(57)【要約】【課題】構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一性に優れたプラズマドーピング方法及び装置を提供する。【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、誘電体窓７に不純物としてのボロンを含有させておくことで、基板９表面に均一に不純物が導入される。【選択図】　図１
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【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、不純物を含む誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ１の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、真空容器内の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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ１の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、真空容器内の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ことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項３】
試料がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極の電位を制御す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】
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、真空容器内にヘリコン波プラズマを形成す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】
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、真空容器内に磁気中性ループプラズマを形成す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６】
アンテナまたはコイルに、ｆ１とは異なる周波数ｆ２の高周波電力を供給す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７】
コンデンサを介してアンテナまたはコイルの一端を接地することを特徴とする請求項６記載のプラズマドーピング方法。
【請求項８】
ｆ２が、ｆ１の１０分の１以下であることを特徴とする請求項６記載のプラズマドーピング方法。
【請求項９】
ｆ１に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの２倍以上、ｆ２に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの５分の１以下であ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１０】
ｆ１に対するコンデンサのインピーダンスが２５Ω以下、ｆ２に対するコンデンサのインピーダンスが２５０Ω以上であ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１１】
ｆ１に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスが５０Ω以上、ｆ２に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスが５Ω以下であ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１２】
試料がシリコンよりなる半導体基板であり、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り、ガスが窒素、ヘリウムまたはアルゴンを含むガス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１３】
誘電体窓の主成分がシリコン、石英ガラスまたは窒化シリコンであ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１４】
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、不純物を含む誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ３の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、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することにより、真空容器内の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ことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１５】
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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ３の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、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することにより、真空容器内の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ことを特徴とするプラズマドーピング方法。
【請求項１６】
試料がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極の電位を制御することを特徴とする請求項１４または１５記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１７】
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、真空容器内にヘリコン波プラズマを形成することを特徴とする請求項１４または１５記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１８】
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、真空容器内に磁気中性ループプラズマを形成することを特徴とする請求項１４または１５記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１９】
真空容器内に直流磁場を印加し、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を特徴とする請求項１４または１５記載のプラズマドーピング方法。
【請求項２０】
試料がシリコンよりなる半導体基板であり、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り、ガスが窒素、ヘリウムまたはアルゴンを含むガスであることを特徴とする請求項１４または１５記載のプラズマドーピング方法。
【請求項２１】
誘電体窓の主成分がシリコン、石英ガラスまたは窒化シリコンであることを特徴とする請求項１４記載のプラズマドーピング方法。
【請求項２２】
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、不純物を含む誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ１の高周波電力を供給することができる高周波電源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２３】
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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ１の高周波電力を供給することができる高周波電源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２４】
