半導体装置の製造方法
【課題】不純物が注入される基板の表面の荒れを抑制させる。
【解決手段】処理室内に基板を搬入して処理室内に設けられた基板載置部上に基板を載置する基板搬入工程と、ボロン含有ガス及び水素含有ガスをガス供給部により処理室内に供給し、処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び水素含有ガスの混合雰囲気とするガス供給工程と、処理室内に供給されたボロン含有ガス及び水素含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となったボロン含有ガス及び水素含有ガスを基板表面に供給して基板中にボロンを注入するプラズマドーピング工程と、を有する。
【解決手段】処理室内に基板を搬入して処理室内に設けられた基板載置部上に基板を載置する基板搬入工程と、ボロン含有ガス及び水素含有ガスをガス供給部により処理室内に供給し、処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び水素含有ガスの混合雰囲気とするガス供給工程と、処理室内に供給されたボロン含有ガス及び水素含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となったボロン含有ガス及び水素含有ガスを基板表面に供給して基板中にボロンを注入するプラズマドーピング工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板を処理する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭやＩＣ等の半導体装置の製造工程の一工程として、シリコン（Ｓｉ）からなる基板の表面近傍に、プラズマを用いて不純物としてのボロン（Ｂ）を注入（ドーピング）する基板処理工程が実施されてきた。係る基板処理工程では、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる基板が搬入された処理室内に、不純物としてのボロン（Ｂ）を含有するボロン含有ガスを供給する工程と、処理室内に供給されたボロン含有ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態となったボロン含有ガスを基板表面に供給して基板中にボロンを注入する工程と、を順次実施していた。なお、処理室内に供給するボロン含有ガスには、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを更に混合（添加）させる場合があった。ヘリウムガスを混合させることで、ボロンの注入予定領域である基板の表面近傍をアモルファス化することができ、ボロンの注入深さ分布を浅く制御することが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の方法によっては、ボロンが注入される基板の表面が荒れてしまう場合があった。特に、ボロン含有ガスにヘリウムガスを混合させると、基板の表面の荒れが増大してしまう場合があった。
【０００４】
本発明は、不純物が注入される基板の表面の荒れを抑制させることが可能な半導体装置の製造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】
【０００５】
本発明の一態様によれば、処理室内に基板を搬入して前記処理室内に設けられた基板載置部上に前記基板を載置する基板搬入工程と、ボロン含有ガス及び水素含有ガスをガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスの混合雰囲気とするガス供給工程と、前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスを前記基板表面に供給して前記基板中にボロンを注入するプラズマドーピング工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、不純物が注入される基板の表面の荒れを抑制させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を実施する基板処理装置の断面構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る半導体製造装置としてのＩＣＰ方式プラズマ処理装置の断面構成図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体製造装置としてのＥＣＲ方式プラズマ処理装置の断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜本発明の第１の実施形態＞
以下に、本発明の第１の実施形態について説明する。
【０００９】
（１）半導体製造装置の構成
まず、本実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程を実施する基板処理装置の構成例について、図１を用いて説明する。図１は、ＭＭＴ装置として構成された基板処理装置の断面構成図である。ＭＭＴ装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ
Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用い、例えば基板としてのシリコンからなるウエハ１００をプラズマ処理する装置である。
【００１０】
基板処理装置は、ウエハ１００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。そして、処理炉２０２は、処理室２０１を構成する処理容器２０３、ガス供給部、排気部、プラズマ生成部、及びコントローラ１２１と、を備えている。
【００１１】
図４に示すとおり、処理室２０１が備える処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。そして、上側容器２１０が下側容器２１１の上に被せられることにより、処理室２０１が形成される。なお、上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
【００１２】
処理室２０１の底側中央には、ウエハ１００を保持する基板載置部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、ウエハ１００上に形成する膜の金属汚染を低減することが出来るように、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。
【００１３】
サセプタ２１７の内部には、加熱手段としてのヒータ（図示せず）が一体的に埋め込まれている。サセプタ２１７内に設けられたヒータに電力が供給されると、ウエハ１００の表面が例えば室温〜６５０℃程度にまで加熱されるように構成されている。
【００１４】
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させる電極としての第２の電極２１７ｂが装備されている。この第２の電極２１７ｂは、インピーダンス可変手段２７４を介して接地されている。インピーダンス可変手段２７４は、コイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することにより、第２の電極２１７ｂ及びサセプタ２１７を介してウエハ１００の電位を制御できるようになっている。
【００１５】
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降手段２６８が設けられている。サセプタ２１７には、貫通孔２１７ａが設けられている。前述の下側容器２１１底面には、ウエハ１００を突上げるウエハ突上げピン２６６が、少なくとも３箇所設けられている。そして、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６は、サセプタ昇降手段２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時に、ウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるように互いに構成されている。
【００１６】
下側容器２１１の側壁には、仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４が開いている時には、搬送手段（図中省略）を用いて処理室２０１内へウエハ１００を搬入し、または処理室２０１外へとウエハ１００を搬出することができるようになっている。ゲートバルブ２４４を閉めることにより、処理室２０１内を気密に閉塞することができるようになっている。
【００１７】
処理室２０１の上部には、処理室２０１内へガスを供給するシャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９と、を備えている。
【００１８】
ガス導入口２３４には、バッファ室２３７内へガスを供給するガス供給管２３２が接続されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入されるガスを分散する分散空間として機能する。
