(57)【要約】【課題】量産性の高い極浅接合の形成方法を提供する。【解決手段】シリコン基板Ｓに不純物たるリンラジカル２１を導入してその表面をアモルファス化する第１工程と、このアモルファス化したシリコン基板表面２３を固相エピタキシャル成長法により再結晶化して極浅接合２４を形成する第２工程とを含む。第１工程でネオンを主体とするガスのプラズマにシリコン基板Ｓの表面を曝す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物に不純物を導入してその表面をアモルファス化する第１工程と、このアモルファス化した処理対象物表面を固相エピタキシャル成長法により再結晶化して極浅接合を形成する第２工程とを含み、
第１工程でネオンを主体とするガスのプラズマに処理対象物の表面を曝すことを特徴とする極浅接合の形成方法。
【請求項２】
前記第１工程にて、前記不純物を含むガスのプラズマを発生させて前記不純物のラジカルを処理対象物表面に堆積し、前記ネオンを主体とするガスのプラズマを発生させ、プラズマ中のネオンイオンを前記処理対象物表面に引き込むことを特徴とする請求項１記載の極浅接合の形成方法。
【請求項３】
前記第１工程にて処理対象物を１０℃以下に冷却することを特徴とする請求項１または２記載の極浅接合の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象物の内部に不純物を導入して処理対象物の表面をアモルファス化し、このアモルファス化した処理対象物の表面を再結晶化して極浅接合を形成する極浅接合の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの１つである電界効果トランジスタでは、そのゲート長が短くなると、トランジスタのオフ動作時に漏れ電流が流れる短チャネル効果が起こることが知られており、この短チャネル効果を抑制するために、ソース／ドレイン領域に比べて基板表面からの深さが浅い極浅接合（エクステンション領域）を形成することが知られている。
【０００３】
従来、極浅接合の形成方法として、基板内部に不純物を導入して基板表面をアモルファス化し、このアモルファス化した基板表面を熱処理により再結晶化することが一般に知られている。不純物の導入方法の１つとしては、所謂プラズマドーピング法が例えば特許文献１で知られている。この方法では、基板を配置した真空処理室内に不純物を含むガスのプラズマを発生させ、これに併せて基板にバイアス電位を印加して、プラズマ中の不純物のイオンを基板に向かって引き込むことで、不純物を導入する。
【０００４】
他方、再結晶化法としては、フラッシュアニールやレーザアニールに代えて、固相エピタキシャル成長法が一般に用いられるようになっている。固相エピタキシャル成長法を用いると、基板表面の再結晶化をより低温で行うことができ、基板内部に導入された不純物が深さ方向に拡散することを抑制できるため、極浅接合を形成する場合に有効である。然し、ヘリウムガスを添加したガスのプラズマで不純物を導入すると、基板内部に不純物と共にヘリウム原子も導入され、この導入されたヘリウム原子が、再結晶化の速度を著しく低下させる。このため、再結晶化に要する時間が長くなり、量産性が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２８２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、量産性の高い極浅接合の形成方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の極浅接合の形成方法は、処理対象物に不純物を導入してその表面をアモルファス化する第１工程と、このアモルファス化した処理対象物表面を固相エピタキシャル成長法により再結晶化して極浅接合を形成する第２工程とを含み、第１工程でネオンを主体とするガスのプラズマに処理対象物の表面を曝すことを特徴とする。なお、本発明において、ネオンを主体とするガスのプラズマとは、プラズマ中のネオンイオンの組成が５０％以上のプラズマをいうものとする。また、アモルファス化した処理対象物表面とは、厳密な処理対象物の表面だけでなく、不純物が注入されて結晶構造が壊れる表層を含むものとする。
