(57)【要約】  試料電極（２）の基板載置領域（２ｓ）に対向するように真空容器（１）の上部に配置された天板（８）は、真空容器内に発生させるプラズマに暴露可能な面であって基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域（８ｘ）の周縁の天板周縁部領域（８ｙ）に、不純物を含む不純物含有膜（４）を有する。
2009084160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器内に配置され、かつ、基板を基板載置領域に載置する試料電極と、
前記試料電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記真空容器内を排気する排気装置と、
前記真空容器内に、不純物を含むガスを供給するガス供給装置と、
前記ガスを励起してプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
を備える平行平板のプラズマドーピング装置であって、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置され、かつ、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域に、前記不純物を含む不純物含有膜を有する天板を備えるプラズマドーピング装置。
【請求項２】
前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域には存在せず、前記天板の前記天板周縁部領域にのみ存在するような環状形状である、請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３】
前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域よりも前記天板の前記天板周縁部領域の厚みが大きい、請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４】
前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域に、前記プラズマに接触しないようにプラズマ接触防止層を有する、請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項５】
前記膜の外径は、前記試料電極の前記基板載置領域の外径と同じか又はそれよりも大きい、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装置。
【請求項６】
前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、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装置。
【請求項７】
前記天板の前記天板周縁部領域に有る前記不純物含有膜は、その中央部の開口部の大きさは、前記不純物含有膜の中心からの半径が１８ｍｍ以上１１３ｍｍ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装置。
【請求項８】
前記不純物含有膜には、前記ガス供給装置に接続されるガス導入用の貫通穴が形成されて、前記ガス供給装置から前記貫通穴を通して前記真空容器内に、前記ガスを供給するようにしている、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装置。
【請求項９】
前記天板の前記不純物膜の使用可否情報を検出する検出装置と、
前記基板を前記試料電極に載置していない状態で前記天板の前記天板周縁部領域に、前記不純物含有膜を形成する動作と、不純物膜形成後に前記基板を前記試料電極に載置した状態で前記プラズマドーピングを行なう動作と、前記プラズマドーピング後に前記検出装置で検出した前記不純物膜の前記使用可否情報の値と、基準値とを比較して、前記基準値以下ならば、前記プラズマドーピングを行なう動作を再び行なう一方、前記基準値を超えておれば、前記天板の前記天板中央部領域から、前記不純物含有膜を除去する動作を行なうように制御する制御部とを備える、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装置。
【請求項１０】
真空容器内に配置された試料電極の基板載置領域に基板を載置し、前記真空容器内を排気装置により排気しかつ前記真空容器内に、不純物を含むガスをガス供給装置により供給し、前記試料電極に高周波電力を高周波電源から印加するとともに、プラズマ発生機構により前記ガスを励起してプラズマを発生させてプラズマドーピングを行なうプラズマドーピング方法であって、
前記天板と前記試料電極の前記基板との間に発生させた前記プラズマにより、
前記ガス供給装置により前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置された天板の、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域に有しかつ前記不純物を含む不純物含有膜中の前記不純物とが、
前記試料電極の前記基板載置領域に載置された前記基板に導入される、プラズマドーピング方法。
【請求項１１】
前記天板の前記天板中央部領域に対向する前記基板の中央部領域には、主として、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物が導入されるとともに、
前記天板の前記天板周縁部領域に対向する前記基板の周縁部領域には、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、前記天板の前記天板周縁部領域に有して環状形状をなす前記不純物含有膜を起因とする不純物とが導入される、請求項１０に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、請求項１０又は１１に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載のプラズマドーピング方法を用いてプラズマドーピングを行なって半導体装置を製造する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法に関し、特に、不純物を半導体基板等の固体試料の表面に導入するプラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）。【０００３】
図２４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２４において、真空容器２００内に、シリコン基板よりなる試料２０１を載置するための試料電極２０２が設けられている。真空容器２００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２０３、真空容器２００内の内部を減圧するポンプ２０４が設けられ、真空容器２００内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管２０５より、誘電体窓としての石英板２０６を介して、真空容器２００内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石２０７から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器２００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）２０８が形成される。試料電極２０２には、コンデンサ２０９を介して高周波電源２１０が接続され、試料電極２０２の電位が制御できるようになっている。なお、ガス供給装置２０３から供給されたガスは、ガス吹き出し穴２１１から真空容器２００内に導入され、排気口２１２からポンプ２０４へ排気される。【０００４】
このような構成のプラズマ処理装置において、ガス吹き出し穴２１１から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２０５及び電磁石２０７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２０８中のボロンイオンが高周波電源２１０によって試料２０１の表面に導入される。【０００５】
このようにして不純物が導入された試料２０１の上に金属配線層を形成した後、所定の酸化雰囲気の中において金属配線層の上に薄い酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ装置等により試料２０１上にゲート電極を形成すると、例えばＭＯＳトランジスタが得られる。【０００６】
特許文献２及び特許文献６には、図２５のようなＩＣＰプラズマ装置２２０の誘電体窓２２１の真空容器２２２の内壁面側に、不純物を含む物質２２３を予め付着させておき、真空容器２２２内に窒素、ヘリウム又はアルゴンガスを導入し、真空容器２２２内にプラズマを発生させることで、不純物を半導体中に導入する技術が開示されている。【０００７】
誘電体窓２２１の内壁面に、砒素、燐、ボロンなどの不純物を含む物質２２３を予め付着させておき、真空容器２２２内で窒素、ヘリウム又はアルゴンガスをプラズマ化させることで、誘電体窓２２１の内壁面に付着させた、不純物を含む物質２２３がスパッタリングされ、これを原料として、シリコン基板２２４に導入する方法である。また同様の構成で、コイル２２５の代わりにアンテナと磁場形成装置である電磁石を用いたヘリコン波プラズマ装置や磁気中性ループプラズマ装置に、不純物を含む物質を内壁面に予め付着させた誘電体窓を配置して、プラズマドーピングを行う方法が開示されている。【０００８】
特許文献３には、図２６に示すようなプラズマドーピング装置を使用して被処理基板に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、第１の不純物を含む膜２３１が形成されている内壁を有する真空容器２３０を用意する工程（ａ）と、前記工程（ａ）の後に、前記試料台２３２に前記被処理基板２３４を載置する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に、前記真空容器２３０内に、第２の不純物を含むプラズマを発生させるとともに前記試料台２３２からなる電極に高周波電力を供給することにより、前記被処理基板２３４に前記第１の不純物及び前記第２の不純物を導入して前記不純物導入層を形成する工程（ｃ）とを含むプラズマドーピング方法が開示されている。これは、前記特許文献１及び前記特許文献２及び特許文献６を改良したものであって、図２５のようなＩＣＰプラズマ装置を用いてプラズマドーピングを行った場合、プロセス中に真空容器の内壁に、不純物を含む膜が形成され、その膜からの不純物量が極めて大きいことに、新たに着目したものである。特許文献３では、この点を利用して、従来のプラズマドーピングでは考慮されていなかった、不純物を含む膜からの第１の不純物と、従来から考慮されていた、プラズマに含まれる第２の不純物を合計した量を調整することで、従来のプラズマドーピングでは得られなかった良好なドーズ量の面内均一性と再現性を実現している。【０００９】
また、特許文献４の図１，５，６には、図２７のようなスパッタ装置において、プラズマでスパッタリングするターゲットの形状が環状形状に類似（中心が凹む形状）するスパッタ電極の開示がある。【００１０】
また、特許文献５の図１２には、基板に対向配置したマイクロノズルから、基板に向けてシャワー状にガスを供給する装置が開示されている。【００１１】
【特許文献１】米国特許４９１２０６５号公報
【特許文献２】特開２００４−０４７６９５号公報
【特許文献３】ＷＯ／２００６／１２１１３１
【特許文献４】特開昭６１−１８３４６７号公報
【特許文献５】特開２００５−５３２８号公報
【特許文献６】米国２００４／００４５５０７  Ａ１公開公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜６のような従来のプラズマドーピング装置及び方法を利用するとともに平行平板装置を使用してプラズマドーピング法で不純物を半導体中に導入しようとした場合、不純物の深さプロファイルが基板面内で不均一になってしまうという問題点がある。【００１３】
すなわち、平行平板装置を用いたプラズマドーピングでは、プロセス中に真空容器の内壁の側面側に、不純物を含む膜が形成され難いので、プロセスの安定性は格段に増す。これは、平行平板装置を用いたドライエッチングにも共通の現象であり、平行平板装置を用いたときの利点である。しかるに、平行平板装置を用いたドライエッチングでは、基板面内での均一性は問題にならないにも係わらず、プラズマドーピングの場合には、基板面内で不純物の注入深さが不均一になってしまうという課題、言い換えれば、基板面内で不純物の注入深さの均一性が高精度には得られないという課題があった。【００１４】
前記従来の問題に鑑み、本発明は、プロセス中に真空容器内壁の側面側に、不純物を含む膜が形成され難いので、高いプロセスの安定性を得られるという平行平板装置の利点を損なわずに、平行平板装置を用いた場合でも、不純物の注入深さを基板面内で均一にすることができるプラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するために、本発明者らは、従来の平行平板プラズマ装置をプラズマドーピングに適用した場合に基板面内で注入深さの高精度な均一性が得られない理由を検討した結果、次のような知見を得るに至った。【００１６】
なお、本発明者らは、プラズマドーピングの応用としては、特に注入深さの高精度な均一性が要求され、その確保が難しいとされているシリコンデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を形成する製造工程で均一性を高精度化する検討を行った。これにより、従来は顕在化しにくかった問題が認識し易くなったものである。【００１７】
図２８Ａ〜図２８Ｈは、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示した部分断面図である。【００１８】
まず、図２８Ａに示すように、酸化シリコン基板２６２を介してｎ型のシリコン層２６３をシリコン基板２６１の表面に貼り合わせることによって形成されたＳＯＩ基板を用意し、表面に、ゲート酸化膜として酸化シリコン膜２６４を形成する。【００１９】
そして、図２８Ｂに示すように、ゲート電極２６５（図２８Ｄ参照）を形成するための多結晶シリコン層２６５Ａを酸化シリコン膜２６４の上に形成する。【００２０】
次に、図２８Ｃに示すように、フォトリソグラフィによりマスクＲを多結晶シリコン層２６５Ａの上に形成する。【００２１】
その後、図２８Ｄに示すように、マスクＲを用いて多結晶シリコン層２６５Ａと酸化シリコン２６４をパターニングし、ゲート電極２６５を酸化シリコン膜２６４上に形成する。【００２２】
さらに、図２８Ｅに示すように、ゲート電極２６５をマスクとして、プラズマドーピングにより、ボロンを導入し、ドーズ量１Ｅ１５ｃｍ−２程度となるように浅いｐ型不純物領域の層２６６をｎ型のシリコン層２６３の上に形成する。【００２３】
この後、図２８Ｆに示すように、ＬＰＣＶＤ（Ｌａｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ）法により、ｐ型不純物領域の層２６６の表面、ゲート電極２６５の上面及び側面、並びに、酸化シリコン膜２６４の側面に酸化シリコン膜２６７を形成したのち、異方性エッチングにより、酸化シリコン２６７をエッチングし、図２８Ｇに示すように、ゲート電極２６５の側壁にのみ酸化シリコン膜２６７を残留させる。【００２４】
この酸化シリコン膜２６７とゲート電極２６５とをマスクとして、イオン導入により、図２８Ｈに示すように、ボロンを導入し、ｐ型不純物領域の層２６８からなるソース・ドレイン領域を形成する。そして、熱処理を行い、ボロンイオンの活性化を行う。【００２５】
このようにして、ｐ型不純物領域の層２６８からなるソース・ドレイン領域の内側に浅いｐ型不純物領域の層２６６を形成したＭＯＳＦＥＴを形成する。【００２６】
このとき、浅いｐ型不純物領域の層２６６を形成する工程においては、図２４〜図２７に示した特許文献１〜６におけるいずれかのプラズマ装置等を用いてプラズマドーピングがなされる。【００２７】
このような装置を用いて、特許文献１に開示された図２４のような装置でソース・ドレインエクステンション領域を形成した場合のソース・ドレインエクステンション領域のプラズマドーピング後の注入深さの基板面内分布を図２９Ａに、熱処理後のシート抵抗の基板面内分布を図２９Ｂにそれぞれ示す。図２４の装置では、基板から見て片側（図２９Ａ及び図２９Ｂでは図の上側の部分）にだけガス導入経路が配置されている。従って、基板面内のガス導入経路に近い部分（図２９Ａ及び図２９Ｂの上側の部分）は、ドーズ量が多くなり、注入深さは深くなり、シート抵抗が低くなる。一方で、基板面内のガス導入経路から遠い部分（図２９Ａ及び図２９Ｂの下側の部分）は、ドーズ量が少なくなり、注入深さは浅くなり、シート抵抗が高くなる（ドーズ量とシート抵抗は反対の関係にあるので、以後、ドーズ量は記載せずにシート抵抗のみで関係を記述する。また、熱処理後の拡散深さは、注入深さが転写された分布になるので拡散深さは記載せず、注入深さのみを記載する。）。【００２８】
このように、基板から見て片側にだけガス導入経路が配置されている装置では、基板面内で注入深さが深く、シート抵抗が低い部分が片側に寄って現れてしまうので、これにより、半導体デバイスの歩留まりが極端に悪くなってしまうという問題点があった。【００２９】
次に、特許文献２及び特許文献６に開示された図２５のような装置を用いた場合の、ソース・ドレインエクステンション領域の層の注入深さとシート抵抗の基板面内分布を図３０Ａと図３０Ｂに示す。この装置と方法では、ガスは不純物を含むという開示がなく、窒素、ヘリウム又はアルゴンを含むガスである場合に有効であるとされている。プラズマへのボロンの供給が基板の中心に対して対称に行われることで、基板表面に導入されるボロンのドーズ量の均一性は、前記特許文献１に比べると改善される。しかし、基板の中心部には、天板の全体からボロンが供給されるのに対して、基板の周縁部には、天板の周縁部からしかボロンが供給されないので、基板面内で注入深さが深く、シート抵抗が低い部分が中央部に集中して現れてしまう。これにより、半導体デバイスの歩留まりが悪くなってしまうという問題点があった。さらに、多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施すると、誘電体窓の内壁面に付着させておいた、不純物を含む物質が減少するために再現性が悪いという問題点があった。また、不純物を含む物質を定期的に付着し直す作業を行わなくてはならず、生産の効率が低下するという問題点があった。【００３０】
次に、特許文献３に開示された図２６のような装置を用いた場合の、ソース・ドレインエクステンション領域の層の注入深さとシート抵抗の基板面内分布を図３１Ａと図３１Ｂに示す。図２６のようなＩＣＰプラズマ装置を用いてプラズマドーピングを行った場合には、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａと天板２３５にプロセス中に、不純物を含む膜が形成される。そして、不純物を含むガスを天板２３５に設けたシャワー形状の穴２３６から真空容器２３０の内部に導入する。不純物を含むガスをプラズマ化し、プラズマに含まれる不純物を基板２３４に導入すると共に、不純物を含む膜をスパッタリングすることで、膜からも不純物を基板２３４に導入する。不純物を含む膜からの第１の不純物は、天板２３５に形成された膜と側壁２３０ａに形成された膜からそれぞれ基板２３４に導入される。ここで、天板２３５に形成された膜からは基板２３４の中央部に多く導入され、一方、側壁２３０ａに形成された膜からは基板２３４の周縁部に多く導入される。この結果、不純物を含む膜からの第１の不純物は、基板に均一に導入され易い。また、不純物を含むガスを起因とした従来から考慮されていたプラズマに含まれる第２の不純物は、シャワー形状の穴２３６から真空容器２３０の内部に導入するガスの流量の分布を調整するなどの従来の方法で基板２３４に均一に導入することができる。従って、特許文献３によると、図３１Ａと図３１Ｂに示したように、注入深さとシート抵抗を基板面内で均一にすることが容易であった。しかし、この方法は、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａと天板２３５の両方に、不純物を含む膜を形成することが前提となっている。不純物を含む膜を起因とした不純物が全体の注入量に占める割合は無視できないほど大きいことから、この方法では、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに形成した、不純物を含む膜からの不純物注入量と、天板２３５に形成した、不純物を含む膜からの不純物注入量の両方を安定化させることが必須となる。ここで、ドライエッチングやＣＶＤでは、天板側に配置したガス励起用の電極にバイアスを印加することで天板に付着する堆積物をエッチングガスで除去したりして、天板に付着する堆積物の状態（例えば、厚み）を長期に渡って安定に管理する方法が多数開示されている。【００３１】
しかし、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに付着する堆積物（不純物を含む膜）の厚みを管理するのは難しいという問題がある。真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａにバイアスを印加しようとすると、プラズマドーピング処理からみて余計な、バイアス印加用の電極を装置の側壁に設ける必要があり、装置自体が大掛かりなものになってしまい、天板に形成された堆積物の厚みを管理するほど容易ではない。また、仮に、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに、不純物を含む膜を形成しなかったとしても、課題が発生する。仮に、プロセス中に自然に形成したものではなく、デポジションなどの他の方法で、不純物を含む膜を付着させるなどして、天板２３５にのみ、不純物を含む膜を形成しておき、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａには、不純物を含む膜を形成しなかった場合でも、プロセスを繰り返す間に、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに、不純物を含む膜が形成されていく。そして、それが形成し終わるまでの間は、良好な再現性が得られ難いという問題が発生してしまう。【００３２】
以上のように、特許文献３では、注入深さとシート抵抗を基板面内で均一にすることができるが、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに形成した、不純物を含む膜を利用することが不可欠なことが原因で、プロセスの安定性を長期に渡って安定に保つことが困難であるという課題があった。【００３３】
次に、特許文献４の図１，５，６には、プレートマグネトロン形スパッタ装置のターゲット２６０の形状が図２７に記載のように環状形状に類似（中心が凹む形状）する開示ある。しかし、この装置では、試料にバイアスを印加する機構がない。従って、不純物を半導体の表面に付着させて堆積層を形成することはできるが、半導体中に不純物を導入することはできないので、デバイス設計に合わせた不純物の注入深さの制御をすることができないという問題点があった。さらに、不純物を含むガスを真空容器に導入する機構がない。従って、デバイス設計に合わせた不純物のドーズ量の制御をすることができないという問題点があった。【００３４】
ここで、前記特許文献中で特に本発明に近いと思われる特許文献３，４の組み合わせと、本発明の相違点について説明する。【００３５】
特許文献４に開示されている環状形状に類似のターゲット２６０は、プラズマを発生させるために必須のプロセスガスを通過させる穴を具備していない。特許文献４に記載のターゲット２６０を、特許文献３に開示されている図２６の装置の天板２３５に取り付けた場合（又は、特許文献５に開示されている装置のノズルに取り付けた場合）には、ターゲット２６０にガスを通過させる穴がないので、真空容器２３０の内部にプロセスガスを導入することができず、プラズマを発生させること自体が困難となる問題点がある。このことから、特許文献３と特許文献４を見て、それを単純に組合せることが当業者には容易ではない。これは、特許文献４に、ターゲット２６０を貫通させてガスを流すという発想がないためであろうと考えられる。【００３６】
また、特許文献４では、不純物が全く無いか又はほとんど無いターゲット２６０から基板に対してスパッタリングを行い、基板の特に周縁部分での凹凸部にも確実に堆積させるため、基板よりもターゲット２６０を大きくし、かつ、ターゲット２６０の中央部にへこみを設けて、ターゲット２６０の中央部からターゲット２６０の粒子を基板に向けて飛ばすとともに、ターゲット２６０の周縁部からもターゲット２６０の粒子を基板に向けて飛ばすことにより、結果として、基板に均一な堆積層を形成しようとするものであり、ドーピングとは全く異なる技術である。よって、一見すると、ターゲット２６０の断面形状は、本発明における天板の不純物の膜の断面形状と類似するが、機能が全く異なるものである。【００３７】
さらに、この単純な発想が特許文献２及び特許文献６から得られたとして、特許文献２，３，４，５，６の組み合わせと、本発明の相違点について説明する。【００３８】
特許文献２，３，４，５，６は平行平板装置についての言及はない。従って、特許文献４に記載のターゲット２６０に、特許文献２及び特許文献６に記載のようなターゲットを貫通させてガスを流す穴を設けて、そのターゲット２６０に設けた穴を図２６の特許文献３に記載の天板２３５に設けた穴２３６の位置（又は、特許文献５に開示されている装置のノズルの穴の位置）と位置あわせを行い、特許文献３に記載の装置（又は、特許文献５に開示されている装置）に搭載したとしても、以下のような不具合が発生する。すなわち、前記のような、不純物を含む膜を天板２３５に形成したとしても、プロセスを繰り返す間に真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに、不純物を含む膜が形成されていく。そして、それが形成し終わるまでの間は、良好な再現性が得られ難いという問題が発生してしまう。また、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに付着する堆積物（不純物を含む膜）の厚みを管理するのは難しいという問題がある。これにより、プロセスの安定性を長期に渡って安定に保つことが困難であるという課題がある。【００３９】
前記した知見に基づき、本発明者らは、基板全面にわたって注入深さとシート抵抗の分布の均一性を格段に高めることができ、さらには長期の安定性を実現できるプラズマドーピング装置並びに半導体装置の製造方法を発明するに至った。【００４０】
前記目的を達成するために、本発明は、以下のように構成している。【００４１】
本発明の第１態様によれば、真空容器と、
前記真空容器内に配置され、かつ、基板を基板載置領域に載置する試料電極と、
前記試料電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記真空容器内を排気する排気装置と、
前記真空容器内に、不純物を含むガスを供給するガス供給装置と、
前記ガスを励起してプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
を備える平行平板のプラズマドーピング装置であって、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置され、かつ、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域に、前記不純物を含む不純物含有膜を有する天板を備えるプラズマドーピング装置を提供する。【００４２】
本発明の第２態様によれば、前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域には存在せず、前記天板の前記天板周縁部領域にのみ存在するような環状形状である、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。【００４３】
本発明の第３態様によれば、前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域よりも前記天板の前記天板周縁部領域の厚みが大きい、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。【００４４】
本発明の第４態様によれば、前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域に、前記プラズマに接触しないようにプラズマ接触防止層有する、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。【００４５】
本発明の第５態様によれば、前記膜の外径は、前記試料電極の前記基板載置領域の外径と同じか又はそれよりも大きい、第１〜４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。【００４６】
本発明の第６態様によれば、前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、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装置を提供する。【００４７】
本発明の第７態様によれば、前記天板の前記天板周縁部領域に有る前記不純物含有膜は、その中央部の開口部の大きさは、前記不純物含有膜の中心からの半径が１８ｍｍ以上１１３ｍｍ以下である、第１〜６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。【００４８】
本発明の第８態様によれば、前記不純物含有膜には、前記ガス供給装置に接続されるガス導入用の貫通穴が形成されて、前記ガス供給装置から前記貫通穴を通して前記真空容器内に、前記ガスを供給するようにしている、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装置を提供する。【００４９】
本発明の第９態様によれば、前記天板の前記不純物膜の使用可否情報を検出する検出装置と、
前記基板を前記試料電極に載置していない状態で前記天板の前記天板周縁部領域に、前記不純物含有膜を形成する動作と、不純物膜形成後に前記基板を前記試料電極に載置した状態で前記プラズマドーピングを行なう動作と、前記プラズマドーピング後に前記検出装置で検出した前記不純物膜の前記使用可否情報の値と、基準値とを比較して、前記基準値以下ならば、前記プラズマドーピングを行なう動作を再び行なう一方、前記基準値を超えておれば、前記天板の前記天板中央部領域から、前記不純物含有膜を除去する動作を行なうように制御する制御部とを備える、第１〜８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。【００５０】
