WO2015093031A1 - プラズマドーピング装置及び方法 - Google Patents

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WO2015093031A1
WO2015093031A1 PCT/JP2014/006229 JP2014006229W WO2015093031A1 WO 2015093031 A1 WO2015093031 A1 WO 2015093031A1 JP 2014006229 W JP2014006229 W JP 2014006229W WO 2015093031 A1 WO2015093031 A1 WO 2015093031A1
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plasma
chamber
plasma doping
doping apparatus
substrate
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嘉津彦 隣
鈴木　康司
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株式会社アルバック
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    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/223—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase
    • H01L21/2236—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase from or into a plasma phase

Definitions

  • the present invention relates to a plasma doping apparatus and a plasma doping method for injecting a dopant into a substrate by plasma.
  • a beamline type ion implantation technique has been used as an impurity (dopant) implantation method for controlling the carrier concentration in a semiconductor.
  • impurity (dopant) implantation method for controlling the carrier concentration in a semiconductor.
  • plasma doping technology that implants a dopant into the substrate by directly exposing the substrate to plasma is available.
  • Typical dopant elements used in Si semiconductors include group 3B boron (B) for P-type semiconductors, phosphorus (P) and arsenic (As) for N-type semiconductors. It is necessary to form both P-type and N-type diffusion layers.
  • the amount of ions and radicals containing phosphorus in the plasma of the gas is not stable due to thermal instability of the phosphorus, and the semiconductor substrate. This causes a problem that the dose amount of the material is poorly reproducible.
  • a gas containing phosphorus for example, PH 3 gas
  • the doping treatment is performed while heating the inner wall of the chamber to a predetermined temperature or higher, thereby suppressing adhesion of decomposition products containing phosphorus to the inner wall of the chamber. Is described.
  • Patent Document 1 describes that the evaporation temperature of phosphorus is 130 ° C. at 10 ⁇ 4 Torr (1.3 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa).
  • the discharge product of PH 3 gas includes not only P (phosphorus) but also a compound of P and H (hydrogen) (for example, PH, PH 2 , PH 3, etc.), and these discharge products are Since they have different thermal stability (evaporation temperature, decomposition temperature, etc.), the evaporation temperatures of phosphorus and its compounds do not always match. Therefore, under the heating conditions described in Patent Document 1, adhesion and deposition of the discharge product on the inner wall of the chamber cannot be sufficiently suppressed, and this makes it difficult to ensure the dose reproducibility.
  • an object of the present invention is to provide a plasma doping apparatus and method capable of improving the reproducibility of the dose amount.
  • a plasma doping method includes placing a substrate to be processed on a stage installed in a chamber.
  • the partition walls defining the plasma forming space inside the chamber are heated to a temperature exceeding 300 ° C.
  • a plasma of a gas containing a dopant containing at least phosphorus is formed in the plasma formation space, and the dopant is implanted into the substrate to be processed.
  • a plasma doping apparatus includes a chamber, a partition, a stage, a heating unit, a gas introduction unit, and a plasma generation mechanism.
  • the partition wall is disposed inside the chamber and defines a plasma forming space.
  • the stage is disposed in the plasma forming space and supports a substrate to be processed.
  • the heating unit is disposed between the chamber and the partition, and is configured to be able to heat the partition to a temperature exceeding 300 ° C.
  • the gas introduction unit introduces a gas containing a dopant into the plasma formation space.
  • the plasma generation mechanism generates the plasma of the gas in the plasma formation space.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma doping apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a figure of the TDS spectrum of phosphorus or a phosphorus compound. It is a schematic sectional drawing which shows the plasma doping apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • a plasma doping method includes placing a substrate to be processed on a stage installed inside a chamber.
  • the partition walls defining the plasma forming space inside the chamber are heated to a temperature exceeding 300 ° C.
  • a plasma of a gas containing a dopant containing at least phosphorus is formed in the plasma formation space, and the dopant is implanted into the substrate to be processed.
