KR20040106504A - 도펀트 프로파일링 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
반도체에 주입된 제 1 이온 종을 활성화시키는 방법은 제어된 확산 어닐링을 이용하여 반도체를 어닐링하는 단계, 및 제 1 이온 종이 재분배되도록 어닐링 동안 산소 함량을 제어하여 어닐링 후 주입된 프로파일의 급준도를 상승시키는 단계를 포함한다. 또한, 반도체에 접합을 형성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 반도체에 제 1 이온 종을 주입하는 단계, 제 1 이온 종의 원자량 및 제 1 이온 종의 분자량 중 적어도 하나보다 크거나 실질적으로 같은 원자량 및 분자량 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 제 2 이온 종을 후-주입하는 단계, 및 제어된 확산 어닐링을 이용하여 반도체를 어닐링하는 단계를 포함하며, 어닐링 후 프로파일의 급준도가 감소하여 폭 및 깊이의 접합 치수가 에즈-주입된 제 1 이온 종의 프로파일의 접합 치수에 대해 최소화된다.
Description
종래의 이온 주입 시스템은 붕소 등의 도펀트 재료를 이온화하는 단계, 이온을 가속시켜 소정의 에너지 레벨을 갖는 이온 빔을 형성하는 단계, 및 이온 빔 에너지를 반도체 표면 또는 웨이퍼에 조사하여 반도체에 도펀트 재료를 삽입하고 반도체의 도전율 특성을 변경하는 단계를 포함한다. 반도체의 결정 격자에 이온이 삽입되면, 급속 열 어닐링(RTA) 또는 급속 열 처리(RTP)로서 공지된 처리를 이용하여 이온이 활성화될 수 있다. RTA 도중 반도체가 노(爐)에 삽입되어 반도체를 규정된 온도로 규정된 시간동안 가열할 수 있다. RTA는 또한 이온 주입에 의해 일어날 수 있는 결정 구조에서의 결함을 치유할 수 있다.
이온 주입 및 RTP의 처리는 접합 깊이로서 알려진 주입된 영역의 깊이에 관여한다. 이온 주입으로부터의 접합 깊이는 반도체에 주입된 이온들의 에너지 및 주입된 이온들의 원자량 또는 분자량을 기초로 한다.
얕은 주입 영역은 낮은 에너지 이온 빔을 이용하여, 바람직하게는 보다 가벼운 질량보다는 보다 무거운 원자량 또는 분자량을 갖는 이온 주입에 의해 형성될 수 있다. 공교롭게도, 종래의 RTA 방법은 실리콘의 온도를 실리콘의 용해 온도에 접근할 수 있는 1100-1200℃에 가까운 범위로 상승시키는 단계를 포함한다. 따라서, 높은 온도의 RTA 처리가 주입 영역의 확산을 더 일으킴에 따라 RTA는 주입된 접합 깊이를 더 증가시킬 수 있다.
접합 깊이의 증가는 지속적이고 확대되고 있는 소형 디바이스에 대한 요구 및 이에 따른 보다 얕은 접합 깊이에 대해 고려할 때 특히 까다로울 수 있다. 국제 반도체 기술 로드맵(ITRS)은 높은 도펀트 활성화로 이행되는 낮은 시트 저항을 포함하는 극도로 얕은 접합에 대한 로드맵을 제공한다.
본 출원은 "비열(athermal) 어닐링에 의한 도펀트 확산 및 활성화 제어"라는 명칭으로 발명자 DANIEL F. DOWNEY 및 EDWIN A. AREVALO에 의해 2002년 4월 1일자 제출된 U.S.S.N 10/115,211호의 전체를 참조로 포함한다.
개시된 방법 및 시스템은 일반적으로 도펀트 확산 및 활성화 제어에 관련되며, 특히 도펀트 프로파일링에 관련된다.
도 1은 후-주입으로서 다양한 에너지 레벨의 제라늄을 사용하여 붕소 도펀트 이온 에즈-주입된 프로파일과 시뮬레이션된 붕소 리코일(recoil)을 비교하는 도면이다.
도 2는 후-주입으로서 다양한 농도의 제라늄을 사용하여 붕소 도펀트 이온 에즈-주입된 프로파일과 시뮬레이션된 붕소 리코일을 비교하는 도면이다.
도 3은 에즈-주입된 프로파일과 플래시 RTP를 채용한 어닐링 후의 프로파일을 비교하는 도면이다.
도 4는 제어된 확산 어닐링 동안 산소 제어가 채용될 때, 프로파일 분포에 대한 산소 제어 환경의 효과를 나타내는 도면이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 도펀트 확산 및 활성화 제어의 흐름도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열 처리 시스템의 예를 나타내는 블록도이다.
