(57)【要約】  プラズマドーピング処理の実施前に、真空容器１内に、シリコン基板９を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含むガス、例えばモノシランガスからなるプラズマを発生させる。これにより、真空容器１の内壁をシリコン含有膜によって被覆する。その後、シリコン基板９に対してプラズマドーピング処理を実施する。
2008050596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に被処理基板を載置して不純物導入層を形成するプラズマドーピング方法であって、
前記被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスからなる第１のプラズマを前記真空容器内に発生させる工程（ａ）と、
前記工程（ａ）の後に、前記真空容器内に設けられ且つ電極として機能する試料台の上に前記被処理基板を載置する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に、前記真空容器内に不純物を含む第２のガスからなる第２のプラズマを発生させると共に前記電極としての前記試料台に電力を供給することにより、前記被処理基板に前記不純物を導入して前記不純物導入層を形成する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）において、前記真空容器の内壁上に、前記被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む薄膜を堆積することを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスはＳｉx Ｈy （ｘ、ｙは自然数）を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマドーピング方法において、
前記Ｓｉx Ｈy はＳｉＨ4 であることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項５】
請求項３に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスはＨ2 を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項６】
請求項３に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスはＯ2 を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスは有機シランを含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマドーピング方法において、
前記有機シランはＴＥＯＳであることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項９】
請求項７に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスはＯ2 を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記不純物はＢ（ボロン）又はＰ（燐）であることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）において、前記試料台上にダミー試料を載置することを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）よりも前に、前記真空容器内にＦ（フッ素）を含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）をさらに備えていることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第３のガスはＳx Ｆy 又はＣx Ｆy （ｘ、ｙは自然数）を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ｄ）において、前記真空容器の内壁に付着している物質を除去することを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ｄ）において、前記試料台上にダミー試料を載置することを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ｄ）において、前記第３のプラズマの発光強度の変化又は前記真空容器内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングすることにより、当該工程（ｄ）を終了させるための終点検出を行うことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１７】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）は、前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）の一回の実施に対して一回実施されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ｄ）は、前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）の複数回の実施に対して一回実施されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１９】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）は、前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）の実施頻度よりも小さい頻度で実施され、前記工程（ｄ）は、前記工程（ａ）の実施頻度よりも小さい頻度で実施されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項２０】
真空容器と、前記真空容器内に設けられ且つ電極として機能する試料台と、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、プラズマを発生させるための電源とを備えたプラズマドーピング装置であって、
前記ガス供給装置は、堆積用ガスを供給する堆積用ガス供給系を有することを特徴とするプラズマドーピング装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のプラズマドーピング装置において、
前記プラズマの発光強度の変化又は前記真空容器内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングする終点検出装置をさらに備えていることを特徴とするプラズマドーピング装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載のプラズマドーピング装置において、
前記ガス供給装置は、フッ素含有ガスを供給するフッ素含有ガス供給系をさらに有することを特徴とするプラズマドーピング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板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これを実施するためのプラズマドーピング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
不純物を固体基板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基板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６は、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方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６に示す、真空容器１０１内に、シリコン基板よりなる被処理基板１０９を載置するための試料台１０６が設けられている。真空容器１０１のガス噴出口１２６には、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Ｂ2 Ｈ6 を供給するためのガス供給装置１０２が取り付けられている。真空容器１０１の排気口１１１には、真空容器１０１の内部を減圧するためのポンプ１０３が設けられており、これによって真空容器１０１内を所定の圧力に保つことができる。真空容器１０１の誘電体窓としての石英板１２２には、当該石英板１２２を通じて真空容器１０１内にマイクロ波を放射するためのマイクロ波導波管１２１が設けられている。さらに、真空容器１０１を取り巻くように電磁石１２３が設けられている。マイクロ波導波管１２１から放射されるマイクロ波と、電磁石１２３により形成される直流磁場との相互作用によって、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。また、試料台１０６には、コンデンサ１２５を介して高周波電源１１０が接続されており、これによって試料台１０６の電位を制御することができる。【０００３】
このような構成のプラズマ処理装置において、真空容器１０１内に導入されたドーピング原料ガス、例えばＢ2 Ｈ6 は、マイクロ波導波管１２１及び電磁石１２３からなるプラズマ発生手段によってプラズマ化され、生じたプラズマ１２４中のボロンイオンが高周波電源１１０によって被処理基板１０９の表面に導入される。【０００４】
具体的なデバイス製造においては、例えばシリコン基板（被処理基板１０９）表面に薄い酸化膜を形成した後、ＣＶＤ（chemical vapor deposition ）装置等により被処理基板１０９上にゲート電極を形成する。その後、このゲート電極をマスクとして、前述のように、プラズマドーピング方法によって被処理基板１０９表面に不純物を導入する。このような不純物の導入によって例えばソース・ドレイン領域を形成した後、被処理基板１０９上に金属配線層等を形成することによって、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor ）トランジスタが得られる。【０００５】
尚、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）等が知られている。
【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
【特許文献５】特開平６−６１１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のプラズマドーピング方法及びプラズマドーピング装置においては、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。【０００７】
その原因を探るため、本願発明者らは種々の実験を行った結果、以下の事実を発見した。例えばボロンを含むドーピング原料ガスを用いて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。このボロン系薄膜の堆積膜厚の増加に伴って、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と考えられ、その結果、プラズマ中のボロン系ラジカル密度が増加するものと考えられる。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間の電位差によって加速され、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スパッタリングが生じ、その結果、ボロンを含む粒子のプラズマ中への供給量が徐々に増加していく。従って、プラズマドーピング処理を行っていくと、ドーズ量が徐々に増加していくこととなる。この増加の度合いは非常に大きく、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により導入されるドーズ量は、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プラズマドーピング処理により導入されるドーズ量のわずか１５〜３０％程度に過ぎない。【０００８】
以上のように、本願発明者らは種々の実験の結果、不純物の導入量（ドーズ量）の再現性低下の原因が、プラズマ中のラジカル密度が変化することにあることを発見した。【０００９】
本発明は、前述の従来の問題点に鑑みてなされたものであって、基板表面に導入される不純物量を高精度に制御できる、ドーズ量つまり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プラズマドーピング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマドーピング方法は、真空容器内に被処理基板を載置して不純物導入層を形成するプラズマドーピング方法であって、前記被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスからなる第１のプラズマを前記真空容器内に発生させる工程（ａ）と、前記工程（ａ）の後に、前記真空容器内に設けられ且つ電極として機能する試料台の上に前記被処理基板を載置する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に、前記真空容器内に不純物を含む第２のガスからなる第２のプラズマを発生させると共に前記電極としての前記試料台に電力を供給することにより、前記被処理基板に前記不純物を導入して前記不純物導入層を形成する工程（ｃ）とを備えている。【００１１】
尚、被処理基板を構成する主要元素とは、意図せず含まれる不純物等を除いた基板構成元素自体（Ｓｉ基板であればＳｉ、ＧａＡｓ基板であればＧａ及びＡｓ、ＡｌＧａＡｓ基板でればＡｌ、Ｇａ及びＡｓ）をいう。【００１２】
本発明のプラズマドーピング方法によると、不純物導入層を形成する工程（ｃ）の前に、被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスからなる第１のプラズマを真空容器内に発生させる工程（ａ）を行う。このため、真空容器の内壁上に、予め、被処理基板の主要構成元素と周期律上で同属の元素を含む被膜（薄膜）を形成することができる。従って、真空容器の内壁上にボロン等の不純物が付着している場合にも、当該被膜によって内壁上の付着物を覆ってしまうことができる。これにより、真空容器内における被処理基板を載置する試料台を囲む部分の内壁やその近傍では、被処理基板の主要構成元素の同属元素を含むガスによって形成された被膜の存在によって、不純物を含むラジカルの真空容器内壁面における吸着確率はほとんど変化しない。また、真空容器内壁から不純物を含む粒子がスパッタリングされることもほとんどないので、真空容器の内壁面から被処理基板へ不純物が供給されることを防ぐことができる。以上のように、本発明のプラズマドーピング方法によると、プラズマ中の不純物密度がほぼ一定に保たれることになり、その結果、被処理基板毎に不純物の導入量（ドーズ量）が変化するという問題、つまり被処理基板毎に不純物導入層の不純物濃度が変化するという問題を解決することができる。このため、被処理基板表面に導入される不純物の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。尚、工程（ａ）によって真空容器内に形成された被膜に含まれる元素、つまり被処理基板の主要構成元素の同属元素は、被処理基板に対してドナー準位又はアクセプタ準位を形成するような不純物とはならないので、被処理基板の不純物汚染（コンタミネーション）を防ぐことができる。【００１３】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、試料台となる電極には高周波電力を供給することが望ましいが、パルス電力を供給してもよい。【００１４】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、前記工程（ａ）は、前記真空容器の内壁上に、前記被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む薄膜を堆積する工程であってもよい。【００１５】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、被処理基板の不純物汚染をより確実に防止するためには、工程（ａ）において真空容器内に発生させる第１のプラズマ中に不純物が含まれていたとしても、その不純物量は、工程（ｃ）において被処理基板に導入される不純物が被処理基板に対して不純物汚染を生じさせない程度の微量であることが望ましく、さらには、第１のプラズマ中に不純物が含まれていないことがより一層好ましい。【００１６】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、真空容器内に被処理基板を導入する工程（ｂ）の前に真空容器内に第１のプラズマを発生させる工程（ａ）において、真空容器内に供給される第１のガスはＳｉx Ｈy （ｘ、ｙは自然数）を含むことが望ましく、特に、Ｓｉx Ｈy はＳｉＨ4 であることが望ましい。【００１７】
