(57)【要約】 【課題】本実施形態は、不純物の濃度が揺らぐことを抑えることができる半導体装置の製造方法及びそれに用いられる半導体製造装置を提供する。【解決手段】本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体層上に、導電型不純物を含有する有機化合物からなる単分子層を形成し、半導体層にバイアス電圧を印加して、プラズマ化した不活性ガスのイオンを単分子層に対して入射させることにより、単分子層に含まれる導電型不純物がイオンによりノックオンされて、導電型不純物が注入された不純物層を半導体層中に形成する。この製造方法においては、この有機化合物中の、導電型不純物を取り囲むように導電型不純物と結合する官能基の大きさを変化させることにより、不純物層中の導電型不純物の濃度を制御する。【選択図】図８
2013175587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層上に、導電型不純物を含有する有機化合物からなる単分子層を形成し、
前記半導体層にバイアス電圧を印加して、プラズマ化した不活性ガスのイオンを前記単分子層に対して入射させることにより、前記単分子層に含まれる前記導電型不純物が前記イオンによりノックオンされて、前記導電型不純物が注入された不純物層を前記半導体層中に形成する、
ことを備え、
前記有機化合物において、前記導電型不純物を取り囲むように前記導電型不純物と結合する官能基の大きさを変化させることにより、前記不純物層中の前記導電型不純物の濃度を制御する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体層上に、導電型不純物を含有する有機化合物からなる有機化合物層を形成し、
前記半導体層にバイアス電圧を印加して、プラズマ化した不活性ガスのイオンを前記有機化合物層に対して入射させることにより、前記有機化合物層に含まれる前記導電型不純物が前記イオンによりノックオンされて、前記導電型不純物が注入された不純物層を前記半導体層中に形成する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体層上に、導電型不純物を含有する有機化合物からなる有機化合物層を形成し、
前記有機化合物層に対してイオン注入を行うことにより、前記有機化合物層に含まれる前記導電型不純物がノックオンされて、前記導電型不純物が注入された不純物層を前記半導体層中に形成する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記有機化合物において、前記導電型不純物を取り囲むように前記導電型不純物と結合する官能基の大きさを変化させることにより、前記不純物層中の前記導電型不純物の間隔を制御する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記有機化合物層は、単分子層であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
導電型不純物を含有する有機化合物を供給する第１の供給部と、
不活性ガスを供給する第２の供給部と、
前記不活性ガスをプラズマ化するための一対の電極と、
半導体基板を保持するステージと、を備え、
前記ステージは、前記半導体基板にバイアス電圧を印加する電圧印加部を備える、
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】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法及びそれに用いられる半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
しきい値電圧を制御するために、トランジスタ（半導体装置）のチャネル領域には低濃度の不純物が注入されている。しかし、トランジスタの微細化が進み、ゲート長が短くなるにつれてチャネル領域が狭くなるため、同程度の不純物濃度となるようにトランジスタのチャネル領域に不純物を注入した場合には、極端な場合、チャネル領域にしきい値制御用の不純物が１個も存在しないという状況も有り得る。
【０００３】
従来用いられているイオン注入技術においては、不純物濃度が揺らぐことを抑えることが難しいが、ゲート長が十分に長い場合は、不純物濃度が平均化されるために、不純物濃度が揺らいでいてもトランジスタのしきい値電圧に対しての影響は少ない。しかしながら、ゲート長が短くなっていくと、不純物濃度の揺らぎによりトランジスタのしきい値電圧は大きく変化することとなり、所望のしきい値電圧を有するトランジスタを安定的に量産することが難しくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、上記のような問題を解決する手段として、シングルイオン注入という技術が提案されている。この技術は、不純物イオンを１個ずつ狙った位置に注入する技術で、この技術を用いることにより、狭い領域に等間隔に不純物を注入することができる。