【００１９】
ガス供給管２３２の上流側には、ボロン含有ガスとしてのジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスを供給するボロン含有ガス供給管３０１の下流端、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素含有ガス供給管３０２の下流端、ヘリウム含有ガスとしてのＨｅガスを供給するヘリウム含有ガス供給管３０３の下流端が、互いに合流するように一本化して接続されている。ボロン含有ガス供給管３０１には、上流側から順に、Ｂ２Ｈ６ガス供給源３０１ｃ、流量制御器であるマスフローコントローラ３０１ｂ、バルブ３０１ａが設けられている。水素含有ガス供給管３０２には、上流側から順に、Ｈ２ガス供給源３０２ｃ、流量制御器であるマスフローコントローラ３０２ｂ、バルブ３０２ａが設けられている。ヘリウム含有ガス供給管３０３には、上流側から順に、Ｈｅガス供給源３０３ｃ、流量制御器であるマスフローコントローラ３０３ｂ、バルブ３０３ａが設けられている。マスフローコントローラ３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０１ａ，３０２ａ，３０３ａを開閉させることにより、ガス供給管２３２を介して処理室２０１内へ所定の流量のＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、Ｈｅガスをそれぞれ供給自在に構成されている。
【００２０】
主に、シャワーヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、ガス供給管２３２、ボロン含有ガス供給管３０１、Ｂ２Ｈ６ガス供給源３０１ｃ、マスフローコントローラ３０１ｂ、バルブ３０１ａ、水素含有ガス供給管３０２、Ｈ２ガス供給源３０２ｃ、マスフローコントローラ３０２ｂ、バルブ３０２ａ、ヘリウム含有ガス供給管３０３、Ｈｅガス供給源３０３ｃ、マスフローコントローラ３０３ｂ、バルブ３０３ａにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。
【００２１】
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内からガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガスを排気するガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、上流側から順に、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、排気装置である真空ポンプ２４６が設けられている。主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６により、本実施形態に係る排気部が構成されている。
【００２２】
処理容器２０３（上側容器２１０）の外周には、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲うように、第１の電極としての筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極２１５は、インピーダンスの整合を行うための整合器２７２を介して、高周波電力を印加するための高周波電源２７３に接続されている。筒状電極２１５は、処理室２０１に供給されるＯ２ガス及びＮ２ガスをプラズマ励起させる放電手段として機能する。
【００２３】
筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２は、それぞれ筒状、例えばリング状に形成された永久磁石として構成されている。
【００２４】
上部磁石２１６ａ及び下部磁石２は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（すなわち内周端と外周端）に磁極を有している。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの磁極の向きは、逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの内周部の磁極同士は異極となっている。これにより、筒状電極２１５の内側表面に沿って、円筒軸方向の磁力線が形成されている。
【００２５】
処理室２０１内にＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、Ｈｅガスを導入した後、筒状電極２１５に高周波電力を供給して電界を形成するとともに、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂを用いて磁界を形成することにより、処理室２０１内にマグネトロン放電プラズマが生成される。この際、放出された電子を上述の電磁界が周回運動させることにより、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命かつ高密度のプラズマを生成させることができる。
【００２６】
主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂにより、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。なお、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽する金属製の遮蔽板２２３が設けられている。
【００２７】
制御部としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降手段２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、及び高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｂ、及びバルブ３０１ａ，３０２ａ，３０３ａを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータ、インピーダンス可変手段２７４を、それぞれ制御するように構成されている。
【００２８】
（２）基板処理工程
続いて、本実施形態にかかる基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、上述の基板処理装置により、半導体装置の製造工程の一工程として実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
【００２９】
（基板搬入工程）
まず、ウエハ１００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させ、貫通孔２１７ａを貫通した突き上げピン２６６の上端を、サセプタ２１７表面から所定の高さ分だけ突出させる。次に、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送手段を用いて、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突上げピン２６６上に、ウエハ１００を支持させる。続いて、搬送手段を処理室２０１の外へ退避させ、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１を密閉する。続いて、サセプタ昇降手段２６８を用いてサセプタ２１７を上昇させ、サセプタ２１７の上面にウエハ１００を配置させる。その後、ウエハ１００を所定の処理位置まで上昇させる。
【００３０】
（温度及び圧力調整工程）
続いて、サセプタの内部に埋め込まれたヒータ（図示せず）に電力を供給し、ウエハ１００の表面を加熱する。ウエハ１００の表面温度は、例えば室温〜６５０℃の範囲とする。なお、ウエハ１００の表面を、上述の温度を超えた温度であって例えば９００℃程度にまで加熱すると、ウエハ１００の表面に形成されたソース領域やドレイン領域等に拡散が生じ、回路特性が劣化し、半導体装置の性能が低下してしまう場合がある。ウエハ１００の温度を上述のように制限することにより、このような事態を回避できる。
【００３１】
また、真空ポンプ２４６による排気を実施しつつ、バルブ２４３ｂを開くと共に、ＡＰＣ２４２の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力が例えば１Ｐａ〜１３０Ｐａの範囲内になるようにする。
【００３２】
（ガス供給工程）
続いて、Ｂ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスを処理室２０１内に供給し、処理室２０１内の雰囲気をＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスの混合雰囲気とする。
【００３３】
