JP6085592B2 - Method for forming ultra shallow doping region by solid phase diffusion - Google Patents

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Description

本発明は、概して半導体デバイス及びその製造方法に関し、より具体的にはドーパント層から基板層への固相拡散による極浅(ウルトラシャロー)ドーパント領域の形成に関する。   The present invention relates generally to semiconductor devices and methods of manufacturing the same, and more specifically to the formation of ultra shallow dopant regions by solid phase diffusion from a dopant layer to a substrate layer.

半導体産業は、所与のチップ上にますます大規模且つ複雑な回路を製造することへと向かうトレンドによって特徴付けられる。そのような大規模且つ複雑な回路は、回路内の個々のデバイスのサイズを縮小し、それらデバイスを相互に近付けることによって達成される。デバイス内の例えば金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタ又はバイポーラトランジスタなどの個々のコンポーネントの寸法が縮小され、それらデバイスコンポーネントが互いに近付けられるにつれて、向上された電気性能を得ることができる。しかしながら、有害な電界条件が生じないことを確実にするために、基板内のドープ領域の形成に注意を払わなければならない。   The semiconductor industry is characterized by a trend towards producing increasingly larger and more complex circuits on a given chip. Such large and complex circuits are achieved by reducing the size of individual devices in the circuit and bringing them closer together. As the dimensions of individual components, such as metal oxide semiconductor (MOS) transistors or bipolar transistors, in the device are reduced and the device components are brought closer together, improved electrical performance can be obtained. However, care must be taken to form the doped regions in the substrate to ensure that no harmful field conditions occur.

例えばMOSデバイスのトランジスタゲートやバイポーラデバイスのエミッタ領域などのデバイスコンポーネントのサイズが小さくされるとき、半導体基板内に形成されるドープト領域のジャンクション(接合)深さも小さくされなければならない。均一なドーピングプロファイルと高い表面濃度とを兼ね備えた浅いジャンクションの形成は非常に困難であることが分かっている。一般的に使用される技術は、イオン注入装置を用いて基板内にドーパント原子を注入するものである。イオン注入を用いると、高エネルギーのドーパント原子が、基板表面に高い速度で衝突して基板内に突き進む。この方法は、適度に深いジャンクションを有するドープト領域の形成に有効であることが分かっているが、イオン注入を用いた極浅ジャンクションの形成は極めて困難である。浅い注入ジャンクションを形成するのに必要な低いエネルギーでは、エネルギーを与えられたドーパント原子の基板内での経路、及び注入の均一性の何れもが制御困難である。エネルギーを与えられたドーパント原子の注入は基板内の結晶格子を損傷し、これは修復が困難である。格子損傷に由来する転位は浅いジャンクションを横切って容易にスパイクし、ジャンクションを横切る電流リークを生じさせ得る。また、シリコン内を素速く拡散する例えばボロンなどのp型ドーパントのイオン注入は、それらが基板に導入された後に、ドーパント原子の過度な分散をもたらす。故に、基板内の特定の領域内に、特に基板の表面に、高度に閉じ込められたp型ドーパント原子の集団を形成することが困難になる。   For example, when the size of a device component such as a transistor gate of a MOS device or an emitter region of a bipolar device is reduced, the junction depth of the doped region formed in the semiconductor substrate must also be reduced. Formation of shallow junctions with a uniform doping profile and high surface concentration has proven very difficult. A commonly used technique is to implant dopant atoms into the substrate using an ion implanter. When ion implantation is used, high-energy dopant atoms collide with the substrate surface at a high speed and penetrate into the substrate. Although this method has been found to be effective in forming doped regions having moderately deep junctions, it is extremely difficult to form ultra shallow junctions using ion implantation. At the low energy required to form a shallow implant junction, both the path of energized dopant atoms in the substrate and the uniformity of the implant are difficult to control. The implantation of energized dopant atoms damages the crystal lattice in the substrate, which is difficult to repair. Dislocations resulting from lattice damage can easily spike across shallow junctions and cause current leakage across the junction. Also, ion implantation of p-type dopants, such as boron, that diffuse quickly through silicon results in excessive dispersion of dopant atoms after they are introduced into the substrate. Thus, it becomes difficult to form highly confined populations of p-type dopant atoms within a particular region within the substrate, particularly at the surface of the substrate.

さらに、ドープされた3次元構造を利用するトランジスタ及びメモリデバイスの新たなデバイス構造が実装されつつある。そのようなデバイスの例は、以下に限られないが、FinFET、トライゲートFET、リセスチャネルトランジスタ(RCAT)、及び混載ダイナミックランダムアクセスメモリ(EDRAM)トレンチを含む。これらの構造を均一にドープするためには、コンフォーマルなドーピング法を有することが望ましい。イオン注入プロセスは事実上ラインオブサイトであり、故に、フィン構造及びトレンチ構造を均一にドープするには特別な基板方位を必要とする。また、高いデバイス密度においては、陰影(シャドーイング)効果が、イオン注入技術によるフィン構造の均一なドーピングを極めて困難にし、あるいは不可能にさえする。従来のプラズマドーピング及び原子層ドーピングは、3次元半導体構造の実演されたコンフォーマルドーピング技術であるが、それらは各々、理想条件下で利用可能にされ得るドーパント密度及び深さの範囲に限られたものである。本発明の実施形態により、これらの困難性の幾つかを解決する極浅ドーピング領域の形成方法が提供される。   In addition, new device structures for transistors and memory devices that utilize doped three-dimensional structures are being implemented. Examples of such devices include, but are not limited to, FinFETs, tri-gate FETs, recess channel transistors (RCAT), and embedded dynamic random access memory (EDRAM) trenches. In order to uniformly dope these structures, it is desirable to have a conformal doping method. The ion implantation process is effectively line of sight and therefore requires a special substrate orientation to uniformly dope the fin and trench structures. Also, at high device density, the shadowing effect makes uniform doping of the fin structure by ion implantation techniques extremely difficult or even impossible. Conventional plasma doping and atomic layer doping are demonstrated conformal doping techniques for three-dimensional semiconductor structures, each limited to a range of dopant densities and depths that can be made available under ideal conditions. Is. Embodiments of the present invention provide a method for forming a very shallow doped region that overcomes some of these difficulties.

ボロンドーパント層から基板層内への固相拡散による極浅ボロンドーパント領域形成に関する複数の実施形態が開示される。そのドーパント領域は、平面状の基板内、基板上の隆起した造形部(隆起フィーチャ)内、あるいは基板内の凹状にされた造形部(凹状フィーチャ)内に形成され得る。   Several embodiments are disclosed for forming ultra shallow boron dopant regions by solid phase diffusion from a boron dopant layer into a substrate layer. The dopant region may be formed in a planar substrate, in a raised feature on the substrate (a raised feature), or in a recessed feature in the substrate (a concave feature).

一実施形態によれば、基板内に極浅ボロン(B)ドーパント領域を形成する方法が提供される。当該方法は、原子層成長(ALD)により、前記基板と直に接触させてボロンドーパント層を堆積することを含み、該ボロンドーパント層は、ボロンアミド前駆体若しくは有機ボロン前駆体の気体暴露と、反応ガスの気体暴露とを交互に行うことによって形成された、酸化物、窒化物又は酸窒化物を有する。当該方法は更に、前記ボロンドーパント層をパターニングすることと、前記パターニングされたボロンドーパント層から前記基板内に熱処理によってボロンを拡散させることによって、前記基板内に極浅ボロンドーパント領域を形成することとを含む。   According to one embodiment, a method is provided for forming a very shallow boron (B) dopant region in a substrate. The method includes depositing a boron dopant layer by atomic layer deposition (ALD) in direct contact with the substrate, the boron dopant layer reacting with a gas exposure of a boron amide precursor or an organic boron precursor and reacting. It has an oxide, nitride or oxynitride formed by alternating gas exposure to gas. The method further includes patterning the boron dopant layer and diffusing boron from the patterned boron dopant layer into the substrate by a heat treatment to form an ultra shallow boron dopant region in the substrate. including.

一部の実施形態によれば、隆起フィーチャ内、又は基板内の凹状フィーチャ内に、極浅ボロン(B)ドーパント領域を形成する方法が提供される。   According to some embodiments, a method is provided for forming a very shallow boron (B) dopant region in a raised feature or in a concave feature in a substrate.

他の一実施形態によれば、基板内に極浅ボロン(B)ドーパント領域を形成する方法が提供される。当該方法は、原子層成長(ALD)により、前記基板と直に接触させてボロンドーパント層を堆積することと、前記ボロンドーパント層の上にキャップ層を堆積することとを含み、該ボロンドーパント層は4nm以下の厚さを有し、且つ該ボロンドーパント層は、ボロンアミド前駆体若しくは有機ボロン前駆体の気体暴露と、反応ガスの気体暴露とを交互に行うことによって形成された、酸化物、窒化物又は酸窒化物を有する。当該方法は更に、前記ボロンドーパント層及び前記キャップ層をパターニングすることと、前記パターニングされたボロンドーパント層から前記基板内に熱処理によってボロンを拡散させることによって、前記基板内に極浅ボロンドーパント領域を形成することと、前記パターニングされたボロンドーパント層及び前記パターニングされたキャップ層を前記基板から除去することとを含む。   According to another embodiment, a method is provided for forming a very shallow boron (B) dopant region in a substrate. The method includes, by atomic layer deposition (ALD), depositing a boron dopant layer in direct contact with the substrate and depositing a cap layer over the boron dopant layer, the boron dopant layer Has a thickness of 4 nm or less, and the boron dopant layer is formed by alternately performing a gas exposure of a boron amide precursor or an organic boron precursor and a gas exposure of a reactive gas. Or oxynitride. The method further includes patterning the boron dopant layer and the cap layer, and diffusing boron from the patterned boron dopant layer into the substrate by a heat treatment, thereby forming an ultra-shallow boron dopant region in the substrate. Forming and removing the patterned boron dopant layer and the patterned cap layer from the substrate.

一実施形態によれば、基板内に極浅ドーパント領域を形成する方法が提供される。当該方法は、前記基板と直に接触させてドーパント層を堆積し、該ドーパント層は、酸化物、窒化物又は酸窒化物を有し、該ドーパント層は、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)及びビスマス(Bi)から選択されたドーパントを含有し、前記ドーパント層をパターニングし、且つ前記パターニングされたドーパント層から前記基板内に熱処理によって前記ドーパントを拡散させることによって、前記基板内に極浅ドーパント領域を形成することを含む。一部の実施形態によれば、隆起フィーチャ内、又は基板内の凹状フィーチャ内に、極浅ドーパント領域を形成する方法が提供される。   According to one embodiment, a method is provided for forming a very shallow dopant region in a substrate. The method deposits a dopant layer in direct contact with the substrate, the dopant layer comprising an oxide, nitride or oxynitride, the dopant layer comprising aluminum (Al), gallium (Ga). And a dopant selected from indium (In), thallium (Tl), nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) and bismuth (Bi), and patterning the dopant layer And forming a very shallow dopant region in the substrate by diffusing the dopant from the patterned dopant layer into the substrate by a heat treatment. According to some embodiments, a method is provided for forming a very shallow dopant region in a raised feature or in a concave feature in a substrate.

