(57)【要約】【解決手段】半導体ウエハ内にウルトラシャロージャンクションを形成するための方法は、複合体あたり少なくとも２つの荷電キャリアを生成する荷電キャリア複合体を形成するよう選択されたドーパント材料を半導体ウエハの浅い表面層内に導入する工程と、荷電キャリア複合体を形成するべくドープされた表面層を短時間熱処理する工程を含む。ドープされた表面層の短時間熱処理工程は、フラッシュ急速熱処理、非溶融レーザー処理またはRFあるいはマイクロ波アニールとして実行される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ内にウルトラシャロージャンクションを形成するための方法であって、
複合体あたり少なくとも２つの荷電キャリアを生成する荷電キャリア複合体を形成するよう選択されたドーパント材料を半導体ウエハの浅い表面層内に導入する工程と、
前記荷電キャリア複合体を形成するべく、ドープされた表面層を短時間熱処理する工程と、
から成る方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、短時間熱処理する工程はドープされた表面層をフラッシュ急速熱処理する工程から成る、ところの方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、短時間熱処理する工程は中間温度まで基板を急速加熱する工程と、中間温度よりも高い最終温度までドープされた表面層をフラッシュ加熱する工程と、から成るところの方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、短時間熱処理する工程はドープされた表面層を非溶融レーザー処理する工程から成る、ところの方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、短時間熱処理する工程は約１００ミリ秒またはそれ以下の時間の間に所望の温度までドープされた表面層を加熱する工程から成る、ところの方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、短時間熱処理する工程は約１０ミリ秒またはそれ以下の時間の間に所望の温度までドープされた表面層を加熱する工程から成る、ところの方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、短時間熱処理する工程は約１０００℃から１４１０℃の範囲の温度で、ドープされた表面層を熱処理する工程から成る、ところの方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、短時間熱処理する工程は約１０５０℃から１３５０℃の範囲の温度で、ドープされた表面層を熱処理する工程から成る、ところの方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は前記荷電キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種から成る、ところの方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は前記荷電キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種を含む化合物から成る、ところの方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は荷電キャリア複合体を形成するべく半導体ウエハの原子と化学的に結合するよう選択される、ところの方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は束縛された励起子複合体を形成するよう選択される、ところの方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は、B-F、B-Ge、B-Si、P-F、P-Ge、P-Si、As-F、As-Ge及びAs-Siから成る集合から選択される、ところの方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を浅い表面層内に導入する工程はドーパント材料のイオン注入から成る、ところの方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料を浅い表面層内に導入する工程はドーパント材料のプラズマドーピングから成る、ところの方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、ドーパント材料は、ボロン、ボロン及びゲルマニウム、BF2並びにBF3から成る集合から選択される、ところの方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、短時間熱処理する工程は、ドープされた表面層をRFまたはマイクロ波でアニールする工程から成る、ところの方法。
