TWI393175B - 形成用於半導體裝置之超淺接面的方法 - Google Patents

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Description

形成用於半導體裝置之超淺接面的方法
本發明一般而言係關於例如積體電路之半導體裝置之領域，且更特定言之係關於用於此類半導體裝置之超淺接面之形成。
在PMOS類型之半導體裝置中，以硼離子摻雜或植入半導體基材，以形成超淺接面(例如，用於積體電路電晶體之源極或汲極接面等)。在習知硼摻雜程序中，先在相對較低之植入能量植入該等硼離子，其後藉由熱退火而電活化該等離子，以形成該接面。
與使用硼離子形成此類接面有關的一問題係該等離子可能於後續退火步驟期間擴散至該半導體基材中不希望之位置，而可能損害該半導體裝置之效能。植入該硼離子期間所產生之結晶缺陷可能至少是此種擴散現象之部分原因。
一種用於減少不希望之硼擴散之規模的方法包括於熱退火步驟前植入氟離子。該等已植入氟離子可有利地用以使在硼離子植入期間所產生之矽晶格損壞穩定，此穩定又降低退火期間之硼離子擴散並容許基材中較淺接面之形成。已進一步指出可藉由將碳及氟離子兩者分別地植入至該半導體基材中而更進一步地減少硼之擴散。
雖然植入氟及/或碳離子可容許形成較淺接面，但使用多種植入種類可能對製程之效率產生負面影響。例如，雖然習知接面形成僅需要(例如，硼離子的)單一植入步驟， 但植入其他種類之程序需要額外之個別植入步驟。欲將硼、碳及氟植入基材之情況中，可能需要三個個別植入。於植入之間，必須重新調整植入器之磁鐵及其他組件，以考慮所植入種類之不同質量。此外，使用本離子源技術，每一植入可能需要不同之來源進料材料，意謂著於植入之間，必須遵循關閉該來源、泵出先前進料材料、引入新進料材料，及重新啟動該來源的相對耗時順序。
本發明之一示範性具體實施例係關於一種用於在半導體基材中產生摻雜區之方法，其包含執行第一植入步驟，其中將碳硼烷簇分子植入至半導體基材中，以形成一摻雜區。
本發明之另一示範性具體實施例係關於一種用於在半導體基材中形成摻雜區之設備，其包含用於固持一半導體基材的基檯，及用於將碳硼烷簇分子植入至該半導體基材中以形成摻雜區之構件。
本發明之另一示範性具體實施例係關於一種用於產生具有淺接面區之半導體裝置之方法，其包含於貯槽中提供第一氣體及第二氣體。該第一氣體包含第一摻雜物，而且該第二氣體包含第二摻雜物。該方法亦包含使用離子將該等第一及第二摻雜物植入至半導體基材中。於植入該第一摻雜物及植入該第二摻雜物的步驟之間不關閉該離子源。
根據一示範性具體實施例，藉由將複數種摻雜物種類共 植入至半導體基材中而在該半導體基材中形成淺摻雜區(例如，產生用於半導體裝置的淺接面)。根據第一示範性具體實施例，先於連接至離子植入器的貯槽中將多種來源氣體混合，其後逐一植入每一摻雜物，而不需沖洗該離子源(根據其他示範性具體實施例，可能於一或多個植入步驟之間沖洗該離子源)。根據第二示範性具體實施例，每一摻雜物種類係包含於直接植入至半導體基材的單一分子中。在後一具體實施例中，選擇植入參數，以便將各種種類植入於適當深度及位置。
下列所述之示範性具體實施例提供一種用於形成半導體裝置之超淺接面的有利方法，其較習知方法更有效而且較非勞力密集。根據一特定示範性具體實施例，用於形成此類超淺接面之方法容許不需關閉該植入儀器及沖洗前面已植入來源氣體之離子源而進行該植入程序(根據其他示範性具體實施例，可能視需要於一或多個該等植入步驟之間沖洗該離子源)。根據另一特定示範性具體實施例，提供一種將多個種類同時植入至半導體基材中之方法。希望提供一種利用此等或審慎思考本發明揭示內容者所得知之其他優點中任一項或多項特點的方法。
圖1係一示意圖，其說明根據示範性具體實施例之用於產生半導體裝置的系統10。系統10尤其包含以下特點：一植入器20，其具有一離子源60；一氣箱50，其用於將來源氣體分配至該離子源60；及一磁鐵40，其用於使離子束64定向於一或多個半導體基材或晶圓200。該等基材300於處 理期間係提供於艙室30內的平台32(例如，支架、基檯、基座等)或其他結構上。
該離子植入器可為現在已知或以後發展以用於半導體製造設施之任何合適離子植入器。此類植入器之範例係可取自麻薩諸塞州Gloucester市之Varian Semiconductor Equipment Associates；取自麻薩諸塞州Beverly市之Axcelis Technoiogies；及加州Santa Clara市之Applied Materials Inc.。
