專利名稱：雜質(zhì)導(dǎo)入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體等的制造工藝中導(dǎo)入雜質(zhì)的雜質(zhì)導(dǎo)入方法。
背景技術(shù)：
在固體基體表面或薄膜的表面上，通常形成有構(gòu)成固體基體的原子與空氣中的氧結(jié)合而成的氧化物的膜或用氫終結(jié)的膜。這種膜非常薄，通常是小于等于1nm。過去一直用從氧化物等的膜之上進(jìn)行離子注入等的方法物理性地導(dǎo)入雜質(zhì)。即，通過用電場等向成為雜質(zhì)的離子提供能量并在表面進(jìn)行照射而向固體基體內(nèi)部導(dǎo)入雜質(zhì)。
然而，伴隨著近些年來器件的精細(xì)化人們要求形成淺的結(jié)的技術(shù)。在這里，作為現(xiàn)有的淺的結(jié)的形成技術(shù)可以舉出低能離子注入技術(shù)。低能離子注入技術(shù)是一種在從離子源以一定程度高的電壓引出離子后在后級使之減速的方法，人們一直在進(jìn)行著能夠?qū)㈦x子束電流值保持為一定程度的大小并能夠進(jìn)行低能的注入等的研究。這樣研究的結(jié)果，能夠形成幾十nm左右的淺的雜質(zhì)層，并已經(jīng)在工業(yè)上應(yīng)用于半導(dǎo)體的制造。
此外，為了形成淺的結(jié)，作為近些年來受到關(guān)注的技術(shù)可以舉出等離子體摻雜技術(shù)。所謂等離子體摻雜技術(shù)是一種使含有所期望的粒子的等離子體與半導(dǎo)體襯底等的被處理體的表面接觸，從而向被處理體表面導(dǎo)入雜質(zhì)的技術(shù)。在這里，由于等離子體最多也就是幾百V的低能量，所以適用于淺的雜質(zhì)層的形成，已進(jìn)行了形成從十幾nm到幾十nm左右的淺的結(jié)的實(shí)驗(yàn)。
還有，在“Technical Digest of Symposium on VLSI Technology.Honolulu，P.110(2000)”中公開了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的最淺的P型結(jié)的實(shí)驗(yàn)。據(jù)報(bào)告說該實(shí)驗(yàn)結(jié)的深度為7nm。
此外，在(1)International Workshop on Junction Technology(IWJT)，p.19(2000)，(2)J.Vac.Sci.Technol.A16，P.1，(1998)，(3)SiliconTechnology-No.39 18thJune，2002等中提出了使用氣體源的氣相摻雜法的方案。這是一種通過在常壓氫環(huán)境中加熱半導(dǎo)體襯底并供給B2H6或PH3而形成P型和N型的雜質(zhì)擴(kuò)散層的方法。在這里，通過氫攜帶氣體除去硅上的自然氧化膜來保持清潔表面而具有抑制雜質(zhì)特別是硼的表面偏析的效果。
此外，為了分解氣體通常需要大于等于600℃的溫度。例如，在“SiliconTechnology”(No.39 18thJune，2002)中公開了通過將半導(dǎo)體襯底加熱到900℃并供給40秒1ppm的B2H6氣體而形成高濃度的淺的結(jié)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。據(jù)此，將硼濃度成為1×1018cm-3的深度當(dāng)作結(jié)深，則結(jié)深是與上述同等程度的約7nm。
此外，在International Workshop on Junction Technology(IWJT)，p.39-40(2002)中公開了在室溫下實(shí)現(xiàn)氣相摻雜法的技術(shù)。這是一種在向氧化物等的膜附著到表面上的固體基體導(dǎo)入物質(zhì)時(shí)，在除去了氧化物等的膜之后附著或?qū)胨谕牧Ｗ拥姆椒?。根?jù)該報(bào)告，雜質(zhì)導(dǎo)入層的深度約為3～4nm。
