(57)【要約】【課題】半導体基板にドーパントを再現性良くドーピングすることができるプラズマドーピング装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法は、チャンバの内部に設置されたステージに被処理基板を載置し、チャンバの内部にプラズマ形成空間を区画する隔壁を３００℃を超える温度に加熱し、プラズマ形成空間に少なくともリンを含有するドーパントを含むガスのプラズマを形成することで、被処理基板にドーパントを注入する。これにより、放電生成物の隔壁への付着及び堆積を抑制し、被処理基板にドーパントを再現性良くドーピングすることができる。【選択図】図１
2017037861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバの内部に設置されたステージに被処理基板を載置し、
前記チャンバの内部にプラズマ形成空間を区画する隔壁を３００℃を超える温度に加熱し、
前記プラズマ形成空間に少なくともリンを含有するドーパントを含むガスのプラズマを形成し、前記被処理基板に前記ドーパントを注入する
プラズマドーピング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマドーピング方法であって、
前記隔壁を加熱する工程は、前記隔壁を３５０℃以上の温度に加熱する
プラズマドーピング方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマドーピング方法であって、
前記プラズマは、誘導結合プラズマである
プラズマドーピング方法。
【請求項４】
チャンバと、
前記チャンバの内部に配置されプラズマ形成空間を区画する隔壁と、
前記プラズマ形成空間に配置され被処理基板を支持可能なステージと、
前記チャンバと前記隔壁との間に配置され、前記隔壁を３００℃を超える温度に加熱可能に構成された加熱部と、
前記プラズマ形成空間にドーパントを含むガスを導入するためのガス導入部と、
前記プラズマ形成空間に前記ガスのプラズマを発生可能なプラズマ発生機構と
を具備するプラズマドーピング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記加熱部は、前記隔壁に取り付けられた抵抗加熱源である
プラズマドーピング装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記チャンバは、前記ステージが設置される第１の筐体と、前記隔壁及び前記加熱部を収容する第２の筐体とを有し、
前記プラズマドーピング装置は、前記第１の筐体と前記第２の筐体との間に配置されたシールリングと、
前記第２の筐体と前記加熱部との間に配置され前記シールリングと前記加熱部とを熱的に隔てる遮熱体とをさらに具備する
プラズマドーピング装置。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記遮熱体は複数の遮熱板を含み、前記複数の遮熱板は、前記第１の筐体と前記加熱部との間に相互に間隔をおいて配置される
プラズマドーピング装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記プラズマ発生機構は、前記チャンバの内部に配置され前記プラズマ形成空間に誘導結合プラズマを発生可能なアンテナコイルを有する
プラズマドーピング装置。
【請求項９】
請求項８に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記アンテナコイルは、誘電体により被覆されている
プラズマドーピング装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記プラズマ発生機構は、前記チャンバの外部に配置され前記プラズマ形成空間に磁気中性線を発生可能な複数の磁場コイルをさらに有する
プラズマドーピング装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記プラズマ形成空間において前記アンテナコイルを昇降させることが可能な昇降機構をさらに具備する
プラズマドーピング装置。
【請求項１２】
請求項４〜１１のいずれか１項に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記チャンバと前記隔壁との間に不活性ガスを導入するためのパージガス導入部をさらに具備する
