(57)【要約】  試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法及び装置を提供する。真空容器（１）内において、対向電極（３）に設けられたガス噴出孔（５）より、試料電極（６）に載置した基板（７）に向けてガスを噴出させ、排気装置としてのターボ分子ポンプ（８）により排気を行い、調圧弁（９）により真空容器（１）内を所定の圧力に保ちながら、対向電極（３）と試料電極（６）の間の距離を対向電極（３）の面積に対して、外方へのプラズマの拡散が生じない程度に十分に小さくし、対向電極（３）と試料電極（６）の間に容量結合型プラズマを発生させ、プラズマドーピングを行う。ガスとしてジボランやホスフィンなどの不純物を含む低濃度のガスを用いる。
2008041702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器（１）内の試料電極（６）に試料（７）を載置し、
前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記真空容器内の前記試料の表面と対向電極の表面との間にプラズマを発生させつつ、前記試料電極に電力を供給し、
前記試料の表面のうち前記対向電極に対向する側の表面の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（１）
【数１】
2008041702.tif 000008
を満たす状態で、前記試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング処理を行う、プラズマドーピング方法。
【請求項２】
前記試料電極と対向して配置された前記対向電極に高周波電力を供給する、請求項１に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項３】
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、プラズマ発生用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項２に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項４】
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項２に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項５】
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式（１）の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式（１）を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項２に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項６】
前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が１％以下である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項７】
前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が０．１％以下である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項８】
前記真空容器内に導入される前記ガスが、不純物原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスである、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項９】
前記希ガスがＨｅである、請求項８に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１０】
前記ガス中の不純物原料ガスがＢｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
前記ガス中の不純物原料ガスがＰｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
前記対向電極に設けたガス噴出孔（５）より前記試料の表面に向けて前記ガスを噴出させつつ前記プラズマドーピング処理を行う、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成されている状態で前記プラズマドーピング処理を行う、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１４】
前記試料がシリコンよりなる半導体基板である状態で前記プラズマドーピング処理を行う、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１５】
前記ガス中に含まれる不純物ガス中の不純物が砒素、燐、又は、ボロンである、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１６】
真空容器（１）と、
前記真空容器内に配置された試料電極（６）と、
前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置（２）と、
前記試料電極と概ね平行に対向した対向電極（３）と、
前記真空容器内を排気する排気装置（８）と、
前記真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置（９）と、
前記試料電極に電力を供給する電源（１２）とを備えるとともに、  前記試料電極の前記対向電極に対向する側の表面であってかつ前記試料が配置されるべき配置領域の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（２）
【数２】
2008041702.tif 000009
を満たす、プラズマドーピング装置。
【請求項１７】
前記対向電極に高周波電力を供給する高周波電源（１１）をさらに具備した、請求項１６に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１８】
前記圧力制御装置は、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力と、前記プラズマドーピング用圧力よりも高いプラズマ発生用圧力とに切替えるように圧力制御が可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、前記プラズマ発生用圧力に保ちながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を前記電源から供給するようにした、請求項１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１９】
前記ガス供給装置は、前記プラズマドーピング用ガスと、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスとを切替えて前記真空容器内に供給可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記ガス供給装置により、前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記圧力制御装置により前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２０】
前記試料電極を前記対向電極に対して相対的に移動させる距離調整用駆動装置（４０，４０ａ）をさらに備えて、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記距離調整用駆動装置により、前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式（２）の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記距離調整用駆動装置により前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式（２）を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２１】
前記ガス供給装置は、前記対向電極に設けられたガス噴出孔（５）からガスを供給するように構成された、請求項１６又は１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２２】
前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成される、請求項１６又は１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２３】
真空容器（１）内の試料電極（６）に試料（７）を載置し、
前記試料電極に対向する対向電極と前記試料電極との距離Ｇがプラズマドーピング処理用の距離よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、
前記プラズマが発生したのち、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記プラズマドーピング処理用の距離に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給して、
前記試料の表面のうち前記対向電極に対向する側の表面の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇを前記プラズマドーピング処理用の距離に維持した状態で、前記試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング処理を行う、プラズマドーピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＭＯＳトランジスタを作る際には、試料としてのシリコン基板表面に薄い酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ装置等により試料上にゲート電極を形成する。こののち、このゲート電極をマスクとして、前述したようにプラズマドーピング方法によって不純物を導入する。不純物の導入によって、例えばソースドレイン領域の形成された試料の上に金属配線層を形成し、ＭＯＳトランジスタが得られる。【０００３】
不純物を固体試料の表面に導入する技術としては、不純物をイオン化して低エネルギーで固体中に導入するプラズマドーピング法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図５は、前記特許文献１に記載された従来の不純物導入方法としてのプラズマドーピング法に用いられるプラズマ処理装置の概略構成を示している。図５において、真空容器１０１内に、シリコン基板よりなる試料１０７を載置するための試料電極１０６が設けられている。真空容器１０１内に所望の元素を含むドーピング原料ガス、例えばＢ２Ｈ６を供給するためのガス供給装置１０２、真空容器１０１内の内部を減圧するポンプ１０８が設けられ、真空容器１０１内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管１２１より、誘電体窓としての石英板１２２を介して、真空容器１０１内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石１２３から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器１０１内に有磁場マイクロ波プラズマ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）１２４が形成される。試料電極１０６には、コンデンサ１２５を介して高周波電源１１２が接続され、試料電極１０６の電位が制御できるようになっている。なお、従来の電極と石英板１２２との間の距離は、２００ｍｍから３００ｍｍである。【０００４】
このような構成のプラズマ処理装置において、導入されたドーピング原料ガス、例えばＢ２Ｈ６は、マイクロ波導波管１２１及び電磁石１２３から成るプラズマ発生手段によってプラズマ化され、プラズマ１２４中のボロンイオンが高周波電源１１２によって試料１０７の表面に導入される。【０００５】
プラズマドーピングを行う際に用いるプラズマ処理装置の形態としては、前述の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源を用いるものの他に、ヘリコン波プラズマ源を用いるもの（例えば、特許文献２参照）、誘導結合型プラズマ源を用いるもの（例えば、特許文献３参照）、平行平板型プラズマ源を用いるもの（例えば、特許文献４参照）が知られている。【０００６】
【特許文献１】米国特許４９１２０６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１７０７８２号公報
【特許文献３】特開２００４−４７６９５号公報
【特許文献４】特表２００２−５２２８９９号公報
【発明の開示】
【０００７】
しかしながら、これら従来の方式では、不純物の導入量（ドーズ量）の再現性が悪いという問題があった。
【０００８】
本発明者らは、種々の実験の結果、この再現性低下の原因は、プラズマ中のボロン系ラジカル密度が増加していくためであることを発見した。プラズマドーピング処理を行っていくと、真空容器の内壁面にボロンを含む薄膜（ボロン系薄膜）が堆積していく。この堆積膜厚の増加にともなって、ドーピング原料ガスとしてＢ２Ｈ６を用いる場合、真空容器の内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率が減少していくため、プラズマ中のボロン系ラジカル密度が増加していくものと考えられる。また、プラズマ中のイオンが、プラズマと真空容器内壁との電位差で加速され、真空容器の内壁面に堆積したボロン系薄膜に衝突することによって生じるスパッタリングにより、ボロンを含む粒子がプラズマ中に供給される量が徐々に増加していく。したがって、ドーズ量が徐々に増加していくこととなる。増加の度合いは非常に大きく、プラズマドーピング処理を数百回繰り返し実施した後のドーズ量は、真空容器の内壁を水及び有機溶剤を用いて洗浄した直後のプラズマドーピング処理で導入されるドーズ量の約３．３〜６．７倍にもなってしまう。
【０００９】
また、プラズマの発生や停止にともなう真空容器の内壁面の温度が変動することも、内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率を変化させる。このことも、ドーズ量の変動要因となる。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、試料表面に導入される不純物量を高精度に制御し、再現性に優れた不純物濃度を得ることのできるプラズマドーピング方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、真空容器内の試料電極に試料を載置し、
前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記真空容器内の前記試料の表面と対向電極の表面との間にプラズマを発生させつつ、前記試料電極に電力（例えば、高周波又はパルス電力）を供給し、
