JPH01194320A - 半導体基体への不純物導入方法 - Google Patents
半導体基体への不純物導入方法Info
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- JPH01194320A JPH01194320A JP1836188A JP1836188A JPH01194320A JP H01194320 A JPH01194320 A JP H01194320A JP 1836188 A JP1836188 A JP 1836188A JP 1836188 A JP1836188 A JP 1836188A JP H01194320 A JPH01194320 A JP H01194320A
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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〕
この発明は半導体基体に対する不純物の導入方法に係り
、特にプラズマドーピングによる不純物の導入方法に関
する。
、特にプラズマドーピングによる不純物の導入方法に関
する。
半導体基体に不純物をドープして基体と不純物濃度の異
なる半導体領域を形成する方法として固相拡散法や気相
拡散法などの熱拡散法が知られているがこれは８００℃
〜１２５０℃の高温度下で拡散を行うものであり、その
ため設備が複雑で高価であり、またその保守が厄介であ
る。また熱拡散法は半導体基体の不純物の面内均一性に
問題があるうえ前記のような高温度の熱処理は半導体基
体中に格子欠陥を生じさせたり重金属元素が基体中に拡
散してキャリアのライフタイムを低下させる等の問題を
生ずる。この問題の解決には、熱拡散温度を下げればよ
いが８００℃以下では熱拡散の拡散係数が低下するので
経済性がなく再現性も悪化してしまう。
なる半導体領域を形成する方法として固相拡散法や気相
拡散法などの熱拡散法が知られているがこれは８００℃
〜１２５０℃の高温度下で拡散を行うものであり、その
ため設備が複雑で高価であり、またその保守が厄介であ
る。また熱拡散法は半導体基体の不純物の面内均一性に
問題があるうえ前記のような高温度の熱処理は半導体基
体中に格子欠陥を生じさせたり重金属元素が基体中に拡
散してキャリアのライフタイムを低下させる等の問題を
生ずる。この問題の解決には、熱拡散温度を下げればよ
いが８００℃以下では熱拡散の拡散係数が低下するので
経済性がなく再現性も悪化してしまう。
イオン注入法はこのような半導体ウェハ面内の不純物濃
度の不均一性や高温度処理に伴う種々の問題点を解決で
きるもので、広く半導体装置の製造プロセスに利用され
るに至っているが、非常な高エネルギで半導体に不純物
を打ち込むので半導体表面に損傷を与えてしまう問題が
本質的にあり、また打ち込まれたそのままの状態では不
純物の活性が低いので半導体表面のダメージを回復しか
つ不純物を活性化するため８００℃〜１２５０℃の高温
熱処理を必要とし、高温熱処理を完全になくすことがで
きないという問題がある。
度の不均一性や高温度処理に伴う種々の問題点を解決で
きるもので、広く半導体装置の製造プロセスに利用され
るに至っているが、非常な高エネルギで半導体に不純物
を打ち込むので半導体表面に損傷を与えてしまう問題が
本質的にあり、また打ち込まれたそのままの状態では不
純物の活性が低いので半導体表面のダメージを回復しか
つ不純物を活性化するため８００℃〜１２５０℃の高温
熱処理を必要とし、高温熱処理を完全になくすことがで
きないという問題がある。
このような従来の不純物導入方法の問題点を解決するた
めに本発明者等は先に特開昭５９−２１８７２７号公報
においてプラズマドーピング法による不純物導入方法を
開示した。この方法は半導体基体に導入するべき不純物
元素を含むドーピングガスを稀釈してふんい気ガスとし
、これをグロー放電によりプラズマ化し、このプラズマ
によってドーピングガスを分解して半導体基体表面に不
純物を導入する手法である。この方法は２００℃程度の
低温度においても不純物を導入することができるのでブ
レーナ素子やＭＯ５ＩＣでは酸化膜汚染や接合深さ変動
が生じないし、また高熱による格子欠陥が生じない。さ
らにプラズマドーピング装置が極めて単純な構造のもの
を用いることができる等の特徴がある。また不純物を導
入する際のエネルギも小さいために半導体基体表面の格
子欠陥の発生も少ないのである。さらにこのプラズマド
ーピング法はイオン注入法とは異なり、半導体基体表面
