[發(fā)明專利]一種深阱退火方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410161259.4
• 申請(qǐng)日: 2014-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103903981A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫振平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/324
• 分類號(hào): H01L21/324
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)有源區(qū)的深阱退火方法。

背景技術(shù)

在CMOS半導(dǎo)體器件制造流程中，硅襯底上做有源器件的區(qū)域叫做有源區(qū)，也即是有些阱區(qū)，采用STI等隔離技術(shù)，隔離開(kāi)的區(qū)域。有源區(qū)主要針對(duì)MOS電路而言，不同摻雜可形成N或P型有源區(qū)。

以P型有源區(qū)為例，請(qǐng)參閱圖1-3。圖1為傳統(tǒng)的深阱熱退火工藝采用的反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭表示氣體流向，圖2為傳統(tǒng)的深N阱離子注入工藝所采用的硅襯底截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為傳統(tǒng)的深N阱離子注入工藝完成后所對(duì)應(yīng)的硅襯底截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，1表示深N阱，箭頭表示注入離子方向。圖3中，1表示深N阱，2表示P型阱。為了隔離P型阱和硅襯底，抑制部分P型阱的漏電和防止硅襯底噪聲對(duì)器件的影響，深N型阱工藝被引入進(jìn)來(lái)，也就是在P型阱的外圍的更深處通過(guò)超高能量的摻雜形成更深的一個(gè)N型阱，稱為深N型阱。由于深N型阱工藝需要高能量的離子注入，在P型有源區(qū)會(huì)形成特別多的晶格損傷。同理，對(duì)于N型有源區(qū)也存在相同的問(wèn)題。

為了消除這些晶格損傷并激活阱區(qū)摻雜的元素，通常在干法和濕法去膠之后，會(huì)立即進(jìn)行深阱退火工藝，請(qǐng)參閱圖4，圖4為傳統(tǒng)的深N阱退火工藝所對(duì)應(yīng)的硅襯底的截面結(jié)構(gòu)示意圖。傳統(tǒng)的深阱退火工藝為純氮?dú)饪焖贌嵬嘶鸹蚣兊獨(dú)鉅t管熱退火。經(jīng)過(guò)后續(xù)一系列的工藝過(guò)程之后，在雙柵（Dual?Gate）蝕刻之后，在有源區(qū)會(huì)產(chǎn)生一些損傷缺陷。

這是由于如果在傳統(tǒng)的深阱退火工藝中只有氮?dú)猓钰逋嘶鸸に囉直仨殲楦邷毓に嚕捎诰Ц駬p傷的地方晶向多樣，所以Si原子的密度也有大有小，這樣在Si原子密度較大的地方N₂和Si就容易在有損傷的局部反應(yīng)生成Si₃N₄，成為粒子狀缺陷，附著在襯底的表面，且不易清除。在后續(xù)工藝中在這種缺陷存在的地方就生長(zhǎng)不成連續(xù)的膜，最終在雙柵蝕刻后見(jiàn)到這種被放大的缺陷，即所說(shuō)的有源區(qū)的損傷缺陷。請(qǐng)參閱圖5和圖6，圖5為傳統(tǒng)的深阱退火工藝后柵極結(jié)構(gòu)被蝕刻后的硅襯底的截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為Si₃N₄粒子缺陷在后續(xù)制程中形成的帶有損傷缺陷的形貌的掃描電鏡圖片，圖6中，虛線框內(nèi)表示缺陷區(qū)域，可看到在缺陷區(qū)域沒(méi)有形成連續(xù)的膜。在圖5中，所形成的有源區(qū)中的黑色斑區(qū)為損傷缺陷，這里的黑色斑區(qū)位于有源區(qū)表面，位于黑色斑區(qū)上方的氧化膜形成凹陷。

傳統(tǒng)深阱退火工藝中，高溫條件下，Si₃N₄顆粒形成的反應(yīng)式為：

另一方面，在高溫條件下，Si與硅襯底本身的SiO₂也會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)的氧化硅，造成有源區(qū)的缺陷。反應(yīng)式如下：

此外，由于深阱工藝中離子注入過(guò)程不可避免地會(huì)在硅襯底中產(chǎn)生應(yīng)力，在高溫?zé)嵬嘶疬^(guò)程中，這些應(yīng)力將導(dǎo)致硅襯底發(fā)生翹曲。

傳統(tǒng)深阱退火工藝造成上述有源區(qū)的缺陷將直接影響到器件的工作性能，甚至導(dǎo)致器件不能正常工作。隨著器件尺寸進(jìn)一步縮小，有源區(qū)的缺陷對(duì)良率的影響越來(lái)越明顯。因此，急需改進(jìn)現(xiàn)有深阱退火工藝，從而減小有源區(qū)的缺陷，提高器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種針對(duì)有源區(qū)的深阱退火方法，從而減小有源區(qū)的缺陷，提高器件性能。

本發(fā)明提供一種深阱退火方法，包括向工藝腔中通入反應(yīng)氣體和加熱硅襯底，其所述反應(yīng)氣體由氧氣和惰性氣體組成，其中，所述氧氣與所述惰性氣體的比例不大于20%。

優(yōu)選地，所述氧氣與所述惰性氣體的比例不大于13%。

優(yōu)選地，所述氧氣的流量為1-2.6SLM。

優(yōu)選地，所述惰性氣體為純氮?dú)狻?/p>

優(yōu)選地，所述惰性氣體為氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w。

優(yōu)選地，所采用的升溫速率為75-220℃/sec。

優(yōu)選地，所采用的反應(yīng)溫度為1000-1200℃。

優(yōu)選地，所采用的反應(yīng)時(shí)間為5-60sec。

優(yōu)選地，所述工藝腔為快速熱退火工藝腔或爐管退火工藝腔。

優(yōu)選地，采用所述快速熱退火工藝腔進(jìn)行所述深阱退火方法包括：采用脈沖激光快速退火、離子束快速退火、連續(xù)波激光快速退火或非相干寬帶光源快速退火。