(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に不純物を含むガスのプラズマを照射し、前記基板の表面に不純物領域を形成する
プラズマドーピング方法であって、
前記基板に導入される前記不純物のドーズ量がプラズマドーピング時間の変化によらずほぼ一定となるプラズマドーピング時間範囲を決定する工程と、
前記プラズマドーピング時間範囲を決定する工程の後に、前記プラズマドーピング時間範囲に含まれる所定のプラズマドーピング時間を用いて、前記不純物を前記基板にプラズマドーピングする工程と、を備えるとともに、
前記プラズマドーピングする工程の前に、前記不純物を含むガスの濃度と前記一定となるドーズ量との関係を複数の前記濃度に対して求めることにより、前記プラズマドーピングする工程に用いる前記不純物を含むガスの濃度を決定する工程を備えたことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項２】
前記プラズマドーピングする工程は、前記不純物を含むガスを第１の濃度に設定してプラズマドーピングする第１のドーピング工程と、前記第１のドーピング工程の後に、前記不純物を含むガスを前記第１の濃度よりも低い第２の濃度に設定してプラズマドーピングする第２のドーピング工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項３】
基板に不純物を含むガスのプラズマを照射し、前記基板の表面に不純物領域を形成する
プラズマドーピング方法であって、
前記基板に導入される前記不純物のドーズ量がプラズマドーピング時間の変化によらずほぼ一定となるプラズマドーピング時間範囲を決定する工程と、
前記プラズマドーピング時間範囲を決定する工程の後に、前記プラズマドーピング時間範囲に含まれる所定のプラズマドーピング時間を用いて、前記不純物を前記基板にプラズマドーピングする工程と、を備え、
前記プラズマドーピングする工程は、前記不純物を含むガスを第１の濃度に設定してプラズマドーピングする第１のドーピング工程と、前記第１のドーピング工程の後に、前記不純物を含むガスを前記第１の濃度よりも低い第２の濃度に設定してプラズマドーピングする第２のドーピング工程と、
を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項４】
前記不純物を含むガスのプラズマは、ボロン原子と水素原子からなる分子（ＢｎＨｍ）とＨｅの混合ガスプラズマよりなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項５】
前記不純物を含むガスのプラズマは、Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマよりなることを特徴とする請求項４に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項６】
前記Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマ中のＢ２Ｈ６ガス濃度は、０．０１％以上且つ１％以下であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項７】
前記Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマ中のＢ２Ｈ６ガス濃度は、０．０２５％以上且つ０．６％以下であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項８】
前記不純物を含むガスのプラズマは、ＢＦ３とＨｅの混合ガスプラズマよりなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項９】
基板に不純物を含むガスのプラズマを照射し、前記基板の表面に不純物領域を形成する
プラズマドーピング方法であって、
前記基板に導入される前記不純物のドーズ量がプラズマドーピング時間の変化によらずほぼ一定となるプラズマドーピング時間範囲を決定する工程と、
前記プラズマドーピング時間範囲を決定する工程の後に、前記プラズマドーピング時間範囲に含まれる所定のプラズマドーピング時間を用いて、前記不純物を前記基板にプラズマドーピングする工程と、を備え、
前記不純物を含むガスのプラズマは、ＢＦ３とＨｅの混合ガスプラズマよりなることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１０】
前記プラズマドーピング時間範囲を決定する工程は、前記基板における面内の複数の箇所において、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量がプラズマドーピング時間の変化によらずほぼ一定となるプラズマドーピング時間範囲をそれぞれ求める工程を含み、
前記それぞれのプラズマドーピング時間範囲の内で一番遅いプラズマドーピング時間範囲に合わせて、前記所定のプラズマドーピング時間を決定することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
前記基板の直径は２００ｍｍ以上であり、
前記基板の面内における前記不純物のドーズ量の１σで表される均一性が２．５％以下となるように、前記所定のプラズマドーピング時間を決定することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
前記基板の直径は３００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のプラズマドーピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、プラズマドーピング方法に係り、特に不純物を半導体基板等の固体試料の表面に導入するプラズマドーピング方法に関する。
【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は、不純物をイオン化して低エネルギーで固体中に導入するプラズマドーピング（ＰＤ）法が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】  一方、不純物を導入する方法として、現在最も広く用いられている方法はイオン注入法である。プラズマドーピング法は、非特許文献１の欄に記載され、非特許文献２でも引き続きイオン注入の次世代の不純物導入技術として記載され、イオン注入法とは異なる不純物導入技術である。なお、ITRSは半導体業界では広範囲の技術者に参照されている文献である。以下にイオン注入とプラズマドーピングの技術的相違点を少し詳細に説明する。【０００４】  イオン注入法においては、ガスからプラズマを発生させるイオン源と、イオン源から引き出したイオンから所望のイオンだけを選別するために質量分離する分析磁石と、所望のイオンを加速する電極と、加速した所望のイオンをシリコン基板に注入するプロセスチャンバーとを有する装置構成が用いられる。イオン注入において不純物を浅く注入するためには、イオン源からイオンを引き出すエネルギーと加速エネルギーとを小さくすれば良い。