晶体管保护环的制作方法、离子注入工艺优化方法及装置制造方法及图纸

晶体管保护环的制作方法、离子注入工艺优化方法及装置，其中晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，包括下列步骤：通过变化离子注入工艺条件中的注入角度值，确定优化的注入角度值；采用优化注入角度值，通过变化离子注入工艺条件中的注入剂量值与注入能量值，确定优化的注入剂量值；采用优化注入角度值和优化注入剂量值，通过变化离子注入工艺条件中的注入能量值，确定优化的注入能量值。优化方法考虑到了各个参数之间的相互关联性对离子注入工艺的影响，依次对离子注入的参数做全面且充分的优化，使保护环结构在降低ＭＯＳＦＥＴ短沟道效应等负面效应的作用得以充分发挥，从而更好地满足器件的设计要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件工艺，特别涉及晶体管保护环的制作方法、离子 注入工艺优化方法及装置。
技术介绍
随着半导体制造技术以及相关配套技术的不断发展进步，在单位面积内 容纳的晶体管数目不断增加，集成电路集成度越来越高，每个晶体管的尺寸越来越小。对于金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)而言，当晶体管尺寸缩小时，其栅极的宽度也 会随之所短。随着栅极宽度的不断缩短，出现了很多影响MOSFET正常工作 的负面效应，比如短沟道效应(Shot Channel Effect, SCE)。所谓短沟道效应， 是指在MOSFET沟道宽度缩短时，源和漏的有源区积累电荷对导电沟道的影 响变得明显起来，MOSFET导电沟道在工作中除了受到^t电压的作用以外， 还受到有源区电荷的影响，而后者通常会使MOSFET在线性工作区状态的阈 值电压绝对值降低。由于MOSFET的沟道宽度变短而弓1起的短沟道效应等负面效应，会引起 MOSFET的阈值电压漂移、截止电流增加甚至击穿。这些问题严重影响着集 成电路的性能，甚至导致整个电路失效。采用环形注入工艺制作源、漏保护环，保护环的掺杂类型与衬底的掺杂 类型相同，可以改善晶体管的短沟道效应。如图1所示为环形注入工艺的示 意图。l为半导体衬底、2为栅导电层、3为栅介质层、4为源极、5为漏极， 6为漏极轻掺杂区域。由以上各部分组成的MOSFET,为本领域技术人员所 公知的MOSFET基本结构。图2进一步引入了晶体管的保护环结构7和8。 保护环结构7和8釆用离子注入工艺形成，掺杂类型与源极4和漏极5的掺杂类型相反，但与半导体衬底1的掺杂类型相同。保护环结构7和8围绕在 源极4和漏极5周围，将其与半导体衬底之间隔离开来。由于注入同一类型 的掺杂离子，在源极4和漏极5周围形成了 p-n结势垒，起到了电学隔离的作 用，可以有效地降低短沟道效应。在如下的中国专利ZL02160506.8中还可以发现更多与上述4支术方案相关 的信息，在P型衬底材料上制作只读存储器时，制作源极和漏才及之后，釆用 注入工艺形成的保护环结构，可以有效地降低源极和漏极之间击穿现象的发 生。为了使环形注入的效果发挥的更明显，通常要对保护环结构的离子注入 工艺进行优化。在注入时通常考虑采用如下手段对工艺进行优化改进l)通过 改变离子注入的能量，可以实现调节注入深度，从而改变注入离子的纵向分 布，达到影响MOSFET沟道区的电场分布的目的；2)改变离子注入的剂量， 可以改变保护环的掺杂浓度，使之与源极、漏极的工艺更加匹配，充分发挥 其在源极与漏极之间的隔离保护作用；3)改变注入的角度，可以影响离子的散 射状态，从而影响到离子高速入射到晶体材料的晶格点阵之中时，由于能量 传递作用而对晶格的表面以及晶格内部产生的注入损伤。现有技术中，对环形注入工艺的优化，调节的都是其中的某一个参数。 例如，当采用某一确定的剂量时，优化得到的注入能量值，在采用另一剂量 的工艺条件下，则未必是最优的选择。因此需要一种晶体管保护环优化方法， 在考虑到多个注入参数之间的关系的情况下优化多个参数，做到各个参数值 之间的匹配，使离子注入参数得到充分的优化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种晶体管保护环的制作方法、离子 注入工艺优化方法及装置，考虑到多个注入参数之间的关系的情况下优化多 个参数，做到各个参数值之间的匹配，使离子注入参数得到充分的优化。为了解决上述问题，本专利技术提供一种晶体管保护环的离子注入工艺优化 方法，设定初始的离子注入工艺条件，包括有注入角度初始值、注入剂量初始值和注入能量初始值，包括下列步骤通过变化离子注入工艺条件中的注 入角度值，确定优化的注入角度值；采用优化注入角度值，通过变化离子注 入工艺条件中的注入剂量值与注入能量值，确定优化的注入剂量值；釆用优 化注入角度值和优化注入剂量值，通过变化离子注入工艺条件中的注入能量 值，确定优化的注入能量值。可选的，所述确定优化的注入角度值，包括如下步骤设置一组具有不 同的注入角度值的工艺条件；分别采用上述设置的具有不同注入角度值的工 艺条件，制作带有保护环结构晶体管，并相应测试晶体管的截止电流值；比 较不同晶体管之间的截止电流值，确定截止电流值最低的晶体管所采用的注 入角度值为优化的注入角度值。