JP3160263B2 - プラズマドーピング装置及びプラズマドーピング方法 - Google Patents
プラズマドーピング装置及びプラズマドーピング方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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し、より詳しく
は、大口径ウエハに対応でき、低エネルギで浅い深さの
不純物導入が可能な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。
グ装置及びプラズマドーピング方法に関し、より詳しく
は、大口径ウエハに対応でき、低エネルギで浅い深さの
不純物導入が可能な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。
【０００２】
【従来の技術】近年、超高密度の半導体集積回路装置の
作成において、導電型不純物（以下、単に不純物という
こともある）を半導体基板に導入する不純物導入技術は
トランジスタ等の主特性を決定する重要な技術の一つで
ある。不純物導入技術においては、不純物導入量を精度
良く制御すること、或いは、高濃度で、かつ極めて浅い
不純物導入領域を形成することが重要である。
作成において、導電型不純物（以下、単に不純物という
こともある）を半導体基板に導入する不純物導入技術は
トランジスタ等の主特性を決定する重要な技術の一つで
ある。不純物導入技術においては、不純物導入量を精度
良く制御すること、或いは、高濃度で、かつ極めて浅い
不純物導入領域を形成することが重要である。
【０００３】従来の不純物導入法として熱拡散法やイオ
ン注入法があるが、特にＭＯＳトランジスタのしきい値
制御等には正確にドーズ量を制御できるイオン注入法が
優れている。また、近年特に、高濃度で、かつ極めて浅
い不純物導入領域を形成するための不純物導入法の分野
で、大口径ウエハへの適用に適しているものとして、熱
拡散法やイオン注入法に代えて、プラズマドーピング法
が注目されている。
ン注入法があるが、特にＭＯＳトランジスタのしきい値
制御等には正確にドーズ量を制御できるイオン注入法が
優れている。また、近年特に、高濃度で、かつ極めて浅
い不純物導入領域を形成するための不純物導入法の分野
で、大口径ウエハへの適用に適しているものとして、熱
拡散法やイオン注入法に代えて、プラズマドーピング法
が注目されている。
【０００４】プラズマドーピング法は大口径ウエハに対
しても高いスループットを維持することが可能で、しか
も低エネルギで、例えば室温で、不純物を導入すること
ができる。このようなプラズマドーピング装置として、
特開平２−２７８７２０号公報、特開平５−１６６５６
号公報や特開平６−６１１６１号公報等に記載されてい
るものが知られている。
しても高いスループットを維持することが可能で、しか
も低エネルギで、例えば室温で、不純物を導入すること
ができる。このようなプラズマドーピング装置として、
特開平２−２７８７２０号公報、特開平５−１６６５６
号公報や特開平６−６１１６１号公報等に記載されてい
るものが知られている。
【０００５】特開平５−１６６５６号公報には、平行平
板型の対の電極の間に不純物ガスのプラズマを生成して
不純物を導入する装置が開示され、特開平２−２７８７
２０号公報や特開平６−６１１６１号公報には、ＥＣＲ
（Electron Cycrotron Resonance）法により不純物ガス
のプラズマを生成して不純物を導入する装置が開示され
ている。
板型の対の電極の間に不純物ガスのプラズマを生成して
不純物を導入する装置が開示され、特開平２−２７８７
２０号公報や特開平６−６１１６１号公報には、ＥＣＲ
（Electron Cycrotron Resonance）法により不純物ガス
のプラズマを生成して不純物を導入する装置が開示され
ている。
【０００６】また、１９９７年６月の半導体集積回路技
術第５２回シンポジウム講演論文集、１６５〜１７０頁
には、ＥＣＲ／ＲＦプラズマ源を用いたプラズマドーピ
ング法が開示されている。この論文集では、Ｈｅベース
のＢ2 Ｈ6 をプラズマ化してシリコン基板にボロンを導
入し、続いて、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing ）を
行って表面濃度約１×１０21ｃｍ-3、深さ５０ｎｍのｐ
型拡散領域を形成している。
術第５２回シンポジウム講演論文集、１６５〜１７０頁
には、ＥＣＲ／ＲＦプラズマ源を用いたプラズマドーピ
ング法が開示されている。この論文集では、Ｈｅベース
のＢ2 Ｈ6 をプラズマ化してシリコン基板にボロンを導
入し、続いて、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing ）を
行って表面濃度約１×１０21ｃｍ-3、深さ５０ｎｍのｐ
型拡散領域を形成している。
【０００７】プラズマドーピング法によりシリコン基板
に不純物を選択的に導入させる場合、不純物導入領域上
に開口部が形成されたレジスト膜を形成し、このレジス
ト膜の開口部を通してシリコン基板に不純物を導入した
後、レジスト膜を除去し、その後アニールして不純物を
活性化することが必要となる。
に不純物を選択的に導入させる場合、不純物導入領域上
に開口部が形成されたレジスト膜を形成し、このレジス
ト膜の開口部を通してシリコン基板に不純物を導入した
後、レジスト膜を除去し、その後アニールして不純物を
活性化することが必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＥＣＲ法を用いたプラズマドーピング装置では、ウエハ
の大口径化に伴い、プラズマ生成室や不純物導入室を大
型化し、また電力供給能力を増大させる必要がある。こ
のため、ＥＣＲプラズマソース、即ちマイクロ波導波
管、電磁石及びマッチングユニット等を含めた装置全体
が大型化し、プラズマドーピング装置自体の設置に必要
な床面積が増えてしまう。
ＥＣＲ法を用いたプラズマドーピング装置では、ウエハ
の大口径化に伴い、プラズマ生成室や不純物導入室を大
型化し、また電力供給能力を増大させる必要がある。こ
のため、ＥＣＲプラズマソース、即ちマイクロ波導波
管、電磁石及びマッチングユニット等を含めた装置全体
が大型化し、プラズマドーピング装置自体の設置に必要
な床面積が増えてしまう。
【０００９】また、不純物導入のために必要な装置を全
体として考慮した場合、マスクとしてのレジスト膜を除
去するためのアッシング装置やアニール装置が必要であ
り、さらに装置の設置に必要な床面積が増えてしまう。
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたも
のであり、プラズマドーピング装置自体の設置や、プラ
ズマドーピングに付随する一連の工程に必要な複数の装
置の設置に必要な床面積を低減することが可能なプラズ
マドーピング装置及びこの装置を用いたプラズマドーピ
ング方法を提供するものである。
体として考慮した場合、マスクとしてのレジスト膜を除
去するためのアッシング装置やアニール装置が必要であ
り、さらに装置の設置に必要な床面積が増えてしまう。
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたも
のであり、プラズマドーピング装置自体の設置や、プラ
ズマドーピングに付随する一連の工程に必要な複数の装
置の設置に必要な床面積を低減することが可能なプラズ
マドーピング装置及びこの装置を用いたプラズマドーピ
ング方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、プラズマドーピング装置に
係り、高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電
源と接続された前記高周波電力を放出するアンテナと、
半導体基板に導電型を付与し、かつ該半導体基板の抵抗
率を変化させる導電型不純物を含むガスの導入口とを備
え、前記アンテナから放出された高周波電力により前記
導電型不純物を含むガスのヘリコンプラズマを発生させ
るプラズマ生成室と、基板保持具を備え、前記導電型不
純物を含むガスのヘリコンプラズマを前記半導体基板と
接触させて前記半導体基板中に前記導電型不純物を導入
する不純物導入室と、前記プラズマ生成室と前記不純物
導入室の間に設けられて前記プラズマ生成室から前記不
純物導入室に前記ヘリコンプラズマを導く流通路とな
り、該流通路を流れる該ヘリコンプラズマの広がりを防
止する磁場を発生させる磁場発生手段を備えているプラ
ズマ流通路／整形室とを有することを特徴とし、請求項
２記載の発明は、請求項１記載のプラズマドーピング装
置に係り、前記導電型不純物を含むガスの導入口は、前
記プラズマ生成室又は前記不純物導入室に設けられてい
ることを特徴としている。
め、請求項１記載の発明は、プラズマドーピング装置に
係り、高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電
源と接続された前記高周波電力を放出するアンテナと、
半導体基板に導電型を付与し、かつ該半導体基板の抵抗
