專利名稱：具有覆蓋層的經(jīng)離子注入的襯底及方法
具有覆蓋層的經(jīng)離子注入的襯底及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明各實(shí)施例涉及在襯底中注入離子以形成離子注入?yún)^(qū)。背景技術(shù)：
離子注入?yún)^(qū)形成在襯底上以改變襯底區(qū)域材料的能帶間隙級(jí)。例如，將硼離子、磷離子、砷離子和其他材料注入硅或復(fù)合半導(dǎo)體材料中以形成半導(dǎo)體區(qū)域。在另一實(shí)例，離子被注入到包含石英、III族或V族化合物(例如砷化鎵)的襯底中，以形成太陽能電池板的光伏電池(photovoltaic cell)。又一實(shí)例中，離子被注入到包含氮化鎵的襯底，以形成顯示面板的發(fā)光二極體(LED)。然而，在某些離子注入制程中，很大比例的注入離子在離子注入制程期間或后續(xù)的制程中蒸發(fā)或揮發(fā)。舉例言之，注入離子的擴(kuò)散與揮發(fā)可在離子注入制程完成后執(zhí)行的退火制程發(fā)生。又一實(shí)例中，包含硅片的襯底的離子注入?yún)^(qū)經(jīng)退火以便更均勻分布注入?yún)^(qū)中的離子、電活化注入物、并移除晶格缺陷。這種退火制程可藉由加熱襯底至溫度至少約 950°C來執(zhí)行。然而，在退火制程期間施加的熱量可能造成所注入的離子從襯底揮發(fā)，特別是針對(duì)淺結(jié)中的高離子濃度?；谏鲜鲈蚝推渌秉c(diǎn)以及盡管各種離子注入方法與結(jié)構(gòu)的發(fā)展，仍亟待尋求更進(jìn)一步改良離子注入技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容在一離子注入方法中，襯底放置于制程區(qū)，且離子注入襯底的區(qū)域中以形成離子注入?yún)^(qū)。多孔覆蓋層沉積在離子注入?yún)^(qū)上方。在退火制程期間，將襯底退火以揮發(fā)至少百分之八十覆于離子注入?yún)^(qū)的多孔覆蓋層。中間產(chǎn)物包括襯底、襯底上的多個(gè)離子注入?yún)^(qū)、以及覆蓋離子注入?yún)^(qū)的多孔覆蓋層。

參考以下描述、所附權(quán)利要求以及示出本發(fā)明各實(shí)例的附圖，本發(fā)明的這些特征、 方面及優(yōu)點(diǎn)將更淺顯易懂。然而，須了解的是，每一特征大體上均可適用于本發(fā)明，不僅限于特定圖示內(nèi)容，且本發(fā)明包含這些特征的任意結(jié)合。圖IA及圖IB是在襯底上執(zhí)行離子注入制程以在襯底中形成多個(gè)離子注入?yún)^(qū)的橫截面?zhèn)葓D；圖IC是圖IB中襯底的橫截面?zhèn)葓D，顯示多孔覆蓋層沉積在離子注入?yún)^(qū)上方以形成中間產(chǎn)物；圖ID是圖IC中襯底的橫截面?zhèn)葓D，顯示離子注入?yún)^(qū)的退火處理，以及覆蓋層在退火制程中蒸發(fā)；圖IE是圖ID中的襯底在覆蓋層已從離子注入?yún)^(qū)蒸發(fā)后的橫截面?zhèn)葓D；圖2是離子注入、覆蓋及蒸發(fā)制程的流程圖3是包含PMOS與NMOS電晶體的積體電路橫截面?zhèn)葓D；以及圖4是適合實(shí)行離子注入及覆蓋制程的設(shè)備的橫截面?zhèn)葓D。
具體實(shí)施方式如圖1A、圖IB所示，在用于半導(dǎo)體、太陽能電池板、LED及其它應(yīng)用的襯底40的制造過程中，多個(gè)離子注入?yún)^(qū)44a，b在襯底上形成。襯底40可以是諸如下述任意一種或多種的材料氧化硅、碳化硅、晶體硅、應(yīng)變硅、硅鍺、摻雜或非摻雜多晶硅、摻雜或非摻雜硅片、 摻雜硅、鍺、砷化鎵、氮化鎵、玻璃、藍(lán)寶石(sapphire)和石英的。襯底40可具有不同尺寸， 例如襯底40可以是直徑為200或300毫米的圓形晶片，或矩形或方形面板。注入到離子注入?yún)^(qū)44a，b中的離子45取決于襯底40的應(yīng)用。舉例而言，通過注入η型與P型摻雜劑至包含硅片的襯底40，離子注入?yún)^(qū)44a，b可用以形成積體電路晶片的電晶體的柵極和/或源極漏極結(jié)構(gòu)。