等离子体掺杂方法及半导体装置的制造方法

摘要

本发明提供一种等离子体掺杂方法，其可将杂质均匀地注入待处理物内。该方法为，在生成作为P型杂质的含硼的乙硼烷气体和作为稀有气体的氩气的等离子体时，不为硅衬底13施加偏压电位，使该等离子体中的硼原子团21沉积在硅衬底13的表面上。然后，停止提供乙硼烷气体，并为硅衬底13施加偏压电位，使等离子体中的氩离子22向硅衬底13表面照射。通过使照射的氩离子22撞击硼原子团21，将硼原子团21注入硅衬底13内。通过热处理激活已注入的硼原子团21，即可在硅衬底13内形成P型杂质扩散层23。

权利要求

1.一种等离子体掺杂方法，该方法是将杂质注入待处理物内部的等离子体掺杂方法，其特征在于，包括：第1工序，生成含所述杂质的气体的等离子体，并不为衬底施加偏压电位，使该等离子体中的所述杂质的原子团沉积到待处理物表面上；

第2工序，停止供给含所述杂质的气体，并为所述衬底施加偏压电位，向所述第1工序中沉积在所述待处理物表面上的原子团照射离子。

2.根据权利要求1所述的等离子体掺杂方法，其特征在于：根据所述第2工序中经离子照射而被刻蚀的杂质原子团的刻蚀速度，设定所述第1工序中沉积的原子团在待处理物表面上消失的截止时间，以及，使所述第2工序仅实施设定的截止时间。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体掺杂方法，其特征在于：通过调整所述待处理物表面上沉积的原子团的沉积量，控制注入所述待处理物内部的杂质剂量。

4.根据权利要求1或2所述的等离子体掺杂方法，其特征在于：通过调整离子的照射能量，控制注入所述待处理物内部的杂质在深度方向上的分布。

5.根据权利要求1或2所述的等离子体掺杂方法，其特征在于：在使原子团沉积在所述待处理物表面上之前，对所述待处理物表面进行离子照射。

6.根据权利要求1或2所述的等离子体掺杂方法，其特征在于：所述离子是稀有气体的离子。

7.一种半导体装置的制造方法，包括在衬底表面上形成栅绝缘膜的工序，在所述栅绝缘膜上形成栅极的工序，将所述栅极作为掩膜形成扩散区的工序，形成覆盖所述栅极侧壁的隔离层的工序，以及，将所述栅极以及隔离层作为掩膜形成源极/漏极区的工序，其特征在于：形成所述扩散区的工序包括：第1工序，生成含杂质的气体的等离子体，并不为衬底施加偏压电位，使该等离子体中的所述杂质的原子团沉积在衬底表面上；

第2工序，停止供给含所述杂质的气体，并为所述衬底施加偏压电位，向所述第1工序中沉积在衬底表面上的原子团照射离子。

8.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：形成所述栅极的工序包括，形成构成栅极的栅极膜的工序，将杂质注入该栅极膜内的工序，以及，将注入了杂质的栅极膜图形化的工序；

其中，将杂质注入所述栅极膜内的工序包括生成含杂质气体的等离子体，并不为衬底施加偏压电位，使该等离子体中的所述杂质的原子团沉积在所述栅极膜表面上的第1分工序，以及，停止供给含所述杂质的气体，并为所述衬底施加偏压电位，向所述第1分工序中沉积在所述栅极膜表面上的原子团照射离子的第2分工序。

9.根据权利要求7或8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：所述离子是稀有气体的离子。

说明书

等离子体掺杂方法及半导体装置的制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及将杂质注入待处理物内部的等离子体掺杂方法以及包括形成扩散区的工序在内的半导体装置的制造方法。

背景技术

[0002] 众所周知，作为半导体装置之一的MISFET(金属绝缘半导体场效应晶体管)，其栅极长度一旦变短，就会在晶体管断开动作时产生漏电流流动的短通道效应；为了抑制该短通道效应，从而形成比源极/漏极区更浅的扩散区。

[0003] 在该扩散区的形成之中，随着近年来MISFET的进一步细微化，要求将其深度设定得更浅(例如10nm以下)。一般而言，扩散区可通过在将杂质注入衬底之后，利用热处理激活该注入的杂质而形成。该杂质的注入多年来一直使用将杂质的离子加速后注入衬底内的离子注入法。要想用离子注入法形成浅的扩散区，就需要减少离子的加速能量。此处，当准备注入的杂质的离子是硼离子之类的轻质离子的情况下，一旦减少加速能量，大多数被加速的离子会在到达衬底之前扩散。因此很难用离子注入法形成浅扩散区。

[0004] 为此，已知有下述方法(例如参照专利文献1)：通过将衬底暴露在含准备注入的杂质的等离子体中，并为该衬底施加偏压电位的方法，将杂质注入衬底内。

[0005] 在上述专利文献1所述的等离子体掺杂方法中同时出现了两种现象，其一是等离子体中的原子团沉积在衬底表面上，其二是被偏压电位加速的离子照射并进入衬底。在此要想用等离子体掺杂方法将杂质均匀地注入衬底内，需使原子团均匀地沉积于衬底表面上，同时使离子均匀地照射衬底。也就是说，需在衬底表面获得均匀的原子团的面内分布和均匀的离子的面内分布。

[0006] 为了能够在衬底表面获得均匀的离子的面内分布，例如，可利用磁场控制等离子体。然而，由于在原子团和离子上有无电荷等各不相同，又由于在等离子体中原子团比离子多许多，因此为在衬底表面获得均匀的离子的面内分布而控制等离子体的情况下，无法在衬底表面获得均匀的原子团的面内分布，无法使原子团均匀地沉积在衬底表面上。其结果是，上述专利文献1所述的等离子体掺杂方法，由于不能在衬底表面上同时确保均匀的原子团的面内分布和均匀的离子的面内分布，因而产生了不能将杂质均匀地导入衬底内的问题。

