JPS63178520A - 半導体への不純物添加方法 - Google Patents
半導体への不純物添加方法Info
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- JPS63178520A JPS63178520A JP905487A JP905487A JPS63178520A JP S63178520 A JPS63178520 A JP S63178520A JP 905487 A JP905487 A JP 905487A JP 905487 A JP905487 A JP 905487A JP S63178520 A JPS63178520 A JP S63178520A
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Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電気的特性を制御するために、半導体基板あ
るいは半導体薄膜に不純物を添加する方法に関するもの
である。
るいは半導体薄膜に不純物を添加する方法に関するもの
である。
半導体基板あるいは半導体薄膜の表面に不純物を添加し
て、上記基板あるいは薄膜の電気的特性を制御する方法
としては、つぎの２通りの方法が広く用いられてきた。
て、上記基板あるいは薄膜の電気的特性を制御する方法
としては、つぎの２通りの方法が広く用いられてきた。
すなわち、（１）高温度雰囲気中における熱拡散により
、不純物拡散源から添加する方法、（２）イオン注入法
によって不純物を一度添加しておき、その後高温に加熱
して電気的に活性化する方法である。しかし、上記方法
においては、基板や薄膜の全体を、長時間にわたって高
温にさらす必要がある。このため、既に添加されている
不純物の濃度や濃度分布が変動したり、基板に制限が課
され、例えば、パイレックスガラスなどの低軟化点を有
する安価な基板を用いることができないという問題があ
る。したがって、すぐれた機能を有する半導体素子を安
価に製作するためには、低基板温度における不純物添加
法の開発が強く望まれている。
、不純物拡散源から添加する方法、（２）イオン注入法
によって不純物を一度添加しておき、その後高温に加熱
して電気的に活性化する方法である。しかし、上記方法
においては、基板や薄膜の全体を、長時間にわたって高
温にさらす必要がある。このため、既に添加されている
不純物の濃度や濃度分布が変動したり、基板に制限が課
され、例えば、パイレックスガラスなどの低軟化点を有
する安価な基板を用いることができないという問題があ
る。したがって、すぐれた機能を有する半導体素子を安
価に製作するためには、低基板温度における不純物添加
法の開発が強く望まれている。
上記問題点を解決する一方法として、近年、パルスレー
ザ光を照射して、不純物拡散源から半導体基板や半導体
薄膜の表面に不純物を添加する方法が開発されている。
ザ光を照射して、不純物拡散源から半導体基板や半導体
薄膜の表面に不純物を添加する方法が開発されている。
第４図は上記方法の一例を示す図で、不純物原子を含む
ガス中で半導体基板にパルスレーザ光を照射して、不純
物の添加を行う（例えば、電気通信学会技術研究報告１
９８６゜Ｓ Ｓ Ｄ８６−６５）。不純物の添加は、半
導体基板１１をチャンバ１２内に設置し、まず、真空ポ
ンプ１７により上記チャンバ１２を排気したのち、ガス
導入口１４から不純物原子を含むガスを導入し、つぎに
、パルスレーザ光源１５から出射したパルスレーザ光１
０を、チャンバ１２の石英窓１３を通して半導体基板１
１の表面上に照射して行う。
ガス中で半導体基板にパルスレーザ光を照射して、不純
物の添加を行う（例えば、電気通信学会技術研究報告１
９８６゜Ｓ Ｓ Ｄ８６−６５）。不純物の添加は、半
導体基板１１をチャンバ１２内に設置し、まず、真空ポ
ンプ１７により上記チャンバ１２を排気したのち、ガス
導入口１４から不純物原子を含むガスを導入し、つぎに
、パルスレーザ光源１５から出射したパルスレーザ光１
０を、チャンバ１２の石英窓１３を通して半導体基板１
１の表面上に照射して行う。
第５図は上記従来例において、ＢＦ、ガス中でエキシマ
レーザ（波長１９３ｎ■、パルス１ｉ１７ｎｓ、パワー
１．２Ｊ／＃）をＳｉ基板に照射しＢを添加したのちに
おける、シート抵抗と照射回数との関係を示す図である
。シート抵抗は半導体素子製作に必要な１００Ω／口以
下の値まで低下できるが、このためには５０回以上の繰
返し照射が必要である。したがって、スループットが著
しく小さくなる。これを解決する方法として、パワーを
増大することが考えられるが、上記従来例ではさらにパ
