JPS63208214A - ド−ピング方法 - Google Patents
ド−ピング方法Info
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- JPS63208214A JPS63208214A JP4191387A JP4191387A JPS63208214A JP S63208214 A JPS63208214 A JP S63208214A JP 4191387 A JP4191387 A JP 4191387A JP 4191387 A JP4191387 A JP 4191387A JP S63208214 A JPS63208214 A JP S63208214A
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Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体材料への不純物のドーピング、特にレー
ザを用いたドーピング方法に関する。
ザを用いたドーピング方法に関する。
半導体材料への不純物ドーピング方法には熱拡散による
方法、イオンインプランテーションによる方法が良く知
られている。近年、集積回路の高集積化に伴い、高濃度
ドーピングした浅い接合を作る目的でレーザによるドー
ピングの研究が始まった。接合を浅くするためのレーザ
としては波長の短いエキシマレーザ等の紫外光レーザが
多く用いられている１例えばＫｒＦレーザによるＳＬへ
のｓｂのドーピング（ファガラシイ等、ジャーナル オ
ブ アプライド フィジクス ５８（６）、 １５，１
９８５゜（Ｅ、Ｐ、Ｆｏｇａｒａｓｓｙ、 Ｄ、Ｈ，Ｌ
ｏｖｎｄｅｓ、 Ｊ、Ｎａｒａｙａｎ、 ａｎｄＣ，Ｖ
、Ｗｈｉｔｅ ； Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ５８（６） 。
方法、イオンインプランテーションによる方法が良く知
られている。近年、集積回路の高集積化に伴い、高濃度
ドーピングした浅い接合を作る目的でレーザによるドー
ピングの研究が始まった。接合を浅くするためのレーザ
としては波長の短いエキシマレーザ等の紫外光レーザが
多く用いられている１例えばＫｒＦレーザによるＳＬへ
のｓｂのドーピング（ファガラシイ等、ジャーナル オ
ブ アプライド フィジクス ５８（６）、 １５，１
９８５゜（Ｅ、Ｐ、Ｆｏｇａｒａｓｓｙ、 Ｄ、Ｈ，Ｌ
ｏｖｎｄｅｓ、 Ｊ、Ｎａｒａｙａｎ、 ａｎｄＣ，Ｖ
、Ｗｈｉｔｅ ； Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ５８（６） 。
１５ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９８５ ｐ、２１６７）
）ではＳｉウェハ上にｓｂを蒸着法で５０〜１００人形
成し、これの上からＫｒＦエキシマレーザを照射してド
ーピングを行っている。
）ではＳｉウェハ上にｓｂを蒸着法で５０〜１００人形
成し、これの上からＫｒＦエキシマレーザを照射してド
ーピングを行っている。
また第２図に示すような真空装置を用いた方法もある０
図において、４は真空チャンバ、５はドーピング用ガス
ライン、６は排気ライン、７は石英からなる窓、８はド
ーピングされる半導体、９はレーザ光である。この真空
装置を用い、ドーピングガスにＢ （ＣＨ３）−、レー
ザとしてＡｒＦエキシマレーザを適用してＳｉウェハ上
に０．ＩＩ！ｍの深さの接合を作ったものが報告されて
いる（ドウシュ等、アプライド フィジクス レター３
８．１４４．１９８１（Ｔ、Ｆ。
図において、４は真空チャンバ、５はドーピング用ガス
ライン、６は排気ライン、７は石英からなる窓、８はド
ーピングされる半導体、９はレーザ光である。この真空
装置を用い、ドーピングガスにＢ （ＣＨ３）−、レー
ザとしてＡｒＦエキシマレーザを適用してＳｉウェハ上
に０．ＩＩ！ｍの深さの接合を作ったものが報告されて
いる（ドウシュ等、アプライド フィジクス レター３
８．１４４．１９８１（Ｔ、Ｆ。
