專利名稱：使用十八硼烷自我非晶體化注入物的無缺陷接點形成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所描述的具體實例涉及一種半導(dǎo)體生產(chǎn)方法。更具體地說，本發(fā)明的具體實例涵蓋摻雜半導(dǎo)體基板的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體基板上形成的裝置逐漸變小。隨著裝置逐漸變小， 生產(chǎn)商正不斷地向開發(fā)制造裝置的生產(chǎn)工藝提出挑戰(zhàn)。當(dāng)前，正在部署制造工藝以制造出具有45nm臨界尺寸的裝置。研究者正忙于開發(fā)針對具有20nm或更小臨界尺寸裝置的下一代工藝。在這些極限尺寸中，禁止在基板中注入摻雜劑。在傳統(tǒng)的硼摻雜工藝中，(例如) 用足以穿透晶格到預(yù)定深度的能量將硼原子導(dǎo)向基板，并且隨后使基板退火以分布硼并且使其活化(將硼附接至晶體網(wǎng)狀物)。隨著裝置尺寸逐漸變小，對注入深度的控制變得更加關(guān)鍵。期待下一代裝置具有深度不超過約50個原子層的接點。注入問題由接點深度減小引起。因為離子必須較慢地移動以避免注入得過深，所以在同種電荷離子間的排斥電荷迫使所述離子偏離它們的預(yù)期通路。為了補償這個效果， 在基板表面附近磁性地使快速移動離子減速。盡管如此，離子束減速會導(dǎo)致“能量污染”，這是由在減速期間或在減速之前在快速移動的離子與無法定位之中性粒子之間的電荷交換引起的。快速移動之中性粒子未受束減速器影響并且深深地注入到基板中。小離子也穿過晶格形成溝道。因為晶格具有許多離子無障礙足以通過的空隙，所以更多離子將沿這些“溝道”向下移動，從而產(chǎn)生極大變化的注入深度。為了減小進(jìn)入溝道的趨勢，許多生產(chǎn)商已經(jīng)訴諸于對基板表面“預(yù)非晶體化”以去除形成溝道的任何機會。預(yù)非晶體化也可通過在固體基質(zhì)內(nèi)部開放更多用于離子穿透的空間來提高注入劑量。盡管如此，對基板預(yù)非晶體化需要更多退火以活化摻雜劑，因為晶體結(jié)構(gòu)已被完全擾亂至相當(dāng)深度并且必須修復(fù)。這會引起不必要的摻雜劑擴散和殘留的末段區(qū)(End of Rang;E0R)損害。因此，一直需要更好的方法將摻雜劑注入到具有高摻雜劑劑量和活化性、低薄層電阻和摻雜劑均勻分布的淺接點，。

發(fā)明內(nèi)容
本文所描述的具體實例提供了一種處理一基板的方法，其包含將硼大分子注入到所述基板的一表面中；熔化注入有所述硼大分子的所述基板的所述表面；再固化注入有所述硼大分子的所述基板的所述表面；和使所述基板的所述表面退火。在某些具體實例中， 硼大分子包含具有至少十六個硼原子的硼集合。其他具體實例提供了一種處理一基板的方法，其包含將十八硼烷注入到所述基板的所述表面中；和通過反復(fù)地加熱和冷卻注入?yún)^(qū)使基板注入?yún)^(qū)退火。


因此，可詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式，可參考具體實例獲得上文簡要概述的本發(fā)明的更特定描述，其中某些具體實例圖示于附圖中。然而，應(yīng)注意，附圖僅圖示本發(fā)明的典型具體實例，因此不欲視為本發(fā)明范圍的限制，因為可設(shè)計其它同等有效的具體實例。圖IA為根據(jù)一個具體實例的設(shè)備的示意剖視圖；圖IB為圖IA的設(shè)備的透視圖；圖2為概述根據(jù)一個具體實例的方法的流程圖；圖3為概述根據(jù)另一具體實例的方法的流程圖；圖4為可用于實施本文所描述的具體實例的退火系統(tǒng)的示意圖；圖5為基板的俯視圖的示意圖，該基板含有配置呈一列陣的四十個正方形骰塊; 和圖6為概述根據(jù)另一具體實例的方法的流程圖。為了幫助理解，在可能的情況下使用相同元件符號代表圖式中普通的相同元件。 設(shè)想在于，可將一個具體實例中所公開的元件有益地用于未特定詳述的其它具體實例。
具體實施例方式本文所描述的具體實例一般提供用硼來摻雜半導(dǎo)體基板的方法。向注入腔室提供基板。向腔室提供含硼大分子的氣體混合物。硼大分子經(jīng)電離并且用所選擇的能量將其朝所述基板加速，所選擇的能量可實現(xiàn)硼大分子對基板表面的較淺注入。硼大分子穿透基板表面并且使基板表面非晶體化，并且分裂成為原子或小集合。隨后使用退火工藝來活化硼摻雜劑。圖IA描述了等離子體反應(yīng)器100，其可用于實施根據(jù)本發(fā)明的一個具體實例的離子注入、氧化物層形成和覆蓋層形成。可適于實施本發(fā)明的一個適當(dāng)反應(yīng)器為P3i 反應(yīng)器，P3i 反應(yīng)器可購自 Applied Materials, Inc.，Santa Clara, California。在美國專利申請第11/608，357號中描述了可適于實施本發(fā)明的另一反應(yīng)器。預(yù)期本文所描述的方法可實施于適當(dāng)改良的其他等離子體反應(yīng)器中，包括來自其他生產(chǎn)商的那些等離子體反應(yīng)
