CN1509494A - 表面处理方法和半导体装置的制造装置 - Google Patents

表面处理方法和半导体装置的制造装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种表面处理方法，其特征为，包括：通过等离子体使物质等离子体化，生成第一等离子体化物质及第二等离子体化物质的等离子体化工序；开始向基体导入通过该等离子体而等离子体化的该第一等离子体化物质的开始工序；终止向该基体导入该第一等离子体化物质的终止工序；在该终止工序前观测通过该等离子体而等离子体化的该第二等离子体化物质状态的观测工序；和根据该观测工序的观测结果，控制表示从该开始工序直到该终止工序为止的时间的等离子体处理时间的控制工序，使表示向该基体导入的第一等离子体化物质的总量的总剂量成为所希望的总剂量。

Description

表面处理方法和半导体装置的制造装置
技术领域
本发明涉及将使原子、分子、化合物及合金等物质等离子体化的等离子化物质导入半导体基板等的基体的表面处理方法及半导体装置的制造装置。
背景技术
为了制造半导体装置把磷、硼等杂质少量导入半导体基板，制作n型及p型半导体的工序成为必要。
作为把这类杂质导入半导体基板的手段，广泛使用离子注入法。为了伴随半导体装置的微细化使半导体装置的结深度变浅，在离子注入过程注入离子的低能量化成为必要。在前述的离子注入法，在注入的离子能量低的低能量区域存在所谓生产率低的本质问题。
因此提出了替换这类离子注入法的各种杂质导入手法。其中尤其是盛行研究将使杂质等离子体化的等离子化杂质导入半导体基板等的基体的等离子体掺杂。其理由如下所示。等离子体掺杂是可以在室温实施的室温工艺过程，与现有的离子注入法有互换性，可是即使在低能量区域也可维持高的生产率，此外，在等离子体掺杂中使用的装置也比离子注入法中使用的装置还要便宜，这是由于装置专有的专有面积小的缘故。
在通过等离子体掺杂把等离子体化杂质导入半导体基板之际，在用于把等离子体化杂质导入半导体基板开始大量生产之前，试行把等离子体化杂质导入半导体基板，通过二次离子质谱测定法(SIMS：secondary ion mass spectrometry)求出表示导入半导体基板的等离子体化杂质量的剂量，确认剂量的增减。而且，根据求出的剂量，调整表示从开始将等离子体化杂质导入半导体基板的时刻到终止将杂质导入半导体基板的时刻为止的时间的掺杂时间(等离子体处理时间)，根据调整的掺杂时间，开始用于使等离子体化杂质导入半导体基板的大量生产。
然而，在这类现有的等离子体掺杂，为了用于使杂质等离子化的等离子体状态变化，则表示向半导体基板导入的等离子化杂质量的剂量变化。因此，在通过等离子体掺杂制造的半导体装置，源极区域，漏极区域及栅极电极的电阻值产生波动。其结果，产生所谓通过等离子体掺杂制造的半导体装置的器件驱动能力不均一的缺陷，存在所谓半导体装置成品率也低下的问题。
为了解决该问题，观测用于使杂质等离子体化的等离子体状态变化，根据观测的等离子状态变化，调整用于产生等离子体的多个参量，考虑控制等离子体状态变化的方法。然而，一旦使用于产生等离子体的多个参量中的一个参量变更，则其它参量也改变。用于使杂质等离子体化的等离子体缺乏对用于产生等离子体的参量变化的跟踪性。因此，存在所谓通过调整用于产生等离子体的参量，控制等离子体状态变化是极为困难的问题。
在开始大量生产之前，试行把等离子体化杂质导入半导体基板，分析通过SIMS求出的剂量，根据对由SIMS求出的剂量分析结果。调整掺杂时间(等离子体处理时间)，尽管多多少少可以提高半导体装置的成品率，可是为了分析通过SIMS求出的剂量，相应的时间成为必要，存在所谓使半导体装置的制造时间变长的问题。
本发明是为了解决有关问题完成的，其目的是提供可以缩短制造时间的表面处理方法及半导体装置的制造装置。
本发明的其它目的是提供可以提高成品率的表面处理方法及半导体装置的制造装置。
发明内容
本发明的表面处理方法的特征为，包括以下工序，即：通过等离子体使物质等离子体化，生成第一等离子体化物质及第二等离子体化物质的等离子体化工序；开始向基体导入通过该等离子体而等离子体化的该等离子体化物质的开始工序；终止向该基体导入该第一等离子体化物质的终止工序；和在该终止工序前观测通过该等离子体而等离子体化的该第二等离子体化物质的状态的观测工序；根据该观测工序的观测结果，控制表示从开始工序直到该终止工序的时间的等离子体处理时间的控制工序，以便使表示向该基体导入的该第一等离子体化物质总量的总剂量成为所希望的总剂量。据此，达到上述的目的。
