專利名稱：表面處理方法和半導(dǎo)體裝置的制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將使原子、分子、化合物及合金等物質(zhì)等離子體化的等離子化物質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板等的基體的表面處理方法及半導(dǎo)體裝置的制造裝置。
背景技術(shù)：
為了制造半導(dǎo)體裝置把磷、硼等雜質(zhì)少量導(dǎo)入半導(dǎo)體基板，制作n型及p型半導(dǎo)體的工序成為必要。
作為把這類雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板的手段，廣泛使用離子注入法。為了伴隨半導(dǎo)體裝置的微細化使半導(dǎo)體裝置的結(jié)深度變淺，在離子注入過程注入離子的低能量化成為必要。在前述的離子注入法，在注入的離子能量低的低能量區(qū)域存在所謂生產(chǎn)率低的本質(zhì)問題。
因此提出了替換這類離子注入法的各種雜質(zhì)導(dǎo)入手法。其中尤其是盛行研究將使雜質(zhì)等離子體化的等離子化雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板等的基體的等離子體摻雜。其理由如下所示。等離子體摻雜是可以在室溫實施的室溫工藝過程，與現(xiàn)有的離子注入法有互換性，可是即使在低能量區(qū)域也可維持高的生產(chǎn)率，此外，在等離子體摻雜中使用的裝置也比離子注入法中使用的裝置還要便宜，這是由于裝置專有的專有面積小的緣故。
在通過等離子體摻雜把等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板之際，在用于把等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板開始大量生產(chǎn)之前，試行把等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板，通過二次離子質(zhì)譜測定法(SIMSsecondary ion mass spectrometry)求出表示導(dǎo)入半導(dǎo)體基板的等離子體化雜質(zhì)量的劑量，確認劑量的增減。而且，根據(jù)求出的劑量，調(diào)整表示從開始將等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板的時刻到終止將雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板的時刻為止的時間的摻雜時間(等離子體處理時間)，根據(jù)調(diào)整的摻雜時間，開始用于使等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板的大量生產(chǎn)。
然而，在這類現(xiàn)有的等離子體摻雜，為了用于使雜質(zhì)等離子化的等離子體狀態(tài)變化，則表示向半導(dǎo)體基板導(dǎo)入的等離子化雜質(zhì)量的劑量變化。因此，在通過等離子體摻雜制造的半導(dǎo)體裝置，源極區(qū)域，漏極區(qū)域及柵極電極的電阻值產(chǎn)生波動。其結(jié)果，產(chǎn)生所謂通過等離子體摻雜制造的半導(dǎo)體裝置的器件驅(qū)動能力不均一的缺陷，存在所謂半導(dǎo)體裝置成品率也低下的問題。
為了解決該問題，觀測用于使雜質(zhì)等離子體化的等離子體狀態(tài)變化，根據(jù)觀測的等離子狀態(tài)變化，調(diào)整用于產(chǎn)生等離子體的多個參量，考慮控制等離子體狀態(tài)變化的方法。然而，一旦使用于產(chǎn)生等離子體的多個參量中的一個參量變更，則其它參量也改變。用于使雜質(zhì)等離子體化的等離子體缺乏對用于產(chǎn)生等離子體的參量變化的跟蹤性。因此，存在所謂通過調(diào)整用于產(chǎn)生等離子體的參量，控制等離子體狀態(tài)變化是極為困難的問題。
在開始大量生產(chǎn)之前，試行把等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板，分析通過SIMS求出的劑量，根據(jù)對由SIMS求出的劑量分析結(jié)果。調(diào)整摻雜時間(等離子體處理時間)，盡管多多少少可以提高半導(dǎo)體裝置的成品率，可是為了分析通過SIMS求出的劑量，相應(yīng)的時間成為必要，存在所謂使半導(dǎo)體裝置的制造時間變長的問題。
本發(fā)明是為了解決有關(guān)問題完成的，其目的是提供可以縮短制造時間的表面處理方法及半導(dǎo)體裝置的制造裝置。
本發(fā)明的其它目的是提供可以提高成品率的表面處理方法及半導(dǎo)體裝置的制造裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的表面處理方法的特征為，包括以下工序，即通過等離子體使物質(zhì)等離子體化，生成第一等離子體化物質(zhì)及第二等離子體化物質(zhì)的等離子體化工序；開始向基體導(dǎo)入通過該等離子體而等離子體化的該等離子體化物質(zhì)的開始工序；終止向該基體導(dǎo)入該第一等離子體化物質(zhì)的終止工序；和在該終止工序前觀測通過該等離子體而等離子體化的該第二等離子體化物質(zhì)的狀態(tài)的觀測工序；根據(jù)該觀測工序的觀測結(jié)果，控制表示從開始工序直到該終止工序的時間的等離子體處理時間的控制工序，以便使表示向該基體導(dǎo)入的該第一等離子體化物質(zhì)總量的總劑量成為所希望的總劑量。據(jù)此，達到上述的目的。
前述觀測工序在前述開始工序之后執(zhí)行，前述觀測工序觀測由前述等離子體而等離子體化的前述第二等離子體化物質(zhì)的發(fā)光強度，前述控制工序根據(jù)由該觀測工序觀測到的該發(fā)光強度，求出前述等離子體處理時間和表示導(dǎo)入該基體的該第一等離子體化物質(zhì)的量的劑量之間關(guān)系，也可以根據(jù)該等離子體處理時間和該劑量之間的該關(guān)系控制執(zhí)行該終止工序的計時。
