JPH07114189B2 - 不純物添加法 - Google Patents
不純物添加法Info
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- JPH07114189B2 JPH07114189B2 JP5000907A JP90793A JPH07114189B2 JP H07114189 B2 JPH07114189 B2 JP H07114189B2 JP 5000907 A JP5000907 A JP 5000907A JP 90793 A JP90793 A JP 90793A JP H07114189 B2 JPH07114189 B2 JP H07114189B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非質量分離で不純物イ
オンを試料に添加し、任意の不純物層を形成する不純物
添加法に関する。
オンを試料に添加し、任意の不純物層を形成する不純物
添加法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＭＯＳトランジスタ等の半導体素
子に不純物層を形成する技術としてイオン注入法が広く
用いられてきた。最近では、アクティブマトリクス型液
晶ディスプレイの駆動素子として用いられる薄膜電界効
果トランジスタ（ＴＦＴ）においても、液晶ディスプレ
イ（ＬＣＤ）の高精細化に伴うＴＦＴの微細化によりこ
のイオン注入法が用いられるようになっている。その例
として特開平３−００４５６６号公報「薄膜電界効果ト
ランジスターおよびその製造方法」に記載のＴＦＴが知
られている。このＴＦＴは図４に示すようなチャネル保
護型逆スタガ構造であり、ガラス基板１上に金属あるい
はそのシリサイド等の導電性の材料からなるゲート電極
２を有し、その上部に窒化シリコンや酸化シリコン等の
絶縁層３およびｉ型非晶質シリコン層（ｉ層）４ａが積
層され、さらにゲート電極２直上のｉ層４ａ上にイオン
注入のマスクとして用いられる窒化シリコンや酸化シリ
コン等で形成された保護絶縁膜５およびその両側にリン
（Ｐ）やボロン（Ｂ）のイオン注入によって形成された
ｎ型あるいはｐ型非晶質シリコン層（ｎ層あるいはｐ
層）の不純物層からなるソース／ドレイン領域７ｃが形
成された構造をしている。
子に不純物層を形成する技術としてイオン注入法が広く
用いられてきた。最近では、アクティブマトリクス型液
晶ディスプレイの駆動素子として用いられる薄膜電界効
果トランジスタ（ＴＦＴ）においても、液晶ディスプレ
イ（ＬＣＤ）の高精細化に伴うＴＦＴの微細化によりこ
のイオン注入法が用いられるようになっている。その例
として特開平３−００４５６６号公報「薄膜電界効果ト
ランジスターおよびその製造方法」に記載のＴＦＴが知
られている。このＴＦＴは図４に示すようなチャネル保
護型逆スタガ構造であり、ガラス基板１上に金属あるい
はそのシリサイド等の導電性の材料からなるゲート電極
２を有し、その上部に窒化シリコンや酸化シリコン等の
絶縁層３およびｉ型非晶質シリコン層（ｉ層）４ａが積
層され、さらにゲート電極２直上のｉ層４ａ上にイオン
注入のマスクとして用いられる窒化シリコンや酸化シリ
コン等で形成された保護絶縁膜５およびその両側にリン
（Ｐ）やボロン（Ｂ）のイオン注入によって形成された
ｎ型あるいはｐ型非晶質シリコン層（ｎ層あるいはｐ
層）の不純物層からなるソース／ドレイン領域７ｃが形
成された構造をしている。
【０００３】このような大面積にマトリクス状にアレイ
されたＴＦＴにイオン注入により不純物層を形成する場
合、不純物源から生成したイオン種を質量分離し任意の
イオンだけを選択してイオン注入を行う従来のイオン注
入法では、イオンビーム電流が十分にとれず注入処理に
時間がかかり、（１）低スループット、（２）高コスト
という問題があった。
されたＴＦＴにイオン注入により不純物層を形成する場
合、不純物源から生成したイオン種を質量分離し任意の
イオンだけを選択してイオン注入を行う従来のイオン注
入法では、イオンビーム電流が十分にとれず注入処理に
時間がかかり、（１）低スループット、（２）高コスト
という問題があった。
【０００４】これに対し現在、生成したイオン種を質量
分離することなく目的としている試料に不純物添加を行
い、任意の不純物層を形成する方法が実現されている。
この方法は不純物源としてリン（Ｐ）と水素（Ｈ）の化
合物であるホスフィン（ＰＨ3 ）やＢとＨの化合物であ
るジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）といった水素化物系不純物ガス
