(57)【要約】  ガス供給配管１１，１３によりガス供給装置２から天板７のガス流路に供給されるガスは、基板７の中心軸沿いの縦方向沿いの流れを形成するようにして、ガス吹き出し穴１２，１４から吹き出すガスを均一にすることができ、シート抵抗の分布が基板中央に対して回転対称とする。
2010522423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天板を有する真空容器と、
前記真空容器内に配置されかつ基板を載置する電極と、
前記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、
前記真空容器内にガスを供給する複数のガス供給装置と、
前記電極の表面に直交する長手方向沿いに延びる複数の上側縦方向ガス流路を有するガスノズル部材とを備えて、
前記天板は、前記電極に対向する真空容器内面に複数のガス吹き出し穴を有するとともに、前記ガスノズル部材の前記複数の上側縦方向ガス流路は前記複数のガス供給装置にそれぞれ連結されているプラズマドーピング装置。
【請求項２】
前記天板は、前記電極とは反対側の前記天板の外側表面の中央部に凹部を有するとともに、前記ガスノズル部材は前記天板の前記凹部に嵌合され、
前記天板は、前記ガスノズル部材の前記上側縦方向ガス流路と、前記上側縦方向ガス流路に連通しかつ前記ガスノズル部材の前記縦方向とは交差する横方向にそれぞれ独立して複数に分岐した複数の横方向ガス流路と、前記横方向ガス流路から前記縦方向の下向きに延びて前記複数のガス吹き出し穴とそれぞれ連通する下側縦方向ガス流路とを備える複数のガス流路を有する、請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３】
それぞれの一端が前記複数のガス供給装置に連通しかつそれぞれの他端が前記ガスノズル部材の前記上側縦方向ガス流路と縦方向沿いに連結されて、前記ガス供給装置から供給される前記ガスにより前記縦方向沿いの流れを形成する複数のガス供給配管をさらに備え、
前記天板は、複数枚の板状部材を積層して構成されるとともに、
前記ガス供給装置は第１ガス供給装置と第２ガス供給装置とを有し、前記第１ガス供給装置と前記第２ガス供給装置のそれぞれに対して、前記ガス供給配管と前記ガス流路が独立して別々に備えられている、請求項１又は２に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４】
それぞれの一端が前記複数のガス供給装置に連通しかつそれぞれの他端が前記ガスノズル部材の前記上側縦方向ガス流路と縦方向沿いに連結されて、前記ガス供給装置から供給される前記ガスにより前記縦方向沿いの流れを形成する複数のガス供給配管をさらに備え、
前記天板内の前記下側縦方向ガス流路と前記横方向ガス流路が、
前記複数のガス吹き出し穴のうちの第１ガス吹き出し穴に連通する第１下側縦方向ガス流路と、
前記第１下側縦方向ガス流路に連通する第１横方向ガス流路と、
前記複数のガス吹き出し穴のうちの第２ガス吹き出し穴に連通しかつ前記第１下側縦方向ガス流路とは独立した第２下側縦方向ガス流路と、
前記第２下側縦方向ガス流路に連通しかつ前記第１横方向ガス流路とは独立した第２横方向ガス流路とであり、
前記ガスノズル部材には、前記ガスノズル部材に対して回転可能でかつ前記上側縦方向ガス流路と連通可能でかつ回転位置により前記第１横方向ガス流路と前記第２横方向ガス流路とに選択的に連通可能な連通切替用ガス流路を有する円板部を有して、
前記ガスノズル部材の前記円板部の前記回転位置を変更することで、前記第１横方向ガス流路と前記第２横方向ガス流路とのいずれか一方と前記連通切替用ガス流路とが選択的に連通されて、前記ガス供給装置から前記ガス供給配管及び前記ガスノズル部材の前記上側縦方向ガス流路及び前記連通切替用ガス流路を介して、選択的に連通された前記第１横方向ガス流路と前記第２横方向ガス流路とのいずれか一方を通り、当該選択的に連通された横方向ガス流路と連通するガス吹き出し穴から前記ガスを吹き出す請求項２に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項５】
前記ガス供給装置は、Ｂ２Ｈ６を含むガスを供給する装置である請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項６】
前記ガス供給装置は、不純物を含み、かつ、希ガスまたは水素で希釈したガスを供給する装置であり、前記ガスの前記不純物の濃度が０．０５質量％以上、５．０質量％以下である請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項７】
前記ガス供給装置は、不純物を含み、かつ、希ガスまたは水素で希釈したガスを供給する装置であり、前記ガスの前記不純物の濃度が０．２質量％以上、２．０質量％以下である請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項８】
前記高周波電源から印加される前記高周波電力のバイアス電圧が３０Ｖ以上、６００Ｖ以下である請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項９】
前記排気装置は、前記電極に関して、前記天板とは反対側の前記真空容器の底面に配置された排気口と連通されている請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１０】
天板を有する真空容器と、
前記真空容器内に配置され、基板を載置する電極と、
前記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、
前記真空容器内にガスを供給する複数のガス供給装置と、
前記電極の表面に直交する長手方向沿いに延びる複数の上側縦方向ガス流路を有するガスノズル部材と、
前記電極に対向する前記天板の真空容器内面に配置された複数のガス吹き出し穴とを備えた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プラズマドーピング方法であって、
前記ガス供給装置に一端が連通しかつ他端が前記電極に対向する前記天板の前記真空容器内面とは反対側の前記天板の表面の中央部に前記電極の中心軸沿いの縦方向沿いに連結された複数のガス供給配管により、前記ガス供給装置からの前記ガスを前記天板のガス流路に向けて前記縦方向沿いの流れを形成しつつ前記天板の前記ガス流路内に供給し、
前記天板の前記ガス流路において、前記ガスは、前記電極に対向する前記天板の前記真空容器内面とは反対側の前記天板の前記表面の前記中央部から前記縦方向の下向きに延びた複数の上側縦方向ガス流路と、前記複数の上側縦方向ガス流路に連通しかつ前記縦方向とは交差する横方向に独立して分岐した複数の横方向ガス流路と、前記複数の横方向ガス流路から前記縦方向の下向きに延びて前記複数のガス吹き出し穴とそれぞれ連通する複数の下側縦方向ガス流路に沿って順に流れて、前記複数のガス吹き出し穴から前記ガスを吹き出すことにより、前記ガスを前記真空容器内に供給し、
前記ガスとして、不純物を含み、かつ、希ガスまたは水素で希釈したガスを用い、前記ガスの前記不純物の濃度が０．０５質量％以上、５．０質量％以下であり、前記高周波電源により印加される前記高周波電力のバイアス電圧を３０Ｖ以上、６００Ｖ以下としてプラズマドーピング時に前記基板のソース・ドレインエクステンション領域に前記不純物を注入するプラズマドーピング方法。
【請求項１１】
前記プラズマドーピングを、まず、前記基板に対して行なう前に第１ダミー基板に対して行い、前記第１ダミー基板に前記不純物を注入し、
次いで、前記第１ダミー基板の前記不純物をアニールにより電気的に活性化させ、
次いで、前記第１ダミー基板の面内のシート抵抗の分布を測定して得られた分布の均一性に関する情報としきい値とを比較して、前記第１ダミー基板の前記面内の前記シート抵抗の分布の均一性を判定し、
前記第１ダミー基板の基板中央部のシート抵抗が良好であると判定された場合には前記第１ダミー基板を基板に代えて、前記プラズマドーピングを、前記基板に対して行い、前記基板に前記不純物を注入する一方、
前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が良好ではないと判定された場合であってかつ、前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が、前記第１ダミー基板の基板周辺部のそれと比べて小さいと判定された場合には、前記第１ダミー基板を第２ダミー基板に代えて、前記第２ダミー基板の基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴からの前記ガスの吹き出しを停止した状態で前記第２ダミー基板の基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴から前記ガスを吹き出して、前記プラズマドーピングを前記第２ダミー基板に対して行い、前記第２ダミー基板に前記不純物を注入し、
前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が良好ではないと判定された場合であってかつ、前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が、前記第１ダミー基板の前記基板周辺部のそれと比べて大きいと判定された場合には、前記第１ダミー基板を第２ダミー基板に代えて、前記第２ダミー基板の前記基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴からの前記ガスの吹き出しを停止した状態で前記第２ダミー基板の前記基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴に対向するガスの吹き出し穴から前記ガスを吹き出して、前記プラズマドーピングを前記第２ダミー基板に対して行い、前記第２ダミー基板に前記不純物を注入し、
前記第２ダミー基板に対する前記不純物プラズマドーピングを行なったのち、前記第２ダミー基板の面内のシート抵抗の分布を測定して得られた分布の均一性に関する情報としきい値とを比較して、前記第２ダミー基板の面内のシート抵抗の分布の均一性を判定することにより、前記第２ダミー基板の前記基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴と前記第２ダミー基板の前記基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴とからのガスの吹き出し量を調整することにより前記基板の面内のシート抵抗の分布の均一性を補正し、その後、前記第２ダミー基板を基板に代えて、前記プラズマドーピングを、前記基板に対して行い、前記基板に前記不純物を注入する請求項１０に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１２】
前記プラズマドーピングを、まず、前記基板に対して行なう前に第１ダミー基板に対して行い、前記第１ダミー基板に前記不純物を注入し、
次いで、前記第１ダミー基板の前記不純物をアニールにより電気的に活性化させ、
次いで、前記第１ダミー基板の面内のシート抵抗の分布を測定して得られた分布の均一性に関する情報としきい値とを比較して、前記第１ダミー基板の前記面内の前記シート抵抗の分布の均一性を判定し、
前記第１ダミー基板の基板中央部のシート抵抗が良好であると判定された場合には前記第１ダミー基板を基板に代えて、前記プラズマドーピングを、前記基板に対して行い、前記基板に前記不純物を注入する一方、
前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が良好ではないと判定された場合であってかつ、前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が、前記第１ダミー基板の基板周辺部のそれと比べて小さいと判定された場合には、
前記第２ダミー基板の基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴から吹き出される前記ガスの前記不純物の濃度を薄くし、かつ、前記第２ダミー基板の基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴から吹き出される前記ガスの前記不純物の濃度を濃くして、前記プラズマドーピングを前記第２ダミー基板に対して行い、前記第２ダミー基板に前記不純物を注入し、
前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が良好ではないと判定された場合であってかつ、前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が、前記第１ダミー基板の前記基板周辺部のそれと比べて大きいと判定された場合には、
前記第２ダミー基板の前記基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴から吹き出される前記ガスの前記不純物の濃度を薄くし、かつ、前記第２ダミー基板の前記基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴に対向するガスの吹き出し穴から吹き出される前記ガスの前記不純物の濃度を濃くして、前記不純物プラズマドーピングを前記第２ダミー基板に対して行い、前記第２ダミー基板に前記不純物を注入し、
前記第２ダミー基板に対する前記プラズマドーピングを行なったのち、前記第２ダミー基板の面内のシート抵抗の分布を測定して得られた分布の均一性に関する情報としきい値とを比較して、前記第２ダミー基板の面内のシート抵抗の分布の均一性を判定することにより、前記第２ダミー基板の前記基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴と前記第２ダミー基板の前記基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴とからのガスの前記不純物の濃度を調整することにより前記基板の面内のシート抵抗の分布の均一性を補正し、前記第２ダミー基板を基板に代えて、前記プラズマドーピングを、前記基板に対して行い、前記基板に前記不純物を注入する請求項１０に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１３】
前記ガスの前記不純物の濃度が０．２質量％以上、２．０質量％以下である請求項１０に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１４】
前記ガス供給装置は第１ガス供給装置と前記第２ガス供給装置とを有し、前記第１ガス供給装置と前記第２ガス供給装置のそれぞれに対して、前記ガス供給配管と前記ガス流路が独立して別々に備えられており、前記ガスは、第１ガス供給装置と第２ガス供給装置の独立した２系統で供給される、請求項１０に記載のプラズマドーピング方法。
【請求項１５】
天板を有する真空容器と、
前記真空容器内に配置され、基板を載置する電極と、
前記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、
前記真空容器内にガスを供給する複数のガス供給装置と、
前記電極の表面に直交する長手方向沿いに延びる複数の上側縦方向ガス流路を有するガスノズル部材と、
前記電極に対向する前記天板の真空容器内面に配置された複数のガス吹き出し穴とを備えた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って半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記ガス供給装置に一端が連通しかつ他端が前記電極に対向する前記天板の前記真空容器内面とは反対側の前記天板の表面の中央部に前記縦方向沿いに連結された複数のガス供給配管により、前記ガス供給装置からの前記ガスを前記天板のガス流路に向けて前記電極の中心軸沿いの前記縦方向沿いの流れを形成しつつ前記天板の前記ガス流路内に供給し、
前記天板の前記ガス流路において、前記ガスは、前記電極に対向する前記真空容器内面とは反対側の前記天板の前記表面の中央部から前記縦方向の下向きに延びた複数の上側縦方向ガス流路と、前記複数の上側縦方向ガス流路に連通しかつ前記縦方向とは交差する横方向に独立して分岐した複数の横方向ガス流路と、前記複数の横方向ガス流路から前記縦方向の下向きに延びて前記複数のガス吹き出し穴とそれぞれ連通する複数の下側縦方向ガス流路に沿って順に流れて、前記複数のガス吹き出し穴から前記ガスを吹き出すことにより、前記ガスを前記真空容器内に供給し、
前記ガスとして、不純物を含みかつ希ガスまたは水素で希釈したガスを用い、前記ガスの前記不純物の濃度が０．０５質量％以上、５．０質量％以下であり、前記高周波電源により印加される前記高周波電力のバイアス電圧を３０Ｖ以上、６００Ｖ以下としてプラズマドーピング時に前記基板のソース・ドレインエクステンション領域に前記不純物を注入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、半導体装置及びその製造方法に関し、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２０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２０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、ガス供給装置２０３に対向して配置された排気口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】
一方、一般的なプラズマ処理装置の分野では、試料に対向して複数のガス吹き出し口を設けた、誘導結合型プラズマ処理装置が開発されている（例えば、特許文献２参照）。図２１は、前記特許文献２に記載された従来のドライエッチング装置の概略構成を示している。図２１において、真空容器２２１の上壁が誘電体から成る上側と下側の第１と第２の天板２２２、２２３にて構成され、かつ第１の天板２２２上に多重のコイル２２４が配設されて高周波電源２２５に接続されている。また、ガス流路２２６から第１の天板２２２に向けてプロセスガスを供給するように構成されている。第１の天板２２２には、ガス流路２２６に連通するように、内部の１点を通過点とする１又は複数の空洞から成るガス主通路２２７が形成され、かつこのガス主通路２２７に天板２２２の底面から到達するようにガス吹き出し穴２２８が形成されている。第２の天板２２３にはガス吹き出し穴２２８と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴２２９が形成されている。真空容器２２１はその側壁に設けられた排気口２３０にて排気可能に構成され、真空容器２２１内の下部には試料電極２３１が配設され、その上に被処理物である試料２３２を保持するように構成されている。
【０００７】
また、従来の他のドライエッチング装置としては、膜を削るドライエッチングに係る装置ではあるが、図２２Ａ及び図２２Ｂのような構成がある（例えば、特許文献３参照）。この装置では、ガス流路２４０と２４１を通じて真空容器２５０の内部にプロセスガスを供給する。ガス流路２４０はマスフローコントローラ２４２ｂに、ガス流路２４１はマスフローコントローラ２４２ａにそれぞれ接続されており、それぞれ独立にガス流量を制御できる。ガス流路２４０からは基板中央部にガスが供給され、ガス流路２４１からは基板周辺部にガスが供給される。基板中央部と基板周辺部に供給するガスの流量を別々に独立して制御できるので、基板中心に対して回転対称に分布するドライエッチングのエッチングレートを基板全面に均一に分布するように補正する上で、この構成は非常に有効であるという特徴がある。
【０００８】
プラズマドーピングの分野でも、基板中央部と基板周辺部に供給するガスの流量を独立して制御して、基板中心に対して回転対称に分布するプロセス分布を均一に補正したいという要望はある。プラズマドーピングの場合には、エッチングレートの分布ではなく、注入したボロンのドーズ量の分布を補正したい。この要求に応えるべく、図２３に示すようなプラズマドーピング装置が提案されている（特許文献４参照）。この装置では、ガス流路２５１と２５２を通じて真空容器２５５の内部にプロセスガスを供給する。ガス流路２５１は配管２５１ａを介してマスフローコントローラ２５３に、ガス流路２５２は配管２５２ａを介してマスフローコントローラ２５４にそれぞれ接続されており、それぞれ独立にガス流量を制御できる。ガス流路２５１からは基板２５６の中央部にガスが供給され、ガス流路２５２からは基板２５６の周辺部にガスが供給される。このような構成とすることで、基板中心に対して回転対称に分布する不純物のドーズ量を基板全面に均一に分布するように補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許４９１２０６５号公報