試料電極の電位を制御するための電源を備えたことを特徴とする請求項２２または２３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２５】
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することができる磁場形成装置を備え、真空容器内にヘリコン波プラズマを形成することができることを特徴とする請求項２２または２３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２６】
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することができる磁場形成装置を備え、真空容器内に磁気中性ループプラズマを形成することができることを特徴とする請求項２２または２３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２７】
アンテナまたはコイルに、ｆ１とは異なる周波数ｆ２の高周波電力を供給することができる高周波電源を備えたことを特徴とする請求項２２または２３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２８】
コンデンサを介してアンテナまたはコイルの一端を接地したことを特徴とする請求項２７記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２９】
ｆ２が、ｆ１の１０分の１以下であることを特徴とする請求項２７記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３０】
ｆ１に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの２倍以上、ｆ２に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの５分の１以下であることを特徴とする請求項２８記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３１】
ｆ１に対するコンデンサのインピーダンスが２５Ω以下、ｆ２に対するコンデンサのインピーダンスが２５０Ω以上であることを特徴とする請求項２８記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３２】
ｆ１に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスが５０Ω以上、ｆ２に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスが５Ω以下であることを特徴とする請求項２８記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３３】
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ことを特徴とする請求項２２または２３記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３４】
誘電体窓の主成分がシリコン、石英ガラスまたは窒化シリコンであることを特徴とする請求項２２記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３５】
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、不純物を含む誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ３の高周波電力を供給することができる高周波電源と、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極と、バイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することができる高周波電源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３６】
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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ３の高周波電力を供給することができる高周波電源と、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極と、バイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することができる高周波電源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３７】
試料電極の電位を制御するための電源を備えたことを特徴とする請求項３５または３６記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３８】
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することができる磁場形成装置を備え、真空容器内にヘリコン波プラズマを形成することができることを特徴とする請求項３５または３６記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３９】
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することができる磁場形成装置を備え、真空容器内に磁気中性ループプラズマを形成することができることを特徴とする請求項３５または３６記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４０】
真空容器内に直流磁場を印加することができる磁場形成装置を備え、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ることを特徴とする請求項３５または３６記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４１】
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ことを特徴とする請求項３５または３６記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４２】
誘電体窓の主成分がシリコン、石英ガラスまたは窒化シリコンであることを特徴とする請求項３５記載のプラズマドーピング装置。
【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など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】
以下、図１４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。
【０００４】
同図は、従来技術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。同図において、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。マイクロ波導波管２６より、誘電体窓としての石英板７を介して、真空容器１内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石１４から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器１内に有磁場マイクロ波プラズマ（これを「電子サイクロトロン共鳴プラズマ」という）２７が形成される。試料電極６には、コンデンサ２８を介して高周波電源１０が接続され、試料電極６の電位が制御できるようになっている。
【０００５】
このような構成のプラズマドーピング装置において、ガス供給装置２から導入されたドーピングガス例えばＢ２Ｈ６は、マイクロ波導波管２６及び電磁石１４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２７中のボロンイオンが高周波電源１０によって試料９の表面に導入される。
