JP4303662B2

JP4303662B2 - プラズマ処理方法

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Publication number: JP4303662B2
Application number: JP2004258451A
Authority: JP
Inventors: 智洋奥村; 雄一朗佐々木; 聡前嶋; 一郎中山; 文二水野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: JP2005109453A

Description

この発明は、不純物を半導体基板等の固体試料の表面に導入するプラズマドーピングに代表されるプラズマ処理方法及び装置に関するものである。

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）。図１３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１３において、真空室２０１内に、シリコン基板よりなる試料２０９を載置するための試料電極２０６が設けられている。真空室２０１内に所望の元素を含むドーピング原料ガス、例えばＢ_２Ｈ_６を供給するためのガス供給装置２０２、真空室２０１内の内部を減圧するポンプ２０３が設けられ、真空室２０１内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管２１９より、誘電体窓としての石英板２０７を介して、真空室２０１内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石２１４から形成される直流磁場の相互作用により、真空室２０１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）２２０が形成される。試料電極２０６には、コンデンサ２２１を介して高周波電源２１０が接続され、試料電極２０６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２０２から供給されたガスは、ガス導入口２１１から真空室２０１内に導入され、排気口２１２からポンプ２０３へ排気される。

このような構成のプラズマ処理装置において、ガス導入口２１１から導入されたドーピング原料ガス、例えばＢ_２Ｈ_６は、マイクロ波導波管２１９及び電磁石２１４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２２０中のボロンイオンが高周波電源２１０によって試料２０９の表面に導入される。

このようにして不純物が導入された試料２０９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２０９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。

ところで、Ｂ_２Ｈ_６よりなるドーピング原料ガスのように、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。

また、プラズマドーピング法は、ドーピング原料ガスに含まれている物質の全てが試料に導入される。Ｂ_２Ｈ_６よりなるドーピング原料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。

そこで、試料２０９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室２０１内に配置すると共に、真空室２０１内において希ガスのプラズマ２２０を発生させ、不活性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（例えば、特許文献２参照）。図１４は、前記特許文献２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ドーピング装置の概略構成を示している。図１４において、真空室２０１内に、シリコン基板よりなる試料２０９を載置するための試料電極２０６が設けられている。真空室２０１内に不活性ガスを供給するためのガス供給装置２０２、真空室２０１内の内部を減圧するポンプ２０３が設けられ、真空室２０１内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管２１９より、誘電体窓としての石英板２０７を介して、真空室２０１内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石２１４から形成される直流磁場の相互作用により、真空室２０１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）２２０が形成される。試料電極２０６には、コンデンサ２２１を介して高周波電源２１０が接続され、試料電極２０６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２２２が、固体保持台２２３上に設けられ、固体保持台２２３の電位が、コンデンサ２４を介して接続された高周波電源２２５によって制御される。なお、ガス供給装置２０２から供給されたガスは、ガス導入口２１１から真空室２０１内に導入され、排気口２１２からポンプ２０３へ排気される。

このような構成のプラズマドーピング装置において、ガス導入口２１１から導入された不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）は、マイクロ波導波管２１９及び電磁石２１４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２２２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２０９の表面に導入される。
米国特許４９１２０６５号公報特開平０９−１１５８５１号公報

しかしながら、従来の方式では、不純物を試料の表面に均一にドーピングすることが困難であるという問題点があった。

図１５は、図１３に示す従来のプラズマドーピング装置において、図１３の上から下に向けてｘ軸をとったときの、直径２００ｍｍのシリコン半導体基板２０９にボロンをドーピングした際のシート抵抗を測定した結果である。図１５から明らかなように、シート抵抗はガス導入口２１１に近い側（図１３の上側）で高く、排気口２１２に近い側（図１３の下側）で低くなっている。これは、ガス流れの不均一、言いかえれば、圧力の不均一、流速の不均一、ボロン分圧の不均一などが影響して生じる、不純物源としてのボロンイオン密度の不均一に起因しているものと考えられる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能なプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、試料又は試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマ処理方法であって、
真空室内の試料電極に上記試料を載置し、
上記真空室内を上記真空室の排気口から排気しつつ、上記真空室のガス導入口より上記真空室内にガスを供給し、
上記真空室の体積をＶ（Ｌ：リットル）、上記真空室内の圧力をｐ（Ｔｏｒｒ）、供給される上記ガスの流量をＱ（Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ）としたとき、Ｖ・ｐ／Ｑ＞１（ｓ）なる関係を満たしながら、プラズマ源に高周波電力を供給することにより上記真空室内にプラズマを発生させて上記試料又は上記試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマ処理方法を提供する。

このような構成により、上記Ｖ・ｐ／Ｑ＞１（ｓ）なる関係を満たしながら上記真空室内に上記ガスを供給するとともに、排気流量を０とするとともに上記ガスの供給流量を０とした状態でプラズマ源に高周波電力を供給して上記真空室内にプラズマを発生させるようにしたので、ガス流れの影響を受けることなくプラズマ処理が行えるようになり、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能となる。また、プラズマ発生中にガス導入口付近へ反応生成物が堆積しにくいため、試料にパーティクル（ダスト）が降ることなく、プラズマ処理を行うことができる。
本発明の第２態様によれば、上記Ｖ・ｐ／Ｑは２０ｓ以下である、第１の態様に記載のプラズマ処理方法を提供する。

以上のように、本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、パーティクル（ダスト）を発生させることなく、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１Ａから図２を参照して説明する。

