JP2004111776A - 不純物導入方法、装置および素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】デバイスの微細化に伴って浅い接合を形成する技術が求められている。
【解決手段】表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入方法。所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に所望の粒子を含むガスを接触させて固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入することを特徴とする。
【選択図】 図２
【解決手段】表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入方法。所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に所望の粒子を含むガスを接触させて固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入することを特徴とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体などの製造プロセスにおいて不純物を導入する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体基体表面には、一般的に、固体基体を構成する原子が空気中の酸素と結びついた酸化物などの膜が形成されている。従来は酸化物などの膜の上からイオン注入などの手段で不純物を物理的に導入していた。すなわち不純物となるイオンに電界等でエネルギーを与えて、表面に照射することで固体基体内部に不純物を導入していた。
【０００３】
ところで、近年デバイスの微細化に伴って浅い接合を形成する技術が求められている。ここで従来の浅い接合形成技術は、低エネルギーイオン注入技術が挙げられる。低エネルギーイオン注入においては、イオン源からある程度高い電圧でイオンを引き出した後に、後段で減速させることで、ビーム電流値をある程度大きく保ち、且つ、低エネルギーの注入ができる等の工夫がされてきた。このような工夫の結果、数１０ｎｍ程度の浅い不純物層の形成が可能となり、工業的に半導体の製造に適用されている。
【０００４】
さらに浅い接合形成のために近年注目されている技術としてプラズマドーピング技術が挙げられる。プラズマドーピングは所望の粒子を含んだプラズマと半導体基盤等の被処理体の表面を接触させて、被処理体表面に所望の粒子を導入する技術である。ここで、プラズマはたかだか数１００Ｖの低エネルギーなので浅い不純物層の形成に適しており、１０数ｎｍから数１０ｎｍ程度の浅い接合を形成した実験が報告されている。さらに、現在最も浅いＰ型の接合を達成した実験がＴｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＶＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｎｏｌｕｌｕ Ｐ．１１０（２０００）に開示されている。これによると接合の深さは７ｎｍである。
【０００５】
また、ガスソースを用いた気相ドーピング法も、ＩＷＪＴ，ｐ．１９（２０００），Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１６，Ｐ．１，（１９９８）、シリコンテクノロジーＮｏ．３９ １８ｔｈ Ｊｕｎｅ，２００２等に提案されている。これは常圧水素雰囲気で半導体基盤を加熱し、Ｂ２Ｈ６やＰＨ３を供給することでＰ型およびＮ型の不純物拡散層を形成することができる方法である。ここで水素キャリアガスはシリコン上の自然酸化膜を除去し、清浄表面を保つことで不純物特にボロンの表面偏析を抑制する効果がある。またガスを分解するためには、一般に６００℃以上の温度が必要である。例えばシリコンテクノロジーＮｏ．３９ １８ｔｈ Ｊｕｎｅ，２００２には、半導体基盤を９００℃に加熱して、１ｐｐｍのＢ２Ｈ６ガスを４０秒供給することで高濃度の浅い接合を形成した実験結果が開示されている。これによると、Ｂ濃度が１×１０１８ｃｍ−３となる深さを接合深さとして接合深さは上記と同程度の約７ｎｍである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
