JP4979576B2 - プラズマドーピング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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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方法及び試料をプラズマ処理するためのプラズマ処理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９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９において、真空容器１内に、シリコン基板よりなる試料９を載置するための試料電極６が設けられている。真空容器１内に所望の元素を含むドーピング原料ガス、例えばＢ2Ｈ6を供給するためのガス供給装置２、真空容器１内の内部を減圧するポンプ３が設けられ、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管４１より、誘電体窓としての石英板４２を介して、真空容器１内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石４３から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器１内に有磁場マイクロ波プラズマ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）４４が形成される。試料電極６には、コンデンサ４５を介して高周波電源１０が接続され、試料電極６の電位が制御できるようになっている。なお、ガス供給装置２から供給されたガスは、ガス吹き出し口４６から真空容器１内に導入され、排気口１１からポンプ３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４６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４１及び電磁石４３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４４中のボロンイオンが高周波電源１０によって試料９の表面に導入される。
このようにして不純物が導入された試料９の上に金属配線層を形成した後、所定の酸化雰囲気の中において金属配線層の上に薄い酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ装置等により試料９上にゲート電極を形成すると、例えばＭＯＳトランジスタが得られる。
一方、一般的なプラズマ処理装置の分野では、ゲートシャッターを設けたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。図１０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１０において、真空容器１の貫通ゲート（ゲート通路）５１を介して試料を真空容器１内に搬送した後、真空容器１内の試料電極６に試料を載置した後、真空容器１内で試料に対してプラズマ処理を行う。真空容器としての反応室１内で試料としての半導体ウエハに対する処理が行われるとき、反応室１におけるゲート通路５１の開口である反応室側開口部を覆い上記反応生成物がゲート通路５１へ付着するのを防止するカバー５２を反応室１内に設けたものである。カバー５２は、遮蔽板５３と該遮蔽板５３が取り付けられる台座５４とを有する。遮蔽板５３は、反応室１の内壁１ｂに沿うように形成され、かつ反応室側開口部のすべてを覆うように、反応室側開口部の幅寸法に対してより大きい幅寸法を有する帯状の薄板である。なお、５５は予備室、５６はゲートバルブ、５７は搬送アーム、５８は駆動装置である。（図中※で示す構成要素については、ここでは説明を省略する）
米国特許４９１２０６５号明細書
特開平１０−１９９９５７号公報
しかしながら、従来の方式では、不純物の導入量（ドーズ量）の試料面内均一性が悪いという問題があった。ガス吹き出し口４６が非等方的に配置されているため、ガス吹き出し口４６に近い部分ではドーズ量が大きく、逆にガス吹き出し口４６から遠い部分ではドーズ量が小さかった。また、図示されていない貫通ゲートの影響によるドーズ量のバラツキも発生する。
そこで、特許文献２に示すようなプラズマ処理装置を用いてプラズマドーピングを試みたが、ゲートシャッターの駆動によってパーティクルが発生してしまった。
そこで、特許文献２に示すようなプラズマ処理装置を用いてプラズマドーピングを試みたが、ゲートシャッターの駆動によってパーティクルが発生してしまった。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、試料表面に導入される不純物濃度の均一性に優れたプラズマドーピング方法及び試料のプラズマ処理を均一に行えるプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