図１Ａ及び図１Ｂに、本発明の第１実施形態において用いるプラズマドーピング装置の断面図及び平面図を示す。図１Ａにおいて、真空室９００を形成しかつ接地された真空容器１内に、ガス供給装置２から真空容器１のガス導入口１１を介して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により真空容器１の排気口１２を介して排気を行い、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により一例として１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、試料電極６に対向して真空容器１の上部に設けられた誘電体窓７の外側の上面近傍に設けられたコイル８に供給することにより、誘導結合型プラズマを、真空容器１内の真空室９００の試料電極６の上方空間及びその周辺に発生させることができる。真空容器１内に絶縁体６０を介して配置された試料電極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、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の電位を制御装置１０００により制御することができるようになっている。
ガス供給装置２から真空室９００にガスを供給するために真空容器１に形成されたガス導入口１１は、上記排気口１２と上記真空室９００のガス導入口１１とを結ぶ最短流路が上記試料の一例としてのシリコン基板９の表面の上方空間（この第１実施形態では、試料電極６の上方空間）を回避するように、排気口１２の近傍で排気口１２に対向する真空容器１の上部に下向きに設けられている。よって、ガス供給装置２から供給されたガスは、試料電極６よりも排気口１２に近い部位に設けられたガス導入口１１から真空容器１内の真空室９００に供給され、供給されたガスは、試料電極６の上方空間に向かわずに排気口１２からポンプ３へ排気される。すなわち、供給されたガスは、すべて最終的には排気口１２を通じてポンプ３へ流れる。
上記制御装置１０００は、ガス供給装置２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とを後述するように動作制御する。
なお、上記真空容器１の内壁形状、言い換えれば真空室９００の形状は、図１Ｂに示すように、試料電極６の周囲は円形状に構成され、排気口１２の周囲は矩形状に構成されている。しかしながら、上記真空室９００はこのような形状に限定されるものではない。例えば、真空容器１Ｃの真空室９００の形状は、図１Ｃに示すように、試料電極６の周囲を矩形状に構成し、排気口１２の周囲は台形状に構成してもよい。また、真空容器１Ｄの真空室９００の形状は、図１Ｄに示すように、試料電極６の周囲を大きな円形状に構成し、排気口１２の周囲は小さな円形状に構成してもよい。なお、いずれの例でも、上記試料電極６は、上記真空容器１の内側壁面から不均等な位置に配置されている。

基板９を試料電極６に載置した後、試料電極６の温度を例えば１０℃に保ちながら、真空室９００を排気口１２から排気しつつ、ガス導入口１１より真空室９００に例えばヘリウムガスを５０ｓｃｃｍ、ドーピング原料ガスの一例としてのジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガスを３ｓｃｃｍ供給し、調圧弁４を制御して真空室９００の圧力を例えば３Ｐａに保つ。
次に、排気を停止又はほぼ停止とする（言い換えれば、排気流量を０又はほぼ０とする）とほぼ同時にガスの供給を停止又はほぼ停止とする（言い換えれば、ガスの供給流量を０又はほぼ０とする）ことで、真空室９００に例えばヘリウムガスとジボランガスの混合ガスが３Ｐａ封入された状態にする。
次に、このようにガスの流れが無い又はほぼ無い状態でプラズマ源の一例としてのコイル８に高周波電力を例えば８００Ｗ供給することにより、真空室９００にプラズマを発生させるとともに、試料電極に例えば２００Ｗの高周波電力を供給することにより、ボロンを基板９の表面近傍に導入することができた。
図２は、図１Ａの左から右に向けてｘ軸をとったときの、直径２００ｍｍのシリコン半導体基板にボロンをドーピングした際の基板の位置と、その位置でのシート抵抗を測定した結果である。図２から明らかなように、シート抵抗の面内分布は従来例と比較して格段に均一化されている。

これは、ガスの流れが無い状態でプラズマを発生させていることにより、従来例でみられた圧力の不均一、流速の不均一、ボロン分圧の不均一などが影響して生じる、不純物源の一例としてのボロンイオン密度の不均一が低減され、ガス流れの影響を受けることなくドーピング処理が行えたためであると考えられる。

ここで、ガス導入口１１の配置について説明する。
まず、比較のため、試料電極上をガスの流れが回避していない例として図３に示すように、ガス導入口１１１を試料電極１０６より上で、試料電極１０６よりも排気口１１２に遠い部位に設けた従来のプラズマドーピング装置の場合でかつガスを流しつつプラズマを発生させてボロンを試料１０９の表面近傍に導入する場合には、シート抵抗の面内分布は、第１実施形態の図１Ａの装置を用いる場合と同様に良好であったものの、試料１０９上にパーティクル（ダスト）が降り、デバイスの歩留まりが激減してしまった。なお、図３において、１００はガス導入口１１１から排気口１１２へのガスの流れ、１０１は真空容器、１０２はガス供給装置、１０３はターボ分子ポンプ、１０４は調圧弁、１０５は高周波電源、１０７は誘電体窓、１０８はコイル、１１０は高周波電源、１６０絶縁体、１１９は真空室である。
一方、第１実施形態の図１Ａの装置を用いた場合は、試料９上にパーティクル（ダスト）が降ることはなく、歩留まりも高かった。また、ガスの供給と排気を停止しない従来例の処理においても、試料９上にパーティクル（ダスト）は降らなかった。このような結果となった理由は以下の通りである。すなわち、ガス導入口１１よりガスを供給しながらプラズマを発生させた場合、ガス導入口１１の近傍は局所的に圧力が高く、流速が高いため、プラズマ密度が極めて低くなる。その結果、ガス導入口１１の近傍には反応生成物の堆積が起きない。しかし、ガスの供給を停止又はほぼ停止した状態でプラズマを発生させると、ガス導入口１１の近傍にも反応生成物が堆積する。ガス導入口１１の近傍に反応生成物が堆積した状態でガスの供給を再開すると、ガス流によって堆積した反応生成物から成る薄膜が剥がれ、パーティクルとなって基板９上に降ることになる。
図１Ａの装置では、ガス導入口１１を試料電極６より上で、試料電極６よりも排気口１２に近い部位に設けたため、発生したパーティクルは、ガス流に乗って試料電極６よりも排気口１２側に流れやすくなり、試料電極上を回避したので、基板９の方へは降ってこなかったものと考えられる。
従って、上記第１実施形態によれば、排気を停止又はほぼ停止するのとほぼ同時にガスの供給を停止又はほぼ停止した状態で高周波電力を供給して真空室９００にプラズマを発生させるようにしたので、ガス流れの影響を受けることなくプラズマ処理が行えることになり、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能となる。また、ガス導入口１１を試料電極６よりも排気口１２に近い部位に設けられているため、試料の一例としてのシリコン基板９にパーティクル（ダスト）が降ることなく、プラズマ処理を行うことができる。