【０００５】
しかし、不純物イオンを１個ずつ注入するシングルイオン注入では、スループットが悪く、トランジスタの製造コストを大幅に増加させることにつながるため、このシングルイオン注入を実際の量産で用いることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２３９１７号公報
【特許文献２】特開２００４−２２６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、不純物の濃度が揺らぐことを抑えることができる半導体装置の製造方法及びそれに用いられる半導体製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、半導体層上に、導電型不純物を含有する有機化合物からなる単分子層を形成し、前記半導体層にバイアス電圧を印加して、プラズマ化した不活性ガスのイオンを前記単分子層に対して入射させることにより、前記単分子層に含まれる前記導電型不純物が前記イオンによりノックオンされて、前記導電型不純物が注入された不純物層を前記半導体層中に形成する。この製造方法においては、前記有機化合物中の、前記導電型不純物を取り囲むように前記導電型不純物と結合する官能基の大きさを変化させることにより、前記不純物層中の前記導電型不純物の濃度を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１及び第２の実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図２】図２は、第１及び第２の実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図３】図３は、第１及び第２の実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図４】図４は、第１及び第２の実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図（その４）である。
【図５】図５は、第１及び第２の実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図（その５）である。
【図６】図６は、第１及び第２の実施形態の半導体装置の製造方法で用いられる有機化合物について説明するための図である。
【図７】図７は、第１及び第２の実施形態を説明するための図（その１）である。
【図８】図８は、第１及び第２の実施形態を説明するための図（その２）である。
【図９】図９は、第２の実施形態で用いられる製造装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。なお、全図面にわたり共通する部分には、共通する符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、図面は、実施形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置とは異なる個所もあるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１１】
（第１の実施形態）
本実施形態の半導体装置の製造方法を図１から図５を用いて説明する。図１から図５は、本実施形態の半導体装置の製造工程における半導体装置の断面図を示すものである。以下、詳細には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）トランジスタのチャネル領域への導電型不純物（ドーパント）の注入を例に説明するが、本発明は、このような半導体装置や製造方法等に限定されるものではない。
【００１２】
まず、図１（ａ）に示すように、素子分離領域１０２が形成されたシリコン基板（半導体層）１０１の上面の一部をレジスト膜１０３で覆い、Ｂ（ホウ素）等をビームラインによりイオン注入する。これにより、シリコン基板１０１中にＰ型のＷｅｌｌ拡散層１０５が形成される。
【００１３】
