(57)【要約】【課題】被処理体に不純物元素をドープする時、このドープする部分を非常に薄く形成でき且つ高濃度な状態で迅速にドープしてスループットを向上させることが可能なプラズマドーピング方法を提供することにある。【解決手段】プラズマを用いて被処理体Ｗの表面に不純物元素を導入するようにしたプラズマドーピング装置において、真空引き可能になされた処理容器３２と、被処理体を載置するために処理容器内に設けた載置台３４と、載置台にバイアス用の高周波電力を印加する高周波電源７２と、処理容器内へ不純物元素を有するドープガスを含む必要なガスを供給するガス供給手段９６と、処理容器内でプラズマを立てるためのプラズマ形成手段７８とを備える。これにより、ドープする部分を非常に薄く、或いは浅く形成でき且つ高濃度な状態で迅速にドープしてスループットを向上させる。【選択図】図１
2008300687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いて被処理体の表面に不純物元素を導入するようにしたプラズマドーピング装置において、
真空引き可能になされた処理容器と、
前記被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、
前記載置台にバイアス用の高周波電力を印加する高周波電源と、
前記処理容器内へ前記不純物元素を有するドープガスを含む必要なガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内でプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマドーピング装置。
【請求項２】
前記プラズマ形成手段は、
前記処理容器の天井の外側に設けた平面アンテナ部材と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
該マイクロ波発生源で発生したマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬させる導波管と、
を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３】
前記ガス供給手段は、
前記ドープガスを供給するドープガス供給部と、
前記プラズマを安定化させるプラズマ安定化ガスを供給するプラズマ安定化ガス供給部と、
を有することを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４】
前記ドープガス供給部は、格子状に形成したガス流路に複数のガス噴出孔を設けてなるシャワーヘッド構造になされていることを特徴とする請求項３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項５】
前記プラズマ安定化ガス供給部は、前記ドープガス供給部の上方に設けられることを特徴とする請求項３又は４記載のプラズマドーピング装置。
【請求項６】
前記プラズマ安定化ガス供給部は、前記処理容器の側壁に沿って設けられたガス流路に複数のガス噴出孔を設けることにより構成されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項７】
前記バイアス用の高周波電力の周波数は４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項８】
前記バイアス用の高周波電力によって引き込まれるイオンのエネルギーは１００〜１０００ｅＶの範囲内になるように設定されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項９】
真空引き可能になされた処理容器内で載置台上に載置された被処理体の表面に対してプラズマを用いてドープガス中に含まれる不純物元素をドープするようにしたプラズマドーピング方法において、
前記載置台にバイアス用の高周波電力を印加すると共に、前記処理容器内に前記ドープガスを供給してプラズマを発生させ、前記ドープガス中の前記不純物元素を前記バイアス用の高周波電力により引き込むことにより前記被処理体の表面に前記不純物元素をドープさせるようにしたことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１０】
前記バイアス用の高周波電力の周波数は４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項９記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
前記バイアス用の高周波電力によって引き込まれるイオンのエネルギーは１００〜１０００ｅＶの範囲内になるように設定されることを特徴とする請求項９又は１０記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
