半导体掺杂方法和中间半导体设备与流程

1.本发明涉及一种半导体掺杂方法，更具体地，涉及一种根据权利要求1前序部分的半导体掺杂方法。本发明涉及一种中间半导体设备，且更具体地涉及一种根据权利要求20前序部分的中间半导体设备。


背景技术：

2.将杂质原子受控引入到半导体衬底中是半导体和集成电路(ic)制造中的基础工艺，也是在衬底表面上制造的越来越小的半导体元件如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)的扩增(proliferation)关键促成因素。在本领域中，将杂质受控引入到半导体本体或其它半导体区域通常被称为掺杂，并且杂质原子被称为掺杂剂(dopant)或掺杂剂物质(dopant substance)。半导体物理学和电子学的基本概念在本领域中是众所周知的。半导体的掺杂决定了例如导电类型(n型或p型导电性)，电场和磁场、温度激发下的导电性行为等。简而言之，没有对半导体掺杂的良好控制，就不可能有现代电子和集成电路技术。
3.目前主要的掺杂方法是扩散和离子注入(implantation)。在扩散过程中，从气相引入掺杂剂原子，或通过使用固态源(如沉积在衬底上的掺杂氧化物)，然后在退火或“烘烤”步骤中将杂质从固态源层“驱入”衬底来引入掺杂剂原子，在其中通过将衬底(其表面区域现在被注入或覆盖有掺杂剂)暴露于高温(通常在800℃至1200℃的范围)中而使杂质的扩散率大大增加。在现有技术中，随着扩散过程的进行，掺杂浓度从表面开始单调下降，并且掺杂剂的深度分布主要由温度和扩散时间决定。现有技术中已知用于引入所述固态掺杂剂层的方法包括化学气相沉积法(cvd)及其特殊变化方法——原子层沉积法(ald)。
4.在离子注入中，通过动力学手段加速杂质离子并用高速离子束瞄准衬底，将杂质离子驱动到表面。所得的杂质浓度通常具有“纽结(kink)”，即掺杂剂的局部最大值位于衬底表面下方一点，而使用扩散方法，杂质的最大浓度通常位于表面水平。
5.在半导体工业中，扩散和离子注入相辅相成。例如，扩散通常用于形成深结，如cmos(互补金属氧化物半导体)设备中的n型掺杂大面积，而离子注入用于形成浅结，如mosfet的源极结/漏极结。当平面半导体衬底在微观尺度上不再是真正的平面，而是包括沟槽和坑状三维(3d)形式时，离子注入作为一种方向依赖性方法(由于离子束在击中衬底之前是沿着某个大致方向传播的)则具有其局限性。换言之，离子注入过程就掺杂方向而言是各向异性的。这增加了对基于扩散的掺杂的需求，该基于扩散的掺杂基本上是各向同性的过程——只要源材料在衬底表面上可用，扩散就是非方向依赖性的，无论表面的2d或3d结构有多复杂。然而，离子注入的主要优点是可以控制掺杂的分布：在离子注入中，杂质原子的浓度与距离表面的深度无关，这使得例如在衬底中的某一深度放置半导体结成为可能。这是因为杂质离子束的浓度和动能可以彼此分开控制。通常，通过控制离子注入过程的持续时间来控制浓度。这对于扩散掺杂是主要挑战，在现有技术的扩散掺杂中，掺杂剂浓度和结深度不能被很好地独立控制。
6.因此，需要一种各向同性掺杂工艺，即扩散掺杂，但其对浓度和深度方面的掺杂分
布有更好的控制。尤其具有挑战性的是控制在掺杂材料如半导体衬底中的低浓度掺杂剂。许多现代电子应用如超结mosfet(sj-mosfet)需要低浓度，其中掺杂区域形成具有复杂3d形状的柱状体积，并且需要在掺杂分布和掺杂浓度方面进行精确的掺杂控制。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种扩散掺杂方法和一种中间半导体设备。
8.本发明的目的是通过一种半导体掺杂方法来实现的，所述方法的特征陈述在独立权利要求1中。本发明的目的还通过一种中间半导体设备来实现，所述中间半导体设备的特征陈述在独立权利要求20中。
9.从属权利要求中公开了本发明的优选实施方案。
10.本发明是基于通过两个互补的方面来控制掺杂剂向衬底扩散的理念，这两个互补的方面允许对掺杂分布进行非常高精度的调整。作为第一方面，本发明公开了一种隔离层，所述隔离层将掺杂剂原子源与原始衬底的表面隔开一段距离。作为第二方面，本发明公开了一种混合物材料源层，其是在掺杂过程的深度方向上具有非常精确的分子结构的杂质原子的源，通过所述隔离层与所述原始衬底的表面保持一定距离。
11.作为本发明的一个方面，公开了一种用于掺杂半导体的方法。所述方法包括将包括表面的半导体衬底放置到沉积工具中的初始步骤。所述方法包括按以下顺序的以下步骤：
12.a)在隔离层沉积步骤中，将隔离层沉积在衬底表面上，其中所述隔离层沉积在衬底表面上，
13.b)在混合物材料源层沉积步骤中，沉积混合物材料源层，其中包括混合物材料的所述混合物材料源层沉积在所述隔离层上，所述混合物材料源层的所述混合物材料包括掺杂剂物质，以及
14.c)在退火步骤中，将所述衬底、所述隔离层和所述混合物材料源层退火，其中所述衬底、所述隔离层和所述混合物材料源层被加热到升高的温度，以配置掺杂剂物质从所述混合物材料源层扩散到所述衬底和所述隔离层。
15.在本发明中，作为基本理念，所述隔离层基本上是没有所述掺杂剂物质的，从而使所述掺杂剂物质的源(即，混合物材料源层)进一步远离所述衬底的表面。混合物材料源层具有非常特定的一种或多种掺杂剂物质的组成。
16.换句话说，公开了一种用于掺杂半导体的方法。所述方法包括将包括表面的半导体衬底放置到沉积工具中的初始步骤。所述方法包括按以下顺序的以下步骤：
17.a)在隔离层沉积步骤中，将隔离层沉积在衬底表面上，其中隔离层沉积在衬底表面上，
18.b)在混合物材料源层沉积步骤中，沉积混合物材料源层，其中包括混合物材料的混合物材料源层沉积在所述隔离层上，所述混合物材料源层的所述混合物材料包括掺杂剂物质，以及
19.c)在退火步骤中，将所述衬底和在先前步骤中沉积的层退火，其中所述衬底和在先前步骤中沉积的层被加热到升高的温度，以配置所述掺杂剂物质从所述混合物材料源层扩散到其它沉积层和衬底。
20.作为一个实施方案，所述隔离层沉积步骤是用原子层沉积方法(“ald”或“ald方法”)来进行沉积的。ald允许具有最大表面均匀性、厚度均匀性和沉积层或膜的无针孔特性的自限制生长，这对于将掺杂剂均匀分布到衬底中是重要的。
21.作为另一实施方案，所述隔离层沉积步骤的原子层沉积是用以下来进行沉积的：选自稳定氧化物的前体和氧化前体的组的第一前体和来自稳定氧化物的前体和氧化前体的组中另一个的第二前体。该步骤可导致例如铪氧化物或铝氧化物的沉积，这些铪氧化物或铝氧化物因其在例如升高的工艺温度下的稳定性和耐久性而闻名。
22.作为另一实施方案，所述隔离层沉积步骤的原子层沉积是用以下来进行沉积的：选自硅前体和氧化前体的组的第一前体和来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体。这些反应物产生硅氧化物(例如二氧化硅)，这是作为隔离层的有利材料。
23.仍作为一个实施方案，所述隔离层沉积步骤的ald方法配置用于沉积所述隔离层，所述隔离层厚度为0.5nm至15nm；或更优选为1nm至5nm；或最优选为2nm至3nm。隔离层厚度会影响掺杂的衬底中的掺杂剂物质的密度，因此它的选择对于实现所需的掺杂水平是重要的。2nm至3nm的范围对于衬底的低掺杂状态尤其有利。
24.作为一个实施方案，所述混合物材料源层沉积步骤是用原子层沉积方法来进行沉积的。此外，ald允许具有最大表面均匀性、厚度均匀性和沉积层或膜的无针孔特性的自限制生长，这对于将掺杂剂均匀分布到衬底中是重要的。ald还通过将源层配置为混合物材料源层，使得掺杂剂材料相对于混合物材料源层非常均匀和精确的剂量成为可能。
25.作为一个实施方案，所述混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积配置用于使用以下来沉积混合物材料：选自稳定氧化物的前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料；来自稳定氧化物的前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积第一子材料。第三前体选自掺杂剂前体和氧化前体的组，配置用于沉积第二子材料，第四前体是来自掺杂剂前体和氧化前体的组中另一个，配置用于沉积第二子材料。这对于包含掺杂剂源材料和载体材料或其混合物的混合物材料来说是有利的配方。
26.当然，可以有更多的子材料来生成更高级的混合物材料源层。换句话说，可以配置第五前体来沉积第三子材料，可以配置第六前体来沉积第三子材料，等等。
27.作为一个实施方案，配置用于沉积混合物材料的混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积使用以下来进行沉积：选自硅前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料；来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积第一子材料。第三前体选自掺杂剂前体和氧化前体的组，配置用于沉积第二子材料，第四前体是掺杂剂前体和氧化前体的组中另一个，配置用于沉积第二子材料。硅氧化物是一种非常稳定的材料，可以承受很高的工艺温度。
28.作为另一实施方案，配置用于沉积混合物材料的混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积使用以下来进行沉积：选自稳定氧化物的前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料；来自稳定氧化物的前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积第一子材料；以及作为掺杂剂前体的第三前体，配置用于将掺杂剂引入第一子材料，以从第一子材料配置混合物材料源层的混合物材料。换句话说，所述第三前体或所述第三前体的一部分与所述第一子材料混合，产生混合物材料源层的混合物材料。
29.作为另一实施方案，配置用于沉积混合物材料的混合物材料源层沉积步骤的原子
层沉积使用以下来进行沉积：选自硅前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料；来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积第一子材料；以及作为掺杂剂前体的第三前体，配置用于将掺杂剂引入第一子材料，以从第一子材料配置混合物材料源层的混合物材料。如上所述，所述第三前体或其一部分与所述第一子材料特别是硅氧化物混合，从而产生混合物材料。硅氧化物作为混合物材料源层中掺杂剂物质的主体是非常稳定的材料。