具体的には、バルブ３０３ａを閉めたまま、マスフローコントローラ３０１ｂ，３０２ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０１ａ，３０２ａを開くことにより、ガス供給管２３２を介して処理室２０１内へ所定の流量のＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガスを供給する。具体的には、Ｂ２Ｈ６ガス単独の流量を３０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍとし、Ｈ２ガスで希釈したＢ２Ｈ６ガスの総流量を１００ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍとする。そして、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガスの混合ガス中におけるＢ２Ｈ６ガスの濃度を例えば０．３〜５％の範囲内とする。
【００３４】
ガス供給管２３２を介して処理室２０１内に供給されたＢ２Ｈ６ガスとＨ２ガスとの混合ガスは、シャワーヘッド２３６を介してウエハ１００表面（処理面）にシャワー状に供給され、ガス排気口２３５を介してガス排気管２３１から排気される。なお、処理室２０１内にＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスを供給する間、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力が例えば１Ｐａ〜１３０Ｐａの範囲内になるように維持する。
【００３５】
（プラズマドーピング工程）
続いて、処理室２０１内に供給されたＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態となったＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスをウエハ２００表面（処理面）に供給してウエハ２００中にボロンを注入する。
【００３６】
具体的には、高周波電源２７３から筒状電極２１５に例えば３００Ｗ〜２０００Ｗの高周波電力を供給して電界を形成するとともに、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂを用いて磁界を形成することにより、処理室２０１内にマグネトロン放電プラズマを生成する。この際、上述の電磁界が放出された電子を周回運動させ、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命かつ高密度のプラズマが生成される。プラズマの生成と併せてインピーダンス可変手段２７４を制御してウエハ１００の電位を制御し、プラズマ状態となったＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスをウエハ２００表面（処理面）に供給する。その結果、ウエハ２００中に不純物としてのボロンが注入されると共にウエハ２００表面にアモルファス層が形成される。
【００３７】
本実施形態では、Ｂ２Ｈ６ガスを処理室２０１内に単独で供給するのではなく、Ｂ２Ｈ６ガスにＨ２ガスを混合させて処理室２０１内に供給していることから、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。すなわち、Ｈ２ガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。
【００３８】
所定時間が経過し、ウエハ２００中への所定量のボロンの注入が完了したら、高周波電源２７３による電力供給を停止すると共に、バルブ３０１ａ，３０２ａを閉めて処理室２０１内へのＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスの供給を停止する。
【００３９】
（アニール工程）
続いて、ボロン注入後のウエハ２００を加熱し、ウエハ２００中に注入されたボロンを電気的に活性化させると共に、ウエハ２００表面に形成されたアモルファス層を再び結晶
化させる。
【００４０】
具体的には、処理室２０１内へのＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスの供給を停止した後、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内の圧力を高真空まで減圧する。その後、バルブ３０１ａ，３０２ａを閉めたまま、マスフローコントローラ３０３ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０３ａを開くことにより、不活性ガスとしてのＨｅガスを処理室２０１内に供給して、処理室２０１内が例えば１〜５００Ｐａになるように調整する。また、サセプタの内部に埋め込まれたヒータ（図示せず）に電力を供給し、ウエハ１００の表面を例えば室温〜６５０℃の範囲に加熱する。これにより、ウエハ２００中に注入されたボロンが電気的に活性化されると共に、ウエハ２００表面に形成されたアモルファス層が再び結晶化する。
【００４１】
（基板搬出工程）
所定時間が経過したら、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させる。そして、基板搬入工程と逆の手順により、処理済みのウエハ２００を処理室２０１内から搬出して、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００４２】
（３）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【００４３】
本実施形態では、Ｂ２Ｈ６ガスを処理室２０１内に単独で供給するのではなく、Ｂ２Ｈ６ガスにＨ２ガスを混合させて処理室２０１内に供給していることから、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。すなわち、Ｈ２ガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。
【００４４】
また、本実施形態では、Ｂ２Ｈ６ガスの濃度範囲を上述のように構成することで、ウエハ２００表面へのボロンの堆積を抑制しつつ、ウエハ２００内部へのボロンのドーピングを促進させ、注入ドーズ量を高めることが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態では、ウエハ２００を上述の温度範囲に加熱するアニール処理を施すことにより、ウエハ２００内に注入されたボロンの電気的な活性化を促進させ、例えばドーピング箇所（ａｓ−ｄｏｐｅｄ）における接合層のシート抵抗を低減させることができる。特に、ウエハ２００を例えば５００〜６５０℃に加熱してアニール処理を行うことにより、アモルファス化したウエハ２００表面を固相エピタキシャル成長させて再結晶化させることも可能である。なお、係る場合のアニール時間は例えば１分〜６０分程度が好ましい。
【００４６】
＜本発明の第２の実施形態＞
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４７】
本実施形態では、上述のガス供給工程において、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスを処理室２０１内に供給し、処理室２０１内の雰囲気をＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合雰囲気とする点が、上述の実施形態と異なる。
【００４８】
具体的には、本実施形態に係るガス供給工程において、マスフローコントローラ３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０１ａ，３０２ａ，３０３ａを開くことにより、ガス供給管２３２を介して処理室２０１内へ所定の流量のＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスを供給する。具体的には、Ｂ２Ｈ６ガス単独の流量を３０〜２００ｓｃｃｍ、Ｈｅガス単独の流量を０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍとし、Ｈ２ガスで希釈したＢ２Ｈ６ガスとＨｅガスとの混合ガスの総流量を１００ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍと
する。そして、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガス中におけるＢ２Ｈ６ガスの濃度を例えば０．３〜５％の範囲内とし、また該混合ガス中におけるＨｅガスの濃度を例えば０〜７０％の範囲内とする。
【００４９】
ガス供給管２３２を介して処理室２０１内に供給されたＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガスは、シャワーヘッド２３６を介してウエハ１００表面（処理面）にシャワー状に供給され、ガス排気口２３５を介してガス排気管２３１から排気される。本実施形態においても、処理室２０１内にＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスを供給する間、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力が例えば１Ｐａ〜１３０Ｐａの範囲内になるように維持する。
【００５０】
