JPH01120015A - プラズマを用いた不純物のドーピング方法 - Google Patents
プラズマを用いた不純物のドーピング方法Info
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- JPH01120015A JPH01120015A JP27735687A JP27735687A JPH01120015A JP H01120015 A JPH01120015 A JP H01120015A JP 27735687 A JP27735687 A JP 27735687A JP 27735687 A JP27735687 A JP 27735687A JP H01120015 A JPH01120015 A JP H01120015A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は半導体製造技術に関し、特にプラズマを用いた
不純物のドーピング方法に関する。
不純物のドーピング方法に関する。
（従来の技術）
半導体製造において、必要な電気的特性を得るために、
半導体中に少量の不純物を添加することが行われる。こ
の不純物ドーピングには、熱拡散法、イオン注入法など
があり、主として次のような方法が採られてきた。
半導体中に少量の不純物を添加することが行われる。こ
の不純物ドーピングには、熱拡散法、イオン注入法など
があり、主として次のような方法が採られてきた。
まず、熱拡散法として、Ｂ ％ Ｐ ｓ Ａ ｓの不純
物拡散は拡散炉内でシリコン基板表面にガラス層を形成
する方法が主流である。この方法では、キャリアガスの
Ｎ２に少量の０２と不純物のドーピングガスを１０００
℃程度の高温の炉内に導入する。その際に固体拡散源は
炉内のシリコン基板の近傍に置く。
物拡散は拡散炉内でシリコン基板表面にガラス層を形成
する方法が主流である。この方法では、キャリアガスの
Ｎ２に少量の０２と不純物のドーピングガスを１０００
℃程度の高温の炉内に導入する。その際に固体拡散源は
炉内のシリコン基板の近傍に置く。
次に、イオン注入法として、目的とする不純物元素をイ
第２ン化し、更に１０〜数１００ＫｅＶのエネルギーに
加速してシリコン基板に打ち込む方法がある。
第２ン化し、更に１０〜数１００ＫｅＶのエネルギーに
加速してシリコン基板に打ち込む方法がある。
この方法は熱拡散法と異なり、低温で不純物を導入する
ことができる。
ことができる。
最後にプラズマドーピング法として、最近Ｈ１またはＨ
ｅガスをＢｚＨｉまたはＰＨ，ガスと混合し、この混合
ガスの９００ｖ直流放電プラズマとシリコンウェハを接
触させることによって浅い領域に不純物を導入すること
が試みられている。（応用物理学会予稿集、１９８７年
春期１襠８８頁）。
ｅガスをＢｚＨｉまたはＰＨ，ガスと混合し、この混合
ガスの９００ｖ直流放電プラズマとシリコンウェハを接
触させることによって浅い領域に不純物を導入すること
が試みられている。（応用物理学会予稿集、１９８７年
春期１襠８８頁）。
しかし、この方法を用いて活性化率が高くかつ浅い接合
が得られたという報告はない。
が得られたという報告はない。
（発明が解決しようとする問題点）
これらの従来の方法のうち熱拡散法およびイオン注入法
では、０．１．１１１１程度よりも浅い領域に不純物を
導入することは困難であるが故に、０．１−以下の浅い
接合を形成することは非常に難しい。その理由は熱拡散
法では高温を用いるためであり、イオン注入法ではイオ
ン注入の低エネルギーの限界が１０ＫｅＶ程度に限定さ
れてしまうためである。
では、０．１．１１１１程度よりも浅い領域に不純物を
導入することは困難であるが故に、０．１−以下の浅い
接合を形成することは非常に難しい。その理由は熱拡散
法では高温を用いるためであり、イオン注入法ではイオ
ン注入の低エネルギーの限界が１０ＫｅＶ程度に限定さ
れてしまうためである。
またプラズマドーピング法では０．１−程度の浅い領域
に不純物を導入することは可能であるが、本プロセスの
みでは活性化が不十分であり、高い活性化率を得るため
にはさらに高温のアニールが必要となり、このアニール