前記試料の表面のうち前記対向電極に対向する側の表面の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（１）
【数１】
2008041702.tif 000003
を満たす状態で、前記試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング処理を行う、プラズマドーピング方法を提供する。
このような構成により、試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
【００１２】
また、本発明の第２態様によれば、前記試料電極と対向して配置された前記対向電極に高周波電力を供給する、第１の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
この構成により、生成されたプラズマが対向電極に付着するのを防止することができる。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、プラズマ発生用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第２の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第２の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式（１）の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極を相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記試料電極と前記対向電極を相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式（１）を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第２の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が１％以下である、第１〜５のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１７】
また、本発明の第７態様によれば、前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が０．１％以下である、第１〜５のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１８】
本発明の第８態様によれば、前記真空容器内に導入される前記ガスが、不純物原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスである、第１〜７のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。また、本発明の第９態様によれば、前記希ガスがＨｅである、第８の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
このような構成により、ドーズ量の精密な制御と低スパッタ性の両立を図りつつ、再現性に優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
【００１９】
また、本発明の第１０又は１１態様によれば、前記ガス中の不純物原料ガスがＢｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）又はＰｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）である、第１〜９のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
このような構成により、好ましくない不純物を試料表面に導入することを回避できる。
【００２０】
本発明の第１２態様によれば、前記対向電極に設けたガス噴出孔より前記試料の表面に向けて前記ガスを噴出させつつ前記プラズマドーピング処理を行う、第１〜１１のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
この構成により、よりいっそう試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
【００２１】
また、本発明の第１３態様によれば、前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成されている状態で前記プラズマドーピング処理を行う、第１〜１２のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
この構成により、好ましくない不純物を試料表面に導入することを回避できる。
【００２２】
また、本発明の第１４態様によれば、前記試料がシリコンよりなる半導体基板である状態で前記プラズマドーピング処理を行う、第１〜１３のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。また、本発明の第１５態様によれば、前記ガス中に含まれる不純物ガス中の不純物が砒素、燐、又は、ボロンである、第１〜１４のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。不純物としては、このほかアルミニウム又はアンチモンなども適用可能である。
【００２３】
本発明の第１６態様によれば、
真空容器と、
前記真空容器内に配置された試料電極と、
前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、
前記試料電極と概ね平行に対向させた対向電極と、
前記真空容器内を排気する排気装置と、
前記真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置と、
前記試料電極に電力を供給する電源とを備えるとともに、
前記試料電極の前記対向電極に対向する側の表面であってかつ前記試料が配置されるべき配置領域の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（２）
【数２】
2008041702.tif 000004
を満たす、プラズマドーピング装置を提供する。
この構成により、試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング装置を実現できる。
【００２４】
また、本発明の第１７態様によれば、前記対向電極に高周波電力を供給する高周波電源をさらに具備した、第１６の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
この構成により、対向電極に、生成されたプラズマが付着するのを防止することができる。
【００２５】
本発明の第１８態様によれば、前記圧力制御装置は、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力と、前記プラズマドーピング用圧力よりも高いプラズマ発生用圧力とに切替えるように圧力制御が可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、前記プラズマ発生用圧力に保ちながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を前記電源から供給するようにした、第１７の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００２６】
本発明の第１９態様によれば、前記ガス供給装置は、前記プラズマドーピング用ガスと、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスとを切替えて前記真空容器内に供給可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記ガス供給装置により、前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記圧力制御装置により前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第１７の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００２７】
本発明の第２０態様によれば、前記試料電極を前記対向電極に対して相対的に移動させる距離調整用駆動装置をさらに備えて、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記距離調整用駆動装置により、前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記距離調整用駆動装置により前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第１７の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００２８】
さらにまた、本発明の第２１態様によれば、前記ガス供給装置は、前記対向電極に設けられたガス噴出孔からガスを供給するように構成された、第１６〜２０のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
この構成により、よりいっそう試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング装置を実現することができる。
【００２９】
また、本発明の第２２態様によれば、前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成される、第１６〜２１のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
この構成により、好ましくない不純物を試料表面に導入することを回避できる。
【００３０】
本発明の第２３態様によれば、真空容器内の試料電極に試料を載置し、
前記試料電極に対向する対向電極と前記試料電極との距離Ｇがプラズマドーピング処理用の距離よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、
前記プラズマが発生したのち、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記プラズマドーピング処理用の距離に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給して、
前記試料の表面のうち前記対向電極に対向する側の表面の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇを前記プラズマドーピング処理用の距離に維持した状態で、前記試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング処理を行う、プラズマドーピング方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図であり、
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１実施形態で用いたプラズマドーピング装置の試料電極の構成を示す拡大断面図であり、
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における処理枚数と表面抵抗の関係と従来例との比較とを示すグラフであり、
【図３】図３は、本発明の第１実施形態の変形例で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図であり、
【図４】図４は、本発明の第１実施形態の別の変形例で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図であり、
【図５】図５は、従来例で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。【００３４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１Ａから図２を参照して説明する。
本発明の第１実施形態のプラズマドーピング装置は、図１Ａ及び図１Ｂに断面図を示すように、真空容器（真空室）１と、真空容器１内に配置された試料電極６と、真空容器１内にプラズマドーピング用のガスを供給するガス供給装置２と、真空容器１内に配置されかつ試料電極６と概ね平行に対向させた対向電極３と、真空容器１内を排気する排気装置の一例としてのターボポンプ８と、真空容器１内の圧力を制御する圧力制御装置の一例としての調圧弁９と、試料電極６に高周波電力を供給する、電源の一例としての試料電極用高周波電源１２とを備えたプラズマドーピング装置であって、試料電極６の対向電極３に対向する側の表面であってかつ試料の一例としての基板（より具体的にはシリコン基板）７が配置されるべき配置領域の面積Ｓに対して、試料電極６と対向電極３との距離Ｇを、試料電極６と対向電極３の間で生成されたプラズマが、試料電極６と対向電極３の間の空間の外方に拡散するのを防止し、かつ、試料電極６と対向電極３の間の空間にほぼ閉じ込めることができる程度に、十分に小さく決定したことを特徴とする。なお、ここで、試料電極６の面積には、試料電極６の側面部の面積は含まず、基板載置面の面積（図１Ｂの絶縁部材６Ｂで覆われていない露出部の面積）を意味している。試料電極６は、図１Ａでは簡略化して長方形断面として図示されている。試料電極６の１つの例としては、図１Ｂに断面図として示すように、上端面である基板載置面を有する小径の上部と、上部よりも大径の張り出し部を有する下部とを有して、上向き凸の形状に構成されている。図１Ｂにおいて、６Ｂは絶縁体より構成されかつ試料電極６の上部の基板載置面以外の部分を覆う絶縁部材である。６Ｃは接地されておりかつ後述する支柱１０と連結されるアルミリングである。この図１Ｂでは、一例として、基板７は、試料電極６の上端面である基板載置面より大きく、かつ、試料電極６の下部の張り出し部分より小さいものとなっている。【００３５】
すなわち、このプラズマドーピング装置では、図１Ａにおいて、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガス（プラズマドーピング用のガス）を、対向電極３内に設けられたガス溜り４に導入し、対向電極３に設けられた多数のガス噴出孔５より、試料電極６に載置した、試料の一例としての基板７に向けてガスを噴出させる。対向電極３は、その表面（図１Ａの下面）が、試料電極６の表面（図１Ａの上面）と概ね平行に対向させるように配置されている。【００３６】
また、ガス供給装置２から真空容器１内に供給されたガスは、排気口１ａを介して、排気装置の一例としてのターボ分子ポンプ８により真空容器１内から排気され、圧力制御装置の一例としての調圧弁９により排気口１ａの開口度合いを調整することにより、真空容器１内を所定の圧力（プラズマドーピング用の圧力）に保つことができる。なお、ターボ分子ポンプ８及び排気口１ａは、試料電極６の直下に配置されており、また、調圧弁９は、試料電極６の直下で、かつターボ分子ポンプ８の直上に位置する昇降弁である。さらにまた、試料電極６は、４本の絶縁性の支柱１０により、真空容器１内の中間部に固定されている。対向電極用高周波電源１１により６０ＭＨｚの高周波電力を対向電極３に供給することにより、対向電極３と試料電極６の間に容量結合型プラズマを発生させることができる。また、試料電極６に１．６ＭＨｚの高周波電力を供給するための試料電極用高周波電源１２が設けられており、この試料電極用高周波電源１２は、試料の一例としての基板７がプラズマに対して負の電位を持つように、試料電極６の電位を制御するバイアス電圧源として機能する。試料電極用高周波電源１２の代わりに、パルス電源を用いて、試料電極６にパルス電力を供給することによっても、基板７の電位を制御できる。絶縁体１３は、対向電極３と、接地された真空容器１とを直流的に絶縁するためのものである。このようにして、プラズマ中のイオンを試料の一例である基板７の表面に向かって加速し衝突させて試料の一例である基板７の表面を処理することができる。プラズマドーピング用ガスとして、ジボランやホスフィンを含むガスを用いることにより、プラズマドーピング処理を行うことが可能である。【００３７】
