JP2011527124A - 半導体構造のドープ方法およびその半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様によれば、核種(species)を歪み半導体層の中に導入する方法が提供され、該方法は、下記ステップを含む(または、下記ステップからなる)。
a)露出した歪み半導体層を含む第1領域を備えた基板を、反応チャンバの中に用意するステップ。
b)少なくとも露出した歪み半導体層の上に、気相堆積(VPD: vapor phase deposition)によって等方性の第1核種含有層を形成するステップ。
c)続いて、第1熱処理を実施し、これにより第1核種含有層から第1核種の少なくとも一部を、(露出)歪み半導体層の中に拡散し、(露出)歪み半導体層の中に拡散した第1核種の少なくとも一部を活性化するステップ。
d)第1領域の露出した歪み半導体層の中に第1核種を拡散した後、拡散マスクを形成し、これにより基板の第1領域を覆うステップ。
e)反応チャンバ内で、(第2領域の)少なくとも露出した歪み半導体層の上に、気相堆積(VPD)によって等方性の第2核種含有層を形成するステップ。
f)続いて、第2熱処理を実施し、これにより第2核種含有層から第2核種の少なくとも一部を(第2領域の)(露出)歪み半導体層の中に拡散し、拡散した第1核種および(第2領域の)(露出)歪み半導体層の中に拡散した第2核種の少なくとも一部を活性化するステップ。
a)初期の結晶化度を有し、あるフィン幅を有する、半導体材料中に作成され、少なくとも露出したフィン構造を含む基板を、反応チャンバの中に用意するステップ。
b)少なくとも露出したフィン構造の上に、気相堆積(VPD: vapor phase deposition)によって等方性の核種含有層を形成するステップ。
c)続いて、熱処理を実施し、これにより核種含有層から核種の少なくとも一部を、(露出)フィン構造の中に等方的に拡散し、(露出)フィン構造の中に拡散した核種の少なくとも一部を活性化し、これによりフィン幅の1/2より大きいまたはこれに等しい深さを持つ等方性のドーパントプロファイルを形成し、半導体材料の初期の結晶化度を保存するようにしたステップ。
Claims (33)
- 核種を歪み半導体層の中に導入する方法であって、
a)露出した歪み半導体層を含む第1領域を備えた基板を、反応チャンバの中に用意するステップと、
b)少なくとも露出した歪み半導体層の上に、気相堆積(VPD)によって等方性の第1核種含有層を形成するステップと、
c)続いて、第1熱処理を実施し、これにより第1核種含有層から第1核種の少なくとも一部を歪み半導体層の中に拡散し、歪み半導体層の中に拡散した第1核種の少なくとも一部を活性化するステップと、含む方法。 - 基板は、露出した歪み半導体層を含む第2領域を備えており、
d)第1領域の露出した歪み半導体層の中に第1核種を拡散した後、拡散マスクを形成し、これにより基板の第1領域を覆うステップと、
e)反応チャンバ内で、少なくとも露出した歪み半導体層の上に、気相堆積(VPD)によって等方性の第2核種含有層を形成するステップと、
f)続いて、第2熱処理を実施し、これにより第2核種含有層から第2核種の少なくとも一部を歪み半導体層の中に拡散し、拡散した第1核種及び/又は歪み半導体層の中に拡散した第2核種の少なくとも一部を活性化するステップ、とをさらに含む請求項1記載の方法。 - 前記熱処理は、急速加熱処理(RTP)、急速加熱アニール(RTA)、レーザアニール、またはこれらの何れかの組合せを含む請求項1または2記載の方法。
- 露出した歪み半導体層は、自然酸化物層を上部に備えており、
露出した歪み半導体層から自然酸化物層を除去するステップをさらに含む請求項1〜3のいずれかに記載の方法。 - 等方性の第1核種含有層及び/又は第2核種含有層を形成する前に、拡散制御層(DCL)が少なくとも露出した歪み半導体層の上に形成される請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 第1核種は、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)またはこれらの混合物からなるグループから好ましく選択されたn型ドーパントであり、
第2核種は、ジボランとなるように好ましく選択されたp型ドーパントである請求項2〜5のいずれかに記載の方法。 - 等方性のn型ドーパント含有層を形成するステップは、ドーパント脱離限界より低い温度で実施する請求項6記載の方法。
- 等方性のp型ドーパント含有層を形成するステップは、ドーパント内部拡散限界より低い温度で実施する請求項6記載の方法。
- 歪み層の下方において、基板は、バルクシリコン、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)、SOI上のSixGe1−x(0<x<1)、Si上のSixGe1−x(0<x<1)、バルクGe、またはこれらの混合物を含む請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 歪み半導体層は、歪みSi、歪みGe、歪みSixGe1−x(0<x<1)、歪みIII−V材料、歪みSiC、またはこれらの混合物を含む請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 歪み半導体層は、歪みSiからなる請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 拡散制御層は、シリコン酸化物である請求項5〜11のいずれかに記載の方法。
- 第1及び/又は第2核種含有層を形成するステップは、第1及び/又は第2核種含有前駆体およびキャリアガスを反応チャンバ内に注入するステップを含み、