器ο等離子體反應(yīng)器100包括腔室主體102，其具有底部124、頂部1 和封閉工藝區(qū) 104的側(cè)壁122。基板支撐組件128由腔室主體102的底部IM支撐，并且適于收納用于處理的基板106。將氣體分布板130耦接至腔室主體102的頂部126，該頂部1 面向基板支撐組件128。在腔室主體102中定義泵送口 132并且將泵132耦接至真空泵134。將真空泵134穿過節(jié)流閥136耦接至泵送口 132。將氣源152耦接至氣體分布板130以供給氣態(tài)前體化合物用于在基板106上執(zhí)行的工藝。圖IA中描述的反應(yīng)器100進(jìn)一步包括在圖IB的透視圖中最佳圖示的等離子源 190。等離子體源190包括一對固定于腔室主體102的頂部1 之外的分離外部凹形導(dǎo)管 140,140'，分離外部凹形導(dǎo)管140、140'彼此橫向安裝(或彼此垂直安裝，如圖IB所示的示范性具體實例所示)。第一外部導(dǎo)管140具有第一端140a，第一端140a穿過形成于頂部126中的開孔198耦接至腔室主體102中工藝區(qū)104的第一側(cè)面。第二端140b具有開孔196，第二端140b耦接至工藝區(qū)104的第二側(cè)面中。第二外部凹形導(dǎo)管140b具有第一端140a'和第二端140b'，其中具有開孔194的第一端140a'藕接至工藝區(qū)104的第三側(cè)面中，具有開孔192的第二端140b'進(jìn)入工藝區(qū)104的第四側(cè)面。在一個具體實例中，將第一、第二外部凹形導(dǎo)管140、140'設(shè)置為彼此垂直，進(jìn)而提供各外部凹形導(dǎo)管140、140' 的各兩個末端140a、140a‘、140b、140b'，外部凹形導(dǎo)管140、140‘以約90度間隔圍繞腔室主體102的頂部126的外圍安裝。外部凹形導(dǎo)管140、140'的垂直設(shè)置允許橫跨工藝區(qū) 104均勻地分布等離子體源。設(shè)想在于，第一、第二外部凹形導(dǎo)管140、140'可設(shè)置為用于向工藝區(qū)104中均勻地提供等離子體分布的其他分布?？纱判詽B透的圓環(huán)柱心142、142'環(huán)繞外部凹形導(dǎo)管140、140‘中相應(yīng)一個導(dǎo)管的一部分。導(dǎo)電線圈144、144'穿過各自阻抗匹配電路或元件148、148'耦接至各自射頻 (radio frequency ;RF)等離子體源發(fā)生器146、146'。各外部凹形導(dǎo)管140、140 ‘為分別被隔離環(huán)形圈150、150'中斷之中空導(dǎo)電管，隔離環(huán)形圈150、150'使介于各自外部凹形導(dǎo)管140、140'的兩個末端140a、140b (和140a‘ U04b')之間另外的連續(xù)電通路中斷。 處于基板表面的離子能量由RF等離子體偏壓發(fā)生器巧4控制，RF等離子體偏壓發(fā)生器巧4 穿過阻抗匹配電路或元件156耦接至基板支撐組件128。再參閱圖1A，將包括來自處理氣源152供給的氣態(tài)化合物處理氣穿過架空的氣體分布板130引入工藝區(qū)104。RF等離子體源發(fā)生器146從電源施加器耦接到導(dǎo)管140中所供給的氣體，從而在包括外部凹形導(dǎo)管140和工藝區(qū)104的第一封閉圓環(huán)柱通路中產(chǎn)生循環(huán)等離子體電流。同時，RF等離子體源發(fā)生器146'可從其他電源施加器耦接到第二導(dǎo)管 140中的氣體，從而在橫向于(例如垂直于)第一圓環(huán)柱通路的第二封閉圓環(huán)柱通路中產(chǎn)生循環(huán)等離子體電流。第二圓環(huán)柱通路包括第二外部凹形導(dǎo)管140'和工藝區(qū)104。在各通路中的等離子體電流以各自RF等離子體源發(fā)生器146、146'的頻率振蕩(例如，反方向)， 從而可能彼此相同或有輕微偏差。在一個具體實例中，處理氣源152提供不同的處理氣體，處理氣可用于向基板106 提供注入的離子。操作各等離子體源發(fā)生器146、146'的功率，以便其組合效果將從處理氣源152供給的處理氣有效離解并且在基板106表面處生成所要離子通量。將RF等離子體偏壓發(fā)生器154的功率控制于所選電平，從處理氣中離解的離子能量可在該功率電平下朝基板表面加速并且在具有所要離子濃度的基板106頂表面之下的所要深度處注入。例如， 使用相對低的RF功率(諸如，小于約50eV)，則可獲得相對低的等離子體離子能量。向其中安裝有基板的腔室提供包含硼大分子的氣體混合物。還可使用可購自 Santa Clara，California 的 Applied Materials, Inc.的 QUANTUM X Plus 注入器或來自
其他生產(chǎn)商的等同裝置來實施本發(fā)明的具體實例，。硼大分子可包含穩(wěn)定硼大分子的任何混合物，該混合物包括但不局限于氫化硼B(yǎng)xHy，其中χ介于約6與約20之間，并且y介于約 12與約M之間。在許多具體實例中，用于注入的硼集合或大分子將各自具有至少16個硼原子。某些示范性氫化硼大分子包括十八硼烷(B18H22)、十硼烷(BltlH14)、六硼烷(B6Hltl)、八硼烷(B8H12)和十六硼烷(B16H2tl)。優(yōu)選十八硼燒，因為其可在處理條件下電離而不分解。十八硼烷還可以極低的能量將較高數(shù)量的硼運送到基板，而沒有上述列舉的困難。因為十八硼烷離子具有高質(zhì)荷比，所以對于離子來說偏離趨勢大幅度減小，從而允許低能量注入而沒有以上所描述的挑戰(zhàn)。在一個具體實例中，通過加熱到升華溫度來蒸發(fā)十八硼烷(B18)?？墒褂每少徸許emEquip,Inc.，North Billerica,Massachusetts 的 Clusterlon 蒸發(fā)器或購自其他生產(chǎn)