率を変化させる導電型不純物を含むガスの導入口とを備
え、前記アンテナから放出された高周波電力により前記
導電型不純物を含むガスのヘリコンプラズマを発生させ
るプラズマ生成室と、基板保持具を備え、前記導電型不
純物を含むガスのヘリコンプラズマを前記半導体基板と
接触させて前記半導体基板中に前記導電型不純物を導入
する不純物導入室と、前記プラズマ生成室と前記不純物
導入室の間に設けられて前記プラズマ生成室から前記不
純物導入室に前記ヘリコンプラズマを導く流通路とな
り、該流通路を流れる該ヘリコンプラズマの広がりを防
止する磁場を発生させる磁場発生手段を備えているプラ
ズマ流通路／整形室とを有することを特徴とし、請求項
２記載の発明は、請求項１記載のプラズマドーピング装
置に係り、前記導電型不純物を含むガスの導入口は、前
記プラズマ生成室又は前記不純物導入室に設けられてい
ることを特徴としている。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のプラズマドーピング装置に係り、前記基板保持具に
は、前記基板保持具に保持された半導体基板にバイアス
電圧を付与する電力を供給する直流電源或いは交流電源
が接続されていることを特徴とし、請求項４記載の発明
は、請求項１乃至３の何れか一に記載のプラズマドーピ
ング装置に係り、前記基板保持具に保持された半導体基
板を冷却し、或いは加熱する温度調整手段を有すること
を特徴とし、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
何れか一に記載のプラズマドーピング装置に係り、前記
基板保持具の前記半導体基板を保持している面に略垂直
な回転軸を中心として前記基板保持具を回転させる回転
駆動手段を有することを特徴とし、請求項６記載の発明
は、請求項１乃至５の何れか一に記載のプラズマドーピ
ング装置請求項１乃至５記載のプラズマドーピング装置
は、さらに、前記プラズマドーピング装置への前記半導
体基板の出入口となる減圧可能なロードロック室と、前
記半導体基板表面に形成され、前記半導体基板に前記導
電型不純物を選択的に導入させるマスクを除去するマス
ク除去室と、前記半導体基板を昇温させて前記半導体基
板中の導電型不純物を活性化するアニール室と、トラン
スファ室とを有し、前記ロードロック室と、前記不純物
導入室と、前記マスク除去室と、前記アニール室とはそ
れぞれ並列に前記トランスファー室と連接されているこ
とを特徴とし、請求項７記載の発明は、プラズマドーピ
ング方法に係り、請求項１乃至５の何れか一に記載のプ
ラズマドーピング装置を用いて前記半導体基板に前記導
電型不純物を導入するプラズマドーピング方法であっ
て、前記プラズマ生成室に前記導電型不純物を含むガス
を導入する工程と、前記アンテナから前記高周波電力を
放出して前記導電型不純物を含むガスのヘリコンプラズ
マを発生させる工程と、前記磁場発生手段から磁場を発
生させた状態で、前記プラズマ流通路／整形室を通して
前記ヘリコンプラズマを前記不純物導入室に導く工程
と、前記不純物導入室で、前記半導体基板と前記ヘリコ
ンプラズマを接触させて前記半導体基板に不純物を導入
する工程とを有することを特徴とし、請求項８記載の発
明は、プラズマドーピング方法に係り、請求項６記載の
プラズマドーピング装置を用いて感光性耐エッチング性
マスクが形成された前記半導体基板に前記導電型不純物
を選択的に導入するプラズマドーピング方法であって、
前記ロードロック室に前記半導体基板を搬入した後、前
記トランスファ室を経て不純物導入室に搬入する工程
と、前記プラズマ生成室に前記導電型不純物を含むガス
を導入する工程と、前記アンテナから前記高周波電力を
放出して前記導電型不純物を含むガスのヘリコンプラズ
マを発生させる工程と、前記磁場発生手段から磁場を発
生させた状態で、前記プラズマ流通路／整形室を通して
前記ヘリコンプラズマを前記不純物導入室に導く工程
と、前記半導体基板と前記ヘリコンプラズマを接触さ
せ、前記感光性耐エッチング性マスクに従って前記半導
体基板に前記導電型不純物を選択的に導入する工程と、
前記半導体基板を前記不純物導入室から前記トランスフ
ァ室を経て前記マスク除去室に搬入し、前記半導体基板
上の感光性耐エッチング性マスクを除去する工程と、前
記半導体基板を前記マスク除去室から前記トランスファ
室を経てアニール室に搬入し、前記半導体基板を加熱し
て前記半導体基板中に導入した導電型不純物を活性化す
る工程とを有することを特徴としている。
載のプラズマドーピング装置に係り、前記基板保持具に
は、前記基板保持具に保持された半導体基板にバイアス
電圧を付与する電力を供給する直流電源或いは交流電源
が接続されていることを特徴とし、請求項４記載の発明
は、請求項１乃至３の何れか一に記載のプラズマドーピ
ング装置に係り、前記基板保持具に保持された半導体基
板を冷却し、或いは加熱する温度調整手段を有すること
を特徴とし、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
何れか一に記載のプラズマドーピング装置に係り、前記
基板保持具の前記半導体基板を保持している面に略垂直
な回転軸を中心として前記基板保持具を回転させる回転
駆動手段を有することを特徴とし、請求項６記載の発明
は、請求項１乃至５の何れか一に記載のプラズマドーピ
ング装置請求項１乃至５記載のプラズマドーピング装置
は、さらに、前記プラズマドーピング装置への前記半導
体基板の出入口となる減圧可能なロードロック室と、前
記半導体基板表面に形成され、前記半導体基板に前記導
電型不純物を選択的に導入させるマスクを除去するマス
ク除去室と、前記半導体基板を昇温させて前記半導体基
板中の導電型不純物を活性化するアニール室と、トラン
スファ室とを有し、前記ロードロック室と、前記不純物
導入室と、前記マスク除去室と、前記アニール室とはそ
れぞれ並列に前記トランスファー室と連接されているこ
とを特徴とし、請求項７記載の発明は、プラズマドーピ
ング方法に係り、請求項１乃至５の何れか一に記載のプ
ラズマドーピング装置を用いて前記半導体基板に前記導
電型不純物を導入するプラズマドーピング方法であっ
て、前記プラズマ生成室に前記導電型不純物を含むガス
を導入する工程と、前記アンテナから前記高周波電力を
放出して前記導電型不純物を含むガスのヘリコンプラズ
マを発生させる工程と、前記磁場発生手段から磁場を発
生させた状態で、前記プラズマ流通路／整形室を通して
前記ヘリコンプラズマを前記不純物導入室に導く工程
と、前記不純物導入室で、前記半導体基板と前記ヘリコ
ンプラズマを接触させて前記半導体基板に不純物を導入
する工程とを有することを特徴とし、請求項８記載の発
明は、プラズマドーピング方法に係り、請求項６記載の
プラズマドーピング装置を用いて感光性耐エッチング性
マスクが形成された前記半導体基板に前記導電型不純物
を選択的に導入するプラズマドーピング方法であって、
前記ロードロック室に前記半導体基板を搬入した後、前
記トランスファ室を経て不純物導入室に搬入する工程
と、前記プラズマ生成室に前記導電型不純物を含むガス
を導入する工程と、前記アンテナから前記高周波電力を
放出して前記導電型不純物を含むガスのヘリコンプラズ
マを発生させる工程と、前記磁場発生手段から磁場を発
生させた状態で、前記プラズマ流通路／整形室を通して
前記ヘリコンプラズマを前記不純物導入室に導く工程
と、前記半導体基板と前記ヘリコンプラズマを接触さ
せ、前記感光性耐エッチング性マスクに従って前記半導
体基板に前記導電型不純物を選択的に導入する工程と、
前記半導体基板を前記不純物導入室から前記トランスフ
ァ室を経て前記マスク除去室に搬入し、前記半導体基板
上の感光性耐エッチング性マスクを除去する工程と、前
記半導体基板を前記マスク除去室から前記トランスファ
室を経てアニール室に搬入し、前記半導体基板を加熱し
て前記半導体基板中に導入した導電型不純物を活性化す
る工程とを有することを特徴としている。
【００１２】請求項９記載の発明は、請求項７又は８記
載のプラズマドーピング方法に係り、前記不純物導入室
と外部とを仕切っている仕切壁は導電性を有し、前記半
導体基板に直流電力或いは交流電力を印加して前記基板
にバイアス電圧を発生させ、前記半導体基板と前記ヘリ
コンプラズマの間に生じる電位差を用いて前記半導体基
板中に前記導電型不純物を導入することを特徴とし、請
求項１０記載の発明は、請求項７乃至９の何れか一に記
載のプラズマドーピング方法に係り、前記導電型不純物
を前記半導体基板に導入する際に、前記温度調節手段を
用いて、前記半導体基板を冷却し、又は加熱することを
特徴としている。
載のプラズマドーピング方法に係り、前記不純物導入室
と外部とを仕切っている仕切壁は導電性を有し、前記半
導体基板に直流電力或いは交流電力を印加して前記基板
にバイアス電圧を発生させ、前記半導体基板と前記ヘリ
コンプラズマの間に生じる電位差を用いて前記半導体基
板中に前記導電型不純物を導入することを特徴とし、請
求項１０記載の発明は、請求項７乃至９の何れか一に記
載のプラズマドーピング方法に係り、前記導電型不純物
を前記半導体基板に導入する際に、前記温度調節手段を