【０００８】
本発明によれば、処理対象物をシリコン基板とし、導入する不純物をリンとする場合を例に説明すると、第１工程では、例えば、ネオンガスを主体とし、リンを含有するホスフィンガスを含むガスを用いて、シリコン基板の内部にリンを導入することで、リンはシリコン原子と衝突しながらシリコン基板内部に導入される。このとき、ネオンを主体とするガスのプラズマにシリコン基板表面を曝すことで、シリコン基板表面を確実にアモルファス化できる。そして、アモルファス化したシリコン基板表面を第２工程にて固相エピタキシャル成長法により再結晶化することで、ｎ型の極浅接合が形成される。
【０００９】
ここで、第１工程においてネオンを主体とするガスのプラズマにシリコン基板表面を曝すため、シリコン基板内部にリンと共にネオン原子も導入されるが、この導入されたネオン原子は、固相エピタキシャル成長法による再結晶化速度を殆ど低下させないため、固相エピタキシャル成長法によるシリコン基板表面の再結晶化が短時間で達成できる。従って、高い量産性で極浅接合を形成できる。
【００１０】
本発明において、第１工程にて、前記不純物を含むガスのプラズマを発生させて前記不純物のラジカルを処理対象物表面に堆積し、前記ネオンを主体とするガスのプラズマを発生させ、プラズマ中のネオンイオンを前記処理対象物表面に引き込むことが好ましい。これによれば、処理対象物表面に堆積するラジカルの面内分布と、処理対象物表面に引き込まれるネオンイオンの面内分布とが独立して制御可能となり、処理対象物内部に不純物を均一に導入できる。しかも、処理対象物内部に不純物を均一に導入すべく複雑な条件に設定した１つの工程で不純物を導入する場合に比べて、不純物の導入に要する時間を短くできる。そして、不純物ラジカルを堆積する際に希釈ガスを用いず、ネオンイオンのみを処理対象物表面に引き込むようにすれば、処理対象物内に不純物とネオン原子以外のものが導入されず、再結晶化に要する時間も短くできるため、上記不純物導入時間を短くできることと相俟って、量産性をより一層向上させることができる。
【００１１】
本発明において、第１工程にて処理対象物を１０℃以下に冷却すれば、不純物導入の際に処理対象物の一部が結晶化することを防止できてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の極浅接合の形成方法に用いられるプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｃ）は、不純物を導入する工程を説明する図。
【図３】図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実験結果を示すＳＴＥＭ写真。
【図４】本発明の実験結果を示す図。
【図５】本発明の実験結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、処理対象物をシリコン基板とし、その内部にリンを導入し、導入したリンを活性化して極浅接合を形成する本発明の実施形態の極浅接合の形成方法を説明する。
【００１４】
図１を参照して、Ｍは、シリコン基板の内部にリンを導入するＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のプラズマ処理装置であり、このプラズマ処理装置Ｍは、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバ１を備えている。
【００１５】
真空チャンバ１の上部は石英などの誘電体からなる円筒部２によって構成され、この円筒部２はプラズマ発生部として機能する。円筒部２の外側には、円筒部２内に磁気中性線（ＮＬＤ）を形成可能な３つのリング状の磁場コイル３、４及び５が配置されている。円筒部２と磁場コイル３乃至５との間には、ループ状のアンテナコイル６が配置されている。アンテナコイル６には、コンデンサ７を介して高周波電源８に接続され、プラズマ生成のための高周波電力を投入できるようになっている。