本発明のプラズマドーピング方法は、真空容器の貫通ゲートを介して試料を真空容器内に搬送した後、真空容器内の試料電極に試料を載置し、試料の対向面より試料に向けて概ね等方的にガスを吹き出しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内にプラズマを発生させ、プラズマ中の不純物イオンを試料の表面に衝突させて試料の表面に不純物イオンを導入するプラズマドーピング方法であって、モーターと、ゲートシャッターに密着した回転体と、伝達部とを備えた駆動装置を用いて、前記モーターの回転運動を回転体に伝えることによって、前記ゲートシャッターを、貫通ゲートを開口させるオープン位置と貫通ゲートを覆うクローズ位置との間で移動可能とし、 前記ゲートシャッターをオープン位置に配して、前記試料電極に試料を載置し、プラズマを発生させる際に、前記貫通ゲートを前記ゲートシャッターで覆うことを特徴とする。
この構成により、試料表面に導入される不純物濃度の均一性に優れたプラズマドーピング方法を実現できる。
また、この構成により、試料表面に導入される不純物濃度の均一性を確保しつつ、高速にプラズマドーピングを実施することができる。
また、本発明のプラズマドーピング方法は、試料がシリコンよりなる半導体基板である場合に、とくに有用なプラズマドーピング方法である。また、試料がシリコンよりなる半導体基板であり、不純物が砒素、燐、ボロン、アルミニウムまたはアンチモンである場合に、とくに有用である。
このような構成により、超微細なシリコン半導体デバイスを製造することができる。
このような構成により、超微細なシリコン半導体デバイスを製造することができる。
本発明のプラズマ処理装置は、真空容器と、試料電極と、真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、試料電極に対向して等方的に配置されたガス吹き出し口と、真空容器内を排気する排気装置と、真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置と、試料電極に電力を供給する試料電極用電源を備えたプラズマドーピング装置であって、真空容器に貫通ゲートが設けられ、貫通ゲートを開口させるオープン位置と貫通ゲートを覆うクローズ位置との間で移動可能な駆動装置を備えたゲートシャッターを備え、前記駆動装置が、モーターと、前記ゲートシャッターに密着した回転体と、モーターの回転運動を回転体に伝える伝達部とを備えたことを特徴とする。
このような構成により、試料のプラズマ処理を均一に行えるプラズマ処理装置を実現できる。とくに、プラズマドーピング処理を均一に行うことが可能となる。
このような構成により、試料のプラズマ処理を均一に行えるプラズマ処理装置を実現できる。とくに、プラズマドーピング処理を均一に行うことが可能となる。
本発明のプラズマ処理装置において、好適には、ゲートシャッターが円筒状であることが望ましい。このような構成により、円形の試料を均一に処理することができる。
また、好適には、真空容器が円筒状であることが望ましい。このような構成により、円形の試料を均一に処理することができる。
また、好適には、ゲートシャッターの内側に、真空容器に固定された円筒状のインナーチャンバを備えることが望ましい。このような構成により、装置のウエットメンテナンス性を高めることができる。
また、好適には、インナーチャンバの最下部が、ゲートシャッターの最下部よりも下に位置することが望ましい。このような構成により、装置のウエットメンテナンス性を高めることができる。
また、好適には、インナーチャンバの最下部が、試料電極の上面よりも下に位置することが望ましい。このような構成により、装置のウエットメンテナンス性を高めることができる。
また、好適には、駆動装置が、モーターと、ゲートシャッターに密着した回転体と、モーターの回転運動を回転体に伝える伝達部とを備えたことが望ましい。このような構成により、ゲートシャッターの駆動をスムーズに行うことができる。
また、好適には、回転体が弾性を有する樹脂製であることが望ましい。このような構成により、ゲートシャッターの回転によるパーティクルの発生を抑制することができる。
また、好適には、インナーチャンバが、円筒の外側に突き出た庇部を真空容器の上面に載せることによって真空容器に固定されていることが望ましい。このような構成により、ゲートシャッターの回転によるパーティクルの発生を抑制することができる。
また、好適には、インナーチャンバとゲートシャッターとを、円筒状のベアリングユニットによって連結したことが望ましい。このような構成により、ゲートシャッターの回転をスムーズに行うことができる。
また、好適には、円筒状のベアリングユニットを、上下２ヶ所に備えることが望ましい。このような構成により、ゲートシャッターの回転によるパーティクルの発生を抑制することができる。
また、好適には、ゲートシャッターの円筒の内側に突き出た凸部の内周が、インナーチャンバの円筒の外側に設けられた凹部に嵌合し、凸部と凹部の間にベアリングユニットが設けられ、凸部の内径がインナーチャンバの円筒の外形よりも小さいことが望ましい。このような構成により、ゲートシャッターの回転によるパーティクルの発生を抑制することができる。