他の一実施形態によれば、基板内に極浅ドーパント領域を形成する方法が提供される。当該方法は、前記基板と直に接触させて、原子層成長(ALD)により、第1のドーパントを含有する第1のドーパント層を堆積し、該第1のドーパント層をパターニングすることを含む。当該方法は更に、前記パターニングされた第1のドーパント層に隣接する前記基板と直に接触させて、ALDにより、第2のドーパントを含有する第2のドーパント層を堆積することを含み、前記第1及び第2のドーパント層は、酸化物、窒化物又は酸窒化物を有し、前記第1及び第2のドーパント層は、n型ドーパント又はp型ドーパントを含有し、ただし、前記第1のドーパント層と前記第2のドーパント層とで同じドーパントを含有せず、前記n型ドーパント及び前記p型ドーパントは、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)及びビスマス(Bi)から選択される。当該方法は更に、熱処理により、前記第1のドーパント層から前記基板内に前記第1のドーパントを拡散させて、前記基板内に第1の極浅ドーパント領域を形成し、且つ該熱処理により、前記第2のドーパント層から前記基板内に前記第2のドーパントを拡散させて、前記基板内に第2の極浅ドーパント領域を形成することを含む。   According to another embodiment, a method for forming a very shallow dopant region in a substrate is provided. The method includes depositing a first dopant layer containing a first dopant by atomic layer deposition (ALD) in direct contact with the substrate and patterning the first dopant layer. The method further includes depositing a second dopant layer containing a second dopant by ALD in direct contact with the substrate adjacent to the patterned first dopant layer; The first and second dopant layers include oxide, nitride, or oxynitride, and the first and second dopant layers contain an n-type dopant or a p-type dopant, provided that the first The dopant layer and the second dopant layer do not contain the same dopant, and the n-type dopant and the p-type dopant are boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and thallium. (Tl), nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) and bismuth (Bi). The method further includes diffusing the first dopant from the first dopant layer into the substrate by heat treatment to form a first ultra-shallow dopant region in the substrate, and by the heat treatment, Diffusing the second dopant into the substrate from a second dopant layer to form a second ultra-shallow dopant region in the substrate.

更なる他の一実施形態によれば、基板内に極浅ドーパント領域を形成する方法が提供される。当該方法は、前記基板の上のパターニングされた層、該パターニングされた層の上のパターニングされたキャップ層、及び、前記基板と、前記パターニングされたキャップ層と、前記パターニングされた層とに隣接するサイドウォールスペーサを形成し、前記サイドウォールスペーサに隣接する前記基板と直に接触させて、原子層成長(ALD)により、第1のドーパントを含有する第1のドーパント層を堆積し、前記第1のドーパント層の上に第1のキャップ層を堆積し、前記第1のキャップ層及び前記第1のドーパント層を平坦化することを含む。当該方法は更に、前記パターニングされたキャップ層及び前記パターニングされた層を除去し、前記サイドウォールスペーサに隣接する前記基板と直に接触させて、第2のドーパントを含有する第2のドーパント層を堆積し、前記第2のドーパント層の上に第2のキャップ層を堆積することを含み、前記第1及び第2のドーパント層は、酸化物、窒化物又は酸窒化物を有し、前記第1及び第2のドーパント層は、n型ドーパント又はp型ドーパントを含有し、ただし、前記第1のドーパント層と前記第2のドーパント層とで同じドーパントを含有せず、前記n型ドーパント及び前記p型ドーパントは、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)及びビスマス(Bi)から選択される。当該方法は更に、熱処理により、前記第1のドーパント層から前記基板内に前記第1のドーパントを拡散させて、前記基板内に第1の極浅ドーパント領域を形成し、且つ該熱処理により、前記第2のドーパント層から前記基板内に前記第2のドーパントを拡散させて、前記基板内に第2の極浅ドーパント領域を形成することを含む。   According to yet another embodiment, a method for forming a very shallow dopant region in a substrate is provided. The method includes a patterned layer on the substrate, a patterned cap layer on the patterned layer, and adjacent to the substrate, the patterned cap layer, and the patterned layer. A first spacer layer containing a first dopant is deposited by atomic layer growth (ALD) in direct contact with the substrate adjacent to the sidewall spacer; Depositing a first cap layer over the one dopant layer and planarizing the first cap layer and the first dopant layer. The method further includes removing the patterned cap layer and the patterned layer and directly contacting the substrate adjacent to the sidewall spacer to form a second dopant layer containing a second dopant. Depositing and depositing a second cap layer on the second dopant layer, wherein the first and second dopant layers comprise oxide, nitride or oxynitride, The first and second dopant layers contain an n-type dopant or a p-type dopant, provided that the first dopant layer and the second dopant layer do not contain the same dopant, the n-type dopant and the second dopant layer The p-type dopant is boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As It is selected from antimony (Sb) and bismuth (Bi). The method further includes diffusing the first dopant from the first dopant layer into the substrate by heat treatment to form a first ultra-shallow dopant region in the substrate, and by the heat treatment, Diffusing the second dopant into the substrate from a second dopant layer to form a second ultra-shallow dopant region in the substrate.

本発明の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明の更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明の更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明の更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明のより更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明のより更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明のより更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明のより更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明のより更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明のより更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to still another embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a process flow for forming an ultra-shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. 本発明の実施形態が適用され得る隆起フィーチャを示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing raised features to which embodiments of the present invention can be applied. 図6Aの隆起フィーチャ上に堆積されたコンフォーマルドーパント層を示す模式的な断面図である。FIG. 6B is a schematic cross-sectional view illustrating a conformal dopant layer deposited on the raised feature of FIG. 6A. 本発明の実施形態が適用され得る凹状フィーチャを示す模式的な断面図である。It is a typical sectional view showing a concave feature to which an embodiment of the present invention may be applied. 図7Aの凹状フィーチャ内に堆積されたコンフォーマルドーパント層を示す模式的な断面図である。FIG. 7B is a schematic cross-sectional view illustrating a conformal dopant layer deposited in the concave feature of FIG. 7A.

ドーパント層から基板層内への固相拡散によって半導体デバイスに極浅ドーパント領域を形成する方法が、様々な実施形態にて開示される。該ドーパント領域は、例えば、プレーナトランジスタ、FinFET、又はトライゲートFETの、極めて浅いソース−ドレインエクステンションを含み得る。極浅ドーパント領域形成のその他の用途は、置換ゲートプロセスフローにおける、及びFinFET又は極薄(extremely thin)シリコン・オン・インシュレータ(ET−SOI)デバイスの、チャネルドーピングを含み得る。例えば、ゲルマニウム・オン・インシュレータ(GeOI)デバイス若しくはGe FinFET、及びGaAs、InGaAs若しくはInGaSbのFinFETなどのIII−V族チャネルデバイスなど、その他の極薄半導体チャネルを備えるデバイスも、開示の方法を用いてドープされ得る。また、例えばEDRAMデバイスなどの、非晶質Si層又は多結晶Si層内に形成されるデバイスも、Siドーピングレベルを調整するために開示の方法を利用し得る。   Various embodiments disclose a method for forming ultra shallow dopant regions in a semiconductor device by solid phase diffusion from a dopant layer into a substrate layer. The dopant region may include a very shallow source-drain extension, for example, a planar transistor, FinFET, or tri-gate FET. Other applications of ultra-shallow dopant region formation may include channel doping in substitution gate process flows and in FinFET or extremely thin silicon-on-insulator (ET-SOI) devices. Devices with other ultra-thin semiconductor channels such as germanium-on-insulator (GeOI) devices or Ge FinFETs and III-V channel devices such as GaAs, InGaAs or InGaSb FinFETs also use the disclosed methods. Can be doped. Devices formed in an amorphous Si layer or a polycrystalline Si layer, such as an EDRAM device, for example, can also utilize the disclosed method to adjust the Si doping level.

当業者が認識するように、様々な実施形態は、具体的詳細事項の1つ以上を用いずに実施されてもよいし、その他の置き換え用いて、且つ/或いは更なる方法、材料若しくは構成要素を用いて実施されてもよい。また、本発明の様々な実施形態の耐用を不明瞭にしたいよう、周知の構造、材料又は操作については詳細に図示したり説明したりはしない。同様に、具体的な数、材料及び構成が、本発明の十分な理解を提供するために説明目的で述べられるものである。また、理解されるように、図面に示される様々な実施形態は、例示のために描写されたものであり、必ずしも縮尺通りに描かれていない。   As those skilled in the art will appreciate, various embodiments may be practiced without one or more of the specific details, with other substitutions, and / or additional methods, materials, or components. May be used. In other instances, well-known structures, materials, or operations are not shown or described in detail so as to obscure the usefulness of the various embodiments of the present invention. Similarly, specific numbers, materials and configurations are set forth for illustrative purposes in order to provide a thorough understanding of the present invention. It should also be understood that the various embodiments shown in the drawings are drawn for purposes of illustration and are not necessarily drawn to scale.

本明細書の全体を通しての“一実施形態”への言及は、その実施形態に関して説明される特定の機能、構造、材料又は特徴が本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味するものであり、それらが全ての実施形態に存在することを表すものではない。故に、本明細書全体を通して様々な箇所に“一実施形態において”というフレーズが現れることは、必ずしも本発明の同一の実施形態について言及するものではない。   Reference to “one embodiment” throughout this specification means that a particular function, structure, material, or feature described with respect to that embodiment is included in at least one embodiment of the invention. And do not represent that they are present in all embodiments. Thus, the appearance of the phrase “in one embodiment” in various places throughout this specification is not necessarily referring to the same embodiment of the invention.

図1A−1Eは、本発明の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローの模式的な断面図を示している。図1Aは、基板100の模式的な断面図を示している。基板100は如何なるサイズのものであってもよく、例えば、200mm基板、300mm基板、又は更に大きい基板とし得る。一実施形態によれば、基板100は、例えば結晶Si、多結晶Si又は非晶質SiといったSiを含有し得る。一例において、基板100は引っ張り歪みSi層とすることができる。他の一実施形態によれば、基板100はGe又はSiGe1−x化合物を含有し得る。ただし、xはSiの原子分率であり、1−xはGeの原子分率であり、0<x<1である。代表的なSiGe1−x化合物は、Si0.1Ge0.9、Si0.2Ge0.8、Si0.3Ge0.7、Si0.4Ge0.6、Si0.5Ge0.5、Si0.6Ge0.4、Si0.7Ge0.3、Si0.8Ge0.2、及びSi0.9Ge0.1を含む。一例において、基板100は、圧縮歪みGe層、又は緩和Si0.5Ge0.5バッファ層上に堆積された引っ張り歪みSiGe1−x(x>0.5)とすることができる。一部の実施形態によれば、基板100はシリコン・オン・インシュレータ(SOI)を含むことができる。 1A-1E show schematic cross-sectional views of a process flow for forming ultra shallow dopant regions in a substrate according to one embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of the substrate 100. The substrate 100 may be of any size, for example, a 200 mm substrate, a 300 mm substrate, or a larger substrate. According to one embodiment, the substrate 100 may contain Si, such as crystalline Si, polycrystalline Si, or amorphous Si. In one example, the substrate 100 can be a tensile strained Si layer. According to another embodiment, the substrate 100 may contain Ge or a Si x Ge 1-x compound. However, x is an atomic fraction of Si, 1-x is an atomic fraction of Ge, and 0 <x <1. Typical Si x Ge 1-x compounds are Si 0.1 Ge 0.9 , Si 0.2 Ge 0.8 , Si 0.3 Ge 0.7 , Si 0.4 Ge 0.6 , Si 0. .5 Ge 0.5, Si 0.6 Ge 0.4 , Si 0.7 Ge 0.3, containing Si 0.8 Ge 0.2, and Si 0.9 Ge 0.1. In one example, the substrate 100 can be a compressively strained Ge layer or a tensile strained Si x Ge 1-x (x> 0.5) deposited on a relaxed Si 0.5 Ge 0.5 buffer layer. According to some embodiments, the substrate 100 can include silicon-on-insulator (SOI).

