(57)【要約】【課題】プラズマドーピングではドーズ量の制御が量産に対応するには不十分であるという課題があった。【解決手段】プラズマドーピングで固体基体に不純物を導入する際に、プラズマ中のガスの特性をＩｎ‐ｓｉｔｕで測定し、Ｉｎ‐ｓｉｔｕで測定した結果を、所望の不純物導入量となるように、プラズマドーピングのパラメータにフィードバックすることとする。さらに、所望の不純物導入量となるように、プラズマドーピングのパラメータにフィードバックする際に、荷電粒子の特性を測定しておき、その測定結果とガスの特性の測定結果を組合せて演算した結果をプラズマドーピングのパラメータにフィードバックすることを特徴とする。これにより、荷電粒子の寄与とガスの寄与を両方考慮したドーズ量の制御が可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマドーピングで固体基体に不純物を導入する際に、プラズマ中のガスの特性を測定して不純物導入量を制御することを特徴とする不純物導入の制御方法。
【請求項２】
プラズマ中のガスの特性をIn-situで測定し、In-situで測定した結果を、所望の不純物導入量となるように、プラズマドーピングのパラメータにフィードバックすることを特徴とする請求項１記載の不純物導入の制御方法。
【請求項３】
プラズマ中のガスの特性は、プラズマの発光分光、質量分析で測定することを特徴とする請求項２記載の不純物導入の制御方法。
【請求項４】
フィードバックすべきプラズマドーピングのパラメータは、ソースパワー、バイアスパワー、圧力、ガスの混合比、ガスの濃度、ガスの流量、プラズマ照射の時間、固体基体の温度、チャンバー内部雰囲気の温度、固体基体の温度、固体基体を設置する電極の温度、固体基体を設置するサセプタの温度、固体基体とプラズマとの相対位置、固体基体とプラズマとの相対運動であることを特徴とする請求項３記載の不純物導入の制御方法。
【請求項５】
固体基体を設置する電極の温度、固体基体を設置するサセプタの温度、シリコン基板表面の温度を２５０℃以下望むべきは室温以下にすることを特徴とする不純物導入の制御方法。
【請求項６】
所望の不純物導入量となるように、プラズマドーピングのパラメータにフィードバックする際に、荷電粒子の特性を測定しておき、その測定結果とガスの特性の測定結果を組合せて演算した結果をプラズマドーピングのパラメータにフィードバックすることを特徴とする請求項１乃至５記載の不純物導入の制御方法。
【請求項７】
プラズマドーピングする機構と、ガスの特性を測定する機構を保有することを特徴とする不純物導入装置。
【請求項８】
プラズマドーピングする機構と、ガスの特性を測定する機構と、ガスの特性を測定した結果をプラズマドーピングの制御に反映する機構とを保有する不純物導入装置。
【請求項９】
ガスの特性を測定する機構は、発光分光装置、質量分析装置であることを特徴とする請求項６乃至８記載の不純物導入の制御方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の不純物導入の制御方法、不純物導入装置を用いて製造したことを特徴とする被処理物。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれかに記載の不純物導入の制御方法、不純物導入装置を用いた製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体や液晶パネルの製造方法に関する技術分野。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を形成する際の不純物導入の方法としては、イオン注入が広く用いられてきた。近年、浅い接合形成のために期待されている技術としてプラズマドーピングがある。プラズマドーピングは所望の粒子を含んだプラズマと半導体基盤等の被処理体の表面を接触させて、被処理体表面に所望の粒子を導入する技術である。イオン注入は、所望の粒子を含むプラズマから質量分離により所望のイオンだけを取り出して加速し、半導体基板に打ち込むが、プラズマドーピングでは所望のイオン以外の粒子を含むプラズマに直接被処理体を接触させるという特徴がある。
【０００３】
ここで、プラズマ中に存在する粒子は、所望の粒子を含むイオン、ラジカル、ガス、および所望の粒子を含まないそれらが存在する。イオン注入では、所望のイオンの数だけをファラデーカップでカウントすることで、不純物の導入量を制御していた。一方、プラズマドーピングでは所望の粒子を含むイオンだけでなく、ラジカルも半導体基板に導入されて不純物になるとされている。ここで、ラジカルとはイオン化はしていないが粒子内部の電子状態が変化して活性化している粒子である。
【０００４】
プラズマドーピングの不純物導入量を制御する方法としては、下記のようなものがある。
【０００５】
プラズマドーピング中に不純物導入量をin-situで測定しようとする試みが開示されている（非特許文献１、非特許文献２参照）。これらはファラデーカップを改良したもので、プラズマから半導体ウェハに移動したイオンの電荷を測定しようとするものである。つまり、ファラデーカップを半導体基盤の近傍などに配置してイオンの量を測定する方法を改良したものである。これらは、基本的にイオンの量をin-situで測定して、不純物導入量を制御しようとしたものである。
【０００６】
真空チャンバーを用いたin-situの測定技術を広く見渡すと、結晶成長表面を観察する手段として表面光吸収法やエリプソメータ、反射電子回折などが開示されている（非特許文献３、４、５、６、７、８、９、１０、１１参照）。表面光吸収法やエリプソメータは光プローブを用いているため、ガス雰囲気中でも表面の化学的な変化をその場観察できる特徴がある。
【非特許文献１】U. S. Patent6020592
【非特許文献２】Proc. 2000 Int. Conf. on Ion Implant. Tech., Alpbach, Austria, 17-22 September, 2000.
