TW459288B - Impurity doping method - Google Patents
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45928 8 a? B7 五、發明説明(丨) 發明領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係有關於一種半導體之製法,尤有關於在低溫下 (尤指在室溫至超低溫之間)將原子或分子粘著或沈澱在一 固體表面上並於固體表面附近植入原子或分子之雜質摻雜 方法。 發明背普 迄今’關於在作爲固體表面之矽樹脂基底表面的雜質摻 雜’已知例如有印製在"1993年VLSI技術論集.,第97-98 頁之技術文件文摘’’之技術。 更特別的是,首先,將放在真空氣室內之矽晶圓保持在 高溫下(例如’約800t),並將含氫氣體導入真空氣室內, 並淸潔矽晶圓表面。 其次’在含淸潔矽晶圓之真空氣室中,導入含指定元素 (如乙硼烷B2H6)之氣體,且只是將其暴露在氣體中,預期 之硼原子或硼分子就被沈澱或吸收在矽晶圓表面上而加以 摻雜。此時,爲了藉由促進被導入真空氣室內用來摻雜雜 質之氣體分解,將雜質均勻地慘雜入矽晶圓表面,以及真 空氣室內雜質之擴散,導入摻雜氣體之溫度約900°C。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然後,藉由連接電線至指定氧化氣體中所形成摻雜層和 形成薄氧化膜之矽晶圓,以CVD裝置或類此者形成一閘極 電極,因而形成一 MOS電晶體。 發明槪沭 於是1在傳統雜質之摻雜方法中_,因暴露作爲固體表 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐.) ^ 4592B 8 a7 B7 _ 五、發明説明(1 ) (請先閲绩背面之注意事頃再填寫本頁) 面之矽基底表面至800°C至900°C之高溫下,無法使用抗阻 (所謂之酚醛固形物(NOVOLAK)型樹脂等)來作選擇性的 摻雜。因爲一般抗阻之耐熱極限約爲250°C,且抗阻在較 高之溫度下即融化成液體1而無法形成本身之型態。 另言之,至少在高出抗阻耐熱溫度下完成淸潔程序或 摻雜程序則無法完成選擇性摻雜β同時,在淸潔程序中, 如果只因無法在高溫下使用抗阻而降低溫度*氣體(明確 地說,即氫氣)即不會和矽基底表面起反應,因此無法加 以淸潔。 更特別的是,當導入要摻雜入真空氣室之含雜質氣體 時,如嘗試在不加熱至9 0 0°C之低溫下饋入氣體加以摻雜, 則不僅要淸潔且要觸發欲摻雜雜質之基底表面。當在80 0 °C下完成淸潔程序時,由於耐熱限制而無法在淸潔程序中 使用抗阻 因此,在淸潔後形成抗阻型態,且當形成抗阻 型態時,茌淸潔程序中已被觸發之矽基底表面就不再具有 活性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此,本發明之主要目的在於提供一種雜質摻雜方法, 因爲此雜質可在允許使用抗阻之低溫下作選擇性摻雜|故 能在允許使用抗阻之低溫下進行淸潔程序和摻雜程序。 抗阻之使用在超LSI製程中很平常,且如不能使用的 話,就必須形成摻雜防護膜。此摻雜防護膜(例如,氮化 矽膜)本身也以抗阻型態選擇性地形成。這種選擇性形成 摻雜防護程序很複雜,且不能避免成本之增加。再者 本紙張尺度適用中國國家揉準(CNS ) A4规格(210XZ97公釐) 4592 8 8 A7 B7 五、發明説明(3) (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) ,當溫度變高時,藉摻雜形成之雜質分佈也會將雜質擴散 .