でドープした不純物濃度が高く（約１０２２原子／Ｃｆ
ｆ１）、深さ方向に濃度が急減するプロファイルを示し
、濃度分布も約０．２μｍと極めて浅い。このため浅い
接合や浅いオーミックコンタクト層の形成に有効に使用
することができる。
めに本発明者等は先に特開昭５９−２１８７２７号公報
においてプラズマドーピング法による不純物導入方法を
開示した。この方法は半導体基体に導入するべき不純物
元素を含むドーピングガスを稀釈してふんい気ガスとし
、これをグロー放電によりプラズマ化し、このプラズマ
によってドーピングガスを分解して半導体基体表面に不
純物を導入する手法である。この方法は２００℃程度の
低温度においても不純物を導入することができるのでブ
レーナ素子やＭＯ５ＩＣでは酸化膜汚染や接合深さ変動
が生じないし、また高熱による格子欠陥が生じない。さ
らにプラズマドーピング装置が極めて単純な構造のもの
を用いることができる等の特徴がある。また不純物を導
入する際のエネルギも小さいために半導体基体表面の格
子欠陥の発生も少ないのである。さらにこのプラズマド
ーピング法はイオン注入法とは異なり、半導体基体表面
でドープした不純物濃度が高く（約１０２２原子／Ｃｆ
ｆ１）、深さ方向に濃度が急減するプロファイルを示し
、濃度分布も約０．２μｍと極めて浅い。このため浅い
接合や浅いオーミックコンタクト層の形成に有効に使用
することができる。
しかしながら前記のようなプラズマを応用した不純物の
導入方法においては、ドーピングガスとしてはホスフィ
ン（Ｐｉｔ、） 、アルシン（ＡＳＨ３） 、シラン（
ＳＩＨ４）といった無機性のドーピングガスが用いられ
るので任意の不純物元素のドーピングガスを得ることが
できず、従って半導体不純物として重要なガリウムやア
ルミニウムについてはこれをプラズマ法で半導体中に導
入することができないという問題点がある。
導入方法においては、ドーピングガスとしてはホスフィ
ン（Ｐｉｔ、） 、アルシン（ＡＳＨ３） 、シラン（
ＳＩＨ４）といった無機性のドーピングガスが用いられ
るので任意の不純物元素のドーピングガスを得ることが
できず、従って半導体不純物として重要なガリウムやア
ルミニウムについてはこれをプラズマ法で半導体中に導
入することができないという問題点がある。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は任意の
不純物元素のドーピングガスが得られるようにして半導
体基体に浅くかつ高濃度に不純物を導入できるプラズマ
ドーピング法により任意の不純物を半導体基体に導入す
る方法を提供することにある。
不純物元素のドーピングガスが得られるようにして半導
体基体に浅くかつ高濃度に不純物を導入できるプラズマ
ドーピング法により任意の不純物を半導体基体に導入す
る方法を提供することにある。
上記の目的はこの発明によれば密閉容器１内に平行平板
電極対２を備えるとともにその少なくとも一方の電極に
半導体基体３を載置し、この半導体基体の温度を４００
℃以下の所定温度に保持し、前記半導体基体に導入する
べき不純物元素を含む有機金属化合物５からなるドーピ
ングガスを稀釈して調製したふんい気ガスを所定の圧力
で密閉容器内に満たし、前記平行平板電極対に直流電圧
を印加してグロー放電により前記ふんい気ガス内にプラ
ズマを発生させることにより達成される。
電極対２を備えるとともにその少なくとも一方の電極に
半導体基体３を載置し、この半導体基体の温度を４００
℃以下の所定温度に保持し、前記半導体基体に導入する
べき不純物元素を含む有機金属化合物５からなるドーピ
ングガスを稀釈して調製したふんい気ガスを所定の圧力
で密閉容器内に満たし、前記平行平板電極対に直流電圧
を印加してグロー放電により前記ふんい気ガス内にプラ
ズマを発生させることにより達成される。
不純物元素を含む有機金属化合物としては不純物元素に
対応して例えば次のものが用いられる。
対応して例えば次のものが用いられる。
ニメチル亜鉛（Ｚｎ （ＣＬ） ２ 〕。
二エチル亜鉛［：Ｚｎ （Ｃ２Ｈ５） ２］ 。
ニメチルカドミウム（Ｃｄ（ＣＬ） ２ ） 。
三エチルインジウム（Ｉｎ （Ｃ２Ｌ） ２ ］ 。
三メチルヒ素〔＾５（ＣＬ）ｓ） 。
三エチルヒ素〔＾５（ＣＪｓ）ａ］ 。
三メチルリン化物ＣＰ（ＣＩ（３）、１ 。
三エチルリン化物ＣＰ （Ｃ２）Ｉｓ） ３） 。
四メチルスズ［Ｓｎ （ＣＨ３） ４ 〕。
四エチルスズ〔Ｓｎ （ＣＪｓ） −］ 。
三メチルアンチモン（Ｓｂ（ＣＨ３）３） 。