をプラズマ状に分解し、生成したイオン種を質量分離す
ることなく電場により加速し、そのまま試料に不純物の
添加を行うもので、従来のイオン注入法（質量分離型イ
オン注入法）とは対照的な不純物添加法（非質量分離型
イオン注入法）である。この方法は、大面積に一度にし
かも均一性良く不純物の添加を行うことが可能であり、
さらにその処理時間が非常に短く、工程の高スループッ
ト化および低コスト化を可能にする技術として期待され
ている新規技術である。
分離することなく目的としている試料に不純物添加を行
い、任意の不純物層を形成する方法が実現されている。
この方法は不純物源としてリン（Ｐ）と水素（Ｈ）の化
合物であるホスフィン（ＰＨ3 ）やＢとＨの化合物であ
るジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）といった水素化物系不純物ガス
をプラズマ状に分解し、生成したイオン種を質量分離す
ることなく電場により加速し、そのまま試料に不純物の
添加を行うもので、従来のイオン注入法（質量分離型イ
オン注入法）とは対照的な不純物添加法（非質量分離型
イオン注入法）である。この方法は、大面積に一度にし
かも均一性良く不純物の添加を行うことが可能であり、
さらにその処理時間が非常に短く、工程の高スループッ
ト化および低コスト化を可能にする技術として期待され
ている新規技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この不
純物添加法では水素化物系不純物ガスを不純物源として
非質量分離で不純物添加が行われるため、目的とした不
純物以外の不純物、すなわち水素まで添加されることに
なってしまう。
純物添加法では水素化物系不純物ガスを不純物源として
非質量分離で不純物添加が行われるため、目的とした不
純物以外の不純物、すなわち水素まで添加されることに
なってしまう。
【０００６】図４に示すような試料にＰＨ3 やＢ2 Ｈ6
を不純物ガスとして用いた非質量分離型イオン注入法で
不純物添加を行いｎ層あるいはｐ層７ｃを形成する場
合、そのプラズマ中で生成したＨ関連イオン（ＨX=1-3
+ ，ＨX=1-6 + ）６ｅ，６ｈは、同一イオン加速条件下
ではＰ関連イオン（ＰＨX=0-3 + ）６ｄや、Ｂ関連イオ
ン（ＢＨX=0-6 + ，Ｂ2 ＨX=0-6 + ）６ｆ，６ｇ等の不
純物イオンに対して数倍から十数倍の大きさのイオン注
入飛程を有するため、同一イオン加速条件下では目的と
した不純物よりも深く試料に侵入してしまう。このため
Ｈ関連イオン６ｅ，６ｈは、不純物添加時のマスクとし
て用いられる保護絶縁膜５を貫通してしまい、図４に示
すような試料にダメージを与え、試料の特性を劣化させ
てしまうという問題があった。この問題を回避するため
には、（１）マスク膜厚を厚くする、（２）加速エネル
ギーを低くする等の手段をこうじなければならず、
（１）の場合ではスループットの低下、（２）の場合で
は水素の飛程に制限された不純物分布しか得られない、
試料の最適作成条件を再検討しなければならない等の問
題があった。 本発明の目的は、前述した問題点を解決
し、高スループットでしかも低コストである不純物添加
法を提供することにある。
を不純物ガスとして用いた非質量分離型イオン注入法で
不純物添加を行いｎ層あるいはｐ層７ｃを形成する場
合、そのプラズマ中で生成したＨ関連イオン（ＨX=1-3
+ ，ＨX=1-6 + ）６ｅ，６ｈは、同一イオン加速条件下
ではＰ関連イオン（ＰＨX=0-3 + ）６ｄや、Ｂ関連イオ
ン（ＢＨX=0-6 + ，Ｂ2 ＨX=0-6 + ）６ｆ，６ｇ等の不
純物イオンに対して数倍から十数倍の大きさのイオン注
入飛程を有するため、同一イオン加速条件下では目的と
した不純物よりも深く試料に侵入してしまう。このため
Ｈ関連イオン６ｅ，６ｈは、不純物添加時のマスクとし
て用いられる保護絶縁膜５を貫通してしまい、図４に示
すような試料にダメージを与え、試料の特性を劣化させ
てしまうという問題があった。この問題を回避するため
には、（１）マスク膜厚を厚くする、（２）加速エネル
ギーを低くする等の手段をこうじなければならず、
（１）の場合ではスループットの低下、（２）の場合で
は水素の飛程に制限された不純物分布しか得られない、
試料の最適作成条件を再検討しなければならない等の問
題があった。 本発明の目的は、前述した問題点を解決
し、高スループットでしかも低コストである不純物添加
法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の不純物添加法
