JP3862305B2 - 不純物の導入方法及びその装置、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温領域（例えば２５０℃から極低温にかけての温度領域）において原子や分子よりなる不純物を半導体基板等の固体試料の表面部に導入する不純物の導入方法及びその装置並びに前記不純物の導入方法を用いる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不純物を固体試料の表面部に導入する技術としては、例えば、ＵＳＰ４９１２０６５に示されているように、不純物をイオン化して低エネルギーで固体中に導入するプラズマドーピング法が知られている。
【０００３】
以下、図８を参照しながら従来の不純物導入方法としてのプラズマドーピング法について説明する。
【０００４】
図８は、従来のプラズマドーピング法に用いられる不純物導入装置の概略構成を示しており、図８において、１０は真空槽、１１は真空槽１０の内部に設けられており、不純物が導入される例えばシリコン基板よりなる固体試料１２を保持する試料保持台、１３は真空槽１０の内部を減圧する減圧ポンプ、１４は真空槽１０内に所望の元素を含むドーピングガス例えばＢ2 Ｈ6 を供給するソースガスフィード、１５は真空槽１０に接続されたマイクロ波導波管、１６は真空槽１０とマイクロ波導波管１５との間に設けられた石英板、１７は真空槽１０の外側に配置された電磁石であって、マイクロ波導波管１５、石英板１６及び電磁石１７によってプラズマ発生手段が構成されている。また、図８において、１８はプラズマ領域、１９は試料保持台１１にコンデンサ２０を介して接続されている高周波電源である。
【０００５】
前記構造の不純物導入装置において、ソースガスフィード１４から導入されたドーピングガス例えばＢ2 Ｈ6 はプラズマ発生手段によってプラズマ化され、該プラズマ中のボロンイオンは高周波電源１９によって固体試料１２の表面部に導入される。
【０００６】
このようにして不純物が導入された固体試料１２の上に金属配線層を形成した後、所定の酸化雰囲気の中において金属配線層の上に薄い酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ装置等により固体試料１２上にゲート電極を形成すると、例えばＭＯＳトランジスタが得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｂ2 Ｈ6 よりなるドーピングガスのように、シリコン基板等の固体試料に導入されると電気的に活性となる不純物を含むガスは、一般に危険性が高いという問題がある。
【０００８】
また、プラズマドーピング法は、ドーピングガスに含まれている物質の全てが固体試料に導入される。Ｂ2 Ｈ6 よりなるドーピングガスを例にとって説明すると、固体試料に導入されたときに有効な不純物はボロンだけであるが、水素も同時に固体試料中に導入される。水素が固体試料中に導入されると、エピタキシャル成長等、引き続き行なわれる熱処理時に固体試料において格子欠陥が生じるという問題がある。
【０００９】
そこで、本件発明者らは、固体試料に導入されると電気的に活性となる不純物を含む不純物固体を真空槽内に配置すると共に、該真空槽内において不活性又は反応性のガスとしての希ガスのプラズマを発生させ、該希ガスのイオンにより不純物固体をスパッタリングすることにより、該不純物固体から不純物を分離させることを考慮した。
【００１０】
図９は、不純物を含む不純物固体を用いるプラズマドーピング法に用いられる不純物導入装置の概略構成を示している。図９においては、図８に示したものと同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００１１】
この不純物導入装置の特徴は、不純物例えばボロンを含む不純物固体２１を保持する固体保持台２２、及び真空槽１０の内部に希ガスを導入する希ガスフィード２３を備えている。希ガスフィード２３から例えばＡｒガスを真空槽１０の内部に導入すると、該Ａｒガスはプラズマ発生手段によってプラズマ化され、該Ａｒプラズマ中のＡｒイオンによって不純物固体２１からボロンがスパッタリングされる。スパッタリングされたボロンは、Ａｒプラズマ中に混合されてプラズマドーピングガスとなった後、固体試料１２の表面部に導入される。
【００１２】
ところが、前述のようにしてプラズマドーピングを行なったところ、不純物固体２１から不純物が発生するが、発生する不純物の量が不十分でありスループットが良くないという課題、及び不純物を固体試料の表面部における極めて表面に近い領域に導入することができないという課題がある。
【００１３】
前記に鑑み、本発明は、不活性又は反応性のガスを真空槽内に導入して不純物固体から不純物を発生させるに際し、発生する不純物の量を多くしてスループットを向上させることを第１の目的とし、不純物を固体試料の表面部における極めて表面に近い領域に導入できるようにすることを第２の目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、本発明に係る第１の不純物の導入方法は、真空槽内に、不純物を含む不純物固体と前記不純物が導入される固体試料とを保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料の表面部に導入する工程とを備えている。
【００１５】
第１の不純物の導入方法により、不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、プラズマ中のイオンは大きなエネルギーで不純物固体に向かって進むので、該不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは大きなエネルギーで固体試料に向かって進むので、該高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入される。
【００１６】
前記第１及び第２の目的を達成するため、本発明に係る第２の不純物の導入方法は、真空槽内に、不純物を含む不純物固体と前記不純物が導入される固体試料とを保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料に導入する工程とを備えている。
【００１７】
第２の不純物の導入方法により、不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、プラズマ中のイオンは大きなエネルギーで不純物固体に向かって進むので、該不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは小さなエネルギーで固体試料に向かって進むので、該高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入される。
【００１８】
前記第２の目的を達成するため、本発明に係る第３の不純物の導入方法は、真空槽内に、不純物を含む不純物固体と前記不純物が導入される固体試料とを保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料に導入する工程とを備えている。
【００１９】
第３の不純物の導入方法により、不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、プラズマ中のイオンは小さなエネルギーで不純物固体に向かって進むので、該不純物固体に含まれる不純物は比較的少なくスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に低濃度に混入される。また、固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、プラズマ中に混入された低濃度の不純物イオンは小さなエネルギーで固体試料に向かって進むので、該低濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入される。
【００２０】
前記第１の目的を達成するため、本発明に係る第４の不純物の導入方法は、真空槽内に、不純物が付着する不純物付着手段を設けると共に前記不純物が導入される固体試料を保持する工程と、前記真空槽内における前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入して前記不純物付着手段に前記不純物よりなる不純物膜を堆積する工程と、前記第１の領域と前記第２の領域とを連通させた後、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物膜に該不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物膜をスパッタリングすることによって、該不純物膜に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料の表面部に導入する工程とを備えている。
【００２１】
第４の不純物の導入方法により、真空槽内における不純物付着手段が設けられている第１の領域と固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、第１の領域に不純物を含むガスを導入すると、不純物付着手段に不純物が付着して該不純物よりなる不純物膜が堆積される。その後、第１の領域と第２の領域とを連通させた後、真空槽の内部に不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させると共に不純物膜に該不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物膜に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入される。
【００２２】
第１、第２又は第４の不純物の導入方法において、プラズマに対して陰極となるような前記電圧は負の電圧であることが好ましい。
【００２３】
第２又は第３の不純物の導入方法において、プラズマに対して陽極となるような前記電圧は０Ｖ以下の電圧であることが好ましい。
【００２４】
第１〜第４の不純物の導入方法において、前記固体試料はシリコンよりなる半導体基板であり、前記不純物は砒素、燐、ボロン、アルミニウム又はアンチモンであり、前記不活性又は反応性のガスは窒素又はアルゴンを含むガスであることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る第１の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物を含む不純物固体を保持する固体保持手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入するガス導入手段と、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００２６】
第１の不純物の導入装置によると、第１の電圧印加手段により固体保持手段に不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、プラズマ中のイオンは大きなエネルギーで不純物固体に向かって進むので、前記と同様に、不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入される。
【００２７】
本発明に係る第２の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物を含む不純物固体を保持する固体保持手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入するガス導入手段と、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００２８】
第２の不純物の導入装置によると、第１の電圧印加手段により、固体保持手段に不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により、試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入される。
【００２９】
本発明に係る第３の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物を含む不純物固体を保持する固体保持手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入するガス導入手段と、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００３０】
第３の不純物の導入装置によると、第１の電圧印加手段により、固体保持手段に不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物固体に含まれる不純物は比較的少なくスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に低濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により、試料保持台に固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、低濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入される。
【００３１】
第１又は第２の不純物の導入装置において、前記第１の電圧印加手段は、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の状態とプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の状態とを切替える手段とをさらに有していることが好ましい。
【００３２】
第１の不純物の導入装置において、前記第２の電圧印加手段は、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の状態とプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の状態とを切替える手段とをさらに有していることが好ましい。
【００３３】
本発明に係る第４の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物が付着する不純物付着手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記試料保持手段が設けられている第２の領域とを連通させたり遮断したりするシャッター手段と、前記真空槽内における前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入する第１のガス導入手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入する第２のガス導入手段と、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００３４】
第４の不純物の導入装置によると、シャッター手段により真空槽内における不純物付着手段が設けられている第１の領域と固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、第１のガス導入手段により第１の領域に不純物を含むガスを導入すると、不純物付着手段に不純物が付着して該不純物よりなる不純物膜が堆積される。その後、第１の領域と第２の領域とを連通させた後、プラズマ発生手段により真空槽の内部に不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させると共に第１の電圧印加手段により不純物付着手段に不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物膜に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入される。
【００３５】
本発明に係る第５の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物が付着する不純物付着手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記試料保持手段が設けられている第２の領域とを連通させたり遮断したりするシャッター手段と、前記真空槽内における前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入する第１のガス導入手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入する第２のガス導入手段と、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００３６】
第５の不純物の導入装置によると、シャッター手段により真空槽内における不純物付着手段が設けられている第１の領域と固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、第１のガス導入手段により第１の領域に不純物を含むガスを導入すると、不純物付着手段に不純物が付着して該不純物よりなる不純物膜が堆積される。その後、第１の領域と第２の領域とを連通させた後、プラズマ発生手段により真空槽の内部に不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させると共に第１の電圧印加手段により不純物付着手段に不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物膜に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における極めて表面に近い領域に導入される。
