JP3180122B2 - 不純物ドーピングの方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、バイポーラトランジスタあるいは絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタに代表される半導体装置の製
造工程において、所望の導電型と比抵抗を有する領域を
形成する際に用いられる不純物ドーピングの方法に関す
る。

〔発明の概要〕

この発明は、化学的に活性な半導体の表面に前記半導
体のドーピングとなる不純物元素の吸着層あるいは前記
不純物元素を含む化合物の吸着層を形成した後に、前記
吸着層を不純物拡散源として固相拡散を生ぜしめること
により、深さ方向に任意の濃度プロファイルを有する不
純物ドープ層を形成することを可能にする新規な不純物
ドーピングの方法である。

〔従来の技術〕

不純物ドーピング技術を代表するものとしては、従来
よりイオン注入法がある。イオン注入法の原理は第21図
に示すように、まずイオンソース16で不純物原子をイオ
ン化し、次にマグネット17で質量分離し、更に加速管18
を用いて所定のエネルギーに加速し、試料17の表面に注
入するものであって、不純物導入量を正確に制御できる
こと、あるいは絶縁膜を介して不純物ドーピングが容易
にできること、などの利点を有していた。このため、イ
オン注入法は、従来の半導体プロセスにおける不純物ド
ーピングの技術として広く利用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらイオン注入法は、従来より以下のよう
な、その原理に起因する問題点を有していた。

ｉ）注入される不純物イオンがもつ運動エネルギーによ
って試料表面にダメージが誘起される。

ii）注入される不純物原子は、第22図に示すように、そ
の加速エネルギーによって決まる分散を有する正規分布
状に分布する為、深い部分に急峻な濃度プロファイルを
形成することが不可能である。

iii）半導体素子の微細化に伴い、シャドウ効果による
デバイス特性の非対称性が生じる。

IV）チャネリングが発生することにより浅い接合を形成
することが容易でない。

ｖ）浅い接合を形成するために不純物イオンの加速電圧
を下げてイオン注入を行う場合、イオンビームの収束性
が低下するなど、結果的に装置のスループットが低下す
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために、この発明は、不純物
元素または不純物元素を含む化合物を半導体表面に化学
吸着させることによって前記半導体表面に不純物拡散源
を形成し、更に前記不純物拡散源からの不純物原子の固
相拡散を利用して半導体中への不純物ドーピングを行っ
ている。

また実施例において詳しく述べるように、不純物吸着
層の形成とエピタキシャル成長を組み合わせることによ
って深い部分に急峻な不純物濃度プロファイルを形成で
きるようにしている。

〔作用〕

上記のようにこの発明は、不純物原子の半導体表面へ
の化学吸着にもとづいた不純物ドーピングであるため、
ドープされる不純物量は、基板温度及び不純物元素を含
むガスの導入量を調節して吸着不純物量を制御すること
により、正確に制御される。このため半導体表面からバ
ルクへの均一、一様な不純物拡散ができ、しかもダメー
ジフリーのドーピングとなっている。しかも半導体表面
に不純物源があるために浅い接合を形成するうえで有利
であり、また形成する接合が浅いほど原理的に装置のス
ループットが向上する。

〔実施例〕

以下に、この発明の不純物ドーピング方法の実施例に
ついて第１図〜第20図を用いて詳細に説明する。第１図
は、この発明の実施に際して用いた装置の構成図であ
る。第１図においてシリコン基板１は石英製のチャンバ
ー２の内部中央付近にセットされている。基板１の温度
は赤外線ランプ加熱方式あるいは抵抗加熱方式を用いた
加熱系３を制御することにより、所定の温度に保たれて
いる。チャンバー２の内部はターボ分子ポンプを主排気
ポンプとした複数のポンプから構成された高真空排気系
４を用いて高真空排気されている。チャンバー２内部の
真空度は圧力計５を用いてモニタリングされている。シ
リコン基板１の搬送は、チャンバー２に対してゲートバ
ルブ6aを介して接続されたロード室７とチャンバー２と
の間で、ゲートバルブ6aを開けた状態で搬送機構８を用
いて行われる。なお、ロード室７は、シリコン基板１の
ロード室７への出し入れ時と搬送時を除いて、通常はゲ
ートバルブ6bを開けた状態でロード室排気系９により高
真空排気されている。ガス供給源11からチャンバー２へ
導入されるガスの導入量、導入モード等は、ガス導入制
御系10を用いてコントロールされる。