【特許文献２】特開２００１−１５４９３号公報
【特許文献３】特表２００５−５０７１５９号公報
【特許文献４】ＷＯ２００６／１０６８７２Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述の特許文献１−４等に開示されている従来のプラズマ処理装置によると、プラズマドーピングにおける不純物のドーズ量を基板主面に対して均一化することは困難であるという問題点がある。
【００１１】
すなわち、従来の装置をドライエッチング等の他のプロセスに適用した場合には、基板主面に対するプロセス結果のばらつきは、実用上、問題にならない程度に小さく、同じことであるがプロセス結果を高精度に均一化できる。しかし、これらの装置をプラズマドーピングに適用した場合には、基板主面に対する不純物のドーズ量を均一にすることは困難であった。
【００１２】
この理由を、ドライエッチングとプラズマドーピングの違いを例に説明する。ドライエッチングとプラズマドーピングのプロセス上の大きな違いは、プロセス結果に及ぼす粒子（イオン、ラジカル、中性ガス）の数である。プラズマドーピングは、ボロンや砒素、リンといった半導体中で電気的に活性になる不純物粒子を、プロセスを通じて１Ｘ１０１４ｃｍ−２から５Ｘ１０１６ｃｍ−２程度の範囲の数だけ基板に注入するプロセスである。一方、ドライエッチングでエッチングレートに影響を及ぼす粒子（エッチャントとなるイオン、ラジカル、中性ガス）が基板主面の１ｃｍ−２にプロセスを通じて照射される数はプラズマドーピングに比べて、桁違いに多い（例えば３桁程度（１０００倍くらい）、多くなっている）。ドライエッチングではシリコン等の被処理体の形状を変えることを目的とするが、プラズマドーピングでは形状はできるだけ変えないようにして不純物を必要量だけ注入することを目的とする。被処理体の形状を変えずに不純物を必要量だけ注入するプラズマドーピングの場合には、被処理体の形状を変えるドライエッチングと比較して格段に少ない粒子でプロセス結果が決まる。つまり、プラズマドーピングとドライエッチングはどちらもプラズマに基板を曝して処理するプロセスであるという点は同じであるにも係わらず、プラズマドーピングは、ドライエッチングに比べて、プロセス結果に直接影響を及ぼす粒子の数が極めて少ないという特徴がある。このことから、プロセス結果に直接影響を及ぼす粒子の数のばらつきが、プロセス結果のばらつきに及ぼす影響は、ドライエッチングに比べてプラズマドーピングの方が桁違いに大きい。
【００１３】
前記では、ドライエッチングを例に説明したが、ＣＶＤ等の他のプラズマを用いたプロセスでは、そもそもプラズマに基板を直接曝して処理することで、プロセスに要する多数の粒子をプラズマから得られることを利用しており、プラズマドーピングとの違いは、ドライエッチングと同じである。
【００１４】
このことが原因で、従来の装置をドライエッチング等の他のプロセスに用いた場合には、基板主面に対するプロセス結果を高精度に均一化できるのに対して、従来のこれらの装置をプラズマドーピングに適用した場合には、基板主面に対する不純物のドーズ量を均一にすることは困難であるという問題点があった。
【００１５】
さらに、プラズマドーピングの場合に、１つのプロセス条件で高精度の均一性を得るような装置構成と条件を確立したとしても、複数のプロセス条件で高精度の均一性を得たいという要求を満たすことが困難であるという問題点があった。この理由は、プロセス条件を変更するとプラズマの分布が変化するので、あるプロセス条件で高精度の均一性が得られる構成であったとしても、他のプロセス条件では良好な均一性が得られるとは限らないからである。プロセス条件を変更するとプラズマの分布が変化するという普遍の原理から、他のプロセス条件では均一性が良くないことの方が通常である。
【００１６】
前記従来の問題に鑑み、本発明は、プラズマドーピングにおいて高精度の均一性を得られ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】
【００１７】
前記の目的を達成するために、本発明者らは、従来のプラズマ装置をプラズマドーピングに適用した場合にプラズマドーピングの高精度の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。
【００１８】
なお、本発明者らは、プラズマドーピングの応用としては、特に均一性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、プラズマドーピングの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。
【００１９】
図２４Ａ〜図２４Ｈ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。
【００２０】
まず、図２４Ａに示すように、酸化シリコン膜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。
【００２１】
そして、図２４Ｂに示すように、ゲート電極２６５を形成するための多結晶シリコン層２６５Ａを形成する。
【００２２】
次に、図２４Ｃに示すように、フォトリソグラフィによりマスクＲを形成する。
【００２３】
その後、図２４Ｄに示すように、マスクＲを用いて多結晶シリコン層２６５Ａと酸化シリコン膜２６４をパターニングし、ゲート電極２６５を形成する。
【００２４】
さらに、図２４Ｅ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２６６の層を形成する。
【００２５】
この後、図２４Ｆに示すように、ＬＰＣＶＤ（Low  Pressure  ＣＶＤ）法により、ｐ型不純物領域２６６の層の表面、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、酸化シリコン膜２６７をエッチングし、図２４Ｇ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。
【００２６】
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、イオン注入により、図２４Ｈに示すように、ボロンを注入し、ｐ型不純物領域２６８の層からなるソース・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。
【００２７】
このようにして、ｐ型不純物領域２６８の層からなるソース・ドレイン領域の内側に浅いｐ型不純物領域２６６の層を形成したＭＯＳＦＥＴを形成する。
【００２８】
このとき、浅いｐ型不純物領域２６６の層を形成する工程においては、図２０〜２３に示した特許文献１〜４におけるのいずれかに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。
【００２９】
このような装置を用いて、特許文献１に開示された図２０のような装置でソース・ドレインエクステンション領域の層を形成した場合の、ソース・ドレインエクステンション領域の層のシート抵抗の基板面内分布を図２５に示す。図２０の装置では、ガス流路が基板から見て片側にだけ配置されている。従って、基板面内のガス流路に近い部分（図２５の上側の部分）はドーズ量が多くなり、シート抵抗が低くなる。一方で、基板面内のガス流路から遠い部分（図２５の下側の部分）はドーズ量が少なくなり、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、シート抵抗のみで関係を記述する）。このように、ガス流路が、基板から見て片側にだけ配置されている装置では、基板面内でシート抵抗の低い部分が片側に寄って現れてしまう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２２Ａ及び図２２Ｂ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シート抵抗の基板面内分布を図２６に示す。図２２Ａ及び図２２Ｂの装置では、ガス流路が、基板から見て中央部にだけ配置されている。従って、ガス流路に近い基板中央部はシート抵抗が低くなる。一方で、ガス流路から遠い基板周辺部はシート抵抗が高くなる。基板周辺部のシート抵抗を下げようとして、ガス流路２４３のガス流量やガス濃度を高くしても、基板周辺部までガスが供給され難いので、これを実現することは困難である。このように、ガス流路が基板から見て中央部にだけ配置されている装置では、基板面内でシート抵抗の低い部分が基板中央部に寄って現れてしまうという問題点があった。
【００３１】
次に、特許文献２に開示された図２１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シート抵抗の基板面内分布を図２７に示す。図２１の装置ではガス流路が基板から見て全面に配置されている。従って、シート抵抗の基板面内分布は、図２６に示した分布よりは均一になる。しかし、プロセス条件によっては、基板中央部のシート抵抗ＳＲ１と基板周辺部のシート抵抗ＳＲ２に実用上、問題に成りかねない差が残る。すなわち、例えば、図２１の前記装置においては、ガス導入路のガス導入方向が、図２７では矢印のように基板に対して右向きとなるため、シート抵抗ＳＲ１を有する基板中央部の領域の中心が、基板の中心に対して図２７の右側にずれることによる差が生じる。この場合、図２１の装置構成では、基板中央部と基板周辺部のシート抵抗を別々に制御することはできないので、図２７のような分布をさらに均一化することは困難である。このように、ガス流路が１つであり、ガス穴が基板全面の上に配置されている装置では、プロセス条件によっては、基板中央部と基板周辺部のシート抵抗に実用上、問題に成りかねない差が現れてしまうという問題点があった。
【００３２】
次に、特許文献４に開示された図２３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シート抵抗の基板面内分布を図２８に示す。図２３の装置では、ガス流路が基板から見て全面に配置されており、さらに、ガス流路２５１と２５２で独立にガス流量やガス濃度を制御できる。これにより、プロセス条件に応じて、基板中央部と基板周辺部に供給するガス流量やガス濃度を可変にできる。従って、図２１の装置よりも、図２３の装置の方が複数のプロセス条件に対する対応性が良く、同様の意味であるが、複数のプロセス条件に対して標準偏差で表した均一性はより高精度にできる。
【００３３】
しかし、図２３の装置では、図２８に示すような４種類のシート抵抗の水準を持つ領域が複雑な分布で現れ易い。この原因は、ガス流路の配置にあることが明らかになってきた。ガス流路２５１は、図２８のように基板の左側から基板中央部上にガスを配管２５１ａにより運んできて、その後、基板中央部上のガス吹き出し穴からガスを噴射する。しかるに、ガス吹き出し穴からガスが噴射されるときの運動のベクトルは、基板主面に対して垂直ではなく、基板の左側から右側に向かうベクトルと基板主面に対して垂直なベクトルを合成した方向であろうと考えられる。その結果、ガス流路２５１を通じて基板中央部に噴射されたガスが起因のシート抵抗分布は、完全に基板中央に転写されるのではなく、基板中央から少し右にずれて分布する。同様に、ガス流路２５２は、図２８のように基板の右下側から基板中央部上にガスを配管２５２ａにより運んできて、その後、基板周辺部上のガス吹き出し穴からガスを噴射する。しかるに、ガス吹き出し穴からガスが噴射されるときの運動のベクトルは、基板主面に対して垂直ではなく、基板の右下側から左上側に向かうベクトルと基板主面に対して垂直なベクトルを合成した方向であろうと考えられる。その結果、ガス流路２５２を通じて基板周辺部に噴射されたガスが起因のシート抵抗分布は、完全に基板中央に対して対称に転写されるのではなく、基板中央から少し左上にずれて分布する。ガス流路２５１と２５２に起因したシート抵抗の分布が基板中央からずれて分布したものが合成された結果、図２８のような分布が現れるものと考えられる。このように、ガス流路が２つであり、ガス穴が基板全面の上に配置されており、基板中央部と基板周辺部のガス穴に対して別々のガス流路が接続されているような装置では、基板中央に対して回転対称ではないシート抵抗の分布が表れてしまい、その分布が複雑であることから、プロセス条件によっては、容易にこれを補正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、本発明との相違点について説明する。
【００３５】
前記特許文献３，４の組合せが困難であることの最も大きな理由は、当業者であっても、本発明の効果（高精度に均一になるように、基板全面でのシート抵抗の分布を補正することができるという効果）を容易には見出せないからである。装置構成としては、本発明（例えば、本発明の一つの実施形態としての図１の装置）は、特許文献３，４のそれぞれの装置と比べて部品点数が多くなり、構造も複雑になるので、装置メーカの当業者としては、通常、やりたくないことである。
【００３６】
これに対して、本発明者は、本発明の装置及び方法に特有の効果を見出した。それは、本発明の装置及び方法を用いると、基板の中心に対して、シート抵抗の分布がほぼ完全に回転対称になり、且つ、直径が３００ｍｍの大口径の基板の端部にまでプラズマドーピング用ガスを供給することが可能になるので、基板の中心に対してシート抵抗の回転対称な分布が均一になるように補正することができるという効果である。
【００３７】
このことを、図を用いて、さらにわかりやすく説明する。
【００３８】
図１Ｂは、本発明の第１実施形態にかかるプラズマドーピング装置及び方法での不純物を含むガスの流れの例である。天板の上方向から下向きにガス流路（上側縦方向ガス流路）を流れてきたガスが、天板内部のガス流路（内側及び外側横方向ガス流路）の中を横向きに流れ、その後、ガス流路（下側縦方向ガス流路）を介してガス吹き出し穴から下向きに真空容器の内部に流れる。すなわち、基板の中心軸沿いの上端の点Ｆ１から出発して点Ｆ２まで下向きにガス流路（上側縦方向ガス流路）沿いに流れ、点Ｆ２から点Ｆ３まで横向きにガス流路（内側及び外側横方向ガス流路）沿いに流れ、その後、点Ｆ３から基板表面に向けて下向きにガス流路（下側縦方向ガス流路）及びガス吹き出し穴沿いに流れる。これにより、シート抵抗の分布が、基板９の中心に対して回転対称になり、且つ、直径が３００ｍｍの大口径の基板の端部にまで、プラズマドーピング用ガスを供給することができ、かつ、シート抵抗の分布が高精度に均一になるように、基板全面にわたってシート抵抗の分布を補正することができる。
【００３９】
一方、図１Ｃは、特許文献３のガスの流れである。特許文献３では、上端の点Ｆ１１から出発して点Ｆ１２を通過して一部が斜め下向きに分岐したのち基板表面まで下向きに流れる。これでは、シート抵抗の分布は、基板９の中心軸に対して回転対称になるが、基板の中央部にしかプラズマドーピング用ガスを供給できず、直径が３００ｍｍの大口径の基板の端部にまでプラズマドーピング用ガスを供給することができない。従って、シート抵抗の分布を、基板全面にわたって、均一に補正することができない。
【００４０】
図１Ｄは特許文献４のガスの流れである。特許文献４では、左端の点Ｆ２１から出発して横方向（右方向）に点Ｆ２２まで横向きに、点Ｆ２２から点Ｆ２３まで下向きに、点Ｆ２３から点Ｆ２４まで横向きに、その後、点Ｆ２４から基板表面まで下向きに流れるものであり、２回目の横向きの流れの距離は極めて小さい。これでは、シート抵抗の分布は基板中心軸に対して回転対称にならない。従って、シート抵抗の分布を、基板全面にわたって、均一に補正することができない。
【００４１】
これにより、本発明を予見することは容易ではないことは明白である。
【００４２】
次に、前記予見は容易ではないと説明したが、仮に、万が一、前記したことを予見できたとしても、特許文献３と特許文献４を見て、それを単純に組合わることが当業者では容易ではない理由を説明する。
【００４３】
まず、図２２Ａ及び図２２Ｂを参照して、ガスの流れを説明する。特許文献３の装置におけるガスの流れを本発明のように「基板の中心軸沿いの上端位置から出発して下向きに、横向きに、その後、下向きに流れる」ようにしようとしたときには、以下の不具合が起きる。特許文献３の装置は、天板とノズルの機能は分離したものであり、ガス入経路はノズルのみに形成され天板には全く形成されておらず、天板に対するノズルの回転方向の位置も特に規定されていない。そのため、仮に天板が特許文献４のように複数のガス流路を有するような天板であったとしても、そのままでは、ノズル内部のガス流路と天板内部のガス流路を接続することができない。
【００４４】
次に、図２３を参照して、ガスの流路を説明する。特許文献４の装置におけるガスの流れを本発明のように「基板の中心軸沿いの上端位置から出発して下向きに、横向きに、その後、下向きに流れる」ようにしようとしたときには、不具合が起きる。特許文献４の装置は、天板中央部の上方にもコイルがあり、天板中央の上方に金属配管や石英配管等のガス流路を設けることができない。無理に設けると、コイルの配置が変わったり、磁界をゆがめたりして、プラズマの均一性が基板中心軸に対して回転対称ではなくなり、不均一になるという問題がある。
【００４５】
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シート抵抗の分布の均一性を格段に高めることの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発明するに至った。
【００４６】
前記目的を達成するため、本発明は、以下のように種々の態様を採っている。
【００４７】
本発明の第１態様によれば、
天板を有する真空容器と、
前記真空容器内に配置されかつ基板を載置する電極と、
前記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、
前記真空容器内にガスを供給する複数のガス供給装置と、
前記電極の表面に直交する長手方向沿いに延びる複数の上側縦方向ガス流路を有するガスノズル部材とを備えて、前記天板は、前記電極に対向する真空容器内面に複数のガス吹き出し穴を有するとともに、前記複数の上側縦方向ガス流路は前記複数のガス供給装置にそれぞれ連結されているプラズマドーピング装置を提供する。
【００４８】
前記第１態様の変形例によれば、前記天板は、前記電極に対向する前記真空容器内面とは反対側の前記天板の表面の中央部から前記電極の中心軸に沿った縦方向沿いの下向きに延びる前記複数の上側縦方向ガス流路と、前記上側縦方向ガス流路に連通しかつ前記縦方向とは交差する横方向にそれぞれ独立して複数に分岐した複数の横方向ガス流路と、前記横方向ガス流路から前記縦方向の下向きに延びて前記複数のガス吹き出し穴とそれぞれ連通する複数の下側縦方向ガス流路とを備える複数のガス流路を有しており、
前記プラズマドーピング装置は、
前記ガス供給装置に一端が連通しかつ他端が前記電極に対向する前記真空容器内面とは反対側の前記天板の前記表面の中央部に前記縦方向沿いに連結されて、前記ガス供給装置から供給される前記ガスにより前記縦方向沿いの流れを形成する複数のガス供給配管
をさらに備える、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００４９】
本発明の第２態様によれば、前記天板は、前記電極とは反対側の前記天板の外側表面の中央部に凹部を有するとともに、前記ガスノズル部材は前記天板の前記凹部に嵌合され、
前記天板は、前記ガスノズル部材の前記上側縦方向ガス流路と、前記上側縦方向ガス流路に連通しかつ前記ガスノズル部材の前記縦方向とは交差する横方向にそれぞれ独立して複数に分岐した複数の横方向ガス流路と、前記横方向ガス流路から前記縦方向の下向きに延びて前記複数のガス吹き出し穴とそれぞれ連通する下側縦方向ガス流路とを備える複数のガス流路を有する、第１態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００５０】
本発明の第３態様によれば、それぞれの一端が前記複数のガス供給装置に連通しかつそれぞれの他端が前記ガスノズル部材の前記上側縦方向ガス流路と縦方向沿いに連結されて、前記ガス供給装置から供給される前記ガスにより前記縦方向沿いの流れを形成する複数のガス供給配管をさらに備え、
前記天板は、複数枚の板状部材を積層して構成されるとともに、
前記ガス供給装置は第１ガス供給装置と第２ガス供給装置とを有し、前記第１ガス供給装置と前記第２ガス供給装置のそれぞれに対して、前記ガス供給配管と前記ガス流路が独立して別々に備えられている、第１又は第２態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００５１】
