JP2703029B2 - Method of introducing impurities into substrate - Google Patents

Method of introducing impurities into substrate

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JP2703029B2
JP2703029B2 JP1017636A JP1763689A JP2703029B2 JP 2703029 B2 JP2703029 B2 JP 2703029B2 JP 1017636 A JP1017636 A JP 1017636A JP 1763689 A JP1763689 A JP 1763689A JP 2703029 B2 JP2703029 B2 JP 2703029B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に、素子の良好な電気的特性を得るのに
好適な基板への不純物の導入方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for introducing impurities into a substrate, which is particularly suitable for obtaining good electrical characteristics of a device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、平面デイスプレイのスイツチング素子として、
表示素子と一体化した多結晶シリコン薄膜トランジスタ
が用いられるようになつており、その素子を大型化する
検討も始まつている。
In recent years, as a switching element for flat displays,
A polycrystalline silicon thin film transistor integrated with a display element has been used, and studies to increase the size of the element have begun.

多結晶薄膜トランジスタの形成プロセスにおいて、ソ
ースとドレインの形成のための不純物導入が重要な技術
となつている。素子の高速化のためには、薄膜の半導体
領域を形成する必要がある。
In a process of forming a polycrystalline thin film transistor, introduction of impurities for forming a source and a drain has become an important technique. In order to increase the speed of the device, it is necessary to form a thin semiconductor region.

不純物の導入方法としては、熱拡散法、イオン打込み
法がよく知られているが、前者は約800℃以上の高温を
必要とする、後者は高エネルギのイオンを用いるため、
極薄の半導体領域を形成するのは、かなり難しく、装置
も高価で、大面積の打込みには長い時間を要する。
As a method for introducing impurities, a thermal diffusion method and an ion implantation method are well known, but the former requires a high temperature of about 800 ° C. or higher, and the latter uses high-energy ions.
It is very difficult to form an extremely thin semiconductor region, the equipment is expensive, and a large area implantation requires a long time.

従来、これらの問題のいくつかを解決する方法として
は、特開昭59−218727号公報に所定の不純物を含む雰囲
気に半導体基板を置き、グロー放電を行なわせることに
より不純物を導入する方法が記載されている。この方法
は、極薄の半導体領域が形成でき、大面積の不純物導入
も可能な方法であるのが、高速処理については十分考慮
されておらず、必ずしも経済的な方法ではない。
Conventionally, as a method for solving some of these problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-218727 describes a method in which a semiconductor substrate is placed in an atmosphere containing predetermined impurities and glow discharge is performed to introduce the impurities. Have been. Although this method can form an extremely thin semiconductor region and can introduce impurities into a large area, high-speed processing is not sufficiently considered and is not always economical.

また、別の方法には、電子情報通信学界論文誌C、Vo
L.J70−C,No.11,pp1473−1478(1987年,11月)に、高周
波グロー放電により発生させた不純物のイオンを含むプ
ラズマ(電離気体)から、不純物イオンを引出して基板
に照射する方法が記載されている。この方法は、極薄の
半導体領域を形成でき、高速での不純物導入が可能であ
るが、大面積の不純物の導入につていは十分な考慮がな
されていない。
Further, there are other methods, such as IEICE Transactions C and Vo.
L.J70-C, No.11, pp1473-1478 (November 1987), extracts impurity ions from plasma (ionized gas) containing impurity ions generated by high-frequency glow discharge and irradiates them to the substrate. A method is described. According to this method, an extremely thin semiconductor region can be formed and impurities can be introduced at high speed, but sufficient consideration has not been given to the introduction of impurities having a large area.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は、経済的な素子形成を可能にする高速
処理、大面積処理の双方を満足する技術については考慮
がされておらず、いずれの方法でも生産性が十分上がら
ないという問題があつた。
The above prior art does not consider a technique that satisfies both high-speed processing and large-area processing that enable economical element formation, and has a problem that productivity is not sufficiently improved by any of the methods. .