プラズマドーピング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマによりドーパントを基板に注入するプラズマドーピング装置及びプラズマドーピング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体中のキャリア濃度をコントロールするための不純物（ドーパント）注入方法として、従来はビームライン型のイオン注入技術が用いられてきた。しかし近年、５ｋｅＶ以下の低エネルギー領域における生産性向上および３次元構造への均一注入に対する要望が高まり、その解決手段として、プラズマ中に基板を直接さらすことによって基板にドーパントを注入するプラズマドーピング技術が開発されている。Ｓｉ半導体で用いられる典型的なドーパントの元素としては、Ｐ型半導体では３Ｂ族のボロン（Ｂ）、Ｎ型半導体ではリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）があり、半導体装置を製造するためには、Ｐ型、Ｎ型両方の拡散層を形成する必要がある。
【０００３】
リンを含むガス（例えばＰＨ３ガス等）を用いたプラズマドーピングの場合、リンの熱的不安定性が原因で、ガスのプラズマ中のリンを含むイオン及びラジカルの量が安定せず、半導体基板へのドーズ量が再現性に乏しいという問題が生じる。
【０００４】
このような問題を解消するため、例えば特許文献１には、チャンバ内壁を所定温度以上に加熱しながらドーピング処理を行うことで、リンを含有する分解生成物のチャンバ内壁への付着を抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２９３２７９号公報（段落[００３１]、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、リンの蒸発温度は、１０−４Ｔｏｒｒ（１．３×１０−２Ｐａ）において１３０℃であると記載されている。しかしながら、ＰＨ３ガスの放電生成物にはＰ（リン）だけでなく、ＰとＨ（水素）との化合物（例えばＰＨ、ＰＨ２、ＰＨ３等）が含まれるとともに、これらの放電生成物は相互に異なる熱的安定性（蒸発温度、分解温度等）を有しているため、リン及びその化合物の蒸発温度は必ずしも一致しない。したがって特許文献１に記載の加熱条件ではチャンバ内壁への放電生成物の付着、堆積を十分に抑制できず、これが原因でドーズ量の再現性確保が困難になっているのが実情である。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ドーズ量の再現性を高めることができるプラズマドーピング装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るプラズマドーピング方法は、チャンバの内部に設置されたステージに被処理基板を載置することを含む。
上記チャンバの内部にプラズマ形成空間を区画する隔壁は、３００℃を超える温度に加熱される。
上記プラズマ形成空間に少なくともリンを含有するドーパントを含むガスのプラズマが形成され、上記被処理基板に上記ドーパントが注入される。
【０００９】
また本発明の一形態に係るプラズマドーピング装置は、チャンバと、隔壁と、ステージと、加熱部と、ガス導入部と、プラズマ発生機構とを具備する。
上記隔壁は、上記チャンバの内部に配置され、プラズマ形成空間を区画する。
上記ステージは、上記プラズマ形成空間に配置され、被処理基板を支持する。
上記加熱部は、上記チャンバと上記隔壁との間に配置され、上記隔壁を３００℃を超える温度に加熱可能に構成される。
上記ガス導入部は、上記プラズマ形成空間にドーパントを含むガスを導入する。
上記プラズマ発生機構は、上記プラズマ形成空間に上記ガスのプラズマを発生させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマドーピング装置を示す概略断面図である。
【図２】リンあるいはリン化合物のＴＤＳスペクトルの図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るプラズマドーピング装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一形態に係るプラズマドーピング方法は、チャンバの内部に設置されたステージに被処理基板を載置することを含む。
上記チャンバの内部にプラズマ形成空間を区画する隔壁は、３００℃を超える温度に加熱される。
上記プラズマ形成空間に少なくともリンを含有するドーパントを含むガスのプラズマが形成され、上記被処理基板に上記ドーパントが注入される。
【００１２】