개시된 방법 및 시스템은 반도체에 주입된 제 1 이온 종의 활성화 방법을 포함하며, 이 방법은 제어된 확산 어닐링을 이용하여 반도체를 어닐링하는 단계, 및 어닐링 동안 산소 함량을 제어하여 제 1 이온 종을 재분배하는 단계를 포함하며, 제 1 이온 종의 프로파일은 어닐링 후 프로파일의 급준도(abruptness)가 상승하여 폭 및 깊이의 접합 치수가 에즈-주입된(as-implanted) 치수에 대해 최소화되도록 제어된다. 제어된 확산 어닐링은 5초 미만의 어닐링을 포함하며, 고체 상태 에피택시(SPE), 플래시 급속 열 어닐링(플래시 RTP), 반용해 레이저 어닐링, 마이크로파 어닐링 및 무선 주파수(RF) 어닐링 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산소 함량은 제어된 확산 어닐링, 제어된 확산 어닐링이 실행되는 온도, 제어된 확산 어닐링이 실행되는 시간, 제 1 이온 종, 및 주입될 수도 있는 제 1 이온 종 이외의 다른 이온 종 중 적어도 하나를 기초로 하는 산소 함량을 기초로 제어될 수 있다.
상기 방법 및 시스템은 또한 반도체에 접합을 형성하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 반도체에 제 1 이온 종을 주입하는 단계, 제 1 이온 종의 원자량 및 제 1 이온 종의 분자량 중 적어도 하나보다 크거나 실질적으로 같은 원자량 및 분자량 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 제 2 이온 종을 후(post)-주입하는 단계, 및 제어된 확산 어닐링을 이용하여 반도체를 어닐링하는 단계를 포함하며, 어닐링 후 프로파일의 급준도가 상승하여 폭 및 깊이의 접합 치수가 에즈-주입된 제 1 이온 종 프로파일의 접합 치수에 대해 최소화된다. 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 제 2 이온 종 중 하나 이상이 제 1 이온 종의 주입 전에 주입될 수도 있다. 후-주입은 적어도 하나의 제 2 이온 종을 선택하여 제 1 이온 종과의 다중-전하 캐리어 복합체를 형성하는 단계를 포함한다. 어닐링 동안 산소 함량이 제어될 수 있다.
상기 시스템 및 방법에 대해 주입은 빔라인(beamline) 주입, 플라즈마 도핑, 가스상 도핑, 에피택셜 증착 도핑, 화학적 기상 증착 중 적어도 하나를 이용하여 실행될 수 있다. 제 1 이온 종 및 적어도 하나의 제 2 이온 종은 붕소, 불소, 제라늄, 규소, 인, 비소 중 적어도 하나의 이온을 포함할 수 있다.
다른 과제 및 이점은 명세서 및 도면을 고려하여 하기에 명백해질 것이다.
전반적인 이해를 제공하기 위해, 특정 실례가 되는 실시예가 개시되지만, 여기에 개시된 시스템 및 방법은 다른 적당한 응용을 위한 시스템 및 방법을 제공하도록 개조 및 변형될 수 있고, 여기에 개시된 시스템 및 방법의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 부가 및 변형이 이루어질 수 있는 것으로 당업자에 의해 이해될 것이다.
달리 기입되지 않는다면, 예시하는 실시예들은 특정 실시예들의 상세를 변경한 전형적인 특징들을 제공하는 것으로서 이해될 수 있으며, 따라서 예시 또는 프로세스의 특징, 구성 요소, 모듈 및/또는 형태는 개시된 시스템 또는 방법을 벗어나지 않으면서 다른 방법으로 조합, 분리, 교환 및/또는 재배열될 수 있다.
극도로 얕은 접합을 포함하는 접합의 시트 저항을 최소화할 때 2개의 인자가 고려될 수 있다. 이들 인자는 도펀트 활성화의 최대화, 및 전하 캐리어를 생성하는 도펀트 또는 종의 양의 최대화를 포함한다. 후자의 인자는 접합 전반에 걸쳐 활성화된 도펀트 농도의 균일성을 기초로 할 수 있다. 공교롭게도, 에즈-주입된 프로파일은 흔히 가우시안, 혹은 보다 일반적으로 구조 표면에서 큰 농도를 갖고 접합 깊이가 증가함에 따라 농도가 가우시안형 기울기를 갖는 불균일한 형태가 될 수 있다. 이에 따라, 바람직한 접합 특성은 "박스형" 프로파일을 포함하는 활성화된 도펀트의 균일한 분포를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 개시된 방법 및 시스템은 에즈-주입된 도펀트 프로파일의 확대보다는 에즈-주입된 도펀트 프로파일의 제어된 재분배를 제공하는 방법 및 시스템을 포함한다. 이에 따라, 제어된 재분배는 프로파일의 급준도가 상승하여 에즈-주입된 도펀트 프로파일의 폭 및 깊이가 에즈-주입된 도펀트 프로파일에 대해 최소화되는 것을 나타낼 수 있다. 급준도는 깊이 당 농도의 하락율로서 정의되며, 통상적으로 ㎚/10의 단위로 정의된다.
