(57)【要約】  真空容器内において放電によって不純物を含むガスからなるプラズマを生成し、当該プラズマを用いて複数の基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施する際に、前記真空容器内に被処理基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、当該被処理基板のプラズマドーピング条件を調整する。
2008090763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内において放電によって不純物を含むガスからなるプラズマを生成し、当該プラズマを用いて複数の基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施する半導体装置の製造方法であって、
前記真空容器内に被処理基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、当該被処理基板のプラズマドーピング条件を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記複数の基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施する前に、基準となるプラズマドーピング条件を設定し、当該プラズマドーピング条件に従って、複数のダミー基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施することにより、積算放電時間とドーズ量又はシート抵抗との相関関係を求めておき、当該相関関係を用いて前記被処理基板のプラズマドーピング条件を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記相関関係を用いて、前記真空容器内に前記被処理基板が設置されるまでの積算放電時間におけるドーズ量又はシート抵抗の目的値からのずれ量を予測し、その予測結果に基づいて、前記被処理基板のプラズマドーピング条件を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
真空容器内において放電によって不純物を含むガスからなるプラズマを生成し、当該プラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成する半導体装置の製造方法であって、
基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定する工程（ａ）と、
前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるように、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）で設定された前記第２のプラズマドーピング条件に従って、前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行って前記不純物領域を形成する工程（ｃ）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。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記真空容器内をクリーニングする工程（ｄ）をさらに備え、
前記積算放電時間は前記工程（ｄ）以降の積算放電時間であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、予め前記真空容器内において少なくとも２つ以上の別々の基板に対して互いに異なる積算放電時間のときに前記第１のプラズマドーピング条件に従って前記不純物のプラズマドーピングを行うと共に前記別々の基板のそれぞれについてドーズ量の測定を行い、その後、前記真空容器内に前記別々の基板のそれぞれが設置されるまでの積算放電時間と、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量との関係に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して前記第２のプラズマドーピング条件を設定する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記別々の基板のそれぞれの一部にはドーズ量測定用の領域が設けられ、
前記工程（ｂ）において前記別々の基板のそれぞれについてのドーズ量の測定は、前記別々の基板のそれぞれの前記ドーズ量測定用の領域を用いて行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量の前記目的値を変更すると共に、当該変更後の前記目的値と、前記関係から予測されるドーズ量との差異に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第３のプラズマドーピング条件を設定する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量を用いて、下記（式１）におけるパラメータＡ及びＢを決定する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１）
（但し、ｙはシート抵抗、Ｌｎは自然対数、ｔは積算放電時間）
【請求項１０】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量を用いて、下記（式２）における次式パラメータＡ及びＢを決定する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
（但し、ｙはシート抵抗、ｔは積算放電時間）
【請求項１１】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、プラズマドーピング時間を補正する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記ガスの濃度を補正する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記ガスの流量を補正する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記真空容器内における前記基板が設置されるサセプタと前記ガスの供給部との距離は一定に保たれていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ガスは、ボロン原子と水素原子とからなる分子Ｂm Ｈn （但しｍ、ｎは自然数）を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ガスは、ボロン原子含有ガスとヘリウムとの混合ガスからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ボロン原子含有ガスはＢ2 Ｈ6 であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガス中におけるＢ2 Ｈ6 の濃度は０．０１質量％以上で且つ１質量％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ガスは、ＢＦ3 、ＡｓＨ4 又はＰＨ3 のいずれかを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項４〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
不純物を含むガスからなるプラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成する半導体製造装置であって、
真空容器と、
前記真空容器内に前記ガスを供給するガス供給部と、
前記真空容器内から前記ガスを排気するガス排気部と、
前記ガス供給部によって前記真空容器内に供給された前記ガスを放電によってプラズマ化するプラズマ生成部と、
プラズマドーピング条件を制御するプラズマドーピング条件制御部とを備え、
前記プラズマドーピング条件制御部は、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定すると共に、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるように、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の半導体製造装置において、
積算放電時間をカウントするカウンタをさらに備え、
前記プラズマドーピング条件制御部は、前記カウンタによって得られた積算放電時間に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関し、特に不純物を半導体基板に導入するプラズマドーピングに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板などの半導体基板の表面に不純物を導入し、所望の導電型の不純物領域を形成することによって製造される半導体装置においては、微細化が進展し続けており、微細な領域に浅い不純物領域を高精度に形成することが求められている。固体試料の表面に不純物を導入する技術としては、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（ＰＤ）法が知られている（例えば特許文献１参照）。【０００３】
さらに、プラズマドーピングによって半導体基板に導入されるドーズ量の再現性を高めるために、本願発明者らは、プラズマドーピング装置のメンテナンス後において放電を一定期間繰り返すことによって、ドーズ量を積算放電時間に対して安定させるための準備期間を設けたプラズマドーピング方法を提案している（特許文献２参照）。【０００４】
具体的には、特許文献２は、例えばＢ2 Ｈ6 ／Ｈｅプラズマを用いたプラズマドーピングでは、連続放電時に真空チャンバー内部にボロンを含む膜が形成されていき、プラズマドーピングの積算放電時間に対してボロンのドーズ量が増加していくこと、及び、連続放電を続けると、積算放電時間に対するボロンのドーズ量の増加は徐々に少なくなり、積算放電時間の増加に対してボロンのドーズ量がほとんど一定となる期間があることを開示している。また、特許文献２は、積算放電時間に依存することなくドーズ量がほとんど一定となる期間をプロセスウインドウとして用いることによって、安定したドーズ量を得ることが可能となることを開示している。図２４は、特許文献２に開示された、ドーズ量制御を可能とするプラズマドーピング方法のフロー図である。図２４に示すように、ステップＳ１００１において、プラズマドーピング装置のメンテナンスを実施した後、ステップＳ１００２において、積算放電時間に依存することなくドーズ量が一定となる期間をプロセスウインドウとして被処理基板に導入するドーズ量を決定する。その後、ステップＳ１００３において、ステップＳ１００２で決定されたドーズ量を目標値としてプラズマドーピングを実施する。その後、不純物導入用のマスクとして用いたレジストを除去した後、被処理基板に導入された不純物の活性化のためのアニール処理を行う。
【特許文献１】米国特許第４９１２０６５号明細書
【特許文献２】国際公開第０６／１２１１３１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本願発明者らがさらに実験を重ねたところ、積算放電時間に依存することなくドーズ量が一定となる期間に到達した後も、僅かではあるがドーズ量は増大し続け、その後、当該期間にプラズマドーピングを実施された被処理基板の間でもアニール後に得られるシート抵抗に変動が生じていることが分かった。すなわち、前記の期間に到達した後も、同一条件でプラズマドーピングを続行した場合には、ドーズ量が許容誤差範囲を超えてしまうという問題を生じる。【０００６】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、長期間に亘って複数の被処理基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量をさらに高精度に制御することができるプラズマドーピング方法を提供することによって、長期間に亘って信頼性の高い不純物領域を高精度で形成することができる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは、不純物を含むプラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成するプラズマドーピング方法において、積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるようにプラズマドーピング条件を補正する補正工程を設け、当該補正工程で補正されたプラズマドーピング条件に従って前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行うという発明を想到した。尚、積算放電時間とは、プラズマ励起のための放電時間の合計を意味するが、各被処理基板のプラズマドーピング時間が同じである場合には、積算放電時間と等価なパラメータとして積算基板処理枚数を用いることができる。【０００８】
すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、真空容器内において放電によって不純物を含むガスからなるプラズマを生成し、当該プラズマを用いて複数の基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施する半導体装置の製造方法であって、前記真空容器内に被処理基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、当該被処理基板のプラズマドーピング条件を調整する。【０００９】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、真空容器内に被処理基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、被処理基板のプラズマドーピング条件を調整するため、積算放電時間に起因するドーズ量の変動を考慮して、プラズマドーピング条件の最適化を図ることができる。このため、長期間に亘って複数の基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量を高精度で且つ容易に制御できる。【００１０】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記複数の基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施する前に、基準となるプラズマドーピング条件を設定し、当該プラズマドーピング条件に従って、複数のダミー基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施することにより、積算放電時間とドーズ量又はシート抵抗との相関関係を求めておき、当該相関関係を用いて前記被処理基板のプラズマドーピング条件を調整してもよい。このとき、前記相関関係を用いて、前記真空容器内に前記被処理基板が設置されるまでの積算放電時間におけるドーズ量又はシート抵抗の目的値からのずれ量を予測し、その予測結果に基づいて、前記被処理基板のプラズマドーピング条件を調整してもよい。【００１１】
この構成によれば、生産工程前にダミー基板を用いて積算放電時間とドーズ量又はシート抵抗との相関関係を予め求めておき、当該相関関係を用いて被処理基板のプラズマドーピング条件を調整するため、プラズマドーピング条件の調整を高精度で且つ容易に行うことができる。【００１２】
より具体的には、本発明に係る半導体装置の製造方法は、真空容器内において放電によって不純物を含むガスからなるプラズマを生成し、当該プラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成する半導体装置の製造方法であって、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定する工程（ａ）と、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるように、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）で設定された前記第２のプラズマドーピング条件に従って、前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行って前記不純物領域を形成する工程（ｃ）とを備えている。【００１３】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、基準となる第１のプラズマドーピング条件を予め設定しておき、積算放電時間に基づいて不純物のドーズ量が目的値となるように第１のプラズマドーピング条件を補正して得られる第２のプラズマドーピング条件に従って、プラズマドーピングを行う。すなわち、積算放電時間に起因するドーズ量の変動を考慮して、プラズマドーピング条件の最適化を図ることができる。このため、長期間に亘って複数の被処理基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量を高精度で且つ容易に制御できるので、長期間に亘って不純物領域を高精度で形成でき、それによって半導体装置の信頼性を向上させることができる。【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記真空容器内をクリーニングする工程（ｄ）をさらに備え、前記積算放電時間は前記工程（ｄ）以降の積算放電時間であってもよい。【００１５】
この構成によれば、クリーニングによって真空容器内を初期状態にリセットし、そのリセットされた状態から積算放電時間をカウントすることにより、プラズマドーピング条件の補正を高精度で行うことができる。【００１６】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）は、予め前記真空容器内において少なくとも２つ以上の別々の基板に対して互いに異なる積算放電時間のときに前記第１のプラズマドーピング条件に従って前記不純物のプラズマドーピングを行うと共に前記別々の基板のそれぞれについてドーズ量の測定を行い、その後、前記真空容器内に前記別々の基板のそれぞれが設置されるまでの積算放電時間と、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量との関係に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して前記第２のプラズマドーピング条件を設定する工程を含んでいてもよい。【００１７】
この構成によれば、少なくとも２つ以上の異なる積算放電時間のときに測定されたドーズ量に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正しているため、プラズマドーピング条件の補正を高精度で且つ容易に行うことができる。尚、ドーズ量の測定に代えて、所定条件下でドーズ量と１対１で対応するシート抵抗値の測定を行い、積算放電時間とシート抵抗値の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行ってもよい。【００１８】
積算放電時間とドーズ量の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行う場合、前記別々の基板のそれぞれの一部にはドーズ量測定用の領域が設けられ、前記工程（ｂ）において前記別々の基板のそれぞれについてのドーズ量の測定は、前記別々の基板のそれぞれの前記ドーズ量測定用の領域を用いて行われてもよい。【００１９】
この構成によれば、ドーズ量測定のために量産工程用とは別に基板を用意してプラズマドーピング処理を行うことなく、ドーズ量測定を行うことができるので、スループットが向上する。尚、この場合にも、ドーズ量の測定に代えて、シート抵抗値の測定を行うために、別々の基板のそれぞれの一部にシート抵抗値測定用の領域を設けてもよい。【００２０】
積算放電時間とドーズ量の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行う場合、前記工程（ｂ）は、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量の前記目的値を変更すると共に、当該変更後の前記目的値と、前記関係から予測されるドーズ量との差異に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第３のプラズマドーピング条件を設定する工程を含んでいてもよい。【００２１】
この構成によれば、ドーズ量の目的値を変更する場合にも、変更後のドーズ量の目的値と、ドーズ量と積算放電時間との関係から予測されるドーズ量との差異に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正するため、所望のドーズ量を容易に得ることができる。尚、この場合にも、ドーズ量の測定値に代えて、シート抵抗値の測定値を用いてもよい。【００２２】
積算放電時間とドーズ量の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行う場合、前記工程（ｂ）は、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量を用いて、下記（式１）におけるパラメータＡ及びＢを決定する工程を含んでいてもよい。【００２３】
ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１）
（但し、ｙはシート抵抗、Ｌｎは自然対数、ｔは積算放電時間）
以下、この構成及びそれにより得られる効果について説明する。本願発明者らは、種々の実験を重ねた結果、例えばＢ2 Ｈ6 ／Ｈｅプラズマを用いたプラズマドーピングでは、連続放電時に真空容器内部にボロンを含む膜が形成されていくこと、及び、シート抵抗と積算放電時間との間に（式１）の関係が存在することを見出した。但し、各シート抵抗は被処理基板のそれぞれに対して同一条件のアニールを行うことにより得られたものである。【００２４】
本願発明者らは、これらの知見に基づいて、以下に述べる、長期間の連続処理時においても安定性及び再現性良くドーズ量を高精度に制御することができる方法を想到した。【００２５】
同一プラズマドーピング装置による連続処理において例えば基板処理枚数が１００〜２０００枚の期間を量産工程を行う前の準備工程（補正式（式１）のパラメータＡ及びＢを決定する工程）とする。この準備工程で、積算放電時間とドーズ量（正確にはシート抵抗値）との関係を求めることにより、（式１）のパラメータＡ及びＢが算出される。ここで、パラメータつまり変数の数は２つであるため、少なくとも２つのデータがあれば、パラメータＡ及びＢの算出、つまり（式１）で表される曲線の決定を行うことができる。【００２６】
このようにパラメータＡ及びＢが算出された（式１）を用いて、本願発明者らは、基板処理枚数が２０００枚目以降のシート抵抗の推移を積算放電時間に基づいて予測した。具体的には、シート抵抗Ｒｓの予測値は基板処理枚数をＮとして、
Ｒｓ＝−１９．７８・Ｌｎ（Ｎ）＋３６１．４  ・・・  （式３）
と計算することができる。【００２７】
尚、基板処理枚数（放電回数）Ｎは積算放電時間ｔ（秒）と本質的に同じパラメータである。前述の実験では１回の放電時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）を６０秒で一定としたが、基板毎に放電時間を変える場合には基板処理枚数をカウントするのではなく、積算放電時間を計量してシート抵抗予測に用いる。すなわち、（式３）においてＮ＝ｔ／６０と置き換えれば良い。【００２８】
以上のように、（式３）に従って、積算放電時間（放電回数）に基づいてシート抵抗の水準を予想することができる。従って、放電回数がＮのときのシート抵抗Ｒｓが目的値Ｒｓｏからどの程度ずれるのかも予想することができる。そのズレをΔＲｓとすると、
