JP2003303784A

JP2003303784A - イオンドーピング装置及びイオンドーピング方法

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Publication number: JP2003303784A
Application number: JP2002104586A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nakamura; 理中村; Junichi Hizuka; 純一肥塚
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-24
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: JP4037149B2

Abstract

(57)【要約】【課題】イオンドーピング装置において、注入される
イオン種の割合を安定化させ、高精度なドーピング量の
制御が可能なイオンドーピング装置を提供することを目
的とする。【解決手段】ガス導入手段と、イオンの生成手段及び
引き出し加速手段を備え、二重構造で空隙部を有する壁
で囲まれたイオン源と、イオン源に連接し、当該イオン
のイオン流に晒される基板を保持する保持手段を有する
ドーピング室を備え、空隙部に、加熱又は冷却用の媒体
が充填された構成を有している。イオン源の内壁の温度
はイオン生成手段により自己発熱で上昇する温度以上に
加熱又は室温以下の温度に冷却することにより一定温度
に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンドーピング
装置及びそれを用いたドーピング方法に係り、特に薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）のソース及びドレイン領域等の
不純物領域の形成に用いる、高精度で再現性の高いイオ
ンドーピング技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の価電子制御用の不純物元素をイ
オン化し、電界で加速して注入する技術はイオン注入法
として知られている。近年、液晶表示装置等、大面積の
基板に不純物元素を注入することを目的とし、イオンを
シャワー状に照射してドーピングすることが行われてい
る。

【０００３】イオンドーピング装置は、イオン源に連接
するドーピング室を設け、このドーピング室を真空に保
持すると共に、このドーピング室に基板を入れてイオン
源からのイオン流を基板の表面に照射させる構成であ
る。イオン源はプラズマ室と、プラズマ室で生成したイ
オンを引き出す引き出し加速電極系と、二次電子の流入
を制御する減速電極系とから成っている。電極には一般
に多孔電極が使用され、イオンはこの孔を通過してドー
ピング室へのイオン流を形成する。

【０００４】イオン源のプラズマ発生方法としては直流
放電方式、高周波放電方式、マイクロ波放電方式等があ
る。また、磁場を印加することによりプラズマをイオン
源内部に閉じこめておくことも可能であり、プラズマ室
の周囲に永久磁石を配置することによりカプス磁場を形
成する場合もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような形態のイオ
ンドーピング装置では、多くの場合、質量分離を行わな
い為、プラズマ室で形成されたイオン種（正電荷）は全
て引き出し電極による電場で加速され、基板に注入され
ることになる。イオンを得る為の材料ガスには、ガスの
安定性の為に水素希釈のジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）やフォスフ
ィン（ＰＨ₃）を使用することが多い。その結果、目的
とするボロンイオンやリンイオンの他に多量の水素イオ
ンが同時に注入されることになる。

【０００６】例えば、材料ガスとしてフォスフィンを使
用した場合には、Ｈ⁺、Ｈ₂ ⁺、Ｈ₃ ⁺、Ｐ⁺、ＰＨ⁺、ＰＨ₂
⁺、ＰＨ₃ ⁺等の各位イオンが生成される。これらのイオ
ン種の存在比率は、材料ガスの希釈割合やプラズマ生成
条件により異なる。質量分離することなく電界で加速す
ると、これらのイオンが基板に照射されることになる。

【０００７】図３は水素で５％に希釈したジボランガス
を用いた時に生成されるイオン種をＥ×Ｂ分離器により
計測されたスペクトルで示すものである。質量数２０付
近にＢ₂Ｈｙ⁺イオンのピークが観測される他、質量数１
のＨ⁺イオンと質量数３のＨ3 ⁺イオンのピークが観測さ
れている。

【０００８】イオンドーピング装置では、ファラデーカ
ップ電流計を用い、イオン電流をモニターすることによ
り、ドーズ量をモニターしながら制御している。しか
し、ファラデーカップ電流計で測定しているのは、価電
子制御用の不純物イオンの他に希釈ガスのイオンを加え
た全イオン電流である。従って、プラズマ室で生成され
るイオン種の割合が変化すると、注入される不純物イオ
ンの量が変化することになる。

