(57)【要約】【課題】試料表面に導入される不純物量を高精度に制御可能なドーピング装置及び方法を提供する。【解決手段】電磁波を原料ガスに照射することにより、イオン化された原料ガスを、試料台７に設けられた高周波電源１０により、基板の表面に向かって加速させ、表面を処理することで、不純物導入層を形成するもので、プラズマを用いてガスの分解を行わないため、真空容器の内壁や試料押え部品に堆積した膜へのイオン衝撃がなく、真空容器の内壁等からの原料ガスと同成分の供給をなくすことができ、試料に導入する不純物量を高精度制御することの可能なドーピングを実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、試料台と、真空容器内に不純物を含む原料ガスを供給するガス供給部と、前記原料ガスを分解する電磁波照射部と、真空容器内を排気する排気部と、真空容器内の圧力を制御する圧力制御部と、分解された原料ガスを基板へ入射させるべく前記試料台を構成する電極に所定の電圧を印加する電圧印加部とを備え、
被処理基板表面に前記不純物を導入して前記不純物導入層を形成するドーピング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のドーピング装置であって、
前記電磁波照射部は、前記真空容器内に、真空紫外領域の光を照射して前記原料ガスにエネルギーを照射するように構成されたドーピング装置。
【請求項３】
請求項１に記載のドーピング装置であって、
前記原料ガスを分解する電磁波照射部は、前記真空容器内に、電子ビームを照射して前記原料ガスにエネルギーを照射するように構成されたドーピング装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のドーピング装置であって、
前記電磁波照射部は、前記真空容器内に設置され、前記試料の直上で水平方向に電磁波を、照射するように構成されたドーピング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のドーピング装置であって、
前記電磁波照射部は、前記試料の直上１ｃｍ以上２０ｃｍ以下の位置を、電磁波照射するように構成されたドーピング装置。
【請求項６】
請求項５に記載のドーピング装置であって、
前記電磁波照射部は、前記試料の直上１ｃｍ以上１０ｃｍ以下の位置を、電磁波照射するように構成されたドーピング装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれかに記載のドーピング装置であって、
前記電磁波照射部は、前記真空容器内に設置され、光学系を介して前記試料に対して垂直方向に照射するように構成されたドーピング装置。
【請求項８】
請求項６に記載のドーピング装置であって、
前記光学系は、前記真空容器内で、試料直上に設置された移動可能なミラーであるドーピング装置。
【請求項９】
請求項１に記載のドーピング装置であって、
前記電磁波は、波長１０乃至１３０ｎｍであるドーピング装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のドーピング装置であって、
前記電磁波照射部は、前記原料ガスに熱エネルギーを照射する熱エネルギー照射部を含むドーピング装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のドーピング装置であって、
前記熱エネルギー照射部は、前記真空容器内に設置されたフィラメントにより、前記原料ガスに熱エネルギーを照射するドーピング装置。
【請求項１２】
真空容器内の試料台に被処理基板を載置して、前記被処理基板に不純物を導入して不純物導入層を形成するドーピング方法であって、
前記不純物を含む原料ガスの結合エネルギーよりも大きなエネルギーの電磁波を照射することによって、前記不純物を含む原料ガスを分解する工程（ａ）と、
前記試料台を構成する電極に電力を供給することにより、前記被処理基板に前記不純物を導入して前記不純物導入層を形成する工程(ｂ)とを有するドーピング方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のドーピング方法であって、
前記分解する工程（ａ）は、電磁波照射を用いて前記原料ガスにエネルギーを照射する工程であるドーピング方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載のドーピング方法であって、
前記分解する工程（ａ）は、１０ｎｍ以上且つ１３０ｎｍ以下の波長を有する光を照射しガスを分解する工程であるドーピング方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれかに記載のドーピング方法であって、
前記分解する工程（ａ）は、電子銃により加速された電子ビームを照射する工程であるドーピング方法。
【請求項１６】
請求項１２乃至１４のいずれかに記載のドーピング方法であって、
前記不純物を含む原料ガスは、希ガスで希釈され、前記原料ガスの濃度が０．００１％以上で且つ１０％以下であるドーピング方法。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６のいずれかに記載のドーピング方法であって、
