专利名称：晶体管的制造方法
晶体管的制造方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造方法，尤其涉及可以降低结寄生电容和漏电电流 的晶体管制造方法。
背景技术：
晶体管，尤其是"金属-半导体-氧化物"场效应晶体管(MOSFET)，是集成 电路中最常见的元件之一。结寄生电容和漏电电流是衡量晶体管性能的重要指 标。结寄生电容和漏电电流越低意味着晶体管对电流的控制能力越强。
采用双注入技术制作晶体管的源极和漏极是现有技术中一种常见的方法。 美国专利US4498224揭露了一种采用双注入工艺制作MOSFET源极和漏极的 方法。第一步，将掺杂离子，例如砷或者磷，注入到MOSFET的源极和漏极 掺杂区域，在MOSFET的源极和漏极形成N型掺杂；第二步，采用重离子， 例如硅，轰击源极和漏极，将源极和漏极的单晶硅轰击成无定形态的硅；第三 步，对双注入的区域进行退火，使注入的掺杂离子得到充分的扩散，并将无定 形态的硅恢复成单晶硅。由于注入的离子将单晶态的硅轰击成无定形态的硅， 注入的掺杂离子得到了充分的扩散，有利于改善MOSFET的电学性质。
现有技术的缺点在于，虽然可以使掺杂离子得到充分的扩散，但是由于高 速离子轰击衬底，在衬底中产生了大量的空位缺陷。空位缺陷会使源漏掺杂区 域同衬底之间的PN结变陡，造成晶体管结寄生电容和漏电电流的增加，这是 在晶体管制造的过程中不希望看到的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以降低晶体管结寄生电容和漏 电电流，并且可以使掺杂离子得到充分扩散的晶体管制造方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种晶体管的制造方法，包括如下步骤:提供具有第一导电类型的半导体衬底；在半导体衬底表面制作阻挡层，界定源 极和漏极区域；采用第一组注入能量和注入剂量参数，将掺杂离子注入半导体 衬底中的源极和漏极区域，在半导体衬底内形成具有第二导电类型的源极和漏 极区域；采用第二组注入能量和注入剂量参数，将轰击离子注入半导体衬底中 的源极和漏极区域；采用第三组注入能量和注入剂量参数，将掺杂离子注入半 导体衬底的源极和漏极区域，所述第三组注入能量参数值小于第一组的注入能 量参数值。
作为较佳的技术方案，还包括如下步骤采用第四组注入能量和注入剂量 参数，将掺杂离子注入栅堆叠结构的多晶硅层、源极和漏极区域，所述第四组 注入能量参数值小于第三组的注入能量参数值。
作为较佳的技术方案，所述第三组注入剂量参数值大于第一组的注入剂量 参数值。所述第四组注入剂量参数值大于第三组的注入剂量参数值。
作为较佳的技术方案，所述轰击离子的原子序数大于掺杂离子。所述轰击 离子同掺杂离子具有相同的导电类型。
作为较佳的技术方案，所述半导体衬底为单晶硅衬底。所述第一导电类型 为P型，第二导电类型为N型。所述掺杂离子为磷离子。所述第一组参数的 注入能量值为40keV 10keV,注入剂量值为1 X 1013cm'2 l X 10"cm'2。所述 第三组参数的注入能量值为20keV 3keV，注入剂量值为3X10"cm'2 2X10"cm'2。所述第四组参数的注入能量值为5keV lkeV，注入剂量值为 lX1015cm—2 3X1015cm'2。所述轰击离子为砷离子。所述第二组参数的注入能 量值为10keV 40keV，注入剂量值为1.5 X 1015cm'2 6X 1015cm-2。
本发明的优点在于，在保证掺杂离子得到充分扩散的情况下，可以降低晶 体管结寄生电容和漏电电流，并且可以改善半导体衬底同后续金属层之间的欧 姆接触性质。
附图1为本发明所提供的晶体管的制造方法具体实施方式
的工艺流程图； 附图2至附图7为本发明所提供的晶体管的制造方法具体实施方式
的实施步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的晶体管的制造方法做详细的说明。
