包括生成和退火輻射引起晶體缺陷的制造半導(dǎo)體器件方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]照射在單晶半導(dǎo)體襯底上的粒子束生成輻射引起的晶體缺陷。利用非摻雜雜質(zhì)原子(例如氫和/或氧)修飾的輻射引起的晶體缺陷作為摻雜中心可以是有效的。例如，在質(zhì)子注入之后在270和470°C之間的溫度下使硅晶體退火可以形成靜止且穩(wěn)定的與氫相關(guān)的施主。期望擴(kuò)大用于輻射引起的摻雜中心的可能的應(yīng)用范圍并改善用于使用包含非摻雜原子的粒子束形成摻雜區(qū)域的方法的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括在半導(dǎo)體襯底中誘導(dǎo)生成輔助晶體缺陷。然后在高于分解溫度的溫度下對半導(dǎo)體襯底預(yù)退火，在所述分解溫度下輔助晶體缺陷轉(zhuǎn)變成缺陷復(fù)合體。然后主要注入粒子被注入半導(dǎo)體襯底中，其中注入主要注入粒子誘導(dǎo)生成輻射引起的主要晶體缺陷。
[0003]根據(jù)另一實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括具有平行的第一和第二表面的半導(dǎo)體本體。半導(dǎo)體本體包含與氫相關(guān)的施主。垂直于第一表面的與氫相關(guān)的施主的濃度分布曲線在至第一表面第一距離處包括至少1E15 cm_3的最大值，并且在第一表面和該第一距離之間的間隔的至少60%上沒有落在1E14 cm_3以下。
[0004]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了以下詳細(xì)描述以及查看了附圖之后將認(rèn)識到附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0005]附圖被包括用以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解并且被并入該說明書中和構(gòu)成該說明書的一部分。這些圖示出本發(fā)明的實(shí)施例并且與描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。將容易領(lǐng)會本發(fā)明的其它實(shí)施例和預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閰⒖家韵略敿?xì)描述它們將變得更好理解。
[0006]圖1A是用于示出在注入輔助注入粒子之后根據(jù)實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意截面圖。
[0007]圖1B是在對半導(dǎo)體襯底預(yù)退火之后圖1A的所述半導(dǎo)體襯底部分的示意截面圖。
[0008]圖1C是在注入主要注入粒子之后圖1B的所述半導(dǎo)體襯底部分的示意截面圖。
[0009]圖1D是在后退火之后圖1C的所述半導(dǎo)體襯底部分的示意截面圖。
[0010]圖2A是根據(jù)另一實(shí)施例的具有包括與粒子相關(guān)的摻雜劑的注入層的半導(dǎo)體器件的一部分的示意截面圖。
[0011]圖2B是示出圖2A的半導(dǎo)體器件中的與粒子相關(guān)的摻雜劑的垂直濃度分布曲線的示意圖。
[0012]圖3A是示出根據(jù)另一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的簡化流程圖。
[0013]圖3B是示出根據(jù)另一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的包括后退火的另一方法的簡化
流程圖。【具體實(shí)施方式】
[0014]在下面的詳細(xì)描述中，參考附圖，這些附圖構(gòu)成了該詳細(xì)描述的一部分，并且在這些附圖中借助圖示示出了其中可以實(shí)踐本發(fā)明的特定實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解可以利用其它實(shí)施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下做出結(jié)構(gòu)或邏輯改變。例如針對一個(gè)實(shí)施例示出或描述的特征可以用在其它實(shí)施例上或者結(jié)合其它實(shí)施例使用以產(chǎn)生另外的實(shí)施例。本發(fā)明旨在包括這種修改和變化。使用特定語言來描述實(shí)例，其不應(yīng)當(dāng)被理解為限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖沒有按比例并且僅用于說明的目的。為清楚起見，相同的元件在不同圖中已經(jīng)由對應(yīng)的參考標(biāo)記來標(biāo)明，如果沒有另外說明的話。