本発明者の実験によれば、リン化合物は３００℃以下の温度で蒸発量のピークを有し、リンは３００℃を超える温度で蒸発量のピークを有する。このことから、３００℃を超える温度で隔壁を加熱することにより、隔壁へのリン含有放電生成物の付着、堆積を効果的に抑制し、ドーズ量の再現性を高めることが可能となる。
【００１３】
上記隔壁は、３５０℃以上の温度に加熱されてもよい。本発明者の実験によれば、３５０℃付近にリンの蒸発量のピークが現れることが確認されている。したがって隔壁を３５０℃以上の温度に加熱することで、安定したドーズ量を確保することができる。
【００１４】
上記プラズマは、典型的には、誘導結合プラズマであるが、これに限られない。
【００１５】
本発明の一形態に係るプラズマドーピング装置は、チャンバと、隔壁と、ステージと、加熱部と、ガス導入部と、プラズマ発生機構とを具備する。
上記隔壁は、上記チャンバの内部に配置され、プラズマ形成空間を区画する。
上記ステージは、上記プラズマ形成空間に配置され、被処理基板を支持する。
上記加熱部は、上記チャンバと上記隔壁との間に配置され、上記隔壁を３００℃を超える温度に加熱可能に構成される。
上記ガス導入部は、上記プラズマ形成空間にドーパントを含むガスを導入する。
上記プラズマ発生機構は、上記プラズマ形成空間に上記ガスのプラズマを発生させる。
【００１６】
この構成によれば、加熱部によって隔壁が３００℃を超える温度に加熱される。これにより、放電生成物の隔壁への付着及び堆積を抑制し、ドーズ量の再現性を高めることが可能となる。
また、この構成によれば隔壁を加熱する加熱部がチャンバと隔壁との間に配置されているため、プラズマ発生時の加熱部のスパッタによるコンタミを防ぐことができる。腐食性ガスを導入する場合であっても加熱部を保護することができる。
【００１７】
上記加熱部は、上記隔壁に取り付けられた抵抗加熱源としてもよい。これにより、隔壁を効率良く均一に加熱することが可能となる。
【００１８】
上記チャンバは、上記ステージが設置される第１の筐体と、上記隔壁及び上記加熱部を収容する第２の筐体とを有していてもよい。上記プラズマドーピング装置は、上記第１の筐体と上記第２の筐体との間に配置されたシールリングと、上記第２の筐体と上記加熱部との間に配置され上記シールリングと上記加熱部とを熱的に隔てる遮熱体とをさらに具備していてもよい。
【００１９】
この構成によれば、シールリングと加熱部との間に遮熱体が配置されているため、加熱部の輻射熱からシールリングを保護することが可能となる。
【００２０】
上記遮熱体は複数の遮熱板を含み、上記複数の遮熱板は、上記第１の筐体と上記加熱部との間に相互に間隔をおいて配置されてもよい。これにより、加熱部より放射される輻射熱からシールリングを効果的に保護することが可能となる。
【００２１】
上記プラズマ発生機構は、上記チャンバの内部に配置され上記プラズマ形成空間に誘導結合プラズマを発生可能なループアンテナを有していてもよい。この構成によれば、チャンバの材料によらず、プラズマ形成空間に高密度のプラズマを得ることが可能となる。
【００２２】
上記ループアンテナは、誘電体により被覆されていてもよい。これにより、プラズマによって起こるループアンテナのスパッタによるコンタミの発生を防ぐことが可能となる。
【００２３】
また、上記プラズマドーピング装置は、上記プラズマ形成空間において上記アンテナコイルを昇降させることが可能な昇降機構をさらに具備してもよい。これにより、プラズマ中のイオン分布のさらなる均一化を図ることができる。
【００２４】
上記プラズマ発生機構は、上記チャンバの外部に配置され上記プラズマ形成空間に磁気中性線を発生可能な複数の磁場コイルをさらに有していてもよい。
【００２５】
この際、プラズマは磁気中性線に沿って発生する。磁場コイルに流す電流の量を適宜調整することでプラズマの分布を制御し、被処理基板表面に堆積するドーパントのラジカルの面内分布を制御することが可能となる。
【００２６】
そして、上記プラズマドーピング装置は、上記チャンバと上記隔壁との間に不活性ガスを導入するためのパージガス導入部をさらに具備してもよい。これにより、上記加熱部が設置された隔壁外側へのドーピングガス（ホスフィンガス）の回り込みを抑制することができる。
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
＜第１の実施形態＞