プラズマドーピング処理を行う場合、図１Ａではガス供給装置２内に設けられている流量制御装置（マスフローコントローラ）（例えば、後述する図３の第１〜第３マスフローコントローラ３１、３２、３３）により、不純物原料ガスを含むガスの流量を所定の値に制御する。一般的には、不純物原料ガスをヘリウムで希釈したガス、例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）をヘリウム（Ｈｅ）で０．５％に希釈したガスを不純物原料ガスとして用い、これを第１マスフローコントローラ（例えば、後述する図３の第１マスフローコントローラ３１）で流量制御する。さらに第２マスフローコントローラ（例えば、後述する図３の第２マスフローコントローラ３２）でヘリウムの流量制御を行い、第１及び第２マスフローコントローラで流量が制御されたガスをガス供給装置２内で混合した後、配管２ｐを介してガス溜り４に混合ガスを導く。ガス溜り４から所望の濃度に調整された、不純物原料ガスが多数のガス噴出孔５を介して真空容器１内の対向電極３と試料電極６との間に供給される。
なお、図１Ａの８０はプラズマドーピング処理を制御するための制御装置であり、ガス供給装置２とターボ分子ポンプ８と調圧弁９と対向電極用高周波電源１１と試料電極用高周波電源１２などの動作をそれぞれ制御して、所定のプラズマドーピング処理を行なうためのものである。【００３８】
一つの実例として、使用する基板７は、シリコン基板であって、円形（一部にノッチあり）であり、直径は３００ｍｍである。また、一例として、試料電極６と対向電極３との距離Ｇを２５ｍｍとする場合のプラズマドーピング処理について、以下に説明する。【００３９】
さて、前記したようなプラズマ処理装置を用いてプラズマドーピングを行うに際しては、まず、対向電極３の表面を含む真空容器１の内壁を水及び有機溶剤を用いて洗浄する。
次いで、試料電極６上に基板７を載置する。
次いで、試料電極６の温度を一例として２５℃に保ちつつ、真空容器１内に、一例として、Ｈｅで希釈されたＢ２Ｈ６ガス、及びＨｅガスをそれぞれ５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍだけガス供給装置２から供給し、調圧弁９で真空容器１内の圧力を０．８Ｐａに保ちながら対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を１６００Ｗ供給することにより、真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させるとともに、試料電極用高周波電源１２から試料電極６に１４０Ｗの高周波電力を５０秒間供給することにより、プラズマ中のボロンイオンを基板７の表面に衝突させて、ボロンを基板７の表面近傍に導入することができた。そして、基板７を真空容器１から取り出し、活性化させた後の表面抵抗（ドーズ量に相関する量）を測定した。【００４０】
同様の条件で、次々に基板７をプラズマドーピング処理したところ、活性化後の表面抵抗は、図２に曲線ａで示すように、始めの数枚で低下し、その後、ほぼ一定となった。【００４１】
また、表面抵抗がほぼ一定となった後の表面抵抗の変動幅は極めて小さかった。
比較のため、従来例のように誘導結合型プラズマ源（なお、この従来例の誘電体の石英板と電極との間の距離は、２００ｍｍから３００ｍｍである。）を用いて同様の処理を行ったところ、図２に曲線ｂで示すように、始めの数十枚でゆるやかに低下し、一定値に漸近していく結果となった。【００４２】
また、従来例では、表面抵抗がほぼ一定となった後の表面抵抗の変動幅は比較的大きく、本第１実施形態における変動幅の数倍であった。【００４３】
ここで、このような違いが見られた理由について説明する。
従来例においては、真空容器１の内壁を洗浄した直後から、プラズマドーピング処理を次々に重ねていく過程で、真空容器１の内壁面にボロンを含む薄膜が堆積していく。この現象は、プラズマ中で生成されたボロン系ラジカル（中性粒子）が真空容器の内壁面に吸着するとともに、プラズマ電位（＝概ね１０〜４０Ｖ程度）と真空容器内壁の電位（通常、真空容器内壁は誘電体であるから、フローティング電位＝概ね５〜２０Ｖ程度）との電位差で加速されたボロン系イオンが、真空容器の内壁面に衝突し、熱エネルギー又はイオン衝撃のエネルギーによって、ボロンを含む薄膜が成長しているものと考えられる。この堆積膜厚の増加にともなって、ドーピング原料ガスとしてＢ２Ｈ６を用いる場合、真空容器の内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率が減少していくため、プラズマ中のボロン系ラジカル密度が増加していくものと考えられる。また、プラズマ中のイオンが、前述の電位差で加速され、真空容器の内壁面に堆積したボロン系薄膜に衝突することによって生じるスパッタリングにより、ボロンを含む粒子がプラズマ中に供給される量が徐々に増加していく。したがって、ドーズ量が徐々に増加し、活性化後の表面抵抗が徐々に低下する。また、プラズマの発生や停止にともなって真空容器の内壁面の温度が変動するため、内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率が変動し、活性化後の表面抵抗が大きく変動する。【００４４】
一方、本第１実施形態においては、基板７の例としての直径３００ｍｍのウェハが載置される試料電極６の面積と比較して、試料電極６と対向電極３との距離Ｇが２５ｍｍと小さく、所謂、狭ギャップ放電となっており、また、対向電極３に設けたガス噴出孔５より基板７の表面に向けてガスを噴出させつつ処理を行う方式を採っている。この場合、真空容器１の内壁面（対向電極３の表面は除く）の表面状態が、プラズマ中のボロン系ラジカル密度やボロンイオン密度へ及ぼす影響は著しく小さくなる。その理由は、主として次の４つから成る。【００４５】
（１）狭ギャップ放電であるため、プラズマが、対向電極３と基板７の間にのみ主として生じるため、真空容器１の内壁面（対向電極３の表面は除く）にボロン系ラジカルが極めて吸着しにくく、ボロンを含む薄膜が堆積しにくい。
（２）真空容器１の内壁面（対向電極３の表面は除く）の基板７に対する相対的な面積が従来例よりも小さいため、真空容器１の内壁面の影響が小さくなる。
（３）対向電極３には高周波電力が印加されているため、対向電極３の表面には自己バイアス電圧が発生し、ボロン系ラジカルが極めて吸着しにくく、対向電極３の表面状態は、ドーピング処理を次々に重ねていってもほとんど変化しない。
（４）基板７の表面におけるガス流れが、基板７の中心から周辺に向かって一方的であるため、真空容器１の内壁面の影響が基板７に及びにくい。【００４６】
本発明者は、さらに、試料電極６と対向電極３との距離として好ましい範囲を調べた。基板７の表面（対向電極３に対向する側の表面、又は、試料電極６の対向電極３に対向する側の表面であってかつ基板７が配置されるべき配置領域）の面積をＳとすると、基板７が円形の場合、その半径は（Ｓ／π）−１／２となる。試料電極６と対向電極３との距離をＧとしたとき、次式（３）
【数３】
2008041702.tif 000005
を満たす状態、すなわち、電極間距離Ｇが基板７の半径の０．１倍から０．４倍の範囲において、良好な不純物濃度再現性が得られた。電極間距離Ｇが小さすぎる場合（半径の０．１倍より小さい場合）は、プラズマドーピングを実施するに適した圧力領域（３Ｐａ以下）でプラズマを発生させることができなかった。逆に、電極間距離Ｇが大きすぎる場合（半径の０．４倍より大きい場合）は、従来例のように、ウエット洗浄直後から活性化後の表面抵抗が安定するまで数十枚を要した。また、表面抵抗がほぼ一定となった後の表面抵抗の変動幅も大きくなった。【００４７】
このように、高周波電源１１により対向電極３に高周波電力を供給して狭ギャップ放電を発生させることが、プロセスの再現性を確保する上で極めて重要であるという事情は、プラズマドーピングにおいて、特に顕著な現象である。絶縁膜のドライエッチングにおいて、フッ化カーボン系の薄膜が真空容器の内壁に堆積することによるエッチング特性の変動が問題となる場合に狭ギャップ放電を用いることがあるが、真空容器内に導入される混合ガス中のフッ化カーボン系ガスの濃度は数％程度であり、堆積膜の影響は比較的小さい。一方、プラズマドーピングにおいては、真空容器内に導入される不活性ガス中の不純物原料ガスの濃度は１％以下であり（特に、精度良くドーズ量を制御したい場合には０．１％以下）、堆積膜の影響が比較的大きくなってしまう。不活性ガス中の不純物原料ガスの濃度は１％を超える場合には、いわゆるセルフレギュレーション効果が得られず、ドーズ量の正確な制御ができなくなるという不具合が生じるため、不活性ガス中の不純物原料ガスの濃度は１％以下とする。なお、真空容器内に導入される不活性ガス中の不純物原料ガスの濃度は、小さくとも０．００１％以上であることが必要である。これよりも小さいと、所望のドーズ量を得るために極めて長時間の処理が必要となってしまう。【００４８】
また、本発明を利用することにより、発光分光法や質量分析法などのｉｎ−ｓｉｔｕモニタリング技術を活用したドーズモニタリング、ドーズ量制御などの精度が向上するという利点がある。何故なら、１枚の基板を処理した際のドーズ量が処理時間の経過とともに飽和する、所謂、セルフレギュレーション現象における飽和ドーズ量は、真空容器内に導入される混合ガス中の不純物原料ガスの濃度に依存するということが知られており、本発明によれば、真空容器内壁の状態に関係なく、ｉｎ−ｓｉｔｕモニタリングによって、プラズマ中における不純物原料ガスの解離や電離によって発生させたイオンやラジカルなどの粒子に強く相関した測定量を比較的容易に得ることができるためである。【００４９】
なお、特許文献４に記載のプラズマドーピング装置においては、試料に対向して設けられた対向電極（アノード）は接地電位であるため、プラズマドーピング処理を行っていくと、対向電極にボロンを含む薄膜が堆積する。また、対向電極（アノード）と試料電極（カソード）間の距離（ギャップ）については、「異なる電圧に対して調節され得る」と記されているのみである。【００５０】
以上述べた本発明の第１実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、真空容器１の形状、電極３，６の構造及び配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、いうまでもない。【００５１】
また、対向電極３に６０ＭＨｚの高周波電力を供給し、試料電極６に１．６ＭＨｚの高周波電力を供給する場合を例示したが、これらの周波数は一例を示したに過ぎない。対向電極３に供給する高周波電力の周波数は、概ね１０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下が適している。対向電極３に供給する高周波電力の周波数が１０ＭＨｚより低いと、十分なプラズマ密度が得られない。逆に、対向電極３に供給する高周波電力の周波数が１００ＭＨｚより高いと、十分な自己バイアス電圧が得られないため、対向電極３の表面に不純物を含む薄膜が堆積しやすくなってしまう。【００５２】
また、試料電極６に供給する高周波電力の周波数は、概ね３００ｋＨｚ以上２０ＭＨｚ以下が適している。試料電極６に供給する高周波電力の周波数が３００ｋＨｚより低いと、簡単に高周波の整合がとれなくなる。逆に、試料電極６に供給する高周波電力の周波数が２０ＭＨｚより高いと、試料電極６にかかる電圧に面内分布が生じやすく、ドーピング処理の均一性が損なわれてしまう。【００５３】
また、対向電極３の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成すれば、基板７の一例であるシリコン基板に好ましくない不純物を、基板７の表面に導入することを回避できる。
また、特に、基板７がシリコンよりなる半導体基板である場合、不純物として砒素、燐、又は、ボロンを用いることで、微細トランジスタの製造に利用することができる。また基板７として化合物半導体を用いるようにしてもよい。不純物としてはアルミニウムやアンチモンを用いることも可能である。【００５４】
また、公知のヒータ及び冷却装置をそれぞれ組み込み、真空容器１の内壁の温度制御、対向電極３及び試料電極６の温度制御をそれぞれ行うことにより、真空容器１の内壁、対向電極３、基板７の表面における不純物ラジカルの吸着確率をより精密に制御することにより、再現性をさらに高めることができる。【００５５】
また、真空容器１内に導入されるプラズマドーピング用ガスとしてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈した混合ガスを用いる場合を例示したが、一般的には、不純物原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスを用いることができる。不純物原料ガスとしては、ＢｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）又はＰｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）などを用いることができる。これらのガスは、ＢやＰの他に、不純物として基板に混入しても影響が少ないＨを含むだけであるという利点がある。他のＢを含むガス、例えば、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＢＢｒ３なども用いることは可能である。他のＰを含むガス、例えば、ＰＦ３、ＰＦ５、ＰＣｌ３、ＰＣｌ５、ＰＯＣｌ３なども利用可能である。また、希ガスとしてＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどを用いることができるが、Ｈｅが最も適している。これは以下のような理由による。好ましくない不純物を試料表面に導入することを回避するとともに、ドーズ量の精密な制御と低スパッタ性の両立を図りつつ、再現性に優れたプラズマドーピング方法を実現できるからである。不純物原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスを用いることにより、チャンバー内壁に形成されたボロンなどの不純物を含む膜に起因するドーズ量の変化を極めて小さくできるため、ガス噴出の分布を制御することによってドーズ量の分布をより精密に制御でき、ドーズ量の面内均一性を確保し易くなる。Ｈｅの次に好ましい希ガスはＮｅである。ＮｅはＨｅよりも若干スパッタレートが高いという難点があるものの、低圧で放電しやすいという利点がある。【００５６】
なお、本発明は第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