しかし、引き出しエネルギーを小さくすると引き出されるイオンの数が減少してしまう。さらに、加速エネルギーが小さくなるとイオンビームをイオン源からウェハに輸送する間にイオン同士の電荷による反発力でビーム径が広がってしまい、ビームライン内壁に衝突するなどして多数のイオンが失われてしまう。そのため、注入処理のスループットが低下してしまう。例えばB+イオンを注入する場合では、加速エネルギーが2keV以下になるとスループットが低下し始め、0.5keV以下になるとビームの輸送自体が困難になる。しかし、0.5keVまで低エネルギー化しても20nm程度の深さまでBが注入されてしまう。つまり、これよりも薄いエクステンション電極を作りたい場合には生産性が極端に低下してしまうという課題がある。【０００５】  これに対してプラズマドーピング法においては、シリコン基板を内部に配置できるような円柱形状の真空容器にプラズマを誘起するプラズマ発生源と、シリコン基板を配置するバイアス電極と、バイアス電極の電位を調整するバイアス電源を有する装置構成が用いられる。分析磁石も加速電極も有しない、イオン注入と全く異なる装置構成である。真空容器にプラズマ源とウェハホールダを兼ねたバイアス電極を設置し、プラズマとウェハの間に発生するポテンシャルでイオンを加速して導入する。これにより、低エネルギーのプラズマを直接使用することができるので、イオン注入と比較して大量の低エネルギーイオンをウェハに照射できる。つまりドーズレートが桁違いに大きいという特徴がある。この特徴により低エネルギーのB注入でも高いスループットを維持できる。【０００６】  さらに、本発明者らは、プラズマドーピング法を応用して、極めて浅くて且つ低抵抗のソース・ドレインエクステンション電極を形成するプロセス技術を開発した。この新規プロセス技術は、２００４年６月に半導体分野で最も権威がある国際学会の一つである  VLSI  Symposiumに論文が採択され、新規で特段の効果があるプロセス技術として認知されている（非特許文献３.）。【０００７】  この方��では、ガス導入口から導入されたドーピング原料ガス、例えばＢ２Ｈ６を、マイクロ波導波管及び電磁石から成るプラズマ発生手段によってプラズマ化し、プラズマ中のボロンイオンを高周波電源によって試料の表面に供給するという方法がとられる。【０００８】  半導体装置の小型化、高集積化に伴い、不純物導入領域における特性は極めて重要である。なかでも、ドーズ量（不純物導入量）は、素子特性を決定する重要な要素のひとつである比抵抗を決定するため、ドーズ量の制御はきわめて重要なポイントである。  しかしながら、プラズマドーピング法を用いると、極浅で低抵抗のソース・ドレインエクステンション電極が形成できることはわかったにも係らず、その特性を制御するドーズ量の制御方法は開発されていなかった。これまでにはプラズマドーピングする時間を変化させることで、ドーズ量を変化させる方法が採られていたが、これでは制御の精度が不十分であり、実用的ではなかった。【０００９】  このような状況の中で、本発明者らは、人体に対してきわめて危険性の高い毒性をもつＢ２Ｈ６をできるだけ希釈して安全性を高め、ドーピング効率を低下させることなく、安定してプラズマの発生や維持を行なうとともに、ドーパント注入量の制御を容易に行なうことのできる方法として、ドーピングする不純物を含む物質としてのＢ２Ｈ６ガスを、電離エネルギーの小さいＨｅガスで希釈し、Ｈｅのプラズマを先行して発生させ、しかる後にＢ２Ｈ６を放電させるようにする方法を提案した（特許文献２）。この方法において、Ｂ２Ｈ６ガスの濃度が０．０５％未満となるようにするのが望ましいとの提案もある。  しかしながら、０．０５％程度の低濃度にしたとき、ドーズ量を制御しやすいとの報告はなされているものの、これはガス濃度を一定にしつつ、時間を変化させてドーズ量を変えるものであった。Ｂ２Ｈ６ガス濃度を低濃度にした方が、時間変化に対するボロンのドーズ量変化が小さくなるのでドーズ量を制御し易いという内容のものであった。ドーズ量の制御精度を高める上で進歩したものであったが、基本的にはプラズマドーピングする時間を変化させることで、ドーズ量を変化させる従来の方法を進歩させたものであった。ここで、ドーズ量の変化とガス濃度との関係についての考察については何らなされていなかった。【００１０】
【特許文献１】米国特許第４９１２０６５号明細書
【特許文献２】特開２００４−１７９５９２号公報
【非特許文献１】International Technology Roadmap for Semiconductors 2001 Edition（ITRS2001）のFront End ProcessのFigure 30のShallow Junction Ion Doping
【非特許文献２】International Technology Roadmap for Semiconductors 2003 Edition（ITRS2003）
【非特許文献２】Y. Sasaki, et al., Symp. on VLSI Tech. p180 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  上述したように、不純物導入領域を形成するにあたり、ドーズ量の制御はきわめて重要な課題となっていた。そしてさらに当然ながら、面内均一性は素子形成に当たり極めて重要な課題となっていた。そしてさらに当然ながら、面内均一性は素子形成に当たり極めて重要な課題となっている。特に、近年ウェハの大口径化は進む一方であり、面内で均一なドーズ量を得ようとすると極めて困難であった。  本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、高精度にドーズ量を制御することができ、浅い不純物領域を形成することのできるプラズマドーピング方法を提供することを目的とする。  さらにまた、本発明は、ドーズ量の面内均一性が高く、高精度にドーズ量を制御することができるプラズマドーピング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】
【００１２】  そこで本発明のプラズマドーピング方法は、試料に不純物を含むガスプラズマを所定時間、所定濃度で供給し、前記試料表面に不純物導入層を形成する方法であって、ドーズ量が時間依存性を持たず一定となるように、ドーピング時間と、不純物を含むガスプラズマの濃度を設定したことを特徴とする。【００１３】  本発明者らは種々の実験を重ねた結果、例えばＢ２Ｈ６/Ｈｅプラズマをシリコン基板に照射してバイアスをかけると、ボロンのドーズ量がほとんど一定となる時間があることを発見した。また、その飽和する時間が装置制御の繰り返し性が確保できる時間と比べて比較的長く安定して使用し易いことがわかった。すなわち、プラズマ照射を開始すると、最初はドーズ量が増加するが、その後、時間の変化によらずドーズ量はほとんど一定となる時間が続き、さらに時間を増加させるとドーズ量は減少する。時間の変化に依存することなく、ドーズ量がほとんど一定となる時間をプロセスウインドウとすることでドーズ量を正確に制御できるということを発見した。本発明は、これに着目してなされたものである。【００１４】
