專利名稱：形成低表層電阻的超淺結(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域這項發(fā)明涉及在半導(dǎo)體晶片形成超淺結(jié)的方法，更具體地說涉及通過單載荷子復(fù)合體(例如激發(fā)子復(fù)合體)的形成和穩(wěn)定化在半導(dǎo)體晶片的淺表層中形成低表層電阻的超淺結(jié)的方法。載荷子復(fù)合體具有每個復(fù)合體至少產(chǎn)生兩個載荷子的能力。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)眾所周知半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展趨勢是朝更小、速度更高的器件發(fā)展。具體地說，在半導(dǎo)體器件中特征的橫向尺寸和深度正在逐漸減少。當(dāng)前工藝水平的半導(dǎo)體器件要求結(jié)的深度小于1,000埃，而且最終可能要求結(jié)的深度在200?；蚋〉臄?shù)量級上。
離子注入是將改變導(dǎo)電率的攙雜材料引入半導(dǎo)體晶片的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在被稱為離子束注入機(beamline ion implanter)的傳統(tǒng)的離子注入系統(tǒng)中，所需要的攙雜材料是在離子源中離子化的，離子被加速，以形成規(guī)定能量的離子束，而且離子束對準(zhǔn)晶片表面。離子束中的高能離子刺入整塊的半導(dǎo)體材料并且鑲嵌在半導(dǎo)體材料的晶格中。
等離子體攙雜系統(tǒng)可以被用來在半導(dǎo)體晶片中形成淺結(jié)。在等離子體攙雜系統(tǒng)中，半導(dǎo)體晶片被放置在作為陰極的導(dǎo)電臺板上。包含所需要的攙雜材料的可電離的氣體被引入艙室，而電壓脈沖被加在臺板和陽極(即艙室壁)之間，從而引起在晶片表面形成有等離子殼層的等離子體。外加的電壓脈沖使等離子體中的離子越過等離子殼層并且被注入晶片。注入深度與加在晶片和陽極之間的電壓有關(guān)。
攙雜物質(zhì)的注入深度至少部份地由注入半導(dǎo)體晶片的離子的能量決定。淺結(jié)是在低注入能量下獲得的。然而，用于激活注入的攙雜材料的退火工藝引起攙雜材料從半導(dǎo)體晶片的被注入?yún)^(qū)域向外擴(kuò)散。作為這種擴(kuò)散的結(jié)果，結(jié)的深度因退火而增加。為了抵消退火所產(chǎn)生的結(jié)的深度的增加，注入能量可以被減少，以致所需要的結(jié)的深度在退火后獲得。這種途經(jīng)提供令人滿意的結(jié)果，但結(jié)非常淺的情況除外。由于在退火期間發(fā)生的攙雜材料的擴(kuò)散而達(dá)到通過減少注入能量所能獲得的結(jié)的深度的極限。除此之外，傳統(tǒng)的離子注入機通常在非常低的注入能量下無效地操作。
除了淺結(jié)深度之外，為了使在半導(dǎo)體晶片上制造的器件有適當(dāng)?shù)牟僮?，要求注入?yún)^(qū)域具有低的表層電阻。表層電阻部份地取決于激活工藝的有效性。這些因素已在實現(xiàn)低表層電阻的超淺結(jié)方面呈現(xiàn)困難。
因此，需要一些在半導(dǎo)體晶片上制造具有低表層電阻的超淺結(jié)的方法。
本發(fā)明的概述本發(fā)明涉及載荷子復(fù)合體(例如，作為約束在攙雜和/或其它雜質(zhì)上的電子-空穴對的激發(fā)子復(fù)合體)的形成和穩(wěn)定化。這些激發(fā)子復(fù)合體能通過引入兩種能夠通過化學(xué)鍵結(jié)合的攙雜物質(zhì)或通過引入一種能夠通過化學(xué)鍵與基質(zhì)材料或基質(zhì)材料中的雜質(zhì)/缺陷結(jié)合的攙雜物質(zhì)形成。攙雜材料被合并在通常在500埃以下的淺表層中，并且在有或沒有熱處理和沒有充分的擴(kuò)散的情況下都通過化學(xué)鍵結(jié)合在一起，形成激發(fā)子復(fù)合體。因為淺層的庫侖力大并且有助于形成受約束的電子-空穴對(激發(fā)子)，所以形成激發(fā)子復(fù)合體。激發(fā)子復(fù)合體通常是空穴，因此，不受起因于并入取代部位的電可溶性極限強加的限制。因此，低表層電阻可以通過增加劑量獲得。與復(fù)合體有關(guān)的激發(fā)子的分解是提供控制導(dǎo)電率的游離載流子的機制。