ΔＲｓ＝Ｒｓｏ−（−１９．７８・Ｌｎ（Ｎ）＋３６１．４）  ・・・  （式４）
と計算することができる。【００２９】
ところで、シート抵抗を変化させることができるパラメータ（プラズマドーピング条件を構成するパラメータ）として、バイアス時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）、Ｂ2 Ｈ6 等のガス濃度やガス流量等が知られている。そこで、（式４）で計算されたズレΔＲｓを補正するように、放電回数Ｎ（つまり積算放電時間ｔ）に応じて、これらのパラメータを調整する。例えば放電回数Ｎが６０００回まで増大した場合には、（式４）によれば、シート抵抗Ｒｓの目的値Ｒｓｏ（例えば２１０Ω／□）からのズレΔＲｓは２０Ω／□程度になる。そこで、放電回数が６０００回のときには、バイアス時間をそのΔＲｓの大きさに応じて短くすればよいことが分かる。これにより、積算放電時間（放電回数）が増加しても、狙い通りの一定したシート抵抗が得られる。尚、シート抵抗値の調整には、バイアス時間の短縮による調整の他に、例えばＢ2 Ｈ6 ガスの濃度や流量の低減による調整を用いることができる。【００３０】
積算放電時間とドーズ量の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行う場合、前記工程（ｂ）は、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量を用いて、下記（式２）における次式パラメータＡ及びＢを決定する工程を含んでいてもよい。【００３１】
ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
（但し、ｙはシート抵抗、ｔは積算放電時間）
この構成によれば、（式１）を用いた場合よりも若干精度が低下するものの、実用的範囲内でほぼ同様の効果を得ることができる。【００３２】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、プラズマドーピング時間を補正する工程を含んでいてもよい。【００３３】
この構成によれば、プラズマドーピング時間を補正することにより、他のパラメータの変更に起因する、積算放電時間とドーズ量（又はシート抵抗）との相関関係への影響を抑制しつつ、ドーズ量を容易且つ高精度で制御することができる。【００３４】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記ガスの濃度を補正する工程を含んでいてもよい。【００３５】
この構成によれば、例えばキャリアガスの流量を増やす等してガス濃度を調整することにより、ドーズ量を高精度で制御することができる。【００３６】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記ガスの流量を補正する工程を含んでいてもよい。【００３７】
この構成によれば、例えばガス供給装置のマスフローコントローラを調整するだけでガス流量を容易に調整することができ、それによってドーズ量を高精度で制御することができる。【００３８】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記真空容器内における前記基板が設置されるサセプタと前記ガスの供給部との距離は一定に保たれていてもよい。【００３９】
この構成によれば、サセプタやガス供給部を動かしてこれらの位置関係を変化させることなく、ドーズ量を容易に調整することができる。また、真空容器内における部材の移動に起因するパーティクルの発生を防止することができるため、コンタミ（汚染）の発生を抑制することができので、ドーズ量の制御性を向上させることができる。【００４０】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記ガスは、ボロン原子と水素原子とからなる分子Ｂm Ｈn （但しｍ、ｎは自然数）を含んでいてもよい。【００４１】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記ガスは、ボロン原子含有ガスとヘリウムとの混合ガスから構成されていてもよい。この場合、前記ボロン原子含有ガスはＢ2 Ｈ6 であってもよく、前記混合ガス中におけるＢ2 Ｈ6 の濃度は０．０１質量％以上で且つ１質量％以下であってもよい。すなわち、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度が０．０１質量％以上で且つ１質量％以下であると、ボロン導入が容易になって望ましい。一方、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度が０．０１質量％未満であると、ボロン導入が困難になり、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度が１質量％を上回ると、基板表面にボロンを含む堆積物が付着しやすくなる。【００４２】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記ガスは、ＢＦ3 、ＡｓＨ4 又はＰＨ3 のいずれかを含んでいてもよい。【００４３】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記基板はシリコン基板であってもよい。【００４４】
また、本発明に係る半導体製造装置は、不純物を含むガスからなるプラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成する半導体製造装置であって、真空容器と、前記真空容器内に前記ガスを供給するガス供給部と、前記真空容器内から前記ガスを排気するガス排気部と、前記ガス供給部によって前記真空容器内に供給された前記ガスを放電によってプラズマ化するプラズマ生成部と、プラズマドーピング条件を制御するプラズマドーピング条件制御部とを備え、前記プラズマドーピング条件制御部は、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定すると共に、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるように、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する。【００４５】
本発明に係る半導体製造装置によると、プラズマドーピング条件制御部が、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定すると共に、真空容器内に基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、基板に導入される不純物のドーズ量が目的値となるように、第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する。すなわち、積算放電時間に起因するドーズ量の変動を考慮して、プラズマドーピング条件の最適化を図ることができる。このため、長期間に亘って複数の被処理基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量を高精度で且つ容易に制御できるので、長期間に亘って不純物領域を高精度で形成でき、それによって半導体装置の信頼性を向上させることができる。【００４６】
本発明に係る半導体製造装置において、積算放電時間をカウントするカウンタをさらに備え、前記プラズマドーピング条件制御部は、前記カウンタによって得られた積算放電時間に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定してもよい。【００４７】
この構成によれば、カウンタを具備するだけで、プラズマドーピング条件の補正を容易に実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００４８】
以上に説明してきたように、本発明によれば、例えば、基準となる第１のプラズマドーピング条件を予め決定して所定の積算放電時間におけるドーズ量を測定し、その測定結果に基づいて、被処理基板が処理されるときの積算放電時間におけるドーズ量の目的値からのずれ量を予測し、その予測結果に基づいて、ドーピング時間、ガス濃度又はガス流量等のプラズマドーピング条件を調整することにより、ドーズ量を精密に制御することができる。従って、高精度にドーズ量制御のなされた不純物領域を安定して形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件補正を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を実施するために用いられるプラズマドーピング装置の断面構成図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において得られた、バイアス時間とシート抵抗との関係を示す図である。
【図５】図５は、図４の縦軸を規格化した図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるシート抵抗と積算放電時間との関係を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において得られた、ガス流量とシート抵抗との関係を示す図である。
【図８】図８は、図７の縦軸を規格化した図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において得られた、Ｂ2 Ｈ6 濃度とシート抵抗との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるシート抵抗の均一性とガス濃度との関係を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるシート抵抗の分布とガス濃度との関係を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を対数式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を累乗式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を指数式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である２次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である３次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である４次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である５次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１９】図１９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるシート抵抗値と積算放電時間との各種関係式によるシート抵抗値の予測精度を総合的に評価した結果を示す図である。
【図２０】図２０（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第１の実施形態に係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２１】図２１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において被処理基板にドーズ量（又はシート抵抗）測定用の領域Ｒｄを設けた様子を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の補正方法を説明するための図である。
【図２３】図２３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の補正方法を説明するための図である。
【図２４】図２４は、従来のプラズマドーピング方法のフロー図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    シリコン基板
２    酸化シリコン膜
３    シリコン層
４    酸化シリコン膜
５Ａ  多結晶シリコン層
５    ゲート電極
６    不純物領域
７    酸化シリコン膜
８    不純物領域
１０１    真空容器
１０２    ガス供給装置
１０３    ターボ分子ポンプ
１０４    調圧弁
１０５    高周波電源
１０６    試料電極
１０７    誘電体窓
１０８    コイル
１０９    被処理基板
１１０    高周波電源
１１１    冷却水供給ユニット
１１２    ドライポンプ
１１３    ガス導入経路
１１４    ガス主経路
１１５    ガス吹き出し口
１１６    マッチングボックス
１１７    ＶＤＣモニタ
１１８    プラズマドーピング条件制御装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。【００５２】
本実施形態の半導体装置の製造方法の説明に先立ち、本発明の基本概念について、ボロンのプラズマドーピングを例として説明する。【００５３】
例えば、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅプラズマを用いたプラズマドーピングにおいては、複数の基板を対象とした連続放電時に真空容器（チャンバー）内部にボロンを含む膜が形成されていくため、生成されたプラズマ中において、プロセスガスから供給されるボロンよりも、真空容器内壁に付着したボロンを含む膜から供給されるボロンの方が多くなる場合があることが知られている。このため、放電開始から所定時間が経過して積算放電時間が長くなるに従って、ボロンのドーズ量が増大し、その結果、ドーピング後の基板のシート抵抗が小さくなる。ここで、本願発明者らが、種々の実験を行った結果、積算放電時間ｔとシート抵抗Ｒｓとの間には、
Ｒｓ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１’）
の関係があることが分かった（但し、Ａ及びＢはパラメータ、Ｌｎは自然対数）。そこで、本願発明者らは、以上の知見に基づいて、長期に亘るプラズマドーピング連続処理時においても、ドーズ量の再現性を安定的に向上させる以下の発明を想到した。【００５４】
図１は、本実施形態の半導体装置の製造方法のフローチャートである。図２４に示す従来例のフローチャートとの比較から明らかなように、本実施形態では、目的とするドーズ量が得られるように、積算放電時間に基づいてプラズマドーピング条件のパラメータを調整する工程（ステップＳ１０７）を設けることを主要な特徴とする。これにより、積算放電時間に起因するドーズ量の変動を考慮して、プラズマドーピング条件の最適化を図ることができるため、長期に亘って安定したドーズ量を得ることができる。【００５５】
具体的には、まず、ステップＳ１０１において、プラズマドーピング装置の真空容器のクリーニングなどのメンテナンスを行った後、ステップＳ１０２において、製造しようとするデバイスの仕様に従い、ドーズ量の目的値を決定し、その後、ステップＳ１０３において、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定する。【００５６】
次に、ステップＳ１０４において、第１のプラズマドーピング条件に従って、被処理基板に対してプラズマドーピングを実施する。また、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０４のプラズマドーピングが終了した時点での積算放電時間、つまり真空容器内に次の被処理基板が設置される時点での積算放電時間を測定する。このとき、ステップＳ１０５で、ステップＳ１０４のプラズマドーピングが実施された被処理基板に導入される不純物のドーズ量を測定してもよい。【００５７】
次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５で測定されたドーズ量と、ステップＳ１０２で決定された目的値とを比較し、測定ドーズ量が目的値から所定の範囲内にあるかどうかを判断する。ここで、ステップＳ１０６に代えて、ステップＳ１０５で測定された積算放電時間と後述する各種予測式とを用いて、シート抵抗値の予測を行い、当該予測値が目的値から所定の範囲内にあるかどうかを判断してもよい。この場合、ステップＳ１０５でのドーズ量測定は不要となる。【００５８】
ステップＳ１０６において、測定ドーズ量が目的値から所定の範囲内にあると判断された場合には、ステップＳ１０４以降の処理を再度実施する。【００５９】
ステップＳ１０６において、測定ドーズ量が目的値から所定の範囲内にないと判断された場合には、ステップＳ１０７において、次の被処理基板に導入される不純物のドーズ量が目的値となるように、プラズマドーピング条件のパラメータの調整を行い、その結果に基づいて、ステップＳ１０３において、第２のプラズマドーピング条件を新たに設定し直す。すなわち、第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する。その後、ステップＳ１０４において、第２のプラズマドーピング条件に従って、次の被処理基板に対してプラズマドーピングを実施した後、ステップＳ１０５以降の処理を順次実施する。【００６０】
以上に述べた、本実施形態におけるプラズマドーピング条件の補正については、種々のバリエーションがあるので、それらについて順次説明していく。【００６１】
まず、第１の補正方法においては、プラズマドーピング装置のメンテナンス後、シート抵抗（つまりドーズ量）がほぼ一定になるまでの積算放電時間とその時点でのドーズ量とを測定し、ドーズ量の変化曲線を得るという方法を用いる。尚、ドーズ量の直接的な測定は困難であるため、プラズマドーピングの実施後にアニールによって注入不純物を活性化し、その後、シート抵抗を測定することにより、ドーズ量の測定に代えている。【００６２】
本実施形態では、プラズマドーピング装置における基板処理枚数１００−２０００枚の期間を量産（生産）工程に入る前の準備工程と位置づける。この準備工程で、後述するシート抵抗値の予測式等のプラズマドーピング条件の補正式（正確には補正式中のパラメータ）を決定する。以下、この補正式に従って、プラズマドーピング条件の各種パラメータを補正する工程（図１のステップＳ１０７の補正工程）が実施される。【００６３】
図２に、前述の準備工程で得られたシート抵抗の推移（丸印で示す９個のデータ）を示している。図２に示すように、狙いのシート抵抗を２１０Ω／□（ドーズ量で１×１０15ｃｍ-2程度）とすると、処理枚数が２０００枚前後のときにシート抵抗が２１０Ω／□となり、量産（生産）工程に移行する準備が整っていることが分かる。また、処理枚数が２０００枚目以降のシート抵抗の推移については前記の（式１’）で与えられると共に準備工程（補正式を決定する工程）で得られた９個のデータ（丸印）を用いて（式１’）中のパラメータＡ及びＢを決定できるので、処理枚数が２０００枚目以降のシート抵抗の推移を予測することができる。【００６４】
具体的には、シート抵抗Ｒｓの予測値は、図２において曲線Ｃ１で示すように、処理枚数をＮとして、
Ｒｓ＝−１９．７８・Ｌｎ（Ｎ）＋３６１．４  ・・・  （式３）
と計算できる。ここで、図２のＲ2 ＝０．９８は以下の内容を意味する。Ｒ2 は、統計学で広く知られている決定係数であり、相関係数の二乗である。Ｒ2 を評価することによって、図２における前述の準備工程で得られた９個のシート抵抗（丸印で示す９個のデータ）の分散のうち、処理枚数Ｎによって説明（決定）される部分の割合を測定することができる。Ｒ2 は０以上、１以下の数値をとり、仮にＲ2 ＝０であるとすると、（式３）によって処理枚数Ｎの差異を考慮しても前述の準備工程で得られた９個のシート抵抗の分散が少しも減少しないこと、つまり、処理枚数Ｎがシート抵抗Ｒｓを全く決定していないことになる。一方、仮にＲ2 ＝１であるとすると、前述の準備工程における全ての処理枚数Ｎに対して（式３）が正確に成り立つこと、つまり、シート抵抗Ｒｓが処理枚数Ｎの（式３）の対数式によって完全に決定されることになる。ここで、今回のＲ2 の評価結果は０．９８と１に極めて近いことから、前述の準備工程で得られた９個のシート抵抗は、処理枚数Ｎつまり積算放電時間によって極めて良く説明（決定）されているということが分かる。【００６５】
尚、基板処理枚数（放電回数）Ｎは積算放電時間ｔ（秒）と本質的に同じパラメータである。前述の実験では１回の放電時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）を６０秒で一定としたが、基板毎に放電時間を変える場合には基板処理枚数Ｎをカウントするのではなく、積算放電時間を計量してシート抵抗予測に用いる。すなわち、（式３）においてＮ＝ｔ／６０と置き換えれば良い。言い換えると、積算放電時間ｔ（秒）と、その時点までの基板（ウェハ）の処理枚数Ｎとの置き換えを行う場合、例えば基板１枚当たりの放電時間を６０秒として、処理枚数Ｎに６０秒を乗じることにより、積算放電時間ｔを得ることができる。【００６６】
（式３）によれば、前述の準備工程で得られるシート抵抗の推移を良く説明できるだけではなく、その後の量産（生産）工程で得られるシート抵抗の推移も極めて高い精度で推測することができる。すなわち、基板処理枚数（つまり積算放電時間）がいくつのときにシート抵抗がどのような水準になるのかを予想することができる。従って、基板処理枚数Ｎがある値のときに、シート抵抗Ｒｓが目的値Ｒｓｏからどれくらいずれるのかも予想することができる。そのズレをΔＲｓとすると、
ΔＲｓ＝Ｒｓｏ−（−１９．７８・Ｌｎ（Ｎ）＋３６１．４）  ・・・  （式４）
と計算することができる。【００６７】
ところで、シート抵抗を変化させることができるパラメータ（プラズマドーピング条件を構成するパラメータ）として、バイアス時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）、Ｂ2 Ｈ6 等のガス濃度やガス流量等が知られている。そこで、（式４）で計算されたズレΔＲｓを補正するように、放電回数Ｎ（つまり積算放電時間ｔ）に応じて、これらのパラメータを調整する。例えば放電回数Ｎが６０００回まで増大した場合には、（式４）によれば、シート抵抗Ｒｓの目的値Ｒｓｏ（例えば２１０Ω／□）からのズレΔＲｓは２０Ω／□程度になる。そこで、放電回数が６０００回のときには、バイアス時間をそのΔＲｓの大きさに応じて短くすればよいことが分かる。これにより、積算放電時間（放電回数）が増加しても、狙い通りの一定したシート抵抗が得られる。尚、シート抵抗値の調整には、バイアス時間の短縮による調整の他に、例えばＢ2 Ｈ6 ガスの濃度や流量の低減による調整を用いることができる。【００６８】
以上が、本実施形態の半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の新規な第１の補正方法である。【００６９】
次に、第２の補正方法について説明する。図２には、前述の量産（生産）工程で得られたシート抵抗の推移（四角印）を示している。図２に示すように、放電回数（処理枚数）が２０００回から３０００回までの間においては、シート抵抗Ｒｓはばらつき許容幅内に入っているものの、放電回数が４０００回を超えると、シート抵抗Ｒｓがばらつき許容幅から外れている。従って、従来の方法では、準備工程後における放電回数が１０００回から２０００回までの間においては安定したシート抵抗を得ることができるものの、準備工程後における放電回数が２０００回以上になると、シート抵抗Ｒｓが明らかに目的値を下回るようになる。すなわち、ドーズ量が高くなりすぎてしまう。一方、本実施形態の半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の第２の補正方法においては、シート抵抗Ｒｓの予測値を示す図２の曲線Ｃ１がばらつき許容幅を外れる場合には、プラズマドーピング条件のパラメータを補正することにより、シート抵抗Ｒｓがばらつき許容幅内に入るようにすることができる。尚、本実施形態においては、シート抵抗Ｒｓのばらつき許容幅を目的値Ｒｓｏの±５％に設定したが、これは一般的に要請される程度の許容幅である。【００７０】