如上所述，利用等離子體摻雜或低能離子注入等的方法，在近些年來進(jìn)行了形成從十幾nm到幾十nm左右的淺的結(jié)的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的最淺的P型結(jié)的實(shí)驗(yàn)中形成了7nm左右的淺的雜質(zhì)層。然而，隨著器件的進(jìn)一步的精細(xì)化人們要求提供更為簡單且更為低電阻地形成更淺的雜質(zhì)層的方法。
作為應(yīng)對這樣的要求的技術(shù)，由于等離子體摻雜技術(shù)能夠以小的加速能量向半導(dǎo)體襯底導(dǎo)入粒子，所以與離子注入相比能夠形成淺的導(dǎo)入層。但是，雖然說是小的能量但由于具有加速能量，所以形成淺的導(dǎo)入層是有限度的。此外，提出了在等離子體摻雜時(shí)作為摻雜劑向襯底供給自由基(radical)。由于自由基不具有電荷，所以雖然不會(huì)因在鞘(sheath)間被加速而被注入到襯底內(nèi)，但由于是激活的，所以可以認(rèn)為因與襯底表面反應(yīng)而被導(dǎo)入到襯底內(nèi)。使用氣體源的氣相摻雜法是一種向襯底供給不具有加速能量的摻雜劑并利用表面反應(yīng)形成雜質(zhì)擴(kuò)散層的技術(shù)。這種技術(shù)被認(rèn)為是超過了向襯底上照射具有能量的離子的方法的界限的技術(shù)。
然而，如上所述，使用氣體源的氣相摻雜法，為了分解氣體，通常需要大于等于600℃的溫度。在這樣的高溫度下作為掩模材料就不能使用光刻膠。為此，需要利用CVD法形成SiO2等并使之圖形化，因而存在晶體管形成工藝的工序增加這樣的問題。
還有，在要向襯底內(nèi)導(dǎo)入不具有等離子體摻雜法或氣相摻雜法等中的自由基或氣體分子等的加速能量的摻雜劑或者加速能量非常小的摻雜劑的情況下，存在難以在短時(shí)間內(nèi)形成高濃度的雜質(zhì)層的問題。
此外，采用在除去氧化物等的膜后附著或?qū)胨谕牧Ｗ拥姆椒ǖ臍庀鄵诫s法，雖然能夠在室溫下形成高濃度的雜質(zhì)層，但卻存在尚未提出雜質(zhì)量的控制方法的問題。
作為使本身為半導(dǎo)體襯底的晶體硅非晶化(無定形化)的技術(shù)，過去提出了離子注入鍺或硅的方法。人們廣泛地研究了在向硅襯底內(nèi)離子注入鍺或硅使表面非晶化之后，離子注入硼等的雜質(zhì)，然后，進(jìn)行退火工序。作為在離子注入雜質(zhì)前預(yù)先進(jìn)行非晶化的優(yōu)點(diǎn)如下。(1)在離子注入硼等的小的雜質(zhì)時(shí)難以導(dǎo)入得深，(2)由于非晶硅與晶體硅相比光的吸收系數(shù)高，所以退火時(shí)能夠有效地使雜質(zhì)活化。
然而，由離子注入進(jìn)行的非晶化，存在形成淺的非晶層的效率不充分的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于，包括在固體基體的表面上形成非晶層的工序；以及在非晶化的上述半導(dǎo)體襯底上形成淺的雜質(zhì)導(dǎo)入層的工序；其中，形成非晶層的工序是向上述半導(dǎo)體襯底的表面照射等離子體的工序，形成淺的雜質(zhì)導(dǎo)入層的工序是向非晶化的上述表面導(dǎo)入雜質(zhì)的工序。此外，本發(fā)明的特征在于還包括在將雜質(zhì)導(dǎo)入后為了使雜質(zhì)電激活化而進(jìn)行退火的工序。
此外，本發(fā)明的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置，是至少具有使固體基體表面非晶化的裝置、導(dǎo)入成為雜質(zhì)的所期望的粒子的裝置、以及使導(dǎo)入的雜質(zhì)激活化的退火裝置的裝置組的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝置的主要部分剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的襯底的剖面TEM觀察結(jié)果的圖。