附图1为本发明所提供的晶体管的制造方法具体实施方式
的工艺流程图。
在本具体实施方式
中，所述之晶体管为MOSFET。步骤SIO，提供具有第一导 电类型的半导体衬底；步骤Sll，在半导体衬底表面制作阻挡层，界定源极和 漏极区域；步骤S12，采用第一组注入能量和注入剂量参数，将掺杂离子注入 半导体衬底中的源极和漏极区域，在半导体衬底内形成具有第二导电类型的源 极和漏极区域；步骤S13，采用第二组注入能量和注入剂量参数，将轰击离子 注入半导体衬底中的源极和漏极区域；步骤S14，采用第三组注入能量和注入 剂量参数，将掺杂离子注入半导体衬底的源极和漏极区域，所述第三组注入能 量参数值小于第一组的注入能量参数值；步骤S15，对半导体衬底做退火处理。
以下将参照附图2至附图7进一步说明本发明的具体实施方式
。附图2至 附图7为本发明所提供的晶体管的制造方法具体实施方式
的实施步骤示意图。
附图2所示，参考步骤SIO，提供具有第一导电类型的半导体衬底100。 在本具体实施方式
中，所述半导体衬底100为单晶硅衬底，所述第一导电类型 为P型，即空穴导电类型。如图所示，在P型半导体衬底100的表面上已经制 作了栅堆叠结构101，所述栅堆叠结构包括位于表面的多晶硅层101'。在实际 应用中，所述半导体衬底100可以是半导体领域技术人员熟知的各种衬底，包 括多晶结构的硅衬底、N型的硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底等。
附图3所示，参考步骤Sll，在半导体衬底100表面制作阻挡层102，界 定源极和漏极区域。阻挡层102将位于栅堆叠结构101两侧需要注入的区域暴 露出来，暴露的区域即为晶体管的源极和漏极区域。栅堆叠结构101在此也起 到阻挡注入的作用。在半导体衬底100表面不需要进行离子注入的位置制作阻 挡层102，可以在离子注入过程中起到阻挡注入离子的作用。常见的阻挡层材 料为二氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。可以采用化学沉积、物理沉积、热氧化 等方法在半导体衬底100的表面生长阻挡层，并在阻挡层中制作 形以界定源极和漏极区域。图形制作可以采用本领域内技术人员所公知的光刻工艺或者电 子束曝光工艺等。
附图4所示，参考步骤S12，采用第一组注入能量和注入剂量参数，将掺 杂离子注入半导体衬底100中的源极和漏极区域103和104，在半导体衬底100 内形成具有第二导电类型的源极和漏极区域。本具体实施方式
中，所述第二导 电类型为N型，即电子导电类型，所述掺杂离子为磷。根据半导体物理的知识， 对于单晶硅衬底来说，磷离子是一种N型掺杂离子。所述第一组参数的注入能 量值为40keV 10keV，注入剂量值为lxl013cm々 lxl014cm-2。以上述能量和 剂量将掺杂离子注入之后，在半导体衬底中形成了源极掺杂区域103和漏极掺 杂区域104。此步骤中，磷离子的注入的能量和剂量值将会影响到晶体管的结 寄生电容和漏电电流。由于后续还有离子注入的步骤，因此相对于现有的双注 入技术，步骤S12中可以采用较低的磷离子注入的剂量。降低磷离子的注入剂 量可以降低源极区域103和漏极区域104的掺杂浓度，使源、漏同衬底之间的 PN结变缓，因此可以降低结寄生电容和漏电电流。
附图5所示，参考步骤S13，采用第二组注入能量和注入剂量参数，将轰 击离子注入半导体衬底100中的源极和漏极区域103和104。作为较佳的方案， 轰击离子也可以是能够在半导体衬底内形成第二导电类型的掺杂离子，也就是 说，轰击离子同掺杂离子在影响半导体衬底导电类型这一方面的贡献是相同 的，即轰击离子同惨杂离子为相同的导电类型。注入轰击离子的目的是将半导 体衬底的源极区域103和漏极区域104轰击成无定形态，有利于注入离子的扩 散。并且在轰击离子同掺杂离子在影响半导体衬底导电类型这一方面的贡献相 同的情况下，轰击离子还可以起到对源极和漏极的掺杂作用。因此可以选取同 在元素周期表中同掺杂离子属于同一族，且位于掺杂离子下方的元素作为轰击 离子。轰击离子的原子序数大于掺杂离子，有利于提高轰击衬底的效果。对于 本具体实施方式