このようにすると、被処理基板の主要構成元素がIV族元素である場合、具体的には被処理基板が例えばシリコン基板である場合、当該主要構成元素と周期律上で同属の元素（つまりIV族元素）を含む第１のガスを用いて第１のプラズマを発生させるため、真空容器の内壁上に形成された被膜に含まれるIV属元素はシリコン基板等の被処理基板に対してドナー準位又はアクセプタ準位を形成するような不純物とはならない。このため、被処理基板の不純物汚染（コンタミネーション）を防ぐことができるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。【００１８】
第１のガスがＳｉx Ｈy を含む場合、さらに好適には、真空容器内に供給される第１のガスはＨ2 を含むことが望ましい。このようにすると、工程（ａ）において被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素つまりＳｉを含む第１のガスからなる第１のプラズマを発生させて真空容器内壁に堆積物（薄膜）を形成する際に、ダングリングボンドの生成を防ぐことができる。従って、内壁上に形成される薄膜において安定な表面状態を実現することが可能となるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を提供することができる。【００１９】
また、第１のガスがＳｉx Ｈy を含む場合、真空容器内に供給される第１のガスがＯ2 を含んでもよい。このようにすると、内壁上に形成される薄膜として、化学的に安定な酸化物からなる薄膜を形成することが可能となるので、当該薄膜がスパッタリングされることを抑制できる。従って、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。【００２０】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態で真空容器内に第１のプラズマを発生させる工程（ａ）において、真空容器内に供給される第１のガスは有機シランを含んでいてもよい。このようにすると、第１のガスが有毒なＳｉx Ｈy を含む場合と比べて、より安全性を向上させることができる。【００２１】
第１のガスが有機シランを含む場合、有機シランはＴＥＯＳ（tetraethylorthosilicate ）であることが望ましい。このようにすると、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。【００２２】
また、第１のガスが有機シランを含む場合、真空容器内に供給される第１のガスがＯ2 を含むことが望ましい。このようにすると、内壁上に形成される薄膜として、化学的に安定な酸化物からなる薄膜を形成することが可能となるので、当該薄膜がスパッタリングされることを抑制できる。従って、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を実現することができる。【００２３】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、工程（ｃ）で不純物導入層に導入される不純物はＢ（ボロン）又はＰ（燐）であることが望ましい。このようにすると、Ｓｉ系半導体素子の製造において、ｐ型又はｎ型のシリコン層を形成することができる。【００２４】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、好適には、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態で真空容器内に第１のプラズマを発生させる工程（ａ）において、真空容器内の試料台上にダミー試料を載置することが望ましい。このようにすると、プラズマによる試料台の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現することができる。【００２５】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、好適には、工程（ａ）の前に、真空容器内にＦ（フッ素）を含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）をさらに備えていることが望ましい。このようにすると、工程（ａ）の前に真空容器の内壁上にボロン等の不純物が付着している場合にも、当該付着物を除去することができるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を実現できる。【００２６】
Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合、さらに好適には、第３のガスがＳx Ｆy 又はＣx Ｆy （ｘ、ｙは自然数）を含むことが望ましい。第３のガスがＳx Ｆy を含む場合、第３のガスからなる第３のプラズマによるエッチングによって、レジストなどの有機物をも真空容器の内壁から除去することができるため、再現性よく真空容器内壁をクリーンな状態にすることができる。また、第３のガスがＣx Ｆy を含む場合、真空容器内壁にカーボンを含む生成物が若干付着することがあるものの、第３のガスがＳx Ｆy を含む場合と同様の効果が得られる。尚、第３のガスがＣx Ｆy を含む場合、Ｃx Ｆy 処理の後に、真空容器内で酸素プラズマを用いたエッチングを行うことにより、つまり、いわゆる２段階エッチングを行うことにより、前述のカーボンを含む生成物を除去することができる。或いは、Ｃx Ｆy に加えてＯ2 を含む第３のガスからなる第３のプラズマを用いて真空容器内壁のクリーニングを行うことによって、カーボンを含む生成物がほとんど付着しないようにすることも可能である。以上のように、第３のガスがＳx Ｆy 又はＣx Ｆy （ｘ、ｙは自然数）を含むと、工程（ａ）の前に真空容器内壁をクリーンな状態にすることができるので、被処理基板に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。【００２７】
また、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合、さらに好適には、工程（ｄ）において、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態でガス供給装置から真空容器内にＦを含む第３のガスを供給しつつ真空容器内を排気することにより真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器の内壁に付着している物質、例えばボロン含有膜やシリコン含有膜を除去することが望ましい。このようにすると、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を実現することができる。【００２８】
また、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合、さらに好適には、工程（ｄ）において、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態でガス供給装置から真空容器内にＦを含む第３のガスを供給しつつ真空容器内を排気することにより真空容器内を所定の圧力に制御しながら、試料台上にダミー試料を載置することが望ましい。このようにすると、プラズマによる試料台の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現できる。【００２９】
また、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合、さらに好適には、工程（ｄ）において、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態でガス供給装置から真空容器内にＦを含む第３のガスを供給しつつ真空容器内を排気することにより真空容器内を所定の圧力に制御しながら、第３のプラズマの発光強度の変化又は真空容器内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングすることにより、工程（ｄ）を終了させるための終点検出を行うことが望ましい。このようにすると、プラズマによる真空容器内壁等の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現できる。【００３０】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、工程（ａ）を、工程（ｂ）及び工程（ｃ）を一回実施する毎に一回実施してもよい。このようにすると、被処理基板１枚毎に工程（ａ）において被処理基板の主要構成元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスの供給が行われるため、きわめて安定した高精度の不純物濃度制御が可能となる。【００３１】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合には、工程（ｄ）を、工程（ｂ）及び工程（ｃ）の複数回の実施に対して一回実施してもよい。このようにすると、複数回の不純物導入に対して１回のクリーニングを行うことになるが、この場合にも不純物濃度制御の高精度化は実現可能であるので、生産性を向上しつつ高精度の不純物濃度制御を実現することができる。【００３２】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合には、工程（ａ）を、工程（ｂ）及び工程（ｃ）の実施頻度よりも小さい頻度で実施し、工程（ｄ）を、工程（ａ）の実施頻度よりも小さい頻度で実施してもよい。このようにすると、不純物導入の頻度と比べて、クリーニングの頻度、及び被処理基板の主要構成元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスの供給の頻度のいずれもが小さくなるので、生産性を向上しつつ高精度の不純物濃度制御を実現することができる。【００３３】
本発明に係るプラズマドーピング装置は、真空容器と、前記真空容器内に設けられ且つ電極として機能する試料台と、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、プラズマを発生させるための電源とを備えたプラズマドーピング装置であって、前記ガス供給装置は、堆積用ガスを供給する堆積用ガス供給系を有する。【００３４】
本発明のプラズマドーピング装置によると、プラズマドーピングに先立ち、真空容器内に例えばＳｉ及びＨを含むガスなどの堆積用ガスを供給することにより、真空容器内壁に被膜を形成することができるため、本発明のプラズマドーピング方法において説明したように、被処理基板表面に導入される不純物の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。尚、本発明のプラズマドーピング装置において、堆積用ガス供給系は、被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含むガスを真空容器内にプラズマを発生させるために供給できるものであればよい。【００３５】
本発明のプラズマドーピング装置において、好適には、前記プラズマの発光強度の変化又は前記真空容器内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングする終点検出装置をさらに備えていることが望ましい。このようにすると、プラズマによる真空容器内壁等の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現できる。尚、高周波インピーダンスの変化については、例えば、試料台に電力を供給する電源である高周波電源に取り付けられている高周波整合器を用いて検出することができる。【００３６】
また、本発明のプラズマドーピング装置において、好適には、前記ガス供給装置は、フッ素含有ガスを供給するフッ素含有ガス供給系をさらに有することが望ましい。このようにすると、プラズマドーピング処理の前に真空容器の内壁上にボロン等の不純物が付着している場合にも、当該付着物を除去することができるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によると、プラズマ中の不純物密度をほぼ一定に保つことができるため、被処理基板毎に不純物の導入量（ドーズ量）が変化すること、つまり被処理基板毎に不純物導入層の不純物濃度が変化することを防止することができるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法において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２】図２は図１に示すプラズマドーピング装置の整合器の等価回路図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は本発明の一実施形態の変形例に係るプラズマドーピング方法における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は従来のプラズマドーピング方法における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は従来のプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    真空容器
２    ガス供給装置
３    ターボ分子ポンプ
４    調圧弁
５    高周波電源
６    試料台
７    誘電体窓
８    コイル
９    シリコン基板
１０    高周波電源
１１    排気口
１２    支柱
１３    整合器
１４    窓
１５    窓カバー
１６    光ファイバ
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法及びプラズマドーピング装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。【００４１】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示している。図１に示すプラズマドーピング装置は、真空容器１と、真空容器１内に設けられ且つ電極として機能する試料台６と、真空容器１内にガスを供給するガス供給装置２と、真空容器１内を排気する排気装置としてのターボ分子ポンプ３と、真空容器１内の圧力を制御する圧力制御装置としての調圧弁４と、真空容器１の外側に設けられ且つプラズマを発生させるための高周波電源５とを備えている。【００４２】
試料台６は、例えば真空容器１の内側壁に接続されている４本の支柱１２によって真空容器１に固定されている。試料台６上には、例えば被処理基板としてのシリコン基板９が載置される。ガス供給装置２は、例えばＳｉ及びＨを含む堆積用ガスの供給系と、不純物を含むガスの供給系と、Ｆ（フッ素）を含むガスの供給系とを備えている。ターボ分子ポンプ３は、例えば試料台６の直下に位置する真空容器１の底部に設けられた排気口１１に取り付けられている。調圧弁４は、例えば試料台６の直下で且つターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。【００４３】
真空容器１の天井部には、試料台６に対向した誘電体窓７が設けられている。真空容器１の外側における誘電体窓７の近傍には、高周波電源５からの高周波電力が供給されるコイル８が設けられている。【００４４】
真空容器１の外部には、試料台６に高周波電力を供給するための高周波電源１０が設けられている。高周波電源１０は、整合器１３を介して試料台６に電圧供給を行うように構成されている。【００４５】
真空容器１の側壁部には窓１４が設けられており、窓１４を介して光ファイバ１６が導出されている。窓１４は、試料台６上に載置された被処理基板とほぼ同じ高さの位置又はそれよりもやや上方の位置に配置されることが望ましい。窓１４には、プラズマ発光以外の光が光ファイバ１６に入ることを防ぐための窓カバー１５が取り付けられている。【００４６】
図１に示すプラズマドーピング装置においては、真空容器１内にガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、当該ガスを排気口１１から排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気する。このとき、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。また、高周波電源５によって例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、試料台６に対向した誘電体窓７の近傍に設けられたコイル８に供給することにより、真空容器１内に誘導結合型プラズマを発生させることができる。このとき、高周波電源１０によって、試料台６上に載置された被処理基板としてのシリコン基板９がプラズマに対して負の電位をもつように、試料台６の電位を制御する。【００４７】
このようにして、プラズマ中のイオンをシリコン基板９の表面に向けて加速させて当該表面に衝突させることにより、シリコン基板９の表面を非晶質化したり、又はシリコン基板９内に不純物を導入したりすることができる。【００４８】
