用于形成半导体器件的方法和半导体器件与流程

实施例涉及在形成半导体器件期间的注入处理以及相应的掺杂分布，并且具体来说，涉及用于形成半导体器件的方法和半导体器件。

背景技术：

当今，半导体器件具有不同导电类型和/或不同掺杂浓度的多个不同的掺杂区域。可以以各种方式来实现这些掺杂区域。例如，质子可以被注入到半导体衬底中以产生氢相关的施主。许多半导体器件都需要高掺杂浓度的区域。可以在注入或长注入处理时间期间通过高束流来达到这样的掺杂浓度。这由于所需要的昂贵设备和/或长制造时间而导致增加了制造成本。

技术实现要素：

可能存在对提供用于形成半导体器件的概念的需求，其能够降低成本和/或提高注入效率。

可以通过权利要求的主题来满足这种需求。

某些实施例涉及一种用于形成半导体器件的方法。该方法包括将预定义剂量的质子注入到半导体衬底中。此外，该方法包括在预定义剂量的质子的注入期间控制半导体衬底的温度，以使得半导体衬底的温度在目标温度范围内的时间多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间。目标温度范围从目标温度下限达到目标温度上限。此外，目标温度下限等于目标温度减去30℃，并且目标温度上限等于目标温度加上30℃，并且目标温度高于80℃。

某些实施例涉及一种用于形成半导体器件的方法。该方法包括利用小于2.5MeV的注入能量来将预定义剂量的质子注入到半导体衬底中。此外，该方法包括在预定义剂量的质子的注入期间控制半导体衬底的温度，以使得半导体衬底的温度为80℃以上的时间多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间。

某些实施例涉及一种用于形成半导体器件的方法。该方法包括在预定义剂量的质子的注入期间将预定义剂量的质子注入到半导体衬底中并测量半导体衬底的温度。此外，该方法包括基于所测量到的温度来在注入期间调整质子的束流。

某些实施例涉及一种包括位于半导体衬底内的第一区域的半导体器件。第一区域包括由质子注入引起的在半导体衬底内的氢相关的施主的最大浓度。此外，第一区域位于相对于半导体衬底的第一表面的第一深度处。此外，半导体器件包括位于半导体衬底内的第二区域，该第二区域位于相对于半导体衬底的第一表面的第二深度处。第一深度是第二深度的两倍，并且第二区域的的氢相关的施主的浓度由小于氢相关的施主的最大浓度的20％的质子注入所引起。

附图说明

下面将通过仅仅为示例的方式并参照附图来描述装置和/或方法的某些实施例，在附图中：

图1示出了用于形成半导体器件的方法的流程图；

图2示出了在温度控制的情况下的衬底温度分布的示意性例示；

图3示出了在没有温度控制的情况下的衬底温度分布的示意性例示；

图4示出了最高的载流子浓度与注入温度进行比较的示意性例示；

图5示出了氢施主浓度与衬底深度进行比较的示意性例示；

图6示出了载流子比率与注入温度进行比较的示意性例示；

图7示出了用于形成半导体器件的方法的另一个流程图；

图8示出了用于形成半导体器件的方法的另一个流程图；

图9示出了在温度控制的情况下的衬底温度分布的示意性例示；以及

图10示出了半导体器件的示意性横截面。

具体实施方式

现在将更充分地参照附图来描述各个示例的实施例，在附图中，例示了某些示例的实施例。在附图中，为了清楚起见，可以放大线条、层和/或区域的厚度。

因此，尽管示例的实施例能够具有各种修改和替代形式，但在附图中通过示例的方式示出其实施例，并且本文中将详细描述其实施例。然而，应当理解，并非旨在将示例的实施例限制为所公开的具体形式，但相反，示例的实施例将覆盖落入本公开内容的范围内的所有的修改、等同、和替换形式。贯穿对附图的描述，相似的附图标记指代相似的或类似的元件。

将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件或者可以呈现中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，未呈现中间元件。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其它词语(例如，“位于……之间”与“直接位于……之间”的关系、“邻近”与“直接邻近”的关系、等等)。

本文中所使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而并非旨在限制示例的实施例。如本文中所使用的，除非上下文另外明确指示，单数形式“一”、“一个”、和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解的是，当在本文中使用术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”指定了存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除出现或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。