圖3是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非晶層的厚度的等離子體照射偏置電壓依賴性的圖。
圖4是表示本發(fā)明的RHEED觀察結(jié)果的圖。
圖5是表示比較例的RHEED觀察結(jié)果的圖。
圖6是對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例與比較例比較片電阻值的圖。
圖7是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的片電阻值的等離子體照射時(shí)間依賴性的圖。
圖8是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的片電阻值的偏置電壓依賴性的圖。
圖9是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的片電阻值與非晶層厚度的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的雜質(zhì)導(dǎo)入方法的特征在于，在向固體基體表面上照射等離子體而形成非晶層后，或者在固體基體表面上形成非晶層的同時(shí)浸透、附著或?qū)?以下稱為導(dǎo)入)作為雜質(zhì)的所期望的粒子。其理由是通過形成非晶層而易于向固體基體內(nèi)導(dǎo)入所期望的粒子。此外，在應(yīng)用于作為固體基體之一的硅襯底的情況下，由于非晶硅與晶體硅比較光的吸收系數(shù)高，所以通過在表面形成非晶層能夠在退火時(shí)有效地使雜質(zhì)激活化，能夠?qū)崿F(xiàn)極淺結(jié)的低電阻化。
在固體基體表面上形成極淺的非晶層的情況下，優(yōu)選地向固體表面照射等離子體。其理由在于，由于與用現(xiàn)有的離子注入進(jìn)行的非晶化比較使用了低能的等離子體，所以能夠更有效地制作淺的非晶層。在非晶層所具有的效果之中，在想要僅利用在氣體或自由基等的超低能狀態(tài)下易于導(dǎo)入雜質(zhì)的效果的情況下，可以通過利用從向固體表面照射等離子體的方法、向固體表面離子注入的方法、給固體表面附加非晶層的方法的組中選擇的至少一種方法實(shí)現(xiàn)非晶層的形成。由于將向固體表面照射等離子體的時(shí)間設(shè)為不足70秒可以實(shí)現(xiàn)良好的吞吐率，所以是優(yōu)選的。此外，由于離子注入時(shí)注入Ge離子能夠期待提高電學(xué)特性，所以是優(yōu)選的。
優(yōu)選地導(dǎo)入雜質(zhì)的方法是使含有所期望的粒子的氣體或者等離子體與該非晶化的固體基體表面接觸以向固體基體表面或其附近浸透、附著或?qū)腚s質(zhì)。其理由是因?yàn)橹挥惺瓜髿怏w或等離子體那樣不具有加速能量的或者加速能量非常小的狀態(tài)的粒子接觸才能夠形成淺的雜質(zhì)層。具體地可以舉出等離子體、自由基、氣體、超低能離子等。作為雜質(zhì)導(dǎo)入方法的具體名稱，在氣體的狀態(tài)下導(dǎo)入時(shí)稱為氣體摻雜，在使等離子體與固體基體表面接觸時(shí)則稱為等離子體摻雜。此外，在用離子注入進(jìn)行非晶化的情況下，除了能夠有效地進(jìn)行退火之外，通過利用能夠用超低能導(dǎo)入雜質(zhì)的辦法還可以實(shí)現(xiàn)新穎性。具體地說，在用離子注入進(jìn)行非晶化的情況下，雜質(zhì)的導(dǎo)入使用使氣體接觸固體基體表面的方法。利用這種方法，能夠制作非常淺的雜質(zhì)導(dǎo)入層。
通過控制、調(diào)整進(jìn)行非晶化的固體基體表面的厚度、非晶化的程度，來控制、調(diào)整劑量和結(jié)深以導(dǎo)入雜質(zhì)的方法，由于容易控制片電阻值，此外器件特性也容易控制，所以是優(yōu)選的。進(jìn)行非晶化的固體基體表面的厚度、非晶化的程度的控制和調(diào)整，能夠通過改變與向固體表面照射的涉及等離子體的偏置電壓、照射時(shí)間、偏置功率(bias power)、離子種類、鞘電壓而進(jìn)行。