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 プラズマ源用高周波電源
６ 試料電極
７ 誘電体窓
８ コイル
９ 基板
１０ 試料電極用高周波電源
１１ 排気口
１２ 支柱
１３ ガス導入経路
１４ ガス主経路
１５ ガス吹き出し口
１６ 貫通ゲート
１７ インナーチャンバ
１８ ゲートシャッター
１９ 駆動装置
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１５ ガス吹き出し口
１６ 貫通ゲート
１７ インナーチャンバ
１８ ゲートシャッター
１９ 駆動装置
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。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１から図３を参照して説明する。
図１に、本発明の実施の形態１において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示す。図１において、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。高周波電源５により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を試料電極６に対向した誘電体窓７の近傍に設けられたコイル８（図１中には、コイルの断面部が図示されている）に供給することにより、真空容器１内に誘導結合型プラズマを発生させることができる。試料電極６上に、試料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、試料としての基板９がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極６の電位を制御する電圧源として機能する。このようにして、プラズマ中のイオンを試料の表面に向かって加速し衝突させて試料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１１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１１は、試料電極６の直下に配置されており、また、調圧弁４は、試料電極６の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。試料電極６は、基板９を載置する略正方形状の台座となり、各辺において支柱１２により真空容器１に固定され、計４本の支柱１２により、真空容器１に固定されている。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１から図３を参照して説明する。
図１に、本発明の実施の形態１において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示す。図１において、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。高周波電源５により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を試料電極６に対向した誘電体窓７の近傍に設けられたコイル８（図１中には、コイルの断面部が図示されている）に供給することにより、真空容器１内に誘導結合型プラズマを発生させることができる。試料電極６上に、試料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、試料としての基板９がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極６の電位を制御する電圧源として機能する。このようにして、プラズマ中のイオンを試料の表面に向かって加速し衝突させて試料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１１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１１は、試料電極６の直下に配置されており、また、調圧弁４は、試料電極６の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。試料電極６は、基板９を載置する略正方形状の台座となり、各辺において支柱１２により真空容器１に固定され、計４本の支柱１２により、真空容器１に固定されている。
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）により、不純物原料ガスを含むガスの流量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、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）をヘリウム（Ｈｅ）で０．５％に希釈したガスを不純物原料ガスとして用い、これを第1マスフローコントローラで流量制御する。さらに第２マスフローコントローラでヘリウムの流量制御を行い、第1及び第２マスフローコントローラで流量が制御されたガスをガス供給装置２内で混合した後、配管（ガス導入経路）１３を介してガス主経路１４に導き、さらにガス主経路１４と連通する複数の穴を介して、ガス吹き出し口１５より真空容器１内に混合ガスを導く。複数のガス吹き出し口１５は、試料９の対向面より試料９に向けてガスを吹き出すようになっている。
