(57)【要約】本発明の課題は、工程が簡単でスループットが高く、浅い接合を高精度に形成することができる接合の形成方法を提供することである。  照射する電磁波の波長に対応した適切な基板表面の状態を形成し、この後に、電磁波を照射して不純物を電気的に活性化させ、不純物薄膜内で励起エネルギーが効率よく吸収されるようにすることにより、浅い接合を効率よく形成することができる。
2005036626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を選択的に励起し、前記薄膜内で、前記元素を活性化するように、前記半導体基板に、３７５ｎｍ以上の波長に強度のピークを持つ光を照射する工程とを含む接合の形成方法。
【請求項２】
前記光を照射する工程は、
前記薄膜の光の吸収率が、波長をλ（ｎｍ）とし、吸収率をＡ（％）として、波長が３７５ｎｍ以上で５００ｎｍ未満のときはＡ＞７Ｅ３２λ−１２．３１６、波長が５００ｎｍ以上で６００ｎｍ未満のときはＡ＞２Ｅ１９λ−７．２７８、波長が６００ｎｍ以上で７００ｎｍ未満のときはＡ＞４Ｅ１４λ−５．５８４９、波長が７００ｎｍ以上で８００ｎｍ未満のときはＡ＞２Ｅ１２λ−４．７７７３の少なくとも１つを満たす工程である請求の範囲第１項に記載の接合の形成方法。
【請求項３】
前記光を照射する工程は、
前記薄膜の光の吸収係数が、波長をλ（ｎｍ）とし、吸収係数をα（ｃｍ−１）として、波長が３７５ｎｍ以上で５００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ３８λ−１２．５０５、波長が５００ｎｍ以上で６００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ２４λ−７．２６８４、波長が６００ｎｍ以上で７００ｎｍ未満のときはα＞２Ｅ１９λ−５．５８７３、波長が７００ｎｍ以上で８００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ１７λ−４．７７８２の少なくとも１つを満たす工程である請求の範囲第１項に記載の接合の形成方法。
【請求項４】
前記半導体基板は、Ｎ型のシリコン基板であり、
前記不純物は、前記シリコン基板表面に供給されるボロンであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項５】
３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長に強度のピークを持つ光がキセノンフラッシュランプ光であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項６】
ｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、
前記ボロンの導入されたｎ−Ｓｉ（１００）基板に、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下のレーザー光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、
前記ボロンの導入された層の３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光に対する光の吸収率がＡ＞１Ｅ１９λ−６．８３３であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項７】
ｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、
前記ボロンの導入されたｎ−Ｓｉ（１００）基板に、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下のレーザー光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、
前記ボロンの導入された層の３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光に対する光の吸収係数がα＞１Ｅ２４λ−７．ｌ６９３であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに接合の形成方法。
【請求項８】
前記不純物導入工程は、Ｈｅで希釈したボロンを含むプラズマをｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板に照射してプラズマドーピングすることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項９】
前記光の吸収係数は、空気、前記薄膜、前記半導体基板の３層構造において入射角７０度としてエリプソメータで測定することを特徴とする請求の範囲第３乃項至第８項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１０】
前記光の吸収率は、空気、前記薄膜、前記半導体基板の３層構造で入射角７０度としてエリプソメータで光の吸収係数とボロンを導入した層の厚さを測定した後、ボロンを導入した層の厚さをＤ（ｃｍ）として、Ａ＝１００×（１−ｅｘｐ（−α・Ｄ））を用いて算出することを特徴とする請求の範囲第２項，第４項乃至第８項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１１】
固体基体に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、
前記光照射に先立ち、Ｈｅプラズマ、Ａｒプラズマ、Ｈｅを含むプラズマ、Ａｒを含むプラズマのいずれかを照射することを特徴とする接合の形成方法。
【請求項１２】
半導体基板に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、
前記光照射に先立ち、Ｈｅプラズマ、Ａｒプラズマ、Ｈｅを含むプラズマ、Ａｒを含むプラズマのいずれかを前記半導体基板に照射する工程と不純物となるべき粒子を含むプラズマを固体基体に照射してプラズマドーピングする工程を組み合わせた工程を経ることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１３】
前記基板は、表面にシリコン薄膜を形成したＳＯＩ基板である請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１４】
前記基板は、表面にシリコン薄膜を形成した歪みシリコン基板である請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１５】
前記基板は、表面にポリシリコン薄膜を形成したガラス基板である請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１項乃至第１５項のいずれかに記載の接合の形成方法を用いて形成された被処理物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、接合の形成方法およびこれを用いて形成された被処理物に係り、特に、半導体基板上に電子素子を形成するための接合の形成方法、液晶パネルなどに用いられる絶縁性基板表面に半導体薄膜を形成した基板に、電子素子を形成するための接合を形成する方法に関する。
【背景技術】  例えば半導体基板に、素子領域を形成するに際しては多数のｐｎ接合が用いられる。また、基板表面に絶縁膜を介してシリコン薄膜を形成したＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板はＤＲＡＭなど種々の半導体装置に広く用いられている。また基板表面に半導体薄膜を形成したガラス基板は、この半導体薄膜中に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む液晶の駆動回路を集積化することにより液晶パネルの小型化、高速化を企図して注目されている。
このように種々の半導体デバイスを形成するに際し、ｐｎ接合が用いられる。このようなｐｎ接合の形成方法としては、従来、ｎ型シリコン基板にイオン注入でボロンなどのｐ型不純物を導入した後、ハロゲンランプで電気的に活性化する方法が用いられている。
例えば、ｐ型不純物であるボロンの導入方法としては、イオン注入の他に、極低エネルギーで効率よく粒子を導入できる次世代の方法としてプラズマドーピングが期待されている。
導入されたボロンイオンなどのイオンを電気的に活性化させる方法としては、ハロゲンランプ光の他、キセノンフラッシュランプ光、全固体レーザー光、エキシマレーザー光を照射する方法などが研究開発されている。
キセノンフラッシュランプ光、固体レーザー光、エキシマレーザー光は、いずれもハロゲンランプ光よりも短波長に強度のピークを持っている。例えば、従来のタングステンハロゲンランプ光の場合は１０００−１１００ｎｍに強度のピークを持つのに対して、キセノンフラッシュランプ光は４００−５００ｎｍ、エキシマレーザー光は４００ｎｍ以下の波長でピークを持つ。短波長で強度のピークを持つため、シリコンに効率よく光を吸収させることができる（非特許文献１、２参照）。これにより、基板表面の浅い部分で光のエネルギーを吸収させて浅い活性化層を形成することができる。
また、シリコン結晶とアモルファスシリコンの光の吸収係数の差を利用して浅い活性化層を形成する方法も提案されている。つまり、３７５ｎｍ以上の波長範囲では、シリコン結晶と比較してアモルファスシリコンの方が光の吸収係数が大きい。そこで、例えば、光を照射する前のシリコン基板表面にあらかじめアモルファス層を形成しておき、その後に光を照射することでアモルファス層により多くの光のエネルギーを吸収させて、浅い活性化層を形成するというものである。アモルファス層の形成は、ゲルマニウムなどをイオン注入することで形成されている（非特許文献１、２、３、４、５参照）。
これらの研究成果により、３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の短波長の光を照射して効率よく光のエネルギーを基板に吸収させて浅い接合を形成した結果が報告されている（非特許文献１、２参照）。これらの報告では、不純物の導入に先立ち、基板表面のプレアモルファス化を行い、その後に不純物の導入をするのが一般的である。ここで、不純物の導入にはＢＦ２＋やＢ＋のイオン注入が、プレアモルファス化にはゲルマニウムやシリコンのイオン注入が用いられている。つまり、２回のイオン注入を行う必要があり工程が複雑であるという課題があった。また、浅い接合を形成するためには、ＢＦ２＋やＢ＋のイオン注入は加速電圧を数百Ｖまで下げなければならないため、ビーム電流値が低下しスループットが低いという問題もあった。さらには、２回のイオン注入条件の組合せが多様であることや、ボロンの導入と電気的活性化の方法はそれぞれ個別に研究開発されることが多いことから、照射する電磁波の波長にあった適切な基板表面の状態を把握するには至っていないのが現状である。
【非特許文献１】Ｅｘｔ．Ａｂｓｔｒ．ｏｆ  ＩＷＪＴ，ｐｐ２３−２６，Ｔｏｋｙｏ，２００２．
【非特許文献２】Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ，ｐｐ５３−５４，Ｋｙｏｔｏ，２００３．
【非特許文献３】Ｅｘｔ．Ａｂｓｔｒ．ｏｆ  ＩＷＪＴ，ｐｐ３１−３４，Ｔｏｋｙｏ，２００２．
【非特許文献４】Ｅｘｔ．Ａｂｓｔｒ．ｏｆ  ＩＷＪＴ，ｐｐ２７−２８，Ｔｏｋｙｏ，２００２．
【非特許文献５】２０００  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，２０００，ｐｐ．１７５−１７７．
【発明の開示】