[0007] 此外，在实施上述专利文献1所述的等离子体掺杂方法的处理装置中，一般而言，与原子团的沉积速度相比，离子的进入速度更快，因而产生了衬底表面被离子刻蚀的问题。因此，如果在形成扩散区时使用专利文献1所述的等离子体掺杂方法，虽然可形成浅的扩散区，但由于衬底表面被刻蚀，因而在衬底上形成的扩散区的表面电阻值升高。

[0008] 现有技术文献：

[0009] 专利文献：

[0010] 专利文献1：特开2004-128210号公报。

发明内容

[0011] 发明要解决的技术问题为：

[0012] 鉴于以上各点，本发明的第1目的是提供一种等离子体掺杂方法，其可将杂质均匀地注入入待处理物内部。此外，本发明的第2目的是提供一种等离子体掺杂方法，其可防止离子对待处理物的刻蚀。此外，本发明的第3目的是提供一种半导体装置的制造方法，其具有杂质浓度均匀的扩散区。此外，本发明的第4目的是提供一种半导体装置的制造方法，其可形成低阻的扩散区。

[0013] 解决上述技术问题采用的技术方案为：

[0014] 为了实现上述第1目的，本发明的等离子体掺杂方法是将杂质注入待处理物内部的等离子体掺杂方法。该方法包括：

[0015] 第1工序，生成含杂质气体的等离子体，使该等离子体中的杂质的原子团沉积到待处理物表面；

[0016] 第2工序，向第1工序中沉积在待处理物表面上的原子团照射离子。另外，在本发明中，注入杂质的待处理物并不仅仅是衬底，还包括膜。

[0017] 根据本发明，由于使杂质原子团沉积在待处理物表面的工序，和在待处理物表面照射离子的工序彼此分离，因此能够独立控制沉积在待处理物表面上的杂质原子团的面内分布，以及照射待处理物表面的离子的面内分布。因此，通过在第1工序中改善待处理物表面上的含杂原子团的面内分布，在第2工序中对面内分布已被改善的杂质原子团照射离子，就可将杂质均匀地注入待处理物内部。

[0018] 在本发明中，根据第2工序中经离子照射而被刻蚀的杂质原子团的刻蚀速度，设定前述第1工序中沉积的原子团在待处理物表面上消失的截止时间，以使前述第2工序仅实施设定的时间。由此，可在杂质原子团在待处理物表面上消失的时间点上结束离子照射，进而，可通过防止离子对待处理物表面的刻蚀，防止待处理物的表面电阻值上升。

[0019] 在本发明之中，当第1工序及第2工序在同一处理室内实施的情况下，可在前述第1工序中生成前述含杂质气体的等离子体，并不为衬底施加偏压电位，在前述第2工序中停止供给含杂质气体，并为前述衬底施加偏压电位。

[0020] 为了实现上述第2目的，本发明的等离子体掺杂方法为，在生成含杂质气体的等离子体，并使该等离子体中的杂质原子团沉积在待处理物表面的同时，利用离子将该原子团注入待处理物内部的等离子体掺杂方法，其中，将待处理物表面上的原子团的沉积速度和原子团被离子刻蚀的刻蚀速度设定为相等。而在本发明中，注入杂质的待处理物并不仅仅是衬底，还包括膜。

[0021] 在本发明之中，所谓原子团的刻蚀是指由于原子团被离子挤压进入待处理物内或者从待处理物表面飞散，而使原子团从待处理物表面消失的方法。此外，在本发明中，所谓原子团的沉积速度和刻蚀速度相等并不是说两种速度物理性相等，而是指待处理物表面被原子团的层覆盖。

[0022] 若采用本发明，由于可通过将杂质原子团的沉积速度和刻蚀速度设定为相等，使在将杂质原子团注入待处理物时，待处理物表面即被杂质原子团覆盖，因而可防止离子刻蚀待处理物表面。因此，若在形成扩散区时采用本发明，可防止离子刻蚀衬底表面，进而可防止衬底上形成的扩散区的表面电阻值上升。

[0023] 在本发明中，可通过调整待处理物表面上沉积的原子团的累计沉积量，控制注入待处理物内部的杂质剂量。

[0024] 在本发明中，通过调整离子的照射能量，可控制注入待处理物内部的杂质在深度方向上的分布。而在本发明中，所谓杂质在深度方向上的分布是指杂质沿待处理物的深度方向上的浓度分布。

[0025] 在本发明之中，也可在使原子团沉积在待处理物表面上之前，对待处理物表面进行离子照射。这样即可抑制注入待处理物内部的杂质在后续工序的热处理中的过度扩散。

[0026] 为了实现上述第3目的，本发明的半导体装置的制造方法，是包括在衬底表面上形成栅绝缘膜的工序、在栅绝缘膜上形成栅极的工序、将栅极作为掩膜形成扩散区的工序、形成覆盖栅极侧壁的隔离层的工序、和将栅极以及隔离层作为掩膜形成源极/漏极区的工序的半导体装置的制造方法，其中，形成扩散区的工序具有：

[0027] 第1工序，生成含杂质气体的等离子体，使该等离子体中的杂质原子团沉积在衬底表面上；

[0028] 第2工序，向第1工序中沉积在衬底表面上的原子团照射离子。

[0029] 若采用本发明，由于在形成扩散区时使杂质沉积到衬底表面的工序和对衬底表面照射离子的工序彼此分离，因而可独立控制沉积在衬底表面上的杂质原子团的面内分布和照射衬底表面的离子的面内分布。因此，通过在第1工序中改善衬底表面上的杂质原子团的面内分布，在第2工序中对改善了面内分布的杂质原子团照射离子，即可将杂质均匀地注入衬底内。

[0030] 本发明中，形成栅极的工序包括，形成构成栅极的栅极膜的步骤、将杂质注入该栅极膜的步骤和将注入了杂质的栅极膜图形化的步骤；将杂质注入栅极膜的步骤包括生成含杂质气体的等离子体，使该等离子体中的杂质沉积在栅极膜表面的第1分步骤，以及向第1分步骤中沉积在栅极膜表面上的原子团照射离子的第2分步骤。

