雜質導入方法、導入裝置以及由其形成的半導體裝置的制作方法

專利名稱：雜質導入方法、導入裝置以及由其形成的半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及雜質導入方法、雜質導入裝置以及由其形成的半導體裝置，特別是，涉及等離子體摻雜的雜質導入輪廓的控制。
背景技術：
近年來，隨著半導體器件的細微化，要求形成淺接合的技術。在以往的半導體制造技術中，廣泛使用在半導體基板表面上以低能量離子注入硼(B)、磷(P)、砷(As)元素等各種導電型雜質的方法。
使用該離子注入的方法形成半導體器件的淺接合，雖然能夠形成淺接合，但在由離子注入形成的深度上具有界限。例如，難以較淺地導入硼雜質，在離子注入中，導入區域的深度具有距離基體表面100nm左右的界限。
因此，近年來，作為能夠形成更淺的接合的手段，提案有各種摻雜方法，其中，等離子體摻雜技術作為適于實用化的技術而越來越受到注目。該等離子體摻雜是將含有要導入的雜質的反應氣體進行等離子體激勵，在上述基體表面上照射等離子體并導入雜質的技術。根據該技術，即使是硼雜質也能夠形成深70nm的淺接合(例如參照專利文獻1，2)。
非專利文獻1プラズマド一ピング技術水野分二著(等離子體摻雜技術水野文二著)(第70卷、第12號、p1458～1462(2001))；非專利文獻2低バイアスパラズマド一ピングによつてド一プされたサブ-0.1ミクロンpMOSFET の性能Reliable and enhanced performancesof sub-0.1μm pMOSFETs doped by low biased Plasma Doping、DamienLenoble、VLSIシンポジウム、LEEE/“日本応用物理學會”主辦、P.110、2000年。
目前，半導體器件的微細化正在急速發展，其批量制造的設計尺寸小于或等于100nm。另一方面，硅晶片(半導體基板)正在從Ф200mm向Ф300mm大口徑化。這其中，在向半導體基板表面導入雜質中，如以下那樣要求有高精度的控制技術。
第一，是穩定地控制進行雜質導入的基板表面附近的深度小于或等于100nm的淺接合的形成的技術。第二，是控制如上所述大口徑化了的基板面內的雜質分布的均一性的技術。
但是，在上述的離子注入方法中，特別是在導入硼雜質時，難以使B離子或BF2離子的加速能量成為數keV的低能量，具有難以形成后來的雜質導入區域的深度小于或等于100nm的淺接合的問題。對此，在現有的等離子體摻雜方法中，容易使等離子體的能量小于或等于100eV，能夠如上所述控制深度小于或等于50nm的淺接合，但存在仍不能充分控制大口徑化了的基板面內的雜質分布的均勻性的問題。
另外，正在推進半導體器件產品的客戶定制化，其必須對應于多品種少量生產。在此，為了提高多品種產品的生產效率，在向半導體基板表面導入雜質的技術中，能夠在基板面內自如地控制雜質的導入量的技術非常有效。
但是，在上述的離子注入以及目前的等離子體摻雜的任一方法中，都難以在上述的大口徑化了的基板面內自如地控制雜質的導入量。雜質導入的上述問題不限于形成半導體器件的半導體基板，在成為形成液晶顯示器件的液晶顯示基板的矩陣基板等的情況下也同樣。

發明內容
本發明是鑒于上述問題而研發的，其目的在于提供在向基板導入雜質中能夠進行高精度控制的雜質導入方法及雜質導入裝置。
本發明的另一目的在于控制雜質導入量，高精度地實現深度極淺的雜質的導入。
本發明的其他目的在于降低由位置而引起的雜質導入深度或濃度的波動，在大面積基板上深度均一地導入雜質。
本發明的雜質導入方法對含有雜質的物質進行等離子體激勵，將被激勵的所述雜質導入到基體內，其特征在于，調整所述基體表面附近的所述物質的分布，以使所述等離子體的分布的至少一部分相抵消。即，根據所述等離子體的分布來調整所述基體表面附近的所述物質的分布。
即，以等離子體自身的分布、即最終產生的等離子體的分布(離子及基團、中性粒子等的分布)相抵消的形式，根據等離子體自身的分布來進行調整。實際上，進行模擬或者根據實際的雜質導入結果來調整基體表面附近的物質分布。所謂等離子體的分布的至少一部分相抵消，是指施加改變原有的粒子分布這樣的物質分布，是指產生不依存于原有的等離子體分布的等離子體分布這樣的物質分布。因此，在此，不僅將原有的等離子體的分布相抵消而變得均勻，而且原有的等離子體分布進一步擴大的分布的一部分也能夠相抵消。