は、価電子制御可能な元素と前記価電子制御可能な元素
と同程度かあるいはそれ以下のイオン注入飛程を有する
元素とからなる少なくとも２種類以上の元素で構成され
ている不純物ガスをプラズマ状に分解し、生成したイオ
ン種を不純物源として非質量分離で前記イオン種を電場
により加速し、水素化非晶質珪素膜に前記イオン種を添
加して前記水素化非晶質珪素膜中に不純物層を形成する
ことを特徴とする。
は、価電子制御可能な元素と前記価電子制御可能な元素
と同程度かあるいはそれ以下のイオン注入飛程を有する
元素とからなる少なくとも２種類以上の元素で構成され
ている不純物ガスをプラズマ状に分解し、生成したイオ
ン種を不純物源として非質量分離で前記イオン種を電場
により加速し、水素化非晶質珪素膜に前記イオン種を添
加して前記水素化非晶質珪素膜中に不純物層を形成する
ことを特徴とする。
【０００８】
【作用】価電子制御可能な元素と、前記価電子制御可能
な元素と同程度かあるいはそれ以下のイオン注入飛程を
有する元素とからなる少なくとも２種類以上の元素で構
成されている不純物ガスをプラズマ状に分解し、生成し
たイオン種を不純物源として前記イオン種を電場により
加速し試料に不純物を添加することによって、生成した
全てのイオン種は目的としている不純物の飛程と同程度
かあるいはそれ以下であるため、目的としている不純物
以外の不純物が不純物添加時に使用するマスクを貫通す
ることを回避でき、試料にダメージを与えることを阻止
できるようになる。従って、マスク膜厚の変更をする必
要はなく、さらに目的としている不純物の飛程を基準に
不純物分布を設定できるため、不純物添加条件等の試料
の作製条件を変更する必要がなくなる。このため、工程
の変更による手間を省くことができ、高スループットで
しかも低コストの不純物添加を行うことが可能となる。
な元素と同程度かあるいはそれ以下のイオン注入飛程を
有する元素とからなる少なくとも２種類以上の元素で構
成されている不純物ガスをプラズマ状に分解し、生成し
たイオン種を不純物源として前記イオン種を電場により
加速し試料に不純物を添加することによって、生成した
全てのイオン種は目的としている不純物の飛程と同程度
かあるいはそれ以下であるため、目的としている不純物
以外の不純物が不純物添加時に使用するマスクを貫通す
ることを回避でき、試料にダメージを与えることを阻止
できるようになる。従って、マスク膜厚の変更をする必
要はなく、さらに目的としている不純物の飛程を基準に
不純物分布を設定できるため、不純物添加条件等の試料
の作製条件を変更する必要がなくなる。このため、工程
の変更による手間を省くことができ、高スループットで
しかも低コストの不純物添加を行うことが可能となる。
【０００９】
【実施例】図１は請求項１と請求項２記載の不純物添加
法による一実施例を示したものである。図１に示すよう
な試料は次のような工程を経て作製される。まずガラス
基板１上にクロム（Ｃｒ）やアルミ（Ａｌ）等の金属あ
るいはそのシリサイドからなるゲート電極２を５０ｎｍ
の厚さで形成する。そしてその上部に窒化シリコンや酸
化シリコン等による絶縁層３およびｉ型非晶質シリコン
層（ｉ層）４ａをそれぞれ３００ｎｍ，１００ｎｍの厚
さで積層する。次にゲート電極２直上のｉ層４ａ上に、
不純物添加の際のマスクとして用いられる保護絶縁膜５
を２００ｎｍの厚さで形成する。この厚さは、後で述べ
るイオンの加速エネルギー条件によって決定される。こ
の保護絶縁膜５は、窒化シリコンや酸化シリコン等の絶
縁膜あるいはレジストなど有機高分子膜でも良く、但し
この場合用いる材料によりその膜厚を変更しなければな
らず、レジストを用いた場合はその膜厚を窒化シリコン
や酸化シリコン膜の時の倍以上にする必要がある。しか
し、この場合でも工程的にはほとんど差はない。
法による一実施例を示したものである。図１に示すよう
な試料は次のような工程を経て作製される。まずガラス
基板１上にクロム（Ｃｒ）やアルミ（Ａｌ）等の金属あ
るいはそのシリサイドからなるゲート電極２を５０ｎｍ
の厚さで形成する。そしてその上部に窒化シリコンや酸
化シリコン等による絶縁層３およびｉ型非晶質シリコン
層（ｉ層）４ａをそれぞれ３００ｎｍ，１００ｎｍの厚
さで積層する。次にゲート電極２直上のｉ層４ａ上に、
不純物添加の際のマスクとして用いられる保護絶縁膜５
を２００ｎｍの厚さで形成する。この厚さは、後で述べ
るイオンの加速エネルギー条件によって決定される。こ
の保護絶縁膜５は、窒化シリコンや酸化シリコン等の絶
縁膜あるいはレジストなど有機高分子膜でも良く、但し
この場合用いる材料によりその膜厚を変更しなければな