図1Bは、原子層成長(ALD)によって基板100と直に接触して堆積され得るドーパント層102を示しており、その後、ドーパント層102上にキャップ層104が堆積され得る。一部の例において、キャップ層104は、図1B−1Dの膜構造から省かれてもよい。ドーパント層102は、酸化物(オキサイド)層(例えば、SiO)、窒化物(ナイトライド)層(例えば、SiN)、若しくは酸窒化物(オキシナイトライド)層(例えば、SiON)、又はこれらのうちの2つ以上の組合せを含み得る。ドーパント層102は、元素の周期表のIIIA族:ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)及びタリウム(Tl);並びにVA族:窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)及びビスマス(Bi)からの1つ以上のドーパントを含むことができる。一部の実施形態によれば、ドーパント層102は、例えば約0.5原子%と約5原子%との間といった低いドーパント濃度のドーパントを含有し得る。他の実施形態によれば、ドーパント層102は、例えば約5原子%と約20原子%との間といった中程度のドーパント濃度のドーパントを含有し得る。更なる他の実施形態によれば、ドーパント層は、例えば20原子%を超える高いドーパント濃度のドーパントを含有し得る。一部の例において、ドーパント層102の厚さは、4ナノメートル(nm)又はそれ未満、例えば、1nmと4nmとの間、2nmと4nmとの間、又は3nmと4nmとのとし得る。しかしながら、その他の厚さが使用されてもよい。 FIG. 1B shows a dopant layer 102 that can be deposited in direct contact with the substrate 100 by atomic layer deposition (ALD), after which a cap layer 104 can be deposited on the dopant layer 102. In some examples, the cap layer 104 may be omitted from the film structure of FIGS. 1B-1D. The dopant layer 102 may be an oxide (eg, SiO 2 ), nitride (nitride) layer (eg, SiN), or oxynitride (oxynitride) layer (eg, SiON), or these Combinations of two or more of them may be included. The dopant layer 102 includes groups IIIA of the periodic table of elements: boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and thallium (Tl); and group VA: nitrogen (N), phosphorus (P ), One or more dopants from arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi). According to some embodiments, the dopant layer 102 may contain a dopant with a low dopant concentration, such as between about 0.5 atomic percent and about 5 atomic percent. According to other embodiments, the dopant layer 102 may contain a medium dopant concentration, such as between about 5 atomic percent and about 20 atomic percent. According to yet other embodiments, the dopant layer may contain a high dopant concentration of, for example, greater than 20 atomic percent. In some examples, the thickness of the dopant layer 102 may be 4 nanometers (nm) or less, such as between 1 nm and 4 nm, between 2 nm and 4 nm, or between 3 nm and 4 nm. However, other thicknesses may be used.

他の実施形態によれば、ドーパント層102は、酸化物層、窒化物層又は酸窒化物層の形態のドープされたhigh−k誘電体材料を含有することができ、あるいはそれで構成されることができる。high−k誘電体材料内のドーパントは、上述のドーパントの一覧から選択され得る。high−k誘電体材料は、アルカリ土類元素、希土類元素、元素周期表のIIIA族、IVA族及びIVB族の元素から選択される1つ以上の金属元素を含有することができる。アルカリ土類金属元素は、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、及びバリウム(Ba)を含む。代表的な酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、及び酸化バリウム、並びにこれらの組合せを含む。希土類金属元素は、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ルテチウム(Lu)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、及びイッテルビウム(Yb)からなる群から選択され得る。IVB族元素は、チタン(Ti)、ハフニウム(Hf)、及びジルコニウム(Zr)を含む。本発明の一部の実施形態によれば、high−k誘電体材料は、HfO、HfON、HfSiON、ZrO、ZrON、ZrSiON、TiO、TiON、Al、La、W、CeO、Y、若しくはTa、又はこれらのうちの2つ以上の組合せを含有し得る。しかしながら、その他の誘電体材料も意図され、且つ使用され得る。high−k誘電体材料のALDで使用され得る前駆体ガスは米国特許第7772073号に記載されており、その全内容をここに援用する。 According to other embodiments, the dopant layer 102 can contain or consist of a doped high-k dielectric material in the form of an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer. Can do. The dopant in the high-k dielectric material can be selected from the list of dopants described above. The high-k dielectric material can contain one or more metal elements selected from alkaline earth elements, rare earth elements, Group IIIA, Group IVA and Group IVB elements of the Periodic Table of Elements. Alkaline earth metal elements include beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). Exemplary oxides include magnesium oxide, calcium oxide, and barium oxide, and combinations thereof. The rare earth metal elements are scandium (Sc), yttrium (Y), lutetium (Lu), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), It may be selected from the group consisting of gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), and ytterbium (Yb). Group IVB elements include titanium (Ti), hafnium (Hf), and zirconium (Zr). According to some embodiments of the present invention, the high-k dielectric material comprises HfO 2 , HfON, HfSiON, ZrO 2 , ZrON, ZrSiON, TiO 2 , TiON, Al 2 O 3 , La 2 O 3 , W 2 O 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , or Ta 2 O 5 , or a combination of two or more thereof. However, other dielectric materials are contemplated and can be used. Precursor gases that can be used in ALD of high-k dielectric materials are described in US Pat. No. 7,777,73, the entire contents of which are incorporated herein.

キャップ層104は、酸化物層、窒化物層、又は酸窒化物層とすることができ、Si、及び/又は上述のhigh−k誘電体材料のうちの1つ以上を含み得る。キャップ層104は、例えば、化学気相成長(CVD)又はALDによって堆積され得る。一部の例において、キャップ層104の厚さは、1nmと100nmとの間、2nmと50nmとの間、又は2nmと20nmとの間とし得る。   The cap layer 104 can be an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer, and can include Si and / or one or more of the high-k dielectric materials described above. The cap layer 104 can be deposited, for example, by chemical vapor deposition (CVD) or ALD. In some examples, the thickness of the cap layer 104 can be between 1 nm and 100 nm, between 2 nm and 50 nm, or between 2 nm and 20 nm.

本発明の実施形態によれば、図1Bに示された膜構造は、図1Cに模式的に示すパターニングされた膜構造を形成するようにパターニングされ得る。例えば、従来からのフォトリソグラフィパターニング・エッチング法を用いて、パターニングされたドーパント層106及びパターニングされたキャップ層108が形成され得る。   According to embodiments of the present invention, the film structure shown in FIG. 1B can be patterned to form the patterned film structure schematically shown in FIG. 1C. For example, the patterned dopant layer 106 and the patterned cap layer 108 may be formed using conventional photolithography patterning and etching methods.

その後、図1Cのパターニングされた膜構造は、パターニングされたドーパント層106から基板100内にドーパント110(例えば、B、Al、Ga、In、Tl、N、P、As、Sb、又はBi)を拡散させて、パターニングされたドーパント層106の下の基板100内に極浅ドーパント領域112を形成するように熱処理され得る(図1D)。この熱処理は、不活性雰囲気(例えば、アルゴン(Ar)又は窒素(N))内又は酸化雰囲気(例えば、酸素(O)又は水蒸気(HO))内で基板100を100℃と1000℃との間の温度まで10秒と10分との間の時間だけ加熱することを含み得る。一部の熱処理例は、100℃と500℃との間の基板温度、200℃と500℃との間の基板温度、300℃と500℃との間の基板温度、及び400℃と500℃との間の基板温度を含む。他の例は、500℃と1000℃との間の基板温度、600℃と1000℃との間の基板温度、700℃と1000℃との間の基板温度、800℃と1000℃との間の基板温度、及び900℃と1000℃との間の基板温度を含む。一部の例において、この熱処理は、ラピッドサーマルアニーリング(RTA)、スパイクアニール、又はレーザスパイクアニールを含んでいてもよい。 Thereafter, the patterned film structure of FIG. 1C has a dopant 110 (eg, B, Al, Ga, In, Tl, N, P, As, Sb, or Bi) from the patterned dopant layer 106 into the substrate 100. It can be diffused and heat treated to form a very shallow dopant region 112 in the substrate 100 under the patterned dopant layer 106 (FIG. 1D). In this heat treatment, the substrate 100 is heated to 100 ° C. and 1000 ° C. in an inert atmosphere (for example, argon (Ar) or nitrogen (N 2 )) or in an oxidizing atmosphere (for example, oxygen (O 2 ) or water vapor (H 2 O)). Heating to a temperature between 10 ° C. for a time between 10 seconds and 10 minutes may be included. Some heat treatment examples include substrate temperatures between 100 ° C. and 500 ° C., substrate temperatures between 200 ° C. and 500 ° C., substrate temperatures between 300 ° C. and 500 ° C., and 400 ° C. and 500 ° C. Including the substrate temperature between. Other examples are substrate temperatures between 500 ° C and 1000 ° C, substrate temperatures between 600 ° C and 1000 ° C, substrate temperatures between 700 ° C and 1000 ° C, and between 800 ° C and 1000 ° C. Includes substrate temperature and substrate temperature between 900 ° C and 1000 ° C. In some examples, the heat treatment may include rapid thermal annealing (RTA), spike annealing, or laser spike annealing.

一部の例において、極浅ドーパント領域112の厚さは、1nmと10nmとの間、又は2nmと5nmとの間とし得る。しかしながら、当業者が容易に気付くように、基板100内の極浅ドーパント領域112の下側境界は、ドーパント濃度の急峻な減少ではなく、緩やかな減少によって特徴付けられてもよい。   In some examples, the thickness of the ultra-shallow dopant region 112 can be between 1 nm and 10 nm, or between 2 nm and 5 nm. However, as one skilled in the art will readily recognize, the lower boundary of the ultra-shallow dopant region 112 in the substrate 100 may be characterized by a gradual decrease rather than a sharp decrease in dopant concentration.