本発明の目的は、高性能の素子を経済的に形成するた
めの、高速で、大面積を一括処理可能な基板への不純物
導入方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for introducing impurities into a substrate capable of processing a large area at a high speed in order to economically form a high-performance device.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、処理室及び気密を保つて隣接した放電室
を真空に排気し、放電室に数十から百数十電子ボルト程
度の電子を供給しながら、磁界、又は、電界により電子
を空間的に均一に保持し、放電室に不純物を含むガス、
及び、希釈ガスを導入することによりプラズマを生成
し、プラズマから、不純物イオンを含むイオンビーム
を、冷却した基板ホールダに固定された基板を照射する
ことにより達成される。
The above object is to evacuate the processing chamber and the adjacent discharge chamber while keeping the airtight, and supply electrons of about several tens to one hundred and several tens electron volts to the discharge chamber while spatially generating electrons by a magnetic field or an electric field. Gas containing impurities in the discharge chamber,
In addition, plasma is generated by introducing a dilution gas, and the plasma is irradiated with an ion beam containing impurity ions from the plasma on a substrate fixed to a cooled substrate holder.

〔作用〕[Action]

真空に排気した放電室において、空間的に均一に保持
された電子は、導入された不純物を含むガス、及び、希
釈ガスに衝突し、ある確率でガスを電離する。その確率
は、被衝突ガスの圧力や種類、衝突する電子のエネルギ
等で異なるが、電子は磁界、又は、電界により空間的に
ほぼ均一に保持されており、電子の衝突解離により生じ
るプラズマ中の不純物のイオンは、空間的に、ほぼ、均
一となる。従つて、そこから処理室に引き出された不純
物のイオンは、基板上に、ほぼ、均一に照射され、基板
に、ほぼ、均一濃度で不純物が導入される。なお、基板
は冷却されており、素子の製造プロセスで許容される最
高温度を越えることはない。
In the discharge chamber evacuated to a vacuum, the electrons uniformly held spatially collide with the gas containing the introduced impurities and the dilution gas, and ionize the gas with a certain probability. The probability depends on the pressure and type of the gas to be collided, the energy of the colliding electrons, etc., but the electrons are held almost uniformly spatially by a magnetic field or an electric field. The impurity ions are substantially uniform spatially. Therefore, the ions of the impurities drawn into the processing chamber therefrom are applied to the substrate almost uniformly, and the impurities are introduced into the substrate at a substantially uniform concentration. The substrate is cooled and does not exceed the maximum temperature allowed in the device manufacturing process.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図ないし第3図を用い
て説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

第1図は、本発明を実施するための装置の概略図であ
る。本装置は、放電室1と気密を保ち、絶縁物2を介し
て連結された処理室8からなり、排気管15を介して排気
装置(図示していない)に連結されている。放電室1の
周囲には、隣り合う磁極の磁性が逆となるように、永久
磁石3が配置されており、ガス供給管5、絶縁物2で絶
縁した電子供給装置4、多孔の(多数の穴のあいた)イ
オン引き出し電極7が取付けられている。処理室8内に
は、水冷機構13で冷却された基板ホールダ12、それに取
付けられた基板11、基板加熱用のヒータ14が置かれてお
り、処理室8には電子発生器9が配置されている。ま
た、各部に電位を与えるための直流電源17,18,19が図の
ように結線されている。なお、電子供給装置4として
は、第2図(a)のものを用いた。同装置は、上,下を
少なくとも一部閉じた円筒容器内に、平行平板の高周波
放電電極31を置き、下方の高周波放電電極31のほぼ中央
には多孔の電子引き出し電極32を取付け、円筒容器には
ガス供給管35を設けている。そして、マツチングボツク
ス33と高周波電源34が結線されている。
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for carrying out the present invention. The apparatus comprises a processing chamber 8 which is kept airtight with the discharge chamber 1 and is connected via an insulator 2, and is connected to an exhaust device (not shown) via an exhaust pipe 15. Permanent magnets 3 are arranged around the discharge chamber 1 so that the magnetic poles of adjacent magnetic poles are reversed, and a gas supply pipe 5, an electron supply device 4 insulated by an insulator 2, a porous (multiple) A (perforated) ion extraction electrode 7 is mounted. A substrate holder 12 cooled by a water cooling mechanism 13, a substrate 11 attached thereto, and a heater 14 for heating the substrate are placed in the processing chamber 8, and an electron generator 9 is arranged in the processing chamber 8. I have. In addition, DC power supplies 17, 18, and 19 for applying a potential to each section are connected as shown in the figure. The electron supply device 4 shown in FIG. 2A was used. The apparatus comprises a parallel-plate high-frequency discharge electrode 31 placed in a cylindrical container at least partially closed at the top and bottom, and a porous electron extraction electrode 32 attached to almost the center of the lower high-frequency discharge electrode 31. Is provided with a gas supply pipe 35. The matching box 33 and the high-frequency power supply 34 are connected.