  • the phosphorus compound has a peak of evaporation at a temperature of 300 ° C. or lower, and phosphorus has a peak of evaporation at a temperature exceeding 300 ° C. For this reason, by heating the barrier ribs at a temperature exceeding 300 ° C., it is possible to effectively suppress the adhesion and deposition of phosphorus-containing discharge products to the barrier ribs and improve the dose reproducibility.
  • the partition may be heated to a temperature of 350 ° C. or higher. According to the experiments by the present inventors, it has been confirmed that a peak of phosphorus evaporation appears at around 350 ° C. Therefore, a stable dose can be secured by heating the partition wall to a temperature of 350 ° C. or higher.
  • the plasma is typically inductively coupled plasma, but is not limited thereto.
  • a plasma doping apparatus includes a chamber, a partition, a stage, a heating unit, a gas introduction unit, and a plasma generation mechanism.
  • the partition wall is disposed inside the chamber and defines a plasma forming space.
  • the stage is disposed in the plasma forming space and supports a substrate to be processed.
  • the heating unit is disposed between the chamber and the partition, and is configured to be able to heat the partition to a temperature exceeding 300 ° C.
  • the gas introduction unit introduces a gas containing a dopant into the plasma formation space.
  • the plasma generation mechanism generates the plasma of the gas in the plasma formation space.
  • the partition wall is heated to a temperature exceeding 300 ° C. by the heating unit.
  • the heating unit that heats the partition wall is disposed between the chamber and the partition wall, contamination due to sputtering of the heating unit when plasma is generated can be prevented. Even when a corrosive gas is introduced, the heating section can be protected.
  • the heating unit may be a resistance heating source attached to the partition wall. Thereby, it becomes possible to heat a partition efficiently and uniformly.
  • the chamber may have a first housing in which the stage is installed, and a second housing that houses the partition and the heating unit.
  • the plasma doping apparatus includes a seal ring disposed between the first casing and the second casing, and a seal ring disposed between the second casing and the heating unit. You may further comprise the heat shield which thermally isolates the said heating part.
  • the seal ring can be protected from the radiant heat of the heating unit.
  • the heat shield may include a plurality of heat shield plates, and the plurality of heat shield plates may be disposed with a space between the first casing and the heating unit. As a result, the seal ring can be effectively protected from the radiant heat radiated from the heating unit.
  • the plasma generation mechanism may include a loop antenna that is disposed inside the chamber and that can generate inductively coupled plasma in the plasma formation space. According to this configuration, high-density plasma can be obtained in the plasma formation space regardless of the chamber material.
  • the loop antenna may be covered with a dielectric. As a result, it is possible to prevent the occurrence of contamination due to sputtering of the loop antenna caused by plasma.
  • the plasma doping apparatus may further include an elevating mechanism capable of elevating the antenna coil in the plasma forming space. As a result, the ion distribution in the plasma can be made more uniform.
  • the plasma generation mechanism may further include a plurality of magnetic field coils arranged outside the chamber and capable of generating a magnetic neutral line in the plasma forming space.
  • plasma is generated along the magnetic neutral line.
  • the plasma distribution can be controlled, and the in-plane distribution of the radicals of the dopant deposited on the surface of the substrate to be processed can be controlled.
  • the plasma doping apparatus may further include a purge gas introducing unit for introducing an inert gas between the chamber and the partition wall. Thereby, wraparound of doping gas (phosphine gas) to the outside of the partition wall where the heating unit is installed can be suppressed.
  • a purge gas introducing unit for introducing an inert gas between the chamber and the partition wall.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a plasma doping apparatus 100 capable of performing a plasma doping method according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma doping apparatus 100 includes a chamber 1, a partition wall 2, a stage 3, a heating unit 4, a gas introduction unit 5, a loop antenna 6 (plasma generation mechanism), a seal ring 71, a heat shield 8, And a plurality of magnetic field coils 9.
  • the chamber 1 has a first housing 11 and a second housing 12.
  • the first housing 11 has an opening and a surface facing the second housing 12 (opposing surface 11a).
  • the second housing 12 has an opening and a surface facing the first housing 11 (opposing surface 12a).