［プラズマドーピング装置］
以下、本実施形態のプラズマドーピング方法を実施するために用いられるプラズマドーピング装置について、図３の断面構成図を参照しながら説明する。【００７１】
図３に示すように、本実施形態のプラズマドーピング装置は、真空容器１０１と、真空容器内にガスを供給するガス供給装置１０２と、真空容器１０１内からガスを排気する排気装置としてのターボ分子ポンプ１０３と、真空容器１０１内の圧力を制御する圧力制御装置としての調圧弁１０４と、被処理基板（基板）１０９が設置される試料台を兼ねる試料電極１０６と、試料電極１０６と対向する真空容器１０１の天井部となる誘電体窓１０７の近傍に設けられたプラズマ源（ガスを放電によってプラズマ化するプラズマ生成装置）としてのコイル１０８と、コイル１０８に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源１０５と、試料電極１０６に電圧を供給する電圧源としての高周波電源１１０と、試料電極１０６を冷却する冷却水供給ユニット１１１と、試料電極１０６に供給される電圧をモニターするＶｄｃモニタ１１７とから構成されている。【００７２】
尚、真空容器１０１の内壁には不純物を含む膜が形成されていてもよい。また、プラズマを発生させるために必要なガスは、ガス供給装置１０２からガス導入経路１１３及び誘電体窓１０７内部のガス主経路１１４を通じてガス吹き出し口１１５から真空容器１０１内に供給される。また、真空容器１０１内の真空度は、ガス供給装置１０２、ターボ分子ポンプ１０３、調圧弁１０４及びドライポンプ１１２によって制御される。さらに、真空容器１０１内の試料電極１０６に対しては、高周波電源１１０からマッチングボックス１１６を通じて電力が供給される。これにより、試料台を兼ねる試料電極１０６上に載置された被処理基板１０９に電力が供給される。【００７３】
本実施形態のプラズマドーピング装置の特徴は、例えばガス供給装置１０２、高周波電源１０５及び高周波電源１１０のそれぞれと接続されたプラズマドーピング条件制御装置１１８を備えていることである。プラズマドーピング条件制御装置１１８は、基準となるプラズマドーピング条件を設定すると共に、真空容器１０１内に被処理基板１０９が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、被処理基板１０９に導入される不純物のドーズ量が目的値となるように、プラズマドーピング条件の調整を行う。ここで、積算放電時間をカウントするカウンタをさらに設けておくことによって、プラズマドーピング条件制御部１１８が、当該カウンタによって得られた積算放電時間に基づいて、プラズマドーピング条件の調整を行ってもよい。【００７４】
以下、図３に示すプラズマドーピング装置を用いて、試料台を兼ねる試料電極１０６上に被処理基板１０９を設置してプラズマ照射を行うプラズマドーピング工程について説明する。【００７５】
まず、プロセスチャンバーである真空容器１０１内にガス供給装置１０２から所定のガスを導入すると共に排気装置としてのターボ分子ポンプ１０３により排気を行いながら、圧力制御装置としての調圧弁１０４によって真空容器１０１内を所定の圧力に保つ。そして、高周波電源１０５により、プラズマ源としてのコイル１０８に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給することにより、真空容器１０１内に誘導結合型プラズマを発生させる。この状態で、試料電極１０６上に被処理基板１０９として例えばシリコン基板を載置する。また、試料電極１０６に高周波電源１１０によって高周波電力を供給することにより、試料としてのシリコン基板（被処理基板１０９）がプラズマに対して負の電位を持つように、試料電極１０６の電位を制御する。尚、試料電極１０６用の高周波電源１１０に、基板処理枚数（放電回数）をカウントするカウンタを取り付け、試料電極１０６に試料としてのシリコン基板をセットするたびに回数１をカウントしてもよい。或いは、試料電極１０６用の高周波電源１１０に、バイアスを印加した時間つまりバイアス時間の積算値をカウントするカウンタを取り付け、バイアス時間をカウントして積算放電時間を計測してもよい。【００７６】
［補正式を決定する工程］
まず、量産工程に入る前の準備工程としての、補正式を決定する工程について説明する。本工程においても、前述の図３に示すプラズマドーピング装置を用いて、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスからなるプラズマを生成し、真空容器１０１の内壁にボロンを含む膜を形成する。尚、図３に示すプラズマドーピング装置は、プラズマドーピング条件制御装置１１８を除いて、通常用いられる装置構成を有している。また、通常、真空容器１０１の内壁のクリーニングなどのメンテナンスを経て、真空容器１０１内の試料電極１０６上に試料としての被処理基板１０９を設置し、真空容器１０１内の真空排気を実施した後、所望の混合比で混合されたＢ2 Ｈ6 とＨｅとを供給して放電を行い、試料電極１０６を通じて被処理基板１０９にバイアスを印加することにより、プラズマドーピングを行う。尚、以下の説明においては、このような通常の処理については説明を省略する場合がある。【００７７】
本実施形態においては、基準となるプラズマドーピング条件として、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとのガス混合比を０．０５％対９９．９５％に、混合ガスの総流量を３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に、ソースパワー（高周波電源１０５から供給される電力）を２０００Ｗ、バイアスパワー（高周波電源１１０から供給される電力）を１３５Ｗに、圧力を０．９Ｐａに設定した。また、基板１枚当たりのプラズマドーピング時間（バイアス印加時間）を６０秒に設定した。そして、この基準となるプラズマドーピング条件に従って、メンテナンス直後の真空容器１０１内において直径３００ｍｍの複数のシリコン基板に対してプラズマドーピングの連続処理を行った。そして、１枚目、２５枚目、５０枚目、１００枚目、２００枚目、４００枚目、８００枚目、１１５０枚目、１６００枚目、１６５０枚目、１８００枚目、１９００枚目、２０００枚目、２０２５枚目、２０７５枚目にそれぞれ処理したシリコン基板を抜き取って検査した。尚、抜き取ったシリコン基板に対しては、１０７５℃、２０秒間の条件で熱処理を行った。【００７８】
尚、本実施形態においては、前記の抜き取ったシリコン基板以外の全てのシリコン基板について、プラズマドーピングの実施後、シート抵抗の測定前に、１０７５℃、２０秒間の条件で熱処理を行う。このような大きな熱量を与えるアニールを行った場合、導入された不純物が大きい割合で活性化されてキャリアとなるため、シート抵抗とドーズ量とがほぼ反比例する関係が成り立つ。従って、前記の１０７５℃、２０秒間のアニール条件を用いた場合、シート抵抗の分布はドーズ量の分布とみなすことができる。すなわち、ドーズ量とシート抵抗との間には１対１の関係が存在するからである。また、本実施形態においては、シート抵抗の測定を、直径３００ｍｍの基板における幅３ｍｍの端部を除いた主面内の１２１箇所に対して行った。以下の説明において、シート抵抗の値は、特に断りがない場合には前記の１２１箇所の測定値についての平均値である。また、以下の説明において、シート抵抗の均一性は、前記の１２１箇所の測定値の標準偏差（１σ）として求めている。本実施形態においては、以上の条件でプラズマドーピング及び熱処理が実施された、処理枚数が１００−２０００枚目までの試料（シリコン基板）について測定されたシート抵抗の値を用いて、後述のように補正式を決定する。【００７９】
ここで、本願発明者らは、ドーズ量が目的値となるように積算放電時間に基づいてプラズマドーピング条件を調整するために、バイアス時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量、及び当該混合ガスのガス混合比のそれぞれに対するシート抵抗の関係を調べた。【００８０】
まず、バイアス時間とシート抵抗との関係については以下のように調べた。プラズマドーピング条件としては、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比を０．０５％対９９．９５％に、当該混合ガスの総流量を３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に、ソースパワーを２０００Ｗに、バイアスパワーを１３５Ｗに、真空容器内圧力を０．９Ｐａに設定した。一方、バイアス時間（プラズマドーピング時間）については５秒、２０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、２００秒、４００秒、８００秒のそれぞれに設定した。また、プラズマドーピングを実施したシリコン基板に対して、１０７５℃、２０秒間の条件で熱処理を行った。シート抵抗値の測定、及びシート抵抗値の面内均一性の計算については前述の通りである。【００８１】
次に、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量とシート抵抗との関係については以下のように調べた。プラズマドーピング条件としては、ソースパワーを２０００Ｗに、バイアスパワーを１３５Ｗに、真空容器内圧力を０．９Ｐａに、バイアス時間（プラズマドーピング時間）を６０秒に設定した。一方、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比については０．０５％対９９．９５％に固定し、当該混合ガスの総流量については、１８０ｃｍ3 ／分（標準状態）、３００ｃｍ3 ／分（標準状態）、４２０ｃｍ3 ／分（標準状態）、５４０ｃｍ3 ／分（標準状態）にそれぞれ設定した。熱処理、シート抵抗値の測定、及びシート抵抗値の面内均一性の計算については前述の通りである。【００８２】
次に、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比とシート抵抗との関係については以下のように調べた。プラズマドーピング条件としては、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量を３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に、ソースパワーを２０００Ｗに、バイアスパワーを１３５Ｗに、真空容器内圧力を０．９Ｐａに、バイアス時間（プラズマドーピング時間）を６０秒に設定した。一方、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比については、０．０５％対９９．９５％、０．０４％対９９．９６％、０．０３％対９９．９７％、０．０２％対９９．９８％、０．０１％対９９．９９％にそれぞれ設定した。熱処理、シート抵抗値の測定、及びシート抵抗値の面内均一性の計算については前述の通りである。【００８３】
本願発明者らは、以上のようにプラズマドーピング条件の各パラメータとシート抵抗との関係を調べた後、以下に述べるようにプラズマドーピング条件を実際に調整することによって、狙いのシート抵抗が得られることを検証した。【００８４】
［補正例Ａ：バイアス時間による調整方法］
狙いのシート抵抗を得るためにバイアス時間による調整を行う場合には、補正式を決定する工程（準備工程）で、予めバイアス時間とシート抵抗との関係を取得しておく。そのようにして得られた、バイアス時間とシート抵抗との関係の一例を図４に示す。図４に示すように、バイアス時間を６０秒に設定した試料について、２２４Ω／□のシート抵抗が得られている。図５は、図４の縦軸を２２４Ω／□で規格化した図である。ここで、バイアス時間とシート抵抗との関係を、
ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
（但し、ｙはシート抵抗、ｔはバイアス時間）と表すことができる。（式２）に示す補正式に、図４又は図５に示す測定値を２つ以上代入することにより、図４に示す測定値からはＡ＝５３８．８６、Ｂ＝−０．２１７３、図５に示す測定値からはＡ＝２．４０５６、Ｂ＝−０．２１７３が求められる。これらのパラメータを（式２）に適用することによって、所望のシート抵抗を得るために必要なバイアス時間を求めることができる。例えば、図５から明らかなように、バイアス時間を６０秒から２０秒短くして４０秒に設定すれば、バイアス時間が６０秒のときのシート抵抗を基準として、シート抵抗の値を１０％程度高できることが予測される。そこで、本実施形態においては、前記の（式３）の処理枚数Ｎを積算放電時間ｔに置換した、シート抵抗Ｒｓの予測式（Ｒｓ＝−１９．７８・Ｌｎ（ｔ／６０）＋３６１．４）によれば、シート抵抗の値が狙いの２１０Ω／□から１０％程度低くなると予想される、積算放電時間６４７５分目の試料については、バイアス時間を４０秒に短縮した。【００８５】
その結果、図６に示すように、シート抵抗Ｒｓの値を２１８Ω／□にすることができた。これは、図６の補正例Ａに示すように、シート抵抗Ｒｓのばらつき許容幅（２１０Ω／□を中心とした±５％の範囲）に含まれており、バイアス時間によるプラズマドーピング条件の補正方法を用いることによって、シート抵抗Ｒｓを目的値に近づけることができることがわかる。尚、図６の丸印や四角印は、図２の丸印や四角印と同じものを示している。また、図６に示す式、Ｒｓ＝−１９．７８・Ｌｎ（ｔ／６０）＋３６１．４のＲ2 は０．９８であるが、これは、補正式を決定する工程で得られた９個のデータのみについて算出したものである。【００８６】
尚、図４に示す６個の測定値からはＡ＝５３８．８６、Ｂ＝−０．２１７３、図５に示す６個の測定値からはＡ＝２．４０５６、Ｂ＝−０．２１７３と各パラメータの算出を行っているが、これにより、シート抵抗の差異を、バイアス時間の差異に基づいてＲ2 ＝０．９９１８という極めて高精度で決定できる予測式を得ることができる。逆に、（式２）を選択するに際してはＲ2 を用いて各種の予測式の精度を評価しているので、本補正例で説明した（式２）に２つ以上の測定値を代入することによってパラメータＡ及びＢを決定して（式２）を用いることにより、シート抵抗とバイアス時間との関係を高精度で決定することができる。【００８７】
［補正例Ｂ：Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量による調整方法］
狙いのシート抵抗を得るために、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量（以下、単にガス流量という）による調整を行う場合には、補正式を決定する工程（準備工程）で、予めガス流量とシート抵抗との関係を取得しておく。そのようにして得られた、ガス流量とシート抵抗との関係の一例を図７に示す。尚、図７に示すデータは、積算放電時間が５９００分から６８００分までの間に取得されたデータである。図６に示すように、積算放電時間が２０００分のときにはガス流量が３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に対してシート抵抗Ｒｓが目的値に等しい２１０Ω／□であり、その後、積算放電時間が増加するに従って、シート抵抗Ｒｓの目的値からのズレが大きくなっていく。その結果、図７に示すように、積算放電時間が５９００分から６８００分までの間では、ガス流量が３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に対してシート抵抗Ｒｓは１９０Ω／□になっている。本実施形態では、この場合にもシート抵抗Ｒｓとして目的値である２１０Ω／□が得られるように、ガス流量の補正を行うが、図７に示すように、その補正値は２３０ｃｍ3 ／分（標準状態）であることがわかる。そこで、本実施形態においては、積算放電時間が６８２５分目の試料については、ガス流量を２３０ｃｍ3 ／分（標準状態）に低減した。【００８８】
その結果、図６に示すように、シート抵抗Ｒｓの値を２０５Ω／□にすることができた。これは、図６の補正例Ｂに示すように、シート抵抗Ｒｓのばらつき許容幅（２１０Ω／□を中心とした±５％の範囲）に含まれており、ガス流量によるプラズマドーピング条件の補正方法を用いることによって、シート抵抗Ｒｓを目的値に近づけることができることがわかる。【００８９】
尚、補正式を決定する工程において、横軸をガス流量とし且つ縦軸をシート抵抗値とする図７に示すデータを予め取得しておき、続いて、図７の縦軸を３００ｃｍ3 ／分（標準状態）で規格化した図である図８を作成しておくことによって、前述のようなプラズマドーピング条件の補正を行ってもよい。【００９０】
［補正例Ｃ：Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比による調整方法］
狙いのシート抵抗を得るために、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比（以下、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度という場合もある）による調整を行う場合には、補正式を決定する工程（準備工程）で、予めＢ2 Ｈ6 濃度とシート抵抗との関係を取得しておく。そのようにして得られた、Ｂ2 Ｈ6 濃度とシート抵抗との関係の一例を図９に示す。尚、図９の縦軸を、Ｂ2 Ｈ6 濃度が０．０５質量％のときのシート抵抗によって規格化している。また、図９に示す結果は、メンテナンス前に取得されたものである。図９に示すように、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度が０．０５質量％／９９．９５質量％のときに得られるシート抵抗を基準として、シート抵抗を約１０％高くしたい場合には、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度を０．０３８質量％／９９．９６２質量％に調整すれば良いことが分かる。そこで、本実施形態においては、積算放電時間が７０２５分目の試料については、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度を０．０３８質量％／９９．９６２質量％に設定した。【００９１】
その結果、図６に示すように、シート抵抗Ｒｓの値を２０８Ω／□にすることができた。これは、図６の補正例Ｃに示すように、シート抵抗Ｒｓのばらつき許容幅（２１０Ω／□を中心とした±５％の範囲）に含まれており、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度によるプラズマドーピング条件の補正方法を用いることによって、シート抵抗Ｒｓを目的値に近づけることができることがわかる。すなわち、メンテナンス前に図９に示すようなデータを予め取得しておくことによって、前述のようなプラズマドーピング条件の補正を行うことが可能となる。【００９２】
図１０は、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度を０．０２質量％から０．０５質量％まで変化させた場合のシート抵抗の均一性を示している。また、図１１（ａ）〜（ｅ）は、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度を０．０２質量％から０．０５質量％まで変化させた場合のウェハ（基板）上でのシート抵抗の分布を示している。図１０及び図１１（ａ）〜（ｅ）に示すように、補正前のＢ2 Ｈ6 ガス濃度（０．０５質量％）でのシート抵抗の均一性が１．９−２．１％であるのに対して、補正後のＢ2 Ｈ6 ガス濃度（０．０３８質量％）でのシート抵抗の均一性は２．０％であった。すなわち、ガス流量については基準の３００ｃｍ3 ／分（標準状態）から変えずに、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度つまりＢ2 Ｈ6 ガス濃度を調整することによって、シート抵抗の均一性を２％程度の高い水準に維持したまま、狙いのシート抵抗を得ることができるという特段の効果を奏する。【００９３】
［補正式を決定する工程で使用する、シート抵抗値と積算放電時間との関係式］
次に、以上に述べた、各種パラメータによるプラズマドーピング条件の補正において実際に用いる、シート抵抗値と積算放電時間との関係式について説明する。当該関係式としては、
ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１）
の対数式型で表される関係式（例えば前述の（式３））以外に、例えば
ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
（但し、ｙはシート抵抗、ｔは積算放電時間）
の累乗式型で表される関係式を実用的に用いることができる。すなわち、（式２）を使用することによって、対数式型の関係式を使用した場合とほぼ同様の精度で狙いのシート抵抗を得ることができる。【００９４】
尚、シート抵抗値と積算放電時間との関係式については、基板処理枚数１００−２０００枚の期間、つまり量産（生産）工程に入る前の準備工程で得られた例えば９個のデータ（所定の積算放電時間でのシート抵抗：図２、図６参照）から求めることができる。また、シート抵抗と積算放電時間との関係式は、ｙをシート抵抗値、ｔを積算放電時間、Ａ及びＢをパラメータとして、
対数式型：ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１）
累乗式型：ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
指数式型：ｙ＝Ａ・ｅｘｐ（−Ｂ・ｔ）  ・・・  （式５）
多項式型：ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式（詳細は後述する）  ・・・  （式６）等により表される。【００９５】
本願発明者らは、前記の様々なシート抵抗値と積算放電時間との関係式について、当該各関係式を用いて、積算放電時間が２０００分以降の試料についてのシート抵抗値を予測し、その予測精度を評価することによって、本実施形態に好ましい関係式を求めてみた。尚、予想精度の評価は、積算放電時間が２０００分から５９２５分までの間に得られた１１個のデータに基づいて行った。具体的には、予想精度を以下のように求めることができる。まず、積算放電時間が２０００分から５９２５分までの間に得られた１１個のデータ（所定の積算放電時間でのシート抵抗の実測値）と、シート抵抗値と積算放電時間との各種関係式によって求められたシート抵抗の予測値との差の自乗平均値を求める。次に、積算放電時間が２０００分から５９２５分までの間に得られた１１個のデータについて、シート抵抗の平均値を求める。そして、前記の自乗平均値を前記の平均値で除した結果を、予想精度の尺度として用いた。尚、以下に説明する各種関係式のパラメータは、前述の基準となるプラズマドーピング条件を用いて得られたものである。【００９６】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を（式１）の対数式型とした場合の予想精度を求めた結果を示している。図１２（ｂ）にＲ2 ＝０．９７８と記載のとおり、（式１）を用いることによって、準備工程における９個のシート抵抗の推移を積算放電時間の差異に基づいて説明することができる。そして、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、（式１）の対数式型の関係式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は０．８２％となり、準備工程におけるシート抵抗の推移を正確に説明できるだけではなく、その後の生産工程におけるシート抵抗予測を高精度に行うことが可能である。【００９７】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を（式２）の累乗式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す。図１３（ｂ）にＲ2 ＝０．９８１９と記載のとおり、（式２）を用いることによって、準備工程における９個のシート抵抗の推移を積算放電時間の差異に基づいて説明することができる。そして、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、（式２）の累乗式型の関係式を用いても、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は１．８３％となり、準備工程におけるシート抵抗の推移を正確に説明できるだけではなく、その後の生産工程におけるシート抵抗予測を実用的レベルで高精度に行うことが可能である。【００９８】