30.作为一个实施方案，所述混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积配置用于沉积混合物材料源层，所述混合物材料源层的厚度为0.1nm至5nm，更优选为0.2nm至2nm，或最优选为0.4nm至1nm(nm表示纳米)。对于低掺杂状态，这些值产生了令人惊讶的好结果。
31.作为另一实施方案，所述混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积配置用于沉积包括混合物材料的混合物材料源层，并且在沉积的混合物材料源层中的掺杂剂物质的原子比配置为0.001at.％至10at.％，或者更优选为0.01at.％至1at.％或最优选为0.05at.％至0.5at.％。对于低掺杂状态，这些值产生了令人惊讶的好结果。
32.作为另一实施方案，所述方法包括在步骤b)混合物材料源层沉积步骤之后且在步骤c)退火步骤之前的步骤b2)扩散消耗层(diffusion drain layer)沉积步骤，其中扩散消耗层沉积在混合物材料源层上。在步骤c)退火步骤中，将衬底、隔离层、混合物材料源层和扩散消耗层退火并加热到升高的温度，以配置掺杂剂物质从混合物材料源层扩散到衬底、扩散消耗层和隔离层。
33.作为一个实施方案，所述扩散消耗层沉积步骤用原子层沉积方法来进行沉积。如上所述，所述原子层沉积方法能够很好地控制材料的引入，并且在许多情况如ald中，具有最大表面均匀性以及沉积层或膜的无针孔特性的自限制生长。
34.作为又一实施方案，所述扩散消耗层沉积步骤的原子层沉积使用以下来进行沉积：选自稳定氧化物和氧化前体的组的第一前体和来自稳定氧化物和氧化前体的组中另一个的第二前体。氧化物是热稳定材料，因此非常适合升高的工艺温度。
35.作为又一实施方案，所述扩散消耗层沉积步骤的原子层沉积使用以下来进行沉积：选自硅前体和氧化前体的组的第一前体和来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体。氧化物是热稳定材料，因此非常适合升高的工艺温度。
36.作为又一实施方案，所述扩散消耗层沉积步骤配置用于沉积扩散消耗层，所述扩散消耗层的厚度为1nm至10nm；或更优选为2nm至8nm；或最优选为3nm至5nm。扩散消耗厚度是调整半导体衬底中掺杂剂密度的另一相关参数。
37.作为又一实施方案，退火步骤的升高的温度为800℃至1100℃，更优选为850℃至1000℃，最优选为900℃至950℃。退火温度的正确选择影响半导体衬底中的掺杂剂的密度和分布。
38.作为另一实施方案，在退火步骤c)之后，作为步骤d)蚀刻步骤，将根据所述方法及其实施方案所沉积的层蚀刻掉并从掺杂的衬底上去除。在半导体衬底上制造的半导体设备的最终操作中，或者甚至在半导体制造的后续步骤中，可能不需要隔离层、混合物材料源层和可能的扩散消耗层。
39.作为本发明的一个方面，公开了一种中间半导体设备。所述中间半导体设备包括包含表面的半导体衬底。中间半导体设备包括掺杂剂源层堆叠，包括
40.a)在衬底表面上的隔离层，
41.b)在所述隔离层上的混合物材料源层，所述混合物材料源层包括包含掺杂剂物质的混合物材料，所述混合物材料源层中掺杂剂物质的原子比配置为0.001at.％至10at.％，或者更优选为0.01at.％至1at.％，或最优选为0.05at.％至0.5at.％。如上所述，这种结构能够将扩散掺杂精确地分布到衬底中。
42.作为一个实施方案，所述掺杂剂物质包括硼、磷、锑或砷。
43.在一个实施方案中，所述隔离层包括稳定氧化物，并且所述混合物材料源层包括磷氧化物和稳定氧化物。
44.在一个实施方案中，所述隔离层包括稳定氧化物，并且所述混合物材料源层包括硼氧化物和稳定氧化物。
45.在另一实施方案中，所述隔离层包括稳定氧化物，并且所述混合物材料源层包括砷氧化物和稳定氧化物。
46.在又一实施方案中，所述隔离层包括稳定氧化物，并且所述混合物材料源层包括锑氧化物和稳定氧化物。
47.由于所述混合物材料源层配置为掺杂剂材料的源，磷氧化物、硼氧化物、砷氧化物和锑氧化物是有利的选择，每种都包括半导体工业中公知的掺杂剂物质。掺入稳定氧化物，可以很好地控制退火过程中的掺杂剂的扩散过程。
48.在一个实施方案中，所述隔离层包括二氧化硅，并且所述混合物材料源层包括磷氧化物和二氧化硅。
49.在一个实施方案中，所述隔离层包括二氧化硅，并且所述混合物材料源层包括硼氧化物和二氧化硅。
50.在一个实施方案中，所述隔离层包括二氧化硅，并且所述混合物材料源层包括砷氧化物和二氧化硅。
51.在一个实施方案中，所述隔离层包括二氧化硅，并且所述混合物材料源层包括锑氧化物和二氧化硅。
52.关于上面刚刚提到的四个实施方案，由于所述混合物材料源层配置为掺杂剂材料的源，磷氧化物、硼氧化物、砷氧化物或锑氧化物用于掺杂剂物质的源是有利的选择，每种都包括半导体工业中公知的掺杂剂物质。掺入二氧化硅，可以很好地控制退火过程中的掺杂剂的扩散过程。
53.在一个实施方案中，所述中间半导体设备包括在所述混合物材料源层上的扩散消耗层。此外，所述扩散消耗层还通过产生远离待掺杂的衬底至掺杂剂原子的扩散拉力来实现对掺杂密度的良好控制。
54.本发明的一个优点是可以在半导体衬底中产生精确的掺杂分布，并且可以彼此独立地控制掺杂深度d和在某一深度c(d)处的掺杂浓度两者。这既适用于在半导体表面中非常小的特征如所谓的沟槽(其通常是在一些半导体技术中间工艺阶段过程中在半导体衬底表面上和表面中所产生的纳米尺度(例如10nm至50nm)的蚀刻3d特征)，同时也适用于整个半导体衬底的区域，例如直径为25mm至300mm的单晶硅(si)晶片。
55.总之，本发明公开了一种方法和一种中间产品，所述方法和中间产品能够实现并掺入在从半导体纳米结构的纳米尺度到半导体晶片的分米尺度的整个空间特征范围中恒
定的、非常低但各向同性的掺杂剂浓度分布。
56.在本技术中，术语“半导体”可以指在非常低的温度下是绝缘体但是在室温(20℃)具有相关导电性的任何材料。半导体可以包括元素半导体例如硅或锗，化合物半导体例如iv族化合物半导体(如sic和sige)、iii-v族半导体(例如gap、gaas、aln和gan)、或者ii-vi族半导体(例如zns、cds、cdte、zno)。术语“半导体”包括本征半导体和掺杂有一种或多种选定材料的非本征半导体，包括具有p型掺杂材料和n型掺杂材料的半导体。术语半导体还包括包含半导体混合物的复合材料。
57.在本技术中，术语“掺杂剂物质”是指被引入本体或主体材料中的离子、原子、化合物或其组合，通常以相对于在主体、本体或衬底材料中的材料原子或其它组成单元的密度而言较小的量来影响主体材料的化学特性、电学特性或其它物理特性。掺杂剂包括被引入半导体中以影响半导体的电学特性例如半导体的电导率和电阻的原子、化合物或这些的任何聚集体或组合。在本技术中有用的掺杂剂包括p型掺杂剂如硼，n型掺杂剂如磷、锑和砷，以及n型掺杂剂和p型掺杂剂的组合。在这里，p型掺杂剂通常具有少于主体材料的一个或多个价电子，并且载流能力的改变(以及电导率的改变)是基于由一种或多种p型掺杂剂引入材料中的一个或多个“空穴”。此类掺杂剂因它们接受电荷载体(通常是电子)的能力也被称为“受体”。类似地，n型掺杂剂具有多于主体材料的一个或多个价电子，并且例如载流能力的改变(以及电导率的改变)是基于由一种或多种掺杂剂引入的额外电子。为此，n型掺杂剂也被称为“供体”，因为它们将额外的一个或多个电子“贡献”到半导体材料的传导和载荷中。
58.在本技术中，术语“掺杂”是指将一种或多种掺杂剂物质受控引入到本体、主体或衬底材料中以改变其特性，如上文关于“掺杂剂物质”所定义的。
59.在本技术中，术语“掺杂剂物质浓度深度分布”或“掺杂剂浓度深度分布”是与半导体结构(例如半导体层)中掺杂剂或掺杂剂混合物的空间分布相关的特征。掺杂剂浓度深度分布可以指掺杂剂或掺杂剂混合物的浓度以距表面的距离为函数的一维分布。然而，掺杂剂浓度深度分布也可以指掺杂剂或掺杂剂混合物的浓度的二维分布或三维分布，对应于以距表面上限定的块的距离为函数的二维面积或三维体积。本技术具体公开了一种方法和一种相关的半导体产品，其中可以精确地控制掺杂剂浓度深度分布的特征。
60.在本技术中，术语“前体”(也被称为“反应物”)是指参与化学反应或贡献参与反应的气相物质的一种或多种气体或气相材料。所述化学反应可以发生在气相中，或者发生在气相和衬底表面之间，或者发生在气相和衬底表面上的一些物质之间。
61.在本技术中，术语“衬底表面”是指与衬底的本体具有相同组成的表面，也指一层或多层的任何表面或一层或多层膜的表面，或天然生长或例如用本发明的方法步骤有意沉积在衬底表面上的化学吸附物质。衬底表面可以是平面的或者具有更复杂的三维形状，例如包括纳米或微米结构。
62.在本技术中，术语“前体”是指参与化学反应或贡献参与反应的气相物质并包括掺杂剂物质的一种或多种气体或气相材料。所述化学反应可以发生在气相中，或者发生在气相和衬底表面之间，或者发生在气相和衬底表面上的一些物质之间。“掺杂剂前体”可以包括磷前体、砷前体、硼前体或锑前体。
63.在本技术中，“原子层沉积法”或“ald法”或“ald”是指这样一种沉积方法，其中至
少第一前体和第二前体以交替的方式连续供应到反应室，使得所述衬底的表面连续经受至少第一前体和第二前体的反应。在本技术的上下文中，ald方法包括理想的原子层沉积，其中以连续且交替的方式供应的至少第一前体和第二前体在衬底表面上反应，使得表面反应是真自限性的，并且第一前体和第二前体与表面反应，使得在包括至少第一前体和第二前体的顺序供给的一次ald循环期间，最多仅一个单层在表面上生长。因此，在理想的ald中，至少第一前体和第二前体以顺序的、自限制的方式一次一个地与材料或衬底的表面反应。此外，在本技术的上下文中,“原子层沉积法”或“ald法”还包括这样一种沉积方法，其中至少第一前体和第二前体的至少部分反应是根据原子层沉积原理作为表面反应发生的(得到理想的ald生长)，并且至少第一前体和第二前体的部分反应是在衬底表面上方的气相中发生的，并且气相反应的反应产物与衬底表面发生反应(得到循环cvd类型的生长)。因此，在本技术的“原子层沉积”或“ald”的构思中，至少一些沉积物的生长必须通过理想的ald生长机制发生。在ald方法的实际实施中，膜的生长很少完全仅通过理想的ald生长机制发生，相反，生长还有来自衬底表面上方的气相中的反应的贡献。在这种情况下，衬底表面上方的气相反应的反应产物随后与衬底表面反应，也在表面上生长膜或沉积。