【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装置などにより試料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】
ところで、Ｂ２Ｈ６よりなるドーピングガスのように、シリコン基板等の試料に導入されると電気的に活性となる不純物を含むガスは、一般に危険性が高いという問題がある。
【０００８】
また、プラズマドーピング法は、ドーピングガスに含まれている物質の全てが試料に導入される。Ｂ２Ｈ６よりなるドーピングガスを例にとって説明すると、試料に導入されたときに有効な不純物はボロンのみであるが、水素も同時に試料中に導入される。水素が試料中に導入されると、エピタキシャル成長等、引き続き行なわれる熱処理時に試料において格子欠陥が生じるという問題がある。
【０００９】
そこで、試料に導入されると電気的に活性となる不純物を含む不純物固体を真空容器内に配置すると共に、真空容器内において希ガスのプラズマを発生させ、希ガスのイオンにより不純物固体をスパッタリングすることにより、不純物固体から不純物を分離させる方法が考えられた。こうした方法でドーピングを行うためのプラズマドーピング装置の構成を図１５に示す。
【００１０】
図１５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内に希ガス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。マイクロ波導波管２６より、誘電体窓としての石英板７を介して、真空容器１内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石１４から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器１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）２７が形成される。試料電極６には、コンデンサ２８を介して高周波電源１０が接続され、試料電極６の電位が制御できるようになっている。また、不純物元素例えばボロンを含む不純物固体２９が、固体保持台３０上に設けられ、固体保持台３０の電位が、コンデンサ３１を介して接続された高周波電源３２によって制御される。
【００１１】
このような構成のプラズマドーピング装置において、ガス供給装置２から導入された希ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）は、マイクロ波導波管２６及び電磁石１４から成るプラズマ発生手段によってプラズマ化され、不純物固体２９からスパッタリングによりプラズマ中に飛び出した不純物元素の一部がイオン化され、試料９の表面に導入される。このような構成については、特開平９−１１５８５１号公報に詳しく述べられている。
【００１２】
【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、装置がおおがかりになるという問題点があった。高周波電源は、マイクロ波電源を含めて最低３台が必要となり、設計上の工夫を要することになる。また、プラズマ中に暴露される高周波電極としては、試料台の他に固体保持台が必要となる。
【００１３】
更に、従来の方式では、導入された不純物密度が試料表面の位置によって不均一になるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一性に優れたプラズマドーピング方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【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、不純物を含む誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ１の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、真空容器内の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ことを特徴とする。
【００１６】
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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ１の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、真空容器内の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ことを特徴とする。
【００１７】
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、試料がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極の電位を制御することが望ましい。
【００１８】
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、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、真空容器内にヘリコン波プラズマを形成することも可能である。また、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、真空容器内に磁気中性ループプラズマを形成することも可能である。
【００１９】
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、アンテナまたはコイルに、ｆ１とは異なる周波数ｆ２の高周波電力を供給することが望ましい。この場合、コンデンサを介してアンテナまたはコイルの一端を接地することが好ましい。さらに、ｆ２が、ｆ１の１０分の１以下であることが好ましい。また、ｆ１に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの２倍以上、ｆ２に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの５分の１以下であることが好ましく、ｆ１に対するコンデンサのインピーダンスが２５Ω以下、ｆ２に対するコンデンサのインピーダンスが２５０Ω以上であることが好ましく、ｆ１に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスが５０Ω以上、ｆ２に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスが５Ω以下であることが好ましい。
【００２０】
本願の第１または第２発明のプラズマドーピング方法は、試料がシリコンよりなる半導体基板であり、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り、ガスが窒素、ヘリウムまたはアルゴンを含むガスである場合にとくに有効な方法である。
【００２１】
本願の第１発明のプラズマドーピング方法において、好適には、誘電体窓の主成分がシリコン、石英ガラスまたは窒化シリコンであることが望ましい。
【００２２】
本願の第３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、不純物を含む誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ３の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、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することにより、真空容器内の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ことを特徴とする。
【００２３】
本願の第４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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ３の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、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することにより、真空容器内の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ことを特徴とする。
