专利名称：形成半导体器件结的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件,更具体地涉及形成可防止结电阻增加的 半导体结的方法。
背景技术：
半导体器件包括多个晶体管。晶体管通过金属线电连接。每个晶体管 通常包括栅电极和两个源^漏极结。
结可以通过实施离子注入工艺形成。才艮据待形成的晶体管的类型，可 以使用不同类型的杂质实施离子注入工艺。结的特性可以才艮据离子注入工 艺的条件而改变。尤其是，在实施离子注入工艺之后，将注入的杂质活化。 通常使用热处理工艺实施活化工艺。
随着半导体器件集成水平持续提高，结的深度需要变浅。该种类的结 被称作超浅结。超浅结通过使用极低能量形成。如果如上所述施加极低能 量，杂质通常存在于半导体衬底的表面附近。在进行杂质活化工艺之后， 形成金属沉积前介电层(pre-metal dielectric layer)以覆盖栅极和结二者。 在金属沉积前介电层形成之后，后续的热处理工艺实施数次。在此，在半 导体衬底的表面附近形成的杂质可以扩散i^金属沉积前介电层，然后从 结中排出(即移除)。如上所述，如果将杂质从结排出，结的方块电阻可 增加。
发明内容
本发明涉及一种防止在热处理工艺期间结内的杂质排出的方法。通过 实施离子注入工艺注入杂质之后，使用第 一热处理工艺和第二热处理工艺实施活化过程，其中第一热处理工艺在N2环境(加热)和NH3环境(冷 却)中实施，第二热处理工艺在N2环境(加热和冷却)中实施。
根据本发明的一个方面的形成半导体器件结的方法，提供其中形成有 包括结的晶体管的半导体衬底。实施用于在包括结的半导体衬底上形成钝 化层的第一热处理工艺。在此，钝化层用于防止结内的杂质排出。在包括 钝化层的半导体衬底上形成金属沉积前介电层。
根据本发明的另一个方面的形成半导体器件结的方法，提供其中形成 有包括结的晶体管的半导体衬底。实施用于在包括结的半导体衬底上形成 包括氮化硅的钝化层的第一热处理工艺。在包括钝化层的半导体衬底上形 成金属沉积前介电层。
根据本发明的又一个方面的形成半导体器件结的方法，提供其中形成 有包括结的晶体管的半导体衬底。实施用于在结上形成钝化层的第 一热处 理工艺。实施用于改善结的电特性的第二热处理工艺。在包括钝化层的半 导体衬底上形成金属沉积前介电层。
第一热处理工艺可以使用快速热处理(RTP)来实施。 RTP可包括依次地实施逐步升温工艺(step-up process )和冷却工艺。
逐步升温工艺可包括以50 ~ 150摄^l/秒的步幅来提高腔室内部温度 同时对腔室供给N2气体。
逐步升温工艺可包括提高腔室内部温度最高至200 ~ 500摄氏度同时 对腔室供给N2气体。在此，可以以1 ~ 40slpm的流量供给N2气体。
冷却工艺可包括以20 ~ 100摄氏^/秒冷却腔室内部温度同时对腔室供 给NH3气体。在此，可以1 ~ 10slpm的流量供给NH3气体。
钝化层由包括Si-N的层形成。第二热处理工艺可使用尖峰(spike) RTP来实施。
尖峰RTP可包括以150~250摄氏度的步幅提高腔室内部温度，最高 至1000 ~ 1100摄氏度，同时以1 ~ 40slpm的流量对腔室供给N2气体。
尖峰RTP可包括在N2环境中冷却腔室内部温度。第二热处理工艺可使用RTP实施。
RTP包括依次地实施逐步升温工艺和冷却工艺。逐步升温工艺可包括 在腔室内部形成N2环境和以50 ~ 80摄氏勿秒的步幅提高腔室内部温度。
逐步升温工艺可包括在N2气体环境中提高腔室内部温度最高至750 ~ 850摄氏度。在此，可以以1 40slpm的流量供给N2气体。冷却工艺可通 过在腔室内部形成NH3环境来实施。
可使用浸泡型RTP设备、激光型RTP设备或闪速(flash)型RTP设 备，或浸泡型RTP设备、激光型RTP设备和/或闪速型RTP设备的组合 来实施RTP。当可使用浸泡型RTP设备时，腔室内部温度可达到最高卯0 ~ 1000摄氏度。当可使用激光型RTP设备或闪速型RTP设备时，腔室内部 温度可达到最高1200 ~ 1400摄氏度并且然后冷却。在第二热处理工艺的冷
却过程中，可在腔室内部形成N2环境。
可通过将P-型杂质注入半导体衬底来形成结。杂质可使用11B或 49BF2离子。
当可使用11B离子时，可施加5KeV leV的能量。当可使用49BF2 离子时，可施加20KeV leV的能量。
离子注入工艺可包括用lxio15离子/cm2 ~3xl015离子/cm2的剂量注入 杂质。金属沉积前介电层可通过堆叠中温氧化物(MTO)层和硼磷珪酸盐 玻璃(BPSG)层形成。
图1A 1D是说明根据本发明形成半导体器件结的方法的截面图。
具体实施例方式