或者，本發明的雜質導入方法包括如下工序調整所述基體表面附近的所述物質的分布，以具有對應于所述等離子體分布的分布，將所述物質向腔室內供給；在所述物質于所述基體表面上成為平衡狀態之后產生所述物質的等離子體。
在通常的等離子體發生裝置中，高頻或微波等用于等離子體激勵的電力在空間均一性上有界限。因此，在本發明的雜質導入方法中提案有如下方法，即，通過控制被等離子體激勵的物質的分布，能夠得到不依賴于該空間均一性程度的雜質分布。
例如，供給將該不均一性抵消而被等離子體激勵的物質。由此，能夠從基體表面向極淺的區域導入均一性非常高的雜質。并且，即使是半導體基板或液晶顯示基板這樣大口徑化的基體，也容易控制雜質分布的均一性。
另外，本發明由于能夠在雜質導入中高精度地控制輪廓，故具有如下特征在物質于基體表面上成為平衡狀態之后進行等離子體激勵；根據等離子體激勵的電力分布等使最終產生的等離子體輪廓(離子及基團、中性離子的分布)相抵消而調整基體表面的物質；在基體表面等離子體產生階段性的分布而調整基體表面的物質，或者以上特征的組合，通過這些方法能夠進行所希望的輪廓的等離子體摻雜。
另外，本發明的對含有雜質的物質進行等離子體激勵并且將激勵的所述雜質導入到基體內的雜質導入方法中，在配置基體的腔室內，在空間上具有任意的分布而供給所述物質，對具有該空間分布的所述物質進行等離子體激勵而導入雜質。
這樣，能夠由一次雜質導入處理就自如地在基體內形成雜質分布的不同區域。因此，在半導體集成電路的形成中，不需要形成對齊掩模的裕量，能夠更加細微化、高集成化。另外，能夠具有多種不同的性能在一張基板內裝入半導體裝置。并且，迅速地對應半導體器件產品的多品種少量生產，同時提高多品種產品的生產效率。在此，所謂雜質分布是指在面內的雜質分布的基礎上含有深度方向上的雜質分布。
另外，在本發明中，在停止所述物質供給的狀態下產生等離子體。在停止供給及排出所述物質的狀態下產生等離子體。在供給到配置有所述基體的腔室內的所述物質在所述基體表面上成為平衡裝置之后產生等離子體。或者采用如下的方法，即所述物質的流速以換算速度小于或等于100meV之后，產生等離子體。
由此，能夠將供給的物質在上述腔室內的流動準確并且穩定化。通過將該穩定的物質進行等離子體激勵，能夠進一步提高基體表面的雜質分布。這樣，通過物質的流動而產生的變動成分降低，僅抑制等離子體引起的散亂。流速以換算速度小于或等于100meV是指大致接近室溫的狀態，在等離子體化時不產生大的分布變動，能夠維持等離子體化前的分布。
另外，在本發明中，向腔室內供給一定量的上述物質，然后產生等離子體。在此，根據導入到所述基體內的雜質量來決定供給的所述物質的一定量。
由此，能夠控制雜質向基體表面的導入量成為所希望的設定量。另外，也能夠高精度地控制極淺的導入，能夠高精度地形成極淺的接合。
另外，本發明中，通過微細噴嘴向配置有所述基體的腔室內供給所述物質。在此，所述物質是含有雜質的氣體。或者，也可以是含有雜質的微粒子、微細液滴。將多個具有微細開口徑的微細噴嘴進行排列，通過獨立控制各微細噴嘴而能夠改變流量。
這樣，能夠高精度地控制配置基體的腔室內的物質的空間分布，進一步促進基體表面的雜質量的控制及其空間的分布的自如控制。
另外，本發明的雜質導入裝置對含有雜質的物質進行等離子體激勵，將所述雜質從被激勵的所述物質導入到基體內，其包括配置所述基體的腔室；向所述腔室內供給一定量的所述物質的裝置；對所述腔室內進行真空排氣的裝置；使所述一定量的物質成為等離子體的等離子體發生裝置。并且，供給一定量的所述物質的裝置具有計量并存儲所述物質的機構，該機構控制存儲容器的容積、壓力、溫度，將所述物質保持為一定量。另外，上述存儲的容器收納具有與導入到上述基體的雜質量相對應的量的物質。
根據該結構，能夠在短時間內單張進行向大口徑半導體基板或作為液晶顯示基板的基體導入雜質的處理。因此，提高了半導體器件或液晶顯示器件的批量生產能力，可降低生產成本。另外，所述物質為氣體、微粒子或微細液滴。
例如，作為氣體，具有B2H6、BF3、AsH3、PH3中任一種。另外，作為微粒子或固體，可以使用B、As、P、Sb、In、Al中任一種。在此，液滴是指將這些微粒子及氣體溶解或混濁而成的物質。之外，也有如潤濕那樣覆蓋表面的情況。