在注入到硅中時(shí)形成η型摻雜劑的合適離子45包含例如至少以下至少一種磷、砷、銻及上述的組合。適合形成P型摻雜劑的離子45包含例如以下至少一種硼、鋁、鎵、鉈、銦、硅及上述的組合。因此，當(dāng)P型導(dǎo)電摻雜劑(如硼)注入到在相鄰于先前已摻雜η型摻雜劑(如砷或磷)的另一離子注入?yún)^(qū)(圖未顯示)的離子注入?yún)^(qū)44a，b的硅中時(shí)，沿著這兩個(gè)區(qū)域的介面形成一 p-n結(jié)。離子可注入到選定的劑量水平，例如從 1 X 1014atoms/cm3 到 1 X 1017atoms/cm3 的劑量。在注入制程中，將襯底40置于制程區(qū)46，并且將襯底溫度維持在約25°C至約 400°C之間。引入制程氣體至制程區(qū)46，以提供要注入的離子源種類。制程氣體亦可包含揮發(fā)性種類，例如氟和/或氫。舉例來說，制程氣體可以含有包含砷、硼、磷等的氟化物和/ 或氫化物的離子注入氣體。離子注入氣體可以包含，例如，AsF3> AsH3> B2H6, BF3> SiH4, SiF4, PH3> AsF5, P2H5, PO3> PF3> PF5及CF4。亦可組合特定氣體的氟化物或氫化物，例如BF3+B2H6、 PH3+PF3、AsF3+AsH3、SiF4+SiH4或GeF4+GeH4。在一實(shí)施例中，離子注入氣體的流速可在約 2sccm 至約 IOOOsccm 之間。制程氣體可進(jìn)而包含惰性或非反應(yīng)性氣體，諸如N2、Ar、He、Xe、Kr。惰性或非反應(yīng)性氣體促使離子撞擊以增加制程氣體碰撞并減少離子種類再結(jié)合。惰性或非反應(yīng)性氣體的流速可在從約IOsccm至約1200sccm的范圍內(nèi)。制程氣體可進(jìn)一步包含含氮?dú)怏w以助于形成更易于從制程室抽出的揮發(fā)性副產(chǎn)物。含氮?dú)怏w可包含Ν0、Ν02、ΝΗ3、Ν2、Ν20及上述的混合物。含氮?dú)怏w可以流速約IOsccm至約500sccm來供給。離子化該制程氣體以形成等離子體48，該等離子體48含有要注入襯底40的原子種類的離子45。藉由施以電壓，加速這些離子(如圖1A，IB中箭頭50所示)使這些離子通過制程區(qū)46以形成有力地撞擊于制程區(qū)上的離子，并使這些離子進(jìn)入襯底40的暴露區(qū)52 以形成離子注入?yún)^(qū)。制程氣體可以源功率及偏功率或源功率和偏功率的結(jié)合來激發(fā)，源功率為施于繞著制程區(qū)46的天線(未顯示)的感應(yīng)耦合功率，偏功率為施于繞著制程區(qū)46 的電極(未顯示)的電容耦合功率。典型地，源功率自制程氣體產(chǎn)生等離子體48，而偏功率更進(jìn)而解離制程氣體并加速朝向襯底40的解離離子45。設(shè)定源功率及偏功率到預(yù)先定義能階，以使離子種類被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入襯底40的期望深度。具有低離子能量的解離離子被注入到距襯底表面小于500人的淺深度，例如，距襯底表面約10 A至約500A。具有來自高射頻功率(例如高于約IOKeV)的高離子能量的解離離子可被注入到襯底40中距襯底40表面大于 500 A的深度。在一實(shí)例中，以約10至約12000伏特的RF電壓將源功率維持在約50至約 2000瓦、偏功率維持在約50至約11000瓦。在一示例實(shí)施例中，可在制程區(qū)46中將砷離子注入襯底40。將襯底40的溫度維持在低于30°C。在該制程中，含有含砷氣體(例如AsH3)的制程氣體被引入制程區(qū)46。制程氣體的壓力維持在約3mTorr至約2Torr左右，例如約20mTorr。藉由將繞著制程區(qū)46 的天線(未顯示)施加約200至約8000伏特(例如約6000伏特)的電壓，制程氣體被激發(fā)而形成等離子體。施加于天線的源功率可為約100至約3000瓦，例如約1000瓦。所形成的等離子體包含激發(fā)的砷離子，這些激發(fā)的砷離子被注入襯底40以形成包含砷注入?yún)^(qū)的離子注入?yún)^(qū)44a，b。