以上のようなメカニズムを検証するため、ガス導入口１１の配置についての様々な実例を実施形態とともに説明する。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。

図４に、本発明の第２実施形態において用いるプラズマドーピング装置の断面図を示す。図４において、真空室９００を形成しかつ接地された真空容器１内に、ガス供給装置２から真空容器１のガス導入口１１を介して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により真空容器１の排気口１２を介して排気を行い、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により一例として１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、試料電極６に対向して真空容器１の上部に設けられた誘電体窓７の外側の上面近傍に設けられたコイル８に供給することにより、誘導結合型プラズマを、真空容器１内の真空室９００の試料電極６の上方空間及びその周辺に発生させることができる。真空容器１内に絶縁体６０を介して配置された試料電極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、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の電位を制御装置１０００により制御することができるようになっている。
ガス供給装置２から真空室９００にガスを供給するために真空容器１に形成されたガス導入口１１は、上記排気口１２と上記真空室９００のガス導入口１１とを結ぶ最短流路が上記試料の一例としてのシリコン基板９の表面の上方空間（この第２実施形態では、試料電極６の上方空間）を回避するように、真空容器１の底面でかつ試料電極６の排気口１２とは反対側の部位（図４では試料電極６の左側の部位）に設けられている。よって、ガス供給装置２から供給されたガスは、試料電極６よりも下の部位、具体的には真空容器１の底面でかつ試料電極６の排気口１２とは反対側の部位に設けられたガス導入口１１から真空容器１内の真空室９００に導入され、供給されたガスは、試料電極６の上方空間に向かわずに試料電極６の周囲下方を通って排気口１２に向かい、排気口１２からポンプ３へ排気される。
上記制御装置１０００は、ガス供給装置２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とを以下のように動作制御する。

基板９を試料電極６に載置した後、試料電極６の温度を例えば１０℃に保ちながら、真空室９００を排気口１２から排気しつつ、ガス導入口１１より真空室９００内に例えばヘリウムガスを５０ｓｃｃｍ、ドーピング原料ガスの一例としてのジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガスを３ｓｃｃｍ供給し、調圧弁４を制御して真空室９００内の圧力を例えば３Ｐａに保つ。
次に、排気を停止又はほぼ停止とする（言い換えれば、排気流量を０又はほぼ０とする）とほぼ同時にガスの供給を停止又はほぼ停止とする（言い換えれば、ガスの供給流量を０又はほぼ０とする）ことで、ガスの流れが無い又はほぼ無い状態、すなわち、真空室９００に例えばヘリウムガスとジボランガスの混合ガスが３Ｐａ封入された状態にする。
次に、このようにガスの流れが無い又はほぼ無い状態でプラズマ源の一例としてのコイル８に高周波電力を例えば８００Ｗ供給することにより、真空室９００にプラズマを発生させるとともに、試料電極に例えば２００Ｗの高周波電力を供給することにより、ボロンを基板９の表面近傍に導入することができた。
この場合も、シート抵抗の面内分布は従来例と比較して格段に均一化された。これは、ガスの流れが無い又はほぼ無い状態でプラズマを発生させていることにより、従来例でみられた圧力の不均一、流速の不均一、ボロン分圧の不均一などが影響して生じる、不純物源の一例としてのボロンイオン密度の不均一が低減され、ガス流れの影響を受けることなくドーピング処理が行えたためであると考えられる。

また、ガスの供給を停止又はほぼ停止した状態でプラズマを発生させたため、ガス導入口１１の近傍にも反応生成物が堆積するものの、図４の装置では、ガス導入口１１を試料電極６より下の部位（プラズマ密度が低い領域）に設けたため、堆積する反応生成物の量は従来例と比較して格段に少なくなった。その結果、パーティクルは基板９の上には降ってこなかった。
従って、上記第２実施形態によれば、排気を停止又はほぼ停止するのとほぼ同時にガスの供給を停止又はほぼ停止した状態で高周波電力を供給して真空室９００にプラズマを発生させるようにしたので、ガス流れの影響を受けることなくプラズマ処理が行えることになり、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能となる。また、ガス導入口１１が試料電極６よりも下の部位に設けられているため、試料の一例としてのシリコン基板９にパーティクル（ダスト）が降ることなく、プラズマ処理を行うことができる。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について、図５を参照して説明する。

図５に、本発明の第３実施形態において用いるプラズマドーピング装置の断面図を示す。図５において、真空室９００を形成しかつ接地された真空容器１内に、ガス供給装置２から真空容器１のガス導入口１１を介して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により真空容器１の排気口１２を介して排気を行い、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により一例として１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、試料電極６に対向して真空容器１の上部に設けられた誘電体窓７の近傍に設けられたコイル８に供給することにより、誘導結合型プラズマを、真空容器１内の真空室９００の試料電極６の上方空間及びその周辺に発生させることができる。真空容器１内に絶縁体６０を介して配置された試料電極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、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の電位を制御装置１０００により制御することができるようになっている。
ガス供給装置２から真空室９００にガスを供給するために真空容器１に形成されたガス導入口１１は、上記排気口１２と上記真空室９００のガス導入口１１とを結ぶ最短流路が上記試料の一例としてのシリコン基板９の表面の上方空間（この第３実施形態では、試料電極６の上方空間）を回避するように、排気口１２の近傍の真空容器１に排気口１２に向けて設けられている。よって、ガス供給装置２から供給されたガスは、排気口１２の近傍に設けられたガス導入口１１から排気口１２に向けて真空容器１内の真空室９００に導入され、供給されたガスは、試料電極６の上方空間に向かわずに排気口１２からポンプ３へ排気される。

