[发明专利]质子辐照时掺杂效率的提高

说明书

技术领域

本公开涉及一种用于半导体掺杂的方法并且涉及借助这样的方法制造的半导体器件。

背景技术

在半导体器件的制造中，对于所期望的功能必需的是，可以尽可能精确地设定半导体材料的电传导率。电传导率的设定通过借助合适的外来原子对半导体材料掺杂来进行。由此，可选地实现n掺杂或p掺杂。n掺杂或p掺杂可以通过在半导体的晶体结构中引入高值的外来原子（n掺杂）或低值的外来原子（p掺杂）进行。

也可能的是，借助以质子辐照半导体来实现n掺杂。这样的质子辐照尤其可以用于硅的n掺杂。DE 102 45 091 B4描述这样的方法和借助这样的方法制造的半导体器件。

发明内容

本发明的目的在于，借助质子辐照改善掺杂。

为此，本公开提出根据独立权利要求所述的方法和装置。特别的可选的特征在从属权利要求中说明。

用于掺杂半导体主体的方法包括借助质子辐照半导体主体和借助电子辐照半导体主体。在借助质子辐照之后和借助电子辐照之后，回火半导体主体。通过回火进行由射入的质子形成的氢原子的扩散，以便在空穴上积聚氢原子。电子辐照产生可以由氢原子装饰的附加的空穴。

附图说明

图1示出在被质子辐照的硅中所测得的掺杂浓度轮廓；

图2示出一种可能的方法的流程图；

图3示出硅中电子和质子的作用距离与相应的射入能量的相关性；以及

图4示出具有和不具有附加电子辐照的被质子辐照的硅中的掺杂浓度轮廓。

随后参考附图详细解释本发明的实施例。然而，本发明不限制于具体描述的实施方式，而是可以以合适的方式被修改和变形。以下位于本发明的范畴内：将一种实施方式的各个特征和特征组合与另一种实施方式的特征和特征组合相组合，以便实现其他根据本发明的实施方式。

相同的元件在附图中设有相同的或类似的参考标记。为避免重复，不对这些元件重复描述。此外，附图未必按正确的比例。所说明的定向和方向如“竖直”、“横向”、 “上面” 、 “下面”涉及半导体中通常的描述并且不限制于半导体器件的安装方向或取向。

具体实施方式

根据所述例子说明在此示出的基本原理。

质子辐照被用于半导体、尤其是硅的n掺杂。射入的质子形成为具有晶体缺陷（Kristalldefekten）、晶体空穴和必要时其他杂质原子——例如氧或碳——的氢原子，即络合物，所述络合物作为电子施主起作用并且因此提供n掺杂。质子辐照大多与硅一起使用，但原则上也可以与另外的、可借助质子辐照掺杂的半导体材料——例如碳化硅（SiC）一起使用。

已经表明，射入的质子作为氢原子积聚在晶格缺陷中，并且尤其在硅晶格的空穴上。在质子辐照中，通过射入的质子产生这样的空穴。

如另外的离子束一样，质子束具有典型的穿透特性，该穿透特性具有在借助质子束辐照的材料中与辐照能量相关的最大作用距离，质子可以穿透到该材料中直至该最大作用距离。如在离子束的情况下普遍的那样，在半导体衬底中射入的质子的最大作用距离以及因此最大穿透深度（R_p）由射入的质子的能量确定。

质子辐照的特征是，在最大穿透深度（R_p）的区域中产生空穴的高浓度。由此在产生的空穴上积聚注入的氢之后，在质子的最大穿透深度的区域中得出掺杂浓度的特征性最大值。在衬底中更大深度的区域中、即在最大穿透深度之后不产生空穴。术语“在…之前”和“在…之后”在此涉及质子被辐射到衬底中的方向。

因此，通过借助质子辐照穿透氢，可以对半导体一直掺杂到最大穿透深度。该掺杂直接在最大穿透深度的区域中辐照后在深度R_p处具有典型的最大值，但所述最大值是不稳定的，尤其不是温度稳定的。该最大值可以用于半导体器件中。也可以相应地减薄或磨损半导体，从而在完成的半导体器件中不再包含该最大值。

通过随后的温度处理（回火、复原），可以提高氢在半导体中的扩散并且射入的氢可以扩散到通过质子束产生的空穴并且积聚在那。因为通过质子辐照仅仅在最大穿透深度之前并直至最大穿透深度的区域中产生空穴，所以氢尤其可以积聚在那。与此相反，在最大值之后的区域中通常只能实现从低到非常低的空穴浓度并且因此只能实现低掺杂浓度。

可实现的掺杂浓度取决于质子辐照时的质子剂量。然而，借助质子辐照可最大实现的掺杂浓度是有限的。

对于硅，在图1a至1d中，对于不同的质子剂量示出借助质子辐照可实现的实验上测量的掺杂轮廓。