WO2008059827A1 - Procédé de dopage de plasma - Google Patents

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WO2008059827A1
WO2008059827A1 PCT/JP2007/071996 JP2007071996W WO2008059827A1 WO 2008059827 A1 WO2008059827 A1 WO 2008059827A1 JP 2007071996 W JP2007071996 W JP 2007071996W WO 2008059827 A1 WO2008059827 A1 WO 2008059827A1
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WO
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substrate
plasma doping
plasma
dose
doping method
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/071996
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yuichiro Sasaki
Katsumi Okashita
Hiroyuki Ito
Bunji Mizuno
Original Assignee
Panasonic Corporation
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Publication date
Application filed by Panasonic Corporation filed Critical Panasonic Corporation
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Priority to JP2008544145A priority patent/JP5237820B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/223—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase
    • H01L21/2236—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase from or into a plasma phase

Definitions

  • the present invention relates to a plasma doping method, and more particularly to a plasma doping method for introducing impurities into the surface of a solid sample such as a semiconductor substrate.
  • a plasma doping (PD) method is known in which impurities are ionized and introduced into a solid sample with low energy (see, for example, Patent Document 1). .
  • the plasma doping method is described as an item in Non-Patent Document 1, and is also described in Non-Patent Document 2 as a next-generation impurity introduction technique that replaces the ion implantation method!
  • an ion source that generates a plasma from a gas
  • an analysis magnet that performs mass separation to select only desired ions from ions extracted from the ion source, and accelerates the desired ions
  • An apparatus configuration having an electrode and a process chamber for injecting desired accelerated ions into a silicon substrate is used.
  • the energy for extracting ions from the ion source and the acceleration energy should be reduced. If the extraction force is reduced, the number of ions extracted will decrease. Furthermore, when the acceleration energy decreases, the beam diameter increases due to the repulsive force caused by the charge between ions while the ion beam is transported from the ion source to the wafer.
  • the throughput of the injection process is reduced.
  • the throughput starts to decrease when the acceleration energy is 2 keV or less, and when the acceleration energy is 0.5 keV or less, the beam transport itself becomes difficult.
  • B is implanted to a depth of about 20 nm. In other words, when trying to form a thinner tension zone, productivity will be drastically reduced. There is a problem.
  • a cylindrical vacuum vessel capable of disposing a silicon substrate inside, a plasma generation source for inducing plasma, a bias electrode on which the silicon substrate is mounted, A device configuration having a bias power source for adjusting the potential of the first electrode is used. That is, in the plasma doping method, an apparatus configuration completely different from ion implantation that does not have an analysis magnet and an acceleration electrode is used. Specifically, a bias electrode that also serves as a wafer holder is installed in a vacuum container, and ions in the plasma are accelerated and introduced into the wafer by the potential generated between the plasma and the wafer.
  • the low energy plasma can be used directly to introduce the impurities, so that the wafer can be irradiated with a larger amount of low energy ions than ion implantation.
  • the dose rate by plasma doping is an order of magnitude greater than that of ion implantation, this feature makes it possible to maintain high throughput even with low energy B implantation.
  • Non-patent Document 3 a process technique for forming an extremely shallow and low-resistance extension region by applying a plasma doping method
  • a method has been proposed in which 26 6 is diluted as much as possible to increase safety, while stable generation and maintenance of plasma and easy control of dopant implantation without lowering doping efficiency are proposed.
  • Patent Document 2 B H gas as a substance containing impurities to be doped is diluted with He gas having a low ionization energy.
  • B H is discharged after the He plasma is generated in advance.
  • Patent Document 3 A plasma doping method is proposed (Patent Document 3). Specifically, in Patent Document 3, for example, when a silicon substrate is irradiated with a BH / He plasma and biased, A method for controlling the dose by discovering that there is a time zone in which the dose amount of the gas is almost constant and making the process window a time zone in which the dose amount is almost constant without depending on this time change. Disclosure!
  • Patent Document 1 US Patent No. 4912065
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-179592
  • Patent Document 3 International Publication No. 06/064772 Pamphlet
  • Patent 1 International Technology Roadmap ⁇ semiconductors 2001 bdition (I TRS2001) (especially Shallow Junction Ion Doping in Figure 30 of Front End Process)
  • Non-Patent Document 3 Y. Sasaki et al., B2 H6 Plasma Doping with "In-situ He Pre-amorphizati on", Symp. On VLSI Tech., 2004, p.180
  • control of the dose amount is a very important issue.
  • the uniformity of the dose amount in the substrate surface is an extremely important issue in the formation of elements.
  • the present invention provides a plasma doping method capable of controlling the dose amount with high accuracy, and in particular, a plasma doping method capable of controlling the uniformity of the dose amount in the substrate surface with high accuracy.
  • the purpose is to provide.
  • a plasma doping method is a plasma in which an impurity region is formed on a surface of a substrate by exposing the substrate to a plasma made of a gas containing impurities in a vacuum vessel.
  • a doping method, introduced into the substrate As for the dose amount of the impurity, the dose amount of one of the central portion and the peripheral portion of the substrate becomes larger than the dose amount of the other in the initial stage of doping, and then the other dose amount of the other is
  • the plasma doping condition is set so as to be larger than the dose, and plasma doping of the impurity is performed on the substrate.
  • the inventors of the present application have found that the dose amount in the center of the wafer is higher than the dose amount at the peripheral edge of the wafer in the initial stage of doping.
  • the plasma doping conditions are set so that the rate of increase of the dose at the wafer peripheral portion increases with time, compared to the rate of increase of the dose at the center of the wafer.
  • the dose distribution curve shape slope
  • the rate of change of the dose amount was decreasing.
  • the present invention pays attention to the fact that the distribution becomes uniform and the change rate of the dose becomes small near the time when the slope of the in-plane distribution of the dose is reversed.
  • the end of the plasma doping time is set in the vicinity of the time when the slope of the substrate in-plane distribution is reversed.
  • the dose amount at the central portion of the substrate is the dose amount at the peripheral portion of the substrate at the initial stage of doping. Then, the plasma doping condition is set so that the dose amount of the peripheral edge of the substrate becomes larger than the dose amount of the central portion of the substrate, and the plasma doping condition is set with respect to the substrate. Fi plasma impurity doping may be used.
  • the central portion of the substrate is set under the set plasma doping conditions.
  • a time range in which the dose amounts of the peripheral portions are substantially equal is detected in advance, and a plasma of the impurity is applied to the substrate using a predetermined plasma doping time included in the time range. Doping It is a further feature.
  • the plasma doping condition is that, in the initial stage of the doping, the impurity dose distribution in the main surface of the substrate is centered on the substrate. It may be set to be rotationally symmetric as a reference. According to this configuration, it is possible to realize a more uniform dose distribution within the wafer surface.
  • the plasma doping condition is that the impurity dose distribution in the main surface of the substrate in the initial stage of doping is centered on the substrate. It may be set to have a slope on at least one diameter that passes through. According to this configuration, it is possible to achieve a more uniform dose distribution in the wafer plane.
  • the plasma doping conditions may be changed while the impurity is plasma-doped to the substrate.
  • the changed plasma doping condition may be set such that the amount of change per unit time of the dose amount in the central portion and the peripheral portion of the substrate is different.
  • the plasma doping condition in the initial stage of the doping is, for example,
  • the flow rate distribution is set to be larger in the central portion of the substrate than the peripheral portion of the substrate, and the changed plasma doping condition is the gas flow rate distribution in the substrate. You may set so that it may become small in the said center part of the said board
  • the flow rate distribution of the B H / He gas is higher than the substrate periphery.
  • the plasma doping time is set within a predetermined time range including the time at which the dose profile is reversed, the plasma doping time is set at each point on the substrate surface. Since the dose amount integrated with respect to is almost the same even if the time slightly deviates, it is possible to stably perform plasma doping with excellent uniformity of the dose amount in the substrate surface.
  • conditions are set so that the dose at the center of the substrate is larger than the dose at the periphery of the substrate, and then the dose per unit time is set.
  • the conditions so that the increase is smaller at the center of the substrate than at the periphery of the substrate, it is possible to obtain a dose distribution excellent in in-plane uniformity of the substrate.
  • the plasma doping conditions are changed during the plasma doping of the impurities on the substrate!
  • the plasma doping condition in the initial stage of doping is set so that the concentration distribution of the gas is larger in the central portion of the substrate than in the peripheral portion of the substrate.
  • the changed plasma doping condition may be set so that the concentration distribution of the gas is smaller in the central portion of the substrate than in the peripheral portion of the substrate.
  • the plasma doping condition in the initial stage of doping may be a distribution of a source node for generating the plasma in the central portion of the substrate as compared with the peripheral portion of the substrate.
  • the plasma doping condition that is set to be smaller and the changed plasma doping condition may be set so that the source power distribution is larger in the central portion of the substrate than in the peripheral portion of the substrate.
  • the plasma doping condition in the initial stage of the doping is set so that the temperature distribution of the substrate is low at the peripheral portion of the substrate and high at the central portion of the substrate.
  • the plasma doping condition may be set such that the temperature distribution of the substrate is high at the peripheral portion of the substrate and low at the central portion of the substrate.
  • plasma doping treatment is performed using BH as a doping source gas.
  • boron-based film As it goes on, a film containing boron (boron-based film) is deposited on the inner wall of the vacuum vessel. As the deposition thickness of this boron-based film increases, the probability of boron-based radical adsorption on the inner wall of the vacuum vessel decreases, so the density of boron-based radicals in the plasma will increase. It has been.
  • the power of the dose introduced into the substrate to be processed by the plasma doping process after being repeatedly performed on the processing substrate is only about 8 to 30%.
  • the plasma doping process is repeated for more substrates to be processed, and when the area where the boron-based film is formed on the inner wall of the vacuum vessel exceeds a certain size, the area where the boron-based film is formed is It becomes difficult to increase.
  • the rate of increase in dose with the increase in the number of substrates subjected to plasma doping treatment also decreases.
  • the boron dose caused by particles containing boron supplied into the plasma by sputtering when ions in the plasma collide with the boron-based film deposited on the inner wall of the vacuum vessel is less than the total dose. And become dominant.
  • the amount of boron supplied into the plasma by sputtering from the boron-based film is small at the initial stage of doping (the processing time is up to about 5 seconds). It increases when the time is long (about 20 seconds).
  • the cause of this is that as the processing time increases, the temperature of the inner wall of the vacuum vessel rises due to the heating by the plasma, so that after a certain amount of processing time has elapsed compared to the initial stage of driving, the boron is sputtered from the boron film. This is thought to be easier. Further, boron supplied from this boron-based film into the plasma is more likely to be doped at the wafer peripheral portion than at the wafer central portion. This is because the distance to the boron-based film on the inner wall of the vacuum vessel is shorter at the wafer periphery than at the wafer center.
  • the amount of boron doped into the substrate from the plasma, excluding the polrons caused by the boron-based film is approximately the same at the beginning of doping, but after a certain amount of processing time has passed, It can be seen that the peripheral dose is greater than the central dose.
  • the present inventors have conducted various experiments. As a result, as the doping treatment time increases, particles containing boron are supplied into the plasma from the inner wall of the vacuum vessel. Thus, the dose tends to increase at the peripheral edge of the wafer, and this has been found to be one of the reasons why the uniformity of the dose in the substrate surface cannot be obtained.
  • the inventors of the present application when a boron-based film is formed on the inner wall of the vacuum vessel, in the initial stage of doping, the dose amount at the wafer central portion is the dose amount at the wafer peripheral portion. If the condition is set to be larger than that, then there will be a time when the dose profile is reversed due to the supply of particles containing boron from the inner wall of the vacuum vessel into the plasma.
  • a predetermined time range including a plasma doping time process window to achieve a high uniformity in the in-plane dose of the substrate and forming an impurity region, the inventors have come up with the invention.
  • a film containing the impurity is already formed on the inner wall of the vacuum vessel before the plasma doping of the impurity with respect to the substrate.
  • the plasma doping condition may be set so that the peripheral portion of the substrate and the central portion of the substrate are the same with respect to the gas flow rate distribution.
  • a film containing the impurity is already formed on the inner wall of the vacuum vessel, and the plasma doping condition is that the concentration distribution of the gas is The peripheral edge portion of the substrate and the central portion of the substrate may be set to be the same.
  • a film containing the impurity is already formed on the inner wall of the vacuum vessel, and the plasma doping condition is to generate the plasma.
  • the source power distribution may be set to be the same at the peripheral portion of the substrate and the central portion of the substrate.
  • a film containing the impurity is already formed on the inner wall of the vacuum vessel, and the plasma doping condition is determined by the temperature distribution of the substrate.
  • the peripheral edge portion of the substrate and the central portion of the substrate may be set to be the same.
  • the uniformity of the sheet resistance (Rs) after annealing in the substrate surface that is, the uniformity of the dose amount in the substrate surface
  • the plasma doping method according to the present invention is based on such knowledge.
  • the dose amount increases very slowly as the doping processing time increases, so by setting the plasma doping time within the range of the process window including the time in which the inversion occurs, There is also an effect that the dose amount can be easily controlled with high accuracy.
  • the dose amount of the other of the central portion and the peripheral portion of the substrate is the above-described dose amount.
  • the plasma doping condition may be changed after the dose becomes larger than one dose.
  • the plasma doping condition is changed several times during the plasma doping of the impurity with respect to the substrate! You may be fi.
  • the gas may contain molecules B H (where m and n are natural numbers) composed of boron atoms and hydrogen atoms.
  • the gas includes B H and He.
  • 26 degrees is preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less.
  • the gas may be BF 4, AsH or
  • 3 4 may contain any of PH.
  • the substrate may be a silicon substrate.
  • the process window is set by setting the vicinity of the time at which the dose distribution in the substrate surface is reversed as the end point of the plasma doping time.
  • the dose amount can be controlled with high accuracy, and the impurity region that is controlled with high accuracy can be formed stably and uniformly in the substrate surface. It becomes.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of setting plasma doping conditions in the plasma doping method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of a plasma doping apparatus used for performing the plasma doping method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of the plasma doping method according to the first embodiment of the present invention. 4] FIG. 4 is a view showing a change over time of the dose amount in the substrate plane in the plasma doping method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the change over time of the sheet resistance in the substrate plane in the plasma doping method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a setting example of plasma doping conditions in the plasma doping method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a change over time of the dose amount in the substrate surface in the plasma doping method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing the time change of the sheet resistance in the substrate plane in the plasma doping method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of a plasma doping apparatus used for carrying out the plasma doping method according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a gas supply port that is a main part of the plasma doping apparatus shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing the time change of the sheet resistance in the substrate plane in the plasma doping method according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12 (a) to 12 (! Are diagrams showing the time change of the sheet resistance in the substrate plane in the plasma doping method according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the number of processed substrates and the sheet resistance in the plasma doping method according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between plasma doping time and sheet resistance in the plasma doping method according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between plasma doping time and sheet resistance uniformity in the substrate plane in the plasma doping method according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the plasma doping time, the average value of sheet resistance, and the in-plane uniformity in the plasma doping method according to the fourth embodiment of the present invention. Explanation of symbols
  • the magnitude is reduced by utilizing the reversal phenomenon of the relative magnitude relationship between the dose at the center of the substrate and the dose at the peripheral edge of the substrate as the doping process time elapses.
  • the time when the relationship is reversed that is, the time at which the dose at the center of the substrate is equal to the dose at the edge of the substrate is used as the process window of the plasma doping time.
  • one dose amount in the central portion and the peripheral portion of the substrate is the other dose amount.
  • plasma doping conditions are set so that the other dose amount becomes larger than the one dose amount, and the substrate is subjected to impurity plasma doping.
  • the plasma doping conditions are set so that the impurity dose distribution in the main surface of the substrate is rotationally symmetric with respect to the center of the substrate at the initial stage of doping.
  • the substrate in-plane distribution of the dose is inclined by a predetermined inclination at the initial stage of doping. And a time range in which the dose amount of the impurity introduced into the silicon substrate is substantially uniform in the substrate surface under the plasma doping conditions in which the slope of the distribution is set to be reversed thereafter. Then, the silicon substrate is doped with impurities using a predetermined plasma doping time included in the time range. As a result, it is possible to stably form an impurity region in which the impurity concentration is controlled with high accuracy and in-plane uniformity.