【非特許文献３】表面科学Vol. 20, No. 1, pp. 20-26, 1999
【非特許文献４】Appl. Phys. Lett. 63 (9), pp. 1216, 30 August 1993
【非特許文献５】Appl. Phys. Lett. 61 (1), pp. 31, 6 July 1992
【非特許文献６】Appl. Phys. Lett. 63 (7), pp. 885, 16 August 1993
【非特許文献７】Appl. Phys. Lett. 68 (13), pp. 1796, 25 March 1996
【非特許文献８】Appl. Phys. Lett. 68 (16), pp. 2237, 15 April 1996
【非特許文献９】Appl. Phys. Lett. 69 (27), pp. 4209, 30 December 1996
【非特許文献１０】Appl. Phys. Lett. 69 (27), pp. 4209, 30 December 1996
【非特許文献１１】Appl. Phys. Lett., Vol. 81, No. 1, 1 July 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プラズマドーピングではドーズ量の制御が量産に対応するには不十分であるという課題があった。従来の技術で説明したように、プラズマ中のイオンなどの荷電粒子を測定する技術が研究開発されているが、測定により推定されるドーズ量と、SIMSなどの試料破壊型の測定方法で後に測定したドーズ量が一致しないのが現状である。
このような状況から、プラズマドーピングにおいてより高精度のドーズ量の制御が可能となる方法の提供が求められていた。本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、従来よりも高精度でドーズ量を制御できる方法および装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明では、プラズマドーピングで固体基体に不純物を導入する際に、プラズマ中のガスの特性を測定して不純物導入量を制御することを特徴とする。特に、プラズマ中のガスの特性をIn-situで測定し、In-situで測定した結果を、所望の不純物導入量となるように、プラズマドーピングのパラメータにフィードバックすることを特徴とする。
【０００９】
本発明者らは、シリコン基板にアルゴンプラズマを照射した後にB2H6ガスを吹き付けるという独自の方法でプラズマドーピング中のB2H6ガスのドーズへの効果を測定した。ここで、アルゴンプラズマはドーパントであるボロンを含まないダミーのプラズマとして用いた。その結果、プラズマドーピング中のシリコン表面にはイオンやラジカルだけではなく、中性のガスも吸着するなどして結果的にドーズとして機能することを発見した。さらに、プラズマドーピングのドーズ量におけるガスからの寄与は、シリコン基板の表面温度を制御することでコントロールできることを見出した。本発明はこの点に着目してなされたものである。
【００１０】
本発明では、プラズマ中のガスの特性は、プラズマの発光分光、質量分析で測定することを特徴とする。これにより、ガスの濃度や種類をIn-situで測定できるので望ましい。
そして、ドーズ量を制御すべくフィードバックすべきプラズマドーピングのパラメータは、ソースパワー、バイアスパワー、圧力、ガスの混合比、ガスの濃度、ガスの流量、プラズマ照射の時間、固体基体の温度、チャンバー内部雰囲気の温度、固体基体の温度、固体基体を設置する電極の温度、固体基体を設置するサセプタの温度、固体基体とプラズマとの相対位置、固体基体とプラズマとの相対運動であることを特徴とする。これらを制御することで、プラズマドーピングのドーズ量におけるガスからの寄与を制御できるので望ましい。
【００１１】
さらに、所望の不純物導入量となるように、プラズマドーピングのパラメータにフィードバックする際に、荷電粒子の特性を測定しておき、その測定結果とガスの特性の測定結果を組合せて演算した結果をプラズマドーピングのパラメータにフィードバックすることを特徴とする。これにより、荷電粒子の寄与とガスの寄与を両方考慮したドーズ量の制御が可能になる。
【００１２】
また、固体基体を設置する電極の温度、固体基体を設置するサセプタの温度、シリコン基板表面の温度を室温以下にすることは、ドーズ量におけるガスからの寄与を低減できるので望ましい。
【００１３】
本発明を実現するための装置は、プラズマドーピングする機構と、ガスの特性を測定する機構を保有することを特徴とする不純物導入装置である。さらに望ましくは、プラズマドーピングする機構と、ガスの特性を測定する機構と、ガスの特性を測定した結果をプラズマドーピングの制御に反映する機構とを保有する不純物導入装置とする。ここで、ガスの特性を測定する機構は、発光分光装置、質量分析装置である。