によって浅い接合の形成が不可能となる。
に不純物を導入することは可能であるが、本プロセスの
みでは活性化が不十分であり、高い活性化率を得るため
にはさらに高温のアニールが必要となり、このアニール
によって浅い接合の形成が不可能となる。
本発明はこれらの問題点を克服し、０．１ｐ以下の浅い
接合を形成することを目的としている。
接合を形成することを目的としている。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、基板表面へプラズマ放電により不純物をドー
ピングするに際し、高純度Ａｒガスで希釈することを特
徴とする不純物のドーピング方法である。
ピングするに際し、高純度Ａｒガスで希釈することを特
徴とする不純物のドーピング方法である。
上述の問題点を克服するためには、高温を用いないこと
、Ｉ ＫｅＶ以下のイオンのドーピングを実現すること
などが考えられる。この１つの方法として、本発明はプ
ラズマドーピング法によって目的とする不純物原子を含
むプラズマとシリコン基板を接触させる方法を採用する
。このプラズマのソース物質としてＢＡＨ，、ＰＨ，、
ＡＳＨ３、ＢＦ。
、Ｉ ＫｅＶ以下のイオンのドーピングを実現すること
などが考えられる。この１つの方法として、本発明はプ
ラズマドーピング法によって目的とする不純物原子を含
むプラズマとシリコン基板を接触させる方法を採用する
。このプラズマのソース物質としてＢＡＨ，、ＰＨ，、
ＡＳＨ３、ＢＦ。
等のガスを使用することができ、これらはＢ、Ｐ、Ａｓ
等の不純物源として利用できる。これらのガスを数ｍ
Ｔｏｒｒ〜数Ｔｏｒｒで真空槽内に導入し、槽内の電極
に所定の電圧を印加し、プラズマを生成する。この場合
、これらの１００％純ガスの放電ではプラズマ中に存在
する水素化物、フッ化物、フッ素、及び水素も同時にシ
リコン基板中に導入され、基板内でＢ−ＨＳＰ−Ｈ，Ａ
ｓ−Ｈ５Ｂ−Ｆ結合が形成されるため半導体としての活
性化率は非常に低いものとなる。これを解決するために
は次のような方法を採ればよい。
等の不純物源として利用できる。これらのガスを数ｍ
Ｔｏｒｒ〜数Ｔｏｒｒで真空槽内に導入し、槽内の電極
に所定の電圧を印加し、プラズマを生成する。この場合
、これらの１００％純ガスの放電ではプラズマ中に存在
する水素化物、フッ化物、フッ素、及び水素も同時にシ
リコン基板中に導入され、基板内でＢ−ＨＳＰ−Ｈ，Ａ
ｓ−Ｈ５Ｂ−Ｆ結合が形成されるため半導体としての活
性化率は非常に低いものとなる。これを解決するために
は次のような方法を採ればよい。
すなわち、高純度Ａｒガスをこれらのガスに混入し、プ
ラズマを形成し、このＡｒ＋イオン照射によってこれら
の結合を切断する。これによってＨ，Ｆ原子は８％ Ｐ
％ Ａｓから開放され、高い活性化率を得ることができ
る。ただしＡｒ１イオン入射の場合、Ｉ ＫｅＶを越え
ると、Ａｒのスパッタリングによるドーピング層のエツ
チングレートが大きくなり、ドーピング層が形成されな
いので、Ａｒ“イオンの入射エネルギーをＩ ＫｅＶ以
下にする必要がある。
ラズマを形成し、このＡｒ＋イオン照射によってこれら
の結合を切断する。これによってＨ，Ｆ原子は８％ Ｐ
％ Ａｓから開放され、高い活性化率を得ることができ
る。ただしＡｒ１イオン入射の場合、Ｉ ＫｅＶを越え
ると、Ａｒのスパッタリングによるドーピング層のエツ
チングレートが大きくなり、ドーピング層が形成されな
いので、Ａｒ“イオンの入射エネルギーをＩ ＫｅＶ以
下にする必要がある。
ここで、プラズマ放電の方法として、
（１１直流電源を用い、Ｂ２Ｈ４，ＰＨ３、ＡＳＨｆｆ
、ＢＦ、等の各ガスの直流放電の陰極にターゲット基板
を置いて基板表面へ、Ｂ、Ｐ％ Ａｓ等をドーピングす
る方法、 （２）高周波電源を用い、上記各ガスの高周波放電の一
方の電極にターゲット基板を置いてドーピングする方法
、 （３）高周波電源と直流バイアス電源を用い、上記各ガ
スの高周波放電の一方の電極にターゲット基板を置いて
、基板に直流バイアスを印加して基板表面にドーピング
する方法等がある。この方法で、直流放電の代わりに高
周波放電を用いるのは前者の場合よりもエネルギー幅の
せまいイオンが基板表面へ入射することを目的としたも