除非另外定义，本文中所使用的所有术语(包括技术术语和科技术语)都具有与示例的实施例属于的技术领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解的是，术语(例如在通常所使用的词典中所定义的)应当被解释为具有与它们在相关领域的背景中的含义一致的含义。然而，如果本公开内容给予术语与普通技术人员通常理解的含义相偏离的特定含义，则在本文中给出该定义的特定背景中应当考虑该含义。

可以通过将质子(氢离子)注入到半导体衬底中来产生氢相关的施主(HD)。例如，利用keV至MeV的能量范围中的质子对晶体硅的照射和在高达500℃的温度下的连续退火诱导了具有几十meV的电离能的浅施主类型的缺陷。取决于后面的退火步骤的温度，可以存在各种不同的能级。对于出现的氢相关的施主(HD)，晶体损伤和氢可以在半导体样本中同时出现。在质子注入的情况下，辐射损伤和氢可以被同时嵌入。由利用在keV至MeV的能量范围内的质子的照射产生的损伤轮廓可以延伸到几十nm到几百μm，例如，表面下方200μm，而经注入的质子中的大多数会在接近损伤轮廓的端部(射程端，EOR)的它们投射范围的周围停止移动。例如，小于10MeV(或小于6MeV，小于4MeV，小于2.5MeV或小于1.5MeV)的注入能量可以用于在半导体衬底内形成期望的掺杂区域。例如，高达10MeV的注入能量可以用于实现对晶体管结构或二极管结构的漂移区区域的掺杂。替代地或另外地，大约4MeV(例如，在3MeV与5MeV之间)的注入能量可以用于从半导体衬底的前侧注入晶体管结构的基部区。此外，替代地或另外地，小于2.5MeV(或低于1.6MeV)的注入能量可以用于从半半导体衬底的后侧注入晶体管结构或二极管结构的场停止区。例如，可以使用高于200keV(或高于300keV或高于400keV)的注入能量。

图1示出了根据实施例的用于形成半导体器件的方法100的流程图。方法100包括利用小于2.5MeV(2500keV)的注入能量将预定义剂量的质子注入110到半导体衬底中。此外，方法100包括在预定义剂量的质子的注入期间控制120半导体衬底的温度，从而在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间期间，半导体衬底的温度高于80℃。

可以通过在注入期间将温度增加到高于80℃来提高经注入的质子的掺杂效率。以此方式，可以增加最大可达到的掺杂浓度和/或可以减小针对注入期望剂量的离子或获得期望的掺杂浓度所需要的处理时间。此外，可以减小制造成本。

可以由离子注入系统来将质子加速到期望的能量。例如，质子被加速到小于2.5MeV的注入能量。如果半导体衬底的温度未受到控制(例如，加热半导体衬底)，则在小于2.5MeV的注入能量下，半导体衬底的温度可以保持在低水平(例如，低于60℃)。质子的注入能量可以确定垂直方向上的穿透深度和掺杂轮廓。例如，可以根据基于经注入的质子或经注入的质子的射程端所生成的氢相关的施主的最大值的期望深度，来选择注入能量。例如，对于实现各电元件(例如，晶体管结构或二极管结构)的掺杂区域(例如，场停止区或漂移区)，小于1.6MeV(1600keV)的注入能量可以是足够的。例如，可以使用高于200keV(或高于300keV或高于400keV)的注入能量。

例如，半导体衬底可以是半导体晶圆、半导体晶圆的部分或半导体管芯。半导体器件的半导体衬底可以是硅衬底或硅晶圆。或者，例如，半导体器件的半导体衬底可以是碳化硅衬底、砷化镓衬底或氮化镓衬底。

可以根据待形成的半导体器件的半导体衬底内的期望的掺杂轮廓或掺杂分布来选择待注入的预定义剂量的质子。例如，可以通过注入预定义剂量的质子来实现半导体衬底的基础掺杂(base doping)或电元件(例如，晶体管或二极管)的掺杂区域(例如，场停止区)。