例えば、第１実施形態では、Ｈｅで希釈されたＢ２Ｈ６ガス、及びＨｅガスをそれぞれ５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍガス供給装置２から供給し、調圧弁９で真空容器１内の圧力を０．８Ｐａに保ちながら対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を１６００Ｗ供給することにより、真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させる場合を例示したが、Ｈｅガスの分圧が高い状態で低圧においてプラズマを発生させるのが困難な場合がある。その場合は、本発明の第１実施形態の変形例として、以下のような方法を適宜採用することが効果的である。【００５７】
第１の方法は、圧力を変化させる方法である。まず、調圧弁９で真空容器１内の圧力を、プラズマドーピング用圧力よりも高い、１Ｐａ以上（典型的には１０Ｐａ）のプラズマ発生用圧力に保ちながら、対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を供給して真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させる。このとき、試料電極６には、試料電極用高周波電源１２から高周波電力を供給しないようにする。プラズマが発生したのち、調圧弁９を調整して真空容器１内の圧力を１Ｐａ以下（典型的には０．８Ｐａ）のプラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させる。ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ源）又はＩＣＰ（誘導結合型プラズマ源）などの、所謂、高密度プラズマ源を用いる場合にも同様の手順が考えられるが、本発明の第１実施形態の変形例にかかる装置構成においては、プラズマの体積が高密度プラズマ源を用いる場合に比べて著しく小さいので、発生したプラズマが消えないようにするためには、調圧弁９で、よりゆっくりと圧力を低下させていく必要がある。しかし、あまりゆっくりと圧力を低下させると、処理に必要なトータル時間が延びるばかりか、基板７の汚染を生じる恐れもあるので、調圧弁９で、圧力は３秒〜１５秒程度かけて低下させていくことが好ましい。真空容器１内の圧力がプラズマドーピング用圧力まで低下したのち、試料電極６に試料電極用高周波電源１２から高周波電力を供給する。【００５８】
第２の方法は、ガス種を変化させる方法である。図３に示すように、ガス供給装置２は、一例として、制御装置８０で動作制御される第１〜第３マスフローコントローラ３１、３２、３３、制御装置８０で動作制御される第１〜第３バルブ３４、３５、３６、第１〜第３ボンベ３７、３８、３９から構成される。第１ボンベ３７にはＨｅで希釈されたＢ２Ｈ６ガス、第２ボンベ３８にはＨｅガス、第３ボンベ３９にはＮｅガスがそれぞれ収納されている。そして、まず、第１及び第２バルブ３４、３５を閉、第３バルブ３８を開にして、真空容器１内に、Ｈｅよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスの一例であるＮｅガスを第３ボンベ３９から第３バルブ３８及び第３マスフローコントローラ３３及び配管２ｐを介して供給する。第３ボンベ３９からのＮｅガスの流量は、第３マスフローコントローラ３３にて一定に保つ。このときのＮｅガスの流量は、後に、試料電極６に高周波電力を供給するステップにおけるガス流量とほぼ同じに設定しておく。調圧弁９で真空容器１内の圧力を０．８Ｐａに保ちながら対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を供給することにより、真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させる。このとき、試料電極６には高周波電力を供給しないようにする。プラズマが発生したのち、第１及び第２バルブ３４、３５を開、第３バルブ３８を閉にして、第１及び第２ボンベ３７、３８から第１及び第２バルブ３４、３５及び第１及び第２マスフローコントローラ３１、３２及び配管２ｐを介して真空容器１内に供給するガスをＨｅとＢ２Ｈ６ガスとの混合ガスに変える。これらのガスの流量は第１及び第２マスフローコントローラ３１、３２にて一定に保つ。ガス種が切り替わったのち、試料電極用高周波電源１２から試料電極６に高周波電力を供給する。ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ源）又はＩＣＰ（誘導結合型プラズマ源）などの、所謂、高密度プラズマ源を用いる場合にも同様の手順が考えられるが、本発明の装置構成においては、プラズマの体積が高密度プラズマ源を用いる場合に比べて著しく小さいので、発生したプラズマが消えないようにするためには、よりゆっくりとガス種を変化させていく方がよい。しかし、あまりゆっくりとガス種を変化させると、処理に必要なトータル時間が延びるばかりか、基板７の汚染を生じる恐れもあるので、ガス種は３秒〜１５秒程度かけて変化させていくことが好ましい。ゆっくりとガス種を変化させるには、第１及び第２バルブ３４、３５を開にした瞬間は第１及び第２マスフローコントローラ３１、３２の流量設定値をゼロ又はごく微量（１０ｓｃｃｍ以下）にしておき、徐々に流量が増加するように制御する。また、第１及び第２バルブ３４、３５を開にした後、第３バルブ３６を開のまま第３マスフローコントローラ３３の流量設定値を徐々に低下させていき、第３マスフローコントローラ３３の流量設定値がゼロ又はごく微量（１０ｓｃｃｍ以下）になった後に、第３バルブ３６を閉にする。【００５９】
第３の方法は、試料電極６と対向電極３との距離Ｇを変化させる方法である。第１実施形態の別の変形例として試料電極６と対向電極３とを相対的に移動させて試料電極６と対向電極３との距離Ｇを制御するために、例えば図４に示すように、真空容器１内で真空容器１の底面と試料電極６との間に距離調整用駆動装置（例えば試料電極昇降用駆動装置）の一例としての（対向電極を昇降させる場合には、真空容器１内で真空容器１の上面と対向電極３との間に距離調整用駆動装置（例えば対向電極昇降用駆動装置）の一例としての）ベローズ４０が設けられ、ベローズ４０を伸縮させるための流体をベローズ４０に供給するための流体供給装置４０ａを設けて、制御装置８０の動作制御の下に流体供給装置４０ａの駆動によりベローズ４０を介して試料電極６（又は、対向電極３）が真空容器１内で昇降自在に構成されている。この場合は、調圧弁９及びポンプ８は真空容器１の側面に設けられる（図示しない）。このような装置構成において、まず、流体供給装置４０ａの駆動により試料電極６を下降させて（又は、対向電極３を上昇させて）、距離Ｇを、プラズマドーピング処理用の距離よりも大きいプラズマ発生用の距離例えば８０ｍｍとした状態で、Ｈｅで希釈されたＢ２Ｈ６ガス、及びＨｅガスを真空容器１内にガス供給装置２から供給し、調圧弁９で真空容器１内の圧力を０．８Ｐａに保ちながら対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を供給することにより、真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させる。このとき、試料電極６には高周波電力を供給しないようにする。プラズマが発生したのち、流体供給装置４０ａの駆動により試料電極６を上昇させ（又は、対向電極３を下降させ）、距離Ｇを２５ｍｍに変化させる。なお、プラズマが発生したことは、真空容器１に設けられた窓からプラズマ発光を検出器で自動的に検出するようにしてもよい。この場合、検出器での検出信号を基に流体供給装置４０ａを駆動するようにすればよい。簡易的には、プラズマが発生するのに十分な時間を予め設定しておき、そのプラズマ発生予定時間が経過したのち、プラズマが発生したものと仮定して、流体供給装置４０ａを駆動するようにしてもよい。距離Ｇが２５ｍｍになったのち、流体供給装置４０ａの駆動を停止させ、試料電極用高周波電源１２から試料電極６に高周波電力を供給する。距離Ｇの変化があまり急激に過ぎると、発生したプラズマが消える恐れがあり、逆に、距離Ｇの変化があまりにゆっくり過ぎると、処理に必要なトータル時間が延びるばかりか、基板７の汚染を生じる恐れもあるので、距離Ｇは３秒〜１５秒程度かけて変化させていくことが好ましい。この変形例では、始めにプラズマを発生させるステップにおける距離Ｇを８０ｍｍとした場合を例示したが、以下の式（４）
【数４】
2008041702.tif 000006
を満たす状態でプラズマを発生させることが好ましい。距離Ｇが小さすぎる場合（半径の０．４倍より小さい場合）は、プラズマを発生させることができない場合があり、逆に、距離Ｇが大きすぎる場合（半径の１．０倍より大きい場合）は、真空容器１の容積が大きくなりすぎ、ポンプ排気能力が不足する。【００６０】
また、上記の３つの方法のうち２つ以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ源）を用いる場合においても、試料電極６に対向する誘電体窓と試料電極６との距離Ｇが以下の式（５）
【数５】
2008041702.tif 000007
を満たす状態で処理を行うことは、ウエット洗浄直後から活性化後の表面抵抗が安定するまでの必要枚数を減らすのに有効である。【００６１】
なお、前記変形例において、真空容器１内で真空容器１の底面と試料電極６との間に試料電極昇降用駆動装置の一例としてのベローズ４０を設けるとともに、対向電極を昇降させる場合には、真空容器１内で真空容器１の上面と対向電極３との間に対向電極昇降用駆動装置の一例としてのベローズ４０を設けて、試料電極６と対向電極３との両方を移動させることにより、試料電極６と対向電極３とを相対的に移動させて、試料電極６と対向電極３との距離Ｇを制御するようにしてもよい。【００６２】
なお、本発明を、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ源）又はＩＣＰ（誘導結合型プラズマ源）などに適用する場合には、試料電極と前記対向電極との距離をＧとする代わりに、対向電極と、誘電板もしくはガス噴出する穴を含む面との距離をＧとするように読み替えればよい。【００６３】
また、本発明において、距離Ｇは、電極間距離で説明しているが、厳密には基板と電極間距離として定義する必要がある。しかしながら、基板はその距離と比べ、極めて小さいので、実施形態及び実施例では基板の厚みを考慮せずに、距離Ｇは電極間距離として説明することに、なんら問題はない。【００６４】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法及び装置を提供することができる。したがって、半導体装置における不純物ドーピング工程をはじめ、液晶などで用いられる薄膜トランジスタの製造にも適用可能である。【００６６】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図１Ａ】
2008041702.tif 000010
【図１Ｂ】
2008041702.tif 000011
【図２】
2008041702.tif 000012
【図３】
2008041702.tif 000013
【図４】
2008041702.tif 000014
【図５】
2008041702.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月31日(2008.1.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器（１）内の試料電極（６）に試料（７）を載置し、
前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記真空容器内の前記試料の表面と対向電極の表面との間にプラズマを発生させつつ、前記試料電極に電力を供給し、
前記試料の表面のうち前記対向電極に対向する側の表面の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（１）
【数１】
2008041702.tif 000016
を満たす状態で、前記試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング処理を行う、プラズマドーピング方法。
【請求項２】
前記試料電極と対向して配置された前記対向電極に高周波電力を供給する、請求項１に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項３】
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、プラズマ発生用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項２に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項４】
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項２に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項５】
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式（１）の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式（１）を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項２に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項６】
前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が１％以下である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項７】
前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が０．１％以下である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項８】
前記真空容器内に導入される前記ガスが、不純物原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスである、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項９】
前記希ガスがＨｅである、請求項８に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１０】
前記ガス中の不純物原料ガスがＢｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
前記ガス中の不純物原料ガスがＰｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
前記対向電極に設けたガス噴出孔（５）より前記試料の表面に向けて前記ガスを噴出させつつ前記プラズマドーピング処理を行う、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成されている状態で前記プラズマドーピング処理を行う、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１４】
前記試料がシリコンよりなる半導体基板である状態で前記プラズマドーピング処理を行う、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１５】