[0031] 如此，就可在将杂质注入栅极膜内时，独立控制沉积在栅极膜表面上的杂质原子团的面内分布，和照射栅极膜表面的离子的面内分布。因此，通过在第1分步骤中改善栅极膜表面上的杂质原子团的面内分布，并在第2分步骤中对改善了面内分布的杂质原子团照射离子，就可将杂质均匀地注入栅极膜内。

[0032] 为了实现上述第4目的，本发明的半导体装置的制造方法包括在衬底表面上形成栅绝缘膜的工序、在栅绝缘膜上形成栅极的工序、将栅极作为掩膜形成扩散区的工序、形成覆盖栅极侧壁的隔离层的工序和将栅极以及隔离层作为掩膜形成源极/漏极区的工序。形成扩散区的工序是生成含杂质气体的等离子体，使该等离子体中的杂质原子团沉积到衬底表面上的同时，用离子将该原子团注入衬底内部的工序，其中，前述原子团在衬底表面上的沉积速度和原子团被离子刻蚀的刻蚀速度相等。

[0033] 若采用本发明，由于通过将杂质原子团的沉积速度和刻蚀速度设为相等，可在形成扩散区时，使衬底表面被杂质原子团覆盖，防止离子刻蚀衬底表面，因而能够形成低阻的扩散区。

[0034] 在本发明中，形成栅极的工序包括形成构成栅极的栅极膜的分工序、将杂质注入该栅极膜内的分工序和将注入了杂质的栅极膜图形化的分工序；将杂质注入栅极膜内的分工序是生成含杂质气体的等离子体，使该等离子体中的杂质原子团沉积到栅极膜表面上的同时，利用离子将该原子团注入栅极膜内部的工序，其中，将栅极膜上的原子团的沉积速度和原子团被离子刻蚀的速度设为相等。

[0035] 如此，由于通过将杂质原子团的沉积速度和刻蚀速度设为相等，可在将杂质注入栅极膜时，使栅极膜表面即被杂质原子团覆盖，防止离子对栅极膜表面进行刻蚀，因而能够防止栅极膜的表面电阻值上升。

[0036] 在本发明中，作为上述离子，可使用稀有气体的离子。

附图说明

[0037] 图1示出了本发明的第1实施方式中使用的等离子体掺杂装置的构成。

[0038] 图2(A)～2(C)示出了本发明的第1实施方式的等离子体掺杂方法。

[0039] 图3示出了硼原子团的沉积时间和沉积膜厚度间的关系。

[0040] 图4示出了使用本发明的第1实施方式的等离子体掺杂方法与现有的等离子掺杂方法时的SIMS分析结果图。

[0041] 图5示出了与氩离子照射时间相对应的表面电阻值的变化。

[0042] 图6(A)～6(C)示出了本发明的第2实施方式的MISFET的制造方法。

[0043] 图7(A)～7(D)示出了本发明的第2实施方式的MISFET的制造方法。

[0044] 图8(A)～8(C)示出了本发明的第2实施方式的MISFET的制造方法。

[0045] 图9(A)及9(B)示出了本发明的第3实施方式的等离子体掺杂方法。

[0046] 图10(A)及10(B)示出了本发明的第4实施方式的MISFET的制造方法。

[0047] 图11(A)～11(C)示出了本发明的第4实施方式的MISFET的制造方法。

[0048] 图12(A)～12(C)示出了本发明的第4实施方式的MISFET的制造方法。

具体实施方式

[0049] 下面参照附图说明本发明的第1实施方式的等离子体掺杂方法。另外，相同的要素在各附图中采用相同的标记，并省略重复的说明。

[0050] 本实施方式中使用的处理装置，例如是图1所示的ICP(电感耦合等离子体)型的等离子体掺杂装置，该处理装置配置有可形成真空气氛的真空室1。

[0051] 真空室1的上部配置有由石英等绝缘材料制成的圆筒部2，该圆筒部2作为等离子体发生器。在圆筒部2的外侧配置有三个环形磁场线圈3、4、5，其可在圆筒部2内形成磁中性线(NLD)。在圆筒部2和磁场线圈3～5之间，配置有环形的天线线圈6。该天线线圈6经电容器7与高频电源8连接，以施加用来生成等离子体的高频功率(也称为“天线射频功率”)。

[0052] 该圆筒部2的上部开口由顶盖9封闭，该顶盖9上设有向真空室1内导入气体的气体导入口10。该气体导入口10的另一端经图中未示出的供气管以及流量控制器与气源连接。

[0053] 另外，在真空室1的底部经绝缘结构件配置了电极12，该绝缘结构件位于电极12与底部之间。一衬底13承载于电极12的作为衬底承载面的顶面上。该电极12经隔直流电容器14与高频电源15连接，以施加偏压电位。在电极12外侧的真空室1的外壁上连接有排气管16。该排气管16与由图中未示出的涡轮分子泵及旋转泵、电导可变阀等构成的真空排气装置连通。

[0054] 在使气体从气体导入口10供应到真空室1内，使同向的电流流入上下的磁场线圈3，5，以及，使与流入磁场线圈3、5中的电流反向的电流流入中间的磁场线圈4时，即可在真空的圆筒部2内形成环形的磁中性线16。若在该状态下，为天线线圈6提供高频功率，即沿磁中性线16产生等离子体。

[0055] 在此处，由于通过适当调整磁场线圈3、5中的电流值和中间磁场线圈4中的电流值就可改变上述磁中性线16在水平方向上的扩散范围，因而可控制等离子体的扩散分布。