［プラズマドーピング装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマドーピング方法を実施し得るプラズマドーピング装置１００の構成例を示す模式断面図である。プラズマドーピング装置１００は、チャンバ１と、隔壁２と、ステージ３と、加熱部４と、ガス導入部５と、ループアンテナ６（プラズマ発生機構）と、シールリング７１と、遮熱体８と、複数の磁場コイル９とを具備する。
【００２９】
チャンバ１は、第１の筐体１１と第２の筐体１２とを有する。第１の筐体１１は、開口を有し第２の筐体１２と対向する面（対向面１１ａ）を有する。第２の筐体１２は、開口を有し第１の筐体１１と対向する面（対向面１２ａ）を有する。対向面１１ａと対向面１２ａとは、シールリング７１を介して図示省略したボルトによって接合されている。
【００３０】
本実施形態では、第１の筐体１１と第２の筐体１２は円筒形状であるが、直方体形状等、他の形状とすることも可能である。第１の筐体１１と第２の筐体１２の材料は特に限られず、一般的なチャンバの材料、例えばアルミニウム合金、ステンレス鋼等よりなるものとすることができる。
【００３１】
第１の筐体１１の底部内面（底面１１ｂ）には、シールリング７２を介してステージ３が設置されている。ステージ３は、基板支持台３１と、電極３２とを有する。基板支持台３１は、電極３２の第２の筐体１２側の面（上面３２ａ）に配置されている。ステージ３は、図外の基板搬送ロボットによって搬送された被処理基板Ｗを、基板支持台３１に載置可能に構成されている。また、基板支持台３１は、基板保持用の静電チャック機能を兼ね備えていてもよく、この場合、基板支持台３１は、チャンバ１の外部の図示省略されたチャック用電源に接続される。電極３２の上面３２ａとは反対側の下面３２ｂには、ブロッキングコンデンサ３３を介して高周波電源３４が接続され、バイアス電位を印加可能に構成されている。
【００３２】
第１の筐体１１の側壁１１ｃには、チャンバ１内にプロセスガス（ドーパントを含むドーピングガス、プラズマ形成用のガス等）を導入するためのガス導入部５が設けられている。ガス導入部５は、図示省略したマスフローコントローラを介して単数または複数のガス源に連絡している。これにより、ガスを流量制御してチャンバ１内に導入できるようになっている。本実施形態では、リンを含むホスフィンガス（第１のガス）、アルゴンガス（第２のガス）およびヘリウムガス（第３のガス）が、ガス導入部５を介してチャンバ１内に導入可能に構成されている。
【００３３】
第１の筐体１１の側壁１１ｃとは反対側の側壁１１ｄには、図示省略した排気管が接続されている。排気管は、ターボ分子ポンプ、ロータリーポンプ等の排気速度が調整可能な真空排気手段に通じている。排気管とポンプとの間には、コンダクタンス可変バルブ等の可変バルブを設けられ、排気速度を調整可能に構成されている。
【００３４】
第２の筐体１２は、内部に、隔壁２と、加熱部４と、ループアンテナ６と、遮熱体８とを収容している。
【００３５】
隔壁２は、第２の筐体１２とステージ３との間に配置され、チャンバ１内部にプラズマ形成空間Ｒを区画している。隔壁２は、被処理基板Ｗのプラズマドーピング時に生じる放電生成物がチャンバ１の内壁に付着することを防止する。本実施形態では、隔壁２は第１の筐体１１側に開口を有する円筒形状となっており、対向面１１ａ上に配置されている。隔壁２の形状は典型的には第２の筐体１２と同様の形状とすることができるが、これに限らず、他の形状とすることも可能である。
【００３６】
隔壁２の厚みは特に限定されないが、後述するように隔壁２は加熱部４により加熱されるため、加熱による昇温を妨げることのない厚さとすることができる。隔壁２の材料は、本実施形態では石英が用いられているが、これに限らず、耐腐食性が高く、耐熱性が高い他の誘電体あるいは絶縁体が採用可能である。
【００３７】
加熱部４は、隔壁２と第２の筐体１２との間に配置され、隔壁２を３００℃を超える温度に均一に加熱可能に構成されている。本実施形態では、加熱部４は隔壁２の外面全体を覆うように取り付けられた抵抗加熱源（抵抗発熱体）で構成されている。加熱部４は抵抗加熱源に限らず、誘導加熱源等の他の加熱源を用いることもできる。加熱部４の形状や厚みは、特に限られない。
【００３８】
また、加熱部４は隔壁２を３００℃を超える温度に均一に加熱できるように、複数の部材に分割されてもよい。例えば、加熱部４は、隔壁２の周囲を囲う部材と、隔壁２の天面を覆う部材とを有していてもよい。あるいは、隔壁２の外面に相互に間隔をおいて配置された複数の加熱部としてもよい。この場合も形状や厚みは特に限られない。
【００３９】
