(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物を含む表層から要求プロファイルに従って不純物を基板に注入するためのプラズマ処理装置であって、
プラズマ処理のためのバイアス電圧を含むプラズマ処理条件と、該プラズマ処理条件によるプラズマ処理時間と、を前記要求プロファイルから設定する設定部と、
設定されたバイアス電圧を与えるために基板を保持する基板ホルダと、
設定されたプラズマ処理時間、基板にプラズマを作用させるためにプラズマを発生させるプラズマ源と、を備え、
前記要求プロファイルは、注入されるべき不純物元素と、不純物濃度が基準値に等しくなる基板表面からの注入深さと、第１基準濃度に等しくなる深さと第２基準濃度に等しくなる深さとの深さ差である急峻性と、を含み、
前記設定部は、前記注入深さから前記バイアス電圧を設定する第１設定処理と、前記不純物元素と前記急峻性とから前記プラズマ処理時間を設定する第２設定処理と、を実行することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記設定部は、前記注入深さと前記バイアス電圧との関係を予め有しており、当該関係は、異なる種類の不純物元素に共通であり、前記第１設定処理は、当該関係に基づいて前記注入深さから前記バイアス電圧を設定することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記設定部は、不純物元素の種類ごとに前記急峻性と前記プラズマ処理時間との関係を予め有しており、該プラズマ処理時間は、前記プラズマ処理条件で不純物濃度を前記基準値に飽和させるための飽和時間以上であり、前記第２設定処理は、当該関係に基づいて前記急峻性から前記プラズマ処理時間を設定することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記不純物を含む表層は、不純物濃度が前記基準値に等しくなる深さが前記注入深さよりも浅いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
ヘリウムガス、またはヘリウムと水素との混合ガスを供給するための気体供給部をさらに備え、
前記プラズマ源は、ヘリウムのプラズマ、またはヘリウム及び水素のプラズマを発生させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程において基板表面に不純物注入層を形成するために、イオン注入技術が一般に利用されている。製造されるデバイスの性能を高めるために、不純物プロファイルを理想のものに近づける努力がなされている。そうした取組の１つとして、イオン注入技術に加えて、プラズマドーピング技術を用いることが提案されている。例えば特許文献１には、プラズマドーピングをしてからヘリウムプラズマ後処理をすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７７２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、不純物を含む表層から基板に不純物を注入するための、実用性に優れるプラズマ処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様のプラズマ処理装置は、不純物を含む表層から要求プロファイルに従って不純物を基板に注入するためのプラズマ処理装置であって、プラズマ処理のためのバイアス電圧を含むプラズマ処理条件と、該プラズマ処理条件によるプラズマ処理時間と、を前記要求プロファイルから設定する設定部と、設定されたバイアス電圧を与えるために基板を保持する基板ホルダと、設定されたプラズマ処理時間、基板にプラズマを作用させるためにプラズマを発生させるプラズマ源と、を備える。前記要求プロファイルは、注入されるべき不純物元素と、不純物濃度が基準値に等しくなる基板表面からの注入深さと、第１基準濃度に等しくなる深さと第２基準濃度に等しくなる深さとの深さ差である急峻性と、を含む。前記設定部は、前記注入深さから前記バイアス電圧を設定する第１設定処理と、前記不純物元素と前記急峻性とから前記プラズマ処理時間を設定する第２設定処理と、を実行する。
【０００６】
本発明の別の態様もまた、プラズマ処理装置である。この装置は、不純物を含む基板の表層から要求される注入深さへ不純物を注入するプラズマ処理のためのプラズマ処理パラメタ設定部を備える。プラズマ処理パラメタは、プラズマ処理により不純物濃度が基準値に等しくなる基板表面からの深さを決定づける主パラメタと、不純物濃度を前記基準値に飽和させる飽和範囲をもつ副パラメタと、を含む。前記設定部は、要求される注入深さから前記主パラメタを設定し、前記飽和範囲に前記副パラメタを設定する。
【０００７】
本発明のさらに別の態様もまた、プラズマ処理装置である。この装置は、不純物を含む基板の表層から要求される注入深さへ不純物を注入するプラズマ処理のためのバイアス電圧を設定する設定部を備える。前記設定部は、異なる種類の不純物元素に共通する注入深さとバイアス電圧との関係に基づいて、要求される注入深さからバイアス電圧を設定する。
【０００８】
本発明のさらに別の態様もまた、プラズマ処理装置である。この装置は、不純物を含む基板の表層から要求される急峻性で不純物を注入するプラズマ処理のために基板のプラズマ処理時間を設定する設定部を備える。前記設定部は、注入されるべき不純物元素についての急峻性とプラズマ処理時間との関係に基づいて、要求される急峻性からプラズマ処理時間を設定する。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、基板処理方法である。この方法は、不純物を含む表層を基板に形成する第１工程と、要求される注入深さまで前記不純物を注入するために前記基板にバイアス電圧を与えて前記表層をヘリウムを含むプラズマで処理する第２工程と、を含む。前記第２工程は、要求される注入深さからバイアス電圧を設定する第１設定処理と、要求される急峻性からプラズマ処理時間を設定する第２設定処理と、を含む。
【００１０】
本発明のさらに別の態様もまた、基板処理方法である。この方法は、不純物を含む表層を基板に形成する第１工程と、要求される注入深さまで前記不純物を注入するためにヘリウム及び水素を含むプラズマで前記表層を処理する第２工程と、を含む。
【００１１】