来说明，选择砷作为轰击离子。砷离子对于单晶硅衬底来说也 是一种N型掺杂离子，在元素周期表中，砷元素的位置在磷的下方。所述第二 组参数的注入能量值为10keV 40keV，注入剂量值为1.5xl015cm—2 6xl0"cm气在此参数条件下将轰击离子注入半导体衬底100的源极区域103和漏极区域104，可以将上述两个区域的单晶硅轰击成无定形态的硅。
附图6所示，参考步骤S14，采用第三组注入能量和注入剂量参数，将掺 杂离子注入半导体衬底100的源极和漏极区域103和104，所述第三组注入能 量参数值小于第一组的注入能量参数值。在晶体管制作工艺中，形成源极和漏 极之后，要在源极和漏极的表面制作金属层(并未在附图中表示出来)，这是 本领域内技术人员的公知技术。在本实施例中，掺杂离子为磷离子。
步骤S14作为步骤S12的补充注入步骤，主要目的是调节源极区域103和 漏极区域104同后续金属层之间的欧姆接触。良好的欧姆接触的特点在于接触 电阻较低，N型重掺杂的单晶硅衬底同金属之间比较容易形成具有较低电阻值 的良好的欧姆接触。在源极区域103和漏极区域104表面形成N型重掺杂区域 103'和104'，有利于同金属层之间形成良好的欧姆接触。步骤S12中，为了使 源、漏同衬底之间的PN结变缓，达到降低寄生结电容和漏电电流的目的，降 低了掺杂离子的注入浓度，因此，需要补充注入掺杂离子，提高源极区域103 和漏极区域104的掺杂浓度。步骤S14中注入掺杂离子可以提高源极区域103 和漏极区域104表面的掺杂浓度，形成N型重掺杂区域103'和104'。
步骤S14中，第三组注入能量参数值要小于第一组的注入能量参数值，这 样做的目的在于可以降低注入离子的注入深度，使注入离子尽量分布在源极区 域103和漏极区域104的表面，从而不会影响到源极区域103和漏极区域104 与衬底之间PN结的状态。并且，增大注入剂量会有利于提高源极区域103和 漏极区域104的掺杂浓度。在本具体实施方式
中，选择第三组参数的注入能量 值为20keV 3keV，注入剂量值为3xl014cm_2 2xl015cm'2。在此参数条件下 将掺杂离子注入半导体衬底100的源极区域103和漏极区域104，有利于提高 源极区域103和漏极区域104表面的掺杂浓度，从而降低其同金属层之间的欧
在实施步骤S14之后，还可以有选择的实施如下步骤采用第四组注入能 量和注入剂量参数，将掺杂离子注入半导体衬底100 4"的栅堆叠结构101表面 的多晶硅层101'及源极和漏极区域，所述第四组注入能量参数值小于第三组的 注入能量参数值。此步骤除了可以进一步提高源极区域103和漏极区域104表面的掺杂浓度之外，主要目的在于对位于栅堆叠结构101表面的多晶硅层101'
进行掺杂。由于多晶硅层ior的厚度很薄，厚度一般在数个纳米左右。第四组 注入能量参数值小于第三组的注入能量参数值的目的在于降低注入能量，这将 有利于将注入离子注入到多晶硅层ioi'，而不是下面的其他结构中。由于多晶 硅层在生长时已经进行了预掺杂，因此低浓度的注入对其掺杂浓度的影响并不 明显。第四组注入剂量参数值大于第三组的注入剂量参数值的目的在于提高注 入的掺杂离子的浓度，增强此步骤对多晶硅层ior掺杂浓度的影响效果。
提高多晶硅层ioi'的掺杂浓度有利于降低栅堆叠结构同衬底之间的寄生 电容。由半导体物理和半导体器件物理的知识可以知道，栅堆叠结构ioi同衬 底之间的寄生电容产生的主要来源在于多晶硅层ioi'同栅堆叠结构101中的介 质层之间的半导体-氧化物界面态低频电容。在介质层的厚度和电学性质等条 件均不变的情况下，提高多晶硅层的掺杂浓度，有利于降低多晶硅靠近介质层 一侧表面的耗尽层厚度，因此可以降低半导体-氧化物界面态低频电容。第四 组注入参数中的注入能量参数值要小于第三组的注入能量参数值，这样可以保
