JPH0334418A

JPH0334418A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0334418A
Application number: JP16682289A
Authority: JP
Inventors: Hidehiro Ojiri; 小▲じり▼　英博; Shuzo Fujimura; 藤村　修三
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-02-14

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】〔概要〕半導体装置の製造方法、特に、半導体基板にドーパント
を導入する方法に関し、低温においてドーパントを導入することによって、高温
の熱拡散法に見られる多くの欠点を排除し、しかも、半
導体基板にダメージを与えることのないドーパントの導
入方法を提供することを目的とし、半導体基板上に、ドーパントとして機能する物質を含む
物質の層を形成し、この半導体基板に正の電位を与えて
、前記のドーパントとして機能する物質を含む物質の層
にガスプラズマを照射して、前記のドーパントとして機
能する物質を、低温をもって、前記の半導体基板にダメ
ージを与えることなく、前記の半導体基板中に導入する
ように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法、特に、半導体基板に
ドーパントを導入する方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体基板にｐ型半導体領域またはｎ型半導体領域を形
成するためのドーパントの導入方法として、以下の（イ
）〜（へ）に示す方法がこれまで使用されている。

（イ）熱拡散法半導体基板を６００°Ｃ以上に加熱し、気体、液体また
は固体不純物源より供給されるドーパントを半導体基板
中に熱拡散する方法である。

（ロ）イオン打ち込み法ドーパントをイオン化し、静電的に加速して半導体基板
中に打ち込む方法である。

（ハ）プラズマドーピング法平行平板型ｉ極に高周波電圧を印加して、ドーパントを
含む化合物のガスをプラズマ化し、イオンシースまたは
引き出し’ｉｉを介して、負の電位が与えられている半
導体基板中にドーパントの（＋）イオンを打ち込む方法
である。（特開昭５６−１３８９２１）　。

（二’）ＥＣＲプラズマドーピング法エレクトロンサイクトロンレゾナンス（ＥＣＲ）を使用
してドーパントを含む化合物のガスをプラズマ化し、負
の電位が与えられている半導体基板中にドーパントの（
＋）イオンを打ち込む方法である（１９８８年秋季応用
物理学会学術講演会、講演予稿集ｎｐ６９１）。

（ホ）ＤＣを用いたプラズマドーピング法平行平板型１
を極に直流電圧を印加してドーパントを含む化合物のガ
スをプラズマ化し、負の電位が与えられている半導体基
板中にドーパントの（＋）イオンを打ち込む方法である
（表面処理研究、第２巻、第１号、１９８３年９月、ｐ
１４７〜１５３　）　。

（へ）半導体基板上にドーパントを含む物質の層を形成
し、これにプラズマを照射する方法ドーパントを含む物
質を溶解させた液体（例えばリン酸をメチルアルコール
で溶解した液体）中に半導体基板を浸漬して乾燥させ、
これに負の電位を与えて不活性ガスプラズマを照射し、
ドーパントを半導体基板中に導入する方法である（特開
昭６Ｏ−１５３１１９）　。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記の（イ）〜（へ）に示す従来のドーパン
トの導入方法には、それぞれ以下に示す欠点がある。

（イ）の熱拡散法においては、半導体基板を６００°Ｃ
以上の高温にしなければならないので、マスクの耐熱性
の問題があり、また、横方向にも熱拡散するので、正確
な形状に選択的にドーパントを導入することが困難であ
る。また、２度目以降の拡散をなすときに、それ以前に
なされた拡散で導入されたドーパントがより深く、より
広く入ってしまうため、ドーパント導入領域のプロファ
イルがくずれてしまう、さらに、温度を上下させる際に
、半導体基板を構成する各層間にストレスが発生し、半
導体基板にそりが生ずる。また、この方法は、基本的に
拡散速度が遅いため、枚葉処理プロセスには不向きであ
り、自動化に適していない、また、反応炉の洗浄等にも
時間を要する。

（ロ）のイオン打ち込み法においては、半導体基板を高
温に加熱する必要がないため、レジストをマスクとして
選択拡散することができ、多重打ち込みが可能であり、
処理速度が速い等、多くの長所を有しているが、イオン
化したドーパントを高速で半導体基板に打ち込むため、
半導体結晶がダメージを受け、また、打ち込まれた領域
の表層部はその衝撃によって結晶性を失いアモルファス
化することがある。また、マスクに使用されるレジスト
はイオンが打ち込まれると炭化し、特に高い打ち込みエ
ネルギーをもって打ち込まれる場合には、通常の手段で
は剥離することが出来ない頑強な残渣を生じ、これがパ
ーティクルの原因になったり、場合によってはデバイス
損傷を発生させる。