【０００９】図４は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）
で測定した質量数１０と１１の元素（ボロン）の酸化シ
リコン膜中における深さ方向分布を示すグラフであり、
イオンドーピング装置を用いて複数枚の基板を順次ドー
ピング処理した時の濃度変化を示している。このデータ
は、同一のドーズ量設定で行っているにもかかわらず、
ドーピング回数が増えるに従い、つまりドーピング処理
の後半になる程ボロンの濃度が増加している。この結果
はドーピング回数が増えるに従い、ボロンを含むイオン
種の割合が増加していることを示している。

【００１０】また、図５には、同一条件でチャネルドー
プを行って作製したＴＦＴの正味のしきい値電圧の基板
間ばらつきを示している。この場合でも、ドーピング回
数が増えるに従い（ドーピング処理基板枚数が増えるに
従い）、しきい値電圧がプラス側にシフトする傾向が観
測されている。この結果はボロンの注入量が増加してい
ることを意味している。このように、同じドーピング条
件で処理しているにもかかわらず、注入される価電子制
御用の不純物元素の濃度が再現性良く製品を生産するこ
とができなくなる。

【００１１】本発明は、このような問題点を鑑みなされ
たものであり、イオンドーピング装置において、注入さ
れるイオン種の割合を安定化させ、高精度なドーピング
量の制御が可能なイオンドーピング装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明のイオンドーピング装置は、ガス導入手段
と、イオンの生成手段及び引き出し加速手段を備え、二
重構造で空隙部を有する壁で囲まれたイオン源と、イオ
ン源に連接し、当該イオンのイオン流に晒される基板を
保持する保持手段を有するドーピング室を備え、空隙部
に、加熱又は冷却用の媒体が充填された構成を有してい
る。

【００１３】また、ガス導入手段と、所定の不純物元素
を含むイオンの生成手段及び引き出し加速手段を備えた
イオン源と、イオン源の内壁の温度を一定の温度に保持
する加熱又は冷却手段と、イオン源に連接し、当該イオ
ンのイオン流に晒される基板を保持する保持手段を有す
るドーピング室を備えたものである。イオン源の内壁の
温度は、１００℃以上の一定の温度、又は０℃以下の一
定温度に保持することが好ましく、いずれにしてもイオ
ン源の内壁がイオン生成手段により自己発熱で上昇する
温度以上に加熱、又は室温以下の温度に冷却することに
より、一定温度に保つことが肝要である。

【００１４】イオン源の内壁の温度を一定に保つ手段と
して、イオン源の内壁の表面温度を感知する温度センサ
と、該温度センサの検出結果に基づいて目標温度に制御
する帰還回路が温度制御手段に備えられていると、より
高精度に温度を制御することができる。

【００１５】上記本発明の構成において、イオン源の内
壁の温度を一定の保持することにより、イオン種の存在
比率が一定となり、即ち、注入するイオン種及びその存
在比率を安定化させることができる。それにより高精度
なドーズ量の制御が可能なイオンドーピング装置を提供
することができる。

【００１６】本発明のイオンドーピング方法は、所定の
不純物元素を含むイオンの生成手段及び引き出し加速手
段を備えたイオン源の内壁の温度を一定の温度に保持
し、複数のイオン種の存在比率を一定に保った状態で、
電界で加速されたイオンを被処理体にドーピングするも
のである。特に、イオン源の内壁の温度を１００℃以上
の一定の温度、又は０℃以下の一定の温度に保持した状
態で行うことが好ましい。

【００１７】上記本発明の構成において、イオン源の内
壁の温度を一定の保持することにより、イオン種の存在
比率が一定となり、イオンドーピング処理においてドー
ズ量の変動を防ぎ、即ち、注入するイオン種及びその存
在比率を安定化させることができる。それにより高精度
なドーズ量の制御が可能なイオンドーピングを行うこと
ができる。

