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JP4086334B2 - Impurity introduction method - Google Patents
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JP4086334B2 - Impurity introduction method - Google Patents

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JP4086334B2 JP21035596A JP21035596A JP4086334B2 JP 4086334 B2 JP4086334 B2 JP 4086334B2 JP 21035596 A JP21035596 A JP 21035596A JP 21035596 A JP21035596 A JP 21035596A JP 4086334 B2 JP4086334 B2 JP 4086334B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関わるものであり、特に固体表面の近傍に低温(特に室温から極低温にかけての領域)で原子または分子を固体表面に付着や堆積させることによる不純物の導入方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、固体表面としてのシリコン基板の表面への不純物の導入については、例えば、[Digest of technical papers 1993 symposium on VLSI technology;pp97−98]に記載された技術が挙げられる。
【0003】
具体的に説明すると、先ず、真空槽の中に設置したシリコンウエハを高温(例えば、 800℃程度)に保ち、真空槽の中に水素を含むガスを導入してシリコンウエハの表面を清浄化する。
【0004】
次に、清浄化されたシリコンウエハを含む真空槽の中に所定の元素を含むガス(例えばダイボランB26 )を導入し、単に前記ガスに曝してシリコンウエハの表面に所望の原子もしくは分子であるほう素を付着もしくは吸着させてドーピングを行なう。この際、主に真空槽に導入された不純物導入用のガスの分解、さらには前記不純物の真空槽における拡散を促進してシリコンウエハの面内に均一に不純物を導入させるために、ドーピングガスを導入する際の温度は概ね 900℃前後である。
【0005】
次に、上記のようにドーピング層が形成されたシリコンウエハに金属配線を行ったり、所定の酸化雰囲気の中で薄い酸化膜を形成し、その後、CVD装置などでゲート電極を形成し、MOSトランジスタを形成している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の不純物導入方法では、固体表面としてのシリコン基板の表面が 800℃〜 900℃の高温に曝されるため、レジスト(所謂、ノボラック型樹脂など)を用いたことによる選択的なドーピングを行うことは不可能である。というのは通常のレジストは 250℃程度が耐熱限界であり、それ以上の温度ではレジストが溶けて流動しパターンそのものが形成できなくなるためである。
【0007】
換言すれば、清浄工程とドーピング工程の少なくとも一方をレジストの耐熱温度以上の温度で行うことになれば、選択的なドーピングができないと云うことである。なお、清浄工程では温度が高いとレジストが使用できないからと云って単に温度を下げただけでは、ガス(具体的には、水素ガス)とシリコン基板の表面とが反応しないため、清浄化することはできない。
【0008】
より詳しくは、導入すべき不純物を含有するガスを真空槽に導入する際に、わざわざ 900℃と云った高温にすることなく低温で導入してドーピング使用とした場合には、不純物が導入される基板の表面を単に清浄化するだけでなく活性化する必要がある。しかしながら、従来のように清浄工程を 800℃と云った高温で行うとレジストを用いた選択的な不純物導入が行えなくなる。というのは、清浄工程が 800℃の場合には清浄工程においてレジストを使用できないため、清浄化の後にレジストパターンを形成することになってしまい、レジストパターンを形成すると清浄工程で活性化させたシリコン基板の表面が活性でなくなってしまうからである。
【0009】
本発明はレジストを用いることができる低温で不純物の導入を選択的に行うために、清浄工程だけでなくドーピング工程もレジストを用いることができる低温で行うことできる不純物の導入方法を提供することを目的とする。
【0010】
レジストは超LSI製造工程においては極めて一般的に用いられるものであり、これが使用できない場合にはドーピング防止膜を形成する必要性が生じる。このドーピング防止膜(例えば、シリコン窒化膜を挙げることができる)そのものもレジストパターンを用いて選択的に形成することになるため、ドーピング防止膜の選択的な形成工程の分だけ工程は複雑になりそのコスト上昇は避けられない。また、ドーピングにより形成される不純物分布は、温度が高くなると深さ方向にも不純物が拡散されるため、ドーピング工程を高温で行うと不純物の分布を急峻にすることは不可能である。
【0011】
本発明はC−MOS構造の形成時などの不純物ドーピング工程を、レジストの機能を損なわない低温で実施でき、ドーピング防止膜の形成も必要でない不純物の導入方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の不純物の導入方法は、プラズマの照射によって固体試料の表面に活性な試料面を露出させ、プラズマの照射が作用しない状態で目的の不純物を含有するガスまたは蒸気を固体試料の前記活性な試料面に接触させて前記不純物を導入することを特徴とする。
【0013】
この本発明によると、C−MOS構造の形成時などの不純物ドーピング工程を、レジストの機能を損なわない低温で実施できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