該氣箱50內有一貯槽52(例如，容器、氣體槽、汽缸等)，其係組態成用以儲存高壓氣體或其他流體，並且經由輸送管線62將其輸送至該離子源60。例如，根據一示範性具體實施例，該貯槽52係習知高壓氣體汽缸，其中長形主體部分具有一頸部，此頸部具有較容器之主體截面小的截面積。該貯槽52可包含一閥頭裝配件，此裝配件包含一閥(手動或自動)及與其組合之壓力與流量控制元件(例如，以一歧管配置)。該貯槽52亦可包含一壓力調節器及/或其他特點，用以幫助來源氣體之儲存及將其送至該離子源60之輸送。
根據一示範性具體實施例，該貯槽52係流體儲存與分配設備，例如真空致動汽缸(VAC)，類似於描述於美國專利第6,101,816號；美國專利第6,343,476號；及美國專利第6,089,027號，其整體揭示內容以引用的方式併入本文中。根據一示範性具體實施例，該流體儲存與輸送設備可為一種系統，例如描述於美國專利第5,518,528號(一低大氣壓力活性氣體儲存與分配容器)，而且可購自ATMI, Inc.(美 國康乃狄克州Danbury市)商標SDS，其中活性氣體係吸收保留於一物理吸附劑，而且自該吸附劑選擇性地脫附，以便從該容器分配活性氣體。在另一具體實施例中，純淨活性流體源包括一氣體儲存與分配容器，其具有描述於以下之類型：Luping Wang等人之美國專利6,089,027，而且可購自ATMI, Inc.(康乃狄克洲Danbury市)商標VAC，其特點係配置於內部之調節器元件，用於在由該調節器設定點所決定的壓力分配該活性氣體。亦可使用其他流體儲存與輸送系統，其包含但未必限於例如描述於以下之系統：美國專利第5,704,965號；美國專利第6,743,278號及美國專利第7,172,646號。根據其他示範性具體實施例，該裝置52可具有本文所述合適用於儲存及輸送該等來源氣體或材料之任何設計或組態(例如，其可為一氣體儲存與分配容器或貯槽，用於容納待稀釋以便使用之純淨活性氣體)。
或者該流體儲存與輸送系統可以任何合適方式構成及/或配置成例如供應結構、材料或操作。例如，該活性流體源可包含具有描述於美國專利第5,518,528號之類型而以固體物理吸附劑為主之組套。在其他具體實施例中，該活性流體可從液體溶液釋出，或者由就地產生器產生，或者如2004年10月公開，標題為"以反應性液體為主之氣體儲存與輸送系統"的美國專利公開案第2004/0206241號所描述地從反應性液體產生，或者從反應性固體或從可汽化或可昇華固體獲得。一般而言，可使用該活性流體之任何適當來源或供應。在一特定具體實施例中，該活性流體源包含 保留結構，如1999年6月29日公布，標題為"高容量氣體儲存與分配系統"之美國專利第5,916,245號所描述。
溶解於合適溶劑中之液體前驅物及/或固體前驅物可將前驅物直接注入及/或將液體輸送至CVD、ALD或RVD汽化器單元中。於VLSI裝置之CVD、ALD或RVD金屬化期間，可透過容積計量獲得精確且精密之輸送率，以達成再現性。經由特別設計裝置(例如ATMI之ProE Vap(美國康乃狄克州Danbury市之ATMI))之固體前驅物輸送可將固體前驅物極有效運輸至CVD或ALD反應器。
端視前驅物之形式(例如，固體或液體形式)，較佳之前驅物儲存與分配包裝包含：描述於以Paul J. Marganski等人之名義申請，標題為"用於從固體來源輸送試劑之系統"之美國臨時專利申請案第60/662,515[WO 2006/101767]號者，及各自描述於以下專利之儲存與分配設備：美國專利5,518,528；美國專利5,704,965；美國專利5,704,967；美國專利5,707,424；美國專利6,101,816；美國專利6,089,027；美國專利申請公開案2004/0206241；美國專利6,921,062；美國專利申請案10/858,509[公開案第2005/0006799號]；及美國專利申請案10/022,298，所有揭示內容藉此以引用的方式個別整體併入本文中。
將離子源送入來源氣體，此來源氣體包含待植入半導體基材中之元素。該離子源使用所施加電能形成包含自來源氣體之成分產生之離子(例如，B+ 、F- )的電漿。然後使該等離子向著艙室30中所包含的標靶(例如，半導體基材)加 速。穿透進入基材之深度係由數個因子所決定，包含該等離子之能量、離子種類之類型，及該基材之組成。
