專(zhuān)利名稱(chēng)：等離子體摻雜方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將雜質(zhì)注入待處理物內(nèi)部的等離子體摻雜方法以及包括形成擴(kuò)散區(qū) 的工序在內(nèi)的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，作為半導(dǎo)體裝置之一的MISFET (金屬絕緣半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，其柵 極長(zhǎng)度一旦變短，就會(huì)在晶體管斷開(kāi)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生漏電流流動(dòng)的短通道效應(yīng)；為了抑制該短 通道效應(yīng)，從而形成比源極/漏極區(qū)更淺的擴(kuò)散區(qū)。在該擴(kuò)散區(qū)的形成之中，隨著近年來(lái)MISFET的進(jìn)一步細(xì)微化，要求將其深度設(shè)定 得更淺(例如IOnm以下)。一般而言，擴(kuò)散區(qū)可通過(guò)在將雜質(zhì)注入襯底之后，利用熱處理激 活該注入的雜質(zhì)而形成。該雜質(zhì)的注入多年來(lái)一直使用將雜質(zhì)的離子加速后注入襯底內(nèi)的 離子注入法。要想用離子注入法形成淺的擴(kuò)散區(qū)，就需要減少離子的加速能量。此處，當(dāng)準(zhǔn) 備注入的雜質(zhì)的離子是硼離子之類(lèi)的輕質(zhì)離子的情況下，一旦減少加速能量，大多數(shù)被加 速的離子會(huì)在到達(dá)襯底之前擴(kuò)散。因此很難用離子注入法形成淺擴(kuò)散區(qū)。為此，已知有下述方法(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)通過(guò)將襯底暴露在含準(zhǔn)備注入的 雜質(zhì)的等離子體中，并為該襯底施加偏壓電位的方法，將雜質(zhì)注入襯底內(nèi)。在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1所述的等離子體摻雜方法中同時(shí)出現(xiàn)了兩種現(xiàn)象，其一是等離 子體中的原子團(tuán)沉積在襯底表面上，其二是被偏壓電位加速的離子照射并進(jìn)入襯底。在此 要想用等離子體摻雜方法將雜質(zhì)均勻地注入襯底內(nèi)，需使原子團(tuán)均勻地沉積于襯底表面 上，同時(shí)使離子均勻地照射襯底。也就是說(shuō)，需在襯底表面獲得均勻的原子團(tuán)的面內(nèi)分布和 均勻的離子的面內(nèi)分布。為了能夠在襯底表面獲得均勻的離子的面內(nèi)分布，例如，可利用磁場(chǎng)控制等離子 體。然而，由于在原子團(tuán)和離子上有無(wú)電荷等各不相同，又由于在等離子體中原子團(tuán)比離子 多許多，因此為在襯底表面獲得均勻的離子的面內(nèi)分布而控制等離子體的情況下，無(wú)法在 襯底表面獲得均勻的原子團(tuán)的面內(nèi)分布，無(wú)法使原子團(tuán)均勻地沉積在襯底表面上。其結(jié)果 是，上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1所述的等離子體摻雜方法，由于不能在襯底表面上同時(shí)確保均勻的原 子團(tuán)的面內(nèi)分布和均勻的離子的面內(nèi)分布，因而產(chǎn)生了不能將雜質(zhì)均勻地導(dǎo)入襯底內(nèi)的問(wèn) 題。此外，在實(shí)施上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1所述的等離子體摻雜方法的處理裝置中，一般而言， 與原子團(tuán)的沉積速度相比，離子的進(jìn)入速度更快，因而產(chǎn)生了襯底表面被離子刻蝕的問(wèn)題。 因此，如果在形成擴(kuò)散區(qū)時(shí)使用專(zhuān)利文獻(xiàn)1所述的等離子體摻雜方法，雖然可形成淺的擴(kuò) 散區(qū)，但由于襯底表面被刻蝕，因而在襯底上形成的擴(kuò)散區(qū)的表面電阻值升高。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 特開(kāi)2004-U8210號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為鑒于以上各點(diǎn)，本發(fā)明的第1目的是提供一種等離子體摻雜方法，其可將雜質(zhì)均 勻地注入入待處理物內(nèi)部。此外，本發(fā)明的第2目的是提供一種等離子體摻雜方法，其可防 止離子對(duì)待處理物的刻蝕。此外，本發(fā)明的第3目的是提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其 具有雜質(zhì)濃度均勻的擴(kuò)散區(qū)。此外，本發(fā)明的第4目的是提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法， 其可形成低阻的擴(kuò)散區(qū)。解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為為了實(shí)現(xiàn)上述第1目的，本發(fā)明的等離子體摻雜方法是將雜質(zhì)注入待處理物內(nèi)部 的等離子體摻雜方法。該方法包括第1工序，生成含雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子體中的雜質(zhì)的原子團(tuán)沉積到 待處理物表面；第2工序，向第1工序中沉積在待處理物表面上的原子團(tuán)照射離子。另外，在本發(fā) 明中，注入雜質(zhì)的待處理物并不僅僅是襯底，還包括膜。根據(jù)本發(fā)明，由于使雜質(zhì)原子團(tuán)沉積在待處理物表面的工序，和在待處理物表面 照射離子的工序彼此分離，因此能夠獨(dú)立控制沉積在待處理物表面上的雜質(zhì)原子團(tuán)的面內(nèi) 分布，以及照射待處理物表面的離子的面內(nèi)分布。因此，通過(guò)在第1工序中改善待處理物 表面上的含雜原子團(tuán)的面內(nèi)分布，在第2工序中對(duì)面內(nèi)分布已被改善的雜質(zhì)原子團(tuán)照射離 子，就可將雜質(zhì)均勻地注入待處理物內(nèi)部。在本發(fā)明中，根據(jù)第2工序中經(jīng)離子照射而被刻蝕的雜質(zhì)原子團(tuán)的刻蝕速度，設(shè) 定前述第1工序中沉積的原子團(tuán)在待處理物表面上消失的截止時(shí)間，以使前述第2工序僅 實(shí)施設(shè)定的時(shí)間。由此，可在雜質(zhì)原子團(tuán)在待處理物表面上消失的時(shí)間點(diǎn)上結(jié)束離子照射， 進(jìn)而，可通過(guò)防止離子對(duì)待處理物表面的刻蝕，防止待處理物的表面電阻值上升。在本發(fā)明之中，當(dāng)?shù)?工序及第2工序在同一處理室內(nèi)實(shí)施的情況下，可在前述第 1工序中生成前述含雜質(zhì)氣體的等離子體，并不為襯底施加偏壓電位，在前述第2工序中停 止供給含雜質(zhì)氣體，并為前述襯底施加偏壓電位。