三エチルアンチモン［Ｓｂ （Ｃ２Ｈ５） ３ ］ 。
ニメチルテルル（Ｔｅ（ＣＨ３） ２ ） 。
二エチルテルル（Ｔｅ（ＣＪｓ）２１ 。
ニメチルセＬ／ ンＣ５ｅ（ＣＬ）ｚ：ｌ 。
二ｘチルセレン［５ｅ（Ｃ２Ｈｓ）２〕。
四メチルゲルマニウム（Ｇｅ（ＣＨ３） ４ ） 。
四エチルゲルマニウム（Ｇｅ（ｃＪｓ）＋：］ 。
三エチルホウ素ＣＢ （Ｃ２Ｈ５） ３ ） 。
四メチルシラン［Ｓ＋ （ＣＬ） ４ ：］ 。
四エチル鉛［ｐｂ（ｃ、ｕＳ）＜１ 。
三エチルビスマス（Ｂｌ （Ｃ２Ｈ５） ３３これらの
ガスはヘリウムガス、水素ガス、窒素ガス等で所定濃度
に稀釈されたふんい気ガスとして数Ｔｏｒｒの圧力で密
閉容器内に満たされる。平行平板電極対に直流電圧が印
加されグロー放電により上記ふんい気ガスはプラズマ化
される。このプラズマは有機金属化合物を分解し分解に
よって生じた不純物原子を含むイオン種が電場により加
速。
ガスはヘリウムガス、水素ガス、窒素ガス等で所定濃度
に稀釈されたふんい気ガスとして数Ｔｏｒｒの圧力で密
閉容器内に満たされる。平行平板電極対に直流電圧が印
加されグロー放電により上記ふんい気ガスはプラズマ化
される。このプラズマは有機金属化合物を分解し分解に
よって生じた不純物原子を含むイオン種が電場により加
速。
され、半導体基体中に導入される。半導体基体としては
結晶質あるいは非晶質のシリコン、ゲルマニウム等が用
いられる。基体は平行平板電極対の少なくとも一方の電
極に載置される。基体温度は溶存酸素が約４００℃でｎ
型不純物に変換するので４００℃以下に保たれる。
結晶質あるいは非晶質のシリコン、ゲルマニウム等が用
いられる。基体は平行平板電極対の少なくとも一方の電
極に載置される。基体温度は溶存酸素が約４００℃でｎ
型不純物に変換するので４００℃以下に保たれる。
有機金属化合物は上述のように多種類の不純物元素に対
して液体状態で人手することができ、そのうえこの液体
は所定の大きな蒸気圧を示すのでドーピングガスとして
使用することができる。有機金属化合物はプラズマによ
り分解され、生じたイオン種は加速されて半導体基体に
導入される。
して液体状態で人手することができ、そのうえこの液体
は所定の大きな蒸気圧を示すのでドーピングガスとして
使用することができる。有機金属化合物はプラズマによ
り分解され、生じたイオン種は加速されて半導体基体に
導入される。
次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図はこの発明の実施例に係るプラズマドーピング装
置を示し、１は密閉容器、２は平行平板電極対、３は半
導体基体、４は真空排気系、５は不純物元素を含む液体
状の有機金属化合物、７は稀釈用ガス、８は稀釈用ガス
の流量調整回路、９はグロー放電用の直流電源、１０は
半導体基体加熱用のヒータ電源、１１はグロー放電時の
ガス圧力調整用の真空バルブ、１２は真空計である。
置を示し、１は密閉容器、２は平行平板電極対、３は半
導体基体、４は真空排気系、５は不純物元素を含む液体
状の有機金属化合物、７は稀釈用ガス、８は稀釈用ガス
の流量調整回路、９はグロー放電用の直流電源、１０は
半導体基体加熱用のヒータ電源、１１はグロー放電時の
ガス圧力調整用の真空バルブ、１２は真空計である。
このような装置を用いて不純物元素は次のようにして半
導体基体に導入される。半導体基体３としては比抵抗的
１００Ω−ａｍのｎ型シリコン単結晶を鏡面研磨して用
いる。有機金属化合物５としてはトリメチルガリウム（
Ｇａ （Ｃ）＋３） ｓ ）を用いる。温度は３０℃±
０．１℃に保持される。稀釈用ガス７としてヘリウムガ
スを流量調整回路８を介して密閉容器ｌに流す。ヘリウ
ムガスは所定蒸気圧を示すトリメチルガリウム化合物を
密閉容器ｌに搬送する。
導体基体に導入される。半導体基体３としては比抵抗的
１００Ω−ａｍのｎ型シリコン単結晶を鏡面研磨して用
いる。有機金属化合物５としてはトリメチルガリウム（
Ｇａ （Ｃ）＋３） ｓ ）を用いる。温度は３０℃±
０．１℃に保持される。稀釈用ガス７としてヘリウムガ
スを流量調整回路８を介して密閉容器ｌに流す。ヘリウ
ムガスは所定蒸気圧を示すトリメチルガリウム化合物を
密閉容器ｌに搬送する。
密閉容器１内のガス圧力は真空排気系４により４Ｔｏｒ
ｒに制御される。半導体基体３の温度はヒータ電源１０
により２００℃に保持される。平行平板電極対２の電極
２Ａ、２Ｂ間の距離は５０叩に設定される。直流電源の
電圧は９００ｖで放電電流は２ｍＡ／ｃａｔである。放
電は１分間行われる。このときグロー放電によりシリコ