【００３７】
本発明に係る第６の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物が付着する不純物付着手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記試料保持手段が設けられている第２の領域とを連通させたり遮断したりするシャッター手段と、前記真空槽内における前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入する第１のガス導入手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入する第２のガス導入手段と、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００３８】
第６の不純物の導入装置によると、シャッター手段により真空槽内における不純物付着手段が設けられている第１の領域と固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、第１のガス導入手段により第１の領域に不純物を含むガスを導入すると、不純物付着手段に不純物が付着して該不純物よりなる不純物膜が堆積される。その後、第１の領域と第２の領域とを連通させた後、プラズマ発生手段により真空槽の内部に不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させると共に第１の電圧印加手段により不純物付着手段に不純物膜がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物膜に含まれる不純物は比較的少なくスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に低濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、低濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における極めて表面に近い領域に導入される。
【００３９】
第４又は第５の不純物の導入装置において、前記第１の電圧印加手段は、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える手段とをさらに有していることが好ましい。
【００４０】
第４の不純物の導入装置において、前記第２の電圧印加手段は、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記固体試料がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える切替手段とをさらに有していることが好ましい。
【００４１】
第１、第２、第４又は第５の不純物の導入装置において、プラズマに対して陰極となるような前記電圧は負の電圧であることが好ましい。
【００４２】
第２、第３、第５又は第６の不純物の導入装置において、プラズマに対して陽極となるような前記電圧は０Ｖ以下の電圧であることが好ましい。
【００４３】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるダイオード形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板と、ダイオード形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の上に前記不純物層と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００４４】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に不純物が高濃度に導入される。
【００４５】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるダイオード形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板と、ダイオード形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることにより、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の上に前記不純物層と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００４６】
第２の半導体装置の製造方法によると、第２の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物が高濃度に導入される。
【００４７】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるダイオード形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板と、ダイオード形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の上に前記不純物層と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００４８】
第３の半導体装置の製造方法によると、第３の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物が低濃度に導入される。
【００４９】
本発明に係る第４の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるトランジスタ形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板上におけるトランジスタ形成領域に絶縁層を介して電極を形成する工程と、前記電極が形成された半導体基板と、トランジスタ形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の前記電極と電気的に接続される配線層を形成する形成工程とを備えている。
【００５０】
第４の半導体装置の製造方法によると、第４の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に不純物が高濃度に導入される。
【００５１】
本発明に係る第５の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるトランジスタ形成領域を素子分離層によって電気的に分離する形成工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板上におけるトランジスタ形成領域に絶縁層を介して電極を形成する形成工程と、前記電極が形成された半導体基板と、トランジスタ形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する保持工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することによって、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の前記電極と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００５２】
第５の半導体装置の製造方法によると、第２の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物が高濃度に導入される。
【００５３】
本発明に係る第６の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるトランジスタ形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板上におけるトランジスタ形成領域に絶縁層を介して電極を形成する工程と、前記電極が形成された半導体基板と、トランジスタ形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の前記電極と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００５４】
第６の半導体装置の製造方法によると、第３の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物が低濃度に導入される。
【００５５】
第１、第２、第４又は第５の半導体装置の製造方法において、プラズマに対して陰極となるような前記電圧は負の電圧であることが好ましい。
【００５６】
第２、第３、第５又は第６の半導体装置の製造方法において、プラズマに対して陽極となるような前記電圧は０Ｖ以下の電圧であることが好ましい。
【００５７】
第１〜第６の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板はシリコンよりなり、前記不純物は砒素、燐、ボロン、アルミニウム又はアンチモンであり、前記不活性又は反応性のガスは窒素又はアルゴンを含むガスであることが好ましい。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態に係る不純物導入装置について図１を参照しながら説明する。
【００５９】
図１において、１０は真空槽、１１は真空槽１０の内部に設けられており、不純物が導入される例えばシリコン基板よりなる固体試料１２を保持する試料保持台であって、該試料保持台１１は固体試料１２を所定の温度に保つ温度制御手段を内蔵している。また、図１において、１３は真空槽１０の内部を減圧する減圧ポンプ、１４は真空槽１０内にドーピングガスを供給するソースガスフィード、１５は真空槽１０に接続されたマイクロ波導波管、１６は真空槽１０とマイクロ波導波管１５との間に設けられた石英板、１７は真空槽１０の外側に配置された電磁石であって、マイクロ波導波管１５、石英板１６及び電磁石１７によってプラズマ発生手段としてのＥＣＲプラズマ発生手段が構成されている。減圧ポンプ１３としてはターボ分子ポンプと所謂ドライポンプとを組み合わせて用いる。また、図１において、１８はプラズマ領域、１９は試料保持台１１に第１のコンデンサ２０を介して接続されている第１の高周波電源、２１は不純物元素例えばボロンを含む不純物固体、２２は不純物固体２１を保持する固体保持台、２３は真空槽１０の内部に希ガスを導入する希ガスフィードである。
【００６０】
第１の実施形態の特徴として、試料保持台１１には第１の切替えスイッチ２５が接続されており、該第１の切替えスイッチ２５は、試料保持台１１を第１のコンデンサ２０を介して第１の高周波電源１９に接続して試料保持台１１をプラズマに対して陰極にしたり、試料保持台１１を接地して試料保持台１１をプラズマに対して陽極にしたりすることができる。
【００６１】
また、第１の実施形態の特徴として、固体保持台２２には第２の切替えスイッチ２６が接続されており、該第２の切替えスイッチ２６は、固体保持台２２を第２のコンデンサ２７を介して第２の高周波電源２８に接続して固体保持台２２をプラズマに対して陰極にしたり、固体保持台２２を接地して固体保持台２２をプラズマに対して陽極にしたりすることができる。
【００６２】
以下、第１の不純物導入方法について図１を参照しながら説明する。第１の不純物導入方法は、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なうものであって、試料保持台１１をプラズマに対して陰極にすると共に固体保持台２２をプラズマに対して陰極にする場合である。
【００６３】
まず、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約５×１０-7Ｔｏｒｒの真空度にすると共に、試料保持台１１に内蔵されている温度制御手段により試料保持台１１の温度を約１０℃に保つ。また、固体試料１２としてはシリコンウエーハを用い、不純物固体１８としてはボロンよりなる板状体又は粒子の集合物を用いる。
【００６４】
この状態で、希ガスフィード２０から毎分１０ｃｃのＡｒガスを導入すると共に、減圧ポンプ１３により真空槽１０の内部を約４×１０-4Ｔｏｒｒの真空度に保つ。また、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させて、プラズマ領域１８にＡｒプラズマを発生させる。
【００６５】
次に、第１の切替えスイッチ２５を操作して第１の高周波電源１９から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第１のコンデンサー２０を介して試料保持台１１に印加して試料保持台１１を陰極にする。このようにして、試料保持台１１に保持された固体試料１２とプラズマ領域１８のＡｒプラズマとの間に大きな電位差例えば７００Ｖを生じさせる。また、第２の切替えスイッチ２６を操作して第２の高周波電源２８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第２のコンデンサー２７を介して固体保持台２２に印加して固体保持台２２を陰極にする。これにより、固体保持台２２は発生するプラズマに対して陰極として作用し、Ａｒプラズマの条件にもよるが、この場合、固体保持台２２はＡｒプラズマに対して約５００Ｖ電位が低下する。この電位差によってＡｒプラズマ中のＡｒイオンは不純物固体２１に激しく衝突し、不純物固体２１に含まれるボロンはスパッタリング現象によってＡｒプラズマ中に高濃度に混入する。この工程においては、真空槽１０の真空度を１×１０-4Ｔｏｒｒ台と低く設定しておき、Ａｒイオンの平均自由工程を数１０ｃｍ程度にすることが好ましい。このようにすると、スパッタリングされたボロンは比較的容易にＡｒプラズマ中に均一に拡散する。
【００６６】
Ａｒプラズマ中に均一且つ高濃度に拡散されたボロンは、固体試料１２とＡｒプラズマとの間の電位差（この場合は約７００Ｖである）によって、固体試料１２の表面部近傍に導入される。
【００６７】
固体試料１２の表面部近傍にボロンを導入する時間については、固体試料１２をプラズマに対して陰極にしなかった場合には１００秒程度を要するのに対して、第１の不純物導入方法によると固体試料１２をプラズマに対して陰極にしたので２秒程度で済む。
【００６８】
図２は、固体試料１２における深さとボロン濃度との関係をＳＩＭＳによって測定した結果を示しており、ボロンが固体試料１２の表面部近傍に導入されていることが確認できた。
【００６９】
以下、第２の不純物導入方法について図１を参照しながら説明する。第２の不純物導入方法は、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なうものであって、試料保持台１１をプラズマに対して陽極にすると共に固体保持台２２をプラズマに対して陰極にする場合である。
【００７０】
まず、第１の不純物導入方法と同様に、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約５×１０-7Ｔｏｒｒの真空度にすると共に、試料保持台１１に内蔵されている温度制御手段により試料保持台１１の温度を約１０℃に保つ。また、固体試料１２としてはシリコンウエーハを用い、不純物固体１８としてはボロンよりなる板状体又は粒子の集合物を用いる。この状態で、希ガスフィード２０から毎分１０ｃｃのＡｒガスを導入すると共に、減圧ポンプ１３により真空槽１０の内部を約４×１０-4Ｔｏｒｒの真空度に保つ。また、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させて、プラズマ領域１８にＡｒプラズマを発生させる。
【００７１】
次に、第１の切替えスイッチ２５を操作して試料保持台１１を接地して試料保持台１１を陽極にする。このようにして、試料保持台１１に保持された固体試料１２とプラズマ領域１８のＡｒプラズマとの間に小さな電位差例えば５０Ｖを生じさせる。また、第２の切替えスイッチ２６を操作して第２の高周波電源２８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第２のコンデンサー２７を介して固体保持台２２に印加して固体保持台２２を陰極にする。これにより、固体保持台２２は発生するプラズマに対して陰極として作用し、Ａｒプラズマの条件にもよるが、この場合、固体保持台２２はＡｒプラズマに対して約５００Ｖ電位が低下する。この電位差によってＡｒプラズマ中のＡｒイオンは不純物固体２１に激しく衝突し、不純物固体２１に含まれるボロンはスパッタリング現象によってＡｒプラズマ中に高濃度に混入する。この工程においては、真空槽１０の真空度を１×１０-4Ｔｏｒｒ台と低く設定しておき、Ａｒイオンの平均自由工程を数１０ｃｍ程度にすることが好ましい。このようにすると、スパッタリングされたボロンは比較的容易にＡｒプラズマ中に均一に拡散する。
【００７２】
Ａｒプラズマ中に均一且つ高濃度に拡散されたボロンは、固体試料１２とＡｒプラズマとの間の小さな電位差（この場合は約５０Ｖである）によって、固体試料１２の表面部に導入されるが、高濃度のボロンが小さいエネルギーで固体試料１２に向かうため、固体試料１２の表面に極めて近い領域に高濃度の不純物層が形成される。
【００７３】
以下、第３の不純物導入方法について図１を参照しながら説明する。第３の不純物導入方法は、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なうものであって、試料保持台１１をプラズマに対して陽極にすると共に固体保持台２２もプラズマに対して陽極にする場合である。
【００７４】
