JPH04295099A - 不純物ドーピングの方法 - Google Patents
不純物ドーピングの方法Info
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- JPH04295099A JPH04295099A JP6210391A JP6210391A JPH04295099A JP H04295099 A JPH04295099 A JP H04295099A JP 6210391 A JP6210391 A JP 6210391A JP 6210391 A JP6210391 A JP 6210391A JP H04295099 A JPH04295099 A JP H04295099A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、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
ピングの方法に関する。
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。
【０００２】
【従来の技術】不純物ドーピングの方法を代表するもの
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、図４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１８を用いて所定のエネルギーに加速
し、試料表面に注入するものであり、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容易に不
純物ドーピングができること、などの利点を有していた
。このためイオン注入法は、従来の半導体製造プロセス
における不純物ドーピングの技術として幅広く利用され
てきた。
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、図４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１８を用いて所定のエネルギーに加速
し、試料表面に注入するものであり、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容易に不
純物ドーピングができること、などの利点を有していた
。このためイオン注入法は、従来の半導体製造プロセス
における不純物ドーピングの技術として幅広く利用され
てきた。
【０００３】しかしながら、イオン注入法は従来よりそ
の原理に起因する、以下のような問題点を有していた。 即ち■ 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。■ 注
入される不純物原子は、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ため、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。
の原理に起因する、以下のような問題点を有していた。 即ち■ 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。■ 注
入される不純物原子は、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ため、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。
【０００４】■ 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エネルギー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。
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エネルギー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。
【０００５】そして、このイオン注入法の課題を解決す
る手段として、半導体表面の自然酸化膜を除去した半導
体の清浄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
層を形成後、前記吸着層を不純物拡散源として固相拡散
させるドーピング方法がある。
る手段として、半導体表面の自然酸化膜を除去した半導
体の清浄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
層を形成後、前記吸着層を不純物拡散源として固相拡散
させるドーピング方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
表面の自然酸化膜を除去し、半導体の清浄表面を露出さ
せた後、不純物元素の吸着層あるいは不純物元素を含む
化合物の吸着層を形成し、前記吸着層を不純物拡散源と
して固相拡散させる不純物ドーピング方法においては、
半導体表面の自然酸化膜を除去するために、例えば８５
０℃で１×１０−４Ｐａ以下のような高温・高真空の状
態が必要であった。従って、プロセスの低温化には不利
である。
表面の自然酸化膜を除去し、半導体の清浄表面を露出さ
せた後、不純物元素の吸着層あるいは不純物元素を含む
化合物の吸着層を形成し、前記吸着層を不純物拡散源と
して固相拡散させる不純物ドーピング方法においては、
半導体表面の自然酸化膜を除去するために、例えば８５
０℃で１×１０−４Ｐａ以下のような高温・高真空の状
態が必要であった。従って、プロセスの低温化には不利
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は高温・高真空工程を用いず、半導体表
面の自然酸化膜を気相フッ化水素あるいはフッ化水素酸
によって除去し、半導体清浄表面を露出させ、その後、
不純物元素または不純物元素を含む化合物を前記半導体
表面に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不純物をドーピン
グするものである。
めに、この発明は高温・高真空工程を用いず、半導体表
面の自然酸化膜を気相フッ化水素あるいはフッ化水素酸
によって除去し、半導体清浄表面を露出させ、その後、
不純物元素または不純物元素を含む化合物を前記半導体
表面に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不純物をドーピン
グするものである。
【０００８】
【作用】上記のようにこの発明において、半導体清浄表
面を露出させるために気相フッ化水素あるいは、フッ化
水素酸を用いて、自然酸化膜を除去するため、従来の高
温・高真空による自然酸化膜除去工程は不要となり、気
相フッ化水素あるいは、フッ化水素酸処理後ただちに不
純物吸着工程に進めることができる。
面を露出させるために気相フッ化水素あるいは、フッ化
水素酸を用いて、自然酸化膜を除去するため、従来の高
温・高真空による自然酸化膜除去工程は不要となり、気
相フッ化水素あるいは、フッ化水素酸処理後ただちに不
純物吸着工程に進めることができる。
【０００９】
【実施例】以下に、この発明の実施例について図１〜図
３を用いて詳細に説明する。図１は、この発明の実施に
際して用いた不純物ドーピング装置の構成図である。図
１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１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ポンプとし
た複数のポンプから構成された真空排気系４を用いて真
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ブ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構８を用いて行われ
る。なお、ロード室７は、シリコン基板１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によって真空排気
