[发明专利]锑掺杂的硅和硅锗膜的原位制备的方法

说明书

一种用于形成锑掺杂的含硅层的工艺，包含：(a)使用锑源气体和硅源气体或硅源气体和锗源气体的组合，通过化学气相沉积在半导体结构上方沉积锑掺杂的含硅层；以及(b)在不大于800℃的温度下退火锑掺杂的含硅层。锑源气体可以包含以下中的一种或多种：三甲基锑(TMSb)和三乙基锑(TESb)。硅源气体包括以下中的一种或多种：硅烷、二硅烷、三氯硅烷(TCS)、二氯硅烷(DCS)、一氯硅烷(MCS)、甲基硅烷，以及四氯化硅。锗源气体包括锗烷。

相关申请的交叉引用

本申请与2018年7月9日提交的题为“Method for in situ Preparation ofAntimony-Doped Silicon and Silicon Germanium films”的美国临时专利申请(“临时申请”)No.62/695,334相关并要求其优先权。该临时申请的公开通过引用以其整体并入。

技术领域

本发明涉及半导体电路制造。特别地，本发明涉及锑掺杂的硅或硅锗膜的原位形成。

背景技术

三维(3-D)存储器单元，诸如商业可得的NAND存储器中使用的那些三维存储器单元，在晶体管、二极管、电阻器以及其他器件中采用掺杂的多晶态的硅(多晶硅)膜。与非原位(ex situ)(即，在沉积多晶硅膜之后进行)掺杂多晶硅膜相比，能够原位(in situ)(即，与沉积多晶硅膜同时地)掺杂多晶硅膜是有利的。非原位掺杂技术的示例包含离子注入。原位掺杂需要比非原位掺杂更少的工艺步骤，并且允许对掺杂剂原子在硅或多晶硅膜中的分布的更强的控制。通常已经被通过硅的原位掺杂而沉积的掺杂剂的示例为硼、磷，以及砷。值得注意的是，原位掺杂的硅膜可以被沉积为多晶态的膜，或沉积为非晶态的膜，并且然后在之后的步骤通过将沉积的、非晶态的膜在550℃以上的升高的温度下退火而结晶。完成的3-D存储器器件最通常地包含许多层掺杂的多晶态的膜。在此详细描述中，虽然硅膜被称为多晶硅(即，多晶态的硅)膜，但这样的硅膜可以初始地沉积为非晶态的或多晶态的膜。

锑是硅中的n型掺杂剂的示例，其至今尚未被在硅中原位沉积。锑具有两个有利性质，使得其在硅基3-D存储器电路中的使用是有吸引力的：其低扩散率和其低活化温度。图1是使用二次离子质谱法(secondary ion mass spectrometry，SIMS)进行的砷在硅膜中的浓度-深度曲线(profile)分析。为准备图1的曲线，30nm厚的硅膜被注入砷离子。在移除30nm硅膜上的任何氧化物(例如，SiO₂)层的清洁步骤之后，将120nm厚的硅膜沉积在注入砷的硅膜的顶部上。组合膜的部分然后被在750℃下退火4小时，或在1000℃下退火5秒。图1示出了(i)在退火之前(即，如所注入)，(ii)在750℃下退火4小时，以及(iii)在1000℃下退火5秒之后对组合膜中的砷扩散的SIMS分析。图2是使用SIMS进行的锑在硅膜中的浓度深度曲线分析。为准备图2的曲线，30nm厚的硅膜被注入锑离子。在移除30nm硅膜上的任何SiO₂层的清洁步骤之后，将120nm硅膜沉积在注入锑的硅膜的顶部上。组合膜的部分被在750℃下退火4小时，或在1000℃下退火5秒。图2示出了(i)在退火之前(即，如所注入)，(ii)在750℃下退火4小时，以及(iii)在1000℃下退火5秒之后对组合膜中的锑扩散的SIMS分析。图1和图2示出，锑扩散比砷更慢。