激活工藝提供兩個載荷子/復(fù)合體，而不是一個載荷子/取代原子。一個載荷子是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的硅導(dǎo)電率機制生成載荷子的尋常數(shù)字。激發(fā)子層的類型(p或n)是由費米能級在帶隙內(nèi)的位置和并入的雜質(zhì)所確定的眾多狀態(tài)決定的。在這些情況下，強調(diào)用p-型攙雜形成p-型層和用n-型攙雜形成n-型層的方法。使用這種方法形成200埃以下的n或p-型結(jié)而且其表層電阻值小于每個方格100歐姆是可能的。
依照本發(fā)明的第一方面，提供在半導(dǎo)體晶片上形成超淺結(jié)的方法。該方法包括將為形成每個復(fù)合體至少產(chǎn)生兩個載荷子的載荷子復(fù)合體而選定的攙雜材料引入半導(dǎo)體晶片的淺表層和處理包含攙雜材料的半導(dǎo)體晶片以形成載荷子復(fù)合體的步驟。載荷子復(fù)合體可以是激發(fā)子復(fù)合體。
在一個實施方案中，攙雜材料包括為形成載荷子復(fù)合體選定的兩種物質(zhì)。在另一個實施方案中，攙雜材料包括為形成載荷子復(fù)合體選定的包含兩種物質(zhì)的化合物。在進(jìn)一步的實施方案中，攙雜材料是為了通過化學(xué)鍵與半導(dǎo)體晶片的原子結(jié)合形成載荷子復(fù)合體而選定的。作為實例，攙雜材料可以選自B-F、B-Ge、B-Si、P-F、P-Ge、P-Si、As-F、As-Ge和As-Si。
在一個實施方案中，攙雜材料可以是通過離子注入引入半導(dǎo)體晶片的。在另一個實施方案中，攙雜材料可以是通過等離子體攙雜引入半導(dǎo)體晶片的。在另一個實施方案中，攙雜材料可以是通過氣相攙雜引入半導(dǎo)體晶片的。在進(jìn)一步的實施方案中，攙雜材料可以是作為外延沉積或化學(xué)氣相沉積步驟的一部分被引入半導(dǎo)體晶片的。在又一個實施方案中，攙雜材料可以是通過使用上述的技術(shù)之一形成攙雜材料和基質(zhì)材料交替的單層或原子層引入半導(dǎo)體晶片的。
處理半導(dǎo)體晶片的步驟可以包括熱處理。在一個實施方案中，處理步驟包括淺表層的激光退火。在另一個實施方案中，處理步驟包括快速熱處理。在進(jìn)一步的實施方案中，處理步驟可以包括固相外延。在其它的實施方案中，處理步驟可以包括微波退火、射頻退火、沖擊波退火或爐內(nèi)退火。
上述的將攙雜材料引入半導(dǎo)體晶片和處理半導(dǎo)體晶片的技術(shù)僅僅是作為實例而不是作為對本發(fā)明的范圍的限制給出的。此外，上述的技術(shù)可以被分開使用或組合使用。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體基體和包含每個復(fù)合體至少產(chǎn)生兩個載荷子的載荷子復(fù)合體的半導(dǎo)體基體淺表層。載荷子是在室溫下與復(fù)合體分離的并且可用于參與電傳導(dǎo)。
附圖簡要說明為了更好地理解本發(fā)明，參照在此通過引證被并入本文的附圖，其中


圖1是就各種不同的注入和退火技術(shù)而言表層電阻Rs(歐姆/方格)隨結(jié)的深度(納米)變化的曲線圖；圖2A是就硅晶片中各種不同的硼劑量而言在激光退火之后硼的濃度(原子數(shù)/立方厘米)隨結(jié)的深度(埃)變化的曲線圖；圖2B是列出與圖2A表示的晶片有關(guān)的參數(shù)的表格；圖3A是就硅晶片中的硼和鍺而言在激光退火之后濃度(原子數(shù)/立方厘米)隨深度(埃)變化的曲線圖；圖3B是列出與圖3A表示的晶片有關(guān)的參數(shù)的表格；圖4A是就硅晶片中的硼和鍺而言在激光退火之后濃度(原子數(shù)/立方厘米)隨深度(埃)變化的曲線圖；而圖4B是列出與圖4A表示的晶片有關(guān)的參數(shù)的表格。