64.在本技术中,“衬底”是指具有可以在其上沉积材料的表面的任何材料，通常是固体材料的晶片。重要的是，衬底可以包括诸如单晶硅或玻璃的本体或主体材料，但也可以包括覆盖在主体或本体材料上的一个或多个沉积层或化学吸附物质。此外，衬底可以包括半导体和光刻技术的各种典型特征，例如诸如通孔和沟槽的3d特征，或者例如导电迹线或电极，其包括例如溅射在衬底上的例如金属或导电氧化物如掺杂铟的锡氧化物。
65.在本技术中，与掺杂剂物质相关的元素的相对浓度可以用原子比或原子百分比(缩写为at.％)来表示，这给出了一种原子相对于原子总数的百分比。在掺杂剂物质是化合物的情况下，当计算原子百分比或原子比时，掺杂剂物质化合物的所有原子以及在掺杂过程中由该化合物引入到主体材料或衬底中的所有原子都要考虑在内。或者，浓度可以用摩尔百分比表示。原子概念的分子当量是摩尔分数或摩尔百分比(其是用分母100表示的摩尔分数)。摩尔分数(xi)定义为混合物或化合物中第i种成分的量(以摩尔表示)ni除以所有成分(数量为n)的总量(也以摩尔表示)n
tot
的单位。以下关系成立：xi＝ni/n
tot
和
[0066][0067]
表示掺杂剂浓度的另一种方案是表示本体、主体或衬底材料的某一单位体积中掺杂剂原子的数量。典型的体积是1cm3，例如，掺杂剂物质在本体中的浓度可以是例如3.5
×
10
15
/cm3。
[0068]
在本技术中,“气相沉积”是指出于生长沉积物或膜的目的而将致使沉积中的材料生长的化学物质或前体以气相(vapor phase)或气态相(gaseous phase)提供给沉积中的一个或多个表面的任何一种涂覆方法。
[0069]
在本技术中，“稳定氧化物”是在正常温度和压力下不与正常环境反应的氧化物。“稳定氧化物”可以包括硅氧化物、铪氧化物或铝氧化物。
[0070]
在本技术中,“稳定氧化物的前体”是可以在一种或多种包含稳定氧化物的材料的气相沉积中用作前体或反应物的前体。稳定氧化物的前体可以包括硅前体、铪前体或铝前体。
[0071]
在本技术中,“硅前体”是指在一种或多种包含硅的材料的气相沉积中可用作前体或反应物的任何化学物质。硅前体可以包括以下化学物质：纯硅烷、硅烷化合物或甲硅烷基胺化合物。
[0072]
纯硅烷可以包括甲硅烷(sih4)、乙硅烷(si2h6)或具有多于一个si原子的硅烷环，用以下通式定义：
[0073]
si
xhy
。
[0074]
硅烷化合物可以包括用以下通式定义的化学物质：
[0075]rx-si-h
4-x
，
[0076]
其中x可以是0至4的范围，且r可以是例如烷基、烷基胺、醇盐、卤化物(f、cl、br、i)或氰酸盐。关于硅烷，r可以是杂配的(heteroleptically)。
[0077]
甲硅烷基胺化合物包括以下通式结构：
[0078]h3-y-n-(r
x-si-h
3-x
)y，
[0079]
其中x可以是0至3的范围，且y可以是1至3的范围。同样，关于甲硅烷基胺化合物，r可以是烷基、烷基胺、醇盐、卤化物(f、cl、br、i)或氰酸盐。关于甲硅烷基胺，r可以杂配的。甲硅烷基胺化合物的实例是三甲硅烷基胺(tsa)和六甲基二硅氮烷。换句话说，硅前体可以包括三甲硅烷基胺(tsa)或六甲基二硅氮烷。硅前体还可以包括bdeas(也被称为双(二乙基氨基)硅烷)、teos(也被称为原硅酸四乙酯)、tdmas(三(二甲基氨基)硅烷、dipas(也被称为二(异丙基氨基)硅烷)、或btbas(也称为双(叔丁基氨基)硅烷)、或sih2cl2。
[0080]
在本技术中，“磷前体”是指可以在一种或多种包含磷的材料的气相沉积中用作前体或反应物的任何化学物质。“磷前体”可以包括具有以下通式结构的膦化合物：
[0081]rx-ph
3-x
，
[0082]
其中x可以是0至3的范围。磷前体也可以包含具有以下通式结构的磷酸盐化合物：
[0083]rx-ph
3-x
o，其中x可以是0至3的范围。
[0084]
磷前体可以包括磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三异丙酯、或三(二甲基氨基)膦。关于上述所有磷前体，r可以是烷基、卤化物、烷基胺、醇盐或其任意组合。关于磷前体，r可以是杂配的。
[0085]
在本技术中，“砷前体”是指可以在一种或多种包含砷的材料的气相沉积中用作前体或反应物的任何化学物质。“砷前体”可以包括砷化合物，该砷化合物包括具有以下通式结构的化合物：
[0086]rx-ash
3-x
，
[0087]
其中x可以是0至3的范围。关于砷前体，r可以是烷基、卤化物、烷基胺、醇盐、烷基甲硅烷基或其组合。关于砷前体，r也可以是杂配的。砷氢化合物的实例是ash3、as(nme2)3或as(siet3)3。换句话说，砷前体可以包括ash3、as(nme2)3或as(siet3)3。砷氢化合物也可以包含砷烷。砷前体也可以包含元素砷。
[0088]
在本技术中，“硼前体”是指在一种或多种包含硼的材料的气相沉积中可用作前体或反应物的任何化学物质。硼前体可以包含具有以下通式的硼烷化合物：
[0089]rx-bh
3-x
，
[0090]
其中x可以是0至3的范围。
[0091]
硼前体可以包括二聚硼化合物。二聚硼化合物可以包含b2h6或b2f4。
[0092]
硼前体可以包括具有以下通式的硼酸盐化合物：
[0093]rx-bh
3-x
o，
[0094]
其中x可以是0至3的范围。关于硼前体及其通式，r可以是烷基、卤化物、烷基胺、醇盐或其组合。关于硼前体，r可以是杂配的。硼前体可以包括bbr3、硼酸三甲酯、硼酸三异丙酯或三(二甲基氨基)硼烷。
[0095]
在本技术中，“锑前体”是指可以在一种或多种包含锑的材料的气相沉积中用作前体或反应物的任何化学物质。锑前体可以包括三苯基锑或三(二甲基氨基)锑。
[0096]
在本技术中，“铝前体”是指可以在一种或多种包含铝的材料的气相沉积中用作前体或反应物的任何化学物质。铝前体可以包括以下化合物：al(ch3)3(三甲基铝)、alcl3(三氯化铝)、al(oipr)3(异丙醇铝)或al(nme2)3(三(二甲基氨基)铝(iii))。
[0097]
在本技术中，“铪前体”指的是可以在一种或多种包含铪的材料的气相沉积中用作前体或反应物的任何化学物质。铪前体可以包括以下化合物：hfcl4、hf(netme)4、hf(nme2)4或hf(cp)(nme2)3。
[0098]
在整个本技术中，在化学式中，“et”表示乙基，“me”表示甲基，以及“cp”表示环戊二烯基。
[0099]
在本技术中，“氧化前体”是指可以在一种或多种包含氧的材料的气相沉积中用作前体或反应物的任何化学物质。具体地，“氧化前体”是指在气相沉积过程如原子层沉积法(ald)中，能够将与氧化前体反应的另一种前体转变成氧化物的化学物质。氧化前体可以包括臭氧(o3)、水(h2o)、氧等离子体(其是包括处于某种离子态的氧的等离子体)、co2(二氧化碳)或h2o2(过氧化氢)或它们的任意组合，在相同的前体供给瞬间(例如在ald的前体脉冲或在cvd的情况下的前体的连续供给中)作为混合物配置到沉积工具中。
[0100]
在本技术中，当第一前体和第二前体通过提及两种前体的组来定义时，所述第一前体和所述第二前体不是相同的前体。类似地，在本技术中，当第三前体和第四前体通过提及两种前体的组来定义时，所述第三前体和所述第四前体不是相同的前体。换句话说，当第一前体选自前体pre1和前体pre2的组，并且第二前体是前体pre1和前体pre2的组中的另一个时，pre1与pre2不是相同的前体。类似地，当第三前体选自前体pre3和前体pre4的组，并且第四前体是前体pre3和前体pre4的组中的另一个时，pre3与pre4不是相同的前体。
附图说明
[0101]
通过具体实施方案参考附图来详细描述本发明，其中：
[0102]
图1示出了现有技术扩散掺杂方法的示意图，
[0103]
图2a和图2b分别示出了与所谓的高纵横比结构相关的现有技术的扩散和离子注入掺杂方法的特征，
[0104]
图3示出了当生长单一材料膜时的原子层沉积方法中的基本的现有技术工艺步骤，
[0105]
图4a示出了当用原子层沉积方法生长两种不同子材料的纳米叠层结构或混合物材料膜的基本的现有技术工艺步骤，
[0106]
图4b示出了基于以下生长混合物材料膜的基本的现有技术工艺步骤：首先沉积第一子材料，然后用原子层沉积方法将第一子材料与第三前体混合，
[0107]
图5示出了根据本发明实施方案的方法步骤的示意图，
[0108]
图6示出了根据本发明另一实施方案的方法步骤的示意图，
[0109]
图7示出了根据本发明又一实施方案的方法步骤的示意图，
[0110]
图8a和图8b示出了根据本发明的中间设备，以及
[0111]
图9示出了用根据本发明实施方案的方法在两个退火温度下获得的掺杂剂物质的浓度。
[0112]
需要强调的是，图1-图8b本质上是示意性的，并且所示结构的尺寸，特别是为了说明清楚，膜厚度的尺寸相对于衬底的尺寸是放大的。
具体实施方式
[0113]
在下面的描述中，相似的标记(例如101b)或数字(例如200)表示相似的元件。此外，还作了以下定义：
[0114]
图1示出了用于掺杂半导体衬底的现有技术方法。在图1中，在步骤100中，提供了半导体衬底10，例如单晶硅衬底。在掺杂剂层沉积步骤101中，诸如化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald)的沉积方法150被用于在衬底10上沉积厚度为几至几十纳米例如1nm至20nm的掺杂剂源层20。掺杂剂源层包括一种或多种掺杂剂物质，因此，在步骤101之后掺杂剂物质的相对浓度210示意性地以阶梯状函数示于图200a，其中先是富足浓度的一种或多种掺杂剂物质，然后是在垂直于表面的深度方向上没有或有非常少量的一种或者多种掺杂剂物质。
[0115]
在退火步骤102中，诸如将衬底10和层20配置为升高的温度的退火方法151被用于将掺杂剂源层20的至少一些原子驱动到衬底10中，浓度分布从阶梯状函数显著地改变为示出掺杂剂物质相对浓度的图200b中的向下倾斜的曲线220，掺杂剂源层20的至少一部分掺杂剂物质并入衬底10中，在步骤102中用渐消的虚线图案22标记。退火步骤102的有利的升高的温度为800℃至1100℃，更优选为850℃至1000℃，最优选为900℃至950℃。
[0116]
图2a示出了的现有技术扩散掺杂到衬底23中的结果的示意图。衬底23包括表面11。所述衬底具有一个或多个三维(3d)特征24，其还延伸到衬底表面的深度方向，垂直于衬底表面。衬底可以包括许多具有不同形状和尺寸的3d结构或3d特征24。3d特征24包括一个或多个壁13和底部12。