まず、第１の不純物導入方法と同様に、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約５×１０-7Ｔｏｒｒの真空度にすると共に、試料保持台１１に内蔵されている温度制御手段により試料保持台１１の温度を約１０℃に保つ。また、固体試料１２としてはシリコンウエーハを用い、不純物固体１８としてはボロンよりなる板状体又は粒子の集合物を用いる。この状態で、希ガスフィード２０から毎分１０ｃｃのＡｒガスを導入すると共に、減圧ポンプ１３により真空槽１０の内部を約４×１０-4Ｔｏｒｒの真空度に保つ。また、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させて、プラズマ領域１８にＡｒプラズマを発生させる。
【００７５】
次に、第１の切替えスイッチ２５を操作して試料保持台１１を接地し試料保持台１１を陽極にする。このようにして、試料保持台１１に保持された固体試料１２とプラズマ領域１８のＡｒプラズマとの間に小さな電位差例えば５０Ｖを生じさせる。また、第２の切替えスイッチ２６を操作して固体保持台２２を接地し固
体保持台２２を陽極にする。これにより、固体保持台２２は発生するプラズマに対して陽極として作用し、固体保持台２２とＡｒプラズマとの間の電位差が小さいので、Ａｒプラズマ中のＡｒイオンは不純物固体２１に小さいエネルギーで衝突し、不純物固体２１に含まれるボロンはスパッタリング現象によってＡｒプラズマ中に低濃度に混入する。この工程においては、真空槽１０の真空度を１×１０-4Ｔｏｒｒ台と低く設定しておき、Ａｒイオンの平均自由工程を数１０ｃｍ程度にすることが好ましい。このようにすると、スパッタリングされたボロンは比較的容易にＡｒプラズマ中に均一に拡散する。
【００７６】
Ａｒプラズマ中に均一且つ低濃度に拡散されたボロンは、固体試料１２とＡｒプラズマとの間の小さな電位差（この場合は約５０Ｖである）によって、固体試料１２の表面部に導入されるが、低濃度のボロンが小さいエネルギーで固体試料１２に向かうため、固体試料１２の表面に極めて近い領域に低濃度の不純物層が形成される。
【００７７】
尚、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なう第１〜第３の不純物導入方法においては、真空槽１０内にドーピングガスを供給するソースガスフィード１４は用いない。
【００７８】
また、プラズマ発生手段としては２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波するＥＣＲプラズマ発生手段を用いたが、これに限られるものではなく、ＩＣＰやヘリコン等の他のプラズマ発生手段を用いてもよい。また、試料保持台１１及び固体保持台２２には１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加したが、高周波電力の周波数もこれに限られるものではない。また、試料保持台１１に印加される高周波電力の周波数と、固体保持台２２に印加される高周波電力の周波数とは同じでも異なっていてもよく、周波数が同じ場合には、第１の高周波電源１９と第２の高周波電源２８とを共通にしてもよい。さらに、真空槽１０に導入する希ガスやソースガスの流量及び真空槽１０の真空度については、真空槽１０の形状や大きさにより最適なものに設定することは当然である。
【００７９】
以下、本発明の第２の実施形態に係る不純物導入装置について図３を参照しながら説明する。
【００８０】
第２実施形態に係る不純物導入装置は、第１の実施形態に係る不純物導入装置を基本的に同様であるので、同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８１】
第２の実施形態に係る不純物導入装置の特徴として、不純物固体を保持する固体保持台２２は設けられておらず、代わりに、金属又は絶縁物よりなり不純物が付着する不純物付着台３０が設けられており、該不純物付着台３０上には、後述する方法により、例えばボロンよりなる不純物膜３１が堆積する。不純物付着台３０には第２の切替えスイッチ２６が接続されており、該第２の切替えスイッチ２６は、不純物付着台３０を第２のコンデンサ２７を介して第２の高周波電源２８に接続して不純物付着台３０を陰極にしたり、不純物付着台３０を接地して不純物付着台３０を陽極にしたりすることができる。また、試料保持台１１に保持された固体試料１２とプラズマ領域１８との間には、両者間を連通させたり遮断したりするシャッター３２が設けられている。尚、図３においては、図示の都合上、シャッター３２は破線によって示している。
【００８２】
以下、第４の不純物導入方法について図３を参照しながら説明する。第４の不純物導入方法は、第２の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なうものであって、試料保持台１１をプラズマに対して陰極にすると共に不純物保持台３０もプラズマに対して陰極にする場合である。
【００８３】
まず、シャッター３２を閉じて試料保持台１１とプラズマ領域１８との間を遮断した状態で、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約５×１０-3Ｔｏｒｒの真空度に保つ。また、第２の切替えスイッチ２６を操作して第２の高周波電源２８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第２のコンデンサー２７を介して固体保持台２２に印加して固体保持台２２を陰極にする。
【００８４】
次に、ソースガスフィード１４から不純物を含むガス、例えばディボランＢ2 Ｈ6 を真空槽１０内に毎分５０ｃｃ供給すると共に、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させる。このようにすると、Ｂ2 Ｈ6 がプラズマ化し、ボロンイオンが不純物付着台３０に向かって進み、不純物付着台３０にボロンよりなる不純物膜３１が堆積する。
【００８５】
尚、前記の場合、Ｂ2 Ｈ6 よりなるプラズマを発生させたので、より低温で且つ高い効率で不純物膜３１が形成されるが、Ｂ2 Ｈ6 よりなるプラズマを発生させなくても、ソースガスフィード１４からＢ2 Ｈ6 を真空槽１０内に供給すると、通常のＣＶＤ法と同様にして、不純物付着台３０にボロンよりなる不純物膜３１を堆積することができる。
【００８６】
次に、真空槽１０内の水素を含むガスを排出した後、シャッター３２を開けて試料保持台１１とプラズマ領域１８との間を連通する。その後、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約４×１０-4Ｔｏｒｒの真空度に保つと共に、試料保持台１１に内蔵されている温度制御手段により試料保持台１１の温度を約１０℃に保つ。
【００８７】
この状態で、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いる第１の不純物導入方法と同様に、希ガスフィード２０から毎分１０ｃｃのＡｒガスを導入すると共に、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させて、プラズマ領域１８にＡｒプラズマを発生させる。次に、第１の切替えスイッチ２５を操作して第１の高周波電源１９から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第１のコンデンサー２０を介して不純物付着台３０に印加して不純物付着台３０を陰極にすると共に、第２の切替えスイッチ２６を操作して第２の高周波電源２８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第２のコンデンサー２７を介して不純物付着台３０に印加して固体保持台２２を陰極にする。これにより、不純物付着台３０はプラズマに対して陰極として作用し、不純物付着台３０はＡｒプラズマに対して約５００Ｖ電位が低下する。この電位差によってＡｒプラズマ中のＡｒイオンは不純物膜３１に激しく衝突し、不純物膜３１に含まれるボロンはスパッタリング現象によってＡｒプラズマ中に高濃度に混入する。Ａｒプラズマ中に均一且つ高濃度に拡散されたボロンは、固体試料１２とＡｒプラズマとの間の約７００Ｖの電位差によって、固体試料１２の表面部近傍に導入される。
【００８８】
前記の不純物導入方法によると、図２に示した結果と同様、ボロンが固体試料１２の表面部近傍に導入される。
【００８９】
また、この不純物導入方法によると、Ｂ2 Ｈ6 を用いて直接にドーピングする場合に比べて、固体試料１２に導入される水素が少ないので、固体試料において格子欠陥が生じるという問題を回避できる。
【００９０】
以下、前述した各不純物導入方法を用いて行なうダイオードを有する半導体装置の製造方法について図４及び図５を参照しながら説明する。
【００９１】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板５０上の所定領域に素子分離層５１を形成した後、半導体基板５０を第１又は第２の実施形態に係る不純物導入装置における固体保持台１１に保持させる。
【００９２】
次に、前述した第１又は第４の不純物導入方法により、半導体基板５０の近傍に、不純物よりなるプラズマ５２を発生させ、図４（ｂ）に示すように、半導体基板５０の表面部近傍に不純物層５３を形成する。
【００９３】
次に、図５（ａ）に示すように、半導体基板５０の上に全面に亘って例えばＣＶＤ法によるシリコン酸化膜等よりなる絶縁膜５４を例えば５００ｎｍの膜厚に堆積する。その後、適当な熱処理、例えば１０００℃の温度下における１０秒間の熱処理を行なって不純物層５３の不純物分布を制御してもよい。
【００９４】
次に、図５（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて絶縁膜５４に開口部５４ａを形成した後、単層又は多層の金属膜を全面に堆積し、その後、該金属膜に対してフォトリソグラフィ法及びエッチング法を施してパターニングして前記金属膜よりなる金属配線層５５を形成する。
【００９５】
尚、前記のダイオードを有する半導体装置の製造方法においては、第１又は第４の不純物導入方法を用いたので、半導体基板５０の表面部近傍に比較的深く且つ高濃度の不純物層５３を形成することができるが、第２の不純物の導入方法を用いると、半導体基板５０の表面部近傍に浅く且つ高濃度の不純物層５３を形成することができ、第３の不純物の導入方法を用いると、半導体基板５０の表面部近傍に浅く且つ低濃度の不純物層５３を形成することができる。このようにして形成した不純物層を積み重ねる等の手法で、所謂バイポーラ素子を作成できることが可能であることは言うまでもない。
【００９６】
以下、前述した第１又は第４の不純物導入方法を用いて行なうＣＭＯＳを有する半導体装置の製造方法について図６及び図７を参照しながら説明する。尚、以下においては、便宜上第１の不純物導入方法を用いる場合について説明する。
【００９７】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板６０上におけるＰＭＯＳ領域とＮＭＯＳ領域との間に素子分離領域６１を形成した後、ＰＭＯＳ領域及びＮＭＯＳ領域にそれぞれゲート絶縁膜６２及びゲート電極６３を形成し、その後、ＰＭＯＳ領域に開口部を有しノボラック樹脂やポリビニールフェノール等よりなる第１のレジストパターン６４を形成する。
【００９８】
この状態で、半導体基板６０を第１又は第２の実施形態に係る不純物導入装置における固体保持台１１に保持させた後、第１の不純物導入方法を用いて、Ｐ型の不純物例えばボロンを導入する。すなわち、固体保持台２２の上にボロンを主成分とする不純物固体２１を載置した後、希ガスフィード１４から不活性ガス、例えばＡｒガスを導入して、Ａｒプラズマ６５を発生させ、ボロンを半導体基板６０の表面部に導入する。この場合の条件は、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を約５００Ｗのパワーで導波すると共に、試料保持台１１及び固体保持台２２にそれぞれ周波数が１３．５６ＭＨｚでパワーが約３００Ｗの高周波電力を印加する。また、Ａｒガスを導入した際の真空槽１０内の真空度は約３×１０-4Ｔｏｒｒに保った。プラズマの照射によって、半導体基板６０の表面の自然酸化膜が除去されて清浄且つ活性な表面部が露出し、該表面部にボロンの不純物層６６が形成された。
【００９９】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１のフォトレジスト６４を除去した後、ＮＭＯＳ領域に開口部を有する第２のレジストパターン６７を形成し、固体保持台２２の上にＮ型の不純物例えば砒素を主成分とする不純物固体２１を載置した後、前記と同様の条件で半導体基板６０の表面部のＮＭＯＳ領域に砒素の不純物層６８を形成する。
【０１００】
次に、図７（ａ）に示すように、半導体基板６０の上に全面に亘ってＣＶＤ酸化膜等よりなる絶縁膜７０を例えば５００ｎｍの膜厚に堆積する。その後、半導体基板６０に対して適当な熱処理、例えば１０００℃の温度下における１０秒間の熱処を行なって不純物層６６，６８の不純物分布を制御してもよい。次に、絶縁膜７０に対してフォトリソグラフィ法及びエッチング法を施して、絶縁膜７０に開口部７０ａを形成する。
【０１０１】
次に、図７（ｂ）に示すように、単層又は多層の金属膜を全面に亘って堆積した後、該金属膜に対してフォトリソグラフィ法及びエッチング法を施して金属膜をパターン化して金属配線層７２を形成する。
【０１０２】
尚、絶縁膜７０の開口部７０ａにおける不純物層６６，６８と金属配線層７２との電気的コンタクトを良好に保つため、コンタクト部を構成する不純物層６６，６８には、所謂イオン注入法を用いて適当な不純物分布を形成してもよい。この場合には、ＰＭＯＳ領域には例えばボロンをエネルギー１５ｋｅＶでドーズ量５×１０15／ｃｍ2 でイオン注入し、ＮＭＯＳ領域には例えば砒素をエネルギー３０ｋｅＶでドーズ量３×１０15／ｃｍ2 でイオン注入することができる。もっとも、これらの注入条件は、作製する半導体装置の設計によって大幅に異なるので、適切な設定が必要なことはいうまでもない。
【０１０３】
尚、前記のＣＭＯＳを有する半導体装置の製造方法においては、第１の不純物導入方法を用いたので、半導体基板６０の表面部近傍に比較的深く且つ高濃度の不純物層６６，６８を形成することができるが、第２の不純物の導入方法を用いると、半導体基板６０の表面部近傍に浅く且つ高濃度の不純物層６６，６８を形成することができ、また、第３の不純物の導入方法を用いると、半導体基板６０の表面部近傍に浅く且つ低濃度の不純物層６６，６８を形成することができる。
【０１０４】
尚、前記の各不純物導入方法及び各半導体装置の製造方法においては、不純物としてはボロンを導入したが、導入する不純物はボロンに限られず、砒素、燐、アルミニウム又はアンチモン等を導入することができ、また、不活性又は反応性のガスとしてＡｒガスを用いたが、不活性又は反応性のガスとしてはＡｒガスに限られず、窒素ガス等を用いることができる。
【０１０５】
【発明の効果】
第１の不純物の導入方法によると、不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入され、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは大きなエネルギーで固体試料に向かって進むため、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入されるので、固体試料の表面部に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって高濃度の不純物層を形成することができる。
【０１０６】
第２の不純物の導入方法によると、不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入され、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは小さなエネルギーで固体試料に向かって進むため、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入されるので、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって高濃度の不純物層を形成することができる。
【０１０７】
第３の不純物の導入方法によると、不純物固体に含まれる不純物は比較的少なくスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に低濃度に混入され、プラズマ中に混入された低濃度の不純物イオンは小さなエネルギーで固体試料に向かって進むため、低濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入されるので、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって低濃度の不純物層を形成することができる。
【０１０８】
第４の不純物の導入方法によると、不純物付着手段に堆積された不純物膜に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入され、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは大きなエネルギーで固体試料に向かって進むため、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入されるので、固体試料の表面部に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく高濃度の不純物層を形成することができる。
【０１０９】
第１の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって高濃度の不純物層を形成する請求項１の発明に係る不純物の導入方法を確実に実現することができる。
【０１１０】