デバイスの微細化に伴って浅い接合を形成する技術が求められている。この要望に対して、プラズマドーピングや低エネルギーイオン注入などの方法が提案されている。近年では１０数ｎｍから数１０ｎｍ程度の浅い接合を形成した実験が報告されている。現在最も浅いＰ型の接合を達成した実験では７ｎｍ程度の浅い不純物層を形成している。しかし、デバイスのさらなる微細化が進むに従ってより浅い不純物層をより簡単に形成する方法の提供が求められている。このような要求に対して、プラズマドーピング技術は小さいエネルギーとはいえ加速エネルギーを持った粒子を半導体基盤に注入する技術なのでより浅い不純物層を形成することは困難であるという課題がある。ガスソースを用いた気相ドーピング法は、加速エネルギーを持たないドーパントを基盤に供給して表面反応によって不純物拡散層を形成する技術であり、エネルギーを持ったイオンを基盤に照射する方法の限界を超える技術と考えられる。しかし、従来の技術で説明したように、これらの方法はガスを分解するために一般に６００℃以上の温度が必要とされていた。この温度ではマスク材料としてホトレジストを用いることはできない。そのためＣＶＤ−ＳｉＯ２などを形成、パターニングする必要があり、トランジスタ形成プロセスの工程が増加してしまうという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入方法とする。
【０００８】
ここで、表面の膜を除去することで粒子が付着しやすくなるので表面近傍の不純物層の形成が可能になる。固体表面に照射するプラズマはアルゴンまたは水素系のプラズマを用いる。ガスの場合は水素系のガスを用いる。還元性の液体は、フッ化水素、水酸化ナトリウム、アンモニア水、スルフィン酸、アジピン酸ジ−２−エチルヘキシルの群から選ばれる少なくとも一つとする。また、固体表面を還元性の液体に浸す手段において、固体表面を還元性の液体に浸した際に、固体表面を機械的に摩擦することが望ましい。これは機械的に摩擦することで表面の膜がより除去されやすくなるからである。
【０００９】
所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に所望の粒子を含むガスを接触させて固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入する方法とする。或いは、所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射することによって、当該結合を非結合状態に変化させ、付着した水素もしくは水酸基を脱離させて、固体を構成する原子を表面に露出させた後、所望の粒子を照射して、固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入する方法とする。酸化物などの膜を除去した固体基体表面には、ほぼ一定の結合エネルギーを有する水素もしくは水酸基が固体基体原子と結びついている。この結合エネルギーに合致したエネルギーを供給することで結合を切断できるが、電磁波はエネルギーの制御がし易いので安定して上記のことを実現できる。つまり、結合を切断して、且つ、固体基体表面に影響を及ぼさない範囲の電磁波のエネルギーを選択して安定して照射し易い。このようにして表面に露出させた固体基体を構成する原子は、活性化された状態となる。つまり他の粒子と結合し易い状態となる。よって、固体基体を構成する原子を活性化された状態とした後に、所望の粒子を照射することで固体基体表面もしくはその近傍に不純物を付着あるいは導入し易い。ここで、所望の粒子は固体基体を構成する原子の近傍に低速、つまり低エネルギーで近づけることが望ましい。低エネルギーの粒子の方が活性化した原子にトラップされ易いからである。ここで、低エネルギーの粒子とは、プラズマ、ガス、超低エネルギーイオンの状態の粒子である。また所望の粒子を含むガスは温度を高くして分解する必要はなく、固体基体の温度は６００℃以下で、さらには室温でも不純物導入が可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を以下で説明する。
【００１１】
（発明例Ａ）
シリコンの半導体基盤を用いて実験を行った。発明例Ａで用いた装置は主に真空予備室とプロセスチャンバーから構成される。まず真空予備室を大気圧に開放して半導体基盤を真空予備室内のハンドリングアーム上に設置した。真空予備室を減圧後、ハンドリングアームで半導体基盤をプロセスチャンバー内に搬送した。図１はプロセスチャンバーの要部断面図である。半導体基盤はプロセスチャンバーに搬送した後、下部電極上に設置した。なお、搬送後は搬送路を閉じて、真空予備室とプロセスチャンバーの間を分離した。また、プロセスチャンバーにはアルゴンガスとジボランガスのガス導入管を別々に接続した。ガス流量はマスフローコントローラで別々に制御できる構成である。
【００１２】
半導体基盤を下部電極上に設置した後、アルゴンプラズマを照射して表面をスパッタした。アルゴンガスの流量は５０ｓｃｃｍ、チャンバー内部の圧力は０．７Ｐａ、ヘリコンパワーは１５００Ｗ、バイアスパワーは３００Ｗとした。スパッタは７０秒間行った。スパッタを終了した後、１秒間置いて、Ｂ２Ｈ６ガスをチャンバー内部に７０秒間流した。ここでＢ２Ｈ６ガスの流量は５０ｓｃｃｍ、チャンバー内部の圧力は１．７Ｐａとした。その後、低エネルギーＳＩＭＳで表面から深さ方向のボロンの濃度分布を測定した。
