JPH03178126A - 不純物ドーピング装置 - Google Patents
不純物ドーピング装置Info
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- JPH03178126A JPH03178126A JP1318555A JP31855589A JPH03178126A JP H03178126 A JPH03178126 A JP H03178126A JP 1318555 A JP1318555 A JP 1318555A JP 31855589 A JP31855589 A JP 31855589A JP H03178126 A JPH03178126 A JP H03178126A
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
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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、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。不純物ドーピング装置に関する。
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。不純物ドーピング装置に関する。
不純物ドーピング装置を代表する物としては、従来より
イオン注入装置が知られている。イオン注入装置は、イ
オンソースと、質量分離器と加速管から構成されている
。イオン注入を行う番こは、イオンソースで不純物原子
をイオン化し、次に質量分離器で目的とする不純物イオ
ンを分離し、更に加速管を用いて所定のエネルギーに加
速し、半導体基板の表面に不純物を打ち込む。このイオ
ン注入装置は、不純物導入量を正確に制御できる事、あ
るいは絶縁膜を介して不純物ドーピングを容易に行う事
ができる等の利点を有していた。このため、イオン注入
装置は従来の半導体プロセスにおいて広く利用されてい
る。
イオン注入装置が知られている。イオン注入装置は、イ
オンソースと、質量分離器と加速管から構成されている
。イオン注入を行う番こは、イオンソースで不純物原子
をイオン化し、次に質量分離器で目的とする不純物イオ
ンを分離し、更に加速管を用いて所定のエネルギーに加
速し、半導体基板の表面に不純物を打ち込む。このイオ
ン注入装置は、不純物導入量を正確に制御できる事、あ
るいは絶縁膜を介して不純物ドーピングを容易に行う事
ができる等の利点を有していた。このため、イオン注入
装置は従来の半導体プロセスにおいて広く利用されてい
る。
しかしながらイオン注入装置は、従来より以下のような
問題点を有していた。すなわちイオン注入装置は不純物
イオンを加速して不純物の導入を行うので、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損傷を与え
てしまう。
問題点を有していた。すなわちイオン注入装置は不純物
イオンを加速して不純物の導入を行うので、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損傷を与え
てしまう。
また、イオン注入装置によって加速された不純物イオン
は、その加速エネルギーで決まる分散を有する正規分布
状に分布するため、半導体基板に注入された不純物原子
の濃度プロファイルが広がりを有し、浅い不純物層を形
成することや深い部分に急峻な濃度プロファイルを形成
する事が困難である。さらに、イオン注入装置は、不純
物イオンを直線的に加速する為、不純物イオンの導入に
方向依存性があり、チャネリングを防止するために斜め
イオン注入を行う場合、シャドウ効果により、素子の特
性に非対称性を生しる。
は、その加速エネルギーで決まる分散を有する正規分布
状に分布するため、半導体基板に注入された不純物原子
の濃度プロファイルが広がりを有し、浅い不純物層を形
成することや深い部分に急峻な濃度プロファイルを形成
する事が困難である。さらに、イオン注入装置は、不純
物イオンを直線的に加速する為、不純物イオンの導入に
方向依存性があり、チャネリングを防止するために斜め
イオン注入を行う場合、シャドウ効果により、素子の特
性に非対称性を生しる。
上述した従来のイオン注入装置の問題点に鑑み、本発明
は、半導体基板の表面に対して損傷を与える事なく不純
物を導入でき、導入された不純物の濃度プロファイルを
急峻にでき、さらに不純物の導入方向依存性のない不純
物ドーピング装置を提供する事を目的とする。
は、半導体基板の表面に対して損傷を与える事なく不純
物を導入でき、導入された不純物の濃度プロファイルを
急峻にでき、さらに不純物の導入方向依存性のない不純
物ドーピング装置を提供する事を目的とする。
この目的を達成するために、本発明にかかる不純物ドー
ピング装置は、半導体基板を収容するための真空チャン
バと、真空チャンバに収容された半導体基板を加熱する
ための加熱系と、所定のガスを真空チャンバに導入する
ためのガス供給源と、真空チャンバとガス供給源の間に
配置され導入されるガスの種類及び量を調節する調節バ
ルブ等を有している。さらに与えられた一連の手順に従