第２図（ａ）〜（ｃ）は、この発明の基本となる不純
物ドーピングの方法を示す第一の実施例の工程順断面図
である。以下に第２図（ａ）〜（ｃ）を用いて、シリコ
ン半導体に対してＰ型の不純物であるボロンをドープす
る場合の実施例について説明する。第２図（ａ）はシリ
コン基板１の表面を清浄化する工程である。シリコン基
板１はバックグランド圧力が１×10^-4Pa以下の真空チャ
ンバーの中央部にセットされ、基板温度が例えば850℃
において水素ガスを、例えばチャンバー内部の圧力が1.
3×10^-2Paになるような条件で一定時間導入する。これ
によってシリコン基板１の表面に形成されていた自然酸
化膜が除去され、化学的に活性なシリコン表面が露出す
る。第２図（ｂ）はシリコン基板１の表面にボロンある
いはボロンを含む化合物の吸着層13aを形成する工程で
ある。第２図（ａ）における工程で表面の清浄化が完了
後、水素ガスの導入を停止し、基板温度を例えば825℃
に設定し、その設定温度に到達安定後、第２図（ｂ）に
おいてシリコン基板１の表面にボロンを含む化合物ガス
であるジボラン（B₂H₆）12を、例えばチャンバーの圧力
が1.3×10^-2Paとなるような条件で一定時間導入するこ
とによって、ボロンあるいはボロンを含む化合物の吸着
層13aを形成する。

但し、第２図（ｂ）の工程においては厳密には、ボロ
ンの吸着層あるいはボロンを含む化合物の吸着層の形成
と同時に、ジボラン導入時の基板温度及びジボラン導入
圧力で決まる一定の割合で、ボロンのバルク中への拡散
も進行しているが、このことも含めて以下の各実施例に
おいてもすべて、第２図（ｂ）に相当する工程を単に不
純物吸着層を形成する工程と呼ぶことにする。第２図
（ｃ）はアニール及び拡散の工程であり、第２図（ｂ）
における工程で吸着層13aを形成後ジボラン12の導入を
停止し、真空中でアニールを行うことにより、第２図
（ｃ）に示すように吸着層13aを拡散源とした不純物拡
散層14aの形成と同時に不純物原子の活性化が行われ
る。この発明では、第２図（ｂ）におけるボロンの吸着
量及び第２図（ｃ）におけるアニール条件、即ち温度と
時間を制御することによって、所望の不純物濃度及び接
合深さを有する不純物拡散層14aを形成することができ
る。

なお、この実施例においては吸着層13aの形成にひき
続いて行われるアニールが第１図に示す真空チャンバー
にて実施されているが、第２図（ｂ）の工程完了後に第
１図に示す装置から基板１を取り出してからのちにラン
プアニール等を行ってもよい。

第３図は、第２図（ａ）〜（ｃ）に示した一連の工程
に対応したプロセスシーケンスチャートの例である。第
３図において横軸は時間、縦軸は基板温度とチャンバー
の圧力を示している。第３図において時間ｔ＝０で基板
温度が700℃となっているのは、実際のプロセスにおい
てチャンバー内の温度が基板の搬送時も700℃に保たれ
ているため、基板のチャンバーへの搬入完了時点で基板
温度もほぼ700℃に到達していることによる。第３図に
おいてこの発明の主要な工程となるのは、第２図（ａ）
〜（ｃ）の説明で詳しく述べたところの表面清浄化、吸
着層形成、アニールの各工程である。第３図から分かる
ように、ガスを導入しない場合のチャンバー内部の圧力
は、常に１×10^-4Pa以下の高真空に保たれている。但
し、１×10^-4Pa以下のバックグランド圧力はこの発明の
前提となるものではなく、本質的に望ましいバックブラ
ンド圧力は、表面清浄化工程における基板温度あるいは
チャンバー内雰囲気ガスとの関連で設定される。

