(57)【要約】【課題】試料表面に導入される不純物濃度の制御性に優れたプラズマドーピング方法及び装置と、これに適した整合回路を提供する。【解決手段】真空容器１内にガス供給装置２より所定のガスを導入しつつポンプ３で排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、高周波電源５により高周波電力を、コイル８に印加すると、真空容器１内にプラズマが発生し、試料電極６上に載置された基板９に対してプラズマドーピングを行うことができる。このとき、発光分光装置１３による測定値と高周波電圧測定装置１５による測定値に基づき、不純物濃度を制御することができる。【選択図】　図１
2004047696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、プラズマ源に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させるとともに、真空容器内の試料電極に電力を供給することにより、試料電極に載置した試料または試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマドーピング方法であって、
プラズマの気相における状態をモニタリングするとともに、試料電極の電圧または電流をモニタリングすることにより、ドーピング濃度を制御すること
を特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項２】
真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、プラズマ源に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させるとともに、真空容器内の試料電極及び試料電極の周辺部に設けられたモニタ用導体に電力を供給することにより、試料電極に載置した試料または試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマドーピング方法であって、
プラズマの気相における状態をモニタリングするとともに、モニタ用導体の電圧または電流をモニタリングすることにより、ドーピング濃度を制御すること
を特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項３】
プラズマの気相における状態をモニタリングする方法が、発光分光法、レーザー誘起蛍光法、赤外半導体レーザー吸収分光法、真空紫外吸収分光法、レーザー散乱法、シングルプローブ法、ダブルプローブ法、トリプルプローブ法、質量分析法のいずれかであること
を特徴とする請求項１または２記載のプラズマドーピング方法。
【請求項４】
試料が、静電チャックにより試料電極に保持されていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマドーピング方法。
【請求項５】
試料電極の高周波電圧をモニタリング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方法。
【請求項６】
試料電極の高周波電流をモニタリング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方法。
【請求項７】
モニタ用導体の自己バイアス電圧をモニタリングすることを特徴とする請求項２記載のプラズマドーピング方法。
【請求項８】
試料電極とモニタ用導体がコンデンサを介して結合されていることを特徴とする請求項７記載のプラズマドーピング方法。
【請求項９】
モニタ用導体の高周波電流をモニタリングすることを特徴とする請求項２記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１０】
モニタ用導体の直流電流をモニタリングすることを特徴とする請求項２記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
試料電極とモニタ用導体がコンデンサ及び抵抗を介して結合され、試料電極がコイルと電流計と前記抵抗を介して接地されていることを特徴とする請求項１０記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
真空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空容器内を所定の圧力に制御するための調圧弁と、真空容器内に試料を載置するための試料電極と、試料電極に電力を供給する電源と、プラズマ源と、プラズマ源に高周波電力を供給する高周波電源と、プラズマの気相における状態をモニタリングする気相測定装置と、試料電極の電圧または電流をモニタリングする試料電極測定装置とを備えたこと
を特徴とするプラズマドーピング装置。
【請求項１３】
真空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空容器内を所定の圧力に制御するための調圧弁と、真空容器内に試料を載置するための試料電極と、試料電極の周辺部に設けられたモニタ用導体と、試料電極及びモニタ用導体に電力を供給する電源と、プラズマ源と、プラズマ源に高周波電力を供給する高周波電源と、プラズマの気相における状態をモニタリングする気相測定装置と、モニタ用導体の電圧または電流をモニタリングするモニタ用導体測定装置とを備えたこと
を特徴とするプラズマドーピング装置。
【請求項１４】
プラズマの気相における状態をモニタリングする方法が、発光分光法、レーザー誘起蛍光法、赤外半導体レーザー吸収分光法、真空紫外吸収分光法、レーザー散乱法、シングルプローブ法、ダブルプローブ法、トリプルプローブ法、質量分析法のいずれかであること