熱処理及び極浅ドーパント領域112の形成の後、ドライエッチングプロセス又はウェットエッチングプロセスを用いて、パターニングされたドーパント層106及びパターニングされたキャップ層108が除去され得る。得られる構造を図1Eに示す。また、上記熱処理後に続いて、基板100からエッチング残渣を除去するために、ドライあるいはウェットの洗浄プロセスが実行されてもよい。   After the heat treatment and formation of the ultra-shallow dopant region 112, the patterned dopant layer 106 and the patterned cap layer 108 may be removed using a dry etch process or a wet etch process. The resulting structure is shown in FIG. 1E. Further, following the heat treatment, a dry or wet cleaning process may be performed to remove etching residues from the substrate 100.

本発明の他の一実施形態によれば、基板100上へのドーパント層102の堆積に続いて、パターニングされたドーパント層を形成するようにドーパント層102がパターニングされ、その後、キャップ層が、パターニングされたドーパント層106を覆ってコンフォーマル(共形)に堆積されてもよい。その後に、その膜構造が図1D−1Eに示したように更に処理されて、基板100内に極浅ドーパント領域112が形成され得る。   According to another embodiment of the invention, following deposition of the dopant layer 102 on the substrate 100, the dopant layer 102 is patterned to form a patterned dopant layer, after which the cap layer is patterned. The deposited dopant layer 106 may be conformally deposited. Thereafter, the film structure may be further processed as shown in FIGS. 1D-1E to form a very shallow dopant region 112 in the substrate 100.

図6Aは、本発明の実施形態が適用され得る隆起した造形部(隆起フィーチャ)602の模式的な断面図を示している。この例示の隆起フィーチャ601は基板600上に形成されている。基板600及び隆起フィーチャ601の材料は、図1Aの基板100に関して上述した材料のうちの1つ以上を含み得る。一例において、基板600及び隆起フィーチャ601は同じ材料(例えば、Si)を含有することができ、あるいはそれで構成されることができる。当業者が容易に認識するように、本発明の実施形態は基板上のその他の単純あるいは複雑な隆起フィーチャにも適用され得る。   FIG. 6A shows a schematic cross-sectional view of a raised feature (bump feature) 602 to which an embodiment of the present invention can be applied. This exemplary raised feature 601 is formed on a substrate 600. The material of the substrate 600 and raised features 601 can include one or more of the materials described above with respect to the substrate 100 of FIG. 1A. In one example, the substrate 600 and raised features 601 can contain or consist of the same material (eg, Si). As those skilled in the art will readily recognize, embodiments of the present invention may be applied to other simple or complex raised features on the substrate.

図6Bは、図6Aの隆起フィーチャ601上に堆積されたコンフォーマルなドーパント層602の模式的な断面図を示している。コンフォーマルドーパント層602の材料は、図1Bのドーパント層102に関して上述した材料のうちの1つ以上を含み得る。図6Bの膜構造は、その後、図1C−1Eに記載したのと同様に処理され得る。その処理は、例えば、ドーパント層602上にキャップ層(図示せず)を堆積し、必要に応じてドーパント層602及びキャップ層(図示せず)をパターニングし、パターニングされたドーパント層(図示せず)を熱処理して、パターニングされたドーパント層(図示せず)から基板600内及び/又は隆起フィーチャ601内にドーパントを拡散させ、そして、パターニングされたドーパント層(図示せず)及びパターニングされたキャップ層(図示せず)を除去することを含む。   FIG. 6B shows a schematic cross-sectional view of a conformal dopant layer 602 deposited on the raised features 601 of FIG. 6A. The material of the conformal dopant layer 602 can include one or more of the materials described above with respect to the dopant layer 102 of FIG. 1B. The membrane structure of FIG. 6B can then be processed in the same manner as described in FIGS. 1C-1E. The treatment includes, for example, depositing a cap layer (not shown) on the dopant layer 602, patterning the dopant layer 602 and the cap layer (not shown) as necessary, and patterning the dopant layer (not shown). ) Is heat-treated to diffuse the dopant from the patterned dopant layer (not shown) into the substrate 600 and / or into the raised features 601, and the patterned dopant layer (not shown) and the patterned cap Removing a layer (not shown).

図7Aは、本発明の実施形態が適用され得るリセス化された造形部(凹状フィーチャ)701の模式的な断面図を示している。この例示の凹状フィーチャ701は基板700内に形成されている。基板700の材料は、図1Aの基板100に関して上述した材料のうちの1つ以上を含み得る。一例において、基板700はSiを含有することができ、あるいはSiからなることができる。当業者が容易に認識するように、本発明の実施形態は基板上のその他の単純あるいは複雑な凹状フィーチャにも適用され得る。   FIG. 7A shows a schematic cross-sectional view of a recessed shaped part (concave feature) 701 to which an embodiment of the present invention can be applied. This exemplary concave feature 701 is formed in the substrate 700. The material of the substrate 700 may include one or more of the materials described above with respect to the substrate 100 of FIG. 1A. In one example, the substrate 700 can contain Si or consist of Si. As those skilled in the art will readily recognize, embodiments of the present invention may be applied to other simple or complex concave features on the substrate.

図7Bは、図7Aの凹状フィーチャ701内に堆積されたコンフォーマルなドーパント層702の模式的な断面図を示している。コンフォーマルドーパント層702の材料は、図1Bのドーパント層102に関して上述した材料のうちの1つ以上を含み得る。図7Bの膜構造は、その後、図1C−1Eに記載したのと同様に処理され得る。その処理は、例えば、ドーパント層702上にキャップ層(図示せず)を堆積し、必要に応じてドーパント層702及びキャップ層(図示せず)をパターニングし、パターニングされたドーパント層(図示せず)を熱処理して、パターニングされたドーパント層(図示せず)から凹状フィーチャ701部の基板700内にドーパントを拡散させ、そして、パターニングされたドーパント層(図示せず)及びパターニングされたキャップ層(図示せず)を除去することを含む。   FIG. 7B shows a schematic cross-sectional view of a conformal dopant layer 702 deposited in the concave feature 701 of FIG. 7A. The material of the conformal dopant layer 702 can include one or more of the materials described above with respect to the dopant layer 102 of FIG. 1B. The membrane structure of FIG. 7B can then be processed in the same manner as described in FIGS. 1C-1E. The treatment includes, for example, depositing a cap layer (not shown) on the dopant layer 702, patterning the dopant layer 702 and the cap layer (not shown) as necessary, and patterning the dopant layer (not shown). ) Is heat treated to diffuse the dopant from the patterned dopant layer (not shown) into the substrate 700 of the concave feature 701 part, and the patterned dopant layer (not shown) and the patterned cap layer (not shown). Removing (not shown).

図2A−2Eは、本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローの模式的な断面図を示している。図2A−2Eに模式的に示される実施形態には、図1A−1Eを参照して上述した材料(例えば、基板、ドーパント層、ドーパント、及びキャップ層の組成)、処理条件(例えば、堆積方法、及び熱処理条件)、並びにレイヤ厚のうちの1つ以上が容易に使用され得る。   2A-2E show schematic cross-sectional views of a process flow for forming ultra shallow dopant regions in a substrate according to another embodiment of the present invention. The embodiments schematically shown in FIGS. 2A-2E include materials (eg, composition of substrate, dopant layer, dopant, and cap layer) described above with reference to FIGS. 1A-1E, processing conditions (eg, deposition methods). , And heat treatment conditions), and one or more of the layer thicknesses can be readily used.

図2Aは、基板200の模式的な断面図を示している。図2Bは、基板200上に形成された、パターニングされたマスク層202を示しており、基板200の上にパターニングされたマスク層202のドーパント窓(抜け)203が画成されている。パターニングされたマスク層202は、例えば、従来からのフォトリソグラフィパターニング・エッチング法を用いて形成されることが可能な窒化物ハードマスク(例えば、SiNハードマスク)とし得る。   FIG. 2A shows a schematic cross-sectional view of the substrate 200. FIG. 2B shows a patterned mask layer 202 formed on the substrate 200, where a dopant window 203 is defined in the patterned mask layer 202 on the substrate 200. The patterned mask layer 202 can be, for example, a nitride hard mask (eg, a SiN hard mask) that can be formed using conventional photolithography patterning and etching methods.

図2Cは、ドーパント窓203内の基板200と直に接触して、パターニングされたマスク層202の上にALDによって堆積されたドーパント層204と、ドーパント層204上に堆積されたキャップ層206とを示している。ドーパント層204はn型ドーパント又はp型ドーパントを含有し得る。一部の例において、キャップ層206は、図2C−2Dの膜構造から省かれてもよい。   FIG. 2C shows a dopant layer 204 deposited by ALD on the patterned mask layer 202 and a cap layer 206 deposited on the dopant layer 204 in direct contact with the substrate 200 in the dopant window 203. Show. The dopant layer 204 can contain an n-type dopant or a p-type dopant. In some examples, the cap layer 206 may be omitted from the film structure of FIGS. 2C-2D.

その後、図2Cの膜構造は、ドーパント層204から基板200内にドーパント208を拡散させて、ドーパント窓203内のドーパント層204の下の基板200内に極浅ドーパント領域210を形成するように熱処理され得る(図2D)。一部の例において、極浅ドーパント領域210の厚さは、1nmと10nmとの間、又は2nmと5nmとの間とし得る。しかしながら、当業者が容易に気付くように、基板200内の極浅ドーパント領域210の下側境界は、ドーパント濃度の急峻な減少ではなく、緩やかな減少によって特徴付けられてもよい。   Thereafter, the film structure of FIG. 2C is annealed to diffuse the dopant 208 from the dopant layer 204 into the substrate 200 to form a very shallow dopant region 210 in the substrate 200 under the dopant layer 204 in the dopant window 203. Can be done (FIG. 2D). In some examples, the thickness of the ultra-shallow dopant region 210 can be between 1 nm and 10 nm, or between 2 nm and 5 nm. However, as one skilled in the art will readily recognize, the lower boundary of the ultra-shallow dopant region 210 in the substrate 200 may be characterized by a gradual decrease rather than a sharp decrease in dopant concentration.

熱処理及び極浅ドーパント領域210の形成の後、ドライエッチングプロセス又はウェットエッチングプロセスを用いて、パターニングされたマスク層202、ドーパント層204及びキャップ層206が除去され得る(図2E)。また、上記熱処理後に続いて、基板200からエッチング残渣を除去するために、ドライあるいはウェットの洗浄プロセスが実行されてもよい。   After the heat treatment and formation of the ultra-shallow dopant region 210, the patterned mask layer 202, dopant layer 204, and cap layer 206 can be removed using a dry or wet etch process (FIG. 2E). Further, subsequent to the heat treatment, a dry or wet cleaning process may be performed to remove etching residues from the substrate 200.

