JPH01243358A

JPH01243358A - 不純物のイオンドーピング方法

Info

Publication number: JPH01243358A
Application number: JP63072467A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhisa Yoshida; 哲久吉田; Kentaro Setsune; 瀬恒　謙太郎; Takashi Hirao; 孝平尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1989-09-28

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。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、半導体工業における半導体°素子製造等に用
いる不純物のドーピングに間するものであり、特に質量
分離を行わないイオン打ち込みによる不純物のイオンド
ーピングに間するものである。

従来の技術半導体薄膜等に不純物をイオンの形で質量分離せずに注
入してドーピングを行う方法としては、装置として平行
平板の高周波グロー放電プラズマＣＶＤ装置を用い、不
純物を含む気体を放電させ、生じたイオンを直流電圧を
印加した基板台上に設けた試料に注入する方法（第７図
）、高周波及び磁場の印加により不純物を含む気体を放
電させ、生じたイオンを加速し、基板台上に設けた試料
に注入する方法（第８図）等があった。

以上のようなイオンの質量分離を行わずにドーピングを
行う方法は、簡易な装置で実施することが可能であると
いう利点がある。しかし不純物元素を含む気体（ドーピ
ングガス）のみを放電分解させた場合、不純物元素を含
んだイオンや中性ラジカルが多量に生じ、それらが質量
分離されずに試料に到達するため、試料表面に不純物の
堆積層が生成したり、浅い位置に濃度の高い不純物ドー
ピング層が短い時間で形成されたりする。このようにド
ーピングガスのみを用いて、低濃度の制御性のよい不純
物のイオンドーピングを行うことは困難である。そのた
め、通常水素（Ｈ２）やヘリウム（Ｈｅ）などの、分子
量の小さい気体によって先のドーピングガスを希釈し、
この混合ガスを放電させることが行われている。

第７図において、７０１は真空槽、７０２はガス導入管
、７０３はガス排出管、７０４は高周波電極、７０５は
基板台となる電極、７０６は試料、７０７は直流電源、
７０８は水素ガスボンベ、７０９はドーピングガスボン
ベであり、第８図において、８０１は放電室、８０２は
ガス導入管、８０３はガス排出管、８０４は高周波電極
、８０５は電磁石、８０６はプラズマ、８０７はイオン
、８０８は基板台、８０９は試料、８１０は直流電極、
８１１は水素ガスボンベ、８１２はドーピングガスボン
ベである。

発明が解決しようとする課閏従来の、イオンの質量分離を用いない不純物のイオンド
ーピング方法において、水素（Ｈ２）やヘリウム（Ｈｅ
）などの、分子量の小さい気体によってドーピングガス
を希釈した混合ガスを放電させる方法では、試料中の不
純物及び希釈ガスの構成元素の深さ方向分布が、第５図
に示すようになる。この現象は、イオンの試料入射面と
垂直方向の注入深さの平均値（投影飛程）が、同じ運動
エネルギーを持つイオンの場合、質屋の小さいイオンは
ど理論的に大きくなること［例えば、伊藤糾次ほか：　
［イオンφインプランテーション　−理論と応用−」　
（昭晃堂、１９７６）　ｐｐ、　２５−６６］からも明
らかである。第９図は、水素希釈のホスフィン（ＰＨ３
）を用いたイオンドーピングをシリコン基板に対して行
った場合の、リン（Ｐ）及び水素（Ｈ）の深さ方向の分
布であり、第９図に於て、実線が不純物（Ｐ）、点線が
希釈ガスの構成元素（Ｈ）である。このため、イオンの
打ち込みによフて欠陥が多く発生する箇所は、第１θ図
に示すように、打ち込んだ不純物によって形成される接
合部に重なり、良好な接合形成が困難であるという問題
点があった。

第１０図は、従来の不純物のイオンドーピング方法によ
って、イオンの照射を行った試料の断面模式図であり、
第１θ図において、１００１はシリコン基板、１００２
は不純物ドーピング層（ｎ型）、１００３は接合部、１
００４はダメージ層である。

課題を解決するための手段以上の問題点を解決するために本発明に係る不純物のイ
オンドーピング方法は、ドーピングを行う不純物元素を
含む第１の気体と、希釈用の第２の気体を放電させ、生
じたイオンを、質量分離を行わずに試料へ照射し、前記
不純物元素−ピングする方法において、前記第２の気体
の放電により生じるイオンの質量が、前記第１の気体の
放電により生じる不純物元素を含んだイオンの質量より
も大きいという手段を用いる。

すなわち本発明は、ドーピングを行う不純物元素を含む
ドーピングガスと、このドーピングガス以外の希釈用の
気体を放電分解させ、生じたイオンを質量分離せずに試
料へ打ち込む場合に、ドーピングガスが放電分解して生
じた不純物元素を含んだイオンの質量が、ドーピングガ
ス以外の希釈用の気体が放電分解して生じたイオンの質
量よりも、大きくなるようにするという手段を用いる。