另外，產生等離子體的時間，也可以模擬基體表面附近的雜質濃度的輪廓，根據其結果來進行。另外，也可以代替雜質濃度的輪廓的模擬，選擇氣體、微粒子或微細液滴的流速、氣體分子數、壓力組中至少一種進行測量，在其標準偏差小于2％的狀態下產生等離子體。
另外，本發明由于能夠在雜質導入中高精度地控制形態，故具有如下特征在物質于基體表面上成為平衡狀態之后等離子體激勵；根據等離子體激勵的電力分布等使最終產生的等離子體分布(離子及基團、中性離子的分布)相抵消而調整基體表面的物質；在基體表面等離子體產生階段性的分布而調整基體表面的物質，或者以上特征的組合，通過這些方法能夠進行所希望的形態的等離子體摻雜。


圖1是本發明第一實施方式的雜質導入裝置的示意剖面圖；圖2是用于說明本發明第一實施方式的雜質導入方法的雜質導入裝置的主體部的示意剖面圖；圖3是表示本發明第一實施方式的雜質導入裝置的驅動時間的圖；圖4是表示本發明第二實施方式的雜質導入裝置的驅動時間的圖；圖5是表示本發明第三實施方式的雜質導入裝置的主體部的示意剖面圖；圖6是本發明第四實施方式的另一的雜質導入裝置的示意剖面圖；圖7是用于說明本發明第五實施方式的雜質導入方法的雜質導入裝置的主體部的示意剖面圖；圖8是本發明第五實施方式的說明圖，(a)是表示等離子體強度的圖，(b)是表示供給的物質(摻雜劑)分布的圖，(c)是表示等離子體分布的圖；圖9是用于說明本發明第六實施方式的雜質導入方法的雜質導入裝置的主體部的示意剖面圖；圖10是表示本發明第六實施方式的雜質分布的硅晶片基板的平面圖；圖11是表示由本發明第六實施方式形成的MOSFET的特性的曲線圖；圖12是用于說明本發明第七實施方式的雜質導入方法的雜質導入裝置的主體部的示意剖面圖；圖13是表示本發明第七實施方式的雜質分布的曲線圖；圖14是本發明第八實施方式的說明圖，(a)是表示等離子體強度的圖，(b)是表示供給的物質(摻雜劑)分布的圖，(c)是表示等離子體分布的圖。
圖中符號1表示真空腔室、2表示等離子體發生部、3表示電源、4表示保持臺、5表示被處理基板、6表示真空泵、7a、7b表示計量腔室、8、14表示噴嘴、9表示供給裝置、10表示質量流控制輥、11表示壓力調節器、12表示等離子體、13表示旋轉驅動軸、15表示氣體流、16表示高頻電源、17表示相對電極、18表示氣體導入管、19表示微細噴嘴、20表示偏向等離子體、P1、P2表示壓力計、T1、T2表示溫度計。
具體實施例方式
(第一實施方式)以下參照圖1和圖2說明發明第一實施方式。本發明的雜質導入裝置的特征在于，通過調整基體表面附近的物質分布，能夠調整雜質導入形態。圖1是示意地表示本發明的雜質導入裝置的剖面圖，圖2是用于說明本發明的雜質導入方法的上述裝置的主體部。
如圖1所示，該裝置具有真空腔室1、等離子體發生部2及其電力供給用的電源3。在真空腔室1內設有保持臺4，載置被處理基板5。并且，設有調節真空腔室1的真空度的真空泵6。這樣，構成雜質導入裝置的主體部，但由于該裝置為單張型并且能夠進行快速處理，故整體容積、特別是真空腔室1的容積成為必要的最小限是重要的。在此，等離子體發生部2是螺旋波等離子體源、ECR(Electron Cyclotron Resonance電子回旋共振)等離子體源等，最好為響應速度高的等離子體發生源。通過這樣的等離子體發生源，含有用于向被處理物5導入的雜質的物質在此將氣體等離子體激勵。
在含有上述雜質的氣體物質的供給系統中，設有計量腔室7a、7b，上述氣體物質通過計量腔室7a或7b從噴嘴8向真空腔室1供給一定量。在此，計量腔室7a、7b存儲一定量的氣體物質。該存儲量由計量腔室7a、7b的容積、氣體溫度、氣體壓力來決定，分別由溫度計T1、T2以及壓力計P1、P2監測并分別由未圖示的溫度控制部、壓力控制部穩定地控制氣體溫度、壓力。另外，該計量腔室還可根據需要而增設。
從供給裝置9通過質量流控制輥10向上述計量腔室供給氣體，向計量腔室7a、7b供給的氣體分量可由壓力調節器11的壓力控制而嚴格地規定。在此，氣體是B2H6、BF3、AsH3、PH3或將它們由不活潑氣體稀釋后的氣體。
本發明的雜質導入裝置對含有雜質的物質進行等離子體激勵并將雜質摻雜到基板上，與將反應氣體連續供給到反應腔室并生成等離子體的RIE(Reactive Ion Etching反應離子蝕刻)這樣的干式蝕刻或CVD(ChemicalVapor Deposition化學氣相淀積)不同，在本發明的雜質導入裝置中，能夠高精度地將與向基板導入的雜質導入量(劑量)相對應的一定量的氣體等離子體化。根據該結果，能夠導入深度極淺的雜質，能夠高精度地控制雜質的導入深度。