図3A−3Dは、本発明の更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローの模式的な断面図を示している。図3A−3Dに示すプロセスフローは、例えば、プレーナSOI、FinFET、又はET SOIにおけるチャネルドーピングを含むことができる。また、このプロセスフローは、セルフアラインの極浅ソース/ドレインエクステンションを形成するために利用され得る。図3A−3Dに模式的に示される実施形態には、図1A−1Eを参照して上述した材料(例えば、基板、ドーパント層、ドーパント、及びキャップ層の組成)、処理条件(例えば、堆積方法、及び熱処理条件)、並びにレイヤ厚のうちの1つ以上が容易に使用され得る。   3A-3D show schematic cross-sectional views of a process flow for forming ultra shallow dopant regions in a substrate according to yet another embodiment of the present invention. The process flow shown in FIGS. 3A-3D can include channel doping in, for example, planar SOI, FinFET, or ET SOI. This process flow can also be utilized to form self-aligned ultra-shallow source / drain extensions. The embodiments schematically illustrated in FIGS. 3A-3D include materials (eg, substrate, dopant layer, dopant, and cap layer composition) described above with reference to FIGS. 1A-1E, processing conditions (eg, deposition methods). , And heat treatment conditions), and one or more of the layer thicknesses can be readily used.

図3Aは、図1Cの膜構造と同様の膜構造の模式的な断面図を示しており、該膜構造は、基板300と直に接触するパターニングされた第1のドーパント層302と、パターニングされた第1のドーパント層302の上のパターニングされたキャップ層304とを含んでいる。パターニングされた第1のドーパント層302はn型ドーパント又はp型ドーパントを含有することができる。   FIG. 3A shows a schematic cross-sectional view of a film structure similar to the film structure of FIG. 1C, which is patterned with a patterned first dopant layer 302 in direct contact with the substrate 300. And a patterned cap layer 304 overlying the first dopant layer 302. The patterned first dopant layer 302 can contain an n-type dopant or a p-type dopant.

図3Bは、パターニングされた第1のドーパント層302に隣接する基板300上に直接的に且つパターニングされたキャップ層304を覆ってコンフォーマルに堆積され得る第2のドーパント層306と、第2のドーパント層306の上に堆積された第2のキャップ層308とを示している。一部の例において、第2のキャップ層308は、図3B−3Cの膜構造から省かれてもよい。第2のドーパント層306は、n型ドーパント又はp型ドーパントを含有することができるが、ただし、第2のドーパント層306は、パターニングされた第1のドーパント層302と同じドーパントを含有せず、パターニングされた第1のドーパント層302と第2のドーパント層306とのうちの一方のみがp型ドーパントを含有し、且つパターニングされた第1のドーパント層302と第2のドーパント層306とのうちの一方のみがn型ドーパントを含有する。   FIG. 3B illustrates a second dopant layer 306 that can be conformally deposited directly on the substrate 300 adjacent to the patterned first dopant layer 302 and over the patterned cap layer 304; A second cap layer 308 is shown deposited on the dopant layer 306. In some examples, the second cap layer 308 may be omitted from the film structure of FIGS. 3B-3C. The second dopant layer 306 can contain an n-type dopant or a p-type dopant, provided that the second dopant layer 306 does not contain the same dopant as the patterned first dopant layer 302; Only one of the patterned first dopant layer 302 and second dopant layer 306 contains a p-type dopant, and of the patterned first dopant layer 302 and second dopant layer 306. Only one of these contains an n-type dopant.

その後、図3Bの膜構造は、パターニングされた第1のドーパント層302から基板300内に第1のドーパント310を拡散させて、パターニングされた第1のドーパント層302の下の基板300内に第1の極浅ドーパント領域312を形成するように熱処理され得る。また、この熱処理は、第2のドーパント層306から基板300内に第2のドーパント314を拡散させて、第2のドーパント層306の下の基板300内に第2の極浅ドーパント領域316を形成する(図3C)。   Thereafter, the film structure of FIG. 3B diffuses the first dopant 310 from the patterned first dopant layer 302 into the substrate 300, and the first structure in the substrate 300 under the patterned first dopant layer 302. One ultra-shallow dopant region 312 may be heat treated. This heat treatment also diffuses the second dopant 314 from the second dopant layer 306 into the substrate 300 to form a second ultra-shallow dopant region 316 in the substrate 300 below the second dopant layer 306. (FIG. 3C).

この熱処理の後、ドライエッチングプロセス又はウェットエッチングプロセスを用いて、パターニングされた第1のドーパント層302、パターニングされたキャップ層304、第2のドーパント層306及び第2のキャップ層308が除去され得る(図3D)。また、上記熱処理後に続いて、基板300からエッチング残渣を除去するために洗浄プロセスが実行されてもよい。   After this heat treatment, the patterned first dopant layer 302, the patterned cap layer 304, the second dopant layer 306, and the second cap layer 308 may be removed using a dry etching process or a wet etching process. (FIG. 3D). Further, following the heat treatment, a cleaning process may be performed to remove etching residues from the substrate 300.

図4A−4Fは、本発明のより更なる他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローの模式的な断面図を示している。図4A−4Fに示すプロセスフローは、例えば、セルフアラインのソース/ドレインエクステンションを備えたゲートラスト方式のダミートランジスタを形成するプロセスにおいて利用され得る。図4A−4Fに模式的に示される実施形態には、図1A−1Eを参照して上述した材料(例えば、基板、ドーパント層、ドーパント、及びキャップ層の組成)、処理条件(例えば、堆積方法、及び熱処理条件)、並びにレイヤ厚のうちの1つ以上が容易に使用され得る。   4A-4F show schematic cross-sectional views of a process flow for forming ultra-shallow dopant regions in a substrate according to yet another embodiment of the present invention. The process flow shown in FIGS. 4A to 4F can be used, for example, in a process of forming a gate-last type dummy transistor having a self-aligned source / drain extension. The embodiments schematically illustrated in FIGS. 4A-4F include materials (eg, substrate, dopant layer, dopant, and cap layer composition) described above with reference to FIGS. 1A-1E, processing conditions (eg, deposition methods). , And heat treatment conditions), and one or more of the layer thicknesses can be readily used.

図4Aは、基板400上のパターニングされた第1のドーパント層402と、パターニングされた第1のドーパント層402上のパターニングされたキャップ層404と、パターニングされたキャップ層404上のパターニングされたダミーゲート電極層406(例えば、ポリSi)とを含んだ膜構造の模式的な断面図を示している。パターニングされた第1のドーパント層402はn型ドーパント又はp型ドーパントを含有することができる。一部の例において、パターニングされたキャップ層404は、図4A−4Fの膜構造から省かれてもよい。   FIG. 4A illustrates a patterned first dopant layer 402 on the substrate 400, a patterned cap layer 404 on the patterned first dopant layer 402, and a patterned dummy on the patterned cap layer 404. A schematic sectional view of a film structure including a gate electrode layer 406 (for example, poly-Si) is shown. The patterned first dopant layer 402 can contain an n-type dopant or a p-type dopant. In some examples, the patterned cap layer 404 may be omitted from the film structure of FIGS. 4A-4F.

図4Bは、パターニングされたダミーゲート電極層406と、パターニングされたキャップ層404と、パターニングされた第1のドーパント層402とに隣接する第1のサイドウォールスペーサ層408を模式的に示している。第1のサイドウォールスペーサ層408は、酸化物(例えば、SiO)又は窒化物(例えば、SiN)を含有することができ、図4Aの膜構造を覆うコンフォーマル層を堆積し且つ該コンフォーマル層を異方性エッチングすることによって形成され得る。 FIG. 4B schematically illustrates a first sidewall spacer layer 408 adjacent to the patterned dummy gate electrode layer 406, the patterned cap layer 404, and the patterned first dopant layer 402. FIG. . The first sidewall spacer layer 408 can contain an oxide (eg, SiO 2 ) or nitride (eg, SiN), deposits a conformal layer covering the film structure of FIG. 4A and the conformal. It can be formed by anisotropically etching the layer.

図4Cは、第1のサイドウォールスペーサ層408に隣接する基板400と直に接触することを含めて、図4Bに示した膜構造を覆ってコンフォーマルに堆積され得る第2のドーパント層410を示している。また、第2のドーパント層410の上に第2のキャップ層420がコンフォーマルに堆積されている。第2のドーパント層410は、n型ドーパント又はp型ドーパントを含有することができるが、ただし、第2のドーパント層410は、パターニングされた第1のドーパント層402と同じドーパントを含有せず、パターニングされた第1のドーパント層402と第2のドーパント層410とのうちの一方のみがp型ドーパントを含有し、且つパターニングされた第1のドーパント層402と第2のドーパント層410とのうちの一方のみがn型ドーパントを含有する。一部の例において、第2のキャップ層420は、図4C−4Dの膜構造から省かれてもよい。   FIG. 4C shows a second dopant layer 410 that can be conformally deposited over the film structure shown in FIG. 4B, including in direct contact with the substrate 400 adjacent to the first sidewall spacer layer 408. Show. A second cap layer 420 is conformally deposited on the second dopant layer 410. The second dopant layer 410 can contain an n-type dopant or a p-type dopant, provided that the second dopant layer 410 does not contain the same dopant as the patterned first dopant layer 402; Only one of the patterned first dopant layer 402 and second dopant layer 410 contains a p-type dopant, and of the patterned first dopant layer 402 and second dopant layer 410. Only one of these contains an n-type dopant. In some examples, the second cap layer 420 may be omitted from the film structure of FIGS. 4C-4D.

その後、図4Cの膜構造は、パターニングされた第1のドーパント層402から基板400内に第1のドーパント412を拡散させて、パターニングされた第1のドーパント層402の下の基板400内に第1の極浅ドーパント領域414を形成するように熱処理され得る。また、この熱処理は、第2のドーパント層410から基板400内に第2のドーパント416を拡散させて、基板400と直に接触する第2のドーパント層410の下の基板400内に第2の極浅ドーパント領域418を形成する(図4D)。   Thereafter, the film structure of FIG. 4C diffuses the first dopant 412 from the patterned first dopant layer 402 into the substrate 400, so that the first dopant 412 is diffused into the substrate 400 under the patterned first dopant layer 402. One ultra-shallow dopant region 414 may be heat treated. This heat treatment also diffuses the second dopant 416 from the second dopant layer 410 into the substrate 400 and causes the second dopant 416 to be in direct contact with the substrate 400 and into the substrate 400 under the second dopant layer 410. Ultra shallow dopant regions 418 are formed (FIG. 4D).

この熱処理の後、ドライエッチングプロセス又はウェットエッチングプロセスを用いて第2のドーパント層410と第2のキャップ層420とを除去することで、図4Eに模式的に示す膜構造が形成され得る。また、上記熱処理後に続いて、基板400からエッチング残渣を除去するために洗浄プロセスが実行されてもよい。   After this heat treatment, the film structure schematically shown in FIG. 4E can be formed by removing the second dopant layer 410 and the second cap layer 420 by using a dry etching process or a wet etching process. Further, following the heat treatment, a cleaning process may be performed to remove etching residues from the substrate 400.

次に、第1のサイドウォールスペーサ層408に隣接して第2のサイドウォールスペーサ層422が形成され得る。これを図4Fに模式的に示す。第2のサイドウォールスペーサ層422は、酸化物(例えば、SiO)又は窒化物(例えば、SiN)を含有することができ、膜構造を覆うコンフォーマル層を堆積し且つ該コンフォーマル層を異方性エッチングすることによって形成され得る。 Next, a second sidewall spacer layer 422 may be formed adjacent to the first sidewall spacer layer 408. This is schematically shown in FIG. 4F. The second sidewall spacer layer 422 can contain an oxide (eg, SiO 2 ) or nitride (eg, SiN), deposits a conformal layer that covers the film structure, and makes the conformal layer different. It can be formed by isotropic etching.