可以以各种方式来控制120半导体衬底的温度。例如，衬底承载装置(例如，在质子注入期间承载半导体衬底)可以包括用于在质子的注入期间加热和/或冷却半导体衬底的装置(例如，集成式加热设备和/或冷却设备)。另外地或替代地，用于注入质子的注入系统可以包括具有可控制的温度的处理腔，从而处理腔内的温度可以在质子注入期间受到控制。例如，可以在预定义剂量的质子的注入期间(例如，由半导体衬底处的温度传感器或者由红外温度测量装置)测量半导体衬底的温度，并且可以基于测量到的温度来调整半导体衬底的温度(例如，通过调整用于加热和/或冷却半导体衬底的装置的加热功率和/或通过调整质子的束流)。例如，如果注入能量低于2.5MeV，则除了由质子束产生的加热能量以外，被提供给半导体衬底以将衬底加热到期望的目标温度范围的多于70％(或者多于80％或多于90％)的加热能量可以由用于加热半导体衬底的装置来提供。

在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间期间，半导体衬底的温度保持在高于80℃。注入处理时间可以是半导体衬底被对待注入的预定义剂量的质子有贡献的质子束照射的期间的时间。可以在一个不间断的注入过程期间注入预定义剂量的质子。在这种情形下，注入处理时间可以当打开质子束时开始并且可以当关闭质子束并注入了预定义剂量的质子时结束。或者，可以在被注入间隔中断的两个或更多个注入子过程期间注入预定义剂量的质子。在该情形下，注入处理时间可以是期间打开质子束的累加的时间(例如，束的时间)，而不加上注入间隔的时间。注入间隔的原因可以是避免不受控制的自加热影响。

可能已经在高于80℃的温度下经历了经注入的质子的掺杂效率的提高。可以通过在质子注入期间选择较高的衬底温度来增加影响。例如，在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间期间，半导体衬底的温度可以保持在高于120℃(或者高于150℃或高于200℃或高于250℃)。

此外，半导体衬底可以保持在低于可能破坏氢相关的施主或者可能降低用于产生氢相关的施主的效率的温度。例如，半导体衬底的温度可以在预定义剂量的质子的注入期间保持在低于500℃(或低于400℃或低于300℃)。

可以在注入开始时(例如，在注入处理时间期间)将半导体衬底从室温加热到高于80℃的目标温度或目标温度范围，以使得半导体衬底高于80℃的时间不是在整个注入处理时间期间，而是在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间内。可替换地，可以在质子的注入开始之前，将半导体衬底加热到高于80℃的目标温度或目标温度范围。以此方式，对于整个注入处理时间或接近整个注入处理时间，半导体衬底的温度可以是高于80℃的温度。例如，半导体衬底的温度被控制为使得在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的90％(或多于95％或多于99％)的时间期间，半导体衬底的温度高于80℃。

图2示出了在质子的注入期间的半导体温度的衬底温度的温度分布270的示例。在该示例中，由外部加热器(例如，可加热的卡盘或可加热的衬底承载装置)将衬底从室温202加热到期望的目标温度或处理温度204。随后，开始质子的注入并一直持续到注入了预定义剂量的质子。在注入之后可以有效地冷却衬底(例如，通过卡盘或衬底承载装置)。此外，图2指示了针对用于注入质子的不同值的束流210、220、230的用于将半导体衬底保持在目标温度的外部加热功率240、250、260。半导体衬底的温度由于所提出的温度控制而基本上保持恒定。相比之下，图3示出了在没有温度控制的情况下在质子的注入期间的半导体衬底的衬底温度的温度分布310的示例。

例如，可以在预定义剂量的质子的注入110期间控制半导体衬底的温度，从而在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间期间，半导体衬底的温度在目标温度范围内。目标温度范围可以从目标温度下限达到目标温度上限。目标温度下限可以等于目标温度减去30℃(或者减去10℃或减去5℃)，并且目标温度上限可以等于目标温度加上30℃(或加上10℃或加上5℃)。换句话说，在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间期间，半导体衬底的温度可以被控制为保持在目标温度+/-30℃、+/-10℃或+/-5℃的目标温度范围内。目标温度可以高于80℃(或高于120℃、高于150℃、高于200℃或高于250℃)。例如，目标温度下限也可以高于80℃。

例如，对半导体衬底内的第一掺杂区域的掺杂是基于预定义剂量的质子的注入的。可以注入质子，从而半导体衬底内的第一区域(例如，场停止区或漂移区)包括在形成半导体器件之后(例如，以及在使半导体衬底回火以激活氢相关的施主之后)的半导体衬底内的氢相关的施主的最大浓度。例如，氢相关的施主的最大浓度大于1*10¹⁵cm^-3(或大于2*10¹⁵cm^-3或大于3*10¹⁵cm^-3或大于1*10¹⁶cm^-3)。