前記不純物を含む原料ガスとしてＢｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）で構成される原料ガスを使用したドーピング方法。
【請求項１８】
請求項１２乃至１６のいずれかに記載のドーピング方法であって、
前記不純物となる原料ガスとしてＰｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）で構成される原料ガスを使用したドーピング方法。
【請求項１９】
請求項１２乃至１６のいずれかに記載のドーピング方法であって、
前記不純物として砒素、リン、ボロンのいずれかを含むドーピング方法。
【請求項２０】
請求項１２乃至１９のいずれかに記載のドーピング方法であって、
前記被処理基板がシリコンからなる半導体基板であるドーピング方法。
【請求項２１】
請求項１２乃至２０のいずれかに記載のドーピング装置であって、
前記分解する工程は、原料ガスに熱エネルギーを照射する工程を含むドーピング方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載のドーピング装置であって、
前記熱エネルギーを照射する工程は、真空容器内部に設置されたフィラメントにより原料ガスを加熱する工程であるドーピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料に不純物をドーピングするドーピング装置およびこれを用いたドーピング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
不純物を固体試料の表面に導入する技術として、不純物をイオン及びラジカルにして堆積または、低エネルギーで固体中に導入するプラズマドーピング法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図７は、前記特許文献１に記載されたプラズマドーピング法に用いられるプラズマ処理装置の概略構成を示している。このプラズマ処理装置は、図７に示すように、真空容器１内に配設された試料台７に、シリコン基板よりなる試料８を設置し、この真空容器１内に所望の元素を含む原料ガスを供給することにより、真空容器１内でプラズマを生成し、この試料８に、プラズマドーピングを行うものである。
【０００３】
このプラズマ処理装置では、真空容器１内に所望の元素を含む原料ガス、例えばＢ２Ｈ６が、ガス供給源２から、真空容器１の内部に導入される。真空容器１には、ターボ分子ポンプ及びドライポンプ４が設けられ、真空容器１内は圧力調整装置３によって所定の圧力に保つことができる。高周波電源１１から高周波電力は、マッチング回路１０を介し、コイル１２に導入する。コイル１２に導入された高周波電力は、誘電体窓としての石英天板１３を介して、真空容器１内に電磁波を導入し、誘導結合型プラズマを生成する。試料台７には、マッチング回路１０を介して高周波電源９が接続され、試料８の電位が制御できるようになっている。
【０００４】
このような構成のプラズマ処理装置において、ガス導入口から導入された原料ガス、例えばＢ２Ｈ６は、コイル７から成るプラズマ発生手段によってプラズマ化されるが、このときプラズマによって、原料ガスが分解され、ボロン（Ｂ）イオン、ボロンラジカルなどが生成される。このプラズマによって生成されたボロンイオンなどのイオンが高周波電源９によって、試料８の表面を非晶質化し、同時に試料８内部への不純物の導入を行う。なお、試料８や真空容器１の内壁などと反応しなかった残りのガスは、ターボ分子ポンプ及びドライポンプ４で排気される。
【０００５】
また、不純物導入量を精密に制御するため、試料８表面を非晶質化する非晶質化装置と不純物導入装置を分け、固体中に導入するプラズマドーピング法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。図８は、前記特許文献２に記載されたドーピング法に用いられる処理室の概略構成を示している。この処理装置は、図８に示すように、真空容器１内に配設された試料台７に、シリコン基板よりなる試料８を設置し、Ｘｅランプ６から発せられる紫外光をシリコン基板８の表面に照射することで、シリコンの表面近傍の結晶構造が破壊され、非晶質層を形成する。
【０００６】
その後、真空チャンバ内を経由して、上記記載したプラズマドーピング装置の真空容器１内に搬送し、高周波電力によりプラズマを生成し、所望の不純物を試料８に、プラズマドーピングを行うものである。
【０００７】
このようにして試料８としてのシリコン基板（被処理基板８）表面に薄い酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ装置等により被処理基板上にゲート電極を形成する。こののち、このゲート電極をマスクとして、前述したようにプラズマドーピング方法によって不純物を導入する。このように、不純物の導入によって、例えばソース・ドレイン領域の形成された被処理基板に金属配線層を形成し、ＭＯＳトランジスタが得られる。
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ０４／０７５２７４号公報