前述觀測工序也可以在前述開始工序之前執(zhí)行。
由前述等離子體化工序生成的前述第二等離子體化物質(zhì)是離子或原子團的任一種，前述觀測工序也可以通過發(fā)光分光法或激光誘導(dǎo)螢光分析法的任一種來觀測該離子和該原子團的任一的狀態(tài)。
由前述等離子體化工序生成的前述第二等離子體化物質(zhì)是離子，前述觀測工序也可以通過E×B濾光器和四極質(zhì)量分析(QMASquadrupole mass spectrometry)的任一種觀測該離子的狀態(tài)。
前述等離子體化工序在處理室內(nèi)部使前述物質(zhì)等離子體化，從而生成前述第一等離子體化物質(zhì)及前述第二等離子體化物質(zhì)，前述觀測工序也可以從該處理室外部觀測該第二等離子體化物質(zhì)的狀態(tài)。
前述等離子體化工序在處理室內(nèi)部使前述物質(zhì)等離子體化，從而生成前述第一等離子體化物質(zhì)及前述第二等離子體化物質(zhì)，前述觀測工序也可以在該處理室內(nèi)部觀測該第二等離子體化物質(zhì)的狀態(tài)。
前述基體是半導(dǎo)體基板，前述物質(zhì)也可以是雜質(zhì)。
前述第一等離子體化物質(zhì)也可以是硼。
前述第二等離子體化物質(zhì)也可以是BH原子團。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造裝置的特征為具有如下裝置，即在處理室內(nèi)保持半導(dǎo)體基板的保持裝置；把含有雜質(zhì)的源氣體供給到該處理室內(nèi)的源氣體供給裝置；使由該源氣體供給裝置供給的該源氣體中含有的該雜質(zhì)等離子體化，從而在該處理室內(nèi)產(chǎn)生用于生成第一等離子體化雜質(zhì)及第二等離子體化雜質(zhì)的等離子體的等離子體源；把該第一等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入該半導(dǎo)體基板的導(dǎo)入裝置；對由該等離子體而等離子體化的該第二等離子體化雜質(zhì)的狀態(tài)進行觀測的觀測裝置；根據(jù)該觀測裝置的觀測結(jié)果，對表示從開始將該第一等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入該半導(dǎo)體基板直到終止該第一等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入該半導(dǎo)體基板為止的時間的等離子體處理時間進行控制的控制裝置，以便使表示導(dǎo)入該半導(dǎo)體基板的該第一等離子體化雜質(zhì)的總劑量成為所希望總劑量；據(jù)此，達到上述的目的。
本發(fā)明的表面處理方法的特征為，包括通過等離子體使物質(zhì)等離子體化，從而生成第一等離子體化物質(zhì)及第二等離子體化物質(zhì)的等離子體化工序；開始向基體導(dǎo)入通過該等離子體而等離子體化的該第一等離子體化物質(zhì)的開始工序；對通過該等離子體而等離子體化的該第二等離子體化物質(zhì)的狀態(tài)進行觀測的觀測工序；根據(jù)該觀測工序的觀測結(jié)果取得向該基體導(dǎo)入的該第一等離子體化物質(zhì)的劑量率的劑量率取得工序；根據(jù)由該劑量率取得工序取得的該劑量率，取得表示向該基體導(dǎo)入的該等離子體化物質(zhì)總量的總劑量的總劑量取得工序；和根據(jù)由該總劑量取得工序取得的該總劑量和預(yù)定的希望的總劑量，終止向該基體導(dǎo)入該等離子體化物質(zhì)的終止工序，據(jù)此達到上述目的。


圖1是本實施方式的MOS晶體管制造裝置的構(gòu)成圖。
圖2是用于說明由本實施方式的MOS晶體管制造裝置制造的MOS晶體管制造方法的截面圖。
圖3是用于說明由本實施方式的MOS晶體管制造裝置制造的MOS晶體管制造方法的截面圖。
圖4是示出本實施方式的BH原子團的發(fā)光強度和RF功率和膜片阻抗關(guān)系的圖。
圖5是示出通過本實施方式的二次離子質(zhì)譜測定法(SIMS)沿著半導(dǎo)體基板的深度測定的硼濃度分布的結(jié)果的圖。
圖6是示出本實施方式的等離子體處理時間和膜片阻抗和硼劑量之間關(guān)系的圖。
圖7是對每一發(fā)光強度示出本實施方式的等離子體處理時間和硼劑量之間關(guān)系的圖。
圖8是示出本實施方式的表面處理方法順序的流程圖。
圖9是示出本實施方式的等離子處理時間和硼劑量之間關(guān)系的圖。
圖10是示出本實施方式的其它表面處理方法順序的流程圖。
具體實施例方式
在本實施方式的表面處理方法，控制摻雜時間(等離子體處理時間)，以便使表示向半導(dǎo)體基板導(dǎo)入的等離子體化雜質(zhì)總量的總劑量成為所希望的總劑量。
在本實施方式，列舉用于通過向半導(dǎo)體基板導(dǎo)入等離子體化雜質(zhì)制造MOS晶體管的表面處理方法作例加以說明。圖1是本實施方式的MOS晶體管制造裝置1的構(gòu)成圖。MOS晶體管制造裝置1具有為了將利用等離子體使雜質(zhì)等離子體化而生成的等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體基板而設(shè)置的處理室(chamber)2。在處理室2中設(shè)置基板保持臺4，用于保持形成MOS晶體管的半導(dǎo)體基板3。
圖2是用于說明形成MOS晶體管的半導(dǎo)體基板3的截面圖。形成MOS晶體管的半導(dǎo)體基板3具有P型硅基板10。在P型硅基板10之上形成N阱區(qū)(well region)11，以便覆蓋P型硅基板10。在N阱區(qū)11之上的一部分約3nm厚度形成由熱成長的氧化硅膜等構(gòu)成的柵極氧化膜12。在柵極氧化膜12之上形成約200nm的厚度，以便柵極13與柵極氧化膜12匹配。柵極13的柵極長約150nm。