本発明のさらに別の態様もまた、基板処理方法である。この方法は、基板の表面に不純物層を成膜する第１工程と、基板に不純物を注入するためにヘリウムを含むプラズマで前記不純物層を処理する第２工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、不純物を含む表層から基板に不純物を注入するための、実用性に優れるプラズマ処理装置及び基板処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理における不純物元素の注入のメカニズムを概念的に説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理における不純物元素の注入のメカニズムを概念的に説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置におけるバイアス電力とバイアス電圧との関係を表すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る基板処理システムを模式的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る二次イオン質量分析法による分析結果を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る二次イオン質量分析法による分析結果を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る二次イオン質量分析法による分析結果を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理条件の設定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態に係る第１設定処理のためのテーブルの一例を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る第２設定処理のためのテーブルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のある態様は、２段階の処理を含む不純物の注入方法である。第１段階は、不純物を含む表層を基板に形成する処理である。不純物表層は、最終的に要求されている注入深さよりも浅く形成されている。この前処理のために使用しうる処理には、例えばイオン注入、プラズマドーピング、または膜形成処理がある。第２段階は、不純物表層から要求される深さへと不純物を注入するためのプラズマによる処理である。不活性ガス例えばヘリウムのプラズマによって不純物元素が基板の表層から深さ方向に押し込まれる。このプラズマ処理を以下では「プラズマ注入」と呼ぶことがある。
【００１５】
製造されるデバイスの性能をより高めるために、深さ方向の不純物元素の濃度プロファイルを理想のものに近づけることが重要となってきている。所望の深さに良好な急峻性をもつ、いわゆるボックス型のプロファイルが好ましいとされている。
【００１６】
プラズマ処理に先立って、プラズマ処理条件が設定される。ところが、一般には、処理条件に含まれる複数のパラメタのそれぞれが不純物プロファイルに影響を与え得る。パラメタをそれぞれ調整して最適な条件を得るには相当の試行錯誤を要する。複数パラメタそれぞれの調整のための効率的な手順は明らかではない。与えられた要求プロファイルから最適な処理条件を求める実用的な手法を提供することが望まれる。
【００１７】
本発明者は、プラズマ注入処理のメカニズムについての考察と実験結果とから、比較的単純な手順でプラズマ処理条件を最適に設定することが可能であることを見出した。この手法によれば、所与のプロファイルからシーケンシャルな手順で処理条件を設定することができる。
【００１８】
一実施例においては、プラズマ処理条件に含まれる複数のパラメタは、主パラメタと、副パラメタと、その他の付属的なパラメタとに分類される。主パラメタは、プラズマ処理により不純物濃度またはドーズ量が基準値（例えば５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）に等しくなる基板表面からの深さＸｊを決定づけるパラメタである。主パラメタは、不純物の注入深さに相対的に大きな影響を与える。付属パラメタは、注入深さに与える影響が相対的に小さいかほとんどないパラメタである。
【００１９】
副パラメタは、それらの中間的な位置づけのパラメタである。副パラメタは、注入深さに相対的に大きく影響する範囲と、影響が相対的に小さいかほとんどない範囲とをもつ。例えば、副パラメタの値が小さいときにはその値が増えるにつれて注入深さも大きくなり、値がさらに大きくなると注入深さの増分が縮小していく。つまり、主パラメタのある値に対応する深さＸｊにおける不純物濃度は副パラメタの値が大きくなると飽和する。副パラメタは、不純物濃度を基準値へと飽和させる飽和範囲を有する。副パラメタを飽和範囲において変化させても、注入深さは実質的に変わらないと評価することができる。
【００２０】
プラズマ注入による注入深さは、プラズマ中のイオンを基板に引き込むために基板に与えるバイアス電圧に関係づけられる。バイアス電圧によって注入深さが制御される。この関係は、図面を参照して後述するように、不活性ガスイオンを用いた「プラズマ注入」の場合、注入する不純物元素の種類に依存しない共通の関係である。
【００２１】
よって、主パラメタは例えば、プラズマ注入のために基板に与えるバイアス電圧を表すパラメタである。バイアス電圧はプラズマ中のイオンのもつ注入エネルギーと言い換えることもできるから、主パラメタは、プラズマの基板への注入エネルギーを表すパラメタであるとも言える。また、副パラメタは例えば、プラズマ注入のためのプラズマ処理時間を表すパラメタである。ある時間（即ち飽和時間）を超えてプラズマ処理を継続しても、設定バイアス電圧に対応する注入深さＸｊは維持される。
【００２２】
不純物元素に共通の関係を使用して、要求される注入深さから主パラメタが直接に設定される。要求深さを実現するようまず主パラメタが設定され、それから残りのパラメタが設定される。好ましくは副パラメタが飽和範囲から選択されることにより、残りのパラメタの設定は、注入深さにほぼ影響しない。こうして、要求される注入深さを与えるプラズマ処理条件をシーケンシャルに設定する手順が提供される。
【００２３】
副パラメタまたはその他の付属的パラメタは、要求プロファイルの他の項目例えば急峻性を制御するために設定されてもよい。このようにすれば、要求プロファイルの一項目例えば注入深さの制御のための主パラメタ設定と、他の一項目例えば急峻性の制御のための副パラメタ設定とにプラズマ処理条件の設定処理を細分化することができる。２つの項目を同時に考慮しながら多数のパラメタを最適化するのに比べて、項目ごとに関連する少数のパラメタを設定することにより、効率的な最適条件設定が可能となると見込まれる。
【００２４】