【請求項１８】
半導体ウエハ内にウルトラシャロージャンクションを形成するための方法であって、
ボロン、ボロン及びゲルマニウム、BF2並びにBF3から成る集合から選択されたドーパント材料を半導体ウエハの浅い表面層内に導入する工程と、
複合体あたり少なくとも２つの荷電キャリアを生成する荷電キャリア複合体を形成するべくドープされた表面層をフラッシュ急速熱処理する工程と、
から成る方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、ドープされた表面層をフラッシュ急速熱処理する工程は、中間温度まで基板を急速加熱する工程と、中間温度より高い最終温度までドープされた表面層をフラッシュ加熱する工程と、から成る方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、ドープされた表面層をフラッシュ急速熱処理する工程は、約１００ミリ秒またはそれ以下の時間の間に所望の温度までドープされた表面層を加熱する工程から成る、ところの方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法であって、ドープされた表面層をフラッシュ急速熱処理する工程は、約１０ミリ秒またはそれ以下の時間の間に所望の温度までドープされた表面層を加熱する工程から成る、ところの方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載の方法であって、ドープされた表面層をフラッシュ急速熱処理する工程は、約１０００℃から１４１０℃の範囲の温度で、ドープされた表面層を熱処理する工程から成る、ところの方法。
【請求項２３】
請求項１８に記載の方法であって、ドープされた表面層をフラッシュ急速熱処理する工程は、約１０５０℃から１３５０℃の範囲の温度で、ドープされた表面層を熱処理する工程から成る、ところの方法。
【請求項２４】
請求項１８に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は、ドーパント材料をイオン注入する工程から成る、ところの方法。
【請求項２５】
請求項１８に記載の方法であって、ドーパント材料を導入する工程は、ドーパント材料をプラズマドーピングする工程から成る、ところの方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウエハ内にウルトラシャロージャンクションを形成するための方法に関し、特に、半導体ウエハの浅い表面層内に荷電キャリア複合体を形成しかつ安定化することにより低シート抵抗及び低ダメージを有するウルトラシャロージャンクションを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業のトレンドは、より小さく、より高速なデバイスに向かっている。特に、半導体デバイスの横寸法及び深さの両方が減少している。発展中の半導体デバイスは１０００オングストローム以下の接合深さを要求し、ついには２００オングストロームまたはそれ以下のオーダーの接合深さを要求するであろう。
【０００３】
イオン注入は導電率を変更するドーパント材料を半導体ウエハ内に導入する標準的な技術である。ビームラインイオン注入装置として周知の従来のイオン注入装置において、所望のドーパント材料がイオンソース内でイオン化され、該イオンが所定のエネルギーのイオンビームを形成するよう加速され、該イオンビームはウエハ表面に向けられる。ビーム中の強力イオンは半導体材料のバルク内に進入し、半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００４】
プラズマドーピング装置は半導体ウエハ内にシャロージャンクションを形成するために使用される。プラズマドーピング装置において、半導体ウエハは陰極として機能する導電プラテン上に配置される。所望のドーパント材料を含むイオン化ガスがチャンバ内に導入され、プラテンと陽極またはチャンバ壁との間にパルス電圧が印加され、ウエハの表面付近にプラズマシースを有するプラズマが形成される。印加電圧により、プラズマ中のイオンはプラズマシースを横切って、ウエハ内に注入される。注入の深さはウエハと陽極との間に印加された電圧に関連する。プラズマドーピング装置の構造及び動作に関する付加的な情報は、以下の特許文献に開示されている。