図２は、高周波電源１０と試料台６との間に設けられている整合器１３の等価回路の一例を示している。図２に示す整合器１３においては、入力端子ＴI と出力端子ＴO との間に、第１の可変コンデンサＣV1とコイルＬとが直列接続されている。さらに、入力端子ＴI と第１の可変コンデンサＣV1との間に、第２の可変コンデンサＣV2の一方の端子が接続されていると共に第２の可変コンデンサＣV2の他方の端子が接地されている。尚、入力端子ＴI は高周波電源１０に接続され、出力端子ＴO は試料台６に接続されている。整合器１３は、通常、高周波電源１０の出力のマッチングに用いられるが、この整合器１３を用いて、真空容器１の内壁に付着した堆積物による容量変化つまり高周波インピーダンスの変化を検出することにより、後述するクリーニングの終点検出、又は後述するプリデポ時の堆積膜厚の検出を行うことができる。【００４９】
また、図１に示すプラズマドーピング装置においては、真空容器１の内壁に設けられた窓１４から導出された光ファイバ１６を通じて、真空容器１内のプラズマ発光を真空容器１の外側に設けられた分光器又はフォトダイオード（ともに図示省略）等によって検出することができる。この光ファイバ１６を用いたプラズマの発光強度の検出によっても、後述するクリーニングの終点検出、又は後述するプリデポ時の堆積膜厚の検出を行うことができる。【００５０】
尚、図１に示すプラズマドーピング装置においては、整合器１３を利用した容量変化（高周波インピーダンス変化）検出による終点検出装置、及び光ファイバ１６を用いたプラズマ発光の光学検出による終点検出装置の両方を用いたが、これに代えて、いずれか一方の終点検出装置のみを用いてもよい。或いは、これらの終点検出機能を用いることなく、あらかじめ測定によって得た設定時間に基づいて、後述するクリーニングやプリデポ等の処理を順次進行させてもよい。【００５１】
図３は、図１に示すプラズマドーピング装置を用いた本実施形態のプラズマドーピング方法における典型的な処理手順を示している。【００５２】
まず、ステップＳ１０１において、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁を例えば水及び有機溶剤を用いてウエット洗浄する。【００５３】
次に、ステップＳ１０２において、ダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１内へ搬入し、試料台６上に載置する。【００５４】
次に、ステップＳ１０３において、真空容器１内の排気を行いつつ、真空容器１内に例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスをそれぞれ流量５０ｃｍ3 ／分（標準状態）及び１００ｃｍ3 ／分（標準状態）ずつ供給し、真空容器１内の圧力を例えば１．０Ｐａに保ちながらコイル８に例えば１５００Ｗの高周波電力を供給することにより、真空容器１内にプラズマを発生させ、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁に、シリコン含有膜として非晶質シリコン薄膜を堆積する。このステップＳ１０３は、後述するプラズマドーピング処理に先立って、真空容器１内に被処理基板９が載置されていない状態で真空容器１内にプラズマ生成用ガスを導入するガス供給工程であるが、当該工程においては堆積物が生成される場合が多く、堆積処理とみなすこともできることから、以下の説明においてはプリデポと称するものとする。尚、ステップＳ１０３においてプラズマを発生させる時間（プリデポ時間）については例えば１０秒に設定した。ステップＳ１０３において堆積された非晶質シリコン薄膜の膜厚は場所によって異なるが、誘電体窓７の中央付近では約５０ｎｍ、真空容器１の内側壁における試料台６とほぼ同じ高さの位置では約３５ｎｍであった。尚、ステップＳ１０３において真空容器１内に供給するＨ2 ガスは、堆積過程において非晶質シリコン薄膜のダングリングボンドを終端させるという効果を生じる。これによって、より緻密な非晶質シリコン薄膜を堆積することができる。【００５５】
次に、ステップＳ１０４において、ダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１の外へ搬出する。次に、ステップＳ１０５において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１内へ搬入し、試料台６上に載置する。尚、本実施形態では、真空容器１を大気開放することなく、真空容器１におけるダミー試料や被処理基板の搬入や搬出を行う。【００５６】
次に、ステップＳ１０６において、真空容器１内の排気を行いつつ、真空容器１内に、不純物として例えばＢ（ボロン）を含むガス、具体的には例えばＨｅによって１体積％まで希釈されたＢ2 Ｈ6 ガス、及びＨｅガスをそれぞれ流量５ｃｍ3 ／分（標準状態）及び１００ｃｍ3 ／分（標準状態）ずつ供給し、真空容器１内の圧力を例えば０．８Ｐａに保ちながらコイル８に例えば１５００Ｗの高周波電力を供給することにより、真空容器１内に不純物であるボロンを含むプラズマを発生させる。このとき、試料台６に例えば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被処理基板であるシリコン基板９の表面に衝突させて、ボロンをシリコン基板９の表面部に導入する。このとき、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁にボロン含有膜（ボロン系薄膜）が堆積する。尚、図３において、プラズマドーピング処理を略してＰＤと表記している。【００５７】
次に、ステップＳ１０７において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１の外へ搬出する。次に、ステップＳ１０８において、ダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１内へ搬入し、試料台６上に載置する。【００５８】
次に、ステップＳ１０９において、真空容器１内の排気を行いつつ、真空容器１内にＦを含むガスとして例えばＳＦ6 ガスを流量２００ｃｍ3 ／分（標準状態）供給し、真空容器１内の圧力を例えば０．８Ｐａに保ちながらコイル８に例えば１５００Ｗの高周波電力を供給することにより、真空容器１内にプラズマを発生させ、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁に堆積したボロン含有膜及びシリコン含有膜を除去する。このステップＳ１０９は、真空容器１の内壁の付着物を除去する処理であるから、以下の説明においてはクリーニングと称するものとする。尚、ステップＳ１０９においてプラズマを発生させる時間（クリーニング時間）については例えば２０秒に設定した。【００５９】
次に、ステップＳ１１０において、真空容器１内の排気を行いつつ、真空容器１内に例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスをそれぞれ流量５０ｃｍ3 ／分（標準状態）及び１００ｃｍ3 ／分（標準状態）ずつ供給し、真空容器１内の圧力を例えば１．０Ｐａに保ちながらコイル８に例えば１５００Ｗの高周波電力を供給することにより、真空容器１内にプラズマを例えば１０秒間程度発生させ、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁に、シリコン含有膜として非晶質シリコン薄膜を堆積する。【００６０】
次に、ステップＳ１１１において、ダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１の外へ搬出する。【００６１】
その後、図３に示すように、前述のステップＳ１０５の被処理基板の搬入からステップＳ１１１のダミー試料の搬出までの各ステップを繰り返し行うことにより、プラズマドーピング処理を多数の被処理基板について実施することができる。このようにして処理された被処理基板に対して不純物を活性化させるための熱処理を実施した後の基板表面抵抗（ドーズ量との間に相関関係を有する量）を測定したところ、当該活性化熱処理後の基板表面抵抗は多数の被処理基板についてほぼ一定であった。【００６２】
以下、前述の本実施形態のプラズマドーピング方法によって、従来例と比較して、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性が向上した理由について説明する。【００６３】
図５は、図６に示す従来のプラズマ処理装置を用いた従来のプラズマドーピング方法における典型的な処理手順を示している。従来のプラズマドーピング方法においては、まず、ステップＳ１１において、真空容器１０１の内壁を洗浄した後、ステップＳ１２において、被処理基板１０９を真空容器１０１内へ搬入し、試料台１０６上に載置する。次に、ステップＳ１３において、真空容器１０１内にＢ2 Ｈ6 ガス及びＨｅガスを供給し、マイクロ波導波管１２１から放射されるマイクロ波と、電磁石１２３により形成される直流磁場との相互作用によって、真空容器１０１内にプラズマを発生させる。このとき、試料台１０６に高周波電力を供給することにより、プラズマ中のボロンイオンを被処理基板１０９の表面に衝突させて、ボロンを被処理基板１０９の表面部に導入する。このとき、真空容器１０１の内壁にボロン含有膜（ボロン系薄膜）が堆積する。次に、ステップＳ１４において、被処理基板１０９を真空容器１０１の外へ搬出する。その後、図５に示すように、前述のステップＳ１２の被処理基板の搬入からステップＳ１４の被処理基板の搬出までの各ステップを繰り返し行うことにより、プラズマドーピング処理を多数の被処理基板について実施する。【００６４】
しかしながら、この従来のプラズマドーピング方法においては、ステップＳ１２からステップＳ１４までの各ステップを繰り返し行う際に、真空容器１０１の内壁に堆積されるボロン含有膜の膜厚が増大していく。この現象は、プラズマ中に生成されたボロン系ラジカル（中性粒子）が真空容器１０１の内壁面に吸着すること、及び、プラズマ電位（概ね１０〜４０Ｖ程度）と真空容器１０１内壁の電位（真空容器１０１内壁が通常のように誘電体から構成されている場合には概ね５〜２０Ｖ程度のフローティング電位）との電位差によって加速されたボロン系イオンが真空容器１０１の内壁面に衝突することによって、つまり、熱エネルギー又はイオン衝撃のエネルギーによって生じているものと考えられる。また、ドーピング原料ガスとしてＢ2 Ｈ6 を用いる場合、このボロン含有膜の堆積膜厚の増加に伴って、真空容器１０１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、それによってプラズマ中のボロン系ラジカルの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、前述の電位差によって加速され、真空容器１０１の内壁面に堆積したボロン含有膜に衝突することによってスパッタリングが生じ、その結果、ボロンを含む粒子のプラズマ中への供給量が徐々に増加していく。従って、プラズマドーピング処理を行っていくと、ドーズ量が徐々に増加し、その結果、活性化熱処理後の基板表面抵抗が徐々に低下していく。【００６５】
それに対して、本実施形態においては、真空容器１の内壁を洗浄した直後にプラズマドーピング処理が実施される１枚目の被処理基板を含む全ての被処理基板について、真空容器１の内壁にプリデポ処理によりシリコン含有膜（非晶質シリコン薄膜）を堆積した状態でプラズマドーピング処理を行う。このため、真空容器１の内壁上にボロン等の不純物が付着している場合にも、シリコン含有膜によって真空容器１の内壁上の付着物を覆ってしまうことができるので、真空容器１の内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率がほぼ一定に保たれる。また、真空容器１の内壁からボロン等の不純物を含む粒子がスパッタリングされることもほとんどない。すなわち、プラズマ中のイオンがプラズマと真空容器１の内壁との間の電位差によって加速されて真空容器１の内壁面に衝突することにより生じるスパッタリングに起因してボロンを含む粒子がプラズマ中に供給される量は常に極めて小さい。従って、プラズマ中のボロン系ラジカル密度がほぼ一定に保たれるものと考えられるので、各被処理基板の不純物の導入量（ドーズ量）が安定し、活性化熱処理後の基板表面抵抗も各被処理基板についてほぼ一定になる。【００６６】
また、本実施形態においては、Ｆを含むガスを用いたクリーニング処理によって、プラズマドーピング処理時に真空容器１の内壁に堆積したボロン含有膜と、プリデポ処理時に真空容器１の内壁に堆積したシリコン含有膜とを除去する。このクリーニング処理は、次のような理由により実施するものである。すなわち、本実施形態のプリデポ処理は、真空容器１の内壁のボロン含有膜（ボロン系薄膜）の膜厚に依存したボロン系ラジカルの吸着確率の変動や、スパッタリングによるプラズマ中へのボロンを含む粒子の供給量の変動を抑制し、ドーズ量を一定に保つために有効である。しかし、プリデポ処理により堆積されるシリコン含有膜の膜厚が厚くなると、膜剥がれによりパーティクルが発生するだけではなく、場合によってはシリコン含有膜のみが剥離してボロン含有膜（ボロン系薄膜）が部分的に露出することとなり、プラズマ中のボロン濃度が変動してしまうことがある。この膜剥がれは、プリデポ処理により堆積されるシリコン含有膜が厚くなり、当該膜中に内部応力や熱応力が蓄積することによって生じると考えられるため、シリコン含有膜の累積膜厚を、剥離が発生するおそれのある膜厚よりも小さくする必要がある。すなわち、シリコン含有膜の剥離が起きる前に、何らかの方法により、シリコン含有膜を除去することが有効である。そこで、本実施形態では、クリーニング処理によって真空容器１の内壁上の薄膜（ボロン含有膜及び／又はシリコン含有膜）を短時間で除去している。但し、真空容器１の内壁上における薄膜の剥離等の影響が少ない場合においては、クリーニング処理は必ずしも必要ではない。【００６７】
また、本実施形態では、プリデポ処理及びプラズマドーピング処理を順次実施した後、クリーニング処理を実施しているが、例えばＳＦ6 ガスを用いたクリーニング処理によって、ウエット洗浄時に真空容器１の内壁に吸着した水や有機溶剤分子を除去することもでき、それにより、ドーズ量をさらに安定化させることが可能である。従って、図３に示す本実施形態のプラズマドーピング方法において、ステップＳ１０１でウエット洗浄を行い、その後、ステップＳ１０２でダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１内へ搬入し、試料台６上に載置した後、クリーニング処理を行い、その後、ステップＳ１０３のプリデポ処理を行ってもよい。【００６８】
尚、本実施形態において、ステップＳ１０９のクリーニング処理を行った後、ステップＳ１１０のプリデポ処理を行わずに、被処理基板に対してプラズマドーピング処理を実施した場合には、真空容器１の内壁に付着したごく微小なクリーニング残渣が露出した状態でプラズマドーピング処理を行うことになるため、パーティクルが発生する場合がある。そこで、本実施形態では、ステップＳ１１０のプリデポ処理を実施することにより、ステップＳ１０９において真空容器１の内壁に析出したクリーニング残渣をシリコン含有膜によって被覆する。これにより、微小粒子が真空容器１の内壁から離脱することを抑制でき、パーティクル発生を抑制できるという効果も得られる。【００６９】
また、本実施形態において、クリーニング処理時やプリデポ処理時のように、真空容器１内の試料台６上に被処理基板が載置されていない状態で真空容器１内にプラズマを発生させるステップにおいては、試料台６上にダミー試料としてのシリコン基板を載置する場合を例示した。このようにすると、試料台６の表面がプラズマによって損傷したり、当該表面上に不要な膜が堆積したりすることを防止するのに有効である。但し、試料台６の表面がプラズマによって損傷したり、当該表面上に不要な膜堆積が生じたりすることが問題にならない場合には必ずしもダミー試料を試料台６上に載置する必要はない。【００７０】
以上に説明した、真空容器の内壁の状態を制御す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実は、プラズマドーピングにおいて特に顕著な現象である。すなわち、ドライエッチングやプラズマＣＶＤにおいて、種々の薄膜が真空容器の内壁に堆積することによるプロセスの変動が問題となる場合にもクリーニング処理やプリデポ処理が行われる場合があるが、真空容器内に導入される混合ガス中の反応性ガス（エッチングガス又はデポガス（堆積用ガス））の体積濃度は数％〜数十％程度でもあり、真空容器内壁上の堆積膜がガス濃度に及ぼす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における不純物原料ガスの体積濃度は１％以下（特に精度良くドーズ量を制御したい場合には０．１％以下）であり、真空容器内壁上の堆積膜がガス濃度に及ぼす影響が比較的大きくなってしまう。しかしながら、本実施形態によれば、プラズマドーピング処理前にシリコン含有膜によって真空容器内を被覆するため、真空容器内壁上の堆積膜がガス濃度に及ぼす影響を小さくすることができる。【００７１】
尚、本実施形態において、真空容器１内に導入される不活性ガス中における不純物含有ガス（不純物原料ガス）の体積濃度は少なくとも０．００１％以上であることが必要である。その理由は、これよりも小さい濃度では、所望のドーズ量を得るために極めて長時間のプラズマドーピング処理が必要となってしまうからである。また、以上の説明から明らかなように、本実施形態において、プリデポ処理時には、プラズマドーピング処理時に用いる不純物含有ガスを真空容器１内に導入しない方が、ドーズ量をより安定化させる上で望ましい。【００７２】
