一種離子注入的方法
2023-05-27 03:15:51
一種離子注入的方法
【專利摘要】本發明的實施例提供一種離子注入的方法，涉及半導體【技術領域】，可有效地阻擋離子的轟擊，同時避免熱效應引起的掩膜層硬化變形的問題，且易於去除，從而提高產品的良率；所述方法包括：在基板表面製備石墨薄膜，通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層，以所述石墨掩膜層為掩膜進行離子注入；用於離子注入工藝。
【專利說明】一種離子注入的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，尤其涉及一種離子注入的方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的飛速發展，為了達到更快的運算速度、更大的數據存儲量以及更多的功能，半導體器件正向更高的元件密度和集成度的方向發展。半導體器件的特徵尺寸已經達到深亞微米級甚至更小，尤其對於納米級的CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor,互補型金屬氧化物半導體)器件，電晶體的密度在大幅度提高，因此離子注入工藝也變得越來越為重要；與此同時，大劑量的離子注入也成為一種趨勢。
[0003]現有技術中，離子注入工藝通常利用光刻膠作為離子注入的掩模層，對指定的區域進行覆蓋阻擋，並對暴露出來的半導體層進行離子注入。在此過程中，由於注入離子具有一定的能量，當這些高能離子注入到光刻膠層時，光刻膠便會受到離子的連續撞擊而累積能量，從而產生熱效應，導致光刻膠掩模層碳化發硬而產生變形，同時還會造成光刻膠難以去除而產生的掩模層殘留現象。
【發明內容】
[0004]本發明的實施例提供一種離子注入的方法，可有效地阻擋離子的轟擊，同時避免熱效應引起的掩膜層硬化變形的問題，且易於去除，從而提高產品的良率。
[0005]為達到上述目的，本發明的實施例採用如下技術方案:
[0006]提供一種離子注入的方法，所述方法包括:在基板表面製備石墨薄膜；通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層；以所述石墨掩膜層為掩膜進行離子注入。
[0007]可選的，所述通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層具體包括:在所述石墨薄膜上塗覆光刻膠，通過一次光刻工藝形成光刻膠圖案層；以所述光刻膠圖案層為掩膜，對所述石墨薄膜進行幹法刻蝕，形成石墨掩膜層；去除所述光刻膠圖案層。
[0008]進一步可選的，所述光刻膠圖案層的去除方法包括溼法剝離。
[0009]可選的，所述在基板表面製備石墨薄膜具體包括:在半導體基板的表面沉積所述石墨薄膜；其中，所述半導體基板包括導體/絕緣襯底基板和位於所述導體/絕緣襯底基板表面的半導體薄膜；或者，所述半導體基板為半導體襯底基板。
[0010]進一步可選的，在基板表面製備石墨薄膜之前，所述方法還包括:清洗所述半導體基板。
[0011]進一步可選的，在以所述石墨掩膜層為掩膜進行離子注入之後，所述方法還包括:去除所述石墨掩膜層，並清洗離子注入後的所述半導體基板。
[0012]進一步的，所述去除所述石墨掩膜層具體包括:採用幹法刻蝕去除所述石墨掩膜層；其中，所述幹法刻蝕包括等離子體刻蝕。
[0013]優選的，所述等離子體刻蝕包括氧氣等離子體刻蝕。
[0014]可選的，所述在基板表面製備石墨薄膜具體包括:通過磁控濺射或者等離子體增強化學氣相沉積法在基板表面製備所述石墨薄膜。
[0015]優選的，所述石墨薄膜的厚度為10_150nm。