【特許文献１】米国特許第6,020,592号
【特許文献２】米国特許第6,182,604号
【特許文献３】米国特許第6,335,536号
【０００５】
ドーパント材料の注入の深さは、少なくとも部分的に、半導体ウエハ内に注入されるイオンのエネルギーにより決定される。シャロージャンクションは低注入エネルギーにより得られる。しかし、注入されるドーパント材料を活性化するために使用されるアニール処理により、ドーパント材料は半導体ウエハの注入領域から拡散される。この拡散の結果として、接合の深さはアニールにより増大する。アニールによる接合の深さの増大を防ぐために、注入エネルギーが減少され、その結果アニール後に所望の深さが得られる。このアプローチは、接合が非常に浅い場合を除き、満足できる結果をもたらす。アニール中に生じるドーパント材料の拡散のため、注入エネルギーを減少させることにより得られる接合深さは限界に達している。さらに、典型的に従来のイオン注入装置は非常に低い注入エネルギーにおいて非効率的に動作する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
浅い接合深さに加え、半導体ウエハ上に製造される素子の適正な動作のために、注入される領域は低いシート抵抗を有することが要求される。シート抵抗は活性化処理の効果の一部に依存する。
【０００７】
さらに、注入領域は半導体ウエハ上の素子が低リーク電流を達成するためにダメージが小さいことが要求される。典型的に、ダメージはアニール処理中に除去されてきた。しかし、上記したように、アニール処理により他の問題が生じる。これらの要因が、低シート抵抗及び低ダメージを有するウルトラシャロージャンクションを達成する際の困難となってきた。
【０００８】
したがって、低シート抵抗及び低ダメージを有するウルトラシャロージャンクションを半導体ウエハ内に形成するための方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの態様は、ドーパント及び／または他の不純物に束縛された電子-ホール対である束縛励起子複合体のような荷電キャリア複合体の形成及び安定化に関する。これらの励起子複合体は、化学的に結合する２つのドーパント種を導入することにより、またはホスト材料若しくはホスト材料内の不純物／欠陥と化学的に結合するひとつのドーパント種を導入することにより形成される。ドーパント材料は典型的に５００オングストロームまたはそれ以下の浅い表面層内に組み込まれ、その付近に励起子を形成する複合体を形成するべく一緒に化学的に結合される。浅い層のクーロン力は大きく、束縛電子-ホール対の作成に寄与するため、その結果励起子が形成される。概して、束縛励起子複合体は格子間型であり、置換サイトへの組込みから生じる電気溶解度限界によって課される制限を受けない。したがって、低いシート抵抗はドーズ量の増加により得られる。複合体付近の励起子の解離は導電率を制御するための自由キャリアを与えるメカニズムである。
【００１０】
本発明の第１の態様に従い、半導体ウエハ内にウルトラシャロージャンクションを形成するための方法が与えられる。当該方法は、複合体あたり少なくとも２つの荷電キャリアを生成する荷電キャリア複合体を形成するよう選択されたドーパント材料を半導体ウエハの浅い表面層内に導入する工程と、荷電キャリア複合体を形成するべく、ドープされた表面層を短時間熱処理する工程とから成る。
【００１１】
短時間熱処理する工程はドープされた表面層をフラッシュ急速熱処理する工程から成る。フラッシュ急速熱処理工程は、基板を中間温度まで急速に加熱する工程と、ドープされた表面層を中間温度より高い最終温度までフラッシュ加熱する工程とから成る。他の実施例において、短時間熱処理する工程はドープされた表面層を非溶融レーザー処理する工程から成る。さらに他の実施例において、短時間熱処理する工程はドープされた表面層をRFまたはマイクロ波アニールする工程から成る。短時間熱処理する工程は、約１００ミリ秒またはそれ以下の時間の間に所望の温度までドープされた表面層を加熱する工程から成り、好適には１０ミリ秒またはそれ以下の時間の間に所望の温度までドープされた表面層を加熱する工程から成る。
【００１２】
ドーパント材料は荷電キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種から成るか、または荷電キャリア複合体を形成するよう選択された２つの種を含む化合物から成る。他の実施例において、ドーパント材料は荷電キャリア複合体を形成するべく半導体ウエハの原子と化学的に結合するよう選択される。