前記不純物元素がドープされることにより形成される部位はＭＯＳＦＥＴのイクステンション部であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
請求項１乃至８のいずれかに記載するプラズマドーピング装置を用いて被処理体の表面に不純物元素をドープするに際して、
請求項９乃至１２のいずれかに記載するプラズマドーピング方法を実行するように前記プラズマドーピング装置の動作を制御するコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面にプラズマを用いて不純物元素をドープ（注入）するプラズマドーピング方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスの製造工程における不純物元素のドーピング（注入）を行なう装置として、不純物元素の精密な制御が可能であり、しかもイオンの数を把握しながら処理できるという理由からイオン注入装置が用いられている（例えば特許文献１、２等）。このイオン注入装置は、ハロゲン化物などのガスをプラズマ状態にし、これを途中に設けた電極により電界をかけることにより引き出し、そして、引き出されたビームに所定の磁場をかけることにより不純物イオンを排除して所定のイオンのみを取り出す質量分析を行い、更に、取り出したイオンのエネルギを上げたり、下げたりして被処理体にドープするようになっている。
【０００３】
ここで不純物元素のドープによって形成される半導体装置の一例について説明する。図８は半導体装置の一例であるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を示す拡大模式図である。このＭＯＳＦＥＴはシリコン基板よりなる半導体ウエハＷの表面に形成されたｐ型、或いはｎ型のウエル２の表面部分にゲート絶縁膜４を介して例えば不純物導入ポリシリコン膜よりなるゲート電極６を有しており、このゲート電極６上に例えばアルミニウム合金よりなるゲート配線８が形成されている。このゲート電極６の両側には、例えばシリコン窒化膜等よりなるサイドウォール１０が形成される。
【０００４】
また、上記ゲート電極６の下方であって、この両側には例えば不純物導入ポリシリコンよりなるソース１２とドレイン１４とが形成されると共に、その上部には例えばアルミニウム合金よりなるソース配線１６及びドレイン配線１８がそれぞれ設けられる。更に、上記ソース１２及びドレイン１４間であって上記サイドウォール１０の下方には、ショートチャネル効果の発生を防止するために例えば不純物導入ポリシリコンよりなるイクステンション部２０がそれぞれ設けられている。
【０００５】
ここで、このイクステンション部２０は、上記ソース１２やドレイン１４よりもその厚さが薄く（浅く）且つ不純物元素の濃度は上記ソース１２やドレイン１４よりも薄くなされている。このようなイクステンション部２０を有するトランジスタ構造は、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ−Ｄｏｐｐｄ  Ｄｒａｉｎ）構造と称されている。
【０００６】
そして、上記ソース１２、ドレイン１４やイクステンション部２０を形成するには、まず、ゲート絶縁膜４上にゲート電極６を形成した状態で上記イオン注入装置を用いてソース１２、ドレイン１４及びイクステンション部２０に対応する部分に不純物元素を浅く且つ濃度が薄い状態でドープし、その後に、サイドウォール１０を形成した状態で更に不純物元素を深く且つ濃度が濃くなるようにドープしてソース１２とドレイン１４をそれぞれ形成するようになっている。尚、２回目のドープの際には上記サイドウォール１０がイクステンション部２０に対するマスクとして作用することになる。
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３１９２４３号公報
【特許文献２】特開平５−２５１０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近にあっては、半導体デバイスの高集積化及び高微細化の更なる要求に伴って線幅や膜厚をより小さくすることが求められており、これにより設計ルールがより厳しくなってきている。このような状況下において、例えば上記したようなイクステンション部２０の構造としては、その厚さをより薄くし（浅くし）且つ不純物元素の濃度をより大きくする必要がある。
【０００９】
このように、不純物元素をより浅く且つ高濃度にドープするためには、上記イオン注入装置において、イオンを低エネルギーでドープしなければならない。しかしながら、上記したイオン注入装置が本来有している性能では低エネルギー状態の動作ではビーム電流が極端に低下してしまうので、必要とされる高濃度まで不純物元素をドープするにはドーピング時間が過度に大きくなり過ぎてしまい、スループットが大幅に低下する、といった問題があった。
【００１０】