そこで、一実施例においては、プラズマ処理装置の設定部は、主パラメタを設定する第１設定処理と、副パラメタを設定する第２設定処理と、を個別的に実行する。第１設定処理は、主パラメタを、要求される注入深さを実現する値に設定してもよい。第１設定処理は、異なる不純物元素に共通する注入深さと主パラメタとの関係を使用して、主パラメタを設定してもよい。第２設定処理は、副パラメタを、要求される急峻性を実現する値に設定してもよい。第２設定処理は、注入されるべき不純物元素についての急峻性と副パラメタとの関係を使用して、副パラメタを設定してもよい。第２設定処理は、飽和範囲から副パラメタの値を選択してもよい。
【００２５】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理における不純物元素の注入のメカニズムを概念的に説明するための図である。図１には、不純物表層１００を有する基板１０２が示されている。図２には、プラズマ注入処理中の基板１０２が示されている。
【００２６】
本発明の一実施形態に係る基板処理方法は、不純物原子１０１を含む層を基板表面１０３に形成する第１工程と、その層よりも深く不純物原子１０１を注入するための第２工程と、を含む。第２工程の処理条件が、要求される深さ方向の不純物濃度プロファイルを得るよう設定されている。第１工程は、基板１０２に不純物の供給源を準備するための前処理である。第１工程により得られた基板１０２が図１に示されている。
【００２７】
図１に示されるように、不純物表層１００は多数の不純物原子１０１を含む。不純物原子１０１は例えば、ホウ素（ボロン）Ｂ、リンＰ、またはヒ素Ａｓである。基板１０２を構成する材料は例えばシリコンＳｉである。不純物表層１００を基板１０２に形成するための前処理は例えば、イオン注入、またはプラズマドーピングである。前処理は、ＣＶＤ（化学蒸着）またはＰＶＤ（物理蒸着）等の成膜処理であってもよい。
【００２８】
不純物表層１００は、上層の堆積膜１０４と、下層の初期注入層１０６と、を含む。堆積膜１０４と初期注入層１０６との境界は、もとの基板表面（即ち、前処理をする前の基板表面）１０３である。堆積膜１０４は前処理によって基板表面１０３に堆積した不純物原子１０１から形成されている。初期注入層１０６は基板１０２のごく浅い領域に前処理によって不純物原子１０１が注入されて形成されている。初期注入層１０６は基板材料の原子（図示せず）を含んでもよい。堆積膜１０４もまた、不純物原子１０１の衝突によって基板１０２からはじき飛ばされた基板原子を含んでもよい。
【００２９】
初期注入層１０６は初期注入深さ１０８を有する。初期注入深さ１０８は、最終的に基板１０２に必要とされる要求深さ１１０よりも浅い。要求深さ１１０は破線で図１に示す。初期注入深さ１０８及び要求深さ１１０はともに、不純物濃度が基準値（例えば５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）に等しくなる基板表面１０３からの深さである。初期注入深さ１０８は例えば、約５ｎｍ未満または約１０ｎｍ未満の深さである。要求深さ１１０は例えば、約５ｎｍないし１０ｎｍ程度、または約１０ｎｍないし１５ｎｍ程度の深さである。初期注入深さ１０８は、基板表面１０３に飛来する不純物イオンのもつエネルギーによって決定される。
【００３０】
よって、第１工程において基板表面１０３に飛来する不純物イオンのもつエネルギーは、要求深さ１１０への注入に必要とされるエネルギーよりも小さくてよい。例えば、典型的な低エネルギーイオン注入によって要求深さ１１０に不純物を注入するには例えば５００ｅＶ程度の注入エネルギーを要する。それに対して、前処理に例えばイオン注入を用いる場合には２００ｅＶ程度の注入エネルギーで十分である。そのため、前処理によって表面荒れ等の基板表面１０３に生じる影響を小さくすることができる。また、得られる濃度プロファイルは主として次のプラズマ注入の処理条件によって決まるので、前処理の処理条件の設定にそれほどの厳密さは要求されない。つまり、前処理は広いプロセスウィンドウを持つ。
【００３１】
図２に示されるプラズマ注入は、不活性ガスのプラズマ１１２を基板１０２に作用させる処理である。基板１０２には、不活性ガスイオン１１４の基板１０２への到達及び進入を促進するためのバイアス電圧が印加されている。バイアス電圧に相当する大きさの注入エネルギーが不活性ガスイオン１１４に与えられる。
【００３２】
不活性ガスイオン１１４のもつ注入エネルギーは、基板１０２の深さ方向の限界となる進入位置を定める。注入エネルギーに応じた深さ位置まで不活性ガスイオン１１４は到達することができる。バイアス電圧を含むプラズマ処理条件は、不活性ガスイオン１１４の最大到達深さを要求深さ１１０とするよう設定されている。
【００３３】
プラズマ１１２から大量の不活性ガスイオン１１４が基板１０２の不純物表層１００に照射される。不純物表層１００の不純物原子１０１は到来した不活性ガスイオン１１４により、深い位置へと押し込まれていく。不活性ガスイオン１１４の押し込み作用により、不純物表層１００は初期注入深さ１０８を越えて深さ方向に広がる。
【００３４】
不活性ガスイオン１１４の最大到達深さは要求深さ１１０に等しいから、不純物原子１０１への押し込み作用は、基板表面１０３から要求深さ１１０までの深さ範囲に限定される。よって、押し込まれた不純物原子１０１の到達位置は最大でも要求深さ１１０に留まる。不純物原子１０１は要求深さ１１０を越えては注入されない。到達深さは不活性ガスイオン１１４（の注入エネルギー）によって決められているから、不純物元素の種類には依存しないと考えられる。
【００３５】
こうして、十分なプラズマ１１２を作用させることを前提として（例えば十分なプラズマ処理時間を前提として）、不純物原子１０１は不活性ガスイオン１１４により要求深さ１１０に押し込まれていく。この場合のバイアス電圧は、通常のイオン注入による同深さのものよりも低い電圧で実現出来る。所望の不純物元素について要求される注入深さＸｊをもつ不純物プロファイルを基板１０２の表面に実現することができる。
【００３６】
また、上述のように、不純物原子１０１への押し込み作用は要求深さ１１０までの深さ範囲に留まる。プラズマ処理を継続することによって、要求深さ１１０を下側境界とするごく薄い深さ範囲に不純物原子１０１を集積する作用が生じる。よって、その深さ範囲の不純物濃度勾配、即ち深さ増分に対する不純物濃度減少量を小さくすることができる。すなわち、要求深さ１１０付近において急峻性に優れるプロファイルを実現することができる。
【００３７】
使用される不活性ガスの種類は、不純物原子１０１への押し込み作用と基板表面１０３の表面荒れとを考慮して選択することが好ましい。不活性ガスの原子量または分子量が小さい場合には押し込み作用が不十分となる可能性がある。逆に不活性ガスの原子量または分子量が大きい場合には、本処理の後工程であるアニール処理をしたときに顕在化する表面荒れが大きくなる可能性がある。これらを考慮して選択される実用上好ましい不活性ガスは、ヘリウムである。この場合、プラズマ１１２はヘリウムのみを含む。