另外，能夠快速處理向大口徑的半導體基板即基體進行的雜質導入，能夠在短時間內進行單張處理。由此，能夠生產性良好地形成高精度、可靠性高的半導體器件。另外，在用于液晶顯示基板的情況下，能夠提高液晶顯示裝置的批量生產能力，降低生產成本。
在圖1所示的雜質導入裝置中，可以由導電體構成保持臺4，在保持臺4上安裝直流(DC)電源或作為高頻電源的RF電源。這里，RF電源是頻率為100kHz～10MHz的高頻電源。可在由這些電源生成的等離子體與被處理基板5之間形成數eV～1keV范圍的DC電位。另外，也可以安裝能夠旋轉保持臺4的機構。通過由該旋轉機構在被處理基板5上于水平面上施加例如10rpm左右的旋轉，由此能夠進一步提高被處理基板5面內的雜質劑量的均一性。
另外，作為含有雜質的物質，除了上述的常溫、常壓下的氣體之外，也可以使用B、As、P、Sb、In、Al、Si微粒子這樣的固體、含有上述雜質的液體或由液體包圍固體微粒子的物質。其中，在這種情況下，圖1所示的供給系統稍有些不同，必須能夠一定量供給含雜質的物質。
接下來根據圖2及圖3說明本發明的雜質導入方法。在此，與圖1所示的部位相同的部位由同一符號表示。圖3(a)～(c)分別是表示真空泵6、氣體供給用的供給噴嘴8、等離子體激勵用的電源3的驅動狀態的時間圖表。如圖2所示，在保持臺4上例如作為被處理基板5載置直徑Ф300mm的硅晶片并通過靜電吸附使其固定。然后，在使真空泵6動作并使真空腔室1內的真空度成為10-3Pa左右之后，停止由真空泵6的排氣。
在成為該狀態之后，將計量腔室7a、7b內的上述一定量的氣體物質通過噴嘴8供給到真空腔室1內。在此，由于真空泵6為停止狀態，故流入到振動腔室1的氣體物質的流速與時間一同降低。在被處理基板5表面附近或真空腔室1內的上述氣體物質的流動成為平衡狀態并且穩定于標準狀態的時刻，通過電源3驅動等離子體發生部2，將充滿真空腔室1內的氣體物質等離子體激勵(區間P參照圖3)。在此，通過實際地進行測定或模擬，在該氣體物質的流速小于或等于規定值(換算值100meV)的時刻，驅動等離子體發生部2，對充滿真空腔室1內的氣體物質進行等離子體激勵。
這樣，生成具有均勻的空間分布的等離子體12，在規定的時間內(例如1分鐘)使被處理基板5表面暴露于等離子體12中。在此，等離子體12是電子溫度與離子溫度極其不同的熱不平衡等離子體，通常，離子溫度為數十度，其熱動量小。
通過向上述被處理基板5照射等離子體，含有導入的雜質的物質以吸附狀態或低能量(上述數eV～1keV)離子注入狀態導入到被處理基板5表面或其內部。在此，在吸附狀態下，在上述被處理基板5表面上物理吸附上述物質，同時，主要化學吸附由上述等離子體激勵生成的上述物質的中性基團這樣的活性種。
另外，在離子注入狀態下，將上述物質中的雜質測量離子化的物質，一部分由熱運動而注入到表面內(其中，如上所述熱動能小，其量微乎其微)，并且，主要利用等離子體12和被處理基板5表面生成的離子鞘或所謂自偏壓這樣的DC電源進行加速注入。
然后，在圖1未圖示的多腔結構的其它腔室內實施RTA(快速熱處理)。這樣，在本發明的雜質導入方法中，能夠在被處理基板5表面附近均勻且淺地導入雜質。另外，由于將一定量的氣體物質供給到真空腔室1內，故能夠將向基體表面導入的雜質量控制成所希望的設定量。
(第二實施方式)在所述第一實施方式中，如圖3圖表所示，一邊供給成為雜質的物質一邊進行等離子體激勵，但在本實施方式中改變等離子體激勵的時間，如圖4圖表所示，在停止雜質供給之后進行等離子體激勵。
圖4(a)表示真空泵的時間圖表。即，如上所述，在真空腔室1內的真空度達到10-3Pa左右之后，停止排氣(圖4(b))。并且，將計量腔室7a、7b內的上述一定量的氣體物質通過噴嘴8供給到真空腔室1內之后，由未圖示的電磁閥也停止上述供給。
然后，驅動等離子體發生部2生成等離子體12(圖4(c))。之后與上述同一，在區間P之間，向被處理基板5表面部導入雜質。這樣的方法中不必一定需要計量腔室7a、7b。即使從圖1所示的供給裝置9直接向真空腔室1導入氣體物質，也能夠由質量流控制輥10嚴格地控制氣體物質的分量。