本発明の第１０態様によれば、真空容器内に配置された試料電極の基板載置領域に基板を載置し、前記真空容器内を排気装置により排気しかつ前記真空容器内に、不純物を含むガスをガス供給装置により供給し、前記試料電極に高周波電力を高周波電源から印加するとともに、プラズマ発生機構により前記ガスを励起してプラズマを発生させてプラズマドーピングを行なうプラズマドーピング方法であって、
前記天板と前記試料電極の前記基板との間に発生させた前記プラズマにより、
前記ガス供給装置により前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置された天板の、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域に有しかつ前記不純物を含む不純物含有膜中の前記不純物とが、
前記試料電極の前記基板載置領域に載置された前記基板に導入される、プラズマドーピング方法を提供する。【００５１】
本発明の第１１態様によれば、前記天板の前記天板中央部領域に対向する前記基板の中央部領域には、主として、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物が導入されるとともに、
前記天板の前記天板周縁部領域に対向する前記基板の周縁部領域には、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、前記天板の前記天板周縁部領域に有して環状形状をなす前記不純物含有膜を起因とする不純物とが導入される、第１０態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。【００５２】
本発明の第１２態様によれば、前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、第１０又は１１態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。【００５３】
本発明の第１３態様によれば、第１０〜１２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用いてプラズマドーピングを行なって半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によると、基板全面にわたって注入深さとシート抵抗の分布の基板面内での均一性を格段に高めることができ、さらには長期の安定性を実現できるプラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
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１】図１は、本発明の第１の実施形態にかかるプラズマドーピング装置の一例として機能し、かつ、環状形状のボロン含有膜を形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図であり、
【図２】図２は、図１の平行平板プラズマドーピング装置の天板とボロン含有膜の構造を詳しく示した一部拡大断面図であり、
【図３】図３は、図１の平行平板プラズマドーピング装置における、シリコン基板の表面上の位置と、環状形状のボロン含有膜を起因としてシリコン基板に導入されるボロンの量の関係を示すグラフであり、
【図４】図４は、図１の平行平板プラズマドーピング装置における、シリコン基板の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板に導入されるボロンのドーズ量を示すグラフであり、
【図５】図５は、図１の平行平板プラズマドーピング装置における、シリコン基板の表面上の位置と、シリコン基板に導入されるボロンのドーズ量を示すグラフであり、
【図６】図６は、図１の平行平板プラズマドーピング装置における、シリコン基板の表面上の位置と、シリコン基板に導入されるボロンの注入深さを示すグラフであり、
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態にかかる平行平板プラズマドーピング装置において、アンテナの中央部と周縁部で印加できる電力、周波数を変えることができる平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図であり、
【図８】図８は、図７の平行平板プラズマドーピング装置において、アンテナと天板と、ボロン含有膜の構造を詳しく示した一部拡大断面図であり、
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第２の実施形態の第１工程において、天板の全面にボロン含有膜を形成したときのアンテナと天板８の構造を詳しく示した一部拡大断面図であり、
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第２の実施形態の第２工程において、天板の中央部に形成されたボロン含有膜をスパッタで除去したときのアンテナと天板の構造を詳しく示した一部拡大断面図であり、
【図１０】図１０は、ボロン含有膜を均一な厚みに天板全面に形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図であり、
【図１１】図１１は、図１０の装置の天板とボロン含有膜の構造を詳しく示した一部拡大断面図であり、
【図１２】図１２は、図１０の装置において、シリコン基板の表面上の位置と、均一な厚みのボロン含有膜を起因としてシリコン基板に導入されるボロンの量の関係を示したグラフであり、
【図１３】図１３は、図１０の装置において、シリコン基板の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板に導入されるボロンのドーズ量を示したグラフであり、
【図１４】図１４は、図１０の装置において、シリコン基板の表面上の位置と比較例１においてシリコン基板に導入されるボロンのドーズ量を示したグラフであり、
【図１５】図１５は、図１０の装置において、シリコン基板の表面上の位置と、比較例１のプラズマドーピングによって導入されたボロンの注入深さを示したグラフであり、
【図１６Ａ】図１６Ａは、比較例１において、プラズマ中でＢ２Ｈ６が分解されてできた分子でかつボロンを含む分子と、プラズマによってボロン含有膜からスパッタリングで叩き出された分子でかつボロンを含む分子とが、基板の表面に導入されるときのボロンの注入深さについて説明するための説明図であり、
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、前記実施形態の一例としての実施例において、プラズマ中でＢ２Ｈ６が分解されてできた分子でかつボロンを含む分子と、プラズマによってボロン含有膜からスパッタリングで叩き出された分子でかつボロンを含む分子とが、基板の表面に均一に導入されるときのボロンの注入深さについて説明するための説明図であり、
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施形態において、天板の中央部と周縁部の材質が異なる平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図であり、
【図１８】図１８は、本発明の第３実施形態において、シリコン天板と石英天板部と、ボロン含有膜の構造を詳しく示した一部拡大断面図であり、
【図１９】図１９は、本発明の第３の実施形態において、多数の基板に対してプラズマドーピングを行う手順を示すフロー図であり、
【図２０】図２０は、検出装置を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部の部分拡大断面図であり、
【図２１Ａ】図２１Ａは、従来技術である図１０及び図１１に記載した不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、実施したシュミレーションの結果を示す、プラズマドーピング開始から２０秒後の直径３００ｍｍの基板のシート抵抗の分布を示す図であり、
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、従来技術である図１０及び図１１に記載した不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、実施したシュミレーションの結果を示す、プラズマドーピング開始から６０秒後の直径３００ｍｍの基板のシート抵抗の分布を示す図であり、
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、従来技術である図１０及び図１１に記載した不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、実施したシュミレーションの結果を示す、プラズマドーピング開始から１２０秒後の直径３００ｍｍの基板のシート抵抗の分布を示す図であり、
【図２１Ｄ】図２１Ｄは、従来技術である図１０及び図１１に記載した不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、実施したシュミレーションの結果を示す、プラズマドーピング開始から２００秒後の直径３００ｍｍの基板のシート抵抗の分布を示す図であり、
【図２２Ａ】図２２Ａは、天板に、ボロン含有膜を形成した部分と、ボロン含有膜の開口部と、天板のガス導入穴との関係を示す図であり、
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、天板に、ボロン含有膜を形成した部分と、ボロン含有膜の開口部と、天板のガス導入穴との関係を示す図であり、
【図２２Ｃ】基板と天板との関係の実例を示す表形式の図であり、
【図２３】本発明の変形例にかかる平行平板プラズマドーピング装置であって、ガス供給系統が２系統である場合の部分拡大断面図であり、
【図２４】図２４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法に用いられるプラズマ処理装置の概略構成を示す図であり、
【図２５】図２５は、特許文献２のＩＣＰプラズマ装置を用いて不純物を半導体中に導入装置の構成を示す図であり、
【図２６】図２６は、特許文献３のプラズマドーピング装置を使用して被処理基板に不純物導入層を形成するプラズマドーピング装置の構成を示す図であり、
【図２７】図２７は、特許文献４のスパッタ装置の構成を示す図であり、
【図２８Ａ】図２８Ａは、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す部分断面図であり、
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、図２８Ａに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図であり、
【図２８Ｃ】図２８Ｃは、図２８Ｂに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図であり、
【図２８Ｄ】図２８Ｄは、図２８Ｃに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図であり、
【図２８Ｅ】図２８Ｅは、図２８Ｄに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図であり、
【図２８Ｆ】図２８Ｆは、図２８Ｅに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図であり、
【図２８Ｇ】図２８Ｇは、図２８Ｆに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図であり、
【図２８Ｈ】図２８Ｈは、図２８Ｇに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図であり、
【図２９Ａ】図２９Ａは、特許文献１に開示された図２４のような装置で形成したソース・ドレインエクステンション領域のプラズマドーピング後の注入深さの基板面内分布を示す図であり、
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、特許文献１に開示された図２４のような装置で形成されたソース・ドレインエクステンション領域の熱処理後のシート抵抗の基板面内分布を示す図であり、
【図３０Ａ】図３０Ａは、特許文献２に開示された図２５のような装置を用いて形成されたソース・ドレインエクステンション領域の層の注入深さの基板面内分布を示す図であり、
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、特許文献２に開示された図２５のような装置を用いて形成されたソース・ドレインエクステンション領域の層のシート抵抗の基板面内分布を示す図であり、
【図３１Ａ】図３１Ａは、特許文献３に開示された図２６のような装置を用いて形成されたソース・ドレインエクステンション領域の層の注入深さの基板面内分布を示す図であり、
【図３１Ｂ】図３１Ｂは、特許文献３に開示された図２６のような装置を用いて形成されたソース・ドレインエクステンション領域の層のシート抵抗の基板面内分布を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。【００５７】
（第１の実施形態）
図１、図２を参照しながら、本発明にかかる第１実施形態にかかるプラズマドーピング装置の一例として、環状形状に不純物を含む膜を形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置の特徴と、それを用いたプラズマドーピング結果を説明する。【００５８】
第１の実施形態では、不純物を含む膜の一例としてボロンを含む膜（ボロン含有膜）４、プラズマドーピング用ガスの一例としてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して用いた場合に本発明の第１の実施形態にかかるプラズマドーピング装置及び方法によって、基板の一例としての円形のシリコン基板３にボロンを導入する工程について説明する。【００５９】
図１は、環状形状のボロン含有膜４を形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。アースされている真空容器１内に、シリコン基板３を載置するための試料電極２が設けられている。真空容器１内にＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して供給するためのガス供給装置５とガス供給配管１１、真空容器１内の内部を減圧する排気装置の一例としてのポンプ９が、真空容器１の側壁１ａに設けられ、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。真空容器１の天井部１ｂに配置されたアンテナ７にガス励起用高周波電源６からマッチングボックス６ａを介して電力を供給することにより、真空容器１の天井部１ｂのアンテナ７の下方でかつ真空容器１内に配置された天板８と、天板８に対向して配置された試料電極２との間でガスを励起させてプラズマを発生させる。アンテナ７とガス励起用高周波電源６などよりプラズマ発生機構を構成している。試料電極２には高周波電源１０がマッチングボックス１０ａを介して接続され、試料電極２の電位が制御できるようになっている。なお、１ｃは真空容器１の天井部１ｂの内面に付着物が堆積するのを防止するための絶縁カバーであり、１ｄは真空容器１の側壁１ａに付着物が堆積するのを防止するためのインナーカバーである。７０は、プラズマドーピング動作を制御する制御部であり、ガス供給装置５と高周波電源６とポンプ９と高周波電源１０とに接続されてそれぞれの装置の動作を制御するようにしている。【００６０】
なお、天板８と試料電極２との間は、例えば、１ｃｍ〜１０ｃｍの隙間に調整されている。もし、前記隙間が１ｃｍ未満の場合、プラズマが発生しにくいという不具合がある。また、前記隙間が１０ｃｍを越える場合、真空容器１の側壁の影響を受けやすいという課題がある。そこで、前記隙間を１ｃｍ〜１０ｃｍの間隔に設定することで、プラズマを発生させやすく、側壁の影響を受けないという利点がある。【００６１】
尚、図示しないが、アンテナ３５ａ、３５ｂと天板８で構成される上部電極と、真空容器１は、電気的に絶縁されている。【００６２】
図２は、天板８とボロン含有膜４の  構造を詳しく示した一部断面図である。天板８は、一例としてシリコンで形成されている。天板８の真空容器１の内面側には、基板の一例としての円形のシリコン基板３に導入するボロン含有膜４が円環状に形成されている。ボロン含有膜４の厚さは、大きすぎると、天板８から基板３上に落下する危険性があるため、１００μｍ以下とするのが好ましい。ボロン含有膜４の厚さの一例としては、５μｍ〜数十μｍである。Ｂ２Ｈ６をＨｅで希釈してガス供給配管１１からアンテナ７と天板８の間に設けられた空間である、ガス溜り（gas chamber）１２に導入する。天板８には、多数のガス導入穴（ガス供給穴）１３が、ガス溜り１２と天板８の真空容器１の内面の開口とを連結するように設けられている。また、ボロン含有膜４には、ガス溜り１２からガス導入穴１３に流れ込むＢ２Ｈ６とＨｅが真空容器１内に通過できるようにガス導入用の貫通穴４ａが開いている。ガス溜り１２に導入されたＢ２Ｈ６とＨｅは、ガス導入穴１３及び貫通穴４ａを通じて真空容器１内に導入することができるようになっている。ボロン含有膜４は、真空容器１の天板８の内面で、かつ、真空容器１内で発生されるプラズマに暴露可能な面（一例としては、天板８の下面）であって、試料電極２の基板載置領域２ｓの中央部に対向する天板中央部領域８ｘの周縁の天板周縁部領域８ｙに環状（例えば円形リング状）に形成されている。【００６３】
なお、天板８及び試料電極２は、基板３よりも大きい形状であって、円形、又は、正方形若しくは長方形のような四角形で構成している。この中で、天板８及び試料電極２としては円形が望ましい。天板８及び試料電極２が正方形又は長方形の場合、基板中央部から見て、正方形又は長方形の角に異方性が必ず生じるため、ドーズ量若しくは注入深さの均一性を得にくくなってしまう。これに対して、天板８及び試料電極２が円形であれば、基板中央部から見て、全ての部分が均等であるため、異方性が生ぜず、ドーズ量若しくは注入深さの均一性を得やすい。【００６４】
環状形状のボロン含有膜４を天板８の真空容器１の内面に形成するための具体的な装置と方法は後述するが、ここでは、環状形状のボロン含有膜４を天板８の真空容器１の内面に形成した平行平板プラズマドーピング装置を用いてプラズマドーピングを行なう方法とそのプラズマドーピング結果を説明する。【００６５】
天板８の真空容器１の内面側に、環状形状のボロン含有膜４を形成した後、公知の手段を利用して、シリコン基板３を真空容器１内に搬入して試料電極２に設置する。ガス供給装置５から真空容器１内に、Ｈｅで希釈したＢ２Ｈ６を導入しつつ、ポンプ９で真空容器１内を減圧して真空容器１内を所定の圧力に維持する。尚、真空容器１内に導入されるプラズマドーピング用ガスのＢ２Ｈ６濃度は、例えば１質量％である。【００６６】
次に、高周波電源６からアンテナ７に電力（ソースパワー）を供給することにより、Ｂ２Ｈ６を励起して、真空容器１内の天板８とシリコン基板３との間にプラズマを発生させる。【００６７】
次に、高周波電源１０から試料電極２を介してシリコン基板３へのバイアス電圧の印加を開始する。これにより、シリコン基板３へのボロンの導入が行われる。ここで、ボロン導入時の条件は、例えば、真空容器１内の圧力が０．６Ｐａであり、高周波電源６のソースパワーが５００Ｗであり、高周波電源１０のバイアス電圧（Ｖｐｐ）が２００Ｖであり、シリコン基板３の基板温度が２０℃であり、バイアスを印加するボロンのドーピング時間は３０秒である。【００６８】
このとき、Ｂ２Ｈ６からだけでなく、環状形状のボロン含有膜４からも、シリコン基板３にボロンが導入される。【００６９】
ここで、ボロンを含む固体の膜である環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量と、ボロンを含むガスであるＢ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量について、図３、図４を用いて説明する。【００７０】
図３は、シリコン基板３の表面上の位置と、環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係を示したグラフである。環状形状のボロン含有膜４を起因としたボロンの導入量は、シリコン基板３の面内でほぼ均一となる。これは、ボロン含有膜４を環状形状にしたことによる特段の効果である。また、Ｂ２Ｈ６の濃度を、後述する０．０１質量％以上でかつ１．０質量％以下の範囲でａ、ｂ、ｃ（ａ＜ｂ＜ｃ）として変化させた場合、ガス濃度ａのときの環状形状のボロン含有膜４からのボロンの導入量をＬａ、ガス濃度ｂのときの環状形状のボロン含有膜４からのボロンの導入量をＬｂ、ガス濃度ｂのときの環状形状のボロン含有膜４からのボロンの導入量をＬｃとすると、Ｌａ≒Ｌｂ≒Ｌｃとなる。すなわち、図３に示すように、Ｂ２Ｈ６の濃度によらず、シリコン基板３の表面上の位置と、環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係は、横軸と大略平行な１本の直線となる。従って、環状形状のボロン含有膜４からのボロンの導入量は、Ｂ２Ｈ６の濃度によらず、実用上の許容範囲で一定にすることができる。尚、Ｂ２Ｈ６の濃度を変化させる範囲は、Ｂ２Ｈ６濃度が０．０１質量％以上であり、１．０質量％以下である範囲が望ましい。その理由は、以下のとおりである。このようにＢ２Ｈ６をＨｅで１．０質量％以下に低濃度に希釈したような場合、Ｂラジカル、Ｂイオン、水素ラジカル、水素イオンの量はＨｅラジカルとＨｅイオンに比べて圧倒的に少ないので、環状形状のボロン含有膜４をスパッタして環状形状のボロン含有膜４からボロンを叩き出す主因は、プラズマ中のＨｅラジカルとＨｅイオンとなる。従って、このように低濃度に希釈した場合、Ｂ２Ｈ６濃度が違っても、主要因となるＨｅラジカルとＨｅイオンの量に大きな違いは生じず、環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板に導入されるボロンの導入量は、実用上の許容範囲で一定となる。但し、Ｂ２Ｈ６濃度が０．０１質量％よりも小さい場合には、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量が極めて小さくなるので、所望のドーズ量が得にくくなる。このため、Ｂ２Ｈ６濃度は０．０１質量％以上が望ましい。また、Ｂ２Ｈ６濃度が１．０質量％よりも大きい場合には、環状形状のボロン含有膜４をスパッタしてボロンを叩き出す要因としてＨｅイオンとＨｅラジカルに加え、Ｂ２Ｈ６から派生したＢイオンや、Ｂラジカル、Ｈイオン、Ｈラジカルなどが、無視できなくなる。従って、Ｂ２Ｈ６濃度を高くしすぎると、Ｂ２Ｈ６濃度の設定を変更したときに、環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量に違いが発生する。このため、ドーズ量の調整が困難になる。従って、Ｂ２Ｈ６の濃度を変化させる範囲は、０．０１質量％以上、１．０質量％以下の範囲であることが望ましい。【００７１】
図４は、シリコン基板３の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量（不純物導入量）を示したグラフである。Ｂ２Ｈ６からのドーズ量は、シリコン基板３の面内で一定となるように、Ｂ２Ｈ６の供給量又はガス導入穴１３の配置や個数などを設計した。【００７２】
また、Ｂ２Ｈ６の濃度を前記したようにａ、ｂ、ｃ（ａ＜ｂ＜ｃ）として変化させた場合のうち、ガス濃度ａのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧａ、ガス濃度ｂのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｂ、ガス濃度ｂのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｃとすると、Ｇａ＜Ｇｂ＜Ｇｃとなり、ガス濃度を変化させることで、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量を制御することが可能である。【００７３】
図５は、シリコン基板３の表面上の位置と、第１の実施形態においてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量（不純物導入量）を示したグラフである。第１の実施形態では前述したようにＢ２Ｈ６からだけでなく、天板８の真空容器１の内面側に形成した環状形状のボロン含有膜４からも、シリコン基板３にボロンが導入される。すなわち、ガス濃度ａとガス濃度ｂとガス濃度ｃのときのプラズマドーピングでシリコン基板３へ導入されるボロンのドーズ量は、それぞれ、環状形状のボロン含有膜４からのボロン導入量Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃと、Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃを合わせた値Ｌａ＋Ｇａ、Ｌｂ＋Ｇｂ、Ｌｃ＋Ｇｃとなる。ここで、環状形状のボロン含有膜４からのボロン導入量と、Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量をシリコン基板３の面内において、それぞれ均一に調整できた効果により、第１の実施形態のプラズマドーピングでシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量は、シリコン基板３の面内で均一である。【００７４】
次に、ボロンの注入深さについて、図６のグラフを基に説明する。【００７５】
Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンの注入深さ（不純物注入深さ）は、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンイオンの分布がプラズマ中で均一になるように、Ｂ２Ｈ６の供給量又はガス導入穴１３の配置や個数などを設計したことにより、シリコン基板３の面内で均一である。さらに、環状形状のボロン含有膜４を起因としたボロンの注入深さは、ボロン含有膜４を環状形状に形成することで、ボロン含有膜４を起因とするボロンの導入量をシリコン基板面内で均一にできるという効果により、シリコン基板３の面内で均一にすることが可能となる。このことから、ガス濃度ａとガス濃度ｂとガス濃度ｃのときの第１の実施形態でのボロンの注入深さＤａ、Ｄｂ、Ｄｃは、シリコン基板面内で均一にできる。すなわち、ボロンの注入深さのシリコン基板３の面内での分布を均一にするためには、Ｂ２Ｈ６を起因とするボロンと、ボロン含有膜４を起因とするボロンのそれぞれについて導入量を基板面内で均一にしなくてはならず、そのためには、ボロン含有膜４を、環状形状に形成することが必須である。【００７６】
従って、第１の実施形態によると、真空容器１の天板８の内面で、かつ、真空容器１内で発生される前記プラズマに暴露可能な面（一例としては、天板８の下面）であって、試料電極２の基板載置領域２ｓの中央部に対向する天板中央部領域８ｘの周縁の天板周縁部領域８ｙに、前記ボロン含有膜４を有する天板８を使用するように構成している。この結果、環状形状のボロン含有膜４を起因としたボロンの導入量は、シリコン基板３の面内でほぼ均一となり、
シリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量だけでなく、注入深さも、シリコン基板３の面内で均一にできるという、実用上、顕著な効果がある。【００７７】
（第２の実施形態）
図７、図８を参照しながら、本発明にかかる第２実施形態にかかるプラズマドーピング装置の一例として、中央部３５ａと周縁部３５ｂで印加できる電力又は周波数を変えることができるアンテナ３５を備えた平行平板プラズマドーピング装置の特徴を説明し、同装置を用いて、環状形状のボロン含有膜４を形成する方法（第１工程ＰＡ及び第２工程ＰＢ）と、それを用いたプラズマドーピング方法（第３工程ＰＣ）及びその結果を説明する。第１の実施形態と同様な部材及び部分については、同じ参照符号を付している。【００７８】
第２の実施形態では、前記平行平板プラズマドーピング装置を使用して環状形状のボロン含有膜４を形成する方法（第１工程ＰＡ及び第２工程ＰＢ）を説明したのち、その平行平板プラズマドーピング装置を使用し、不純物を含む膜の一例としてボロン含有膜４、及び、プラズマドーピング用ガスの一例としてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して用いて、本発明の第２の実施形態によってシリコン基板３にボロンを導入する第３工程ＰＣについて説明する。【００７９】
図７は、アンテナ３５の中央部３５ａと周縁部３５ｂで印加できる電力又は周波数を変えることができる平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。アンテナ３５の円形の中央部３５ａと円環状の周縁部３５ｂとの間には、リング状の絶縁部３５ｃが配置されている。アースされている真空容器１内に、シリコン基板３を載置するための試料電極２が設けられている。このシリコン基板３は、後述する第１工程ＰＡ及び第２工程ＰＢでは、試料電極２には載置せず、試料電極２に対して高周波電源１０による電位もかけないようにしている。真空容器１内にＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して供給するためのガス供給装置５とガス供給配管１１と、真空容器１内の内部を減圧するポンプ９とが設けられ、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。プラズマを発生させるための電力が供給されるアンテナ３５は、リング状の絶縁部３５ｃを間に挟みながら、中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂに分かれて設置されている。中央部のアンテナ３５ａには中央部用の高周波電源６Ａがマッチングボックス６Ａａを介して接続され、周縁部のアンテナ３５ｂには周縁部用の高周波電源６Ｂがマッチングボックス６Ｂａを介して接続されており、中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂに印加できる電力又は周波数を高周波電源６Ａと６Ｂにより独立してそれぞれ制御できるようになっている。また、中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂに供給する電力又は周波数を変えることで、天板８の中央部（天板中央部領域に相当）８ｘと周縁部（天板周縁部領域に相当）８ｙに印加される電圧を変えることができる。中央部と周縁部のアンテナ３５ａ、３５ｂに電力をそれぞれ供給することにより、Ｂ２Ｈ６を励起して、真空容器１内の天板８と試料電極２の間にプラズマが発生する。アンテナ３５ａ、３５ｂとガス励起用高周波電源６Ａ，６Ｂなどよりプラズマ発生機構を構成している。試料電極２には高周波電源１０がマッチングボックス１０ａを介して接続され、第３工程ＰＣのプラズマドーピング時に試料電極２の電位が制御できるようになっている。尚、図示しないが、アンテナ３５ａ、３５ｂと天板８とで構成される上部電極と、真空容器１とは、電気的に絶縁されている。【００８０】
