(57)【要約】本発明の課題は、基板温度の上昇を招くことなく、不純物導入を実現する。  不純物導入工程でできる格子欠陥の物性を光学的に測定し、続く工程に最適になるように制御することである。  固体基体表面に不純物を導入する工程と、前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、前記測定結果に基づき、前記不純物の導入された領域の光学的特性にあわせて、アニール条件を選定する工程と、選定された前記アニール条件に基づいて前記不純物の導入された領域をアニールする工程とを含む。
2005031832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体基体表面に不純物を導入する工程と、
前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と
前記測定結果に基づき、前記不純物の導入された領域の光学的特性にあわせて、アニール条件を選定する工程と、
選定された前記アニール条件に基づいて前記不純物の導入された領域をアニールする工程とを含む不純物導入方法。
【請求項２】
請求の範囲第１項の不純物導入方法であって、
前記不純物を導入する工程が、プラズマドーピング工程を含む不純物導入方法。
【請求項３】
請求の範囲第１項の不純物導入方法工程であって、
前記不純物を導入する工程が、イオン注入工程を含む不純物導入方法。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記測定する工程は、前記アニール工程に先立ち実行される不純物導入方法。
【請求項５】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記測定する工程は、前記アニール工程と並行して実行される不純物導入方法。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記アニール工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記アニール工程の合間に実行される不純物導入方法。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記アニール条件を選定する工程は、前記アニール工程中の、不純物導入領域の光学的特性の変化に追随して前記アニール条件を順次変化させる工程を含む不純物導入方法。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記不純物導入工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記不純物導入工程の合間に実行される不純物導入方法。
【請求項９】
固体基体表面に不純物を導入する工程と、
前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、
前記測定結果にもとづき、アニール条件に合わせて光学的特性を調整する工程と、
前記不純物の導入された領域をアニールする工程とを含む不純物導入方法。
【請求項１０】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記不純物の導入された領域の光学定数をモニターしつつ、前記光学定数がプラズマドーピング工程後に実施する光照射に適合するようにプラズマドーピング条件を制御する不純物導入方法。
【請求項１１】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記不純物の導入された領域の光学定数をモニターしつつ、前記光学定数がイオン注入後に実施する光照射に適合するようにイオン注入工程を制御する不純物導入方法。
【請求項１２】
請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記測定する工程がエリプソメトリを用いた工程である不純物導入方法。
【請求項１３】
請求の範囲第１２項に記載不純物導入方法であって、
エリプソメトリを用いた工程が、不純物導入層の厚さと光定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）の両方を求めるエリプソメトリ解析工程を含む不純物導入方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１３項に記載不純物導入方法であって、
前記エリプソメトリ解析工程は、Ｋ−Ｋ（Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）アナライシス、Ｔａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚアナライシス、Ｃｏｄｙ−Ｌｏｒｅｎｔｚアナライシス、Ｆｏｒｏｕｈｉ−Ｂｌｏｏｍｅｒアナライシス、ＭＤＦアナライシス、バンドアナライシス、４配位（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ）アナライシス、Ｄｒｕｄｅアナライシス、Ｌｏｒｅｎｔｚアナライシスのいずれかを用いた屈折率波長分散モデルを用いた解析工程を含む不純物導入方法。
【請求項１５】
請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記アニール工程は電磁波を照射する工程である不純物導入方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１５項に記載の不純物導入方法であって、
前記アニール工程は光照射工程である不純物導入方法。
【請求項１７】
請求の範囲第１６項に記載の不純物導入方法であって、
前記不純物を導入する工程は、前記不純物の導入された領域の光吸収係数が、５Ｅ４  ｃｍ−１を越えるように不純物を導入する工程である不純物導入方法。
【請求項１８】
請求の範囲第２項乃至第１７項の不純物導入方法であって、
前記プラズマドーピング工程は、プラズマに印加する電源電圧、プラズマの組成、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間の比の少なくとも１つを制御する工程を含む不純物導入方法。
【請求項１９】
請求の範囲第１８項に記載の不純物導入方法であって、
前記プラズマドーピング工程は、プラズマを形成する不純物物質と、これらに対する混合物質としての、不活性物質あるいは反応性物質の混合比を変化させることによって、前記プラズマの組成を制御し、不純物の導入された領域の光学的特性を制御する工程を含む不純物導入方法。
【請求項２０】
請求の範囲第２項乃至第１７項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記プラズマドーピング工程は、前記アニール工程において、前記不純物の導入された領域に含まれる不純物の電気的活性化を促進するとともに、前記固体基体へのエネルギー吸収を抑制し得るように、前記不純物の導入された領域の光学定数を設定する不純物導入方法。
【請求項２１】
固体基体表面に不純物を導入する不純物導入手段と、
前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する測定手段と
前記不純物の導入された領域をアニールするアニール手段とを具備した不純物導入装置。
【請求項２２】
請求の範囲第２１項に記載の不純物導入装置であって、
前記不純物導入手段は固体基体表面に不純物を導入するプラズマドーピング手段である不純物導入装置。
【請求項２３】
請求の範囲第２１項に記載の不純物導入装置であって、
前記不純物導入手段は固体基体表面に不純物を導入するイオン注入手段である不純物導入装置。
【請求項２４】
請求の範囲第２２項に記載の不純物導入装置であって、
前記測定手段の測定結果に基づき、前記プラズマドーピング手段を制御するドーピング制御手段を含む不純物導入装置。
【請求項２５】
請求の範囲第２３項に記載の不純物導入装置であって、
前記測定手段の測定結果に基づき、前記イオン注入手段を制御するドーピング制御手段を含む不純物導入装置。
【請求項２６】
請求の範囲第２０項から第２５項のいずれかに記載の不純物導入装置であって、
前記測定手段の測定結果に基づき、前記アニール手段を調整するアニール制御手段を含む不純物導入装置。
【請求項２７】
請求の範囲第２１項乃至第２６項のいずれかに記載の不純物導入装置であって、
前記測定手段の測定結果を、前記アニール制御手段または不純物導入制御手段のいずれかにフィードバックするフィードバック機構を含む不純物導入装置。
【請求項２８】
請求の範囲第２７項に記載の不純物導入装置であって、
前記フィードバック機構は測定結果のフィードバックをその場（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）で行う不純物導入装置。
【請求項２９】
請求の範囲第２８項に記載の不純物導入装置であって、
前記フィードバック機構は、高速に抜き取り検査を実施して、不良の場合は追加ドープ、あるいはアニール条件緩和などの追加プロセスを実行する不純物導入装置。
【請求項３０】
請求の範囲第１項乃至第２０項のいずれかに記載の不純物導入方法を用いて不純物導入して形成された電子素子。
【請求項３１】
請求の範囲第２１項乃至第２９項のいずれかに記載の不純物導入装置を用いて不純物導入して形成された電子素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は不純物導入方法、不純物導入装置およびこれらを用いて形成した電子素子に係り、特に、半導体装置、特に電子素子を形成する際の不純物導入あるいは、液晶パネルの製造方法に関する。
【背景技術】  近年、半導体デバイスの微細化に伴い、浅い接合を形成する技術が求められている。従来の半導体製造技術では、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等の各種導電型の不純物を固体基体としての半導体基板表面に、低エネルギーでイオン注入を行う方法が広く用いられている。
このイオン注入方法を用いて、浅い接合をもつ半導体デバイスが形成されており、浅い接合を形成できるとはいうものの、イオン注入で形成できる深さには限界がある。例えば、ボロン不純物は浅く導入することが難しく、イオン注入では、導入領域の深さは基体表面から１００ｎｍ程度が限界であった。
そこで、近年、更に浅い接合を可能にする手法として種々のドーピング方法が提案され、その中でプラズマドーピング技術が実用化に適するものとして注目されてきている。このプラズマドーピングは、導入すべき不純物を含有した反応ガスをプラズマ励起し、上記固体基体表面にプラズマ照射して不純物を導入する技術である。そして、不純物導入後、アニール工程により、導入された不純物の活性化がなされる。
通常、アニール工程では、可視光、赤外線、紫外線などの広い波長帯域の電磁波を発することのできる光源が用いられている。しかしながら、活性化に有効な波長は、不純物の導入される固体基体自体の結晶状態によって異なり、実際は狭い領域であることが多い。不要な波長の光照射を行うことにより、基板温度が上昇し、特性劣化の原因となることがある。
近年、固体基体表面に導入された不純物の量を光学的測定によって測定する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法は、光学測定でラジカルの量を測るものであり、電流量を検出することによりドーピング量を測定することができる。
【特許文献１】特開２０００−２８２４２５
【発明の開示】
上記方法では、不純物の導入量すなわち固体基体中に導入された不純物の総量を検出する。確かに、導入された不純物の総量を測定することは重要なことであるが、シリコン基板に不純物を導入して半導体装置を形成する場合や、液晶基板にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成して液晶パネル製造を行う際、不純物の導入された領域の結晶状態、すなわちどれだけの格子欠陥が導入されているかなど、状態を検知することは、最適なプラズマドーピングと引き続き実施される光照射などのエネルギー照射による最適なアニールを実現するのに極めて重要である。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、基板温度の上昇を招くことなく、不純物の電気的な活性化を実現するための不純物導入技術を提供することを目的とする。
本発明は、シリコン基板への半導体装置の形成あるいは液晶パネル製造などに際し、単結晶シリコン又は多結晶シリコンに対して、不純物導入工程でできる格子欠陥の物性を光学的に測定し、続く工程に最適となるように不純物導入工程における条件を制御することを目的とする。
そこで、本発明では、固体基体表面に不純物を導入する工程と、前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、前記測定結果に基づき、前記不純物の導入された領域の光学的特性にあわせて、アニール条件を選定する工程と、選定された前記アニール条件に基づいて前記不純物の導入された領域をアニールする工程とを含む。
この方法により、あらかじめ不純物の導入された領域の光学的特性を測定し、この光学的特性に応じて最適なアニールを実現することができ、高精度かつ高効率に不純物領域を形成することができる。
但し、不純物を導入する工程とは、単に不純物の導入のみならず、引き続き実施される光照射を中心とするアニール工程において、効率良くエネルギーが吸収されるべく、アニール工程に最適な光学的特性となるように表面状態を制御する工程を含むものとする。この光学的特性の制御は、プラズマを形成する不純物物質と、これらに対する混合物質としての、不活性物質あるいは反応性物質の混合比を変化させることによって、前記プラズマの組成を制御し、不純物の導入された領域の光学的特性を制御するものを含む。すなわち不純物物質と、窒素、希ガスなどの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質の供給と同時に，またはそれと逐次的に固体基体表面に供給され、アニール工程に最適な光学的特性を形成する工程を含む。本発明における「不純物導入方法」とはアニール工程を含む上記一連の工程を指すものとする。
また本発明では、前記不純物を導入する工程が、プラズマドーピング工程を含む。
この方法によれば、浅い領域に不純物を導入することができる。
また本発明では、前記不純物を導入する工程が、イオン注入工程を含む。
この方法によれば、引き続き実施する光照射を中心としたアニール工程の高効率化をはかるとともに、高精度のプラズマドーピングを実現することができる。
また本発明では、上記不純物導入方法においては、前記測定する工程は、前記アニール工程に先立ち実行される。
この方法により、アニール前に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択することができ、最適な活性化状態を得ることができる。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定する工程は、前記アニール工程と並行して実行される。
この方法により、アニール中に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択することができ、最適な活性化状態を得ることができる。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記アニール工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記アニール工程の合間に実行される。