以上に述べた本発明の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。すなわち、本発明の適用にあたり、以上に例示したもの以外にも様々なバリエーションが考えられることは言うまでもない。【００７３】
また、本実施形態において、特に、被処理基板がシリコンよりなる半導体基板である場合、基板に導入する不純物として砒素、燐、ボロンなどを用いることによって、微細トランジスタを製造することができる。また、被処理基板の材料によっては、基板に導入する不純物としてアルミニウム又はアンチモンなどを用いることも有効である。【００７４】
また、本実施形態において、真空容器１の内壁や試料台６の温度制御を行うことにより、真空容器１の内壁や被処理基板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ができ、それによって、ドーズ量つまり不純物濃度の再現性をさらに高めることができる。ここで、プリデポ処理時に堆積される薄膜の緻密性を向上させるためには、真空容器１の内壁の温度を８０℃以上に制御することが好ましい。一方、真空容器１のシール性確保を容易にすると共に真空容器１の熱変形を抑制するためには、真空容器１の内壁の温度を２００℃以下に制御することが好ましい。【００７５】
また、本実施形態において、ドーピング処理時に真空容器１内に導入されるガスとして、Ｂ2 Ｈ6 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、不純物を含む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。不純物を含むガスとしては、例えばＢx Ｈy （ｘ、ｙは自然数）又はＰx Ｈy （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のみを含むという利点がある。Ｂを含むガスとしては、Ｂ2 Ｈ6 の他、例えば、ＢＦ3 、ＢＣｌ3 、ＢＢｒ3 などを用いることも可能である。Ｐを含むガスとしては、例えば、ＰＦ3 、ＰＦ5 、ＰＣｌ3 、ＰＣｌ5 、ＰＯＣｌ3 などが利用可能である。また、希ガスとしては、Ｈｅの他に、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどを用いることができる。Ｈｅ等の希ガスについては、ガス構成原子が基板に混入した際の影響を抑制しつつ、言い換えると、好ましくない不純物が被処理基板表面に導入されることを回避しつつ、ドーズ量の精密な制御と低スパッタ性との両立を図ることによって、ドーズ量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という効果を奏する。また、希ガスの中ではＨｅが最適である。その理由は次の通りである。すなわち、Ｈｅは他の希ガスと比べて、同一エネルギーにおけるスパッタリングイールドが小さいので、真空容器１の内壁をスパッタリングすることに起因して生じる不純物濃度、例えばボロン濃度の上昇の割合が小さくなる。このため、後述するように、プリデポ処理を複数の被処理基板毎に行う場合、プリデポ処理と次のプリデポ処理との間に堆積された不純物含有膜、例えばボロン含有膜の影響を小さくすることできる。このように、不純物を含むガスをＨｅで希釈した混合ガスを用いることにより、真空容器１の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することができるため、ガス供給装置２からの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るので、ドーズ量の基板面内均一性の確保が容易となる。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。【００７６】
また、本実施形態において、クリーニング処理時には、プラズマの発光強度の変化又は真空容器１内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングすることにより、クリーニング処理の終点検出を行うことが可能である。このようにすると、プラズマによる真空容器１の内壁等の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現できる。プラズマの発光強度の変化をモニタリングするには、例えば、光ファイバ１６に接続された分光器を用いることができる。或いは、分光器に代えて、光学フィルタとフォトダイオードとを組み合わせたものを用いてもよい。真空容器１内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングするには、例えば高周波センサを用いてインピーダンスを算出してもよいし、又は、高周波整合器の整合位置（可変リアクタンスの値）をモニタリングしてもよい。【００７７】
また、本実施形態において、プリデポ処理時間が１０秒である場合を例示したが、プリデポ処理時間は、ドーズ量の安定性を確保でき且つパーティクルの発生を抑制できる最小の時間であればよく、概ね３秒以上で且つ６０秒以下であることが好ましい。また、プリデポ処理時間は、真空容器１の内壁に堆積させるシリコン含有膜の膜厚が５ｎｍ以上で且つ１０００ｎｍ以下になるように設定することが好ましい。これは、プリデポ処理時間が５ｎｍ未満である場合にはドーズ量の安定性が劣化し、逆にプリデポ処理時間が１０００ｎｍよりも大きいと、パーティクルを生じやすいからである。【００７８】
また、本実施形態において、クリーニング処理時間が２０秒である場合を例示したが、クリーニング処理時間は、真空容器１の内壁に堆積したボロン含有膜及びシリコン含有膜を除去できる最小の時間であればよく、概ねプリデポ処理時間の１倍以上で且つ３倍以下の時間であることが好ましい。【００７９】
また、本実施形態において、プリデポ処理時に真空容器１内に供給するガスがＳｉＨ4 及びＨ2 である場合を例示したが、これに限られず、シリコン含有膜として非晶質シリコン薄膜を堆積させるために、Ｓｉ2 Ｈ6 （ジシラン）などのＳｉx Ｈy （ｘ、ｙは自然数）を含むガスを用いてもよい。尚、プリデポ処理時に真空容器１の内壁に堆積させる薄膜は、被処理基板としてのシリコン基板９に汚染（コンタミネーション）を生じさせるものであってはならない。こうした観点から、プリデポ処理時に真空容器１の内壁に堆積させる薄膜は、被処理基板がシリコン基板９である場合には、シリコン膜又はシリコン酸化膜であることが好ましい。すなわち、プリデポ処理時に堆積させる薄膜の構成材料として利用可能なものは、基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素又は当該元素の酸化物である。従って、被処理基板がＳｉ基板である場合には、プリデポ処理時に使用する堆積用ガスはIV属元素であるＣ、Ｓｉ、Ｇｅ等を含むべきである。また、被処理基板がＧａＡｓ基板、ＡｌＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、ＧａＰ基板である場合には、プリデポ処理時に使用する堆積用ガスは III属元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、又はＶ属元素であるＮ、Ｐ、Ａｓ等でを含むべきである。具体的には、被処理基板としてシリコン基板に代えて例えばＧａＡｓ基板を用いてプラズマドーピング処理を行う場合においては、ＧａＡｓ基板に対するドーパント種（導入することによってキャリアが発生する元素：例えば炭素）を含まない膜をプリデポ処理において堆積することが必要である。以上のように、本発明においては、真空容器１の内壁に、被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む薄膜を形成することが重要となる。これにより、真空容器１内に形成された被膜（薄膜）に含まれる当該同属の元素は、被処理基板に対してドナー準位又はアクセプタ準位を形成するような不純物とはならないので、被処理基板の不純物汚染（コンタミネーション）を防ぐことができる。【００８０】
また、本実施形態において、真空容器１内にインナーチャンバが試料台６を取り囲むように設置されている場合、プリデポ処理時に当該インナーチャンバの内壁に被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む薄膜を形成してもよい。【００８１】
また、本実施形態において、プリデポ処理時に真空容器１の内壁に薄膜、具体的にはシリコン酸化膜を堆積させる際に、真空容器１内に供給するガスがＯ2 を含むようにしてもよい。例えば、プリデポ処理時に真空容器１内に供給するガスがＳｉＨ4 及びＯ2 であると、緻密性に優れた高純度のシリコン酸化膜を真空容器１の内壁に堆積することができる。すなわち、化学的に安定な酸化物からなる薄膜を形成することが可能となるので、当該薄膜がスパッタリングされることを抑制できる。従って、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。【００８２】
また、本実施形態において、プリデポ処理時に真空容器１内に供給するガスがＴＥＯＳなどの有機シランを含んでいてもよい。この場合、有機シランとＯ2 との混合ガスを用いることにより、緻密性に優れた高純度のシリコン酸化膜を真空容器１の内壁に堆積することができる。すなわち、化学的に安定な酸化物からなる薄膜を形成することが可能となるので、当該薄膜がスパッタリングされることを抑制できる。従って、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。【００８３】
また、本実施形態において、クリーニング時にＦを含むガスとしてＳＦ6 を用いる場合を例示したが、クリーニング処理時に用いるガスはＳx Ｆy 又はＣx Ｆy （ｘ、ｙは自然数）であることが好ましい。これらのガスは、シリコン含有膜やボロン含有膜の除去速度が速く且つ安価であるという利点を有する。【００８４】
（実施形態の変形例）
ところで、本実施形態において、プラズマドーピング処理時に真空容器内壁面にボロンを含む薄膜（ボロン系薄膜）が堆積する速度は、プラズマ発生時間３００分に対して膜厚が６６０ｎｍ程度、つまり、平均にして２．２ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。一方、プリデポ処理時におけるシリコン含有膜が堆積する速度は、通常のプラズマＣＶＤの場合と同程度であって、１００〜１０００ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。【００８５】
そこで、本実施形態においては、クリーニング処理及びプリデポ処理を被処理基板１枚毎に実施する場合を例示したが、言い換えると、プラズマドーピング処理の一回の実施に対してクリーニング処理及びプリデポ処理を一回実施する場合を例示したが、これに代えて、数枚〜数十枚の被処理基板に対して連続してプラズマドーピング処理を行った後に、クリーニング処理及びプリデポ処理を実施する変形例も可能である。【００８６】
図４は、図１に示すプラズマドーピング装置を用いた本実施形態の変形例に係るプラズマドーピング方法における処理手順を示している。尚、図４は、一例として、被処理基板５枚毎にプリデポ処理を実施し、被処理基板１０枚毎にクリーニング処理を実施する場合を示している。また、図４の説明に際しては、図３に示す本実施形態のプラズマドーピング方法と同様のステップについては、重複する説明を省略する。【００８７】
まず、ステップＳ２０１において、真空容器１内をウエット洗浄した後、ステップＳ２０２において、ダミー試料を真空容器１内へ搬入し、その後、ステップＳ２０３において、例えばＳｉＨ4 からなるプラズマを用いてプリデポ処理を行った後、ステップＳ２０４において、ダミー試料を真空容器１の外へ搬出する。続いて、ステップＳ２０５において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１内へ搬入した後、ステップＳ２０６において、Ｈｅによって希釈されたＢ2 Ｈ6 ガスを用いてプラズマドーピング処理を実施し、その後、ステップＳ２０７において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１の外へ搬出する。ここで、本変形例では、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０７を被処理基板５枚について繰り返し行うステップＳ２０８を実施する。次に、ステップＳ２０９において、ダミー試料を真空容器１内へ搬入し、その後、ステップＳ２１０において、プリデポ処理を再度行った後、ステップＳ２１１において、ダミー試料を真空容器１の外へ搬出する。ここで、本変形例では、ステップＳ２０８〜ステップＳ２１１を２回繰り返し行うステップＳ２１２を実施する。すなわち、本変形例では、プラズマドーピング処理の５回の実施に対してプリデポ処理を１回実施する。次に、ステップＳ２１３において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１内へ搬入した後、ステップＳ２１４において、Ｈｅによって希釈されたＢ2 Ｈ6 ガスを用いてプラズマドーピング処理を実施し、その後、ステップＳ２１５において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１の外へ搬出する。次に、ステップＳ２１６において、ダミー試料を真空容器１内へ搬入した後、ステップＳ２１７において、例えばＳＦ6 ガスからなるプラズマを用いたクリーニング処理を行う。続いて、ステップＳ２１８において、プリデポ処理を行った後、ステップＳ２１９において、ダミー試料を真空容器１の外へ搬出する。【００８８】
その後、図４に示すように、ステップＳ２１２からステップＳ２１９までの各ステップを繰り返し行う。すなわち、本変形例では、プラズマドーピング処理の１０回の実施に対してクリーニング処理を１回実施する。【００８９】
本変形例によると、数枚〜数十枚の被処理基板に対する複数回のプラズマドーピング処理に対してクリーニング処理及びプリデポ処理をそれぞれ１回ずつ行うため、処理時間を低減しつつ、つまり、生産性を向上しつつ、高精度の不純物濃度制御を実現するプラズマドーピング処理を行うことができる。【００９０】
尚、本変形例のように、クリーニング処理の実施頻度よりもプリデポ処理の実施頻度を高くすることも可能である。例えば、クリーニング処理については、数枚〜数十枚の被処理基板に対する複数回のプラズマドーピング処理に対して１回ずつ行う一方、プリデポ処理については、１枚の被処理基板に対する１回のプラズマドーピング処理に対して１回行ってもよい。ここで、各処理の実施頻度についてはスループットを考慮して設定することができる。また、クリーニング処理を実施する際にプリデポ処理によって累積的に堆積されたシリコン含有膜の合計膜厚が例えば１０００ｎｍ以下になるように、クリーニング処理及びプリデポ処理のそれぞれの実施頻度を設定することによって、パーティクルの発生を防止することができる。【００９１】
また、本実施形態においても本変形例においても、クリーニング処理時及びプリデポ処理時のそれぞれにおける真空容器１内の圧力を、プラズマドーピング処理時における真空容器１内の圧力の５０％以上で且つ２００％以下に設定することが好ましい。このようにすると、クリーニング処理時、プリデポ処理時及びプラズマドーピング処理時のそれぞれにおけるプラズマの発生範囲をほぼ同一の範囲とすることができるため、ボロン含有膜の形成範囲、シリコン含有膜の形成範囲、及びクリーニング処理の範囲がほぼ一致するので、各処理を効率良く行うことができる。【００９２】
（比較例）
以下、比較例として、特許文献５（特開平６−６１１６１号公報）に記載の従来のプラズマドーピングについて説明する。【００９３】
本比較例においては、プラズマドーピング処理時にＳｉＨ4 ガスを添加することが開示されている。これは、不純物層が形成されるべき下地の半導体表面がエッチングされることを軽減又は防止するためのものであり、プラズマドーピング処理時にスパッタリングによって失われるシリコンを補うという作用を奏する。しかしながら、本比較例は、本実施形態のようにプラズマドーピング処理の前にＳｉＨ4 ガスを用いて真空容器内壁にシリコン含有膜を形成するものではない。従って、本比較例によって、前回のプラズマドーピング処理までに真空容器内壁に付着したボロン含有膜等を被覆してプラズマ中の不純物ラジカル密度の変化を防止するという効果、つまり、ドーズ量や不純物濃度の再現性を向上させるという効果を得ることは全くできない。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明によれば、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法及びプラズマドーピング装置を提供することができる。従って、本発明は半導体の不純物ドーピング工程をはじめとして、液晶などで用いられる薄膜トランジスタの製造等の幅広分野に適用可能である。
【図１】
2008050596.tif 000003
【図２】
2008050596.tif 000004
【図３】
2008050596.tif 000005
【図４】
2008050596.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008050596.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月11日(2008.3.11)