その後、図4Fに示した膜構造が更に処理され得る。更なる処理は、更なるソース/ドレインエクステンションを形成すること、又はイオン注入やライナー堆積を含む置換ゲートプロセスを実行することを含み得る。   Thereafter, the membrane structure shown in FIG. 4F can be further processed. Further processing may include forming additional source / drain extensions or performing a replacement gate process including ion implantation and liner deposition.

図5A−5Eは、本発明の他の一実施形態に従った基板内に極浅ドーパント領域を形成するためのプロセスフローの模式的な断面図を示している。図5A−5Eに示すプロセスフローは、例えば、バンド間(band-to-band)トンネルトランジスタ用のスペーサ定義PiN接合(ジャンクション)を形成するプロセスにおいて利用され得る。図5A−5Eに模式的に示される実施形態には、図1A−1Eを参照して上述した材料(例えば、基板、ドーパント層、ドーパント、及びキャップ層の組成)、処理条件(例えば、堆積方法、及び熱処理条件)、並びにレイヤ厚のうちの1つ以上が容易に使用され得る。   5A-5E show schematic cross-sectional views of a process flow for forming a very shallow dopant region in a substrate according to another embodiment of the present invention. The process flow shown in FIGS. 5A-5E can be utilized, for example, in the process of forming a spacer-defined PiN junction (junction) for a band-to-band tunnel transistor. The embodiments schematically illustrated in FIGS. 5A-5E include materials (eg, substrate, dopant layer, dopant, and cap layer composition) described above with reference to FIGS. 1A-1E, processing conditions (eg, deposition methods). , And heat treatment conditions), and one or more of the layer thicknesses can be readily used.

図5Aは、基板500上のパターニングされた層502(例えば、酸化物、窒化物、又は酸窒化物)と、パターニングされた層502上のパターニングされたキャップ層504とを含んだ膜構造の模式的な断面図を示している。図5Aは更に、基板500と、パターニングされたキャップ層504と、パターニングされた層502とに隣接したサイドウォールスペーサ層506を示している。サイドウォールスペーサ層506は、酸化物(例えば、SiO)又は窒化物(例えば、SiN)を含有することができ、コンフォーマル層を堆積し且つ該コンフォーマル層を異方性エッチングすることによって形成され得る。 FIG. 5A is a schematic of a film structure that includes a patterned layer 502 (eg, oxide, nitride, or oxynitride) on the substrate 500 and a patterned cap layer 504 on the patterned layer 502. A cross-sectional view is shown. FIG. 5A further shows a sidewall spacer layer 506 adjacent to the substrate 500, patterned cap layer 504, and patterned layer 502. The sidewall spacer layer 506 can contain an oxide (eg, SiO 2 ) or nitride (eg, SiN) and is formed by depositing a conformal layer and anisotropically etching the conformal layer. Can be done.

図5Bは、サイドウォールスペーサ層506に隣接する基板500と直に接触してALDによって堆積された第1のドーパントを含有する第1のドーパント層508と、第1のドーパント層508上に堆積された第1のキャップ層510(例えば、酸化物層)との模式的な断面図を示している。得られた膜構造を平坦化(例えば、化学的機械的研磨CMPによる)することで、図5Bに示す膜構造が形成され得る。   FIG. 5B shows a first dopant layer 508 containing a first dopant deposited by ALD in direct contact with the substrate 500 adjacent to the sidewall spacer layer 506 and deposited on the first dopant layer 508. Further, a schematic cross-sectional view with the first cap layer 510 (for example, an oxide layer) is shown. By planarizing the obtained film structure (for example, by chemical mechanical polishing CMP), the film structure shown in FIG. 5B can be formed.

その後、ドライエッチングプロセス又はウェットエッチングプロセスを用いて、パターニングされた層502及びパターニングされたキャップ層504が除去され得る。そして、第2のドーパントを含有する第2のドーパント層512が、基板500と直に接触して堆積され、第2のキャップ層514(例えば、酸化物層)が、第2のドーパント層512上に堆積され得る。得られた膜構造を平坦化(例えば、CMPによる)することで、図5Cに示す平坦化された膜構造が形成され得る。第1のドーパント層508及び第2のドーパント層512は、n型ドーパント又はp型ドーパントを含有することができるが、ただし、第1のドーパント層508と第2のドーパント層512とが同じドーパントを含有せず、第1のドーパント層508と第2のドーパント層512とのうちの一方のみがp型ドーパントを含有し、且つ第1のドーパント層508と第2のドーパント層512とのうちの一方のみがn型ドーパントを含有するようにされる。   Thereafter, the patterned layer 502 and the patterned cap layer 504 may be removed using a dry or wet etch process. A second dopant layer 512 containing a second dopant is then deposited in direct contact with the substrate 500 and a second cap layer 514 (eg, an oxide layer) is deposited on the second dopant layer 512. Can be deposited. By planarizing (for example, by CMP) the obtained film structure, the planarized film structure shown in FIG. 5C can be formed. The first dopant layer 508 and the second dopant layer 512 can contain an n-type dopant or a p-type dopant, provided that the first dopant layer 508 and the second dopant layer 512 have the same dopant. No one, only one of the first dopant layer 508 and the second dopant layer 512 contains a p-type dopant, and one of the first dopant layer 508 and the second dopant layer 512 Only contain an n-type dopant.

その後、図5Cの膜構造は、第1のドーパント層508から基板500内に第1のドーパント516を拡散させて、第1のドーパント層508の下の基板500内に第1の極浅ドーパント領域518を形成するように熱処理され得る。また、この熱処理は、第2のドーパント層512から基板500内に第2のドーパント520を拡散させて、第2のドーパント層512の下の基板500内に第2の極浅ドーパント領域522を形成する(図5D)。図5Eは、基板500内の、スペーサ定義による、第1及び第2の極浅ドーパント領域518及び522を示している。   Thereafter, the film structure of FIG. 5C diffuses the first dopant 516 from the first dopant layer 508 into the substrate 500 to provide a first ultra-shallow dopant region in the substrate 500 under the first dopant layer 508. Heat treatment can be performed to form 518. This heat treatment also diffuses the second dopant 520 from the second dopant layer 512 into the substrate 500 to form a second ultra-shallow dopant region 522 in the substrate 500 under the second dopant layer 512. (FIG. 5D). FIG. 5E shows first and second ultra-shallow dopant regions 518 and 522 in the substrate 500 according to spacer definitions.

次いで、基板上にドーパント層を堆積するための例示的な方法を、本発明の様々な実施形態に従って説明する。   An exemplary method for depositing a dopant layer on a substrate is then described in accordance with various embodiments of the present invention.

一実施形態によれば、ボロンドーパント層は、酸化ホウ素、窒化ホウ素、又は酸窒化ホウ素を含み得る。他の実施形態によれば、ボロンドーパント層は、酸化物層、窒化物層又は酸窒化物層の形態のボロンドープされたhigh−k材料を含有することができ、あるいはそれから構成されることができる。一例において、a)ALDプロセスを実行するように構成された処理チャンバ内に基板を供給し、b)気相のボロンアミド又は有機ボラン前駆体に基板を晒し、c)処理チャンバをパージ/排気し、d)HO、O、O又はこれらの組合せを含有する反応ガスに基板を晒し、e)処理チャンバをパージ/排気し、f)酸化ホウ素ドーパント層が所望の厚さを有するようになるまでステップb)−e)を何度か繰り返すことによって、酸化ホウ素ドーパント層がALDにより堆積され得る。他の実施形態によれば、ステップd)でNHを含有する反応ガスを用いて、窒化ホウ素ドーパント層が堆積され、あるいは、ステップd)で、1)HO、O若しくはOとNH、又は2)NO、NO若しくはNOと必要に応じてHO、O、O及びNHのうちの1つ以上を用いて、酸窒化ホウ素ドーパント層が堆積され得る。 According to one embodiment, the boron dopant layer may include boron oxide, boron nitride, or boron oxynitride. According to other embodiments, the boron dopant layer can contain or consist of a boron-doped high-k material in the form of an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer. . In one example, a) supplying a substrate into a processing chamber configured to perform an ALD process, b) exposing the substrate to a gaseous boronamide or organoborane precursor, c) purging / evacuating the processing chamber, d) exposing the substrate to a reactive gas containing H 2 O, O 2 , O 3 or combinations thereof, e) purging / evacuating the processing chamber, and f) so that the boron oxide dopant layer has the desired thickness. By repeating steps b) -e) several times until the boron oxide dopant layer can be deposited by ALD. According to other embodiments, a boron nitride dopant layer is deposited using a reaction gas containing NH 3 in step d), or 1) H 2 O, O 2 or O 3 in step d). A boron oxynitride dopant layer may be deposited using NH 3 or 2) NO, NO 2 or N 2 O and optionally one or more of H 2 O, O 2 , O 3 and NH 3. .

本発明の実施形態によれば、ボロンアミドは、LB(NRの形態のホウ素化合物を含み得る。ただし、Lは中性ルイス塩基であり、nは0又は1であり、R及びRの各々は、アルキル基、アリール基、フルオロアルキル基、フルオロアリール基、アルコキシアルキル基、及びアミノアルキル基から選択され得る。ボロンアミドの例は、B(NMe、(Me)B(NMe、及びB[N(CFを含む。本発明の実施形態によれば、有機ボランは、LBRの形態のホウ素化合物を含み得る。ただし、Lは中性ルイス塩基であり、nは0又は1であり、R、R及びRの各々は、アルキル基、アリール基、フルオロアルキル基、フルオロアリール基、アルコキシアルキル基、及びアミノアルキル基から選択され得る。ボロンアミドの例は、BMe、(MeN)BMe、B(CF、及び(MeN)B(C)含む。 According to an embodiment of the present invention, the boron amide may comprise a boron compound in the form of L n B (NR 1 R 2 ) 3 . However, L is a neutral Lewis base, n is 0 or 1, and each of R 1 and R 2 is an alkyl group, an aryl group, a fluoroalkyl group, a fluoroaryl group, an alkoxyalkyl group, and an aminoalkyl group. Can be selected. Examples of boron amides include B (NMe 2 ) 3 , (Me 3 ) B (NMe 2 ) 3 , and B [N (CF 3 ) 2 ] 3 . According to an embodiment of the present invention, organoborane may include a boron compound in the form of L n BR 1 R 2 R 3 . Where L is a neutral Lewis base, n is 0 or 1, and each of R 1 , R 2 and R 3 is an alkyl group, an aryl group, a fluoroalkyl group, a fluoroaryl group, an alkoxyalkyl group, and It can be selected from aminoalkyl groups. Examples of boron amide include BMe 3 , (Me 3 N) BMe 3 , B (CF 3 ) 3 , and (Me 3 N) B (C 6 F 3 ).