この方法により、アニール工程を複数回に分け、アニール中に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択しているため、最適な活性化状態を得ることができる。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記アニール条件を選定する工程は、前記アニール工程中の、不純物導入領域の光学的特性の変化に追随して前記アニール条件を順次変化させる工程を含む。
この方法により、アニールによる不純物の導入された領域の変化を検知し、その上でアニール条件を選択しているため、より最適な活性化状態を得ることができる。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記不純物導入工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記不純物導入工程の合間に実行される。
この方法により、不純物導入工程間で実行されるため、不純物導入工程におけるチャンバー内の状況により正確な測定ができ、高精度の不純物導入を実現することができる。また、一旦不純物導入を停止する必要があるが、この例は常圧プラズマを用いたドーピングなどにも有効である。
また本発明では、上記不純物導入方法において、固体基体表面に不純物を導入する工程と、前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、前記測定結果にもとづき、アニール条件に合わせて光学的特性を調整する工程と、前記不純物の導入された領域をアニールする工程とを含む。
この方法により、アニール条件に制約がある場合にも有効である。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記不純物の導入された領域の光学定数をモニターしつつ、前記光学定数がプラズマドーピング工程後に実施する光照射に適合するようにプラズマドーピング条件を制御する。
この方法によれば、より高精度の深さ及びドーズ量をもつ不純物領域を形成することができる。ここで光学定数としては、光吸収係数の他、反射率なども適用可能である。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定する工程がエリプソメトリを用いた工程である。
また本発明では、前記測定する工程が不純物導入層の厚さと光定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）の両方を求めるエリプソメトリ解析工程を含む。
また本発明では、エリプソメトリ解析工程が、Ｋ−Ｋ（Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）アナライシス、Ｔａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚアナライシス、Ｃｏｄｙ−Ｌｏｒｅｎｔｚアナライシス、Ｆｏｒｏｕｈｉ−Ｂｌｏｏｍｅｒアナライシス、ＭＤＦアナライシス、バンドアナライシス、４配位（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ）アナライシス、Ｄｒｕｄｅアナライシス、Ｌｏｒｅｎｔｚアナライシスのいずれかの屈折率波長分散モデルを使った解析工程を含む。上記の屈折率波長分散モデルを用いることで、吸収特性を扱えるので特に望ましい。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定する工程がＸＰＳを用いた工程であるものを含む。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記アニール工程は電磁波を照射する工程である。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記アニール工程は光照射工程である。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記不純物を導入する工程は、前記不純物の導入された領域の光吸収係数が、５Ｅ４ｃｍ−１を越えるように不純物を導入する工程である。
これにより、光吸収性が高く高効率のアニール条件を選択することができる。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記プラズマドーピング工程は、プラズマに印加する電源電圧、プラズマの組成、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間の比の少なくとも１つを制御する工程を含む。
この方法により、効率よい制御が可能となる。ここでプラズマの組成とはドーパントとなる不純物物質とその他の物質との混合比、真空度、その他の物質間の混合比等を調整して制御される。
また本発明では、上記不純物導入方法において、プラズマドーピング工程は、不純物物質、これらに対する混合物質としての、不活性物質と、反応性物質との混合比を変化させることによって、不純物の導入された領域の光学的特性を制御する工程を含む。ここでは、不純物物質としての砒素、燐、ホウ素、アルミニウム、アンチモン、インジウムなどの物質、これらに対する混合物質としての、ヘリウム、アルゴン、キセノンなどの不活性物質、窒素、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質の混合比を変化させることによって、光学的特性を制御する。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記プラズマドーピング工程は、前記アニール工程において、前記不純物の導入された領域に含まれる不純物の電気的活性化を促進するとともに、前記固体基体へのエネルギー吸収を抑制し得るように、前記不純物の導入された領域の光学定数を設定する。
この方法により、基体温度を上昇させることなく選択的に効率よくアニールを実現することができる。
また本発明では、上記不純物導入方法において、固体基体表面に不純物を導入するプラズマドーピング手段と、前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する測定手段と、前記不純物の導入された領域をアニールするアニール手段とを具備している。
これにより、容易に表面状態の検出が可能となる。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定手段の測定結果に基づき、前記プラズマドーピング手段を制御するドーピング制御手段を含む。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定手段の測定結果に基づき、前記アニール手段を調整するアニール制御手段を含む。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定手段の測定結果を、前記アニール制御手段または不純物導入制御手段のいずれかにフィードバックするフィードバック機構を含む。
また本発明では、前記フィードバック機構が測定結果のフィードバックをその場（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）で行うものを含む。
また本発明では、前記フィードバック機構が、高速に抜き取り検査を実施して、不良の場合は追加ドープ、あるいはアニール条件緩和などの追加プロセスを実行するものを含む。
また本発明では、上記不純物導入方法または不純物導入装置を使用して不純物導入して電子素子が形成される。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１の実施の形態における固体基体表面近傍に発生する不純物導入層の光測定を説明するための図であり、
図２は、不純物導入層の厚さと光吸収係数を求める方法を説明するために使う分光エリプソメータの構成図であり、
図３は、エリプソメトリで測定した不純物導入層の光吸収係数を示す図であり、
図４は、本発明の第２の実施の形態におけるプラズマドーピング方法を応用した本願発明に使用した装置の断面構造図であり、
図５は、サンプルＰＤ−１（バイアス電圧３０Ｖ，プロセス時間６０ｓ）とＰＤ−２（バイアス電圧６０Ｖ，プロセス時間６０ｓ）及び比較として結晶シリコン基板の吸収係数のスペクトルを示す図であり、
図６は、本発明の実施例３の不純物導入方法における光吸収係数の  プロセス時間（ａ）、波長（ｂ）への依存性を示す図であり、
図７は、本発明の実施例６の白色光源と、波長選別用のフィルターを用いたアニール装置の説明図であり、
図８は、本発明の実施例７の不純物導入層を窒化又は酸化した際の特別な効果を説明する為の固体基体の断面模式図であり、
図９は、本発明の実施例８のアニール装置の装置概念図であり、
図１０は、不純物導入層をアニールする際に時間変化に応じた波長の光を照射する例を説明するためのグラフである。
なお、図中の符号、１００は固体基体、１１０は不純物導入層、１２０は光源、１３０は測光器、２００は真空チャンバー、２１０は真空ポンプ、２３０は真空計、２４０はプラズマ源、２５０は電源、２６０は基板ホルダ、２７０は電源、２８０は第１のライン、２９０は第２のライン、２００は第３のライン、３１０はプラズマ、３２０は計算機、３４０は制御回路、３５０は制御器、５００は基板ホルダー、５１０は白色光源、５２０はフィルター、５３０は選別された光、６００は窒化した膜、６１０は酸化した膜、７００はレーザ光源、７１０は変調フィルター、７２０は変調された光である。
【発明を実施するための最良の形態】  次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、大別して３つの実施の形態を与える。その第１は、固体基体に導入される不純物の状態を、光学的測定によって検知する点である。これは単に、不純物そのものの光学的測定のみならず、固体基体自体の結晶状態、導入時のエネルギーによるダメージなどの固体基体の結晶状態の物理的変化、酸化層窒化層の生成など固体基体の化学的変化をも含めた″複合的な層″の状態として、光学的に測定することを意味する。第２はこの検知された不純物の状態によってアニール条件を最適化する点、第３は、アニール条件にあわせて、不純物の導入を制御する点である。
すなわち本発明の方法では、不純物の状態を把握した後、不純物の導入に対してフィードバック制御を行い、更に不純物導入の品質を向上する。また、例えば、本発明の中心的な応用分野である、半導体装置や液晶ディスプレイにおいては、固体基体に不純物導入を行った後に基体に何らかの方法でエネルギーを与え半導体中の不純物を電気的に活性化する。この工程において最良の結果を導き出す為に不純物導入中の工程を制御する。
（実施の形態１）
本実施の形態１では、固体基体に対し、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いて不純物導入を行う方法について説明する。この固体基体に不純物導入を行う際、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いる場合には、固体基体を形成する結晶もしくは非結晶物質を構成する格子に対する格子欠陥の形成や不純物物質自体が固体基体の物性を変化させ、固体基体１００とは異なる物性をもつ不純物の導入された領域（新たな第２の層）１１０が形成される。
また、熱的平衡状態を変化させる場合など、比較的導入エネルギーの小さい不純物導入工程では、不純物導入工程が固体基体の物性を変化させるのに続き固体基体表面のごく近傍に、主に不純物物質そのものからなる新たな（第２の）層１１０が形成される。
そこで、エリプソメトリを用い、図１に示すように、光源１２０を用いて固体基体１００表面に光を照射し、測光器１３０で光を測定する。
図２の分光エリプソメータの構成図を使って、不純物導入層の厚さと光吸収係数をエリプソメトリで測定する方法を説明する。
この分光エリプソメータは、図２に示すように、Ｘｅ光源２０と、この光源から出力されるＸｅ光を偏光して試料１１としての基板に照射する偏光子２１と、試料１１からの反射光を検出する検光子２２と、分光器２３と、ディテクター２４とを具備している。ここでは、Ｘｅ光源２０から出力されるＸｅ光を偏光子２１により直線偏光に変えて、基板面に垂直な方向に対して角度θ０で基板に入射せしめられる。本測定ではθ０＝７０°固定で測定したが、角度を４５°から９０度の間に変化させても測定可能である。入射光の直線偏光の軸は、ｐ方向（光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線の方向）と、ｓ方向（光軸に垂直な面内でｐ方向に垂直な方向）に対して傾いている。楕円偏光として反射される光のｐ成分とｓ成分との間の振幅反射率比をΨ、上記ｐ成分とｓ成分との間の位相差をΔとする。エリプソメトリでは、楕円偏光として反射される光を検光子２２を経た後分光器２３に入射させて、分光しながら、ディテクター２４によりΨ，Δを測定するように構成されている。
上記のΨ，Δのエリプソメトリ測定結果から、不純物導入層の厚さだけではなく光定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）も未知のパラメータとして、最小２乗法により求める方法を説明する。不純物導入層をＰＤ層と指称し、Ａｉｒ／ＰＤ層／ｃ−Ｓｉの３層モデルを使った。光係数は基本的に波長依存性がある為、波長を変えて測定すると、測定波長の数だけ未知のパラメータが増えることになり、求めることが出来ない。このような場合は、光係数のスペクトルを波長に依存しない定数を含む近似式で表し、その定数を未知のパラメータとすることにより、光係数のスペクトルも求めることができる。
屈折率波長分散モデルとしては種々の例が提案されているが、ＰＤ層の強い吸収特性を扱うために、本実施形態ではＫ−Ｋ（Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）アナライシス方法を使った。屈折率波長分散モデルとして、Ｔａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚアナライシス、Ｃｏｄｙ−Ｌｏｒｅｎｔｚアナライシス、Ｆｏｒｏｕｈｉ−Ｂｌｏｏｍｅｒアナライシス、ＭＤＦアナライシス、バンドアナライシス、４配位（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ）アナライシス、Ｄｒｕｄｅアナライシス、Ｌｏｒｅｎｔｚアナライシス方法等を使用しても上記解析が可能である。
次にＫ−Ｋ（Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）アナライシス方法の特徴に関して説明する。
測定波長範囲内に薄膜層の光の吸収帯が有る場合は、次のＫｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇの関係式から導き出される複素屈折率の分散式（式１）を用いて、屈折率だけではなく消衰定数を求めることが出来る。
2005031832.tif 000003
ここでＰはコーシー積分の主値、ωは周波数である。
この関係式は消衰係数が既知であるならば、屈折率を消衰係数から推定できることを示している。測定波長範囲内に光の吸収帯がある場合、その波長領域の消衰係数スペクトルをローレンツ型の式（式２）で近似する。
2005031832.tif 000004
ここでＥはＰｈｏｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ（ｅＶ）であり、波長λ（ｎｍ）とは、次式（３）に示す関係にある。