[0056] 下面参照图2以向硅衬底13内注入硼为例说明使用上述等离子体掺杂装置的等离子体掺杂方法。

[0057] 在将硅衬底13承载到电极12上之后，通过启动真空排气装置，将真空室1抽真空到所需的真空度。

[0058] 接着，将含有作为P型杂质的硼(B)的乙硼烷(B2H6)气体，和作为稀有气体的氩(Ar)气通过气体导入口10提供到真空室1内。与此同时，使同向电流流入上下的磁场线圈3、5，以及，使与流入磁场线圈3、5中的电流反向的电流流入中间的磁场线圈4，这样，便在圆筒部2内形成磁中性线16。进而，在通过高频电源8给天线线圈6施加高频功率的情况下，便沿磁中性线16生成等离子体。

[0059] 由于未在电极12上施加负的偏压电位，所以等离子体中的离子(Ar+、BxHy+)未被硅衬底吸引。因此，正如图2(A)所示，硼原子团21在硅衬底13表面上的沉积占主导地位。

[0060] 在此，要想改善在硅衬底13表面上沉积的硼原子团21的面内分布，需改善等离子体中的硼原子团21的分布情况。

[0061] 此处，本实施方式中通过调整磁场线圈3～5中的电流值改变磁中性线16的扩散范围，以控制等离子体中的硼原子团21的分布。例如，可以通过采用以下沉积条件，控制硅衬底表面上沉积的硼原子团的面内分布。

[0062] [沉积条件]

[0063] 10％He稀释的B2H6流量：6.14[sccm]

[0064] Ar流量：38.85[sccm]

[0065] B2H6浓度：1.36[％]

[0066] 工艺压力：0.1[Pa]

[0067] 天线射频功率：300[W]

[0068] 偏压射频功率：0[W]

[0069] 磁场线圈电流(上下/中间)：9.4[A]/7.3[A]

[0070] 在上述沉积条件下，使硼原子团21向硅衬底13表面沉积规定时间(例如20秒～40秒)之后，停止提供乙硼烷气体，在继续提供氩气和为天线线圈6施加高频功率的状态下，由高频电源15向电极12施加偏压电位。由此，正如图2(B)所示，等离子体中的氩离子+
(Ar)22被硅衬底13吸引。被硅衬底13吸引的氩离子22撞击硼原子团21即可将硼原子团21挤压到硅衬底13内。

[0071] 这时，如图2(B)所示，一部分硼原子团21a经氩离子22刻蚀而飞散。

[0072] 此处，要想改善被挤压进硅衬底13内的硼原子团21的面内分布，需改善被硅衬底13吸引的氩离子22的面内分布。

[0073] 此处，在本实施方式中通过调整磁场线圈3～5中的电流值改变磁中性线16的扩散范围，以控制等离子中的氩离子22的分布。等离子体中的氩离子22的分布与硼原子团21的分布不同。例如，采用以下的氩离子照射条件，可控制被硅衬底13吸引的氩离子22的面内分布。根据上述沉积条件改变中间的磁场线圈4的电流值，即可将磁中性线16的扩散范围控制在使硅衬底13表面上获得氩离子22的均匀面内分布的最佳状态下。

[0074] [氩离子照射条件]

[0075] 10％He稀释的B2H6流量：0[sccm]

[0076] Ar流量：38.85[sccm]

[0077] 工艺压力：0.1[Pa]

[0078] 天线射频功率：300[W]

[0079] 偏压射频功率：530[W]

[0080] 偏压Vpp：1.5[V]

[0081] 磁场线圈电流(上下/中间)：9.4[A]/7.6[A]

[0082] 上述氩离子照射条件的偏压射频功率也可设定为30[W]。在此情况下，峰间电压差值Vp为0.2[V]，氩离子的照射能量变小。

[0083] 在此之后，通过在公知的图中未示出的灯退火装置中进行热处理，激活已注入硅衬底13内的硼原子团21。其结果如图2(C)所示，可在硅衬底13内形成深度为例如10nm以下，优选为5nm以下的P型杂质扩散层23。

[0084] 在以上说明的实施方式1中，使硼原子团21沉积到硅衬底13表面上之后，对该沉积的硼原子团21照射氩离子。照射的氩离子22撞击硼原子团21，硼原子团21即被挤压进硅衬底13内。

[0085] 若采用本实施方式，与现用的等离子体掺杂方法不同，由于使硅衬底13表面上的硼原子团21的沉积工序和硅衬底13表面上的氩离子照射工序彼此分离，因而通过在各工序中调整磁场线圈3～5中的电流值，就可独立控制硅衬底13表面上的硼原子团21的面内分布和氩离子22的面内分布。由此，由于可改善硅衬底13表面上的硼原子团21的面内分布，因而可将杂质均匀地注入到硅衬底13内。

[0086] 在使硼原子团21沉积在硅衬底13表面上之后，可通过剖面SEM观察该硅衬底13，测定硼原子团21的沉积膜厚。此处，在上述沉积条件下，通过改变处理时间(下文称之为“沉积时间”)测定硼原子团21沉积时的硼原子团21的沉积膜厚度时，正如图3所示，发现沉积时间和沉积膜厚度之间存在比例关系。因此，通过调整沉积时间可控制沉积膜厚度。在上述沉积条件下的硼原子团的沉积速度(沉积率)约为0.8nm/min。

[0087] 在第1步骤的等离子体掺杂方法中，作为决定剂量(掺杂量)的典型参数可为：含杂质气体的浓度、等离子体密度、偏压电位、处理时间等。然而，由于这些参数并不是独立的而是相互作用的，因此针对这些参数各自的设定条件均实测了剂量。

[0088] 在本实施方式中，改变硅衬底13表面上的硼原子团21的沉积膜厚度，在同一条件下分别进行氩离子22的照射，分别测定硅衬底13内的杂质剂量，结果发现硼原子团21的沉积膜厚度和剂量之间存在相关关系。从该结果可知，进入硅衬底13中的硼原子并非是等+离子体中的离子(BxHy)经偏压电位加速后注入的，而是沉积在硅衬底13表面上的硼原子团，且被氩离子22挤压进去的。因此，通过调整硼原子团21的沉积膜厚度(即沉积时间)，就可控制硅衬底13内的杂质剂量。

