杂质掺入方法、杂质掺入系统及利用它们形成的电子器件技术方案

本发明专利技术实现杂质引入而不引起基板温度上升。杂质引入步骤期间形成的晶格缺陷的物理性质被光学测量和控制从而它们对于后续步骤变得最优。杂质引入方法包括：引入杂质到固态基体的表面中的步骤；测量杂质被引入的区域的光学特性的步骤；根据所测量的杂质引入区域的光学特性确定退火条件的步骤；以及在如此确定的退火条件下退火该杂质引入区域的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及杂质掺入方法、杂质掺入系统以及利用它们形成的电子器件，更特别地，涉及在形成半导体器件特别是电子器件、或者液晶板制造方法中应用的杂质掺入。
技术介绍
随着半导体器件的小型化，近年来需求形成浅结(shallow junction)的技术。在现有技术的半导体制造技术中，将各种导电类型的杂质例如硼(B)、磷(P)、砷(As)等以低能量离子注入到作为固态基体(base body)的半导体基板的表面中的方法被广泛采用。因为具有浅结的半导体器件通过利用该离子注入方法形成，所以实际上能够形成浅结，但是对离子注入能形成的深度有限制。例如，因为硼杂质难以浅掺入，所以通过离子注入形成的掺杂区域的深度的限制为距离基体的表面几乎100nm。因此，近来已经提出了各种掺入方法作为使更浅的结可行的途径。其中，现在很多注意力集中在作为适于实际使用的技术的等离子体掺杂技术上。等离子体掺杂是这样的技术，即通过等离子体激发含有掺杂杂质的反应气体，并将该等离子体照射到固态基体的表面上从而掺入杂质。然后，通过杂质被掺入之后的退火步骤进行所掺入的杂质的活化。通常，能发射宽的波长范围的电磁波例如可见辐射、红外辐射、紫外辐射等的光源在退火步骤中被采用。然而，对活化有效的波长根据被掺进杂质的固态基体本身的晶体状况而不同。实际上这样的波长通常存在于窄的范围中。不必要波长的光的照射使基板的温度上升并在一些情况下导致特性变差。近年来，已经提出了通过光学测量来测量掺入在固态基体的表面中的杂质的量的方法(例如见JP-A-2000-282425)。由于该方法通过光学测量来测量原子团(radical)的量，所以通过检测电流的量能够测量掺入量。
技术实现思路
通过上述方法检测杂质的掺入量，即掺入固态基体中的杂质的总量。测量所掺入杂质的总量当然是重要的。但是，在实现最佳的等离子体掺杂和随后通过能量照射例如光照射等进行的最佳退火中，检测杂质掺入区域中的状况例如晶体状况是非常重要的，所述晶体状况即当通过将杂质掺到硅基板中形成半导体器件时或者当通过在液晶基板上形成TFT(薄膜晶体管)制造液晶板时有多少晶格缺陷被引入。本专利技术鉴于上述情况而做出，且旨在提供实现杂质的电活化而不导致基板的温度上升的杂质掺入技术。另外，本专利技术旨在光学地测量当在硅基板上形成半导体器件，制造液晶板等时由杂质掺入步骤在单晶硅或多晶硅中产生的晶格缺陷的物理属性，然后控制杂质掺入步骤的条件从而优化后续步骤中的条件。因此，本专利技术的杂质掺入方法包括将杂质掺入到固态基体的表面中的步骤；测量掺有杂质的区域的光学特性的步骤；基于测量结果选择退火条件从而满足掺有杂质的该区域的光学特性的步骤；以及基于所选定的退火条件，退火掺有杂质的该区域的步骤。根据该方法，掺有杂质的该区域的光学特性被预先测量，能响应于该光学特性实现最适宜的退火，由此杂质掺入区域能够以高精度高效地形成。在该情况中，杂质掺入步骤不仅包括简单地掺入杂质的步骤，而且包括控制表面状况从而得到适于退火步骤的光学特性的步骤，使得在随后实施的主要包括光照射的退火步骤中能量能被有效地吸收。光学特性的控制包括通过改变构成等离子体的杂质物质与作为与该杂质物质混合的物质的惰性物质或反应物质之间的混合比来控制等离子体的成分从而控制掺有该杂质的区域的光学特性的步骤。即包括该步骤杂质物质与诸如氮、稀有气体等的惰性物质以及诸如氧、硅烷、乙硅烷等的反应物质同时或顺序地供应到固态基体的表面上，然后形成适于退火步骤的光学特性。本专利技术中的“杂质掺入方法”表示包括退火步骤的一系列步骤。另外，在本专利技术中，掺入杂质的步骤包括等离子体掺杂步骤。根据该方法，杂质能被掺在浅区域中。另外，在本专利技术中，掺入杂质的步骤包括离子注入步骤。