為了實(shí)現(xiàn)上述第2目的，本發(fā)明的等離子體摻雜方法為，在生成含雜質(zhì)氣體的等 離子體，并使該等離子體中的雜質(zhì)原子團(tuán)沉積在待處理物表面的同時(shí)，利用離子將該原子 團(tuán)注入待處理物內(nèi)部的等離子體摻雜方法，其中，將待處理物表面上的原子團(tuán)的沉積速度 和原子團(tuán)被離子刻蝕的刻蝕速度設(shè)定為相等。而在本發(fā)明中，注入雜質(zhì)的待處理物并不僅 僅是襯底，還包括膜。在本發(fā)明之中，所謂原子團(tuán)的刻蝕是指由于原子團(tuán)被離子擠壓進(jìn)入待處理物內(nèi)或 者從待處理物表面飛散，而使原子團(tuán)從待處理物表面消失的方法。此外，在本發(fā)明中，所謂 原子團(tuán)的沉積速度和刻蝕速度相等并不是說(shuō)兩種速度物理性相等，而是指待處理物表面被 原子團(tuán)的層覆蓋。若采用本發(fā)明，由于可通過(guò)將雜質(zhì)原子團(tuán)的沉積速度和刻蝕速度設(shè)定為相等，使 在將雜質(zhì)原子團(tuán)注入待處理物時(shí)，待處理物表面即被雜質(zhì)原子團(tuán)覆蓋，因而可防止離子刻 蝕待處理物表面。因此，若在形成擴(kuò)散區(qū)時(shí)采用本發(fā)明，可防止離子刻蝕襯底表面，進(jìn)而可 防止襯底上形成的擴(kuò)散區(qū)的表面電阻值上升。
在本發(fā)明中，可通過(guò)調(diào)整待處理物表面上沉積的原子團(tuán)的累計(jì)沉積量，控制注入 待處理物內(nèi)部的雜質(zhì)劑量。在本發(fā)明中，通過(guò)調(diào)整離子的照射能量，可控制注入待處理物內(nèi)部的雜質(zhì)在深度 方向上的分布。而在本發(fā)明中，所謂雜質(zhì)在深度方向上的分布是指雜質(zhì)沿待處理物的深度 方向上的濃度分布。在本發(fā)明之中，也可在使原子團(tuán)沉積在待處理物表面上之前，對(duì)待處理物表面進(jìn) 行離子照射。這樣即可抑制注入待處理物內(nèi)部的雜質(zhì)在后續(xù)工序的熱處理中的過(guò)度擴(kuò)散。為了實(shí)現(xiàn)上述第3目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，是包括在襯底表面上 形成柵絕緣膜的工序、在柵絕緣膜上形成柵極的工序、將柵極作為掩膜形成擴(kuò)散區(qū)的工序、 形成覆蓋柵極側(cè)壁的隔離層的工序、和將柵極以及隔離層作為掩膜形成源極/漏極區(qū)的工 序的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，形成擴(kuò)散區(qū)的工序具有第1工序，生成含雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子體中的雜質(zhì)原子團(tuán)沉積在襯 底表面上；第2工序，向第1工序中沉積在襯底表面上的原子團(tuán)照射離子。若采用本發(fā)明，由于在形成擴(kuò)散區(qū)時(shí)使雜質(zhì)沉積到襯底表面的工序和對(duì)襯底表面 照射離子的工序彼此分離，因而可獨(dú)立控制沉積在襯底表面上的雜質(zhì)原子團(tuán)的面內(nèi)分布和 照射襯底表面的離子的面內(nèi)分布。因此，通過(guò)在第1工序中改善襯底表面上的雜質(zhì)原子團(tuán) 的面內(nèi)分布，在第2工序中對(duì)改善了面內(nèi)分布的雜質(zhì)原子團(tuán)照射離子，即可將雜質(zhì)均勻地 注入襯底內(nèi)。本發(fā)明中，形成柵極的工序包括，形成構(gòu)成柵極的柵極膜的步驟、將雜質(zhì)注入該柵 極膜的步驟和將注入了雜質(zhì)的柵極膜圖形化的步驟；將雜質(zhì)注入柵極膜的步驟包括生成含 雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子體中的雜質(zhì)沉積在柵極膜表面的第1分步驟，以及向第1 分步驟中沉積在柵極膜表面上的原子團(tuán)照射離子的第2分步驟。如此，就可在將雜質(zhì)注入柵極膜內(nèi)時(shí)，獨(dú)立控制沉積在柵極膜表面上的雜質(zhì)原子 團(tuán)的面內(nèi)分布，和照射柵極膜表面的離子的面內(nèi)分布。因此，通過(guò)在第1分步驟中改善柵極 膜表面上的雜質(zhì)原子團(tuán)的面內(nèi)分布，并在第2分步驟中對(duì)改善了面內(nèi)分布的雜質(zhì)原子團(tuán)照 射離子，就可將雜質(zhì)均勻地注入柵極膜內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)上述第4目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括在襯底表面上形成 柵絕緣膜的工序、在柵絕緣膜上形成柵極的工序、將柵極作為掩膜形成擴(kuò)散區(qū)的工序、形成 覆蓋柵極側(cè)壁的隔離層的工序和將柵極以及隔離層作為掩膜形成源極/漏極區(qū)的工序。形 成擴(kuò)散區(qū)的工序是生成含雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子體中的雜質(zhì)原子團(tuán)沉積到襯底 表面上的同時(shí)，用離子將該原子團(tuán)注入襯底內(nèi)部的工序，其中，前述原子團(tuán)在襯底表面上的 沉積速度和原子團(tuán)被離子刻蝕的刻蝕速度相等。若采用本發(fā)明，由于通過(guò)將雜質(zhì)原子團(tuán)的沉積速度和刻蝕速度設(shè)為相等，可在形 成擴(kuò)散區(qū)時(shí)，使襯底表面被雜質(zhì)原子團(tuán)覆蓋，防止離子刻蝕襯底表面，因而能夠形成低阻的 擴(kuò)散區(qū)。在本發(fā)明中，形成柵極的工序包括形成構(gòu)成柵極的柵極膜的分工序、將雜質(zhì)注入 該柵極膜內(nèi)的分工序和將注入了雜質(zhì)的柵極膜圖形化的分工序；將雜質(zhì)注入柵極膜內(nèi)的分 工序是生成含雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子體中的雜質(zhì)原子團(tuán)沉積到柵極膜表面上的同時(shí)，利用離子將該原子團(tuán)注入柵極膜內(nèi)部的工序，其中，將柵極膜上的原子團(tuán)的沉積速度 和原子團(tuán)被離子刻蝕的速度設(shè)為相等。如此，由于通過(guò)將雜質(zhì)原子團(tuán)的沉積速度和刻蝕速度設(shè)為相等，可在將雜質(zhì)注入 柵極膜時(shí)，使柵極膜表面即被雜質(zhì)原子團(tuán)覆蓋，防止離子對(duì)柵極膜表面進(jìn)行刻蝕，因而能夠 防止柵極膜的表面電阻值上升。在本發(fā)明中，作為上述離子，可使用稀有氣體的離子。