って加熱系及び調節バルブを制御するための制御処理部
を備えている。この制御処理部は、第１手順において半
導体基板を所定の温度で所定時間加熱する制御を行い、
半導体基板表面の活性化処理を実行する。第２手順にお
いて半導体基板を加熱した状態で真空チャンバ内に不純
物成分を有するガスを選択的に所定量導入する制御を行
い、半導体基板表面に不純物吸着膜を堆積する吸着処理
を実行する。さらに第３手順において半導体基板を所定
の温度で所定時間加熱する制御を行い、不純物の半導体
基板に対する加熱処理を実行する。
ピング装置は、半導体基板を収容するための真空チャン
バと、真空チャンバに収容された半導体基板を加熱する
ための加熱系と、所定のガスを真空チャンバに導入する
ためのガス供給源と、真空チャンバとガス供給源の間に
配置され導入されるガスの種類及び量を調節する調節バ
ルブ等を有している。さらに与えられた一連の手順に従
って加熱系及び調節バルブを制御するための制御処理部
を備えている。この制御処理部は、第１手順において半
導体基板を所定の温度で所定時間加熱する制御を行い、
半導体基板表面の活性化処理を実行する。第２手順にお
いて半導体基板を加熱した状態で真空チャンバ内に不純
物成分を有するガスを選択的に所定量導入する制御を行
い、半導体基板表面に不純物吸着膜を堆積する吸着処理
を実行する。さらに第３手順において半導体基板を所定
の温度で所定時間加熱する制御を行い、不純物の半導体
基板に対する加熱処理を実行する。
好ましくは、該制御処理部は第１手順において調節バル
ブを制御し、真空チャンバに対して活性化処理を促進す
るためのガスの導入を制御し実行する回路を有している
。
ブを制御し、真空チャンバに対して活性化処理を促進す
るためのガスの導入を制御し実行する回路を有している
。
好ましくは該ガス供給源は、活性化処理促進のためのガ
スとして水素ガスを貯蔵し、不純物成分を有するガスと
してジボランガスを貯蔵している。
スとして水素ガスを貯蔵し、不純物成分を有するガスと
してジボランガスを貯蔵している。
好ましくは該真空チャンバは石英から構成されている。
さらに好ましくは本発明にかかる不純物ドーピング装置
は、真空チャンバを排気するための排気系と排気成分の
分析を行う分析系を含んでおり、該制御処理部は第１手
順において分析結果に基づいて活性化処理の終了を検出
する回路を備えている。この分析系は、例えば活性化処
理においてシリコン半導体基板から揮発するＳｉ○の変
化量を分析する。四重極質量分析計から構成されている
。
は、真空チャンバを排気するための排気系と排気成分の
分析を行う分析系を含んでおり、該制御処理部は第１手
順において分析結果に基づいて活性化処理の終了を検出
する回路を備えている。この分析系は、例えば活性化処
理においてシリコン半導体基板から揮発するＳｉ○の変
化量を分析する。四重極質量分析計から構成されている
。
本発明にかかる不純物ドーピング装置は、不純物原子の
半導体表面への化学吸着に基づいた不純物導入を行う。
半導体表面への化学吸着に基づいた不純物導入を行う。
不純物ドーピング装置は、基板温度及び不純物元素を含
むガスの導入量を調節することにより、吸着不純物量を
制御し、導入する不純物量を正確に調節できる。このた
め半導体基板表面からバルクへの均一かつ−様な不純物
拡散を実行することができる。しかも半導体基板表面に
対して損傷を与えることなく不純物のドーピングを行う
ことができる。さらに不純物ドーピング装置は半導体基
板表面に不純物源である不純物吸着層を堆積するため、
浅い接合を形成することができる。
むガスの導入量を調節することにより、吸着不純物量を
制御し、導入する不純物量を正確に調節できる。このた
め半導体基板表面からバルクへの均一かつ−様な不純物
拡散を実行することができる。しかも半導体基板表面に
対して損傷を与えることなく不純物のドーピングを行う
ことができる。さらに不純物ドーピング装置は半導体基
板表面に不純物源である不純物吸着層を堆積するため、
浅い接合を形成することができる。
以下本発明にかかる不純物ドーピング装置を図面に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
第１図は本発明にかかる不純物ドーピング装置の実施例
を示すブロック図である。不純物ドーピング装置は石英
性の真空チャンバ１を有する。この真空チャンバ１は不
純物のドーピングを行うべき半導体基板２を収容するた
めのものである。真空チャンバ１の周囲には加熱系３が
配置されている。加熱系３は赤外線ランプ加熱方式ある
いは抵抗加熱方式２より半導体基板２を加熱するための
ものである。この加熱系３を制御することにより、基板
２の温度を調節することができる。真空チャンバ１には
、ゲートバルブ４を介して高真空排気系５が接続されて
いる。高真空排気系５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ており、真空チャン
バｌの内部を高真空に排気することができる。また真空
チャンバｌの内部の真空度は圧力計５により常時モニタ
リングされている。
を示すブロック図である。不純物ドーピング装置は石英
性の真空チャンバ１を有する。この真空チャンバ１は不