Ｄｅｕｔｓｃｈ、 Ｊ、Ｃ，Ｃ，Ｆａｎ、 Ｇ、Ｗ、Ｔ
ｕｒｎｅｒ、 Ｒ，Ｌ、Ｃａｐｍａｎ。
ｕｒｎｅｒ、 Ｒ，Ｌ、Ｃａｐｍａｎ。
Ｄ、Ｊ、Ｅｈｒｌｉｃｈ、ａｎｄ Ｒ，Ｍ、Ｏｓｇｏ
ｏｄ ； Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔ
ｅｒｓ ３８．１４４．１９８１）） 、あるいは上記
のような真空装置を用い、Ｓｉウェハ上に吸着させたド
ーパントガスをエキシマレーザによって分解しドーピン
グする方法もある（例えば、カレー等、アイトリプルイ
ー エレクトロン デバイス レターＥＤＬ−６，２９
１，１９８５（Ｐ、Ｇ、Ｃａｒｅｙ、 Ｔ、Ｖ、Ｓｉｇ
＋ｎｏｎ、Ｒ，Ｌ。
ｏｄ ； Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔ
ｅｒｓ ３８．１４４．１９８１）） 、あるいは上記
のような真空装置を用い、Ｓｉウェハ上に吸着させたド
ーパントガスをエキシマレーザによって分解しドーピン
グする方法もある（例えば、カレー等、アイトリプルイ
ー エレクトロン デバイス レターＥＤＬ−６，２９
１，１９８５（Ｐ、Ｇ、Ｃａｒｅｙ、 Ｔ、Ｖ、Ｓｉｇ
＋ｎｏｎ、Ｒ，Ｌ。
Ｐｒｅｓｓ、 ａｎｄ Ｔ、Ｓ、Ｆａｈｌｅｎ＋ ＩＥ
ＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＤｅｖｉｃｅＬｅｔｔ、、
ＥＤＬ−６，２９１，１９８５））。
ＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＤｅｖｉｃｅＬｅｔｔ、、
ＥＤＬ−６，２９１，１９８５））。
いずれの方法によっても浅い接合を作ることには成功し
ているが、これらの方法に共通する欠点として、レーザ
の照射エネルギ密度が大きいという問題がある。これら
の実験で使われたエネルギ密度は１．０〜１．５Ｊ／ｃ
ｄである。単にドーピングのためだけであれば、この程
度の高いエネルギ密度でも問題はないが、実際の半導体
デバイスの場合は他の素子や、素子間の配線等が存在し
、このエネルギ密度ではそれらのものを破壊してしまう
おそれがある０例えば、金属によっては１．ＯＪ ／ｄ
以下のエネルギ密度でも簡単に飛散する。もちろん、こ
れは表面状態によって異なる。また飛散までには到らな
くても溶融による短絡、配線の切断のほか他の素子の不
要な部分までアニールしてしまうおそれもある。しかし
、これらの方法を用いる限り、この程度のエネルギ密度
のレーザ光を用いなければドーピング効率は極端に低下
して実用にならない。
ているが、これらの方法に共通する欠点として、レーザ
の照射エネルギ密度が大きいという問題がある。これら
の実験で使われたエネルギ密度は１．０〜１．５Ｊ／ｃ
ｄである。単にドーピングのためだけであれば、この程
度の高いエネルギ密度でも問題はないが、実際の半導体
デバイスの場合は他の素子や、素子間の配線等が存在し
、このエネルギ密度ではそれらのものを破壊してしまう
おそれがある０例えば、金属によっては１．ＯＪ ／ｄ
以下のエネルギ密度でも簡単に飛散する。もちろん、こ
れは表面状態によって異なる。また飛散までには到らな
くても溶融による短絡、配線の切断のほか他の素子の不
要な部分までアニールしてしまうおそれもある。しかし
、これらの方法を用いる限り、この程度のエネルギ密度
のレーザ光を用いなければドーピング効率は極端に低下
して実用にならない。
本発明の目的は上記従来技術の欠点を除去せしめ、低エ
ネルギ密度のレーザ光を用いて良好な不純物ドーピング
を可能ならしめ、他の素子や配線等に悪影響を与えない
ドーピング方法を提供することにある。
ネルギ密度のレーザ光を用いて良好な不純物ドーピング
を可能ならしめ、他の素子や配線等に悪影響を与えない
ドーピング方法を提供することにある。
本発明は半導体材料上に、ボロン、リン、ヒ素、アンチ
モン等の不純物を含んだ非晶質シリコンを形成し、上方
よりレーザ光を照射し、該非晶質シリコン及び該半導体
材料を昇温して該半導体材料に不純物をドーピングする
ことを特徴とするドーピング方法である。