圖1示出了本發(fā)明的第1實(shí)施方式中使用的等離子體摻雜裝置的構(gòu)成。圖2(A) 2(C)示出了本發(fā)明的第1實(shí)施方式的等離子體摻雜方法。圖3示出了硼原子團(tuán)的沉積時(shí)間和沉積膜厚度間的關(guān)系。圖4示出了使用本發(fā)明的第1實(shí)施方式的等離子體摻雜方法與現(xiàn)有的等離子摻雜 方法時(shí)的SIMS分析結(jié)果圖。圖5示出了與氬離子照射時(shí)間相對(duì)應(yīng)的表面電阻值的變化。圖6㈧ 6 (C)示出了本發(fā)明的第2實(shí)施方式的MISFET的制造方法。圖7㈧ 7⑶示出了本發(fā)明的第2實(shí)施方式的MISFET的制造方法。圖8㈧ 8 (C)示出了本發(fā)明的第2實(shí)施方式的MISFET的制造方法。圖9㈧及9(B)示出了本發(fā)明的第3實(shí)施方式的等離子體摻雜方法。圖10㈧及10⑶示出了本發(fā)明的第4實(shí)施方式的MISFET的制造方法。圖11 (A) 11 (C)示出了本發(fā)明的第4實(shí)施方式的MISFET的制造方法。圖12㈧ 12(C)示出了本發(fā)明的第4實(shí)施方式的MISFET的制造方法。
具體實(shí)施例方式下面參照

本發(fā)明的第1實(shí)施方式的等離子體摻雜方法。另外，相同的要 素在各附圖中采用相同的標(biāo)記，并省略重復(fù)的說(shuō)明。本實(shí)施方式中使用的處理裝置，例如是圖1所示的ICP(電感耦合等離子體)型的 等離子體摻雜裝置，該處理裝置配置有可形成真空氣氛的真空室1。真空室1的上部配置有由石英等絕緣材料制成的圓筒部2，該圓筒部2作為等離子 體發(fā)生器。在圓筒部2的外側(cè)配置有三個(gè)環(huán)形磁場(chǎng)線(xiàn)圈3、4、5，其可在圓筒部2內(nèi)形成磁 中性線(xiàn)(NLD)。在圓筒部2和磁場(chǎng)線(xiàn)圈3 5之間，配置有環(huán)形的天線(xiàn)線(xiàn)圈6。該天線(xiàn)線(xiàn)圈 6經(jīng)電容器7與高頻電源8連接，以施加用來(lái)生成等離子體的高頻功率(也稱(chēng)為“天線(xiàn)射頻 功率”)。該圓筒部2的上部開(kāi)口由頂蓋9封閉，該頂蓋9上設(shè)有向真空室1內(nèi)導(dǎo)入氣體的 氣體導(dǎo)入口 10。該氣體導(dǎo)入口 10的另一端經(jīng)圖中未示出的供氣管以及流量控制器與氣源 連接。另外，在真空室1的底部經(jīng)絕緣結(jié)構(gòu)件配置了電極12，該絕緣結(jié)構(gòu)件位于電極12 與底部之間。一襯底13承載于電極12的作為襯底承載面的頂面上。該電極12經(jīng)隔直流 電容器14與高頻電源15連接，以施加偏壓電位。在電極12外側(cè)的真空室1的外壁上連接 有排氣管16。該排氣管16與由圖中未示出的渦輪分子泵及旋轉(zhuǎn)泵、電導(dǎo)可變閥等構(gòu)成的真空排氣裝置連通。在使氣體從氣體導(dǎo)入口 10供應(yīng)到真空室1內(nèi)，使同向的電流流入上下的磁場(chǎng)線(xiàn)圈 3，5，以及，使與流入磁場(chǎng)線(xiàn)圈3、5中的電流反向的電流流入中間的磁場(chǎng)線(xiàn)圈4時(shí)，即可在真 空的圓筒部2內(nèi)形成環(huán)形的磁中性線(xiàn)16。若在該狀態(tài)下，為天線(xiàn)線(xiàn)圈6提供高頻功率，即沿 磁中性線(xiàn)16產(chǎn)生等離子體。在此處，由于通過(guò)適當(dāng)調(diào)整磁場(chǎng)線(xiàn)圈3、5中的電流值和中間磁場(chǎng)線(xiàn)圈4中的電流 值就可改變上述磁中性線(xiàn)16在水平方向上的擴(kuò)散范圍，因而可控制等離子體的擴(kuò)散分布。下面參照?qǐng)D2以向硅襯底13內(nèi)注入硼為例說(shuō)明使用上述等離子體摻雜裝置的等 離子體摻雜方法。在將硅襯底13承載到電極12上之后，通過(guò)啟動(dòng)真空排氣裝置，將真空室1抽真空 到所需的真空度。接著，將含有作為P型雜質(zhì)的硼(B)的乙硼烷(B2H6)氣體，和作為稀有氣體的氬 (Ar)氣通過(guò)氣體導(dǎo)入口 10提供到真空室1內(nèi)。與此同時(shí)，使同向電流流入上下的磁場(chǎng)線(xiàn) 圈3、5，以及，使與流入磁場(chǎng)線(xiàn)圈3、5中的電流反向的電流流入中間的磁場(chǎng)線(xiàn)圈4，這樣，便 在圓筒部2內(nèi)形成磁中性線(xiàn)16。進(jìn)而，在通過(guò)高頻電源8給天線(xiàn)線(xiàn)圈6施加高頻功率的情 況下，便沿磁中性線(xiàn)16生成等離子體。由于未在電極12上施加負(fù)的偏壓電位，所以等離子體中的離子(Ar+、BxHy+)未被硅 襯底吸引。因此，正如圖2(A)所示，硼原子團(tuán)21在硅襯底13表面上的沉積占主導(dǎo)地位。在此，要想改善在硅襯底13表面上沉積的硼原子團(tuán)21的面內(nèi)分布，需改善等離子 體中的硼原子團(tuán)21的分布情況。此處，本實(shí)施方式中通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)線(xiàn)圈3 5中的電流值改變磁中性線(xiàn)16的擴(kuò)散 范圍，以控制等離子體中的硼原子團(tuán)21的分布。例如，可以通過(guò)采用以下沉積條件，控制硅 襯底表面上沉積的硼原子團(tuán)的面內(nèi)分布。[沉積條件]10% He 稀釋的 B2H6 流量6. 14[seem]Ar 流量38. 85 [seem]B2H6 濃度1. 36]工藝壓力0.1[Pa]天線(xiàn)射頻功率300[W]偏壓射頻功率0 [W]磁場(chǎng)線(xiàn)圈電流(上下/中間)9. 4 [A] /7. 3 [A]在上述沉積條件下，使硼原子團(tuán)21向硅襯底13表面沉積規(guī)定時(shí)間(例如20秒 40秒)之后，停止提供乙硼烷氣體，在繼續(xù)提供氬氣和為天線(xiàn)線(xiàn)圈6施加高頻功率的狀態(tài) 下，由高頻電源15向電極12施加偏壓電位。由此，正如圖2(B)所示，等離子體中的氬離子 (Ar+) 22被硅襯底13吸引。被硅襯底13吸引的氬離子22撞擊硼原子團(tuán)21即可將硼原子 團(tuán)21擠壓到硅襯底13內(nèi)。這時(shí)，如圖2(B)所示，一部分硼原子團(tuán)21a經(jīng)氬離子22刻蝕而飛散。此處，要想改善被擠壓進(jìn)硅襯底13內(nèi)的硼原子團(tuán)21的面內(nèi)分布，需改善被硅襯底 13吸引的氬離子22的面內(nèi)分布。
此處，在本實(shí)施方式中通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)線(xiàn)圈3 5中的電流值改變磁中性線(xiàn)16的擴(kuò) 散范圍，以控制等離子中的氬離子22的分布。等離子體中的氬離子22的分布與硼原子團(tuán) 21的分布不同。例如，采用以下的氬離子照射條件，可控制被硅襯底13吸引的氬離子22的 面內(nèi)分布。根據(jù)上述沉積條件改變中間的磁場(chǎng)線(xiàn)圈4的電流值，即可將磁中性線(xiàn)16的擴(kuò)散 范圍控制在使硅襯底13表面上獲得氬離子22的均勻面內(nèi)分布的最佳狀態(tài)下。[氬離子照射條件]10% He 稀釋的 流量0[sccm]Ar 流量38. 85 [seem]工藝壓力0.1[Pa]天線(xiàn)射頻功率300[W]偏壓射頻功率530[W]偏壓Vpp :1.5 [V]磁場(chǎng)線(xiàn)圈電流(上下/中間)9·4[Α]/7·6[Α]上述氬離子照射條件的偏壓射頻功率也可設(shè)定為30 [W]。在此情況下，峰間電壓差 值Vp為0. 2[V]，氬離子的照射能量變小。在此之后，通過(guò)在公知的圖中未示出的燈退火裝置中進(jìn)行熱處理，激活已注入硅 襯底13內(nèi)的硼原子團(tuán)21。