JP2005277220A - 不純物導入方法、不純物導入装置およびこの方法を用いて形成された半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
固体基体の表面に所望の不純物を導入する工程と、前記導入する工程の後、前記固体基体の表面にプラズマを照射する工程を含み、ボックス型に近い不純物プロファイルを形成する。
【選択図】 図3
Description
このようなpn接合の形成方法としては、従来から、イオン注入が用いられている。例えば、n型シリコン基板にイオン注入でボロンなどのp型不純物を導入した後、ハロゲンランプ等を用いて電気的に活性化することにより、pn接合が形成され、このpn接合を利用した種々のデバイスが形成されている。
このイオン注入を用いて、浅い接合を形成するための種々の試みがなされており、フラッシュランプ法やレーザアニ−ル法などの各種アニ−ル法によって注入された不純物を電気的に活性化することで浅い接合を形成できるとはいうものの、イオン注入で形成できる深さには限界がある。例えば、ボロン不純物は浅く導入することが難しく、BイオンあるいはBF2 イオンの加速エネルギーを数keVの低エネルギーにすることは困難となり、イオン注入では、導入領域の深さは基体表面から10nm程度が限界であった。
そこで、近年、更に浅い接合を効率よく形成可能にする手法として種々のドーピング方法が提案され、その中でプラズマドーピング技術が実用化に適するものとして注目されてきている。このプラズマドーピングは、導入すべき不純物を含有した反応ガスをプラズマ励起し、上記基体表面にプラズマ照射して不純物を導入する技術である。この技術によれば、ボロン不純物であっても深さ7nmの浅い接合が形成できるとされる(例えば非特許文献1、2参照)。
すなわち、不純物導入領域の深さが50nm以下,さらには10nmになる浅い接合の形成を安定的に制御する技術が求められている。また、浅い位置で高濃度の接合を安定して形成することは、動作速度の高速化のために重要である。
このような状況の中で、浅くかつ高濃度の不純物領域を形成することは半導体デバイスの微細化・高集積化への大きな課題となっている。
特に、浅くかつ低抵抗の不純物領域を安定して形成するためには、不純物濃度プロファイルが基板表面での変化をなだらかにすることすなわち、いわゆるボックス型(箱型)の不純物濃度プロファイルが必要である。しかしながら、極浅領域に不純物を導入する場合には、通常は表面近傍で高濃度であっても、深くなるにつれて急峻に変化するものが多く、ボックス型の制御は理想ではあるが極めて困難であるとされている。
また、本発明は、いわゆるボックス型の不純物プロファイルをもつ不純物領域を形成することを目的とする。
また、本発明は、特に、超浅の不純物領域を安定して形成することを目的とする。
この方法により、半導体を構成するシリコンなどの元素と反応することなく半導体基板中に導入された不純物の濃度プロファイルを箱型にすることができる。
所望のプロファイルをもつように調整しつつプラズマ照射することにより、所望の不純物プロファイルを実現することができる。
この方法によれば、希ガス元素の少なくとも1種を含むプラズマを照射することにより、不本意な反応を生じるようなこともなく不純物へのエネルギー付与を良好に実現することができる。
この方法によれば、Heの質量は小さいため、衝突によりエネルギーの大部分を不純物に与えることができ、効率よく不純物の導入を実現することができる。
水素はアニ−ル時に外方拡散により基体中から外に抜け出しやすいため、この方法によれば、アニ−ル後に基体中の水素残留量が少なく、基体の特性、特に半導体特性に与える影響が少ないため望ましい。
この方法によれば、極めて低いエネルギーで粒子を固体基体に導入するので、より浅い不純物導入層を効率良く形成できる。したがってより浅い接合の形成が可能となる。
この方法によれば、制御性、面内均一性が良いためである。さらに低エネルギーイオン注入を用いることが望ましい。これは浅い注入が可能であり、本発明の目的である浅い接合形成に適しているからである。
ガスドーピングは、イオンではなく、電気的に中性のガス状態の不純物を用いて、ガス分子の半導体基板への吸着、浸透を利用して不純物を導入する方法であるが、この方法によれば、極めて低いエネルギーで粒子を固体基体に導入するので、より浅い不純物導入層を効率良く形成できる。したがってより浅い接合の形成が可能となる。
この装置によれば、不純物の導入とその濃度分布の調整と電気的な活性化を作業性の観点から効率よく行なうことができる。
また本発明の半導体装置は、不純物プロファイルが深さ7nm位置で表面における不純物濃度の100分の1以上となるように形成される。