图4示出了针对EoR峰值(例如，由扩展电阻分布测量(SRP)来确定)处的最大掺杂浓度402的示例。对于图4中示出的所有示例，经注入的质子的剂量可以是基本上相同的。例如，对于特定的掺杂处理，图4示出了使用FZ(浮区)衬底的EoR峰值上的最终掺杂浓度随注入温度变化。例如，可以通过按2的系数使衬底恒定地退火到200℃(与50℃下注入的衬底相比)来增加掺杂浓度。为了急剧提高给定的剂量下的掺杂效率，例如可以充分地加热衬底。可以由外部加热的卡盘来设置衬底温度。以此方式，例如可以在给定的目标电荷载流子的浓度下减小注入剂量，从而可以降低成本。

例如，由质子注入引起的第一区域(例如，质子注入的范围区域的端部)可以位于相对于用于将质子注入半导体衬底中的半导体衬底的第一表面的第一深度处。此外，由相同的质子注入引起的半导体衬底内的第二掺杂区域的掺杂可以基于预定义剂量的质子的注入。第二区域可以位于相对于半导体衬底的第一表面的第二深度处。第一深度可以是第二深度的两倍并且在形成半导体器件之后(例如，以及在使半导体衬底回火以激活氢相关的施主之后)，第二区域可以包括小于氢相关的施主的最大浓度的50％(或小于20％或小于10％或小于5％或小于1％)的氢相关的施主的浓度。在质子注入的射程端处的氢相关的施主的浓度与在射程端的一半处的氢相关的施主的浓度之间的比率可以取决于质子注入期间的衬底温度。例如，可以通过在质子注入期间选择对应的衬底温度来调整或选择在质子注入的射程端处的氢相关的施主的浓度与在射程端的一半处的氢相关的施主的浓度之间的比率。

图5示出了在质子注入期间针对不同的衬底温度所获得的氢施主浓度分布的示意性示例。示出了针对50℃的衬底温度的第一分布510和针对200℃的衬底温度的第二分布。注入能量被选择为使得氢相关的施主的最大浓度位于142μm的深度处(例如，EoR投射范围)。例如，用半峰全宽FWHM来指示EoR区域。此外，在71μm处指示了宽度的一半(1/2Rp)。用任意单位在对数刻度上示出了氢相关的施主的浓度。

图6示出了针对不同的衬底温度所获得的载流子比率602的示意性示例。载流子比率602是在射程端EoR的峰值处(例如，在148μm处)的掺杂浓度与70μm(例如，通过扩展电阻分布测量(SRP)来确定)的深度中的浓度之间的比率。在注入期间测量质子束流604(用适当设置的法拉第杯测量束流)。针对不同的注入温度平台(半导体衬底的目标温度)示出了载流子比率602。通过调节温度，可以选择性地调整EoR浓度与分布的经照射的区域中的载流子浓度之间的关系，这是因为温度的影响的强度可以取决于注入期间的局部缺陷发生率(核的相互作用)。此外，使用所提出的概念，增强的效率提高可以允许最大可行的峰值浓度的增加。关于非常高的剂量，最大可行的浓度可以通过形成较高阶的缺陷来进行限制。由于形成期望的施主的提高的效率，因此这种限制可以被改变为较高的剂量/浓度，以使得较高的峰值浓度例如可以是总体上可获得的。

例如，执行预定义剂量的质子的注入以提供在预定义的深度处的垂直晶体管结构或垂直二极管结构的场停止区或场停止层。场停止区可以位于垂直晶体管结构或垂直二极管结构的漂移区与背侧掺杂区域(例如，漏极区、集电极区、阴极区或阳极区)之间。场停止区可以位于可由具有小于2.5MeV(或小于1.5MeV)的能量的质子达到的深度中。

可选地，可以同时注入半导体衬底的基部区(例如，晶体管或二极管的漂移区的掺杂)和场停止区。可以执行预定义剂量的质子的注入以同时在预定义的深度与半导体衬底的表面之间提供半导体衬底的基础掺杂。例如，可以选择半导体衬底的温度，从而在表面与质子注入的射程端峰值之间的半导体衬底的部分(穿透区)内所获得的掺杂浓度形成该部分的基础掺杂，并且射程端峰值形成场停止区所期望的掺杂浓度。