圖2係一流程圖，說明一示範性具體實施例於半導體基材中形成淺接面的方法100之步驟。圖3至6係半導體基材之一部分之截面圖，說明各種摻雜物植入步驟。
根據步驟110，將半導體基材或晶圓200(例如，圖3中所說明)提供至離子植入器(例如，圖1中所示之離子植入器20)的艙室30中。根據示範性具體實施例，基材200可以一矽晶圓之形式提供。根據其他示範性具體實施例，基材可包括例如矽-鍺(Si-Ge)或砷化鎵(GaAs)之其他合適半導體材料。此外，基材可包含其他層及/或材料，包含埋入式氧化物(BOX)層及其類似物。根據其他示範性具體實施例，亦可將該離子源調整成容許在艙室內提供多個基材(例如，晶圓)。
方法100的步驟115中，來源氣體係引入合適貯槽(例如，如圖1所示之貯槽52)中。根據一示範性具體實施例，將來源氣體直接提供至貯槽中。根據另一示範性具體實施例，可使二或更多種摻雜物前驅物流入混合艙室中，而且於以調合/計量系統進料至該離子源前視需要地偵測濃度，該調合/計量系統係例如美國專利第6,909,973號；美國專利第7,058,519號；美國專利第7,063,097號及美國專利第6,772,781號所描述者。
來源氣體可基於待進行之所需植入而選擇。例如，根據一特定示範性具體實施例，其中將硼、碳及氟離子植入至 基材中，可將BF3 及CH4 氣體引入至貯槽52中(其中該BF3 氣體提供硼及氟原子，而且CH4 氣體提供碳原子)，其中BF3 對CH4 之分壓介於約10:1與1:4之間。根據其他示範性具體實施例，端視所需植入特徵，亦可使用其他合適比率。
根據各種示範性具體實施例，可使用氣體之任何合適組合。根據另一特定示範性具體實施例，其中將硼、碳及氟離子植入至基材中，可貯槽中混合碳氟化合物(例如，Cx Fy ，其中1x6且4y14)與例如三氯化硼(BCl3 )之含硼氣體。可用以提供硼摻雜物種類之其他潛在來源氣體包含硼烷(例如Bx Hy ，其中2x18且6y22)及其衍生物；硼氫氟化物(例如，Bx Hy Fz ，其中1x18、1y22且1z26)；硼碳氫氟化物(例如，Bw Cx Hy Fz ，其中1w18、0x12、0y36且0z14)及其衍生物；氟化硼及其衍生物；B2 F4 ;(BF2 )3 BR，其中R係從PH3 、CF3 及CO選擇。根據其他示範性具體實施例，亦可使用具有一分子式Bx Hy 之大型氫化硼簇，其中5x96且yx+8，如描述於例如美國專利申請案第11/041,558號(公開案第2005/0163693號)，其揭示內容以引用的方式併入本文中。
可用以提供該等碳及/或氟摻雜物種類之其他潛在來源氣體包含碳氫化物(例如，Cx Hy ，其中1x10且4y30)及其衍生物、氟氫碳化物(例如，Cx Hy Fz ，其中1x5、1y20且1z20)及其衍生物、鹵素間化合物種類(例如，Ry Fz ，其中R係氯、溴或碘，且1x4且1y10)，及NF3 亦應瞭解，根據其他示範性具體實施例，可使用本文所述 以外之來源氣體提供其他摻雜物種類(例如，砷、磷、銦及銻)。該等特定摻雜物及來源氣體可基於各式各樣因子之任何因子而選擇，該等因子包含貯槽中氣體混合物之化學穩定，性，及其對離子源效能與壽命之影響。
根據各種示範性具體實施例，可使用任何合適數目之來源氣體。例如，可在貯槽中提供兩個以上不同來源氣體(例如，同一貯槽中可包含將碳來源氣體、氟來源氣體及硼或其他摻雜物來源氣體)。根據其他具體實施例，可於單一來源氣體(例如，(BF2 )3 BCF3 )中提供所有摻雜物。
於步驟120中，將貯槽52安裝至離子植入器30之氣箱50中。根據一示範性具體實施例，貯槽52可包含以下特點：組態成將貯槽52連接至該輸送管線62，並且於貯槽52與輸送管線62之間提供流體密封性連接(例如，螺紋連接器等)。
根據一示範性具體實施例，逐一將每一摻雜物個別地植入於基材中。因為已將所有來源氣體包含於該相同貯槽52中，所以於植入步驟之間不需關閉離子源、沖洗貯槽，及重新啟動離子源。而是使來自來源電漿之離子加速，進入調至特定磁場的磁譜儀，磁譜儀根據離子之質量及電荷選擇離子；僅有磁譜儀所選擇之離子(例如，C+ 離子)會被導向至基材。一旦完成第一植入，磁譜儀將重新調整至不同場強度，以選擇包含於該電漿中的第二類型離子等等。