【００１８】イオン種が変動する原因に関しては、以下
の考察を行っている。表１はイオンドーピング装置にお
ける制御パラメータを示している。

【００１９】

【表１】

【００２０】これらの制御パラメータは図５で行ったチ
ャネルドープ工程での実際の値を示している。表１か
ら、イオンドーピング時にはＦＣビーム電流、注入トー
タルドーズ、注入時間は安定であり、またフィラメン
ト、アーク、加速系、真空系の各パラメータも安定して
いる。以上の事実に基づくと、イオン種の存在比率が変
動する原因としてイオン源の温度、より具体的にはイオ
ン源の内壁の温度がイオン種割合に影響していると考え
られる。即ち、ドーピング処理枚数の増加に従いイオン
源内壁の温度やフィラメント温度の上昇、プラズマの電
子温度が変動するものと考えられ、その結果プラズマ中
のイオン種割合が増加することになる。このことから、
イオン源の温度を一定に制御することができれば、イオ
ン種割合が安定させることが可能となり、イオンドーピ
ングの安定化を図ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の態様につい
て、添付図面を参照して詳述する。

【００２２】本発明の主要な構成は、ガス導入手段と、
所定の不純物元素を含むイオンの生成手段及び引き出し
加速手段を備えたイオン源と、イオン源に連接し、当該
イオンのイオン流に晒される基板を保持する保持手段を
有するドーピング室を備えた構成において、イオン源の
周りに温度制御手段を設けたものである。この温度制御
手段により、イオン源の自己発熱温度よりも高い温度、
又は低い温度に制御し、一定温度に保持することにより
イオン種の存在比率を一定に保つものである。

【００２３】イオン源は直流又は高周波電力を印加して
プラズマを発生させることにより温度上昇する。これに
対し、最初からイオン源の温度、具体的にはイオン源の
内壁の温度をそれより高い温度、好ましくは１００℃以
上に保っておくことにより、内壁の温度を一定に制御す
ることができる。或いは、室温以下、好ましくは０℃以
下に冷却しても同様である。

【００２４】温度制御手段としては、加熱する目的にお
いて電熱線を用いている。具体的には、Ｎｉ−Ｃｒ系合
金（ニクロム線）を使用する。これにより、最高使用温
度は１０００℃程度まで加熱できる。Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ
系合金（カンタル線）の場合には１２００℃まで使用で
きる。これらの発熱体をイオン源外壁周辺部に巻き付け
る。これらの発熱体をステンレス鋼やインコネルの薄肉
管の中に酸化マグネシウム等の耐熱性絶縁材料の粉末で
絶縁して組み込んだシース線ヒータを使用することもで
きる。白金、白金−ロジウム合金を発熱体として使用す
ることもできる。また誘導炉を使用して、イオン源内部
に発熱体を設置することもできる。また、イオン源を、
二重構造で空隙部を有する壁で形成し、空隙部に加熱又
は冷却用の媒質を充填させても良い。媒質としては、シ
リコンオイルや液体窒素、液体ヘリウムなどを用いるこ
とが出来る。

【００２５】イオン源を冷却する場合では、設定温度に
対してイオン源内壁の温度が上昇しすぎるとイオン種割
合が増加するが、この時に積極的に冷却を行いイオン種
割合の増加を抑える。逆に温度が下がり過ぎる場合に
は、積極的にイオン源の加熱を行う。このようにしてイ
オン種の存在比率を安定化させる。イオン源を冷却する
にはイオン源の周囲に冷却管を多数配置する。冷却管に
は冷媒を循環させる。冷媒にはシリコンオイル、液体窒
素、液体酸素、液体ヘリウムなどを用いる。また、イオ
ン源から離れた位置において、熱交換機やコンプレッサ
ー、ペルチェ素子を利用した電子冷却器等を用いて冷媒
の温度を下げる。その他、イオン源外周部に直接低温気
体を吹き付けてもよい。低温気体にはたとえばドライ窒
素等を用いる。またイオン源外周部と周辺空気とが効果
的に熱交換するように、イオン源外周部の表面積をでき
るだけ大きくするように、凹凸形状となった放熱板を設
けても良い。