[0016]本發明實施例提供一種離子注入的方法，所述方法包括:在基板表面製備石墨薄膜；通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層；以所述石墨掩膜層為掩膜進行離子注入。基於此，當採用所述石墨掩膜層作為離子注入工藝的掩膜時，由於石墨薄膜具有足夠的硬度和良好的導熱性能，因此在離子注入的過程中，所述石墨掩膜層可以有效的阻擋離子的轟擊，同時能夠快速高效的導熱散熱，從而避免熱效應引起的掩膜層硬化變形的問題，提高產品的良率；此外，在後續的工藝過程中，所述石墨掩膜層易於去除，不會存在掩膜層殘留的現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本發明實施例提供的一種離子注入的工藝流程圖一；
[0019]圖2(a)至2(c)為本發明實施例提供的一種離子注入的過程示意圖；
[0020]圖3為本發明實施例提供的一種石墨掩膜層的製備方法流程圖；
[0021]圖4(a)至4(c)為本發明實施例提供的一種石墨掩膜層的形成過程示意圖；
[0022]圖5為本發明實施例提供的一種離子注入的工藝流程圖二。
[0023]附圖標記:
[0024]10-(半導體)基板；200_石墨薄膜；20_石墨掩膜層；300_光刻膠；30_光刻膠圖案層。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0026]本發明實施例提供一種離子注入的方法，如圖1所示，所述方法包括:
[0027]S10、如圖2(a)所示，在基板10表面製備石墨薄膜200。
[0028]這裡，所述石墨薄膜200可以通過物理氣相沉積法或者化學氣相沉積法進行製備。
[0029]本發明實施例對於所述石墨薄膜的製備方法不做具體限定，只要可以形成均勻平坦的膜層即可。
[0030]S20、如圖2(b)所不,通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層20。
[0031]這裡，所述石墨掩膜層20實際上是指具有掩膜作用的石墨薄膜。
[0032]在離子注入的過程中，所述石墨掩膜層20可以作為離子注入的阻擋層；在此基礎上，為了保證良好的掩膜效果，所述石墨掩膜層20可以具有適當的厚度。其中，所述石墨掩膜層20的厚度與離子注入的深度以及能量有關。[0033]S30、如圖2(c)所示，以所述石墨掩膜層20為掩膜進行離子注入。
[0034]這裡選用所述石墨薄膜作為掩膜層的材料，主要是基於石墨薄膜具有足夠的硬度和良好的導熱性能，從而可以有效的阻擋離子的轟擊，同時能夠快速散熱，不會引起掩膜層硬化變形的問題。
[0035]需要說明的是，當所述石墨掩膜層20應用於離子注入工藝時，可以有效的發揮其離子阻擋作用，但這並不代表所述石墨掩膜層20不適用於其它工藝；也就是說，所述石墨掩膜層20可以根據需要應用於任何需要進行掩膜的工藝過程，本發明實施例對於所述石墨掩膜層20的具體應用場合不做限定。
[0036]本發明實施例提供一種離子注入的方法，所述方法包括:在基板10表面製備石墨薄膜200 ;通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層20 ;以所述石墨掩膜層20為掩膜進行離子注入。基於此，當採用所述石墨掩膜層20作為離子注入工藝的掩膜時，由於石墨薄膜具有足夠的硬度和良好的導熱性能，因此在離子注入的過程中，所述石墨掩膜層20可以有效的阻擋離子的轟擊，同時能夠快速高效的導熱散熱，從而避免熱效應引起的掩膜層硬化變形的問題，提高產品的良率；此外，在後續的工藝過程中，所述石墨掩膜層20易於去除，不會存在掩膜層殘留的現象。
[0037]基於上述描述，優選的，所述在基板10表面製備石墨薄膜200具體可以包括:通過磁控濺射或者等離子體增強化學氣相沉積法製備所述石墨薄膜200。