本發(fā)明的詳細(xì)描述依照本發(fā)明的一個方面，提供在半導(dǎo)體晶片中形成超淺結(jié)的方法。依照本發(fā)明的另一個方面，提供有超淺結(jié)的半導(dǎo)體器件。這些方法和器件涉及每個復(fù)合體至少產(chǎn)生兩個載荷子的載荷子復(fù)合體的形成。這種載荷子復(fù)合體包括兩個以上通過化學(xué)鍵結(jié)合在一起的原子。實例包括與硅鍵合的硼，與鍺鍵合的硼和與氟鍵合的硼。載荷子復(fù)合體進(jìn)一步包括被鍵合到通過化學(xué)鍵結(jié)合的原子上的電子-空穴對。在室溫下，電子-空穴對與復(fù)合體分離并且可用于參與電傳導(dǎo)。舉例來說，載荷子復(fù)合體的實例是R.Knox在“Theory of Excitons(激發(fā)子理論)”，Academic Press，New York(1963)中描述的激發(fā)子復(fù)合體。
載荷子復(fù)合體可以通過將兩種能夠通過化學(xué)鍵結(jié)合的攙雜物質(zhì)或者一種能夠通過化學(xué)鍵與基質(zhì)材料或基質(zhì)材料中的雜質(zhì)/缺陷結(jié)合的攙雜物質(zhì)引入半導(dǎo)體晶片的淺表層形成。攙雜物質(zhì)的原子通過化學(xué)鍵結(jié)合在一起，形成諸如激發(fā)子復(fù)合體之類的載荷子復(fù)合體。激發(fā)子復(fù)合體通常是空穴型的并且不受起因于并入取代部位的電可溶性極限強加的限制。來自載荷子復(fù)合體的激發(fā)子的分解提供游離的載荷子，從而造成低表層電阻。
在激活之后，每個載荷子復(fù)合體提供兩個載荷子，與電子-空穴對相對應(yīng)。反之，典型的離子注入工藝提供一個載荷子/攙雜原子。在實踐中，半導(dǎo)體晶片可以包括載荷子復(fù)合體和傳統(tǒng)的取代攙雜原子兩者。
習(xí)慣上將注入的攙雜材料的激活表示成百分比，其定義為載荷子的數(shù)目除以攙雜原子的數(shù)目(劑量)。在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體傳導(dǎo)機制中，激活必然小于100％，因為每個攙雜原子最多貢獻(xiàn)一個載荷子。然而，在傳導(dǎo)完全或部份地起因于上述的載荷子復(fù)合體的情況下，激活可能超過100％并且可能接近200％，在這種情況下激活百分比被定義為載荷子的數(shù)目除以攙雜原子的數(shù)目，而載荷子的數(shù)目可以接近每個攙雜原子兩個。實際效果是較多的載荷子可用于傳導(dǎo)，而表層電阻與傳統(tǒng)的傳導(dǎo)機制相比有所減少。
如上所述，載荷子復(fù)合體可以通過將兩種能通過化學(xué)鍵結(jié)合的的攙雜物質(zhì)引入半導(dǎo)體晶片或通過將一種能通過化學(xué)鍵與基質(zhì)材料或基質(zhì)材料中雜質(zhì)/缺陷結(jié)合的攙雜物質(zhì)引入半導(dǎo)體晶片形成。可以通過鍵合在硅中形成載荷子復(fù)合體的攙雜材料的實例包括但不限于硼-氟(B-F)、硼-鍺(B-Ge)、硼-硅(B-Si)、磷-氟(P-F)、磷-鍺(P-Ge)、磷-硅(P-Si)、砷-氟(As-F)、砷-鍺(As-Ge)和砷-硅(As-Si)。因此，舉例來說，硼-氟載荷子復(fù)合體可以是通過引入硼離子和氟離子或者通過引入BF2形成的。同樣，硼-鍺載荷子復(fù)合體可以是通過引入硼離子和鍺離子形成的。就攙雜物質(zhì)最佳的化學(xué)鍵合而言，兩種攙雜物質(zhì)的原子數(shù)目應(yīng)該如同下面描述的那樣近似相等。
在一個實施方案中，攙雜材料可以是使用在超低能量下工作的離子束注入機(beamline ion implanter)引入半導(dǎo)體晶片的。在另一個實施方案中，攙雜材料可以是使用等離子體攙雜系統(tǒng)引入半導(dǎo)體晶片的。在每種情況下，離子能量都經(jīng)過調(diào)整，以便將攙雜材料植入深度通常在500埃以下的半導(dǎo)體晶片的淺表層。在另一個實施方案中，攙雜材料可以是通過氣相攙雜引入半導(dǎo)體晶片的。在進(jìn)一步的實施方案中，攙雜材料可以是作為外延沉積或化學(xué)氣相沉積步驟的一部分被引入半導(dǎo)體晶片的。在又一個實施方案中，攙雜材料可以是通過形成攙雜材料和基質(zhì)材料(例如硼和硅、硼和鍺或硼、硅和鍺)的交替的單層或原子層引入半導(dǎo)體晶片的。交替層可以是用上述的任何沉積或注入技術(shù)形成的。人們將理解這些將攙雜材料引入半導(dǎo)體晶片的技術(shù)僅僅是作為實例而不是作為對本發(fā)明的范圍的限制給出的。
處理步驟可能是繼引入攙雜材料之后促成導(dǎo)致載荷子復(fù)合體形成的化學(xué)鍵接所必需的。處理步驟通常包括熱處理。在某些情況下，用于形成載荷子復(fù)合體的適當(dāng)?shù)臈l件是在引入攙雜材料期間產(chǎn)生的。例如，等離子體攙雜可以是在適合形成載荷子復(fù)合體的升高的溫度下完成的。