そこで本発明は、基板に不純物を含むガスのプラズマを照射し、前記基板の表面に不純物領域を形成するプラズマドーピング方法であって、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量がプラズマドーピング時間の変化によらずほぼ一定となるプラズマドーピング時間範囲を決定する工程と、前記プラズマドーピング時間範囲を決定する工程の後に、前記プラズマドーピング時間範囲に含まれる所定のプラズマドーピング時間を用いて、前記不純物を前記基板にプラズマドーピングする工程と、を備えるとともに、前記プラズマドーピングする工程の前に、前記不純物を含むガスの濃度と前記一定となるドーズ量との関係を複数の前記濃度に対して求めることにより、前記プラズマドーピングする工程に用いる前記不純物を含むガスの濃度を決定する工程を備えたことを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記プラズマドーピングする工程は、前記不純物を含むガスを第１の濃度に設定してプラズマドーピングする第１のドーピング工程と、前記第１のドーピング工程の後に、前記不純物を含むガスを前記第１の濃度よりも低い第２の濃度に設定してプラズマドーピングする第２のドーピング工程と、
を含むことを特徴とする。
また本発明は、基板に不純物を含むガスのプラズマを照射し、前記基板の表面に不純物領域を形成するプラズマドーピング方法であって、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量がプラズマドーピング時間の変化によらずほぼ一定となるプラズマドーピング時間範囲を決定する工程と、前記プラズマドーピング時間範囲を決定する工程の後に、前記プラズマドーピング時間範囲に含まれる所定のプラズマドーピング時間を用いて、前記不純物を前記基板にプラズマドーピングする工程と、を備え、前記プラズマドーピングする工程は、前記不純物を含むガスを第１の濃度に設定してプラズマドーピングする第１のドーピング工程と、前記第１のドーピング工程の後に、前記不純物を含むガスを前記第１の濃度よりも低い第２の濃度に設定してプラズマドーピングする第２のドーピング工程と、を含むことを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記不純物を含むガスのプラズマは、ボロン原子と水素原子からなる分子（ＢｎＨｍ）とＨｅの混合ガスプラズマよりなることを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記不純物を含むガスのプラズマは、Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマよりなることを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマ中のＢ２Ｈ６ガス濃度は、０．０１％以上且つ１％以下であることを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマ中のＢ２Ｈ６ガス濃度は、０．０２５％以上且つ０．６％以下であることを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記不純物を含むガスのプラズマは、ＢＦ３とＨｅの混合ガスプラズマよりなることを特徴とする。
また本発明は、基板に不純物を含むガスのプラズマを照射し、前記基板の表面に不純物領域を形成するプラズマドーピング方法であって、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量がプラズマドーピング時間の変化によらずほぼ一定となるプラズマドーピング時間範囲を決定する工程と、前記プラズマドーピング時間範囲を決定する工程の後に、前記プラズマドーピング時間範囲に含まれる所定のプラズマドーピング時間を用いて、前記不純物を前記基板にプラズマドーピングする工程と、を備え、前記不純物を含むガスのプラズマは、ＢＦ３とＨｅの混合ガスプラズマよりなることを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記プラズマドーピング時間範囲を決定する工程は、前記基板における面内の複数の箇所において、前記基板に導入される前記不純物のドーズ量がプラズマドーピング時間の変化によらずほぼ一定となるプラズマドーピング時間範囲をそれぞれ求める工程を含み、前記それぞれのプラズマドーピング時間範囲の内で一番遅いプラズマドーピング時間範囲に合わせて、前記所定のプラズマドーピング時間を決定することを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記基板の直径は２００ｍｍ以上であり、前記基板の面内における前記不純物のドーズ量の１σで表される均一性が２．５％以下となるように、前記所定のプラズマドーピング時間を決定することを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記基板の直径は３００ｍｍ以上であることを特徴とする。
また本発明は、上記プラズマドーピング方法において、前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする。
【００１５】  この構成によれば、不純物イオンを含むガスプラズマの濃度が、時間依存性を持たずドーズ量が一定となる時間範囲に設定されているため、ドーズ量を正確に制御することができる。つまり、時間が少しずれたとしてもドーズ量がほとんど変わらないので安定してドーズ量を制御できる。これに対して、時間でドーズ量を制御する従来の方法の場合には、時間が少しずれただけでもドーズ量が大幅に変化してしまう。【００１６】  また、実験を重ねた結果、ある所定のバイアスに対してＢ２Ｈ６/Ｈｅ濃度を変化させることで、ドーズ量がほとんど変化しない飽和する時間帯を得ることができた。さらにその時間帯の中でもアニール後のシート抵抗（Rs）の面内均一性、すなわちドーズ量の面内均一性が極めて良好となる時間帯があることを発見し、この結果にもとづいてなされたものである。これにより、プラズマドーピングを実用化するうえで、最も大きな課題とされていたドーズ量の制御と面内均一性の課題を一挙に解決できる。【００１７】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、不純物の基板表面へのドーピングと、基板表面からのスパッタリングとが飽和状態となるようにドーピング時間と、不純物を含むガスプラズマの濃度を設定するようにしたものを含む。【００１８】  本発明者らは種々の実験を重ねた結果、例えばＢ２Ｈ６/Ｈｅプラズマをシリコン基板に照射してバイアスをかけると、ボロンのドーピングと、プラズマに含まれるイオン、ラジカル、ガスの照射による基板表面からのボロンのスパッタリングが飽和する（釣り合う）時間があることを発見した。また、その飽和する時間が装置制御の繰り返し性が確保できる時間と比べて比較的長く安定して使用し易いことがわかった。【００１９】  また本発明のプラズマドーピング方法は、ドーピング時間を、基板面内のドーズ量が少ない部分のドーズ量が、ドーズ量が飽和した部分のドーズ量に追いつく程度に設定されているものを含む。  