JPH07118471B2 - 固体平板状拡散源の急速熱処理による半導体ウェ−ハのド−ピング方法 - Google Patents
固体平板状拡散源の急速熱処理による半導体ウェ−ハのド−ピング方法Info
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- JPH07118471B2 JPH07118471B2 JP61237285A JP23728586A JPH07118471B2 JP H07118471 B2 JPH07118471 B2 JP H07118471B2 JP 61237285 A JP61237285 A JP 61237285A JP 23728586 A JP23728586 A JP 23728586A JP H07118471 B2 JPH07118471 B2 JP H07118471B2
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は半導体ウェーハのドーピング方法であって、ウ
ェーハに接近した固体平面ドーパント源を加熱すること
によるものに関し、特に急速熱処理の方法によるものに
関する。
ェーハに接近した固体平面ドーパント源を加熱すること
によるものに関し、特に急速熱処理の方法によるものに
関する。
技術背景 半導体ウェーハをドープし、拡散結合を形成する多くの
方法がある。１つの方法はイオン注入を用いるものであ
る。この方法はイオン注入が格子損傷を起こすという欠
点を有し、その格子損傷は続く処理ステップにおいて最
小のドーパント・リディストリビューション（dopant r
edistribution）で焼きなまされねばならない。別の方
法は、高温打ち込みステップが続くウェーハ表面上のド
ープ層のプレデポジションのためにB2H6,AsH4,PH3又はP
OCl3のようなドーパント包含ガス源を利用している。こ
のようなガスドーパントは、概して、有毒であり、浸食
性がある。また、バルブや調整器等の付随する複雑な機
器が必要とされる。ガス流パターンの制御にはウェーハ
上の一様性及び多くのウェーハから成る一群のウェーハ
の全てに亘る一様性が必要とされる。別の方法は拡散高
炉内のウェーハの間に差し込まれた固体平面拡散源の使
用を必要とする。拡散高炉は個々のウェーハの費用効果
的ガス発生炉ではなく、また、極めて薄いVLSI接合に必
要な１乃至100秒の時間スケールでウェーハを焼きなま
すことに使用することはできない。大きなウェーハ（20
0mm）は拡散高炉内で可塑性の変形及びスリップなしに
高温で処理することは難しい。別の方法は１つの単結晶
シリコン上を覆うポリシリコン層（注入又は別な方法で
ドープされる）を使用し、そのポリシリコンは続くステ
ップにおける次の打ち込みのドーパント源として働く。
この方法はいくつかのステップを含む。また、単結晶シ
リコン基板からポリシリコンを選択的に離すことは難し
いことであるが望まれるべきことである。ポリシリコン
と単結晶シリコンとの境界にある薄い酸化物の層は、ド
ーパントのシリコン基板への再現可能な輸送に劇的影響
を及ぼす。広範囲の実践におけるドーピングの多くの方
法は、最適ではない複数処理ステップからなる方法、危
険な物質或いは複雑な装置を含んでいる。
方法がある。１つの方法はイオン注入を用いるものであ
る。この方法はイオン注入が格子損傷を起こすという欠
点を有し、その格子損傷は続く処理ステップにおいて最
小のドーパント・リディストリビューション（dopant r
edistribution）で焼きなまされねばならない。別の方
法は、高温打ち込みステップが続くウェーハ表面上のド
ープ層のプレデポジションのためにB2H6,AsH4,PH3又はP
OCl3のようなドーパント包含ガス源を利用している。こ
のようなガスドーパントは、概して、有毒であり、浸食
性がある。また、バルブや調整器等の付随する複雑な機
器が必要とされる。ガス流パターンの制御にはウェーハ
上の一様性及び多くのウェーハから成る一群のウェーハ
の全てに亘る一様性が必要とされる。別の方法は拡散高
炉内のウェーハの間に差し込まれた固体平面拡散源の使
用を必要とする。拡散高炉は個々のウェーハの費用効果
的ガス発生炉ではなく、また、極めて薄いVLSI接合に必
要な１乃至100秒の時間スケールでウェーハを焼きなま
すことに使用することはできない。大きなウェーハ（20
0mm）は拡散高炉内で可塑性の変形及びスリップなしに
高温で処理することは難しい。別の方法は１つの単結晶
シリコン上を覆うポリシリコン層（注入又は別な方法で
ドープされる）を使用し、そのポリシリコンは続くステ
ップにおける次の打ち込みのドーパント源として働く。
この方法はいくつかのステップを含む。また、単結晶シ
リコン基板からポリシリコンを選択的に離すことは難し
いことであるが望まれるべきことである。ポリシリコン
と単結晶シリコンとの境界にある薄い酸化物の層は、ド
ーパントのシリコン基板への再現可能な輸送に劇的影響
を及ぼす。広範囲の実践におけるドーピングの多くの方
法は、最適ではない複数処理ステップからなる方法、危
険な物質或いは複雑な装置を含んでいる。
発明の目的 本発明の目的の１つは、危険なガスを用いずに半導体ウ
ェーハをドーピングする方法を提供することである。
ェーハをドーピングする方法を提供することである。
本発明の別の目的は、複雑な装置又は複数の処理ステッ
プを必要としない方法を提供することである。
プを必要としない方法を提供することである。