在MOS晶體管制造裝置1上設(shè)置源供給部5。源供給部5向處理室2供給含有作為雜質(zhì)的B2H6的源氣體。在源供給部5上設(shè)置有在氣體狀態(tài)封入B2H6的未圖示的容器和在氣體狀態(tài)封入用于稀釋B2H6的He的未圖示的容器。源供給部5具有由未圖示的閥等構(gòu)成的混合器。混合器在氣體狀態(tài)在各容器內(nèi)分別封入以任意比例混合的B2H6和He，通過未圖示的閥構(gòu)成的流量調(diào)整裝置以任意的流量調(diào)整在氣體狀態(tài)混合的B2H6和He，向處理室2內(nèi)部供給。
MOS晶體管制造裝置1具有ECR等離子體源6。ECR等離子體源6使通過源供給部5向處理室2內(nèi)部供給的源氣體中具有的B2H6等離子體化，例如在處理室2內(nèi)產(chǎn)生用于生成B+、B2+、B2H2+、等硼或硼化物的離子或原子團及H+、H2+等氫的離子或原子團以及BH原子團的等離子體。ECR等離子體源6的功率為約500瓦(W)。使B2H6等離子體化時的處理室2內(nèi)部的真空度約為4×10-4Torr。在這里，1Torr＝133.322帕斯卡(Pa)。
在MOS晶體管制造裝置1上設(shè)置有等離子體計測器7。等離子體計測器7設(shè)置在處理室2的外部。等離子體計測器7通過在處理室2上設(shè)置的觀測窗觀測由ECR等離子體源6在處理室2內(nèi)產(chǎn)生的等離子體狀態(tài)。具體說等離子體計測器7使向處理室2供給的B2H6等離子體化，測量與生成的BH原子團(radical)的(A1∏-X1∑)遷移過程對應(yīng)的波長4332埃()的發(fā)光強度。
MOS晶體管制造裝置1具有RF電源8。為了向通過基板保持臺4保持的半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入使B2H6等離子體化生成的硼，例如，RF電源8在半導(dǎo)體基板3上加300瓦(W)的RF功率。
圖3是用于說明在半導(dǎo)體基板3上形成MOS晶體管方法的截面圖。一旦在形成MOS晶體管的半導(dǎo)體基板3上導(dǎo)入使B2H6等離子體化生成的硼，則在N阱區(qū)11上的柵極氧化膜12的兩側(cè)上形成硼摻雜區(qū)域14。
在MOS晶體管制造裝置1上設(shè)置有等離子體處理時間控制部9。等離子體處理時間控制部9根據(jù)通過等離子體計測器7測量的BH原子團的發(fā)光強度，控制表示從開始將硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3到終止將硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板為止的時間的摻雜時間(等離子體處理時間)，使表示向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的硼總量的總劑量成為所希望的總劑量。
在這里，為了搞清楚由等離子體計測器7測量的BH原子團的發(fā)光強度和表示向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的硼量的劑量之間的關(guān)系，對本發(fā)明者等進行的實驗結(jié)果加以說明。圖4是示出本實施方式的BH原子團的發(fā)光強度和RF功率和膜片阻抗(sheet resistance)之間關(guān)系的圖。橫軸示出由RF電源8加在半導(dǎo)體基板3上的RF功率，左側(cè)的縱軸示出通過等離子體計測器7測量的BH原子團的發(fā)光強度。右側(cè)的縱軸示出終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼，在1000℃、1O秒的條件下實施活性化熱處理后的半導(dǎo)體基板3的膜片阻抗。
本實驗的條件如下半導(dǎo)體基板6英寸，N型硅基板摻雜裝置(MOS晶體管制造裝置)等離子體摻雜裝置(松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社制)摻雜條件 摻雜時間100秒，RF功率100瓦以上，300瓦以下，ECR功率500瓦源氣體B2H6(流量200sccm)處理室真空度1×10-4Torr以上，2×10-3以下活性化熱處理RTA 1000℃、10秒或者1100℃、90分膜片阻抗測量方法4端針法SIMS測量 一次離子種類O2+，二次離子種類正，一次離子能量3keV發(fā)光分析測量與BH原子團的(A1∏-X1∑)的遷移過程對應(yīng)的波長4332埃()的發(fā)光強度。
如圖4所示，如果使半導(dǎo)體基板3上所加功率從100瓦增加到300瓦，則與BH原子團的(A1∏-X1∑)遷移過程對應(yīng)的波長4332埃()的發(fā)光強度增加。如果使RF功率從100瓦增加到300瓦，則終止硼向半導(dǎo)體基板3的導(dǎo)入，實施活性化處理后的半導(dǎo)體基板3的膜片阻抗降低。所謂半導(dǎo)體基板3的膜片阻抗降低意味著表示導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼量的劑量增加。因此圖4所示的實驗結(jié)果意味著如果增加導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼劑量，則BH原子團的發(fā)光強度增加。
圖5是示出通過二次離子質(zhì)譜測定法(SIMS)沿著半導(dǎo)體基板3的深度方向測量硼濃度分布結(jié)果的圖。實驗條件是與前述的實驗條件相同的。橫軸示出導(dǎo)入硼的半導(dǎo)體基板3的深度，縱軸示出導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼濃度。為了使硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3，在半導(dǎo)體基板3上所加的RF功率為100瓦時，導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼劑量為4×1015cm-2，在RF功率為300瓦時，硼的劑量為比RF功率在100瓦時的劑量還大的7×1015cm-2。這樣一來，一旦加在半導(dǎo)體基板3上的RF功率增加，則向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的硼劑量增加。參照圖4，如前述所示地，一旦加在半導(dǎo)體基板3上的RF功率增加，則BH原子團的發(fā)光強度增加。因此，一旦向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的硼劑量增加，則存在所謂BH原子團的發(fā)光強度增大的硼劑量和BH原子團發(fā)光強度之間的關(guān)系，通過圖5所示實驗結(jié)果也得到證實。