例えば図９は上記状態を説明するための図であり、インプラントエネルギー（ドープエネルギー）とビーム電流及びインプラント時間（ドーピング時間）との関係を示すグラフである。ここでは直径２００ｍｍのウエハ上に不純物元素としてＢ（ボロン）を１．０×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２ のドーズ量でドープした場合を示している。上述のように、不純物元素を浅く打ち込んでドープするためには、インプラントエネルギーを小さくしなければならないが、そうするとビーム電流も小さくなる。ここでビーム電流をより小さくすると、図９に示すように所定のドーズ量まで不純物元素をドープするためにはインプラント時間が急激に上昇してしまう。
【００１１】
このことは、上記イクステンション部２０のように厚さが薄い、或いは浅い部分に対して不純物元素を高濃度になるまで打ち込んでドープするためには非常に長時間を要してしまい、スループットを低下させてしまうことを意味する。
【００１２】
またイオンを低エネルギーで放射すると、イオンビーム径が大きくなって拡散し、そのため、この種のイオン注入装置ではイオン源からウエハまでの距離がかなり長いので、上記拡散した一部のイオンが途中で装置を構成する種々の材料に衝突して金属汚染やパーティクルの発生原因となる、といった問題もあった。
【００１３】
本発明の目的は、被処理体の表面に不純物元素をドープするに際して、このドープする部分を非常に薄く、或いは浅く形成することができ且つ高濃度な状態で迅速にドープしてスループットを向上させることが可能なプラズマドーピング方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に係る発明は、プラズマを用いて被処理体の表面に不純物元素を導入するようにしたプラズマドーピング装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、前記載置台にバイアス用の高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理容器内へ前記不純物元素を有するドープガスを含む必要なガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内でプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、を備えたことを特徴とするプラズマドーピング装置である。
【００１５】
このように、真空引き可能になされた処理容器内でプラズマを発生し、バイアス用の高周波電力により不純物元素のイオンを引き込むことにより載置台上の被処理体の表面に対して不純物元素をドープさせるようにしたので、被処理体の表面に不純物元素をドープするに際して、このドープする部分を非常に薄く、或いは浅く形成することができ且つ高濃度な状態で迅速にドープしてスループットを向上させることができる。
【００１６】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記プラズマ形成手段は、前記処理容器の天井の外側に設けた平面アンテナ部材と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、該マイクロ波発生源で発生したマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬させる導波管と、を有する。
【００１７】
また例えば請求項３に記載したように、前記ガス供給手段は、前記ドープガスを供給するドープガス供給部と、前記プラズマを安定化させるプラズマ安定化ガスを供給するプラズマ安定化ガス供給部と、を有する。
また例えば請求項４に記載したように、前記ドープガス供給部は、格子状に形成したガス流路に複数のガス噴出孔を設けてなるシャワーヘッド構造になされている。
また例えば請求項５に記載したように、前記プラズマ安定化ガス供給部は、前記ドープガス供給部の上方に設けられる。
【００１８】
また例えば請求項６に記載したように、前記プラズマ安定化ガス供給部は、前記処理容器の側壁に沿って設けられたガス流路に複数のガス噴出孔を設けることにより構成されている。
また例えば請求項７に記載したように、前記バイアス用の高周波電力の周波数は４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内である。
また例えば請求項８に記載したように、前記バイアス用の高周波電力によって引き込まれるイオンのエネルギーは１００〜１０００ｅＶの範囲内になるように設定される。
【００１９】
請求項９に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内で載置台上に載置された被処理体の表面に対してプラズマを用いてドープガス中に含まれる不純物元素をドープするようにしたプラズマドーピング方法において、前記載置台にバイアス用の高周波電力を印加すると共に、前記処理容器内に前記ドープガスを供給してプラズマを発生させ、前記ドープガス中の前記不純物元素を前記バイアス用の高周波電力により引き込むことにより前記被処理体の表面に前記不純物元素をドープさせるようにしたことを特徴とするプラズマドーピング方法である。
