专利名称：杂质导入方法、导入装置以及由其形成的半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及杂质导入方法、杂质导入装置以及由其形成的半导体装置，特别是，涉及等离子体掺杂的杂质导入轮廓的控制。
背景技术：
近年来，随着半导体器件的细微化，要求形成浅接合的技术。在以往的半导体制造技术中，广泛使用在半导体基板表面上以低能量离子注入硼(B)、磷(P)、砷(As)元素等各种导电型杂质的方法。
使用该离子注入的方法形成半导体器件的浅接合，虽然能够形成浅接合，但在由离子注入形成的深度上具有界限。例如，难以较浅地导入硼杂质，在离子注入中，导入区域的深度具有距离基体表面100nm左右的界限。
因此，近年来，作为能够形成更浅的接合的手段，提案有各种掺杂方法，其中，等离子体掺杂技术作为适于实用化的技术而越来越受到注目。该等离子体掺杂是将含有要导入的杂质的反应气体进行等离子体激励，在上述基体表面上照射等离子体并导入杂质的技术。根据该技术，即使是硼杂质也能够形成深70nm的浅接合(例如参照专利文献1，2)。
非专利文献1プラズマド一ピング技術水野分二著(等离子体掺杂技术水野文二著)(第70卷、第12号、p1458～1462(2001))；非专利文献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/“日本応用物理学会”主办、P.110、2000年。
目前，半导体器件的微细化正在急速发展，其批量制造的设计尺寸小于或等于100nm。另一方面，硅晶片(半导体基板)正在从Ф200mm向Ф300mm大口径化。这其中，在向半导体基板表面导入杂质中，如以下那样要求有高精度的控制技术。
第一，是稳定地控制进行杂质导入的基板表面附近的深度小于或等于100nm的浅接合的形成的技术。第二，是控制如上所述大口径化了的基板面内的杂质分布的均一性的技术。
但是，在上述的离子注入方法中，特别是在导入硼杂质时，难以使B离子或BF2离子的加速能量成为数keV的低能量，具有难以形成后来的杂质导入区域的深度小于或等于100nm的浅接合的问题。对此，在现有的等离子体掺杂方法中，容易使等离子体的能量小于或等于100eV，能够如上所述控制深度小于或等于50nm的浅接合，但存在仍不能充分控制大口径化了的基板面内的杂质分布的均匀性的问题。
另外，正在推进半导体器件产品的客户定制化，其必须对应于多品种少量生产。在此，为了提高多品种产品的生产效率，在向半导体基板表面导入杂质的技术中，能够在基板面内自如地控制杂质的导入量的技术非常有效。
但是，在上述的离子注入以及目前的等离子体掺杂的任一方法中，都难以在上述的大口径化了的基板面内自如地控制杂质的导入量。杂质导入的上述问题不限于形成半导体器件的半导体基板，在成为形成液晶显示器件的液晶显示基板的矩阵基板等的情况下也同样。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供在向基板导入杂质中能够进行高精度控制的杂质导入方法及杂质导入装置。
本发明的另一目的在于控制杂质导入量，高精度地实现深度极浅的杂质的导入。
本发明的其他目的在于降低由位置而引起的杂质导入深度或浓度的波动，在大面积基板上深度均一地导入杂质。
本发明的杂质导入方法对含有杂质的物质进行等离子体激励，将被激励的所述杂质导入到基体内，其特征在于，调整所述基体表面附近的所述物质的分布，以使所述等离子体的分布的至少一部分相抵消。即，根据所述等离子体的分布来调整所述基体表面附近的所述物质的分布。
即，以等离子体自身的分布、即最终产生的等离子体的分布(离子及基团、中性粒子等的分布)相抵消的形式，根据等离子体自身的分布来进行调整。实际上，进行模拟或者根据实际的杂质导入结果来调整基体表面附近的物质分布。所谓等离子体的分布的至少一部分相抵消，是指施加改变原有的粒子分布这样的物质分布，是指产生不依存于原有的等离子体分布的等离子体分布这样的物质分布。因此，在此，不仅将原有的等离子体的分布相抵消而变得均匀，而且原有的等离子体分布进一步扩大的分布的一部分也能够相抵消。
或者，本发明的杂质导入方法包括如下工序调整所述基体表面附近的所述物质的分布，以具有对应于所述等离子体分布的分布，将所述物质向腔室内供给；在所述物质于所述基体表面上成为平衡状态之后产生所述物质的等离子体。