本発明の第４態様によれば、それぞれの一端が前記複数のガス供給装置に連通しかつそれぞれの他端が前記ガスノズル部材の前記上側縦方向ガス流路と縦方向沿いに連結されて、前記ガス供給装置から供給される前記ガスにより前記縦方向沿いの流れを形成する複数のガス供給配管をさらに備え、
前記天板内の前記下側縦方向ガス流路と前記横方向ガス流路が、
前記複数のガス吹き出し穴のうちの第１ガス吹き出し穴に連通する第１下側縦方向ガス流路と、
前記第１下側縦方向ガス流路に連通する第１横方向ガス流路と、
前記複数のガス吹き出し穴のうちの第２ガス吹き出し穴に連通しかつ前記第１下側縦方向ガス流路とは独立した第２下側縦方向ガス流路と、
前記第２下側縦方向ガス流路に連通しかつ前記第１横方向ガス流路とは独立した第２横方向ガス流路とであり、
前記ガスノズル部材には、前記ガスノズル部材に対して回転可能でかつ前記上側縦方向ガス流路と連通可能でかつ回転位置により前記第１横方向ガス流路と前記第２横方向ガス流路とに選択的に連通可能な連通切替用ガス流路を有する円板部を有して、
前記ガスノズル部材の前記円板部の前記回転位置を変更することで、前記第１横方向ガス流路と前記第２横方向ガス流路とのいずれか一方と前記連通切替用ガス流路とが選択的に連通されて、前記ガス供給装置から前記ガス供給配管及び前記ガスノズル部材の前記上側縦方向ガス流路及び前記連通切替用ガス流路を介して、選択的に連通された前記第１横方向ガス流路と前記第２横方向ガス流路とのいずれか一方を通り、当該選択的に連通された横方向ガス流路と連通するガス吹き出し穴から前記ガスを吹き出す第２態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００５２】
本発明の１つの態様によれば、前記ガス供給装置は、ボロンを含み、希ガス、または水素で希釈しているガスを供給する装置である第１〜４態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００５３】
本発明の１つの態様によれば、前記ガス供給装置は、ボロンを含み、水素又はヘリウムで希釈しているガスを供給する装置である第１〜４態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００５４】
本発明の第５態様によれば、前記ガス供給装置は、Ｂ２Ｈ６を含むガスを供給する装置である第１〜４態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００５５】
本発明の第６態様によれば、前記ガス供給装置は、不純物を含み、かつ、希ガスまたは水素で希釈したガスを供給する装置であり、前記ガスの前記不純物の濃度が０．０５質量％以上、５．０質量％以下である第１〜４態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００５６】
本発明の第７態様によれば、前記ガス供給装置は、不純物を含むみ、かつ、希ガスまたは水素で希釈したガスを供給する装置であり、前記ガスの前記不純物の濃度が０．２質量％以上、２．０質量％以下である第１〜４態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００５７】
本発明の第８態様によれば、前記高周波電源から印加される前記高周波電力のバイアス電圧が３０Ｖ以上、６００Ｖ以下である第１〜９態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００５８】
本発明の第９態様によれば、前記排気装置は、前記電極に関して、前記天板とは反対側の前記真空容器の底面に配置された排気口と連通されている第１〜９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。
【００５９】
本発明の第１０態様によれば、
天板を有する真空容器と、
前記真空容器内に配置され、基板を載置する電極と、
前記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、
前記真空容器内にガスを供給する複数のガス供給装置と、
前記電極の表面に直交する長手方向沿いに延びる複数の上側縦方向ガス流路を有するガスノズル部材と、
前記電極に対向する前記天板の真空容器内面に配置された複数のガス吹き出し穴とを備えた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プラズマドーピング方法であって、前記ガス供給装置に一端が連通しかつ他端が前記電極に対向する前記天板の前記真空容器内面とは反対側の前記天板の表面の中央部に前記電極の中心軸沿いの縦方向沿いに連結された複数のガス供給配管により、前記ガス供給装置からの前記ガスを前記天板のガス流路に向けて前記縦方向沿いの流れを形成しつつ前記天板の前記ガス流路内に供給し、
前記天板の前記ガス流路において、前記ガスは、前記電極に対向する前記天板の前記真空容器内面とは反対側の前記天板の前記表面の前記中央部から前記縦方向の下向きに延びた複数の上側縦方向ガス流路と、前記複数の上側縦方向ガス流路に連通しかつ前記縦方向とは交差する横方向に独立して分岐した複数の横方向ガス流路と、前記複数の横方向ガス流路から前記縦方向の下向きに延びて前記複数のガス吹き出し穴とそれぞれ連通する下側縦方向ガス流路に沿って順に流れて、前記複数のガス吹き出し穴から前記ガスを吹き出すことにより、前記ガスを前記真空容器内に供給し、
前記ガスとして、不純物を含み、かつ、希ガスまたは水素で希釈したガスを用い、前記ガスの前記不純物の濃度が０．０５質量％以上、５．０質量％以下であり、前記高周波電源により印加される前記高周波電力のバイアス電圧を３０Ｖ以上、６００Ｖ以下としてプラズマドーピング時に前記基板のソース・ドレインエクステンション領域に前記不純物を注入するプラズマドーピング方法を提供する。
【００６０】
本発明の第１１態様によれば、
前記プラズマドーピングを、まず、前記基板に対して行なう前に第１ダミー基板に対して行い、前記第１ダミー基板に前記不純物を注入し、
次いで、前記第１ダミー基板の前記不純物をアニールにより電気的に活性化させ、
次いで、前記第１ダミー基板の面内のシート抵抗の分布を測定して得られた分布の均一性に関する情報としきい値とを比較して、前記第１ダミー基板の前記面内の前記シート抵抗の分布の均一性を判定し、
前記第１ダミー基板の基板中央部のシート抵抗が良好であると判定された場合には前記第１ダミー基板を基板に代えて、前記プラズマドーピングを、前記基板に対して行い、前記基板に前記不純物を注入する一方、
前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が良好ではないと判定された場合であってかつ、前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が、前記第１ダミー基板の基板周辺部のそれと比べて小さいと判定された場合には、前記第１ダミー基板を第２ダミー基板に代えて、前記第２ダミー基板の基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴からの前記ガスの吹き出しを停止した状態で前記第２ダミー基板の基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴から前記ガスを吹き出して、前記プラズマドーピングを前記第２ダミー基板に対して行い、前記第２ダミー基板に前記不純物を注入し、
前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が良好ではないと判定された場合であってかつ、前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が、前記第１ダミー基板の前記基板周辺部のそれと比べて大きいと判定された場合には、前記第１ダミー基板を第２ダミー基板に代えて、前記第２ダミー基板の前記基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴からの前記ガスの吹き出しを停止した状態で前記第２ダミー基板の前記基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴に対向するガスの吹き出し穴から前記ガスを吹き出して、前記プラズマドーピングを前記第２ダミー基板に対して行い、前記第２ダミー基板に前記不純物を注入し、
前記第２ダミー基板に対する前記不純物プラズマドーピングを行なったのち、前記第２ダミー基板の面内のシート抵抗の分布を測定して得られた分布の均一性に関する情報としきい値とを比較して、前記第２ダミー基板の面内のシート抵抗の分布の均一性を判定することにより、前記第２ダミー基板の前記基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴と前記第２ダミー基板の前記基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴とからのガスの吹き出し量を調整することにより前記基板の面内のシート抵抗の分布の均一性を補正し、その後、前記第２ダミー基板を基板に代えて、前記プラズマドーピングを、前記基板に対して行い、前記基板に前記不純物を注入する第１０態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００６１】
本発明の第１２態様によれば、前記プラズマドーピングを、まず、前記基板に対して行なう前に第１ダミー基板に対して行い、前記第１ダミー基板に前記不純物を注入し、
次いで、前記第１ダミー基板の前記不純物をアニールにより電気的に活性化させ、
次いで、前記第１ダミー基板の面内のシート抵抗の分布を測定して得られた分布の均一性に関する情報としきい値とを比較して、前記第１ダミー基板の前記面内の前記シート抵抗の分布の均一性を判定し、
前記第１ダミー基板の基板中央部のシート抵抗が良好であると判定された場合には前記第１ダミー基板を基板に代えて、前記プラズマドーピングを、前記基板に対して行い、前記基板に前記不純物を注入する一方、
前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が良好ではないと判定された場合であってかつ、前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が、前記第１ダミー基板の基板周辺部のそれと比べて小さいと判定された場合には、
前記第２ダミー基板の基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴から吹き出される前記ガスの前記不純物の濃度を薄くし、かつ、前記第２ダミー基板の基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴から吹き出される前記ガスの前記不純物の濃度を濃くして、前記プラズマドーピングを前記第２ダミー基板に対して行い、前記第２ダミー基板に前記不純物を注入し、
前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が良好ではないと判定された場合であってかつ、前記第１ダミー基板の前記基板中央部のシート抵抗が、前記第１ダミー基板の前記基板周辺部のそれと比べて大きいと判定された場合には、前記第１ダミー基板を第２ダミー基板に代えて、前記第２ダミー基板の前記基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴から吹き出される前記ガスの前記不純物の濃度を薄くし、かつ、前記第２ダミー基板の前記基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴に対向するガスの吹き出し穴から吹き出される前記ガスの前記不純物の濃度を濃くして、前記不純物プラズマドーピングを前記第２ダミー基板に対して行い、前記第２ダミー基板に前記不純物を注入し、
前記第２ダミー基板に対する前記プラズマドーピングを行なったのち、前記第２ダミー基板の面内のシート抵抗の分布を測定して得られた分布の均一性に関する情報としきい値とを比較して、前記第２ダミー基板の面内のシート抵抗の分布の均一性を判定することにより、前記第２ダミー基板の前記基板中央部に対向する前記ガスの吹き出し穴と前記第２ダミー基板の前記基板周辺部に対向する前記ガスの吹き出し穴とからのガスの前記不純物の濃度を調整することにより前記基板の面内のシート抵抗の分布の均一性を補正し、前記第２ダミー基板を基板に代えて、前記プラズマドーピングを、前記基板に対して行い、前記基板に前記不純物を注入する第１０態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００６２】
本発明の第１３態様によれば、前記ガスの前記不純物の濃度が０．２質量％以上、２．０質量％以下である第１０〜１２態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００６３】
本発明の第１４態様によれば、前記ガス供給装置は第１ガス供給装置と前記第２ガス供給装置とを有し、前記第１ガス供給装置と前記第２ガス供給装置のそれぞれに対して、前記ガス供給配管と前記ガス流路が独立して別々に備えられており、前記ガスは、第１ガス供給装置と第２ガス供給装置の独立した２系統で供給される、第１０〜１３態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００６４】
本発明の第１つの態様によれば、ボロンを含むガスが、前記ガス供給装置から供給される第１０〜１４態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００６５】
本発明の第１つの態様によれば、Ｂ２Ｈ６を含むガスが、前記ガス供給装置から供給される第１０〜１４態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置を用いたプラズマドーピング方法を提供する。
【００６６】
本発明の第１つの態様によれば、前記ガス供給装置から供給されるガスに含まれる希ガスはヘリウムである第１０〜１４態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００６７】
本発明の第１つの態様によれば、前記ソース・ドレインエクステンション領域に代えて、ゲート下のチャネル領域に不純物を注入する第１０〜前の態様のいずれか１つに記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００６８】
本発明の第１つの態様によれば、前記ボロンに代えて、リンとする前の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００６９】
本発明の第１つの態様によれば、前記ボロンに代えて、砒素とする前の態様に記載のプラズマドーピング方法を提供する。
【００７０】
本発明の第１５態様によれば、
天板を有する真空容器と、
前記真空容器内に配置され、基板を載置する電極と、
前記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、
前記真空容器内にガスを供給する複数のガス供給装置と、
前記電極の表面に直交する長手方向沿いに延びる複数の上側縦方向ガス流路を有するガスノズル部材と、
前記電極に対向する前記天板の真空容器内面に配置された複数のガス吹き出し穴とを備えた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って半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記ガス供給装置に一端が連通しかつ他端が前記電極に対向する前記天板の前記真空容器内面とは反対側の前記天板の表面の中央部に前記縦方向沿いに連結された複数のガス供給配管により、前記ガス供給装置からの前記ガスを前記天板のガス流路に向けて前記電極の中心軸沿いの前記縦方向沿いの流れを形成しつつ前記天板の前記ガス流路内に供給し、
前記天板の前記ガス流路において、前記ガスは、前記電極に対向する前記真空容器内面とは反対側の前記天板の前記表面の中央部から前記縦方向の下向きに延びた複数の上側縦方向ガス流路と、前記複数の上側縦方向ガス流路に連通しかつ前記縦方向とは交差する横方向に独立して分岐した複数の横方向ガス流路と、前記複数の横方向ガス流路から前記縦方向の下向きに延びて前記複数のガス吹き出し穴とそれぞれ連通する複数の下側縦方向ガス流路に沿って順に流れて、前記複数のガス吹き出し穴から前記ガスを吹き出すことにより、前記ガスを前記真空容器内に供給し、
前記ガスとして、不純物を含みかつ希ガスまたは水素で希釈したガスを用い、前記ガスの前記不純物の濃度が０．０５質量％以上、５．０質量％以下であり、前記高周波電源により印加される前記高周波電力のバイアス電圧を３０Ｖ以上、６００Ｖ以下としてプラズマドーピング時に前記基板のソース・ドレインエクステンション領域に前記不純物を注入する半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００７１】
本発明によると、前記ガス供給配管により前記ガス供給装置から前記天板の前記ガス流路に供給される前記ガスは、前記基板の中心軸沿いの前記縦方向沿いの流れを形成することができる。このため、前記ガス吹き出し穴から吹き出すガスを均一にすることができ、シート抵抗の分布が基板中央に対して回転対称となるので、プラズマドーピングにおいてシート抵抗の分布に高精度の均一性が得られるプラズマドーピング装置及び方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