일 실시예에서, 개시된 방법 및 시스템은 산소 제어된 환경에서 제어된 확산 어닐링 기술의 실행을 포함한다. 산소 제어 방법의 일부 예는 Downey의 미국 특허6,087,247호에 개시되며, 그 내용은 전체가 본 출원에 참조로 포함된다. 상기 특허에 제공된 바와 같이, 어닐링 동안 산소 농도는 약 1000 ppm(parts per million) 미만의 범위, 바람직하게는 약 30-300 ppm 범위 내에서 선택된 레벨로 또는 그 레벨에 가깝게 제어될 수 있다. 산소 농도는 비열 또는 전자기 유도 가열(EMIH) 어닐링이 실행되는 챔버를 비우거나 진공 펌핑하여 산소를 원하는 레벨 이하로 감소시킴으로써 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 챔버는 선택된 산소 농도 레벨로 또는 그에 가깝게 산소를 포함하는 가스로 다시 채워질 수 있다. 다른 가스 제어 기술이 사용되어 어닐링 챔버에 원하는 산소 농도를 형성할 수도 있다. 일반적으로, 산소 제어 기술은 주위의 산소 함량보다 큰 산소 함량의 제공을 포함한다.
산소 제어된 기술은 제어된 확산 어닐링 동안 도펀트 프로파일의 특정 형태에 영향을 주는 것으로 나타날 수 있다. 예를 들어, 가우시안 에즈-주입된 프로파일의 피크 영역(들)을 포함하는 것으로 이해될 수 있는 접합 표면의 도펀트 프로파일 영역은 제어된 확산 어닐링 기술에서 산소-제어된 상태 및/또는 환경에 영향을 받을 수 있는 한편(예를 들어 프로파일을 실질적으로 동일하게 유지하면서 보다 고르게 확산될 수 있음), 산소-제어된 환경은 제어된 확산 어닐링 동안 에즈-주입된 도펀트 프로파일의 말단 영역에 영향을 주지 않거나 확산시키지 않을 수도 있다.
이전에 개시된 산소-제어된 환경은 약 1000 ppm 미만의 산소 함량을 포함할 수 있지만, 개시된 방법 및 시스템에 대한 산소 함량은 제어된 확산 어닐링의 종류, 제어된 확산 어닐링이 실행되는 온도, 제어된 확산 어닐링이 실행되는 시간, 도펀트 및/또는 사용된 "제 1 이온 종", 및 여기에 제공되는 바와 같이 어떤 실시예에서는 프로파일 재분배에 사용될 수 있는 제 2 이온 종을 포함하는 인자들을 기초로 할 수 있다.
이전에 제공된 바와 같이, 제어된 확산 어닐링 동안 산소 제어된 환경이 제공될 수 있다. 이러한 제어된 확산 어닐링 기술은 에즈-주입된 불균일한 도펀트 프로파일과 실질적으로 동일한 치수(길이, 폭 및 깊이)를 갖는 도펀트 프로파일(농도 대 접합 깊이)을 제공하면서 도펀트 활성화를 제공할 수 있다. 제어된 확산 어닐링 기술은 예를 들어 고체 상태 에피택시(SPE), 플래시 급속 열 어닐링(RTP), 반용해 레이저 어닐링, 마이크로파 어닐링, RF 어닐링 및/또는 저온 급속 열 어닐링(LTRTA)을 포함할 수 있지만, 이러한 예들은 예시를 위해 제공되는 것으로 이에 한정되지 않으며, 당업자들은 예를 들어 5초 이하로 일어나는 것으로 이해될 수 있는 다른 비확산 어닐링 기술이 개시된 방법 및 시스템에 의해 채용될 수 있는 것으로 이해할 것이다.