ワーを大きくすると、表面の溶融によるダメージを生じ
てしまう。また、パルス幅を大きくすることも考えられ
るが、この方法は物理的な制限から困難である。上記の
ようにパルスレーザを用いる方法では、数１０回以上の
繰返し照射が実用上不可欠である。さらに、上記従来例
では不純物原子を含むガスを用いているが、これらのガ
スは致死性が高いガスであり、このため、上記ガスを閉
じ込め、がつレーザ光の照射ができる精巧なチャンバや
排ガス処理装置が必要である。したがって、危険性が高
く装置が高価なものになってしまう。上記欠点を解決す
る方法として、不純物原子を含む液中でパルスレーザを
照射する方法もある（例えば、アプライド・フィジクス
・レター（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ。
レーザ（波長１９３ｎ■、パルス１ｉ１７ｎｓ、パワー
１．２Ｊ／＃）をＳｉ基板に照射しＢを添加したのちに
おける、シート抵抗と照射回数との関係を示す図である
。シート抵抗は半導体素子製作に必要な１００Ω／口以
下の値まで低下できるが、このためには５０回以上の繰
返し照射が必要である。したがって、スループットが著
しく小さくなる。これを解決する方法として、パワーを
増大することが考えられるが、上記従来例ではさらにパ
ワーを大きくすると、表面の溶融によるダメージを生じ
てしまう。また、パルス幅を大きくすることも考えられ
るが、この方法は物理的な制限から困難である。上記の
ようにパルスレーザを用いる方法では、数１０回以上の
繰返し照射が実用上不可欠である。さらに、上記従来例
では不純物原子を含むガスを用いているが、これらのガ
スは致死性が高いガスであり、このため、上記ガスを閉
じ込め、がつレーザ光の照射ができる精巧なチャンバや
排ガス処理装置が必要である。したがって、危険性が高
く装置が高価なものになってしまう。上記欠点を解決す
る方法として、不純物原子を含む液中でパルスレーザを
照射する方法もある（例えば、アプライド・フィジクス
・レター（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ。
Ｌｅｔｔ） ３８ （１９８１） ７１５）。
上記の不純物原子を含む液中でパルスレーザを照射する
方法は、基板を低温に保ったままで不純物の添加が可能
であるが、１回のパルスレーザ照射で添加できる不純物
の深さはたかだか５０ｎｍ程度であり、やはりスループ
ットが小さいという問題点は解決できていない。
方法は、基板を低温に保ったままで不純物の添加が可能
であるが、１回のパルスレーザ照射で添加できる不純物
の深さはたかだか５０ｎｍ程度であり、やはりスループ
ットが小さいという問題点は解決できていない。
本発明の目的は、低温での不純物添加方法におけるスル
ープットが小さいという欠点を解決し、安全性が高く廉
価な不純物添加方法により、高機能な半導体装置の安価
な製作を実現することにある。
ープットが小さいという欠点を解決し、安全性が高く廉
価な不純物添加方法により、高機能な半導体装置の安価
な製作を実現することにある。
上記目的は、不純物原子を含む液中で、基板などの試料
表面に連続光を照射することにより達成される。
表面に連続光を照射することにより達成される。
本発明では、従来のパルスレーザを用いる方法と異なり
、不純物原子を含む液体で濡らされた半導体基板または
半導体薄膜の表面に、連続光、特に連続発振のレーザ光
を照射するため、照射光のパワーと照射時間とをそれぞ
れ独立に制御できることにより、１回の照射によって十
分深くまで不純物を添加することができるという利点を
有している。このため、従来技術に較べて著しくスルー
プットを向上することができ、また、不純物の拡散源と
して液体を用いるため、危険性が少なく、構成が簡単で
安価な装置を用いることができるという利点がある。
、不純物原子を含む液体で濡らされた半導体基板または
半導体薄膜の表面に、連続光、特に連続発振のレーザ光
を照射するため、照射光のパワーと照射時間とをそれぞ
れ独立に制御できることにより、１回の照射によって十
分深くまで不純物を添加することができるという利点を
有している。このため、従来技術に較べて著しくスルー
プットを向上することができ、また、不純物の拡散源と
して液体を用いるため、危険性が少なく、構成が簡単で
安価な装置を用いることができるという利点がある。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。
第１図は本発明による半導体への不純物添加方法の一実
施例を示す装置構成図、第２図は上記実施例により、り
ん酸中でＳｉ膜にアルゴンレーザ光を照射した場合の、