[0117]
当在半导体制造工艺中填充合适的材料时，3d特征24可以是例如沟槽，所述沟槽例如使半导体的两个区域彼此隔离和/或绝缘。符号165表示一种或多种掺杂剂物质靠近半导体衬底中的三维结构移动的扩散性质。由于扩散掺杂在所掺杂的结构表面的水平和垂直部分中的各向同性性质，掺杂剂浓度深度分布326a和326b非常相似。换句话说，扩散掺杂可以在衬底的表面11上以及在衬底中的3d特征的壁13和底部12上提供均匀的掺杂，并且在表面11、底部12和壁13处具有基本相同的浓度。
[0118]
图2b示出了现有技术离子注入掺杂结果的示意图。符号166表示掺杂剂物质对衬底的移动或轰击的定向、各向异性性质。与用掺杂浓度分布327b表示的平行于轰击的表面相比，用掺杂浓度分布327a表示的垂直于掺杂剂物质的移动方向的衬底表面接收的掺杂剂物质的剂量要大得多。
[0119]
图3示出了现有技术的气相沉积方法、原子层沉积方法(也被称为ald方法或简称
为ald)的步骤，其中使用两种前体a(也被称为第一前体，#1)和b(也被称为第二前体，#2)在衬底表面上沉积材料的膜或层或至少沉积物的块。在装载步骤301或初始步骤301中，向沉积工具装载一个或多个衬底。这可能意味着，例如，将衬底放置在反应室的一个或多个支架上，然后将其放置到ald沉积工具的真空室中。在抽真空步骤302中，真空室排空环境空气，产生真空或低压条件，其中真空室中的压力为例如1毫巴至10毫巴，例如2毫巴。同时，真空室的温度升高，也提高了反应室和其中衬底的温度。对于沉积，100℃至800℃、更优选200℃至500℃、最优选250℃至400℃的范围的温度是有利的。在ald中，重要的是保持温度范围，使得供应的反应物或前体保持在气相(意味着足够高的温度)，但还不分解(分解表明温度过高)。
[0120]
在第一前体暴露步骤303中，前体a或作为第一前体如tma(三甲基铝)被引入到反应室中，并且同样地被引入到一个或多个衬底的表面上，在那里其化学吸附在表面上。在第一吹扫步骤304中，用相对于生长膜的反应和物质呈惰性的气体例如氮气、氩气或氦气来吹扫反应室。第一吹扫步骤304将过量的前体a的分子或原子从一个或多个衬底的表面上清除，还从供给和调节前体流所需的大多数导管和阀门的表面上清除。在第二前体暴露步骤305中，前体b或第二前体例如水蒸气被引入反应室。前体b化学吸附在已经具有单层前体a的衬底表面上，使得前体a和前体b反应，最终带来表面上膜的生长。例如，在tma和水蒸气的情况下，生长的膜基本上是铝氧化物，al2o3。第二吹扫步骤306将过量的前体b的分子或原子从一个或多个衬底的表面上清除。步骤304和步骤306可以是相同的，例如在相同的持续时间内使用相同的吹扫气体。
[0121]
在膜厚度确定步骤307中，确定沉积在一个或多个表面上的膜在厚度上是否合适或者在其他方面是否准备好。这可以通过设置待执行的沉积循环的数量来预先完成。换句话说，膜厚度确定步骤可以包括计算达到一定膜厚度所需的循环次数ns。一次沉积循环可以包括第一前体暴露步骤303、第一吹扫步骤304、第二前体暴露步骤305和第二吹扫步骤306。膜厚度确定步骤还可以包括对沉积膜的厚度的测量，例如光学测量。如果膜没有准备好，用判定308(没有执行足够的沉积循环)表示，重复步骤303-306以生长更多的膜。另一方面，如果膜准备好了，用判定309表示，该工具可以通气并冷却到可以在后沉积步骤310中从沉积工具中取出反应室和一个或多个衬底的温度。作为通气和冷却的替代，可以改变工艺参数(例如温度)和/或改变前体以在刚沉积的膜上生长另一种类型的膜。在完成步骤311中，沉积完成，其上沉积有膜的衬底可以被进一步处理或检查。
[0122]
除了升高的温度之外，例如用电容或电感等离子体产生装置产生的等离子体也可以被提供到衬底的表面或表面附近，以促进生长膜所需的反应(该步骤未示出)。前体a(第一前体)或前体b(第二前体)也可以包括等离子体。
[0123]
图4a示出了现有技术的原子层沉积方法的示例性工艺，其中使用四种前体：a(也被称为第一前体#1)、b(也被称为第二前体#2)、c(也被称为第三前体#3)和d(也被称为第四前体#4)来沉积混合物材料层或膜。smd1和smd2分别是指第一子材料沉积和第二子材料沉积。smd1和smd2也分别是指第一子材料沉积物和第二子材料沉积物。子材料沉积循环1(步骤403-406)和子材料沉积循环2(步骤413-416)对应于图3中的膜生长循环303-306，但是具有不同的前体a-d和其他不同的工艺参数，如沉积温度、涂覆的物体或衬底暴露于前体a-d的时间、吹扫时间、真空和反应室中的真空压力等。可以重复子材料沉积循环1和子材料沉
积循环2，直到生长出所需厚度的膜或层。该膜是混合物材料膜，并且其中的材料是混合物材料。
[0124]
更详细地，图4a示出了现有技术的气相沉积方法、原子层沉积方法或ald方法的步骤，其中使用了四种前体在衬底表面上沉积材料层或膜或至少沉积物的块：用a(也被称为第一前体)和b(也被称为第二前体)来沉积第一子材料，用c(也称为第三前体)和d(也称为第四前体)来沉积第二子材料。如上所述，可以重复第一和第二子材料沉积，直到获得合适厚度的混合物材料膜。
[0125]
在装载步骤401或初始步骤401中，向沉积工具装载一个或多个衬底。这可能意味着，例如，将衬底放置在反应室的一个或多个支架上，然后将其放置在ald沉积工具的真空室中。在抽真空步骤402中，真空室排空环境空气，产生真空或低压条件，其中真空室中的压力为例如1毫巴至10毫巴，例如2毫巴。同时，真空室温度升高，也提高了反应室和其中衬底的温度。对于沉积，100℃至800℃、更优选200℃至500℃、最优选250℃至400℃的范围的温度是有利的。在ald中，重要的是保持温度范围，使得供应的反应物或前体保持在气相(意味着足够高的温度)，但还不分解(分解表明温度过高)。
[0126]
为了沉积第一子材料(smd1)，在第一前体暴露步骤403中，前体a或第一前体如tma(三甲基铝)被引入到反应室中，并且同样地被引入到一个或多个衬底的表面上，在那里其化学吸附在表面上。在第一吹扫步骤404中，用相对于生长膜的反应和物质呈惰性的气体例如氮气、氩气或氦气来吹扫反应室。第一吹扫步骤404将过量的前体a的分子或原子从一个或多个衬底的表面上清除，还从供给和调节前体流所需的大多数导管和阀门的表面上清除。在第二前体暴露步骤405中，前体b或第二前体例如水蒸气被引入反应室。前体b化学吸附在已经存在有单层前体a的衬底表面上，使得前体a和前体b反应，最终带来表面上膜或膜块的生长。例如，在tma和水蒸气的情况下，沉积的膜基本上是铝氧化物，al2o3。第二吹扫步骤406将过量的前体b的分子或原子从一个或多个衬底的表面上清除。步骤404和步骤406可以是相同的，例如在相同的持续时间内使用相同的吹扫气体。
[0127]
在第一子材料相关的膜厚度确定步骤407中，确定沉积在一个或多个表面上的第一子材料沉积物或膜在厚度上是否合适或者在其他方面是否准备好。这可以通过设置待执行的沉积循环的数量来预先完成。换句话说，第一子材料相关的膜厚度确定步骤可以包括计算达到一定膜厚度所需的循环次数ns1。与第一子材料沉积相关的一次沉积循环包括第一前体暴露步骤403、第一吹扫步骤404、第二前体暴露步骤405和第二吹扫步骤406。膜厚度确定步骤还可以包括对沉积膜的厚度的测量，例如光学测量。如果膜没有准备好，用判定408(没有执行足够的沉积循环)表示，重复步骤403-406以生长更多的第一子材料的沉积物或膜。如果膜准备好了，用判定409确定，则第一子材料427(smd1)的沉积物、片或膜被沉积。因此，第二子材料的沉积可以开始。
[0128]
为了沉积第二子材料(smd2)，在第三前体暴露步骤413中，前体c或第三前体如ticl4(四氯化钛)被引入到反应室中，并且同样地被引入到一个或多个衬底的表面上，在那里其化学吸附在表面上。在第三吹扫步骤414中，用相对于生长膜的反应和物质呈惰性的气体例如氮气、氩气或氦气来吹扫反应室。第三吹扫步骤414将过量的前体c的分子或原子从一个或多个衬底的表面清除，还从供给和调节前体流所需的大多数导管和阀的表面上清除。在第四前体暴露步骤415中，前体d或第四前体例如水蒸气被引入反应室。前体d化学吸
附在已经存在有单层前体c的衬底表面上，使得前体c和前体d反应，最终带来表面上膜或膜块的生长。例如，在ticl4和水蒸气的情况下，生长的膜基本上是二氧化钛，tio2。第四吹扫步骤416将过量的前体d的分子或原子从一个或多个衬底的表面上清除。步骤414和步骤416可以是相同的，例如在相同的持续时间内使用相同的吹扫气体。
[0129]
在第二子材料相关的膜厚度确定步骤417中，确定沉积在一个或多个表面上的第二子材料沉积物或膜在厚度上是否合适或者在其他方面是否准备好。这可以通过设置待执行的沉积循环的数量来预先完成。换句话说，膜厚度确定步骤可以包括计算达到一定膜厚度所需的循环次数ns2。与第二子材料相关的一次沉积循环包括第三前体暴露步骤413、第三吹扫步骤414、第四前体暴露步骤415和第四吹扫步骤416。第二子材料相关的膜厚度确定步骤还可以包括对沉积膜的厚度的测量，例如光学测量。如果膜没有准备好，用判定418(没有执行足够的沉积循环)表示，重复步骤413-416以生长更多的第二子材料的沉积物或膜。如果膜准备好了，则第二子材料437的沉积物、片或膜被沉积。
[0130]
如果第二子材料的膜沉积smd2准备好了，用判定419表示，在步骤420中确定整个膜是否准备好了。可以通过分别计算第一和第二子材料的沉积循环的总数，即ns1+ns2的值，再次进行该确定。或者，可以通过观察例如子材料沉积1和子材料沉积2的光学特性尤其是观察是否沉积得到纳米层压结构来确定smd1和smd2的准备状态。如果膜没有准备好，用判定421(否)表示，则该方法从与第一子材料的沉积相关的步骤403继续。如果膜准备好了，用判定422表示，使工具通气(步骤423)，且混合物材料和相关混合物材料的膜沉积已经准备好了(步骤424)，其上沉积有膜的一个或多个衬底可以被进一步加工或检查。
[0131]
换句话说，子材料沉积1和子材料沉积2可以是子材料1和子材料2的不同膜的沉积物，为此通常需要前体a(第一前体)和前体b(第二前体)(用于子材料1)、或前体c(第三前体)和前体d(第四前体)(用于子材料2)的数次(通常超过10次)ald循环。这产生了所谓的纳米层压膜(nanolaminate)。
[0132]
