減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法
2023-06-12 12:55:31 1
專利名稱：減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體製造方法，尤其涉及一種減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法。
背景技術：
在半導體工藝中，離子注入工藝一般是在襯底上形成一光致抗蝕劑圖案，再進行一次離子注入步驟，以在暴露出的襯底中形成一摻雜區。不過，因為利用離子注入法所摻入的離子帶有正電荷，所以在注入晶片之後，這些正電荷會累積在晶片表面。以下是幾個會造成大量電荷累積於晶片表面的原因。
圖1繪示一個正在進行離子注入的MOS電晶體的剖面圖。請參照圖1，此MOS電晶體包括襯底100、柵極102與間隙壁104。然後，以一光致抗蝕劑圖案106作為掩模，對襯底100進行離子注入工藝108，以於其中形成當作源極與漏極的摻雜區110。然而，當光致抗蝕劑圖案106的透光率(Transmittance，TR)太低，即被光致抗蝕劑圖案106覆蓋的襯底100面積遠大於暴露出來的襯底100面積時，會有大量的正電荷累積在暴露出來的襯底100表面，嚴重時甚至會造成接近光致抗蝕劑圖案106底邊的區域111發生爆炸而破壞MOS電晶體。這就是所謂的火山效應(volcano effect)。
另外，圖2繪示一個正在進行離子注入工藝202的雙極互補式金屬氧化物半導體(BiCMOS)的剖面圖(圖2僅繪示部分的BiCMOS結構)。請參照圖2，離子注入工藝202所帶的正電荷會因為N型外延矽層204與P型矽襯底200之間的PN結206所造成逆向偏壓，而無法將電荷向雙極互補式金屬氧化物半導體底部導出。
圖3則是繪示一正在進行離子注入工藝306的晶片310以及晶片310周邊的離子注入機300示意圖。請參照圖3，其中晶片310被置於平臺302上。目前為了中和累積的正電荷，會在離子注入機300內設置鋁護蓋(aluminum cover)304，以便於注入離子期間藉由離子束的轟擊，使鋁護蓋304產生大量二次電子(Secondary Electron)308來中和累積的正電荷。然而，如果離子束的電流不夠大，則二次電子308的數量將不足以完全中和晶片310表面累積的正電荷。
因此，必須尋求其他的方法來減少離子注入工藝所累積在晶片表面的電荷，以防止電荷累積所導致的火山效應。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，以防止正電荷大量累積於晶片表面。
本發明的再一目的是提供一種雙極互補式金屬氧化物半導體(BiCMOS)的製造方法，使所製造出的雙極互補式金屬氧化物半導體的離子注入工藝順利進行。
本發明提出一種減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，包括提供襯底。在襯底上形成導電光致抗蝕劑圖案，此導電光致抗蝕劑圖案暴露部分襯底。以此導電光致抗蝕劑圖案為掩模，對襯底進行離子注入工藝，以於襯底中形成數個摻雜區。之後，移除此導電光致抗蝕劑圖案。
於一實施例中，上述導電光致抗蝕劑圖案的材質包括導電樹脂、溶劑以及選擇性的感應物質。導電樹脂例如是3-己基噻吩-3-噻吩-乙烷-甲基丙烯酸脂(3-hexylthiophene-3-thiophene-ethanemethacylate)共聚物。溶劑例如是氯化金的乙腈(acetonitrile)溶液。感應物質例如是氯化金。
於一實施例中，上述導電光致抗蝕劑圖案的電阻係數小於106ohm-cm。此導電光致抗蝕劑圖案為負光致抗蝕劑(Negative Photoresist)層或正光致抗蝕劑(Positive Photoresist)層。
於一實施例中，上述摻雜區的摻雜濃度為1018至1020cm-3。
值得一提的是，在離子注入工藝中，離子所帶有的正電荷會經由導電光致抗蝕劑圖案向外導出，而不會累積在導電光致抗蝕劑圖案與暴露的部分襯底上。
本發明再提出一種雙極互補式金屬氧化物半導體(BiCMOS)的製造方法，包括於襯底上形成互補式金屬氧化物半導體與雙極電晶體。其中形成此雙極互補式金屬氧化物半導體的重摻雜區的步驟是採用導電光致抗蝕劑圖案作為離子注入工藝的掩模，以預防雙極互補式金屬氧化物半導體因電荷累積而產生局部區域爆開的現象。
於一實施例中，上述重摻雜區例如是源極/漏極區、集電極接觸窗、發射極、基極或基極接觸窗。