第２の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって高濃度の不純物層を形成する請求項２の発明に係る不純物の導入方法を確実に実現することができる。
【０１１１】
第３の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって低濃度の不純物層を形成する請求項３の発明に係る不純物の導入方法を確実に実現することができる。
【０１１２】
第１又は第２の不純物の導入装置において、前記第１の電圧印加手段が、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の状態とプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の状態とを切替える手段とをさらに有していると、固体保持手段に不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加したり又はプラズマに対して陽極となるような電圧を印加したりすることができるので、不純物固体に含まれる不純物を不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入させたり又は低濃度に混入させたりすることができる。
【０１１３】
第１の不純物の導入装置において、前記第２の電圧印加手段が、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の状態とプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の状態とを切替える手段とをさらに有していると、試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加したり又はプラズマに対して陽極となるような電圧を印加したりすることができるので、固体試料の表面部に形成される不純物層の深さを制御することができる。
【０１１４】
第４の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく高濃度の不純物層を形成する不純物導入方法を不純物固体を準備しなくても実現できる。
【０１１５】
第５の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に格子欠陥を生じさせることなく高濃度の不純物層を形成する不純物導入方法を不純物固体を準備しなくても実現できる。
【０１１６】
第６の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に格子欠陥を生じさせることなく低濃度の不純物層を形成する不純物導入方法を不純物固体を準備しなくても実現できる。
【０１１７】
第４又は第５の不純物の導入装置において、前記第１の電圧印加手段が、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える手段とをさらに有していると、不純物付着手段に不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加したり又はプラズマに対して陽極となるような電圧を印加したりすることができるので、不純物膜に含まれる不純物を不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入させたり又は低濃度に混入させたりすることができる。
【０１１８】
第４の不純物の導入装置において、前記第２の電圧印加手段は、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記固体試料がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える切替手段とをさらに有していると、試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加したり又はプラズマに対して陽極となるような電圧を印加したりすることができるので、固体試料の表面部に形成される不純物層の深さを制御することができる。
【０１１９】
第１の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に不純物を高濃度に導入できるので、半導体基板の表面部に高濃度の不純物層を有するダイオードを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２０】
第２の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物を高濃度に導入できるので、半導体基板の表面部における表面に極めて近い領域に高濃度の不純物層を有するダイオードを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２１】
第３の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物を低濃度に導入できるので、半導体基板の表面部における表面に極めて近い領域に低濃度の不純物層を有するダイオードを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２２】
第４の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に不純物を高濃度に導入できるので、半導体基板の表面部に高濃度の不純物層を有するトランジスタを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２３】
第５の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物を高濃度に導入できるので、半導体基板の表面部における表面に極めて近い領域に高濃度の不純物層を有するトランジスタを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２４】
第６の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物を低濃度に導入できるので、半導体基板の表面部における表面に極めて近い領域に低濃度の不純物層を有するトランジスタを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る不純物導入装置の概略図である。
【図２】 本発明に係る第１の不純物導入方法により形成した固体試料における深さとボロン濃度との関係をＳＩＭＳによって測定した結果を示す図である。
【図３】 本発明の第２の実施形態に係る不純物導入装置の概略図である。
【図４】 本発明に係る不純物導入方法を用いて行なうダイオードを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】 本発明に係る不純物導入方法を用いて行なうダイオードを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】 本発明に係る不純物導入方法を用いて行なうＣＭＯＳを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】 本発明に係る不純物導入方法を用いて行なうＣＭＯＳを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図８】 従来の不純物導入装置の概略図である。
【図９】 本発明の前提となる不純物導入装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 真空槽
１１ 試料保持台
１２ 試料保持台
１３ 減圧ポンプ
１４ ソースガスフィード
１５ マイクロ波導波管
１６ 石英板
１７ 電磁石
１８ プラズマ領域
１９ 第１のコンデンサ
２０ 第１の高周波電源
２１ 不純物固体
２２ 固体保持台
２３ 希ガスフィード
２５ 第１の切替えスイッチ
２６ 第２の切替えスイッチ
２７ 第２のコンデンサ
２８ 第２の高周波電源
３０ 不純物付着台
３１ 不純物膜
３２ シャッター
５０ 半導体基板
５１ 素子分離層
５２ プラズマ
５３ 不純物層
５４ 絶縁膜
５４ａ 開口部
５５ 金属配線層
６０ 半導体基板
６１ 素子分離領域
６２ ゲート絶縁膜
６３ ゲート電極
６４ 第１のレジストパターン
６５ Ａｒプラズマ
６６ 不純物層
６７ 第２のレジストパターン
６８ 不純物層
７０ 絶縁膜
７０ａ 開口部
７２ 金属配線層
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温領域（例えば２５０℃から極低温にかけての温度領域）において原子や分子よりなる不純物を半導体基板等の固体試料の表面部に導入する不純物の導入方法及びその装置並びに前記不純物の導入方法を用いる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不純物を固体試料の表面部に導入する技術としては、例えば、ＵＳＰ４９１２０６５に示されているように、不純物をイオン化して低エネルギーで固体中に導入するプラズマドーピング法が知られている。
【０００３】
以下、図８を参照しながら従来の不純物導入方法としてのプラズマドーピング法について説明する。
【０００４】
図８は、従来のプラズマドーピング法に用いられる不純物導入装置の概略構成を示しており、図８において、１０は真空槽、１１は真空槽１０の内部に設けられており、不純物が導入される例えばシリコン基板よりなる固体試料１２を保持する試料保持台、１３は真空槽１０の内部を減圧する減圧ポンプ、１４は真空槽１０内に所望の元素を含むドーピングガス例えばＢ2 Ｈ6 を供給するソースガスフィード、１５は真空槽１０に接続されたマイクロ波導波管、１６は真空槽１０とマイクロ波導波管１５との間に設けられた石英板、１７は真空槽１０の外側に配置された電磁石であって、マイクロ波導波管１５、石英板１６及び電磁石１７によってプラズマ発生手段が構成されている。また、図８において、１８はプラズマ領域、１９は試料保持台１１にコンデンサ２０を介して接続されている高周波電源である。
【０００５】
前記構造の不純物導入装置において、ソースガスフィード１４から導入されたドーピングガス例えばＢ2 Ｈ6 はプラズマ発生手段によってプラズマ化され、該プラズマ中のボロンイオンは高周波電源１９によって固体試料１２の表面部に導入される。
【０００６】
このようにして不純物が導入された固体試料１２の上に金属配線層を形成した後、所定の酸化雰囲気の中において金属配線層の上に薄い酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ装置等により固体試料１２上にゲート電極を形成すると、例えばＭＯＳトランジスタが得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｂ2 Ｈ6 よりなるドーピングガスのように、シリコン基板等の固体試料に導入されると電気的に活性となる不純物を含むガスは、一般に危険性が高いという問題がある。
【０００８】
また、プラズマドーピング法は、ドーピングガスに含まれている物質の全てが固体試料に導入される。Ｂ2 Ｈ6 よりなるドーピングガスを例にとって説明すると、固体試料に導入されたときに有効な不純物はボロンだけであるが、水素も同時に固体試料中に導入される。水素が固体試料中に導入されると、エピタキシャル成長等、引き続き行なわれる熱処理時に固体試料において格子欠陥が生じるという問題がある。
【０００９】
そこで、本件発明者らは、固体試料に導入されると電気的に活性となる不純物を含む不純物固体を真空槽内に配置すると共に、該真空槽内において不活性又は反応性のガスとしての希ガスのプラズマを発生させ、該希ガスのイオンにより不純物固体をスパッタリングすることにより、該不純物固体から不純物を分離させることを考慮した。
【００１０】
図９は、不純物を含む不純物固体を用いるプラズマドーピング法に用いられる不純物導入装置の概略構成を示している。図９においては、図８に示したものと同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００１１】
この不純物導入装置の特徴は、不純物例えばボロンを含む不純物固体２１を保持する固体保持台２２、及び真空槽１０の内部に希ガスを導入する希ガスフィード２３を備えている。希ガスフィード２３から例えばＡｒガスを真空槽１０の内部に導入すると、該Ａｒガスはプラズマ発生手段によってプラズマ化され、該Ａｒプラズマ中のＡｒイオンによって不純物固体２１からボロンがスパッタリングされる。スパッタリングされたボロンは、Ａｒプラズマ中に混合されてプラズマドーピングガスとなった後、固体試料１２の表面部に導入される。
【００１２】
ところが、前述のようにしてプラズマドーピングを行なったところ、不純物固体２１から不純物が発生するが、発生する不純物の量が不十分でありスループットが良くないという課題、及び不純物を固体試料の表面部における極めて表面に近い領域に導入することができないという課題がある。
【００１３】
前記に鑑み、本発明は、不活性又は反応性のガスを真空槽内に導入して不純物固体から不純物を発生させるに際し、発生する不純物の量を多くしてスループットを向上させることを第１の目的とし、不純物を固体試料の表面部における極めて表面に近い領域に導入できるようにすることを第２の目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、本発明に係る第１の不純物の導入方法は、真空槽内に、不純物を含む不純物固体と前記不純物が導入される固体試料とを保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料の表面部に導入する工程とを備えている。
【００１５】
第１の不純物の導入方法により、不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、プラズマ中のイオンは大きなエネルギーで不純物固体に向かって進むので、該不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは大きなエネルギーで固体試料に向かって進むので、該高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入される。
【００１６】
前記第１及び第２の目的を達成するため、本発明に係る第２の不純物の導入方法は、真空槽内に、不純物を含む不純物固体と前記不純物が導入される固体試料とを保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料に導入する工程とを備えている。
【００１７】
第２の不純物の導入方法により、不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、プラズマ中のイオンは大きなエネルギーで不純物固体に向かって進むので、該不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは小さなエネルギーで固体試料に向かって進むので、該高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入される。
【００１８】
前記第２の目的を達成するため、本発明に係る第３の不純物の導入方法は、真空槽内に、不純物を含む不純物固体と前記不純物が導入される固体試料とを保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料に導入する工程とを備えている。
【００１９】
第３の不純物の導入方法により、不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、プラズマ中のイオンは小さなエネルギーで不純物固体に向かって進むので、該不純物固体に含まれる不純物は比較的少なくスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に低濃度に混入される。また、固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、プラズマ中に混入された低濃度の不純物イオンは小さなエネルギーで固体試料に向かって進むので、該低濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入される。
【００２０】
前記第１の目的を達成するため、本発明に係る第４の不純物の導入方法は、真空槽内に、不純物が付着する不純物付着手段を設けると共に前記不純物が導入される固体試料を保持する工程と、前記真空槽内における前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入して前記不純物付着手段に前記不純物よりなる不純物膜を堆積する工程と、前記第１の領域と前記第２の領域とを連通させた後、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物膜に該不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物膜をスパッタリングすることによって、該不純物膜に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料の表面部に導入する工程とを備えている。
【００２１】
第４の不純物の導入方法により、真空槽内における不純物付着手段が設けられている第１の領域と固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、第１の領域に不純物を含むガスを導入すると、不純物付着手段に不純物が付着して該不純物よりなる不純物膜が堆積される。その後、第１の領域と第２の領域とを連通させた後、真空槽の内部に不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させると共に不純物膜に該不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物膜に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入される。