【特許文献２】特開２００６−６６６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１や２に記載の従来のプラズマドーピング方式では、不純物の導入量（ドーズ量）の制御性が悪いという問題があった。
この原因は、いずれの装置においても、プラズマを生成することによって、真空容器の内壁に堆積した膜から原料ガスと同じ成分が、プラズマ中に供給され、これが支配的となるため、不純物量を高精度に制御することができない点にある。すなわち、プラズマにより原料ガスを分解することができるが、プラズマが真空容器内の大部分に広がり、真空容器の内壁に原料ガス成分を含む膜を堆積する。
【００１０】
さらにまた、不純物導入処理のためプラズマを生成すると、真空容器の内壁とプラズマ間に発生したシース電圧によりプラズマ中のイオンが加速され、真空容器の内壁に堆積した膜に衝撃をあたえる。これにより、真空容器の内壁や試料押え部品や試料台などの装置部品に堆積した膜から原料ガスと同じ成分がプラズマ中に供給されてしまい、原料ガスの不純物量を高精度に制御することができないという問題がある。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、試料表面に導入される不純物量を高精度に制御できるドーピング装置及び方法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】
【００１１】
本発明のドーピング装置は、真空容器と、試料台と、真空容器内に不純物を含む原料ガスを供給するガス供給部と、前記原料ガスを分解する電磁波照射部と、真空容器内を排気する排気部と、真空容器内の圧力を制御する圧力制御部と、分解された原料ガスを基板へ入射させるべく前記試料台を構成する電極に所定の電圧を印加する電圧印加部とを備え、被処理基板表面に前記不純物を導入して前記不純物導入層を形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、原料ガスに、電磁波、主に、光・電子・熱のエネルギーを供給するのみで、原料ガスを分解させるようにしたことを特徴とするもので、引用文献１，２のような高周波(ＲＦ、マイクロ波、ＵＨＦなど)を利用した一般的なプラズマを用いないことを前提にするものである。この光あるいは電子の供給には、実際には例えば、真空紫外領域(波長１３０ｎｍ以下)と呼ばれるプラズマの光を使用する。通常のプラズマの発光では、ガスによって異なるが、130nm以下の真空紫外光も同時に発生する。例えば、水素原子の発光線は、126nm, 酸素原子の発光は、130nm、窒素原子の発光は、119nm付近にある。本発明ではこのようなプラズマの発光を使用することで、原料ガスの分解を効率よく行うことができる。ただ、これらの光は、波長が短いため、窓材や大気の酸素によって吸収されてしまい、真空中でしか使用できない。
その他、装置が大きくなるが、シンクロトロン放射光や自由電子レーザなど上記の波長を出すことができるものも適用可能である。
【００１３】
従って、この構成により、原料ガスの分解にプラズマを用いないため、真空容器の内壁にイオンが衝突しないため、イオン衝撃もなければ温度上昇もない。従って、真空容器の内壁や試料押え部品に堆積した膜へのイオン衝撃がなく、真空容器の内壁等からの不純物（原料ガスと同成分を主成分とする）の供給をなくすことができる。そして分解されて生成された不純物イオンは、試料台を構成する電極に電圧を印加することにより、試料台上の試料に対して不純物イオンが加速され、試料に注入される。
【００１４】
なお、この構成では、光・電子のみを使用することで、導入できるエネルギーを制御できる。光の場合は、波長、電子の場合はエネルギー(速度)を制御することで高精度のエネルギー照射が可能となる。
【００１５】
このことから、Ａ．ガスの分解場所を限定できる、Ｂ．エネルギー制御によりガスの分解を制御できるという特徴があり、不純物濃度を高精度に制御することが可能である。このため、原料ガスとして導入するガス量で不純物量を制御でき、試料に導入する不純物量も高精度で制御が可能なドーピングを実現することができる。
【００１６】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記原料ガスを分解する電磁波照射部が、前記真空容器内で、電子ビームや真空紫外領域の光を照射して前記原料ガスにエネルギーを照射するようにしたものを含む。
【００１７】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記原料ガスを分解する電磁波照射部が、前記真空容器内で、電子ビームや真空紫外領域の光を照射して前記原料ガスにエネルギーを照射する装置を備えたものを含む。
【００１８】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記原料ガスを分解する電磁波照射部が、前記真空容器内に設置され、前記試料の直上で水平方向に電磁波を照射するように構成されたものを含む。
【００１９】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記電磁波照射部が、前記試料の１ｃｍ以上２０ｃｍ以下の位置を電磁波照射するように構成されたものを含む。