発明の概要 本発明の目的は、急速熱処理（rapid thermal processi
ng（RTP））技術を利用することによって達成され、固
体平面拡散源からドーパントを遊離させると共に、この
ドーパントを固体源に近接して置かれた半導体ウエーハ
の加熱された表面に叩き込む。20−60分の焼きなまし時
間が典型的に行われる在来のバッジ拡散炉における使用
のために、固体平面ドーパント源が発達された。本発明
は、RTPの使用により、このような固体平面ドーパント
源を高スループット、単一のウエーハ処理及び薄い（xj
＜1000Å）接合形成に容易に適合できるという実状に基
づいている。RTPにより可能な、固体源及びウエーハの
双方の急速加熱と、短い焼きなましサイクル時間と（約
800℃−1200℃の温度が、２−200秒のオーダーの時間に
到達され維持される。）が、これを新規且つ魅力的な方
法にし、例えば単結晶Si又はGaAsのような物質の薄い拡
散接合を形成し、例えばPBr3、PH3、POCl3、AsH4のよう
なガスドーピング源の使用を不要とする。例えばポリシ
リコンのような非常に大きな拡散係数を有する物質の場
合、本発明は、高電導性の、一様にドープされた層を形
成するために使用される。
ng（RTP））技術を利用することによって達成され、固
体平面拡散源からドーパントを遊離させると共に、この
ドーパントを固体源に近接して置かれた半導体ウエーハ
の加熱された表面に叩き込む。20−60分の焼きなまし時
間が典型的に行われる在来のバッジ拡散炉における使用
のために、固体平面ドーパント源が発達された。本発明
は、RTPの使用により、このような固体平面ドーパント
源を高スループット、単一のウエーハ処理及び薄い（xj
＜1000Å）接合形成に容易に適合できるという実状に基
づいている。RTPにより可能な、固体源及びウエーハの
双方の急速加熱と、短い焼きなましサイクル時間と（約
800℃−1200℃の温度が、２−200秒のオーダーの時間に
到達され維持される。）が、これを新規且つ魅力的な方
法にし、例えば単結晶Si又はGaAsのような物質の薄い拡
散接合を形成し、例えばPBr3、PH3、POCl3、AsH4のよう
なガスドーピング源の使用を不要とする。例えばポリシ
リコンのような非常に大きな拡散係数を有する物質の場
合、本発明は、高電導性の、一様にドープされた層を形
成するために使用される。
この発明の以上その他の構成及び作用上の特徴は、下記
の詳細な説明及び非限定的に図示した好適実施例と更に
別の例の図面によって、より明白になるであろう。
の詳細な説明及び非限定的に図示した好適実施例と更に
別の例の図面によって、より明白になるであろう。
好適実施例 工程は固体平面拡散ドーパント源（例えば、SOHIO/カー
ボンランダムによって作られるPH−1025リン源）をドー
プされるウェーハに近接して置くことからなる。ウェー
ハもドーパント源も急速熱処理器のチェンバ内にある。
ガスが有る状態又は真空状態のどちらかが使用できる。
図面を参照すると、参照番号が様々な図面の全てに亘る
部分を示すように使用され、第１図には向い合って並ぶ
クオーツ−ハロゲンランプ12を用いるRTP装置10が示さ
れている。他の適切な装置の例にはバリアンIT−200恒
温焼きなまし器が使用されている。これらの焼きなまし
器の他の例が、米国特許第4,331,485号、同4,356,384
号、同4,417,347号、同4,481,406号及び同4,486,652号
に見られる。ドーパント源14はRTP装置10内に置かれ、
ウェーハ16は表を下にしてドーパント源14に面するよう
に置かれている。別の配置が第２図に示されており、ド
ーパント源14が２つのウェーハ16の間に置かれている。
第３図に示された別の実施例ではウェーハ16が再度表を
下にしてドーパント源14に面しているが、スペーサ18に
よって近接して間隔を空けられている。そのスペーサ18
はある場合には一様性が必要とされるか又は、ウェーハ
の前面のデバイスが拡散源と接触することから生じる可
能な物理的損傷を防ぐ必要があり得る。全ての実施例に
おいて、ウェーハと、拡散源の組合せは放射線源によっ
て急速にさらされ、ウェーハと拡散源は所望の温度（
1000℃）に達せられ、適切な処理時間（約２乃至200
秒）の間保持される。
ボンランダムによって作られるPH−1025リン源）をドー
プされるウェーハに近接して置くことからなる。ウェー
ハもドーパント源も急速熱処理器のチェンバ内にある。
ガスが有る状態又は真空状態のどちらかが使用できる。
図面を参照すると、参照番号が様々な図面の全てに亘る
部分を示すように使用され、第１図には向い合って並ぶ
クオーツ−ハロゲンランプ12を用いるRTP装置10が示さ
れている。他の適切な装置の例にはバリアンIT−200恒
温焼きなまし器が使用されている。これらの焼きなまし
器の他の例が、米国特許第4,331,485号、同4,356,384
号、同4,417,347号、同4,481,406号及び同4,486,652号
に見られる。ドーパント源14はRTP装置10内に置かれ、
ウェーハ16は表を下にしてドーパント源14に面するよう
に置かれている。別の配置が第２図に示されており、ド
ーパント源14が２つのウェーハ16の間に置かれている。
第３図に示された別の実施例ではウェーハ16が再度表を
下にしてドーパント源14に面しているが、スペーサ18に
よって近接して間隔を空けられている。そのスペーサ18