図２は、誘電体窓７を図１の下側からみた平面図である。この図からわかるとおり、ガス吹き出し口１５は、誘電体窓７の中心に対してほぼ対称に設けられ、試料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口１５が概ね等方的に配置されている。
図１において、真空容器１は概ね円筒状である。真空容器１には貫通ゲート１６が設けられ、真空容器１に固定された円筒状のインナーチャンバ１７が設けられている。インナーチャンバ１７は、円筒の外側に突き出た庇部を真空容器１の上面に載せることによって真空容器１に固定されている。また、貫通ゲート１６を開口させるオープン位置と貫通ゲートを覆うクローズ位置との間で移動可能な円筒状のゲートシャッター１８が設けられている。前記移動は回転運動であり、駆動装置１９によって駆動される。インナーチャンバ１７は、ゲートシャッター１８の内側に配置されている。インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８は、円筒状のベアリングユニット２０によって連結されている。
また、インナーチャンバ１７の最下部は、ゲートシャッター１８の最下部よりも下に位置し、さらに、インナーチャンバ１７の最下部は、試料電極６の上面よりも下に位置する。
図３は、駆動装置１９の構成を詳細に示す断面図である。図３において、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８とが、円筒状のベアリングユニット２０により連結されている。ベアリングユニット２０の詳細は図では省略しているが、内筒、外筒、ベアリングからなり、内筒がインナーチャンバ１７に固定され、外筒がゲートシャッター１８に固定されており、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８の相対的な位置を、同軸運動に関して任意に変化させることが可能な構成としている。ゲートシャッター１８の外周に、弾性を有する樹脂製（例えば、バイトン、カルレッツなどの耐薬品性に優れた樹脂）の回転体２１が密着している。回転体２１は軸２２に固定され、軸２２の中央付近に小ギア２３が固定されている。小ギア２３と連結された大ギア２４が設けられ、軸２５、台形ギア２６を介してモーターシャフト２７に連なっている。モーター２８を作動させると、その回転運動が、モーターシャフト２７、台形ギア２６、軸２５、大ギア２４、小ギア２３、軸２２からなる伝達部を通じて回転体２１に伝えられ、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８の相対的な位置を、同軸運動に関して任意に変化させることができる。
図３は、駆動装置１９の構成を詳細に示す断面図である。図３において、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８とが、円筒状のベアリングユニット２０により連結されている。ベアリングユニット２０の詳細は図では省略しているが、内筒、外筒、ベアリングからなり、内筒がインナーチャンバ１７に固定され、外筒がゲートシャッター１８に固定されており、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８の相対的な位置を、同軸運動に関して任意に変化させることが可能な構成としている。ゲートシャッター１８の外周に、弾性を有する樹脂製（例えば、バイトン、カルレッツなどの耐薬品性に優れた樹脂）の回転体２１が密着している。回転体２１は軸２２に固定され、軸２２の中央付近に小ギア２３が固定されている。小ギア２３と連結された大ギア２４が設けられ、軸２５、台形ギア２６を介してモーターシャフト２７に連なっている。モーター２８を作動させると、その回転運動が、モーターシャフト２７、台形ギア２６、軸２５、大ギア２４、小ギア２３、軸２２からなる伝達部を通じて回転体２１に伝えられ、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８の相対的な位置を、同軸運動に関して任意に変化させることができる。