【００３８】
不活性ガスのプラズマ１１２には、水素が混入されてもよい。後述する水素の結晶回復作用は、基板表面１０３の表面荒れを軽減する効果を有する。よって、この場合、ヘリウムよりも原子量の大きい不活性ガス（例えばアルゴン）も採用することができる。
【００３９】
図３は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１０の構成を模式的に示す図である。プラズマ処理装置１０は、本発明の一実施形態に係るプラズマ注入処理を提供するための装置である。プラズマ処理装置１０は、プラズマ注入処理とともに、またはプラズマ注入処理に代えて、プラズマ注入処理の前処理の一例であるプラズマドーピング処理を提供するよう構成されていてもよい。
【００４０】
プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２と、気体供給部１４と、プラズマ源１６と、基板ホルダ１８と、を含んで構成される。プラズマ処理装置１０は、これらの構成要素及びその他の要素を制御するための制御部１１を備える。制御部１１は、プラズマ処理条件を設定する設定処理をするための設定部１３を備える。
【００４１】
後述するように、設定部１３は、予め準備されているテーブルまたは関係式を使用して、要求パラメタからプラズマ処理パラメタを設定するための演算をする。そうしたテーブルまたは関係式は、制御部１１に付随するメモリ（図示せず）に記憶されている。設定部１３は、要求パラメタに加えて、必要に応じてその他の情報を使用してプラズマ処理パラメタの設定演算をしてもよい。
【００４２】
チャンバ１２は、内部に真空環境を提供するための真空容器である。チャンバ１２には、内部を真空排気するための真空ポンプ２０が付設されている。真空ポンプ２０は例えばターボ分子ポンプである。真空ポンプ２０は真空バルブ２２を介してチャンバ１２に接続される。真空バルブ２２は例えばバリアブルコンダクタンスバルブであり、ターボ分子ポンプの吸入口に取り付けられている。ターボ分子ポンプの後段には粗引きポンプ（図示せず）が設けられている。チャンバ１２はアースに接続されている。
【００４３】
真空ポンプ２０及び真空バルブ２２は、チャンバ１２の内部を所望の真空度に制御するための自動圧力調整システム（ＡＰＣ）を構成する。この自動圧力調整システムは、チャンバ１２の圧力を測定するための圧力センサ（図示せず）、及び圧力測定値に基づき真空バルブ２２（及び真空ポンプ２０）を制御するための圧力コントローラ（図示せず）をさらに含む。自動圧力調整システムにより、チャンバ１２内の真空環境は例えば、プラズマドーピング処理に好ましいプロセスガス圧力範囲に保持される。
【００４４】
気体供給部１４は、チャンバ１２にプロセスガスを供給するために設けられている。気体供給部１４は、単一のまたは複数のガス源と、そのガス源をチャンバ１２に接続しガスをチャンバ１２に導入するための配管系統と、を含む。この配管系統は、チャンバ１２に供給するガス流量を制御するためのマスフローコントローラを含んでもよい。気体供給部１４が単一のガス源をもつ場合には、複数種類のガスを所望の比率に予め混合したプロセスガスがそのガス源に蓄えられていてもよい。
【００４５】
図示の実施例においては、気体供給部１４は、不純物ガス源２４及びキャリアガス源２８を備える。気体供給部１４は、不純物ガス源２４から供給される不純物ガスの流量を制御するための第１マスフローコントローラ２６と、キャリアガス源２８から供給されるキャリアガスの流量を制御するための第２マスフローコントローラ３０と、を備える。
【００４６】
不純物ガスは、基板Ｗに添加されるべき所望の不純物を含む原料ガス、またはこの原料ガスを希釈ガスで薄めたガスである。原料ガスは所望の不純物に合わせて選択される。原料ガスの分子には不純物元素が含まれる。基板Ｗに注入する不純物が例えばボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）である場合にはそれぞれ、原料ガスは例えばＢ２Ｈ６、ＰＨ３、ＡｓＨ３等が使用される。一実施例においては、不純物は、ボロン、リン、ヒ素、ガリウム、ゲルマニウム、及び炭素のうち少なくとも１種であってもよい。
【００４７】
原料ガスを希釈するための希釈ガスは例えば、水素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンのいずれかである。あるいは、これらのうち複数種が希釈ガスとして併用されてもよい。希釈ガスは原料ガスのプラズマの着火性を改善するためのアシストガスとして使用されてもよい。一実施例においては、原料ガスとしてＢ２Ｈ６ガスを使用する場合には、ガス源でのボロンの粉末化を避けるために、水素ガスで２０％以下に希釈して使用される。キャリアガス源２８から供給されるキャリアガスは、希釈ガスと同様に、例えば、水素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノンのいずれかである。また、これらのうち複数種がキャリアガスとして併用されてもよい。
【００４８】
プラズマドーピング処理を提供する場合には、気体供給部１４は、第１マスフローコントローラ２６により不純物ガスの流量を制御し、第２マスフローコントローラ３０によりキャリアガスの流量を制御することにより、所望の流量比で混合ガスをチャンバ１２に供給する。一方、本発明の一実施形態に係るプラズマ注入処理を提供する場合には、第２マスフローコントローラ３０によりガスの流量を制御することにより、不純物を含まないガスを所望の流量で供給する。
【００４９】
プラズマ源１６は、気体供給部１４からチャンバ１２に供給されたガスにプラズマを発生させる。プラズマ源１６はチャンバ１２に接してその外部に設置されている。一実施例においてはプラズマ源１６はＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）と呼ばれるプラズマ発生方式のプラズマ源である。プラズマ源１６は、高周波電源３２、プラズマ発生用コイル３４、及びインシュレータ３６を含む。高周波電源３２は例えば１３．５６ＭＨｚの交流電源であり、プラズマ発生用コイル３４に電力を供給する。プラズマ発生用コイル３４はチャンバ１２の基板ホルダ１８に対向する一面（図示の例では上面）に取り付けられている。コイル３４が取り付けられているチャンバ１２の一面には、誘電体の材料で構成されたフランジであるインシュレータ３６が設けられている。
【００５０】