【００１６】
円筒部２の上部開口は天板９により塞がれており、この天板９には真空チャンバ１内にガスを導入するガス導入口１０が設けられている。ガス導入口１０の他端は、図示省略したガス管及びマスフローコントローラを介してガス源に連通している。これにより、ガスを流量制御して真空チャンバ１内に導入できるようになっている。本実施形態では、第１のガス源がリンを含むホスフィンガスからなり、第２のガス源がネオンガスからなる。
【００１７】
真空チャンバ１の底部には、絶縁体部材１１を介して電極１２が配置され、図外の搬送ロボットを用いて搬送したシリコン基板Ｓを電極１２の基板載置面たる上面に載置できるようになっている。電極１２は、図示省略の冷媒循環経路が設けられており、シリコン基板Ｓを所定温度（例えば、１０℃以下）に冷却できるようになっている。電極１２には、ブロッキングコンデンサ１３を介して高周波電源１４が接続され、バイアス電位を印加できるようになっている。電極１２外側の真空チャンバ１の側壁には排気管１５が接続されている。排気管１５は、図示省略したターボ分子ポンプやロータリポンプやコンダクタンス可変バルブ等からなる真空排気手段に通じている。
【００１８】
ガス導入口１０から真空チャンバ１内にガスを供給すると共に、上下の磁場コイル３、５に同一方向の電流を流し、中間の磁場コイル４に逆方向の電流を流すと、真空の円筒部２内に環状の磁気中性線１６が形成される。この状態でアンテナコイル６に高周波電力を供給すると、磁気中性線１６に沿ってプラズマが発生する。
【００１９】
ここで、磁場コイル３、５に流す電流の電流値と、中間の磁場コイル４に流す電流の電流値とを適宜調整することで、上記磁気中性線１６の水平方向の広がりが変化するため、プラズマの広がり分布を制御することができる。以下、図２も参照して、本実施形態の極浅接合の形成方法について、上記プラズマ処理装置Ｍを用いてシリコン基板Ｓにリンを導入してその表面をアモルファス化し、このアモルファス化したシリコン基板Ｓ表面を固相エピタキシャル成長法により再結晶化してｎ型の極浅接合を形成する場合を例に説明する。
【００２０】
先ず、真空排気手段を作動させて真空チャンバ１を所定の真空度（例えば、１０−３Ｐａ以下）まで真空引きした状態で、図外の搬送ロボットを用いてシリコン基板Ｓを搬送し、シリコン基板Ｓを電極１２上に載置する。そして、ガス導入口１０から真空チャンバ１内に、ネオンガスとリンを含むホスフィン（ＰＨ３）ガスを供給する。これに併せて、上下の磁場コイル３、５に同一方向の電流を流すと共に、中間の磁場コイル４に逆方向の電流を流すことにより、円筒部２内に磁気中性線１６を形成する。さらに、高周波電源８からアンテナコイル６に高周波電力を投入することにより、磁気中性線１６に沿ってプラズマが生成する。このとき、電極１２に負のバイアス電位を印加しないため、プラズマ中のイオン（Ｐ＋，ＰＨｘ＋，Ｎｅ＋）はシリコン基板Ｓに引き込まれず、図２（Ａ）に示すように、リンラジカル２１のシリコン基板Ｓ表面への堆積が支配的となる。
【００２１】
ここで、磁場コイル３乃至５に流れる電流値を調整して磁気中性線１６の広がりを変化させることで、プラズマ中のリンラジカル２１の分布を制御でき、これにより、シリコン基板Ｓ表面に堆積するリンラジカル２１の面内分布を向上させることができる。例えば、以下のラジカル堆積条件でシリコン基板Ｓ表面へのリンラジカル２１の堆積を所定時間（例えば、１秒〜５秒）行った後、ホスフィンガスの供給を停止する。尚、ホスフィンガスのみを供給してリンラジカル２１を堆積させてもよい。
【００２２】
［ラジカル堆積条件］
ＰＨ３流量：１［ｓｃｃｍ］
Ｎｅ流量：１００［ｓｃｃｍ］
プロセス圧力：１［Ｐａ］
アンテナＲＦ電力：４００［Ｗ］
バイアスＲＦ電力：０［Ｗ］
磁場コイル電流（上下／中間）：９［Ａ］／８［Ａ］
【００２３】