步驟125中，針對待植入基材中之第一種類選擇第一組植入參數。亦可適當地重新調整離子植入器之磁鐵及其他 組件，以選擇植入摻雜物之所需質量及能量(例如，可調整該植入器之加速電壓及磁場)。選擇之特定植入參數可根據數個因子而變動，其包含該基材中所需濃度及植入深度、植入之種類、使用之來源氣體，及其他因子。根據一示範性具體實施例，其中碳係待植入之第一種類，而且貯槽52中包含CH4 來源氣體，可選擇具有約1與50 keV間之值的植入能量，以獲得約1014 與1015 離子/cm2 間之基材中濃度，及在約10與500奈米間的深度。
圖4所示的步驟130中，透過該基材200之一頂部表面202將該第一摻雜物植入(如箭頭210所示)至所需植入深度及濃度。在該基材200中形成於半導體微結構內包含所需摻雜物(例如，碳摻雜物)的區或區域220。根據一示範性具體實施例，將第一摻雜物植入至大於欲產生超淺接面之深度的深度。根據其他示範性具體實施例，可將該第一摻雜物植入至小於或等於欲產生超淺接面之深度的深度。
步驟135中，針對符植入基材中之第二種類選擇植入參數。亦可適當地重新調整該離子植入器之磁鐵及其他組件，以選擇植入之摻雜物之所需質量及能量(例如：可調整該植入器之加速電壓及磁場)。值得注意的係，於植入步驟之間不沖洗該離子源及該輸送管線62。如以上所述，選擇之特定植入參數可根據數個因子而變動。根據一示範性具體實施例，其中氟係待植入之第二種類而且該貯槽52中包含BF3 來源氣體，可選擇具有約1與50 keV間之值之植入能量，以獲得約1014 與1015 離子/cm2 間之基材中濃度， 及在約10與500奈米間的深度。
圖5所示的步驟140中，透過該基材200之一頂部表面202將該第二摻雜物植入(如箭頭212所示)至所需植入深度及濃度。在該基材200中形成在半導體微結構內包含所需摻雜物(例如，氟摻雜物)的區或區域222。根據一示範性具體實施例，將第二摻雜物植入至等於第一摻雜物之深度的深度，然而根據其他示範性具體實施例，第二植入之深度可大於或小於第一植入之深度。
亦應注意，雖然係描述分別將碳及氟當作第一及第二摻雜物而連續植入，但根據其他示範性具體實施例，順序可顛倒。此外，當取代性地或在碳及/或氟以外附加性地植入其他種類時，可執行類似步驟以完成此類植入(例如，選擇用於該植入之參數可端視植入之種類而變動)。
步驟145中，針對待植入基材中之硼離子選擇植入參數。亦可適當地重新調整該離子植入器之磁鐵及其他組件，以選擇植入之摻雜物之質量及能量(例如，可調整該植入器之加速電壓及磁場)。值得注意的係，於植入步驟之間不沖洗離子源60及輸送管線62。如以上所述，選擇之特定植入參數可根據數個因子而變動。根據一示範性具體實施例，其中硼係待植入之第三種類且貯槽52中包含BF3 來源氣體，可選擇具有約0.1與20 keV間之值之植入能量，以獲得約1014 與1016 離子/cn2 間之基材中濃度，及在約5與200奈米間的深度。
圖6所示步驟150中，透過該基材200之頂部表面202將硼 離子植入(如箭頭214所示)至所需植入深度及濃度，以形成摻雜區224及接面240。根據一示範性具體實施例，將硼離子植入至小於第一及第二摻雜物之深度的深度，然而根據其他示範性具體實施例，該硼植入之深度可大於或小於第一及/或第二植入之深度。有利的係預期第一及第二已植入種類(例如，硼及氟)限制硼於後續退火步驟155期間之擴散。
應瞭解，區222及224之組成可隨著深度而變動(例如，相較於區224之底部，其頂部可能有較大硼原子濃度)，而且給定區中可能存在二或更多種類型之原子(例如，區224可包含植入其中之碳、氟及硼離子)。
提供來源氣體之混合物的優點係該離子源可於整個共植入程序中持續運行。此節省用於關閉、改變進料材料及重新啟動來源所需要之時間。為了改變種類及能量，僅需重新調整光束線磁鐵及高電壓電源，此係較完全改變離子源摻雜物快速許多的程序。對於分批式植入工具，其中將多個晶圓載入至大旋轉盤中，可能有利的係，將該等晶圓留在該盤上，同時重新調整光束線磁鐵及電源，而且然後立即開始該下一共植入。以此方式，可消除用於卸載及重新載入該等晶圓所需要之時間。