【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】
真空容器内に被処理基板を載置して不純物導入層を形成するプラズマドーピング方法であって、
前記被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスからなる第１のプラズマを前記真空容器内に発生させる工程（ａ）と、
前記工程（ａ）の後に、前記真空容器内に設けられ且つ電極として機能する試料台の上に前記被処理基板を載置する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に、前記真空容器内に不純物を含む第２のガスからなる第２のプラズマを発生させると共に前記電極としての前記試料台に電力を供給することにより、前記被処理基板に前記不純物を導入して前記不純物導入層を形成する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）において、前記真空容器の内壁上に、前記被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む薄膜を堆積することを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスはＳｉx Ｈy （ｘ、ｙは自然数）を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマドーピング方法において、
前記Ｓｉx Ｈy はＳｉＨ4 であることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項５】
請求項３に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスはＨ2 を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項６】
請求項３に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスはＯ2 を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスは有機シランを含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマドーピング方法において、
前記有機シランはＴＥＯＳであることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項９】
請求項７に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第１のガスはＯ2 を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記不純物はＢ（ボロン）又はＰ（燐）であることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）において、前記試料台上にダミー試料を載置することを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）よりも前に、前記真空容器内にＦ（フッ素）を含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）をさらに備えていることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記第３のガスはＳx Ｆy 又はＣx Ｆy （ｘ、ｙは自然数）を含むことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ｄ）において、前記真空容器の内壁に付着している物質を除去することを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ｄ）において、前記試料台上にダミー試料を載置することを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ｄ）において、前記第３のプラズマの発光強度の変化又は前記真空容器内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングすることにより、当該工程（ｄ）を終了させるための終点検出を行うことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１７】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）は、前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）の一回の実施に対して一回実施されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ｄ）は、前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）の複数回の実施に対して一回実施されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１９】
請求項１２に記載のプラズマドーピング方法において、
前記工程（ａ）は、前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）の実施頻度よりも小さい頻度で実施され、前記工程（ｄ）は、前記工程（ａ）の実施頻度よりも小さい頻度で実施されることを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項２０】
真空容器と、前記真空容器内に設けられ且つ電極として機能する試料台と、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、プラズマを発生させるための電源とを備えたプラズマドーピング装置であって、
前記ガス供給装置は、堆積用ガスを供給する堆積用ガス供給系を有することを特徴とするプラズマドーピング装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のプラズマドーピング装置において、
前記プラズマの発光強度の変化又は前記真空容器内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングする終点検出装置をさらに備えていることを特徴とするプラズマドーピング装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載のプラズマドーピング装置において、
前記ガス供給装置は、フッ素含有ガスを供給するフッ素含有ガス供給系をさらに有することを特徴とするプラズマドーピング装置。
【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】
本発明は、基板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これを実施するためのプラズマドーピング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
不純物を固体基板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基板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６は、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方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６に示す、真空容器１０１内に、シリコン基板よりなる被処理基板１０９を載置するための試料台１０６が設けられている。真空容器１０１のガス噴出口１２６には、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Ｂ2 Ｈ6 を供給するためのガス供給装置１０２が取り付けられている。真空容器１０１の排気口１１１には、真空容器１０１の内部を減圧するためのポンプ１０３が設けられており、これによって真空容器１０１内を所定の圧力に保つことができる。真空容器１０１の誘電体窓としての石英板１２２には、当該石英板１２２を通じて真空容器１０１内にマイクロ波を放射するためのマイクロ波導波管１２１が設けられている。さらに、真空容器１０１を取り巻くように電磁石１２３が設けられている。マイクロ波導波管１２１から放射されるマイクロ波と、電磁石１２３により形成される直流磁場との相互作用によって、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。また、試料台１０６には、コンデンサ１２５を介して高周波電源１１０が接続されており、これによって試料台１０６の電位を制御することができる。
【０００３】
このような構成のプラズマ処理装置において、真空容器１０１内に導入されたドーピング原料ガス、例えばＢ2 Ｈ6 は、マイクロ波導波管１２１及び電磁石１２３からなるプラズマ発生手段によってプラズマ化され、生じたプラズマ１２４中のボロンイオンが高周波電源１１０によって被処理基板１０９の表面に導入される。
【０００４】
具体的なデバイス製造においては、例えばシリコン基板（被処理基板１０９）表面に薄い酸化膜を形成した後、ＣＶＤ（chemical vapor deposition ）装置等により被処理基板１０９上にゲート電極を形成する。その後、このゲート電極をマスクとして、前述のように、プラズマドーピング方法によって被処理基板１０９表面に不純物を導入する。このような不純物の導入によって例えばソース・ドレイン領域を形成した後、被処理基板１０９上に金属配線層等を形成することによって、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor ）トランジスタが得られる。
【０００５】
尚、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）等が知られている。
【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
【特許文献５】特開平６−６１１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のプラズマドーピング方法及びプラズマドーピング装置においては、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。
【０００７】
その原因を探るため、本願発明者らは種々の実験を行った結果、以下の事実を発見した。例えばボロンを含むドーピング原料ガスを用いて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。このボロン系薄膜の堆積膜厚の増加に伴って、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と考えられ、その結果、プラズマ中のボロン系ラジカル密度が増加するものと考えられる。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間の電位差によって加速され、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スパッタリングが生じ、その結果、ボロンを含む粒子のプラズマ中への供給量が徐々に増加していく。従って、プラズマドーピング処理を行っていくと、ドーズ量が徐々に増加していくこととなる。この増加の度合いは非常に大きく、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により導入されるドーズ量は、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プラズマドーピング処理により導入されるドーズ量のわずか１５〜３０％程度に過ぎない。
【０００８】
以上のように、本願発明者らは種々の実験の結果、不純物の導入量（ドーズ量）の再現性低下の原因が、プラズマ中のラジカル密度が変化することにあることを発見した。
【０００９】
本発明は、前述の従来の問題点に鑑みてなされたものであって、基板表面に導入される不純物量を高精度に制御できる、ドーズ量つまり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プラズマドーピング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマドーピング方法は、真空容器内に被処理基板を載置して不純物導入層を形成するプラズマドーピング方法であって、前記被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスからなる第１のプラズマを前記真空容器内に発生させる工程（ａ）と、前記工程（ａ）の後に、前記真空容器内に設けられ且つ電極として機能する試料台の上に前記被処理基板を載置する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に、前記真空容器内に不純物を含む第２のガスからなる第２のプラズマを発生させると共に前記電極としての前記試料台に電力を供給することにより、前記被処理基板に前記不純物を導入して前記不純物導入層を形成する工程（ｃ）とを備えている。
【００１１】
尚、被処理基板を構成する主要元素とは、意図せず含まれる不純物等を除いた基板構成元素自体（Ｓｉ基板であればＳｉ、ＧａＡｓ基板であればＧａ及びＡｓ、ＡｌＧａＡｓ基板でればＡｌ、Ｇａ及びＡｓ）をいう。
【００１２】
本発明のプラズマドーピング方法によると、不純物導入層を形成する工程（ｃ）の前に、被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスからなる第１のプラズマを真空容器内に発生させる工程（ａ）を行う。このため、真空容器の内壁上に、予め、被処理基板の主要構成元素と周期律上で同属の元素を含む被膜（薄膜）を形成することができる。従って、真空容器の内壁上にボロン等の不純物が付着している場合にも、当該被膜によって内壁上の付着物を覆ってしまうことができる。これにより、真空容器内における被処理基板を載置する試料台を囲む部分の内壁やその近傍では、被処理基板の主要構成元素の同属元素を含むガスによって形成された被膜の存在によって、不純物を含むラジカルの真空容器内壁面における吸着確率はほとんど変化しない。また、真空容器内壁から不純物を含む粒子がスパッタリングされることもほとんどないので、真空容器の内壁面から被処理基板へ不純物が供給されることを防ぐことができる。以上のように、本発明のプラズマドーピング方法によると、プラズマ中の不純物密度がほぼ一定に保たれることになり、その結果、被処理基板毎に不純物の導入量（ドーズ量）が変化するという問題、つまり被処理基板毎に不純物導入層の不純物濃度が変化するという問題を解決することができる。このため、被処理基板表面に導入される不純物の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。尚、工程（ａ）によって真空容器内に形成された被膜に含まれる元素、つまり被処理基板の主要構成元素の同属元素は、被処理基板に対してドナー準位又はアクセプタ準位を形成するような不純物とはならないので、被処理基板の不純物汚染（コンタミネーション）を防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、試料台となる電極には高周波電力を供給することが望ましいが、パルス電力を供給してもよい。
【００１４】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、前記工程（ａ）は、前記真空容器の内壁上に、前記被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む薄膜を堆積する工程であってもよい。
【００１５】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、被処理基板の不純物汚染をより確実に防止するためには、工程（ａ）において真空容器内に発生させる第１のプラズマ中に不純物が含まれていたとしても、その不純物量は、工程（ｃ）において被処理基板に導入される不純物が被処理基板に対して不純物汚染を生じさせない程度の微量であることが望ましく、さらには、第１のプラズマ中に不純物が含まれていないことがより一層好ましい。
【００１６】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、真空容器内に被処理基板を導入する工程（ｂ）の前に真空容器内に第１のプラズマを発生させる工程（ａ）において、真空容器内に供給される第１のガスはＳｉx Ｈy （ｘ、ｙは自然数）を含むことが望ましく、特に、Ｓｉx Ｈy はＳｉＨ4 であることが望ましい。
【００１７】
このようにすると、被処理基板の主要構成元素がIV族元素である場合、具体的には被処理基板が例えばシリコン基板である場合、当該主要構成元素と周期律上で同属の元素（つまりIV族元素）を含む第１のガスを用いて第１のプラズマを発生させるため、真空容器の内壁上に形成された被膜に含まれるIV属元素はシリコン基板等の被処理基板に対してドナー準位又はアクセプタ準位を形成するような不純物とはならない。このため、被処理基板の不純物汚染（コンタミネーション）を防ぐことができるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。