在通常的等离子体发生装置中，高频或微波等用于等离子体激励的电力在空间均一性上有界限。因此，在本发明的杂质导入方法中提案有如下方法，即，通过控制被等离子体激励的物质的分布，能够得到不依赖于该空间均一性程度的杂质分布。
例如，供给将该不均一性抵消而被等离子体激励的物质。由此，能够从基体表面向极浅的区域导入均一性非常高的杂质。并且，即使是半导体基板或液晶显示基板这样大口径化的基体，也容易控制杂质分布的均一性。
另外，本发明由于能够在杂质导入中高精度地控制轮廓，故具有如下特征在物质于基体表面上成为平衡状态之后进行等离子体激励；根据等离子体激励的电力分布等使最终产生的等离子体轮廓(离子及基团、中性离子的分布)相抵消而调整基体表面的物质；在基体表面等离子体产生阶段性的分布而调整基体表面的物质，或者以上特征的组合，通过这些方法能够进行所希望的轮廓的等离子体掺杂。
另外，本发明的对含有杂质的物质进行等离子体激励并且将激励的所述杂质导入到基体内的杂质导入方法中，在配置基体的腔室内，在空间上具有任意的分布而供给所述物质，对具有该空间分布的所述物质进行等离子体激励而导入杂质。
这样，能够由一次杂质导入处理就自如地在基体内形成杂质分布的不同区域。因此，在半导体集成电路的形成中，不需要形成对齐掩模的裕量，能够更加细微化、高集成化。另外，能够具有多种不同的性能在一张基板内装入半导体装置。并且，迅速地对应半导体器件产品的多品种少量生产，同时提高多品种产品的生产效率。在此，所谓杂质分布是指在面内的杂质分布的基础上含有深度方向上的杂质分布。
另外，在本发明中，在停止所述物质供给的状态下产生等离子体。在停止供给及排出所述物质的状态下产生等离子体。在供给到配置有所述基体的腔室内的所述物质在所述基体表面上成为平衡装置之后产生等离子体。或者采用如下的方法，即所述物质的流速以换算速度小于或等于100meV之后，产生等离子体。
由此，能够将供给的物质在上述腔室内的流动准确并且稳定化。通过将该稳定的物质进行等离子体激励，能够进一步提高基体表面的杂质分布。这样，通过物质的流动而产生的变动成分降低，仅抑制等离子体引起的散乱。流速以换算速度小于或等于100meV是指大致接近室温的状态，在等离子体化时不产生大的分布变动，能够维持等离子体化前的分布。
另外，在本发明中，向腔室内供给一定量的上述物质，然后产生等离子体。在此，根据导入到所述基体内的杂质量来决定供给的所述物质的一定量。
由此，能够控制杂质向基体表面的导入量成为所希望的设定量。另外，也能够高精度地控制极浅的导入，能够高精度地形成极浅的接合。
另外，本发明中，通过微细喷嘴向配置有所述基体的腔室内供给所述物质。在此，所述物质是含有杂质的气体。或者，也可以是含有杂质的微粒子、微细液滴。将多个具有微细开口径的微细喷嘴进行排列，通过独立控制各微细喷嘴而能够改变流量。
这样，能够高精度地控制配置基体的腔室内的物质的空间分布，进一步促进基体表面的杂质量的控制及其空间的分布的自如控制。
另外，本发明的杂质导入装置对含有杂质的物质进行等离子体激励，将所述杂质从被激励的所述物质导入到基体内，其包括配置所述基体的腔室；向所述腔室内供给一定量的所述物质的装置；对所述腔室内进行真空排气的装置；使所述一定量的物质成为等离子体的等离子体发生装置。并且，供给一定量的所述物质的装置具有计量并存储所述物质的机构，该机构控制存储容器的容积、压力、温度，将所述物质保持为一定量。另外，上述存储的容器收纳具有与导入到上述基体的杂质量相对应的量的物质。
根据该结构，能够在短时间内单张进行向大口径半导体基板或作为液晶显示基板的基体导入杂质的处理。因此，提高了半导体器件或液晶显示器件的批量生产能力，可降低生产成本。另外，所述物质为气体、微粒子或微细液滴。
例如，作为气体，具有B2H6、BF3、AsH3、PH3中任一种。另外，作为微粒子或固体，可以使用B、As、P、Sb、In、Al中任一种。在此，液滴是指将这些微粒子及气体溶解或混浊而成的物质。之外，也有如润湿那样覆盖表面的情况。
另外，产生等离子体的时间，也可以模拟基体表面附近的杂质浓度的轮廓，根据其结果来进行。另外，也可以代替杂质浓度的轮廓的模拟，选择气体、微粒子或微细液滴的流速、气体分子数、压力组中至少一种进行测量，在其标准偏差小于2％的状态下产生等离子体。