圖6是示出等離子體處理時間和膜片阻抗和硼劑量關(guān)系的圖。實驗條件除了摻雜時間可變這一點之外，與前述的實驗條件是同樣的。橫軸示出表示從硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3開始直到硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3終止時間的摻雜時間(等離子體處理時間)，左側(cè)的縱軸示出在終止硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3，在1100℃、90分的條件下，實施活性化熱處理后的半導(dǎo)體基板3的膜片阻抗。右側(cè)的縱軸示出表示導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3硼量的劑量。如圖6所示，如果延長摻雜時間(等離子體處理時間)，則半導(dǎo)體基板3的膜片阻抗降低。如果延長摻雜時間(等離子體處理時間)，則向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的硼劑量增加。這樣一來，如果延長表示從硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3開始直到硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3終止為止時間的摻雜時間(等離子體處理時間)，則向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的硼劑量增加。
圖7是對每一BH原子團發(fā)光強度表示導(dǎo)入本實施方式的半導(dǎo)體基板3的硼量的劑量和等離子體處理時間之間關(guān)系的圖。橫軸示出表示從等離子體化的硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的開始時刻直到硼導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3終止時刻為止的時間的等離子體處理時間，縱軸是示出表示向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的硼量的劑量。
曲線21的BH原子團發(fā)光強度比曲線22的發(fā)光強度還大，曲線22的BH原子團發(fā)光強度比曲線23的發(fā)光強度還大。在圖7，為了說明簡潔，對應(yīng)BH原子團的3階段發(fā)光強度而將3條曲線21、曲線22及曲線23圖解化。因此，在實際上根據(jù)連續(xù)變化的BH原子團發(fā)光強度存在比3條更多的曲線。
如前述所示，一旦延長等離子體處理時間，則劑量增加。劑量增加的速度，如圖7所示，根據(jù)表示用于使源氣體中含有的B2H6等離子體化的等離子體狀態(tài)的BH原子團發(fā)光強度而異。在BH原子團的某發(fā)光強度，導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼劑量對應(yīng)等離子體處理時間的經(jīng)過如曲線21所示地變化。如果在時刻T1開始向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼，則硼劑量到時刻T15以預(yù)定比例增加，達到劑量DM。一旦劑量超過劑量DM，則劑量對等離子體處理時間的增加比例降低，在時刻T16到達所希望的總劑量DT。
在BH原子團的其它發(fā)光強度，硼的劑量跟隨等離子體處理時間的經(jīng)過如曲線22所示地變化。如果在時刻T1開始向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼，則硼的劑量以比前述所示曲線21的增加比例還小的比例增加，在比前述的曲線21到達劑量DM的時刻T15還后的時刻T13到達劑量DM。如果曲線22的劑量超過劑量DM，則如前述的曲線21同樣地，對應(yīng)等離子體處理時間的經(jīng)過劑量增加比例下降，在比曲線21到達所希望的劑量DT的時刻T16還后的時刻T14到達所希望的總劑量。
在BH原子團另外的其它發(fā)光強度，硼劑量如曲線23地變化。如果在時刻T1開始向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼，則硼劑量以比前述曲線22的增加比例更小的比例增加，在比前述曲線22到達劑量DM的時刻T13更后的時刻T11到達劑量DM。如果曲線23的劑量超過劑量DM，則與前述的曲線21及22同樣地隨著等離子體處理時間的經(jīng)過，劑量增加比例降低。在比曲線22到達所希望劑量的DT時刻T14更后的時刻T12到達所希望的總劑量DT。
這樣一來，硼的劑量和等離子體處理時間的關(guān)系根據(jù)BH原子團的發(fā)光強度而異。在等離子體處理時間控制部9上設(shè)置未圖示的存儲部，在存儲部上預(yù)先記錄有根據(jù)BH原子團的發(fā)光強度而異的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系。
以下，對本實施方式的MOS晶體管制造裝置1的動作加以說明。圖8是示出本實施方式的表面處理方法順序的流程圖。圖9是示出本實施方式的表面處理方法的等離子體處理時間和劑量間關(guān)系的圖。與前述的圖7同樣地，橫軸示出等離子體處理時間，縱軸示出劑量。
首先，在處理室2內(nèi)部設(shè)置的基板保持臺4上載置圖2所示的、在P型硅片上形成有N阱區(qū)11、柵極氧化膜12以及柵極電極13的半導(dǎo)體基板3。在源供給部5上設(shè)置的混合器以任意比例對通過在氣體狀態(tài)下封入各容器內(nèi)的B2H6和He加以混合，由在氣體狀態(tài)混合的B2H6和He構(gòu)成的源氣體通過由未圖示的閥構(gòu)成的流量調(diào)整裝置調(diào)整到約200sccm的流量，供給處理室2內(nèi)部(步驟S1)。