図８は、中央部と周縁部のアンテナ３５ａ、３５ｂと天板８、ボロン含有膜４の構造を詳しく示した一部断面図である。天板８は、一例としてシリコンで形成されている。天板８の真空容器１の内面側においては、後述する第１工程ＰＡでボロン含有膜３００を全面に形成したのち、第２工程ＰＢでこの全面膜３００から環状の膜４を形成し、環状の膜４を第３工程ＰＣのプラズマドーピングに使用する。Ｂ２Ｈ６とＨｅは、ガス供給配管１１から、中央部のアンテナ３５ａ及び周縁部のアンテナ３５ｂと天板８との間に設けられた空間であるガス溜り（gas chamber）１２に導入される。天板８には、多数のガス導入穴１３が、ガス溜り１２と天板８の真空容器１の内面の開口とを連結するように設けられている。また、ボロン含有膜３００，４には、ガス溜り１２からガス導入穴１３に流れ込むＢ２Ｈ６とＨｅが真空容器１内に通過できるように貫通穴３００ｂ，４ａが設けられている。ガス溜り１２に導入されたＢ２Ｈ６とＨｅは、ガス導入穴１３及び貫通穴３００ｂ，４ａを通じて真空容器１内に導入することができるようになっている。全面膜３００は、真空容器１の天板８の内面の全面に形成される。すなわち、全面膜３００は、真空容器１内で発生されるプラズマに暴露可能な面（一例としては、天板８の下面）であって、中央部のアンテナ３５ａの位置に対応する天板中央部領域８ｘと周縁部のアンテナ３５ｂの位置に対応する天板周縁部領域８ｙとの全てに形成されて構成されている。また、環状の膜４は、真空容器１の天板８の内面で、かつ、真空容器１内で発生されるプラズマに暴露可能な面（一例としては、天板８の下面）であって、天板中央部領域８ｘの周縁の天板周縁部領域８ｙにのみ、環状（例えば円形リング状）に形成されて構成されている。【００８１】
また、プラズマドーピング動作を制御する制御部７０を備えて、ガス供給装置５と高周波電源６とポンプ９と高周波電源１０とに制御部７０が接続されて、制御部７０により、それぞれの装置の動作を制御するようにしている。【００８２】
第２の実施形態の装置構成で、第２工程ＰＢで、天板８の真空容器１の内面側に、環状形状のボロン含有膜４を形成した後、第３工程ＰＣでプラズマドーピングを実施すると、前記第１の実施形態と同様にシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量だけでなく、注入深さもシリコン基板３の面内で均一にできるという実用上、顕著な効果を得ることができる。【００８３】
次に、第２の実施形態において、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙで印加できる電力又は周波数を変えることができるアンテナ３５を備えた平行平板プラズマドーピング装置を用いて、環状形状のボロン含有膜４を形成する方法（第１工程ＰＡ〜第２工程ＰＢ）と、プラズマドーピングを行う方法（第３工程ＰＣ）の具体的な動作について説明する。【００８４】
図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら、天板８の真空容器１の内面側の全面（言い換えれば、天板中央部領域８ｘ及び天板周縁部領域８ｙの両方）に、ボロン含有膜（全面膜）３００を形成し（第１工程ＰＡ）、その後、全面膜３００の中央部の膜（中央部膜）３００ａをスパッタで削って除去する（第２工程ＰＢ）ことにより、環状形状のボロン含有膜４を形成する方法について説明する。【００８５】
まず、天板８の真空容器１の内面側の全面に、ボロン含有膜（全面膜）３００を形成する第１工程ＰＡを行う。【００８６】
図９Ａは、第１工程ＰＡにおいて、天板８の全面に、ボロン含有膜（全面膜）３００を形成したときのアンテナ３５と天板８の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。真空容器１内に、Ｈｅで希釈したＢ２Ｈ６をガス供給装置５とガス供給配管１１とにより導入し、中央部のアンテナ３５ａ及び周縁部のアンテナ３５ｂに電力（ソースパワー）をそれぞれ高周波電源６Ａ及び６Ｂにより供給することで、真空容器１内にプラズマを発生させる。ここで、天板８の中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂにそれぞれ高周波電源６Ａ及び６Ｂにより印加される電圧は、同程度とする。このときの放電条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂに高周波電源６Ａ及び６Ｂにより供給されるソースパワーはいずれも５００Ｗであり、同じソースパワーである。天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙに印加される電圧が同程度である場合、天板８の内面全体に、ボロンを含む全面ボロン含有膜３００が形成される。従って、全面ボロン含有膜３００を環状形状の膜４にするには、天板８の内面の中央部８ｘに形成されたボロン含有膜中央部３００ａを除去する必要がある。【００８７】
次に、全面ボロン含有膜３００のうち、天板８の中央部８ｘに形成されたボロン含有膜中央部３００ａをスパッタで除去する第２工程ＰＢを行う。【００８８】
図９Ｂは第２工程ＰＢにおいて、天板８の中央部８ｘに形成されたボロン含有膜中央部３００ａをスパッタで除去したときのアンテナ３５と天板８の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。【００８９】
天板８の全体に形成された全面ボロン含有膜３００の内、ボロン含有膜中央部３００ａをスパッタで除去する。第２工程ＰＢでは、天板８の中央部８ｘでのボロン含有膜中央部３００ａに対するスパッタレートが大きくなるように、天板８の中央部８ｘのアンテナ３５ａに供給するソースパワーが天板８の周縁部８ｙのアンテナ３５ｂに供給するソースパワーよりも大きくなるように設定する。このときの放電条件は、例えば、プロセスガスはＨｅであり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、天板中央部用の高周波電源６Ａから天板８の中央部８ｘのアンテナ３５ａに供給するソースパワーが５００Ｗであり、天板周縁部用の高周波電源６Ｂから天板８の周縁部８ｙのアンテナ３５ｂにはソースパワーを供給しない。中央部のアンテナ３５ａに供給する電力を周縁部のアンテナ３５ｂに供給する電力よりも大きくすることで、天板８の全面ボロン含有膜３００に対するスパッタレートは、天板８の周縁部８ｙに比べて天板８の中央部８ｘの方が大きくなる。ここで、天板８の中央部でのボロン含有膜中央部３００ａに対するスパッタレートが、天板８の周縁部８ｙに比べて大きくなるようにするためには、最低限、２００Ｗ程度の差をソースパワーに供給すればよい。【００９０】
従って、第１工程ＰＡで天板８の全体に形成した全面ボロン含有膜３００は、本第２工程ＰＢにより、ボロン含有膜中央部３００ａがスパッタで除去され、周縁部のボロン含有膜はそのまま維持されるため、天板８の真空容器１の内面側に、環状形状のボロン含有膜４を形成することができる。【００９１】
このようにして、第１〜２工程ＰＡ，ＰＢで天板８の真空容器１の内面側に環状形状のボロン含有膜４を形成した後、第３工程ＰＣとして、シリコン基板３を真空容器１内に搬入してプラズマドーピングを行って、シリコン基板３にボロンを導入する。プラズマドーピングの条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．６Ｐａであり、高周波電源１０のバイアス電圧（Ｖｐｐ）が２００Ｖであり、基板温度が２０℃であり、バイアスを印加するボロンのドーピング時間は３０秒である。このとき、天板８の中央部８ｘのアンテナ３５ａに供給する電力と天板８の周縁部８ｙのアンテナ３５ｂに供給する電力とは同じであり、ソースパワーは共に５００Ｗである。【００９２】
また、多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施していると、天板８の中央部８ｘに、ボロン含有膜が再形成されることがある。この場合、第２工程ＰＢを実施することにより、天板８の中央部８ｘに形成されたボロン含有膜が除去できる。【００９３】
従って、第２の実施形態によると、中央部のアンテナ３５ａに供給する電力を周縁部のアンテナ３５ｂに供給する電力よりも大きくして、天板８の全面ボロン含有膜３００に対するスパッタレートについて、周縁部に比べて中央部の方を大きくすることができる。よって、真空容器１内を真空に保ったまま、天板８に環状形状のボロン含有膜４を容易に形成することができるという効果がある。【００９４】
また、第２の実施形態によると、第２の実施形態で形成したボロン含有膜３００，４は、真空容器１に導入したガスの元素のみを含む。従って、ボロン含有膜３００，４には、事前に大気中で膜を形成した場合に含まれる可能性がある元素、例えば酸素や窒素などを含まないため、所望の元素のみをシリコン基板３に導入することができるという効果がある。【００９５】
さらに、第２の実施形態によると、多数のシリコン基板３に対してプラズマドーピングを次々に実施してするうちに、天板８の中央部８ｘに、ボロン含有膜が形成された場合、第２工程ＰＢを実施することで、ボロン含有膜を、再度、環状形状のボロン含有膜４に形成することができるという効果がある。【００９６】
従って、第２の実施形態によると、本発明のドーズ量も注入深さもシリコン基板面内で均一にできるという効果を、長期にわたり安定して得ることができるという実用上、顕著な効果がある。【００９７】
尚、第２の実施形態での前記装置を用いるとき、前記方法に代えて、パラメータ調整の方法を変えれば、他の方法で環状形状のボロン含有膜４を形成することができる。以下に、第２の実施形態の変形例として、パラメータ調整の方法について説明する。【００９８】
天板８の真空容器１の内面側に、ボロン含有膜を形成する第１工程ＰＡにおいて、プラズマ密度が、天板８の中央部８ｘの近傍に比べて周縁部８ｙの近傍のほうが高くなるように中央部及び周縁部のアンテナ３５ａ，３５ｂに供給する電力をそれぞれ調整する。このときの放電条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、中央部用の高周波電源６Ａから中央部のアンテナ３５ａに供給するソースパワーが１０Ｗであり、周縁部用の高周波電源６Ｂから周縁部のアンテナ３５ｂに供給するソースパワーが５００Ｗである。ここで、ボロン含有膜４は、一般に、プラズマ密度が高い部分の近くに存在する壁面に形成されやすいことが知られている。従って、天板８の中央部８ｘの近傍のプラズマ密度よりも、周縁部８ｙの近傍のプラズマ密度を高くして放電を行うことで、ボロン含有膜４は、天板８の中央部８ｘには殆ど形成されないが、周縁部８ｙには多く形成されるようになる。【００９９】
すなわち、第１工程ＰＡにおいて、プラズマ密度を天板８の中央部８ｘの近傍に比べて周縁部８ｙの近傍の方が高くなるようにした場合、第２工程ＰＢによる天板８の中央部８ｘのスパッタリングを行わなくても、天板８の真空容器１側の内面側に、環状形状のボロン含有膜４を単一の工程で形成することができる。【０１００】
また、このように、環状形状のボロン含有膜４を形成した後に、第３工程ＰＣのプラズマドーピングを行っても、結果に違いはなく、本発明の効果を得ることが出来る。【０１０１】
（比較例１）
次に、前記第１の実施形態と比較するため、前記第１の実施形態と同じ装置を使用するとともに、環状形状の膜４ではなく、天板８の真空容器１側の内面側の全面に形成された膜１７を使用して、プラズマドーピングを行う比較例１について説明する。【０１０２】
まず、図１０、図１１を参照しながら、天板８の真空容器１側の内面側の全面に均一厚さに、不純物を含む膜を形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置の特徴と、それを用いたプラズマドーピング結果を説明する。【０１０３】
本比較例１では、不純物を含む膜の一例としてボロンを含む膜（全面ボロン含有膜）１７、ドーピングガスの一例としてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して用いた場合に、本比較例１によってシリコン基板３にボロンを導入する工程について説明する。【０１０４】
図１０は、全面ボロン含有膜１７を均一な厚みに形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。真空容器１内に、シリコン基板３を載置するための試料電極２が設けられている。真空容器１内にＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して供給するためのガス供給装置５とガス供給配管１１と、真空容器１内の内部を減圧するポンプ９とが設けられ、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。高周波電源６からアンテナ７に電力を供給することにより、真空容器１内の天板８と試料電極２の間にプラズマが発生する。試料電極２には高周波電源１０が接続され、試料電極２の電位が制御できるようになっている。【０１０５】
図１１は、天板８と、全面ボロン含有膜１７の構造を詳しく示した一部断面図である。天板８はシリコンで形成されている。天板８の真空容器１の内面側の全面には、シリコン基板３に導入する全面ボロン含有膜１７を均一な厚みに形成している。Ｂ２Ｈ６とＨｅをガス供給配管１１からアンテナ７と天板８の間に設けられた、ガス溜り１２に導入する。天板８には、ガス導入穴１３が設けられている。また、全面ボロン含有膜１７には、Ｂ２Ｈ６とＨｅが真空容器１内に通過できるように貫通穴１７ａが開いている。ガス溜り１２に導入されたＢ２Ｈ６とＨｅは、ガス導入穴１３及び貫通穴１７ａを通じて真空容器１内に導入することができるようになっている。【０１０６】
次に、全面ボロン含有膜１７を均一な厚みに形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置を用いた方法と結果を説明する。【０１０７】
天板８の真空容器１の内面側に、全面ボロン含有膜１７を均一な厚みに形成した後、シリコン基板３を試料電極２に設置する。プラズマドーピング条件は、第１の実施形態の具体例と同じにする。このようにして、プラズマドーピングを実施すると、Ｂ２Ｈ６からだけでなく、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からも、シリコン基板３にボロンが導入される。ここで、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンと、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量について、図１２、図１３を用いて説明する。【０１０８】
図１２は、シリコン基板３の表面上の位置と、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係を示したグラフである。【０１０９】
シリコン基板３の中央部には、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７の中央部からだけでなく、周縁部を含めた、全面ボロン含有膜１７の全体からボロンが導入される。これに対して、シリコン基板３の周縁部には、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７の周縁部からしかボロンが導入されない。すなわち、図１２に示すように、シリコン基板３の表面上の位置と、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係は、上向き凸の湾曲したグラフとなる。従って、シリコン基板３の中央部には、全面ボロン含有膜１７を起因としたボロンが多く導入される。【０１１０】
また、Ｂ２Ｈ６の濃度を、０．０１質量％以上でかつ１．０質量％以下の範囲でｄ、ｅ、ｆ（ｄ＜ｅ＜ｆ）として変化させた場合（すなわち、０．０１質量％≦ｄ＜ｅ＜ｆ≦１．０質量％）、ガス濃度ｄのときの均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロンの導入量をＬｄ、ガス濃度ｅのときの均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロンの導入量をＬｅ、ガス濃度ｆのときの均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロンの導入量をＬｆとすると、Ｌｄ≒Ｌｅ≒Ｌｆとなる。すなわち、図１２に示すように、Ｂ２Ｈ６の濃度によらず、シリコン基板３の表面上の位置と、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係は、上向き凸の湾曲した１つのグラフとなる。従って、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロンの導入量は、Ｂ２Ｈ６の濃度によらず、実用上の許容範囲で同じにすることができる。【０１１１】
図１３は、シリコン基板３の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量を示したグラフである。Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量は、ガス供給穴１３の配置を調整することにより、シリコン基板３の面内での分布を変化させることが可能である。本比較例１では、均一な厚みの全面ボロン含有膜を形成したときの、全面ボロン含有膜１７を起因としたボロン導入量の分布を打ち消すように、ガス供給穴１３の配置を調整する。すなわち、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量は、シリコン基板３の中央部が少なく、周縁部が多い分布にする。また、Ｂ２Ｈ６の濃度をｄ、ｅ、ｆ（ｄ＜ｅ＜ｆ）として変化させた場合のうち、ガス濃度ｄのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｄ、ガス濃度ｅのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｅ、ガス濃度ｆのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｆとすると、Ｇｄ＜Ｇｅ＜Ｇｆとなり、ガス濃度を変化させることで、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量を制御することが可能である。すなわち、図１３に示すように、シリコン基板３の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量の関係は、Ｂ２Ｈ６の濃度に応じて、それぞれ、下向き凸の湾曲したグラフとなる。【０１１２】
図１４は、シリコン基板３の表面上の位置と、本比較例１においてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量を示したグラフである。本比較例１では、Ｂ２Ｈ６からだけでなく、天板８の真空容器１の内面側に形成しておいた均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からも、ボロンが導入される。すなわち、プラズマドーピングでシリコン基板３へ導入されるボロンのドーズ量は、均一な厚みの全面ボロン含有膜２６からのボロン導入量Ｌｄ、Ｌｅ、Ｌｆと、Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量Ｇｄ、Ｇｅ、Ｇｆを合わせた値Ｌｄ＋Ｇｄ、Ｌｅ＋Ｇｅ、Ｌｆ＋Ｇｆとなる。ここで、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロン導入量のシリコン基板面内での分布を打ち消すように、Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量の分布を調整した為、本比較例１のプラズマドーピングにおいては、シリコン基板面内でのボロンのドーズ量分布を均一にすることが出来る。このように天板８の真空容器１の内面側に均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を形成しても、プラズマドーピング後のボロンのドーズ量分布は基板面内で均一に調整することが可能である。【０１１３】
しかしながら、ボロンの注入深さについて、以下のような課題が生じていることを説明する。【０１１４】
図１５は、シリコン基板３の表面上の位置と、本比較例１のプラズマドーピングによって導入されたボロンの注入深さを示したグラフである。【０１１５】
図１６Ａに示すように、プラズマ中でＢ２Ｈ６が分解されてできた分子でかつボロンを含む分子３１と、プラズマによって全面ボロン含有膜１７からスパッタリングで叩き出された分子でかつボロンを含む分子３２を比較した場合、それらの分子量の分布は異なる。Ｂ２Ｈ６が分解されてできた分子でかつボロンを含む分子（Ｂ２Ｈ６起因の分子）３１は、Ｂ２Ｈ６よりも分子量が小さい。一方で、全面ボロン含有膜１７からスパッタリングで叩き出された分子でかつボロンを含む分子（ボロン含有膜起因の分子）３２は、固体から叩き出されるので、一般的には、Ｂ２Ｈ６よりも分子量は大きいと考えられる。そして、分子量が大きい分子ほど表面に近い部分に留まるので、ボロンの注入深さは浅くなる一方、分子量が小さい分子ほど表面から深い部分まで導入されるので、注入深さは深くなる。従って、Ｂ＋などの小さい分子が大きな割合を占める分布であるほど注入深さは深くなり、逆に、大きな分子が大きな割合を占める分布であるほど注入深さは浅くなる。これが原因で、Ｂ２Ｈ６起因の分子３１のボロンの注入深さとボロン含有膜起因の分子３２のボロンの注入深さは異なり、一般的には、Ｂ２Ｈ６起因の分子３１のボロンの注入深さの方が、膜起因の分子３２のボロンの注入深さよりも深くなる。このため、ボロンの注入深さは、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンによって規定されるが、ここで、図１３に記載のように、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロン導入量の分布は、プラズマドーピング後のドーズ量が基板面内で均一になるように基板３の中央部が少なくすべく、例えば、天板８にガス導入穴１３を均一に配置しておき、基板３の中央部に比べて基板３の周縁部のガス流量が多くなるように設定した。【０１１６】
すなわち、ドーズ量が基板面内で均一になるように調整すると、ボロンの注入深さは基板３の中央部が浅くなり、周縁部が深くなってしまう（図１６Ａ参照）という問題点がある。【０１１７】
従って、本比較例１のように天板８の真空容器１の内面の全面に均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を形成した場合は、シリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量の分布は基板面内で均一にすることが出来るが、注入深さまでは基板面内で均一にできないという課題がある。
また、逆に、プラズマドーピング条件などを変更することで、全面ボロン含有膜１７からスパッタリングで叩き出されたボロンを含む分子（ボロン含有膜起因の分子）３２の分子量を、Ｂ２Ｈ６起因の分子３１の分子量よりも小さくすることができたとしても、図１５の注入深さの分布が上下逆になり、基板３の中央部が深く、周縁部が浅くなってしまい、基板面内で不均一になってしまう問題点に変わりはない。また、全面ボロン含有膜起因の分子３２の分子量の分布と、Ｂ２Ｈ６起因の分子３１の分子量の分布を同じにすることは非常に困難なので、比較例１の構成では注入深さを基板面内で均一にすることは難しい。【０１１８】
（比較例２）
次に、前記第２の実施形態と比較するため、前記第２の実施形態と同じ装置を使用するとともに、前記第２の実施形態の変形例の場合とは逆に、中央部のアンテナ３５ａに供給するソースパワーが、周縁部のアンテナ３５ｂに供給するソースパワーよりも大きくした場合を比較例２として説明する。【０１１９】
図７及び図８を参照しながら、本比較例２を説明する。【０１２０】
本比較例２では、第２の実施形態の第１工程ＰＡにおいて、プラズマ密度が、天板８の中央部８ｘに比べて周縁部８ｙのほうが高くなるように中央部及び周縁部のアンテナ３５ａ，３５ｂにそれぞれ供給する電力を調整する。このときの放電条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、中央部のアンテナ３５ａに供給するソースパワーが５００Ｗであり、周縁部のアンテナ３５ｂに供給するソースパワーが１０Ｗである。【０１２１】
このように、プラズマ密度が、天板８の中央部に比べて周縁部のほうが高くなるようにすると、ボロン含有膜は、天板８の中央部に多く形成され、周縁部には殆ど形成されない。従って、ボロン含有膜を環状形状に形成することができないという問題点がある。【０１２２】
これらの比較例１，２に対して、前記第１又は第２の実施形態によれば、ドーズ量と注入深さの両方共に均一になるが、これについて図１６Ｂ（前記第１又は第２の実施形態の１つの実施例）と図１６Ａ（比較例１）を比較して説明する。【０１２３】
比較例１の図１６Ａでは、ボロン含有膜１７が天板８に均一に形成されているので、基板３の中央部に、ボロンを多数含む粒子３２が多い（これを、図１６Ａでは、基板３の中央部付近に、ボロンを多数含む粒子３２が３つあることで表現している。なお、符号３１はボロンを少数（例えば２個以下）含む粒子である。）。一方、基板３の周縁部には、ボロンを多数含む粒子３２が少ない（これを、図１６Ａでは、基板３の周縁部付近に、ボロンを多数含む粒子３２が１つあることで表現している。）。従って、図１６Ａでのボロン含有膜１７を起因としたボロンの注入量は、基板面内で均一にならず、基板３の周縁部に比べて、基板３の中央部の方が多くなる。基板面内でのドーズ量を均一にする為には、ボロン含有膜１７を起因としたボロンの注入量の偏りを打ち消すように、ガス導入穴１３の位置やガス流量などを調整することで、Ｂ２Ｈ６を含むガスのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの注入量を分配するようにしている。例えば、ガス導入穴１３を天板８に均一に配置しておき、基板３の中央部に比べて、基板３の周縁部のガス流量を多く設定する。このようにすることで、基板面内でドーズ量は均一にすることが可能である。しかし、基板３の中央部と基板３の周縁部とで打ち込まれる、ボロンを含む粒子の大きさ（質量）が異なる為、注入深さを均一にすることができないという課題がある。【０１２４】
これに対して、前記実施例を示す図１６Ｂでは、ボロン含有膜４を天板８に環状形状に形成している。これにより、基板３の中央部では、天板８の中央部８ｘに設けたボロン含有膜４の開口部４ｃの影響を受けて、図１６Ａと比較して、基板３の中央部に、ボロンを多数含む粒子３２が少なくなる（これを図１６Ｂでは、基板３の中央部付近に、ボロンを多数含む粒子３２が１つあることで表現している。なお、符号３１はボロンを少数（例えば２個以下）含む粒子である。）。しかるに、基板３の周縁部では、天板８の中央部８ｘに設けたボロン含有膜４の開口部４ｃの影響を受けにくいので、図１６Ａと比較して、ボロンを多数含む粒子３２は同じである。従って、ボロン含有膜４を起因としたボロンの注入量を基板面内で均一することができる。そして、例えば、天板８にガス導入穴１３を均一に配置しておき、ガス導入穴１３からのガス流量を均一に設定する。これにより、基板面内でのドーズ量を均一にすることができる。さらに、このような構成では、基板３の中央部と基板３の周縁部とで基板３に打ち込まれる、ボロンを含む粒子３２の大きさ（質量）が同じになるため、注入深さも均一にすることができる。【０１２５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、第２の実施形態に代えて、１つの装置で、環状形状のボロン含有膜４を形成するとともに、プラズマドーピングを行うことができるものであるが、第２の実施形態とこの第３の実施形態とを組合わせることにより、天板８の中央部８ｘに不純物を含む膜（例えば、ボロン含有膜）がより一層形成しにくくするようにしてもよい。【０１２６】
本発明の第３の実施形態について、図１７、図１８を参照しながら、天板８の真空容器内面において中央部８ｘの材質と周縁部８ｙの材質が異なる平行平板プラズマドーピング装置の特徴を説明し、同装置を用いて環状形状の不純物を含む膜を形成する方法と、それを用いたプラズマドーピング結果を説明する。【０１２７】
第３の実施形態では、不純物を含む膜の一例としてボロンを含む膜（ボロン含有膜）４、プラズマドーピング用ガスの一例としてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して用いた場合に、本発明の前記第１実施形態のプラズマドーピング方法によってシリコン基板３にボロンを導入する工程について説明する。【０１２８】
図１７は、天板８の真空容器内面において中央部８ｘの材質と周縁部８ｙの材質が異なる平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。真空容器１内に、シリコン基板３を載置するための試料電極２が設けられている。真空容器１内にＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して供給するためのガス供給装置５とガス供給配管１１と、真空容器１内の内部を減圧するポンプ９が設けられ、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。高周波電源６からアンテナ７に電力を供給することにより、天板８と試料電極２の間にプラズマが発生する。尚、天板８はシリコンで形成されている。シリコン天板８の真空容器１の内面の中央部８ｘには、プラズマ接触防止層又は不純物膜形成防止層の一例として機能しかつシリコン天板８とは素材の異なる円板形状の天板部４６が固定されている。素材の異なる天板部４６は、シリコンとは異なる、石英で形成されている。試料電極２には高周波電源１０が接続され、試料電極２の電位が制御できるようになっている。尚、図示しないが、アンテナ７とシリコン天板８と石英天板部４６とで構成される上部電極と、真空容器１とは、電気的に絶縁されている。【０１２９】