第４図は、第２図（ａ）〜（ｃ）または第３図に示す
一連の工程で得られたサンプルにおける、ボロンの深さ
方向における濃度プロファイルである。但し、第４図に
示したボロンのプロファイルは２次イオン質量分析計
（SIMS）を用いて得られたものであり、このサンプルの
場合、SIMS分析における基板表面での分析精度を高める
ために、第２図（ｃ）のアニール工程完了後に第１図の
装置から取り出した基板の表面に約450Åの厚さを有す
るアモルファスシリコン層を室温にて形成した後にSIMS
分析を行っている。従って、第４図においては元の基板
表面は横軸で約45nm付近の位置にあることに留意された
い。なお、用いたシリコン基板は比抵抗が５〜７Ωcmの
Ｎ型で、面方位は（100）である。また第２図（ｂ）の
工程におけるジボランの導入条件として、導入圧力1.3
×10^-2Pa、導入時間100秒、更に基板温度825℃という条
件を採用している。またアニールは真空中で825℃、５
分である。第４図から、このサンプルのP⁺N接合の深さ
は極めて浅く、約700Åとなっていることが分かる。こ
のように、この発明を用いることによって接合深さが0.
1ミクロン以下の浅い接合を容易に形成できる。

第５図は、第２図（ａ）〜（ｃ）または第３図に示す
工程においてジボラン導入圧力をパラメータとした場合
の、ドープされたボロンのピーク濃度のジボラン導入時
間依存特性図である。但し、ジボラン導入時の基板温度
及び吸着層形成後のアニール条件はすべて同じである。

第６図は、第２図（ａ）〜（ｃ）、第３図に示す一連
の工程において得られる不純物ドープ層におけるボロン
ピーク濃度の、ジボラン導入時の基板温度依存特性図で
ある。但し、この場合のジボラン導入量及びアニール条
件はすべて同じである。

以上の説明は、第１図の装置を用いた第２図（ａ）〜
（ｃ）で示されるこの発明の第１の実施例に関するもの
であったが、次に第７図（ａ）〜（ｄ）、第８図及び第
９図を用いてこの発明に係わる第２の実施例について詳
しく説明する。第７図（ａ）〜（ｄ）は、シリコン基板
上にボロンの吸着層を形成し、そのあと前記吸着層の上
にシリコンのエピタキシャル成長層を形成する場合の実
施例である。第７図（ａ）は第２図（ａ）と同じくシリ
コン基板１の表面を活性化する工程であり、第７図
（ｂ）は第２図（ｂ）と同じく不純物吸着層13bを形成
する工程である。この実施例の特徴は、第７図（ｂ）の
工程において形成された不純物吸着層13bの上にエピタ
キシャル成長層15aを設ける第７図（ｃ）の工程を採用
している点にある。このあと必要に応じてアニールを行
うことにより、第７図（ｄ）のように不純物拡散層14b
を設けている。第８図は、第７図（ａ）〜（ｄ）に示す
一連の工程に対応した実際のプロセスシーケンスチャー
トの例である。第８図の横軸は時間、縦軸は基板温度を
それぞれ示している。第８図においては、ジボランの導
入による不純物吸着層の形成が完了後、ただちにエピタ
キシャル成長の工程に入っているが、場合によっては、
前記エピタキシャル成長の工程の前にアニールの工程が
入ることもあり得る。第９図は、第７図（ａ）〜
（ｄ）、第８図に示した一連の工程で得られたボロンド
ープ層におけるボロンの深さ方向での濃度プロファイル
であり、第９図の場合、第７図（ｂ）のジボラン導入工
程において、基板温度825℃、ジボラン導入圧力及び導
入時間がそれぞれ1.3×10^-2Pa、100秒という条件で不純
物吸着層13bの形成を行った後、第７図（ｃ）において
前記吸着層の上に同じ基板温度にて約60Åのエピタキシ
ャル成長層15aを形成し、更に第７図（ｄ）において同
じ基板温度にて５分間、真空アニールを行った場合の濃
度プロファイルである。第９図によれば、基板表面側に
ピーク濃度が４×10²⁰cm^-3、接合深さが約700ÅのP⁺領
域が形成されていることが分かる。なお、第９図におい
ても、第４図の場合と同様に、基板表面付近におけるSI
MS分析の分析精度向上のために、基板上に約450Åのア
モルファスシリコン層を室温にて設けている。