另外，本发明由于能够在杂质导入中高精度地控制形态，故具有如下特征在物质于基体表面上成为平衡状态之后等离子体激励；根据等离子体激励的电力分布等使最终产生的等离子体分布(离子及基团、中性离子的分布)相抵消而调整基体表面的物质；在基体表面等离子体产生阶段性的分布而调整基体表面的物质，或者以上特征的组合，通过这些方法能够进行所希望的形态的等离子体掺杂。
图1是本发明第一实施方式的杂质导入装置的示意剖面图；图2是用于说明本发明第一实施方式的杂质导入方法的杂质导入装置的主体部的示意剖面图；图3是表示本发明第一实施方式的杂质导入装置的驱动时间的图；图4是表示本发明第二实施方式的杂质导入装置的驱动时间的图；图5是表示本发明第三实施方式的杂质导入装置的主体部的示意剖面图；图6是本发明第四实施方式的另一的杂质导入装置的示意剖面图；图7是用于说明本发明第五实施方式的杂质导入方法的杂质导入装置的主体部的示意剖面图；图8是本发明第五实施方式的说明图，(a)是表示等离子体强度的图，(b)是表示供给的物质(掺杂剂)分布的图，(c)是表示等离子体分布的图；图9是用于说明本发明第六实施方式的杂质导入方法的杂质导入装置的主体部的示意剖面图；图10是表示本发明第六实施方式的杂质分布的硅晶片基板的平面图；图11是表示由本发明第六实施方式形成的MOSFET的特性的曲线图；图12是用于说明本发明第七实施方式的杂质导入方法的杂质导入装置的主体部的示意剖面图；图13是表示本发明第七实施方式的杂质分布的曲线图；图14是本发明第八实施方式的说明图，(a)是表示等离子体强度的图，(b)是表示供给的物质(掺杂剂)分布的图，(c)是表示等离子体分布的图。
图中符号1表示真空腔室、2表示等离子体发生部、3表示电源、4表示保持台、5表示被处理基板、6表示真空泵、7a、7b表示计量腔室、8、14表示喷嘴、9表示供给装置、10表示质量流控制辊、11表示压力调节器、12表示等离子体、13表示旋转驱动轴、15表示气体流、16表示高频电源、17表示相对电极、18表示气体导入管、19表示微细喷嘴、20表示偏向等离子体、P1、P2表示压力计、T1、T2表示温度计。
具体实施例方式
(第一实施方式)以下参照图1和图2说明发明第一实施方式。本发明的杂质导入装置的特征在于，通过调整基体表面附近的物质分布，能够调整杂质导入形态。图1是示意地表示本发明的杂质导入装置的剖面图，图2是用于说明本发明的杂质导入方法的上述装置的主体部。
如图1所示，该装置具有真空腔室1、等离子体发生部2及其电力供给用的电源3。在真空腔室1内设有保持台4，载置被处理基板5。并且，设有调节真空腔室1的真空度的真空泵6。这样，构成杂质导入装置的主体部，但由于该装置为单张型并且能够进行快速处理，故整体容积、特别是真空腔室1的容积成为必要的最小限是重要的。在此，等离子体发生部2是螺旋波等离子体源、ECR(Electron Cyclotron Resonance电子回旋共振)等离子体源等，最好为响应速度高的等离子体发生源。通过这样的等离子体发生源，含有用于向被处理物5导入的杂质的物质在此将气体等离子体激励。
在含有上述杂质的气体物质的供给系统中，设有计量腔室7a、7b，上述气体物质通过计量腔室7a或7b从喷嘴8向真空腔室1供给一定量。在此，计量腔室7a、7b存储一定量的气体物质。该存储量由计量腔室7a、7b的容积、气体温度、气体压力来决定，分别由温度计T1、T2以及压力计P1、P2监测并分别由未图示的温度控制部、压力控制部稳定地控制气体温度、压力。另外，该计量腔室还可根据需要而增设。
从供给装置9通过质量流控制辊10向上述计量腔室供给气体，向计量腔室7a、7b供给的气体分量可由压力调节器11的压力控制而严格地规定。在此，气体是B2H6、BF3、AsH3、PH3或将它们由不活泼气体稀释后的气体。
本发明的杂质导入装置对含有杂质的物质进行等离子体激励并将杂质掺杂到基板上，与将反应气体连续供给到反应腔室并生成等离子体的RIE(Reactive Ion Etching反应离子蚀刻)这样的干式蚀刻或CVD(ChemicalVapor Deposition化学气相淀积)不同，在本发明的杂质导入装置中，能够高精度地将与向基板导入的杂质导入量(剂量)相对应的一定量的气体等离子体化。根据该结果，能够导入深度极浅的杂质，能够高精度地控制杂质的导入深度。