商的等同源系統(tǒng)來蒸發(fā)B18。隨后向腔室或裝置中提供B18蒸氣，用于將B18蒸氣注入到基板表面中。在等離子體浸漬型裝置中，向在氣體分布設(shè)備內(nèi)部形成的電離區(qū)域提供B18蒸氣。 將RF功率耦合到電離區(qū)域以電離B18。通常，載氣流將確立于約l，000sCCm與約5，000sCCm 之間(諸如，介于約2，OOOsccm與約4，OOOsccm之間)，例如約3，OOOsccm0載氣可能是在處理條件下不反應(yīng)的任何氣體，諸如，氦氣或氬氣。將RF功率耦合到氣流中，并且隨后向腔室提供Bw蒸氣脈沖以在氣體分布設(shè)備中形成氣體混合物?？梢约s500sCCm與約2，OOOsccm 之間的流速，諸如，介于約700sccm與約1，200sccm之間的流速，例如，約1，OOOsccm的流速，提供長約1秒的B18蒸氣脈沖?？蓪⒓s100W與約500W之間的電離RF功率，諸如，介于約 200W與約400W之間的電離RF功率，例如約300W的電離RF功率耦合到電離區(qū)域中。可通過使用電容耦合(例如，使用平行板電極)或通過電感耦合將RF功率耦合到電離區(qū)域中。 在某些具體實例中，將90%以上(諸如，95%以上)的、分子電離，例如99%以上。B18離子流過電離區(qū)域穿過氣體分布設(shè)備進(jìn)入腔室。在某些具體實例中，通過向氣體分布器、基板支撐件或兩者上施加電偏壓，可使Bw離子朝基板表面加速。該偏壓可為直流電(direct current ；DC)偏壓或RF偏壓。某些具體實例不使用電偏壓，而允許^8離子隨氣流漂向基板。在使用電偏壓的具體實例中，可使用IOW至500W功率電平的100V至300V 的DC或均方根RF。在某些具體實例中，提供100W功率的200V的DC。在離子注入器裝置中，Bw蒸氣穿過電離區(qū)域，電場在電離區(qū)域中使Bw分子電離。 磁質(zhì)選擇器產(chǎn)生朝基板集中并且導(dǎo)向基板的B18離子束。一般來說，各硼集合將具有介于約 2keV與約20keV之間的動能，這等同于各硼原子具有介于約0. IkeV與約1. IkeV之間的動能。射束電流可介于約0. ImA與約5. OmA之間以遞送個別硼離子中介于約2mA與約IOOmA 之間的等同離子電流。當(dāng)十八硼烷離子注入時，其擾亂基板表面的晶體結(jié)構(gòu)，從而自我非晶體化。大量離子撞擊基板表面，從而大體上熔化緊鄰撞擊的表面。當(dāng)離子穿入表面時，其形成微小的撞擊坑，從而大體上擾亂晶格。從離子中解吸氫原子并且使其擴散到基板之外，從而使硼集合高速行進(jìn)穿過晶體表面的連續(xù)層。當(dāng)大量集合移動穿過晶體時，硼碎片從主要集合中脫落。這些碎片可能是單個硼原子或是少量硼原子的集合。通過穿過空余空間形成溝道，這些小集合能以低能量更好地穿透晶格，但是因為大集合正在使其直接環(huán)境非晶體化，所以使最小集合的移動橫向轉(zhuǎn)向，從而導(dǎo)致硼原子的橫向散布。發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)涉及熔化基板表面的退火工藝和涉及急速反復(fù)加熱和冷卻的子熔化工藝對于活化硼大分子注入物來說比傳統(tǒng)子熔化退火工藝更有效。雖然不希望受理論束縛，但據(jù)認(rèn)為，Bw集合的注入使基板表面非晶體化的程度大大超過較小粒子的注入使基板表面非晶體化的程度，以便標(biāo)準(zhǔn)化的子熔化退火工藝不會使基板充分再結(jié)晶。另外，在注入之后A8集合不必全部碎成個別硼原子，所以熔化就地協(xié)助完成破碎。在某些具體實例中，由于B18集合使基板表面非晶體化而不產(chǎn)生EOR缺陷的能力，所以可在熔化退火之后使用Bw注入來產(chǎn)生極少或沒有由EOR缺陷所造成的滲漏的超淺接點。圖2概述了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實例的用硼來摻雜基板的方法200。在202處， 將硼大分子注入到基板表面中。含有大量硼的十八硼烷或其他穩(wěn)定大分子，諸如(但不限于)二十硼烷(B2tlH26)、三十硼烷(B3tlHx)和四十硼烷(B4tlHx)可用于某些具體實例。還可使用上述集合或混合物。可使用等離子體浸漬設(shè)備或離子束注入設(shè)備實現(xiàn)注入，以電離硼集合并且將它們導(dǎo)向基板?？蓪C偏壓或RF偏壓施加到基板以調(diào)整注入物能量。在204處，將基板表面的注入部分熔化?？墒褂萌魏畏奖愕哪芰吭磥韺嵤┻m于處理注入有十八硼烷的基板的熔化加熱工藝?？赏ㄟ^導(dǎo)電或通過采用電磁輻射的輻射加熱來加熱基板?？蓪⒒灏惭b于加熱支撐件上，或可用可見輻射、紅外輻射或微波輻射使該基板受到輻照?？墒褂们度胫渭?nèi)部的電阻加熱或通過在用于流動熱流體的支撐件內(nèi)部提供導(dǎo)管熱來加熱支撐件。輻射可以是連貫的或不連貫的，集中的或不集中的，單色的或多色的，或在任何程度上極化或未極化的?？