【００２２】
第１、第２又は第４の不純物の導入方法において、プラズマに対して陰極となるような前記電圧は負の電圧であることが好ましい。
【００２３】
第２又は第３の不純物の導入方法において、プラズマに対して陽極となるような前記電圧は０Ｖ以下の電圧であることが好ましい。
【００２４】
第１〜第４の不純物の導入方法において、前記固体試料はシリコンよりなる半導体基板であり、前記不純物は砒素、燐、ボロン、アルミニウム又はアンチモンであり、前記不活性又は反応性のガスは窒素又はアルゴンを含むガスであることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る第１の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物を含む不純物固体を保持する固体保持手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入するガス導入手段と、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００２６】
第１の不純物の導入装置によると、第１の電圧印加手段により固体保持手段に不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、プラズマ中のイオンは大きなエネルギーで不純物固体に向かって進むので、前記と同様に、不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入される。
【００２７】
本発明に係る第２の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物を含む不純物固体を保持する固体保持手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入するガス導入手段と、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００２８】
第２の不純物の導入装置によると、第１の電圧印加手段により、固体保持手段に不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により、試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入される。
【００２９】
本発明に係る第３の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物を含む不純物固体を保持する固体保持手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入するガス導入手段と、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００３０】
第３の不純物の導入装置によると、第１の電圧印加手段により、固体保持手段に不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物固体に含まれる不純物は比較的少なくスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に低濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により、試料保持台に固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、低濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入される。
【００３１】
第１又は第２の不純物の導入装置において、前記第１の電圧印加手段は、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の状態とプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の状態とを切替える手段とをさらに有していることが好ましい。
【００３２】
第１の不純物の導入装置において、前記第２の電圧印加手段は、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の状態とプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の状態とを切替える手段とをさらに有していることが好ましい。
【００３３】
本発明に係る第４の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物が付着する不純物付着手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記試料保持手段が設けられている第２の領域とを連通させたり遮断したりするシャッター手段と、前記真空槽内における前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入する第１のガス導入手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入する第２のガス導入手段と、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００３４】
第４の不純物の導入装置によると、シャッター手段により真空槽内における不純物付着手段が設けられている第１の領域と固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、第１のガス導入手段により第１の領域に不純物を含むガスを導入すると、不純物付着手段に不純物が付着して該不純物よりなる不純物膜が堆積される。その後、第１の領域と第２の領域とを連通させた後、プラズマ発生手段により真空槽の内部に不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させると共に第１の電圧印加手段により不純物付着手段に不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物膜に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入される。
【００３５】
本発明に係る第５の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物が付着する不純物付着手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記試料保持手段が設けられている第２の領域とを連通させたり遮断したりするシャッター手段と、前記真空槽内における前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入する第１のガス導入手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入する第２のガス導入手段と、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００３６】
第５の不純物の導入装置によると、シャッター手段により真空槽内における不純物付着手段が設けられている第１の領域と固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、第１のガス導入手段により第１の領域に不純物を含むガスを導入すると、不純物付着手段に不純物が付着して該不純物よりなる不純物膜が堆積される。その後、第１の領域と第２の領域とを連通させた後、プラズマ発生手段により真空槽の内部に不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させると共に第１の電圧印加手段により不純物付着手段に不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物膜に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における極めて表面に近い領域に導入される。
【００３７】
本発明に係る第６の不純物の導入装置は、内部が真空に保持される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、不純物が付着する不純物付着手段と、前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記試料保持手段が設けられている第２の領域とを連通させたり遮断したりするシャッター手段と、前記真空槽内における前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入する第１のガス導入手段と、前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入する第２のガス導入手段と、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えている。
【００３８】
第６の不純物の導入装置によると、シャッター手段により真空槽内における不純物付着手段が設けられている第１の領域と固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、第１のガス導入手段により第１の領域に不純物を含むガスを導入すると、不純物付着手段に不純物が付着して該不純物よりなる不純物膜が堆積される。その後、第１の領域と第２の領域とを連通させた後、プラズマ発生手段により真空槽の内部に不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させると共に第１の電圧印加手段により不純物付着手段に不純物膜がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、不純物膜に含まれる不純物は比較的少なくスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に低濃度に混入される。また、第２の電圧印加手段により試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加すると、前記と同様に、低濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における極めて表面に近い領域に導入される。
【００３９】
第４又は第５の不純物の導入装置において、前記第１の電圧印加手段は、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える手段とをさらに有していることが好ましい。
【００４０】
第４の不純物の導入装置において、前記第２の電圧印加手段は、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記固体試料がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える切替手段とをさらに有していることが好ましい。
【００４１】
第１、第２、第４又は第５の不純物の導入装置において、プラズマに対して陰極となるような前記電圧は負の電圧であることが好ましい。
【００４２】
第２、第３、第５又は第６の不純物の導入装置において、プラズマに対して陽極となるような前記電圧は０Ｖ以下の電圧であることが好ましい。
【００４３】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるダイオード形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板と、ダイオード形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の上に前記不純物層と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００４４】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に不純物が高濃度に導入される。
【００４５】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるダイオード形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板と、ダイオード形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることにより、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の上に前記不純物層と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００４６】
第２の半導体装置の製造方法によると、第２の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物が高濃度に導入される。
【００４７】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるダイオード形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板と、ダイオード形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の上に前記不純物層と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００４８】
第３の半導体装置の製造方法によると、第３の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物が低濃度に導入される。
【００４９】
本発明に係る第４の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるトランジスタ形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板上におけるトランジスタ形成領域に絶縁層を介して電極を形成する工程と、前記電極が形成された半導体基板と、トランジスタ形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の前記電極と電気的に接続される配線層を形成する形成工程とを備えている。
【００５０】
第４の半導体装置の製造方法によると、第４の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に不純物が高濃度に導入される。
【００５１】
本発明に係る第５の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるトランジスタ形成領域を素子分離層によって電気的に分離する形成工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板上におけるトランジスタ形成領域に絶縁層を介して電極を形成する形成工程と、前記電極が形成された半導体基板と、トランジスタ形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する保持工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することによって、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の前記電極と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００５２】
第５の半導体装置の製造方法によると、第２の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物が高濃度に導入される。
【００５３】
本発明に係る第６の半導体装置の製造方法は、半導体基板上におけるトランジスタ形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、前記素子分離層が形成された半導体基板上におけるトランジスタ形成領域に絶縁層を介して電極を形成する工程と、前記電極が形成された半導体基板と、トランジスタ形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、前記不純物層が形成された半導体基板の前記電極と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えている。
【００５４】
第６の半導体装置の製造方法によると、第３の不純物の導入方法と同様の作用により、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物が低濃度に導入される。
【００５５】
第１、第２、第４又は第５の半導体装置の製造方法において、プラズマに対して陰極となるような前記電圧は負の電圧であることが好ましい。
【００５６】
第２、第３、第５又は第６の半導体装置の製造方法において、プラズマに対して陽極となるような前記電圧は０Ｖ以下の電圧であることが好ましい。
【００５７】
第１〜第６の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板はシリコンよりなり、前記不純物は砒素、燐、ボロン、アルミニウム又はアンチモンであり、前記不活性又は反応性のガスは窒素又はアルゴンを含むガスであることが好ましい。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態に係る不純物導入装置について図１を参照しながら説明する。