放電室1と処理室8を、排気装置により約1×10-6To
rrの真空にする。直流電源17にV1=50Vの電圧を印加す
ると、約60電子ボルトの電子6が電子供給装置4から供
給される。電子6は、放電室側壁に向つて進むが、その
多くが永久磁界3のつくる多極磁界にはね返されて、側
壁から40mm程離れた中心部分に、ほぼ、均一な密度で保
持される。ガス供給管5からヘリウム(He)で希釈した
0.5%フオスフイン(PH3)を、処理室8内で約1×10-4
Torrになるように、放電室1に導入する。それらのガス
分子に、高速電子6が衝突し、これを電離することによ
り、ヘリウム、燐等のイオンを含むプラズマが生成され
る。直流電源18にV2=3KV、直流電源19にV3=−500Vを
与えることで、イオン引き出し電極7(引き出し径:350
mm)により、生成されたプラズマから、イオンビーム16
を引き出せる。引き出したイオンビームは、200mm角の
多結晶シリコンの基板11に照射される。この際、基板11
での過熱や帯電を防ぐため、基板ホールダ12は水冷し、
電源10を動作させることにより、電子供給器9から基板
11に電子を供給する。照射時間は10分間である。なお、
電子供給装置4の動作については、ヘリウムガスをガス
供給管35から導入し、上方の高周波電極31に、高周波電
源34から13.56MHz、200Wの高周波電力を印加することに
より、高周波グロー放電を行なわせ、ヘリウムのプラズ
マを生成する。生成されたプラズマは拡散により電子引
き出し電極32内に移動し、放電室に必要な電子を供給す
る。
The discharge chamber 1 and the processing chamber 8 are evacuated to about 1 × 10 -6 To
Apply rr vacuum. When a voltage of V 1 = 50 V is applied to the DC power supply 17, electrons 6 of about 60 electron volts are supplied from the electron supply device 4. The electrons 6 travel toward the side wall of the discharge chamber, but most of them are repelled by the multipole magnetic field created by the permanent magnetic field 3 and are kept at a substantially uniform density at a central portion about 40 mm away from the side wall. Diluted with helium (He) from gas supply pipe 5
0.5% Phosphine (PH 3 ) is applied to the processing chamber 8 at about 1 × 10 -4
It is introduced into the discharge chamber 1 so that the pressure becomes Torr. High-speed electrons 6 collide with these gas molecules and are ionized, thereby generating a plasma containing ions such as helium and phosphorus. By applying V 2 = 3 KV to the DC power supply 18 and V 3 = −500 V to the DC power supply 19, the ion extraction electrode 7 (drawing diameter: 350
mm), the ion beam 16
Can be pulled out. The extracted ion beam is applied to a polycrystalline silicon substrate 11 of 200 mm square. At this time, the substrate 11
The substrate holder 12 is water-cooled to prevent overheating and
By operating the power supply 10, the substrate is removed from the electron supply 9.
Supply electrons to 11. The irradiation time is 10 minutes. In addition,
Regarding the operation of the electron supply device 4, helium gas is introduced from the gas supply pipe 35, and high frequency glow discharge is performed by applying 13.56 MHz, 200 W high frequency power from the high frequency power supply 34 to the upper high frequency electrode 31. , Producing a helium plasma. The generated plasma moves into the electron extraction electrode 32 by diffusion and supplies necessary electrons to the discharge chamber.