為了形成載荷子復(fù)合體，包含攙雜材料的晶片可以通過激光退火進(jìn)行處理。在一個利用激光退火的實施方案中，晶片被預(yù)先無定形化(pre-amorphized)到指定的深度，而激光退火步驟引起預(yù)先無定形化的膜層熔融和在該熔融膜層中形成載荷子復(fù)合體。在另一個利用激光退火的實施方案中，包含攙雜材料的晶片可以如同在通過引證被并入本文的美國專利申請第09/638,410號中描述的那樣用亞熔融(sub-melt)激光退火和低溫快速熱退火進(jìn)行處理。
在另一個實施方案中，包含攙雜材料的半導(dǎo)體晶片可以在為沒有充分?jǐn)U散的情況下形成載荷子復(fù)合體選定的溫度下通過快速熱處理(RTP)進(jìn)行處理。例如，可以利用尖峰脈沖退火。優(yōu)選的是，為了避免復(fù)合體分解，快速熱處理后接著進(jìn)行晶片的快速冷卻。
在另一種方法中，固相外延(SPE)和低溫退火可以被用來形成載荷子復(fù)合體。作為實例，無定形注入(amorphizing implant)(例如，硅或鍺，在每平方厘米5E14到1E15個離子的條件下)先完成，隨后是相似劑量的攙雜注入。然后，被損壞的膜層在500℃到700℃的溫度下再生長5到30分鐘。這生產(chǎn)載荷子復(fù)合體和取代攙雜兩者。
適合處理包含攙雜材料的半導(dǎo)體晶片的其它技術(shù)包括但不限于微波退火、射頻退火、沖擊波退火和爐內(nèi)退火。
在1E18的攙雜濃度下對各種不同的注入和退火工藝實測的表層電阻Rs(歐姆/方格)隨的結(jié)深度(納米)變化的曲線圖是用圖1展示的。符號“1E18”表示攙雜濃度為每立方厘米1×1018個原子。虛線曲線100表示結(jié)深度和用硅中的攙雜材料的固溶度極限對標(biāo)準(zhǔn)的攙雜物分布曲線預(yù)測的表層電阻的極限。在曲線100下面向左的結(jié)果是通過形成載荷子復(fù)合體獲得的。
圖1舉例說明長達(dá)就對180、130、100、70、50和35納米的器件分別用盒子102、104、106、108、110和112舉例說明的各種不同代的器件而言1999 ITRS Rs對Xj路標(biāo)要求。為了滿足這些要求，必要的是Rs和Xj具有連續(xù)的低數(shù)值。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電率機制(單一的載荷子取代攙雜)將不滿足這些要求。然而，本文中描述的涉及兩個以上載荷子而且沒有固溶度限制的載荷子機制將是需要的。轉(zhuǎn)到曲線100以下所用的技術(shù)是用圖1圖解說明的。那些技術(shù)包括(a)硼和BF2的快速RTP退火(射束注入和等離子體攙雜)、(b)SPE和(c)激光退火。除此之外，微波和射頻退火以及外延和氣相攙雜層預(yù)期將給出在曲線100下面的結(jié)果。
作為如何形成這些復(fù)合體的一個實例，使用硼和鍺注入的激光退火。圖2A是就以各種不同的劑量注入硅晶片的硼而言硼的濃度(原子數(shù)/立方厘米)隨深度(埃)變化的曲線圖。在每種情況下，硼離子都是在Varian VIISion ULE離子注入系統(tǒng)中以250電子伏特的能量注入的。晶片通過按20KeV的能量和1E15的劑量注入鍺離子被預(yù)先無定形化。經(jīng)注入的晶片通過激光退火處理使預(yù)先無定形化的區(qū)域熔融。在圖2A中，曲線120、122和124表示硼的劑量分別為1.00E15、5.00E15和1.00E16。曲線120、122和124是通過攙雜濃度的次級離子質(zhì)譜(SIMS)測量獲得的。圖2B扼要地列出用四探針儀測量的表層電阻Rs、用SIMS測量時獲得的劑量Dr、硼濃度為1E17時的結(jié)深度Xj、硼濃度為3E18時的結(jié)深度Xj、借助霍耳效應(yīng)測定的霍遷移率、依據(jù)通過霍耳效應(yīng)測量的電載流子濃度確定的激活百分比和用SIMS測量的硼劑量的測量結(jié)果。在每種情況下，硼的激活百分比都超過100％，借此表明存在上述的載荷子復(fù)合體。硼的激活百分比在硼和鍺的劑量相等時是最高的。
人們應(yīng)該注意即使因為鍺在1E15的劑量下的極限激活百分比減少，表層電阻Rs的數(shù)值也確實繼續(xù)隨著硼劑量的逐漸增加而逐漸減少。就1E16的硼劑量而言，與硼劑量相匹配的鍺劑量的增加甚至將進(jìn)一步減少表層電阻Rs和增加激活百分比。