在深度方向β因此,當在高溫下完成摻雜程序時’不可能 準確地分布雜質β 本發明之目的復在於提供一種雜質摻雜方法’在不破壞 抗阻功能之低溫下,於形成C-MOS結構或類此者時’能進 行雜質摻雜程序,而不需形成摻雜防護膜β 本發明之申請專利範圍第1項係有關於一種在固體樣 本表面附近摻雜雜質之雜質摻雜方法,所含步驟爲’饋入 情性氣體或含還原氣體之情性氣體進入一含固體樣本之真 空氣室中,將氣體加以激勵,並在固體樣本表面上產生電 漿並照射電漿將活性樣本表面暴露在固體樣本表面上,並 且接觸含雜質之氣體或蒸氣來摻雜雜質,而不活性照射具 有活性樣本表面之固體樣本之電漿。 在此構.造中,可於低溫下執行形成CMOS結構或類此者 時之雜質摻雜程序,從表面淸潔至雜質摻雜程序都不破壞 抗阻之功能。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 復且,可完全避免雜質之熱擴散,如設計時完美地保 持雜質結構,使能形成高精確之雜質擴散層。 本發明之申請專利範圍第2項係有關於一種在固體樣 本表面附近摻雜雜質之雜質摻雜方法*所含步驟爲覆蓋固 體樣本表面而不覆蓋雜質摻雜區域,饋入情性氣體或含還 原氣體之情性氣體進入一含固體樣本之真空氣室中,將氣 體加以激勵,並在固體樣本表面上產生電漿,並照射電漿 本紙張尺度適用中國國家標隼(CNS > A4規格(2〖0X297公釐) A7 B7 ^4 592 8 8 五、發明説明(4 將活性樣本表面暴露在固體樣本表面上,並且接觸含雜質 之氣體或蒸氣,在沒有被抗阻所覆蓋之固體樣本之暴露活 性樣本表面上來摻雜雜質,而不活性照射具有活性樣本表 面之固體樣本之電漿。 本.發明之甲諝專利範圍第3項係有關於一種在固體樣 本表面附近,以摻雜雜質來形成N型MOS和/或其它裝 庫區域,以及P型MOS和/或其它裝置區域之雜質撞雜 方法,所含步驟爲,覆蓋固體樣本表面而不覆蓋第一雜質 摻雜區域,饋入情性氣體或含還原氣體之情性氣體進入一 含固體樣本之真空氣室中,將氣體加以激勵,並在固體樣 本表面上產生電漿,並照射電漿,將活性樣本表面暴露在 固體樣本表面上,並且接觸含第一雜質之氣體或蒸氣,在 沒有被抗阻所覆蓋之固體樣本之暴露活性樣本表面上來摻 雜第一雜質,而不活性照射具有活性樣本表面之固體樣本 之電漿,覆蓋固體樣本表面而不覆蓋第二雜質摻雜區域, 饋入情性氣體或含還原氣體之情性氣體進入一含固體樣本 之真空氣室中,將氣體加以激勵,並在固體樣本表面上產 生電漿,並照射電漿,將活性樣本表面暴露在固體樣本表 面上,並且接觸含第二雜質之氣體或蒸氣,在沒有抗阻所 覆蓋之固體樣本之暴露活性樣本表面上來摻雜第二雜質, 而不活性照射具有活性樣本表面之固體樣本之電漿。 圖式之簡n m明 第1圖爲一頂部裝置之方塊圖,用在實施例1之雜質 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS > A4規格(210X2.97公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -、π ο... 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 459288 - 五、發明説明(5) 摻雜上: 第2圖爲同一實施例雜質摻雜之結構圖: 第3圖爲同一實施例雜質摻雜之結構圇: 第4圖爲實施例2雜質摻雜之程序圓;以及 第5圖爲實施例2雜質摻雜之程序圖。 實施例說明· 參考第1圖至第5圖,以下說明本發明雜質摻雜之實 施例。 (實施例1 ) _ 第1圖至第3圖表示實施例1" 在第1圖中,待摻雜雜質之矽基底8被安置在真空氣 室2之支撐台4中。支撐台4設置有冷卻裝置’且保持 矽基底8在低溫下* 真空氣室2含一微波產生源1及一高頻電源3’用以 產生電漿。作爲饋入真空氣室2之氣體饋入系統’在真空 氣室2中即安裝一氣體饋入器10及排氣幫浦6° 第2圖和第3圖表示使用第1圖所示裝置之二極體製 程。 