(57)【要約】【解決手段】半導体ウエハ内に超浅い接合を形成するための方法及び装置が与えられる。当該方法は、複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する励起子複合体のような電荷キャリア複合体を形成するよう選択されたドーパント材料を半導体ウエハの浅い表面層内に導入する工程を含む。ドーパント材料を含む半導体ウエハは電荷キャリア複合体を形成するべく熱処理によって処理される。電荷キャリア複合体は格子間型であり、したがって置換サイト内への組込みから生じる電気的溶解限度に課される制限を受けない。したがって、低シート抵抗が得られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ内に超浅い接合を形成するための方法であって、
複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する電荷キャリア複合体を形成するべく選択されたドーパント材料を半導体ウエハの浅い表面層内に導入する工程と、
前記電荷キャリア複合体を形成するようドーパント材料を含む半導体ウエハを処理する工程と、
から成る方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は前記電荷キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種から成る、ところの方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は前記電荷キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種を含む化合物から成る、ところの方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は電荷キャリア複合体を形成するために半導体ウエハの原子と化学的に結合するよう選択される、ところの方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は励起子複合体を形成するよう選択される、ところの方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は、B-F、B-Ge、B-Si、P-F、P-Ge、P-Si、As-F、As-Ge及びAs-Siから成るグループから選択される、ところの方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程はドーパント材料のイオン注入から成る、ところの方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程はドーパント材料のプラズマドーピングから成る、ところの方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は複数のドープ層を形成する工程から成る、ところの方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は気相ドーピングから成る、ところの方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程はエピタキシャル成長工程の一部である、ところの方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は化学気相成長工程の一部である、ところの方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、浅い表面層は５００Åまたはそれ以下の厚さを有する、ところの方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は熱処理から成る、ところの方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程はレーザーアニールから成る、ところの方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は急速熱処理から成る、ところの方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は固相エピタキシーから成る、ところの方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程はマイクロ波アニールから成る、ところの方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は高周波RFアニールから成る、ところの方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は衝撃波アニールから成る、ところの方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は炉内アニールから成る、ところの方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は、前記電荷キャリア複合体を形成するべく選択された２つの種を導入する工程及び該２つの種の深さ及びドーズプロファイルを一致させる工程から成る、ところの方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は急速熱処理に続く急速冷却から成る、ところの方法。