上記制御装置１０００は、ガス供給装置２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とを以下のように動作制御する。
基板９を試料電極６に載置した後、試料電極６の温度を例えば１０℃に保ちながら、真空室９００を排気口１２から排気しつつ、ガス導入口１１より真空室９００内に例えばヘリウムガスを５０ｓｃｃｍ、ドーピング原料ガスの一例としてのジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガスを３ｓｃｃｍ供給し、調圧弁４を制御して真空室９００内の圧力を例えば３Ｐａに保つ。
次に、排気を停止又はほぼ停止とする（言い換えれば、排気流量を０又はほぼ０とする）とほぼ同時にガスの供給を停止又はほぼ停止とする（言い換えれば、ガスの供給流量を０又はほぼ０とする）ことで、ガスの流れが無い又はほぼ無い状態、すなわち、真空室９００に例えばヘリウムガスとジボランガスの混合ガスが３Ｐａ封入された状態にする。

次に、このようにガスの流れが無い又はほぼ無い状態でプラズマ源の一例としてのコイル８に高周波電力を例えば８００Ｗ供給することにより、真空室９００にプラズマを発生させるとともに、試料電極に例えば２００Ｗの高周波電力を供給することにより、ボロンを基板９の表面近傍に導入することができた。
この場合も、シート抵抗の面内分布は従来例と比較して格段に均一化された。これは、ガスの流れが無い又はほぼ無い状態でプラズマを発生させていることにより、従来例でみられた圧力の不均一、流速の不均一、ボロン分圧の不均一などが影響して生じる、不純物源の一例としてのボロンイオン密度の不均一が低減され、ガス流れの影響を受けることなくドーピング処理が行えたためであると考えられる。

また、ガスの供給を停止又はほぼ停止した状態でプラズマを発生させたため、ガス導入口１１の近傍にも反応生成物が堆積し、ガスの供給を再開した際にガス流によって堆積した反応生成物から成る薄膜が剥がれる。しかし、図５の装置では、ガス導入口１１を排気口１２に向けて設けたため、パーティクルは基板９の上には降ってこなかった。また、プラズマを発生させるステップにおいてもプラズマに曝されない部位にガス導入口１１を配置しているため、プラズマを発生させた際にガス導入口１１の近傍にほとんど反応生成物が堆積せず、排気されるパーティクルも激減し、より安定したプラズマドーピング処理を行うことができた。
従って、上記第３実施形態によれば、排気流量を０（停止）又はほぼ０(ほぼ停止)とするとともに上記ガスの供給流量を０（停止）又はほぼ０(ほぼ停止)とした状態で、プラズマ源の一例としてのコイル８に高周波電力を供給して上記真空室９００内にプラズマを発生させるようにしたので、ガス流れの影響を受けることなくプラズマ処理が行えるようになり、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能となる。また、ガス導入口１１より排気口１２に向けてガスを供給するため、試料の一例としてのシリコン基板９にパーティクル（ダスト）が降ることなく、プラズマ処理を行うことができる。

（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について、図６を参照して説明する。

図６に、本発明の第４実施形態において用いるプラズマドーピング装置の断面図を示す。図６において、真空室９００を形成しかつ接地された真空容器１内に、ガス供給装置２から真空容器１のガス導入口１１を介して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により真空容器１の排気口１２を介して排気を行い、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により一例として１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、試料電極６に対向して真空容器１の上部に設けられた誘電体窓７の外側の上面近傍に設けられたコイル８に供給することにより、誘導結合型プラズマを、真空容器１内の真空室９００の試料電極６の上方空間及びその周辺に発生させることができる。真空容器１内に絶縁体６０を介して配置された試料電極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、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の電位を制御装置１０００により制御することができるようになっている。
ガス供給装置２から真空室９００にガスを供給するために真空容器１に形成されたガス導入口１１は、上記排気口１２と上記真空室９００のガス導入口１１とを結ぶ最短流路が上記試料の一例としてのシリコン基板９の表面の上方空間（この第４実施形態では、試料電極６の上方空間）を回避するように、排気口１２の近傍で、かつ、排気口１２に対向する真空容器１の上部の排気口１２に対向する位置に排気口１２に向けて設けられている。よって、ガス供給装置２から供給されたガスは、排気口１２の近傍に設けられたガス導入口１１からポンプ３に向けて真空容器１内に導入され、供給されたガスは、試料電極６の上方空間に向かわずに排気口１２からポンプ３へ排気される。
上記制御装置１０００は、ガス供給装置２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とを以下のように動作制御する。

また、ガスの供給を停止又はほぼ停止した状態でプラズマを発生させたため、ガス導入口１１の近傍にも反応生成物が堆積し、ガスの供給を再開した際にガス流によって堆積した反応生成物から成る薄膜が剥がれる。しかし、図６の装置では、ガス導入口１１をポンプ３に向けて設けたため、パーティクルは基板９の上には降ってこなかった。また、プラズマを発生させるステップにおいてもプラズマに曝されない部位にガス導入口１１を配置しているため、プラズマを発生させた際にガス導入口１１の近傍にほとんど反応生成物が堆積せず、排気されるパーティクルも激減し、より安定したプラズマドーピング処理を行うことができた。
従って、第４実施形態によれば、排気流量を０（停止）又はほぼ０（ほぼ停止）とするとともに上記ガスの供給流量を０（停止）又はほぼ０（ほぼ停止）とした状態で、プラズマ源の一例としてのコイル８に高周波電力を供給して上記真空室９００内にプラズマを発生させるようにしたので、ガス流れの影響を受けることなくプラズマ処理が行えるようになり、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能となる。また、ガス導入口１１より排気装置の一例としてのターボ分子ポンプ３に向けてガスを供給するため、試料の一例としてのシリコン基板９にパーティクル（ダスト）が降ることなく、プラズマ処理を行うことができる。