【００１３】
図２は表面から深さ方向のボロンの濃度分布である。４桁濃度が低下するのに約５ｎｍしか要していなかった。接合の位置を１×１０１８ｃｍ−３とすれば、接合の位置は３〜４ｎｍであった。このように極めて浅いプロファイルが観測された。またボロンは室温で安定に吸着していた。ボロンの注入量は約１．８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。上記のことから半導体基盤表面にアルゴンプラズマを照射して後にＢ２Ｈ６ガスをチャンバー内部に投入することで、従来よりも浅い不純物層を形成できることが了解できる。さらに半導体基盤を加熱する必要のない室温でのプロセスなのでトランジスタ形成プロセスの工程が増加することのない簡単な方法である。
【００１４】
（発明例Ｂ）
図３はシリコンの半導体基盤の表面を説明する図である。シリコンの共有結合は、一般的に末端が水素か水酸基で終端されている。末端のシリコン原子は、３個の他のシリコン原子と結合し、且つ、１個の水素原子か水酸基と結合している。電磁波を照射することで、図４に参照するようにシリコン原子が表面に露出して活性化した状態にできると考えられる。その後、図５に示すように、例えばジボランのガスを接触させることで、図６のようにシリコンの半導体基盤の表面にボロン原子を含む層を形成できる。表面に付着されるボロン原子の層は、本例では原子１個から２個の厚みである。上記は固体基体としてシリコンの半導体基盤を、そして不純物としてボロンを例に説明した。このように酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射することによって、付着した水素もしくは水酸基を脱離させて、固体を構成する原子を表面に露出させた後、所望の粒子を照射することで固体基体表面に付着される不純物の層は、原子１個から数個程度の厚さにすることができる。すなわちオングストロームオーダーの不純物層の形成が可能となる。
【００１５】
以下に実施例の一例を示す。シリコン原子と水素原子の間の単結合の結合エネルギーは３１８ｋＪ／ｍｏｌである。また、シリコン原子と酸素原子の間の単結合の結合エネルギーは４５２ｋＪ／ｍｏｌである。一方、シリコン原子間の単結合の結合エネルギーは２２２ｋＪ／ｍｏｌである。末端のシリコン原子は３個の他のシリコン原子と結びついているので末端のシリコン原子をシリコン結晶から解離させるためには６６６ｋＪ／ｍｏｌのエネルギーが必要と考えられる。上記の結合エネルギーの差を利用して、水素もしくは水酸基とシリコン原子との単結合の結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射することによって付着した水素もしくは水酸基だけを脱離させることができる。すなわち、例えば５００ｋＪ／ｍｏｌに相当するエネルギーの電磁波を照射することで、図４に参照するようにシリコン原子が表面に露出して活性化した状態にできる。その後は上記と同様の手順で極浅の不純物層を形成できる。
【００１６】
【発明の効果】
従来よりも浅い不純物層をより簡単に形成する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プロセスチャンバーの要部断面図
【図２】表面から深さ方向のボロンの濃度分布図
【図３】シリコンの半導体基盤の表面を説明する図
【図４】表面のシリコン原子が活性化した状態を説明する図
【図５】ジボランガスの接触を説明する図
【図６】シリコンの半導体基盤の表面にボロン原子を含む層を形成した状態を説明する図
【符号の説明】
１，１２ 高周波電源
２，１１ マッチングボックス
３ コイルおよびアンテナ
４，５ マスフローコントローラ
６ ターボ分子ポンプ
７ コンダクタンスバルブ
８ ドライポンプ
９ サークレータ
１０ ＤＣ電源
１３ 被処理体
１４ 下部電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体などの製造プロセスにおいて不純物を導入する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体基体表面には、一般的に、固体基体を構成する原子が空気中の酸素と結びついた酸化物などの膜が形成されている。従来は酸化物などの膜の上からイオン注入などの手段で不純物を物理的に導入していた。すなわち不純物となるイオンに電界等でエネルギーを与えて、表面に照射することで固体基体内部に不純物を導入していた。
【０００３】