將砷離子以至少約1 X 1016atomS/Cm3的劑量注入到距襯底表面小于 500 A的深度。在一預(yù)期實(shí)例中，可將硼離子從包括含硼氣體(例如三氟化硼氣體(BF3))的制程氣體的等離子體注入襯底40中。激發(fā)該制程氣體以產(chǎn)生具有足以解離BF3分子的能量密度的等離子體，從而形成B+離子與BF+離子，亦可能形成BF2+。制程氣體的壓力維持在約 5mTorr至約3Τοπ·。十硼烷粉末的蒸汽壓在室溫下約為0. ITorr等級(jí)，并且十硼烷粉末在高于溫度10(TC時(shí)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)蒸汽壓，十硼烷粉末亦可作為硼離子源或用來補(bǔ)充硼離子氣體源。在代表示例性硼注入制程的另一預(yù)期實(shí)例中，制程氣體包含BF3、SiH4, BF3、SiH4, BF3> SiH4, BF3> SiH4藉由B3+、BF2+、BF22+、F、Si4及H+形式的等離子體解離為離子種類。由 SiH4氣體提供的活化氫種類與解離的氟種類及其它解離的副產(chǎn)物反應(yīng)，以形成HF或其他類型的揮發(fā)性種類，因此防止氟種類及其它類型的副產(chǎn)物被注入襯底40。從而，選擇SiH4氣流以防止過量或解離的硅離子在襯底上形成不想要的硅膜。在一實(shí)施例中，制程氣體包含 BF3和SiH4, BF3和SiH4的氣流比例為約1 50至約1 100。舉例而言，BF3流速可從約 50至約400sccm，而SiH4流速可從約1至約20sccm。源射頻功率(source RF power)設(shè)定在約100瓦至約2000瓦，而偏射頻功率(bias RF power)則設(shè)定在約100伏特至約12000 伏特。所形成的等離子體將硼離子注入襯底40以形成包含硼注入?yún)^(qū)的離子注入?yún)^(qū)44a，b。在又一預(yù)期性實(shí)例中，摻雜磷可以使用包含含磷氣體的制程氣體來進(jìn)行，含磷氣體例如是氟化磷氣體(諸如=PF3或PF5)或磷氫化物氣體(例如PH3)。將制程氣體引入制程區(qū)46，并將制程氣體的壓力維持在約IOmTorr至約3Torr。舉例而言，PF3氣體可以流速約50sccm至約IOOOsccm來供應(yīng)。源射頻功率可設(shè)定在約100瓦至約3000瓦，而偏射頻功率則設(shè)定在約100伏特至約12000伏特。所形成的等離子體將磷離子注入襯底40以形成包含磷注入?yún)^(qū)的離子注入?yún)^(qū)44a，b。在一示例性實(shí)施例中，在離子注入之后，多孔覆蓋層M沉積在離子注入?yún)^(qū)44a，b 上，如圖2的流程圖所示。多孔覆蓋層討覆蓋離子注入?yún)^(qū)44a，b以形成中間產(chǎn)物55，如圖 IC所示。多孔覆蓋層M用以防止注入到離子注入?yún)^(qū)44a，b中的離子在后續(xù)過程中(例如 退火制程)揮發(fā)。然而，退火制程可造成大部分的注入離子自襯底40蒸發(fā)或揮發(fā)，特別是當(dāng)注入離子為低質(zhì)量、低結(jié)合能量或?qū)σr底為低溶解度時(shí)。多孔覆蓋層討被發(fā)現(xiàn)可減少注入離子的揮發(fā)耗損，從而即使在退火制程之后，也能保存較大比例的注入在離子注入?yún)^(qū)44a，b 內(nèi)的離子。
6
還發(fā)現(xiàn)多孔覆蓋層M可以在退火制程期間或之后輕易蒸發(fā)及移除，并相信多孔覆蓋層M的孔隙度允許自下層析出的蒸發(fā)物質(zhì)更輕易散逸且通過多孔覆蓋層M的細(xì)孔。 這防止多孔覆蓋層M在強(qiáng)力結(jié)合或黏著下層時(shí)，自附接的下層分層。而且，因多數(shù)體積被空洞的細(xì)孔空間所取代，故多孔覆蓋層M質(zhì)量較小，且因此需較少能量即可將多孔覆蓋層 54從襯底40蒸發(fā)。因此，在一態(tài)樣中，多孔覆蓋層M包含至少百分之二十或甚至至少百分之五十的孔隙度。更進(jìn)而言之，多孔覆蓋層M可具有連續(xù)狀細(xì)孔，連續(xù)狀細(xì)孔的孔隙體積為至少百分之二十或甚至至少約百分之五十。