【００１３】
ある実施例において、ドーパント材料はイオン注入により浅い表面層内に導入される。他の実施例において、ドーパント材料はプラズマドーピングにより浅い表面層内に導入される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の態様に従い、半導体ウエハ内にウルトラシャロージャンクションを形成するための方法が与えられる。当該方法は複合体あたり少なくとも２つの荷電キャリアを生成する荷電キャリア複合体の形成に関する。各荷電キャリア複合体は、化学的に一緒に結合された２つまたはそれ以上の原子を含む。例として、シリコンに結合されたボロン、ゲルマニウムに結合されたボロン、及びフッ素に結合されたボロンが含まれる。荷電キャリア複合体は化学結合された原子に束縛された電子-ホール対を含む。室温で、電子-ホール対は複合体から解離し、伝導が有効になる。荷電キャリア複合体の例として、例えばR. Knoxによる “Theory of Excitons”, Academic Press, New York (1963)に記述された励起子複合体がある。
【００１５】
荷電キャリア複合体は、化学的に結合する２つのドーパント種またはホスト材料若しくはホスト材料内の不純物／欠陥と化学的に結合するひとつのドーパント種を半導体ウエハの浅い表面層内に導入することにより形成される。ドーパント種の原子は、束縛された励起子複合体のような荷電キャリア複合体を形成するべく一緒に化学的に結合される。典型的に、励起子複合体は格子間型であり、置換サイトへの組込みから生じる電気的溶解度限界により課される制限を受けない。複合体からの励起子の解離は自由荷電キャリアを与え、それは低いシート抵抗を生じさせる。
【００１６】
活性化に従い、各荷電キャリア複合体は電子-ホール対に対応する２つの荷電キャリアを与える。対照的に、典型的なイオン注入処理はドーパント原子あたりひとつの荷電キャリアを与える。実際、半導体ウエハは荷電キャリア複合体と従来の置換ドーパント原子の両方を含む。実際の効果として、荷電キャリア複合体のため伝導用の荷電キャリアがさらに増え、従来の伝導メカニズムに比べシート抵抗が減少する。
【００１７】
上記したように、荷電キャリア複合体は、化学的に結合した２つのドーパント種を半導体ウエハ内に導入するか、またはホスト材料あるいはホスト材料内の不純物／欠陥と化学的に結合するひとつのドーパント種を半導体ウエハ内に導入することにより形成される。シリコン内で荷電キャリア複合体を形成するよう結合するドーパント材料の例として、これらに限定されないが、ボロン−フッ素（B-F）、ボロン−ゲルマニウム（B-Ge）、ボロン−シリコン（B-Si）、リン−フッ素、リン−ゲルマニウム（P-Ge）、リン−シリコン（P-Si）、砒素−フッ素（As-F）、砒素−ゲルマニウム（As-Ge）及び砒素−シリコン（As-Si）がある。したがって、例えばボロン−フッ素荷電キャリア複合体はボロンイオン及びフッ素イオンの導入によりまたはBF2の導入により形成される。同様に、ボロン−ゲルマニウム荷電キャリア複合体はボロンイオン及びゲルマニウムイオンの導入により形成される。ドーパント種の最適な化学結合のために、２つのドーパント種の原子数はほぼ等しくなければならない。
【００１８】
ある実施例において、ドーパント材料は超低エネルギーで動作するビームラインイオン注入装置を使って半導体ウエハ内に導入される。他の実施例において、ドーパント材料はプラズマドーピング装置を使って半導体ウエハ内に導入される。それぞれの場合において、イオンエネルギーは典型的に５００オングストロームまたはそれ以下の深さを有する半導体ウエハの浅い表面層内にドーパント材料を注入するよう調節される。他の実施例において、ドーパント材料は気相ドーピングにより半導体ウエハ内に導入される。さらに他の実施例において、ドーピング材料はエピタキシャル成長または化学気相成長工程の一部として半導体ウエハ内に導入される。さらに他の実施例において、ドーパント材料は、ボロンとシリコン、ボロンとゲルマニウム、ボロンとシリコンとゲルマニウムのようなドーパント材料及びホスト材料の交代単分子または原子層を形成することによって半導体ウエハ内に導入される。交代層は上記した蒸着または注入技術のいずれかにより形成される。ドーパント材料を半導体ウエハ内に導入するためのこれらの技術は例示に過ぎず、発明の態様を限定するものではない。
【００１９】