シリコン基板などの固体基体に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、不純物の導入にはＢＦ２＋やＢ＋のイオン注入が、プレアモルファス化にはゲルマニウムやシリコンのイオン注入が用いられているが、２回のイオン注入を行う必要があり工程が複雑であるという課題があった。また、浅い接合を形成するためには、ＢＦ２＋やＢ＋のイオン注入は加速電圧を数百Ｖまで下げなくてはならないので、ビーム電流値が低下しスループットが低いという課題もあった。さらには、２回のイオン注入条件の組合せが多様であることなどから、照射する電磁波の波長にあった適切な基板表面の状態を把握するには至っておらず、照射する電磁波に適応した基板表面の作成方法も確立されていないという課題があった。
このような状況のなかで、工程が簡単で従来のイオン注入と比べてスループットが高く、照射する電磁波の波長に適応した適切な基板表面の状態を作る方法が求められていた。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、工程が簡単でスループットが高く、浅い接合を高精度に形成することができる接合の形成方法を提供することを目的とする。
そこで本発明の方法では、照射する光（電磁波）の波長に対応した適切な基板表面の状態を形成し、この後に、光（電磁波）を照射して不純物を電気的に活性化させるものである。
本発明者らは、プラズマドーピングで条件を変えてボロンをシリコン基板に導入する試料の作成と、エリプソメータを用いた試料表面の光学特性の評価を繰り返す実験から、プラズマ条件を変えることで、試料表面の光の吸収係数、反射率、吸収率、ドーピング層の厚さなどを調整できることを発見した。さらに、プラズマ条件とボロンを電気的に活性化させるために照射する光には、試料が光を効率よく吸収して導入した不純物を高い割合で電気的に活性化でき、このボロンを含む層が選択的に励起され、層内でボロンが良好に活性化されるようにし、不純物がシリコン基板の深く位置まで拡散するのを抑制するための適切な組合せがあることを理論的にも見出した。本発明はこの点に着目してなされたものである。
本発明では、あるいは、シリコンの固体基体に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、電磁波を照射する前にＨｅプラズマを照射することを特徴とする。Ｈｅプラズマを照射することで、３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光に対するシリコン基板表面の光の吸収率が大幅に向上するためである。Ｈｅプラズマの代わりに、Ａｒプラズマを用いても良い。または、ＨｅやＡｒで希釈した不純物となるべき元素を含むプラズマでも同様の効果を得ることができる。
すなわち、本発明の接合の形成方法は、半導体基板表面に前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜を形成する工程と、前記薄膜を選択的に励起し、前記薄膜内で、前記元素を活性化するように、前記半導体基板に、３７５ｎｍ以上の波長に強度のピークを持つ光を照射する工程とを含む。
ここで光としては電磁波を含めた広義での光を含むものとする。選択的に励起するためのエネルギーとしてはレーザのように狭帯域のものではなく、また直進性を持たない光を用いるのが望ましい。このようにすることで、前記薄膜が有する広い範囲の波長に対する高い光の吸収率を有効に活用できるからである。これに対して、レーザのように狭帯域のものでは前記薄膜が有する特定の波長に対する高い吸収率しか利用できない。
さらに、レーザーは、一般的に、その出力の限界から小さい面積にしか照射することができない。そのため、例えば１ｃｍ×１ｃｍ以上のような比較的大きな面積に照射して製品を処理したい場合には、スキャンするなどの方法が取られる。これにより、スループットが制限されるという製造上の短所にも対応が必要となる。それに対して、ハロゲンランプやキセノンランプでは広い範囲の波長からなる光を大面積に一度に照射できるので上記のような課題はなく、望ましい。
なおこの半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜は、通常前記半導体基板をプラズマドーピングにより改質して形成する、または、前記半導体基板をプラズマドーピングにより改質すると同時に前記半導体基板中で電気的に活性になる元素をドーピングして形成する、または、プラズマドーピングにより前記半導体基板の表面に堆積物を堆積させて形成するものを含む。
例えば、前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜は、プラズマ照射により半導体基板の表面をアモルファス化した後に形成されるようにしてもよいし、半導体基板中で電気的に活性になる元素を半導体基板に導入した後にプラズマ照射により半導体基板の表面をアモルファス化して前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜を形成するようにしてもよい。
また本発明の接合の形成方法は、前記光を照射する工程が、前記薄膜の光の吸収率が、波長をλ（ｎｍ）とし、吸収率をＡ（％）として、波長が３７５ｎｍ以上で５００ｎｍ未満のときはＡ＞７Ｅ３２λ−１２．３１６、波長が５００ｎｍ以上で６００ｎｍ未満のときはＡ＞２Ｅ１９λ−７．２７８、波長が６００ｎｍ以上で７００ｎｍ未満のときはＡ＞４Ｅ１４λ−５．５８４９、波長が７００ｎｍ以上で８００ｎｍ未満のときはＡ＞２Ｅ１２λ−４．７７７３の少なくとも１つを満たすものを含む。
また本発明の接合の形成方法は、前記薄膜の光の吸収係数が、波長をλ（ｎｍ）とし、吸収係数をα（ｃｍ−１）として、波長が３７５ｎｍ以上で５００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ３８λ−１２．５０５、波長が５００ｎｍ以上で６００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ２４λ−７．２６８４、波長が６００ｎｍ以上で７００ｎｍ未満のときはα＞２Ｅ１９λ−５．５８７８、波長が７００ｎｍ以上で８００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ１７λ−４．７７８２の少なくとも１つを満たすことを特徴とする。
これらの方法では、種々の実験結果から、照射する波長に応じて吸収率を算出するようにしているため、効率よくアニールを行うことができる。
また、本発明の接合の形成方法は、前記半導体基板が、ｎ型シリコン基板であり、前記不純物が、前記シリコン基板表面に導入されたボロンであるものを含む。
また、本発明の接合の形成方法は、ｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、前記ボロンの導入されたｎ−Ｓｉ（１００）基板に、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下のレーザー光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、前記ボロンの導入された層の３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光に対する光の吸収率がＡ＞１Ｅ１９λ−６．８３３であるものを含む。
また、本発明の接合の形成方法は、ｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、前記ボロンの導入されたｎ−Ｓｉ（１００）基板に、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下のレーザー光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、前記ボロンの導入された層の３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光に対する光の吸収係数がα＞１Ｅ２４λ−７．１６９３であるものを含む。
また、本発明の接合の形成方法は、前記不純物導入工程が、Ｈｅで希釈したボロンを含むプラズマをｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板に照射してプラズマドーピングするものを含む。
また、本発明の接合の形成方法は、前記光の吸収係数は、空気、薄膜（ボロンを導入した層）、シリコン基板の３層構造において入射角７０度としてエリプソメータで測定するものを含む。
また、本発明の接合の形成方法は、前記光の吸収率が、空気、薄膜（ボロンを導入した層）、シリコン基板の３層構造で入射角７０度としてエリプソメータで光の吸収係数とボロンを導入した層の厚さを測定した後、ボロンを導入した層の厚さをＤ（ｃｍ）として、Ａ＝１００×（１−ｅｘｐ（−α・Ｄ））を用いて算出するものを含む。
さらには、本発明では電磁波を照射する前にＨｅプラズマ、Ａｒプラズマ、Ｈｅを含むプラズマ、Ａｒを含むプラズマを固体基体に照射する工程と不純物となるべき粒子を含むプラズマを固体基体に照射してプラズマドーピングする工程を組み合わせた工程を経ることを特徴とする。例えば、Ｈｅプラズマをシリコン基板に照射した後にボロンを含むプラズマでプラズマドーピングをすることも望ましい。または、ボロンを含むプラズマでプラズマドーピングした後に、Ｈｅプラズマをシリコン基板に照射してもよい。
本発明によれば、光の吸収係数は、空気、ボロンを導入した層、シリコン基板の３層構造で入射角７０度としてエリプソメータで測定して検査できる。また、光の吸収率は、空気、ボロンを導入した層、シリコン基板の３層構造で入射角７０度としてエリプソメータで光の吸収係数とボロンを導入した層の厚さを測定した後、ボロンを導入した層の厚さをＤ（ｃｍ）として、Ａ＝１００×（１−ｅｘｐ（−α・Ｄ））を用いて算出することができる。
この吸収率を満たし、効率よくボロンが活性化されるようにしているため、浅い接合を効率よく形成することができる。
また、ｎ−Ｓｉ（１００）基板をＳＯＩ基板、歪みシリコン基板、ガラス基板上に形成された半導体薄膜に置き換えても有効である。
さらに上記接合の形成方法を用いて製造した半導体装置あるいはこれを用いて形成した液晶基板などの電子素子も有効である。
また本発明では、上記接合の形成方法において、基板の光学的特性はエリプソメトリ、ＸＰＳを用いてもよい。
また本発明では、上記接合の形成方法において、前記プラズマドーピング工程は、プラズマに印加する電源電圧、プラズマの組成、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間の比の少なくとも１つを制御する工程を含む。
この方法により、効率よい制御が可能となる。ここでプラズマの組成とはドーパントとなる不純物物質とその他の物質との混合比、真空度、その他の物質間の混合比等を調整して制御される。
また本発明では、上記基板の製造方法において、プラズマドーピング工程は、不純物物質、これらに対する混合物質としての、不活性物質、反応性物質の混合比を変化させることによって、不純物の導入された領域の光学的特性を制御する工程を含む。ここでは、不純物物質としての砒素、燐、ホウ素、アルミニウム、アンチモン、インジウムなどの物質、これらに対する混合物質としての、ヘリウム、アルゴン、キセノン、窒素などの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質の混合比を変化させることによって、光学的特性を制御する。
また本発明の接合の形成方法は、前記プラズマドーピング工程が、前記アニール工程において、前記不純物の導入された領域に含まれる不純物の電気的活性化を促進するとともに、前記基板へのエネルギー吸収を抑制し得るように、前記不純物の導入された領域の光学定数を設定するものを含む。
この方法により、基板温度を上昇させることなく選択的に効率よくアニールを実現することができる。
なおここで、アニールに照射するエネルギーは光エネルギーのみならず、広義での電磁波であればよい。光源としては、キセノンフラッシュランプなどのハロゲンランプ光のみならず、白色光、全固体レーザ光、エキシマレーザ光等を照射する方法も適用可能である。