  • the flow distribution of the gas (plasma generating gas) in the substrate surface is large at the center of the substrate and small at the periphery of the substrate. That is, the plasma doping conditions are set so as to have a predetermined inclination. Subsequently, after a certain amount of doping processing time has elapsed, as shown by the curve a2 in FIG. 1, the gas flow distribution in the substrate surface is small at the center of the substrate and large at the periphery of the substrate. Change the plasma doping conditions. Thereby, the increase amount of the dose amount per unit time can be made smaller at the substrate center portion than at the substrate peripheral portion.
  • the impurities introduced into the substrate are activated and become carriers.
  • the dose amount can be calculated by activating the impurities introduced in this way by annealing and measuring the sheet resistance in the substrate due to the activated impurities.
  • annealing is performed with a large amount of heat, all of the impurities introduced into the substrate are activated and become carriers, so the sheet resistance S decreases. That is, the sheet resistance and the dose amount are in an inversely proportional relationship.
  • the condition of the annealing performed before the sheet resistance measurement is 1075 ° C for 20 seconds. Under these annealing conditions at a high temperature for a relatively long time, it can be assumed that the impurities are almost completely electrically activated.Therefore, there is a one-to-one correspondence between the sheet resistance and the dose. Can be read as the dose distribution.
  • the sheet resistance measurement was performed at 121 locations on the substrate surface excluding the end portion (width 3mm) of the 300mm diameter substrate (wafer). That is, the sheet resistance described later is an average value of sheet resistance measured at 121 locations unless otherwise specified.
  • the in-plane uniformity of sheet resistance was determined using the standard deviation of sheet resistance measured at 121 locations.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of a plasma doping apparatus used for performing the plasma doping method of the present embodiment.
  • the plasma doping apparatus shown in FIG. 2 is provided with a vacuum vessel 1, a vacuum vessel 1 and A sample stage 6 on which a substrate 9 to be processed is placed, a first gas supply device 2 and a second gas supply device 15 for supplying gas into the vacuum vessel 1, and an exhaust device for exhausting the inside of the vacuum vessel 1.
  • the main components are a molecular pump 3 as a power source, a pressure regulating valve 4 as a pressure control device for controlling the pressure in the vacuum vessel 1, and a high-frequency power source 5 and a coil 8 for generating plasma in the vacuum vessel 1.
  • the vacuum chamber 1 is evacuated through the exhaust port 11.
  • a cylindrical liner (inner chamber 1) 21 is disposed in the vacuum vessel 1, and this prevents gas disturbance in the vacuum vessel 1 caused by the extraction port of the substrate 9 to be processed.
  • the gas distribution in the vacuum vessel 1 can be made concentric.
  • the cylindrical liner 21 may be provided with an outlet 22 for the substrate 9 to be processed.
  • the first groove 13 and the first groove respectively provided in the dielectric window 7 serving as the ceiling part of the vacuum vessel 1 are provided.
  • the gas supply port 14, the second groove 17 and the second gas supply port 18 provide two systems of gas supply. That is, the gas flow rate can be controlled independently for each system.
  • first gas supply device 2 supplies gas to the first groove 13 through the pipe 12 and the through hole 19 in the inner wall of the vacuum vessel 1.
  • the second gas supply device 15 supplies gas to the second groove 17 through the pipe 16 and the through hole 20 in the inner wall of the vacuum vessel 1.
  • both the first gas supply device 2 and the second gas supply device 15 are configured to supply a mixed gas (BH / He gas) of BH and He. , B
  • a pressure regulating valve is introduced while a predetermined gas is introduced into the vacuum vessel 1 from the gas supply apparatuses 2 and 15 and exhausted by the turbo molecular pump 3 as an exhaust apparatus. 4 can keep the inside of the vacuum vessel 1 at a predetermined pressure.
  • a high frequency power of 13.56 MHz, for example, to the coil 8 provided in the vicinity of the dielectric window 7 facing the sample stage 6 by the high frequency power source 5
  • an inductively coupled plasma is generated in the vacuum vessel 1.
  • a silicon substrate 9 is placed on the sample stage 6 as the substrate 9 to be processed.
  • high-frequency power is supplied to the sample stage 6 outside the vacuum vessel 1.
  • the high frequency power supply 10 functions as a voltage source that controls the potential of the sample stage 6 so that the substrate 9 to be processed has a negative potential with respect to plasma.
  • the high frequency power source 10 is configured to supply voltage to the sample stage 6 via a matching unit (not shown).
  • the gas supplied from the gas supply devices 2 and 15 into the vacuum vessel 1 is exhausted from the exhaust port 11 by the turbo molecular pump 3.
  • the turbo molecular pump 3 and the exhaust port 11 are arranged below the sample stage 6.
  • the pressure regulating valve 4 is a lift valve located below the sample stage 6 and directly above the turbo molecular pump 3.
  • the sample stage 6 is fixed to the vacuum vessel 1 by, for example, four support columns (not shown).
  • FIG. 3 is a flowchart showing a typical processing procedure of the plasma doping method of the present embodiment using the plasma doping apparatus shown in FIG.
  • step 1001 the distribution of the dose amount of the impurity introduced into the substrate 9 to be processed at the initial stage of doping has a predetermined inclination in the plane of the substrate 9 to be processed, and thereafter the inclination of the distribution.
  • Plasma doping conditions are set so that inversion occurs.
  • step 1002 a time range in which the dose amount of the impurity introduced into the substrate 9 to be processed is substantially uniform in the substrate plane under the plasma doping conditions set in step 1001 is determined.
  • plasma doping of impurities is performed on the substrate 9 to be processed using a predetermined plasma doping time included in the time range determined in Step 1003.
  • the B H gas diluted to about 2% by mass with He
  • the B H concentration / He concentration is 0.05% by mass / 99.95% by mass.
  • Each is supplied into the vacuum vessel 1.
  • the gas supply devices 2 and 15 are each provided with a mass flow controller (not shown), whereby the BH / He mixed gas is supplied from the gas outlets 14 and 18 at individually controlled flow rates. . And figure
  • a mixed gas is injected from the gas outlet 18 corresponding to the center of the substrate 9 to be processed at a flow rate of, for example, 540 cc / min (standard state) and the substrate 9 About the flow distribution of the mixed gas sprayed on the substrate 9 to be processed by setting so that the mixed gas is injected from the gas outlet 14 corresponding to the peripheral portion at a flow rate of, for example, 180 cc / min (standard state). Obtain the distribution shown in the curve al in Fig. 1 with the force S.
  • the gas flow distribution as shown by the curve a2 in FIG. 1 is such that the mixed gas is injected from the gas blowing port 18 at a flow rate of, for example, 180 cc / min (standard state) and the gas blowing port 14 It is obtained by setting the gas mixture to be injected at a flow rate of 540cc / min (standard condition).
  • the plasma doping is performed so that the gas flow rate distribution in the substrate surface is large in the central portion of the substrate and small in the peripheral portion of the substrate.
  • the plasma doping conditions are changed so that the gas flow distribution in the substrate surface is small at the center of the substrate and large at the periphery of the substrate.
  • the pressure, source power (power applied by the high-frequency power source 5) and bias power (power applied by the high-frequency power source 10) in the vacuum container 1 are not changed during the doping process, and are maintained at constant values.
  • the pressure in the vacuum vessel 1 is 0.9 Pa
  • the source power is 2000 W
  • the bias power is 135 W.
  • FIG. 4 is a diagram showing the change over time of the dose amount in the substrate surface when the plasma doping conditions are set as described above.
  • the dose shown in FIG. 4 is obtained by converting the value of sheet resistance shown in FIG. 5 described later.
  • the gas flow rate setting is changed between the processing time tl and the processing time t2 (t2> tl) as shown by the curve a2 in FIG. this
  • the increase in dose per unit time is smaller in the center of the substrate than in the periphery of the substrate.
  • FIG. 5 is a diagram showing the change over time of the sheet resistance in the substrate plane. As shown in Fig. 4 and Fig. 5, the in-plane uniformity is extremely good near the processing time (t3, t4) in which profile inversion occurs in both dose and sheet resistance, and the profile is obtained. Being done! /, The power of being S component.
  • a more uniform dose distribution within the wafer surface can be formed with high throughput.
  • a uniform dose amount in the wafer plane is obtained by changing the flow rate of the gas supplied from the first gas supply device 2 and the second gas supply device 15 during plasma doping. Although a distribution was obtained, the same effect can be obtained by changing other parameters as described below.
  • the gas concentration described above is selected, and the gas concentration distribution in the substrate surface may be adjusted as shown by the curves al and a2 in FIG. 1 according to the doping processing time. good.
  • a method for obtaining a gas concentration distribution as shown by a curve al using the plasma doping apparatus shown in FIG. 2 as the gas concentration on the vertical axis in FIG. 1 will be described.
  • Each of the gas supply devices 2 and 15 in the plasma doping apparatus shown in FIG. 2 is a bonnet filled with BH gas diluted to about 2% by mass with He, for example.
  • the dilution rate is set separately for each gas supply device. Specifically, for example, the B H concentration / He concentration is adjusted to 0.01 mass% / 99.99 mass% from the gas outlet 14.
  • Gas is supplied.
  • the gas outlet 18 for example, BH concentration / He
  • a mixed gas whose concentration is adjusted to 0.05% by mass / 99.95% by mass is supplied.
  • the gas supply devices 2 and 15 are each provided with a mass flow controller (not shown), whereby a BH / He mixed gas is supplied from the gas outlets 14 and 18 at the same flow rate of, for example, 300 cc / min. So that As a result, the vertical
  • a gas concentration distribution as shown by the curve al when the axis is the gas concentration can be realized.
  • the gas concentration distribution as shown by the curve a2 with the vertical axis in FIG. 1 as the gas concentration is, for example, BH concentration / He concentration from the gas outlet 18 to 0.01 mass% / 99.99 mass%. Adjust to
  • the mixed gas is injected and, for example, B H concentration / He concentration is
  • the source power or the substrate temperature may be adjusted during plasma doping.
  • an apparatus having two coils that is, a coil disposed above the central portion of the substrate and a coil disposed above the peripheral portion of the substrate is used.
  • the initial stage of doping processing time tl
  • the source power of the coil disposed above the central portion of the substrate is reduced and the source power of the coil disposed above the peripheral portion of the substrate is increased.
  • the source partition of the coil disposed above the central portion of the substrate is increased and the peripheral edge of the substrate is increased. Reduce the source power of the coil placed above.
  • the source power for example, set it to about 2200W
  • the source power set it to about 1000W.
  • sputtering becomes dominant in the balance between sputtering and doping, so that the dose is reduced.
  • doping becomes dominant, and the dose is increased. Therefore, as the processing time increases to t2, t3, t4, and t5 (t5>t4>t3> t2), the dose at the central portion of the substrate becomes smaller than the dose at the peripheral portion of the substrate. That is, inversion of the dose profile occurs.
  • the entire upper surface of the sample stage 6 can be cooled by a refrigerant such as ethylene glycol, and the sample stage 6
  • a refrigerant such as ethylene glycol
  • the sample stage 6 One heater is provided at each of the central part and the peripheral part.
  • the coolant is cooled to 10 ° C.
  • the heating temperature by the heater at the center of the sample stage 6 is set to 90 ° C.
  • the heating temperature by the heater at the peripheral edge of the sample stage 6 is set.
  • Set to 50 ° C. the temperature of the central portion of the substrate 9 to be processed can be set to 70 ° C.
  • the temperature of the peripheral portion of the substrate 9 to be processed can be set to 30 ° C.
  • the heating temperature by each heater may be reversed.
  • the temperature at the center of the substrate and the temperature at the peripheral edge of the substrate can be set separately.
  • the heating temperature by the heater at the center of the sample table 6 is increased and the heating temperature by the heater at the peripheral portion of the sample table 6 is decreased.
  • the heating temperature by the heater at the center of the sample stage 6 is set to 90 ° C
  • the heating temperature by the heater at the periphery of the sample stage 6 is set to 50 ° C.
  • the obtained substrate temperature distribution that is, the substrate temperature distribution shown in the curve al when the vertical axis is the substrate temperature in FIG. 1, can be obtained.
  • the heating temperature by the heater at the center of the sample stage 6 is set to 50 ° C
  • the heating temperature by the heater at the peripheral part of the sample stage 6 is set to 90 ° C.
  • the substrate temperature distribution in which the temperature at the center of the substrate is set to 30 ° C and the temperature at the periphery of the substrate is set to 70 ° C, that is, the curve a2 when the vertical axis is the substrate temperature in FIG.
  • the substrate temperature is higher! /, And the substrate temperature is lower, and the amount of gas constituent particles and radicals adsorbed to the substrate is larger than in the case of plasma doping. Therefore, V is higher in the substrate surface, and the temperature of the part is lower! / And the dose is higher than that of the part.
  • the heating temperature by the heater at the center of the sample stage 6 is increased and the heating temperature by the heater at the peripheral edge of the sample stage 6 is decreased.
  • the impurity in the main surface of the substrate in the initial stage of doping The plasma doping conditions were set so that the distribution of the dose amount of the object was rotationally symmetric with respect to the center of the substrate.
  • the plasma doping conditions are set so that the impurity dose distribution in the main surface of the substrate has an inclination on at least one diameter passing through the center of the substrate in the initial stage of doping. Then, the plasma doping conditions are changed so that the slope in the distribution is reversed.
  • FIG. 6 shows a setting example of plasma doping conditions in the plasma doping method according to the present embodiment. That is, at the initial stage of doping, as shown by the straight line al in FIG. 6, the flow rate distribution of the gas (plasma generating gas) in the substrate surface is the right end of the substrate (the right end of at least one diameter passing through the center of the substrate: The plasma doping conditions are set so as to be large at the left end of the substrate (the left end of at least one diameter passing through the center of the substrate: the same applies below), that is, to have a predetermined inclination. Subsequently, after a certain amount of doping processing time has elapsed, as shown by the straight line a2 in FIG.
  • the plasma doping is performed so that the gas flow distribution in the substrate surface is small at the right end of the substrate and large at the left end of the substrate. Change the conditions.
  • gas concentration, source power, or substrate temperature may be used instead of the gas flow rate, as in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the change over time of the dose amount in the substrate surface when the plasma doping conditions are set as described above.
  • processing time tl the dose at the right end of the substrate is larger than the dose at the left end of the substrate.
  • the gas flow rate setting is changed between the processing time tl and the processing time t2 (t2> tl) as shown by the straight line a2 in FIG.
  • the amount of increase in dose per unit time is smaller at the right end of the substrate than at the left end of the substrate.
  • the uniformity in the substrate surface is very good in the vicinity of the processing time (t3, t4) in which profile inversion occurs in both dose and sheet resistance, and a profile is obtained. / !, the power of S, the power of S.
  • the dose distribution is reduced.
  • the timing when the slope reverses, and the timing is stable for a relatively long time. That is, when plasma doping is started, the dose is initially increased greatly. Thereafter, the increase in dose becomes extremely small with the lapse of processing time.
  • the dose amount can be accurately controlled by such a time period in which the increase in dose amount is extremely small, that is, by the inclination of the dose amount distribution.
  • the substrate diameter direction distribution of the dose amount has a predetermined inclination at the initial stage of doping, and then the inclination of the distribution is inverted.
  • a time range in which the dose of impurities introduced into the substrate to be processed is substantially uniform in the substrate diameter direction is detected in advance, and a predetermined plasma doping included in the time range is detected.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of a plasma doping apparatus used for carrying out the plasma doping method of the present embodiment
  • FIG. 10 is a main part of the plasma doping apparatus shown in FIG. It is an expanded sectional view of the gas supply port which is.