以下、本発明の第1の実施の形態について図1と図2を用いて説明する。この不純物導入装置は、基体の表面近傍における物質の分布を調整することにより、不純物導入プロファイルを調整できるように構成されたことを特徴とする。図1は本発明の不純物導入装置を模式的に示した断面図である。
まず、図2(a)に示すように、抵抗率10Ωcm 300mmφ径のn型シリコン基板13nの表面にフォトリソグラフィによりマスクMを形成する。このようにマスクMの形成されたn型シリコン基板13nからなる被処理基板13を、このサセプタとしての下部電極14上に載置し、静電吸着により固定させる。そして、ターボ分子ポンプ6及びドライポンプ8を作動させ真空チャンバー15内の真空度を10-5Pa程度にする。
このように、本発明の方法により、Heプラズマ後処理により、プラズマドーピングによる浅い接合プロファイルを箱型に近づけることが可能である。
以上の実施の形態では、半導体デバイスを形成する半導体基板を被処理基板として説明してきたが、本発明は、被処理基板が液晶表示デバイスを形成するガラス基板であって、マトリックス基板を構成する場合でも全く同様に適用可能である。
2 マッチングボックス
3 コイル
4,5 マスフローコントローラー
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 サーキュレータ
10 DC電源
11 マッチングボックス
12 高周波電源
13 被処理基板
13n n型シリコン基板
13p p型不純物領域
M マスク
14 下部電極
15 真空チャンバー
100 装置
Claims (13)
- 固体基体の表面に所望の不純物を導入する工程と、
前記導入する工程の後、前記固体基体の表面にプラズマを照射する工程を含むことを特徴とする不純物の導入方法。 - 請求項1に記載の不純物の導入方法であって、
前記固体基体は半導体基板であり、
前記プラズマを照射する工程は、前記半導体基板中で、不活性であるプラズマを照射する工程を含む不純物の導入方法。 - 請求項1または2に記載の不純物の導入方法であって、
前記プラズマを照射する工程は、前記半導体基板中で、前記不純物が所望の不純物プロファイルをもつようにプラズマを照射する工程を含む不純物の導入方法。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の不純物の導入方法であって、
前記プラズマを照射する工程は、希ガス元素の少なくとも1種を含むプラズマを照射する工程を含む不純物の導入方法。 - 請求項4のいずれかに記載の不純物の導入方法であって、
前記プラズマを照射する工程は、Heプラズマを照射する工程を含む不純物の導入方
法。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の不純物の導入方法であって、
前記プラズマを照射する工程は、水素を含むプラズマを照射する工程を含む不純物の導入方法。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の不純物の導入方法であって、
不純物を導入する工程が、プラズマドーピング工程を含む不純物の導入方法。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の不純物の導入方法であって、
不純物を導入する工程が、イオン注入工程を含む不純物の導入方法。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の不純物の導入方法であって、
不純物を導入する工程が、ガスドーピング工程を含む不純物の導入方法。 - 固体基体の表面に所望の不純物を導入する不純物導入手段と、
前記固体基体の表面にプラズマを照射して前記不純物の固体基体中での濃度分布を調整する調整手段と、
導入された不純物を活性化するアニール手段とを具備した不純物導入装置。 - 請求項10記載の不純物導入装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバー内に設置される固体基体の表面に不純物を導入する不純物導入手段と、
前記固体基体の表面にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記チャンバー内で前記固体基体をアニ−ルするアニ−ル手段とを具備した不純物導入装置。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の不純物導入方法を用いて形成され、
不純物プロファイルが深さ4nm位置で表面における不純物濃度の10分の1以上となるように形成された半導体装置。 - 請求項12の半導体装置であって、
不純物プロファイルが深さ7nm位置で表面における不純物濃度の100分の1以上となるように形成された半導体装置。
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