前述观测工序在前述开始工序之后执行，前述观测工序观测由前述等离子体而等离子体化的前述第二等离子体化物质的发光强度，前述控制工序根据由该观测工序观测到的该发光强度，求出前述等离子体处理时间和表示导入该基体的该第一等离子体化物质的量的剂量之间关系，也可以根据该等离子体处理时间和该剂量之间的该关系控制执行该终止工序的计时。
前述观测工序也可以在前述开始工序之前执行。
由前述等离子体化工序生成的前述第二等离子体化物质是离子或原子团的任一种，前述观测工序也可以通过发光分光法或激光诱导萤光分析法的任一种来观测该离子和该原子团的任一的状态。
由前述等离子体化工序生成的前述第二等离子体化物质是离子，前述观测工序也可以通过E×B滤光器和四极质量分析(QMAS：quadrupole mass spectrometry)的任一种观测该离子的状态。
前述等离子体化工序在处理室内部使前述物质等离子体化，从而生成前述第一等离子体化物质及前述第二等离子体化物质，前述观测工序也可以从该处理室外部观测该第二等离子体化物质的状态。
前述等离子体化工序在处理室内部使前述物质等离子体化，从而生成前述第一等离子体化物质及前述第二等离子体化物质，前述观测工序也可以在该处理室内部观测该第二等离子体化物质的状态。
前述基体是半导体基板，前述物质也可以是杂质。
前述第一等离子体化物质也可以是硼。
前述第二等离子体化物质也可以是BH原子团。
本发明的半导体装置的制造装置的特征为具有如下装置，即：在处理室内保持半导体基板的保持装置；把含有杂质的源气体供给到该处理室内的源气体供给装置；使由该源气体供给装置供给的该源气体中含有的该杂质等离子体化，从而在该处理室内产生用于生成第一等离子体化杂质及第二等离子体化杂质的等离子体的等离子体源；把该第一等离子体化杂质导入该半导体基板的导入装置；对由该等离子体而等离子体化的该第二等离子体化杂质的状态进行观测的观测装置；根据该观测装置的观测结果，对表示从开始将该第一等离子体化杂质导入该半导体基板直到终止该第一等离子体化杂质导入该半导体基板为止的时间的等离子体处理时间进行控制的控制装置，以便使表示导入该半导体基板的该第一等离子体化杂质的总剂量成为所希望总剂量；据此，达到上述的目的。
本发明的表面处理方法的特征为，包括：通过等离子体使物质等离子体化，从而生成第一等离子体化物质及第二等离子体化物质的等离子体化工序；开始向基体导入通过该等离子体而等离子体化的该第一等离子体化物质的开始工序；对通过该等离子体而等离子体化的该第二等离子体化物质的状态进行观测的观测工序；根据该观测工序的观测结果取得向该基体导入的该第一等离子体化物质的剂量率的剂量率取得工序；根据由该剂量率取得工序取得的该剂量率，取得表示向该基体导入的该等离子体化物质总量的总剂量的总剂量取得工序；和根据由该总剂量取得工序取得的该总剂量和预定的希望的总剂量，终止向该基体导入该等离子体化物质的终止工序，据此达到上述目的。
附图说明
图1是本实施方式的MOS晶体管制造装置的构成图。
图2是用于说明由本实施方式的MOS晶体管制造装置制造的MOS晶体管制造方法的截面图。
图3是用于说明由本实施方式的MOS晶体管制造装置制造的MOS晶体管制造方法的截面图。
图4是示出本实施方式的BH原子团的发光强度和RF功率和膜片阻抗关系的图。
图5是示出通过本实施方式的二次离子质谱测定法(SIMS)沿着半导体基板的深度测定的硼浓度分布的结果的图。
图6是示出本实施方式的等离子体处理时间和膜片阻抗和硼剂量之间关系的图。
图7是对每一发光强度示出本实施方式的等离子体处理时间和硼剂量之间关系的图。
图8是示出本实施方式的表面处理方法顺序的流程图。
图9是示出本实施方式的等离子处理时间和硼剂量之间关系的图。
图10是示出本实施方式的其它表面处理方法顺序的流程图。
具体实施方式
在本实施方式的表面处理方法，控制掺杂时间(等离子体处理时间)，以便使表示向半导体基板导入的等离子体化杂质总量的总剂量成为所希望的总剂量。
在本实施方式，列举用于通过向半导体基板导入等离子体化杂质制造MOS晶体管的表面处理方法作例加以说明。图1是本实施方式的MOS晶体管制造装置1的构成图。MOS晶体管制造装置1具有为了将利用等离子体使杂质等离子体化而生成的等离子体化杂质导入半导体基板而设置的处理室(chamber)2。在处理室2中设置基板保持台4，用于保持形成MOS晶体管的半导体基板3。
