原子层掺杂装置和方法制造方法及图纸

揭示了一种改进的具有多个掺杂区域的原子层掺杂装置，其中首先沉积各种掺杂物质，然后将其中包含的掺杂物原子扩散到基层中。各个掺杂区域与相邻的掺杂区域化学隔离。对加载装置编程，使之以预定的传递次序将半导体基层移入和移出各个相邻的掺杂区域。根据所提供的掺杂区域数目，可同时处理多个基层并沿着掺杂区域的循环移动，直到取得所需的掺杂分布。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路领域，具体涉及掺杂晶片的改进方法。热扩散掺杂有两个步骤第一步称作预沉积，即在低温下将半导体暴露到包含有过多掺杂物的气流中以得到掺杂物饱和的表面区域，或者将杂质从涂覆在半导体表面上的固体掺杂物源扩散到薄表面层中。预沉积步骤以后是钻入步骤，该步骤中，在惰性气体中高温下把半导体加热，这样在薄表面层中的掺杂物扩散到半导体内部，于是预沉积的掺杂物原子就重新分配为所需的掺杂分布。离子引入优于热扩散，因为离子引入能够控制引入掺杂物原子的数量，也因为其速度和掺杂过程的重复性。离子引入过程将电离发射的原子引入到半导体基片之类的目标固体中，其动能(3到500KeV)足以穿透表面区域。通常离子引入系统采用气态掺杂物源，比如BF3，PF3，SbF3或AsH3，将其激发到高能态以产生含有掺杂物原子的离子等离子体。一个分析磁体只选择所需种类离子，排除其它的种类。然后将所需种类原子注射到加速管中，这样把离子加速到足够高的速度，使它们取得到达晶片时能够穿透晶片表面的阈值动量。虽然离子引入有许多优点，例如能够提供精确的离子浓度(比如硅为约1014到1021原子/cm3)，但是这种掺杂方法也存在不少问题。比如，离子引入的主要缺点是辐射损伤，这来源于包含有重粒子的轰击并进而影响半导体的电气特性。最普通的辐射损伤是空位-填隙缺陷，当引入的掺杂物离子冲击处于晶格内位置的基片原子，而位移的原子处于非晶格位置时，会发生这种缺陷。另外，引入后的许多掺杂原子是不导电的，因为掺杂原子最终不处于规则导电的晶格位置。不过通过适宜的退火处理可以恢复晶体晶格，通过扩散使引入的杂质原子处于导电的晶格位置。离子引入的另一个缺点是离子沟道，它也会改变掺杂半导体的电特性。当晶片主轴接触离子束，并当离子顺着沟道到达计算深度的十倍时，出现离子沟道。这样，额外量的掺杂原子明显地聚集到主轴的沟道中。通过几种技术可以使离子沟道最小，比如采用保护性(blocking)无定形表面层或误定向晶片，使掺杂物离子以非90°的角度进入晶片。例如，将晶片晶向偏离主轴3到7°可以防止掺杂离子进入沟道。不过，这些方法需要增加使用昂贵的离子引入机器，从而使批量生产成本很高。常规掺杂方法的另一个缺点是自动掺杂。在掺杂物引入到晶片形成各种结后，需要进行用于器件制作的许多后继处理步骤。虽然采用低温处理技术可以使引入掺杂原子的再分配最小，在进一步的处理过程中掺杂物仍会重新分配。例如，特别由于外延生长所需要的高温，当掺杂区域顶部的生长了一层外延膜时，掺杂物的再分配就变得十分重要。在高温下，在外延生长中掺杂物扩散进入外延膜。这种现象称作自动掺杂，它也导致薄膜无意地掺杂到掺杂区域间，或进入非扩散基层。这样，集成电路设计者必需在相邻区域间留出足够的空间，防止横向扩散区域接触和短路。另外，现在的掺杂系统采用批量处理，其中晶片同时并列处理。批处理的固有缺陷是各批晶片间的交叉污染，它还减弱了工艺控制和重复性，以及掺杂处理的产量，可靠性和净生产率。因此，需要一种改进的掺杂系统，它使掺杂物重新分配最小，能对引入掺杂物数量精确控制，具有较高的商业生产率和改进的通用性。还需要一种解决当前批量处理技术所带来问题的新型改进掺杂系统和方法，和具有更大均匀性和在微电子电路中提高集成密度所必需的层厚度掺杂处理控制的方法和系统。本专利技术使晶片原子层掺杂具有较高商业生产率和改进的通用性。因为各个区域提供了为一种特定的单层掺杂物而设计的一系列预定处理条件，可以大大减小交叉污染。通过结合附图提供的下面的示出本专利技术示范实施例的详细描述，人们将更清楚本专利技术的这些和其它特征和优点。图2是附图说明图1原子层掺杂器件的部分截面图，根据本专利技术的第一实施例沿线2-2’描述了两个相邻的掺杂区域并描述了一个晶片传送次序。