遮熱体８は、加熱部４と第２の筐体１２との間に配置され、シールリング７１と加熱部４とを熱的に隔てることで、加熱部４の輻射熱からシールリング７１を保護する機能を有する。遮熱体８は複数の遮熱板（本実施形態では３枚）８１〜８３を有し、これらは相互に間隔をおいて配置されているが、この構成に限らず、単一の部材からなる遮熱板とすることもできる。遮熱体８の形状は典型的には第２の筐体１２と同様の形状とすることができるが、これに限らず、他の形状とすることも可能である。遮熱体８を構成する材料は特に限られず、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるものとすることができる。
【００４０】
ループアンテナ６は、環状の導線からなるアンテナ部６１と、アンテナ部６１を支持するアンテナ支持部６２とを有する。アンテナ支持部６２は、隔壁２と加熱部４と複数の遮蔽版８と第２の筐体１２とを鉛直方向に貫通する。
【００４１】
アンテナ部６１は、アンテナ支持部６２の先端に形成され、プラズマ形成空間Ｒに配置されている。アンテナ支持部６２は、第２の筐体１２の天板部１２１外面に配置された固定部材６３に固定される。固定部材６３は、第２の筐体１２にシールリング７３を介して図示省略されたボルトによって接合されている。
【００４２】
アンテナ支持部６２は、コンデンサ６４を介して高周波電源６５に接続され、アンテナ部６１に誘導結合プラズマ生成のための高周波電力（例えば、周波数：１３．５６ＭＨｚ，パワー：３００Ｗ）が印加可能に構成されている。
【００４３】
ループアンテナ６を構成する材料は、典型的には任意の導電性材料からなり、例えば表面に銀メッキを施した銅線からなるものとすることができる。
【００４４】
また、ループアンテナ６は石英等からなる被覆材６６によって被覆されている。これにより、プラズマによって起こるループアンテナ６のスパッタによるコンタミの発生を防ぐことが可能となる。被覆材６６の構成材料は、プラズマによって削られにくい、あるいはコンタミの問題が発生しない誘電体あるいは絶縁体であれば特に限られない。
【００４５】
シールリング７１〜７３は、チャンバ１の内部を真空密閉する機能を有する。また、部材間を溶接等で接着することなく、シールリング７を介しボルト等で接合することで装置のメンテナンスやクリーニングを容易にすることができる。
【００４６】
シールリング７１〜７３は、環状であればよく、円形、楕円、矩形等の形状とすることができる。シールリング７１〜７３を構成する材料は特に限られず、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等の合成ゴムからなるものとすることができる。
【００４７】
複数の磁場コイル９（９１〜９３）は、プラズマ形成空間Ｒ内に磁気中性線（Magnetic Neutral Loop Discharge：ＮＬＤ）を発生可能な環状のコイルであり、本実施形態ではチャンバ１の外部に、第２の筐体１２の周囲を囲むように３つ配置されている。
【００４８】
上下の磁場コイル９１、９３に同一方向の電流を流し、中間の磁場コイル９２に逆方向の電流を流すと、プラズマ形成空間Ｒ内に環状の磁気中性線が形成される。この状態でループアンテナ６に高周波電力を供給すると、磁気中性線に沿ってプラズマを発生させることができる。
【００４９】
ここで、磁場コイル９１、９３に流す電流の電流値と、中間の磁場コイル９２に流す電流の電流値とを適宜調整することで、上記磁気中性線の水平方向の広がりが変化するため、発生させるプラズマの広がり分布を制御することができる。
【００５０】
ドーパントが注入される被処理基板Ｗは、ステージ３に載置可能であれば形状、寸法は特に限定されない。被処理基板Ｗを構成する材料としては、典型的には半導体材料からなるものとすることができ、例えばシリコンからなるものとすることができる。典型的には、ドーピング領域を画定するレジストマスクが基板Ｗの表面に形成されるが、勿論これに限られない。
【００５１】
次に、上記のプラズマドーピング装置１００を用いたプラズマドーピング方法及びその作用について、被処理基板内へのリンの注入を例に説明する。
【００５２】
［プラズマドーピング方法］
本実施形態に係るプラズマドーピング方法は、隔壁を加熱部により加熱する工程（隔壁加熱工程）と、リンラジカルを被処理基板の表面に堆積させる工程（ラジカル堆積工程）と、被処理基板の表面に堆積したリンラジカルにヘリウムイオンを照射する工程（ドーピング工程）とを有する。以下、各工程を説明する。
【００５３】
（隔壁加熱工程）