[0089] 此外，保持硼原子团21的沉积膜厚度固定不变，通过改变偏压改变照射能量进行氩离子22的照射，分别测定此时的杂质在深度方向上的分布，结果发现，偏压和杂质在深度方向上的分布之间存在相关关系。即，偏压越高，杂质的分布位置越深。因此，通过调整氩离子22的照射能量(即偏压)就可控制硅衬底13内的杂质在深度方向上的分布。

[0090] 因此，若采用本实施方式，由于可分别独立进行杂质的剂量控制和杂质在深度方向上的分布控制，因而，在将本实施方式用于半导体器件的制造工序时，满足提出的条件变得容易。

[0091] 此外，正如图4所示的SIMS的分析结果那样，采用本实施方式的等离子体掺杂方法和步骤1的等离子体掺杂方法，将杂质注入硅衬底内，使之具有相同的剂量以及深度分布。此处，在本实施方式的等离子体掺杂方法中，在上述沉积条件下，使硼原子团沉积40秒钟后，通过氩离子在上述氩离子照射条件下照射5秒钟。另一方面，在步骤1的等离子体掺杂方法中，使硼原子团的沉积和氩离子对硼原子团的挤压同时进行了40秒钟。分别测定注入杂质后的硅衬底的表面电阻值，结果是，用本实施方式的等离子体掺杂方法导入杂质时的硅衬底的表面电阻值为116[Ω/□]，而用步骤1的等离子体掺杂方法导入杂质时的硅衬底的表面电阻值为231[Ω/□]。由此可知，通过用氩离子将硼原子团挤压进衬底内的方法可降低表面电阻值。因此，通过用本实施方式的等离子体掺杂方法将杂质注入硅衬底内，与用步骤1的等离子体掺杂方法相比，更能够抑制硅衬底的表面电阻值的上升。

[0092] 此外，通过将硅衬底表面上的硼原子团的沉积膜厚度的面内分布控制在标准偏差σ/平均值的3％以内，即可将硅衬底的表面电阻值的面内分布控制在1％以内。

[0093] 不过，正如上文所述，虽然通过在第2步骤中注入杂质，与在第1步骤中注入杂质相比，能进一步降低硅衬底的表面电阻值，但从图5中的实线可知，随着氩离子照射时间的延长，一度下降的表面电阻值反而上升，进而变得比图5中用虚线标示的采用步骤1的等离子体掺杂方法(现有技术)注入杂质时的表面电阻值R2还要高。

[0094] 本发明人经研究后发现，在利用氩离子刻蚀注入硼原子团使硅衬底表面上的硼原子团消失时(t1)的表面电阻值R1最低，如果在此之后继续照射氩离子，硅衬底表面即被氩离子刻蚀(即注入了硼的硅原子被刻蚀)，其结果是表面电阻值上升。

[0095] 于是可预先求出在氩离子的作用下使硼原子团减少的减少速度(以下称为“刻蚀速度”)，并根据该刻蚀速度，设定硼原子团在硅衬底表面上消失的截止时间，因此，通过使氩离子照射设定的时间，即可通过防止对硅衬底表面的刻蚀而抑制硅衬底的表面电阻值上升。通过在硅衬底表面上使硼原子团沉积同样的膜厚，使氩离子以不同的照射时间照射硼原子团，并用SEM分别观察此时的硼原子团的残留膜厚的方法，即可通过观察结果求出此处的硼原子团的刻蚀速度。

[0096] 如上述第1实施方式所示，通过在硼原子团21沉积时，生成乙硼烷气体和氩气的等离子体，但不为硅衬底13施加偏压电位，而在照射氩离子22时，停止供给乙硼烷气体的，且为硅衬底施加偏压电位的方法，即可在同一真空室1内实施硼原子团21的沉积工序和氩离子22的照射工序。这样，与在不同的室内进行两种工序相比，可使生产率大幅提高。

[0097] 下面参照图6～图8，以MISFET的制造方法为例说明使用了上述第1实施方式的等离子体掺杂方法的第2实施方式的半导体装置的制造方法。

[0098] 首先，如图6(A)所示，在硅衬底31上形成栅绝缘膜32。作为该栅绝缘膜32，除可使用例如膜厚均为0.5nm～1nm的氧化硅膜及氮氧化硅膜之外，还可使用膜厚均为2nm～3nm的诸如HfOx膜、HfSiOx膜和HfAlOx膜等高介电常数膜(high-k膜)，或者，上述这些膜的层叠膜。

[0099] 可通过热氧化法形成该氧化硅膜，以及可通过ALD(原子层沉积)法及MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)法形成该高介电常数膜。

[0100] 接着，可用LPCVD(低压化学汽相淀积)法在栅绝缘膜32上形成膜厚为70nm～100nm的作为栅极膜33的多晶硅膜，该栅极膜33将形成栅极33a。而栅极膜33的材料并不局限于多晶硅，可使用锗硅，以及公知的金属等。

[0101] 接下来，用上述第1实施方式的等离子体掺杂方法，将杂质注入多晶硅膜33内。

[0102] 首先，如图6(B)所示，使硼离子团21沉积在多晶硅膜33的表面上。此时，可使用上述沉积条件，硼原子团21的沉积量(沉积时间)可根据硼的目标剂量(例如，15 -2
5×10 [cm ])调整。

[0103] 然后，如图6(C)所示，通过照射氩离子22，将沉积在多晶硅膜33表面上的硼原子团21挤进去。此时，可使用上述氩离子照射条件，氩离子22的照射能量可根据硼的目标深17 -3
度分布(例如，为50nm～60nm，1×10 [cm ]以下)调整。即，可通过调整氩离子22的照射能量，防止注入多晶硅膜33内的杂质到达栅绝缘膜32。