  • the opposing surface 11a and the opposing surface 12a are joined by a bolt (not shown) via a seal ring 71.
  • first housing 11 and the second housing 12 are cylindrical, but other shapes such as a rectangular parallelepiped shape may be used.
  • the material of the first housing 11 and the second housing 12 is not particularly limited, and may be made of a general chamber material such as an aluminum alloy or stainless steel.
  • the stage 3 is installed on the bottom inner surface (bottom surface 11 b) of the first housing 11 via a seal ring 72.
  • the stage 3 includes a substrate support base 31 and an electrode 32.
  • the substrate support 31 is disposed on the surface (upper surface 32a) of the electrode 32 on the second housing 12 side.
  • the stage 3 is configured so that the substrate to be processed W transferred by a substrate transfer robot (not shown) can be placed on the substrate support 31.
  • the substrate support 31 may also have an electrostatic chuck function for holding the substrate. In this case, the substrate support 31 is connected to a chuck power supply (not shown) outside the chamber 1.
  • a high frequency power supply 34 is connected to a lower surface 32b of the electrode 32 opposite to the upper surface 32a via a blocking capacitor 33 so that a bias potential can be applied.
  • a gas introduction part 5 for introducing a process gas (doping gas containing dopant, gas for plasma formation, etc.) into the chamber 1 is provided on the side wall 11c of the first housing 11.
  • the gas introduction unit 5 communicates with one or a plurality of gas sources via a mass flow controller (not shown). As a result, the gas can be introduced into the chamber 1 under flow control.
  • phosphine gas containing phosphorous (first gas), argon gas (second gas), and helium gas (third gas) can be introduced into the chamber 1 via the gas introduction unit 5. It is configured.
  • An exhaust pipe (not shown) is connected to the side wall 11d opposite to the side wall 11c of the first housing 11.
  • the exhaust pipe communicates with a vacuum exhaust means capable of adjusting the exhaust speed, such as a turbo molecular pump or a rotary pump.
  • a variable valve such as a conductance variable valve is provided between the exhaust pipe and the pump so that the exhaust speed can be adjusted.
  • the second casing 12 accommodates the partition wall 2, the heating unit 4, the loop antenna 6, and the heat shield 8 inside.
  • the partition wall 2 is disposed between the second casing 12 and the stage 3 and partitions the plasma forming space R inside the chamber 1.
  • the partition walls 2 prevent discharge products generated during plasma doping of the substrate W to be processed from adhering to the inner wall of the chamber 1.
  • the partition wall 2 has a cylindrical shape having an opening on the first housing 11 side, and is disposed on the facing surface 11a.
  • the shape of the partition wall 2 can be typically the same shape as that of the second housing 12, but is not limited thereto, and may be other shapes.
  • the thickness of the partition wall 2 is not particularly limited, the partition wall 2 is heated by the heating unit 4 as will be described later. Therefore, the partition wall 2 can have a thickness that does not hinder the temperature rise due to heating. Quartz is used as the material of the partition wall 2 in the present embodiment, but is not limited thereto, and other dielectrics or insulators having high corrosion resistance and high heat resistance can be used.
  • the heating unit 4 is disposed between the partition wall 2 and the second casing 12, and is configured to be able to uniformly heat the partition wall 2 to a temperature exceeding 300 ° C.
  • the heating unit 4 includes a resistance heating source (resistance heating element) attached so as to cover the entire outer surface of the partition wall 2.
  • the heating unit 4 is not limited to a resistance heating source, and other heating sources such as an induction heating source can be used.
  • the shape and thickness of the heating unit 4 are not particularly limited.
  • the heating unit 4 may be divided into a plurality of members so that the partition wall 2 can be uniformly heated to a temperature exceeding 300 ° C.
  • the heating unit 4 may include a member that surrounds the partition wall 2 and a member that covers the top surface of the partition wall 2. Or it is good also as a several heating part arrange
  • the heat shield 8 is disposed between the heating unit 4 and the second housing 12, and thermally protects the seal ring 71 from the radiant heat of the heating unit 4 by thermally separating the seal ring 71 and the heating unit 4. It has the function to do.