基板ホルダ１８は、プラズマ処理がなされる基板Ｗを保持するためにチャンバ１２の内部に設けられている。基板Ｗは半導体基板であり、例えばシリコンを主材料とする基板である。基板ホルダ１８は、基板Ｗを保持するために例えば静電チャックまたはその他の固定手段を備えてもよい。一実施例においては、基板ホルダ１８は、温度が制御される基板接触部を有し、この基板接触部に基板Ｗが載置され静電吸着により固定される。こうして基板Ｗは、プラズマ処理に好ましい基板温度に管理される。
【００５１】
また、基板ホルダ１８にはバイアス電源３８が接続されている。バイアス電源３８は、基板ホルダ１８に保持された基板Ｗに向けてプラズマ中のイオンを引きつけるための電位（すなわちバイアス電圧）を基板Ｗに与える。バイアス電源３８は直流電源、パルス電源、または交流電源である。図示の実施例ではバイアス電源３８は交流電源である。この場合、プラズマ発生用の高周波電源３２よりは低周波数（例えば１ＭＨｚ以下）の交流電源が使用される。よって、以下ではバイアス電源３８を低周波電源と称する場合もある。
【００５２】
プラズマ注入処理の場合には、基板Ｗの表層にある不純物原子がプラズマ中のイオンにより、より深い位置へと押し込まれることで注入される。プラズマドーピング処理の場合には、不純物イオンがプラズマから基板Ｗの表層に注入される。一実施例においては、プラズマ処理装置１０を使用してプラズマドーピングの前処理を実行し、引き続き当該プラズマ処理装置１０を使用してプラズマ注入処理を実行してもよい。
【００５３】
プラズマ処理がされた基板Ｗに対しては、後工程である熱処理が行われてもよい。この熱処理は、プラズマ処理によって基板Ｗに生じた結晶欠陥を回復し、注入された不純物を電気的に活性化するための処理である。熱処理は例えば急熱アニール処理（ＲＴＡ、レーザーアニール、フラッシュランプアニール等）であり、図示しないアニール装置により行われる。
【００５４】
図４は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１０におけるバイアス電力とバイアス電圧との関係を表すグラフである。図４の横軸は、交流電源であるバイアス電源３８の供給する電力ＬＦを表す。縦軸は、その電力ＬＦによって基板Ｗに与えられるバイアス電圧を表す。
【００５５】
プラズマ中の不活性ガスイオンは陽イオンであるから、基板が負極となるときにイオンは基板に向けて加速される。バイアス電源３８が交流電源であるため、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐの半値がバイアス電圧の最大値にあたる。この電圧を超える電圧は印加されない。
【００５６】
図４には記号◆で表される測定値と、それら測定値から求まる直線関係が示されている。例えば、電力ＬＦが、１３５Ｗ、３００Ｗ、５００Ｗ、８００Ｗであるときに、その電力ＬＦに相当するバイアス電圧はそれぞれ、約１２５Ｖ、約２５０Ｖ、約３８０Ｖ、約５９０Ｖとなると読み取れる。
【００５７】
要求される注入深さに典型的な低エネルギーイオン注入によって不純物を注入するには例えば５００ｅＶ程度の注入エネルギー、即ち電圧に換算すれば５００Ｖ程度を要する。よって、図４からわかるように、プラズマ処理のためのバイアス電力ＬＦを６００Ｗ程度以下の範囲に設定する場合には、典型的な低エネルギーイオン注入よりも低い注入エネルギーで不純物が注入される。
【００５８】
例えば図６に示されるように、イオン注入処理のみによって不純物を注入する典型的な方法と同じ深さレベルへの注入が６００Ｗ程度以下のバイアス電力ＬＦで実現される。このように、比較的低い注入エネルギーで不純物を注入しうることは、本発明の一実施形態に係るプラズマ注入処理の１つの利点である。低い注入エネルギーで効率的に不純物を注入することができる。注入エネルギーが低ければ、基板の表面荒れを小さくすることもできる。
【００５９】
また、低い電圧で不純物を注入可能であることにより、製造されるべき基板上のデバイスパターンでのチャージアップを抑制することができる。これにより、デバイス製造の歩留まり向上が期待される。
【００６０】
図５は、本発明の一実施形態に係る基板処理システム２００を模式的に示す図である。基板処理システム２００は、前処理装置２０２と、プラズマ処理装置２０４と、を備える。基板処理システム２００は、前処理装置２０２からプラズマ処理装置２０４に被処理物を搬送するための搬送装置２０６を備えてもよい。
【００６１】
前処理装置２０２は、対象物の表面に不純物を含む層を形成するための前処理をするための装置である。上述のように前処理は例えば、イオン注入、プラズマドーピング、または成膜処理である。よって、前処理装置２０２は例えば、イオン注入装置、プラズマ処理装置、または成膜装置である。前処理装置２０２は、公知の低エネルギーイオン注入装置であってもよい。
【００６２】
前処理装置２０２は、上述のプラズマ処理装置１０であってもよい（図３参照）。すなわち、基板処理システム２００は、前処理専用のプラズマ処理装置１０と、プラズマ注入処理用のもう１つのプラズマ処理装置２０４と、を備えてもよい。
【００６３】
基板処理システム２００は、後処理のための後処理装置（図示せず）を備えてもよい。後処理装置は例えば、熱処理のための熱処理装置例えばアニール装置である。基板処理システム２００は、プラズマ処理装置２０４から後処理装置に被処理物を搬送するための搬送装置（図示せず）をさらに備えてもよい。
【００６４】
図６は、本発明の一実施形態に係る二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）による分析結果を示すグラフである。図６の縦軸は不純物濃度を示し、横軸は基板表面からの深さを示す。図６は、４つの試料Ａ〜ＤについてのＳＩＭＳ分析結果を示す。ＳＩＭＳ分析結果がその試料の深さ方向の不純物濃度プロファイルを表す。
【００６５】
試料Ａは、前処理のみがなされ、プラズマ注入処理はなされていない。試料Ｂ〜Ｄは、試料Ａと同一処理条件の前処理をしたうえで、それぞれ異なるバイアス電力のもとでプラズマ注入処理をしたものである。
【００６６】
試料Ａ〜Ｄに共通する前処理はごく低エネルギーのボロンのイオン注入である。前処理の段階までは、試料Ａ〜Ｄは通常のイオン注入処理で作成されている。そのイオン注入の処理条件は注入エネルギー２００ｅＶ、ドーズ量１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。試料Ｂ〜Ｄに共通するプラズマ処理条件は、プラズマ発生用の電源出力１５００Ｗ、ヘリウムガス流量３００ｓｃｃｍ、ガス圧０．８Ｐａ、処理時間１分である。試料Ｂ〜Ｄのバイアス電力はそれぞれ、３００Ｗ、５００Ｗ、８００Ｗである。
【００６７】