キセノンフラッシュランプ光、固体レーザー光、エキシマレーザー光は、いずれもハロゲンランプ光よりも短波長に強度のピークを持っている。例えば、従来のタングステンハロゲンランプ光の場合は１０００−１１００ｎｍに強度のピークを持つのに対して、キセノンフラッシュランプ光は４００−５００ｎｍ、エキシマレーザー光は４００ｎｍ以下の波長でピークを持つ。短波長で強度のピークを持つため、シリコンに効率よく光を吸収させることができる（非特許文献１、２参照）。これにより、基板表面の浅い部分で光のエネルギーを吸収させて浅い活性化層を形成することができる。
但し、不純物を導入する工程とは、以下実施例で具体的に説明する通り、単に不純物を導入するという事では無く、引き続き実施される光照射を中心とするアニール工程において、効率良くエネルギーが吸収される様に、不純物物質、希ガス、窒素などの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質を組み合わせて同時に、あるいは逐次的に供給され、アニール工程に最適な光学的特性を形成する。本発明における「不純物導入工程」とは上記一連の工程を指す。
またこの発明において光を照射する工程は、電磁波を照射する工程に置き換えることもでき、電磁波成分の追加により、より有効に薄膜内での選択的なアニールを実現することができる。
以上説明してきたように、本発明では、基板表面の状態を、ボロンなどの不純物の活性化に適したように、波長に基づく理論値に従って、厚さ、不純物濃度などを調整しているため、効率よくアニールがなされる。すなわち、その不純物の存在する領域で効率よく活性化されるように構成されるため、半導体薄膜中もしくは半導体薄膜に接した不純物元素が半導体薄膜中に効率的に拡散し、電気的な活性化をはかることができ、浅い位置で効率よく接合を形成することができる。
従って工程が簡単でスループットが高く、照射する電磁波の波長に対応した適切な基板表面の状態を作った後に、電磁波を照射して不純物を電気的に活性化させる接合の形成方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施の形態の基板を示す図である。
図２は、本発明実施の形態の基板を形成するためのドーピング装置を示す図である。
図３は、本発明実施例のドーピング層の光学特性と照射する光の強度分布の組み合わせ例を示す図である。
図４は、本発明実施例と比較例のドーピング層の光学特性を示す図である。
なお、図中の符号１００は半導体基板、１１０は不純物薄膜、２００は真空チャンバ、２１０は真空ポンプ、２３０は真空計、２４０はプラズマ源、２５０は電源、２６０は基板ホルダ、２７０は電源、２８０はドーパント物質を供給するライン、２９０はその他の物質１を供給するライン、２００はその他の物質２を供給するライン、３１０はプラズマ、４００は光源、４１０は測光器である。
【発明を実施するための最良の形態】  次に、本発明の実施の形態について説明する。
ここでは、不純物の導入された薄膜を有する基板の状態を、光学的測定によって検知することにより、活性化に最適な状態にすることができる。これは単に、不純物そのものの光学的測定のみならず、薄膜自体の結晶状態、導入時のエネルギーによるダメージなどの薄膜の結晶状態の物理的変化、酸化層、窒化層の生成など薄膜の化学的変化をも含めた“複合的な層”の状態として、光学的に測定することを意味する。
（実施の形態１）
本実施の形態１では、基板の基本構成を説明する。図１に示すように、ｎ−Ｓｉ（１００）基板１００上に、基板中で電気的に活性化されることでキャリアとなり得る不純物原子を主成分とする不純物薄膜１１０が形成されている。
すなわち、不純物薄膜１１０は、アモルファス薄膜で構成され、多量の格子欠陥を含むものとなっている。
この状態は、例えば、半導体基板に対し、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いて不純物導入を行うことによって得られる。半導体薄膜に不純物導入を行う際、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いる場合には、半導体基板あるいは半導体基板上に形成された半導体薄膜を形成する結晶もしくは非結晶物質を構成する格子に対する格子欠陥の形成によって、あるいは不純物物質自体によって半導体薄膜の物性が変化せしめられ、本来の半導体基板あるいは半導体薄膜とは異なる物性をもつ不純物薄膜１１０が形成される。またここでは、半導体基板１００自体に格子欠陥が導入されて本来の物性から変化した状態となっている。
まず、本実施の形態で用いられるプラズマＣＶＤ装置を兼ねたプラズマドーピング装置について説明する。本実施の形態で用いられるドーピング装置は、図２に示すように、半導体基板１００に対して不純物を導入し不純物薄膜１１０を形成するものである。
ここでは後述するように表面に不純物の導入された不純物薄膜１１０の形成された半導体基板１００の光学的特性を測定する測定手段としての光源４００および測光器４１０と、この測定手段によって得られた光学的特性に基づいて、ドーピング条件を制御する制御手段とを具備し、最適な表面状態を得ることができるようにドーピング条件をフィードバック制御するものである。
すなわちこのプラズマドーピング装置は、真空チャンバ２００と、この真空チャンバ２００内にプラズマを生起するプラズマ源２４０とを具備し、基板ホルダ２６０に載置された、被処理基体としての半導体基板１００の表面にプラズマドーピングを行うものである。
そして、この真空チャンバ２００には、真空ポンプ２１０が接続され、真空測定の為の真空計２３０が設置されており、プラズマ源２４０には電源２５０が接続されている。また、基板ホルダ２６０には、独自の電気的ポテンシャルを印加するための、電源２７０が、前述の電源とは別途接続されている。
また真空チャンバ２００にはこれらのガスを導入するためのガス導入機構が設置されている。このガス導入機構は、ドーパント物質としての第１の物質を供給する第１のライン２８０、その他の物質である第２の物質を供給する第２のライン２９０（この場合はＨｅ）、その他の第３の物質を供給する第３のライン３００（この場合はＡｒ）で構成される。
また、必要に応じて、測光器４１０で測定した光学的特性を演算する計算機３２０と、この演算結果に基づいて制御条件を決定する制御回路３４０と、制御回路３４０の出力に基づいてプラズマドーピング装置のドーピング条件を、フィードバック制御する制御器３５０とを具備した制御装置を具備するように形成してもよい。
まず、真空チャンバを所定の圧力に調整し、通常の方法でガスを供給することによりプラズマを生成し、ドーピングを行う。
ここでは、ドーピング源としてガスを利用する場合について説明する。
まず、真空チャンバ２００に第１の物質としてのドーパント物質を供給する。ここでは、ドーパント物質とこれとは異なるその他の物質をキャリアガスとして又は特定の機能を保有する材料として導入する。本実施の形態では、ドーパント物質とは異なる性質のガス、例えば、希ガスなどで（質量が異なり）、電気的にはシリコン中で活性にならない物質を選択した。例として、ＨｅやＡｒである。これをその他の第２の物質としてＨｅを、その他の第３の物質としてＡｒを選択した。さて、前述の第１乃至第３のライン２８０、２９０、３００で構成されるガス導入ラインからガスを導入し、真空チャンバ２００内の固体基体１００表面でプラズマ３１０を発生させる。
このプラズマ３１０と半導体基板１００表面との電気的ポテンシャル差によって、プラズマ中の荷電粒子が引き寄せられて、不純物ドーピングが行われる。同時にプラズマ中の電気的中性物質はこの固体基体１００表面付近に付着もしくは吸蔵される。ここでは表面の状態は、下地である半導体基板１００の状態および、プラズマのもつエネルギーによって決まり、付着状態であっても良いし吸蔵されていてもよい。ここでは半導体基板１００に吸蔵されるとともにアモルファスの不純物薄膜として半導体基板１００の表面に付着する。
この不純物ドーピング工程によって、前記実施の形態で説明した不純物導入層１１０が半導体基板１００表面に形成される。望ましくはこの不純物導入層の物性を測定するために、真空チャンバ２００には光源４００と測光器４１０が配設されている。そして測光器１３０で測定した光学的特性を計算機３２０で演算し、この演算結果を制御回路３４０に送り、フィードバック情報として制御器３５０へデータを送ることによって、プラズマドーピング装置はプラズマ条件を調整し、不純物導入層の物性を制御する。
ここで調整されるプラズマ条件としては、プラズマに印加する電源電圧、あるいは電圧印加時間及び印加タイミング、ドーパント物質とその他の物質の混合比、真空度、その他の物質間の混合比、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間帯の比などであり、これらのパラメータを変化させ、不純物導入層の物性を制御する。
半導体基板１００に対して十分に低い電気的ポテンシャル差、例えば２０ｅＶでドーピングを行うことにより、半導体基板１００の表面に不純物薄膜層が形成される。
一方、半導体基板１００に対して十分に高い電気的ポテンシャル差、例えば２００ｅＶでドーピングを行うことにより、不純物を大量に含むプラズマが直接半導体薄膜に接しているときは、十分高いエネルギーを帯びたイオンが半導体薄膜表面に侵入し、半導体基板１００の表面に不純物導入層である不純物薄膜１１０が形成される。またキャリアガスを使用している場合にはキャリアガスのプラズマ中のイオンも半導体薄膜表面に浸入し、結晶を壊しながら不純物を混入させていき、アモルファス半導体層とボロン層との混合層が形成される。その後、混合層表面で不純物例えばボロンの濃度が混合層内で含み得る飽和量を超えるとアモルファスのボロン薄膜（不純物薄膜）が形成される。
図３は本発明の実施の形態の一例であり、照射する光が有する光の強度分布と照射される基板が有する光の吸収係数の分布を示したものである。照射する光はキセノンフラッシュランプ光を示した。このキセノンフラッシュランプ光は、曲線ａで示すように、４７０ｎｍ付近の波長に強度のピークをもっている。ここでは、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長に強度のピークを持つ光として例示した。
図中のＰＤ−１で示した曲線は、ｎ−Ｓｉ（１００）基板にボロンをプラズマドーピングした後の光の吸収係数である。ＰＤ−１におけるボロンの導入は、Ｈｅで希釈したボロンを含むプラズマをｎ−Ｓｉ（１００）基板に照射してプラズマドーピングしたものである。ドーピング時間は６０秒である。７秒や３０秒のドーピングでも同様の結果を得ている。ＰＤ−１のボロンを導入した層の光の吸収係数は、波長をλ（ｎｍ）とし、吸収係数をα（ｃｍ−１）とすると、波長が３７５ｎｍ以上で５００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ３８λ−１２．５０５、波長が５００ｎｍ以上で６００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ２４λ−７．２６８４、波長が６００ｎｍ以上で７００ｎｍ未満のときはα＞２Ｅ１９λ−５．５８７３、波長が７００ｎｍ以上で８００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ１７λ−４．７７８２であった。図３から明らかなようにｎ−Ｓｉ（１００）基板に比べてＰＤ−１のプラズマドーピング後の方がキセノンフラッシュランプ光に対する光の吸収係数が高いことが了解できる。
図中のＰＤ−２で示した曲線は、ＰＤ−１とは異なる条件でプラズマドーピングしたときの光の吸収係数である。ドーピング時間は３０秒である。ＰＤ−２は、ｎ−Ｓｉ（１００）基板やＰＤ−１と比較して吸収係数はさらに高い値であった。