連續(xù)狀細(xì)孔是所期望的，因連續(xù)狀細(xì)孔更易允許蒸發(fā)氣體和副產(chǎn)物通過多孔覆蓋層M散逸而不造成分層(delamination)。在一態(tài)樣中，多孔覆蓋層M包含含硅及含氧物質(zhì)。在此態(tài)樣中，多孔覆蓋層M的沉積是通過將包含含硅及含氧氣體的制程氣體引入至制程區(qū)46中，并通過利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)或微波增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(MECVD)沉積二氧化硅來激發(fā)制程氣體以形成等離子體。盡管描述二氧化硅以說明當(dāng)前制程，應(yīng)注意的是其他物質(zhì)亦可用來形成多孔覆蓋層M。此外，所沉積的硅和氧物質(zhì)可包含碳、氫，或者甚至氮。舉例而言， 二氧化硅形成的多孔覆蓋層M可利用包含含硅氣體的制程氣體來沉積，含硅氣體諸如硅烷(SiH4)、二硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四乙基正硅烷、甲基硅烷(CH3SiH3)、二甲基甲硅烷 ((CH3)2SiH2)、三甲基甲硅烷((CH3)3SiH)、二乙基硅烷((C2H5)2SiH2)、丙硅燒(C3H8SiH3)、乙烯甲基硅烷(CH2 = CH)CH3SiH2)、1，1，2，2-四甲基二硅烷(HSi (CH3)2-Si (CH3)2H)、六甲基二硅烷(CH3) 3Si-Si (CH3) 3)、1，1，2，2，3，3-六甲基三硅烷(H(CH3) 2Si_Si (CH3) 2_SiH(CH3) 2)、1， 1，2，3，3-五甲基三硅烷(H(CH3)2Si-SiH(CH3)-SiH(CH3)2)及其它硅烷相關(guān)化合物。制程氣體亦可包含含氧氣體，諸如氧氣(O2)、氧化亞氮(N2O)、臭氧(O3)及二氧化碳(CO2)。中間產(chǎn)物55包含沉積的包含含硅/氧物質(zhì)的多孔覆蓋層M，包含含硅/氧物質(zhì)的多孔覆蓋層M具有均勻分散于二氧化硅層中的微觀氣洞。有一代表例是，包含多孔二氧化硅的多孔覆蓋層M沉積在同一制程區(qū)46的襯底40上。將包含含硅氣體及含氧氣體的制程氣體引入制程區(qū)46。例如，制程氣體可包含硅烷和氧，硅烷和氧的體積流速比從約1 1 至約1 10，或甚至從約1 2至約1 6。例如，硅烷流速可從約5至約50sCCm，而氧流速可從約20至約200sCCm?？蛇x地，氬可被加入制程氣體中。當(dāng)加入氬時(shí)，硅烷與氧的體積流速比維持在上述水平，而充足的氬被加入以維持氧氣和氬氣體積流速比自約1 4至約4 1。制程氣體壓力維持在約5mTorr至約500mTorr，例如約IOOmTorr。等離子體自以約200至約10000伏特(例如約1000伏特)的電壓且以約1000瓦至約10000瓦(例如約8000瓦)的功率水平施加于繞著制程區(qū)46的天線的射頻能量產(chǎn)生。襯底40溫度維持在低于30°C，以使多孔覆蓋層M在襯底上形成。在另一預(yù)期實(shí)例中，多孔覆蓋層M用含有含硅氣體的制程氣體形成，其中含硅氣體包括三甲基甲硅烷((CH3)3-SiH)和氧。三甲基甲硅烷以流速約20至約lOOsccm供應(yīng)而氧以流速約10至約200SCCm供應(yīng)。制程氣體亦可包含流速為約10至約5000SCCm的氦或氮。室壓維持在約1至約15I~0rr之間。施加約100至約900瓦的RF功率源。襯底40溫度維持在約300°C至約450°C以沉積多孔覆蓋層M。在又一預(yù)期實(shí)例中，利用包含四乙基正硅烷(TEOS)及氧的制程氣體沉積多孔覆蓋層M，其中四乙基正硅烷的流速約200至約2000SCCm，氧的流速約200至約2000sCCm。 以約300至約1200瓦的射頻能量啟動(dòng)等離子體。襯底40溫度維持在約300至約500°C。
