JPS63172424A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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〕 半導体基板（絶縁膜を有するものを含む）上に所望の不
純物（ドーパント）を含む不純物含有層゛　を設け、該
不純物含有層の上方からプラズマを照射することによっ
て該不純物含有層中のドーパントを該半導体基板中に浸
透せしめて該半導体基板面にｐ型若しくはｎ型の不純物
拡散層を形成するに際し、半導体基板（絶縁膜を含む）
及び不純物含有層と化学反応を起こさないプラズマ生成
ガスを用いることによってエツチング、デボジシロン等
による半導体基板（絶縁膜を含む）及び不純物含有層の
変形、変質を抑え、これによって精度のよい不純物の導
入を行うと共にデバイス性能の劣化を防止する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に半導体中に
不純物（ドーパント）を導入するドニビング方法に関す
る。

半導体ＩＣの大幅な高密度、高集積化に伴い、その性能
及び歩留り向上のために、不純物導入領域のドーパント
濃度と深さの制御を独立に行うことができ、且つ浅い不
純物導入領域の形成が可能で、更に半導体基板面にダメ
ージを与えずに選択導入を行うことが可能なドーピング
方法が、要望される。

〔従来の技術〕

従来、半導体中にｐ型半導体若しくはｎ型半導体を形成
するためのドーパントを導入する方法として、熱拡散法
及びイオン打込み法がよく知られている。

熱拡散法は半導体を６００℃以上の高温にまで加熱し、
拡散源よりドーパントを半導体中に拡散させる技術であ
る。この方法は半導体を上記のように高温にしなくては
ならないため、酸化膜或いは窒化膜等の剥離やマスクの
耐熱性の問題もあってドーピングする個所を選択する選
択拡散が難しいこと、２度目以降の拡散を行うときそれ
より以前に行われた拡散で形成された拡散層中のドーパ
ントがより深く、より広く入ってしまってプロファイル
かくずれる等の問題がある。また、温度を上下する際に
半導体基板を構成する眉間にががるストレスも該半導体
基板の反りを生ずるので無視できない。更に、装置とし
ても基本的に拡散速度が遅いため枚葉処理が難しく、自
動化、小型化に不向きであり、また反応炉の洗浄等にも
長時間を要するという問題がある。

一方、イオン打込み法はドーパントをイオン化し静電的
に加速して半導体中に打ち込む技術であり、現在では主
流となっている。この方法は半導体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が行え
ること、拡散層が横に拡がらないこと、多重に打込みが
可能なこと、処理速度が大なること、等多くの利点を有
している。しかし基本的にはイオン化したドーパントを
高速で半導体中に打ち込むのであるから、半導体結晶が
ダメージを受は打込まれた部分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
イオンは当然マスク材にも打込まれるのでマスク材も相
当のダメージを受け、例えば主として用いられるレジス
トでは炭化し、打込み条件によっては通常の手段で剥離
できないような頑強な残滓を生じ、デバイス特性の劣化
を招く場合がある。そしてまたドーパントのイオンは方
向性が良く、従って下方向の拡散はよいが横方向への拡
散ができない、このことは、例えば近年提案されている
トレンチ構造の素子を形成する際、必要なトレンチ側面
へのドーパントの注入が行えないことを示している。更
に現在用いられている装置ではイオンビームを安定して
引き出すためには加速電圧として数１０ＫｅＶが必要で
あり、その結果打ち込みが深くなって数１００人という
浅い拡散層の形成が難しいという問題もある。そしてこ
の方法ではどうしても装置が大型且つ複雑化するために
、故障も多くコスト的に高価なものとなっている。