この構成により、分解されたガスの広がりを防止し、その結果、真空容器内壁に分解ガスが付着するのを抑制することができ、供給された原料ガスを最大限に利用し、容易に高精度の不純物の導入が可能となる。ここで１ｃｍに満たないと、分解されない原料ガスが存在することがあり、膜質の劣化や不純物濃度のばらつきの原因となることがある。一方２０ｃｍを越えると、分解されたガスをすべて試料に取り込むのが難しく、濃度ばらつきの原因となりやい。
望ましくは、前記電磁波照射部が、前記試料の１ｃｍ以上１０ｃｍ以下の位置を電磁波照射するように構成されたものを含む。
【００２０】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記原料ガスを分解する電磁波照射部は、前記真空容器内に設置され、光学系を介して前記試料に垂直な方向に照射するように構成されたものを含む。
この構成によれば、試料の直上で、所望の領域に選択的に電磁波照射を行うことができ、真空容器内壁への付着を大幅に抑制することができる。また電磁波を収束させて、効率よく供給する事が可能となる
【００２１】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記光学系は、前記真空容器内で試料直上に設置された移動可能なミラーであるものを含む。
この構成によれば、ミラーの取り付けにより、容易に垂直方向からの選択照射が可能となる。またスキャン可能とすることにより均一な電磁波照射が可能となる。
【００２２】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記電磁波は、波長１０乃至１３０ｎｍであるものを含む。
この構成によれば、高エネルギーの照射が可能となる。ここで波長１０ｎｍに満たない電磁波は生成することが困難であり、一方波長１３０ｎｍを越えるとガスを分解させるために必要なエネルギーを得ることができない。たとえばジボラン（Ｂ２Ｈ６）のＢＨ３への分解には約１３ｅＶ、９５ｎｍ以下の光が必要であり、Ｂへの分解には約１８．４ｅＶ、約６５ｎｍ以下の光が必要である。
【００２３】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記電磁波照射部は、前記原料ガスに熱エネルギーを照射する熱エネルギー照射部を含む。
この構成によれば、熱により原料ガスを分解することによってドーピングが可能となる。
【００２４】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記電磁波照射部が、さらに、前記電磁波照射領域を加熱する加熱部を具備したものを含む。
この構成によれば、熱により原料ガスの分解はアシストされることになり、より効率よくドーピングを行うことが可能となる。このように、本発明は、電子あるいは光照射による原料ガスの分解に加えて熱によってアシストすることも可能である。
【００２５】
また本発明は上記ドーピング装置において、前記熱エネルギー照射部が、前記真空容器内に設置されたフィラメントにより、前記原料ガスに熱エネルギーを照射するものを含む。
この構成により、フィラメントに電流を供給することで所望の熱エネルギーを照射することができる。
【００２６】
本発明は、真空容器内の試料台に被処理基板を載置して、前記被処理基板に不純物を導入して不純物導入層を形成するドーピング方法であって、前記不純物を含む原料ガスの結合エネルギーよりも大きなエネルギーを照射することによって、前記不純物を含む原料ガスを分解する工程（ａ）と、前記試料台を構成する電極に電力を供給することにより、前記被処理基板に前記不純物を導入して前記不純物導入層を形成する工程（ｂ）とを有するドーピング方法であることを特徴とする。なお、上記の原料ガスを分解するエネルギー照射は、電磁波照射や電子ビーム照射などを含むものである。
この方法により、原料ガスの分解を真空紫外光などの電磁波照射や電子ビーム照射を行うことにより、プラズマを発生させることなく、原料ガスの分解が可能となる。そして分解されて生成された不純物イオンは、試料台を構成する電極に電圧を印加することにより、試料台上の試料に対して不純物イオンが加速され試料に注入される。これにより、真空容器の内壁や試料押え部品に堆積した膜へのイオン衝撃がなく、真空容器の内壁等からの不純物（原料ガスと同成分）の供給をなくすことができる。そのため、原料ガスとして導入するガス量で不純物量を制御することができ、試料に導入する不純物量も高精度の制御が可能である。なお、試料台からなる電極には高周波電力を供給するのが望ましいが、直流のパルス電力、直流電力であってもよい。
【００２７】
また、本発明は、上記ドーピング方法において、前記分解する工程（ａ）は、１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下の波長を有する光を照射する工程であるものを含む。
【００２８】
また、本発明は、上記ドーピング方法において、前記分解する工程（ａ）は、電子銃により加速された電子ビームを照射する工程であるものを含む。
【００２９】
また、本発明は上記ドーピング方法において、前記不純物を含むガスは希ガスで希釈され、前記原料ガスの濃度が０．００１％以上で且つ１０％以下であるものを含む。
