[发明专利]离子注入方法

说明书

本发明涉及一种离子注入方法。所述离子注入方法在形成注入掩膜的过程中，在半导体基底上先形成ONO叠层，然后依次刻蚀其中的第二氧化层和氮化层而第二开口，当所述第二开口的深度满足离子注入要求时，以具有第二开口的ONO叠层作为注入掩膜。在获得第二开口的过程中，以垂直于半导体基底上表面的角度刻蚀第二氧化层和氮化层，从而得到的第二开口的垂直性好，形貌易于控制，有助于提高离子注入的精度，便于满足小线宽器件设计的形貌控制要求，而且，ONO叠层的膜稳定性好，即使为了满足高能离子注入而厚度设置得较大时也不容易倒塌，可以满足小线宽和/或高能离子注入的工艺需求。

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术，尤其涉及一种离子注入方法。

背景技术

离子注入是半导体器件制程中的常用工艺，离子注入通常由离子注入设备按照一定能量以及注入密度从半导体基底的正面或者背面向基底内的预设区域注入掺杂物离子，在半导体结构中形成离子掺杂区。根据导电类型不同，掺杂物离子例如为n型掺杂离子(如磷(P)或砷(As))或者p型掺杂离子(如硼(B)或二氟化硼(BF₂))。为了限定离子注入的范围，通常在离子注入时采用图形化的光刻胶作为注入掩膜(即离子注入的阻挡层)。

然而，随着技术的发展，器件结构向集成度更高的设计推进，对工艺能实现的最小线宽(或称关键尺寸，CD)的要求越来越高(例如需在0.35微米以下)。在制作某些半导体器件时，还需采用高能离子注入以增加离子注入的深度。例如，单光子雪崩二极管的器件结构目前由平面结构逐步发展成垂直结构，垂直结构下器件尺寸减小，为了有效降低器件的暗计数率，提升器件性能，PN结被设计在很深的硅衬底中，为了隔开相邻的器件区，在衬底中需要形成很深的阱区，该阱区可能需要用到1000keV以上的高能离子注入。在这种情况下，继续仅采用光刻胶制作注入掩膜已不容易满足对离子注入品质的要求，原因在于：一方面，对于厚度能够满足离子注入阻挡需求的光刻胶层来说，在通过曝光和显影工序进行图形化后，光刻胶层的侧壁相对于基底表面的垂直度不好，图形精度较差，导致所限定的离子注入区域的精度较差，不利于满足线宽要求；另一方面，在进行高能离子注入时，作为注入掩膜的光刻胶层的厚度随着注入深度的提高而增加，而形成稳定的厚光刻胶层对光刻胶的材料特性要求很高，不仅容易因垂直度不好而影响离子注入区域的精度，而且在形成小线宽图形时，光刻胶层那些深宽比很大的部分容易发生倒塌，进而会引起器件缺陷。

可见，离子注入的质量对所制作的器件的品质来说非常关键，目前仅采用光刻胶作为注入掩膜的方式已不能满足小线宽和/或高能离子注入的工艺需求，制约着器件品质的提升。

发明内容

本发明提供了一种离子注入方法，相对于仅利用光刻胶作为注入掩膜的方式来说，更能够满足小线宽和/或高能离子注入的工艺需求，有助于提升器件品质。

本发明提供的离子注入方法包括在半导体基底上形成注入掩膜的步骤，所述注入掩膜的形成步骤包括：

在所述半导体基底上形成ONO叠层，所述ONO叠层包括从下至上依次叠加的第一氧化层、氮化层和第二氧化层；

以垂直于所述半导体基底上表面的角度刻蚀所述第二氧化层，以在所述第二氧化层中形成贯穿所述第二氧化层且露出所述氮化层的第一开口；

从第一开口继续向下刻蚀以基于所述第一开口形成第二开口，所述第二开口贯穿所述第二氧化层和所述氮化层且露出所述第一氧化层；

其中，当所述第二开口的深度满足离子注入要求时，以具有所述第二开口的ONO叠层作为所述注入掩膜。

可选的，在形成所述ONO叠层的步骤中，调节所述氮化层和/或所述第二氧化层的厚度，使得所述第二开口的深度满足离子注入要求。

可选的，所述氮化层的厚度为1μm～2μm，所述第二氧化层的厚度为

可选的，所述氮化层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm～4μm。