어떤 실시예에서 상기 방법 및 시스템은 제 2 이온 종의 주입을 포함할 수 있으며, 이러한 제 2 이온 종의 주입은 에즈-주입된 도펀트(예를 들어 "제 1 이온 종") 프로파일의 프로파일에 영향을 줄 수 있다. 개시된 방법 및 시스템은 또한 제 1 이온 종과 다를 수 있는 적어도 하나의 제 2 이온 종에 관련될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 이온 종에 대한 도펀트는 B, BF2, As, P 등의 이온 종을 포함할 수 있는 한편, 제 2 이온 종은 Ge, Si, F 등의 이온 종을 포함할 수 있으며, 이러한 제 1 및 제 2 종의 예들은 예시로서 제공되며 이에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로, 제 2 이온 종은 제 1 이온 종보다 크거나 실질적으로 같은 원자량 및/또는 분자량을 가질 수 있다. 따라서, 제 2 이온 종의 원자 및/또는 분자가 제 1 이온 종의 원자 및/또는 분자와 상호 작용하여 제 1 이온 종(예를 들어 도펀트)의 원자 및/또는 분자를 농도가 진한 영역(예를 들어 에즈-주입된 가우시안 프로파일의 피크 영역(들))에서 농도가 희박한 영역(예를 들어 에즈-주입된 가우시안 프로파일의 말단 영역)으로 확산시킬 수 있도록 제 1 이온 종 뒤에 제 2 이온 종이 주입될 수 있다. 또 다시, 에즈-주입된 접합의 전체 치수는 제 2 이온 종의 주입으로부터 실질적으로 변경되지 않을 수도 있지만, 에즈-주입된 분포는 접합 전반에 걸쳐 보다 균일해질 수도 있다(예를 들어 가우시안과 비교하여 "박스형").
당업자들은 제 2 이온 종들 중 적어도 하나가 제 1 이온 종의 주입 이전에 부가적 및 선택적으로 주입될 수 있으며, 이러한 이전 주입은 제 1 이온 종의 주입 동안 제 1 이온 종의 채널화를 방지하는데 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 채널화를 방지하기 위해 제 1 이온 종 전에 주입된 적어도 하나의 제 2 이온 종은 제 1 이온 종 후에 주입된 적어도 하나의 제 2 이온 종과 다를 수 있으며, 후-주입은 에즈-주입된 접합 치수 내(예를 들어 에즈-주입된 접합 길이, 폭 및 깊이의 프로파일 내)에서 제 1 이온 종의 이동에 영향을 준다.
이와 같이 개시된 방법 및 시스템은 제 1 및 제 2 이온 종의 주입 후에 실행될 수 있는 제어된 확산 어닐 처리를 포함할 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에서 개시된 방법 및 시스템은 제 1 이온 종의 주입, 제 1 이온 종의 프로파일을 재분배하기 위한 적어도 하나의 제 2 이온 종의 주입, 및 도펀트를 활성화시키기 위해 여기에 제공된 바와 같은 제어된 확산 어닐링 기술의 이용을 포함할 수 있다. 개시된 방법 및 시스템은 또한 제 1 이온 종 이전의 이온 종의 주입, 제 1 이온 종의 주입, 제 1 이온 종의 프로파일을 재분배하기 위한 제 2 이온 종의 주입(제 2 이온 종은 제 1 이온 종 이전에 주입된 이온 종과 동일할 수도 있다), 및 제어된 확산 어닐링의 실행을 포함할 수 있다.
개시된 방법 및 시스템의 어떤 실시예에서, 여기에 개시된 상기 산소 제어된(예를 들어 어닐링 동안) 방법 및 시스템은 "제 2 이온 종" 방법 및 시스템과 결합될 수 있다. 이에 따라, 적어도 제 1 이온 종 주입 후 적어도 제 2 이온 종을 주입하고, 어닐링 종류, 어닐링 온도, 어닐링 시간, 제 1 이온 종 및 제 2 이온 종 중 적어도 하나를 기초로 어닐링 동안 주위의 산소 함량을 제어하면서 비확산 어닐링 기술을 이용하여 어닐링함으로써 에즈-주입된 프로파일의 프로파일 재분배가 실행될 수 있다.