モン等の不純物を含んだ非晶質シリコンを形成し、上方
よりレーザ光を照射し、該非晶質シリコン及び該半導体
材料を昇温して該半導体材料に不純物をドーピングする
ことを特徴とするドーピング方法である。
以下に本発明の実施例を示す。
（実施例１）
第１図は実施例のドーピング要領を示す図である。第１
図において、１はシリコンウェハ％２はＰＨ１を１１０
００ｐｐ混合したＳｉＨ４ガスをグロー放電法で分解形
成した非晶質シリコン膜、３はＸｅＣΩエキシマレーザ
光を示している。第１図において、レーザ光３は特に非
晶質シリコン膜２の部分で吸収され、この部分がまず最
初に溶融する。この熱でシリコンウェハ１も表面が溶融
し、非晶質シリコン膜２中のＰ（リン）がこの溶融した
部分にドーピングされる。エキシマレーザ光３はパルス
レーザで。
図において、１はシリコンウェハ％２はＰＨ１を１１０
００ｐｐ混合したＳｉＨ４ガスをグロー放電法で分解形
成した非晶質シリコン膜、３はＸｅＣΩエキシマレーザ
光を示している。第１図において、レーザ光３は特に非
晶質シリコン膜２の部分で吸収され、この部分がまず最
初に溶融する。この熱でシリコンウェハ１も表面が溶融
し、非晶質シリコン膜２中のＰ（リン）がこの溶融した
部分にドーピングされる。エキシマレーザ光３はパルス
レーザで。
パルス幅は大体−１００ｎｓｅｃであるので、溶融、ド
ーピング、冷却、固化は瞬時に起こる。本発明のドーピ
ング法の利点は、レーザの低エネルギ密度化にある。非
晶質シリコンは単結晶シリコンに比べ吸収係数がエキシ
マレーザの波長域でも１桁以上大きく、きわめて浅い部
分でほとんどの光が吸収される。従って、溶融を起こす
ためのエネルギ密度が低い。この部分が溶融してしまえ
ばＳｉの表面も浅く溶かすことができるため、極めて浅
い接合を低エネルギ密度で作ることができる。
ーピング、冷却、固化は瞬時に起こる。本発明のドーピ
ング法の利点は、レーザの低エネルギ密度化にある。非
晶質シリコンは単結晶シリコンに比べ吸収係数がエキシ
マレーザの波長域でも１桁以上大きく、きわめて浅い部
分でほとんどの光が吸収される。従って、溶融を起こす
ためのエネルギ密度が低い。この部分が溶融してしまえ
ばＳｉの表面も浅く溶かすことができるため、極めて浅
い接合を低エネルギ密度で作ることができる。
非晶質シリコンと多結晶、単結晶シリコンの溶融のされ
方の違いを見るために次のような実験を行った。第３図
にその実験要領を示す。図において、１０は非晶質シリ
コン、多結晶シリコンあるいは単結晶シリコン、１１は
その上面に形成されたリンを含む５ｉｎ２膜、１２は上
方より照射するＸｅＣＱエキシマレーザ光を示している
。図において、非晶質シリコン及び多結晶シリコンの場
合は石英基板上に３０００人の厚さに形成したもので、
単結晶シリコンはシリコンウェハである。この方法でも
ドーピングは可能である。しかし、それぞれの膜の吸収
係数の差に応じてドーピングのされ方に差がでてくる。
方の違いを見るために次のような実験を行った。第３図
にその実験要領を示す。図において、１０は非晶質シリ
コン、多結晶シリコンあるいは単結晶シリコン、１１は
その上面に形成されたリンを含む５ｉｎ２膜、１２は上
方より照射するＸｅＣＱエキシマレーザ光を示している
。図において、非晶質シリコン及び多結晶シリコンの場
合は石英基板上に３０００人の厚さに形成したもので、
単結晶シリコンはシリコンウェハである。この方法でも
ドーピングは可能である。しかし、それぞれの膜の吸収
係数の差に応じてドーピングのされ方に差がでてくる。
第４図にその実験結果を示す１図では横軸にレーザエネ
ルギ密度、縦軸にドーピングされた膜のシート抵抗を示
しである。ある一定のエネルギ密度を加えないと膜の表
面が溶融されないため、シート抵抗の変化は非常に急峻
である。図から明らかなように、非晶質シリコンと多結
晶シリコンだけでも溶融に必要なエネルギ密度にはほぼ
倍の違いがある。これが単結晶シリコンとなると１桁近
い違いがある。ただしこの場合はＳｉウェハであるので
、ウェハ自体がヒートシンクの役目をして余計にエネル
ギが必要になっていると考えられる。