  • the same components as those in the plasma doping apparatus shown in FIG. 2 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the basic configuration of the plasma doping apparatus shown in FIGS. 9 and 10 is the same as that shown in FIG. Although it is the same as that of one bing apparatus, there are the following differences. That is, in the plasma doping apparatus shown in FIGS. 9 and 10, only the first gas supply apparatus 2 is provided as a single gas supply apparatus, and the first gas supply apparatus 2 is evacuated through the pipe 12. Connected to a gas supply port 23 for supplying gas into the vacuum vessel 1 from almost the center of the upper surface of the vessel 1. Further, instead of the cylindrical liner (inner chamber) 21 of the plasma doping apparatus shown in FIG. 2, a cylindrical liner (inner chamber) 24 is provided so as to surround the periphery of the sample stage 6 on which the substrate 9 to be processed is placed.
  • a plurality of liner exhaust ports 25 are provided on the lower surface of the cylindrical liner 24 in a rotationally symmetrical manner with respect to the sample stage 6.
  • the plasma doping apparatus shown in FIGS. 9 and 10 differs from the plasma doping apparatus shown in FIG. 2 in the arrangement of the sample stage 6, the turbo molecular pump 3, the pressure regulating valve 4, the exhaust port 11, and the like. Yes.
  • a gas supply port 23 which is a feature of the plasma doping apparatus shown in FIGS. 9 and 10, has an on-axis injection supply port 26 and an off-axis injection that penetrate the dielectric window 7 provided on the upper surface of the vacuum vessel 1, respectively. It has a supply port 27.
  • the pipe 12 includes a first gas supply line 32 connected to the on-axis injection supply port 26 and a second gas supply line 33 connected to the off-axis injection supply port 27, and the gas supply line 32 and Each 33 is provided with a flow controller 30 and 31 individually. This allows gas to be injected independently from the on-axis injection supply port 26 and off-axis injection supply port 27 while controlling the flow rate and concentration.
  • both gas supply lines 32 and 33 are configured to supply B H / He gas.
  • the amount may be adjusted and supplied, or the same flow rate of B H / He gas may be supplied.
  • the impurity dose distribution in the main surface of the substrate is set to be rotationally symmetric with respect to the substrate center as in the first embodiment.
  • a large number of off-axis injection supply ports 27 are arranged at predetermined intervals on the peripheral edge of the nozzle of the gas supply port 23.
  • the off-axis injection supply port 27 are arranged in the diameter direction at the nozzle of the gas supply port 23.
  • a force capable of independently injecting gas from each of the on-axis injection supply port 26 and the off-axis injection supply port 27 while controlling the flow rate thereof is supplied to the central portion of the substrate 9 to be processed, and the gas injected from the off-axis injection supply port 27 is supplied to the peripheral portion of the substrate 9 to be processed. That is, the on-axis injection supply port 26 of the plasma doping apparatus shown in FIGS. 9 and 10 corresponds to the gas outlet 18 of the plasma doping apparatus shown in FIG. 2, and is off-axis of the plasma doping apparatus shown in FIGS.
  • the injection supply port 27 corresponds to the gas blowing port 14 of the plasma doping apparatus shown in FIG. Therefore, the plasma doping apparatus shown in FIGS. 9 and 10 can be applied not only to the present embodiment but also to the first and second embodiments described above and the fourth embodiment described later. is there.
  • FIG. 11 and FIGS. 12 (a) to (! Are diagrams showing the time variation of the sheet resistance in the substrate plane when the plasma doping method of the present embodiment is used.
  • FIG. 11 shows the relationship between the distance from the center of the substrate and the sheet resistance at each processing time.
  • FIGS. 12 (a) to 12 (h) will be described in detail later.
  • the relative dose between the dose at the center of the substrate and the dose at the peripheral edge of the substrate as the doping process time elapses.
  • the time for which the magnitude relationship is reversed that is, the time at which the dose at the center of the substrate is equal to the dose at the periphery of the substrate is the plasma doping time. It is used as a process window.
  • this embodiment is different from the first embodiment in order to realize the technical feature described above, that is, the magnitude relationship between the dose amount at the center of the substrate and the dose amount at the peripheral edge of the substrate.
  • a method of changing doping conditions (parameters) during plasma doping is used, whereas in this embodiment, boron or the like formed on the inner wall surface of the vacuum vessel is used. Utilizes the properties of a film containing impurities (hereinafter also referred to as a boron-based film).
  • the distribution of gas (plasma generating gas) flow rate, gas concentration, substrate temperature, source power, etc. is determined at each position on the substrate. Are set to be as equal as possible to keep the values of these parameters constant during plasma doping. Therefore, normally, by setting such parameters, the relative magnitude relationship between the dose at the center of the substrate and the dose at the periphery of the substrate is reversed during plasma doping, in other words, the substrate center. The dose at the substrate and the dose at the peripheral edge of the substrate are not balanced.
  • the force S is used to cause the above-described reversal phenomenon by utilizing the properties of the boron-based film as described below.
  • the boron-based film for example, has a B H concentration / He concentration of 0.05% by mass in a vacuum vessel.
  • FIG. 13 shows the plasma doping apparatus shown in FIG. 2, in which the pressure inside the vacuum chamber is 0.9 Pa, the source power is 2000 W, the BH concentration / He concentration is 0.05 mass% / 99.95 mass%, BH / He gas. Flow rate is 30
  • the dose by plasma doping after the boron-based film is formed is about nine times the dose by plasma doping immediately after maintenance.
  • the effect that doping using the boron-based film as a boron source becomes a dominant factor with respect to the total dose, and at the same time, discharge (plasma doping treatment) )), It is possible to obtain a constant and stable dose.
  • the force capable of using the plasma doping apparatus as shown in FIG. 2 requires attention to the configuration of the cylindrical liner 21.
  • the cylindrical liner 21 is disposed rotationally symmetrically with respect to the center of the substrate on a plane including the surface of the substrate 9 to be processed. That is, it is desirable that the intersection of the inner wall of the cylindrical liner 21 and the plane including the surface of the substrate 9 to be processed is a circle, and the circle is a perfect circle.
  • the opening 22 when the cylindrical liner 21 is provided with an opening 22 for transporting the substrate 9 to be processed, the opening 22 includes the inner wall of the cylindrical liner 21 and the surface of the substrate 9 to be processed. Do not place it on the circle created by the intersection with the plane.
  • a lid that closes the opening 22 may be provided.
  • the opening 22 when the substrate 9 to be processed is transported, the opening 22 is positioned on the circle, but after the substrate 9 is transferred, the sample stage 6 is moved vertically upward together with the substrate 9 to be processed. During the dope, the opening 22 may be positioned vertically below the circle! /. By doing so, it is possible to form a boron-based film with rotational symmetry with respect to the center of the substrate.
  • the process window of the plasma doping time in the plasma doping method of the present embodiment will be described. As described above, this process window is arranged so that the circle formed by the intersection of the inner wall of the cylindrical liner 21 and the plane including the surface of the substrate 9 to be processed is rotationally symmetric with respect to the center of the substrate.
  • plasma (B H / He) composed of a mixed gas of B H and He (B H / He gas).
  • FIG. 14 shows a plasma doping apparatus shown in FIG. 2 having a vacuum container on which a boron-based film is deposited.
  • the BH concentration / He concentration is 0.05 mass% / 99.95 mass%, and the vacuum container
  • the plasma consisting of B H / He gas is used under the condition of 26 cc flow rate of 300cc / min (standard condition).
  • the boron dose using the boron-based film attached to the inner wall of the vacuum vessel (cylindrical liner 21 in the plasma doping apparatus shown in Fig. 2) as the boron source is increased noticeably.
  • the dose amount by the plasma doping process after forming the boron-based film is about nine times the dose amount by the plasma doping process immediately after the maintenance. Accordingly, as the processing time elapses, the amount of increase in dose per unit time at the peripheral edge of the substrate becomes larger than that in the central portion of the substrate.
  • FIG. 12 (a) shows a balance between the dose at the peripheral edge of the substrate and the dose at the central portion of the substrate from the beginning of doping until some processing time elapses. The process is shown.
  • Figures 12 (c), (d), (e) and (f) show the processes before and after the inversion of the slope of the dose distribution.
  • Figures 12 (d) and (e) Board edge
  • the balance between the dose amount and the dose amount at the center of the substrate is maintained! /.
  • FIGS. 12 (f), (g), and (h) the inclination of the dose distribution is inverted, and the dose at the peripheral edge of the substrate is larger than the dose at the center of the substrate. It shows the process.
  • FIGS. 12 (a) to (! Show the in-plane distribution of the sheet resistance obtained by annealing after the plasma doping.
  • the boron concentration was measured using SIMS (secondary ion mass spectrometry) without annealing for the sample immediately after the rasmadbing (sample equivalent to the substrate to be measured in Fig. 12 ⁇ to (h)). analyzed. According to the results, for all samples equivalent to the substrates to be measured in Figs. 12 (a) to (!), The depth at which the boron concentration is 1 X 10 18 cm 3 is 9 nm to l lnm. there were. The dose is 4.2 X 10 14 cm- 2 for the sample equivalent to the substrate to be measured in Fig.
  • FIG. 12 (a) which is equivalent to the substrate to be measured in Fig. 12 (b). In the sample, it is 8.7 X 10 14 cm- 2 , and in the sample equivalent to the substrate to be measured in Fig. 12 (c), it is 1.2 X 10 15 cm- 2 , and the measurement in Fig. 12 (d) a substrate and the same sample 1. 5 X 10 15 cm- 2 of interest, a diagram 12 1. 6 X 10 15 cm- 2 at the measurement subject to substrate equivalent sample (e), FIG. It is 2.0 X 10 15 cm-2 for the sample equivalent to the substrate to be measured in 12 (f), and 2.3 X 10 15 cm for the sample equivalent to the substrate to be measured in Fig. 12 (g). — 2 and 2.6 ⁇ 10 15 cm ⁇ 2 for the sample equivalent to the substrate to be measured in Fig. 12 (h).
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the plasma doping time and the in-plane uniformity of sheet resistance in the plasma doping method of the present embodiment.
  • the plasma doping time process window is near the time (in the range from 60 to 200 seconds corresponding to Figs. 12 (c) to (f)) where the inversion of the slope of the dose distribution occurs.
  • the processing time corresponding to FIGS. 12 (d) and 12 (e) is from 90 to 120 seconds).
  • a substrate uniformity of 1.4% can be obtained at 1 ⁇ .
  • the sheet resistance of 1.36% uniformity at 1 ⁇ can be obtained.
  • force S In general, the smaller the value of 1 ⁇ , the better the technique for improving uniformity.
  • the technical difficulty increases dramatically.
  • the use of the present invention can easily obtain the in-plane uniformity of 1.4% or less of the sheet resistance, which shows the effectiveness of the present invention.
  • the plasma doping time means the time during which the bias is applied while irradiating the substrate with plasma.
  • Fig. 12 (a) it is 5 seconds
  • Fig. 12 (b) it is 20 seconds
  • Fig. 12 (c) it is 60 seconds
  • Fig. 12 (d) it is less than 90 seconds
  • Fig. 12 (e) it is less than 12 (f) (200 or less
  • FIG. 12 (a) Show the plasma doping time.
  • Fig. 12 (a) it is 5 seconds
  • Fig. 12 (b) it is 20 seconds
  • Fig. 12 (c) it is 60 seconds
  • Fig. 12 (d) it is less than 90 seconds
  • Fig. 12 (e) it is less than 12 (f) (200 or less
  • Fig. 12 (g) 400 or less
  • FIGS. 12 (a) to (!) FIG. 15 (curve E1) and FIG. It can be rotationally symmetric with respect to the center of the substrate.
  • a plasma driving time of 20 seconds to 200 seconds can achieve in-plane uniformity of 2.7% or less, and a plasma doping time of 90 seconds to 120 seconds enables a substrate surface of 1.42% or less.
  • Internal uniformity can be achieved.
  • the slope of the in-plane distribution of the dose is counter to the change in processing time. In the vicinity of the rolling time, it is possible to obtain a dose distribution with good uniformity within the substrate surface over a predetermined time. This is because if the dose amount changes with the lapse of processing time, the dose amount in the substrate is relatively small so far,
  • the dose amount has been relatively large so far, and after the dose amount of the other part has caught up and the difference has decreased, the former dose amount has overtaken the latter dose amount.
  • the time span is almost twice as long. In addition, it is possible to obtain a dose distribution with good uniformity in the substrate surface.
  • the sheet resistance uniformity in the substrate surface can be stably improved.
  • the plasma doping method of the present embodiment capable of achieving this is a very effective means for ensuring the sheet resistance, that is, the dose uniformity within the substrate surface in plasma doping.
  • the plasma doping method of the present embodiment can achieve high-precision control of the dose amount while ensuring the uniformity of the dose amount in the substrate surface.
  • the parameter setting may be changed after the force S described for the method of using boron sputtering and after the inversion of the slope of the dose distribution occurs or in the vicinity of the time at which the inversion occurs.
  • the parameter setting may be changed once or a plurality of times after the inversion of the slope of the dose distribution occurs or in the vicinity of the time at which the inversion occurs. .
  • the application range of the present invention is the process. Only some of the various noirations regarding the configuration, shape, and arrangement of the laser doping apparatus are illustrated. That is, it goes without saying that various variations other than those exemplified in the respective embodiments can be considered in applying the present invention.
  • the force S exemplifies the case where the sample (substrate to be processed) is a semiconductor substrate made of silicon, and also when processing samples made of various other materials,
  • the present invention can be applied.
  • the present invention is also effective when the substrate to be processed is a strained silicon substrate or an SOI (semiconductor on insulator) substrate. The reason is that these substrates have the same structure as that of the silicon substrate at the surface exposed to the plasma.
  • the present invention is particularly effective when the impurity is polone, arsenic, phosphorus, aluminum, or antimony. The reason is that these impurities can form a shallow junction in the transistor formation region.
  • the introduced impurity is boron
  • the force S using B H gas is not limited to this, and the distribution of boron atoms and hydrogen atoms is not limited thereto.
  • a gas containing a child B H (where m and n are natural numbers) or BF may be used. Introducing impure m n
  • the object is arsenic
  • a gas containing AsH may be used, or the introduced impurity may be used.
  • a gas containing PH may be used.
  • the present invention described in the first to fourth embodiments is effective when the concentration of the gas containing impurities is low, and in particular, a plasma that requires high-precision control of the dose amount. It is effective as a doping method.
  • the gas supplied into the vacuum vessel is a gas containing a doping material
  • the present invention is effective even when the supplied gas does not include a doping raw material and the doping raw material is generated from solid impurities. That is, the present invention is also effective when a solid containing impurity atoms is placed in a reaction vessel and plasma doping is performed by converting the impurity atoms into plasma using a plasma made of He or the like.
  • the plasma doping method of the present invention can achieve the in-plane uniformity of the dose amount.
  • the plasma doping method of the present invention is useful not only for the impurity introduction step of semiconductors but also for applications such as the production of thin film transistors used in the liquid crystal field.