於一實施例中，上述導電光致抗蝕劑圖案的材質包括導電樹脂、溶劑以及選擇性的感應物質。導電樹脂例如是3-己基噻吩-3-噻吩-乙烷-甲基丙烯酸脂(3-hexylthiophene-3-thiophene-ethanemethacylate)共聚物。溶劑例如是氯化金的乙腈(acetonitrile)溶液。感應物質例如是氯化金。
於一實施例中，上述導電光致抗蝕劑圖案的電阻係數小於106ohm-cm。導電光致抗蝕劑圖案可以是負光致抗蝕劑或正光致抗蝕劑。
由於本發明於上述各離子注入工藝均可選擇性的利用導電光致抗蝕劑圖案，所以可將累積的電荷向外界導出，以避免注入離子所帶的正電荷大量累積在晶片上所導致的火山效應。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉優選實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
圖1繪示一個正在進行離子注入的MOS電晶體的剖面圖；圖2繪示一個正在進行離子注入工藝的雙極互補式金屬氧化物半導體的剖面圖；圖3則是繪示一正在進行離子注入工藝的晶片以及晶片周邊的離子注入機設備示意圖；圖4繪示依照本發明一優選實施例的正在進行離子注入工藝的MOS電晶體的剖面圖；圖5A至圖5D是依照本發明另一優選實施例的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造流程剖面圖。
主要元件符號說明100、200、400、500襯底102、402、521柵極104、404、522間隙壁106光致抗蝕劑圖案
108、202、306、408、516、530、536、544離子注入工藝110、410摻雜區111、411區域204N型外延矽層206PN結300離子注入機302平臺304鋁護蓋308二次電子310晶片406、514、528、534、542導電光致抗蝕劑圖案502互補式金屬氧化物半導體區504雙極電晶體區506外延矽底材507介電層508埋入層510井512基極520a、520b柵極結構507a柵氧化層524、538源極/漏極區526發射極532集電極接觸窗540基極接觸窗具體實施方式
第一實施例圖4繪示依照本發明一優選實施例的正在進行離子注入工藝的MOS電晶體的剖面圖。請參照圖4，本實施例的MOS電晶體包括襯底400、柵極402與間隙壁404，當然也可以包括其它半導體元件。在襯底400上形成有一層導電光致抗蝕劑圖案406，且其暴露部分襯底400，其中導電光致抗蝕劑圖案406的材質例如包括導電樹脂、溶劑以及選擇性的感應物質。上述導電樹脂例如是3-己基噻吩-3-噻吩-乙烷-甲基丙烯酸脂(3-hexylthiophene-3-thiophene-ethane methacylate)共聚物(copolymer)、溶劑例如是氯化金的乙腈(arcetonitrile)溶液，而感應物質例如是氯化金。此外，導電光致抗蝕劑圖案406的電阻係數例如小於106ohm-cm。另外，導電光致抗蝕劑圖案406可以是負光致抗蝕劑或正光致抗蝕劑。
請繼續參照圖4，當進行離子注入工藝408的時候，導電光致抗蝕劑圖案406將成為掩模，而僅於暴露出的襯底400中形成摻雜區410，且摻雜區410一般是作為MOS電晶體的源極/漏極區，摻雜區410的摻雜濃度則可為1018至1020cm-3。在離子注入工藝408之後，可移除導電光致抗蝕劑圖案406。
值得一提的是，在上述離子注入工藝408中，離子所帶有的正電荷會經由導電光致抗蝕劑圖案406向外導出，而不會累積在導電光致抗蝕劑圖案406與暴露的襯底400上，進而防止導電光致抗蝕劑圖案406底邊的區域411因大量的正電荷集中而發生的爆炸。
第二實施例圖5A至圖5D是依照本發明另一優選實施例的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造流程剖面圖。
請參照圖5A，首先提供具有互補式金屬氧化物半導體區502與雙極電晶體區504的襯底500。當襯底500為P型矽襯底時，於襯底500上可形成有一層N型外延矽底材(Epitaxy Substrate)506，外延矽底材506上則有一層介電層507，且形成外延矽底材506之前，襯底500中還形成有N型埋入層508。此外，在互補式金屬氧化物半導體區502的外延矽底材506內有P型井510。本實施例是為方便說明而舉此雙極互補式金屬氧化物半導體元件的結構為例，但並不以此限定本發明所能應用的結構。在本實施例中，形成此雙極互補式金屬氧化物半導體的重摻雜區的步驟包括採用一導電光致抗蝕劑圖案作為離子注入工藝的掩模，以預防該雙極互補式金屬氧化物半導體因電荷累積而產生局部區域爆開的現象。其中重摻雜區例如是源極/漏極區、集電極接觸窗、發射極、基極以及基極接觸窗，以下將詳細說明形成這些重摻雜區的步驟。