純物のドーピングを行うべき半導体基板２を収容するた
めのものである。真空チャンバ１の周囲には加熱系３が
配置されている。加熱系３は赤外線ランプ加熱方式ある
いは抵抗加熱方式２より半導体基板２を加熱するための
ものである。この加熱系３を制御することにより、基板
２の温度を調節することができる。真空チャンバ１には
、ゲートバルブ４を介して高真空排気系５が接続されて
いる。高真空排気系５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ており、真空チャン
バｌの内部を高真空に排気することができる。また真空
チャンバｌの内部の真空度は圧力計５により常時モニタ
リングされている。
不純物ドーピング装置はさらに基板１の搬送を行う搬送
機構７を備えている。半導体基板ｌの搬送は、真空チャ
ンバ１に対してゲートバルブ８を介して接続されたロー
ド室９と真空チャンバ１との間で、ゲートバルブ８を開
いた状態で搬送機構７を用いて行われる。なお、ロード
室９は、基板２のロード室９への出し入れ時と搬送時を
除いて、通常はゲートバルブ１０を開いた状態でロード
室排気系１１により高真空排気されている。
機構７を備えている。半導体基板ｌの搬送は、真空チャ
ンバ１に対してゲートバルブ８を介して接続されたロー
ド室９と真空チャンバ１との間で、ゲートバルブ８を開
いた状態で搬送機構７を用いて行われる。なお、ロード
室９は、基板２のロード室９への出し入れ時と搬送時を
除いて、通常はゲートバルブ１０を開いた状態でロード
室排気系１１により高真空排気されている。
真空チャンバ１には、ガス調節バルブ１２を介してガス
供給源１３が接続されている。ガス供給源１３は、不純
物ドーピング処理を行うのに必要な複数の原料ガスを貯
蔵するガスボンベを備えている。
供給源１３が接続されている。ガス供給源１３は、不純
物ドーピング処理を行うのに必要な複数の原料ガスを貯
蔵するガスボンベを備えている。
ガス供給源１３から真空チャンバ１へ導入されるガスの
種類、導入量、導入時間等は、ガス調節バルブ１２を制
御することによりコントロールすることができる。ガス
供給源１３は、例えば基板表面の活性化処理促進のため
のガスとして水素ガスを貯蔵し、不純物成分を有する原
料ガスとしてジボランガスを貯蔵している。
種類、導入量、導入時間等は、ガス調節バルブ１２を制
御することによりコントロールすることができる。ガス
供給源１３は、例えば基板表面の活性化処理促進のため
のガスとして水素ガスを貯蔵し、不純物成分を有する原
料ガスとしてジボランガスを貯蔵している。
真空チャンバｌと高真空排気系５の間には、排気成分の
分析を行うための分析計１４が配置されている。この分
析計１４は例えば四重極質量分析計から構成される。
分析を行うための分析計１４が配置されている。この分
析計１４は例えば四重極質量分析計から構成される。
最後に、ＣＰＵ等から構成される制御処理部１５が、加
熱系３、調節バルブ１２、ゲートバルブ４、及び高真空
排気系５に接続されておりこれらの動作を制御する。ま
た圧力計６及び分析計１４にも接続されており、圧力計
および分析計の検出結果に基づいて、不純物ドーピング
装置の制御処理を行っている。
熱系３、調節バルブ１２、ゲートバルブ４、及び高真空
排気系５に接続されておりこれらの動作を制御する。ま
た圧力計６及び分析計１４にも接続されており、圧力計
および分析計の検出結果に基づいて、不純物ドーピング
装置の制御処理を行っている。
第２図ｆａｔは、本発明にかかる不純物ドーピング装置
を用いて、シリコンからなる半導体基板２に対して不１
＠物ボロンをドーピングする例を示す工程図である。第
２図（ａｌ −（Ａ）に示す工程においてシリコン半導
体基板２の表面活性化処理が行われる。この活性化処理
２は例えば水素ガス（Ｈｚ）が用いられ基板２の表面に
存在する自然酸化膜を還元反応により除去する。なお、
水素ガスを用いなくとも、真空中において基板２を加熱
放置することでも表面活性化処理は可能であるが、水素
ガスを用いることにより効率的である。第２図（ａｌ（
Ｂ）に示す工程において、シリコン半導体基板２を加熱
した状態で真空チャンバ内に不純物成分ボロンを有する
ジポランガス（Ｂ２Ｈ４）１６を導入しシリコン半導体
基板２の活性化表面に不純物吸着ｒＩＩＪ１７を堆積す
る吸着処理を行う、第２図ｆａ＋ −（Ｃ）に示す工程
において、半導体基Ｆｉ２を所定の温度で所定時間加熱
することにより不純物の半導体基板２に対する拡散処理
を実行し、不純物拡散Ｎ１８を形成する。
を用いて、シリコンからなる半導体基板２に対して不１
＠物ボロンをドーピングする例を示す工程図である。第
２図（ａｌ −（Ａ）に示す工程においてシリコン半導
体基板２の表面活性化処理が行われる。この活性化処理
２は例えば水素ガス（Ｈｚ）が用いられ基板２の表面に
存在する自然酸化膜を還元反応により除去する。なお、
水素ガスを用いなくとも、真空中において基板２を加熱
放置することでも表面活性化処理は可能であるが、水素
ガスを用いることにより効率的である。第２図（ａｌ（
Ｂ）に示す工程において、シリコン半導体基板２を加熱
した状態で真空チャンバ内に不純物成分ボロンを有する
ジポランガス（Ｂ２Ｈ４）１６を導入しシリコン半導体