  • the heat shield 8 has a plurality of heat shield plates (three in this embodiment) 81 to 83, which are arranged at intervals, but not limited to this configuration. It can also be used as a heat shield.
  • the shape of the heat shield 8 can be typically the same shape as that of the second housing 12, but is not limited thereto, and may be other shapes.
  • the material which comprises the heat shield 8 is not specifically limited, For example, it can consist of stainless steel (SUS).
  • the loop antenna 6 has an antenna portion 61 made of an annular conductor and an antenna support portion 62 that supports the antenna portion 61.
  • the antenna support unit 62 penetrates the partition wall 2, the heating unit 4, the plurality of shielding plates 8, and the second housing 12 in the vertical direction.
  • the antenna portion 61 is formed at the tip of the antenna support portion 62 and is disposed in the plasma forming space R.
  • the antenna support portion 62 is fixed to a fixing member 63 disposed on the outer surface of the top plate portion 121 of the second housing 12.
  • the fixing member 63 is joined to the second housing 12 via a seal ring 73 with a bolt (not shown).
  • the antenna support unit 62 is connected to a high frequency power supply 65 via a capacitor 64 and is configured to be able to apply high frequency power (for example, frequency: 13.56 MHz, power: 300 W) for generating inductively coupled plasma to the antenna unit 61. ing.
  • high frequency power for example, frequency: 13.56 MHz, power: 300 W
  • the material constituting the loop antenna 6 is typically made of an arbitrary conductive material, and can be made of, for example, a copper wire having a surface plated with silver.
  • the loop antenna 6 is covered with a covering material 66 made of quartz or the like. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of contamination due to sputtering of the loop antenna 6 caused by plasma.
  • the constituent material of the covering material 66 is not particularly limited as long as it is a dielectric or an insulator that is not easily scraped by plasma or does not cause a problem of contamination.
  • the seal rings 71 to 73 have a function of vacuum-sealing the inside of the chamber 1. In addition, it is possible to facilitate maintenance and cleaning of the apparatus by joining the members with bolts or the like via the seal ring 7 without bonding the members by welding or the like.
  • the seal rings 71 to 73 may be circular, and may have a circular shape, an elliptical shape, a rectangular shape, or the like.
  • the material constituting the seal rings 71 to 73 is not particularly limited, and may be made of a synthetic rubber such as silicone rubber or fluorine rubber.
  • the plurality of magnetic field coils 9 are annular coils capable of generating a magnetic neutral line (Magnetic Neutral Loop Discharge: NLD) in the plasma forming space R.
  • NLD Magnetic Neutral Loop Discharge
  • the horizontal spread of the magnetic neutral line changes.
  • the spread distribution of the generated plasma can be controlled.
  • the substrate to be processed W into which the dopant is implanted is not particularly limited in shape and size as long as it can be placed on the stage 3.
  • the material constituting the substrate W to be processed can typically be made of a semiconductor material, for example, silicon.
  • a resist mask that defines a doping region is formed on the surface of the substrate W, but the present invention is not limited to this.
  • the plasma doping method includes a step of heating a partition wall by a heating unit (partition wall heating step), a step of depositing phosphorus radicals on the surface of the substrate to be processed (radical deposition step), and a surface of the substrate to be processed. Irradiating the deposited phosphorus radicals with helium ions (doping step).
  • Partition heating process First, the chamber 1 is evacuated to a predetermined pressure by operating the evacuation means. In this state, the substrate to be processed W is transferred using a substrate transfer robot (not shown), and the substrate to be processed W is placed on the stage 3.
  • the partition wall 2 is heated to a temperature exceeding 300 ° C. by the heating unit 4. Since the heating unit 4 is directly attached to the partition wall 2, the partition wall 2 can be efficiently heated by the heat transfer action. Moreover, since the heating part 4 is comprised so that the partition 2 can be heated uniformly, it can heat the whole partition 2 to uniform temperature.