ところで、近年デバイスの微細化に伴って浅い接合を形成する技術が求められている。ここで従来の浅い接合形成技術は、低エネルギーイオン注入技術が挙げられる。低エネルギーイオン注入においては、イオン源からある程度高い電圧でイオンを引き出した後に、後段で減速させることで、ビーム電流値をある程度大きく保ち、且つ、低エネルギーの注入ができる等の工夫がされてきた。このような工夫の結果、数１０ｎｍ程度の浅い不純物層の形成が可能となり、工業的に半導体の製造に適用されている。
【０００４】
さらに浅い接合形成のために近年注目されている技術としてプラズマドーピング技術が挙げられる。プラズマドーピングは所望の粒子を含んだプラズマと半導体基盤等の被処理体の表面を接触させて、被処理体表面に所望の粒子を導入する技術である。ここで、プラズマはたかだか数１００Ｖの低エネルギーなので浅い不純物層の形成に適しており、１０数ｎｍから数１０ｎｍ程度の浅い接合を形成した実験が報告されている。さらに、現在最も浅いＰ型の接合を達成した実験がＴｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＶＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｎｏｌｕｌｕ Ｐ．１１０（２０００）に開示されている。これによると接合の深さは７ｎｍである。
【０００５】
また、ガスソースを用いた気相ドーピング法も、ＩＷＪＴ，ｐ．１９（２０００），Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１６，Ｐ．１，（１９９８）、シリコンテクノロジーＮｏ．３９ １８ｔｈ Ｊｕｎｅ，２００２等に提案されている。これは常圧水素雰囲気で半導体基盤を加熱し、Ｂ２Ｈ６やＰＨ３を供給することでＰ型およびＮ型の不純物拡散層を形成することができる方法である。ここで水素キャリアガスはシリコン上の自然酸化膜を除去し、清浄表面を保つことで不純物特にボロンの表面偏析を抑制する効果がある。またガスを分解するためには、一般に６００℃以上の温度が必要である。例えばシリコンテクノロジーＮｏ．３９ １８ｔｈ Ｊｕｎｅ，２００２には、半導体基盤を９００℃に加熱して、１ｐｐｍのＢ２Ｈ６ガスを４０秒供給することで高濃度の浅い接合を形成した実験結果が開示されている。これによると、Ｂ濃度が１×１０１８ｃｍ−３となる深さを接合深さとして接合深さは上記と同程度の約７ｎｍである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
デバイスの微細化に伴って浅い接合を形成する技術が求められている。この要望に対して、プラズマドーピングや低エネルギーイオン注入などの方法が提案されている。近年では１０数ｎｍから数１０ｎｍ程度の浅い接合を形成した実験が報告されている。現在最も浅いＰ型の接合を達成した実験では７ｎｍ程度の浅い不純物層を形成している。しかし、デバイスのさらなる微細化が進むに従ってより浅い不純物層をより簡単に形成する方法の提供が求められている。このような要求に対して、プラズマドーピング技術は小さいエネルギーとはいえ加速エネルギーを持った粒子を半導体基盤に注入する技術なのでより浅い不純物層を形成することは困難であるという課題がある。ガスソースを用いた気相ドーピング法は、加速エネルギーを持たないドーパントを基盤に供給して表面反応によって不純物拡散層を形成する技術であり、エネルギーを持ったイオンを基盤に照射する方法の限界を超える技術と考えられる。しかし、従来の技術で説明したように、これらの方法はガスを分解するために一般に６００℃以上の温度が必要とされていた。この温度ではマスク材料としてホトレジストを用いることはできない。そのためＣＶＤ−ＳｉＯ２などを形成、パターニングする必要があり、トランジスタ形成プロセスの工程が増加してしまうという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入方法とする。
【０００８】
ここで、表面の膜を除去することで粒子が付着しやすくなるので表面近傍の不純物層の形成が可能になる。固体表面に照射するプラズマはアルゴンまたは水素系のプラズマを用いる。ガスの場合は水素系のガスを用いる。還元性の液体は、フッ化水素、水酸化ナトリウム、アンモニア水、スルフィン酸、アジピン酸ジ−２−エチルヘキシルの群から選ばれる少なくとも一つとする。また、固体表面を還元性の液体に浸す手段において、固体表面を還元性の液体に浸した際に、固体表面を機械的に摩擦することが望ましい。これは機械的に摩擦することで表面の膜がより除去されやすくなるからである。
【０００９】