【請求項２４】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料はBF2から成る、ところの方法。
【請求項２５】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料はB及びGeから成る、ところの方法。
【請求項２６】
半導体ウエハ内に超浅い接合を形成するための方法であって、
複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する電荷キャリア複合体を形成するべく選択されたひとつまたはそれ以上のドーパント材料を半導体ウエハの浅い表面層内に注入する工程と、
前記電荷キャリア複合体を形成するよう半導体ウエハを熱処理する工程と、
から成る方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、前記ドーパント材料はBF2及びB-Geから成るグループから選択される、ところの方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、浅い表面層は５００Åまたはそれ以下の厚さを有する、ところの方法。
【請求項２９】
請求項２６に記載の方法であって、前記電荷キャリア複合体は励起子複合体から成る、ところの方法。
【請求項３０】
半導体ウエハ内に超浅い接合を形成するための方法であって、複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する電荷キャリア複合体を半導体ウエハの浅い表面層内に形成する工程から成る方法。
【請求項３１】
半導体デバイスであって、
半導体基板と、
複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する電荷キャリア複合体を含む半導体基板の浅い表面層であって、電荷キャリアは半導体デバイスの動作中前記電荷キャリア複合体から解離される、ところの浅い表面層と、
から成る半導体デバイス。
【請求項３２】
半導体ウエハ内に超浅い接合を形成するための方法であって、ドーパント材料の原子あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する電荷キャリア複合体を形成するべく選択されたドーパント材料で半導体ウエハの浅い表面層をドープする工程から成る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ内に超浅い接合を形成する方法に関し、特に半導体ウエハの浅い表面層内の励起子複合体のような電荷キャリア複合体の形成及び安定化により低シート抵抗を有する超浅い接合を形成するための方法に関する。電荷キャリア複合体は複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する。
【背景技術】
【０００２】
半導体工業の周知のトレンドはより小型でより高速なデバイスの方向にある。特に、半導体デバイスの横方向及び深さの寸法は減少している。現在の半導体デバイス水準は１０００Å以下の接合深さを要求し、いつかは２００Åまたはそれ以下のオーダーの接合深さを要求するであろう。
【０００３】
イオン注入は導電率を変化させるドーパントを半導体ウエハ内に導入するための標準的な技術である。ビームラインイオン注入装置として知られる従来のイオン注入装置において、所望のドーパント材料がイオン注入装置内でイオン化され、該イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するよう加速され、イオンビームがウエハの表面へ方向付けられる。ビーム内の強力イオンは半導体材料のバルクを貫通し半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００４】