図６からわかるように、プラズマ注入処理をすることにより（試料Ｂ〜Ｄ）、前処理後の状態（試料Ａ）に比べて、ボロンが深くまで注入されていることがわかる。また、プラズマ処理におけるバイアス電力が大きいほどボロンが深くまで注入されている。具体的には、ボロンの濃度が基準値５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３まで低下する基板表面からの深さＸｊは、試料Ａが約８ｎｍ、試料Ｂが約１０ｎｍ、試料Ｃが約１１ｎｍ、試料Ｄが約１３ｎｍである。
【００６８】
したがって、プラズマ注入処理における注入深さにバイアス電力が大きく影響している。バイアス電力の設定により、不純物の注入深さを制御することが可能であることがわかる。
【００６９】
また、イオン注入が比較的緩やかな濃度勾配減少を示す（つまり急峻性に劣る）のに対して、本プラズマ注入処理は急峻性に優れる傾向があることもわかる。ここで急峻性を例えば、不純物元素濃度が第１基準濃度となる基板表面からの深さから濃度が第２基準濃度に低下する深さまでの深さ差と定義する。深さ差が小さいほうが急峻性に優れる。第１基準濃度は例えば５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、第２基準濃度は例えば５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。図６に示されるように、試料Ａに比べて、例えば試料Ｂ、Ｃのほうが急峻性に優れている。
【００７０】
図７は、本発明の一実施形態に係る二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）による分析結果を示すグラフである。図７の縦軸は不純物濃度を示し、横軸は基板表面からの深さを示す。図７は、６つの試料Ｂ１〜Ｂ３、Ｐ１〜Ｐ３についてのＳＩＭＳ分析結果を示す。試料Ｂ１〜Ｂ３は注入した不純物元素がボロンであり、試料Ｐ１〜Ｐ３はリンである。いずれの試料もイオン注入の前処理をしてプラズマ注入処理をしている。
【００７１】
試料Ｂ１〜Ｂ３へのイオン注入の処理条件は、注入エネルギー２００ｅＶ、ドーズ量１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。試料Ｐ１〜Ｐ３へのイオン注入の処理条件は、注入エネルギー５００ｅＶ、ドーズ量１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。イオン注入処理では一般にボロンよりもリンのほうが基板に注入されにくいことから試料Ｐ１〜Ｐ３への注入エネルギーを大きくしているが、これは必須ではない。試料Ｐ１〜Ｐ３についても同じ値の注入エネルギー例えば２００ｅＶとしてもよい。
【００７２】
プラズマ処理条件は、バイアス電力以外は試料Ｂ１〜Ｂ３、Ｐ１〜Ｐ３に共通である。具体的には、プラズマ発生用の電源出力１５００Ｗ、ヘリウムガス流量３００ｓｃｃｍ、ガス圧０．８Ｐａ、処理時間１分である。試料Ｂ１〜Ｂ３のバイアス電力はそれぞれ、３００Ｗ、５００Ｗ、８００Ｗである。同様に、試料Ｐ１〜Ｐ３のバイアス電力はそれぞれ、３００Ｗ、５００Ｗ、８００Ｗである。
【００７３】
図７に示されるように、不純物濃度が基準値５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３まで低下する深さＸｊが、試料Ｂ１とＰ１でほぼ等しく、約９．５ｎｍである。同様に、試料Ｂ２とＰ２とでも約１１．５ｎｍほぼ等しく、試料Ｂ３とＰ３とでも約１２．５ｎｍほぼ等しいと読み取れる。注入する不純物イオン種によらず同一のバイアス電力で同一の注入深さを実現することができる。イオン注入処理のように不純物元素ごとに注入エネルギーを変える必要がない。
【００７４】
したがって、本発明の一実施形態によれば、注入する不純物元素の種類に依存することなく、共通の設定バイアス電力を使用して所望の注入深さに不純物を注入することができる。設定処理を簡素化することができる。また、通常のイオン注入処理で比較的注入しにくいイオン種を比較的低いエネルギーで注入することができるという点でも好ましい。
【００７５】
一方、共通のプラズマ処理条件のもとで、急峻性についてはボロンとリンとで異なっている。例えば試料Ｂ１と試料Ｐ１とではボロン（試料Ｂ１）のほうがリン（試料Ｐ１）よりも急峻性がよい。図８を参照して後述するように、プラズマ処理時間を延ばすことによって急峻性を改善することができると考えられる。
【００７６】
なお、プラズマ処理の作用により、基板の表面にアモルファス層が形成される。バイアス電力を３００Ｗとしたときのアモルファス層の厚さを図７に示す。これはエリプソメータで測定した値であり、約１６．５ｎｍである。５００Ｗの場合には約２４ｎｍ、８００Ｗでは約３２ｎｍとさらに深くなる。前述の通り不純物の注入深さは１０ｎｍ程度であるから、基板のアモルファス層と結晶層との界面よりも十分に浅い。したがって、アモルファス層及びその界面は、プラズマ注入処理による不純物プロファイルの制御に関与していないと結論づけられる。また、不純物の注入深さよりもアモルファス界面が深い位置にあるので、後工程の熱処理におけるストッパとして有効に機能しうると考えられる。
【００７７】
図８は、本発明の一実施形態に係る二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）による分析結果を示すグラフである。図８の縦軸は不純物濃度を示し、横軸は基板表面からの深さを示す。図８は、４つの試料Ｗ〜ＺについてのＳＩＭＳ分析結果を示す。いずれの試料もボロンをプラズマドーピングにより基板に注入している。プラズマ処理条件は、バイアス電力が１３５Ｗ、ヘリウム流量が２７０ｓｃｃｍ、ヘリウムで５％に希釈したＢ２Ｈ６の流量が３０ｓｃｃｍ、ガス圧が０．９Ｐａである。試料Ｗ〜Ｚはプラズマ処理時間が異なる。試料Ｗ〜Ｚの処理時間はそれぞれ、５秒、１５秒、３０秒、６０秒である。
【００７８】
図８からわかるように、プラズマ処理時間が３０秒に増加するまでは（試料Ｗ、Ｘ、Ｙ）、処理時間が増えるにつれて注入深さも増している。ところが、それ以降は増えていない。処理時間が３０秒である試料Ｙと処理時間が６０秒である試料Ｚとでは注入深さがほぼ同じである。不純物濃度が基準値５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３まで低下する深さＸｊは試料Ｙと試料Ｚとで等しくなっている。よって、この場合、飽和時間は約３０秒である。
【００７９】
飽和時間が経過するまではプラズマ処理時間が延びるにつれて注入深さも増えるが、飽和時間以降はプラズマ処理を継続しても飽和時点での注入深さに維持される。一方、急峻性については、試料Ｙよりも試料Ｚのほうがいくらか良好である。したがって、プラズマ処理時間を飽和時間よりも長くすることにより、注入深さはバイアス電力から定まる値に保ちつつそのプロファイルの急峻性を調整することができる。図８はプラズマドーピングについての実験結果であるが、こうした深さ及び急峻性の制御可能性についてはプラズマ注入処理についても同様である。
