JPH03218622A

JPH03218622A - 不純物ドーピングの方法

Info

Publication number: JPH03218622A
Application number: JP2196732A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nishizawa; 潤一西澤; Kenji Aoki; 健二青木
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1990-07-23
Publication date: 1991-09-26
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JP3180122B2

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〕この発明は、バイボ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
体のドーパント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
純物ドーブ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ｌ８を用いて所定のエネルギーに加速し、試料ｌ７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Ｍ〕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．ｉ）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．■）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． ■）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．（！ＩＩＩ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
プソトが向上する．〔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ｌ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ボ
ンブとした複数のボンブ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
プ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ＩＩＢ
を用いて行われる。なお、ロード室７は、シリコン基板
ｌ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１ｌ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ｌＯを用いてコントロールされる。

第２図［ａｌ〜（Ｃｌ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（ａｌ〜（Ｃｌ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ＩＸＩＯ−’Ｐａ以下の真空
チャンバーの中央部にセントされ、基板温度が例えば８
５０℃において水素ガスを、例えばチャンバー内部の圧
力が１．３Ｘｌｏ−”Ｐａ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（ｂｌはシリコン基板ｌ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Ｔａｌ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（ｂｌ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（Ｂ．Ｈ＆）　１２
を、例えばチャンバーの圧力が１．３×１０−　”Ｐａ
となるような条件で一定時間導入することニヨって、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（ｂｌ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図山》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ＩＣ）
はアニール及び拡散の工程であり、第２図（ｂｌ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（ｂｌにおけるボロンの吸着量
及び第２図（Ｃｌ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図世》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ｔａ）〜（Ｃｌ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１＝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＋
８）〜（Ｃｌ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Ｉ　ＸＩＯ−’Ｐａ以下の高真空に保たれ
ている。但し、Ｉ　ＸＩＯ−’Ｐａ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＋ａｌ〜（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次イオン質量分析針（Ｓ
　ＩＭｓ）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（Ｃｌ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４５０人の厚
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４５ｎ■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５〜７ΩロのＮ型で、面方位は（１００）である．
また第２図中》の工程におけるジボランの導入条件とし
て、導入圧力１．３Ｘ１０−”Ｐａ、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接合の深さは橿めて浅く、約
７００人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＋ａｌ〜（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しである。