或者，子材料沉积1或子材料沉积2可以仅包括少量的、最少一次循环的前体a(第一前体)和b(第二前体)，以及最少一次循环的前体c(第三前体)和前体d(第四前体)。在这种情况下，没有明显的子材料膜能够生长，而是该材料形成生长的岛(island)或片，有效地将两个子材料1和2混合在一起以形成交互混合膜的固体层。
[0133]
如上所述，前体a也被称为第一前体，前体b被称为第二前体，前体c被称为第三前体，以及前体d被称为第四前体。
[0134]
图4b示出了现有技术原子层沉积方法的示例性工艺，其中使用三种前体：a(也被称为第一前体#1)、b(也被称为第二前体#2)和c(也被称为第三前体#3)来沉积混合物材料层或膜。smd1是指第一子材料沉积。
[0135]
图4b中的子材料沉积循环1(步骤403-406)和步骤401、步骤402、步骤407、步骤408和步骤409与图4a中的相同。然而，在步骤413b中，衬底的表面例如通过前体c进入沉积工具的反应区域或反应室的一个脉冲暴露于前体c，但是之后不暴露于前体d。如果前体c是掺杂剂前体，则掺杂剂物质被引入到图4b中根据步骤403-408生长的层或膜，并随后变成与第一子材料沉积物smd1，427交互混合。在第三吹扫步骤414b中，可以从衬底表面清除过量的前体c。或者，可以省略第三吹扫步骤414b，并因此没有第三吹扫步骤414b。
[0136]
图4b中的步骤420-424也与图4a中的相同。因此，生长交互混合的混合物材料膜，
并且该交互混合的混合物材料是混合物材料。
[0137]
交互混合的混合物材料可以指根据图4a生长成不同的材料层或膜的至少两种不同材料的片或岛，或者根据图4b所示的步骤生长的交互混合膜。在本技术中，纳米层压膜、交互混合膜以及包含纳米层压膜和交互混合膜的膜通常被称为混合物材料，并且混合物材料的层被称为混合物材料层。当混合物材料包括掺杂剂物质时，混合物材料层被称为混合物材料源层(源是在根据本发明或其实施方案的一个或多个退火步骤中扩散到周围层的掺杂剂的源)。因此，概括地说，在本技术中，通过在混合物材料的气相沉积工艺(如cvd或ald)中使用至少三种不同的前体来配置混合物材料，例如，用第一前体和第二前体生长膜，然后将第三前体配置到沉积工艺以配置混合物材料并改变生长的膜的特性。
[0138]
图5示出了本发明的一个方面，一种用于掺杂半导体的方法。所述方法包括将包括表面的半导体衬底放置到沉积工具中的初始步骤。所述方法包括按以下顺序的以下步骤：
[0139]
a)在隔离层沉积步骤110中，将隔离层30沉积在衬底的表面11上，其中隔离层30沉积在衬底10的表面11上，
[0140]
b)在混合物材料源层沉积步骤111中，沉积混合物材料源层31，其中包括混合物材料的混合物材料源层31沉积在所述隔离层30上，所述混合物材料源层的所述混合物材料包括掺杂剂物质，以及
[0141]
c)在退火步骤113中，将衬底10、隔离层30和混合物材料源层31退火，其中所述衬底10、隔离层30和混合物材料源层31被加热到升高的温度，以配置掺杂剂物质从混合物材料源层31扩散到衬底10和隔离层30、36。
[0142]
在根据图5中的本发明的实施方案的方法中，提供半导体的初始步骤110’可以包括将一个或多个半导体衬底放置到诸如ald工具或cvd工具的沉积工具中。
[0143]
在隔离层沉积步骤110中，通过沉积处理160将隔离层30沉积在衬底10的表面11上。隔离层沉积步骤110可以例如根据化学气相沉积(cvd)的原理来沉积，或者具体地，隔离层沉积步骤110可以用原子层沉积方法来沉积，参考图3、图4a和图4b详细讨论了该方法和步骤。
[0144]
当使用原子层沉积方法作为隔离层沉积步骤110的沉积方法时，隔离层沉积步骤110可以用包含稳定氧化物的前体的第一前体和包含氧化前体的第二前体来进行沉积。具体地，当使用原子层沉积方法作为隔离层沉积步骤110的沉积方法时，隔离层沉积步骤110可以用包含硅前体的第一前体和包含氧化前体的第二前体来进行沉积。结合上图3来定义第一前体(前体a)和第二前体(前体b)。
[0145]
当使用原子层沉积方法作为隔离层沉积步骤110的沉积方法时，隔离层沉积步骤110也可以用选自稳定氧化物的前体和氧化前体的组的第一前体和来自稳定氧化物前体和氧化前体的组中另一个的第二前体来进行沉积。隔离层沉积步骤110的原子层沉积也可以用选自硅前体和氧化前体的组的第一前体和来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体来进行沉积。结合上图3来定义第一前体(前体a)和第二前体(前体b)。
[0146]
隔离层沉积步骤110的原子层沉积方法可以配置用于沉积厚度为0.5nm至15nm、1nm至5nm或2nm至3nm的隔离层30。
[0147]
混合物材料源层沉积步骤111也可以用原子层沉积方法来进行沉积。混合物材料源层沉积步骤111也可以用其它薄膜沉积方法如cvd或溅射或其它沉积处理161来进行沉
积。混合物材料源层包括混合物材料。
[0148]
仍然参照图5，在一个实施方案中，混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积可以配置用于使用以下前体来沉积混合物材料：包括稳定氧化物的前体的第一前体，配置用于沉积第一子材料；包括氧化前体的第二前体，配置用于沉积第一子材料；包括掺杂剂前体的第三前体，配置用于沉积第二子材料；以及包括氧化前体的第四前体，配置用于沉积第二子材料。图4a中定义了ald工艺的流程，其中将前体a作为第一前体，前体b作为第二前体，前体c作为第三前体，前体d作为第四前体。
[0149]
更具体地，在一个实施方案中，配置用于沉积混合物材料的混合物材料源层沉积步骤111的原子层沉积可以使用以下来进行沉积：包括硅前体的第一前体，配置用于沉积第一子材料；和包括氧化前体的第二前体，配置用于沉积第一子材料；包括掺杂剂前体的第三前体，配置用于沉积第二子材料；和包括氧化前体的第四前体，配置用于沉积第二子材料。同样，在图4a中定义了ald工艺的流程，其中将前体a作为第一前体，前体b作为第二前体，前体c作为第三前体，前体d作为第四前体。
[0150]
更具体地，在一个实施方案中，配置用于沉积混合物材料的混合物材料源层沉积步骤111的原子层沉积使用以下来进行沉积：选自稳定氧化物的前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料427；来自稳定氧化物的前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积第一子材料427；以及选自掺杂剂前体和氧化前体的组的第三前体，配置用于沉积第二子材料437；和来自掺杂剂前体和氧化前体的组中另一个的第四前体，配置用于沉积第二子材料437。同样，在图4a中定义了ald工艺的流程，其中将前体a作为第一前体，前体b作为第二前体，前体c作为第三前体，前体d作为第四前体。
[0151]
在另一实施方案中，配置用于沉积混合物材料的混合物材料源层沉积步骤111的原子层沉积使用以下来进行沉积：选自硅前体和氧化前体的第一前体，配置用于沉积第一子材料427；来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积第一子材料427；以及选自掺杂剂前体和氧化前体的组的第三前体，配置用于沉积第二子材料437；来自来掺杂剂前体和氧化前体的组中另一个的第四前体，配置用于沉积第二子材料437。同样，在图4a中定义了ald工艺的流程，其中将前体a作为第一前体，前体b作为第二前体，前体c作为第三前体，前体d作为第四前体。
[0152]
在另一实施方案中，混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积可以配置用于使用以下来沉积混合物材料：包括稳定氧化物的前体的第一前体，配置用于沉积第一子材料427；和包括氧化前体的第二前体，配置用于沉积第一子材料427；以及包括掺杂剂前体的第三前体，配置用于将掺杂剂引入第一子材料427，以从第一子材料配置混合物材料源层31的混合物材料。与该实施方案相关的ald方法的步骤在上图4b中示出。
[0153]
在另一实施方案中，混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积可以配置用于使用以下来沉积混合物材料：包括硅前体的第一前体，配置用于沉积第一子材料427；和包括氧化前体的第二前体，配置用于沉积第一子材料427；以及包括掺杂剂前体的第三前体，配置用于将掺杂剂引入第一子材料427，以从第一子材料427配置混合物材料源层31的混合物材料。与该实施方案相关的ald方法的步骤也在上图4b中示出。
[0154]
在另一实施方案中，混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积可以配置用于使用以下来沉积混合物材料：选自稳定氧化物的前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积
第一子材料427；来自稳定氧化物的前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积第一子材料427；以及作为掺杂剂前体的第三前体，配置用于将掺杂剂引入第一子材料427，以从第一子材料427配置混合物材料源层31的混合物材料。
[0155]
在又一实施方案中，混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积可以配置用于使用以下来沉积混合物材料：选自硅前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料427；来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积第一子材料427；以及作为掺杂剂前体的第三前体，配置用于将掺杂剂引入第一子材料427，以从第一子材料427配置混合物材料源层31的混合物材料。
[0156]
在一个实施方案中，混合物材料源层沉积步骤111的原子层沉积方法可以配置用于沉积厚度为0.1nm至5nm，更优选0.2nm至2nm，或者最优选0.4nm至1.0nm的混合物材料源层31。
[0157]
在一个实施方案中，混合物材料源层沉积步骤的原子层沉积方法可以配置用于沉积包括混合物材料的混合物材料源层。同样，参照图4a或图4b，在上文中对用于沉积混合物材料的配置进行了详细说明。可以配置混合物材料源层的沉积以包括含有掺杂剂物质的前体。在沉积的混合物材料源层中的掺杂剂物质的原子比配置为0.001at.％至10at.％；或者更优选为0.01at.％至1at.％；或最优选为0.05at.％至0.5at.％。值得注意的是，在掺杂剂已经从混合物材料源层31扩散之后，衬底中掺杂剂物质的最终浓度仍然显著低于在混合物材料源层所示的0.001at.％的最低起始浓度值。