【００８０】
図９は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理条件の設定処理を説明するためのフローチャートである。一実施例においてはプラズマ処理装置１０はプラズマ処理条件を設定するための設定部１３を備え、設定部１３が本設定処理を実行する（図３参照）。設定処理はプラズマ注入処理に先立って実行される。設定部１３は、入力データからプラズマ処理条件を設定し、必要に応じて出力する。
【００８１】
この設定処理は、第１設定処理（Ｓ１２）と第２設定処理（Ｓ１４）とを含む。設定部１３は、第１設定処理と第２設定処理をそれぞれ個別に実行する。設定部１３は、第１設定処理、第２設定処理の順に設定処理を実行してもよいし、これら２つの処理を並行して個別的に実行してもよい。第２設定処理、第１設定処理の順に実行してもよい。前処理の処理条件には依存せずに、プラズマ処理パラメタは設定される。図１０は、第１設定処理のためのテーブルの一例を示す。図１１は、第２設定処理のためのテーブルの一例を示す。
【００８２】
図９に示されるように、設定部１３はまず、設定処理に必要とされる情報の入力を受ける（Ｓ１０）。この入力データは、基板に実現すべき不純物の深さ方向の濃度プロファイルである要求プロファイルを含む。入力データは、プラズマ処理装置１０または制御部１１に付随する入力手段への操作者の入力により、または他の制御装置との通信により設定部１３に供給される。
【００８３】
要求プロファイルは、複数の要求パラメタを含む。要求プロファイルは、例えば、注入されるべき不純物元素を表すパラメタと、不純物濃度が基準値に等しくなる基板表面からの注入深さを表すパラメタと、第１基準濃度に等しくなる深さと第２基準濃度に等しくなる深さとの深さ差である急峻性を表すパラメタと、を含む。また、プラズマ処理条件は、複数のプラズマ処理パラメタを含む。プラズマ処理パラメタは例えば、バイアス電圧またはバイアス電力を表すパラメタと、プラズマ処理時間を表すパラメタとを含む。プラズマ処理パラメタは、プラズマ生成のために供給されるガス流量やガス圧を表すパラメタを含んでもよい。
【００８４】
設定部１３は、要求される注入深さからバイアス電圧を設定する第１設定処理を行う（Ｓ１２）。第１設定処理は、注入深さとバイアス電圧との関係に基づいて、注入深さを表す要求パラメタから、バイアス電圧を表すプラズマ処理パラメタを設定する。
【００８５】
注入深さとバイアス電圧との関係は例えば、図１０に示すテーブルである。この第１テーブルは、異なる種類の不純物元素に共通であり、例えば少なくともボロンとリンに共通である。なお、不純物元素ごとに異なる関係またはテーブルが使用されてもよい。
【００８６】
第１テーブルは、複数組の注入深さとバイアス電圧との対応関係を含む。こうした関係は実験によりまたは経験的に定めることができる。第１テーブルは、設定部１３または関連するメモリに予め記憶されている。第１テーブルは、注入深さとバイアス電力ＬＦとの関係を表していてもよい。図示の例では、第１テーブルは３組の対応関係を含み、バイアス電力ＬＦが３００Ｗ、５００Ｗ、８００Ｗであるときに対応する深さＸｊはそれぞれ９．８ｎｍ、１２ｎｍ、１３ｎｍであるとされている。
【００８７】
設定部１３は、入力された注入深さに対応するバイアス電圧を第１テーブルから選択する。要求される注入深さの入力値が第１テーブルにある場合には、設定部１３は、対応するバイアス電圧を選択する。要求される注入深さの入力値が第１テーブルにない場合には、設定部１３は、補間演算により対応するバイアス電圧を求める。例えば、注入深さの入力値に近い２つの値から線形補間によりバイアス電圧を求めてもよい。
【００８８】
テーブルに代えて、注入深さとバイアス電圧またはバイアス電力との関係式が使用されてもよい。その場合、設定部１３はその関係式の少なくとも係数を予め記憶していてもよい。設定部１３は、注入深さとバイアス電圧との関係式に基づいて注入深さからバイアス電圧を演算してもよい。例えば、注入深さＤとバイアス電圧Ｖとの関係がＶ＝ａ・Ｄ＋ｂという一次式で表すことができる場合には、設定部１３は、予め記憶されている係数ａ、ｂを使用して注入深さＤからバイアス電圧Ｖを演算してもよい。
【００８９】
設定部１３は、要求される急峻性からプラズマ処理時間を設定する第２設定処理を行う（Ｓ１４）。設定部１３は、不純物元素を表す要求パラメタと急峻性を表す要求パラメタとからプラズマ処理時間を表すプラズマ処理パラメタを設定する。急峻性とプラズマ処理時間との関係は、注入されるべき不純物元素の種類ごとに準備されることが好ましい。
【００９０】
設定部１３は、例えば図１１に示す第２テーブルを使用して、プラズマ処理時間を設定する。第２テーブルは、要求される不純物元素及び急峻性と、それに対応するプラズマ処理パラメタとの組を含む。第２テーブルは、プラズマ処理パラメタとして少なくともプラズマ処理時間を含む。第１テーブルと同様に、こうした関係は実験によりまたは経験的に定めることができる。
【００９１】
設定部１３は、入力された不純物元素及び急峻性に対応するプラズマ処理時間を第２テーブルから選択する。要求される不純物元素及び急峻性の入力値が第２テーブルにある場合には、設定部１３は、対応するプラズマ処理時間を選択する。要求される入力値が第２テーブルにない場合には、設定部１３は、例えば補間演算により対応するプラズマ処理時間を求める。
【００９２】
プラズマ処理時間は、当該プラズマ処理条件において不純物濃度を基準値に飽和させるための飽和時間以上に設定されることが好ましい。それにより、良好な均一性で所望の注入深さＸｊに不純物を注入することができる。図１１に示す第２テーブルは、同一の要求パラメタに対し複数のプラズマ処理パラメタの候補を与える場合がある。設定部１３は、プラズマ処理時間が飽和時間以上であることを条件の１つとして、複数の候補からプラズマ処理パラメタを選択してもよい。なお、プラズマ処理時間を飽和時間未満に設定する場合には、設定部１３は、バイアス電圧を含む他のプラズマ処理パラメタを適宜補正してもよい。
【００９３】
第２テーブルは、図示されるようにバイアス電力ＬＦを表すパラメタを含んでもよい。第１設定処理が既に行われてバイアス電力ＬＦを表すパラメタが設定済みの場合には、設定部１３は、要求パラメタの入力値及び設定バイアス電力ＬＦに対応するプラズマ処理時間を第２テーブルから選択してもよい。第１設定処理が未完の場合には、設定部１３は、要求パラメタの入力値に対応するプラズマ処理時間及びバイアス電力ＬＦを選択してもよい。この場合、要求される注入深さを保証するために、設定部１３は、選択されたバイアス電力ＬＦを補正する補正処理を実行してもよい。第１設定処理は省略されてもよい。