基板への均一な不純物の導入を実現するためには不純
物イオンを基板に照射する必要がある。第3図(a)
は、実際の基板に燐を導入する前に、基板位置で、照射
される全イオンと燐イオンの密度分布を調べたものであ
る。全イオンはフアラデカツプで測定し、燐イオンは四
重極質量分析計のスペクトルの信号強度から推定した値
である。照射される燐イオンの密度は、基板上で、ほ
ぼ、均一と考えてよい。第3図(b)は、燐イオン(中
性化されたものも含む)導入後の多結晶シリコン基板中
の燐濃度分布を示している。測定には二次イオン質量分
析法を用いた。従来のイオン打込み法などと比較して、
極薄の半導体領域を形成できることがわかる。200mm角
の基板上での燐イオン導入の均一性は、ソース/ドレイ
ン シート抵抗で評価した。結果は、 シート抵抗の平均:2.6×103(Ω/□) シート抵抗のばらつき:±200(Ω/□) (シリコン膜厚600Å、熱処理後) となり、良好な燐イオン導入が行なわれていることがわ
かる。
In order to realize uniform introduction of impurities into the substrate, it is necessary to irradiate the substrate with impurity ions. Fig. 3 (a)
Is to examine the density distribution of all ions and phosphorus ions to be irradiated at the substrate position before introducing phosphorus into an actual substrate. All ions were measured with a Faradec cup, and phosphorus ions were values estimated from the signal intensity of the spectrum of the quadrupole mass spectrometer. The density of the irradiated phosphorus ions may be considered to be substantially uniform on the substrate. FIG. 3 (b) shows the phosphorus concentration distribution in the polycrystalline silicon substrate after the introduction of phosphorus ions (including neutralized ones). Secondary ion mass spectrometry was used for the measurement. Compared to conventional ion implantation methods, etc.
It can be seen that an extremely thin semiconductor region can be formed. The uniformity of phosphorus ion introduction on a 200 mm square substrate was evaluated by source / drain sheet resistance. As a result, the average sheet resistance was 2.6 × 10 3 (Ω / □), and the variation in sheet resistance was ± 200 (Ω / □) (silicon film thickness: 600 mm, after heat treatment). You can see that.

本実施例によれば、基板全体に均一に不純物イオンを
照射できるため、不純物導入の結果得られたシート抵抗
値のばらつきは±8%程と小さく、従来の方法ま1/3〜1
/6という短い時間で処理できる。
According to this embodiment, since the entire substrate can be uniformly irradiated with the impurity ions, the variation in the sheet resistance obtained as a result of the impurity introduction is as small as about ± 8%.
It can be processed in a short time of / 6.

本実施例では、200mm角の基板を処理するために、イ
オンビームの引き出し径が350mmの装置を用いている
が、処理する基板が、更に、大きくなれば、イオンビー
ム引き出し径、及び、放電室1の径を大きくする必要が
ある。その際、多極磁界を発生する永久磁石の個数や配
置、電子供給装置4の容量や個数を工夫することによ
り、電子を放電室1内に均一に保持でき、大面積にわた
つて均一な不純物イオンを引き出すことができる。な
お、多極磁界を用いれば、イオン引き出し部で円型や正
方形のイオンビームのみならず、長方形(縦長)のイオ
ンビームを発生させることもでき、素子形成プロセスに
最適な処理が可能となる。
In this embodiment, an apparatus with a 350 mm ion beam extraction diameter is used to process a 200 mm square substrate. However, if the substrate to be processed is further enlarged, the ion beam extraction diameter, and the discharge chamber It is necessary to increase the diameter of 1. At this time, by devising the number and arrangement of the permanent magnets generating the multi-pole magnetic field and the capacity and number of the electron supply device 4, electrons can be uniformly held in the discharge chamber 1 and uniform impurities can be obtained over a large area. Ions can be extracted. If a multi-pole magnetic field is used, not only a circular or square ion beam but also a rectangular (longitudinal) ion beam can be generated in the ion extraction section, and an optimal process for the element forming process can be performed.

また、本実施例では電子供給装置4として、高周波グ
ロー放電で発生したプラズマから電子を引き出す方法を
用いているが、第2図(b)に示すように、マイクロ波
放電を利用した方法もある。この装置は、上,下の少な
くとも一部を閉じた円筒容器の周囲に軸方向の磁界を発
生させるように、永久磁石3を配置する。その容器に
は、気密をとるための石英窓36を挟んで導波管37、ガス
供給管35、多孔の電子引き出し電極32が設けられてい
る。円筒容器内を真空に引いた後、ヘリウムガスを導入
し、図では示していないマグネトロン発振管で発生した
2.45GHzのマイクロ波を石英窓36から円筒容器内に導入
すると、有磁場マイクロ波放電によりヘリウムのプラズ
マが発生する。そこから、電子6を引き出すことができ
る。その他、電子供給装置4として、ホローカソード、
あるいは、熱フイラメントを用いても、第1図及び第2
図(a)の実施例で得られたのと同様の効果がある。た
だし、熱フイラメントの場合、フイラメントが消耗する
ため、交換の手間がかかるという問題はある。
In the present embodiment, a method of extracting electrons from plasma generated by high-frequency glow discharge is used as the electron supply device 4, but there is also a method of using microwave discharge as shown in FIG. 2 (b). . In this device, a permanent magnet 3 is arranged so as to generate an axial magnetic field around a cylindrical container whose upper and lower parts are at least partially closed. The container is provided with a waveguide 37, a gas supply tube 35, and a porous electron extraction electrode 32 with a quartz window 36 for airtightness interposed therebetween. After evacuating the inside of the cylindrical container, helium gas was introduced and generated by a magnetron oscillation tube (not shown)
When a microwave of 2.45 GHz is introduced into the cylindrical container from the quartz window 36, helium plasma is generated by a microwave discharge with a magnetic field. From there, the electrons 6 can be extracted. In addition, a hollow cathode,
Alternatively, the use of thermal filaments can also be used in FIGS.
There is an effect similar to that obtained in the embodiment of FIG. However, in the case of heat filament, there is a problem that replacement of the filament is troublesome because the filament is consumed.