請繼續參照圖5A，在雙極電晶體區504的外延矽底材506內形成基極(Base)512的步驟例如是採用一層導電光致抗蝕劑圖案514作為掩模，對襯底500進行離子注入工藝516。基極512例如是P型摻雜外延矽。其中，導電光致抗蝕劑圖案514的材質包括導電樹脂、溶劑以及選擇性的感應物質。其中導電樹脂例如是3-己基噻吩-3-噻吩-乙烷-甲基丙烯酸脂共聚物(3-hexylthiophene-3-thiophene-ethanemethacylate copolymer)。溶劑例如是氯化金的乙腈(acetonitrile)溶液。感應物質例如是氯化金。導電光致抗蝕劑圖案514的電阻係數小於106ohm-cm。導電光致抗蝕劑圖案514例如是正光致抗蝕劑或負光致抗蝕劑。之後，可將導電光致抗蝕劑圖案514去除。
接著，請參照圖5B，以一般製造方法將柵極結構520a與520b形成於外延矽底材506上。待互補式金屬氧化物半導體區502中的柵極結構520a與520b形成後，可採用另一層導電光致抗蝕劑圖案528作為掩模，對襯底500進行離子注入工藝530，以便於井510上的柵極結構520a兩側形成N型的源極/漏極區524，並於基極512中形成N型發射極526。其中柵極結構520a與520b包括柵極521、柵氧化層507a與間隙壁522。本圖中的導電光致抗蝕劑圖案528的材料選擇與上述導電光致抗蝕劑圖案514相同，故不再重述。接著，可將導電光致抗蝕劑圖案528去除。
之後，請參照圖5C，可再利用另一層導電光致抗蝕劑圖案534作為掩模，對襯底500進行離子注入工藝536，以於雙極電晶體區504的外延矽底材506中形成N型集電極接觸窗532。而導電光致抗蝕劑圖案534的材料選擇與上述導電光致抗蝕劑圖案514相同，故不再重述。然後，可將導電光致抗蝕劑圖案534去除。
之後，請參照圖5D，可用一層導電光致抗蝕劑圖案542作為掩模，對襯底500進行離子注入工藝544，以於柵極結構520b兩側的外延矽底材506中形成P型源極/漏極區538，並於發射極526與集電極接觸窗532之間的P型基極512中形成基極接觸窗(Base Contact)540。而導電光致抗蝕劑圖案542的材料選擇與上述導電光致抗蝕劑圖案514相同，故不再重述。
為方便說明，本實施例是以上述基極512、發射極526、集電極接觸窗532、源極/漏極區524與538、以及基極接觸窗540等重摻雜區的形成順序為例來說明，然而並不限定此順序。同時形成的重摻雜區(例如源極/漏極區538與基極接觸窗540)可視需求而分為兩個以上的步驟來形成。同理，可以視需求將兩個以上的重摻雜區合併在同一步驟來形成。本實施例所未描述的重摻雜區(例如埋入層508)的形成方法也可以選擇性地使用導電光致抗蝕劑圖案作為掩模，對襯底500進行離子注入工藝來形成。
綜上所述，本發明的特點在於這些導電光致抗蝕劑圖案514、528、534以及542可以將注入離子所帶來的正電荷向外界導出，以避免正電荷累積在襯底500上而造成局部區域爆開的現象。
雖然本發明已以優選實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視所附權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，包括提供一襯底；在該襯底上形成一導電光致抗蝕劑圖案，該導電光致抗蝕劑圖案暴露部分該襯底；以該導電光致抗蝕劑圖案為掩模，對該襯底進行一離子注入工藝，以於該襯底中形成多個摻雜區；以及移除該導電光致抗蝕劑圖案。
2.如權利要求1所述的減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，其中該導電光致抗蝕劑圖案的材質包括一導電樹脂；一溶劑；以及一選擇性的感應物質。
3.如權利要求2所述的減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，其中該導電樹脂包括3-己基噻吩-3-噻吩-乙烷-甲基丙烯酸脂共聚物。
4.如權利要求2所述的減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，其中該溶劑包括氯化金的乙腈溶液。