そして、本実施形態に係るプラズマドーピング工程においても、上述の実施形態と同様に、高周波電源２７３から筒状電極２１５に例えば３００Ｗ〜２０００Ｗの高周波電力を供給し、処理室２０１内にマグネトロン放電プラズマを生成する。そして、インピーダンス可変手段２７４を制御してウエハ１００の電位を制御し、プラズマ状態となったＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスをウエハ２００表面（処理面）に供給する。その結果、ウエハ２００中に不純物としてのボロンが注入されると共にウエハ２００表面にアモルファス層が形成される。
【００５１】
本実施形態では、プラズマ状態とされたＨｅガスがウエハ２００表面に供給されることから、ウエハ２００表面におけるアモルファス層の形成が促進される。ここで、本実施形態においても、Ｂ２Ｈ６ガスとＨｅガスとの混合を処理室２０１内に単独で供給するのではなく、Ｂ２Ｈ６ガスとＨｅガスとの混合にＨ２ガスを更に混合させて（添加させて）処理室２０１内に供給していることから、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを効果的に抑制できる。すなわち、Ｈ２ガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。
【００５２】
また、本実施形態では、添加物としてＨｅガスを用いることでペニング効果を生じさせ、混合ガス中のＢ２Ｈｘイオンの生成を促進させ、基板へのボロンの注入ドーズ量を高めることが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態では、混合ガス中におけるＨｅガスの濃度を変化させることで、ボロン注入と同時にウエハ２００表面に形成されるアモルファス層の厚みを制御することができる。Ｈ２ガスで希釈されたＢ２Ｈ６ガスのみによるプラズマでは、ウエハ２００表面に形成されるアモルファス層の厚さは極めて薄くなるが、混合ガス中にＨｅガスを混合させることで、ウエハ２００表面に形成されるアモルファス層を厚くさせることができる。そして、混合ガス中におけるＨｅガスの濃度を変化させることで、ウエハ２００表面の近傍におけるボロンの深さ分布の制御が可能となる。
【００５４】
＜本発明の他の実施形態＞
上述した実施の形態では、ＭＭＴ装置を用いて実施する場合を説明したが、本発明は、それに限らずその他の装置、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置を用いても実施可能である。
【００５５】
図２は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置であるＩＣＰ方式プラズマ処理装置を示している。本実施の形態にかかる構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＩＣＰ方式プラズマ処理装置１０Ａは、電力を供給してプラズマを生成するプラズマ生成部としての誘導コイル１５Ａを備えており、誘導コイル１５
Ａは処理容器２０３の天井壁の外側に敷設されている。本実施形態においても、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガスをガス供給管２３２から、ガス導入口２３４を経由して処理容器２０３へ供給する。また、ガス供給と前後して、プラズマ生成部である誘導コイル１５Ａへ高周波電力を流すと、電磁誘導により電界が生じる。この電界をエネルギーとして、供給されたガスはプラズマ化され、これによりドーピングが行われる。
【００５６】
図３は、本発明の更に他の実施形態に係る基板処理装置であるＥＣＲ方式プラズマ処理装置を示している。本実施形態にかかる構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＥＣＲ方式プラズマ処理装置１０Ｂは、マイクロ波を供給してプラズマを生成するプラズマ生成部としてのマイクロ波導入管ｌ７Ｂを備えている。本実施形態においても、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガスをガス供給管２３２から、ガス導入口２３４を経由して処理容器２０３へ供給する。また、ガス供給と前後して、プラズマ生成部であるマイクロ波導入管１７Ｂへマイクロ波１８Ｂを導入し、その後、マイクロ波１８Ｂを処理室２０１へ放射させる。供給されたガスは、このマイクロ波１８Ｂによりプラズマ化され、これによりドーピングが行われる。
【００５７】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、基板へのボロンのプラズマドーピング及び基板表面へのアモルファス層の形成を室温にて行い、その後、別工程にてアニール処理を行う場合であっても、本発明は好適に適用可能である。
【００５８】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
【００５９】
本発明の一態様は、処理室内に基板を搬入して前記処理室内に設けられた基板載置部上に前記基板を載置する基板搬入工程と、ボロン含有ガス及び水素含有ガスをガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスの混合雰囲気とするガス供給工程と、前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスを前記基板表面に供給して前記基板中にボロンを注入するプラズマドーピング工程と、を有する半導体装置の製造方法である。
【００６０】
好ましくは、前記ガス供給工程では、ボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスを前記ガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気をボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスの混合雰囲気とする。
【００６１】
また好ましくは、ボロン含有ガスはＢ２Ｈ６ガス、水素含有ガスはＨ２ガス、ヘリウム含有ガスはＨｅガスであり、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガス中におけるＢ２Ｈ６ガスの濃度を例えば０．３〜５％の範囲内とし、該混合ガス中におけるＨｅガスの濃度を例えば０〜７０％の範囲内とする。
【００６２】
また好ましくは、前記ガス供給工程及び前記プラズマドーピング工程における前記処理室内の圧力を１Ｐａ〜１３０Ｐａの範囲内とする。
【００６３】
また好ましくは、前記プラズマドーピング工程における前記プラズマ生成部が供給する電力を３００Ｗ〜２０００Ｗの範囲内とする。
【００６４】
また好ましくは、ボロン注入後の前記基板を加熱し、前記基板中に注入されたボロンを電気的に活性化させると共に、前記基板表面に形成されたアモルファス層を再び結晶化さ
せるアニール工程を有する。
【００６５】
また、本発明の他の態様は、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内で前記基板を支持する基板載置部と、
ボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス、前記水素含有ガス、及び前記ヘリウム含有ガスをプラズマ化するプラズマ生成部と、
少なくとも前記ガス供給部、前記加熱手段、前記排気部、前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記ガス供給部により、前記ボロン含有ガス、前記水素含有ガス、及び前記ヘリウム含有ガスを前記基板が収容された前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスの混合雰囲気とし、
前記プラズマ生成部により、前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスをププラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスを前記基板表面に供給して前記基板中にボロンを注入する
半導体装置の製造装置が提供される。
【符号の説明】
【００６６】
１００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２１７ サセプタ（基板載置部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板を処理する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭやＩＣ等の半導体装置の製造工程の一工程として、シリコン（Ｓｉ）からなる基板の表面近傍に、プラズマを用いて不純物としてのボロン（Ｂ）を注入（ドーピング）する基板処理工程が実施されてきた。係る基板処理工程では、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる基板が搬入された処理室内に、不純物としてのボロン（Ｂ）を含有するボロン含有ガスを供給する工程と、処理室内に供給されたボロン含有ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態となったボロン含有ガスを基板表面に供給して基板中にボロンを注入する工程と、を順次実施していた。なお、処理室内に供給するボロン含有ガスには、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを更に混合（添加）させる場合があった。ヘリウムガスを混合させることで、ボロンの注入予定領域である基板の表面近傍をアモルファス化することができ、ボロンの注入深さ分布を浅く制御することが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の方法によっては、ボロンが注入される基板の表面が荒れてしまう場合があった。特に、ボロン含有ガスにヘリウムガスを混合させると、基板の表面の荒れが増大してしまう場合があった。