2005031832.tif 000005
式（２）から（１）のＫｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇの関係式により積分することによって、屈折率の次の式（４）を導くことが出来る。
2005031832.tif 000006
ここでｆ（Ｅ）は式（２）の積分値でＣ５は積分定数となる。
このＫＫ−Ａｎａｌｙｓｉｓにおいては、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５がパラメータとなり初期値になる。Ｃ５は積分定数で屈折率を表すパラメータの一つですので、ＰＤ層の大体の屈折率を初期値にする。Ｃ１は大体の消衰係数、つまり、消衰係数スペクトルのピークの消衰係数の値が初期値になる。
一方、Ｃ２、Ｃ３は消衰係数スペクトルのピークのＥ（ｅＶ）と関係があり、Ｃ２はピークのＥ（ｅＶ）の２倍、Ｃ３はピークのＥ（ｅＶ）の２乗を大体の初期値とすることが出来る。Ｃ４は、吸収帯のエネルギーバンド幅と関係があり、初期値としては、消衰係数スペクトルのピークの裾で消衰係数が最も小さくなるＥ（ｅＶ）の値を用いることが出来る。
以上のように、ＫＫ−Ａｎａｌｙｓｉｓを用いる場合は、測定対象物質である薄膜の物性を加味して、その吸収スペクトル、つまり消衰係数スペクトルを想像して、初期値を設定することにより、解析を行うことが可能となる。
ＫＫ−Ａｎａｌｙｓｉｓモデルは、他のモデルと比較して、パラメータの設定が難しく、フィッティング計算も困難で、パラメータの設定によっては、全くフィッティングしない事もある。従って、ＫＫ−Ａｎａｌｙｓｉｓモデルは、ある程度測定解析に慣れて、モデルの特性を理解した上で使う必要がある。
上記の方法でＰＤ層の厚さと光係数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）を求めた後、光の吸収係数は以下の式（５）により算出される。
α＝４πｋ／λ                （５）
この不純物導入層１１０の光学的特性を現したスペクトルを図３に示す。
この図から明らかなように、エリプソメトリを用いた測定の結果から考えると波長３００ｎｍから６００ｎｍの間の光に対し、光吸収係数が高くなっている。
そこで、後続工程では、波長３００ｎｍから６００ｎｍの間の光を照射することにより、効率よく活性化がなされ、より小さな照射エネルギーで不純物が効率よく活性化される。
このように、本実施の形態では、不純物の導入された固体基体の表面状態を測定し、この測定結果に基づき、続く工程の主要因を決定する。
ところで、半導体産業や、液晶産業では、不純物を導入した後、形成された不純物導入層１１０に、電磁波を照射して電気的に活性化する。これは固体基体の主たる構成要素であるシリコンの結晶が、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギーの不純物を導入する工程で破壊され、格子欠陥が導入された状態の不純物導入層（不純物の導入された領域）が存在する状態を、後続工程で電磁波を照射することによって、格子欠陥を回復し、電気的に活性な状態に変化させることを意味する。
このとき、不純物層の状態は、固体基体を構成する物質と不純物物質の物性の関係に依存するが、例えば、シリコンであれば、シリコンの格子位置に不純物物質が置換する形で入り込み、結晶化が促進され、電気的に活性な状態となる。
そこでこの様な過程を実現するために、例えば、可視光の照射にあたって、効率良く不純物の電気的活性化を図る。ここでは、不純物導入層の光吸収スペクトルを分析し、その結果に基づいて適切な波長の光を照射することが望ましい。また、表面に固体基体１００と不純物導入層１１０とが混在している場合には、固体基体自体の光吸収スペクトルを分析し、固体基体１００の光吸収係数が小さく、不純物導入層１１０の光吸収係数が大きくなるような波長帯域を選択し、この波長帯域で光照射を行うようにすれば、固体基体１００の温度上昇を抑制しつつ、不純物導入層の活性化を行うことができる。
前述の通り、本実施の形態では、エリプソメトリを利用した光学測定を用いているため、これによって光吸収係数を算出することができる。特にサイズの小さな微細デバイスを形成する際には固体基体中で発生する拡散現象が微細化を妨げる大きな要因になるため、特定の波長の光だけを照射するのは固体基体に無駄なエネルギーを与えないという意味で拡散を防止することができ、微細デバイス形成に有効である。特に多数回の不純物導入工程を含む場合には多数回の熱処理工程を経なければならない場合が多いが、本発明によれば、特定の波長の光のみを照射することにより、不要な拡散長の伸びを抑制することができる。
なお、光学的特性の測定方法としてはエリプソメトリに限定されることなくＸＰＳなども適宜選択可能である。
（実施の形態２）
次に、この方法を用いて、不純物のドーピング方法として、プラズマドーピングを用いた方法について説明する。
まず、本実施の形態で用いられるプラズマドーピング装置と不純物ドーピングの制御装置について説明し、次に何種類かの制御方法を詳述する。本実施の形態で用いられるドーピング装置は、図４に示すように、固体基体１００上の不純物の導入された領域の光学的特性を測定する測定手段としての光源１２０および測光器１３０と、この測定手段によって得られた光学的特性に基づいて、ドーピング条件を制御する制御手段とを具備し、最適な表面状態を得ることができるようにドーピング条件をフィードバック制御するものである。
すなわちこのプラズマドーピング装置は、真空チャンバー２００と、この真空チャンバー２００内にプラズマを生起するプラズマ源２４０とを具備し、基板ホルダ２６０に載置された、被処理基体としての固体基体１００の表面にプラズマドーピングを行うものである。
そして、この真空チャンバー２００には、真空ポンプ２１０が接続され、真空測定の為の真空計２３０が設置されており、プラズマ源２４０には電源２５０が接続されている。また、基板ホルダー２６０には、独自の電気的ポテンシャルを印加するための、電源２７０が、前述の電源とは別途接続されている。
また真空チャンバー２００にはこれらのガスを導入するためのガス導入機構が設置されている。このガス導入機構は、ドーパント物質としての第１の物質を供給する第１のライン２８０、その他の物質である第２の物質を供給する第２のライン２９０（この場合はＨｅ）、その他の第３の物質を供給する第３のライン３００（この場合はＡｒ）で構成される。
また、制御手段は、測光器で測定した光学的特性を演算する計算機３２０と、この演算結果に基づいて制御条件を決定する制御回路３４０と、制御回路の出力に基づいてプラズマドーピング装置のドーピング条件を、フィードバック制御する制御器３５０とを具備している。
次にこのドーピング装置を用いたドーピング方法について説明する。
ここでは、ドーピング源としてガスを利用する場合について説明する。
まず、真空チャンバー２００に第１の物質としてのドーパント物質を供給する。ここでは、ドーパント物質とこれとは異なるその他の物質をキャリアガスとして又は特定の機能を保有する材料として導入する。本実施の形態では、ドーパント物質とは異なる性質のガス、例えば、希ガスなどで（質量が異なり）、電気的にはシリコンの中で活性にならない物質を選択した。例として、ＨｅやＡｒである。これをその他の第２の物質としてＨｅを、その他の第３の物質としてＡｒを選択した。さて、前述の第１乃至第３のライン２８０、２９０、３００で構成されるガス導入ラインからガスを導入し、真空チャンバー２００内の固体基体１００表面でプラズマ３１０を発生させる。
このプラズマ３１０と固体基体１００との電気的ポテンシャル差によって、プラズマ中の荷電粒子が引き寄せられて、不純物ドーピングが行われる。同時にプラズマ中の電気的中性物質はこの固体基体１００表面付近に付着もしくは吸蔵される。ここで不純物導入層１１０の状態は、下地である固体基体１００の状態および、プラズマのもつエネルギーによって決まり、付着状態であっても良いし吸蔵されていてもよい。
この不純物ドーピング工程によって、前記実施の形態で説明した不純物導入層１１０が固体基体１００表面に形成される。この不純物導入層の物性を測定するために、真空チャンバー２００には光源１２０と測光器１３０が配設されている。そして測光器１３０で測定した光学的特性を計算機３２０で演算し、この演算結果を制御回路３４０に送り、フィードバック情報として制御器３５０へデータを送ることによって、プラズマドーピング装置はプラズマ条件を調整し、不純物導入層の物性を制御する。
ここで調整されるプラズマ条件としては、プラズマに印加する電源電圧、あるいは電圧印加時間及び印加タイミング、ドーパント物質とその他の物質の混合比、真空度、その他の物質間の混合比、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間帯の比などであり、これらのパラメータを変化させ、不純物導入層の物性を制御する。
以下、本発明の実施例として、このパラメータを変化する例について順次説明する。ここでは電力、ガスの混合方法について詳述する。
【実施例】［実施例１］
まず、実施例１として電力を変化させる方法について説明する。
プラズマの密度や基板に到達する荷電粒子（主に正に荷電したイオン）のエネルギーは、プラズマを発生させるために供給する電力と、基板ホルダーに接続した電源によって、決定されることがわかっている。ここでは、主に基板ホルダー２６０に接続した電源２７０の電力を変化させた例を述べる。
先ず、プラズマを発生させるための電源２５０から１０００Ｗの電力を供給する。これにより発生したプラズマ３１０を効率良く基板に到達させるために、基板ホルダー２６０に電力を供給する。先ず１００Ｗを供給してプラズマドーピングを開始した。このとき、最終的に必要な不純物導入層の厚みを１５ｎｍと設定する。
ここでは、ドーパント物質Ｂ２Ｈ６を用いその他の物質としてＨｅを用いた。Ｂ２Ｈ６を２ＳＣＣＭ導入、Ｈｅを１０ＳＣＣＭ導入する。真空度は１Ｐａであった。先ず、電源２５０から１００Ｗ供給している状態で５秒間ドーピングを実施した。
この状態で図１及び図４に示すように、測光器１３０で不純物導入層の光学定数（光吸収係数）を測定した。その結果、不純物導入層の厚みは計算機３２０で計算した結果、１２ｎｍであることが分かった。
そして、制御回路３４０では、自前に測定した測定結果に基づいて作成したデータベースに基づいて、不純物導入層の厚みを１５ｎｍとするための条件を算出する。そしてこの算出結果に基づいて制御器３５０は電源２５０からの電力の供給を１１５Ｗに増大し３秒間プラズマドーピングを実施した。
そして、不純物導入層の厚みが所定の１５ｎｍに達したのを測光器１３０を通じて確認し、電源２５０をオフにして、プラズマ３１０を消し、プロセスを終了した。
［実施例２］
図５にＫ−Ｋ（Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）アナライシスの解析方法を使って求めたサンプルＰＤ−１（バイアス電圧３０Ｖ、プロセス時間６０ｓ）とＰＤ−２（バイアス電圧６０Ｖ、プロセス時間６０ｓ）及び比較として結晶シリコン基板の吸収係数のスペクトルを示す。この場合、波長範囲４００−８００ｎｍ内、同じプラズマドーピング時間６０秒で、バイアス電源電圧を上げることによって、ＰＤ層の光吸収係数が高くなった。この結果は、例えば４００−８００ｎｍ内の波長を出すアニール方法を用いる場合はＰＤ−２の方が適していることを示している。つまり、このエリプソ測定結果はアニールの最適化にフィードバックすることが出来、上記のＫ−Ｋ（Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）アナライシスの解析方法を使ったエリプソメトリ測定の有効性を示している。
［実施例３］
次に、実施例３として、不純物導入工程におけるガスの混合方法を制御する例について説明する。
不純物導入層１１０を形成する際、例えば固体基体１００として、シリコン基板を利用すると、ドーパント物質や、その他の物質により結晶格子が乱されてアモルファス状態になる。このアモルファスの状態を所望の状態にすることが、引き続き実行する工程で重要な役割を果たす。
この例では、ドーパント物質としてＢＦ３をその他の物質として、ＨｅとＡｒを使用した。ここでは、ドーパント物質であるＢＦの量を一定にして、不純物導入層１１０の厚みを変化させる。
先ず、Ａｒを導入して、５秒間プラズマを発生させ、不純物導入層１１０の一部を形成する。測光器で測定すると不純物導入層１１０の厚みは５ｎｍであった。このドーピングされた不純物導入層１１０に対して、ＢＦ３を導入して５秒間ガス吸着させた後、電力を供給して、ＢＦ３プラズマを発生させ、３秒間ドーピングを続行する。同時にＨｅを導入して、比較的低電力である１００Ｗでも２０ｎｍの厚みになるように設定をする。所定のドーパント量になった後ＢＦ３の供給を停止する。測光器で計測をしながら、Ｈｅプラズマ照射を継続し、不純物導入層の光学的厚みが５秒後に２０ｎｍに達したことを確認して、プラズマを停止し、プロセスを終了した。
［実施例４］
次に、実施例４としてドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間との比を調整する例について説明する。ここでは、単純化して説明するために、固体基体の光学的な特性、特にドーピングの後に引き続き実施される光照射などのアニールの際に大きな光吸収係数を持つ不純物導入層１１０を形成する例について説明する。例えば、図４に示すプラズマドーピング装置を使用した際、必要なドーパント量のプラズマドーピングによって形成される不純物導入層１１０の光吸収係数がアニールに対して不十分な場合が一般的に想定される。
その際、ドーパント量には変動を与えることなく、光吸収係数のみを大きな値となるように調整し、アニールの所定の光吸収係数を設定する為にその他の第２の物質を導入するための第２のライン２９０より希ガス、例えば、Ａｒを導入し、ドーパントとは別のプラズマを形成して固体基体に照射する。一例であるが、固体基体１００に対して、Ａｒのプラズマを５秒間照射し、不純物導入層１１０を形成する。その際に光吸収係数は引き続き行うアニールに対して十分大きな値になるよう、プラズマ照射時間やその他のプラズマパラメータを調節する。その後、例えば、Ｂ２Ｈ６をＨｅで０．５％に希釈したガスをドーパント物質導用の第１のライン２８０から導入し、プラズマを発生させ、１５秒間プラズマを照射した。
先ず、Ａｒプラズマついで、ドーパントプラズマにより、複合的に形成された不純物導入層１１０の光学物性は測光器１３０を介して測定し、一連の制御系を経て所定の光学的特性、ここでは光吸収係数を得、プロセスを終了した。図６（ａ）はＡｒ照射時の光吸収係数の増加の時間的依存を定性的に表したものであるが、約５秒間で光吸収係数が５Ｅ４  ｃｍ−１より増加したことを確認してドーパントプロセスに移行した。
この方法によっても、効率よいアニールを実現することが可能となる。
［実施例５］
次に、実施例５について説明する。この例は前記実施例１乃至４と同様フィードバック制御により不純物導入層１１０の光学的特性を制御するものであるが、固体基体１００として液晶基板を使用した場合について説明する。この場合はガラスもしくは石英ガラス基板上に多結晶シリコン膜を堆積して、この多結晶シリコン膜にＴＦＴを形成するための、不純物を導入する。このようなガラス基板上に堆積した多結晶シリコン膜は薄膜であるため、不純物を導入する際に形成される不純物導入層１１０の厚みが薄膜の大半を占める場合もあり得る。
測光器１３０で測定した光学定数から光吸収係数を抽出した。液晶のデバイス形成では、ドーパント物質導入後レーザを照射し、電気的に活性化する方法がとられる。このため、このレーザ光の吸収が効率的に行われるように、不純物導入層を調整し、光吸収係数を制御する。