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Description

明 細 書
プラズマドーピング方法
技術分野
[0001] 本発明は、プラズマドーピング方法に関し、特に、半導体基板等の固体試料の表 面に不純物を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 ルギ一で固体試料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の項目として記載されており、ま た、非特許文献 2にお!/、てはイオン注入法に代わる次世代の不純物導入技術として 記載されている。
[0004] イオン注入においては、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を行う分析磁石と、 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 ロセスチャンバ一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。し力、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によってビーム径が広 力 Sつてしまい、ビームラインがチャンバ一内壁に衝突して多数のイオンが失われてし まうため、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 、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。し力、も、 0. 5keVまで低エネルギー化し たとしても、 20nm程度の深さまで Bが注入されてしまう。すなわち、これよりも薄いェ タステンション領域を形成しょうというような場合には、生産性が極端に低下してしまう という問題がある。
[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と、プラズマを誘起するプラズマ発生源と、シリコン基板を 載置するバイアス電極と、ノ ィァス電極の電位を調整するバイアス電源とを有する装 置構成が用いられる。すなわち、プラズマドーピング法においては、分析磁石も加速 電極も有しない、イオン注入とは全く異なる装置構成が用いられる。具体的には、真 空容器内にウェハホルダを兼ねたバイアス電極を設置し、プラズマとウェハとの間に 発生するポテンシャルによってプラズマ中のイオンを加速してウェハ中に導入する。 これにより、低エネルギーのプラズマを直接使用して不純物の導入を行うことができる 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することがで きる。すなわち、プラズマドーピングによるドーズレートはイオン注入と比較して桁違い に大き!/、ため、この特徴により低エネルギーの B注入でも高!/、スループットを維持で きる。
[0006] その他、本願発明者らによって、プラズマドーピング法を応用して、極めて浅くて且 つ低抵抗のエクステンション領域を形成するプロセス技術が開発されて!/、る（非特許 文献 3)。
[0007] また、本願発明者らによって、人体に対して極めて危険性の高い毒性を持つ B H
2 6 をできるだけ希釈して安全性を高める一方、ドーピング効率を低下させることなぐ安 定してプラズマの発生や維持を行い且つドーパント注入量の制御を容易に行うことが できる方法が提案されている（特許文献 2)。当該方法においては、ドーピングする不 純物を含む物質としての B H ガスを、電離エネルギーの小さい Heガスで希釈すると
2 6
共に、 Heのプラズマを先行して発生させた後に B Hを放電させる。さらに、本願発
2 6
明者らは、当該方法における B H ガスの濃度を 0. 05質量％未満にすることが望ま
2 6
しいとの提案あしている。
[0008] さらに、本願発明者らは、ドーズ量の制御精度を高めるために、ドーズ量が時間依 存性を持たずに一定となるように、ドーピング時間と不純物を含むガスの濃度とを設 定するプラズマドーピング方法を提案している（特許文献 3)。具体的には、特許文献 3は、例えば B H /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、ポロ ンのドーズ量がほぼ一定となる時間帯が存在することを発見し、この時間変化に依存 することなくドーズ量がほぼ一定となる時間帯をプロセスウィンドウとすることによって ドーズ量を制御する方法を開示して!/、る。
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
特許文献 3：国際公開第 06/064772号パンフレット
^特許文 1： International Technology Roadmap ΤΟΓ semiconductors 2001 bdition (I TRS2001) (特に Front End Processの Figure 30の Shallow Junction Ion Doping) 非特許文献 2： International Technology Roadmap for Semiconductors 2003 Edition (I TRS2003)
非特許文献 3 : Y. Sasaki他、 B2 H6 Plasma Doping with "In-situ He Pre-amorphizati on" , Symp. on VLSI Tech. , 2004年、 p.180
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 前述のように、不純物導入領域を形成するにあたり、ドーズ量の制御は極めて重要 な課題となっている。特に、ドーズ量の基板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。
[0010] また、近年ウェハ径は大きくなつてきており、 200mmのウェハ径に代わる 300mm 以上のウェハ径が提案されており、このような大口径ウェハにおいてはプラズマドーピ ングによっても十分なドーズ量の面内均一性が得られないおそれがあるという深刻な 問題がある。
[0011] 前記に鑑み、本発明は、ドーズ量を高精度で制御することができるプラズマドーピ ング方法、特に、ドーズ量の基板面内均一性を高精度に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] 前記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマドーピング方法は、真空容器 内において不純物を含むガスからなるプラズマに基板を曝すことによって、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について、ドーピング初期においては前記基板の中央 部及び周縁部のうちの一方のドーズ量が他方のドーズ量よりも大きくなり、その後、当 該他方のドーズ量が当該一方のドーズ量よりも大きくなるように、プラズマドーピング 条件を設定して、前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行うことを特 徴とする。
[0013] 本願発明者らは種々の実験の結果、基板（ウエノ、）面内におけるドーズ量の分布に ついて、ドーピング初期においてはウェハ周縁部のドーズ量よりもウェハ中央部のド ーズ量が大きくなるプラズマドーピング条件を用いている場合において、その後、時 間の経過に伴いウェハ周縁部のドーズ量の増大速度がウェハ中央部のドーズ量の 増大速度と比較して高くなるようにプラズマドーピング条件を変更した場合、ドーズ量 の分布曲線の形状 (傾き）が反転する時間があり、この反転が生じる時間の近傍では 、基板面内においてドーズ量がほぼ均一になっていると共に比較的長時間に亘つて ドーズ量の変化速度が小さくなつていることを発見した。
[0014] すなわち、本発明は、ドーズ量の基板面内分布の傾きが反転する時間の近傍で当 該分布が均一になると共にドーズ量の変化速度が小さくなることに着目し、このドー ズ量の基板面内分布の傾きが反転する時間の近傍をプラズマドーピング時間の終点 に設定するものである。
[0015] 例えば、本発明に係るプラズマドーピング方法において、前記基板に導入される前 記不純物のドーズ量について、前記ドーピング初期においては前記基板の中央部 のドーズ量が前記基板の周縁部のドーズ量よりも大きくなり、その後、前記基板の前 記周縁部のドーズ量が前記基板の前記中央部のドーズ量よりも大きくなるように、前 記プラズマドーピング条件を設定して、前記基板に対して前記不純物のプラズマドー ビングを fiつてもよい。
[0016] 具体的には、本発明に係るプラズマドーピング方法は、前記基板に対して前記不 純物のプラズマドーピングを行う前に、前記設定された前記プラズマドーピング条件 において、前記基板の前記中央部及び前記周縁部のそれぞれのドーズ量が実質的 に同等になる時間範囲を予め検出しておき、当該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、前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行 うことをさらなる特徴とする。
[0017] この構成により、ドーズ量の基板面内均一性が良いプラズマドーピングを安定して 且つ再現性良く実現することが可能となる。
[0018] また、本発明に係るプラズマドーピング方法にお!/、て、前記プラズマドーピング条件 は、前記ドーピング初期において前記基板の主面内における前記不純物のドーズ量 の分布が、前記基板の中心を基準として回転対称となるように設定されてもよい。こ の構成によれば、ウェハ面内でより均一なドーズ量分布を実現することが可能となる。
[0019] また、本発明に係るプラズマドーピング方法にお!/、て、前記プラズマドーピング条件 は、前記ドーピング初期において前記基板の主面内における前記不純物のドーズ量 の分布が、前記基板の中心を通る少なくとも 1つの直径上で傾きを有するように設定 されてもよい。この構成によれば、ウェハ面内でより均一なドーズ量分布を実現するこ とが可能となる。
[0020] また、本発明に係るプラズマドーピング方法におレ、て、前記基板に対して前記不純 物のプラズマドーピングを行って!/、る間に、前記プラズマドーピング条件の変更を行 つてもよい。この場合、前記変更された前記プラズマドーピング条件は、前記基板の 前記中央部及び前記周縁部のそれぞれにおけるドーズ量の単位時間当たりの変化 量が異なるように設定されてもょレ、。
[0021] 前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行って!/、る間に、前記プラズ マドーピング条件の変更を行う場合、例えば、前記ドーピング初期における前記ブラ ズマドーピング条件は、前記ガスの流量分布について、前記基板の前記周縁部と比 ベて前記基板の前記中央部で大きくなるように設定され、前記変更された前記プラズ マドーピング条件は、前記ガスの流量分布について、前記基板の前記周縁部と比べ て前記基板の前記中央部で小さくなるように設定されてもよい。
[0022] 本願発明者らは種々の実験を重ねた結果、例えば B H /Heガスからなるプラズ
2 6
マをシリコン基板に照射してバイアスを印加することによりプラズマドーピングを行う場 合に、ドーピング初期には B H /Heガスの流量分布が基板周縁部よりも基板中央
2 6
部で大きくなるようにプラズマドーピング条件を設定しておき、その後、 B H /Heガ
2 6 スの流量分布が基板周縁部よりも基板中央部で小さくなるようにプラズマドーピング 条件を変更すると、前述のドーズ量の基板面内分布の傾きに反転が生じるときに、ボ ロンのドーズ量がシリコン基板面内でほとんど同じになることを発見した。
[0023] すなわち、プラズマドーピングの初期においては基板周縁部のドーズ量よりも基板 中央部のドーズ量が大きくなるように条件設定を行い、その後、単位時間当たりのド ーズ量の増加量について基板周縁部よりも基板中央部で小さくなるように条件変更 を行うことによって、ドーズ量のプロファイル (基板面内分布形状）が反転する時間が 存在することとなる。従って、この時間を含む所定時間範囲をプラズマドーピング時 間のプロセスウィンドウとすることによって、ドーズ量の基板面内均一性を高精度に制 徒 Pすること力 Sでさる。
[0024] また、この構成によれば、ドーズ量のプロファイルが反転する時間を含む所定時間 範囲内にプラズマドーピング時間が設定されているのであれば、基板面内の各点に おいてプラズマドーピング時間に対して積分されたドーズ量は、時間が多少ずれたと してもほとんど変わらないので、ドーズ量の基板面内均一性に優れたプラズマドーピ ングを安定して実施することが可能となる。
[0025] 以上に説明したように、プラズマドーピングの初期においては基板周縁部のドーズ 量よりも基板中央部のドーズ量が大きくなるように条件設定を行い、その後、単位時 間当たりのドーズ量の増加量について基板周縁部よりも基板中央部で小さくなるよう に条件変更を行うことによって、基板面内均一性に優れたドーズ量の分布を得ること ができる。
[0026] また、本発明に係るプラズマドーピング方法にお!/、て、前記基板に対して前記不純 物のプラズマドーピングを行って!/、る間に、前記プラズマドーピング条件の変更を行 う場合、同様の効果を得るために、前記ドーピング初期における前記プラズマドーピ ング条件は、前記ガスの濃度分布について、前記基板の前記周縁部と比べて前記 基板の前記中央部で大きくなるように設定され、前記変更された前記プラズマドーピ ング条件は、前記ガスの濃度分布について、前記基板の前記周縁部と比べて前記 基板の前記中央部で小さくなるように設定されてもよい。或いは、前記ドーピング初 期における前記プラズマドーピング条件は、前記プラズマを発生させるためのソース ノ^ーの分布について、前記基板の前記周縁部と比べて前記基板の前記中央部で 小さくなるように設定され、前記変更された前記プラズマドーピング条件は、前記ソー スパワーの分布について、前記基板の前記周縁部と比べて前記基板の前記中央部 で大きくなるように設定されてもよい。或いは、前記ドーピング初期における前記ブラ ズマドーピング条件は、前記基板の温度分布について、前記基板の前記周縁部で は低く且つ前記基板の前記中央部では高くなるように設定され、前記変更された前 記プラズマドーピング条件は、前記基板の温度分布について、前記基板の前記周縁 部では高く且つ前記基板の前記中央部では低くなるように設定されてもよい。
[0027] ところで、例えばドーピング原料ガスとして B Hを用いてプラズマドーピング処理を
2 6
行っていくと、真空容器の内壁面にボロンを含む膜 (ボロン系膜）が堆積していく。こ のボロン系膜の堆積膜厚の増加に伴って、真空容器の内壁面におけるボロン系ラジ カルの吸着確率が減少していくため、プラズマ中のボロン系ラジカル密度が増加して いくものと考えられている。
[0028] また、真空容器内壁のボロン系膜が形成される面積が増加するに従って、プラズマ 中のイオンが、プラズマと真空容器内壁との電位差によって加速されて、真空容器の 内壁面に堆積したボロン系膜に衝突することによって生じるスパッタリングにより、ポロ ンを含む粒子がプラズマ中に供給される量が徐々に増加していく。従って、プラズマ ドーピング処理を行っていくと、同じ条件を用いたとしても基板の処理枚数の増加に 伴ってドーズ量が徐々に増加していくこととなる。この増加の度合いは非常に大きぐ 真空容器の内壁を水及び有機溶剤を用いて洗浄した直後のプラズマドーピング処 理によって被処理基板に導入されるドーズ量は、プラズマドーピング処理を数百枚の 被処理基板に対して繰り返し実施した後のプラズマドーピング処理によって被処理 基板に導入されるドーズ量のわず力、 8〜30%程度に過ぎない。その後、さらに多くの 被処理基板に対してプラズマドーピング処理を繰り返し行い、真空容器内壁にボロン 系膜が形成される面積がある一定の大きさ以上になると、ボロン系膜が形成される面 積は増加し難くなる。その段階に達すると、プラズマドーピング処理される基板の枚 数の増加に伴うドーズ量の増加割合も小さくなる。
[0029] すなわち、真空容器の内壁を水及び有機溶剤を用いて洗浄してからプラズマドー ビング処理を数百枚の基板に対して繰り返し実施した後のプラズマドーピング処理で は、プラズマ中のイオンが真空容器の内壁面に堆積したボロン系膜に衝突する際の スパッタリングによってプラズマ中に供給されるボロンを含む粒子に起因したボロンの ドーズ量が、全体のドーズ量に対して支配的になる。また、 1枚の基板に対するブラ ズマドーピング処理において、ボロン系膜からスパッタリングされることによってプラズ マ中に供給されるボロンの量は、ドーピング初期（処理時間が 5秒程度まで）には少 なぐ処理時間がある程度長く（20秒程度）なると増加する。この原因は、処理時間の 増加に従って真空容器内壁の温度がプラズマによる加熱によって上昇するので、ド 一ビング初期と比較して処理時間がある程度経過した後の方がボロン系膜からポロ ンがスパッタリングされ易くなるからであると考えられている。さらに、このボロン系膜か らプラズマ中に供給されるボロンはウェハ中央部と比較してウェハ周縁部にドーピン グされ易い。なぜなら、ウェハ周縁部の方がウェハ中央部と比較して、真空容器内壁 上のボロン系膜までの距離が短いからである。従って、ウェハ周縁部のドーズ量とゥ ェハ中央部のドーズ量との相対的な関係を比べた場合、ボロン系膜に起因したポロ ンを除いてプラズマ中から基板にドーピングされるボロンの量が基板面内で均一であ る場合には、ドーピング初期においてはウェハ中央部のドーズ量とウェハ周縁部のド ーズ量とは同程度であるものの、処理時間がある程度経過した後においてはウェハ 周縁部のドーズ量の方がウェハ中央部のドーズ量よりも大きくなることが分かる。
[0030] 以上のように、本願発明者らは種々の実験を行った結果、ドーピング処理時間が増 大するにつれて、真空容器の内壁からボロンを含む粒子がプラズマ中に供給される ことに起因して、ウェハ周縁部でドーズ量が増大する傾向にあり、これが、基板面内 におけるドーズ量の均一性が得られない原因の 1つとなっていることを見出した。