図１４（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を（式５）の指数式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す。図１４（ｂ）にＲ2 ＝０．８２５１と記載のとおり、（式５）を用いることによって、（式１）や（式２）を用いた場合よりは精度が落ちるものの、準備工程における９個のシート抵抗の推移を積算放電時間の差異に基づいて説明することができる。しかし、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、（式５）の指数式型の関係式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は１０．６０％と大幅に悪化する。すなわち、シート抵抗値と積算放電時間との関係式を指数式型で定義すると、準備工程におけるシート抵抗の推移については説明できるものの、その後の生産工程におけるシート抵抗の推移については、当該関係式に基づいて予測を行い、その予測結果に基づいてプラズマドーピング条件の補正を行った場合には、それにより得られるシート抵抗値が目的値から１０％以上ずれることになる。従って、シート抵抗値と積算放電時間との関係式を指数式型にすることは好ましくない。【００９９】
図１５（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である２次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示し、図１６（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である３次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示し、図１７（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である４次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示し、図１８（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である５次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す。図１５（ｂ）、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）、図１８（ｂ）にそれぞれＲ2 ＝０．９５８６８、Ｒ2 ＝０．９９３７１７１５、Ｒ2 ＝９．９６８×１０-1（つまり０．９９６８）、Ｒ2 ＝９．９６９×１０-1（つまり０．９９６９）と記載のとおり、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である２次、３次、４次、５次の多項式をそれぞれ用いることによって、準備工程における９個のシート抵抗の推移については積算放電時間の差異に基づいて、（式１）や（式２）を用いた場合と同等の高い精度で説明できる。しかし、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である２次の多項式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は５３．１３％となり、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である３次の多項式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は１７３．３６％となり、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である４次の多項式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は６４５．８２％となり、図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である５次の多項式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は１８９６．６５％となる。すなわち、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である多項式型の関係式を用いた場合、準備工程におけるシート抵抗の推移については説明できるものの、その後の生産工程におけるシート抵抗の推移については、いずれの次数の多項式についてもその予想精度は極めて悪く、これらをシート抵抗値と積算放電時間との関係式として使用して、プラズマドーピング条件の補正を行い、シート抵抗値を目的値に合わせることは困難である。【０１００】
図１９（ａ）及び（ｂ）は、前述の各種関係式によるシート抵抗値の予測精度を総合的に評価した結果を示している。図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、補正式を決定する工程で使用する、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式としては、（式１）の対数式型以外では（式２）の累乗式型が使用可能であり、（式２）の累乗式型の使用によって、（式１）の対数式型を使用した場合と同様の効果が得られることが分かる。【０１０１】
［実施例］
以下、前述の本発明に係る、積算放電時間に基づくプラズマドーピング条件補正を用いた、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。【０１０２】
図２０（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。【０１０３】
まず、図２０（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に酸化シリコン膜２を介してｎ型のシリコン層３を貼り合わせることによって形成されたＳＯＩ（silicon on insulator）基板を用意し、当該ＳＯＩ基板表面にゲート絶縁膜として酸化シリコン膜４を形成する。【０１０４】
次に、図２０（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜４の上に、ゲート電極となる多結晶シリコン層５Ａを形成した後、図２０（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィにより、多結晶シリコン層５Ａの上にゲート電極形成領域を覆うマスクＲを形成する。その後、図２０（ｄ）に示すように、マスクＲを用いて多結晶シリコン層５Ａをパターニングし、ゲート電極５を形成する。このとき、ゲート電極５の外側の酸化シリコン膜４がエッチングにより除去される。続いて、図２０（ｅ）に示すように、ゲート電極５をマスクとして、プラズマドーピングにより、例えばボロンをシリコン層３に導入し、注入深さが５ｎｍ以上で且つ２０ｎｍ以下程度であって、ドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上で且つ１×１０16ｃｍ-2以下程度の浅いｐ型の不純物領域６を形成する。ここで、プラズマドーピングの際に、前述の本発明に係る、積算放電時間に基づくプラズマドーピング条件補正を行う。【０１０５】
その後、図２０（ｆ）に示すように、例えば、ＬＰＣＶＤ（low pressure chemical vapor deposition）法により、基板全面に亘って酸化シリコン膜７を形成した後、異方性エッチングにより、酸化シリコン膜７に対してエッチングバックを行う。これにより、図２０（ｇ）に示すように、ゲート電極５の側壁にのみ酸化シリコン膜７が残存する。【０１０６】
次に、図２０（ｈ）に示すように、酸化シリコン膜７とゲート電極５とをマスクとして、イオン注入により、例えばボロンをシリコン層３に注入し、ソース・ドレイン領域となるｐ型の不純物領域８を形成する。その後、熱処理を行って、注入されたボロンイオンの活性化を行う。【０１０７】
以上に説明した工程によって、ｐ型の不純物領域８からなるソース・ドレイン領域の内側に浅いｐ型の不純物領域６からなるエクステンション領域が形成されたＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect tranjistor）を形成することができる。【０１０８】
尚、図２０（ｅ）に示す、浅いｐ型の不純物領域６を形成する工程においては、例えば図３に示したプラズマドーピング装置を用いてプラズマドーピングが実施されるが、このとき、サセプタとしての試料電極１０６とガス供給のためのガス吹き出し口１１５との距離を一定に保持しながら、前述のように、プラズマドーピング時間を調整するか、ガス濃度を調整するか、又はガス流量を調整するかのいずれかの補正方法によって、狙いのドーズ量を得る。前記の実施例においては、２％程度の高い水準でシート抵抗の均一性を維持しながら、所定の不純物濃度を持つｐ型の不純物領域６を高精度で形成することができた。具体的には、このｐ型の不純物領域６のシート抵抗を±５％のばらつき許容範囲で連続して生産できる基板処理枚数は、基板１枚当たりのプラズマドーピング時間を６０秒として少なくとも５０００枚以上であった。これは、放電時間に換算すると、５０００分以上に相当する。一方、従来例においては、このような高精度で連続して生産できる基板処理枚数は２０００枚程度（つまり放電時間に換算して２０００分程度）であるので、本発明によって処理能力が大幅に向上していることがわかる。【０１０９】
尚、補正式を決定する工程（準備工程）において、ドーズ量（又はシート抵抗）測定のために別途ダミーウェハを用いてもよいし、又は、図２１に示すように、シリコン基板（被処理基板）１上に例えば１センチ角程度の測定用領域Ｒｄを設けておき、当該領域Ｒｄを用いてドーズ量（又はシート抵抗）測定を行うようにしてもよい。【０１１０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。【０１１１】
図２２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の補正方法を説明するための図である。本実施形態のプラズマドーピング条件の補正方法が第１の実施形態と異なっている点は次の通りである。【０１１２】
すなわち、図２２に示すように、まず、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定した後（図１のステップＳ１０３参照）、積算放電時間の期間Ｒ１においては、第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行う。ここで、期間Ｒ１内における積算放電時間が異なる例えば２つの時点Ｐ１１及びＰ１２においてそれぞれ基板に対して第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行い、その後、当該各基板毎にドーズ量（シート抵抗）の測定を行う。そして、これらの測定値を用いて、期間Ｒ１までのプラズマドーピング装置の積算放電時間とドーズ量（シート抵抗）との関係を求め、第１の実施形態で説明した、各種補正式のいずれかを決定し、当該決定された補正式に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を得る。【０１１３】
その後、第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングが実施された試料のシート抵抗が積算放電時間の増加と共に低下してほぼ目的値となった時点で、第１のプラズマドーピング条件から第２のプラズマドーピング条件に切り替えて、シート抵抗がばらつき許容範囲を超える時点まで（つまり積算放電時間の期間Ｒ２においては）、第２のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行う。ここで、期間Ｒ２内における積算放電時間が異なる例えば２つの時点Ｐ２１及びＰ２２においてそれぞれ基板に対して第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行い、その後、当該各基板毎にドーズ量（シート抵抗）の測定を行う。そして、これらの測定値を用いて、期間Ｒ２までのプラズマドーピング装置の積算放電時間とドーズ量（シート抵抗）との関係を求め、第１の実施形態で説明した、各種補正式のいずれかを決定し、当該決定された補正式に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第３のプラズマドーピング条件を得る。【０１１４】
その後、第２のプラズマドーピング条件から第３のプラズマドーピング条件に切り替えて、シート抵抗がばらつき許容範囲を超える時点まで（つまり積算放電時間の期間Ｒ３においては）、第３のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行う。【０１１５】
その後、同様のプラズマドーピング条件の切り替えを逐次実施する。【０１１６】
本実施形態によると、積算放電時間の増加に伴いプラズマドーピング条件を逐次調整することにより、長期間に亘って複数の被処理基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量をより高精度で制御できるので、生産性を大幅に向上させることができる。【０１１７】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。【０１１８】
図２３は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の補正方法を説明するための図である。尚、本実施形態では、基準となるプラズマドーピング条件を予め設定し、その後、目的値（本実施形態ではシート抵抗の目的値）を変更するものとする。本実施形態は、例えば少量多品種のデバイス生産を行うような場合、具体的には基板処理枚数２００枚毎にドーズ量の目的値を変える必要があるような場合に有効である。本実施形態のプラズマドーピング条件の補正方法が第１の実施形態と異なっている点は次の通りである。【０１１９】
すなわち、図２３に示すように、まず、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定した後（図１のステップＳ１０３参照）、第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行う。このとき、積算放電時間とシート抵抗との間には、曲線Ｈ１で表される相関関係がある。曲線Ｈ１で表される関係は、第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングが実施された２つ以上の試料から得られた、シート抵抗のデータ群Ｓ０を用いて求めることができる。【０１２０】
補正式を決定する工程（準備工程）においては、第１のプラズマドーピング条件について求められた相関関係Ｈ１から予測される、目的値（第１の目的値Ｐ１）からのズレ量（Ｐ１−Ｈ１）に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を得る。このように得られた第２のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行うことにより、所望のドーズ量を得ることができる。【０１２１】
尚、補正式を決定する工程（準備工程）においては、プラズマドーピング条件の補正量を積算放電時間ｔの関数として表した方が、より精度の高いプラズマドーピング条件の補正を行うことができる。その理由について例えば図２３を参照しながら説明する。前記のズレ量（Ｐ１−Ｈ１）は積算放電時間ｔの関数であり、積算放電時間がｔ１からｔ５までの範囲（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５）におけるｔ１のときのズレ量は、ｔ２のときのズレ量と比べて相対的に大きい。従って、ｔ１のときのプラズマドーピング条件の補正量をｔ２のときのプラズマドーピング条件の補正量と比べて大きく設定する。以下、積算放電時間がｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５と大きくなるに従って、プラズマドーピング条件の補正量をｔ１のときと比べて、より小さくしていく。このようにプラズマドーピング条件の補正を行うと、より高精度で所望のドーズ量を得ることができる。【０１２２】
次に、シート抵抗の目的値をＰ１からＰ２に変更した場合について説明する。【０１２３】
前述のように、Ｐ１をシート抵抗の目的値とするプラズマドーピング処理が終了したら、第１のプラズマドーピング条件に従ってダミーウェハ等の試料に対してプラズマドーピングを行い、当該試料のシート抵抗を測定する。このとき、本実施形態では、積算放電時間が異なる２つの時点においてＳ１及びＳ２の測定データを得るが、Ｓ１及びＳ２は程度の差はあるものの曲線Ｈ１からずれる。すなわち、Ｐ１をシート抵抗の目的値としたプラズマドーピング処理が終了した時点では、当該プラズマドーピング処理に起因して、シート抵抗（つまりドーズ量）と積算放電時間との関係は曲線Ｈ１からずれ、シート抵抗のデータ群Ｓ０並びにＳ１及びＳ２から算出される曲線Ｈ２の関係を持つようになる。【０１２４】
そこで、Ｐ１をシート抵抗の目的値とするプラズマドーピング処理が終了したら、相関関係Ｈ２から予測される、目的値（第２の目的値Ｐ２）からのズレ量（Ｐ２−Ｈ２）に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第３のプラズマドーピング条件を得る。このように得られた第３のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行うことにより、所望のドーズ量を得ることができる。【０１２５】
シート抵抗の目的値をＰ２からＰ３に変更した場合も前述と同様である。【０１２６】
前述のように、Ｐ２をシート抵抗の目的値とするプラズマドーピング処理が終了したら、第１のプラズマドーピング条件に従ってダミーウェハ等の試料に対してプラズマドーピングを行い、当該試料のシート抵抗を測定する。このとき、本実施形態では、積算放電時間が異なる２つの時点においてＳ３及びＳ４の測定データを得るが、Ｓ３及びＳ４は程度の差はあるものの曲線Ｈ２からずれる。すなわち、Ｐ２をシート抵抗の目的値としたプラズマドーピング処理が終了した時点では、当該プラズマドーピング処理に起因して、シート抵抗（つまりドーズ量）と積算放電時間との関係は曲線Ｈ２からずれ、シート抵抗のデータ群Ｓ０並びにＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４から算出される曲線Ｈ３の関係を持つようになる。【０１２７】
そこで、Ｐ２をシート抵抗の目的値とするプラズマドーピング処理が終了したら、相関関係Ｈ３から予測される、目的値（第３の目的値Ｐ３）からのズレ量（Ｐ３−Ｈ３）に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第４のプラズマドーピング条件を得る。このように得られた第４のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行うことにより、所望のドーズ量を得ることができる。【０１２８】
尚、以上に述べた本発明の各実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、プラズマドーピング装置（特に処理室である真空容器）の構成、形状、配置等に関する様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。すなわち、本発明の適用にあたり、本発明の各実施形態で例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、言うまでもない。【０１２９】
また、以上に述べた本発明の各実施形態においては、試料（被処理基板）がシリコンよりなる半導体基板である場合を例示したが、他の様々な材質の試料を処理するに際して、本発明を適用することができる。例えば、シリコンとゲルマニウムとから構成される歪みシリコン基板、ゲルマニウム基板、ＳＯＩ基板、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜などの薄膜半導体等に対しても本発明は有効である。その理由は、これらの試料は、プラズマに曝される表面部については、シリコン基板と同様の構造を有しているからである。【０１３０】
また、以上に述べた本発明の各実施形態においては、不純物がボロンである場合を例示したが、試料が半導体基板であれば、不純物が砒素、燐、アルミニウム又はアンチモン等であっても、本発明は有効である。その理由は、これらの不純物によって、トランジスタ形成領域に浅い接合の不純物領域を形成することができるからである。【０１３１】
また、以上に述べた本発明の各実施形態においては、不純物がボロンである場合を前提として、プラズマ生成用のボロン含有ガスとして、Ｂ2 Ｈ6 を用いたが、これに限られず、ボロン原子と水素原子とからなる分子Ｂm Ｈn （但しｍ、ｎは自然数）を含むガスを用いることができる。尚、Ｂ2 Ｈ6 とヘリウムとの混合ガスを用いる場合には、混合ガス中におけるＢ2 Ｈ6 の濃度は０．０１質量％以上で且つ１質量％以下であることが好ましい。また、ボロン含有ガスとして、Ｂm Ｈn （但しｍ、ｎは自然数）を含むガスに代えて、ＢＦ3 を用いてもよいし、又は、ボロン以外の不純物を含有するガスとして、ＡｓＨ4 若しくはＰＨ3 等を用いてもよい。【０１３２】
また、第１〜第３の実施形態で説明した本発明は、不純物を含むガスの濃度が低濃度である場合に有効であり、特に、ドーズ量の高精度コントロールが必要なプラズマドーピング方法として有効である。【０１３３】
また、第１〜第３の実施形態で説明したプラズマドーピングにおいては、真空容器（反応容器）内に供給するガスがドーピング原料を含むガスである場合を例示したが、反応容器内に供給するガスがドーピング原料を含まず、固体状の不純物からドーピング原料を発生させる態様であっても本発明は有効である。すなわち、不純物原子を含む固体を反応容器内に配置し、且つＨｅなどからなるプラズマを用いて不純物原子をプラズマ化してプラズマドーピングを実施する等の場合にも本発明は有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明によると、不純物導入量を精密に制御できるため、浅い接合の不純物領域の形成を実現することが可能である。従って、本発明は、シリコン基板などのバルク半導体の不純物導入工程のみならず、液晶分野などで用いられる薄膜トランジスタなどの薄膜デバイスの製造等の用途にも有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月17日(2009.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内において放電によって不純物を含むガスからなるプラズマを生成し、当該プラズマを用いて複数の基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施する半導体装置の製造方法であって、