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１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態に係るプラズマドーピング装置の部分断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１実施形態にかかるプラズマドーピング装置及び方法での不純物を含むプラズマドーピング用ガスの流れの例を説明するための説明図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、特許文献３のガスの流れを説明するための説明図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、特許文献４のガスの流れを説明するための説明図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ｂと類似して、本発明の第１実施形態にかかるプラズマドーピング装置及び方法での不純物を含むプラズマドーピング用ガスの流れの例を説明するためのより具体的な説明図であって、配管中をガスの分子が流れる状態を模式的に矢印で示す説明図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１Ｄと類似して、特許文献４のガスの流れを説明するためのより具体的な説明図であって、配管中をガスの分子が流れる状態を模式的に矢印で示す説明図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１実施形態に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材が天板の中央部に取り付けられた状態でのガス流路形成部材（ガスノズル部材）と天板の中央部の部分断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１実施形態に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材が天板の中央部に取り付けられた状態でのガス流路形成部材と天板の中央部の部分拡大断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の第１実施形態に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材が天板の中央部に取り付けられる前の天板の平面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の第１実施形態に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材が天板の中央部から取り外される状態又は取付けられる直前の状態でのガス流路形成部材と天板の中央部の部分断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１実施形態に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第１層目の板状部材の平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１実施形態に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第２層目の板状部材の平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第１実施形態に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第３層目の板状部材の平面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の第１実施形態に係るプラズマドーピング装置の天板の基板中央部用ガス吹き出し穴と基板周辺部用ガス吹き出し穴のガス供給制御に関する図３Ａの内円の半径と外円の半径の比を求めるために、図２２Ａ及び図２２Ｂの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３Ｅ】図３Ｅは、図３Ｄの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４０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３Ｆ】図３Ｆは、図３Ｄの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３Ｇ】図３Ｇは、図３Ｄの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３Ｈ】図３Ｈは、図３Ｄの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４Ａ】図４Ａは、本発明の第１実施形態の第１変形例に係るプラズマドーピング装置のガス供給装置からの第１ガス供給配管と第２ガス供給配管が天板の中央部に直接取り付けられた状態での第１ガス供給配管と第２ガス供給配管と天板の中央部の部分断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの前記取付状態での第１ガス供給配管と第２ガス供給配管と天板の中央部の部分拡大断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の第１実施形態の第１変形例に係るプラズマドーピング装置の第１ガス供給配管と第２ガス供給配管が天板の中央部に取り付けられる前の天板の平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１実施形態の第１変形例に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第１層目の板状部材の平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１実施形態の第１変形例に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第２層目の板状部材の平面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の第１実施形態の第１変形例に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第３層目の板状部材の平面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材の断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係るプラズマドーピング装置の天板の断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材が天板に取付られる直前の状態でのガス流路形成部材と天板の中央部の部分拡大断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材が天板の中央部に取り付けられる前の天板の平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第１層目の板状部材の平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第２層目の板状部材の平面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第３層目の板状部材の平面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材の断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係るプラズマドーピング装置の天板の断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材が天板の中央部に取り付けられる直前の状態でのガス流路形成部材と天板の中央部の部分拡大断面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材が天板の中央部に取り付けられる前の天板の平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第１層目の板状部材の平面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第２層目の板状部材の平面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の第１実施形態の第３変形例に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第３層目の板状部材の平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置の部分断面図であり、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度がゼロ度である場合を示した図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置の部分断面図であり、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度が４５度である場合を示した図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材の断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、図１２ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置の天板の断面図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材が天板の中央部に取り付けられる直前の状態でのガス流路形成部材と天板の中央部の部分拡大断面図である。
【図１２Ｆ】図１２Ｆは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置のガス流路形成部材の下部の部分拡大断面図である。
【図１２Ｇ】図１２Ｇは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置の回転機構の説明図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第１層目の板状部材の平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第２層目の板状部材の平面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置の天板を積層部分毎に分割したうちの第３層目の板状部材の平面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度がゼロ度である場合の図１２ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度がゼロ度である場合の図１２ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度がゼロ度である場合にガスが流れるガス流路とガス吹き出し穴を示した、天板の第１層目の板状部材の平面図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度がゼロ度である場合にガスが流れるガス流路とガス吹き出し穴を示した、天板の第２層目の板状部材の平面図である。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度がゼロ度である場合にガスが流れるガス流路とガス吹き出し穴を示した、天板の第３層目の板状部材の平面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度が４５度である場合の図１２ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度が４５度である場合の図１２ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度が４５度である場合にガスが流れるガス流路とガス吹き出し穴を示した、天板の第１層目の板状部材の平面図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度が４５度である場合にガスが流れるガス流路とガス吹き出し穴を示した、天板の第２層目の板状部材の平面図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、本発明の第２実施形態に係るプラズマドーピング装置において、ガス流路形成部材の先端の円板部の回転角度が４５度である場合にガスが流れるガス流路とガス吹き出し穴を示した、天板の第３層目の板状部材の平面図である。
【図１６】図１６に、本発明の第３実施形態の変形例として、シート抵抗の分布の均一性をガス総流量の調整で補正する方法を示すフローチャートである。
【図１７】図１７には、本発明の第３実施形態の変形例として、シート抵抗の分布の均一性をガス濃度の調整で補正する方法を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、補正前後での基板のシート抵抗を説明するための説明図であって、（ｂ）は、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて小さい場合の説明図を示しており、（ａ）は、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好である場合の説明図を示している。
【図１９】図１９は、補正前後での基板のシート抵抗を説明するための説明図であって、（ｃ）は、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて大きい場合の説明図を示しており、（ａ）は、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好である場合の説明図を示している。
【図２０】図２０は、特許文献１における従来のプラズマドーピング装置の部分断面図である。
【図２１】図２１は、特許文献２における従来のドライエッチング装置の部分断面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、特許文献３における従来のドライエッチング装置の部分断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、特許文献３における従来のドライエッチング装置の拡大断面図である。
【図２３】図２３は、特許文献４における従来のプラズマドーピング装置の部分断面図（図２８のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線断面）である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、本発明のプラズマドーピング方法を用いたＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、図２４Ａに次いで、本発明のプラズマドーピング方法を用いたＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す図である。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、図２４Ｂに次いで、本発明のプラズマドーピング方法を用いたＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す図である。
【図２４Ｄ】図２４Ｄは、図２４Ｃに次いで、本発明のプラズマドーピング方法を用いたＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す図である。
【図２４Ｅ】図２４Ｅは、図２４Ｄに次いで、本発明のプラズマドーピング方法を用いたＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す図である。
【図２４Ｆ】図２４Ｆは、図２４Ｅに次いで、本発明のプラズマドーピング方法を用いたＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す図である。
【図２４Ｇ】図２４Ｇは、図２４Ｆに次いで、本発明のプラズマドーピング方法を用いたＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す図である。
【図２４Ｈ】図２４Ｈは、図２４Ｇに次いで、本発明のプラズマドーピング方法を用いたＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す図である。
【図２５】図２５は、図２０に記載のような従来のプラズマドーピング装置でソース・ドレインエクステンション領域の層を形成した場合のシート抵抗の基板面内分布を示す説明図である。
【図２６】図２６は、図２２に記載のような従来のドライエッチング装置に不純物を含むガスを供給し、ソース・ドレインエクステンション領域の層を形成した場合のシート抵抗の基板面内分布を示す説明図である。
【図２７】図２７は、図２１に記載のような従来のドライエッチング装置に不純物を含むガスを供給し、ソース・ドレインエクステンション領域の層を形成した場合のシート抵抗の基板面内分布を示す説明図である。
【図２８】図２８は、図２３に記載のような従来のプラズマドーピング装置でソース・ドレインエクステンション領域の層を形成した場合のシート抵抗の基板面内分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【００７４】
まず、本発明にかかる実施の形態を説明する前に、前記目的を達成するための本発明のプラズマドーピング装置及び方法について、より詳しく説明する。
【００７５】
具体的には、本発明の１つの態様にかかるプラズマドーピング装置は、基板主面（基板のプラズマドーピング処理すべき表面）に対して、試料電極又は基板の基板配置領域の中心軸沿いの縦方向に複数のガス流路を有するガス流路形成部材（ガスノズル部材）があり、前記複数のガス流路はそれぞれ独立にガス流量、ガス濃度を制御でき、ガス流路形成部材は複数のガス流路を有する天板と接続されており、天板は複数のガス吹き出し穴を有し、ガス吹き出し穴は複数のガス流路にそれぞれ対応して接続されており、ある１つのガス流路に対応するガス吹き出し穴の１つの群は試料電極又は基板の基板配置領域の中心軸に対して回転対称に配置されている。つまり、天板の上部から２つ以上のガス流路を通じて天板の中央部にガスを輸送し、さらに、天板の中央部から２つ以上のガス流路を通じて天板の中央に対して回転対称に配置したガス吹き出し穴から真空容器の内部にガスを供給する。天板の上部からガス流路を通じて天板の中央部にガスを輸送してくることで、ガス吹き出し穴から基板主面に対して垂直にガスを照射することができる。
【００７６】
これにより、２つ以上のガス流路を有する装置の場合でも、シート抵抗の分布は基板中央に対して回転対称の単純な分布となるので、その分布が補正がし易くなる。天板の中央部から２つ以上のガス流路を通じて天板の中央に対して回転対称に配置したガス吹き出し穴から真空容器の内部にガスを供給することで、複数のプロセス条件に応じて基板中央部と基板周辺部で異なる割合で出現するシート抵抗の濃淡に対して、最適な割合のガス流量及びガス濃度を２つ以上のガス流路にそれぞれ配分することで、高精度に均一になるようにシート抵抗の分布を補正することができる。以上のように、この構成によれば、２つ以上のガス流路を有する装置の場合でも、シート抵抗の分布は基板中央に対して回転対称の単純な分布となり、複数のプロセス条件に応じて基板中央部と基板周辺部で異なる割合で出現するシート抵抗の濃淡に対して、最適な割合のガス流量、或いはガス濃度を２つ以上のガス流路にそれぞれ配分することで、高精度に均一になるようにシート抵抗の分布を補正することができるという格段の効果を得られる。
【００７７】
なお、プラズマドーピングでは、プロセス条件が異なると、基板の中央部と周辺部のドーズ量の差が極めて大きく異なるという特有の課題がある。これに対して、本発明では、ガス吹き出し穴１２，１４の配置や、真空容器１の壁の位置などを合わせ込んで、さらにプラズマパラメータを合わせ込むことで、ドーズ量の面内均一性を確保する工夫がなされている。１つの実施例における、ガス吹き出し穴１２，１４の配置の工夫例としては、図１Ａに示すように、２系統によるガス供給、上から下向きにガス配管を配置、真空容器１の底部の排気口１Ａから排気、天板７の中央部と周縁部で独立にガス供給制御、（内円３１の半径）：（外円３３の半径）の比は、（外円３３の半径）／（内円３１の半径）＝１．６６〜４．５の範囲などとすることが望ましい。その理由は、基板の中央部と周縁部のドーズ量分布を理想的に同心円状に分布させることができる上に、基板の中央部と周縁部のドーズ量を独立に制御し易いので、極めて高精度な面内均一性を実現し易いためである。
【００７８】
これに対して、特許文献１の図２０や、特許文献２の図２１のように１つの真空容器に対して、１つのガス流路（図２１は複数のガス吹き出し用の貫通穴２２９があるがガス流量を制御できるガス流路自体は１つ）しかない装置では、ガス吹き出し口の配置や真空容器の壁の位置などの装置構成とプロセス条件を最適に合わせ込んで、ドーズ量の面内均一性を確保したとしても、デバイス設計を変更するための要請に基づくプロセス条件の変更に対応して、そのプロセス条件に合わせるように装置構成を変更することは難しい一方、プロセス条件はデバイス設計からの制限を受けるために、ドーズ量の面内均一性を確保することが困難であった。つまり、複数のプロセス条件に対応して高精度の均一性を得ることは困難であるという課題がある。
【００７９】
これに対して、本実施形態の装置、特許文献３の図２２、及び、特許文献４の図２３のように、１つの真空容器に対して、２つ以上のガス流路がある装置では、それぞれのガス流路に流すガス流量の割合又はガス濃度の割合を、デバイス設計から要請されるプロセス条件に合わせて、可変にすることができる。これは、擬似的にガス吹き出し穴の配置を変えることに相当しており、複数のプロセス条件に対応してドーズ量の面内均一性を確保し易いという効果がある。ただし、特許文献３の図２２及び特許文献４の図２３の装置には、すでに記載したような別の課題（すなわち、基板の中心に対してシート抵抗の回転対称な分布が均一にならないという課題）があり、このような別の課題をも全て解決する装置として、本実施形態にかかる装置を提供することができる。
【００８０】
次に、さらに効果の高い装置を説明する。
【００８１】
さらに好ましいプラズマドーピング装置では、複数のガス流路を有する天板と、それぞれのガス流路に対応する接続路を有するガス流路形成部材とを有している。このプラズマドーピング装置では、ガス流路形成部材の少なくとも一部の位置を変更することで接続路に接続されるガス流路を変更して、ガス流路形成部材の少なくとも一部の位置に対応したガス流路から真空容器内にガスを供給している。つまり、天板の上部から２つ以上のガス流路を通じて天板の中央部にガスを輸送する機構と、それぞれのガス流路に対応する接続穴を有するガス流路形成部材とを有し、ガス流路形成部材の位置を変更することで接続穴に接続されるガス流路を変更して、ガス流路形成部材の位置に対応したガス流路から真空容器内にガスを供給するプラズマドーピング装置である。
