專利名稱：雜質(zhì)摻入方法、雜質(zhì)摻入系統(tǒng)及利用它們形成的電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雜質(zhì)摻入方法、雜質(zhì)摻入系統(tǒng)以及利用它們形成的電子器件，更特別地，涉及在形成半導(dǎo)體器件特別是電子器件、或者液晶板制造方法中應(yīng)用的雜質(zhì)摻入。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件的小型化，近年來需求形成淺結(jié)(shallow junction)的技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體制造技術(shù)中，將各種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)例如硼(B)、磷(P)、砷(As)等以低能量離子注入到作為固態(tài)基體(base body)的半導(dǎo)體基板的表面中的方法被廣泛采用。
因為具有淺結(jié)的半導(dǎo)體器件通過利用該離子注入方法形成，所以實際上能夠形成淺結(jié)，但是對離子注入能形成的深度有限制。例如，因為硼雜質(zhì)難以淺摻入，所以通過離子注入形成的摻雜區(qū)域的深度的限制為距離基體的表面幾乎100nm。
因此，近來已經(jīng)提出了各種摻入方法作為使更淺的結(jié)可行的途徑。其中，現(xiàn)在很多注意力集中在作為適于實際使用的技術(shù)的等離子體摻雜技術(shù)上。等離子體摻雜是這樣的技術(shù)，即通過等離子體激發(fā)含有摻雜雜質(zhì)的反應(yīng)氣體，并將該等離子體照射到固態(tài)基體的表面上從而摻入雜質(zhì)。然后，通過雜質(zhì)被摻入之后的退火步驟進(jìn)行所摻入的雜質(zhì)的活化。
通常，能發(fā)射寬的波長范圍的電磁波例如可見輻射、紅外輻射、紫外輻射等的光源在退火步驟中被采用。然而，對活化有效的波長根據(jù)被摻進(jìn)雜質(zhì)的固態(tài)基體本身的晶體狀況而不同。實際上這樣的波長通常存在于窄的范圍中。不必要波長的光的照射使基板的溫度上升并在一些情況下導(dǎo)致特性變差。
近年來，已經(jīng)提出了通過光學(xué)測量來測量摻入在固態(tài)基體的表面中的雜質(zhì)的量的方法(例如見JP-A-2000-282425)。由于該方法通過光學(xué)測量來測量原子團(tuán)(radical)的量，所以通過檢測電流的量能夠測量摻入量。

發(fā)明內(nèi)容
通過上述方法檢測雜質(zhì)的摻入量，即摻入固態(tài)基體中的雜質(zhì)的總量。測量所摻入雜質(zhì)的總量當(dāng)然是重要的。但是，在實現(xiàn)最佳的等離子體摻雜和隨后通過能量照射例如光照射等進(jìn)行的最佳退火中，檢測雜質(zhì)摻入?yún)^(qū)域中的狀況例如晶體狀況是非常重要的，所述晶體狀況即當(dāng)通過將雜質(zhì)摻到硅基板中形成半導(dǎo)體器件時或者當(dāng)通過在液晶基板上形成TFT(薄膜晶體管)制造液晶板時有多少晶格缺陷被引入。
本發(fā)明鑒于上述情況而做出，且旨在提供實現(xiàn)雜質(zhì)的電活化而不導(dǎo)致基板的溫度上升的雜質(zhì)摻入技術(shù)。
另外，本發(fā)明旨在光學(xué)地測量當(dāng)在硅基板上形成半導(dǎo)體器件，制造液晶板等時由雜質(zhì)摻入步驟在單晶硅或多晶硅中產(chǎn)生的晶格缺陷的物理屬性，然后控制雜質(zhì)摻入步驟的條件從而優(yōu)化后續(xù)步驟中的條件。
因此，本發(fā)明的雜質(zhì)摻入方法包括將雜質(zhì)摻入到固態(tài)基體的表面中的步驟；測量摻有雜質(zhì)的區(qū)域的光學(xué)特性的步驟；基于測量結(jié)果選擇退火條件從而滿足摻有雜質(zhì)的該區(qū)域的光學(xué)特性的步驟；以及基于所選定的退火條件，退火摻有雜質(zhì)的該區(qū)域的步驟。
根據(jù)該方法，摻有雜質(zhì)的該區(qū)域的光學(xué)特性被預(yù)先測量，能響應(yīng)于該光學(xué)特性實現(xiàn)最適宜的退火，由此雜質(zhì)摻入?yún)^(qū)域能夠以高精度高效地形成。
在該情況中，雜質(zhì)摻入步驟不僅包括簡單地?fù)饺腚s質(zhì)的步驟，而且包括控制表面狀況從而得到適于退火步驟的光學(xué)特性的步驟，使得在隨后實施的主要包括光照射的退火步驟中能量能被有效地吸收。光學(xué)特性的控制包括通過改變構(gòu)成等離子體的雜質(zhì)物質(zhì)與作為與該雜質(zhì)物質(zhì)混合的物質(zhì)的惰性物質(zhì)或反應(yīng)物質(zhì)之間的混合比來控制等離子體的成分從而控制摻有該雜質(zhì)的區(qū)域的光學(xué)特性的步驟。即包括該步驟雜質(zhì)物質(zhì)與諸如氮、稀有氣體等的惰性物質(zhì)以及諸如氧、硅烷、乙硅烷等的反應(yīng)物質(zhì)同時或順序地供應(yīng)到固態(tài)基體的表面上，然后形成適于退火步驟的光學(xué)特性。本發(fā)明中的“雜質(zhì)摻入方法”表示包括退火步驟的一系列步驟。
另外，在本發(fā)明中，摻入雜質(zhì)的步驟包括等離子體摻雜步驟。
根據(jù)該方法，雜質(zhì)能被摻在淺區(qū)域中。
另外，在本發(fā)明中，摻入雜質(zhì)的步驟包括離子注入步驟。
根據(jù)該方法，可以使隨后進(jìn)行的主要包括光照射的退火步驟高度有效，還能實現(xiàn)高精度等離子體摻雜。
另外，在本發(fā)明中，該測量步驟在該退火步驟之前進(jìn)行。
根據(jù)該方法，摻有雜質(zhì)的該區(qū)域的狀況可在該退火之前被檢測，其后可以選擇退火條件，由此可獲得最優(yōu)活化狀態(tài)。
另外，在本發(fā)明中，該測量步驟與該退火步驟同時進(jìn)行。
根據(jù)該方法，摻有雜質(zhì)的該區(qū)域的狀況可在退火期間被檢測，其后可以選擇退火條件，由此可獲得最優(yōu)活化狀態(tài)。
另外，在本發(fā)明中，該退火步驟分成多個時段，且該測量步驟在該退火步驟之間進(jìn)行。
根據(jù)該方法，該退火步驟分成多個時段，摻有雜質(zhì)的該區(qū)域的狀況可在退火期間被檢測，其后可以選擇退火條件。這樣，可獲得最優(yōu)活化狀態(tài)。
另外，在本發(fā)明中，選擇退火條件的步驟包括在該退火步驟期間使所述退火條件隨著該雜質(zhì)摻入?yún)^(qū)域的光學(xué)特性的改變而接連變化的步驟。
根據(jù)該方法，可以檢測摻有雜質(zhì)的該區(qū)域通過退火的改變，其后可以選擇退火條件。這樣，可獲得最優(yōu)活化狀態(tài)。
另外，在本發(fā)明中，該雜質(zhì)摻入步驟分成多個時段，且該測量步驟在該雜質(zhì)摻入步驟之間進(jìn)行。
根據(jù)該方法，因為該測量步驟在該雜質(zhì)摻入步驟之間進(jìn)行，所以在雜質(zhì)摻入步驟中光學(xué)特性能夠根據(jù)腔中的情況來精確測量，且還能實現(xiàn)高精度雜質(zhì)摻入。另外，盡管雜質(zhì)的摻入必須停止一次，但是該示例對于使用大氣壓等離子體等的摻雜是有效的。