어떤 실시예에서, 개시된 방법 및 시스템은 "낮은 시트 저항을 갖는 극도로 얕은 접합 형성 방법"이라는 명칭으로 발명자 Daniel F. Downey에 의해 2001년 4월 16일자 제출된 U.S.S.N 09/835,653호의 관점에서 적용될 수 있으며, 그 내용은 전체가 본 출원에 참조로 포함되고, U.S.S.N 09/835,653호는 반도체의 표면 층에 도펀트 재료를 삽입하는 것을 포함하는 접합 형성 방법을 개시하고 있으며, 도펀트는 활성화시 복합체에 대해 적어도 2개의 전하 캐리어를 생성하는 전하 캐리어 복합체를 형성하도록 선택된다. 이러한 시스템 및 방법에서, 도펀트는 전하 캐리어 복합체, 전하 캐리어 복합체를 형성하는 2개의 종을 포함하는 화합물, 및/또는 반도체의 원자들과 화학적으로 결합하여 전하 캐리어 복합체를 형성할 수 있는 도펀트를 형성하도록 선택된 2개의 이온 종을 포함할 수 있다. 도펀트는 이와 같이 선택되어 다중-전하 또는 여자(勵磁) 복합체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도펀트는 BF, BGe, BSi, PF, PGe, PSi, AsF, AsGe 및 AsSi를 포함할 수 있지만, 이러한 예들은 예시를 위해 제공되며, 이에 한정되지 않는다. 이러한 시스템 및 다른 개시된 실시예들에서, 주입 방법 또는 처리는 빔라인 주입, 플라즈마 도핑, 가스상 도핑, 에피택셜 증착 도핑, 화학적 기상 증착 또는 다른 기술을 포함할 수 있으며, 이러한 기술들 또한 예시를 위해 제공된다. 다수의 도핑된 층들 또한 형성될 수 있다. 이러한 여자 방법의 활성화 처리는 열 어닐링, 비열 어닐링, 레이저 어닐링, 급속 열 처리(RTP/RTA), 마이크로파 어닐링, 무선 주파수 어닐링, 충격파 어닐링, 및 노 어닐링을 포함할 수 있지만, 고체 상태 에피택시(SPE)가 고려될 수도 있다. 이에 따라, 제 1 이온 종 및 제 2 이온 종의 제공을 포함하며, 제 2 이온 종은 제 1 이온 종의 재분배를 보조할 수 있는 이전에 개시된 방법 및 시스템들은 U.S.S.N 09/835,653호의 방법 및 시스템과 결합되어 제 1 이온 종 재분배를 제공할 수 있으며, 제 1 이온 종 및 제 2 이온 종은 활성화 시 복합체에 대한 적어도 2개의 전하 캐리어를 생성하는 전하 캐리어 복합체를 형성하도록 선택된다. 이러한 시스템에서, 활성화를 위해 SPE가 채용될 수도 있으며, 이전에 제공된 바와 같이 산소 제어된 환경에서 이러한 어닐링 단계가 부가적 및 선택적으로 실행될 수 있다.
간단히 요약하면, 개시된 방법 및 시스템의 이러한 실시예는 제 1 이온 종 및 적어도 하나의 제 2 이온 종의 선택을 포함할 수 있으며, 이러한 제 1 이온 종및 제 2 이온 종이 선택되어 여자 및/또는 다중-전하 캐리어 복합체를 형성하며, 제 2 이온 종 또한 선택되어 제 2 이온 종의 주입 동안 제 1 이온 종의 재분배를 일으킬 수 있다. 부가적 및 선택적으로, SPE 등의 제어된 확산 어닐링 기술이 행해질 수 있으며, 어닐링 환경은 산소 제어된 환경을 포함할 수 있다.
도 1은 다양한 에너지 레벨(예를 들어 접합 깊이)에 대해 붕소 주입(예를 들어 "제 1 이온 종") 및 게르마늄 후-주입(예를 들어 "제 2 이온 종")에 의해 제공된 도펀트 농도(원자/㎤) 대 접합 깊이(Å)의 도면을 제공한다. 도 1이 나타내는 바와 같이, 게르마늄 후-주입은 나타낸 에너지 레벨에서 붕소 프로파일의 재분배를 제공할 수 있으며, 재분배는 가우시안 에즈-주입된 프로파일과 비교할 때 예시하는 모든 경우에 보다 박스형의 프로파일을 제공한다. 더욱이, 도 1은 후-주입에 대해 다른 에너지 레벨을 이용함으로써 도펀트 활성화가 접합에 더 깊이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다.
도 2는 500 eV 및 1E15/㎠에서의 에즈-주입된 붕소 주입과 1E15/㎠, 5E15/㎠ 및 1E16/㎠를 포함하는 다양한 농도의 게르마늄 후-주입의 비교를 제공한다. 다양한 농도 레벨의 게르마늄 후-주입을 위해, 에너지 레벨은 10 keV이다. 도 2가 나타내는 바와 같이, 게르마늄 후-주입 프로파일 형상 또한 농도를 변경 또는 변화시켜 보다 급준하거나 보다 박스형의 프로파일이 될 수 있다. 이로써, 도 1 및 도 2 모두 보다 급준하거나 박스형이 되도록 하는 프로파일 형상에 대한 영향을 설명하며, 도 1은 이 영향을 에너지 변화의 결과로서 설명하고 도 2는 이 영향을 도스(dose)의 변화의 결과로서 설명한다.