また、ドーパントの横方向への導入ができないので、例
えば、近年提案されている溝堀り構造の素子を形成する
際、溝側面へのドーパントの注入ができない、さらに、
現在使用されているイオン打ち込み装置においては、イ
オンビームを安定して引き出すために加速電圧として数
十Ｋｅｖが必要であり、その結果、打ち込み深さが深く
なり、逆に数百オングストロームといった浅い拡散層を
形成することが困難である。また、装置が大型かつ複雑
化するため、故障も多く、コスト高を招くという欠点も
ある。

（ハ）のプラズマドーピング法、（ニ）のＥＣＲプラズ
マドーピング法、および（ホ）のＤＣを用いたプラズマ
ドーピング法においては、イオン打ち込みの加速電圧が
イオン打ち込み法よりも低くなって、イオン化されたド
ーパントの打ち込みによる半導体基板表面のダメージは
少なくなるもの覧、プラズマが直接半導体基板に接触す
るため、半導体基板表面のダメージは回避できない、ま
た、横方向拡散もできない、なお、半導体基板のドーピ
ングしようとするＳＮ域がプラズマに露出しているので
、スパッタ等によってプラズマ中に入り込んだプラズマ
チャンバーの＄１ｔｃ物質も同時にドーピングされてし
まう。

（へ）の半導体基板上にドーパントを含む物質の層を形
成し、これにプラズマを照射する方法においては、半導
体基板に負の電位が与えられているので、正に帯電した
イオンが半導体基板に衝突して半導体基板表面にダメー
ジを与え、特に、ドーパントを含む物質の層が形成され
ていない領域の半導体基板表面は、正イオンの衝突によ
る激しいダメージを受ける。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり、
低温においてドーパントを導入することによって、高温
の熱拡散法に見られる多くの欠点を排除し、しかも、半
導体基板にダメージを与えることのないドーパントの導
入方法を提供することにある。

（！１Ｍを解決するための手段〕上記の目的は、半導体基板（１）上に、ドーパントとし
て機能する物質を含む物質の層（２）を形成し、この半
導体基板（１）に正の電位を与えて、前記のドーパント
として機能する物質を含む物質の層（２）にガスプラズ
マを照射して、前記のドーパントとして機能する物質を
、低温をもって、前記の半導体基板（１）にダメージを
与えることなく、前記の半導体基板（１）中に導入する
工程を有する半導体装置の製、遣方法によって達成され
る。

〔作用〕

第１図参照第１図は、本発明の原理説明図である。

本発明に係る半導体基板へのドーパント導入方法におい
ては、半導体基板１上にドーパントとして機能する物質
を含む物質の層２を５００人厚程度に薄く形成し、この
半導体基板１に電源３を使用して正の電位を与えてプラ
ズマを照射すると、ドーパントとして機能する物質を含
む物質の層２に、半導体基板ｌに対して上向きの高い電
界が発生する。この電界により、まず、プラズマ中の電
子がドーパントとして機能する物質を含む物質の層２に
吸引され、ドーパントとして機能する物質を含む物質の
層２中のドーパントに付着してドーパントを負に帯電す
る。負に帯電したドーパントは、上向きの電界の作用を
受けて半導体基板１中に導入される。

半導体基板１のドーパントとして機能する物質を含む物
質の１１１２が形成されている領域は、プラズマに直接
接触することがないのでダメージを受けることがなく、
また、スパッタ等によってプラズマ中に入り込んだプラ
ズマチャンバーの構成物質はドーピングされない、半導
体基板１は正の電位が与えられているため、はとんどが
正に帯電しているプラズマ中のイオンは半導体基板１に
衝突することがないので、ドーパントとして機能する物
質を含む物質の層２が形成されていない領域の半導体基
板１の表面のダメージも従来例に比べて激減する。

また、半導体基板にはイオンが衝突することがなく、電
子が吸引されるのみなので、半導体基板の温度上昇は低
くなり、高温の熱拡散法に見られた諸問題は発生しなく
なる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ＼、本発明の一実施例に係るドー
パントの半導体基板への導入方法について説明する。