【００３０】
また本発明は上記ドーピング方法において、希ガスで希釈した前記原料ガスの濃度が０．００１％以上で且つ０.１％以下であることを特徴とする。
この方法により、原料ガスが真空容器内に導入するまでの部分で、堆積するのを低減することができ、原料ガスを効率よくドーピングに使用することできる。
【００３１】
また、本発明は上記ドーピング方法において、また、本発明は上記ドーピング方法において、前記不純物となる原料ガスとしてＢｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）で構成される原料ガスを使用するものを含む。
この方法により、原料ガスの分解を促進することができ、ガス密度の高い真空容器中心部のみならず周辺部においても原料ガスであるＢ２Ｈ６ガスをより反応性の高いＢラジカルとすることができる。このため、ガス密度の高い中心部でも、ガス密度の低い周辺部でも原料ガスを電磁波照射によって完全に分解したＢラジカルやＢイオンの状態で試料に導入することができ、ドーズ量の面内均一性を高めることができる。このため、不純物濃度の均一性に優れたプラズマドーピング方法を提供できる。
【００３２】
また本発明は上記ドーピング方法において、前記不純物となる原料ガスとしてＰｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）で構成される原料ガスを使用するものを含む。
【００３３】
また本発明は上記ドーピング方法において、前記不純物として砒素、リン、ボロンのいずれかを含む
【００３４】
また本発明は上記ドーピング方法において、前記被処理基板がシリコンからなる半導体基板であるものを含む。
【００３５】
また本発明は上記ドーピング方法において、前記分解する工程が、原料ガスに熱エネルギーを照射する工程を含む。
この構成によれば、熱により原料ガスを分解することによってドーピングが可能となる。また、分解する工程は光あるいは電子の照射に加え、さらに、電磁波照射領域を加熱する工程を含む。この構成によれば、熱により原料ガスの分解はアシストされることになり、より効率よくドーピングを行うことが可能となる。このように、本発明は、電子あるいは光照射による原料ガスの分解に加えて熱によってアシストすることも可能である。
【００３６】
また本発明は上記ドーピング方法において、前記熱エネルギーを照射する工程が、前記真空容器内に設置されたフィラメントにより、前記原料ガスに熱エネルギーを照射する工程を含む。
この構成により、フィラメントに電流を供給することで所望の熱エネルギーを照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１のドーピング装置について、図１を参照して説明する。
この方法では、原料ガスを前記真空容器に供給し、電磁波照射により、前記原料ガスの結合エネルギーよりも大きなエネルギーを照射することによって、不純物を含む原料ガスを分解し、試料台７を構成する電極に所望の電力を供給することにより、被処理基板に不純物を導入して不純物導入層を形成するものである。
【００３８】
図１に、本発明の実施の形態１において用いられるドーピング装置の断面図を示す。この装置では、ガス分解装置として、電磁波照射部６を真空容器１内に設置し、真空容器内に供給される原料ガスを試料直上で電磁波にさらすことでガスを分解させることを特徴としている。
【００３９】
すなわち、このドーピング装置では、真空容器１内に、ガス供給源２から所定の原料ガスを導入し、排気部としてのターボ分子ポンプ及びドライポンプ４により排気を行い、圧力制御部としての圧力調整装置の調圧弁３により真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。電磁波照射部６により照射された電磁波は、試料８の上部から供給される原料ガスに照射され、原料ガスを分解する。試料台７上に、試料８としてのシリコン基板を載置する。ここで原料ガスはガス供給源２から真空容器１内に導入され、供給穴１５ｈが均一に設けられた石英天板１５を介して試料表面に供給される。電磁波照射がなされて原料ガスの分解された領域を図１にＲｄで示す。本実施の形態では、試料表面に平行な電磁波を照射し、試料表面に平行な領域で原料ガスの分解を行う。
【００４０】
また、試料台７に高周波電力を供給するための高周波電源１０が設けられており、これは、試料８としての基板にイオンを照射させるため、試料台７の電位を制御する電圧源として機能する。このようにして、電磁波中で生成されたイオンを基板の表面に向かって加速させ、表面を処理することができる。ガスとしてジボランやホスフィンを含むガスを用いることにより、ドーピング処理を行うことが可能である。
【００４１】
ドーピング処理を行う場合、ガス供給源２内に設けられている流量制御部（マスフローコントローラ）により、不純物の原料ガスを含むガスの流量を所定の値に制御する。一般的には、不純物原料ガスをヘリウムで希釈したガス、例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）をキセノン（Ｘｅ）で１％に希釈したガスを不純物原料ガスとして用い、マスフローコントローラで流量制御する。
【００４２】