この例では図４に示した不純物ドーピング装置を用い、測光器１３０によって不純物導入層の光学的特性を測定し、測定結果をフィードバックしながらドーピング量を調整する。測光器１３０による測定結果に従ってドーパント物質の供給を停止し、不純物導入プロセスを終了した。
この方法によっても、効率よく活性化がなされ、ガラス基板の温度上昇も少なく、そりや歪、クラックなどの発生を抑制することができ、歩留まりが向上した。
この方法は、固体基体として他の物質、例えばシリコン基板を使用した際にも同様により良く制御することができる。
［実施例６］
次に、本発明の実施例６について説明する。
この例では、前記実施の形態１に示したように、不純物の導入された不純物導入層１１０の光学的特性を測定し、その結果に応じてアニール条件を調整し、基板温度を上昇することなく、不純物導入層の活性化をはかる。
ここでは、既に述べた方法によって作成した、不純物導入層１１０の形成された固体基体１００に特定の波長を含む電磁波を照射してアニールするもので、不純物導入層の電気的活性化に特に有効に寄与するような、電磁波のエネルギーを使用し、他の領域（固体基体）へのエネルギー供給を抑制し、固体基体１００の温度上昇を抑制する。
実施の形態１と同様に、固体基体１００表面に形成された不純物導入層１１０に、光源１２０から光を照射し、測光器１３０で光を測定する。この不純物導入層１１０の光学的特性を現したスペクトルを図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）はエリプソメトリを利用して測定したものであるが、この測定結果に基づき、続く工程であるアニール工程の主要因を決定する。
単結晶シリコン基板に、実施の形態２に示した方法に従って、プラズマドーピングを用いて、ボロンをドーピングした。
このとき形成された不純物導入層１１０を含む固体基体１００の光学的測定を同様にして行った結果、図６（ｂ）に示すように６００ｎｍ付近にピークを持つスペクトルが観測された。この場合には、６００ｎｍ付近で発光するレーザ光を用いるか、白色光光源であっても、例えば、ピークは幾分ブロードなので、５８０ｎｍから６２０ｎｍ付近の波長以外をカットするフィルターを用いて、アニールに有効な波長の光のみを不純物導入層を有する基板に照射するのが有効である。
そこでこの例では、フィルターを用いて波長制御を行う例について説明する。このアニール装置は図７に示すように、基板ホルダ５００と、白色光源５１０と白色光源からの特定波長の光５３０のみを透過させるように着脱自在に配設されたフィルタ５２０とを具備してなる。
この例では、不純物導入層１１０が形成された固体基体１００を基板ホルダー５００に設置し、白色光源もしくはフィルタを介して調整された波長の光が当該固体基体の表面に形成された不純物導入層に照射され、適切なアニールがなされる。
すなわち図６に示した波長スペクトルにピークを形成する様な特定の波長を含む光源が設置され、かつ当該基板をアニールするのに適した波長（例えば波長スペクトルのピークを含む特性）のみを透過する特性のフィルター５２０を設置する。この装置において、１００Ｗの強さの光源から、この場合は白色光源５１０を照射し、フィルター５２０によって、５８０ｎｍから６２０ｎｍの間に選別された光が照射される。この様にフィルタリングされた光５３０のエネルギーは当該基板の不純物導入層１１０で有効に吸収されて、減衰し、固体基体１００に吸収されるエネルギー量は非常に少ない。
このようにして、固体基体全体の温度は殆ど上昇することなく、不純物導入層１１０のみにエネルギーが吸収され、特定の領域に限定された不純物アニール層を形成することができる。この方法は、微細化された範囲領域に配置されるＭＯＳトランジスタなどの形成に非常に有効である。
なお、この基板ホルダー５００には、冷却機構（図示せず）を設けることができ、更に基板を冷却することも可能である。しかしながら、本発明によれば、不純物導入層１１０に有効にエネルギーが吸収されるため、あまり必要ではない。
更に、図４に示したドーピング装置で使用したものと同様の機構で光源１２０と測光器１３０を図７に示したアニール装置にも設置して不純物導入層１１０の光学的特性を測定することにより、光照射時の物性の変化が測定できる。このようにして、光照射による状態変化を計測することができる。
なお、前記実施例では、白色光源とフィルタとによって所望の波長の光を照射するようにしたが、この例では、白色光源５１０に代えて適切な波長を有する（この場合は例えば６００ｎｍ）レーザ光源５５０を利用することも可能である。
又、逆に工業的に安価に入手可能なレーザ光源の波長に合わせて、所望の光学的特性をもつように不純物導入層を設計することも可能になる。
［実施例７］
次に、本発明の実施例７として、プラズマドーピングに際し、混合物質として、窒素、酸素を混入させる方法について説明する。先ず、図４に示したドーピング装置を用いて、例えば、固体基体に対して、実施の形態２で述べた方法による不純物ドーピングにより、不純物導入層１１０を１０ｎｍ形成する。
この後、その他の物質である第２の物質を導入する第２のライン２９０より窒素もしくは窒素を含むガスを導入し、プラズマを発生させ、不純物導入層１１０の上部を約３ｎｍ窒化する。
このようにして、窒化の状況を不純物導入層１１０と窒化された層６００（図８参照）をも含む光学定数の測定によって、すなわち、図４の装置に設けた光源１２０と測光器１３０及び計算機３２０、制御回路３４０、制御器３５０を用いて、引き続き実施する光照射などのアニール時に適合する光学的特性に制御することができる。
ここで述べた光学的特性の適合とは、基本的には実施例１で述べたものと同様であるが、アニールに際して不純物導入層１１０を窒化された層６１０で被覆しておくことにより、アニール工程で使用する光の吸収性を高めることができる。また、これにより、更に、アニール時に空気中の酸素や水分が関与して発生する酸化を防止することができ、不純物導入層と１１０と窒化された層６００の総合的な光学的特性が安定するという効果も付随する。
又、第３のライン３００よりその他の第３の物質として酸素もしくは酸素を含むガスを導入して、図８（ｃ）に記したように、不純物導入層１１０の表面を酸化することが可能である。この際にも図４の装置に設けた光源１２０と測光器１３０及び計算機３２０、制御回路３４０、制御器３５０を用いて、不純物導入層１１０と酸化された層６１０の光学的特性を、引き続き行う光照射などのアニール時に用いる光の波長に適合した光学的特性となるように制御することが可能である。アニール時に酸化を防止することは困難であるが、アニール時の雰囲気を真空や不活性ガスを用いるなどの措置により、このような表面酸化層の導入も適用可能である。
ここでは不純物導入層１１０を直接窒化酸化する例を述べたが、その他の第２の物質を供給する第２のライン２９０及びその他の第３の物質を供給する第３のライン３００より、例えば、ＳｉＨ４と酸素を夫々導入するなどの方法により、シリコン酸化膜やその他の膜を所謂ＣＶＤ技術で堆積しても良い。このようにすれば、不純物導入層の物性とは全く関係のない薄膜をも堆積することが可能であり、多様な光学的特性を得ることができる。その堆積時にも上述の制御システムを動作させて制御することが肝要である。
［実施例８］
次に、アニール工程中の、不純物導入領域の光学的特性の変化に追随してアニール条件を順次変化させる方法について説明する。
ここでは図９に示すように、光源としてレーザ光源７００を使用し、この光路に波長を変化させることのできる変調フィルタ７１０を用い、測光器１３０で測定された不純物導入層１１０の状態に追随して、変調された光７２０を固体基体１００表面の不純物導入層１１０に照射する。
特に固体基体１００に接して、固体基体とは異なる状態の不純物導入層１１０を形成し、この不純物導入層の保護や光学的特性の制御の為に薄い窒化膜や酸化膜などを形成した後に、光などの電磁波を照射してアニールする際には、前記実施例で述べた様に十分な注意を払う事によって、先ず中心的な波長をもつレーザ特有の波長に合わせて、アニールに最適の不純物導入層を形成することが可能であるのはいうまでもないが更に、アニール工程において最良の結果を得るためには光照射によって変化する不純物導入層の状態に追随してアニール条件を変化させるのが望ましい。
図１０は光照射時間によって光吸収係数が変化する状態を示す。つまり、光照射前に曲線ａで表された光吸収特性が、光照射１０ｎ秒後には曲線ｂに、１００ｎ秒後には曲線ｃに変化する様子を示している。
これは、アニール時間中に光吸収の中心が次第にずれて行くことを示している。白色光を用いて行うアニールの特徴は全ての波長の光が含まれているため、この光吸収の変化に自然に対応できるが、その為に必要でない波長の光を全て照射しなければならないことになる。このため、実施例５で説明したとおり基板全体のもしくは固体基体表面近傍の温度が上昇するなどの弊害が生じることになる。
そこで、先ず、中心となる波長、この場合では６００ｎｍ付近のレーザを使用する。このアニール装置は図９に示すように、中心となる波長のレーザ光源７００を設置し、その光路に設けられた変調フィルタ７１０で波長を時間的に変化させるものである。
すなわちレーザ光７００を照射してアニールを行いながら、測定用の光源１２０から入射する光を測光器で測定し、図１０に示すように光吸収係数が変化する様子を捉えて、変調フィルター７１０を作動させて照射する（変調された）光７２０の周波数を変化させる。この結果、アニール時間帯の間常に光吸収の最適な波長の光が固体基体１００の表面に接した不純物導入層１１０に照射され、アニール効率を最大にすることができる。このことは、照射されたエネルギーが殆ど、不純物導入層以外の部分に吸収されないことを示すものであり、本発明の主たる応用分野である、半導体産業に於いては「浅い接合」を形成するために、最もエネルギー効率が高く、しかも出来上がりの接合の深さを極めて浅くできる理想的な方法ということができる。
［実施例９］
次に、本発明の実施例９について説明する。
前記実施例８は形成した不純物導入層の光学的特性に加えアニール中の光学的特性の変化にも追随して光の波長を変調する方法について説明したが、この実施例では、工業的に容易に入手できるレーザの波長にあわせてドーピング層である、不純物導入層を形成する。具体的には既に実施例７で説明したものもこの考え方に属するものである。
すなわち、既に図６を参照して説明したとおり、不純物導入層の形成によって、光吸収係数の高い波長の範囲を設定して不純物導入層を形成することができる。この方法はプラズマドーピング方法を用いる場合には実施例３で説明したように、いくつかのパラメータを変化させて、プラズマの条件を変化させ、使用するレーザの波長付近に光吸収係数が大きい不純物導入層を形成する。
この方法では、プラズマドーピング中にプラズマを発生させている途中（所謂ＩｎＳｉｔｕの状態）に常時、固体基体１００（図４参照）の表面を観測し、プラズマのパラメータを実施例４の如く変化させて最終的に所定の光学的特性（ここでは光吸収係数をとりあげた）を得ることができる。
また、一定時間、例えば５秒間固体基体１００の表面にドーピングを行い、一旦プラズマ照射を止め、光源１２０からの光を測定して、光学的特性を求め、その結果をフィードバックして、実施例３で説明したプラズマのパラメータを変化させ、更に例えば次の５秒間プラズマでドーピングを行い不純物導入層１１０を形成する。これを繰り返して、選定したレーザ光の波長に適合する様不純物導入層の光学的特性を設定することができる。
また、前記実施の形態では、不純物導入工程と、アニール工程とは別の装置で行ったが、同一の装置で行うようにしてもよい。
また、アニール工程に際し、不純物導入層の光学的特性の調整を常圧プラズマによる薄膜形成により実現することも可能である。すなわち、不純物導入層の光学的特性を測定し、アニールの進行による不純物導入層自体の光学的特性変化を補償するように、不純物導入層の物性変化に追随して、表面に薄膜形成をおこなうことにより、アニール条件に適合するように不純物導入層への光吸収性を高めることができる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００３年９月２４日出願の日本特許出願Ｎｏ．２００３−３３１３３０、
２００４年３月９日出願の日本特許出願Ｎｏ．２００４−０６５３１７、
に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】  本発明の不純物導入方法及び装置は、浅い接合の形成、超薄膜の形成など微細な半導体領域の形成を効率よくかつ基板温度を上昇させることなく形成することができ、コンデンサ、バリスタ、ダイオード、トランジスタ、コイルなどの電子素子の形成、あるいは液晶基板などの大型基板に選択的に不純物を導入するような場合にも基板温度を上昇させることなく有効である。
【図１】
2005031832.tif 000007
【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】
2005031832.tif 000014
【図９】
2005031832.tif 000015
【図１０】
2005031832.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月6日(2005.5.6)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
請求の範囲第１２項に記載不純物導入方法であって、
エリプソメトリを用いた工程が、不純物導入層の厚さと光学定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）の両方を求めるエリプソメトリ解析工程を含む不純物導入方法。
【手続補正００２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
基体表面のごく近傍に、主に不純物物質そのものからなる新たな（第２の）層１１０が形成される。
そこで、エリプソメトリを用い、図１に示すように、光源１２０を用いて固体基体１００表面に光を照射し、測光器１３０で光を測定する。
図２の分光エリプソメータの構成図を使って、不純物導入層の厚さと光吸収係数をエリプソメトリで測定する方法を説明する。
この分光エリプソメータは、図２に示すように、Ｘｅ光源２０と、この光源から出力されるＸｅ光を偏光して試料１１としての基板に照射する偏光子２１と、試料１１からの反射光を検出する検光子２２と、分光器２３と、ディテクター２４とを具備している。ここでは、Ｘｅ光源２０から出力されるＸｅ光を偏光子２１により直線偏光に変えて、基板面に垂直な方向に対して角度θ０で基板に入射せしめられる。本測定ではθ０＝７０°固定で測定したが、角度を４５°から９０度の間に変化させても測定可能である。入射光の直線偏光の軸は、ｐ方向（光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線の方向）と、ｓ方向（光軸に垂直な面内でｐ方向に垂直な方向）に対して傾いている。楕円偏光として反射される光のｐ成分とｓ成分との間の振幅反射率比をΨ、上記ｐ成分とｓ成分との間の位相差をΔとする。エリプソメトリでは、楕円偏光として反射される光を検光子２２を経た後分光器２３に入射させて、分光しながら、ディテクター２４によりΨ，Δを測定するように構成されている。