本発明の第二の実施例を第4図、及び第5図を用いて
説明する。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第4図は、本発明の第二の実施例の系統図である。本
装置は、放電室1と処理室8からなり、処理室8は、第
1図の実施例と同じである。放電室1内には、輪状のア
ノードリング40が電気的に他と絶縁されて支持されてい
る。放電室の上方には電子供給装置4、下方にはイオン
引き出し電極7が設けられている。電子供給装置4は上
方を閉じた円筒容器内に、高周波放電電極31および多孔
の高周波放電電極38を対向して配置する。多孔の高周波
放電電極38の下方には、電子引き出し電極39、反射電極
42が、それぞれの小孔の位置がそろうように配置されて
いる。高周波電源34、マツチングボツクス33、直流電源
18,19,41、分圧抵抗器45が図のように結線されている。
FIG. 4 is a system diagram of a second embodiment of the present invention. This apparatus comprises a discharge chamber 1 and a processing chamber 8, and the processing chamber 8 is the same as the embodiment of FIG. In the discharge chamber 1, a ring-shaped anode ring 40 is supported electrically insulated from the others. An electron supply device 4 is provided above the discharge chamber, and an ion extraction electrode 7 is provided below the discharge chamber. In the electron supply device 4, a high-frequency discharge electrode 31 and a porous high-frequency discharge electrode 38 are arranged to face each other in a cylindrical container whose upper part is closed. Below the porous high-frequency discharge electrode 38, an electron extraction electrode 39, a reflection electrode
42 are arranged so that the positions of the small holes are aligned. High frequency power supply 34, matching box 33, DC power supply
18, 19, 41 and a voltage dividing resistor 45 are connected as shown in the figure.

電子供給装置4を含め、放電室1および処理室8を、
排気装置により約1×10-6Torrの真空にする。ガス供給
管35から、ヘリウムガスを導入しながら、高周波電源34
から、13.56MHz、300Wの高周波電力を、高周波放電電極
31に印加して、グロー放電を起こさせ、ヘリウムのプラ
ズマを発生させる。直流電源41にV4=150Vを印加するこ
とにより、高周波放電電極38と電子引き出し電極39の間
で加速され、反射電極42との間で減速されるが、電子6
は、数電子ボルトのエネルギをもつており、アノードリ
ング40のつくる限界により電子6は下方に向つて加速さ
れる。アノードリング40を通り越すと逆に減速される、
イオン引き出し電極7の手前で反射され、電子は上方に
向い、更に、反射電極42に反射されて下方に向う。電子
はこのような上,下の反射運動を繰り返す。その結果、
空間的には、ほぼ均一に電子が保持される。そこに、ガ
ス供給管5からヘリウムで希釈した0.5%フオスフイン
を、処理室8内で約1×10-4Torrになるように導入する
と、高速電子6がそれらのガス分子に衝突して、これを
電離することで、ヘリウム、燐等のイオンを含むプラズ
マが生成される。直流電源18にV2=3KV、直流電源19にV
3=500Vを与えることで、イオン引き出し電極7(引き
出し径:350mm)により、生成されたプラズマからイオン
ビームを引き出せる。引き出したイオンビームは、200m
m角の多結晶シリコンの基板11に照射される。この際、
基板ホールダ12は水冷し、基板11に電子供給器9から電
子を供給する。照射時間は10分間である。
The discharge chamber 1 and the processing chamber 8 including the electron supply device 4 are
A vacuum of about 1 × 10 −6 Torr is created by an exhaust device. While introducing helium gas from the gas supply pipe 35,
From 13.56MHz, 300W high frequency power, high frequency discharge electrode
31 to generate glow discharge to generate helium plasma. By applying V 4 = 150 V to the DC power supply 41, acceleration is performed between the high-frequency discharge electrode 38 and the electron extraction electrode 39 and deceleration is performed between the high-frequency discharge electrode 38 and the reflection electrode 42.
Has an energy of several electron volts, and the electrons 6 are accelerated downward due to the limit created by the anode ring 40. When passing through the anode ring 40, the speed is reduced conversely,
The electrons are reflected in front of the ion extraction electrode 7, and the electrons are directed upward, and further, are reflected by the reflective electrode 42 and directed downward. Electrons repeat such upward and downward reflexes. as a result,
Spatially, electrons are held almost uniformly. When a 0.5% phos fin diluted with helium is introduced from the gas supply pipe 5 so as to be about 1 × 10 −4 Torr in the processing chamber 8, the high-speed electrons 6 collide with those gas molecules, and Is generated, a plasma containing ions of helium, phosphorus, and the like is generated. V 2 = 3KV for DC power supply 18, V for DC power supply 19
By applying 3 = 500 V, an ion beam can be extracted from the generated plasma by the ion extraction electrode 7 (extraction diameter: 350 mm). The extracted ion beam is 200m
Irradiation is performed on the substrate 11 of polycrystalline silicon having an m-square. On this occasion,
The substrate holder 12 is water-cooled, and supplies electrons to the substrate 11 from the electron supply device 9. The irradiation time is 10 minutes.