赏ㄟ^一或多個激光器、閃光燈、弧光燈或白熾燈的任何組合來遞送輻射。在某些具體實例中，可立刻處理整個基板，而在其他具體實例中，可連續(xù)地處理基板的部分。在某些具體實例中，可在基板之上涂覆能量吸收膜(諸如，碳膜) 以改善對基板表面的能量施加并且減少加熱基板時硼升華的損失。在某些具體實例中，可用輻射能來加熱基板表面，同時使用冷卻支撐件來冷卻大多數(shù)基板。將注入有十八硼烷的基板的部分加熱到注入部分的熔點溫度或以上。在某些具體實例中，僅熔化了注入表面，而大多數(shù)基板仍為晶體。在一些具體實例中，歸因于伴隨十八硼烷的非晶體化程度，將表面加熱到非晶材料的熔化溫度或以上足矣，該溫度通常小于相應(yīng)的晶體材料溫度。對于其中處理硅基板的具體實例來說，1，200°C或更高溫度可足以熔化表面的非晶體化部分。因為非晶硅在比晶體硅熔化的溫度更低的溫度下熔化，所以非晶體化部分在該溫度下熔化，但是下層晶相不會熔化。為了使熱應(yīng)力所造成的基板損害降至最低，可能有利的是將大多數(shù)基板加熱到中等溫度。在示范性具體實例中，基板支撐件可將基板加熱到500°C或更高溫度，并且輻射能量源可用于將基板的部分加熱到熔化溫度。一般優(yōu)選對熔化區(qū)域極快加熱，以在非晶相結(jié)晶前實現(xiàn)非晶相的熔化。在某些具體實例中，可使用具有諸如介于IOnsec與lOOnsec之間(例如，20nSec)的從幾納秒到約200納秒的脈沖持續(xù)時間的納秒脈沖激光來熔化非晶相。在熔化后，在206處，將基板的熔化部分再結(jié)晶。在許多具體實例中，以促進(jìn)形成包括注入硼原子的晶格的方式執(zhí)行再結(jié)晶。在這種方式下，再結(jié)晶類似于退火工藝。為了促進(jìn)晶體形成，一般優(yōu)選的是，以比通過正常傳導(dǎo)或輻射冷卻而實現(xiàn)的速度更慢的速度冷卻熔化部分。在某些具體實例中，可能有利的是在熔化之后將基板溫度維持在500 V或更高下至多10分鐘，諸如介于約1分鐘與約10分鐘之間(例如，約3分鐘)。在其他具體實例中，可能有用是以不高于約100°C /sec的速度來冷卻基板的注入部分，諸如以介于約1°C / sec與約50°C /sec之間(例如，約10°C /sec)的速度。在其他具體實例中，可將緩慢的冷卻速度與恒溫的周期組合以實現(xiàn)再結(jié)晶。可對本文所描述的待注入基板進(jìn)行預(yù)清洗工藝。溶液可具有約0. 1至約10. 0重量百分?jǐn)?shù)HF的濃度，并且在約20°C至約30°C溫度下使用該溶液。在示范性具體實例中，溶液具有約0. 5重量百分?jǐn)?shù)的HF和約25°C的溫度。在另一示范性具體實例中，溶液具有約 1.0重量百分?jǐn)?shù)的HF和約25°C的溫度?？蓪⒒迤芈队贖F溶液形式并持續(xù)約10秒至約 60秒。通過HF溶液的浸蝕作用來從基板中去除任何不必要的氧化物。在基板短暫曝露于溶液之后，可能是去離子水沖洗步驟和烘烤步驟?？稍诙栊詺夥障?諸如，氮氣、氦或氬)， 在經(jīng)選擇用以從基板表面上揮發(fā)任何剩余易散逸物質(zhì)的溫度下，執(zhí)行烘烤步驟。在一個具體實例中，基板可能曝露于約200°C與約600°C之間的溫度達(dá)約60秒。在用于去除硼的任何殘留高表面濃度的退火工藝之后，可對如本文所描述的注入有硼的基板進(jìn)行解吸工藝。在某些具體實例中，基板曝露于含氫氣體以產(chǎn)生揮發(fā)性氫化物。 在某些具體實例中，含氫氣體可能是等離子體。例如，可使用氫氣或氨氣(有或者沒有等離子體)來將處于基板表面的摻雜劑轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性氫化物。硼可反應(yīng)以形成各種揮發(fā)性氫化硼，諸如硼烷、二硼烷或其他揮發(fā)性硼烷低聚物。在一個示范性具體實例中，基板可在介于約100°C與約300°C之間的溫度下(諸如約200°C )曝露于氫等離子體達(dá)約10秒至約30 秒(諸如約15秒)，以減少摻雜劑的表面濃度?？删偷鼗蜻h(yuǎn)距離產(chǎn)生氫等離子體，并且可能伴隨諸如氬氣或氦氣的不反應(yīng)載氣?？梢约s1，OOOsccm與約2，OOOsccm之間(諸如，約 1, 500sccm)來確立載氣流，并且添加氫氣脈沖?？梢约s10秒至約30秒之間隔(諸如，約 15秒)，供給流速介于約IOOsccm與約500sccm之間(諸如，約300sccm)的氫氣脈沖。在曝露后，氫氣停止，并且載氣吹掃來自腔室的任何剩余揮發(fā)性氫化物。還可使腔室降壓至低壓以去除任何剩余易散逸氫化物。圖3概述了根據(jù)本發(fā)明的另一具體實例的方法300。在302處，將基板安裝于處理腔室。在304處，確立載氣流。載氣可能是任何不反應(yīng)的氣體，諸如氦氣、氬氣或氮氣。在某些具體實例中，載氣流速可能介于約1，OOOsccm與約5，OOOsccm之間，諸如介于約 2，OOOsccm與約4，OOOsccm之間(例如，約3，OOOsccm)。在306處，添加包含硼大分子之前體?？蓪⑴鹎绑w添加到處理腔室外面的載氣流或可將硼前體直接添加到處理腔室中?？梢越橛诩sIOOsccm與約500sccm之間的流速提供硼前體，諸如介于約200sccm與約400sccm 之間(例如，約300sCCm)。一般來說，將在蒸發(fā)溫度或更高溫度下提供硼前體以將硼前體維持在蒸氣狀態(tài)。