JPH0516656B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体基板に対しプラズマにより
不純物のドーピングを行なう不純物ドーピング方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体の低温プロセスは熱変成や不純物分布の
変化、ライフタイムの変化を抑制する上から従来
型デバイス製造の工程でも要望されていたが、特
に最近台頭している３次元ICの場合に、上層の
デバイスを製造する際既に形成されている下層デ
バイスに対する悪影響を避けるため欠くことので
きない技術として、半導体デバイス微細化の傾向
とともに一層渇望されている。

半導体基板に対する不純物の導入は現在熱拡散
法に代りイオン注入法が主流となりつつあるが、
特に軽い元素のボロンの場合は深く注入され易く
浅いＰ領域を作ることは困難であつた。

しかし、これも10kev程度までエネルギーを下
げれば可能であるが、この場合はビーム電流が低
下するので処理時間が長くなり量産性が落ちる問
題がある。また、注入後の不純物の活性化とダメ
ージ回復のため比較的高温の熱処理が必要となる
等基板の深さ方向の微細化に対して種々の問題が
あつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、半導体基板に対する不純物の導
入は、軽い元素のボロンの場合浅いＰ領域を作る
ことが困難であり処理に長時間を要しあるいは高
温の熱処理を必要とするなど多量生産に適さない
各種の問題があつた。

この発明はこのような問題点を解決するために
なされたもので不純物の浅い領域を作ることが容
易であり比較的短時間に行なうことができしかも
高温の熱処理を必要としない多量生産に適した半
導体基板に対する不純物のドーピング方法を提供
することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段および作用〕 この発明のドーピング方法は、プラズマ発生装
置のステージ上に半導体基板を配置するとともに
ドープする元素と同じ元素を含むシリコン電極を
対向電極として設け、前記ステージと対応電極の
間にステージ側を負として印加した直流電圧を極
性転換して与えることによりプラズマを発生させ
イオン注入により不純物の注入を行なうことを特
徴とし、電圧の極性を反転させることによりエネ
ルギーをもつた電子を基板に照射しそのエネルギ
を基板格子に与えることにより不純物原子の拡散
を促するものである。この加速電圧を制御するこ
とにより所望の深さまでの拡散を行なう。

〔実施例〕

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明
する。

この実施例はＮ型基板にボロンを拡散する場合
を示すものである。

第１図において、１は平行平板型のプラズマ発
生装置であり、２はそのステージであり、３は対
向電極、４はヒータを示している。

ステージ２の上にシリコンのＮ型単結晶基板５
を載置してこれを負極とし、その上部50mmに設け
られた対向電極３にＰ型の比抵抗0.05Ωの単結晶
で作られたものを配設する。ステージ２はヒータ
４により200〜400℃に加熱しておく。プラズマ発
生装置１中に、H₂をベースとするB₂H₆2000ppm
の希釈ガスを圧力２〜4.5Torrで封入し、ステー
ジ２と対向電極３の間に400〜600Vの直流電圧を
印加し、プラズマ放電を行なう。

なお、図中６は直電源、７は極性転換器を示し
ている。

すなわち、第３図に示すように、30分間ステー
ジ２の側したがつてＮ型単結晶基板５が負となる
ように電圧を印加しその後極性を反転し10分間電
子入射を行なうサイクルを２回実施した時の拡散
層の拡がり抵抗は第２図に示す通りで拡散深さは
0.1μであつた。

なお、この極性転換は第３図のように拡散深さ
によつてサイクルと正負電圧の絶体値を適当に選
ぶものである。

かくして、その後のランプアニールでも特性の
変化はなく、不純物は充分活性化していることが
明らかとなつた。またDLTSによるデープレベル
の測定においても格子欠かん及び重金属による準
位も見られなかつた。

なお、プラズマ中の陰極降下は数十ボルトで、
これによる正イオンの衝撃は低エネルギーである
が衝突断面は大きいためごく表面に限られるが欠
かんや表面粗れが発生する。