なお、ＮＩＳＴのデータベースによるとＢ２Ｈ６ガスからＢＨ３イオンが出現するエネルギーは、約１２．１ｅＶであり、Ｘｅのイオン化エネルギーは、約１２．１ｅＶであり、光の波長に換算すると約１０２．５ｎｍとなる。そのため、約１０２．５ｎｍ以下の真空紫外光を照射することによりＢ２Ｈ６ガスとＸｅをイオン化できることがわかる。そのため、ガスを分解する為の電磁波照射部６は、１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下の波長を有する光を照射するものであることが望ましい。原料ガスを分解するのに照射する電磁波としては、近年ホトリソグラフィー等で研究開発されている極端紫外光(EUV)、シンクロトロン放射光やエキシマ光、電子ビームなどを用いてもよい。
【００４３】
また、上記のような短波長の光を使用するため、電磁波照射部６場所と真空容器１の間には、石英窓、ＭｇＦ２，ＬｉＦなどの窓を介さず、直接真空容器１とつながっていることが望ましい。電磁波照射部６に、プラズマ発光や電子ビームを使用する場合、原料ガスを導入する真空容器１と電磁波照射部６の間に後述するような差動排気を設け、電磁波照射部６に原料ガスがさらされないようにしても良い。
【００４４】
また、Ｂ２Ｈ６ガスにＸｅのようなイオン化エネルギーの近い希ガスと混合させることで、電磁波照射によりＸｅも同時にイオン化され、試料８の表面の非晶質化を促進させるという効果がある。
【００４５】
真空容器１内に原料ガスを導入し、圧力を１Ｐａに保ちながら電磁波照射部から電磁波を供給することで、原料ガスの分解やイオン化が起こる。電磁波照射部６によってイオン化され、生成された不純物イオンを効率よく試料８に注入するため、試料の直上１ｃｍ以上２０ｃｍ以下の間で電磁波を、原料ガスに照射するのが望ましい。１ｃｍよりも近いと基板自体がダメージを受けることがあり、一方２０ｃｍを越えると、分解された原料ガスが、広がりを生じ、真空容器１の内壁に付着するおそれがある。原料ガスの分解によって生成された不純物イオンが効率よく試料表面に到達するには１０ｃｍ以下とするのが望ましい。
【００４６】
なお、圧力は、１〜 １００Ｐａ程度の範囲で最適な値を選択する。原料ガスを効率的に分解し、ドーピングに寄与するものを多く得るには、圧力は高くするのが望ましいが、イオンをある程度のエネルギーで引っ張るためには、１Ｐａ程度の比較的低い圧力下を用いるのが望ましい。圧力制御は、ロータリーポンプおよびターボ分子ポンプを可変弁を介して接続し、開閉率を制御することにより圧力調整を行う。
【００４７】
また、イオンを基板（試料８）の表面に向かって加速させるため、試料台７にマッチング回路１０を介して接続された高周波電源９により、バイアス電力を１５０Ｗ印加し、電磁波照射時間を１０秒から６００秒でドーピングを実施した。
【００４８】
このように、従来のプラズマドーピング方法では、プラズマが真空容器１内に広がってしまうため、真空容器１の内壁に堆積した膜から供給される原料ガスと同じ成分を含むガス量を制御することができなかったのに対し、本実施の形態のドーピング方法を用いて、真空紫外光のような電磁波で原料ガスの分解を行うことにより、原料ガスの分解する領域が小さいため、真空容器１の内壁に堆積するのを防止することができ、堆積した膜からの原料ガス供給がなくなり、供給する原料ガス量及び供給する電磁波エネルギーで不純物量を制御することができる。また、不純物導入の面内分布および均一性の向上を図ることができる。つまり、供給する原料ガス量によりドーズ量を高精度に制御することが可能なドーピング方法を実現することができる。
【００４９】
また本実施の形態では水平方向に電磁波を照射しているため、直接試料に電磁波が照射される場合に比べて、試料へのダメージを少なくすることができる。ただ、試料面内の均一性が十分に得られないことがあるため、図２に示すように電磁波照射装置６をたとえば真空容器１の周縁部から半径方向に沿って複数個設けたり、試料台７を回転させるようにすることで、均一性を向上することも可能である。
【００５０】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図３を参照して説明する。
図３に、本発明の実施の形態２において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示す。本実施の形態では、真空容器１内に電磁波照射部６を設置し、照射された電磁波を稼動可能なミラーによって試料上部方向から電磁波を照射することを特徴とする。他の構成については、稼動可能なミラー５が設置されていること及びガス供給部すなわち、供給穴１５ｈが均一に設けられた石英天板１５を持たない点を除いて、既に説明した実施の形態１において用いたプラズマ処理装置と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００５１】
ここで原料ガスはガス供給源２から真空容器１内に導入され、試料表面に供給される。そしてミラー５によって電磁波照射部６で生成された電磁波を試料８表面に対して垂直に導くように構成されている。このミラーは試料のドーピングすべき領域全体に当たるように電磁波をスキャンするように構成されており、均一に電磁波照射がなされる。また電磁波照射がなされて原料ガスの分解された領域を図３にＲｄで示す。本実施の形態では、試料表面に垂直な方向に電磁波を照射し、試料表面の限られた領域で原料ガスの分解をしている。この場合は、水平方向への広がりが抑制されるため、真空容器内壁への不純物あるいは不純物を含む膜の堆積は抑制される。