【００２６】高精度のイオン源の温度を制御するために
は、イオン源の内壁の表面温度を感知する温度センサ
と、該温度センサの検出結果に基づいて、目標温度に制
御する帰還回路が温度制御手段に備える。代表的な温度
センサとしては熱電対を用いる。熱電対K（クロメル-ア
ルメル）は酸化雰囲気中で１２００℃まで使用できる。
白金-ロジウム系（熱電対Ｂ、Ｒ、Ｓ等）は１６００℃
〜１７００℃まで使用可能であり、酸化雰囲気中で安定
し耐熱性もあり、高精度に測定することが可能となる。
また、タングステン、モリブテン、レニウム、タンタル
系の熱電対を用いることによって更に高温測定が可能で
ある。その他抵抗温度計として金属抵抗温度計やサーミ
スタ抵抗温度計を用いても良い。金属抵抗温度計は測温
範囲−２００〜６００℃程度であるが、熱電対より1桁
高い測定精度が得られる。その他、イオン源側壁に、石
英窓を設け、イオン源外側に放射温度計を設置すること
によってプラズマの温度を測定しても良い。

【００２７】図１は本発明のイオンドーピング装置の一
形態を示す図である。本発明に係るドーピング装置は、
イオン源１０１、そのイオン流出口に基板を配設するこ
とが可能なドーピング室１０２、搬送手段１０６及び基
板保持手段１０７を備えた搬送室１０３、ロード室（基
板供給室）１０４、アンロード室（基板回収室）１０５
を有し、これらの室はゲートバルブ１１０ａ〜１１０ｃ
を介して連結されている。また、排気手段１０８によ
り、ドーピング室１０２や搬送室１０３等は真空排気が
可能となっている。排気手段１０８は、ドライポンプ、
メカニカルブースターポンプ、ターボ分子ポンプなどを
適宜組み合わせて用いる。

【００２８】ドーピング室１０２は基板を保持してイオ
ンドーピングを行う場所である。イオン流出口より大面
積の基板を処理する場合は、基板保持手段１０７で走査
することにより基板に全面へのイオンドーピング処理を
可能とする。このような場合、イオン流を断面形状が長
方形又は線形として、基板に照射する形態とすれば装置
が大型化するのを防ぐことができる。基板は横置き又は
縦置きのどちらでも良く、図１で示す構成は、ロード室
１０４から水平に搬送した基板を、搬送室で約９０度垂
直方向に回転させ、縦置きとしてイオンドーピング処理
をする形態である。

【００２９】イオン源１０１の詳細は、内壁１１６と外
壁１１７の二重構造を有し、その空隙部に加熱又は冷却
用の媒質１２１（温媒）が充填されている。媒質１２１
は媒質供給手段１２０により供給される。用いることが
可能な媒質としては、シリコンオイル、液体窒素、液体
酸素、液体ヘリウムなどを用いる。シリコンオイルを用
いる場合には−２０〜４００℃程度の温度範囲において
制御可能であり、その場合には供給経路に温度制御手段
１２３を介在させる。

【００３０】また、通常のイオン源と同じく、価電子制
御を目的とした不純物元素を含む材料ガスを供給するガ
ス供給系１１９、プラズマを形成するためのフィラメン
ト１１１が備えられている。図１の構成はフィラメント
型の電極を示しているが、容量結合型高周波放電型の電
極を採用しても良い。また、内壁１１６の周囲には永久
磁石や電磁コイルなどで形成される磁場印加手段１１８
が備えられ、プラズマが内壁に接しないように磁場を形
成している。