将参考附图描述根据本发明的具体的实施方案。然而，本发明不限于 所述公开实施方案，而是可以各种方式实施。提供所述实施方案以完成本 发明的公开并使得本领域技术人员理解本发明的范围。本发明由权利要求 的范围所限定。
图1A 1D是说明根据本发明形成半导体器件结的方法的截面图。结合实施方案，以下对在DRAM器件中形成结的例子进行描述。
在图1A中，提供其中在隔离区中形成隔离层102的半导体衬底100。 在一个实施方案中，例如使用浅沟槽隔离法，利用在浅沟槽内部形成的隔 离结构替换隔离层102。在暴露的半导体衬底100和隔离层102上形成介 电层和电极层。实施图案化工艺用于栅极图案，因此暴露隔离层102和半 导体衬底100的一部分以产生栅极介电层104和栅电极106。在栅极介电 层104和栅电极106的侧壁上形成间隔物层108。在此，在形成间隔物层 108之前，可对暴露的半导体衬底100实施离子注入工艺以形成离子注入 区域(未显示)。
参考图1B，实施离子注入工艺以在相f极106的每一侧上的半导体衬底 100中形成结100a。如果在图1A中形成离子注入区域(未显示)，那么可 如下实施离子注入工艺以形成结100a。
可使用高电流和低能量的离子注入设备实施离子注入工艺以注入P-型 杂质。例如，杂质可以是11B或49BF2离子。在此，根据半导体器件的较 高的集成度，可施加低的离子注入能量。在一个实施方案中，在其中注入 IIB离子的情况下，施加leV 5KeV (例如不超过2KeV)的能量。在另 一个实施方案中，在其中注入49BF2离子的情况下，可施加leV 20KeV (例如不超过10KeV)的能量。在一个实施方案中，注入杂质的剂量(或 浓度)为lxl0"离子/cm2 3xl0"离子/cm2。因此，在栅电极106的两侧 上的半导体衬底100中形成结100a，因此完成晶体管。
参考图1C,将注入结100a的杂质活化。可使用热处理工艺实施杂质 的活化。以防止注入结100a的杂质在后续的热工艺期间被排出的方式来实 施热处理工艺。在一个实施方案中，热处理工艺涉及两步(l)第一热处 理工艺和(2)第二热处理工艺。在另一实施方案中，仅实施第一热处理工 艺。以下更详细地描述第一热处理工艺和第二热处理工艺。
第一热处理工艺涉及快速热工艺(RTP)。使用逐步升温工艺和冷却工 艺来进行RTP。更具体地，逐步升温工艺可通过以例如50~150摄氏JL/ 秒的增量逐渐提高温度同时对腔室供给N2气体来实施。在一个实施方案 中，以l~40slpm (每分钟标准升)的流量供给N2气体。提高温度，直至 其达到给定温度例如200~500摄氏度，同时对腔室供给N2气体。在i^J'J 给定温度之后实施冷却工艺。优选达到给定温度之后立即实施冷却工艺。在冷却工艺期间，温度以20 ~ 100摄氏t秒进行冷却同时对腔室供给NH3 气体。可以1 10slpm的流量供给NH3气体。在冷却工艺中，腔室内部具 有NH3环境气体，所以在结100a的表面上形成包括氮化硅的钝化层100b。 钝化层100b用于防止结100a内的杂质从结100a中排出或扩散出。钝化 层100b可仅仅在结100a的顶表面上形成，但是这需要另外的硬掩模图案。 为此，在本实施方案中，在包括结100a的半导体衬底100的顶表面上形成 钝化层100b。在此，钝化层100b也可在除了结100a之外的区域中形成。
第二热处理工艺可使用尖峰RTP来实施。更具体地，以l 40slpm的 流量将N2气体供给进入腔室。腔室内部温度可以以150 ~ 250摄氏度每秒 的增量提高至最高1000 ~ 1100摄氏度，然后在N2环境中冷却。第二热处 理工艺改善结100a的电特性。
或者，第二热处理工艺可以如下另外的方式实施。更具体地，第二热 处理工艺可4吏用RTP来实施。RTP可依次地4吏用逐步升温工艺和冷却工 艺来实施。更具体地，可在腔室内部在N2环境中并且以50~80摄氏勿 秒的步幅增加温度来实施逐步升温工艺。在一个实施方案中，以1 ~40slpm 的流量对腔室供给N2气体。当腔室内部温度达到750~850摄氏度时，进 行冷却工艺。在腔室内部在NH3环境中实施冷却工艺以降温，所以可在结 100a上另外形成包括氮化硅的钝化层100b。由于实施第一热处理工艺之 后在结100a上另外形成包括氮化硅的钝化层100b，所以可更有效地防止 杂质从结100a的扩散。在此，为了加速杂质活化，可使用利用秒(second) 单位的浸泡型RTP设备和利用亳秒(msec)或纳秒单位的激光型或闪速 型RTP设备中的任意一种。或者，所述设备可组合使用。
和一般的RTP设备相比，浸泡型、激光型和闪速型RTP设备可用于 在;f艮短的时间内提高或冷却温度，因此当和一般的RTP设^^相比时可用于 提高至高温。例如，在其中使用浸泡型RTP设备的情况下，温度可达到最 高卯0 ~ 1000摄氏度。如果使用激光型或闪速型RTP设备，那么温度可达 到最高1200 140(U聂氏度并且然后冷却。在此，在冷却时，在腔室内部4吏 用N2环境以改善结100a的电特性。