图2是用于说明形成MOS晶体管的半导体基板3的截面图。形成MOS晶体管的半导体基板3具有P型硅基板10。在P型硅基板10之上形成N阱区(well region)11，以便覆盖P型硅基板10。在N阱区11之上的一部分约3nm厚度形成由热成长的氧化硅膜等构成的栅极氧化膜12。在栅极氧化膜12之上形成约200nm的厚度，以便栅极13与栅极氧化膜12匹配。栅极13的栅极长约150nm。
在MOS晶体管制造装置1上设置源供给部5。源供给部5向处理室2供给含有作为杂质的B2H6的源气体。在源供给部5上设置有在气体状态封入B2H6的未图示的容器和在气体状态封入用于稀释B2H6的He的未图示的容器。源供给部5具有由未图示的阀等构成的混合器。混合器在气体状态在各容器内分别封入以任意比例混合的B2H6和He，通过未图示的阀构成的流量调整装置以任意的流量调整在气体状态混合的B2H6和He，向处理室2内部供给。
MOS晶体管制造装置1具有ECR等离子体源6。ECR等离子体源6使通过源供给部5向处理室2内部供给的源气体中具有的B2H6等离子体化，例如在处理室2内产生用于生成B+、B2 +、B2H2 +、等硼或硼化物的离子或原子团及H+、H2 +等氢的离子或原子团以及BH原子团的等离子体。ECR等离子体源6的功率为约500瓦(W)。使B2H6等离子体化时的处理室2内部的真空度约为4×10-4Torr。在这里，1Torr＝133.322帕斯卡(Pa)。
在MOS晶体管制造装置1上设置有等离子体计测器7。等离子体计测器7设置在处理室2的外部。等离子体计测器7通过在处理室2上设置的观测窗观测由ECR等离子体源6在处理室2内产生的等离子体状态。具体说等离子体计测器7使向处理室2供给的B2H6等离子体化，测量与生成的BH原子团(radical)的(A1∏-X1∑)迁移过程对应的波长4332埃()的发光强度。
MOS晶体管制造装置1具有RF电源8。为了向通过基板保持台4保持的半导体基板3导入使B2H6等离子体化生成的硼，例如，RF电源8在半导体基板3上加300瓦(W)的RF功率。
图3是用于说明在半导体基板3上形成MOS晶体管方法的截面图。一旦在形成MOS晶体管的半导体基板3上导入使B2H6等离子体化生成的硼，则在N阱区11上的栅极氧化膜12的两侧上形成硼掺杂区域14。
在MOS晶体管制造装置1上设置有等离子体处理时间控制部9。等离子体处理时间控制部9根据通过等离子体计测器7测量的BH原子团的发光强度，控制表示从开始将硼导入半导体基板3到终止将硼导入半导体基板为止的时间的掺杂时间(等离子体处理时间)，使表示向半导体基板3导入的硼总量的总剂量成为所希望的总剂量。
在这里，为了搞清楚由等离子体计测器7测量的BH原子团的发光强度和表示向半导体基板3导入的硼量的剂量之间的关系，对本发明者等进行的实验结果加以说明。图4是示出本实施方式的BH原子团的发光强度和RF功率和膜片阻抗(sheet resistance)之间关系的图。横轴示出由RF电源8加在半导体基板3上的RF功率，左侧的纵轴示出通过等离子体计测器7测量的BH原子团的发光强度。右侧的纵轴示出终止向半导体基板3导入硼，在1000℃、1O秒的条件下实施活性化热处理后的半导体基板3的膜片阻抗。
本实验的条件如下：
半导体基板：6英寸，N型硅基板
掺杂装置(MOS晶体管制造装置)：等离子体掺杂装置(松下电器产业株式会社制)
掺杂条件  掺杂时间：100秒，
          RF功率：100瓦以上，300瓦以下，
          ECR功率：500瓦
源气体：B2H6(流量200sccm)
处理室真空度：1×10-4Torr以上，2×10-3以下
活性化热处理：RTA 1000℃、10秒或者1100℃、90分
膜片阻抗测量方法：4端针法
SIMS测量  一次离子种类：O2+，
          二次离子种类：正，
          一次离子能量：3keV
发光分析：测量与BH原子团的(A1∏-X1∑)的迁移过程对应的波长4332埃()的发光强度。
如图4所示，如果使半导体基板3上所加功率从100瓦增加到300瓦，则与BH原子团的(A1∏-X1∑)迁移过程对应的波长4332埃()的发光强度增加。如果使RF功率从100瓦增加到300瓦，则终止硼向半导体基板3的导入，实施活性化处理后的半导体基板3的膜片阻抗降低。所谓半导体基板3的膜片阻抗降低意味着表示导入半导体基板3的硼量的剂量增加。因此图4所示的实验结果意味着：如果增加导入半导体基板3的硼剂量，则BH原子团的发光强度增加。