证采用第四组注入参数的掺杂离子注入到半导体衬底的源极区域103和漏极区 域104的深度小于步骤S14的掺杂离子注入深度，不会对先前步骤中注入的掺
杂离子的分布状态产生影响。并且，增大注入剂量会有利于提高多晶硅层ior
的掺杂浓度。在本具体实施方式
中，选用第二组参数的注入能量值为10keV 40keV，注入剂量值为1.5 X 1015cm'2 6X 1015cm'2。
附图7所示，参考步骤S15，对半导体衬底IOO做退火处理。退火可以采 用脉冲退火和快速热退火。本具体实施方式
采用快速热退火的方法，温度为 950QC 1050QC，退火时间为30秒 300秒。若采用脉冲退火工艺，脉冲退火 的脉冲次数为120次 250次，每次的退火时间不超过1秒，温度为1000QC 1050QC。如附图7所示，退火可以使无定形态的硅恢复成单晶硅。
下面给出本发明所述晶体管的制造方法的实施例
实施例一第一步，提供P型单晶硅衬底，衬底表面有栅堆叠结构； 第二步，在P型单晶硅衬底的表面制作二氧化硅注入阻挡层，用以界定源 极和漏极区域；
第三步，将磷离子注入P型单晶硅衬底中由二氧化硅阻挡层界定的源极和 漏极区域，形成源极和漏极掺杂区域，磷离子的注入剂量为5Xl(^cm—2，注入 能量为30keV;
第四步，将砷离子注入P型单晶硅衬底中由二氧化硅阻挡层界定的源极和 漏极区域，砷离子的注入剂量为5乂1015011-2，注入能量为30keV;
第五步，将磷离子注入P型单晶硅衬底中由二氧化硅阻挡层界定的源极和 漏极区域，磷离子的注入剂量为5X10"cm—2，注入能量为15keV;
第六步，对P型单晶硅衬底进行快速热退火处理，温度为1000QC，退火 时间为200秒。
实施例二
第一步，提供P型单晶硅衬底，衬底表面有栅堆叠结构； 第二步，在P型单晶硅衬底的表面制作二氧化硅注入阻挡层，用以界定源 极和漏极区域；
第三步，将磷离子注入P型单晶硅衬底中由二氧化硅阻挡层界定的源极和 漏极区域，形成源极和漏极掺杂区域，磷离子的注入剂量为5X10 m'2，注入 能量为30keV;
第四步，将砷离子注入P型单晶硅衬底中由二氧化硅阻挡层界定的源极和 漏极区域，砷离子的注入剂量为5X10"cm—2，注入能量为30keV;
第五步，将磷离子注入P型单晶硅衬底中由二氧化硅阻挡层界定的源极和 漏极区域，磷离子的注入剂量为5X10"cm—2，注入能量为15keV;
第六步，将磷离子注入P型单晶硅衬底中栅堆叠结构表面的多晶硅层以及 由二氧化硅阻挡层界定的源极和漏极区域，磷离子的注入剂量为2X1015cm'2， 注入能量为2keV;
第七步，对P型单晶硅衬底进行快速热退火处理，温度为1000GC，退火时间为200秒。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种晶体管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤提供具有第一导电类型的半导体衬底；在半导体衬底表面制作阻挡层，界定源极和漏极区域；采用第一组注入能量和注入剂量参数，将掺杂离子注入半导体衬底中的源极和漏极区域，在半导体衬底内形成具有第二导电类型的源极和漏极区域；采用第二组注入能量和注入剂量参数，将轰击离子注入半导体衬底中的源极和漏极区域；采用第三组注入能量和注入剂量参数，将掺杂离子注入半导体衬底的源极和漏极区域，所述第三组注入能量参数值小于第一组的注入能量参数值。
2. 根据权利要求1所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述第三组注入 剂量参数值大于第一组的注入剂量参数值。
3. 根据权利要求1所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述半导体衬底 表面具有栅堆叠结构，所述栅堆叠结构具有位于表面的多晶硅层。