本發(fā)明的一種雜質(zhì)摻入方法包括將雜質(zhì)摻入到固態(tài)基體的表面中的步驟；測量摻有該雜質(zhì)的區(qū)域的光學(xué)特性的步驟；基于測量結(jié)果調(diào)整該光學(xué)特性從而滿足退火條件的步驟；以及退火摻有該雜質(zhì)的該區(qū)域的步驟。
該方法對于對退火條件有限制的情況是有效的。
另外，在本發(fā)明中，在監(jiān)控?fù)接须s質(zhì)的該區(qū)域的光學(xué)常數(shù)時，控制等離子體摻雜條件使得該光學(xué)常數(shù)滿足在該等離子體摻雜步驟之后進(jìn)行的光照射。
根據(jù)該方法，可以形成具有更高精度的深度和劑量的雜質(zhì)摻入?yún)^(qū)域。這里，除了光吸收系數(shù)以外還可以應(yīng)用反射率等作為所述光學(xué)常數(shù)。
另外，在本發(fā)明中，所述測量步驟是使用橢圓光度法(ellipsometry)的步驟。
另外，在本發(fā)明中，使用橢圓光度法的步驟包括計算該雜質(zhì)摻入層的厚度和光學(xué)常數(shù)(折射率n和消光系數(shù)k)的橢圓光度法分析步驟。
另外，在本發(fā)明中，該橢圓光度法分析步驟包括利用K-K(Kramers-Kronig)分析、Tauc-Lorentz分析、Cody-Lorentz分析、Forouhi-Bloomer分析、MDF分析、頻帶分析、Tetrahedral分析、Drude分析和Lorentz分析中的任一種采用折射率波長色散模型的分析步驟。由于可以處理吸收特性，所以采用折射率波長色散模型是特別合適的。
另外，在本發(fā)明中，在所述雜質(zhì)摻入方法中所述測量步驟包括使用XPS的步驟。
另外，在本發(fā)明中，該退火步驟是照射電磁波的步驟。
另外，在本發(fā)明中，該退火步驟是照射光的步驟。
另外，在本發(fā)明中，該摻入雜質(zhì)步驟是摻入雜質(zhì)使得摻有該雜質(zhì)的區(qū)域的光吸收系數(shù)超過5E4cm-1的步驟。
根據(jù)該方法，可以選擇具有高的光吸收率和高的效率的退火條件。
另外，在本發(fā)明中，該等離子體摻雜步驟包括控制施加到該等離子體的電源電壓、該等離子體的成分、以及含有摻雜劑物質(zhì)的該等離子體的照射時間與不含有該摻雜劑物質(zhì)的該等離子體的照射時間之間的比率中的至少一種的步驟。
根據(jù)該方法，可以進(jìn)行有效的控制。這里，通過調(diào)整作為摻雜劑的雜質(zhì)物質(zhì)與其它物質(zhì)之間的混合比、真空、其它物質(zhì)之間的混合比等來控制該等離子體的成分。
另外，在本發(fā)明中，該等離子體摻雜步驟包括通過改變構(gòu)成該等離子體的雜質(zhì)物質(zhì)與作為與該雜質(zhì)物質(zhì)混合的物質(zhì)的惰性物質(zhì)或反應(yīng)物質(zhì)之間的混合比控制該等離子體的成分的步驟，從而控制摻有該雜質(zhì)的區(qū)域的光學(xué)特性。這里，通過改變作為雜質(zhì)物質(zhì)的諸如砷、磷、硼、鋁、銻、銦等的物質(zhì)，作為混合物質(zhì)的諸如氦、氬、氙等的惰性氣體，以及諸如氮、氧、硅烷、乙硅烷等的反應(yīng)物質(zhì)之間的混合比來控制所述光學(xué)特性。
另外，在本發(fā)明中，該等離子體摻雜步驟設(shè)置摻有該雜質(zhì)的區(qū)域的光學(xué)常數(shù)，使得包含在摻有雜質(zhì)的區(qū)域中的該雜質(zhì)的電活化被加速且到該固態(tài)基體中的能量吸收被抑制。
根據(jù)該方法，該退火能夠選擇性地有效地完成而不升高溫度。
本發(fā)明的一種雜質(zhì)摻入系統(tǒng)包括雜質(zhì)摻入裝置，其用于將雜質(zhì)摻到固態(tài)基體的表面中；測量裝置，其用于測量摻有該雜質(zhì)的區(qū)域的光學(xué)特性；以及退火裝置，其用于退火摻有該雜質(zhì)的所述區(qū)域。
因此，可以容易地檢測表面狀況。
另外，在本發(fā)明中，該雜質(zhì)摻入系統(tǒng)還包括摻雜控制裝置，其用于基于該測量裝置的測量結(jié)果控制該等離子體摻雜裝置。
另外，在本發(fā)明中，該雜質(zhì)摻入系統(tǒng)還包括退火控制裝置，其用于基于該測量裝置的測量結(jié)果控制該退火裝置。
另外，在本發(fā)明中，該雜質(zhì)摻入系統(tǒng)還包括反饋機(jī)構(gòu)，其用于將所述測量裝置的測量結(jié)果反饋到該退火控制裝置或該雜質(zhì)摻入控制裝置中的任何一種。
另外，在本發(fā)明中，該反饋機(jī)構(gòu)原位執(zhí)行測量結(jié)果的反饋。
另外，在本發(fā)明中，該反饋機(jī)構(gòu)以高速進(jìn)行抽樣檢查，且如果結(jié)果不好則進(jìn)行額外處理例如額外摻雜、退火條件放寬(annealing condition relaxation)等。
另外，本發(fā)明的電子器件，其通過利用本發(fā)明的雜質(zhì)摻入方法摻入雜質(zhì)而形成。


圖1是說明在本發(fā)明的第一實施例中在固態(tài)基體表面附近產(chǎn)生的雜質(zhì)摻入層的光學(xué)測量的視圖；圖2是用于說明得到雜質(zhì)摻入層的厚度和光吸收系數(shù)的方法的分光橢圓偏振計(spectroellipsometer)的配置圖；圖3是曲線圖，示出通過橢圓偏振計測量的雜質(zhì)摻入層的光吸收系數(shù)；圖4是配置剖視圖，示出本申請的發(fā)明中使用的系統(tǒng)，其采用本發(fā)明的第二實施例中的等離子體摻雜方法；圖5是曲線圖，示出樣品PD-1(偏置電壓30V，處理時間60s)和PD-2(偏置電壓60V，處理時間60s)、以及用于比較的晶體硅基板的吸收系數(shù)譜；
圖6是曲線圖，示出在本發(fā)明示例3中的雜質(zhì)摻入方法中光吸收系數(shù)對處理時間(a)和波長(b)的依從關(guān)系；圖7是利用本發(fā)明的示例6中的白光源和波長選擇過濾器的退火爐的說明圖；圖8是固態(tài)基體的示意性剖視圖，用于說明當(dāng)本發(fā)明示例7中的雜質(zhì)摻入層被氮化或氧化時的特殊效果；圖9是本發(fā)明示例7中的退火爐的系統(tǒng)概念圖；以及圖10是說明一示例的曲線圖，該示例中在退火雜質(zhì)摻入層時響應(yīng)于時間轉(zhuǎn)變(transition of time)的波長的光被照射。
圖中，附圖標(biāo)記100是固態(tài)基體，110是雜質(zhì)摻入層，120是光源，130是光度計，200是真空腔，210是真空泵，230是真空規(guī)，240是等離子體源，250是電源，260是基板固定器，270是電源，280是第一管道，290是第二管道，300是第三管道，310是等離子體，320是計算機(jī)，340是控制電路，350是控制器，500是基板固定器，510是白光源，520是過濾器，530是選定的光，600是氮化膜，610是氧化膜，700是激光光源，710是調(diào)制過濾器，720是調(diào)制光。
具體實施例方式
下面將說明本發(fā)明的實施例。