図４は本発明の実施の形態の一例であり、照射する光がレーザーの場合に照射される基板が有するべき光の吸収係数の分布を示したものである。照射する光がレーザーのように単一の波長からなる場合には、波長に対して強度分布をもつ光と比較して、ドーピング層とｎ−Ｓｉ（１００）基板の光の吸収係数の差をより大きくしておくことが必要である。ＰＤ−３はドーピング条件を調整して５００−５５０ｎｍの波長のレーザーに適応するように作成したドーピング層の光の吸収係数の曲線である。この曲線よりも吸収係数が小さい場合には、レーザーアニール後のボロンは深くまで拡散した。つまり、ボロンを導入した層の３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光に対する光の吸収係数がα＞１Ｅ２４λ−７．１６９３である場合にのみボロンの深さ分布を大きく動かさずに電気的に活性化させることができた。図中のＰＤ−３で示した曲線よりも吸収係数が小さい場合には、表面のドーピング層でレーザーのエネルギーを十分に吸収しきれずに、ドーピング層の下のシリコン基板でエネルギーを吸収する割合が高かったためであろうと考えている。
表１を用いて、実施例のボロンの拡散深さを説明する。ボロンの拡散深さは、ボロン濃度が１Ｅ１８ｃｍ−３となる深さとし、Ｘｊで表記することとする。そして、ドーピング後のＸｊと光を照射した後のＸｊの差をΔＸｊとする。実施例Ａは、ＰＤ−１のプラズマドーピングと、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長に強度のピークを持ち、且つ、波長に対して強度分布を持つ光を照射した工程の組み合わせである。このとき、ΔＸｊは数ｎｍから４ｎｍ以下である。このときのΔＸｊの平均値を１として他のサンプルのΔＸｊを規格化して説明する。実施例Ｂは、ＰＤ−３のプラズマドーピングと、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下のレーザー光を照射した工程の組み合わせである。このときのΔＸｊは実施例Ａと同等で、その比は０．９である。
2005036626.tif 000003
上記のようにプラズマドーピングをすることでｎ−Ｓｉ（１００）と比べて光の吸収係数の高いドーピング層を１つの工程で簡単につくることができる。また、ドーピング層の光学特性と照射する光を適切に選択することで、Ｘｊをほとんど変化させずにボロンを電気的に活性化することができ、高性能の浅い接合を形成できる。ここで、プラズマドーピング条件を変えることでドーピング層の光学特性を容易に調整することができる。
次に比較例について説明する。
表１を用いて、実施例と比較例のボロンの拡散深さの違いを説明する。プラズマドーピングでボロンを導入した後のドーピング層の光の吸収係数がＰＤ−１であるサンプルに、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長に強度のピークを持つレーザーを照射した。つまり、比較例はＰＤ−１のプラズマドーピングと３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長に強度のピークを持つレーザーの組み合わせである。ＰＤ−１のプラズマドーピングした試料では、ＰＤ層で吸収する光のエネルギーはＰＤ−２と比較して１桁程度小さい。故に、ＰＤ層より深い基板で、ここでは、例えばｎ−Ｓｉ（１００）で光を吸収する割合が高くなる。ｎ−Ｓｉ（１００）は光の吸収係数が小さいので、深い範囲まで光のエネルギーが届くことになる。つまり、ボロンは深くまで拡散することになる。そこで、ΔＸｊを比べると、実施例Ａが１に対して、比較例が１０程度となる。つまり、比較例は実施例と比べてボロンが１桁深くまで拡散してしまい、目的である浅い接合の形成が出来ないことは明らかである。
なお、前記実施の形態では、ｎ−Ｓｉ（１００）基板にボロン拡散層を形成することにより浅いｐｎ接合を形成する方法について説明したが、ｎ−Ｓｉ（１００）基板に限定されることなく数度傾けたものでもよいし、また不純物についても導電型についても変更可能であることはいうまでもない。さらには化合物半導体における接合の形成においても温度上昇を抑制しつつ実現可能であるため、接合レベルのずれを低減し、信頼性の高いｐｎ接合を実現することが可能となる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００３年１０月９日出願の日本特許出願Ｎｏ．２００３−３５０３６８、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】  以上説明してきたように、本発明によれば、照射する電磁波の波長に対応した適切な基板表面の状態を作った後に、電磁波を照射して不純物を電気的に活性化させるようにしているため、工程が簡単でスループットが高く、浅い接合が容易に形成可能であることから、微細な半導体集積回路の形成に有効である。
【図１】
2005036626.tif 000004
【図２】
2005036626.tif 000005
【図３】
2005036626.tif 000006
【図４】
2005036626.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月21日(2005.6.21)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を選択的に励起し、前記薄膜内で、前記元素を活性化するように、前記半導体基板に、３７５ｎｍ以上の波長に強度のピークを持つ光を照射する工程とを含み、
前記不純物導入工程は、Ｈｅで希釈したボロンを含むプラズマをｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板に照射してプラズマドーピングすることを特徴とする接合の形成方法。
【請求項２】
前記光を照射する工程は、
前記薄膜の光の吸収率が、波長をλ（ｎｍ）とし、吸収率をＡ（％）として、波長が３７５ｎｍ以上で５００ｎｍ未満のときはＡ＞７Ｅ３  ２λ−１２．３１６、波長が５００ｎｍ以上で６００ｎｍ未満のときはＡ＞２Ｅ１  ９λ−７．２７８、波長が６００ｎｍ以上で７００ｎｍ未満のときはＡ＞４Ｅ１  ４λ−５．５８４９、波長が７００ｎｍ以上で８００ｎｍ未満のときはＡ＞２Ｅ１  ２λ−４．７７７３の少なくとも１つを満たすようにした工程である請求の範囲第１項に記載の接合の形成方法。
【請求項３】
前記光を照射する工程は、
前記薄膜の光の吸収係数が、波長をλ（ｎｍ）とし、吸収係数をα（ｃｍ−１）として、波長が３７５ｎｍ以上で５００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ３  ８λ−１２．５０５、波長が５００ｎｍ以上で６００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ２  ４λ−７．２６８４、波長が６００ｎｍ以上で７００ｎｍ未満のときはα＞２Ｅ１  ９λ−５．５８７３、波長が７００ｎｍ以上で８００ｎｍ未満のときはα＞１Ｅ１  ７λ−４．７７８２の少なくとも１つを満たすようにした工程である請求の範囲第１項に記載の接合の形成方法。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長に強度のピークを持つ光がキセノンフラッシュランプ光であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項６】
ｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、
前記ボロンの導入されたｎ−Ｓｉ（１００）基板に、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下のレーザー光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、
前記ボロンの導入された層の３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光に対する光の吸収率がＡ＞１Ｅ１  ９λ−６．８３３であることを特徴とする接合の形成方法。
【請求項７】
ｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、
前記ボロンの導入されたｎ−Ｓｉ（１００）基板に、３７５ｎｍ以上８００ｎｍ以下のレーザー光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、
前記ボロンの導入された層の３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光に対する光の吸収係数がα＞１Ｅ２  ４λ−７．１６９３であることを特徴とする接合の形成方法。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
前記光の吸収係数は、空気、前記薄膜、前記半導体基板の３層構造において入射角７０度としてエリプソメータで測定することを特徴とする請求の範囲第３乃項至第８項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１０】
前記光の吸収率は、空気、前記薄膜、前記半導体基板の３層構造で入射角７０度としてエリプソメータで光の吸収係数とボロンを導入した層の厚さを測定した後、ボロンを導入した層の厚さをＤ（ｃｍ）として、Ａ＝１００×（１−ｅｘｐ（−α・Ｄ））を用いて算出することを特徴とする請求の範囲第２項，第４項乃至第８項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１１】
固体基体に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、
前記光照射に先立ち、Ｈｅプラズマ、Ａｒプラズマ、Ｈｅを含むプラズマ、Ａｒを含むプラズマのいずれかを照射することを特徴とする接合の形成方法。
【請求項１２】
半導体基板に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、
前記光照射に先立ち、Ｈｅプラズマ、Ａｒプラズマ、Ｈｅを含むプラズマ、Ａｒを含むプラズマのいずれかを前記半導体基板に照射する工程と不純物となるべき粒子を含むプラズマを固体基体に照射してプラズマドーピングする工程を組み合わせるかまたは同時に行う工程を経ることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１３】
前記基板は、表面にシリコン薄膜を形成したＳＯＩ基板である請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１４】
前記基板は、表面にシリコン薄膜を形成した歪みシリコン基板である請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１５】
前記基板は、表面にポリシリコン薄膜を形成したガラス基板である請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１項乃至第１５項のいずれかに記載の接合の形成方法を用いて形成された被処理物。
【手続補正００２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
む層が選択的に励起され、層内でボロンが良好に活性化されるようにし、不純物がシリコン基板の深く位置まで拡散するのを抑制するための適切な組合せがあることを理論的にも見出した。本発明はこの点に着目してなされたものである。
本発明では、あるいは、シリコンの固体基体に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、電磁波を照射する前にＨｅプラズマを照射することを特徴とする。Ｈｅプラズマを照射することで、３７５ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の光に対するシリコン基板表面の光の吸収率が大幅に向上するためである。Ｈｅプラズマの代わりに、Ａｒプラズマを用いても良い。または、ＨｅやＡｒで希釈した不純物となるべき元素を含むプラズマでも同様の効果を得ることができる。
すなわち、本発明の接合の形成方法は、半導体基板表面に前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜を形成する工程と、前記薄膜を選択的に励起し、前記薄膜内で、前記元素を活性化するように、前記半導体基板に、３７５ｎｍ以上の波長に強度のピークを持つ光を照射する工程とを含み、前記不純物導入工程は、Ｈｅで希釈したボロンを含むプラズマをｎ−Ｓｉ（１００）基板及び数度傾けた面を保有するｎ−Ｓｉ（１００）基板に照射してプラズマドーピングすることを特徴とする。
