阅读说明：本技术 一种用于离子注入掩膜的加工工艺 (Processing technology for ion implantation mask ) 是由 陈伟 雷中柱 茆健 俞骁 顾婷婷 征真 张丽 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于离子注入掩膜的加工工艺,包含以下步骤：先将样品放入碱性溶液中进行清洗,然后在样品正反面分别生长一层LPSiN1作为原始保护层,接着在样品正面的LPSiN1上再生长一层PESiN作为离子注入的掩膜,然后在样品最表层的PESiN上进行光刻形成图形,曝露出需要进行离子注入的区域,接着将光刻形成的图形进行刻蚀刻出凹槽,并去除剩余光刻胶,然后以PESiN为掩膜在凹槽内注入离子,接着用酸性溶液去除表面的PESiN,然后在样品正面的LPSiN1上再生长一层LPSiN2作为退火激活的保护层,最后用酸性溶液去除样品表面所有的LPSiN1和LPSiN2；本发明通过氮化硅代替光刻胶作为掩膜,使得样品特定区域内载流子浓度增加,形成的有源区更加的陡直清晰,无源区的表面材料没有受到损伤。(The invention relates to a processing technology for an ion implantation mask, which comprises the following steps: firstly, a sample is put into alkaline solution for cleaning, then a layer of LPSiN1 is respectively grown on the front surface and the back surface of the sample to be used as an original protective layer, then a layer of PESiN is further grown on the LPSiN1 on the front surface of the sample to be used as a mask for ion implantation, then a pattern is formed on the PESiN on the outermost layer of the sample through photoetching, a region needing ion implantation is exposed, then a groove is etched on the pattern formed through photoetching, residual photoresist is removed, ions are implanted into the groove by taking the PESiN as the mask, then the PESiN on the surface is removed through acidic solution, then a layer of LPSiN2 is further grown on the LPSiN1 on the front surface of the sample to be used as a protective layer for annealing activation, and finally all LPSiN1 and LPSiN2 on the surface of the sample are removed through acidic solution; according to the invention, silicon nitride is used as a mask instead of photoresist, so that the carrier concentration in a specific region of a sample is increased, a formed active region is steeper, straighter and clearer, and the surface material of a passive region is not damaged.)

一种用于离子注入掩膜的加工工艺

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特指一种用于离子注入掩膜的加工工艺。

背景技术

目前离子注入主要以高能和高温两种形式的注入为主。通常使用光刻胶为掩膜作为阻挡层，离子注入完后去除光刻胶，在特定的区域形成有源区。然而光刻胶在高能注入机内经过长时间的离子撞击后，容易导致胶的变性，使得离子注入效果不佳，区域边缘存在误差较大；光刻胶在高温注入机内在高温环境下容易发生形变，导致特定的注入区域不完整；并且以光刻胶做注入掩膜，在前后去胶打氧量增加的情况下，对衬底氧含量的管控不够严谨。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种用于离子注入掩膜的加工工艺，通过氮化硅代替光刻胶作为掩膜，减少离子注入过程对无源区材料表面造成的破坏，提高有源区的载流子浓度等参数，且减弱衬底材料在工艺步骤中氧元素的含量。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于离子注入掩膜的加工工艺，包含以下步骤：

S1：将样品放入碱性溶液中进行清洗，去除样品表面的颗粒物；

S2：在样品正反面分别生长一层LPSiN1作为原始保护层；

S3：在样品正面的LPSiN1上再生长一层PESiN作为离子注入的掩膜；

S4：在样品最表层的PESiN上进行光刻形成图形，曝露出需要进行离子注入的区域；

S5：将光刻形成的图形进行刻蚀刻出凹槽，并去除剩余光刻胶；

S6：以PESiN为掩膜在凹槽内注入离子；

S7：用酸性溶液去除表面的PESiN；

S8：在样品正面的LPSiN1上再生长一层LPSiN2作为退火激活的保护层；

S9：用酸性溶液去除样品表面所有的LPSiN1和LPSiN2。

优选的，步骤S1中，所述碱性溶液的温度为50-60℃，浸泡时间为1-3min。

优选的，步骤S1中，所述碱性溶液为氨水和水的混合溶液，其中氨水和水的体积比为1:6。

优选的，步骤S2中，所述LPSiN1为采用低压力化学气相沉积法生长的氮化硅，其中LPSiN1的厚度为20nm，NH3为280sccm，SiH2Cl2为70sccm，温度为785℃，时间为30min。