半導体ウエハ内に浅い接合を形成するためにプラズマドーピング装置が使用される。プラズマドーピング装置において、半導体ウエハは陰極として機能する導体プラテン上に配置される。所望のドーパント材料を含むイオン性ガスがチャンバ内に導入され、プラテンと陽極またはチャンバ壁との間に電圧パルスが印加され、ウエハの表面でプラズマシースを有するプラズマが形成される。印加電圧パルスにより、プラズマ内のイオンはプラズマシースを横切ることができ、ウエハ内に注入される。注入の深さはウエハと陽極との間に印加される電圧に関係する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドーパント材料の注入の深さは、少なくとも部分的に、半導体ウエハ内に注入されたイオンのエネルギーによって決定される。浅い接合は低注入エネルギーによって得られる。しかし、注入されたドーパント材料の活性化用に使用されるアニール処理により、ドーパント材料は半導体ウエハの注入領域から拡散する。そのような拡散の結果、接合の深さはアニールによって増加する。アニールによって生成される接合の深さの増加を抑制するために、注入エネルギーが減少され、その結果アニール後に所望の接合深さが得られる。このアプローチは非常に浅い接合の場合を除いて満足のいく結果を与える。注入エネルギーを減少させることによって得られる接合深さに関しては、アニール中に生じるドーパント材料の拡散のために限界に達している。さらに、従来のイオン注入装置は典型的に非常に低注入エネルギーにおいて非効率的に動作する。
【０００６】
浅い接合深さに加え、注入領域は、半導体ウエハ上に製造されるデバイスの適正な動作のために低いシート抵抗を有することが要求される。シート抵抗は部分的に活性化処理の有効性に依存する。これらのファクタは低シート抵抗を有する超浅い接合を達成する困難性を与えた。
【０００７】
したがって、半導体ウエハ内に低シート抵抗を有する超浅い接合を製造するための方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ドーパント及び／または他の不純物に束縛された電子-正孔対である励起子複合体のような電荷キャリア複合体の形成及び安定化に関する。これらの励起子複合体は、化学的に結合した２つのドーパント種の導入によって、またはホスト材料またはホスト材料内の不純物／欠陥と化学的に結合するひとつのドーパント種の導入によって形成される。ドーパント材料は、典型的に５００Åまたはそれ以下の浅い表面層内に組み込まれ、熱処理とともにまたは熱処理なしで、大きな拡散を生じることなく化学的に一緒に結合され、励起子複合体を形成する。浅い層のクーロン力が大きいため、励起子複合体が形成され、それは束縛された電子-正孔対の作成を助ける。概して、励起子複合体は格子間型であり、置換サイトに組み込むことから生じる電気的な溶解限界によって課される制限を受けない。低シート抵抗はドーズ量の増加によって得られる。複合体に関する励起子の解離は、導電率を制御するために自由キャリアを与えるメカニズムである。
【０００９】
活性化処理は、置換原子あたり１つの電荷キャリアではなく、複合体あたり２つの電荷キャリアを与える。標準的なシリコン導電率メカニズムから生成される電荷キャリアに関して、ひとつの電荷キャリアは通常の数である。励起子層のタイプ（ｐまたはn）は、バンドギャップ内のフェルミレベルの位置及び組み込まれた不純物により決定される状態数によって決定される。これらの場合、ｐ型ドーパントでｐ型層を作り、ｎ型ドーパントでｎ型層を作る方法が強調される。１００Ω／□以下のシート抵抗値を有する２００Å近くのｎまたはｐ型接合を作るのにこのアプローチを使用することが可能である。
【００１０】
本発明の第１の態様に従い、半導体ウエハ内に超浅い接合を形成するための方法が与えられる。当該方法は、複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する電荷キャリア複合体を形成するために選択されたドーパント材料を半導体ウエハの浅い表面層内に導入する工程と、電荷キャリア複合体を形成するべくドーパント材料を含む半導体ウエハを処理する工程と、から成る。電荷キャリア複合体は励起子複合体であってもよい。
【００１１】
ひとつの実施例において、ドーパント材料は電荷キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種から成る。他の実施例において、ドーパント材料は電荷キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種を含む化合物から成る。他の実施例において、ドーパント材料は、電荷キャリア複合体を形成するよう半導体ウエハの原子と化学的に結合するよう選択される。例として、ドーパント材料は、B-F、B-Ge、B-Si、P-F、P-Ge、P-Si、As-F、As-Ge及びAs-Siから成るグループから選択される。
【００１２】
一つの実施例において、ドーパント材料はイオン注入によって半導体ウエハ内に導入される。他の実施例において、ドーパント材料はプラズマドーピングによって半導体ウエハ内に導入される。他の実施例において、ドーパント材料は気相ドーピングによって半導体ウエハ内に導入される。さらに他の実施例において、ドーパント材料はエピタキシャル成長または化学気相成長工程の一部として半導体ウエハ内に導入される。さらに他の実施例において、ドーパント材料は、上述した技術のひとつを使ってドーパント材料及びホスト材料の交代するモノレイヤーまたは原子層を形成することによって半導体ウエハ内に導入される。