（第５実施形態）
以下、本発明の第５実施形態について、図７を参照して説明する。

図７に、本発明の第５実施形態において用いるプラズマドーピング装置の断面図を示す。図７において、真空室９００を形成しかつ接地された真空容器１内に、ガス供給装置２から真空容器１のガス導入口１１を介して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により真空容器１の排気口１２を介して排気を行い、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により一例として１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、試料電極６に対向して真空容器１の上部に設けられた誘電体窓７の外側の上面近傍に設けられたコイル８に供給することにより、誘導結合型プラズマを、真空容器１内の真空室９００の試料電極６の上方空間及びその周辺に発生させることができる。真空容器１内に絶縁体６０を介して配置された試料電極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、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の電位を制御装置１０００により制御することができるようになっている。
ガス供給装置２から真空室９００にガスを供給するために真空容器１に形成されたガス導入口１１は、上記排気口１２と上記真空室９００のガス導入口１１とを結ぶ最短流路が上記試料の一例としてのシリコン基板９の表面の上方空間（この第５実施形態では、試料電極６の上方空間）を回避するように、試料電極６の排気口１２とは反対側の真空容器１の側部で（図４では試料電極６の左側の側部）に横方向に向けて設けられ、かつ、ガス導入口１１の開口を試料電極６側に対して遮蔽する遮蔽部材の一例としての遮蔽板１３が設けられている。
遮蔽板１３は、遮蔽機能を有しかつプラズマとは反応しない金属材料より構成されて真空容器１とともに接地され、真空容器１の上記側部の内壁から内側に向けて突出したのち下方に屈曲して、横断面がＬ字形状となった板材より構成されている。この遮蔽板１３により、ガス導入口１１に対向する内面沿いにかつ下向きにガスを案内するようにしている。このガスの案内をより確実にするため、ガス導入口１１に対向する内面には、図７Ｂ〜図７Ｄに示すように凹部１３ａを有して、ガス導入口１１から供給されたガスが、遮蔽板１３の側方に向かわずに、凹部１３ａにより下向きに試料電極６の周囲下方に案内されるようにしている。遮蔽板１３の材料としては、金属以外にも、セラミックスなどの絶縁材も使用することができる。
よって、ガス供給装置２から供給されたガスは、プラズマを発生させるステップにおいてプラズマから遮蔽板１３によって遮蔽される部位に設けられたガス導入口１１からポンプ３に向けて真空容器１内に導入され、供給されたガスは、試料電極６の上方空間に向かわずに、遮蔽板１３によって試料電極６の下方の周囲を流れるように案内され、排気口１２からポンプ３へ排気される。
上記制御装置１０００は、ガス供給装置２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とを後述するように動作制御する。
なお、上記遮蔽板１３の他の例としては、図７Ｅ〜図７Ｇに示すように、凹部１３ａを有しない遮蔽板１３Ａとしてもよい。

基板９を試料電極６に載置した後、試料電極６の温度を例えば１０℃に保ちながら、真空室９００を排気口１２から排気しつつ、ガス導入口１１より真空室９００内に例えばヘリウムガスを５０ｓｃｃｍ、ドーピング原料ガスの一例としてのジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガスを３ｓｃｃｍ供給し、調圧弁４を制御して真空室９００内の圧力を例えば３Ｐａに保つ。
次に、排気を停止又はほぼ停止とする（言い換えれば、排気流量を０又はほぼ０とする）とほぼ同時にガスの供給を停止又はほぼ停止とする（言い換えれば、ガスの供給流量を０又はほぼ０とする）ことで、ガスの流れが無い又はほぼ無い状態、すなわち、真空室９００に例えばヘリウムガスとジボランガスの混合ガスが３Ｐａ封入された状態にする。

次に、このようにガスの流れが無い又はほぼ無い状態でプラズマ源の一例としてのコイル８に高周波電力を例えば８００Ｗ供給することにより、真空室９００にプラズマを発生させるとともに、試料電極に例えば２００Ｗの高周波電力を供給することにより、ボロンを基板９の表面近傍に導入することができた。
この場合も、シート抵抗の面内分布は従来例と比較して格段に均一化された。これは、ガスの流れが無い又はほぼ無い状態でプラズマを発生させていることにより、従来例でみられた圧力の不均一、流速の不均一、ボロン分圧の不均一などが影響して生じる、不純物源の一例としてのボロンイオン密度の不均一が低減され、ガス流れの影響を受けることなくドーピング処理が行えたためであると考えられる。
また、ガスの供給を停止又はほぼ停止した状態でプラズマを発生させたため、ガス導入口１１の近傍にも反応生成物が堆積し、ガスの供給を再開した際にガス流によって堆積した反応生成物から成る薄膜が剥がれる。