第２図参照第２図は、本発明に係るドーパントの半導体基板への導
入に使用されるプラズマドーピング装置の構成図である
０図において、４は反応室上部容器であり、５は反応室
底板であり、上部容器４と底板５とは絶縁物６によって
絶縁されている。上部容器４は接地され、マイクロ波導
入口７とマイクロ波透過窓８とガス導入口９とガス排気
口１０とが設けられており、底板５には半導体基ｖｉｌ
を載置する載置台１１が設けられ、電源３によって正の
電位が与えられている。

第３図参照例えば、比抵抗が１Ω０であるｎ型シリコン半導体基板
１上に、ボロンを１％含む東京応化工業製のポリボロン
フィルム２を約１００″Ｃに塗布し、窒素中において約
４５０°Ｃの温度に約３０分間加熱して溶媒を除去する
。溶媒が除去されたポリボロンフィルム層２が形成され
ているシリコン半導体基板１を第２図に示すプラズマド
ーピング装置の載置台１１上にＳ置し、ガス排気口ｌＯ
から排気し、ガス導入口９から窒素を供給して反応室内
の圧力を２０Ｔｏｒｒとし、電源３を使用してシリコン
半導体基板１に４５Ｖの正の電位を与え、マイクロ波導
入口７からマイクロ波透過窓８を介して周波数２．４５
　ＧＨｚ、出力１．５ＫＷのマイクロ波を反応室内に導
入して窒素ガスプラズマを発生し、このプラズマを９０
ｃｃ／分をもって１時間もしくは２時間シリコン半導体
基板１上に照射し、ポリボロンフィルム層２中のボロン
をシリコン半導体基板ｌ中に導入する。′この時のシリ
コン半導体基板上の温度は約１００″Ｃであった。

第４図、第５回参照ボロンが導入された前記のシリコン半導体基板１の表面
をＳＩＭＳ分析した結果を第４図と第５図とに示す、第
４図は、プラズマ照射を１時間実行した場合のシリコン
半導体基板表面からの深さとボロン濃度との関係を示す
、第５図は、プラズマ照射を２時間実行した場合の結果
を示し、プラズマを１時間照射した場合よりボロンが深
くドーピングされている。また、ポリボロンフィルムが
塗布されなかった領域からはボロンが検出されなかった
ので、レジストマスクを使用しなくても選択的ドーピン
グが可能であることが確認された。

なお、上記の例においては、ボロンを含むポリボロンフ
ィルムを半導体基板表面に塗布してｐ型半導体領域を形
成したが、リンまたはヒ素を含む物質の層を塗布して、
同様にｎ型半導体領域を形成することができることは云
うまでもない、また、プラズマ発生用ガスは窒素に限定
されるものではなく、不活性ガス、酸素等を使用するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係る半導体装置の製造方
法においては、半導体基板上に、ドーパントとして機能
する物質を含む物質の層を形成し、これに正の電位を与
えることによって半導体基板に対して上向きの電界を発
生させ、この電界によってプラズマ中の電子がドーパン
トに付着してドーパントを負に帯電させ、負に帯電した
ドーパントが上向きの電界によって半導体基板中に導入
されるため、イオン化したドーパントが半導体基板に衝
突することがないので、半導体基板はダメージを受ける
ことがなく、また、半導体基板の温度上昇も低いので、
高温の熱拡散法にみられる多くの欠点が解消される。さ
らには、ドーパント導入装置の構造が簡単であり、かつ
、ドーパント導入処理速度も速いので、経済的利益を高
めることがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る半導体装置の製造方法の原理説
明図である。第２図は、本発明に係るドーパントの導入に使用される
プラズマドーピング装置の構成図である。第３図は、本発明に係るドーパントの導入を説明する工
程図である。第４図、第５図は、半導体基板表面からの深さとボロン
濃度との関係を示すグラフである。１・・・半導体基板、ドーパントとして機能する物質を含む物質のＮ（ポリボ
ロンフィルム）、電源、反応室上部容器、反応室底板、絶縁物、マイクロ波導入口、マイクロ波透過窓、ガス導入口、ガス排気口、ｉ！置台。

Claims

【特許請求の範囲】半導体基板（１）上に、ドーパントとして機能する物質
を含む物質の層（２）を形成し、該半導体基板（１）に正の電位を与えて、前記ドーパン
トとして機能する物質を含む物質の層（２）にガスプラ
ズマを照射して、前記ドーパントとして機能する物質を
、低温をもって、前記半導体基板（１）にダメージを与
えることなく、前記半導体基板（１）中に導入する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。