(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【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Ｂ2 Ｈ6 ）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
【図１】
0004086334.tif 000002
【図２】
0004086334.tif 000003
【図３】
0004086334.tif 000004
【図４】
0004086334.tif 000005
【図５】
0004086334.tif 000006