更に他の方法としては、プラズマチャング法が提案され
ている（特開昭５６−１３８９２１）、これはドーパン
トを含んだプラズマを作り、該プラズマ中に生成したド
ーパントイオンをイオンシースまたは引出し電極を用い
て半導体基板中に打ち込もうとするもので、いわばイオ
ン打込み法の低加速電圧化と言える。しかしながら基板
が直接にプラズマに触れることによる半導体表面層のダ
メージは回避できず、また横方向拡散もできない。この
地位た例として、プラズマ生成にＤＣ放電を用い、ガス
中のＰＨ３、Ｂ２Ｈ４をプラズマソースとして燐（Ｐ）
やボロン（Ｂ）をドープした例がある（例えば雑誌「表
面処理研究」第２巻、第１号、１９８３年９月、Ｐ、　
１４７〜１５３）。この場合、ドーピングは単にイオン
シースによりイオンが加速されて打ち込まれるだけでは
ないことが示されており、イオン衝突による温度上昇を
可能性の一つとして認めている。換言すれば基板表面が
プラズマに直接触れることによるダメージの存在を示唆
している。また一般にプラズマに対してドープした場所
が露出していると、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の構成物質も同時にドーピン
グされてしまう欠点もある。

発明者らは上記従来方法における種々の問題点を除去す
べく先に特願昭６１−２１２７３３において半導体基板
面に所望のドーパントを含む層を塗布等により設け、こ
の層の上方からプラズマを照射することによってドーパ
ントを半導体基板内に浸透せしめるドーピング方法（以
下プラズマスクイジング（Ｐｌａｓｍａ　Ｓｑｕｅｅｚ
ｉｎｇ）方法と称する）を提案している。　　　　′ しかしこの方法において、プラズマが半導体装置を構成
する材料と直接反応するガスをプラズマ生成ガスに用い
ると、半導体装置の基本特性が変化せしめられるという
問題を生ずる。例えばプラズマ生成ガスに、４弗化炭素
（ＣＦ４）等を含むガスを用いると、シリコン（Ｓｉ）
や二酸化シリコン（Ｓｔ（ｈ）、窒化シリコン（ＳｉＪ
ａ）等がエツチングされてしまうし、モノシラン（Ｓ　
ｉ　Ｈ＊）等を含むガスを用いると、不必要な膜が形成
されたりする。また酸素（０２）を含むガスを用いると
半導体層が酸化し場合によっては実害を生ずる。

また半導体装置の構成材料と反応しないでも不純物（ド
ーパント）含有層と反応するガスを用いた場合には、プ
ラズマとの反応によって不純物含有層の膜厚、形状が変
化するために不純物の浸透量即ちドーピング量がばらつ
くという問題を生ずる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、ダメージを生ぜず
に半導体内にドーパントを拡散することができ、且つ浅
い拡散層の形成、選択拡散等も可能な、上記プラズマス
クイジング方法において、従来、半導体基板表面の変形
、変質や、半導体内へのドーピング量にばらつきを生じ
ていたことである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、半導体の基板上に、該半導体中において
アクセプタ若しくはドナーとして働く不純物原子を含む
不純物含有層を設け、該不純物含有層にプラズマを照射
することによって該不純物含有層の不純物を半導体基板
中に導入し該半導体基板に不純物導入を形成するに際し
て、不活性ガス或いは窒素等の該半導体基板面を構成す
る物質及び不純物含有層と化学反応を起こさないガスに
よるプラズマを用いる本発明による半導体装置の製造方
法によって解決される。

〔作　用〕

即ち本発明は、プラズマスクイジング方法において、不
純物（ドーパント）含有層から半導体基板内に不純物含
有層に含まれるドーパントを浸透させる際に用いるプラ
ズマに、半導体装置を構成する半導体材料及び絶縁材料
と反応しないガスのプラズマを用いることによって、半
導体層や絶縁膜変質、変形によるデバイス特性の劣化を
防止し、且つ不純物含有層の変形、変質を抑えドーピン
グ量の均一化を図って半導体装置の性能のばらつきを防
止するものである。

〔実施例〕

以下本発明を第１図〜第４図の工程断面図を参照し、一
実施例について具体的に説明する。

全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。

第１図参照 例えばバルク抵抗１００Ω口以上の（１００）面を有す
るｐ型シリコン（Ｓｔ）基板１上に、溶液中において例
えば０．５ｇ／１００ｃｃ程度の！　ＣＰ）濃度を有す
るｎ型不純物ソースとしてのスピンオングラス（ＳＯＧ
）層例えば０Ｃ（）　（商品名、東京応化工業型）層２
を、６０００ｒ、ｐ、ａ＋程度の回転速庫で、厚さ８０
０人程度に塗布する。