應瞭解，亦可利用就地清潔方法，如例如描述於2007年2月5日申請之美國專利臨時申請案第60/888,311號及2005年10月21日申請之國際專利申請案第PCT/US2005/038102號，該等揭示內容以引用的方式整體併入本文中。例如， 可在離子束中沈積物轉移至一基材之前使用氣體鹵化物化合物(例如XeF2 、XeF4 、XeF6 、NF3 、IF5 、IF7 、SF6 、C2 F6 、F2 、CF4 、KrF2 、Cl2 、HCl、ClF3 、ClO2 、N2 F4 、N2 F2 、N3 F、NFH2 、NH2 F)、分子式Cx Fy 之化合物(例如C3 F6 、C3 F8 、C4 F8 及C5 F8 )、分子式Cx Hy Fz 之化合物(例如CHF3 、CH2 F2 、CH3 F、C2 HF5 、C2 H2 F4 、C2 H3 F3 、C2 H4 F2 及C2 H5 F)、分子式Cx Hy Oz 之化合物、COF2 、HF或有機氯化物(例如COCl2 、CCl4 、CHCl3 、CH2 Cl2 及CH3 Cl)歷經足以至少部分移除該沈積物之時間，而自離子源移除沈積物。可使該氣體鹵化物與該等沈積物之反應之條件可包含使該氣體鹵化物與希望移除之材料進行化學性交互作用的任何適當之溫度、壓力、流速、組成等條件。可利用之各種條件之範例包含環境溫度、超過環境溫度之溫度、存在電漿、不存在電漿、低大氣壓力等。用於此類氣體鹵化物接觸之特定溫度可在從大約0℃至大約1000℃的範圍中。該接觸可包括輸送在載體氣體中或為純淨形式或與另一種清潔劑、摻雜物等摻和之氣體鹵化物。用於與處於環境溫度之沈積物進行化學反應之氣體鹵化劑可加熱，以增加該反應動力學。
該清潔組合物可自特別調整成用於輸送XeF2 或其他清潔試劑的來源供應，例如更完全描述於基於美國臨時專利申請案第60/662,515號及美國臨時專利申請案第60/662,396號標題為"用於從固體來源輸送試劑之系統"之國際專利申請案PCT/US 06/08530的固體來源輸送系統，該等揭示內容 藉此以引用的方式個別整體併入本文中。或者，可將該清潔組合物提供於包含在輸送系統中之氣體之混合物。
雖然圖2至6說明一種循序將多種摻雜物植入半導體基材中之方法，但根據另一示範性具體實施例，同時將每一摻雜物種類植入基材中。例如，根據一特定示範性具體實施例，來源進料材料係採用待共植入至半導體基材中之至少二種且較佳全部所需種類的分子。
圖7係一流程圖，說明根據一示範性具體實施例於半導體基材中形成淺接面之方法300中之步驟。圖8至9係半導體基材400之一部分的截面圖，說明各種摻雜物植入步驟。
根據步驟310，將半導體基材或晶圓400(例如，圖8中所說明)提供至離子植入器的艙室中。根據一示範性具體實施例，該基材400可以矽晶圓之形式提供。根據其他示範性具體實施例，該基材可包括其他合適半導體材料，例如矽-鍺(Si-Ge)或砷化鎵(GaAs)。此外，基材可包含其他層及/或材料，包含埋入式氧化物(BOX)層及其類似物。
圖10至12中說明用於輸送未使用之簇分子之離子源的示範性具體實施例。根據一示範性具體實施例，該離子源係可購自麻薩諸塞州Billerica市之SemEquip Inc.的ClusterIon® 離子源。根據其他示範性具體實施例，可利用其他類型之離子來源或輸送裝置將未使用之簇分子輸送至基材。例如，可使用電漿摻雜技術及系統將簇分子植入至基材中，該等電漿摻雜技術及系統例如但不必限於描述於美國專利 申請公開案第2005/0287307號。
鑑於習知離子源自來源材料產生電漿，其中來源材料之分子解離而形成離子，根據一示範性具體實施例，用於將未使用之簇分子輸送至基材之離子源係使用替代離子化程序，產生大分子之強離子束而不解離。
簇分子之各種成分係藉由電子保持在一起。於進入基材時(例如，在首數個原子層內)，束縛電子立即由於與基材中之原子交互作用而被剝除，該等成分以個別原子形式行進而進入基材中(例如，在具有通式1,2-C2 B10 H12 之一鄰-碳硼烷分子之情況中，分子撞擊基材之表面，立即分離成24個個別原子，每一原子各具有自身之能量)。
使用簇離子源可得到各種優點。例如，植入程序採用遠高於習知植入程序之能量(例如，能量之總量係將用以將分子之每一個別組份植入基材中所需要之能量合計起來而計算)，且與待植入簇分子中所包含之摻雜物種類之數目成比例地增加劑量率。此外，不需要光束減速，減少或消除了與習知植入程序有關之能量污染及光束發散間題。
方法300的步驟320中，將簇分子提供於合適貯槽(例如，如圖1中所示之貯槽52)中。根據一示範性具體實施例，簇分子包含待植入之所有摻雜物種類(例如，該簇分子係硼氟碳化物分子)。根據其他示範性具體實施例，簇分子包含待植入之摻雜物種類的子集(例如，當要植入碳、氟及硼時，簇分子可為碳硼烷簇分子，其中氟係於簇分子植入步驟之前或之後個別植入)。