【０００４】
本発明は、不純物が注入される基板の表面の荒れを抑制させることが可能な半導体装置の製造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】
【０００５】
本発明の一態様によれば、処理室内に基板を搬入して前記処理室内に設けられた基板載置部上に前記基板を載置する基板搬入工程と、ボロン含有ガス及び水素含有ガスをガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスの混合雰囲気とするガス供給工程と、前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスを前記基板表面に供給して前記基板中にボロンを注入するプラズマドーピング工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、不純物が注入される基板の表面の荒れを抑制させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を実施する基板処理装置の断面構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る半導体製造装置としてのＩＣＰ方式プラズマ処理装置の断面構成図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体製造装置としてのＥＣＲ方式プラズマ処理装置の断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜本発明の第１の実施形態＞
以下に、本発明の第１の実施形態について説明する。
【０００９】
（１）半導体製造装置の構成
まず、本実施形態にかかる半導体装置の製造工程の一工程を実施する基板処理装置の構成例について、図１を用いて説明する。図１は、ＭＭＴ装置として構成された基板処理装置の断面構成図である。ＭＭＴ装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ
Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用い、例えば基板としてのシリコンからなるウエハ１００をプラズマ処理する装置である。
【００１０】
基板処理装置は、ウエハ１００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。そして、処理炉２０２は、処理室２０１を構成する処理容器２０３、ガス供給部、排気部、プラズマ生成部、及びコントローラ１２１と、を備えている。
【００１１】
図４に示すとおり、処理室２０１が備える処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。そして、上側容器２１０が下側容器２１１の上に被せられることにより、処理室２０１が形成される。なお、上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
【００１２】
処理室２０１の底側中央には、ウエハ１００を保持する基板載置部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、ウエハ１００上に形成する膜の金属汚染を低減することが出来るように、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。
【００１３】
サセプタ２１７の内部には、加熱手段としてのヒータ（図示せず）が一体的に埋め込まれている。サセプタ２１７内に設けられたヒータに電力が供給されると、ウエハ１００の表面が例えば室温〜６５０℃程度にまで加熱されるように構成されている。
【００１４】
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させる電極としての第２の電極２１７ｂが装備されている。この第２の電極２１７ｂは、インピーダンス可変手段２７４を介して接地されている。インピーダンス可変手段２７４は、コイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することにより、第２の電極２１７ｂ及びサセプタ２１７を介してウエハ１００の電位を制御できるようになっている。
【００１５】
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降手段２６８が設けられている。サセプタ２１７には、貫通孔２１７ａが設けられている。前述の下側容器２１１底面には、ウエハ１００を突上げるウエハ突上げピン２６６が、少なくとも３箇所設けられている。そして、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６は、サセプタ昇降手段２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時に、ウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるように互いに構成されている。
【００１６】
下側容器２１１の側壁には、仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４が開いている時には、搬送手段（図中省略）を用いて処理室２０１内へウエハ１００を搬入し、または処理室２０１外へとウエハ１００を搬出することができるようになっている。ゲートバルブ２４４を閉めることにより、処理室２０１内を気密に閉塞することができるようになっている。
【００１７】
処理室２０１の上部には、処理室２０１内へガスを供給するシャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９と、を備えている。
【００１８】
ガス導入口２３４には、バッファ室２３７内へガスを供給するガス供給管２３２が接続されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入されるガスを分散する分散空間として機能する。
【００１９】
ガス供給管２３２の上流側には、ボロン含有ガスとしてのジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスを供給するボロン含有ガス供給管３０１の下流端、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素含有ガス供給管３０２の下流端、ヘリウム含有ガスとしてのＨｅガスを供給するヘリウム含有ガス供給管３０３の下流端が、互いに合流するように一本化して接続されている。ボロン含有ガス供給管３０１には、上流側から順に、Ｂ２Ｈ６ガス供給源３０１ｃ、流量制御器であるマスフローコントローラ３０１ｂ、バルブ３０１ａが設けられている。水素含有ガス供給管３０２には、上流側から順に、Ｈ２ガス供給源３０２ｃ、流量制御器であるマスフローコントローラ３０２ｂ、バルブ３０２ａが設けられている。ヘリウム含有ガス供給管３０３には、上流側から順に、Ｈｅガス供給源３０３ｃ、流量制御器であるマスフローコントローラ３０３ｂ、バルブ３０３ａが設けられている。マスフローコントローラ３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０１ａ，３０２ａ，３０３ａを開閉させることにより、ガス供給管２３２を介して処理室２０１内へ所定の流量のＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、Ｈｅガスをそれぞれ供給自在に構成されている。
【００２０】
主に、シャワーヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、ガス供給管２３２、ボロン含有ガス供給管３０１、Ｂ２Ｈ６ガス供給源３０１ｃ、マスフローコントローラ３０１ｂ、バルブ３０１ａ、水素含有ガス供給管３０２、Ｈ２ガス供給源３０２ｃ、マスフローコントローラ３０２ｂ、バルブ３０２ａ、ヘリウム含有ガス供給管３０３、Ｈｅガス供給源３０３ｃ、マスフローコントローラ３０３ｂ、バルブ３０３ａにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。
【００２１】