第5図は、基板位置で、照射される全イオンと燐イオ
ン密度分布を調べたものである。基板上での燐イオン密
度のばらつきは、±7%程である。200mm角の多結晶シ
リコン基板に燐イオンを導入した後のソース/ドレイン
シート抵抗を評価した結果は、 シート抵抗の平均:2.8×103(Ω/□) シート抵抗のばらつき:±450(Ω/□) (シリコン膜厚600Å,熱処理後) であり、短時間で良好な燐イオン導入が行なわれてい
る。
FIG. 5 shows the distribution of the density of all ions and phosphorus ions irradiated at the substrate position. The variation of the phosphorus ion density on the substrate is about ± 7%. The results of evaluating the source / drain sheet resistance after introducing phosphorus ions into a 200 mm square polycrystalline silicon substrate are as follows: Average sheet resistance: 2.8 × 10 3 (Ω / □) Variation in sheet resistance: ± 450 (Ω / □) (Silicon film thickness 600 後, after heat treatment), and good phosphorus ion introduction is performed in a short time.

本実施例によれば、第1図の装置を用いた実施例と同
様、短時間で基板全体に均一に不純物導入ができ、良好
な電気的特性が得られる。
According to this embodiment, as in the embodiment using the apparatus shown in FIG. 1, impurities can be uniformly introduced into the entire substrate in a short time, and good electric characteristics can be obtained.

本発明の第三の実施例を、第6図を用いて説明する。
同図は、本発明を実施するための装置の縦断面図であ
る。本装置は、第1図の装置から、イオン引き出し電極
7、直流電源19、電子供給器9、電源10を除いたもので
ある。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an apparatus for carrying out the present invention. This apparatus is obtained by removing the ion extraction electrode 7, the DC power supply 19, the electron supply device 9, and the power supply 10 from the apparatus shown in FIG.

ヘリウム希釈した0.5%フオスフインを、ガス供給管
5から導入して、放電室1にヘリウム、燐等の空間的に
均一なイオンを含むプラズマを生成することは、第1図
の装置を用いた実施例と同じである。直流電圧18にV2
350Vを印加する。生成されたプラズマは、処理室8中の
基板11に向つて張り出し、基板11の近傍にイオンシース
と呼ばれる電位勾配が生じる。プラズマ中のイオンがそ
の電位勾配で加速され、基板11に照射される。生成され
たプラズマ中の燐イオンの密度は、空間的に均一である
から、基板11に照射される燐イオン密度も比較的均一で
ある。処理時間は三十分である。200mm角の多結晶シリ
コン基板に燐イオンを導入した後のソース/ドレイン
シート抵抗を評価した結果は、 シート抵抗の平均:4.2×103(Ω/□) シート抵抗のばらつき:±900(Ω/□) である。
The generation of plasma containing spatially uniform ions such as helium and phosphorus in the discharge chamber 1 by introducing a helium-diluted 0.5% phos fin from the gas supply pipe 5 is performed using the apparatus shown in FIG. Same as the example. V 2 = DC voltage 18
Apply 350V. The generated plasma protrudes toward the substrate 11 in the processing chamber 8, and a potential gradient called an ion sheath is generated near the substrate 11. The ions in the plasma are accelerated by the potential gradient and are irradiated on the substrate 11. Since the density of the phosphorus ions in the generated plasma is spatially uniform, the density of the phosphorus ions applied to the substrate 11 is also relatively uniform. The processing time is 30 minutes. Source / drain after introducing phosphorus ions into 200mm square polycrystalline silicon substrate
As a result of evaluating the sheet resistance, the average of the sheet resistance is 4.2 × 10 3 (Ω / □) and the variation of the sheet resistance is ± 900 (Ω / □).