用いて、前記半導体基板を冷却し、又は加熱することを
特徴としている。
【００１３】以下に、上記本発明の構成により奏される
作用・効果を説明する。本発明のプラズマドーピング装
置においては、導電型不純物を含むガスのヘリコンプラ
ズマを発生させるために高周波電力を供給する高周波電
源とこの高周波電力を放出するアンテナとを備えてい
る。ところで、ウエハが大口径化されたとき、ＥＣＲ法
によりプラズマを発生させるプラズマドーピング装置で
は、供給可能電力を増大させるため２．４５ＧＨｚと非
常に高い周波数の電源やマッチングユニット、及び導波
管を大型化させ、さらにＥＣＲを生じさせる電磁石を大
型化させる必要がある。一方、本発明の装置では、高周
波電源の周波数として１３．５６ＭＨｚの低い周波数を
用いることができるため、高周波電源をあまり大型化さ
せる必要はない。また、アンテナの構造も簡単であるた
め、アンテナもあまり大型化させる必要はない。また、
プラズマの流通路であるプラズマ流通路／整形室に設け
られる磁場発生手段としては、その用途から永久磁石等
のようなコンパクトなものを用いることができ、大型化
を抑制することができる。従って、本発明に係るヘリコ
ンプラズマを用いたドーピング装置は、ＥＣＲプラズマ
を用いたドーピング装置と比較して装置を設置するため
の床面積を低減させることができる。
作用・効果を説明する。本発明のプラズマドーピング装
置においては、導電型不純物を含むガスのヘリコンプラ
ズマを発生させるために高周波電力を供給する高周波電
源とこの高周波電力を放出するアンテナとを備えてい
る。ところで、ウエハが大口径化されたとき、ＥＣＲ法
によりプラズマを発生させるプラズマドーピング装置で
は、供給可能電力を増大させるため２．４５ＧＨｚと非
常に高い周波数の電源やマッチングユニット、及び導波
管を大型化させ、さらにＥＣＲを生じさせる電磁石を大
型化させる必要がある。一方、本発明の装置では、高周
波電源の周波数として１３．５６ＭＨｚの低い周波数を
用いることができるため、高周波電源をあまり大型化さ
せる必要はない。また、アンテナの構造も簡単であるた
め、アンテナもあまり大型化させる必要はない。また、
プラズマの流通路であるプラズマ流通路／整形室に設け
られる磁場発生手段としては、その用途から永久磁石等
のようなコンパクトなものを用いることができ、大型化
を抑制することができる。従って、本発明に係るヘリコ
ンプラズマを用いたドーピング装置は、ＥＣＲプラズマ
を用いたドーピング装置と比較して装置を設置するため
の床面積を低減させることができる。
【００１４】また、プラズマドーピング装置の不純物導
入室とマスク除去室とアニール室とが一つのトランスフ
ァ室を介在させてそれぞれつながっているので、導電型
不純物の導入と、導電型不純物の選択導入のためのマス
クの除去と、導電型不純物の活性化というプラズマドー
ピングに付随する一連の工程を一つの装置で行うことが
できる。各工程を行う装置として別々の装置を用い、か
つ個々に設置する場合、正味の装置床面積のほかに作業
者のための作業領域が各装置に必要であるが、それらを
統合して一つの装置とし、装置内の各室間の半導体基板
の移動を例えば搬送ロボットで行うようにすることによ
り、その作業領域を低減することができる。従って、個
々に各装置を設置するよりも全装置の設置に必要な床面
積を低減することができる。
入室とマスク除去室とアニール室とが一つのトランスフ
ァ室を介在させてそれぞれつながっているので、導電型
不純物の導入と、導電型不純物の選択導入のためのマス
クの除去と、導電型不純物の活性化というプラズマドー
ピングに付随する一連の工程を一つの装置で行うことが
できる。各工程を行う装置として別々の装置を用い、か
つ個々に設置する場合、正味の装置床面積のほかに作業
者のための作業領域が各装置に必要であるが、それらを
統合して一つの装置とし、装置内の各室間の半導体基板
の移動を例えば搬送ロボットで行うようにすることによ
り、その作業領域を低減することができる。従って、個
々に各装置を設置するよりも全装置の設置に必要な床面
積を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、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。図１は、本発明の実
施の形態に係るプラズマドーピング装置の構成を示す側
面図である。図２は図１のＩ−Ｉ線から矢印の方向にみ
た側面図、図３は図１のIＩ−I Ｉ線から矢印の方向に
みた側面図である。
いて図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実
施の形態に係るプラズマドーピング装置の構成を示す側
面図である。図２は図１のＩ−Ｉ線から矢印の方向にみ
た側面図、図３は図１のIＩ−I Ｉ線から矢印の方向に
みた側面図である。
【００１６】図１〜図３に示すように、四角い箱状の減
圧可能なトランスファー室１０１を中心としてその４つ
の側面に、プラズマドーピング装置への半導体基板１０
０の出入口となる減圧可能なロードロック室１０２と、
減圧可能な不純物導入室１０３と、レジスト膜からなる
マスク（感光性耐エッチング性マスク）を除去するため
の減圧可能なアッシング室（マスク除去室）１０４と、
半導体基板１００を昇温させて半導体基板１００中に導
入された導電型不純物を活性化する減圧可能なアニール
室１０５とがそれぞれ別々に接続されている。
圧可能なトランスファー室１０１を中心としてその４つ
の側面に、プラズマドーピング装置への半導体基板１０
０の出入口となる減圧可能なロードロック室１０２と、
減圧可能な不純物導入室１０３と、レジスト膜からなる
マスク（感光性耐エッチング性マスク）を除去するため
の減圧可能なアッシング室（マスク除去室）１０４と、
半導体基板１００を昇温させて半導体基板１００中に導
入された導電型不純物を活性化する減圧可能なアニール
室１０５とがそれぞれ別々に接続されている。
【００１７】ロードロック室１０２への出入口には室１
０２内を外部から密封可能なゲートバルブ２９が設けら
れている。また、トランスファ室１０１とロードロック
室１０２との接続部でロードロック室１０２からトラン
スファ室１０１にかけてゲートバルブ３０ａと基板搬送
路３１とゲートバルブ３０ｂが介在している。それ以外
では、トランスファ室１０１と他の各室１０３乃至１０
５との接続部でそれぞれゲートバルブ３０ｃ乃至３０ｅ
のみが介在している。ゲートバルブ３０ａ乃至３０ｅの
開閉により、各室１０１乃至１０５間を導通させたり各
室１０１乃至１０５を密閉したりすることができる。
０２内を外部から密封可能なゲートバルブ２９が設けら
れている。また、トランスファ室１０１とロードロック
室１０２との接続部でロードロック室１０２からトラン
スファ室１０１にかけてゲートバルブ３０ａと基板搬送
路３１とゲートバルブ３０ｂが介在している。それ以外
では、トランスファ室１０１と他の各室１０３乃至１０
５との接続部でそれぞれゲートバルブ３０ｃ乃至３０ｅ
のみが介在している。ゲートバルブ３０ａ乃至３０ｅの
開閉により、各室１０１乃至１０５間を導通させたり各
室１０１乃至１０５を密閉したりすることができる。
【００１８】また、各室１０１乃至１０５には排気装置
が接続され、各室１０１乃至１０５はそれぞれ個別に減
圧することが可能なようになっている。図２では、不純
物導入室１０３と接続された排気装置２８のみが示され
ている。ロードロック室１０２は半導体基板１００を外
部からプラズマドーピング装置内に入れるときの入口と
なり、或いはプラズマドーピング装置内から外部に出す
ときの出口となる。各室１０１，１０３乃至１０５内の
圧力が大気圧よりも低い場合、装置への半導体基板１０
０の出入に際し、ロードロック室１０２を減圧してロー
ドロック室１０２内と各室１０１，１０３乃至１０５内
の圧力、或いは少なくともロードロック室１０２内とト
ランスファ室１０１内の圧力の整合を図るようにする。
が接続され、各室１０１乃至１０５はそれぞれ個別に減
圧することが可能なようになっている。図２では、不純
物導入室１０３と接続された排気装置２８のみが示され
ている。ロードロック室１０２は半導体基板１００を外
部からプラズマドーピング装置内に入れるときの入口と
なり、或いはプラズマドーピング装置内から外部に出す
ときの出口となる。各室１０１，１０３乃至１０５内の
圧力が大気圧よりも低い場合、装置への半導体基板１０
０の出入に際し、ロードロック室１０２を減圧してロー
ドロック室１０２内と各室１０１，１０３乃至１０５内
の圧力、或いは少なくともロードロック室１０２内とト
ランスファ室１０１内の圧力の整合を図るようにする。
【００１９】また、アッシング室１０４は、マスクとし
てのレジスト膜の開口部を通して半導体基板１００に選
択的に導電型不純物を導入した後、レジスト膜を除去す
る室である。ここではアッシングガスとして酸素プラズ
マを用いる。酸素ガスの導入口と酸素ガスのプラズマ化
手段を備えている。さらに、アニール室１０５は、半導
体基板１００に導電型不純物を導入した後、この導電型
不純物を活性化するための加熱処理を行う室であり、加
熱のためのヒータやＲＴＡのためのレーザ照射機構を備
えている。