如圖ID與圖2所示，退火處理上方覆蓋有多孔覆蓋層M的離子注入?yún)^(qū)44a，b，以更均勻分布注入到離子注入?yún)^(qū)中的離子。舉例而言，在退火制程中，離子濃度的變動(dòng)可由 1 X 1017atm/cm2減至1 X 1013atm/cm2。退火制程亦可移除或減少離子注入?yún)^(qū)44a，b中的晶格缺陷，其中這些晶格缺陷可因注入離子的能量撞擊而引發(fā)。退火制程也可用以活化所注入的離子。在一示例性退火制程中，襯底40被加熱至至少約1000°C的溫度，或者甚至從約 800°C加熱至約1300°C。合適的退火制程可以實(shí)施約5分鐘。在退火制程中，至少一部份多孔覆蓋層M在熱處理過程揮發(fā)。在一態(tài)樣中，覆蓋在離子注入?yún)^(qū)上的至少百分之八十的多孔覆蓋層M在退火時(shí)揮發(fā)。例如，在退火期間，至少百分之九十的多孔覆蓋層M可被揮發(fā)而仍留下至少百分之六十的注入離子在離子注入?yún)^(qū)44a，b中。因此，多孔覆蓋層M保留離子注入?yún)^(qū)44a，b中的離子，而同時(shí)蒸發(fā)襯底40。 有利的是，該制程使大量的注入離子得以保留，而移除基本上全部的多孔覆蓋層M。盡管大部分的多孔覆蓋層M在退火中間產(chǎn)物以形成下一階段產(chǎn)物期間揮發(fā)，未被蒸發(fā)的多孔覆蓋層討殘余物質(zhì)，如圖ID所示，可通過干法凈化或等離子體清洗制程或濕法蝕刻制程移除。在適合的干法凈化或等離子體清洗制程中，包含氟(例如=CF4)的制程氣體可被引入制程區(qū)46，并且自該制程氣體產(chǎn)生的等離子體被用來清除襯底40表面的殘余含硅及含氧物質(zhì)。如圖IE所示，結(jié)果襯底40包含離子注入?yún)^(qū)44a，b，離子注入?yún)^(qū)44a，b具有均勻分布的離子濃度、減少的晶格缺陷、及干凈表面58。圖3示出包括PMOS與NMOS電晶體的積體電路的一個(gè)示例性實(shí)施例，其中PMOS與 NMOS電晶體可使用當(dāng)前制程來制造。在此結(jié)構(gòu)中，包含硅片的襯底40具有活化半導(dǎo)體層 100a, b，活化半導(dǎo)體層100a，b可以是塊半導(dǎo)體硅物質(zhì)(如圖所示)或形成于覆于襯底40 上的絕緣層上的硅島(未顯示)。PMOS電晶體102在活化層100的輕η-摻雜區(qū)IOOa形成， 而NMOS電晶體202在活化層100的輕ρ-摻雜區(qū)IOOb形成。ρ-摻雜區(qū)IOOb及η-摻雜區(qū) IOOa以一蝕刻于活化層內(nèi)并填充絕緣物質(zhì)(如二氧化硅)的淺隔離溝槽106彼此絕緣。 PMOS電晶體102亦含有重ρ-摻雜源極及漏極區(qū)108a、108b于活化層中，以及由n_摻雜溝道112隔離的重P-摻雜源極及漏極延伸區(qū)110a、110b。舉例而言，離子注入?yún)^(qū)44a，b可以是輕n_摻雜區(qū)100a、輕ρ-摻雜區(qū)100b、重ρ-摻雜源極及漏極區(qū)108a、108b、及由η-摻雜溝道112隔離的重ρ-摻雜源極及漏極延伸區(qū) IlOaUlOb中的任何一個(gè)。在此態(tài)樣中，緊接于沉積任一離子注入?yún)^(qū)44a，b之后，多孔覆蓋層(未顯示)被用來覆蓋離子注入?yún)^(qū)44a，b以防止離子在后續(xù)可實(shí)施于襯底40上的退火制程期間揮發(fā)。之后，將具有離子注入?yún)^(qū)44a，b的襯底40退火。在退火制程中，基本上全部的多孔覆蓋層M蒸發(fā)。之后，其他層被沉積、被蝕刻或以其他方式被處理至襯底40上。在PMOS電晶體102中，多晶硅柵電極114覆蓋在溝道112上，并藉由薄柵二氧化硅層116與溝道112隔離。包含例如鈦硅化物或鈷硅化物的柵接點(diǎn)118覆蓋于柵電極114 上。也包含例如鈦硅化物或鈷硅化物的源極接點(diǎn)區(qū)120形成于源極區(qū)108a中。氮化硅絕緣層122覆蓋于源極及漏極區(qū)108a、10 上，并包圍柵電極結(jié)構(gòu)114、116、118。二氧化硅島 124位于絕緣層122中。薄氮化硅蝕刻停止層1 覆蓋于PMOS電晶體102上方。上覆多互連層132的底部絕緣層130覆蓋于蝕刻停止層1 上方。在絕緣層130形成后，化學(xué)機(jī)械研磨制程可用來平坦化它的頂面130a。