参考图1D,在包括隔离层102、栅电极106、间隔物层108和结100a 的整个表面上形成用于金属沉积前介电层的第一绝缘层110。在第一绝缘 层112上形成用于金属沉积前介电层的第二绝缘层112。例如，第一绝缘 层110可由中温氧化物(middle temperature oxide， MTO)层形成。第二绝缘层112可由硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层形成。
在抛光第二绝缘层112的表面之后，可实施热处理工艺。即使实施该 热处理工艺，但是可通过在结100a上形成的钝化层100b防止结100a内
的杂质扩散出。因此，可防止结100a的方块电阻的增加，并且因此可改善 半导体器件的电特性。
如上所述，根据本发明，在通过实施离子注入工艺注入杂质之后，使 用第一热处理工艺和第二热处理工艺实施活化工艺。第一热处理工艺在N2 环境(加热)和NH3环境(冷却)中实施，第二热处理工艺在N2环境(加 热和冷却)中实施。因此，可防止在后续的热处理工艺时结内的杂质排出。 因此，可防止结的方块电阻增加，并且因此可改善半导体器件的电特性。
已经提出本文公开的实施方案，以使得本领域技术人员容易地实施本 发明，并且本领域技术人员可以各种方式实施本发明。因此，本发明的范 围不限于如上所述的实施方案，而是应解释为仅仅由所附权利要求和它们 的等同物所限定。
权利要求
1. 一种形成半导体器件的方法，所述方法包括提供具有栅极和在所述栅极的每一侧上的结的半导体衬底，所述结具有杂质；在适合于实施第一热处理工艺时在所述结上形成钝化层的环境中实施所述第一热处理工艺；和在所述钝化层上形成金属沉积前介电层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述环境中使用快速热处理 (RTP)实施所述第一热处理工艺，所述环境包括氮，其中所述钝化层配置为防止所述杂质从所述结扩散出来。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述第一热处理可操作为活化所述 杂质，所述第一热处理包括在第一环境中实施的加热步骤和在第二环境中 实施的冷却步骤。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述加热步骤包括以50~150摄氏 ^/秒的增量升高所述腔室内部的温度同时供给N2气体到所述腔室中。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中以1 ~40slpm的流量供给所述N2 气体。
6. 根据权利要求3所述的方法，其中所述加热步骤包括升高所述腔室内 部的温度最高至200 ~ 500摄氏度同时供给N2气体到所述腔室中。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中以l~40slpm的流量供给所述N2 气体。
8. 根据权利要求3所述的方法，其中所述冷却步骤包括以20 ~ 100摄氏 JL/秒冷却所述腔室内部的温度同时供给NH3气体到所述腔室中。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中以1 ~ 10slpm的流量供给所述NH3 气体。
10. 根据权利要求l所述的方法，其中通过将P-型杂质注入所述半导体衬 底形成所述结，所述方法还包括在实施所述第一热处理之后，在另一环境中实施第二热处理工艺，所 述第二热处理增加所述钝化层的厚度，其中在通过所述第二热处理工艺已经增厚的所述钝化层上形成所述 金属沉积前介电层。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述杂质包括11B或49BF2离子， 其中所述结是超浅结。
12. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述杂质包括11B离子，并且使用 不超过5KeV的注入能量在所述结内提供所述杂质。
13. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述杂质包括49BF2离子，并且使 用不超过20KeV的注入能量在所述结内提供所述杂质。
14. 根据权利要求ll所述的方法，其中利用注入步骤在所述结中提供所述 杂质，其中所述注入工艺为所述结4C供lxl(P离子/cm^3xlO"离子/cm2 的杂质浓度。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述金属沉积前介电层通过堆叠中 温氧化物(MTO)层和硼磷珪酸盐玻璃(BPSG)层形成。