発明者らは、第７図（ａ）〜（ｄ）に示す方法を用い
た場合、高濃度ボロンドーピングにおけるボロンの活性
化が、第２図（ａ）〜（ｃ）に示す方法を用いた場合よ
りも促進されることを確認している。第10図はそれを示
すデータであり、第２図（ａ）〜（ｃ）及び第７図
（ａ）〜（ｄ）で示す方法をそれぞれ用いて形成された
不純物ドープ層におけるシート抵抗が、アニール時間に
どのように依存するか調べたものである。第10図におい
て実線は第７図（ａ）〜（ｄ）に示す方法を用いた場
合、同じく破線は第２図（ａ）〜（ｃ）に示す方法を用
いた場合を、それぞれ示している。第７図（ｃ）におけ
る基板温度が825℃、エピタキシャル成長に要する時間
が30分以下ということを考慮すると、第10図における実
線と破線との差異は単にプロセス時間によるものではな
いことが明らかである。言うまでもなく、第10図に示し
たデータは、すべて第２図（ｂ），（ｃ）、第７図
（ｂ）〜（ｄ）における基板温度を825℃一定にして得
られたサンプルのデータである。

ところで、第７図（ｃ）においてエピタキシャル成長
層15aを形成する方法として、この実施例においては、
ジクロシラン（SiH₂Cl₂）をソースガスとした分子層エ
ピタキシャル成長法を用いている。これによって、この
実施例では膜厚が100Å以下のエピタキシャル成長層15a
を、基板温度825℃にて再現性良く設けている。なお、
分子層エピタキシャル成長法については、例えば、特願
昭59−153978あるいは特願昭61−209575においてその方
法が詳しく述べられている。但し、第７図（ｃ）のエピ
タキシャル成長層15aを形成する方法としては、分子層
エピタキシャル成長法以外の方法、例えば、分子線エピ
タキシャル成長法（MBE法）や化学気相成長法（CVD法）
などを用いても良い。

以上、不純物吸着層を形成した後にエピタキシャル成
長層を形成することを特徴とする、この発明に係わる第
２の実施例について説明したが、次にこれと逆の場合、
即ち、エピタキシャル成長層を形成した後にそのエピタ
キシャル成長層の上に不純物吸着層を形成することを特
徴とする。この発明に係わる第３の実施例について、第
11図（ａ）〜（ｄ）、第12図、第13図を用いて説明す
る。