[0015]圖1A-1D示出半導(dǎo)體襯底500中的與粒子相關(guān)的摻雜劑的形成，其中與粒子相關(guān)的摻雜劑的生成包括通過以主要注入工藝注入主要注入粒子211來誘導(dǎo)生成主要晶體缺陷。
[0016]半導(dǎo)體襯底500可以是半導(dǎo)體晶片，例如娃晶片、SOI (絕緣體上娃)晶片(諸如SOG(玻璃上硅)晶片)或另一單晶半導(dǎo)體材料的襯底，所述另一單晶半導(dǎo)體材料例如是碳化硅SiC、砷化鎵GaAs、氮化鎵GaN或另一 AmBv半導(dǎo)體、鍺Ge或硅鍺晶體SiGe0根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體襯底500是通過切克勞斯基(Czochralski)工藝獲得的硅晶片，例如m:Cz (磁性切克勞斯基)硅晶片，其中氧含量從1E17 cm—3 (例如至少2E17 cm—3)到4E17 cm—3。
[0017]半導(dǎo)體襯底500可以具有第一表面1la和與第一表面1la平行的第二表面102a。在下面，第一表面1la的法線定義垂直方向，并且與第一表面1la平行的方向是橫向方向。半導(dǎo)體襯底500可以包括非摻雜雜質(zhì)原子，例如填隙氧原子。
[0018]在半導(dǎo)體襯底500中，例如通過生成過剩的晶體空位的表面工藝誘導(dǎo)生成輔助晶體缺陷。例如，半導(dǎo)體襯底500可以經(jīng)受在包含氮的大氣中在大于1000°C的溫度下以及在最大溫度和800°C之間的溫度范圍內(nèi)以大于20°C/min的冷卻速率和在800°C與500°C之間的溫度范圍內(nèi)以大于5°C/min的冷卻速率的快速熱退火。
[0019]根據(jù)圖1A中所示的實(shí)施例，輔助晶體缺陷是由輔助注入工藝誘導(dǎo)的輻射引起的缺陷。包含輔助注入粒子211 (諸如電子、中子、質(zhì)子或例如氦離子的輕離子)的第一注入束210入射到第一表面1la上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，注入束210包含處于至少2 MeV (例如至少4 MeV)的加速度能量并且處于在從5E13到1E15 cnT2或從1E14到5E14 cm (例如約4E14 cm—2)的范圍內(nèi)的注入劑量的質(zhì)子。輔助注入粒子211橫穿半導(dǎo)體襯底500的在第一表面1la和第一粒子范圍prl之間的第一橫斷層(traversed layer) 501，并且誘導(dǎo)在第一橫斷層501中的輻射引起的輔助晶體缺陷212的形成。
[0020]在輔助注入工藝之后，半導(dǎo)體襯底500包含在橫斷層501中的輔助晶體缺陷212以及在第一注入層511中的輔助注入粒子211。輔助晶體缺陷212的垂直濃度分布曲線212v在第一橫斷層501的在第一表面1la和第一注入層511之間的部分中大致恒定，可以在第一注入層511內(nèi)具有淺峰值，并且可以從第二粒子范圍prl內(nèi)的淺峰值下降。輔助注入粒子211的垂直濃度分布曲線21 Iv大致為高斯分布，并且在由輔助注入粒子211的加速度能量確定的第一注入距離dl處具有最大值。
[0021]繼續(xù)進(jìn)行到圖1B，半導(dǎo)體襯底500在大于輔助晶體缺陷212的分解溫度TD的第一退火溫度Tl下被預(yù)退火。輔助晶體缺陷212可以包括核心復(fù)合體(core complexes)，其在分解輔助晶體缺陷212之后可以轉(zhuǎn)變(例如凝聚)為包含空位和氧VnOm的高階晶體缺陷復(fù)合體219，由此可選地在某種程度上并入包含在半導(dǎo)體襯底500中的氫原子。晶體缺陷復(fù)合體219可以是電惰性的，即它們作為施主或受主不是有效的。氫原子可以使缺陷復(fù)合體穩(wěn)定。對于硅襯底，第一退火溫度Tl是至少500°C，例如至少510°C或至少550°C。