其結(jié)果如圖2(C)所示，可在硅襯底13內(nèi)形成深度為例如IOnm 以下，優(yōu)選為5nm以下的P型雜質(zhì)擴(kuò)散層23。在以上說(shuō)明的實(shí)施方式1中，使硼原子團(tuán)21沉積到硅襯底13表面上之后，對(duì)該沉 積的硼原子團(tuán)21照射氬離子。照射的氬離子22撞擊硼原子團(tuán)21，硼原子團(tuán)21即被擠壓進(jìn) 硅襯底13內(nèi)。若采用本實(shí)施方式，與現(xiàn)用的等離子體摻雜方法不同，由于使硅襯底13表面上的 硼原子團(tuán)21的沉積工序和硅襯底13表面上的氬離子照射工序彼此分離，因而通過(guò)在各工 序中調(diào)整磁場(chǎng)線(xiàn)圈3 5中的電流值，就可獨(dú)立控制硅襯底13表面上的硼原子團(tuán)21的面 內(nèi)分布和氬離子22的面內(nèi)分布。由此，由于可改善硅襯底13表面上的硼原子團(tuán)21的面內(nèi) 分布，因而可將雜質(zhì)均勻地注入到硅襯底13內(nèi)。在使硼原子團(tuán)21沉積在硅襯底13表面上之后，可通過(guò)剖面SEM觀察該硅襯底13， 測(cè)定硼原子團(tuán)21的沉積膜厚。此處，在上述沉積條件下，通過(guò)改變處理時(shí)間(下文稱(chēng)之為 “沉積時(shí)間”)測(cè)定硼原子團(tuán)21沉積時(shí)的硼原子團(tuán)21的沉積膜厚度時(shí)，正如圖3所示，發(fā)現(xiàn) 沉積時(shí)間和沉積膜厚度之間存在比例關(guān)系。因此，通過(guò)調(diào)整沉積時(shí)間可控制沉積膜厚度。在 上述沉積條件下的硼原子團(tuán)的沉積速度(沉積率)約為0.8nm/min。在第1步驟的等離子體摻雜方法中，作為決定劑量(摻雜量)的典型參數(shù)可為含 雜質(zhì)氣體的濃度、等離子體密度、偏壓電位、處理時(shí)間等。然而，由于這些參數(shù)并不是獨(dú)立的 而是相互作用的，因此針對(duì)這些參數(shù)各自的設(shè)定條件均實(shí)測(cè)了劑量。在本實(shí)施方式中，改變硅襯底13表面上的硼原子團(tuán)21的沉積膜厚度，在同一條件 下分別進(jìn)行氬離子22的照射，分別測(cè)定硅襯底13內(nèi)的雜質(zhì)劑量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硼原子團(tuán)21的 沉積膜厚度和劑量之間存在相關(guān)關(guān)系。從該結(jié)果可知，進(jìn)入硅襯底13中的硼原子并非是等 離子體中的離子(BxHy+)經(jīng)偏壓電位加速后注入的，而是沉積在硅襯底13表面上的硼原子 團(tuán)，且被氬離子22擠壓進(jìn)去的。因此，通過(guò)調(diào)整硼原子團(tuán)21的沉積膜厚度(即沉積時(shí)間)，就可控制硅襯底13內(nèi)的雜質(zhì)劑量。此外，保持硼原子團(tuán)21的沉積膜厚度固定不變，通過(guò)改變偏壓改變照射能量進(jìn)行 氬離子22的照射，分別測(cè)定此時(shí)的雜質(zhì)在深度方向上的分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，偏壓和雜質(zhì)在深 度方向上的分布之間存在相關(guān)關(guān)系。即，偏壓越高，雜質(zhì)的分布位置越深。因此，通過(guò)調(diào)整 氬離子22的照射能量(即偏壓)就可控制硅襯底13內(nèi)的雜質(zhì)在深度方向上的分布。因此，若采用本實(shí)施方式，由于可分別獨(dú)立進(jìn)行雜質(zhì)的劑量控制和雜質(zhì)在深度方 向上的分布控制，因而，在將本實(shí)施方式用于半導(dǎo)體器件的制造工序時(shí)，滿(mǎn)足提出的條件變 得容易。此外，正如圖4所示的SIMS的分析結(jié)果那樣，采用本實(shí)施方式的等離子體摻雜方 法和步驟1的等離子體摻雜方法，將雜質(zhì)注入硅襯底內(nèi)，使之具有相同的劑量以及深度分 布。此處，在本實(shí)施方式的等離子體摻雜方法中，在上述沉積條件下，使硼原子團(tuán)沉積40秒 鐘后，通過(guò)氬離子在上述氬離子照射條件下照射5秒鐘。另一方面，在步驟1的等離子體摻 雜方法中，使硼原子團(tuán)的沉積和氬離子對(duì)硼原子團(tuán)的擠壓同時(shí)進(jìn)行了 40秒鐘。分別測(cè)定注 入雜質(zhì)后的硅襯底的表面電阻值，結(jié)果是，用本實(shí)施方式的等離子體摻雜方法導(dǎo)入雜質(zhì)時(shí) 的硅襯底的表面電阻值為116 [ Ω / 口]，而用步驟1的等離子體摻雜方法導(dǎo)入雜質(zhì)時(shí)的硅襯 底的表面電阻值為231 [Ω / 口]。由此可知，通過(guò)用氬離子將硼原子團(tuán)擠壓進(jìn)襯底內(nèi)的方法 可降低表面電阻值。因此，通過(guò)用本實(shí)施方式的等離子體摻雜方法將雜質(zhì)注入硅襯底內(nèi)，與 用步驟1的等離子體摻雜方法相比，更能夠抑制硅襯底的表面電阻值的上升。此外，通過(guò)將硅襯底表面上的硼原子團(tuán)的沉積膜厚度的面內(nèi)分布控制在標(biāo)準(zhǔn)偏差 σ /平均值的3%以?xún)?nèi)，即可將硅襯底的表面電阻值的面內(nèi)分布控制在1 %以?xún)?nèi)。不過(guò)，正如上文所述，雖然通過(guò)在第2步驟中注入雜質(zhì)，與在第1步驟中注入雜質(zhì) 相比，能進(jìn)一步降低硅襯底的表面電阻值，但從圖5中的實(shí)線(xiàn)可知，隨著氬離子照射時(shí)間的 延長(zhǎng)，一度下降的表面電阻值反而上升，進(jìn)而變得比圖5中用虛線(xiàn)標(biāo)示的采用步驟1的等離 子體摻雜方法(現(xiàn)有技術(shù))注入雜質(zhì)時(shí)的表面電阻值R2還要高。本發(fā)明人經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，在利用氬離子刻蝕注入硼原子團(tuán)使硅襯底表面上的硼原 子團(tuán)消失時(shí)(tl)的表面電阻值Rl最低，如果在此之后繼續(xù)照射氬離子，硅襯底表面即被氬 離子刻蝕(即注入了硼的硅原子被刻蝕)，其結(jié)果是表面電阻值上升。于是可預(yù)先求出在氬離子的作用下使硼原子團(tuán)減少的減少速度(以下稱(chēng)為“刻蝕 速度”)，并根據(jù)該刻蝕速度，設(shè)定硼原子團(tuán)在硅襯底表面上消失的截止時(shí)間，因此，通過(guò)使 氬離子照射設(shè)定的時(shí)間，即可通過(guò)防止對(duì)硅襯底表面的刻蝕而抑制硅襯底的表面電阻值上 升。通過(guò)在硅襯底表面上使硼原子團(tuán)沉積同樣的膜厚，使氬離子以不同的照射時(shí)間照射硼 原子團(tuán)，并用SEM分別觀察此時(shí)的硼原子團(tuán)的殘留膜厚的方法，即可通過(guò)觀察結(jié)果求出此 處的硼原子團(tuán)的刻蝕速度。如上述第1實(shí)施方式所示，通過(guò)在硼原子團(tuán)21沉積時(shí)，生成乙硼烷氣體和氬氣的 等離子體，但不為硅襯底13施加偏壓電位，而在照射氬離子22時(shí)，停止供給乙硼烷氣體的， 且為硅襯底施加偏壓電位的方法，即可在同一真空室1內(nèi)實(shí)施硼原子團(tuán)21的沉積工序和氬 離子22的照射工序。這樣，與在不同的室內(nèi)進(jìn)行兩種工序相比，可使生產(chǎn)率大幅提高。下面參照?qǐng)D6 圖8，以MISFET的制造方法為例說(shuō)明使用了上述第1實(shí)施方式的 等離子體摻雜方法的第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