優(yōu)選地等離子體包括氬、氦等的稀有氣體或氫。其原因是由于稀有氣體在化學(xué)性能上是穩(wěn)定的而且難以與固體基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以被認(rèn)為將所期望的粒子與固體基體表面的表面附著的比率抑制得小。其結(jié)果是除了由非晶化產(chǎn)生的雜質(zhì)導(dǎo)入之外還能夠期待由表面吸著產(chǎn)生的雜質(zhì)的導(dǎo)入。此外，由于氦、氫在高溫下擴(kuò)散系數(shù)大而且在退火后在表面殘留量少，因而幾乎不會(huì)帶來電的壞影響，所以是優(yōu)選的。由于氦兼?zhèn)浠瘜W(xué)性能穩(wěn)定、在高溫下的擴(kuò)散系數(shù)大這兩方面的特性，所以是特別優(yōu)選的。
本發(fā)明的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置，是至少具有使固體基體表面非晶化的裝置、導(dǎo)入所期望的粒子的裝置、使所導(dǎo)入的期望的粒子激活化的退火裝置的裝置組的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置，由此能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的工藝。
還有，由于將2個(gè)或2個(gè)以上的使固體基體表面非晶化的裝置、導(dǎo)入所期望的粒子的裝置、使所導(dǎo)入的期望的粒子激活化的退火裝置的裝置組進(jìn)行組合或使之一體化能夠使裝置小型化，所以從提高生產(chǎn)性等方面來看是優(yōu)選的。
還有，能夠提供可用短時(shí)間形成高濃度的非常淺的雜質(zhì)層且劑量的控制比現(xiàn)有技術(shù)更為容易，并且能夠使退火后的片電阻低電阻化的雜質(zhì)層的形成方法。
下面，參看

本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)施例。
圖1對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的裝置100進(jìn)行說明。裝置100具有高頻電源1；匹配盒2；線圈和天線3；質(zhì)量流控制器4和5；渦輪分子泵6；電導(dǎo)閥7；干燥泵8；循環(huán)器9；DC電源10；匹配盒11、高頻電源12和下部電極14。硅襯底等的被處理體13放置到下部電極上。
在圖1中，在將硅襯底13送到工藝室15內(nèi)后，將其設(shè)置到下部電極14上。對工藝室15分別連接有稀有氣體導(dǎo)入管16和乙硼烷氣體的導(dǎo)入管17。另外，稀有氣體用于通過向表面照射稀有氣體等離子體而使硅襯底表面非晶化。乙硼烷氣體用于等離子體化而進(jìn)行等離子體摻雜，或者用于將氣體原樣地導(dǎo)入工藝室15內(nèi)而進(jìn)行氣體摻雜。構(gòu)成為氣體流量能夠由質(zhì)量流控制器4、5分別進(jìn)行控制。
在以下的實(shí)施例中，說明固體基體自身的表面非晶化。但本發(fā)明并不限定于此，也能夠應(yīng)用于在固體基體上形成的薄膜的表面。
(實(shí)施例1)在實(shí)施例1中，詳細(xì)地對照射等離子體而形成非晶層的工序進(jìn)行說明。
在工藝室15內(nèi)，向作為被處理體13的硅襯底照射等離子體。
所使用的氣體是向氬、氦或99.975％的氦內(nèi)混合進(jìn)0.025％的乙硼烷的氣體。
首先，向硅襯底照射氬等離子體。等離子體照射條件是在照射時(shí)間從5秒到60秒、偏置電壓從30V到310V的條件下進(jìn)行。在停止等離子體照射并首先將工藝室15內(nèi)部抽成真空后，用氮?dú)膺M(jìn)行凈化后從工藝室15內(nèi)將襯底取出。并對取出的襯底的剖面進(jìn)行TEM觀察。圖2是偏置電壓180V等離子體照射時(shí)間5秒的氬等離子體照射后的剖面TEM照片?？梢钥闯鲈诠枰r底21上已經(jīng)形成了4.3nm的厚度的非晶層22。