【００１３】
半導体ウエハを処理する工程は熱処理から成る。ひとつの実施例において、処理工程は浅い表面層のレーザーアニールから成る。他の実施例において、処理工程は急速加熱処理から成る。他の実施例において、処理工程は固相エピタキシーから成る。他の実施例において、処理工程はマイクロ波アニール、高周波RFアニール、衝撃波アニールまたは炉内アニールから成る。
【００１４】
ドーパント材料を半導体ウエハ内に導入し、半導体ウエハを処理するための上記技術は例として挙げられたものに過ぎず、本発明の態様を制限するものではない。また、上記技術は別々にまたは組み合わせて使用されてもよい。
【００１５】
発明の他の態様に従って、半導体デバイスが与えられる。半導体デバイスは、半導体基板、及び複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する電荷キャリア複合体を含む半導体基板の浅い表面層から成る。電荷キャリアは室温で複合体から解離され、電気伝導率に関与できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のひとつの態様に従って、半導体ウエハ内に超浅い接合を形成するための方法が与えられる。本発明の他の態様に従って、超浅い接合を有する半導体デバイスが与えられる。当該方法及びデバイスは、複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する電荷キャリア複合体の形成に関する。電荷キャリア複合体は化学的に一緒に結合された２つまたはそれ以上の原子を含む。例は、シリコンに結合したボロン、ゲルマニウムに結合したボロン、及びフッ素に結合したボロンを含む。電荷キャリア複合体はさらに、化学的に結合された原子に束縛された電子-正孔対を含む。電子-正孔対は室温で複合体から解離され、電気伝導率に関与できるようになる。電荷キャリア複合体の例は、例えば、R.Knoxによる、 “Theory of Excitons”, Academic Press, New York(1963)で説明された励起子複合体である。
【００１７】
電荷キャリア複合体は、化学的に結合する２つのドーパント種またはホスト材料またはホスト材料内の不純物／欠陥と化学的に結合するひとつのドーパント種を半導体ウエハの浅い表面層内に導入することによって形成される。ドーパント種の原子は励起子複合体のような電荷キャリア複合体を形成するべく化学的に一緒に結合される。典型的に、励起子複合体は格子間型であり、置換サイト内への組込みから生じる電気的溶解限度によって課される制限を受けない。電荷キャリア複合体からの励起子の解離は、低シート抵抗を生じさせる自由電荷キャリアを与える。
【００１８】
活性化に従い、各電荷キャリア複合体は電子-正孔対に対応する２つの電荷キャリアを与える。対照的に、典型的なイオン注入処理はドーパント原子あたりひとつの電荷キャリアを与える。実際に、半導体ウエハは電荷キャリア複合体と従来の置換ドーパント原子の両方を含む。
【００１９】
ドーパント原子の数（ドーズ量）によって割り算された電荷キャリアの数として定義されるパーセンテージとして注入ドーパント材料の活性度を表すのが慣例である。従来の半導体伝導率メカニズムにおいて、各ドーパント原子は多くてもひとつの電荷キャリアに寄与するので、活性度は必ず１００％以下である。しかし、伝導率が全体または部分的に上記した電荷キャリア複合体から生じる場合には、活性度は１００％を超え、２００％に近づく。ここで、パーセント活性度はドーパント原子数によって割り算された電荷キャリアの数として定義され、電荷キャリアの数はドーパント原子あたり２つに近づく。実際の効果は、より多くの電荷キャリアが伝導率に利用でき、シート抵抗が従来の伝導率メカニズムに比べ減少するということである。
【００２０】
上記したように、電荷キャリア複合体は、化学的に結合した２つのドーパント種を半導体ウエハ内に導入するか、またはホスト材料またはホスト材料内の不純物／欠陥と化学的に結合するひとつのドーパント種を半導体ウエハ内に導入することによって形成される。シリコン内で電荷キャリア複合体を形成するよう結合するドーパント材料の例は、これらに限定されないが、ボロン-フッ素(B-F)、ボロン-ゲルマニウム(B-Ge)、ボロン-シリコン(B-Si)、燐-フッ素(P-F)、燐-ゲルマニウム(P-Ge)、燐-シリコン(P-Si)、ヒ素-フッ素(As-F)、ヒ素-ゲルマニウム(As-Ge)、及びヒ素-シリコン(As-Si)を含む。したがって、例えば、ボロン-フッ素電荷キャリア複合体は、ボロンイオン及びフッ素イオンの導入により、またはBF2の導入により形成される。同様に、ボロン-ゲルマニウム電荷キャリア複合体はボロンイオン及びゲルマニウムイオンの導入により形成される。ドーパント種の最適な化学結合のために、２つのドーパント種の原子数は以下に説明するようにほぼ等しくなければならない。
