用于形成包含砷掺杂剂的基底的溶液配方和方法
【专利说明】用于形成包含砷掺杂剂的基底的溶液配方和方法
[0001] 背景 电子器件通常包括一个或多个由半导体晶片形成的部件。半导体晶片包括多个晶体 管，有时大约数千个晶体管到数十亿个晶体管，以实现电子器件的功能。在一些情况下，电 子器件设计师常常试图通过向半导体晶片加入更多晶体管来在降低成本的同时改进电子 器件的性能和/或提高电子器件的功能性。
[0002] 半导体器件制造商已通过不断减小在半导体晶片上形成的晶体管的尺寸来作出 回应。但是，由于用于形成晶体管的某些部件的方法的限制，晶体管尺寸的降低程度可能是 有限的。例如，半导体制造商有效掺杂半导体晶片以使半导体晶片中的掺杂剂浓度均匀并 位于足够浅的深度以支持较小的结尺寸的能力可能限制晶体管的P型或η型结的尺寸降 低。
[0003] 特别地，由于将晶体管的结的深度降到14纳米标记以下的需求增大和由于晶体 管已经以三维形状形成(例如finFETs)，在使用传统掺杂方法，如离子注入时，半导体制造 商已经遇到了形成适当掺杂的结和源/漏扩展区（source/drain extensions)的问题。例 如，掺杂剂的离子注入会破坏基底的表面，这影响结的性能。离子注入还可能受困于有限的 横向扩散控制，其造成更大的短沟道效应，这会降低晶体管性能。
[0004] 另外，由于离子注入是一种视线掺杂（line of sight doping)技术，随着三维晶 体管的构件（features)减小，离子注入装置无法触及基底的整个表面，这造成基底表面的 不均匀掺杂。当电子器件中包含的晶体管的结没有均匀掺杂时，由于晶体管不能信号离散 (signal discrete)通态和断态，包括这些晶体管的电子器件的性能会降低。
[0005] 概述 提供本概述以介绍用于形成具有含砷掺杂剂的基底的溶液配方和方法的简化构思。下 面在详述部分中进一步描述示例性溶液配方和示例性方法的更多细节。本概述无意规定所 要求保护的主题的基本要素，也无意用于确定所要求保护的主题的范围。
[0006] 提供了一种方法，其包括制备包含掺杂剂和溶剂的溶液，其中所述掺杂剂包含砷。 该方法还可包括使基底与包含溶剂和含砷掺杂剂的溶液接触。该溶液可具有至少大致等于 能够在至少2小时的持续时间内致使基底表面处的原子与溶液中的含砷化合物之间形成 连接的最低温度的闪点。
[0007] 还提供了包含溶剂和含砷化合物的溶液。该溶液可具有至少大致等于能够致使基 底的原子与溶液中的含砷化合物之间形成连接的最低温度的闪点。
[0008] 还提供了一种基底，其可包括具有多个原子(例如硅原子）的表面和共价键合到所 述多个硅原子中的至少一部分上的含砷化合物。
[0009] 还提供了如下文进一步描述的各种含砷化合物的物质成分（composition of matter )。所述方法、所述溶液和所述基底中的掺杂剂可包括这些化合物中的任一种。
[0010] 附图简述 参考附图作出详述。在附图中，附图标记的最左位的数字(或多个数字）标识该附图标 记第一次出现时所在的附图。在不同附图中使用相同的附图标记指示类似或相同的物件或 要素。 toon] 图1是形成包含掺杂剂的基底的方法的流程图。
[0012] 图2图示了可进行一次或多次本文所述的方法的在表面处具有硅原子的基底。
[0013] 图3图示了已经历过一次或多次本文所述的方法的在表面处具有硅原子的基底。
[0014] 图4图示了已经历过一次或多次本文所述的方法的在表面处具有硅原子的基底。
[0015] 图5图示了在表面处具有键合到含砷化合物的硅原子的基底。
[0016] 图6图不了在表面处具有键合到多层含砷化合物的娃原子的基底。
[0017] 图7图示了在表面处具有键合到阻断（blocking)分子的娃原子的基底。
[0018] 图8图示了在表面处具有键合到链接基团（linking moiety)的娃原子的基底。
[0019] 图9图示了在表面处具有键合到链接基团的硅原子的基底，所述链接基团带有与 之键合的含砷化合物。