はある場合には一様性が必要とされるか又は、ウェーハ
の前面のデバイスが拡散源と接触することから生じる可
能な物理的損傷を防ぐ必要があり得る。全ての実施例に
おいて、ウェーハと、拡散源の組合せは放射線源によっ
て急速にさらされ、ウェーハと拡散源は所望の温度（
1000℃）に達せられ、適切な処理時間（約２乃至200
秒）の間保持される。
第１図の実施例において、ある場合には拡散源とウェー
ハを異なる温度に加熱するために上部と底部のヒータ配
置に異なる出力を与えることが必要となることもある。
これはドーパントのドーパント源からの遊離と半導体へ
の打ち込みの独立した制御及び付加的な融通性が可能と
なる。ウェーハ16とドーピング源14の異なる吸収スペク
トルはこの目的のために使用される異なる波長の放射を
可能にできる。
ハを異なる温度に加熱するために上部と底部のヒータ配
置に異なる出力を与えることが必要となることもある。
これはドーパントのドーパント源からの遊離と半導体へ
の打ち込みの独立した制御及び付加的な融通性が可能と
なる。ウェーハ16とドーピング源14の異なる吸収スペク
トルはこの目的のために使用される異なる波長の放射を
可能にできる。
本発明の短い急速加熱サイクル時間は、極端に浅い拡散
接合（1000Å以下）が形成されることを可能にする。
接合（1000Å以下）が形成されることを可能にする。
リンがドーパント源の場合（我々はPH−1025を用い
た）、ガラス状物質P2O5はドーパントでウェーハの表面
上に放出されデポジットされる。この場合は、ドーピン
グ前の基板上の手を加えていないSiO2は、基板中へのＰ
の輸送を妨げることはない。また、ドーパントの覆いは
HF水溶液中でSi基板から容易に離される。P2O5ガラスの
覆いはまた、Si又はポリシリコンの下層のキャップとし
て働き、ドーパントの外への拡散を防いでいる。このよ
うな外への拡散はRTPにおいて、キャップのない注入さ
れた表面に見られた。
た）、ガラス状物質P2O5はドーパントでウェーハの表面
上に放出されデポジットされる。この場合は、ドーピン
グ前の基板上の手を加えていないSiO2は、基板中へのＰ
の輸送を妨げることはない。また、ドーパントの覆いは
HF水溶液中でSi基板から容易に離される。P2O5ガラスの
覆いはまた、Si又はポリシリコンの下層のキャップとし
て働き、ドーパントの外への拡散を防いでいる。このよ
うな外への拡散はRTPにおいて、キャップのない注入さ
れた表面に見られた。
ドーパント源に面している側だけがドーパント流にさら
されるので、片側ドービングが達成される。
されるので、片側ドービングが達成される。
格子損傷はなく、例えば、注入ドーピング後に、必要で
あるような炉又はRTPステップを必要とせずにそのドー
パントは電気的に能動状態にされる。パターンの決った
SiO2のようなマスキング層の使用によって選択的ドーピ
ングが可能であるが、それは、ドーパントのマスク中へ
の拡散がマスクの下のSi中への拡散よりもずっと遅いか
らである。SiO2のうちの開いた部分はドープされる。マ
スク及びP2O5のドーピング層は同様のステップ（例え
ば、HF水溶液中のエッチ）で離される。そのマスクはま
た、ドーパント源とウェーハを接触から守っており、そ
して、ウェーハ表面上のデバイスへの機械的損傷を防
ぎ、又、粒子の発生を防ぐことが望ましい。
あるような炉又はRTPステップを必要とせずにそのドー
パントは電気的に能動状態にされる。パターンの決った
SiO2のようなマスキング層の使用によって選択的ドーピ
ングが可能であるが、それは、ドーパントのマスク中へ
の拡散がマスクの下のSi中への拡散よりもずっと遅いか
らである。SiO2のうちの開いた部分はドープされる。マ
スク及びP2O5のドーピング層は同様のステップ（例え
ば、HF水溶液中のエッチ）で離される。そのマスクはま
た、ドーパント源とウェーハを接触から守っており、そ
して、ウェーハ表面上のデバイスへの機械的損傷を防
ぎ、又、粒子の発生を防ぐことが望ましい。
ｎ型リン・ドーピング源が本発明の実施をさせたが、窒
化ホウ素のようなＰ型ドーパント源（Siに対する）は、
開示された本発明によってバイポーラ,NMOS及びPMOSデ
バイスの製造を行うのに有効である。
化ホウ素のようなＰ型ドーパント源（Siに対する）は、
開示された本発明によってバイポーラ,NMOS及びPMOSデ
バイスの製造を行うのに有効である。
例えば、市販の入手可能な固体平面リン拡散源（Sohio
Carborundum Grade PH−1025）を使用してポリシリコン
層を急速ドーピングすることによって本発明が実施され
た。この場合は、ドープされるサンプルはSi（100）基
板上への低圧力化学蒸着デポジションによってデポジッ
トされた5000Åの厚さのポリシリコン層である。ドープ
されていない層は、４点プローブでは高すぎて計れない
デポジットされたようなシート抵抗を有する（＞100,00
0ohm/sq.）。1100℃で150秒間のドーパント源とサンプ
ルの急速焼なまし（第１図の装置を用いる）の後、ポリ
シリコン・シート抵抗は12.8ohm/sqに下がる。これは、
拡散炉内でPOCl3ガス源を用いてドープされタn+ポリシ
リコンに関して報告された最も低い値に匹敵する。
Carborundum Grade PH−1025）を使用してポリシリコン
層を急速ドーピングすることによって本発明が実施され
た。この場合は、ドープされるサンプルはSi（100）基