图5是示出通过二次离子质谱测定法(SIMS)沿着半导体基板3的深度方向测量硼浓度分布结果的图。实验条件是与前述的实验条件相同的。横轴示出导入硼的半导体基板3的深度，纵轴示出导入半导体基板3的硼浓度。为了使硼导入半导体基板3，在半导体基板3上所加的RF功率为100瓦时，导入半导体基板3的硼剂量为4×1015cm-2，在RF功率为300瓦时，硼的剂量为比RF功率在100瓦时的剂量还大的7×1015cm-2。这样一来，一旦加在半导体基板3上的RF功率增加，则向半导体基板3导入的硼剂量增加。参照图4，如前述所示地，一旦加在半导体基板3上的RF功率增加，则BH原子团的发光强度增加。因此，一旦向半导体基板3导入的硼剂量增加，则存在所谓BH原子团的发光强度增大的硼剂量和BH原子团发光强度之间的关系，通过图5所示实验结果也得到证实。
图6是示出等离子体处理时间和膜片阻抗和硼剂量关系的图。实验条件除了掺杂时间可变这一点之外，与前述的实验条件是同样的。横轴示出表示从硼导入半导体基板3开始直到硼导入半导体基板3终止时间的掺杂时间(等离子体处理时间)，左侧的纵轴示出在终止硼导入半导体基板3，在1100℃、90分的条件下，实施活性化热处理后的半导体基板3的膜片阻抗。右侧的纵轴示出表示导入半导体基板3硼量的剂量。如图6所示，如果延长掺杂时间(等离子体处理时间)，则半导体基板3的膜片阻抗降低。如果延长掺杂时间(等离子体处理时间)，则向半导体基板3导入的硼剂量增加。这样一来，如果延长表示从硼导入半导体基板3开始直到硼导入半导体基板3终止为止时间的掺杂时间(等离子体处理时间)，则向半导体基板3导入的硼剂量增加。
图7是对每一BH原子团发光强度表示导入本实施方式的半导体基板3的硼量的剂量和等离子体处理时间之间关系的图。横轴示出表示从等离子体化的硼导入半导体基板3的开始时刻直到硼导入半导体基板3终止时刻为止的时间的等离子体处理时间，纵轴是示出表示向半导体基板3导入的硼量的剂量。
曲线21的BH原子团发光强度比曲线22的发光强度还大，曲线22的BH原子团发光强度比曲线23的发光强度还大。在图7，为了说明简洁，对应BH原子团的3阶段发光强度而将3条曲线21、曲线22及曲线23图解化。因此，在实际上根据连续变化的BH原子团发光强度存在比3条更多的曲线。
如前述所示，一旦延长等离子体处理时间，则剂量增加。剂量增加的速度，如图7所示，根据表示用于使源气体中含有的B2H6等离子体化的等离子体状态的BH原子团发光强度而异。在BH原子团的某发光强度，导入半导体基板3的硼剂量对应等离子体处理时间的经过如曲线21所示地变化。如果在时刻T1开始向半导体基板3导入硼，则硼剂量到时刻T15以预定比例增加，达到剂量DM。一旦剂量超过剂量DM，则剂量对等离子体处理时间的增加比例降低，在时刻T16到达所希望的总剂量DT。
在BH原子团的其它发光强度，硼的剂量跟随等离子体处理时间的经过如曲线22所示地变化。如果在时刻T1开始向半导体基板3导入硼，则硼的剂量以比前述所示曲线21的增加比例还小的比例增加，在比前述的曲线21到达剂量DM的时刻T15还后的时刻T13到达剂量DM。如果曲线22的剂量超过剂量DM，则如前述的曲线21同样地，对应等离子体处理时间的经过剂量增加比例下降，在比曲线21到达所希望的剂量DT的时刻T16还后的时刻T14到达所希望的总剂量。
在BH原子团另外的其它发光强度，硼剂量如曲线23地变化。如果在时刻T1开始向半导体基板3导入硼，则硼剂量以比前述曲线22的增加比例更小的比例增加，在比前述曲线22到达剂量DM的时刻T13更后的时刻T11到达剂量DM。如果曲线23的剂量超过剂量DM，则与前述的曲线21及22同样地随着等离子体处理时间的经过，剂量增加比例降低。在比曲线22到达所希望剂量的DT时刻T14更后的时刻T12到达所希望的总剂量DT。
这样一来，硼的剂量和等离子体处理时间的关系根据BH原子团的发光强度而异。在等离子体处理时间控制部9上设置未图示的存储部，在存储部上预先记录有根据BH原子团的发光强度而异的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系。
以下，对本实施方式的MOS晶体管制造装置1的动作加以说明。图8是示出本实施方式的表面处理方法顺序的流程图。图9是示出本实施方式的表面处理方法的等离子体处理时间和剂量间关系的图。与前述的图7同样地，横轴示出等离子体处理时间，纵轴示出剂量。
首先，在处理室2内部设置的基板保持台4上载置图2所示的、在P型硅片上形成有N阱区11、栅极氧化膜12以及栅极电极13的半导体基板3。在源供给部5上设置的混合器以任意比例对通过在气体状态下封入各容器内的B2H6和He加以混合，由在气体状态混合的B2H6和He构成的源气体通过由未图示的阀构成的流量调整装置调整到约200sccm的流量，供给处理室2内部(步骤S1)。