도 3은 에즈-주입된 BF2주입, 900℃에서의 플래시 RTP, 및 820℃에서의 플래시 RTP에 대한 프로파일의 비교를 제공한다. 도 3은 RTP 및 여기에 제공된 다른 방법을 포함하는 어닐링 방법이 에즈-주입된 프로파일과 비교할 때 최소 확산에 의해 높은 활성화(예를 들어 낮은 시트 저항)를 제공할 수 있다는 것을 나타낸다. 마찬가지로, 도 4는 산소-제어에 관해 여기서 이전에 제공된 개념을 설명한다. 도 4는 에즈-주입된 BF2주입 프로파일을 100 ppm의 산소-제어된 환경 및 21%의 환경과 비교하며, 이러한 산소 제어는 마이크로파 어닐링 동안 제공되었다. 도 4가 나타내는 바와 같이, 산소 제어된 환경은 말단 영역(예를 들어 접합의 보다 깊은 영역)보다는 프로파일의 피크 영역(예를 들어 표면)에 영향을 준다.
이와 같이 설명한 것은 규정된 영역 내에 도펀트를 재분배하는 방법 및 시스템이며, 이러한 영역에 대한 프로파일의 급준도는 어닐링 후에 증가된다. 일 실시예에서, 방법 및 시스템은 산소 제어된 환경에서 실행될 수 있는 제어된 확산 어닐링 처리를 포함한다. 실시예에서 방법 및 시스템은 제 1 이온 종 및 적어도 하나의 제 2 이온 종의 선택을 포함할 수 있으며, 제 2 이온 종은 적어도 제 1 이온 종 후에 주입될 수 있고, 제 2 이온 종은 제 1 이온 종보다 크거나 실질적으로 같은 원자량 및/또는 분자량에 따라 선택될 수 있으며, 제 2 이온 종은 적어도 하나의 제 2 이온 종의 주입시 제 1 이온 종을 재분배할 수 있다. 어떤 실시예에서는 적어도 하나의 제 2 이온 종이 제 1 이온 종 전에 주입되어 제 1 이온 종의 주입 동안 제 1 이온 종의 채널화를 방지할 수 있다. 더욱이, 제 1 이온 종 및 적어도 하나의 제 2 이온 종은 도펀트 활성화시 여자 및/또는 다중-전하 복합체를 형성하도록 선택될 수 있다. 개시된 방법 및 시스템의 일부 실시예는 상술한 옵션 중 하나 또는 전부를 이용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 열 처리 시스템의 예를 나타내는 블록도이다. 열 처리기(50)는 열 처리 챔버(54) 내에 장착된 히터(52)를 포함한다. 반도체 웨이퍼(60)는 히터(52) 주변에 배치되어 선택된 온도에서 선택된 시간동안 열 처리된다. 적당한 열 처리기(50)의 예는 STEAG AST elektroniks에서 제조된 모델 SH 2800 등의 급속 열 처리기이다. 그러나, 다른 급속 열 처리기 및 종래의 열 처리 오븐이 본 발명의 범위 내에서 이용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 처리의 흐름도가 도 5a에 도시된다. 단계(100)에서 도펀트 재료가 반도체 웨이퍼에 주입된다. 도펀트 재료의 종, 도스 및 에너지는 반도체 웨이퍼에 원하는 깊이 및 도전율의 불순물 영역을 형성하도록 선택된다. 단계(110)에서 산소 농도가 도입 및 제어된다. 그리고, 단계(120)에서 제어된 확산 어닐링이 실행된다. 본 발명의 다른 실시예의 처리 단계들이 도 5b에 도시되며, 단계(101)에서 제 1 이온 종의 도펀트 재료가 반도체 웨이퍼에 주입된다. 다음에 단계(102)에서 제 2 이온 종의 도펀트 재료가 주입된다. 그 후, 단계(110, 120)에서 제 1 실시예에서와 비슷한 방식으로 산소 제어 및 제어된 확산 어닐링 단계가 실행된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 처리 단계의 흐름도가 도 5c에 도시된다. 단계(103)에서 제 1 이온 종의 도펀트 재료의 일부가 반도체 웨이퍼에 주입된다. 단계(104)에서 제 2 이온 종의 도펀트 재료가 완전히 주입된다.그리고, 제 1 이온 종의 도펀트 재료의 나머지 부분이 단계(105)에서 주입된다. 그 후, 단계(110, 120)에서 산소 제어 및 제어된 확산 어닐링 단계가 제 1 실시예에서와 비슷한 방식으로 실행된다.