首先,如第2(a)圖所示,在矽基底8元件區域之基底 表面8a上(其中,矽基底8具元件區域,由一絕緣隔離 膜11所隔離),於形成一預期雜質層前,從氣體績入器10 先導入情性氣體(例如,氦、氖,氬)或含還原氣體(如氣) 之情性氣體,而電漿25就產生在矽基底8 上。 -7 - __ - ------- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4规格(210 X 2?7公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 5 9 2 8 8 A7 B7 五、發明説明(6) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 電漿25之產生是使用產生自微波產生源1之2.45GHz 微波以及產生自高頻電源3之13. 56MHz高頻。在導入氣 體時,真空度約爲3X10- 4托,微波產生源1之輸出功 率約500瓦,而高頻電源3之輸出功率約300瓦。 藉著射出如此形成之電漿,去除矽基底8基底表面8a 上之自然氧化膜,而暴露出一淸潔和活性之矽表面。 當暴露出淸潔和活性之矽表面時,在下一程序中,電 漿射出就停住了,使得不能在基底表面8a上作電漿射出。 結果,在淸潔和活性基底表面8a上停止電漿射出之環 境中,從氣體饋入器10導入含預期摻雜雜質之氣體進入 真空氣室2,並帶進含雜質之氣體,與基底表面8a接觸。 藉導入此氣體,雜質直接沈澱在淸潔和活性之基底表面 8a上,且如第2(b)圖所示,形成一雜質層12(具一反傳導 型之矽基底8)。更明確地說,藉著停止電漿射出,可在以 下裝置中形成一淺薄之雜質層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 首先,不使用電漿氣體,雜質粒子能量不會變得尤大, 且能避免深摻雜。第二,因無雜質粒子之電漿擴散,也就 避免了深摻雜。 暴露淸潔和活性基底表面8a並導入雜質之溫度皆低至 40。。。 接著,如第3(a)圖所示,在摻雜雜質之矽基底8上, 例如一 CVD氧化矽膜之絕緣體層14沈積至500nm深。稍 後,可以適當之熱處理控制雜質之分布,且在此實施例中, 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210x297公釐) 4 5 9 2 8 8 五、發明説明(π ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在lOOCTC下作熱處理達10秒鐘。因在此熱處理前並無作 高溫之熱處理,故可能形成與習知技術比較薄之一層雜質 層。 最後,如第3(b)圖中所示,藉照相微影技術及蝕刻技術’ 在絕綠體層14中形成一開口 16,並且形成一金屬單層膜 或多層膜,用以形成金屬配線》以照相微影技術和蝕刻技 術將此金屬膜形成組態,就形成一金靥配線18並完整形 成一二極體11 依此方式,暴露基底表面8a於真空中含情性氣體和氫 氣之電漿,且因此塗在基底表面上之雜質就更可能吸收,且 因此甚至在接近平常溫度之低溫下也能將矽基底摻雜雜質* 更明確地說,懸空的鍵(dangling bond)暴露赛基底表 面8a上,且其變得非常具化學活性,而當含雜質之氣體 與基底表面8a接觸時,即促進氣體之分解。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 順便提一下,在非電漿環境中常溫下之反應,一點也 不發生雜質之移動或擴散,而且可能形成一特別薄之接 面。意即可形成在形成特別是小於O.l^ra之薄裝置時所 需之深度約40nra之接面。 (實施例2) 第4圖和第5圖指的是實施例2。 本實施例表示以雜質摻雜方法做成CMOS半導體裝置之 製程,此摻雜方法以酚醛固形物樹脂或類此者之抗阻(如, 光阻),在摻雜雜質時加以利用形成型態。 