【００２１】
ひとつの実施例において、ドーパント材料は、超低エネルギーで動作するビームラインイオン注入装置を使って半導体ウエハ内に導入される。他の実施例において、ドーパント材料はプラズマドーピング装置を使って半導体ウエハ内に導入される。それぞれの場合、典型的に５００Åまたはそれ以下の深さを有する半導体ウエハの浅い表面層内にドーパント材料を注入するようイオンエネルギーが調節される。他の実施例において、ドーパント材料は気相ドーピングによって半導体ウエハ内に導入される。さらに他の実施例において、ドーパント材料はエピタキシャル成長または化学気相成長工程の一部として半導体ウエハ内に導入される。さらに他の実施例において、ドーパント材料は、ボロン及びシリコン、ボロン及びゲルマニウム、またはボロン、シリコン及びゲルマニウムのようなドーパント材料及びホスト材料の交代するモノレイヤーまたは原子層を形成することによって半導体ウエハ内に導入される。交代レイヤーは上記されたいずれの蒸着または注入技術によっても形成され得る。半導体ウエハ内にドーパント材料を導入するためのこれらの技術は例として与えられているに過ぎず、本発明の態様を制限するものではないことが理解されよう。
【００２２】
ドーパント材料の導入に続いて、電荷キャリア複合体の形成を生じさせる化学結合を起こさせるための処理工程が要求される。典型的に該処理工程は熱処理を含む。いくつかの場合において、電荷キャリア複合体の形成用の適当な条件がドーパント材料の導入中に生成される。例えば、プラズマドーピングは電荷キャリア複合体の形成に適した上昇した温度において実行される。
【００２３】
ドーパント材料を含むウエハが電荷キャリア複合体を形成するべくレーザーアニールによって処理されても良い。レーザーアニールを利用するひとつの実施例において、ウエハは特定の深さまで予め非晶化され、レーザーアニール工程は、予め非晶化された層を融解し、融解された層内に電荷キャリア複合体を形成する。レーザーアニールを利用する他の実施例において、ドーパント材料を含むウエハは、ここに参考文献として組み込む米国特許出願第09/638,410号に説明されるように、準融解レーザーアニール及び低温の急速加熱アニールによって処理される。
【００２４】
他の実施例において、ドーパント材料を含む半導体ウエハは大きく拡散しない電荷キャリア複合体を形成するよう選択された温度で急速加熱処理(RTP)によって処理される。例えば、スパイクアニールが利用される。好適には、急速加熱処理には複合体の解離を避けるためにウエハの急速冷却工程が続く。
【００２５】
さらに他の実施例において、固層エピタキシー(SPE)及び低温アニールが電荷キャリア複合体の形成に利用される。例として、非晶化注入（例えば、１平方センチメートル当たり5E14から1E15のシリコンまたはゲルマニウム）が最初に実行され、次に類似のドーズ量のドーパント注入が続く。その後、ダメージを受けた層が５から３０分間の間、５００℃から７００℃の温度で再成長される。これにより、電荷キャリア複合体及び置換ドーパントの両方が生成される。
【００２６】
ドーパント材料を含む半導体ウエハを処理するための他の適当な技術は、これに限定されないが、マイクロ波アニール、RFアニール、衝撃波アニール及び炉内アニールを含む。
【００２７】
さまざまな注入及びアニール処理に対する、1E18のドーパント濃度で測定された、接合深さ（ナノメートル）の関数としてシート抵抗Rs(Ω/□)のグラフが図１に示されている。1E18の表記は１立方センチメートルあたり１×１０１８個の原子のドーパント濃度を表す。点線曲線100は接合深さの限界及び標準的な注入ドーパントプロファイルに対するシリコン中のドーパント材料の固体溶解限度によって予測されるシート抵抗を示す。曲線100の下側及び左側の結果は、電荷キャリア複合体の形成によって得られる。
【００２８】
図１は、１３０、１００、７０、５０及び３５ナノメートルデバイスに対する、ボックス102、104、106、108、110及び112によってそれぞれ示される、デバイスのさまざまな生成に必要な１９９９ITRS RsとXjのロードマップを示す。これらの要求を満足するために、Rs及びXjの連続的により低い値が要求される。標準的な伝導率メカニズム（単一電荷キャリア置換ドーパント）はこれらの要求に一致しない。その代わり、ここで説明される電荷キャリアメカニズムが要求される。それは２つまたはそれ以上の電荷キャリアを含み、固体溶解の限度を有しない。曲線100の下になるのに使用される技術が図１に示されている。それらの技術は、a)ボロン及びBF2の急速RTPアニール（ビームライン注入及びプラズマドーピング）、b)SPE、及びc)レーザーアニールを含む。さらに、マイクロ波及びRFアニール並びにエピタキシャル及び気相ドープ層が曲線100より下の結果を与えると予測される。