對于B18來說，可在介于約100°C與約400°C之間的溫度下提供硼前體，諸如在約250°C下。載氣和硼前體流入一或多個在處理腔室附近或在處理腔室內(nèi)部的電離區(qū)域。在 308處，施加電離能以電離硼前體而不分解硼大分子，隨后硼大分子出現(xiàn)并穿過氣體分布器進(jìn)入處理腔室。在某些具體實例中，可通過將電場耦合到電離區(qū)域中來施加電離能。電場可以為靜態(tài)的(諸如DC偏壓)或為變化的(諸如，通過施加RF功率所產(chǎn)生的電場)，并且可通過電容構(gòu)件或電感構(gòu)件將電場耦合到電離區(qū)域中。在一個具體實例中，在處理腔室外面提供電感電離區(qū)域，以及一或多個導(dǎo)管以將氣體從處理腔室載運到電離區(qū)域。通過提供一或多個圍繞電離區(qū)域安裝的圓環(huán)柱心將電場耦合到各電離區(qū)域中。用RF功率來對一或多個圓環(huán)柱心供能，以在電離區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生電場。對于大多數(shù)具體實例來說，可以介于100W 與約500W之間(諸如約300W)的功率電平來提供電離能。在310處，可施加電場使經(jīng)電離的硼大分子朝基板表面加速。該電場可以是靜止場，諸如施加到基板支撐件、氣體分布器或兩者上的DC偏壓，或者可以是變化場，諸如RF驅(qū)動場。施加電場是任選步驟，其用于在電離的硼大分子朝基板表面移動時調(diào)整電離的硼大分子的能量。某些具體實例可允許離子朝表面漂流。如果使用電場，那么其優(yōu)選為弱場，以介于約50W與約500W(諸如約100W)之間的功率電平來施加該弱場。在某些具體實例中， 電離的硼大分子將以約IOOeV與約2，OOOeV之間的動能朝基板表面移動。個別具體實例可以用任何特殊值或介于這兩個值之間的動能范圍來對離子供能。單個具體實例還可使離子具有此范圍內(nèi)能量分布為特征。例如，歸因于熱、壓力或電梯度或波動，經(jīng)電離的硼大分子的第一部分可能比經(jīng)電離的硼大分子的第二部分具有更高動能。在312處，經(jīng)電離的硼大分子撞擊安裝于基板支撐件上的基板，從而注入到基板表面中。當(dāng)大分子撞擊時，其通常載運著充足動能以擾亂基板表面的晶體陣列，從而使表面非晶體化。另外，當(dāng)硼大分子鉆入基板表面時，硼大分子成為碎片。歸因于非晶體化工藝， 碎片通常橫向偏離主要大分子，從而產(chǎn)生相對陡的注入濃度分布。在某些具體實例中，注入后硼的最大濃度可能在表面以下的約5nm與15nm之間，諸如表面以下約lOnm，并且深度可以在約IO19CnT3Cm與約IO21CnT3之間。注入后濃度通常將以2-20nm/deC的速度下降，這取決于注入能量。注入層將通常介于約30nm與約150nm的厚度之間，諸如約50nm厚度。所得注入層由穿過層散布的硼大分子的作用而完全非晶體化，硼大分子具有硼原子或各2至 4個硼原子的小硼集合。在314處，將熱能施加到一或多個注入部分。選擇熱能以將注入?yún)^(qū)域的溫度提高到熔點或以上?？梢匀魏畏奖愕姆绞绞┘訜崮?。例如，可朝注入?yún)^(qū)域投射電磁能或輻射能至熔化該注入?yún)^(qū)域的部分。另外，背景加熱可用于對注入?yún)^(qū)域、含有待熔化注入?yún)^(qū)域的基板的區(qū)域或整個基板進(jìn)行預(yù)加熱。例如，加熱基板支撐件可將傳導(dǎo)性熱能施加到基板以將基板溫度提高到約400°C與約700°C之間，從而維持該溫度，同時通過施加遞增的熱能來熔化個別注入?yún)^(qū)域。可通過激光器、加熱燈、閃光燈等遞送用于熔化注入?yún)^(qū)域的輻射能，并且輻射能可以是脈沖的或連續(xù)不斷的、連貫的或不連貫的、單色的或多色的或是在任何程度上極化或未極化的?？蛇B續(xù)輻照基板的部分，或同時輻照整個基板?？蓪⒆⑷氩糠旨訜岬浇橛诩s1，100°C與約1，400°C之間的溫度，這取決于具體實例。因為非晶體化硅的熔化一般出現(xiàn)在比晶體硅熔化溫度更低的溫度，所以其中基板材料主要是硅的具體實例的特征可以為將注入部分加熱到約1，200°C。選擇熔化溫度以熔化非晶層，而不熔化下層晶體層。一般來說，需要以高速來加熱待熔化部分，以便非晶部分的加熱速度比基板材料趕走熱量的速度更快，并且在非晶部份可再結(jié)晶前熔化。當(dāng)將非晶硅慢慢加熱到接近其熔點時，其經(jīng)歷了固相外延生長，從而轉(zhuǎn)化為具有較高熔點的晶體硅。在非晶部分可再結(jié)晶之前，極急速加熱可熔化非晶部分。在316處，注入表面熔化部分的溫度維持在熔化溫度以上一段時間，以允許剩余硼碎片的完全解離和從最大濃度層中散布出某些硼。使用納秒脈沖激光的大多數(shù)具體實例的特征將是熔化持續(xù)時間為幾十納秒至幾百納秒。盡管如此，在某些具體實例中，熔化持續(xù)時間可能介于幾毫秒與約0. 5秒之間，諸如約10msec。在318處，以受控速度冷卻基板表面加熱部分以使基板表面再結(jié)晶或再固化。一般來說，這個冷卻速度比通過加熱設(shè)備簡單去能量所經(jīng)歷的速度更慢，以允許受控再結(jié)晶。 這個受控再結(jié)晶工藝通過將硼摻雜劑原子移動到晶格位置并且將硼摻雜劑原子凍結(jié)在適當(dāng)位置，有效活化來源于注入硼大分子的硼摻雜劑原子。