  • a plurality of heat shield plates 81 to 83 are arranged between the heating unit 4 and the seal ring 71 at a distance from each other and are not in contact with each other.
  • the temperature can be lowered stepwise from the heat plate 81 toward the heat shield plate 83 located on the outermost periphery.
  • the seal ring 71 can be effectively protected from the radiant heat generated by the heating unit 4.
  • the heat treatment of the partition walls 2 is typically continuously performed in a radical deposition step and a doping step described later.
  • phosphine (PH 3 ) gas containing phosphorus and argon gas as a dilution gas are supplied from the gas introduction unit 5 into the chamber 1.
  • a current in the same direction is passed through the upper and lower magnetic field coils 91, 93 and a current in the opposite direction is passed through the intermediate magnetic field coil 92, thereby forming a magnetic neutral line in the plasma forming space R.
  • phosphine gas plasma is generated along the magnetic neutral line by applying high frequency power from the high frequency power supply 65 to the loop antenna 6.
  • the loop antenna 6 (antenna portion 61) capable of generating inductively coupled plasma is arranged in the plasma forming space R inside the chamber 1.
  • a plasma doping apparatus including the conductive chamber 1 and the heat shield 8 can generate high-density plasma in the plasma formation space R.
  • the loop antenna 6 Since the loop antenna 6 is covered with quartz, it is possible to prevent corrosion of the loop antenna 6 due to gas and generation of contamination due to sputtering of the loop antenna 6 caused by plasma.
  • the heating unit 4 is disposed between the partition wall 2 and the heat shield plate 81, it is possible to prevent corrosion of the heating unit 4 due to gas and contamination due to sputtering of the heating unit 4 caused by plasma.
  • the partition 2 comes into contact with a discharge product containing phosphorus and a phosphorus compound (a phosphorus-containing discharge product).
  • a discharge product containing phosphorus and a phosphorus compound a phosphorus-containing discharge product.
  • the partition 2 is heated to a temperature exceeding 300 ° C., the condensation of the phosphorus-containing discharge product that contacts the partition 2 is inhibited, and adhesion and deposition on the partition 2 are suppressed. Since the re-plasmaization of the phosphorus-containing discharge product can be prevented, the amount of phosphorus radicals deposited on the surface of the substrate W to be processed can be stabilized.
  • FIG. 2 shows an example of an experimental result of thermal desorption gas analysis of the phosphorus-containing discharge product conducted by the present inventors.
  • the horizontal axis represents temperature
  • the left vertical axis represents ionic strength (current value)
  • the right vertical axis represents pressure (partial pressure).
  • TDS Thermal Desorption Spectroscopy
  • the distribution of phosphorus radicals in the plasma is controlled by adjusting the value of the current flowing through the magnetic field coils 91 to 93 to change the spread of the magnetic neutral line.
  • the in-plane distribution of phosphorus radicals deposited on the surface of the substrate W to be processed can be controlled by using the following deposition conditions.
  • the deposition conditions are not particularly limited, and are performed under the following conditions, for example.
  • PH 3 flow rate 1 [sccm]
  • Ar flow rate 100 [sccm]
  • Process pressure 3 [Pa]
  • Antenna RF power 300 [W]
  • Bias RF power 0 [W]
  • the dilution gas used in this step is not limited to argon gas, and an inert gas such as helium gas can be used. Alternatively, the supply of the dilution gas can be omitted.
  • argon ions (Ar + ) in the plasma are drawn into the substrate W to be processed.
  • the argon ions drawn into the substrate W to be processed collide with the phosphorus radicals, so that the phosphorus radicals are pushed into the substrate W to be processed.
  • the distribution of argon ions in the plasma is controlled by adjusting the value of the current flowing through the magnetic field coils 91 to 93 to change the spread of the magnetic neutral line.
  • the in-plane distribution of argon ions drawn into the substrate W to be processed can be controlled.
  • the spread of the magnetic neutral line that is optimal for obtaining a uniform in-plane distribution of argon ions on the surface of the substrate W to be processed is controlled.