前記ガス中に含まれる不純物ガス中の不純物が砒素、燐、又は、ボロンである、請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１６】
真空容器（１）と、
前記真空容器内に配置された試料電極（６）と、
前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置（２）と、
前記試料電極と概ね平行に対向した対向電極（３）と、
前記真空容器内を排気する排気装置（８）と、
前記真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置（９）と、
前記試料電極に電力を供給する電源（１２）とを備えるとともに、  前記試料電極の前記対向電極に対向する側の表面であってかつ前記試料が配置されるべき配置領域の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（２）
【数２】
2008041702.tif 000017
を満たす、プラズマドーピング装置。
【請求項１７】
前記対向電極に高周波電力を供給する高周波電源（１１）をさらに具備した、請求項１６に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１８】
前記圧力制御装置は、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力と、前記プラズマドーピング用圧力よりも高いプラズマ発生用圧力とに切替えるように圧力制御が可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、前記プラズマ発生用圧力に保ちながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を前記電源から供給するようにした、請求項１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１９】
前記ガス供給装置は、前記プラズマドーピング用ガスと、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスとを切替えて前記真空容器内に供給可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記ガス供給装置により、前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記圧力制御装置により前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２０】
前記試料電極を前記対向電極に対して相対的に移動させる距離調整用駆動装置（４０，４０ａ）をさらに備えて、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記距離調整用駆動装置により、前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式（２）の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記距離調整用駆動装置により前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式（２）を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２１】
前記ガス供給装置は、前記対向電極に設けられたガス噴出孔（５）からガスを供給するように構成された、請求項１６又は１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２２】
前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成される、請求項１６又は１７に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２３】
真空容器（１）内の試料電極（６）に試料（７）を載置し、
前記試料電極に対向する対向電極と前記試料電極との距離Ｇがプラズマドーピング処理用の距離よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、
前記プラズマが発生したのち、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記プラズマドーピング処理用の距離に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給して、
前記試料の表面のうち前記対向電極に対向する側の表面の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇを前記プラズマドーピング処理用の距離に維持した状態で、前記試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング処理を行う、プラズマドーピング方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＭＯＳトランジスタを作る際には、試料としてのシリコン基板表面に薄い酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ装置等により試料上にゲート電極を形成する。こののち、このゲート電極をマスクとして、前述したようにプラズマドーピング方法によって不純物を導入する。不純物の導入によって、例えばソースドレイン領域の形成された試料の上に金属配線層を形成し、ＭＯＳトランジスタが得られる。
【０００３】
不純物を固体試料の表面に導入する技術としては、不純物をイオン化して低エネルギーで固体中に導入するプラズマドーピング法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図５は、前記特許文献１に記載された従来の不純物導入方法としてのプラズマドーピング法に用いられるプラズマ処理装置の概略構成を示している。図５において、真空容器１０１内に、シリコン基板よりなる試料１０７を載置するための試料電極１０６が設けられている。真空容器１０１内に所望の元素を含むドーピング原料ガス、例えばＢ２Ｈ６を供給するためのガス供給装置１０２、真空容器１０１内の内部を減圧するポンプ１０８が設けられ、真空容器１０１内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管１２１より、誘電体窓としての石英板１２２を介して、真空容器１０１内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石１２３から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器１０１内に有磁場マイクロ波プラズマ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）１２４が形成される。試料電極１０６には、コンデンサ１２５を介して高周波電源１１２が接続され、試料電極１０６の電位が制御できるようになっている。なお、従来の電極と石英板１２２との間の距離は、２００ｍｍから３００ｍｍである。
【０００４】
このような構成のプラズマ処理装置において、導入されたドーピング原料ガス、例えばＢ２Ｈ６は、マイクロ波導波管１２１及び電磁石１２３から成るプラズマ発生手段によってプラズマ化され、プラズマ１２４中のボロンイオンが高周波電源１１２によって試料１０７の表面に導入される。
【０００５】
プラズマドーピングを行う際に用いるプラズマ処理装置の形態としては、前述の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源を用いるものの他に、ヘリコン波プラズマ源を用いるもの（例えば、特許文献２参照）、誘導結合型プラズマ源を用いるもの（例えば、特許文献３参照）、平行平板型プラズマ源を用いるもの（例えば、特許文献４参照）が知られている。
【０００６】
【特許文献１】米国特許４９１２０６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１７０７８２号公報
【特許文献３】特開２００４−４７６９５号公報
【特許文献４】特表２００２−５２２８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これら従来の方式では、不純物の導入量（ドーズ量）の再現性が悪いという問題があった。
【０００８】
本発明者らは、種々の実験の結果、この再現性低下の原因は、プラズマ中のボロン系ラジカル密度が増加していくためであることを発見した。プラズマドーピング処理を行っていくと、真空容器の内壁面にボロンを含む薄膜（ボロン系薄膜）が堆積していく。この堆積膜厚の増加にともなって、ドーピング原料ガスとしてＢ２Ｈ６を用いる場合、真空容器の内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率が減少していくため、プラズマ中のボロン系ラジカル密度が増加していくものと考えられる。また、プラズマ中のイオンが、プラズマと真空容器内壁との電位差で加速され、真空容器の内壁面に堆積したボロン系薄膜に衝突することによって生じるスパッタリングにより、ボロンを含む粒子がプラズマ中に供給される量が徐々に増加していく。したがって、ドーズ量が徐々に増加していくこととなる。増加の度合いは非常に大きく、プラズマドーピング処理を数百回繰り返し実施した後のドーズ量は、真空容器の内壁を水及び有機溶剤を用いて洗浄した直後のプラズマドーピング処理で導入されるドーズ量の約３．３〜６．７倍にもなってしまう。
【０００９】
また、プラズマの発生や停止にともなう真空容器の内壁面の温度が変動することも、内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率を変化させる。このことも、ドーズ量の変動要因となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、試料表面に導入される不純物量を高精度に制御し、再現性に優れた不純物濃度を得ることのできるプラズマドーピング方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、真空容器内の試料電極に試料を載置し、
前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記真空容器内の前記試料の表面と対向電極の表面との間にプラズマを発生させつつ、前記試料電極に電力（例えば、高周波又はパルス電力）を供給し、
前記試料の表面のうち前記対向電極に対向する側の表面の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（１）
【数１】
2008041702.tif 000018
を満たす状態で、前記試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング処理を行う、プラズマドーピング方法を提供する。
このような構成により、試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
【００１２】
また、本発明の第２態様によれば、前記試料電極と対向して配置された前記対向電極に高周波電力を供給する、第１の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
この構成により、生成されたプラズマが対向電極に付着するのを防止することができる。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、プラズマ発生用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第２の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第２の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式（１）の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極を相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記試料電極と前記対向電極を相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式（１）を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第２の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が１％以下である、第１〜５のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１７】
また、本発明の第７態様によれば、前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が０．１％以下である、第１〜５のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００１８】
本発明の第８態様によれば、前記真空容器内に導入される前記ガスが、不純物原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスである、第１〜７のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。また、本発明の第９態様によれば、前記希ガスがＨｅである、第８の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
このような構成により、ドーズ量の精密な制御と低スパッタ性の両立を図りつつ、再現性に優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
【００１９】
また、本発明の第１０又は１１態様によれば、前記ガス中の不純物原料ガスがＢｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）又はＰｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）である、第１〜９のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
このような構成により、好ましくない不純物を試料表面に導入することを回避できる。
【００２０】
本発明の第１２態様によれば、前記対向電極に設けたガス噴出孔より前記試料の表面に向けて前記ガスを噴出させつつ前記プラズマドーピング処理を行う、第１〜１１のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
この構成により、よりいっそう試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
【００２１】
また、本発明の第１３態様によれば、前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成されている状態で前記プラズマドーピング処理を行う、第１〜１２のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
この構成により、好ましくない不純物を試料表面に導入することを回避できる。
【００２２】