金屬源極接點(diǎn)134，例如錫，垂直延伸穿過絕緣層130，并穿過蝕刻停止層1 到鈦硅化物源極接點(diǎn)區(qū)120。絕緣層可能是二氧化硅(SiO2)或含二氧化硅的組合物，諸如硅酸磷玻璃(PSG)、硅酸硼玻璃(BSG)或碳摻雜硅酸鹽玻璃 (CSG)。這種組合物可使用制程氣體在等離子體加強(qiáng)沉積制程中形成，其中該制程氣體含有含氧氣體、硅前體(例如硅烷)、磷前體氣體(PH3)、硼前體氣體(B2H6)或含碳?xì)怏w。NMOS電晶體202包含活化層中的重n_摻雜源極及漏極區(qū)20^、208ει以及由ρ-摻雜溝道212隔離的重η-摻雜源極及漏極延伸區(qū)210b、210a。多晶硅柵電極214覆蓋溝道 212并通過薄柵二氧化硅層216與溝道212隔絕。包含例如鈦硅化物的柵接點(diǎn)218覆蓋于柵電極214上方。鈦硅化物源極接點(diǎn)區(qū)220形成于源極區(qū)208b中。氮化硅絕緣層222上覆于源極及漏極區(qū)2(Μκ208ει，并包圍柵電極結(jié)構(gòu)214、216、218。二氧化硅島2Μ位于絕緣層222中。薄氮化硅蝕刻停止層2 覆蓋于NMOS電晶體202上方。上覆多互連層132的底部絕緣層130覆蓋于蝕刻停止層2 上方。金屬(例如TiN)漏極接點(diǎn)234垂直延伸穿過絕緣層130，并穿過蝕刻停止層226到鈦硅化物源極接點(diǎn)區(qū)220。圖4所示為襯底處理裝置300的示例性實(shí)施例，該裝置適合于注入離子以在襯底 40形成離子注入?yún)^(qū)44a，b，并能夠在同一制程區(qū)46的注入?yún)^(qū)44a，b上方沉積多孔覆蓋層 54。襯底處理裝置300可以是，例如環(huán)狀源等離子體浸漬離子注入裝置，例如可購(gòu)自美國(guó)加州圣克拉拉市之應(yīng)用材料公司的P31 。合適裝置請(qǐng)參見，例如=Al-Bayati等人于2004 年12月1日申請(qǐng)且公開號(hào)為2005/01918 的美國(guó)專利申請(qǐng)案，該2005/01918 的美國(guó)專利申請(qǐng)案的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。一般而言，裝置300包含處理室310，處理室310由圓柱狀側(cè)壁312和圓盤狀室頂 314包圍。處理室310內(nèi)的襯底支撐件316包含襯底接受面318，用以支撐襯底40以便于在制程區(qū)46中處理襯底。襯底支撐件316可以是包含電極319的靜電夾盤317，電極319 埋于或由介電板321所覆蓋。電極319由夾持DC電壓源產(chǎn)生器323賦予功率。制程氣體(制程氣體包含含有要被離子注入襯底40的種類的離子注入氣體)經(jīng)由氣體分布器320被引入制程區(qū)46。位于處理室310的室頂314上的氣體分布器320藉由連結(jié)至氣體分布板325的氣體歧管3M接收制程氣體。氣體歧管324由個(gè)別氣體供應(yīng)器 326a-j所饋入，氣體供應(yīng)器326a-j各自由一組質(zhì)量流控制器327a_j所控制，該質(zhì)量流控制器327a-j設(shè)定每一氣體供應(yīng)器326a-j的氣流以控制制程氣體的組成。舉例而言，個(gè)別氣體供應(yīng)器326a-j可包含供應(yīng)含砷氣體、含磷氣體、含硼氣體、含碳?xì)怏w、氫、氧、氮、硅烷、氫化鍺氣體、氪、氙、氬或其他氣體。氣體供應(yīng)器326a-j可包含不同含摻雜劑氣體，包括含硼氟化物、含硼氫化物、含磷氟化物及含磷氫化物。其他氣體包括用于共同注入(氫與氦)、物質(zhì)增強(qiáng)(氮)、表面鈍化或共同注入(含硅或鍺或碳的氟化物)，以及光阻移除和/或處理室清潔(氧氣)等的氣體。真空泵3 耦接于在襯底支撐件316和側(cè)壁312之間界定的抽取環(huán)帶330。在襯底40上方的制程區(qū)46中激發(fā)制程氣體。適合在制程區(qū)46激發(fā)制程氣體的氣體激發(fā)器333包含一對(duì)外部凹曲導(dǎo)管334、336，外部凹曲導(dǎo)管334、336建立凹曲環(huán)狀路徑以供等離子體流通過且交切于制程區(qū)46。