[0158]
仍然参照图5，在一个实施方案中，合适的步骤c)退火步骤113的升高的温度为800℃至1100℃，更优选为850℃至1000℃，最优选为900℃至950℃。升高的温度的目的是提供掺杂剂物质从混合物材料源层31扩散到衬底10和隔离层30。
[0159]
作为涉及图5所阐明的方法的结果，混合物材料源层31充当一种或多种掺杂剂物质的源，在退火步骤113期间和之后，它至少部分耗尽并变成耗尽的混合物材料源层35。同样地，当隔离层30接收到混合物材料源层31的至少部分掺杂剂物质时，它变成掺杂的隔离层36。衬底10现在也掺杂有由混合物材料源层31提供的一种或多种掺杂剂物质。换句话说，在退火步骤113中，用温度处理163对衬底10和层30-31的结构进行退火，使得一种或多种掺杂剂物质扩散到隔离层30。只有小部分沉积可以到达衬底10的区域，现在是掺杂的衬底10b，如低掺杂剂物质密度或掺杂剂物质浓度区域37所示。这由图223所示，图223是图223中用标记223a示出的掺杂剂物质浓度c(d)深度d分布的另一个示意图。这与图221形成对比，图221示出了在混合物材料源层31中的作为阶梯函数的非常高的掺杂剂物质浓度，而在其它层或衬底中基本上没有掺杂剂物质。
[0160]
因为有两个不同的层与掺杂剂物质的受控扩散释放相关，所以隔离层30和混合物材料源层31统称为双层掺杂剂源层堆叠41。
[0161]
在图5中，次序250a还示出了流程图中的步骤，强调了在根据本发明的方法中，该方法的步骤是以特定的顺序执行的：初始步骤110’、隔离层沉积步骤110、混合物材料源层沉积步骤111和退火步骤113。因此，在次序250a中，顺序是从左到右，顺序也由箭头指示。
[0162]
转到图6，在一个实施方案中，该方法包括在混合物材料源层沉积步骤111之后且在退火步骤113之前的扩散消耗层沉积步骤112，其中扩散消耗层32沉积在混合物材料源层31上。
[0163]
在一个实施方案中，该方法包括在混合物材料源层沉积步骤111之后且在退火步骤之前的扩散消耗层沉积步骤112，其中扩散消耗层32沉积在混合物材料源层31上。在这种情况下，自然地，在退火步骤113中，所有沉积层和衬底都被退火。也就是说，将衬底10、隔离层30、混合物材料源层31和扩散消耗层32退火并加热到升高的温度，以配置掺杂剂物质从混合物材料源层31扩散到衬底10、扩散消耗层32和隔离层30和36。
[0164]
在一个实施方案中，扩散消耗层沉积步骤112可以用原子层沉积方法来进行沉积。
[0165]
在另一实施方案中，扩散消耗层沉积步骤112的原子层沉积使用选自稳定氧化物和氧化前体的组的第一前体和来自稳定氧化物和氧化前体的组中另一个的第二前体来进行沉积。结合上图3来定义第一前体(前体a)和第二前体(前体b)。
[0166]
在又一实施方案中，扩散消耗层沉积步骤112的原子层沉积使用选自硅前体和氧化前体的组的第一前体和来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体来进行沉积。结合上图3来定义第一前体(前体a)和第二前体(前体b)。
[0167]
关于图6，因为有三个不同的层与掺杂剂物质的受控扩散释放相关，所以隔离层30、混合物材料源层31和扩散消耗层32合称为三层掺杂剂源层堆叠40。此外，在图6中，在图224-226中示意性地示出了掺杂剂物质相对于掺杂深度d的浓度深度分布c。如图5所示，混合物材料源层31包含基本上所有的如具有阶梯状函数的图224所示的掺杂剂物质。扩散消耗层沉积步骤112将具有高浓度的一种或多种掺杂剂物质的层移动到相对于该结构的顶层或顶面的该结构的更深处。这用图225表示，图225是扩散消耗层沉积后的掺杂剂物质浓度深度分布的另一示意图。在步骤113中，用温度处理163对层30-32和衬底10的结构进行退火，使得一种或多种掺杂剂物质扩散到扩散消耗层32和隔离层30两处。只有一小部分沉积可以到达衬底10的区域，现在是掺杂的衬底10b。这用图226表示，图226是掺杂剂物质浓度深度分布的另一个示意图。从曲线226a和226b中可以看出，扩散消耗层产生了也远离衬底10的扩散方向，使得更少的掺杂剂物质可用于向衬底10扩散。这是精确控制衬底中掺杂剂物质密度的另外的有利方式。
[0168]
换句话说，扩散消耗层32是有利的，因为它为掺杂剂物质原子的扩散提供了第二方向，使得在衬底10中提供的扩散的定制甚至能够更精确，并且使得控制到达衬底10的非常低浓度的掺杂剂物质更容易。因此，扩散消耗层32充当掺杂剂物质原子的引流件(drain)(或汇入件(sink))，并减少和控制在退火过程中可以向衬底10扩散的掺杂剂物质的净量。
[0169]
退火步骤113的升高的温度也可以为800℃至1100℃，更优选为850℃至1000℃，最优选为900℃至950℃。
[0170]
在一个实施方案中，扩散消耗层沉积步骤112可以用原子层沉积方法来进行沉积。扩散消耗层沉积步骤112的原子层沉积可以用硅前体作为第一前体和氧化前体作为第二前体来沉积。
[0171]
在一个实施方案中，扩散消耗层沉积步骤112的原子层沉积可以配置用于沉积厚度为1nm至10nm、或者更优选2nm至8nm、或最优选3nm至5nm的扩散消耗层。
[0172]
在图6中，次序250b还示出了流程图中的步骤，强调了在根据本发明的实施方案的方法中，该方法的步骤是以特定的顺序执行的：初始步骤110’、隔离层沉积步骤110、混合物材料源层沉积步骤111、扩散消耗层沉积步骤112和退火步骤113。因此，在次序250b中，顺序是从左到右，顺序也由箭头指示。
[0173]
图7示出了根据一个实施方案的方法，其包括图6所示的步骤。此外，图7示出了在该实施方案中，该方法在退火步骤113之后包括蚀刻步骤114，其中将沉积层、隔离层30和混合物材料源层31用蚀刻处理164进行蚀刻，并由此从掺杂的衬底10b去除，仅保留轻掺杂的衬底10b。换句话说，在退火步骤113之后，如步骤d)，该方法包括蚀刻步骤114，在该蚀刻步骤中，对先前方法步骤中沉积的层进行蚀刻并从掺杂的衬底10b上去除。
[0174]
如上所述，在混合物材料源层沉积步骤111之后，掺杂剂物质浓度分布是在深度维度上的阶梯函数，用图227表示。在退火步骤113之后，掺杂剂物质浓度在深度维度上变成倾斜且缓慢降低的函数，如图228和分布228a的c(d)相对深度d所示。
[0175]
蚀刻步骤114可以包括干法蚀刻步骤(也被称为等离子体蚀刻步骤)或湿法蚀刻步骤。
[0176]
在干法蚀刻中，电磁能量(通常是射频能量)被施加到包含化学活性元素如氟或氯的气体上。等离子体释放正电荷离子，轰击衬底或晶片。因此，材料被去除。
[0177]
对于包含二氧化硅的层，缓冲氧化物蚀刻(boe)(也被称为缓冲hf(氢氟酸)或bhf)通常被用于湿法蚀刻步骤，尤其是当对包含二氧化硅(sio2)或氮化硅(si3n4)的层进行蚀刻时。缓冲氧化物蚀刻是缓冲剂如氟化铵(nh4f)和氢氟酸(hf)的混合物。
[0178]
在图7中，标记38指向被蚀刻掉的层，而标记37示出了单调递减的低掺杂剂物质密度或掺杂剂物质浓度。如图229所示，实现了一种或多种掺杂剂物质的非常低的浓度。
[0179]
理想地，用于隔离层沉积步骤、混合物材料源层沉积步骤和扩散消耗层沉积步骤的沉积步骤是在同一沉积工具中进行的一次沉积运行，所述沉积运行使用用于隔离层、混合物材料源层和潜在的扩散消耗层的合适的工艺参数和前体来运行。原子层沉积方法特别适合于此目的，因为可以针对层30-32中的每一层的沉积来调整前体和工艺温度。具体地，有利的是，诸如ald涂覆工具的沉积工具不需要被抽真空和加热以分别沉积层30-32中的每一层，而是可以使用相同的处理室(反应室和真空室)，并且各个层的沉积步骤可以直接彼此跟随。换句话说，隔离层沉积步骤、混合物材料源层沉积步骤和扩散消耗层沉积步骤可以彼此直接跟随，而不破坏真空或通气或冷却涂覆工具例如ald工具。换句话说，混合物材料源层沉积步骤可以直接跟在隔离层沉积步骤之后，扩散消耗层沉积步骤可以直接跟在混合物材料源层沉积步骤之后。这节省了沉积双层掺杂剂源层堆叠41或三层掺杂剂源层堆叠40的时间和精力。通常，掺杂剂源层堆叠可以包括双层掺杂剂源层堆叠41或三层掺杂剂源层堆叠40。
[0180]
在图7中，次序250c还示出了流程图中的步骤，强调了在根据本发明的实施方案的方法中，该方法的步骤是以特定顺序执行的：初始步骤110’、隔离层沉积步骤110、混合物材料源层沉积步骤111、退火步骤113和蚀刻步骤114。也就是说，在次序250c中，顺序是从左到右的，顺序也由箭头指示。同样，退火步骤113的升高的温度可以为800℃至1100℃，更优选为850℃至1000℃，最优选为900℃至950℃。
[0181]
在根据本发明的实施方案的另一种方法中，该方法的步骤是以特定的顺序进行的：初始步骤110’、隔离层沉积步骤110、混合物材料源层沉积步骤111、扩散消耗层沉积步骤112、退火步骤113和蚀刻步骤114(该次序未在图7中示出)。同样，退火步骤113的升高的温度也可以为800℃至1100℃，更优选为850℃至1000℃，最优选为900℃至950℃。
[0182]
图8a示出了根据本发明的一个方面的中间半导体设备80。“中间”的概念意味着设
备在典型的半导体制造工艺的意义上还没有准备好。在本技术中以及一般而言,“设备”是指这样的一种半导体晶片或其它合适的半导体衬底，其已经经历了许多典型的半导体工艺步骤，并且可能还剩下许多这样的步骤，并且其还没有被拼接、封装和结合成半导体产品如集成电路芯片。
[0183]
中间半导体设备80包括包含表面11的半导体衬底10。中间半导体设备包括掺杂剂源层堆叠，所述掺杂剂源层堆叠包括在衬底10的表面11上的隔离层30和在隔离层30上的混合物材料源层31，所述混合物材料源层31包括含有掺杂剂物质的混合物材料。在混合物材料源层中的掺杂剂物质的原子百分比配置为0.001at.％至10at.％，或者更优选为0.01at.％至1at.％，或最优选为0.05at.％至0.5at.％。
[0184]
掺杂剂源层堆叠41包括两层，在衬底10的表面11上的隔离层30和混合物材料源层31，具体被称为双层掺杂剂源层堆叠。例如，可以利用图5的初始步骤110’、隔离层沉积步骤110和混合物材料源层沉积步骤111的方法步骤来实现中间半导体设备。