在某些具體實例中，可向熔化注入?yún)^(qū)域施加熱能，通過調(diào)整熱源的能量-時間分布來控制熔化注入物的冷卻速率。例如，可使用脈沖改造光學(xué)來調(diào)整納秒激光脈沖的分布，或可調(diào)整施加至一或多個閃光燈的放電電壓脈沖的形態(tài)。熱能可能是根據(jù)任何以上所描述方法的電磁能或輻射能。在其他具體實例中， 可將熱能施加至整個基板以將基板溫度維持于中等溫度一段時間來完成再結(jié)晶工藝。例如，可通過將基板溫度維持于約400°C與約700°C之間達(dá)約1分鐘與約10分鐘之間來再結(jié)晶基板。例如，在一個具體實例中，可通過將基板溫度維持于約500°C約60秒來再結(jié)晶基板。受控冷卻工藝使基板表面退火以消除來自基板表面的晶體缺陷、分布摻雜劑并且活化摻雜劑。圖4示意地圖示了可用于實施本發(fā)明的具體實例的退火系統(tǒng)400。退火系統(tǒng)400 包含能量源420，其適于將適量的能量投射到基板410的界定區(qū)域，或退火區(qū)域412，以便優(yōu)選地熔化退火區(qū)域412內(nèi)的某些所要區(qū)域。在一個實例中，如圖400所示，在任何給定時間僅基板410的一個界定區(qū)域(諸如，退火區(qū)域412)曝露于來自能量源420的輻射?；?10相對于能量源420移動，以便基板410上的其他區(qū)域可相繼曝露于能量源420。在本發(fā)明的一個方面中，基板410的數(shù)個區(qū)域相繼曝露于由能量源420所遞送的所要量的能量，以引起基板410所要區(qū)域的優(yōu)選熔化。一般說來，可通過相對于能量源420(例如，使用常規(guī)的X/Y工作臺、精確工作臺) 的輸出來平移基板410及/或相對于基板410來平移能量源420的輸出而使基板410表面上的區(qū)域相繼曝露?？蓪⒒?10定位于熱交換裝置415，熱交換裝置415被設(shè)置為控制基板410的所有溫度。可將熱交換裝置415定位于一或多個常規(guī)電致動器417上(例如，線性發(fā)動機、導(dǎo)螺桿和伺服電動機)，熱交換裝置415可能是被設(shè)置為控制基板410移動和定位的分離精確工作臺(未圖示)的部分?？捎糜谥尾⑶叶ㄎ换?10的常規(guī)精確工作臺和熱交換裝置 415 可購自 Parker Hannifin Corporation, Rohnert Park, California。在一個方面中，使退火區(qū)域412的大小匹配模具413 (例如，在圖4中顯示的40個骰塊)、或半導(dǎo)體裝置的大小(例如，存儲芯片)，在基板410表面上形成退火區(qū)域412。在一個方面中，使退火區(qū)域412的邊界對齊并且使其大小適于定義各模具413邊界的“切割” 或“劃痕”線410A。相繼放置退火區(qū)域412，以便其僅在自然出現(xiàn)于模具413間的未使用空間/邊界中重疊，諸如劃線或切割線路410A;減少區(qū)域中能量重疊的需要，其中裝置形成于基板410 之上；以及從而減少介于重疊退火區(qū)域412之間的工藝結(jié)果中的變化。在一個具體實例中，在執(zhí)行退火工藝之前，使用通常發(fā)現(xiàn)于基板410表面上的對齊標(biāo)記和其他常規(guī)的技術(shù)使基板410與能量源420的輸出對齊，以便退火區(qū)域412可以和模具413充分對齊。能量源420通常適于遞送電磁能以優(yōu)選地熔化基板表面的某些所要區(qū)域。典型的電磁能量源包括但不限于光輻射源(例如，激光)、電子束源、離子束源及/或微波能量源。一般說來，將基板410放置于處理腔室(未圖示)的封閉工藝環(huán)境(未圖示)內(nèi)， 處理腔室含有熱交換裝置415。在處理期間基板410滯留其中的工藝環(huán)境可被排空或含有在處理期間具有低分壓不良?xì)怏w(諸如，氧氣)的惰性氣體。在一個具體實例中，可能理想的是，在熱處理期間通過將圖4中所圖示的基板410 表面放置于熱接觸于熱交換裝置415的基板支撐表面416來控制基板410的溫度。熱交換裝置415通常適于在退火工藝之前或在退火工藝期間加熱及/或冷卻基板410。在此設(shè)置中，熱交換裝置415可用于改進(jìn)基板410退火區(qū)之后處理性質(zhì)，諸如購自Applied Materials Inc.，Santa Clara, California 的常規(guī)基板加熱器。在一個具體實例中，在執(zhí)行退火工藝之前可預(yù)熱基板以便達(dá)到熔化溫度的所需能量降至最低，從而可減少由基板410的急速加熱和冷卻所造成的任何誘導(dǎo)應(yīng)力并且還可能減少基板410再固化區(qū)域中的缺陷密度。在一個方面中，熱交換裝置415含有適于加熱安裝于基板支撐表面416上的基板410的電阻加熱元件415A和溫度控制器415C。溫度控制器415C與控制器421通信。在一個方面中，可能理想的是，將基板預(yù)熱到介于約20°C與約750°C之間的溫度。 在一個具體實例中，其中基板由含硅材料組成，可能理想的是，將基板預(yù)熱到介于約20°C與約500°C之間的溫度。在另一具體實例中，其中基板由含硅材料組成，可能理想的是，將基板預(yù)熱到介于約200°C與約480°C之間的溫度。在另一具體實例中，其中基板由含硅材料組成，可能理想的是，將基板預(yù)熱到介于約250°C與約300°C之間的溫度。