【００８２】
より具体的には、天板に複数のガス流路とガス吹き出し穴を設け、天板中央部にガス流路形成部材を配置し、ガス流路形成部材を回転させて回転角度に応じて対応する異なるガス流路とガス吹き出し穴に接続させるようにすることで、複数のプロセス条件に応じて真空を維持したままで適切なガス吹き出し穴を対応させることが可能となる。この構成によると、ガス吹き出し穴を基板主面の全体に均一に配置し、且つ、真空容器を開放することなく真空を維持したままで、ガス吹き出し穴の配置をプロセス条件に対応して可変にできる。これにより、真空容器を開放することなく、複数のプロセス条件に対応して、より良好なドーズ量の均一性を実現するプラズマドーピング装置が提供可能となる。
【００８３】
以下、本発明のそれぞれの実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００８４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態にかかるプラズマドーピング装置及び方法について、図１Ａ、図２Ａから図３Ｃを参照して説明する。
【００８５】
図１Ａ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部分断面図を示す。図１Ａにおいて、真空室を構成する真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置の一例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つことができる。高周波電源５により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を試料電極６に対向した天板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内にプラズマを発生させることができる。試料電極６上に、試料の一例としてのシリコン基板９を載置する。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、これは、試料の一例としての基板９がプラズマに対して負の電位を持つように、試料電極６の電位を制御する電圧源として機能する。制御装置１００は、ガス供給装置２（不純物原料ガス供給装置２ａ、ヘリウム供給装置２ｂ、不純物原料ガス供給装置２ｃ、ヘリウム供給装置２ｄ、第１〜第４マスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４）とターボ分子ポンプ３と調圧弁４と高周波電源５と高周波電源１０とに接続されて、それぞれの動作を制御するようにしている。このような構成により、プラズマ中のイオンを試料の一例としての基板９の表面に向かって加速して衝突させて、基板９の表面に不純物を導入することができる。なお、ガス供給装置２から供給されたガスは、排気口１Ａからポンプ３へ排気される。ターボ分子ポンプ３及び排気口１Ａは、試料電極６の直下に配置されている。試料電極６は、基板９を載置する略円形状の台座である。
【００８６】
このように排気口１Ａが試料電極６の直下、すなわち、基板９を載置する電極６と、天板７と、排気口１Ａを有する真空容器１であり、天板７は電極６と対向する位置にあり、排気口１Ａは天板７と対向する真空容器１の底面に設けることにより、等方排気できるようにしている。つまり、真空容器１の側壁ではなく、天板７から見て、電極側（実際には、電極６よりも下方の真空容器１の底面）に排気口１Ａを設けて、基板９から見て等方排気されるように構成している。このように等方排気されるように構成する結果、天板７の後述するガス吹き出し穴１２，１４から基板９を経て真空容器１の排気口１Ａに向かうガスの供給流れをより均一にすることができる。
【００８７】
なお、ガスの供給流れをより一層均一にする観点からは、天板７と、基板９と、電極６と、排気口１Ａとのそれぞれの中心軸が大略一直線上に配置されるように構成するのが、より好ましい。
【００８８】
本発明の１つの特徴として、ガス供給装置２から真空容器１内にガスを供給する構造がある。
【００８９】
ガス供給装置２から、天板７の試料電極６に対向する真空容器内面７ａとは反対側の表面（外面）７ｂの大略中央部に立設したガス流路形成部材（ガスノズル部材）（天板７の一部として構成するようにしてもよい。）の一例としてのガス流路形成部材１７までは、第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３との少なくとも２本の配管によりガスを供給する。さらに、ガス流路形成部材１７から天板７内にわたって、少なくとも２本のガス流路、第１ガス流路１５と第２ガス流路１６を介して、天板７の中央（言い換えれば、基板９の中心軸）に対して回転対称にそれぞれ配置した基板中央部用ガス吹き出し穴１２及び基板周辺部用ガス吹き出し穴１４から真空容器１の内部にガスをそれぞれ供給するように構成している。以下、これについて、具体的に説明する。なお、２０はＯリングである。
【００９０】
ガス供給装置２から第１ガス供給配管１１を使用して、天板７の外面７ｂの中央部に立設したガス流路形成部材１７の上端部には、以下のようにしてガスを供給する。このとき、ガス供給装置２内に設けられている流量制御装置（マスフローコントローラ）ＭＦＣ１，ＭＦＣ２により、不純物原料ガスを含むプラズマドーピング処理用ガスの流量及び濃度を所定の値に制御する。一般的には、不純物原料ガスをヘリウムで希釈したガス、例えば、不純物原料ガスの一例としのジボラン（Ｂ２Ｈ６）をヘリウム（Ｈｅ）で５質量％に希釈したガスを、プラズマドーピング処理用ガスとして用いる。このため、第１マスフローコントローラＭＦＣ１で、不純物原料ガス供給装置２ａから供給される不純物原料ガスの流量制御を行うとともに第２マスフローコントローラＭＦＣ２で、ヘリウム供給装置２ｂから供給されるヘリウム（Ｈｅ）の流量制御を行い、第１及び第２マスフローコントローラＭＦＣ１及びＭＦＣ２で流量が制御されたプラズマドーピング処理用ガスをガス供給装置２内で混合する。その後、この混合ガスを、第１ガス供給配管１１を介して、ガス流路形成部材１７の上端部の第１ガス流路１５の上端に供給する。第１ガス流路１５の上端に供給された前記混合ガスは、第１ガス供給配管１１と連結されかつガス流路形成部材１７及び天板７内に形成された第１ガス流路１５を通じて、天板７の前記基板９に対向する真空容器内面７ａの基板中央部に対向する領域に形成された複数の基板中央部用ガス吹き出し穴１２より、真空容器１内に吹き出させる。複数の基板中央部用ガス吹き出し穴１２から吹き出した混合ガスは、基板９の中央部に向けて吹き出すことになる。
【００９１】
同様にして、ガス供給装置２から第２ガス供給配管１３を使用して、天板７の外面７ｂの中央部に立設したガス流路形成部材１７の上端部には、以下のようにしてガスを供給する。このとき、ガス供給装置２内に設けられている流量制御装置（マスフローコントローラ）ＭＦＣ３，ＭＦＣ４により、不純物原料ガスを含むプラズマドーピング処理用ガスの流量及び濃度を所定の値に制御する。一般的には、不純物原料ガスをヘリウムで希釈したガス、例えば、不純物原料ガスの一例としのジボラン（Ｂ２Ｈ６）をヘリウム（Ｈｅ）で５質量％に希釈したガスを、プラズマドーピング処理用ガスとして用いる。このため、第３マスフローコントローラＭＦＣ３で、不純物原料ガス供給装置２ｃから供給される不純物原料ガスの流量制御を行うとともに第４マスフローコントローラＭＦＣ４で、ヘリウム供給装置２ｄから供給されるヘリウムの流量制御を行い、第３及び第４マスフローコントローラＭＦＣ３及びＭＦＣ４で流量が制御されたプラズマドーピング処理用ガスをガス供給装置２内で混合する。その後、この混合ガスを、第２ガス導入流路１３を介して、ガス流路形成部材１７の上端部の第２ガス流路１６の上端に供給する。第２ガス流路１６の上端に供給された前記混合ガスは、第２ガス導入流路１３と連結されかつガス流路形成部材１７及び天板７内に形成された第２ガス流路１６を通じて、天板７の前記基板９に対向する真空容器内面７ａの基板周辺部に対向する領域に形成された複数の基板周辺部用ガス吹き出し穴１４より、真空容器１内に吹き出させる。複数の基板周辺部用ガス吹き出し穴１４から吹き出した混合ガスは、基板９の周辺部に向けて吹き出すことになる。
【００９２】
図２Ａ〜図２Ｄは、第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３と天板７の第１ガス流路１５と第２ガス流路１６とを接続するためのガス流路形成部材１７が天板７の中央部に取り付けられた状態でのガス流路形成部材１７と天板７の中央部の部分断面図、部分拡大断面図、ガス流路形成部材１７が天板７の中央部に取り付けられる前の天板７の平面図、ガス流路形成部材１７が天板７の中央部から取り外される状態でのガス流路形成部材１７と天板７の中央部の部分断面図である。
【００９３】
ガス流路形成部材１７は、２つのガス流路、すなわち第１ガス流路１５と第２ガス流路１６とのそれぞれの一部分を長手方向（図２Ａ及び図２Ｂ及び図２Ｄなどでは上下方向）沿いに形成している石英などの円柱状部材である。ガス流路形成部材１７は、円柱状の本体部１７ａと、その円柱状の本体部１７ａの下端に配置されかつ円柱状の本体部１７ａの直径より小さい直径の円柱状の嵌合部１７ｂとを一体的に備えて構成している。本体部１７ａから嵌合部１７ｂの一部にかけて、その内部には、ガス流路形成部材１７の長手方向沿いに、第１ガス流路１５と第２ガス流路１６のそれぞれ一部を構成する上側縦方向ガス流路１５ａと上側縦方向ガス流路１６ａとを形成している。嵌合部１７ｂの内部の基板側（図２Ａ及び図２Ｂ及び図２Ｄでは下端側）には、上側縦方向ガス流路１５ａの下端が連通しかつ横方向に貫通した内側横方向ガス流路１５ｂを形成している。嵌合部１７ｂの内部の基板９とは反対側（図２Ａ及び図２Ｂ及び図２Ｄでは上端側）には、上側縦方向ガス流路１６ａの下端が連通しかつ横方向に貫通した内側横方向ガス流路１６ｂを形成している。なお、図２Ａ及び図２Ｂ及び図２Ｄでは、上側縦方向ガス流路１５ａと内側横方向ガス流路１６ｂとが交差しているが、簡略化して図示しているため、交差してるかのように図示されているだけであって、実際の装置では、上側縦方向ガス流路１５ａと内側横方向ガス流路１６ｂとは互いに連通することはない。すなわち、第１ガス流路１５と第２ガス流路１６とは、互いに独立して流路を形成しており、両者が連通する部分はない。
【００９４】
天板７とガス流路形成部材１７に設けた２本のガス流路（１つは上側縦方向ガス流路１５ａから基板中央部用ガス吹き出し穴１２にガス供給される第１ガス流路１５と、もう１つは上側縦方向ガス流路１６ａから基板周辺部用ガス吹き出し穴１４にガス供給される第２ガス流路１６）の半径Ｒは、天板７とガス流路形成部材１７の内部において同じ半径であることが望ましい。その理由は、第１ガス流路１５及び第２ガス流路１６の流路抵抗が同一となるため、第１ガス流路１５及び第２ガス流路１６の手前に設けたマスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を用いて、基板中央部ガス吹き出し穴１２から流れるガス流量を制御し易いためである。また、その理由は、第１ガス流路１５及び第２ガス流路１６の流路抵抗が同一となるため、第１ガス流路１５及び第２ガス流路１６の上流側に設けたマスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を用いて、基板中央部ガス吹き出し穴１２及び基板周辺部用ガス吹き出し穴１４から流れるガス流量が制御し易く、ガス流量において高精度の均一性を得ることが可能となるためである。しかしながら、これに限られるものではなく、半径Ｒの許容範囲は、基板中央部用ガス吹き出し穴１２の半径Ｒｏを基準として、（１／５）Ｒｏ＜Ｒ＜５Ｒｏであることが望ましい。半径Ｒがこの範囲内であると、基板中央部用ガス吹き出し穴１２から真空容器内部に吹き出すガス流量と、基板周辺部用ガス吹き出し穴１４から真空容器内部に吹き出すガス流量を、前者は流量制御装置ＭＦＣ１とＭＦＣ２によって、後者は流量制御装置ＭＦＣ３とＭＦＣ４によって制御し易いと考えられるので、プラズマドーピングにおける良好なドーズ量の面内均一性を実現し易いという効果が得られる。これに対して、天板７とガス流路形成部材１７に設けた２つのガス流路１５，１６のそれぞれの半径Ｒが前記の範囲外である場合には、天板７とガス流路形成部材１７の内部において例えば渦巻状のようなガス溜まりが形成され易いので、真空容器内部に吹き出すガスの供給方向が制御し難い。ここで、ガス溜まりが形成され易いとは、小さい流路、大きい流路、小さい流路の順にガスが流れるとき、大きい流路でガス溜まりが発生しやすいことを意味するものです。ガス溜まりが形成される場合、流量制御装置ＭＦＣ１とＭＦＣ２及び流量制御装置ＭＦＣ３とＭＦＣ４によって指定したガス流量の大小により、真空容器内部に吹き出すガスの供給方向が異なってしまうので、天板７とガス流路形成部材１７に設けた２つのガス流路１５，１６の並び方で設計したガス流れの構成が、ガス流量の大きさにより影響されることになる。従って、複数のプラズマドーピング条件で、良好なドーズ量の面内均一性を得ることが困難になってしまう可能性がある。これでは、せっかく２系統化したガス流路１５，１６を有する本実施形態の装置の効果、すなわち、シート抵抗の分布を高精度に均一にすることができるといった効果が確実に得ることができない可能性がある。このため、前記したように、半径Ｒが前記範囲内に入るようにすることが好ましい。
【００９５】
なお、本体部１７ａの下端面でかつ嵌合部１７ｂの周囲に、２つの位置決め突起１８，１８を配置して、後述する凹部７ｃの周囲に形成された２つの位置決め穴１９，１９と嵌合することにより、嵌合部１７ｂすなわちガス流路形成部材１７と天板７との位置決めを行えるようにしているとともに、嵌合部１７ｂの根元の本体部１７ａの下端面との隅部にＯリング２０を配置して、嵌合部１７ｂと天板７の外面７ｂとの間でシールできるようにしている。
【００９６】
また、嵌合部１７ｂは一体的に形成するようにしてもよいが、複数の層（板状部材）から構成するようにしてもよい。例えば、基板側から基板９とは反対側に向けて、順に、第１層１７ｂ−１、第２層１７ｂ−２、第３層１７ｂ−３の３層の積層構造より構成するようにしてもよい。この場合、嵌合部１７ｂの第３層１７ｂ−３には、ガス流路形成部材１７の本体部１７ａの上側縦方向ガス流路１５ａ，１６ａとそれぞれ連通する上側縦方向ガス流路１５ａ，１６ａが貫通して形成されるとともに、その第２層１７ｂ−２との接合面に、上側縦方向ガス流路１６ａと連通する内側横方向ガス流路１６ｂが形成されている。嵌合部１７ｂの第２層１７ｂ−２には、第３層１７ｂ−３の上側縦方向ガス流路１５ａと連通する上側縦方向ガス流路１５ａが貫通して形成されるとともに、その第１層１７ｂ−１との接合面に、上側縦方向ガス流路１５ａと連通する内側横方向ガス流路１５ｂが形成されている。第１層１７ｂ−１には、特に何も形成せずともよい。
【００９７】
一方、石英などからなる天板７は、一体的に形成するようにしてもよいが、一例としては３層の積層構造で形成し、第１ガス流路１５と第２ガス流路１６とのそれぞれの残りの部分を内部に独立して形成している。天板７の、基板９とは反対側の表面７ｂの中央部には、厚み方向に貫通することなく、凹部７ｃを形成して、ガス流路形成部材１７の嵌合部１７ｂが凹部７ｃに嵌合して連結可能としている。
【００９８】
ここで、もし、誘電体天板７を貫通してガス流路形成部材１７の代わりに図２２Ａのようにガス供給用ノズルを配置すると、基板６の中央部にはガス供給用ノズルからガスを供給し易いが、基板６の周辺部にはガス供給用ノズルからガスを供給し難いことになる。ガス供給用ノズルから基板６の周辺部にガスを供給しようとすると、基板６の中央部の上方に配置したガス供給用ノズルから、斜め下方向に、基板６の周辺部に向けてガスを供給するか、或いは、ガス供給用ノズルの直径を基板６の直径程度にまで大きくする必要がある。
【００９９】
前者の場合の結果は、図２２Ａの装置である。これは良好な結果ではあるが、１．５％以下になるまで６０秒以上のプラズマドーピング時間を要するという課題もある。２０秒や４０秒の結果を参照して、これらの場合に基板６の周辺部のシート抵抗が高い（ドーズ量が低い）ことから、前者の方法では、基板６の周辺部へのガスの供給が不十分であるという課題があることが分かる。
【０１００】
一方、後者の場合には、ガスは基板６の周辺部まで十分に供給することはできるであろうが、真空容器１の中のガスをプラズマ化するためにエネルギーを投入するためのアンテナをガス供給用ノズルの上部に配置するしかない。この場合には、アンテナからのエネルギーがガス供給用ノズルに吸収されてしまうので、プラズマを励起すること自体が困難になってしまう。
【０１０１】
これに対して、誘電体天板７を貫通してガス供給用ノズルを配置するのではなく、本実施形態において説明したように、誘電体天板７の真空容器内面７ａは平面のままとし、誘電体天板７の外面７ｂに凹部７ｃを形成し、凹部７ｃにガス流路形成部材１７を挿入する本実施形態の構造では、基板６の周辺部にまで、十分に、ガスを供給できると同時に、アンテナ（コイル８）からのエネルギーを、ほとんど低下させることなく、効率良く真空容器１内のガスに伝達できるという効果を奏することができる。
【０１０２】
また、図２３において、特許文献４の装置のコイルの中央部に、仮に、ガス流路形成部材１７を設置して、特許文献４の装置におけるガス流れを本発明の実施形態のように試料電極又は基板の中心軸沿いの上端位置から出発して下向きに流れ、次いで横向きに流れ、その後、下向きに流れるようにしようとしたときには、以下の不具合が起きる。特許文献４の装置は、天板の上方に立体的にコイル２５９が配置されている。このような立体的なコイル２５９の中央部にガス流路形成部材１７を設置すると、コイル２５９によって発生する磁界によって、ガス流路形成部材１７内に供給しているガスが、ガス流路形成部材１７の内部で極めて容易にプラズマ化してしまうという問題がある。ガス流路形成部材１７の内部でのプラズマの発生は意図していないものであり、プラズマドーピング処理に悪影響を及ぼし、極めて望ましくない。これに対し、本発明の前記実施形態では、特許文献４の立体的なコイル２５９に比べて、コイル８の高さは格段に低くすることができる為に、ガス流路形成部材１７の内部でのプラズマの発生は特許文献４の立体的なコイル８に比べて起きにくいという利点がある。さらに、本発明では、天板７の上面からコイル８の高さより高く、かつ、ガス流路形成部材１７の周囲部を取り囲む金属製のシールド３９を設置し、さらにそのシールド３９を接地させる構成としている。これにより、ガス流路形成部材１７の内部でガスがプラズマ化することを防止することが可能となる。
【０１０３】
前記天板７の３層の積層構造は、基板側から基板９とは反対側に向けて、順に、第１層７−１、第２層７−２、第３層７−３より構成されている。
【０１０４】
天板７の第３層７−３には、凹部７ｃの一部が貫通して形成されるとともに、その第２層７−２との接合面に、ガス流路形成部材１７の嵌合部１７ｂの内側横方向ガス流路１６ｂにそれぞれ連通しされかつ横方向に延びた外側横方向ガス流路１６ｃが形成されている。
【０１０５】
天板７の第２層７−２には、凹部７ｃの一部が貫通して形成されるとともに、第３層７−３の外側横方向ガス流路１６ｃに、図２Ａ及び図２Ｂ及び図２Ｄにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第２層７−２を厚み方向に貫通する複数の下側縦方向ガス流路１６ｄが形成されている。さらに、天板７の第２層７−２には、その第１層７−１との接合面に、ガス流路形成部材１７の嵌合部１７ｂの内側横方向ガス流路１５ｂにそれぞれ連結されかつ横方向に延びた外側横方向ガス流路１５ｃが形成されている。
【０１０６】
天板７の第１層７−１には、外側横方向ガス流路１５ｃに、図２Ａ及び図２Ｂ及び図２Ｄにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第１層７−１を厚み方向に貫通する複数の下側縦方向ガス流路１５ｄが貫通して形成されている。さらに、天板７の第１層７−１には、第２層７−２の複数の下側縦方向ガス流路１６ｄとそれぞれ連通する複数の下側縦方向ガス流路１６ｄが貫通して形成されている。第１層７−１の各下側縦方向ガス流路１５ｄの下端の開口は基板中央部用ガス吹き出し穴１２であり、各下側縦方向ガス流路１６ｄの下端の開口は基板周辺部用ガス吹き出し穴１４である。
【０１０７】