或者，可以独立于场停止区的注入或者与场停止区的注入分开执行半导体衬底的基础掺杂的注入(例如，晶体管或二极管的漂移区的掺杂)。可以在较高的注入能量下(例如，大于3MeV或大于3.5MeV)执行基础掺杂的注入。基础掺杂的注入的射程端可以比最终的半导体器件的半导体衬底的厚度深(例如，可以通过研磨衬底来去除射程端部分)。如果使用高于3.5MeV的质子能量，则半导体衬底可以达到非常高的温度。可以通过控制(例如，加热和/或冷却衬底载流子或处理腔)半导体衬底的温度来提高掺杂效率和/或减少处理时间。

例如，可以利用大于2.5MeV的注入能量从半导体衬底的前侧执行第一质子注入(注入第一预定义剂量的质子)，以形成对垂直晶体管结构或垂直二极管结构的漂移区的掺杂。随后，可以从半导体衬底的背侧使半导体衬底减薄。由此，可以以完全去除由第一质子注入引起的EoR区域的方式来执行减薄。可选地，减薄可以不到达第一质子注入的投射范围，从而保留相应的分布的EoR区域。此外，在使半导体衬底减薄之后，可以利用小于2.5MeV的注入能量来从半导体衬底的背侧执行第二质子注入(注入第二预定义剂量的质子)，以形成对垂直晶体管结构或垂直二极管结构的场停止区的掺杂。可以在第一质子注入之前或之后、在减薄之前或之后和/或在第二质子注入之前或之后执行另外的其它步骤，以形成垂直晶体管结构或垂直二极管结构的另外的结构或区域。

此外，方法100可以包括在注入预定义剂量的质子之后，在高于300℃(或者高于400℃或高于450℃)的温度下使半导体衬底回火多于1h(或多于4h)。回火可以通过扩散氢来激活氢相关的施主。然而，可以在低于500℃的温度下执行回火。高于500℃的温度可能导致氢配合物的离解以及氢相关的施主的减少。

待形成的半导体器件可以包括垂直晶体管结构或垂直二极管结构。例如，举例来说，垂直晶体管结构可以是场效应晶体管布置(例如，金属氧化物半导体晶体管或绝缘栅双极型晶体管)。垂直晶体管结构可以在单元域内包括多个单元或重复结构(例如，场效应晶体管单元、金属氧化物半导体晶体管单元或绝缘栅双极型晶体管单元)。例如，场效应晶体管单元可以包括源极区、主体区、漏极区(例如，与其它单元共享)和用于控制通过主体区的沟道的栅极。此外，垂直晶体管结构可以包括位于主体区(或漂移区)与漏极区之间的场停止区或场停止层。

例如，半导体器件可以使使用氢相关的施主的区域的任何半导体器件。例如，半导体器件是包括高于10V(例如，10V、20V或50V的击穿电压)、高于100V(例如，200V、300V、400V或500V的击穿电压)或高于500V(例如，600V、700V、800V或1000V的击穿电压)或高于1000V(例如，1200V、1500V、1700V或2000V的击穿电压)的击穿电压或阻断电压的功率半导体器件。

图7示出了根据实施例的用于形成半导体器件的方法700的流程图。方法700包括将预定义剂量的质子注入710到半导体衬底中。此外，方法700包括在预定义剂量的质子的注入期间控制720半导体衬底的温度，从而在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间期间，半导体衬底的温度在目标温度范围内。目标温度范围从目标温度下限达到目标温度上限。此外，目标温度下限等于目标温度减去30℃，并且目标温度上限等于目标温度加上30℃，并且目标温度高于80℃。

可以通过在注入期间将温度增加到高于80℃来提高经注入的质子的掺杂效率。以此方式，可以增加最大可达到的掺杂浓度和/或可以减小针对注入期望剂量的离子或获得期望的掺杂浓度所需要的处理时间。

在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％(或多于90％或多于95％)的时间期间，半导体衬底的温度可以被控制720为保持在目标温度+/-30℃(或+/-10℃或+/-5℃)的目标温度范围内。目标温度可以高于80℃(或高于120℃、高于150℃、高于200℃或高于250℃)。例如，目标温度下限也可以高于80℃。

此外，在预定义剂量的质子的注入期间，目标温度可以被保持为低于可能破坏氢相关的施主或可能降低用于产生氢相关的施主的效率的温度。例如，目标温度可以低于500℃(或低于400℃或低于300℃)。