本紙張尺度適用中國國家標隼(CNS > A4规格(210X297公釐) A7 B7 45928 8 五、發明説明(?) (請先閲讀背面之注項再填窝本頁) 基本製程與實施例1中相同,且藉打開一想要擴散雜質 之區域,於此形成一抗阻型態°於是,藉覆蓋非具抗阻摻 雜擴散之區域導入雜質,可輕易完成選擇性摻雜。 第4(a)圖表示MOS半導體裝置製程之一中間步驟’在 此形成一絕緣隔離膜11和一閘極電極20,且在此階段’ 相鄰兩M0S膜可被製成P型M0S和N型M0S»首先’做N型 M0S之區域被抗阻22a覆蓋,且在此狀態下之矽基底8 ’ 如第1圖所示,被安置在真空氣室2中,並進行下列程序》 從氣體饋入器10導入情性氣體或含還原氣體之情性氣 體,並形成電漿。此時,利用2 . 45GHz之微波和13· 56MHz 之高頻産生電漿,且在導入氣體時,真空度約爲3X10_4 托,微波產生源1之輸出功率約500瓦,而高頻電源3之 輸出功率約爲300瓦。 藉此電漿射出,去除矽基底8 P型MOS區中之自然氧 化膜,且暴露出一淸潔和活性表面8a» * 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 結果,從氣體饋入器10導入含,例如硼之氣體作爲雜 質》藉此氣體導入。雜質直接沈積在淸潔和活性基底表面 8a上,因此形成一雜質餍24a,其稍後變成一 P型M0S 之閘極電極,而雜質層24b則變成一汲極電極。 如第4(b)圖所示,去除抗阻22a後,第4(a)圖中載入 硼之P- MOS區域被抗阻22b所覆蓋。雜質摻雜步驟相同 ,且在此情況下,例如,以含砷氣體來摻雜砷,形成一稍 後變成N型MOS之閛極電極之雜質層26a以及變成汲極電 -10 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS > A4規格(210X297公釐) A7 B7 五、發明説明(<ϊ ) 極之雜質層26b。 去除抗阻22b後,進行下列程序6 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在摻雜硼和砷雜質之矽基底8上,例如,CVC氧化膜之 絕緣體沈積,比方說5 0 Οηπι »往後,可以適當之熱處理來 控制雜質分布,而在此實施例中,在l〇〇〇°c下進行熱處理 達10秒鐘。如第5(a)圖所示,以照相微影技術蝕刻技術 在此絕緣體中形成一開口 16。 結果,爲形成金羼配線,就形成金屬單層膜或多層膜, 並以照相微影技術和蝕刻技術將此金屬膜型態形成,且如 第5(b)圖所示形成一金屬配線18。 爲在絕緣膜開口之雜質擴散層和金屬層之間保持有利之 電氣接觸,可以所請的離子植入技術在接觸區之雜質層中 形成一適當之雜質分佈。此時,在p型mos區域中,例如, 可以15keV之能量乘以5X10i5/cm2之劑量將硼植入,而| 在N型M0S區域中,例如,可以30keV之能量乘以3 X 1015 / cid2之劑量將砷植入。當然,這些數値依要設計之半導 體裝置之設計而顯著變化,雖然在此省略細節,然而適當 之設定是需要的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在先前實施例中,如電漿產生裝匱,使用電子迴旋共振 器,但本發明不單侷限於此,亦可使用感應耦合電漿,螺 旋,複螺旋裝置,磁控管,雙頻器,三極管或LEP(LiSsajous 電子電髌)及其它的。