なお、ガス流路形成部材１７は天板７と一体であることがより望ましい。ガス流路形成部材１７と天板７が別々の部品である場合には、ガス流路形成部材１７と天板７の接続部で真空がリークする可能性がある。これを可能な限り防止するため、Ｏリング２０を両部材の間に配置してシールするようにしている。これに対して、一体の場合には、ガス流路形成部材１７と天板７の接続部がないので、その部分から真空がリークすることがないからである。
【０１０８】
なお、ガス流路形成部材１７に、上側縦方向ガス流路１５ａ，１６ａだけを設けた構成では、天板７とガス流路形成部材１７の結合が上下方向であるのに対して、真空保持も上下方向とせざるを得ないので、真空保持に関して著しく低い信頼性の装置となってしまうという課題がある。
【０１０９】
これに対して、本実施形態の構成では、ガス流路形成部材１７に、上側縦方向ガス流路１５ａ，１６ａだけではなく、内側横方向ガス流路１５ｂ，１６ｂを設けるようにしているため、天板７とガス流路形成部材１７の結合が上下方向であるのに対して、真空保持を横方向にすることができる（言い換えれば、嵌合部１７ｂの側面にＯリング２０が配置されることが特徴となる）ので、天板７とガス流路形成部材１７の間の真空保持の信頼性が高いという効果がある。
【０１１０】
図３Ａ〜図３Ｃは、天板７の第１層７−１、第２層７−２、第３層７−３を図１Ａの下側（基板側）から見た平面図である。この図からわかるとおり、ガス吹き出し穴１２，１４は、天板７の中心軸（言い換えれば、基板９の中心軸）に対してほぼ対称に設けられ、基板９に向けて概ね等方的にガスを吹き出す構造となっている。つまり、複数のガス吹き出し穴１２，１４が概ね等方的に配置されている。また、「基板９（試料電極６）の中央部」を、「基板９（試料電極６）の中心を含み、かつ、基板９（試料電極６）の面積の１／２の面積を有する部分」として定義し、「基板９（試料電極６）の周辺部」を、「基板９（試料電極６）の中心を含まない残りの部分」として定義する。すると、基板９（試料電極６）の中央部に対向して設けられた基板中央部用ガス吹き出し穴１２は、内円３１（基板９の直径の（１／２）１／２の直径を持つ円）の内側に配置された基板中央部用ガス吹き出し穴１２（１２個）と考えることができる。また、基板９（試料電極６）の周辺部に対向して設けられた基板周辺部用ガス吹き出し穴１４は、外円３３（基板９の直径と同一の直径を持つ円）の内側で、かつ、内円３１の外側に配置された基板周辺部用ガス吹き出し穴１４（３２個）と考えることができる。ガスは、ガス流路形成部材１７及び天板７にそれぞれ設けられた２つの第１ガス流路１５及び第２ガス流路１６を通じて第１（基板中央部用）ガス吹き出し穴１２及び第２（基板周辺部用）ガス吹き出し穴１４にそれぞれ供給される。このとき、第１ガス流路１５は、内円３１の内側に配置された基板中央部用ガス吹き出し穴１２（１２個）にガスを供給する。第２ガス流路１６は、内円３１の外側に配置された基板周辺部用ガス吹き出し穴１４（３２個）にガスを供給する。
【０１１１】
なお、図３Ｂの天板７の第２層７−２では、外側横方向ガス流路１５ｃが基板９の中心に対して放射状にかつ回転対称に配置され、かつ、天板７の第１層７−１の全ての基板中央部用ガス吹き出し穴１２と連通するようにしている。同様に、図３Ｃの天板７の第３層７−３では、外側横方向ガス流路１６ｃが基板９の中心に対して回転対称に配置され、かつ、天板７の第１層７−１及び第２層７−２の全ての基板周辺部用ガス吹き出し穴１４と連通するようにしている。
【０１１２】
なお、図３Ａの（内円３１の半径）：（外円３３の半径）の比は前記比率に限定されるものではなく、以下のように設定することも可能である。
【０１１３】
図２２Ａ及び図２２Ｂに記載した装置を使用してシュミレーションした場合の結果を図３Ｄ〜図３Ｈに示す。ここでは、ガスが吹き出すノズルとしての図２２Ｂのガス流路２４０と２４１は、本実施形態の天板７に設けた基板中央部用ガス吹き出し穴１２と基板周辺部用ガス吹き出し穴１４にそれぞれ相当すると仮定している。すなわち、図２２Ｂの真下にガスが吹き出すガス流路２４０は、基板中央部用ガス吹き出し穴１２に相当すると仮定する。図２２Ｂの斜め下にガスが吹き出すガス流路２４１は、基板周辺部用ガス吹き出し穴１４に相当すると仮定する。これらの仮定を元に、図２２Ａ及び図２２Ｂの装置よりも、さらに良好な、プラズマドーピング時の面内均一性が得られ易い、内円３１の半径と外円３３の半径の比を、プラズマドーピング開始から２０秒後、４０秒後、６０秒後、１２０秒後、２００秒後の結果を示す図３Ｄ〜図３Ｆを基に推測する。１２０秒後及び２００秒後では、基板Ｗのほぼ全面で面内均一性が得られていることがわかる。
【０１１４】
図３Ｄは、図２２Ａ及び図２２Ｂに記載した装置を用い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の基板Ｗのシート抵抗の分布である。基板Ｗ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。基板Ｗの半径が約９０ｍｍ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、基板Ｗの半径が約９０ｍｍ〜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（図２２Ａ及び図２２Ｂに示すように）、基板中央部にのみガスノズルを設けて、ガス吹き出しの方向のみを真下及び斜め下に向けて、プラズマドーピング時の面内均一性を得ようとした場合には、シート抵抗の平均値は、半径が９０ｍｍ付近に現れることになる。
【０１１５】
この図３Ｄの結果から、本実施形態のプラズマドーピング装置では、半径が９０ｍｍ以下の領域（基板中央部の領域）と、半径が９０ｍｍを越える領域（基板周辺部の領域）の２つの領域に分けて、基板Ｗのそれぞれの領域に吹き付けるガスの供給量をそれぞれ制御できるようにすれば、さらに面内均一性が良くなることが推測できる。
【０１１６】
この結果、基板Ｗの中心（試料電極の基板配置領域の中心）から半径が９０ｍｍ以下の領域（基板中央部の領域）の真上に相当する、天板７の中央部の領域に、複数のガス吹き穴（基板中央部ガス吹き出し穴１２）を設ける。これらの基板中央部用ガス吹き出し穴１２から吹き出すガスは、流量制御装置ＭＦＣ１と流量制御装置ＭＦＣ２によってガスの混合比とガス流量を制御することができる。次に、基板Ｗの中心（試料電極の基板配置領域の中心）から半径が９０ｍｍを越える領域（基板周辺部の領域）の真上に相当する、天板７の周辺部の領域に、複数のガス吹き穴（基板周辺部用ガス吹き出し穴１４）を設ける。これらの基板周辺部用ガス吹き出し穴１４から吹き出すガスは、流量制御装置ＭＦＣ３と流量制御装置ＭＦＣ４によってガスの混合比とガス流量を制御することができる。基板周辺部用ガス吹き出し穴１４は、少なくとも、基板Ｗの半径が９０ｍｍ以上から１５０ｍｍ以下の領域に配置することが望ましい。基板Ｗの半径が９０ｍｍよりも小さい領域に相当する、天板７の領域に、基板周辺部用ガス吹き出し穴１４を配置した場合には、基板Ｗの最周縁部にまでガスが届き難くなり、高精度の均一性が得られにくくなるからである。より望ましくは、基板周辺部用ガス吹き出し穴１４は、少なくとも、基板Ｗの半径が９０ｍｍ以上からできるだけ大きな領域に配置することが望ましい。すなわち、天板からのガス供給は、できるだけ大きな天板にガス供給穴を設けることが望ましい。こうすることで、基板Ｗの最周縁部も、基板Ｗの半径が９０ｍｍの部分も均等にガスが供給され易くなるからである。ただし、天板が大きすぎると、装置全体が大きくなり過ぎて経済性を損なうので、基板周辺部用ガス吹き出し穴１４は、基板Ｗの半径が９０ｍｍ以上から２７０ｍｍ以下の領域に配置することが望ましい。これくらいの範囲であれば、基板Ｗの最周縁部からみれば十分に大きな天板からガスが供給されている効果が得られるし、経済性を損なうことも少ない。
【０１１７】
よって、図３Ｄ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、（内円３１の半径）：（外円３３の半径）＝９０：１５０＝３：５、（外円３３の半径）／（内円３１の半径）＝１．６６から（内円３１の半径）：（外円３３の半径）＝３：９、（外円３３の半径）／（内円３１の半径）＝３の範囲で、図３Ａにおける内円３１の半径と外円３３の半径を設定すればよい。
【０１１８】
同様な分析を行なうことにより、図３Ｆに示す結果からは、プラズマドーピング時間が６０秒のときの結果から、（内円３１の半径）：（外円３３の半径）＝２：５、（外円３３の半径）／（内円３１の半径）＝２．５から（内円３１の半径）：（外円３３の半径）＝２：９、（外円３３の半径）／（内円３１の半径）＝４．５の範囲で、図３Ａにおける内円３１の半径と外円３３の半径を設定すればよい。
【０１１９】
まとめると、図３Ａの（内円３１の半径）：（外円３３の半径）の比は、（外円３３の半径）／（内円３１の半径）＝１．６６〜４．５の範囲が望ましい。この範囲であると、前記推測結果より、特に良好なドーズ量の面内均一性を得られることがわかる。
【０１２０】
図１Ｅは、図１Ｂと類似して、本発明の第１実施形態にかかるプラズマドーピング装置及び方法での不純物を含むプラズマドーピング用ガスの流れの例を説明するためのより具体的な説明図であって、配管中をガスの分子Ｇが流れる状態を模式的に矢印で示す説明図である。配管は、内径３ｍｍの石英製であって、基板の中心軸沿いの上端の点Ｆ１から出発して点Ｆ２まで下向きに流れるガス流路（上側縦方向ガス流路）の長さは、内径３ｍｍに対して１０倍以上の長さとすることが好ましい。その理由は、流量制御装置ＭＦＣ１〜ＭＦＣ４から第１ガス供給配管１１又は第２ガス供給配管１３の基板の中心軸沿いの上端の点Ｆ１まで横方向に流れてきたガスの分子Ｇが、必ず、確実に、一旦、点Ｆ１から点Ｆ２までの下向きのガス流路（上側縦方向ガス流路）の配管の内壁に衝突させることにより、横方向の運動成分を極力無くすためである。このようにすることにより、点Ｆ２の地点において、ガスの分子Ｇの横方向の運動成分がほぼゼロになっている。このような状態で、点Ｆ２から点Ｆ３まで横向きにガス流路（内側及び外側横方向ガス流路）沿いにガスが流れることにより、基板中央に対してほぼ回転対称であるシート抵抗の分布が現われるようにしている。
【０１２１】
一方、図１Ｆは、図１Ｄと類似して、特許文献４のガスの流れを説明するためのより具体的な説明図であって、配管中をガスの分子Ｇが流れる状態を模式的に矢印で示す説明図である。この場合には、配管は、内径３ｍｍのフッ素樹脂製であって、基板の中心軸沿いの上端の点Ｆ２２から出発して点Ｆ２３まで下向きに流れるガス流路の長さは、内径３ｍｍに対して５〜１０ｍｍ、すなわち、１．７〜３．３倍程度となっているため、ガスの分子Ｇによっては、点Ｆ２２から点Ｆ２３へ斜め下向きに、ガス流路のガス配管の内壁にほとんど衝突することなく通過してしまうものもある。言い換えれば、点Ｆ２１から点Ｆ２２まで流れて来たガスの分子Ｇは、横方向の運動成分を持ったまま、点Ｆ２２から点Ｆ２３に到達するため、点Ｆ２３から点Ｆ２４にガスの分子Ｇが流れるとき、必然的に、ガスの分子Ｇが右方向に流れやすくなるため、前記従来技術の課題として指摘したように、基板中央に対して回転対称ではないシート抵抗の分布が表れてしまうことになると思われる。
【０１２２】
これに対して、前記したように、本発明の前記実施形態によれば、基板の中心軸沿いの上端の点Ｆ１から出発して点Ｆ２まで下向きに流れるガス流路（上側縦方向ガス流路）の長さを、３ｍｍの内径に対して１０倍以上の長さとするのが好ましい。ガスの分子Ｇを前記下向きのガス流路（上側縦方向ガス流路）の配管の内壁に確実に衝突させることにより、ガスの分子Ｇの横方向の運動成分を極力無くすことができる。よって、シート抵抗の分布を、基板全面にわたって、均一に補正することが可能となる。
【０１２３】
なお、１つの実施例として、上側縦方向ガス流路１５ａと上側縦方向ガス流路１６ａを天板７の中央に配置し、上側縦方向ガス流路１５ａの長さは、下側縦方向ガス流路１５ｄの長さの５倍以上とするとともに、上側縦方向ガス流路１６ａの長さは、下側縦方向ガス流路１６ｄの長さの５倍以上とするのが好ましい。このような構成にすることで、基板中央部用ガス吹き出し穴１２と基板周辺部用ガス吹き出し穴１４の中で、天板７の中央からの距離（半径）が同じ穴からは同じ流量のガスが真空容器１に供給され易くなる。このため、プラズマドーピングにおいて良好なドーズ量の面内均一性が得られるという効果がある。
【０１２４】
前記構成にかかるプラズマドーピング装置においてプラズマドーピングを実施するときのプラズマドーピング条件は、例えば、第１ガス流路１５に流す原料ガスは、Ｈｅで希釈したＢ２Ｈ６であり、原料ガス中でのＢ２Ｈ６の濃度が０．０５質量％から５．０質量％の範囲である。第２ガス流路１６に流す原料ガスも、Ｈｅで希釈したＢ２Ｈ６であり、原料ガス中でのＢ２Ｈ６の濃度が０．０５質量％から５．０質量％の範囲である。そして、ドーズ量の条件に合せて、すなわちプラズマの条件に合わせて第１ガス流路１５のＢ２Ｈ６の濃度を第２ガス流路１６のＢ２Ｈ６の濃度に比べて高く設定したり、低く設定したりして、ドーズ量の基板９の面内の均一性を良好に調整することができる。なお、一例として、真空容器（真空チャンバー）内の圧力は１．０Ｐａ程度であり、ソースパワー（プラズマ生成用高周波電力）は１０００Ｗ程度であり、原料ガスの総流量は、第１ガス流路１５と第２ガス流路１６でそれぞれ１００ｃｍ３／分（標準状態）程度であり、基板温度は３０℃であり、プラズマドーピング時間は６０秒程度である。基板は一例として直径３００ｍｍの大口径基板である。
【０１２５】
特に、一例として、高周波電源１０から印加される前記高周波電力のバイアス電圧は３０Ｖから６００Ｖの範囲で調整することがより望ましい。このような構成にすることで、基板９のシリコン中に注入したボロンの打込み深さを５ｎｍから２０ｎｍ程度の範囲という極めて浅い領域で調整することが可能となる。バイアス電圧が３０Ｖよりも小さい場合には、５ｎｍよりも浅くなり、故にエクステンション電極として機能し難い。一方、バイアス電圧が６００Ｖよりも大きい場合には、２０ｎｍよりも深くなり、故に、現在のシリコンデバイスで要求されているような、極浅のエクステンション電極を形成することはできない。そこで、バイアス電圧を３０Ｖから６００Ｖの範囲で調整することで、最適な深さのエクステンション電極を形成できるようになるので、より望ましい。なお、ボロンの打込み深さは、シリコン中のボロン濃度が５Ｅ１８ｃｍ−３となる深さで定義し、通常は、一次イオンエネルギーを２５０ｅＶ程度に設定した酸素イオンを用いたＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）測定等で検査することができる。
【０１２６】
次に、第１ガス流路１５と第２ガス流路１６に流す原料ガス中でのＢ２Ｈ６の濃度は０．０５質量％から５．０質量％の範囲で調整することがより望ましい。このような構成にすることで、シリコン中に注入したボロンのドーズ量を５Ｅ１３ｃｍ−２から５Ｅ１６ｃｍ−２の範囲で調整することが可能となる。Ｂ２Ｈ６の濃度が０．０５質量％よりも低い場合には、ボロンが注入され難くなるという問題点がある。Ｂ２Ｈ６の濃度が５．０質量％よりも高い場合には、ボロンがシリコンの表面に堆積し易くなるという問題点がある。よって、Ｂ２Ｈ６の濃度が０．０５質量％から５．０質量％の範囲で調整すれば、ボロンを注入し易くなるので望ましい。さらには、Ｂ２Ｈ６の濃度は０．２質量％から２．０質量％の範囲で調整することがより望ましい。このようにすることで、シリコン中に注入したボロンのドーズ量を５Ｅ１４ｃｍ−２から５Ｅ１５ｃｍ−２の範囲で調整することが可能となり、ソース・ドレインエクステンション領域に最も適したドーズ量を得ることが可能となる。
【０１２７】
なお、原料ガスは、ボロンを含み、希ガスで希釈することが望ましい。希ガスで希釈することで、希ガスはシリコン等の半導体材料との反応性が極めて低いので、希釈にのみ効果を発揮させ、副作用を引き起こし難いという効果がある。
【０１２８】
また、希釈するガスは水素を用いることも望ましい。水素は、最も原子量の小さい原子であり、それ故に、シリコンに衝突したときに、シリコン原子に与えるエネルギーが最も小さい。本発明のプラズマドーピング装置及び方法では、不純物ガスよりも希釈ガスの方が割合が大きいので、希釈ガスがプラズマ中でイオン化されてシリコン結晶に衝突する割合は、不純物イオンが衝突する割合よりも極めて大きくなる。従って、希釈ガスのイオンがシリコン等の基板材料に衝突した場合の影響を低減することは、重要である。これに対して、水素を希釈ガスに用いた場合には、希釈ガスがプラズマ中でイオン化されてシリコン結晶に衝突する場合の衝突エネルギーを最も小さくできるので、望ましい。
【０１２９】
また、希釈するガスとしては、ヘリウムを用いることが、より望ましい。ヘリウムは、希ガスの中で最も原子量が小さく、全ての原子の中で水素の次に小さい。従って、ヘリウムは、希ガスが有する半導体材料との反応性が極めて低いという特性と、水素が有するシリコンに衝突したときにシリコン原子に与えるエネルギーが小さいという特性を併せ持つ唯一の原子である。
【０１３０】
以上のように、第１実施形態のプラズマドーピング装置によると、前記ガス供給配管１１，１３により前記ガス供給装置２から前記天板７の前記ガス流路に供給される前記ガスは、前記基板９の中心軸沿いの前記縦方向沿いの流れを形成することができるため、前記ガス吹き出し穴１２，１４から吹き出すガスを均一にすることができ、シート抵抗の分布が基板中央に対して回転対称となるので、プラズマドーピングにおいて、複数のプロセス条件に対応して高精度の均一性を得ることが可能となる。さらに、このプラズマドーピング装置を限定した条件で使用することで、従来の装置でプラズマドーピングした場合には、過去１０年程度の世界的な開発で高精度の均一性を実現できなかったソース・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格段に高精度化することが可能となる。
【０１３１】
なお、本発明は、ＦｉｎＦＥＴ等の三次元構造を持つデバイスのソース・ドレインエクステンション領域の層の形成に応用した場合にも、プレーナデバイスと同様に、良好な均一性を実現できる効果が得られることは言うまでもない。
【０１３２】
また、ソース・ドレインエクステンション領域に代えて、ゲート下のチャネル領域の層に不純物を注入する場合にも、注入深さが浅いために従来では不可能であったドーズ量の良好な均一性を、本発明によって実現できるとともに、前記不純物の注入が実施された半導体装置を製造することが可能となるという、格段の効果が得られる。
【０１３３】
また、不純物は、ボロンに代えて砒素としても良い。ボロンであればＰ型のドーピング層を得られるのに対して、砒素を使用することでＮ型のドーピング層を形成できる。
【０１３４】
また、不純物は、ボロンに代えてリンとしても良い。リンは、砒素と同様にＮ型のドーピング層を形成できる。さらに、砒素のプラズマに比べてリンのプラズマの方が半導体基板をスパッタリングするレートが小さいので、基板の形状を変化させずにプラズマドーピング処理をし易いのでより望ましい。
【０１３５】
なお、この第１実施形態において、ガス流路形成部材１７は、石英により構成するようにしているが、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属により構成するようにしてもよいが、石英のほうがより望ましい。その理由は、石英は、磁界をほとんど吸収することなく透過させることができるので、プラズマ分布にほとんど影響を与えないからである。また、ガス流路形成部材１７を石英とする場合には、ガス流路形成部材１７はコイル８の上端部よりも上方に突出させた方がより望ましい。その理由は、天板７との接続部分からコイル８の上端部より上方まで延びたガス流路形成部材１７を石英により構成することで、磁界を遮りにくくなり、プラズマを均一に作りやすくなるからである。
【０１３６】
また、ガス流路形成部材１７は、前記した構造に限定されるものではなく、以下のように、その他種々の態様により実施することができる。
【０１３７】
（第１変形例）
例えば、第１変形例として、図４Ａ〜図５Ｃに示すように、ステンレス鋼の配管１１Ｍ，１３Ｍを天板７の外面７ｂの中央部に直接連結するようにしてもよい。すなわち、第１ガス供給配管１１Ｍと第２ガス供給配管１３Ｍを同様に直角に曲げて、その端部をそれぞれ天板７の外面７ｂの中央部に直接連結している。より具体的には、第１ガス供給配管１１Ｍと第２ガス供給配管１３Ｍのそれぞれの下端を連結部材２５に固定しておき、連結部材２５の下面に２つの位置決め突起１８，１８を形成している。一方、天板７の外面７ｂの中央部には２つの位置決め穴１９，１９を形成して、天板７の外面７ｂの中央部に直接連結するとき、連結部材２５の２つの位置決め突起１８，１８を天板７の外面７ｂの中央部の２つの位置決め穴１９，１９に嵌合して位置決めし、連結部材２５すなわち第１ガス供給配管１１Ｍと第２ガス供給配管１３Ｍのそれぞれの下端と天板７との位置決めを行えるようにしている。また、連結部材２５の下面でかつ第１ガス供給配管１１Ｍと第２ガス供給配管１３Ｍのそれぞれの下端にそれぞれ連通しかつ第１ガス流路１５Ｎと第２ガス流路１６Ｎのそれぞれ一部を構成する上側縦方向ガス流路１５Ｍａと上側縦方向ガス流路１６Ｍａの開口の周囲と、連結部材２５の周囲には、それぞれＯリング２０を配置して、シールできるようにしている。
