的硫酸溶液对牺牲氧化层2进行修复过后，能够改善该牺牲氧化层2的厚度和致密度，有效保护了位于其下方的硅衬底1的表面，从而避免了该硅衬底1的损伤和晶格缺陷。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种防止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保护层，其特征在于，所述方法包括：
采用修复性溶液对所述保护层进行修复，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。
2.如权利要求1所述的防止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所造成的损伤。
3.如权利要求1所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，所述保护层为牺牲氧化层。
4.如权利要求1所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，所述保护层的材质为SiO2。
5.如权利要求1所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，所述修复性溶液为强氧化性溶液，采用该强氧化性溶液氧化所述保护层以去除所述缺陷。
6.如权利要求5所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，所述强氧化性溶液为硫酸溶液。
7.如权利要求6所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，所述硫酸溶液的浓度为5%。
8.如权利要求1所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，采用所述修复性溶液对所述保护层进行修复后，所述保护层的厚度为
Figure FDA00003155082800021
9.如权利要求1所述的防止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。
10.如权利要求1所述的防止硅衬底表面损伤的方法，其特征在于，所述缺陷为所述保护层的厚度和致密度的减少。
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