請求項1記載の不純物導入方法は、固体試料の表面近傍に不純物を導入するに際し、不純物を導入する部分を残して固体試料の試料面をレジストにより覆い、前記レジストによって覆われた前記固体試料をセットした真空槽に不活性ガスまたは還元性ガスを含有した不活性ガスを導入して前記ガスを励起し前記固体試料の表面にプラズマを発生させ、このプラズマの照射によって前記レジストによって覆われずに露出した前記固体試料の表面に活性な試料面を露出させた後に、プラズマの照射が作用しない状態で前記不純物を含有するガスまたは蒸気を前記固体試料の前記活性な試料面に接触させて前記レジストで覆われずに露出した前記固体試料の前記活性な試料面に不純物を導入することを特徴とする。
【0018】
請求項2記載の不純物導入方法は、固体試料の表面近傍に不純物を導入して”N型MOS領域および、またはその他のディバイス”と”P型MOS領域および、またはその他のディバイス”を形成するに際し、第1の不純物を導入する部分を残して固体試料の試料面を第1のレジストにより覆い、前記第1のレジストによって覆われた前記固体試料をセットした真空槽に不活性ガスまたは還元性ガスを含有した不活性ガスを導入して前記ガスを励起し前記固体試料の表面にプラズマを発生させ、このプラズマの照射によって前記第1のレジストによって覆われずに露出した前記固体試料の表面に活性な試料面を露出させ、プラズマの照射が作用しない状態で前記第1の不純物を含有するガスまたは蒸気を固体試料の前記活性な試料面に接触させて前記レジストで覆われずに露出した固体試料の前記活性な試料面に前記第1の不純物を導入した後、前記レジストを除去し、第2の不純物を導入する部分を残して固体試料の試料面を第2のレジストにより覆い、前記第2のレジストによって覆われた前記固体試料をセットした真空槽に不活性ガスまたは還元性ガスを含有した不活性ガスを導入して前記ガスを励起し前記固体試料の表面にプラズマを発生させ、このプラズマの照射によって前記第2のレジストによって覆われずに露出した前記固体試料の表面に活性な試料面を露出させ、プラズマの照射が作用しない状態で前記第2の不純物を含有するガスまたは蒸気を固体試料の前記活性な試料面に接触させて前記レジストで覆われずに露出した固体試料の前記活性な試料面に前記第2の不純物を導入することを特徴とする。
【0019】
(実施の形態1)
図1〜図3は(実施の形態1)を示す。
図1において、真空槽2には不純物の導入を行なう対象であるシリコン基板8は保持台4にセットされている。この保持台4には冷却手段が備えられており、シリコン基板8を低温に保つことができる。
【0020】
真空槽2にはプラズマを発生させるためにマイクロ波発生源1および高周波電源3が設置されている。真空槽2に導入されるガス導入系としては、ガスフィード10およびこの真空槽2のガスを排気するポンプ6が設置されている。
【0021】
図2と図3は図1に示した装置を使用したダイオードの作製工程を示している。
先ず、図2の(a)に示すように絶縁分離膜11により素子領域が分離されたシリコン基板8の素子領域の基板表面8aに、所望の不純物層を形成するに先だって、ガスフィード10から不活性ガス(例えば、ヘリウム,ネオン,アルゴンなど)または還元性のガス例えば、水素)を含有する不活性ガスを導入し、シリコン基板8の上にプラズマ25を発生させる。
【0022】
なお、プラズマ25は、この場合マイクロ波発生源1から発生される 2.45 GHzのマイクロ波および 13.56MHzの高周波電源3から発生される高周波を併用して発生させる。、また、この時のガスを導入した際の真空度は約3×10-4Torr、マイクロ波発生源1の出力パワーは約 500W、高周波電源3の出力パワーは約 300Wとした。
【0023】
このようにして形成されたプラズマの照射によって、シリコン基板8の基板表面8aの自然酸化膜が除去され、清浄かつ活性なシリコン表面が露出する。
清浄かつ活性なシリコン表面が露出すると、次の工程ではプラズマの照射が基板表面8aに作用しないように、前記のプラズマの照射を停止する。
【0024】
次に、上記のように清浄かつ活性になった基板表面8aに対してプラズマの照射を停止した環境下で、ドーピングしようとする目的の不純物を含有するガスをガスフィード10から真空槽2に導入して、不純物を含有するガスを基板表面8aに接触させる。
【0025】
このガス導入によって、清浄かつ活性な基板表面8aに不純物を直接に付着させ、図2の(b)に示すように不純物層12(シリコン基板8と反対の導電型を有する)を形成する。より詳しくは、プラズマの照射を停止させることによって、次のようなメカニズムにより浅い不純物層を形成することができる。
【0026】
第1に、プラズマガスでないため、不純物粒子の有するエネルギーが大きくなり過ぎないため、深くドーピングされることがない。第2に、不純物粒子のプラズマ拡散を防止できるため、深くドーピングされることがない。
【0027】
なお、上記のように清浄かつ活性な基板表面8aを露出させ、さらに不純物を導入する際の温度は、両方が 40 ℃という低温であった。
続いて、図3の(a)に示すように、不純物が導入されたシリコン基板8の上に、例えばCVDシリコン酸化膜などの絶縁物層14を 500nm堆積する。この後、適当な熱処理を行って不純物分布を制御してもよく、本実施の形態では 1000 ℃で 10 秒間の熱処理を行った。この熱処理を行うまでは高温の熱処理を行っていないため、従来の技術で挙げたものと比較すると、浅く不純物を導入することができる。
【0028】
最後に、図3の(b)に示すように、絶縁物層14にフォトリソグラフィ手法とエッチング手法を用いて開口部16を形成し、次いで金属配線を形成するために金属の単層膜または多層膜を形成する。そしてこの金属膜にフォトリソグラフィ手法とエッチング手法を用いてパターニングを施し、金属配線18を形成してダイオードの形成を終了する。