該情況下也在如上所述那樣真空腔室1內的上述氣體物質的流動成為水平狀態并穩定于標準狀態的時刻，對氣體物質進行等離子體激勵。
(第三實施方式)接下來參照圖5說明本發明第三實施方式。
該實施方式與所述第一及第二實施方式不同，其特征在于，有意地使導入到真空腔室1內的含有雜質的氣體具有規定的空間分布，提高向被處理基板5摻雜的雜質劑量的均一性。圖5是本發明的雜質導入裝置的主體部的示意剖面圖。在此，與第一實施方式的部位相同的部位由同一符號表示。
在該裝置中，具有多個噴出口的噴嘴14與計量腔室連接，使含有來自噴嘴的雜質的噴嘴的噴出量具有一定分布而進行調整。
在圖5中，與第一實施方式說明的相同，設有真空腔室1、等離子體發生部2及其電力供給用電源3，在真空腔室1內設有保持臺4并載置被處理基板5。在此，在保持臺4上安裝有旋轉驅動軸13，其沿箭頭標記方向旋轉。
另外，還設有調節真空腔室1的真空度的真空泵6。并且，如圖5所示，在上述的計量腔室7上連接有具有多個噴出口的嘖嘴14，該噴嘴14插入到真空腔室1內。在此，噴嘴14可以為管狀，也可以具有平面的擴寬。在此，噴出口可以由微米級的微細噴嘴的集合體構成。并且，在從計量腔室7導入氣體時，可以如圖5箭頭標記的分布所示，生成空間上不均勻的氣體流15。
這樣，通過控制來自噴嘴的氣體的供給量，將位置等諸多條件引起的等離子體的波動抵消，能夠形成均勻的分布。
(第四實施方式)接下來說明本發明第四實施方式的雜質導入裝置。如圖6所示，該雜質導入裝置與螺旋波等離子體、ECR等離子體生成不同，在平行平板電機上施加頻率13.56MHz的高頻而生成等離子體。在圖5中，與第一實施方式說明的結構相同，在真空腔室1內設置保持臺4并載置被處理基板5。在此，在由導電體構成的保持臺4上安裝有高頻電源16，其成為平行平板電極的單電極。并且設有對電極17、調節真空腔室1的真空度的真空泵6。
在上述對電極17上設置多個噴出口，通過氣體導入管18與計量腔室7連接。在此，噴出口由口徑十微米級的微細噴嘴的集合體構成。并且，在從計量腔室7向真空腔室1導入氣體物質時，如圖6所示，能夠生成空間上不均勻的氣體流15。在本例中，由于在構成電極的保持臺4和對電極17的周邊部附近的電場弱于中心部，故通過調整周邊部的氣流15成為更高濃度，等離子體分布在基板面內變得均勻。
另外，也可以由永久磁鐵等施加與平行平板電極并行的磁場，在這種情況下也能夠容易地生成高密度等離子體。圖6所示的磁場表示上述情況，同樣也表示高頻的電場。
(第五實施方式)接下來參照圖7和圖8說明第五實施方式。該情況也以第一實施方式說明的方法為基本，在本實施方式中具有如下特征，即，如上所述使氣體物質的導入具有空間分布。通常，由等離子體激勵使用的高頻或微波的電磁能量密度具有空間分布，并且其分布未必相同等理由，在生成的等離子體上產生空間分布。
因此，在本實施方式中，為使上述原因產生的等離子體的空間分布(以下將其稱為等離子體分布)相抵消而使氣體物質的供給具有空間分布。在此，能夠通過公知的等離子體發光分光測定、法拉第杯(フアラデイカツプ)或朗繆爾探針(ラングミユア一プロ一ブ)等測量上述的等離子體分布。
如圖7所示，在保持臺4上例如載置被處理基板5并通過靜電吸附使其固定，由旋轉驅動軸13使其旋轉。例如以20rpm水平旋轉。并且，在使真空泵6動作并使真空腔室1內的真空度達到10-3Pa左右之后，停止真空泵6內的排氣。在成為該狀態之后，將計量腔室7內的上述的一定量的等離子體發生用的物質通過噴嘴14導入到真空腔室1內。在此，在噴嘴14上設有多個微細噴嘴19，通過該微細噴嘴19在真空腔室1內產生空間上不均勻的氣流15。并且，在被處理基板5表面附近或真空腔室1內的上述等離子體產生用的物質流動成為平衡狀態并且穩定于標準狀態的時刻，通過電源3驅動等離子體發生部2并對充滿真空腔室1內的等離子體發生用的物質(氣體物質)進行等離子體激勵。
例如，在該氣體物質的流速小于或等于規定值(換算值100meV)的時刻，驅動等離子體發生部，將不均勻地導入到真空腔室1內的氣體物質等離子體激勵。由該等離子體激勵調整上述氣體流15，使在電磁能量密度低的空間存在大量的氣體物質，在電磁能量密度高的空間存在少量的氣體物質。并且，在規定的時間(例如1分鐘)內使被處理基板5表面暴露于等離子體中。之后，進行與第一實施例說明的相同的處理。