可以以各种方式来控制720半导体衬底的温度。例如，衬底载流子可以包括用于在质子的注入期间加热和/或冷却半导体衬底的装置。另外地或替代地，用于注入质子的注入系统可以包括具有可控制的温度的处理腔，从而可以在质子注入期间控制处理腔内的温度。例如，可以在预定义剂量的质子的注入期间(例如，由半导体衬底处的温度传感器或者由红外温度测量装置)来测量半导体衬底的温度，并且可以基于测量到的温度来调整(例如，通过调整用于加热和/或冷却半导体衬底的装置的加热功率或者通过调整质子的束流)半导体衬底的温度。

可以由离子注入系统将质子加速到期望的能量。例如，质子可以被加速到高达4MeV(或高达5MeV、高达6MeV或高达10MeV)的注入能量。质子的注入能量可以确定垂直方向上的穿透深度和掺杂轮廓。例如，可以根据氢相关的施主的最大值的期望深度或经注入的质子的射程端来选择注入能量。例如，对于注入各电元件(例如，晶体管结构或二极管结构)的掺杂区域(例如，场停止区或漂移区)，小于1.6MeV(1600keV)的注入能量可以是足够的。或者，3MeV与5MeV之间的注入能量可以用于形成半导体衬底的基础掺杂。取决于注入处理期间的束流和束能量，可以通过加热半导体衬底来控制半导体衬底的温度。

结合以上或以下所描述的实施例提及的更多细节和方面。图7中所示出的实施例可以包括一个或多个可选的另外的特征，该特征与结合所提出的概念或以上(例如，图1-6)或以下(例如，图8-10)所描述的或一个或多个实施例所提及的一个或多个方面相对应。

图8示出了根据实施例的用于形成半导体器件的方法800的流程图。方法800包括将预定义剂量的质子注入810到半导体衬底中并且在预定义剂量的质子的注入期间测量820半导体衬底的温度。此外，方法包括基于测量到的温度来在注入期间调整830质子的束流。

可以通过基于半导体衬底的温度调节束流来提高经注入的质子的掺杂效率。

例如，对于高于3MeV的注入能量和高的束流(例如，高于0.2μA或高于0.5μA)，半导体衬底的温度可以增加到高于100℃。通过调节束流，半导体衬底的温度可以被保持在期望的目标温度范围内。

例如，可以通过在不关闭束(将束流减小到零)的情况下增大或减小束流来调节束流。例如，如果半导体衬底的温度增加至目标温度范围的目标温度上限或增加到目标温度范围的目标温度上限以上，则可以减小束流(例如，但不低于最大束流的10％)，如果半导体衬底的温度减小至目标温度范围的目标温度下限或减小到目标温度范围的目标温度下限以下，则可以增加束流。例如，可以在最大束流(在预定义剂量的质子的注入期间所使用的)与在预定义剂量的质子的注入期间所使用的最大束流的至少5％(或至少20％或至少50％)之间的范围内调节束流。

可选地，可以由恒定的加热功率和/或预定义的加热功率分布来加热半导体衬底。可以通过基于测量到的半导体衬底的温度调整束流来对与半导体衬底的期望的温度分布的偏离进行补偿。

例如，可以在注入期间调整质子的束流，从而在多于用于注入预定义剂量的质子的注入处理时间的70％的时间期间，半导体衬底的温度高于80℃。

图9示出了在通过束流调节进行温度控制的情况下的衬底温度分布920的示例。在质子注入开始时，束流910被选择得非常高(I_max)，以便将半导体衬底从室温202加热到目标温度或处理温度204。在达到目标温度之后，束流910减小到较低的电流I_稳定，以便将半导体衬底保持在目标温度范围内，直到注入了预定义剂量的质子。然后，在关闭质子束之后，衬底冷却到室温202。

结合以上或以下所描述的实施例提及了许多细节和方面。图8中示出的实施例可以包括一个或多个可选的另外的特征，该特征与所提出的概念或以上(例如，图1-7)或以下(例如，图9-10)所描述的一个或多个实施例所提及的一个或多个方面相对应。

图10示出了根据实施例的半导体器件1000的示意性横截面。半导体器件1000包括由质子注入引起的位于半导体衬底内的第一区域1010。第一区域1010包括位于半导体衬底内的最大浓度的氢相关的施主。此外，第一区域1010位于相对于半导体衬底的第一表面1002的第一深度1012处。此外，半导体器件1000包括位于相对于半导体衬底的第一表面1002的第二深度1022处的半导体衬底内的第二区域1020。第一深度1012是第二深度1022的两倍，并且第二区域1020包括由小于氢相关的施主的最大浓度的50％(或小于20％或小于10％或小于5％)的相同的质子注入所引起的氢相关的施主的浓度。