此外，即使在使用氦等離子體的情況下，也能夠確認(rèn)非晶層的形成。另外，關(guān)于使用氦等離子體的情況在實(shí)施例2進(jìn)行說明。
此外，使用99.975％的氦氣和0.025％的乙硼烷氣體的混合氣體的等離子體，在100V的偏置電壓進(jìn)行了60秒的等離子體照射。非晶層的厚度是10nm。此外，用SIMS測定的硼的劑量是7.3×1014cm-2。如上所述，能夠同時(shí)地進(jìn)行非晶層的形成和雜質(zhì)的導(dǎo)入。
(實(shí)施例2)在實(shí)施例2中，對用于非晶化的等離子體照射中的非晶層的厚度的控制進(jìn)行說明。
在工藝室15內(nèi)向作為被處理體13的硅襯底上照射了氦氣體濃度為100％的氦氣體的等離子體。分別在等離子體照射時(shí)間為7秒和30秒、使偏置電壓在從30V到310V的范圍內(nèi)變化的條件下進(jìn)行等離子體照射。用橢圓儀測定從工藝室15中取出的襯底的非晶層的厚度。圖3是偏置電壓與非晶層的厚度的關(guān)系?？梢娫诘入x子體照射下能夠在小于等于30秒的短時(shí)間內(nèi)形成2nm～22nm的范圍的非晶層。此外，通過使偏置電壓變化就能夠控制非晶層的厚度。此外，通過改變照射等離子體的時(shí)間能夠改變非晶層的厚度。
(實(shí)施例3)在實(shí)施例3中，表示將本發(fā)明的雜質(zhì)導(dǎo)入方法應(yīng)用于氣體摻雜的例子。在用氣體摻雜導(dǎo)入雜質(zhì)的情況下，研究了因非晶層的有無而產(chǎn)生的片電阻值的差異。下面，對利用非晶化而易于用低能量導(dǎo)入雜質(zhì)和退火后能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻化進(jìn)行說明。
在工藝室15內(nèi)，向作為被處理體13的硅襯底照射氬氣等離子體。等離子體照射是在等離子體照射時(shí)間5秒、偏置電壓160V的條件下進(jìn)行的。在停止等離子體照射并將工藝室15內(nèi)部抽成真空后，使B2H6氣體與襯底表面接觸70秒。70秒后停止B2H6氣體的供給，在抽成真空后，用氮?dú)膺M(jìn)行凈化后從工藝室15內(nèi)取出襯底。
在對所取出的襯底以1100口、3分鐘進(jìn)行退火后，使用4探針法測定了片電阻值。此外，對于只進(jìn)行了等離子體照射的襯底進(jìn)行了用RHEED的觀察和用橢圓儀的膜厚等的測定。其中，所謂RHEED，是反射高速電子衍射(Reflection High-Energy Electron Diffraction)。
圖4表示用RHEED的表面觀察的結(jié)果。如圖4所示，在晶體上未發(fā)現(xiàn)特有的亮點(diǎn)，可見通過等離子體照射襯底的表面已非晶化。此外，片電阻值為5.1E3ohm/sq。
此外，使等離子體照射時(shí)間在5秒到70秒的范圍內(nèi)改變并使偏置電壓在45V到210V的范圍內(nèi)改變進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。在所有條件下襯底表面都已被非晶化。這時(shí)，片電阻值分布在大于等于6.5E2ohm/sq而小于等于5.1E3ohm/sq的范圍內(nèi)。
圖6是表示因非晶層的有無而產(chǎn)生的片電阻值(Sheet resistance)的差異的圖。用白圓圈(○)表示進(jìn)行了非晶化的本實(shí)施例的片電阻值測定結(jié)果。同時(shí)，用黑圓圈(●)表示未進(jìn)行非晶化的比較例1的結(jié)果。實(shí)施例的片電阻值與比較例的片電阻值相比分布為小1個(gè)數(shù)量級到2個(gè)數(shù)量級的值。可以認(rèn)為由于形成了非晶層，即使不提供加速能量也容易向基體內(nèi)導(dǎo)入B2H6氣體，以及通過有效地吸收用于退火的光，與比較例相比片電阻值大大地減小了。