另外，能够快速处理向大口径的半导体基板即基体进行的杂质导入，能够在短时间内进行单张处理。由此，能够生产性良好地形成高精度、可靠性高的半导体器件。另外，在用于液晶显示基板的情况下，能够提高液晶显示装置的批量生产能力，降低生产成本。
在图1所示的杂质导入装置中，可以由导电体构成保持台4，在保持台4上安装直流(DC)电源或作为高频电源的RF电源。这里，RF电源是频率为100kHz～10MHz的高频电源。可在由这些电源生成的等离子体与被处理基板5之间形成数eV～1keV范围的DC电位。另外，也可以安装能够旋转保持台4的机构。通过由该旋转机构在被处理基板5上于水平面上施加例如10rpm左右的旋转，由此能够进一步提高被处理基板5面内的杂质剂量的均一性。
另外，作为含有杂质的物质，除了上述的常温、常压下的气体之外，也可以使用B、As、P、Sb、In、Al、Si微粒子这样的固体、含有上述杂质的液体或由液体包围固体微粒子的物质。其中，在这种情况下，图1所示的供给系统稍有些不同，必须能够一定量供给含杂质的物质。
接下来根据图2及图3说明本发明的杂质导入方法。在此，与图1所示的部位相同的部位由同一符号表示。图3(a)～(c)分别是表示真空泵6、气体供给用的供给喷嘴8、等离子体激励用的电源3的驱动状态的时间图表。如图2所示，在保持台4上例如作为被处理基板5载置直径Ф300mm的硅晶片并通过静电吸附使其固定。然后，在使真空泵6动作并使真空腔室1内的真空度成为10-3Pa左右之后，停止由真空泵6的排气。
在成为该状态之后，将计量腔室7a、7b内的上述一定量的气体物质通过喷嘴8供给到真空腔室1内。在此，由于真空泵6为停止状态，故流入到振动腔室1的气体物质的流速与时间一同降低。在被处理基板5表面附近或真空腔室1内的上述气体物质的流动成为平衡状态并且稳定于标准状态的时刻，通过电源3驱动等离子体发生部2，将充满真空腔室1内的气体物质等离子体激励(区间P参照图3)。在此，通过实际地进行测定或模拟，在该气体物质的流速小于或等于规定值(换算值100meV)的时刻，驱动等离子体发生部2，对充满真空腔室1内的气体物质进行等离子体激励。
这样，生成具有均匀的空间分布的等离子体12，在规定的时间内(例如1分钟)使被处理基板5表面暴露于等离子体12中。在此，等离子体12是电子温度与离子温度极其不同的热不平衡等离子体，通常，离子温度为数十度，其热动量小。
通过向上述被处理基板5照射等离子体，含有导入的杂质的物质以吸附状态或低能量(上述数eV～1keV)离子注入状态导入到被处理基板5表面或其内部。在此，在吸附状态下，在上述被处理基板5表面上物理吸附上述物质，同时，主要化学吸附由上述等离子体激励生成的上述物质的中性基团这样的活性种。
另外，在离子注入状态下，将上述物质中的杂质测量离子化的物质，一部分由热运动而注入到表面内(其中，如上所述热动能小，其量微乎其微)，并且，主要利用等离子体12和被处理基板5表面生成的离子鞘或所谓自偏压这样的DC电源进行加速注入。
然后，在图1未图示的多腔结构的其它腔室内实施RTA(快速热处理)。这样，在本发明的杂质导入方法中，能够在被处理基板5表面附近均匀且浅地导入杂质。另外，由于将一定量的气体物质供给到真空腔室1内，故能够将向基体表面导入的杂质量控制成所希望的设定量。
(第二实施方式)在所述第一实施方式中，如图3图表所示，一边供给成为杂质的物质一边进行等离子体激励，但在本实施方式中改变等离子体激励的时间，如图4图表所示，在停止杂质供给之后进行等离子体激励。
图4(a)表示真空泵的时间图表。即，如上所述，在真空腔室1内的真空度达到10-3Pa左右之后，停止排气(图4(b))。并且，将计量腔室7a、7b内的上述一定量的气体物质通过喷嘴8供给到真空腔室1内之后，由未图示的电磁阀也停止上述供给。
然后，驱动等离子体发生部2生成等离子体12(图4(c))。之后与上述同一，在区间P之间，向被处理基板5表面部导入杂质。这样的方法中不必一定需要计量腔室7a、7b。即使从图1所示的供给装置9直接向真空腔室1导入气体物质，也能够由质量流控制辊10严格地控制气体物质的分量。
该情况下也在如上所述那样真空腔室1内的上述气体物质的流动成为水平状态并稳定于标准状态的时刻，对气体物质进行等离子体激励。