ここで光としては電磁波を含めた広義での光を含むものとする。選択的に励起するためのエネルギーとしてはレーザのように狭帯域のものではなく、また直進性を持たない光を用いるのが望ましい。このようにすることで、前記薄膜が有する広い範囲の波長に対する高い光の吸収率を有効に活用できるからである。これに対して、レーザのように狭帯域のものでは前記薄膜が有する特定の波長に対する高い吸収率しか利用できない。
さらに、レーザーは、一般的に、その出力の限界から小さい面積にしか照射することができない。そのため、例えば１ｃｍ×１ｃｍ以上のような比較的大きな面積に照射して製品を処理したい場合には、スキャンするなどの方法が取られる。これにより、スループットが制限されるという製造上の短所にも対応が必要となる。それに対して、ハロゲンランプやキセノンランプでは広い範囲の波長からなる光を大面積に一度に照射できるので上記のような課題はなく、望ましい。
なおこの半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜は、通常前記半導体基板をプラズマドーピングにより改質して形成する、または、前記半導体基板をプラズマドーピングにより改質すると同時に前記半導体基板中で電気的に活性になる元素をドーピングして形成する、または、プラズマドーピングにより前記




【手続補正書】
【提出日】平成18年4月5日(2006.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を選択的に励起し、前記薄膜内で、前記元素を活性化するように、前記半導体基板に、375nm以上の波長に強度のピークを持つ光を照射する工程とを含む接合の形成方法。
【請求項２】
前記光を照射する工程は、
前記薄膜の光の吸収率が、波長をλ ( nm )とし、吸収率をA ( ％ )として、波長が375 nm以上で500 nm未満のときはA＞７E３２λ-12.316、波長が500 nm以上で600 nm未満のときはA＞２E１９λ-7.278、波長が600 nm以上で700 nm未満のときはA＞４E1４λ-5.5849、波長が700 nm以上で800 nm未満のときはA＞２E１２λ-4.7773の少なくとも１つを満たす工程である請求の範囲第１項に記載の接合の形成方法。
【請求項３】
前記光を照射する工程は、
前記薄膜の光の吸収係数が、波長をλ ( nm )とし、吸収係数をα ( cm-1 )として、波長が375 nm以上で500 nm未満のときはα＞１E３８λ-12.505、波長が500 nm以上で600 nm未満のときはα＞１E２４λ-7.2684、波長が600 nm以上で700 nm未満のときはα＞２E19λ-5.5873、波長が700 nm以上で800 nm未満のときはα＞１E１７λ-4.7782の少なくとも１つを満たす工程である請求の範囲第１項に記載の接合の形成方法。
【請求項４】
前記半導体基板は、Ｎ型のシリコン基板であり、
前記不純物は、前記シリコン基板表面に供給されるボロンであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項５】
375 nm以上800 nm以下の波長に強度のピークを持つ光がキセノンフラッシュランプ光であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項６】
n-Si(100)基板及び数度傾けた面を保有するn-Si(100)基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、
前記ボロンの導入されたn-Si(100)基板に、375 nm以上800 nm以下のレーザ光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、
前記ボロンの導入された層の375 nm以上、800 nm以下の光に対する光の吸収率がA＞１E１９λ-6.833であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第5項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項７】
n-Si(100)基板及び数度傾けた面を保有するn-Si(100)基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、
前記ボロンの導入されたn-Si(100)基板に、375 nm以上800 nm以下のレーザ光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、
前記ボロンの導入された層の375 nm以上、800 nm以下の光に対する光の吸収係数がα＞１E２４λ-7.1693であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに接合の形成方法。
【請求項８】
前記不純物導入工程は、Heで希釈したボロンを含むプラズマをn-Si(100)基板及び数度傾けた面を保有するn-Si(100)基板に照射してプラズマドーピングすることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項９】
前記光の吸収係数は、空気、前記薄膜、前記半導体基板の3層構造において入射角70度としてエリプソメータで測定することを特徴とする請求の範囲第３乃項至第８項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１０】
前記光の吸収率は、空気、前記薄膜、前記半導体基板の3層構造で入射角70度としてエリプソメータで光の吸収係数とボロンを導入した層の厚さを測定した後、ボロンを導入した層の厚さをD ( cm )として、A＝100×( 1−exp(−α・D ))を用いて算出することを特徴とする請求の範囲第２項，第４項乃至第８項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１１】
固体基体に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、
前記光照射に先立ち、Heプラズマ、Arプラズマ、Heを含むプラズマ、Arを含むプラズマのいずれかを照射することを特徴とする接合の形成方法。
【請求項１２】
半導体基板に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、
前記光照射に先立ち、Heプラズマ、Arプラズマ、Heを含むプラズマ、Arを含むプラズマのいずれかを前記半導体基板に照射する工程と不純物となるべき粒子を含むプラズマを固体基体に照射してプラズマドーピングする工程を組み合わせた工程を経ることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１３】
前記基板は、表面にシリコン薄膜を形成したSOI基板である請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１４】
前記基板は、表面にシリコン薄膜を形成した歪みシリコン基板である請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１５】
前記基板は、表面にポリシリコン薄膜を形成したガラス基板である請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の接合の形成方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１項乃至第１５項のいずれかに記載の接合の形成方法を用いて形成された被処理物。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合の形成方法およびこれを用いて形成された被処理物に係り、特に、半導体基板上に電子素子を形成するための接合の形成方法、液晶パネルなどに用いられる絶縁性基板表面に半導体薄膜を形成した基板に、電子素子を形成するための接合を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体基板に、素子領域を形成するに際しては多数のｐｎ接合が用いられる。また、基板表面に絶縁膜を介してシリコン薄膜を形成したＳＯＩ（silicon on insulator）基板はＤＲＡＭなど種々の半導体装置に広く用いられている。また基板表面に半導体薄膜を形成したガラス基板は、この半導体薄膜中に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む液晶の駆動回路を集積化することにより液晶パネルの小型化、高速化を企図して注目されている。
【０００３】
このように種々の半導体デバイスを形成するに際し、ｐｎ接合が用いられる。このようなｐｎ接合の形成方法としては、従来、n型シリコン基板にイオン注入でボロンなどのｐ型不純物を導入した後、ハロゲンランプで電気的に活性化する方法が用いられている。
【０００４】
例えば、ｐ型不純物であるボロンの導入方法としては、イオン注入の他に、極低エネルギーで効率よく粒子を導入できる次世代の方法としてプラズマドーピングが期待されている。
導入されたボロンイオンなどのイオンを電気的に活性化させる方法としては、ハロゲンランプ光の他、キセノンフラッシュランプ光、全固体レーザ光、エキシマレーザ光を照射する方法などが研究開発されている。
【０００５】
キセノンフラッシュランプ光、固体レーザ光、エキシマレーザ光は、いずれもハロゲンランプ光よりも短波長に強度のピークを持っている。例えば、従来のタングステンハロゲンランプ光の場合は1000-1100 nmに強度のピークを持つのに対して、キセノンフラッシュランプ光は400-500 nm、エキシマレーザ光は400 nm以下の波長でピークを持つ。短波長で強度のピークを持つため、シリコンに効率よく光を吸収させることができる（非特許文献１、２参照）。これにより、基板表面の浅い部分で光のエネルギーを吸収させて浅い活性化層を形成することができる。
【０００６】
また、シリコン結晶とアモルファスシリコンの光の吸収係数の差を利用して浅い活性化層を形成する方法も提案されている。つまり、375 nm以上の波長範囲では、シリコン結晶と比較してアモルファスシリコンの方が光の吸収係数が大きい。そこで、例えば、光を照射する前のシリコン基板表面にあらかじめアモルファス層を形成しておき、その後に光を照射することでアモルファス層により多くの光のエネルギーを吸収させて、浅い活性化層を形成するというものである。アモルファス層の形成は、ゲルマニウムなどをイオン注入することで形成されている（非特許文献１、２、３、４、５参照）。
【０００７】
これらの研究成果により、375 nm以上、800 nm以下の短波長の光を照射して効率よく光のエネルギーを基板に吸収させて浅い接合を形成した結果が報告されている（非特許文献１、２参照）。これらの報告では、不純物の導入に先立ち、基板表面のプレアモルファス化を行い、その後に不純物の導入をするのが一般的である。ここで、不純物の導入にはBF2+やB+のイオン注入が、プレアモルファス化にはゲルマニウムやシリコンのイオン注入が用いられている。つまり、２回のイオン注入を行う必要があり工程が複雑であるという課題があった。また、浅い接合を形成するためには、BF2+やB+のイオン注入は加速電圧を数百Vまで下げなければならないため、ビーム電流値が低下しスループットが低いという問題もあった。さらには、２回のイオン注入条件の組合せが多様であることや、ボロンの導入と電気的活性化の方法はそれぞれ個別に研究開発されることが多いことから、照射する電磁波の波長にあった適切な基板表面の状態を把握するには至っていないのが現状である。
【０００８】
【非特許文献１】Ext. Abstr. of IWJT, pp23-26, Tokyo, 2002.