前記真空容器内に被処理基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、当該被処理基板のプラズマドーピング条件を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記複数の基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施する前に、基準となるプラズマドーピング条件を設定し、当該プラズマドーピング条件に従って、複数のダミー基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施することにより、積算放電時間とドーズ量又はシート抵抗との相関関係を求めておき、当該相関関係を用いて前記被処理基板のプラズマドーピング条件を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記相関関係を用いて、前記真空容器内に前記被処理基板が設置されるまでの積算放電時間におけるドーズ量又はシート抵抗の目的値からのずれ量を予測し、その予測結果に基づいて、前記被処理基板のプラズマドーピング条件を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
真空容器内において放電によって不純物を含むガスからなるプラズマを生成し、当該プラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成する半導体装置の製造方法であって、
基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定する工程（ａ）と、
前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるように、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）で設定された前記第２のプラズマドーピング条件に従って、前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行って前記不純物領域を形成する工程（ｃ）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。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記真空容器内をクリーニングする工程（ｄ）をさらに備え、
前記積算放電時間は前記工程（ｄ）以降の積算放電時間であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、予め前記真空容器内において少なくとも２つ以上の別々の基板に対して互いに異なる積算放電時間のときに前記第１のプラズマドーピング条件に従って前記不純物のプラズマドーピングを行うと共に前記別々の基板のそれぞれについてドーズ量の測定を行い、その後、前記真空容器内に前記別々の基板のそれぞれが設置されるまでの積算放電時間と、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量との関係に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して前記第２のプラズマドーピング条件を設定する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記別々の基板のそれぞれの一部にはドーズ量測定用の領域が設けられ、
前記工程（ｂ）において前記別々の基板のそれぞれについてのドーズ量の測定は、前記別々の基板のそれぞれの前記ドーズ量測定用の領域を用いて行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量の前記目的値を変更すると共に、当該変更後の前記目的値と、前記関係から予測されるドーズ量との差異に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第３のプラズマドーピング条件を設定する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量を用いて、下記（式１）におけるパラメータＡ及びＢを決定する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１）
（但し、ｙはシート抵抗、Ｌｎは自然対数、ｔは積算放電時間）
【請求項１０】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量を用いて、下記（式２）における次式パラメータＡ及びＢを決定する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
（但し、ｙはシート抵抗、ｔは積算放電時間）
【請求項１１】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、プラズマドーピング時間を補正する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記ガスの濃度を補正する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記ガスの流量を補正する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記真空容器内における前記基板が設置されるサセプタと前記ガスの供給部との距離は一定に保たれていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ガスは、ボロン原子と水素原子とからなる分子Ｂm Ｈn （但しｍ、ｎは自然数）を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ガスは、ボロン原子含有ガスとヘリウムとの混合ガスからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ボロン原子含有ガスはＢ2 Ｈ6 であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガス中におけるＢ2 Ｈ6 の濃度は０．０１質量％以上で且つ１質量％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ガスは、ＢＦ3 、ＡｓＨ4 又はＰＨ3 のいずれかを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項４〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
不純物を含むガスからなるプラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成する半導体製造装置であって、
真空容器と、
前記真空容器内に前記ガスを供給するガス供給部と、
前記真空容器内から前記ガスを排気するガス排気部と、
前記ガス供給部によって前記真空容器内に供給された前記ガスを放電によってプラズマ化するプラズマ生成部と、
プラズマドーピング条件を制御するプラズマドーピング条件制御部とを備え、
前記プラズマドーピング条件制御部は、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定すると共に、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるように、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の半導体製造装置において、
積算放電時間をカウントするカウンタをさらに備え、
前記プラズマドーピング条件制御部は、前記カウンタによって得られた積算放電時間に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定することを特徴とする半導体製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関し、特に不純物を半導体基板に導入するプラズマドーピングに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板などの半導体基板の表面に不純物を導入し、所望の導電型の不純物領域を形成することによって製造される半導体装置においては、微細化が進展し続けており、微細な領域に浅い不純物領域を高精度に形成することが求められている。固体試料の表面に不純物を導入する技術としては、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（ＰＤ）法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
さらに、プラズマドーピングによって半導体基板に導入されるドーズ量の再現性を高めるために、本願発明者らは、プラズマドーピング装置のメンテナンス後において放電を一定期間繰り返すことによって、ドーズ量を積算放電時間に対して安定させるための準備期間を設けたプラズマドーピング方法を提案している（特許文献２参照）。
【０００４】
具体的には、特許文献２は、例えばＢ2 Ｈ6 ／Ｈｅプラズマを用いたプラズマドーピングでは、連続放電時に真空チャンバー内部にボロンを含む膜が形成されていき、プラズマドーピングの積算放電時間に対してボロンのドーズ量が増加していくこと、及び、連続放電を続けると、積算放電時間に対するボロンのドーズ量の増加は徐々に少なくなり、積算放電時間の増加に対してボロンのドーズ量がほとんど一定となる期間があることを開示している。また、特許文献２は、積算放電時間に依存することなくドーズ量がほとんど一定となる期間をプロセスウインドウとして用いることによって、安定したドーズ量を得ることが可能となることを開示している。図２４は、特許文献２に開示された、ドーズ量制御を可能とするプラズマドーピング方法のフロー図である。図２４に示すように、ステップＳ１００１において、プラズマドーピング装置のメンテナンスを実施した後、ステップＳ１００２において、積算放電時間に依存することなくドーズ量が一定となる期間をプロセスウインドウとして被処理基板に導入するドーズ量を決定する。その後、ステップＳ１００３において、ステップＳ１００２で決定されたドーズ量を目標値としてプラズマドーピングを実施する。その後、不純物導入用のマスクとして用いたレジストを除去した後、被処理基板に導入された不純物の活性化のためのアニール処理を行う。
【特許文献１】米国特許第４９１２０６５号明細書
【特許文献２】国際公開第０６／１２１１３１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本願発明者らがさらに実験を重ねたところ、積算放電時間に依存することなくドーズ量が一定となる期間に到達した後も、僅かではあるがドーズ量は増大し続け、その後、当該期間にプラズマドーピングを実施された被処理基板の間でもアニール後に得られるシート抵抗に変動が生じていることが分かった。すなわち、前記の期間に到達した後も、同一条件でプラズマドーピングを続行した場合には、ドーズ量が許容誤差範囲を超えてしまうという問題を生じる。
【０００６】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、長期間に亘って複数の被処理基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量をさらに高精度に制御することができるプラズマドーピング方法を提供することによって、長期間に亘って信頼性の高い不純物領域を高精度で形成することができる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは、不純物を含むプラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成するプラズマドーピング方法において、積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるようにプラズマドーピング条件を補正する補正工程を設け、当該補正工程で補正されたプラズマドーピング条件に従って前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行うという発明を想到した。尚、積算放電時間とは、プラズマ励起のための放電時間の合計を意味するが、各被処理基板のプラズマドーピング時間が同じである場合には、積算放電時間と等価なパラメータとして積算基板処理枚数を用いることができる。
【０００８】
すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、真空容器内において放電によって不純物を含むガスからなるプラズマを生成し、当該プラズマを用いて複数の基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施する半導体装置の製造方法であって、前記真空容器内に被処理基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、当該被処理基板のプラズマドーピング条件を調整する。
【０００９】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、真空容器内に被処理基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、被処理基板のプラズマドーピング条件を調整するため、積算放電時間に起因するドーズ量の変動を考慮して、プラズマドーピング条件の最適化を図ることができる。このため、長期間に亘って複数の基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量を高精度で且つ容易に制御できる。
【００１０】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記複数の基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施する前に、基準となるプラズマドーピング条件を設定し、当該プラズマドーピング条件に従って、複数のダミー基板に対して前記不純物のドーピングを順次実施することにより、積算放電時間とドーズ量又はシート抵抗との相関関係を求めておき、当該相関関係を用いて前記被処理基板のプラズマドーピング条件を調整してもよい。このとき、前記相関関係を用いて、前記真空容器内に前記被処理基板が設置されるまでの積算放電時間におけるドーズ量又はシート抵抗の目的値からのずれ量を予測し、その予測結果に基づいて、前記被処理基板のプラズマドーピング条件を調整してもよい。
【００１１】
この構成によれば、生産工程前にダミー基板を用いて積算放電時間とドーズ量又はシート抵抗との相関関係を予め求めておき、当該相関関係を用いて被処理基板のプラズマドーピング条件を調整するため、プラズマドーピング条件の調整を高精度で且つ容易に行うことができる。
【００１２】
より具体的には、本発明に係る半導体装置の製造方法は、真空容器内において放電によって不純物を含むガスからなるプラズマを生成し、当該プラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成する半導体装置の製造方法であって、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定する工程（ａ）と、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるように、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）で設定された前記第２のプラズマドーピング条件に従って、前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行って前記不純物領域を形成する工程（ｃ）とを備えている。
【００１３】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、基準となる第１のプラズマドーピング条件を予め設定しておき、積算放電時間に基づいて不純物のドーズ量が目的値となるように第１のプラズマドーピング条件を補正して得られる第２のプラズマドーピング条件に従って、プラズマドーピングを行う。すなわち、積算放電時間に起因するドーズ量の変動を考慮して、プラズマドーピング条件の最適化を図ることができる。このため、長期間に亘って複数の被処理基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量を高精度で且つ容易に制御できるので、長期間に亘って不純物領域を高精度で形成でき、それによって半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記真空容器内をクリーニングする工程（ｄ）をさらに備え、前記積算放電時間は前記工程（ｄ）以降の積算放電時間であってもよい。
【００１５】
この構成によれば、クリーニングによって真空容器内を初期状態にリセットし、そのリセットされた状態から積算放電時間をカウントすることにより、プラズマドーピング条件の補正を高精度で行うことができる。
【００１６】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）は、予め前記真空容器内において少なくとも２つ以上の別々の基板に対して互いに異なる積算放電時間のときに前記第１のプラズマドーピング条件に従って前記不純物のプラズマドーピングを行うと共に前記別々の基板のそれぞれについてドーズ量の測定を行い、その後、前記真空容器内に前記別々の基板のそれぞれが設置されるまでの積算放電時間と、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量との関係に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して前記第２のプラズマドーピング条件を設定する工程を含んでいてもよい。
【００１７】
この構成によれば、少なくとも２つ以上の異なる積算放電時間のときに測定されたドーズ量に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正しているため、プラズマドーピング条件の補正を高精度で且つ容易に行うことができる。尚、ドーズ量の測定に代えて、所定条件下でドーズ量と１対１で対応するシート抵抗値の測定を行い、積算放電時間とシート抵抗値の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行ってもよい。
【００１８】
積算放電時間とドーズ量の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行う場合、前記別々の基板のそれぞれの一部にはドーズ量測定用の領域が設けられ、前記工程（ｂ）において前記別々の基板のそれぞれについてのドーズ量の測定は、前記別々の基板のそれぞれの前記ドーズ量測定用の領域を用いて行われてもよい。
【００１９】
この構成によれば、ドーズ量測定のために量産工程用とは別に基板を用意してプラズマドーピング処理を行うことなく、ドーズ量測定を行うことができるので、スループットが向上する。尚、この場合にも、ドーズ量の測定に代えて、シート抵抗値の測定を行うために、別々の基板のそれぞれの一部にシート抵抗値測定用の領域を設けてもよい。
【００２０】
積算放電時間とドーズ量の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行う場合、前記工程（ｂ）は、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量の前記目的値を変更すると共に、当該変更後の前記目的値と、前記関係から予測されるドーズ量との差異に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第３のプラズマドーピング条件を設定する工程を含んでいてもよい。
【００２１】
この構成によれば、ドーズ量の目的値を変更する場合にも、変更後のドーズ量の目的値と、ドーズ量と積算放電時間との関係から予測されるドーズ量との差異に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正するため、所望のドーズ量を容易に得ることができる。尚、この場合にも、ドーズ量の測定値に代えて、シート抵抗値の測定値を用いてもよい。
【００２２】
積算放電時間とドーズ量の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行う場合、前記工程（ｂ）は、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量を用いて、下記（式１）におけるパラメータＡ及びＢを決定する工程を含んでいてもよい。
【００２３】
ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１）
（但し、ｙはシート抵抗、Ｌｎは自然対数、ｔは積算放電時間）
以下、この構成及びそれにより得られる効果について説明する。本願発明者らは、種々の実験を重ねた結果、例えばＢ2 Ｈ6 ／Ｈｅプラズマを用いたプラズマドーピングでは、連続放電時に真空容器内部にボロンを含む膜が形成されていくこと、及び、シート抵抗と積算放電時間との間に（式１）の関係が存在することを見出した。但し、各シート抵抗は被処理基板のそれぞれに対して同一条件のアニールを行うことにより得られたものである。
【００２４】
本願発明者らは、これらの知見に基づいて、以下に述べる、長期間の連続処理時においても安定性及び再現性良くドーズ量を高精度に制御することができる方法を想到した。
【００２５】
同一プラズマドーピング装置による連続処理において例えば基板処理枚数が１００〜２０００枚の期間を量産工程を行う前の準備工程（補正式（式１）のパラメータＡ及びＢを決定する工程）とする。この準備工程で、積算放電時間とドーズ量（正確にはシート抵抗値）との関係を求めることにより、（式１）のパラメータＡ及びＢが算出される。ここで、パラメータつまり変数の数は２つであるため、少なくとも２つのデータがあれば、パラメータＡ及びＢの算出、つまり（式１）で表される曲線の決定を行うことができる。
【００２６】
このようにパラメータＡ及びＢが算出された（式１）を用いて、本願発明者らは、基板処理枚数が２０００枚目以降のシート抵抗の推移を積算放電時間に基づいて予測した。具体的には、シート抵抗Ｒｓの予測値は基板処理枚数をＮとして、
Ｒｓ＝−１９．７８・Ｌｎ（Ｎ）＋３６１．４  ・・・  （式３）
と計算することができる。
【００２７】
尚、基板処理枚数（放電回数）Ｎは積算放電時間ｔ（秒）と本質的に同じパラメータである。前述の実験では１回の放電時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）を６０秒で一定としたが、基板毎に放電時間を変える場合には基板処理枚数をカウントするのではなく、積算放電時間を計量してシート抵抗予測に用いる。すなわち、（式３）においてＮ＝ｔ／６０と置き換えれば良い。
【００２８】
以上のように、（式３）に従って、積算放電時間（放電回数）に基づいてシート抵抗の水準を予想することができる。従って、放電回数がＮのときのシート抵抗Ｒｓが目的値Ｒｓｏからどの程度ずれるのかも予想することができる。そのズレをΔＲｓとすると、
ΔＲｓ＝Ｒｓｏ−（−１９．７８・Ｌｎ（Ｎ）＋３６１．４）  ・・・  （式４）
と計算することができる。
【００２９】