16. —种形成半导体器件的方法，所述方法包括 将杂质注入半导体衬底以形成超浅掺杂结；在包括氮的环境中对具有所述掺杂结的所述半导体衬底实施第一热处 理工艺，所述第一热处理导致在所述结上形成钝化层；和在所述钝化层上形成金属沉积前介电层。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述钝化层包括氮化硅，所述金属 沉积前介电层包括氧化硅。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中使用快速热处理(RTP)实施所述 第一热处理工艺，所述第一热处理包括加热步骤和冷却步骤。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述加热步骤包括以50 ~ 150摄氏 JL/秒的步幅升高所述环境的温度同时供给N2气体到所述环境中。
20. 根据权利要求18所述的方法，其中所述加热步骤包括升高所述环境的 温度最高至200 ~ 500摄氏度同时为所述环境供给N2气体。
21. 根据权利要求18所述的方法，其中所述冷却步骤包括以20 ~ 100摄氏 JL/秒冷却所述环境的温度同时为所述环境供给NH3气体。
22. 才艮据权利要求16所述的方法，还包括在所述第一热处理工艺之后实施第二热处理工艺，所述第二热处理工艺包括尖峰RTP。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述环境是工艺腔室，其中所述尖 峰RTP包括以150 ~ 250摄氏度的步幅升高所述腔室内部的温度最高至 1000 ~ 1100摄氏度同时以1 ~ 40slpm的流量供给N2气体到所述腔室中。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中所述尖峰RTP包括在N2环境中冷 却所述腔室内部温度。
25. 根据权利要求16所述的方法，其中所述注入步骤包括通过使用不超过 5KeV的注入能量来注入11B离子。
26. 根据权利要求16所述的方法，其中所述注入步骤包括通过使用不超过 20KeV的注入能量来注入49BF2离子。
27. 根据权利要求16所述的方法，其中所述金属沉积前介电层通过堆叠中 温氧化物(MTO)层和硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层形成。
28. —种形成半导体器件结的方法，所述方法包括使用不超过20KeV的注入能量将杂质注入半导体衬底以形成超浅结；在包括氮的环境中对所述衬底实施第一热处理工艺，所述第一热处理 导致在所述结上形成钝化层；在实施所述第一热处理工艺之后，在包括氮的环境中实施第二热处理 工艺；和在实施所述第二热处理工艺之后，在所述钝化层上形成金属沉积前介 电层。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中所述第一热处理工艺包括快速热处 理(RTP)，所述第一热处理工艺包括以50 ~ 150摄氏JL/秒的步幅升高所 述环境的温度同时供给N2气体到所述环境中的加热步骤。
30. 根据权利要求29所述的方法，其中所述加热步骤包括升高所述环境的 温度最高至200 ~ 500才聂氏度。
31. 根据权利要求29所述的方法，其中所述第一热处理工艺包括以20~ 100摄氏度/秒冷却所述环境的温度同时供给NH3气体到所述环境中的冷 却步骤。
32. 根据权利要求28所述的方法，其中使用RTP实施所述第二热处理工 艺，所述第二热处理工艺包括依次地实施加热步骤和冷却步骤。
33. 根据权利要求32所述的方法，其中所述加热步骤包括提供N2气体到 所述环境中并且以50 ~ 80摄氏力秒的步幅升高所述环境的温度。
34. 根据权利要求33所述的方法，其中所述加热步骤升高所述环境的温度 最高至750 850摄氏度。
35. 根据权利要求32所述的方法，其中所述冷却步骤在N2环境中进行。
全文摘要
本发明涉及一种形成半导体器件结的方法。根据本发明的一个方面的形成半导体器件结的方法，提供其中形成有包括结的晶体管的半导体衬底。实施用于在包括结的半导体衬底上形成钝化层的第一热处理工艺。在此，钝化层用于防止结内部的杂质排出。在包括钝化层的半导体衬底上形成金属沉积前介电层。
文档编号H01L21/336GK101419917SQ200810171208
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月24日 优先权日2007年10月26日
发明者李东浩 申请人:海力士半导体有限公司