らず、レジストを用いた場合はその膜厚を窒化シリコン
や酸化シリコン膜の時の倍以上にする必要がある。しか
し、この場合でも工程的にはほとんど差はない。
【００１０】前述の状態まで作製された試料は、この後
請求項１記載の不純物添加法によってソース／ドレイン
領域７ａに不純物を添加し任意の不純物層を形成する。
不純物添加は５価の不純物ガスとして弗化物系不純物ガ
スであるＰと弗素（Ｆ）の化合物の３弗化リン（Ｐ
Ｆ3 ）を用い、１３．５６ＭＨｚの高周波電場によりプ
ラズマ分解し、プラズマ中に生成したＰ関連イオン（Ｐ
ＦX=0-3 + ）６ａやＦ関連イオン（ＦX=0-3 + ）６ｂを
非質量分離で電場により４０ｋｅＶの加速エネルギーで
前述の使用に不純物添加してソース／ドレイン領域にｎ
層７ａを形成する。ＬＳＳ理論によるこの加速エネルギ
ーでの窒化シリコン膜に対するＰおよびＦの飛程は、そ
れぞれ３０．０ｎｍと５１．７ｎｍ、酸化シリコン膜に
対するＰおよびＦの飛程はそれぞれ３８．８ｎｍと６
６．９ｎｍ、またレジスト膜に対するＰおよびＦの飛程
はそれぞれ１６５．４ｎｍと２６０．９ｎｍで互いに近
い値であり、従来条件でのマスク膜厚で十分阻止できる
ものである。よってＦ関連イオン６ｂがマスクを貫通
し、試料にダメージを与え特性を悪くするようなことは
ない。従って、使用の作製条件および不純物添加条件を
変更する必要はなく、従来のイオン注入法同様の不純物
添加が可能となる。但し、生成するイオン種およびその
割合によって、Ｐの分布はＬＳＳ理論からはずれた分布
をとるが、これは非質量分離型の不純物添加法において
は本質的なものであり、あらかじめこのズレ分を補正す
るような条件で不純物添加を行うことによって所定の不
純物添加を行うことができる。この場合、特に試料に悪
影響を及ぼすようなことはない。
請求項１記載の不純物添加法によってソース／ドレイン
領域７ａに不純物を添加し任意の不純物層を形成する。
不純物添加は５価の不純物ガスとして弗化物系不純物ガ
スであるＰと弗素（Ｆ）の化合物の３弗化リン（Ｐ
Ｆ3 ）を用い、１３．５６ＭＨｚの高周波電場によりプ
ラズマ分解し、プラズマ中に生成したＰ関連イオン（Ｐ
ＦX=0-3 + ）６ａやＦ関連イオン（ＦX=0-3 + ）６ｂを
非質量分離で電場により４０ｋｅＶの加速エネルギーで
前述の使用に不純物添加してソース／ドレイン領域にｎ
層７ａを形成する。ＬＳＳ理論によるこの加速エネルギ
ーでの窒化シリコン膜に対するＰおよびＦの飛程は、そ
れぞれ３０．０ｎｍと５１．７ｎｍ、酸化シリコン膜に
対するＰおよびＦの飛程はそれぞれ３８．８ｎｍと６
６．９ｎｍ、またレジスト膜に対するＰおよびＦの飛程
はそれぞれ１６５．４ｎｍと２６０．９ｎｍで互いに近
い値であり、従来条件でのマスク膜厚で十分阻止できる
ものである。よってＦ関連イオン６ｂがマスクを貫通
し、試料にダメージを与え特性を悪くするようなことは
ない。従って、使用の作製条件および不純物添加条件を
変更する必要はなく、従来のイオン注入法同様の不純物
添加が可能となる。但し、生成するイオン種およびその
割合によって、Ｐの分布はＬＳＳ理論からはずれた分布
をとるが、これは非質量分離型の不純物添加法において
は本質的なものであり、あらかじめこのズレ分を補正す
るような条件で不純物添加を行うことによって所定の不
純物添加を行うことができる。この場合、特に試料に悪
影響を及ぼすようなことはない。
【００１１】図１の実施例では、５価の不純物ガスとし
て弗化物系不純物ガスのＰＦ3 を用いたが、５弗化リン
（ＰＦ5 ）を用いても同様である。他に５価の不純物ガ
スとして、弗化物系不純物ガスである砒素（Ａｓ）とＦ
の化合物の３弗化砒素（ＡｓＦ3 ）や５弗化砒素（Ａｓ
Ｆ5 ）が使用可能である。また塩化物不純物ガスである
Ｐと塩素（Ｃｌ）の化合物の３塩化リン（ＰＣｌ3 ），
５塩化リン（ＰＣｌ5），３塩化砒素（ＡｓＣｌ3 ）を
用いた請求項１と請求項３記載の不純物添加法によって
も同様の効果を得ることができる。例えば ＰＣｌ3 を
５価の不純物ガスとして用いた場合、前述の実施例の不
純物添加条件では、窒化シリコン膜に対するＰおよびＣ
ｌの飛程はそれぞれ３０．０ｎｍと２６．６ｎｍ、酸化
シリコン膜に対するＰおよびＣｌの飛程はそれぞれ３
８．８ｎｍと３４．４ｎｍ、またレジスト膜に対するＰ
およびＣｌの飛程はそれぞれ１６５．４ｎｍと１５１．
０ｎｍで、ほぼ等しい値をとるため、図１の実施例で得
られた効果はもとより、弗化物系不純物ガスを用いた時
よりも、Ｃｌによる試料の他の部分に与えるダメージが
無く、Ｐとほぼ等しい不純物分布を実現できる。さらに