第11図（ａ）〜（ｄ）はこの発明に係わる第３の実施
例における工程順断面図である。

第11図（ａ）は第２図（ａ）、第７図（ａ）と同じく
表面清浄化の工程である。第11図（ｂ）において第７図
（ｃ）の場合と同じく分子層エピタキシャル成長法を用
いて基板上にエピタキシャル成長層15bを設け、このあ
と第11図（ｃ）において不純物吸着層13を形成し、更に
必要に応じてアニールを行って第11図（ｄ）に示す不純
物拡散層14cを形成している。第12図は、第11図（ａ）
〜（ｄ）に示す工程に対応した実際のプロセスのシーケ
ンスチャートであり、横軸は時間、縦軸は基板温度を示
している。第13図は、第11図（ｂ）または第12図に示す
エピタキシャル成長の工程において、基板温度825℃に
て約50Åのエピタキシャル成長層を形成した後に、第11
図（ｃ）において同じ基板温度にてジボランの導入圧力
及び時間がそれぞれ、1.3×10^-2Pa、100秒という条件で
吸着層13を形成し、更に同じ基板温度にて５分間、真空
中でアニールを行った場合の、第11図（ｄ）に示す不純
物拡散層14cにおけるボロンの、深さ方向における濃度
プロファイルである。なお、この場合も第４図、第10図
の場合と同様に基板表面に約400Åのアモルファスシリ
コン層を設けている。第13図によれば、ピーク濃度1.5
×10²¹cm^-3、接合深さ約600ÅのP⁺領域が形成されてい
ることが分かる。第14図（ａ）〜（ｅ）は、前述の第７
図（ａ）〜（ｄ）と第11図（ａ）〜（ｄ）を組み合わせ
たこの発明に係わる第４の実施例における工程順断面図
であり、第14図（ａ）〜（ｃ）は第11図（ａ）〜（ｃ）
に対応する工程であり、第14図（ｃ）〜（ｄ）は第７図
（ｂ）〜（ｄ）に対応する工程である。第15図は、第14
図（ａ）〜（ｅ）に対応するプロセスシーケンスチャー
トの例であり、横軸は時間、縦軸は基板温度を示してい
る。第16図は第14図（ａ）〜（ｅ）または第15図で示す
一連の工程で得られた不純物ドープ層における深さ方向
でのボロンの濃度プロファイルである。第16図に示す濃
度プロファイルは以下のような条件で得られている。即
ち、第14図（ｂ）において基板温度825℃で約900Åのエ
ピタキシャル成長層15cを形成した後で、第14図（ｃ）
においてジボラン導入圧力及び時間がそれぞれ1.3×10
^-3Pa、100秒という条件で吸着層13dを形成し、更に第14
図（ｄ）において約300Åのエピタキシャル成長層15dを
設けた後、５分間の真空アニールを行ったものである。
また第17図は、第14図（ａ）〜（ｅ）に示す一連の工程
で得られる不純物ドープ層14dにおけるシート抵抗の、
ジボラン導入量依存特性図である。但し、第17図におい
て測定したサンプルは、すべてＮ型のシリコン基板上に
同じジボラン導入圧力のもとで、ジボラン導入時間のみ
を変えたものである。ジボラン導入時及びアニール時の
基板温度はすべて共通である。また、不純物吸着層の上
下に設けられたエピタキシャル成長層の膜厚は各々約50
Åで、すべてのサンプルについて同じであり、またエピ
タキシャル成長層の形成温度は、825℃である。第18図
は、第11図（ａ）〜（ｄ）及び第14図（ａ）〜（ｅ）で
示す一連の工程において得られる不純物ドープ層のシー
ト抵抗が、第11図（ｄ）あるいは第14図（ｅ）における
アニール時間に対してどのように変化するか調べたもの
である。第18図において実線は第14図（ａ）〜（ｅ）に
示す方法を用いた場合、同じく破線は第11図（ａ）〜
（ｄ）の場合を、それぞれ示しており、各工程での基板
温度は、表面清浄化が850℃であり、それ以外はすべて8
25℃という条件である。また、エピタキシャル成長層の
膜厚が約60Å、ジボラン導入圧力及び導入時間がそれぞ
れ1.3×10^-2Pa、100秒という条件は、第18図に示すすべ
てのデータについて共通である。