圖3A是就圖2A中用曲線120表示的硅晶片中的硼和鍺攙雜而言濃度(原子數(shù)/立方厘米)隨深度(埃)變化的曲線圖。曲線140表示硼濃度隨深度的變化，而曲線142表示鍺濃度隨深度的變化。曲線140和142都是通過攙雜濃度的SIMS測量獲得的。圖3B表明硼的激活百分比接近200％。這起因于充份的鍺可用于與硼反應(yīng)形成硼-鍺載荷子復(fù)合體的這一事實。
圖3A和3B的實例說明優(yōu)化工藝的機制和方法。使形成載荷子復(fù)合體的攙雜物質(zhì)(這個實例中的硼和鍺)的深度和劑量分布曲線相匹配將優(yōu)化能形成的復(fù)合體的數(shù)量。很好地將硼和鍺的劑量增加到超過固溶度極限的化學(xué)鍵接極限并且使之與這些深度分布曲線相匹配將優(yōu)化能形成的復(fù)合體(這個實例中的硼-鍺)的數(shù)量。在激光退火的情況下，預(yù)先無定形化的鍺的劑量定義熔融區(qū)域和設(shè)定結(jié)深度。
圖4A是就硅晶片中的硼和鍺攙雜而言攙雜濃度(原子數(shù)/立方厘米)隨深度(埃)變化的曲線圖。在圖4A的實例中，硼離子是在Varian VIISion ULE離子注入系統(tǒng)中以250電子伏特的能量和5E15的劑量注入的。晶片被預(yù)先無定形化，以20KeV的能量和1E15的劑量注入鍺離子。晶片通過激光退火處理使預(yù)先無定形化區(qū)域熔融。在圖4A中，曲線160表示硼濃度隨深度的變化，而且曲線162表示鍺濃度隨深度的變化。曲線160和162是借助攙雜濃度的SIMS測量獲得的。如圖4B所示，硼的激活百分比僅僅略高于100％，從而表明所形成的載荷子復(fù)合體的數(shù)目受鍺劑量限制。這是在預(yù)料之中的，因為與硼原子的數(shù)目相比可用于化學(xué)鍵接到的硼原子上的鍺原子的數(shù)目少。如果鍺的劑量被增加到大約5E15，激活百分比將增加到大約200％。
在圖4A和4B中，表層電阻是低的，為每個方格101.86歐姆，但是通過增加鍺的劑量可以變得更低。在預(yù)料之中的是借助使硼和鍺的SIMS分布曲線相匹配(即使攙雜的深度和劑量分布曲線相匹配)表層電阻能被減少到最小值，而激活百分比能增加到約200％。
現(xiàn)在介紹在形成載荷子復(fù)合體的情況下用來計算激活百分比的技術(shù)。人們將理解晶片可能包括傳統(tǒng)的單一載荷子的激活和載荷子復(fù)合體的形成兩者。首先，確定兩種形成載荷子復(fù)合體的物質(zhì)的重疊百分比(percent overlap)。重疊百分比取決于兩種物質(zhì)的深度和劑量并且可以用SIMS確定。在兩種物質(zhì)(例如硼和鍺)的深度和劑量相等時，重疊百分比可能接近100％。接下來，確定在基質(zhì)材料中兩種物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)百分比。就經(jīng)激光退火處理的硅中的硼和鍺而言化學(xué)反應(yīng)百分比可以接近100％。然后，給出激活百分比激活百分比＝2Rx+A(100-Rx)其中R＝物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)百分比/100％A＝傳統(tǒng)的激活百分比/100％(單一載荷子)x＝物質(zhì)的重疊百分比Rx＝載荷子復(fù)合體的百分比100-Rx＝單一載荷子的百分比。
用于不同物質(zhì)的激活百分比的計算值的實例在下面的表1中與激活百分比的實測值進(jìn)行比較。
表1
從上面的描述人們可以觀察到激活百分比可以通過增加晶片中兩種物質(zhì)的重疊而得以增加。具體地說，激活百分比可以通過使攙雜物質(zhì)的深度分布曲線和劑量相匹配而得以增加。除此之外，使攙雜物質(zhì)的劑量朝化學(xué)鍵接極限增加將增加能形成的載荷子復(fù)合體的數(shù)目。
上述理論使預(yù)測涉及載荷子復(fù)合體形成的附加情況變成可能的。現(xiàn)有技術(shù)的激光退火工藝已利用硅或鍺的預(yù)先無定形化的攙雜來降低注入?yún)^(qū)域的熔融溫度。在第一個實例中，硅或鍺的預(yù)先無定形化攙雜是不需要的。BF2是以大約5E15或更高的劑量注入的，隨后進(jìn)行激光退火。這導(dǎo)致B-F復(fù)合體的形成，這將產(chǎn)生載荷子復(fù)合體并且降低表層電阻Rs。熔融區(qū)域是用BF2攙雜預(yù)先無定形化的深度定義的。