てのレジスト膜の開口部を通して半導体基板１００に選
択的に導電型不純物を導入した後、レジスト膜を除去す
る室である。ここではアッシングガスとして酸素プラズ
マを用いる。酸素ガスの導入口と酸素ガスのプラズマ化
手段を備えている。さらに、アニール室１０５は、半導
体基板１００に導電型不純物を導入した後、この導電型
不純物を活性化するための加熱処理を行う室であり、加
熱のためのヒータやＲＴＡのためのレーザ照射機構を備
えている。
【００２０】また、プラズマドーピング部１０３は、図
２に示すように、プラズマガスの流れに従って上流から
プラズマ生成室１１と、プラズマ流通路／整形室１６
と、不純物導入室１９と、排気装置２８とを有し、不純
物導入室１９を通してトランスファ室１０１と接続され
ている。以下に、プラズマドーピング部１０３の各部の
詳細な構成について説明する。
２に示すように、プラズマガスの流れに従って上流から
プラズマ生成室１１と、プラズマ流通路／整形室１６
と、不純物導入室１９と、排気装置２８とを有し、不純
物導入室１９を通してトランスファ室１０１と接続され
ている。以下に、プラズマドーピング部１０３の各部の
詳細な構成について説明する。
【００２１】まず、プラズマ生成室１１は、周波数１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源１４
と、高周波電源１４から供給された高周波電力を放出す
るアンテナ１２とを備え、釣り鐘状の仕切壁により外部
と仕切られている。仕切壁の円筒状の部分の内径は９５
ｍｍとなっている。高周波電源１４とアンテナ１２の間
にインピーダンス整合のためのマッチング回路１３が介
在している。アンテナ１２より放出された高周波電力に
よりプラズマ生成室１１内の導電型不純物を含むガスを
プラズマ化してヘリコンプラズマを発生させる。なお、
導電型不純物を含むガスは、以下に説明するプラズマ流
通路／整形室１６のガスの導入口１８から導入されてプ
ラズマ生成室１１を満たしているものを用いる。
３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源１４
と、高周波電源１４から供給された高周波電力を放出す
るアンテナ１２とを備え、釣り鐘状の仕切壁により外部
と仕切られている。仕切壁の円筒状の部分の内径は９５
ｍｍとなっている。高周波電源１４とアンテナ１２の間
にインピーダンス整合のためのマッチング回路１３が介
在している。アンテナ１２より放出された高周波電力に
よりプラズマ生成室１１内の導電型不純物を含むガスを
プラズマ化してヘリコンプラズマを発生させる。なお、
導電型不純物を含むガスは、以下に説明するプラズマ流
通路／整形室１６のガスの導入口１８から導入されてプ
ラズマ生成室１１を満たしているものを用いる。
【００２２】プラズマ流通路／整形室１６には、半導体
基板に導電型を付与し、かつ半導体基板の抵抗率を変化
させる導電型不純物（以下、単に不純物ということもあ
る。）を含むガスの導入口１８が設けられている。導電
型不純物を含むガスとして、シリコンにｐ型導電型（以
下、単にｐ型ということもある。）を付与し、かつ抵抗
率を変化させるボロンを含むジボランガス、同じくガリ
ウムの水素化合物のガス若しくはガリウムの有機金属化
合物のガスを用いることができる。また、シリコンにｎ
型導電型（以下、単にｎ型ということもある。）を付与
し、抵抗率を変化させるリンを含むフォスフィンガス
や、同じく砒素の水素化合物のガス若しくは砒素の有機
金属化合物のガスを用いることができる。
基板に導電型を付与し、かつ半導体基板の抵抗率を変化
させる導電型不純物（以下、単に不純物ということもあ
る。）を含むガスの導入口１８が設けられている。導電
型不純物を含むガスとして、シリコンにｐ型導電型（以
下、単にｐ型ということもある。）を付与し、かつ抵抗
率を変化させるボロンを含むジボランガス、同じくガリ
ウムの水素化合物のガス若しくはガリウムの有機金属化
合物のガスを用いることができる。また、シリコンにｎ
型導電型（以下、単にｎ型ということもある。）を付与
し、抵抗率を変化させるリンを含むフォスフィンガス
や、同じく砒素の水素化合物のガス若しくは砒素の有機
金属化合物のガスを用いることができる。
【００２３】プラズマ流通路／整形室１６は、プラズマ
生成室１１と不純物導入室１９の間に設けられており、
プラズマ生成室１１から不純物導入室１９にヘリコンプ
ラズマを導く流通路となる。内径約３５０ｍｍφの円筒
状の仕切壁で内部が密閉される。ところで、ヘリコンプ
ラズマなど高密度のプラズマは装置の内壁と強く相互作
用し、この相互作用により有用なプラズマが失われる。
これを防ぐために、このプラズマ流通路／整形室１６の
仕切壁の外周部には、プラズマ流通路／整形室１６内を
流れるヘリコンプラズマの広がりを抑制してその分布形
状を整形するカスプ磁場を発生させる永久磁石（磁場発
生手段）１７を備えている。
生成室１１と不純物導入室１９の間に設けられており、
プラズマ生成室１１から不純物導入室１９にヘリコンプ
ラズマを導く流通路となる。内径約３５０ｍｍφの円筒
状の仕切壁で内部が密閉される。ところで、ヘリコンプ
ラズマなど高密度のプラズマは装置の内壁と強く相互作
用し、この相互作用により有用なプラズマが失われる。
これを防ぐために、このプラズマ流通路／整形室１６の
仕切壁の外周部には、プラズマ流通路／整形室１６内を
流れるヘリコンプラズマの広がりを抑制してその分布形
状を整形するカスプ磁場を発生させる永久磁石（磁場発
生手段）１７を備えている。
【００２４】図２及び図４にその永久磁石１７の配置を
示す。プラズマ整形室１６の仕切壁の外周に沿って永久
磁石１７のＮ極とＳ極が交互に並ぶように配置されてい
る。この外周を巡る一連の永久磁石１７の列が高さ方向
に８段積層されている。図４に示すように、磁場は主と
して隣接する永久磁石１７の間で生じ、プラズマ流通路
／整形室１６の内部に広がる。永久磁石１７の磁界強度
や隣接するＮ極とＳ極の間隔を調整することにより半導
体基板１００の直径に合わせてプラズマが存在する範囲
を限定することができる。
示す。プラズマ整形室１６の仕切壁の外周に沿って永久
磁石１７のＮ極とＳ極が交互に並ぶように配置されてい
る。この外周を巡る一連の永久磁石１７の列が高さ方向
に８段積層されている。図４に示すように、磁場は主と
して隣接する永久磁石１７の間で生じ、プラズマ流通路
／整形室１６の内部に広がる。永久磁石１７の磁界強度
や隣接するＮ極とＳ極の間隔を調整することにより半導
体基板１００の直径に合わせてプラズマが存在する範囲
を限定することができる。
【００２５】図５はプラズマ流通路／整形室１６の仕切
壁の内壁表面から半径方向にプラズマ流通路／整形室１
６の中心部に向かって測った磁場の強度分布を示す。図
５において、横軸は仕切壁から中心に向かう距離ｒ（ｍ
ｍ）を示し、縦軸は磁場の強度（ガウス）を示す。同図
に示すように、仕切壁の内壁表面から測っておよそ６０
ｍｍよりも内部でほぼ磁場がゼロとなる。従って、プラ
ズマ流通路／整形室１６内を流通するヘリコンプラズマ
は主として２３０ｍｍφの内部に存在し、それよりも外
側には広がらないこととなる。これにより、プラズマの
発散を防止して、プラズマ密度の分布の均一性を増すと
ともに、プラズマ流通路／整形室１６内及び不純物導入
室１９内でのプラズマの損失を防止し、効率を向上させ
ることができる。
壁の内壁表面から半径方向にプラズマ流通路／整形室１
６の中心部に向かって測った磁場の強度分布を示す。図
５において、横軸は仕切壁から中心に向かう距離ｒ（ｍ
ｍ）を示し、縦軸は磁場の強度（ガウス）を示す。同図
に示すように、仕切壁の内壁表面から測っておよそ６０
ｍｍよりも内部でほぼ磁場がゼロとなる。従って、プラ
ズマ流通路／整形室１６内を流通するヘリコンプラズマ
は主として２３０ｍｍφの内部に存在し、それよりも外
側には広がらないこととなる。これにより、プラズマの
発散を防止して、プラズマ密度の分布の均一性を増すと
ともに、プラズマ流通路／整形室１６内及び不純物導入
室１９内でのプラズマの損失を防止し、効率を向上させ
ることができる。
【００２６】図６はこのようなカスプ磁場のもとにおけ
るプラズマ流通路／整形室１６内のプラズマ分布を模式
的に示した図である。また、図７はカスプ磁場のもとで
その室１６内を流通するプラズマ分布を測定したグラフ
である。図７において、横軸は室１６内での位置（ｃ
ｍ）を示し、縦軸はイオン飽和電流密度（ｍＡ／ｃ
ｍ2）を示す。
るプラズマ流通路／整形室１６内のプラズマ分布を模式
的に示した図である。また、図７はカスプ磁場のもとで
その室１６内を流通するプラズマ分布を測定したグラフ
である。図７において、横軸は室１６内での位置（ｃ
ｍ）を示し、縦軸はイオン飽和電流密度（ｍＡ／ｃ
ｍ2）を示す。
【００２７】プラズマは、Ａｒガスをガス圧力３mTorr
、プラズマ生成電力２ｋＷの条件のもとで生成したも
のである。イオン飽和電流密度は、図６に示すようなプ
ラズマ流通路／整形室１６の仕切壁の外側に設置された
ＰＭＴ（プラズマアンドマテリアルズインコーポレーシ
ョン）社製ファーストプローブ３３を用いて測定した。
図７に示す調査結果によれば、プラズマ分布の均一性は