この構成によれば、不純物イオンを含むガスプラズマの濃度が、時間依存性を持たずドーズ量が一定となる時間範囲に設定されており、さらにドーピング時間が、基板面内のドーズ量が少ない部分のドーズ量が、ドーズ量が飽和した部分のドーズ量に追いつく程度に設定されているため、面内均一性を高めるように、ドーズ量を正確に制御することができる。実際には、面内の各ポイントで、飽和する時間帯を測定し、ドーピング終了点をその時間帯の開始点のうちもっとも遅い時間に設定するようにしている。これにより、基板面内のドーズ量が少ない部分のドーズ量は、ドーズ量が飽和した部分のドーズ量に追いつくことにより、良好な面内均一性を得ることができる。【００２０】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、前記不純物イオンを含むガスプラズマの濃度を変化させることで時間依存性を持たず一定となるドーズ量の水準を変化させるものを含む。  この構成により、前記不純物イオンの前記基板表面へのドーピングと、前記基板表面からのスパッタリングとが飽和状態となるようにガスプラズマの濃度を設定することにより、一定となるドーズ量の水準を変化させることができるため、安定して高精度に不純物濃度が制御された不純物領域を形成することができる。【００���１】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、不純物原子を含むガスの濃度、圧力、ソースパワーを変化させることで前記不純物イオンを含むガスプラズマの濃度を変化させるものを含む。  この構成により、ガスプラズマの濃度を所望の範囲に設定することができる。  特に、不純物原子を含むガスの濃度を変えることで前記不純物イオンを含むガスプラズマの濃度を簡単に且つ正確に変えることができるという利点がある。具体的な手段は、不純物原子を含むガスと希釈ガスを混合して用いるようにしておき、マスフローコントローラを用いてそれぞれのガスの流量を変えてそれぞれのガスの混合比を変えることで前記不純物イオンを含むガスプラズマの濃度を簡単に且つ正確に変えることができる。【００２２】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、前記ガスプラズマ中のイオンとラジカルとガスの濃度が、前記不純物イオンの前記基板表面へのドーピングと、前記基板表面からのスパッタリングとが時間の増加に対して飽和状態となるように、前記ガスプラズマの濃度が設定されるものを含む。  この構成により、前記不純物イオンの前記基板表面へのドーピングと、前記基板表面からのスパッタリングとが飽和状態となるようにガスプラズマの濃度を設定することにより、時間変化によらずドーズ量を正確に制御することができるため、安定して高精度に不純物濃度が制御された不純物領域を形成することができる。【００２３】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、前記不純物イオンを含むガスプラズマが、ボロン原子と水素原子からなる分子（ＢｎＨｍ）とＨｅの混合ガスプラズマであるものを含む。  種々の実験を重ねた結果、ＢｎＨｍガス濃度を小さくしていった際、時間の変化によらずドーズ量がほぼ一定となる領域が存在することを発見した。ボロンの基板表面へのドーピングと、基板表面からのスパッタリングとが飽和状態となるようにＢｎＨｍガス濃度を設定することにより、時間変化によらずドーズ量を正確に制御することができるため、安定して高精度に不純物のドーズ量を制御された不純物領域を形成することができる。【００２４】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、前記不純物イオンを含むガスプラズマが、Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマであるものを含む。  種々の実験の結果、Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマを用いた場合に、Ｂ２Ｈ６ガス濃度を小さくしていった際、時間の変化によらずドーズ量がほぼ一定となる領域が存在することを発見し、この事実に着目してなされたものである。ボロンの基板表面へのドーピングと、基板表面からのスパッタリングとが飽和状態となるようにＢ２Ｈ６ガスの濃度を設定することにより、時間変化によらずドーズ量を正確に制御することができるため、安定して高精度に不純物濃度が制御された不純物領域を形成することができる。【００２５】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、前記Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマのＢ２Ｈ６ガス濃度が０．０１％以上、１％以下であるものを含む。０．０１％以下では、Ｂ２Ｈ６ガス濃度を変化させたときに、時間変化に対して飽和するボロンのドーズ量の変化が小さ過ぎる。よって、時間変化に対して飽和するボロンのドーズ量をＢ２Ｈ６ガス濃度の変化で��御することが困難である。また、１％以上では、Ｂ２Ｈ６ガス濃度を変化させたときに、時間変化に対して飽和するボロンのドーズ量の変化が大き過ぎる。よって、この場合も制御性が劣る。同様の理由から、Ｂ２Ｈ６ガス濃度は、さらに望ましくは０．０２５％以上、０．６％以下である。  実験結果から、Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマのＢ２Ｈ６ガス濃度を０．１％程度としたとき、時間変化に依存することなくドーズ量がほぼ一定となる領域が存在することを発見した。【００２６】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、バイアス電圧ＶＤＣが６０Ｖ以下であるものを含む。  実験結果から、バイアス電圧ＶＤＣが６０Ｖ以下であるとき、時間変化に依存することなくドーズ量がほぼ一定となる領域が存在することを発見した。【００２７】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、ソースパワーが１５００Ｗ程度であるものを含む。  実験結果から、ソースパワーが１５００Ｗ程度であるとき、時間変化に依存することなくドーズ量がほぼ一定となる領域が存在することを発見した。【００２８】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、前記不純物イオンを含むガスプラズマは、ＢＦ３とＨｅの混合ガスプラズマであるものを含む。  実験結果から、Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマを用いた場合だけでなく、ＢＦ３とＨｅの混合ガスプラズマを用いた場合も同様に、実験の結果、ＢＦ３ガス濃度を小さくしていった際、時間の変化によらずドーズ量がほぼ一定となる領域が存在する。従って、安定して高精度に不純物のドーズ量を制御された不純物領域を形成することができる。【００２９】  また、本発明のプラズマドーピング方法は、前記試料がシリコン基板であるものを含む。  