のであり、直流バイアスを印加するのは基板表面に入射
するイオンのエネルギーをより簡便に変化させることを
目的としたものである。
、ＢＦ、等の各ガスの直流放電の陰極にターゲット基板
を置いて基板表面へ、Ｂ、Ｐ％ Ａｓ等をドーピングす
る方法、 （２）高周波電源を用い、上記各ガスの高周波放電の一
方の電極にターゲット基板を置いてドーピングする方法
、 （３）高周波電源と直流バイアス電源を用い、上記各ガ
スの高周波放電の一方の電極にターゲット基板を置いて
、基板に直流バイアスを印加して基板表面にドーピング
する方法等がある。この方法で、直流放電の代わりに高
周波放電を用いるのは前者の場合よりもエネルギー幅の
せまいイオンが基板表面へ入射することを目的としたも
のであり、直流バイアスを印加するのは基板表面に入射
するイオンのエネルギーをより簡便に変化させることを
目的としたものである。
ここで高純度Ａｒガスと称するものは超ＬＳＩ製造工程
に用いる純度を有するＡｒガスで、通常不純物濃度とし
て、Ｎ２．０□、Ｃｏ、ＣＯｚ、ＣＨ４が各０．ｌｐｐ
ｍ以下で露点が一８０℃以下のものをいう。
に用いる純度を有するＡｒガスで、通常不純物濃度とし
て、Ｎ２．０□、Ｃｏ、ＣＯｚ、ＣＨ４が各０．ｌｐｐ
ｍ以下で露点が一８０℃以下のものをいう。
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。
（実施例）
本発明の実施例を第１図に示す。不純物ガスボンベ１か
らのＢｔＨｂガスを、パルプ２を開放してガス用レギュ
レーター３で制御しながら排出し、Ａｒガス用レギュレ
ーター４で制御しながら送り込まれるＡｒガスによって
希釈した後、真空槽５に導入する。プラズマ６は陽極７
と、シリコン基板８を支持する陰極９の間の空間部に、
プラズマ電流計１０要分した直流電源１１からの印加電
圧による放電によって発生する。本例ではシリコン基板
表面へＢ ｚ Ｈ＆ ＋ Ａ ｒガスをＩＫＶ以下の直
流電圧の下でプラズマ放電させた。第１図に示した例の
変形として、直流電源１１を高周波電源に置き代えたも
の、さらにこれを高周波電源及び直流バイアス電源に置
き代えたものについても実施できる。
らのＢｔＨｂガスを、パルプ２を開放してガス用レギュ
レーター３で制御しながら排出し、Ａｒガス用レギュレ
ーター４で制御しながら送り込まれるＡｒガスによって
希釈した後、真空槽５に導入する。プラズマ６は陽極７
と、シリコン基板８を支持する陰極９の間の空間部に、
プラズマ電流計１０要分した直流電源１１からの印加電
圧による放電によって発生する。本例ではシリコン基板
表面へＢ ｚ Ｈ＆ ＋ Ａ ｒガスをＩＫＶ以下の直
流電圧の下でプラズマ放電させた。第１図に示した例の
変形として、直流電源１１を高周波電源に置き代えたも
の、さらにこれを高周波電源及び直流バイアス電源に置
き代えたものについても実施できる。
−例として第２図に使用ガスＢ ｔ Ｈｈ（５０００ｐ
ｐｍ）を含むＡｒで圧力５ Ｔｏｒｒ、印加電圧７００
Ｖ （直流）、放電時間２分の場合の活性化したＢの濃
度の測定例を示す。キャリアー濃度は深さ０〜０．０２
ｉｒｍの浅い所で濃厚であり、深さ０．０３ｘ付近から
０．０５−にかけて急激に減少する。
ｐｍ）を含むＡｒで圧力５ Ｔｏｒｒ、印加電圧７００
Ｖ （直流）、放電時間２分の場合の活性化したＢの濃
度の測定例を示す。キャリアー濃度は深さ０〜０．０２
ｉｒｍの浅い所で濃厚であり、深さ０．０３ｘ付近から
０．０５−にかけて急激に減少する。
（発明の効果）
本発明は、不純物ガスを高純度Ａｒガスで希釈するよう
にしたので、これにより半導体への不純物イオンの０．
ＩＩ！ｍ以下の浅いドーピングが可能となり、サブミク
ロンルールの超ＬＳＩのための浅い接合の形成が可能と
なる。
にしたので、これにより半導体への不純物イオンの０．
ＩＩ！ｍ以下の浅いドーピングが可能となり、サブミク
ロンルールの超ＬＳＩのための浅い接合の形成が可能と
なる。
第１図は本発明実施例によるドーピング装置を示す概略
線図であり、 第２図は本発明実施例による不純物濃度と基板表面から