一実施形態によれば、ヒ素ドーパント層は、酸化ヒ素、窒化ヒ素、又は酸窒化ヒ素を含み得る。他の実施形態によれば、ヒ素ドーパント層は、酸化物層、窒化物層又は酸窒化物層の形態のヒ素ドープされたhigh−k材料を含有することができ、あるいはそれから構成されることができる。一例において、a)ALDプロセスを実行するように構成された処理チャンバ内に基板を供給し、b)ヒ素を含有する気相前駆体に基板を晒し、c)処理チャンバをパージ/排気し、d)HO、O、O又はこれらの組合せに基板を晒し、e)処理チャンバをパージ/排気し、f)酸化ヒ素ドーパント層が所望の厚さを有するようになるまでステップb)−e)を何度か繰り返すことによって、酸化ヒ素ドーパント層がALDにより堆積され得る。他の実施形態によれば、ステップd)でNHを用いて、窒化ヒ素ドーパント層が堆積され、あるいは、ステップd)で、1)HO、O若しくはOとNH、又は2)NO、NO若しくはNOと必要に応じてHO、O、O及びNHのうちの1つ以上を用いて、酸窒化ヒ素ドーパント層が堆積され得る。本発明の一部の実施形態によれば、ヒ素を含有する気相前駆体は、例えばAsCl、AsBr又はAsIといったハロゲン化ヒ素を含むことができる。 According to one embodiment, the arsenic dopant layer may comprise arsenic oxide, arsenic nitride, or arsenic oxynitride. According to other embodiments, the arsenic dopant layer can comprise or consist of an arsenic doped high-k material in the form of an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer. it can. In one example, a) a substrate is supplied into a processing chamber configured to perform an ALD process, b) the substrate is exposed to a gas phase precursor containing arsenic, c) the processing chamber is purged / evacuated, d B) —exposing the substrate to H 2 O, O 2 , O 3 or a combination thereof, e) purging / evacuating the processing chamber, and f) the arsenic oxide dopant layer to have the desired thickness. By repeating e) several times, an arsenic oxide dopant layer can be deposited by ALD. According to another embodiment, an arsenic nitride dopant layer is deposited using NH 3 in step d), or 1) H 2 O, O 2 or O 3 and NH 3 or 2 in step d). ) An arsenic oxynitride dopant layer may be deposited using NO, NO 2 or N 2 O and optionally one or more of H 2 O, O 2 , O 3 and NH 3 . According to some embodiments of the invention, the gas phase precursor containing arsenic can comprise an arsenic halide, such as AsCl 3 , AsBr 3, or AsI 3 .

一実施形態によれば、リンドーパント層は、酸化リン、窒化リン、又は酸窒化リンを含み得る。他の実施形態によれば、リンドーパント層は、酸化物層、窒化物層又は酸窒化物層の形態のリンドープされたhigh−k材料を含有することができ、あるいはそれから構成されることができる。一例において、a)ALDプロセスを実行するように構成された処理チャンバ内に基板を供給し、b)リンを含有する気相前駆体に基板を晒し、c)処理チャンバをパージ/排気し、d)HO、O、O又はこれらの組合せを含有する反応ガスに基板を晒し、e)処理チャンバをパージ/排気し、f)酸化リンドーパント層が所望の厚さを有するようになるまでステップb)−e)を何度か繰り返すことによって、酸化リンドーパント層がALDにより堆積され得る。他の実施形態によれば、ステップd)でNHを含有する反応ガスを用いて、窒化リンドーパント層が堆積され、あるいは、ステップd)で、1)HO、O若しくはOとNH、又は2)NO、NO若しくはNOと必要に応じてHO、O、O及びNHのうちの1つ以上を用いて、酸窒化リンドーパント層が堆積され得る。本発明の一部の実施形態によれば、リンを含有する気相前駆体は、[(CHN]PO、P(CH、PH、OP(C、OPCl、PCl、PBr、[(CHN]P、P(Cを含むことができる。 According to one embodiment, the phosphorus dopant layer may include phosphorus oxide, phosphorus nitride, or phosphorus oxynitride. According to other embodiments, the phosphorus dopant layer may contain or consist of a phosphorus-doped high-k material in the form of an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer. . In one example, a) supplying a substrate into a processing chamber configured to perform an ALD process, b) exposing the substrate to a vapor phase precursor containing phosphorus, c) purging / evacuating the processing chamber, d ) Exposing the substrate to a reactive gas containing H 2 O, O 2 , O 3, or combinations thereof, e) purging / evacuating the processing chamber, and f) the phosphorous oxide dopant layer has the desired thickness. By repeating steps b) -e) until several times, a phosphorous oxide dopant layer can be deposited by ALD. According to another embodiment, a phosphorous nitride dopant layer is deposited using a reaction gas containing NH 3 in step d), or 1) H 2 O, O 2 or O 3 in step d). A phosphorous oxynitride dopant layer may be deposited using NH 3 or 2) NO, NO 2 or N 2 O and optionally one or more of H 2 O, O 2 , O 3 and NH 3 . According to some embodiments of the invention, the gas phase precursor containing phosphorus is [(CH 3 ) 2 N] 3 PO, P (CH 3 ) 3 , PH 3 , OP (C 6 H 5 ). 3, OPCl 3, PCl 3, PBr 3, may include [(CH 3) 2 N] 3 P, P (C 4 H 9) 3.

ドーパント層から基板層への固相拡散による極浅ドーパント領域形成の複数の実施形態を説明した。以上の本発明の実施形態の説明は、例示及び説明の目的で提示されたものである。網羅的であることや、本発明を開示の形態そのものに限定することは意図していない。本明細書及び特許請求の範囲は、記述目的でのみ使用された用語であって、限定として解釈されるべきでない用語を含んでいる。例えば、用語“上”は、ここ(特許請求の範囲を含む)では、基板“上”の膜が基板上に直接的にあって直に接触していることを要求するものではなく、膜と基板との間に第2の膜又はその他の構造が存在してもよいものである。   A number of embodiments of ultra-shallow dopant region formation by solid phase diffusion from the dopant layer to the substrate layer have been described. The foregoing descriptions of the embodiments of the present invention have been presented for purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed. The specification and claims include terms that are used for descriptive purposes only and should not be construed as limiting. For example, the term “on” herein (including the claims) does not require that the film on the substrate “on” be directly on and in direct contact with the substrate; A second film or other structure may be present between the substrate and the substrate.

当業者であれば認識することができるように、以上の教示の下で数多くの変更及び変形が可能である。図示した様々な構成要素の様々な均等な組合せ及び代用が、当業者によって認識されるであろう。故に、本発明の範囲は、この詳細な説明によって限定されるものではなく、添付の請求項のみによって限定されるものである。   Many modifications and variations are possible under the above teachings, as will be appreciated by those skilled in the art. Various equivalent combinations and substitutions of the various components shown will be recognized by those skilled in the art. Accordingly, the scope of the invention is not limited by this detailed description, but only by the appended claims.

本出願は、米国特許出願第13/077721号及び米国特許出願第13/077688号の優先権を主張するものであり、これらの出願の全内容をここに援用する。   This application claims the priority of US Patent Application No. 13/077721 and US Patent Application No. 13/077678, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.

Claims (25)