[0020] 详述 本公开描述了用于形成包含掺杂剂的基底的溶液配方和方法。在具体实施方案中，该 掺杂剂可包含砷（As)。与磷掺杂的基底的电特性相比，砷掺杂的基底可具有改进的电特性。 例如，As的扩散系数明显低于其它掺杂剂(如P)的扩散系数。因此，与包含其它η型掺杂剂 的掺杂基底相比，使用As作为掺杂剂可产生具有更浅的结的掺杂基底。另外，与包含其它 η型掺杂剂的基底相比，使用As作为掺杂剂可产生在发生掺杂剂原子扩散之前能够耐受更 高温度的掺杂基底。相应地，砷掺杂基底与磷掺杂基底相比可具有改进的性能。在一些情 形中，砷掺杂基底可用于制造可用在高性能电子器件中的半导体晶片。此外，本公开描述了 可用于形成均匀掺杂基底的配方和方法，所述基底可包括具有深度小于20纳米的结的三 维晶体管结构。在一些情形中，该基底可包括绝缘体上娃（silicon-on-insulator)基底、 绝缘体上锗（germanium-on-insulator)基底、常规娃基底、可能表现出多个晶体取向的娃 基底(例如具有三角形鳍的基底，其中Si原子的取向可取决于该Si原子在三维结构上的位 置)、常规锗基底或它们的组合。
[0021] 图1是用于形成包含含砷掺杂剂的基底的方法100的流程图。该基底可以是刚性 的，或者该基底可以是挠性的。另外，该基底可包含半导体材料。例如，该基底可以是含硅基 底。该基底可以是含锗基底。该基底可包含硅和锗的组合。该基底可包含至少40%硅、至 少55%硅或至少70%硅。如果需要，基本上整个该基底可包含硅，该基底的不多于大约95% 可包含硅，或该基底的不多于大约80%可包含硅。在一个非限制性的示例性实例中，该基底 的Si原子可具有100取向。在另一非限制性的示例性实例中，该基底的Si原子可具有111 取向。在再一非限制性的示例性实例中，该基底的Si原子可具有110取向。
[0022] 在102处，方法100包括制备包含溶剂和掺杂剂的溶液。在一些情形中，包含溶剂 和掺杂剂的所述溶液在本文中可称作"掺杂剂溶液"。所述掺杂剂可包含至少一个砷原子。 在一个实例中，该掺杂剂可包含含砷化合物。该含砷化合物可包括无机含砷化合物、有机砷 化合物或有机含砷化合物。
[0023] 在一些情形中，所述含砷化合物可包含至少一个能与基底表面处的原子反应和/ 或能与基底表面处的原子相互作用的官能团。该含砷化合物的所述至少一个官能团可能经 由化学吸附、物理吸附或两者与基底表面处的原子反应和/或相互作用。该含砷化合物的 所述至少一个官能团与基底表面处的原子之间的反应和/或相互作用可包括共价键合、配 价键键合、氢键键合、离子键键合或它们的组合。在一些情形中，该含砷化合物和基底表面 处的原子可具有足够强的局部或超分子相互作用以使该含砷化合物在经受一些后继加工 条件时保留在基底表面处。在另一些情形中，在经受另一些后继加工条件如退火工艺的条 件时，该含砷化合物与基底表面处的原子之间的反应和/或相互作用可能被破坏。由此，砷 原子可被释放并可供扩散到基底中。
[0024] 所述反应性官能团或多个官能团可包括链烯基、炔基、羟基、芳基、胺基、酰胺基、 硝基、羰基、含卤素的基团、硫醇基、亲二烯体或它们的组合。如果需要，该含砷化合物可包 含一个或多个As (III)原子。或者，该含砷化合物可包含一个或多个As (V)原子。如果需 要，该含砷化合物可包含一个或多个As (III)原子和一个或多个As (V)原子。在一些情形 中，该含砷化合物可以是多砷（polyarsenic)化合物。
[0025] 本文所述的含砷化合物可以使用诸多技术形成。在一些情形中，该含砷化 合物可以由缩合反应形成。可用于形成含砷化合物的制备方法的示例性实例记载在 Doakj G. 0. ;Freedman，LD. Organometallic compounds of arsenic, antimony, and bismuth in ；Seyferth, Dietmarj Ed. The Chemistry of Organometallic Compounds ； Wiley-lnterscience: New York, 1970 ；Chemistry of Arsenic, Antimony and Bismuth ； Norman, N. C. , Ed. Blackie Academ