種々の実験の結果、シリコン基板へのドーピングに際し、Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマを用いた場合に、Ｂ２Ｈ６ガス濃度を小さくしていった際、時間の変化によらずドーズ量がほぼ一定となる領域が存在することを発見した。またＢｍＨｎとＨｅの混合ガスプラズマを用いた場合にも同様の結果を得ることができた。【００３０】  このように、本発明は、ボロンの基板表面へのドーピングと、基板表面からのスパッタリングとが飽和状態となるようにドーピング時間とボロンを含むガスプラズマの濃度を設定したことに本質的な工夫がある。【００３１】  また、本発明は、ドーズ量が時間依存性を持たず一定となる時間領域でプラズマドーピングを行なうことにより、安定して高精度に不純物のドーズ量を制御された不純物領域を形成することができる。  この構成により、時間の変化に依存することなく、ドーズ量が一定となる時間をプロセスウインドウとすることでドーズ量を正確に制御することができる。【００３２】  さらにまた、望ましくは、前記活性化する工程としては、レーザー光を照射する工程を含む。  レーザー光は光のエネルギー密度が高いため、高効率の活性化が可能となる。【００３３】  さらにまた、前記活性化する工程としては、フラッシュランプの放射光を照射する工程を含むようにしてもよい。  フラッシュランプは安価であるため、低コスト化が可能となる。【００３４】  さらにまた、前記活性化する工程としては、タングステンハロゲンランプの放射光を照射する工���を含むようにしてもよい。  タングステンハロゲンランプを用いた熱処理は、すでに実用化されており、信頼性良く活性化できる。【００３５】  また、上記プラズマドーピングにおいて、プラズマが接している反応容器の内壁の温度をほぼ一定とした状態でプラズマドーピングを行うようにしている。  また、上記プラズマドーピングにおいて、プラズマが接している反応容器の内壁を加熱した状態でプラズマドーピングを行う。【００３６】  また、上記プラズマドーピングにおいて、プラズマが接している反応容器の内壁を冷却した状態でプラズマドーピングを行う。【００３７】  また、上記プラズマドーピングにおいて、不純物元素を含むガスの濃度を、処理の途中で低下させるようにしたプものを含む。
【発明の効果】
【００３８】  以上説明してきたように、本発明のプラズマドーピング方法によれば、不純物導入量を精密に制御することができ、安定して高精度にドーズ量制御のなされた不純物領域を形成することが可能となる。  また面内均一性に優れた不純物領域を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】  以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。  （実施の形態１）  以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。  図１に記載の装置をプラズマドーピング装置A（PD装置―A）とする。  本実施の形態では、不純物の導入に際し、導入すべき不純物イオンを含むガスプラズマの濃度が、前記不純物イオンのドーピングと、シリコン基板（シリコンウェハ）表面のスパッタリングとが飽和状態となるように設定する。これにより、時間変化によらずドーズ量を正確に制御することができ、安定して高精度に不純物濃度を制御された不純物領域を形成することができる。また面内均一性に優れた不純物領域を形成することができる。【００４０】  ここでは、前記不純物イオンのドーピングと、基板表面のスパッタリングとが飽和状態となるようにガスプラズマの濃度を設定する。これにより、時間変化によらずドーズ量を正確に制御することができるため、安定して高精度に不純物のドーズ量を制御された不純物領域を形成することができる。【００４１】  これは以下のようにも表現できる。前記不純物イオンのドーピングと、基板表面のスパッタリングとが飽和状態となってドーズ量が時間変化によらず一定となる時間範囲でプラズマドーピングを行なうことで安定して高精度に不純物のドーズ量を制御された不純物領域を形成することができる。【００４２】  さらにまた、面内均一性を得るためには、面内の各ポイントで、飽和する時間帯を測定し、ドーピング終了点をその時間帯の開始点のうちもっとも遅い時間に設定する。これにより、基板面内のドーズ量が少ない部分のドーズ量は、ドーズ量が飽和した部分のドーズ量に追いつくことにより、面内均一性を得ることができる。【００４３】  図１に本発明の実施の形態１において用いられる不純物導入装置の断面図を示す。  この不純物導入装置すなわちプロセスチャンバーは、反応容器１５と、反応容器１５内を排気する排気装置としてのターボ分子ポンプ６と、反応容器１５内の圧力を制御する圧力制御装置としての調圧弁７と、下部電極１４に対向した誘電体窓の近傍に設けられたプラズマ源としてのコイルおよびアンテナ３と、このコイルまたはアンテナ３に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源１２と、下部電極１４に電圧を供給する電圧源としての高周波電源１とで構成されており、試料台を兼ねる下部電極１４上に被処理基板（基板）１３を設置し、プラズマ照射を行なうものである。【００４４】  ここでは、プラズマを発生させるための高周波電源１と放電の調整を行なうマッチングボックス２を介して、コイル及びアンテナ３から高周波が供給される。必要なガスはマスフローコントローラＭＦＣ４及び５を介して供給される。反応容器１５内の真空度は前記マスフローコントローラ４及び５、ターボ分子ポンプ６、調圧弁７、ドライポンプ８によって制御される。反応容器１５に対しては、高周波電源１２から、マッチングボックス１１を介して電力が供給される。反応容器１５内に設置した、被処理基板１３は試料台１４に載置され、前記電力が供給される。【００４５】  次に、プラズマドーピング工程について述べる。【００４６】  このプロセスチャンバーの反応容器１５内にガス供給装置からマスフローコントローラ４、５を介して所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ８により排気を行い、圧力制御装置としての調圧弁９により反応容器１５内を所定の圧力に保つ。そして高周波電源１により、プラズマ源としてのコイル３に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給することにより、反応容器１５内に誘導結合型プラズマを発生させる。この状態で下部電極１４上に、試料としてのシリコン基板１３を載置する。また、下部電極１４には高周波電源１２によって高周波電力が供給されており、試料としてのシリコン基板（被処理基板）１３がプラズマに対して負の電位をもつように、下部電極１４の電位を制御することができるようになっている。  なお、ここではコイルを用いて誘導結合型プラズマを発生させる場合を示したが、コイルに代えてアンテナを用いてもよく、ヘリコン波プラズマ、表面波プラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマなどを発生させてもよい。