の深さとの関係を示すグラフである。 １・・・不純物ガスボンベ ２・・・バルブ ３・・・不純物ガス用レギュレーター ４・・・Ａｒガス用レギュレーター ５・・・真空槽 ６・・・プラズマ ７・・・陽極 ８・・・シリコン基板 ９・・・陰極 １０・・・プラズマ電流計 １１・・・直流電源
線図であり、 第２図は本発明実施例による不純物濃度と基板表面から
の深さとの関係を示すグラフである。 １・・・不純物ガスボンベ ２・・・バルブ ３・・・不純物ガス用レギュレーター ４・・・Ａｒガス用レギュレーター ５・・・真空槽 ６・・・プラズマ ７・・・陽極 ８・・・シリコン基板 ９・・・陰極 １０・・・プラズマ電流計 １１・・・直流電源
Claims (1)
- 基板表面へプラズマ放電により不純物をドーピングす
るに際し、高純度Ａｒガスで希釈することを特徴とする
不純物のドーピング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27735687A JPH01120015A (ja) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | プラズマを用いた不純物のドーピング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27735687A JPH01120015A (ja) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | プラズマを用いた不純物のドーピング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01120015A true JPH01120015A (ja) | 1989-05-12 |
Family
ID=17582384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27735687A Pending JPH01120015A (ja) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | プラズマを用いた不純物のドーピング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01120015A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5561072A (en) * | 1993-11-22 | 1996-10-01 | Nec Corporation | Method for producing shallow junction in surface region of semiconductor substrate using implantation of plasma ions |
| US6372591B1 (en) | 1997-12-03 | 2002-04-16 | Nec Corporation | Fabrication method of semiconductor device using ion implantation |
-
1987
- 1987-11-04 JP JP27735687A patent/JPH01120015A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5561072A (en) * | 1993-11-22 | 1996-10-01 | Nec Corporation | Method for producing shallow junction in surface region of semiconductor substrate using implantation of plasma ions |
| US6372591B1 (en) | 1997-12-03 | 2002-04-16 | Nec Corporation | Fabrication method of semiconductor device using ion implantation |
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