根據圖8說明該結果，如圖8(a)所示，從等離子體激勵使用的高頻或微波的電磁能量密度的空間分布等產生等離子體分布。即，從旋轉的被處理基板5看，等離子體分布通常成為同心圓狀的分布形狀。因此，具有圖8(b)所示的等離子體發生用的物質(氣體物質)的空間分布，以通過該等離子體激勵的電力分布等使結果產生的等離子體的分布(離子及基團、中性粒子的分布)相抵消。
在此，空間分布可以在被處理基板5表面附近，也可以在真空腔1內。這樣的氣體物質的空間分布可以從所謂的加入了熱運動的氣流的模擬或試行實驗中求出。該情況也表示從旋轉中的被處理基板5看到的氣體物質的空間分布。對具有這樣的空間分布的氣體物質進行等離子體激勵，則如圖8(c)所示，生成具有與從被處理基板5看到的同樣的空間分布的等離子體，該被處理基板5暴露于均勻的等離子體中。這樣，能夠在被處理基板5面內導入均勻的雜質。另外，如上所述的通過微細噴嘴進行的氣體物質的供給能夠高精度地控制配置基體的腔室內的物質的空間分布。
如第一實施方式所述，通過向被處理基板5照射等離子體而導入的雜質以吸附形態或低能量的離子注入形態導入。在此，在吸附形態中化學吸附中性基團這樣的活性種。另外，在離子注入形態中，將上述物質離子化，但通過等離子體和被處理基板5表面生成的離子鞘或所謂的自偏壓DC電壓加速注入。圖8(a)～(c)所示的結果為，通過控制氣體物質的空間分布，可以調整吸附形態的雜質的導入。
(第六實施方式)接下來說明第六實施方式的雜質導入方法。該實施方式與第三實施方式不同，有意地使導入到真空腔1內的氣體物質具有規定的空間分布，控制向被處理基板5摻雜的雜質劑量，使其在面內不均勻。這種情況的雜質導入裝置也可以使用與第二實施方式說明的裝置相同的裝置。
在圖9所示的雜質導入裝置的主體部中，在真空腔1內在保持臺4上例如載置被處理基板5，通過靜電吸附而使其固定。如圖所示，使設于真空腔1的左下端部的位置上的真空泵6動作。另外，向真空腔1供給的氣體物質通過設于真空腔1右上端部的噴嘴8而從計量腔7導入。
這樣，在真空腔1內形成從右上向左下的氣體物質流動，然后通過電源3驅動等離子體發生部2，對不均勻地導入到真空腔1內的氣體物質進行等離子體激勵。
這樣，如圖9斜線示意所示，生成等離子體密度從右向左逐漸降低的偏向等離子體20。并且，在規定的時間內(例如10秒鐘)使被處理基板5表面暴露于偏向等離子體20中。然后，進行與第一實施方式所說明的相同的處理。
參照圖10說明其結果。圖9是將硼雜質導入到Ф300mm的硅晶片(被處理基板5)后的硅晶片面內的雜質分布。在被處理基板5上表示片電阻分布。在圖10的箭頭標記方向上片電阻逐漸增大。在此，圖10所示的被處理基板5的上部與圖9的右手側對應，圖10所示的被處理基板5的下部與圖9的左側對應。這樣，在真空腔1內具有氣體物質的空間分布，由此能夠導入在被處理基板5面內具有所希望的不均勻性的雜質。
圖11表示進行圖10所示的具有不均一性的雜質導入并且進行MOSFET用的溝道摻雜之后的晶體管特性，表示柵極電壓一定的情況下漏極電流與漏極電壓的關系。在此，圖中的X、Y分別對應圖10所示的X、Y位置的半導體芯片的MOSFET。這樣，能夠通過向被處理基板5一次導入雜質而制造多個具有特性不同的MOSFET的半導體芯片。
(第七實施方式)接下來說明本發明第七實施方式的其他的雜質導入方法。該情況的雜質導入裝置與圖7所示的第三實施方式說明的裝置相同。在這種情況下，沒有旋轉驅動軸13，不使被處理基板5旋轉。在圖11所示的雜質導入裝置的主體部中，在真空腔1內在保持臺4上例如載置被處理基板5并通過靜電吸附使其固定。使真空泵6動作并使真空腔室1內的真空度達到10-3Pa左右后，停止真空泵6的排氣。
將計量腔室7內的等離子體發生用的物質(氣體物質)通過噴嘴14導入到真空腔室1內。在此，在噴嘴14上設有多個微細噴嘴19，通過該微細噴嘴19在真空腔室1內產生空間上不均勻的氣流15。通過電源3驅動等離子體發生部2，對不均勻地導入到真空腔室1內的氣體物質進行等離子體激勵，在規定的時間(例如10秒鐘)內使被處理基板5表面暴露于等離子體中。然后，進行與第一實施方式說明相同的處理。
結果，如圖13所示，在真空腔室1內生成具有階梯形等離子體密度的等離子體。即，可從被處理基板5的左側到右側生成臺階狀降低的等離子體。這種情況下通過微細噴嘴進行的氣體物質的供給能夠高精度地控制配置基體的腔室內的物質的空間分布。并且，能夠進一步促進基體表面的雜質量的控制及其分布的自如控制。