まず、真空排気手段を作動させてチャンバ１を所定の圧力まで真空排気する。この状態で、図外の基板搬送ロボットを用いて被処理基板Ｗを搬送し、当該被処理基板Ｗをステージ３上に載置する。
【００５４】
一方、隔壁２は、加熱部４によって３００℃を超える温度に加熱される。加熱部４は隔壁２に直接取り付けられているため、伝熱作用により隔壁２を効率よく加熱できる。また加熱部４は、隔壁２を均一に加熱可能に構成されているため、隔壁２の全体を均一な温度に加熱することができる。
【００５５】
また、この際、加熱部４とシールリング７１との間には複数の遮熱板８１〜８３が相互に間隔をおいて相互に非接触で配置されているため、最内周に位置する遮熱板８１から最外周に位置する遮熱板８３に向かって段階的に温度を低下させることができる。これにより加熱部４により生じる輻射熱からシールリング７１を効果的に保護することが可能となる。
【００５６】
隔壁２の加熱処理は、典型的には、後述するラジカル堆積工程およびドーピング工程においても継続して実施される。
【００５７】
（ラジカル堆積工程）
次に、ガス導入部５からチャンバ１内に、リンを含むホスフィン（ＰＨ３）ガスと、希釈ガスとしてアルゴンガスとを供給する。これと同時に、上下の磁場コイル９１、９３に同一方向の電流を流すと共に、中間の磁場コイル９２に逆方向の電流を流すことにより、プラズマ形成空間Ｒ内に磁気中性線を形成する。さらに、高周波電源６５からループアンテナ６に高周波電力を印加することにより、磁気中性線に沿ってホスフィンガスのプラズマを発生させる。
【００５８】
ここで、本実施形態では、誘導結合プラズマを発生可能なループアンテナ６（アンテナ部６１）がチャンバ１内部のプラズマ形成空間Ｒに配置されている。これにより、導電性のチャンバ１や遮熱体８を備えるプラズマドーピング装置であっても、プラズマ形成空間Ｒに高密度のプラズマを発生させることが可能となる。
【００５９】
ループアンテナ６は石英で被覆されているため、ループアンテナ６のガスによる腐食と、プラズマによって起こるループアンテナ６のスパッタによるコンタミの発生を防ぐことが可能となる。
【００６０】
また、加熱部４は隔壁２と遮熱板８１との間に配置されているため、加熱部４のガスによる腐食と、プラズマによって起こる加熱部４のスパッタによるコンタミを防ぐことが可能となる。
【００６１】
本工程では電極３２に負のバイアス電位が印加されていないため、プラズマ中のイオン（ＰＨｘ＋，Ａｒ＋等）は被処理基板Ｗに引き込まれない。従って、リンラジカルの被処理基板Ｗ表面への堆積が支配的となる。
【００６２】
ホスフィンガスのプラズマ発生に伴い、隔壁２にはリン及びリン化合物を含む放電生成物（リン含有放電生成物）が接触する。本実施形態では、隔壁２は３００℃を超える温度に加熱されているため、隔壁２に接触するリン含有放電生成物の凝縮が阻害され、隔壁２への付着及び堆積が抑制される。リン含有放電生成物の再プラズマ化を防ぐことができるため、リンラジカルの被処理基板Ｗ表面への堆積量を安定させることが可能となる。
【００６３】
図２に、本発明者らが行ったリン含有放電生成物の昇温脱離ガス分析の実験結果の一例を示す。図２において横軸は温度、左縦軸はイオン強度（電流値）、右縦軸は圧力（分圧）をそれぞれ示している。
【００６４】
昇温脱離ガス分析法（Thermal Desorption Spectroscopy：ＴＤＳ）は、真空加熱により試料から発生したガスを温度毎にモニターでき、試料から脱離するガス及び分子と発生温度、圧力との関係を測定することができる分析法である。本発明者らがＴＤＳによりリン及びリン化合物を分析したところ、図２に示すように３００℃以下の温度でＰＨ，ＰＨ３の蒸発量のピークが現れ、３００℃を超える温度でリンが蒸発量のピークが現れることが確認された。図２によると、３５０℃付近でリンの蒸発量ピークが現れる。これにより、隔壁２を３００℃を超える温度に加熱することで、隔壁２へのリン及びその化合物の付着を抑制できることがわかる。
【００６５】
被処理基板Ｗ表面に堆積するリンラジカルの面内分布を向上させるためには、プラズマ中のリンラジカルの分布を向上させる必要がある。そこで、本実施形態では、磁場コイル９１〜９３に流れる電流値を調整して磁気中性線の広がりを変化させることで、プラズマ中のリンラジカルの分布を制御している。例えば、以下のデポジション条件を用いることで、被処理基板Ｗ表面に堆積するリンラジカルの面内分布を制御することができる。
【００６６】
デポジション条件は特に限定されず、例えば以下の条件で実施される。
ＰＨ３流量：１［ｓｃｃｍ］
Ａｒ流量：１００［ｓｃｃｍ］
プロセス圧力：３［Ｐａ］
アンテナＲＦパワー：３００［Ｗ］
