[发明专利]等离子体掺杂方法以及装置

说明书

技术领域

本发明涉及杂质导入层、结、其他被处理物，尤其涉及在用于半导体装置或者太阳能电池等的半导体基板上用于形成电子元件的结的形成方法、或者、用于液晶面板或者太阳能电池等并且在基板表面形成了半导体薄膜的基板上用于形成电子元件的结形成方法中的用于进行杂质导入的等离子体掺杂方法以及装置。

背景技术

例如，在半导体基板上形成元件区域时，使用许多pn结。此外，在基板表面隔着绝缘膜形成了硅薄膜的SOI(Silicon On Insulator，绝缘层上硅)基板广泛应用于DRAM等各种半导体装置。此外，在基板表面形成了半导体薄膜的玻璃基板，通过在该半导体薄膜中集成包括薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)的液晶的驱动电路，从而实现液晶面板的小型化以及高速化，而被关注。此外，作为太阳能电池，广泛采用在半导体基板或者在基板表面形成了半导体薄膜的基板中形成了pn结的半导体器件。

如此，在形成各种半导体器件时，使用pn结。作为这种pn结的形成方法，以往采用如下方法：通过离子注入在n型硅基板或者n型硅薄膜中导入硼等p型杂质后，或者通过离子注入在p型硅基板或者p型硅薄膜中导入磷等n型杂质后，利用卤素灯进行电气活性化。

作为在固体样品的表面导入杂质的技术，除了离子注入法之外，还已知等离子体掺杂法，其使杂质离子化之后通过较低的能量将其导入固体中(例如，参照专利文献1(美国专利4912065号公报))。图22示出所述专利文献1所记载的作为现有杂质导入方法的等离子体掺杂法中使用的等离子体掺杂装置的概略构成。在图22中，在真空容器51内设置有基板电极1，作为用于载置作为基材的硅基板2的基材载置台。在真空容器51的内侧设置了石英室52。通过一边从气体供应管53向真空容器51内供应包含期望元素的掺杂原料气体(例如B₂H₆)，一边通过排气口54对真空容器51内的内部进行排气，从而能够使真空容器51内保持预定压力。通过微波波导管55，经由石英室52的上部向真空容器51内放射微波。

通过该微波与由真空容器51外的电磁铁56形成的直流磁场的相互作用，有磁场微波等离子体(电子回旋加速器共振等离子体)57被形成在真空容器51内。在基板电极1上经由电容器25连接高频电源58，构成为能够控制基板电极1的电位。通过从冷却水入口59导入并从冷却水出口60排出的冷却水，对基板电极1进行水冷。此外，通过电压计61，监测基板电极1的直流电位。

在这种结构的等离子体掺杂装置中，导入真空容器51内的掺杂原料气体(例如B₂H₆)，通过由微波波导管55以及电磁铁56构成的等离子体发生单元而被等离子体化，等离子体57中的硼离子通过高频电源58被导入基板2的表面。

此外，作为等离子体掺杂方法，提出了不使用掺杂原料气体，而通过物理性地溅射固体的杂质源，从而得到掺杂原料的方法(例如，参照专利文献2(JP特开平09-115851号公报)、专利文献3(JP特开2004-47695号公报))；或者使用大气压等离子体的方法(例如，参照专利文献4(JP特开2005-260139号公报))。

作为使被导入的硼离子等的离子电气活性化的方法，除了照射卤素灯光之外，还已知有照射氙闪光灯光、全固体激光器光、或者受激准分子激光器光的方法等，此外，还提出了使用DC等离子体喷射的方法(例如，参照非专利文献1(K.Matsumoto et al.、“Activation of B and As in Ultrashallow Junction During Millisecond Annealing Induced by Thermal Plasma Jet Irradiation”、Japanese Journal of Applied Physics 49(2010)04DA02))。提出了DC等离子体喷射也可以利用于硅薄膜的结晶化(例如，参照专利文献5(JP特开2008-53634号公报))。

但是，现有的等离子体掺杂方法存在结构复杂这样的问题。

在现有例所示的专利文献1所记载的等离子体掺杂方法中，需要使用作为特殊高压气体的危险的掺杂原料气体(例如B₂H₆)，需要防止以及检测气体泄露等的附带设备。此外，除了掺杂工序，还需要活性化工序(使用另外的设备)。