【００２０】
この場合、例えば請求項１０に記載したように、前記バイアス用の高周波電力の周波数は４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内である。
また例えば請求項１１に記載したように、前記バイアス用の高周波電力によって引き込まれるイオンのエネルギーは１００〜１０００ｅＶの範囲内になるように設定される。
また例えば請求項１２に記載したように、前記不純物元素がドープされることにより形成される部位はＭＯＳＦＥＴのイクステンション部である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るプラズマドーピング方法及びその装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
真空引き可能になされた処理容器内でプラズマを発生し、バイアス用の高周波電力により不純物元素のイオンを引き込むことにより載置台上の被処理体の表面に対して不純物元素をドープさせるようにしたので、被処理体の表面に不純物元素をドープするに際して、このドープする部分を非常に薄く、或いは浅く形成することができ且つ高濃度な状態で迅速にドープしてスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係るプラズマドーピング方法及びその装置の好適な一実施例の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るプラズマドーピング装置の一例を示す構成図、図２はガス供給手段の一部であるシャワーヘッド構造のドープガス供給部を示す平面図である。ここではプラズマドーピング装置としてラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）方式の平面アンテナ部材を用いた場合を例にとって説明する。
【００２３】
図示するように、プラズマドーピング装置３０は、例えば側壁や底部がアルミニウム合金等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器３２を有しており、内部は密閉された処理空間Ｓとして構成されて、この処理空間にプラズマが形成される。この処理容器３２自体は接地されている。
【００２４】
この処理容器３２内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウエハＷを載置する載置台３４が収容される。この載置台３４は、例えばアルミナ等のセラミック材により平坦な略円板状に形成されており、例えばアルミニウム等よりなる支柱３６を介して容器底部より起立されている。
【００２５】
この処理容器３２の側壁には、開口３８が形成されると共に、この開口３８には、処理容器３２の内部に対してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ４０が設けられている。また、容器底部には、排気口４４が設けられると共に、この排気口４４には、圧力制御弁４６及び真空ポンプ４８が順次介接された排気路５０が接続されており、必要に応じて処理容器３２内を真空引きして所定の圧力を維持できるようになっている。
【００２６】
また、上記載置台３４の下方には、ウエハＷの搬出入時にこれを昇降させる複数、例えば３本の昇降ピン５２（図１においては２本のみ記す）が設けられており、この昇降ピン５２は、容器底部を貫通して設けた昇降ロッド５４により昇降される。この昇降ロッド５４の容器底部の貫通箇所には伸縮可能になされたベローズ５６が設けられており、気密性を保持しつつ上記昇降ロッド５４の昇降移動を許容している。また上記載置台３４には、上記昇降ピン５２を挿通させるためのピン挿通孔５８が形成されている。
【００２７】
上記載置台３４の全体は耐熱材料、例えばアルミナ等のセラミックにより構成されており、このセラミック中に加熱手段６０が設けられる。この加熱手段６０は、載置台３４の略全域に亘って埋め込まれた薄板状の抵抗加熱ヒータ６０ａを有しており、この抵抗加熱ヒータ６０ａは、支柱３６内を通る配線６２を介してヒータ電源６４に接続されている。尚、ウエハＷの加熱が不要な場合には、上記加熱手段６０は設けなくてもよい。
【００２８】
また、この載置台３４の上面側には、内部に例えば網目状に配設されたチャック電極６６ａを有する薄い静電チャック６６が設けられており、この載置台３４上、詳しくはこの静電チャック６６上に載置されるウエハＷを静電吸着力により吸着できるようになっている。そして、この静電チャック６６の上記チャック電極６６ａは、上記静電吸着力を発揮するために配線６８を介して直流電源７０に接続されている。またこの配線６８には、プラズマ処理時に例えば４００ｋＨｚのバイアス用の高周波電力を上記静電チャック６６のチャック電極６６ａへ印加するためにバイアス用高周波電源７２が接続されている。これにより、後述するように処理空間Ｓ中のイオンを載置台３４側へ引き込むことができるようになっている。