を特徴とする請求項１２または１３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１５】
試料を静電チャックにより試料電極に保持する機構を備えたこと
を特徴とする請求項１２または１３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１６】
試料電極の高周波電圧をモニタリングする試料電極測定装置を備えたこと
を特徴とする請求項１２記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１７】
試料電極の高周波電流をモニタリングする試料電極測定装置を備えたこと
を特徴とする請求項１２記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１８】
モニタ用導体の自己バイアス電圧をモニタリングするモニタ用導体測定装置を備えたこと
を特徴とする請求項１３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１９】
試料電極とモニタ用導体がコンデンサを介して結合されていること
を特徴とする請求項１８記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２０】
モニタ用導体の高周波電流をモニタリングするモニタ用導体測定装置を備えたこと
を特徴とする請求項１３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２１】
モニタ用導体の直流電流をモニタリングするモニタ用導体測定装置を備えたこと
を特徴とする請求項１３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２２】
試料電極とモニタ用導体がコンデンサ及び抵抗を介して結合され、試料電極がコイルと電流計と前記抵抗を介して接地されていること
を特徴とする請求項２１記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２３】
高周波電力を取り出すための第１高周波出力端子と、第１高周波出力端子とコンデンサ及び抵抗を介して結合された第２高周波出力端子とを備え、第２高周波出力端子がコイルと電流計と前記抵抗を介して接地され、電流計の測定値に対応した信号を出力する出力端子を備えたこと
を特徴とする整合回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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方法及び装置、及び、負荷の高周波インピーダンスを整合させるための整合回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
不純物を固体試料の表面に導入する技術としては、例えば、米国特許第４，９１２，０６５号明細書に示されているように、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。
【０００３】
プラズマドーピングにおいて、導入される不純物濃度を制御する方法として、特許第２７１８９２６号に示されているように、放電中の高周波電流を測定し、高周波電流を制御する方法がある。
【０００４】
以下、図８を参照しながら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ついて説明する。
【０００５】
同図は、従来のプラズマドーピング法に用いられるプラズマドーピング装置の概略構成を示している。図８において、真空容器１内に、シリコン基板よりなる試料９を載置するための試料電極６が設けられている。真空容器１内に所望の元素を含むドーピングガス例えばＢ２Ｈ６を供給するためのガス供給装置２、真空容器１内の内部を減圧するポンプ３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。コンデンサ３８、高周波変流器３９を介して、試料電極６に電源１０より高周波電力を供給することにより、真空容器１内にプラズマが形成され、プラズマ中のボロンイオンが試料９の表面に導入される。高周波変流器３９を介して、電流計４０で放電時の高周波電流を測定することにより、ドーピングされたボロン濃度を制御することができる。なお、試料電極に対向して、対向電極４１が設けられ、対向電極４１は接地される。
【０００６】
このようにして不純物が導入された試料９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９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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方式では、高周波電流を制御するために高周波電力の大きさを変えると、電子密度、プラズマ中のボロンイオン密度と、基板９に到達するイオンのエネルギーが全て変化してしまい、制御性が悪いという問題があった。
【０００８】