所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に所望の粒子を含むガスを接触させて固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入する方法とする。或いは、所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射することによって、当該結合を非結合状態に変化させ、付着した水素もしくは水酸基を脱離させて、固体を構成する原子を表面に露出させた後、所望の粒子を照射して、固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入する方法とする。酸化物などの膜を除去した固体基体表面には、ほぼ一定の結合エネルギーを有する水素もしくは水酸基が固体基体原子と結びついている。この結合エネルギーに合致したエネルギーを供給することで結合を切断できるが、電磁波はエネルギーの制御がし易いので安定して上記のことを実現できる。つまり、結合を切断して、且つ、固体基体表面に影響を及ぼさない範囲の電磁波のエネルギーを選択して安定して照射し易い。このようにして表面に露出させた固体基体を構成する原子は、活性化された状態となる。つまり他の粒子と結合し易い状態となる。よって、固体基体を構成する原子を活性化された状態とした後に、所望の粒子を照射することで固体基体表面もしくはその近傍に不純物を付着あるいは導入し易い。ここで、所望の粒子は固体基体を構成する原子の近傍に低速、つまり低エネルギーで近づけることが望ましい。低エネルギーの粒子の方が活性化した原子にトラップされ易いからである。ここで、低エネルギーの粒子とは、プラズマ、ガス、超低エネルギーイオンの状態の粒子である。また所望の粒子を含むガスは温度を高くして分解する必要はなく、固体基体の温度は６００℃以下で、さらには室温でも不純物導入が可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を以下で説明する。
【００１１】
（発明例Ａ）
シリコンの半導体基盤を用いて実験を行った。発明例Ａで用いた装置は主に真空予備室とプロセスチャンバーから構成される。まず真空予備室を大気圧に開放して半導体基盤を真空予備室内のハンドリングアーム上に設置した。真空予備室を減圧後、ハンドリングアームで半導体基盤をプロセスチャンバー内に搬送した。図１はプロセスチャンバーの要部断面図である。半導体基盤はプロセスチャンバーに搬送した後、下部電極上に設置した。なお、搬送後は搬送路を閉じて、真空予備室とプロセスチャンバーの間を分離した。また、プロセスチャンバーにはアルゴンガスとジボランガスのガス導入管を別々に接続した。ガス流量はマスフローコントローラで別々に制御できる構成である。
【００１２】
半導体基盤を下部電極上に設置した後、アルゴンプラズマを照射して表面をスパッタした。アルゴンガスの流量は５０ｓｃｃｍ、チャンバー内部の圧力は０．７Ｐａ、ヘリコンパワーは１５００Ｗ、バイアスパワーは３００Ｗとした。スパッタは７０秒間行った。スパッタを終了した後、１秒間置いて、Ｂ２Ｈ６ガスをチャンバー内部に７０秒間流した。ここでＢ２Ｈ６ガスの流量は５０ｓｃｃｍ、チャンバー内部の圧力は１．７Ｐａとした。その後、低エネルギーＳＩＭＳで表面から深さ方向のボロンの濃度分布を測定した。
【００１３】
図２は表面から深さ方向のボロンの濃度分布である。４桁濃度が低下するのに約５ｎｍしか要していなかった。接合の位置を１×１０１８ｃｍ−３とすれば、接合の位置は３〜４ｎｍであった。このように極めて浅いプロファイルが観測された。またボロンは室温で安定に吸着していた。ボロンの注入量は約１．８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。上記のことから半導体基盤表面にアルゴンプラズマを照射して後にＢ２Ｈ６ガスをチャンバー内部に投入することで、従来よりも浅い不純物層を形成できることが了解できる。さらに半導体基盤を加熱する必要のない室温でのプロセスなのでトランジスタ形成プロセスの工程が増加することのない簡単な方法である。
【００１４】
（発明例Ｂ）
図３はシリコンの半導体基盤の表面を説明する図である。シリコンの共有結合は、一般的に末端が水素か水酸基で終端されている。末端のシリコン原子は、３個の他のシリコン原子と結合し、且つ、１個の水素原子か水酸基と結合している。電磁波を照射することで、図４に参照するようにシリコン原子が表面に露出して活性化した状態にできると考えられる。その後、図５に示すように、例えばジボランのガスを接触させることで、図６のようにシリコンの半導体基盤の表面にボロン原子を含む層を形成できる。表面に付着されるボロン原子の層は、本例では原子１個から２個の厚みである。上記は固体基体としてシリコンの半導体基盤を、そして不純物としてボロンを例に説明した。このように酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射することによって、付着した水素もしくは水酸基を脱離させて、固体を構成する原子を表面に露出させた後、所望の粒子を照射することで固体基体表面に付着される不純物の層は、原子１個から数個程度の厚さにすることができる。すなわちオングストロームオーダーの不純物層の形成が可能となる。