4. 根据权利要求3所述的晶体管的制造方法，其特征在于，还包括如下步骤 采用第四组注入能量和注入剂量参数，将掺杂离子注入栅堆叠结构的多晶 硅层，所述第四组注入能量参数值小于第三组的注入能量参数值。
5. 根据权利要求4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述掺杂离子除 了注入栅堆叠结构的多晶硅层之外，还注入半导体衬底中的源极和漏极区 域。
6. 根据权利要求4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述第四组注入 剂量参数值大于第三组的注入剂量参数值。
7. 根据权利要求4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述第四组参数 的注入能量值为5keV lkeV，注入剂量值为lxl015cm'2 3xl015cm-2。
8. 根据权利要求1或4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述轰击离 子的原子序数大于掺杂离子。
9. 根据权利要求l或4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述轰击离 子同掺杂离子具有相同的导电类型。
10. 根据权利要求1或4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述半导体 衬底为单晶硅衬底。
11. 根据权利要求1或4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述第一导 电类型为P型，第二导电类型为N型。
12. 根据权利要求1或4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述掺杂离 子为磷离子。
13. 根据权利要求1或4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述第一组 参数的注入能量值为40keV 10keV，注入剂量值为l><1013cm—2 lxl0"cm-2。
14. 根据权利要求1或4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述第三组 参数的注入能量值为20keV 3keV，注入剂量值为3xl014cm-2 2xl015cm—2。
15. 根据权利要求1或4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述轰击离 子为砷离子。
16. 根据权利要求1或4所述的晶体管的制造方法，其特征在于，所述第二组 参数的注入能量值为10keV 40keV，注入剂量值为1.5xl015cm—2 6xl015cm-2。
全文摘要
一种晶体管的制造方法，包括如下步骤提供具有第一导电类型的半导体衬底；在半导体衬底表面制作阻挡层，界定源极和漏极区域；采用第一组注入能量和注入剂量参数，将掺杂离子注入半导体衬底中的源极和漏极区域；采用第二组注入能量和注入剂量参数，将轰击离子注入源极和漏极区域；采用第三组注入能量和注入剂量参数，将掺杂离子注入源极和漏极区域，还包括采用第四组注入能量和注入剂量参数，将掺杂离子注入栅堆叠结构的多晶硅层。本发明的优点在于，在保证掺杂离子得到充分扩散的情况下，可以降低晶体管结寄生电容和漏电电流，并且可以改善半导体衬底同后续金属层之间的欧姆接触性质。
文档编号H01L21/336GK101567319SQ200810036659
公开日2009年10月28日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者猛 赵 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司