在第二個實例中，硅或鍺的預(yù)先無定形化的攙雜是按大約1E15的劑量完成的。然后，按1E15或更高的劑量注入砷，再進(jìn)行激光退火。最初形成As2復(fù)合體，而激活百分比和表層電阻都受到限制，因為每個砷攙雜原子提供一個載荷子(即，每個As2復(fù)合體兩個載荷子)。當(dāng)As2在大約1E15的劑量下達(dá)到飽和的時候，As-Si復(fù)合體開始形成，因此每個砷攙雜原子提供兩個載荷子。
在第三個實例中，采用SPE工藝，但是不需要硅或鍺的預(yù)先無定形化攙雜。以在大約1E14到5E15范圍內(nèi)的劑量注入BF2，隨后進(jìn)行低溫退火。在低溫退火之前晶片可以用氧化物或氮化物覆蓋，以便將氟保留晶片中，并且借此促進(jìn)B-F復(fù)合體的形成。
盡管已經(jīng)展示和描述了目前考慮到本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但是各種不同的變化和修正可以在不脫離權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的范圍的情況下完成，這對于熟悉這項技術(shù)的人將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體晶片中形成超淺結(jié)的方法，該方法包括下述步驟將為形成每個復(fù)合體至少產(chǎn)生兩個載荷子的載荷子復(fù)合體而選定的攙雜材料引入半導(dǎo)體晶片的淺表層；以及處理包含攙雜材料的半導(dǎo)體晶片，以形成所述的載荷子復(fù)合體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中攙雜材料包括包含為形成所述的載荷子復(fù)合體而選定的兩種物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中攙雜材料包括包含為形成所述的載荷子復(fù)合體而選定的兩種物質(zhì)的化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中攙雜材料是為了與半導(dǎo)體晶片的原子通過化學(xué)鍵合形成載荷子復(fù)合體而選定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中攙雜材料是為形成激發(fā)子復(fù)合體而被選定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中攙雜材料選自B-F、B-Ge、B-Si、P-F、P-Ge、P-Si、As-F、As-Ge和As-Si。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中引入攙雜材料的步驟包括攙雜材料的離子注入。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中引入攙雜材料的步驟包括攙雜材料的等離子體攙雜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中引入攙雜材料的步驟包括形成多重攙雜層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中引入攙雜材料的步驟包括氣相攙雜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中引入攙雜材料的步驟是外延沉積步驟的一部份。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中引入攙雜材料的步驟是化學(xué)氣相沉積步驟的一部份。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中淺表層具有500埃以下的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理半導(dǎo)體晶片的步驟包括熱處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理半導(dǎo)體晶片的步驟包括激光退火。