【００４７】  シリコン基板１３を下部電極としての試料台１４に載置した後、反応容器１５内を排気しつつ、マスフローコントローラ４により反応容器１５内にヘリウムガスを、またマスフローコントローラ５により反応容器１５内にドーピング原料ガスとしてのジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスを供給し、調圧弁９を制御して反応容器１５内の圧力を０．９Ｐａに保つ。次に、プラズマ源としてのコイル３に高周波電力を１５００Ｗ供給することにより、反応容器１５内にプラズマを発生させるとともに、下部電極１４に２００Ｗの高周波電力を供給することにより、ボロンをシリコン基板１３の表面近傍に打ち込むことができる。ここでシリコン基板１３に曝されているプラズマは、Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマ（Ｂ２Ｈ６/Ｈｅプラズマ）である。なお、Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合の割合は、マスフローコントローラ４と５に流すＨｅガスとＢ２Ｈ６ガスの流量の比を変えることで変化させることができる。【００４８】  Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマ（Ｂ２Ｈ６/Ｈｅプラズマ）をシリコン基板に照射してバイアスをかけると、ボロンのドーピングとスパッタリングが飽和する（釣り合う）時間があることがわかった。さらに、本実施の形態では、その飽和する時間が比較的長く安定して使用し易いことがわかった。すなわち、プラズマ照射を開始すると、最初はドーズ量が増加するが、その後、時間の変化によらずドーズ量はほとんど一定となる時間が続き、さらに時間を増加させるとドーズ量は減少する。時間の変化によらずドーズ量がほとんど一定となる時間をプロセスウインドウとすることでドーズ量を正確に制御できる。また、このシリコン基板面内で、ドーズ量が一定となる時間をあらかじめ測定し、その一番遅いものの開始時間に合わせてドーピング時間を設定することにより、面内均一性も得ることができた。【００４９】  （実施の形態２）  以下、本発明の実施の形態２について、図２を参照して説明する。  図２に記載の装置をプラズマドーピング装置B（PD装置―B）とする。  図２に、本発明の実施の形態２において用いる不純物導入装置の概略平面図を示す。図２において、不純物導入装置は、ヘリコンプラズマ装置を用いたもので、この装置においてもマスフロー���ントローラ（図示せず）を介してＢ２Ｈ６／ＨｅガスおよびＨｅガスが供給されるようになっている。【００５０】  ここでも反応容器（石英ベルジャー）３５内の試料台（電極）３４に載置されたシリコン基板（試料）３３に対し、不純物を導入するもので、高周波電源２１によってコイル２３に高周波が供給され、 マスフローコントローラを介して供給されるＢ２Ｈ６／ＨｅガスおよびＨｅガスが、プラズマ化されるようになっている。  そしてこの装置でも、マスフローコントローラを高精度に制御することにより、Ｂ２Ｈ６／Ｈｅの混合比が制御され、時間依存性なしにドーズ量が一定となるように、ガスプラズマ濃度を制御できるようになっている。【００５１】＜実施例１＞  図２で示した実施の形態２で説明したPD装置―Bを用いて２００ｍｍのシリコン基板について、ボロンのドーズ量とプラズマドーピング時間とを変化させプラズマドーピングを行った。  図３に、このときのボロンのドーズ量とプラズマドーピング時間との関係を測定した結果を示す。縦軸はドーズ量、横軸はプラズマドーピング時間である。  Ｂ２Ｈ６とＨｅの混合ガスプラズマ（Ｂ２Ｈ６/Ｈｅプラズマ）をシリコン基板に照射してバイアスをかけると、ボロンのドーピングとスパッタリングが飽和する（釣り合う）時間があることがわかった。さらに、本実施の形態では、その飽和する時間が比較的長く安定して使用し易いことがわかった。すなわち、プラズマ照射を開始すると、最初はドーズ量が増加するが、その後、時間の変化によらずドーズ量はほとんど一定となる時間が続き、さらに時間を増加させるとドーズ量は減少する。時間の変化によらずドーズ量がほとんど一定となる時間をプロセスウインドウとすることでドーズ量を正確に制御できる。また、面内均一性も得ることができた。【００５２】  この現象を利用すると、例えば、ボロンのドーズ量を１σ＝１％以内の精度で２．６２Ｅ１５ｃｍ−２に設定できることを実証した。Ｂ２Ｈ６/Ｈｅガス濃度を０．２％/９９．８％としてＶＤＣ６０Ｖ、ソースパワー１５００Ｗ、圧力０．９Ｐａでプラズマドーピングすると４５秒から６０秒の間のドーズ量の変化は、図３曲線ｂに示すように、４５秒で２．６２Ｅ１５ｃｍ−２であり、６０秒で２．６３Ｅ１５ｃｍ−２であることから、わずかに０．０１Ｅ１５ｃｍ−２であった。この間は、単位時間当たりわずかずつドーズ量は増加する。そのレートは、（２．６３Ｅ１５−２．６２Ｅ１５）/（６０−４５）＝６．７Ｅ１１ｃｍ−２/秒と非常にゆっくりであり、時間変化に対して非常に安定である。【００５３】  ２．６２Ｅ１５ｃｍ−２を狙った場合に１σ＝１％となるように許容できるドーズ量の最大値と最小値の差（±３σ）は、２．５２−２．６８Ｅ１５ｃｍ−２であるため、その差は約１．５Ｅ１４ｃｍ−２である。ドーピング時間が４５秒から６０秒までの間では、ドーズ量は６．７Ｅ１１ｃｍ−２/秒とゆっくりの割合でしか変化しないので、２．６２Ｅ１５ｃｍ−２を狙った１σ＝１％のドーズ量制御ができる見通しが立つ。なぜなら、装置によって決まるドーピング時間の制御は１００ミリ秒オーダーであり、大きく見積もってもドーピング時間が１秒以上ずれることはないからである。【００５４】  ここで、ド���ズ量は、１１００℃、３分の条件でアニールした後のシート抵抗から推定したものであるが、ドーピング時間が４５秒から６０秒の間のサンプルのシート抵抗の差はわずかに１０７．４〜１０７．０ohm/sqと０．４ohm/sqであった。１５秒の長い時間にわたってドーズ量の変化が小さいことは注目すべき新たな発見である。前述したが、装置制御の観点から、プラズマドーピングを繰り返し５０秒行なうことに対する時間のずれは、せいぜい数百マイクロ秒である。これにより、実際には、例えば５０秒±０．５秒程度のずれを気にすればよいので、非常に安定した制御性の高いドーズ量の制御方法と言うことができる。【００５５】  図３から、Ｂ２Ｈ６/Ｈｅガス濃度を０．０２５％/９９．９７５％とした場合は６０秒付近にボロンのドーピングとスパッタリングが釣り合う時間範囲があることがわかる。また、Ｂ２Ｈ６/Ｈｅガス濃度が０．１％/９９．９％の場合は６０秒付近、０．２％/９９．８％の場合は４５〜６０秒付近、０．５％/９９．５％の場合は６０〜７０秒付近、０．６％/９９．５％の場合は６０秒〜１００秒付近にボロンのドーピングとスパッタリングが釣り合う時間範囲がある。この付近では、装置制御の観点からのドーピング時間の制御に比べて、ドーズ量の時間変化が非常に小さく、ドーズ量の高精度の制御が可能であることは、Ｂ２Ｈ６/Ｈｅガス濃度を０．２％/９９．８％とした場合と同様の理論で説明可能である。