ＦとＣｌと価電子制御可能な元素とから構成されている
混合ハロゲン化物系不純物ガスを用いた請求項１と請求
項４の不純物添加法もまた同様である。この場合、５価
の混合ハロゲン化物系不純物ガスとして、２弗化１塩化
リン（ＰＣｌＦ2 ），１弗化２塩化リン（ＰＣｌ2 Ｆ）
等が使用できる。
て弗化物系不純物ガスのＰＦ3 を用いたが、５弗化リン
（ＰＦ5 ）を用いても同様である。他に５価の不純物ガ
スとして、弗化物系不純物ガスである砒素（Ａｓ）とＦ
の化合物の３弗化砒素（ＡｓＦ3 ）や５弗化砒素（Ａｓ
Ｆ5 ）が使用可能である。また塩化物不純物ガスである
Ｐと塩素（Ｃｌ）の化合物の３塩化リン（ＰＣｌ3 ），
５塩化リン（ＰＣｌ5），３塩化砒素（ＡｓＣｌ3 ）を
用いた請求項１と請求項３記載の不純物添加法によって
も同様の効果を得ることができる。例えば ＰＣｌ3 を
５価の不純物ガスとして用いた場合、前述の実施例の不
純物添加条件では、窒化シリコン膜に対するＰおよびＣ
ｌの飛程はそれぞれ３０．０ｎｍと２６．６ｎｍ、酸化
シリコン膜に対するＰおよびＣｌの飛程はそれぞれ３
８．８ｎｍと３４．４ｎｍ、またレジスト膜に対するＰ
およびＣｌの飛程はそれぞれ１６５．４ｎｍと１５１．
０ｎｍで、ほぼ等しい値をとるため、図１の実施例で得
られた効果はもとより、弗化物系不純物ガスを用いた時
よりも、Ｃｌによる試料の他の部分に与えるダメージが
無く、Ｐとほぼ等しい不純物分布を実現できる。さらに
ＦとＣｌと価電子制御可能な元素とから構成されている
混合ハロゲン化物系不純物ガスを用いた請求項１と請求
項４の不純物添加法もまた同様である。この場合、５価
の混合ハロゲン化物系不純物ガスとして、２弗化１塩化
リン（ＰＣｌＦ2 ），１弗化２塩化リン（ＰＣｌ2 Ｆ）
等が使用できる。
【００１２】図１に示す実施例では、ｉ型半導体層とし
てｉ型非晶質シリコン層４ａが用いられているが、別に
ｉ型多結晶シリコン層を用いても同様である。この場
合、その実施例は図２のようになり図１でのｉ型非晶質
シリコン層４ａがｉ型多結晶シリコン層４ｂに置き代わ
った構造となる。図２の実施例のような場合、高温工程
が途中存在するため、電極材料としてはモリブデン（Ｍ
ｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）あるいは
そのシリサイド等の高融点金属類が好ましい。その他の
試料作製条件および不純物添加条件、また使用不純物ガ
スは当然のことながら図１の実施例同様そのまま使用す
ることができる。
てｉ型非晶質シリコン層４ａが用いられているが、別に
ｉ型多結晶シリコン層を用いても同様である。この場
合、その実施例は図２のようになり図１でのｉ型非晶質
シリコン層４ａがｉ型多結晶シリコン層４ｂに置き代わ
った構造となる。図２の実施例のような場合、高温工程
が途中存在するため、電極材料としてはモリブデン（Ｍ
ｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）あるいは
そのシリサイド等の高融点金属類が好ましい。その他の
試料作製条件および不純物添加条件、また使用不純物ガ
スは当然のことながら図１の実施例同様そのまま使用す
ることができる。
【００１３】図３は請求項１と請求項２記載の不純物添
加法による別の実施例を示したものである。図３に示す
ような試料は次のような工程を経て作製される。ｎ型単
結晶シリコン基板８上に酸化シリコンあるいは窒化シリ
コン等の絶縁層３を１００ｎｍの厚さで形成する。そし
て絶縁層３上に、ＡｌやＣｒ等の金属あるいはそのシリ
サイドからなるゲート電極２を３００ｎｍの厚さで形成
する。このゲート電極は、不純物添加時にそのマスクと
しても用いられる。
加法による別の実施例を示したものである。図３に示す
ような試料は次のような工程を経て作製される。ｎ型単
結晶シリコン基板８上に酸化シリコンあるいは窒化シリ
コン等の絶縁層３を１００ｎｍの厚さで形成する。そし
て絶縁層３上に、ＡｌやＣｒ等の金属あるいはそのシリ
サイドからなるゲート電極２を３００ｎｍの厚さで形成
する。このゲート電極は、不純物添加時にそのマスクと
しても用いられる。
【００１４】前述の状態まで作製された試料は、この後
請求項１と請求項２記載の不純物添加法によってソース
／ドレイン領域９に不純物を絶縁膜越しに添加し、任意
の不純物層を絶縁層３の下部に形成する。不純物添加は
３価の不純物ガスとして弗化物系不純物ガスであるＢと
Ｆの化合物の３弗化ボロン（ＢＦ3 ）を用い、１３．５
６ＭＨｚの高周波電場によりプラズマ分解し、プラズマ
中に生成したＢ関連イオン（ＢＦX=0-3 + ）６ｃやＦ関