本發(fā)明大致給出三個實施例。實施例中的第一個在于摻入固態(tài)基體中的雜質(zhì)的狀況通過光學(xué)測量檢測。這不僅意味著雜質(zhì)本身的光學(xué)測量，而且意味著“復(fù)合層(composite layer)”狀況的光學(xué)測量，包括固態(tài)基體自身的晶體狀況、固態(tài)基體的晶體狀況的物理改變例如摻雜中應(yīng)用的能量導(dǎo)致的損傷等、以及固態(tài)基體的化學(xué)改變例如氧化物層/氮化物層的產(chǎn)生等。實施例中的第二個在于退火條件根據(jù)所檢測的雜質(zhì)狀況而被優(yōu)化。實施例中的第三個在于雜質(zhì)的摻入被控制從而滿足退火條件。
換言之，在本發(fā)明的方法中，還通過在雜質(zhì)的狀況被掌握之后對雜質(zhì)的摻入實施反饋控制來提高雜質(zhì)摻入的質(zhì)量。另外，例如在作為本發(fā)明的主要應(yīng)用領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件或液晶顯示器中，在雜質(zhì)被引入到固態(tài)基體中之后，通過利用任何方法向基體提供能量來使半導(dǎo)體中的雜質(zhì)被電活化。為了在該步驟中獲得最好結(jié)果，摻入雜質(zhì)時所應(yīng)用的步驟被控制。
(實施例1)在本實施例1中，將在下面說明通過利用具有比晶格的結(jié)合能(bondenergy)足夠高的能量(數(shù)十eV或更大)的粒子(particle)來將雜質(zhì)摻入到固態(tài)基體中的方法。當(dāng)具有比晶格的結(jié)合能足夠高的能量(幾十eV或更大)的粒子用于將雜質(zhì)摻到固態(tài)基體中時，構(gòu)成晶體或非晶物質(zhì)來構(gòu)造固態(tài)基體的晶格(lattice)中晶格缺陷的形成、以及雜質(zhì)物質(zhì)本身導(dǎo)致固態(tài)基體的物理屬性改變，使得具有與固態(tài)基體100不同的物理屬性的雜質(zhì)摻入層(新的第二層)110被形成。
另外，在當(dāng)熱平衡條件改變時等應(yīng)用的以較小的摻雜能量摻入雜質(zhì)的步驟中，該雜質(zhì)摻入步驟導(dǎo)致固態(tài)基體的物理屬性改變且隨后主要由雜質(zhì)物質(zhì)本身構(gòu)成的新(第二)層110形成在固態(tài)基體的表面的緊密附近。
因此，根據(jù)橢圓光度法，如圖1所示，通過利用光源120光被照射到固態(tài)基體的表面上且然后該光通過光度計130被測量。
下面將參照圖2的分光橢圓偏振計的配置圖說明通過利用橢圓光度法測量雜質(zhì)摻入層的厚度和光吸收系數(shù)的方法。
如圖2所示，該分光橢圓偏振計包括Xe光源20、用于使從光源輸出的Xe光偏振從而照射到作為樣品11的基板上的偏振器21、用于檢測來自樣品11的反射光的分析器22、分光計23、以及檢測器24。這里，從Xe光源20輸出的Xe光被偏振器21轉(zhuǎn)換成線性偏振光，然后相對于與基板表面垂直的方向以角度θ0入射到基板上。在該測量中，角度θ0被固定為θ0＝70°，但是如果該角度在45°至90°的范圍內(nèi)改變，測量也可進(jìn)行。入射光的線性偏振軸相對于p方向(垂直于光軸的平面與包含入射光和反射光的平面之間的交線的方向)和s方向(在垂直于光軸的平面中垂直于p方向的方向)傾斜。假定反射為橢圓偏振光的光的p分量和s分量之間的振幅反射度比值為Ψ且p分量與s分量之間的相位差為Δ。構(gòu)造橢圓光度法使得反射為橢圓偏振光的光經(jīng)分析器22入射到分光計23上，然后通過分光計分析該光的同時Ψ和Δ通過檢測器24被測量。
下面將說明通過最小二乘法基于Ψ、Δ的橢圓光度法測量結(jié)果不僅得到雜質(zhì)摻入層的厚度而且得到作為未知參數(shù)的光學(xué)常數(shù)(折射率n和消光系數(shù)k)的方法。雜質(zhì)摻入層被稱為PD層，且使用包括空氣/PD層/c-Si的三層模型。因為光學(xué)系數(shù)具有波長相關(guān)性，所以當(dāng)改變波長進(jìn)行測量時未知參數(shù)增加為與所測量的波長的數(shù)目一樣多，使得未知參數(shù)不可得。在這種情況下，如果光學(xué)系數(shù)譜(spectra)用含有不依賴于波長的常數(shù)的近似表達(dá)式來表示且然后該常數(shù)被用作未知參數(shù)，則可以獲得這樣的光學(xué)系數(shù)譜。
已經(jīng)提出了各種范例作為折射率波長色散模型(dispersive model)。因為必須處理PD層的強(qiáng)吸收特性，所以本實施例中使用K-K(Kramers-Kronig)分析方法。即使當(dāng)采用Tauc-Lorentz分析、Cody-Lorentz分析、Forouhi-Bloomer分析、MDF分析、頻帶分析、Tetrahedral分析、Drude分析、Lorentz分析等作為折射率波長色散模型時，上述分析也能夠進(jìn)行。
接著，下面將說明K-K(Kramers-Kronig)分析方法的特征。
當(dāng)薄膜層的光吸收帶出現(xiàn)在所測量的波長范圍內(nèi)時，通過利用從下面的Kramers-Kronig關(guān)系式獲得的復(fù)折射率的色散公式(等式1)不僅可以獲得折射率而且可以獲得消光系數(shù)。
公式1n=1+2πP∫0∞ω′kω′2-ω′2dω′]]>k=-2πP∫0∞ω′kω′2-ω′2dω′---(1)]]>其中P是柯西積分(Cauchy integral)的主值(principal value)，ω是頻率。
這些關(guān)系式表示，如果已知消光系數(shù)，則能夠基于消光系數(shù)估計折射率。當(dāng)光吸收帶出現(xiàn)在所測量的波長范圍內(nèi)時，該波長范圍內(nèi)的消光系數(shù)譜由Lorentz型公式(等式2)近似。
公式2k＝C1(E-C4)2/(E2-C2E+C3) (2)其中E是光子能量(eV)，且與波長λ(nm)具有下面的等式(3)所示的關(guān)系。
公式3E(eV)＝1239.84/λ(nm)(3)通過對Kramers-Kronig關(guān)系式(1)求積分同時利用等式2能夠獲得下面的折射率的等式(4)。
公式4n＝C5+f(E) (4)
其中f(E)為積分值，C5為積分常數(shù)。
在該K-K分析中，C1、C2、C3、C4、C5作為參數(shù)并給出初始值。由于C5是通過積分常數(shù)表示折射率的參數(shù)之一，所以PD層的大致折射率設(shè)置為初始值。對于C1，大致消光系數(shù)，即消光系數(shù)譜的峰消光系數(shù)的值給出初始值。
相反，C2、C3與消光系數(shù)譜的峰E(eV)有關(guān)，C2可以具有峰E(eV)的兩倍值作為大致初始值，而C3可以具有峰E(eV)的平方值作為大致初始值。由于C4與吸收帶的能帶寬度有關(guān)，所以在消光系數(shù)譜的峰的底部具有最小消光系數(shù)的E(eV)值可以用作初始值。
如上所述，當(dāng)采用K-K分析時，如果通過假定吸收譜即消光系數(shù)譜設(shè)置初始值，同時考慮測量中作為目標(biāo)物質(zhì)的薄膜的物理屬性，則可以進(jìn)行分析。
在K-K分析模型中，與其它模型對比參數(shù)的設(shè)置是困難的并且擬合計算(fitting calculation)也是困難的。根據(jù)參數(shù)的設(shè)置會不能獲得擬合。因此，K-K分析必須在使用者熟悉該測量分析到一定程度且理解該模型的特性之后再被采用。
通過上述方法檢測了雜質(zhì)摻入層的厚度和光學(xué)常數(shù)(折射率n和消光系數(shù)k)之后，通過下面的等式(5)可以計算光吸收系數(shù)。