【００１５】
以下に実施例の一例を示す。シリコン原子と水素原子の間の単結合の結合エネルギーは３１８ｋＪ／ｍｏｌである。また、シリコン原子と酸素原子の間の単結合の結合エネルギーは４５２ｋＪ／ｍｏｌである。一方、シリコン原子間の単結合の結合エネルギーは２２２ｋＪ／ｍｏｌである。末端のシリコン原子は３個の他のシリコン原子と結びついているので末端のシリコン原子をシリコン結晶から解離させるためには６６６ｋＪ／ｍｏｌのエネルギーが必要と考えられる。上記の結合エネルギーの差を利用して、水素もしくは水酸基とシリコン原子との単結合の結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射することによって付着した水素もしくは水酸基だけを脱離させることができる。すなわち、例えば５００ｋＪ／ｍｏｌに相当するエネルギーの電磁波を照射することで、図４に参照するようにシリコン原子が表面に露出して活性化した状態にできる。その後は上記と同様の手順で極浅の不純物層を形成できる。
【００１６】
【発明の効果】
従来よりも浅い不純物層をより簡単に形成する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プロセスチャンバーの要部断面図
【図２】表面から深さ方向のボロンの濃度分布図
【図３】シリコンの半導体基盤の表面を説明する図
【図４】表面のシリコン原子が活性化した状態を説明する図
【図５】ジボランガスの接触を説明する図
【図６】シリコンの半導体基盤の表面にボロン原子を含む層を形成した状態を説明する図
【符号の説明】
１，１２ 高周波電源
２，１１ マッチングボックス
３ コイルおよびアンテナ
４，５ マスフローコントローラ
６ ターボ分子ポンプ
７ コンダクタンスバルブ
８ ドライポンプ
９ サークレータ
１０ ＤＣ電源
１３ 被処理体
１４ 下部電極
Claims (46)
- 表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって固体基体表面の処理として当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入方法。
- プラズマは希ガスアルゴンまたは水素を含む系のプラズマであることを特徴とする請求項１記載の不純物導入方法。
- ガスは水素を含む系のガスであることを特徴とする請求項１記載の不純物導入方法。
- 還元性の液体は、フッ化水素、水酸化ナトリウム、アンモニア水、スルフィン酸、アジピン酸ジ−２−エチルヘキシルなどの群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする請求項１記載の不純物導入方法。
- 固体表面を還元性の液体に浸す手段において、固体表面を還元性の液体に浸した際に、固体表面を機械的に摩擦することを特徴とする請求項１記載の不純物導入方法。
- 所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に所望の粒子を含むガスを接触させて固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入することを特徴とする請求項１記載の不純物導入方法。
- 所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射することによって、当該結合を非結合状態に変化させ、付着した水素もしくは水酸基を脱離させて、固体を構成する原子を表面に露出させた後、所望の粒子を接触させて、固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入することを特徴とする請求項１記載の不純物導入方法。
- 照射する電磁波のエネルギーは３１８ｋＪ／ｍｏｌ以上、６６６ｋＪ／ｍｏｌ以下に相当するエネルギーであることを特徴とする請求項７記載の不純物導入方法。
- 所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、固体基体が６００℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項１記載の不純物導入方法。
- イオン、プラズマ、ガスなどの相で、表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって固体基体表面の処理として当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入方法。