【００１８】
第１のガスがＳｉx Ｈy を含む場合、さらに好適には、真空容器内に供給される第１のガスはＨ2 を含むことが望ましい。このようにすると、工程（ａ）において被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素つまりＳｉを含む第１のガスからなる第１のプラズマを発生させて真空容器内壁に堆積物（薄膜）を形成する際に、ダングリングボンドの生成を防ぐことができる。従って、内壁上に形成される薄膜において安定な表面状態を実現することが可能となるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を提供することができる。
【００１９】
また、第１のガスがＳｉx Ｈy を含む場合、真空容器内に供給される第１のガスがＯ2 を含んでもよい。このようにすると、内壁上に形成される薄膜として、化学的に安定な酸化物からなる薄膜を形成することが可能となるので、当該薄膜がスパッタリングされることを抑制できる。従って、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。
【００２０】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態で真空容器内に第１のプラズマを発生させる工程（ａ）において、真空容器内に供給される第１のガスは有機シランを含んでいてもよい。このようにすると、第１のガスが有毒なＳｉx Ｈy を含む場合と比べて、より安全性を向上させることができる。
【００２１】
第１のガスが有機シランを含む場合、有機シランはＴＥＯＳ（tetraethylorthosilicate ）であることが望ましい。このようにすると、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。
【００２２】
また、第１のガスが有機シランを含む場合、真空容器内に供給される第１のガスがＯ2 を含むことが望ましい。このようにすると、内壁上に形成される薄膜として、化学的に安定な酸化物からなる薄膜を形成することが可能となるので、当該薄膜がスパッタリングされることを抑制できる。従って、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を実現することができる。
【００２３】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、工程（ｃ）で不純物導入層に導入される不純物はＢ（ボロン）又はＰ（燐）であることが望ましい。このようにすると、Ｓｉ系半導体素子の製造において、ｐ型又はｎ型のシリコン層を形成することができる。
【００２４】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、好適には、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態で真空容器内に第１のプラズマを発生させる工程（ａ）において、真空容器内の試料台上にダミー試料を載置することが望ましい。このようにすると、プラズマによる試料台の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現することができる。
【００２５】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、好適には、工程（ａ）の前に、真空容器内にＦ（フッ素）を含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）をさらに備えていることが望ましい。このようにすると、工程（ａ）の前に真空容器の内壁上にボロン等の不純物が付着している場合にも、当該付着物を除去することができるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
【００２６】
Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合、さらに好適には、第３のガスがＳx Ｆy 又はＣx Ｆy （ｘ、ｙは自然数）を含むことが望ましい。第３のガスがＳx Ｆy を含む場合、第３のガスからなる第３のプラズマによるエッチングによって、レジストなどの有機物をも真空容器の内壁から除去することができるため、再現性よく真空容器内壁をクリーンな状態にすることができる。また、第３のガスがＣx Ｆy を含む場合、真空容器内壁にカーボンを含む生成物が若干付着することがあるものの、第３のガスがＳx Ｆy を含む場合と同様の効果が得られる。尚、第３のガスがＣx Ｆy を含む場合、Ｃx Ｆy 処理の後に、真空容器内で酸素プラズマを用いたエッチングを行うことにより、つまり、いわゆる２段階エッチングを行うことにより、前述のカーボンを含む生成物を除去することができる。或いは、Ｃx Ｆy に加えてＯ2 を含む第３のガスからなる第３のプラズマを用いて真空容器内壁のクリーニングを行うことによって、カーボンを含む生成物がほとんど付着しないようにすることも可能である。以上のように、第３のガスがＳx Ｆy 又はＣx Ｆy （ｘ、ｙは自然数）を含むと、工程（ａ）の前に真空容器内壁をクリーンな状態にすることができるので、被処理基板に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。
【００２７】
また、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合、さらに好適には、工程（ｄ）において、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態でガス供給装置から真空容器内にＦを含む第３のガスを供給しつつ真空容器内を排気することにより真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器の内壁に付着している物質、例えばボロン含有膜やシリコン含有膜を除去することが望ましい。このようにすると、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を実現することができる。
【００２８】
また、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合、さらに好適には、工程（ｄ）において、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態でガス供給装置から真空容器内にＦを含む第３のガスを供給しつつ真空容器内を排気することにより真空容器内を所定の圧力に制御しながら、試料台上にダミー試料を載置することが望ましい。このようにすると、プラズマによる試料台の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現できる。
【００２９】
また、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合、さらに好適には、工程（ｄ）において、真空容器内の試料台上に被処理基板が載置されていない状態でガス供給装置から真空容器内にＦを含む第３のガスを供給しつつ真空容器内を排気することにより真空容器内を所定の圧力に制御しながら、第３のプラズマの発光強度の変化又は真空容器内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングすることにより、工程（ｄ）を終了させるための終点検出を行うことが望ましい。このようにすると、プラズマによる真空容器内壁等の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現できる。
【００３０】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、工程（ａ）を、工程（ｂ）及び工程（ｃ）を一回実施する毎に一回実施してもよい。このようにすると、被処理基板１枚毎に工程（ａ）において被処理基板の主要構成元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスの供給が行われるため、きわめて安定した高精度の不純物濃度制御が可能となる。
【００３１】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合には、工程（ｄ）を、工程（ｂ）及び工程（ｃ）の複数回の実施に対して一回実施してもよい。このようにすると、複数回の不純物導入に対して１回のクリーニングを行うことになるが、この場合にも不純物濃度制御の高精度化は実現可能であるので、生産性を向上しつつ高精度の不純物濃度制御を実現することができる。
【００３２】
また、本発明のプラズマドーピング方法において、Ｆを含む第３のガスからなる第３のプラズマを発生させる工程（ｄ）を備えている場合には、工程（ａ）を、工程（ｂ）及び工程（ｃ）の実施頻度よりも小さい頻度で実施し、工程（ｄ）を、工程（ａ）の実施頻度よりも小さい頻度で実施してもよい。このようにすると、不純物導入の頻度と比べて、クリーニングの頻度、及び被処理基板の主要構成元素と周期律上で同属の元素を含む第１のガスの供給の頻度のいずれもが小さくなるので、生産性を向上しつつ高精度の不純物濃度制御を実現することができる。
【００３３】
本発明に係るプラズマドーピング装置は、真空容器と、前記真空容器内に設けられ且つ電極として機能する試料台と、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、プラズマを発生させるための電源とを備えたプラズマドーピング装置であって、前記ガス供給装置は、堆積用ガスを供給する堆積用ガス供給系を有する。
【００３４】
本発明のプラズマドーピング装置によると、プラズマドーピングに先立ち、真空容器内に例えばＳｉ及びＨを含むガスなどの堆積用ガスを供給することにより、真空容器内壁に被膜を形成することができるため、本発明のプラズマドーピング方法において説明したように、被処理基板表面に導入される不純物の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。尚、本発明のプラズマドーピング装置において、堆積用ガス供給系は、被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含むガスを真空容器内にプラズマを発生させるために供給できるものであればよい。
【００３５】
本発明のプラズマドーピング装置において、好適には、前記プラズマの発光強度の変化又は前記真空容器内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングする終点検出装置をさらに備えていることが望ましい。このようにすると、プラズマによる真空容器内壁等の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現できる。尚、高周波インピーダンスの変化については、例えば、試料台に電力を供給する電源である高周波電源に取り付けられている高周波整合器を用いて検出することができる。
【００３６】
また、本発明のプラズマドーピング装置において、好適には、前記ガス供給装置は、フッ素含有ガスを供給するフッ素含有ガス供給系をさらに有することが望ましい。このようにすると、プラズマドーピング処理の前に真空容器の内壁上にボロン等の不純物が付着している場合にも、当該付着物を除去することができるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によると、プラズマ中の不純物密度をほぼ一定に保つことができるため、被処理基板毎に不純物の導入量（ドーズ量）が変化すること、つまり被処理基板毎に不純物導入層の不純物濃度が変化することを防止することができるので、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピングを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法及びプラズマドーピング装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示している。図１に示すプラズマドーピング装置は、真空容器１と、真空容器１内に設けられ且つ電極として機能する試料台６と、真空容器１内にガスを供給するガス供給装置２と、真空容器１内を排気する排気装置としてのターボ分子ポンプ３と、真空容器１内の圧力を制御する圧力制御装置としての調圧弁４と、真空容器１の外側に設けられ且つプラズマを発生させるための高周波電源５とを備えている。
【００４０】
試料台６は、例えば真空容器１の内側壁に接続されている４本の支柱１２によって真空容器１に固定されている。試料台６上には、例えば被処理基板としてのシリコン基板９が載置される。ガス供給装置２は、例えばＳｉ及びＨを含む堆積用ガスの供給系と、不純物を含むガスの供給系と、Ｆ（フッ素）を含むガスの供給系とを備えている。ターボ分子ポンプ３は、例えば試料台６の直下に位置する真空容器１の底部に設けられた排気口１１に取り付けられている。調圧弁４は、例えば試料台６の直下で且つターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。
【００４１】
真空容器１の天井部には、試料台６に対向した誘電体窓７が設けられている。真空容器１の外側における誘電体窓７の近傍には、高周波電源５からの高周波電力が供給されるコイル８が設けられている。
【００４２】
真空容器１の外部には、試料台６に高周波電力を供給するための高周波電源１０が設けられている。高周波電源１０は、整合器１３を介して試料台６に電圧供給を行うように構成されている。
【００４３】
真空容器１の側壁部には窓１４が設けられており、窓１４を介して光ファイバ１６が導出されている。窓１４は、試料台６上に載置された被処理基板とほぼ同じ高さの位置又はそれよりもやや上方の位置に配置されることが望ましい。窓１４には、プラズマ発光以外の光が光ファイバ１６に入ることを防ぐための窓カバー１５が取り付けられている。
【００４４】
図１に示すプラズマドーピング装置においては、真空容器１内にガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、当該ガスを排気口１１から排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気する。このとき、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。また、高周波電源５によって例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、試料台６に対向した誘電体窓７の近傍に設けられたコイル８に供給することにより、真空容器１内に誘導結合型プラズマを発生させることができる。このとき、高周波電源１０によって、試料台６上に載置された被処理基板としてのシリコン基板９がプラズマに対して負の電位をもつように、試料台６の電位を制御する。
【００４５】
このようにして、プラズマ中のイオンをシリコン基板９の表面に向けて加速させて当該表面に衝突させることにより、シリコン基板９の表面を非晶質化したり、又はシリコン基板９内に不純物を導入したりすることができる。
【００４６】
図２は、高周波電源１０と試料台６との間に設けられている整合器１３の等価回路の一例を示している。図２に示す整合器１３においては、入力端子ＴI と出力端子ＴO との間に、第１の可変コンデンサＣV1とコイルＬとが直列接続されている。さらに、入力端子ＴI と第１の可変コンデンサＣV1との間に、第２の可変コンデンサＣV2の一方の端子が接続されていると共に第２の可変コンデンサＣV2の他方の端子が接地されている。尚、入力端子ＴI は高周波電源１０に接続され、出力端子ＴO は試料台６に接続されている。整合器１３は、通常、高周波電源１０の出力のマッチングに用いられるが、この整合器１３を用いて、真空容器１の内壁に付着した堆積物による容量変化つまり高周波インピーダンスの変化を検出することにより、後述するクリーニングの終点検出、又は後述するプリデポ時の堆積膜厚の検出を行うことができる。
【００４７】
また、図１に示すプラズマドーピング装置においては、真空容器１の内壁に設けられた窓１４から導出された光ファイバ１６を通じて、真空容器１内のプラズマ発光を真空容器１の外側に設けられた分光器又はフォトダイオード（ともに図示省略）等によって検出することができる。この光ファイバ１６を用いたプラズマの発光強度の検出によっても、後述するクリーニングの終点検出、又は後述するプリデポ時の堆積膜厚の検出を行うことができる。
【００４８】
尚、図１に示すプラズマドーピング装置においては、整合器１３を利用した容量変化（高周波インピーダンス変化）検出による終点検出装置、及び光ファイバ１６を用いたプラズマ発光の光学検出による終点検出装置の両方を用いたが、これに代えて、いずれか一方の終点検出装置のみを用いてもよい。或いは、これらの終点検出機能を用いることなく、あらかじめ測定によって得た設定時間に基づいて、後述するクリーニングやプリデポ等の処理を順次進行させてもよい。
【００４９】