【0029】
以上のように基板表面8aを不活性ガスや水素を含有するプラズマに曝すのを真空中で行っているため、基板表面に導入されるべき不純物が吸着しやすくなり、常温のような低温下であってもシリコン基板に不純物をドーピングすることが可能となる。
【0030】
さらに詳しくは、基板表面8aに未結合手(dangling bond)が露出して化学的に非常に活性となり、不純物を含有するガスを基板表面8aに接触させた際にはガスの分解が促進される。
【0031】
また、ノンプラズマの環境下での常温での反応においては、不純物の移動や拡散が全く発生しなかったので、極めて浅い接合が形成できる。このことは、特に 0.1μm未満の微細なデバイス形成時に要求される深さ 40 nm程度の接合が形成できる。
【0032】
(実施の形態2)
図4と図5は(実施の形態2)を示す。
この実施の形態では、不純物導入時にノボラック型樹脂などのレジスト(例えば、フォトレジスト)によるパターニングを利用した不純物の導入方法によって、CMOS半導体装置を製造する工程を示している。
【0033】
基本的な製造工程は上記の(実施の形態1)で述べたものと同様であり、ここでは不純物拡散を行いたい領域を開口する形でレジストパターンを形成している。このように不純物拡散を行いたい領域以外をレジストにより覆って不純物を導入すれば、選択的なドーピングを極めて簡単に達成することができる。
【0034】
図4の(a)はMOS半導体装置の製造工程の途中であり、絶縁分離膜11およびゲート電極20が形成された段階のものであり、この状態で、隣接した二つのMOSをP型MOSとN型MOSに作り分ける。先ず、N型MOSを作ろうとする領域をレジスト22aで覆い、この状態のシリコン基板8を図1に示すような真空槽2にセットして以下の工程を行う。
【0035】
ガスフィード10から不活性ガスもしくは還元性のガスを含む不活性ガスを導入し、プラズマ状態とする。この際のプラズマの発生の手法は、 2.45 GHzのマイクロ波と、 13.56MHzの高周波を併用して行い、この時のガスを導入した際の真空度は約3×10-4Torr、マイクロ波発生源1の出力パワーは約 500W、高周波電源3の出力パワーは約 300Wとした。
【0036】
このプラズマの照射によってシリコン基板8のP型MOS領域の自然酸化膜が除去され、清浄かつ活性な表面8aが露出する。
次いで、ガスフィード10から不純物として、例えばほう素を含むガスを導入する。このガス導入によって、清浄かつ活性な基板表面8aに不純物を直接に付着させることができ、後にP型MOSのゲート電極となる不純物層24aとドレイン電極となる不純物層24bが形成される。
【0037】
次いでレジスト22aを除去した後、図4の(b)に示すように図4の(a)で先にほう素を導入したP型MOS領域をレジスト22bで覆う。不純物導入の手順は同様であるが、今回は例えば砒素を含むガスで砒素をドーピングし、後にN型MOSのゲート電極となる不純物層26aとドレイン電極となる不純物層26bが形成される。
【0038】
そしてレジスト22bを除去した後、以下の工程を行う。
ほう素および砒素の不純物が導入されたシリコン基板8の上に、例えばCVD酸化膜などの絶縁物を例えば 500nm堆積する。この後、適当な熱処理を行って不純物分布を制御してもよく、本実施の形態では 1000 ℃で 10 秒熱処理を行った。この絶縁物にフォトリソグラフィ手法とエッチング手法を用いて図5の(a)に示すように開口部16を形成する。
【0039】
次いで、金属配線を形成するために金属の単層膜または多層膜を形成し、この金属膜にフォトリソグラフィ手法とエッチング手法を用いてパターニングを施し、図5の(b)に示すように金属配線18を形成する。
【0040】
また、絶縁膜開口部における不純物拡散層と金属層の電気的接触を良好に保つために、接触部の不純物層には、所謂、イオン注入手法を用いて適当な不純物分布を形成しても構わない。その際には、P型MOS領域には例えばほう素をエネルギー 15 keVでドーズ量5×1015/cm2 、N型MOSには例えば砒素をエネルギー30keVでドーズ量3×1015/cm2 注入すればよい。勿論、この数値は作製する半導体装置の設計によって大幅に異なるため、ここでは詳述しないが適切な設定が必要なことはいうまでもない。
【0041】
上記の各実施の形態では、プラズマ発生手段として、電子サイクロトロン共鳴(Eiectron Cyciotron Resonance)を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、誘導結合型プラズマ(Indctive Coupled Plasma),ヘリコン,マルチスパイラル方式,マグネトロン,2周波,トライオード,LEP(Lissajou Electron Plasma)などを用いてもよい。
【0042】
上記の実施の形態では、固体試料の表面近傍に不純物を導入してN型MOS領域とP型MOS領域を形成する場合を例に挙げて説明したが、MOSではなくてバイポーラディバイスのようなディバイスの形成する場合にも適用することができ、本発明の不純物導入方法は、固体試料の表面近傍に不純物を導入して“N型MOS領域および、またはその他のディバイス”と“P型MOS領域および、またはその他のディバイス”を形成する場合に実施して有効であると云える。
【0043】
上記の各実施の形態では、清浄かつ活性な基板表面8aに接触させる目的の不純物は、ガスの状態で真空槽2に導入したが、目的の不純物の蒸発源を真空槽2に配置し、この蒸発源から蒸発させた蒸気を清浄かつ活性な基板表面8aに接触させるようにしても同様にドーピングすることができる。