可选的，所述确定优化的注入剂量值，包括如下步骤设置一组具有不 同注入能量值的工艺条件，该组工艺条件的注入角度值均采用优化的注入角 度值，注入剂量值釆用注入剂量值初始值；分别采用上述设置的具有不同注 入能量值的工艺条件，制作带有保护环结构晶体管，并相应测试晶体管的截 止电流值；比较不同晶体管之间的截止电流值，若晶体管截止电流值满足随 着离子注入能量值的升高而降低之要求，则该组离子注入工艺条件所采用的 共同注入剂量值，为优化的注入剂量值；若晶体管截止电流值随着注入能量 值的升高而升高，则改变该组离子注入工艺条件中的注入剂量值，重复上述 实验，直至寻找到满足要求的注入剂量值，作为优化的注入剂量值。可选的，所述确定优化的注入能量值，包括如下步骤设置一个验证能 量的工艺条件，注入角度值采用优化的注入角度值、注入剂量值釆用优化的 注入剂量值，注入能量值采用注入能量值的初始值；进行击穿验证实验，采 用上述的离子注入工艺条件，制作带有保护环结构晶体管，考察离子注入时的阻挡层是否被击穿；如果采用注入能量值初始值的工艺条件进行击穿验证 实验时，阻挡层被注入离子击穿，则降低验证能量的工艺条件中的注入能量 值，重复击穿验证实验，直至阻挡层不被击穿，则当前采用的验证能量的工 艺条件中的注入能量值为优化的离子注入能量值；如果采用注入能量值初始 值的工艺条件进行击穿验证实验时，阻挡层未被注入离子击穿，则升高所采 用的验证能量的工艺条件中的注入能量值，重复击穿验证实验，直至阻挡层 被击穿，则确定此阻挡层被击穿的击穿验证实验之前的一个击穿验证实验中 所采用的工艺条件中的注入能量值为优化的离子注入的能量值。 可选的，所述离子注入采用的离子为硼、磷或者砷。 可选的，所述注入角度值的初始值范围为5度~45度。 可选的，所述注入剂量4直的初始值范围为lxl013cm-2 lxl014cm-2。 可选的，所述注入能量值的初始值范围为2keV 25keV。 本专利技术还提供了 一种晶体管保护环的离子注入工艺优化装置，设定初始 的离子注入工艺条件，包括有注入角度初始值、注入剂量初始值和注入能量 初始值，包括注入角度值优化模块通过变化离子注入工艺条件中的注入 角度值，确定优化的注入角度值；注入剂量值优化模块采用注入免度值优 化模块确定的优化注入角度值，通过变化离子注入工艺条件中的注入剂量值 与注入能量值，确定优化的注入剂量值；注入能量值优化模块釆用注入角 度值优化模块确定的优化注入角度值、注入剂量值优化模块确定的优化注入 剂量值，通过变化离子注入工艺条件中的注入能量值，确定优化的注入能量 值。可选的，所述注入角度值优化模块，包括如下单元注入角度值数据设 置单元设置具有不同的注入角度值的工艺条件；注入角度值测试单元分 别采用注入角度值数据设置单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，设定初始的离子注入工艺条件，包括有注入角度初始值、注入剂量初始值和注入能量初始值，其特征在于，包括下列步骤：　通过变化离子注入工艺条件中的注入角度值，确定优化的注入角度值；　采用优化注入角度值，通过变化离子注入工艺条件中的注入剂量值与注入能量值，确定优化的注入剂量值；　采用优化注入角度值和优化注入剂量值，通过变化离子注入工艺条件中的注入能量值，确定优化的注入能量值。

【技术特征摘要】
1. 一种晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，设定初始的离子注入工艺条件，包括有注入角度初始值、注入剂量初始值和注入能量初始值，其特征在于，包括下列步骤通过变化离子注入工艺条件中的注入角度值，确定优化的注入角度值；采用优化注入角度值，通过变化离子注入工艺条件中的注入剂量值与注入能量值，确定优化的注入剂量值；采用优化注入角度值和优化注入剂量值，通过变化离子注入工艺条件中的注入能量值，确定优化的注入能量值。2. 根据权利要求1所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，其特征在 于，所述确定优化的注入角度值，包括如下步骤设置 一组具有不同的注入角度值的工艺条件；分别采用上述设置的具有不同注入角度值的工艺条件，制作带有保护环结 构晶体管，并相应测试晶体管的截止电流值；比较不同晶体管之间的截止电流值，确定截止电流值最低的晶体管所采用 的注入角度值为优化的注入角度值。3. 根据权利要求1所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，其特征在 于，所述确定优化的注入剂量值，包括如下步骤设置一组具有不同注入能量值的工艺条件，该组工艺条件的注入角度值均 釆用优化的注入角度值，注入剂量值采用注入剂量值初始值； 分别采用上述设置的具有不同注入能量值的工艺条件，制作带有保护环结 构晶体管，并相应测试晶体管的截止电流值；比较不同晶体管之间的截止电流值，若晶体管截止电流值满足随着离子注 入能量值的升高而降低之要求，则该组离子注入工艺条件所采用的共同注 入剂量值，为优化的注入剂量值；若晶体管截止电流值随着注入能量值的升高而升高，则改变该组离子注入工艺条件中的注入剂量值，重复上述实 验，直至寻找到满足要求的注入剂量值，作为优化的注入剂量值。