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内からガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガスを排気するガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、上流側から順に、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、排気装置である真空ポンプ２４６が設けられている。主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６により、本実施形態に係る排気部が構成されている。
【００２２】
処理容器２０３（上側容器２１０）の外周には、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲うように、第１の電極としての筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極２１５は、インピーダンスの整合を行うための整合器２７２を介して、高周波電力を印加するための高周波電源２７３に接続されている。筒状電極２１５は、処理室２０１に供給されるＯ２ガス及びＮ２ガスをプラズマ励起させる放電手段として機能する。
【００２３】
筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２は、それぞれ筒状、例えばリング状に形成された永久磁石として構成されている。
【００２４】
上部磁石２１６ａ及び下部磁石２は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（すなわち内周端と外周端）に磁極を有している。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの磁極の向きは、逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの内周部の磁極同士は異極となっている。これにより、筒状電極２１５の内側表面に沿って、円筒軸方向の磁力線が形成されている。
【００２５】
処理室２０１内にＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、Ｈｅガスを導入した後、筒状電極２１５に高周波電力を供給して電界を形成するとともに、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂを用いて磁界を形成することにより、処理室２０１内にマグネトロン放電プラズマが生成される。この際、放出された電子を上述の電磁界が周回運動させることにより、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命かつ高密度のプラズマを生成させることができる。
【００２６】
主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂにより、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。なお、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽する金属製の遮蔽板２２３が設けられている。
【００２７】
制御部としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降手段２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、及び高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｂ、及びバルブ３０１ａ，３０２ａ，３０３ａを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータ、インピーダンス可変手段２７４を、それぞれ制御するように構成されている。
【００２８】
（２）基板処理工程
続いて、本実施形態にかかる基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、上述の基板処理装置により、半導体装置の製造工程の一工程として実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
【００２９】
（基板搬入工程）
まず、ウエハ１００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させ、貫通孔２１７ａを貫通した突き上げピン２６６の上端を、サセプタ２１７表面から所定の高さ分だけ突出させる。次に、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送手段を用いて、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突上げピン２６６上に、ウエハ１００を支持させる。続いて、搬送手段を処理室２０１の外へ退避させ、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１を密閉する。続いて、サセプタ昇降手段２６８を用いてサセプタ２１７を上昇させ、サセプタ２１７の上面にウエハ１００を配置させる。その後、ウエハ１００を所定の処理位置まで上昇させる。
【００３０】
（温度及び圧力調整工程）
続いて、サセプタの内部に埋め込まれたヒータ（図示せず）に電力を供給し、ウエハ１００の表面を加熱する。ウエハ１００の表面温度は、例えば室温〜６５０℃の範囲とする。なお、ウエハ１００の表面を、上述の温度を超えた温度であって例えば９００℃程度にまで加熱すると、ウエハ１００の表面に形成されたソース領域やドレイン領域等に拡散が生じ、回路特性が劣化し、半導体装置の性能が低下してしまう場合がある。ウエハ１００の温度を上述のように制限することにより、このような事態を回避できる。
【００３１】
また、真空ポンプ２４６による排気を実施しつつ、バルブ２４３ｂを開くと共に、ＡＰＣ２４２の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力が例えば１Ｐａ〜１３０Ｐａの範囲内になるようにする。
【００３２】
（ガス供給工程）
続いて、Ｂ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスを処理室２０１内に供給し、処理室２０１内の雰囲気をＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスの混合雰囲気とする。
【００３３】
具体的には、バルブ３０３ａを閉めたまま、マスフローコントローラ３０１ｂ，３０２ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０１ａ，３０２ａを開くことにより、ガス供給管２３２を介して処理室２０１内へ所定の流量のＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガスを供給する。具体的には、Ｂ２Ｈ６ガス単独の流量を３０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍとし、Ｈ２ガスで希釈したＢ２Ｈ６ガスの総流量を１００ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍとする。そして、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガスの混合ガス中におけるＢ２Ｈ６ガスの濃度を例えば０．３〜５％の範囲内とする。
【００３４】
ガス供給管２３２を介して処理室２０１内に供給されたＢ２Ｈ６ガスとＨ２ガスとの混合ガスは、シャワーヘッド２３６を介してウエハ１００表面（処理面）にシャワー状に供給され、ガス排気口２３５を介してガス排気管２３１から排気される。なお、処理室２０１内にＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスを供給する間、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力が例えば１Ｐａ〜１３０Ｐａの範囲内になるように維持する。
【００３５】
（プラズマドーピング工程）
続いて、処理室２０１内に供給されたＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態となったＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスをウエハ２００表面（処理面）に供給してウエハ２００中にボロンを注入する。
【００３６】
具体的には、高周波電源２７３から筒状電極２１５に例えば３００Ｗ〜２０００Ｗの高周波電力を供給して電界を形成するとともに、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂを用いて磁界を形成することにより、処理室２０１内にマグネトロン放電プラズマを生成する。この際、上述の電磁界が放出された電子を周回運動させ、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命かつ高密度のプラズマが生成される。プラズマの生成と併せてインピーダンス可変手段２７４を制御してウエハ１００の電位を制御し、プラズマ状態となったＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスをウエハ２００表面（処理面）に供給する。その結果、ウエハ２００中に不純物としてのボロンが注入されると共にウエハ２００表面にアモルファス層が形成される。