基板２の活性化表面に不純物吸着ｒＩＩＪ１７を堆積す
る吸着処理を行う、第２図ｆａ＋ −（Ｃ）に示す工程
において、半導体基Ｆｉ２を所定の温度で所定時間加熱
することにより不純物の半導体基板２に対する拡散処理
を実行し、不純物拡散Ｎ１８を形成する。
第２図（ｂ）は、本発明にかかる不純物ドーピング装置
を用いて、シリコンからなる半導体基板２に対して不純
物吸着膜と半導体膜との積層構造を形成した後に不純物
拡散層を形成する例を示す工程図である。第２図（ｂｌ
−（Ａ）に示す工程においてシリコン半導体基板２の表
面活性化処理が行われ、第２図（ｂｌ−（Ｂ）に示す工
程において不純物吸着膜１７を堆積する。これらの工程
は、それぞれ第２図（ａｌ −（＾）及び第２図（ａｌ
−（Ｂ）と同しである。次に第２図（４） −（Ｃ）
に示す工程においてシランガス（Ｓ ｉ Ｈｄあるいは
ジクロロシランガス（ＳｉＨＩｃｅりのいずれかと水素
ガス（Ｈりを導入して不純物吸着膜１７の上に半導体膜
１９を設けて積層構造を形成している。最後に必要に応
して第２図（ｂｌ−（Ｄ）に示す工程において半導体基
板２を加熱処理することにより不純物拡散層１９を形成
している。
を用いて、シリコンからなる半導体基板２に対して不純
物吸着膜と半導体膜との積層構造を形成した後に不純物
拡散層を形成する例を示す工程図である。第２図（ｂｌ
−（Ａ）に示す工程においてシリコン半導体基板２の表
面活性化処理が行われ、第２図（ｂｌ−（Ｂ）に示す工
程において不純物吸着膜１７を堆積する。これらの工程
は、それぞれ第２図（ａｌ −（＾）及び第２図（ａｌ
−（Ｂ）と同しである。次に第２図（４） −（Ｃ）
に示す工程においてシランガス（Ｓ ｉ Ｈｄあるいは
ジクロロシランガス（ＳｉＨＩｃｅりのいずれかと水素
ガス（Ｈりを導入して不純物吸着膜１７の上に半導体膜
１９を設けて積層構造を形成している。最後に必要に応
して第２図（ｂｌ−（Ｄ）に示す工程において半導体基
板２を加熱処理することにより不純物拡散層１９を形成
している。
第２図（Ｃ）は、本発明にかかる不純物ドーピング装置
を用いて、ドープされる不純物の活性化を促進するため
にシリコンからなる半導体基板２に対して不純物成分を
含むガスと半導体成分を含むガスを同時に導入すること
により、比抵抗の小さい不純物拡散層を形成する例を示
す工程図である。第２図（Ｃ１−（Ａ）に示す工程にお
いてシリコン半導体基板２の表面活性化処理が行われ、
第２図（Ｃ）−（８）に示す工程において、不純物成分
ボロンを有するジボランガス（Ｂ２Ｈ２）と半導体成分
であるシリコンを含むジクロルシランガス（Ｓ ｉ Ｈ
２Ｃｌ２）を同時に供給することにより、不純物成分と
半導体成分からなる吸着層２１が形成される。このあと
第２図（Ｃ１−（Ｃ）に示す工程において半導体基板２
を加熱処理することにより不純物拡散Ｎ２２を形成して
いる。この方法によって形成された不純物拡散層２２に
おけるボロンは高い活性化率を有し、極めて低抵抗の拡
散層となっている。
を用いて、ドープされる不純物の活性化を促進するため
にシリコンからなる半導体基板２に対して不純物成分を
含むガスと半導体成分を含むガスを同時に導入すること
により、比抵抗の小さい不純物拡散層を形成する例を示
す工程図である。第２図（Ｃ１−（Ａ）に示す工程にお
いてシリコン半導体基板２の表面活性化処理が行われ、
第２図（Ｃ）−（８）に示す工程において、不純物成分
ボロンを有するジボランガス（Ｂ２Ｈ２）と半導体成分
であるシリコンを含むジクロルシランガス（Ｓ ｉ Ｈ
２Ｃｌ２）を同時に供給することにより、不純物成分と
半導体成分からなる吸着層２１が形成される。このあと
第２図（Ｃ１−（Ｃ）に示す工程において半導体基板２
を加熱処理することにより不純物拡散Ｎ２２を形成して
いる。この方法によって形成された不純物拡散層２２に
おけるボロンは高い活性化率を有し、極めて低抵抗の拡
散層となっている。
第３図は、第１図に示す不純物ドーピング装置を用いて
、第２図に示す一連の処理を行う場合に、制御処理部１
５に与えられる一連の手順すなわち不純物ドーピングプ
ロセスシーケンスを表すチャートである。ＣＰＵ等から
なる制御処理部１５はこのプロセスシーケンスあるいは
プログラムに従って不純物ドーピング装置の制御を行い
、不純物ドーピングを実行するものである。第３図に示
すプロセスシーケンスチャートにおいて、横軸は処理時
間を示し、縦軸は基板温度と真空チャンバの内部圧力を
示している。
、第２図に示す一連の処理を行う場合に、制御処理部１
５に与えられる一連の手順すなわち不純物ドーピングプ
ロセスシーケンスを表すチャートである。ＣＰＵ等から
なる制御処理部１５はこのプロセスシーケンスあるいは
プログラムに従って不純物ドーピング装置の制御を行い
、不純物ドーピングを実行するものである。第３図に示
すプロセスシーケンスチャートにおいて、横軸は処理時
間を示し、縦軸は基板温度と真空チャンバの内部圧力を
示している。
以下、第２図ｆ８＋及び第３図を参照して、第１図に示
す本発明にかかる不純物ドーピング装置の動作を詳細に
説明する。まず、シリコン半導体基板２の表面活性化処
理を行うために、シリコン半導体基板２はバンクグラン
ド圧力が１ ｘｉｏ−’ｐ ａ以下の真空チャンバ１の