次に、ガス導入口１０から真空チャンバ１内へのネオンガスの供給と、アンテナコイル６への高周波電力の投入とを継続した状態で、高周波電源１４から電極１２に負のバイアス電位を印加することで、ネオンを主体とするガスのプラズマを形成し、このプラズマにシリコン基板Ｓの表面を曝す。これにより、図２（Ｂ）に示すように、プラズマ中のネオンイオン（Ｎｅ＋）２２がシリコン基板Ｓに所定のエネルギーで引き込まれてリンラジカル２１に衝突することで、リンラジカル２１がシリコン基板Ｓ内に押し込まれ、これと共にネオンイオン２２もシリコン基板Ｓ内に導入される。シリコン基板Ｓに導入されるリンのドーズ量は、ネオンイオン２２の引き込み時間により制御でき、例えば、５Ｅ１４ｃｍ−２〜５Ｅ１６ｃｍ−２の範囲内で設定できる。シリコン基板Ｓ内に押し込まれたリンラジカル２１は、シリコン基板Ｓを構成するシリコン原子と衝突してエネルギーを失いながら導入され、これにより、シリコン基板表面２３はアモルファス化する。上記プラズマ中のネオンイオンの組成は５０％以上にされる。５０％よりも少ないと、シリコン基板表面２３のアモルファス化が不十分となる。また、図２（Ｂ）に示すように、一部のリンラジカル２１ａは、ネオンイオン２２によりエッチングされて飛散する。
【００２４】
ここで、磁場コイル３乃至５に流れる電流値を調整して磁気中性線１６の広がりを変化させることで、プラズマ中のネオンイオン２２の分布を制御でき、シリコン基板Ｓ内に押し込まれるリンラジカル２１の面内分布を向上できる。例えば、以下のイオン引込条件を用いることで、シリコン基板Ｓ表面でネオンイオン２２の均一な面内分布を得るのに最適な磁気中性線１６の広がりに制御される。
【００２５】
［イオン引込条件］
ＰＨ３流量：０［ｓｃｃｍ］
Ｎｅ流量：１００［ｓｃｃｍ］
プロセス圧力：１［Ｐａ］
アンテナＲＦ電力：３００［Ｗ］
バイアスＲＦ電力：２５００［Ｗ］
バイアスＶｐｐ：５．４［ｋＶ］
磁場コイル電流（上下／中間）：９［Ａ］／７［Ａ］
基板温度：−２０℃
【００２６】
上記イオン引込条件でシリコン基板Ｓ表面へのネオンイオン２２の引き込みを所定時間（例えば、０．５秒〜１０秒）行った後、ネオンガスの供給とアンテナコイル６への高周波電力の投入と電極１２へのバイアス電位の印加とを停止する。その後、シリコン基板Ｓを上記プラズマ処理装置Ｍから搬出し、搬出したシリコン基板Ｓを図示しない固相エピタキシャル成長装置に搬入する。固相エピタキシャル成長装置としては、公知の構造を有するものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。固相エピタキシャル成長装置において、上記アモルファス化したシリコン基板Ｓの表面部分２３を再結晶化し、これにより、図２（Ｃ）に示すように、シリコン基板Ｓ内にｎ型の極浅接合２４が形成される。このとき、シリコン基板Ｓに導入されたリンラジカル２１が活性化する。再結晶化温度は、５００℃〜６００℃の範囲内で設定できる。６００℃よりも高いと、不純物の拡散や不活性化が起こり、浅く低抵抗な極浅接合が形成できない虞がある。
【００２７】
ここで、シリコン基板Ｓ内には、リンラジカル２１だけでなくネオンイオン２２も導入されているが、このネオンイオン２２は、上記固相エピタキシャル成長法による再結晶化速度を低下させるものではないため、再結晶化時間を短くできる。従って、本実施形態によれば、高い量産性で極浅接合を形成することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、リンラジカル２１を堆積する際にホスフィンガスにネオンガスを添加しているため、リンラジカル２１を所定時間堆積させた後、ホスフィンガスの供給を停止し、ネオンガスの供給とアンテナコイル６への高周波電力の投入とを継続して行ったまま、負のバイアス電位を印加することで、リンラジカル２１の堆積とネオンイオン２２の引き込みとを連続して実施できるため、量産性がより一層向上する。
【００２９】