(實(shí)施例4)在實(shí)施例4中，進(jìn)行用等離子體摻雜作為雜質(zhì)的導(dǎo)入方法時(shí)的因非晶層的有無而產(chǎn)生的片電阻值的差異的研究。對于利用非晶化盡管退火后的結(jié)深是相同的但卻能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻化的情況進(jìn)行說明。
為了使硅襯底表面非晶化，在工藝室15內(nèi)向作為被處理體13的硅襯底照射氦氣濃度為100％的氦氣的等離子體。等離子體照射是在等離子體照射時(shí)間為7秒、偏置電壓為150V的條件下進(jìn)行的。停止等離子體照射后將工藝室15內(nèi)部抽成真空。然后，為了進(jìn)行等離子體摻雜，在偏置電壓200V的條件下照射7秒用氦氣稀釋成5％的B2H6氣體的等離子體。在停止等離子體照射并抽成真空后，用氮?dú)膺M(jìn)行凈化后從工藝室15內(nèi)取出襯底。然后，為了使雜質(zhì)電激活化，在升溫速度為200℃/秒、降溫速度為50℃/秒、最高到達(dá)溫度為1000℃的峰值高速熱退火(spike RTA)的條件下進(jìn)行了退火。測定了這樣制成的試樣的片電阻和SIMS分布。
該試樣的片電阻值為635ohm/sq。當(dāng)設(shè)在SIMS分布中硼濃度成為1×1018cm-3的深度為結(jié)深時(shí)，則結(jié)深為27.2nm。另一方面，將在比較例2中詳細(xì)地進(jìn)行說明，在不進(jìn)行非晶化而其它的條件都相同的情況下制成的試樣的片電阻值為923ohm/sq、結(jié)深為28.1nm。即，通過用氦等離子體照射進(jìn)行非晶化，即使結(jié)深大致相同也能夠?qū)崿F(xiàn)30％或30％以上的低電阻化。
(實(shí)施例5)在實(shí)施例5中，研究了等離子體照射時(shí)間與片電阻值的關(guān)系。圖7表示結(jié)果。
在工藝室15內(nèi)向作為被處理體13的硅襯底照射氬氣的等離子體。氬等離子體照射在從5秒到70秒的范圍內(nèi)改變等離子體照射時(shí)間。在偏置電壓為45V(用×表示)和160V(用■表示)這2種條件下進(jìn)行。等離子體照射后的處理都是在相同的條件下進(jìn)行。即，在停止等離子體照射并將工藝室15內(nèi)部抽成真空后，使B2H6氣體與襯底表面接觸70秒。70秒后停止B2H6氣體的供給，在抽成真空后，在用氮?dú)膺M(jìn)行凈化后從工藝室15內(nèi)取出襯底。在1100口、3分鐘的條件下對所取出的襯底進(jìn)行退火后，使用4探針法測定了片電阻值。
無論在偏置電壓為45V和60V的哪一種情況下，片電阻值都隨著等離子體照射時(shí)間的變長而下降。從該結(jié)果可以看出，通過改變等離子體照射時(shí)間能夠控制片電阻值。
此外，上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明等離子體照射時(shí)間越長則劑量就越高?？梢哉J(rèn)為這是由于等離子體照射時(shí)間越長，則硅襯底表面的非晶化程度就越高，所以B2H6氣體向基體的導(dǎo)入量越增加。
(實(shí)施例6)在實(shí)施例6中，研究了偏置電壓與片電阻值的關(guān)系。圖8表示其結(jié)果。在設(shè)氬等離子體照射時(shí)間為70秒而其它的條件都相同的情況下，使偏置電壓變?yōu)?5V(試樣1)、160V(試樣2)、210V(試樣3)而制成了試樣。沒有特別指出的條件與實(shí)施例5是同樣的。
如圖8所示，片電阻值隨著偏置電壓的絕對值的增大而下降。其結(jié)果，試樣2和試樣3的片電阻值下降到小于等于1.0E3ohm/sq。
由此可見，通過改變偏置電壓能夠控制片電阻值。
此外，上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明偏置電壓絕對值越大則劑量就越高。可以認(rèn)為這是由于偏置電壓的絕對值越大，則硅襯底表面的非晶化的程度就越高，從而B2H6氣體向基體的導(dǎo)入量就增加。