根据该方法，可以使随后进行的主要包括光照射的退火步骤高度有效，还能实现高精度等离子体掺杂。另外，在本专利技术中，该测量步骤在该退火步骤之前进行。根据该方法，掺有杂质的该区域的状况可在该退火之前被检测，其后可以选择退火条件，由此可获得最优活化状态。另外，在本专利技术中，该测量步骤与该退火步骤同时进行。根据该方法，掺有杂质的该区域的状况可在退火期间被检测，其后可以选择退火条件，由此可获得最优活化状态。另外，在本专利技术中，该退火步骤分成多个时段，且该测量步骤在该退火步骤之间进行。根据该方法，该退火步骤分成多个时段，掺有杂质的该区域的状况可在退火期间被检测，其后可以选择退火条件。这样，可获得最优活化状态。另外，在本专利技术中，选择退火条件的步骤包括在该退火步骤期间使所述退火条件随着该杂质掺入区域的光学特性的改变而接连变化的步骤。根据该方法，可以检测掺有杂质的该区域通过退火的改变，其后可以选择退火条件。这样，可获得最优活化状态。另外，在本专利技术中，该杂质掺入步骤分成多个时段，且该测量步骤在该杂质掺入步骤之间进行。根据该方法，因为该测量步骤在该杂质掺入步骤之间进行，所以在杂质掺入步骤中光学特性能够根据腔中的情况来精确测量，且还能实现高精度杂质掺入。另外，尽管杂质的掺入必须停止一次，但是该示例对于使用大气压等离子体等的掺杂是有效的。本专利技术的一种杂质掺入方法包括将杂质掺入到固态基体的表面中的步骤；测量掺有该杂质的区域的光学特性的步骤；基于测量结果调整该光学特性从而满足退火条件的步骤；以及退火掺有该杂质的该区域的步骤。该方法对于对退火条件有限制的情况是有效的。另外，在本专利技术中，在监控掺有杂质的该区域的光学常数时，控制等离子体掺杂条件使得该光学常数满足在该等离子体掺杂步骤之后进行的光照射。根据该方法，可以形成具有更高精度的深度和剂量的杂质掺入区域。这里，除了光吸收系数以外还可以应用反射率等作为所述光学常数。另外，在本专利技术中，所述测量步骤是使用椭圆光度法(ellipsometry)的步骤。另外，在本专利技术中，使用椭圆光度法的步骤包括计算该杂质掺入层的厚度和光学常数(折射率n和消光系数k)的椭圆光度法分析步骤。另外，在本专利技术中，该椭圆光度法分析步骤包括利用K-K(Kramers-Kronig)分析、Tauc-Lorentz分析、Cody-Lorentz分析、Forouhi-Bloomer分析、MDF分析、频带分析、Tetrahedral分析、Drude分析和Lorentz分析中的任一种采用折射率波长色散模型的分析步骤。由于可以处理吸收特性，所以采用折射率波长色散模型是特别合适的。另外，在本专利技术中，在所述杂质掺入方法中所述测量步骤包括使用XPS的步骤。另外，在本专利技术中，该退火步骤是照射电磁波的步骤。另外，在本专利技术中，该退火步骤是照射光的步骤。另外，在本专利技术中，该掺入杂质步骤是掺入杂质使得掺有该杂质的区域的光吸收系数超过5E4cm-1的步骤。根据该方法，可以选择具有高的光吸收率和高的效率的退火条件。另外，在本专利技术中，该等离子体掺杂步骤包括控制施加到该等离子体的电源电压、该等离子体的成分、以及含有掺杂剂物质的该等离子体的照射时间与不含有该掺杂剂物质的该等离子体的照射时间之间的比率中的至少一种的步骤。根据该方法，可以进行有效的控制。这里，通过调整作为掺杂剂的杂质物质与其它物质之间的混合比、真空、其它物质之间的混合比等来控制该等离子体的成分。另外，在本专利技术中，该等离子体掺杂步骤包括通过改变构成该等离子体的杂质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杂质掺入方法，包括步骤：将杂质掺入到固态基体的表面中；测量所述杂质被掺入其中的区域的光学特性；基于测量结果选择退火条件从而满足所述杂质被掺入其中的所述区域的所述光学特性；以及基于所述选定的退火条件，退火所 述杂质被掺入其中的所述区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金成国，佐佐木雄一朗，水野文二，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]