[发明专利]用于结合的选择性单层掺杂的方法和设备

说明书

使用结合的选择性单层掺杂(SMLD)工艺在半导体装置中形成掺杂材料层的方法和设备。使用SMLD工艺将一种浓度的掺杂剂沉积于材料层上，然后将所述浓度的掺杂剂退火以将所述浓度的掺杂剂扩散进入材料层中。SMLD工艺使所述浓度的掺杂剂顺应于材料层的表面而保形，并且可以在单个CVD腔室中执行。也可以重复SMLD工艺以进一步变更掺杂剂进入材料层的扩散参数。SMLD工艺可与p型掺杂剂物质和n型掺杂剂物质相兼容。

技术领域

本公开内容的实施方式通常涉及半导体工艺。

背景技术

在硅或锗的规则晶格(crystal lattice)中添加小百分比的外来原子会产生材料的电气性能上的改变。可以控制晶格中添加的杂质或掺杂剂以产生不同的电气特性(electrical characteristics)，例如n型或p型半导体材料。金属氧化物半导体(MOS)利用包括n型和p型掺杂材料的结构来调节电流。发明人发现，传统的掺杂工艺是耗时的且增加生产成本。传统的掺杂工艺是在基板表面上执行的，必须遮蔽基板的那些不要被掺杂的区域，以限制基板域的掺杂区域。随着半导体结构尺寸的缩小，需要越来越高的遮蔽分辨率来控制掺杂区域，从而降低产率并且需要更多的专用装备。

据此，发明人提供了用于掺杂半导体结构的改进的方法和设备。

发明内容

本文提供了用于半导体结构的结合的(integrated)选择性单层掺杂(selectivemonolayer doping；SMLD)工艺的方法和设备。

在一些实施方式中，一种用于形成掺杂半导体特征结构的方法包括以下步骤：使用选择性单层掺杂(SMLD)工艺在材料层上沉积一种浓度的掺杂剂。

在一些实施方式中，所述方法可进一步包括以下步骤：将所述掺杂半导体特征结构暴露于含有掺杂剂的气体混和物，以选择性地将所述浓度的掺杂剂沉积在所述材料层上；变化所述气体混和物的暴露持续时间或者所述气体混和物中的掺杂剂浓度以控制所述材料层上的所述浓度的掺杂剂的密度；使用所述SMLD工艺将所述浓度的掺杂剂顺应于所述材料层的表面而保形(conform to)，其中所述方法在单个半导体工艺腔室中执行；将所述浓度的掺杂剂退火以将所述浓度的掺杂剂扩散进入所述材料层中；重复所述方法以增加所述材料层中的所述浓度的掺杂剂；变更退火的温度以改变所述浓度的掺杂剂进入所述材料层的渗透深度；变更所述浓度的掺杂剂沉积的持续时间，以增加所述浓度的掺杂剂中的活性掺杂剂的量；沉积包括p型掺杂剂物质的一种浓度的掺杂剂，其中所述p型掺杂剂物质包含硼或镓；沉积包含n型掺杂剂物质的一种浓度的掺杂剂，其中所述n型掺杂剂物质包含砷或磷；在沉积所述浓度的掺杂剂之前，预清洁所述材料层的表面；和/或将所述SMLD工艺结合在半导体结构的源极/漏极的形成中。在一些实施方式中，一种用于在基板上形成掺杂半导体特征结构的方法，所述基板具有带非介电性能的第一材料及带介电性能的第二材料，所述方法包括以下步骤：使用含有多种浓度的掺杂剂的气体来浸泡(soak)所述基板，所述气体选择性地在所述第一材料的第一表面上而不是在所述第二材料的第二表面上形成单层的所述掺杂剂；并且将所述基板退火以将所述掺杂剂扩散进入所述第一材料中。

在一些实施方式中，所述方法可进一步包括以下步骤：变化气体浸泡持续时间、气体浸泡压力、气体浸泡流量(flow rate)或者气体浸泡掺杂剂浓度以控制掺杂剂扩散参数；在至少一个循环周期中变更退火温度的同时重复所述方法，以改变所述浓度的掺杂剂进入所述第一材料的渗透深度；和/或在至少一个循环周期中变更气体浸泡持续时间、气体浸泡压力、气体浸泡流量或气体浸泡掺杂剂浓度的同时重复所述方法，以变更所述第一材料的所述第一表面上的掺杂剂的量。