バイアスＲＦパワー：０［Ｗ］
磁場コイル電流（上下／中間）：９．５［Ａ］／７．５［Ａ］
【００６７】
被処理基板Ｗ表面へのリンラジカルの堆積を所定時間（例えば、２０秒〜４０秒）行った後、ホスフィンガス及びアルゴンガスの供給と、ループアンテナ６への高周波電力の印加とを停止する。
【００６８】
なお、本工程で用いる希釈ガスは、アルゴンガスに限定されず、ヘリウムガス等の不活性ガスを用いることができる。あるいは、希釈ガスの供給を省略することもできる。
【００６９】
（ドーピング工程）
次に、アルゴンガスの供給を開始し、ループアンテナ６への高周波電力の印加を再開し、高周波電源３４から電極３２に負のバイアス電位を印加する。なお、ホスフィンガスの供給を停止し、アルゴンガスの供給とループアンテナ６への高周波電力の印加とを継続して行ったまま、負のバイアス電位をステージ３に印加することで、ラジカル堆積工程と本工程とを連続して実施できる。
【００７０】
本工程では、プラズマ中のアルゴンイオン（Ａｒ＋）が被処理基板Ｗに引き込まれる。被処理基板Ｗに引き込まれたアルゴンイオンがリンラジカルに衝突することで、リンラジカルが被処理基板Ｗ内に押し込まれる。被処理基板Ｗ内に押し込まれるリンラジカルの面内分布を向上させるには、被処理基板Ｗに引き込まれるアルゴンイオンの面内分布を向上させる必要がある。
【００７１】
そこで、本実施形態では、磁場コイル９１〜９３に流れる電流値を調整して磁気中性線の広がりを変化させることで、プラズマ中のアルゴンイオンの分布を制御する。例えば、以下のアルゴンイオン照射条件を用いることで、被処理基板Ｗに引き込まれるアルゴンイオンの面内分布を制御することができる。中間の磁場コイル９２の電流値を上記デポジション条件と変えることで、被処理基板Ｗ表面でアルゴンイオンの均一な面内分布を得るのに最適な磁気中性線の広がりに制御される。
【００７２】
アルゴンイオン照射条件は特に限定されず、例えば以下の条件で実施される。
ＰＨ３流量：０［ｓｃｃｍ］
Ａｒ流量：１００［ｓｃｃｍ］
プロセス圧力：２［Ｐａ］
アンテナＲＦパワー：３００［Ｗ］
バイアスＲＦパワー：５００［Ｗ］
バイアスＶｐｐ：３０００［Ｖ］
磁場コイル電流（上下／中間）：９．５［Ａ］／７．０［Ａ］
【００７３】
その後、図示省略したランプアニール装置において熱処理を行うことで、被処理基板Ｗ内に注入されたリンラジカルを拡散させる。これにより被処理基板Ｗ内にｎ型の不純物拡散層が形成される。熱処理条件は特に限定されず、例えば窒素雰囲気中で９００〜１１００℃、１秒〜１時間とすることができる。
【００７４】
＜実験例１＞
上述のプラズマドーピング装置１００及びそれを用いたプラズマドーピング方法によって、リンをドーピングした基板（シリコン基板）を５０枚作製した。シリコン基板のドーピング処理は、最初の２５枚を１ロット目、次の２５枚を２ロット目とし、１ロット目と２ロット目の間には１．５時間のインターバルを設けた。この際、ラジカル堆積工程及びドーピング工程は、加熱部４によって隔壁２を３５０℃に加熱しながら行われた。
【００７５】
ドーピング処理が完了したシリコン基板を窒素雰囲気中で１０００℃、１秒間、アニール処理を行った。その後、基板上のドーピング領域のシート抵抗値を測定し、基板間のシート抵抗値のバラツキを基に、ドーズ量の再現性を評価した。
【００７６】
評価の結果、１ロット内（１枚目〜２５枚目）の再現性は０．６％、２ロット内（２６枚目〜５０枚目）の再現性は０．２％となり、ロット内及びロット間において良好な再現性（１％未満）が得られることが確認された。
【００７７】
＜実験例２＞
隔壁２の加熱温度を２３０℃とした以外は、実験例１と同様な条件でドーズ量の再現性を評価した。評価の結果、１ロット内（１枚目〜２５枚目）の再現性は１１．５％。２ロット内（２６枚目〜５０枚目）の再現性は４．０％、１枚目〜５０枚目の再現性は８．３％であった。
【００７８】
実験例１および実験例２の結果から、実験例１の方が実験例２よりも再現性に優れることが明らかとなった。その理由は、実験例２の隔壁温度が３００℃以下（２３０℃）であることによる。すなわち実験例２では、図２に示したように隔壁２へのＰＨ，ＰＨ３の付着を抑制できたとしてもＰ等の一部の放電生成物の付着を十分に抑制することはできず、さらに当該付着物のプラズマによる再蒸発（再励起）が不規則的に発生することで、基板上に堆積するラジカル量が変動する。その結果、基板に注入されるラジカル量のバラツキがドーズ量のバラツキをもたらし、再現性の低下を招いたと推察される。
【００７９】