極めてよいといえる。
、プラズマ生成電力２ｋＷの条件のもとで生成したも
のである。イオン飽和電流密度は、図６に示すようなプ
ラズマ流通路／整形室１６の仕切壁の外側に設置された
ＰＭＴ（プラズマアンドマテリアルズインコーポレーシ
ョン）社製ファーストプローブ３３を用いて測定した。
図７に示す調査結果によれば、プラズマ分布の均一性は
極めてよいといえる。
【００２８】また、プラズマ流通路／整形室１６では、
ジボランガス等が仕切壁の内壁面に付着する恐れがあ
り、その場合仕切壁の内壁面を定期的にクリーニングす
る作業が必要になりその作業が大変になるので、仕切壁
の内壁面に沿って石英製の保護壁１６ａが設けられてい
る。これにより、プラズマ化された導電型不純物をこの
保護壁１６ａに付着させて、導電型不純物が仕切壁の内
壁面に付着するのを防止することができる。また、保護
壁１６ａの内表面は、メタル汚染物或いは脱ガスを防ぐ
ため、壁表面積をできるだけ小さくするように表面粗さ
１０μｍ程度に研磨されている。
ジボランガス等が仕切壁の内壁面に付着する恐れがあ
り、その場合仕切壁の内壁面を定期的にクリーニングす
る作業が必要になりその作業が大変になるので、仕切壁
の内壁面に沿って石英製の保護壁１６ａが設けられてい
る。これにより、プラズマ化された導電型不純物をこの
保護壁１６ａに付着させて、導電型不純物が仕切壁の内
壁面に付着するのを防止することができる。また、保護
壁１６ａの内表面は、メタル汚染物或いは脱ガスを防ぐ
ため、壁表面積をできるだけ小さくするように表面粗さ
１０μｍ程度に研磨されている。
【００２９】次に、不純物導入室１９は、プラズマ流通
路／整形室１６の内径と略同じ差し渡しを有する筒状の
仕切壁により外部と仕切られ、半導体基板１００を保持
する基板保持具２０を備えている。不純物導入室１９に
はスロットルバルブ２７を介して排気装置２８が接続さ
れ、この排気装置２８によって不純物導入室１９内をは
じめとしてプラズマ流通路／整形室１６内及びプラズマ
生成室１１内を所定の圧力に減圧する。この室１９で
は、導電型不純物を含むガスのヘリコンプラズマを半導
体基板１００と接触させて半導体基板１００中に導電型
不純物を導入する。
路／整形室１６の内径と略同じ差し渡しを有する筒状の
仕切壁により外部と仕切られ、半導体基板１００を保持
する基板保持具２０を備えている。不純物導入室１９に
はスロットルバルブ２７を介して排気装置２８が接続さ
れ、この排気装置２８によって不純物導入室１９内をは
じめとしてプラズマ流通路／整形室１６内及びプラズマ
生成室１１内を所定の圧力に減圧する。この室１９で
は、導電型不純物を含むガスのヘリコンプラズマを半導
体基板１００と接触させて半導体基板１００中に導電型
不純物を導入する。
【００３０】プラズマ流通路／整形室１６と異なり、こ
の不純物導入室１９の仕切壁の外周部には磁石は設けら
れていない。また、クリーニング等のため不純物導入室
１９から基板保持具２０を室１９外に取り出すための取
出口２１ａが設けられ、通常は密閉扉２１により密閉さ
れている。さらに、この取出口２１ａを利用してバイア
ス電力供給部２３から電力供給用配線２４が基板保持具
２０の保持アーム２５中を通して基板保持具２０のバイ
アス印加用電極と接続されている。
の不純物導入室１９の仕切壁の外周部には磁石は設けら
れていない。また、クリーニング等のため不純物導入室
１９から基板保持具２０を室１９外に取り出すための取
出口２１ａが設けられ、通常は密閉扉２１により密閉さ
れている。さらに、この取出口２１ａを利用してバイア
ス電力供給部２３から電力供給用配線２４が基板保持具
２０の保持アーム２５中を通して基板保持具２０のバイ
アス印加用電極と接続されている。
【００３１】一方、不純物導入室１９にもプラズマ流通
路／整形室１６と同じように仕切壁の内壁を覆う石英製
の保護壁１９ａが設けられている。プラズマ化された不
純物のガスをこの保護壁１９ａに付着させることによ
り、不純物のガスが仕切壁の内壁に付着するのを防止す
ることができる。また、保護壁１９ａの内表面は、メタ
ル汚染物或いは脱ガスを防ぐため、表面粗さ１０μｍ程
度に研磨されている。
路／整形室１６と同じように仕切壁の内壁を覆う石英製
の保護壁１９ａが設けられている。プラズマ化された不
純物のガスをこの保護壁１９ａに付着させることによ
り、不純物のガスが仕切壁の内壁に付着するのを防止す
ることができる。また、保護壁１９ａの内表面は、メタ
ル汚染物或いは脱ガスを防ぐため、表面粗さ１０μｍ程
度に研磨されている。
【００３２】また、上記プラズマドーピング装置を用い
て半導体基板１００内に不純物をドーピングした後に、
プラズマ流通路／整形室１６の上部保護壁１６ａや不純
物導入室１９の下部保護壁１９ａに付着した不純物を除
去するために上下部保護壁１６ａ，１９ａを取り外す。
この場合、まず下部保護壁１９ａを横方向に不純物導入
室１９から引き出した後、上部保護壁１６ａを不純物導
入室１９に引き下ろして同様に横方向に不純物導入室１
９から引き出す。
て半導体基板１００内に不純物をドーピングした後に、
プラズマ流通路／整形室１６の上部保護壁１６ａや不純
物導入室１９の下部保護壁１９ａに付着した不純物を除
去するために上下部保護壁１６ａ，１９ａを取り外す。
この場合、まず下部保護壁１９ａを横方向に不純物導入
室１９から引き出した後、上部保護壁１６ａを不純物導
入室１９に引き下ろして同様に横方向に不純物導入室１
９から引き出す。
【００３３】次に、不純物導入室１９に備えられた基板
保持具２０の詳細な構造について図８に示す。基板保持
具２０は、周囲がアルミナからなる絶縁体４６で形成さ
れている。には、静電吸着用の電極４３が埋め込まれ、
静電チャックにより静電的に半導体基板１００を保持す
る。また、静電吸着用の電極４３の下部にはヒータが備
えられ、加熱手段（温度調節手段）４５として用いる。
さらに、静電吸着用の電極４３の下部に冷媒としてのヘ
リウムガス等が流れる配管が形成されており、冷却手段
（温度調節手段）４２として用いる。なお、符号４４は
接地用電極である。
保持具２０の詳細な構造について図８に示す。基板保持
具２０は、周囲がアルミナからなる絶縁体４６で形成さ
れている。には、静電吸着用の電極４３が埋め込まれ、
静電チャックにより静電的に半導体基板１００を保持す
る。また、静電吸着用の電極４３の下部にはヒータが備
えられ、加熱手段（温度調節手段）４５として用いる。
さらに、静電吸着用の電極４３の下部に冷媒としてのヘ
リウムガス等が流れる配管が形成されており、冷却手段
（温度調節手段）４２として用いる。なお、符号４４は
接地用電極である。
【００３４】導電型不純物の選択的導入用のマスクとし
て半導体基板１００上にレジスト膜が形成されている場
合、プラズマにさらされて半導体基板１００の温度が昇
温するときにレジスト膜の変質を防ぐため、冷却手段４
２により半導体基板１００を冷却する。或いは、レジス
ト膜を用いないときには、半導体基板１００とプラズマ
とを接触させているときに加熱手段４５により半導体基
板１００を加熱して不純物の導入と同時に不純物の活性
化を行うことができる。
て半導体基板１００上にレジスト膜が形成されている場
合、プラズマにさらされて半導体基板１００の温度が昇
温するときにレジスト膜の変質を防ぐため、冷却手段４
２により半導体基板１００を冷却する。或いは、レジス
ト膜を用いないときには、半導体基板１００とプラズマ
とを接触させているときに加熱手段４５により半導体基
板１００を加熱して不純物の導入と同時に不純物の活性
化を行うことができる。
【００３５】また、基板保持具２０には、図２に示すよ
うに、周波数１００ｋＨｚ程度の交流電力を供給する交
流電源２６と接続されるバイアス印加用電極４１が内蔵
されている。この直流電力或いは交流電力は連続的に或
いは断続的に（パルス的に）供給され、直流電力或いは
交流電力により半導体基板１００にバイアス電圧が付与
される。これにより、プラズマと半導体基板１００の表
面の間に電位差を生じさせ、電界により不純物イオンを
加速して半導体基板１００内に導入することが可能とな
り、不純物の導入深さの調整の幅が広がることになる。
図２中、符号２３は、バイアス電力供給部であり、交流
電源２６の出力端は一方で低域通過フィルタ（ローパス
フィルタ）６１を介在させて電圧測定装置６２に接続さ
れ、かつ他方で配線２４により基板保持具２０の電極４
１と接続されている。
うに、周波数１００ｋＨｚ程度の交流電力を供給する交
流電源２６と接続されるバイアス印加用電極４１が内蔵
されている。この直流電力或いは交流電力は連続的に或
いは断続的に（パルス的に）供給され、直流電力或いは
交流電力により半導体基板１００にバイアス電圧が付与
される。これにより、プラズマと半導体基板１００の表
面の間に電位差を生じさせ、電界により不純物イオンを
加速して半導体基板１００内に導入することが可能とな
り、不純物の導入深さの調整の幅が広がることになる。
図２中、符号２３は、バイアス電力供給部であり、交流
電源２６の出力端は一方で低域通過フィルタ（ローパス
フィルタ）６１を介在させて電圧測定装置６２に接続さ
れ、かつ他方で配線２４により基板保持具２０の電極４
１と接続されている。