また、不純物導入の制御方法、不純物導入装置を用いて製造した半導体、液晶、バイオチップなどの能動素子および、抵抗、コイル、コンデンサーなどの受動素子も有効である。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明してきたように、本発明によれば従来よりも高精度でドーズ量を制御できる方法および装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は本発明の根拠であるプラズマドーピングのドーズ量におけるガスの寄与を説明するための説明図である。横軸はシリコン基板の表面温度であり、縦軸はボロンのドーズ量である。実験は、チャンバー内に設置したシリコン基板にアルゴンプラズマを照射した後に、アルゴンプラズマの照射を停止してから、チャンバー内にB2H6ガスを供給した。ここで、B2H6ガスを供給するときのシリコン基板表面の温度を60℃から500℃まで変えた。アルゴンプラズマは、B2H6プラズマを用いたプラズマドーピングにおけるプラズマの照射を模擬的に行うためのダミーのプラズマである。B2H6プラズマを照射することで、シリコン基板の表面は結晶のシリコンからアモルファスのシリコンに改質されることがわかっている。そこで、アルゴンプラズマを照射することで、シリコン基板表面の改質だけを引き起こし、一方で、B2H6プラズマ照射時のボロンのドーピングは起こらない状態を作り出した。つまり、アルゴンプラズマをダミープラズマとして用いることで、B2H6プラズマドーピングのドーズ量におけるイオンとガスからの寄与を切り分けた。上記実験方法とすることで、アルゴンプラズマを照射した後に、アルゴンプラズマの照射を停止し、チャンバー内にB2H6ガスを供給した場合は、B2H6プラズマ中に存在するB2H6ガスからのドーピングしか起こらないはずである。図１から明らかなように、このようにした場合でもガスの改質層への吸着、あるいは浸透により1E13 cm-2以上のドーズが起きることが了解できる。さらにシリコン基板の表面温度が増加するに従って、ガスのみによるドーズ量は増加した。シリコン基板表面温度が60℃のときのドーズ量が3.5E13 cm-2であるのに対して、500℃の場合は4.5E14 cm-2である。シリコン基板を設置するサセプタや電極を冷却するなどして、室温付近にしたとしてもガスからのドーズ量は約3E13 cm-2にはなると推測される。
【００１６】
ところで、例えば、ソースドレインエクステンションへのドーピングでは、SEAJ 2001年度半導体製造装置技術ロードマップ  図表3-5-3で要求されるボロンのドーズ量は概ね1E14〜1E15 cm-2である。ITRS2002 Updateを参照してデバイスに要求されるシート抵抗を満足するために、より範囲を広げて見積もった場合も1E14〜1E16 cm-2程度であろうと推測できる。
【００１７】
上記のことから、プラズマドーピングでは、1E14〜1E16 cm-2程度のドーズに占めるガスの寄与は、シリコン基板を室温付近にしたとしても3E13 cm-2になる。つまり、プラズマドーピングのドーズ量におけるガスからの寄与は0.3〜30 %となる。狙いのドーズ量が低い場合には、ガスの寄与は特に無視できなくなる。
【００１８】
ガスからの寄与を低減するためには、シリコン基板を設置するサセプタや電極を冷却するなどして、シリコン基板表面の温度を低く保つことが重要である。あるいは、シリコン基板を設置するサセプタや電極の温度を制御してガスからの寄与を一定に、あるいは自由に制御することもできる。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態の一例を示した不純物導入装置である。プラズマ中のガスの特性を発光分光装置などのモニターでIn-situ測定した結果をドーズコントローラに送信して、それをプラズマパラメータにフィードバックすることでドーズ量を制御する。また、ドーズコントローラへは図示しないファラデーカップなどを改良したイオンを測定するモニターからの信号も送信する。
【００２０】
次に、比較例について説明する。
従来の技術でも説明したが、比較例では、プラズマ中のイオンを測定するものであった。故に、ガスの寄与は測定できず、ドーズ量制御の精度が低かった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
半導体や液晶パネルの製造に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明実施例のプラズマドーピングのドーズ量におけるガスの寄与を示す図
【図２】本発明実施例の不純物導入装置を示す図
【図１】
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【図２】
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