これに対して実験例１においては、隔壁が３００℃を超える温度（３５０℃）に加熱されているため、ＰＨ，ＰＨ３だけでなく、Ｐの付着を十分に抑制でき、これにより隔壁に付着し得る放電生成物の量を著しく低減することができる。その結果、ドーズ量のバラツキも低減され、上述したような１％未満という良好な再現性を得ることが可能となったものと推察される。
【００８０】
なお実験例１，２いずれについても、１ロット目よりも２ロット目の方が再現性が高いのは、装置の稼働時間が長くなるほどチャンバ内の均熱性等が安定するためであると考えられ、ほぼ一般的な傾向であるといえる。
【００８１】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマドーピング装置の構成例を示す模式断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
【００８２】
本実施形態のプラズマドーピング装置２００は、第１の実施形態で説明したプラズマドーピング装置１００と同様の構成を有するとともに、パージガス導入部２０１と、アンテナ昇降機構２０２とをさらに有する。
【００８３】
パージガス導入部２０１は、加熱部４と第２の筐体１２との間の遮熱体８が設置される環状空間にアルゴンや窒素等の不活性ガスを導入するためのもので、例えば、第２の筐体１２の天板部１２１に設けられる。
【００８４】
パージガス導入部２０１は、ドーピング処理中、上記環状空間に不活性ガスを導入することで隔壁部４の内側（プラズマ形成空間Ｒ）よりも高い圧力に維持し、加熱部４が設置された隔壁４の外側へのドーピングガス（ホスフィンガス）の回り込みを抑制する。これにより、ドーピングガスとの接触による劣化から加熱部４を保護することができる。
【００８５】
アンテナ昇降機構２０２は、ループアンテナ６をプラズマ形成空間Ｒにおいて昇降させるためのもので、アンテナ６を支持する固定部材６３と天板部１２１との間に設置される。アンテナ昇降機構２０２は、天板部１２１の上にシールリング２０３を介して固定された第１の支持体２０４と、固定部材６３の下にシールリング７３を介して固定された第２の支持体２０５と、第１の支持体２０４と第２の支持体２０５との間に配置されたベローズ２０６とを有する。
【００８６】
アンテナ昇降機構２０２は、アンテナ支持部６２を天板部１２１に対して昇降させることで、アンテナ６をプラズマ形成空間Ｒにおいて所望の高さ位置に調整する。これによりプラズマ中のイオン分布のさらなる均一化を図り、被処理基板Ｗに対するプラズマドーピング処理の面内均一性を高めることができる。
【００８７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００８８】
例えば、上記実施形態では、ラジカル堆積工程とドーピング工程とが別工程で実施されたが、これに限られず、プラズマ中のリンイオンを電気的に引き出して基板上に直接注入するようにしてもよい。この場合、チャンバ内にイオン引き出し用の電極（グリッド電極）を設置したり、ステージにバイアス電力を印加した状態でドーピングガスのプラズマを形成したりすればよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、ラジカル堆積工程とドーピング工程とを同一チャンバで行っているが、これらの工程は別々のチャンバで行うこともできる。
【００９０】
また、上記実施形態ではループアンテナにより誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生装置を用いたが、これに限らず、容量結合プラズマを発生させる平行平板型のプラズマ発生装置やマイクロ波によるプラズマ発生装置等を用いることができる。
【００９１】
また、プラズマドーピング装置１００は複数の磁場コイル９を有するが、上記実施形態の構成は複数の磁場コイル９を有しない装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
Ｗ…被処理基板
１…チャンバ
１１…第１の筐体
１２…第２の筐体
２…隔壁
３…ステージ
４…加熱部
５…ガス導入部
６…ループアンテナ
７１〜７３…シールリング
８（８１〜８３）…遮熱体
９（９１〜９３）…複数の磁場コイル
Ｒ…プラズマ形成空間
１００，２００…プラズマドーピング装置
２０１…パージガス導入部
２０２…アンテナ昇降機構
【図１】
2017037861.tif 000003
【図２】
2017037861.tif 000004
【図３】
2017037861.tif 000005