ECR等離子體源6在真空度約4×10-4Torr的處理室2內(nèi)通過約500瓦(W)功率產(chǎn)生等離子體。一旦通過ECR等離子體源6產(chǎn)生等離子體，使供給處理室2內(nèi)部的源氣體內(nèi)含有的B2H6等離子體化，例如生成B+、B2+、B2H2+等的硼或硼化合物的離子或原子團，以及H+、H2+等的氫的離子或原子團，以及BH原子團(步驟S2)。
其次，RF電源8通過處理室2內(nèi)部設(shè)置的基板保持臺4保持的半導(dǎo)體基板3上開始加上約300瓦(W)的RF功率。在通過RF電源8開始加上約300瓦(W)RF功率的半導(dǎo)體基板3上產(chǎn)生約700伏(V)的自偏置電壓。一旦在半導(dǎo)體基板3上產(chǎn)生約700伏(V)的自偏置電壓，則在步驟S2生成的硼，在圖9所示的時刻T1，通過約700電子伏(eV)的加速能量開始向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入。在這里，認為BH原子團通過前述其它發(fā)光強度發(fā)光，在終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻，參照圖7，遵循前述的曲線23設(shè)定在時刻T12而加以說明。因此，表示從等離子體化的硼開始導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的時刻直到終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻為止的時間的等離子體處理時間設(shè)定為(時刻T12-時刻T1)(步驟S3)其后，在圖9所示的時刻T2，等離子體計測器7測量與BH原子團(A1∏-X1∑)的遷移過程對應(yīng)的波長4332埃()的發(fā)光強度(步驟S4)。
而且，等離子體處理時間控制部9根據(jù)由等離子體計測器7在時刻T2測量的BH原子團的發(fā)光強度，從未圖示的存儲部取得在測定的發(fā)光強度的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系(步驟S5)。
其次，等離子體處理時間控制部9根據(jù)在步驟S5取得的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系判斷終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻是否合適(步驟S6)。在判斷為終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻不合適時(在步驟S6為否(NO))，等離子體處理時間控制部9變更終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻，使表示導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼的總量的總劑量成為所希望的總劑量DT(步驟S7)。
例如，為了用于使B2H6等離子體化的等離子體狀態(tài)在從時刻T1直到時刻T2之間變動，在步驟S5取得的硼劑量和等離子體處理時間之間關(guān)系不遵循原來的曲線23而遵循圖7所示的曲線22時，等離子體處理時間控制部9從圖7所示的點P2向點P1沿著等離子體處理時間軸如圖9所示地平行移動曲線22。而且，等離子體處理時間控制部9把終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻從時刻T12變更為平行移動的曲線22到達所希望的總劑量DT的點P4的時刻T21。這樣一來，等離子體處理時間控制部9把終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻從時刻T12變更到比時間T12還前的時刻T21。即等離子體處理時間控制部9根據(jù)等離子體計測器7的測量結(jié)果控制等離子體處理時間，使硼總劑量成為所希望的總劑量DT。
在判斷為終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻是合適的時候(在步驟S6為是(YES))，或者在變更終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻時(步驟S7)，等離子體計測器7在比時刻T21還前的時刻T3測量與BH原子團的(A1∏-X1∑)的遷移過程對應(yīng)的波長4332埃()的發(fā)光強度(步驟S8)。
其次，等離子體處理時間控制部9根據(jù)在時刻T3通過等離子體計測器7測量的BH原子團的發(fā)光強度，從未圖示的存儲部取得測量的發(fā)光強度的硼劑量和等離子體處理時間之間關(guān)系(步驟S9)。
其次，等離子體處理時間控制部9根據(jù)在步驟S9取得的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系，判斷終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻是否是合適的(步驟S10)。在判斷為終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻不合適時(在步驟S10為否(NO))，等離子體處理時間控制部9變更終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻，使表示向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的硼的總量的總劑量成為所希望的總劑量(步驟S11)。