本実施例におけるシート抵抗値は、既述の二つの実施
例での値に比較して、やや高く、ばらつきも大きい。し
かし、これらの特性は実用上許容できる範囲である。な
お、本実施例ではイオン引き出し電極がないため、同電
極がスパツタされ、放出された粒子による基板11の汚染
がない。スパツタ粒子による汚染が特に、問題となる素
子の形成には、本実施例の方法は適している。
The sheet resistance value in this embodiment is slightly higher than the values in the above-described two embodiments, and the variation is large. However, these properties are in a practically acceptable range. In this embodiment, since there is no ion extraction electrode, the electrode is spattered, and there is no contamination of the substrate 11 by the emitted particles. The method of the present embodiment is suitable for forming an element in which contamination by sputter particles is particularly problematic.

本実施例によれば、第1図,第4図の装置を用いた実
施例と同様、基板全体に均一に不純物の導入ができる。
According to this embodiment, as in the embodiment using the apparatus shown in FIGS. 1 and 4, impurities can be uniformly introduced into the entire substrate.

これまで説明した実施例では、放電室に導入するガス
として、ヘリウムで希釈したフオスフインを用いたが、
ヘリウムにかわる希釈ガスとして水素を用いてもよい。
また、不純物として燐の場合のみを説明したが、本発明
を用いて、硼素,アンチモン,砒素,カリウム等の不純
物を基板に導入できる。なお、被処理基板は、多結晶シ
リコンのみならず、単結晶シリコン、非晶質シリコンに
おいても同様の効果がある。その他の金属基板への異種
物質の導入についても、本発明を適用することができ
る。
In the embodiments described so far, fuos fin diluted with helium was used as the gas introduced into the discharge chamber.
Hydrogen may be used as a diluent gas instead of helium.
Although only the case of phosphorus as an impurity has been described, an impurity such as boron, antimony, arsenic, or potassium can be introduced into a substrate by using the present invention. The same effect can be obtained not only for polycrystalline silicon but also for single-crystal silicon and amorphous silicon. The present invention can be applied to the introduction of a different substance into another metal substrate.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、基板全体に、ほぼ、均一な密度で不
純物イオン(中性化されたものを含め)を照射でき、20
0mm角多結晶シリコンに不純物を導入した結果、ソース
・ドレイン シート抵抗については、十分低いシート抵
抗値が得られ、さらに、処理時間は大幅に短縮されてお
り、高速、かつ、大面積一括処理により経済的な素子の
形成ができる。
According to the present invention, the entire substrate can be irradiated with impurity ions (including neutralized ones) at a substantially uniform density.
As a result of introducing impurities into the 0 mm square polycrystalline silicon, a sufficiently low sheet resistance of the source / drain sheet resistance was obtained, and the processing time was significantly reduced. An economical element can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例の縦断面図、第2図は電子供
給装置の縦断面図、第3図は第1図の実施例の効果を説
明するためのグラフ、第4図は本発明の第二の実施例の
系統図、第5図は、第4図の実施例の効果を説明するた
めのグラフ、第6図は本発明の第三の実施例の系統図で
ある。 1……放電室、2……絶縁物、3……永久磁石、4……
電子供給装置、5……ガス供給管、7……イオン引き出
し電極、8……処理室、11……基板、12……基板ホール
ダ、17,18,19,41……直流電源、34……高周波電源、40
……アノードリング、42……反射電極。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an electron supply device, FIG. 3 is a graph for explaining the effect of the embodiment of FIG. 1, and FIG. FIG. 5 is a system diagram of a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a graph for explaining the effect of the embodiment of FIG. 4, and FIG. 6 is a system diagram of a third embodiment of the present invention. 1 ... discharge chamber, 2 ... insulator, 3 ... permanent magnet, 4 ...
Electron supply device, 5: gas supply pipe, 7: ion extraction electrode, 8: processing chamber, 11: substrate, 12: substrate holder, 17, 18, 19, 41 ... DC power supply, 34 ... High frequency power supply, 40