【００３１】引き出し電極系としては引き出し電極１１
１、加速電極１１２、抑制電極１１３、接地電極１１４
が備えられ、これらの電極には多数の開口が設けられそ
の開口をイオンが通過する。イオンの加速は引き出し電
圧Ｖexが印加される引き出し電極１１１と、加速電圧Ｖ
acが印加される加速電極１１２により行い、抑制電極１
１３では発散するイオンを捕集してイオン流の方向性を
高めている。引き出し電圧Ｖexに１〜２０kVを印加し
て、加速電圧Ｖacを変化させることにより１０〜１００
keVのエネルギーでイオンを加速することができる。

【００３２】ドーピング用のガスはＰＨ₃、Ｂ₂Ｈ₆など
であり、水素や不活性ガスで０．１〜２０％程度に希釈
したものを用いる。ＰＨ₃の場合、ＰＨ_x ⁺、Ｐ₂Ｈ_x ⁺、Ｈ
_x ⁺などがイオン種として生成され、質量分離をしない場
合はこれらのイオンが引き出し電極系により加速され基
板が設置されたドーピング室に引き出される。イオンは
４枚の電極によりほぼ直線的に引き出され基板に照射さ
れる。

【００３３】温度センサ１２２はイオン源１０の内壁１
１６の温度を検知するものであり、代表的には熱電対が
用いられる。ここで検知された温度は、温度制御手段１
２３に伝達する帰還回路を形成し、内壁１１６の表面温
度が一定になるように媒質１２１の温度を制御する。

【００３４】内壁１１６の内面は電界研磨等により表面
平均荒さが１０μm以下に平滑化された金属材料で形成
することにより、媒体１２１で１００℃以上に加熱して
もガスの放出及び吸着量を低減でき、イオン種の存在比
率の変動を抑えることができる。

【００３５】以上のような構成により、イオン源で生成
される各種イオンの存在比率の変動を抑え、再現性の高
いイオンドーピング処理が可能となり、高精度の不純物
元素の濃度制御をすることができる。

【００３６】図２は、本発明のイオンドーピング装置に
適用可能な他のイオン源の形態を示している。このイオ
ン源２０１は、価電子制御用の不純物元素を含む材料ガ
ス供給手段２０３、プラズマを形成するための放電用電
極２０２、高周波電源２０４、インピーダンス整合器２
０５が備えられている。

【００３７】イオン源２０１は、内壁２０６と外壁２０
７の二重構造を有し、その空隙部に電熱線２０８を設け
て内壁２０６を加熱している。電熱線２０８の周囲は耐
熱性絶縁材料２１０で充填し熱容量を持たせている。外
壁２０７の外側にはさらに第２の外壁２０９を設け、そ
の空隙部に加熱又は冷却用の媒体を流入させても良い。

【００３８】引き出し加速手段としては引き出し電極２
１１、加速電極２１２、抑制電極２１３、接地電極２１
４が備えられ、この構成は図１と同様である。また、プ
ラズマ計測手段２１４はイオン源で生成されるプラズマ
の電子温度等の状態をモニターする目的で設けられ、プ
ローブが挿入された構成となっている。温度センサ２１
５はイオン源２０１の内壁１１６の温度を検知するもの
であり、代表的には熱電対が用いられる。ここで検知さ
れた温度は、例えば、温度制御手段１２３に帰還して、
内壁１１６の表面温度が一定になるように媒質１２１の
温度を制御する。

【００３９】このようなイオンドーピング装置を用いた
ドーピング方法を図１で示す構成の装置に基づいて説明
する。

【００４０】まず、イオン源１０１の内壁１１６を一定
温度、例えば、３００℃に加熱し一定温度に保つ。この
時、加熱手段１２３により熱せられたシリコンオイルを
空隙部に充填して循環させる。内壁１１６からガスが放
出される場合もあるので、通常はこの状態でドーピング
室内を高真空に排気する。