【００５９】
図１において、１０は真空槽、１１は真空槽１０の内部に設けられており、不純物が導入される例えばシリコン基板よりなる固体試料１２を保持する試料保持台であって、該試料保持台１１は固体試料１２を所定の温度に保つ温度制御手段を内蔵している。また、図１において、１３は真空槽１０の内部を減圧する減圧ポンプ、１４は真空槽１０内にドーピングガスを供給するソースガスフィード、１５は真空槽１０に接続されたマイクロ波導波管、１６は真空槽１０とマイクロ波導波管１５との間に設けられた石英板、１７は真空槽１０の外側に配置された電磁石であって、マイクロ波導波管１５、石英板１６及び電磁石１７によってプラズマ発生手段としてのＥＣＲプラズマ発生手段が構成されている。減圧ポンプ１３としてはターボ分子ポンプと所謂ドライポンプとを組み合わせて用いる。また、図１において、１８はプラズマ領域、１９は試料保持台１１に第１のコンデンサ２０を介して接続されている第１の高周波電源、２１は不純物元素例えばボロンを含む不純物固体、２２は不純物固体２１を保持する固体保持台、２３は真空槽１０の内部に希ガスを導入する希ガスフィードである。
【００６０】
第１の実施形態の特徴として、試料保持台１１には第１の切替えスイッチ２５が接続されており、該第１の切替えスイッチ２５は、試料保持台１１を第１のコンデンサ２０を介して第１の高周波電源１９に接続して試料保持台１１をプラズマに対して陰極にしたり、試料保持台１１を接地して試料保持台１１をプラズマに対して陽極にしたりすることができる。
【００６１】
また、第１の実施形態の特徴として、固体保持台２２には第２の切替えスイッチ２６が接続されており、該第２の切替えスイッチ２６は、固体保持台２２を第２のコンデンサ２７を介して第２の高周波電源２８に接続して固体保持台２２をプラズマに対して陰極にしたり、固体保持台２２を接地して固体保持台２２をプラズマに対して陽極にしたりすることができる。
【００６２】
以下、第１の不純物導入方法について図１を参照しながら説明する。第１の不純物導入方法は、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なうものであって、試料保持台１１をプラズマに対して陰極にすると共に固体保持台２２をプラズマに対して陰極にする場合である。
【００６３】
まず、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約５×１０-7Ｔｏｒｒの真空度にすると共に、試料保持台１１に内蔵されている温度制御手段により試料保持台１１の温度を約１０℃に保つ。また、固体試料１２としてはシリコンウエーハを用い、不純物固体１８としてはボロンよりなる板状体又は粒子の集合物を用いる。
【００６４】
この状態で、希ガスフィード２０から毎分１０ｃｃのＡｒガスを導入すると共に、減圧ポンプ１３により真空槽１０の内部を約４×１０-4Ｔｏｒｒの真空度に保つ。また、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させて、プラズマ領域１８にＡｒプラズマを発生させる。
【００６５】
次に、第１の切替えスイッチ２５を操作して第１の高周波電源１９から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第１のコンデンサー２０を介して試料保持台１１に印加して試料保持台１１を陰極にする。このようにして、試料保持台１１に保持された固体試料１２とプラズマ領域１８のＡｒプラズマとの間に大きな電位差例えば７００Ｖを生じさせる。また、第２の切替えスイッチ２６を操作して第２の高周波電源２８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第２のコンデンサー２７を介して固体保持台２２に印加して固体保持台２２を陰極にする。これにより、固体保持台２２は発生するプラズマに対して陰極として作用し、Ａｒプラズマの条件にもよるが、この場合、固体保持台２２はＡｒプラズマに対して約５００Ｖ電位が低下する。この電位差によってＡｒプラズマ中のＡｒイオンは不純物固体２１に激しく衝突し、不純物固体２１に含まれるボロンはスパッタリング現象によってＡｒプラズマ中に高濃度に混入する。この工程においては、真空槽１０の真空度を１×１０-4Ｔｏｒｒ台と低く設定しておき、Ａｒイオンの平均自由工程を数１０ｃｍ程度にすることが好ましい。このようにすると、スパッタリングされたボロンは比較的容易にＡｒプラズマ中に均一に拡散する。
【００６６】
Ａｒプラズマ中に均一且つ高濃度に拡散されたボロンは、固体試料１２とＡｒプラズマとの間の電位差（この場合は約７００Ｖである）によって、固体試料１２の表面部近傍に導入される。
【００６７】
固体試料１２の表面部近傍にボロンを導入する時間については、固体試料１２をプラズマに対して陰極にしなかった場合には１００秒程度を要するのに対して、第１の不純物導入方法によると固体試料１２をプラズマに対して陰極にしたので２秒程度で済む。
【００６８】
図２は、固体試料１２における深さとボロン濃度との関係をＳＩＭＳによって測定した結果を示しており、ボロンが固体試料１２の表面部近傍に導入されていることが確認できた。
【００６９】
以下、第２の不純物導入方法について図１を参照しながら説明する。第２の不純物導入方法は、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なうものであって、試料保持台１１をプラズマに対して陽極にすると共に固体保持台２２をプラズマに対して陰極にする場合である。
【００７０】
まず、第１の不純物導入方法と同様に、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約５×１０-7Ｔｏｒｒの真空度にすると共に、試料保持台１１に内蔵されている温度制御手段により試料保持台１１の温度を約１０℃に保つ。また、固体試料１２としてはシリコンウエーハを用い、不純物固体１８としてはボロンよりなる板状体又は粒子の集合物を用いる。この状態で、希ガスフィード２０から毎分１０ｃｃのＡｒガスを導入すると共に、減圧ポンプ１３により真空槽１０の内部を約４×１０-4Ｔｏｒｒの真空度に保つ。また、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させて、プラズマ領域１８にＡｒプラズマを発生させる。
【００７１】
次に、第１の切替えスイッチ２５を操作して試料保持台１１を接地して試料保持台１１を陽極にする。このようにして、試料保持台１１に保持された固体試料１２とプラズマ領域１８のＡｒプラズマとの間に小さな電位差例えば５０Ｖを生じさせる。また、第２の切替えスイッチ２６を操作して第２の高周波電源２８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第２のコンデンサー２７を介して固体保持台２２に印加して固体保持台２２を陰極にする。これにより、固体保持台２２は発生するプラズマに対して陰極として作用し、Ａｒプラズマの条件にもよるが、この場合、固体保持台２２はＡｒプラズマに対して約５００Ｖ電位が低下する。この電位差によってＡｒプラズマ中のＡｒイオンは不純物固体２１に激しく衝突し、不純物固体２１に含まれるボロンはスパッタリング現象によってＡｒプラズマ中に高濃度に混入する。この工程においては、真空槽１０の真空度を１×１０-4Ｔｏｒｒ台と低く設定しておき、Ａｒイオンの平均自由工程を数１０ｃｍ程度にすることが好ましい。このようにすると、スパッタリングされたボロンは比較的容易にＡｒプラズマ中に均一に拡散する。
【００７２】
Ａｒプラズマ中に均一且つ高濃度に拡散されたボロンは、固体試料１２とＡｒプラズマとの間の小さな電位差（この場合は約５０Ｖである）によって、固体試料１２の表面部に導入されるが、高濃度のボロンが小さいエネルギーで固体試料１２に向かうため、固体試料１２の表面に極めて近い領域に高濃度の不純物層が形成される。
【００７３】
以下、第３の不純物導入方法について図１を参照しながら説明する。第３の不純物導入方法は、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なうものであって、試料保持台１１をプラズマに対して陽極にすると共に固体保持台２２もプラズマに対して陽極にする場合である。
【００７４】
まず、第１の不純物導入方法と同様に、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約５×１０-7Ｔｏｒｒの真空度にすると共に、試料保持台１１に内蔵されている温度制御手段により試料保持台１１の温度を約１０℃に保つ。また、固体試料１２としてはシリコンウエーハを用い、不純物固体１８としてはボロンよりなる板状体又は粒子の集合物を用いる。この状態で、希ガスフィード２０から毎分１０ｃｃのＡｒガスを導入すると共に、減圧ポンプ１３により真空槽１０の内部を約４×１０-4Ｔｏｒｒの真空度に保つ。また、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させて、プラズマ領域１８にＡｒプラズマを発生させる。
【００７５】
次に、第１の切替えスイッチ２５を操作して試料保持台１１を接地し試料保持台１１を陽極にする。このようにして、試料保持台１１に保持された固体試料１２とプラズマ領域１８のＡｒプラズマとの間に小さな電位差例えば５０Ｖを生じさせる。また、第２の切替えスイッチ２６を操作して固体保持台２２を接地し固
体保持台２２を陽極にする。これにより、固体保持台２２は発生するプラズマに対して陽極として作用し、固体保持台２２とＡｒプラズマとの間の電位差が小さいので、Ａｒプラズマ中のＡｒイオンは不純物固体２１に小さいエネルギーで衝突し、不純物固体２１に含まれるボロンはスパッタリング現象によってＡｒプラズマ中に低濃度に混入する。この工程においては、真空槽１０の真空度を１×１０-4Ｔｏｒｒ台と低く設定しておき、Ａｒイオンの平均自由工程を数１０ｃｍ程度にすることが好ましい。このようにすると、スパッタリングされたボロンは比較的容易にＡｒプラズマ中に均一に拡散する。
【００７６】
Ａｒプラズマ中に均一且つ低濃度に拡散されたボロンは、固体試料１２とＡｒプラズマとの間の小さな電位差（この場合は約５０Ｖである）によって、固体試料１２の表面部に導入されるが、低濃度のボロンが小さいエネルギーで固体試料１２に向かうため、固体試料１２の表面に極めて近い領域に低濃度の不純物層が形成される。
【００７７】
尚、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なう第１〜第３の不純物導入方法においては、真空槽１０内にドーピングガスを供給するソースガスフィード１４は用いない。
【００７８】
また、プラズマ発生手段としては２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波するＥＣＲプラズマ発生手段を用いたが、これに限られるものではなく、ＩＣＰやヘリコン等の他のプラズマ発生手段を用いてもよい。また、試料保持台１１及び固体保持台２２には１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加したが、高周波電力の周波数もこれに限られるものではない。また、試料保持台１１に印加される高周波電力の周波数と、固体保持台２２に印加される高周波電力の周波数とは同じでも異なっていてもよく、周波数が同じ場合には、第１の高周波電源１９と第２の高周波電源２８とを共通にしてもよい。さらに、真空槽１０に導入する希ガスやソースガスの流量及び真空槽１０の真空度については、真空槽１０の形状や大きさにより最適なものに設定することは当然である。
【００７９】
以下、本発明の第２の実施形態に係る不純物導入装置について図３を参照しながら説明する。
【００８０】
第２実施形態に係る不純物導入装置は、第１の実施形態に係る不純物導入装置を基本的に同様であるので、同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８１】
第２の実施形態に係る不純物導入装置の特徴として、不純物固体を保持する固体保持台２２は設けられておらず、代わりに、金属又は絶縁物よりなり不純物が付着する不純物付着台３０が設けられており、該不純物付着台３０上には、後述する方法により、例えばボロンよりなる不純物膜３１が堆積する。不純物付着台３０には第２の切替えスイッチ２６が接続されており、該第２の切替えスイッチ２６は、不純物付着台３０を第２のコンデンサ２７を介して第２の高周波電源２８に接続して不純物付着台３０を陰極にしたり、不純物付着台３０を接地して不純物付着台３０を陽極にしたりすることができる。また、試料保持台１１に保持された固体試料１２とプラズマ領域１８との間には、両者間を連通させたり遮断したりするシャッター３２が設けられている。尚、図３においては、図示の都合上、シャッター３２は破線によって示している。
【００８２】
以下、第４の不純物導入方法について図３を参照しながら説明する。第４の不純物導入方法は、第２の実施形態に係る不純物導入装置を用いて行なうものであって、試料保持台１１をプラズマに対して陰極にすると共に不純物保持台３０もプラズマに対して陰極にする場合である。
【００８３】
まず、シャッター３２を閉じて試料保持台１１とプラズマ領域１８との間を遮断した状態で、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約５×１０-3Ｔｏｒｒの真空度に保つ。また、第２の切替えスイッチ２６を操作して第２の高周波電源２８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第２のコンデンサー２７を介して固体保持台２２に印加して固体保持台２２を陰極にする。
【００８４】
次に、ソースガスフィード１４から不純物を含むガス、例えばディボランＢ2 Ｈ6 を真空槽１０内に毎分５０ｃｃ供給すると共に、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させる。このようにすると、Ｂ2 Ｈ6 がプラズマ化し、ボロンイオンが不純物付着台３０に向かって進み、不純物付着台３０にボロンよりなる不純物膜３１が堆積する。
【００８５】
尚、前記の場合、Ｂ2 Ｈ6 よりなるプラズマを発生させたので、より低温で且つ高い効率で不純物膜３１が形成されるが、Ｂ2 Ｈ6 よりなるプラズマを発生させなくても、ソースガスフィード１４からＢ2 Ｈ6 を真空槽１０内に供給すると、通常のＣＶＤ法と同様にして、不純物付着台３０にボロンよりなる不純物膜３１を堆積することができる。
【００８６】
次に、真空槽１０内の水素を含むガスを排出した後、シャッター３２を開けて試料保持台１１とプラズマ領域１８との間を連通する。その後、減圧ポンプ１３を駆動して真空槽１０の内部を約４×１０-4Ｔｏｒｒの真空度に保つと共に、試料保持台１１に内蔵されている温度制御手段により試料保持台１１の温度を約１０℃に保つ。
【００８７】
この状態で、第１の実施形態に係る不純物導入装置を用いる第１の不純物導入方法と同様に、希ガスフィード２０から毎分１０ｃｃのＡｒガスを導入すると共に、マイクロ波導波管１５から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波すると共に電磁石１７により磁場を励起し、約２．５ｍＡ／ｃｍ2 のプラズマ電流密度を発生させて、プラズマ領域１８にＡｒプラズマを発生させる。次に、第１の切替えスイッチ２５を操作して第１の高周波電源１９から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第１のコンデンサー２０を介して不純物付着台３０に印加して不純物付着台３０を陰極にすると共に、第２の切替えスイッチ２６を操作して第２の高周波電源２８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を第２のコンデンサー２７を介して不純物付着台３０に印加して固体保持台２２を陰極にする。これにより、不純物付着台３０はプラズマに対して陰極として作用し、不純物付着台３０はＡｒプラズマに対して約５００Ｖ電位が低下する。この電位差によってＡｒプラズマ中のＡｒイオンは不純物膜３１に激しく衝突し、不純物膜３１に含まれるボロンはスパッタリング現象によってＡｒプラズマ中に高濃度に混入する。Ａｒプラズマ中に均一且つ高濃度に拡散されたボロンは、固体試料１２とＡｒプラズマとの間の約７００Ｖの電位差によって、固体試料１２の表面部近傍に導入される。
【００８８】
前記の不純物導入方法によると、図２に示した結果と同様、ボロンが固体試料１２の表面部近傍に導入される。
【００８９】
また、この不純物導入方法によると、Ｂ2 Ｈ6 を用いて直接にドーピングする場合に比べて、固体試料１２に導入される水素が少ないので、固体試料において格子欠陥が生じるという問題を回避できる。
【００９０】
以下、前述した各不純物導入方法を用いて行なうダイオードを有する半導体装置の製造方法について図４及び図５を参照しながら説明する。
【００９１】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板５０上の所定領域に素子分離層５１を形成した後、半導体基板５０を第１又は第２の実施形態に係る不純物導入装置における固体保持台１１に保持させる。
【００９２】
次に、前述した第１又は第４の不純物導入方法により、半導体基板５０の近傍に、不純物よりなるプラズマ５２を発生させ、図４（ｂ）に示すように、半導体基板５０の表面部近傍に不純物層５３を形成する。
【００９３】
次に、図５（ａ）に示すように、半導体基板５０の上に全面に亘って例えばＣＶＤ法によるシリコン酸化膜等よりなる絶縁膜５４を例えば５００ｎｍの膜厚に堆積する。その後、適当な熱処理、例えば１０００℃の温度下における１０秒間の熱処理を行なって不純物層５３の不純物分布を制御してもよい。
【００９４】