【０１３８】
他の流路などの構造については、図２Ａとほぼ同様である。
【０１３９】
すなわち、図２Ａと同様に、この第１変形例でも、前記天板７は３層の積層構造より構成され、基板側から基板９とは反対側に向けて、順に、第１層７−１、第２層７−２、第３層７−３より構成されている。
【０１４０】
天板７の第３層７−３には、第１ガス供給配管１１Ｍに連通した上側縦方向ガス流路１５Ｍａが貫通して形成され、第２ガス供給配管１３Ｍに連通した上側縦方向ガス流路１６Ｍａが貫通して形成されているとともに、その第２層７−２との接合面に、上側縦方向ガス流路１６Ｍａと連通しかつ横方向に延びた外側横方向ガス流路１６Ｍｃが形成されている。
【０１４１】
天板７の第２層７−２には、第３層７−３の上側縦方向ガス流路１５Ｍａに連通する上側縦方向ガス流路１５Ｍａが貫通して形成されるとともに、第３層７−３の外側横方向ガス流路１６Ｍｃに、図４Ａ及び図４Ｂにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第２層７−２を厚み方向に貫通する複数の下側縦方向ガス流路１６Ｍｄが形成されている。さらに、天板７の第２層７−２には、その第１層７−１との接合面に、上側縦方向ガス流路１５Ｍａに連通しかつ横方向に延びた外側横方向ガス流路１５Ｍｃが形成されている。
【０１４２】
天板７の第１層７−１には、第２層７−２の外側縦方向ガス流路１６Ｍｄに連通する外側縦方向ガス流路１６Ｍｄが貫通して形成され、外側横方向ガス流路１５Ｍｃに、図４Ａ及び図４Ｂにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第１層７−１を厚み方向に貫通する複数の下側縦方向ガス流路１５Ｍｄが貫通して形成されている。第１層７−１の各下側縦方向ガス流路１５Ｍｄの下端の開口は基板中央部用ガス吹き出し穴１２であり、各下側縦方向ガス流路１６Ｍｄの下端の開口は基板周辺部用ガス吹き出し穴１４である。
【０１４３】
このように、上側縦方向ガス流路１５Ｍａと外側横方向ガス流路１５Ｍｃの連通部分、および上側縦方向ガス流路１６Ｍａと外側横方向ガス流路１６Ｍｃの連通部分（上側縦方向ガス流路と外側横方向ガス流路の分岐部分）を天板７内に埋め込む構成とすることにより、図２Ａのガス流路形成部材１７を排除した簡単な構成とすることができるので望ましい。また、連結部材２５と天板７を直接連結する構成なので、配置するＯリング２０の数を図２Ａに比べて削減することができるので望ましい。また、この構成によると、第１ガス供給配管１１Ｍと第２ガス供給配管１３Ｍを固定している連結部材２５の上方より連結部材２５のＯリング接触方向に力を加えることにより，Ｏリング２０でシールを行う。これにより、Ｏリング２０のシール方向と連結部材２５よりＯリング２０に加えられる力の方向が一致する。この事により、真空容器１内への大気の混入と大気環境への原料ガスの流出を防止する効果に優れているのでより望ましい。
【０１４４】
（第２変形例）
次に、第２変形例として、前記図２Ａなどのように、ガス流路形成部材１７に縦方向の流路から横方向への流路への分岐流路を設ける代わりに、図６Ａ〜図７Ｃに示すように、ガス流路形成部材１７Ｎには縦方向の流路のみ形成して構造を単純化したものを示す。
【０１４５】
すなわち、ガス流路形成部材１７Ｎには、ガス流路形成部材１７Ｎの長手方向沿いに、第１ガス流路１５と第２ガス流路１６のそれぞれ一部を構成する上側縦方向ガス流路１５Ｎａと上側縦方向ガス流路１６Ｎａとを形成している。
【０１４６】
一方、天板７の外面７ｂの中央部には、貫通することなく、凹部７Ｎｃを形成して、ガス流路形成部材１７Ｎの嵌合部１７Ｎｂが凹部７Ｎｃに嵌合して連結可能としている。また、凹部７Ｎｃの底面には、ガス流路形成部材１７Ｎの上側縦方向ガス流路１５Ｎａと上側縦方向ガス流路１６Ｎａとそれぞれ連通可能な上側縦方向ガス流路１５Ｎａと上側縦方向ガス流路１６Ｎａとを備えている。
【０１４７】
この第２変形例でも、図２Ａと同様に、前記天板７は３層の積層構造より構成され、基板側から基板９とは反対側に向けて、順に、第１層７−１、第２層７−２、第３層７−３より構成されている。
【０１４８】
天板７の第３層７−３には、ガス流路形成部材１７Ｎの上側縦方向ガス流路１５Ｎａと上側縦方向ガス流路１６Ｎａとそれぞれ連通可能な上側縦方向ガス流路１５Ｎａと上側縦方向ガス流路１６Ｎａとを貫通して形成するとともに、その第２層７−２との接合面に、上側縦方向ガス流路１６Ｎａに連通しかつ横方向に延びた外側横方向ガス流路１６Ｎｃが形成されている。
【０１４９】
天板７の第２層７−２には、第３層７−３の外側横方向ガス流路１６Ｎｃに、図６Ｂ及び図６Ｃにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第２層７−２を厚み方向に貫通する複数の下側縦方向ガス流路１６Ｎｄが形成されている。さらに、天板７の第２層７−２には、その第１層７−１との接合面に、第３層７−３の上側縦方向ガス流路１５Ｎａに連通しかつ横方向に延びた外側横方向ガス流路１５Ｎｃが形成されている。
【０１５０】
天板７の第１層７−１には、外側横方向ガス流路１５Ｎｃに、図６Ｂ及び図６Ｃにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第１層７−１を厚み方向に貫通する複数の下側縦方向ガス流路１５Ｎｄが貫通して形成されている。さらに、天板７の第１層７−１には、第２層７−２の複数の下側縦方向ガス流路１６Ｎｄとそれぞれ連通する複数の下側縦方向ガス流路１６Ｎｄが貫通して形成されている。第１層７−１の各下側縦方向ガス流路１５Ｎｄの下端の開口は基板中央部用ガス吹き出し穴１２であり、各下側縦方向ガス流路１６Ｎｄの下端の開口は基板周辺部用ガス吹き出し穴１４である。
【０１５１】
このように、流路の分岐部分を天板７内に埋め込む構成とすることにより、ガス流路形成部材１７Ｎ自体の構造を図２Ａのガス流路形成部材１７よりも簡単な構成とすることができる。また、Ｏリング２０の数を削減する事ができるので望ましい。
【０１５２】
また、この構成によると、ガス流路形成部材１７Ｎの長手方向上方よりガス流路形成部材１７Ｎの長手方向下方に力を加えることにより，Ｏリング２０でシールを行う。従って、Ｏリング２０のシール方向とガス流路形成部材１７ＮよりＯリング２０に加えられる力の方向が一致するので、真空容器１内への大気の混入と大気環境への原料ガスの流出を防止する効果に優れるので望ましい。
【０１５３】
（第３変形例）
次に、第３変形例として、前記図２Ａなどのように、ガス流路形成部材１７に、大略同じ直径の縦方向流路１５ａ，１６ａを形成する代わりに、図８Ａ〜図９Ｃに示すように、一方の流路をガス流路形成部材１７の中心軸沿いに配置し、他方の流路をその一方の流路の周囲に円管状に配置することにより、２つの流路を同心に、言い換えれば、完全に回転対称に配置するようにしてもよい。
【０１５４】
すなわち、ガス流路形成部材１７Ｐには、ガス流路形成部材１７Ｐの中心軸沿いに第１ガス流路１５の一部を構成する上側縦方向ガス流路１５Ｐａを配置するとともに、その周囲に円管状に、第２ガス流路１６のそれぞれ一部を構成する上側縦方向ガス流路１６Ｐａを形成している。
【０１５５】
一方、天板７の外面７ｂの中央部には、貫通することなく、凹部７Ｐｃを形成して、ガス流路形成部材１７Ｐの嵌合部１７Ｐｂが凹部７Ｐｃに嵌合して連結可能としている。また、凹部７Ｐｃの底面には、ガス流路形成部材１７Ｐの上側縦方向ガス流路１５Ｐａと上側縦方向ガス流路１６Ｐａとそれぞれ連通可能な、中心に開口した上側縦方向ガス流路１５Ｐａとリング状に開口した上側縦方向ガス流路１６Ｐａとを備えている。
【０１５６】
この第３変形例でも、図２Ａと同様に、前記天板７は３層の積層構造より構成され、基板側から基板９とは反対側に向けて、順に、第１層７−１、第２層７−２、第３層７−３より構成されている。
【０１５７】
天板７の第３層７−３には、ガス流路形成部材１７Ｐの上側縦方向ガス流路１５Ｐａと上側縦方向ガス流路１６Ｐａとそれぞれ連通可能でかつ、中心に開口した上側縦方向ガス流路１５Ｐａとリング状に開口した上側縦方向ガス流路１６Ｐａとを貫通して形成するとともに、その第２層７−２との接合面に、上側縦方向ガス流路１６Ｐａに連通しかつ横方向に延びた外側横方向ガス流路１６Ｐｃが形成されている。
【０１５８】
天板７の第２層７−２には、第３層７−３の外側横方向ガス流路１６Ｐｃに、図８Ｂ及び図８Ｃにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第２層７−２を厚み方向に貫通する複数の下側縦方向ガス流路１６Ｐｄが形成されている。さらに、天板７の第２層７−２には、その第１層７−１との接合面に、第３層７−３の上側縦方向ガス流路１５Ｐａに連通しかつ横方向に延びた外側横方向ガス流路１５Ｐｃが形成されている。
【０１５９】
天板７の第１層７−１には、外側横方向ガス流路１５Ｐｃに、図８Ｂ及び図８Ｃにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第１層７−１を厚み方向に貫通する複数の下側縦方向ガス流路１５Ｐｄが貫通して形成されている。さらに、天板７の第１層７−１には、第２層７−２の複数の下側縦方向ガス流路１６Ｐｄとそれぞれ連通する複数の下側縦方向ガス流路１６Ｐｄが貫通して形成されている。第１層７−１の各下側縦方向ガス流路１５Ｐｄの下端の開口は基板中央部用ガス吹き出し穴１２であり、各下側縦方向ガス流路１６Ｐｄの下端の開口は基板周辺部用ガス吹き出し穴１４である。
【０１６０】
このように、ガス流路を天板７の中心に対して回転対称に配置するようにしたので、より一層、均一性の向上を図ることができる。
【０１６１】
（第２実施形態）
次に、図１２Ａ〜図１５Ｅに示すように、本発明の第２実施形態として、第１実施形態の装置構成において、ガス流路形成部材１７の先端に回転機構２１を備えて、回転位置を変更して、流路の一部を変更可能とした構成について説明する。なお、第１実施形態の装置構成と同じ部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【０１６２】
図１０は、本発明の第２実施形態において用いたプラズマドーピング装置の部分断面図であり、ガス流路形成部材１７の嵌合部１７Ｒｂの先端に回転可能に配置された円板部１７Ｒｄの回転角度を０度の回転位置にした場合である。図１１も同様の図面であり（制御装置１００などは図示を省略。）、ガス流路形成部材１７の先端に回転可能に配置された円板部１７Ｒｄの回転角度を０度から４５度の位置まで４５度回転させて、４５度の回転位置にした場合である。図１０と図１１では、基板９の中央部に対向してそれぞれ回転対称に配置された第１基板中央部用ガス吹き出し穴１２Ａ及び第２基板中央部用ガス吹き出し穴１２Ｂのうち、第１ガス流路１５から真空容器１の内部に実際に供給されてガスが吹き出すガス吹き出し穴を選択できるようにしている。図１０では、ガス流路形成部材１７の先端の円板部１７Ｒｄの回転角度が０度の回転位置に位置していることに対応して、第１基板中央部用ガス吹き出し穴１２Ａから基板９の中央部の中心近くにのみガスが供給される。これに対して、図１１では、ガス流路形成部材１７の先端の円板部１７Ｒｄの回転角度が４５度の回転位置に位置していることに対応して、第２基板中央部用ガス吹き出し穴１２Ｂから、図１０で示した基板９の中央部の中心近くと比べると、その外側にガスが供給される。
【０１６３】
以下に、これを可能とする機構を詳細に説明する。
【０１６４】
第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３とガス流路形成部材１７Ｒのガス流路は、第１実施形態と同様に２系統とする。
【０１６５】
これに対して、第１実施形態とは異なり、天板７のガス流路は３系統とする。すなわち、ガス流路形成部材１７Ｒの先端の回転位置によって、ガス流路形成部材１７Ｒの２系統のガス流路のうちの１系統のガス流路（第１ガス流路１５側のガス流路）と、と天板７の３系統のガス流路のうちの第１ガス流路１５側の２系統のガス流路とを選択的に切り替え接続できるように構成している。
【０１６６】
ガス流路形成部材１７Ｒに回転機構２１を備えて、ガス流路形成部材１７Ｒの嵌合部１７ｂの下端に回転可能に配置されかつ連通切替用ガス流路を有する円板部１７Ｒｄを回転可能に配置し、円板部の回転角度（回転位置）により切り替え流路と、天板７の流路とを切り替え接続可能としている。
【０１６７】
ガス流路形成部材１７Ｒの嵌合部１７ｂの下端には、回転軸２２により、嵌合部１７ｂに対して、円板部１７Ｒｄを回転可能に支持している。
【０１６８】
前記回転機構２１は、図１２Ａ及び図１２Ｇに示すように、制御装置１００により駆動制御される回転駆動装置の一例としてのモータ２１Ｍをガス流路形成部材１７Ｒの側部に配置し、モータ２１Ｍの回転軸に連結された横方向の第１回転軸２１ａと、第１回転軸２１ａに連結されかつ横方向の第１回転軸２１ａの回転力の伝達方向を縦方向に変換する第１回転軸変換部材２１ｂと、第１回転軸変換部材２１ｂに連結された縦方向の第２回転軸２１ｃと、縦方向の第２回転軸２１ｃの回転力の伝達方向を横方向に変換する第２回転軸変換部材２１ｄと、第２回転軸変換部材２１ｄに連結された横方向の第３回転軸２１ｅと、第３回転軸２１ｅに固定されかつ円板部１７Ｒｄの表面に圧接して回転させる回転ローラ２１ｆとより構成されている。
【０１６９】
よって、制御装置１００の制御の下に、モータ２１Ｍの正逆回転又は一方向の回転により、回転ローラ２１ｆで円板部１７Ｒｄを回転させるようにしている。
【０１７０】
図１２Ａ〜図１２Ｅは、ガス流路と天板７を接続するためのガス流路形成部材１７Ｒと天板７の部分断面図である。
【０１７１】
２系統のガス流路１５，１６は、ガス流路形成部材１７Ｒを介して天板７と接続する。ガス流路形成部材１７Ｒは、２つのガス流路、上側縦方向ガス流路１５Ｒａと上側縦方向ガス流路１６Ｒａとを備えている。
【０１７２】
ガス流路形成部材１７Ｒの下端の嵌合部１７Ｒｂは、そのＡ−Ａ線の断面図で示すように、上側縦方向ガス流路１５Ｒａが嵌合部１７Ｒｂの中心位置に貫通して形成され、上側縦方向ガス流路１５Ｒａとは独立して上側縦方向ガス流路１６Ｒａが中心から偏心した位置で貫通して形成されるとともに、上側縦方向ガス流路１６Ｒａに連通した横方向ガス流路１６Ｒｂを形成している。この横方向ガス流路１６Ｒｂは、中心に配置された上側縦方向ガス流路１５Ｒａとは連通しないように、図１２Ｂに示されるように偏心して配置されている。
【０１７３】
嵌合部１７Ｒｂの下端には、回転可能に円板部１７Ｒｄが配置されている。円板部１７Ｒｄは、その中心位置に、嵌合部１７Ｒｂを貫通する上側縦方向ガス流路１５Ｒａに連通する上側縦方向ガス流路１５Ｒａが形成され、上側縦方向ガス流路１５Ｒａの下端に連通しかつ十字形状の横方向ガス流路（連通切替用ガス流路の一例）１５Ｒｂが形成されている。
【０１７４】
前記ガス流路形成部材１７Ｒの嵌合部１７Ｒｂ及び円板部１７Ｒｄが嵌合可能な凹部７Ｒｃが、天板７の外面７ｂの中央部に形成されている。
【０１７５】
この第２実施形態でも、図２Ａと同様に、前記天板７は３層の積層構造より構成され、基板側から基板９とは反対側に向けて、順に、第１層７−１、第２層７−２、第３層７−３より構成されている。
【０１７６】
天板７の第３層７−３には、図１４Ｅに示すように、凹部７Ｒｃの一部が貫通して形成されるとともに、その第２層７−２との接合面に、凹部７Ｒｃに嵌合されるガス流路形成部材１７Ｒの嵌合部１７Ｒｂの横方向ガス流路１６Ｒｂに連通可能な外側横方向ガス流路１６Ｒｃが形成されている。
【０１７７】
天板７の第２層７−２には、図１４Ｄに示すように、凹部７Ｒｃの一部が貫通して形成するとともに、第３層７−３の外側横方向ガス流路１６Ｒｃに、図１２Ｄにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第２層７−２を厚み方向に貫通する複数の下側縦方向ガス流路１６Ｒｄが形成されている。さらに、天板７の第２層７−２には、その第１層７−１との接合面に、凹部７Ｒｃに嵌合されるガス流路形成部材１７Ｒの嵌合部１７Ｒｂの下端の円板部１７Ｒｄの十字形状の上側横方向ガス流路１５Ｒｂに連通する２種類の外側横方向ガス流路１５Ｒｃすなわち第１外側横方向ガス流路１５Ｒｃ−１及び第２外側横方向ガス流路１５Ｒｃ−２が形成されている。第１外側横方向ガス流路１５Ｒｃ−１は、図１４Ｄにおいて、上下左右に延びる十字形状の流路であり、ここでは回転角度０度の回転位置にあると定義している。第２外側横方向ガス流路１５Ｒｃ−２は、図１４Ｄにおいて、外側横方向ガス流路１５Ｒｃ−１とは中心回りに４５度回転した、斜め方向に延びる十字形状の流路であり、ここでは回転角度４５度の回転位置にあると定義している。よって、円板部１７Ｒｄが回転角度０度の回転位置に位置しているとき、円板部１７Ｒｄの十字形状の上側横方向ガス流路１５Ｒｂは第１外側横方向ガス流路１５Ｒｃ−１にのみ連通する。円板部１７Ｒｄが回転角度４５度の回転位置に位置しているとき、円板部１７Ｒｄの十字形状の上側横方向ガス流路１５Ｒｂは第２外側横方向ガス流路１５Ｒｃ−２にのみ連通する。
【０１７８】
天板７の第１層７−１には、図１４Ｃに示すように、第１外側横方向ガス流路１５Ｒｃ−１に、図１２Ｄにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第１層７−１を厚み方向に貫通する複数の第１下側縦方向ガス流路１５Ｒｄが貫通して形成されているとともに、第２外側横方向ガス流路１５Ｒｃ−２に、図１２Ｄにおいてそれぞれの上端が連通しかつ第１層７−１を厚み方向に貫通する複数の第２下側縦方向ガス流路１５Ｒｅが貫通して形成されている。第１層７−１の各第１下側縦方向ガス流路１５Ｒｄの下端の開口は、基板中央部の中心近くに配置された第１基板中央部用ガス吹き出し穴１２Ａである。第１層７−１の各第２下側縦方向ガス流路１５Ｒｅの下端の開口は、基板中央部の周辺近くに配置された第２基板中央部用ガス吹き出し穴１２Ｂである。さらに、天板７の第１層７−１には、第２層７−２の複数の下側縦方向ガス流路１６Ｒｄとそれぞれ連通する複数の下側縦方向ガス流路１６Ｒｄが貫通して形成されている。各下側縦方向ガス流路１６Ｒｄの下端の開口は基板周辺部用ガス吹き出し穴１４である。
【０１７９】
このように構成する結果、図１４Ａ〜図１４Ｅに示すように、回転機構２１の駆動により、ガス流路形成部材１７Ｒの先端の円板部１７Ｒｄの回転角度を０度の回転位置に位置させたときには、図１４Ｃの１層目７−１に黒丸で示すように基板９の中央部の中心近くに配置された複数の第１基板中央部用ガス吹き出し穴１２Ａからガスが基板９に向けて吹き出される。また、図１５Ａ〜図１５Ｅに示すように、回転機構２１の駆動により、ガス流路形成部材１７Ｒの先端の円板部１７Ｒｄの回転角度を４５度の回転位置に位置させたときには、図１５Ｃの１層目７−１に黒丸で示すように基板９の中央部の周辺近くに配置された複数の第２基板中央部用ガス吹き出し穴１２Ｂからガスが基板９に向けて吹き出される。円板部１７Ｒｄの回転角度にかかわらず、基板周辺部用ガス吹き出し穴１４からは、常に、ガスが基板９に向けて吹き出される。なお、図１４Ｃ及び図１５Ｃにおいて、白丸は、ガスが吹き出さないガス吹き出し穴を意味している。
【０１８０】
このように構成することによって、ガス吹き出し以外に起因したドーズ量の分布が基板中央部の中心近くで少ない場合、言い換えれば、基板中央部の周辺近くで多い場合に、円板部１７Ｒｄの回転角度を０度の回転位置に切り替えることによって、基板中央部の周辺近くよりも、基板中央部の中心近くでのガスの吹き出し量を多くすることができて、ドーズ量を基板面内で均一に調整しやすくなる。一方、逆に、ガス吹き出し以外に起因したドーズ量の分布が基板中央部の中心近くで多い場合、言い換えれば、基板中央部の周辺近くで少ない場合に、ガス流路形成部材１７Ｒの先端の円板部１７Ｒｄの回転角度を４５度の回転位置に切り替えることによって、基板中央部の中心近くよりも、基板中央部の周辺近く（基板中央部の中心と基板周辺部との中間部分）でのガスの吹き出し量を多くすることができて、ドーズ量を基板面内で均一に調整しやすくなる。
【０１８１】