【0044】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、試料表面を不活性ガス等を含有するプラズマに曝すのを真空中で行っているため、不純物のドーピングが常温で行えるので、極めて浅い、不純物のプロファイルを得ることができると共に、耐熱性のないレジストの機能を保全しながら簡単に任意の領域のみに所望の不純物層を形成でき、特に、“N型MOS領域および、またはその他のディバイス”と“P型MOS領域および、またはその他のディバイス”を高精度に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(実施の形態1)の不純物導入の導入に使用するドーピング装置の構成図
【図2】同実施の形態の不純物導入の工程図
【図3】同実施の形態の不純物導入の工程図
【図4】(実施の形態2)の不純物導入の工程図
【図5】(実施の形態2)の不純物導入の工程図
【符号の説明】
2 真空槽
4 保持台
6 ポンプ
8 シリコン基板
8a 基板表面
10 ガスフィード
11 絶縁分離膜
12 不純物層
14 絶縁物
16 開口部
18 金属配線
20 ゲート電極
22a,22b レジスト
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for introducing impurities by adhering or depositing atoms or molecules on a solid surface at a low temperature (particularly in a region from room temperature to extremely low temperature) in the vicinity of the solid surface. Is.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the introduction of impurities into the surface of a silicon substrate as a solid surface includes, for example, a technique described in [Digest of technical papers 1993 symposium on VLSI technology; pp97-98].
[0003]
Specifically, first, a silicon wafer placed in a vacuum chamber is kept at a high temperature (for example, about 800 ° C.), and a gas containing hydrogen is introduced into the vacuum chamber to clean the surface of the silicon wafer. .
[0004]
Next, a gas containing a predetermined element (for example, diborane B 2 H 6 ) is introduced into a vacuum chamber containing a cleaned silicon wafer, and simply exposed to the gas to form desired atoms or molecules on the surface of the silicon wafer. Doping is performed by adhering or adsorbing boron. At this time, a doping gas is mainly used to promote the decomposition of the impurity introduction gas introduced into the vacuum chamber, and further promote the diffusion of the impurities in the vacuum chamber to uniformly introduce the impurities into the surface of the silicon wafer. The introduction temperature is around 900 ° C.
[0005]
Next, metal wiring is performed on the silicon wafer on which the doping layer is formed as described above, or a thin oxide film is formed in a predetermined oxidizing atmosphere, and then a gate electrode is formed by a CVD apparatus or the like, and the MOS transistor Is forming.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional impurity introduction method, the surface of the silicon substrate as a solid surface is exposed to a high temperature of 800 ° C. to 900 ° C. Therefore, selective doping by using a resist (so-called novolak type resin or the like). It is impossible to do. This is because a normal resist has a heat resistance limit of about 250 ° C., and at a temperature higher than that, the resist melts and flows, and the pattern itself cannot be formed.