优选的，步骤S3中，所述PESiN为采用等离子增强化学气相沉积法生长的氮化硅，其中PESiN的厚度为200nm。

优选的，步骤S6中，在注入离子前，用通氧气的去胶机轰击样品，完全去除样品表面或者凹槽内的光刻胶。

优选的，步骤S7中，所述酸性溶液采用BOE；所述BOE为氢氟酸和氟化铵的混合溶液，其中氢氟酸和氟化铵的体积比为7:1。

优选的，步骤S8中，所述LPSiN2为采用低压力化学气相沉积法生长的氮化硅，其中LPSiN2的厚度为80nm。

优选的，步骤S8中，所述退火激活采用炉管设备，且通入N2惰性气体，加热温度为1000-1200℃，并分多次退火，每次时间为8-12min。

优选的，步骤S9中，所述酸性溶液采用HF。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明通过氮化硅代替光刻胶作为掩膜，使得样品特定区域内载流子浓度增加，形成的有源区更加的陡直清晰，无源区的表面材料没有受到损伤；

2、本发明相比于传统光刻胶做掩膜进行离子注入，减少了等离子去胶机氧离子对衬底表面的轰击，从而在SEM下样品表面的O含量明显减少，大大增强了器件的电学特性；

3、本发明在形成有源区的过程中经过酸碱的清洗，确保了样品在前期工艺阶段的洁净度，降低了后期工艺对样品损伤所带来的影响。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

附图1为本发明所述的用于离子注入掩膜的加工工艺的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

附图1为本发明所述的用于离子注入掩膜的加工工艺，包含以下步骤：

S1：将样品放入碱性溶液中进行清洗，去除样品表面的颗粒物；其中，所述碱性溶液的温度为55℃，浸泡时间为2min；所述碱性溶液为氨水和水的混合溶液，其中氨水和水的体积比为1:6。

S2：在样品正反面分别生长一层LPSiN1作为原始保护层；其中：所述LPSiN1为采用低压力化学气相沉积法生长的氮化硅，其中LPSiN1的厚度为20nm，NH3为280sccm，SiH2Cl2为70sccm，温度为785℃，时间为30min。

S3：在样品正面的LPSiN1上再生长一层PESiN作为离子注入的掩膜；其中：所述PESiN为采用等离子增强化学气相沉积法生长的氮化硅，PESiN的厚度为200nm；相比较于LPSiN而言，PESiN是单面生长，生长速率较快且致密性较低。

S4：在样品最表层的PESiN上进行光刻形成图形，曝露出需要进行离子注入的区域；其中光刻采用光刻胶旋涂、曝光、显影的工艺。

S5：将光刻形成的图形进行干法刻蚀刻出凹槽，去掉表层的SiN，露出衬底并去除表层剩余的光刻胶；

S6：为确保光刻胶都清洗干净，在离子注入前用通氧气的去胶机轰击样品，使得样品表面或者凹槽内的残胶都消失，再以PESiN为掩膜在凹槽内注入离子，所需离子通过加速桶给予的能量在质谱仪的筛选在打入衬底，随着能量和剂量的设定，注入离子的深度和数量随之而定。

S7：注入完后用BOE去除表面的PESiN；其中BOE为一种酸性的化学药剂，由氢氟酸和氟化铵＝7：1的比例混合而成，且BOE腐蚀LPSiN和PESiN选择比较大，易控制。

S8：在样品正面的LPSiN1上再生长一层LPSiN2作为退火激活的保护层；其中：所述LPSiN2也采用低压力化学气相沉积法生长的氮化硅，LPSiN2的厚度为80nm；所述退火激活采用炉管设备，且通入N2惰性气体，加热温度为1000-1200℃，并分多次退火，每次时间为8-12min。

S9：用HF去除样品表面所有的LPSiN1和LPSiN2；其中：所述HF为氢氟酸，是一种酸性的化学药剂。

S10：最后用AFM扫面样品表面的粗糙度和颗粒物，确保样品表面是否干净；其中AFM为原子力显微镜，是一种非常高分辨率类型的扫描探针显微镜，其显示的分辨率为纳米量级，比光学衍射极限高1000倍以上。

S11：用SEM测试衬底表面的氧含量，确保改进工艺是否带来的有效结果；其中SEM为电子显微镜。

S12：用Hall测试样品有源区内载流子浓度、电子迁移率和方阻数值，确保离子注入是否形成有效的有源区；其中Hall为霍尔测试仪。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。