首先，如圖6(A)所示，在硅襯底31上形成柵絕緣膜32。作為該柵絕緣膜32，除可 使用例如膜厚均為0. 5nm Inm的氧化硅膜及氮氧化硅膜之外，還可使用膜厚均為2nm 3nm的諸如HfOx膜、HfSiOx膜和HfAlOx膜等高介電常數(shù)膜(high_k膜)，或者，上述這些膜
的層疊膜。可通過(guò)熱氧化法形成該氧化硅膜，以及可通過(guò)ALD (原子層沉積)法及MOCVD (金 屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積)法形成該高介電常數(shù)膜。接著，可用LPCVD (低壓化學(xué)汽相淀積)法在柵絕緣膜32上形成膜厚為70nm IOOnm的作為柵極膜33的多晶硅膜，該柵極膜33將形成柵極33a。而柵極膜33的材料并 不局限于多晶硅，可使用鍺硅，以及公知的金屬等。接下來(lái)，用上述第1實(shí)施方式的等離子體摻雜方法，將雜質(zhì)注入多晶硅膜33內(nèi)。首先，如圖6(B)所示，使硼離子團(tuán)21沉積在多晶硅膜33的表面上。此時(shí)，可 使用上述沉積條件，硼原子團(tuán)21的沉積量(沉積時(shí)間)可根據(jù)硼的目標(biāo)劑量(例如， 5X IO15[cm"2])調(diào)整。然后，如圖6(C)所示，通過(guò)照射氬離子22，將沉積在多晶硅膜33表面上的硼原子 團(tuán)21擠進(jìn)去。此時(shí)，可使用上述氬離子照射條件，氬離子22的照射能量可根據(jù)硼的目標(biāo)深 度分布(例如，為50nm 60nm，lX1017[Cnr3]以下)調(diào)整。8口，可通過(guò)調(diào)整氬離子22的照 射能量，防止注入多晶硅膜33內(nèi)的雜質(zhì)到達(dá)柵絕緣膜32。并且，在多晶硅膜33上使用光刻技術(shù)形成圖中未示出的抗蝕圖形，將該抗蝕圖形 作為掩膜，刻蝕該多晶硅膜33以及柵絕緣膜32。然后通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，例如灰質(zhì)化處理及 SPM(含硫物、雙氧水混合液)處理去除抗蝕圖形后，在公知的燈退火裝置中進(jìn)行熱處理，激 活已注入多晶硅膜33內(nèi)的硼。這樣，正如圖7(A)所示，即可形成通過(guò)柵絕緣膜32和由導(dǎo) 入了硼的多晶硅膜構(gòu)成的柵極33a層疊而成的結(jié)構(gòu)。接下來(lái)，用上述第1實(shí)施方式的等離子體摻雜方法，在硅襯底31內(nèi)形成擴(kuò)散區(qū)。首先，如圖7(B)所示，使硼原子團(tuán)21沉積到硅襯底31表面上。此時(shí)，可采用上述 的沉積條件，硼原子團(tuán)21的沉積量(沉積時(shí)間)可根據(jù)硼的目標(biāo)劑量(例如，IX IO15 [cm—2]) 調(diào)整。然后，如圖7(C)所示，通過(guò)照射氬離子22，將硅襯底31表面上沉積的硼原子團(tuán)21 擠進(jìn)去。此時(shí)，可使用上述氬離子照射條件，氬離子22的照射能量可根據(jù)硼的目標(biāo)深度分 布(例如為10 15nm，5X10w[cm_3]以下)調(diào)整。然后，在公知的燈退火裝置中進(jìn)行熱處理，激活已注入硅襯底31內(nèi)的硼。正如圖 7(D)所示，這樣即可在柵極33a的兩側(cè)形成深度為IOnm以下的P型擴(kuò)散區(qū)34。接著，在硅襯底31的整個(gè)表面上形成氧化硅膜之后，通過(guò)蝕刻該氧化硅膜，即可 如圖8 (A)所示，以自動(dòng)調(diào)整的方式形成覆蓋柵極33a側(cè)壁的隔離層35。并且，如圖8(B)所示，將柵極33a以及隔離層35作為掩膜，用離子注入法將硼離 子36注入硅襯底31內(nèi)。進(jìn)而，通過(guò)熱處理激活已注入的硼離子36，即可如圖8(C)所示，形 成比擴(kuò)散區(qū)34更深的源極/漏極區(qū)37。經(jīng)過(guò)以上工序即可得到MISFET。在以上說(shuō)明的第2實(shí)施方式中，在形成柵極33a后形成擴(kuò)散區(qū)34時(shí)，使硼原子團(tuán) 沉積在硅襯底31表面上之后，即可向該沉積的硼原子團(tuán)照射氬離子22。通過(guò)照射的氬離子 22撞擊硼原子團(tuán)21，硼原子團(tuán)21即被擠進(jìn)硅襯底13內(nèi)。
若采用本實(shí)施方式，由于在硅襯底31表面上沉積硼原子團(tuán)21的工序，和對(duì)硅襯底 31表面照射氬離子22的工序彼此分離，因而可獨(dú)立控制硅襯底31表面上的硼原子團(tuán)21的 面內(nèi)分布和氬離子22的面內(nèi)分布。因而，通過(guò)改善硅襯底31表面上的硼原子團(tuán)21的面內(nèi) 分布，并對(duì)改善了面內(nèi)分布的硼原子團(tuán)21照射稀有氣體離子，就可將雜質(zhì)均勻地注入硅襯 底31內(nèi)，形成雜質(zhì)濃度均勻的擴(kuò)散區(qū)34。另外，若采用本實(shí)施方式，與用步驟1的等離子體 摻雜方法形成擴(kuò)散區(qū)相比，可抑制擴(kuò)散區(qū)34的表面電阻值的上升。再者，在本實(shí)施方式中，與上述擴(kuò)散區(qū)34相同，可在抑制作為柵極膜的多晶硅膜 33的表面電阻值的上升的同時(shí)，還將硼注入多晶硅膜33中。下面參照?qǐng)D9，以向硅襯底13內(nèi)注入硼為例說(shuō)明本發(fā)明的第3實(shí)施方式的等離子 體摻雜方法。關(guān)于實(shí)施等離子體摻雜處理的等離子體摻雜裝置，由于與上述第1實(shí)施方式 相同，因而此處省略詳細(xì)的說(shuō)明。與第1實(shí)施方式相同，將硅襯底13承載到電極12上之后，通過(guò)啟動(dòng)真空排氣裝
置，將真空室1抽真空到所需真空度。接著，從氣體導(dǎo)入口 10向真空室1內(nèi)提供含P型雜質(zhì)硼⑶的乙硼烷( )氣 體、以及稀有氣體氬(Ar)氣。與此同時(shí)，通過(guò)向上下磁場(chǎng)線(xiàn)圈3、5提供同向電流，向中間的 磁場(chǎng)線(xiàn)圈4提供與上下磁場(chǎng)線(xiàn)圈中的電流反向的電流，使圓筒部2內(nèi)形成磁中性線(xiàn)16。進(jìn) 而，一通過(guò)高頻電源8為天線(xiàn)線(xiàn)圈6施加高頻功率，即沿磁中性線(xiàn)16生成等離子體，正如圖 9(A)所示，等離子體中的硼原子團(tuán)21沉積在硅襯底13表面上。此時(shí)，一通過(guò)高頻電源15 為電極12施加高頻功率(下面也稱(chēng)之為“偏壓射頻功率”)，電極12即被施加負(fù)的偏壓電 位，等離子體中的氬離子(Ar+) 22被硅襯底13吸引。被硅襯底13吸引的氬離子22 —撞擊沉積在硅襯底表面上的硼原子團(tuán)21，正如圖 9(A)所示，硼原子團(tuán)將被擠壓進(jìn)硅襯底13中，而一部分硼原子團(tuán)21a飛散。