上記のΨ，Δのエリプソメトリ測定結果から、不純物導入層の厚さだけではなく光学定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）も未知のパラメータとして、最小２乗法により求める方法を説明する。不純物導入層をＰＤ層と指称し、Ａｉｒ／ＰＤ層／ｃ−Ｓｉの３層モデルを使った。光学定数は基本的に波長依存性がある為、波長を変えて測定すると、測定波長の数だけ未知のパラメータが増えることになり、求めることが出来ない。このような場合は、光学定数のスペクトルを波長に依存しない定数を含む近似式で表し、その定数を未知のパラメータとすることにより、光学定数のスペクトルも求めることができる。
屈折率波長分散モデルとしては種々の例が提案されているが、ＰＤ層の強い吸収特性を扱うために、本実施形態ではＫ−Ｋ（Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）アナライシス方法を使


【手続補正００３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
2005031832.tif 000017
ここでｆ（Ｅ）は式（２）の積分値でＣ５は積分定数となる。
このＫＫ−Ａｎａｌｙｓｉｓにおいては、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５がパラメータとなり初期値になる。Ｃ５は積分定数で屈折率を表すパラメータの一つですので、ＰＤ層の大体の屈折率を初期値にする。Ｃ１は大体の消衰係数、つまり、消衰係数スペクトルのピークの消衰係数の値が初期値になる。
一方、Ｃ２、Ｃ３は消衰係数スペクトルのピークのＥ（ｅＶ）と関係があり、Ｃ２はピークのＥ（ｅＶ）の２倍、Ｃ３はピークのＥ（ｅＶ）の２乗を大体の初期値とすることが出来る。Ｃ４は、吸収帯のエネルギーバンド幅と関係があり、初期値としては、消衰係数スペクトルのピークの裾で消衰係数が最も小さくなるＥ（ｅＶ）の値を用いることが出来る。
以上のように、ＫＫ−Ａｎａｌｙｓｉｓを用いる場合は、測定対象物質である薄膜の物性を加味して、その吸収スペクトル、つまり消衰係数スペクトルを想像して、初期値を設定することにより、解析を行うことが可能となる。
ＫＫ−Ａｎａｌｙｓｉｓモデルは、他のモデルと比較して、パラメータの設定が難しく、フィッティング計算も困難で、パラメータの設定によっては、全くフィッティングしない事もある。従って、ＫＫ−Ａｎａｌｙｓｉｓモデルは、ある程度測定解析に慣れて、モデルの特性を理解した上で使う必要がある。
上記の方法でＰＤ層の厚さと光学定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）を求めた後、光の吸収係数は以下の式（５）により算出される。
α＝４πｋ／λ                （５）
この不純物導入層１１０の光学的特性を現したスペクトルを図３に示す。
この図から明らかなように、エリプソメトリを用いた測定の結果から考えると波長３００ｎｍから６００ｎｍの間の光に対し、光吸収係数が高くなっている。
そこで、後続工程では、波長３００ｎｍから６００ｎｍの間の光を照射することにより、効率よく活性化がなされ、より小さな照射エネルギーで不純物が効率よく活性化される。




【手続補正書】
【提出日】平成18年3月20日(2006.3.20)
【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】
固体基体表面に不純物を導入する工程と、
前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と
前記測定結果に基づき、前記不純物の導入された領域の光学的特性にあわせて、アニ−ル条件を選定する工程と、
選定された前記アニ−ル条件に基づいて前記不純物の導入された領域をアニ−ルする工程とを含む不純物導入方法。
【請求項２】
請求の範囲第１項の不純物導入方法であって、
前記不純物を導入する工程が、プラズマドーピング工程を含む不純物導入方法。
【請求項３】
請求の範囲第１項の不純物導入方法工程であって、
前記不純物を導入する工程が、イオン注入工程を含む不純物導入方法。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記測定する工程は、前記アニ−ル工程に先立ち実行される不純物導入方法。
【請求項５】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、前記測定する工程は、前記アニ−ル工程と並行して実行される不純物導入方法。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、前記アニ−ル工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記アニ−ル工程の合間に実行される不純物導入方法。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記アニ−ル条件を選定する工程は、前記アニ−ル工程中の、不純物導入領域の光学的特性の変化に追随して前記アニ−ル条件を順次変化させる工程を含む不純物導入方法。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記不純物導入工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記不純物導入工程の合間に実行される不純物導入方法。
【請求項９】
固体基体表面に不純物を導入する工程と、
前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、
前記測定結果にもとづき、アニ−ル条件に合わせて光学的特性を調整する工程と、
前記不純物の導入された領域をアニールする工程とを含む不純物導入方法。
【請求項１０】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記不純物の導入された領域の光学定数をモニターしつつ、前記光学定数がプラズマドーピング工程後に実施する光照射に適合するようにプラズマドーピング条件を制御する不純物導入方法。
【請求項１１】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記不純物の導入された領域の光学定数をモニターしつつ、前記光学定数がイオン注入後に実施する光照射に適合するようにイオン注入工程を制御する不純物導入方法。
【請求項１２】
請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記測定する工程がエリプソメトリを用いた工程である不純物導入方法。
【請求項１３】
請求の範囲第１２項に記載不純物導入方法であって、
エリプソメトリを用いた工程が、不純物導入層の厚さと光学定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）の両方を求めるエリプソメトリ解析工程を含む不純物導入方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１３項に記載不純物導入方法であって、
前記エリプソメトリ解析工程は、K-K(Kramers-Kronig)アナライシス、Tauc-Lorentzアナライシス、Cody-Lorentzアナライシス、Forouhi-Bloomerアナライシス、MDFアナライシス、バンドアナライシス、４配位（Tetrahedral）アナライシス、Drudeアナライシス、Lorentzアナライシスのいずれかを用いた屈折率波長分散モデルを用いた解析工程を含む不純物導入方法。
【請求項１５】
請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記アニ−ル工程は電磁波を照射する工程である不純物導入方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１５項に記載の不純物導入方法であって、
前記アニ−ル工程は光照射工程である不純物導入方法。
【請求項１７】
請求の範囲第１６項に記載の不純物導入方法であって、
前記不純物を導入する工程は、前記不純物の導入された領域の光吸収係数が、5E4 cm-1を越えるように不純物を導入する工程である不純物導入方法。
【請求項１８】
請求の範囲第２項乃至第１７項の不純物導入方法であって、
前記プラズマドーピング工程は、プラズマに印加する電源電圧、プラズマの組成、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間の比の少なくとも１つを制御する工程を含む不純物導入方法。
【請求項１９】
請求の範囲第１８項に記載の不純物導入方法であって、
前記プラズマドーピング工程は、プラズマを形成する不純物物質と、これらに対する混合物質としての、不活性物質あるいは反応性物質の混合比を変化させることによって、前記プラズマの組成を制御し、不純物の導入された領域の光学的特性を制御する工程を含む不純物導入方法。
【請求項２０】
請求の範囲第２項乃至第１７項のいずれかに記載の不純物導入方法であって、
前記プラズマドーピング工程は、前記アニール工程において、前記不純物の導入された領域に含まれる不純物の電気的活性化を促進するとともに、前記固体基体へのエネルギー吸収を抑制し得るように、前記不純物の導入された領域の光学定数を設定する不純物導入方法。
【請求項２１】
固体基体表面に不純物を導入する不純物導入手段と、
前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する測定手段と
前記不純物の導入された領域をアニ−ルするアニ−ル手段とを具備した不純物導入装置。
【請求項２２】
請求の範囲第２１項に記載の不純物導入装置であって、
前記不純物導入手段は固体基体表面に不純物を導入するプラズマドーピング手段である不純物導入装置。
【請求項２３】
請求の範囲第２１項に記載の不純物導入装置であって、
前記不純物導入手段は固体基体表面に不純物を導入するイオン注入手段である不純物導入装置。
【請求項２４】
請求の範囲第２２項に記載の不純物導入装置であって、
前記測定手段の測定結果に基づき、前記プラズマドーピング手段を制御するドーピング制御手段を含む不純物導入装置。
【請求項２５】
請求の範囲第２３項に記載の不純物導入装置であって、
前記測定手段の測定結果に基づき、前記イオン注入手段を制御するドーピング制御手段を含む不純物導入装置。
【請求項２６】
請求の範囲第２０項から第２５項のいずれかに記載の不純物導入装置であって、
前記測定手段の測定結果に基づき、前記アニ−ル手段を調整するアニ−ル制御手段を含む不純物導入装置。
【請求項２７】
請求の範囲第２１項乃至第２６項のいずれかに記載の不純物導入装置であって、
前記測定手段の測定結果を、前記アニ−ル制御手段または不純物導入制御手段のいずれかにフィードバックするフィードバック機構を含む不純物導入装置。
【請求項２８】
請求の範囲第２７項に記載の不純物導入装置であって、
前記フィードバック機構は測定結果のフィードバックをその場（In-situ）で行う不純物導入装置。
【請求項２９】
請求の範囲第２８項に記載の不純物導入装置であって、
前記フィードバック機構は、高速に抜き取り検査を実施して、不良の場合は追加ドープ、あるいはアニール条件緩和などの追加プロセスを実行する不純物導入装置。
【請求項３０】
請求の範囲第１項乃至第２０項のいずれかに記載の不純物導入方法を用いて不純物導入して形成された電子素子。
【請求項３１】
請求の範囲第２１項乃至第２９項のいずれかに記載の不純物導入装置を用いて不純物導入して形成された電子素子。
【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】
本発明は不純物導入方法、不純物導入装置およびこれらを用いて形成した電子素子に係り、特に、半導体装置、特に電子素子を形成する際の不純物導入あるいは、液晶パネルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、浅い接合を形成する技術が求められている。従来の半導体製造技術では、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等の各種導電型の不純物を固体基体としての半導体基板表面に、低エネルギーでイオン注入を行う方法が広く用いられている。
【０００３】
このイオン注入方法を用いて、浅い接合をもつ半導体デバイスが形成されており、浅い接合を形成できるとはいうものの、イオン注入で形成できる深さには限界がある。例えば、ボロン不純物は浅く導入することが難しく、イオン注入では、導入領域の深さは基体表面から１００ｎｍ程度が限界であった。
【０００４】
そこで、近年、更に浅い接合を可能にする手法として種々のドーピング方法が提案され、その中でプラズマドーピング技術が実用化に適するものとして注目されてきている。このプラズマドーピングは、導入すべき不純物を含有した反応ガスをプラズマ励起し、上記固体基体表面にプラズマ照射して不純物を導入する技術である。そして、不純物導入後、アニ−ル工程により、導入された不純物の活性化がなされる。
【０００５】
通常、アニ−ル工程では、可視光、赤外線、紫外線などの広い波長帯域の電磁波を発することのできる光源が用いられている。しかしながら、活性化に有効な波長は、不純物の導入される固体基体自体の結晶状態によって異なり、実際は狭い領域であることが多い。不要な波長の光照射を行うことにより、基板温度が上昇し、特性劣化の原因となることがある。
【０００６】
近年、固体基体表面に導入された不純物の量を光学的測定によって測定する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法は、光学測定でラジカルの量を測るものであり、電流量を検出することによりドーピング量を測定することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２８２４２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記方法では、不純物の導入量すなわち固体基体中に導入された不純物の総量を検出する。確かに、導入された不純物の総量を測定することは重要なことであるが、シリコン基板に不純物を導入して半導体装置を形成する場合や、液晶基板にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成して液晶パネル製造を行う際、不純物の導入された領域の結晶状態、すなわちどれだけの格子欠陥が導入されているかなど、状態を検知することは、最適なプラズマドーピングと引き続き実施される光照射などのエネルギー照射による最適なアニールを実現するのに極めて重要である。
【０００９】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、基板温度の上昇を招くことなく、不純物の電気的な活性化を実現するための不純物導入技術を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は、シリコン基板への半導体装置の形成あるいは液晶パネル製造などに際し、単結晶シリコン又は多結晶シリコンに対して、不純物導入工程でできる格子欠陥の物性を光学的に測定し、続く工程に最適となるように不純物導入工程における条件を制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明では、固体基体表面に不純物を導入する工程と、前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、前記測定結果に基づき、前記不純物の導入された領域の光学的特性にあわせて、アニ−ル条件を選定する工程と、選定された前記アニ−ル条件に基づいて前記不純物の導入された領域をアニ−ルする工程とを含む。