【００２９】
これらの複合体の形成方法のひとつの例として、ボロン及びゲルマニウム注入のレーザーアニールが使用される。図２Aはさまざまなドーズ量におけるシリコンウエハ内へのボロン注入に対する深さ(Å)の関数として、１cm3あたりの原子中のボロン濃度を示すグラフである。各ケースにおいて、ボロンイオンはVarian VIISion ULEイオン注入装置において２５０電子ボルトのエネルギーで注入された。ウエハは、２０keVのエネルギー及び1E15のドーズ量のゲルマニウムイオン注入によって予め非晶化された。注入されたウエハは予め非晶化された領域を融解するようレーザーアニールすることによって処理された。図２Aにおいて、曲線120、122及び124はそれぞれ、1.00E15、5.00E15及び1.00E16のボロンドーズ量を表す。曲線120、122及び124は、ドーパント濃度の二次イオン質量分光(SIMS)測定によって得られる。図２Bは、４点プローブによって測定されたシート抵抗Rsの測定値、SIMSによって測定されたドーズ量Dr、ボロン濃度1E17での接合深さXj、ボロン濃度3E18での接合深さXj、ホール効果によって測定されたホールモビリティ、ホール効果から測定された電気キャリア濃度より決定されたパーセント活性度、及びSIMSによって測定されたボロンドーズ量を網羅している。各ケースにおいて、ボロンのパーセント活性度は１００％を超えており、上記したように電荷キャリア複合体の存在を示している。ボロンのパーセント活性度は、ボロン及びゲルマニウムのドーズ量が等しい場合に最高となる。
【００３０】
たとえパーセント活性度が1E15のゲルマニウムドーズ量限界のために減少したとしても、シート抵抗値Rs値は増加するボロンドーズ量によって減少しつづけた点に注意すべきである。ボロンドーズ量と一致させるようゲルマニウムドーズ量を増加させると、シート抵抗Rsはさらに減少し、1E16ボロンドーズ量に対するパーセント活性度が増加する。
【００３１】
図３Aは図２Aの曲線120によって表されたシリコンウエハ中へのボロン及びゲルマニウム注入に対する深さ(Å)の関数として、１cm3あたりの原子中の濃度を示すグラフである。曲線140は深さの関数としてボロン濃度を表し、曲線142は深さの関数としてゲルマニウム濃度を表す。曲線140及び142はドーパント濃度のSIMS測定によって得られた。図３Bはボロンのパーセント活性度が２００％に近づくことを示している。これは、ボロン-ゲルマニウム電荷キャリア複合体を形成するようボロンと反応するのに十分なゲルマニウムが利用可能であるという事実から生じる。
【００３２】
図３A及び３Bの例は、処理を最適化するためのメカニズム及び方法を示す。電荷キャリア複合体（この複合体中のボロン及びゲルマニウム）を形成するドーパント種の深さ及びドーズプロファイルを一致させることは、形成可能な複合体の数を最適化する。ボロン及びゲルマニウムのドーズ量を化学結合限界まで増加させると固体溶解限度を超えられ、これらの深さのプロファイルを一致させることで形成可能な複合体（この例におけるボロン-ゲルマニウム）の数が最適化される。レーザーアニールの場合、予非晶化ゲルマニウムドーズ量は溶解ゾーンを画成し、接合深さを設定する。
【００３３】
図４Aはシリコンウエハ中のボロン及びゲルマニウム注入に対する深さ(Å)の関数として１cm3あたりの原子中のドーパント濃度を示すグラフである。図４Aの例において、ボロンイオンは、Varian VIISion ULE イオン注入装置により２５０eVのエネルギー及び5E15のドーズ量で注入された。ウエハは20keVのエネルギー及び1E15のドーズ量のゲルマニウムイオン注入によって予め非晶化された。ウエハは予め非晶化された領域を融解するようレーザーアニールによって処理された。図４Aにおいて、曲線160は深さの関数としてボロン濃度を表し、曲線162は深さの関数としてゲルマニウム濃度を表す。曲線160及び162はドーパント濃度のSIMS測定によって得られた。図４Bに示されるように、ボロンのパーセント活性度はわずかに１００％を超え、形成された電荷キャリア複合体の数がゲルマニウムドーズ量によって制限されたことを示している。ボロン原子への化学結合に利用できるゲルマニウム原子の数はボロン原子の数に比べ少ないため、このように予測される。もしゲルマニウムドーズ量が約1E15へ増加されれば、活性度は約２００％まで増加するであろう。
【００３４】
図４A及び４Bにおいて、シート抵抗は１０１.８６Ω/□で低いが、ゲルマニウムドーズ量を増加させるともっと低くできる。ボロン及びゲルマニウムSIMSプロファイルを一致させる、すなわち深さ及びドーズ量のドーパントプロファイルを一致させることによって、シート抵抗は最小化しかつ活性度は約２００％まで増加すると予想される。
【００３５】