每一導(dǎo)管334、336具有一對(duì)末端338，末端338 耦接至處理室310的相對(duì)側(cè)。每一導(dǎo)管334、336為中空導(dǎo)電管并具有一 D.C.絕緣環(huán)340， D.C.絕緣環(huán)340防止在導(dǎo)管兩末端間形成閉合回路導(dǎo)電路徑。每一導(dǎo)管334、336的環(huán)狀部分為環(huán)狀磁芯342所圍繞。勵(lì)磁線圈344圍繞磁芯342并經(jīng)由阻抗匹配裝置348耦接至RF 功率源346。兩個(gè)耦接至各自磁芯344的RF功率源346可具有兩種稍微不同的頻率。舉例而言，藉由施加頻率為400kHz及15MHz的RF電流，氣體激發(fā)器333可自制程氣體形成感應(yīng)耦合等離子體。耦接自RF功率產(chǎn)生器346的RF電源在于封閉環(huán)狀路徑制造等離子體離子流，其中該封閉環(huán)狀路徑延伸穿過每個(gè)個(gè)別導(dǎo)管334、336并穿過制程區(qū)46。這些離子流以各自RF功率源的頻率震蕩。在離子注入制程期間，氣體激發(fā)器333自RF功率產(chǎn)生器346向凹曲導(dǎo)管334、336 施加源功率，以在導(dǎo)管內(nèi)及制程區(qū)46內(nèi)建立環(huán)狀等離子體流。藉偏壓功率產(chǎn)生器349，將偏壓功率經(jīng)由阻抗匹配電路350施于襯底支撐件316。離子注入深度由RF偏壓功率產(chǎn)生器 349所施加的襯底偏壓確定。離子注入速度或通量，亦即每秒每平方厘米注入的離子數(shù)，由等離子體密度所確定，該等離子體密度則由RF功率產(chǎn)生器346所施加的RF功率水平所控制。襯底40中累積的注入劑量(離子/cm2)系由通量及該通量所維持的時(shí)間兩者所確定。當(dāng)多孔覆蓋層M沉積在襯底40上，源功率產(chǎn)生器346可在不需使用偏壓功率產(chǎn)生器349的情況下即可用以產(chǎn)生等離子體而不需加速離子朝向襯底40。在該制程中，制程氣體解離形成彼此互相反應(yīng)或與襯底表面反應(yīng)的離子、中性粒子及其它種類，以在襯底40 上沉積多孔覆蓋層討。不論是離子注入或覆蓋層沉積制程，不同能量源可用以形成等離子體、激發(fā)離子及活化制程氣體。例如，取代感應(yīng)耦合，等離子體亦可使用任何常規(guī)或高密度等離子體產(chǎn)生源(舉例包括電容式等離子體源、電子回旋加速器共振、或變壓耦合等離子體)而產(chǎn)生。 因此，本發(fā)明的當(dāng)前權(quán)利要求的范圍不應(yīng)被限制于在此所舉的示例性裝置。本發(fā)明在此藉由參考所列若干不同實(shí)施例加以敘述，然而，其他情形亦為可能。例如亦可使用不同離子注入制程。同時(shí)，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，不同物質(zhì)亦可用于覆蓋層M。因此，所附權(quán)利要求的精神與范圍不應(yīng)被局限于在此所描述的實(shí)施例。
10
權(quán)利要求
1.一種離子注入方法，包括(a)將離子注入襯底的區(qū)域內(nèi)以形成離子注入?yún)^(qū)；(b)沉積多孔覆蓋層于所述離子注入?yún)^(qū)上；以及(c)將所述襯底退火，并在退火制程期間使覆蓋所述離子注入?yún)^(qū)的所述多孔覆蓋層的至少百分之八十揮發(fā)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，(c)步驟包含將所述襯底上的所述離子注入?yún)^(qū)退火，以揮發(fā)所述多孔覆蓋層的至少百分之九十，而在所述離子注入?yún)^(qū)保留所注入離子的至少百分之六十。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，(b)步驟包含沉積多孔覆蓋層，所述多孔覆蓋層具有以下特性中的至少一種(i)孔隙度為至少百分之二十；或( )連續(xù)狀細(xì)孔的孔隙體積為至少百分之二十。