  • Argon ion irradiation conditions are not specifically limited, For example, it implements on the following conditions.
  • PH 3 flow rate 0 [sccm]
  • Ar flow rate 100 [sccm]
  • Process pressure 2 [Pa]
  • Antenna RF power 300 [W]
  • Bias RF power 500 [W]
  • Bias Vpp 3000 [V]
  • heat treatment is performed in a lamp annealing apparatus (not shown) to diffuse the phosphorus radicals injected into the substrate W to be processed.
  • a lamp annealing apparatus not shown
  • the heat treatment conditions are not particularly limited, and can be, for example, 900 to 1100 ° C. and 1 second to 1 hour in a nitrogen atmosphere.
  • the silicon substrate after the doping treatment was annealed in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 1 second. Thereafter, the sheet resistance value of the doping region on the substrate was measured, and the reproducibility of the dose amount was evaluated based on the variation in the sheet resistance value between the substrates.
  • Example 2 The reproducibility of the dose was evaluated under the same conditions as in Experimental Example 1 except that the heating temperature of the partition wall 2 was 230 ° C. As a result of evaluation, the reproducibility within 1 lot (1st to 25th sheets) is 11.5%. The reproducibility within 2 lots (26th to 50th sheets) was 4.0%, and the reproducibility from 1st sheet to 50th sheet was 8.3%.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a plasma doping apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • configurations different from those of the first embodiment will be mainly described, and configurations similar to those of the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
  • the plasma doping apparatus 200 of the present embodiment has the same configuration as that of the plasma doping apparatus 100 described in the first embodiment, and further includes a purge gas introduction unit 201 and an antenna lifting mechanism 202.
  • the purge gas introduction unit 201 is for introducing an inert gas such as argon or nitrogen into the annular space in which the heat shield 8 between the heating unit 4 and the second housing 12 is installed. 2 is provided on the top plate 121 of the housing 12.
  • the purge gas introduction unit 201 maintains an pressure higher than the inside of the partition wall portion 4 (plasma formation space R) by introducing an inert gas into the annular space during the doping process, and the partition wall 4 in which the heating unit 4 is installed.
  • the doping gas phosphine gas
  • the antenna elevating mechanism 202 is for elevating and lowering the loop antenna 6 in the plasma forming space R, and is installed between the fixing member 63 that supports the antenna 6 and the top plate portion 121.
  • the antenna elevating mechanism 202 includes a first support 204 fixed on the top plate 121 via a seal ring 203 and a second support fixed on the bottom of the fixing member 63 via a seal ring 73. 205 and a bellows 206 disposed between the first support 204 and the second support 205.
  • the antenna elevating mechanism 202 adjusts the antenna 6 to a desired height position in the plasma forming space R by elevating the antenna support portion 62 with respect to the top plate portion 121. As a result, the ion distribution in the plasma can be made more uniform, and the in-plane uniformity of the plasma doping process for the substrate W to be processed can be improved.
  • the radical deposition step and the doping step are performed as separate steps, but the present invention is not limited to this, and phosphorus ions in the plasma may be electrically extracted and directly implanted onto the substrate.
  • an ion extraction electrode grid electrode
  • a doping gas plasma may be formed with bias power applied to the stage.
  • the radical deposition step and the doping step are performed in the same chamber. However, these steps can be performed in separate chambers.
  • a plasma generator that generates inductively coupled plasma using a loop antenna is used.
  • the present invention is not limited to this, and a parallel plate type plasma generator that generates capacitively coupled plasma, a microwave plasma generator, and the like are used. Can be used.
  • the plasma doping apparatus 100 includes a plurality of magnetic field coils 9, the configuration of the above-described embodiment can be applied to an apparatus that does not include the plurality of magnetic field coils 9.

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Abstract

【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。

Description

プラズマドーピング装置及び方法
　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。
　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。
　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。
　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。
特開平８－２９３２７９号公報（段落[００３１]、図１）
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 リンあるいはリン化合物のＴＤＳスペクトルの図である。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　［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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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］
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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］
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (12)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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