[0007]
In other words, if at least one of the cleaning process and the doping process is performed at a temperature higher than the heat resistant temperature of the resist, selective doping cannot be performed. In the cleaning process, the resist cannot be used if the temperature is high. Simply reducing the temperature does not react the gas (specifically, hydrogen gas) with the surface of the silicon substrate. I can't.
[0008]
More specifically, when a gas containing impurities to be introduced is introduced into a vacuum chamber, impurities are introduced if they are introduced at a low temperature without using a high temperature of 900 ° C. The surface of the substrate needs to be activated rather than simply cleaned. However, if the cleaning process is performed at a high temperature of 800 ° C. as in the prior art, selective impurity introduction using a resist cannot be performed. This is because when the cleaning process is 800 ° C., the resist cannot be used in the cleaning process, so a resist pattern is formed after cleaning, and when the resist pattern is formed, the silicon activated in the cleaning process is activated. This is because the surface of the substrate becomes inactive.
[0009]
In order to selectively introduce impurities at a low temperature at which a resist can be used, the present invention provides a method for introducing impurities that can be performed at a low temperature in which not only a cleaning process but also a doping process can be used. Objective.
[0010]
The resist is very commonly used in the VLSI manufacturing process, and when it cannot be used, it is necessary to form an anti-doping film. Since this anti-doping film (for example, a silicon nitride film) itself is selectively formed using a resist pattern, the process becomes complicated by the selective formation process of the anti-doping film. The increase in cost is inevitable. Further, since the impurity distribution formed by doping diffuses in the depth direction as the temperature increases, it is impossible to make the impurity distribution steep when the doping process is performed at a high temperature.
[0011]
It is an object of the present invention to provide an impurity introduction method that can perform an impurity doping process such as when forming a C-MOS structure at a low temperature without impairing the function of a resist and that does not require the formation of an anti-doping film.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the method for introducing impurities according to the present invention, an active sample surface is exposed on the surface of a solid sample by plasma irradiation, and the gas or vapor containing the target impurity is exposed to the active sample in a state where plasma irradiation does not act. The impurity is introduced in contact with the sample surface.
[0013]
According to the present invention, the impurity doping process such as the formation of the C-MOS structure can be performed at a low temperature that does not impair the function of the resist.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the impurity introduction method according to claim 1, when introducing an impurity in the vicinity of the surface of the solid sample, the sample surface of the solid sample is covered with a resist leaving a portion where the impurity is introduced, and the solid sample covered with the resist is removed. An inert gas containing an inert gas or a reducing gas is introduced into the set vacuum chamber to excite the gas to generate plasma on the surface of the solid sample, and this plasma irradiation does not cover the resist. after exposing the active sample surface to the exposed surface of the solid sample, the resist gas or vapor plasma irradiation of containing said impurity in a state that does not act in contact with the active sample surface of the solid sample and introducing an impurity into the active sample surface of the solid sample exposed without being covered with.
[0018]
The impurity introduction method according to claim 2 introduces an impurity in the vicinity of the surface of the solid sample to form “N-type MOS region and / or other device” and “P-type MOS region and / or other device”. The sample surface of the solid sample is covered with a first resist while leaving a portion for introducing the first impurity, and an inert gas or a reducing gas is set in a vacuum chamber in which the solid sample covered with the first resist is set. An inert gas containing a gas is introduced to excite the gas to generate plasma on the surface of the solid sample, and this plasma irradiation activates the surface of the solid sample exposed without being covered by the first resist. A gas or vapor containing the first impurity is brought into contact with the active sample surface of the solid sample in a state where the sample surface is exposed and plasma irradiation does not act. Wherein after introducing covered the first impurity into the active surface of the sample exposed solid sample without a resist, the resist is removed, a sample of the solid sample, leaving portions for introducing a second impurity Te the surface covered with a second resist, by introducing an inert gas containing the inert gas to the vacuum chamber equipped with a said solid sample covered by the second resist or reducing gas to excite the gas the Plasma is generated on the surface of the solid sample, and the active sample surface is exposed on the surface of the solid sample exposed without being covered with the second resist by irradiation of the plasma, and the irradiation of plasma does not act on the surface. A gas or vapor containing a second impurity is brought into contact with the active sample surface of the solid sample, and the second sample is exposed to the active sample surface of the solid sample exposed without being covered with the resist. And introducing an impurity.
[0019]
(Embodiment 1)
1 to 3 show (Embodiment 1).