【００３６】なお、図２ではバイアス電力供給源として
交流電源２６を用いているが、交流電源２６の代わりに
直流電力を供給する直流電源を用いることも可能であ
る。この場合、交流電源２６の出力端につながったコン
デンサや低域通過フィルタ６１を省略し、直接電圧測定
器６２を交流電源２６の出力端に直接接続してもよい。
さらに、基板保持具２０を基板保持面に垂直な回転軸に
取り付けてその回転軸を中心として回転させることも可
能である。これにより、導入される不純物分布の均一性
を向上させることが可能である。
交流電源２６を用いているが、交流電源２６の代わりに
直流電力を供給する直流電源を用いることも可能であ
る。この場合、交流電源２６の出力端につながったコン
デンサや低域通過フィルタ６１を省略し、直接電圧測定
器６２を交流電源２６の出力端に直接接続してもよい。
さらに、基板保持具２０を基板保持面に垂直な回転軸に
取り付けてその回転軸を中心として回転させることも可
能である。これにより、導入される不純物分布の均一性
を向上させることが可能である。
【００３７】次に、上記のプラズマドーピング装置を用
いて半導体基板１００に選択的に不純物を導入する方法
について説明する。図９（ａ）〜（ｄ）はこの方法を工
程順に示す断面図である。まず、図９（ａ）に示すよう
に、ｎ型シリコンからなる半導体基板１００の表面に不
純物を導入すべき領域に開口部５２を有するレジスト膜
（感光性耐エッチング性膜）５１を形成する。この半導
体基板１００をロードロック室１０２に入れた後、トラ
ンスファ室１０１内と、ロードロック室１０２内と、不
純物導入室１９内と、アッシング室１０４内と、アニー
ル室１０５内を減圧する。所定の圧力に達した後、半導
体基板１００をロードロック室１０２からトランスファ
室１０１内に移す。
いて半導体基板１００に選択的に不純物を導入する方法
について説明する。図９（ａ）〜（ｄ）はこの方法を工
程順に示す断面図である。まず、図９（ａ）に示すよう
に、ｎ型シリコンからなる半導体基板１００の表面に不
純物を導入すべき領域に開口部５２を有するレジスト膜
（感光性耐エッチング性膜）５１を形成する。この半導
体基板１００をロードロック室１０２に入れた後、トラ
ンスファ室１０１内と、ロードロック室１０２内と、不
純物導入室１９内と、アッシング室１０４内と、アニー
ル室１０５内を減圧する。所定の圧力に達した後、半導
体基板１００をロードロック室１０２からトランスファ
室１０１内に移す。
【００３８】次いで、トランスファ室１０１内から不純
物導入室１９内に搬送する。続いて、導電型不純物を含
むガス、例えば、シリコン層にｐ型導電型を付与するボ
ロンを含むジボランガスをプラズマ流通路／整形室１６
のガスの導入口１８を通してプラズマ生成室１１内に導
入する。次に、高周波電源１４から高周波電力を供給
し、アンテナ１２から放出させる。これにより、導電型
不純物を含むガスがプラズマ化し、プラズマ密度１０18
乃至１０19ｃｍ-3を有するヘリコンプラズマが発生す
る。
物導入室１９内に搬送する。続いて、導電型不純物を含
むガス、例えば、シリコン層にｐ型導電型を付与するボ
ロンを含むジボランガスをプラズマ流通路／整形室１６
のガスの導入口１８を通してプラズマ生成室１１内に導
入する。次に、高周波電源１４から高周波電力を供給
し、アンテナ１２から放出させる。これにより、導電型
不純物を含むガスがプラズマ化し、プラズマ密度１０18
乃至１０19ｃｍ-3を有するヘリコンプラズマが発生す
る。
【００３９】次に、ヘリコンプラズマは下流の不純物導
入室１９に向かって移動する。このとき、プラズマ流通
路／整形室１６にはカスプ磁場が生成されているので、
ヘリコンプラズマはプラズマ流通路／整形室１６を流れ
ていくときにカスプ磁場により周辺部に広がらず、プラ
ズマ流通路／整形室１６内中心部に集って流れる。従っ
て、仕切壁の側壁面での消滅が抑制されるため、移動中
のプラズマの損失は極めて少なくなる。
入室１９に向かって移動する。このとき、プラズマ流通
路／整形室１６にはカスプ磁場が生成されているので、
ヘリコンプラズマはプラズマ流通路／整形室１６を流れ
ていくときにカスプ磁場により周辺部に広がらず、プラ
ズマ流通路／整形室１６内中心部に集って流れる。従っ
て、仕切壁の側壁面での消滅が抑制されるため、移動中
のプラズマの損失は極めて少なくなる。
【００４０】 次いで、図９（ｂ）に示すように、導電型
不純物のプラズマは不純物導入室１９の半導体基板１０
０と接触し、導電型不純物が半導体基板１００内に導入
されて不純物導入領域５３が形成される。なお、場合に
より、基板保持具２０に交流電源２６或いは直流電源に
よりバイアスを印加しておくことにより導入深さ等を調
整するようにしてもよい。
不純物のプラズマは不純物導入室１９の半導体基板１０
０と接触し、導電型不純物が半導体基板１００内に導入
されて不純物導入領域５３が形成される。なお、場合に
より、基板保持具２０に交流電源２６或いは直流電源に
よりバイアスを印加しておくことにより導入深さ等を調
整するようにしてもよい。
【００４１】次に、半導体基板１００が不純物導入室１
９から取り出されてトランスファ室１０１内に搬入さ
れ、続いて、アッシング室１０４内に搬入される。次い
で、酸素ガスをアッシング室１０４に導入した後、プラ
ズマ化する。酸素プラズマはレジスト膜５１に接触し、
レジスト膜５１を化学的にエッチングする。図９（ｃ）
に示すように、レジスト膜５１を完全に除去した後、ア
ッシング室１０４から取り出し、アニール室１０５に搬
入する。
９から取り出されてトランスファ室１０１内に搬入さ
れ、続いて、アッシング室１０４内に搬入される。次い
で、酸素ガスをアッシング室１０４に導入した後、プラ
ズマ化する。酸素プラズマはレジスト膜５１に接触し、
レジスト膜５１を化学的にエッチングする。図９（ｃ）
に示すように、レジスト膜５１を完全に除去した後、ア
ッシング室１０４から取り出し、アニール室１０５に搬
入する。
【００４２】次に、窒素中、温度９５０℃で１０秒間半
導体基板１００を加熱し、半導体基板１００内の導電型
不純物を活性化する。これにより、ｐ型領域５３ａが形
成され、プラズマドーピングに付随する一連の工程が終
了する。その後、半導体基板１００をアニール室１０５
から取り出してトランスファ室１０１内に搬入し、さら
に、トランスファ室１０１からロードロック室１０２内
に搬入する。
導体基板１００を加熱し、半導体基板１００内の導電型
不純物を活性化する。これにより、ｐ型領域５３ａが形
成され、プラズマドーピングに付随する一連の工程が終
了する。その後、半導体基板１００をアニール室１０５
から取り出してトランスファ室１０１内に搬入し、さら
に、トランスファ室１０１からロードロック室１０２内
に搬入する。
【００４３】その後、ロードロック室１０２内の圧力を
大気圧に戻した後、半導体基板１００をロードロック室
１０２内から外部に取り出す。以上のように、本発明の
実施の形態のプラズマドーピング装置においては、半導
体基板（ウエハ）が大口径化されたとき、高周波電源１
４の周波数は１３．５６ＭＨｚと低いため、高周波電源
１４をあまり大型化させる必要はない。また、アンテナ
１２の構造も簡単であるため、アンテナ１２もあまり大
型化させる必要はない。また、プラズマ流通路／整形室
１６内のプラズマの流通路に設けられる磁場発生手段１
７としては、その用途から永久磁石１７等のようなコン
パクトなものを用いることができ、大型化を抑制するこ
とができる。
大気圧に戻した後、半導体基板１００をロードロック室
１０２内から外部に取り出す。以上のように、本発明の
実施の形態のプラズマドーピング装置においては、半導
体基板（ウエハ）が大口径化されたとき、高周波電源１
４の周波数は１３．５６ＭＨｚと低いため、高周波電源
１４をあまり大型化させる必要はない。また、アンテナ
１２の構造も簡単であるため、アンテナ１２もあまり大
型化させる必要はない。また、プラズマ流通路／整形室
１６内のプラズマの流通路に設けられる磁場発生手段１
７としては、その用途から永久磁石１７等のようなコン
パクトなものを用いることができ、大型化を抑制するこ
とができる。
【００４４】従って、本発明に係るヘリコンプラズマを
用いたドーピング装置では、ＥＣＲプラズマを用いたド
ーピング装置と比較して装置を設置するための床面積を
低減させることができる。また、プラズマドーピング部
１０３の不純物導入室１９とアッシング室１０４とアニ
ール室１０５とが一つのトランスファ室１０１を介在さ
せて相互につながっているので、導電型不純物の導入
と、導電型不純物の選択導入のためのレジストマスクの
除去と、導電型不純物の活性化というプラズマドーピン
グに付随する一連の工程を一つの装置で行うことができ
る。
用いたドーピング装置では、ＥＣＲプラズマを用いたド
ーピング装置と比較して装置を設置するための床面積を
低減させることができる。また、プラズマドーピング部
１０３の不純物導入室１９とアッシング室１０４とアニ
ール室１０５とが一つのトランスファ室１０１を介在さ
せて相互につながっているので、導電型不純物の導入
と、導電型不純物の選択導入のためのレジストマスクの
除去と、導電型不純物の活性化というプラズマドーピン