…… Anode ring, 42 …… Reflection electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三村 秋男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−194326(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Akio Mimura 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-63-194326 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】導入ガスとして、基板に導入すべき不純物
を含むガス及び希釈ガスを用い、これらのガスを放電室
で放電解離させ、前記放電室に気密を保って設けられた
処理室内で被処理基板に不純物を導入するに際し、前記
放電室で空間的にほぼ均一な電子を、繰返し反射できる
電極系を用いて保持し、前記放電室に前記不純物を含む
ガス及び希釈ガスを供給し、そこに生成される不純物イ
オンを含む電離気体から前記不純物イオンを含む荷電粒
子を引き出し、それを前記基板に照射することを特徴と
する基板への不純物の導入方法。
A gas containing impurities to be introduced into a substrate and a diluent gas are used as an introduction gas, these gases are discharged and dissociated in a discharge chamber, and the gas is covered in a processing chamber provided in the discharge chamber in an airtight manner. When introducing impurities into the processing substrate, substantially uniformly spatially uniform electrons are held in the discharge chamber using an electrode system capable of repeatedly reflecting, and a gas containing the impurity and a diluent gas are supplied to the discharge chamber. A method for introducing impurities into a substrate, comprising: extracting charged particles containing the impurity ions from an ionized gas containing the impurity ions generated in the substrate; and irradiating the particles with the particles.
【請求項2】導入ガスとして、基板に導入すべき不純物
を含むガス及び希釈ガスを用い、これらのガスを放電室
で放電解離させ、前記放電室に気密を保って設けられた
処理室内で被処理基板に不純物を導入するに際し、高周
波放電、あるいはマイクロ波放電により発生したプラズ
マから電子を引き出し前記放電室に供給すると共に、前
記放電室で空間的にほぼ均一な電子を保持し、前記放電
室に前記不純物を含むガス及び希釈ガスを供給し、そこ
に生成される不純物イオンを含む電離気体から前記不純
物イオンを含む電荷粒子を引き出し、それを前記基板に
照射することを特徴とする基板への不純物の導入方法。
2. A gas containing impurities to be introduced into a substrate and a diluent gas are used as an introduction gas, these gases are discharged and dissociated in a discharge chamber, and the gas is removed in a processing chamber provided in the discharge chamber in an airtight manner. When introducing impurities into the processing substrate, high-frequency discharge, or extracting electrons from plasma generated by microwave discharge and supplying the electrons to the discharge chamber, while maintaining substantially spatially uniform electrons in the discharge chamber, Supplying the gas containing the impurity and the diluent gas, extracting the charged particles containing the impurity ions from the ionized gas containing the impurity ions generated therein, and irradiating the substrate with the charged particles. How to introduce impurities.
【請求項3】導入ガスとして、基板に導入すべき不純物
を含むガス及び希釈ガスを用い、これらのガスを放電室
で放電解離させ、前記放電室に気密を保って設けられた
処理室内で被処理基板に不純物を導入するに際し、前記
放電室で空間的にほぼ均一な電子を保持し、前記放電室
に前記不純物を含むガス及び希釈ガスを供給し、そこに
生成される不純物イオンを含む電離気体から前記不純物
イオンを含む電荷粒子を、前記電離気体と前記基板の間
に生成されるイオンシースを用いて引き出し、それを前
記基板に照射することを特徴とする基板への不純物の導
入方法。
3. A gas containing impurities to be introduced into a substrate and a diluent gas are used as an introduction gas, these gases are discharged and dissociated in a discharge chamber, and the gas is covered in a processing chamber provided in the discharge chamber in an airtight manner. When introducing impurities into the processing substrate, the discharge chamber holds spatially substantially uniform electrons, supplies the gas containing the impurities and the diluent gas to the discharge chamber, and ionizes ions containing impurity ions generated therein. A method of introducing impurities into a substrate, comprising: extracting charged particles containing the impurity ions from a gas using an ion sheath generated between the ionized gas and the substrate; and irradiating the substrate with the ions.
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