まず、ゲートシャッター１８をオープン位置にした状態で、真空容器１の貫通ゲート１６を介して試料９を真空容器１内に搬送する。次いで、真空容器１内の試料電極６に試料９を載置する。次に、貫通ゲート１６をゲートシャッター１８で覆う。すなわち、駆動装置１９を駆動して、ゲートシャッター１８をインナーチャンバ１７に対して同軸状に回転させることにより、クローズ位置に移動させる。そして、試料９の対向面より試料９に向けて概ね等方的にガスを吹き出しつつ真空容器１内を排気し、真空容器１内を所定の圧力に制御しながら、真空容器１内にプラズマを発生させ、プラズマ中の不純物イオンを試料９の表面に衝突させて試料９の表面に不純物イオンを導入する。より具体的には、試料電極６の温度を２５℃に保ちつつ、真空容器１内にＨｅで希釈されたＢ2Ｈ6ガス、及びＨｅガスを、それぞれ５ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ供給し、真空容器１内の圧力を０．５Ｐａに保ちながらコイル８に高周波電力を１３００Ｗ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とともに、試料電極６に２５０Ｗの高周波電力を供給することにより、プラズマ中のボロンイオンを基板９の表面に衝突させて、ボロンを基板９の表面近傍に導入することができた。このとき、基板９の表面近傍に導入されたボロン濃度（ドーズ量）の面内均一性は±０．９５％と良好であった。試料９を真空容器１から搬出する際は、再び駆動装置１９を駆動して、ゲートシャッター１８をインナーチャンバ１７に対して同軸状に回転させることにより、オープン位置に移動させる。
比較のため、ゲートシャッター１８をオープン位置にしたまま同様の条件で処理したところ、ドーズ量の面内均一性が悪かった。インナーチャンバ１７及びゲートシャッター１８のウエットメンテナンス直後においては、貫通ゲート１６に近い側のドーズ量が多く（±１．８％）、数百枚処理した後では貫通ゲート１６に近い側のドーズ量が少なかった（±３．４％）。さらに数千枚処理した後では、再び貫通ゲート１６に近い側のドーズ量が多くなった（±２．８％）。
このような結果が得られた原因を考察する。ウエットメンテナンス直後においては、インナーチャンバ１７やゲートシャッター１８の内壁面にはボロン系の堆積物は存在しない。一方、貫通ゲート１６の内壁面はプラズマから遠いため、ボロン系の堆積物の堆積は、他の部分と比較してよりゆっくりと進行する。したがって、気相から失われるボロン系ラジカルの単位時間当たりの量は、貫通ゲート１６に近い側では他の部分よりも少ない。よって、貫通ゲート１６に近い側では、プラズマ中のボロン系ラジカルの濃度が大きくなり、ドーズ量が大きくなる結果となったものと考えられる。
次に、数百枚処理した後について考察する。この段階では、インナーチャンバ１７やゲートシャッター１８の内壁面にはボロン系の堆積物が相当堆積している。貫通ゲート１６に遠い側では、先述のとおり、より高速にボロン系堆積物が堆積していく。堆積物が増すにしたがってボロン系ラジカルの吸着確率は低下していくため、貫通ゲート１６に遠い側において、堆積量が先に飽和する。このとき、貫通ゲート１６に遠い側においては、ボロン系ラジカルがほとんど吸着しない状態となるため、プラズマ中のボロン系ラジカルの濃度は、貫通ゲート１６より遠い側で高くなり、ドーズ量が大きくなる結果となったものと考えられる。
次に、数千枚処理した後について考察する。この段階では、インナーチャンバ１７やゲートシャッター１８の内壁面、さらに、貫通ゲート１６の内壁面にもボロン系の堆積物が相当堆積し、飽和状態となっている。つまり、真空容器１内のプラズマに曝露される部分におけるボロン系ラジカルの吸着確率はいずれの場所においても低くなっている。一方、貫通ゲート１６の内壁面は、他の部分と比べてプラズマに曝露される表面の表面積が大きいため、堆積物からの脱離によって生じるボロン系ラジカルが、貫通ゲート１６に近い側で多くなり、ドーズ量が大きくなる結果となったものと考えられる。
本実施の形態では、以上のようなドーズ量の不均一を、ゲートシャッター１７をクローズ位置に移動させることによって解消することができた。
実施の形態１では、ゲートシャッター１８を円筒状のものとした。このような構成により、円形の試料を均一に処理することができる。また、真空容器１を円筒状のものとした。
実施の形態１では、ゲートシャッター１８を円筒状のものとした。このような構成により、円形の試料を均一に処理することができる。また、真空容器１を円筒状のものとした。
このような構成により、円形の試料９を均一に処理することができる。また、ゲートシャッター１８の内側に、真空容器１に固定された円筒状のインナーチャンバ１７を備えるようにした。このような構成により、装置のウエットメンテナンス性を高めることができる。また、インナーチャンバ１７の最下部が、ゲートシャッター１８の最下部よりも下に位置するようにした。
このような構成により、ゲートシャッター１８は、プラズマ処理を行っているときのインナーチャンバ１７の開口部に近い部分のみに堆積物が堆積するだけなので、装置のウエットメンテナンス性を高めることができる。
また、インナーチャンバ１７の最下部が、試料電極６の上面よりも下に位置するようにした。プラズマは試料電極６の上面より上で主として発生するため、堆積物も試料電極６の上面より上に多く堆積する。したがって、このような構成により、装置のウエットメンテナンス性を高めることができる。
また、駆動装置１９を、モーター２８と、ゲートシャッター１８に密着した回転体２１と、モーター２８の回転運動を回転体２１に伝える伝達部とを備える構成とした。このような構成により、ゲートシャッター１８の駆動をスムーズに行うことができる。また、回転体２１が弾性を有する樹脂製であるようにした。このような構成により、ゲートシャッター１８の回転によるパーティクルの発生を抑制することができる。よりパーティクルを少なくしたい場合には、マグネットカップリングなどを用いることができる。