作用ドーピングガスが放電分解して生じた不純物元素を含ん
だイオンの質量が、ドーピングガス以外の希釈用の気体
が放電分解して生じたイオンの質量よりも、大きくなる
ようにすることから、同じ加速エネルギーをイオンに与
えてイオンの照射を行う場合、第２図のように不純物を
含廿イオンの試料中の投影飛程が、希釈ガスの構成元素
を含むイオンの投影飛程よりも大きくなる。このことか
ら、第３図に示すようにイオンの打ち込みによって欠陥
が多く発生する箇所が、接合形成部よりも浅い位置にな
るため、欠陥が少なく、良好な電気特性を有する接合部
を形成することが可能となる。

実施例本発明に関して図面を用いてさらにくわしく説明する。

第１図は本発明にかかる不純物のイオンドーピングの第
１実施例を行うプラズマ処理装置の概略構成図である。

放電室１０１ヘガス導入管１０２から導入される、ガス
ボンベ１１２のジボラン（Ｂ２Ｈ６：分子量２７．６６
７４）　、　　シラン（ＳｉＨａ：分子量３２．１１６
６）　、ホスフィン（ＰＨ３：分子量３３．９９７５）
、三弗化はう素（ＢＦ３：分子量６７．８０５２）　、
　　アルシン（ＡＳＨ３：分子量７７．９４５３）等の
ドーピングガスと、ガスボンベ１１１の窒素（Ｎ２二分
子量２８．０１３４）　、　　アルゴン（Ａｒ：分子１
ｉ３９．９４）　、　　クリプトン（Ｋｒ：分子量８３
．８０）　、　　キセノン（Ｘｅ：分子量１３１．３０
）等の、ドーピングガスよりも分子量の大きい希釈ガス
との混合ガスを、高周波電極１０４によって供給する高
周波電力、及び電磁石ｌＯ５によって供給される磁場を
用いて放電分解し、生じたプラズマ１０６中のイオン１
０７を、電極１１０に印加される直流電圧によって加速
し、試料室１１３内の基板台１０８上の試料１０９に注
入・ドーピングを行うものである。

第２図は、本発明に係る不純物のイオンドーピング方法
によって、イオンの照射を行った試料中の不純物及び希
釈ガスの構成元素の深さ方向分布である。アルゴン希釈
のホスフィン（ＰＨ３）を用いたイオンドーピングをシ
リコン基板に対して行った場合の、リン（Ｐ）及びアル
ゴン（Ａｒ）の深さ方向の分布を表しており、第２図に
於て、実線が不純物（Ｐ）、点線が希釈ガスの構成元素
（Ａｒ）である。このため、イオンの打ち込みによって
欠陥が多く発生する箇所は、゛第３図に示すように、打
ち込んだ不純物によって形成される接合部よりも浅い位
置となる。

第３図は、本発明に係る不純物のイオンドーピング方法
によって１、不純物ドーピング層を形成した試料の断面
模式図である。アルゴン希釈のホスフィンを用いたイオ
ンドーピングをシリコン基板３０１に対して行い、不純
物ドーピングＮ（ｎ型）３０２を形成した。このとき第
４図に示すように、イオンの打ち込み、特に希釈ガスの
放電分解によって生じたイオンの打ち込みによって欠陥
が多く発生する箇所３０４は、打ち込んだ不純物によっ
て形成される接合部３０３に重ならない。そのため良好
な特性を有する接合が形成されている。

第４図の実線は、第１図の装置により本発明にかかる不
純物のイオンドーピングを行い、作成したシリコンのダ
イオードの電流−電圧特性を示している。試料としては
、ｐ型シリコン基板を用いた。放電分解させる気体とし
て、ホスフィンとアルゴンの混合ガスを用い、電極７に
印加する直流電圧は６０００Ｖとし、先の試料に対し、
リン（Ｐ）のドーピングによるｎ″″層の形成を行フて
、ｐ−ｎ接合を形成した。このときのダイオード値は１
、　２以下であり、接合部における再結合電流の少ない
良好な接合特性が得られた。

これに対し第４図の点線は、同じ試料に対し従来例の不
純物のイオンドーピングを行い、作成したシリコンのダ
イオードの電流−電圧特性を示している。放電分解させ
る気体としてホスフィンと水素の混合ガスを用い、電極
７に印加する直流電圧は６０００Ｖとしている。このと
きのダイオード値は１．　６以上であり、接合部におけ
る再結合電流が多い接合特性となっている。