【００２４】
本願の第３または第４発明のプラズマドーピング方法において、好適には、試料がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極の電位を制御することが望ましい。
【００２５】
本願の第３または第４発明のプラズマドーピング方法において、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、真空容器内にヘリコン波プラズマを形成することも可能である。また、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、真空容器内に磁気中性ループプラズマを形成することも可能である。また、真空容器内に直流磁場を印加し、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も可能である。
【００２６】
本願の第３または第４発明のプラズマドーピング方法は、試料がシリコンよりなる半導体基板であり、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り、ガスが窒素、ヘリウムまたはアルゴンを含むガスである場合にとくに有効な方法である。
【００２７】
本願の第３発明のプラズマドーピング方法において、好適には、誘電体窓の主成分がシリコン、石英ガラスまたは窒化シリコンであることが望ましい。
【００２８】
本願の第５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、不純物を含む誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ１の高周波電力を供給することができる高周波電源とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
本願の第６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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ１の高周波電力を供給することができる高周波電源とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
本願の第５または第６発明のプラズマドーピング装置において、好適には、試料電極の電位を制御するための電源を備えることが望ましい。
【００３１】
本願の第５または第６発明のプラズマドーピング装置において、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することができる磁場形成装置を備え、真空容器内にヘリコン波プラズマを形成することができる構成としてもよい。また、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することができる磁場形成装置を備え、真空容器内に磁気中性ループプラズマを形成することができる構成としてもよい。
【００３２】
本願の第５または第６発明のプラズマドーピング装置において、好適には、アンテナまたはコイルに、ｆ１とは異なる周波数ｆ２の高周波電力を供給することができる高周波電源を備えることが望ましい。この場合、コンデンサを介してアンテナまたはコイルの一端を接地することが好ましい。さらに、ｆ２が、ｆ１の１０分の１以下であることが好ましい。また、ｆ１に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの２倍以上、ｆ２に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの５分の１以下であることが好ましい。また、ｆ１に対するコンデンサのインピーダンスが２５Ω以下、ｆ２に対するコンデンサのインピーダンスが２５０Ω以上であることが好ましい。また、ｆ１に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスが５０Ω以上、ｆ２に対するアンテナまたはコイルのインピーダンスが５Ω以下であることが好ましい。
【００３３】
本願の第５または第６発明のプラズマドーピング装置において、好適には、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ことが望ましい。
【００３４】
本願の第５発明のプラズマドーピング装置において、好適には、誘電体窓の主成分がシリコン、石英ガラスまたは窒化シリコンであることが望ましい。
【００３５】
本願の第７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、不純物を含む誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ３の高周波電力を供給することができる高周波電源と、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極と、バイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することができる高周波電源を備えたことを特徴とする。
【００３６】
本願の第８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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ３の高周波電力を供給することができる高周波電源と、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極と、バイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することができる高周波電源を備えたことを特徴とする。
【００３７】
本願の第７または第８発明のプラズマドーピング装置において、好適には、試料電極の電位を制御するための電源を備えることが望ましい。
【００３８】
本願の第７または第８発明のプラズマドーピング装置において、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することができる磁場形成装置を備え、真空容器内にヘリコン波プラズマを形成することができる構成としてもよい。また、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することができる磁場形成装置を備え、真空容器内に磁気中性ループプラズマを形成することができる構成としてもよい。また、真空容器内に直流磁場を印加することができる磁場形成装置を備え、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る構成としてもよい。
【００３９】
本願の第７または第８発明のプラズマドーピング装置において、好適には、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ことが望ましい。
【００４０】
本願の第７発明のプラズマドーピング装置において、好適には、誘電体窓の主成分がシリコン、石英ガラスまたは窒化シリコンであることが望ましい。
【００４１】
【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を参照して説明する。
【００４２】
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。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。
【００４３】
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。なお、誘電体窓７の主成分は石英ガラスであるが、不純物としてのボロンを含有させている。
【００４４】
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）ガスを１０ｓｃｃｍ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に８００Ｗ、試料電極６に５００Ｗの高周波電力を印加する条件で処理したところ、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。