中央部にセットされる。この状態で、制御処理部１５は
与えられたプロセスシーケンスに従って、加熱系３を制
御し基板温度を例えば８００℃に設定する。基板温度が
上昇しかつ安定化した状態で、ガス調節バルブ１２を制
御し、ガス供給源１３から水素ガスを真空チャンバ２に
導入する。このとき、例えば真空チャンバ内部の圧力が
１ ｘｘｏ−”ｐ ａとなるような条件で水素ガスを一
定時間導入する。このときの真空チャンバ内部圧力は圧
力計６によってモニターされており、そのモニター結果
に基づいて制御処理部１５はガス調節バルブ１２を調節
するのである。このようにしてシリコン半導体基板２の
表面に形威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。すなわちシリコン半導
体基板表面の清浄化が行われる。
す本発明にかかる不純物ドーピング装置の動作を詳細に
説明する。まず、シリコン半導体基板２の表面活性化処
理を行うために、シリコン半導体基板２はバンクグラン
ド圧力が１ ｘｉｏ−’ｐ ａ以下の真空チャンバ１の
中央部にセットされる。この状態で、制御処理部１５は
与えられたプロセスシーケンスに従って、加熱系３を制
御し基板温度を例えば８００℃に設定する。基板温度が
上昇しかつ安定化した状態で、ガス調節バルブ１２を制
御し、ガス供給源１３から水素ガスを真空チャンバ２に
導入する。このとき、例えば真空チャンバ内部の圧力が
１ ｘｘｏ−”ｐ ａとなるような条件で水素ガスを一
定時間導入する。このときの真空チャンバ内部圧力は圧
力計６によってモニターされており、そのモニター結果
に基づいて制御処理部１５はガス調節バルブ１２を調節
するのである。このようにしてシリコン半導体基板２の
表面に形威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。すなわちシリコン半導
体基板表面の清浄化が行われる。
次に制御処理部１５はプロセスシーケンスに従って、不
純物吸着処理を実行する。即ちシリコン表面の清浄化が
完了した後、制御処理部１５はガス調節バルブ１２を制
御して水素ガスの導入を停止するとともに、加熱系３を
制御して基板温度を例えば６００℃に設定する。この設
定温度に到達安定した後、ガス調節バルブ１２を制御し
、シリコン半導体基板２の活性化表面にボロンを含む化
合物ガスであるジボラン１６を、例えば真空チャンバの
圧力が１ ｘｉｏ−”ｐ ａとなるような条件で一定時
間導入する。これにより、ボロンあるいはボロンを含む
化合物の吸着膜１７が形威される。
純物吸着処理を実行する。即ちシリコン表面の清浄化が
完了した後、制御処理部１５はガス調節バルブ１２を制
御して水素ガスの導入を停止するとともに、加熱系３を
制御して基板温度を例えば６００℃に設定する。この設
定温度に到達安定した後、ガス調節バルブ１２を制御し
、シリコン半導体基板２の活性化表面にボロンを含む化
合物ガスであるジボラン１６を、例えば真空チャンバの
圧力が１ ｘｉｏ−”ｐ ａとなるような条件で一定時
間導入する。これにより、ボロンあるいはボロンを含む
化合物の吸着膜１７が形威される。
最後に、プロセスシーケンスに従って、拡散処理が行わ
れる。すなわち、不純物吸着膜１７の堆積が終了した後
、調節バルブ１２を制御してジボランガスの導入を停止
する。そして、高真空排気系５により真空チャンバ１の
内部を高真空に排気する。
れる。すなわち、不純物吸着膜１７の堆積が終了した後
、調節バルブ１２を制御してジボランガスの導入を停止
する。そして、高真空排気系５により真空チャンバ１の
内部を高真空に排気する。
この状態で、加熱系３を制御し、基板温度を例えば９０
０℃に上昇させる。この状態を所定時間保持することに
より、所謂基板のアニールを行い、不純物吸着膜１７を
拡散源とした不純物の固相拡散を行い、シリコン半導体
基板２の表面に不純物拡散層１８を形威する。このとき
同時に不純物原子ボロンの活性化も行われる０本発明に
かかる不純物ドーピング装置を用いれば、ボロンの吸着
量およびアニール条件（基板温度と加熱時間）を制御処
理部１５により制御することにより所望の不純物濃度及
び接合深さを有する不純物拡散層１８を形成することが
できる。ボロンの吸着量は、調節バルブ１２を制御し、
ジボランガスの導入圧力及び導入時間をｍ節することに
より所望の値に設定することができる。
０℃に上昇させる。この状態を所定時間保持することに
より、所謂基板のアニールを行い、不純物吸着膜１７を
拡散源とした不純物の固相拡散を行い、シリコン半導体
基板２の表面に不純物拡散層１８を形威する。このとき
同時に不純物原子ボロンの活性化も行われる０本発明に
かかる不純物ドーピング装置を用いれば、ボロンの吸着
量およびアニール条件（基板温度と加熱時間）を制御処
理部１５により制御することにより所望の不純物濃度及
び接合深さを有する不純物拡散層１８を形成することが
できる。ボロンの吸着量は、調節バルブ１２を制御し、
ジボランガスの導入圧力及び導入時間をｍ節することに
より所望の値に設定することができる。
本発明にかかる不純物ドーピング装置においては、活性
化処理の完了時点を検出するために分析計１４が用いら
れている。分析計１４は例えば四重極質量分析計から構