そして、図１（ｂ）に示すように、レジスト膜１０３で覆ったまま、シリコン基板１０１の上面全体に、ピリジントリフェニルボランからなる有機化合物層１０６を形成する。詳細には、この有機化合物層１０６は、複数のピリジントリフェニルボラン分子が重なることなく、シリコン基板１０１の上面に整列した単分子層１０６であることが好ましい。しかしながら、本実施形態においては、有機化合物層１０６は、ピリジントリフェニルボラン分子が重なることのない単分子層に限定するものではなく、２個、３個とピリジントリフェニルボラン分子が重なった有機化合物層であってもよい。なお、以下の説明においては、有機化合物層１０６は単分子層１０６であるとして説明する。
【００１４】
このピリジントリフェニルボランの単分子層１０６は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、ピリジントリフェニルボランを溶解することができる有機溶媒にピリジントリフェニルボランを溶解させる。次に、ベーパライザーを用いて、溶解させた有機溶媒にＡｒやＨｅ等のキャリアガスを混ぜて、ピリジントリフェニルボランをガス状にする。そして、ガス状のピリジントリフェニルボランをシリコン基板１０１の上面に吹き付けることにより、単分子層１０６を形成する。
【００１５】
また、ピリジントリフェニルボランは、シリコン基板１０１に注入する導電型不純物（ドーパント）となるＢ（ホウ素）原子を含む有機化合物であり、図６（ａ）に示されるような分子構造を有する。単分子層１０６を形成する有機化合物は、Ｂ原子、Ｇａ（ガリウム）原子、Ｉｎ（インジウム）原子等のＰ型の導電型不純物を含む有機化合物であれば限定するものではないが、このような導電型不純物を所望の間隔でシリコン基板１０１に注入しようとする場合、その間隔にあわせて有機化合物を適宜選択することが好ましい。この詳細については後で説明する。
【００１６】
次に、図２（ｃ）に示すように、Ｈ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の不活性ガスイオンをビームライン法によりイオン注入する。このように不活性ガスイオンを単分子層１０６に入射させることにより、ピリジントリフェニルボランの単分子層１０６中に存在するＢ原子が、入射した不活性ガスイオンによりはじき出されて（ノックオンされて）、Ｐ型のＷｅｌｌ拡散層１０５の領域の上層部に注入される。これにより、Ｐ型のチャネル拡散層（不純物層）１０８が形成される。この後、レジスト膜１０３を除去することにより、図２（ｄ）に示すような構造を得ることができる。なお、このＰ型のチャネル拡散層１０８に対する導電型不純物（Ｂ原子）の注入深さについては、不活性ガスイオンの加速エネルギーとイオン注入を行う時間（ノックオン時間）とで制御することができる。
【００１７】
なお、Ｂ原子と一緒に、ピリジントリフェニルボランの単分子層１０６中のＣ（炭素）原子やＨ（水素）原子やＮ（窒素）原子等もノックオンされ、Ｐ型のチャネル拡散層１０８に注入される。この後に行うアニール工程において、このＣ原子やＮ原子は、Ｐ型のチャネル拡散層１０８に注入されたＢ原子が拡散しないようにするための拡散防止用不純物として働くことができる。さらに、本実施形態の変形例として、Ｂ原子とともに、Ｆ（フッ素）原子が含まれる有機化合物を単分子層１０６の材料として用いることにより、Ｆ原子もＰ型のチャネル拡散層１０８に注入することができる。このＦ原子は、Ｃ原子やＮ原子と同様に、Ｐ型のチャネル拡散層１０８に注入されたＢ原子が拡散しないようにするための拡散防止用不純物として働くことができる。また、Ｈ原子に関しては、ピリジントリフェニルボランといった有機化合物であれば、たとえＨ原子がチャネル拡散層１０８に注入されても、ＣＭＯＳトランジスタ（半導体装置）の特性を劣化させるようなＨ原子の量でないが、ＣＭＯＳトランジスタの特性を劣化させることを避けるために、劣化させることのない量のＨ原子を含む有機化合物を選択することが好ましい。
【００１８】
次に、上記と同様に、図３（ｅ）に示すように、素子分離領域１０２が形成されたシリコン基板１０１の上面の他の部分をレジスト膜１０９で覆い、Ａｓ（ヒ素）やＰ（リン）等をビームラインによりイオン注入を行う。これにより、シリコン基板１０１中に、Ｎ型のＷｅｌｌ拡散層１１１が形成される。
【００１９】
そして、図３（ｆ）に示すように、レジスト膜１０９で覆ったまま、シリコン基板１０１の上面全体に、エチリデントリフェニルホスファンからなる有機化合物層１１２を形成する。詳細には、この有機化合物層１１２は、複数のエチリデントリフェニルホスファン分子が重なることなく、シリコン基板１０１の上面に整列した単分子層１１２であることが好ましい。しかしながら、本実施形態においては、エチリデントリフェニルホスファン分子が重なることのない単分子層に限定するものではなく、２個、３個とエチリデントリフェニルホスファン分子が重なった有機化合物層であってもよい。以下の説明においては、有機化合物層１１２は単分子層１１２であるとして説明する。