【００５６】  また、図３の実験結果から時間変化に対してその変化が飽和したときのドーズ量とＢ２Ｈ６ガス濃度との関係をまとめた結果を図４に示す。縦軸は飽和したドーズ量、横軸はＢ２Ｈ６ガス濃度である。この結果、Ｂ２Ｈ６ガス濃度と飽和したドーズ量は１対１の対応にあることがわかった。以上のことから、Ｂ２Ｈ６ガス濃度を変化させることで、時間変化に対してドーズ量変化がほとんど一定となるドーズ量の水準を変化させることができ、時間変化に対してドーズ量変化がほとんど一定となるドーズ量の水準が所望のドーズ量になるようにＢ２Ｈ６ガス濃度を調整して、且つ、時間変化に対してドーズ量変化がほとんど一定となる時間領域にプラズマドーピング時間を調整することで、ドーズ量を所望の値に正確に制御できることを実証した。【００５７】  これに対して、Ｂ２Ｈ６ガス濃度を調整しただけでは時間のずれに対して安定性を欠く。また、時間変化に対してドーズ量変化がほとんど一定となる時間領域以外で、プラズマドーピング時間を調整しただけでも時間のずれに対して安定性を欠く。さらに時間変化に対してドーズ量変化がほとんど一定となる時間領域は、Ｂ２Ｈ６ガス濃度によって違うので、各Ｂ２Ｈ６ガス濃度にあった時間領域に調整しなければならない。これを行わなかった場合には、あるＢ２Ｈ６ガス濃度では正確にドーズ量を調整できても、違うＢ２Ｈ６ガス濃度では時間のずれに対して安定性を欠く。【００５８】  図５、図６はこのドーズ量制御の方法を用いて試作したプラズマドーピング後の基板を1075℃、20秒でアニールした結果である。シート抵抗は、２００ｍｍ基板の端部５ｍｍを除いた面内の８１箇所を測定した。ドーズ量が時間の変化に対して一定となるプラズマドーピング時間とＢ２Ｈ６/Ｈｅガス濃度を用いたことが特��である。ここでは図３と図４を参照しながら簡単に説明する。ある所定のバイアスに対してＢ２Ｈ６/Ｈｅガス濃度を適切に設定すると、図３のようにプラズマドーピング時間の変化に対してＢドーズ量がほとんど変化しない飽和する時間帯をつくることができる。飽和するＢドーズ量は、Ｂ２Ｈ６/Ｈｅガス濃度を変化させることで図４のように変化させることができる。すなわち、ドーズ量を制御することができる。ここで図５と図６で用いたプラズマドーピング条件は、図３と図８の図面上に矢印ａ、ｂで示したプラズマドーピング条件である。ａは図５、ｂは図６の条件を示す。【００５９】  図５は、ドーズ量制御の方法を用いて、Ｂ２Ｈ６/Ｈｅガス濃度を0.1%/99.9%としプラズマドーピング時間を60秒とすることでＢドーズ量を1.63E15cm-2に調整した場合のRs均一性の結果である。Rsの平均は194.0 ohm/sqで、均一性は１σで2.25％であった。ドーズ量が飽和しない時間で試作したサンプルでは、均一性は１σで5%から10%程度であり、このように均一なものはできておらず、ドーズ量が飽和する時間を選択したことによる有効な効果のひとつである。【００６０】  図６は、ドーズ量制御の方法を用いて、Ｂ２Ｈ６/Ｈｅガス濃度を0.2%/99.8%としプラズマドーピング時間を45秒とすることでBドーズ量を2.62E15cm-2に調整した場合のガス濃度と時間との関係を測定した結果を示す図である。Rsの平均は147.9 ohm/sqで、均一性は１σで2.42％であった。このように、図５と異なるドーズ量でも2.5%以下の良い水準の均一性を再現できることがわかる。【００６１】  一般的に、均一性は、１σの値が小さくなればなるほど均一性を良くする技術的難易度は飛躍的に増大する。つまり、10%のものを5%に改善する難易度と5%のものを2.5%に改善する難易度は大幅に後者の方が難しい。本発明を用いない場合には5%以上であった均一性が、本発明を用いることで2.5%以下の均一性を容易に得られることは本発明の有効性を示すものである。【００６２】＜実施例２＞  次に、本発明の実施例２として前記図１で示したPD装置―Aを用いて３００ｍｍのシリコン基板に対してボロンのドーズ量とプラズマドーピング時間とを変化させプラズマドーピングを行った。  図７は、プラズマドーピング時間とボロンドーズ量、面内均一性の関係を測定した結果を示す図である。ボロンのドーズ量は、３０秒程度で時間の変化に対して飽和を始めていることがわかる。また、ボロンドーズ量の面内均一性は、ドーズ量が飽和してさらに３０秒程度経過した時間、すなわちプラズマドーピング時間が６０秒のときにもっとも良好な値を示した。【００６３】  図８は、図７で示した３００ｍｍ基板にボロンをプラズマドーピングした後、１０７５℃、２０秒でアニールした後のシート抵抗の面内分布である。シート抵抗は、３００ｍｍ基板の端部３ｍｍを除いた面内の１２１箇所を測定した。図９は、図８の各面内分布で基板中央を通る縦軸上のシート抵抗の分布を示したものである。また、図１０は、同様の図であるが、シート抵抗をそれぞれの基板面内の平均値で除して規格化して表した図である。【００６４】  このように、ドーズ量がプラズマドーピング時間の変化に対して変化しないようになって、さらにしばらくすると面内均一性も良いものが得られるようになる。これはドーズ量が、プラズマドーピング時間の変化に対して変化しないようになってしばらくすると、シリコン基板面内のドーズ量が少ない部分のドーズ量が、ドーズ量が飽和した部分のドーズ量に追いつくためと考えられる。【００６５】  一方、ドーズ量が、プラズマドーピング時間の変化に対して変化しないようになった直後の時間をプラズマドーピング時間に設定すると、基板面内のドーズ量が少ない部分のドーズ量が、ドーズ量が飽和した部分のドーズ量に追いつかないために、面内均一性は十分とはいえない場合がある。  つまり、ドーズ量制御について十分であっても、さらに面内均一性を確保しようとすると、プラズマドーピング時間をより最適に設定する必要がある場合もある。【００６６】  次に、本発明のメカニズムを図９、図１０を参照して説明する。図９、図１０においては、それぞれ７秒（７ｓｅｃ）後、３０秒（３０ｓｅｃ）後、６０秒（６０ｓｅｃ）後のシート抵抗を示す。最初にボロンが多数ドーピングされた部分（図９、図１０の横軸-150mmから0mmの部分）は、時間が経過するに従ってドーズ量が相対的に早く飽和する。逆に、最初にボロンがあまりドーピングされなかった部分（図９、図１０の横軸75mmから150mmの部分）は、ドーズ量が飽和するまでに相対的に多くの時間が掛かる。【００６７】  ただし、ドーズ量が飽和しはじめてしばらく時間が経過すると、最初にボロンが多数ドーピングされた部分はそれ以上なかなかボロンが注入されず、一方で最初にボロンがあまりドーピングされなかった部分はドーズ量が飽和に達するので、その差が小さくなる。図９、図１０で６０秒ドーピングした場合に、縦軸のシート抵抗のばらつき幅が小さいのはそのためである。これによりシート抵抗の面内均一性を改善することができる。本発明の方法は、プラズマドーピングで面内均一性を確保する非常に有効な手段である。同時にドーズ量の制御ができることは前述の通りである。【００６８】  なお、実施例１と実施例２で採用した１０７５℃、２０秒のアニール条件では、シート抵抗の分布は、ドーズ量の分布と考えて差し支えない。ドーズ量とシート抵抗は１対１の関係にあるからである。