(實(shí)施例7)在實(shí)施例7中，研究了非晶層的厚度與片電阻值的關(guān)系。圖9表示其結(jié)果。橫軸的非晶層的厚度是用橢圓儀測定的在實(shí)施例6中制成的試樣1-3的襯底表面上形成的非晶層的厚度的值。此外，非晶層的厚度為零的數(shù)據(jù)是作為比較例測定硅襯底時(shí)的測定結(jié)果。
如圖9所示，非晶層的厚度，在試樣1約為2nm，在試樣2和3約為3nm。此外，可以看出隨著非晶層的厚度的增加片電阻值下降了。由該結(jié)果可見，片電阻值能夠通過改變非晶層的厚度進(jìn)行控制。此外，可以看出在實(shí)施例5和6中所說明的非晶化的程度可以表現(xiàn)為非晶層的厚度。
此外，上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明非晶層的厚度越大則劑量就越高?？梢哉J(rèn)為這是由于非晶層的厚度越大越增加B2H6氣體向基體的導(dǎo)入量。
(比較例1)除了沒有用等離子體照射進(jìn)行非晶化之外，以與表示本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例3、5、6、7相同的條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。比較例1是與氣體摻雜有關(guān)的例子，其與實(shí)施例3對應(yīng)。在將硅襯底放入工藝室15內(nèi)并將工藝室15內(nèi)抽成真空后，使B2H6氣體與襯底表面接觸70秒。
在70秒后停止B2H6氣體的供給并抽成真空后，在進(jìn)行氮凈化后從工藝室15內(nèi)取出襯底。所取出的襯底在1100口、3分鐘的條件下進(jìn)行退火后，使用4探針發(fā)測定了片電阻值。此外，用Secondary Ion MassSpectrometry(以下稱為SIMS)測定了硼的劑量。進(jìn)而用RHEED、橢圓儀觀察、測定了導(dǎo)入到工藝室15內(nèi)之前的硅襯底表面。
圖5是比較例的硅襯底的用RHEED進(jìn)行的表面觀察結(jié)果。在圖5所示的照片的上部觀察到了亮點(diǎn)，可以確認(rèn)是結(jié)晶。此外，即使用橢圓儀進(jìn)行測定也無法確認(rèn)表面的非晶層。
此外，片電阻值為1.7E5ohm/sq。這個(gè)值與形成了非晶層的本實(shí)施例的片電阻值比較要大1個(gè)數(shù)量級或1個(gè)數(shù)量級以上。根據(jù)SIMS的測定結(jié)果，硼的劑量是2E12cm-2?？梢妿缀跷磳?dǎo)入雜質(zhì)。
(比較例2)除了沒有用等離子體照射進(jìn)行非晶化之外，以與發(fā)明的實(shí)施例4相同的條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。即，將作為被處理體13的硅襯底放入工藝室15內(nèi)。然后，為了進(jìn)行等離子體摻雜，在偏置電壓200V下照射7秒的用氦氣稀釋成5％的B2H6氣體的等離子體。在停止等離子體照射并抽成真空后，在用氮?dú)膺M(jìn)行凈化后從工藝室15取出襯底。然后，為了使雜質(zhì)電激活化，在升溫速度200℃/秒、降溫速度50℃/秒、最高到達(dá)溫度1000℃的spike RTA的條件下進(jìn)行了退火。測定了這樣制成的試樣的片電阻和SIMS分布。
該試樣的片電阻為923ohm/sq，結(jié)深為28.1nm。這與實(shí)施例3的非晶化的試樣相比片電阻高了30％或30％以上。
雖然在實(shí)施例中對固體基體表面自身的非晶化進(jìn)行說明，但本發(fā)明的固體基體表面，除了基體自身的表面之外也包括在基體上形成的薄膜的表面。因此，在固體基體上形成的薄膜的表面的非晶化也包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。
如上所述，本實(shí)施例的雜質(zhì)導(dǎo)入方法能夠在室溫下且用短時(shí)間形成非常淺的雜質(zhì)層，從而能夠容易地制造半導(dǎo)體、液晶、生物芯片等的有源元件以及電阻、線圈、電容器等的無源元件。
工業(yè)上的利用可能性.