シート抵抗とレーザパワーとの関係を示す図、第３図は
上記第２図において最小のシート抵抗が得られたときの
、Ｐ濃度の深さ方向分布を示す図である。第１図におい
て、連続発振レーザ光源３５から出射した、例えばＣＷ
Ａ ｒレーザの連続レーザ光３０は、ミラー、レンズ
などから構成されている光学系３６により、試料面に照
射し走査される。上記試料は、不純物を含む液体３４が
満されている容器３３中に設置した基板３１上の半導体
薄膜である。不純物Ｐを含む液体３４としてりん酸を用
い、Ｓｉ薄膜３２を形成した基板３１を上記液体３４に
浸し、液面が上記ＳＬ薄膜３２の表面上１＋＋＋ｍ程度
になるようにしたのち、連続発振のアルゴンレーザ光（
ビーム径ＳＯ，、波長４８０〜５１５ｎｍ）３０を２０
０ｎ＋ｍ ／ ｓｅｅの速度で１回走査した。上記ＳＬ
薄膜３２は、石英基板３１上にスパッタリング法で形成
したアモルファスＳｉ膜である。スパッタリングはアル
ゴンガス圧力２ｐａ、電力３ｋＷ、基板温度２００℃の
条件で行った。上記方法によりＰを添加した１６０ｎｍ
厚さのＳｉ膜におけるシート抵抗のレーザパワーによる
変化は、第２図に示すようにレーザパワーの増加ととも
に減少し、８０Ω／口にまで達している。このときの比
抵抗値は、上記Ｓｉ膜３２の全体にＰが添加されたとし
て計算しても、１．３ｍΩ・■となり、Ｐ添加Ｓｉ膜と
しては最小値（〜１ｍΩ・国）に近い値である。第３図
は８０Ω／口のシート抵抗が得られた試料について、オ
ージェ法によってＰ濃度プロファイルを測定した結果を
示している。Ｐ濃度は１６０ｎｍの深さまでＩ ＸＩＯ
２１Ｃ！＋１−’以上の高濃度値となっており、１回の
レーザ光照射により、十分深くまでＰ添加が実現されて
いることがわかる。
施例を示す装置構成図、第２図は上記実施例により、り
ん酸中でＳｉ膜にアルゴンレーザ光を照射した場合の、
シート抵抗とレーザパワーとの関係を示す図、第３図は
上記第２図において最小のシート抵抗が得られたときの
、Ｐ濃度の深さ方向分布を示す図である。第１図におい
て、連続発振レーザ光源３５から出射した、例えばＣＷ
Ａ ｒレーザの連続レーザ光３０は、ミラー、レンズ
などから構成されている光学系３６により、試料面に照
射し走査される。上記試料は、不純物を含む液体３４が
満されている容器３３中に設置した基板３１上の半導体
薄膜である。不純物Ｐを含む液体３４としてりん酸を用
い、Ｓｉ薄膜３２を形成した基板３１を上記液体３４に
浸し、液面が上記ＳＬ薄膜３２の表面上１＋＋＋ｍ程度
になるようにしたのち、連続発振のアルゴンレーザ光（
ビーム径ＳＯ，、波長４８０〜５１５ｎｍ）３０を２０
０ｎ＋ｍ ／ ｓｅｅの速度で１回走査した。上記ＳＬ
薄膜３２は、石英基板３１上にスパッタリング法で形成
したアモルファスＳｉ膜である。スパッタリングはアル
ゴンガス圧力２ｐａ、電力３ｋＷ、基板温度２００℃の
条件で行った。上記方法によりＰを添加した１６０ｎｍ
厚さのＳｉ膜におけるシート抵抗のレーザパワーによる
変化は、第２図に示すようにレーザパワーの増加ととも
に減少し、８０Ω／口にまで達している。このときの比
抵抗値は、上記Ｓｉ膜３２の全体にＰが添加されたとし
て計算しても、１．３ｍΩ・■となり、Ｐ添加Ｓｉ膜と
しては最小値（〜１ｍΩ・国）に近い値である。第３図
は８０Ω／口のシート抵抗が得られた試料について、オ
ージェ法によってＰ濃度プロファイルを測定した結果を
示している。Ｐ濃度は１６０ｎｍの深さまでＩ ＸＩＯ
２１Ｃ！＋１−’以上の高濃度値となっており、１回の
レーザ光照射により、十分深くまでＰ添加が実現されて
いることがわかる。
さらに、３００止厚さのＳｉ膜に対して、上記記載の方
法と同じ条件でＰ添加を行ったところ、５０Ω／口まで
シート抵抗が低下した。上記の点から、１回のレーザ光
照射により上記３００ｎｍの深さまでＰが入っているこ
とがわかる。
法と同じ条件でＰ添加を行ったところ、５０Ω／口まで
シート抵抗が低下した。上記の点から、１回のレーザ光
照射により上記３００ｎｍの深さまでＰが入っているこ
とがわかる。
上記実施例における不純物の添加面積速度は、５０−の
ビーム径と２００ｍｍ／ ｓｅｃの速度から計算すると
、 １０ｍ園”／ｓｅｅとなる。一方従来技術では、例
えば前記の信学技報、１９８６． Ｓ Ｓ Ｄ８６−６
５に示された例では、照射の繰返し数を２０回としても
１ ｍｍ”／ｓｅｅにすぎない、この結果から、本発明
ではスループットが大きく改善できることが明白である
。
ビーム径と２００ｍｍ／ ｓｅｃの速度から計算すると
、 １０ｍ園”／ｓｅｅとなる。一方従来技術では、例
えば前記の信学技報、１９８６． Ｓ Ｓ Ｄ８６−６