図１８は、シリコン天板８と石英天板部４６と、ボロン含有膜４の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。シリコン天板８の真空容器１の内面側の中央部８ｘに、石英天板部４６を備えている。石英天板部４６の厚さは、例えば０．５ｍｍである。シリコン天板８の真空容器１の内面側で石英天板部４６が設けられていない部分（周縁部８ｙ）に、ボロン含有膜４を環状に形成する。Ｂ２Ｈ６とＨｅをガス供給配管１１からアンテナ７とシリコン天板８の間に設けられた、ガス溜り１２に導入する。シリコン天板８には、ガス導入穴１３が設けられている。また、ボロン含有膜４と石英天板部４６には、Ｂ２Ｈ６とＨｅが真空容器１内に通過できるように貫通穴４ａ，４６ａが開いている。ガス溜り１２に導入されたＢ２Ｈ６とＨｅは、ガス導入穴１３及び貫通穴４ａ，４６ａを通じて真空容器１内に導入することができるようになっている。【０１３０】
シリコン天板８の真空容器１の内面側に環状形状のボロン含有膜４を形成した後、本第３の実施形態の装置構成で、プラズマドーピングを実施すると、前記第１の実施形態と同様にシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量だけでなく、注入深さもシリコン基板３の面内で均一にできるという実用上、顕著な効果を得ることができる。【０１３１】
次に、シリコン天板８の中央部８ｘに石英天板部４６を備えたこの第３の実施形態にかかる平行平板プラズマドーピング装置を用いて、環状形状のボロン含有膜４を形成する方法を説明する。【０１３２】
真空容器１内に、Ｈｅで希釈したＢ２Ｈ６をガス供給装置５により導入しつつ、ポンプ９で減圧し真空容器１内を所定の圧力にする。次に、高周波電源４９からアンテナ５０に電力（ソースパワー）を供給することによりプラズマを発生させる。このときの条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度が１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、アンテナ７に供給するソースパワーが５００Ｗである。【０１３３】
このような条件で放電を行うと、シリコン天板８に、ボロン含有膜４が形成される。一方、シリコン天板８の中央部８ｘに設けられた石英天板部４６には、ボロン含有膜が殆ど形成されない。これは、シリコンと石英で、ボロン含有膜が付着する確率が違うため、シリコンに比べて石英の方が、ボロン含有膜が形成されにくいという特徴を持つためである。従って、シリコン天板８の中央部８ｘを覆うように石英天板部４６を設置したのち、放電を行うと、基板３から見て天板８の内面のシリコンが露出している部分（天板８の内面の周縁部８ｙ）に、ボロン含有膜４が多く形成される為、結果として、ボロン含有膜４が自動的に環状形状に形成することができる。【０１３４】
このようにして、シリコン天板８の真空容器１の内面側に環状形状のボロン含有膜４を形成した後、プラズマドーピングを行い、シリコン基板３にボロンを導入する。プラズマドーピングの条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．６Ｐａであり、バイアス電圧（Ｖｐｐ）が２００Ｖであり、基板温度が２０℃であり、バイアスを印加するボロンのドーピング時間は３０秒である。多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施しても、石英天板部４６には、ボロン含有膜が形成されにくい。従って、多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施しても、環状形状のボロン含有膜４を環状形状に維持しやすい。【０１３５】
従って、第３の実施形態によると、前記装置を複雑化することなく、環状形状のボロン含有膜４を容易に形成することができるという効果がある。【０１３６】
さらに、第３の実施形態によると、多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施しても、ボロン含有膜４を環状形状に維持しやすいという効果がある。【０１３７】
このため、第３の実施形態によると、本発明のドーズ量も注入深さもシリコン基板面内で均一にできるという効果を、長期にわたり安定して得ることができるという実用上、顕著な効果がある。【０１３８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態では、前記いずれかの実施形態のプラズマドーピング装置を、連続生産用の生産フローに組み込んだ例について説明する。【０１３９】
図１９を参照しながら、環状形状のボロン含有膜を形成してプラズマドーピングを行う方法を説明する。図１９は第３の実施形態によってプラズマドーピングを行う手順を示した図である。図２０は、検出装置を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部の部分拡大断面図である。【０１４０】
まず、ステップＳ１として、真空容器（チャンバー）１のメンテナンスを行う。【０１４１】
次に、ステップＳ２として、制御部７０の制御の下に、天板８の内面の周縁部８ｙに、環状形状のボロン含有膜を形成する。【０１４２】
次に、ステップＳ３として、制御部７０の制御の下に、プラズマドーピングを行う。【０１４３】
その後、ステップＳ４として、天板８の内面に付着しているボロン含有膜４の検出を行う。検出は、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙのボロン含有膜４の厚さを測定する膜厚測定器１００か、高周波電源６，１０に接続された、放電回数カウンター又は放電時間カウンター１０１を用いて放電回数又は放電時間を測定する。膜厚測定器１００と、放電回数カウンター又は放電時間カウンター１０１は、それぞれ、検出装置の一例として機能し、かつ、それぞれ制御部７０に接続されており、次のプラズマドーピングでボロン含有膜４を使用しても良いか否かの情報（ボロン含有膜４の使用可否情報）、具体的には、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙのボロン含有膜４の厚み、又は、検出された放電回数又は放電時間、を検出するものである。制御部７０では、一例として、検出装置１００又は１０１からの検出結果の情報（ボロン含有膜４の使用可否情報）、例えば、測定された膜厚、又は、検出された放電回数若しくは放電時間が、所定値（所定の閾値又は基準値）を越えているか否かを判断し（言い換えると、ボロン含有膜４の使用可否情報が使用可を意味しているか、使用不可を意味しているかを判断し）、前記所定値（所定の閾値又は基準値）以下ならば、検出結果は良好と判断する（ボロン含有膜４の使用可否情報が使用可を意味していると判断する）一方、前記所定値（所定の閾値又は基準値）を越えていれば、検出結果は不良と判断する（ボロン含有膜４の使用可否情報が使用不可を意味していると判断する）。【０１４４】
次いで、ステップＳ５として、検出結果が良好か否かを前記制御部７０で判断する。ステップＳ５で検出結果が良好な場合、続けて、制御部７０の制御の下に、ステップＳ３のプラズマドーピングを行う。【０１４５】
一方、ステップＳ５で検出結果が不良の場合、ステップＳ６に進み、制御部７０の制御の下に、ボロン含有膜を除去する工程を行う。ボロン含有膜を除去する工程（ステップＳ６）は、プラズマエッチングで行う。このとき、天板８の内面に形成した、ボロン含有膜を完全に除去しても良いし、主に、天板８の内面の中央部８ｘのみの膜を除去して環状形状のボロン含有膜４を形成しても良い。天板８の内面に形成されたボロン含有膜を完全に除去した場合は、再度、ボロン含有膜を形成する工程（ステップＳ２）から開始する。一方、ボロン含有膜を一部除去し、環状形状のボロン含有膜４を形成した場合は、続けてプラズマドーピング（ステップＳ３）を実施できる。【０１４６】
（ボロン含有膜の大きさを決定する根拠）
以下に、ボロン含有膜の大きさを決定する根拠について説明する。【０１４７】
従来技術である図１０及び図１１に記載した、不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、プラズマドーピングを行った結果を、図２１Ａ〜図２１Ｄに示す。【０１４８】
比較例１に示すように、図１０及び図１１に記載の装置を用いてプラズマドーピングを行うと、シリコン基板３の中央部には、全面ボロン含有膜１７の中央部からだけでなく、膜１７の周縁部を含めた、全面ボロン含有膜１７の全体からボロンが導入される。これに対して、シリコン基板３の周縁部は、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７の周縁部からしかボロンが導入されない為、シリコン基板３の中心部には、全面ボロン含有膜１７を起因としたボロンが多く導入される。【０１４９】
ここでは、従来の図２１Ａ〜図２１Ｄに示した結果を基に、さらに良い均一性を基板面内で得ることができるように、本発明の前記実施形態の特徴である、ボロン含有膜を環状形状にするため、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部の大きさを推測する。【０１５０】
まず、ドーパントガスであるＢ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量を基板面内で均一にしたと仮定する。このように仮定すると、図２１Ａ〜図２１Ｄのシート抵抗の分布は、天板８の真空容器１の内面側に形成された全面ボロン含有膜１７を起因として、シリコン基板３に導入されるボロンの導入量の分布を示していると、言い換えることができる。【０１５１】
図２１Ａ〜図２１Ｄに示すボロンの導入量の基板面内での均一性を改善するには、ボロン含有膜を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量の分布を改善すればよい。すなわち、シリコン基板３のシート抵抗が低い部分に対向する天板８に形成されたボロン含有膜を除去することで、導入されるボロンの導入量を減少させれば、基板面内での均一性を改善できると考えられる。【０１５２】
以下に、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部の大きさを推測した結果を説明する。【０１５３】
図２１Ａ〜図２１Ｄは、プラズマドーピング開始から２０秒後、６０秒後、１２０秒後、２００秒後のプラズマドーピング結果である。それぞれの結果において、基板面内で、さらに良い均一性を得るための、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部の大きさを推定する。【０１５４】
図２１Ａは、図１０及び図１１に記載した平行平板プラズマドーピング装置を使用してプラズマドーピングを行った場合の、プラズマドーピング開始から２０秒後における、直径３００ｍｍの円形のシリコン基板３のシート抵抗の分布の図である。シリコン基板３の周縁部から３ｍｍの範囲は、シート抵抗の測定対象から除外し、直径２９４ｍｍ（＝３００ｍｍ−３ｍｍ×２）の測定対象範囲のうちの１２１箇所のシート抵抗を測定した。【０１５５】
シリコン基板３の半径が約１１３ｍｍ以下の範囲の基板中央部は、シート抵抗が低い領域、すなわち、ドーズ量が高い領域として図示されている。一方、シリコン基板３の半径が約１１３ｍｍ〜約１５０ｍｍの範囲の基板周縁部は、シート抵抗が高い領域、すなわち、ドーズ量が低い領域として図示されている。このように、ボロン含有膜を均一な厚さに形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用してプラズマドーピングを行うとき、シート抵抗の平均値は、半径が１１３ｍｍ付近の部分に現れることになる。【０１５６】
従って、図２１Ａの結果から、基板３の半径が１１３ｍｍ以下の領域を「基板中央部の領域」とし、基板３の半径が１１３ｍｍを超える領域を「基板周縁部の領域」という２つの領域に分ける。すると、基板中央部の領域においてドーズ量を少なくできれば、ドーズ量の基板面内での均一性を改善することができる。前述したとおり、ドーズ量を少なくする為には、少なくしたい箇所に対向する部分のボロン含有膜を除去すればよい。すなわち、図２２Ａ及び図２２Ｂに示すように、シリコン基板３の中心からの半径が１１３ｍｍ以下の領域である「基板中央部の領域」の真上に相当する、天板８の内面の中央部８ｘの領域に、ボロン含有膜の開口部分を設け、シリコン基板３の中心からの半径が１１３ｍｍを超える領域である「基板周縁部の領域」の真上に相当する、天板８の内面の周縁部８ｙの領域には、ボロン含有膜を形成すれば、基板面内でのドーズ量の均一性を改善できること推測できる。なお、図２２Ａ及び図２２Ｂにおいて、７０の灰色部分は天板８に、ボロン含有膜を形成した部分を指す。７１はシリコン基板の外径（言い換えれば、外縁）である。７２はボロン含有膜の開口部である。７３は天板８のガス導入穴１３の位置である。【０１５７】
同様に図２１Ｂは、プラズマドーピング開始から６０秒後における、直径３００ｍｍのシリコン基板３のシート抵抗の分布の図である。シリコン基板３の半径が約１０５ｍｍ以下の範囲の基板中央部は、ドーズ量が高い領域として図示されている。また、シリコン基板３の半径が約１０５ｍｍ〜約１５０ｍｍの範囲の基板周縁部は、ドーズ量が低い領域として図示されている。従って、図２１Ｂの結果から、天板８の内面の中心から半径が１０５ｍｍ以下の領域に、ボロン含有膜の開口部分を設ければ、基板面内でのドーズ量の均一性を改善できると推測できる。【０１５８】
同様に図２１Ｃは、プラズマドーピング開始から１２０秒後における、直径３００ｍｍのシリコン基板３のシート抵抗の分布の図である。シリコン基板３の半径が約５６ｍｍ以下の範囲の基板中央部は、ドーズ量が高い領域として図示されている。また、シリコン基板３の半径が約５６ｍｍ〜約１５０ｍｍの範囲の基板周縁部は、ドーズ量が低い領域として図示されている。従って、図２１Ｃの結果から、天板８の内面の中心から半径が約５６ｍｍ以下の領域に、ボロン含有膜の開口部分を設ければ、基板面内でのドーズ量の均一性を改善できると推測できる。【０１５９】
同様に図２１Ｄは、プラズマドーピング開始から２００秒後における、直径３００ｍｍのシリコン基板３のシート抵抗の分布の図である。シリコン基板３の半径が約１８ｍｍ以下の範囲と、半径が約９０ｍｍ〜約１５０ｍｍの部分は、ドーズ量が高い領域として図示されている。一方、シリコン基板３の半径が約１８ｍｍ〜約９０ｍｍの範囲の基板周縁部は、ドーズ量が低い領域として図示されている。従って、図２１Ｄの結果からは、基板３の半径が１８ｍｍ以下の領域と、半径が９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の領域において、ボロン含有膜を起因としたボロンの注入量を少なくできれば、基板面内でのドーズ量の均一性を改善することができる。すなわち、図２２Ｂに示すように、天板８の内面の中心から半径が約１８ｍｍ以下の領域と、半径が約９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の領域において、ボロン含有膜に開口部を設ければよい、と推測できる。【０１６０】
まとめると、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部は、プラズマドーピング時間が２０秒のときは、天板８の内面の中心からの半径が約１１３ｍｍ以下の領域、６０秒のときは、天板８の内面の中心からの半径が約１０５ｍｍ以下の領域、１２０秒のときは、天板８の内面の中心からの半径が約５６ｍｍ以下の領域、２００秒のときは、天板８の内面の中心からの半径が約１８ｍｍ以下の領域に、それぞれ、設ければよい。すなわち、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部の大きさは、ボロン含有膜の中心からの半径が１８ｍｍ以上１１３ｍｍ以下にすればよいと推測できる。【０１６１】
尚、ここでは、シリコン基板３が３００ｍｍの場合について説明したが、ボロン含有膜の開口部の大きさは、シリコン基板３の大きさに比例する。すなわち、ボロン含有膜の開口部の大きさは、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（シリコン基板の半径）として、以下のように設定することも可能である。【０１６２】
図２１Ａに示す結果からは、プラズマドーピング時間が２０秒のときの結果から、（基板の半径）：（ボロン含有膜の開口部の半径）＝１５０：１１３、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（基板の半径）＝０．７５以下となるように、ボロン含有膜の中央部に開口部を設ければよい。【０１６３】
同様に図２１Ｂに示す結果からは、プラズマドーピング時間が６０秒の時の結果から、（基板の半径）：（ボロン含有膜の開口部の半径）＝１５０：１０５、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（基板の半径）＝０．７０以下となるように、ボロン含有膜の中央部に開口部を設ければよい。【０１６４】
同様に図２１Ｃに示す結果からは、プラズマドーピング時間が１２０秒のときの結果から、（基板の半径）：（ボロン含有膜の開口部の半径）＝１５０：５６、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（基板の半径）＝０．３７以下となるように、ボロン含有膜の中央部に開口部を設ければよい。【０１６５】
同様に図２１Ｄに示す結果からは、プラズマドーピング時間が１２０秒のときの結果から、（基板の半径）：（ボロン含有膜の開口部の半径）＝１５０：１８、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（基板の半径）＝０．１２以下となるように、ボロン含有膜の中央部に開口部を設ければよい。【０１６６】
まとめると、基板３とボロン含有膜の中央部に設ける開口部の半径の比率は、（基板の半径）／（ボロン含有膜の開口部の半径）＝０．１２以上０．７５以下の範囲が望ましい。この範囲であると、プラズマドーピングにおいて、前記推測結果より、特に良好なドーズ量の基板面内での均一性を得られることが解る。すなわち、ボロン含有膜を起因としたシリコン基板３へのボロンの注入量がシリコン基板３の面内で均一となるため、ドーズ量及び打ち込み深さ共に、ボロンの注入量を基板面内で均一にすることが可能となる。【０１６７】
なお、本発明は前記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。【０１６８】
例えば、図２３に示すように、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙとから供給するガスの供給系統を別々にして、ガス供給装置から真空容器１内にガスを供給する系統を２系統にしてもよい。【０１６９】
すなわち、ガス供給装置５を中央部側のガス供給装置１３１と周縁部側のガス供給装置１３２の２つで構成するとともに、ガス供給配管１１を中央部のガス供給配管１１１と周縁部のガス供給配管１１０の２つで構成してもよい。また、ガス溜り１２は、中央部のガス溜り１１２と、隔壁１１４を隔てて分離された周縁部の環状のガス溜り１１３とに分かれている。このような構成によれば、ガスは、中央部側のガス供給装置１３１から中央部のガス供給配管１１１を経て中央部のガス溜り１１２に供給される経路と、周縁部側のガス供給装置１３２から周縁部のガス供給配管１１０を経て周縁部のガス溜り１１３に供給される経路とで供給するようにしている。中央部のガス溜り１１２からは、天板８の中央部のガス導入穴１３から真空容器１内にガスが供給されるとともに、周縁部のガス溜り１１３から真空容器１内にガスが供給される。よって、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙからのガスの供給量を異なる値に調整したりすることにより、より精度良く、ドーズ量及び注入深さの均一性を確保することができる。【０１７０】
数値例として、図２２Ｃに示すように、基板３の外径（直径）が２００ｍｍの場合には、試料電極２の基板載置領域２ｓは直径２００ｍｍの円形の領域であり、天板８の外径（直径）Ｄは、２００ｍｍ＜Ｄ＜３４０ｍｍ、ボロン含有膜４の中央の開口部の比率（試料電極２の基板載置領域２ｓの半径を基準とした開口部の比率）Ｅは、０．１２５≦Ｅ≦０．７５、ボロン含有膜４の厚さＴは、０．０１μｍ≦Ｔ≦１００μｍである。【０１７１】
基板３の外径（直径）が３００ｍｍの場合には、試料電極２の基板載置領域２ｓは直径３００ｍｍの円形の領域であり、天板８の外径（直径）Ｄは、３００ｍｍ＜Ｄ＜５１０ｍｍ、ボロン含有膜４の中央の開口部の比率（試料電極２の基板載置領域２ｓの半径を基準とした開口部の比率）Ｅは、０．１２５≦Ｅ≦０．７５、ボロン含有膜４の厚さＴは、０．０１μｍ≦Ｔ≦１００μｍである。【０１７２】
基板３の外径（直径）が４５０ｍｍの場合には、試料電極２の基板載置領域２ｓは直径４５０ｍｍの円形の領域であり、天板８の外径（直径）Ｄは、３００ｍｍ＜Ｄ＜７６５ｍｍ、ボロン含有膜４の中央の開口部の比率（試料電極２の基板載置領域２ｓの半径を基準とした開口部の比率）Ｅは、０．１２５≦Ｅ≦０．７５、ボロン含有膜４の厚さＴは、０．０１μｍ≦Ｔ≦１００μｍである。【０１７３】
すなわち、試料電極２の基板載置領域２ｓは基板３と同じ大きさとするのが好ましい。天板８の外径（直径）Ｄは、基板の直径の大小にかかわらず、基板の直径に対する比率は一定である。ボロン含有膜４の中央の開口部の比率Ｅも、基板の直径の大小にかかわらず、一定である。ボロン含有膜４の厚さＴも、基板の直径の大小にかかわらず、一定である。【０１７４】
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】
【０１７５】
本発明にかかるプラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法は、基板全面にわたって注入深さとシート抵抗の分布の均一性を格段に高めることができ、さらには長期の安定性を実現できて、半導体基板等の固体試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング装置及び方法として、並びに、プラズマドーピング方法を利用する半導体装置の製造方法として有用である。【０１７６】
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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
2009084160.tif 000019
【図１６Ｂ】
2009084160.tif 000020
【図１７】
2009084160.tif 000021
【図１８】
2009084160.tif 000022
【図１９】
2009084160.tif 000023
【図２０】
2009084160.tif 000024
【図２１Ａ】
2009084160.tif 000025
【図２１Ｂ】
2009084160.tif 000026
【図２１Ｃ】
2009084160.tif 000027
【図２１Ｄ】
2009084160.tif 000028
【図２２Ａ】
2009084160.tif 000029
【図２２Ｂ】
2009084160.tif 000030
【図２２Ｃ】
2009084160.tif 000031
【図２３】
2009084160.tif 000032
【図２４】
2009084160.tif 000033
【図２５】
2009084160.tif 000034
【図２６】
2009084160.tif 000035
【図２７】
2009084160.tif 000036
【図２８Ａ】
2009084160.tif 000037
【図２８Ｂ】
2009084160.tif 000038
【図２８Ｃ】
2009084160.tif 000039
【図２８Ｄ】
2009084160.tif 000040
【図２８Ｅ】
2009084160.tif 000041
【図２８Ｆ】
2009084160.tif 000042
【図２８Ｇ】
2009084160.tif 000043
【図２８Ｈ】
2009084160.tif 000044
【図２９Ａ】
2009084160.tif 000045
【図２９Ｂ】
2009084160.tif 000046
【図３０Ａ】
2009084160.tif 000047
【図３０Ｂ】
2009084160.tif 000048
【図３１Ａ】
2009084160.tif 000049
【図３１Ｂ】
2009084160.tif 000050
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月13日(2009.4.13)
【手続補正１】
【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、プラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法に関し、特に、不純物を半導体基板等の固体試料の表面に導入するプラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
図２４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２４において、真空容器２００内に、シリコン基板よりなる試料２０１を載置するための試料電極２０２が設けられている。真空容器２００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２０３、真空容器２００内の内部を減圧するポンプ２０４が設けられ、真空容器２００内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管２０５より、誘電体窓としての石英板２０６を介して、真空容器２００内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石２０７から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器２００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）２０８が形成される。試料電極２０２には、コンデンサ２０９を介して高周波電源２１０が接続され、試料電極２０２の電位が制御できるようになっている。なお、ガス供給装置２０３から供給されたガスは、ガス吹き出し穴２１１から真空容器２００内に導入され、排気口２１２からポンプ２０４へ排気される。
【０００４】
このような構成のプラズマ処理装置において、ガス吹き出し穴２１１から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２０５及び電磁石２０７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２０８中のボロンイオンが高周波電源２１０によって試料２０１の表面に導入される。
【０００５】
このようにして不純物が導入された試料２０１の上に金属配線層を形成した後、所定の酸化雰囲気の中において金属配線層の上に薄い酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ装置等により試料２０１上にゲート電極を形成すると、例えばＭＯＳトランジスタが得られる。
【０００６】
特許文献２及び特許文献６には、図２５のようなＩＣＰプラズマ装置２２０の誘電体窓２２１の真空容器２２２の内壁面側に、不純物を含む物質２２３を予め付着させておき、真空容器２２２内に窒素、ヘリウム又はアルゴンガスを導入し、真空容器２２２内にプラズマを発生させることで、不純物を半導体中に導入する技術が開示されている。
【０００７】
誘電体窓２２１の内壁面に、砒素、燐、ボロンなどの不純物を含む物質２２３を予め付着させておき、真空容器２２２内で窒素、ヘリウム又はアルゴンガスをプラズマ化させることで、誘電体窓２２１の内壁面に付着させた、不純物を含む物質２２３がスパッタリングされ、これを原料として、シリコン基板２２４に導入する方法である。また同様の構成で、コイル２２５の代わりにアンテナと磁場形成装置である電磁石を用いたヘリコン波プラズマ装置や磁気中性ループプラズマ装置に、不純物を含む物質を内壁面に予め付着させた誘電体窓を配置して、プラズマドーピングを行う方法が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、図２６に示すようなプラズマドーピング装置を使用して被処理基板に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、第１の不純物を含む膜２３１が形成されている内壁を有する真空容器２３０を用意する工程（ａ）と、前記工程（ａ）の後に、前記試料台２３２に前記被処理基板２３４を載置する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に、前記真空容器２３０内に、第２の不純物を含むプラズマを発生させるとともに前記試料台２３２からなる電極に高周波電力を供給することにより、前記被処理基板２３４に前記第１の不純物及び前記第２の不純物を導入して前記不純物導入層を形成する工程（ｃ）とを含むプラズマドーピング方法が開示されている。これは、前記特許文献１及び前記特許文献２及び特許文献６を改良したものであって、図２５のようなＩＣＰプラズマ装置を用いてプラズマドーピングを行った場合、プロセス中に真空容器の内壁に、不純物を含む膜が形成され、その膜からの不純物量が極めて大きいことに、新たに着目したものである。特許文献３では、この点を利用して、従来のプラズマドーピングでは考慮されていなかった、不純物を含む膜からの第１の不純物と、従来から考慮されていた、プラズマに含まれる第２の不純物を合計した量を調整することで、従来のプラズマドーピングでは得られなかった良好なドーズ量の面内均一性と再現性を実現している。
【０００９】
また、特許文献４の図１，５，６には、図２７のようなスパッタ装置において、プラズマでスパッタリングするターゲットの形状が環状形状に類似（中心が凹む形状）するスパッタ電極の開示がある。
【００１０】
また、特許文献５の図１２には、基板に対向配置したマイクロノズルから、基板に向けてシャワー状にガスを供給する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許４９１２０６５号公報
【特許文献２】特開２００４−０４７６９５号公報
【特許文献３】ＷＯ／２００６／１２１１３１
【特許文献４】特開昭６１−１８３４６７号公報
【特許文献５】特開２００５−５３２８号公報
【特許文献６】米国２００４／００４５５０７  Ａ１公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜６のような従来のプラズマドーピング装置及び方法を利用するとともに平行平板装置を使用してプラズマドーピング法で不純物を半導体中に導入しようとした場合、不純物の深さプロファイルが基板面内で不均一になってしまうという問題点がある。
【００１３】