較佳係將包含於簇分子中之所有摻雜物種類同時植入基材中。於步驟330中，針對簇分子選擇植入參數。分子中每一原子之植入能量係與其質量及其速度平方成比例。當將該等分子引導向著基材之表面時，整個分子及其每一成分元素係以相同速度行進。因此，與分子中之每一個別原子相關之分子總能量比例會與分子中之原子質量比成比例。若已知道每一成分原子所需之植入能量，則可選擇具有適當之原子質量比的分子。例如，若希望具有約1.9 keV之氟(19 F)原子及約1.1 keV之硼(11 B)原子的植入能量，則可利用例如6.8 keV總植入能量之BF3 的分子。
圖9中所示的步驟340中，透過該基材400之頂部表面402植入簇分子(如箭號410所示)，以便將該分子之成分植入至所需植入深度及濃度。如圖9中所說明，在基材中形成三個各具有不同組成之分離區422、424及426。例如，根據一示範性具體實施例，區422可代表已植入氟離子的區、區424可代表已植入碳離子的區且區426可代表已植入硼離子的區(亦即，超淺接面區)。根據一示範性具體實施例，每一區422、424及426係同時形成。根據另一示範性具體實施例，其中一區係於另二區之前形成(例如，區422係以氟離子摻雜，其後區424及426係藉由植入兼含碳及硼原子兩者的簇分子而同時形成)。有利的是某些已植入摻雜物種類(例如，氟及碳)可於後續退火步驟350期間發揮作用，以限制硼擴散。
應瞭解，該等區422、424及426之組成可隨著深度而變 動(例如，在區426之頂部可存在較其底部高的硼原子濃度)，而且在給定區中可存在二或更多種類型之原子(例如，區426可包含植入其中之碳、氟及硼離子)。
根據一示範性具體實施例，僅將單一類型之簇分子植入基材中。根據其他示範性具體實施例，可將一個以上類型之簇分子植入相同基材中，以便在基材中提供所需摻雜物分布曲線。此外，不管將單一類型或一類型以上之簇分子植入基材中，亦可於個別步驟中植入其他摻雜物種類，以便將不同摻雜物種類添加至該基材，且/或補充由簇分子所提供之摻雜物(例如，CH3 氣體可用作來源，以提供基材之碳摻雜，且/或補充由簇分子所提供之碳摻雜)。
所使用之特定類型簇分子可基於各式各樣因子之任何因子而選擇，其包含市場可取得性、成本、使用簡易性、分子組成，及其他相關因子。根據各種示範性具體實施例，簇分子可為氣體形式(例如，BF2 CH3 ;1,5-C2 B3 H5 及其包含具有介於1至4碳原子之官能基(例如，-CH3 )以取代一或多個氫原子的衍生物)；於室溫係液體之液體形式(例如，鄰-碳硼烷(1,2-C2 B10 H12 )衍生物，例如包含一或多個下列官能基：1-C2 H5 ，1-CH(CH3 )2 ，及-B-nC3 H7 )；或者為固體形式(例如，碳硼烷分子，例如鄰-碳硼烷1,2-C2 B10 H12 )。根據又其他示範性具體實施例，簇分子可為1,7-C2 B6 H8 (可單獨或具有1,7-(CH3 )2 官能基)；1,7-C2 B7 H9 (可單獨或具有1,7-(CH3 )2 官能基)；或者1,6-C2 B8 H10 (可單獨或具有1,6-(CH3 )2 官能基)。
根據一示範性具體實施例，簇分子可以硼酸形式或例如硼酸三甲酯(TMB)(其一範例具有通式B-(O-CH3 )3 )之簡單有機硼分子形式提供。此類分子通常每分子包含一個硼原子，而且包含C-B及C-O-B鍵結種類。某些分子係可輕易取得，而且相對較不昂貴，然而在某些應用中，此類分子可能未提供適以達成超淺接面所需特徵之硼含量。此類分子之範例包含BF2 CH3 、CBO2 H5 及C2 BO2 H8 。
根據又其他示範性具體實施例，可使用氫化硼簇，例如具有分子式Bx Hy ，其中5x96且yx+8，如描述於例如美國專利申請案第11/041,558號(公開案第2005/0163693號)，其揭示內容以引用的方式併入本文中(例如，B18 H22 )。
根據一示範性具體實施例，其中將硼酸三甲酯類型簇分子植入至矽基材中，可選擇具有約1與100 keV間之值的簇分子植入能量。此簇植入將導致約0.115 keV與11.5 keV間的等效碳植入能量，及約0.106 keV與10.6 keV間的等效硼植入能量，其中碳原子之植入劑量為硼原子之植入劑量的3倍大。