ルギ密度、縦軸にドーピングされた膜のシート抵抗を示
しである。ある一定のエネルギ密度を加えないと膜の表
面が溶融されないため、シート抵抗の変化は非常に急峻
である。図から明らかなように、非晶質シリコンと多結
晶シリコンだけでも溶融に必要なエネルギ密度にはほぼ
倍の違いがある。これが単結晶シリコンとなると１桁近
い違いがある。ただしこの場合はＳｉウェハであるので
、ウェハ自体がヒートシンクの役目をして余計にエネル
ギが必要になっていると考えられる。
この実験から明らかなように、同じシート抵抗を得るた
めに必要なエネルギ密度は非晶質シリコンの方が単結晶
シリコンに比べかなり低い。このことは非晶質シリコン
の方が光の吸収係数が高いことを示している。この差は
、先に述べた他の方法、つまりガス中でレーザドーピン
グを行う場合でも同じである。従って本発明のドーピン
グ方法に示すようにガス中や、塗布拡散剤の代りに、不
純物を含んだ非晶質シリコンを表面に形成し、レーザ光
を照射すれば、従来法によるよりもかなり低いエネルギ
密度で、ドーピングを行うことができる。
めに必要なエネルギ密度は非晶質シリコンの方が単結晶
シリコンに比べかなり低い。このことは非晶質シリコン
の方が光の吸収係数が高いことを示している。この差は
、先に述べた他の方法、つまりガス中でレーザドーピン
グを行う場合でも同じである。従って本発明のドーピン
グ方法に示すようにガス中や、塗布拡散剤の代りに、不
純物を含んだ非晶質シリコンを表面に形成し、レーザ光
を照射すれば、従来法によるよりもかなり低いエネルギ
密度で、ドーピングを行うことができる。
（実施例２）
第１図において、Ｓｉウェハ１上にＳｉＨ，、ＧｅＨ４
゜Ｂ２Ｈ，の混合ガスをグロー放電法により分解形成し
た非晶質シリコン膜２を形成する。このときＧｅＨ。
゜Ｂ２Ｈ，の混合ガスをグロー放電法により分解形成し
た非晶質シリコン膜２を形成する。このときＧｅＨ。
のＳｉＨ４に対する混合比は数％〜数十％、Ｂ、 Ｈ，
は１１０００ｐｐ程度とした。膜厚はこの場合３００人
とした。
は１１０００ｐｐ程度とした。膜厚はこの場合３００人
とした。
この例では約０．ＩＪ／ｃｄで他と同様のシート抵抗を
得ることができた。単なる非晶質シリコンの場合に比べ
てさらにエネルギ密度が低くなっている理由はＧｅを含
んだ非晶質シリコンの光吸収係数がさらに大きいことと
Ｇｅの融点がＳＬに比べ低いため、Ｇｅを含むＳｉの融
点が通常のＳＬより低いためである。
得ることができた。単なる非晶質シリコンの場合に比べ
てさらにエネルギ密度が低くなっている理由はＧｅを含
んだ非晶質シリコンの光吸収係数がさらに大きいことと
Ｇｅの融点がＳＬに比べ低いため、Ｇｅを含むＳｉの融
点が通常のＳＬより低いためである。
以上説明したように本発明のドーピング方法によればド
ーピングを行うに際し、その必要なエネルギ密度を従来
法の少なくとも数分の１以下でよいため、他の素子や、
素子間の配線に与えるダメージを激減でき、したがって
、従来は使用できなかった金属や素子構造の実現を図る
ことができる効果を有する。
ーピングを行うに際し、その必要なエネルギ密度を従来
法の少なくとも数分の１以下でよいため、他の素子や、
素子間の配線に与えるダメージを激減でき、したがって
、従来は使用できなかった金属や素子構造の実現を図る
ことができる効果を有する。
第１図は本発明の実施例のドーピング要領を示す図、第
２図は従来のドーピング要領を示す図、第３図は非晶質
シリコンと多結晶、単結晶シリコンの溶融のされ方の違
いを説明するための説明図、第４図は第３図の実験例に
おけるドーピング特性を示す図である。 １・・・シリコンウェハ、２・・・Ｐを含む非晶質シリ
コン、３・・・エキシマレーザ光
２図は従来のドーピング要領を示す図、第３図は非晶質
シリコンと多結晶、単結晶シリコンの溶融のされ方の違
いを説明するための説明図、第４図は第３図の実験例に
おけるドーピング特性を示す図である。 １・・・シリコンウェハ、２・・・Ｐを含む非晶質シリ
コン、３・・・エキシマレーザ光
Claims (1)
- （１）半導体材料上に、ボロン、リン、ヒ素、アンチモ