電荷キャリア複合体が形成される場合のパーセント活性度を計算するための方法が説明される。ウエハは、従来の単一電荷キャリア活性化及び電荷キャリア複合体の形成の両方を含むと考えられる。まず、電荷キャリア複合体を形成する２つの種のパーセントオーバーラップが決定される。パーセントオーバーラップは２つの種の深さ及びドーズ量に依存し、SIMSによって決定される。ボロン及びゲルマニウムのような２つの種の深さ及びドーズ量が等しい場合、パーセントオーバーラップは１００％に近づく。次に、ホスト材料中の２つの種に対する化学反応パーセントが決定される。レーザーアニールによって処理されるシリコン中のボロン及びゲルマニウムに対する化学反応パーセントは１００％に近づく。次に、パーセント活性度が以下の式で与えられる。
パーセント活性度＝２Rx＋A（１００−Rx）
ここで、R＝種のパーセント化学反応/100％、A＝パーセント従来（単一電荷キャリア）活性度/100％、ｘ＝種のパーセントオーバーラップ、Rx＝電荷キャリア複合体のパーセント、１００−Rx＝単一電荷キャリアのパーセント、である。
【００３６】
異なる種に対するパーセント活性度の計算値の例は、以下の表においてパーセント活性度の測定値と比較される。
【００３７】
【表１】
2004532525.tif 000003
上の結果から、パーセント活性度はウエハ内の２つの種のオーバーラップを増加させることにより増加することが見て取れる。特に、パーセント活性度は深さプロファイル及びドーパント種のドーズ量を一致させることにより増加する。付加的に、化学結合限界までドーパント種のドーズ量を増加させることにより、形成し得る電荷キャリア複合体の数が増加する。
【００３８】
上記理論により、電荷キャリア複合体の形成に関する付加的なケースを予測することができる。従来技術のレーザーアニール処理は注入された領域の融解温度を下げるためにシリコンまたはゲルマニウムの予非晶化注入を利用していた。第１の実施例において、シリコンまたはゲルマニウムの予非晶化注入は必要ではない。BF2が約5E15またはそれ以上のドーズ量で注入され、続いてレーザーアニールされる。これによりB-F複合体の形成が生じ、それが電荷キャリア複合体を生成し、シート抵抗Rsを減少させる。融解ゾーンはBF2注入の予非晶化深さによって画成される。
【００３９】
第２の例において、シリコンまたはゲルマニウムの予非晶化注入は約1E15ドーズ量で実行される。その後ヒ素が約1E15またはそれ以上のドーズ量で注入され、続いてレーザーアニールされる。最初に、As2複合体が形成され、各ヒ素ドーパント原子がひとつの電荷キャリア（すなわち、As2複合体あたり２つの電荷キャリア）を与えるため、活性度パーセント及びシート抵抗は制限される。As2が約1E15のドーズ量で飽和すると、As-Si複合体が形成され始め、ヒ素ドーパント原子あたり２つの電荷キャリアが与えられる。
【００４０】
第３の実施例において、SPE処理が使用されるが、シリコンまたはゲルマニウムの予非晶化注入は要求されない。BF2が約1E14から5E15の範囲のドーズ量で注入され、つづいて低温アニールされる。ウエハ中にフッ素を保持し、それによってB-F複合体の形成を促進するために、低温アニールの前に酸素または窒素でウエハが覆われる。
【００４１】
本発明の現在考えられる好適実施例が説明されてきたが、特許請求の範囲に記載された本発明の態様から離れることなくさまざまな変更及び修正が可能であることは当業者にとって明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、さまざまな注入及びアニール技術に対する接合深さ（ナノメートル）の関数としてシート抵抗Rs(Ω/□)を示したグラフである。
【図２】図２Aは、レーザーアニール後の、シリコンウエハ内のさまざまなボロンドーズに対する接合深さ(Å)の関数として１cm3あたりの原子ボロン濃度を示したグラフであり、図２Bは、図２Aによって表されたウエハに関連するパラメータをリストアップした表である。
【図３】図３Aは、レーザーアニール後の、シリコンウエハ内のボロン及びゲルマニウムに対する深さ(Å)の関数として１cm3あたりの原子濃度を示したグラフであり、図３Bは、図３Aによって表されたウエハに関連するパラメータをリストアップした表である。
【図４】図４Aは、レーザーアニール後の、シリコンウエハ内のボロン及びゲルマニウムに対する深さ(Å)の関数として１cm3あたりの原子濃度を示したグラフであり、図４Bは、図４Aによって表されたウエハに関連するパラメータをリストアップした表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月7日(2002.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ内に超浅い接合を形成するための方法であって、
複合体あたり少なくとも２つの電荷キャリアを生成する電荷キャリア複合体を形成するべく選択されたドーパント材料を半導体ウエハの浅い表面層内に導入する工程と、