ECR等离子体源6在真空度约4×10-4Torr的处理室2内通过约500瓦(W)功率产生等离子体。一旦通过ECR等离子体源6产生等离子体，使供给处理室2内部的源气体内含有的B2H6等离子体化，例如生成B+、B2 +、B2H2 +等的硼或硼化合物的离子或原子团，以及H+、H2 +等的氢的离子或原子团，以及BH原子团(步骤S2)。
其次，RF电源8通过处理室2内部设置的基板保持台4保持的半导体基板3上开始加上约300瓦(W)的RF功率。在通过RF电源8开始加上约300瓦(W)RF功率的半导体基板3上产生约700伏(V)的自偏置电压。一旦在半导体基板3上产生约700伏(V)的自偏置电压，则在步骤S2生成的硼，在图9所示的时刻T1，通过约700电子伏(eV)的加速能量开始向半导体基板3导入。在这里，认为BH原子团通过前述其它发光强度发光，在终止向半导体基板3导入硼的时刻，参照图7，遵循前述的曲线23设定在时刻T12而加以说明。因此，表示从等离子体化的硼开始导入半导体基板3的时刻直到终止向半导体基板3导入硼的时刻为止的时间的等离子体处理时间设定为(时刻T12-时刻T1)(步骤S3)
其后，在图9所示的时刻T2，等离子体计测器7测量与BH原子团(A1∏-X1∑)的迁移过程对应的波长4332埃()的发光强度(步骤S4)。
而且，等离子体处理时间控制部9根据由等离子体计测器7在时刻T2测量的BH原子团的发光强度，从未图示的存储部取得在测定的发光强度的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系(步骤S5)。
其次，等离子体处理时间控制部9根据在步骤S5取得的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系判断终止向半导体基板3导入硼的时刻是否合适(步骤S6)。在判断为终止向半导体基板3导入硼的时刻不合适时(在步骤S6为否(NO))，等离子体处理时间控制部9变更终止向半导体基板3导入硼的时刻，使表示导入半导体基板3的硼的总量的总剂量成为所希望的总剂量DT(步骤S7)。
例如，为了用于使B2H6等离子体化的等离子体状态在从时刻T1直到时刻T2之间变动，在步骤S5取得的硼剂量和等离子体处理时间之间关系不遵循原来的曲线23而遵循图7所示的曲线22时，等离子体处理时间控制部9从图7所示的点P2向点P1沿着等离子体处理时间轴如图9所示地平行移动曲线22。而且，等离子体处理时间控制部9把终止向半导体基板3导入硼的时刻从时刻T12变更为平行移动的曲线22到达所希望的总剂量DT的点P4的时刻T21。这样一来，等离子体处理时间控制部9把终止向半导体基板3导入硼的时刻从时刻T12变更到比时间T12还前的时刻T21。即：等离子体处理时间控制部9根据等离子体计测器7的测量结果控制等离子体处理时间，使硼总剂量成为所希望的总剂量DT。
在判断为终止向半导体基板3导入硼的时刻是合适的时候(在步骤S6为是(YES))，或者在变更终止向半导体基板3导入硼的时刻时(步骤S7)，等离子体计测器7在比时刻T21还前的时刻T3测量与BH原子团的(A1∏-X1∑)的迁移过程对应的波长4332埃()的发光强度(步骤S8)。
其次，等离子体处理时间控制部9根据在时刻T3通过等离子体计测器7测量的BH原子团的发光强度，从未图示的存储部取得测量的发光强度的硼剂量和等离子体处理时间之间关系(步骤S9)。
其次，等离子体处理时间控制部9根据在步骤S9取得的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系，判断终止向半导体基板3导入硼的时刻是否是合适的(步骤S10)。在判断为终止向半导体基板3导入硼的时刻不合适时(在步骤S10为否(NO))，等离子体处理时间控制部9变更终止向半导体基板3导入硼的时刻，使表示向半导体基板3导入的硼的总量的总剂量成为所希望的总剂量(步骤S11)。
例如，在时刻T2测量BH原子团的发光强度后，为了从时刻T2直到时刻T3之间变更等离子体状态，在步骤S9取得的硼剂量和等离体处理时间之间的关系不遵循原本应遵循的曲线23而在遵循曲线22时，等离子体处理时间控制部9如图9所示地从图7所示的点P6向点P5沿着横轴平行移动曲线21。而且，等离子体处理时间控制部9把终止硼向半导体基板3导入的时刻还从时刻T21变更为平行移动后的曲线21到达所希望的剂量DT的点P7的时刻T22。这样一来，等离子体处理时间控制部9还将终止硼向半导体基板3导入的时刻从时刻T21变更到比时刻T21还前的时刻T22。