可以通过使用有效的注入方法来提高期望的深度(第一深度)中的氢相关的施主和表面与期望深度之间的氢相关的施主的比率。可以通过形成具有大比率的器件来减小制造成本。

半导体衬底的第一表面1002是在半导体器件的制造期间从其注入质子的表面。半导体衬底的第一表面1002(例如，前侧表面)可以是半导体衬底的朝向半导体表面的顶部上的金属层、绝缘层或钝化层的半导体表面。与半导体衬底的基本上垂直的边缘(例如，由将半导体衬底与其它分隔开造成)相比，半导体衬底的表面可以是横向延伸的基本上水平的表面。半导体衬底的表面可以是基本上平坦的平面(例如，忽略由于制造处理或沟槽造成的半导体结构的不平坦性)。换句话说，半导体衬底的表面可以是半导体材料与半导体衬底的顶部上的绝缘层、金属层或钝化层之间的介面。

例如，第一区域可以形成垂直晶体管结构(例如，场效应晶体管、双极型晶体管或绝缘栅双极型晶体管)的场停止区或漂移区或者垂直二极管结构的场停止区、阴极区或阳极区。

例如，氢相关的施主的最大浓度大于1*10¹⁵cm^-3(或大于2*10¹⁵cm^-3或大于3*10¹⁵cm^-3或大于1*10¹⁶cm^-3)。

结合以上或以下所描述的实施例提及了许多细节和方面。图10中示出的实施例可以包括一个或多个可选的另外的特征，该特征与所提出的概念或以上(例如，图1-9)或以下所描述的一个或多个实施例所提及的一个或多个方面相对应。

某些实施例涉及一种用于提高质子注入的掺杂效率和用于对质子掺杂分布进行部分操纵的方法。

在质子掺杂期间的最终的激活动作之后可达到的掺杂浓度可能受到衬底温度和剂量率的影响。剂量率(或束流)可以在某些限制内被调整为高，以将处理成本保持为低。然而，剂量率的增加可能导致降低的施主转换效率，这是由于注入期间的增加的Frenkel-重组。例如，通过增加的剂量率，碰撞级联的密度增加。因此，级联-级联的相互作用可以更显著，这转而增加了重组率。这种影响可以通过所提出的衬底温度的增加(例如，至300K与600K之间的值)来补偿或部分补偿。例如，主要的点缺陷的扩散系数随着增加的温度而增加。由此，单个碰撞级联会衰减地更快，形成小的点缺陷团块，其之后形成HD的前体。因此，通过较高的注入温度，可以减小独立的碰撞级联之间的相互作用。以此方式，在注入期间，相对于重复Frenkel-重组过程，(空穴相关的)点缺陷团块可以发生地更明显。因此，可以减小对束流的依赖性并且可以提高HD形成的效率。掺杂效率可以在理想的温度条件下提高多于100％，而其它注入参数和/或退火参数可以保持相等。注入剂量可以在给定的目标浓度下显著减小，这可以直接正面影响处理时间并可以允许成本节省。影响可以在注入分布的最大损伤的区域处比在直至表面的穿透区域处更有效。例如，较高的效率是因为增加的核损伤事件的横截面以及因此引起的最大损伤的区域中的增加的级联密度。然而，在直至表面的穿透区域处，级联密度由于在该区域中的减小的核横截面而在给定的剂量率下小得多。因此，增加的温度的相对影响在该处可以是不那么明显的。可以通过所提出的对衬底温度的控制来调节在射程端(EoR)峰值处与穿透区(dZ)内的最终获得的掺杂浓度之间的比率，从而额外的自由度可用于例如功率半导体器件的设计。

可以通过使用所提出的概念来独立于dZ浓度(某些极限内)调整EoR浓度。此外，可以避免剂量对最大EoR浓度的限制，在该限制下，来自多级联过程的较高阶的缺陷配合物超过了临界密度并对于另外的点缺陷成为有效的吸收中心。因此，随着剂量增加，期望的氢施主配合物(complexes)的形成的效率降低，并且可以避免EoR处的最大(经济上)可行的施主浓度的限制。