[0038]這裡，所述石墨薄膜200的具體製備工藝參數可以根據其微觀結構和實際厚度而定。
[0039]其中，通過磁控濺射法製備的薄膜具有膜基結合力強、薄膜純度高、緻密性好以及成膜均勻性好等優點；通過等離子體增強化學氣相沉積法製備的薄膜具有膜厚和成分均勻性好、薄膜緻密性好、膜層的附著力強等優點。
[0040]在此基礎上，優選的，所述石墨薄膜200的厚度可以為10_150nm。
[0041]當膜層的厚度在10_150nm之間時，所述石墨薄膜200具有良好的附著力，且不會發生應力集中引起的膜層脫落現象；進一步的，在形成所述石墨掩膜層20之後，所述石墨掩膜層20具有較強的阻擋能力，可以有效的阻擋高能離子的轟擊；此外，在後續工藝過程中，所述石墨掩膜層20易於去除，不會存在掩膜層殘留的現象。
[0042]可選的，如圖3所示，所述通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層20具體可以包括:
[0043]S201、如圖4(a)和4(b)所示，在所述石墨薄膜200上塗覆光刻膠300，通過一次光刻工藝形成光刻膠圖案層30。
[0044]這裡，所述光刻工藝具體可以包括前烘、曝光、顯影、後烘；在經過曝光和顯影之後，所述光刻膠300便會形成光刻膠保留部分和光刻膠去除部分，即上述的光刻膠圖案層30。
[0045]其中，所述光刻膠300可以為正性光刻膠或者負性光刻膠；根據所述光刻膠300的類型的不同，所需要的顯影液的類型也隨之不同。
[0046]S202、如圖4(c)所示，以所述光刻膠圖案層30為掩膜，對所述石墨薄膜200進行幹法刻蝕，從而形成石墨掩膜層20。
[0047]這裡，所述光刻膠圖案層30可以作為製備所述石墨掩膜層20的掩膜，所述光刻膠去除部分對應的石墨薄膜200暴露在外而會受到刻蝕，所述光刻膠保留部分覆蓋的石墨薄膜200不受影響。
[0048]其中，在對所述石墨薄膜200進行刻蝕時，優選採用幹法刻蝕。相比於溼法刻蝕，幹法刻蝕具有良好的各向異性，即只有垂直刻蝕，沒有橫向鑽蝕；這樣便可以保證被刻蝕薄膜能夠精確複製出與掩膜層完全一致的幾何圖形。基於此，幹法刻蝕可以大幅度提高刻蝕的各向異性，精確控制側壁剖面的形狀，且具有良好的刻蝕均勻性。
[0049]S203、參考圖2(b)所示，去除所述光刻膠圖案層30。
[0050]在所述石墨掩膜層20的圖案形成之後，便可以將所述光刻膠圖案層30去除；其中，所述光刻膠圖案層30的去除方法可以為溼法剝離或者灰化處理。
[0051]這裡，溼法剝離和灰化處理均可用於去除所述光刻膠；但灰化處理可能會對光刻膠覆蓋的膜層產生一定的損傷，且灰化處理更適用於去除碳化發硬的光刻膠；基於此，由於所述光刻膠圖案層30尚未經過離子注入，不存在碳化發硬的問題，因此本發明實施例優選採用溼法剝離去除所述光刻膠圖案層30。
[0052]其中，所述溼法剝離可以採用光刻膠專用的剝離液，其成分主要包括硝酸、硫酸和
草酸等。
[0053]通過上述步驟S201-S203，便可以製備得到所述石墨掩膜層20 ;採用所述石墨掩膜層20作為離子注入的掩膜，可以有效的阻擋離子的轟擊。
[0054]可選的，所述在基板10表面製備石墨薄膜200具體可以包括:在半導體基板10的表面沉積所述石墨薄膜200 ;其中，所述半導體基板10可以包括導體/絕緣襯底基板和位於所述導體/絕緣襯底基板表面的半導體薄膜；或者，所述半導體基板10可以直接為半導體襯底基板。
[0055]當所述半導體基板10包括導體/絕緣襯底基板和位於所述導體/絕緣襯底基板上的半導體薄膜時，所述導體襯底基板可以為金屬基板，所述絕緣襯底基板可以為玻璃基板，所述半導體薄膜可以為多晶矽薄膜、或鍺薄膜、或矽鍺薄膜、或鎵砷薄膜等。
[0056]當所述半導體基板10為半導體襯底基板時,所述半導體襯底基板可以直接為娃襯底、或鍺襯底、或矽鍺襯底、或鎵砷襯底等。