第19図（ａ）〜（ｃ）には、第14図（ａ）〜（ｅ）に
示す方法を応用したこの発明に係わる第５の実施例にお
ける工程順断面図を示す。第19図（ａ）において基板１
の表面に第１のエピタキシャル成長層15eを形成し、第1
9図（ｂ）において第１の不純物吸着層13e及び第２のエ
ピタキシャル成長層15fを設け、更に第19図（ｃ）にお
いて前記エピタキシャル成長層15fの上に第２の不純物
吸着層13fと第３のエピタキシャル成長層15gを設けた例
である。このように、この発明を用いて不純物吸着層と
エピタキシャル成長層から成る任意の層数の互層構造を
形成することができる。更に、必要に応じてアニールを
施すことによって深さ方向に任意の不純物濃度プロファ
イルを有した不純物ドープ領域を形成することが可能と
なる。

以上、この発明に係わるいくつかの実施例について説
明したが、最後に、この発明の大きな特徴である選択ド
ーピングの実施例について、第20図（ａ）〜（ｄ）を用
いて詳しく説明する。これまでの実施例からも明らかな
ように、この発明は化学的に活性な半導体表面上に少な
くとも半導体のドーパントとなる不純物元素を含んだ物
質の吸着層を形成し、その吸着層を不純物拡散源として
半導体中への不純物ドーピングを行うところにその原理
的特徴を有している。発明者らの詳細な研究によれば、
絶縁膜上においては単結晶上あるいは多結晶上に比べ
て、吸着層が殆ど形成されてない、あるいは少なくとも
１桁以上少ない量の吸着不純物しか残らないことが分か
っている。

第20図（ａ）及び（ｂ）には、第１図に示す装置にお
いて基板として比抵抗が５〜７Ω・cmのＮ型シリコン基
板を用い、それぞれ単結晶表面が露出したサンプルと基
板表面部分に厚さが100Åのシリコン酸化膜を設けたサ
ンプルについて、基板温度800℃においてジボラン導入
圧力及び時間がそれぞれ1.9×10^-2Pa、100秒という一定
のガス導入条件が吸着層を形成後に通常のCVD装置にお
いて多結晶シリコン膜を約3200Å堆積させた場合のそれ
ぞれのサンプルについて、２次イオン質量分析計で測定
した深さ方向に関するボロン濃度プロファイルを示す。
単結晶シリコン基板上にボロンを吸着させた第20図
（ａ）の場合には、ボロンのピーク濃度が約２×10²⁰at
oms/cm³、またプロファイルから算出されるボロンの総
量は約３×10¹⁴atoms/cm²であるのに対して、シリコン
酸化膜上にボロンを吸着させた第20図（ｂ）の場合のピ
ーク濃度及び総量はそれぞれ約１×10¹⁸atoms/cm³、約
１×10¹²atoms/cm²となっている。従ってこの場合には
酸化膜上に吸着されたボロンの量は、単結晶上に吸着さ
れたそれの１％以下となっていることが分かる。更に第
21図にはジボラン導入条件を一定にし、シリコン基板上
に設けた酸化膜の厚みを変えた場合、酸化膜上に吸着す
るボロンの量が酸化膜厚にどのように依存するかを調べ
た実施例を示す。この場合の評価の方法は、第20図の場
合と全く同じである。第21図によればジボラン導入時の
基板温度が800℃の場合、シリコン酸化膜の厚さが少な
くとも100Å以上であれば、ボロンの高濃度ドーピング
におけるマスクとしてシリコン酸化膜が有効に機能する
ことが分かる。