第５図は、本発明にかかる不純物のイオンドーピングの
第２実施例を行うプラズマ処理装置の概略構成図である
。真空槽５０１に設けられたイオン［５０２−ａ、５０
２−ｂ、５０２−ｃは、そレソレ独立ナカス導入［５０
３−ａ、　　５０３−　ｂ。

５０３−ｃにより、ガスボンベ５０４−ａ、　　５０４
−ｂ、５０４−ｃからガスを供給される。ここで、ガス
ボンベ５０４−ａは、ホスフィンなどのドーピングガス
、ガスボンベ５０４−ｂは、窒素。

水素、ヘリウム、アルゴン等の希釈ガス、５０４−Ｃは
、ジボラン等のドーピングガスである。イオン［５０２
−ａ、５０２−ｂ、５０２−ｃで発生したイオンは、そ
れぞれ独立に直流電源５０５−ａ、　　５０５−　ｂ、
　　５０５−　ｃから印加される直流電圧によって加速
し、真空槽５０１内の基板台５０５上の試料５０６に照
射し、ドーピングを行う。このとき、イオン源５０２−
ａでドーピングガスの放電により生じる、不純物を含ん
だイオン５０７の試料５０６中での投影飛程が、イオン
源５０２−ｂで希釈ガスの放電により生じるイオン５０
７の試料５０６中での投影飛程よりも長くなるように、
それぞれのイオン源の加速電圧を設定する。この装置で
イオンドーピングを行う場合、希釈ガスとして、ドーピ
ングガスよりも分子量の小さいガスを用いることが可能
である。第２図の装置構成によって不純物のドーピング
層の形成を行った場合、第１実施例と同様に、欠陥の少
ない良好な接合部が得られる。

第６図は、本発明に係る不純物のイオンドーピング方法
の第３実施例によって１、不純物ドーピング層を形成し
た試料の断面模式図である。窒素希釈のホスフィンを用
いたイオンドーピングをシリコン基板６０１に対して行
い、不純物ドーピング層（ｎ型）６０２を形成した。照
射するイオンのエネルギーが１０ｋｅＶ以下の場合、第
４図に示すように、イオンの打ち込み、特に窒素ガスの
放電分解によって生じたイオンの打ち込みによって欠陥
が多く発生する箇所６０４は、打ち込んだ不純物によっ
て形成される接合部６０３よりも浅い。そのため良好な
特性を有する接合が形成されている。

発明の効果本発明により得られる効果は、以下のようにまとめられ
る。実施例からも明らかなように、質量分離を行わない
不純物のイオンドーピングにおいて、イオンの打ち込み
、特に希釈ガスの放電分解によって生じたイオンの打ち
込みによって欠陥が多く発生する箇所が、接合形成部よ
りも浅い位置になるため、欠陥が少なく、良好な電気特
性を有する接合部を形成することが可能となる。

以上の効果は、希釈用の第２の気体を不活性ガスとし、
不活性ガスの分子量が第１の気体の分子量よりも大きい
こと、希釈用の第２の気体を窒素ガスとし、第１の気体
をＰ　Ｈ３、Ｂ２Ｈ８，Ｓ　ｉ　Ｈａとし、照射するイ
オンの運動エネルギーを１０ｋｅＶ以下とすること、ド
ーピングを行う不純物元素を含む第１の気体と希釈用の
第２の気体とを、それぞれ別の放電室で放電分解するこ
と、第１の気体の放電により生ずる不純物元素を含んだ
イオンと、第２の気体の放電により生ずるイオンを、そ
れぞれ独立に加速あるいは減速させること、第１の気体
の放電により生ずる不純物元素を含んだイオンのイオン
価数を、第２の気体の放電により生ずるイオンのイオン
価数よりも大きくさせること、試料に不純物のドーピン
グを行った後に試料の不純物ドーピング層の一部を除去
すること、イオンの照射中に試料を加熱することを行っ
ても同様に得られる。