例如，在時刻T2測量BH原子團的發(fā)光強度后，為了從時刻T2直到時刻T3之間變更等離子體狀態(tài)，在步驟S9取得的硼劑量和等離體處理時間之間的關(guān)系不遵循原本應(yīng)遵循的曲線23而在遵循曲線22時，等離子體處理時間控制部9如圖9所示地從圖7所示的點P6向點P5沿著橫軸平行移動曲線21。而且，等離子體處理時間控制部9把終止硼向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的時刻還從時刻T21變更為平行移動后的曲線21到達所希望的劑量DT的點P7的時刻T22。這樣一來，等離子體處理時間控制部9還將終止硼向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入的時刻從時刻T21變更到比時刻T21還前的時刻T22。
在判斷終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻是合適的時候(在步驟S10為是(YES))，或者在變更終止向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的時刻后時(步驟S11)，在表示向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入硼的總量的總劑量到達所希望的總劑量DT的時刻，終止硼向半導(dǎo)體基板的導(dǎo)入(S12)。例如，在S11中變更后的時刻T22，終止通過RF電源8向半導(dǎo)體基板3加RF功率，通過終止由ECR等離子體源6產(chǎn)生等離子體，來終止硼向半導(dǎo)體基板3的導(dǎo)入。
如以上所述，根據(jù)本實施方式，根據(jù)與通過等離子體計測器7測量到的BH原子團(A1∏-X1∑)的遷移過程對應(yīng)的波長4332埃()的發(fā)光強度，等離子體處理時間控制部9取得測量到的發(fā)光強度的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系，根據(jù)取得的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系，變更硼向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入終止的時刻，使表示導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼總量的總劑量成為所希望的總劑量DT。
因此，即使用于使B2H6等離子體化的等離子體狀態(tài)變動了的狀況下，表示導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼總量的總劑量成為所希望的總劑量DT。因此，在通過等離子體摻雜制造的半導(dǎo)體裝置，可以不使源極區(qū)域、漏極區(qū)域及柵極電極的電阻值波動。其結(jié)果，可以使通過等離子體摻雜制造的半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動能力均一，也提高了半導(dǎo)體裝置的成品率。
根據(jù)本實施方式，不變更用于產(chǎn)生等離子體的參量，變更與用于產(chǎn)生等離子體的參量無關(guān)的摻雜時間(等離子體處理時間)。因此，可以解決如下的前述問題如變更多個參量中的一個，其它參量也變化，由于對用于產(chǎn)生等離子體的參量變更缺乏跟蹤性，難以通過調(diào)整用于產(chǎn)生等離子體的參量來控制等離子體狀態(tài)變化。
在本實施方式，對列舉用于制造MOS晶體管的表面處理方法的例子加以說明，然而，本發(fā)明不限于此。本發(fā)明的表面處理方法如果是通過等離子體使原子、分子、化合物及合金等物質(zhì)等離子體化的等離子體化物質(zhì)向基體導(dǎo)入的表面處理方法，則不僅MOS晶體管等的半導(dǎo)體裝置的制造，而且可以通過向基體內(nèi)導(dǎo)入適當?shù)脑刭x與基體特定的性質(zhì)，可以適用于提高特定性質(zhì)的各種領(lǐng)域。
在這樣的特定性質(zhì)中具有例如耐損耗性、潤滑性、脫模性及耐蝕性等機械特性；電傳導(dǎo)性、電磁波屏蔽性等的電磁性質(zhì)；光吸收性、光反射性、光澤性以及著色性等光學(xué)性質(zhì)；耐熱性，熱傳導(dǎo)性的熱性能。例如，本發(fā)明為了降低軸承部件的摩擦系數(shù)，也適用于把降低摩擦系數(shù)的物質(zhì)導(dǎo)入軸承部件表面的表面處理方法。
在本實施方式，示出在硼向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入開始的時刻T1后，測量在步驟S2生成的BH原子團的發(fā)光強度的例子，然而，本發(fā)明不限于此。在時刻T1前，測量在步驟S2生成的BH原子團的發(fā)光強度，取得測量到的BH原子團的發(fā)光強度下的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系，根據(jù)取得的劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系，也可以設(shè)定硼向半導(dǎo)體基板3開始導(dǎo)入的時刻和終止的時刻。
在本實施方式示出使混合的B2H6和He在氣態(tài)向處理室2的內(nèi)部供給的例子，然而，本發(fā)明不限于此。使液態(tài)的B2H6和He向處理室2的內(nèi)部供給后，也可以在處理室2內(nèi)部氣化。
此外，作為等離子體源示出使用ECR等離子體源，然而，也可以使用ICP型等離子體源、并行平板型等離子體源。
示出通過測量BH原子團發(fā)光強度的發(fā)光分光法(emissionspectrometry)觀測BH原子團的例子，然而，也可以觀測硼或硼化物的離子或原子團。也可以用激光誘導(dǎo)螢光分析法(laser-inducedfluorescence spectroscopy)或E×B濾光器(filter)或四極質(zhì)量分析(QMAS)中的任一種取代發(fā)光分光法觀測硼或硼化物的離子或原子團。
示出把等離子體計測器7設(shè)置在處理室2的外部的例子，然而，等離子體計測器7也可以設(shè)置在處理室2的內(nèi)部。
示出通過等離子體計測器7量測BH原子團的發(fā)光強度的次數(shù)為2次的例子，然而，量測發(fā)光強度的次數(shù)也可以是1次，也可以在3次以上。