根據另一示範性具體實施例，簇分子可以具有通式Cx By Hz 之碳硼烷形式提供。此類分子係相對較穩定並且可輕易取得，而且每一分子中包含相對較低碳含量。此類分子之範例包含鄰-碳硼烷及其衍生物，其係可購自密蘇里州St. Louis市之Sigma-Aldrich，及購自麻薩諸塞州Newburyport市之Strem Chemicals, Inc.。其他範例包含對-及間-碳硼烷及其衍生物，其係可購自捷克共和國之 Katchem S.R.O.。
根據一示範性具體實施例，其中將具有通式1,2-C2 B10 H12 的簇分子植入矽基材中，可選擇具有約1與100 keV間之值的植入能量，以獲得約0.082與8.2 keV間之基材中有效碳能量，及約0.075與7.5 keV間之基材中有效硼能量，其中硼原子之植入劑量會較碳原子之植入劑量大5倍。包含於該分子中之氫於植入基材時擴散出去。
根據其他示範性具體實施例，簇分子可以碳硼烷衍生物之形式提供，通常其係特徵化成具有較習知碳硼烷更低之熔點。此類分子包含類似於上述的主碳硼烷結構(例如，鄰-碳硼烷1,2-C2 B10 H12 )，而且亦連接一或多個取代氫原子的取代基(例如，該衍生物可為氟化衍生物，其中可以CF3 取代一或多個氫原子，使碳、硼及氟原子各存在於該簇分子中)。其他潛在取代基包含氟基(-Fx )及C6 H4 F(例如：C2 B10 H12 F10 或間-或對-碳硼烷之氟化衍生物)。根據一特定示範性具體實施例，可使用具有通式鄰-碳硼烷，1-間-C6 H4 F的碳硼烷衍生物，其具有約攝氏68度的一熔點。如檢視本揭示內容將輕易地瞭解，根據各種示範性具體實施例，可有相當大量之組合，預期全部在本揭示內容之範疇內。
根據其他示範性具體實施例，簇分子可以小型碳硼烷之形式(例如，1,5-C2 B3 H5 ;1,2-c2 B4 H6 ;1,2-C2 B5 H7 及1,2-C2 B8 H10 )提供。根據一示範性具體實施例，其中將具有通式I,5-C2 B3 H5 的簇分子植入矽基材中，可選擇具有約1與 100 keV間之值的植入能量，以獲得約0.19與19 keV間之基材中有效碳能量，及約0.18與18 keV間之基材間的有效硼能量，其中硼原子之植入劑量係較碳原子之植入劑量大1.5倍。
檢視此揭示內容者將瞭解，利用簇分子之一優點在於以單一植入達成某些或全部共植入。藉由消減植入步驟可使生產力及效率較循序摻雜方法改善。
此外，每一種類之有效植入能量係隨該種類原子量對該簇之分子量的比率而減少。此意謂可在較高分子提取能量下達成極低之有效植入能量，此點對於形成淺接面極為重要。較高提取能量係有利於獲得較高已提取光束電流，藉以進一步改善產能。
檢視此揭示內容者將瞭解，根據各種示範性具體實施例之所述方法提供超越習知植入方法之各種優點。例如，本文所述方法提供多個植入種類之較有效而且較不勞力密集之植入，因為於植入步驟之間不需將該離子源關閉、泵空及重新啟動。本文所述之各種摻雜物種類之植入可提供有效減少或消除所植入基材中不希望之硼擴散的方式(而且亦發現本文所述之方法及種類在減少或消除例如磷不希望之其他已植入摻雜物種類中之實用性)。
當本文之化學部分的描述中提供一數值範圍時，應瞭解其中涵蓋所述範圍內之中介值及任何其他所述或中介值。例如，當本文之對應化學部分的描述中提供碳數目的範圍，應瞭解，每一中介碳數目及任何其他陳述或者該陳述 範圍中之中介碳數目值係包含於該揭示內容之範疇內，(例如)應瞭解，C1至C6烴基包含甲基(C1)、乙基(C2)、丙基(C3)、丁基(C4)、戊基(C5)、己基(C6)，而且該化學部分可具有任何構形，例如，直鏈或支鏈，進一步瞭解，在本發明之範疇內，指定碳數目範圍內之碳數目之子範圍可獨立包含於較小碳數目範圍中，而且特定排除若干碳之碳數目之範圍係包含於本發明中，而且排除指定範圍之任一或兩個碳數目限制之子範圍亦包含於本發明中。
亦重要的係，應注意，希望本文所述之各種示範性具體實施例僅為說明性。雖然本揭示內容中僅詳細描述若干具體實施例，但檢視此揭示內容之熟諳此技術者將輕易地瞭解，可進行許多修改，而不致實質偏離該申請專利範圍中所敘述之主題之新穎教導及優點。根據其他示範性具體實施例，可將任何程序或方法步驟之次序或順序加以變動或重定序。在各種示範性具體實施例之設計、操作條件及配置中可進行其他取代、修改、改變及省略，而不致偏離如附加申請專利範圍中所表達之本發明之範疇。
10‧‧‧系統
20‧‧‧植入器