α＝4πk/λ (5)表示雜質(zhì)摻入層110的光學(xué)特性的譜示于圖3中。
從圖3顯見，當(dāng)基于利用橢圓光度法的測量結(jié)果考慮時，波長300nm至600nm之間的光的光吸收系數(shù)增大。
因此，在后續(xù)步驟中通過照射具有300nm至600nm的波長的光可以有效地獲得活化，因此能通過較小的照射能量有效地活化雜質(zhì)。
在本實施例中，以此方式，被引入雜質(zhì)的固態(tài)基體的表面狀況被測量，然后基于所測量的結(jié)果決定后續(xù)步驟中的主要因素。
同時，在半導(dǎo)體行業(yè)或液晶行業(yè)，通過摻入雜質(zhì)形成的雜質(zhì)摻入層110通過照射電磁波被電活化。這意味著作為固態(tài)基體的主要組成元素的硅晶體通過以高于晶格的結(jié)合能的能量摻入雜質(zhì)的步驟而被破壞，然后被引入雜質(zhì)摻入層(雜質(zhì)摻入?yún)^(qū)域)的晶格缺陷通過在后來的步驟中照射電磁波到雜質(zhì)摻入層上而被恢復(fù)，且然后雜質(zhì)摻入層變?yōu)殡娀钚誀顩r。
此時，雜質(zhì)摻入層的狀況依賴于構(gòu)成固態(tài)基體的物質(zhì)和雜質(zhì)物質(zhì)的物理屬性之間的關(guān)系。雜質(zhì)物質(zhì)例如通過取代進(jìn)入到硅的晶格位置中，晶化被加速且因此雜質(zhì)摻入層變?yōu)殡娀钚誀顩r。
因此，為了實現(xiàn)這樣的過程，在照射例如可見輻射時雜質(zhì)被有效地電活化。這里，需要分析雜質(zhì)摻入層的光吸收譜且然后基于結(jié)果適當(dāng)波長的光應(yīng)被照射。另外，當(dāng)固態(tài)基體100和雜質(zhì)摻入層110在表面上混合在一起時，固態(tài)基體本身的光吸收譜被分析，然后選擇這樣的波段，所述波段中固態(tài)基體100的光吸收系數(shù)小但是雜質(zhì)摻入層110的光吸收系數(shù)大，且然后照射該波段的光。這樣，雜質(zhì)摻入層可以被活化，同時抑制固態(tài)基體100的溫度上升。
如上所述，在本實施例中，因為使用了利用橢圓光度法的光學(xué)測量，所以可以相應(yīng)地計算光吸收系數(shù)。特別地，由于固態(tài)基體中產(chǎn)生的擴(kuò)散現(xiàn)象(diffusion phenomenon)作為阻止形成具有小尺寸的精細(xì)器件中小型化的主要因素，僅特定波長的光的照射在不向固態(tài)基體提供無用能量的意義上可以防止擴(kuò)散，因此本實施例對于精細(xì)器件的形成是有效的。尤其當(dāng)包括多次雜質(zhì)摻入步驟時，必須應(yīng)用大量的熱處理工序。根據(jù)本發(fā)明，通過僅照射特定波長的光可以抑制不必要的擴(kuò)散長度的延伸。
在此例中，光學(xué)特性測量方法不限于橢圓光度法，XPS等可以被適當(dāng)?shù)剡x擇。
(實施例2)下面將說明使用該方法時采用等離子體摻雜方法作為雜質(zhì)摻入方法的方法。
首先，將說明本實施例中使用的等離子體摻雜系統(tǒng)和雜質(zhì)摻入控制系統(tǒng)，然后將詳細(xì)描述若干類型的控制方法。如圖4所示，本實施例中采用的等離子體摻雜系統(tǒng)包括光源120和作為用于測量固態(tài)基體100上雜質(zhì)摻入?yún)^(qū)域的光學(xué)特性的測量裝置的光度計130、以及用于基于通過該測量裝置獲得的光學(xué)特性控制摻雜條件的控制裝置。該系統(tǒng)反饋控制摻雜條件使得最優(yōu)表面狀況可被得到。
換言之，該等離子體摻雜系統(tǒng)包括真空腔200、用于在真空腔200中產(chǎn)生等離子體的等離子體源240，且將等離子體摻雜應(yīng)用到作為被處理的基體加載于基板固定器260上的固態(tài)基體100的表面上。
然后，真空泵210連接到真空腔200，用于測量真空的真空規(guī)230被提供給真空腔200。電源250連接到等離子體源240。另外，用于施加單值電勢的電源270與上述電源分離地連接到基板固定器260。
另外，用于引入氣體的氣體引入機(jī)構(gòu)(mechanism)被提供給真空腔200。該氣體引入機(jī)構(gòu)由用于供應(yīng)作為摻雜劑物質(zhì)的第一物質(zhì)的第一管道280、用于供應(yīng)作為其它物質(zhì)的第二物質(zhì)(此例中為He)的第二管道290、以及用于供應(yīng)第三物質(zhì)(此例中為Ar)的第三管道300構(gòu)造。
另外，控制裝置包括用于計算光度計測量的光學(xué)特性的計算機(jī)320、用于基于計算結(jié)果決定控制條件的控制電路340、以及用于基于控制電路的輸出反饋控制等離子體摻雜系統(tǒng)的摻雜條件的控制器350。
接著，下面將說明使用該摻雜系統(tǒng)的摻雜方法。
這里，下面將說明氣體被用作摻雜源的情況。
首先，作為第一物質(zhì)的摻雜劑物質(zhì)被供應(yīng)給真空腔200。這里，不同于此摻雜劑物質(zhì)的其它物質(zhì)作為載氣或具有特定功能的材料被引入。在本實施例中，具有與摻雜劑物質(zhì)不同的屬性的氣體例如稀有氣體等被選定，其在硅中不變成電活性的。舉例來說，有He或Ar。然后，He被選定作為第二物質(zhì)，Ar被選定作為第三物質(zhì)。然后，通過從包括第一至第三管道280、290、300的氣體引入管道引入氣體，在真空腔200中等離子體310產(chǎn)生在固態(tài)基體100的表面上。
等離子體中的帶電粒子被等離子體310與固態(tài)基體100之間的電勢差吸引，從而施行雜質(zhì)摻入。同時，等離子體中的電中性物質(zhì)被附著或吸留在固態(tài)基體100的表面附近。這里，雜質(zhì)摻入層110的狀況由下面的固態(tài)基體100的狀況和等離子體的能量決定，雜質(zhì)能夠被附著或被吸留。
根據(jù)此雜質(zhì)摻入步驟，上述實施例中說明的雜質(zhì)摻入層110形成在固態(tài)基體100的表面上。為了測量雜質(zhì)摻入層的物理屬性，光源120和光度計130被提供給真空腔200。然后，光度計130所測量的光學(xué)特性由計算機(jī)320計算，然后計算結(jié)果被饋給控制電路340，然后數(shù)據(jù)被饋給控制器350作為反饋信息，由此等離子體摻雜系統(tǒng)調(diào)整等離子體條件并控制雜質(zhì)摻入層的物理屬性。
這里將被調(diào)整的等離子體條件有施加到等離子體的電源電壓或電壓施加時間和施加時機(jī)、摻雜劑物質(zhì)和其它物質(zhì)的混合比、真空度、其它物質(zhì)的混合比、含有摻雜劑物質(zhì)的等離子體的照射時間與不含有摻雜劑物質(zhì)的等離子體的照射時間的比等。通過改變這些參數(shù)控制雜質(zhì)摻入層的物理屬性。
作為本發(fā)明的示例，下面將說明各示例，其中這些參數(shù)被改變?，F(xiàn)在這里將詳細(xì)描述混合功率和氣體的方法。
<示例>
示例1首先，將說明作為示例1的改變功率的方法。
已知等離子體密度和到達(dá)基板的帶電粒子(主要是帶正電的離子)的能量根據(jù)供應(yīng)來產(chǎn)生等離子體的功率和連接到基板固定器的電源來決定。這里將描述一示例，其中主要改變連接到基板固定器260的電源270的功率。