【００４５】
このような構成とすることにより、プラズマ中に暴露される高周波電極として、試料台の他に従来例で必要であった固体保持台が不要となった。また、高周波電源は２つのみとなり、装置の構成が大幅に簡単になった。また、誘電体窓７と基板９が対向して配置され、かつ、誘電体窓７が基板９の中心に対して対称に配置され、かつ、誘電体窓７へのイオン衝撃が基板９の中心に対して対称に生じるよう構成したため、プラズマへのボロンの供給が基板９の中心に対して対称に行われるようになり、試料表面に導入される不純物密度の均一性が大幅に改善された。
【００４６】
なお、コイル８を平面状とした図２のような構成（本発明の第２実施形態）も可能である。この場合、コイル８の中央付近における誘電体窓７のスパッタリングが促進され、プラズマ中へのボロンの拡散が効率的に行える。
【００４７】
また、コイル８の代わりにアンテナ１３及び磁場形成装置としての電磁石１４を用いた図３のような構成（本発明の第３実施形態）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。
【００４８】
また、コイル８の代わりにアンテナ１３及び磁場形成装置としての電磁石１４を用いた図４のような構成（本発明の第４実施形態）も可能である。この場合、２つの電磁石１４に逆向きの電流を流すことにより、真空容器内に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。
【００４９】
次に、本発明の第５実施形態について、図５を参照して説明する。
【００５０】
図５に、本発明の第５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。
【００５１】
同図において、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。
【００５２】
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。なお、誘電体窓７の主成分は石英ガラスであるが、不純物としてのボロンを含有させている。
【００５３】
コイル８の一端をなす給電点１５は、コイル８が形成する渦の中心に位置する。コイル８の他端１６は、コンデンサ１７を介して接地されている。コンデンサの容量は１０００ｐＦである。また、コイル８に周波数５００ｋＨｚの高周波電力を供給するための高周波電源１８が設けられており、コイル８の給電点１５に接続されている。
【００５４】
また、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波検出回路系に周波数５００ｋＨｚの高周波電力による変調の影響が及ぶのを防ぐための回路として、バンドパスフィルタ１９が設けられている。これは、周波数５００ｋＨｚの高周波電力の供給によって誘電体窓７の表面のシース厚さが５００ｋＨｚで変動することによる影響を除去し、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波のうち、１３．５６ＭＨｚの成分のみを取り出して検出するためのものである。このような構成において、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波を反射波計２０でモニタしつつ処理を行うことにより、整合状態や周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源のトラブルをリアルタイムで検知することが可能となる。
【００５５】
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）ガスを１０ｓｃｃｍ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に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を８００Ｗ、周波数５００ｋＨｚの高周波電力を４００Ｗ、試料電極６に５００Ｗの高周波電力を印加する条件で処理したところ、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。このような構成とすることにより、プラズマ中に暴露される高周波電極として、試料台の他に従来例で必要であった固体保持台が不要となり、装置の構成が簡単になった。また、誘電体窓７と基板９が対向して配置され、かつ、誘電体窓７が基板９の中心に対して対称に配置され、かつ、誘電体窓７へのイオン衝撃が基板９の中心に対して対称に生じるよう構成したため、プラズマへのボロンの供給が基板９の中心に対して対称に行われるようになり、試料表面に導入される不純物密度の均一性が大幅に改善された。
【００５６】
なお、コイル８を平面状とした構成や、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てヘリコン波放電を形成できるようにした構成や、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て磁気中性ループプラズマを形成できるようにした構成も可能であることはいうまでもない。
【００５７】
以上述べた本発明の第５実施形態においては、コイル８に供給するの高周波電力の周波数ｆ１及びｆ２がそれぞれ１３．５６ＭＨｚ及び５００ｋＨｚである場合を例示したが、ｆ２は、ｆ１の周波数の１０分の１以下であることが好ましいと考えられる。本発明の第５実施形態においては、コンデンサ１７の容量は１０００ｐＦであるから、コンデンサ１７のインピーダンスはｆ１に対して、
１／（２π×１３．５６×１０６×１０００×１０−１２）＝１２Ω
となる。一方、ｆ２に対しては
１／（２π×５００×１０３×１０００×１０−１２）＝３２０Ω
となる。コイル８のインダクタンスは０．８μＨであったので、コイル８のインピーダンスはｆ１に対して、
２π×１３．５６×１０６×０．８×１０−６＝６８Ω
となる。一方、ｆ２に対しては、
２π×５００×１０３×０．８×１０−６＝２．５Ω
となる。したがって、コイル８にかかる電圧とコンデンサ１７にかかる電圧の比は、ｆ１に対しては、
６８÷１２＝５．７
となり、ｆ２に対しては
２．５÷３２０＝０．００７８
となる。したがって、コイル８とコンデンサ１７の直列回路は、ｆ１からみればほぼ誘導性（コイル成分）であり、ｆ２からみればほぼ容量性（コンデンサ成分）であることがわかる。つまり、周波数ｆ１の高周波電力によって誘導結合型プラズマを発生させながら、周波数ｆ２の高周波電力によってコイル８とプラズマとを容量的に結合させ、誘電体窓７の表面に自己バイアス電圧に起因するイオン衝撃を与えることができる。したがって、本実施形態では、周波数ｆ１の高周波電力の大きさによってプラズマ密度を制御し、これとは独立に周波数ｆ２の高周波電力の大きさによってイオン衝撃を制御できるという利点がある。このような関係は、概ねｆ２が、ｆ１の１０分の１以下である場合に成り立つと考えられる。ｆ２が、ｆ１の周波数の１０分の１より大きいと、コイル８とコンデンサ１７にかかる電圧の比において、ｆ１とｆ２の差が小さすぎ、意図する効果を期待し難い。
【００５８】
また、ｆ１に対するコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの２倍以上、ｆ２に対するコイルのインピーダンスがコンデンサのインピーダンスの５分の１以下であると、コイル８とコンデンサ１７にかかる電圧の比において、ｆ１とｆ２の差が十分得られ、効果的であると考えられる。この条件が満たされないと、コイル８とコンデンサ１７にかかる電圧の比において、ｆ１とｆ２の差が小さすぎ、意図する効果を期待し難い。なお、多重の渦形コイルを用いる場合においては、ひとつひとつのコイルとコンデンサのペアについて、そのインピーダンスを考えればよい。
【００５９】
また、ｆ１に対するコンデンサのインピーダンスが２５Ω以下、ｆ２に対するコンデンサのインピーダンスが２５０Ω以上であると、コイル８とコンデンサ１７にかかる電圧の比において、ｆ１とｆ２の差が十分得られ、効果的であると考えられる。この条件が満たされないと、コイル８とコンデンサ１７にかかる電圧の比において、ｆ１とｆ２の差が小さすぎ、意図する効果を期待し難い。なお、多重の渦形コイルを用いる場合においては、ひとつひとつのコイルとコンデンサのペアについて、そのインピーダンスを考えればよい。
【００６０】