【００２０】
このエチリデントリフェニルホスファンの単分子層１１２は、先の説明と同様に、エチリデントリフェニルホスファンを有機溶媒に溶解させ、ベーパライザーを用いて、エチリデントリフェニルホスファンをガス状にし、シリコン基板１０１の上面に吹き付けることにより、形成することができる。
【００２１】
また、エチリデントリフェニルホスファンは、シリコン基板１０１に注入する導電型不純物（ドーパント）としてＰ（リン）原子を含む有機化合物であり、図６（ｂ）に示されるような分子構造を有する。単分子層１１２を形成する有機化合物は、Ｐ原子、Ａｓ（ヒ素）原子、Ｓｂ（アンチモン）原子等のＮ型の導電型不純物を含む有機化合物であれば限定するものではないが、このような導電型不純物を所望の間隔でシリコン基板１０１に注入しようとする場合、その間隔にあわせて有機化合物を適宜選択することが好ましい。この詳細については後で説明する。
【００２２】
次に、図４（ｇ）に示すように、Ｈ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の不活性ガスイオンをビームライン法によりイオン注入する。このように不活性ガスイオンを単分子層１１２に入射させることにより、エチリデントリフェニルホスファンの単分子層１１２中に存在するＰ原子が、入射した不活性ガスイオンによりノックオンされて、Ｎ型のＷｅｌｌ領域１１１の領域の上層部に注入される。これにより、Ｎ型のチャネル拡散層（不純物層）１１４が形成される。なお、このＮ型のチャネル拡散層１１４に対する導電型不純物（Ｐ原子）の注入深さについては、不活性ガスイオンの加速エネルギーとイオン注入を行う時間（ノックオン時間）とで制御することができる。
【００２３】
なお、先の説明と同様に、Ｐ原子と一緒に、エチリデントリフェニルホスファンの単分子層１１２中のＣ原子やＨ原子もノックオンされ、Ｎ型のチャネル拡散層１１４に注入されるが、この後に行うアニール工程において、このＣ原子は、Ｎ型のチャネル拡散層１１４に注入されたＰ原子が拡散しないようにするための拡散防止用不純物として働くことができる。さらに、先の説明と同様に、本実施形態の変形例として、Ｐ原子とともに、Ｆ原子が含まれる有機化合物を単分子層１１２の材料として用いても良い。また、Ｈ原子に関しては、エチリデントリフェニルホスファンといった有機化合物であれば、たとえＮ型のチャネル拡散層１１４に注入されても、ＣＭＯＳトランジスタの特性を劣化させるようなＨ原子の量ではないが、ＣＭＯＳトランジスタの特性を劣化させることを避けるために、劣化させることのない量のＨ原子を含む有機化合物を選択することが好ましい。
【００２４】
この後、レジスト膜１０９を除去し、不純物を活性化するためのアニールを行うことにより、図４（ｈ）に示すような構造を得ることができる。
【００２５】
この後、周知の方法を用いて、ゲート絶縁膜１１５、ゲート電極１１６、Ｎ型のＥｘｔｅｎｓｉｏｎ拡散層１１７、Ｐ型のＥｘｔｅｎｓｉｏｎ拡散層１１８、側壁絶縁膜１１９、Ｎ型のソース・ドレイン拡散層１２０、Ｐ型のソース・ドレイン拡散層１２１を形成し、図５（ｉ）に示すようなＣＭＯＳトランジスタ（半導体装置）１を得ることができる。
【００２６】
なお、本実施形態においては、シリコン基板１０１は、有機化合物からなる単分子層１０６、１１２を劣化させないような基板温度にすることが好ましく、例えば−３０℃から１００℃程度である。
【００２７】
本実施形態においては、導電型不純物を含む有機化合物の単分子層をシリコン基板上に形成し、次いで、不活性ガスイオンを入射させることにより、有機化合物の単分子層に含まれた導電型不純物が入射した不活性ガスイオンによりノックオンされ、その導電型不純物がほぼ等間隔にシリコン基板に注入される。すなわち、精度よく、所望の濃度に導電型不純物を注入することができる。従って、低濃度の導電型不純物（例えば１Ｅ１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）であっても、所望の注入深さで精度良くシリコン基板に注入することができることから、導電型不純物の濃度が揺らぐことを抑えることができる。例えばゲート長が２０ｎｍ以下の微細なＣＭＯＳトランジスタであっても、精度良くそのチャネル領域に導電型不純物を注入することができることから、しきい値電圧のバラツキが小さい、良好なＣＭＯＳトランジスタを形成することができる。
【００２８】
以下、本実施形態において、単分子層に含まれたＢ、Ｐ、Ａｓ等の導電型不純物がシリコン基板にほぼ等間隔に注入することができるメカニズムを、図６から図８を用いて説明する。
【００２９】
まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板３０１上に、Ｂ、Ｐ、Ａｓ等の導電型不純物３０４を含有する有機化合物の単分子層３０２を形成する。本実施形態においては、有機化合物として、図６（ａ）に示されるピリジントリフェニルボランと、図６（ｂ）に示されるエチリデントリフェニルホスファンとを用いている。例えばピリジントリフェニルボランを用いた場合、ピリジントリフェニルボラン分子が並ぶことにより形成された単分子層３０２中においては、Ｂ原子３０４と、Ｂ原子３０４を取り囲むようにＢ原子３０４と結合するフェニル基やピリジンとが交互に並ぶこととなるため、Ｂ原子３０４とＢ原子３０４との間の間隔は、言い換えると、導電型不純物３０４の間隔は、ほぼ一定である。
【００３０】
そして、図７（ｂ）に示すように、シリコン基板３０１の上方から不活性ガスのイオン３０３が入射される。この入射された不活性ガスのイオン３０３により単分子層３０２に含まれる導電型不純物３０４がノックオンされて、シリコン基板３０１に注入される。また、導電型不純物３０４とともに、Ｎ原子やＣ原子等３０５も注入される。先に説明したように、単分子層３０２中においては導電型不純物３０４の間隔はほぼ一定であることから、図７（ｃ）に示されるように、シリコン基板３０１には、ほぼ等間隔で導電型不純物３０４が注入されることとなる。
【００３１】
このように、シリコン基板３０１に注入された導電型不純物３０４の間隔は、単分子層３０２中における導電型不純物３０４の間隔により制御することができ、従って、図８（ａ）や図８（ｂ）で示すように、単分子層３０２中において導電型不純物３０４を取り囲むように導電型不純物３０４と結合する官能基等３０６の大きさを変化させることにより、単分子層３０２中における導電型不純物３０４の間隔を制御することができる。例えば、単分子層３０２中のＢ原子とＢ原子との間隔を狭めたい場合は、図８（ｂ）に示すように、官能基等３０６の大きさを小さくすればよく、例えば、ピリジントリフェニルボラン中のフェニル基を水素に置き換えてピリジンボランにすることにより、Ｂ原子とＢ原子との間に位置する官能基の大きさを小さくすることより実現することができる（図６（ａ）参照）。一方、反対に、単分子層３０２中のＢ原子とＢ原子との間隔を広げたい場合には、図８（ａ）に示すように、官能基等３０６の大きさを大きくすればよく、例えば、ピリジントリフェニルボラン中のフェニル基にメチル基やブチル基等を付加したり、フェニル基をナフチル基に置き換えてピリジントリナフチルボランにしたりすることにより、Ｂ原子とＢ原子との間に位置する官能基の大きさを大きくすることより実現することができる（図６（ａ）参照）。このように、有機化合物の単分子層３０２における導電型不純物３０４の間隔を制御することにより、シリコン基板３０１に注入された導電型不純物３０４の間隔を制御することができ、ひいては、注入する導電型不純物３０４の濃度を制御することができる。なお、本実施形態においては、単分子層３０２の材料として、ピリジントリフェニルボランやエチリデントリフェニルホスフィンを用いたが、これに限るものではなく、Ｂ、Ｐ、Ａｓ等の導電型不純物３０４を含む有機化合物は比較的容易に合成できるため、導電型不純物３０４の間隔、すなわち導電型不純物３０４の所望の注入濃度にあわせて、単分子層３０２の材料として様々な有機化合物を用いることができる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、Ｂ、Ｐ、Ａｓ等の導電型不純物を低い濃度で注入するために、有機化合物分子が重なることのない単分子層を用いたが、導電型不純物の濃度を高くしたい場合には、例えば２個、３個と有機化合物の分子が重なった層を用いても良い。この場合であっても、導電型不純物の濃度を精度よく制御することができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
本実施形態は、プラズマにより形成されたＨ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の不活性ガスイオンを用いて、言い換えるとプラズマドーピングを用いて、高周波バイアスを印加したシリコン基板に、単分子層に含まれた導電型不純物を注入する点で、第１の実施形態と異なる。このようにすることで、第１の実施形態に比べて、短時間で導電型不純物を注入することができる。さらに、第１の実施形態で用いたイオン注入では、イオン注入する方向が決まっていることから、複雑な面を有するシリコン基板に導電型不純物を注入しようとする場合、注入できない個所が存在してしまう場合があるが、本実施形態においては、プラズマドーピング法を用いることにより、注入する方向が限定されることがないことから、例えば、ＦｉｎＦＥＴ、サラウンドゲートトランジスタ、ＢｉＣＳ（Bit-Cost-Scalable）のような３次元構造のデバイスの側面シリコンチャネル等のような複雑な面を有するシリコン基板等の半導体層にも導電型不純物を注入することができる。なお、ＦｉｎＦＥＴ等のトランジスタはメモリデバイス駆動用のトランジスタとして用いることができる。上記のようなトランジスタにより駆動されるメモリデバイスとしては、例えば、ＭＲＡＭ(Magnetoresistive Random Access Memory)等のメモリデバイスが挙げられる。