(第三实施方式)接下来参照图5说明本发明第三实施方式。
该实施方式与所述第一及第二实施方式不同，其特征在于，有意地使导入到真空腔室1内的含有杂质的气体具有规定的空间分布，提高向被处理基板5掺杂的杂质剂量的均一性。图5是本发明的杂质导入装置的主体部的示意剖面图。在此，与第一实施方式的部位相同的部位由同一符号表示。
在该装置中，具有多个喷出口的喷嘴14与计量腔室连接，使含有来自喷嘴的杂质的喷嘴的喷出量具有一定分布而进行调整。
在图5中，与第一实施方式说明的相同，设有真空腔室1、等离子体发生部2及其电力供给用电源3，在真空腔室1内设有保持台4并载置被处理基板5。在此，在保持台4上安装有旋转驱动轴13，其沿箭头标记方向旋转。
另外，还设有调节真空腔室1的真空度的真空泵6。并且，如图5所示，在上述的计量腔室7上连接有具有多个喷出口的啧嘴14，该喷嘴14插入到真空腔室1内。在此，喷嘴14可以为管状，也可以具有平面的扩宽。在此，喷出口可以由微米级的微细喷嘴的集合体构成。并且，在从计量腔室7导入气体时，可以如图5箭头标记的分布所示，生成空间上不均匀的气体流15。
这样，通过控制来自喷嘴的气体的供给量，将位置等诸多条件引起的等离子体的波动抵消，能够形成均匀的分布。
(第四实施方式)接下来说明本发明第四实施方式的杂质导入装置。如图6所示，该杂质导入装置与螺旋波等离子体、ECR等离子体生成不同，在平行平板电机上施加频率13.56MHz的高频而生成等离子体。在图5中，与第一实施方式说明的结构相同，在真空腔室1内设置保持台4并载置被处理基板5。在此，在由导电体构成的保持台4上安装有高频电源16，其成为平行平板电极的单电极。并且设有对电极17、调节真空腔室1的真空度的真空泵6。
在上述对电极17上设置多个喷出口，通过气体导入管18与计量腔室7连接。在此，喷出口由口径十微米级的微细喷嘴的集合体构成。并且，在从计量腔室7向真空腔室1导入气体物质时，如图6所示，能够生成空间上不均匀的气体流15。在本例中，由于在构成电极的保持台4和对电极17的周边部附近的电场弱于中心部，故通过调整周边部的气流15成为更高浓度，等离子体分布在基板面内变得均匀。
另外，也可以由永久磁铁等施加与平行平板电极并行的磁场，在这种情况下也能够容易地生成高密度等离子体。图6所示的磁场表示上述情况，同样也表示高频的电场。
(第五实施方式)接下来参照图7和图8说明第五实施方式。该情况也以第一实施方式说明的方法为基本，在本实施方式中具有如下特征，即，如上所述使气体物质的导入具有空间分布。通常，由等离子体激励使用的高频或微波的电磁能量密度具有空间分布，并且其分布未必相同等理由，在生成的等离子体上产生空间分布。
因此，在本实施方式中，为使上述原因产生的等离子体的空间分布(以下将其称为等离子体分布)相抵消而使气体物质的供给具有空间分布。在此，能够通过公知的等离子体发光分光测定、法拉第杯(フアラデイカツプ)或朗缪尔探针(ラングミユア一プロ一ブ)等测量上述的等离子体分布。
如图7所示，在保持台4上例如载置被处理基板5并通过静电吸附使其固定，由旋转驱动轴13使其旋转。例如以20rpm水平旋转。并且，在使真空泵6动作并使真空腔室1内的真空度达到10-3Pa左右之后，停止真空泵6内的排气。在成为该状态之后，将计量腔室7内的上述的一定量的等离子体发生用的物质通过喷嘴14导入到真空腔室1内。在此，在喷嘴14上设有多个微细喷嘴19，通过该微细喷嘴19在真空腔室1内产生空间上不均匀的气流15。并且，在被处理基板5表面附近或真空腔室1内的上述等离子体产生用的物质流动成为平衡状态并且稳定于标准状态的时刻，通过电源3驱动等离子体发生部2并对充满真空腔室1内的等离子体发生用的物质(气体物质)进行等离子体激励。
例如，在该气体物质的流速小于或等于规定值(换算值100meV)的时刻，驱动等离子体发生部，将不均匀地导入到真空腔室1内的气体物质等离子体激励。由该等离子体激励调整上述气体流15，使在电磁能量密度低的空间存在大量的气体物质，在电磁能量密度高的空间存在少量的气体物质。并且，在规定的时间(例如1分钟)内使被处理基板5表面暴露于等离子体中。之后，进行与第一实施例说明的相同的处理。