[0104] 并且，在多晶硅膜33上使用光刻技术形成图中未示出的抗蚀图形，将该抗蚀图形作为掩膜，刻蚀该多晶硅膜33以及栅绝缘膜32。然后通过适当的处理，例如灰质化处理及SPM(含硫物、双氧水混合液)处理去除抗蚀图形后，在公知的灯退火装置中进行热处理，激活已注入多晶硅膜33内的硼。这样，正如图7(A)所示，即可形成通过栅绝缘膜32和由导入了硼的多晶硅膜构成的栅极33a层叠而成的结构。

[0105] 接下来，用上述第1实施方式的等离子体掺杂方法，在硅衬底31内形成扩散区。

[0106] 首先，如图7(B)所示，使硼原子团21沉积到硅衬底31表面上。此时，可采用上述15 -2
的沉积条件，硼原子团21的沉积量(沉积时间)可根据硼的目标剂量(例如，1×10 [cm ])调整。

[0107] 然后，如图7(C)所示，通过照射氩离子22，将硅衬底31表面上沉积的硼原子团21挤进去。此时，可使用上述氩离子照射条件，氩离子22的照射能量可根据硼的目标深度分18 -3
布(例如为10～15nm，5×10 [cm ]以下)调整。

[0108] 然后，在公知的灯退火装置中进行热处理，激活已注入硅衬底31内的硼。正如图7(D)所示，这样即可在栅极33a的两侧形成深度为10nm以下的P型扩散区34。

[0109] 接着，在硅衬底31的整个表面上形成氧化硅膜之后，通过蚀刻该氧化硅膜，即可如图8(A)所示，以自动调整的方式形成覆盖栅极33a侧壁的隔离层35。

[0110] 并且，如图8(B)所示，将栅极33a以及隔离层35作为掩膜，用离子注入法将硼离子36注入硅衬底31内。进而，通过热处理激活已注入的硼离子36，即可如图8(C)所示，形成比扩散区34更深的源极/漏极区37。经过以上工序即可得到MISFET。

[0111] 在以上说明的第2实施方式中，在形成栅极33a后形成扩散区34时，使硼原子团沉积在硅衬底31表面上之后，即可向该沉积的硼原子团照射氩离子22。通过照射的氩离子22撞击硼原子团21，硼原子团21即被挤进硅衬底13内。

[0112] 若采用本实施方式，由于在硅衬底31表面上沉积硼原子团21的工序，和对硅衬底31表面照射氩离子22的工序彼此分离，因而可独立控制硅衬底31表面上的硼原子团21的面内分布和氩离子22的面内分布。因而，通过改善硅衬底31表面上的硼原子团21的面内分布，并对改善了面内分布的硼原子团21照射稀有气体离子，就可将杂质均匀地注入硅衬底31内，形成杂质浓度均匀的扩散区34。另外，若采用本实施方式，与用步骤1的等离子体掺杂方法形成扩散区相比，可抑制扩散区34的表面电阻值的上升。

[0113] 再者，在本实施方式中，与上述扩散区34相同，可在抑制作为栅极膜的多晶硅膜33的表面电阻值的上升的同时，还将硼注入多晶硅膜33中。

[0114] 下面参照图9，以向硅衬底13内注入硼为例说明本发明的第3实施方式的等离子体掺杂方法。关于实施等离子体掺杂处理的等离子体掺杂装置，由于与上述第1实施方式相同，因而此处省略详细的说明。

[0115] 与第1实施方式相同，将硅衬底13承载到电极12上之后，通过启动真空排气装置，将真空室1抽真空到所需真空度。

[0116] 接着，从气体导入口10向真空室1内提供含P型杂质硼(B)的乙硼烷(B2H6)气体、以及稀有气体氩(Ar)气。与此同时，通过向上下磁场线圈3、5提供同向电流，向中间的磁场线圈4提供与上下磁场线圈中的电流反向的电流，使圆筒部2内形成磁中性线16。进而，一通过高频电源8为天线线圈6施加高频功率，即沿磁中性线16生成等离子体，正如图9(A)所示，等离子体中的硼原子团21沉积在硅衬底13表面上。此时，一通过高频电源15为电极12施加高频功率(下面也称之为“偏压射频功率”)，电极12即被施加负的偏压电+
位，等离子体中的氩离子(Ar)22被硅衬底13吸引。

[0117] 被硅衬底13吸引的氩离子22一撞击沉积在硅衬底表面上的硼原子团21，正如图9(A)所示，硼原子团将被挤压进硅衬底13中，而一部分硼原子团21a飞散。因此，硅衬底
13表面上的硼原子团21的沉积和氩离子22对硼原子团21的刻蚀同时进行。

[0118] 此处，一般而论，与硅衬底13表面上的硼原子团21的沉积速度相比，氩离子22对硼原子团21的刻蚀速度更快。在刻蚀速度大于沉积速度情况下，不仅沉积在硅衬底13表面上的硼原子团被氩离子刻蚀，由于硼原子团21被刻蚀而暴露在外的硅衬底13表面也将被氩离子22刻蚀。由于硼已进入被刻蚀的硅原子内，因而硅衬底13的表面电阻值将上升。

[0119] 在本实施方式中，为防止在向硅衬底13内注入硼原子团时对硅衬底13表面的刻蚀，使硅衬底13表面上的硼原子团21的沉积速度和氩离子22对硼原子团21的刻蚀速度相等。也就是说，设定为在将硼原子团注入硅衬底13内时，吸引氩离子22的硅衬底13表面已被硼原子团21覆盖。

[0120] 由于硼原子团21的沉积速度与等离子体密度相关，因而可通过适当调整乙硼烷气体的浓度及流量、氩气流量、工艺压力和天线射频功率中的至少一项加以控制。另外，由于刻蚀速度与氩离子的照射能量相关，因而可通过调整偏压射频功率加以控制。

[0121] 例如，通过使用下述掺杂条件，可使硼原子团21的沉积速度和氩离子22对硼原子团21的刻蚀速度相等。

[0122] [掺杂条件]

[0123] B2H6流量：0.5[sccm]