ン単結晶基体にガリウム原子が導入される。第２図はプ
ラズマによりガリウムを導入したときのプロファイル線
図である。縦軸はシリコン単結晶基体に導入したガリウ
ム濃度で横軸は前記基体表面からの深さを示す。ガリウ
ム濃度分布の測定はイオンマイクロアナライザを用いて
行った。イオンマイクロアナライザはよく絞られたイオ
ンビームを試料に照射し、試料から二次的に放出される
イオンを質量分析器に導き、質量電荷比による検出を行
い試料の深さの方向の元素分析を行うことができる。第
２図はシリコン基体の非常に浅い領域にガリウムが高濃
度に導入されている状態を示す。なおガリウムを半導体
基体に導入するためにはトリメチルガリウムに代えてト
リエチルガリウムを用いても第２図と同様な結果が得ら
れる。
ｒに制御される。半導体基体３の温度はヒータ電源１０
により２００℃に保持される。平行平板電極対２の電極
２Ａ、２Ｂ間の距離は５０叩に設定される。直流電源の
電圧は９００ｖで放電電流は２ｍＡ／ｃａｔである。放
電は１分間行われる。このときグロー放電によりシリコ
ン単結晶基体にガリウム原子が導入される。第２図はプ
ラズマによりガリウムを導入したときのプロファイル線
図である。縦軸はシリコン単結晶基体に導入したガリウ
ム濃度で横軸は前記基体表面からの深さを示す。ガリウ
ム濃度分布の測定はイオンマイクロアナライザを用いて
行った。イオンマイクロアナライザはよく絞られたイオ
ンビームを試料に照射し、試料から二次的に放出される
イオンを質量分析器に導き、質量電荷比による検出を行
い試料の深さの方向の元素分析を行うことができる。第
２図はシリコン基体の非常に浅い領域にガリウムが高濃
度に導入されている状態を示す。なおガリウムを半導体
基体に導入するためにはトリメチルガリウムに代えてト
リエチルガリウムを用いても第２図と同様な結果が得ら
れる。
シリコン基体中にアルミニウムを導入するためには有機
金属化合物としてトリメチルアルミニウム〔八／（ＣＬ
）、）やトリエチルアルミニウム（Ｃ２ｕｓ）＊］を用
いることができる。この場合有機金属化合物以外は前記
ガリウムの場合と同様でよい。第３図にそのプロファイ
ル線図を示す。
金属化合物としてトリメチルアルミニウム〔八／（ＣＬ
）、）やトリエチルアルミニウム（Ｃ２ｕｓ）＊］を用
いることができる。この場合有機金属化合物以外は前記
ガリウムの場合と同様でよい。第３図にそのプロファイ
ル線図を示す。
この発明によれば密閉容器内に平行平板電極対を備える
とともにその少なくとも一方の電極に半導体基体を載置
し、この半導体基体の温度を４００℃以下の所定温度に
保持し、前記半導体基体に導入するべき不純物元素を含
む有機金属化合物からなるドーピングガスを稀釈して調
製したふんい気ガスを所定の圧力で密閉容器内に満たし
、前記平行平板電極対に直流電圧を印加してグロー放電
により前記ふんい気ガス内にプラズマを発生させるので
、半導体基体の浅い領域に半導体で必要とされる任意の
不純物元素を高濃度で導入することが可能となる。
とともにその少なくとも一方の電極に半導体基体を載置
し、この半導体基体の温度を４００℃以下の所定温度に
保持し、前記半導体基体に導入するべき不純物元素を含
む有機金属化合物からなるドーピングガスを稀釈して調
製したふんい気ガスを所定の圧力で密閉容器内に満たし
、前記平行平板電極対に直流電圧を印加してグロー放電
により前記ふんい気ガス内にプラズマを発生させるので
、半導体基体の浅い領域に半導体で必要とされる任意の
不純物元素を高濃度で導入することが可能となる。
第１図はこの発明の実施例に係るプラズマドーピング装
置の構成図、第２図はこの発明の実施例に係るガリウム
の濃度分布を示すプロファイル線図、第３図はこの発明
の実施例に係るアルミニウムの濃度分布を示すプロファ
イル線図である。 ｌ 密閉容器、２ 平行平板電極対、２Ａ、２Ｂ 電極
、３ 半導体基体、４ 真空排気系、５有機金属化合物
、７ 稀釈用ガス、９ 直流電源、１０ ヒータ電源
、１１ 真空バルブ、１２ 真空計。 第１図
置の構成図、第２図はこの発明の実施例に係るガリウム
の濃度分布を示すプロファイル線図、第３図はこの発明
の実施例に係るアルミニウムの濃度分布を示すプロファ
イル線図である。 ｌ 密閉容器、２ 平行平板電極対、２Ａ、２Ｂ 電極
、３ 半導体基体、４ 真空排気系、５有機金属化合物
、７ 稀釈用ガス、９ 直流電源、１０ ヒータ電源
、１１ 真空バルブ、１２ 真空計。 第１図
Claims (1)
- １）密閉容器内に平行平板電極対を備えるとともにその