根据图8说明该结果，如图8(a)所示，从等离子体激励使用的高频或微波的电磁能量密度的空间分布等产生等离子体分布。即，从旋转的被处理基板5看，等离子体分布通常成为同心圆状的分布形状。因此，具有图8(b)所示的等离子体发生用的物质(气体物质)的空间分布，以通过该等离子体激励的电力分布等使结果产生的等离子体的分布(离子及基团、中性粒子的分布)相抵消。
在此，空间分布可以在被处理基板5表面附近，也可以在真空腔1内。这样的气体物质的空间分布可以从所谓的加入了热运动的气流的模拟或试行实验中求出。该情况也表示从旋转中的被处理基板5看到的气体物质的空间分布。对具有这样的空间分布的气体物质进行等离子体激励，则如图8(c)所示，生成具有与从被处理基板5看到的同样的空间分布的等离子体，该被处理基板5暴露于均匀的等离子体中。这样，能够在被处理基板5面内导入均匀的杂质。另外，如上所述的通过微细喷嘴进行的气体物质的供给能够高精度地控制配置基体的腔室内的物质的空间分布。
如第一实施方式所述，通过向被处理基板5照射等离子体而导入的杂质以吸附形态或低能量的离子注入形态导入。在此，在吸附形态中化学吸附中性基团这样的活性种。另外，在离子注入形态中，将上述物质离子化，但通过等离子体和被处理基板5表面生成的离子鞘或所谓的自偏压DC电压加速注入。图8(a)～(c)所示的结果为，通过控制气体物质的空间分布，可以调整吸附形态的杂质的导入。
(第六实施方式)接下来说明第六实施方式的杂质导入方法。该实施方式与第三实施方式不同，有意地使导入到真空腔1内的气体物质具有规定的空间分布，控制向被处理基板5掺杂的杂质剂量，使其在面内不均匀。这种情况的杂质导入装置也可以使用与第二实施方式说明的装置相同的装置。
在图9所示的杂质导入装置的主体部中，在真空腔1内在保持台4上例如载置被处理基板5，通过静电吸附而使其固定。如图所示，使设于真空腔1的左下端部的位置上的真空泵6动作。另外，向真空腔1供给的气体物质通过设于真空腔1右上端部的喷嘴8而从计量腔7导入。
这样，在真空腔1内形成从右上向左下的气体物质流动，然后通过电源3驱动等离子体发生部2，对不均匀地导入到真空腔1内的气体物质进行等离子体激励。
这样，如图9斜线示意所示，生成等离子体密度从右向左逐渐降低的偏向等离子体20。并且，在规定的时间内(例如10秒钟)使被处理基板5表面暴露于偏向等离子体20中。然后，进行与第一实施方式所说明的相同的处理。
参照图10说明其结果。图9是将硼杂质导入到Ф300mm的硅晶片(被处理基板5)后的硅晶片面内的杂质分布。在被处理基板5上表示片电阻分布。在图10的箭头标记方向上片电阻逐渐增大。在此，图10所示的被处理基板5的上部与图9的右手侧对应，图10所示的被处理基板5的下部与图9的左侧对应。这样，在真空腔1内具有气体物质的空间分布，由此能够导入在被处理基板5面内具有所希望的不均匀性的杂质。
图11表示进行图10所示的具有不均一性的杂质导入并且进行MOSFET用的沟道掺杂之后的晶体管特性，表示栅极电压一定的情况下漏极电流与漏极电压的关系。在此，图中的X、Y分别对应图10所示的X、Y位置的半导体芯片的MOSFET。这样，能够通过向被处理基板5一次导入杂质而制造多个具有特性不同的MOSFET的半导体芯片。
(第七实施方式)接下来说明本发明第七实施方式的其他的杂质导入方法。该情况的杂质导入装置与图7所示的第三实施方式说明的装置相同。在这种情况下，没有旋转驱动轴13，不使被处理基板5旋转。在图11所示的杂质导入装置的主体部中，在真空腔1内在保持台4上例如载置被处理基板5并通过静电吸附使其固定。使真空泵6动作并使真空腔室1内的真空度达到10-3Pa左右后，停止真空泵6的排气。
将计量腔室7内的等离子体发生用的物质(气体物质)通过喷嘴14导入到真空腔室1内。在此，在喷嘴14上设有多个微细喷嘴19，通过该微细喷嘴19在真空腔室1内产生空间上不均匀的气流15。通过电源3驱动等离子体发生部2，对不均匀地导入到真空腔室1内的气体物质进行等离子体激励，在规定的时间(例如10秒钟)内使被处理基板5表面暴露于等离子体中。然后，进行与第一实施方式说明相同的处理。
结果，如图13所示，在真空腔室1内生成具有阶梯形等离子体密度的等离子体。即，可从被处理基板5的左侧到右侧生成台阶状降低的等离子体。这种情况下通过微细喷嘴进行的气体物质的供给能够高精度地控制配置基体的腔室内的物质的空间分布。并且，能够进一步促进基体表面的杂质量的控制及其分布的自如控制。