以上のように、第２実施形態のプラズマドーピング装置によると、前記回転機構２１と円板部１７Ｒｄと凹部７Ｒｃなどにより、天板７の中央部に複数の上側縦方向ガス流路１５Ｒａ，１６Ｒａを設けて、それらの上側縦方向ガス流路１５Ｒａ，１６Ｒａと天板７の内部の横方向ガス流路１５Ｒｃ−１，１５Ｒｃ−２，１６Ｒｃとを連通接続するための複数の接続穴の位置合わせ機構を構成し、複数の接続穴は天板７の真空容器内面７ａと外面７ｂとの間にあることを特徴としている。すなわち、天板７の中央部の上方にガス流路を設ける空間がある装置に対して、天板７の中央部の上方向に設けた複数のガス流路と、天板７の内部に設けた複数のガス流路を接続する複数の接続穴の位置を合わせる機構とすることにより、本発明の前記実施形態でのプラズマドーピングにかかる不純物を含むガスの流れ、つまり縦方向の上側から出発して下向き、横向き、その後、下向きというガスの流れが可能となる装置及び方法を実現している。
【０１８２】
このような構成により、従来の装置では複数のプラズマドーピング条件においてシート抵抗の均一性を良好に保つことが困難であったものを、プラズマドーピング条件の変更に応じて、ガス流路形成部材１７Ｒと天板７のガス流路の接続の組合せパターンを変更することで、真空容器１を開放することなく真空を維持したままで、プラズマドーピング条件に対応して、ガスが吹き出されるガス吹き出し穴１２Ａ，１２Ｂの位置を選択することができる。従って、複数のプラズマドーピング条件に対して均一性のより良好なプラズマドーピングによる不純物注入が実施可能となるとともに、前記不純物注入が実施された半導体装置を製造することが可能となる。
【０１８３】
なお、前記接続穴は、コイル８の高さ以下で天板７の下面以上の空間にあることがより望ましい。その理由は、天板７の内部に複数のガス流路を有する例えば石英の天板７を製造し易いからである。接続穴がコイル８の高さ以上にある場合には、天板７に凸部を作らなければならず、凸部が製造工程で破損し易いという問題がある。接続穴が天板７の下面以下にある場合には、プラズマの形状に影響を及ぼし、プラズマが不均一になるという問題があるためである。
【０１８４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態として、前記したプラズマドーピング装置を使用して、最初の設定で不均一であったシート抵抗の分布を均一に補正する方法について説明する。これらの方法では、まず、ダミー基板でプラズマドーピングを実施し、その結果をフィードバックすることにより、均一性向上のための、ガス供給を調整するものである。
【０１８５】
具体的には、図１６又は図１７のフローに従って実施することで、最初の設定で不均一であったシート抵抗の分布が図１８又は図１９のように均一に補正することができる。
【０１８６】
図１６に、本発明の第３実施形態として、シート抵抗の分布の均一性をガス総流量の調整で補正する方法の一例を示す。以下の動作は、主として、制御装置１００の制御の下に行い、必要に応じて、記憶部１０１に情報を記憶したり、記憶部１０１に予め記憶された情報を読み取ったりする。
【０１８７】
（ステップＳ１）
まず、制御装置１００の制御の下に、ガス供給装置２及び第１〜第４マスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を動作制御して、第１ガス供給配管１１には、ガス総流量  Ｆａ  ｃｍ３／分（標準状態）の設定でガスを供給し、第２ガス供給配管１３には、ガス総流量  Ｆｂ  ｃｍ３／分（標準状態）の設定でガスを供給して、ダミー基板にプラズマドーピングで不純物を注入する。
【０１８８】
例えば、Ｆａは５０ｃｍ３／分（標準状態）とし、Ｆｂも５０ｃｍ３／分（標準状態）とする。このとき、第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３から供給するガスの総流量は１００ｃｍ３／分（標準状態）である。ステップＳ１ではＦａとＦｂは同じガス流量にしておく方が、以降の補正がし易いので望ましい。
【０１８９】
（ステップＳ２）
次いで、制御装置１００の制御の下に、図示しない公知の方法などで、真空容器１からダミー基板を取り出して、ダミー基板を図示しないアニール装置に投入し、ダミー基板の不純物をアニールにより電気的に活性化させる。
【０１９０】
（ステップＳ３）
次いで、ダミー基板の面内のシート抵抗分布を四探針法などで測定し、シート抵抗の分布を得る。このシート抵抗の分布の情報は、記憶部１０１に記憶させる。記憶部１０１に記憶させたシート抵抗の分布の情報を基に、以下のいずれの場合になるかを、制御装置１００の制御部（例えば演算部）で判定する。具体的には、例えば、所望の精度に対応するしきい値を記憶部１０１に予め記憶させておき、シート抵抗の分布のうちの代表的な値としきい値とを前記演算部で比較して、次の３つの場合のいずれかを判定すればよい。
【０１９１】
ステップＳ３の以降は、
（ａ）測定されたシート抵抗の分布の均一性が、所望の精度よりも良好である場合（図１８の（ａ）及び図１９の（ａ）参照）、
（ｂ）測定されたシート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて小さい場合（図１８の（ｂ）参照）、
（ｃ）測定されたシート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて大きい場合（図１９の（ｃ）参照）、
の３つの場合に分かれて進む。
【０１９２】
まず、前記した（ａ）シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好である場合には、制御装置１００の制御の下に、ステップＳ６に進む。
【０１９３】
また、前記した（ｂ）シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて小さい場合には、制御装置１００の制御の下に、ステップＳ４ｂに進む。
【０１９４】
また、前記した（ｃ）シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて大きい場合には、制御装置１００の制御の下に、ステップＳ４ｃに進む。
【０１９５】
（ステップＳ４ｂ）
制御装置１００の制御の下に、ガス供給装置２及び第１〜第４マスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を動作制御して、第１ガス供給配管１１の設定をガス総流量  Ｆａｆａ  ｃｍ３／分（標準状態）、第２ガス供給配管１３の設定をガス総流量  Ｆｂ＋ｆｂ  ｃｍ３／分（標準状態）、に変更したのち、ステップＳ５ｂに進む。
【０１９６】
例えば、Ｆａｆａは４９ｃｍ３／分（標準状態）とし、Ｆｂ＋ｆｂは５１ｃｍ３／分（標準状態）とする。このように、第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３から供給するガスの総流量は１００ｃｍ３／分（標準状態）で変化させずに、第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３から供給するガス流量の割合だけを変化させる。この構成により、他の性能は変えずに、シート抵抗の均一性のみを制御することができるのでより望ましい。また、ｆａとｆｂは第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３から供給するガスの総流量の１／１００倍から１０／１００倍程度とすることで、シート抵抗の均一性を厳密に制御できる。
【０１９７】
（ステップＳ５ｂ）
制御装置１００の制御の下に、未処理の別のダミー基板にプラズマドーピングで不純物を注入したのち、ステップＳ２に戻る。
【０１９８】
（ステップＳ４ｃ）
制御装置１００の制御の下に、ガス供給装置２及び第１〜第４マスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を動作制御して、第１ガス供給配管１１の設定をガス総流量  Ｆａ＋ｆａ  ｃｍ３／分（標準状態）、第２ガス供給配管１３の設定をガス総流量  Ｆｂｆｂ  ｃｍ３／分（標準状態）、に変更したのち、ステップＳ５ｃに進む。
【０１９９】
（ステップＳ５ｃ）
制御装置１００の制御の下に、未処理の別のダミー基板にプラズマドーピングで不純物を注入したのち、ステップＳ２に戻る。
【０２００】
（ステップＳ６）
第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３のガス総流量の設定を、ダミー基板のシート抵抗の分布の均一性が良好となった設定とする。すなわち、第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３のガス総流量の設定値の情報を、記憶部１０１に、ダミー基板のシート抵抗の分布の均一性が良好となった設定値の情報として記憶させる。
【０２０１】
（ステップＳ７）
次いで、制御装置１００の制御の下に、真空容器１に製品用基板９を投入し、プラズマドーピングで不純物を注入する。
【０２０２】
（ステップＳ８）
次いで、制御装置１００の制御の下に、真空容器１から製品用基板９を取り出して、アニール装置に投入し、アニールにより不純物を電気的に活性化させる。
【０２０３】
これらのステップにより、シート抵抗の分布の均一性をガス総流量の調整で補正する方法を実施することができる。この結果、図１８の（ｂ）に示すように、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて小さい場合であったのが、図１８の（ａ）に示すように、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好である場合に補正することができる。また、図１９の（ｃ）に示すように、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて大きい場合であったのが、図１９の（ａ）に示すように、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好である場合に補正することができる。
【０２０４】
図１７には、本発明の第３実施形態の変形例として、シート抵抗の分布の均一性をガス濃度の調整で補正する方法を示す。
【０２０５】
（ステップＳ１１）
まず、制御装置１００の制御の下に、ガス供給装置２及び第１〜第４マスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を動作制御して、第１ガス供給配管１１には、不純物ガス濃度  Ｍａ  質量％の設定でガスを供給し、第２ガス供給配管１３には、不純物ガス濃度  Ｍｂ  質量％の設定でガスを供給して、ダミー基板にプラズマドーピングで不純物を注入する。
【０２０６】
例えば、Ｍａは０．５質量％とし、Ｍｂも０．５質量％とする。ステップＳ１１ではＭａとＭｂは同じ不純物ガス濃度にしておく方が、以降の補正がし易いので望ましい。
【０２０７】
（ステップＳ１２）
次いで、制御装置１００の制御の下に、図示しない公知の方法などで、真空容器１からダミー基板を取り出して、ダミー基板を図示しないアニール装置に投入し、ダミー基板の不純物をアニールにより電気的に活性化させる。
【０２０８】
（ステップＳ１３）
次いで、ダミー基板の面内のシート抵抗分布を四探針法などで測定し、シート抵抗の分布を得る。このシート抵抗の分布の情報は、記憶部１０１に記憶させる。記憶部１０１に記憶させたシート抵抗の分布の情報を基に、以下のいずれの場合になるかを、制御装置１００の制御部（例えば演算部）で判定する。具体的には、例えば、所望の精度に対応するしきい値を記憶部１０１に予め記憶させておき、シート抵抗の分布のうちの代表的な値としきい値とを前記演算部で比較して、次の３つの場合のいずれかを判定すればよい。
【０２０９】
ステップＳ１３の以降は、
（ａ）測定されたシート抵抗の分布の均一性が、所望の精度よりも良好である場合（図１８の（ａ）及び図１９の（ａ）参照）、
（ｂ）測定されたシート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて小さい場合（図１８の（ｂ）参照）、
（ｃ）測定されたシート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて大きい場合（図１９の（ｃ）参照）、
の３つの場合に分かれて進む。
【０２１０】
まず、前記した（ａ）シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好である場合には、制御装置１００の制御の下に、ステップＳ１６に進む。
【０２１１】
また、前記した（ｂ）シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて小さい場合には、制御装置１００の制御の下に、ステップＳ１４ｂに進む。
【０２１２】
また、前記した（ｃ）シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて大きい場合には、制御装置１００の制御の下に、ステップＳ１４ｃに進む。
【０２１３】
（ステップＳ１４ｂ）
制御装置１００の制御の下に、ガス供給装置２及び第１〜第４マスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を動作制御して、第１ガス供給配管１１の設定を不純物ガス濃度  Ｍａｍａ  質量％、第２ガス供給配管１３の設定を不純物ガス濃度  Ｍｂ＋ｍｂ  質量％、に変更したのち、ステップＳ１５ｂに進む。
【０２１４】
（ステップＳ１５ｂ）
制御装置１００の制御の下に、未処理の別のダミー基板にプラズマドーピングで不純物を注入したのち、ステップＳ１２に戻る。
【０２１５】
（ステップＳ１４ｃ）
制御装置１００の制御の下に、ガス供給装置２及び第１〜第４マスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を動作制御して、第１ガス供給配管１１の設定を不純物ガス濃度  Ｍａ＋ｍａ  質量％、第２ガス供給配管１３の設定を不純物ガス濃度  Ｍｂｍｂ  質量％、に変更したのち、ステップＳ１５ｃに進む。
【０２１６】
例えば、Ｍａ＋ｍａは０．５２質量％とし、Ｍｂｍｂは０．４８質量％とする。ｍａとｍｂは、ＭａとＭｂのそれぞれ１／１００倍から１０／１００倍程度の不純物ガス濃度とすることでシート抵抗の均一性を厳密に制御できる。
【０２１７】
（ステップＳ１５ｃ）
制御装置１００の制御の下に、未処理の別のダミー基板にプラズマドーピングで不純物を注入したのち、ステップＳ１２に戻る。
【０２１８】
（ステップＳ１６）
第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３の不純物ガス濃度の設定を、ダミー基板のシート抵抗の分布の均一性が良好となった設定とする。すなわち、第１ガス供給配管１１と第２ガス供給配管１３の不純物ガス濃度の設定値の情報を、記憶部１０１に、ダミー基板のシート抵抗の分布の均一性が良好となった設定値の情報として記憶させる。
【０２１９】
（ステップＳ１７）
次いで、制御装置１００の制御の下に、真空容器１に製品用基板９を投入し、プラズマドーピングで不純物を注入する。
【０２２０】
（ステップＳ１８）
次いで、制御装置１００の制御の下に、真空容器１から製品用基板９を取り出して、アニール装置に投入し、アニールにより不純物を電気的に活性化させる。
【０２２１】
これらのステップにより、シート抵抗の分布の均一性をガス濃度の調整で補正する方法を実施することができる。この結果、図１８の（ｂ）に示すように、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて小さい場合であったのが、図１８の（ａ）に示すように、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好である場合に補正することができる。また、図１９の（ｃ）に示すように、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好ではなく、基板中央部のシート抵抗が、基板周辺部のそれと比べて大きい場合であったのが、図１９の（ａ）に示すように、シート抵抗の分布の均一性が所望の精度よりも良好である場合に補正することができる。
【０２２２】
前記実施形態では、前記天板７は３枚の層を積層して構成するようにしたが、前記天板７は２枚を積層して構成するようにしてもよい。
【０２２３】
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】
【０２２４】
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、特に、直径３００ｍｍ以上の大口径基板に不純物を均一に注入する上で、さらに、前記大口径基板に不純物を均一に注入して半導体装置を製造する上で、有用である。
【０２２５】
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１Ａ】
2010522423.tif 000003
【図１Ｂ】
2010522423.tif 000004
【図１Ｃ】
2010522423.tif 000005
【図１Ｄ】
2010522423.tif 000006
【図１Ｅ】
2010522423.tif 000007
【図１Ｆ】
2010522423.tif 000008
【図２Ａ】
2010522423.tif 000009
【図２Ｂ】
2010522423.tif 000010
【図２Ｃ】
2010522423.tif 000011
【図２Ｄ】
2010522423.tif 000012
【図３Ａ】
2010522423.tif 000013
【図３Ｂ】
2010522423.tif 000014
【図３Ｃ】
2010522423.tif 000015
【図３Ｄ】
2010522423.tif 000016
【図３Ｅ】
2010522423.tif 000017
【図３Ｆ】
2010522423.tif 000018
【図３Ｇ】
2010522423.tif 000019
【図３Ｈ】
2010522423.tif 000020
【図４Ａ】
2010522423.tif 000021
【図４Ｂ】
2010522423.tif 000022
【図４Ｃ】
2010522423.tif 000023
【図５Ａ】
2010522423.tif 000024
【図５Ｂ】
2010522423.tif 000025
【図５Ｃ】
2010522423.tif 000026
【図６Ａ】
2010522423.tif 000027
【図６Ｂ】
2010522423.tif 000028
【図６Ｃ】
2010522423.tif 000029
【図６Ｄ】
2010522423.tif 000030
【図７Ａ】
2010522423.tif 000031
【図７Ｂ】
2010522423.tif 000032
【図７Ｃ】
2010522423.tif 000033
【図８Ａ】
2010522423.tif 000034
【図８Ｂ】
2010522423.tif 000035
【図８Ｃ】
2010522423.tif 000036
【図８Ｄ】
2010522423.tif 000037
【図９Ａ】
2010522423.tif 000038
【図９Ｂ】
2010522423.tif 000039
【図９Ｃ】
2010522423.tif 000040
【図１０】
2010522423.tif 000041
【図１１】
2010522423.tif 000042
【図１２Ａ】
2010522423.tif 000043
【図１２Ｂ】
2010522423.tif 000044
【図１２Ｃ】
2010522423.tif 000045
【図１２Ｄ】
2010522423.tif 000046
【図１２Ｅ】
2010522423.tif 000047
【図１２Ｆ】
2010522423.tif 000048
【図１２Ｇ】
2010522423.tif 000049
【図１３Ａ】
2010522423.tif 000050
【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２４Ｅ】
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【図２４Ｆ】
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【図２４Ｇ】
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【図２４Ｈ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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