グに付随する一連の工程を一つの装置で行うことができ
る。
【００４５】各装置を個々に設置する場合正味の装置床
面積のほかに作業者のための作業領域が各装置に必要で
あるが、上記のようにそれらを統合して一装置とするこ
とにより、その作業領域を低減することができる。従っ
て、統合されたプラズマドーピング装置では、個々に各
装置を設置するよりも装置の設置に必要な床面積を低減
することができる。
面積のほかに作業者のための作業領域が各装置に必要で
あるが、上記のようにそれらを統合して一装置とするこ
とにより、その作業領域を低減することができる。従っ
て、統合されたプラズマドーピング装置では、個々に各
装置を設置するよりも装置の設置に必要な床面積を低減
することができる。
【００４６】以上、実施の形態によりこの発明を詳細に
説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的
に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を
逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範
囲に含まれる。例えば、上記実施の形態では、プラズマ
ドーピング部１０３とレジスト膜５１を除去するアッシ
ング室１０４と半導体基板１００中に導入された不純物
を活性化するためのアニール室１０５とが一つの装置と
して統合されたプラズマドーピング装置に本発明を適用
しているが、これに限られない。プラズマドーピング部
１０３だけからなる装置に適用することもできる。
説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的
に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を
逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範
囲に含まれる。例えば、上記実施の形態では、プラズマ
ドーピング部１０３とレジスト膜５１を除去するアッシ
ング室１０４と半導体基板１００中に導入された不純物
を活性化するためのアニール室１０５とが一つの装置と
して統合されたプラズマドーピング装置に本発明を適用
しているが、これに限られない。プラズマドーピング部
１０３だけからなる装置に適用することもできる。
【００４７】また、プラズマ流通路／整形室１６や不純
物導入室１９では、仕切壁の内壁面が石英製の保護壁１
６ａ，１９ａで保護されているが、アルミニウム製又は
セラミクス製の保護壁を用いてもよい。また、本発明の
プラズマドーピング装置では、プラズマ源として、ヘリ
コンプラズマ方式を用いているが、誘導結合型プラズマ
（ＩＣＰ：Inductive CoupledPlasma）、マルチスパイ
ラルコイル（MSC ）方式ＩＣＰ、マグネトロン２周波方
式プラズマ、トライオード方式プラズマ、ＬＥＰ（Liss
ajou Electron Plasma）方式プラズマなどを用いてもよ
い。いずれもエッチング装置のプラズマ源としてよく知
られたものであり、周波数１〜２０ＭＨｚ程度の高周波
電力を用いることができる。
物導入室１９では、仕切壁の内壁面が石英製の保護壁１
６ａ，１９ａで保護されているが、アルミニウム製又は
セラミクス製の保護壁を用いてもよい。また、本発明の
プラズマドーピング装置では、プラズマ源として、ヘリ
コンプラズマ方式を用いているが、誘導結合型プラズマ
（ＩＣＰ：Inductive CoupledPlasma）、マルチスパイ
ラルコイル（MSC ）方式ＩＣＰ、マグネトロン２周波方
式プラズマ、トライオード方式プラズマ、ＬＥＰ（Liss
ajou Electron Plasma）方式プラズマなどを用いてもよ
い。いずれもエッチング装置のプラズマ源としてよく知
られたものであり、周波数１〜２０ＭＨｚ程度の高周波
電力を用いることができる。
【００４８】さらに、導電型不純物のガスの導入口１８
がプラズマ流通路／整形室１６に設けられているが、プ
ラズマ生成室１１に設けられてもよい。
がプラズマ流通路／整形室１６に設けられているが、プ
ラズマ生成室１１に設けられてもよい。
【００４９】
【発明の効果】以上のように、本発明のプラズマドーピ
ング装置によれば、導電型不純物を含むガスのヘリコン
プラズマを発生させるために高周波電力を供給する高周
波電源とこの高周波電力を放出するアンテナとを備えて
いるので、ウエハが大口径化されたとき、高周波電源や
アンテナの大型化を抑制することができる。また、ヘリ
コンプラズマの流通路であるプラズマ流通路／整形室に
設けられる磁場発生手段も大型化を抑制することができ
る。従って、本発明に係るヘリコンプラズマを用いたド
ーピング装置は、ＥＣＲプラズマを用いたドーピング装
置と比較して装置を設置するための床面積を低減させる
ことができる。
ング装置によれば、導電型不純物を含むガスのヘリコン
プラズマを発生させるために高周波電力を供給する高周
波電源とこの高周波電力を放出するアンテナとを備えて
いるので、ウエハが大口径化されたとき、高周波電源や
アンテナの大型化を抑制することができる。また、ヘリ
コンプラズマの流通路であるプラズマ流通路／整形室に
設けられる磁場発生手段も大型化を抑制することができ
る。従って、本発明に係るヘリコンプラズマを用いたド
ーピング装置は、ＥＣＲプラズマを用いたドーピング装
置と比較して装置を設置するための床面積を低減させる
ことができる。
【００５０】また、プラズマドーピング装置の不純物導
入室とマスク除去室とアニール室とがそれぞれ並列に一
つのトランスファ室と連接されているので、導電型不純
物の導入と、導電型不純物の選択導入のためのレジスト
マスクの除去と、導電型不純物の活性化というプラズマ
ドーピングに付随する一連の工程を一つの装置で行うこ
とができる。従って、個々に各装置を設置する場合と比
べて、装置の設置に必要な床面積を低減することができ
る。
入室とマスク除去室とアニール室とがそれぞれ並列に一
つのトランスファ室と連接されているので、導電型不純
物の導入と、導電型不純物の選択導入のためのレジスト
マスクの除去と、導電型不純物の活性化というプラズマ
ドーピングに付随する一連の工程を一つの装置で行うこ
とができる。従って、個々に各装置を設置する場合と比
べて、装置の設置に必要な床面積を低減することができ
る。
【図１】本発明の実施の形態であるプラズマドーピング
装置の構成を示す上面図である。
装置の構成を示す上面図である。
【図２】同じく図１のＩ−Ｉ線から矢印の方向にみた断
面図である。
面図である。
【図３】同じく図１のII-II 線から矢印の方向にみた断
面図である。
面図である。
【図４】同じくプラズマ流通路／整形室の外周に設けら
れた永久磁石の配置を示す上面図である。
れた永久磁石の配置を示す上面図である。
【図５】同じくプラズマ流通路／整形室の外周に設けら
れた永久磁石によりプラズマ整形室内に生ずる磁場の分
布を示すグラフである。
れた永久磁石によりプラズマ整形室内に生ずる磁場の分
布を示すグラフである。
【図６】同じくプラズマ流通路／整形室内のプラズマの
分布を模式的に示す側面図である。
分布を模式的に示す側面図である。
【図７】同じくプラズマ流通路／整形室内のプラズマの
分布を示すグラフである。
分布を示すグラフである。
【図８】同じく基板保持具の構成を示す側面図である。
【図９】本発明の実施の形態であるプラズマドーピング
装置を用いたプラズマドーピング方法を示す断面図であ
る。
装置を用いたプラズマドーピング方法を示す断面図であ
る。
１１ プラズマ生成室 １２ アンテナ １３ マッチング回路 １４ 高周波電源（プラズマ生成電力供給源） １５ 磁場発生手段 １６ プラズマ流通路／整形室 １６ａ 上部保護壁 １７ 永久磁石（磁場発生手段） １８ ガス導入口 １９ 不純物導入室 １９ａ 下部保護壁 ２０ 基板保持具 ２６ バイアス電力供給源 ３０ａ〜３０ｅ ゲートバルブ ３２ 搬送ロボット制御装置 ４１ バイアス印加用電極 ４２ 冷却手段（温度調節手段） ４３ 静電吸着用の電極 ４４ 接地用電極 ４５ 加熱手段（温度調節手段） ４６ 絶縁体 ５１ レジスト膜（感光性耐エッチング性膜） ５２ 開口部 ５３ 不純物導入領域 ５３ａ ｐ型領域 １００ 半導体基板 １０１ トランスファ室 １０２ ロードロック室 １０３ プラズマドーピング部 １０４ アッシング室（マスク除去室） １０５ アニール室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 和夫 東京都港区港南２−13−29 株式会社半 導体プロセス研究所内 (56)参考文献 特開 平３−214620（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−105893（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−55818（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213333（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−115852（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−97571（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−139354（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−17193（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−214320（ＪＰ，Ａ) 特開2000−114198（ＪＰ，Ａ) 特開2000−216164（ＪＰ，Ａ) 特開2000−243720（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/22 H01L 21/265 H01L 21/265 603