質量分離を行わないイオン打ち込みは、簡易な装置で実
行可能であり、その方式を用いつつ、簡易な方法で特性
の優れた接合の形成が行えるという点で、有用性が高い
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる不純物のイオンドーピングの第
１実施例を行うプラズマ処理装置の概略構成図、第２図
は本発明に係る不純物のイオンドーピング方法の第１実
施例によってイオンの照射を行った試料の不純物及び希
釈ガスの構成元素の深さ方向分布目、第３図は本発明に
係る不純物のイオンドーピング方法の第１実施例によっ
てイオンの照射を行った試料の断面模式図、第４図は本
発明及び従来例の不純物のイオンドーピングを行って作
成したシリコンのダイオードの電流−電圧特性い、第５
図は本発明にかかる不純物のイオンドーピングの第２実
施例を行うプラズマ処理装置の概略構成図、第６図は本
発明に係る不純物のイオンドーピング方法の第３実施例
によってイオンの照射を行った試料の断面模式図、第７
図はドーピングガスと分子量の小さい希釈ガスを平行平
板の高周波グロー放電プラズマＣＶＤ装置を用いた不純
物のイオンドーピング方法の概略構成図、第８図は高周
波及び磁場の印加によりドーピングガスと分子量の小さ
い希釈ガスを放電させる装置を用いた不純物のイオンド
ーピング方法の概略構成図、第９図は従来の不純物のイ
オンドーピング方法によってイオンの照射を行った試料
中の不純物及び希釈ガスの構成元素の深さ方向分布目、
第１０図は従来の不純物のイオンドーピング方法によっ
てイオンの照射を行った試料の断面模式図である。１０１・・・放電室、１０２・・・ガス導入管、１０３
・・・ガス排出管、１０４・・・高周波電極、１０５・
・・電磁石、１０６・・・プラズマ、１０７・・・イオ
ン、１０Ｂ・・・基板台、１０９・・・試料、１１０・
・・電極、１１１・・・分子量の大きい希釈ガスのガス
ボンベ、１１２・・・ドーピングのガスのガスボンベ、
１１３・・・試料室、４０１・・・シリコン基板、４０
２・・・不純物ドーピングＮｕｎ型）、４０３・・・接
合部、４０４・・φダメージ層、５０１−Φ・真空槽、
５０２−ａ・・・イオン源、５０２−ｂ・・・イオン源
、５０２−Ｃ””イオン源、５０３−ａ、５０３−ｂ、
５０３−Ｃ・・・ガス導入管、５０４−ａ・・・ドーピ
ングガスのガスボンベ、５０４−ｂ・・・希釈ガスのガ
スボンベ、５０４−ｃ・・・ドーピングガスのガスボン
ベ、５０５−　ａ、　　５０５−　ｂ、　　５０５−　
ｃ　−拳φ直流電源、５０５・・・基板台、５０６・・
・試料、５０７・・・ガス排出管。代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図雷２図深：　〔荘１目屋〕第３図第４図電　及第５図第６図第　７　図第　８　図第９図ｊで　ゴ　　〔イ壬を一トｊ盛　〕第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ドーピングを行う不純物元素を含む第１の気体と
、希釈用の第２の気体を放電させ、生じたイオンを、質
量分離を行わずに試料へ照射し、前記不純物元素をドー
ピングする方法において、前記第２の気体の放電により
生じるイオンの質量が、前記第１の気体の放電により生
じる不純物元素を含んだイオンの質量よりも大きいこと
を特徴とする不純物のイオンドーピング方法。
（２）希釈用の第２の気体を不活性ガスとし、前記不活
性ガスの分子量が、前記第１の気体の分子量よりも大き
いことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の不純物
のイオンドーピング方法。
（３）ドーピングを行う不純物元素を含む第１の気体と
、希釈用の第２の気体を放電させ、生じたイオンを、質
量分離を行わずに試料へ照射し、前記不純物元素をドー
ピングする方法において、前記希釈用の第２の気体を窒
素ガスとし、前記第１の気体をＰＨ＿３、Ｂ＿２Ｈ＿６
、ＳｉＨ＿４とし、照射するイオンの運動エネルギーを
１０ｋｅＶ以下とすることを特徴とする不純物のイオン
ドーピング方法。
（４）ドーピングを行う不純物元素を含む第１の気体と
、希釈用の第２の気体を放電させ、生じたイオンを、質
量分離を行わずに試料へ照射し、前記不純物をドーピン
グする方法において、前記ドーピングを行う不純物元素
を含む第１の気体と、前記希釈用の第２の気体とを、そ
れぞれ別の放電室で放電分解することを特徴とする不純
物のイオンドーピング方法。
（５）第１の気体の放電により生ずる不純物元素を含ん
だイオンと、前記第２の気体の放電により生ずるイオン
を、それぞれ独立に加速あるいは減速させることを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載の不純物のイオンドー
ピング方法。
（６）ドーピングを行う不純物元素を含む第１の気体と
、希釈用の第２の気体を放電させ、生じたイオンを、質
量分離を行わずに試料へ照射し、前記不純物をドーピン
グする方法において、前記第１の気体の放電により生ず
る不純物元素を含んだイオンのイオン価数を、前記第２
の気体の放電により生ずるイオンのイオン価数よりも大
きくさせることを特徴とする不純物のイオンドーピング
方法。
（７）試料に不純物のドーピングを行った後に、前記試
料の不純物ドーピング層の一部を除去することを特徴と
する特許請求の範囲第１項または第３項または第４項ま
たは第６項記載の不純物のイオンドーピング方法。
（８）イオンの照射中に、前記試料を加熱することを特
徴とする特許請求の範囲第１項または第３項または第４
項または第６項記載の不純物のイオンドーピング方法。