また、本発明の第１４態様によれば、前記試料がシリコンよりなる半導体基板である状態で前記プラズマドーピング処理を行う、第１〜１３のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。また、本発明の第１５態様によれば、前記ガス中に含まれる不純物ガス中の不純物が砒素、燐、又は、ボロンである、第１〜１４のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。不純物としては、このほかアルミニウム又はアンチモンなども適用可能である。
【００２３】
本発明の第１６態様によれば、
真空容器と、
前記真空容器内に配置された試料電極と、
前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、
前記試料電極と概ね平行に対向させた対向電極と、
前記真空容器内を排気する排気装置と、
前記真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置と、
前記試料電極に電力を供給する電源とを備えるとともに、
前記試料電極の前記対向電極に対向する側の表面であってかつ前記試料が配置されるべき配置領域の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（２）
【数２】
2008041702.tif 000019
を満たす、プラズマドーピング装置を提供する。
この構成により、試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング装置を実現できる。
【００２４】
また、本発明の第１７態様によれば、前記対向電極に高周波電力を供給する高周波電源をさらに具備した、第１６の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
この構成により、対向電極に、生成されたプラズマが付着するのを防止することができる。
【００２５】
本発明の第１８態様によれば、前記圧力制御装置は、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力と、前記プラズマドーピング用圧力よりも高いプラズマ発生用圧力とに切替えるように圧力制御が可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、前記プラズマ発生用圧力に保ちながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を前記電源から供給するようにした、第１７の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００２６】
本発明の第１９態様によれば、前記ガス供給装置は、前記プラズマドーピング用ガスと、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスとを切替えて前記真空容器内に供給可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記ガス供給装置により、前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記圧力制御装置により前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第１７の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００２７】
本発明の第２０態様によれば、前記試料電極を前記対向電極に対して相対的に移動させる距離調整用駆動装置をさらに備えて、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記距離調整用駆動装置により、前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記距離調整用駆動装置により前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、第１７の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００２８】
さらにまた、本発明の第２１態様によれば、前記ガス供給装置は、前記対向電極に設けられたガス噴出孔からガスを供給するように構成された、第１６〜２０のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
この構成により、よりいっそう試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング装置を実現することができる。
【００２９】
また、本発明の第２２態様によれば、前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成される、第１６〜２１のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
この構成により、好ましくない不純物を試料表面に導入することを回避できる。
【００３０】
本発明の第２３態様によれば、真空容器内の試料電極に試料を載置し、
前記試料電極に対向する対向電極と前記試料電極との距離Ｇがプラズマドーピング処理用の距離よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、
前記プラズマが発生したのち、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記プラズマドーピング処理用の距離に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給して、
前記試料の表面のうち前記対向電極に対向する側の表面の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇを前記プラズマドーピング処理用の距離に維持した状態で、前記試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング処理を行う、プラズマドーピング方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１Ａから図２を参照して説明する。
本発明の第１実施形態のプラズマドーピング装置は、図１Ａ及び図１Ｂに断面図を示すように、真空容器（真空室）１と、真空容器１内に配置された試料電極６と、真空容器１内にプラズマドーピング用のガスを供給するガス供給装置２と、真空容器１内に配置されかつ試料電極６と概ね平行に対向させた対向電極３と、真空容器１内を排気する排気装置の一例としてのターボポンプ８と、真空容器１内の圧力を制御する圧力制御装置の一例としての調圧弁９と、試料電極６に高周波電力を供給する、電源の一例としての試料電極用高周波電源１２とを備えたプラズマドーピング装置であって、試料電極６の対向電極３に対向する側の表面であってかつ試料の一例としての基板（より具体的にはシリコン基板）７が配置されるべき配置領域の面積Ｓに対して、試料電極６と対向電極３との距離Ｇを、試料電極６と対向電極３の間で生成されたプラズマが、試料電極６と対向電極３の間の空間の外方に拡散するのを防止し、かつ、試料電極６と対向電極３の間の空間にほぼ閉じ込めることができる程度に、十分に小さく決定したことを特徴とする。なお、ここで、試料電極６の面積には、試料電極６の側面部の面積は含まず、基板載置面の面積（図１Ｂの絶縁部材６Ｂで覆われていない露出部の面積）を意味している。試料電極６は、図１Ａでは簡略化して長方形断面として図示されている。試料電極６の１つの例としては、図１Ｂに断面図として示すように、上端面である基板載置面を有する小径の上部と、上部よりも大径の張り出し部を有する下部とを有して、上向き凸の形状に構成されている。図１Ｂにおいて、６Ｂは絶縁体より構成されかつ試料電極６の上部の基板載置面以外の部分を覆う絶縁部材である。６Ｃは接地されておりかつ後述する支柱１０と連結されるアルミリングである。この図１Ｂでは、一例として、基板７は、試料電極６の上端面である基板載置面より大きく、かつ、試料電極６の下部の張り出し部分より小さいものとなっている。
【００３４】
すなわち、このプラズマドーピング装置では、図１Ａにおいて、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガス（プラズマドーピング用のガス）を、対向電極３内に設けられたガス溜り４に導入し、対向電極３に設けられた多数のガス噴出孔５より、試料電極６に載置した、試料の一例としての基板７に向けてガスを噴出させる。対向電極３は、その表面（図１Ａの下面）が、試料電極６の表面（図１Ａの上面）と概ね平行に対向させるように配置されている。
【００３５】
また、ガス供給装置２から真空容器１内に供給されたガスは、排気口１ａを介して、排気装置の一例としてのターボ分子ポンプ８により真空容器１内から排気され、圧力制御装置の一例としての調圧弁９により排気口１ａの開口度合いを調整することにより、真空容器１内を所定の圧力（プラズマドーピング用の圧力）に保つことができる。なお、ターボ分子ポンプ８及び排気口１ａは、試料電極６の直下に配置されており、また、調圧弁９は、試料電極６の直下で、かつターボ分子ポンプ８の直上に位置する昇降弁である。さらにまた、試料電極６は、４本の絶縁性の支柱１０により、真空容器１内の中間部に固定されている。対向電極用高周波電源１１により６０ＭＨｚの高周波電力を対向電極３に供給することにより、対向電極３と試料電極６の間に容量結合型プラズマを発生させることができる。また、試料電極６に１．６ＭＨｚの高周波電力を供給するための試料電極用高周波電源１２が設けられており、この試料電極用高周波電源１２は、試料の一例としての基板７がプラズマに対して負の電位を持つように、試料電極６の電位を制御するバイアス電圧源として機能する。試料電極用高周波電源１２の代わりに、パルス電源を用いて、試料電極６にパルス電力を供給することによっても、基板７の電位を制御できる。絶縁体１３は、対向電極３と、接地された真空容器１とを直流的に絶縁するためのものである。このようにして、プラズマ中のイオンを試料の一例である基板７の表面に向かって加速し衝突させて試料の一例である基板７の表面を処理することができる。プラズマドーピング用ガスとして、ジボランやホスフィンを含むガスを用いることにより、プラズマドーピング処理を行うことが可能である。
【００３６】
プラズマドーピング処理を行う場合、図１Ａではガス供給装置２内に設けられている流量制御装置（マスフローコントローラ）（例えば、後述する図３の第１〜第３マスフローコントローラ３１、３２、３３）により、不純物原料ガスを含むガスの流量を所定の値に制御する。一般的には、不純物原料ガスをヘリウムで希釈したガス、例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）をヘリウム（Ｈｅ）で０．５％に希釈したガスを不純物原料ガスとして用い、これを第１マスフローコントローラ（例えば、後述する図３の第１マスフローコントローラ３１）で流量制御する。さらに第２マスフローコントローラ（例えば、後述する図３の第２マスフローコントローラ３２）でヘリウムの流量制御を行い、第１及び第２マスフローコントローラで流量が制御されたガスをガス供給装置２内で混合した後、配管２ｐを介してガス溜り４に混合ガスを導く。ガス溜り４から所望の濃度に調整された、不純物原料ガスが多数のガス噴出孔５を介して真空容器１内の対向電極３と試料電極６との間に供給される。
なお、図１Ａの８０はプラズマドーピング処理を制御するための制御装置であり、ガス供給装置２とターボ分子ポンプ８と調圧弁９と対向電極用高周波電源１１と試料電極用高周波電源１２などの動作をそれぞれ制御して、所定のプラズマドーピング処理を行なうためのものである。
【００３７】
一つの実例として、使用する基板７は、シリコン基板であって、円形（一部にノッチあり）であり、直径は３００ｍｍである。また、一例として、試料電極６と対向電極３との距離Ｇを２５ｍｍとする場合のプラズマドーピング処理について、以下に説明する。
【００３８】
さて、前記したようなプラズマ処理装置を用いてプラズマドーピングを行うに際しては、まず、対向電極３の表面を含む真空容器１の内壁を水及び有機溶剤を用いて洗浄する。
次いで、試料電極６上に基板７を載置する。
次いで、試料電極６の温度を一例として２５℃に保ちつつ、真空容器１内に、一例として、Ｈｅで希釈されたＢ２Ｈ６ガス、及びＨｅガスをそれぞれ５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍだけガス供給装置２から供給し、調圧弁９で真空容器１内の圧力を０．８Ｐａに保ちながら対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を１６００Ｗ供給することにより、真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させるとともに、試料電極用高周波電源１２から試料電極６に１４０Ｗの高周波電力を５０秒間供給することにより、プラズマ中のボロンイオンを基板７の表面に衝突させて、ボロンを基板７の表面近傍に導入することができた。そして、基板７を真空容器１から取り出し、活性化させた後の表面抵抗（ドーズ量に相関する量）を測定した。
【００３９】
同様の条件で、次々に基板７をプラズマドーピング処理したところ、活性化後の表面抵抗は、図２に曲線ａで示すように、始めの数枚で低下し、その後、ほぼ一定となった。
【００４０】
また、表面抵抗がほぼ一定となった後の表面抵抗の変動幅は極めて小さかった。
比較のため、従来例のように誘導結合型プラズマ源（なお、この従来例の誘電体の石英板と電極との間の距離は、２００ｍｍから３００ｍｍである。）を用いて同様の処理を行ったところ、図２に曲線ｂで示すように、始めの数十枚でゆるやかに低下し、一定値に漸近していく結果となった。
【００４１】
また、従来例では、表面抵抗がほぼ一定となった後の表面抵抗の変動幅は比較的大きく、本第１実施形態における変動幅の数倍であった。
【００４２】
ここで、このような違いが見られた理由について説明する。
従来例においては、真空容器１の内壁を洗浄した直後から、プラズマドーピング処理を次々に重ねていく過程で、真空容器１の内壁面にボロンを含む薄膜が堆積していく。この現象は、プラズマ中で生成されたボロン系ラジカル（中性粒子）が真空容器の内壁面に吸着するとともに、プラズマ電位（＝概ね１０〜４０Ｖ程度）と真空容器内壁の電位（通常、真空容器内壁は誘電体であるから、フローティング電位＝概ね５〜２０Ｖ程度）との電位差で加速されたボロン系イオンが、真空容器の内壁面に衝突し、熱エネルギー又はイオン衝撃のエネルギーによって、ボロンを含む薄膜が成長しているものと考えられる。この堆積膜厚の増加にともなって、ドーピング原料ガスとしてＢ２Ｈ６を用いる場合、真空容器の内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率が減少していくため、プラズマ中のボロン系ラジカル密度が増加していくものと考えられる。また、プラズマ中のイオンが、前述の電位差で加速され、真空容器の内壁面に堆積したボロン系薄膜に衝突することによって生じるスパッタリングにより、ボロンを含む粒子がプラズマ中に供給される量が徐々に増加していく。したがって、ドーズ量が徐々に増加し、活性化後の表面抵抗が徐々に低下する。また、プラズマの発生や停止にともなって真空容器の内壁面の温度が変動するため、内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率が変動し、活性化後の表面抵抗が大きく変動する。