ところで、シート抵抗を変化させることができるパラメータ（プラズマドーピング条件を構成するパラメータ）として、バイアス時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）、Ｂ2 Ｈ6 等のガス濃度やガス流量等が知られている。そこで、（式４）で計算されたズレΔＲｓを補正するように、放電回数Ｎ（つまり積算放電時間ｔ）に応じて、これらのパラメータを調整する。例えば放電回数Ｎが６０００回まで増大した場合には、（式４）によれば、シート抵抗Ｒｓの目的値Ｒｓｏ（例えば２１０Ω／□）からのズレΔＲｓは２０Ω／□程度になる。そこで、放電回数が６０００回のときには、バイアス時間をそのΔＲｓの大きさに応じて短くすればよいことが分かる。これにより、積算放電時間（放電回数）が増加しても、狙い通りの一定したシート抵抗が得られる。尚、シート抵抗値の調整には、バイアス時間の短縮による調整の他に、例えばＢ2 Ｈ6 ガスの濃度や流量の低減による調整を用いることができる。
【００３０】
積算放電時間とドーズ量の測定値との関係に基づいて、プラズマドーピング条件の補正を行う場合、前記工程（ｂ）は、前記別々の基板のそれぞれについて測定されたドーズ量を用いて、下記（式２）における次式パラメータＡ及びＢを決定する工程を含んでいてもよい。
【００３１】
ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
（但し、ｙはシート抵抗、ｔは積算放電時間）
この構成によれば、（式１）を用いた場合よりも若干精度が低下するものの、実用的範囲内でほぼ同様の効果を得ることができる。
【００３２】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、プラズマドーピング時間を補正する工程を含んでいてもよい。
【００３３】
この構成によれば、プラズマドーピング時間を補正することにより、他のパラメータの変更に起因する、積算放電時間とドーズ量（又はシート抵抗）との相関関係への影響を抑制しつつ、ドーズ量を容易且つ高精度で制御することができる。
【００３４】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記ガスの濃度を補正する工程を含んでいてもよい。
【００３５】
この構成によれば、例えばキャリアガスの流量を増やす等してガス濃度を調整することにより、ドーズ量を高精度で制御することができる。
【００３６】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）は、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記ガスの流量を補正する工程を含んでいてもよい。
【００３７】
この構成によれば、例えばガス供給装置のマスフローコントローラを調整するだけでガス流量を容易に調整することができ、それによってドーズ量を高精度で制御することができる。
【００３８】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記真空容器内における前記基板が設置されるサセプタと前記ガスの供給部との距離は一定に保たれていてもよい。
【００３９】
この構成によれば、サセプタやガス供給部を動かしてこれらの位置関係を変化させることなく、ドーズ量を容易に調整することができる。また、真空容器内における部材の移動に起因するパーティクルの発生を防止することができるため、コンタミ（汚染）の発生を抑制することができので、ドーズ量の制御性を向上させることができる。
【００４０】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記ガスは、ボロン原子と水素原子とからなる分子Ｂm Ｈn （但しｍ、ｎは自然数）を含んでいてもよい。
【００４１】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記ガスは、ボロン原子含有ガスとヘリウムとの混合ガスから構成されていてもよい。この場合、前記ボロン原子含有ガスはＢ2 Ｈ6 であってもよく、前記混合ガス中におけるＢ2 Ｈ6 の濃度は０．０１質量％以上で且つ１質量％以下であってもよい。すなわち、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度が０．０１質量％以上で且つ１質量％以下であると、ボロン導入が容易になって望ましい。一方、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度が０．０１質量％未満であると、ボロン導入が困難になり、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度が１質量％を上回ると、基板表面にボロンを含む堆積物が付着しやすくなる。
【００４２】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記ガスは、ＢＦ3 、ＡｓＨ4 又はＰＨ3 のいずれかを含んでいてもよい。
【００４３】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記基板はシリコン基板であってもよい。
【００４４】
また、本発明に係る半導体製造装置は、不純物を含むガスからなるプラズマに基板を曝すことによって、前記基板の表面に不純物領域を形成する半導体製造装置であって、真空容器と、前記真空容器内に前記ガスを供給するガス供給部と、前記真空容器内から前記ガスを排気するガス排気部と、前記ガス供給部によって前記真空容器内に供給された前記ガスを放電によってプラズマ化するプラズマ生成部と、プラズマドーピング条件を制御するプラズマドーピング条件制御部とを備え、前記プラズマドーピング条件制御部は、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定すると共に、前記真空容器内に前記基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量が目的値となるように、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する。
【００４５】
本発明に係る半導体製造装置によると、プラズマドーピング条件制御部が、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定すると共に、真空容器内に基板が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、基板に導入される不純物のドーズ量が目的値となるように、第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する。すなわち、積算放電時間に起因するドーズ量の変動を考慮して、プラズマドーピング条件の最適化を図ることができる。このため、長期間に亘って複数の被処理基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量を高精度で且つ容易に制御できるので、長期間に亘って不純物領域を高精度で形成でき、それによって半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
本発明に係る半導体製造装置において、積算放電時間をカウントするカウンタをさらに備え、前記プラズマドーピング条件制御部は、前記カウンタによって得られた積算放電時間に基づいて、前記第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定してもよい。
【００４７】
この構成によれば、カウンタを具備するだけで、プラズマドーピング条件の補正を容易に実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００４８】
以上に説明してきたように、本発明によれば、例えば、基準となる第１のプラズマドーピング条件を予め決定して所定の積算放電時間におけるドーズ量を測定し、その測定結果に基づいて、被処理基板が処理されるときの積算放電時間におけるドーズ量の目的値からのずれ量を予測し、その予測結果に基づいて、ドーピング時間、ガス濃度又はガス流量等のプラズマドーピング条件を調整することにより、ドーズ量を精密に制御することができる。従って、高精度にドーズ量制御のなされた不純物領域を安定して形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００５０】
本実施形態の半導体装置の製造方法の説明に先立ち、本発明の基本概念について、ボロンのプラズマドーピングを例として説明する。
【００５１】
例えば、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅプラズマを用いたプラズマドーピングにおいては、複数の基板を対象とした連続放電時に真空容器（チャンバー）内部にボロンを含む膜が形成されていくため、生成されたプラズマ中において、プロセスガスから供給されるボロンよりも、真空容器内壁に付着したボロンを含む膜から供給されるボロンの方が多くなる場合があることが知られている。このため、放電開始から所定時間が経過して積算放電時間が長くなるに従って、ボロンのドーズ量が増大し、その結果、ドーピング後の基板のシート抵抗が小さくなる。ここで、本願発明者らが、種々の実験を行った結果、積算放電時間ｔとシート抵抗Ｒｓとの間には、
Ｒｓ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１’）
の関係があることが分かった（但し、Ａ及びＢはパラメータ、Ｌｎは自然対数）。そこで、本願発明者らは、以上の知見に基づいて、長期に亘るプラズマドーピング連続処理時においても、ドーズ量の再現性を安定的に向上させる以下の発明を想到した。
【００５２】
図１は、本実施形態の半導体装置の製造方法のフローチャートである。図２４に示す従来例のフローチャートとの比較から明らかなように、本実施形態では、目的とするドーズ量が得られるように、積算放電時間に基づいてプラズマドーピング条件のパラメータを調整する工程（ステップＳ１０７）を設けることを主要な特徴とする。これにより、積算放電時間に起因するドーズ量の変動を考慮して、プラズマドーピング条件の最適化を図ることができるため、長期に亘って安定したドーズ量を得ることができる。
【００５３】
具体的には、まず、ステップＳ１０１において、プラズマドーピング装置の真空容器のクリーニングなどのメンテナンスを行った後、ステップＳ１０２において、製造しようとするデバイスの仕様に従い、ドーズ量の目的値を決定し、その後、ステップＳ１０３において、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定する。
【００５４】
次に、ステップＳ１０４において、第１のプラズマドーピング条件に従って、被処理基板に対してプラズマドーピングを実施する。また、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０４のプラズマドーピングが終了した時点での積算放電時間、つまり真空容器内に次の被処理基板が設置される時点での積算放電時間を測定する。このとき、ステップＳ１０５で、ステップＳ１０４のプラズマドーピングが実施された被処理基板に導入される不純物のドーズ量を測定してもよい。
【００５５】
次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５で測定されたドーズ量と、ステップＳ１０２で決定された目的値とを比較し、測定ドーズ量が目的値から所定の範囲内にあるかどうかを判断する。ここで、ステップＳ１０６に代えて、ステップＳ１０５で測定された積算放電時間と後述する各種予測式とを用いて、シート抵抗値の予測を行い、当該予測値が目的値から所定の範囲内にあるかどうかを判断してもよい。この場合、ステップＳ１０５でのドーズ量測定は不要となる。
【００５６】
ステップＳ１０６において、測定ドーズ量が目的値から所定の範囲内にあると判断された場合には、ステップＳ１０４以降の処理を再度実施する。
【００５７】
ステップＳ１０６において、測定ドーズ量が目的値から所定の範囲内にないと判断された場合には、ステップＳ１０７において、次の被処理基板に導入される不純物のドーズ量が目的値となるように、プラズマドーピング条件のパラメータの調整を行い、その結果に基づいて、ステップＳ１０３において、第２のプラズマドーピング条件を新たに設定し直す。すなわち、第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を設定する。その後、ステップＳ１０４において、第２のプラズマドーピング条件に従って、次の被処理基板に対してプラズマドーピングを実施した後、ステップＳ１０５以降の処理を順次実施する。
【００５８】
以上に述べた、本実施形態におけるプラズマドーピング条件の補正については、種々のバリエーションがあるので、それらについて順次説明していく。
【００５９】
まず、第１の補正方法においては、プラズマドーピング装置のメンテナンス後、シート抵抗（つまりドーズ量）がほぼ一定になるまでの積算放電時間とその時点でのドーズ量とを測定し、ドーズ量の変化曲線を得るという方法を用いる。尚、ドーズ量の直接的な測定は困難であるため、プラズマドーピングの実施後にアニールによって注入不純物を活性化し、その後、シート抵抗を測定することにより、ドーズ量の測定に代えている。
【００６０】
本実施形態では、プラズマドーピング装置における基板処理枚数１００−２０００枚の期間を量産（生産）工程に入る前の準備工程と位置づける。この準備工程で、後述するシート抵抗値の予測式等のプラズマドーピング条件の補正式（正確には補正式中のパラメータ）を決定する。以下、この補正式に従って、プラズマドーピング条件の各種パラメータを補正する工程（図１のステップＳ１０７の補正工程）が実施される。
【００６１】
図２に、前述の準備工程で得られたシート抵抗の推移（丸印で示す９個のデータ）を示している。図２に示すように、狙いのシート抵抗を２１０Ω／□（ドーズ量で１×１０15ｃｍ-2程度）とすると、処理枚数が２０００枚前後のときにシート抵抗が２１０Ω／□となり、量産（生産）工程に移行する準備が整っていることが分かる。また、処理枚数が２０００枚目以降のシート抵抗の推移については前記の（式１’）で与えられると共に準備工程（補正式を決定する工程）で得られた９個のデータ（丸印）を用いて（式１’）中のパラメータＡ及びＢを決定できるので、処理枚数が２０００枚目以降のシート抵抗の推移を予測することができる。
【００６２】
具体的には、シート抵抗Ｒｓの予測値は、図２において曲線Ｃ１で示すように、処理枚数をＮとして、
Ｒｓ＝−１９．７８・Ｌｎ（Ｎ）＋３６１．４  ・・・  （式３）
と計算できる。ここで、図２のＲ2 ＝０．９８は以下の内容を意味する。Ｒ2 は、統計学で広く知られている決定係数であり、相関係数の二乗である。Ｒ2 を評価することによって、図２における前述の準備工程で得られた９個のシート抵抗（丸印で示す９個のデータ）の分散のうち、処理枚数Ｎによって説明（決定）される部分の割合を測定することができる。Ｒ2 は０以上、１以下の数値をとり、仮にＲ2 ＝０であるとすると、（式３）によって処理枚数Ｎの差異を考慮しても前述の準備工程で得られた９個のシート抵抗の分散が少しも減少しないこと、つまり、処理枚数Ｎがシート抵抗Ｒｓを全く決定していないことになる。一方、仮にＲ2 ＝１であるとすると、前述の準備工程における全ての処理枚数Ｎに対して（式３）が正確に成り立つこと、つまり、シート抵抗Ｒｓが処理枚数Ｎの（式３）の対数式によって完全に決定されることになる。ここで、今回のＲ2 の評価結果は０．９８と１に極めて近いことから、前述の準備工程で得られた９個のシート抵抗は、処理枚数Ｎつまり積算放電時間によって極めて良く説明（決定）されているということが分かる。
【００６３】
尚、基板処理枚数（放電回数）Ｎは積算放電時間ｔ（秒）と本質的に同じパラメータである。前述の実験では１回の放電時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）を６０秒で一定としたが、基板毎に放電時間を変える場合には基板処理枚数Ｎをカウントするのではなく、積算放電時間を計量してシート抵抗予測に用いる。すなわち、（式３）においてＮ＝ｔ／６０と置き換えれば良い。言い換えると、積算放電時間ｔ（秒）と、その時点までの基板（ウェハ）の処理枚数Ｎとの置き換えを行う場合、例えば基板１枚当たりの放電時間を６０秒として、処理枚数Ｎに６０秒を乗じることにより、積算放電時間ｔを得ることができる。
【００６４】
（式３）によれば、前述の準備工程で得られるシート抵抗の推移を良く説明できるだけではなく、その後の量産（生産）工程で得られるシート抵抗の推移も極めて高い精度で推測することができる。すなわち、基板処理枚数（つまり積算放電時間）がいくつのときにシート抵抗がどのような水準になるのかを予想することができる。従って、基板処理枚数Ｎがある値のときに、シート抵抗Ｒｓが目的値Ｒｓｏからどれくらいずれるのかも予想することができる。そのズレをΔＲｓとすると、
ΔＲｓ＝Ｒｓｏ−（−１９．７８・Ｌｎ（Ｎ）＋３６１．４）  ・・・  （式４）
と計算することができる。
【００６５】
ところで、シート抵抗を変化させることができるパラメータ（プラズマドーピング条件を構成するパラメータ）として、バイアス時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）、Ｂ2 Ｈ6 等のガス濃度やガス流量等が知られている。そこで、（式４）で計算されたズレΔＲｓを補正するように、放電回数Ｎ（つまり積算放電時間ｔ）に応じて、これらのパラメータを調整する。例えば放電回数Ｎが６０００回まで増大した場合には、（式４）によれば、シート抵抗Ｒｓの目的値Ｒｓｏ（例えば２１０Ω／□）からのズレΔＲｓは２０Ω／□程度になる。そこで、放電回数が６０００回のときには、バイアス時間をそのΔＲｓの大きさに応じて短くすればよいことが分かる。これにより、積算放電時間（放電回数）が増加しても、狙い通りの一定したシート抵抗が得られる。尚、シート抵抗値の調整には、バイアス時間の短縮による調整の他に、例えばＢ2 Ｈ6 ガスの濃度や流量の低減による調整を用いることができる。
【００６６】
以上が、本実施形態の半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の新規な第１の補正方法である。
【００６７】
次に、第２の補正方法について説明する。図２には、前述の量産（生産）工程で得られたシート抵抗の推移（四角印）を示している。図２に示すように、放電回数（処理枚数）が２０００回から３０００回までの間においては、シート抵抗Ｒｓはばらつき許容幅内に入っているものの、放電回数が４０００回を超えると、シート抵抗Ｒｓがばらつき許容幅から外れている。従って、従来の方法では、準備工程後における放電回数が１０００回から２０００回までの間においては安定したシート抵抗を得ることができるものの、準備工程後における放電回数が２０００回以上になると、シート抵抗Ｒｓが明らかに目的値を下回るようになる。すなわち、ドーズ量が高くなりすぎてしまう。一方、本実施形態の半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の第２の補正方法においては、シート抵抗Ｒｓの予測値を示す図２の曲線Ｃ１がばらつき許容幅を外れる場合には、プラズマドーピング条件のパラメータを補正することにより、シート抵抗Ｒｓがばらつき許容幅内に入るようにすることができる。尚、本実施形態においては、シート抵抗Ｒｓのばらつき許容幅を目的値Ｒｓｏの±５％に設定したが、これは一般的に要請される程度の許容幅である。
【００６８】
［プラズマドーピング装置］
以下、本実施形態のプラズマドーピング方法を実施するために用いられるプラズマドーピング装置について、図３の断面構成図を参照しながら説明する。
【００６９】
図３に示すように、本実施形態のプラズマドーピング装置は、真空容器１０１と、真空容器内にガスを供給するガス供給装置１０２と、真空容器１０１内からガスを排気する排気装置としてのターボ分子ポンプ１０３と、真空容器１０１内の圧力を制御する圧力制御装置としての調圧弁１０４と、被処理基板（基板）１０９が設置される試料台を兼ねる試料電極１０６と、試料電極１０６と対向する真空容器１０１の天井部となる誘電体窓１０７の近傍に設けられたプラズマ源（ガスを放電によってプラズマ化するプラズマ生成装置）としてのコイル１０８と、コイル１０８に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源１０５と、試料電極１０６に電圧を供給する電圧源としての高周波電源１１０と、試料電極１０６を冷却する冷却水供給ユニット１１１と、試料電極１０６に供給される電圧をモニターするＶｄｃモニタ１１７とから構成されている。
【００７０】
尚、真空容器１０１の内壁には不純物を含む膜が形成されていてもよい。また、プラズマを発生させるために必要なガスは、ガス供給装置１０２からガス導入経路１１３及び誘電体窓１０７内部のガス主経路１１４を通じてガス吹き出し口１１５から真空容器１０１内に供給される。また、真空容器１０１内の真空度は、ガス供給装置１０２、ターボ分子ポンプ１０３、調圧弁１０４及びドライポンプ１１２によって制御される。さらに、真空容器１０１内の試料電極１０６に対しては、高周波電源１１０からマッチングボックス１１６を通じて電力が供給される。これにより、試料台を兼ねる試料電極１０６上に載置された被処理基板１０９に電力が供給される。
【００７１】
本実施形態のプラズマドーピング装置の特徴は、例えばガス供給装置１０２、高周波電源１０５及び高周波電源１１０のそれぞれと接続されたプラズマドーピング条件制御装置１１８を備えていることである。プラズマドーピング条件制御装置１１８は、基準となるプラズマドーピング条件を設定すると共に、真空容器１０１内に被処理基板１０９が設置されるまでの積算放電時間に基づいて、被処理基板１０９に導入される不純物のドーズ量が目的値となるように、プラズマドーピング条件の調整を行う。ここで、積算放電時間をカウントするカウンタをさらに設けておくことによって、プラズマドーピング条件制御部１１８が、当該カウンタによって得られた積算放電時間に基づいて、プラズマドーピング条件の調整を行ってもよい。
【００７２】
以下、図３に示すプラズマドーピング装置を用いて、試料台を兼ねる試料電極１０６上に被処理基板１０９を設置してプラズマ照射を行うプラズマドーピング工程について説明する。
【００７３】
まず、プロセスチャンバーである真空容器１０１内にガス供給装置１０２から所定のガスを導入すると共に排気装置としてのターボ分子ポンプ１０３により排気を行いながら、圧力制御装置としての調圧弁１０４によって真空容器１０１内を所定の圧力に保つ。そして、高周波電源１０５により、プラズマ源としてのコイル１０８に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給することにより、真空容器１０１内に誘導結合型プラズマを発生させる。この状態で、試料電極１０６上に被処理基板１０９として例えばシリコン基板を載置する。また、試料電極１０６に高周波電源１１０によって高周波電力を供給することにより、試料としてのシリコン基板（被処理基板１０９）がプラズマに対して負の電位を持つように、試料電極１０６の電位を制御する。尚、試料電極１０６用の高周波電源１１０に、基板処理枚数（放電回数）をカウントするカウンタを取り付け、試料電極１０６に試料としてのシリコン基板をセットするたびに回数１をカウントしてもよい。或いは、試料電極１０６用の高周波電源１１０に、バイアスを印加した時間つまりバイアス時間の積算値をカウントするカウンタを取り付け、バイアス時間をカウントして積算放電時間を計測してもよい。
【００７４】
［補正式を決定する工程］
まず、量産工程に入る前の準備工程としての、補正式を決定する工程について説明する。本工程においても、前述の図３に示すプラズマドーピング装置を用いて、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスからなるプラズマを生成し、真空容器１０１の内壁にボロンを含む膜を形成する。尚、図３に示すプラズマドーピング装置は、プラズマドーピング条件制御装置１１８を除いて、通常用いられる装置構成を有している。また、通常、真空容器１０１の内壁のクリーニングなどのメンテナンスを経て、真空容器１０１内の試料電極１０６上に試料としての被処理基板１０９を設置し、真空容器１０１内の真空排気を実施した後、所望の混合比で混合されたＢ2 Ｈ6 とＨｅとを供給して放電を行い、試料電極１０６を通じて被処理基板１０９にバイアスを印加することにより、プラズマドーピングを行う。尚、以下の説明においては、このような通常の処理については説明を省略する場合がある。
