形成低表层电阻的越浅结的方法技术

这项发明专利技术提供用来在半导体晶片上形成超浅结的方法和装置。该方法包括将为形成载荷子复合体（例如，每个复合体至少产生两个载荷子的激发子复合体）而选定的搀杂材料引入半导体晶片的浅表层的步骤。包含搀杂材料的半导体晶片可以经过处理（例如热处理）形成载荷子复合体。载荷子复合体是有空穴的，所以不受起因于并入取代部位的电可溶性极限强加的限制。因此，能够获得低表层电阻。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的
这项专利技术涉及在半导体晶片形成超浅结的方法，更具体地说涉及通过单载荷子复合体(例如激发子复合体)的形成和稳定化在半导体晶片的浅表层中。载荷子复合体具有每个复合体至少产生两个载荷子的能力。本专利技术的现有技术众所周知半导体工业的发展趋势是朝更小、速度更高的器件发展。具体地说，在半导体器件中特征的横向尺寸和深度正在逐渐减少。当前工艺水平的半导体器件要求结的深度小于1,000埃，而且最终可能要求结的深度在200埃或更小的数量级上。离子注入是将改变导电率的搀杂材料引入半导体晶片的标准技术。在被称为离子束注入机(beamline ion implanter)的传统的离子注入系统中，所需要的搀杂材料是在离子源中离子化的，离子被加速，以形成规定能量的离子束，而且离子束对准晶片表面。离子束中的高能离子刺入整块的半导体材料并且镶嵌在半导体材料的晶格中。等离子体搀杂系统可以被用来在半导体晶片中形成浅结。在等离子体搀杂系统中，半导体晶片被放置在作为阴极的导电台板上。包含所需要的搀杂材料的可电离的气体被引入舱室，而电压脉冲被加在台板和阳极(即舱室壁)之间，从而引起在晶片表面形成有等离子壳层的等离子体。外加的电压脉冲使等离子体中的离子越过等离子壳层并且被注入晶片。注入深度与加在晶片和阳极之间的电压有关。搀杂物质的注入深度至少部份地由注入半导体晶片的离子的能量决定。浅结是在低注入能量下获得的。然而，用于激活注入的搀杂材料的退火工艺引起搀杂材料从半导体晶片的被注入区域向外扩散。作为这种扩散的结果，结的深度因退火而增加。为了抵消退火所产生的结的深度的增加，注入能量可以被减少，以致所需要的结的深度在退火后获得。这种途经提供令人满意的结果，但结非常浅的情况除外。由于在退火期间发生的搀杂材料的扩散而达到通过减少注入能量所能获得的结的深度的极限。除此之外，传统的离子注入机通常在非常低的注入能量下无效地操作。除了浅结深度之外，为了使在半导体晶片上制造的器件有适当的操作，要求注入区域具有低的表层电阻。表层电阻部份地取决于激活工艺的有效性。这些因素已在实现低表层电阻的超浅结方面呈现困难。因此，需要一些在半导体晶片上制造具有低表层电阻的超浅结的方法。本专利技术的概述本专利技术涉及载荷子复合体(例如，作为约束在搀杂和/或其它杂质上的电子-空穴对的激发子复合体)的形成和稳定化。这些激发子复合体能通过引入两种能够通过化学键结合的搀杂物质或通过引入一种能够通过化学键与基质材料或基质材料中的杂质/缺陷结合的搀杂物质形成。搀杂材料被合并在通常在500埃以下的浅表层中，并且在有或没有热处理和没有充分的扩散的情况下都通过化学键结合在一起，形成激发子复合体。因为浅层的库仑力大并且有助于形成受约束的电子-空穴对(激发子)，所以形成激发子复合体。激发子复合体通常是空穴，因此，不受起因于并入取代部位的电可溶性极限强加的限制。因此，低表层电阻可以通过增加剂量获得。与复合体有关的激发子的分解是提供控制导电率的游离载流子的机制。激活工艺提供两个载荷子/复合体，而不是一个载荷子/取代原子。一个载荷子是依据标准的硅导电率机制生成载荷子的寻常数字。激发子层的类型(p或n)是由费米能级在带隙内的位置和并入的杂质所确定的众多状态决定的。在这些情况下，强调用p-型搀杂形成p-型层和用n-型搀杂形成n-型层的方法。使用这种方法形成200埃以下的n或p-型结而且其表层电阻值小于每个方格100欧姆是可能的。依照本专利技术的第一方面，提供在半导体晶片上形成超浅结的方法。该方法包括将为形成每个复合体至少产生两个载荷子的载荷子复合体而选定的搀杂材料引入半导体晶片的浅表层和处理包含搀杂材料的半导体晶片以形成载荷子复合体的步骤。