一种气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法技术

一种气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法，用于使衬底的一部分非晶化的方法，设置具有第一部分和第二部分的衬底在气体团簇离子束处理系统中的一部分；至少用所述衬底处理装置处理所述衬底；气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法，衬底在气体团簇离子束处理系统中；第一GCIB使用第一束能量，该第一束能量在所述衬底上第一部分区域产生所需厚度的非晶子层，所述衬底第二部分区域为晶体子层，并且用所述第一GCIB进行处理产生了非晶态的第一粗糙度界面位于所述衬底所述非晶子层和所述晶体子层之间的‑晶体界面；然后使用小于所述第一束能量的第二束能量用第二GCIB处理所述衬底的至少第一部分区域，将所述第一粗糙度界面减小到第二粗糙度界面。

【技术实现步骤摘要】
一种气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法
本专利技术涉及在衬底中形成非晶层的方法。尤其是气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法。
技术介绍
诸如硅，锗和砷化镓之类的半导体材料以及其他半导体的有用特性取决于半导体材料的纯度和晶体结构。通常通过常规的离子注入将掺入半导体材料中以改变电性能，形成电子PN结等目的的掺杂原子引入半导体表面。在常规的离子注入过程中，电离的掺杂物原子物理上沉积在晶体半导体材料中，但是众所周知，这样做时，半导体的晶格会因注入过程而损坏。为了使注入的掺杂剂原子在半导体内变得具有电活性并恢复半导体的所需结晶度，必须恢复半导体晶体的晶格结构，并且通过取代，注入的掺杂剂原子必须占据恢复的晶格内的晶格位置。通常用于产生晶格恢复和注入的掺杂剂原子的电活化的工艺包括高温热退火，脉冲激束退火和脉冲电子束退火。对于某些半导体产品，将掺杂剂引入半导体表面的一项重要要求是，必须在完成晶格重结晶和掺杂剂激活过程后将掺杂剂渗透的最大深度保持非常浅，通常只有几百埃或更少。通过使用非常低能量的常规离子注入，通过使用小于1000eV或在某些情况下甚至小于200eV的非常低的注入能量，可以如此浅地引入掺杂剂。然而，在如此低的能量下，常规的离子注入经常遭受能量污染的问题。注入某些掺杂剂(例如硼(B))时，除非在掺杂剂注入之前将硅(Si)晶格预先非晶化，否则不可避免地会产生沟道效应。在常规的离子注入中，该技术称为预非晶化注入(PAI)。高能量锗(Ge)通常用于此目的。GePAI不仅有助于防止沟道形成，而且还有助于减少退火过程中的B扩散。但是，GePAI会造成植入物损坏，通常称为射程范围损坏，无法通过退火进行矫正。这种范围末端损坏会导致高漏电流和对器件的其他负面影响。气体簇离子束(GCIB)用于蚀刻，清洁，平滑和形成薄膜。为了便于讨论，气体团簇是在典型的离子注入工艺中使用的低压，超高真空(UHV)条件下呈气态的材料的纳米级聚集体。这种气体团簇可以由聚集体组成，这些聚集体包括几至数千个分子或更多，这些分子通过范德华相互作用而松散地结合在一起。气体团簇通过电子轰击被电离，从而使气体团簇形成可控能量的定向束。这些簇离子通常各自携带正电荷，该正电荷是由电荷的大小与表示簇离子的电荷状态的整数之和以上的整数所给出的。较大尺寸的簇离子通常是最有用的，因为它们能够携带每个簇离子大量的能量，而每个分子只具有适度的能量。离子簇在与基底碰撞时崩解。特定的分解离子簇中的每个分子仅携带总簇能量的一小部分。因此，大型离子簇的影响很大，但仅限于非常浅的表面区域。这使气体团簇离子可用于多种表面改性工艺，但不会产生传统离子束加工所特有的更深的亚表面损伤。但是，常规的GCIB工艺仍然存在各种缺陷。即使具有上述有利的结果，GCIB工艺也会在GCIB处理的表面层和下面的未处理层之间产生不均匀的凹坑界面。因此，需要改进使用GCIB处理来使半导体材料预非晶化以减少界面缺陷。
技术实现思路
本专利技术目的是，提出了一种用于使衬底的上层非晶化的方法。在一个实施例中，该方法包括使用第一气体团簇离子束(GCIB)使用第一束能量处理衬底，该第一束能量被选择为在衬底内产生期望厚度的非晶子层，这产生非晶的第一界面粗糙度。衬底的非晶子层和晶体子层之间的-晶界面。该方法还包括使用小于第一束能量的第二束能量用第二气体团簇离子束GCIB处理衬底，以将非晶晶体界面的第一界面粗糙度减小到第二界面粗糙度。本专利技术的技术方案是，气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法，衬底在气体团簇离子束(GCIB)处理系统中；第一GCIB使用第一束能量，该第一束能量在所述衬底上第一部分区域产生所需厚度的非晶子层，所述衬底第二部分区域为晶体子层，并且用所述第一GCIB进行处理产生了非晶态的第一粗糙度界面位于所述衬底所述非晶子层和所述晶体子层之间的-晶体界面；然后使用小于所述第一束能量的第二束能量用第二GCIB处理所述衬底的至少第一部分区域，以将所述第一粗糙度界面减小到第二粗糙度界面；然后使用小于所述第二束能量的第三束能量用第三GCIB处理所述衬底第一部分区域，以减小所述非晶子层的暴露表面的表面粗糙度，其中所述方法还包括：在所述衬底上形成图案化的掩模层之前，使用所述第一GCIB处理所述衬底的所述第一部分以引起所述衬底的图案化；去除所述图案化掩模层。所述衬底的所述第一和第二部分区域包含硅、尤其是晶体硅，并且其中所述第一GCIB从所述第一部分区域的所述晶体硅上产生非晶硅子层。所述第一束能量等于或大于10keV；所述第二束能量小于10keV。用所述第一GCIB进行的所述过程还包括：选择第一束能量分布，第一束聚焦，第一束剂量或其两个或多个的任意组合；变化所述第一束能量分布以减小所述第一界面粗糙度。所述修改所述第一束能量分布的步骤包括：沿着GCIB路径引导所述第一GCIB通过增加的压力区域，使得所述GCIB路径的至少一部分横穿所述增加的压力区域。用所述第二GCIB进行的所述处理进一步包括：选择第二束能量分布，第二束焦点，或第二束剂量，或其两个或多个的任意组合；还包括：修改所述第二束能量分布以减小所述第二界面粗糙度。所述改变所述第二束能量分布的步骤包括：沿着GCIB路径引导所述第二GCIB穿过增加的压力区域，使得所述GCIB路径的至少一部分横穿所述增加的压力区域。所述第一与第二GCIB包含GCIB包含选自He，Ne，Ar，Xe，Kr，B，C，Si，Ge，N，P，As，O，S，F、Cl和Br的元素。所述第一与第二GCIB包含至少一种稀有气体和分子，所述分子包括选自由B，C，Si，Ge，N，P，As，O，S，F，CI和Br组成的组中的一种或多种元素。用所述第二GCIB处理所述衬底的所述部分还包括掺杂所述非晶子层；所述用第二GCIB处理所述衬底的所述部分还包括引入选自B，C，Si，Ge，N，P，As，O，S中的一种或多种元素，F，C1和Br连接至所述非晶子层。有益效果：本专利技术涉及在衬底的一部分内形成非晶子层。具体地，在各种实施例中描述了使用气体团簇离子束(GCIB)处理在衬底上使包括含硅膜的层非晶化的方法。更具体地，本专利技术涉及使用第一GCIB形成非晶子层。根据一个实施例，该方法还包括使用第二GCIB来减小在使用第一GCIB形成的非晶子层和该非晶子层下面的晶体子层之间的界面粗糙度。通过GCIB的工作流程，可在预磁化后降低界面粗糙度。附图说明图1示出根据实施例的用于使衬底的上层非晶化的方法的流程图；图2A至图2D以示意图示出根据另一实施例的用于使衬底的上层非晶化的方法。图3以图形方式描绘了用于使衬底的上层非晶化的示例性数据。图4A和图4B是描绘根据实施例的形成在衬底上的非晶子层和随后的界面处理的显微照片。图5是GCIB处理系统的说明图。图6是GCIB处理系统的另一说明图。图7是GCIB处理系统的另一例的说明图。图8是用于GCIB处理系统的电离源的图示。图9是用于GCIB处理系统的另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法，其特征是，用于使衬底的一部分非晶化的方法，包括：/n设置具有第一部分和第二部分的衬底在气体团簇离子束(GCIB)处理系统中的一部分；至少用所述衬底处理装置处理所述衬底；/n气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法，衬底在气体团簇离子束(GCIB)处理系统中；第一GCIB使用第一束能量，该第一束能量在所述衬底上第一部分区域产生所需厚度的非晶子层，所述衬底第二部分区域为晶体子层，并且用所述第一GCIB进行处理产生了非晶态的第一粗糙度界面位于所述衬底所述非晶子层和所述晶体子层之间的-晶体界面；然后使用小于所述第一束能量的第二束能量用第二GCIB处理所述衬底的至少第一部分区域，以将所述第一粗糙度界面减小到第二粗糙度界面；然后使用小于所述第二束能量的第三束能量用第三GCIB处理所述衬底第一部分区域，以减小所述非晶子层的暴露表面的表面粗糙度。/n