また、ｆ１に対するコイルのインピーダンスが５０Ω以上、ｆ２に対するコイルのインピーダンスが５Ω以下であると、コイル８とコンデンサ１７にかかる電圧の比において、ｆ１とｆ２の差が十分得られ、効果的であると考えられる。この条件が満たされないと、コイル８とコンデンサ１７にかかる電圧の比において、ｆ１とｆ２の差が小さすぎ、意図する効果を期待し難い。なお、多重の渦形コイルを用いる場合においては、ひとつひとつのコイルとコンデンサのペアについて、そのインピーダンスを考えればよい。
【００６１】
また、以上述べた本発明の実施形態においては、誘電体窓の主成分が石英ガラスである場合について例示したが、誘電体窓の主成分はシリコンであってもよく、また、窒化シリコンであってもよい。誘電体窓の主成分としてこのような物質を用いることにより、不要な不純物を試料中にドーピングするおそれを回避することができる。
【００６２】
次に、本発明の第６実施形態について、図６を参照して説明する。
【００６３】
図６に、本発明の第６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。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。
【００６４】
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。なお、誘電体窓７の内壁面には、不純物としてのボロンを含む物質２１を付着させている。
【００６５】
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）ガスを１０ｓｃｃｍ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に８００Ｗ、試料電極６に５００Ｗの高周波電力を印加する条件で処理したところ、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。このような構成とすることにより、プラズマ中に暴露される高周波電極として、試料台の他に従来例で必要であった固体保持台が不要となった。また、高周波電源は２つのみとなり、装置の構成が大幅に簡単になった。また、誘電体窓７と基板９が対向して配置され、かつ、誘電体窓７が基板９の中心に対して対称に配置され、かつ、誘電体窓７へのイオン衝撃が基板９の中心に対して対称に生じるよう構成したため、プラズマへのボロンの供給が基板９の中心に対して対称に行われるようになり、試料表面に導入される不純物密度の均一性が大幅に改善された。
【００６６】
なお、コイル８を平面状とした構成や、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てヘリコン波放電を形成できるようにした構成や、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て磁気中性ループプラズマを形成できるようにした構成も可能であることはいうまでもない。
【００６７】
次に、本発明の第７実施形態について、図７を参照して説明する。
【００６８】
図７に、本発明の第７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。図７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。
【００６９】
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。なお、誘電体窓７の内壁面には、不純物としてのボロンを含む物質２１を付着させている。
【００７０】
コイル８の一端をなす給電点１５は、コイル８が形成する渦の中心に位置する。コイル８の他端１６は、コンデンサ１７を介して接地されている。コンデンサの容量は１０００ｐＦである。また、コイル８に周波数５００ｋＨｚの高周波電力を供給するための高周波電源１８が設けられており、コイル８の給電点１５に接続されている。
【００７１】
また、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波検出回路系に周波数５００ｋＨｚの高周波電力による変調の影響が及ぶのを防ぐための回路として、バンドパスフィルタ１９が設けられている。これは、周波数５００ｋＨｚの高周波電力の供給によって誘電体窓７の表面のシース厚さが５００ｋＨｚで変動することによる影響を除去し、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波のうち、１３．５６ＭＨｚの成分のみを取り出して検出するためのものである。このような構成において、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波を反射波計２０でモニタしつつ処理を行うことにより、整合状態や周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源のトラブルをリアルタイムで検知することが可能となる。
【００７２】
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）ガスを１０ｓｃｃｍ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に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を８００Ｗ、周波数５００ｋＨｚの高周波電力を４００Ｗ、試料電極６に５００Ｗの高周波電力を印加する条件で処理したところ、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。このような構成とすることにより、プラズマ中に暴露される高周波電極として、試料台の他に従来例で必要であった固体保持台が不要となり、装置の構成が簡単になった。また、誘電体窓７と基板９が対向して配置され、かつ、誘電体窓７が基板９の中心に対して対称に配置され、かつ、誘電体窓７へのイオン衝撃が基板９の中心に対して対称に生じるよう構成したため、プラズマへのボロンの供給が基板９の中心に対して対称に行われるようになり、試料表面に導入される不純物密度の均一性が大幅に改善された。
【００７３】
なお、コイル８を平面状とした構成や、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てヘリコン波放電を形成できるようにした構成や、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て磁気中性ループプラズマを形成できるようにした構成も可能であることはいうまでもない。
【００７４】
また、コイルまたはアンテナに供給する高周波電力の周波数や、コイルまたはアンテナのインピーダンス、コンデンサのインピーダンスにおいて好ましい関係については、本発明の第５実施形態で説明した事情と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００７５】
次に、本発明の第８実施形態について、図８を参照して説明する。
【００７６】
図８に、本発明の第８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。図８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。
【００７７】
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。なお、誘電体窓７の主成分は石英ガラスであるが、不純物としてのボロンを含有させている。
【００７８】
コイル８と誘電体窓７の間に配置したバイアス電極２２に周波数５００ｋＨｚの高周波電力を供給するための高周波電源２３が設けられている。バイアス電極２２はスポーク状（短冊形の電極が放射状に配置されたもの）であり、コイル８の巻き方向とほぼ垂直な線方向に配置されているため、コイル８からの高周波電磁界が真空容器１内に放射されるのをほとんど妨げないように工夫されている。一方で、バイアス電極２２は誘電体窓７のほぼ全域を覆っており、不純物としてのボロンのプラズマ中への拡散量を制御することができる。
【００７９】