圖10是示出本實施方式的其它表面處理方法順序的流程圖。參照圖8，在與示出前述的本實施方式的表面處理方法順序的流程圖的構(gòu)成要素相同的構(gòu)成要素，附加同一參照符號。省略這些構(gòu)成要素的詳細說明。
首先，在處理室2內(nèi)部設(shè)置的基板保持臺4上載置圖2所示的半導(dǎo)體基板3。而且，由B2H6和He構(gòu)成的源氣體供給到處理室2內(nèi)(步驟S1)。
ECR等離子體源6在處理室2內(nèi)產(chǎn)生等離子體。一旦產(chǎn)生等離子體，則使源氣體中含有的B2H6等離子體化，例如生成B+、B2+、B2H2+等的硼或硼化物的離子或原子團及H+、H2+等的氫的離子或原子團，及BH原子團(步驟S2)其次，RF電源8在通過基板保持臺4保持的半導(dǎo)體基板3上加上RF功率。在開始加RF功率的半導(dǎo)體基板3上產(chǎn)生自偏置電壓。一旦半導(dǎo)體基板3產(chǎn)生自偏置電壓，則在步驟S2生成的硼開始向半導(dǎo)體基板3導(dǎo)入(步驟S3)。
其后，等離子體計測器7測量與BH原子團(A1∏-X1∑)遷移過程對應(yīng)的波長4332埃()的發(fā)光強度(步驟S4)。
而且，等離子體處理時間控制部9根據(jù)在步驟S4量測到的BH原子團的發(fā)光強度，從未圖示的存儲部讀出量測到的發(fā)光強度下的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系，根據(jù)讀出的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系，求出導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3內(nèi)的硼的劑量率(步驟S21)。
此外，等離子體計測器7量測與BH原子團(A1∏-X1∑)的遷移過程對應(yīng)的波長4332埃()的發(fā)光強度(步驟S22)。
其次，等離子體處理時間控制部9判斷在步驟S22本次量測的BH原子團的發(fā)光強度是否相對上次量測的BH原子團發(fā)光強度的變動在5％以上(步驟S23)。在判斷在步驟S22本次量測的BH原子團的發(fā)光強度對上次量測的BH原子團的發(fā)光強度的變動在5％以上時(在步驟S23為是(YES))，則等離子體處理時間控制部9根據(jù)在步驟S22本次量測到的BH原子團的發(fā)光強度從未圖示的存儲部讀出在本次量測的發(fā)光強度的硼劑量和等離子體處理時間之間關(guān)系(步驟S24)。
而且，在從未圖示的存儲部讀出本次量測的發(fā)光強度下的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系(步驟S24)，或者判斷出在步驟S22本次量測的BH原子團的發(fā)光強度對上次量測的BH原子團的發(fā)光強度并未變動在5％以上時(在步驟S23為否(NO))，則等離子體處理時間控制部9根據(jù)在步驟24讀出的硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系，求出導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼的劑量率(步驟S25)。
這樣一來，在步驟S22，本次量測的BH原子團的發(fā)光強度對上次量測的BH原子團的發(fā)光強度的變動率小于5％時，省略從未圖示的存儲部讀出硼劑量和等離子體處理時間之間的關(guān)系的步驟S24，使用從存儲部上次讀出的硼劑量和等離子體處理時間之間關(guān)系，求出導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼的劑量率。
其次，等離子體處理時間控制部9根據(jù)每次量測BH原子團的發(fā)光強度求出的硼的劑量率，求出表示導(dǎo)入半導(dǎo)體基板3的硼總量的總劑量(步驟S26)。
其后，等離子體處理時間控制部9判斷在步驟S26求出的總劑量和預(yù)定的所希望的總劑量之間的差是否在1％以下(步驟S27)。若判斷在步驟S26求出的總劑量和預(yù)定的所希望的總劑量之間的差還未成為1％以下時(在步驟S27為否(NO))，返回步驟S22，重復(fù)觀測BH原子團發(fā)光強度。若判斷在步驟S26求出的總劑量和預(yù)定的所希望的總劑量之間的差為1％以下時(在步驟27為是(YES))，終止硼向半導(dǎo)體基板3的導(dǎo)入(步驟S28)。
在本實施方式示出由硅(Si)構(gòu)成半導(dǎo)體基板的例子，然而本發(fā)明不限于此。半導(dǎo)體基板也可以由Si-C、Ge、Si-Ge、Si-Ge-C、GaAs、InP、ZnSe、CdFe或InSb構(gòu)成。此外，示出在雜質(zhì)中使用硼(B)的例子，然而也可以使用N、P、As、Bi、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Pb、O、S、Se、Te、F、Cl、Br、I、Cu、Ag或Au作為雜質(zhì)。此外，在觀測工序示出觀測BH原子團的發(fā)光強度的例子，然而，也可以觀測作為前述的雜質(zhì)使用的各元素的原子、分子、化合物的離子或原子團的發(fā)光強度來取代BH原子團的發(fā)光強度。
工業(yè)上的利用可能性如以上所示，根據(jù)本發(fā)明，可以提供能縮短制造時間的表面處理方法及半導(dǎo)體裝置的制造裝置。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供能提高成品率的表面處理方法及半導(dǎo)體裝置的制造裝置。
權(quán)利要求