如上所述，本發(fā)明提供能夠在室溫下用短時(shí)間形成高濃度的非常淺的雜質(zhì)層的、而且劑量的控制容易并能夠形成可使退火后的片電阻實(shí)現(xiàn)低電阻化的雜質(zhì)層的雜質(zhì)導(dǎo)入方法。
權(quán)利要求
1.一種雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于，包括在固體基體表面上形成非晶層的第1工序；以及在非晶化的上述固體基體上形成淺的雜質(zhì)導(dǎo)入層的第2工序；其中，上述第1工序是向上述固體基體的表面照射等離子體的工序，上述第2工序是向非晶化的上述固體基體的表面導(dǎo)入雜質(zhì)的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述第2工序是將雜質(zhì)進(jìn)行等離子體摻雜的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述第2工序是將雜質(zhì)進(jìn)行離子注入的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述第2工序是將雜質(zhì)進(jìn)行氣體摻雜的工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于在上述第2工序之后包括退火工序，上述退火工序使上述雜質(zhì)激活化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述第1工序在上述第2工序之前進(jìn)行，或者與上述第2工序同時(shí)地進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于在同一工藝室內(nèi)作為連續(xù)的工序以in-situ進(jìn)行上述第1工序和上述第2工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述第1工序是向上述固體基體的表面照射等離子體的工序，或者是對上述固體基體附加非晶層的工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述固體基體是硅，上述第1工序是通過改變與向上述固體基體的表面照射的等離子體有關(guān)的偏置電壓、照射時(shí)間、偏置功率、離子種類和鞘電壓之中的至少一個(gè)條件而進(jìn)行上述非晶層的厚度控制的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述等離子體照射時(shí)間是大于等于5秒且小于70秒。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述等離子體是含有從稀有氣體、氫和鹵素中選擇的至少一者的系的等離子體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述第1工序是在上述固體基體的表面進(jìn)行離子注入的工序，上述第2工序是使用氣體摻雜向非晶化的上述固體基體的表面導(dǎo)入上述雜質(zhì)的工序。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述離子注入是從Si、Ge中選擇的至少一種離子的注入。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述第2工序是使含有上述所期望的粒子的氣體或等離子體與上述非晶層接觸的工序，作為雜質(zhì)向上述固體基體的表面導(dǎo)入上述粒子。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于在上述第2工序，以等離子體、自由基、氣體、離子的狀態(tài)導(dǎo)入所期望的粒子。
16.一種雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于，包括向固體基體的表面進(jìn)行大于等于5秒且小于70秒的等離子體照射的工序；以及使從含有所期望的粒子的氣體、等離子體、自由基和離子中選擇的至少一者與上述固體基體的表面接觸的雜質(zhì)導(dǎo)入工序。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述進(jìn)行照射的工序是通過改變與向上述固體基體的表面照射的等離子體有關(guān)的偏置電壓、照射時(shí)間、偏置功率、離子種類和鞘電壓之中的至少一個(gè)條件而控制向上述固體基體的表面導(dǎo)入的雜質(zhì)量的工序。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于上述等離子體是含有從稀有氣體、氫和鹵素中選擇的至少一者的氣體的系的等離子體。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于在上述雜質(zhì)導(dǎo)入工序之后還具有退火工序，上述退火工序使上述雜質(zhì)激活化。
20.一種雜質(zhì)導(dǎo)入裝置，具有在固體基體的表面形成非晶層的第1裝置；向上述固體基體的表面導(dǎo)入所期望的粒子的第2裝置；以及使所導(dǎo)入的上述所期望的粒子激活化的退火用的第3裝置；其能夠依次或同時(shí)地進(jìn)行向上述固體基體的表面進(jìn)行的非晶層的形成和向上述非晶層進(jìn)行的所期望的粒子的導(dǎo)入。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置，其特征在于使從上述第1裝置、第2裝置和第3裝置中選擇的2個(gè)或2個(gè)以上的裝置組合或一體化。
全文摘要
本發(fā)明提供包括在半導(dǎo)體襯底的表面形成非晶層的工序以及在非晶化的上述半導(dǎo)體襯底上形成淺的雜質(zhì)導(dǎo)入層的工序的雜質(zhì)導(dǎo)入方法和該方法所使用的裝置，特別是其特征在于，形成非晶層的工序是向上述半導(dǎo)體襯底的表面照射等離子體的工序，形成淺的雜質(zhì)導(dǎo)入層的工序是向非晶化的上述表面導(dǎo)入雜質(zhì)的工序。
文檔編號H01L21/22GK1751381SQ20048000463
公開日2006年3月22日 申請日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月19日
發(fā)明者佐佐木雄一朗 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社