[0031] そこで、本願発明者らは、この知見に基づいて、真空容器の内壁にボロン系膜が形 成されている場合、ドーピング初期においてはウェハ中央部のドーズ量がウェハ周縁 部のドーズ量よりも大きくなるように条件設定を行えば、その後、真空容器の内壁から ボロンを含む粒子がプラズマ中に供給されることに起因してドーズ量のプロファイル が反転する時間が存在するので、当該時間を含む所定時間範囲をプラズマドーピン グ時間のプロセスウィンドウに設定することによって、ドーズ量の基板面内均一性が 高!/、不純物領域を形成するとレ、う発明を想到した。 [0032] 具体的には、本発明に係るプラズマドーピング方法において、前記基板に対して前 記不純物のプラズマドーピングを行う前に、前記真空容器の内壁には前記不純物を 含む膜が既に形成されており、前記プラズマドーピング条件は、前記ガスの流量分 布について、前記基板の前記周縁部と前記基板の前記中央部とで同じになるように 設定されてもよい。或いは、前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行 う前に、前記真空容器の内壁には前記不純物を含む膜が既に形成されており、前記 プラズマドーピング条件は、前記ガスの濃度分布について、前記基板の前記周縁部 と前記基板の前記中央部とで同じになるように設定されてもよい。或いは、前記基板 に対して前記不純物のプラズマドーピングを行う前に、前記真空容器の内壁には前 記不純物を含む膜が既に形成されており、前記プラズマドーピング条件は、前記ブラ ズマを発生させるためのソースパワーの分布について、前記基板の前記周縁部と前 記基板の前記中央部とで同じになるように設定されてもよい。或いは、前記基板に対 して前記不純物のプラズマドーピングを行う前に、前記真空容器の内壁には前記不 純物を含む膜が既に形成されており、前記プラズマドーピング条件は、前記基板の 温度分布について、前記基板の前記周縁部と前記基板の前記中央部とで同じにな るように設定されてあよい。
[0033] また、本願発明者らが実験を重ねた結果、ある所定のバイアスに対して B H と He
2 6 との混合ガスの濃度比率 (B H濃度 /He濃度）の基板面内分布を変化させること
2 6
によって、ドーズ量の基板面内分布の傾きが反転する時間帯を得ることができた。さ らに、その反転が生じる時間帯においては、ァニール後のシート抵抗 (Rs)の基板面 内均一性、つまりドーズ量の基板面内均一性が比較的長時間に亘つて極めて良好と なることを見出した。本発明に係るプラズマドーピング方法は、このような知見にも基 づくものである。また、前述の反転が生じる時間帯においては、ドーズ量はドーピング 処理時間の増加に従って極めてゆっくりと増加するので、当該反転が生じる時間を 含むプロセスウィンドウの範囲内にプラズマドーピング時間を設定することによって、 ドーズ量を高精度で制御し易いという効果も得られる。これにより、プラズマドーピン グを実用化する上で、最も大きな課題とされていた、基板面内均一性の制御を含む ドーズ量の高精度制御という課題を一挙に解決することができる。 [0034] 尚、本発明に係るプラズマドーピング方法にお!/、て、前記設定された前記プラズマ ドーピング条件において、前記基板の前記中央部及び前記周縁部のうちの前記他 方のドーズ量が前記一方のドーズ量よりも大きくなつた後に、前記プラズマドーピング 条件の変更を行ってもょレ、。
[0035] また、本発明に係るプラズマドーピング方法にお!/、て、前記基板に対して前記不純 物のプラズマドーピングを行って!/、る間に、前記プラズマドーピング条件の変更を複 数回 fiつてもよい。
[0036] また、本発明に係るプラズマドーピング方法にお!/、て、前記ガスは、ボロン原子と水 素原子とからなる分子 B H (但し m、nは自然数)を含んでいてもよい。
m n
[0037] また、本発明に係るプラズマドーピング方法において、前記ガスは、 B H と Heとの
2 6 混合ガスから構成されていてもよい。この場合、前記混合ガス中における B H の濃
2 6 度は 0. 01質量％以上で且つ 1質量％以下であることが好ましい。
[0038] また、本発明に係るプラズマドーピング方法において、前記ガスは、 BF 、 AsH又
3 4 は PH のいずれかを含んでいてもよい。
3
[0039] また、本発明に係るプラズマドーピング方法にお!/、て、前記基板はシリコン基板で あってもよい。
発明の効果
[0040] 以上に説明したように、本発明のプラズマドーピング方法によれば、ドーズ量の基 板面内分布形状が反転する時間の近傍をプラズマドーピング時間の終点に設定す ることにより、プロセスウィンドウの増大を図ることができ、それによつてドーズ量を高 精度に制御することができると共に高精度にドーズ量制御がなされた不純物領域を 基板面内に安定して且つ均一に形成することが可能となる。
図面の簡単な説明
[0041] [図 1]図 1は本発明の第 1の実施形態に係るプラズマドーピング方法におけるプラズ マドーピング条件の設定例を示す図である。
[図 2]図 2は本発明の第 1の実施形態に係るプラズマドーピング方法を実施するため に用いられるプラズマドーピング装置の構成例を示す断面図である。
[図 3]図 3は本発明の第 1の実施形態に係るプラズマドーピング方法のフロー図であ 園 4]図 4は本発明の第 1の実施形態に係るプラズマドーピング方法における基板面 内でのドーズ量の時間変化を示す図である。
園 5]図 5は本発明の第 1の実施形態に係るプラズマドーピング方法における基板面 内でのシート抵抗の時間変化を示す図である。
[図 6]図 6は本発明の第 2の実施形態に係るプラズマドーピング方法におけるプラズ マドーピング条件の設定例を示す図である。
園 7]図 7は本発明の第 2の実施形態に係るプラズマドーピング方法における基板面 内でのドーズ量の時間変化を示す図である。
園 8]図 8は本発明の第 2の実施形態に係るプラズマドーピング方法における基板面 内でのシート抵抗の時間変化を示す図である。
園 9]図 9は本発明の第 3の実施形態に係るプラズマドーピング方法を実施するため に用いられるプラズマドーピング装置の構成例を示す断面図である。
[図 10]図 10は、図 9に示すプラズマドーピング装置の要部であるガス供給口の拡大 断面図である。
[図 11]図 11は本発明の第 4の実施形態に係るプラズマドーピング方法における基板 面内でのシート抵抗の時間変化を示す図である。
園 12]図 12 (a)〜（！)は本発明の第 4の実施形態に係るプラズマドーピング方法に おける基板面内でのシート抵抗の時間変化を示す図である。
園 13]図 13は本発明の第 4の実施形態に係るプラズマドーピング方法における基板 処理枚数とシート抵抗との関係を示す図である。
園 14]図 14は本発明の第 4の実施形態に係るプラズマドーピング方法におけるブラ ズマドーピング時間とシート抵抗との関係を示す図である。
園 15]図 15は本発明の第 4の実施形態に係るプラズマドーピング方法におけるブラ ズマドーピング時間とシート抵抗の基板面内均一性との関係を示す図である。 園 16]図 16は本発明の第 4の実施形態に係るプラズマドーピング方法におけるブラ ズマドーピング時間とシート抵抗の平均値及び基板面内均一性との関係を示す図で ある。 符号の説明
1 真空容器
2 第 1のガス供給装置
3 ターボ分子ポンプ
4 調圧弁
5 高周波電源
6 試料台
7 誘電体窓
8 コィノレ
9 被処理基板
10 高周波電源、
11 排気口
12 配管
13 第 1の溝
14 第 1のガス吹き出し口
15 第 2のガス供給装置
16 配管
17 第 2の溝
18 第 2のガス吹き出し口
19 負通穴
20 負通穴
21 筒状ライナー
22 取り出し口
23 ガス供給口
24 筒状ライナー
25 ライナー排気口
26 軸上噴射供給口
27 軸外噴射供給口 30 流量コントローラ
31 流量コントローラ
32 第 1のガス供給ライン
33 第 2のガス供給ライン
発明を実施するための最良の形態
[0043] (第 1の実施形態）
以下、本発明の第 1の実施形態に係るプラズマドーピング方法について、図面を参 照しながら説明する。
[0044] 本実施形態に係るプラズマドーピング方法では、ドーピング処理時間の経過に伴う 基板中央部のドーズ量と基板周縁部のドーズ量との相対的な大小関係の逆転現象 を利用して、当該大小関係が反転する時間、つまり基板中央部のドーズ量と基板周 縁部のドーズ量とが等しくなる時間をプラズマドーピング時間のプロセスウィンドウとし て用いることを特 ί毁として!/、る。
[0045] すなわち、本実施形態に係るプラズマドーピング方法においては、基板に導入され る不純物のドーズ量について、ドーピング初期においては基板の中央部及び周縁部 のうちの一方のドーズ量が他方のドーズ量よりも大きくなり、その後、当該他方のドー ズ量が当該一方のドーズ量よりも大きくなるように、プラズマドーピング条件を設定し て、基板に対して不純物のプラズマドーピングを行う。尚、本実施形態では、ドーピン グ初期において基板の主面内における不純物のドーズ量の分布が、基板中心を基 準として回転対称となるように、プラズマドーピング条件を設定するものとする。
[0046] より具体的には、被処理基板であるシリコン基板（シリコンウエノ、）に対してプラズマ ドーピングを行う前に、ドーピング初期にぉレ、てドーズ量の基板面内分布が所定の傾 きを有し且つその後に当該分布の傾きに反転が生じるように設定されたプラズマドー ビング条件において、シリコン基板に導入される不純物のドーズ量が基板面内にお いてほぼ均一になる時間範囲を予め検出しておき、当該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、シリコン基板に対して不純物のプラズマドーピング を行う。これにより、不純物濃度を高精度で制御された不純物領域を面内均一性良く 安定して形成することができる。 [0047] 図 1は、本実施形態に係るプラズマドーピング方法におけるプラズマドーピング条 件の設定例を示している。すなわち、ドーピング初期においては、図 1の曲線 a 1に示 すように、基板面内におけるガス（プラズマ生成用ガス）の流量分布について、基板 中央部では大きく且つ基板周縁部では小さくなるように、つまり所定の傾きを有する ように、プラズマドーピング条件の設定を行う。続いて、ドーピング処理時間がある程 度経過した後、図 1の曲線 a2に示すように、基板面内におけるガスの流量分布につ いて、基板中央部では小さく且つ基板周縁部では大きくなるように、プラズマドーピン グ条件の変更を行う。これにより、単位時間当たりのドーズ量の増加量については、 基板周縁部よりも基板中央部で小さくなるようにすることができる。
[0048] 尚、プラズマドーピングの実施後、ァニールを行うことにより、基板中に導入された 不純物は活性化されてキャリアとなる。ドーズ量については、このように導入した不純 物をァニールにより活性化し、当該活性化された不純物による基板内でのシート抵 抗を測定することによって算出すること力できる。大きな熱量でァニールを行った場 合、基板中に導入された不純物は全て活性化されてキャリアとなるため、シート抵抗 力 S小さくなる。すなわち、シート抵抗とドーズ量とはほぼ反比例の関係にある。
[0049] 本実施形態（第 2の実施形態以降も同様)では、シート抵抗測定前に実施したァニ ールの条件は、 1075°C、 20秒である。このように高温で比較的長い時間のァニール 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るため、シー ト抵抗とドーズ量とは 1対 1で対応するので、シート抵抗の分布をドーズ量の分布と読 み替えること力 Sできる。
[0050] また、シート抵抗測定は、 300mm径基板（ウェハ）における端部（幅 3mm)を除!/ヽ た基板面内の 121箇所で行った。すなわち、後述するシート抵抗は、特に断りがない 場合には、 121箇所で測定したシート抵抗の平均値である。また、シート抵抗の基板 面内均一性については、 121箇所で測定したシート抵抗の標準偏差を用いて求めた
〇
[0051] 図 2は、本実施形態のプラズマドーピング方法を実施するために用いられるプラズ マドーピング装置の構成例を示す断面図である。
[0052] 図 2に示すプラズマドーピング装置は、真空容器 1と、真空容器 1内に設けられ且つ 被処理基板 9が載置される試料台 6と、真空容器 1内にガスを供給する第 1のガス供 給装置 2及び第 2のガス供給装置 15と、真空容器 1内を排気する排気装置としてのタ ーボ分子ポンプ 3と、真空容器 1内の圧力を制御する圧力制御装置としての調圧弁 4 と、真空容器 1内にプラズマを発生させる高周波電源 5及びコイル 8とを主要構成要 素として備えている。真空容器 1内の排気は排気口 11を通じて行われる。また、真空 容器 1内には、筒状ライナー（インナーチャンバ一） 21が配置されており、これによつ て、被処理基板 9の取り出し口などに起因する真空容器 1中のガスの乱れを抑制でき ると共に真空容器 1中のガスの分布を同心円状にすることができる。ここで、筒状ライ ナー 21に、被処理基板 9の取り出し口 22が設けられていてもよい。また、図 2に示す プラズマドーピング装置においては、ガスの分布を制御するために、真空容器 1の天 井部となる誘電体窓 7内にそれぞれ設けられた、第 1の溝 13及び第 1のガス吹き出し 口 14と、第 2の溝 17及び第 2のガス吹き出し口 18とによって 2系統のガス供給がなさ れる。すなわち各系統毎にガス流量を独立して制御することができる。尚、第 1のガス 供給装置 2は、配管 12及び真空容器 1の内壁中の貫通孔 19を通じて第 1の溝 13に ガスを供給する。また、第 2のガス供給装置 15は、配管 16及び真空容器 1の内壁中 の貫通孔 20を通じて第 2の溝 17にガスを供給する。
[0053] 本実施形態においては、第 1のガス供給装置 2及び第 2のガス供給装置 15はいず れも B H と Heとの混合ガス（B H /Heガス）を供給するように構成されており、 B
2 6 2 6 2
H濃度/ He濃度を 0. 01質量％/99. 99質量％から 1. 0質量％/99. 0質量％
6
までの範囲で変化させることができると共に B H /Heガスの流量を 100cc/min (
2 6
標準状態）から 600cc/min (標準状態）までの範囲で調整することが可能である。
[0054] 図 2に示すプラズマドーピング装置においては、真空容器 1内にガス供給装置 2及 び 15から所定のガスを導入すると共に排気装置としてのターボ分子ポンプ 3により排 気を行いながら、調圧弁 4により真空容器 1内を所定の圧力に保つことができる。また 、高周波電源 5により、例えば 13. 56MHzの高周波電力を、試料台 6に対向した誘 電体窓 7の近傍に設けられたコイル 8に供給することによって、真空容器 1内に誘導 結合型プラズマを発生させることができる。試料台 6上には、被処理基板 9として例え ばシリコン基板 9を載置する。また、真空容器 1の外側には、試料台 6に高周波電力 を供給するための高周波電源 10が設けられており、高周波電源 10は、被処理基板 9がプラズマに対して負の電位を持つように試料台 6の電位を制御する電圧源として 機能する。尚、高周波電源 10は、図示しない整合器を介して試料台 6に電圧供給を 行うように構成されている。
[0055] このようにして、プラズマ中のイオンを被処理基板 9の表面に向かって加速させ、当 該表面に衝突させることによって、被処理基板 9中に不純物を導入することができる。 尚、ガス供給装置 2及び 15から真空容器 1内に供給されたガスはターボ分子ポンプ 3によって排気口 11から排気される。ターボ分子ポンプ 3及び排気口 11は、例えば 試料台 6よりも下側に配置されている。また、調圧弁 4は、試料台 6よりも下側で且つ ターボ分子ポンプ 3の直上に位置する昇降弁である。試料台 6は、例えば図示しない 4本の支柱によって真空容器 1に固定されて!/、る。
[0056] 図 3は、図 2に示すプラズマドーピング装置を用いた、本実施形態のプラズマドーピ ング方法の典型的な処理手順を示すフロー図である。
[0057] まず、ステップ 1001において、ドーピング初期において被処理基板 9に導入される 不純物のドーズ量の分布が被処理基板 9の面内において所定の傾きを有し且つそ の後に当該分布の傾きに反転が生じるように、プラズマドーピング条件を設定する。
[0058] 次に、ステップ 1002において、ステップ 1001で設定されたプラズマドーピング条件 において、被処理基板 9に導入される不純物のドーズ量が基板面内においてほぼ均 一になる時間範囲を決定する。
[0059] 次に、ステップ 1003で決定された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、被処理基板 9に対して不純物のプラズマドーピングを行う。
[0060] 以下、図 2に示すプラズマドーピング装置を用いて、図 1の曲線 alに示すようなガス 流量分布を得る方法について説明する。図 2に示すプラズマドーピング装置におけ るガス供給装置 2及び 15にはそれぞれ、例えば Heによって 2質量％程度に希釈した B Hガスが充填されたボンべ及び Heボンべを設置する。ガス供給装置 2及び 15に
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おいて、 Heによって 2質量％程度に希釈した B Hガスを Heボンベからの Heによつ
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てさらに希釈することにより、 B H濃度 /He濃度が 0. 05質量％/99. 95質量％