首先，從電源250供應(yīng)1000W的功率以用于產(chǎn)生等離子體。為了使產(chǎn)生的等離子體310有效地到達(dá)基板，一功率被供應(yīng)到基板固定器260。首先，通過供應(yīng)100W啟動等離子體摻雜。這時，最終需要的雜質(zhì)摻入層的厚度設(shè)置為15nm。
這里，采用摻雜劑物質(zhì)B2H6且還采用He作為其它物質(zhì)。B2H6以2SCCM引入且He以10SCCM引入。真空設(shè)置為1Pa。首先，當(dāng)從電源250供應(yīng)100W時摻雜被執(zhí)行5秒。
在此狀態(tài)下，如圖1和圖4所示，雜質(zhì)摻入層的光學(xué)常數(shù)(光吸收系數(shù))通過光度計130被測量。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)作為計算機(jī)320計算的結(jié)果的雜質(zhì)摻入層厚度為12nm。
然后，基于根據(jù)發(fā)明者自己測量的測量結(jié)果形成的數(shù)據(jù)庫，由控制電路340計算用于將雜質(zhì)摻入層的厚度設(shè)置為15nm的條件。然后，基于所計算的結(jié)果，控制器350將從電源250供應(yīng)的功率增加至115W，然后等離子體摻雜進(jìn)行3秒。
然后，由光度計130確認(rèn)雜質(zhì)摻入層的厚度達(dá)到15nm。然后，電源250被關(guān)閉，等離子體130熄滅，于是該工藝結(jié)束。
示例2通過利用K-K(Kramers-Kronig)分析方法獲得的樣品PD-1(偏置電壓30V，處理時間60s)和PD-2(偏置電壓60V，處理時間60s)、以及用于比較的晶體硅基板的吸收系數(shù)譜示于圖5中。在該例中，當(dāng)對于相同的60秒等離子體摻雜時間在400nm至800nm的波長范圍內(nèi)增大偏置電源電壓時，PD層的光吸收系數(shù)增大。該結(jié)果確定PD-2適合于例如利用400nm至800nm的波長的退火方法被采用的情況。即橢圓光度法測量結(jié)果可被反饋給退火的優(yōu)化，從而利用K-K(Kramers-Kronig)分析方法的橢圓光度法測量的有效性被檢驗。
示例3接著，下面將說明作為示例3的一示例，其中對雜質(zhì)摻入步驟中混合氣體的方法進(jìn)行控制。
當(dāng)在形成雜質(zhì)摻入層110時利用例如硅基板作為固態(tài)基體100時，晶格被摻雜劑物質(zhì)和其它物質(zhì)擾亂，因此這樣的基板變成其非晶態(tài)。在后續(xù)步驟中將該非晶態(tài)轉(zhuǎn)變成所需狀態(tài)是重要的任務(wù)。
在該例中，BF3被用作摻雜劑物質(zhì)且He和Ar被用作其它物質(zhì)。這里，用作摻雜劑物質(zhì)的BF3的量保持恒定，但雜質(zhì)摻入層110的厚度被改變。
首先，通過引入Ar使等離子體產(chǎn)生5秒從而形成部分雜質(zhì)摻入層110。當(dāng)利用光度計測量時雜質(zhì)摻入層110的厚度為5nm。然后，BF3被引入到雜質(zhì)摻入層110中，氣體吸附被應(yīng)用5秒。然后通過提供功率產(chǎn)生BF3等離子體，然后摻雜繼續(xù)3秒。同時，He被引入從而以較小功率100W得到20nm的厚度。摻雜劑的量達(dá)到預(yù)定摻雜劑量之后BF3的供應(yīng)停止。He等離子體照射繼續(xù)同時利用光度計測量厚度。當(dāng)5秒過后確認(rèn)雜質(zhì)摻入層的光學(xué)厚度達(dá)到20nm時，等離子體停止，工藝結(jié)束。
示例4接著，下面將說明作為例4的一示例，其中含有摻雜劑物質(zhì)的等離子體的照射時間與不含有摻雜劑物質(zhì)的等離子體的照射時間的比被調(diào)整。為了簡化說明，這里將說明固態(tài)基體的光學(xué)性質(zhì)，特別是這樣的示例，其中在摻雜工藝之后接著進(jìn)行的例如光照射等的退火中具有大的光吸收系數(shù)的雜質(zhì)摻入層110被形成。例如，當(dāng)采用圖4所示的等離子體摻雜系統(tǒng)時，通常假設(shè)這樣的情況，即利用必需量的摻雜劑通過等離子體摻雜形成的雜質(zhì)摻入層110的光吸收系數(shù)對于退火是不適當(dāng)?shù)摹?br> 那時，僅光吸收系數(shù)被調(diào)整以具有大的值而不改變摻雜劑量，于是稀有氣體例如Ar從第二管道290引入以摻入第二物質(zhì)，使得退火中的預(yù)定光吸收系數(shù)能被設(shè)置，然后不同于摻雜劑的另一等離子體被形成且照射到固態(tài)基體上。盡管僅單個示例，通過將Ar等離子體照射到固態(tài)基體100上5秒形成雜質(zhì)摻入層110。那時，等離子體照射時間和其它等離子體參數(shù)被調(diào)整使得光吸收系數(shù)具有足夠大的值以隨后進(jìn)行退火。然后，用He將B2H6稀釋至0.5％得到的氣體從為摻雜劑物質(zhì)準(zhǔn)備的第一管道280引入從而產(chǎn)生等離子體，然后該等離子體照射15秒。
通過首先利用Ar等離子體然后利用摻雜劑等離子體復(fù)合地形成的雜質(zhì)摻入層110的光學(xué)物理性質(zhì)通過光度計130被測量，然后預(yù)定光學(xué)特性即這里的光吸收系數(shù)通過一系列控制系統(tǒng)被得到，然后該工藝結(jié)束。圖6(a)定性示出在Ar照射時光吸收系數(shù)的增加對工藝時間的依從關(guān)系。檢驗到約5秒鐘光吸收系數(shù)增加到超過5E4cm-1后，該工藝轉(zhuǎn)換到摻雜劑工藝。
根據(jù)該方法，也可以實現(xiàn)有效退火。
示例5接著，下面將說明本發(fā)明的示例5。在該示例中，雜質(zhì)摻入層110的光學(xué)特性也通過反饋控制來控制，如示例1至4中一樣。下面將說明液晶基板用作固態(tài)基體100的情況。在該情況中，多晶硅沉積在玻璃或石英玻璃基板上，然后用于形成TFT的雜質(zhì)被摻入到多晶硅中。由于沉積在玻璃基板上的這樣的多晶硅是薄膜，所以在摻入雜質(zhì)時形成的雜質(zhì)摻入層110的厚度可以占據(jù)薄膜的大部分。
光吸收系數(shù)從光度計130測量的光學(xué)常數(shù)取得。在液晶裝置的形成中，在摻雜劑物質(zhì)被摻入之后將激光照射到雜質(zhì)摻入層上來電活化它的方法被采用。因此，雜質(zhì)摻入層被調(diào)整且光吸收系數(shù)被控制，從而激光可被有效吸收。
在該示例中，圖4所示的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)被采用，雜質(zhì)摻入層的光學(xué)特性通過光度計130被測量，且反饋測量結(jié)果時調(diào)整摻雜量。根據(jù)光度計130的測量結(jié)果停止摻雜劑物質(zhì)的供應(yīng)，且雜質(zhì)摻入工藝結(jié)束。
根據(jù)該方法，能夠有效地實現(xiàn)活化。因此，玻璃基板的溫度上升小，彎曲、變形、裂紋等的產(chǎn)生可被抑制，產(chǎn)率可被提高。
類似地，當(dāng)其它物質(zhì)例如硅基板被用作固態(tài)基體時，該方法可被滿意地控制。
示例6接著，下面將說明本發(fā)明的例6。
