JP2611236B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマ放電と光照射を用いて半導体基板
の表面に不純物拡散層を形成するための半導体製造装置
に関する。
〔発明の概要〕 本発明は、半導体基板の表面にプラズマ放電と光照射
を用いて不純物拡散層を形成する半導体製造装置におい
て、半導体基板と対向するプラズマ発生用電極と、遮蔽
物によりプラズマ放電にさらされない光透過窓を有せし
め、この光透過窓を介して光を照射するように構成する
ことによって、半導体基板表面の各部に均一に且つ良好
に高濃度の不純物拡散を行えるようにしたものである。
〔従来の技術〕
半導体基板の表面に浅いp−n接合を形成するために
レーザ光を用いた不純物ドーピング法(GILD)が開発さ
れている。このGILD法は、不純物ガスを満したチャンバ
ー内に試料となる半導体基板を置き、この半導体基板の
表面に不純物ガスを吸着せしめ、レーザ光を半導体基板
に照射してその表面を溶融することによって、吸着した
不純物ガスを分解し、且つ半導体基板中に拡散させるも
のである。
また、他の不純物ドーピング法として特開昭57−2027
29号公報に示すように試料となる半導体基板の両側に夫
々プラズマ発生用電極を配し、プラズマ化した不純物を
半導体基板に付着させ、レーザ光を照射して不純物を半
導体基板内に拡散させる方法がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した前者のGILD法ではドーピングされる不純物原
子の数は半導体基板に吸着した不純物ガス分子数によっ
て決定される。通常レーザ照射はパルスレーザを用いて
行なわれる。吸着量を多くするにはガス圧を上げる必要
があるが、これまでの報告では1発のパルスレーザ光照
射でのドーピング量は約1×10=14atoms/cm2である。
従って、より高濃度のドーピングを行うためには多数発
のパルスレーザ光照射を行う必要がある。しかし、パル
スレーザ光の強度は半導体基板表面を溶融するために〜
10MW/cm2と非常に強い。このような大出力のパルスレー
ザ光を多数発照射すると第3図で示すように半導体基板
の表面荒れが大きくなり、デバイスの特性を劣化させる
ことが判明した。従って、パルスレーザ光の照射回数は
できるだけ少ない方が望ましい。
また、上述の後者の方法ではプラズマ放電によって不
純物ガスを分解し不純物原子を堆積してレーザ光を照射
するので高濃度のドーピングが可能となる。しかし、か
かる特開昭57−202729号公報に示された装置では不純物
原子の堆積膜を半導体基板表面の各部に均一に形成する
ことができず、又光照射窓に不純物が付着し良好なレー
ザ照射が行えない等の問題が生じる。
本発明は、上述の点に鑑み、少ない光照射量で高濃度
の不純物拡散が行えると共に半導体基板表面の各部に均
一に且つ良好に不純物拡散が行える半導体製造装置を提
供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、半導体基板(6)の表面にプラズマ放電と
光照射を用いて不純物拡散層を形成する半導体製造装置
において、半導体基板(6)と対向するプラズマ発生用
電極(4)と、遮蔽物(3),(4)によりプラズマ放
電にさらされない光透過窓(11)を有し、この光透過窓
(11)を介して光(12)が照射されるように構成する。
この場合、第1図に示すように遮蔽物である仕切
(3)によりプラズマ発生用電極(4)(5)を配した
プラズマ放電室(1)と光透過窓(11)を有する光照射
室(2)とを分離し、半導体基板(6)をプラズマ放電
室(1)と光照射室(2)間で移動可能とするように構
成することができる。
或は第2図に示すようにプラズマ放電室と光照射室を
一体化し、その共通の反応室(14)の半導体基板(6)
と対向する上方に光透過窓(11)を設け、プラズマ放電
中は遮蔽物としての半導体基板と対向するプラズマ発生
用電極(4)にて光透過窓(11)を塞ぐようにし、プラ
ズマ放電後はプラズマ発生用電極(4)が光透過窓(1
1)より外れた位置に移動するように構成することもで
きる。
〔作用〕
プラズマ放電室(1)又は反応室(14)に不純物拡散
すべき半導体基板を配し、不純物ガスを導入する。導入
された不純物ガスはプラズマ放電により分解し、半導体
基板の表面に不純物原子が多量に堆積する。このとき、