【００３４】
第２の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図は、第１の実施形態の説明で用いられた図と同様に示されるため、第２の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を、図１から図５を用いて説明する。ここでは、第１の実施形態と共通する部分については、詳細な説明を省略する。以下、詳細には、ＣＭＯＳトランジスタのチャネル領域への不純物の注入を例に説明するが、第１の実施形態と同様に、本発明は、このような半導体装置や製造方法に限定されるものではない。
【００３５】
まず、第１の実施形態と同様に、図１（ａ）に示すように、素子分離領域１０２が形成されたシリコン基板１０１の上面の一部をレジスト膜１０３で覆い、ビームライン法により、Ｂ等をイオン注入して、シリコン基板１０１中にＰ型のＷｅｌｌ拡散層１０５を形成する。
【００３６】
そして、第１の実施形態と同様に、図１（ｂ）に示すように、レジスト膜１０３で覆ったまま、シリコン基板１０１の上面全体に、ピリジントリフェニルボランからなる単分子層１０６を形成する。単分子層１０６を形成する有機化合物は、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ等のＰ型の導電型不純物を含むものであれば限定するものではないが、このような導電型不純物を所望の間隔でシリコン基板１０１に注入しようとする場合、その所望の間隔にあわせて有機化合物を適宜選択することが好ましい。また、第１の実施形態と同様に、単分子層１０６の代わりに、２個、３個とピリジントリフェニルボラン分子が重なった有機化合物層を用いても良い。
【００３７】
次に、図２（ｃ）に示すように、チャンバー内の電極に高電圧が印加されることにより、プラズマ状態になったＨ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の不活性ガスイオンは、高周波バイアス電圧を印加されたシリコン基板１０１に向かって入射する。このように不活性ガスイオンが単分子層１０６に入射することにより、ピリジントリフェニルボラン単分子層１０６中に存在するＢ原子が、入射した不活性ガスイオンによりノックオンされて、Ｐ型のＷｅｌｌ拡散層１０５の領域の上層部に注入される。これにより、Ｐ型のチャネル拡散層１０８が形成される。この後、レジスト膜１０３を除去することにより、図２（ｄ）に示すような構造を得ることができる。なお、このＰ型のチャネル拡散層１０８に対する導電型不純物（Ｂ原子）の注入深さについては、シリコン基板１０１のバイアス電圧の大きさとノックオン時間（入射時間）とで制御することができる。また、シリコン基板１０１に印加されるバイアス電圧の周波数は、プラズマ状態の不活性ガスイオンの電荷に応じて、すなわち、シリコン基板１０１に引き込まれる不活性ガスイオンの量が最適なものとなるように、選択することが好ましく、例えば、１３．５６ＭＨｚといったラジオ波の周波数を用いることができる。
【００３８】
次に、第１の実施形態と同様に、図３（ｅ）に示すように、素子分離領域１０２が形成されたシリコン基板１０１の上面の他の部分をレジスト膜１０９で覆い、ＡｓやＰ等をビームライン法によりイオン注入を行う。これにより、シリコン基板１０１中にＮ型のＷｅｌｌ拡散層１１１が形成される。そして、図３（ｆ）に示すように、レジスト膜１０９で覆ったまま、シリコン基板１０１の上面全体に、エチリデントリフェニルホスファンからなる単分子層１１２を形成する。第１の実施形態と同様に、単分子層１１２を形成する有機化合物は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ型の導電型不純物を含むものであれば限定するものではないが、このような導電型不純物を所望の間隔でシリコン基板１０１に注入しようとする場合、その所望の間隔にあわせて有機化合物を適宜選択することが好ましい。また、第１の実施形態と同様に、単分子層１１２の代わりに、２個、３個とエチリデントリフェニルホスファン分子が重なった有機化合物層を用いても良い。