[0057]進一步的，所述在基板10表面製備石墨薄膜200之前，還需要對所述半導體基板10進行清洗。
[0058]具體的，所述半導體基板10可以採用乙醇或丙酮等有機溶劑在超聲波清洗設備中進行清洗；當然，所述半導體基板10清洗完成後還應進行乾燥化處理。
[0059]通過對所述半導體基板10的表面進行清洗，便可以獲得清潔的基板表面，這樣有利於所述石墨薄膜200的沉積，並能有效的提高基板與薄膜之間的膜基結合力以及成膜的均勻性。
[0060]在此基礎上，進一步的，在以所述石墨掩膜層20為掩膜進行離子注入之後，還應去除所述石墨掩膜層20，並清洗離子注入後的所述半導體基板10。
[0061]這裡需要說明的是，所述石墨掩膜層20在經過離子注入之後，其內部也相應地存在微量的注入離子，且這些注入離子可以存在於石墨晶體的晶格間隙中；也就是說，這些注入離子是以所述石墨晶體為載體而存在於所述石墨掩膜層20中的。基於此，當將所述石墨掩膜層20去除之後，所述注入離子便失去了依附的載體，從而也可以同時去除。
[0062]這裡，所述石墨掩膜層20的去除方法可以是幹法刻蝕或者溼法刻蝕。其中，幹法刻蝕的反應產物是揮發性的氣體，採用幹法刻蝕可以更加高效的去除所述石墨掩膜層20而不會造成掩膜層殘留的問題；此外，幹法刻蝕具有相對較高的反應效率，因而可以有效的節省工藝時間。
[0063]基於上述理由，本發明實施例優選採用幹法刻蝕去除所述石墨掩膜層20 ;其中，所述幹法刻蝕具體可以包括等離子體刻蝕。
[0064]下面將對所述等離子體刻蝕的原理進行具體說明:在低壓環境中，反應氣體在射頻功率的激發下產生電離並形成等離子體；該等離子體由帶電的電子和離子組成，反應腔內的氣體在電子的撞擊下，除了轉變成離子外，還能吸收能量並形成大量的活性反應基團；該活性反應基團和需要進行刻蝕的物質表面發生化學反應並形成揮發性的反應生成物；該反應生成物脫離被刻蝕物質的表面，並被真空系統抽出腔體。
[0065]基於上述原理，所述等離子體刻蝕可以包括任何能夠產生氧氣等離子體的刻蝕；通過所述氧氣等離子體和所述石墨之間發生化學反應並生成揮發性物質，便可以將所述石墨掩膜層20去除。
[0066]在此基礎上，本發明實施例優選採用氧氣等離子體刻蝕去除所述石墨掩膜層20。這裡，所述氧氣等離子體可以直接由氧氣發生電離而形成，因此具有相對較高的純度，且不會形成副產物。
[0067]進一步的，在去除所述石墨掩膜層20之後，還需將離子注入後的所述半導體基板10進行清洗。這裡可以通過有機清洗液、紫外光照和去離子水的結合來對所述半導體基板10進行清洗。通過清洗離子注入後的所述半導體基板10，可以有效的降低後續工藝過程中顆粒汙染物的累積，從而提聞廣品的良率。
[0068]下面提供一具體的實施例對所述離子注入工藝進行完整的描述。如圖5所示，所述離子注入工藝可以包括如下步驟:
[0069]S01、清洗半導體基板10。
[0070]這裡，所述半導體基板10包括玻璃基板和位於所述玻璃基板表面的多晶娃。
[0071]S02、參考圖2(a)所示，在半導體基板10的表面製備石墨薄膜200。
[0072]其中，所述石墨薄膜200的厚度為10_150nm。
[0073]這裡可以通過磁控濺射法沉積所述石墨薄膜200。
[0074]S03、參考圖4(a)和4(b)所示，在所述石墨薄膜200上塗覆光刻膠300，並通過一次光刻工藝形成光刻膠圖案層30。
[0075]其中，所述光刻膠300為正性光刻膠。
[0076]這裡，所述光刻膠300經過曝光和顯影可以形成光刻膠去除部分和光刻膠保留部分，即上述的光刻膠圖案層30。
[0077]S04、參考圖4(c)所示，以所述光刻膠圖案層30為掩膜，對所述石墨薄膜200進行刻蝕，從而形成石墨掩膜層20。
[0078]這裡可以通過氧氣等離子體對所述石墨薄膜200進行刻蝕處理。