この方法により、あらかじめ不純物の導入された領域の光学的特性を測定し、この光学的特性に応じて最適なアニールを実現することができ、高精度かつ高効率に不純物領域を形成することができる。
【００１２】
但し、不純物を導入する工程とは、単に不純物の導入のみならず、引き続き実施される光照射を中心とするアニール工程において、効率良くエネルギーが吸収されるべく、アニール工程に最適な光学的特性となるように表面状態を制御する工程を含むものとする。この光学的特性の制御は、プラズマを形成する不純物物質と、これらに対する混合物質としての、不活性物質あるいは反応性物質の混合比を変化させることによって、前記プラズマの組成を制御し、不純物の導入された領域の光学的特性を制御するものを含む。すなわち不純物物質と、窒素、希ガスなどの不活性物質、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質の供給と同時に，またはそれと逐次的に固体基体表面に供給され、アニール工程に最適な光学的特性を形成する工程を含む。本発明における「不純物導入方法」とはアニ-ル工程を含む上記一連の工程を指すものとする。
【００１３】
また本発明では、前記不純物を導入する工程が、プラズマドーピング工程を含む。
この方法によれば、浅い領域に不純物を導入することができる。
【００１４】
また本発明では、前記不純物を導入する工程が、イオン注入工程を含む。
この方法によれば、引き続き実施する光照射を中心としたアニール工程の高効率化をはかるとともに、高精度のプラズマドーピングを実現することができる。
【００１５】
また本発明では、上記不純物導入方法においては、前記測定する工程は、前記アニ−ル工程に先立ち実行される。
この方法により、アニール前に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択することができ、最適な活性化状態を得ることができる。
【００１６】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定する工程は、前記アニ−ル工程と並行して実行される。
この方法により、アニール中に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択することができ、最適な活性化状態を得ることができる。
【００１７】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記アニ−ル工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記アニ−ル工程の合間に実行される。
この方法により、アニール工程を複数回に分け、アニール中に不純物の導入された領域の状態を検知し、その上でアニール条件を選択しているため、最適な活性化状態を得ることができる。
【００１８】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記アニ−ル条件を選定する工程は、前記アニ−ル工程中の、不純物導入領域の光学的特性の変化に追随して前記アニ−ル条件を順次変化させる工程を含む。
この方法により、アニールによる不純物の導入された領域の変化を検知し、その上でアニール条件を選択しているため、より最適な活性化状態を得ることができる。
【００１９】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記不純物導入工程は複数回に分割され、前記測定する工程は、前記不純物導入工程の合間に実行される。
この方法により、不純物導入工程間で実行されるため、不純物導入工程におけるチャンバー内の状況により正確な測定ができ、高精度の不純物導入を実現することができる。また、一旦不純物導入を停止する必要があるが、この例は常圧プラズマを用いたドーピングなどにも有効である。
【００２０】
また本発明では、上記不純物導入方法において、固体基体表面に不純物を導入する工程と、前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する工程と、前記測定結果にもとづき、アニ−ル条件に合わせて光学的特性を調整する工程と、前記不純物の導入された領域をアニ−ルする工程とを含む。
この方法により、アニール条件に制約がある場合にも有効である。
【００２１】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記不純物の導入された領域の光学定数をモニターしつつ、前記光学定数がプラズマドーピング工程後に実施する光照射に適合するようにプラズマドーピング条件を制御する。
この方法によれば、より高精度の深さ及びドーズ量をもつ不純物領域を形成することができる。ここで光学定数としては、光吸収係数の他、反射率なども適用可能である。
【００２２】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定する工程がエリプソメトリを用いた工程である。
また本発明では、前記測定する工程が不純物導入層の厚さと光学定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）の両方を求めるエリプソメトリ解析工程を含む。
【００２３】
また本発明では、エリプソメトリ解析工程が、K-K(Kramers-Kronig)アナライシス、Tauc-Lorentzアナライシス、Cody-Lorentzアナライシス、Forouhi-Bloomerアナライシス、MDFアナライシス、バンドアナライシス、４配位（Tetrahedral）アナライシス、Drudeアナライシス、Lorentzアナライシスのいずれかの屈折率波長分散モデルを使った解析工程を含む。上記の屈折率波長分散モデルを用いることで、吸収特性を扱えるので特に望ましい。
【００２４】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定する工程がXPSを用いた工程であるものを含む。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記アニ−ル工程は電磁波を照射する工程である。
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記アニ−ル工程は光照射工程である。
【００２５】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記不純物を導入する工程は、前記不純物の導入された領域の光吸収係数が、5E4 cm‐1を越えるように不純物を導入する工程である。
これにより、光吸収性が高く高効率のアニール条件を選択することができる。
【００２６】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記プラズマドーピング工程は、プラズマに印加する電源電圧、プラズマの組成、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間の比の少なくとも１つを制御する工程を含む。
この方法により、効率よい制御が可能となる。ここでプラズマの組成とはドーパントとなる不純物物質とその他の物質との混合比、真空度、その他の物質間の混合比等を調整して制御される。
【００２７】
また本発明では、上記不純物導入方法において、プラズマドーピング工程は、不純物物質、これらに対する混合物質としての、不活性物質と、反応性物質との混合比を変化させることによって、不純物の導入された領域の光学的特性を制御する工程を含む。ここでは、不純物物質としての砒素、燐、ホウ素、アルミニウム、アンチモン、インジウムなどの物質、これらに対する混合物質としての、ヘリウム、アルゴン、キセノンなどの不活性物質、窒素、酸素、シラン、ジシランなどの反応性物質の混合比を変化させることによって、光学的特性を制御する。
【００２８】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記プラズマドーピング工程は、前記アニール工程において、前記不純物の導入された領域に含まれる不純物の電気的活性化を促進するとともに、前記固体基体へのエネルギー吸収を抑制し得るように、前記不純物の導入された領域の光学定数を設定する。
この方法により、基体温度を上昇させることなく選択的に効率よくアニールを実現することができる。
【００２９】
また本発明では、上記不純物導入方法において、固体基体表面に不純物を導入するプラズマドーピング手段と、前記不純物の導入された領域の光学的特性を測定する測定手段と、前記不純物の導入された領域をアニ−ルするアニ−ル手段とを具備している。
これにより、容易に表面状態の検出が可能となる。
【００３０】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定手段の測定結果に基づき、前記プラズマドーピング手段を制御するドーピング制御手段を含む。
【００３１】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定手段の測定結果に基づき、前記アニ−ル手段を調整するアニ−ル制御手段を含む。
【００３２】
また本発明では、上記不純物導入方法において、前記測定手段の測定結果を、前記アニ−ル制御手段または不純物導入制御手段のいずれかにフィードバックするフィードバック機構を含む。
【００３３】
また本発明では、前記フィードバック機構が測定結果のフィードバックをその場（In-situ）で行うものを含む。
また本発明では、前記フィードバック機構が、高速に抜き取り検査を実施して、不良の場合は追加ドープ、あるいはアニール条件緩和などの追加プロセスを実行するものを含む。
【００３４】
また本発明では、上記不純物導入方法または不純物導入装置を使用して不純物導入して電子素子が形成される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の不純物導入方法及び装置によれば、浅い接合の形成、超薄膜の形成など微細な半導体領域の形成を効率よくかつ基板温度を上昇させることなく形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施の形態における固体基体表面近傍に発生する不純物導入層の光測定を説明するための図であり、
図２は、不純物導入層の厚さと光吸収係数を求める方法を説明するために使う分光エリプソメータの構成図であり、
図３は、エリプソメトリで測定した不純物導入層の光吸収係数を示す図であり、
図４は、本発明の第２の実施の形態におけるプラズマドーピング方法を応用した本願発明に使用した装置の断面構造図であり、
図５は、サンプルPD-1（バイアス電圧30V, プロセス時間60s）とPD-２（バイアス電圧６0V, プロセス時間60s）及び比較として結晶シリコン基板の吸収係数のスペクトルを示す図であり、
図６は、本発明の実施例３の不純物導入方法における光吸収係数の  プロセス時間（a）、波長（b）への依存性を示す図であり、
図７は、本発明の実施例６の白色光源と、波長選別用のフィルターを用いたアニール装置の説明図であり、
図８は、本発明の実施例７の不純物導入層を窒化又は酸化した際の特別な効果を説明する為の固体基体の断面模式図であり、
図９は、本発明の実施例８のアニール装置の装置概念図であり、
図１０は、不純物導入層をアニールする際に時間変化に応じた波長の光を照射する例を説明するためのグラフである。
なお、図中の符号、１００は固体基体、１１０は不純物導入層、１２０は光源、１３０は測光器、２００は真空チャンバー、２１０は真空ポンプ、２３０は真空計、２４０はプラズマ源、２５０は電源、２６０は基板ホルダ、２７０は電源、２８０は第１のライン、２９０は第２のライン、２００は第３のライン、３１０はプラズマ、３２０は計算機、３４０は制御回路、３５０は制御器、５００は基板ホルダー、５１０は白色光源、５２０はフィルター、５３０は選別された光、６００は窒化した膜、６１０は酸化した膜、７００はレーザ光源、７１０は変調フィルター、７２０は変調された光である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、大別して３つの実施の形態を与える。その第１は、固体基体に導入される不純物の状態を、光学的測定によって検知する点である。これは単に、不純物そのものの光学的測定のみならず、固体基体自体の結晶状態、導入時のエネルギーによるダメージなどの固体基体の結晶状態の物理的変化、酸化層窒化層の生成など固体基体の化学的変化をも含めた"複合的な層"の状態として、光学的に測定することを意味する。第２はこの検知された不純物の状態によってアニ−ル条件を最適化する点、第３は、アニ−ル条件にあわせて、不純物の導入を制御する点である。
【００３８】
すなわち本発明の方法では、不純物の状態を把握した後、不純物の導入に対してフィードバック制御を行い、更に不純物導入の品質を向上する。また、例えば、本発明の中心的な応用分野である、半導体装置や液晶ディスプレイにおいては、固体基体に不純物導入を行った後に基体に何らかの方法でエネルギーを与え半導体中の不純物を電気的に活性化する。この工程において最良の結果を導き出す為に不純物導入中の工程を制御する。
【００３９】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、固体基体に対し、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いて不純物導入を行う方法について説明する。この固体基体に不純物導入を行う際、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギー（数１０ｅＶ以上）の粒子を用いる場合には、固体基体を形成する結晶もしくは非結晶物質を構成する格子に対する格子欠陥の形成や不純物物質自体が固体基体の物性を変化させ、固体基体１００とは異なる物性をもつ不純物の導入された領域（新たな第２の層）１１０が形成される。
【００４０】
また、熱的平衡状態を変化させる場合など、比較的導入エネルギーの小さい不純物導入工程では、不純物導入工程が固体基体の物性を変化させるのに続き固体基体表面のごく近傍に、主に不純物物質そのものからなる新たな（第２の）層１１０が形成される。
そこで、エリプソメトリを用い、図１に示すように、光源１２０を用いて固体基体１００表面に光を照射し、測光器１３０で光を測定する。
【００４１】
図２の分光エリプソメータの構成図を使って、不純物導入層の厚さと光吸収係数をエリプソメトリで測定する方法を説明する。
この分光エリプソメータは、図２に示すように、Ｘｅ光源２０と、この光源から出力されるＸｅ光を偏光して試料１１としての基板に照射する偏光子２１と、試料１１からの反射光を検出する検光子２２と、分光器２３と、ディテクタ-２４とを具備している。
【００４２】
ここでは、Ｘｅ光源２０から出力されるＸｅ光を偏光子２１により直線偏光に変えて、基板面に垂直な方向に対して角度θ0で基板に入射せしめられる。本測定ではθ0＝７０°固定で測定したが、角度を４５°から９０度の間に変化させても測定可能である。入射光の直線偏光の軸は、ｐ方向（光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線の方向）と、ｓ方向（光軸に垂直な面内でｐ方向に垂直な方向）に対して傾いている。楕円偏光として反射される光のｐ成分とｓ成分との間の振幅反射率比をΨ、上記ｐ成分とｓ成分との間の位相差をΔとする。エリプソメトリでは、楕円偏光として反射される光を検光子２２を経た後分光器２３に入射させて、分光しながら、ディテクター２４によりΨ，Δを測定するように構成されている。
【００４３】