また、特許第２７１８９２６号では、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）放電においても同様の結果が与えられたとされているが、ＥＣＲ放電に代表される高密度プラズマを用いる場合、高周波電流が同じでも、真空容器内に供給されるマイクロ波電力の大きさが異なると、電子密度、プラズマ中のボロンイオン密度が異なる状態でドーピング処理が行われることとなり、同一のドーピング濃度が得られないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、試料表面に導入される不純物濃度の制御性に優れたプラズマドーピング方法及び装置と、プラズマドーピングにおけるドーピング濃度制御に適した整合回路を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明のプラズマドーピング方法は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、プラズマ源に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させるとともに、真空容器内の試料電極に電力を供給することにより、試料電極に載置した試料または試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマドーピング方法であって、プラズマの気相における状態をモニタリングするとともに、試料電極の電圧または電流をモニタリングすることにより、ドーピング濃度を制御することを特徴とする。
【００１１】
本願の第２発明のプラズマドーピング方法は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、プラズマ源に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させるとともに、真空容器内の試料電極及び試料電極の周辺部に設けられたモニタ用導体に電力を供給することにより、試料電極に載置した試料または試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマドーピング方法であって、プラズマの気相における状態をモニタリングするとともに、モニタ用導体の電圧または電流をモニタリングすることにより、ドーピング濃度を制御することを特徴とする。
【００１２】
本願の第１または第２発明のプラズマドーピング方法において、好適には、プラズマの気相における状態をモニタリングする方法が、発光分光法、レーザー誘起蛍光法、赤外半導体レーザー吸収分光法、真空紫外吸収分光法、レーザー散乱法、シングルプローブ法、ダブルプローブ法、トリプルプローブ法、質量分析法のいずれかであることが望ましい。
【００１３】
また、好適には、試料が、静電チャックにより試料電極に保持されていることが望ましい。
【００１４】
本願の第１発明のプラズマドーピング方法において、試料電極の高周波電圧をモニタリングしてもよいし、試料電極の高周波電流をモニタリングしてもよい。
【００１５】
本願の第２発明のプラズマドーピング方法において、モニタ用導体の自己バイアス電圧をモニタリングしてもよい。この場合、好適には、試料電極とモニタ用導体がコンデンサを介して結合されていることが望ましい。
【００１６】
また、モニタ用導体の高周波電流をモニタリングしてもよいし、モニタ用導体の直流電流をモニタリングしてもよい。モニタ用導体の直流電流をモニタリングする場合、好適には、試料電極とモニタ用導体がコンデンサ及び抵抗を介して結合され、試料電極がコイルと電流計と前記抵抗を介して接地されていることが望ましい。
【００１７】
本願の第３発明のプラズマドーピング装置は、真空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空容器内を所定の圧力に制御するための調圧弁と、真空容器内に試料を載置するための試料電極と、試料電極に電力を供給する電源と、プラズマ源と、プラズマ源に高周波電力を供給する高周波電源と、プラズマの気相における状態をモニタリングする気相測定装置と、試料電極の電圧または電流をモニタリングする試料電極測定装置とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
本願の第４発明のプラズマドーピング装置は、真空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空容器内を所定の圧力に制御するための調圧弁と、真空容器内に試料を載置するための試料電極と、試料電極の周辺部に設けられたモニタ用導体と、試料電極及びモニタ用導体に電力を供給する電源と、プラズマ源と、プラズマ源に高周波電力を供給する高周波電源と、プラズマの気相における状態をモニタリングする気相測定装置と、モニタ用導体の電圧または電流をモニタリングするモニタ用導体測定装置とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本願の第３または第４発明のプラズマドーピング装置において、好適には、プラズマの気相における状態をモニタリングする方法が、発光分光法、レーザー誘起蛍光法、赤外半導体レーザー吸収分光法、真空紫外吸収分光法、レーザー散乱法、シングルプローブ法、ダブルプローブ法、トリプルプローブ法、質量分析法のいずれかであることが望ましい。
【００２０】
また、好適には、試料を静電チャックにより試料電極に保持する機構を備えることが望ましい。
【００２１】
本願の第３発明のプラズマドーピング装置において、試料電極の高周波電圧をモニタリングする試料電極測定装置を備えてもよいし、試料電極の高周波電流をモニタリングする試料電極測定装置を備えてもよい。
【００２２】
本願の第４発明のプラズマドーピング装置において、モニタ用導体の自己バイアス電圧をモニタリングするモニタ用導体測定装置を備えてもよい。この場合、好適には、試料電極とモニタ用導体がコンデンサを介して結合されていることが望ましい。