Claims (10)
- 【請求項１】 高周波電力を供給する高周波電源と、前
記高周波電力を放出するアンテナとを備え、前記アンテ
ナから放出された高周波電力により半導体基板に導電型
を付与し、かつ該半導体基板の抵抗率を変化させる導電
型不純物を含むガスのヘリコンプラズマを発生させるプ
ラズマ生成室と、 基板保持具を備え、前記導電型不純物を含むガスのヘリ
コンプラズマを前記半導体基板と接触させて前記半導体
基板中に前記導電型不純物を導入する不純物導入室と、 前記プラズマ生成室と前記不純物導入室の間に設けられ
て前記プラズマ生成室から前記不純物導入室に前記ヘリ
コンプラズマを導く流通路となり、該流通路を流れる前
記ヘリコンプラズマの広がりを抑制する磁場を発生させ
る磁場発生手段を備えているプラズマ流通路／整形室と
を有することを特徴とするプラズマドーピング装置。 - 【請求項２】 前記導電型不純物を含むガスの導入口
は、前記プラズマ生成室又は前記不純物導入室に設けら
れていることを特徴とする請求項１記載のプラズマドー
ピング装置。 - 【請求項３】 前記基板保持具には、前記基板保持具に
保持された半導体基板にバイアス電圧を付与する電力を
供給する直流電源或いは交流電源が接続されていること
を特徴とする請求項１又は２記載のプラズマドーピング
装置。 - 【請求項４】 前記基板保持具に保持された半導体基板
を冷却し、或いは加熱する温度調整手段を有することを
特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のプラズマ
ドーピング装置。 - 【請求項５】 前記基板保持具の前記半導体基板を保持
している面に略垂直な回転軸を中心として前記基板保持
具を回転させる回転駆動手段を有することを特徴とする
請求項１乃至４の何れか一に記載のプラズマドーピング
装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至５記載のプラズマドーピン
グ装置は、さらに、前記プラズマドーピング装置への前
記半導体基板の出入口となる減圧可能なロードロック室
と、前記半導体基板表面に形成され、前記半導体基板に
前記導電型不純物を選択的に導入させるマスクを除去す
るマスク除去室と、前記半導体基板を昇温させて前記半
導体基板中の導電型不純物を活性化するアニール室と、
トランスファ室とを有し、前記ロードロック室と、前記
不純物導入室と、前記マスク除去室と、前記アニール室
とはそれぞれ並列に前記トランスファー室と連接されて
いることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載
のプラズマドーピング装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至５の何れか一に記載のプラ
ズマドーピング装置を用いて前記半導体基板に前記導電
型不純物を導入するプラズマドーピング方法であって、 前記プラズマ生成室に前記導電型不純物を含むガスを導
入する工程と、 前記アンテナから前記高周波電力を放出して前記導電型
不純物を含むガスのヘリコンプラズマを発生させる工程
と、 前記磁場発生手段から磁場を発生させた状態で、前記プ
ラズマ流通路／整形室を通して前記ヘリコンプラズマを
前記不純物導入室に導く工程と、 前記不純物導入室で、前記半導体基板と前記ヘリコンプ
ラズマを接触させて前記半導体基板に不純物を導入する
工程とを有することを特徴とするプラズマドーピング方
法。 - 【請求項８】 請求項６記載のプラズマドーピング装置
を用いて感光性耐エッチング性マスクが形成された前記
半導体基板に前記導電型不純物を選択的に導入するプラ
ズマドーピング方法であって、 前記ロードロック室に前記半導体基板を搬入した後、前
記トランスファ室を経て不純物導入室に搬入する工程
と、 前記プラズマ生成室に前記導電型不純物を含むガスを導
入する工程と、 前記アンテナから前記高周波電力を放出して前記導電型
不純物を含むガスのヘリコンプラズマを発生させる工程
と、 前記磁場発生手段から磁場を発生させた状態で、前記プ
ラズマ流通路／整形室を通して前記ヘリコンプラズマを
前記不純物導入室に導く工程と、 前記半導体基板と前記ヘリコンプラズマを接触させ、前
記感光性耐エッチング性マスクに従って前記半導体基板
に前記導電型不純物を選択的に導入する工程と、 前記半導体基板を前記不純物導入室から前記トランスフ
ァ室を経て前記マスク除去室に搬入し、前記半導体基板
上の感光性耐エッチング性マスクを除去する工程と、 前記半導体基板を前記マスク除去室から前記トランスフ
ァ室を経てアニール室に搬入し、前記半導体基板を加熱
して前記半導体基板中に導入した導電型不純物を活性化
する工程とを有することを特徴とするプラズマドーピン
グ方法。 - 【請求項９】 前記不純物導入室と外部とを仕切ってい
る仕切壁は導電性を有し、前記半導体基板に直流電力或
いは交流電力を印加して前記基板にバイアス電圧を発生
させ、前記半導体基板と前記ヘリコンプラズマの間に生
じる電位差を用いて前記半導体基板中に前記導電型不純
物を導入することを特徴とする請求項７又は８記載のプ
ラズマドーピング方法。 - 【請求項１０】 前記導電型不純物を前記半導体基板に
導入する際に、前記温度調節手段を用いて、前記半導体
基板を冷却し、又は加熱することを特徴とする請求項７
乃至９の何れか一に記載のプラズマドーピング方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13386999A JP3160263B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | プラズマドーピング装置及びプラズマドーピング方法 |
| TW088118936A TW429434B (en) | 1999-05-14 | 1999-11-01 | Plasma doping system and plasma doping method |
| US09/431,073 US6403410B1 (en) | 1999-05-14 | 1999-11-01 | Plasma doping system and plasma doping method |
| EP99121909A EP1054433A1 (en) | 1999-05-14 | 1999-11-05 | Plasma doping system and plasma doping method |
| KR1019990054369A KR100322962B1 (ko) | 1999-05-14 | 1999-12-02 | 플라즈마 도핑 시스템과 플라즈마 도핑 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13386999A JP3160263B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | プラズマドーピング装置及びプラズマドーピング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000323422A JP2000323422A (ja) | 2000-11-24 |
| JP3160263B2 true JP3160263B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=15114971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13386999A Expired - Fee Related JP3160263B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | プラズマドーピング装置及びプラズマドーピング方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6403410B1 (ja) |
| EP (1) | EP1054433A1 (ja) |
| JP (1) | JP3160263B2 (ja) |
| KR (1) | KR100322962B1 (ja) |
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