因此，能够以比图10所示的情况高的精度进行具有不均一性的杂质的导入。在MOSFET沟道掺杂以外还能够高精度实现成为源极、漏极区域的扩散层的形成、阱层的形成。
在本发明的第七实施方式中，在向半导体基板表面导入杂质时，由于容易在基板面内自如地控制杂质的导入量，故能够在同一基板内由一次杂质导入处理就自如地形成杂质分布的不同区域。因此，在半导体集成电路的形成中，不需要掩模对齐的裕量，能够更加细微化、高集成化。另外，能够迅速对应多品种少批量生成的半导体器件产品。另外，在半导体装置的试作中，能够形成以不同的多个条件将杂质导入到一张晶片上半导体芯片，故能够迅速地进行半导体制造的最佳化。并且，在半导体装置的制造中能够迅速进行半导体装置制造的最佳化。并且，在半导体装置的制造中能够谋求对应客户需求的迅速化。
(第八实施方式)在以上的实施方式中，将形成半导体器件的半导体基板作为被处理基板进行了说明，本发明在被处理基板形成液晶显示器件的矩阵基板的情况也完全同样适用。使用与所示第一实施方式所使用的装置相同的杂质导入装置，但在大面积基板的情况，在真空腔室内容易在等离子体的激励电力上出现分布，如图14(a)所示，特别是端部容易降低。因此在该情况下，如图14(b)所示，作为本发明的第八实施方式，在端部增加气体的供给量，如图14(c)所示，作为结果可实现均匀的气体密度。因此，能够形成大面积基板。
另外，本发明不限于上述实施方式，在本发明的技术思想范围内可将实施方式进行适当地变更。例如，在第三、第七实施方式中记载有，从计量腔室7向真空腔室1内导入一定量的等离子体发生用的物质(气体物质)，对其进行等离子体激励的情况，但不通过计量腔室7而是从供给装置9通过质量流控制辊10导入气体物质也可以产生同样的效果。在这种情况下，可以使真空泵6动作并对气体物质进行排气，同时进行等离子体激励。此时的杂质剂量可通过由质量流控制辊10求积得到的气体物质的总导入量来进行控制。另外，本发明的杂质导入装置的特种是能够快速进行处理。因此，等离子体发生部2可以生成ICP(Inductive Coupled Plasma电感藕合等离子体)这样高密度的等离子体。在该情况下，需要如前所述地能够高速地响应。
另外，在所述实施方式中，说明了减压下导入杂质的方法，也可以在常压下导入。
参照详细或特定的实施方式说明了本发明，但本领域技术人员能够在不脱离本发明的精神的范围内进行各种变更和修改。
本申请是基于2003年6月9日申请的日本专利申请No.2003-164249而提出的，其内容参照所述申请而编入。
产业上的可利用性以上所述的本发明的杂质导入方法，对含有杂质的物质进行等离子体激励，将杂质从被激励的所述物质导入到基体内，其中，根据等离子分布来调整配置有基体的腔室内的物质的空间分布。
或者，本发明的装置导入方法包括以下工序调整上述基体表面附近的物质的分布，以具有对应于等离子分布的分布，将上述物质供给到腔室内；在上述物质于基体表面成为平衡状态后产生等离子体。
因此，本发明提供一种杂质导入方法，其具有如下效果，即使用于对高频或微波等等离子体及其的电力等的空间均匀性变差，也能够均匀性非常高地将杂质从基体表面导入到极浅的区域。
权利要求
1.一种杂质导入方法，其对含有要导入的杂质的物质进行等离子体激励，将所述杂质的等离子体从已被激励的所述物质导入到基体内，其特征在于，调整所述基体表面附近的所述物质的分布，以使所述等离子体的分布的至少一部分可相互抵消。
2.如权利要求1所述的杂质导入方法，其特征在于，包括如下工序所述基体表面附近的所述物质的分布使所述等离子体的分布的至少一部分相抵消而进行调整，将所述物质供给到配置有所述基体的腔室内；在所述物质在所述基体表面上成为平衡状态之后产生等离子体。
3.如权利要求2所述的杂质导入方法，其特征在于，供给所述物质的工序中，进行调整使导入到所述基体的所述杂质变得均匀。
4.如权利要求2所述的杂质导入方法，其特征在于，供给所述物质的工序，进行调整使导入到所述基体的杂质具有规定的分布。
5.如权利要求1～4中任一项所述的杂质导入方法，其特征在于，在使所述物质的供给停止的状态下产生等离子体。
6.如权利要求1～4中任一项所述的杂质导入方法，其特征在于，在使所述物质的供给及排出停止的状态下产生等离子体。