次に、図５（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて絶縁膜５４に開口部５４ａを形成した後、単層又は多層の金属膜を全面に堆積し、その後、該金属膜に対してフォトリソグラフィ法及びエッチング法を施してパターニングして前記金属膜よりなる金属配線層５５を形成する。
【００９５】
尚、前記のダイオードを有する半導体装置の製造方法においては、第１又は第４の不純物導入方法を用いたので、半導体基板５０の表面部近傍に比較的深く且つ高濃度の不純物層５３を形成することができるが、第２の不純物の導入方法を用いると、半導体基板５０の表面部近傍に浅く且つ高濃度の不純物層５３を形成することができ、第３の不純物の導入方法を用いると、半導体基板５０の表面部近傍に浅く且つ低濃度の不純物層５３を形成することができる。このようにして形成した不純物層を積み重ねる等の手法で、所謂バイポーラ素子を作成できることが可能であることは言うまでもない。
【００９６】
以下、前述した第１又は第４の不純物導入方法を用いて行なうＣＭＯＳを有する半導体装置の製造方法について図６及び図７を参照しながら説明する。尚、以下においては、便宜上第１の不純物導入方法を用いる場合について説明する。
【００９７】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板６０上におけるＰＭＯＳ領域とＮＭＯＳ領域との間に素子分離領域６１を形成した後、ＰＭＯＳ領域及びＮＭＯＳ領域にそれぞれゲート絶縁膜６２及びゲート電極６３を形成し、その後、ＰＭＯＳ領域に開口部を有しノボラック樹脂やポリビニールフェノール等よりなる第１のレジストパターン６４を形成する。
【００９８】
この状態で、半導体基板６０を第１又は第２の実施形態に係る不純物導入装置における固体保持台１１に保持させた後、第１の不純物導入方法を用いて、Ｐ型の不純物例えばボロンを導入する。すなわち、固体保持台２２の上にボロンを主成分とする不純物固体２１を載置した後、希ガスフィード１４から不活性ガス、例えばＡｒガスを導入して、Ａｒプラズマ６５を発生させ、ボロンを半導体基板６０の表面部に導入する。この場合の条件は、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を約５００Ｗのパワーで導波すると共に、試料保持台１１及び固体保持台２２にそれぞれ周波数が１３．５６ＭＨｚでパワーが約３００Ｗの高周波電力を印加する。また、Ａｒガスを導入した際の真空槽１０内の真空度は約３×１０-4Ｔｏｒｒに保った。プラズマの照射によって、半導体基板６０の表面の自然酸化膜が除去されて清浄且つ活性な表面部が露出し、該表面部にボロンの不純物層６６が形成された。
【００９９】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１のフォトレジスト６４を除去した後、ＮＭＯＳ領域に開口部を有する第２のレジストパターン６７を形成し、固体保持台２２の上にＮ型の不純物例えば砒素を主成分とする不純物固体２１を載置した後、前記と同様の条件で半導体基板６０の表面部のＮＭＯＳ領域に砒素の不純物層６８を形成する。
【０１００】
次に、図７（ａ）に示すように、半導体基板６０の上に全面に亘ってＣＶＤ酸化膜等よりなる絶縁膜７０を例えば５００ｎｍの膜厚に堆積する。その後、半導体基板６０に対して適当な熱処理、例えば１０００℃の温度下における１０秒間の熱処を行なって不純物層６６，６８の不純物分布を制御してもよい。次に、絶縁膜７０に対してフォトリソグラフィ法及びエッチング法を施して、絶縁膜７０に開口部７０ａを形成する。
【０１０１】
次に、図７（ｂ）に示すように、単層又は多層の金属膜を全面に亘って堆積した後、該金属膜に対してフォトリソグラフィ法及びエッチング法を施して金属膜をパターン化して金属配線層７２を形成する。
【０１０２】
尚、絶縁膜７０の開口部７０ａにおける不純物層６６，６８と金属配線層７２との電気的コンタクトを良好に保つため、コンタクト部を構成する不純物層６６，６８には、所謂イオン注入法を用いて適当な不純物分布を形成してもよい。この場合には、ＰＭＯＳ領域には例えばボロンをエネルギー１５ｋｅＶでドーズ量５×１０15／ｃｍ2 でイオン注入し、ＮＭＯＳ領域には例えば砒素をエネルギー３０ｋｅＶでドーズ量３×１０15／ｃｍ2 でイオン注入することができる。もっとも、これらの注入条件は、作製する半導体装置の設計によって大幅に異なるので、適切な設定が必要なことはいうまでもない。
【０１０３】
尚、前記のＣＭＯＳを有する半導体装置の製造方法においては、第１の不純物導入方法を用いたので、半導体基板６０の表面部近傍に比較的深く且つ高濃度の不純物層６６，６８を形成することができるが、第２の不純物の導入方法を用いると、半導体基板６０の表面部近傍に浅く且つ高濃度の不純物層６６，６８を形成することができ、また、第３の不純物の導入方法を用いると、半導体基板６０の表面部近傍に浅く且つ低濃度の不純物層６６，６８を形成することができる。
【０１０４】
尚、前記の各不純物導入方法及び各半導体装置の製造方法においては、不純物としてはボロンを導入したが、導入する不純物はボロンに限られず、砒素、燐、アルミニウム又はアンチモン等を導入することができ、また、不活性又は反応性のガスとしてＡｒガスを用いたが、不活性又は反応性のガスとしてはＡｒガスに限られず、窒素ガス等を用いることができる。
【０１０５】
【発明の効果】
第１の不純物の導入方法によると、不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入され、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは大きなエネルギーで固体試料に向かって進むため、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入されるので、固体試料の表面部に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって高濃度の不純物層を形成することができる。
【０１０６】
第２の不純物の導入方法によると、不純物固体に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入され、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは小さなエネルギーで固体試料に向かって進むため、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入されるので、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって高濃度の不純物層を形成することができる。
【０１０７】
第３の不純物の導入方法によると、不純物固体に含まれる不純物は比較的少なくスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に低濃度に混入され、プラズマ中に混入された低濃度の不純物イオンは小さなエネルギーで固体試料に向かって進むため、低濃度の不純物イオンは固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に導入されるので、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって低濃度の不純物層を形成することができる。
【０１０８】
第４の不純物の導入方法によると、不純物付着手段に堆積された不純物膜に含まれる不純物は効率良くスパッタリングされて不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入され、プラズマ中に混入された高濃度の不純物イオンは大きなエネルギーで固体試料に向かって進むため、高濃度の不純物イオンは固体試料の表面部に導入されるので、固体試料の表面部に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく高濃度の不純物層を形成することができる。
【０１０９】
第１の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって高濃度の不純物層を形成する請求項１の発明に係る不純物の導入方法を確実に実現することができる。
【０１１０】
第２の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって高濃度の不純物層を形成する請求項２の発明に係る不純物の導入方法を確実に実現することができる。
【０１１１】
第３の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって低濃度の不純物層を形成する請求項３の発明に係る不純物の導入方法を確実に実現することができる。
【０１１２】
第１又は第２の不純物の導入装置において、前記第１の電圧印加手段が、前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の状態とプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の状態とを切替える手段とをさらに有していると、固体保持手段に不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加したり又はプラズマに対して陽極となるような電圧を印加したりすることができるので、不純物固体に含まれる不純物を不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入させたり又は低濃度に混入させたりすることができる。
【０１１３】
第１の不純物の導入装置において、前記第２の電圧印加手段が、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の状態とプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の状態とを切替える手段とをさらに有していると、試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加したり又はプラズマに対して陽極となるような電圧を印加したりすることができるので、固体試料の表面部に形成される不純物層の深さを制御することができる。
【０１１４】
第４の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部に固体試料に格子欠陥を生じさせることなく高濃度の不純物層を形成する不純物導入方法を不純物固体を準備しなくても実現できる。
【０１１５】
第５の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に格子欠陥を生じさせることなく高濃度の不純物層を形成する不純物導入方法を不純物固体を準備しなくても実現できる。
【０１１６】
第６の不純物の導入装置によると、固体試料の表面部における表面に極めて近い領域に格子欠陥を生じさせることなく低濃度の不純物層を形成する不純物導入方法を不純物固体を準備しなくても実現できる。
【０１１７】
第４又は第５の不純物の導入装置において、前記第１の電圧印加手段が、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える手段とをさらに有していると、不純物付着手段に不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加したり又はプラズマに対して陽極となるような電圧を印加したりすることができるので、不純物膜に含まれる不純物を不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に高濃度に混入させたり又は低濃度に混入させたりすることができる。
【０１１８】
第４の不純物の導入装置において、前記第２の電圧印加手段は、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記固体試料がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える切替手段とをさらに有していると、試料保持手段に固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加したり又はプラズマに対して陽極となるような電圧を印加したりすることができるので、固体試料の表面部に形成される不純物層の深さを制御することができる。
【０１１９】
第１の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に不純物を高濃度に導入できるので、半導体基板の表面部に高濃度の不純物層を有するダイオードを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２０】
第２の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物を高濃度に導入できるので、半導体基板の表面部における表面に極めて近い領域に高濃度の不純物層を有するダイオードを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２１】
第３の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物を低濃度に導入できるので、半導体基板の表面部における表面に極めて近い領域に低濃度の不純物層を有するダイオードを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２２】
第４の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に不純物を高濃度に導入できるので、半導体基板の表面部に高濃度の不純物層を有するトランジスタを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２３】
第５の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物を高濃度に導入できるので、半導体基板の表面部における表面に極めて近い領域に高濃度の不純物層を有するトランジスタを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【０１２４】
第６の半導体装置の製造方法によると、半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部における表面に極めて近い領域に不純物を低濃度に導入できるので、半導体基板の表面部における表面に極めて近い領域に低濃度の不純物層を有するトランジスタを半導体基板に格子欠陥を生じさせることなく且つ高い安全性をもって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る不純物導入装置の概略図である。
【図２】 本発明に係る第１の不純物導入方法により形成した固体試料における深さとボロン濃度との関係をＳＩＭＳによって測定した結果を示す図である。
【図３】 本発明の第２の実施形態に係る不純物導入装置の概略図である。
【図４】 本発明に係る不純物導入方法を用いて行なうダイオードを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】 本発明に係る不純物導入方法を用いて行なうダイオードを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】 本発明に係る不純物導入方法を用いて行なうＣＭＯＳを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】 本発明に係る不純物導入方法を用いて行なうＣＭＯＳを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図８】 従来の不純物導入装置の概略図である。
【図９】 本発明の前提となる不純物導入装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 真空槽
１１ 試料保持台
１２ 試料保持台
１３ 減圧ポンプ
１４ ソースガスフィード
１５ マイクロ波導波管
１６ 石英板
１７ 電磁石
１８ プラズマ領域
１９ 第１のコンデンサ
２０ 第１の高周波電源
２１ 不純物固体
２２ 固体保持台
２３ 希ガスフィード
２５ 第１の切替えスイッチ
２６ 第２の切替えスイッチ
２７ 第２のコンデンサ
２８ 第２の高周波電源
３０ 不純物付着台
３１ 不純物膜
３２ シャッター
５０ 半導体基板
５１ 素子分離層
５２ プラズマ
５３ 不純物層
５４ 絶縁膜
５４ａ 開口部
５５ 金属配線層
６０ 半導体基板
６１ 素子分離領域
６２ ゲート絶縁膜
６３ ゲート電極
６４ 第１のレジストパターン
６５ Ａｒプラズマ
６６ 不純物層
６７ 第２のレジストパターン
６８ 不純物層
７０ 絶縁膜
７０ａ 開口部
７２ 金属配線層
Claims (30)
- 真空槽内に、不純物を含む不純物固体と前記不純物が導入される固体試料とを保持する工程と、
前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物固体にコンデンサーを介して高周波電力を印加することによって、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような負の電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記固体試料にコンデンサーを介して高周波電力を印加することによって、前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような負の電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料の表面部に導入する工程とを備えていることを特徴とする不純物の導入方法。 - 真空槽内に、不純物を含む不純物固体と前記不純物が導入される固体試料とを保持する工程と、