在該示例中，如實施例1所示，摻有雜質(zhì)的雜質(zhì)摻入層110的光學(xué)特性被測量，然后響應(yīng)于該結(jié)果通過調(diào)整退火條件來實現(xiàn)雜質(zhì)摻入層的活化而不升高基板溫度。
這里，包括特定波長的電磁波照射到固態(tài)基體100上來退火，固態(tài)基體100上形成有通過已描述的方法形成的雜質(zhì)摻入層110。電磁波的能量被用來特別有效地貢獻(xiàn)給雜質(zhì)摻入層的電活化，但是向其它區(qū)域(固態(tài)基體)的能量供應(yīng)被抑制且固態(tài)基體100的溫度上升被抑制。
如實施例1，光從光源120照射到形成在固態(tài)基體100的表面上的雜質(zhì)摻入層110上，然后該光通過光度計130被測量。表示雜質(zhì)摻入層110的光學(xué)特性的譜示于圖6(b)。圖6(b)中的譜通過利用橢圓光度法被測量，作為下一步驟的退火步驟的主要因素基于該測量結(jié)果被決定。
根據(jù)實施例2所示的方法，硼通過等離子體摻雜被摻入到單晶硅基板中。
作為當(dāng)類似地進(jìn)行包括此次形成的雜質(zhì)摻入層110的固態(tài)基體100的光學(xué)測量時所獲得的結(jié)果，具有600nm附近的峰的譜被觀測到，如圖6(b)所示。在這種情況下，當(dāng)采用發(fā)射600nm附近的光的激光時，或者當(dāng)采用例如具有稍寬的峰的白光源時采用過濾器來截斷除了580nm至620nm波長以外的波長時，僅對退火有效的波長的光照射到具有雜質(zhì)摻入層的基板上是有效的。
為此，在此示例6中，下面將說明其中使用過濾器進(jìn)行波長控制的示例。
如圖7所示，退火爐被構(gòu)造為具有基板固定器500、白光源510、以及過濾器520，過濾器520可拆卸地設(shè)置且僅透射來自白光源的具有特定波長的選定光530。
在此示例中，雜質(zhì)摻入層110在其上的固態(tài)基體100加載到基板固定器500上，然后從白光源發(fā)出且經(jīng)過濾器調(diào)整從而具有預(yù)定波長的光照射到形成在固態(tài)基體的表面上的雜質(zhì)摻入層110上，這樣進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐嘶稹?br> 更特別地，提供包含特定波長從而形成圖6所示的波長譜中的峰的光源，且提供具有一特性使得僅適于退火基板的波長被通過(例如包含波長譜的峰的特性)的過濾器520。在該系統(tǒng)中，以100W的強(qiáng)度從光源即此例中的白光源510照射且然后通過過濾器520在580nm至620nm內(nèi)過濾的光530被照射。以此方式過濾的光530的能量被基板上的雜質(zhì)摻入層110有效吸收且衰減，因此固態(tài)基體100吸收的能量的量很小。
以此方式，整個固態(tài)基體的溫度很少上升且能量僅被雜質(zhì)摻入層110吸收，使得限制在特定區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)退火層可被形成。此方法對于形成置于小型化范圍區(qū)域中的MOS晶體管等非常有用。
這里，可向基板固定器500提供冷卻機(jī)構(gòu)(未示出)，基板可被進(jìn)一步冷卻。然而，根據(jù)本發(fā)明，有效能量可被雜質(zhì)摻入層110吸收，因此這樣的冷卻機(jī)構(gòu)不是非常需要。
另外，當(dāng)通過使用與圖4所示的摻雜系統(tǒng)中采用的機(jī)構(gòu)相同的機(jī)構(gòu)將光源120和光度計130提供給圖7所示的退火爐且然后測量雜質(zhì)摻入層110的光學(xué)性質(zhì)時，光照射中物理性質(zhì)的改變被測量。以該方式，光照射導(dǎo)致的狀態(tài)改變可被測量。
在以上示例中，通過使用白光源和過濾器所需波長的光被照射。此示例中，具有合適波長(例如此例中為600nm)的激光光源可用來代替白光源510。
相反地，也可以設(shè)計具有所需光學(xué)特性的雜質(zhì)摻入層來適應(yīng)工業(yè)上可便宜獲得的激光光源的波長。
示例7接著，下面將說明作為本發(fā)明示例7的等離子體摻雜時混合氮和氧作為混合物質(zhì)的方法。首先，利用圖4所示的摻雜系統(tǒng)的同時，通過利用實施例2所描述的方法應(yīng)用的雜質(zhì)摻入將10nm厚的雜質(zhì)摻入層110形成在固態(tài)基體上。
然后，氮或含氮的氣體通過用于引入作為其它物質(zhì)的第二物質(zhì)的第二管道290被引入，然后產(chǎn)生等離子體，然后雜質(zhì)摻入層110的上部分被氮化約3nm的深度。
以此方式，通過測量包括雜質(zhì)摻入層110和氮化膜600(見圖8)的光學(xué)特性，即通過利用提供給圖4中的系統(tǒng)的光源120和光度計130、計算機(jī)320、控制電路340、以及控制器350，氮化條件可被控制為滿足后續(xù)執(zhí)行的退火例如光照射的光學(xué)特性。
這里描述的光學(xué)特性的“滿足”這個術(shù)語基本類似于示例1中所描述的。但是退火步驟中所用的光的吸收率通過在退火之前用氧化膜610涂覆雜質(zhì)摻入層110而能夠提高。另外，退火時空氣中的氧和水分的參與(engagement)產(chǎn)生的氧化可被相應(yīng)地防止。因此，也可以伴隨這樣的優(yōu)點，即雜質(zhì)摻入層110和氮化膜600的總光學(xué)特性能被穩(wěn)定化。
另外，如圖8(c)所示，通過經(jīng)由第三管道300引入作為第三物質(zhì)的氧或含氧氣體，雜質(zhì)摻入層110的表面能被氧化。這時，通過利用提供給圖4中的系統(tǒng)的光源120和光度計130、計算機(jī)320、控制電路340、以及控制器350，雜質(zhì)摻入層110和氧化膜610的光學(xué)特性也可被控制為這樣的光學(xué)特性，即滿足后續(xù)執(zhí)行的退火例如光照射中使用的光的波長。在退火時難以防止氧化，但是通過采取措施例如在退火環(huán)境中使用真空或惰性氣體這樣的表面氧化層的引入也可以應(yīng)用。
這里，說明了其中雜質(zhì)摻入層110被直接氮化和氧化的例子。但是通過所謂的CVD技術(shù)，例如通過分別經(jīng)由用于供應(yīng)第二物質(zhì)的第二管道290和用于供應(yīng)第三物質(zhì)的第三管道300引入SiH4和氧的方法，硅氧化物膜或其它膜可被沉積。如果這樣做，則與雜質(zhì)摻入層的物理性質(zhì)不具有相關(guān)性的薄膜也可被沉積，且可以獲得各種光學(xué)特性。另外，應(yīng)當(dāng)通過操作上述控制系統(tǒng)來控制光學(xué)特性，這在沉積中非常重要。
示例8接著，下面將說明在退火步驟中隨著雜質(zhì)摻入?yún)^(qū)域的光學(xué)特性的改變接著改變退火條件的方法。
這里，如圖9所示，激光光源700用作光源，能夠改變波長的調(diào)制過濾器710用在該光路上，依隨光度計130測量的雜質(zhì)摻入層110的狀況的調(diào)制光720照射在固態(tài)基體100的表面上的雜質(zhì)摻入層110上。
具有與固態(tài)基體不同的狀況的雜質(zhì)摻入層110形成為接觸固態(tài)基體100，然后薄氮化物膜、薄氧化物膜等被形成來保護(hù)雜質(zhì)摻入層或控制光學(xué)特性。然后，通過照射電磁波例如光等來退火所得結(jié)構(gòu)時，不必說，通過如以上實施例中所述的那樣保持足夠的注意，可以最初形成最適于退火的雜質(zhì)摻入層以滿足具有一中心波長的激光的特有波長。另外，為了在退火步驟中得到最佳結(jié)果，期望退火條件應(yīng)被改變從而依隨被光照射改變的雜質(zhì)摻入層的狀況。