1.一種表面處理方法，其特征為，包括利用等離子體而使物質(zhì)等離子體化從而生成第一等離子體化物質(zhì)及第二等離體化物質(zhì)的等離子體化工序；開始向基體導(dǎo)入通過該等離子體而等離子體化的該第一等離子體化物質(zhì)的開始工序；終止向該基體導(dǎo)入該第一等離子體化物質(zhì)的終止工序；在該終止工序前觀測通過該等離子體而等離子體化的該第二等離子體化物質(zhì)的狀態(tài)的觀測工序；和控制工序，基于該觀測工序的觀測結(jié)果，控制表示從該開始工序直到該終止工序的時間的等離子體處理時間，以便表示向該基體導(dǎo)入的該第一等離子體化物質(zhì)總量的總劑量成為所希望的總劑量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征為，所述觀測工序在所述開始工序之后執(zhí)行，所述觀測工序觀測通過所述等離子體而等離子體化的所述第二等離子體化物質(zhì)的發(fā)光強度，所述控制工序根據(jù)由該觀測工序觀測到的該發(fā)光強度，求出所述等離子體處理時間和表示向該基體導(dǎo)入的第一等離子體化物質(zhì)的量的劑量之間的關(guān)系，根據(jù)該等離子體處理時間和該劑量之間的該關(guān)系，控制執(zhí)行該終止工序的計時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征為，所述觀測工序在所述開始工序之前執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征為，通過所述等離子體化工序生成的所述第二等離子體化物質(zhì)是離子或原子團中的任一種；所述觀測工序通過發(fā)光分光法和激光誘導(dǎo)螢光分析法中的任一種觀測該離子和該原子團中的任一的狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征為，通過所述等離子體化工序生成的所述第二等離子體化物質(zhì)是離子，所述觀測工序通過E×B濾光器和四極質(zhì)量分析(QMAS)的任一種觀測該離子的狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征為，所述等離子體化工序是在處理室內(nèi)部使所述物質(zhì)等離子體化而生成所述第一等離子體化物質(zhì)和所述第二等離子體化物質(zhì)，所述觀測工序，從該處理室外部觀測該第二等離子體化物質(zhì)的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征為，所述等離子體化工序是在處理室內(nèi)部使所述物質(zhì)等離子體化而生成所述第一等離子體化物質(zhì)和所述第二等離子體化物質(zhì)，所述觀測工序，從該處理室內(nèi)部觀測該第二等離子體化物質(zhì)的狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征為，所述基體是半導(dǎo)體基板，所述物質(zhì)是雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征為，所述第一等離子體化物質(zhì)是硼。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面處理方法，其特征為，所述第二等離子體化物質(zhì)是BH原子團。
11.一種半導(dǎo)體裝置的制造裝置，其特征為，具有在處理室內(nèi)保持半導(dǎo)體基板的保持裝置；向該處理室內(nèi)供給含有雜質(zhì)的源氣體的源氣體供給裝置；在該處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體的等離子體源，該等離子體用于使通過該源氣體供給裝置供給的該源氣體中含有的該雜質(zhì)等離子體化從而生成第一等離子體化雜質(zhì)及第二等離子體化雜質(zhì)；把該第一等離子體化雜質(zhì)導(dǎo)入該半導(dǎo)體基板的導(dǎo)入裝置；觀測通過該等離子體而等離子體化的該第二等離子體化雜質(zhì)的狀態(tài)的觀測裝置；和控制裝置，根據(jù)該觀測裝置的觀測結(jié)果，控制表示從開始向該半導(dǎo)體基板導(dǎo)入該第一等離子體化雜質(zhì)直到終止向該半導(dǎo)體基板導(dǎo)入該第一等離子體化雜質(zhì)為止的時間的等離子體處理時間，使表示向該半導(dǎo)體基板導(dǎo)入的該第一等離子體化雜質(zhì)的總量的總劑量成為所希望的總劑量。
12.一種表面處理方法，其特征為，包括利用等離子體而將物質(zhì)等離子體化從而生成第一等離子體化物質(zhì)及第二等離子體化物質(zhì)的等離子體化工序；開始向基體導(dǎo)入利用該等離子體而等離子體化的該第一等離子體化物質(zhì)的開始工序；觀測利用該等離子體而等離子體化的該第二等離子體化物質(zhì)的狀態(tài)的觀測工序；根據(jù)該觀測工序的觀測結(jié)果，取得向該基體導(dǎo)入的該第一等離子體化物質(zhì)的劑量率的劑量率取得工序；根據(jù)該劑量率取得工序取得的該劑量率，取得表示向該基體導(dǎo)入的該等離子體化物質(zhì)總量的總劑量的總劑量取得工序；和根據(jù)該總劑量取得工序取得的該總劑量和預(yù)定的所希望的總劑量，終止向該基體導(dǎo)入該等離子體化物質(zhì)的終止工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種表面處理方法，其特征為，包括通過等離子體使物質(zhì)等離子體化，生成第一等離子體化物質(zhì)及第二等離子體化物質(zhì)的等離子體化工序；開始向基體導(dǎo)入通過該等離子體而等離子體化的該第一等離子體化物質(zhì)的開始工序；終止向該基體導(dǎo)入該第一等離子體化物質(zhì)的終止工序；在該終止工序前觀測通過該等離子體而等離子體化的該第二等離子體化物質(zhì)狀態(tài)的觀測工序；和根據(jù)該觀測工序的觀測結(jié)果，控制表示從該開始工序直到該終止工序為止的時間的等離子體處理時間的控制工序，使表示向該基體導(dǎo)入的第一等離子體化物質(zhì)的總量的總劑量成為所希望的總劑量。
文檔編號H01J37/32GK1509494SQ0281006
公開日2004年6月30日 申請日期2002年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月9日
發(fā)明者高瀬道彥, 吉田哲久, 水野文二, 久, 二, 高 道彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社