载荷子复合体可以是激发子复合体。在一个实施方案中，搀杂材料包括为形成载荷子复合体选定的两种物质。在另一个实施方案中，搀杂材料包括为形成载荷子复合体选定的包含两种物质的化合物。在进一步的实施方案中，搀杂材料是为了通过化学键与半导体晶片的原子结合形成载荷子复合体而选定的。作为实例，搀杂材料可以选自B-F、B-Ge、B-Si、P-F、P-Ge、P-Si、As-F、As-Ge和As-Si。在一个实施方案中，搀杂材料可以是通过离子注入引入半导体晶片的。在另一个实施方案中，搀杂材料可以是通过等离子体搀杂引入半导体晶片的。在另一个实施方案中，搀杂材料可以是通过气相搀杂引入半导体晶片的。在进一步的实施方案中，搀杂材料可以是作为外延沉积或化学气相沉积步骤的一部分被引入半导体晶片的。在又一个实施方案中，搀杂材料可以是通过使用上述的技术之一形成搀杂材料和基质材料交替的单层或原子层引入半导体晶片的。处理半导体晶片的步骤可以包括热处理。在一个实施方案中，处理步骤包括浅表层的激光退火。在另一个实施方案中，处理步骤包括快速热处理。在进一步的实施方案中，处理步骤可以包括固相外延。在其它的实施方案中，处理步骤可以包括微波退火、射频退火、冲击波退火或炉内退火。上述的将搀杂材料引入半导体晶片和处理半导体晶片的技术仅仅是作为实例而不是作为对本专利技术的范围的限制给出的。此外，上述的技术可以被分开使用或组合使用。依照本专利技术的另一方面，提供一种半导体器件。该半导体器件包括半导体基体和包含每个复合体至少产生两个载荷子的载荷子复合体的半导体基体浅表层。载荷子是在室温下与复合体分离的并且可用于参与电传导。附图简要说明为了更好地理解本专利技术，参照在此通过引证被并入本文的附图，其中附图说明图1是就各种不同的注入和退火技术而言表层电阻Rs(欧姆/方格)随结的深度(纳米)变化的曲线图；图2A是就硅晶片中各种不同的硼剂量而言在激光退火之后硼的浓度(原子数/立方厘米)随结的深度(埃)变化的曲线图；图2B是列出与图2A表示的晶片有关的参数的表格；图3A是就硅晶片中的硼和锗而言在激光退火之后浓度(原子数/立方厘米)随深度(埃)变化的曲线图；图3B是列出与图3A表示的晶片有关的参数的表格；图4A是就硅晶片中的硼和锗而言在激光退火之后浓度(原子数/立方厘米)随深度(埃)变化的曲线图；而图4B是列出与图4A表示的晶片有关的参数的表格。本专利技术的详细描述依照本专利技术的一个方面，提供在半导体晶片中形成超浅结的方法。依照本专利技术的另一个方面，提供有超浅结的半导体器件。这些方法和器件涉及每个复合体至少产生两个载荷子的载荷子复合体的形成。这种载荷子复合体包括两个以上通过化学键结合在一起的原子。实例包括与硅键合的硼，与锗键合的硼和与氟键合的硼。载荷子复合体进一步包括被键合到通过化学键结合的原子上的电子-空穴对。在室温下，电子-空穴对与复合体分离并且可用于参与电传导。举例来说，载荷子复合体的实例是R.Knox在“Theory of Excitons(激发子理论)”，Academic Press，New York(1963)中描述的激发子复合体。载荷子复合体可以通过将两种能够通过化学键结合的搀杂物质或者一种能够通过化学键与基质材料或基质材料中的杂质/缺陷结合的搀杂物质引入半导体晶片的浅表层形成。搀杂物质的原子通过化学键结合在一起，形成诸如激发子复合体之类的载荷子复合体。激发子复合体通常是空穴型的并且不受起因于并入取代部位的电可溶性极限强加的限制。来自载荷子复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在半导体晶片中形成超浅结的方法，该方法包括下述步骤：将为形成每个复合体至少产生两个载荷子的载荷子复合体而选定的搀杂材料引入半导体晶片的浅表层；以及处理包含搀杂材料的半导体晶片，以形成所述的载荷子复合体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔F当尼，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备联合公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]