この性質を積極的に利用したのが、第22図（ａ）〜
（ｄ）に示す選択ドーピングの方法であり、第22図
（ａ）においてシリコン基板１の表面に部分的にシリコ
ン酸化膜16を設けたのち、酸化膜16がない領域のシリコ
ン表面を活性化し、第22図（ｂ）において前記酸化膜16
をマスクにして選択的にボロンの吸着層13gをシリコン
上にのみ形成している。次に第21図（ｃ）において必要
に応じてアニールを行って前記吸着層13gを拡散源とし
て不純物拡散層14eを形成することにより、酸化膜形成
領域に対して選択的にボロンのドーピングを行うことが
できる。更に場合によっては第22図（ｄ）に示すよう
に、酸化膜16をエッチングにより除去することもあり得
る。

また、単結晶上あるいはシリコン酸化膜上に吸着した
ボロンを除去する場合には、硝酸等の溶液をエッチャン
トに用いることにより、下地のシリコン又はシリコン酸
化膜に対してボロンのみを除去することも可能である。

以上、この発明の実施例について第１図〜第22図
（ａ）〜（ｄ）を用いて詳細に説明をしたが、以上述べ
てきた実施例においては、シリコン半導体に対するＰ型
のドーピングガスとしてジボラン（B₂H₆）以外の、例え
ば、トリメチルガリウム（TMG）、三塩化ホウ素（BC
l₃）、デカボラン（B₁₀H₁₄）などに代表されるIII族元
素の化合物も有効であることは、言うまでもない。同様
にシリコン半導体に対するＮ型のドーピングガスとして
は、アルシン（A_SH₃）、三塩化リン（PCl₃）、五塩化ア
ンチモン（SbCl₅）、水素化アンチモン（SbH₃）、ホス
フィン（PH₃）などが利用できる。また、以上で述べた
各実施例において、基板温度としてはその典型例とし
て、表面清浄化の場合が850℃、不純物吸着層形成の場
合が825℃、エピタキシャル成長の場合が825℃、等の数
値を示した。発明者らは、これまでの研究において、表
面清浄化の基板温度としては、バックグランド圧力及び
雰囲気ガスとの関連を含めて、800〜1200℃なる範囲に
おいて、また吸着層形成の基板温度としては、600〜950
℃なる範囲において、更にエピタキシャル成長の基板温
度としては800〜1100℃なる範囲において、その目的に
応じて上述の各工程における条件を適宜選択することに
より、この発明が有効に実施できることを確認してい
る。