在另一具體實例中，可能理想的是，在處理期間冷卻基板以在退火工藝期間減少由添加到基板的能量所造成的任何散布，及/或增加熔化之后的再生長速度以在處理期間增加各區(qū)的非晶體化。在一個設(shè)置中，熱交換裝置415含有適于冷卻安裝于基板支撐表面 416上的基板的一或多個流體溝道415B和低溫冷卻器415D。在一個具體實例中，與控制器 421通信的常規(guī)低溫冷卻器415D適于遞送穿過一或多個流體溝道415B的冷卻流體。在一個方面中，可能理想的是，將基板冷卻到介于約-240°C與約20°C之間的溫度。在脈沖激光退火工藝期間，處理中的基板相對能量源而移動，以便基板的部分相繼曝露于能量源。相對移動可以是步進(jìn)運動。例如，可將基板移動到并且維持于第一位置， 以便基板上的第一區(qū)域與能量源對齊。然后，能量源朝基板上的第一區(qū)域投射所要量的能量。隨后，將基板移動到第二位置，即，移動到具有能量源的第二區(qū)域。當(dāng)能量源將能量投射到基板時，在基板與能量源之間的相對移動暫時停止，以便能量精確并且均勻地投射到所要區(qū)域。然而，此步進(jìn)運動涉及每個步驟中使工藝顯著放慢的加速和減速。圖5示意地圖示了基板410的俯視圖，基板410含有配置呈一列陣的四十個正方形骰塊413。骰塊413通過由劃痕線410A所標(biāo)記的區(qū)域彼此分離。能量投射區(qū)520A指示能量源420(在圖4中圖示)適于在其下遞送能量脈沖的區(qū)域。一般說來，能量投射區(qū)520A 的覆蓋面積可等于或大于各模具413面積，但是小于各模具413面積加環(huán)繞劃痕線410A面積的面積，以便能量投射區(qū)520A中所遞送的能量脈沖完全覆蓋模具413但是不與鄰接骰塊 413重疊。為了在橫跨基板表面鋪展的數(shù)個骰塊413上執(zhí)行退火工藝，基板及/或能量源420 的輸出需要定位并且使其相對于各模具對齊。在一個具體實例中，曲線520B圖示在退火工藝順序期間在基板410模具413與能量源420能量投射區(qū)520A之間的相對移動，如在基板表面上的各模具413上所執(zhí)行的退火工藝的順序期間。在一個具體實例中，可通過沿χ和y 方向平移基板來實現(xiàn)相對移動，以便其遵循曲線520B移動。在另一具體實例中，可通過相對于固定基板410移動能量投射區(qū)520A來實現(xiàn)相對移動。另外，可使用不同于520B的通路視模具特別配置來最優(yōu)化的產(chǎn)量和工藝質(zhì)量。在一個具體實例中，在退火工藝期間，基板410相對于能量投射區(qū)520A而移動，諸如圖5中的曲線520B所圖示。當(dāng)將特別模具413定位并且使其在能量投射區(qū)520A內(nèi)對齊時，能量源420朝基板410投射能量脈沖以便在根據(jù)特別退火工藝方法所界定的持續(xù)時間內(nèi)模具413曝露于一定量的能量。來自能量源420的脈沖能量的持續(xù)時間通常足夠短， 以便介于基板410與能量投射區(qū)520A之間的相對移動不會橫跨各模具413引起任何“污點”(即，不均勻的能量分布)并將不會對基板引起損害?？墒褂蒙婕白⑷?yún)^(qū)的急速反復(fù)加熱和冷卻的子熔化退火工藝來使注入有B18離子的基板退火。圖6為概述根據(jù)另一具體實例的方法600的流程圖。在602處，根據(jù)任何所要具體實例，把硼大分子注入基板表面。在604處，通過曝露于電磁能脈沖使注入部分退火。 電磁能脈沖急速地反復(fù)加熱和冷卻注入部分以使基板退火。在一個具體實例中，電磁能脈沖包含能通量和持續(xù)時間大體上相同的至少約30 個電磁能脈沖。在一個具體實例中，脈沖數(shù)目可以是至少約30個或至少約50個或至少約 100個，諸如介于約30個與約100,000個脈沖之間，或介于約50個與約10，000個脈沖之間，或介于約100個與約1，000個脈沖之間，或介于約200個與約500個脈沖之間。在一個具體實例中，各脈沖能通量介于約0. lj/cm2與約2. OJ/cm2之間，諸如介于約0. 2J/cm2與約 l.OJ/cm2之間(例如約0.25J/cm2)。在一個具體實例中，脈沖包含激光。各脈沖可具有介于約Insec與約10 μ sec之間的持續(xù)時間，諸如介于約IOnsec與約IOOnsec之間(例如約 20nsec)。一般來說，所需脈沖數(shù)目將與各脈沖的積分通量和持續(xù)時間成反比。在基板受能區(qū)域中各電磁能脈沖可實現(xiàn)微退火循環(huán)。將未破碎的硼集合分解，并且使個別硼和硅原子與各脈沖一起移動晶胞尺寸的小部分。占據(jù)晶格位置的硼和硅原子未從用于逐出它們的各脈沖中收納足夠的能量，但是那些占據(jù)晶格位置之間空間的原子逐漸朝未占據(jù)的點陣位置移動。在遞送下一脈沖之前，脈沖之間的入射能通量可下降以允許來自各脈沖的能量穿過晶格散逸。在一個具體實例中，脈沖之間的入射能通量可下降至接近零。在另一具體實例中，入射能通量流下降以允許凈能通量流從退火區(qū)域出來。因此，雖然標(biāo)準(zhǔn)化子熔化技術(shù)需要將摻雜硼的基板曝露于輻射脈沖尖峰達(dá)20 μ sec或更長，但是反復(fù)的短脈沖可在較低的總持續(xù)時間和功率要求下完成退火工藝。