【００７５】
本実施形態においては、基準となるプラズマドーピング条件として、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとのガス混合比を０．０５％対９９．９５％に、混合ガスの総流量を３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に、ソースパワー（高周波電源１０５から供給される電力）を２０００Ｗ、バイアスパワー（高周波電源１１０から供給される電力）を１３５Ｗに、圧力を０．９Ｐａに設定した。また、基板１枚当たりのプラズマドーピング時間（バイアス印加時間）を６０秒に設定した。そして、この基準となるプラズマドーピング条件に従って、メンテナンス直後の真空容器１０１内において直径３００ｍｍの複数のシリコン基板に対してプラズマドーピングの連続処理を行った。そして、１枚目、２５枚目、５０枚目、１００枚目、２００枚目、４００枚目、８００枚目、１１５０枚目、１６００枚目、１６５０枚目、１８００枚目、１９００枚目、２０００枚目、２０２５枚目、２０７５枚目にそれぞれ処理したシリコン基板を抜き取って検査した。尚、抜き取ったシリコン基板に対しては、１０７５℃、２０秒間の条件で熱処理を行った。
【００７６】
尚、本実施形態においては、前記の抜き取ったシリコン基板以外の全てのシリコン基板について、プラズマドーピングの実施後、シート抵抗の測定前に、１０７５℃、２０秒間の条件で熱処理を行う。このような大きな熱量を与えるアニールを行った場合、導入された不純物が大きい割合で活性化されてキャリアとなるため、シート抵抗とドーズ量とがほぼ反比例する関係が成り立つ。従って、前記の１０７５℃、２０秒間のアニール条件を用いた場合、シート抵抗の分布はドーズ量の分布とみなすことができる。すなわち、ドーズ量とシート抵抗との間には１対１の関係が存在するからである。また、本実施形態においては、シート抵抗の測定を、直径３００ｍｍの基板における幅３ｍｍの端部を除いた主面内の１２１箇所に対して行った。以下の説明において、シート抵抗の値は、特に断りがない場合には前記の１２１箇所の測定値についての平均値である。また、以下の説明において、シート抵抗の均一性は、前記の１２１箇所の測定値の標準偏差（１σ）として求めている。本実施形態においては、以上の条件でプラズマドーピング及び熱処理が実施された、処理枚数が１００−２０００枚目までの試料（シリコン基板）について測定されたシート抵抗の値を用いて、後述のように補正式を決定する。
【００７７】
ここで、本願発明者らは、ドーズ量が目的値となるように積算放電時間に基づいてプラズマドーピング条件を調整するために、バイアス時間（基板１枚当たりのプラズマドーピング時間）、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量、及び当該混合ガスのガス混合比のそれぞれに対するシート抵抗の関係を調べた。
【００７８】
まず、バイアス時間とシート抵抗との関係については以下のように調べた。プラズマドーピング条件としては、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比を０．０５％対９９．９５％に、当該混合ガスの総流量を３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に、ソースパワーを２０００Ｗに、バイアスパワーを１３５Ｗに、真空容器内圧力を０．９Ｐａに設定した。一方、バイアス時間（プラズマドーピング時間）については５秒、２０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、２００秒、４００秒、８００秒のそれぞれに設定した。また、プラズマドーピングを実施したシリコン基板に対して、１０７５℃、２０秒間の条件で熱処理を行った。シート抵抗値の測定、及びシート抵抗値の面内均一性の計算については前述の通りである。
【００７９】
次に、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量とシート抵抗との関係については以下のように調べた。プラズマドーピング条件としては、ソースパワーを２０００Ｗに、バイアスパワーを１３５Ｗに、真空容器内圧力を０．９Ｐａに、バイアス時間（プラズマドーピング時間）を６０秒に設定した。一方、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比については０．０５％対９９．９５％に固定し、当該混合ガスの総流量については、１８０ｃｍ3 ／分（標準状態）、３００ｃｍ3 ／分（標準状態）、４２０ｃｍ3 ／分（標準状態）、５４０ｃｍ3 ／分（標準状態）にそれぞれ設定した。熱処理、シート抵抗値の測定、及びシート抵抗値の面内均一性の計算については前述の通りである。
【００８０】
次に、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比とシート抵抗との関係については以下のように調べた。プラズマドーピング条件としては、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量を３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に、ソースパワーを２０００Ｗに、バイアスパワーを１３５Ｗに、真空容器内圧力を０．９Ｐａに、バイアス時間（プラズマドーピング時間）を６０秒に設定した。一方、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比については、０．０５％対９９．９５％、０．０４％対９９．９６％、０．０３％対９９．９７％、０．０２％対９９．９８％、０．０１％対９９．９９％にそれぞれ設定した。熱処理、シート抵抗値の測定、及びシート抵抗値の面内均一性の計算については前述の通りである。
【００８１】
本願発明者らは、以上のようにプラズマドーピング条件の各パラメータとシート抵抗との関係を調べた後、以下に述べるようにプラズマドーピング条件を実際に調整することによって、狙いのシート抵抗が得られることを検証した。
【００８２】
［補正例Ａ：バイアス時間による調整方法］
狙いのシート抵抗を得るためにバイアス時間による調整を行う場合には、補正式を決定する工程（準備工程）で、予めバイアス時間とシート抵抗との関係を取得しておく。そのようにして得られた、バイアス時間とシート抵抗との関係の一例を図４に示す。図４に示すように、バイアス時間を６０秒に設定した試料について、２２４Ω／□のシート抵抗が得られている。図５は、図４の縦軸を２２４Ω／□で規格化した図である。ここで、バイアス時間とシート抵抗との関係を、
ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
（但し、ｙはシート抵抗、ｔはバイアス時間）と表すことができる。（式２）に示す補正式に、図４又は図５に示す測定値を２つ以上代入することにより、図４に示す測定値からはＡ＝５３８．８６、Ｂ＝−０．２１７３、図５に示す測定値からはＡ＝２．４０５６、Ｂ＝−０．２１７３が求められる。これらのパラメータを（式２）に適用することによって、所望のシート抵抗を得るために必要なバイアス時間を求めることができる。例えば、図５から明らかなように、バイアス時間を６０秒から２０秒短くして４０秒に設定すれば、バイアス時間が６０秒のときのシート抵抗を基準として、シート抵抗の値を１０％程度高できることが予測される。そこで、本実施形態においては、前記の（式３）の処理枚数Ｎを積算放電時間ｔに置換した、シート抵抗Ｒｓの予測式（Ｒｓ＝−１９．７８・Ｌｎ（ｔ／６０）＋３６１．４）によれば、シート抵抗の値が狙いの２１０Ω／□から１０％程度低くなると予想される、積算放電時間６４７５分目の試料については、バイアス時間を４０秒に短縮した。
【００８３】
その結果、図６に示すように、シート抵抗Ｒｓの値を２１８Ω／□にすることができた。これは、図６の補正例Ａに示すように、シート抵抗Ｒｓのばらつき許容幅（２１０Ω／□を中心とした±５％の範囲）に含まれており、バイアス時間によるプラズマドーピング条件の補正方法を用いることによって、シート抵抗Ｒｓを目的値に近づけることができることがわかる。尚、図６の丸印や四角印は、図２の丸印や四角印と同じものを示している。また、図６に示す式、Ｒｓ＝−１９．７８・Ｌｎ（ｔ／６０）＋３６１．４のＲ2 は０．９８であるが、これは、補正式を決定する工程で得られた９個のデータのみについて算出したものである。
【００８４】
尚、図４に示す６個の測定値からはＡ＝５３８．８６、Ｂ＝−０．２１７３、図５に示す６個の測定値からはＡ＝２．４０５６、Ｂ＝−０．２１７３と各パラメータの算出を行っているが、これにより、シート抵抗の差異を、バイアス時間の差異に基づいてＲ2 ＝０．９９１８という極めて高精度で決定できる予測式を得ることができる。逆に、（式２）を選択するに際してはＲ2 を用いて各種の予測式の精度を評価しているので、本補正例で説明した（式２）に２つ以上の測定値を代入することによってパラメータＡ及びＢを決定して（式２）を用いることにより、シート抵抗とバイアス時間との関係を高精度で決定することができる。
【００８５】
［補正例Ｂ：Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量による調整方法］
狙いのシート抵抗を得るために、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスの総流量（以下、単にガス流量という）による調整を行う場合には、補正式を決定する工程（準備工程）で、予めガス流量とシート抵抗との関係を取得しておく。そのようにして得られた、ガス流量とシート抵抗との関係の一例を図７に示す。尚、図７に示すデータは、積算放電時間が５９００分から６８００分までの間に取得されたデータである。図６に示すように、積算放電時間が２０００分のときにはガス流量が３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に対してシート抵抗Ｒｓが目的値に等しい２１０Ω／□であり、その後、積算放電時間が増加するに従って、シート抵抗Ｒｓの目的値からのズレが大きくなっていく。その結果、図７に示すように、積算放電時間が５９００分から６８００分までの間では、ガス流量が３００ｃｍ3 ／分（標準状態）に対してシート抵抗Ｒｓは１９０Ω／□になっている。本実施形態では、この場合にもシート抵抗Ｒｓとして目的値である２１０Ω／□が得られるように、ガス流量の補正を行うが、図７に示すように、その補正値は２３０ｃｍ3 ／分（標準状態）であることがわかる。そこで、本実施形態においては、積算放電時間が６８２５分目の試料については、ガス流量を２３０ｃｍ3 ／分（標準状態）に低減した。
【００８６】
その結果、図６に示すように、シート抵抗Ｒｓの値を２０５Ω／□にすることができた。これは、図６の補正例Ｂに示すように、シート抵抗Ｒｓのばらつき許容幅（２１０Ω／□を中心とした±５％の範囲）に含まれており、ガス流量によるプラズマドーピング条件の補正方法を用いることによって、シート抵抗Ｒｓを目的値に近づけることができることがわかる。
【００８７】
尚、補正式を決定する工程において、横軸をガス流量とし且つ縦軸をシート抵抗値とする図７に示すデータを予め取得しておき、続いて、図７の縦軸を３００ｃｍ3 ／分（標準状態）で規格化した図である図８を作成しておくことによって、前述のようなプラズマドーピング条件の補正を行ってもよい。
【００８８】
［補正例Ｃ：Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比による調整方法］
狙いのシート抵抗を得るために、Ｂ2 Ｈ6 とＨｅとの混合ガスのガス混合比（以下、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度という場合もある）による調整を行う場合には、補正式を決定する工程（準備工程）で、予めＢ2 Ｈ6 濃度とシート抵抗との関係を取得しておく。そのようにして得られた、Ｂ2 Ｈ6 濃度とシート抵抗との関係の一例を図９に示す。尚、図９の縦軸を、Ｂ2 Ｈ6 濃度が０．０５質量％のときのシート抵抗によって規格化している。また、図９に示す結果は、メンテナンス前に取得されたものである。図９に示すように、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度が０．０５質量％／９９．９５質量％のときに得られるシート抵抗を基準として、シート抵抗を約１０％高くしたい場合には、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度を０．０３８質量％／９９．９６２質量％に調整すれば良いことが分かる。そこで、本実施形態においては、積算放電時間が７０２５分目の試料については、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度を０．０３８質量％／９９．９６２質量％に設定した。
【００８９】
その結果、図６に示すように、シート抵抗Ｒｓの値を２０８Ω／□にすることができた。これは、図６の補正例Ｃに示すように、シート抵抗Ｒｓのばらつき許容幅（２１０Ω／□を中心とした±５％の範囲）に含まれており、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度によるプラズマドーピング条件の補正方法を用いることによって、シート抵抗Ｒｓを目的値に近づけることができることがわかる。すなわち、メンテナンス前に図９に示すようなデータを予め取得しておくことによって、前述のようなプラズマドーピング条件の補正を行うことが可能となる。
【００９０】
図１０は、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度を０．０２質量％から０．０５質量％まで変化させた場合のシート抵抗の均一性を示している。また、図１１（ａ）〜（ｅ）は、Ｂ2 Ｈ6 ガス濃度を０．０２質量％から０．０５質量％まで変化させた場合のウェハ（基板）上でのシート抵抗の分布を示している。図１０及び図１１（ａ）〜（ｅ）に示すように、補正前のＢ2 Ｈ6 ガス濃度（０．０５質量％）でのシート抵抗の均一性が１．９−２．１％であるのに対して、補正後のＢ2 Ｈ6 ガス濃度（０．０３８質量％）でのシート抵抗の均一性は２．０％であった。すなわち、ガス流量については基準の３００ｃｍ3 ／分（標準状態）から変えずに、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈｅガス濃度つまりＢ2 Ｈ6 ガス濃度を調整することによって、シート抵抗の均一性を２％程度の高い水準に維持したまま、狙いのシート抵抗を得ることができるという特段の効果を奏する。
【００９１】
［補正式を決定する工程で使用する、シート抵抗値と積算放電時間との関係式］
次に、以上に述べた、各種パラメータによるプラズマドーピング条件の補正において実際に用いる、シート抵抗値と積算放電時間との関係式について説明する。当該関係式としては、
ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１）
の対数式型で表される関係式（例えば前述の（式３））以外に、例えば
ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
（但し、ｙはシート抵抗、ｔは積算放電時間）
の累乗式型で表される関係式を実用的に用いることができる。すなわち、（式２）を使用することによって、対数式型の関係式を使用した場合とほぼ同様の精度で狙いのシート抵抗を得ることができる。
【００９２】
尚、シート抵抗値と積算放電時間との関係式については、基板処理枚数１００−２０００枚の期間、つまり量産（生産）工程に入る前の準備工程で得られた例えば９個のデータ（所定の積算放電時間でのシート抵抗：図２、図６参照）から求めることができる。また、シート抵抗と積算放電時間との関係式は、ｙをシート抵抗値、ｔを積算放電時間、Ａ及びＢをパラメータとして、
対数式型：ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂ  ・・・  （式１）
累乗式型：ｙ＝Ａ・ｔ-B  ・・・  （式２）
指数式型：ｙ＝Ａ・ｅｘｐ（−Ｂ・ｔ）  ・・・  （式５）
多項式型：ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式（詳細は後述する）  ・・・  （式６）等により表される。
【００９３】
本願発明者らは、前記の様々なシート抵抗値と積算放電時間との関係式について、当該各関係式を用いて、積算放電時間が２０００分以降の試料についてのシート抵抗値を予測し、その予測精度を評価することによって、本実施形態に好ましい関係式を求めてみた。尚、予想精度の評価は、積算放電時間が２０００分から５９２５分までの間に得られた１１個のデータに基づいて行った。具体的には、予想精度を以下のように求めることができる。まず、積算放電時間が２０００分から５９２５分までの間に得られた１１個のデータ（所定の積算放電時間でのシート抵抗の実測値）と、シート抵抗値と積算放電時間との各種関係式によって求められたシート抵抗の予測値との差の自乗平均値を求める。次に、積算放電時間が２０００分から５９２５分までの間に得られた１１個のデータについて、シート抵抗の平均値を求める。そして、前記の自乗平均値を前記の平均値で除した結果を、予想精度の尺度として用いた。尚、以下に説明する各種関係式のパラメータは、前述の基準となるプラズマドーピング条件を用いて得られたものである。
【００９４】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を（式１）の対数式型とした場合の予想精度を求めた結果を示している。図１２（ｂ）にＲ2 ＝０．９７８と記載のとおり、（式１）を用いることによって、準備工程における９個のシート抵抗の推移を積算放電時間の差異に基づいて説明することができる。そして、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、（式１）の対数式型の関係式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は０．８２％となり、準備工程におけるシート抵抗の推移を正確に説明できるだけではなく、その後の生産工程におけるシート抵抗予測を高精度に行うことが可能である。
【００９５】
図１３（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を（式２）の累乗式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す。図１３（ｂ）にＲ2 ＝０．９８１９と記載のとおり、（式２）を用いることによって、準備工程における９個のシート抵抗の推移を積算放電時間の差異に基づいて説明することができる。そして、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、（式２）の累乗式型の関係式を用いても、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は１．８３％となり、準備工程におけるシート抵抗の推移を正確に説明できるだけではなく、その後の生産工程におけるシート抵抗予測を実用的レベルで高精度に行うことが可能である。
【００９６】
図１４（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を（式５）の指数式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す。図１４（ｂ）にＲ2 ＝０．８２５１と記載のとおり、（式５）を用いることによって、（式１）や（式２）を用いた場合よりは精度が落ちるものの、準備工程における９個のシート抵抗の推移を積算放電時間の差異に基づいて説明することができる。しかし、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、（式５）の指数式型の関係式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は１０．６０％と大幅に悪化する。すなわち、シート抵抗値と積算放電時間との関係式を指数式型で定義すると、準備工程におけるシート抵抗の推移については説明できるものの、その後の生産工程におけるシート抵抗の推移については、当該関係式に基づいて予測を行い、その予測結果に基づいてプラズマドーピング条件の補正を行った場合には、それにより得られるシート抵抗値が目的値から１０％以上ずれることになる。従って、シート抵抗値と積算放電時間との関係式を指数式型にすることは好ましくない。
【００９７】
図１５（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である２次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示し、図１６（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である３次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示し、図１７（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である４次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示し、図１８（ａ）及び（ｂ）は、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である５次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す。図１５（ｂ）、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）、図１８（ｂ）にそれぞれＲ2 ＝０．９５８６８、Ｒ2 ＝０．９９３７１７１５、Ｒ2 ＝９．９６８×１０-1（つまり０．９９６８）、Ｒ2 ＝９．９６９×１０-1（つまり０．９９６９）と記載のとおり、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である２次、３次、４次、５次の多項式をそれぞれ用いることによって、準備工程における９個のシート抵抗の推移については積算放電時間の差異に基づいて、（式１）や（式２）を用いた場合と同等の高い精度で説明できる。しかし、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である２次の多項式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は５３．１３％となり、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である３次の多項式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は１７３．３６％となり、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である４次の多項式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は６４５．８２％となり、図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である５次の多項式を用いると、積算放電時間が２０００分から５９２５分まで（処理枚数が２０００枚から５９２５枚まで）の予想精度は１８９６．６５％となる。すなわち、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である多項式型の関係式を用いた場合、準備工程におけるシート抵抗の推移については説明できるものの、その後の生産工程におけるシート抵抗の推移については、いずれの次数の多項式についてもその予想精度は極めて悪く、これらをシート抵抗値と積算放電時間との関係式として使用して、プラズマドーピング条件の補正を行い、シート抵抗値を目的値に合わせることは困難である。