第６図は、第２図（ａｌ〜（Ｃｌ、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ビ
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（ａｌ〜（
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ｔａｌ〜Ｔｄ）、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（ａｌ〜（ｄｉ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（ａｌ　？：ｔ第２図１８＞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
（ｂｌ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１ｃ）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Ｔｄｌ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（ａｌ〜（ｄｌ、第８図に示し
た一連の工程で得られたボロンドーブ層におけるボロン
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（ｂｌ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
．３Ｘ１０−”Ｐａ．ｌＯＯ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［Ｃｌにおいて前記
吸着層の上に同じ基板温度にて約６０人のエピタキシャ
ル成長層１５ａを形成し、更に第７図ｆｄ）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　×１０”Ｃａｌ−’、接合深さが約７
００人のｐ　＊　ｊｌ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ＳＩＭＳ分析の分析精度向上のため
に、基板上に約４５０人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ｆａｔ〜ｆｄｌに示す方法を用いた
場合、高濃度ボロンドービングにおけるボロンの活性化
が、第２図（ａｌ〜（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ｌθ図はそれを示
すデータであり、第２図（ａ）〜（Ｃ）及び第７図ｆａ
）〜ｆｄｌ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ｌθ図において実線は第７図ｆａ）〜＋ｄｌに示す方
法を用いた場合、同じく破線は第２図（ａｌ〜ｆｃ）に
示す方法を用いた場合を、それぞれ示している。第７図
（Ｃｌ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ｌＯ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（ｂｌ
，　（Ｃｌ、第７図山》〜（ｄｌにおける基板温度を８
２５℃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（Ｃｌ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（ＳｉｌｂＣ　１　ｚ）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１００人以下のエピタキシ
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５９１５３９７８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（Ｃｌのエピタキシャル成長層１
５ａ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１
１図（ａｌ〜＋ｄｌ、第１２図、第１３図を用いて説明
する．第１１図＋ａｌ〜（ｄｌ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ｔａｌ、第７図（ａｌ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［Ｃ１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（ｄｌ
に示す不純物拡散層１４Ｃを形成している．第１２図は
、第１１図ｔａｒ〜＋ｄｌ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図山》
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５０人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．
３Ｘ１０−”Ｐａ．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ＩＩ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４００人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．
５ｘｌＯ”ａｍ−’、接合深さ約６００人のｐ　ｅ　ｋ
ｌ域が形成されていることが分かる．第１４図（ａｌ　
〜（ｅ）は、前述の第７図（ａｌ　〜（ｄｌと第１１図
１ａｌ〜（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（ａｌ〜
ｔｃ＋は第１１図ｔａ》〜（Ｃｌに対応する工程であり
、第１４図１ｃＩ〜（ｄｌは第７図（ｂｌ〜＋ｄｌに対
応する工程である．第１５図は、第１４図ｉａ）〜（１
１１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図伽》において基板温度８２５℃で約９００人の
エピタキシャル成長層１５ｃを形成した後で、第１４図
（０７においてジボラン導入圧力及び時間がそれぞれ１
．３×１０−”Ｐａ．１００秒という条件で吸着層１３
ｄを形成し、更に第１４図＋ｄｌにおいて約３００人の
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）〜（ｅｌ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人で、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１
１図ｔａｌ　〜＋ｄｌ及び第１４図＋ａ）〜ｔｅｌで示
す一連の工程において得られる不純物ドープ屡のシート
抵抗が、第Ｉｆ図（ｄ＋あるいは第１４図ｔｅｌ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＋ａｌ〜（
ｅｌに示す方法を用いた場合、同じく破線は第１１図＋
ａｌ〜（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８２５℃という条件である．また、エビタヰシ
ャル成長層の膜厚が約６０人、ジボラン導入圧力及び導
入時間がそれぞれ１．３Ｘ１０−”Ｐａ．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（ａｌ〜（ｅ）には、第１４図ｔａｌ
　〜＋ｅ）　ニ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
ｌにおいて基板Ｉの表面に第１のエピタキシャル成長層
１５ｅを形成し、第１９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ｆｃｌ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
をしたが、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ｆａ）〜（ｄｌ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
ｌ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（ａｌ及び伽）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・ロの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フルと基板
表面部分に厚さが１００人のシリコン酸化膜を設けたサ
ンプルについて、基板温度８ｏｏ℃においてジボラン導
入圧力及び時間がそれぞれ１．９Ｘ１０−”Ｐａ＋　　
ｉｏｏ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３２０
０人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　Ｘ　１０”ａｔｏｍｓ／ｃｄ、またプ
０７７イルから算出されるボロンの総量は約３　Ｘ　１
０”　ａｔｏｍｓ／一であるのに対して、シリコン酸化
膜上にボロンを吸着させた第２０図〜）の場合のピーク
濃度及び総量はそれぞれ約Ｉ　ＸＩＯ”ａｔｏｍｓ／ａ
ｄ、約Ｉ　Ｘ　１０’　”ａｔｏｍｓ／一となっている
．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１００人以上であ
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）〜（
ｄｉ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ｌＩ！１６を設けたのち、酸化膜ｌ６がない領域のシ
リコン表面を活性化し、第２２図Ｏｌ１）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１３
ｇをシリコン上にのみ形成している．次に第２１図（Ｃ
ｌにおいて必要に応じてアニールを行って前記吸着層１
３ｇ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＋ｄｌに示すように、酸化膜ｌ６をエソチングにより
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
ｌ〜（ｄｌ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（ＢＪ６）以外の、例えば
、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、三塩化ホウ素（Ｂ（
１，）、デカボラン（Ｂ，。■１４）などに代表される
■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（ＡＳＨ３）、三塩化リン（ＰＣｊ
’＋）、五塩化アンチモン（ＳｂＣ　１　ｓ）、水素化
アンチモン（ＳｂＬ）、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８
５０℃、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、例えば希フソ酸
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（ａｌ〜（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（ａｌ〜ｔｅｌ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（ａｌ〜（Ｃｌ、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ｆａｔ〜ｔｃ＋
、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、ボロンドーブ層におけるボロ
ンピークｔ１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（ａｌ〜（Ｃｌ、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ビ
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（ａｌ〜＋ｄｌ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）〜＋ｄｌ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
ｌ〜（ｄｌ、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＋８）〜（Ｃ）の一連の
工程及び第７図１ａｌ〜（ｄｉ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ｆａｔ〜ｉｄ）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（ａｌ〜（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）〜＋ｄｌ、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（ａｌ〜（１４１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ｆａｌ〜ｔｅ＋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１８ｌ〜ｌｅｌ、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
ーブ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１ａｌ〜ｌｅｌ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ｉａｌ〜（ｅ）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（ａｌ，　（ｂｌ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（５）〜（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。ｌ・・・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・・・ゲートバルプ６ｂ・・・ゲートバルプ７・・・ロード室８・・・搬送機構９・・・ロード室排気系ｌＯ・・・ガス導入制御系１１・・・ガス供給源Ｉ２・・・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・・・シリコン酸化膜以上栴２図ｂ去蜀清；争椙一ト一一一第３図１と／７ｍ）界二　と／７Ｉｎ）第ｑ図ア＝−ルｖｒ朋（亦）第１０図第１１辺第１２図課さ　ζ〃／ｎ）第　　１、３　　屏Ｕ第１５図界さ　ζｎ／７７）第１ｂ圓８ｚｌ−４６４）ｓ＊　〔Ｆａｓｅｃ）第口詔アニール時間（分）第１ｑ凹第２０図（α）第２０図（ｂ）酸化嗅の，樫さ（Ａ）第２１図レ冫ス゛及ム′ 漂さ

Claims

【特許請求の範囲】

（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、前記半導体表面にガス状不純物元素あるいは不純物元素
を含む化合物ガスを供給し、前記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
た固相拡散及び不純物の活性化を行う第３の工程とから
成る不純物ドーピングの方法。
（２）第２の工程は、不純物成分を有する不純物層と半
導体エピタキシャル層とから成る不純物吸着層を少なく
とも１層以上有する吸着層を形成する工程である請求項
１に記載の不純物ドーピングの方法。
（３）第２の工程は、不純物成分ボロンを有する気体ジ
ボランを供給することによりボロンを含む吸着層を形成
する工程である請求項１に記載の不純物ドーピングの方
法。
（４）第２の工程は、不純物成分ボロンを有する気体ジ
ボランを供給してボロンを含む不純物層と、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成る不純物吸着層を形成す
る請求項２に記載の不純物ドーピングの方法。
（５）第３の工程は、ランプアニール又はビームアニー
ルにより不純物の固相拡散及び活性化を行う請求項１に
記載の不純物ドーピングの方法。