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に調整された混合ガスを生成し、当該混合ガスをガス吹き出し口 14及び 18からそれ ぞれ真空容器 1内に供給する。尚、ガス供給装置 2及び 15にはそれぞれ図示しない マスフローコントローラが設けられており、これによつてガス吹き出し口 14及び 18から はそれぞれ個別に制御された流量で B H /He混合ガスが供給される。そして、図
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2に示すプラズマドーピング装置において、被処理基板 9の中央部に対応したガス吹 き出し口 18からは例えば 540cc/min (標準状態）の流量で混合ガスが噴射されると 共に被処理基板 9の周縁部に対応したガス吹き出し口 14からは例えば 180cc/mi n (標準状態）の流量で混合ガスが噴射されるように設定することにより、被処理基板 9上に吹き付けられる混合ガスの流量分布について図 1の曲線 alに示すような分布 を得ること力 Sでさる。
[0061] 一方、図 1の曲線 a2に示すようなガス流量分布は、ガス吹き出し口 18から例えば 1 80cc/min (標準状態）の流量で混合ガスが噴射されると共にガス吹き出し口 14か ら例えば 540cc/min (標準状態）の流量で混合ガスが噴射されるように設定するこ とによって得られる。
[0062] 本実施形態では、ドーピング初期においては、図 1の曲線 alに示すように、基板面 内におけるガスの流量分布について、基板中央部では大きく且つ基板周縁部では 小さくなるように、プラズマドーピング条件の設定を行う。その後、図 1の曲線 a2に示 すように、基板面内におけるガスの流量分布について、基板中央部では小さく且つ 基板周縁部では大きくなるように、プラズマドーピング条件の変更を行う。尚、真空容 器 1内の圧力、ソースパワー（高周波電源 5により印加する電力）及びバイアスパワー (高周波電源 10により印加する電力）についてはそれぞれドーピング処理中を通じて 変更せず一定の値に保つ。具体的には、真空容器 1内の圧力は 0. 9Paであり、ソー スパワーは 2000Wであり、バイアスパワーは 135Wである。
[0063] 図 4は、以上のようにプラズマドーピング条件の設定を行った場合における基板面 内でのドーズ量の時間変化を示す図である。尚、図 4に示すドーズ量は、後述する図 5に示すシート抵抗の値を換算することによって得られたものである。図 4に示すよう に、ドーピング初期（処理時間 tl)においては、被処理基板 9の周縁部のドーズ量と 比べて、被処理基板 9の中央部のドーズ量が大きい。その後、処理時間 tlと処理時 間 t2 (t2〉tl)との間で図 1の曲線 a2に示すようにガス流量の設定を変更する。これ により、単位時間当たりのドーズ量の増加量については基板周縁部と比べて基板中 央部で小さくなる。従って、処理時間が t2、 t3、 t4、 t5 (t5〉t4〉t3〉t2)と増大する に従って、被処理基板 9の周縁部のドーズ量と比べて、被処理基板 9の中央部のド ーズ量が小さくなつていく。すなわち、ドーズ量のプロファイルの反転が生じる。この 反転が生じる処理時間（t3、 t4)の近傍をプラズマドーピング時間のプロセスウィンド ゥとすることにより、プラズマドーピング時間が変動した場合にもドーズ量のプロフアイ ルが大きく変動することを防止することができる。これにより、ドーズ量と対応するシー ト抵抗の基板面内分布の変動を低減することができる。図 5は、基板面内でのシート 抵抗の時間変化を示す図である。図 4及び図 5に示すように、ドーズ量においてもシ ート抵抗においても、プロファイルの反転が生じる処理時間（t3、 t4)の近傍で極めて 基板面内均一性が良!/、プロファイルが得られて!/、ること力 S分力、る。
[0064] このように、本実施形態によると、ウェハ面内でより均一なドーズ量分布を高スルー プットで形成することができる。
[0065] 尚、本実施形態において、第 1のガス供給装置 2及び第 2のガス供給装置 15から 供給されるガスの流量をプラズマドーピング中に変更することによって、ウェハ面内で 均一なドーズ量分布を得たが、同様の効果は下記のように他のパラメータを変更する ことによつても得ることカできる。
[0066] すなわち、他のパラメータとして、例えば前記のガスの濃度を選択して、基板面内 におけるガス濃度分布をドーピング処理時間に応じて図 1の曲線 al及び曲線 a2のよ うに調整しても良い。まず、図 2に示すプラズマドーピング装置を用いて、図 1におい て縦軸をガス濃度としたときの曲線 alに示すようなガス濃度分布を得る方法について 説明する。図 2に示すプラズマドーピング装置におけるガス供給装置 2及び 15には それぞれ、例えば Heによって 2質量％程度に希釈した B Hガスが充填されたボン
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ベ及び Heボンべを設置する。ここで、ガス供給装置 2及び 15において、 Heによって 2質量％程度に希釈した B Hガスを Heボンベからの Heによってさらに希釈する際
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に、ガス供給装置毎に希釈率を別々に設定する。具体的には、ガス吹き出し口 14か らは例えば B H濃度 /He濃度が 0. 01質量％/99. 99質量％に調整された混合
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ガスが供給されるようにする。一方、ガス吹き出し口 18からは例えば B H濃度 /He 濃度が 0. 05質量％/99. 95質量％に調整された混合ガスが供給されるようにする 。尚、ガス供給装置 2及び 15にはそれぞれ図示しないマスフローコントローラが設け られており、これによつてガス吹き出し口 14及び 18からはそれぞれ例えば 300cc/ minの同じ流量で B H /He混合ガスが供給されるようにする。これにより、図 1で縦
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軸をガス濃度としたときの曲線 alに示すようなガス濃度分布を実現することができる。 また、図 1で縦軸をガス濃度としたときの曲線 a2に示すようなガス濃度分布は、ガス吹 き出し口 18から例えば B H濃度 /He濃度が 0. 01質量％/99. 99質量％に調整
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された混合ガスが噴射されると共にガス吹き出し口 14から例えば B H濃度 /He濃
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度が 0. 05質量％/99. 95質量％に調整された混合ガスが噴射されるように設定す ることによって得られる。そして、ドーピング初期においては、図 1で縦軸をガス濃度と したときの曲線 alに示すように、基板面内におけるガスの濃度分布について、基板 中央部では大きく且つ基板周縁部では小さくなるように、プラズマドーピング条件の 設定を行い、その後、図 1で縦軸をガス濃度としたときの曲線 a2に示すように、基板 面内におけるガスの濃度分布について、基板中央部では小さく且つ基板周縁部で は大きくなるように、プラズマドーピング条件の変更を行うことにより、言い換えると、第 1のガス供給装置 2及び第 2のガス供給装置 15から供給されるガスの濃度をプラズマ ドーピング中に変更することによって、ウェハ面内で均一なドーズ量分布を得ることが できる。
[0067] また、他のパラメータとして、ソースパワー又は基板温度などをプラズマドーピング 中に調整してもよい。
[0068] まず、ソースパワーを調整する場合には、基板の中央部の上方に配置されたコイル 、及び基板の周縁部の上方に配置されたコイルの 2つのコイルを有する装置を用い る。そして、ドーピング初期（処理時間 tl)においては、基板の中央部の上方に配置 されたコイルのソースパワーを小さくし、且つ基板の周縁部の上方に配置されたコィ ルのソースパワーを大きくする。その後、処理時間 tlと処理時間 t2 (t2〉tl)との間 で、ドーピング初期とは逆に、基板の中央部の上方に配置されたコイルのソースパヮ 一を大きくし、且つ基板の周縁部の上方に配置されたコイルのソースパワーを小さく する。具体的には、ソースパワーを大きくするときは例えば 2200W程度に設定し、ソ ースパワーを小さくするときには例えば 1000W程度に設定する。ここで、ソースパヮ 一を大きくしたコイルと対応する部分の基板上では、スパッタリングとドーピングとの釣 り合いにおいて、スパッタリングが優勢になるので、ドーズ量は小さくなる。一方、ソー スパワーを小さくしたコイルと対応する部分の基板上では、ドーピングが優勢になるの で、ドーズ量は大きくなる。従って、処理時間が t2、 t3、 t4、 t5 (t5〉t4〉t3〉t2)と 増大するに従って、基板の周縁部のドーズ量と比べて、基板の中央部のドーズ量が 小さくなつていく。すなわち、ドーズ量のプロファイルの反転が生じる。この反転が生じ る処理時間（t3、 t4)の近傍をプラズマドーピング時間のプロセスウィンドウとすること により、プラズマドーピング時間が変動した場合にもドーズ量のプロファイルが大きく 変動することを防止するすること力できる。以上のように、プラズマを発生させるため のソースパワーをプラズマドーピング中に変更することによって、ウェハ面内で均一な ドーズ量分布を得ることができる。
[0069] 次に、基板温度を調整する場合には、例えば図 2に示すプラズマドーピング装置に おいて、試料台 6の上面全体をエチレングリコール等の冷媒によって冷却できるよう にすると共に、試料台 6の中央部及び周縁部のそれぞれにヒータを 1つずつ設ける。 そして、当該装置において、例えば、冷媒を 10°Cに冷却すると共に、試料台 6の中 央部のヒータによる加熱温度を 90°Cに設定し、試料台 6の周縁部のヒータによる加熱 温度を 50°Cに設定する。このようにすると、被処理基板 9の中央部の温度を 70°Cに し、被処理基板 9の周縁部の温度を 30°Cにすることができる。被処理基板 9の中央 部及び周縁部のそれぞれの温度関係を逆に設定したい場合には、各ヒータによる加 熱温度を逆にすればよい。以上のような装置構成によって、基板中央部の温度と基 板周縁部の温度とを別々に設定することができる。
[0070] まず、前述の装置構成を用いて、図 1において縦軸を基板温度としたときの曲線 al に示すような基板温度分布を得る方法について説明する。この場合には、試料台 6 の中央部のヒータによる加熱温度を高くすると共に試料台 6の周縁部のヒータによる 加熱温度を低くする。例えば、試料台 6の中央部のヒータによる加熱温度を 90°Cに 設定すると共に試料台 6の周縁部のヒータによる加熱温度を 50°Cに設定する。これ により、基板中央部の温度が 70°Cに設定され且つ基板周縁部の温度が 30°Cに設定 された基板温度分布、つまり、図 1において縦軸を基板温度としたときの曲線 alに示 すような基板温度分布を得ることができる。
[0071] 次に、前述の装置構成を用いて、図 1において縦軸を基板温度としたときに曲線 a2 に示すような基板温度分布を得る方法について説明する。この場合には、例えば、 試料台 6の中央部のヒータによる加熱温度を 50°Cに設定すると共に試料台 6の周縁 部のヒータによる加熱温度を 90°Cに設定する。これにより、基板中央部の温度が 30 °Cに設定され且つ基板周縁部の温度が 70°Cにされた基板温度分布、つまり、図 1に おいて縦軸を基板温度としたときの曲線 a2に示すような基板温度分布を得ることがで きる。
[0072] ところで、プラズマドーピングでは、基板温度が高!/、方が基板温度が低レ、場合と比 ベてガス構成粒子やラジカルの基板への吸着量が多くなる。従って、基板面内にお V、て温度が高!/、部分の方が温度が低!/、部分と比べてドーズ量が高くなる。これを利 用して、ドーピング初期（処理時間 tl)においては、試料台 6の中央部のヒータによる 加熱温度を高くすると共に試料台 6の周縁部のヒータによる加熱温度を低くする。そ の後、処理時間 tlと処理時間 t2 (t2〉tl)との間で、ドーピング初期とは逆に、試料 台 6の中央部のヒータによる加熱温度を低くすると共に試料台 6の周縁部のヒータに よる加熱温度を高くする。これにより、処理時間が t2、 t3、 t4、 t5 (t5〉t4〉t3〉t2) と増大するに従って、基板の周縁部のドーズ量と比べて、基板の中央部のドーズ量 力 S小さくなつていく。すなわち、ドーズ量のプロファイルの反転が生じる。この反転が 生じる処理時間（t3、 t4)の近傍をプラズマドーピング時間のプロセスウィンドウとする ことにより、プラズマドーピング時間が変動した場合にもドーズ量のプロファイルが大 きく変動することを防止するすること力できる。以上のように、基板温度をプラズマドー ビング中に変更することによって、ウェハ面内で均一なドーズ量分布を得ることができ
[0073] (第 2の実施形態）
以下、本発明の第 2の実施形態に係るプラズマドーピング方法について、図面を参 照しながら説明する。
[0074] 前述の第 1の実施形態では、ドーピング初期において基板の主面内における不純 物のドーズ量の分布が、基板中心を基準として回転対称となるように、プラズマドーピ ング条件を設定した。それに対して、本実施形態では、ドーピング初期において基板 の主面内における不純物のドーズ量の分布が、基板の中心を通る少なくとも 1つの直 径上で傾きを有するように、プラズマドーピング条件を設定し、その後、当該分布に おける傾きが反転するように、プラズマドーピング条件の変更を行う。
[0075] 図 6は、本実施形態に係るプラズマドーピング方法におけるプラズマドーピング条 件の設定例を示している。すなわち、ドーピング初期においては、図 6の直線 alに示 すように、基板面内におけるガス（プラズマ生成用ガス）の流量分布について、基板 の右端（基板の中心を通る少なくとも 1つの直径の右端：以下同じ）では大きく且つ基 板の左端（基板の中心を通る少なくとも 1つの直径の左端：以下同じ）では小さくなる ように、つまり所定の傾きを有するように、プラズマドーピング条件の設定を行う。続い て、ドーピング処理時間がある程度経過した後、図 6の直線 a2に示すように、基板面 内におけるガスの流量分布について、基板の右端では小さく且つ基板の左端では大 きくなるように、プラズマドーピング条件の変更を行う。尚、調整対象のパラメータとし て、ガス流量に代えて、第 1の実施形態と同様に、ガス濃度、ソースパワー又は基板 温度を用いてもよい。
[0076] 図 7は、以上のようにプラズマドーピング条件の設定を行った場合における基板面 内でのドーズ量の時間変化を示す図である。図 7に示すように、ドーピング初期（処 理時間 tl )においては、基板の左端のドーズ量と比べて、基板の右端のドーズ量が 大きい。その後、処理時間 tlと処理時間 t2 (t2〉tl)との間で図 7の直線 a2に示すよ うにガス流量の設定を変更する。これにより、単位時間当たりのドーズ量の増加量に ついては基板の左端よりも基板の右端で小さくなる。従って、処理時間が t2、 t3、 t4 、 t5 (t5〉t4〉t3〉t2)と増大するに従って、基板の左端のドーズ量と比べて、基板 の右端のドーズ量が小さくなつていく。すなわち、ドーズ量のプロファイルの反転が生 じる。この反転が生じる処理時間（t3、 t4)の近傍をプラズマドーピング時間のプロセ スウィンドウとすることにより、プラズマドーピング時間が変動した場合にもドーズ量の プロファイルが大きく変動することを防止するすることができる。これにより、ドーズ量と 対応するシート抵抗の基板面内分布の変動を低減することができる。図 8は、図 7に 示すドーズ量をシート抵抗に換算することによって得られた、基板面内でのシート抵 抗の時間変化を示す図である。図 7及び図 8に示すように、ドーズ量においてもシート 抵抗においても、プロファイルの反転が生じる処理時間（t3、 t4)の近傍で極めて基 板面内均一性が良!/、プロファイルが得られて!/、ること力 S分力、る。
[0077] 以上に説明したように、第 2の実施形態によると、基板の直径方向においてドーズ 量分布に差があるように条件設定を行い、ドーピングを続行していくと、このドーズ量 分布の傾きが反転するタイミングがあり、さらに、そのタイミングは比較的長い時間安 定して存在する。すなわち、プラズマドーピングを開始すると、最初はドーズ量が大き く増加する力 その後、処理時間の経過に対してドーズ量の増加が極めて小さくなる 。このようなドーズ量の増加が極めて小さくなる時間帯、つまり、ドーズ量分布の傾き て、ドーズ量を正確に制御することができる。
[0078] また、被処理基板に対してプラズマドーピングを行う前に、ドーピング初期にお!/、て ドーズ量の基板直径方向分布が所定の傾きを有し且つその後に当該分布の傾きに 反転が生じるように設定されたプラズマドーピング条件において、被処理基板に導入 される不純物のドーズ量が基板直径方向においてほぼ均一になる時間範囲を予め 検出しておき、当該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、被 処理基板に対して不純物のプラズマドーピングを行うことにより、不純物濃度を高精 度で制御された不純物領域を面内均一性良く安定して形成することができる。
[0079] (第 3の実施形態）
以下、本発明の第 3の実施形態に係るプラズマドーピング方法について、図面を参 照しながら説明する。
[0080] 図 9は、本実施形態のプラズマドーピング方法を実施するために用いられるプラズ マドーピング装置の構成例を示す断面図であり、図 10は、図 9に示すプラズマドーピ ング装置の要部であるガス供給口の拡大断面図である。尚、図 9に示すプラズマドー ビング装置において、第 1の実施形態で説明した、図 2に示すプラズマドーピング装 置と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、説明を省略する。