【非特許文献２】Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, pp53-54, Kyoto, 2003.
【非特許文献３】Ext. Abstr. of IWJT, pp31-34, Tokyo, 2002.
【非特許文献４】Ext. Abstr. of IWJT, pp27-28, Tokyo, 2002.
【非特許文献５】2000 International Conference on Ion Implantation Technology Proceedings, 2000, pp. 175-177.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
シリコン基板などの固体基体に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、不純物の導入にはBF2+やB+のイオン注入が、プレアモルファス化にはゲルマニウムやシリコンのイオン注入が用いられているが、２回のイオン注入を行う必要があり工程が複雑であるという課題があった。また、浅い接合を形成するためには、BF2+やB+のイオン注入は加速電圧を数百Vまで下げなくてはならないので、ビーム電流値が低下しスループットが低いという課題もあった。さらには、２回のイオン注入条件の組合せが多様であることなどから、照射する電磁波の波長にあった適切な基板表面の状態を把握するには至っておらず、照射する電磁波に適応した基板表面の作成方法も確立されていないという課題があった。
【００１０】
このような状況のなかで、工程が簡単で従来のイオン注入と比べてスループットが高く、照射する電磁波の波長に適応した適切な基板表面の状態を作る方法が求められていた。
【００１１】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、工程が簡単でスループットが高く、浅い接合を高精度に形成することができる接合の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで本発明の方法では、照射する光（電磁波）の波長に対応した適切な基板表面の状態を形成し、この後に、光（電磁波）を照射して不純物を電気的に活性化させるものである。
【００１３】
本発明者らは、プラズマドーピングで条件を変えてボロンをシリコン基板に導入する試料の作成と、エリプソメータを用いた試料表面の光学特性の評価を繰り返す実験から、プラズマ条件を変えることで、試料表面の光の吸収係数、反射率、吸収率、ドーピング層の厚さなどを調整できることを発見した。さらに、プラズマ条件とボロンを電気的に活性化させるために照射する光には、試料が光を効率よく吸収して導入した不純物を高い割合で電気的に活性化でき、このボロンを含む層が選択的に励起され、層内でボロンが良好に活性化されるようにし、不純物がシリコン基板の深く位置まで拡散するのを抑制するための適切な組合せがあることを理論的にも見出した。本発明はこの点に着目してなされたものである。
【００１４】
本発明では、あるいは、シリコンの固体基体に不純物を導入した後、電磁波を照射して電気的に活性化させる接合の形成方法において、電磁波を照射する前にHeプラズマを照射することを特徴とする。Heプラズマを照射することで、375 nm以上、800 nm以下の光に対するシリコン基板表面の光の吸収率が大幅に向上するためである。Heプラズマの代わりに、Arプラズマを用いても良い。または、HeやArで希釈した不純物となるべき元素を含むプラズマでも同様の効果を得ることができる。
【００１５】
すなわち、本発明の接合の形成方法は、半導体基板表面に前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜を形成する工程と、前記薄膜を選択的に励起し、前記薄膜内で、前記元素を活性化するように、前記半導体基板に、375nm以上の波長に強度のピークを持つ光を照射する工程とを含む。
【００１６】
ここで光としては電磁波を含めた広義での光を含むものとする。選択的に励起するためのエネルギーとしてはレーザのように狭帯域のものではなく、また直進性を持たない光を用いるのが望ましい。このようにすることで、前記薄膜が有する広い範囲の波長に対する高い光の吸収率を有効に活用できるからである。これに対して、レーザのように狭帯域のものでは前記薄膜が有する特定の波長に対する高い吸収率しか利用できない。
【００１７】
さらに、レーザは、一般的に、その出力の限界から小さい面積にしか照射することができない。そのため、例えば1 cm×1 cm以上のような比較的大きな面積に照射して製品を処理したい場合には、スキャンするなどの方法が取られる。これにより、スループットが制限されるという製造上の短所にも対応が必要となる。それに対して、ハロゲンランプやキセノンランプでは広い範囲の波長からなる光を大面積に一度に照射できるので上記のような課題はなく、望ましい。
【００１８】
なおこの半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜は、通常前記半導体基板をプラズマドーピングにより改質して形成する、または、前記半導体基板をプラズマドーピングにより改質すると同時に前記半導体基板中で電気的に活性になる元素をドーピングして形成する、または、プラズマドーピングにより前記半導体基板の表面に堆積物を堆積させて形成するものを含む。
【００１９】
例えば、前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜は、プラズマ照射により半導体基板の表面をアモルファス化した後に形成されるようにしてもよいし、半導体基板中で電気的に活性になる元素を半導体基板に導入した後にプラズマ照射により半導体基板の表面をアモルファス化して前記半導体基板中で電気的に活性になる元素を含む薄膜を形成するようにしてもよい。
【００２０】
また本発明の接合の形成方法は、前記光を照射する工程が、前記薄膜の光の吸収率が、波長をλ ( nm )とし、吸収率をA ( ％ )として、波長が375 nm以上で500 nm未満のときはA＞７E３２λ-12.316、波長が500 nm以上で600 nm未満のときはA＞２E１９λ-7.278、波長が600 nm以上で700 nm未満のときはA＞４E1４λ-5.5849、波長が700 nm以上で800 nm未満のときはA＞２E１２λ-4.7773の少なくとも１つを満たすものを含む。
【００２１】
また本発明の接合の形成方法は、前記薄膜の光の吸収係数が、波長をλ ( nm )とし、吸収係数をα ( cm-1 )として、波長が375 nm以上で500 nm未満のときはα＞１E３８λ-12.505、波長が500 nm以上で600 nm未満のときはα＞１E２４λ-7.2684、波長が600 nm以上で700 nm未満のときはα＞２E19λ-5.5873、波長が700 nm以上で800 nm未満のときはα＞１E１７λ-4.7782の少なくとも１つを満たすことを特徴とする。
【００２２】
これらの方法では、種々の実験結果から、照射する波長に応じて吸収率を算出するようにしているため、効率よくアニ−ルを行うことができる。
【００２３】
また、本発明の接合の形成方法は、前記半導体基板が、ｎ型シリコン基板であり、前記不純物が、前記シリコン基板表面に導入されたボロンであるものを含む。
【００２４】
また、本発明の接合の形成方法は、n-Si(100)基板及び数度傾けた面を保有するn-Si(100)基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、前記ボロンの導入されたn-Si(100)基板に、375 nm以上800 nm以下のレーザ光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、前記ボロンの導入された層の375 nm以上、800 nm以下の光に対する光の吸収率がA＞１E１９λ-6.833であるものを含む。
【００２５】
また、本発明の接合の形成方法は、n-Si(100)基板及び数度傾けた面を保有するn-Si(100)基板にプラズマドーピングによりボロンを不純物として導入する工程と、前記ボロンの導入されたn-Si(100)基板に、375 nm以上800 nm以下のレーザ光を照射して電気的に活性化させる工程とを含む接合の形成方法において、前記ボロンの導入された層の375 nm以上、800 nm以下の光に対する光の吸収係数がα＞１E２４λ-7.1693であるものを含む。
【００２６】
また、本発明の接合の形成方法は、前記不純物導入工程が、Heで希釈したボロンを含むプラズマをn-Si(100)基板及び数度傾けた面を保有するn-Si(100)基板に照射してプラズマドーピングするものを含む。
【００２７】
また、本発明の接合の形成方法は、前記光の吸収係数は、空気、薄膜（ボロンを導入した層）、シリコン基板の3層構造において入射角70度としてエリプソメータで測定するものを含む。
【００２８】
また、本発明の接合の形成方法は、前記光の吸収率が、空気、薄膜（ボロンを導入した層）、シリコン基板の3層構造で入射角70度としてエリプソメータで光の吸収係数とボロンを導入した層の厚さを測定した後、ボロンを導入した層の厚さをD ( cm )として、A＝100×( 1−exp(−α・D ))を用いて算出するものを含む。
【００２９】
さらには、本発明では電磁波を照射する前にHeプラズマ、Arプラズマ、Heを含むプラズマ、Arを含むプラズマを固体基体に照射する工程と不純物となるべき粒子を含むプラズマを固体基体に照射してプラズマドーピングする工程を組み合わせた工程を経ることを特徴とする。例えば、Heプラズマをシリコン基板に照射した後にボロンを含むプラズマでプラズマドーピングをすることも望ましい。または、ボロンを含むプラズマでプラズマドーピングした後に、Heプラズマをシリコン基板に照射してもよい。