連イオン（ＦX=0-3 + ）６ｂを非質量分離で電場により
６０ｋｅＶの加速エネルギーで前述の試料に不純物添加
してｐ型単結晶シリコン層（ｐ層）９を形成する。ＬＳ
Ｓ理論によるこの加速エネルギーでのＡｌ電極に対する
ＢおよびＦの飛程はそれぞれ１９５．２ｎｍと１１０．
４ｎｍであり、Ｃｒ電極に対してはそれよりも小さな値
をとる。前述のようにＢの方がＦの飛程よりも大きいた
め、Ｂを阻止できる電極膜厚ならばＦも十分に阻止でき
る。従来の水素化物系不純物ガスのＢ2 Ｈ6 を用いた場
合では、ＨのＡｌに対するＬＳＳ理論による飛程は前述
の条件で１０７７．９ｎｍであり、このＨを阻止しよう
とする場合、Ａｌ電極の厚さを５倍近く厚くしなくては
ならずスループットという点で問題があった。しかし、
請求項１記載の不純物添加法により前述の問題は解決さ
れ、スループットを損なうこと無く、また試料の作製条
件も大幅に変更することなく所定の不純物添加処理が可
能となり、その結果、飛躍的なスループットの向上をは
かることができる。
請求項１と請求項２記載の不純物添加法によってソース
／ドレイン領域９に不純物を絶縁膜越しに添加し、任意
の不純物層を絶縁層３の下部に形成する。不純物添加は
３価の不純物ガスとして弗化物系不純物ガスであるＢと
Ｆの化合物の３弗化ボロン（ＢＦ3 ）を用い、１３．５
６ＭＨｚの高周波電場によりプラズマ分解し、プラズマ
中に生成したＢ関連イオン（ＢＦX=0-3 + ）６ｃやＦ関
連イオン（ＦX=0-3 + ）６ｂを非質量分離で電場により
６０ｋｅＶの加速エネルギーで前述の試料に不純物添加
してｐ型単結晶シリコン層（ｐ層）９を形成する。ＬＳ
Ｓ理論によるこの加速エネルギーでのＡｌ電極に対する
ＢおよびＦの飛程はそれぞれ１９５．２ｎｍと１１０．
４ｎｍであり、Ｃｒ電極に対してはそれよりも小さな値
をとる。前述のようにＢの方がＦの飛程よりも大きいた
め、Ｂを阻止できる電極膜厚ならばＦも十分に阻止でき
る。従来の水素化物系不純物ガスのＢ2 Ｈ6 を用いた場
合では、ＨのＡｌに対するＬＳＳ理論による飛程は前述
の条件で１０７７．９ｎｍであり、このＨを阻止しよう
とする場合、Ａｌ電極の厚さを５倍近く厚くしなくては
ならずスループットという点で問題があった。しかし、
請求項１記載の不純物添加法により前述の問題は解決さ
れ、スループットを損なうこと無く、また試料の作製条
件も大幅に変更することなく所定の不純物添加処理が可
能となり、その結果、飛躍的なスループットの向上をは
かることができる。
【００１５】一方、前述のＢ関連イオン６ｃの一つであ
るＢＦ2 イオンをイオン注入して半導体素子上にｐ型の
不純物層を形成する半導体素子の製造方法として、特開
昭６３−１５５７２０号公報「半導体装置の製造方法」
に記載の内容が知られている。前記公報の内容は、第１
イオンのイオン注入により半導体素子上に非晶質層を形
成した後、第２のイオンを第１のイオン注入により形成
された非晶質層の深さよりも浅くイオン注入し、熱処理
により第２のイオン注入により導入した不純物を拡散さ
せ、不純物層の深さを前記非晶質層の深さよりもやや深
くすることを最も特徴としている。ここで用いられてい
るＢＦ2 イオンは低エネルギーのＢイオンを得るための
ものであり、浅い接合を実現することを目的とした従来
の質量分離型イオン注入法である。従って、本発明で特
徴とする非質量分離型イオン注入法における価電子制御
可能な不純物元素よりも数倍以上の大きいイオン注入飛
程を有した元素イオンの影響を、価電子制御可能な不純
物元素のイオン注入飛程と同程度かあるいはそれ以下の
元素イオンと置き換えることにより排除しようとする本
発明の目的とは根本的に異なっている。
るＢＦ2 イオンをイオン注入して半導体素子上にｐ型の
不純物層を形成する半導体素子の製造方法として、特開
昭６３−１５５７２０号公報「半導体装置の製造方法」
に記載の内容が知られている。前記公報の内容は、第１
イオンのイオン注入により半導体素子上に非晶質層を形
成した後、第２のイオンを第１のイオン注入により形成
された非晶質層の深さよりも浅くイオン注入し、熱処理
により第２のイオン注入により導入した不純物を拡散さ
せ、不純物層の深さを前記非晶質層の深さよりもやや深
くすることを最も特徴としている。ここで用いられてい
るＢＦ2 イオンは低エネルギーのＢイオンを得るための
ものであり、浅い接合を実現することを目的とした従来
の質量分離型イオン注入法である。従って、本発明で特
徴とする非質量分離型イオン注入法における価電子制御
可能な不純物元素よりも数倍以上の大きいイオン注入飛
程を有した元素イオンの影響を、価電子制御可能な不純