しかし、図７の装置では、プラズマを発生させるステップにおいて発生するプラズマから遮蔽板１３によって遮蔽される部位にガス導入口１１を設けたため、プラズマを発生させた際にガス導入口１１の近傍にほとんど反応生成物が堆積せず、パーティクルが激減し、より安定したプラズマドーピング処理を行うことができた。
従って、第５実施形態によれば、排気流量を０（停止）又はほぼ０（ほぼ停止）とするとともに上記ガスの供給流量を０（停止）又はほぼ０（ほぼ停止）とした状態で、プラズマ源の一例としてのコイル８に高周波電力を供給して上記真空室９００内にプラズマを発生させるようにしたので、ガス流れの影響を受けることなくプラズマ処理が行えるようになり、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能となる。また、ガス導入口１１が、プラズマを発生させるステップにおいてもプラズマに曝されない部位に設けられているため、試料の一例としてのシリコン基板９にパーティクル（ダスト）が降ることなく、プラズマ処理を行うことができる。
なお、図８には、本発明の第５実施形態の変形例で用いるプラズマドーピング装置の構成を示している。この図８の変形例のプラズマドーピング装置では、ガス導入口１１が、１カ所のみならず、言い換えれば、試料電極６の排気口１２とは反対側の真空容器１の側部のみならず、試料電極６の周囲の側部に複数箇所、例えば９０度間隔毎に（図４では１８０度間隔毎に、すなわち、試料電極６の左側の側部及び右側の側部）に横方向に向けてそれぞれ設けられ、かつ、遮蔽板１３もそれぞれ設けられている。この場合、複数のガス導入口１１同士は、真空容器１の側部に貫通形成されたガス導入通路Ｂにより互いに連通されて、同時的にガス供給又はガス供給停止若しくはほぼ停止ができるようにしている。このようにすれば、複数のガス導入口１１から同時的にガスを試料電極６の周囲に供給して遮蔽板１３によりそれぞれ試料電極６の周囲下方に案内されて、排気口１２に向かうようにすることもでき、ガス供給をより効率良くすることができる。

以上述べた本発明の第１〜第５実施形態のそれぞれにおいては、排気を停止又はほぼ停止するのとほぼ同時にガスの供給を停止又はほぼ停止することで、真空容器１内にガスが所定の圧力だけ封入されてガスの流れが無い又はほぼ無い状態にする場合を例示したが、排気の停止又はほぼ停止及びガス供給の停止又はほぼ停止を再現性よく正確に行うならば、排気を停止又はほぼ停止してから所定時間経過後にガス供給を停止又はほぼ停止することで、ガスの流れが無い又はほぼ無い状態にすることも可能である。逆に、ガスの供給を停止又はほぼ停止してから所定時間経過後に排気を停止又はほぼ停止することで、ガスの流れが無い又はほぼ無い状態にしてもよい。

あるいは、ガスの供給と排気の停止又はほぼ停止を同時に行わず、真空容器内の排気を停止又はほぼ停止した後にガス導入口より真空容器内に所定時間、又は、真空容器内の圧力が所定の圧力に達するまでガスを供給して、その後ガスの供給を停止又はほぼ停止してガスの流れが無い又はほぼ無い状態にし、次いでプラズマ源に高周波電力を供給することにより真空容器内にプラズマを発生させてドーピング処理を行うことも可能である。
図９は、本発明の第１，２，３，４，５実施形態でそれぞれ用いるプラズマドーピング装置で行うプラズマドーピング処理の具体的な実例であって、３８リットルの真空室での条件テーブルを示す図である。
この実例では、ステップ番号１のガス供給及び排気工程では、圧力が３Ｐａ、Ｈｅ流量が５０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が３ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）が１．３ｓ、排気がオン、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。次いで、ステップ番号２のガス供給停止及び排気停止工程では、圧力が３Ｐａ、Ｈｅ流量が０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が０ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は計算できず、排気がオフ、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。ステップ番号３のプラズマ発生（プラズマドーピング）工程では、圧力が３Ｐａ、Ｈｅ流量が０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が０ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は計算できず、排気がオフ、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が８００／２００（Ｗ）である。
図１０は、本発明の第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の具体的な別の実例であって、先に排気を停止し、４Ｐａになると同時にガス供給を停止させる場合の３８リットルの真空室での条件テーブルの図である。
この実例では、ステップ番号１のガス供給及び排気工程では、圧力が３Ｐａ、Ｈｅ流量が１００ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が６ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）が０．６４ｓ、排気がオン、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。次いで、ステップ番号２のガス供給及び排気停止工程では、圧力が３Ｐａ、Ｈｅ流量が１００ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が６ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は計算できず、排気がオフ、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。ステップ番号３のガス供給停止及び排気停止工程では、圧力が４Ｐａ、Ｈｅ流量が０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が０ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は計算できず、排気がオフ、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。ステップ番号４のプラズマ発生（プラズマドーピング）工程では、圧力が４Ｐａ、Ｈｅ流量が０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が０ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は計算できず、排気がオフ、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が８００／２００（Ｗ）である。
図１１は、本発明の第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の具体的なさらに別の実例であって、先にガス供給を停止し、２Ｐａになると同時に排気を停止させる場合の３８リットルの真空室での条件テーブルの図である。
この実例では、ステップ番号１のガス供給及び排気工程では、圧力が３Ｐａ、Ｈｅ流量が１９８ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が２ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）が０．３４ｓ、排気がオン、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。次いで、ステップ番号２のガス供給停止及び排気工程では、圧力が３Ｐａ、Ｈｅ流量が０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が０ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は計算できず、排気がオン、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。ステップ番号３のガス供給停止及び排気停止工程では、圧力が２Ｐａ、Ｈｅ流量が０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が０ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は計算できず、排気がオフ、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。ステップ番号４のプラズマ発生（プラズマドーピング）工程では、圧力が２Ｐａ、Ｈｅ流量が０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が０ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は計算できず、排気がオフ、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が８００／２００（Ｗ）である。