在判断终止向半导体基板3导入硼的时刻是合适的时候(在步骤S10为是(YES))，或者在变更终止向半导体基板3导入硼的时刻后时(步骤S11)，在表示向半导体基板3导入硼的总量的总剂量到达所希望的总剂量DT的时刻，终止硼向半导体基板的导入(S12)。例如，在S11中变更后的时刻T22，终止通过RF电源8向半导体基板3加RF功率，通过终止由ECR等离子体源6产生等离子体，来终止硼向半导体基板3的导入。
如以上所述，根据本实施方式，根据与通过等离子体计测器7测量到的BH原子团(A1∏-X1∑)的迁移过程对应的波长4332埃()的发光强度，等离子体处理时间控制部9取得测量到的发光强度的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系，根据取得的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系，变更硼向半导体基板3导入终止的时刻，使表示导入半导体基板3的硼总量的总剂量成为所希望的总剂量DT。
因此，即使用于使B2H6等离子体化的等离子体状态变动了的状况下，表示导入半导体基板3的硼总量的总剂量成为所希望的总剂量DT。因此，在通过等离子体掺杂制造的半导体装置，可以不使源极区域、漏极区域及栅极电极的电阻值波动。其结果，可以使通过等离子体掺杂制造的半导体装置的驱动能力均一，也提高了半导体装置的成品率。
根据本实施方式，不变更用于产生等离子体的参量，变更与用于产生等离子体的参量无关的掺杂时间(等离子体处理时间)。因此，可以解决如下的前述问题：如变更多个参量中的一个，其它参量也变化，由于对用于产生等离子体的参量变更缺乏跟踪性，难以通过调整用于产生等离子体的参量来控制等离子体状态变化。
在本实施方式，对列举用于制造MOS晶体管的表面处理方法的例子加以说明，然而，本发明不限于此。本发明的表面处理方法如果是通过等离子体使原子、分子、化合物及合金等物质等离子体化的等离子体化物质向基体导入的表面处理方法，则不仅MOS晶体管等的半导体装置的制造，而且可以通过向基体内导入适当的元素赋与基体特定的性质，可以适用于提高特定性质的各种领域。
在这样的特定性质中具有例如耐损耗性、润滑性、脱模性及耐蚀性等机械特性；电传导性、电磁波屏蔽性等的电磁性质；光吸收性、光反射性、光泽性以及着色性等光学性质；耐热性，热传导性的热性能。例如，本发明为了降低轴承部件的摩擦系数，也适用于把降低摩擦系数的物质导入轴承部件表面的表面处理方法。
在本实施方式，示出在硼向半导体基板3导入开始的时刻T1后，测量在步骤S2生成的BH原子团的发光强度的例子，然而，本发明不限于此。在时刻T1前，测量在步骤S2生成的BH原子团的发光强度，取得测量到的BH原子团的发光强度下的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系，根据取得的剂量和等离子体处理时间之间的关系，也可以设定硼向半导体基板3开始导入的时刻和终止的时刻。
在本实施方式示出使混合的B2H6和He在气态向处理室2的内部供给的例子，然而，本发明不限于此。使液态的B2H6和He向处理室2的内部供给后，也可以在处理室2内部气化。
此外，作为等离子体源示出使用ECR等离子体源，然而，也可以使用ICP型等离子体源、并行平板型等离子体源。
示出通过测量BH原子团发光强度的发光分光法(emissionspectrometry)观测BH原子团的例子，然而，也可以观测硼或硼化物的离子或原子团。也可以用激光诱导萤光分析法(laser-inducedfluorescence spectroscopy)或E×B滤光器(filter)或四极质量分析(QMAS)中的任一种取代发光分光法观测硼或硼化物的离子或原子团。
示出把等离子体计测器7设置在处理室2的外部的例子，然而，等离子体计测器7也可以设置在处理室2的内部。
示出通过等离子体计测器7量测BH原子团的发光强度的次数为2次的例子，然而，量测发光强度的次数也可以是1次，也可以在3次以上。
图10是示出本实施方式的其它表面处理方法顺序的流程图。参照图8，在与示出前述的本实施方式的表面处理方法顺序的流程图的构成要素相同的构成要素，附加同一参照符号。省略这些构成要素的详细说明。
