專(zhuān)利名稱(chēng)：等離子體摻雜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體基板等固體試樣的表面摻雜(添加)雜質(zhì)的等離子體摻雜方法及實(shí)施該方法的裝置。
背景技術(shù)：
在固體試樣的表面摻雜雜質(zhì)的技術(shù)，例如有U.S專(zhuān)利4912065號(hào)揭示的將雜質(zhì)離子化以低能量摻雜到固體中的等離子體摻雜方法。
以下，參照?qǐng)D14說(shuō)明以往的作為雜質(zhì)摻雜的方法的等離子體摻雜方法。
圖14是以往的等離子體摻雜法所采用的等離子體摻雜裝置的基本結(jié)構(gòu)。圖14中，在真空容器100內(nèi)設(shè)置了用于放置硅基板等試樣109的試樣電極106。在真空容器100的外部設(shè)置用于供給含有所要元素的摻雜原料氣體，例如B2H6的供氣裝置102及將真空容器100內(nèi)的內(nèi)部減壓的泵103，可以將真空容器100內(nèi)部保持在規(guī)定的壓力。由微波波導(dǎo)管119經(jīng)作為介質(zhì)窗的石英板107將微波輻射到真空容器100內(nèi)。通過(guò)該微波和由電磁鐵114形成的直流磁場(chǎng)的相互作用，在真空容器100內(nèi)的虛線(xiàn)120所示的區(qū)域形成電子回旋加速器共振等離子體。通過(guò)電容器121將高頻電源110與試樣電極106相連接，控制試樣電極106的電位。
在這種結(jié)構(gòu)的等離子體摻雜裝置中，從供氣裝置102輸入的摻雜原料氣體，例如B2H6，通過(guò)微波波導(dǎo)管119及電磁鐵114構(gòu)成的等離子體發(fā)生裝置被等離子體化，等離子體120中的硼離子由于高頻電源110所產(chǎn)生的電位而摻雜到試樣109的表面。
通過(guò)另外的工序在上述已摻雜了雜質(zhì)的試樣(半導(dǎo)體基板等被加工物(work))109上形成金屬配線(xiàn)層后，在規(guī)定的氧氛圍中，在金屬配線(xiàn)層上形成較薄的氧化膜。其后，采用CVD裝置等在試樣109上形成柵電極，例如能得到MOS晶體管。
含有一摻雜到硅基板等試樣中就顯現(xiàn)出電活性的雜質(zhì)的氣體，如B2H6等摻雜原料氣體普遍存在對(duì)人體的危害性高的問(wèn)題。
在等離子體摻雜法中，摻雜原料氣體所含的所有物質(zhì)都被摻雜到試樣中。以由B2H6構(gòu)成的摻雜原料氣體為例作說(shuō)明，在摻雜到試樣中時(shí)，只有硼是有效的雜質(zhì)，但氫也同時(shí)摻雜到了試樣中。若氫摻雜到試樣中，就會(huì)出現(xiàn)外延生長(zhǎng)等連續(xù)進(jìn)行熱處理時(shí)在試樣中產(chǎn)生晶格缺陷的問(wèn)題。
防止這種問(wèn)題有一種方法，即，將含有一摻雜到硅基板等試樣中就顯現(xiàn)出電活性的雜質(zhì)的雜質(zhì)固體放置在真空容器內(nèi)，同時(shí)在真空容器內(nèi)產(chǎn)生惰性氣體的等離子體的方法。這種方法通過(guò)由惰性氣體的等離子體的離子濺射雜質(zhì)固體，可以使雜質(zhì)從雜質(zhì)固體中分離出來(lái)。該方法記載于日本專(zhuān)利特開(kāi)平09-115851號(hào)。用該方法進(jìn)行摻雜的等離子體摻雜裝置的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖15。圖15中，在真空容器100內(nèi)設(shè)置有用于放置由硅基板構(gòu)成的試樣109的試樣電極106。在真空容器100的外部設(shè)置了用于供給惰性氣體的供氣裝置102及使真空容器100的內(nèi)部減壓的泵103，可以將真空容器100內(nèi)部保持在規(guī)定的壓力。由微波波導(dǎo)管119經(jīng)作為介質(zhì)窗的石英板107將微波輻射到真空容器100內(nèi)。通過(guò)該微波和由電磁鐵114形成的直流磁場(chǎng)的相互作用在真空容器100內(nèi)的虛線(xiàn)120所示的區(qū)域形成電子回旋加速器共振等離子體。通過(guò)電容器121將高頻電源110與試樣電極106相連接，控制試樣電極的106的電位。將含雜質(zhì)元素例如硼的雜質(zhì)固體122放置在固體保持臺(tái)123上，固體保持臺(tái)123的電位由通過(guò)電容器124連接的高頻電源125控制。