されている。ガス供給系１１からチャンバー２へ導入さ
れるガスの導入量や導入モード等は、ガス導入制御系１
０を用いてコントロールされる。
３を用いて詳細に説明する。図１は、この発明の実施に
際して用いた不純物ドーピング装置の構成図である。図
１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１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ポンプとし
た複数のポンプから構成された真空排気系４を用いて真
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ブ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構８を用いて行われ
る。なお、ロード室７は、シリコン基板１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によって真空排気
されている。ガス供給系１１からチャンバー２へ導入さ
れるガスの導入量や導入モード等は、ガス導入制御系１
０を用いてコントロールされる。
【００１０】図２（ａ）〜（ｃ）は、この発明の不純物
ドーピング方法を示す工程順断面図である。以下に、図
２（ａ）〜（ｃ）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。図２（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を気相フッ化水素に
さらすか、あるいはフッ化水素酸に浸漬することを一定
時間行うことによって、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、シリコンの清浄かつ化
学的に活性な表面が露出する。この工程は図１に示した
装置内か、装置外のどちらで行われてもかまわない。
ドーピング方法を示す工程順断面図である。以下に、図
２（ａ）〜（ｃ）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。図２（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を気相フッ化水素に
さらすか、あるいはフッ化水素酸に浸漬することを一定
時間行うことによって、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、シリコンの清浄かつ化
学的に活性な表面が露出する。この工程は図１に示した
装置内か、装置外のどちらで行われてもかまわない。
【００１１】図２（ｂ）はシリコン基板１の表面にボロ
ンあるいはボロンを含む化合物の吸着層１４を形成する
工程である。図２（ａ）における工程で表面の清浄化が
完了後、シリコン基板１はバックグランド圧力が１×１
０−４Ｐａ程度の真空チャンバー２の中央部にセットさ
れ、基板温度を例えば８００℃に加熱系３により設定し
、その設定温度に到達安定後、図２（ｂ）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（Ｂ２ Ｈ６）１３をガス供給源１１より、例えば
チャンバーの圧力が１．３×１０−２Ｐａとなるような
条件でガス導入制御系１０を制御し、所望のガスを一定
時間導入することによって、ボロンあるいはボロンを含
む化合物の吸着層１４を形成する。
ンあるいはボロンを含む化合物の吸着層１４を形成する
工程である。図２（ａ）における工程で表面の清浄化が
完了後、シリコン基板１はバックグランド圧力が１×１
０−４Ｐａ程度の真空チャンバー２の中央部にセットさ
れ、基板温度を例えば８００℃に加熱系３により設定し
、その設定温度に到達安定後、図２（ｂ）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（Ｂ２ Ｈ６）１３をガス供給源１１より、例えば
チャンバーの圧力が１．３×１０−２Ｐａとなるような
条件でガス導入制御系１０を制御し、所望のガスを一定
時間導入することによって、ボロンあるいはボロンを含
む化合物の吸着層１４を形成する。
【００１２】但し、図２（ｂ）の工程において厳密には
、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とジボラン
導入圧力と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。この実施例及び他のすべての実
施例において、上述の現象を含んだ意味で図２（ｂ）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ん
でいることに留意されたい。
、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とジボラン
導入圧力と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。この実施例及び他のすべての実
施例において、上述の現象を含んだ意味で図２（ｂ）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ん
でいることに留意されたい。
【００１３】図２（ｃ）はアニール及び拡散の工程であ
り、図２（ｂ）における工程で吸着層１４を形成後ジボ
ラン１３の導入を停止し、真空中でアニールを行うこと
により、図２（ｃ）に示すように吸着層１４を拡散源と
した不純物拡散層１５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、図２（ｂ）におけるボロ
ンの吸着量及び図２（ｃ）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
と接合深さを有する不純物拡散層１５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１４の形成
に引き続いて行われるアニールが図１に示す真空チャン
バーにて実施されているが、図２（ｂ）の工程完了後に
図１に示す装置から基板１を取り出してからランプアニ
ール等を行ってもよい。
り、図２（ｂ）における工程で吸着層１４を形成後ジボ
ラン１３の導入を停止し、真空中でアニールを行うこと
により、図２（ｃ）に示すように吸着層１４を拡散源と
した不純物拡散層１５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、図２（ｂ）におけるボロ
ンの吸着量及び図２（ｃ）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
と接合深さを有する不純物拡散層１５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１４の形成
に引き続いて行われるアニールが図１に示す真空チャン
バーにて実施されているが、図２（ｂ）の工程完了後に
図１に示す装置から基板１を取り出してからランプアニ
ール等を行ってもよい。
【００１４】図３は、図２（ａ）〜（ｃ）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。図３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。図３を用いてこの発明の主要
な工程となる表面清浄化、吸着層形成、アニールの各工
程におけるチャンバー内圧力と基板温度の時間的推移を
説明する。まず、表面清浄化工程では、室温程度の温度
において、気相フッ化水素あるいはフッ化水素酸をシリ
コン基板１に作用させる。その後、シリコン基板１をチ
ャンバー２にセットし、加熱系３により昇温する。
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。図３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。図３を用いてこの発明の主要
な工程となる表面清浄化、吸着層形成、アニールの各工
程におけるチャンバー内圧力と基板温度の時間的推移を