キャリアガスは、好ましくは、N2,H2,Heまたはこれらの混合物からなるグループから選択され、より好ましくは、キャリアガスは、N2に選択される請求項1〜12のいずれかに記載の方法。 - 第1及び/又は第2核種含有層を形成するステップは、10torr(131Pa)〜1atm(10kPa)の圧力で実施する請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
- 反応チャンバは、エピタキシャル反応容器、低圧化学気相成長(LPCVD)チャンバ、減圧化学気相成長(RPCVD)チャンバ、常圧化学気相成長(APCVD)チャンバ、超高真空気相成長(UHV−CVD)、またはガスソース分子線(GSMBE)チャンバである請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
- チャネル領域と、チャネル領域に近接し、ドーパントで改質(modified)した少なくとも歪み領域を含む基板を備え、
歪み領域は、ドーパントを導入する前に、チャネル領域においてキャリア移動度の増強を誘発するものであり、
歪み領域によって誘発されたキャリア移動度の増強は、ドーパント導入およびドーパント活性化の際、サブ100nm MOSFETの拡張領域を形成するために従来から用いたドーパント量と同等またはより高いドーパント量に、本質的に保持されている半導体デバイス。 - 歪み領域は、歪みSiからなり、
基板は、バルクシリコン、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)、Si上の緩和SiGe、バルクGe、またはこれらの混合物をさらに含む請求項16記載の半導体デバイス。 - 核種を狭いフィン構造に導入して、等方性のドーパントプロファイルを形成する方法であって、
a)初期の結晶化度を有し、あるフィン幅を有する、半導体材料中に作成され、少なくとも露出したフィン構造を含む基板を、反応チャンバの中に用意するステップと、
b)少なくとも露出したフィン構造の上に、気相堆積(VPD)によって等方性の核種含有層を形成するステップと、
c)続いて、熱処理を実施し、これにより核種含有層から核種の少なくとも一部を、露出したフィン構造の中に等方的に拡散し、露出したフィン構造の中に拡散した核種の少なくとも一部を活性化し、これによりフィン幅の1/2より大きいまたはこれに等しい深さを持つ等方性のドーパントプロファイルを形成し、半導体材料の初期の結晶化度を保存するようにしたステップと、含む方法。 - 前記熱処理は、急速加熱処理(RTP)、急速加熱アニール(RTA)、レーザアニール、またはこれらの何れかの組合せを含む請求項18記載の方法。
- 等方性の核種含有層を形成する前に、拡散制御層(DCL)が、少なくとも露出したフィン構造の上に形成される請求項18または19記載の方法。
- 核種は、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)またはこれらの混合物からなるグループから好ましく選択されたn型ドーパントであり、
及び/又は、核種は、ジボランとなるように好ましく選択されたp型ドーパントである請求項18〜20のいずれかに記載の方法。 - 等方性のn型ドーパント含有層を形成するステップは、ドーパント脱離限界より低い温度で実施する請求項21記載の方法。
- 等方性のp型ドーパント含有層を形成するステップは、ドーパント内部拡散限界より低い温度で実施する請求項21記載の方法。
- フィン構造が作成される半導体材料のエピタキシャル単分子層を、等方性の核種含有層の上に成長させるステップをさらに含み、これによりフィン構造での置換サイトに核種を導入/組み込むようにした請求項18〜23のいずれかに記載の方法。
- 請求項18記載のような熱処理を実施するステップを省略するようにした請求項24記載の方法。
- 等方性の核種含有層を形成し、半導体材料のエピタキシャル単分子層を成長させるシーケンスは、少なくとも2回繰り返され、これにより半導体基板に組み込み/導入した核種の濃度を増加させるようにした請求項24または25記載の方法。
- シーケンスの間に、第2半導体材料のエピタキシャル単分子層を形成するようにした請求項26記載の方法。
- フィン幅は、20nmより小さいか、これと等しい請求項18〜27のいずれかに記載の方法。
- あるフィン幅を有し、ドーパントで改質され、等方性のドーパントプロファイルおよびドーパントプロファイル深さを有するフィン構造を含む基板を備え、
フィン構造は、ドーパント導入前の初期の結晶化度を有する半導体材料中に作成され、
ドーパントプロファイル深さは、フィン幅の(約)1/2より大きいまたはこれに等しく、
フィン構造は、ドーパント導入およびドーパント活性化の際、サブ100nm MOSFETの拡張領域を形成するために用いたドーパント量と同等またはより高いドーパント量で、その結晶化度を保存している半導体デバイス。 - フィン幅は、20nmより小さいか、これと等しい請求項29記載の半導体デバイス。
- 整合したドーパント濃度を持つヘテロエピタキシャル接合を製造する方法であって、
第1のドーピングレベルを有する第1半導体材料を用意するステップと、
その上に、その場(in-situ)ドープのエピタキシャル成長によって第2のドーピングレベルを有する第2半導体材料を形成するステップとを含み、
第2半導体材料を形成する前に、第1半導体材料の上で気相堆積工程を実施し、これにより第1のドーピングレベルを、第2のドーピングレベルと等しくなる(整合する)ように調整するようにした方法。 - 第1半導体材料はシリコンであり、第2半導体材料は、SixGe1−x(0<x<1)である請求項31記載の方法。
- 歪み半導体層または狭いフィン構造の等方性ドーピングを達成する気相堆積(VPD)の使用であって、
フィン構造は、好ましくは、20nmより小さいか、これと等しいフィン幅を有するようにした気相堆積の使用。
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