第２図参照 次いで該基板を、空気中で、例えば１８０℃で３０分程
度ベータし、上記ＯＣＤ層２の溶媒を揮発させて除去し
た後、該基板を図示しないプラズマ装置（容器）内に配
置し、例えば該装置内に窒素（Ｎｔ）を例えば２５０ｃ
ｃ／＋ｍｉｎで流入つつ、該装置内を０．５Ｔｏｒｒ程
度に減圧した状態で、周波数２．４５　ＧＨｚ、パワー
ＩＫＷ（入射１．５ＫＷ、反射０．５ＫＷ）程度のマイ
クロ波によって励起せしめた該窒素（Ｎりガスのプラズ
マ３によって該ＯＣＤ層２の上面を約１０分程度照射す
る。ここで半感体基板１面には該０００層２から燐（Ｐ
）が浸透し、深さ数１００人程０の極めて浅い燐（Ｐ）
　　ドープ層４が形成され、該基板１面はｎ型に反転す
る。なおこの際の基板の温度上昇は２００℃以下である
。

第３図参照 次いで該基板を、例えば、硫酸（ｈｓＯ４）と過酸化水
素（ｕｚｏｚ）との混液、純水、弗酸（ＩＰ）、純水、
硝酸（ＨＮ（ｈ）等で処理してＯＣＤ層２を完全に剥離
除去した後、通常通りＮ！中等において該基板ｌの乾燥
を行う。

第４図参照 次いで該基板１をＮ２中において、例えば９５０℃で３
０分間アニールしてドーパントを活性化し、例えば２０
００人程度０所定の深さに再分布せしめてｎ型の不純物
拡散層　（１０４）を形成する。

このアニールによって形成されたｎ型の不純物拡散層１
０４は、シート抵抗が９〜ＩＯＫΩ／口の範囲に分布す
る。

このシート抵抗の分布は、プラズマガスとして、酸素（
０，）等の、ＯＣＤ層中の有機物と反応しこれを酸化し
てその膜厚を変化せしめる作用を持つガスを用いた場合
に生ずる１桁程度の分布に比べて大幅に改善された値で
ある。

またプラズマガスとして酸素（０，）用いた場合に生じ
ていた、その灰化反応によって０００層の表面状態が変
質し、該０００層が前記酸類によるウェット処理で剥離
し難い部分を生じる等の不都合が解消された。そしてま
たシリコン面の酸化による前記ウェット処理条件の修正
等も不用になった。

〔発明の効果〕

以上説明のように、本発明の方法によれば半導体装置の
製造において、ダメージを生ぜずに半導体内にドーパン
トを拡散することができ、且つ浅い高濃度の拡散層の形
成、選択拡散等も可能な、ドーピング方法であるプラズ
マスクイジング方法において、ドーパントソースとなる
不純物含有層の変形及び変質を伴わないので均一な濃度
を有する不純物拡散領域が形成されるので半導体装置の
性能の均一化が図れる。

また、半導体面に不用な堆積層が形成されたり、半導体
基板面を構成する半導体材料及び絶縁膜等が変形、変質
せしめられることもないので、半導体装置の性能や信頼
性の劣化も防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示す工程断面図で
ある。 図において、 ｌはｐ型シリコン（Ｓｔ）基板、 ２は０００層、 １０４はｎ型不純物拡散層 を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体の基板上に、該半導体中においてアクセプタ
   若しくはドナーとして働く不純物原子を含む不純物含有
   層を設け、該不純物含有層にプラズマを照射することに
   よって該不純物含有層の不純物を半導体基板中に導入し
   て該半導体基板に不純物領域を形成するに際して、 該半導体基板面を構成する物質及び不純物含有層と化学
   反応を起こさないガスによるプラズマを用いることを特
   徴とする半導体装置の製造方法。 ２、前記プラズマの生成に不活性ガス若しくは窒素を用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
   体装置の製造方法。