基板内に極浅ボロン(B)ドーパント領域を形成する方法であって、
原子層成長(ALD)により、前記基板と直に接触させてボロンドーパント層を堆積し、該ボロンドーパント層は、ボロンアミド前駆体の気体暴露と、反応ガスの気体暴露とを交互に行うことによって形成された、酸化物、窒化物又は酸窒化物を有し、
前記ボロンドーパント層をパターニングし、且つ
前記パターニングされたボロンドーパント層から前記基板内に熱処理によってボロンを拡散させることによって、前記基板内に前記極浅ボロンドーパント領域を形成する、
ことを有する方法。
A method of forming a very shallow boron (B) dopant region in a substrate, comprising:
A boron dopant layer is deposited by direct contact with the substrate by atomic layer deposition (ALD), and the boron dopant layer is formed by alternately exposing the boron amide precursor to gas and reacting with the reactant gas. Having an oxide, nitride or oxynitride,
Patterning the boron dopant layer and diffusing boron from the patterned boron dopant layer into the substrate by a heat treatment to form the ultra-shallow boron dopant region in the substrate;
A method that has that.
前記パターニングされたボロンドーパント層を前記基板から除去する、
ことを更に有する請求項1に記載の方法。
Removing the patterned boron dopant layer from the substrate;
The method of claim 1 further comprising:
前記ボロンドーパント層の上又は前記パターニングされたボロンドーパント層の上にキャップ層を堆積する、
ことを更に有する請求項1に記載の方法。
Depositing a cap layer over the boron dopant layer or over the patterned boron dopant layer;
The method of claim 1 further comprising:
前記ボロンドーパント層は酸化物を有し、前記反応ガスは、HO、O若しくはO、又はこれらのうちの2つ以上の組合せを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the boron dopant layer comprises an oxide and the reactive gas comprises H 2 O, O 2, or O 3 , or a combination of two or more thereof. 前記ボロンドーパント層は窒化物を有し、前記反応ガスはNHを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the boron dopant layer comprises nitride and the reaction gas comprises NH 3 . 前記ボロンドーパント層は酸窒化物を有し、前記反応ガスは、a)HO、O若しくはOとNHとを含み、あるいはb)NO、NO若しくはNOと必要に応じてのHO、O、O及びNHのうちの1つ以上とを含む、請求項1に記載の方法。 The boron dopant layer has an oxynitride, and the reaction gas includes a) H 2 O, O 2 or O 3 and NH 3 , or b) NO, NO 2 or N 2 O and as required. The method of claim 1, comprising one or more of all H 2 O, O 2 , O 3 and NH 3 . 前記ボロンドーパント層の厚さは4nm以下である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the boron dopant layer has a thickness of 4 nm or less. 前記基板は、前記基板の上にドーパント窓を画成するパターニングされたマスク層を含み、前記ボロンドーパント層は、前記ドーパント窓内の前記基板と直に接触させて堆積される、請求項1に記載の方法。   2. The substrate of claim 1, wherein the substrate includes a patterned mask layer defining a dopant window on the substrate, the boron dopant layer being deposited in direct contact with the substrate in the dopant window. The method described. 前記基板は、Si、Ge、In、Ga、As、Sb、GaAs、InGaAs、InGaSb、又はSiGe1−xを有し、ただし0<x<1である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the substrate comprises Si, Ge, In, Ga, As, Sb, GaAs, InGaAs, InGaSb, or Si x Ge 1-x , where 0 <x <1. 基板内に極浅ボロン(B)ドーパント領域を形成する方法であって、
原子層成長(ALD)により、前記基板と直に接触させてボロンドーパント層を堆積し、該ボロンドーパント層は、ボロンアミド前駆体若しくは有機ボロン前駆体の気体暴露と、反応ガスの気体暴露とを交互に行うことによって形成された窒化物又は酸窒化物を有し
記ボロンドーパント層をパターニングし、且つ
前記パターニングされたボロンドーパント層から前記基板内に熱処理によってボロンを拡散させることによって、前記基板内に前記極浅ボロンドーパント領域を形成する、
ことを有する方法。
A method of forming a very shallow boron (B) dopant region in a substrate, comprising:
Atomic layer deposition (ALD) deposits a boron dopant layer in direct contact with the substrate , wherein the boron dopant layer alternates between gas exposure of the boron amide precursor or organoboron precursor and gas exposure of the reactant gas. a nitride compound or an oxynitride which is formed by performing a,
Patterning the previous SL boron dopant layer, and by diffusing boron by heat treatment in the substrate from the patterned boron dopant layer to form the ultra-shallow boron dopant region in said substrate,
A method that has that.
前記ボロンドーパント層は窒化物を有し、前記反応ガスはNHを含む、請求項10に記載の方法。 The method of claim 10, wherein the boron dopant layer comprises nitride and the reaction gas comprises NH 3 . 前記ボロンドーパント層は酸窒化物を有し、前記反応ガスは、a)HO、O若しくはOとNHとを含み、あるいはb)NO、NO若しくはNOと必要に応じてのHO、O、O及びNHのうちの1つ以上とを含む、請求項10に記載の方法。 The boron dopant layer has an oxynitride, and the reaction gas includes a) H 2 O, O 2 or O 3 and NH 3 , or b) NO, NO 2 or N 2 O and as required. of H 2 O Te, and a O 2, O 3 and one or more of the NH 3, the method of claim 10. 前記基板は、前記基板の上にドーパント窓を画成するパターニングされたマスク層を含み、前記ボロンドーパント層は、前記ドーパント窓内の前記基板と直に接触させて堆積される、請求項10に記載の方法。   11. The substrate of claim 10, wherein the substrate includes a patterned mask layer that defines a dopant window on the substrate, the boron dopant layer being deposited in direct contact with the substrate in the dopant window. The method described. 極浅ボロン(B)ドーパント領域を形成する方法であって、
隆起フィーチャ又は凹状フィーチャを含む基板を用意し、
前記隆起フィーチャ、又は前記凹状フィーチャの内面、と直に接触させてボロンドーパント層をコンフォーマルに堆積し、該ボロンドーパント層は、ボロンアミド前駆体若しくは有機ボロン前駆体の気体暴露と反応ガスの気体暴露とを交互に行うことを用いて原子層成長(ALD)によって堆積された、酸化物、窒化物又は酸窒化物を有し、
前記ボロンドーパント層をパターニングし、且つ
前記パターニングされたボロンドーパント層から、前記隆起フィーチャ内に、あるいは前記凹状フィーチャ内の前記基板内に、熱処理によってボロンを拡散させることによって、前記隆起フィーチャ内に、あるいは前記凹状フィーチャ内に、前記極浅ボロンドーパント領域を形成する、
ことを有する方法。
A method of forming a very shallow boron (B) dopant region, comprising:
Providing a substrate including raised or recessed features;
A boron dopant layer is conformally deposited in direct contact with the raised feature or the inner surface of the concave feature, the boron dopant layer comprising a gas exposure of a boron amide precursor or an organic boron precursor and a gas exposure of a reactive gas. Having oxides, nitrides or oxynitrides deposited by atomic layer deposition (ALD) using alternating and
In the raised features by patterning the boron dopant layer and diffusing boron by heat treatment from the patterned boron dopant layer into the raised features or into the substrate in the recessed features, Or forming the ultra-shallow boron dopant region in the concave feature;
A method that has that.
前記パターニングされたボロンドーパント層を前記基板から除去する、
ことを更に有する請求項14に記載の方法。
Removing the patterned boron dopant layer from the substrate;
15. The method of claim 14 , further comprising:
前記ボロンドーパント層は酸化物を有し、前記反応ガスは、HO、O若しくはO、又はこれらのうちの2つ以上の組合せを含む、請求項14に記載の方法。 The method of claim 14 , wherein the boron dopant layer comprises an oxide and the reactive gas comprises H 2 O, O 2, or O 3 , or a combination of two or more thereof. 前記ボロンドーパント層は窒化物を有し、前記反応ガスはNHを含む、請求項14に記載の方法。 The method of claim 14 , wherein the boron dopant layer comprises nitride and the reaction gas comprises NH 3 . 前記ボロンドーパント層は酸窒化物を有し、前記反応ガスは、a)HO、O若しくはOとNHとを含み、あるいはb)NO、NO若しくはNOと必要に応じてのHO、O、O及びNHのうちの1つ以上とを含む、請求項14に記載の方法。 The boron dopant layer has an oxynitride, and the reaction gas includes a) H 2 O, O 2 or O 3 and NH 3 , or b) NO, NO 2 or N 2 O and as required. of H 2 O Te, and a O 2, O 3 and one or more of the NH 3, the method of claim 14. 基板内に極浅ドーパント領域を形成する方法であって、
前記基板と直に接触させて、原子層成長(ALD)により、第1のドーパントを含有する第1のドーパント層を堆積し、
前記第1のドーパント層をパターニングし、
前記パターニングされた第1のドーパント層に隣接する前記基板と直に接触させて、ALDにより、第2のドーパントを含有する第2のドーパント層を堆積し、前記第1及び第2のドーパント層は、酸化物、窒化物又は酸窒化物を有し、前記第1及び第2のドーパント層は、n型ドーパント又はp型ドーパントを含有し、ただし、前記第1のドーパント層と前記第2のドーパント層とで同じドーパントを含有せず、前記n型ドーパント及び前記p型ドーパントは、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)及びビスマス(Bi)から選択され、且つ
熱処理により、前記第1のドーパント層から前記基板内に前記第1のドーパントを拡散させて、前記基板内に第1の極浅ドーパント領域を形成し、且つ該熱処理により、前記第2のドーパント層から前記基板内に前記第2のドーパントを拡散させて、前記基板内に第2の極浅ドーパント領域を形成する、
ことを有する方法。
A method of forming a very shallow dopant region in a substrate,
Depositing a first dopant layer containing a first dopant by atomic layer deposition (ALD) in direct contact with the substrate;
Patterning the first dopant layer;
A second dopant layer containing a second dopant is deposited by ALD in direct contact with the substrate adjacent to the patterned first dopant layer, the first and second dopant layers being , Oxide, nitride or oxynitride, and the first and second dopant layers contain an n-type dopant or a p-type dopant, provided that the first dopant layer and the second dopant The n-type dopant and the p-type dopant are boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), and nitrogen (N). , Phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi), and by heat treatment, the first dopant is introduced into the substrate from the first dopant layer. Diffusing the punt to form a first ultra-shallow dopant region in the substrate, and by the heat treatment, diffusing the second dopant from the second dopant layer into the substrate; Forming a second ultra-shallow dopant region;
A method that has that.
前記パターニングされた第1のドーパント層及び前記第2のドーパント層を前記基板から除去する、
ことを更に有する請求項19に記載の方法。
Removing the patterned first dopant layer and the second dopant layer from the substrate;
20. The method of claim 19 , further comprising:
前記パターニングされた第1のドーパント層の上にキャップ層を形成する、
ことを更に有する請求項19に記載の方法。
Forming a cap layer on the patterned first dopant layer;
20. The method of claim 19 , further comprising:
前記パターニングされた第1のドーパント層の上のパターニングされたキャップ層、該パターニングされたキャップ層の上のパターニングされたダミーゲート電極層、及び、前記パターニングされたダミーゲート電極層と、前記パターニングされたキャップ層と、前記パターニングされた第1のドーパント層とに隣接する第1のサイドウォールスペーサ、を形成する、
ことを更に有する請求項19に記載の方法。
A patterned cap layer over the patterned first dopant layer, a patterned dummy gate electrode layer over the patterned cap layer, and the patterned dummy gate electrode layer; Forming a first sidewall spacer adjacent to the cap layer and the patterned first dopant layer;
20. The method of claim 19 , further comprising:
前記拡散の後に、前記第2のドーパント層を除去し、且つ前記第1のサイドウォールスペーサ及び前記第2の極浅ドーパント領域に隣接する第2のサイドウォールスペーサを形成する、
ことを更に有する請求項22に記載の方法。
After the diffusion, removing the second dopant layer and forming a second sidewall spacer adjacent to the first sidewall spacer and the second ultra-shallow dopant region;
23. The method of claim 22 , further comprising:
基板内に極浅ドーパント領域を形成する方法であって、
前記基板の上のパターニングされた層、該パターニングされた層の上のパターニングされたキャップ層、及び、前記基板と、前記パターニングされたキャップ層と、前記パターニングされた層とに隣接するサイドウォールスペーサを形成し、
前記サイドウォールスペーサに隣接する前記基板と直に接触させて、原子層成長(ALD)により、第1のドーパントを含有する第1のドーパント層を堆積し、
前記第1のドーパント層の上に第1のキャップ層を堆積し、
前記第1のキャップ層及び前記第1のドーパント層を平坦化し、
前記パターニングされたキャップ層及び前記パターニングされた層を除去し、
前記サイドウォールスペーサに隣接する前記基板と直に接触させて、第2のドーパントを含有する第2のドーパント層を堆積し、
前記第2のドーパント層の上に第2のキャップ層を堆積し、前記第1及び第2のドーパント層は、酸化物、窒化物又は酸窒化物を有し、前記第1及び第2のドーパント層は、n型ドーパント又はp型ドーパントを含有し、ただし、前記第1のドーパント層と前記第2のドーパント層とで同じドーパントを含有せず、前記n型ドーパント及び前記p型ドーパントは、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)及びビスマス(Bi)から選択され、且つ
熱処理により、前記第1のドーパント層から前記基板内に前記第1のドーパントを拡散させて、前記基板内に第1の極浅ドーパント領域を形成し、且つ該熱処理により、前記第2のドーパント層から前記基板内に前記第2のドーパントを拡散させて、前記基板内に第2の極浅ドーパント領域を形成する、
ことを有する方法。
A method of forming a very shallow dopant region in a substrate,
A patterned layer on the substrate, a patterned cap layer on the patterned layer, and a sidewall spacer adjacent to the substrate, the patterned cap layer, and the patterned layer Form the
Depositing a first dopant layer containing a first dopant by atomic layer growth (ALD) in direct contact with the substrate adjacent to the sidewall spacer;
Depositing a first cap layer on the first dopant layer;
Planarizing the first cap layer and the first dopant layer;
Removing the patterned cap layer and the patterned layer;
Depositing a second dopant layer containing a second dopant in direct contact with the substrate adjacent to the sidewall spacer;
A second cap layer is deposited on the second dopant layer, and the first and second dopant layers comprise oxide, nitride, or oxynitride, and the first and second dopants The layer contains an n-type dopant or a p-type dopant, provided that the first dopant layer and the second dopant layer do not contain the same dopant, and the n-type dopant and the p-type dopant are boron. Selected from (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) and bismuth (Bi) And heat-treating the first dopant from the first dopant layer into the substrate to form a first ultra-shallow dopant region in the substrate; and Diffusing the second dopant into the substrate from the second dopant layer to form a second ultra-shallow dopant region in the substrate;
A method that has that.
前記第2のキャップ層及び前記第2のドーパント層を平坦化する、
ことを更に有する請求項24に記載の方法。
Planarizing the second cap layer and the second dopant layer;
25. The method of claim 24 , further comprising:
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