In FIG. 1, a silicon substrate 8 that is a target for introducing impurities is set on a holding table 4 in a vacuum chamber 2. The holding table 4 is provided with a cooling means, and the silicon substrate 8 can be kept at a low temperature.
[0020]
A microwave generation source 1 and a high frequency power source 3 are installed in the vacuum chamber 2 to generate plasma. As a gas introduction system introduced into the vacuum chamber 2, a gas feed 10 and a pump 6 that exhausts the gas in the vacuum chamber 2 are installed.
[0021]
2 and 3 show a manufacturing process of a diode using the apparatus shown in FIG.
First, as shown in FIG. 2A, prior to forming a desired impurity layer on the substrate surface 8a of the element region of the silicon substrate 8 in which the element region is separated by the insulating separation film 11, the gas feed 10 is not used. An inert gas containing an active gas (for example, helium, neon, argon, etc.) or a reducing gas (for example, hydrogen) is introduced to generate a plasma 25 on the silicon substrate 8.
[0022]
In this case, the plasma 25 is generated using both the 2.45 GHz microwave generated from the microwave generation source 1 and the high frequency generated from the 13.56 MHz high frequency power source 3. The degree of vacuum when the gas was introduced was about 3 × 10 −4 Torr, the output power of the microwave source 1 was about 500 W, and the output power of the high frequency power source 3 was about 300 W.
[0023]
By the irradiation of the plasma thus formed, the natural oxide film on the substrate surface 8a of the silicon substrate 8 is removed, and a clean and active silicon surface is exposed.
When the clean and active silicon surface is exposed, the plasma irradiation is stopped in the next step so that the plasma irradiation does not act on the substrate surface 8a.
[0024]
Next, a gas containing the target impurity to be doped is introduced from the gas feed 10 into the vacuum chamber 2 in an environment in which plasma irradiation is stopped on the substrate surface 8a that has become clean and active as described above. Then, a gas containing impurities is brought into contact with the substrate surface 8a.
[0025]
By this gas introduction, impurities are directly attached to the clean and active substrate surface 8a, and an impurity layer 12 (having a conductivity type opposite to that of the silicon substrate 8) is formed as shown in FIG. More specifically, by stopping plasma irradiation, a shallow impurity layer can be formed by the following mechanism.
[0026]
First, since it is not a plasma gas, the energy possessed by the impurity particles does not increase too much, so that it is not deeply doped. Second, since the plasma diffusion of the impurity particles can be prevented, it is not deeply doped.
[0027]
As described above, the temperature at which the clean and active substrate surface 8a was exposed and the impurities were further introduced was as low as 40 ° C. for both.
Subsequently, as shown in FIG. 3A, an insulating layer 14 such as a CVD silicon oxide film is deposited to a thickness of 500 nm on the silicon substrate 8 into which impurities are introduced. Thereafter, an appropriate heat treatment may be performed to control the impurity distribution. In this embodiment, the heat treatment was performed at 1000 ° C. for 10 seconds. Since high-temperature heat treatment is not performed until this heat treatment is performed, impurities can be introduced shallower than those described in the related art.
[0028]
Finally, as shown in FIG. 3B, an opening 16 is formed in the insulator layer 14 using a photolithography technique and an etching technique, and then a metal single layer film or multilayer is formed to form a metal wiring. A film is formed. Then, the metal film is patterned by using a photolithography technique and an etching technique to form a metal wiring 18 and finish the formation of the diode.
[0029]
As described above, since the substrate surface 8a is exposed to the plasma containing an inert gas or hydrogen in a vacuum, impurities to be introduced to the substrate surface are easily adsorbed, and at a low temperature such as room temperature. Even if it exists, it becomes possible to dope impurities into the silicon substrate.
[0030]
More specifically, a dangling bond is exposed on the substrate surface 8a and becomes chemically very active. When an impurity-containing gas is brought into contact with the substrate surface 8a, the decomposition of the gas is promoted. .
[0031]
In addition, in the reaction at normal temperature in a non-plasma environment, no migration or diffusion of impurities occurred, so that a very shallow junction can be formed. This means that a junction with a depth of about 40 nm, which is required when a fine device of less than 0.1 μm is formed, can be formed.
[0032]
(Embodiment 2)
4 and 5 show (Embodiment 2).
This embodiment shows a process of manufacturing a CMOS semiconductor device by an impurity introduction method using patterning with a resist such as a novolac resin (for example, a photoresist) when introducing impurities.
[0033]
The basic manufacturing process is the same as that described in the above (Embodiment 1). Here, the resist pattern is formed so as to open a region where impurity diffusion is desired. In this way, selective doping can be achieved very easily if impurities are introduced by covering a region other than the region where impurity diffusion is desired with a resist.