成されており、シリコン半導体基板２の表面活性化が進
行している状態で、真空チャンバ１から排気されるガス
に含まれるＳｉＯあるいはＨｔＯの量的変化をモニター
している。
化処理の完了時点を検出するために分析計１４が用いら
れている。分析計１４は例えば四重極質量分析計から構
成されており、シリコン半導体基板２の表面活性化が進
行している状態で、真空チャンバ１から排気されるガス
に含まれるＳｉＯあるいはＨｔＯの量的変化をモニター
している。
第４図は、排気成分Ｓｉ○の量的変化に対応する四重極
質量分析計のイオン電流経時変化を示すグラフである。
質量分析計のイオン電流経時変化を示すグラフである。
図示するように、シリコン半導体基板１の表面に存在す
る自然酸化膜の除去が進行するに従って、シリコン基板
表面から揮発するＳｉＯの量が上昇する。そして、自然
酸化膜が完全に除去された時点で、ＳｉＯの量は急激に
減少し、バックグランドレベルに至る。制御処理部１５
は、分析計１４のイオン電流の変化をモニターすること
により、シリコン基板表面の活性化処理が終了した時点
を検出することができる。この結果に従って、制御処理
部１５は調節バルブ１２及び加熱系３を制御し、与えら
れたプロセスシーケンスに従って次の手順である吸着処
理に進むのである。
る自然酸化膜の除去が進行するに従って、シリコン基板
表面から揮発するＳｉＯの量が上昇する。そして、自然
酸化膜が完全に除去された時点で、ＳｉＯの量は急激に
減少し、バックグランドレベルに至る。制御処理部１５
は、分析計１４のイオン電流の変化をモニターすること
により、シリコン基板表面の活性化処理が終了した時点
を検出することができる。この結果に従って、制御処理
部１５は調節バルブ１２及び加熱系３を制御し、与えら
れたプロセスシーケンスに従って次の手順である吸着処
理に進むのである。
この発明にかかる不純物ドーピング装置は、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と
なる不純物元素を含んだ物質の吸着層を形威し、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
らの詳細の研究によれば、ある一定の基板温度範囲にお
いて、自然酸化膜等の不活性膜上においてはシリコン単
結晶あるいは多結晶の活性面上に比べて、吸着膜がほと
んど堆積されない、あるいはあとの熱処理工程の結果、
少なくとも１桁以上少ない量の不純物しか残らないこと
が分かっている。また不活性膜は吸着した不純物のバル
ク中への拡散を妨げることも明らかとなっている。従っ
て、不純物吸着処理に先立って、基板表面の活性化処理
あるいは清浄化処理を行うことは極めて重要である。こ
の点に鑑み、本発明にかかる不純物ドーピング装置は所
定のプロセスシーケンスに従って、半導体基板の活性化
処理あるいは清浄化処理を自動的に行うようになってい
る。
性な半導体表面上に少なくとも半導体のドーパントとと
なる不純物元素を含んだ物質の吸着層を形威し、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
らの詳細の研究によれば、ある一定の基板温度範囲にお
いて、自然酸化膜等の不活性膜上においてはシリコン単
結晶あるいは多結晶の活性面上に比べて、吸着膜がほと
んど堆積されない、あるいはあとの熱処理工程の結果、
少なくとも１桁以上少ない量の不純物しか残らないこと
が分かっている。また不活性膜は吸着した不純物のバル
ク中への拡散を妨げることも明らかとなっている。従っ
て、不純物吸着処理に先立って、基板表面の活性化処理
あるいは清浄化処理を行うことは極めて重要である。こ
の点に鑑み、本発明にかかる不純物ドーピング装置は所
定のプロセスシーケンスに従って、半導体基板の活性化
処理あるいは清浄化処理を自動的に行うようになってい
る。
以上述べた例においては、本発明にかかる不純物ドーピ
ング装置はシリコン半導体基板に対してジポランガスを
供給することにより、Ｐ型の不純物であるボロンを導入
した。しかしながら、本発明にかかる不純物ドーピング
装置はジボランガス以外の原料ガス例えばトリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）や三塩化ホウ素（Ｂｃｚｓ）などに代
表される■族元素の化合物を用いてＰ型の不純物をドー
ピングすることもできる。同様にシリコン半導体基板に
対してＮ型の不純物をドーピングするには、アルシン（
ＡｓＨｓ）、三塩化リン（ＰＣｌｚ）、五塩化アンチモ
ン（ＳｂＣ７！５）、ホスフィン（ＰＨ３）等を利用す
ることもできる。
ング装置はシリコン半導体基板に対してジポランガスを
供給することにより、Ｐ型の不純物であるボロンを導入
した。しかしながら、本発明にかかる不純物ドーピング
装置はジボランガス以外の原料ガス例えばトリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）や三塩化ホウ素（Ｂｃｚｓ）などに代
表される■族元素の化合物を用いてＰ型の不純物をドー
ピングすることもできる。同様にシリコン半導体基板に
対してＮ型の不純物をドーピングするには、アルシン（
ＡｓＨｓ）、三塩化リン（ＰＣｌｚ）、五塩化アンチモ