圖10示出其中光吸收系數(shù)隨光照射時間改變的情況。即示出這樣的行為，其中光照射之前以曲線a表示的光吸收特性在光照射10納秒之后轉(zhuǎn)變到曲線b且然后在100納秒之后轉(zhuǎn)變到曲線c。
這表明光吸收的中心在退火期間逐漸轉(zhuǎn)移。由于作為使用白光進(jìn)行的退火的特征，所有波長的光被包括，所以該退火能自然地響應(yīng)該光吸收的改變，但是必須為此照射含有不必要波長的全部光。因此，如示例5中所說明的，導(dǎo)致了缺陷，使得整個基板的溫度或固態(tài)基體表面附近的溫度升高等。
因此，在此例中首先使用具有600nm附近的中心波長的激光。如圖9所示，具有中心波長的激光光源700被提供給該退火爐，然后波長被設(shè)置在光路上的調(diào)制過濾器710及時改變。
換言之，在雜質(zhì)摻入層通過照射激光700被退火時，從測量光源210入射的光被光度計測量。然后，如圖10所示，通過捕捉光吸收系數(shù)的變化行為，照射的(調(diào)制的)光720的頻率通過操作調(diào)制過濾器710被改變。結(jié)果，退火時段內(nèi)具有一直最適于光吸收的波長的光可被照射到接觸固態(tài)基體100的表面的雜質(zhì)摻入層110上，由此退火效率可被最大化。這表明照射的能量很少被除了雜質(zhì)摻入層以外的部分吸收。可以說，為了在作為本發(fā)明的主要應(yīng)用領(lǐng)域的半導(dǎo)體工業(yè)中形成“淺結(jié)”，該方法應(yīng)該是具有最高能量效率且能在完成時形成極淺的結(jié)的理想方法。
示例9接著，下面將說明本發(fā)明的示例9。
在上面的示例8中，說明了依隨雜質(zhì)摻入層的光學(xué)特性以及退火期間光學(xué)特性的改變調(diào)制光的波長的方法。在此例中，作為摻雜層的雜質(zhì)摻入層應(yīng)形成為滿足工業(yè)上容易得到的激光的波長。具體地示例7中已經(jīng)說明的方法屬于此概念。
換言之，如參照圖6已經(jīng)說明的，設(shè)定光吸收系數(shù)高的波長范圍的雜質(zhì)摻入層可通過所述雜質(zhì)摻入層的形成而形成。當(dāng)?shù)入x子體摻雜方法被用作此方法時，如示例3所說明的，通過改變幾個參數(shù)從而改變等離子體條件可形成在所用激光的波長附近具有大的光吸收系數(shù)的雜質(zhì)摻入層。
根據(jù)該方法，如例4所示，通過在等離子體摻雜期間在產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下(所謂的原位狀態(tài)(InSitu state))一直觀測固態(tài)基體100的表面(見圖4)來改變等離子體參數(shù)，最終可以獲得預(yù)定的光學(xué)特性(這里考慮光吸收系數(shù))。
另外，例如，摻雜應(yīng)用到固態(tài)基體100的表面預(yù)定時間例如5秒，然后停止等離子體照射一次，然后通過測量來自光源120的光得到光學(xué)特性，然后通過反饋該結(jié)果改變示例3中說明的等離子體參數(shù)，然后通過執(zhí)行等離子體摻雜下一個5秒形成雜質(zhì)摻入層110。滿足選定激光的波長的雜質(zhì)摻入層的光學(xué)特性可通過重復(fù)這些步驟來設(shè)置。
另外，在以上實施例中，雜質(zhì)摻入步驟和退火步驟通過分開的爐進(jìn)行。但是這些步驟可以通過相同的爐進(jìn)行。
另外，退火步驟中雜質(zhì)摻入層的光學(xué)特性的調(diào)整可以通過借助常壓等離子體的薄膜形成來實現(xiàn)。換言之，當(dāng)雜質(zhì)摻入層的光學(xué)特性被測量且然后依隨雜質(zhì)摻入層的物理性質(zhì)的改變而在表面上進(jìn)行薄膜形成以補(bǔ)償由于退火的進(jìn)展導(dǎo)致的雜質(zhì)摻入層自身的光學(xué)特性的改變時，雜質(zhì)摻入層中的光吸收率可被增大從而滿足退火條件。
參照特定實施例詳細(xì)說明了本發(fā)明，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種變型和修改。
本發(fā)明基于2003年9月24日提交的日本專利申請No.2003-331330以及2004年3月9日提交的日本專利申請No.2004-065317，在此引用其全部內(nèi)容作為參考。
<工業(yè)實用性>
本發(fā)明的雜質(zhì)摻入方法和系統(tǒng)能夠有效地實現(xiàn)精細(xì)半導(dǎo)體區(qū)域的形成例如淺結(jié)的形成、超薄膜的形成等，而不升高基板的溫度，且對于諸如電容器、變阻器、二極管、晶體管、線圈等的形成是有效的且對于雜質(zhì)被選擇性摻入到大尺寸基板例如液晶基板等中是有效的并且沒有溫度升高。
權(quán)利要求
1.一種雜質(zhì)摻入方法，包括步驟將雜質(zhì)摻入到固態(tài)基體的表面中；測量所述雜質(zhì)被摻入其中的區(qū)域的光學(xué)特性；基于測量結(jié)果選擇退火條件從而滿足所述雜質(zhì)被摻入其中的所述區(qū)域的所述光學(xué)特性；以及基于所述選定的退火條件，退火所述雜質(zhì)被摻入其中的所述區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)摻入方法，其中摻入所述雜質(zhì)的步驟包括等離子體摻雜步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)摻入方法，其中摻入所述雜質(zhì)的步驟包括離子注入步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中所述測量步驟在所述退火步驟之前進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中所述測量步驟與所述退火步驟同時進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中所述退火步驟分成多個時段，且所述測量步驟在所述退火步驟之間進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中所述選定該退火條件的步驟包括在該退火步驟期間使該退火條件依隨該雜質(zhì)摻入?yún)^(qū)域的該光學(xué)特性的改變而接連改變的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中該雜質(zhì)摻入步驟分成多個時段，且該測量步驟在該雜質(zhì)摻入步驟之間進(jìn)行。