[0034]
FIG. 4A is a process in the middle of the manufacturing process of the MOS semiconductor device, and is a stage where the insulating separation film 11 and the gate electrode 20 are formed. In this state, two adjacent MOSs are replaced with P-type MOSs. Separately made into N-type MOS. First, a region where an N-type MOS is to be formed is covered with a resist 22a, and the silicon substrate 8 in this state is set in a vacuum chamber 2 as shown in FIG.
[0035]
An inert gas containing an inert gas or a reducing gas is introduced from the gas feed 10 to form a plasma state. At this time, plasma is generated by using both a 2.45 GHz microwave and a 13.56 MHz high frequency, and the degree of vacuum when the gas is introduced is about 3 × 10 −4 Torr. The output power of the source 1 was about 500 W, and the output power of the high frequency power source 3 was about 300 W.
[0036]
By this plasma irradiation, the natural oxide film in the P-type MOS region of the silicon substrate 8 is removed, and a clean and active surface 8a is exposed.
Next, a gas containing, for example, boron as an impurity is introduced from the gas feed 10. By introducing this gas, impurities can be directly attached to the clean and active substrate surface 8a, and an impurity layer 24a that will later become a gate electrode of a P-type MOS and an impurity layer 24b that will become a drain electrode are formed.
[0037]
Next, after removing the resist 22a, as shown in FIG. 4B, the P-type MOS region into which boron has been previously introduced in FIG. 4A is covered with the resist 22b. The procedure for introducing the impurities is the same, but this time, for example, arsenic is doped with a gas containing arsenic to form an impurity layer 26a that later becomes the gate electrode of the N-type MOS and an impurity layer 26b that becomes the drain electrode.
[0038]
Then, after removing the resist 22b, the following steps are performed.
On the silicon substrate 8 into which boron and arsenic impurities are introduced, an insulator such as a CVD oxide film is deposited to a thickness of, for example, 500 nm. Thereafter, an appropriate heat treatment may be performed to control the impurity distribution. In this embodiment, the heat treatment was performed at 1000 ° C. for 10 seconds. An opening 16 is formed in this insulator using a photolithography technique and an etching technique as shown in FIG.
[0039]
Next, in order to form a metal wiring, a metal single layer film or a multilayer film is formed, and the metal film is patterned using a photolithography technique and an etching technique, and the metal wiring is formed as shown in FIG. 18 is formed.
[0040]
In order to maintain good electrical contact between the impurity diffusion layer and the metal layer in the opening of the insulating film, an appropriate impurity distribution may be formed in the impurity layer in the contact portion by using a so-called ion implantation method. Absent. At that time, for example, boron is implanted at an energy of 15 keV and a dose of 5 × 10 15 / cm 2 into the P-type MOS region, and arsenic is implanted at an energy of 30 keV and a dose of 3 × 10 15 / cm 2 as an N-type MOS. do it. Of course, since this value varies greatly depending on the design of the semiconductor device to be manufactured, it is needless to say that an appropriate setting is required although not described in detail here.
[0041]
In each of the above embodiments, electron cyclotron resonance is used as the plasma generating means. However, the present invention is not limited to this, and inductively coupled plasma, helicon, A multi-spiral system, magnetron, dual frequency, triode, LEP (Lisajou Electron Plasma) may be used.
[0042]
In the above embodiment, the case where an N-type MOS region and a P-type MOS region are formed by introducing impurities near the surface of a solid sample has been described as an example. However, a device such as a bipolar device instead of a MOS is described. The impurity introduction method of the present invention introduces an impurity in the vicinity of the surface of the solid sample, and "N-type MOS region and other devices" and "P-type MOS region and Or other devices "may be implemented and effective.
[0043]
In each of the above embodiments, the target impurity to be brought into contact with the clean and active substrate surface 8a is introduced into the vacuum chamber 2 in a gas state, but the evaporation source of the target impurity is disposed in the vacuum chamber 2, and this Doping can be performed in the same manner by bringing the vapor evaporated from the evaporation source into contact with the clean and active substrate surface 8a.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the sample surface is exposed to plasma containing an inert gas or the like in a vacuum, doping of impurities can be performed at room temperature, so that an extremely shallow impurity profile can be obtained. In addition, a desired impurity layer can be easily formed only in an arbitrary region while maintaining the function of a resist having no heat resistance. In particular, an “N-type MOS region and / or other device” and a “P-type MOS region” can be formed. And / or other devices "can be made with high precision.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a doping apparatus used for introducing impurities according to the first embodiment. FIG. 2 is a process diagram for introducing impurities according to the first embodiment. FIG. 3 is a process for introducing impurities according to the first embodiment. FIG. 4 is a process diagram of impurity introduction in (Embodiment 2). FIG. 5 is a process diagram of impurity introduction in (Embodiment 2).
