불순물 도입 장치 및 불순물 도입 방법 document_id A220623053661

트랜지스터 등의 반도체 제조 공정에 있어서, PN 접합 등을 형성할 때, P형 불순물 혹은 N형 불순물을 도입하기 위하여, 플라즈마 도핑이라는 기술이 제안되어 있다. 이것은, 반도체 기판에 대하여 전기적으로 활성이 되는 불순물을 도핑할 때, 불순물을 포함한 플라즈마에 반도체 기판을 노출하여 플라즈마의 에너지로 불순물을 반도체 기판 표면 부분에 도입하는 것이다. 그러나, 반도체에 필요한 불순물은 그 특성, 예를 들면 전기적인 정부(正負)의 특성을 명확하게 부여하기 위하여, 불순물의 원소 분자 레벨에서의 순화나 양적인 제어가 요구된다. 이 플라즈마 도핑에서는, 플라즈마를 가두기 위하여 어떠한 폐쇄 혹은 반폐쇄 환경, 구체적으로는 진공 챔버나 대기압 플라즈마의 경우에는 플라즈마 처리 기구 안에서 도핑을 실시하므로, 상술한 폐쇄 혹은 반폐쇄 환경을 구성하는 물질 중 플라즈마에 접하는 부분에는 불순물 물질을 포함하는 박막이 퇴적하게 된다. 여기에 퇴적한 물질은, 플라즈마에 접함으로써 플라즈마의 에너지에 의해 다시 스퍼터되어 플라즈마 중에 혼입하는 경우도 있고, 플라즈마와 박막은 퇴적과 스퍼터의 경합 과정의 합성으로 일종의 정상(定常) 상태가 된다. 퇴적한 물질이 플라즈마 중의 불순물과 동종의 물질이면 퇴적과 재혼입에 의해 밸런스가 유지되나, 퇴적한 물질이 다른 종류라면, 플라즈마 중에 포함되는 불순물과는 다른 종류인 것이 플라즈마에 혼입함으로써 플라즈마에 포함되는 불순물의 특성이 혼란하여, 결과적으로 반도체 박막에 도핑되는 불순물의 특성과 양을 정확하게 제어할 수 없게 된다. 이 때문에 플라즈마 도핑 방법은, 아주 작은 양의 차에 의해 특성을 크게 좌우하는 결과가 되는 반도체 제조에는 사용하기 어렵게 된다. 그래서 이들의 혼입을 피하기 위하여, 진공 챔버를 불순물의 종류마다 구분하여 전용 챔버를 설치하는 것을 본 발명자들은 제안하고 있다(특허 제2780419호 명세서). 특허 제2780419호 명세서에 따르면, 예를 들어 도 5의 우측의 챔버를 P형 도핑 챔버(50)로서 사용하고, 좌측의 챔버를 N형 도핑 챔버(60)로서 사용한다. 반도체 기판(130)에 포토레지스트 등으로 P형의 패터닝을 하고 챔버(50)에서 P형 도핑을 행하고, 이어서 반도체 기판(130)에 포토레지스트 등으로 N형의 패터닝을 하고 챔버(60)에서 N형 도핑을 행한다. 이와 같이 하여 소망하는 불순물마다 전용의 플라즈마 챔버를 설치하면, 특성이 다른 불순물의 혼입을 피할 수 있으므로, 플라즈마 도핑은 반도체 제조에 이용할 수 있음을 판명했다. 그런데 본 발명의 발명자들은 또한, 희가스, 특히 He 플라즈마에 의한 실리콘 단결정 기판의 비정질화가 매우 중요한 역할을 다하는 것을 발견했다(특원 2003-041123). 즉, 지금까지의 빔 라인 이온 주입에 의한 He 이온 주입에서는, 아무리 장시간을 들여 대량의 He를 조사해도, 실리콘 단결정 기판이 비정질화하는 경우는 없었다. 이것이 2004년까지의 세계의 이온 주입 업계의 상식이었다. 그러나 플라즈마를 사용하면, 지금까지의 상식과 비교하여 매우 낮은 에너지이면서 단위 시간에 대량(이온 주입과 비교하여 거의 100배)의 He를 조사하게 되기 때문에, 실리콘 단결정이라고 해도 비정질화하는 것을 판명했다. 이 He에 의한 비정질화의 효과는, 이 비정질화에 이어서, 혹은 동시에 불순물을 도입함으로써 불순물의 깊이 방향의 프로필을 바람직한 것으로 변화시켜(Y.Sasaki et al.,"B2H6 Plasma Doping with In-situ He Pre-amorphyzation", 2004 Symposia on VLSI Technology and Circuits), 균일성의 향상, 불순물 양의 제어로 이어지는 특단의 효과를 발휘한다. 단, 단순히 He에 불순물, 예를 들면 B2H6를 혼입시키는 것만으로는 특단의 효과가 없는 것이 자명하여, 발명자들이 초기에 플라즈마 도핑의 실험을 했을 때, 특허 제2022204호 명세서에 기재된 바와 같이 He에 의해 B2H6를 5%로 희석하여 사용했으나, 이와 같은 비정질화에 따른 효과는 없었다. 이와 같이 플라즈마 챔버 등 플라즈마 도핑을 실시하는 주(主)기구 뿐만 아니라, 반도체 기판을 반송하는 기구나, 반도체 기판상에 형성한 포토레지스트에 의한 패턴을 제거하는 공정에 있어서도 미량의 물질의 혼입이 일어나는 것이 판명되어, 상기 특허 제2780419호 명세서에 기재된 특허 출원이 행해진 1990년에는 전혀 문제가 되지 않았던 미량 물질의 혼입에 따른 반도체 기판상에 혼란, 소위 컨테미네이션(contamination)이 발생하는 것이 문제가 되었다. 본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 컨테미네이션을 방지하고, 좋은 제어성으로 소망하는 불순물을 도입할 수 있는 불순물 도입 방법 및 불순물 도입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.