图3是图1原子层掺杂装置的部分截面图，根据本专利技术的第二实施例沿线2-2’描述了两个相邻的掺杂区域。图4是图2的原子层掺杂装置的部分截面图，描述了两个相邻掺杂室间的物理屏障。图5是根据本专利技术的多室原子层掺杂装置的顶部示意图，描述了第二晶片传送次序。在下面描述中采用的术语“基层”可包括任意基于半导体的结构。须理解，这些结构包括硅，上绝缘体(SOI)，硅蓝宝石(SOS)，掺杂和非掺杂的半导体，基于半导体基层的硅外延层，和其它半导体结构。半导体不一定是硅基，也可以是硅-锗，锗，或砷化镓。下述的基片可以采用现有处理步骤在半导体基层中或上面形成区域或(半导体)结。术语“掺杂物”不仅包括基本掺杂物原子，还包括带有微量元素或结合各种半导体工艺中熟知的其它元素的掺杂物原子(只要这种结合保持了掺杂物原子的物理和化学特性)。在下面描述中采用的术语“p型掺杂物”可以包括任意p型杂质离子，诸如锌(Zn)，镁(Mg)，铍(Be)，硼(B)，镓(Ga)或铟(In)，及其它离子。术语“n型掺杂物”可包括n型杂质离子，诸如硅(Si)，硫(S)，锡(Sn)，磷(P)，砷(As)或锑(Sb)，或其它。本专利技术提供了一种原子层掺杂方法和装置。如下面所将详细描述的，该装置提供了多个掺杂区域，其中首先将各个单层种类掺杂物沉积到基层上，然后与各个单层种类相应的掺杂物原子扩散到各个基层中。各个掺杂区域与相邻区域化学隔离。将一个机器人编程以预定的传递次序把晶片移入和移出各个相邻的掺杂区域。根据所提供的掺杂区域数目，可以同时处理多个基层并通过不同掺杂区域的循环直到达到晶片表面的所需掺杂浓度。本专利技术为原子层掺杂处理提供了一种简单和新型的多室系统。虽然本专利技术在下面将描述到掺杂物种类Ax的原子层沉积和其掺杂物原子随后进入晶片的扩散，须理解，本专利技术也可以应用于形成任意能够由采用任意数目种类的原子层掺杂技术而形成的掺杂材料，其中各类掺杂物沉积到专门的反应室中。在图1中示意地示出了本专利技术的多室原子层掺杂装置100的顶视图。根据本专利技术的示范实施例，例如在例如机械手等加载机构60周围替换地放置掺杂区域50a，50b，52a，52b，54a，54b。这些掺杂区域可以是对基层进行原子层掺杂处理的任意区域。该掺杂区域可以形成为圆柱形反应室50a，50b，52a，52b，54a和54b，其中相邻各室互相化学隔离。为方便晶片运动，并假设每次循环只沉积掺杂物种类Ax的一个单层，反应室成对排列为50a，50b；52a，52b；54a，54b。图2示出了这样的一对50a，50b。这对反应室中的一个室(例如50a)沉积一个掺杂物种类Ax的单层，而它的另一个反应室(例如50b)随后将这类Ax掺杂物原子扩散进入晶片，完成掺杂处理。采用诸如气幕将相邻的反应室对化学隔离，这将掺杂物种类Ax单层保持在各自区域中(例如50a)，这也使机器人60易于将在一个反应室(例如50a)中处理的晶片输送到另一个反应室50b中，反之也可。同时，机器人也能够将晶片在室52a或52b，和54a和54b间移动。为了使各对反应室50a，50b；52a，52b；和54a，54b化学隔离，成对的反应室具有一个晶片可通过的由气幕构成的壁，它作为化学屏障防止一个室(例如50a)中的气体混合物进入相邻的成对室(例如50b)中。须注意，当需要特定的掺杂浓度和/或分布时，机器人可以简单地将晶片在相邻室间(例如50a，50b)前后移动，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原子层掺杂装置，其特征在于，包括： 第一原子层掺杂区域，用于在第一基层上沉积第一掺杂物作为单层； 第二原子层掺杂区域，用于在所述第一基层中扩散所述第一掺杂物，所述第一和第二掺杂区域互相化学隔离；和 加载装置，用于将所述第一基层从所述第一掺杂区域移到所述第二掺杂区域，使得能够在所述第一掺杂区域中进行第一原子层单层的沉积，然后是在所述第二掺杂区域中进行所述第一原子单层的扩散。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：G萨德胡，TT多安，
申请(专利权)人：微米技术股份有公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]