物元素のイオン注入飛程と同程度かあるいはそれ以下の
元素イオンと置き換えることにより排除しようとする本
発明の目的とは根本的に異なっている。
【００１６】図３の実施例では３価の不純物ガスとして
弗化物系不純物ガスのＢＦ3 を用いたが、４弗化ボロン
（Ｂ2 Ｆ4 ）を用いても同様である。他に塩化物系不純
物ガスとして３塩化ボロン（ＢＣｌ3 ），４塩化ボロン
（Ｂ2 Ｃｌ4 ）もまた使用可能である。またインジウム
（Ｉｎ）とＣｌの化合物の塩化インジウム（ＩｎＣ
ｌ），２塩化インジウム（ＩｎＣｌ2 ），３塩化インジ
ウム（ＩｎＣｌ3 ）を用いても同様の効果を得ることが
できる。さらにＦとＣｌと目的とする不純物とから構成
されている混合ハロゲン化物系不純物ガスもまた使用可
能である。この場合、３価の混合ハロゲン化物系不純物
ガスとして２弗化１塩化ボロン（ＢＣｌＦ2），１弗化
２塩化ボロン（ＢＣｌ2 Ｆ）等が使用できる。
弗化物系不純物ガスのＢＦ3 を用いたが、４弗化ボロン
（Ｂ2 Ｆ4 ）を用いても同様である。他に塩化物系不純
物ガスとして３塩化ボロン（ＢＣｌ3 ），４塩化ボロン
（Ｂ2 Ｃｌ4 ）もまた使用可能である。またインジウム
（Ｉｎ）とＣｌの化合物の塩化インジウム（ＩｎＣ
ｌ），２塩化インジウム（ＩｎＣｌ2 ），３塩化インジ
ウム（ＩｎＣｌ3 ）を用いても同様の効果を得ることが
できる。さらにＦとＣｌと目的とする不純物とから構成
されている混合ハロゲン化物系不純物ガスもまた使用可
能である。この場合、３価の混合ハロゲン化物系不純物
ガスとして２弗化１塩化ボロン（ＢＣｌＦ2），１弗化
２塩化ボロン（ＢＣｌ2 Ｆ）等が使用できる。
【００１７】
【発明の効果】本発明により、非質量分離で不純物添加
を行う不純物添加法において同一のイオン加速エネルギ
ー条件でも、目的としている不純物以外の不純物も同様
にその不純物分布を制御でき、従来、水素化物系不純物
ガスを用いていた場合に問題となっていたＨの大きい飛
程により生じる問題を回避するためのマスク膜厚の変更
や注入条件の変更といった工程上の変更をする必要がな
くなり、試料の特性を損なうことなく高スループットと
低コストを実現しながら試料に不純物添加を行うことが
可能となる。さらに、水素化非晶質シリコンを半導体領
域として用いているＴＦＴにおいて、弗素物系不純物ガ
スを不純物源として用い、半導体領域に不純物添加を行
った場合、前述の半導体領域においてシリコンの未結合
手を終端しているＨがＦにとって代わったような場合で
は、Ｓｉ−Ｆ結合はＳｉ−Ｈ結合よりもその結合エネル
ギーが大きいため熱的に安定となり、Ｈの場合よりも試
料の高信頼化が期待できる。
を行う不純物添加法において同一のイオン加速エネルギ
ー条件でも、目的としている不純物以外の不純物も同様
にその不純物分布を制御でき、従来、水素化物系不純物
ガスを用いていた場合に問題となっていたＨの大きい飛
程により生じる問題を回避するためのマスク膜厚の変更
や注入条件の変更といった工程上の変更をする必要がな
くなり、試料の特性を損なうことなく高スループットと
低コストを実現しながら試料に不純物添加を行うことが
可能となる。さらに、水素化非晶質シリコンを半導体領
域として用いているＴＦＴにおいて、弗素物系不純物ガ
スを不純物源として用い、半導体領域に不純物添加を行
った場合、前述の半導体領域においてシリコンの未結合
手を終端しているＨがＦにとって代わったような場合で
は、Ｓｉ−Ｆ結合はＳｉ−Ｈ結合よりもその結合エネル
ギーが大きいため熱的に安定となり、Ｈの場合よりも試
料の高信頼化が期待できる。
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の別の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の別の実施例を示す断面図である。
【図４】従来の不純物添加法を示す断面図である。
１ ガラス基板 ２ ゲート電極 ３ 絶縁層 ４ａ ｉ型非晶質シリコン層（ｉ層） ４ｂ ｉ型多結晶シリコン層（ｉ層） ５ 保護絶縁膜 ６ａ ＰＦX=0-3 + ６ｂ ＦX=1-3 + ６ｃ ＢＦX=0-3 + ６ｄ ＰＨX=0-3 + ６ｅ ＨX=1-3 + ６ｆ ＢＨX=0-6 + ６ｇ Ｂ2 ＨX=0-6 + ６ｈ ＨX=1-6 + ７ａ ｎ型非晶質シリコン層（ｎ層）：ソース／ドレイ
ン領域 ７ｂ ｎ型多結晶シリコン層（ｎ層）：ソース／ドレイ
ン領域 ７ｃ ｎ型あるいはｐ型非晶質シリコン層（ｎ層あるい
はｐ層）：ソース／ドレイン領域 ８ ｎ型単結晶シリコン基板 ９ ｐ型単結晶シリコン層：ソース／ドレイン領域 １０ ＨX=1-3 + イオンによるダメージ層