【００２３】
また、モニタ用導体の高周波電流をモニタリングするモニタ用導体測定装置を備えてもよいし、モニタ用導体の直流電流をモニタリングするモニタ用導体測定装置を備えてもよい。モニタ用導体の直流電流をモニタリングするモニタ用導体測定装置を備える場合、好適には、試料電極とモニタ用導体がコンデンサ及び抵抗を介して結合され、試料電極がコイルと電流計と前記抵抗を介して接地されていることが望ましい。
【００２４】
本願の第５発明の整合回路は、高周波電力を取り出すための第１高周波出力端子と、第１高周波出力端子とコンデンサ及び抵抗を介して結合された第２高周波出力端子とを備え、第２高周波出力端子がコイルと電流計と前記抵抗を介して接地され、電流計の測定値に対応した信号を出力する出力端子を備えたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００２６】
図１に、本発明の第１実施形態において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示す。
【００２７】
図１において、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、高周波電源５により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を試料電極６に対向した誘電体窓７の近傍に設けられたコイル８に供給することにより、真空容器１内に誘導結合型プラズマが発生し、試料電極６上に載置された試料としてのシリコン基板９に対してプラズマドーピング処理を行うことができる。
【００２８】
また、試料電極６に高周波電力を供給するための高周波電源１０が設けられており、試料としての基板がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極６の電位を制御することができるようになっている。ターボ分子ポンプ３及び排気口１１は、試料電極６の直下に配置されており、また、調圧弁４は、試料電極６の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。試料電極６は、４本の支柱１２により、真空容器１に固定されている。
【００２９】
プラズマの気相における状態をモニタリングする気相測定装置としての発光分光装置１３が真空容器１の側壁面に設けられている。また、試料電極６への高周波電力は、整合回路１４及び高周波電圧測定装置１５を介して供給される。高周波電圧測定装置１５は、試料電極の電圧をモニタリングすることができる試料電極測定装置として用いられ、気相測定装置による測定結果と試料電極測定装置による測定結果を用いて、ドーピングされたボロン濃度を制御することができる。
【００３０】
基板９を試料電極６に載置した後、試料電極６の温度を１０℃に保ちつつ、真空容器１内にアルゴン（Ａｒ）ガス及びＢ２Ｈ６ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ供給し、真空容器１内の圧力を０．０４Ｐａに保ちながらコイル８及び試料電極６に高周波電力を供給して処理を行ったところ、ボロンが基板９の表面近傍に導入されていることが確認できた。このとき、コイル８に供給する高周波電力と試料電極６に供給する高周波電力を変化させ、ボロンの発光強度と高周波電圧をモニタリングしながら、試料表面から深さ１ｎｍの位置におけるボロン濃度を測定した。結果を図２及び図３に示す。なお、測定した高周波電圧は、高周波電圧のピーク・トゥ・ピーク電圧である。
【００３１】
図２及び図３より、ボロン濃度は、高周波電圧一定のもとでは発光強度にほぼ比例し、また、発光強度一定のもとでは高周波電圧にほぼ比例することがわかった。この結果により、発光強度が一定になるようにコイル８に供給する高周波電力を制御するとともに、高周波電圧が一定になるように試料電極６に供給する高周波電力を制御することにより、極めて正確にボロンのドーピング濃度を制御することが可能となった。
【００３２】
次に、本発明の第２実施形態について、図４乃至図５を参照して説明する。
【００３３】
図４に、本発明の第２実施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図４において、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、高周波電源５により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を試料電極６に対向した誘電体窓７の近傍に設けられたコイル８に供給することにより、真空容器１内に誘導結合型プラズマが発生し、試料電極６上に載置された試料としてのシリコン基板９に対してプラズマドーピング処理を行うことができる。また、試料電極６に高周波電力を供給するための高周波電源１０が設けられており、試料としての基板がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極６の電位を制御することができるようになっている。ターボ分子ポンプ３及び排気口１１は、試料電極６の直下に配置されており、また、調圧弁４は、試料電極６の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。試料電極６は、４本の支柱１２により、真空容器１に固定されている。
【００３４】
プラズマの気相における状態をモニタリングする気相測定装置としてのシングルプローブ１６及びシングルプローブ制御装置１７が設けられ、真空容器１の側壁面からイオン電流密度を測定できるようになっている。また、試料電極６への高周波電力は、整合回路１４を介して供給される。また、試料電極６の周辺部にリング状のモニタ用導体１８が設けられている。