因此，能夠以比圖10所示的情況高的精度進行具有不均一性的雜質的導入。在MOSFET溝道摻雜以外還能夠高精度實現成為源極、漏極區域的擴散層的形成、阱層的形成。
在本發明的第七實施方式中，在向半導體基板表面導入雜質時，由于容易在基板面內自如地控制雜質的導入量，故能夠在同一基板內由一次雜質導入處理就自如地形成雜質分布的不同區域。因此，在半導體集成電路的形成中，不需要掩模對齊的裕量，能夠更加細微化、高集成化。另外，能夠迅速對應多品種少批量生成的半導體器件產品。另外，在半導體裝置的試作中，能夠形成以不同的多個條件將雜質導入到一張晶片上半導體芯片，故能夠迅速地進行半導體制造的最佳化。并且，在半導體裝置的制造中能夠迅速進行半導體裝置制造的最佳化。并且，在半導體裝置的制造中能夠謀求對應客戶需求的迅速化。
(第八實施方式)在以上的實施方式中，將形成半導體器件的半導體基板作為被處理基板進行了說明，本發明在被處理基板形成液晶顯示器件的矩陣基板的情況也完全同樣適用。使用與所示第一實施方式所使用的裝置相同的雜質導入裝置，但在大面積基板的情況，在真空腔室內容易在等離子體的激勵電力上出現分布，如圖14(a)所示，特別是端部容易降低。因此在該情況下，如圖14(b)所示，作為本發明的第八實施方式，在端部增加氣體的供給量，如圖14(c)所示，作為結果可實現均勻的氣體密度。因此，能夠形成大面積基板。
另外，本發明不限于上述實施方式，在本發明的技術思想范圍內可將實施方式進行適當地變更。例如，在第三、第七實施方式中記載有，從計量腔室7向真空腔室1內導入一定量的等離子體發生用的物質(氣體物質)，對其進行等離子體激勵的情況，但不通過計量腔室7而是從供給裝置9通過質量流控制輥10導入氣體物質也可以產生同樣的效果。在這種情況下，可以使真空泵6動作并對氣體物質進行排氣，同時進行等離子體激勵。此時的雜質劑量可通過由質量流控制輥10求積得到的氣體物質的總導入量來進行控制。另外，本發明的雜質導入裝置的特種是能夠快速進行處理。因此，等離子體發生部2可以生成ICP(Inductive Coupled Plasma電感藕合等離子體)這樣高密度的等離子體。在該情況下，需要如前所述地能夠高速地響應。
另外，在所述實施方式中，說明了減壓下導入雜質的方法，也可以在常壓下導入。
參照詳細或特定的實施方式說明了本發明，但本領域技術人員能夠在不脫離本發明的精神的范圍內進行各種變更和修改。
本申請是基于2003年6月9日申請的日本專利申請No.2003-164249而提出的，其內容參照所述申請而編入。
產業上的可利用性以上所述的本發明的雜質導入方法，對含有雜質的物質進行等離子體激勵，將雜質從被激勵的所述物質導入到基體內，其中，根據等離子分布來調整配置有基體的腔室內的物質的空間分布。
或者，本發明的裝置導入方法包括以下工序調整上述基體表面附近的物質的分布，以具有對應于等離子分布的分布，將上述物質供給到腔室內；在上述物質于基體表面成為平衡狀態后產生等離子體。
因此，本發明提供一種雜質導入方法，其具有如下效果，即使用于對高頻或微波等等離子體及其的電力等的空間均勻性變差，也能夠均勻性非常高地將雜質從基體表面導入到極淺的區域。
權利要求
1.一種雜質導入方法，其對含有要導入的雜質的物質進行等離子體激勵，將所述雜質的等離子體從已被激勵的所述物質導入到基體內，其特征在于，調整所述基體表面附近的所述物質的分布，以使所述等離子體的分布的至少一部分可相互抵消。
2.如權利要求1所述的雜質導入方法，其特征在于，包括如下工序所述基體表面附近的所述物質的分布使所述等離子體的分布的至少一部分相抵消而進行調整，將所述物質供給到配置有所述基體的腔室內；在所述物質在所述基體表面上成為平衡狀態之后產生等離子體。
3.如權利要求2所述的雜質導入方法，其特征在于，供給所述物質的工序中，進行調整使導入到所述基體的所述雜質變得均勻。
4.如權利要求2所述的雜質導入方法，其特征在于，供給所述物質的工序，進行調整使導入到所述基體的雜質具有規定的分布。
5.如權利要求1～4中任一項所述的雜質導入方法，其特征在于，在使所述物質的供給停止的狀態下產生等離子體。
6.如權利要求1～4中任一項所述的雜質導入方法，其特征在于，在使所述物質的供給及排出停止的狀態下產生等離子體。