【００３０】
本発明によれば、光の吸収係数は、空気、ボロンを導入した層、シリコン基板の3層構造で入射角70度としてエリプソメータで測定して検査できる。また、光の吸収率は、空気、ボロンを導入した層、シリコン基板の3層構造で入射角70度としてエリプソメータで光の吸収係数とボロンを導入した層の厚さを測定した後、ボロンを導入した層の厚さをD ( cm )として、A＝100×( 1−exp(−α・D ))を用いて算出することができる。
【００３１】
この吸収率を満たし、効率よくボロンが活性化されるようにしているため、浅い接合を効率よく形成することができる。
【００３２】
また、n-Si(100)基板をSOI基板、歪みシリコン基板、ガラス基板上に形成された半導体薄膜に置き換えても有効である。
【００３３】
さらに上記接合の形成方法を用いて製造した半導体装置あるいはこれを用いて形成した液晶基板などの電子素子も有効である。
【００３４】
また本発明では、上記接合の形成方法において、基板の光学的特性はエリプソメトリ、XPSを用いてもよい。
【００３５】
また本発明では、上記接合の形成方法において、前記プラズマドーピング工程は、プラズマに印加する電源電圧、プラズマの組成、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間の比の少なくとも１つを制御する工程を含む。
この方法により、効率よい制御が可能となる。ここでプラズマの組成とはドーパントとなる不純物物質とその他の物質との混合比、真空度、その他の物質間の混合比等を調整して制御される。
【００３６】
また本発明では、上記基板の製造方法において、プラズマドーピング工程は、不純物物質、これらに対する混合物質としての、不活性物質、反応性物質の混合比を変化させることによって、不純物の導入された領域の光学的特性を制御する工程を含む。ここでは、不純物物質としての砒素、燐、ホウ素、アルミニウム、アンチモン、インジウムなどの物質、これらに対する混合物質としての、ヘリウム、アルゴン、キセノン、窒素などの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質の混合比を変化させることによって、光学的特性を制御する。
【００３７】
また本発明の接合の形成方法は、前記プラズマドーピング工程が、前記アニール工程において、前記不純物の導入された領域に含まれる不純物の電気的活性化を促進するとともに、前記基板へのエネルギー吸収を抑制し得るように、前記不純物の導入された領域の光学定数を設定するものを含む。
この方法により、基板温度を上昇させることなく選択的に効率よくアニールを実現することができる。
【００３８】
なおここで、アニ−ルに照射するエネルギーは光エネルギーのみならず、広義での電磁波であればよい。光源としては、キセノンフラッシュランプなどのハロゲンランプ光のみならず、白色光、全固体レーザ光、エキシマレーザ光等を照射する方法も適用可能である。
【００３９】
キセノンフラッシュランプ光、固体レーザ光、エキシマレーザ光は、いずれもハロゲンランプ光よりも短波長に強度のピークを持っている。例えば、従来のタングステンハロゲンランプ光の場合は1000-1100 nmに強度のピークを持つのに対して、キセノンフラッシュランプ光は400-500 nm、エキシマレーザ光は400 nm以下の波長でピークを持つ。短波長で強度のピークを持つため、シリコンに効率よく光を吸収させることができる（非特許文献１、２参照）。これにより、基板表面の浅い部分で光のエネルギーを吸収させて浅い活性化層を形成することができる。
【００４０】
但し、不純物を導入する工程とは、以下実施例で具体的に説明する通り、単に不純物を導入するという事では無く、引き続き実施される光照射を中心とするアニール工程において、効率良くエネルギーが吸収される様に、不純物物質、希ガス、窒素などの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質を組み合わせて同時に、あるいは逐次的に供給され、アニール工程に最適な光学的特性を形成する。本発明における「不純物導入工程」とは上記一連の工程を指す。
【００４１】
またこの発明において光を照射する工程は、電磁波を照射する工程に置き換えることもでき、電磁波成分の追加により、より有効に薄膜内での選択的なアニ−ルを実現することができる。
【００４２】
以上説明してきたように、本発明では、基板表面の状態を、ボロンなどの不純物の活性化に適したように、波長に基づく理論値に従って、厚さ、不純物濃度などを調整しているため、効率よくアニ−ルがなされる。すなわち、その不純物の存在する領域で効率よく活性化されるように構成されるため、半導体薄膜中もしくは半導体薄膜に接した不純物元素が半導体薄膜中に効率的に拡散し、電気的な活性化をはかることができ、浅い位置で効率よく接合を形成することができる。
【００４３】
従って工程が簡単でスループットが高く、照射する電磁波の波長に対応した適切な基板表面の状態を作った後に、電磁波を照射して不純物を電気的に活性化させる接合の形成方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
ここでは、不純物の導入された薄膜を有する基板の状態を、光学的測定によって検知することにより、活性化に最適な状態にすることができる。これは単に、不純物そのものの光学的測定のみならず、薄膜自体の結晶状態、導入時のエネルギーによるダメージなどの薄膜の結晶状態の物理的変化、酸化層、窒化層の生成など薄膜の化学的変化をも含めた“複合的な層”の状態として、光学的に測定することを意味する。
【００４５】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、基板の基本構成を説明する。図１に示すように、n-Si(100)基板１００上に、基板中で電気的に活性化されることでキャリアとなり得る不純物原子を主成分とする不純物薄膜１１０が形成されている。
すなわち、不純物薄膜１１０は、アモルファス薄膜で構成され、多量の格子欠陥を含むものとなっている。
【００４６】
この状態は、例えば、半導体基板に対し、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いて不純物導入を行うことによって得られる。半導体薄膜に不純物導入を行う際、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いる場合には、半導体基板あるいは半導体基板上に形成された半導体薄膜を形成する結晶もしくは非結晶物質を構成する格子に対する格子欠陥の形成によって、あるいは不純物物質自体によって半導体薄膜の物性が変化せしめられ、本来の半導体基板あるいは半導体薄膜とは異なる物性をもつ不純物薄膜１１０が形成される。またここでは、半導体基板１００自体に格子欠陥が導入されて本来の物性から変化した状態となっている。
【００４７】
まず、本実施の形態で用いられるプラズマＣＶＤ装置を兼ねたプラズマドーピング装置について説明する。本実施の形態で用いられるドーピング装置は、図２に示すように、半導体基板１００に対して不純物を導入し不純物薄膜１１０を形成するものである。
【００４８】
ここでは後述するように表面に不純物の導入された不純物薄膜１１０の形成された半導体基板１００の光学的特性を測定する測定手段としての光源４００および測光器４１０と、この測定手段によって得られた光学的特性に基づいて、ドーピング条件を制御する制御手段とを具備し、最適な表面状態を得ることができるようにドーピング条件をフィードバック制御するものである。
すなわちこのプラズマドーピング装置は、真空チャンバ２００と、この真空チャンバ２００内にプラズマを生起するプラズマ源２４０とを具備し、基板ホルダ２６０に載置された、被処理基体としての半導体基板１００の表面にプラズマドーピングを行うものである。
【００４９】
そして、この真空チャンバ２００には、真空ポンプ２１０が接続され、真空測定の為の真空計２３０が設置されており、プラズマ源２４０には電源２５０が接続されている。また、基板ホルダ２６０には、独自の電気的ポテンシャルを印加するための、電源２７０が、前述の電源とは別途接続されている。
【００５０】
また真空チャンバ２００にはこれらのガスを導入するためのガス導入機構が設置されている。このガス導入機構は、ドーパント物質としての第１の物質を供給する第１のライン２８０、その他の物質である第２の物質を供給する第２のライン２９０（この場合はＨｅ）、その他の第３の物質を供給する第３のライン３００（この場合はＡｒ）で構成される。
【００５１】
また、必要に応じて、測光器４１０で測定した光学的特性を演算する計算機３２０と、この演算結果に基づいて制御条件を決定する制御回路３４０と、制御回路３４０の出力に基づいてプラズマドーピング装置のドーピング条件を、フィードバック制御する制御器３５０とを具備した制御装置を具備するように形成してもよい。
【００５２】
まず、真空チャンバを所定の圧力に調整し、通常の方法でガスを供給することによりプラズマを生成し、ドーピングを行う。
ここでは、ドーピング源としてガスを利用する場合について説明する。
【００５３】
まず、真空チャンバ２００に第１の物質としてのドーパント物質を供給する。ここでは、ドーパント物質とこれとは異なるその他の物質をキャリアガスとして又は特定の機能を保有する材料として導入する。本実施の形態では、ドーパント物質とは異なる性質のガス、例えば、希ガスなどで（質量が異なり）、電気的にはシリコン中で活性にならない物質を選択した。例として、ＨｅやＡｒである。これをその他の第２の物質としてＨｅを、その他の第３の物質としてＡｒを選択した。さて、前述の第１乃至第３のライン２８０、２９０、３００で構成されるガス導入ラインからガスを導入し、真空チャンバ２００内の固体基体１００表面でプラズマ３１０を発生させる。
【００５４】