（第６実施形態）
以下、本発明の第６実施形態について説明する。なお、本発明の第６実施形態においては、従来例において用いた図１３と類似するプラズマ処理装置を用いる。
図１２Ａは、図１３の従来のプラズマ処理装置と類似するプラズマ処理装置の概略構成を示している。図１２Ａにおいて、真空室１２０１内に、シリコン基板よりなる試料１２０９を載置するための試料電極１２０６が設けられている。真空室１２０１内に所望の元素を含むドーピング原料ガス、例えばＢ_２Ｈ_６を供給するためのガス供給装置１２０２、真空室１２０１内の内部を減圧するポンプ２０３が設けられ、真空室１２０１内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管１２１９より、誘電体窓としての石英板１２０７を介して、真空室１２０１内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石１２１４から形成される直流磁場の相互作用により、真空室１２０１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）１２２０が形成される。試料電極１２０６には、コンデンサ１２２１を介して高周波電源１２１０が接続され、試料電極１２０６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１２０２から供給されたガスは、ガス導入口１２１１から真空室１２０１内に導入され、排気口１２１２からポンプ１２０３へ排気される。
このような構成のプラズマ処理装置において、ガス導入口１２１１から導入されたドーピング原料ガス、例えばＢ_２Ｈ_６は、マイクロ波導波管１２１９及び電磁石１２１４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１２２０中のボロンイオンが高周波電源１２１０によって試料１２０９の表面に導入される。
このようにして不純物が導入された試料１２０９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１２０９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。

基板１２０９を試料電極１２０６に載置した後、試料電極１２０６の温度を例えば１０℃に保ちながら、真空室１２０１内を排気口１２１２から排気しつつ、ガス導入口１２１１より真空室１２０１内に例えばヘリウムガスを７ｓｃｃｍ、ドーピング原料ガスの一例としてのジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガスを３ｓｃｃｍ供給し、調圧弁１２３０を制御して真空室１２０１内の圧力を例えば３Ｐａに保ちながら、プラズマ源の一例として、マイクロ波導波管１２１９より、誘電体窓としての石英板１２０７を介して、真空室１２０１内にマイクロ波が放射され、このマイクロ波と、電磁石１２１４から形成される直流磁場の相互作用により、真空室１２０１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）１２２０を形成させるを発生させるとともに、試料電極１２０６に例えば２００Ｗの高周波電力を供給することにより、ボロンを基板１２０９の表面近傍に導入することができた。
このとき、シート抵抗の面内分布は従来例と比較して格段に均一化された。これは、ガスの流れはわずかにあるものの、ガス供給量が極めて小さいため（ガス供給量がほぼ０の停止状態とみなせるため）、従来例でみられた圧力の不均一、流速の不均一、ボロン分圧の不均一などが影響して生じる、不純物源の一例としてのボロンイオン密度の不均一が低減され、ガス流れの影響が小さい状態でドーピング処理が行えたためであると考えられる。
この条件におけるガスの真空室９００内での平均滞在時間（レジデンスタイム）を計算した。レジデンスタイムは、真空室９００の体積をＶ（Ｌ：リットル）、真空室９００内の圧力をｐ（Ｔｏｒｒ）、ガス流量をＱ（Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ）としたとき、Ｖ・ｐ／Ｑ（単位はｓ）なる式で表される。この条件では、Ｖ＝３８（Ｌ）、ｐ＝３（Ｐａ）＝０．０２３（Ｔｏｒｒ）、Ｑ＝７＋３（ｓｃｃｍ）＝１０（ｓｃｃｍ）＝０．１３（Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ）であったから、レジデンスタイム：Ｖ・ｐ／Ｑ＝６．７（ｓ）となる。

そこで、様々な条件下でシート抵抗の面内分布を評価してみたところ、Ｖ・ｐ／Ｑ＞１（ｓ）なる関係を満たす場合にシート抵抗の面内分布が±１０％未満となり、良好な結果を示すことがわかった。さらに、プラズマを発生させるステップにおいて、Ｖ・ｐ／Ｑ＞５（ｓ）なる関係を満たす場合には、シート抵抗の面内分布は±５％未満となり、さらに良好な結果を示した。

均一性の観点からはＶ・ｐ／Ｑは大きければ大きいほどよいが、あまりに大きくするのは他の観点から不利になる場合がある。すなわち、Ｖの増大は真空容器の価格、装置設置面積の増大をもたらす。ｐの増大及びＱの減少は、所定圧力までの到達にかかる時間が増すことに加え、所望の不純物以外の不純物（例えば真空容器などの構成元素）の混入が増すという不都合がある。したがって、Ｖ・ｐ／Ｑは概ね２０ｓ以下であることが好ましい。
このような構成により、Ｖ・ｐ／Ｑを概ね２０ｓ以下とすることにより排気流量をほぼ０（ほぼ停止）とするとともに上記ガスの供給流量をほぼ０（ほぼ停止）とした状態で、プラズマ源の一例としてのコイル８に高周波電力を供給して上記真空室９００内にプラズマを発生させるようにしたので、ガス流れの影響を受けることなくプラズマ処理が行えるようになり、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能となる。また、ガスの供給を停止とするものではなく、プラズマ発生中にガス導入口１１付近へ反応生成物が堆積しにくいため（言い換えれば、ガス導入口１１よりガスを供給しながらプラズマを発生させるので、ガス導入口１１の近傍は局所的に圧力が高く、流速が高いため、プラズマ密度が極めて低くなる結果、ガス導入口１１の近傍には反応生成物の堆積が起きにくいため）、試料の一例としてのシリコン基板９にパーティクル（ダスト）が降ることなく、プラズマ処理を行うことができる。
図１２Ｂは、本発明の第６実施形態でそれぞれ用いるプラズマドーピング装置で行うプラズマドーピング処理の具体的な実例であって、３８リットルの真空室での条件テーブルを示す図である。
この実例では、ステップ番号１のガス供給及び排気工程では、圧力が３Ｐａ、Ｈｅ流量が７ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が３ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）が６．７ｓ、排気がオン、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。次いで、ステップ番号２のガス供給及び排気工程では、圧力が３Ｐａ、Ｈｅ流量が７ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６流量が３ｓｃｃｍ、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は６．７ｓ、排気がオン、高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が８００／２００（Ｗ）である。

以上述べた本発明の様々な実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、真空容器（真空室）の形状、プラズマ源の方式及び配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、いうまでもない。