【００５２】
ドーピング処理を行う場合、ガス供給源２内に設けられている流量制御部（マスフローコントローラ）により、不純物の原料ガスを含むガスの流量を所定の値に制御する。一般的には、不純物原料ガスをキセノンで希釈したガス、例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）をキセノン（Ｘｅ）で１％に希釈したガスを不純物原料ガスとして用い、これをマスフローコントローラで流量制御する。
【００５３】
本実施の形態では、真空容器１内に設置した電磁波照射部６から照射された電磁波を試料９上に設けた稼動可能なミラー５によって反射させ、試料９に垂直に電磁波を照射させる。こうすることにより、電磁波が試料９に照射するため試料９表面は、非晶質化が起こる。従来の紫外線を用いたシリコンの非晶質化処理に比べ、波長が短い真空紫外領域の電磁波を使用するため、シリコンの非晶質化される部分も極浅くすることができる。また、照射された電磁波を稼動可能なミラーにより試料全面に電磁波を照射することが可能となる。また、イオンを基板１２の表面に向かって加速させるために、バイアス電力を１５０Ｗ印加し、電磁波照射時間を１０秒から６００秒で実施の形態１と同様の方法によってドーピングを実施した。
【００５４】
本実施の形態２においても、上記実施の形態１よりさらに、原料ガスの分解領域が小さいため、真空容器１の内壁に膜が堆積するのを防ぐことが出来また、堆積したとしてもプラズマが内壁に衝突するようなこともないため、堆積した膜からの原料ガス供給がなくなり、供給する原料ガスだけで不純物量を制御できる。また、不純物導入の面内分布の均一性向上を図ることも可能である。つまり、供給する原料ガス量によりドーズ量を高精度に制御可能なドーピング方法を実現することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図４を参照して説明する。
図４に、本発明の実施の形態３において用いたドーピング装置の要部断面図を示す。本実施の形態では、真空容器１内に配設される電磁波照射部６に原料ガスがさらされるのを防止するための差動排気部２０を設けたことを特徴とするものである。
【００５６】
電磁波照射部６と、真空容器１内の成膜部との間に排気穴１６ｈ、１ｈを有する隔壁１６，１Ｐを配設し、この隔壁１６，１Ｐで囲まれた領域を図示しない排気装置を用いて排気し、高真空とすることにより、差動排気部２０を構成している。
ここでは、電磁波照射部６と成膜部との間の排気穴１６ｈ、１ｈを小さく形成しコンダクタンスを悪くすることで、プロセスガスが電磁波照射部側に入るのを防ぐとともに電磁波照射部６側のガスも成膜部側に入りにくいようにすることができる。従って石英窓などの窓を介することなく直接電磁波照射を実現することができる。
【００５７】
このように、差動排気部を設けることにより電磁波照射部に原料ガスがさらされないようにすることができる。このように、石英窓を設けない理由は、使用する波長が短いため光を通す窓材が見つけにくいためである。ちなみに、窓材候補として  CaF2は125nm透過限界、SiO2は120nm透過限界、MgF2は115nm透過限界、LiFは105nm透過限界である。
【００５８】
このため使用する光源側と成膜部の入り口の開口部を小さくし、光源側と成膜部の間に、高真空領域を作ることで、コンダクタンスを悪くし、プロセスガスも光源側に入らず、また光源側のガスもプロセス側に入らず、真空中を、窓を介することなく接続可能となる。
なお本実施の形態の差動排気部は、本実施の形態以外の実施の形態にも適用可能である。
【００５９】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図４を参照して説明する。
図５に、本発明の実施の形態４のドーピング装置の要部断面図を示す。本実施の形態では、実施の形態１で用いたドーピング装置の試料台７の上に加熱部２２としてのフィラメントを配置しガスの分解をするものである。本実施の形態では、原料ガスに、電磁波としての真空紫外線を照射し、光のエネルギーにより原料ガスを分解し、分子状・原子状ラジカルなどの反応性の高い状態に変化させるとともにフィラメントによる加熱によってガスの分解をするようにしたものである。原料ガスの分解によって生成されたラジカルを含む分解ガスは、反応性の高い原子状のイオンやラジカルになり、基板（試料１２）に到達せしめられる。原料ガスの分解によって生成される分解ガスには、原料ガスより分子数の小さいガスやラジカル、イオンのほか、分解されなかった原料ガスも含まれる。他は前記実施の形態１で説明したドーピング装置と同様に構成されている。
【００６０】
この装置では電磁波照射領域Ｒｄの上に加熱部２２としてのフィラメントを配置しているため、試料８への熱によるダメージは少ない。ただ電磁波照射領域Ｒｄよりも試料８の側に加熱部２２としてのフィラメントを配置した場合は、より効率的に試料を加熱することができる。また、試料の近傍を選択的に加熱することにより、真空容器内壁の近傍に分解されたガスが到達することなく、選択された領域においてのみ原料ガスの分解およびドーピングを実現することも可能である。