このプラズマ３１０と半導体基板１００表面との電気的ポテンシャル差によって、プラズマ中の荷電粒子が引き寄せられて、不純物ドーピングが行われる。同時にプラズマ中の電気的中性物質はこの固体基体１００表面付近に付着もしくは吸蔵される。ここでは表面の状態は、下地である半導体基板１００の状態および、プラズマのもつエネルギーによって決まり、付着状態であっても良いし吸蔵されていてもよい。ここでは半導体基板１００に吸蔵されるとともにアモルファスの不純物薄膜として半導体基板１００の表面に付着する。
【００５５】
この不純物ドーピング工程によって、前記実施の形態で説明した不純物導入層１１０が半導体基板１００表面に形成される。望ましくはこの不純物導入層の物性を測定するために、真空チャンバ２００には光源４００と測光器４１０が配設されている。そして測光器１３０で測定した光学的特性を計算機３２０で演算し、この演算結果を制御回路３４０に送り、フィードバック情報として制御器３５０へデータを送ることによって、プラズマドーピング装置はプラズマ条件を調整し、不純物導入層の物性を制御する。
【００５６】
ここで調整されるプラズマ条件としては、プラズマに印加する電源電圧、あるいは電圧印加時間及び印加タイミング、ドーパント物質とその他の物質の混合比、真空度、その他の物質間の混合比、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間帯の比などであり、これらのパラメータを変化させ、不純物導入層の物性を制御する。
【００５７】
半導体基板１００に対して十分に低い電気的ポテンシャル差、例えば２０ｅＶでドーピングを行うことにより、半導体基板１００の表面に不純物薄膜層が形成される。
【００５８】
一方、半導体基板１００に対して十分に高い電気的ポテンシャル差、例えば２００ｅＶでドーピングを行うことにより、不純物を大量に含むプラズマが直接半導体薄膜に接しているときは、十分高いエネルギーを帯びたイオンが半導体薄膜表面に侵入し、半導体基板１００の表面に不純物導入層である不純物薄膜１１０が形成される。またキャリアガスを使用している場合にはキャリアガスのプラズマ中のイオンも半導体薄膜表面に浸入し、結晶を壊しながら不純物を混入させていき、アモルファス半導体層とボロン層との混合層が形成される。その後、混合層表面で不純物例えばボロンの濃度が混合層内で含み得る飽和量を超えるとアモルファスのボロン薄膜（不純物薄膜）が形成される。
【００５９】
図３は本発明の実施の形態の一例であり、照射する光が有する光の強度分布と照射される基板が有する光の吸収係数の分布を示したものである。照射する光はキセノンフラッシュランプ光を示した。このキセノンフラッシュランプ光は、曲線ａで示すように、470 nm付近の波長に強度のピークをもっている。ここでは、375 nm以上800 nm以下の波長に強度のピークを持つ光として例示した。
【００６０】
図中のPD-1で示した曲線は、n-Si(100)基板にボロンをプラズマドーピングした後の光の吸収係数である。PD-1におけるボロンの導入は、Heで希釈したボロンを含むプラズマをn-Si(100)基板に照射してプラズマドーピングしたものである。ドーピング時間は60秒である。7秒や30秒のドーピングでも同様の結果を得ている。PD-1のボロンを導入した層の光の吸収係数は、波長をλ ( nm )とし、吸収係数をα ( cm-1 )とすると、波長が375 nm以上で500 nm未満のときはα＞１E38λ-12.505、波長が500 nm以上で600 nm未満のときはα＞１E24λ-7.2684、波長が600 nm以上で700 nm未満のときはα＞２E19λ-5.5873、波長が700 nm以上で800 nm未満のときはα＞１E１７λ-4.7782であった。図３から明らかなようにn-Si(100)基板に比べてPD-1のプラズマドーピング後の方がキセノンフラッシュランプ光に対する光の吸収係数が高いことが了解できる。
【００６１】
図中のPD-2で示した曲線は、PD-1とは異なる条件でプラズマドーピングしたときの光の吸収係数である。ドーピング時間は30秒である。PD-2は、n-Si(100)基板やPD-1と比較して吸収係数はさらに高い値であった。
【００６２】
図４は本発明の実施の形態の一例であり、照射する光がレーザの場合に照射される基板が有するべき光の吸収係数の分布を示したものである。照射する光がレーザのように単一の波長からなる場合には、波長に対して強度分布をもつ光と比較して、ドーピング層とn-Si(100)基板の光の吸収係数の差をより大きくしておくことが必要である。PD-3はドーピング条件を調整して500-550 nmの波長のレーザに適応するように作成したドーピング層の光の吸収係数の曲線である。この曲線よりも吸収係数が小さい場合には、レーザーアニール後のボロンは深くまで拡散した。  
【００６３】
つまり、ボロンを導入した層の375 nm以上、800 nm以下の光に対する光の吸収係数がα＞１E２４λ-7.1693である場合にのみボロンの深さ分布を大きく動かさずに電気的に活性化させることができた。図中のPD-3で示した曲線よりも吸収係数が小さい場合には、表面のドーピング層でレーザのエネルギーを十分に吸収しきれずに、ドーピング層の下のシリコン基板でエネルギーを吸収する割合が高かったためであろうと考えている。
【００６４】
表１を用いて、実施例のボロンの拡散深さを説明する。ボロンの拡散深さは、ボロン濃度が1E18 cm-3となる深さとし、Xjで表記することとする。そして、ドーピング後のXjと光を照射した後のXjの差をΔXjとする。実施例Aは、PD-1のプラズマドーピングと、375 nm以上800 nm以下の波長に強度のピークを持ち、且つ、波長に対して強度分布を持つ光を照射した工程の組み合わせである。このとき、ΔXjは数nmから4 nm以下である。このときのΔXjの平均値を１として他のサンプルのΔXjを規格化して説明する。実施例Bは、PD-3のプラズマドーピングと、375 nm以上800 nm以下のレーザ光を照射した工程の組み合わせである。このときのΔXjは実施例Aと同等で、その比は0.9である。
【００６５】
【表１】
2005036626.tif 000008
【００６６】
上記のようにプラズマドーピングをすることでn-Si(100)と比べて光の吸収係数の高いドーピング層を１つの工程で簡単につくることができる。また、ドーピング層の光学特性と照射する光を適切に選択することで、Xjをほとんど変化させずにボロンを電気的に活性化することができ、高性能の浅い接合を形成できる。ここで、プラズマドーピング条件を変えることでドーピング層の光学特性を容易に調整することができる。
【００６７】
次に比較例について説明する。
表１を用いて、実施例と比較例のボロンの拡散深さの違いを説明する。プラズマドーピングでボロンを導入した後のドーピング層の光の吸収係数がPD-1であるサンプルに、375 nm以上800 nm以下の波長に強度のピークを持つレーザを照射した。つまり、比較例はPD-1のプラズマドーピングと375 nm以上800 nm以下の波長に強度のピークを持つレーザの組み合わせである。PD-1のプラズマドーピングした試料では、PD層で吸収する光のエネルギーはPD-2と比較して1桁程度小さい。故に、PD層より深い基板で、ここでは、例えばn-Si(100)で光を吸収する割合が高くなる。n-Si(100)は光の吸収係数が小さいので、深い範囲まで光のエネルギーが届くことになる。つまり、ボロンは深くまで拡散することになる。そこで、ΔXjを比べると、実施例Aが1に対して、比較例が10程度となる。つまり、比較例は実施例と比べてボロンが1桁深くまで拡散してしまい、目的である浅い接合の形成が出来ないことは明らかである。
【００６８】
なお、前記実施の形態では、n-Si(100)基板にボロン拡散層を形成することにより浅いｐｎ接合を形成する方法について説明したが、n-Si(100)基板に限定されることなく数度傾けたものでもよいし、また不純物についても導電型についても変更可能であることはいうまでもない。さらには化合物半導体における接合の形成においても温度上昇を抑制しつつ実現可能であるため、接合レベルのずれを低減し、信頼性の高いｐｎ接合を実現することが可能となる。
【００６９】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2003年10月9日出願の日本特許出願Ｎｏ．2003-350368、
に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上説明してきたように、本発明によれば、照射する電磁波の波長に対応した適切な基板表面の状態を作った後に、電磁波を照射して不純物を電気的に活性化させるようにしているため、工程が簡単でスループットが高く、浅い接合が容易に形成可能であることから、微細な半導体集積回路の形成に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態の基板を示す図
【図２】本発明実施の形態の基板を形成するためのドーピング装置を示す図
【図３】本発明実施例のドーピング層の光学特性と照射する光の強度分布の組み合わせ例を示す図
【図４】本発明実施例と比較例のドーピング層の光学特性を示す図
【符号の説明】
【００７２】
１００  半導体基板
１１０  不純物薄膜
２００  真空チャンバ
２１０  真空ポンプ
２３０  真空計
２４０  プラズマ源
２５０  電源
２６０  基板ホルダ
２７０  電源
２８０  ドーパント物質を供給するライン（第１のライン）
２９０  その他の物質１を供給するライン（第２のライン）
３００  その他の物質２を供給するライン（第３のライン）
３１０  プラズマ
４００  光源
４１０  測光器
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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