【００３７】
本実施形態では、Ｂ２Ｈ６ガスを処理室２０１内に単独で供給するのではなく、Ｂ２Ｈ６ガスにＨ２ガスを混合させて処理室２０１内に供給していることから、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。すなわち、Ｈ２ガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。
【００３８】
所定時間が経過し、ウエハ２００中への所定量のボロンの注入が完了したら、高周波電源２７３による電力供給を停止すると共に、バルブ３０１ａ，３０２ａを閉めて処理室２０１内へのＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスの供給を停止する。
【００３９】
（アニール工程）
続いて、ボロン注入後のウエハ２００を加熱し、ウエハ２００中に注入されたボロンを電気的に活性化させると共に、ウエハ２００表面に形成されたアモルファス層を再び結晶
化させる。
【００４０】
具体的には、処理室２０１内へのＢ２Ｈ６ガス及びＨ２ガスの供給を停止した後、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内の圧力を高真空まで減圧する。その後、バルブ３０１ａ，３０２ａを閉めたまま、マスフローコントローラ３０３ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０３ａを開くことにより、不活性ガスとしてのＨｅガスを処理室２０１内に供給して、処理室２０１内が例えば１〜５００Ｐａになるように調整する。また、サセプタの内部に埋め込まれたヒータ（図示せず）に電力を供給し、ウエハ１００の表面を例えば室温〜６５０℃の範囲に加熱する。これにより、ウエハ２００中に注入されたボロンが電気的に活性化されると共に、ウエハ２００表面に形成されたアモルファス層が再び結晶化する。
【００４１】
（基板搬出工程）
所定時間が経過したら、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させる。そして、基板搬入工程と逆の手順により、処理済みのウエハ２００を処理室２０１内から搬出して、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００４２】
（３）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【００４３】
本実施形態では、Ｂ２Ｈ６ガスを処理室２０１内に単独で供給するのではなく、Ｂ２Ｈ６ガスにＨ２ガスを混合させて処理室２０１内に供給していることから、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。すなわち、Ｈ２ガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。
【００４４】
また、本実施形態では、Ｂ２Ｈ６ガスの濃度範囲を上述のように構成することで、ウエハ２００表面へのボロンの堆積を抑制しつつ、ウエハ２００内部へのボロンのドーピングを促進させ、注入ドーズ量を高めることが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態では、ウエハ２００を上述の温度範囲に加熱するアニール処理を施すことにより、ウエハ２００内に注入されたボロンの電気的な活性化を促進させ、例えばドーピング箇所（ａｓ−ｄｏｐｅｄ）における接合層のシート抵抗を低減させることができる。特に、ウエハ２００を例えば５００〜６５０℃に加熱してアニール処理を行うことにより、アモルファス化したウエハ２００表面を固相エピタキシャル成長させて再結晶化させることも可能である。なお、係る場合のアニール時間は例えば１分〜６０分程度が好ましい。
【００４６】
＜本発明の第２の実施形態＞
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４７】
本実施形態では、上述のガス供給工程において、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスを処理室２０１内に供給し、処理室２０１内の雰囲気をＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合雰囲気とする点が、上述の実施形態と異なる。
【００４８】
具体的には、本実施形態に係るガス供給工程において、マスフローコントローラ３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０１ａ，３０２ａ，３０３ａを開くことにより、ガス供給管２３２を介して処理室２０１内へ所定の流量のＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスを供給する。具体的には、Ｂ２Ｈ６ガス単独の流量を３０〜２００ｓｃｃｍ、Ｈｅガス単独の流量を０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍとし、Ｈ２ガスで希釈したＢ２Ｈ６ガスとＨｅガスとの混合ガスの総流量を１００ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍと
する。そして、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガス中におけるＢ２Ｈ６ガスの濃度を例えば０．３〜５％の範囲内とし、また該混合ガス中におけるＨｅガスの濃度を例えば０〜７０％の範囲内とする。
【００４９】
ガス供給管２３２を介して処理室２０１内に供給されたＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガスは、シャワーヘッド２３６を介してウエハ１００表面（処理面）にシャワー状に供給され、ガス排気口２３５を介してガス排気管２３１から排気される。本実施形態においても、処理室２０１内にＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスを供給する間、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力が例えば１Ｐａ〜１３０Ｐａの範囲内になるように維持する。
【００５０】
そして、本実施形態に係るプラズマドーピング工程においても、上述の実施形態と同様に、高周波電源２７３から筒状電極２１５に例えば３００Ｗ〜２０００Ｗの高周波電力を供給し、処理室２０１内にマグネトロン放電プラズマを生成する。そして、インピーダンス可変手段２７４を制御してウエハ１００の電位を制御し、プラズマ状態となったＢ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスをウエハ２００表面（処理面）に供給する。その結果、ウエハ２００中に不純物としてのボロンが注入されると共にウエハ２００表面にアモルファス層が形成される。
【００５１】
本実施形態では、プラズマ状態とされたＨｅガスがウエハ２００表面に供給されることから、ウエハ２００表面におけるアモルファス層の形成が促進される。ここで、本実施形態においても、Ｂ２Ｈ６ガスとＨｅガスとの混合を処理室２０１内に単独で供給するのではなく、Ｂ２Ｈ６ガスとＨｅガスとの混合にＨ２ガスを更に混合させて（添加させて）処理室２０１内に供給していることから、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを効果的に抑制できる。すなわち、Ｈ２ガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００表面が荒れてしまうことを抑制できる。
【００５２】
また、本実施形態では、添加物としてＨｅガスを用いることでペニング効果を生じさせ、混合ガス中のＢ２Ｈｘイオンの生成を促進させ、基板へのボロンの注入ドーズ量を高めることが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態では、混合ガス中におけるＨｅガスの濃度を変化させることで、ボロン注入と同時にウエハ２００表面に形成されるアモルファス層の厚みを制御することができる。Ｈ２ガスで希釈されたＢ２Ｈ６ガスのみによるプラズマでは、ウエハ２００表面に形成されるアモルファス層の厚さは極めて薄くなるが、混合ガス中にＨｅガスを混合させることで、ウエハ２００表面に形成されるアモルファス層を厚くさせることができる。そして、混合ガス中におけるＨｅガスの濃度を変化させることで、ウエハ２００表面の近傍におけるボロンの深さ分布の制御が可能となる。
【００５４】
＜本発明の他の実施形態＞