これらの欠かんは基板原子の移動、原子配列の
乱れ、原子空孔や格子間原子の対をも生ずるもの
と考えられる。

次にエネルギーをもつたボロンイオンはこの原
子空孔と位置交換を繰返したまた格子間にある原
子は格子点にある原子と玉突きで位置交換してそ
れぞれ拡散する。

このように結晶中に発生した点欠かんが関与し
たVacancy機構とINTERSTITIALCY機構で拡
散するものと推察される。

しかし、この拡散は入射エネルギーが少ないた
め基板表層下部の構成格子に与えるエネルギーが
小さいのと格子に置き変えられたボロン原子は負
のアクセプタイオンとなつているため外部電界に
より反撥され内部への拡散は難しい。

そこで、ある程度表面層に高濃度のボロンがト
ープされた時点で印加電圧の極正を反転する。

これによつて基板にはエネルギーをもつた電子
が照射されることになるが、この加速電圧を制御
することによつて所望の拡散深さまでの基板格子
に電子の保有するエネルギーを与え、しかも反転
によつて基板側が正極となるので基板正面に局在
していたアクセプタイオンのボロンはこの電界の
ドリフトにより拡散を加速されることになる。

このように極正反転作用により拡散が容易とな
るため印加電圧も比較的低くてすむのでマスク材
および多層構造の絶縁膜にかかるストレスも低減
できる利点がある。また、この場合電子照射によ
るアニール作用も考えられる。

この電子線による格子に対するエネルギの付与
は、基板物質の電気的および光学的特性などによ
つて変らず、また干渉効果もないので特定の場所
だけにエネルギーを放出されることもなく平面的
に見た場合のドープの均一性が得られるものであ
る。

また活性化が入射電子のエネルギーにより行な
われるため、準安定な固溶限以上の高濃度不純物
の凍結現象が起こり再分布もなく表面高濃度が保
持される。

なお入射電子のSi原子に対する臨界変位エネル
ギは125kevと高いので、この発明の方法の如く
低エネルギーの場合はこれによる格子欠かんは全
く発生しないと見ることができる。

次に一般のプラズマプロセスにもいえることで
あるが、器壁、電極などによる貴金属汚染の問題
である。特に、この発明の方法のようにプラズマ
を用いたドーピング方式では、深い不純物準位を
形成するFe、Niなどは格子間機構で拡散するた
め、ボロン等に比べ拡散係数は著しく大きく無視
できない問題である。

例えばSUS（ステンレス スチール）電極を用
いた場合、基板にはFe、Cr、Niによる0.35ev〜
0.55evのテープレベル準位が見られライフタイム
も減少する。

この現象は、SUS陽極、基板陰極の場合にも
見られるが、特に極性転換した場合のSUS陰極
における金属飛沫作用が大きく利いている。

このため、この発明の実施例においては汚染防
止上対向電極３にドープしようとする元素と同じ
元素を高濃度に含んだ単結晶のシリコン電極を用
いることによつてこの問題を解決している。

なお、この発明は上記の実施例に限定されるも
のではなく要旨を変更しない範囲において異なる
構成をとることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたようにこの発明によれば、不純物の
浅い領域を作ることが容易であり比較的短時間に
行なうことができしかも高温の熱処理を必要とし
ない多量生産に適した半導体基板に対する不純物
のドーピング方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略的構成図、
第２図は同実施例の表面からの深さに対する拡散
層の拡がり抵抗の特性を示す曲線図、第３図は同
実施例においてステージと対向電極の間に印加す
る電圧を示す波形図である。 １……プラズマ発生装置、２……ステージ、３
……対向電極、４……ヒータ、５……Ｎ型単結晶
基板、６……直流電源、７……極性転換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プラズマ発生装置の一方電極を形成するステ
   ージ上に半導体基板を配置するとともにドープす
   る元素を含むシリコン電極を対向電極として設
   け、前記ステージと対向電極の間にステージ側を
   負とする直流電圧を第１の所定時間印加してプロ
   ズマ放電を行い、その後前記直流電圧を転極して
   第２の所定時間の間前記基板内に、発生したドー
   プ元素イオンの注入を行なうことを特徴とする半
   導体用基板に対する不純物のドーピング方法。