【００４３】
一方、本第１実施形態においては、基板７の例としての直径３００ｍｍのウェハが載置される試料電極６の面積と比較して、試料電極６と対向電極３との距離Ｇが２５ｍｍと小さく、所謂、狭ギャップ放電となっており、また、対向電極３に設けたガス噴出孔５より基板７の表面に向けてガスを噴出させつつ処理を行う方式を採っている。この場合、真空容器１の内壁面（対向電極３の表面は除く）の表面状態が、プラズマ中のボロン系ラジカル密度やボロンイオン密度へ及ぼす影響は著しく小さくなる。その理由は、主として次の４つから成る。
【００４４】
（１）狭ギャップ放電であるため、プラズマが、対向電極３と基板７の間にのみ主として生じるため、真空容器１の内壁面（対向電極３の表面は除く）にボロン系ラジカルが極めて吸着しにくく、ボロンを含む薄膜が堆積しにくい。
（２）真空容器１の内壁面（対向電極３の表面は除く）の基板７に対する相対的な面積が従来例よりも小さいため、真空容器１の内壁面の影響が小さくなる。
（３）対向電極３には高周波電力が印加されているため、対向電極３の表面には自己バイアス電圧が発生し、ボロン系ラジカルが極めて吸着しにくく、対向電極３の表面状態は、ドーピング処理を次々に重ねていってもほとんど変化しない。
（４）基板７の表面におけるガス流れが、基板７の中心から周辺に向かって一方的であるため、真空容器１の内壁面の影響が基板７に及びにくい。
【００４５】
本発明者は、さらに、試料電極６と対向電極３との距離として好ましい範囲を調べた。基板７の表面（対向電極３に対向する側の表面、又は、試料電極６の対向電極３に対向する側の表面であってかつ基板７が配置されるべき配置領域）の面積をＳとすると、基板７が円形の場合、その半径は（Ｓ／π）−１／２となる。試料電極６と対向電極３との距離をＧとしたとき、次式（３）
【数３】
2008041702.tif 000020
を満たす状態、すなわち、電極間距離Ｇが基板７の半径の０．１倍から０．４倍の範囲において、良好な不純物濃度再現性が得られた。電極間距離Ｇが小さすぎる場合（半径の０．１倍より小さい場合）は、プラズマドーピングを実施するに適した圧力領域（３Ｐａ以下）でプラズマを発生させることができなかった。逆に、電極間距離Ｇが大きすぎる場合（半径の０．４倍より大きい場合）は、従来例のように、ウエット洗浄直後から活性化後の表面抵抗が安定するまで数十枚を要した。また、表面抵抗がほぼ一定となった後の表面抵抗の変動幅も大きくなった。
【００４６】
このように、高周波電源１１により対向電極３に高周波電力を供給して狭ギャップ放電を発生させることが、プロセスの再現性を確保する上で極めて重要であるという事情は、プラズマドーピングにおいて、特に顕著な現象である。絶縁膜のドライエッチングにおいて、フッ化カーボン系の薄膜が真空容器の内壁に堆積することによるエッチング特性の変動が問題となる場合に狭ギャップ放電を用いることがあるが、真空容器内に導入される混合ガス中のフッ化カーボン系ガスの濃度は数％程度であり、堆積膜の影響は比較的小さい。一方、プラズマドーピングにおいては、真空容器内に導入される不活性ガス中の不純物原料ガスの濃度は１％以下であり（特に、精度良くドーズ量を制御したい場合には０．１％以下）、堆積膜の影響が比較的大きくなってしまう。不活性ガス中の不純物原料ガスの濃度は１％を超える場合には、いわゆるセルフレギュレーション効果が得られず、ドーズ量の正確な制御ができなくなるという不具合が生じるため、不活性ガス中の不純物原料ガスの濃度は１％以下とする。なお、真空容器内に導入される不活性ガス中の不純物原料ガスの濃度は、小さくとも０．００１％以上であることが必要である。これよりも小さいと、所望のドーズ量を得るために極めて長時間の処理が必要となってしまう。
【００４７】
また、本発明を利用することにより、発光分光法や質量分析法などのｉｎ−ｓｉｔｕモニタリング技術を活用したドーズモニタリング、ドーズ量制御などの精度が向上するという利点がある。何故なら、１枚の基板を処理した際のドーズ量が処理時間の経過とともに飽和する、所謂、セルフレギュレーション現象における飽和ドーズ量は、真空容器内に導入される混合ガス中の不純物原料ガスの濃度に依存するということが知られており、本発明によれば、真空容器内壁の状態に関係なく、ｉｎ−ｓｉｔｕモニタリングによって、プラズマ中における不純物原料ガスの解離や電離によって発生させたイオンやラジカルなどの粒子に強く相関した測定量を比較的容易に得ることができるためである。
【００４８】
なお、特許文献４に記載のプラズマドーピング装置においては、試料に対向して設けられた対向電極（アノード）は接地電位であるため、プラズマドーピング処理を行っていくと、対向電極にボロンを含む薄膜が堆積する。また、対向電極（アノード）と試料電極（カソード）間の距離（ギャップ）については、「異なる電圧に対して調節され得る」と記されているのみである。
【００４９】
以上述べた本発明の第１実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、真空容器１の形状、電極３，６の構造及び配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、いうまでもない。
【００５０】
また、対向電極３に６０ＭＨｚの高周波電力を供給し、試料電極６に１．６ＭＨｚの高周波電力を供給する場合を例示したが、これらの周波数は一例を示したに過ぎない。対向電極３に供給する高周波電力の周波数は、概ね１０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下が適している。対向電極３に供給する高周波電力の周波数が１０ＭＨｚより低いと、十分なプラズマ密度が得られない。逆に、対向電極３に供給する高周波電力の周波数が１００ＭＨｚより高いと、十分な自己バイアス電圧が得られないため、対向電極３の表面に不純物を含む薄膜が堆積しやすくなってしまう。
【００５１】
また、試料電極６に供給する高周波電力の周波数は、概ね３００ｋＨｚ以上２０ＭＨｚ以下が適している。試料電極６に供給する高周波電力の周波数が３００ｋＨｚより低いと、簡単に高周波の整合がとれなくなる。逆に、試料電極６に供給する高周波電力の周波数が２０ＭＨｚより高いと、試料電極６にかかる電圧に面内分布が生じやすく、ドーピング処理の均一性が損なわれてしまう。
【００５２】
また、対向電極３の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成すれば、基板７の一例であるシリコン基板に好ましくない不純物を、基板７の表面に導入することを回避できる。
また、特に、基板７がシリコンよりなる半導体基板である場合、不純物として砒素、燐、又は、ボロンを用いることで、微細トランジスタの製造に利用することができる。また基板７として化合物半導体を用いるようにしてもよい。不純物としてはアルミニウムやアンチモンを用いることも可能である。
【００５３】
また、公知のヒータ及び冷却装置をそれぞれ組み込み、真空容器１の内壁の温度制御、対向電極３及び試料電極６の温度制御をそれぞれ行うことにより、真空容器１の内壁、対向電極３、基板７の表面における不純物ラジカルの吸着確率をより精密に制御することにより、再現性をさらに高めることができる。
【００５４】
また、真空容器１内に導入されるプラズマドーピング用ガスとしてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈した混合ガスを用いる場合を例示したが、一般的には、不純物原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスを用いることができる。不純物原料ガスとしては、ＢｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）又はＰｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）などを用いることができる。これらのガスは、ＢやＰの他に、不純物として基板に混入しても影響が少ないＨを含むだけであるという利点がある。他のＢを含むガス、例えば、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＢＢｒ３なども用いることは可能である。他のＰを含むガス、例えば、ＰＦ３、ＰＦ５、ＰＣｌ３、ＰＣｌ５、ＰＯＣｌ３なども利用可能である。また、希ガスとしてＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどを用いることができるが、Ｈｅが最も適している。これは以下のような理由による。好ましくない不純物を試料表面に導入することを回避するとともに、ドーズ量の精密な制御と低スパッタ性の両立を図りつつ、再現性に優れたプラズマドーピング方法を実現できるからである。不純物原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスを用いることにより、チャンバー内壁に形成されたボロンなどの不純物を含む膜に起因するドーズ量の変化を極めて小さくできるため、ガス噴出の分布を制御することによってドーズ量の分布をより精密に制御でき、ドーズ量の面内均一性を確保し易くなる。Ｈｅの次に好ましい希ガスはＮｅである。ＮｅはＨｅよりも若干スパッタレートが高いという難点があるものの、低圧で放電しやすいという利点がある。
【００５５】
なお、本発明は第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
例えば、第１実施形態では、Ｈｅで希釈されたＢ２Ｈ６ガス、及びＨｅガスをそれぞれ５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍガス供給装置２から供給し、調圧弁９で真空容器１内の圧力を０．８Ｐａに保ちながら対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を１６００Ｗ供給することにより、真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させる場合を例示したが、Ｈｅガスの分圧が高い状態で低圧においてプラズマを発生させるのが困難な場合がある。その場合は、本発明の第１実施形態の変形例として、以下のような方法を適宜採用することが効果的である。
【００５６】
第１の方法は、圧力を変化させる方法である。まず、調圧弁９で真空容器１内の圧力を、プラズマドーピング用圧力よりも高い、１Ｐａ以上（典型的には１０Ｐａ）のプラズマ発生用圧力に保ちながら、対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を供給して真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させる。このとき、試料電極６には、試料電極用高周波電源１２から高周波電力を供給しないようにする。プラズマが発生したのち、調圧弁９を調整して真空容器１内の圧力を１Ｐａ以下（典型的には０．８Ｐａ）のプラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させる。ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ源）又はＩＣＰ（誘導結合型プラズマ源）などの、所謂、高密度プラズマ源を用いる場合にも同様の手順が考えられるが、本発明の第１実施形態の変形例にかかる装置構成においては、プラズマの体積が高密度プラズマ源を用いる場合に比べて著しく小さいので、発生したプラズマが消えないようにするためには、調圧弁９で、よりゆっくりと圧力を低下させていく必要がある。しかし、あまりゆっくりと圧力を低下させると、処理に必要なトータル時間が延びるばかりか、基板７の汚染を生じる恐れもあるので、調圧弁９で、圧力は３秒〜１５秒程度かけて低下させていくことが好ましい。真空容器１内の圧力がプラズマドーピング用圧力まで低下したのち、試料電極６に試料電極用高周波電源１２から高周波電力を供給する。
【００５７】
第２の方法は、ガス種を変化させる方法である。図３に示すように、ガス供給装置２は、一例として、制御装置８０で動作制御される第１〜第３マスフローコントローラ３１、３２、３３、制御装置８０で動作制御される第１〜第３バルブ３４、３５、３６、第１〜第３ボンベ３７、３８、３９から構成される。第１ボンベ３７にはＨｅで希釈されたＢ２Ｈ６ガス、第２ボンベ３８にはＨｅガス、第３ボンベ３９にはＮｅガスがそれぞれ収納されている。そして、まず、第１及び第２バルブ３４、３５を閉、第３バルブ３８を開にして、真空容器１内に、Ｈｅよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスの一例であるＮｅガスを第３ボンベ３９から第３バルブ３８及び第３マスフローコントローラ３３及び配管２ｐを介して供給する。第３ボンベ３９からのＮｅガスの流量は、第３マスフローコントローラ３３にて一定に保つ。このときのＮｅガスの流量は、後に、試料電極６に高周波電力を供給するステップにおけるガス流量とほぼ同じに設定しておく。調圧弁９で真空容器１内の圧力を０．８Ｐａに保ちながら対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を供給することにより、真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させる。このとき、試料電極６には高周波電力を供給しないようにする。プラズマが発生したのち、第１及び第２バルブ３４、３５を開、第３バルブ３８を閉にして、第１及び第２ボンベ３７、３８から第１及び第２バルブ３４、３５及び第１及び第２マスフローコントローラ３１、３２及び配管２ｐを介して真空容器１内に供給するガスをＨｅとＢ２Ｈ６ガスとの混合ガスに変える。これらのガスの流量は第１及び第２マスフローコントローラ３１、３２にて一定に保つ。ガス種が切り替わったのち、試料電極用高周波電源１２から試料電極６に高周波電力を供給する。ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ源）又はＩＣＰ（誘導結合型プラズマ源）などの、所謂、高密度プラズマ源を用いる場合にも同様の手順が考えられるが、本発明の装置構成においては、プラズマの体積が高密度プラズマ源を用いる場合に比べて著しく小さいので、発生したプラズマが消えないようにするためには、よりゆっくりとガス種を変化させていく方がよい。しかし、あまりゆっくりとガス種を変化させると、処理に必要なトータル時間が延びるばかりか、基板７の汚染を生じる恐れもあるので、ガス種は３秒〜１５秒程度かけて変化させていくことが好ましい。ゆっくりとガス種を変化させるには、第１及び第２バルブ３４、３５を開にした瞬間は第１及び第２マスフローコントローラ３１、３２の流量設定値をゼロ又はごく微量（１０ｓｃｃｍ以下）にしておき、徐々に流量が増加するように制御する。また、第１及び第２バルブ３４、３５を開にした後、第３バルブ３６を開のまま第３マスフローコントローラ３３の流量設定値を徐々に低下させていき、第３マスフローコントローラ３３の流量設定値がゼロ又はごく微量（１０ｓｃｃｍ以下）になった後に、第３バルブ３６を閉にする。
【００５８】