少なくとも一方の電極に半導体基体を載置し、この半導
体基体の温度を４００℃以下の所定温度に保持し、前記
半導体基体に導入するべき不純物元素を含む有機金属化
合物からなるドーピングガスを稀釈して調製したふんい
気ガスを所定の圧力で密閉容器内に満たし、前記平行平
板電極対に直流電圧を印加してグロー放電により前記ふ
んい気ガス内にプラズマを発生させることを特徴とする
半導体基体への不純物導入方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1836188A JPH01194320A (ja) | 1988-01-28 | 1988-01-28 | 半導体基体への不純物導入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1836188A JPH01194320A (ja) | 1988-01-28 | 1988-01-28 | 半導体基体への不純物導入方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01194320A true JPH01194320A (ja) | 1989-08-04 |
Family
ID=11969555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1836188A Pending JPH01194320A (ja) | 1988-01-28 | 1988-01-28 | 半導体基体への不純物導入方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01194320A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0661161A (ja) * | 1992-08-11 | 1994-03-04 | Oki Electric Ind Co Ltd | 不純物層の形成方法 |
| JP2002217312A (ja) * | 2000-12-12 | 2002-08-02 | Samsung Electronics Co Ltd | Ｍｏｓトランジスタのゲルマニウムがドーピングされたポリシリコンゲートの形成方法及びこれを利用したｃｍｏｓトランジスタの形成方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59218727A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-10 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 半導体基体への不純物導入方法 |
-
1988
- 1988-01-28 JP JP1836188A patent/JPH01194320A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59218727A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-10 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 半導体基体への不純物導入方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0661161A (ja) * | 1992-08-11 | 1994-03-04 | Oki Electric Ind Co Ltd | 不純物層の形成方法 |
| JP2795781B2 (ja) * | 1992-08-11 | 1998-09-10 | 沖電気工業株式会社 | 不純物層の形成方法 |
| JP2002217312A (ja) * | 2000-12-12 | 2002-08-02 | Samsung Electronics Co Ltd | Ｍｏｓトランジスタのゲルマニウムがドーピングされたポリシリコンゲートの形成方法及びこれを利用したｃｍｏｓトランジスタの形成方法 |
| JP4633310B2 (ja) * | 2000-12-12 | 2011-02-16 | 三星電子株式会社 | Ｍｏｓトランジスタのゲルマニウムがドーピングされたポリシリコンゲートの形成方法及びこれを利用したｃｍｏｓトランジスタの形成方法 |
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