[0185]
图8a中的掺杂剂物质的浓度分布230在图230a中形成阶梯状函数，因为中间半导体设备还没有在例如关于图5讨论的退火步骤113中退火。
[0186]
在一个实施方案中，中间半导体设备的掺杂剂物质可以包括硼、磷、锑或砷。硼是用于p型掺杂(受体型)和配置p型掺杂的半导体或半导体部分的有利物质。类似地，磷、锑或砷是用于n型掺杂(供体型)和配置n型掺杂半导体或半导体部分的有利物质。
[0187]
在一个实施方案中，中间半导体设备的隔离层30可以包括二氧化硅(sio2)，并且中间半导体设备的混合物材料源层31可以包括磷氧化物(po
x
)和二氧化硅(sio2)。或者，中间半导体设备的隔离层30可以包括二氧化硅(sio2)，并且中间半导体设备的混合物材料源层31可以包括硼氧化物(bo
x
)和二氧化硅(sio2)。或者，中间半导体设备的隔离层30可以包括二氧化硅(sio2)，并且中间半导体设备的混合物材料源层31可以包括砷氧化物(aso
x
)和二氧化硅(sio2)。又或者，中间半导体设备的隔离层30可以包括二氧化硅(sio2)，并且中间半导体设备的混合物材料源层31可以包括锑氧化物(sbo
x
)和二氧化硅(sio2)。
[0188]
在另一实施方案中，中间半导体设备的隔离层30可以包括稳定氧化物，并且中间半导体设备的混合物材料源层31可以包括氧化磷(po
x
)和稳定氧化物。或者，中间半导体设备的隔离层30可以包括稳定氧化物，并且中间半导体设备的混合物材料源层31可以包括氧化硼(bo
x
)和稳定氧化物。或者，中间半导体设备的隔离层30可以包括稳定氧化物，并且中间半导体设备的混合物材料源层31可以包括氧化砷(aso
x
)和稳定氧化物。又或者，中间半导体设备的隔离层30可以包括稳定氧化物，并且中间半导体设备的混合物材料源层31可以包括氧化锑(sbo
x
)和稳定氧化物。
[0189]
转向图8b，如图所示，在一个实施方案中，中间半导体设备81可以包括在混合物材料源层31上的扩散消耗层32。层30-32一起可以被称为三层掺杂剂源层堆叠40。根据图8b的中间半导体设备可以用例如图6的方法步骤110’(初始步骤)、110(隔离层沉积步骤)、111(混合物材料源层沉积步骤)和112(扩散消耗层沉积步骤)来配置。同样，在图8b中，掺杂剂物质的浓度分布231在图231a中形成阶梯状函数，因为中间半导体设备还没有在例如关于图6讨论的退火步骤113中退火。与图8a的层结构相比，由于扩散消耗层32，峰值浓度区域已经向层结构的更深处移动。
[0190]
图9示出了与用现有技术方法获得的掺杂剂物质浓度相比较的根据本发明的方法
获得的掺杂剂物质浓度的测量结果。测量显示了在三层掺杂剂源层堆叠已经被蚀刻掉并从掺杂的衬底上去除之后，样品衬底表面上的掺杂剂物质浓度(单位：1/cm3)。在图9的数据中，样品暴露于925℃、950℃和1000℃三种不同的退火温度中。
[0191]
对于在温度为925℃的退火，结果在图9中用实线示出。在衬底表面，当不存在隔离层时，掺杂剂物质密度在2
×
10
13
/cm3的水平。当隔离层厚度为2nm时，掺杂剂物质密度下降到1.87
×
10
12
/cm3。
[0192]
对于在温度为950℃的退火，结果在图9中用虚线示出。在衬底表面，当不存在隔离层时，掺杂剂物质密度在2.5
×
10
13
/cm3的水平。当隔离层厚度为2nm时，掺杂剂物质密度下降到4.06
×
10
12
/cm3。
[0193]
在1000℃的更高退火温度下，当在退火步骤中存在2nm厚的隔离层时，掺杂剂物质密度在3
×
10
13
/cm3的水平，这是由于在升高的温度中扩散驱使掺杂剂物质向衬底移动。更高的退火温度可以驱使掺杂剂物质进入衬底的更深处，并得到随隔离层厚度而变化的更高但更平坦的掺杂剂物质浓度深度分布。
[0194]
显然，在零厚度隔离层的情况下(即，在没有隔离层的情况下)，保持了2
×
10
13
/cm3或更高的非常高的掺杂浓度。这对于例如sj-mos技术来说不是合适的浓度。对于2nm的隔离层厚度，在表面上可以获得几乎小一个数量级的浓度。对于3nm的隔离层厚度，实现了与2nm的隔离层厚度相比的稍小的浓度。图9清楚地表明，有可能以非常高的精确度来控制衬底中掺杂剂物质的浓度。利用气相沉积方法，尤其是利用ald方法，以几分之一纳米的精度调节薄膜的厚度是非常可行的。因此，利用本发明可以实现对掺杂剂物质密度或浓度的非常精确的控制。实施例：三层掺杂剂源层堆叠的沉积
[0195]
以下实施例显示了根据本发明的实施方案的方法和设备的实际沉积运行的详细步骤。在该实施例中，三层掺杂剂源层堆叠包括：
[0196]
1.sio2隔离层30，
[0197]
2.随后是氧化物的混合物，特别是包含sio2和po
x
的混合物材料源层，用原子层沉积方法沉积以提供混合物材料源层结构31，
[0198]
3.用sio2扩散消耗层32最终完成。
[0199]
在该实施例中，整个层或膜堆叠(隔离层30、混合物材料源层31和扩散消耗层32)通过原子层沉积(ald)方法来制备，并且掺杂剂物质(在这种情况下为元素磷)通过沉积后退火被驱入衬底中。如已经提到的，ald是气相沉积方法的实例，并且基于表面或物体在至少两种气相化学物质(通常被称为前体a，第一前体，和前体b，第二前体)中的交替暴露。所得到的层是由前体a和前体b的反应得到的所述至少两种前体的产物。通常用惰性气体如氮气(n2)、氦气(he)或氩气(ar)将所释放的且不参与材料层生成的所得副产物吹扫出反应空间或反应区域。
[0200]
在当前实施例中，对于混合物材料源层，也部署了前体c(第三前体)和前体d(第四前体)来产生混合物材料源层。
[0201]
样品沉积是在beneq tfs 200ald工具中进行的。该工具以热单晶片模式运行，尽管也可以使用批处理或等离子体配置。反应室由铝制成，并被加热到300℃的温度。
[0202]
样品衬底是直径为200mm(毫米)、厚度为0.7mm的硅(si)晶片，并具有多种沟槽结构。一次处理一个晶片。在各层的ald沉积之前，将晶片暴露于0.5％hf(氢氟酸)中蚀刻一分
钟，用去离子水冲洗，并用惰性氮气(n2)吹扫干燥。在蚀刻后五分钟内，晶片被转移到工具的装载锁中。装载锁被抽真空到类似真空的状态(大约2毫巴)。总之，在整个沉积运行中，反应室保持在约2毫巴的压力下。
[0203]
样品涂覆有夹层状结构，所述夹层状结构包括作为隔离层的底部二氧化硅sio2膜(2nm)、作为混合物材料源层的sio2和po
x
两者的混合物材料膜(总厚度为0.5nm)和作为扩散消耗层的sio2膜(5nm)。换句话说，隔离层包括二氧化硅(sio2)，混合物材料源层包括sio2和po
x
两者并且厚度为0.5nm，以及扩散消耗层包括sio2并且厚度为5nm。
[0204]
所有的膜都是在300℃的温度中以不破坏真空的连续工艺流程沉积。这对于可预测的工业工艺来说是一个明显的优势，使得该工艺不容易被污染，并且增加了工艺产量和可靠性。
[0205]
三层掺杂剂源层堆叠中不同层及其沉积的细节如下：
[0206]
隔离层的沉积：首先，用sam.24(bdeas，双(二乙基氨基硅烷))作为第一前体，并用臭氧(o3)作为第二前体，通过ald法沉积sio2的隔离层30。将si前体通过600μm的孔口从加热到60℃的beneq hs300热源输送到反应器中。第一前体和第二前体的40次ald循环产生的隔离层的厚度约为2nm。
[0207]
二氧化硅的每次循环生长(gpc)约为0.05nm/循环，并相应地调整循环数以产生所需的膜：40
×
0.05nm＝2nm。前体脉冲之后是4s吹扫，清除掉多余的前体。
[0208]
混合物材料源层的沉积：接下来，沉积混合物材料源层31，混合物材料包括交替的po
x
和sio2沉积。使用tmpo(磷酸三甲酯)作为第一前体和h2o作为第二前体来沉积磷氧化物po
x
。po
x
和sio2的循环是交替的，使得在一次po
x
循环之后，接着是一次sio2循环，产生混合物材料。总共进行10次po
x
和10次sio2循环，得到厚度约为0.5nm的混合物材料源层31。tmpo通过装载和释放方法来递送，且水通过打开一圈的波纹管计量阀真空吸取来递送。tmpo和水源保持在室温下。水的脉冲长度为0.15s。tmpo脉冲包括100ms的增强和100ms的脉冲。前体脉冲之后是4s吹扫。源层的每次循环生长略高，并且该层通过9或10次循环来沉积，并且具有不同的混合氧化物比率。对于1∶1的sio2与po
x
比率，脉冲在所有循环中是相同的，即sam.24/吹扫/o3/吹扫/tmpo/吹扫/水/吹扫。
[0209]
扩散消耗层的沉积：最后，用与隔离层相同的前体来沉积扩散消耗层32。通过100次循环获得了5nm的厚度。
[0210]
如上所述制备三层掺杂剂源层堆叠后，将样品从反应室中取出并放入装载锁中。使装载锁通气，在将样品转移到洁净室气氛中的晶片容器之前，冷却样品。一旦处理完所有的晶片，将晶片容器用洁净室胶带密封，并封装在两个嵌套袋中，以使颗粒污染最小化。将样品运送到第三方，在那里进行沉积后退火。退火温度为925℃至1000℃的范围，退火时间通常为30分钟。
[0211]
结果：对于测量，生成了没有隔离层或扩散消耗层的对照样品。用sims(二次离子质谱)进行掺杂测量。在没有隔离层的情况下，掺杂剂物质的浓度(即，元素磷的浓度)对于本目的来说高了约10倍：用根据本发明的方法获得的掺杂剂物质的浓度是1.7
×
10
12
/cm3，而不使用该方法(没有隔离层和扩散消耗层)时，结果是2
×
10
13
/cm3，再次证实了本发明适合于用具有对低掺杂剂物质的浓度的良好控制的扩散掺杂来掺杂半导体。
[0212]
已经参照附图中所示的实施例在上文中描述了本发明。然而，本发明决不限于上
述实施例，而是可以在权利要求的范围内变化。

技术特征：