また、インナーチャンバ１７が、円筒の外側に突き出た庇部を真空容器１の上面に載せることによって真空容器１に固定されている構成とした。
このような構成により、ゲートシャッター１８の回転によるパーティクルの発生を抑制することができる。
このような構成により、ゲートシャッター１８の回転によるパーティクルの発生を抑制することができる。
すなわち、ゲートシャッター１８及びインナーチャンバ１７とベアリングユニット２０との接触部や、ゲートシャッター１８と回転体２１との接触部で発生したパーティクルは、インナーチャンバ１７の円筒の外側に突き出た庇部に遮られて試料９側に回り込まず、インナーチャンバ１７の最下部より下に落下していく。
このような格別の効果は、プラズマドーピングプロセスにおいてとくに顕著な現象である。ドライエッチングにおいては、真空容器やインナーチャンバなどに堆積する堆積物は、主としてエッチング反応生成物であり、その堆積量に応じてプラズマ中のエッチャント（エッチング反応を担うラジカル種）の濃度が変化することは希である。また、ドライエッチングにおいても云えることであるが、プラズマＣＶＤにおいては、真空容器内に供給するガスにおけるＣＶＤ反応に主体的な役割を果たす反応性ガスの比率は概ね１０％以上であり、少なくとも３％以上であることが通常である。
このような場合、真空容器やインナーチャンバなどに堆積する堆積物の堆積量に応じてプラズマ中の反応種の濃度が変化して処理の均一性を悪化させることは希である。つまり、プラズマドーピングのように、希ガスでなく反応に主体的な役割を果たす反応性ガス（ジボラン、ホスフィン、アルシンなど）の比率が１０％未満、とくに３％未満である場合には、本発明は格別の効果を奏するものと考えられる。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図４を参照して説明する。
図４に、本発明の実施の形態２において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示す。図４において、基本的な構成は図１に示した実施の形態１と同様であるが、円筒状のベアリングユニット２０を、上下２ヶ所に備えた点が異なる。このような構成により、ゲートシャッター１８の、インナーチャンバ１７に対して同軸状となる回転運動の精度が高まるため、ゲートシャッター１８の内壁とインナーチャンバ１７の外壁が接触する可能性が極めて低くなり、パーティクルの発生を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態２について、図４を参照して説明する。
図４に、本発明の実施の形態２において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示す。図４において、基本的な構成は図１に示した実施の形態１と同様であるが、円筒状のベアリングユニット２０を、上下２ヶ所に備えた点が異なる。このような構成により、ゲートシャッター１８の、インナーチャンバ１７に対して同軸状となる回転運動の精度が高まるため、ゲートシャッター１８の内壁とインナーチャンバ１７の外壁が接触する可能性が極めて低くなり、パーティクルの発生を抑制することができる。
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図５を参照して説明する。
図５に、本発明の実施の形態３において用いたプラズマドーピング装置の、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８のリンク部の拡大断面図を示す。図５において、ゲートシャッター１８の円筒の内側に突き出た凸部２９の内周が、インナーチャンバ１７の円筒の外側に設けられた凹部３０に嵌合し、凸部２９と凹部３０の間にベアリングユニット２０が設けられ、凸部２９の内径がインナーチャンバ１７の円筒の外形よりも小さくなるよう構成されている。このような構成により、ゲートシャッター１７の回転によるパーティクルの発生を抑制することができる。すなわち、ゲートシャッター１７の回転によって、ゲートシャッター１８及びインナーチャンバ１７とベアリングユニット２０との接触部において発生したパーティクルは、その大部分がインナーチャンバ１７の円筒の外側に設けられた凹部３０に滞留し、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８の間を下方へと落下するパーティクルが激減する。
以下、本発明の実施の形態３について、図５を参照して説明する。