プラズマ発生用電極が半導体基板(6)の表面と平行に
対向しているため、不純物原子の堆積膜は基板(6)表
面の各部に均一に形成される。また、光透過窓(11)は
遮蔽物(3),(4)によりプラズマ放電にさらされな
いので、この光透過窓(11)に不純物が付着することが
ない。次に半導体基板(6)を移動し、又はプラズマ発
生用電極(4)を移動し、半導体基板(6)と光透過窓
(11)を対向させてこの光透過窓(11)を通して半導体
基板上に光照射し、主として基板表面を溶融することに
よって不純物原子が半導体基板中に拡散し半導体基板
(6)の表面に不純物拡散層が形成される。半導体基板
表面には不純物原子が多量に堆積するので少ない光照射
量で高濃度の不純物拡散が行える。そして、本構成にお
いては不純物原子の堆積膜が基板表面の各部に均一に形
成されること、光透過窓に不純物が付着されず、所定エ
ネルギーの光照射がなされることによって、均一に且つ
良好に不純物拡散が行える。因みに、プラズマ放電にさ
らされる光透過窓に不純物が付着した場合、照射した光
は不純物に吸収され光強度が弱くなり、所定のエネルギ
ーが得られない。本構成ではこのような点が解決され
る。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明による半導体製造装置、
即ち不純物ドーピング装置の実施例を説明する。
第1図は本発明装置の一例である。本例においてはプ
ラズマ放電室(1)と光照射室(2)を互いに遮蔽物、
例えば仕切(3)を介して分離するようにして隣接して
設ける。プラズマ放電室(1)内にはプラズマ発生用の
対の電極(4)及び(5)が試料となる半導体基板
(6)を挟んで対向して配置される。この場合一方の電
極(5)上に絶縁支持台(7)を介して半導体基板
(6)が載置され、他方の電極(4)が半導体基板
(6)の表面に平行に対向するように所定間隔を置いて
配される。両電極(4)及び(5)間には高周波電圧が
印加されるもので電極(5)側がアースとされる。
(8)は不純物ガス(9)の導入口、(10)は排出口で
ある。光照射室(2)の上面には光透過窓(11)が設け
られる。そして、この装置には半導体基板(6)を支持
台(7)及び電極(5)と共に、プラズマ放電室(1)
と光照射室(2)間で移送できる移送機構が設けられ
る。なお、半導体基板(6)のみを移送できる構成とし
てもよい。
かかる装置では、先ず第1図Aに示すようにプラズマ
放電室(1)内の支持台(7)上に試料の半導体基板
(6)を載置し、導入口(8)よりプラズマ放電室
(1)に導入した不純物ガス(9)を両電極(4)及び
(5)間で発生したプラズマ放電(13)により分離し、
その不純物原子を多量に半導体基板(6)の表面に堆積
させる。この不純物原子の堆積膜に電極(4)が基板面
に平行に対向して配されているために基板(6)表面の
各部で均一に形成される。次に、第1図Bに示すように
半導体基板(6)を真空或はAr等の不活性ガス雰囲気の
光照射室(2)に移送し、光透過窓(11)を通じてパル
スレーザ光(12)を不純物原子の堆積膜が形成されて半
導体基板(6)表面に照射し、基板表面を溶融すること
によって不純物原子を半導体基板(6)中に拡散し、半
導体基板表面に不純物拡散層を形成する。光照射室
(2)は遮蔽物である仕切(3)によりプラズマ放電室
(1)と分離されているので、光透過窓(11)に不純物
が付着し汚れることがなく、所定のエネルギーのパルス
レーザ光(12)を半導体基板表面に良好に照射すること
ができる。光は試料の半導体基板表面を溶融するに十分
なエネルギー密度を有するものを用い、例えばXeClエキ
シマレーザの場合0.2J/cm2以上とするを可とする。
本発明ではプラズマ放電を用いて不純物ガスを気相中
で分解し不純物原子を多量に半導体基板(6)上に堆積
させるため、少ないパルス数のレーザ照射で高濃度の不
純物拡散が可能となり、且つ半導体基板表面の各部に対
して均一に不純物原子を拡散することができる。
実験によれば、1%希釈B2H6/Arガスを用い、200mTor
rのガス圧で0.1W/cm2の低エネルギーでのグロー放電を1
0分間行い、ボロンをシリコン基板上に堆積させて後、X
eClエキシマレーザ(波長308nm,パルス幅30nsec)を1.1
J/cm2のエネルギーで1発(1パルス分)照射して不純
物拡散を行った。その結果5×1015atoms/cm2のドーピ