【００９８】
図１９（ａ）及び（ｂ）は、前述の各種関係式によるシート抵抗値の予測精度を総合的に評価した結果を示している。図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、補正式を決定する工程で使用する、シート抵抗値と積算放電時間（正確には積算放電時間を６０秒で除した処理枚数）との関係式としては、（式１）の対数式型以外では（式２）の累乗式型が使用可能であり、（式２）の累乗式型の使用によって、（式１）の対数式型を使用した場合と同様の効果が得られることが分かる。
【００９９】
［実施例］
以下、前述の本発明に係る、積算放電時間に基づくプラズマドーピング条件補正を用いた、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。
【０１００】
図２０（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【０１０１】
まず、図２０（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に酸化シリコン膜２を介してｎ型のシリコン層３を貼り合わせることによって形成されたＳＯＩ（silicon on insulator）基板を用意し、当該ＳＯＩ基板表面にゲート絶縁膜として酸化シリコン膜４を形成する。
【０１０２】
次に、図２０（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜４の上に、ゲート電極となる多結晶シリコン層５Ａを形成した後、図２０（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィにより、多結晶シリコン層５Ａの上にゲート電極形成領域を覆うマスクＲを形成する。その後、図２０（ｄ）に示すように、マスクＲを用いて多結晶シリコン層５Ａをパターニングし、ゲート電極５を形成する。このとき、ゲート電極５の外側の酸化シリコン膜４がエッチングにより除去される。続いて、図２０（ｅ）に示すように、ゲート電極５をマスクとして、プラズマドーピングにより、例えばボロンをシリコン層３に導入し、注入深さが５ｎｍ以上で且つ２０ｎｍ以下程度であって、ドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上で且つ１×１０16ｃｍ-2以下程度の浅いｐ型の不純物領域６を形成する。ここで、プラズマドーピングの際に、前述の本発明に係る、積算放電時間に基づくプラズマドーピング条件補正を行う。
【０１０３】
その後、図２０（ｆ）に示すように、例えば、ＬＰＣＶＤ（low pressure chemical vapor deposition）法により、基板全面に亘って酸化シリコン膜７を形成した後、異方性エッチングにより、酸化シリコン膜７に対してエッチングバックを行う。これにより、図２０（ｇ）に示すように、ゲート電極５の側壁にのみ酸化シリコン膜７が残存する。
【０１０４】
次に、図２０（ｈ）に示すように、酸化シリコン膜７とゲート電極５とをマスクとして、イオン注入により、例えばボロンをシリコン層３に注入し、ソース・ドレイン領域となるｐ型の不純物領域８を形成する。その後、熱処理を行って、注入されたボロンイオンの活性化を行う。
【０１０５】
以上に説明した工程によって、ｐ型の不純物領域８からなるソース・ドレイン領域の内側に浅いｐ型の不純物領域６からなるエクステンション領域が形成されたＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect tranjistor）を形成することができる。
【０１０６】
尚、図２０（ｅ）に示す、浅いｐ型の不純物領域６を形成する工程においては、例えば図３に示したプラズマドーピング装置を用いてプラズマドーピングが実施されるが、このとき、サセプタとしての試料電極１０６とガス供給のためのガス吹き出し口１１５との距離を一定に保持しながら、前述のように、プラズマドーピング時間を調整するか、ガス濃度を調整するか、又はガス流量を調整するかのいずれかの補正方法によって、狙いのドーズ量を得る。前記の実施例においては、２％程度の高い水準でシート抵抗の均一性を維持しながら、所定の不純物濃度を持つｐ型の不純物領域６を高精度で形成することができた。具体的には、このｐ型の不純物領域６のシート抵抗を±５％のばらつき許容範囲で連続して生産できる基板処理枚数は、基板１枚当たりのプラズマドーピング時間を６０秒として少なくとも５０００枚以上であった。これは、放電時間に換算すると、５０００分以上に相当する。一方、従来例においては、このような高精度で連続して生産できる基板処理枚数は２０００枚程度（つまり放電時間に換算して２０００分程度）であるので、本発明によって処理能力が大幅に向上していることがわかる。
【０１０７】
尚、補正式を決定する工程（準備工程）において、ドーズ量（又はシート抵抗）測定のために別途ダミーウェハを用いてもよいし、又は、図２１に示すように、シリコン基板（被処理基板）１上に例えば１センチ角程度の測定用領域Ｒｄを設けておき、当該領域Ｒｄを用いてドーズ量（又はシート抵抗）測定を行うようにしてもよい。
【０１０８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１０９】
図２２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の補正方法を説明するための図である。本実施形態のプラズマドーピング条件の補正方法が第１の実施形態と異なっている点は次の通りである。
【０１１０】
すなわち、図２２に示すように、まず、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定した後（図１のステップＳ１０３参照）、積算放電時間の期間Ｒ１においては、第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行う。ここで、期間Ｒ１内における積算放電時間が異なる例えば２つの時点Ｐ１１及びＰ１２においてそれぞれ基板に対して第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行い、その後、当該各基板毎にドーズ量（シート抵抗）の測定を行う。そして、これらの測定値を用いて、期間Ｒ１までのプラズマドーピング装置の積算放電時間とドーズ量（シート抵抗）との関係を求め、第１の実施形態で説明した、各種補正式のいずれかを決定し、当該決定された補正式に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を得る。
【０１１１】
その後、第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングが実施された試料のシート抵抗が積算放電時間の増加と共に低下してほぼ目的値となった時点で、第１のプラズマドーピング条件から第２のプラズマドーピング条件に切り替えて、シート抵抗がばらつき許容範囲を超える時点まで（つまり積算放電時間の期間Ｒ２においては）、第２のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行う。ここで、期間Ｒ２内における積算放電時間が異なる例えば２つの時点Ｐ２１及びＰ２２においてそれぞれ基板に対して第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行い、その後、当該各基板毎にドーズ量（シート抵抗）の測定を行う。そして、これらの測定値を用いて、期間Ｒ２までのプラズマドーピング装置の積算放電時間とドーズ量（シート抵抗）との関係を求め、第１の実施形態で説明した、各種補正式のいずれかを決定し、当該決定された補正式に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第３のプラズマドーピング条件を得る。
【０１１２】
その後、第２のプラズマドーピング条件から第３のプラズマドーピング条件に切り替えて、シート抵抗がばらつき許容範囲を超える時点まで（つまり積算放電時間の期間Ｒ３においては）、第３のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行う。
【０１１３】
その後、同様のプラズマドーピング条件の切り替えを逐次実施する。
【０１１４】
本実施形態によると、積算放電時間の増加に伴いプラズマドーピング条件を逐次調整することにより、長期間に亘って複数の被処理基板に対して繰り返しプラズマドーピングを実施する場合にもドーズ量をより高精度で制御できるので、生産性を大幅に向上させることができる。
【０１１５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１１６】
図２３は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の補正方法を説明するための図である。尚、本実施形態では、基準となるプラズマドーピング条件を予め設定し、その後、目的値（本実施形態ではシート抵抗の目的値）を変更するものとする。本実施形態は、例えば少量多品種のデバイス生産を行うような場合、具体的には基板処理枚数２００枚毎にドーズ量の目的値を変える必要があるような場合に有効である。本実施形態のプラズマドーピング条件の補正方法が第１の実施形態と異なっている点は次の通りである。
【０１１７】
すなわち、図２３に示すように、まず、基準となる第１のプラズマドーピング条件を設定した後（図１のステップＳ１０３参照）、第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行う。このとき、積算放電時間とシート抵抗との間には、曲線Ｈ１で表される相関関係がある。曲線Ｈ１で表される関係は、第１のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングが実施された２つ以上の試料から得られた、シート抵抗のデータ群Ｓ０を用いて求めることができる。
【０１１８】
補正式を決定する工程（準備工程）においては、第１のプラズマドーピング条件について求められた相関関係Ｈ１から予測される、目的値（第１の目的値Ｐ１）からのズレ量（Ｐ１−Ｈ１）に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第２のプラズマドーピング条件を得る。このように得られた第２のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行うことにより、所望のドーズ量を得ることができる。
【０１１９】
尚、補正式を決定する工程（準備工程）においては、プラズマドーピング条件の補正量を積算放電時間ｔの関数として表した方が、より精度の高いプラズマドーピング条件の補正を行うことができる。その理由について例えば図２３を参照しながら説明する。前記のズレ量（Ｐ１−Ｈ１）は積算放電時間ｔの関数であり、積算放電時間がｔ１からｔ５までの範囲（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５）におけるｔ１のときのズレ量は、ｔ２のときのズレ量と比べて相対的に大きい。従って、ｔ１のときのプラズマドーピング条件の補正量をｔ２のときのプラズマドーピング条件の補正量と比べて大きく設定する。以下、積算放電時間がｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５と大きくなるに従って、プラズマドーピング条件の補正量をｔ１のときと比べて、より小さくしていく。このようにプラズマドーピング条件の補正を行うと、より高精度で所望のドーズ量を得ることができる。
【０１２０】
次に、シート抵抗の目的値をＰ１からＰ２に変更した場合について説明する。
【０１２１】
前述のように、Ｐ１をシート抵抗の目的値とするプラズマドーピング処理が終了したら、第１のプラズマドーピング条件に従ってダミーウェハ等の試料に対してプラズマドーピングを行い、当該試料のシート抵抗を測定する。このとき、本実施形態では、積算放電時間が異なる２つの時点においてＳ１及びＳ２の測定データを得るが、Ｓ１及びＳ２は程度の差はあるものの曲線Ｈ１からずれる。すなわち、Ｐ１をシート抵抗の目的値としたプラズマドーピング処理が終了した時点では、当該プラズマドーピング処理に起因して、シート抵抗（つまりドーズ量）と積算放電時間との関係は曲線Ｈ１からずれ、シート抵抗のデータ群Ｓ０並びにＳ１及びＳ２から算出される曲線Ｈ２の関係を持つようになる。
【０１２２】
そこで、Ｐ１をシート抵抗の目的値とするプラズマドーピング処理が終了したら、相関関係Ｈ２から予測される、目的値（第２の目的値Ｐ２）からのズレ量（Ｐ２−Ｈ２）に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第３のプラズマドーピング条件を得る。このように得られた第３のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行うことにより、所望のドーズ量を得ることができる。
【０１２３】
シート抵抗の目的値をＰ２からＰ３に変更した場合も前述と同様である。
【０１２４】
前述のように、Ｐ２をシート抵抗の目的値とするプラズマドーピング処理が終了したら、第１のプラズマドーピング条件に従ってダミーウェハ等の試料に対してプラズマドーピングを行い、当該試料のシート抵抗を測定する。このとき、本実施形態では、積算放電時間が異なる２つの時点においてＳ３及びＳ４の測定データを得るが、Ｓ３及びＳ４は程度の差はあるものの曲線Ｈ２からずれる。すなわち、Ｐ２をシート抵抗の目的値としたプラズマドーピング処理が終了した時点では、当該プラズマドーピング処理に起因して、シート抵抗（つまりドーズ量）と積算放電時間との関係は曲線Ｈ２からずれ、シート抵抗のデータ群Ｓ０並びにＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４から算出される曲線Ｈ３の関係を持つようになる。
【０１２５】
そこで、Ｐ２をシート抵抗の目的値とするプラズマドーピング処理が終了したら、相関関係Ｈ３から予測される、目的値（第３の目的値Ｐ３）からのズレ量（Ｐ３−Ｈ３）に基づいて、第１のプラズマドーピング条件を補正して第４のプラズマドーピング条件を得る。このように得られた第４のプラズマドーピング条件に従ってプラズマドーピングを行うことにより、所望のドーズ量を得ることができる。
【０１２６】
尚、以上に述べた本発明の各実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、プラズマドーピング装置（特に処理室である真空容器）の構成、形状、配置等に関する様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。すなわち、本発明の適用にあたり、本発明の各実施形態で例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、言うまでもない。
【０１２７】
また、以上に述べた本発明の各実施形態においては、試料（被処理基板）がシリコンよりなる半導体基板である場合を例示したが、他の様々な材質の試料を処理するに際して、本発明を適用することができる。例えば、シリコンとゲルマニウムとから構成される歪みシリコン基板、ゲルマニウム基板、ＳＯＩ基板、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜などの薄膜半導体等に対しても本発明は有効である。その理由は、これらの試料は、プラズマに曝される表面部については、シリコン基板と同様の構造を有しているからである。
【０１２８】
また、以上に述べた本発明の各実施形態においては、不純物がボロンである場合を例示したが、試料が半導体基板であれば、不純物が砒素、燐、アルミニウム又はアンチモン等であっても、本発明は有効である。その理由は、これらの不純物によって、トランジスタ形成領域に浅い接合の不純物領域を形成することができるからである。
【０１２９】
また、以上に述べた本発明の各実施形態においては、不純物がボロンである場合を前提として、プラズマ生成用のボロン含有ガスとして、Ｂ2 Ｈ6 を用いたが、これに限られず、ボロン原子と水素原子とからなる分子Ｂm Ｈn （但しｍ、ｎは自然数）を含むガスを用いることができる。尚、Ｂ2 Ｈ6 とヘリウムとの混合ガスを用いる場合には、混合ガス中におけるＢ2 Ｈ6 の濃度は０．０１質量％以上で且つ１質量％以下であることが好ましい。また、ボロン含有ガスとして、Ｂm Ｈn （但しｍ、ｎは自然数）を含むガスに代えて、ＢＦ3 を用いてもよいし、又は、ボロン以外の不純物を含有するガスとして、ＡｓＨ4 若しくはＰＨ3 等を用いてもよい。
【０１３０】
また、第１〜第３の実施形態で説明した本発明は、不純物を含むガスの濃度が低濃度である場合に有効であり、特に、ドーズ量の高精度コントロールが必要なプラズマドーピング方法として有効である。
【０１３１】
また、第１〜第３の実施形態で説明したプラズマドーピングにおいては、真空容器（反応容器）内に供給するガスがドーピング原料を含むガスである場合を例示したが、反応容器内に供給するガスがドーピング原料を含まず、固体状の不純物からドーピング原料を発生させる態様であっても本発明は有効である。すなわち、不純物原子を含む固体を反応容器内に配置し、且つＨｅなどからなるプラズマを用いて不純物原子をプラズマ化してプラズマドーピングを実施する等の場合にも本発明は有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明によると、不純物導入量を精密に制御できるため、浅い接合の不純物領域の形成を実現することが可能である。従って、本発明は、シリコン基板などのバルク半導体の不純物導入工程のみならず、液晶分野などで用いられる薄膜トランジスタなどの薄膜デバイスの製造等の用途にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件補正を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を実施するために用いられるプラズマドーピング装置の断面構成図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において得られた、バイアス時間とシート抵抗との関係を示す図である。
【図５】図５は、図４の縦軸を規格化した図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるシート抵抗と積算放電時間との関係を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において得られた、ガス流量とシート抵抗との関係を示す図である。
【図８】図８は、図７の縦軸を規格化した図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において得られた、Ｂ2 Ｈ6 濃度とシート抵抗との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるシート抵抗の均一性とガス濃度との関係を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるシート抵抗の分布とガス濃度との関係を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を対数式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を累乗式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を指数式型とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である２次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である３次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である４次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法においてシート抵抗値と積算放電時間との関係式を、ｙ＝−Ａ・Ｌｎ（ｔ）＋Ｂの展開式である５次の多項式とした場合の予想精度を求めた結果を示す図である。
【図１９】図１９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるシート抵抗値と積算放電時間との各種関係式によるシート抵抗値の予測精度を総合的に評価した結果を示す図である。
【図２０】図２０（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第１の実施形態に係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２１】図２１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において被処理基板にドーズ量（又はシート抵抗）測定用の領域Ｒｄを設けた様子を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の補正方法を説明するための図である。
【図２３】図２３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマドーピング条件の補正方法を説明するための図である。
【図２４】図２４は、従来のプラズマドーピング方法のフロー図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１    シリコン基板
２    酸化シリコン膜
３    シリコン層
４    酸化シリコン膜
５Ａ  多結晶シリコン層
５    ゲート電極
６    不純物領域
７    酸化シリコン膜
８    不純物領域
１０１    真空容器
１０２    ガス供給装置
１０３    ターボ分子ポンプ
１０４    調圧弁
１０５    高周波電源
１０６    試料電極
１０７    誘電体窓
１０８    コイル
１０９    被処理基板
１１０    高周波電源
１１１    冷却水供給ユニット
１１２    ドライポンプ
１１３    ガス導入経路
１１４    ガス主経路
１１５    ガス吹き出し口
１１６    マッチングボックス
１１７    ＶＤＣモニタ
１１８    プラズマドーピング条件制御装置
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008090763.tif 000035
【図１０】
2008090763.tif 000036
【図１１】
2008090763.tif 000037
【図１２】
2008090763.tif 000038
【図１３】
2008090763.tif 000039
【図１４】
2008090763.tif 000040
【図１５】
2008090763.tif 000041
【図１６】
2008090763.tif 000042
【図１７】
2008090763.tif 000043
【図１８】
2008090763.tif 000044
【図１９】
2008090763.tif 000045
【図２０】
2008090763.tif 000046
【図２１】
2008090763.tif 000047
【図２２】
2008090763.tif 000048
【図２３】
2008090763.tif 000049
【図２４】
2008090763.tif 000050
【国際調査報告】
2008090763.tif 000051
2008090763.tif 000052
2008090763.tif 000053
2008090763.tif 000054