上記効果を確認するために、以下の実験を行った。即ち、本実験では、処理対象物をφ３００ｍｍのシリコン基板Ｓとし、上記プラズマ処理装置Ｍを用いて、上記ラジカル堆積条件でリンラジカル２１を３秒堆積させた後、上記イオン引込条件でネオンイオン２２の引き込みを０．６秒行うことで（この場合、ドーズ量は３Ｅ１５ｃｍ−２）、シリコン基板Ｓにリンラジカル２１を導入した。このとき、プラズマ中のプラズマ中のネオンイオン２２の組成を５０％以上（本実験では１００％）にすることで、シリコン基板表面２３を確実にアモルファス化できる。アモルファス化後のＳＴＥＭ写真を図３（Ａ）に示す。これによれば、シリコン基板の表面荒れがなく、シリコン基板表面をアモルファス化できることが確認された。そして、このアモルファス化したシリコン基板表面２３を上記固相エピタキシャル成長法により、５５０℃の温度で３００秒間再結晶化させた（発明品）。この再結晶化後のシリコン基板のＳＴＥＭ写真を図３（Ｂ）に示す。これによれば、上記アモルファス化したシリコン基板表面が再結晶化されていることが確認された。この発明品のラジカル導入後（アモルファス化後）と再結晶化後におけるリン濃度をＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer）により測定し、その測定結果を図４に示す。これによれば、リン濃度が５Ｅ１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］である深さは、約１９ｎｍであり、極浅接合を形成できることが確認された。しかも、再結晶化の前後で、基板の深さ方向でのリンの拡散が殆ど起こっていないことが確認された。
【００３０】
また、別の実験として、上記ラジカル堆積条件でネオンイオン２２の引き込み時間を０秒、０．６秒、１．３秒、２．６秒と変化させることで、ネオンイオン照射ドーズ量を、０、２．３＋１５（ｃｍ−２）、５．０Ｅ１５（ｃｍ−２）、１．０Ｅ１６（ｃｍ−２）に変化させ、夫々のシート抵抗値を測定した結果を図５に示す。これによれば、抵抗値を最小にする最適なネオンイオン照射ドーズ量が存在することが判った。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、リンを導入する場合について説明したが、ｎ型不純物たるヒ素やアンチモンを導入する場合やｐ型不純物たるボロンを導入する場合にも本発明を適用することができる。この場合、ホスフィンガスに代えて、アルシン（ＡｓＨ３）ガス、スチビン（ＳｂＨ３）ガス、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガス等を供給することで、リンを導入する場合と同様に、極浅接合を高い量産性で形成できる。
【００３２】
上記実施形態では、ラジカル堆積とイオン引込とを独立の２つの工程で行うことで不純物を導入する場合を例に説明したが、１つの工程で不純物を導入する場合にも本発明を適用できる。この場合、ネオンガスを主体とするガスのプラズマを発生させればよい。但し、シリコン基板に不純物を均一に導入するために複雑なプロセス条件で行う必要があることから、上記実施形態に比べて不純物の導入に要する時間が長くなるというデメリットがある。
【００３３】
また、リンラジカル２１の堆積とネオンイオン２２の引き込みとを別チャンバで行うことも可能であるが、上記実施形態のように、リンラジカル２１の堆積時にはホスフィンガスとネオンガスのプラズマを生成すると共にシリコン基板Ｓにバイアス電位を印加せず、ネオンイオン２２の引き込み時にはホスフィンガスの供給を停止すると共にシリコン基板Ｓにバイアス電位を印加することで、両工程を同一の真空チャンバ１内で連続して実行することが好ましい。これによれば、両工程を別チャンバで行う場合に比して量産性を向上させることができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、ＩＣＰ型のプラズマ処理装置を用いて基板内にリンを導入する場合について説明したが、例えば平行平板型のプラズマ処理装置などを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
Ｓ…シリコン基板（処理対象物）、２１…リンラジカル（不純物）、２２…ネオンイオン、２３…アモルファス化した部分、２４…極浅接合。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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