[0124] Ar流量：49.5[sccm]

[0125] B2H6浓度：1.0[％]

[0126] 天线射频功率：300[W]

[0127] 偏压射频功率：30[W]

[0128] 磁场线圈电流(上下/中间)：9.4[A]/7.3[A]

[0129] 此处，可通过将偏压射频功率设为零，消除硅衬底13对氩离子22的吸引，使硼原子团沉积在硅衬底13表面上，并用SEM观察该硅衬底13的剖面，根据该观察结果得到的硼原子团21的沉积膜厚度求出该硼原子团21的沉积速度。正如图3所示，硼原子团21的沉积时间和沉积膜厚度之间存在比例关系。

[0130] 另一方面，通过为预先沉积有规定膜厚的硼原子团21的硅衬底13提供偏压高频功率进行掺杂处理，用SEM观察该硅衬底13的剖面，根据该观察结果得到的硼原子团21的膜厚求出对硼原子团21的刻蚀速度。为了在掺杂处理期间也能进行硼原子团21的沉积，可在求取对硼原子团21的刻蚀速度时考虑已知的硼原子团的沉积速度。

[0131] 用上述掺杂条件使硼原子团21向硅衬底13内注入规定时间(例如20～40秒钟)之后，停止供给乙硼烷气体和氩气，停止施加天线射频功率及偏压射频功率。

[0132] 然后，通过在图中未示出的公知的灯退火装置中进行热处理激活注入硅衬底13内的硼原子团21。其结果如图9(B)所示，可在硅衬底13内形成深度为例如10nm以下，优选为5nm以下的P型杂质扩散层。

[0133] 在以上说明的第3实施方式中，边使硼原子团21沉积到硅衬底13表面上，边通过被吸引到硅衬底13表面上的氩离子22撞击沉积的硼原子团21。这样，沉积在硅衬底13表面上的硼原子团21即被挤压进硅衬底13内，而一部分硼原子团21从硅衬底13表面飞散。

[0134] 若采用本发明，由于将硅衬底13表面上的硼原子团21的沉积速度和氩离子22对硼原子团21的刻蚀速度设为相等，使在向硅衬底13内注入硼原子团21时硅衬底13表面即被硼原子团21覆盖，因而可防止氩离子22对硅衬底13表面的刻蚀。因此，可形成低阻的P型杂质扩散层23。

[0135] 例如，在刻蚀速度大于沉积速度的偏压射频功率为530W的条件下(除偏压射频功率之外，其余可与上述掺杂条件相同)，表面电阻值为231Ω/□，而在腐蚀速度和沉积速度相等的偏压射频功率为30W的上述掺杂条件下，表面电阻值变成205Ω/□。

[0136] 如上所述，由于可预先求出硼原子团21的沉积速度，因此，通过调整掺杂处理时间，即可改变硼原子团21的累计沉积膜厚度，通过改变硼原子团21的累计沉积膜厚度，分别测定各硅衬底13内的杂质(硼)的剂量的结果可知，硼原子团21的累计沉积膜厚度和剂量之间存在相关关系。从该结果可知，进入硅衬底13内的硼并不是等离子体中的杂质离+子(BxHy)经偏压电位加速后直接注入的，而是沉积在硅衬底13表面上的硼原子团21被氩离子22挤压进去的。因此，通过调整硼原子团21的累计沉积膜厚度(即掺杂处理时间)就可控制硅衬底13内的杂质剂量。

[0137] 此外，在硼原子团21的累计沉积膜厚度(即掺杂处理时间)相同条件下，改变偏压射频功率(即氩离子的照射能量)，并分别测定杂质在深度方向上的分布，结果发现偏压射频功率和杂质在深度方向上的分布之间存在相关关系。即，偏压射频功率越大杂质的分布位置越深。因此，通过调整氩离子22的照射能量，即可控制硅衬底13内的杂质在深度方向上的分布。

[0138] 若采用本实施方式，由于可独立进行杂质剂量控制和杂质在深度方向上的分布控制，因此，在将本实施方式应用到半导体器件的制造工艺时，满足提出的条件变得容易。

[0139] 又知，通过将硅衬底13表面上的硼原子团32的沉积膜厚度的面内分布控制在标准偏差σ/平均值的3％以内，即可将硅衬底13的表面电阻值的面内分布控制在1％以内。此处的硅衬底13表面上的硼原子团21的沉积膜厚度的面内分布受等离子体中的硼原子团
21的分布的影响。相应地，为使等离子体中的硼原子团21的分布均匀，可恰当地设定上述磁场线圈电流(上下/中间)。

[0140] 下面参照图10～图12，以MISFET的制造方法为例，说明使用了上述第3实施方式的等离子体掺杂方法的第4实施方式的半导体装置的制造方法。

[0141] 首先，如图10(A)所示，在硅衬底31上形成栅绝缘膜32。作为该栅绝缘膜32，除例如膜厚均为0.5nm～1nm的氧化硅膜及氮氧化硅膜之外，还可使用膜厚均为2nm～3nm的HfOx膜及HfSiOx膜、HfAlOx膜等高介电常数膜(high-k膜)，或者上述这些膜的层叠膜。

[0142] 另外，可通过热氧化法形成该氧化硅膜，以及可通过ALD(原子层沉积)法及MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)法形成该高介电常数膜。

[0143] 接着，可用LPCVD(低压化学汽相淀积)法在栅绝缘膜32上形成膜厚为70nm～100nm的作为栅极膜33的多晶硅膜，该多晶硅膜将成为栅极33a。而栅极膜33的材料并不限于多晶硅，可使用锗硅，以及公知的金属等。

[0144] 下面用上述第3实施方式的等离子体掺杂方法，将杂质注入多晶硅膜33内。即如图10(B)所示，边使硼原子团21沉积到多晶硅膜33表面上，边通过氩离子22将沉积的硼原子团21挤压进多晶硅膜33内。此时，使用上述掺杂条件，将硼原子团21的沉积速度和氩离子22对硼原子团21的刻蚀速度设为相等。另外，一部分硼原子团21a未被挤压进多晶硅膜33内，而是飞散出去。