9.一種雜質(zhì)摻入方法，包括步驟將雜質(zhì)摻入到固態(tài)基體的表面中；測量所述雜質(zhì)被摻入其中的區(qū)域的光學(xué)特性；基于測量結(jié)果調(diào)整該光學(xué)特性從而滿足退火條件；以及退火所述雜質(zhì)被摻入其中的該區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中在監(jiān)控所述雜質(zhì)被摻入其中的該區(qū)域的光學(xué)常數(shù)時，控制等離子體摻雜條件使得該光學(xué)常數(shù)滿足該等離子體摻雜步驟之后進(jìn)行的光照射。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中在監(jiān)控所述雜質(zhì)被摻入其中的該區(qū)域的光學(xué)常數(shù)時，控制離子注入步驟使得該光學(xué)常數(shù)滿足該離子注入之后進(jìn)行的光照射。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中該測量步驟是使用橢圓光度法的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的雜質(zhì)摻入方法，其中所述使用橢圓光度法的步驟包括計算該雜質(zhì)摻入層的厚度和光學(xué)常數(shù)的橢圓光度法分析步驟，該光學(xué)常數(shù)包括折射率n和消光系數(shù)k。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的雜質(zhì)摻入方法，其中該橢圓光度法分析步驟包括利用K-K(Kramers-Kronig)分析、Tauc-Lorentz分析、Cody-Lorentz分析、Forouhi-Bloomer分析、MDF分析、頻帶分析、Tetrahedral分析、Drude分析和Lorentz分析中的任一種采用折射率波長色散模型的分析步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至12的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中該退火步驟是照射電磁波的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的雜質(zhì)摻入方法，其中該退火步驟是照射光的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的雜質(zhì)摻入方法，其中所述摻入該雜質(zhì)的步驟是摻入雜質(zhì)使得所述雜質(zhì)被摻入其中的該區(qū)域的光吸收系數(shù)超過5E4cm-1的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求2至17的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中該等離子體摻雜步驟包括控制施加到該等離子體的電源電壓、該等離子體的成分、以及含有摻雜劑物質(zhì)的該等離子體的照射時間與不含有該摻雜劑物質(zhì)的該等離子體的照射時間的比中的至少一種的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的雜質(zhì)摻入方法，其中該等離子體摻雜步驟包括通過改變構(gòu)成該等離子體的雜質(zhì)物質(zhì)與作為與該雜質(zhì)物質(zhì)混合的物質(zhì)的惰性物質(zhì)或反應(yīng)物質(zhì)之間的混合比來控制該等離子體的成分的步驟，從而控制所述雜質(zhì)被摻入其中的該區(qū)域的該光學(xué)特性。
20.根據(jù)權(quán)利要求2至17的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法，其中該等離子體摻雜步驟設(shè)定所述雜質(zhì)被摻入其中的該區(qū)域的該光學(xué)常數(shù)，使得所述雜質(zhì)被摻入其中的該區(qū)域中包含的該雜質(zhì)的電活化被加速且到該固態(tài)基體中的能量吸收被抑制。
21.一種雜質(zhì)摻入系統(tǒng)，包括雜質(zhì)摻入裝置，其用于將雜質(zhì)摻入到固態(tài)基體的表面中；測量裝置，其用于測量所述雜質(zhì)被摻入其中的區(qū)域的光學(xué)特性；退火裝置，其用于退火所述雜質(zhì)被摻入其中的該區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)，其中該雜質(zhì)摻入裝置是用于將該雜質(zhì)摻入到該固態(tài)基體的表面中的等離子體摻雜裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)，其中該雜質(zhì)摻入裝置是用于將該雜質(zhì)注入到該固態(tài)基體的表面中的離子注入裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)，還包括摻雜控制裝置，其用于基于該測量裝置的測量結(jié)果控制該等離子體摻雜裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)，還包括摻雜控制裝置，其用于基于該測量裝置的測量結(jié)果控制該離子注入裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)，還包括退火控制裝置，其用于基于該測量裝置的測量結(jié)果控制該退火裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求21至26的任一項所述的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)，還包括反饋機(jī)構(gòu)，其用于將該測量裝置的測量結(jié)果反饋到該退火控制裝置或該雜質(zhì)摻入控制裝置中的任一種。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)，其中該反饋機(jī)構(gòu)原位進(jìn)行測量結(jié)果的反饋。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)，其中該反饋機(jī)構(gòu)以高速進(jìn)行抽樣檢查，且如果結(jié)果不好，則進(jìn)行額外工藝?yán)珙~外摻雜、退火條件放寬等。
30.一種電子器件，其通過利用權(quán)利要求1至20的任一項所述的雜質(zhì)摻入方法摻入雜質(zhì)而形成。
31.一種電子器件，其通過利用權(quán)利要求21至29的任一項所述的雜質(zhì)摻入系統(tǒng)摻入雜質(zhì)而形成。
全文摘要
本發(fā)明實現(xiàn)雜質(zhì)引入而不引起基板溫度上升。雜質(zhì)引入步驟期間形成的晶格缺陷的物理性質(zhì)被光學(xué)測量和控制從而它們對于后續(xù)步驟變得最優(yōu)。雜質(zhì)引入方法包括引入雜質(zhì)到固態(tài)基體的表面中的步驟；測量雜質(zhì)被引入的區(qū)域的光學(xué)特性的步驟；根據(jù)所測量的雜質(zhì)引入?yún)^(qū)域的光學(xué)特性確定退火條件的步驟；以及在如此確定的退火條件下退火該雜質(zhì)引入?yún)^(qū)域的步驟。
文檔編號H01L21/265GK1856864SQ20048002771
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者金成國, 佐佐木雄一朗, 水野文二 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社