열 처리 챔버(54)는 입구 포트(64)를 통해 가스 제어 시스템(62)으로부터 처리 가스를 받는다. 처리 가스는 배기 포트(66)를 통해 열 처리 챔버(54)를 빠져나간다. 가스 제어 시스템(62)은 처리 가스 소스(70) 및 산소 소스(72)를 포함한다. 처리 가스 소스(70)는 통상적으로 질소 소스이지만, 아르곤 및 암모니아를 포함하는, 그러나 이에 한정되지는 않는 다른 적당한 처리 가스를 공급할 수도 있다. 가스 소스(70)는 질량 흐름 제어기(74)를 통해 열 처리기(50)의 입구 포트(64)에 가스를 공급한다. 산소 소스(72)는 질량 흐름 제어기(76)를 통해 열 처리기(54)의 입구 포트(64)에 산소를 공급한다. 질량 흐름 제어기(74, 76)의 적절한 조정에 의해, 열 처리 챔버에 공급되는 산소 및 처리 가스의 상대적 농도가 제어될 수 있다. 산소 모니터(80)는 출력 포트(66)에 접속되어 열 처리 챔버(54) 내의 산소 농도를 측정한다. 일례에서 질량 흐름 제어기(74, 76)는 각각 Bronkhorst Hi-Tec F2000 시리즈이다.
여기에 개시된 방법 및 시스템들은 특정 하드웨어 또는 소프트웨어 구성에 한정되지 않고, 많은 연산 또는 처리 환경에서 적응성을 찾을 수도 있다. 상기 방법 및 시스템은 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 실시될 수 있다. 상기 방법 및 시스템은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로 실시될 수 있으며, 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 프로세서 실행 가능 명령을 포함하는것으로 이해될 수 있다. 컴퓨터 프로그램(들)은 하나 이상의 프로그램 가능 프로세서 상에서 실행될 수 있고, 프로세서(활성 및 불활성 메모리 및/또는 저장 엘리먼트를 포함), 하나 이상의 입력 디바이스 및/또는 하나 이상의 출력 디바이스에 의해 판독 가능한 하나 이상의 저장 매체에 저장될 수 있다. 따라서 프로세서는 하나 이상의 입력 디바이스에 액세스하여 입력 데이터를 얻을 수 있고, 하나 이상의 출력 디바이스에 액세스하여 출력 데이터를 전달할 수 있다. 입력 및/또는 출력 디바이스는 RAM(Random Access Memory), RAID(Redundant Array of Independent Disks), 플로피 드라이브, CD, DVD, 자기 디스크, 내장 하드 드라이브, 외장 하드 드라이브, 메모리 스틱, 또는 여기에 제공된 프로세스에 의해 액세스될 수 있는 다른 저장 디바이스 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이와 같이 상술한 예들은 예시를 위한 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.
컴퓨터 프로그램(들)은 하나 이상의 고레벨 프로시저 또는 객체 지향 프로그래밍 언어를 이용하여 컴퓨터 시스템과 통신하도록 실시되는 것이 바람직하지만, 프로그램(들)은 바람직하다면 어셈블리 또는 기계 언어로 실시될 수도 있다. 언어는 컴파일 또는 해석될 수 있다.
프로세서(들)는 네트웍 환경에서 독립적으로 또는 함께 동작할 수 있는 하나 이상의 디바이스에 삽입될 수 있으며, 네트웍은 예를 들어 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN)을 포함할 수 있고, 그리고/또는 인트라넷 및/또는 인터넷 및/또는 다른 네트웍을 포함할 수 있다. 네트웍(들)은 유선이나 무선 또는 이들의 결합이 될 수 있으며, 하나 이상의 통신 프로토콜을 사용하여 다른 프로세서들간의 통신을용이하게 할 수 있다. 프로세서들은 분산 처리를 위해 구성될 수 있으며, 어떤 실시예에서는 필요에 따라 클라이언트-서버 모델을 이용할 수 있다. 따라서, 상기 방법 및 시스템은 다수의 프로세서 및/또는 프로세서 디바이스를 이용할 수 있으며, 프로세서 명령들은 이러한 단일 또는 다수의 프로세서/디바이스 사이에 분배될 수 있다.
프로세서(들)와 통합되는 디바이스(들) 또는 컴퓨터 시스템들은 예를 들어 개인용 컴퓨터(들), 워크스테이션(예를 들어 Sun, HP), 개인 휴대 단말(PDA), 휴대 전화 등의 포켓용 디바이스, 또는 여기에 제공된 바와 같이 동작할 수 있는 프로세서(들)와 통합될 수 있는 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 여기에 제공된 디바이스들은 예시를 위한 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 방법 및 시스템은 이들의 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 명백하게 다양한 변형 및 개조가 상기 원리에 따라 명백해질 수 있다.
여기서 설명 및 예시된 부분의 상세, 재료 및 배치에 있어서의 많은 부가적인 변형이 당업자들에 의해 이루어질 수 있다. 이에 따라, 다음의 청구항들은 여기에 개시된 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 구체적으로 설명된 것 이외의 실시를 포함할 수 있으며, 법 아래에서 허용 가능한 범위로 해석되어야 한다.