【００６１】
なお前記実施の形態４では、熱エネルギーは輻射によって行うようにしたが、たとえば、誘導加熱などを利用して、熱媒体を加熱し、熱媒体からの熱伝導により原料ガスを分解することも可能である。
また、この熱エネルギーの供給を、輻射や伝導だけでなく、真空容器内壁には冷却ガスを供給するなどにより、分解されたガスが内壁に到達しないようにするなど、対流を利用した制御で効率よく行い高精度の不純物の導入量を制御することも可能である。
【００６２】
さらにまた、前記実施の形態４では、電磁波照射部６に加え、加熱部２２を設けたが、加熱部２２による熱エネルギーの照射によってのみ原料ガスを分解し、不純物を試料に注入することも可能である。
【００６３】
また、供給する電磁波のエネルギーと熱エネルギーとを調整し、両方が照射された領域のみで原料ガスのＢなどの小さな分子への分解が生じるようにし、真空容器内壁の近傍で分解が生じるのを回避することにより、より制御性よく不純物の導入を行うことが可能となる。
【実施例】
【００６４】
以下本発明の実施例の方法を用いて半導体装置の製造方法について説明する。
この方法では上記ドーピング方法を用いて不純物導入層としての浅いｐ型不純物領域１０６を形成しＭＯＳＦＥＴを形成するものである。
まず図６（ａ）に示すように、シリコン基板１０１表面に酸化シリコン膜１０２を介してｎ型のシリコン層１０３を貼り合わせることによって形成されたＳＯＩ基板を用意し、表面にゲート酸化膜として酸化シリコン膜４を形成する。
【００６５】
そして、図６（ｂ）に示すように、ゲート電極１０５を形成するための多結晶シリコン層を形成する。次に、図６（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィによりマスクＲを形成する。その後、図６（ｄ）に示すように、マスクＲを用いてパターニングし、ゲート電極１０５を形成する。さらに、図６（ｅ）に示すように、ゲート電極１０５をマスクとして、ドーピングにより、ボロンを導入しドーズ量1E15cm-2程度となるように浅いｐ型不純物領域１０６を形成する。このドーピングは上記実施の形態１の装置及び方法を用いて行う。
この後、図６（ｆ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法により表面に酸化シリコン膜１０７を形成し、異方性エッチングにより、エッチングし、図６（ｇ）に示すように、ゲート電極１０５の側壁にのみ酸化シリコン膜１０７を残留させる。
【００６６】
この酸化シリコン膜１０７とゲート電極１０５とをマスクとして、イオン注入により、ボロンを注入しｐ型不純物領域１０８からなるソース・ドレイン領域を形成する。そして熱処理を行い、ボロンイオンの活性化を行う。
このようにして、ｐ型不純物領域１０８からなるソース・ドレイン領域の内側に浅いｐ型不純物領域１０６を形成したＭＯＳＦＥＴを形成する。
このようにして極めて制御性よく浅いｐ型不純物領域１０６を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上説明してきたように、本発明のドーピング装置及び方法によれば、真空容器内で原料ガスを電磁波照射によって分解し、高周波により、基板の表面に向かって加速させ、試料表面に供給することによって、試料表面に不純物濃度の均一な不純物領域を形成することができるため、ＬＳＩなどの微細デバイスの製造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１のドーピング装置構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１のドーピング装置の変形例を示す模式図
【図３】本発明の実施の形態２のドーピング装置構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態３のドーピング装置構成を示す要部断面図
【図５】本発明の実施の形態４で用いたドーピング装置構成を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態１で用いたドーピング装置を用いたＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図
【図７】従来例のプラズマドーピング装置の構成を示す断面図
【図８】従来例のドーピング装置の断面図
【符号の説明】
【００６９】
１  真空容器
２  ガス供給源
３  圧力調整装置
４  ターボ分子ポンプ及びドライポンプ
５  ミラー
６  電磁波照射部
７  試料台
８  試料
９  バイアス電源
１０  マッチング回路
１１  プラズマ生成用電源
１２  コイル
１３  石英天板
１５  石英天板
１５ｈ  穴
１６  隔壁
１６ｈ  穴
２０  差動排気部
２２  フィラメント（加熱部）
【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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