7.一種雜質導入方法，其對含有雜質的物質進行等離子體激勵，將所述雜質從被激勵的所述物質導入到基體內，其特征在于，在停止向配置有所述基體的腔室內供給所述物質的狀態下產生等離子體。
8.一種雜質導入方法，其對含有雜質的物質進行等離子體激勵，將所述雜質從被激勵的所述物質導入到基體內，其特征在于，在停止向配置有所述基體的腔室內供給及排出所述物質的狀態下產生等離子體。
9.一種雜質導入方法，其對含有雜質的物質進行等離子體激勵，將所述雜質從被激勵的所述物質導入到基體內，其特征在于，在供給到配置有所述基體的腔室內的所述物質在所述基體表面成為平衡狀態之后產生等離子體。
10.如權利要求1～9中任一項所述的雜質導入方法，其特征在于，所述物質的流速以換算速度小于或等于100meV之后產生等離子體。
11.如權利要求1～10中任一項所述的雜質導入方法，其特征在于，向配置有所述基體的腔室內供給一定量的所述物質之后產生等離子體。
12.如權利要求11所述的雜質導入方法，其特征在于，供給的所述物質的一定量根據導入到所述基體的雜質量而決定。
13.如權利要求1～12中任一項所述的雜質導入方法，其特征在于，通過微細噴嘴一邊調整所述雜質的分布一邊向配置有所述基體的腔室內供給所述物質。
14.如權利要求1～13中任一項所述的雜質導入方法，其特征在于，所述物質是氣體。
15.如權利要求14所述的雜質導入方法，其特征在于，所述氣體是含有B2H6、BF3、AsH3、PH3中的任一種。
16.如權利要求1～13中任一項所述的雜質導入方法，其特征在于，所述物質是微粒子。
17.如權利要求1～13中任一項所述的雜質導入方法，其特征在于，所述物質是微細液滴。
18.如權利要求16或17所述的雜質導入方法，其特征在于，所述微粒子含有B、As、P、Sb、In、Al中任一種。
19.一種雜質導入裝置，其對含有雜質的物質進行等離子體激勵，將所述雜質從被激勵的所述物質向基體內導入，其特征在于，包括配置所述基體的腔室；對所述腔室內供給所述物質的裝置；對所述腔室內進行真空排氣的裝置；將所述物質維持成平衡狀態的同時進行等離子體化的等離子體發生裝置。
20.如權利要求19所述的雜質導入裝置，其特征在于，供給所述物質的裝置具有計量并存儲所述物質的機構。
21.如權利要求20所述的雜質導入裝置，其特征在于，計量并存儲所述物質的機構控制存儲容器的容積、壓力、溫度，并且將所述物質保持成一定量。
22.如權利要求20～21任一項所述的雜質導入裝置，其特征在于，用于計量并存儲所述物質的容器能夠存儲具有與導入到所述基體的雜質量對應的量的物質。
23.如權利要求19～22任一項所述的雜質導入裝置，其特征在于，所述物質是氣體、微粒子或微細液滴。
24.如權利要求1～18任一項所述的雜質導入方法，其特征在于，包括對所述物質的動作進行模擬的工序，根據所述模擬結果來調整產生所述等離子體的時間。
25.一種半導體裝置，其特征在于，使用權利要求1～18、24任一項所述的雜質導入方法或權利要求15～23任一項所述的雜質導入裝置而形成，具有通過導入所述雜質而形成的元件區域。
26.如權利要求25所述的半導體裝置，其特征在于，所述元件區域包括具有多個不同的雜質輪廓的雜質導入區域。
全文摘要
本發明提供一種在向基板導入雜質中能夠進行高精度控制的雜質導入方法及雜質導入裝置。在保持臺(4)上載置被處理基板(5)并且由旋轉驅動軸(13)旋轉。在使真空泵(6)動作之后，停止利用真空泵(6)的排氣，將計量腔室(7)內的一定量的等離子體發生用的物質(氣體物質)通過噴嘴(14)導入到真空腔室(1)內。噴嘴(14)上具有多個微細噴嘴(19)，根據等離子體的激勵強度，通過該微細噴嘴(19)在真空腔室(1)內產生空間上不均勻的氣體流(15)。并且，由電源(3)驅動等離子體發生部(2)，對不均勻地導入到真空腔室(1)內的氣體物質進行等離子體激勵，在規定的時間內使被處理基板(5)暴露于等離子體中。
文檔編號H01L21/22GK1806314SQ20048001619
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月8日 優先權日2003年6月9日
發明者水野文二, 佐佐木雄一朗, 中山一郎, 金田久隆 申請人:松下電器產業株式會社