[0079]S05、參考圖2(b)所示，去除所述光刻膠圖案層30。
[0080]這裡可以採用光刻膠專用剝離液對其進行溼法剝離；其中，所述光刻膠專用剝離液的成分主要包括硝酸、硫酸和草酸。
[0081]S06、參考圖2(c)所示，以所述石墨掩膜層20為掩膜進行離子注入。[0082]在此情況下，高能離子便會直接注入到未被所述石墨掩膜層20覆蓋的多晶矽的內部，從而改善所述多晶矽半導體層的性能。
[0083]S07、去除所述石墨掩膜層20，並清洗離子注入後的所述半導體基板10。
[0084]這裡可以通過氧氣等離子體刻蝕去除所述石墨掩膜層20。
[0085]通過上述步驟S01-S07，便可以完成所述離子注入工藝。其中，以所述石墨掩膜層20為掩膜進行離子注入，不僅可以有效的阻擋離子的轟擊，還能快速高效的導熱散熱，從而避免熱效應引起的掩膜層硬化變形的問題，且所述石墨掩膜層20易於通過等離子體刻蝕進行去除，不會存在掩膜層殘留的現象，這樣便可以大大提高產品的良率。
[0086]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種離子注入的方法，其特徵在於，所述方法包括: 在基板表面製備石墨薄膜； 通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層； 以所述石墨掩膜層為掩膜進行離子注入。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述通過一次構圖工藝形成石墨掩膜層具體包括: 在所述石墨薄膜上塗覆光刻膠，通過一次光刻工藝形成光刻膠圖案層； 以所述光刻膠圖案層為掩膜，對所述石墨薄膜進行幹法刻蝕，形成所述石墨掩膜層； 去除所述光刻膠圖案層。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述光刻膠圖案層的去除方法包括溼法剝離。
4.根據權利要求1至3任一項所述的方法，其特徵在於，所述在基板表面製備石墨薄膜具體包括:在半導體基板的表面沉積所述石墨薄膜； 其中，所述半導體基板包括導體/絕緣襯底基板和位於所述導體/絕緣襯底基板表面的半導體薄膜；或者， 所述半導體基板為半導體襯底基板。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，在基板表面製備石墨薄膜之前，所述方法還包括: 清洗所述半導體基板。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，在以所述石墨掩膜層為掩膜進行離子注入之後，所述方法還包括: 去除所述石墨掩膜層，並清洗離子注入後的所述半導體基板。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述去除所述石墨掩膜層具體包括: 採用幹法刻蝕去除所述石墨掩膜層； 其中，所述幹法刻蝕包括等離子體刻蝕。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述等離子體刻蝕包括氧氣等離子體刻蝕。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述在基板表面製備石墨薄膜具體包括:通過磁控濺射或者等離子體增強化學氣相沉積法在基板表面製備所述石墨薄膜。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述石墨薄膜的厚度為10-150nm。
【文檔編號】H01L21/265GK103972062SQ201410205401
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】田慧, 皇甫魯江 申請人:京東方科技集團股份有限公司