【００３５】
図５に、試料電極６及び整合回路１４の詳細図を示す。試料電極６は、ペデスタル１９、絶縁体２０、第１チャック電極２１、第２チャック電極２２から成り、ペデスタル１９は整合回路１４の第１高周波出力端子２３に接続されている。第１及び第２チャック電極２１及び２２に、直流電源２４より、極性の異なる高圧直流電圧（数百〜数キロＶ）を印加することにより、基板９は、静電チャックにより基板電極６に保持される。整合回路１４は、２つの可変コンデンサ２５及び２６、コイル２７、高周波入力端子２８、第１高周波出力端子２３、第２高周波出力端子２９、結合コンデンサ３０、モニタ回路３１、直流電位モニタ出力端子３２から成り、高周波入力端子２８は高周波電源１０に接続されている。モニタ用導体１８には、結合コンデンサ３０及び第２高周波出力端子２９を介して高周波電力が供給されるが、第２高周波出力端子２９とモニタ用導体１８は同電位であるから、第２高周波出力端子２９から取り出した電圧をモニタ回路３１で分圧・整流することにより、直流電位モニタ出力端子３２に、モニタ用導体１８の直流電位（自己バイアス電位）に比例する電圧が現れる。結合コンデンサ３０は、モニタ用導体１８とペデスタル１９を直流的に分離するためのものである。結合コンデンサ３０が無い場合、ペデスタル１９に大きな負の直流電圧が発生し、絶縁体２０の劣化を引き起こす場合がある。なお、第２高周波出力端子２９とモニタ回路３１の間には、高周波電力の浸入を防止するためのローパスフィルタ３３が設けられている。また、直流電位モニタ出力端子３２は、プラズマ処理装置の制御系３４に接続されている。図５に示す構成が、モニタ用導体１８の電圧をモニタリングすることができるモニタ用導体測定装置として機能する。なお、図５の構成については、特開平１０−１８００９２号公報に詳述されている。
【００３６】
このように構成されたプラズマドーピング装置において、気相測定装置による測定結果とモニタ導体測定装置による測定結果を用いて、ドーピングされたボロン濃度を制御することができる。
【００３７】
基板９を試料電極６に載置した後、試料電極６の温度を１０℃に保ちつつ、真空容器１内にアルゴン（Ａｒ）ガス及びＢ２Ｈ６ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ供給し、真空容器１内の圧力を０．０４Ｐａに保ちながらコイル８及び試料電極６に高周波電力を供給して処理を行ったところ、ボロンが基板９の表面近傍に導入されていることが確認できた。このとき、コイル８に供給する高周波電力と試料電極６に供給する高周波電力を変化させ、シングルプローブ１６によるイオン電流密度と、モニタ用導体１８による自己バイアス電圧をモニタリングしながら、試料表面から深さ１ｎｍの位置におけるボロン濃度を測定した。その結果、ボロン濃度は、自己バイアス電圧一定のもとではイオン電流密度にほぼ比例し、また、イオン電流密度一定のもとでは自己バイアス電圧にほぼ比例することがわかった。この結果により、イオン電流密度が一定になるようにコイル８に供給する高周波電力を制御するとともに、自己バイアス電圧が一定になるように試料電極６に供給する高周波電力を制御することにより、極めて正確にボロンのドーピング濃度を制御することが可能となった。
【００３８】
次に、本発明の第３実施形態について、図６乃至図７を参照して説明する。
【００３９】
図６に、本発明の第３実施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図６において、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、高周波電源５により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を試料電極６に対向した誘電体窓７の近傍に設けられたコイル８に供給することにより、真空容器１内に誘導結合型プラズマが発生し、試料電極６上に載置された試料としてのシリコン基板９に対してプラズマドーピング処理を行うことができる。また、試料電極６に高周波電力を供給するための高周波電源１０が設けられており、試料としての基板がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極６の電位を制御することができるようになっている。ターボ分子ポンプ３及び排気口１１は、試料電極６の直下に配置されており、また、調圧弁４は、試料電極６の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。試料電極６は、４本の支柱１２により、真空容器１に固定されている。
【００４０】
プラズマの気相における状態をモニタリングする気相測定装置としてのシングルプローブ１６及びシングルプローブ制御装置１７が設けられ、真空容器１の側壁面からイオン電流密度を測定できるようになっている。また、試料電極６への高周波電力は、整合回路１４を介して供給される。また、試料電極６の周辺部にリング状のモニタ用導体１８が設けられている。
【００４１】
図７に、試料電極６及び整合回路１４の詳細図を示す。試料電極６は、ペデスタル１９、絶縁体２０、第１チャック電極２１、第２チャック電極２２から成り、ペデスタル１９は整合回路１４の第１高周波出力端子２３に接続されている。第１及び第２チャック電極２１及び２２に、直流電源２４より、極性の異なる高圧直流電圧（数百〜数キロＶ）を印加することにより、基板９は、静電チャックにより基板電極６に保持される。整合回路１４は、２つの可変コンデンサ２５及び２６、コイル２７、高周波入力端子２８、第１高周波出力端子２３、第２高周波出力端子２９、結合コンデンサ３０、電流計としてのモニタ回路３１、直流電流モニタ出力端子３５から成り、高周波入力端子２８は高周波電源１０に接続されている。モニタ用導体１８には、結合コンデンサ３０、第２高周波出力端子２９、抵抗３６を介して高周波電力が供給される。