[0081] 図 9及び図 10に示すプラズマドーピング装置の基本構成は、図 2に示すプラズマド 一ビング装置と同様であるが、以下のような相違点がある。すなわち、図 9及び図 10 に示すプラズマドーピング装置においては、単一のガス供給装置として第 1のガス供 給装置 2のみが設けられており、第 1のガス供給装置 2は配管 12を通じて、真空容器 1の上面のほぼ中央部から真空容器 1内にガス供給を行うガス供給口 23に接続され ている。また、図 2に示すプラズマドーピング装置の筒状ライナー（インナーチャンバ 一） 21に代えて、被処理基板 9を載置する試料台 6の周囲を取り囲むように筒状ライ ナー（インナーチャンバ一） 24が設けられており、筒状ライナー 24の下面には、試料 台 6を基準として回転対称に複数個のライナー排気口 25が設けられている。尚、図 9 及び図 10に示すプラズマドーピング装置においては、図 2に示すプラズマドーピング 装置と比べて、試料台 6、ターボ分子ポンプ 3、調圧弁 4及び排気口 11等の配置場 所が異なっている。
[0082] 図 9及び図 10に示すプラズマドーピング装置の特徴であるガス供給口 23は、真空 容器 1の上面に設けられた誘電体窓 7をそれぞれ貫通する軸上噴射供給口 26及び 軸外噴射供給口 27を有している。また、配管 12は、軸上噴射供給口 26と接続する 第 1のガス供給ライン 32及び軸外噴射供給口 27と接続する第 2のガス供給ライン 33 力も構成されており、ガス供給ライン 32及び 33にはそれぞれ個別に流量コントローラ 30及び 31が設けられている。これによつて、軸上噴射供給口 26及び軸外噴射供給 口 27からそれぞれ独立にガスをその流量及び濃度を制御しつつ噴射することができ
[0083] 図 9及び図 10に示すプラズマドーピング装置では、ガス供給口 23によって、被処 理基板 9の中央部の上方から被処理基板 9に対してガスが吹き付けられる。具体的 には、ガス供給ライン 32及び 33はいずれも B H /Heガスを供給するように構成さ
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れており、 B H濃度/ He濃度を 0. 01質量％/99. 99質量％から 1. 0質量％/9
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9. 0質量％までの範囲で変化させることができると共に B H /Heガスの流量を 10
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Occ/min (標準状態）から 600cc/min (標準状態）までの範囲で調整することが可 能である。また、ガス供給ライン 32及び 33は同一の濃度の B H /Heガスをその流
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量をそれぞれ調整して供給してもよいし、或いは、同一の流量の B H /Heガスをそ
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のガス濃度をそれぞれ調整して供給してもよレ、。 [0084] また、図 9及び図 10に示すプラズマドーピング装置を用いて、第 1の実施形態のよ うに、基板の主面内における不純物のドーズ量の分布を基板中心を基準として回転 対称に設定する場合、軸外噴射供給口 27は、ガス供給口 23のノズルの周縁部に所 定の間隔で多数配列される。一方、第 2の実施形態のように、基板の主面内における 不純物のドーズ量の分布を基板の中心を通る少なくとも 1つの直径上で傾きを有する ように設定する場合、軸外噴射供給口 27は、ガス供給口 23のノズルにおける直径方 向に 2つ配列される。
[0085] 尚、図 9及び図 10に示すプラズマドーピング装置においては、軸上噴射供給口 26 及び軸外噴射供給口 27のそれぞれから独立にガスをその流量を制御して噴射する ことができる力 軸上噴射供給口 26から噴射されたガスは被処理基板 9の中央部に 供給されると共に軸外噴射供給口 27から噴射されたガスは被処理基板 9の周縁部 に供給される。すなわち、図 9及び図 10に示すプラズマドーピング装置の軸上噴射 供給口 26は図 2に示すプラズマドーピング装置のガス吹き出し口 18と対応し、図 9及 び図 10に示すプラズマドーピング装置の軸外噴射供給口 27は図 2に示すプラズマ ドーピング装置のガス吹き出し口 14と対応する。従って、図 9及び図 10に示すプラズ マドーピング装置は、本実施形態のみならず、前述の第 1及び第 2の実施形態並び に後述する第 4の実施形態のいずれに対しても適用可能である。
[0086] (第 4の実施形態）
以下、本発明の第 4の実施形態に係るプラズマドーピング方法について、図面を参 照しながら説明する。
[0087] 図 11及び図 12 (a)〜（！ )は、本実施形態のプラズマドーピング方法を用いた場合 における基板面内でのシート抵抗の時間変化を示す図である。尚、図 11は、各処理 時間における基板中央からの距離とシート抵抗との関係を示している。また、図 12 (a )〜（h)につ!/、ては後で詳細に説明する。
[0088] 図 11に示すように、本実施形態においても、第 1の実施形態と同様に、ドーピング 処理時間の経過に伴う基板中央部のドーズ量と基板周縁部のドーズ量との相対的な 大小関係の逆転現象を利用して、当該大小関係が反転する時間、つまり基板中央 部のドーズ量と基板周縁部のドーズ量とが等しくなる時間をプラズマドーピング時間 のプロセスウィンドウとして用いることを特徴としている。一方、本実施形態が第 1の実 施形態と異なる点は、前述の技術的特徴を実現するために、つまり、基板中央部のド ーズ量と基板周縁部のドーズ量との大小関係を反転させるために、第 1の実施形態 ではプラズマドーピング中にドーピング条件 (パラメータ）を変更する方法を用いたの に対して、本実施形態では、真空容器の内壁面に形成された、ボロン等の不純物を 含む膜 (以下、ボロン系膜と称することもある）の性質を利用する。
[0089] 本実施形態においては、第 1〜第 3の実施形態と異なり、ガス（プラズマ生成用ガス )流量、ガス濃度、基板温度及びソースパワー等については、それらの分布が基板上 の各位置に対して可能な限り均等になるように設定し、プラズマドーピング中におけ るこれらのパラメータの値を一定に保持する。従って、通常であれば、このようなパラ メータの設定によって、プラズマドーピング中に基板中央部のドーズ量と基板周縁部 のドーズ量との相対的な大小関係が反転すること、言い換えると、基板中央部のドー ズ量と基板周縁部のドーズ量とが釣り合うことはない。し力もながら、本実施形態にお いては、以下に述べるように、ボロン系膜の性質を利用して、前述の反転現象を生じ させること力 Sでさる。
[0090] まず、真空容器の内壁面にボロン系膜を形成する方法について説明する。
[0091] ボロン系膜は、例えば、真空容器中において B H濃度 /He濃度が 0. 05質量％
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/99. 95質量％の8 H /Heガスからなるプラズマを用いて 60秒の放電を 1000回
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程度実施することによって、真空容器の内壁面に形成される。図 13は、図 2に示すプ ラズマドーピング装置において、真空容器内圧力が 0· 9Pa、ソースパワーが 2000W 、 B H濃度/ He濃度が 0. 05質量％/99. 95質量％、 B H /Heガス流量が 30
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Occ/min (標準状態）、バイアスパワー力 35Wの条件で、 B H /Heガスからなる
2 6
プラズマを用いて、 60秒のプラズマドーピング処理を 1600回（つまり 1600枚の被処 理基板に対して）実施したときの各基板のシート抵抗の推移を示している。図 13に示 すように、 1000回程度の放電（プラズマドーピング処理）によってボロン系膜の形成 を完了させること力できる。その結果、 1000回から 1600回までの放電においては各 基板のシート抵抗が変化せずに安定している。ここで、ボロン系膜の形成後のプラズ マドーピング処理によって得られるシート抵抗は 220 Ω /口程度であった。それに対 して、 1回目のプラズマドーピング処理、つまり真空容器の内壁を水及び有機溶剤を 用いて洗浄するメンテナンスの直後のプラズマドーピング処理によって得られるシー ト抵抗は 1967 Ω /口であった。すなわち、ボロン系膜の形成後のプラズマドーピン グ処理によるドーズ量は、メンテナンス直後のプラズマドーピング処理によるドーズ量 の 9倍程度にもなる。以上のように、ボロン系膜の形成後においては、ボロン系膜をボ ロン源とするドーピングが全体のドーズ量に対して支配的要因になるという効果が得 られると同時に、放電 (プラズマドーピング処理）の繰り返し回数に依存せず、一定の 安定したドーズ量を得ることができる。
次に、本実施形態のプラズマドーピング方法に用いられるプラズマドーピング装置 の構成上特に注意すべき点について説明する。本実施形態においても、第 1の実施 形態と同様に、図 2に示すようなプラズマドーピング装置を用いることができる力 そ の場合、筒状ライナー 21の構成に注意が必要である。まず、筒状ライナー 21は、被 処理基板 9の表面が含まれる平面上において基板中心を基準として回転対称に配 置されていることが望ましい。すなわち、筒状ライナー 21の内壁と、被処理基板 9の 表面が含まれる平面との交差箇所は円であって、その円が真円であることが望ましい 。ここで、被処理基板 9の搬送用に筒状ライナー 21に開口部 22が設けられている場 合、その開口部 22は、筒状ライナー 21の内壁と、被処理基板 9の表面が含まれる平 面との交点が作る円上には配置されないようにする。当該円上に開口部 22が配置さ れる場合には、開口部 22を塞ぐような蓋を設けてもよい。或いは、被処理基板 9を搬 送するときには、当該円上に開口部 22が位置するものの、被処理基板 9の搬送後に は被処理基板 9と共に試料台 6を鉛直上方に移動させることによって、プラズマドーピ ング中にぉレ、ては開口部 22が当該円よりも鉛直下方に位置するようにしてもよ!/、。こ のようにすることによって、基板中心を基準としてボロン系膜を回転対称に形成するこ と力 Sできる。前述のように、ボロン系膜の形成後においては、ボロン系膜をボロン源と するドーピングが全体のドーズ量に対して支配的になるので、基板中心を基準として ボロン系膜を回転対称に形成できるように前述のような装置構成を用いることによつ て、基板の主面内における不純物のドーズ量の分布を、基板中心を基準として回転 対称にすることが容易になる。 [0093] 次に、本実施形態のプラズマドーピング方法におけるプラズマドーピング時間のプ ロセスウィンドウについて説明する。このプロセスウィンドウは、前述のように、筒状ラ イナ一 21の内壁と被処理基板 9の表面が含まれる平面との交点が作る円が基板中 心を基準として回転対称に配置されるように設計されている筒状ライナー 21を有する 、図 2に示すプラズマドーピング装置において、予め筒状ライナー 21の内壁にボロン 系膜を堆積した後にプラズマドーピング処理を実施する際に用いられる。これにより、 基板面内均一性の高いドーズ量分布をより安定して得ることができる。
[0094] ところで、 B H と Heとの混合ガス（B H /Heガス）からなるプラズマ（B H /He
2 6 2 6 2 6 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、シリコン基板へのボロンのド 一ビングと真空容器内壁上のボロン系膜からのボロンのスパッタリングとが釣り合う時 間がある。すなわち、プラズマ照射を開始すると、最初はドーズ量が大きく増加する
1S その後、時間の経過に対してドーズ量が極めてゆっくりと増加する時間帯がある 。このドーズ量が極めてゆっくりと増加する時間帯をプラズマドーピング時間のプロセ スウィンドウとすることによってドーズ量をさらに正確に制徒 Pすることができる。
[0095] 次に、真空容器の内壁にボロン系膜が形成されているプラズマドーピング装置にお V、てプラズマドーピング処理を実施したときの特有の効果を説明する。ボロン系膜か らスパッタリングされることによってプラズマ中に供給されるボロンの量は、ドーピング 初期（処理時間が 5秒程度まで）には少なぐ処理時間がある程度長く（20秒程度）な ると増加する。この原因は、処理時間の増加に従って真空容器内壁の温度がプラズ マによる加熱によって上昇するので、ドーピング初期と比較して処理時間がある程度 経過した後の方がボロン系膜からボロン力 Sスパッタリングされ易くなるからであると考 えられている。
[0096] 図 14は、ボロン系膜が堆積された真空容器を備えた、図 2に示すプラズマドーピン グ装置において、 B H濃度 /He濃度が 0. 05質量％/99. 95質量％、真空容器
2 6
内圧力が 0· 9Pa、ソースパワーが 2000W、バイアスパワーが 135W、B H /Heガ
2 6 ス流量が 300cc/min (標準状態）の条件で、 B H /Heガスからなるプラズマを用
2 6
いて、プラズマドーピング時間を 5秒から 800秒の範囲で変化させた場合におけるプ ラズマドーピング時間とシート抵抗との関係を示している。図 14に示すように、プラズ マドーピング時間が長くなるに従って、ボロン系膜力もスパッタリングされることによつ てプラズマ中に供給されるボロンの量が増加してきて、シート抵抗が小さくなつていく 。但し、プラズマドーピング時間がある程度長くなると、ボロン系膜からスパッタリング されるボロンの量の増加率が小さくなる結果、シート抵抗はゆっくり減少することにな
[0097] ところで、図 11及び図 12 (a)に示すように、処理時間が 5秒程度と短い場合には、 ボロン系膜をボロン源とするボロンの量がプラズマ中に少ないので、基板周縁部のシ ート抵抗が基板中央部のシート抵抗と比べて高くなつてしまう。これは、本実施形態 のように、ガス流量、ガス濃度、基板温度及びソースパワーのそれぞれの分布を基板 上の各位置に対して可能な限り均等になるように配置した場合、これらのパラメータ のそれぞれによる効果の和が反映されたドーズ量の分布に対応するものと考えられ
[0098] 一方、処理時間がある程度長く（20秒程度）になると、真空容器内壁（図 2に示すプ ラズマドーピング装置では筒状ライナー 21)に付着したボロン系膜をボロン源とした ボロンのドーズ量の効果が顕著に現れ始める。ここで、ボロン系膜をボロン源としたボ ロンは、当然、筒状ライナー 21に付着したボロン系膜からの距離が基板中央部よりも 近い基板周縁部にドーピングされ易い。また、前述のように、ボロン系膜の形成後の プラズマドーピング処理によるドーズ量は、メンテナンス直後のプラズマドーピング処 理によるドーズ量の 9倍程度にもなる。従って、処理時間の経過に伴って、基板周縁 部の単位時間当たりのドーズ量の増加量は基板中央部と比べて大きくなる。
[0099] このように、ドーピング初期においては、図 12 (a)に示すように、基板中央部と比べ て基板周縁部のドーズ量が小さいものの、処理時間がある程度経過すると、基板周 縁部のドーズ量と基板中央部のドーズ量とが釣り合い、その後、基板周縁部のドーズ 量の方が基板中央部のドーズ量よりも大きくなる。すなわち、ドーズ量分布の傾きの 反転が生じる。図 12 (a)、（b)及び (c)は、ドーピング初期から、ある程度処理時間が 経過するまでの間に、基板周縁部のドーズ量と基板中央部のドーズ量とが釣り合つ ていく過程を示している。また、図 12 (c)、（d)、（e)及び (f)は、ドーズ量分布の傾き の反転が生じる前後の過程を示しており、特に、図 12 (d)及び (e)は基板周縁部のド ーズ量と基板中央部のドーズ量とが釣り合!/、を維持して!/、る様子を示して!/、る。また 、図 12 (f)、（g)及び (h)は、ドーズ量分布の傾きの反転が生じて、基板周縁部のド ーズ量の方が基板中央部のドーズ量よりも大きくなつていく過程を示している。
[0100] 図 12 (a)〜（！ )には、プラズマドーピングを実施後にァニールを行うことにより得ら れたのシート抵抗の基板面内分布を示しているが、本願発明者らは、別途、ラズマド 一ビングの実施直後の試料（図 12 ω〜（h)のそれぞれの測定対象となる基板と同 等の試料）についてァニールをすることなくボロン濃度を SIMS (secondary ion mass spectrometry )を用いて分析した。その結果によると、図 12 (a)〜（！ )のそれぞれの 測定対象となる基板と同等の試料の全てについて、ボロン濃度が 1 X 1018cm 3となる 深さは 9nmから l lnmまでであった。また、ドーズ量については、図 12 (a)の測定対 象となる基板と同等の試料では 4. 2 X 1014cm— 2であり、図 12 (b)の測定対象となる 基板と同等の試料では 8. 7 X 1014cm— 2であり、図 12 (c)の測定対象となる基板と同 等の試料では 1. 2 X 1015cm— 2であり、図 12 (d)の測定対象となる基板と同等の試料 では 1. 5 X 1015cm— 2であり、図 12 (e)の測定対象となる基板と同等の試料では 1. 6 X 1015cm— 2であり、図 12 (f)の測定対象となる基板と同等の試料では 2. 0 X 1015cm— 2であり、図 12 (g)の測定対象となる基板と同等の試料では 2. 3 X 1015cm— 2であり、 図 12 (h)の測定対象となる基板と同等の試料では 2. 6 X 1015cm— 2である。