【００２９】
そして、処理容器３２の天井部は開口されて、ここに例えばＡｌ２ Ｏ３ 等のセラミック材よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する天板７４がＯリング等のシール部材７６を介して気密に設けられる。この天板７４の厚さは耐圧性を考慮して例えば２０ｍｍ程度に設定される。
【００３０】
そして、この天板７４の上面に上記処理容器３２内でプラズマを立てるためのプラズマ形成手段７８が設けられている。具体的には、このプラズマ形成手段７８は、上記天板７４の上面に設けられた円板状の平面アンテナ部材８０を有しており、この平面アンテナ部材８０上に遅波材８２が設けられる。この遅波材８２は、例えば窒化アルミ等よりなり、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有している。上記平面アンテナ部材８０は、上記遅波材８２の上方全面を覆う導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱８４の底板として構成される。この導波箱８４の上部には、これを冷却するために冷媒を流す冷却ジャケット８６が設けられる。
【００３１】
この導波箱８４の中心には、同軸導波管８８の外管８８ａが接続され、内側の内部導体８８ｂは、上記遅波材８２の中心の貫通孔を通って上記平面アンテナ部材８０の中心部に接続される。そして、この同軸導波管８８は、モード変換器９０及びマッチヤー（図示せず）を有する矩形導波管９２を介して例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生器９４に接続されており、上記平面アンテナ部材８０へマイクロ波を伝搬するようになっている。この周波数は２．４５ＧＨｚに限定されず、他の周波数、例えば８．３５ＧＨｚを用いてもよい。
【００３２】
上記平面アンテナ部材８０は、大きさが３００ｍｍサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が４００〜５００ｍｍ、厚みが１〜数ｍｍの導電性材料よりなる、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のスロット８０ａが形成されている。このスロット８０ａの配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻状、或いは放射状に配置させてもよいし、アンテナ部材全面に均一になるように分布させてもよい。この平面アンテナ部材８０は、いわゆるＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）方式のアンテナ構造となっており、これにより、高密度で低電子温度のプラズマが得られる。
【００３３】
また上記載置台３４の上方には、この処理容器３２内へ不純物元素を有するドープガスを含む必要なガスを流量制御しつつ供給するためのガス供給手段９６が設けられている。具体的には、このガス供給手段９６は、上記載置台３４の直上に、設けられてドープガスを供給するためのドープガス供給部９８と、処理空間Ｓにて発生させるプラズマを安定化させるプラズマ安定化ガスを供給するプラズマ安定化ガス供給部１００とにより主に構成されている。上記ドープガス供給部９８は、図２にも示すように、例えばパイプ部材よりなるガス流路１０２を格子状に形成し、このガス流路１０２の下面に複数（多数）のガス噴出孔１０２ａを設け、いわゆるシャワーヘッド構造になされている。
【００３４】
これにより、処理空間Ｓの略全面に向けてドープガスを均等に供給するようになっている。このドープガス供給部９８の全体は、例えば石英やアルミニウム合金等に形成することができる。またドープガスとしては、ドープすべき不純物元素に依存し、例えばＢＦ３ 、Ｂ２ Ｈ４ 、ＰＨ３ 、ＡｓＨ５ 等を用いることができる。これらのドープガスは単独で、或いは例えばＡｒガス等の希ガスと供に供給されることになる。
【００３５】
また上記プラズマ安定化ガス供給部１００は、上記ドープガス供給部９８の上方、すなわち天板７４の下方には、処理容器３２の側壁に沿って設けられたリング状のガス流路１０４を有しており、このガス流路１０４の内側壁には複数（多数）のガス噴出孔１０４ａがその周方向に沿って所定の間隔で設けられ、処理空間Ｓの中心に向けてプラズマ安定化ガスを供給できるようになっている。上記ガス流路１０４の全体は、例えば石英やアルミニウム合金等により形成することができる。またプラズマ安定化ガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いることができる。
【００３６】