説明する。まず、表面清浄化工程では、室温程度の温度
において、気相フッ化水素あるいはフッ化水素酸をシリ
コン基板１に作用させる。その後、シリコン基板１をチ
ャンバー２にセットし、加熱系３により昇温する。
【００１５】そして、設定温度に到達後、温度を安定化
させる。その後、吸着層形成のために不純物元素を含む
化合物ガスを約１０−１Ｐａの圧力で導入する。そして
、アニールのため、加熱系３により一定時間温度を保っ
た後、降温させる。なお、この図３の説明において、表
面清浄化工程は図１に示す装置外で実施されているが、
装置内で行っても良い。図３ではガス導入しない場合の
チャンバー内部の圧力は常に１×１０−４Ｐａ程度の真
空に保たれている。ただし、１×１０−４Ｐａのバック
グランド圧力値はこの発明を実施する上での前提となる
ものではない。
させる。その後、吸着層形成のために不純物元素を含む
化合物ガスを約１０−１Ｐａの圧力で導入する。そして
、アニールのため、加熱系３により一定時間温度を保っ
た後、降温させる。なお、この図３の説明において、表
面清浄化工程は図１に示す装置外で実施されているが、
装置内で行っても良い。図３ではガス導入しない場合の
チャンバー内部の圧力は常に１×１０−４Ｐａ程度の真
空に保たれている。ただし、１×１０−４Ｐａのバック
グランド圧力値はこの発明を実施する上での前提となる
ものではない。
【００１６】以上この発明の実施例について、図１〜図
３を用いて説明したが、以上述べ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（Ｂ２ Ｈ６）を用いた場合を例にあげたが、Ｐ
型のドーピングガスとしてはジボラン以外の、例えばト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、三塩化硼素（ＢＣｌ３）
などに代表される３族元素の化合物ガスも使用できるこ
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（ＰＣｌ３）、五塩化アンチモン（ＳｂＣ
ｌ５）、ホスフィン（ＰＨ３）などが利用できる。また
、以上で述べた実施例において、基板温度はその典型例
として、８００℃という数値を示した。発明者らは、こ
れまでに吸着層形成の基板温度としては６００〜９５０
℃となる範囲において、その目的に応じて条件を適宜選
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。
３を用いて説明したが、以上述べ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（Ｂ２ Ｈ６）を用いた場合を例にあげたが、Ｐ
型のドーピングガスとしてはジボラン以外の、例えばト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、三塩化硼素（ＢＣｌ３）
などに代表される３族元素の化合物ガスも使用できるこ
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（ＰＣｌ３）、五塩化アンチモン（ＳｂＣ
ｌ５）、ホスフィン（ＰＨ３）などが利用できる。また
、以上で述べた実施例において、基板温度はその典型例
として、８００℃という数値を示した。発明者らは、こ
れまでに吸着層形成の基板温度としては６００〜９５０
℃となる範囲において、その目的に応じて条件を適宜選
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。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、この発明を用いることに
よって自然酸化膜除去のための高温・高真空プロセスが
不要となるため、プロセスの低温化や昇温・降温及びプ
ロセス時間が短縮できることによるプロセス時間の短縮
ができ、また、高温・高真空性能を装置に要求しないた
め装置の製造コスト減にもなる。
よって自然酸化膜除去のための高温・高真空プロセスが
不要となるため、プロセスの低温化や昇温・降温及びプ
ロセス時間が短縮できることによるプロセス時間の短縮
ができ、また、高温・高真空性能を装置に要求しないた
め装置の製造コスト減にもなる。
【図１】本発明に用いた不純物ドーピング装置の構成図
である。
である。
【図２】本発明による不純物ドーピングの方法を示す工
程順断面図である。
程順断面図である。
【図３】本発明によるプロセスシーケンスを示す図であ
る。
る。
【図４】イオン注入法の原理図である。
１ Ｎ型シリコン基板
２ 石英チャンバー
３ 加熱系
４ 真空排気系
５ 圧力計
６ａ、６ｂ ゲートバルブ
７ ロード室
８ 搬送機構
９ ロード室排気系
１０ ガス導入制御系
１１ ガス供給源
１２ フッ化水素
１３ 不純物化合物ガス
１４ 不純物吸着層
１５ 不純物拡散層
１６ イオンソース
１７ マグネット
１８ 加速管
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体表面の自然酸化膜を、気相フッ
化水素、あるいはフッ化水素酸を用いて除去し、半導体
の清浄な表面を露出させる第１の工程と、前記半導体表
面に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の工程から成る不純物のドーピング
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6210391A JPH04295099A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 不純物ドーピングの方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6210391A JPH04295099A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 不純物ドーピングの方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04295099A true JPH04295099A (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=13190382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6210391A Pending JPH04295099A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 不純物ドーピングの方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04295099A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1082246C (zh) * | 1995-03-27 | 2002-04-03 | 索尼公司 | 清洁处理基片的方法 |
| JP2016124756A (ja) * | 2015-01-05 | 2016-07-11 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | シリコンウェーハ及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP6210391A patent/JPH04295099A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1082246C (zh) * | 1995-03-27 | 2002-04-03 | 索尼公司 | 清洁处理基片的方法 |
| JP2016124756A (ja) * | 2015-01-05 | 2016-07-11 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | シリコンウェーハ及びその製造方法 |
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