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理半導(dǎo)體晶片的步驟包括快速熱處理。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理半導(dǎo)體晶片的步驟包括固相外延。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理半導(dǎo)體晶片的步驟包括微波退火。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理半導(dǎo)體晶片的步驟包括射頻退火。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理半導(dǎo)體晶片的步驟包括沖擊波退火。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理半導(dǎo)體晶片的步驟包括爐內(nèi)退火。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中引入攙雜材料的步驟包括引入為形成所述的載荷子復(fù)合體而選定的兩種物質(zhì)和使兩種物質(zhì)的深度和劑量分布曲線相匹配。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理半導(dǎo)體晶片的步驟包括快速熱處理，隨后快速冷卻。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中攙雜材料包括BF2。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中攙雜材料包括B和Ge。
26.一種在半導(dǎo)體晶片中形成超淺結(jié)的方法，該方法包括下述步驟將為形成每個復(fù)合體至少產(chǎn)生兩個載荷子的載荷子復(fù)合體而選定的一種或多種攙雜材料引入半導(dǎo)體晶片的淺表層；以及熱處理半導(dǎo)體晶片以形成所述的載荷子復(fù)合體。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述的攙雜材料選擇BF2和B-Ge。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中淺表層具有500埃以下的厚度。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述的載荷子復(fù)合體包括激發(fā)子復(fù)合體。
30.一種在半導(dǎo)體晶片中形成超淺結(jié)的方法，該方法包括下述步驟在半導(dǎo)體晶片的淺表層中形成每個復(fù)合體至少產(chǎn)生兩個載荷子的載荷子復(fù)合體。
31.一種半導(dǎo)體器件，其中包括半導(dǎo)體基體；以及半導(dǎo)體基體中包含每個復(fù)合體至少產(chǎn)生兩個載荷子的載荷子復(fù)合體的淺表層，其中載荷子在半導(dǎo)體器件操作期間與所述的載荷子復(fù)合體分離。
32.一種在半導(dǎo)體晶片中形成超淺結(jié)的方法，該方法包括下述步驟用為形成每個復(fù)合體原子至少產(chǎn)生兩個載荷子的載荷子復(fù)合體而選定的攙雜材料對半導(dǎo)體晶片的淺表層實施攙雜。
全文摘要
這項發(fā)明提供用來在半導(dǎo)體晶片上形成超淺結(jié)的方法和裝置。該方法包括將為形成載荷子復(fù)合體(例如，每個復(fù)合體至少產(chǎn)生兩個載荷子的激發(fā)子復(fù)合體)而選定的攙雜材料引入半導(dǎo)體晶片的淺表層的步驟。包含攙雜材料的半導(dǎo)體晶片可以經(jīng)過處理(例如熱處理)形成載荷子復(fù)合體。載荷子復(fù)合體是有空穴的，所以不受起因于并入取代部位的電可溶性極限強加的限制。因此，能夠獲得低表層電阻。
文檔編號H01L21/02GK1541408SQ02808299
公開日2004年10月27日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月16日
發(fā)明者丹尼爾·F·當(dāng)尼, 丹尼爾 F 當(dāng)尼 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備聯(lián)合公司