30‧‧‧艙室
32‧‧‧平台
40‧‧‧磁鐵
50‧‧‧氣箱
52‧‧‧貯槽
60‧‧‧離子源
62‧‧‧輸送管線
64‧‧‧離子束
200‧‧‧半導體基材或晶圓
202‧‧‧頂部表面
210‧‧‧箭頭
212‧‧‧箭頭
214‧‧‧箭頭
220‧‧‧區或區域
222‧‧‧區或區域
224‧‧‧摻雜區
240‧‧‧接面
400‧‧‧半導體基材
402‧‧‧頂部表面
410‧‧‧箭頭
422‧‧‧分離區
424‧‧‧分離區
426‧‧‧分離區
圖1係一示意圖，說明根據一示範性具體實施例之用於產生半導體裝置之系統的組件。
圖2係一流程圖，說明根據一示範性具體實施例之於半導體基材中形成淺接面之方法中的步驟。
圖3係根據一示範性具體實施例之半導體基材的一部分之截面圖。
圖4係圖3中所示之半導體基材之部分的截面圖，其說明第一摻雜物植入步驟。
圖5係圖4中所示之半導體基材之部分的截面圖，說明第二摻雜物植入步驟。
圖6係圖5中所示之半導體基材之部分的截面圖，說明第三摻雜物植入步驟。
圖7係一流程圖，說明根據另一示範性具體實施例之於半導體基材中形成淺接面之方法中的步驟。
圖8係根據一示範性具體實施例之半導體基材的部分之截面圖。
圖9係圖8中所示之半導體基材之部分的截面圖，說明摻雜物植入步驟。
圖10至12說明離子源之各種組件，其組態成用以將未使用之簇分子輸送至半導體基材中。
400‧‧‧半導體基材
402‧‧‧頂部表面
410‧‧‧箭頭
422‧‧‧分離區
424‧‧‧分離區
426‧‧‧分離區

Claims (19)

  1. 一種用於在半導體基材中產生摻雜區之方法，其包括執行第一植入步驟，其中將碳硼烷簇分子植入半導體基材中，以形成摻雜區，其進一步包括執行第二植入步驟，其中將第二摻雜物種類植入該半導體基材中，其中該第二摻雜物種類係與該第一植入步驟中所植入之碳硼烷簇分子不同。
  2. 如請求項1之方法，其中該第二摻雜物種類並非硼或碳。
  3. 如請求項1之方法，其中該第二摻雜物種類包括碳。
  4. 如請求項1之方法，其中該第二摻雜物種類包括硼。
  5. 如請求項1之方法，其中該第二植入步驟所植入於該基材中之第二摻雜物種類包括與該第一植入步驟中所植入之碳硼烷簇分子不同的簇分子。
  6. 一種用於產生具有淺接面區之半導體裝置的方法，該方法包括：於貯槽中提供第一氣體及第二氣體，該第一氣體包括第一摻雜物，而且該第二氣體包括第二摻雜物；使用離子源將該第一摻雜物植入半導體基材中；以及使用該離子源將該第二摻雜物植入該半導體基材中；其中於植入該第一摻雜物及植入該第二摻雜物的步驟之間不關閉該離子源。
  7. 如請求項6之方法，其中該第一氣體及該第二氣體中之至少一者係CH3 。
  8. 如請求項6之方法，其中該第一氣體及該第二氣體中之至少一者係BF3 。
  9. 如請求項6之方法，其進一步包括於使用該離子源植入該第二摻雜物後將第三摻雜物植入該半導體基材中，其中於植入該第二摻雜物及植入該第三摻雜物的步驟之間不關閉該離子源。
  10. 如請求項9之方法，其中該第三摻雜物係包含於該第一氣體及該第二氣體中之至少一者。
  11. 如請求項9之方法，其中該第一摻雜物係碳，該第二摻雜物係氟，且該第三摻雜物係硼。
  12. 如請求項9之方法，其中該第三摻雜物係植入至較該第一摻雜物及該第二摻雜物中之至少一者為小的深度。
  13. 如請求項9之方法，其進一步包括於具有該第一氣體及該第二氣體之貯槽中提供第三氣體。
  14. 如請求項13之方法，其中該第一氣體係碳來源氣體，該第二氣體係氟來源氣體，而且該第三氣體係硼來源氣體。
  15. 如請求項13之方法，其中該第一氣體、該第二氣體及該第三氣體中之至少一者係作為選自由磷、砷、銦及銻所組成之群的摻雜物種類之來源。
  16. 如請求項6之方法，其中該第一摻雜物係碳，且該第二摻雜物係硼。
  17. 如請求項6之方法，其中該第一摻雜物係氟，且該第二摻雜物係硼。
  18. 如請求項6之方法，其中該第一摻雜物及該第二摻雜物中之一係氟，而且該第一摻雜物及該第二摻雜物中另一者係硼。
  19. 如請求項6之方法，其進一步包括退火，以活化該第一摻雜物及該第二摻雜物中之至少一者，以形成淺接面，其中該第一摻雜物及該第二摻雜物中之至少一者發揮作用以限制硼擴散。
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