4. 根据权利要求1所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，其特征在 于，所述确定优化的注入能量值，包括如下步骤设置一个验证能量的工艺条件，注入角度值采用优化的注入角度值、注入 剂量值采用优化的注入剂量值，注入能量值采用注入能量值的初始值； 进行击穿-验证实验，采用上述的离子注入工艺条件，制作带有保护环结构 晶体管，考察离子注入时的阻挡层是否被击穿；如果釆用注入能量值初始值的工艺条件进行击穿验证实验时，阻挡层被注 入离子击穿，则降低-验证能量的工艺条件中的注入能量值，重复击穿-睑i正 实验，直至阻挡层不被击穿，则当前采用的验证能量的工艺条件中的注入 能量值为优化的离子注入能量值；如果采用注入能量值初始值的工艺条件进行击穿验证实验时，阻挡层未被 注入离子击穿，则升高所釆用的驺，证能量的工艺条件中的注入能量值，重 复击穿验证实验，直至阻挡层被击穿，则确定此阻挡层被击穿的击穿验证 实验之前的一个击穿验证实验中所釆用的工艺条件中的注入能量值为优 化的离子注入的能量值。5. 根据权利要求1所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，其特征在 于，所述离子注入采用的离子为硼、磷或者砷。6. 根据权利要求1所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，其特征在 于，所述注入角度值的初始值范围为5度 45度。7. 根据权利要求1所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，其特征在 于，所述注入剂量值的初始值范围为lxl013crrf2~lxl014cm-2。8. 根据权利要求1所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化方法，其特征在 于，所述注入能量值的初始值范围为2keV 25keV。9. 一种晶体管保护环的离子注入工艺优化装置，设定初始的离子注入工艺条 件，包括有注入角度初始值、注入剂量初始值和注入能量初始值，其特征 在于，包括注入角度值优化模块通过变化离子注入工艺条件中的注入角度值，确定 优化的注入角度值；注入剂量值优化模块采用注入角度值优化模块确定的优化注入角度值， 通过变化离子注入工艺条件中的注入剂量值与注入能量值，确定优化的注 入剂量值；注入能量值优化模块采用注入角度值优化模块确定的优化注入角度值、 注入剂量值优化^^莫块确定的优化注入剂量值，通过变化离子注入工艺条件 中的注入能量值，确定优化的注入能量值。10. 根据权利要求9所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化装置，其特征在 于，所述注入角度值优化it块，包括如下单元注入角度值数据设置单元设置具有不同的注入角度值的工艺条件； 注入角度值测试单元分别采用注入角度值数据设置单元设置的具有不同 注入角度值的工艺条件，制作带有保护环结构晶体管，并相应测试晶体管 的截止电:i;户L/f直；注入角度值判断单元比较注入角度值测试单元提供的截止电流值结果， 确定截止电流值最低的晶体管所釆用的注入角度值为优化的注入角度值。11. 根据权利要求9所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化装置，其特征在 于，所述优化注入剂量值;漠块，包括如下单元注入剂量值数据设置单元设置具有不同注入能量值的工艺条件，该组工 艺条件的注入角度值均采用优化的注入角度值，注入剂量值釆用注入剂量 值初始值；注入剂量值测试单元分别采用注入剂量值数据设置单元设置的具有不同注入能量值的工艺条件，制作带有保护环结构晶体管，并相应测试晶体管的截止电流^直；注入剂量值判断单元比较注入剂量值测试单元提供的截止电流值结果， 若晶体管截止电流值满足随着离子注入能量值的升高而降4氐之要求，则该 组离子注入工艺条件所釆用的共同注入剂量值，为优化的注入剂量值；若 晶体管截止电流值随着注入能量值的升高而升高，则改变该组离子注入工 艺条件中的注入剂量值，重新应用注入剂量值数据设置单元与注入剂量值 测试单元，直至寻找到满足要求的注入剂量值，作为优化的注入剂量值。12.根据权利要求9所述之晶体管保护环的离子注入工艺优化装置，其特征在 于，所述优化注入能量值模块，包括如下单元注入能量值数据设置单元设置验证能量的工艺条件，注入角度值采用优 化的注入角度值、注入剂量值采用优化的注入剂量值，注入能量值采用注 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵猛，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]