図５に、本発明の実施の形態３において用いたプラズマドーピング装置の、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８のリンク部の拡大断面図を示す。図５において、ゲートシャッター１８の円筒の内側に突き出た凸部２９の内周が、インナーチャンバ１７の円筒の外側に設けられた凹部３０に嵌合し、凸部２９と凹部３０の間にベアリングユニット２０が設けられ、凸部２９の内径がインナーチャンバ１７の円筒の外形よりも小さくなるよう構成されている。このような構成により、ゲートシャッター１７の回転によるパーティクルの発生を抑制することができる。すなわち、ゲートシャッター１７の回転によって、ゲートシャッター１８及びインナーチャンバ１７とベアリングユニット２０との接触部において発生したパーティクルは、その大部分がインナーチャンバ１７の円筒の外側に設けられた凹部３０に滞留し、インナーチャンバ１７とゲートシャッター１８の間を下方へと落下するパーティクルが激減する。
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図６から図８を参照して説明する。
図６に、本発明の実施の形態４において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示す。図６において、基本的な構成は図１に示した実施の形態１と同様であるが、真空容器１が円筒状でなく、排気装置としてのポンプ３が貫通ゲート１６の反対側に設けられている点と、インナーチャンバ１７にインナーチャンバ底が設けられている点が異なる。
以下、本発明の実施の形態４について、図６から図８を参照して説明する。
図６に、本発明の実施の形態４において用いたプラズマドーピング装置の断面図を示す。図６において、基本的な構成は図１に示した実施の形態１と同様であるが、真空容器１が円筒状でなく、排気装置としてのポンプ３が貫通ゲート１６の反対側に設けられている点と、インナーチャンバ１７にインナーチャンバ底が設けられている点が異なる。
このような構成においては、貫通ゲート１６から遠い側（ポンプ３に近い側）でガス排気がより速やかに行われるため、ゲートシャッター１８が無い場合や、ゲートシャッターをオープン位置にした状態でプラズマ処理した場合には、実施の形態１よりもドーズ量の不均一が顕著に現れる。つまり、このような構成においては、ゲートシャッター１８をクローズ位置にしてプラズマ処理することによる均一性の改善効果は、格別のものとなる。
図７は、インナーチャンバ１７及びゲートシャッター１８の構成を示す斜視図である。図７において、インナーチャンバ１７は、概ね円筒状に構成されているが、貫通ゲートに対応する位置にゲート開口部３１が設けられており、また、プラズマ観察用の窓に対応する位置に窓開口部３２が設けられている。インナーチャンバ底３３は、真空容器の底への堆積物の堆積を抑制するためのカバーである。排気開口部３４は、真空容器内を排気するための開口部である。
ゲートシャッター１８には、貫通ゲートに対応する位置にゲート開口部３５が設けられており、また、プラズマ観察用の窓に対応する位置に窓開口部３６が設けられている。
図７は、オープン位置における配置を示している。クローズ位置に移動すると、図８のような配置となる。
図７は、オープン位置における配置を示している。クローズ位置に移動すると、図８のような配置となる。
以上述べた本発明の実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、真空容器の形状、プラズマ源の方式及び配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、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。
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。
しかし、誘導結合型プラズマ源を用いることは、試料（電極）の対向面に容易にガス吹き出し口を形成できることに繋がり、装置構成上好ましい。
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、クリプトンまたはキセノン（ゼノン）のうち少なくともひと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、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、クリプトンまたはキセノン（ゼノン）のうち少なくともひと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。しかし、本発明は、試料がシリコンよりなる半導体基板である場合に、とくに有用なプラズマドーピング方法である。また、不純物が砒素、燐、ボロン、アルミニウムまたはアンチモンである場合に、とくに有用である。このような構成により、超微細なシリコン半導体デバイスを製造することができる。