各脈沖之間的時間段相對于各脈沖持續(xù)時間可能在約50%與約200%之間，諸如在約100%與約150%之間(例如，約 125% )0在下一脈沖開始之前，低于約100%脈沖持續(xù)時間的靜止周期允許注入?yún)^(qū)的凈能量平衡下降至低于脈沖期間所經(jīng)歷的峰值能量密度的非零水平。在下一脈沖之前，高于約 125%脈沖持續(xù)時間的靜止周期允許凈能量平衡回復(fù)至靜止?fàn)顟B(tài)。在一個實例中，以500eV的硼離子能量將B18離子注入基板至2 X IO15CnT2的劑量。 在具有20nSec激光的30個脈沖以532nm波長總共持續(xù)約1. 4 μ sec遞送0. 234J/cm2后，Rs 為約500 Ω。在持續(xù)約45 μ sec的1000個脈沖后，Rs約為400 Ω。在另一實例中，以類似劑量和離子能量將Bw注入基板。在具有20nSeC激光的300 個脈沖以532nm波長總共持續(xù)約13. 5 μ sec遞送0. 234J/cm2后，在約147 A深度處發(fā)現(xiàn)
IO19CnT3的硼離子濃度，并且在約5A/dec的深度處發(fā)現(xiàn)濃度分布。雖然上述內(nèi)容是針對本發(fā)明的具體實例，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可設(shè)計本發(fā)明的其它和另外具體實例，并且本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求書來決定。
權(quán)利要求
1.一種處理一基板的方法，包含將硼大分子注入到所述基板的表面中； 熔化注入有所述硼大分子的所述基板的所述表面； 再固化注入有所述硼大分子的所述基板的所述表面；和使所述基板的所述表面退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硼大分子包含含有至少十六個硼原子的集合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中熔化注入有硼大分子的所述基板的所述表面包含將熱能導(dǎo)向所述基板表面的部分以將所述基板的溫度增加到所述基板表面的所述熔點或以上的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述熱能包含激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述激光是連續(xù)不斷的波輻射。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述激光為脈沖的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中再固化所述基板的所述表面包含以小于200°C/ sec的速度冷卻所述表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述基板的所述表面退火包含將所述基板表面維持于至少400°C的溫度達(dá)至少1分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硼大分子包含十八硼烷。
10.一種處理基板的方法，包含將十八硼烷注入到所述基板的所述表面中；和通過反復(fù)地加熱和冷卻所述注入?yún)^(qū)使所述基板的注入?yún)^(qū)退火。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中以小于約IkeV的能級注入所述十八硼烷。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中反復(fù)地加熱和冷卻所述注入?yún)^(qū)包含將激光能量導(dǎo)向所述注入?yún)^(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中反復(fù)地加熱和冷卻所述注入?yún)^(qū)包含將所述注入?yún)^(qū)的溫度維持在低于所述注入?yún)^(qū)的熔化溫度的溫度下。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中反復(fù)地加熱和冷卻所述注入?yún)^(qū)包含將所述注入?yún)^(qū)曝露于電磁輻射的脈沖。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中各注入?yún)^(qū)曝露于至少30個脈沖的電磁輻射，并且電磁輻射的各脈沖具有從約Insec到約10 μ sec的持續(xù)時間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法和設(shè)備，其用于將硼集合注入半導(dǎo)體基板。通過等離子體浸漬或離子束注入將十八硼烷注入基板。然后使所述基板表面退火以完全離解和活化所述硼集合?？赏ㄟ^熔化所述注入?yún)^(qū)或通過子熔化退火工藝來進(jìn)行所述退火。
文檔編號H01L21/265GK102165561SQ200980138301
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者A·M·亨特, B·E·亞當(dāng)斯, J·李, S·莫法特, T·莫菲特 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司