而且,M0S可爲其它裝置,如雙極裝 在這些實施例中,與淸潔和活性基底表面8a接觸之標的 雜質被以氣體形式導入真空氣室2,但靠著在真空氣室2 中安裝標的雜質之蒸鍍源,以及將由此蒸鍍源蒸發之蒸氣 攜至和淸潔與活性基底表面8 a接觸可類似地達成摻雜b -11 - 本紙張尺度適用中國國家標率(CNS ) A4規格(210x297公釐) m 592 8 8 五、發明説明(ιρ ) 符號之簡早說明 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 微波產生源 2 真空氣室 3 高頻電源 4 支撐台 6 幫浦 8 矽基底 8a 基底表面 10 氣體饋入器 11 絕緣隔離膜 12 雜質層 14 絕緣體層 16 開口 18 金屬配線 20 閘極電極 22a 抗阻 22b 抗阻 24a 雜質層胃 24b 雜質層 25 電漿 2 6a 雜質層 26b 雜質層 -12- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 -"> 本紙張A度逍用中國國家摞準(CNS ) A4規格(2I0X297公釐)
Claims (1)
- 六、申請專利範圍 燦請委員邨禾,太 ft. ί...···,?·-:否變更原f質肉客 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 459288 第85 1 09643號「雜質摻雜方法j專利案 (88年7月14日修正) A申請專利範圍: L —種在固體樣本表面附近摻雜雜質之雜質摻雜方法, 所含步驟爲: 饋入情性氣體或含還原氣體之情性氣體進入一含固 體樣本之真空氣室中,將氣體加以激勵’並在固體樣 本表面上產生電漿; 藉電漿照射將活性樣本'表面暴露在固體樣本表面 上;以及 停止電漿照射而接著接觸含雜質之氣體或蒸氣來摻 雜雜質 > 而不活性照射具有活性樣本表面之固體樣本 之電漿。 2. —種在固體樣本表面附近摻雜雜質之雜質摻雜方法’ 所含步驟爲: .以一抗阻覆蓋固體樣本表面而不覆蓋雜質摻雜區 域; . 饋入情性氣體或含還原氣體之情性氣體進入一含固 體樣本之真空氣室中,將氣體加以激勵,並在固體樣 本表面上產生電漿; 藉電漿照射將活性樣本表面暴曬在固體表面上:以 及 停止電娥照射而接著接觸含雜質之氣體或蒸氣’在 沒有抗阻所覆蓋之固體樣本之暴露活性樣本表面上來 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 請 .先 閲 之 注 項 再 寫、 本 頁 i459288 A8 B8 C8 D8 _ ’_ 六、申請專利範圍 摻雜雜質,而不活性照射具有活性樣本表面之固體樣 本之電漿, 其中淸洗及摻雜步驟乃在固體樣本之表面溫度不會 破壞抗阻功能之低溫下執行。 3, —種在固體樣本表面附近,以摻雜雜質來形成N型MO S 和/或其它裝置區域,以及P型MOS和/或其它裝置 區域之雜質摻雜方法,所含步驟爲: 以一抗阻覆蓋固體樣本表面而不覆蓋第一雜質摻雜 區域; 饋入情性氣體或含還原氣體之情性氣體進入一含固 體樣本之真空氣室中,將氣體加以激勵,並在固體樣 本表面上產生電漿,藉電漿照射將活性樣本表面暴露 在固體樣本表面上,及停止電漿照射而接著接觸含第 一雜質之氣體或蒸氣,在沒有被抗阻所覆蓋之固體樣 本之暴露活性樣本表面上來摻雜第一雜質,而不活性 照射具有活性樣本表面之固體樣本之電漿; 以一抗阻覆蓋固體樣本表面而不覆蓋第二雜質摻雜 區域:以及 經濟部中央標牟局員工消黄合作社印製 饋入情性氣體或含還原氣體之情性氣體進入一含固 體樣本之真空氣室中,將氣體加以激勵,並在固體樣 本表面上產生電漿1藉電漿照射將活性樣本表面暴露 在固體樣本表面上,及停止電漿照射而接著接觸含第 二雜質之氣體或蒸氣,在沒有抗阻所覆蓋之固體樣本 之暴露活性樣本表面上來摻雜第二雜質,而不活性照 -2-本紙張尺度適用中國國家標準(匸抓)八4规格(;2丨0><297公藿) A8 B8 CS D8 d592B 8 六、申請專利範圍 射具有活性樣本表面之固體樣本之電漿, 請 先 閲 其中淸洗及摻雜步驟乃在固體樣本之表面溫度不會 破壞抗阻功能之低溫下執行。 之 注 項 再 % 本 頁 裝 1 丁經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)
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