首先，在处理室2内部设置的基板保持台4上载置图2所示的半导体基板3。而且，由B2H6和He构成的源气体供给到处理室2内(步骤S1)。
ECR等离子体源6在处理室2内产生等离子体。一旦产生等离子体，则使源气体中含有的B2H6等离子体化，例如生成B+、B2 +、B2H2 +等的硼或硼化物的离子或原子团及H+、H2 +等的氢的离子或原子团，及BH原子团(步骤S2)
其次，RF电源8在通过基板保持台4保持的半导体基板3上加上RF功率。在开始加RF功率的半导体基板3上产生自偏置电压。一旦半导体基板3产生自偏置电压，则在步骤S2生成的硼开始向半导体基板3导入(步骤S3)。
其后，等离子体计测器7测量与BH原子团(A1∏-X1∑)迁移过程对应的波长4332埃()的发光强度(步骤S4)。
而且，等离子体处理时间控制部9根据在步骤S4量测到的BH原子团的发光强度，从未图示的存储部读出量测到的发光强度下的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系，根据读出的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系，求出导入半导体基板3内的硼的剂量率(步骤S21)。
此外，等离子体计测器7量测与BH原子团(A1∏-X1∑)的迁移过程对应的波长4332埃()的发光强度(步骤S22)。
其次，等离子体处理时间控制部9判断在步骤S22本次量测的BH原子团的发光强度是否相对上次量测的BH原子团发光强度的变动在5％以上(步骤S23)。在判断在步骤S22本次量测的BH原子团的发光强度对上次量测的BH原子团的发光强度的变动在5％以上时(在步骤S23为是(YES))，则等离子体处理时间控制部9根据在步骤S22本次量测到的BH原子团的发光强度从未图示的存储部读出在本次量测的发光强度的硼剂量和等离子体处理时间之间关系(步骤S24)。
而且，在从未图示的存储部读出本次量测的发光强度下的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系(步骤S24)，或者判断出在步骤S22本次量测的BH原子团的发光强度对上次量测的BH原子团的发光强度并未变动在5％以上时(在步骤S23为否(NO))，则等离子体处理时间控制部9根据在步骤24读出的硼剂量和等离子体处理时间之间的关系，求出导入半导体基板3的硼的剂量率(步骤S25)。
这样一来，在步骤S22，本次量测的BH原子团的发光强度对上次量测的BH原子团的发光强度的变动率小于5％时，省略从未图示的存储部读出硼剂量和等离子体处理时间之间的关系的步骤S24，使用从存储部上次读出的硼剂量和等离子体处理时间之间关系，求出导入半导体基板3的硼的剂量率。
其次，等离子体处理时间控制部9根据每次量测BH原子团的发光强度求出的硼的剂量率，求出表示导入半导体基板3的硼总量的总剂量(步骤S26)。
其后，等离子体处理时间控制部9判断在步骤S26求出的总剂量和预定的所希望的总剂量之间的差是否在1％以下(步骤S27)。若判断在步骤S26求出的总剂量和预定的所希望的总剂量之间的差还未成为1％以下时(在步骤S27为否(NO))，返回步骤S22，重复观测BH原子团发光强度。若判断在步骤S26求出的总剂量和预定的所希望的总剂量之间的差为1％以下时(在步骤27为是(YES))，终止硼向半导体基板3的导入(步骤S28)。
在本实施方式示出由硅(Si)构成半导体基板的例子，然而本发明不限于此。半导体基板也可以由Si-C、Ge、Si-Ge、Si-Ge-C、GaAs、InP、ZnSe、CdFe或InSb构成。此外，示出在杂质中使用硼(B)的例子，然而也可以使用N、P、As、Bi、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Pb、O、S、Se、Te、F、Cl、Br、I、Cu、Ag或Au作为杂质。此外，在观测工序示出观测BH原子团的发光强度的例子，然而，也可以观测作为前述的杂质使用的各元素的原子、分子、化合物的离子或原子团的发光强度来取代BH原子团的发光强度。
工业上的利用可能性
如以上所示，根据本发明，可以提供能缩短制造时间的表面处理方法及半导体装置的制造装置。
根据本发明，可以提供能提高成品率的表面处理方法及半导体装置的制造装置。

Claims (12)

1.一种表面处理方法，其特征为，包括：
利用等离子体而使物质等离子体化从而生成第一等离子体化物质及第二等离体化物质的等离子体化工序；
开始向基体导入通过该等离子体而等离子体化的该第一等离子体化物质的开始工序；