図３は、図１に示すプラズマドーピング装置を用いた本実施形態のプラズマドーピング方法における典型的な処理手順を示している。
【００５０】
まず、ステップＳ１０１において、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁を例えば水及び有機溶剤を用いてウエット洗浄する。
【００５１】
次に、ステップＳ１０２において、ダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１内へ搬入し、試料台６上に載置する。
【００５２】
次に、ステップＳ１０３において、真空容器１内の排気を行いつつ、真空容器１内に例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスをそれぞれ流量５０ｃｍ3 ／分（標準状態）及び１００ｃｍ3 ／分（標準状態）ずつ供給し、真空容器１内の圧力を例えば１．０Ｐａに保ちながらコイル８に例えば１５００Ｗの高周波電力を供給することにより、真空容器１内にプラズマを発生させ、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁に、シリコン含有膜として非晶質シリコン薄膜を堆積する。このステップＳ１０３は、後述するプラズマドーピング処理に先立って、真空容器１内に被処理基板９が載置されていない状態で真空容器１内にプラズマ生成用ガスを導入するガス供給工程であるが、当該工程においては堆積物が生成される場合が多く、堆積処理とみなすこともできることから、以下の説明においてはプリデポと称するものとする。尚、ステップＳ１０３においてプラズマを発生させる時間（プリデポ時間）については例えば１０秒に設定した。ステップＳ１０３において堆積された非晶質シリコン薄膜の膜厚は場所によって異なるが、誘電体窓７の中央付近では約５０ｎｍ、真空容器１の内側壁における試料台６とほぼ同じ高さの位置では約３５ｎｍであった。尚、ステップＳ１０３において真空容器１内に供給するＨ2 ガスは、堆積過程において非晶質シリコン薄膜のダングリングボンドを終端させるという効果を生じる。これによって、より緻密な非晶質シリコン薄膜を堆積することができる。
【００５３】
次に、ステップＳ１０４において、ダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１の外へ搬出する。次に、ステップＳ１０５において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１内へ搬入し、試料台６上に載置する。尚、本実施形態では、真空容器１を大気開放することなく、真空容器１におけるダミー試料や被処理基板の搬入や搬出を行う。
【００５４】
次に、ステップＳ１０６において、真空容器１内の排気を行いつつ、真空容器１内に、不純物として例えばＢ（ボロン）を含むガス、具体的には例えばＨｅによって１体積％まで希釈されたＢ2 Ｈ6 ガス、及びＨｅガスをそれぞれ流量５ｃｍ3 ／分（標準状態）及び１００ｃｍ3 ／分（標準状態）ずつ供給し、真空容器１内の圧力を例えば０．８Ｐａに保ちながらコイル８に例えば１５００Ｗの高周波電力を供給することにより、真空容器１内に不純物であるボロンを含むプラズマを発生させる。このとき、試料台６に例えば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被処理基板であるシリコン基板９の表面に衝突させて、ボロンをシリコン基板９の表面部に導入する。このとき、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁にボロン含有膜（ボロン系薄膜）が堆積する。尚、図３において、プラズマドーピング処理を略してＰＤと表記している。
【００５５】
次に、ステップＳ１０７において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１の外へ搬出する。次に、ステップＳ１０８において、ダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１内へ搬入し、試料台６上に載置する。
【００５６】
次に、ステップＳ１０９において、真空容器１内の排気を行いつつ、真空容器１内にＦを含むガスとして例えばＳＦ6 ガスを流量２００ｃｍ3 ／分（標準状態）供給し、真空容器１内の圧力を例えば０．８Ｐａに保ちながらコイル８に例えば１５００Ｗの高周波電力を供給することにより、真空容器１内にプラズマを発生させ、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁に堆積したボロン含有膜及びシリコン含有膜を除去する。このステップＳ１０９は、真空容器１の内壁の付着物を除去する処理であるから、以下の説明においてはクリーニングと称するものとする。尚、ステップＳ１０９においてプラズマを発生させる時間（クリーニング時間）については例えば２０秒に設定した。
【００５７】
次に、ステップＳ１１０において、真空容器１内の排気を行いつつ、真空容器１内に例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスをそれぞれ流量５０ｃｍ3 ／分（標準状態）及び１００ｃｍ3 ／分（標準状態）ずつ供給し、真空容器１内の圧力を例えば１．０Ｐａに保ちながらコイル８に例えば１５００Ｗの高周波電力を供給することにより、真空容器１内にプラズマを例えば１０秒間程度発生させ、誘電体窓７の表面を含む真空容器１の内壁に、シリコン含有膜として非晶質シリコン薄膜を堆積する。
【００５８】
次に、ステップＳ１１１において、ダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１の外へ搬出する。
【００５９】
その後、図３に示すように、前述のステップＳ１０５の被処理基板の搬入からステップＳ１１１のダミー試料の搬出までの各ステップを繰り返し行うことにより、プラズマドーピング処理を多数の被処理基板について実施することができる。このようにして処理された被処理基板に対して不純物を活性化させるための熱処理を実施した後の基板表面抵抗（ドーズ量との間に相関関係を有する量）を測定したところ、当該活性化熱処理後の基板表面抵抗は多数の被処理基板についてほぼ一定であった。
【００６０】
以下、前述の本実施形態のプラズマドーピング方法によって、従来例と比較して、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性が向上した理由について説明する。
【００６１】
図５は、図６に示す従来のプラズマ処理装置を用いた従来のプラズマドーピング方法における典型的な処理手順を示している。従来のプラズマドーピング方法においては、まず、ステップＳ１１において、真空容器１０１の内壁を洗浄した後、ステップＳ１２において、被処理基板１０９を真空容器１０１内へ搬入し、試料台１０６上に載置する。次に、ステップＳ１３において、真空容器１０１内にＢ2 Ｈ6 ガス及びＨｅガスを供給し、マイクロ波導波管１２１から放射されるマイクロ波と、電磁石１２３により形成される直流磁場との相互作用によって、真空容器１０１内にプラズマを発生させる。このとき、試料台１０６に高周波電力を供給することにより、プラズマ中のボロンイオンを被処理基板１０９の表面に衝突させて、ボロンを被処理基板１０９の表面部に導入する。このとき、真空容器１０１の内壁にボロン含有膜（ボロン系薄膜）が堆積する。次に、ステップＳ１４において、被処理基板１０９を真空容器１０１の外へ搬出する。その後、図５に示すように、前述のステップＳ１２の被処理基板の搬入からステップＳ１４の被処理基板の搬出までの各ステップを繰り返し行うことにより、プラズマドーピング処理を多数の被処理基板について実施する。
【００６２】
しかしながら、この従来のプラズマドーピング方法においては、ステップＳ１２からステップＳ１４までの各ステップを繰り返し行う際に、真空容器１０１の内壁に堆積されるボロン含有膜の膜厚が増大していく。この現象は、プラズマ中に生成されたボロン系ラジカル（中性粒子）が真空容器１０１の内壁面に吸着すること、及び、プラズマ電位（概ね１０〜４０Ｖ程度）と真空容器１０１内壁の電位（真空容器１０１内壁が通常のように誘電体から構成されている場合には概ね５〜２０Ｖ程度のフローティング電位）との電位差によって加速されたボロン系イオンが真空容器１０１の内壁面に衝突することによって、つまり、熱エネルギー又はイオン衝撃のエネルギーによって生じているものと考えられる。また、ドーピング原料ガスとしてＢ2 Ｈ6 を用いる場合、このボロン含有膜の堆積膜厚の増加に伴って、真空容器１０１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、それによってプラズマ中のボロン系ラジカルの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、前述の電位差によって加速され、真空容器１０１の内壁面に堆積したボロン含有膜に衝突することによってスパッタリングが生じ、その結果、ボロンを含む粒子のプラズマ中への供給量が徐々に増加していく。従って、プラズマドーピング処理を行っていくと、ドーズ量が徐々に増加し、その結果、活性化熱処理後の基板表面抵抗が徐々に低下していく。
【００６３】
それに対して、本実施形態においては、真空容器１の内壁を洗浄した直後にプラズマドーピング処理が実施される１枚目の被処理基板を含む全ての被処理基板について、真空容器１の内壁にプリデポ処理によりシリコン含有膜（非晶質シリコン薄膜）を堆積した状態でプラズマドーピング処理を行う。このため、真空容器１の内壁上にボロン等の不純物が付着している場合にも、シリコン含有膜によって真空容器１の内壁上の付着物を覆ってしまうことができるので、真空容器１の内壁面におけるボロン系ラジカルの吸着確率がほぼ一定に保たれる。また、真空容器１の内壁からボロン等の不純物を含む粒子がスパッタリングされることもほとんどない。すなわち、プラズマ中のイオンがプラズマと真空容器１の内壁との間の電位差によって加速されて真空容器１の内壁面に衝突することにより生じるスパッタリングに起因してボロンを含む粒子がプラズマ中に供給される量は常に極めて小さい。従って、プラズマ中のボロン系ラジカル密度がほぼ一定に保たれるものと考えられるので、各被処理基板の不純物の導入量（ドーズ量）が安定し、活性化熱処理後の基板表面抵抗も各被処理基板についてほぼ一定になる。
【００６４】
また、本実施形態においては、Ｆを含むガスを用いたクリーニング処理によって、プラズマドーピング処理時に真空容器１の内壁に堆積したボロン含有膜と、プリデポ処理時に真空容器１の内壁に堆積したシリコン含有膜とを除去する。このクリーニング処理は、次のような理由により実施するものである。すなわち、本実施形態のプリデポ処理は、真空容器１の内壁のボロン含有膜（ボロン系薄膜）の膜厚に依存したボロン系ラジカルの吸着確率の変動や、スパッタリングによるプラズマ中へのボロンを含む粒子の供給量の変動を抑制し、ドーズ量を一定に保つために有効である。しかし、プリデポ処理により堆積されるシリコン含有膜の膜厚が厚くなると、膜剥がれによりパーティクルが発生するだけではなく、場合によってはシリコン含有膜のみが剥離してボロン含有膜（ボロン系薄膜）が部分的に露出することとなり、プラズマ中のボロン濃度が変動してしまうことがある。この膜剥がれは、プリデポ処理により堆積されるシリコン含有膜が厚くなり、当該膜中に内部応力や熱応力が蓄積することによって生じると考えられるため、シリコン含有膜の累積膜厚を、剥離が発生するおそれのある膜厚よりも小さくする必要がある。すなわち、シリコン含有膜の剥離が起きる前に、何らかの方法により、シリコン含有膜を除去することが有効である。そこで、本実施形態では、クリーニング処理によって真空容器１の内壁上の薄膜（ボロン含有膜及び／又はシリコン含有膜）を短時間で除去している。但し、真空容器１の内壁上における薄膜の剥離等の影響が少ない場合においては、クリーニング処理は必ずしも必要ではない。
【００６５】
また、本実施形態では、プリデポ処理及びプラズマドーピング処理を順次実施した後、クリーニング処理を実施しているが、例えばＳＦ6 ガスを用いたクリーニング処理によって、ウエット洗浄時に真空容器１の内壁に吸着した水や有機溶剤分子を除去することもでき、それにより、ドーズ量をさらに安定化させることが可能である。従って、図３に示す本実施形態のプラズマドーピング方法において、ステップＳ１０１でウエット洗浄を行い、その後、ステップＳ１０２でダミー試料としてのシリコン基板を真空容器１内へ搬入し、試料台６上に載置した後、クリーニング処理を行い、その後、ステップＳ１０３のプリデポ処理を行ってもよい。
【００６６】
尚、本実施形態において、ステップＳ１０９のクリーニング処理を行った後、ステップＳ１１０のプリデポ処理を行わずに、被処理基板に対してプラズマドーピング処理を実施した場合には、真空容器１の内壁に付着したごく微小なクリーニング残渣が露出した状態でプラズマドーピング処理を行うことになるため、パーティクルが発生する場合がある。そこで、本実施形態では、ステップＳ１１０のプリデポ処理を実施することにより、ステップＳ１０９において真空容器１の内壁に析出したクリーニング残渣をシリコン含有膜によって被覆する。これにより、微小粒子が真空容器１の内壁から離脱することを抑制でき、パーティクル発生を抑制できるという効果も得られる。
【００６７】
また、本実施形態において、クリーニング処理時やプリデポ処理時のように、真空容器１内の試料台６上に被処理基板が載置されていない状態で真空容器１内にプラズマを発生させるステップにおいては、試料台６上にダミー試料としてのシリコン基板を載置する場合を例示した。このようにすると、試料台６の表面がプラズマによって損傷したり、当該表面上に不要な膜が堆積したりすることを防止するのに有効である。但し、試料台６の表面がプラズマによって損傷したり、当該表面上に不要な膜堆積が生じたりすることが問題にならない場合には必ずしもダミー試料を試料台６上に載置する必要はない。
【００６８】
以上に説明した、真空容器の内壁の状態を制御す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実は、プラズマドーピングにおいて特に顕著な現象である。すなわち、ドライエッチングやプラズマＣＶＤにおいて、種々の薄膜が真空容器の内壁に堆積することによるプロセスの変動が問題となる場合にもクリーニング処理やプリデポ処理が行われる場合があるが、真空容器内に導入される混合ガス中の反応性ガス（エッチングガス又はデポガス（堆積用ガス））の体積濃度は数％〜数十％程度でもあり、真空容器内壁上の堆積膜がガス濃度に及ぼす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における不純物原料ガスの体積濃度は１％以下（特に精度良くドーズ量を制御したい場合には０．１％以下）であり、真空容器内壁上の堆積膜がガス濃度に及ぼす影響が比較的大きくなってしまう。しかしながら、本実施形態によれば、プラズマドーピング処理前にシリコン含有膜によって真空容器内を被覆するため、真空容器内壁上の堆積膜がガス濃度に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００６９】
尚、本実施形態において、真空容器１内に導入される不活性ガス中における不純物含有ガス（不純物原料ガス）の体積濃度は少なくとも０．００１％以上であることが必要である。その理由は、これよりも小さい濃度では、所望のドーズ量を得るために極めて長時間のプラズマドーピング処理が必要となってしまうからである。また、以上の説明から明らかなように、本実施形態において、プリデポ処理時には、プラズマドーピング処理時に用いる不純物含有ガスを真空容器１内に導入しない方が、ドーズ量をより安定化させる上で望ましい。
【００７０】
以上に述べた本発明の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。すなわち、本発明の適用にあたり、以上に例示したもの以外にも様々なバリエーションが考えられることは言うまでもない。
【００７１】
また、本実施形態において、特に、被処理基板がシリコンよりなる半導体基板である場合、基板に導入する不純物として砒素、燐、ボロンなどを用いることによって、微細トランジスタを製造することができる。また、被処理基板の材料によっては、基板に導入する不純物としてアルミニウム又はアンチモンなどを用いることも有効である。
【００７２】
また、本実施形態において、真空容器１の内壁や試料台６の温度制御を行うことにより、真空容器１の内壁や被処理基板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ができ、それによって、ドーズ量つまり不純物濃度の再現性をさらに高めることができる。ここで、プリデポ処理時に堆積される薄膜の緻密性を向上させるためには、真空容器１の内壁の温度を８０℃以上に制御することが好ましい。一方、真空容器１のシール性確保を容易にすると共に真空容器１の熱変形を抑制するためには、真空容器１の内壁の温度を２００℃以下に制御することが好ましい。
【００７３】