半導体ウエハの表面層内にドーパント材料を導入するのに適したプラズマドーピング装置の例が図１に略示されている。プラズマドーピングチャンバ110は密閉体積112を画成する。チャンバ110内に配置されたプラテン114は半導体ウエハ120のような被処理体を保持するための面を与える。ウエハ120はプラテン114の平坦面に対し典型的に静電クランプにより締め付けられる。陽極124がプラテン114と離隔されてチャンバ110内に配置されている。典型的に、陽極はチャンバ110の導電壁へ結合され、両者は接地されている。他の実施例において、プラテン114が接地され、陽極124がパルス化される。
【００２０】
プラテン114を介したウエハ120及び陽極124はパルスソース130に接続され、ウエハ120は陰極として機能する。典型的にパルスソース130は、振幅が約１００から５０００ボルト、間隔が約１から５０マイクロ秒、及びパルス周期が１００Hzから２kHzのパルスを与える。これらのパラメータ値は一例であり、他の値を使用することもできる。
【００２１】
制御されたガスソース136がチャンバ110へ接続される。ガスソース136は被処理体内に注入するための所望のドーパント材料を含むイオン性処理ガスを供給する。イオン性処理ガスの例として、BF3、N2、Ar、PH3、AsH3、及びB2H6が含まれる。制御装置は一定流量及び一定圧力で処理ガスの連続流を与える。プラズマドーピング装置の構造及び動作に関する付加的な情報は、ここに参考文献として組み込む、Liebertらの２０００年２月１日発行の米国特許第6,020,592号、Goecknerらの２００１年２月６日発行の米国特許第6,182,604号、及びGoecknerらの２００２年１月１日発行の米国特許第6,335,536号に開示されている。
【００２２】
動作中、ウエハ120はプラテン114上に配置される。制御されたガスソース136はチャンバ110内に所望の圧力及びガス流量を生成する。パルスソース130はウエハ120に連続するパルスを印加し、その結果ウエハ120と陽極124との間のプラズマ放電領域148内にプラズマ140が形成される。周知のように、プラズマ140はガスソース136からのイオン性ガスの正イオンを含み、ウエハ120の表面付近にプラズマシースを有する。パルス中に陽極124とプラテン114との間に存在する電場は、プラズマ140からプラズマシースを横切ってプラテン114の方向へ正イオンを加速する。加速されたイオンはドーパント材料の領域を形成するべくウエハ120内に注入される。パルス電圧は正イオンを所望の深さまで注入するよう選択される。パルスの数及びパルス間隔はウエハ120内にドーパント材料の所望のドーズ量を与えるよう選択される。
【００２３】
ドーパント材料の導入の後に短時間熱処理工程が続き、それにより荷電キャリア複合体を生成する化学結合が生じる。短時間熱処理のパラメータは、複合体を解離させる過度な時間または温度を避けながら、荷電キャリア複合体を形成するよう選択される。解離させることなく荷電キャリア複合体の形成を強化し、同時に低リーク電流素子をもたらすダメージが無いかまたは小さい層を与える、種、ドーズ量、エネルギー、アニール時間及びアニール温度の特有の組合せが存在する。ここで使用される短時間熱処理とは、ドープされた表面層が約１００ミリ秒(ms)またはそれ以下、好適には約１０ミリ秒またはそれ以下の間に所望の温度まで加熱されるところの処理を言う。
【００２４】
ひとつのアプローチにおいて、短時間熱処理はフラッシュRTP処理として実行される。フラッシュRTP処理は、(1)中間温度まで基板を急速に加熱する工程と、(2)基板が中間温度まで加熱される間に、ドープされた表面層を最終温度まで非常に急速に加熱する工程を含む。最終温度は中間温度より高く、第２工程の時間間隔は第１工程の時間間隔より短い。例として、フラッシュRTP処理の第１工程は約０.１から１０秒の範囲の時間に約５００℃から８００℃の範囲の中間温度まで基板を加熱する工程を含む。第２工程は約０.１から１００ミリ秒、好適には約０.１から１０ミリ秒の範囲の時間中に約１０００℃から１４１０℃、好適には約１０５０℃から１３５０℃の範囲の温度までドープされた表面層を加熱する工程を含む。
【００２５】