【００３９】
次に、図４（ｇ）に示すように、チャンバー内の電極に高電圧が印加されることにより、プラズマ状態になったＨ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の不活性ガスイオンは、高周波バイアスを印加されたシリコン基板１０１に向かって入射する。このように不活性ガスイオンを単分子層１１２に入射することにより、エチリデントリフェニルホスファンの単分子層１１２中に存在するＰ原子が、入射した不活性ガスイオンによりノックオンされて、Ｎ型のＷｅｌｌ領域１１１の領域の上層部に注入される。これにより、Ｎ型のチャネル拡散層１１４が形成される。この後、レジスト膜１０９を除去することにより、図４（ｈ）に示すような構造を得ることができる。なお、このＮ型のチャネル拡散層１１４に対する導電型不純物（Ｐ原子）の注入深さについては、シリコン基板１０１のバイアス電圧の大きさとノックオン時間（入射時間）とで制御することができる。また、シリコン基板１０１に印加されるバイアス電圧の周波数は、プラズマ状態の不活性ガスイオンに電荷に応じて、選択することが好ましい。
【００４０】
この後は、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００４１】
次に、本実施形態において用いられる製造装置について、図９を用いて説明する。
【００４２】
図９に示されるように、チャンバー４０１は、基板バイアス用の電極４０８を内蔵するサセプター（ステージ）４０９を有しており、シリコン基板４０７は、このサセプター４０９の上に載ることとなる。この基板バイアス用の電極（電圧印加部）４０８により、不活性ガスイオンをシリコン基板４０７に引き込むことが可能となり、シリコン基板４０７の表面に形成された有機化合物の単分子層に含まれる導電型不純物等をノックオンすることができる。さらに、サセプター４０９は温度制御ができる機能を有することが望ましい。
【００４３】
また、チャンバー４０１は、２つの原料タンク４１０を有しており、この原料タンク４１０は、リキッドマスフローコントローラ４１２と、ベーパライザー４１１と、バルブ（供給部）４０５、４０６とを介してチャンバー４０１とつながっている。２つの原料タンク４１０には、それぞれ、Ｐ型の導電型不純物（例えばＢ）を含む有機化合物溶液と、Ｎ型の導電型不純物（例えばＡｓやＰ）を含む有機化合物溶液が入っており、これらの溶液は、ベーパライザー４１１において、マスフローコントローラ４１３により調節されて送りこまれたアルゴンガス等（キャリアガス）と混ぜられ、ガス化される。さらに、ガス化された有機化合物は、チャンバー４０１内へ供給されることとなる。なお、図９には、原料タンク４１０を２つ有するチャンバー４０１を示しているが、原料タンク４１０は、２つに限定されるものでなく、１つであっても、２つ以上であっても良い。
【００４４】
さらに、チャンバー４０１は、Ｈ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の不活性ガスを供給するためのバルブ（供給部）４０３を有する。また、チャンバー４０１は、不活性ガスをプラズマ化するための一対の電極４０４と、コイル４０２とを有し、コイル４０２でチャンバー４０１内の磁場を調節して、電極４０４により生成したプラズマをチャンバー４０１の内壁に触れないようにすることにより、チャンバー４０１の内壁をプラズマが削ってしまうことで生じる汚染源により、ＣＭＯＳトランジスタが汚染されることを防止する。そして、プラズマ発生用の電源としては、ＲＦ（Radio  Frequency）、ＩＣＰ（Inductively-Coupled  Plasma）、ＥＣＲ（Electron Cyclotron resonance）等の電源を用いることができ、バイアス電圧用の電源としては、ＲＦの電源を用いることができる。
【００４５】
本実施形態によれば、導電型不純物を含む有機化合物の単分子層をシリコン基板上に形成し、次いで、プラズマにより形成された不活性ガスイオンを、高周波バイアスを印加したシリコン基板に入射させることにより、有機化合物に含まれた導電型不純物が入射した不活性ガスイオンによりノックオンされ、その導電型不純物をシリコン基板にほぼ等間隔に注入することができる。従って、低濃度の導電型不純物を所望の注入深さで精度良くシリコン基板に注入することができることから、導電型不純物の濃度が揺らぐことを抑えることができる。よって、微細なＣＭＯＳトランジスタであっても、そのチャネル領域に精度良く導電型不純物を注入することができることから、しきい値電圧のバラツキが小さい、良好なＣＭＯＳトランジスタとして形成することができる。