【００９４】
第２テーブルはさらに、例えばガス流量などの付属的なプラズマ処理パラメタを含んでもよい。設定部１３は、これらの付属パラメタを第２設定処理で設定してもよい。あるいは、第１テーブルが付属パラメタを含み、設定部１３は、付属パラメタを第１設定処理で設定してもよい。設定部１３は、付属パラメタを設定するための第３設定処理を実行してもよい。付属パラメタは、１つまたは複数の値が候補として予め設定されていてもよい。設定部１３は、第１設定処理及び第２設定処理でのプラズマ処理パラメタの設定値に応じて適切な付属パラメタを選択してもよい。
【００９５】
設定部１３は、設定されたプラズマ処理条件を、プラズマ処理装置１０または制御部１１に付随する出力手段または表示手段に出力する（Ｓ１６）。こうして、本発明の一実施形態に係る設定処理は終了する。制御部１１は、設定されたプラズマ処理条件を使用してプラズマ注入処理を実行する。
【００９６】
以上の構成を備えるプラズマ処理装置１０において（図３参照）、基板に不純物を注入する際の動作を説明する。操作者は、プラズマ注入処理の処理条件を設定する。そのために、基板に形成すべき不純物プロファイルを決定し、その要求プロファイルを、プラズマ処理装置１０に付随する入力手段を通じてプラズマ処理装置１０に入力する。プラズマ処理装置１０は、上述の第１設定処理及び第２設定処理を含む処理条件設定処理を実行し、要求プロファイルからプラズマ処理条件を求める。
【００９７】
また、操作者は、プラズマ注入処理の準備段階として、上述の前処理がなされた基板を用意する。プラズマ処理においてはまず、真空ポンプ２０により所望の真空度にチャンバ１２が排気され、処理されるべき基板Ｗがチャンバ１２へと搬入される。基板Ｗは基板ホルダ１８に保持される。気体供給部１４から所望の流量、圧力で不活性ガスがチャンバに供給される。あるいは気体供給部１４により所望の流量比で混合されたプロセスガスがチャンバ１２に供給される。このとき自動圧力調整システムにより継続して真空度が調節されている。高周波電源３２からプラズマ発生用コイル３４に通電して磁界を発生させる。磁界はインシュレータ３６を通過してチャンバ１２に進入し、プロセスガス（例えばヘリウムガス）のプラズマを発生させる。
【００９８】
バイアス電源３８を使用して、基板ホルダ１８に保持されている基板Ｗに電位を発生させる。制御部１１は、設定部１３により設定されたバイアス電圧またはバイアス電力を発生させるようにバイアス電源３８を制御する。それにより、プラズマに存在するイオンが基板Ｗに向けて加速され、基板Ｗの表層領域にイオンが飛来し進入する。所定の終了条件が成立したときに高周波電源３２及びバイアス電源３８からの給電は停止される。ガスの供給も停止される。例えば、設定部１３により設定されたプラズマ処理時間が経過したときにプラズマ処理は終了される。処理済みの基板Ｗはチャンバ１２から搬出される。
【００９９】
なお、行われたプラズマ注入処理による不純物プロファイルを計測し、計測結果から第１テーブル及び第２テーブルが更新されてもよい。例えば、計測結果の示す要求パラメタとプラズマ処理パラメタとの対応関係が第１テーブル及び第２テーブルに追加されてもよい。
【０１００】
以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、前処理とプラズマ注入処理とを含む２段階の不純物注入方法が提供される。後工程のプラズマ注入処理の条件設定を適切に行うことにより、前処理の処理条件に依存せずに、所望の不純物プロファイルを実現することができる。注入する不純物元素の種類によらず統一的に、プラズマ注入エネルギーまたは基板へのバイアス設定によって注入深さを制御することができる。プラズマ処理時間の設定により所望の急峻性を得ることができる。バイアスと処理時間とを独立に設定することができるので、処理条件の設定作業が容易となる。
【０１０１】
以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【０１０２】
プラズマ注入処理のためのプラズマには水素が含まれてもよい。プラズマに適量の水素を混入することにより、衝突粒子によるボンバードメント効果ひいてはアモルファス層の密度の偏在が軽減され、アニール処理後において良好な均一性、再現性、急峻性を得ることができる。
【０１０３】
プラズマへの適量の水素の混入によって、プラズマからのイオン衝突に対する基板表層の結晶の自己回復作用が強化される。つまり、ヘリウムのボンバードメントにより破壊される基板原子（例えばシリコン）同士の結合にプラズマによりラジカル化またはイオン化された水素が入り込み、瞬間的にシリコンと水素間に結合が生成される。この結合の結合力は弱く、結局はヘリウムのボンバードメントにより破壊される。しかしながら、このシリコン−水素間結合の存在によって、水素を混入しない場合よりも多くのエネルギーが結晶の破壊に必要となる。このため、同一エネルギーでは、結晶の破壊度合いは比較的弱くなる。したがって、プラズマ照射により生じた基板表面アモルファス層における密度の偏在が軽減され、後工程の活性化処理中の欠陥の成長が抑制される。
【０１０４】
好ましい水素ガス濃度を定めるための１つの観点は水素ガスによる結晶回復作用と不活性ガスによるボンバードメント効果とのバランスを考慮することであり、水素ガス濃度の好ましい範囲は実験的に決めることが可能である。例えば、水素ガスの流量比は、２０％未満、または１０％未満、好ましくは３％乃至５％、または４％未満である。
【０１０５】
また、第１工程と第２工程とは必ずしも別個に行う必要はない。第１工程が終了する前に第２工程が開始されてもよい。前処理をプラズマドーピング処理により行う場合には、注入する不純物を含むプラズマを生成し、そのプラズマのもとでプラズマ注入処理を実行してもよい。プラズマは、注入する不純物を含む化合物をヘリウムガスで希釈したプロセスガスから生成されてもよい。上記のように、さらに水素が混入されてもよい。この場合、副パラメタは、プラズマ処理時間に代えて、またはプラズマ処理時間に加えて、不純物ガス流量を含んでもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  プラズマ処理装置、  １１  制御部、  １２  チャンバ、  １３  設定部、  １４  気体供給部、  １６  プラズマ源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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