根据一个方面，提出了一种通过可以以受控的方式调节衬底温度来独立于束功率提高和/或控制质子掺杂的掺杂效率的方法。例如，由此可以通过确定经照射的区域中的掺杂效率与射程端中的掺杂效率的关系来得到自由度。

根据一个方面，所提出的概念可以引起处理时间的减少以及因此处理成本的降低。可以通过使用其它方法来获得掺杂浓度结果(例如最后在470℃下回火5小时之后的EoR峰值中)的平方的剂量相关性。

例如，在例如470℃下的注入后退火可以产生最大掺杂浓度对经注入的质子剂量的近似于平方根的相关性。因此，为了将最大掺杂浓度增加例如60％(如图4中示出的)，质子剂量例如将必须增加>2.5的系数。

例如，通过对应的高的束功率，还可以以可再生的方式直接经由期望的注入电路来设置衬底温度。可以结合注入系统的对应的控制软件中的原位温度测量来实现该系统。

例如，通过足够了解最终获得的掺杂的注入温度的相关性，可以通过在注入期间的衬底温度的可重复的调节来急剧降低质子掺杂的散射。

可以通过光致发光法来完成对所提出的方法的检测。例如可以通过扩展电阻分布SRP来测量EoR峰值中的掺杂浓度相对于经照射的区域中的掺杂浓度的关系。例如可以通过深能级瞬态谱DLTS来测量较大的、特定于质子注入的缺陷配合物与V、V2和VOx配合物的相对浓度。

示例的实施例还可以提供具有用于执行以上方法中的一种方法的程序代码的计算机程序，计算机程序在计算机或处理器上执行。本领域技术人员将容易认识到，可以由经编程的计算机来执行以上所描述的各个方法的动作。在本文中，某些示例的实施例还旨在覆盖程序储存设备，例如，数字数据储存介质，其是机器或计算机可读的并对指令的机器可执行的或计算机可执行的程序进行编码，其中，指令执行以上所描述的方法的动作中的某些或全部动作。程序储存设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带之类的磁储存介质、或者光可读的数字数据储存介质。另外的示例的实施例还旨在覆盖被编程为执行以上所描述的方法或(场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(场)可编程栅阵列((F)PGA)、被编程为执行以上所描述的方法的动作的计算机。

说明书和附图仅仅例示了本公开内容的原理。因此，将意识到，本领域技术人员将能够想出尽管在本文中未明确描述或示出、但体现了本公开内容的原理的各种布置，这些布置也被包括在本公开内容的精神和范围内。此外，本文中所记载的所有示例主要明确旨在仅用于教学的目的，以辅助读者理解本公开内容的原理和发明人为了促进技术而贡献的概念，并且将被解释为并非是对这些具体记载的示例和情形的限制。此外，记载了本公开内容的原理、方面、以及实施例的本文中的所有陈述及其特定示例旨在包含其等同形式。

本领域技术人员应当意识到，本文中的任何框图表示体现了本公开内容的原理的例示性电路的概念视图。类似地，将意识到，任何流程图表、流程图、状态转换图、伪码、等等表示可以实质上在计算机可读介质中表示并且由计算机或处理器如此执行的各个过程，而不管是否明确示出了这样的计算机或处理器。

此外，所附权利要求由此被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求都可以代表其自身作为单独的实施例。尽管每个权利要求都可以代表其自身作为单独的实施例，但应当指出，虽然从属权利要求可以在权利要求书中指代与一个或多个其它权利要求的特定组合，但其它实施例也可以包括从属权利要求与每个其它从属权利要求或独立权利要求的主题的组合。除非阐述了特定的组合是不想要的，本文中提出了这些组合。此外，旨在还将权利要求的特征包括到任何其它独立权利要求，即使并未直接使该权利要求从属于该独立权利要求。

还应当指出，在说明书或权利要求书中所公开的方法可以由具有用于执行这些方法的相应动作中的每个动作的装置的设备来实现。

此外，应当理解，在说明书或权利要求书中所公开的多个动作或功能的公开内容可以不被解释为在特定顺序内。因此，除非由于技术原因，这些动作或功能是不可互换的，多个动作或功能的公开内容将不会把它们限制到具体顺序。此外，在某些实施例中，单个动作可以包括或者可以被分解成多个子动作。除非明确排除，这些子动作可以被包括在该单个动作的公开内容中或者是该公开内容的部分。