また、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波検出回路系に周波数５００ｋＨｚの高周波電力による変調の影響が及ぶのを防ぐための回路として、バンドパスフィルタ１９が設けられている。これは、周波数５００ｋＨｚの高周波電力の供給によって誘電体窓７の表面のシース厚さが５００ｋＨｚで変動することによる影響を除去し、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波のうち、１３．５６ＭＨｚの成分のみを取り出して検出するためのものである。このような構成において、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波を反射波計２０でモニタしつつ処理を行うことにより、整合状態や周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源のトラブルをリアルタイムで検知することが可能となる。
【００８０】
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）ガスを１０ｓｃｃｍ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に８００Ｗ、バイアス電極に４００Ｗ、試料電極６に５００Ｗの高周波電力を印加する条件で処理したところ、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。このような構成とすることにより、プラズマ中に暴露される高周波電極として、試料台の他に従来例で必要であった固体保持台が不要となった。また、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ようになったため、試料表面に導入される不純物密度の均一性が大幅に改善された。
【００８１】
本実施形態においては、コイル８に供給する周波数ｆ３（１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力によって誘導結合型プラズマを発生させながら、バイアス電極２２に供給する周波数ｆ４（５００ｋＨｚ）の高周波電力によってコイル８とプラズマとを容量的に結合させ、誘電体窓７の表面に自己バイアス電圧に起因するイオン衝撃を与えることができる。したがって、本実施形態では、周波数ｆ３の高周波電力の大きさによってプラズマ密度を制御し、これとは独立に周波数ｆ４の高周波電力の大きさによってイオン衝撃を制御できるという利点がある。
【００８２】
本実施形態においては、誘電体窓の主成分が石英ガラスである場合について例示したが、誘電体窓の主成分はシリコンであってもよく、また、窒化シリコンであってもよい。誘電体窓の主成分としてこのような物質を用いることにより、不要な不純物を試料中にドーピングするおそれを回避することができる。
【００８３】
なお、コイル８を平面状とした図９のような構成（本発明の第９実施形態）も可能である。
【００８４】
また、コイル８の代わりにアンテナ１３及び磁場形成装置としての電磁石１４を用いた図１０のような構成（本発明の第１０実施形態）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。
【００８５】
また、コイル８の代わりにアンテナ１３及び磁場形成装置としての電磁石１４を用いた図１１のような構成（本発明の第１１実施形態）も可能である。この場合、２つの電磁石１４に逆向きの電流を流すことにより、真空容器内に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。
【００８６】
また、コイル８の代わりに、マイクロ波放射アンテナ２４及び磁場形成装置としての電磁石１４を用いた図１２のような構成（本発明の第１２実施形態）も可能である。マイクロ波は、マグネトロン発振器２５よりアンテナ２２に供給される。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。
【００８７】
次に、本発明の第１３実施形態について、図１３を参照して説明する。
【００８８】
図１３に、本発明の第１３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。図１３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。なお、誘電体窓７の内壁面には、不純物としてのボロンを含む物質２１を付着させている。
【００８９】
コイル８と誘電体窓７の間に配置したバイアス電極２２に周波数５００ｋＨｚの高周波電力を供給するための高周波電源２３が設けられている。バイアス電極２２はスポーク状（短冊形の電極が放射状に配置されたもの）であり、コイル８の巻き方向とほぼ垂直な線方向に配置されているため、コイル８からの高周波電磁界が真空容器１内に放射されるのをほとんど妨げないように工夫されている。一方で、バイアス電極２２は誘電体窓７のほぼ全域を覆っており、不純物としてのボロンのプラズマ中への拡散量を制御することができる。
【００９０】
また、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波検出回路系に周波数５００ｋＨｚの高周波電力による変調の影響が及ぶのを防ぐための回路として、バンドパスフィルタ１９が設けられている。これは、周波数５００ｋＨｚの高周波電力の供給によって誘電体窓７の表面のシース厚さが５００ｋＨｚで変動することによる影響を除去し、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波のうち、１３．５６ＭＨｚの成分のみを取り出して検出するためのものである。このような構成において、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力の反射波を反射波計２０でモニタしつつ処理を行うことにより、整合状態や周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源のトラブルをリアルタイムで検知することが可能となる。
【００９１】
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）ガスを１０ｓｃｃｍ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に８００Ｗ、試料電極６に５００Ｗの高周波電力を印加する条件で処理したところ、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。このような構成とすることにより、プラズマ中に暴露される高周波電極として、試料台の他に従来例で必要であった固体保持台が不要となった。また、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ようになったため、試料表面に導入される不純物密度の均一性が大幅に改善された。
【００９２】
本実施形態においては、コイル８に供給する周波数ｆ３（１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力によって誘導結合型プラズマを発生させながら、バイアス電極２２に供給する周波数ｆ４（５００ｋＨｚ）の高周波電力によってコイル８とプラズマとを容量的に結合させ、誘電体窓７の表面に自己バイアス電圧に起因するイオン衝撃を与えることができる。したがって、本実施形態では、周波数ｆ３の高周波電力の大きさによってプラズマ密度を制御し、これとは独立に周波数ｆ４の高周波電力の大きさによってイオン衝撃を制御できるという利点がある。
【００９３】
なお、コイル８を平面状とした構成や、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てヘリコン波放電を形成できるようにした構成や、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て磁気中性ループプラズマを形成できるようにした構成や、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て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るようにした構成も可能であることはいうまでもない。
【００９４】
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、言うまでもない。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
また、ガスがアルゴンである場合を例示したが、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。