1.一种用于掺杂半导体的方法，所述方法包括将包括表面(11)的半导体衬底(10)放置到沉积工具中的初始步骤，其特征在于所述方法包括按以下顺序的以下步骤：a)在隔离层沉积步骤(110)中，将隔离层(30)沉积在衬底的表面(11)上，其中所述隔离层(30)沉积在所述衬底(10)的表面(11)上，b)在混合物材料源层沉积步骤(111)中，沉积混合物材料源层(31)，其中包括混合物材料的所述混合物材料源层(31)沉积在所述隔离层(30)上，所述混合物材料源层的所述混合物材料包括掺杂剂物质，以及c)在退火步骤(113)中，将所述衬底(10)、所述隔离层(30)和所述混合物材料源层(31)退火，其中所述衬底(10)、所述隔离层(30)和所述混合物材料源层(31)被加热到升高的温度，以配置掺杂剂物质从所述混合物材料源层(31)扩散到所述衬底(10)和所述隔离层(30，36)。2.根据权利要求1所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述隔离层沉积步骤(110)是用原子层沉积方法来进行沉积的。3.根据权利要求2所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述隔离层沉积步骤(110)的所述原子层沉积是用以下来进行沉积的：-选自稳定氧化物的前体和氧化前体的组的第一前体，和-来自稳定氧化物的前体和氧化前体的组中另一个的第二前体。4.根据权利要求2所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述隔离层沉积步骤(110)的所述原子层沉积是用以下来进行沉积的：-选自硅前体和氧化前体的组的第一前体，和-来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体。5.根据权利要求2-4中任一项所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述隔离层沉积步骤(110)的所述原子层沉积方法配置用于沉积厚度为以下的所述隔离层(30)：-0.5nm至15nm；或-更优选地，1nm至5nm；或-最优选地，2nm至3nm。6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述混合物材料源层沉积步骤(111)是用原子层沉积方法来进行沉积的。7.根据权利要求6所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于配置用于沉积所述混合物材料的所述混合物材料源层沉积步骤(111)的所述原子层沉积使用以下来进行沉积：-选自稳定氧化物的前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料(427)，-来自稳定氧化物的前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积所述第一子材料(427)，以及-选自掺杂剂前体和氧化前体的组的第三前体，配置用于沉积第二子材料(437)，-来自掺杂剂前体和氧化前体的组中另一个的第四前体，配置用于沉积所述第二子材料(437)。8.根据权利要求6所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于配置用于沉积所述混合物材料的所述混合物材料源层沉积步骤(111)的所述原子层沉积使用以下来进行沉积：
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选自硅前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料(427)，-来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积所述第一子材料(427)，以及-选自掺杂剂前体和氧化前体的组的第三前体，配置用于沉积第二子材料(437)，-来自掺杂剂前体和氧化前体的组中另一个的第四前体，配置用于沉积所述第二子材料(437)。9.根据权利要求6所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于配置用于沉积所述混合物材料的所述混合物材料源层沉积步骤(111)的所述原子层沉积使用以下来进行沉积：-选自稳定氧化物的前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料(427)，-来自稳定氧化物的前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积第一子材料(427)，以及-作为掺杂剂前体的第三前体，配置用于将掺杂剂引入所述第一子材料(427)，以从所述第一子材料(427)配置所述混合物材料源层(31)的所述混合物材料。10.根据权利要求6所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于配置用于沉积所述混合物材料的所述混合物材料源层沉积步骤(111)的所述原子层沉积使用以下来进行沉积：-选自硅前体和氧化前体的组的第一前体，配置用于沉积第一子材料(427)，-来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体，配置用于沉积所述第一子材料(427)，以及-作为掺杂剂前体的第三前体，配置用于将掺杂剂引入所述第一子材料(427)，以从所述第一子材料(427)配置所述混合物材料源层(31)的所述混合物材料。11.根据权利要求6-10中任一项所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述混合物材料源层沉积步骤(111)的原子层沉积配置用于沉积厚度为以下的所述混合物材料源层(31)：-0.1nm至5nm；或-更优选地，0.2nm至2nm；或-最优选地，0.4nm至1nm。12.根据权利要求6-11中任一项所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于-所述混合物材料源层沉积步骤(111)的所述原子层沉积配置用于沉积包括所述混合物材料的所述混合物材料源层(31)，并且-在沉积的混合物材料源层中的所述掺杂剂物质的原子比配置为：-0.001at.％至10at.％；或-更优选地，0.01at.％至1at.％；或-最优选地，0.05at.％至0.5at.％。13.根据权利要求1-12中任一项所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于-所述方法包括在步骤b)所述混合物材料源层沉积步骤(111)之后且在步骤c)所述退火步骤之前的步骤b2)扩散消耗层沉积步骤(112)，其中扩散消耗层(32)沉积在所述混合物材料源层(31)上；和-在步骤c)所述退火步骤(113)中，将所述衬底(10)、所述隔离层(30)、所述混合物材料
源层(31)和所述扩散消耗层(32)退火并加热到升高的温度，以配置所述掺杂剂物质从所述混合物材料源层(31)扩散到所述衬底(10)、所述扩散消耗层(32)和所述隔离层(30，36)。14.根据权利要求13所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述扩散消耗层沉积步骤(112)是用原子层沉积方法来进行沉积的。15.根据权利要求14所述的用于掺杂半导体方法，其特征在于所述扩散消耗层沉积步骤(112)的所述原子层沉积使用以下来进行沉积：-选自稳定氧化物和氧化前体的组的第一前体，和-来自稳定氧化物和氧化前体的组中另一个的第二前体。16.根据权利要求14所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述扩散消耗层沉积步骤(112)的所述原子层沉积使用以下来进行沉积：-选自硅前体和氧化前体的组的第一前体，和-来自硅前体和氧化前体的组中另一个的第二前体。17.根据权利要求13-16中任一项所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述扩散消耗层沉积步骤(112)配置用于沉积厚度为以下的所述扩散消耗层(32)：-1nm至10nm；或-更优选地，2nm至8nm；或-最优选地，3nm至5nm。18.根据权利要求1-17中任一项所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于所述退火步骤(113)的所述升高的温度是：-800℃至1100℃；或-更优选地，850℃至1000℃；或-最优选地，900℃至950℃。19.根据权利要求1-18中任一项所述的用于掺杂半导体的方法，其特征在于在退火步骤(113)c)之后，所述方法包括作为步骤d)的蚀刻步骤(114)，在该步骤中，将根据权利要求1-18所沉积的层蚀刻掉并从掺杂的衬底(10b)去除。20.一种中间半导体设备(80，81)，其包括包含表面(11)的半导体衬底(10)，其特征在于所述中间半导体设备包括掺杂剂源层堆叠(40，41)，所述掺杂剂源层堆叠包括：a)在衬底(10)的表面(11)上的隔离层(30)，b)在所述隔离层(30)上的混合物材料源层(31)，所述混合物材料源层(31)包括包含掺杂剂物质的混合物材料，并且所述混合物材料源层(31)中的所述掺杂剂物质的原子比配置为：-0.001at.％至10at.％；或-更优选地，0.01at.％至1at.％；或-最优选地，0.05at.％至0.5at.％。21.根据权利要求20所述的中间半导体(80，81)设备，其特征在于所述掺杂剂物质包括硼、磷、锑或砷。22.根据权利要求20所述的中间半导体设备(80，81)，其特征在于所述隔离层(30)包括稳定氧化物，并且所述混合物材料源层(31)包括：-磷氧化物和稳定氧化物；或
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硼氧化物和稳定氧化物；或-砷氧化物和稳定氧化物；或-锑氧化物和稳定氧化物。23.根据权利要求20所述的中间半导体设备(80，81)，其特征在于所述隔离层(30)包括二氧化硅(sio2)，并且所述混合物材料源层(31)包括：-磷氧化物和二氧化硅；或-硼氧化物和二氧化硅；或-砷氧化物和二氧化硅；或-锑氧化物和二氧化硅。24.根据权利要求20-23中任一项所述的中间半导体设备(80，81)，其特征在于所述中间半导体设备包括在所述混合物材料源层(31)上的扩散消耗层(32)。

技术总结
公开了一种用于掺杂半导体的方法。所述方法包括按以下顺序的以下步骤：隔离层沉积步骤(110)，其中隔离层(30)沉积在衬底(10)的表面(11)上；混合物材料源层沉积步骤(111)，其中包括混合物材料的混合物材料源层(31)沉积在隔离层(30)上，混合物材料源层的混合物材料包括掺杂剂物质；以及将衬底(10)、隔离层(30)和混合物材料源层(31)退火以配置掺杂剂物质从混合物材料源层(31)扩散到衬底(10)和隔离层(30，36)。还公开了一种中间半导体设备(80，81)。81)。81)。


技术研发人员：K
受保护的技术使用者：BENEQ有限公司
技术研发日：2021.10.28
技术公布日：2023/8/24