超浅结的形成方法及半导体器件的形成方法技术

本发明专利技术提供一种超浅结的形成方法及半导体器件的形成方法，所述超浅结的形成方法，包括：提供一硅衬底，所述硅衬底上形成有栅极结构；在-60℃～-100℃温度下，以栅极结构为掩膜，向所述硅衬底进行第一离子注入，形成非晶化区；向非晶化区进行第二离子注入，形成超浅结。本发明专利技术在-60℃～-100℃温度下，抑制了硅衬底的自退火效应，有效的形成非晶化区，抑制了行程末端损伤的生成。又因为第一离子为碳或氟离子，抑制了第二离子的瞬时增强扩散，碳或氟所捕获行程末端损伤及间隙空位的效能依然能够作用于超浅结，这就使得一步低温碳注入可以替代传统的锗和碳的两步注入，缩短了生产工艺流程，节约资源。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，所述超浅结的形成方法，包括：提供一硅衬底，所述硅衬底上形成有栅极结构；在-60℃～-100℃温度下，以栅极结构为掩膜，向所述硅衬底进行第一离子注入，形成非晶化区；向非晶化区进行第二离子注入，形成超浅结。本专利技术在-60℃～-100℃温度下，抑制了硅衬底的自退火效应，有效的形成非晶化区，抑制了行程末端损伤的生成。又因为第一离子为碳或氟离子，抑制了第二离子的瞬时增强扩散，碳或氟所捕获行程末端损伤及间隙空位的效能依然能够作用于超浅结，这就使得一步低温碳注入可以替代传统的锗和碳的两步注入，缩短了生产工艺流程，节约资源。【专利说明】
本专利技术涉及半导体制备
，特别涉及一种。
技术介绍
随着集成电路尺寸缩小的不断演进，结深也随之不断缩小。超浅结(USJ，UltraShallow Junction)需要满足器件的微缩以获得更窄的栅极宽度，更薄的电介质厚度以及更浅的结深。形成超浅结的条件，除了降低注入深度外，首要的是控制沟道效应(Channeling)，其次是控制后续快速退火过程中的杂质扩散。由于硅衬底自身固有的晶体结构，当注入离子的行进方向正好通向晶体沟道时，注入离子的所遇阻挡较少，注入深度会相应加深且难以控制注入分布曲线。针对控制沟道效应，可以在离子注入前，通过锗(Ge)的注入使硅衬底的表面预非晶化，以降低离子注入的沟道效应。预非晶化注入即锗注入，使硅表面由单晶状态变为非晶状态，并在很浅的范围内形成不激活的浓度分布，因此可以实现浅注入和陡峭的杂质分布。但由于锗离子较重，分子量达到72，对硅晶体的破坏能力比较强，因此会带来一定的行程末端损伤(EOR, Evanglion Observers Regiment)。另外，快速退火过程中伴随着杂质的再扩撒,杂质再扩散容易在两个因素下产生失控，一是行程末端损伤，容易造成瞬时增强扩散(TED，Transient Enhanced Diffusion) ;二是快速退火后原子重新排序而产生的间隙空位，一旦间隙空位丧失移动性，将不能再与掺杂的受主元素硼原子交换位置。因此，实际生产中利用碳(C)离子注入克服这个弊端，碳离子捕获行程末端损伤及间隙空位的效能依然能够作用于超浅结。图1是现有技术中超浅结形成方法流程图。如图1所示，所述超浅结形成方法的步骤包括:步骤S10，提供一硅衬底，所述硅衬底上形成有栅极结构。步骤S11，在15°C?18°C下，以所述栅极结构为掩膜在所述硅衬底上进行第一离子注入，使所述硅衬底表面形成预非晶化区，所述第一离子为锗离子。步骤S12，相同温度下，以所述栅极结构为掩膜向所述预非晶化区进行第二离子注入，在所述硅衬底表面形成一层非常浅的非晶化区，所述第二离子为碳离子，非晶化的目的在于使注入区的晶格处于无序状态，后续注入的离子更加难以扩撒。步骤S13，以所述栅极结构为掩膜，向所述非晶化区进行第三离子注入，所述第三离子为受主或施主元素，可以为硼(B)或二氟化硼(BF2)，形成超浅结。由于所述非晶化区的存在，降低了离子注入的沟道效应。步骤S14，快速退火，激活注入所述硅衬底中的杂质。在实际生产中发现，常温下运用锗和碳两次注入的方法形成所述非晶化区，可以有效减弱瞬时增强扩散效应，消除行程末端损伤，控制结深，形成优异的超浅结。但注入步骤较多，对生产周期造成影响，消耗资源。所以亟需找到一种超浅结的形成方法，缩短生产周期，节省资源。