[发明专利]用于通过固相扩散形成超浅掺杂区域的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求发明名称为“METHOD FOR FORMING ULTRA-SHALLOW DOPING REGIONS BY SOLID PHASE DIFFUSION”的美国专利申请第13/077,721（案号TTCA-373）号的优先权，以及发明名称为“METHOD FOR FORMING ULTRA-SHALLOW BORON DOPING REGIONS BY SOLID PHASE DIFFUSION”的美国专利申请第13/077,688（案号TTCA-345）号的优先权。这些申请的全部内容通过引用以其全部内容合并到本文中。

技术领域

本发明一般涉及半导体器件以及用于形成半导体器件的方法，并且更具体地涉及用于通过从掺杂剂层到衬底层中的固相扩散形成的超浅掺杂剂区域。

背景技术

半导体行业具有朝着在已知的半导体芯片上制造更大和更复杂的电路的趋势发展的特点。更大和更复杂的电路通过减小在电路内部的单个器件的尺寸并且使器件间隔彼此更靠近来实现。由于在器件（如金属氧化物半导体（MOS）或双极晶体管）内部的单个元件的尺寸减小，并且器件元件彼此更靠近，所以能够获得提高的电性能。然而，必须注意衬底中掺杂区域的形成以确保不产生有害电场条件。

由于器件元件（例如在MOS器件中的晶体管栅极和在双极器件中的发射极区域）的尺寸的减小，所以形成在半导体衬底中的掺杂区域的结深也必须减小。具有均匀掺杂分布和高表面浓度的浅结的形成已被证明非常困难。常用的技术是利用离子注入装置将掺杂剂原子注入到衬底中。使用离子注入，高能量掺杂剂原子以高速度轰击基板表面，并且被驱动到衬底中。虽然这种方法已被证明对于形成具有适度深度的结的掺杂区域是有效的，但是使用离子注入形成超浅结非常困难。在衬底内部激发的掺杂剂原子的路径和注入均匀性二者在用于形成浅注入结所必需的低能量下难以控制。激发的掺杂剂原子的注入损坏衬底中的晶格，该损坏难以修复。由晶格损伤产生的位错可以容易地刺穿浅结，导致穿过该结产生漏电流。此外，在硅中迅速扩散的p型掺杂剂（如硼）的注入，导致掺杂剂原子在其被引入衬底中之后的过度分散。然后，难以在衬底中并且特别是在衬底的表面处的指定区域形成p型掺杂剂原子的高度限制的浓度。

此外，正在利用掺杂的三维结构来实现对于晶体管和存储器件的新器件结构。这样的器件的实例包括但不限于FinFET、三栅极FET、凹槽沟道晶体管（RCAT）和嵌入式动态随机存取存储器（EDRAM）沟槽。为了使这些结构均匀地掺杂，理想地是使用共形（conformal）的掺杂方法。离子注入过程实际上为位点线，因此需要特殊的衬底取向以使鳍结构和沟槽结构均匀掺杂。此外，在高器件密度的情况下，阴影效应使得鳍结构的均匀掺杂极其困难，或者甚至通过离子注入技术也是不可能实现的。常规等离子掺杂和原子层掺杂是已经证明为三维半导体结构的共形掺杂的技术，但这些掺杂中的每个掺杂都限于在理想条件下可以获得的掺杂密度和深度的范围内。本发明的实施方案提供一种能够克服这些难题中的一些难题的用于形成超浅掺杂区域的方法。

发明内容

描述了通过从硼掺杂剂层到衬底层中的固相扩散形成超浅掺杂剂区域的多个实施方案。可以在平坦衬底中、在衬底上的凸出特征中或在衬底中的凹陷特征中形成掺杂剂区域。

根据一个实施方案，提供了一种用于在衬底中形成超浅硼（B）掺杂剂区域的方法。该方法包括：通过原子层沉积（ALD）来沉积直接接触衬底的硼掺杂剂层，硼掺杂剂层包含通过硼酰胺前体或有机硼前体和反应物气体的交替气态性暴露而形成的氧化物、氮化物或氧氮化物。该方法还包括：对硼掺杂剂层进行图案化；以及通过热处理使硼从图案化的硼掺杂剂层扩散到衬底中来在衬底中形成超浅硼掺杂剂区域。

根据一些实施方案，提供了一种用于在在衬底中的凸出特征中或凹陷特征中形成超浅硼（B）掺杂剂区域的方法。

根据另一实施方案，提供了一种用于在衬底中形成超浅硼（B）掺杂剂区域的方法。该方法包括：通过原子层沉积（ALD）来沉积直接接触衬底的硼掺杂剂层，硼掺杂剂层的厚度为4nm或更小，并且硼掺杂剂层包含通过硼酰胺前体或有机硼前体和反应物气体的交替气态性暴露而形成的氧化物、氮化物或氧氮化物；以及在图案化的硼掺杂剂层上沉积盖层。该方法还包括：对硼掺杂剂层和盖层进行图案化；通过热处理使硼从图案化的硼掺杂剂层扩散到衬底中而在衬底中形成超浅硼掺杂剂区域；以及从衬底移除图案化的硼掺杂剂层和图案化的盖层。