前記電荷キャリア複合体を形成するようドーパント材料を含む半導体ウエハを処理する工程と、
から成る方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は前記電荷キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種から成る、ところの方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は前記電荷キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種を含む化合物から成る、ところの方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は電荷キャリア複合体を形成するために半導体ウエハの原子と化学的に結合するよう選択される、ところの方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は励起子複合体を形成するよう選択される、ところの方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は、B-F、B-Ge、B-Si、P-F、P-Ge、P-Si、As-F、As-Ge及びAs-Siから成るグループから選択される、ところの方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程はドーパント材料のイオン注入から成る、ところの方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程はドーパント材料のプラズマドーピングから成る、ところの方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は複数のドープ層を形成する工程から成る、ところの方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は気相ドーピングから成る、ところの方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程はエピタキシャル成長工程の一部である、ところの方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は化学気相成長工程の一部である、ところの方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、浅い表面層は５００Åまたはそれ以下の厚さを有する、ところの方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は熱処理から成る、ところの方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程はレーザーアニールから成る、ところの方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は急速熱処理から成る、ところの方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は固相エピタキシーから成る、ところの方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程はマイクロ波アニールから成る、ところの方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は高周波RFアニールから成る、ところの方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は衝撃波アニールから成る、ところの方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は炉内アニールから成る、ところの方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は、前記電荷キャリア複合体を形成するべく選択された２つの種を導入する工程及び該２つの種の深さ及びドーズプロファイルを一致させる工程から成る、ところの方法。
【請求項２３】
請求項１に記載の方法であって、半導体ウエハを処理する工程は急速熱処理に続く急速冷却から成る、ところの方法。
【請求項２４】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料はBF2から成る、ところの方法。
【請求項２５】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料はB及びGeから成る、ところの方法。
【国際調査報告】
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