フラッシュRTPを実行するための装置の例が図２に略示されている。ウエハ120は基板200及び薄い表面層210（スケールは無視）を含む。タングステンハロゲンランプ220が表面層210と反対側のウエハ側に近接して配置される。キセノンフラッシュランプ222及び反射板224が表面層210と同じ側のウエハ120に近接して配置される。フラッシュRTP処理の第１工程の間、ランプ220が付勢され、基板200はランプ220によって中間温度まで加熱される。その後、基板200が中間温度になると、フラッシュランプ222が付勢され、光の強いパルスが表面層210へ印加され最終温度まで急速に上昇する。フラッシュランプ222の動作は数ミリ秒のオーダーである。表面層210の最終温度は上記した荷電キャリア複合体を形成するのに十分であるが、最終温度での時間間隔は荷電キャリア複合体の解離を避けるために十分に短い。フラッシュRTP処理は、例えばT. Itoらの “Flash Lamp Anneal Technology for Effectively Activating Ion Implanted Si”, Extended Abstracts of the 2001 International Conference on Solid-State Device and Materials, Tokyo, 2001, page 182-183に記載されている。
【００２６】
他の実施例において、短時間熱処理は、表面層または基板を溶融させずにドープされた表面層内に荷電キャリア複合体を形成するようレーザーエネルギーパラメータが選択されるところの 非溶融(sub-melt)レーザー処理と呼ばれる処理でのレーザーエネルギーによって、ドープされた表面層を照射することにより実行される。ウエハを照射するのに使用されるレーザーエネルギー密度は、例えば約１０ミリ秒以下でシリコンを溶融させない温度まで急速にウエハの薄い表面層を加熱するよう選択される。表面層は約１０００℃から１４１０℃、好適には約１０５０℃から１３５０℃の範囲の温度に加熱される。レーザーエネルギー密度は、３０８ナノメートルの波長及び２０ナノ秒のパルス幅で約０.５０から０.５８ジュール/cm2の範囲である。非溶融レーザー処理に関する詳細はここに参考文献として組み込む２００１年９月２７日に公開された国際公開WO01/71787に開示されている。
【００２７】
非溶融レーザー処理装置の単純化された略示図が図３に示されている。レーザー300はウエハ120の表面層210へレーザービーム310を方向付ける。レーザービーム310は、レーザービーム310の走査により、ウエハ120の機械的並行移動により、またはビーム走査とウエハ並行移動の組合せによりウエハ120表面全体にわたって分配される。ある実施例において、レーザービーム310は３０８ナノメートルの波長を有する。非溶融レーザーアニールを実行するためのひとつの適当な装置はVerdent Technologies社から購入可能なモデルLA-100であり、それはここに説明されるような非溶融レーザー処理を実行するよう変更され得る。
【００２８】
他の実施例において、短時間熱処理はドープされた表面層のRFまたはマイクロ波アニールを実施することにより実行される。RFまたはマイクロ波アニール処理は、(1)中間温度まで基板を急速に加熱する工程と、(2)基板が中間温度まで加熱される間に、ドープされた表面層をRFまたはマイクロ波エネルギーにより最終温度まで非常に急速に加熱する工程を含む。例として、RFまたはマイクロ波アニール処理の第１工程は、約０.１から１０秒の範囲の時間に約５００℃から８００℃の範囲の中間温度まで基板をランプ加熱する工程を含む。第２工程は約０.１から１００ミリ秒、好適には約０.１から１０ミリ秒の範囲の時間中に約１０００℃から１４１０℃、好適には約１０５０℃から１３５０℃の範囲の温度までドープされた表面層をRFまたはマイクロ波エネルギーにより加熱する工程を含む。
【００２９】
本発明の実施例に従う処理は図４のフロー図に要約されている。工程400で、荷電キャリア複合体を形成するよう選択されたドーパント材料が半導体ウエハの浅い表面層内に導入される。上記したように、ドーパント材料は、ビームラインイオン注入装置、プラズマドーピング装置またはさまざまな他の蒸着装置を使って浅い表面層内に導入される。ある実施例において、荷電キャリア複合体を形成するべく化学的に結合することができる２つのドーパント種が、浅い表面層内に導入される。他の実施例において、ホスト材料またはドーパント材料内の不純物／欠陥と化学的に結合することができるひとつのドーパント種が浅い表面層内に導入される。
【００３０】
工程402で、ドープされた表面層の短時間熱処理が実行される。短時間熱処理の例として、上記したフラッシュRTP及び非溶融レーザー処理が含まれる。短時間熱処理のパラメータは、荷電キャリア複合体の解離を避けながら、自由荷電キャリアを与えるべくドーパント材料を活性化するよう選択される。
【００３１】