- 所望の粒子は、プラズマ、ガス、超低エネルギーイオンの状態から付着あるいは導入されることを特徴とする請求項１記載の不純物導入方法。
- プラズマを固体表面に照射する装置、ガスを固体表面に照射する装置、固体表面を還元性の液体に浸す装置、の群から選ばれる少なくとも一つの装置と、所望の粒子を含むガスを固体表面に接触させる装置と、付着あるいは導入した所望の粒子を拡散させるアニール装置の装置群を少なくとも有することを特徴とする請求項１記載の不純物導入方法。
- 固体表面を還元性の液体に浸す装置は固体表面を機械的に摩擦する機構を具備することを特徴とする請求項１２記載の不純物導入方法。
- 所望の粒子を含むガスを固体表面に接触させる装置は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射する機構を具備することを特徴とする請求項１２記載の不純物導入方法。
- プラズマを固体表面に照射する装置、ガスを固体表面に照射する装置、固体表面を還元性の液体に浸す装置、の群から選ばれる少なくとも一つの装置と、所望の粒子を含むガスを固体表面に接触させる装置と、付着あるいは導入した所望の粒子を拡散させるアニール装置の装置群を２つ以上組み合わせた、または、一体化したことを特徴とする請求項１２記載の不純物導入方法。
- 請求項１または１０記載の不純物導入方法で製造した半導体、液晶、バイオチップなどの能動素子および、抵抗、コイル、コンデンサーなどの受動素子。
- 表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって固体基体表面の処理として当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入装置。
- プラズマは希ガスアルゴンまたは水素を含む系のプラズマであることを特徴とする請求項１７記載の不純物導入装置。
- ガスは水素を含む系のガスであることを特徴とする請求項１７記載の不純物導入装置。
- 還元性の液体は、フッ化水素、水酸化ナトリウム、アンモニア水、スルフィン酸、アジピン酸ジ−２−エチルヘキシルなどの群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする請求項１７記載の不純物導入装置。
- 固体表面を還元性の液体に浸す手段において、固体表面を還元性の液体に浸した際に、固体表面を機械的に摩擦することを特徴とする請求項１７記載の不純物導入装置。
- 所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に所望の粒子を含むガスを接触させて固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入することを特徴とする請求項１７記載の不純物導入装置。
- 所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射することによって、当該結合を非結合状態に変化させ、付着した水素もしくは水酸基を脱離させて、固体を構成する原子を表面に露出させた後、所望の粒子を接触させて、固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入することを特徴とする請求項１７記載の不純物導入装置。
- 照射する電磁波のエネルギーは３１８ｋＪ／ｍｏｌ以上、６６６ｋＪ／ｍｏｌ以下に相当するエネルギーであることを特徴とする請求項２３記載の不純物導入装置。
- 所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、固体基体が６００℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項１７記載の不純物導入装置。
- イオン、プラズマ、ガスなどの相で、表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって固体基体表面の処理として当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入装置。
- 所望の粒子は、プラズマ、ガス、超低エネルギーイオンの状態から付着あるいは導入されることを特徴とする請求項１７記載の不純物導入装置。
- プラズマを固体表面に照射する装置、ガスを固体表面に照射する装置、固体表面を還元性の液体に浸す装置、の群から選ばれる少なくとも一つの装置と、所望の粒子を含むガスを固体表面に接触させる装置と、付着あるいは導入した所望の粒子を拡散させるアニール装置の装置群を少なくとも有することを特徴とする請求項１７記載の不純物導入装置。