例えば、コイル８を平面状としてもよく、あるいは、ヘリコン波プラズマ源、磁気中性ループプラズマ源、有磁場マイクロ波プラズマ源（電子サイクロトロン共鳴プラズマ源）を用いてもよいし、平行平板型プラズマ源を用いてもよい。

また、ヘリウム以外の不活性ガスを用いてもよく、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノン（ゼノン）のうち少なくとも１つのガスを用いることができる。これらの不活性ガスは、試料への悪影響が他のガスよりも小さいという利点がある。

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。

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、特に不純物が砒素、燐、ボロン、アルミニウム又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。

また、本発明は、ドーピング濃度が低濃度である場合に有効であり、特に、１×１０^１１／ｃｍ^２〜１×１０^１７／ｃｍ^２を狙いとしたプラズマドーピング方法として有効である。また、１×１０^１１／ｃｍ^２〜１×１０^１４／ｃｍ^２を狙いとしたプラズマドーピング方法として、特に格別の効果を奏する。ドーピング濃度が１×１０^１７／ｃｍ^２よりも大きい場合には、従来のイオンインプラで可能であるのに対して、ドーピング濃度が１×１０^１７／ｃｍ^２以下を必要するデバイスには従来の方法では対応できなかったが、本発明によれば、対応することが可能となる。

また、プラズマを発生させるステップにおける真空容器内の圧力が３Ｐａである場合を例示したが、プラズマを発生させるステップにおける真空容器内の圧力が０．０１Ｐａ〜５Ｐａであることが好ましい。圧力が低すぎると（すなわち、圧力が０．０１Ｐａ未満であると）、ガスの封入精度が悪化するという不都合がある。逆に圧力が高すぎると、（すなわち、圧力が５Ｐａを越えると）十分な自己バイアス電圧を基板に発生させるのが困難となる。より好ましくは、プラズマを発生させるステップにおける真空容器内の圧力は０．１〜１Ｐａであることが望ましい。このような０．１〜１Ｐａの範囲ならば、より封入精度が高くなり、自己バイアスの制御性が良くなる。

また、真空容器内に供給するガスがドーピング原料を含むガスである場合を例示したが、真空容器内に供給するガスがドーピング原料を含まず、固体状の不純物からドーピング原料を発生させる場合にも本発明は有効である。

また、プラズマドーピングを例示したが、本発明は他のプラズマ処理、例えばドライエッチング、アッシング、プラズマＣＶＤなどにも適用可能である。
なお、上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。

本発明のプラズマ処理方法及び装置は、パーティクル（ダスト）を発生させることなく、ドーピング濃度をはじめとする処理の均一性を高めることが可能であり、半導体の不純物ドーピング工程をはじめ、液晶などで用いられる薄膜トランジスタの製造や、各種材料の表面改質等の用途にも適用できる。また、本発明は他のプラズマ処理、例えばドライエッチング、アッシング、プラズマＣＶＤなどにも適用可能である。

本発明の第１実施形態で用いるプラズマドーピング装置の構成を示す断面側面図である。上記第１実施形態で用いるプラズマドーピング装置の真空室などの形状を示す平面図である。上記第１実施形態の変形例にかかるプラズマドーピング装置の真空室などの形状を示す平面図である。上記第１実施形態の別の変形例にかかるプラズマドーピング装置の真空室などの形状を示す平面図である。本発明の第１実施形態におけるシート抵抗測定結果を示す図である。本発明の第１実施形態における説明で用いる、従来のプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。本発明の第２実施形態で用いるプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。本発明の第３実施形態で用いるプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。本発明の第４実施形態で用いるプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。本発明の第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。本発明の第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の遮蔽板の一例の正面図である。上記第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の遮蔽板の上記例を横方向から見た斜視図である。上記第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の遮蔽板の上記例を下側から見た斜視図である。上記第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の遮蔽板の別の例の正面図である。上記第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の遮蔽板の上記別の例を横方向から見た斜視図である。上記第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の遮蔽板の上記別の例を下側から見た斜視図である。本発明の第５実施形態の変形例で用いるプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。本発明の第１，２，３，４，５実施形態でそれぞれ用いるプラズマドーピング装置の具体的な実例において、３８リットルの真空室での条件テーブルを示す図である。本発明の第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の具体的な実例であって、先に排気を停止し、４Ｐａになると同時にガス供給を停止させる場合の３８リットルの真空室での条件テーブルの図である。本発明の第５実施形態で用いるプラズマドーピング装置の具体的な別の実例であって、先にガス供給を停止し、２Ｐａになると同時に排気を停止させる場合の３８リットルの真空室での条件テーブルの図である。本発明の第６実施形態で用いるプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。本発明の第６実施形態で用いるプラズマドーピング装置の具体的な実例において、３８リットルの真空室での条件テーブルを示す図である。従来例で用いるプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。従来例で用いるプラズマドーピング装置の構成を示す断面図である。従来例におけるシート抵抗測定結果を示す図である。

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ガス導入口
１２排気口

Claims

試料又は試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマ処理方法であって、
真空室内の試料電極に上記試料を載置し、
上記真空室内を上記真空室の排気口から排気しつつ、上記真空室のガス導入口より上記真空室内にガスを供給し、
上記真空室の体積をＶ（Ｌ：リットル）、上記真空室内の圧力をｐ（Ｔｏｒｒ）、供給される上記ガスの流量をＱ（Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ）としたとき、Ｖ・ｐ／Ｑ＞１（ｓ）なる関係を満たしながら、プラズマ源に高周波電力を供給することにより上記真空室内にプラズマを発生させて上記試料又は上記試料表面の膜中に不純物を導入するプラズマ処理方法。
上記Ｖ・ｐ／Ｑは２０ｓ以下である、請求項１に記載のプラズマ処理方法。