[0145] 决定硼原子团21的累计沉积膜厚度的掺杂时间可根据硼的目标剂量(例如，15 -2
5×10 [cm ])调整，例如，可设定在20秒～40秒的范围内。此外，决定氩离子22的照射能量的偏压射频功率可根据硼的目标深度分布(例如，距多晶硅膜33表面的深度50nm～
17 -3
60nm，1×10 [cm ])以下)调整。即，调整偏压射频功率以防注入多晶硅膜33内的杂质到达栅绝缘膜32处。

[0146] 接着，用光刻技术在多晶硅膜33上形成图中未示出的抗蚀图形，将该抗蚀图形作为掩膜刻蚀多晶硅膜33及栅绝缘膜32。然后通过适当的处理，例如灰质化处理及SPM(含硫物、双氧水混合液)处理，去除抗蚀图形之后，在公知的灯退火装置中进行热处理，以激活注入多晶硅膜33内的硼。这样，如图11(A)所示，即可形成通过栅绝缘膜32和由注入了硼的多晶硅膜构成的栅极33a层叠而成的结构。

[0147] 接下来，通过用上述第3实施方式的等离子体掺杂方法将杂质注入硅衬底31内，形成扩散区。即如图11(B)所示，边使硼原子团21沉积到硅衬底31的表面上，边通过氩离子22将沉积的硼原子团21挤压进硅衬底31内。与上述向多晶硅膜33内注入杂质相同，一部分硼原子团21a未被挤压进硅衬底31内，而是飞散出去。此时，采用上述掺杂条件，使硼原子团21的沉积速度和氩离子22对硼原子团的刻蚀速度相等。

[0148] 决定硼原子团21的累计沉积膜厚度的掺杂时间可根据硼的目标剂量(例如，15 -2
1×10 [cm ])调整，例如，可设定在20秒～40秒的范围内。此外，决定氩离子22的照射能量的偏压射频功率可根据硼的目标深度分布(例如，距多晶硅膜33表面的深度10nm～
18 -3
15nm，5×10 [cm ])以下)调整。

[0149] 然后，在公知的灯退火装置中实施用来激活注入硅衬底31内的硼的热处理。如图11(c)所示，这样即在栅极33a两侧形成深度为10nm以下的P型扩散区34。

[0150] 接着，在硅衬底31的整个表面上形成氧化硅膜之后，通过蚀刻该氧化硅膜，即可如图12(A)所示，以自动调整的方式形成覆盖栅极33a侧壁的隔离层35。

[0151] 并且，如图12(B)所示，将栅极33a以及隔离层35作为掩膜，用离子注入法将硼离子36注入硅衬底31内。进而，通过热处理激活已注入的硼离子36，即可如图12(C)所示，形成比扩散区34更深的源极/漏极区37。经过上述工序即可获得MISFET。

[0152] 在以上说明的第4实施方式中，在形成栅极33a之后形成扩散区34时，边使硼原子团21沉积到硅衬底31表面上，边通过氩离子22将沉积的硼原子团21挤压进硅衬底31内。此时，由于将硼原子团21的沉积速度和氩离子22对硼原子团21的刻蚀速度设为相等，使硅衬底31表面被硼原子团21覆盖，因而可防止氩离子22对硅衬底31表面的刻蚀。因此，可防止硅衬底31的表面电阻值上升，可形成低阻的P型扩散区34。

[0153] 再者，在本实施方式中，与上述扩散区34相同，在将杂质注入作为栅极膜的多晶硅膜33中时，将硼原子团21的沉积速度和氩离子22对硼原子团21的刻蚀速度设为相等。这样，由于多晶硅膜33表面被硼原子团21覆盖，因而可防止氩离子22对多晶硅膜33表面的刻蚀。因此可防止多晶硅膜33的表面电阻值上升。

[0154] 本发明并不受上述实施方式的限定，在不超出本发明要旨的范围内可实施多种变形。

[0155] 例如，也可使用三氟化硼(BF3)气取代硼原子团沉积时使用的乙硼烷气。此外，也可用其它稀有气体(例如氦气等)取代氩气。

[0156] 此外，也可在硼原子团沉积前，生成稀有气体的等离子体，用该等离子体中的稀有气体离子(例如氩离子)照射硅衬底13表面或多晶硅膜33表面。这样，由于该表面被非晶质化，因而可抑制注入硅衬底13或多晶硅膜33内部的硼在后续工序的热处理作用下过度扩散。

[0157] 此外，在上述实施方式中是以注入作为P型杂质的硼的情况加以说明的。但在注入作为n型杂质的磷或砷的情况下同样适用本发明。在此情况下，可提供磷化氢(PH3)气体或砷化氢(AsH3)气体取代乙硼烷气体。

[0158] 此外，在沉积硼原子团时不是必须提供氩气，以及，可在氩离子照射时提供乙硼烷气。此外，也可在不同的真空室内进行硼原子团的沉积和氩离子照射。

[0159] 此外，虽然在上述实施方式中是针对使用ICP型装置将杂质注入衬底或膜内的情况加以说明的，但注入杂质的装置并不局限于此。例如，也可使用平行板型装置。

[0160] 此外，也可设定为不用等离子体中的氩离子照射衬底表面，而是将用公知的离子生成机构生成的氩离子注入衬底表面进行照射，将硼原子团挤压进衬底内或膜内。

[0161] 图中标号说明

[0162] 1、真空室

[0163] 13、硅衬底

[0164] 15、高频电源

[0165] 21、硼原子团

[0166] 22、氩离子

[0167] 23、杂质扩散层

[0168] 31、硅衬底

[0169] 32、栅绝缘膜

[0170] 33、栅极膜

[0171] 33a、栅极

[0172] 34、扩散区

[0173] 35、隔离层

[0174] 37、源极/漏极区