因此，硅襯底 13表面上的硼原子團(tuán)21的沉積和氬離子22對(duì)硼原子團(tuán)21的刻蝕同時(shí)進(jìn)行。此處，一般而論，與硅襯底13表面上的硼原子團(tuán)21的沉積速度相比，氬離子22對(duì) 硼原子團(tuán)21的刻蝕速度更快。在刻蝕速度大于沉積速度情況下，不僅沉積在硅襯底13表 面上的硼原子團(tuán)被氬離子刻蝕，由于硼原子團(tuán)21被刻蝕而暴露在外的硅襯底13表面也將 被氬離子22刻蝕。由于硼已進(jìn)入被刻蝕的硅原子內(nèi)，因而硅襯底13的表面電阻值將上升。在本實(shí)施方式中，為防止在向硅襯底13內(nèi)注入硼原子團(tuán)時(shí)對(duì)硅襯底13表面的刻 蝕，使硅襯底13表面上的硼原子團(tuán)21的沉積速度和氬離子22對(duì)硼原子團(tuán)21的刻蝕速度 相等。也就是說(shuō)，設(shè)定為在將硼原子團(tuán)注入硅襯底13內(nèi)時(shí)，吸引氬離子22的硅襯底13表 面已被硼原子團(tuán)21覆蓋。由于硼原子團(tuán)21的沉積速度與等離子體密度相關(guān)，因而可通過(guò)適當(dāng)調(diào)整乙硼烷 氣體的濃度及流量、氬氣流量、工藝壓力和天線(xiàn)射頻功率中的至少一項(xiàng)加以控制。另外，由 于刻蝕速度與氬離子的照射能量相關(guān)，因而可通過(guò)調(diào)整偏壓射頻功率加以控制。例如，通過(guò)使用下述摻雜條件，可使硼原子團(tuán)21的沉積速度和氬離子22對(duì)硼原子 團(tuán)21的刻蝕速度相等。[摻雜條件]B2H6 流量0. 5 [seem]Ar 流量49. 5 [seem]
B2H6 濃度1.0]天線(xiàn)射頻功率300[W]偏壓射頻功率30 [W]磁場(chǎng)線(xiàn)圈電流(上下/中間)9. 4[A]/7. 3[A]此處，可通過(guò)將偏壓射頻功率設(shè)為零，消除硅襯底13對(duì)氬離子22的吸引，使硼原 子團(tuán)沉積在硅襯底13表面上，并用SEM觀察該硅襯底13的剖面，根據(jù)該觀察結(jié)果得到的硼 原子團(tuán)21的沉積膜厚度求出該硼原子團(tuán)21的沉積速度。正如圖3所示，硼原子團(tuán)21的沉 積時(shí)間和沉積膜厚度之間存在比例關(guān)系。另一方面，通過(guò)為預(yù)先沉積有規(guī)定膜厚的硼原子團(tuán)21的硅襯底13提供偏壓高頻 功率進(jìn)行摻雜處理，用SEM觀察該硅襯底13的剖面，根據(jù)該觀察結(jié)果得到的硼原子團(tuán)21的 膜厚求出對(duì)硼原子團(tuán)21的刻蝕速度。為了在摻雜處理期間也能進(jìn)行硼原子團(tuán)21的沉積， 可在求取對(duì)硼原子團(tuán)21的刻蝕速度時(shí)考慮已知的硼原子團(tuán)的沉積速度。用上述摻雜條件使硼原子團(tuán)21向硅襯底13內(nèi)注入規(guī)定時(shí)間(例如20 40秒 鐘)之后，停止供給乙硼烷氣體和氬氣，停止施加天線(xiàn)射頻功率及偏壓射頻功率。然后，通過(guò)在圖中未示出的公知的燈退火裝置中進(jìn)行熱處理激活注入硅襯底13 內(nèi)的硼原子團(tuán)21。其結(jié)果如圖9(B)所示，可在硅襯底13內(nèi)形成深度為例如IOnm以下，優(yōu) 選為5nm以下的P型雜質(zhì)擴(kuò)散層。在以上說(shuō)明的第3實(shí)施方式中，邊使硼原子團(tuán)21沉積到硅襯底13表面上，邊通過(guò) 被吸引到硅襯底13表面上的氬離子22撞擊沉積的硼原子團(tuán)21。這樣，沉積在硅襯底13表 面上的硼原子團(tuán)21即被擠壓進(jìn)硅襯底13內(nèi)，而一部分硼原子團(tuán)21從硅襯底13表面飛散。若采用本發(fā)明，由于將硅襯底13表面上的硼原子團(tuán)21的沉積速度和氬離子22對(duì) 硼原子團(tuán)21的刻蝕速度設(shè)為相等，使在向硅襯底13內(nèi)注入硼原子團(tuán)21時(shí)硅襯底13表面 即被硼原子團(tuán)21覆蓋，因而可防止氬離子22對(duì)硅襯底13表面的刻蝕。因此，可形成低阻 的P型雜質(zhì)擴(kuò)散層23。例如，在刻蝕速度大于沉積速度的偏壓射頻功率為530W的條件下(除偏壓射頻功 率之外，其余可與上述摻雜條件相同)，表面電阻值為231 Ω / □，而在腐蝕速度和沉積速度 相等的偏壓射頻功率為30W的上述摻雜條件下，表面電阻值變成205 Ω / 口。如上所述，由于可預(yù)先求出硼原子團(tuán)21的沉積速度，因此，通過(guò)調(diào)整摻雜處理時(shí) 間，即可改變硼原子團(tuán)21的累計(jì)沉積膜厚度，通過(guò)改變硼原子團(tuán)21的累計(jì)沉積膜厚度，分 別測(cè)定各硅襯底13內(nèi)的雜質(zhì)(硼)的劑量的結(jié)果可知，硼原子團(tuán)21的累計(jì)沉積膜厚度和 劑量之間存在相關(guān)關(guān)系。從該結(jié)果可知，進(jìn)入硅襯底13內(nèi)的硼并不是等離子體中的雜質(zhì)離 子(BxHy+)經(jīng)偏壓電位加速后直接注入的，而是沉積在硅襯底13表面上的硼原子團(tuán)21被氬 離子22擠壓進(jìn)去的。因此，通過(guò)調(diào)整硼原子團(tuán)21的累計(jì)沉積膜厚度(即摻雜處理時(shí)間) 就可控制硅襯底13內(nèi)的雜質(zhì)劑量。此外，在硼原子團(tuán)21的累計(jì)沉積膜厚度(即摻雜處理時(shí)間)相同條件下，改變偏 壓射頻功率(即氬離子的照射能量)，并分別測(cè)定雜質(zhì)在深度方向上的分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)偏壓 射頻功率和雜質(zhì)在深度方向上的分布之間存在相關(guān)關(guān)系。即，偏壓射頻功率越大雜質(zhì)的分 布位置越深。因此，通過(guò)調(diào)整氬離子22的照射能量，即可控制硅襯底13內(nèi)的雜質(zhì)在深度方 向上的分布。
若采用本實(shí)施方式，由于可獨(dú)立進(jìn)行雜質(zhì)劑量控制和雜質(zhì)在深度方向上的分布控 制，因此，在將本實(shí)施方式應(yīng)用到半導(dǎo)體器件的制造工藝時(shí)，滿(mǎn)足提出的條件變得容易。又知，通過(guò)將硅襯底13表面上的硼原子團(tuán)32的沉積膜厚度的面內(nèi)分布控制在標(biāo) 準(zhǔn)偏差σ /平均值的3%以?xún)?nèi)，即可將硅襯底13的表面電阻值的面內(nèi)分布控制在以?xún)?nèi)。 此處的硅襯底13表面上的硼原子團(tuán)21的沉積膜厚度的面內(nèi)分布受等離子體中的硼原子團(tuán) 21的分布的影響。相應(yīng)地，為使等離子體中的硼原子團(tuán)21的分布均勻，可恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定上述 磁場(chǎng)線(xiàn)圈電流(上下/中間)。下面參照?qǐng)D10 圖12，以MISFET的制造方法為例，說(shuō)明使用了上述第3實(shí)施方式 的等離子體摻雜方法的第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法。