そして、このプラズマドーピング装置３０の全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段１１０により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体１１２に記憶されている。具体的には、この制御手段１１０からの指令により、各ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。
【００３７】
次に、以上のように構成されたプラズマドーピング装置３０を用いて行なわれるプラズマドーピング方法について説明する。
まず、ゲートバルブ４０を介して半導体ウエハＷを搬送アーム（図示せず）により処理容器３２内に収容し、昇降ピン５２を上下動させることによりウエハＷを載置台３４の上面の載置面に載置し、そして、このウエハＷを静電チャック６６により静電吸着する。
【００３８】
このウエハＷは載置台３４の加熱手段６０により所定のプロセス温度に維持される。そして、ガス供給手段９６のドープガス供給部９８からは不純物元素を含んだドープガスが流量制御されつつ供給され、このドープガスは格子状のガス流路１０２に形成した各ガス噴出孔１０２ａより処理空間Ｓの全域に亘って略均等に噴出される。また他方のプラズマ安定化ガス供給部１００からはプラズマ安定化ガスが流量制御されつつ供給され、このプラズマ安定化ガスは容器側壁に沿って配置したリング状のガス流路１０４に形成した各ガス噴出孔１０４ａより処理空間Ｓの中央部に向けて噴出される。
【００３９】
また、真空排気系では、圧力制御弁４６を制御して処理容器３２内を所定のプロセス圧力に維持する。これと同時に、プラズマ形成手段７８のマイクロ波発生器９４を駆動することにより、このマイクロ波発生器９４にて発生したマイクロ波を、矩形導波管９２及び同軸導波管８８を介して平面アンテナ部材８０に供給して処理空間Ｓに、遅波材８２によって波長が短くされたマイクロ波を導入し、これにより処理空間Ｓにプラズマを発生させて所定のプラズマを用いたドーピング（注入）処理を行う。この際、上記載置台３４に設けた静電チャック６６の静電チャック電極６６ａには、バイアス用の高周波電源７２からバイアス用の高周波電力が印加されており、イオン状の不純物元素を引き込むようになっている。
【００４０】
上述のように載置台３４側に例えば４００ｋＨｚのバイアス用の高周波電力を印加することにより不純物元素、例えばＡｓ等のイオンがウエハＷの表面に引き込まれてドープが行われる。この際、処理容器３２内で形成されるプラズマは上述のようにＲＬＳＡ構造の平面アンテナ部材８０より導入されるマイクロ波により形成されるので、電子温度は低く、しかも高密度で均一であるため、不純物元素をウエハＷの面内において均一に、しかも迅速にドープすることができる。ここでプラズマ安定化ガスとしては前述したようにＡｒやＸｅ等の希ガスが用いられ、ドープガスとしてはドープ（注入）する不純物元素に依存して、例えばＢＦ３ 、Ｂ２ Ｈ４ 、ＰＨ３ 、ＡｓＨ５ 等が用いられ、これにより不純物元素としてＢ（ボロン）やＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）等がドープされることになる。
【００４１】
また、上記バイアス用の高周波電力の周波数は４００ｋＨｚ〜１３，５６ＭＨｚの範囲内に設定するのがよい。この周波数が４００ｋＨｚよりも小さい場合には、ドープされるイオンのエネルギー分布が幅広いものとなるので好ましくなく、また周波数が１３．５６ＭＨｚよりも大きい場合には、周波数が高過ぎるので不純物元素のイオンがその振動速度に追従できずにイオンのドープが行われ難くなってしまう。
【００４２】
また上記バイアス用の高周波電力によって引き込まれる不純物元素のイオンのエネルギーは、１００〜１０００ｅＶの範囲内が望ましい。このイオンのエネルギーが１００ｅＶよりも小さい場合には、イオンのドープ自体が生じ難くなり、また、イオンのエネルギーが１０００ｅＶよりも大きい場合には、イオンがウエハＷの表面より深過ぎる部分まで打ち込まれることになり、所望する浅さで、且つ高濃度の不純物元素のイオン注入が行い難くなってしまう。
【００４３】
ここで、プラズマによる不純物元素イオンのドーピングの原理についてバイアス用の高周波電力の波形を用いて説明する。図３はバイアス用の高周波電力の波形とイオンのドーピングとの関係を示すグラフである。図３において、Ｖｐはプラズマの電位を示し、Ｖｆはフローティング電位を示し、Ｖｈは高周波電極（載置台）の直流電位を示し、Ｖｄｃはフローティング電位と高周波電極の直流電位との電位差を示し、Ｖｐｐはバイアス用の高周波電力のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋの電圧を示す。尚、フローティング電位とは、高周波電極に流入する電子とイオンの総量が等しくなるようにプラズマ空間において発生する電位であり、プラズマ電位よりも僅かに低い。
【００４４】