すなわち、平行平板装置を用いたプラズマドーピングでは、プロセス中に真空容器の内壁の側面側に、不純物を含む膜が形成され難いので、プロセスの安定性は格段に増す。これは、平行平板装置を用いたドライエッチングにも共通の現象であり、平行平板装置を用いたときの利点である。しかるに、平行平板装置を用いたドライエッチングでは、基板面内での均一性は問題にならないにも係わらず、プラズマドーピングの場合には、基板面内で不純物の注入深さが不均一になってしまうという課題、言い換えれば、基板面内で不純物の注入深さの均一性が高精度には得られないという課題があった。
【００１４】
前記従来の問題に鑑み、本発明は、プロセス中に真空容器内壁の側面側に、不純物を含む膜が形成され難いので、高いプロセスの安定性を得られるという平行平板装置の利点を損なわずに、平行平板装置を用いた場合でも、不純物の注入深さを基板面内で均一にすることができるプラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するために、本発明者らは、従来の平行平板プラズマ装置をプラズマドーピングに適用した場合に基板面内で注入深さの高精度な均一性が得られない理由を検討した結果、次のような知見を得るに至った。
【００１６】
なお、本発明者らは、プラズマドーピングの応用としては、特に注入深さの高精度な均一性が要求され、その確保が難しいとされているシリコンデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を形成する製造工程で均一性を高精度化する検討を行った。これにより、従来は顕在化しにくかった問題が認識し易くなったものである。
【００１７】
図２８Ａ〜図２８Ｈは、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示した部分断面図である。
【００１８】
まず、図２８Ａに示すように、酸化シリコン基板２６２を介してｎ型のシリコン層２６３をシリコン基板２６１の表面に貼り合わせることによって形成されたＳＯＩ基板を用意し、表面に、ゲート酸化膜として酸化シリコン膜２６４を形成する。
【００１９】
そして、図２８Ｂに示すように、ゲート電極２６５（図２８Ｄ参照）を形成するための多結晶シリコン層２６５Ａを酸化シリコン膜２６４の上に形成する。
【００２０】
次に、図２８Ｃに示すように、フォトリソグラフィによりマスクＲを多結晶シリコン層２６５Ａの上に形成する。
【００２１】
その後、図２８Ｄに示すように、マスクＲを用いて多結晶シリコン層２６５Ａと酸化シリコン２６４をパターニングし、ゲート電極２６５を酸化シリコン膜２６４上に形成する。
【００２２】
さらに、図２８Ｅに示すように、ゲート電極２６５をマスクとして、プラズマドーピングにより、ボロンを導入し、ドーズ量１Ｅ１５ｃｍ−２程度となるように浅いｐ型不純物領域の層２６６をｎ型のシリコン層２６３の上に形成する。
【００２３】
この後、図２８Ｆに示すように、ＬＰＣＶＤ（Ｌａｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ）法により、ｐ型不純物領域の層２６６の表面、ゲート電極２６５の上面及び側面、並びに、酸化シリコン膜２６４の側面に酸化シリコン膜２６７を形成したのち、異方性エッチングにより、酸化シリコン２６７をエッチングし、図２８Ｇに示すように、ゲート電極２６５の側壁にのみ酸化シリコン膜２６７を残留させる。
【００２４】
この酸化シリコン膜２６７とゲート電極２６５とをマスクとして、イオン導入により、図２８Ｈに示すように、ボロンを導入し、ｐ型不純物領域の層２６８からなるソース・ドレイン領域を形成する。そして、熱処理を行い、ボロンイオンの活性化を行う。
【００２５】
このようにして、ｐ型不純物領域の層２６８からなるソース・ドレイン領域の内側に浅いｐ型不純物領域の層２６６を形成したＭＯＳＦＥＴを形成する。
【００２６】
このとき、浅いｐ型不純物領域の層２６６を形成する工程においては、図２４〜図２７に示した特許文献１〜６におけるいずれかのプラズマ装置等を用いてプラズマドーピングがなされる。
【００２７】
このような装置を用いて、特許文献１に開示された図２４のような装置でソース・ドレインエクステンション領域を形成した場合のソース・ドレインエクステンション領域のプラズマドーピング後の注入深さの基板面内分布を図２９Ａに、熱処理後のシート抵抗の基板面内分布を図２９Ｂにそれぞれ示す。図２４の装置では、基板から見て片側（図２９Ａ及び図２９Ｂでは図の上側の部分）にだけガス導入経路が配置されている。従って、基板面内のガス導入経路に近い部分（図２９Ａ及び図２９Ｂの上側の部分）は、ドーズ量が多くなり、注入深さは深くなり、シート抵抗が低くなる。一方で、基板面内のガス導入経路から遠い部分（図２９Ａ及び図２９Ｂの下側の部分）は、ドーズ量が少なくなり、注入深さは浅くなり、シート抵抗が高くなる（ドーズ量とシート抵抗は反対の関係にあるので、以後、ドーズ量は記載せずにシート抵抗のみで関係を記述する。また、熱処理後の拡散深さは、注入深さが転写された分布になるので拡散深さは記載せず、注入深さのみを記載する。）。
【００２８】
このように、基板から見て片側にだけガス導入経路が配置されている装置では、基板面内で注入深さが深く、シート抵抗が低い部分が片側に寄って現れてしまうので、これにより、半導体デバイスの歩留まりが極端に悪くなってしまうという問題点があった。
【００２９】
次に、特許文献２及び特許文献６に開示された図２５のような装置を用いた場合の、ソース・ドレインエクステンション領域の層の注入深さとシート抵抗の基板面内分布を図３０Ａと図３０Ｂに示す。この装置と方法では、ガスは不純物を含むという開示がなく、窒素、ヘリウム又はアルゴンを含むガスである場合に有効であるとされている。プラズマへのボロンの供給が基板の中心に対して対称に行われることで、基板表面に導入されるボロンのドーズ量の均一性は、前記特許文献１に比べると改善される。しかし、基板の中心部には、天板の全体からボロンが供給されるのに対して、基板の周縁部には、天板の周縁部からしかボロンが供給されないので、基板面内で注入深さが深く、シート抵抗が低い部分が中央部に集中して現れてしまう。これにより、半導体デバイスの歩留まりが悪くなってしまうという問題点があった。さらに、多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施すると、誘電体窓の内壁面に付着させておいた、不純物を含む物質が減少するために再現性が悪いという問題点があった。また、不純物を含む物質を定期的に付着し直す作業を行わなくてはならず、生産の効率が低下するという問題点があった。
【００３０】
次に、特許文献３に開示された図２６のような装置を用いた場合の、ソース・ドレインエクステンション領域の層の注入深さとシート抵抗の基板面内分布を図３１Ａと図３１Ｂに示す。図２６のようなＩＣＰプラズマ装置を用いてプラズマドーピングを行った場合には、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａと天板２３５にプロセス中に、不純物を含む膜が形成される。そして、不純物を含むガスを天板２３５に設けたシャワー形状の穴２３６から真空容器２３０の内部に導入する。不純物を含むガスをプラズマ化し、プラズマに含まれる不純物を基板２３４に導入すると共に、不純物を含む膜をスパッタリングすることで、膜からも不純物を基板２３４に導入する。不純物を含む膜からの第１の不純物は、天板２３５に形成された膜と側壁２３０ａに形成された膜からそれぞれ基板２３４に導入される。ここで、天板２３５に形成された膜からは基板２３４の中央部に多く導入され、一方、側壁２３０ａに形成された膜からは基板２３４の周縁部に多く導入される。この結果、不純物を含む膜からの第１の不純物は、基板に均一に導入され易い。また、不純物を含むガスを起因とした従来から考慮されていたプラズマに含まれる第２の不純物は、シャワー形状の穴２３６から真空容器２３０の内部に導入するガスの流量の分布を調整するなどの従来の方法で基板２３４に均一に導入することができる。従って、特許文献３によると、図３１Ａと図３１Ｂに示したように、注入深さとシート抵抗を基板面内で均一にすることが容易であった。しかし、この方法は、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａと天板２３５の両方に、不純物を含む膜を形成することが前提となっている。不純物を含む膜を起因とした不純物が全体の注入量に占める割合は無視できないほど大きいことから、この方法では、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに形成した、不純物を含む膜からの不純物注入量と、天板２３５に形成した、不純物を含む膜からの不純物注入量の両方を安定化させることが必須となる。ここで、ドライエッチングやＣＶＤでは、天板側に配置したガス励起用の電極にバイアスを印加することで天板に付着する堆積物をエッチングガスで除去したりして、天板に付着する堆積物の状態（例えば、厚み）を長期に渡って安定に管理する方法が多数開示されている。
【００３１】
しかし、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに付着する堆積物（不純物を含む膜）の厚みを管理するのは難しいという問題がある。真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａにバイアスを印加しようとすると、プラズマドーピング処理からみて余計な、バイアス印加用の電極を装置の側壁に設ける必要があり、装置自体が大掛かりなものになってしまい、天板に形成された堆積物の厚みを管理するほど容易ではない。また、仮に、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに、不純物を含む膜を形成しなかったとしても、課題が発生する。仮に、プロセス中に自然に形成したものではなく、デポジションなどの他の方法で、不純物を含む膜を付着させるなどして、天板２３５にのみ、不純物を含む膜を形成しておき、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａには、不純物を含む膜を形成しなかった場合でも、プロセスを繰り返す間に、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに、不純物を含む膜が形成されていく。そして、それが形成し終わるまでの間は、良好な再現性が得られ難いという問題が発生してしまう。
【００３２】
以上のように、特許文献３では、注入深さとシート抵抗を基板面内で均一にすることができるが、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに形成した、不純物を含む膜を利用することが不可欠なことが原因で、プロセスの安定性を長期に渡って安定に保つことが困難であるという課題があった。
【００３３】
次に、特許文献４の図１，５，６には、プレートマグネトロン形スパッタ装置のターゲット２６０の形状が図２７に記載のように環状形状に類似（中心が凹む形状）する開示ある。しかし、この装置では、試料にバイアスを印加する機構がない。従って、不純物を半導体の表面に付着させて堆積層を形成することはできるが、半導体中に不純物を導入することはできないので、デバイス設計に合わせた不純物の注入深さの制御をすることができないという問題点があった。さらに、不純物を含むガスを真空容器に導入する機構がない。従って、デバイス設計に合わせた不純物のドーズ量の制御をすることができないという問題点があった。
【００３４】
ここで、前記特許文献中で特に本発明に近いと思われる特許文献３，４の組み合わせと、本発明の相違点について説明する。
【００３５】
特許文献４に開示されている環状形状に類似のターゲット２６０は、プラズマを発生させるために必須のプロセスガスを通過させる穴を具備していない。特許文献４に記載のターゲット２６０を、特許文献３に開示されている図２６の装置の天板２３５に取り付けた場合（又は、特許文献５に開示されている装置のノズルに取り付けた場合）には、ターゲット２６０にガスを通過させる穴がないので、真空容器２３０の内部にプロセスガスを導入することができず、プラズマを発生させること自体が困難となる問題点がある。このことから、特許文献３と特許文献４を見て、それを単純に組合せることが当業者には容易ではない。これは、特許文献４に、ターゲット２６０を貫通させてガスを流すという発想がないためであろうと考えられる。
【００３６】
また、特許文献４では、不純物が全く無いか又はほとんど無いターゲット２６０から基板に対してスパッタリングを行い、基板の特に周縁部分での凹凸部にも確実に堆積させるため、基板よりもターゲット２６０を大きくし、かつ、ターゲット２６０の中央部にへこみを設けて、ターゲット２６０の中央部からターゲット２６０の粒子を基板に向けて飛ばすとともに、ターゲット２６０の周縁部からもターゲット２６０の粒子を基板に向けて飛ばすことにより、結果として、基板に均一な堆積層を形成しようとするものであり、ドーピングとは全く異なる技術である。よって、一見すると、ターゲット２６０の断面形状は、本発明における天板の不純物の膜の断面形状と類似するが、機能が全く異なるものである。
【００３７】
さらに、この単純な発想が特許文献２及び特許文献６から得られたとして、特許文献２，３，４，５，６の組み合わせと、本発明の相違点について説明する。
【００３８】
特許文献２，３，４，５，６は平行平板装置についての言及はない。従って、特許文献４に記載のターゲット２６０に、特許文献２及び特許文献６に記載のようなターゲットを貫通させてガスを流す穴を設けて、そのターゲット２６０に設けた穴を図２６の特許文献３に記載の天板２３５に設けた穴２３６の位置（又は、特許文献５に開示されている装置のノズルの穴の位置）と位置あわせを行い、特許文献３に記載の装置（又は、特許文献５に開示されている装置）に搭載したとしても、以下のような不具合が発生する。すなわち、前記のような、不純物を含む膜を天板２３５に形成したとしても、プロセスを繰り返す間に真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに、不純物を含む膜が形成されていく。そして、それが形成し終わるまでの間は、良好な再現性が得られ難いという問題が発生してしまう。また、真空容器２３０の側壁（内側）２３０ａに付着する堆積物（不純物を含む膜）の厚みを管理するのは難しいという問題がある。これにより、プロセスの安定性を長期に渡って安定に保つことが困難であるという課題がある。
【００３９】
前記した知見に基づき、本発明者らは、基板全面にわたって注入深さとシート抵抗の分布の均一性を格段に高めることができ、さらには長期の安定性を実現できるプラズマドーピング装置並びに半導体装置の製造方法を発明するに至った。
【００４０】
前記目的を達成するために、本発明は、以下のように構成している。
【００４１】
本発明の第１態様によれば、真空容器と、
前記真空容器内に配置され、かつ、基板を基板載置領域に載置する試料電極と、
前記試料電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記真空容器内を排気する排気装置と、
前記真空容器内に、不純物を含むガスを供給するガス供給装置と、
前記ガスを励起してプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
を備える平行平板のプラズマドーピング装置であって、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置され、かつ、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域に、前記不純物を含む不純物含有膜を有する天板を備えるプラズマドーピング装置を提供する。
【００４２】
本発明の第２態様によれば、前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域には存在せず、前記天板の前記天板周縁部領域にのみ存在するような環状形状である、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００４３】
本発明の第３態様によれば、前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域よりも前記天板の前記天板周縁部領域の厚みが大きい、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００４４】
本発明の第４態様によれば、前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域に、前記プラズマに接触しないようにプラズマ接触防止層有する、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００４５】
本発明の第５態様によれば、前記膜の外径は、前記試料電極の前記基板載置領域の外径と同じか又はそれよりも大きい、第１〜４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。
【００４６】
本発明の第６態様によれば、前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、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装置を提供する。
【００４７】
本発明の第７態様によれば、前記天板の前記天板周縁部領域に有る前記不純物含有膜は、その中央部の開口部の大きさは、前記不純物含有膜の中心からの半径が１８ｍｍ以上１１３ｍｍ以下である、第１〜６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。
【００４８】
本発明の第８態様によれば、前記不純物含有膜には、前記ガス供給装置に接続されるガス導入用の貫通穴が形成されて、前記ガス供給装置から前記貫通穴を通して前記真空容器内に、前記ガスを供給するようにしている、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装置を提供する。
【００４９】
本発明の第９態様によれば、前記天板の前記不純物膜の使用可否情報を検出する検出装置と、
前記基板を前記試料電極に載置していない状態で前記天板の前記天板周縁部領域に、前記不純物含有膜を形成する動作と、不純物膜形成後に前記基板を前記試料電極に載置した状態で前記プラズマドーピングを行なう動作と、前記プラズマドーピング後に前記検出装置で検出した前記不純物膜の前記使用可否情報の値と、基準値とを比較して、前記基準値以下ならば、前記プラズマドーピングを行なう動作を再び行なう一方、前記基準値を超えておれば、前記天板の前記天板中央部領域から、前記不純物含有膜を除去する動作を行なうように制御する制御部とを備える、第１〜８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。
【００５０】
本発明の第１０態様によれば、真空容器内に配置された試料電極の基板載置領域に基板を載置し、前記真空容器内を排気装置により排気しかつ前記真空容器内に、不純物を含むガスをガス供給装置により供給し、前記試料電極に高周波電力を高周波電源から印加するとともに、プラズマ発生機構により前記ガスを励起してプラズマを発生させてプラズマドーピングを行なうプラズマドーピング方法であって、
前記天板と前記試料電極の前記基板との間に発生させた前記プラズマにより、
前記ガス供給装置により前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置された天板の、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域に有しかつ前記不純物を含む不純物含有膜中の前記不純物とが、
前記試料電極の前記基板載置領域に載置された前記基板に導入される、プラズマドーピング方法を提供する。
【００５１】
本発明の第１１態様によれば、前記天板の前記天板中央部領域に対向する前記基板の中央部領域には、主として、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物が導入されるとともに、
前記天板の前記天板周縁部領域に対向する前記基板の周縁部領域には、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、前記天板の前記天板周縁部領域に有して環状形状をなす前記不純物含有膜を起因とする不純物とが導入される、第１０態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００５２】
本発明の第１２態様によれば、前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、第１０又は１１態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００５３】
本発明の第１３態様によれば、第１０〜１２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用いてプラズマドーピングを行なって半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によると、基板全面にわたって注入深さとシート抵抗の分布の基板面内での均一性を格段に高めることができ、さらには長期の安定性を実現できるプラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
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１】図１は、本発明の第１の実施形態にかかるプラズマドーピング装置の一例として機能し、かつ、環状形状のボロン含有膜を形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。
【図２】図２は、図１の平行平板プラズマドーピング装置の天板とボロン含有膜の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。
【図３】図３は、図１の平行平板プラズマドーピング装置における、シリコン基板の表面上の位置と、環状形状のボロン含有膜を起因としてシリコン基板に導入されるボロンの量の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、図１の平行平板プラズマドーピング装置における、シリコン基板の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板に導入されるボロンのドーズ量を示すグラフである。
【図５】図５は、図１の平行平板プラズマドーピング装置における、シリコン基板の表面上の位置と、シリコン基板に導入されるボロンのドーズ量を示すグラフである。
【図６】図６は、図１の平行平板プラズマドーピング装置における、シリコン基板の表面上の位置と、シリコン基板に導入されるボロンの注入深さを示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態にかかる平行平板プラズマドーピング装置において、アンテナの中央部と周縁部で印加できる電力、周波数を変えることができる平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。
【図８】図８は、図７の平行平板プラズマドーピング装置において、アンテナと天板と、ボロン含有膜の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第２の実施形態の第１工程において、天板の全面にボロン含有膜を形成したときのアンテナと天板８の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第２の実施形態の第２工程において、天板の中央部に形成されたボロン含有膜をスパッタで除去したときのアンテナと天板の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。
【図１０】図１０は、ボロン含有膜を均一な厚みに天板全面に形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の装置の天板とボロン含有膜の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。
【図１２】図１２は、図１０の装置において、シリコン基板の表面上の位置と、均一な厚みのボロン含有膜を起因としてシリコン基板に導入されるボロンの量の関係を示したグラフである。
【図１３】図１３は、図１０の装置において、シリコン基板の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板に導入されるボロンのドーズ量を示したグラフである。
【図１４】図１４は、図１０の装置において、シリコン基板の表面上の位置と比較例１においてシリコン基板に導入されるボロンのドーズ量を示したグラフである。
【図１５】図１５は、図１０の装置において、シリコン基板の表面上の位置と、比較例１のプラズマドーピングによって導入されたボロンの注入深さを示したグラフである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、比較例１において、プラズマ中でＢ２Ｈ６が分解されてできた分子でかつボロンを含む分子と、プラズマによってボロン含有膜からスパッタリングで叩き出された分子でかつボロンを含む分子とが、基板の表面に導入されるときのボロンの注入深さについて説明するための説明図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、前記実施形態の一例としての実施例において、プラズマ中でＢ２Ｈ６が分解されてできた分子でかつボロンを含む分子と、プラズマによってボロン含有膜からスパッタリングで叩き出された分子でかつボロンを含む分子とが、基板の表面に均一に導入されるときのボロンの注入深さについて説明するための説明図である。
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施形態において、天板の中央部と周縁部の材質が異なる平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第３実施形態において、シリコン天板と石英天板部と、ボロン含有膜の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の第３の実施形態において、多数の基板に対してプラズマドーピングを行う手順を示すフロー図である。
【図２０】図２０は、検出装置を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部の部分拡大断面図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、従来技術である図１０及び図１１に記載した不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、実施したシュミレーションの結果を示す、プラズマドーピング開始から２０秒後の直径３００ｍｍの基板のシート抵抗の分布を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、従来技術である図１０及び図１１に記載した不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、実施したシュミレーションの結果を示す、プラズマドーピング開始から６０秒後の直径３００ｍｍの基板のシート抵抗の分布を示す図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、従来技術である図１０及び図１１に記載した不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、実施したシュミレーションの結果を示す、プラズマドーピング開始から１２０秒後の直径３００ｍｍの基板のシート抵抗の分布を示す図である。
【図２１Ｄ】図２１Ｄは、従来技術である図１０及び図１１に記載した不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、実施したシュミレーションの結果を示す、プラズマドーピング開始から２００秒後の直径３００ｍｍの基板のシート抵抗の分布を示す図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、天板に、ボロン含有膜を形成した部分と、ボロン含有膜の開口部と、天板のガス導入穴との関係を示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、天板に、ボロン含有膜を形成した部分と、ボロン含有膜の開口部と、天板のガス導入穴との関係を示す図である。
【図２２Ｃ】基板と天板との関係の実例を示す表形式の図である。
【図２３】本発明の変形例にかかる平行平板プラズマドーピング装置であって、ガス供給系統が２系統である場合の部分拡大断面図である。
【図２４】図２４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法に用いられるプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２５】図２５は、特許文献２のＩＣＰプラズマ装置を用いて不純物を半導体中に導入装置の構成を示す図である。
【図２６】図２６は、特許文献３のプラズマドーピング装置を使用して被処理基板に不純物導入層を形成するプラズマドーピング装置の構成を示す図である。
【図２７】図２７は、特許文献４のスパッタ装置の構成を示す図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す部分断面図である。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、図２８Ａに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図である。
【図２８Ｃ】図２８Ｃは、図２８Ｂに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図である。
【図２８Ｄ】図２８Ｄは、図２８Ｃに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図である。
【図２８Ｅ】図２８Ｅは、図２８Ｄに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図である。
【図２８Ｆ】図２８Ｆは、図２８Ｅに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図である。
【図２８Ｇ】図２８Ｇは、図２８Ｆに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図である。
【図２８Ｈ】図２８Ｈは、図２８Ｇに次いで、プレーナデバイスのソース・ドレインエクステンション領域を、プラズマドーピングを用いて形成する工程を示す図である。