ン領域 ７ｂ ｎ型多結晶シリコン層（ｎ層）：ソース／ドレイ
ン領域 ７ｃ ｎ型あるいはｐ型非晶質シリコン層（ｎ層あるい
はｐ層）：ソース／ドレイン領域 ８ ｎ型単結晶シリコン基板 ９ ｐ型単結晶シリコン層：ソース／ドレイン領域 １０ ＨX=1-3 + イオンによるダメージ層
Claims (4)
- 【請求項１】価電子制御可能な元素と前記価電子制御可
能な元素と同程度かあるいはそれ以下のイオン注入飛程
を有する元素とからなる少なくとも２種類以上の元素で
構成されている不純物ガスをプラズマ状に分解し、生成
したイオン種を不純物源として非質量分離で前記イオン
種を電場により加速し、水素化非晶質珪素膜に前記イオ
ン種を添加して前記水素化非晶質珪素膜中に不純物層を
形成することを特徴とする不純物添加法。 - 【請求項２】前記不純物ガスとして、弗素との化合物ガ
スを用いることを特徴とする請求項１記載の不純物添加
法。 - 【請求項３】前記不純物ガスとして、塩素との化合物ガ
スを用いることを特徴とする請求項１記載の不純物添加
法。 - 【請求項４】前記不純物ガスとして、弗素と塩素との混
合ハロゲン化合物ガスを用いることを特徴とする請求項
１記載の不純物添加法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5000907A JPH07114189B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | 不純物添加法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5000907A JPH07114189B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | 不純物添加法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204160A JPH06204160A (ja) | 1994-07-22 |
| JPH07114189B2 true JPH07114189B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=11486755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5000907A Expired - Lifetime JPH07114189B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | 不純物添加法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07114189B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7943204B2 (en) * | 2005-08-30 | 2011-05-17 | Advanced Technology Materials, Inc. | Boron ion implantation using alternative fluorinated boron precursors, and formation of large boron hydrides for implantation |
| US8598022B2 (en) | 2009-10-27 | 2013-12-03 | Advanced Technology Materials, Inc. | Isotopically-enriched boron-containing compounds, and methods of making and using same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61135037A (ja) * | 1984-12-06 | 1986-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | イオン照射装置およびイオン照射方法 |
-
1993
- 1993-01-07 JP JP5000907A patent/JPH07114189B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06204160A (ja) | 1994-07-22 |
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