上述した実施の形態では、ＭＭＴ装置を用いて実施する場合を説明したが、本発明は、それに限らずその他の装置、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置を用いても実施可能である。
【００５５】
図２は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置であるＩＣＰ方式プラズマ処理装置を示している。本実施の形態にかかる構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＩＣＰ方式プラズマ処理装置１０Ａは、電力を供給してプラズマを生成するプラズマ生成部としての誘導コイル１５Ａを備えており、誘導コイル１５
Ａは処理容器２０３の天井壁の外側に敷設されている。本実施形態においても、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガスをガス供給管２３２から、ガス導入口２３４を経由して処理容器２０３へ供給する。また、ガス供給と前後して、プラズマ生成部である誘導コイル１５Ａへ高周波電力を流すと、電磁誘導により電界が生じる。この電界をエネルギーとして、供給されたガスはプラズマ化され、これによりドーピングが行われる。
【００５６】
図３は、本発明の更に他の実施形態に係る基板処理装置であるＥＣＲ方式プラズマ処理装置を示している。本実施形態にかかる構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＥＣＲ方式プラズマ処理装置１０Ｂは、マイクロ波を供給してプラズマを生成するプラズマ生成部としてのマイクロ波導入管ｌ７Ｂを備えている。本実施形態においても、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガスをガス供給管２３２から、ガス導入口２３４を経由して処理容器２０３へ供給する。また、ガス供給と前後して、プラズマ生成部であるマイクロ波導入管１７Ｂへマイクロ波１８Ｂを導入し、その後、マイクロ波１８Ｂを処理室２０１へ放射させる。供給されたガスは、このマイクロ波１８Ｂによりプラズマ化され、これによりドーピングが行われる。
【００５７】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、基板へのボロンのプラズマドーピング及び基板表面へのアモルファス層の形成を室温にて行い、その後、別工程にてアニール処理を行う場合であっても、本発明は好適に適用可能である。
【００５８】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
【００５９】
本発明の一態様は、処理室内に基板を搬入して前記処理室内に設けられた基板載置部上に前記基板を載置する基板搬入工程と、ボロン含有ガス及び水素含有ガスをガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスの混合雰囲気とするガス供給工程と、前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスを前記基板表面に供給して前記基板中にボロンを注入するプラズマドーピング工程と、を有する半導体装置の製造方法である。
【００６０】
好ましくは、前記ガス供給工程では、ボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスを前記ガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気をボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスの混合雰囲気とする。
【００６１】
また好ましくは、ボロン含有ガスはＢ２Ｈ６ガス、水素含有ガスはＨ２ガス、ヘリウム含有ガスはＨｅガスであり、Ｂ２Ｈ６ガス、Ｈ２ガス、及びＨｅガスの混合ガス中におけるＢ２Ｈ６ガスの濃度を例えば０．３〜５％の範囲内とし、該混合ガス中におけるＨｅガスの濃度を例えば０〜７０％の範囲内とする。
【００６２】
また好ましくは、前記ガス供給工程及び前記プラズマドーピング工程における前記処理室内の圧力を１Ｐａ〜１３０Ｐａの範囲内とする。
【００６３】
また好ましくは、前記プラズマドーピング工程における前記プラズマ生成部が供給する電力を３００Ｗ〜２０００Ｗの範囲内とする。
【００６４】
また好ましくは、ボロン注入後の前記基板を加熱し、前記基板中に注入されたボロンを電気的に活性化させると共に、前記基板表面に形成されたアモルファス層を再び結晶化さ
せるアニール工程を有する。
【００６５】
また、本発明の他の態様は、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内で前記基板を支持する基板載置部と、
ボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスを前記処理室内に供給するガス供給部と、
前記処理室内に収容された前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス、前記水素含有ガス、及び前記ヘリウム含有ガスをプラズマ化するプラズマ生成部と、
少なくとも前記ガス供給部、前記加熱手段、前記排気部、前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記ガス供給部により、前記ボロン含有ガス、前記水素含有ガス、及び前記ヘリウム含有ガスを前記基板が収容された前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスの混合雰囲気とし、
前記プラズマ生成部により、前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスをププラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスを前記基板表面に供給して前記基板中にボロンを注入する
半導体装置の製造装置が提供される。
【符号の説明】
【００６６】
１００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２１７ サセプタ（基板載置部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に基板を搬入して前記処理室内に設けられた基板載置部上に前記基板を載置する基板搬入工程と、
ボロン含有ガス及び水素含有ガスをガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスの混合雰囲気とするガス供給工程と、
前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスを前記基板表面に供給して前記基板中にボロンを注入するプラズマドーピング工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ガス供給工程では、ボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスを前記ガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気をボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスの混合雰囲気とする
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
処理室内に基板を搬入して前記処理室内に設けられた基板載置部上に前記基板を載置する基板搬入工程と、
ボロン含有ガス及び水素含有ガスをガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気を前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスの混合雰囲気とするガス供給工程と、
前記処理室内に供給された前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスをプラズマ生成部によりプラズマ状態とし、プラズマ状態となった前記ボロン含有ガス及び前記水素含有ガスを前記基板表面に供給して前記基板中にボロンを注入するプラズマドーピング工程と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ガス供給工程では、ボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスを前記ガス供給部により前記処理室内に供給し、前記処理室内の雰囲気をボロン含有ガス、水素含有ガス、及びヘリウム含有ガスの混合雰囲気とする
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１４２２３８（Ｐ２０１１−１４２２３８Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９１（Ｐ２０１０−２５９１）
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
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