【００４２】
また、モニタ用導体１８は、抵抗３６、コイル３７、モニタ回路３１を介して接地される。高周波電力はコイル３７とローパスフィルタ３３により遮断され、直流電流のみがモニタ回路３１に流入する。モニタ用導体１８の直流電位は、抵抗３６における電圧降下によって決まり、試料電極の直流電圧の影響を受けない。また、抵抗３６が無いと、場合によってはコイル３７、ローパスフィルタ３３、モニタ回路３１に非常に大きな電流が流れ、発熱や故障が起きる場合がある。直流電流モニタ出力端子３５に、モニタ用導体１８の直流電流に比例する電圧が現れる。結合コンデンサ３０は、モニタ用導体１８とペデスタル１９を直流的に分離するためのものである。結合コンデンサ３０が無い場合、ペデスタル１９に大きな負の直流電圧が発生し、絶縁体２０の劣化を引き起こす場合がある。また、直流電流モニタ出力端子３５は、プラズマ処理装置の制御系３４に接続されている。図７に示す構成が、モニタ用導体１８の電流をモニタリングすることができるモニタ用導体測定装置として機能する。
【００４３】
なお、抵抗３６を整合回路１４の内部に設け、高周波電力を取り出すための第１高周波出力端子と、第１高周波出力端子とコンデンサ及び抵抗を介して結合された第２高周波出力端子とを備え、第２高周波出力端子がコイルと電流計と前記抵抗を介して接地され、電流計の測定値に対応した信号を出力する出力端子を備えた整合回路を構成することも可能である。
【００４４】
このように構成されたプラズマドーピング装置において、気相測定装置による測定結果とモニタ導体測定装置による測定結果を用いて、ドーピングされたボロン濃度を制御することができる。
【００４５】
基板９を試料電極６に載置した後、試料電極６の温度を１０℃に保ちつつ、真空容器１内にアルゴン（Ａｒ）ガス及びＢ２Ｈ６ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ供給し、真空容器１内の圧力を０．０４Ｐａに保ちながらコイル８及び試料電極６に高周波電力を供給して処理を行ったところ、ボロンが基板９の表面近傍に導入されていることが確認できた。このとき、コイル８に供給する高周波電力と試料電極６に供給する高周波電力を変化させ、シングルプローブ１６によるイオン電流密度と、モニタ用導体１８による直流電流をモニタリングしながら、試料表面から深さ１ｎｍの位置におけるボロン濃度を測定した。
【００４６】
その結果、ボロン濃度は、直流電流一定のもとではイオン電流密度にほぼ比例し、また、イオン電流密度一定のもとでは直流電流にほぼ比例することがわかった。この結果により、イオン電流密度が一定になるようにコイル８に供給する高周波電力を制御するとともに、直流電流が一定になるように試料電極６に供給する高周波電力を制御することにより、極めて正確にボロンのドーピング濃度を制御することが可能となった。
【００４７】
以上述べた本発明の実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、真空容器の形状、プラズマ源の方式及び配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、いうまでもない。
【００４８】
例えば、コイル８を平面状とした構成も可能である。
【００４９】
あるいは、コイル８の代わりにアンテナ及び磁場形成装置としての電磁石を用いた構成も可能である。この場合、真空容器内にヘリコン波プラズマまたは磁気中性ループプラズマを形成することができ、誘導結合型プラズマよりも高密度のプラズマを発生させることができる。電磁石に流れる電流を制御することで、真空容器内に直流磁場または周波数１ｋＨｚ以下の低周波磁場を印加してもよい。
【００５０】
あるいは、コイル８の代わりに、マイクロ波放射アンテナ及び磁場形成装置としての電磁石を用いた構成も可能である。この場合、真空容器内に電子サイクロトロン共鳴プラズマを形成することができ、誘導結合型プラズマよりも高密度のプラズマを発生させることができる。電磁石に流れる電流を制御することで、真空容器内に直流磁場または周波数１ｋＨｚ以下の低周波磁場を印加してもよい。
【００５１】
また、試料がシリコンよりなる半導体基板である場合を例示したが、他の様々な材質の試料を処理するに際して、本発明を適用することができる。
【００５２】
また、不純物がボロンである場合について例示したが、試料がシリコンよりなる半導体基板である場合、とくに不純物が砒素、燐、ボロン、アルミニウムまたはアンチモンである場合に本発明は有効である。これは、トランジスタ部分に浅い接合を形成することができるからである。
【００５３】
また、希釈ガスがアルゴンである場合を例示したが、希釈ガスとして窒素、ヘリウムまたはアルゴンを含むガスを用いることができる。
【００５４】
また、ガスとして不純物を含むガス（Ｂ２Ｈ６）を用いる場合を例示したが、不純物を含むガスを用いずに、不純物を含む固体をスパッタリングすることにより、プラズマ中に不純物原子を供給してもよい。
【００５５】
また、プラズマの気相における状態をモニタリングする方法が、発光分光法またはシングルプローブ法である場合を例示したが、プラズマの気相における状態をモニタリングする方法が、発光分光法、レーザー誘起蛍光法、赤外半導体レーザー吸収分光法、真空紫外吸収分光法、レーザー散乱法、シングルプローブ法、ダブルプローブ法、トリプルプローブ法、質量分析法のいずれかであれば、気相における状態を良好に検知できる。