- 固体表面を還元性の液体に浸す装置は固体表面を機械的に摩擦する機構を具備することを特徴とする請求項２８記載の不純物導入装置。
- 所望の粒子を含むガスを固体表面に接触させる装置は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射する機構を具備することを特徴とする請求項２８記載の不純物導入装置。
- プラズマを固体表面に照射する装置、ガスを固体表面に照射する装置、固体表面を還元性の液体に浸す装置、の群から選ばれる少なくとも一つの装置と、所望の粒子を含むガスを固体表面に接触させる装置と、付着あるいは導入した所望の粒子を拡散させるアニール装置の装置群を２つ以上組み合わせた、または、一体化したことを特徴とする請求項２８記載の不純物導入装置。
- 表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって固体基体表面の処理として当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入素子。
- プラズマは希ガスアルゴンまたは水素を含む系のプラズマであることを特徴とする請求項３２記載の不純物導入素子。
- ガスは水素を含む系のガスであることを特徴とする請求項３２記載の不純物導入素子。
- 還元性の液体は、フッ化水素、水酸化ナトリウム、アンモニア水、スルフィン酸、アジピン酸ジ−２−エチルヘキシルなどの群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする請求項３２記載の不純物導入素子。
- 固体表面を還元性の液体に浸す手段において、固体表面を還元性の液体に浸した際に、固体表面を機械的に摩擦することを特徴とする請求項３２記載の不純物導入素子。
- 所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に所望の粒子を含むガスを接触させて固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入することを特徴とする請求項３２記載の不純物導入素子。
- 所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射することによって、当該結合を非結合状態に変化させ、付着した水素もしくは水酸基を脱離させて、固体を構成する原子を表面に露出させた後、所望の粒子を接触させて、固体基体表面もしくはその近傍に付着あるいは導入することを特徴とする請求項３２記載の不純物導入素子。
- 照射する電磁波のエネルギーは３１８ｋＪ／ｍｏｌ以上、６６６ｋＪ／ｍｏｌ以下に相当するエネルギーであることを特徴とする請求項３８記載の不純物導入素子。
- 所望の粒子を付着あるいは導入する方法は、固体基体が６００℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項３２記載の不純物導入素子。
- イオン、プラズマ、ガスなどの相で、表面に酸化物などの膜が付着している固体基体に物質を導入する際に、プラズマを固体表面に照射する手段、ガスを固体表面に照射する手段、固体表面を還元性の液体に浸す手段、の群から選ばれる少なくとも一つの手段によって固体基体表面の処理として当該酸化物などの膜を除去して後に、所望の粒子を付着あるいは導入することを特徴とする不純物導入素子。
- 所望の粒子は、プラズマ、ガス、超低エネルギーイオンの状態から付着あるいは導入されることを特徴とする請求項３８記載の不純物導入素子。
- プラズマを固体表面に照射する装置、ガスを固体表面に照射する装置、固体表面を還元性の液体に浸す装置、の群から選ばれる少なくとも一つの装置と、所望の粒子を含むガスを固体表面に接触させる装置と、付着あるいは導入した所望の粒子を拡散させるアニール装置の装置群を少なくとも有することを特徴とする請求項３８記載の不純物導入素子。
- 固体表面を還元性の液体に浸す装置は固体表面を機械的に摩擦する機構を具備することを特徴とする請求項４３記載の不純物導入素子。
- 所望の粒子を含むガスを固体表面に接触させる装置は、当該酸化物などの膜を除去した固体基体表面に付着する水素もしくは水酸基と固体基体原子との結合エネルギーに合致したエネルギーの電磁波を照射する機構を具備することを特徴とする請求項４３記載の不純物導入素子。
- プラズマを固体表面に照射する装置、ガスを固体表面に照射する装置、固体表面を還元性の液体に浸す装置、の群から選ばれる少なくとも一つの装置と、所望の粒子を含むガスを固体表面に接触させる装置と、付着あるいは導入した所望の粒子を拡散させるアニール装置の装置群を２つ以上組み合わせた、または、一体化したことを特徴とする請求項４３記載の不純物導入素子。
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