5.如權利要求2所述的減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，其中該感應物質包括氯化金。
6.如權利要求1所述的減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，其中該導電光致抗蝕劑圖案的電阻係數小於106ohm-cm。
7.如權利要求1所述的減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，其中該導電光致抗蝕劑圖案為負光致抗蝕劑層。
8.如權利要求1所述的減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，其中該導電光致抗蝕劑圖案為正光致抗蝕劑層。
9.如權利要求1所述的減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的正電荷的方法，其中該摻雜區的摻雜濃度為1018至1020cm-3。
10.一種雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，包括於一襯底上形成一互補式金屬氧化物半導體與一雙極電晶體，其中形成該雙極互補式金屬氧化物半導體的重摻雜區的步驟包括採用一導電光致抗蝕劑圖案作為離子注入工藝的掩模，以預防該雙極互補式金屬氧化物半導體因電荷累積而產生局部區域爆開的現象。
11.如權利要求10所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該重摻雜區包括源極/漏極區。
12.如權利要求10所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該重摻雜區包括集電極接觸窗。
13.如權利要求10所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該重摻雜區包括發射極。
14.如權利要求10所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該重摻雜區包括基極。
15.如權利要求10所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該重摻雜區包括基極接觸窗。
16.如權利要求10所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該導電光致抗蝕劑圖案的材質包括一導電樹脂；一溶劑；以及一選擇性的感應物質。
17.如權利要求16所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該導電樹脂包括3-己基噻吩-3-噻吩-乙烷-甲基丙烯酸脂共聚物。
18.如權利要求16所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該溶劑包括氯化金的乙腈溶液。
19.如權利要求16所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該感應物質包括氯化金。
20.如權利要求10所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該導電光致抗蝕劑圖案的電阻係數小於106ohm-cm。
21.如權利要求10所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該導電光致抗蝕劑圖案為負光致抗蝕劑層。
22.如權利要求10所述的雙極互補式金屬氧化物半導體的製造方法，其中該導電光致抗蝕劑圖案為正光致抗蝕劑層。
全文摘要
一種減少在離子注入工藝中累積於晶片表面的電荷的方法，此方法是先提供襯底，再在襯底上形成一層導電光致抗蝕劑圖案，以暴露部分襯底，並以導電光致抗蝕劑圖案為掩模，對襯底進行離子注入工藝，以於襯底中形成數個摻雜區。然後，移除導電光致抗蝕劑圖案。由於利用導電光致抗蝕劑圖案將累積的電荷傳導出去，所以能夠避免因電荷累積於晶片表面而發生的火山效應。
文檔編號H01L21/8228GK1949462SQ200510113380
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月11日 優先權日2005年10月11日
發明者施惠紳, 黃寬益 申請人:聯華電子股份有限公司