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中超浅结形成工艺繁复、生产周期长、浪费资源的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种，所述超浅结的形成方法包括:提供一娃衬底，所述娃衬底上形成有栅极结构；在-60°C?-100°C温度下，以所述栅极结构为掩膜，向所述硅衬底进行第一离子注入，形成非晶化区；以所述栅极结构为掩膜，向所述非晶化区进行第二离子注入，形成超浅结。可选的，所述第一离子为碳离子，所述碳离子的注入能量范围为2?lOKeV，剂量范围为 5el4 ?2el5/cm2。可选的，所述第一离子为氟离子，所述氟离子的注入能量范围为2?lOKeV，剂量范围为 5el4-2el5/cm2。可选的，所述第二离子为硼离子，所述硼离子的注入能量范围为2?lOKeV，剂量范围为 2el5 ?5e 15/cm2 ο可选的，所述第二离子为二氟化硼离子，所述二氟化硼离子的注入能量范围为5?15KeV，剂量范围为2el5?5el5/cm2。根据专利技术的另一面，本专利技术还提供了一种半导体器件的形成方法，包括:提供一硅衬底，所述硅衬底上形成有栅极结构；采用上述超浅结的形成方法中任意一项方法形成超浅结。可选的，所述第一离子为碳离子，所述碳离子的注入能量范围为2?lOKeV，剂量范围为5el4?2el5cm2。可选的，所述第一离子为氟离子，所述氟离子的注入能量范围为2?lOKeV，剂量范围为 5el4 ?2el5/cm2。可选的，所述第二离子为硼离子，所述硼离子的注入能量范围为2?lOKeV，剂量范围为 5el4 ?2el5/cm2。可选的，所述第二离子为二氟化硼离子，所述二氟化硼离子的注入能量范围为5?15KeV，剂量范围为2el5?5el5/cm2。与现有技术相比，本专利技术在-60°C?-100°C温度下，通过一次性离子注入的方法形成非晶化区，抑制了硅衬底的自退火效应，所以即使较轻的碳离子也可以有效的形成非晶化区，无需进行传统的锗离子的预非晶化注入。另外，本专利技术在低温条件下进行的注入，对行程末端损伤的生成有很大的抑制作用。又因为注入的是碳或氟离子，碳原子和氟原子在受到热激活时能优先捕获返流的间隙空位，从而抑制第二离子的瞬时增强扩散，碳或氟所捕获的行程末端损伤及间隙空位的效能依然能够作用于超浅结。这就使一步低温碳注入能替代原本的两步锗和碳的注入，缩短了生产工艺流程，节约资源。【专利附图】【附图说明】图1是现有技术中超浅结形成方法流程图；图2是现有技术中15°C仅进行碳注入的娃衬底表面晶相图；图3是本专利技术一实施例中超浅结的形成方法流程图；图4是本专利技术一实施例中_60°C仅进行碳注入后的硅衬底表面晶相图；图5a?5b是本专利技术一实施例超浅结形成过程的器件剖面结构示意图；图6是本专利技术一实施例中半导体器件的形成方法流程图；图7a?7b是本专利技术一实施例半导体器件的形成过程的器件剖面结构示意图。【具体实施方式】以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。专利技术人经过反复研究发现:因为碳离子本身较轻，原子量只有12，常温下，碳离子没有足够能力在硅衬底表面形成完全非晶化的效果(本专利技术所述的常温是指15°C?18°C )，即硅衬底的晶格键虽然被打断生成无定形硅(所述无定形硅是硅的非晶化形式)，但由于硅衬底的自退火效应，还有部分碳存在于硅晶格间隙里或夹杂在无定形硅中。图2是现有技术中15°C没有锗注入只有碳注入的硅衬底表面晶相图。如图2所示，所述硅衬底100在15°C情况下，直接进行碳注入，没有进行锗注入，形成非晶化区125。如图2所示，在所述的非晶化区125内即存在非晶化状态的无定型硅121本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超浅结的形成方法，其特征在于，包括：提供一硅衬底，所述硅衬底上形成有栅极结构；在‑60℃～‑100℃温度下，以所述栅极结构为掩膜，向所述硅衬底进行第一离子注入，形成非晶化区；在‑60℃～‑100℃温度下，以所述栅极结构为掩膜，向所述非晶化区进行第二离子注入，形成超浅结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱裕明，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31