５に示された例では、照射の繰返し数を２０回としても
１ ｍｍ”／ｓｅｅにすぎない、この結果から、本発明
ではスループットが大きく改善できることが明白である
。
本実施例では半導体薄膜を不純物原子を含む液中に直接
浸したのち、レーザ光を照射しているが、半導体基板や
半導体薄膜上に、絶縁体、半導体、金属からなる薄膜を
形成し、上記薄膜上から本発明の方法を行っても不純物
の添加が可能であることは明らかである。また、上記薄
膜に較べて厚い絶縁体、半導体、金属からなるバタンを
形成し、上記パタンをマスクとして、所望の領域だけに
不純物を添加することも可能である。
浸したのち、レーザ光を照射しているが、半導体基板や
半導体薄膜上に、絶縁体、半導体、金属からなる薄膜を
形成し、上記薄膜上から本発明の方法を行っても不純物
の添加が可能であることは明らかである。また、上記薄
膜に較べて厚い絶縁体、半導体、金属からなるバタンを
形成し、上記パタンをマスクとして、所望の領域だけに
不純物を添加することも可能である。
上記実施例では試料を液中に浸す深さをｌｌｌ１１程度
としたが、試料表面が液に濡れてさえいれば十分であり
、原理的には０．１ａｍ以上無限大の深さまで可能であ
るが、装置構成上の制限から１〜２０＋１１１１が適当
である。さらに、基板形状が曲線状のものやフレキシブ
ルなシート状のものであっても、それらの表面にレーザ
光が照射でき、かつ照射中の部分が液中にあるようにす
れば、本発明が適用できることも明らかである。
としたが、試料表面が液に濡れてさえいれば十分であり
、原理的には０．１ａｍ以上無限大の深さまで可能であ
るが、装置構成上の制限から１〜２０＋１１１１が適当
である。さらに、基板形状が曲線状のものやフレキシブ
ルなシート状のものであっても、それらの表面にレーザ
光が照射でき、かつ照射中の部分が液中にあるようにす
れば、本発明が適用できることも明らかである。
上記実施例では、試料としてアモルファスＳｉを例示し
たが、連続光照射による不純物拡散が熱的現象であると
考えられているので、単結晶Ｓｉでも同様に不純物を拡
散することができる。さらに、上記Ｓｉ以外の試料でも
、例えばＧｅのように熱拡散により不純物を拡散できる
ものは同様に適用できる。また、拡散不純物としては上
記実施例のＰ以外に、例えばＢやＡｓなどにも同様に適
用できることはもちろんである。さらに、試料に対する
照射光としては、連続発振レーザ光でなくても連続光で
あれば本発明の実施が可能である。したがって、本発明
が、半導体装置製作における種種の不純物添加工程、例
えばＭＯ８Ｏ８型半導体装置−ソースレイン形成工程な
どに用いることができるのは、上記説明と実施例より明
らかである。
たが、連続光照射による不純物拡散が熱的現象であると
考えられているので、単結晶Ｓｉでも同様に不純物を拡
散することができる。さらに、上記Ｓｉ以外の試料でも
、例えばＧｅのように熱拡散により不純物を拡散できる
ものは同様に適用できる。また、拡散不純物としては上
記実施例のＰ以外に、例えばＢやＡｓなどにも同様に適
用できることはもちろんである。さらに、試料に対する
照射光としては、連続発振レーザ光でなくても連続光で
あれば本発明の実施が可能である。したがって、本発明
が、半導体装置製作における種種の不純物添加工程、例
えばＭＯ８Ｏ８型半導体装置−ソースレイン形成工程な
どに用いることができるのは、上記説明と実施例より明
らかである。
上記のように本発明による半導体への不純物添加方法は
、添加すべき不純物原子を含む液体で濡らされた半導体
基板、または基板上に形成された半導体薄膜の表面に、
連続光を照射して、上記不純物原子を上記半導体基板ま
たは半導体薄膜の中に添加することにより、パルスレー
ザを照射して行う従来の方法と異なり、１回の照射で十
分深くまで不純物を拡散できるため、スループットを大
きく向上させることができる。さらに、拡散源として液
体を用いるため安全性が高く、安価な処理装置で実施す
ることができ、この結果、高機能な半導体装置を安価に
製作できる利点を有している。
、添加すべき不純物原子を含む液体で濡らされた半導体
基板、または基板上に形成された半導体薄膜の表面に、
連続光を照射して、上記不純物原子を上記半導体基板ま
たは半導体薄膜の中に添加することにより、パルスレー
ザを照射して行う従来の方法と異なり、１回の照射で十
分深くまで不純物を拡散できるため、スループットを大
きく向上させることができる。さらに、拡散源として液
体を用いるため安全性が高く、安価な処理装置で実施す
ることができ、この結果、高機能な半導体装置を安価に
製作できる利点を有している。
第１図は本発明による半導体への不純物添加方法の一実