[0101] 図 15 (曲線 E1)は、本実施形態のプラズマドーピング方法におけるプラズマドーピ ング時間とシート抵抗の基板面内均一性との関係を示す図である。図 15に示すよう に、ドーズ量分布の傾きの反転が生じる時間の近傍（図 12 (c)〜（f)に対応する処理 時間 60秒から 200秒までの範囲）をプラズマドーピング時間のプロセスウィンドウに 用いることによって、シート抵抗について 1 σで 2. 0%以下の基板面内均一性を得る こと力 Sできる。さらに、基板周縁部のドーズ量と基板中央部のドーズ量とが釣り合いを 維持している時間帯（図 12 (d)及び（e)に対応する処理時間 90秒から 120秒までの 範囲）では、シート抵抗について 1 σで 1. 4%の基板面内均一性を得ることができる 。特に、ドーズ量分布の傾きの反転が生じる時間に最も近い 120秒（図 12 (e)に対応 する処理時間）では、シート抵抗について 1 σで 1. 36%の基板面内均一性を得るこ と力 Sできる。一般的に、 1 σの値が小さくなればなるほど、均一性を良くするための技 術的難度は飛躍的に増大する。実際、本発明を用いない場合、 300mm径の基板（ ウエノ、）における端部（幅 3mm)を除いたシート抵抗の基板面内均一性を 2%以下に することは極めて難しい一方、前述のように、本発明を用いることによって、シート抵 抗について 1. 4%以下の基板面内均一性を容易に得ることができることは本発明の 有効性を示すものといえる。
[0102] 尚、プラズマドーピング時間とは、基板に対してプラズマ照射しながらバイアスを印 カロしている時間を意味ずる力 図 12 (a)〜（！ )に示す結果は、プラズマドーピング時 間を図 12 (a)では 5秒、図 12 (b)では 20秒、図 12 (c)では 60秒、図 12 (d)では 90 禾少、図 12 (e)で (ま 120禾少、図 12 (f)で (ま 200禾少、図 12 (g)で (ま 400禾少、図 12 (h)で (ま 800秒にそれぞれ設定することにより得られたものである。また、前述のように（図 13 及びその説明参照）、真空容器の内壁を水及び有機溶剤を用いて洗浄するメンテナ ンスを行ってから、真空容器の内壁にボロン系膜が形成されるまでの間は、基板に導 入される不純物のドーズ量が不安定になるので、メンテナンス後、 60秒のプラズマド 一ビング処理を 2000枚趙のダミー基板に対して連続的に行うコンディショニングを行 つてから、図 12 (a)〜（！)に示すシート抵抗の測定を行った。尚、図 12 (a)〜（！)に は、当該測定がダミー基板を含む何枚目の基板に対して行われたかを示して!/、る。 また、図 12 (a)〜（！)は、以上のようにして 300mm径の基板（ウエノ、）に対してボロン のプラズマドーピングを行った後に、 1075°Cで 20秒のァニールを行うことにより得ら れたシート抵抗の基板面内分布を示している。ここで、シート抵抗測定は、 300mm 径基板（ウエノ、）における端部（幅 3mm)を除いた基板面内の 121箇所で行っている 。図 16は、図 12 (a)〜（h)に示す測定結果のうち、シート抵抗の平均値及び基板面
[0103] 本実施形態のプラズマドーピング方法によると、図 12 (a)〜（！)、図 15 (曲線 E1) 及び図 16に示すように、基板の主面内における不純物のドーズ量の分布を、基板中 心を基準として回転対称にすることができる。また、 20秒から 200秒までのプラズマド 一ビング時間によって 2. 7%以下の基板面内均一性を達成できると共に、 90秒から 120秒までのプラズマドーピング時間によって 1. 42%以下の基板面内均一性を達 成できる。すなわち、処理時間の変化に対してドーズ量の基板面内分布の傾きが反 転する時間の近傍では、所定時間にわたり、基板面内均一性の良いドーズ量分布を 得ること力 Sできる。これは、ドーズ量が処理時間の経過に対して変化しに《なってし ばらくすると、基板においてそれまでドーズ量が相対的に小さ力、つた部分のドーズ量
1S 基板においてそれまでドーズ量が相対的に大き力、つた部分のドーズ量に追いつ いてきてその差が小さくなつた後、さらに前者のドーズ量が後者のドーズ量を追い越 すため、両者のドーズ量がちょうど釣り合うタイミングをはさんでその前後に、基板面 内均一性の良いドーズ量分布を得ることができる時間帯が存在することによる。すな わち、基板面内均一性の良いドーズ量分布を得ることができる時間帯として、両者の ドーズ量がちょうど釣り合うタイミングまでの時間しか用いなかった場合と比較すると、 ほぼ 2倍の時間にわたり、基板面内均一性の良いドーズ量分布を得ることができる。
[0104] 以上のように、ドーズ量分布の傾きの反転が生じる時間を含む所定時間をプラズマ ドーピング時間のプロセスウィンドウとして利用することによって、シート抵抗の基板面 内均一性を安定して改善することができる本実施形態のプラズマドーピング方法は、 プラズマドーピングにおいてシート抵抗つまりドーズ量の基板面内均一性を確保する ための非常に有効な手段である。尚、本実施形態のプラズマドーピング方法によって 、ドーズ量の基板面内均一性の確保と同時にドーズ量の高精度制御を実現できるこ とは前述の通りである。
[0105] 尚、本実施形態において、ドーズ量分布の傾きを反転させる方法として、プラズマド 一ビング中にパラメータを変更する方法を用いずに、真空容器の内壁面に形成した ボロン系膜からのボロンのスパッタリングを用いる方法について説明した力 S、さらに、ド ーズ量分布の傾きの反転が生じた後に、又は当該反転が生じる時間の近傍におい て、ノ ラメータ設定の変更を行っても良い。特に、パラメータ設定の変更を複数回行 つた場合には、図 15の曲線 E2に示すように、シート抵抗つまりドーズ量の基板面内 均一性を良好に保つことができる時間帯をさらに長くすることができる。同様に、第 1 〜第 3の実施形態においても、ドーズ量分布の傾きの反転が生じた後に、又は当該 反転が生じる時間の近傍において、パラメータ設定の変更を 1回又は複数回行って も良い。
[0106] また、以上に述べた本発明の各実施形態においては、本発明の適用範囲のうちプ ラズマドーピング装置の構成、形状及び配置等に関して様々なノ リエーシヨンのうち の一部を例示したに過ぎない。すなわち、本発明の適用にあたり、各実施形態で例 示したもの以外の様々なバリエーションが考えられることは言うまでもなレ、。
[0107] また、第 1〜第 4の実施形態において、試料 (被処理基板）がシリコンよりなる半導体 基板である場合を例示した力 S、他の様々な材質からなる試料を処理するに際しても、 本発明を適用することができる。例えば、被処理基板が歪みシリコン基板や SOI (sem iconductor on insulator)基板である場合にも本発明は有効である。その理由は、これ らの基板は、プラズマに曝される表面部については、シリコン基板と同様の構造を有 している力もである。
[0108] また、第 1〜第 4の実施形態において、導入不純物がボロンである場合を例示した
1S 試料 (被処理基板）がシリコンよりなる半導体基板である場合には、不純物がポロ ン、砒素、燐、アルミニウム又はアンチモンであると、特に本発明は有効である。その 理由は、これらの不純物によって、トランジスタ形成領域に浅い接合を形成することが できる力、らである。尚、導入不純物がボロンである場合、第 1〜第 4の実施形態にお いては、 B Hガスを用いた力 S、これに限られず、ボロン原子と水素原子とからなる分
2 6
子 B H (但し m、 nは自然数）を含むガス、又は BF を用いてもよい。また、導入不純 m n
物が砒素である場合には、例えば AsH を含むガスを用いてもよいし、導入不純物が
4
燐である場合には、 PH を含むガスを用いてもよい。
3
[0109] また、第 1〜第 4の実施形態で説明した本発明は、不純物を含むガスの濃度が低 濃度である場合に有効であり、特に、ドーズ量の高精度コントロールが必要なプラズ マドーピング方法として有効である。
[0110] また、第 1〜第 4の実施形態で説明したプラズマドーピングにおいては、真空容器（ 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態様であっても本発明は有効である。すなわち、不純物原子 を含む固体を反応容器内に配置し、且つ Heなどからなるプラズマを用いて不純物原 子をプラズマ化してプラズマドーピングを実施する等の場合にも本発明は有効である
〇 産業上の利用可能性
本発明のプラズマドーピング方法は、ドーズ量の基板面内均一性を実現できるため
、収率を向上させることができ、経済的である。また、不純物導入量を精密に制御で きるため、浅い接合の不純物領域の形成を実現することが可能である。従って、本発 明のプラズマドーピング方法は、半導体の不純物導入工程のみならず、液晶分野な どで用いられる薄膜トランジスタの製造等の用途にも有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 真空容器内において不純物を含むガスからなるプラズマに基板を曝すことによって
、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について、ドーピング初期において は前記基板の中央部及び周縁部のうちの一方のドーズ量が他方のドーズ量よりも大 きくなり、その後、当該他方のドーズ量が当該一方のドーズ量よりも大きくなるように、 プラズマドーピング条件を設定して、前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピ ングを行うことを特徴とするプラズマドーピング方法。
[2] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記基板に導入される前記不純物のドーズ量について、前記ドーピング初期にお いては前記基板の中央部のドーズ量が前記基板の周縁部のドーズ量よりも大きくなり 、その後、前記基板の前記周縁部のドーズ量が前記基板の前記中央部のドーズ量よ りも大きくなるように、前記プラズマドーピング条件を設定して、前記基板に対して前 記不純物のプラズマドーピングを行うことを特徴とするプラズマドーピング方法。
[3] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行う前に、前記設定された前 記プラズマドーピング条件にお!/、て、前記基板の前記中央部及び前記周縁部のそ れぞれのドーズ量が実質的に同等になる時間範囲を予め検出しておき、当該時間 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、前記基板に対して前記不 純物のプラズマドーピングを行うことを特徴とするプラズマドーピング方法。
[4] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記プラズマドーピング条件は、前記ドーピング初期にお!/、て前記基板の主面内 における前記不純物のドーズ量の分布力 前記基板の中心を基準として回転対称と なるように設定されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
[5] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記プラズマドーピング条件は、前記ドーピング初期にお!/、て前記基板の主面内 における前記不純物のドーズ量の分布力 前記基板の中心を通る少なくとも 1つの直 径上で傾きを有するように設定されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
[6] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行って!/、る間に、前記プラズ マドーピング条件の変更を行うことを特徴とするプラズマドーピング方法。
[7] 請求項 6に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記変更された前記プラズマドーピング条件は、前記基板の前記中央部及び前記 周縁部のそれぞれにおけるドーズ量の単位時間当たりの変化量が異なるように設定 されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
[8] 請求項 6に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記ドーピング初期における前記プラズマドーピング条件は、前記ガスの流量分布 について、前記基板の前記周縁部と比べて前記基板の前記中央部で大きくなるよう に B ^疋され、
前記変更された前記プラズマドーピング条件は、前記ガスの流量分布について、前 記基板の前記周縁部と比べて前記基板の前記中央部で小さくなるように設定される ことを特徴とするプラズマドーピング方法。
[9] 請求項 6に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記ドーピング初期における前記プラズマドーピング条件は、前記ガスの濃度分布 について、前記基板の前記周縁部と比べて前記基板の前記中央部で大きくなるよう に B5疋さ
前記変更された前記プラズマドーピング条件は、前記ガスの濃度分布について、前 記基板の前記周縁部と比べて前記基板の前記中央部で小さくなるように設定される ことを特徴とするプラズマドーピング方法。
[10] 請求項 6に記載のプラズマドーピング方法において、
前記ドーピング初期における前記プラズマドーピング条件は、前記プラズマを発生 させるためのソースパワーの分布について、前記基板の前記周縁部と比べて前記基 板の前記中央部で小さくなるように設定され、
前記変更された前記プラズマドーピング条件は、前記ソースパワーの分布について 、前記基板の前記周縁部と比べて前記基板の前記中央部で大きくなるように設定さ れることを特徴とするプラズマドーピング方法。
[11] 請求項 6に記載のプラズマドーピング方法において、
前記ドーピング初期における前記プラズマドーピング条件は、前記基板の温度分 布について、前記基板の前記周縁部では低く且つ前記基板の前記中央部では高く なるように設定され、
前記変更された前記プラズマドーピング条件は、前記基板の温度分布につ!/、て、 前記基板の前記周縁部では高く且つ前記基板の前記中央部では低くなるように設 定されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
[12] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行う前に、前記真空容器の 内壁には前記不純物を含む膜が既に形成されており、
前記プラズマドーピング条件は、前記ガスの流量分布について、前記基板の前記 周縁部と前記基板の前記中央部とで同じになるように設定されることを特徴とするプ ラズマドーピング方法。
[13] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行う前に、前記真空容器の 内壁には前記不純物を含む膜が既に形成されており、
前記プラズマドーピング条件は、前記ガスの濃度分布について、前記基板の前記 周縁部と前記基板の前記中央部とで同じになるように設定されることを特徴とするプ ラズマドーピング方法。
[14] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行う前に、前記真空容器の 内壁には前記不純物を含む膜が既に形成されており、
前記プラズマドーピング条件は、前記プラズマを発生させるためのソースパワーの 分布について、前記基板の前記周縁部と前記基板の前記中央部とで同じになるよう に設定されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
[15] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行う前に、前記真空容器の 内壁には前記不純物を含む膜が既に形成されており、 前記プラズマドーピング条件は、前記基板の温度分布について、前記基板の前記 周縁部と前記基板の前記中央部とで同じになるように設定されることを特徴とするプ ラズマドーピング方法。
[16] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記設定された前記プラズマドーピング条件にお!/、て、前記基板の前記中央部及 び前記周縁部のうちの前記他方のドーズ量が前記一方のドーズ量よりも大きくなつた 後に、前記プラズマドーピング条件の変更を行うことを特徴とするプラズマドーピング 方法。
[17] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記基板に対して前記不純物のプラズマドーピングを行って!/、る間に、前記プラズ マドーピング条件の変更を複数回行うことを特徴とするプラズマドーピング方法。
[18] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記ガスは、ボロン原子と水素原子とからなる分子 B H (但し m、nは自然数)を含 m n
むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
[19] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法にお!/、て、
前記ガスは、 B H と Heとの混合ガスからなることを特徴とするプラズマドーピング
2 6
方法。
[20] 請求項 19に記載のプラズマドーピング方法において、
前記混合ガス中における B H の濃度は 0. 01質量％以上で且っ1質量％以下で
2 6
あることを特徴とするプラズマドーピング方法。
[21] 請求項 1に記載のプラズマドーピング方法におレ、て、
前記ガスは、 BF 、AsH又は PH のいずれかを含むことを特徴とするプラズマドー
3 4 3
ビング方法。
[22] 請求項 1〜21のいずれ力、 1項に記載の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プラズマドーピング方法。
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