2 Vacuum chamber 4 Holding stand 6 Pump 8 Silicon substrate 8a Substrate surface 10 Gas feed 11 Insulating separation film 12 Impurity layer 14 Insulator 16 Opening 18 Metal wiring 20 Gate electrodes 22a and 22b Resist

Claims (2)

固体試料の表面近傍に不純物を導入するに際し、
不純物を導入する部分を残して固体試料の試料面をレジストにより覆い、
前記レジストによって覆われた前記固体試料をセットした真空槽に不活性ガスまたは還元性ガスを含有した不活性ガスを導入して前記ガスを励起し前記固体試料の表面にプラズマを発生させ、
このプラズマの照射によって前記レジストによって覆われずに露出した前記固体試料の表面に活性な試料面を露出させた後に、
プラズマの照射が作用しない状態で前記不純物を含有するガスまたは蒸気を前記固体試料の前記活性な試料面に接触させて前記レジストで覆われずに露出した前記固体試料の前記活性な試料面に不純物を導入する
不純物の導入方法。
When introducing impurities near the surface of a solid sample,
Cover the sample surface of the solid sample with a resist leaving a part to introduce impurities,
Introducing an inert gas containing an inert gas or a reducing gas into a vacuum chamber in which the solid sample covered with the resist is set to excite the gas to generate plasma on the surface of the solid sample,
After exposing the active sample surface to the surface of the solid sample exposed without being covered by the resist by this plasma irradiation ,
Impurity into the active sample surface of the solid sample plasma irradiation is exposed without being covered with the resist in contact with the active sample surface of the solid sample gas or vapor containing said impurity in a state does not act Impurity introduction method.
固体試料の表面近傍に不純物を導入して”N型MOS領域および、またはその他のディバイス”と”P型MOS領域および、またはその他のディバイス”を形成するに際し、
第1の不純物を導入する部分を残して固体試料の試料面を第1のレジストにより覆い、
前記第1のレジストによって覆われた前記固体試料をセットした真空槽に不活性ガスまたは還元性ガスを含有した不活性ガスを導入して前記ガスを励起し前記固体試料の表面にプラズマを発生させ、このプラズマの照射によって前記第1のレジストによって覆われずに露出した前記固体試料の表面に活性な試料面を露出させ、プラズマの照射が作用しない状態で前記第1の不純物を含有するガスまたは蒸気を固体試料の前記活性な試料面に接触させて前記レジストで覆われずに露出した固体試料の前記活性な試料面に前記第1の不純物を導入した後、
前記レジストを除去し、
第2の不純物を導入する部分を残して固体試料の試料面を第2のレジストにより覆い、
前記第2のレジストによって覆われた前記固体試料をセットした真空槽に不活性ガスまたは還元性ガスを含有した不活性ガスを導入して前記ガスを励起し前記固体試料の表面にプラズマを発生させ、このプラズマの照射によって前記第2のレジストによって覆われずに露出した前記固体試料の表面に活性な試料面を露出させ、プラズマの照射が作用しない状態で前記第2の不純物を含有するガスまたは蒸気を固体試料の前記活性な試料面に接触させて前記レジストで覆われずに露出した固体試料の前記活性な試料面に前記第2の不純物を導入する
不純物の導入方法。
When an impurity is introduced near the surface of a solid sample to form “N-type MOS region and / or other device” and “P-type MOS region and / or other device”,
Covering the sample surface of the solid sample with the first resist, leaving a portion for introducing the first impurity,
An inert gas containing an inert gas or a reducing gas is introduced into a vacuum chamber in which the solid sample covered with the first resist is set to excite the gas to generate plasma on the surface of the solid sample. The active sample surface is exposed on the surface of the solid sample exposed without being covered with the first resist by the plasma irradiation, and the gas containing the first impurity in a state where the plasma irradiation does not act or After introducing the first impurity into the active sample surface of the solid sample exposed without being covered with the resist by bringing vapor into contact with the active sample surface of the solid sample ,
Removing the resist;
Covering the sample surface of the solid sample with the second resist leaving a portion for introducing the second impurity,
An inert gas containing an inert gas or a reducing gas is introduced into a vacuum chamber in which the solid sample covered with the second resist is set to excite the gas to generate plasma on the surface of the solid sample. The active sample surface is exposed on the surface of the solid sample exposed without being covered with the second resist by the plasma irradiation, and the gas containing the second impurity in a state where the plasma irradiation does not act or An impurity introduction method for introducing the second impurity into the active sample surface of the solid sample exposed without being covered with the resist by bringing vapor into contact with the active sample surface of the solid sample.
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