[发明专利]低能量、高剂量砷、磷与硼注入晶片的安全处理

说明书

技术领域

本发明实施例大体上涉及半导体制造工艺领域，更明确而言，是涉及更安全地制造掺杂砷、磷或硼的衬底(substrate)的方法。

背景技术

集成电路可能包含超过一百万个形成在衬底(例如半导体晶片)上的微电子场效应晶体管，例如互补金氧半导体场效晶体管(CMOS)，并且该些晶体管在电路中合作地执行各种功能。CMOS晶体管在其衬底中的源极与漏极之间设置有一栅极结构。栅极结构通常包括一栅极电极与一栅极介电层。栅极电极设置在栅极介电层上，以控制介于源极与漏极之间且位于栅极介电层下方之信道区域中的电荷载子流动。

离子注入工艺典型用来将离子注入与掺杂至衬底中，以形成具有所欲离子分布模式与浓度的栅极和源漏极结构。在离子注入工艺中，可使用不同的工艺气体或气体混合物来提供离子来源种类，例如砷(arsenic)、磷(phosphorus)或硼(boron)。特别是当砷暴露在湿气中时，会发生如下反应式的反应而产生氧化砷与胂气(或称，砷化氢，Arsine gas)：

As+H₂O→AsH₃+As_xO_y

胂气是毒性极高且可燃的气体。当施加高掺杂剂剂量(1 x 10¹⁶1/cm²或更高)与低注入能量(即约2千伏特)时，掺杂剂无法注入薄膜堆栈层的深处。因此，有较多的掺杂剂位在邻近薄膜堆栈层的表面处，并且当衬底移出处理室时可能会接触到湿气。位于衬底表面附近的砷可能会发生不想要反应而形成胂气。

因此，需要一种在注入掺杂剂后，避免形成有毒化合物的方法。

发明内容

本发明大体上包括在一种在注入工艺(implantation process)之后，避免形成有毒气体的方法。某些掺杂剂注入衬底上的膜层中以后，当其接触湿气时，可能会形成有毒气体及/或可燃性气体。在一实施例中，先将掺杂剂注入到衬底上的膜层中，随后使该已经过注入的膜层暴露于含氧气体中，以形成一保护性氧化层。可在执行膜层注入工艺的同一处理室中形成该氧化层。

在另一实施例中，衬底处理方法包括在一处理室中将一掺杂剂注入一膜层内，并且使该已注入的膜层暴露于一含氧电浆中，以在该已注入膜层上形成氧化层，而在该已注入膜层暴露在大气中的氧气下之前，让掺杂剂留在该膜层中。

在另一实施例中，先将一掺杂剂注入衬底上的一膜层中，随后在该已注入的膜层上沉积一覆盖层。可在注入膜层的同一个处理室中沉积该覆盖层。

在另一实施例中，衬底处理方法包括在一处理室中将一掺杂剂注入衬底上的一膜层内，并且在该已注入膜层暴露在大气中的氧气下之前，先在该已注入掺杂剂的膜层上沉积一覆盖层；其中该覆盖层是选自于由碳层、硅层、氧化硅层、氮化硅层、碳化硅层、有机层及上述膜层之组合所构成的群组中。

在另一实施例中，衬底处理方法包括在一处理室中将一掺杂剂注入衬底上的一膜层内，并且在该已注入膜层暴露于大气中的氧气下之前，先使用由三氟化氮所形成的电浆来蚀刻该已注入的膜层，以移除过量的掺杂剂。

附图说明

为了更详细了解本发明上述特征，本发明是参照数个实施例详述如上，且部分实施例绘于附图中。然而需明白的是，该些附图仅显示本发明的数个典型实施例，因此不应作为本发明范围的限制。本发明还容许其它等效实施例。

第1A-1B图绘示适合用来实施本发明的电浆浸没式离子注入工具的实施例。

第2图绘示根据本发明的形成掺杂剂氧化物的方法流程图。

第3图绘示根据本发明一实施例，原位覆盖工艺的方法流程图。

第4图显示胂气形成随着时间的变化关系。

为了便于了解，尽可能地以相同组件符号来表示各图所共有的相同组件。并且无需进一步说明就可了解到，一实施例的组件与特征可有利地并入另一实施例中。

然而须注意的是，附图仅出示本发明的数个示范性实施例，不应用来限制本发明范围。本发明尚容许其它等效实施例。

【主要组件符号说明】

100  电浆反应器            102  室主体

104  工艺区域              122  侧壁

124  底部                  126  顶部

128  衬底支撑组件          130  气体分配板

132  抽吸口                134  真空泵