前述したように、ここではバイアス用の高周波電力は例えば４００ｋＨｚの周波数で変動しており、高周波電力がフローティング電位以上の部分（梨地部分）ではウエハに対して電子を注入する期間となり、また、フローティング電位以下の部分（斜線の部分）ではイオンを注入する期間となる。このように、ウエハＷに対しては、電子とイオンの注入（ドープ）が交互に生ずることになり、イオンの注入時に前述したＢやＰやＡｓ等の不純物元素がドープされることになり、従って、可能な限りイオンを注入する期間が長くなるように設定するのがよい。
【００４５】
このように、本発明によれば、真空引き可能になされた処理容器３２内でプラズマを発生し、バイアス用の高周波電力により不純物元素のイオンを引き込むことにより載置台３４上の被処理体である半導体ウエハＷの表面に対して不純物元素をドープさせるようにしたので、被処理体の表面に不純物元素をドープするに際して、このドープする部分を非常に薄く、或いは浅く形成することができ且つ高濃度な状態で迅速にドープしてスループットを向上させることができる。
【００４６】
また、従来のイオン注入装置では、イオンビームの拡散に伴って、一部のビームが装置構成部材と衝突してパーティクルや金属汚染等を発生する場合があったが、本発明装置では、イオンがそのままウエハに引き込まれるので上記したパーティクルや金属汚染等が生ずることを防止することができる。
【００４７】
次に、上述した本発明のプラズマドーピング装置を用いて実際に不純物元素をドープする実験を行って評価したので、その評価結果について説明する。
＜イオン濃度の注入深さ方向のプロファイルのバイアス電力（イオンエネルギー）に対する依存性＞
まず、ウエハ表面にドープされるイオン濃度の注入深さ方向のプロファイル対バイアス電力（イオンエネルギー）の関係について評価した。図４はこの時の評価結果を示すグラフである。
【００４８】
ここでは、バイアス用の高周波電力（ＲＦ）として５０Ｗ（ワット）、１００Ｗ、２００Ｗの３種類について行った。各ワット数に対応するイオンエネルギーはそれぞれ２２０ｅＶ、２６０ｅＶ、４００ｅＶである。またドープする不純物元素としては”Ｎ（窒素）”を用いて５秒間のドープを行った。尚、濃度プロファイルを調べるためにＢ、Ａｓ、Ｐ等に替えて窒素を用いることは一般的に行われており、Ｂ、Ａｓ、Ｐ等は図４に見られるガウス分布のプロファイルのピークが図中右側方向へ僅かにシフトすることが知られている。また、ＭＯＳＦＥＴのイクステンション部の厚さ（深さ）はウエハ表面より１０ｎｍ程度までである。
【００４９】
このグラフから明らかなように、バイアス用の高周波電力を５０Ｗから１００Ｗ、２００Ｗへ順に増加するに従って、Ｎ濃度のピークは順次右方向へシフトすると共に、ピーク値が順次少しずつ高くなっている。しかも、各ピークはイクステンション部の厚さ（深さ）である１０ｎｍよりも浅い部分に位置しており、この浅い部分に高濃度の不純物元素をドープできることを理解することができる。この場合、不純物元素の各ドーズ量は、高周波電力５０Ｗ（２２０ｅＶ）の時が８．４×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 、１００Ｗ（２６０ｅＶ）の時が１．９×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 、２００Ｗ（４００ｅＶ）の時が３．２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ であった。
【００５０】
従って、２００ｅＶ程度以上のイオンエネルギーを用いれば５秒程度の短いドーピング時間で、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ 程度のドーズ量を得られることが判る。また、このグラフより判断すれば、イオンエネルギーが１０００ｅＶよりも大きくなると、Ｎ濃度のピークが深さ１０ｎｍの近傍、或いはこれよりも深くなることが予測されるので、上記したようなイクステンション部を形成するのには好ましくないことが判る。
【００５１】
＜金属汚染に対する評価＞
次に、本発明に係るプラズマドーピング装置の金属汚染に対する実験を行って評価をしたので、その評価結果について説明する。
図５は本発明装置の処理空間Ｓにおけるプラズマ電位の状態を示すグラフである。グラフ中において横軸は天板７４を基準として載置台３４までの距離をとっており、縦軸はプラズマ電位をとっている。ここでの処理容器の半径は１５０ｍｍに設定している。また、ここではマイクロ波発生器９４のマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚと８．３ＧＨｚの２種類について行っている。マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合は、天板７４の部分でプラズマ電位は１１Ｖ程度であり、天板７４から僅かに離れると一旦は急激にプラズマ電位は１０Ｖ程度まで低下するが、その後は、載置台３２までは緩やかに略直線的に低下しており、最終的に載置台３２の僅かに上方で略８Ｖ程度まで低下している。