施例を示す装置構成図、第２図は上記実施例により、り
ん酸中でＳｉ膜にアルゴンレーザ光を照射した場合のシ
ート抵抗とレーザパワーとの関係を示す図、第３図は上
記第２図において最小のシート抵抗が得られたときの、
Ｐ濃度の深さ方向分布を示す図、第４図は従来のパルス
レーザを用いた不純物添加装置構成図、第５図は上記従
来方法でＢを添加したときのＳｉのシート抵抗と照射回
数との関係を示す図である。 ３０・・・連続光 ３２・・・半導体薄膜 ３４・・・不純物原子を含む液体 ３６・・・光学系 特許出願人 日本電信電話株式会社 代理人弁理士 中 村 純 之 助 才１ 図 十２ （資） レー寸”Ｉ＼０ワー（Ｗ） 才３図 深さく ７１７７１ ） 掃射回数（回）
施例を示す装置構成図、第２図は上記実施例により、り
ん酸中でＳｉ膜にアルゴンレーザ光を照射した場合のシ
ート抵抗とレーザパワーとの関係を示す図、第３図は上
記第２図において最小のシート抵抗が得られたときの、
Ｐ濃度の深さ方向分布を示す図、第４図は従来のパルス
レーザを用いた不純物添加装置構成図、第５図は上記従
来方法でＢを添加したときのＳｉのシート抵抗と照射回
数との関係を示す図である。 ３０・・・連続光 ３２・・・半導体薄膜 ３４・・・不純物原子を含む液体 ３６・・・光学系 特許出願人 日本電信電話株式会社 代理人弁理士 中 村 純 之 助 才１ 図 十２ （資） レー寸”Ｉ＼０ワー（Ｗ） 才３図 深さく ７１７７１ ） 掃射回数（回）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、添加すべき不純物原子を含む液体で濡らされた半導
体基板、または基板上に形成された半導体薄膜の表面に
、連続光を照射して、上記不純物原子を上記半導体基板
または半導体薄膜の中に添加する半導体への不純物添加
方法。 ２、上記連続光は、連続発振のレーザ光を集光した光で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した
半導体への不純物添加方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP905487A JPS63178520A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 半導体への不純物添加方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP905487A JPS63178520A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 半導体への不純物添加方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63178520A true JPS63178520A (ja) | 1988-07-22 |
Family
ID=11709917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP905487A Pending JPS63178520A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 半導体への不純物添加方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63178520A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016018816A (ja) * | 2014-07-04 | 2016-02-01 | 富士電機株式会社 | 不純物導入方法、不純物導入装置及び半導体素子の製造方法 |
| JP2016051737A (ja) * | 2014-08-28 | 2016-04-11 | 国立大学法人九州大学 | 不純物導入方法及び半導体素子の製造方法 |
-
1987
- 1987-01-20 JP JP905487A patent/JPS63178520A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016018816A (ja) * | 2014-07-04 | 2016-02-01 | 富士電機株式会社 | 不純物導入方法、不純物導入装置及び半導体素子の製造方法 |
| JP2016051737A (ja) * | 2014-08-28 | 2016-04-11 | 国立大学法人九州大学 | 不純物導入方法及び半導体素子の製造方法 |
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