【図２９Ａ】図２９Ａは、特許文献１に開示された図２４のような装置で形成したソース・ドレインエクステンション領域のプラズマドーピング後の注入深さの基板面内分布を示す図である。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、特許文献１に開示された図２４のような装置で形成されたソース・ドレインエクステンション領域の熱処理後のシート抵抗の基板面内分布を示す図である。
【図３０Ａ】図３０Ａは、特許文献２に開示された図２５のような装置を用いて形成されたソース・ドレインエクステンション領域の層の注入深さの基板面内分布を示す図である。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、特許文献２に開示された図２５のような装置を用いて形成されたソース・ドレインエクステンション領域の層のシート抵抗の基板面内分布を示す図である。
【図３１Ａ】図３１Ａは、特許文献３に開示された図２６のような装置を用いて形成されたソース・ドレインエクステンション領域の層の注入深さの基板面内分布を示す図である。
【図３１Ｂ】図３１Ｂは、特許文献３に開示された図２６のような装置を用いて形成されたソース・ドレインエクステンション領域の層のシート抵抗の基板面内分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５７】
（第１の実施形態）
図１、図２を参照しながら、本発明にかかる第１実施形態にかかるプラズマドーピング装置の一例として、環状形状に不純物を含む膜を形成した天板を備えた平行平板プラズマドーピング装置の特徴と、それを用いたプラズマドーピング結果を説明する。
【００５８】
第１の実施形態では、不純物を含む膜の一例としてボロンを含む膜（ボロン含有膜）４、プラズマドーピング用ガスの一例としてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して用いた場合に本発明の第１の実施形態にかかるプラズマドーピング装置及び方法によって、基板の一例としての円形のシリコン基板３にボロンを導入する工程について説明する。
【００５９】
図１は、環状形状のボロン含有膜４を形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。アースされている真空容器１内に、シリコン基板３を載置するための試料電極２が設けられている。真空容器１内にＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して供給するためのガス供給装置５とガス供給配管１１、真空容器１内の内部を減圧する排気装置の一例としてのポンプ９が、真空容器１の側壁１ａに設けられ、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。真空容器１の天井部１ｂに配置されたアンテナ７にガス励起用高周波電源６からマッチングボックス６ａを介して電力を供給することにより、真空容器１の天井部１ｂのアンテナ７の下方でかつ真空容器１内に配置された天板８と、天板８に対向して配置された試料電極２との間でガスを励起させてプラズマを発生させる。アンテナ７とガス励起用高周波電源６などよりプラズマ発生機構を構成している。試料電極２には高周波電源１０がマッチングボックス１０ａを介して接続され、試料電極２の電位が制御できるようになっている。なお、１ｃは真空容器１の天井部１ｂの内面に付着物が堆積するのを防止するための絶縁カバーであり、１ｄは真空容器１の側壁１ａに付着物が堆積するのを防止するためのインナーカバーである。７０は、プラズマドーピング動作を制御する制御部であり、ガス供給装置５と高周波電源６とポンプ９と高周波電源１０とに接続されてそれぞれの装置の動作を制御するようにしている。
【００６０】
なお、天板８と試料電極２との間は、例えば、１ｃｍ〜１０ｃｍの隙間に調整されている。もし、前記隙間が１ｃｍ未満の場合、プラズマが発生しにくいという不具合がある。また、前記隙間が１０ｃｍを越える場合、真空容器１の側壁の影響を受けやすいという課題がある。そこで、前記隙間を１ｃｍ〜１０ｃｍの間隔に設定することで、プラズマを発生させやすく、側壁の影響を受けないという利点がある。
【００６１】
尚、図示しないが、アンテナ３５ａ、３５ｂと天板８で構成される上部電極と、真空容器１は、電気的に絶縁されている。
【００６２】
図２は、天板８とボロン含有膜４の  構造を詳しく示した一部断面図である。天板８は、一例としてシリコンで形成されている。天板８の真空容器１の内面側には、基板の一例としての円形のシリコン基板３に導入するボロン含有膜４が円環状に形成されている。ボロン含有膜４の厚さは、大きすぎると、天板８から基板３上に落下する危険性があるため、１００μｍ以下とするのが好ましい。ボロン含有膜４の厚さの一例としては、５μｍ〜数十μｍである。Ｂ２Ｈ６をＨｅで希釈してガス供給配管１１からアンテナ７と天板８の間に設けられた空間である、ガス溜り（gas chamber）１２に導入する。天板８には、多数のガス導入穴（ガス供給穴）１３が、ガス溜り１２と天板８の真空容器１の内面の開口とを連結するように設けられている。また、ボロン含有膜４には、ガス溜り１２からガス導入穴１３に流れ込むＢ２Ｈ６とＨｅが真空容器１内に通過できるようにガス導入用の貫通穴４ａが開いている。ガス溜り１２に導入されたＢ２Ｈ６とＨｅは、ガス導入穴１３及び貫通穴４ａを通じて真空容器１内に導入することができるようになっている。ボロン含有膜４は、真空容器１の天板８の内面で、かつ、真空容器１内で発生されるプラズマに暴露可能な面（一例としては、天板８の下面）であって、試料電極２の基板載置領域２ｓの中央部に対向する天板中央部領域８ｘの周縁の天板周縁部領域８ｙに環状（例えば円形リング状）に形成されている。
【００６３】
なお、天板８及び試料電極２は、基板３よりも大きい形状であって、円形、又は、正方形若しくは長方形のような四角形で構成している。この中で、天板８及び試料電極２としては円形が望ましい。天板８及び試料電極２が正方形又は長方形の場合、基板中央部から見て、正方形又は長方形の角に異方性が必ず生じるため、ドーズ量若しくは注入深さの均一性を得にくくなってしまう。これに対して、天板８及び試料電極２が円形であれば、基板中央部から見て、全ての部分が均等であるため、異方性が生ぜず、ドーズ量若しくは注入深さの均一性を得やすい。
【００６４】
環状形状のボロン含有膜４を天板８の真空容器１の内面に形成するための具体的な装置と方法は後述するが、ここでは、環状形状のボロン含有膜４を天板８の真空容器１の内面に形成した平行平板プラズマドーピング装置を用いてプラズマドーピングを行なう方法とそのプラズマドーピング結果を説明する。
【００６５】
天板８の真空容器１の内面側に、環状形状のボロン含有膜４を形成した後、公知の手段を利用して、シリコン基板３を真空容器１内に搬入して試料電極２に設置する。ガス供給装置５から真空容器１内に、Ｈｅで希釈したＢ２Ｈ６を導入しつつ、ポンプ９で真空容器１内を減圧して真空容器１内を所定の圧力に維持する。尚、真空容器１内に導入されるプラズマドーピング用ガスのＢ２Ｈ６濃度は、例えば１質量％である。
【００６６】
次に、高周波電源６からアンテナ７に電力（ソースパワー）を供給することにより、Ｂ２Ｈ６を励起して、真空容器１内の天板８とシリコン基板３との間にプラズマを発生させる。
【００６７】
次に、高周波電源１０から試料電極２を介してシリコン基板３へのバイアス電圧の印加を開始する。これにより、シリコン基板３へのボロンの導入が行われる。ここで、ボロン導入時の条件は、例えば、真空容器１内の圧力が０．６Ｐａであり、高周波電源６のソースパワーが５００Ｗであり、高周波電源１０のバイアス電圧（Ｖｐｐ）が２００Ｖであり、シリコン基板３の基板温度が２０℃であり、バイアスを印加するボロンのドーピング時間は３０秒である。
【００６８】
このとき、Ｂ２Ｈ６からだけでなく、環状形状のボロン含有膜４からも、シリコン基板３にボロンが導入される。
【００６９】
ここで、ボロンを含む固体の膜である環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量と、ボロンを含むガスであるＢ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量について、図３、図４を用いて説明する。
【００７０】
図３は、シリコン基板３の表面上の位置と、環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係を示したグラフである。環状形状のボロン含有膜４を起因としたボロンの導入量は、シリコン基板３の面内でほぼ均一となる。これは、ボロン含有膜４を環状形状にしたことによる特段の効果である。また、Ｂ２Ｈ６の濃度を、後述する０．０１質量％以上でかつ１．０質量％以下の範囲でａ、ｂ、ｃ（ａ＜ｂ＜ｃ）として変化させた場合、ガス濃度ａのときの環状形状のボロン含有膜４からのボロンの導入量をＬａ、ガス濃度ｂのときの環状形状のボロン含有膜４からのボロンの導入量をＬｂ、ガス濃度ｂのときの環状形状のボロン含有膜４からのボロンの導入量をＬｃとすると、Ｌａ≒Ｌｂ≒Ｌｃとなる。すなわち、図３に示すように、Ｂ２Ｈ６の濃度によらず、シリコン基板３の表面上の位置と、環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係は、横軸と大略平行な１本の直線となる。従って、環状形状のボロン含有膜４からのボロンの導入量は、Ｂ２Ｈ６の濃度によらず、実用上の許容範囲で一定にすることができる。尚、Ｂ２Ｈ６の濃度を変化させる範囲は、Ｂ２Ｈ６濃度が０．０１質量％以上であり、１．０質量％以下である範囲が望ましい。その理由は、以下のとおりである。このようにＢ２Ｈ６をＨｅで１．０質量％以下に低濃度に希釈したような場合、Ｂラジカル、Ｂイオン、水素ラジカル、水素イオンの量はＨｅラジカルとＨｅイオンに比べて圧倒的に少ないので、環状形状のボロン含有膜４をスパッタして環状形状のボロン含有膜４からボロンを叩き出す主因は、プラズマ中のＨｅラジカルとＨｅイオンとなる。従って、このように低濃度に希釈した場合、Ｂ２Ｈ６濃度が違っても、主要因となるＨｅラジカルとＨｅイオンの量に大きな違いは生じず、環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板に導入されるボロンの導入量は、実用上の許容範囲で一定となる。但し、Ｂ２Ｈ６濃度が０．０１質量％よりも小さい場合には、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量が極めて小さくなるので、所望のドーズ量が得にくくなる。このため、Ｂ２Ｈ６濃度は０．０１質量％以上が望ましい。また、Ｂ２Ｈ６濃度が１．０質量％よりも大きい場合には、環状形状のボロン含有膜４をスパッタしてボロンを叩き出す要因としてＨｅイオンとＨｅラジカルに加え、Ｂ２Ｈ６から派生したＢイオンや、Ｂラジカル、Ｈイオン、Ｈラジカルなどが、無視できなくなる。従って、Ｂ２Ｈ６濃度を高くしすぎると、Ｂ２Ｈ６濃度の設定を変更したときに、環状形状のボロン含有膜４を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量に違いが発生する。このため、ドーズ量の調整が困難になる。従って、Ｂ２Ｈ６の濃度を変化させる範囲は、０．０１質量％以上、１．０質量％以下の範囲であることが望ましい。
【００７１】
図４は、シリコン基板３の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量（不純物導入量）を示したグラフである。Ｂ２Ｈ６からのドーズ量は、シリコン基板３の面内で一定となるように、Ｂ２Ｈ６の供給量又はガス導入穴１３の配置や個数などを設計した。
【００７２】
また、Ｂ２Ｈ６の濃度を前記したようにａ、ｂ、ｃ（ａ＜ｂ＜ｃ）として変化させた場合のうち、ガス濃度ａのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧａ、ガス濃度ｂのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｂ、ガス濃度ｂのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｃとすると、Ｇａ＜Ｇｂ＜Ｇｃとなり、ガス濃度を変化させることで、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量を制御することが可能である。
【００７３】
図５は、シリコン基板３の表面上の位置と、第１の実施形態においてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量（不純物導入量）を示したグラフである。第１の実施形態では前述したようにＢ２Ｈ６からだけでなく、天板８の真空容器１の内面側に形成した環状形状のボロン含有膜４からも、シリコン基板３にボロンが導入される。すなわち、ガス濃度ａとガス濃度ｂとガス濃度ｃのときのプラズマドーピングでシリコン基板３へ導入されるボロンのドーズ量は、それぞれ、環状形状のボロン含有膜４からのボロン導入量Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃと、Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃを合わせた値Ｌａ＋Ｇａ、Ｌｂ＋Ｇｂ、Ｌｃ＋Ｇｃとなる。ここで、環状形状のボロン含有膜４からのボロン導入量と、Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量をシリコン基板３の面内において、それぞれ均一に調整できた効果により、第１の実施形態のプラズマドーピングでシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量は、シリコン基板３の面内で均一である。
【００７４】
次に、ボロンの注入深さについて、図６のグラフを基に説明する。
【００７５】
Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンの注入深さ（不純物注入深さ）は、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンイオンの分布がプラズマ中で均一になるように、Ｂ２Ｈ６の供給量又はガス導入穴１３の配置や個数などを設計したことにより、シリコン基板３の面内で均一である。さらに、環状形状のボロン含有膜４を起因としたボロンの注入深さは、ボロン含有膜４を環状形状に形成することで、ボロン含有膜４を起因とするボロンの導入量をシリコン基板面内で均一にできるという効果により、シリコン基板３の面内で均一にすることが可能となる。このことから、ガス濃度ａとガス濃度ｂとガス濃度ｃのときの第１の実施形態でのボロンの注入深さＤａ、Ｄｂ、Ｄｃは、シリコン基板面内で均一にできる。すなわち、ボロンの注入深さのシリコン基板３の面内での分布を均一にするためには、Ｂ２Ｈ６を起因とするボロンと、ボロン含有膜４を起因とするボロンのそれぞれについて導入量を基板面内で均一にしなくてはならず、そのためには、ボロン含有膜４を、環状形状に形成することが必須である。
【００７６】
従って、第１の実施形態によると、真空容器１の天板８の内面で、かつ、真空容器１内で発生される前記プラズマに暴露可能な面（一例としては、天板８の下面）であって、試料電極２の基板載置領域２ｓの中央部に対向する天板中央部領域８ｘの周縁の天板周縁部領域８ｙに、前記ボロン含有膜４を有する天板８を使用するように構成している。この結果、環状形状のボロン含有膜４を起因としたボロンの導入量は、シリコン基板３の面内でほぼ均一となり、
シリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量だけでなく、注入深さも、シリコン基板３の面内で均一にできるという、実用上、顕著な効果がある。
【００７７】
（第２の実施形態）
図７、図８を参照しながら、本発明にかかる第２実施形態にかかるプラズマドーピング装置の一例として、中央部３５ａと周縁部３５ｂで印加できる電力又は周波数を変えることができるアンテナ３５を備えた平行平板プラズマドーピング装置の特徴を説明し、同装置を用いて、環状形状のボロン含有膜４を形成する方法（第１工程ＰＡ及び第２工程ＰＢ）と、それを用いたプラズマドーピング方法（第３工程ＰＣ）及びその結果を説明する。第１の実施形態と同様な部材及び部分については、同じ参照符号を付している。
【００７８】
第２の実施形態では、前記平行平板プラズマドーピング装置を使用して環状形状のボロン含有膜４を形成する方法（第１工程ＰＡ及び第２工程ＰＢ）を説明したのち、その平行平板プラズマドーピング装置を使用し、不純物を含む膜の一例としてボロン含有膜４、及び、プラズマドーピング用ガスの一例としてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して用いて、本発明の第２の実施形態によってシリコン基板３にボロンを導入する第３工程ＰＣについて説明する。
【００７９】
図７は、アンテナ３５の中央部３５ａと周縁部３５ｂで印加できる電力又は周波数を変えることができる平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。アンテナ３５の円形の中央部３５ａと円環状の周縁部３５ｂとの間には、リング状の絶縁部３５ｃが配置されている。アースされている真空容器１内に、シリコン基板３を載置するための試料電極２が設けられている。このシリコン基板３は、後述する第１工程ＰＡ及び第２工程ＰＢでは、試料電極２には載置せず、試料電極２に対して高周波電源１０による電位もかけないようにしている。真空容器１内にＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して供給するためのガス供給装置５とガス供給配管１１と、真空容器１内の内部を減圧するポンプ９とが設けられ、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。プラズマを発生させるための電力が供給されるアンテナ３５は、リング状の絶縁部３５ｃを間に挟みながら、中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂに分かれて設置されている。中央部のアンテナ３５ａには中央部用の高周波電源６Ａがマッチングボックス６Ａａを介して接続され、周縁部のアンテナ３５ｂには周縁部用の高周波電源６Ｂがマッチングボックス６Ｂａを介して接続されており、中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂに印加できる電力又は周波数を高周波電源６Ａと６Ｂにより独立してそれぞれ制御できるようになっている。また、中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂに供給する電力又は周波数を変えることで、天板８の中央部（天板中央部領域に相当）８ｘと周縁部（天板周縁部領域に相当）８ｙに印加される電圧を変えることができる。中央部と周縁部のアンテナ３５ａ、３５ｂに電力をそれぞれ供給することにより、Ｂ２Ｈ６を励起して、真空容器１内の天板８と試料電極２の間にプラズマが発生する。アンテナ３５ａ、３５ｂとガス励起用高周波電源６Ａ，６Ｂなどよりプラズマ発生機構を構成している。試料電極２には高周波電源１０がマッチングボックス１０ａを介して接続され、第３工程ＰＣのプラズマドーピング時に試料電極２の電位が制御できるようになっている。尚、図示しないが、アンテナ３５ａ、３５ｂと天板８とで構成される上部電極と、真空容器１とは、電気的に絶縁されている。
【００８０】
図８は、中央部と周縁部のアンテナ３５ａ、３５ｂと天板８、ボロン含有膜４の構造を詳しく示した一部断面図である。天板８は、一例としてシリコンで形成されている。天板８の真空容器１の内面側においては、後述する第１工程ＰＡでボロン含有膜３００を全面に形成したのち、第２工程ＰＢでこの全面膜３００から環状の膜４を形成し、環状の膜４を第３工程ＰＣのプラズマドーピングに使用する。Ｂ２Ｈ６とＨｅは、ガス供給配管１１から、中央部のアンテナ３５ａ及び周縁部のアンテナ３５ｂと天板８との間に設けられた空間であるガス溜り（gas chamber）１２に導入される。天板８には、多数のガス導入穴１３が、ガス溜り１２と天板８の真空容器１の内面の開口とを連結するように設けられている。また、ボロン含有膜３００，４には、ガス溜り１２からガス導入穴１３に流れ込むＢ２Ｈ６とＨｅが真空容器１内に通過できるように貫通穴３００ｂ，４ａが設けられている。ガス溜り１２に導入されたＢ２Ｈ６とＨｅは、ガス導入穴１３及び貫通穴３００ｂ，４ａを通じて真空容器１内に導入することができるようになっている。全面膜３００は、真空容器１の天板８の内面の全面に形成される。すなわち、全面膜３００は、真空容器１内で発生されるプラズマに暴露可能な面（一例としては、天板８の下面）であって、中央部のアンテナ３５ａの位置に対応する天板中央部領域８ｘと周縁部のアンテナ３５ｂの位置に対応する天板周縁部領域８ｙとの全てに形成されて構成されている。また、環状の膜４は、真空容器１の天板８の内面で、かつ、真空容器１内で発生されるプラズマに暴露可能な面（一例としては、天板８の下面）であって、天板中央部領域８ｘの周縁の天板周縁部領域８ｙにのみ、環状（例えば円形リング状）に形成されて構成されている。
【００８１】
また、プラズマドーピング動作を制御する制御部７０を備えて、ガス供給装置５と高周波電源６とポンプ９と高周波電源１０とに制御部７０が接続されて、制御部７０により、それぞれの装置の動作を制御するようにしている。
【００８２】
第２の実施形態の装置構成で、第２工程ＰＢで、天板８の真空容器１の内面側に、環状形状のボロン含有膜４を形成した後、第３工程ＰＣでプラズマドーピングを実施すると、前記第１の実施形態と同様にシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量だけでなく、注入深さもシリコン基板３の面内で均一にできるという実用上、顕著な効果を得ることができる。
【００８３】
次に、第２の実施形態において、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙで印加できる電力又は周波数を変えることができるアンテナ３５を備えた平行平板プラズマドーピング装置を用いて、環状形状のボロン含有膜４を形成する方法（第１工程ＰＡ〜第２工程ＰＢ）と、プラズマドーピングを行う方法（第３工程ＰＣ）の具体的な動作について説明する。
【００８４】
図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら、天板８の真空容器１の内面側の全面（言い換えれば、天板中央部領域８ｘ及び天板周縁部領域８ｙの両方）に、ボロン含有膜（全面膜）３００を形成し（第１工程ＰＡ）、その後、全面膜３００の中央部の膜（中央部膜）３００ａをスパッタで削って除去する（第２工程ＰＢ）ことにより、環状形状のボロン含有膜４を形成する方法について説明する。
【００８５】
まず、天板８の真空容器１の内面側の全面に、ボロン含有膜（全面膜）３００を形成する第１工程ＰＡを行う。
【００８６】
図９Ａは、第１工程ＰＡにおいて、天板８の全面に、ボロン含有膜（全面膜）３００を形成したときのアンテナ３５と天板８の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。真空容器１内に、Ｈｅで希釈したＢ２Ｈ６をガス供給装置５とガス供給配管１１とにより導入し、中央部のアンテナ３５ａ及び周縁部のアンテナ３５ｂに電力（ソースパワー）をそれぞれ高周波電源６Ａ及び６Ｂにより供給することで、真空容器１内にプラズマを発生させる。ここで、天板８の中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂにそれぞれ高周波電源６Ａ及び６Ｂにより印加される電圧は、同程度とする。このときの放電条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、中央部のアンテナ３５ａと周縁部のアンテナ３５ｂに高周波電源６Ａ及び６Ｂにより供給されるソースパワーはいずれも５００Ｗであり、同じソースパワーである。天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙに印加される電圧が同程度である場合、天板８の内面全体に、ボロンを含む全面ボロン含有膜３００が形成される。従って、全面ボロン含有膜３００を環状形状の膜４にするには、天板８の内面の中央部８ｘに形成されたボロン含有膜中央部３００ａを除去する必要がある。
【００８７】
次に、全面ボロン含有膜３００のうち、天板８の中央部８ｘに形成されたボロン含有膜中央部３００ａをスパッタで除去する第２工程ＰＢを行う。
【００８８】
図９Ｂは第２工程ＰＢにおいて、天板８の中央部８ｘに形成されたボロン含有膜中央部３００ａをスパッタで除去したときのアンテナ３５と天板８の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。
【００８９】
天板８の全体に形成された全面ボロン含有膜３００の内、ボロン含有膜中央部３００ａをスパッタで除去する。第２工程ＰＢでは、天板８の中央部８ｘでのボロン含有膜中央部３００ａに対するスパッタレートが大きくなるように、天板８の中央部８ｘのアンテナ３５ａに供給するソースパワーが天板８の周縁部８ｙのアンテナ３５ｂに供給するソースパワーよりも大きくなるように設定する。このときの放電条件は、例えば、プロセスガスはＨｅであり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、天板中央部用の高周波電源６Ａから天板８の中央部８ｘのアンテナ３５ａに供給するソースパワーが５００Ｗであり、天板周縁部用の高周波電源６Ｂから天板８の周縁部８ｙのアンテナ３５ｂにはソースパワーを供給しない。中央部のアンテナ３５ａに供給する電力を周縁部のアンテナ３５ｂに供給する電力よりも大きくすることで、天板８の全面ボロン含有膜３００に対するスパッタレートは、天板８の周縁部８ｙに比べて天板８の中央部８ｘの方が大きくなる。ここで、天板８の中央部でのボロン含有膜中央部３００ａに対するスパッタレートが、天板８の周縁部８ｙに比べて大きくなるようにするためには、最低限、２００Ｗ程度の差をソースパワーに供給すればよい。
【００９０】
従って、第１工程ＰＡで天板８の全体に形成した全面ボロン含有膜３００は、本第２工程ＰＢにより、ボロン含有膜中央部３００ａがスパッタで除去され、周縁部のボロン含有膜はそのまま維持されるため、天板８の真空容器１の内面側に、環状形状のボロン含有膜４を形成することができる。
【００９１】
このようにして、第１〜２工程ＰＡ，ＰＢで天板８の真空容器１の内面側に環状形状のボロン含有膜４を形成した後、第３工程ＰＣとして、シリコン基板３を真空容器１内に搬入してプラズマドーピングを行って、シリコン基板３にボロンを導入する。プラズマドーピングの条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．６Ｐａであり、高周波電源１０のバイアス電圧（Ｖｐｐ）が２００Ｖであり、基板温度が２０℃であり、バイアスを印加するボロンのドーピング時間は３０秒である。このとき、天板８の中央部８ｘのアンテナ３５ａに供給する電力と天板８の周縁部８ｙのアンテナ３５ｂに供給する電力とは同じであり、ソースパワーは共に５００Ｗである。
【００９２】
また、多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施していると、天板８の中央部８ｘに、ボロン含有膜が再形成されることがある。この場合、第２工程ＰＢを実施することにより、天板８の中央部８ｘに形成されたボロン含有膜が除去できる。
【００９３】
従って、第２の実施形態によると、中央部のアンテナ３５ａに供給する電力を周縁部のアンテナ３５ｂに供給する電力よりも大きくして、天板８の全面ボロン含有膜３００に対するスパッタレートについて、周縁部に比べて中央部の方を大きくすることができる。よって、真空容器１内を真空に保ったまま、天板８に環状形状のボロン含有膜４を容易に形成することができるという効果がある。
【００９４】
また、第２の実施形態によると、第２の実施形態で形成したボロン含有膜３００，４は、真空容器１に導入したガスの元素のみを含む。従って、ボロン含有膜３００，４には、事前に大気中で膜を形成した場合に含まれる可能性がある元素、例えば酸素や窒素などを含まないため、所望の元素のみをシリコン基板３に導入することができるという効果がある。
【００９５】
さらに、第２の実施形態によると、多数のシリコン基板３に対してプラズマドーピングを次々に実施してするうちに、天板８の中央部８ｘに、ボロン含有膜が形成された場合、第２工程ＰＢを実施することで、ボロン含有膜を、再度、環状形状のボロン含有膜４に形成することができるという効果がある。
【００９６】
従って、第２の実施形態によると、本発明のドーズ量も注入深さもシリコン基板面内で均一にできるという効果を、長期にわたり安定して得ることができるという実用上、顕著な効果がある。
【００９７】
尚、第２の実施形態での前記装置を用いるとき、前記方法に代えて、パラメータ調整の方法を変えれば、他の方法で環状形状のボロン含有膜４を形成することができる。以下に、第２の実施形態の変形例として、パラメータ調整の方法について説明する。
【００９８】
天板８の真空容器１の内面側に、ボロン含有膜を形成する第１工程ＰＡにおいて、プラズマ密度が、天板８の中央部８ｘの近傍に比べて周縁部８ｙの近傍のほうが高くなるように中央部及び周縁部のアンテナ３５ａ，３５ｂに供給する電力をそれぞれ調整する。このときの放電条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、中央部用の高周波電源６Ａから中央部のアンテナ３５ａに供給するソースパワーが１０Ｗであり、周縁部用の高周波電源６Ｂから周縁部のアンテナ３５ｂに供給するソースパワーが５００Ｗである。ここで、ボロン含有膜４は、一般に、プラズマ密度が高い部分の近くに存在する壁面に形成されやすいことが知られている。従って、天板８の中央部８ｘの近傍のプラズマ密度よりも、周縁部８ｙの近傍のプラズマ密度を高くして放電を行うことで、ボロン含有膜４は、天板８の中央部８ｘには殆ど形成されないが、周縁部８ｙには多く形成されるようになる。
【００９９】
すなわち、第１工程ＰＡにおいて、プラズマ密度を天板８の中央部８ｘの近傍に比べて周縁部８ｙの近傍の方が高くなるようにした場合、第２工程ＰＢによる天板８の中央部８ｘのスパッタリングを行わなくても、天板８の真空容器１側の内面側に、環状形状のボロン含有膜４を単一の工程で形成することができる。
【０１００】
また、このように、環状形状のボロン含有膜４を形成した後に、第３工程ＰＣのプラズマドーピングを行っても、結果に違いはなく、本発明の効果を得ることが出来る。
【０１０１】
（比較例１）
次に、前記第１の実施形態と比較するため、前記第１の実施形態と同じ装置を使用するとともに、環状形状の膜４ではなく、天板８の真空容器１側の内面側の全面に形成された膜１７を使用して、プラズマドーピングを行う比較例１について説明する。
【０１０２】