板上への低圧力化学蒸着デポジションによってデポジッ
トされた5000Åの厚さのポリシリコン層である。ドープ
されていない層は、４点プローブでは高すぎて計れない
デポジットされたようなシート抵抗を有する（＞100,00
0ohm/sq.）。1100℃で150秒間のドーパント源とサンプ
ルの急速焼なまし（第１図の装置を用いる）の後、ポリ
シリコン・シート抵抗は12.8ohm/sqに下がる。これは、
拡散炉内でPOCl3ガス源を用いてドープされタn+ポリシ
リコンに関して報告された最も低い値に匹敵する。
本発明は記載された好適実施例及び別の態様に限定され
るものではなく、本発明の範囲を越えることなく構成部
分に機械的及び電気的に同等の変更を行い、改良するこ
とができる。発明の真の精神は特許請求の範囲に要約さ
れている。
るものではなく、本発明の範囲を越えることなく構成部
分に機械的及び電気的に同等の変更を行い、改良するこ
とができる。発明の真の精神は特許請求の範囲に要約さ
れている。
第１図は本発明を実施するのに使用される装置の略示図
である。 第２図はウェーハとドーパント源の配置の別の実施例の
略示図である。 第３図はドーパント源とウェーハの間にスペースを用い
る別の実施例の略示図である。 符号の説明 10……RTP装置 12……クオーツ・ハロゲンランプ 14……ドーパント源 16……ウェーハ 18……スペーサ
である。 第２図はウェーハとドーパント源の配置の別の実施例の
略示図である。 第３図はドーパント源とウェーハの間にスペースを用い
る別の実施例の略示図である。 符号の説明 10……RTP装置 12……クオーツ・ハロゲンランプ 14……ドーパント源 16……ウェーハ 18……スペーサ
Claims (1)
- 【請求項１】半導体ウエーハ中にドーパント物質を拡散
させる方法であって、 （ａ）固体平面ドーパント物質源を急速熱処理装置中に
挿入する工程と、 （ｂ）半導体ウエーハを前記固体平面ドーパント物質源
に近接して置く工程と、 （ｃ）プロセスガスを導入することなく、前記ドーパン
ト物質を前記半導体ウエーハ中に拡散させるために、前
記固体平面ドーパント物質源と、それとは独立して前記
半導体ウエーハとを200秒以内で800℃以上に急速加熱す
る工程とから成る、ところの方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US785418 | 1985-10-08 | ||
| US06/785,418 US4661177A (en) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | Method for doping semiconductor wafers by rapid thermal processing of solid planar diffusion sources |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6293927A JPS6293927A (ja) | 1987-04-30 |
| JPH07118471B2 true JPH07118471B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=25135464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61237285A Expired - Fee Related JPH07118471B2 (ja) | 1985-10-08 | 1986-10-07 | 固体平板状拡散源の急速熱処理による半導体ウェ−ハのド−ピング方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4661177A (ja) |
| JP (1) | JPH07118471B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0715893B2 (ja) * | 1988-07-14 | 1995-02-22 | 株式会社東芝 | ドーパントフイルムおよび半導体基板の不純物拡散方法 |
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| US5316969A (en) * | 1992-12-21 | 1994-05-31 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method of shallow junction formation in semiconductor devices using gas immersion laser doping |
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| US5972784A (en) * | 1997-04-24 | 1999-10-26 | Georgia Tech Research Corporation | Arrangement, dopant source, and method for making solar cells |
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| WO2005059991A1 (en) * | 2003-12-19 | 2005-06-30 | Mattson Technology Canada Inc. | Apparatuses and methods for suppressing thermally induced motion of a workpiece |