【００４１】ドーピング処理すべき基板は、ロード室１
０４から搬送手段１０６により搬入し、基板保持手段１
０７に固定する。基板は水平に搬入された後、この基板
保持手段１０７を垂直に立てた状態でドーピング室１０
２に搬入する。

【００４２】基板がドーピング室１０２内に搬入される
と、材料ガス供給手段１１９により所定の材料ガスを供
給する。リンをドーピングする場合には、水素で希釈さ
れたフォスフィンガスを用い、ボロンをドーピングする
場合には水素で希釈されたジボランを用いる。材料ガス
の供給量及び、排気手段の排気速度を調節することによ
りイオン源及びドーピング室１０２内の圧力を一定に保
った状態でフィラメントの直流電力を印加する。これに
よりイオン源内にプラズマが生成する。プラズマにより
材料ガスが分解され、複数のイオン種が生成する。生成
されたイオン種は引き出し電極１１２や加速電極１１３
に所定の直流電圧を印加することによりエネルギーを得
て加速され、基板保持手段１０７にセットされた基板に
照射されドーピング処理が行われる。

【００４３】処理が終わると、フィラメントへの電力の
印加及び材料ガスの供給を止めてイオンの照射を停止す
る。ドーピングされた基板は搬送手段によりアンロード
室１０５に回収され、一連の処理が終わる。

【００４４】イオン源１０１の内壁１１６は、ドーピン
グ室内を真空排気している間、定常的に一定温度に加熱
しておけば良い。プラズマの生成により温度が変化する
場合には、温度センサ１２２で検知して、その計測値の
情報を加熱手段１２３に帰還して媒体の温度を制御して
温度の変動を抑える。

【００４５】このようなプロセスにより、イオン源で生
成される各種イオンの存在比率の変動を抑え、再現性の
高いイオンドーピング処理が可能となり、高精度の不純
物元素の濃度制御をすることができる。

【００４６】図６は本発明のイオンドーピング装置を用
いたＴＦＴの製造プロセスを示す一例を示す。まず、図
６（Ａ）において、アルミノホウケイ酸ガラスまたはバ
リウムホウケイ酸ガラスなどによる透光性の基板７００
上に多結晶シリコンで成る半導体膜７０２、７０３を形
成する。また、基板７００と半導体膜との間には、窒化
シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコンから選ばれ
た一つまたは複数種を組み合わせた第１絶縁膜７０１を
５０〜２００nmの厚さで形成する。

【００４７】ＴＦＴのしきい値電圧を制御するためのチ
ャネルドープは、この半導体膜に対して行い、１×１０
¹⁵〜１×１０¹⁶/cm³の濃度でボロンをイオンドーピング
により添加する。勿論、ドーピングには図１及び図２で
説明される本発明のイオンドーピング装置を用いる。

【００４８】その後、図６（Ｂ）に示すように、そし
て、第２絶縁膜７０４を８０nmの厚さで形成する。第２
絶縁膜７０４はゲート絶縁膜として利用するものであ
り、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて形成す
る。第２絶縁膜７０４として、ＳｉＨ₄とＮ₂ＯにＯ₂を
添加させて作製する酸化窒化シリコン膜は膜中の固定電
荷密度を低減させることが可能となり、ゲート絶縁膜と
して好ましい材料である。勿論、ゲート絶縁膜はこのよ
うな酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、酸化
シリコン膜や酸化タンタル膜などの絶縁膜を単層または
積層構造として用いても良い。

【００４９】第２絶縁膜７０４上にゲート電極を形成す
るための第１導電膜を形成する。第１導電膜の種類に限
定はないがＡｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性材
料またはこれらの合金を適用することができる。このよ
うな材料を用いたゲート電極の構造は、窒化タンタル又
は窒化チタンとＷ又はＭｏ−Ｗ合金の積層構造、ＷとＡ
ｌ又はＣｕの積層構造などを採用することができる。Ａ
ｌを用いる場合には、耐熱性を高めるためにＴｉ、Ｓ
ｃ、Ｎｄ、Ｓｉ、Ｃｕなどを０．１〜７重量％添加した
ものを用いる。第１の導電膜は３００nmの厚さで形成す
る。