ン（ＳｂＣ７！５）、ホスフィン（ＰＨ３）等を利用す
ることもできる。
以上説明したように、本発明によれば、与えられたプロ
セスシーケンスに従って自動的に半導体基板表面に対し
て活性化処理、不純物吸着処理および不純物拡散処理の
一連の工程を行うことが出来る。本発明にかかる不純物
ドーピング装置は、所謂化学吸着の原理に基づいて不純
物のドーピングを行うため、従来のイオン注入装置に比
べて、半導体基板表面を損傷する恐れがないという効果
がある。また、不純物吸着量を制御することが可能であ
るので、不純物拡散濃度や拡散深度をきわめて精密に調
整することができるという効果がある。加えて化学吸着
に基づく方法であるので、不純物の導入における指向性
がないため、半導体基板の表面に対して一様に拡散層を
形成することができるという効果もある。
セスシーケンスに従って自動的に半導体基板表面に対し
て活性化処理、不純物吸着処理および不純物拡散処理の
一連の工程を行うことが出来る。本発明にかかる不純物
ドーピング装置は、所謂化学吸着の原理に基づいて不純
物のドーピングを行うため、従来のイオン注入装置に比
べて、半導体基板表面を損傷する恐れがないという効果
がある。また、不純物吸着量を制御することが可能であ
るので、不純物拡散濃度や拡散深度をきわめて精密に調
整することができるという効果がある。加えて化学吸着
に基づく方法であるので、不純物の導入における指向性
がないため、半導体基板の表面に対して一様に拡散層を
形成することができるという効果もある。
第１図は不純物ドーピング装置のブロック図、第２図（
８）〜（Ｃ１はそれぞれ不純物ドーピング工程図、第３
図は不純物ドーピングプロセスシーケンスチャート、及
び第４図は排気成分Ｓｉ○の量的変化に対応する四重極
質量分析計のイオンを流径時変化を示すグラフである。 １・・・真空チャンバ ２・・・半導体基板 ３・・・加熱系 ４・・・ゲートバルブ ５・・・高真空系排気系 ６・・・圧力計 ７・・・搬送機構 ８・・・ゲートバルブ ９・・・ロード室 １０・・・ゲートバルブ １］・・・ロード室排気系 １２・・・ガス調節バルブ １３・・・ガス供給源 １４・・・分析計 １５・・・制御処理部 １６・・・不純物ガス １７・・・不純物吸着膜 １８・・・不純物拡散層 以上
８）〜（Ｃ１はそれぞれ不純物ドーピング工程図、第３
図は不純物ドーピングプロセスシーケンスチャート、及
び第４図は排気成分Ｓｉ○の量的変化に対応する四重極
質量分析計のイオンを流径時変化を示すグラフである。 １・・・真空チャンバ ２・・・半導体基板 ３・・・加熱系 ４・・・ゲートバルブ ５・・・高真空系排気系 ６・・・圧力計 ７・・・搬送機構 ８・・・ゲートバルブ ９・・・ロード室 １０・・・ゲートバルブ １］・・・ロード室排気系 １２・・・ガス調節バルブ １３・・・ガス供給源 １４・・・分析計 １５・・・制御処理部 １６・・・不純物ガス １７・・・不純物吸着膜 １８・・・不純物拡散層 以上
Claims (9)
- （１）半導体基板を収容する為の真空チャンバと、真空
チャンバに収容された半導体基板を加熱する為の加熱系
と、所定のガスを真空チャンバへ導入する為のガス供給
源と、真空チャンバとガス供給源の間に配置され導入さ
れるガスの種類及び量を調節する調節バルブと、与えら
れた一連の手順に従って加熱器及び調節バルブを制御し
、第１手順において半導体基板を所定の温度で所定時間
加熱する事により半導体基板表面の活性化処理を実行し
、第２手順において半導体基板を加熱した状態で真空チ
ャンバ内に不純物成分を有するガスを選択的に所定量導
入し半導体基板表面に不純物吸着膜を堆積する吸着処理
を実行し、第３手順において半導体基板を所定の温度で
所定時間加熱する事により不純物の半導体基板に対する
拡散処理を実行する為の制御処理部とからなる不純物ド
ーピング装置。 - （２）該制御処理部は、第１手順において調節バルブを
制御し真空チャンバに対して活性化処理を促進する為の
ガスの導入を実行する部分を有する請求項１に記載の不
純物ドーピング装置。 - （３）該ガス供給源は、活性化処理促進の為のガスとし
て水素ガスを貯蔵し、不純物成分を有するガスとしてジ
ボランガスを貯蔵している請求項１に記載の不純物ドー
ピング装置。 - （４）該ガス供給源は、不純物の活性化を促進するため
の半導体成分を有するガスとして、シランガス（ＳｉＨ
＿４）あるいはジクロロシランガス（ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿
２）を貯蔵している請求項３に記載の不純物ドーピング
装置。 - （５）該ガス供給源は、不純物吸着層と半導体層との積
層構造を形成するための半導体成分を有するガスとして
、シランガス（ＳｉＨ＿４）あるいはジクロロシランガ
ス（ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿２）を貯蔵している請求項３に記
載の不純物ドーピング装置。 - （６）該真空チャンバは、石英から構成されている請求
項１に記載の不純物ドーピング装置。 - （７）真空チャンバを排気する為の排気系と排気成分の
分析を行う分析計を含んでおり、該制御処理部は第１手