前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料に導入する工程とを備えていることを特徴とする不純物の導入方法。 - 真空槽内に、不純物を含む不純物固体と前記不純物が導入される固体試料とを保持する工程と、
前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料に導入する工程とを備えていることを特徴とする不純物の導入方法。 - 真空槽内に、不純物が付着する不純物付着手段を設けると共に前記不純物が導入される固体試料を保持する工程と、
前記真空槽内における前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記固体試料が保持されている第２の領域とを遮断した後、前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入して前記不純物付着手段に前記不純物よりなる不純物膜を堆積する工程と、
前記第１の領域と前記第２の領域とを連通させた後、前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物膜に該不純物膜がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物膜をスパッタリングすることによって、該不純物膜に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記固体試料に該固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記固体試料の表面部に導入する工程とを備えていることを特徴とする不純物の導入方法。 - プラズマに対して陰極となるような前記電圧は負の電圧であることを特徴とする請求項２又は４に記載の不純物の導入方法。
- プラズマに対して陽極となるような前記電圧は０Ｖ以下の電圧であることを特徴とする請求項２又は３に記載の不純物の導入方法。
- 前記固体試料はシリコンよりなる半導体基板であり、前記不純物は砒素、燐、ボロン、アルミニウム又はアンチモンであり、前記不活性又は反応性のガスは窒素又はアルゴンを含むガスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の不純物導入方法。
- 内部が真空に保持される真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、不純物を含む不純物固体を保持する固体保持手段と、
前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、
前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入するガス導入手段と、
一方の電極が前記試料保持手段に接続される第１のコンデンサーと、
前記第１のコンデンサーの他方の電極に接続され、前記第１のコンデンサーと協働して前記試料保持手段の電位をプラズマに対して負とする第１の電源と、
一方の電極が前記固体保持手段に接続される第２のコンデンサーと、
前記第２のコンデンサーの他方の電極に接続され、前記第２のコンデンサーと協働して前記固体保持手段の電位をプラズマに対して負とする第２の電源とを備えていることを特徴とする不純物の導入装置。 - 前記第１のコンデンサーと前記試料保持手段との間に設けられ、前記試料保持手段を接地するか又は前記試料保持手段と前記第１のコンデンサーの一方の電極とを接続する第１の切り替え手段をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の不純物の導入装置。
- 前記第２のコンデンサーと前記固体保持手段との間に設けられ、前記固体保持手段を接地するか又は前記固体保持手段と前記第２のコンデンサーの一方の電極とを接続する第２の切り替え手段をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の不純物の導入装置。
- 前記第２のコンデンサーと前記固体保持手段との間に設けられ、前記固体保持手段を接地するか又は前記固体保持手段と前記第２のコンデンサーの一方の電極とを接続する第２の切り替え手段をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の不純物の導入装置。
- 前記第１の電源及び前記第２の電源は高周波電源であることを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載の不純物の導入装置。
- 内部が真空に保持される真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、不純物を含む不純物固体を保持する固体保持手段と、
前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、
前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入するガス導入手段と、
前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えていることを特徴とする不純物の導入装置。 - 内部が真空に保持される真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、不純物を含む不純物固体を保持する固体保持手段と、
前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、
前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入するガス導入手段と、
前記固体保持手段に前記不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えていることを特徴とする不純物の導入装置。 - 内部が真空に保持される真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、不純物が付着する不純物付着手段と、
前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、
前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記試料保持手段が設けられている第２の領域とを連通させたり遮断したりするシャッター手段と、
前記真空槽内における前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入する第１のガス導入手段と、
前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入する第２のガス導入手段と、
前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えていることを特徴とする不純物の導入装置。 - 内部が真空に保持される真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、不純物が付着する不純物付着手段と、
前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、
前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記試料保持手段が設けられている第２の領域とを連通させたり遮断したりするシャッター手段と、
前記真空槽内における前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入する第１のガス導入手段と、
前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入する第２のガス導入手段と、
前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えていることを特徴とする不純物の導入装置。 - 内部が真空に保持される真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、不純物が付着する不純物付着手段と、
前記真空槽内に設けられ、前記不純物が導入される固体試料を保持する試料保持手段と、
前記不純物付着手段が設けられている第１の領域と前記試料保持手段が設けられている第２の領域とを連通させたり遮断したりするシャッター手段と、
前記真空槽内における前記第１の領域に前記不純物を含むガスを導入する第１のガス導入手段と、
前記真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記真空槽内に不活性又は反応性のガスを導入する第２のガス導入手段と、
前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備えていることを特徴とする不純物の導入装置。 - 前記第１の電圧印加手段は、前記不純物付着手段に該不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記不純物付着手段に付着する不純物がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える手段とをさらに有していることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の不純物の導入装置。
- 前記第２の電圧印加手段は、前記試料保持手段に前記固体試料がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加する手段と、前記固体試料がプラズマに対して陰極となる第１の状態とプラズマに対して陽極となる第２の状態とを切替える切替手段とをさらに有していることを特徴とする請求項１５に記載の不純物の導入装置。
- プラズマに対して陰極となるような前記電圧は負の電圧であることを特徴とする請求項１３、１５又は１６に記載の不純物の導入装置。
- プラズマに対して陽極となるような前記電圧は０Ｖ以下の電圧であることを特徴とする請求項１３、１４、１６又は１７に記載の不純物の導入装置。
- 半導体基板上におけるダイオード形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、
前記素子分離層が形成された半導体基板と、ダイオード形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、
前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物固体にコンデンサーを介して高周波電力を印加することによって、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような負の電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記固体試料にコンデンサーを介して高周波電力を印加することによって、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陰極となるような負の電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、
前記不純物層が形成された半導体基板の上に前記不純物層と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上におけるダイオード形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、
前記素子分離層が形成された半導体基板と、ダイオード形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、
前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることにより、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、
前記不純物層が形成された半導体基板の上に前記不純物層と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上におけるダイオード形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、
前記素子分離層が形成された半導体基板と、ダイオード形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、
前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるダイオード形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、
前記不純物層が形成された半導体基板の上に前記不純物層と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上におけるトランジスタ形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、
前記素子分離層が形成された半導体基板上におけるトランジスタ形成領域に絶縁層を介して電極を形成する工程と、
前記電極が形成された半導体基板と、トランジスタ形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、
前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物固体にコンデンサーを介して高周波電力を印加することによって、前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような負の電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記固体試料にコンデンサーを介して高周波電力を印加することによって、前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陰極となるような負の電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、
前記不純物層が形成された半導体基板の前記電極と電気的に接続される配線層を形成する形成工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上におけるトランジスタ形成領域を素子分離層によって電気的に分離する形成工程と、
前記素子分離層が形成された半導体基板上におけるトランジスタ形成領域に絶縁層を介して電極を形成する形成工程と、
前記電極が形成された半導体基板と、トランジスタ形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する保持工程と、
前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陰極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することによって、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、
前記不純物層が形成された半導体基板の前記電極と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上におけるトランジスタ形成領域を素子分離層によって電気的に分離する工程と、
前記素子分離層が形成された半導体基板上におけるトランジスタ形成領域に絶縁層を介して電極を形成する工程と、
前記電極が形成された半導体基板と、トランジスタ形成領域に導入される不純物を含む不純物固体とを真空槽内に保持する工程と、
前記真空槽の内部に不活性又は反応性のガスを導入して該不活性又は反応性のガスよりなるプラズマを発生させる工程と、
前記不純物固体に該不純物固体がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加して、前記プラズマ中のイオンにより前記不純物固体をスパッタリングすることによって、該不純物固体に含まれる不純物を前記不活性又は反応性のガスよりなるプラズマ中に混入させる工程と、
前記真空槽内に保持されている半導体基板に該半導体基板がプラズマに対して陽極となるような電圧を印加することにより、前記プラズマ中に混入された前記不純物を前記半導体基板におけるトランジスタ形成領域の表面部に導入して不純物層を形成する工程と、
前記不純物層が形成された半導体基板の前記電極と電気的に接続される配線層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - プラズマに対して陰極となるような前記電圧は負の電圧であることを特徴とする請求項２３又は２６に記載の半導体装置の製造方法。
- プラズマに対して陽極となるような前記電圧は０Ｖ以下の電圧であることを特徴とする請求項２３、２４、２６又は２７に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板はシリコンよりなり、前記不純物は砒素、燐、ボロン、アルミニウム又はアンチモンであり、前記不活性又は反応性のガスは窒素又はアルゴンを含むガスであることを特徴とする請求項２２〜２９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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