さらに、本実施形態によれば、このようなプラズマドーピング法を用いることにより、一定の面積を有する領域に複数の不活性ガスイオンを入射させることができるため、第１の実施形態に比べて、短時間で導電型不純物を注入することができる。さらに、第１の実施形態で用いたイオン注入では、イオンを入射する方向が決まっていることから、複雑な面を有するシリコン基板上の単分子層にイオンを入射しようとする場合、入射できない個所が存在してしまう場合がある。しかしながら、プラズマドーピング法であれば、イオンを入射する方向が限定されることがないため、複雑な面を有するシリコン基板上の単分子層にもイオンを入射することができる。例えば、シリコン基板の表面に溝があり、溝の内側の側壁を覆うように有機化合物の単分子層を形成した場合には、イオン注入する方向が決まっているために、溝の内部にイオンを入射させることは難しく、すなわち、溝の側壁を覆う単分子層の全体にイオンを入射させることができないことがある。しかしながら、プラズマドーピング法であれば、シリコン基板に印加されたバイアス電圧により引き込まれることから、プラズマ（イオン）が溝の内側に入り込み、溝の側壁を覆う単分子層の全体にもイオンを入射することができる。従って、シリコン基板の表面が複雑な構造であっても、シリコン基板上の単分子層にイオンを入射することができ、その結果、シリコン基板に導電型不純物を注入することができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、製造装置を、不活性ガスを導入する供給部と導電型不純物を含む有機化合物を導入する供給部とを有し、不活性ガスをプラズマ化するための電源と基板にバイアスを印加するための電源とを有するチャンバーとすることにより、導電型不純物を注入する工程を実現することができるような製造装置を容易に得ることができる。
【００４７】
なお、上記の第１及び第２の実施形態においては、シリコン基板は、必ずしもシリコン基板でなくてもよく、他の基板（例えば、ＳＯＩ（Silicon on insulator）基板やＳｉＧｅ基板など）でも良い。また、このような種々の基板上に半導体構造等が形成されたものでも良く、立体的な構造を有するデバイスにおける半導体層であっても良い。
【００４８】
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１                      ＣＭＯＳトランジスタ（半導体装置）
１０１、３０１、４０７  シリコン基板（半導体層）
１０２                  素子分離領域
１０３、１０９          レジスト膜
１０５                  Ｐ型のＷｅｌｌ拡散層
１０６、１１２、３０２  単分子層（有機化合物層）
１０８                  Ｐ型のチャネル拡散層（不純物層）
１１１                  Ｎ型のＷｅｌｌ拡散層
１１４                  Ｎ型のチャネル拡散層（不純物層）
１１５                  ゲート絶縁膜
１１６                  ゲート電極
１１７                  Ｎ型のＥｘｔｅｎｓｉｏｎ拡散層
１１８                  Ｐ型のＥｘｔｅｎｓｉｏｎ拡散層
１１９                  側壁絶縁膜
１２０                  Ｎ型ソース・ドレイン拡散層
１２１                  Ｐ型のソース・ドレイン拡散層
３０３                  不活性ガスのイオン
３０４                  Ｂ、Ａｓ、Ｐ等の不純物（導電型不純物）
３０５                  Ｃ、Ｎ等
３０６                  官能基等
４０１                  チャンバー
４０２                  コイル
４０３、４０５、４０６  バルブ（供給部）
４０４、４０８          電極
４０９                  サセプター（ステージ）
４１０                  原料タンク
４１１                  ベーパライザー
４１２                  リキッドマスフローコントローラ
４１３                  マスフローコントローラ
【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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