首先，如圖10(A)所示，在硅襯底31上形成柵絕緣膜32。作為該柵絕緣膜32，除 例如膜厚均為0. 5nm Inm的氧化硅膜及氮氧化硅膜之外，還可使用膜厚均為2nm 3nm 的HfOx膜及HfSiOx膜、HfAlOx膜等高介電常數(shù)膜(high-k膜)，或者上述這些膜的層疊膜。另外，可通過(guò)熱氧化法形成該氧化硅膜，以及可通過(guò)ALD(原子層沉積)法及 MOCVD (金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積)法形成該高介電常數(shù)膜。接著，可用LPCVD (低壓化學(xué)汽相淀積)法在柵絕緣膜32上形成膜厚為70nm IOOnm的作為柵極膜33的多晶硅膜，該多晶硅膜將成為柵極33a。而柵極膜33的材料并不 限于多晶硅，可使用鍺硅，以及公知的金屬等。下面用上述第3實(shí)施方式的等離子體摻雜方法，將雜質(zhì)注入多晶硅膜33內(nèi)。即如 圖10(B)所示，邊使硼原子團(tuán)21沉積到多晶硅膜33表面上，邊通過(guò)氬離子22將沉積的硼 原子團(tuán)21擠壓進(jìn)多晶硅膜33內(nèi)。此時(shí)，使用上述摻雜條件，將硼原子團(tuán)21的沉積速度和 氬離子22對(duì)硼原子團(tuán)21的刻蝕速度設(shè)為相等。另外，一部分硼原子團(tuán)21a未被擠壓進(jìn)多 晶硅膜33內(nèi)，而是飛散出去。決定硼原子團(tuán)21的累計(jì)沉積膜厚度的摻雜時(shí)間可根據(jù)硼的目標(biāo)劑量(例如， 5X IO15[cm-2])調(diào)整，例如，可設(shè)定在20秒 40秒的范圍內(nèi)。此外，決定氬離子22的照射 能量的偏壓射頻功率可根據(jù)硼的目標(biāo)深度分布(例如，距多晶硅膜33表面的深度50nm 60nm,lX1017[cm-3])以下)調(diào)整。即，調(diào)整偏壓射頻功率以防注入多晶硅膜33內(nèi)的雜質(zhì)到 達(dá)柵絕緣膜32處。接著，用光刻技術(shù)在多晶硅膜33上形成圖中未示出的抗蝕圖形，將該抗蝕圖形作 為掩膜刻蝕多晶硅膜33及柵絕緣膜32。然后通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，例如灰質(zhì)化處理及SPM(含 硫物、雙氧水混合液)處理，去除抗蝕圖形之后，在公知的燈退火裝置中進(jìn)行熱處理，以激 活注入多晶硅膜33內(nèi)的硼。這樣，如圖Il(A)所示，即可形成通過(guò)柵絕緣膜32和由注入了 硼的多晶硅膜構(gòu)成的柵極33a層疊而成的結(jié)構(gòu)。接下來(lái)，通過(guò)用上述第3實(shí)施方式的等離子體摻雜方法將雜質(zhì)注入硅襯底31內(nèi)， 形成擴(kuò)散區(qū)。即如圖Il(B)所示，邊使硼原子團(tuán)21沉積到硅襯底31的表面上，邊通過(guò)氬離 子22將沉積的硼原子團(tuán)21擠壓進(jìn)硅襯底31內(nèi)。與上述向多晶硅膜33內(nèi)注入雜質(zhì)相同， 一部分硼原子團(tuán)21a未被擠壓進(jìn)硅襯底31內(nèi)，而是飛散出去。此時(shí)，采用上述摻雜條件，使 硼原子團(tuán)21的沉積速度和氬離子22對(duì)硼原子團(tuán)的刻蝕速度相等。決定硼原子團(tuán)21的累計(jì)沉積膜厚度的摻雜時(shí)間可根據(jù)硼的目標(biāo)劑量(例如， IX IO15[cm-2])調(diào)整，例如，可設(shè)定在20秒 40秒的范圍內(nèi)。此外，決定氬離子22的照射能量的偏壓射頻功率可根據(jù)硼的目標(biāo)深度分布(例如，距多晶硅膜33表面的深度IOnm 15nm，5X1018[cm_3])以下)調(diào)整。然后，在公知的燈退火裝置中實(shí)施用來(lái)激活注入硅襯底31內(nèi)的硼的熱處理。如圖 11(c)所示，這樣即在柵極33a兩側(cè)形成深度為IOnm以下的P型擴(kuò)散區(qū)34。接著，在硅襯底31的整個(gè)表面上形成氧化硅膜之后，通過(guò)蝕刻該氧化硅膜，即可 如圖12(A)所示，以自動(dòng)調(diào)整的方式形成覆蓋柵極33a側(cè)壁的隔離層35。并且，如圖12(B)所示，將柵極33a以及隔離層35作為掩膜，用離子注入法將硼離 子36注入硅襯底31內(nèi)。進(jìn)而，通過(guò)熱處理激活已注入的硼離子36，即可如圖12(C)所示， 形成比擴(kuò)散區(qū)34更深的源極/漏極區(qū)37。經(jīng)過(guò)上述工序即可獲得MISFET。在以上說(shuō)明的第4實(shí)施方式中，在形成柵極33a之后形成擴(kuò)散區(qū)34時(shí)，邊使硼原 子團(tuán)21沉積到硅襯底31表面上，邊通過(guò)氬離子22將沉積的硼原子團(tuán)21擠壓進(jìn)硅襯底31 內(nèi)。此時(shí)，由于將硼原子團(tuán)21的沉積速度和氬離子22對(duì)硼原子團(tuán)21的刻蝕速度設(shè)為相等， 使硅襯底31表面被硼原子團(tuán)21覆蓋，因而可防止氬離子22對(duì)硅襯底31表面的刻蝕。因 此，可防止硅襯底31的表面電阻值上升，可形成低阻的P型擴(kuò)散區(qū)34。再者，在本實(shí)施方式中，與上述擴(kuò)散區(qū)34相同，在將雜質(zhì)注入作為柵極膜的多晶 硅膜33中時(shí)，將硼原子團(tuán)21的沉積速度和氬離子22對(duì)硼原子團(tuán)21的刻蝕速度設(shè)為相等。 這樣，由于多晶硅膜33表面被硼原子團(tuán)21覆蓋，因而可防止氬離子22對(duì)多晶硅膜33表面 的刻蝕。因此可防止多晶硅膜33的表面電阻值上升。本發(fā)明并不受上述實(shí)施方式的限定，在不超出本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)可實(shí)施多種變 形。例如，也可使用三氟化硼(BF3)氣取代硼原子團(tuán)沉積時(shí)使用的乙硼烷氣。此外，也 可用其它稀有氣體(例如氦氣等)取代氬氣。此外，也可在硼原子團(tuán)沉積前，生成稀有氣體的等離子體，用該等離子體中的稀有 氣體離子(例如氬離子)照射硅襯底13表面或多晶硅膜33表面。這樣，由于該表面被非 晶質(zhì)化，因而可抑制注入硅襯底13或多晶硅膜33內(nèi)部的硼在后續(xù)工序的熱處理作用下過(guò) 度擴(kuò)散。此外，在上述實(shí)施方式中是以注入作為P型雜質(zhì)的硼的情況加以說(shuō)明的。但在注 入作為η型雜質(zhì)的磷或砷的情況下同樣適用本發(fā)明。在此情況下，可提供磷化氫(PH3)氣 體或砷化氫(AsH3)氣體取代乙硼烷氣體。此外，在沉積硼原子團(tuán)時(shí)不是必須提供氬氣，以及，可在氬離子照射時(shí)提供乙硼烷 氣。此外，也可在不同的真空室內(nèi)進(jìn)行硼原子團(tuán)的沉積和氬離子照射。此外，雖然在上述實(shí)施方式中是針對(duì)使用ICP型裝置將雜質(zhì)注入襯底或膜內(nèi)的情 況加以說(shuō)明的，但注入雜質(zhì)的裝置并不局限于此。例如，也可使用平行板型裝置。此外，也可設(shè)定為不用等離子體中的氬離子照射襯底表面，而是將用公知的離子 生成機(jī)構(gòu)生成的氬離子注入襯底表面進(jìn)行照射，將硼原子團(tuán)擠壓進(jìn)襯底內(nèi)或膜內(nèi)。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明1、真空室13、硅襯底15、高頻電源