第３の方法は、試料電極６と対向電極３との距離Ｇを変化させる方法である。第１実施形態の別の変形例として試料電極６と対向電極３とを相対的に移動させて試料電極６と対向電極３との距離Ｇを制御するために、例えば図４に示すように、真空容器１内で真空容器１の底面と試料電極６との間に距離調整用駆動装置（例えば試料電極昇降用駆動装置）の一例としての（対向電極を昇降させる場合には、真空容器１内で真空容器１の上面と対向電極３との間に距離調整用駆動装置（例えば対向電極昇降用駆動装置）の一例としての）ベローズ４０が設けられ、ベローズ４０を伸縮させるための流体をベローズ４０に供給するための流体供給装置４０ａを設けて、制御装置８０の動作制御の下に流体供給装置４０ａの駆動によりベローズ４０を介して試料電極６（又は、対向電極３）が真空容器１内で昇降自在に構成されている。この場合は、調圧弁９及びポンプ８は真空容器１の側面に設けられる（図示しない）。このような装置構成において、まず、流体供給装置４０ａの駆動により試料電極６を下降させて（又は、対向電極３を上昇させて）、距離Ｇを、プラズマドーピング処理用の距離よりも大きいプラズマ発生用の距離例えば８０ｍｍとした状態で、Ｈｅで希釈されたＢ２Ｈ６ガス、及びＨｅガスを真空容器１内にガス供給装置２から供給し、調圧弁９で真空容器１内の圧力を０．８Ｐａに保ちながら対向電極用高周波電源１１から対向電極３に高周波電力を供給することにより、真空容器１内の対向電極３と試料電極６上の基板７との間にプラズマを発生させる。このとき、試料電極６には高周波電力を供給しないようにする。プラズマが発生したのち、流体供給装置４０ａの駆動により試料電極６を上昇させ（又は、対向電極３を下降させ）、距離Ｇを２５ｍｍに変化させる。なお、プラズマが発生したことは、真空容器１に設けられた窓からプラズマ発光を検出器で自動的に検出するようにしてもよい。この場合、検出器での検出信号を基に流体供給装置４０ａを駆動するようにすればよい。簡易的には、プラズマが発生するのに十分な時間を予め設定しておき、そのプラズマ発生予定時間が経過したのち、プラズマが発生したものと仮定して、流体供給装置４０ａを駆動するようにしてもよい。距離Ｇが２５ｍｍになったのち、流体供給装置４０ａの駆動を停止させ、試料電極用高周波電源１２から試料電極６に高周波電力を供給する。距離Ｇの変化があまり急激に過ぎると、発生したプラズマが消える恐れがあり、逆に、距離Ｇの変化があまりにゆっくり過ぎると、処理に必要なトータル時間が延びるばかりか、基板７の汚染を生じる恐れもあるので、距離Ｇは３秒〜１５秒程度かけて変化させていくことが好ましい。この変形例では、始めにプラズマを発生させるステップにおける距離Ｇを８０ｍｍとした場合を例示したが、以下の式（４）
【数４】
2008041702.tif 000021
を満たす状態でプラズマを発生させることが好ましい。距離Ｇが小さすぎる場合（半径の０．４倍より小さい場合）は、プラズマを発生させることができない場合があり、逆に、距離Ｇが大きすぎる場合（半径の１．０倍より大きい場合）は、真空容器１の容積が大きくなりすぎ、ポンプ排気能力が不足する。
【００５９】
また、上記の３つの方法のうち２つ以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ源）を用いる場合においても、試料電極６に対向する誘電体窓と試料電極６との距離Ｇが以下の式（５）
【数５】
2008041702.tif 000022
を満たす状態で処理を行うことは、ウエット洗浄直後から活性化後の表面抵抗が安定するまでの必要枚数を減らすのに有効である。
【００６０】
なお、前記変形例において、真空容器１内で真空容器１の底面と試料電極６との間に試料電極昇降用駆動装置の一例としてのベローズ４０を設けるとともに、対向電極を昇降させる場合には、真空容器１内で真空容器１の上面と対向電極３との間に対向電極昇降用駆動装置の一例としてのベローズ４０を設けて、試料電極６と対向電極３との両方を移動させることにより、試料電極６と対向電極３とを相対的に移動させて、試料電極６と対向電極３との距離Ｇを制御するようにしてもよい。
【００６１】
なお、本発明を、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ源）又はＩＣＰ（誘導結合型プラズマ源）などに適用する場合には、試料電極と前記対向電極との距離をＧとする代わりに、対向電極と、誘電板もしくはガス噴出する穴を含む面との距離をＧとするように読み替えればよい。
【００６２】
また、本発明において、距離Ｇは、電極間距離で説明しているが、厳密には基板と電極間距離として定義する必要がある。しかしながら、基板はその距離と比べ、極めて小さいので、実施形態及び実施例では基板の厚みを考慮せずに、距離Ｇは電極間距離として説明することに、なんら問題はない。
【００６３】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明によれば、試料表面に導入される不純物濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法及び装置を提供することができる。したがって、半導体装置における不純物ドーピング工程をはじめ、液晶などで用いられる薄膜トランジスタの製造にも適用可能である。
【００６５】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１実施形態で用いたプラズマドーピング装置の試料電極の構成を示す拡大断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における処理枚数と表面抵抗の関係と従来例との比較とを示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態の変形例で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態の別の変形例で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、従来例で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2008041702.tif 000023
【図１Ｂ】
2008041702.tif 000024
【図２】
2008041702.tif 000025
【図３】
2008041702.tif 000026
【図４】
2008041702.tif 000027
【図５】
2008041702.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月18日(2008.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内の試料電極に試料を載置し、
前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記真空容器内の前記試料の表面と対向電極の表面との間にプラズマを発生させつつ、前記試料電極に電力を供給し、
前記試料電極と対向して配置された前記対向電極に高周波電力を供給し、
前記試料の表面のうち前記対向電極に対向する側の表面の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（１）
【数１】
2008041702.tif 000029
を満たす状態で、前記試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング処理を行う、プラズマドーピング方法。
【請求項２】
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、プラズマ発生用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項１に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項３】
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項１に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項４】
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、
前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式（１）の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式（１）を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項１に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項５】
前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が１％以下である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項６】
前記真空容器内に導入される前記ガス中の不純物原料ガスの濃度が０．１％以下である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項７】
前記真空容器内に導入される前記ガスが、不純物原料ガスを希ガスで希釈した混合ガスである、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項８】
前記希ガスがＨｅである、請求項７に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項９】
前記ガス中の不純物原料ガスがＢｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１０】
前記ガス中の不純物原料ガスがＰｘＨｙ（ｘ、ｙは自然数）である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
前記対向電極に設けたガス噴出孔より前記試料の表面に向けて前記ガスを噴出させつつ前記プラズマドーピング処理を行う、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成されている状態で前記プラズマドーピング処理を行う、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
前記試料がシリコンよりなる半導体基板である状態で前記プラズマドーピング処理を行う、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１４】
前記ガス中に含まれる不純物ガス中の不純物が砒素、燐、又は、ボロンである、請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１５】
真空容器と、
前記真空容器内に配置された試料電極と、
前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、
前記試料電極と対向して配置される対向電極と、
前記真空容器内を排気する排気装置と、
前記真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置と、
前記対向電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記試料電極に電力を供給する電源とを備えるとともに、
前記試料電極の前記対向電極に対向する側の表面であってかつ前記試料が配置されるべき配置領域の面積をＳ、前記試料電極と前記対向電極との距離をＧとしたとき、次式（２）
【数２】
2008041702.tif 000030
を満たす、プラズマドーピング装置。
【請求項１６】
前記圧力制御装置は、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力と、前記プラズマドーピング用圧力よりも高いプラズマ発生用圧力とに切替えるように圧力制御が可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を、前記プラズマドーピング用圧力よりも高い、前記プラズマ発生用圧力に保ちながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記圧力制御装置により、前記真空容器内の圧力を前記プラズマドーピング用圧力まで徐々に低下させ、前記プラズマドーピング用圧力に到達したのちに、前記試料電極に電力を前記電源から供給するようにした、請求項１５に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１７】
前記ガス供給装置は、前記プラズマドーピング用ガスと、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスとを切替えて前記真空容器内に供給可能であり、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記ガス供給装置により、前記真空容器内に、前記プラズマドーピング用ガスの不純物原料ガスを希釈する希釈ガスよりも低圧で放電しやすいプラズマ発生用ガスを供給し、前記圧力制御装置により前記真空容器内の圧力をプラズマドーピング用圧力に保ちながら前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給することにより、前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記真空容器内に供給するガスを前記プラズマドーピング用ガスに切替え、前記真空容器内が前記プラズマドーピング用ガスに切り替わったのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項１５に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１８】
前記試料電極を前記対向電極に対して相対的に移動させる距離調整用駆動装置をさらに備えて、
前記真空容器内の前記試料電極に前記試料を載置したのち、前記試料電極に電力を供給する前に、前記距離調整用駆動装置により、前記試料電極と前記対向電極との距離Ｇが前記式（２）の範囲よりも大きくなるように、前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記試料電極を前記対向電極から離した状態で、前記真空容器内にプラズマドーピング用ガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内をプラズマドーピング用圧力に制御しながら、前記高周波電源から前記対向電極に高周波電力を供給して前記真空容器内の前記試料の表面と前記対向電極の表面との間にプラズマを発生させ、前記プラズマが発生したのち、前記距離調整用駆動装置により前記試料電極と前記対向電極とを相対的に移動させて前記距離Ｇが前記式（２）を満たす状態に戻したのちに、前記試料電極に電力を供給するようにした、請求項１５に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１９】
前記ガス供給装置は、前記対向電極に設けられたガス噴出孔からガスを供給するように構成された、請求項１４又は１５に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２０】
前記対向電極の表面がシリコン又はシリコン酸化物で構成される、請求項１４又は１５に記載のプラズマドーピング装置。
【国際調査報告】
2008041702.tif 000031
2008041702.tif 000032
2008041702.tif 000033
2008041702.tif 000034
2008041702.tif 000035
2008041702.tif 000036