上記のΨ，Δのエリプソメトリ測定結果から、不純物導入層の厚さだけではなく光学定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）も未知のパラメータとして、最小２乗法により求める方法を説明する。不純物導入層をPD層と指称し、Air/PD層/c-Siの3層モデルを使った。光学定数は基本的に波長依存性がある為、波長を変えて測定すると、測定波長の数だけ未知のパラメータが増えることになり、求めることが出来ない。このような場合は、光学定数のスペクトルを波長に依存しない定数を含む近似式で表し、その定数を未知のパラメータとすることにより、光学定数のスペクトルも求めることができる。
【００４４】
屈折率波長分散モデルとしては種々の例が提案されているが、PD層の強い吸収特性を扱うために、本実施形態ではK-K(Kramers-Kronig)アナライシス方法を使った。屈折率波長分散モデルとして、Tauc-Lorentzアナライシス、Cody-Lorentzアナライシス、Forouhi-Bloomerアナライシス、MDFアナライシス、バンドアナライシス、４配位（Tetrahedral）アナライシス、Drudeアナライシス、Lorentzアナライシス方法等を使用しても上記解析が可能である。
【００４５】
次にK-K(Kramers-Kronig)アナライシス方法の特徴に関して説明する。
測定波長範囲内に薄膜層の光の吸収帯が有る場合は、次のKramers-Kronigの関係式から導き出される複素屈折率の分散式(式1)を用いて、屈折率だけではなく消衰定数を求めることが出来る。
【００４６】
【数１】
2005031832.tif 000018
ここでPはコーシー積分の主値、ωは周波数である。
この関係式は消衰係数が既知であるならば、屈折率を消衰係数から推定できることを示している。測定波長範囲内に光の吸収帯がある場合、その波長領域の消衰係数スペクトルをローレンツ型の式（式２）で近似する。
【００４７】
【数２】
2005031832.tif 000019
ここでEはPhoton Energy (eV)であり、波長λ(nm)とは、次式（３）に示す関係にある。
【００４８】
【数３】
2005031832.tif 000020
式（２）から（１）のKramers-Kronigの関係式により積分することによって、屈折率の次の式（４）を導くことが出来る。
【００４９】
【数４】
2005031832.tif 000021
ここでf(E)は式（２）の積分値でC5は積分定数となる。
このKK‐Analysisにおいては、C1、C2、C3、C4、C5がパラメータとなり初期値になる。C5は積分定数で屈折率を表すパラメータの一つですので、PD層の大体の屈折率を初期値にする。C1は大体の消衰係数、つまり、消衰係数スペクトルのピークの消衰係数の値が初期値になる。
【００５０】
一方、C2、C3は消衰係数スペクトルのピークのE(eV)と関係があり、C2はピークのE(eV)の2倍、C３はピークのE(eV)の2乗を大体の初期値とすることが出来る。C4は、吸収帯のエネルギーバンド幅と関係があり、初期値としては、消衰係数スペクトルのピークの裾で消衰係数が最も小さくなるE(eV)の値を用いることが出来る。
【００５１】
以上のように、KK‐Analysisを用いる場合は、測定対象物質である薄膜の物性を加味して、その吸収スペクトル、つまり消衰係数スペクトルを想像して、初期値を設定することにより、解析を行うことが可能となる。
【００５２】
KK‐Analysisモデルは、他のモデルと比較して、パラメータの設定が難しく、フィッティング計算も困難で、パラメータの設定によっては、全くフィッティングしない事もある。従って、KK‐Analysisモデルは、ある程度測定解析に慣れて、モデルの特性を理解した上で使う必要がある。
【００５３】
上記の方法でPD層の厚さと光学定数（屈折率ｎと消衰係数ｋ）を求めた後、光の吸収係数は以下の式（５）により算出される。
α=4πk/λ                （５）
【００５４】
この不純物導入層１１０の光学的特性を現したスペクトルを図３に示す。
この図から明らかなように、エリプソメトリを用いた測定の結果から考えると波長３００ｎｍから６００ｎｍの間の光に対し、光吸収係数が高くなっている。
【００５５】
そこで、後続工程では、波長３００ｎｍから６００ｎｍの間の光を照射することにより、効率よく活性化がなされ、より小さな照射エネルギーで不純物が効率よく活性化される。
このように、本実施の形態では、不純物の導入された固体基体の表面状態を測定し、この測定結果に基づき、続く工程の主要因を決定する。
【００５６】
ところで、半導体産業や、液晶産業では、不純物を導入した後、形成された不純物導入層１１０に、電磁波を照射して電気的に活性化する。これは固体基体の主たる構成要素であるシリコンの結晶が、格子の結合エネルギーよりも十分高いエネルギーの不純物を導入する工程で破壊され、格子欠陥が導入された状態の不純物導入層（不純物の導入された領域）が存在する状態を、後続工程で電磁波を照射することによって、格子欠陥を回復し、電気的に活性な状態に変化させることを意味する。
【００５７】
このとき、不純物層の状態は、固体基体を構成する物質と不純物物質の物性の関係に依存するが、例えば、シリコンであれば、シリコンの格子位置に不純物物質が置換する形で入り込み、結晶化が促進され、電気的に活性な状態となる。
【００５８】
そこでこの様な過程を実現するために、例えば、可視光の照射にあたって、効率良く不純物の電気的活性化を図る。ここでは、不純物導入層の光吸収スペクトルを分析し、その結果に基づいて適切な波長の光を照射することが望ましい。また、表面に固体基体１００と不純物導入層１１０とが混在している場合には、固体基体自体の光吸収スペクトルを分析し、固体基体１００の光吸収係数が小さく、不純物導入層１１０の光吸収係数が大きくなるような波長帯域を選択し、この波長帯域で光照射を行うようにすれば、固体基体１００の温度上昇を抑制しつつ、不純物導入層の活性化を行うことができる。
【００５９】
前述の通り、本実施の形態では、エリプソメトリを利用した光学測定を用いているため、これによって光吸収係数を算出することができる。特にサイズの小さな微細デバイスを形成する際には固体基体中で発生する拡散現象が微細化を妨げる大きな要因になるため、特定の波長の光だけを照射するのは固体基体に無駄なエネルギーを与えないという意味で拡散を防止することができ、微細デバイス形成に有効である。特に多数回の不純物導入工程を含む場合には多数回の熱処理工程を経なければならない場合が多いが、本発明によれば、特定の波長の光のみを照射することにより、不要な拡散長の伸びを抑制することができる。
【００６０】
なお、光学的特性の測定方法としてはエリプソメトリに限定されることなくXPSなども適宜選択可能である。
【００６１】
（実施の形態２）
次に、この方法を用いて、不純物のドーピング方法として、プラズマドーピングを用いた方法について説明する。
まず、本実施の形態で用いられるプラズマドーピング装置と不純物ドーピングの制御装置について説明し、次に何種類かの制御方法を詳述する。本実施の形態で用いられるドーピング装置は、図４に示すように、固体基体１００上の不純物の導入された領域の光学的特性を測定する測定手段としての光源１２０および測光器１３０と、この測定手段によって得られた光学的特性に基づいて、ドーピング条件を制御する制御手段とを具備し、最適な表面状態を得ることができるようにドーピング条件をフィードバック制御するものである。
【００６２】
すなわちこのプラズマドーピング装置は、真空チャンバー２００と、この真空チャンバー２００内にプラズマを生起するプラズマ源２４０とを具備し、基板ホルダ２６０に載置された、被処理基体としての固体基体１００の表面にプラズマドーピングを行うものである。
【００６３】
そして、この真空チャンバー２００には、真空ポンプ２１０が接続され、真空測定の為の真空計２３０が設置されており、プラズマ源２４０には電源２５０が接続されている。また、基板ホルダー２６０には、独自の電気的ポテンシャルを印加するための、電源２７０が、前述の電源とは別途接続されている。
【００６４】
また真空チャンバー２００にはこれらのガスを導入するためのガス導入機構が設置されている。このガス導入機構は、ドーパント物質としての第１の物質を供給する第１のライン２８０、その他の物質である第２の物質を供給する第２のライン２９０（この場合はＨｅ）、その他の第３の物質を供給する第３のライン３００（この場合はＡｒ）で構成される。
【００６５】
また、制御手段は、測光器で測定した光学的特性を演算する計算機３２０と、この演算結果に基づいて制御条件を決定する制御回路３４０と、制御回路の出力に基づいてプラズマドーピング装置のドーピング条件を、フィードバック制御する制御器３５０とを具備している。
【００６６】
次にこのドーピング装置を用いたドーピング方法について説明する。
ここでは、ドーピング源としてガスを利用する場合について説明する。
まず、真空チャンバー２００に第１の物質としてのドーパント物質を供給する。ここでは、ドーパント物質とこれとは異なるその他の物質をキャリアガスとして又は特定の機能を保有する材料として導入する。本実施の形態では、ドーパント物質とは異なる性質のガス、例えば、希ガスなどで（質量が異なり）、電気的にはシリコンの中で活性にならない物質を選択した。例として、ＨｅやＡｒである。これをその他の第２の物質としてＨｅを、その他の第３の物質としてＡｒを選択した。さて、前述の第１乃至第３のライン２８０、２９０、３００で構成されるガス導入ラインからガスを導入し、真空チャンバー２００内の固体基体１００表面でプラズマ３１０を発生させる。
【００６７】
このプラズマ３１０と固体基体１００との電気的ポテンシャル差によって、プラズマ中の荷電粒子が引き寄せられて、不純物ドーピングが行われる。同時にプラズマ中の電気的中性物質はこの固体基体１００表面付近に付着もしくは吸蔵される。ここで不純物導入層１１０の状態は、下地である固体基体１００の状態および、プラズマのもつエネルギーによって決まり、付着状態であっても良いし吸蔵されていてもよい。
【００６８】
この不純物ドーピング工程によって、前記実施の形態で説明した不純物導入層１１０が固体基体１００表面に形成される。この不純物導入層の物性を測定するために、真空チャンバー２００には光源１２０と測光器１３０が配設されている。そして測光器１３０で測定した光学的特性を計算機３２０で演算し、この演算結果を制御回路３４０に送り、フィードバック情報として制御器３５０へデータを送ることによって、プラズマドーピング装置はプラズマ条件を調整し、不純物導入層の物性を制御する。
【００６９】
ここで調整されるプラズマ条件としては、プラズマに印加する電源電圧、あるいは電圧印加時間及び印加タイミング、ドーパント物質とその他の物質の混合比、真空度、その他の物質間の混合比、ドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間帯の比などであり、これらのパラメータを変化させ、不純物導入層の物性を制御する。
【００７０】
以下、本発明の実施例として、このパラメータを変化する例について順次説明する。ここでは電力、ガスの混合方法について詳述する。
＜実施例＞
実施例１
まず、実施例１として電力を変化させる方法について説明する。
プラズマの密度や基板に到達する荷電粒子（主に正に荷電したイオン）のエネルギーは、プラズマを発生させるために供給する電力と、基板ホルダーに接続した電源によって、決定されることがわかっている。ここでは、主に基板ホルダー２６０に接続した電源２７０の電力を変化させた例を述べる。
【００７１】
先ず、プラズマを発生させるための電源２５０から１０００Ｗの電力を供給する。これにより発生したプラズマ３１０を効率良く基板に到達させるために、基板ホルダー２６０に電力を供給する。先ず１００Ｗを供給してプラズマドーピングを開始した。このとき、最終的に必要な不純物導入層の厚みを１５ｎｍと設定する。
【００７２】
ここでは、ドーパント物質Ｂ2Ｈ6を用いその他の物質としてＨｅを用いた。Ｂ2Ｈ6を２SCCM導入、Ｈｅを１０SCCM導入する。真空度は１Ｐａであった。先ず、電源２５０から１００Ｗ供給している状態で５秒間ドーピングを実施した。
この状態で図１及び図４に示すように、測光器１３０で不純物導入層の光学定数（光吸収係数）を測定した。その結果、不純物導入層の厚みは計算機３２０で計算した結果、１２ｎｍであることが分かった。
【００７３】
そして、制御回路３４０では、自前に測定した測定結果に基づいて作成したデータベースに基づいて、不純物導入層の厚みを１５ｎｍとするための条件を算出する。そしてこの算出結果に基づいて制御器３５０は電源２５０からの電力の供給を１１５Ｗに増大し３秒間プラズマドーピングを実施した。
【００７４】
そして、不純物導入層の厚みが所定の１５ｎｍに達したのを測光器１３０を通じて確認し、電源２５０をオフにして、プラズマ３１０を消し、プロセスを終了した。
【００７５】
実施例２
図５にK-K(Kramers-Kronig)アナライシスの解析方法を使って求めたサンプルPD-1（バイアス電圧３０V、プロセス時間６０s）とPD-２（バイアス電圧６０V、プロセス時間６０s）及び比較として結晶シリコン基板の吸収係数のスペクトルを示す。この場合、波長範囲４００−８００nm内、同じプラズマドーピング時間６０秒で、バイアス電源電圧を上げることによって、PD層の光吸収係数が高くなった。この結果は、例えば４００−８００nm内の波長を出すアニール方法を用いる場合はPD−２の方が適していることを示している。つまり、このエリプソ測定結果はアニールの最適化にフィードバックすることが出来、上記のK-K(Kramers-  Kronig)アナライシスの解析方法を使ったエリプソメトリ測定の有効性を示している。
【００７６】
実施例３
次に、実施例３として、不純物導入工程におけるガスの混合方法を制御する例について説明する。
不純物導入層１１０を形成する際、例えば固体基体１００として、シリコン基板を利用すると、ドーパント物質や、その他の物質により結晶格子が乱されてアモルファス状態になる。このアモルファスの状態を所望の状態にすることが、引き続き実行する工程で重要な役割を果たす。
【００７７】
この例では、ドーパント物質としてＢＦ3をその他の物質として、ＨｅとＡｒを使用した。ここでは、ドーパント物質であるＢＦの量を一定にして、不純物導入層１１０の厚みを変化させる。
先ず、Ａｒを導入して、５秒間プラズマを発生させ、不純物導入層１１０の一部を形成する。測光器で測定すると不純物導入層１１０の厚みは５ｎｍであった。このドーピングされた不純物導入層１１０に対して、ＢＦ3を導入して５秒間ガス吸着させた後、電力を供給して、ＢＦ3プラズマを発生させ、３秒間ドーピングを続行する。同時にＨｅを導入して、比較的低電力である１００Ｗでも２０ｎｍの厚みになるように設定をする。所定のドーパント量になった後ＢＦ3の供給を停止する。測光器で計測をしながら、Ｈｅプラズマ照射を継続し、不純物導入層の光学的厚みが５秒後に２０ｎｍに達したことを確認して、プラズマを停止し、プロセスを終了した。
【００７８】
実施例４
次に、実施例４としてドーパント物質を含むプラズマ照射の時間とドーパント物質を含まないプラズマ照射の時間との比を調整する例について説明する。ここでは、単純化して説明するために、固体基体の光学的な特性、特にドーピングの後に引き続き実施される光照射などのアニールの際に大きな光吸収係数を持つ不純物導入層１１０を形成する例について説明する。例えば、図４に示すプラズマドーピング装置を使用した際、必要なドーパント量のプラズマドーピングによって形成される不純物導入層１１０の光吸収係数がアニールに対して不十分な場合が一般的に想定される。
【００７９】