终止向该基体导入该第一等离子体化物质的终止工序；
在该终止工序前观测通过该等离子体而等离子体化的该第二等离子体化物质的状态的观测工序；和
控制工序，基于该观测工序的观测结果，控制表示从该开始工序直到该终止工序的时间的等离子体处理时间，以便表示向该基体导入的该第一等离子体化物质总量的总剂量成为所希望的总剂量。
2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征为，
所述观测工序在所述开始工序之后执行，
所述观测工序观测通过所述等离子体而等离子体化的所述第二等离子体化物质的发光强度，
所述控制工序根据由该观测工序观测到的该发光强度，求出所述等离子体处理时间和表示向该基体导入的第一等离子体化物质的量的剂量之间的关系，根据该等离子体处理时间和该剂量之间的该关系，控制执行该终止工序的计时。
3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征为，
所述观测工序在所述开始工序之前执行。
4.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征为，
通过所述等离子体化工序生成的所述第二等离子体化物质是离子或原子团中的任一种；
所述观测工序通过发光分光法和激光诱导萤光分析法中的任一种观测该离子和该原子团中的任一的状态。
5.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征为，
通过所述等离子体化工序生成的所述第二等离子体化物质是离子，
所述观测工序通过E×B滤光器和四极质量分析(QMAS)的任一种观测该离子的状态。
6.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征为，
所述等离子体化工序是在处理室内部使所述物质等离子体化而生成所述第一等离子体化物质和所述第二等离子体化物质，
所述观测工序，从该处理室外部观测该第二等离子体化物质的状态。
7.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征为，
所述等离子体化工序是在处理室内部使所述物质等离子体化而生成所述第一等离子体化物质和所述第二等离子体化物质，
所述观测工序，从该处理室内部观测该第二等离子体化物质的状态。
8.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征为，
所述基体是半导体基板，
所述物质是杂质。
9.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征为，
所述第一等离子体化物质是硼。
10.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征为，
所述第二等离子体化物质是BH原子团。
11.一种半导体装置的制造装置，其特征为，具有：
在处理室内保持半导体基板的保持装置；
向该处理室内供给含有杂质的源气体的源气体供给装置；
在该处理室内产生等离子体的等离子体源，该等离子体用于使通过该源气体供给装置供给的该源气体中含有的该杂质等离子体化从而生成第一等离子体化杂质及第二等离子体化杂质；
把该第一等离子体化杂质导入该半导体基板的导入装置；
观测通过该等离子体而等离子体化的该第二等离子体化杂质的状态的观测装置；和
控制装置，根据该观测装置的观测结果，控制表示从开始向该半导体基板导入该第一等离子体化杂质直到终止向该半导体基板导入该第一等离子体化杂质为止的时间的等离子体处理时间，使表示向该半导体基板导入的该第一等离子体化杂质的总量的总剂量成为所希望的总剂量。
12.一种表面处理方法，其特征为，包括：
利用等离子体而将物质等离子体化从而生成第一等离子体化物质及第二等离子体化物质的等离子体化工序；
开始向基体导入利用该等离子体而等离子体化的该第一等离子体化物质的开始工序；
观测利用该等离子体而等离子体化的该第二等离子体化物质的状态的观测工序；
根据该观测工序的观测结果，取得向该基体导入的该第一等离子体化物质的剂量率的剂量率取得工序；
根据该剂量率取得工序取得的该剂量率，取得表示向该基体导入的该等离子体化物质总量的总剂量的总剂量取得工序；和
根据该总剂量取得工序取得的该总剂量和预定的所希望的总剂量，终止向该基体导入该等离子体化物质的终止工序。
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