21、硼原子團(tuán)22、氬離子23、雜質(zhì)擴(kuò)散層31、硅襯底32、柵絕緣膜33、柵極膜33a、柵極34、擴(kuò)散區(qū)35、隔離層37、源極/漏極區(qū)
權(quán)利要求
1.一種等離子體摻雜方法，該方法是將雜質(zhì)注入待處理物內(nèi)部的等離子體摻雜方法， 其特征在于，包括第1工序，生成含所述雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子體中的所述雜質(zhì)的原子團(tuán)沉 積到待處理物的表面上；第2工序，向所述第1工序中沉積在所述待處理物表面上的原子團(tuán)照射離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體摻雜方法，其特征在于根據(jù)所述第2工序中經(jīng)離 子照射而被刻蝕的雜質(zhì)原子團(tuán)的刻蝕速度，設(shè)定所述第1工序中沉積的原子團(tuán)在待處理物 表面上消失的截止時(shí)間，以及，使所述第2工序僅實(shí)施設(shè)定的截止時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體摻雜方法，其特征在于在所述第1工序及第2 工序在同一處理室內(nèi)實(shí)施的情況下，在所述第1工序中，生成所述含雜質(zhì)氣體的等離子體， 并不為襯底施加偏壓電位；而在所述第2工序中，停止供給所述含雜質(zhì)氣體，并為所述襯底 施加偏壓電位。
4.一種等離子體摻雜方法，是在生成含雜質(zhì)氣體的等離子體，并使該等離子體中的所 述雜質(zhì)原子團(tuán)沉積在待處理物表面上的同時(shí)，利用離子將該原子團(tuán)注入待處理物的內(nèi)部， 其特征在于所述待處理物表面上的所述原子團(tuán)的沉積速度和所述原子團(tuán)被所述離子刻蝕 的刻蝕速度相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法，其特征在于通過(guò)調(diào)整所述 待處理物表面上沉積的原子團(tuán)的沉積量，控制注入所述待處理物內(nèi)部的雜質(zhì)劑量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法，其特征在于通過(guò)調(diào)整離子 的照射能量，控制注入所述待處理物內(nèi)部的雜質(zhì)在深度方向上的分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法，其特征在于在使原子團(tuán)沉 積在所述待處理物表面上之前，對(duì)所述待處理物表面進(jìn)行離子照射。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法，其特征在于所述離子是稀 有氣體的離子。
9.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在襯底表面上形成柵絕緣膜的工序，在所述柵絕 緣膜上形成柵極的工序，將所述柵極作為掩膜形成擴(kuò)散區(qū)的工序，形成覆蓋所述柵極側(cè)壁 的隔離層的工序，以及，將所述柵極以及隔離層作為掩膜形成源極/漏極區(qū)的工序，其特征 在于形成所述擴(kuò)散區(qū)的工序包括第1工序，生成含雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子體中的所述雜質(zhì)原子團(tuán)沉積在襯 底表面上；第2工序，向所述第1工序中沉積在襯底表面上的原子團(tuán)照射離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成所述柵極的工序 包括，形成構(gòu)成柵極的柵極膜的工序，將雜質(zhì)注入該柵極膜內(nèi)的工序，以及，將注入了雜質(zhì) 的柵極膜圖形化的工序；其中，將雜質(zhì)注入所述柵極膜內(nèi)的工序包括生成含雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子 體中的雜質(zhì)沉積在所述柵極膜表面上的第1分工序，以及，向所述第1分工序中沉積在所述 柵極膜表面上的原子團(tuán)照射離子的第2分工序。
11.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在襯底表面上形成柵絕緣膜的工序，在所述柵絕 緣膜上形成柵極的工序，將所述柵極作為掩膜形成擴(kuò)散區(qū)的工序，形成覆蓋所述柵極側(cè)壁的隔離層的工序，以及，將所述柵極以及隔離層作為掩膜形成源極/漏極區(qū)的工序；其中，形成所述擴(kuò)散區(qū)的工序是生成含雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子體中的所述 雜質(zhì)原子團(tuán)沉積到襯底表面上的同時(shí)，用離子將該原子團(tuán)注入襯底內(nèi)部的工序，其特征在 于所述原子團(tuán)在所述襯底表面上的沉積速度和所述原子團(tuán)被所述離子刻蝕的刻蝕速度相寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成所述柵極的工 序包括形成構(gòu)成柵極的柵極膜的分工序，將雜質(zhì)注入所述柵極膜內(nèi)的分工序，以及，將注入 了雜質(zhì)的柵極膜圖形化的分工序；將雜質(zhì)注入柵極膜內(nèi)的分工序是生成含雜質(zhì)氣體的等離子體，使該等離子體中的所述 雜質(zhì)原子團(tuán)沉積到所述柵極膜表面上的同時(shí)，利用離子將該原子團(tuán)注入所述柵極膜內(nèi)部的 工序；其特征在于所述柵極膜上的所述原子團(tuán)的沉積速度和所述原子團(tuán)被所述離子刻蝕 的刻蝕速度相等。
13.根據(jù)權(quán)利要求9 12任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述離 子是稀有氣體的離子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體摻雜方法，其可將雜質(zhì)均勻地注入待處理物內(nèi)。該方法為，在生成作為P型雜質(zhì)的含硼的乙硼烷氣體和作為稀有氣體的氬氣的等離子體時(shí)，不為硅襯底13施加偏壓電位，使該等離子體中的硼原子團(tuán)21沉積在硅襯底13的表面上。然后，停止提供乙硼烷氣體，并為硅襯底13施加偏壓電位，使等離子體中的氬離子22向硅襯底13表面照射。通過(guò)使照射的氬離子22撞擊硼原子團(tuán)21，將硼原子團(tuán)21注入硅襯底13內(nèi)。通過(guò)熱處理激活已注入的硼原子團(tuán)21，即可在硅襯底13內(nèi)形成P型雜質(zhì)擴(kuò)散層23。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102124543SQ200980131469
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者西橋勉, 鄰嘉津彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛(ài)發(fā)科