更に、HFガス処理又はAr逆スパッタ法などを用いて自
然酸化膜を除去することもできる。更にまた、自然酸化
膜そのものの形成を抑制するような、例えば希フッ酸処
理を施せば、自然酸化膜を除去する作業を全くあるいは
殆んど省略することも可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明を用いることによって、不純
物濃度が高く、従って抵抗値が十分に小さく、かつ従来
にない浅い接合の不純物ドープ領域を容易に設けること
ができる。また、エピタキシャル成長技術と組み合わせ
ることによって、深さ方向に任意の不純物濃度プロファ
イルを有する不純物ドープ領域を形成することも可能で
ある。またこの発明は従来のイオン注入法とは全く異な
る吸着という原理にもとづいているために、イオン注入
に特有な問題であるダメージやチャネリング、シャドウ
効果等の発生が全くない。従って、この発明は微細な半
導体装置の製造技術に大きな進歩をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施に際して用いた装置の構成図で
ある。第２図（ａ）〜（ｃ）はこの発明による不純物ド
ーピングの方法を示す第１の実施例における工程順断面
図である。第３図は、第２図（ａ）〜（ｃ）の工程に対
応したプロセスシーケンスチャートである。第４図は、
第２図（ａ）〜（ｃ）、第３図で示す一連の工程で得ら
れたボロンドープ層におけるボロン濃度の深さ方向での
プロファイルである。第５図は、第２図（ａ）〜
（ｃ）、第３図に示す一連の工程においてジボラン導入
圧力をパラメータとした場合の、ボロンドープ層におけ
るボロンピーク濃度のジボラン導入時間依存特性図であ
る。第６図は、第２図（ａ）〜（ｃ）、第３図に示す一
連の工程において得られるボロンドープ層におけるボロ
ンピーク濃度の、ジボラン導入時の基板温度依存特性図
である。 第７図（ａ）〜（ｄ）は、この発明による不純物ドーピ
ングの方法を示す第２の実施例における工程順断面図で
ある。第８図は、第７図（ａ）〜（ｄ）に対応したプロ
セスシーケンスチャートである。第９図は、第７図
（ａ）〜（ｄ）、第８図に示す一連の工程で得られたボ
ロンドープ層におけるボロン濃度の深さ方向でのプロフ
ァイルである。第10図は、第２図（ａ）〜（ｃ）の一連
の工程及び第７図（ａ）〜（ｄ）の一連の工程において
得られるボロンドープ層のシート抵抗の、アニール時間
依存特性図である。 第11図（ａ）〜（ｄ）は、この発明による不純物ドーピ
ングの方法を示す第３の実施例における工程順断面図で
ある。第12図は、第11図（ａ）〜（ｄ）に対応したプロ
セスシーケンスチャートである。第13図は、第11図
（ａ）〜（ｄ）、第12図に示す一連の工程で得られたボ
ロンドープ層におけるボロン濃度の深さ方向でのプロフ
ァイルである。 第14図（ａ）〜（ｅ）は、この発明による不純物ドーピ
ングの方法を示す第４の実施例における工程順断面図で
ある。第15図は、第14図（ａ）〜（ｅ）に対応したプロ
セスシーケンスチャートである。第16図は、第14図
（ａ）〜（ｅ）、第15図で示す一連の工程で得られたボ
ロンドープ層におけるボロン濃度の深さ方向でのプロフ
ァイルである。第17図は、同じくボロンドープ層におけ
るシート抵抗の、ジボラン導入量依存特性図である。第
18図は、第11図（ａ）〜（ｄ）の一連の工程及び第14図
（ａ）〜（ｅ）の一連の工程において得られるボロンド
ープ層のシート抵抗の、アニール時間依存特性図であ
る。 第19図（ａ）〜（ｃ）は、この発明による不純物ドーピ
ングの方法を示す第５の実施例における工程順断面図で
ある。 第20図（ａ），（ｂ）は、単結晶シリコン上あるいは酸
化膜上にボロン吸着層を形成したサンプルにおける深さ
方向でのボロン濃度プロファイルを示す。 第21図は酸化膜上にボロン吸着層を形成する場合のボロ
ン吸着量の酸化膜厚依存特性図である。 第22図（ａ）〜（ｄ）は、選択ドーピングの実施例にお
ける工程順断面図である。 第23図及び第24図はそれぞれ従来技術であるイオン注入
法の原理図及びイオン注入法で得られる深さ方向での典
型的な不純物濃度プロファイルをそれぞれ示している。 １……Ｎ型シリコン基板 ２……石英チャンバー ３……加熱系 ４……高真空排気系 ５……圧力計 6a……ゲートバルブ 6b……ゲートバルブ ７……ロード室 ８……搬送機構 ９……ロード室排気系 10……ガス導入制御系 11……ガス供給源 12……不純物化合物ガス 13a……不純物吸着層 14a……不純物拡散層（不純物ドープ層） 15a……エピタキシャル成長層 16……シリコン酸化膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 健二 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイ コー電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−186615（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−166219（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−58823（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−249332（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−52018（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/38 - 21/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体表面の不活性被膜を除去し、化学的
   に活性な表面を露出させる第１の工程と、 前記半導体表面に不純物成分ボロンを有する気体ジボラ
   ンを供給し、前記ボロンを含む吸着層と、半導体成分シ
   リコンを有する気体ジクロロシランを供給してシリコン
   のエピタキシャル層とからなる不純物吸着層を形成する
   第２の工程と、 前記第２の工程で形成された吸着層を不純物拡散源とし
   た固相拡散および不純物の活性化を行う第３の工程とか
   らなる不純物ドーピングの方法。