ング量が得られ、高濃度不純物拡散が1発のパルスレー
ザ照射で達成できることが判明した。不純物原子の堆積
時間を短縮するためには100% B2H6ガスを用い1Torrの
ガス圧で1W/cm2のグロー放電を行えば約0.1秒で不純物
原子の堆積が完了する。
第2図は本発明の他の例であり、プラズマ放電室と光
照射室を一体化して構成した場合である。本例において
は共通の反応室(14)の上面の一部に光透過窓(11)が
設けられ、この光透過窓(11)に対向する位置に半導体
基板(6)の支持台(7)が配される。この支持台
(7)下にはプラズマ発生用の一方の電極(5)設けら
れ、さらに、半導体基板(6)と光透過窓(11)の間に
半導体基板(6)の面に対向するように他方のプラズマ
発生用の電極(4)が配される。この場合支持台(7)
及び電極(5)は固定とされる。このプラズマ発生用の
他方の電極(4)は、光透過窓(11)を塞ぐ位置と光透
過窓(11)から外れる位置間を移動可能に配される。
(8)は不純物ガス(9)の導入口、(10)は排気口で
ある。この装置の場合、試料の半導体基板(6)は固定
であり、プラズマ放電中は第2図Aに示すように電極
(4)が光透過窓(11)を塞いでいる。そして、基板
(6)上に不純物原子の堆積膜が形成された後、第2図
Bに示すように電極(4)が移動し、光透過窓(11)を
通してレーザ光(12)が照射され、基板(6)中に不純
物原子が拡散され、半導体基板(6)の表面に不純物拡
散層が形成される。
従って、この構成においても第1図と同様に少ないレ
ーザ照射量で、短時間に高濃度不純物拡散が可能とな
る。またプラズマ放電中は光透過窓(11)は遮蔽物とし
ての電極(4)によって塞がれ、プラズマ放電にさらさ
れないので、光透過窓(11)への不純物の付着はなく、
不純物原子の堆積膜も基板表面に均一に形成されるた
め、半導体基板表面の各部に均一に且つ良好に不純物拡
散することができる。
そして、この装置においては、プラズマ放電室と光照
射室が一体化された構成であるので、第1図の例に比べ
て装置の小型化が図れる。
尚、上例では不純物ガスをプラズマ放電により分解
し、不純物原子の堆積膜を形成した後に真空中或は不活
性ガス雰囲気中でレーザ光照射して不純物拡散を行った
が、不純物原子の堆積膜の形成後、さらに異種不純物を
同時に拡散する時は異種不純物ガス雰囲気中でレーザ光
を照射して不純物拡散することもできる。又、必要な不
純物拡散濃度に応じてプラズマ放電による不純物原子の
堆積膜の形成及びレーザ光照射の工程をくり返えすよう
にしてもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、不純物ガスをプラズマ放電により分
解し、不純物原子を半導体基板上に堆積した後、光照射
で基板を加熱して基板中に不純物を拡散することによ
り、少ない光照射量で即ち短い光照射時間で高濃度の不
純物拡散層の形成が可能となる。そして、特に本装置に
おいては、プラズマ発生用電極を半導体基板の面に平行
となるように対向配置しているので、不純物原子の堆積
膜が半導体基板の表面全体にわたって均一に形成され、
また光透過窓は遮蔽物によりプラズマ放電にさらされな
いように構成されているため不純物原子が光透過窓に付
着することがなく、従って光照射して半導体基板内に不
純物を拡散する場合、均一且つ良好な不純物拡散ができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による半導体製造装置の一実施例を示す
構成図、第2図は本発明による半導体製造装置の他の実
施例を示す構成図、第3図は従来の説明に供するレーザ
パルス数と表面荒れの関係を示すグラフである。 (1)はプラズマ放電室、(2)は光照射室、(4)
(5)はプラズマ発生用の電極、(6)は半導体基板、
(11)は光透過窓である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の表面にプラズマ放電と光照射
    を用いて不純物拡散層を形成する半導体製造装置におい
    て、 上記半導体基板と対向するプラズマ発生用電極と、遮蔽
    物により上記プラズマ放電にさらされないようにした光
    透過窓を有し、 該光透過窓を介して光が照射されることを特徴とする半
    導体製造装置。
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