その際、ドーパント量には変動を与えることなく、光吸収係数のみを大きな値となるように調整し、アニールの所定の光吸収係数を設定する為にその他の第２の物質を導入するための第２のライン２９０より希ガス、例えば、Ａｒを導入し、ドーパントとは別のプラズマを形成して固体基体に照射する。一例であるが、固体基体１００に対して、Ａｒのプラズマを５秒間照射し、不純物導入層１１０を形成する。その際に光吸収係数は引き続き行うアニールに対して十分大きな値になるよう、プラズマ照射時間やその他のプラズマパラメータを調節する。その後、例えば、Ｂ2Ｈ6をＨｅで０．５％に希釈したガスをドーパント物質導用の第１のライン２８０から導入し、プラズマを発生させ、１５秒間プラズマを照射した。
【００８０】
先ず、Ａｒプラズマついで、ドーパントプラズマにより、複合的に形成された不純物導入層１１０の光学物性は測光器１３０を介して測定し、一連の制御系を経て所定の光学的特性、ここでは光吸収係数を得、プロセスを終了した。図６（ａ）はＡｒ照射時の光吸収係数の増加の時間的依存を定性的に表したものであるが、約５秒間で光吸収係数が5E4 ｃｍ-1より増加したことを確認してドーパントプロセスに移行した。
この方法によっても、効率よいアニ−ルを実現することが可能となる。
【００８１】
実施例５
次に、実施例５について説明する。この例は前記実施例１乃至４と同様フィードバック制御により不純物導入層１１０の光学的特性を制御するものであるが、固体基体１００として液晶基板を使用した場合について説明する。この場合はガラスもしくは石英ガラス基板上に多結晶シリコン膜を堆積して、この多結晶シリコン膜にＴＦＴを形成するための、不純物を導入する。このようなガラス基板上に堆積した多結晶シリコン膜は薄膜であるため、不純物を導入する際に形成される不純物導入層１１０の厚みが薄膜の大半を占める場合もあり得る。
【００８２】
測光器１３０で測定した光学定数から光吸収係数を抽出した。液晶のデバイス形成では、ドーパント物質導入後レーザを照射し、電気的に活性化する方法がとられる。このため、このレーザ光の吸収が効率的に行われるように、不純物導入層を調整し、光吸収係数を制御する。
【００８３】
この例では図４に示した不純物ドーピング装置を用い、測光器１３０によって不純物導入層の光学的特性を測定し、測定結果をフィードバックしながらドーピング量を調整する。測光器１３０による測定結果に従ってドーパント物質の供給を停止し、不純物導入プロセスを終了した。
【００８４】
この方法によっても、効率よく活性化がなされ、ガラス基板の温度上昇も少なく、そりや歪、クラックなどの発生を抑制することができ、歩留まりが向上した。
この方法は、固体基体として他の物質、例えばシリコン基板を使用した際にも同様により良く制御することができる。
【００８５】
実施例６
次に、本発明の実施例６について説明する。
この例では、前記実施の形態１に示したように、不純物の導入された不純物導入層１１０の光学的特性を測定し、その結果に応じてアニ−ル条件を調整し、基板温度を上昇することなく、不純物導入層の活性化をはかる。
【００８６】
ここでは、既に述べた方法によって作成した、不純物導入層１１０の形成された固体基体１００に特定の波長を含む電磁波を照射してアニールするもので、不純物導入層の電気的活性化に特に有効に寄与するような、電磁波のエネルギーを使用し、他の領域（固体基体）へのエネルギー供給を抑制し、固体基体１００の温度上昇を抑制する。
【００８７】
実施の形態１と同様に、固体基体１００表面に形成された不純物導入層１１０に、光源１２０から光を照射し、測光器１３０で光を測定する。この不純物導入層１１０の光学的特性を現したスペクトルを図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）はエリプソメトリを利用して測定したものであるが、この測定結果に基づき、続く工程であるアニール工程の主要因を決定する。
【００８８】
単結晶シリコン基板に、実施の形態２に示した方法に従って、プラズマドーピングを用いて、ボロンをドーピングした。
このとき形成された不純物導入層１１０を含む固体基体１００の光学的測定を同様にして行った結果、図６（ｂ）に示すように６００ｎｍ付近にピークを持つスペクトルが観測された。この場合には、６００ｎｍ付近で発光するレーザ光を用いるか、白色光光源であっても、例えば、ピークは幾分ブロードなので、５８０ｎｍから６２０nm付近の波長以外をカットするフィルターを用いて、アニールに有効な波長の光のみを不純物導入層を有する基板に照射するのが有効である。
【００８９】
そこでこの例では、フィルターを用いて波長制御を行う例について説明する。このアニ−ル装置は図７に示すように、基板ホルダ５００と、白色光源５１０と白色光源からの特定波長の光５３０のみを透過させるように着脱自在に配設されたフィルタ５２０とを具備してなる。
【００９０】
この例では、不純物導入層１１０が形成された固体基体１００を基板ホルダー５００に設置し、白色光源もしくはフィルタを介して調整された波長の光が当該固体基体の表面に形成された不純物導入層に照射され、適切なアニールがなされる。
【００９１】
すなわち図６に示した波長スペクトルにピークを形成する様な特定の波長を含む光源が設置され、かつ当該基板をアニールするのに適した波長（例えば波長スペクトルのピークを含む特性）のみを透過する特性のフィルター５２０を設置する。この装置において、１００Wの強さの光源から、この場合は白色光源５１０を照射し、フィルター５２０によって、５８０nmから６２０ｎｍの間に選別された光が照射される。この様にフィルタリングされた光５３０のエネルギーは当該基板の不純物導入層１１０で有効に吸収されて、減衰し、固体基体１００に吸収されるエネルギー量は非常に少ない。
【００９２】
このようにして、固体基体全体の温度は殆ど上昇することなく、不純物導入層１１０のみにエネルギーが吸収され、特定の領域に限定された不純物アニール層を形成することができる。この方法は、微細化された範囲領域に配置されるMOSトランジスタなどの形成に非常に有効である。
【００９３】
なお、この基板ホルダー５００には、冷却機構（図示せず）を設けることができ、更に基板を冷却することも可能である。しかしながら、本発明によれば、不純物導入層１１０に有効にエネルギーが吸収されるため、あまり必要ではない。
【００９４】
更に、図４に示したドーピング装置で使用したものと同様の機構で光源１２０と測光器１３０を図７に示したアニ−ル装置にも設置して不純物導入層１１０の光学的特性を測定することにより、光照射時の物性の変化が測定できる。このようにして、光照射による状態変化を計測することができる。
【００９５】
なお、前記実施例では、白色光源とフィルタとによって所望の波長の光を照射するようにしたが、この例では、白色光源５１０に代えて適切な波長を有する（この場合は例えば６００ｎｍ）レーザ光源５５０を利用することも可能である。
【００９６】
又、逆に工業的に安価に入手可能なレーザ光源の波長に合わせて、所望の光学的特性をもつように不純物導入層を設計することも可能になる。
【００９７】
実施例７
次に、本発明の実施例７として、プラズマドーピングに際し、混合物質として、窒素、酸素を混入させる方法について説明する。先ず、図４に示したドーピング装置を用いて、例えば、固体基体に対して、実施の形態２で述べた方法による不純物ドーピングにより、不純物導入層１１０を１０ｎｍ形成する。
【００９８】
この後、その他の物質である第２の物質を導入する第２のライン２９０より窒素もしくは窒素を含むガスを導入し、プラズマを発生させ、不純物導入層１１０の上部を約３ｎｍ窒化する。
このようにして、窒化の状況を不純物導入層１１０と窒化された層６００（図８参照）をも含む光学定数の測定によって、すなわち、図４の装置に設けた光源１２０と測光器１３０及び計算機３２０、制御回路３４０、制御器３５０を用いて、引き続き実施する光照射などのアニール時に適合する光学的特性に制御することができる。
【００９９】
ここで述べた光学的特性の適合とは、基本的には実施例１で述べたものと同様であるが、アニールに際して不純物導入層１１０を窒化された層６１０で被覆しておくことにより、アニール工程で使用する光の吸収性を高めることができる。また、これにより、更に、アニール時に空気中の酸素や水分が関与して発生する酸化を防止することができ、不純物導入層と１１０と窒化された層６００の総合的な光学的特性が安定するという効果も付随する。
【０１００】
又、第３のライン３００よりその他の第３の物質として酸素もしくは酸素を含むガスを導入して、図８（ｃ）に記したように、不純物導入層１１０の表面を酸化することが可能である。この際にも図４の装置に設けた光源１２０と測光器１３０及び計算機３２０、制御回路３４０、制御器３５０を用いて、不純物導入層１１０と酸化された層６１０の光学的特性を、引き続き行う光照射などのアニール時に用いる光の波長に適合した光学的特性となるように制御することが可能である。アニール時に酸化を防止することは困難であるが、アニール時の雰囲気を真空や不活性ガスを用いるなどの措置により、このような表面酸化層の導入も適用可能である。
【０１０１】
ここでは不純物導入層１１０を直接窒化酸化する例を述べたが、その他の第２の物質を供給する第２のライン２９０及びその他の第３の物質を供給する第３のライン３００より、例えば、ＳｉＨ4と酸素を夫々導入するなどの方法により、シリコン酸化膜やその他の膜を所謂CVD技術で堆積しても良い。このようにすれば、不純物導入層の物性とは全く関係のない薄膜をも堆積することが可能であり、多様な光学的特性を得ることができる。その堆積時にも上述の制御システムを動作させて制御することが肝要である。
【０１０２】
実施例８
次に、アニ−ル工程中の、不純物導入領域の光学的特性の変化に追随してアニ−ル条件を順次変化させる方法について説明する。
ここでは図９に示すように、光源としてレーザ光源７００を使用し、この光路に波長を変化させることのできる変調フィルタ７１０を用い、測光器１３０で測定された不純物導入層１１０の状態に追随して、変調された光７２０を固体基体１００表面の不純物導入層１１０に照射する。
【０１０３】
特に固体基体１００に接して、固体基体とは異なる状態の不純物導入層１１０を形成し、この不純物導入層の保護や光学的特性の制御の為に薄い窒化膜や酸化膜などを形成した後に、光などの電磁波を照射してアニールする際には、前記実施例で述べた様に十分な注意を払う事によって、先ず中心的な波長をもつレーザ特有の波長に合わせて、アニールに最適の不純物導入層を形成することが可能であるのはいうまでもないが更に、アニール工程において最良の結果を得るためには光照射によって変化する不純物導入層の状態に追随してアニ−ル条件を変化させるのが望ましい。
【０１０４】
図１０は光照射時間によって光吸収係数が変化する状態を示す。つまり、光照射前に曲線ａで表された光吸収特性が、光照射１０n秒後には曲線ｂに、１００n秒後には曲線ｃに変化する様子を示している。
【０１０５】
これは、アニール時間中に光吸収の中心が次第にずれて行くことを示している。白色光を用いて行うアニールの特徴は全ての波長の光が含まれているため、この光吸収の変化に自然に対応できるが、その為に必要でない波長の光を全て照射しなければならないことになる。このため、実施例５で説明したとおり基板全体のもしくは固体基体表面近傍の温度が上昇するなどの弊害が生じることになる。
【０１０６】
そこで、先ず、中心となる波長、この場合では６００ｎｍ付近のレーザを使用する。このアニール装置は図９に示すように、中心となる波長のレーザ光源７００を設置し、その光路に設けられた変調フィルタ７１０で波長を時間的に変化させるものである。
【０１０７】
すなわちレーザ光７００を照射してアニ−ルを行いながら、測定用の光源１２０から入射する光を測光器で測定し、図１０に示すように光吸収係数が変化する様子を捉えて、変調フィルター７１０を作動させて照射する（変調された）光７２０の周波数を変化させる。この結果、アニール時間帯の間常に光吸収の最適な波長の光が固体基体１００の表面に接した不純物導入層１１０に照射され、アニール効率を最大にすることができる。このことは、照射されたエネルギーが殆ど、不純物導入層以外の部分に吸収されないことを示すものであり、本発明の主たる応用分野である、半導体産業に於いては「浅い接合」を形成するために、最もエネルギー効率が高く、しかも出来上がりの接合の深さを極めて浅くできる理想的な方法ということができる。
【０１０８】
実施例９
次に、本発明の実施例９について説明する。
前記実施例８は形成した不純物導入層の光学的特性に加えアニール中の光学的特性の変化にも追随して光の波長を変調する方法について説明したが、この実施例では、工業的に容易に入手できるレーザの波長にあわせてドーピング層である、不純物導入層を形成する。具体的には既に実施例７で説明したものもこの考え方に属するものである。
【０１０９】
すなわち、既に図６を参照して説明したとおり、不純物導入層の形成によって、光吸収係数の高い波長の範囲を設定して不純物導入層を形成することができる。この方法はプラズマドーピング方法を用いる場合には実施例３で説明したように、いくつかのパラメータを変化させて、プラズマの条件を変化させ、使用するレーザの波長付近に光吸収係数が大きい不純物導入層を形成する。
【０１１０】
この方法では、プラズマドーピング中にプラズマを発生させている途中（所謂InSituの状態）に常時、固体基体１００（図４参照）の表面を観測し、プラズマのパラメータを実施例４の如く変化させて最終的に所定の光学的特性（ここでは光吸収係数をとりあげた）を得ることができる。
また、一定時間、例えば5秒間固体基体１００の表面にドーピングを行い、一旦プラズマ照射を止め、光源１２０からの光を測定して、光学的特性を求め、その結果をフィードバックして、実施例３で説明したプラズマのパラメータを変化させ、更に例えば次の5秒間プラズマでドーピングを行い不純物導入層１１０を形成する。これを繰り返して、選定したレーザ光の波長に適合する様不純物導入層の光学的特性を設定することができる。
【０１１１】
また、前記実施の形態では、不純物導入工程と、アニール工程とは別の装置で行ったが、同一の装置で行うようにしてもよい。
また、アニール工程に際し、不純物導入層の光学的特性の調整を常圧プラズマによる薄膜形成により実現することも可能である。すなわち、不純物導入層の光学的特性を測定し、アニールの進行による不純物導入層自体の光学的特性変化を補償するように、不純物導入層の物性変化に追随して、表面に薄膜形成をおこなうことにより、アニール条件に適合するように不純物導入層への光吸収性を高めることができる。
【０１１２】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2003年9月24日出願の日本特許出願Ｎｏ．2003-331330、2004年
3月9日出願の日本特許出願Ｎｏ．2004-065317、に基づくものであり、その
内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明の不純物導入方法及び装置は、浅い接合の形成、超薄膜の形成など微細な半導体領域の形成を効率よくかつ基板温度を上昇させることなく形成することができ、コンデンサ、バリスタ、ダイオード、トランジスタ、コイルなどの電子素子の形成、あるいは液晶基板などの大型基板に選択的に不純物を導入するような場合にも基板温度を上昇させることなく有効である。
【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】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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