このような高温で比較的長い時間のアニール条件では、不純物はほぼ完全に電気的に活性化されていると推測でき、そのことが１対１で対応する理由として考えられる。【００６９】  次に、活性化工程について述べる。これはPD装置に依存することなく共通である。アニールに際しては、アニ―ル装置の試料台上に、不純物イオンの供給されたシリコン基板を載置し、赤外線レーザーからミラーで反射させたレーザー光をシリコン基板の表面に照射することにより、シリコン基板の表面を加熱して活性化することができる。【００７０】  なお、活性化工程においては、活性化処理室として、フラッシュランプ処理室を用いることも可能である。フラッシュランプ処理室は、容器と、試料台と、窓と、フラッシュランプとからなる。試料台上に、不純物イオンが供給されたシリコン基板を載置し、フラッシュランプからの放射光をシリコン基板の表面に照射することにより、シリコン基板の表面を加熱して活性化することができる。【００７１】  なお、前記実施の形態では、活性化工程においては、活性化処理室としてフラッシュランプ処理室を用いたが、現在半導体の量産工場で用いられているようなタングステンハロゲンランプ処理室を用いることも可能である。【００７２】  以上述べた本発明の実施の形態においては、本発明の適用範囲のうち、処理室の構成、形状、配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、いうまでもない。【００７３】  また、試料がシリコン基板よりなる半導体基板である場合を例示したが、他の様々な材質の試料を処理するに際して、本発明を適用することができる。例えば、歪みシリコン基板やSOI基板にも有効である。これらはプラズマから見える表面形状だけを考えた場合、シリコン基板と同様だからである。さらに、Fin FETの場合でも有効である。Fin FETの場合でも、一般的に、その構造は１μｍ、或いはそれ以下のオーダーの寸法である。プラズマのシースの幅は１ｍｍ以上のオーダーである。よって、プラズマから見える表面形状だけを考えた場合、Fin FETの構造は無視できる程度に小さく、シリコン基板と同様だからである。【００７４】  また、不純物がボロンである場合について例示したが、試料がシリコンよりなる半導体基板である場合、特に不純物が砒素、燐、ボロン、アルミニウムまたはアンチモンである場合に本発明は有効である。これは、トランジスタ部分に浅い接合を形成することができるからである。【００７５】  また、本発明は、不純物を含むガス濃度が低濃度である場合に有効であり、特に、高精度にドーズ量のコントロールの必要なプラズマドーピング方法として有効である。【００７６】  また、プラズマドーピング工程において、反応容器内に供給するガスがドーピング原料を含むガスである場合を例示したが、反応容器内に供給するガスがドーピング原料を含まず、固体状の不純物からドーピング原料を発生させる場合にも本発明は有効である。つまり、不純物原子を含む固体を反応容器内に配置し、Ｈｅなどのプラズマを励起させて不純物原子をプラズマ化してプラズマドーピングさせるなどの場合にも本発明は有効である。【００７７】  また、プラズマドーピングを行うに際して、プラズマが接している反応容器の内壁の温度をほぼ一定とした状態で処理を行うことが好ましい。これは、反応容器の内壁の温度が処理の途中で変化すると内壁の温度における不純物原子の付着確率が変化し、また、内壁に付着した不純物元素を含む薄膜からプラズマ内に放出される不純物原子の数が変化するため、単位時間当たりのドーズ量が変化してしまうためである。反応容器内壁の温度を一定に保つ方法としては、ヒーターによって加熱する方法や、冷媒を循環させることによって冷却する方法などから適宜選択することができる。  また、反応容器中の不純物を含むガスの濃度を調整するに際し、ガスの供給量を調整して濃度そのものを直接調整する方法だけでなく、反応容器内壁の温度を下げて、所定の不純物を析出させることにより、当該不純物の濃度を低下させたり、反応容器内壁の温度を上げて、所定の不純物の析出を抑制することにより、当該不純物の濃度を維持したり、反応容器内壁温度の調整により、ドーズ量を調整することも可能で��る。また、フィードバック機能を備えることにより、反応容器内壁の温度制御をしながら濃度制御を行うことも可能である。【００７８】  また、プラズマドーピングを行うに際して不純物元素を含むガスの濃度を処理の途中で下げても良い。この場合の適切な処理方法について説明する。  まず、不純物元素を含むガスの濃度が高い状態でプラズマドーピングを行うことにより、処理の初期における単位時間当たりのドーズ量を高くする。  次いで不純物元素を含むガスの濃度が低い状態でプラズマドーピングを行う。そして、ドーズ量が時間依存性を持たず一定となる時間範囲でプラズマドーピング処理を停止する。このような手順で処理することにより、初期から不純物元素を含むガスの濃度が低い状態で処理した場合と比較して、総処理時間の短縮を図ることが可能となる。  この場合も、反応容器内壁の温度を最初上げておき、最大限に不純物を含むガスの濃度を高めておき、続いて反応容器内壁の温度を下げ、不純物の内壁への析出を促進し、ガスの濃度を下げる方法も有効である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】  本発明のプラズマドーピング方法は、経済的で、不純物導入量を精密に制御でき、浅い不純物拡散領域を形成するプラズマドーピング方法を実現することが可能であり、半導体の不純物導入工程をはじめ、液晶などで用いられる薄膜トランジスタの製造等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態１で用いられる不純物導入装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態２で用いられる不純物導入装置の断面図
【図３】本発明の実施例１の方法におけるドーズ量と時間との関係を示す図
【図４】本発明の実施例１の方法におけるドーズ量とガス濃度との関係を示す図
【図５】本発明の実施例１の方法で得られたサンプルのＲｓ分布を示す図
【図６】本発明の実施例１の方法で得られたサンプルのＲｓ分布を示す図
【図７】本発明の実施例２の方法におけるドーズ量と時間との関係を示す図
【図８】本発明の実施例２の方法におけるドーズ量の面内均一性を示す比較図
【図９】本発明の実施例２の方法におけるＹ軸上のシート抵抗分布を示す図
【図１０】本発明の実施例２の方法におけるＹ軸上のシート抵抗規格値の分布を示す図
【符号の説明】
【００８１】１  高周波電源２  マッチングボックス３  コイル４  マスフローコントローラ５  マスフローコントローラ６  ターボ分子ポンプ７  調圧弁８  ドライポンプ９  冷却水供給ユニット１０  ＶＤＣモニター１１  マッチングボックス１２  高周波電源１３  試料（被処理基板）１４  下部電極１５  反応容器２１  高周波電源２３  コイル３３  試料３４  試料台３５  反応容器
【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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