【００５６】
また、試料電極の高周波電圧をモニタリングする場合を例示したが、試料電極の高周波電流をモニタリングしてもよい。
【００５７】
また、モニタ用導体の自己バイアス電圧をモニタリングする場合と、モニタ用導体の直流電流をモニタリングする場合を例示したが、モニタ用導体の高周波電流をモニタリングしてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明のプラズマドーピング方法によれば、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、プラズマ源に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させるとともに、真空容器内の試料電極に電力を供給することにより、試料電極に載置した試料または試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマドーピング方法であって、プラズマの気相における状態をモニタリングするとともに、試料電極の電圧または電流をモニタリングすることにより、ドーピング濃度を制御するため、試料表面に導入される不純物濃度の制御性に優れたプラズマドーピング方法を提供することができる。
【００５９】
また、本願の第２発明のプラズマドーピング方法によれば、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、プラズマ源に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させるとともに、真空容器内の試料電極及び試料電極の周辺部に設けられたモニタ用導体に電力を供給することにより、試料電極に載置した試料または試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマドーピング方法であって、プラズマの気相における状態をモニタリングするとともに、モニタ用導体の電圧または電流をモニタリングすることにより、ドーピング濃度を制御するため、試料表面に導入される不純物濃度の制御性に優れたプラズマドーピング方法を提供することができる。
【００６０】
また、本願の第３発明のプラズマドーピング装置によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空容器内を所定の圧力に制御するための調圧弁と、真空容器内に試料を載置するための試料電極と、試料電極に電力を供給する電源と、プラズマ源と、プラズマ源に高周波電力を供給する高周波電源と、プラズマの気相における状態をモニタリングする気相測定装置と、試料電極の電圧または電流をモニタリングする試料電極測定装置とを備えたため、試料表面に導入される不純物濃度の制御性に優れたプラズマドーピング装置を提供することができる。
【００６１】
また、本願の第４発明のプラズマドーピング装置によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空容器内を所定の圧力に制御するための調圧弁と、真空容器内に試料を載置するための試料電極と、試料電極の周辺部に設けられたモニタ用導体と、試料電極及びモニタ用導体に電力を供給する電源と、プラズマ源と、プラズマ源に高周波電力を供給する高周波電源と、プラズマの気相における状態をモニタリングする気相測定装置と、モニタ用導体の電圧または電流をモニタリングするモニタ用導体測定装置とを備えたため、試料表面に導入される不純物濃度の制御性に優れたプラズマドーピング装置を提供することができる。
【００６２】
また、本願の第５発明の整合回路によれば、高周波電力を取り出すための第１高周波出力端子と、第１高周波出力端子とコンデンサ及び抵抗を介して結合された第２高周波出力端子とを備え、第２高周波出力端子がコイルと電流計と前記抵抗を介して接地され、電流計の測定値に対応した信号を出力する出力端子を備えたため、プラズマドーピングにおけるドーピング濃度制御に適した整合回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の第１実施形態におけるボロン濃度の測定結果を示すグラフ
【図３】本発明の第１実施形態におけるボロン濃度の測定結果を示すグラフ
【図４】本発明の第２実施形態で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図
【図５】本発明の第２実施形態で用いた試料電極及び整合回路の詳細図
【図６】本発明の第３実施形態で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図
【図７】本発明の第３実施形態で用いた試料電極及び整合回路の詳細図
【図８】従来例で用いたプラズマドーピング装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
１　真空容器
２　ガス供給装置
３　ターボ分子ポンプ
４　調圧弁
５　高周波電源
６　試料電極
７　誘電体窓
８　コイル
９　基板
１０　高周波電源
１１　排気口
１２　支柱
１３　発光分光装置
１４　整合回路
１５　高周波電圧測定装置
【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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