抵抗が低くダメージが無いウルトラシャロージャンクション層を作成するための注入種、エネルギー、アニール時間及び温度の好適な組合せの存在を立証するために、実験が為された。一連のウエハが図６の表に示されるパラメータに従ってドープされた。図６において、第１列はウエハ番号を示し、注入と表示された列は注入条件を示す。最後のAG270を除くすべてのウエハが図示された種、エネルギー及びイオン密度を有するビームライン注入装置を使ってドープされた。最後のウエハAG270は上記したプラズマドーピング装置によりドープされた。PAIと表示された列はゲルマニウムのプレアモルフィゼーション注入が実行されたか否かを示す。アニールと表示された列はアニール条件を与える。示されるように、表の最初のウエハAE102は３０分間の間５５０℃で固層エピタキシー(SPE)により処理された。残りのウエハは上記したフラッシュRTPにより約１ミリ秒間の間１２５０℃の温度でアニールされた。Rsと表示された列は測定されたシート抵抗（Ω/□）を示す。ドーズと表示された列は１cm3あたりに保持されたドーズ原子数を示す。Xjと表示された列は１cm3あたり1E18のドーズ量において測定された接合の深さを示す。ダメージTEMと表示された３列はTEM（透過型電子顕微鏡）により測定されるウエハダメージを表す。シート抵抗及び接合深さの測定値は図５のグラフにプロットされている。図５において、ポイント500は、図６のウエハAE097に対応し、ポイント502はウエハAE238に対応し、ポイント504はウエハAE633に対応し、ポイント506はウエハAE048に対応し、ポイント508はウエハAE270に対応する。
【００３２】
ウエハのシート抵抗Rs及び接合深さXjは、SIMS（２次イオン質量分析）により、ダメージはTEMにより、キャリアのモビリティ及び密度はホール効果により解析される。図５及び６の結果から、図５のグラフにおいて２.２keVでBF2を注入したウエハAE048のシート抵抗値が最も好ましく、ボロンのみを注入した場合が最も悪く、ゲルマニウム及びボロンを注入した場合が２番目であることがわかる。シート抵抗Rs及び接合深さXjの両方の値が低いウエハに対して高い評価が与えられる。最適なシート抵抗及び接合深さを有することに加え、TEMにより決定されるようにBF2がドープされたウエハはダメージが無い。プラズマドープされたウエハAG270及び５００eVのBF2がドープされたウエハAE633もまたダメージが無かった。ボロンの注入されたウエハ及びボロン及びゲルマニウムが注入されたウエハは比較的少ないダメージが残った。しかし、ボロン及びゲルマニウムが注入されたウエハは同じ注入条件の標準RTPまたはSPEアニールに比べ非常に改善された。これらの結果を従来技術と比較するべく、図５に従来技術の結果が示されている。図５において、曲線510は従来のSematech RTPの限界を示し、曲線512は従来技術のBF2 RTPの結果を示し、曲線514は従来技術のPLAD SPEの結果を示し、曲線516は従来技術のレーザー溶融の結果を示し、ポイント518はT.Itoらの上記論文で引用された結果を示す。PLAD SPEの場合、ドープ層はダメージを受ける。レーザー溶融の場合はプロセス統合の見地から不所望であると考えられる。レーザー溶融技術以外で、２.２keVのBF2ドープウエハはシート抵抗及び接合深さに関して最も好適であり、ダメージが無い。さらに、すべてのフラッシュアニールウエハは注入プロファイルからの拡散を示さなかったので、横方向の急勾配は維持されている。
【００３３】
本発明の好適実施例が示され説明されてきたが、特許請求の範囲に記載された発明の態様から離れることなくさまざまな変更及び修正が可能であることは当業者の知るところである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、プラズマドーピング装置の略示図である。
【図２】図２は、フラッシュ急速熱処理装置の略示図である。
【図３】図３は、非溶融レーザー処理システムの略示図である。
【図４】図４は、本発明の実施例に従う薄膜層を形成するための処理のフロー図である。
【図５】図５は、接合の深さ（ナノメートル）の関数としてシート抵抗（Ω/□）を示すグラフであり、本発明の処理結果と従来技術の結果を比較したものである。
【図６】図６は、本発明に従う実施例のパラメータを示す表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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