專利名稱：使用低溫沉積含碳硬掩膜的半導體基材制程的制作方法
技術領域：
本發明是關于使用低溫沉積含碳硬掩膜的半導體基材制程。
技術背景形成在晶態半導體晶片上的高速積體電路具有許多超淺半導體接面， 其是藉由將摻雜物離子植入源極及漏極區域的方式形成。植入的摻雜物并 由高溫退火步驟活化，使大量的植入原子于晶態半導體晶格中具可替換性。前述后離子植入退火步驟是使用高效能的燈具作快速熱處理(Rapid Thermal Process, RTP)來完成，以將整個晶片體積加熱至非常高溫一段短 暫的時間(例如，上升速率每秒約攝氏100-200度，且最初下降率每秒攝氏 50-100度)。加熱時間必須夠短，以避免摻雜物于半導體晶片的摻雜位置 的熱引生擴散劣化經摻雜的接面。此快速熱處理方法對于先前后離子植入 退火技術(需于爐中長時間加熱晶片)而言是一種相當顯著的進步。使用燈 具的快速熱處理相當有效的原因在于，熱源(即燈爐)的反應時間比起退火 步驟中的燈爐(具相當慢的加熱器反應時間)為短。故快速熱處理方法的高 溫、短加熱時間便有利于活化植入摻雜物，同時最小化熱引生的擴散。另有一種改良的退火方式，是藉由利用高效能閃光燈的閃光燈(flash lamp)退火處理，以將整個晶片的表面(僅有表面部分)加熱至非常高溫一段 短暫的時間，例如幾毫秒。加熱時間必須夠短，以避免摻雜物于半導體晶 片的摻雜位置的熱引生擴散劣化經摻雜的接面。此閃光方法對于快速熱處 理步驟而言是一種相當顯著的進步，因晶片的主體可作為一個散熱片(heat sink)并快速冷卻熱的晶片表面。使用閃光燈的高速退火較具效力的原因在 于，可將加熱局限在晶片表面；反之快速熱處理退火步驟會讓晶片整個體 積加熱至幾乎與退火溫度相同。短時間處于閃燈方法的高溫下可將熱引生 擴散的影響降至最低。然而， 一般卻難以將整個晶片均勻加熱。晶片內若 有越大的熱度不均勻，會造成明顯的機械應力并導致晶片破損，且將使用閃光燈的退火的最高操作溫度限制在攝氏約1150度。閃光燈退火期間的 表面溫度可由閃光燈的強度及閃動時間來決定，然其卻難以重復地對一晶 片與下一晶片進行控制。快速熱處理的問題之一在于，當元件尺寸縮減至65納米(nm)或以下 時，快速熱處理或閃光加熱雖僅有些微的熱擴散，然而盡管快速熱處理或 閃光加熱的時間很短暫，但對元件尺寸而言卻是相當明顯。另一問題在于 所植入的摻雜物的活化程度會受限于快速熱處理或閃光處理的最大溫度。 于快速熱處理制程中將整個晶片體積加熱至最大溫度以上(亦即，攝氏 1100度)會在晶片中形成機械應力，在絕大多數情況下會致使晶格缺陷及 晶片破損。將晶片溫度限制在一最大程度(例如，攝氏1100度)雖可避免前 述破損，但也不幸的限制了已活化(亦即，于半導體晶態晶格中呈可替換狀 態)的植入(摻雜)原子的比例。抑制摻雜物的活化程度會限制薄層導電率， 并阻礙元件速度。此問題在元件尺寸縮減至65納米以下時(例如，低至45 納米)會更為明顯。為了使摻雜物活化高于快速熱處理或閃光退火所能達到的程度，現已 引入激光退火取代快速熱處理。現已使用的一種激光為二氧化碳激光(C02laser),其具有10.6微米的發散波長。此種激光可產生窄的柱形束 (cylindrical beam),其必須光柵掃瞄(raster-scanned)在整個晶片表面上。 為了減少10.6微米時的表面反射，激光束是固定在相對于晶片表面呈銳角 處。由于二氧化碳激光波長所對應的光能低于硅的能隙，硅必須預熱以讓 自由載子填滿導電帶，以便藉由自由載子的吸收來吸收10.6微米的光子。 然而主要的問題在于10.6微米激光波長的吸收取決于圖案 (pattern-d印endent)，因為其會受到摻雜物的影響(除了其他因素，其可判 定局部自由載子密度)，而使得晶片表面無法均勻受熱。同樣的，晶片上的 導體或金屬特征在10.6微米的激光波長時會有高度反射，使得此制程可能 無法用于有導電性薄膜特征存在的情況中。于硅的能隙)。雖然表面加熱相當快且淺，但此種脈沖激光會使半導體晶體 觸及熔點，因此加熱必須限制在極淺的深度，因而降低此方法的適用性。一般而言，受熱區域的深度并不會延伸到超淺接面的深度以下(約200埃)。 前述問題已利用二極體激光陣列克服，其多重的平行激光束可沿著窄 線(例如，約300微米寬)聚焦，其中窄線具有晶片直徑或半徑等級的長度。 二極體激光波長約為810納米。此波長所對應的光能超過半導體晶體(硅) 的能隙，使得激光能量激發價帶與導電帶間的電子躍遷，進而將所吸收的 能量釋放至晶格而提升晶格溫度。窄的激光束線可橫向掃過整個晶片表面 (例如，以約300mm/秒的速率)，以使晶片表面上各點暴露非常短的時間(例 如，約1毫秒)。此種退火方式已描述在Dean C. Jennings等人美國專利
發明者A·J·馬耀, A·奧-巴亞緹, A·恩蓋耶, B·加羅, D·詹寧斯, H·哈那瓦, K·S·考林斯, K·拉馬斯瓦米, K·瑪, V·帕里哈 申請人:應用材料股份有限公司