まず、図１０、図１１を参照しながら、天板８の真空容器１側の内面側の全面に均一厚さに、不純物を含む膜を形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置の特徴と、それを用いたプラズマドーピング結果を説明する。
【０１０３】
本比較例１では、不純物を含む膜の一例としてボロンを含む膜（全面ボロン含有膜）１７、ドーピングガスの一例としてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して用いた場合に、本比較例１によってシリコン基板３にボロンを導入する工程について説明する。
【０１０４】
図１０は、全面ボロン含有膜１７を均一な厚みに形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。真空容器１内に、シリコン基板３を載置するための試料電極２が設けられている。真空容器１内にＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して供給するためのガス供給装置５とガス供給配管１１と、真空容器１内の内部を減圧するポンプ９とが設けられ、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。高周波電源６からアンテナ７に電力を供給することにより、真空容器１内の天板８と試料電極２の間にプラズマが発生する。試料電極２には高周波電源１０が接続され、試料電極２の電位が制御できるようになっている。
【０１０５】
図１１は、天板８と、全面ボロン含有膜１７の構造を詳しく示した一部断面図である。天板８はシリコンで形成されている。天板８の真空容器１の内面側の全面には、シリコン基板３に導入する全面ボロン含有膜１７を均一な厚みに形成している。Ｂ２Ｈ６とＨｅをガス供給配管１１からアンテナ７と天板８の間に設けられた、ガス溜り１２に導入する。天板８には、ガス導入穴１３が設けられている。また、全面ボロン含有膜１７には、Ｂ２Ｈ６とＨｅが真空容器１内に通過できるように貫通穴１７ａが開いている。ガス溜り１２に導入されたＢ２Ｈ６とＨｅは、ガス導入穴１３及び貫通穴１７ａを通じて真空容器１内に導入することができるようになっている。
【０１０６】
次に、全面ボロン含有膜１７を均一な厚みに形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置を用いた方法と結果を説明する。
【０１０７】
天板８の真空容器１の内面側に、全面ボロン含有膜１７を均一な厚みに形成した後、シリコン基板３を試料電極２に設置する。プラズマドーピング条件は、第１の実施形態の具体例と同じにする。このようにして、プラズマドーピングを実施すると、Ｂ２Ｈ６からだけでなく、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からも、シリコン基板３にボロンが導入される。ここで、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンと、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量について、図１２、図１３を用いて説明する。
【０１０８】
図１２は、シリコン基板３の表面上の位置と、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係を示したグラフである。
【０１０９】
シリコン基板３の中央部には、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７の中央部からだけでなく、周縁部を含めた、全面ボロン含有膜１７の全体からボロンが導入される。これに対して、シリコン基板３の周縁部には、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７の周縁部からしかボロンが導入されない。すなわち、図１２に示すように、シリコン基板３の表面上の位置と、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係は、上向き凸の湾曲したグラフとなる。従って、シリコン基板３の中央部には、全面ボロン含有膜１７を起因としたボロンが多く導入される。
【０１１０】
また、Ｂ２Ｈ６の濃度を、０．０１質量％以上でかつ１．０質量％以下の範囲でｄ、ｅ、ｆ（ｄ＜ｅ＜ｆ）として変化させた場合（すなわち、０．０１質量％≦ｄ＜ｅ＜ｆ≦１．０質量％）、ガス濃度ｄのときの均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロンの導入量をＬｄ、ガス濃度ｅのときの均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロンの導入量をＬｅ、ガス濃度ｆのときの均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロンの導入量をＬｆとすると、Ｌｄ≒Ｌｅ≒Ｌｆとなる。すなわち、図１２に示すように、Ｂ２Ｈ６の濃度によらず、シリコン基板３の表面上の位置と、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの量（不純物導入量）の関係は、上向き凸の湾曲した１つのグラフとなる。従って、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロンの導入量は、Ｂ２Ｈ６の濃度によらず、実用上の許容範囲で同じにすることができる。
【０１１１】
図１３は、シリコン基板３の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量を示したグラフである。Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量は、ガス供給穴１３の配置を調整することにより、シリコン基板３の面内での分布を変化させることが可能である。本比較例１では、均一な厚みの全面ボロン含有膜を形成したときの、全面ボロン含有膜１７を起因としたボロン導入量の分布を打ち消すように、ガス供給穴１３の配置を調整する。すなわち、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量は、シリコン基板３の中央部が少なく、周縁部が多い分布にする。また、Ｂ２Ｈ６の濃度をｄ、ｅ、ｆ（ｄ＜ｅ＜ｆ）として変化させた場合のうち、ガス濃度ｄのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｄ、ガス濃度ｅのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｅ、ガス濃度ｆのときのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの導入量をＧｆとすると、Ｇｄ＜Ｇｅ＜Ｇｆとなり、ガス濃度を変化させることで、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量を制御することが可能である。すなわち、図１３に示すように、シリコン基板３の表面上の位置と、Ｂ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量の関係は、Ｂ２Ｈ６の濃度に応じて、それぞれ、下向き凸の湾曲したグラフとなる。
【０１１２】
図１４は、シリコン基板３の表面上の位置と、本比較例１においてシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量を示したグラフである。本比較例１では、Ｂ２Ｈ６からだけでなく、天板８の真空容器１の内面側に形成しておいた均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からも、ボロンが導入される。すなわち、プラズマドーピングでシリコン基板３へ導入されるボロンのドーズ量は、均一な厚みの全面ボロン含有膜２６からのボロン導入量Ｌｄ、Ｌｅ、Ｌｆと、Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量Ｇｄ、Ｇｅ、Ｇｆを合わせた値Ｌｄ＋Ｇｄ、Ｌｅ＋Ｇｅ、Ｌｆ＋Ｇｆとなる。ここで、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７からのボロン導入量のシリコン基板面内での分布を打ち消すように、Ｂ２Ｈ６からのボロン導入量の分布を調整した為、本比較例１のプラズマドーピングにおいては、シリコン基板面内でのボロンのドーズ量分布を均一にすることが出来る。このように天板８の真空容器１の内面側に均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を形成しても、プラズマドーピング後のボロンのドーズ量分布は基板面内で均一に調整することが可能である。
【０１１３】
しかしながら、ボロンの注入深さについて、以下のような課題が生じていることを説明する。
【０１１４】
図１５は、シリコン基板３の表面上の位置と、本比較例１のプラズマドーピングによって導入されたボロンの注入深さを示したグラフである。
【０１１５】
図１６Ａに示すように、プラズマ中でＢ２Ｈ６が分解されてできた分子でかつボロンを含む分子３１と、プラズマによって全面ボロン含有膜１７からスパッタリングで叩き出された分子でかつボロンを含む分子３２を比較した場合、それらの分子量の分布は異なる。Ｂ２Ｈ６が分解されてできた分子でかつボロンを含む分子（Ｂ２Ｈ６起因の分子）３１は、Ｂ２Ｈ６よりも分子量が小さい。一方で、全面ボロン含有膜１７からスパッタリングで叩き出された分子でかつボロンを含む分子（ボロン含有膜起因の分子）３２は、固体から叩き出されるので、一般的には、Ｂ２Ｈ６よりも分子量は大きいと考えられる。そして、分子量が大きい分子ほど表面に近い部分に留まるので、ボロンの注入深さは浅くなる一方、分子量が小さい分子ほど表面から深い部分まで導入されるので、注入深さは深くなる。従って、Ｂ＋などの小さい分子が大きな割合を占める分布であるほど注入深さは深くなり、逆に、大きな分子が大きな割合を占める分布であるほど注入深さは浅くなる。これが原因で、Ｂ２Ｈ６起因の分子３１のボロンの注入深さとボロン含有膜起因の分子３２のボロンの注入深さは異なり、一般的には、Ｂ２Ｈ６起因の分子３１のボロンの注入深さの方が、膜起因の分子３２のボロンの注入深さよりも深くなる。このため、ボロンの注入深さは、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロンによって規定されるが、ここで、図１３に記載のように、Ｂ２Ｈ６を起因としたボロン導入量の分布は、プラズマドーピング後のドーズ量が基板面内で均一になるように基板３の中央部が少なくすべく、例えば、天板８にガス導入穴１３を均一に配置しておき、基板３の中央部に比べて基板３の周縁部のガス流量が多くなるように設定した。
【０１１６】
すなわち、ドーズ量が基板面内で均一になるように調整すると、ボロンの注入深さは基板３の中央部が浅くなり、周縁部が深くなってしまう（図１６Ａ参照）という問題点がある。
【０１１７】
従って、本比較例１のように天板８の真空容器１の内面の全面に均一な厚みの全面ボロン含有膜１７を形成した場合は、シリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量の分布は基板面内で均一にすることが出来るが、注入深さまでは基板面内で均一にできないという課題がある。
また、逆に、プラズマドーピング条件などを変更することで、全面ボロン含有膜１７からスパッタリングで叩き出されたボロンを含む分子（ボロン含有膜起因の分子）３２の分子量を、Ｂ２Ｈ６起因の分子３１の分子量よりも小さくすることができたとしても、図１５の注入深さの分布が上下逆になり、基板３の中央部が深く、周縁部が浅くなってしまい、基板面内で不均一になってしまう問題点に変わりはない。また、全面ボロン含有膜起因の分子３２の分子量の分布と、Ｂ２Ｈ６起因の分子３１の分子量の分布を同じにすることは非常に困難なので、比較例１の構成では注入深さを基板面内で均一にすることは難しい。
【０１１８】
（比較例２）
次に、前記第２の実施形態と比較するため、前記第２の実施形態と同じ装置を使用するとともに、前記第２の実施形態の変形例の場合とは逆に、中央部のアンテナ３５ａに供給するソースパワーが、周縁部のアンテナ３５ｂに供給するソースパワーよりも大きくした場合を比較例２として説明する。
【０１１９】
図７及び図８を参照しながら、本比較例２を説明する。
【０１２０】
本比較例２では、第２の実施形態の第１工程ＰＡにおいて、プラズマ密度が、天板８の中央部８ｘに比べて周縁部８ｙのほうが高くなるように中央部及び周縁部のアンテナ３５ａ，３５ｂにそれぞれ供給する電力を調整する。このときの放電条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、中央部のアンテナ３５ａに供給するソースパワーが５００Ｗであり、周縁部のアンテナ３５ｂに供給するソースパワーが１０Ｗである。
【０１２１】
このように、プラズマ密度が、天板８の中央部に比べて周縁部のほうが高くなるようにすると、ボロン含有膜は、天板８の中央部に多く形成され、周縁部には殆ど形成されない。従って、ボロン含有膜を環状形状に形成することができないという問題点がある。
【０１２２】
これらの比較例１，２に対して、前記第１又は第２の実施形態によれば、ドーズ量と注入深さの両方共に均一になるが、これについて図１６Ｂ（前記第１又は第２の実施形態の１つの実施例）と図１６Ａ（比較例１）を比較して説明する。
【０１２３】
比較例１の図１６Ａでは、ボロン含有膜１７が天板８に均一に形成されているので、基板３の中央部に、ボロンを多数含む粒子３２が多い（これを、図１６Ａでは、基板３の中央部付近に、ボロンを多数含む粒子３２が３つあることで表現している。なお、符号３１はボロンを少数（例えば２個以下）含む粒子である。）。一方、基板３の周縁部には、ボロンを多数含む粒子３２が少ない（これを、図１６Ａでは、基板３の周縁部付近に、ボロンを多数含む粒子３２が１つあることで表現している。）。従って、図１６Ａでのボロン含有膜１７を起因としたボロンの注入量は、基板面内で均一にならず、基板３の周縁部に比べて、基板３の中央部の方が多くなる。基板面内でのドーズ量を均一にする為には、ボロン含有膜１７を起因としたボロンの注入量の偏りを打ち消すように、ガス導入穴１３の位置やガス流量などを調整することで、Ｂ２Ｈ６を含むガスのＢ２Ｈ６を起因としたボロンの注入量を分配するようにしている。例えば、ガス導入穴１３を天板８に均一に配置しておき、基板３の中央部に比べて、基板３の周縁部のガス流量を多く設定する。このようにすることで、基板面内でドーズ量は均一にすることが可能である。しかし、基板３の中央部と基板３の周縁部とで打ち込まれる、ボロンを含む粒子の大きさ（質量）が異なる為、注入深さを均一にすることができないという課題がある。
【０１２４】
これに対して、前記実施例を示す図１６Ｂでは、ボロン含有膜４を天板８に環状形状に形成している。これにより、基板３の中央部では、天板８の中央部８ｘに設けたボロン含有膜４の開口部４ｃの影響を受けて、図１６Ａと比較して、基板３の中央部に、ボロンを多数含む粒子３２が少なくなる（これを図１６Ｂでは、基板３の中央部付近に、ボロンを多数含む粒子３２が１つあることで表現している。なお、符号３１はボロンを少数（例えば２個以下）含む粒子である。）。しかるに、基板３の周縁部では、天板８の中央部８ｘに設けたボロン含有膜４の開口部４ｃの影響を受けにくいので、図１６Ａと比較して、ボロンを多数含む粒子３２は同じである。従って、ボロン含有膜４を起因としたボロンの注入量を基板面内で均一することができる。そして、例えば、天板８にガス導入穴１３を均一に配置しておき、ガス導入穴１３からのガス流量を均一に設定する。これにより、基板面内でのドーズ量を均一にすることができる。さらに、このような構成では、基板３の中央部と基板３の周縁部とで基板３に打ち込まれる、ボロンを含む粒子３２の大きさ（質量）が同じになるため、注入深さも均一にすることができる。
【０１２５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、第２の実施形態に代えて、１つの装置で、環状形状のボロン含有膜４を形成するとともに、プラズマドーピングを行うことができるものであるが、第２の実施形態とこの第３の実施形態とを組合わせることにより、天板８の中央部８ｘに不純物を含む膜（例えば、ボロン含有膜）がより一層形成しにくくするようにしてもよい。
【０１２６】
本発明の第３の実施形態について、図１７、図１８を参照しながら、天板８の真空容器内面において中央部８ｘの材質と周縁部８ｙの材質が異なる平行平板プラズマドーピング装置の特徴を説明し、同装置を用いて環状形状の不純物を含む膜を形成する方法と、それを用いたプラズマドーピング結果を説明する。
【０１２７】
第３の実施形態では、不純物を含む膜の一例としてボロンを含む膜（ボロン含有膜）４、プラズマドーピング用ガスの一例としてＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して用いた場合に、本発明の前記第１実施形態のプラズマドーピング方法によってシリコン基板３にボロンを導入する工程について説明する。
【０１２８】
図１７は、天板８の真空容器内面において中央部８ｘの材質と周縁部８ｙの材質が異なる平行平板プラズマドーピング装置の一部断面図である。真空容器１内に、シリコン基板３を載置するための試料電極２が設けられている。真空容器１内にＢ２Ｈ６をＨｅで希釈して供給するためのガス供給装置５とガス供給配管１１と、真空容器１内の内部を減圧するポンプ９が設けられ、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。高周波電源６からアンテナ７に電力を供給することにより、天板８と試料電極２の間にプラズマが発生する。尚、天板８はシリコンで形成されている。シリコン天板８の真空容器１の内面の中央部８ｘには、プラズマ接触防止層又は不純物膜形成防止層の一例として機能しかつシリコン天板８とは素材の異なる円板形状の天板部４６が固定されている。素材の異なる天板部４６は、シリコンとは異なる、石英で形成されている。試料電極２には高周波電源１０が接続され、試料電極２の電位が制御できるようになっている。尚、図示しないが、アンテナ７とシリコン天板８と石英天板部４６とで構成される上部電極と、真空容器１とは、電気的に絶縁されている。
【０１２９】
図１８は、シリコン天板８と石英天板部４６と、ボロン含有膜４の構造を詳しく示した一部拡大断面図である。シリコン天板８の真空容器１の内面側の中央部８ｘに、石英天板部４６を備えている。石英天板部４６の厚さは、例えば０．５ｍｍである。シリコン天板８の真空容器１の内面側で石英天板部４６が設けられていない部分（周縁部８ｙ）に、ボロン含有膜４を環状に形成する。Ｂ２Ｈ６とＨｅをガス供給配管１１からアンテナ７とシリコン天板８の間に設けられた、ガス溜り１２に導入する。シリコン天板８には、ガス導入穴１３が設けられている。また、ボロン含有膜４と石英天板部４６には、Ｂ２Ｈ６とＨｅが真空容器１内に通過できるように貫通穴４ａ，４６ａが開いている。ガス溜り１２に導入されたＢ２Ｈ６とＨｅは、ガス導入穴１３及び貫通穴４ａ，４６ａを通じて真空容器１内に導入することができるようになっている。
【０１３０】
シリコン天板８の真空容器１の内面側に環状形状のボロン含有膜４を形成した後、本第３の実施形態の装置構成で、プラズマドーピングを実施すると、前記第１の実施形態と同様にシリコン基板３に導入されるボロンのドーズ量だけでなく、注入深さもシリコン基板３の面内で均一にできるという実用上、顕著な効果を得ることができる。
【０１３１】
次に、シリコン天板８の中央部８ｘに石英天板部４６を備えたこの第３の実施形態にかかる平行平板プラズマドーピング装置を用いて、環状形状のボロン含有膜４を形成する方法を説明する。
【０１３２】
真空容器１内に、Ｈｅで希釈したＢ２Ｈ６をガス供給装置５により導入しつつ、ポンプ９で減圧し真空容器１内を所定の圧力にする。次に、高周波電源４９からアンテナ５０に電力（ソースパワー）を供給することによりプラズマを発生させる。このときの条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度が１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．９Ｐａであり、アンテナ７に供給するソースパワーが５００Ｗである。
【０１３３】
このような条件で放電を行うと、シリコン天板８に、ボロン含有膜４が形成される。一方、シリコン天板８の中央部８ｘに設けられた石英天板部４６には、ボロン含有膜が殆ど形成されない。これは、シリコンと石英で、ボロン含有膜が付着する確率が違うため、シリコンに比べて石英の方が、ボロン含有膜が形成されにくいという特徴を持つためである。従って、シリコン天板８の中央部８ｘを覆うように石英天板部４６を設置したのち、放電を行うと、基板３から見て天板８の内面のシリコンが露出している部分（天板８の内面の周縁部８ｙ）に、ボロン含有膜４が多く形成される為、結果として、ボロン含有膜４が自動的に環状形状に形成することができる。
【０１３４】
このようにして、シリコン天板８の真空容器１の内面側に環状形状のボロン含有膜４を形成した後、プラズマドーピングを行い、シリコン基板３にボロンを導入する。プラズマドーピングの条件は、例えば、Ｂ２Ｈ６濃度は１質量％であり、真空容器１内の圧力が０．６Ｐａであり、バイアス電圧（Ｖｐｐ）が２００Ｖであり、基板温度が２０℃であり、バイアスを印加するボロンのドーピング時間は３０秒である。多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施しても、石英天板部４６には、ボロン含有膜が形成されにくい。従って、多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施しても、環状形状のボロン含有膜４を環状形状に維持しやすい。
【０１３５】
従って、第３の実施形態によると、前記装置を複雑化することなく、環状形状のボロン含有膜４を容易に形成することができるという効果がある。
【０１３６】
さらに、第３の実施形態によると、多数のシリコン基板３にプラズマドーピングを次々に実施しても、ボロン含有膜４を環状形状に維持しやすいという効果がある。
【０１３７】
このため、第３の実施形態によると、本発明のドーズ量も注入深さもシリコン基板面内で均一にできるという効果を、長期にわたり安定して得ることができるという実用上、顕著な効果がある。
【０１３８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態では、前記いずれかの実施形態のプラズマドーピング装置を、連続生産用の生産フローに組み込んだ例について説明する。
【０１３９】
図１９を参照しながら、環状形状のボロン含有膜を形成してプラズマドーピングを行う方法を説明する。図１９は第３の実施形態によってプラズマドーピングを行う手順を示した図である。図２０は、検出装置を備えた平行平板プラズマドーピング装置の一部の部分拡大断面図である。
【０１４０】
まず、ステップＳ１として、真空容器（チャンバー）１のメンテナンスを行う。
【０１４１】
次に、ステップＳ２として、制御部７０の制御の下に、天板８の内面の周縁部８ｙに、環状形状のボロン含有膜を形成する。
【０１４２】
次に、ステップＳ３として、制御部７０の制御の下に、プラズマドーピングを行う。
【０１４３】
その後、ステップＳ４として、天板８の内面に付着しているボロン含有膜４の検出を行う。検出は、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙのボロン含有膜４の厚さを測定する膜厚測定器１００か、高周波電源６，１０に接続された、放電回数カウンター又は放電時間カウンター１０１を用いて放電回数又は放電時間を測定する。膜厚測定器１００と、放電回数カウンター又は放電時間カウンター１０１は、それぞれ、検出装置の一例として機能し、かつ、それぞれ制御部７０に接続されており、次のプラズマドーピングでボロン含有膜４を使用しても良いか否かの情報（ボロン含有膜４の使用可否情報）、具体的には、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙのボロン含有膜４の厚み、又は、検出された放電回数又は放電時間、を検出するものである。制御部７０では、一例として、検出装置１００又は１０１からの検出結果の情報（ボロン含有膜４の使用可否情報）、例えば、測定された膜厚、又は、検出された放電回数若しくは放電時間が、所定値（所定の閾値又は基準値）を越えているか否かを判断し（言い換えると、ボロン含有膜４の使用可否情報が使用可を意味しているか、使用不可を意味しているかを判断し）、前記所定値（所定の閾値又は基準値）以下ならば、検出結果は良好と判断する（ボロン含有膜４の使用可否情報が使用可を意味していると判断する）一方、前記所定値（所定の閾値又は基準値）を越えていれば、検出結果は不良と判断する（ボロン含有膜４の使用可否情報が使用不可を意味していると判断する）。
【０１４４】
次いで、ステップＳ５として、検出結果が良好か否かを前記制御部７０で判断する。ステップＳ５で検出結果が良好な場合、続けて、制御部７０の制御の下に、ステップＳ３のプラズマドーピングを行う。
【０１４５】
一方、ステップＳ５で検出結果が不良の場合、ステップＳ６に進み、制御部７０の制御の下に、ボロン含有膜を除去する工程を行う。ボロン含有膜を除去する工程（ステップＳ６）は、プラズマエッチングで行う。このとき、天板８の内面に形成した、ボロン含有膜を完全に除去しても良いし、主に、天板８の内面の中央部８ｘのみの膜を除去して環状形状のボロン含有膜４を形成しても良い。天板８の内面に形成されたボロン含有膜を完全に除去した場合は、再度、ボロン含有膜を形成する工程（ステップＳ２）から開始する。一方、ボロン含有膜を一部除去し、環状形状のボロン含有膜４を形成した場合は、続けてプラズマドーピング（ステップＳ３）を実施できる。
【０１４６】
（ボロン含有膜の大きさを決定する根拠）
以下に、ボロン含有膜の大きさを決定する根拠について説明する。
【０１４７】
従来技術である図１０及び図１１に記載した、不純物を含む膜を均一な厚さに形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用して、プラズマドーピングを行った結果を、図２１Ａ〜図２１Ｄに示す。
【０１４８】
比較例１に示すように、図１０及び図１１に記載の装置を用いてプラズマドーピングを行うと、シリコン基板３の中央部には、全面ボロン含有膜１７の中央部からだけでなく、膜１７の周縁部を含めた、全面ボロン含有膜１７の全体からボロンが導入される。これに対して、シリコン基板３の周縁部は、均一な厚みの全面ボロン含有膜１７の周縁部からしかボロンが導入されない為、シリコン基板３の中心部には、全面ボロン含有膜１７を起因としたボロンが多く導入される。
【０１４９】
ここでは、従来の図２１Ａ〜図２１Ｄに示した結果を基に、さらに良い均一性を基板面内で得ることができるように、本発明の前記実施形態の特徴である、ボロン含有膜を環状形状にするため、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部の大きさを推測する。
【０１５０】
まず、ドーパントガスであるＢ２Ｈ６を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量を基板面内で均一にしたと仮定する。このように仮定すると、図２１Ａ〜図２１Ｄのシート抵抗の分布は、天板８の真空容器１の内面側に形成された全面ボロン含有膜１７を起因として、シリコン基板３に導入されるボロンの導入量の分布を示していると、言い換えることができる。
【０１５１】
図２１Ａ〜図２１Ｄに示すボロンの導入量の基板面内での均一性を改善するには、ボロン含有膜を起因としてシリコン基板３に導入されるボロンの導入量の分布を改善すればよい。すなわち、シリコン基板３のシート抵抗が低い部分に対向する天板８に形成されたボロン含有膜を除去することで、導入されるボロンの導入量を減少させれば、基板面内での均一性を改善できると考えられる。
【０１５２】
以下に、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部の大きさを推測した結果を説明する。
【０１５３】
図２１Ａ〜図２１Ｄは、プラズマドーピング開始から２０秒後、６０秒後、１２０秒後、２００秒後のプラズマドーピング結果である。それぞれの結果において、基板面内で、さらに良い均一性を得るための、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部の大きさを推定する。
【０１５４】
図２１Ａは、図１０及び図１１に記載した平行平板プラズマドーピング装置を使用してプラズマドーピングを行った場合の、プラズマドーピング開始から２０秒後における、直径３００ｍｍの円形のシリコン基板３のシート抵抗の分布の図である。シリコン基板３の周縁部から３ｍｍの範囲は、シート抵抗の測定対象から除外し、直径２９４ｍｍ（＝３００ｍｍ−３ｍｍ×２）の測定対象範囲のうちの１２１箇所のシート抵抗を測定した。
【０１５５】
シリコン基板３の半径が約１１３ｍｍ以下の範囲の基板中央部は、シート抵抗が低い領域、すなわち、ドーズ量が高い領域として図示されている。一方、シリコン基板３の半径が約１１３ｍｍ〜約１５０ｍｍの範囲の基板周縁部は、シート抵抗が高い領域、すなわち、ドーズ量が低い領域として図示されている。このように、ボロン含有膜を均一な厚さに形成した天板８を備えた平行平板プラズマドーピング装置を使用してプラズマドーピングを行うとき、シート抵抗の平均値は、半径が１１３ｍｍ付近の部分に現れることになる。
【０１５６】
従って、図２１Ａの結果から、基板３の半径が１１３ｍｍ以下の領域を「基板中央部の領域」とし、基板３の半径が１１３ｍｍを超える領域を「基板周縁部の領域」という２つの領域に分ける。すると、基板中央部の領域においてドーズ量を少なくできれば、ドーズ量の基板面内での均一性を改善することができる。前述したとおり、ドーズ量を少なくする為には、少なくしたい箇所に対向する部分のボロン含有膜を除去すればよい。すなわち、図２２Ａ及び図２２Ｂに示すように、シリコン基板３の中心からの半径が１１３ｍｍ以下の領域である「基板中央部の領域」の真上に相当する、天板８の内面の中央部８ｘの領域に、ボロン含有膜の開口部分を設け、シリコン基板３の中心からの半径が１１３ｍｍを超える領域である「基板周縁部の領域」の真上に相当する、天板８の内面の周縁部８ｙの領域には、ボロン含有膜を形成すれば、基板面内でのドーズ量の均一性を改善できること推測できる。なお、図２２Ａ及び図２２Ｂにおいて、７０の灰色部分は天板８に、ボロン含有膜を形成した部分を指す。７１はシリコン基板の外径（言い換えれば、外縁）である。７２はボロン含有膜の開口部である。７３は天板８のガス導入穴１３の位置である。
【０１５７】