| WO2008058397A1 (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-22 | Mattson Technology Canada, Inc. | Systems and methods for supporting a workpiece during heat-treating |
| CN102089873A (zh) | 2008-05-16 | 2011-06-08 | 加拿大马特森技术有限公司 | 工件破损防止方法及设备 |
| KR101141578B1 (ko) * | 2010-09-14 | 2012-05-17 | (주)세미머티리얼즈 | 태양전지 제조방법. |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6054773B2 (ja) * | 1979-10-11 | 1985-12-02 | 株式会社日立製作所 | 半導体ウエハへの不純物拡散法 |
| US4331485A (en) * | 1980-03-03 | 1982-05-25 | Arnon Gat | Method for heat treating semiconductor material using high intensity CW lamps |
| US4356384A (en) * | 1980-03-03 | 1982-10-26 | Arnon Gat | Method and means for heat treating semiconductor material using high intensity CW lamps |
| JPS56129321A (en) * | 1980-03-14 | 1981-10-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
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| US4481406A (en) * | 1983-01-21 | 1984-11-06 | Varian Associates, Inc. | Heater assembly for thermal processing of a semiconductor wafer in a vacuum chamber |
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| JPS6020510A (ja) * | 1983-07-13 | 1985-02-01 | Matsushita Electronics Corp | 不純物拡散方法 |
| US4544418A (en) * | 1984-04-16 | 1985-10-01 | Gibbons James F | Process for high temperature surface reactions in semiconductor material |
| US4556437A (en) * | 1984-07-16 | 1985-12-03 | Victory Engineering Corporation | Method of diffusing silicon slices with doping materials |
| US4584026A (en) * | 1984-07-25 | 1986-04-22 | Rca Corporation | Ion-implantation of phosphorus, arsenic or boron by pre-amorphizing with fluorine ions |
| US4566913A (en) * | 1984-07-30 | 1986-01-28 | International Business Machines Corporation | Rapid thermal annealing of silicon dioxide for reduced electron trapping |
| US4585492A (en) * | 1984-07-30 | 1986-04-29 | International Business Machines Corporation | Rapid thermal annealing of silicon dioxide for reduced hole trapping |
-
1985
- 1985-10-08 US US06/785,418 patent/US4661177A/en not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-10-07 JP JP61237285A patent/JPH07118471B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4661177A (en) | 1987-04-28 |
| JPS6293927A (ja) | 1987-04-30 |
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