Claims (20)
- 반도체에 주입된 이온 종을 활성화시키는 방법으로서, 주입된 프로파일은 접합 폭 및 깊이를 포함하고, 상기 방법은,제어된 확산 어닐링을 이용하여 상기 반도체를 어닐링하는 단계; 및상기 이온 종 프로파일이 재분배되도록 상기 어닐링 동안 산소 함량을 제어하여 상기 어닐링 후 상기 프로파일의 급준도를 상승시키는 단계를 포함하는 반도체에 주입된 이온 종의 활성화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 비확산 어닐링은 고체 상태 에피택시(SPE), 급속 열 어닐링(RTP), 플래시 RTP, 반용해 레이저 어닐링, 마이크로파 어닐링 및 무선 주파수(RF) 어닐링 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체에 주입된 이온 종의 활성화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 산소 함량 제어 단계는 상기 제어된 확산 어닐링, 상기 제어된 확산 어닐링이 실행되는 온도, 상기 제어된 확산 어닐링이 실행되는 시간, 도펀트, 및 제 1 이온 종과 다른 이온 종 중 적어도 하나를 기초로 산소 함량을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체에 주입된 이온 종의 활성화 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 도펀트는 붕소, 비소 및 인을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체에 주입된 이온 종의 활성화 방법.
- 반도체에 접합을 형성하는 방법으로서,상기 반도체에 제 1 이온 종을 주입하는 단계;적어도 하나의 제 2 이온 종을 후-주입하는 단계 - 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종은 상기 제 1 이온 종의 원자량 및 분자량 중 적어도 하나보다 크거나 실질적으로 같은 원자량 및 분자량 중 적어도 하나를 포함함 -; 및제어된 확산 어닐링을 이용하여 상기 반도체를 어닐링하는 단계를 포함하며,어닐링 후 상기 제 1 이온 종 프로파일의 급준도는 상기 제 1 이온 종의 에즈-주입된 프로파일에 대해 상기 접합 치수가 최소화되도록 상승하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 이온 종의 주입 전에 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 후-주입 단계는 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종을 선택하여 상기 제 1 이온 종과의 다중-전하 캐리어 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 주입 단계는 빔라인 주입, 플라즈마 도핑, 가스상 도핑, 에피택셜 증착 도핑, 화학적 기상 증착 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 이온 종 및 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종은 붕소, 불소, 제라늄, 규소, 인, 비소 중 적어도 하나의 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 어닐링 단계는 상기 어닐링 동안 산소 함량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 어닐링 단계는 비확산 어닐링, 상기 비확산 어닐링이 실행되는 온도, 상기 비확산 어닐링이 실행되는 시간, 상기 제 1 이온 종, 및 상기 제 1 이온 종 이외의 다른 이온 종 중 적어도 하나를 기초로 산소 함량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 반도체에 접합을 형성하는 방법으로서,상기 반도체에 제 1 이온 종을 주입하는 단계; 및적어도 하나의 제 2 이온 종을 주입하는 단계를 포함하며, 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종은,상기 제 1 이온 종으로 다중-전하 캐리어 복합체를 형성하는 단계,상기 제 1 이온 종의 분자량 및 원자량 중 적어도 하나를 기준으로 하는 분자량 및 원자량 중 적어도 하나, 및제어된 확산 어닐링을 이용하여 상기 반도체를 어닐링하는 단계 중 적어도 하나에 기초하며,상기 어닐링 후 상기 제 1 이온 종 프로파일의 급준도는 상기 제 1 이온 종의 에즈-주입된 프로파일에 대해 상기 접합 치수가 최소화되도록 상승하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 이온 종의 주입 전에 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 이온 종 전에 주입된 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종은 상기 제 1 이온 종 후에 주입된 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종 중 적어도 하나와 동일한 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 이온 종 전에 주입된 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종은 상기 제 1 이온 종 후에 주입된 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종과 다른 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 이온 종의 주입 단계는 빔라인 주입, 플라즈마 도핑, 가스상 도핑, 에피택셜 증착 도핑, 화학적 기상 증착 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종의 주입 단계는 빔라인 주입, 플라즈마 도핑, 가스상 도핑, 에피택셜 증착 도핑, 화학적 기상 증착 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 이온 종 및 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종은 붕소, 불소, 제라늄, 규소, 인, 비소 중 적어도 하나의 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 어닐링 단계는 상기 어닐링 동안 산소 함량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 어닐링 단계는 상기 제어된 확산 어닐링, 상기 제어된 확산 어닐링이 실행되는 온도, 상기 제어된 확산 어닐링이 실행되는 시간, 상기 제 1 이온 종, 및 상기 적어도 하나의 제 2 이온 종 중 적어도 하나를 기초로 산소 함량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 형성 방법.
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