【技术特征摘要】
1.一种气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法，其特征是，用于使衬底的一部分非晶化的方法，包括：
设置具有第一部分和第二部分的衬底在气体团簇离子束(GCIB)处理系统中的一部分；至少用所述衬底处理装置处理所述衬底；
气体团簇离子束在衬底中形成非晶层的方法，衬底在气体团簇离子束(GCIB)处理系统中；第一GCIB使用第一束能量，该第一束能量在所述衬底上第一部分区域产生所需厚度的非晶子层，所述衬底第二部分区域为晶体子层，并且用所述第一GCIB进行处理产生了非晶态的第一粗糙度界面位于所述衬底所述非晶子层和所述晶体子层之间的-晶体界面；然后使用小于所述第一束能量的第二束能量用第二GCIB处理所述衬底的至少第一部分区域，以将所述第一粗糙度界面减小到第二粗糙度界面；然后使用小于所述第二束能量的第三束能量用第三GCIB处理所述衬底第一部分区域，以减小所述非晶子层的暴露表面的表面粗糙度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述衬底的所述第一和第二部分区域包含硅、尤其是晶体硅，并且其中所述第一GCIB从所述第一部分区域的所述晶体硅上产生非晶硅子层。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述第一束能量等于或大于10keV；所述第二束能量小于10keV。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，用所述第一GCIB进行的所述过程还包括：选择第一束能量分布，第一束聚焦，第一束剂量或其两个或多个的任意组合；变化所述第一束能量分布以减小所述第一界面粗糙度。
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【专利技术属性】
技术研发人员：曹路，刘翊，张同庆，
申请(专利权)人：江苏集创原子团簇科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32