【００５０】その後、レジストによる、マスク７１５を
３μmの厚さに形成し、ドライエッチングにより第１の
導電膜をエッチングしてゲート電極７０５、７０６を形
成する。また、図示しないが、ゲート電極に接続する配
線も同時に形成する。

【００５１】図６（Ｃ）に示すように、マスク７１５を
そのまま残し、このゲート電極をマスクとして、図１及
び図２で説明される本発明のイオンドーピング装置を用
い、所定の不純物元素をイオンドーピングする。ドーピ
ング処理の詳細は上述と同様にして行う。特に、この工
程で行うイオンドーピングはマスク７１５、ゲート電極
７０５、７０６を半導体膜７０２、７０３に対するマス
クとして利用し、ゲート電極の外側の領域に１×１０¹⁹
〜１×１０²¹/cm³の濃度となるようにリンイオンをイオ
ンドーピングしてｎ型半導体領域７０７、７０８を形成
する。また、図示しないが低濃度ドレイン（ＬＤＤ）領
域を形成する場合には、１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹/cm³の
濃度となるようにリンイオンをイオンドーピングにより
添加する。

【００５２】リンイオンの注入が終了したら、マスク７
１５をアッシングにより剥離する。続いて、図６（Ｄ）
に示すように一方の半導体膜７０３にレジストによるマ
スク７０９を形成し、半導体膜７０２にボロンイオンを
ドーピングする。ドーズ量は１×１０¹⁹〜５×１０²¹/c
m³とするが、ｎ型を反転するためにリンよりも１．５〜
３倍の濃度で添加されるようにする。

【００５３】ボロンイオンをドーピングした後、アッシ
ングによりマスク７０９を除去する。その後、図６
（Ｅ）に示すように酸化窒化シリコン膜または窒化シリ
コン膜から成る第３絶縁膜７１１をプラズマＣＶＤ法で
５０nmの厚さに形成する。

【００５４】そして、ｎ型及びｐ型の半導体領域の結晶
性の回復と、活性化のために熱処理を行う。熱処理はフ
ァーネスアニール炉の他、瞬間熱アニール、レーザーア
ニールなどの方法により行うことができる。

【００５５】図６（Ｆ）に示す第４絶縁膜７１２は、酸
化シリコン膜、酸化窒化シリコンで形成する。または、
ポリイミドまたはアクリルなどの有機絶縁物材料で形成
し表面を平坦化しても良い。

【００５６】次いで、第４絶縁膜７１２の表面から各半
導体膜の不純物領域に達するコンタクトホールを形成
し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａなどを用いて配線を形成する。図
６（Ｆ）において７１３、７１４はソース線またはドレ
イン電極となる。こうしてｎチャネル型ＴＦＴとｐチャ
ネル型ＴＦＴを形成することができる。ここではそれぞ
れのＴＦＴを単体として示しているが、これらのＴＦＴ
を使ってＣＭＯＳ回路やＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路を
形成することができる。ここでは、ＴＦＴの製造プロセ
スを一例として示したが、プレーナプロセスによる半導
体集積回路の製造プロセスにも適用することができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明の構成を採用することにより、イ
オン源の温度を安定制御することが可能となり、これに
よってプラズマのイオン種割合が安定し、安定したドー
ピングを行うことができる。このイオンドーピング装置
を用いてＴＦＴを作製することで、安定したトランジス
タ特性が得られる。

【００５８】また、図６を用いて説明したように、ＴＦ
Ｔを製造するための成膜、エッチング、ドーピングの各
工程は枚葉処理により行われる。即ち、カセット毎に纏
められた多数の基板を１枚毎に処理を行う。この場合、
特にドーピング工程においては基板毎に注入されるイオ
ン種の割合が変動すると、しきい値電圧やオフ電流値が
ばらつく要因となる。本発明によれば、このようなドー
ピング工程に係るばらつき要因を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドーピング装置の一構成例を説明す
る図。