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，(b)步驟包含通過將制程氣體引入所述制程區(qū)并在室溫激發(fā)所述制程氣體形成等離子體來沉積所述多孔覆蓋層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，(b)步驟包含通過將包括含硅氣體及含氧氣體的制程氣體引入所述制程區(qū)，激發(fā)所述制程氣體以形成等離子體，并維持所述襯底溫度低于30°C，以沉積包含二氧化硅的多孔覆蓋層。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括下述至少一個(gè)(i)含硅氣體包括硅烷，且含氧氣體包括氧氣；(ii)將所述制程氣體的壓力維持在約5mTorr至約500mTorr；或(iii)通過以約1000至約10000瓦的功率水平向繞著所述制程區(qū)的天線提供功率來形成所述等離子體。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，(a)步驟包括在下列步驟中的至少一個(gè)中注入離子(i)注入包括砷、硼或磷的離子；(ii)以從1 X 1014atoms/cm3 到 1 X 1017atoms/cm3 的劑量注入離子；(iii)將離子注入到距所述襯底的表面少于500A的深度；(iv)通過將包括含砷氣體的制程氣體引入所述制程區(qū)內(nèi)、激發(fā)所述制程氣體形成等離子體并維持所述襯底的溫度低于30°C，以注入砷離子。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(iv)包括以下步驟中的至少一個(gè)(i)將所述制程氣體的壓力維持在從約3mT0rr到約5Τοπ·；或(ii)以約200至約8000伏特的電壓向繞著所述制程區(qū)的天線提供功率。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)與步驟(b)藉由將所述襯底放置于處理室的制程區(qū)中來執(zhí)行。
10.一種中間產(chǎn)物，包括(a)襯底；(b)所述襯底上的多個(gè)離子注入?yún)^(qū)；以及(c)多孔覆蓋層，所述多孔覆蓋層覆蓋在所述離子注入?yún)^(qū)上。
11.如權(quán)利要求10所述的中間產(chǎn)物，其特征在于，所述多孔覆蓋層具有下列特性中的至少一種(i)孔隙度為至少百分之二十；或(ii)連續(xù)狀細(xì)孔的孔隙體積為至少百分之二十。
12.如權(quán)利要求10所述的中間產(chǎn)物，其特征在于，所述離子注入?yún)^(qū)包括下列特性中的至少一種(i)離子包括砷、硼或磷；(ii)以從1 X 1014atoms/cm3 到 1 X 1017atoms/cm3 的劑量注入離子；(iii)將離子注入到距所述襯底的表面少于500A的深度；或(iv)p-型摻雜區(qū)鄰近于η-型摻雜區(qū)。
13.如權(quán)利要求10所述的中間產(chǎn)物，其特征在于，所述襯底包含氧化硅、碳化硅、晶體硅、應(yīng)變硅、硅鍺、摻雜或非摻雜多晶硅、摻雜或非摻雜硅片、摻雜硅、鍺、砷化鎵、氮化鎵、玻璃、藍(lán)寶石(sapphire)和石英中的至少一種。
全文摘要
在一離子注入方法中，襯底放置于制程區(qū)，而離子注入襯底的區(qū)域中以形成離子注入?yún)^(qū)。多孔覆蓋層沉積于離子注入?yún)^(qū)上。在退火制程期間，將襯底退火以揮發(fā)至少百分之八十上覆于離子注入?yún)^(qū)的多孔覆蓋層。中間產(chǎn)物包括襯底、襯底上的多個(gè)離子注入?yún)^(qū)、以及覆蓋離子注入?yún)^(qū)的多孔覆蓋層。
文檔編號(hào)H01L21/265GK102308371SQ200980156483
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者J·I·戴爾阿瓜博尼奇爾, M·孚德, R·斯查特爾卡普, T·普恩 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司