【００５２】
またマイクロ波の周波数が８．３ＧＨｚの場合は、天板７４の部分でプラズマ電位は９Ｖ程度であり、天板７４から離れるに従って載置台３２まででは緩やかに略直線的に低下しており、最終的に載置台３２の僅かに上方で略７Ｖ程度まで低下している。
【００５３】
ここで全金属の中で最もスパッタされ易いコバルト（Ｃｏ）のスパッタの起こるイオンエネルギーのしきい値は略１２．５ｅＶなので、上記処理空間におけるプラズマ電位は全ての領域で１２．５ｅＶよりも小さく、特に、スパッタ対象となり易いシャワーヘッド構造のドープガス供給部９８の設置位置のプラズマ電位は、９．５ｅＶ以下になっている。従って、これによりスパッタによる金属汚染やパーティクルの発生を略確実に抑制できることを確認することができた。
【００５４】
＜チャージアップダメージに対する評価＞
次に、本発明に係るプラズマドーピング装置のチャージアップダメージに対する実験を行って評価を行ったので、その評価結果について説明する。図６はチャージアップダメージの評価に用いたＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）の平面アンテナ構造の一部を示す平面図であり、ウエハ表面に種々のアンテナ比の平面アンテナを形成し、その平面アンテナ部分がチャージアップにより絶縁破壊を生ずるか否かで評価を行った。ここでアンテナ比とは図６において示されるアンテナ面積Ｓ１、Ｓ２におけるＳ２／Ｓ１を意味する。
【００５５】
プラズマドーピング時のバイアス用の高周波電力は３００Ｗ（イオンエネルギー：６２０ｅＶ）であり、アンテナ比としては１Ｍ（１×１０６ ）、１００ｋ（１００×１０３ ）、１０ｋ（１０×１０３ ）、１ｋ（１×１０３ ）、１００、１０を用いた。この実験の結果、上述した全てのアンテナ比においてチャージアップによる絶縁破壊は生ずることがなく、製品の歩留まりは１００％となり、良好な結果を得ることができた。
【００５６】
＜プラズマドーピングの面内均一性の評価＞
次に、本発明に係るプラズマドーピング装置におけるイオン電流の面内均一性に対する実験を行って評価をしたので、その評価結果について説明する。
図７は上述したような実験をした結果を示すグラフである。ここでは載置台３４と天板７４間の距離を２０〜１６０ｍｍの範囲で種々変更して、荷電粒子を直接電流として計測するためのファラデーカップによりウエハ上の各部分のイオン電流を求めた。尚、このイオン電流は不純物元素のドーズ量に対応するものである。
【００５７】
図７から明らかなように、上記距離を２０〜１６０ｍｍの範囲で変化させた場合、上記距離が短くなるに従ってイオン電流が次第に増加しているが、各距離毎にウエハの中央とエッジとの間におけるイオン電流は略一定になっており、これにより、イオン電流、すなわち不純物元素のドーズ量の面内均一性を高く維持できることを確認することができた。
【００５８】
尚、上記実施例においては、ガス供給手段９６としてシャワーヘッド構造のドープガス供給部９８やリング状のプラズマ安定化ガス供給部１００を有する場合を例にとって説明したが、これらの形状等は特に限定されるものではない。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係るプラズマドーピング装置の一例を示す構成図である。
【図２】ガス供給手段の一部であるシャワーヘッド構造のドープガス供給部を示す平面図である。
【図３】バイアス用の高周波電力の波形とイオンのドーピングとの関係を示すグラフである。
【図４】ウエハ表面にドープされるイオン濃度の注入深さ方向のプロファイル対バイアス電力（イオンエネルギー）の関係を示すグラフである。
【図５】本発明装置の処理空間におけるプラズマ電位の状態を示すグラフである。
【図６】チャージアップダメージの評価に用いた平面アンテナ構造の一部を示す平面図である。
【図７】本発明に係るプラズマドーピング装置におけるウエハ面内方向のイオン電流を示すグラフである。
【図８】半導体装置の一例であるＭＯＳＦＥＴを示す拡大模式図である。
【図９】インプラントエネルギーとビーム電流及びインプラント時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
３０  プラズマドーピング装置
３２  処理容器
３４  載置台
６０  加熱手段
７２  バイアス用高周波電源
７８  プラズマ形成手段
８０  平面アンテナ部材
８０ａ  スロット
８８  同軸導波管
９２  矩形導波管
９４  マイクロ波発生器
９６  ガス供給手段
９８  ドープガス供給部
１００  プラズマ安定化ガス供給部
１０２  ガス流路
１０２ａ  ガス噴出孔
１０４  ガス流路
１０４ａ  ガス噴出孔
１１０  制御手段
１１２  記憶媒体
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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