また、本実施形態において、ドーピング処理時に真空容器１内に導入されるガスとして、Ｂ2 Ｈ6 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、不純物を含む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。不純物を含むガスとしては、例えばＢx Ｈy （ｘ、ｙは自然数）又はＰx Ｈy （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のみを含むという利点がある。Ｂを含むガスとしては、Ｂ2 Ｈ6 の他、例えば、ＢＦ3 、ＢＣｌ3 、ＢＢｒ3 などを用いることも可能である。Ｐを含むガスとしては、例えば、ＰＦ3 、ＰＦ5 、ＰＣｌ3 、ＰＣｌ5 、ＰＯＣｌ3 などが利用可能である。また、希ガスとしては、Ｈｅの他に、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどを用いることができる。Ｈｅ等の希ガスについては、ガス構成原子が基板に混入した際の影響を抑制しつつ、言い換えると、好ましくない不純物が被処理基板表面に導入されることを回避しつつ、ドーズ量の精密な制御と低スパッタ性との両立を図ることによって、ドーズ量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という効果を奏する。また、希ガスの中ではＨｅが最適である。その理由は次の通りである。すなわち、Ｈｅは他の希ガスと比べて、同一エネルギーにおけるスパッタリングイールドが小さいので、真空容器１の内壁をスパッタリングすることに起因して生じる不純物濃度、例えばボロン濃度の上昇の割合が小さくなる。このため、後述するように、プリデポ処理を複数の被処理基板毎に行う場合、プリデポ処理と次のプリデポ処理との間に堆積された不純物含有膜、例えばボロン含有膜の影響を小さくすることできる。このように、不純物を含むガスをＨｅで希釈した混合ガスを用いることにより、真空容器１の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することができるため、ガス供給装置２からの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るので、ドーズ量の基板面内均一性の確保が容易となる。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。
【００７４】
また、本実施形態において、クリーニング処理時には、プラズマの発光強度の変化又は真空容器１内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングすることにより、クリーニング処理の終点検出を行うことが可能である。このようにすると、プラズマによる真空容器１の内壁等の損傷を防止できるので、より安定したプラズマドーピング処理を実現できる。プラズマの発光強度の変化をモニタリングするには、例えば、光ファイバ１６に接続された分光器を用いることができる。或いは、分光器に代えて、光学フィルタとフォトダイオードとを組み合わせたものを用いてもよい。真空容器１内の高周波インピーダンスの変化をモニタリングするには、例えば高周波センサを用いてインピーダンスを算出してもよいし、又は、高周波整合器の整合位置（可変リアクタンスの値）をモニタリングしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態において、プリデポ処理時間が１０秒である場合を例示したが、プリデポ処理時間は、ドーズ量の安定性を確保でき且つパーティクルの発生を抑制できる最小の時間であればよく、概ね３秒以上で且つ６０秒以下であることが好ましい。また、プリデポ処理時間は、真空容器１の内壁に堆積させるシリコン含有膜の膜厚が５ｎｍ以上で且つ１０００ｎｍ以下になるように設定することが好ましい。これは、プリデポ処理時間が５ｎｍ未満である場合にはドーズ量の安定性が劣化し、逆にプリデポ処理時間が１０００ｎｍよりも大きいと、パーティクルを生じやすいからである。
【００７６】
また、本実施形態において、クリーニング処理時間が２０秒である場合を例示したが、クリーニング処理時間は、真空容器１の内壁に堆積したボロン含有膜及びシリコン含有膜を除去できる最小の時間であればよく、概ねプリデポ処理時間の１倍以上で且つ３倍以下の時間であることが好ましい。
【００７７】
また、本実施形態において、プリデポ処理時に真空容器１内に供給するガスがＳｉＨ4 及びＨ2 である場合を例示したが、これに限られず、シリコン含有膜として非晶質シリコン薄膜を堆積させるために、Ｓｉ2 Ｈ6 （ジシラン）などのＳｉx Ｈy （ｘ、ｙは自然数）を含むガスを用いてもよい。尚、プリデポ処理時に真空容器１の内壁に堆積させる薄膜は、被処理基板としてのシリコン基板９に汚染（コンタミネーション）を生じさせるものであってはならない。こうした観点から、プリデポ処理時に真空容器１の内壁に堆積させる薄膜は、被処理基板がシリコン基板９である場合には、シリコン膜又はシリコン酸化膜であることが好ましい。すなわち、プリデポ処理時に堆積させる薄膜の構成材料として利用可能なものは、基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素又は当該元素の酸化物である。従って、被処理基板がＳｉ基板である場合には、プリデポ処理時に使用する堆積用ガスはIV属元素であるＣ、Ｓｉ、Ｇｅ等を含むべきである。また、被処理基板がＧａＡｓ基板、ＡｌＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、ＧａＰ基板である場合には、プリデポ処理時に使用する堆積用ガスは III属元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、又はＶ属元素であるＮ、Ｐ、Ａｓ等でを含むべきである。具体的には、被処理基板としてシリコン基板に代えて例えばＧａＡｓ基板を用いてプラズマドーピング処理を行う場合においては、ＧａＡｓ基板に対するドーパント種（導入することによってキャリアが発生する元素：例えば炭素）を含まない膜をプリデポ処理において堆積することが必要である。以上のように、本発明においては、真空容器１の内壁に、被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む薄膜を形成することが重要となる。これにより、真空容器１内に形成された被膜（薄膜）に含まれる当該同属の元素は、被処理基板に対してドナー準位又はアクセプタ準位を形成するような不純物とはならないので、被処理基板の不純物汚染（コンタミネーション）を防ぐことができる。
【００７８】
また、本実施形態において、真空容器１内にインナーチャンバが試料台６を取り囲むように設置されている場合、プリデポ処理時に当該インナーチャンバの内壁に被処理基板を構成する主要元素と周期律上で同属の元素を含む薄膜を形成してもよい。
【００７９】
また、本実施形態において、プリデポ処理時に真空容器１の内壁に薄膜、具体的にはシリコン酸化膜を堆積させる際に、真空容器１内に供給するガスがＯ2 を含むようにしてもよい。例えば、プリデポ処理時に真空容器１内に供給するガスがＳｉＨ4 及びＯ2 であると、緻密性に優れた高純度のシリコン酸化膜を真空容器１の内壁に堆積することができる。すなわち、化学的に安定な酸化物からなる薄膜を形成することが可能となるので、当該薄膜がスパッタリングされることを抑制できる。従って、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。
【００８０】
また、本実施形態において、プリデポ処理時に真空容器１内に供給するガスがＴＥＯＳなどの有機シランを含んでいてもよい。この場合、有機シランとＯ2 との混合ガスを用いることにより、緻密性に優れた高純度のシリコン酸化膜を真空容器１の内壁に堆積することができる。すなわち、化学的に安定な酸化物からなる薄膜を形成することが可能となるので、当該薄膜がスパッタリングされることを抑制できる。従って、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性において、さらに優れたプラズマドーピング方法を比較的容易に実現することができる。
【００８１】
また、本実施形態において、クリーニング時にＦを含むガスとしてＳＦ6 を用いる場合を例示したが、クリーニング処理時に用いるガスはＳx Ｆy 又はＣx Ｆy （ｘ、ｙは自然数）であることが好ましい。これらのガスは、シリコン含有膜やボロン含有膜の除去速度が速く且つ安価であるという利点を有する。
【００８２】
（実施形態の変形例）
ところで、本実施形態において、プラズマドーピング処理時に真空容器内壁面にボロンを含む薄膜（ボロン系薄膜）が堆積する速度は、プラズマ発生時間３００分に対して膜厚が６６０ｎｍ程度、つまり、平均にして２．２ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。一方、プリデポ処理時におけるシリコン含有膜が堆積する速度は、通常のプラズマＣＶＤの場合と同程度であって、１００〜１０００ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。
【００８３】
そこで、本実施形態においては、クリーニング処理及びプリデポ処理を被処理基板１枚毎に実施する場合を例示したが、言い換えると、プラズマドーピング処理の一回の実施に対してクリーニング処理及びプリデポ処理を一回実施する場合を例示したが、これに代えて、数枚〜数十枚の被処理基板に対して連続してプラズマドーピング処理を行った後に、クリーニング処理及びプリデポ処理を実施する変形例も可能である。
【００８４】
図４は、図１に示すプラズマドーピング装置を用いた本実施形態の変形例に係るプラズマドーピング方法における処理手順を示している。尚、図４は、一例として、被処理基板５枚毎にプリデポ処理を実施し、被処理基板１０枚毎にクリーニング処理を実施する場合を示している。また、図４の説明に際しては、図３に示す本実施形態のプラズマドーピング方法と同様のステップについては、重複する説明を省略する。
【００８５】
まず、ステップＳ２０１において、真空容器１内をウエット洗浄した後、ステップＳ２０２において、ダミー試料を真空容器１内へ搬入し、その後、ステップＳ２０３において、例えばＳｉＨ4 からなるプラズマを用いてプリデポ処理を行った後、ステップＳ２０４において、ダミー試料を真空容器１の外へ搬出する。続いて、ステップＳ２０５において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１内へ搬入した後、ステップＳ２０６において、Ｈｅによって希釈されたＢ2 Ｈ6 ガスを用いてプラズマドーピング処理を実施し、その後、ステップＳ２０７において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１の外へ搬出する。ここで、本変形例では、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０７を被処理基板５枚について繰り返し行うステップＳ２０８を実施する。次に、ステップＳ２０９において、ダミー試料を真空容器１内へ搬入し、その後、ステップＳ２１０において、プリデポ処理を再度行った後、ステップＳ２１１において、ダミー試料を真空容器１の外へ搬出する。ここで、本変形例では、ステップＳ２０８〜ステップＳ２１１を２回繰り返し行うステップＳ２１２を実施する。すなわち、本変形例では、プラズマドーピング処理の５回の実施に対してプリデポ処理を１回実施する。次に、ステップＳ２１３において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１内へ搬入した後、ステップＳ２１４において、Ｈｅによって希釈されたＢ2 Ｈ6 ガスを用いてプラズマドーピング処理を実施し、その後、ステップＳ２１５において、被処理基板としてのシリコン基板９を真空容器１の外へ搬出する。次に、ステップＳ２１６において、ダミー試料を真空容器１内へ搬入した後、ステップＳ２１７において、例えばＳＦ6 ガスからなるプラズマを用いたクリーニング処理を行う。続いて、ステップＳ２１８において、プリデポ処理を行った後、ステップＳ２１９において、ダミー試料を真空容器１の外へ搬出する。
【００８６】
その後、図４に示すように、ステップＳ２１２からステップＳ２１９までの各ステップを繰り返し行う。すなわち、本変形例では、プラズマドーピング処理の１０回の実施に対してクリーニング処理を１回実施する。
【００８７】
本変形例によると、数枚〜数十枚の被処理基板に対する複数回のプラズマドーピング処理に対してクリーニング処理及びプリデポ処理をそれぞれ１回ずつ行うため、処理時間を低減しつつ、つまり、生産性を向上しつつ、高精度の不純物濃度制御を実現するプラズマドーピング処理を行うことができる。
【００８８】
尚、本変形例のように、クリーニング処理の実施頻度よりもプリデポ処理の実施頻度を高くすることも可能である。例えば、クリーニング処理については、数枚〜数十枚の被処理基板に対する複数回のプラズマドーピング処理に対して１回ずつ行う一方、プリデポ処理については、１枚の被処理基板に対する１回のプラズマドーピング処理に対して１回行ってもよい。ここで、各処理の実施頻度についてはスループットを考慮して設定することができる。また、クリーニング処理を実施する際にプリデポ処理によって累積的に堆積されたシリコン含有膜の合計膜厚が例えば１０００ｎｍ以下になるように、クリーニング処理及びプリデポ処理のそれぞれの実施頻度を設定することによって、パーティクルの発生を防止することができる。
【００８９】
また、本実施形態においても本変形例においても、クリーニング処理時及びプリデポ処理時のそれぞれにおける真空容器１内の圧力を、プラズマドーピング処理時における真空容器１内の圧力の５０％以上で且つ２００％以下に設定することが好ましい。このようにすると、クリーニング処理時、プリデポ処理時及びプラズマドーピング処理時のそれぞれにおけるプラズマの発生範囲をほぼ同一の範囲とすることができるため、ボロン含有膜の形成範囲、シリコン含有膜の形成範囲、及びクリーニング処理の範囲がほぼ一致するので、各処理を効率良く行うことができる。
【００９０】
（比較例）
以下、比較例として、特許文献５（特開平６−６１１６１号公報）に記載の従来のプラズマドーピングについて説明する。
【００９１】
本比較例においては、プラズマドーピング処理時にＳｉＨ4 ガスを添加することが開示されている。これは、不純物層が形成されるべき下地の半導体表面がエッチングされることを軽減又は防止するためのものであり、プラズマドーピング処理時にスパッタリングによって失われるシリコンを補うという作用を奏する。しかしながら、本比較例は、本実施形態のようにプラズマドーピング処理の前にＳｉＨ4 ガスを用いて真空容器内壁にシリコン含有膜を形成するものではない。従って、本比較例によって、前回のプラズマドーピング処理までに真空容器内壁に付着したボロン含有膜等を被覆してプラズマ中の不純物ラジカル密度の変化を防止するという効果、つまり、ドーズ量や不純物濃度の再現性を向上させるという効果を得ることは全くできない。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、被処理基板表面に導入される不純物の濃度の再現性に優れたプラズマドーピング方法及びプラズマドーピング装置を提供することができる。従って、本発明は半導体の不純物ドーピング工程をはじめとして、液晶などで用いられる薄膜トランジスタの製造等の幅広分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法において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２】図２は図１に示すプラズマドーピング装置の整合器の等価回路図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は本発明の一実施形態の変形例に係るプラズマドーピング方法における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は従来のプラズマドーピング方法における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は従来のプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    真空容器
２    ガス供給装置
３    ターボ分子ポンプ
４    調圧弁
５    高周波電源
６    試料台
７    誘電体窓
８    コイル
９    シリコン基板
１０    高周波電源
１１    排気口
１２    支柱
１３    整合器
１４    窓
１５    窓カバー
１６    光ファイバ
【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１】
2008050596.tif 000009
【図２】
2008050596.tif 000010
【図３】
2008050596.tif 000011
【図４】
2008050596.tif 000012
【図５】
2008050596.tif 000013
【図６】
2008050596.tif 000014
【国際調査報告】
2008050596.tif 000015
2008050596.tif 000016
2008050596.tif 000017
2008050596.tif 000018
2008050596.tif 000019
2008050596.tif 000020
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