また、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマドーピングのみならず、ドライエッチングやプラズマＣＶＤに適用することも可能である。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2005年3月30日出願の日本特許出願、出願番号2005-099149に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本出願は、2005年3月30日出願の日本特許出願、出願番号2005-099149に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明のプラズマドーピング方法及びプラズマ処理装置は、試料表面に導入される不純物濃度の均一性に優れたプラズマドーピング方法及び試料のプラズマ処理を均一に行えるプラズマ処理装置を提供できる。したがって、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。
Claims (13)
- 真空容器の貫通ゲートを介して試料を真空容器内に搬送した後、真空容器内の試料電極に試料を載置し、試料の対向面より試料に向けて概ね等方的にガスを吹き出しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内にプラズマを発生させ、プラズマ中の不純物イオンを試料の表面に衝突させて試料の表面に不純物イオンを導入するプラズマドーピング方法であって、
モーターと、ゲートシャッターに密着した回転体と、伝達部とを備えた駆動装置を用いて、
前記モーターの回転運動を回転体に伝えることによって、前記ゲートシャッターを、
貫通ゲートを開口させるオープン位置と貫通ゲートを覆うクローズ位置との間で移動可能とし、
前記ゲートシャッターをオープン位置に配して、前記試料電極に試料を載置し、
プラズマを発生させる際に、前記貫通ゲートを前記ゲートシャッターで覆うようにしたプラズマドーピング方法。 - 請求項１に記載のプラズマドーピング方法であって、
前記試料がシリコンよりなる半導体基板であり、
前記不純物が砒素、燐、ボロン、アルミニウムまたはアンチモンであるプラズマドーピング方法。 - 真空容器と、試料電極と、真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、試料電極に対向して等方的に配置されたガス吹き出し口と、真空容器内を排気する排気装置と、真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置と、試料電極に電力を供給する試料電極用電源を備えたプラズマドーピング装置であって、
真空容器に貫通ゲートが設けられ、貫通ゲートを開口させるオープン位置と、貫通ゲートを覆うクローズ位置との間で移動可能な駆動装置を備えたゲートシャッターを備え、
前記駆動装置が、モーターと、前記ゲートシャッターに密着した回転体と、モーターの回転運動を回転体に伝える伝達部とを備えたプラズマ処理装置。 - 請求項３に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記ゲートシャッターが円筒状であるプラズマ処理装置。 - 請求項４に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記真空容器が円筒状であるプラズマ処理装置。 - 請求項３に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記ゲートシャッターの内側に、真空容器に固定された円筒状のインナーチャンバを備えたプラズマ処理装置。 - 請求項６に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記インナーチャンバの最下部が、ゲートシャッターの最下部よりも下に位置するプラズマ処理装置。 - 請求項６に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記インナーチャンバの最下部が、試料電極の上面よりも下に位置するプラズマ処理装置。 - 請求項３に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記回転体が弾性を有する樹脂製であるプラズマ処理装置。 - 請求項６に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記インナーチャンバが、円筒の外側に突き出た庇部を真空容器の上面に載せることによって真空容器に固定されているプラズマ処理装置。 - 請求項１０に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記インナーチャンバと前記ゲートシャッターとを、円筒状のベアリングユニットによって連結したプラズマ処理装置。 - 請求項１１に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記円筒状のベアリングユニットを、上下２ヶ所に備えたプラズマ処理装置。 - 請求項１１に記載のプラズマドーピング装置であって、
前記ゲートシャッターの円筒の内側に突き出た凸部の内周が、前記インナーチャンバの円筒の外側に設けられた凹部に嵌合し、凸部と凹部の間に前記ベアリングユニットが設けられ、凸部の内径が前記インナーチャンバの円筒の外形よりも小さいプラズマ処理装置。
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