【図２】本発明のドーピング装置のイオン源の構成の
一形態を説明する図。

【図３】水素で５％に希釈したジボランガスを用いた
時に生成されるイオン種をＥ×Ｂ分離器により計測され
たスペクトルを示すグラフ。

【図４】二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で測定し
た質量数５のボロン元素の酸化シリコン膜中における深
さ方向分布を示すグラフ。

【図５】同一条件でチャネルドープを行って作製した
ＴＦＴのしきい値電圧の基板間ばらつきを示すグラフ。

【図６】ＴＦＴの製造工程を説明する図。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８ＦＦターム(参考） 5C030 DE01 DE10 5C034 CC01 5F110 AA30 BB04 CC02 DD01 DD02 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE02 EE03 EE04 EE06 EE14 FF01 FF02 FF04 FF09 FF28 FF30 GG02 GG13 GG32 GG34 GG51 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL03 HL04 HM15 NN03 NN04 NN22 NN23 NN24 NN27 NN35 QQ11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス導入手段と、イオンの生成手段及び引
き出し加速手段を備え、二重構造で空隙部を有する壁で
囲まれたイオン源と、前記イオン源に連接し、当該イオ
ンのイオン流に晒される基板を保持する保持手段を有す
るドーピング室を備え、前記空隙部に、加熱又は冷却用
の媒質が充填されていることを特徴とするイオンドーピ
ング装置。
【請求項２】ガス導入手段と、所定の不純物元素を含む
イオンの生成手段及び引き出し加速手段を備えたイオン
源と、前記イオン源の内壁の温度を一定の温度に保持す
る加熱又は冷却手段と、前記イオン源に連接し、当該イ
オンのイオン流に晒される基板を保持する保持手段を有
するドーピング室を備えたことを特徴とするイオンドー
ピング装置。
【請求項３】ガス導入手段と、所定の不純物元素を含む
イオンの生成手段及び引き出し加速手段を備えたイオン
源と、前記イオン源の内壁の温度を１００℃以上の一定
の温度に保持する温度制御手段と、前記イオン源に連接
し、当該イオンのイオン流に晒される基板を保持する保
持手段を有するドーピング室を備えたことを特徴とする
イオンドーピング装置。
【請求項４】ガス導入手段と、所定の不純物元素を含む
イオンの生成手段及び引き出し加速手段を備えたイオン
源と、前記イオン源の内壁の温度を０℃以下の一定の温
度に保持する温度制御手段と、前記イオン源に連接し、
当該イオンのイオン流に晒される基板を保持する保持手
段を有するドーピング室を備えたことを特徴とするイオ
ンドーピング装置。
【請求項５】請求項２乃至４のいずれか一項において、
前記イオン源の内壁の表面温度を感知する温度センサ
と、該温度センサの検出結果に基づいて、目標温度に制
御する帰還回路が前記温度制御手段に備えられているこ
とを特徴とするイオンドーピング装置。
【請求項６】所定の不純物元素を含むイオンの生成手段
及び引き出し加速手段を備えたイオン源の内壁の温度を
一定の温度に保持し、複数のイオン種の存在比率を一定
に保った状態で、電界で加速されたイオンを被処理体に
ドーピングするイオンドーピング方法。
【請求項７】所定の不純物元素を含むイオンの生成手段
及び引き出し加速手段を備えたイオン源の内壁の温度を
１００℃以上の一定の温度に保持し、複数のイオン種の
存在比率を一定に保った状態で、電界で加速されたイオ
ンを被処理体にドーピングするイオンドーピング方法。
【請求項８】所定の不純物元素を含むイオンの生成手段
及び引き出し加速手段を備えたイオン源の内壁の温度を
０℃以下の一定の温度に保持し、複数のイオン種の存在
比率を一定に保った状態で、電界で加速されたイオンを
被処理体にドーピングするイオンドーピング方法。