【００９８】
【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、不純物を含む誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ１の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、真空容器内の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ため、構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一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。
【００９９】
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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ１の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、真空容器内の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ため、構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一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。
【０１００】
また、本願の第３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、不純物を含む誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ３の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、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することにより、真空容器内の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ため、構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一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。
【０１０１】
また、本願の第４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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナに周波数ｆ３の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、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することにより、真空容器内の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ため、構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一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。
【０１０２】
また、本願の第５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、不純物を含む誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ１の高周波電力を供給することができる高周波電源とを備えたため、構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一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。
【０１０３】
また、本願の第６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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ１の高周波電力を供給することができる高周波電源とを備えたため、構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一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。
【０１０４】
また、本願の第７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、不純物を含む誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ３の高周波電力を供給することができる高周波電源と、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極と、バイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することができる高周波電源を備えたため、構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一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。
【０１０５】
また、本願の第８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、不純物を含む物質を内壁面に付着させた誘電体窓と、誘電体窓の近傍に配置したコイルまたはアンテナと、コイルまたはアンテナに周波数ｆ３の高周波電力を供給することができる高周波電源と、コイルまたはアンテナと誘電体窓の間に配置したバイアス電極と、バイアス電極に周波数ｆ４の高周波電力を供給することができる高周波電源を備えたこため、構成が簡単で、かつ、試料表面に導入される不純物密度の均一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。
【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３】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４】本発明の第４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５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６】本発明の第６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７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８】本発明の第８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９】本発明の第９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１０】本発明の第１０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１１】本発明の第１１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１２】本発明の第１２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１３】本発明の第１３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１４】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
【図１５】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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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