ン等の不純物を含んだ非晶質シリコンを形成し、上方よ
りレーザ光を照射し、該非晶質シリコン及び該半導体材
料を昇温して該半導体材料に不純物をドーピングするこ
とを特徴とするドーピング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4191387A JPS63208214A (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | ド−ピング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4191387A JPS63208214A (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | ド−ピング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63208214A true JPS63208214A (ja) | 1988-08-29 |
Family
ID=12621502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4191387A Pending JPS63208214A (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | ド−ピング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63208214A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0429325A (ja) * | 1989-12-21 | 1992-01-31 | Philips Gloeilampenfab:Nv | 半導体デバイス製造方法 |
| JPH05235321A (ja) * | 1991-12-05 | 1993-09-10 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 接続構造形成方法 |
| US6424008B1 (en) | 1992-10-30 | 2002-07-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Memory device having a floating gate |
-
1987
- 1987-02-24 JP JP4191387A patent/JPS63208214A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0429325A (ja) * | 1989-12-21 | 1992-01-31 | Philips Gloeilampenfab:Nv | 半導体デバイス製造方法 |
| JPH05235321A (ja) * | 1991-12-05 | 1993-09-10 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 接続構造形成方法 |
| US6424008B1 (en) | 1992-10-30 | 2002-07-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Memory device having a floating gate |
| US7622343B2 (en) | 1992-10-30 | 2009-11-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser processing method, method for forming a flash memory, insulated gate semiconductor device and method for forming the same |
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