7.一种杂质导入方法，其对含有杂质的物质进行等离子体激励，将所述杂质从被激励的所述物质导入到基体内，其特征在于，在停止向配置有所述基体的腔室内供给所述物质的状态下产生等离子体。
8.一种杂质导入方法，其对含有杂质的物质进行等离子体激励，将所述杂质从被激励的所述物质导入到基体内，其特征在于，在停止向配置有所述基体的腔室内供给及排出所述物质的状态下产生等离子体。
9.一种杂质导入方法，其对含有杂质的物质进行等离子体激励，将所述杂质从被激励的所述物质导入到基体内，其特征在于，在供给到配置有所述基体的腔室内的所述物质在所述基体表面成为平衡状态之后产生等离子体。
10.如权利要求1～9中任一项所述的杂质导入方法，其特征在于，所述物质的流速以换算速度小于或等于100meV之后产生等离子体。
11.如权利要求1～10中任一项所述的杂质导入方法，其特征在于，向配置有所述基体的腔室内供给一定量的所述物质之后产生等离子体。
12.如权利要求11所述的杂质导入方法，其特征在于，供给的所述物质的一定量根据导入到所述基体的杂质量而决定。
13.如权利要求1～12中任一项所述的杂质导入方法，其特征在于，通过微细喷嘴一边调整所述杂质的分布一边向配置有所述基体的腔室内供给所述物质。
14.如权利要求1～13中任一项所述的杂质导入方法，其特征在于，所述物质是气体。
15.如权利要求14所述的杂质导入方法，其特征在于，所述气体是含有B2H6、BF3、AsH3、PH3中的任一种。
16.如权利要求1～13中任一项所述的杂质导入方法，其特征在于，所述物质是微粒子。
17.如权利要求1～13中任一项所述的杂质导入方法，其特征在于，所述物质是微细液滴。
18.如权利要求16或17所述的杂质导入方法，其特征在于，所述微粒子含有B、As、P、Sb、In、Al中任一种。
19.一种杂质导入装置，其对含有杂质的物质进行等离子体激励，将所述杂质从被激励的所述物质向基体内导入，其特征在于，包括配置所述基体的腔室；对所述腔室内供给所述物质的装置；对所述腔室内进行真空排气的装置；将所述物质维持成平衡状态的同时进行等离子体化的等离子体发生装置。
20.如权利要求19所述的杂质导入装置，其特征在于，供给所述物质的装置具有计量并存储所述物质的机构。
21.如权利要求20所述的杂质导入装置，其特征在于，计量并存储所述物质的机构控制存储容器的容积、压力、温度，并且将所述物质保持成一定量。
22.如权利要求20～21任一项所述的杂质导入装置，其特征在于，用于计量并存储所述物质的容器能够存储具有与导入到所述基体的杂质量对应的量的物质。
23.如权利要求19～22任一项所述的杂质导入装置，其特征在于，所述物质是气体、微粒子或微细液滴。
24.如权利要求1～18任一项所述的杂质导入方法，其特征在于，包括对所述物质的动作进行模拟的工序，根据所述模拟结果来调整产生所述等离子体的时间。
25.一种半导体装置，其特征在于，使用权利要求1～18、24任一项所述的杂质导入方法或权利要求15～23任一项所述的杂质导入装置而形成，具有通过导入所述杂质而形成的元件区域。
26.如权利要求25所述的半导体装置，其特征在于，所述元件区域包括具有多个不同的杂质轮廓的杂质导入区域。
全文摘要
本发明提供一种在向基板导入杂质中能够进行高精度控制的杂质导入方法及杂质导入装置。在保持台(4)上载置被处理基板(5)并且由旋转驱动轴(13)旋转。在使真空泵(6)动作之后，停止利用真空泵(6)的排气，将计量腔室(7)内的一定量的等离子体发生用的物质(气体物质)通过喷嘴(14)导入到真空腔室(1)内。喷嘴(14)上具有多个微细喷嘴(19)，根据等离子体的激励强度，通过该微细喷嘴(19)在真空腔室(1)内产生空间上不均匀的气体流(15)。并且，由电源(3)驱动等离子体发生部(2)，对不均匀地导入到真空腔室(1)内的气体物质进行等离子体激励，在规定的时间内使被处理基板(5)暴露于等离子体中。
文档编号H01L21/22GK1806314SQ20048001619
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月8日 优先权日2003年6月9日
发明者水野文二, 佐佐木雄一朗, 中山一郎, 金田久隆 申请人:松下电器产业株式会社