順において分析結果に基づいて活性化処理の終了を実行
する部分を有する請求項１に記載の不純物ドーピング装
置。 - （８）該分析計は、活性化処理においてシリコン半導体
基板から揮発するＳｉＯの変化量を分析する四重極質量
分析計である請求項５に記載の不純物ドーピング装置。 - （９）該分析計は活性化処理において水素ガスを用いる
場合、還元反応の結果基板表面から離脱するＨ＿２Ｏの
変化量を分析する四重極質量分析計である請求項５に記
載の不純物ドーピング装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1318555A JP2928930B2 (ja) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | 不純物ドーピング装置 |
| CA002031418A CA2031418A1 (en) | 1989-12-06 | 1990-12-04 | Impurity doping apparatus |
| KR1019900019891A KR0166587B1 (ko) | 1989-12-06 | 1990-12-05 | 불순물 도우핑 장치 |
| EP90123274A EP0438677A3 (en) | 1989-12-06 | 1990-12-05 | Impurity doping apparatus |
| US07/623,164 US5199994A (en) | 1989-12-06 | 1990-12-06 | Impurity doping apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1318555A JP2928930B2 (ja) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | 不純物ドーピング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03178126A true JPH03178126A (ja) | 1991-08-02 |
| JP2928930B2 JP2928930B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=18100440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1318555A Expired - Lifetime JP2928930B2 (ja) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | 不純物ドーピング装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5199994A (ja) |
| EP (1) | EP0438677A3 (ja) |
| JP (1) | JP2928930B2 (ja) |
| KR (1) | KR0166587B1 (ja) |
| CA (1) | CA2031418A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR19980053433A (ko) * | 1996-12-26 | 1998-09-25 | 김영환 | 반도체 소자 제조 공정에서의 이온 주입 방법 |
| KR100331273B1 (ko) * | 1999-08-07 | 2002-04-06 | 박종섭 | 반도체기판의 표면 처리 방법 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2892170B2 (ja) * | 1990-07-20 | 1999-05-17 | 株式会社東芝 | 熱処理成膜方法 |
| JP2825172B2 (ja) * | 1992-07-10 | 1998-11-18 | 東京エレクトロン株式会社 | 減圧処理装置および減圧処理方法 |
| JPH0897147A (ja) * | 1994-09-29 | 1996-04-12 | Mitsubishi Electric Corp | エピタキシャル結晶成長装置 |
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| DE20110048U1 (de) * | 2001-06-18 | 2001-08-16 | Lambda Physik Ag | Gasentladungslaser mit Mitteln zur Entfernung von Gasverunreinigungen |
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| KR100827476B1 (ko) * | 2006-08-29 | 2008-05-06 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자를 제조하기 위한 디가스 챔버 및 이를 이용한디가스 공정 |
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