[0022]氫原子可以是本征雜質(zhì)或可以由先前的質(zhì)子注入引入。假如第一注入束210不包含質(zhì)子，則氫原子可以例如通過在輔助注入工藝之前、期間或之后來自氫等離子體源的內(nèi)擴(kuò)散被引入到半導(dǎo)體襯底中。
[0023]圖1B示出了晶體缺陷復(fù)合體219，其可以是電惰性的并且其可以對存在于半導(dǎo)體襯底500中的氫原子除氣。晶體缺陷復(fù)合體219可以提供比被先前注入的質(zhì)子占據(jù)的更多的除氣位置。游離氫原子的濃度低于預(yù)退火之前并且可以低于第一注入工藝之前。預(yù)退火可以將圖1A的輔助晶體缺陷212的至少一部分或者大致將它們?nèi)哭D(zhuǎn)換成晶體缺陷復(fù)合體219。預(yù)退火可以持續(xù)至少一個(gè)小時(shí)或者至少三個(gè)小時(shí)，例如至少五個(gè)小時(shí)，并且提高了下面的摻雜工藝的效率。
[0024]在圖1C中所示的主要注入工藝中，第二注入束220照射半導(dǎo)體襯底500的第一表面101a。第二注入束220包括主要注入質(zhì)子221。第二注入距離d2可以對應(yīng)于圖1A中的第一注入束210的第一注入距離dl，或者可以小于第一注入距離dl。
[0025]根據(jù)其它實(shí)施例，注入的主要注入質(zhì)子221的垂直雜質(zhì)濃度分布曲線221v在第二注入距離d2處具有最大值，該第二注入距離可以大于或小于圖1A中的第一注入距離dl。在被注入的主要注入質(zhì)子221橫穿的第二橫斷層502中，主要注入質(zhì)子221誘導(dǎo)生成輻射引起的主要晶體缺陷222。以不同注入能量和/或注入劑量的另外的注入可以跟隨。
[0026]圖1C示出集中在第二注入層512中的主要注入質(zhì)子221，在第一表面1la和第二粒子范圍pr2之間的第二橫斷層502中的輻射引起的主要晶體缺陷222，以及可選地通過可能在第一注入工藝期間引入的氫原子來穩(wěn)定的晶體缺陷復(fù)合體219。
[0027]在低于分解溫度TD的第二退火溫度T2下的后退火形成在靜止且穩(wěn)定的輻射引起的和與空位相關(guān)的主要晶體缺陷222處局部化的與粒子相關(guān)的摻雜劑229，如圖1D中所示。
[0028]與粒子相關(guān)的摻雜劑229可以是各種種類的與氫相關(guān)的施主，例如與氫相關(guān)的雙施主(HDD)、與氫相關(guān)的淺施主(SHD)等等。對于硅襯底，第二退火溫度在300°C和510°C之間，例如在400° C和500° C之間。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二退火溫度在470° C和495° C之間并且退火持續(xù)至少三個(gè)小時(shí)，例如至少五個(gè)小時(shí)。
[0029]與氫相關(guān)的施主229主要被形成在第二注入距離d2周圍的地帶中，在此所注入的主要注入質(zhì)子的濃度具有最大值。在第二注入層512中，主要注入質(zhì)子的濃度高于第二輻射引起的與空位相關(guān)的主要晶體缺陷222的濃度。在第二注入地帶512中的與粒子相關(guān)的摻雜劑229的形成主要由輻射引起的與空位相關(guān)的主要晶體缺陷222的數(shù)目給出。在質(zhì)子注入的情況下，相比于氫原子可以被消耗用于形成與氫相關(guān)的施主，更多的氫原子在第二注入層512中是可用的。
[0030]在半導(dǎo)體襯底500中的高濃度的剩余游離氫可能以與氫相關(guān)的施主229的形成效率為代價(jià)來促進(jìn)電惰性的晶體缺陷復(fù)合體的形成，使得剩余的氫抵消與氫相關(guān)的施主的形成。例如，剩余的氫可以促進(jìn)與氫相關(guān)的施主轉(zhuǎn)變成附加的電惰性的缺陷復(fù)合體或者可以誘導(dǎo)和與氫相關(guān)的施主的形成競爭的另一工藝。
[0031]代替地，包括生成輔助晶體缺陷并在分解溫度TD以上對它們回火的預(yù)處理生成晶體缺陷復(fù)合體219，所述晶體缺陷復(fù)合體對游離氫原子中的一些除氣并減少剩余的氫含量或者甚至形成附加的充當(dāng)施主的與空位氫相關(guān)的復(fù)合體。
[0032]因此，晶體缺陷復(fù)合體219的存在提高了在后退火期間與氫相關(guān)的施主的形成效率。結(jié)果，較低的總注入劑量足以形成包含非摻雜原子的η型層。另外，可以比在沒有預(yù)處理的情況下實(shí)現(xiàn)更高濃度的與粒子相關(guān)的摻雜劑。
[0033]缺陷復(fù)