同様に図２１Ｂは、プラズマドーピング開始から６０秒後における、直径３００ｍｍのシリコン基板３のシート抵抗の分布の図である。シリコン基板３の半径が約１０５ｍｍ以下の範囲の基板中央部は、ドーズ量が高い領域として図示されている。また、シリコン基板３の半径が約１０５ｍｍ〜約１５０ｍｍの範囲の基板周縁部は、ドーズ量が低い領域として図示されている。従って、図２１Ｂの結果から、天板８の内面の中心から半径が１０５ｍｍ以下の領域に、ボロン含有膜の開口部分を設ければ、基板面内でのドーズ量の均一性を改善できると推測できる。
【０１５８】
同様に図２１Ｃは、プラズマドーピング開始から１２０秒後における、直径３００ｍｍのシリコン基板３のシート抵抗の分布の図である。シリコン基板３の半径が約５６ｍｍ以下の範囲の基板中央部は、ドーズ量が高い領域として図示されている。また、シリコン基板３の半径が約５６ｍｍ〜約１５０ｍｍの範囲の基板周縁部は、ドーズ量が低い領域として図示されている。従って、図２１Ｃの結果から、天板８の内面の中心から半径が約５６ｍｍ以下の領域に、ボロン含有膜の開口部分を設ければ、基板面内でのドーズ量の均一性を改善できると推測できる。
【０１５９】
同様に図２１Ｄは、プラズマドーピング開始から２００秒後における、直径３００ｍｍのシリコン基板３のシート抵抗の分布の図である。シリコン基板３の半径が約１８ｍｍ以下の範囲と、半径が約９０ｍｍ〜約１５０ｍｍの部分は、ドーズ量が高い領域として図示されている。一方、シリコン基板３の半径が約１８ｍｍ〜約９０ｍｍの範囲の基板周縁部は、ドーズ量が低い領域として図示されている。従って、図２１Ｄの結果からは、基板３の半径が１８ｍｍ以下の領域と、半径が９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の領域において、ボロン含有膜を起因としたボロンの注入量を少なくできれば、基板面内でのドーズ量の均一性を改善することができる。すなわち、図２２Ｂに示すように、天板８の内面の中心から半径が約１８ｍｍ以下の領域と、半径が約９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の領域において、ボロン含有膜に開口部を設ければよい、と推測できる。
【０１６０】
まとめると、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部は、プラズマドーピング時間が２０秒のときは、天板８の内面の中心からの半径が約１１３ｍｍ以下の領域、６０秒のときは、天板８の内面の中心からの半径が約１０５ｍｍ以下の領域、１２０秒のときは、天板８の内面の中心からの半径が約５６ｍｍ以下の領域、２００秒のときは、天板８の内面の中心からの半径が約１８ｍｍ以下の領域に、それぞれ、設ければよい。すなわち、ボロン含有膜の中央部に設ける開口部の大きさは、ボロン含有膜の中心からの半径が１８ｍｍ以上１１３ｍｍ以下にすればよいと推測できる。
【０１６１】
尚、ここでは、シリコン基板３が３００ｍｍの場合について説明したが、ボロン含有膜の開口部の大きさは、シリコン基板３の大きさに比例する。すなわち、ボロン含有膜の開口部の大きさは、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（シリコン基板の半径）として、以下のように設定することも可能である。
【０１６２】
図２１Ａに示す結果からは、プラズマドーピング時間が２０秒のときの結果から、（基板の半径）：（ボロン含有膜の開口部の半径）＝１５０：１１３、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（基板の半径）＝０．７５以下となるように、ボロン含有膜の中央部に開口部を設ければよい。
【０１６３】
同様に図２１Ｂに示す結果からは、プラズマドーピング時間が６０秒の時の結果から、（基板の半径）：（ボロン含有膜の開口部の半径）＝１５０：１０５、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（基板の半径）＝０．７０以下となるように、ボロン含有膜の中央部に開口部を設ければよい。
【０１６４】
同様に図２１Ｃに示す結果からは、プラズマドーピング時間が１２０秒のときの結果から、（基板の半径）：（ボロン含有膜の開口部の半径）＝１５０：５６、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（基板の半径）＝０．３７以下となるように、ボロン含有膜の中央部に開口部を設ければよい。
【０１６５】
同様に図２１Ｄに示す結果からは、プラズマドーピング時間が１２０秒のときの結果から、（基板の半径）：（ボロン含有膜の開口部の半径）＝１５０：１８、（ボロン含有膜の開口部の半径）／（基板の半径）＝０．１２以下となるように、ボロン含有膜の中央部に開口部を設ければよい。
【０１６６】
まとめると、基板３とボロン含有膜の中央部に設ける開口部の半径の比率は、（基板の半径）／（ボロン含有膜の開口部の半径）＝０．１２以上０．７５以下の範囲が望ましい。この範囲であると、プラズマドーピングにおいて、前記推測結果より、特に良好なドーズ量の基板面内での均一性を得られることが解る。すなわち、ボロン含有膜を起因としたシリコン基板３へのボロンの注入量がシリコン基板３の面内で均一となるため、ドーズ量及び打ち込み深さ共に、ボロンの注入量を基板面内で均一にすることが可能となる。
【０１６７】
なお、本発明は前記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。
【０１６８】
例えば、図２３に示すように、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙとから供給するガスの供給系統を別々にして、ガス供給装置から真空容器１内にガスを供給する系統を２系統にしてもよい。
【０１６９】
すなわち、ガス供給装置５を中央部側のガス供給装置１３１と周縁部側のガス供給装置１３２の２つで構成するとともに、ガス供給配管１１を中央部のガス供給配管１１１と周縁部のガス供給配管１１０の２つで構成してもよい。また、ガス溜り１２は、中央部のガス溜り１１２と、隔壁１１４を隔てて分離された周縁部の環状のガス溜り１１３とに分かれている。このような構成によれば、ガスは、中央部側のガス供給装置１３１から中央部のガス供給配管１１１を経て中央部のガス溜り１１２に供給される経路と、周縁部側のガス供給装置１３２から周縁部のガス供給配管１１０を経て周縁部のガス溜り１１３に供給される経路とで供給するようにしている。中央部のガス溜り１１２からは、天板８の中央部のガス導入穴１３から真空容器１内にガスが供給されるとともに、周縁部のガス溜り１１３から真空容器１内にガスが供給される。よって、天板８の中央部８ｘと周縁部８ｙからのガスの供給量を異なる値に調整したりすることにより、より精度良く、ドーズ量及び注入深さの均一性を確保することができる。
【０１７０】
数値例として、図２２Ｃに示すように、基板３の外径（直径）が２００ｍｍの場合には、試料電極２の基板載置領域２ｓは直径２００ｍｍの円形の領域であり、天板８の外径（直径）Ｄは、２００ｍｍ＜Ｄ＜３４０ｍｍ、ボロン含有膜４の中央の開口部の比率（試料電極２の基板載置領域２ｓの半径を基準とした開口部の比率）Ｅは、０．１２５≦Ｅ≦０．７５、ボロン含有膜４の厚さＴは、０．０１μｍ≦Ｔ≦１００μｍである。
【０１７１】
基板３の外径（直径）が３００ｍｍの場合には、試料電極２の基板載置領域２ｓは直径３００ｍｍの円形の領域であり、天板８の外径（直径）Ｄは、３００ｍｍ＜Ｄ＜５１０ｍｍ、ボロン含有膜４の中央の開口部の比率（試料電極２の基板載置領域２ｓの半径を基準とした開口部の比率）Ｅは、０．１２５≦Ｅ≦０．７５、ボロン含有膜４の厚さＴは、０．０１μｍ≦Ｔ≦１００μｍである。
【０１７２】
基板３の外径（直径）が４５０ｍｍの場合には、試料電極２の基板載置領域２ｓは直径４５０ｍｍの円形の領域であり、天板８の外径（直径）Ｄは、３００ｍｍ＜Ｄ＜７６５ｍｍ、ボロン含有膜４の中央の開口部の比率（試料電極２の基板載置領域２ｓの半径を基準とした開口部の比率）Ｅは、０．１２５≦Ｅ≦０．７５、ボロン含有膜４の厚さＴは、０．０１μｍ≦Ｔ≦１００μｍである。
【０１７３】
すなわち、試料電極２の基板載置領域２ｓは基板３と同じ大きさとするのが好ましい。天板８の外径（直径）Ｄは、基板の直径の大小にかかわらず、基板の直径に対する比率は一定である。ボロン含有膜４の中央の開口部の比率Ｅも、基板の直径の大小にかかわらず、一定である。ボロン含有膜４の厚さＴも、基板の直径の大小にかかわらず、一定である。
【０１７４】
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】
【０１７５】
本発明にかかるプラズマドーピング装置及び方法並びに半導体装置の製造方法は、基板全面にわたって注入深さとシート抵抗の分布の均一性を格段に高めることができ、さらには長期の安定性を実現できて、半導体基板等の固体試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング装置及び方法として、並びに、プラズマドーピング方法を利用する半導体装置の製造方法として有用である。
【０１７６】
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。
【手続補正２】
【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】
真空容器と、
前記真空容器内に配置され、かつ、基板を基板載置領域に載置する試料電極と、
前記試料電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記真空容器内を排気する排気装置と、
前記真空容器内に、不純物を含むガスを供給するガス供給装置と、
前記ガスを励起してプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
を備える平行平板のプラズマドーピング装置であって、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置され、かつ、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域に、前記不純物を含む不純物含有膜を有する天板を備えるプラズマドーピング装置。
【請求項２】
前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域には存在せず、前記天板の前記天板周縁部領域にのみ存在するような環状形状である、請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３】
前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域よりも前記天板の前記天板周縁部領域の厚みが大きい、請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４】
前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域に、前記プラズマに接触しないようにプラズマ接触防止層を有する、請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項５】
前記膜の外径は、前記試料電極の前記基板載置領域の外径と同じか又はそれよりも大きい、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装置。
【請求項６】
前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、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装置。
【請求項７】
前記天板の前記天板周縁部領域に有る前記不純物含有膜は、その中央部の開口部の大きさは、前記不純物含有膜の中心からの半径が１８ｍｍ以上１１３ｍｍ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装置。
【請求項８】
前記不純物含有膜には、前記ガス供給装置に接続されるガス導入用の貫通穴が形成されて、前記ガス供給装置から前記貫通穴を通して前記真空容器内に、前記ガスを供給するようにしている、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装置。
【請求項９】
前記天板の前記不純物膜の使用可否情報を検出する検出装置と、
前記基板を前記試料電極に載置していない状態で前記天板の前記天板周縁部領域に、前記不純物含有膜を形成する動作と、不純物膜形成後に前記基板を前記試料電極に載置した状態で前記プラズマドーピングを行なう動作と、前記プラズマドーピング後に前記検出装置で検出した前記不純物膜の前記使用可否情報の値と、基準値とを比較して、前記基準値以下ならば、前記プラズマドーピングを行なう動作を再び行なう一方、前記基準値を超えておれば、前記天板の前記天板中央部領域から、前記不純物含有膜を除去する動作を行なうように制御する制御部とを備える、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装置。
【請求項１０】
真空容器内に配置された試料電極の基板載置領域に基板を載置し、前記真空容器内を排気装置により排気しかつ前記真空容器内に、不純物を含むガスをガス供給装置により供給し、前記試料電極に高周波電力を高周波電源から印加するとともに、プラズマ発生機構により前記ガスを励起してプラズマを発生させてプラズマドーピングを行なうプラズマドーピング方法であって、
前記天板と前記試料電極の前記基板との間に発生させた前記プラズマにより、
前記ガス供給装置により前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置された天板の、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域に有しかつ前記不純物を含む不純物含有膜中の前記不純物とが、
前記試料電極の前記基板載置領域に載置された前記基板に導入される、プラズマドーピング方法。
【請求項１１】
前記天板の前記天板中央部領域に対向する前記基板の中央部領域には、主として、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物が導入されるとともに、
前記天板の前記天板周縁部領域に対向する前記基板の周縁部領域には、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、前記天板の前記天板周縁部領域に有して環状形状をなす前記不純物含有膜を起因とする不純物とが導入される、請求項１０に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、請求項１０又は１１に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載のプラズマドーピング方法を用いてプラズマドーピングを行なって半導体装置を製造する半導体装置の製造方法。
【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】
2009084160.tif 000051
【図２】
2009084160.tif 000052
【図３】
2009084160.tif 000053
【図４】
2009084160.tif 000054
【図５】
2009084160.tif 000055
【図６】
2009084160.tif 000056
【図７】
2009084160.tif 000057
【図８】
2009084160.tif 000058
【図９Ａ】
2009084160.tif 000059
【図９Ｂ】
2009084160.tif 000060
【図１０】
2009084160.tif 000061
【図１１】
2009084160.tif 000062
【図１２】
2009084160.tif 000063
【図１３】
2009084160.tif 000064
【図１４】
2009084160.tif 000065
【図１５】
2009084160.tif 000066
【図１６Ａ】
2009084160.tif 000067
【図１６Ｂ】
2009084160.tif 000068
【図１７】
2009084160.tif 000069
【図１８】
2009084160.tif 000070
【図１９】
2009084160.tif 000071
【図２０】
2009084160.tif 000072
【図２１Ａ】
2009084160.tif 000073
【図２１Ｂ】
2009084160.tif 000074
【図２１Ｃ】
2009084160.tif 000075
【図２１Ｄ】
2009084160.tif 000076
【図２２Ａ】
2009084160.tif 000077
【図２２Ｂ】
2009084160.tif 000078
【図２２Ｃ】
2009084160.tif 000079
【図２３】
2009084160.tif 000080
【図２４】
2009084160.tif 000081
【図２５】
2009084160.tif 000082
【図２６】
2009084160.tif 000083
【図２７】
2009084160.tif 000084
【図２８Ａ】
2009084160.tif 000085
【図２８Ｂ】
2009084160.tif 000086
【図２８Ｃ】
2009084160.tif 000087
【図２８Ｄ】
2009084160.tif 000088
【図２８Ｅ】
2009084160.tif 000089
【図２８Ｆ】
2009084160.tif 000090
【図２８Ｇ】
2009084160.tif 000091
【図２８Ｈ】
2009084160.tif 000092
【図２９Ａ】
2009084160.tif 000093
【図２９Ｂ】
2009084160.tif 000094
【図３０Ａ】
2009084160.tif 000095
【図３０Ｂ】
2009084160.tif 000096
【図３１Ａ】
2009084160.tif 000097
【図３１Ｂ】
2009084160.tif 000098
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月21日(2009.8.21)
【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】
真空容器と、
前記真空容器内に配置され、かつ、基板を基板載置領域に載置する試料電極と、
前記試料電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記真空容器内を排気する排気装置と、
前記真空容器内に、不純物を含むガスを供給するガス供給装置と、
前記ガスを励起してプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
を備える平行平板のプラズマドーピング装置であって、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置され、かつ、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域には存在せずかつ前記天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域にのみ存在しかつ前記不純物を含む不純物含有膜を有する天板を備えるプラズマドーピング装置。
【請求項２】
前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域よりも前記天板の前記天板周縁部領域の厚みが大きい、請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３】
前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域に、前記プラズマに接触しないようにプラズマ接触防止層を有する、請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４】
前記膜の外径は、前記試料電極の前記基板載置領域の外径と同じか又はそれよりも大きい、請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項５】
前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項６】
前記天板の前記天板周縁部領域に有る前記不純物含有膜は、その中央部の開口部の大きさは、前記不純物含有膜の中心からの半径が１８ｍｍ以上１１３ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項７】
前記不純物含有膜には、前記ガス供給装置に接続されるガス導入用の貫通穴が形成されて、前記ガス供給装置から前記貫通穴を通して前記真空容器内に、前記ガスを供給するようにしている、請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項８】
前記天板の前記不純物膜の使用可否情報を検出する検出装置と、
前記基板を前記試料電極に載置していない状態で前記天板の前記天板周縁部領域に、前記不純物含有膜を形成する動作と、不純物膜形成後に前記基板を前記試料電極に載置した状態で前記プラズマドーピングを行なう動作と、前記プラズマドーピング後に前記検出装置で検出した前記不純物膜の前記使用可否情報の値と、基準値とを比較して、前記基準値以下ならば、前記プラズマドーピングを行なう動作を再び行なう一方、前記基準値を超えておれば、前記天板の前記天板中央部領域から、前記不純物含有膜を除去する動作を行なうように制御する制御部とを備える、請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項９】
真空容器内に配置された試料電極の基板載置領域に基板を載置し、前記真空容器内を排気装置により排気しかつ前記真空容器内に、不純物を含むガスをガス供給装置により供給し、前記試料電極に高周波電力を高周波電源から印加するとともに、プラズマ発生機構により前記ガスを励起してプラズマを発生させてプラズマドーピングを行なうプラズマドーピング方法であって、
前記天板と前記試料電極の前記基板との間に発生させた前記プラズマにより、
前記ガス供給装置により前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置された天板の、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域には存在せずかつ前記天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域にのみ存在しかつ前記不純物を含む不純物含有膜中の前記不純物とが、
前記試料電極の前記基板載置領域に載置された前記基板に導入される、プラズマドーピング方法。
【請求項１０】
前記天板の前記天板中央部領域に対向する前記基板の中央部領域には、主として、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物が導入されるとともに、
前記天板の前記天板周縁部領域に対向する前記基板の周縁部領域には、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、前記天板の前記天板周縁部領域のみに有して環状形状をなす前記不純物含有膜を起因とする不純物とが導入される、請求項９に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、請求項９又は１０に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
請求項９又は１０に記載のプラズマドーピング方法を用いてプラズマドーピングを行なって半導体装置を製造する半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
本発明の第１態様によれば、真空容器と、
前記真空容器内に配置され、かつ、基板を基板載置領域に載置する試料電極と、
前記試料電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記真空容器内を排気する排気装置と、
前記真空容器内に、不純物を含むガスを供給するガス供給装置と、
前記ガスを励起してプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
を備える平行平板のプラズマドーピング装置であって、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置され、かつ、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域には存在せずかつ前記天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域にのみ存在しかつ前記不純物を含む不純物含有膜を有する天板を備えるプラズマドーピング装置を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
本発明の第２態様によれば、前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域よりも前記天板の前記天板周縁部領域の厚みが大きい、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
本発明の第３態様によれば、前記膜は、前記天板の前記天板中央部領域及び前記天板周縁部領域に存在し、かつ、前記天板の前記天板中央部領域に、前記プラズマに接触しないようにプラズマ接触防止層有する、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
本発明の第４態様によれば、前記膜の外径は、前記試料電極の前記基板載置領域の外径と同じか又はそれよりも大きい、第１〜３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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
本発明の第５態様によれば、前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、第１〜３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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
本発明の第６態様によれば、前記天板の前記天板周縁部領域に有る前記不純物含有膜は、その中央部の開口部の大きさは、前記不純物含有膜の中心からの半径が１８ｍｍ以上１１３ｍｍ以下である、第１〜３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。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
本発明の第７態様によれば、前記不純物含有膜には、前記ガス供給装置に接続されるガス導入用の貫通穴が形成されて、前記ガス供給装置から前記貫通穴を通して前記真空容器内に、前記ガスを供給するようにしている、第１〜３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。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
本発明の第８態様によれば、前記天板の前記不純物膜の使用可否情報を検出する検出装置と、
前記基板を前記試料電極に載置していない状態で前記天板の前記天板周縁部領域に、前記不純物含有膜を形成する動作と、不純物膜形成後に前記基板を前記試料電極に載置した状態で前記プラズマドーピングを行なう動作と、前記プラズマドーピング後に前記検出装置で検出した前記不純物膜の前記使用可否情報の値と、基準値とを比較して、前記基準値以下ならば、前記プラズマドーピングを行なう動作を再び行なう一方、前記基準値を超えておれば、前記天板の前記天板中央部領域から、前記不純物含有膜を除去する動作を行なうように制御する制御部とを備える、第１〜３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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
本発明の第９態様によれば、真空容器内に配置された試料電極の基板載置領域に基板を載置し、前記真空容器内を排気装置により排気しかつ前記真空容器内に、不純物を含むガスをガス供給装置により供給し、前記試料電極に高周波電力を高周波電源から印加するとともに、プラズマ発生機構により前記ガスを励起してプラズマを発生させてプラズマドーピングを行なうプラズマドーピング方法であって、
前記天板と前記試料電極の前記基板との間に発生させた前記プラズマにより、
前記ガス供給装置により前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、
前記試料電極の前記基板載置領域に対向するように前記真空容器の上部に配置された天板の、前記真空容器内に発生させる前記プラズマに暴露可能な面であって前記試料電極の前記基板載置領域の中央部に対向する天板中央部領域には存在せずかつ前記天板中央部領域の周縁の天板周縁部領域にのみ存在しかつ前記不純物を含む不純物含有膜中の前記不純物とが、
前記試料電極の前記基板載置領域に載置された前記基板に導入される、プラズマドーピング方法を提供する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
本発明の第１０態様によれば、前記天板の前記天板中央部領域に対向する前記基板の中央部領域には、主として、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物が導入されるとともに、
前記天板の前記天板周縁部領域に対向する前記基板の周縁部領域には、前記真空容器内に供給された前記ガス中の前記不純物と、前記天板の前記天板周縁部領域のみに有して環状形状をなす前記不純物含有膜を起因とする不純物とが導入される、第９態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
本発明の第１１態様によれば、前記ガス供給装置から供給される、前記不純物を含むガスはＢ２Ｈ６を含むガスであり、このＢ２Ｈ６の濃度は０．０１質量％以上で１．０質量％以下の範囲である、第９又は１０態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
本発明の第１２態様によれば、第９又は１０の態様に記載のプラズマドーピング方法を用いてプラズマドーピングを行なって半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を提供する。
【国際調査報告】
2009084160.tif 000099
2009084160.tif 000100
2009084160.tif 000101
2009084160.tif 000102