在上述圖15所示結(jié)構(gòu)的等離子體摻雜裝置中，從供氣裝置102輸入的惰性氣體，例如氬氣(Ar)通過(guò)微波波導(dǎo)管119及電磁鐵114構(gòu)成的等離子體發(fā)生裝置被等離子體化，利用濺射從雜質(zhì)固體飛濺到等離子體中的雜質(zhì)元素的一部分被離子化，被摻雜到試樣109的表面。
但是，上述圖14及圖15所示的以往的兩種方式中都存在低濃度摻雜不能穩(wěn)定進(jìn)行、處理的重現(xiàn)性差的問(wèn)題。要用摻雜原料氣體進(jìn)行低濃度摻雜，就必須降低真空容器內(nèi)的壓力，并且減小摻雜原料氣體的分壓。這種情況下，一般用惰性氣體氦氣稀釋摻雜原料氣體。這是由于氦氣下述優(yōu)點(diǎn)，即，因?yàn)楹るx子濺出率小，因此對(duì)試樣的離子輻射損傷小。但是由于還存在氦氣在低壓下難以開(kāi)始放電的難點(diǎn)，因此就很難在所希望的低濃度摻雜條件下進(jìn)行處理。
在不采用摻雜原料氣體而采用雜質(zhì)固體進(jìn)行低濃度摻雜時(shí)，也必須降低真空容器內(nèi)的壓力。惰性氣體使用氬氣時(shí)，雖然與氦氣相比在低壓下容易開(kāi)始放電，但依然難以在所希望的低濃度摻雜條件下進(jìn)行處理。在這一點(diǎn)上和采用摻雜原料氣體的情況相同。
在日本專(zhuān)利特開(kāi)2000-309868號(hào)公布了一種方法，即，在采用了氬氣的濺射裝置，通過(guò)提高在等離子體點(diǎn)火階段(generating step)的真空容器內(nèi)的壓力，可準(zhǔn)確地進(jìn)行點(diǎn)火。但是這種方法，由于要提高壓力因此不能夠完全適用于等離子體摻雜這類(lèi)對(duì)雜質(zhì)極其敏感的工藝過(guò)程。
要改善點(diǎn)火性，需提高在點(diǎn)火階段的真空容器內(nèi)的壓力，形成適宜于點(diǎn)火階段的放電的條件，在摻雜階段降低壓力等可有效改變放電條件。但是，如果改變壓力等條件，則放電阻抗的變化大。由此存在用于進(jìn)行高頻功率的阻抗匹配的匹配電路的動(dòng)作不會(huì)隨阻抗的變化而作出相應(yīng)的變化，從而產(chǎn)生較大的反射功率的問(wèn)題。即，一般的匹配電路采用帶有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的可動(dòng)部分的可變電容器(使用微波時(shí)為短線(xiàn))作為2個(gè)可變阻抗器件。由此，馬達(dá)使可動(dòng)部分旋轉(zhuǎn)，改變阻抗需要1秒以上的時(shí)間。反射功率的產(chǎn)生導(dǎo)致處理的重現(xiàn)性下降。還有，某些情況下也會(huì)產(chǎn)生噪聲，導(dǎo)致設(shè)備的誤動(dòng)作。有時(shí)，可變電容器(或者短線(xiàn))的旋轉(zhuǎn)(運(yùn)動(dòng))沒(méi)有停止在規(guī)定位置而是超過(guò)了，這樣等離子體就會(huì)消失。
如果在等離子體摻雜裝置輸入微波及高頻功率，則設(shè)置在高頻電源和等離子體發(fā)生裝置或者試樣電極間的匹配電路就開(kāi)始工作。但是，匹配電路開(kāi)始工作至完全抑制反射波前，一般需要數(shù)百msec到數(shù)sec。而且，由于該時(shí)間在每次重復(fù)處理都不同，因此控制性及重現(xiàn)性差，難以穩(wěn)定地得到所希望的摻雜濃度。
特別是進(jìn)行摻雜濃度為1×1011atm/cm2～1×1015atm/cm2的低濃度摻雜時(shí)，由于處理時(shí)間較短，從數(shù)sec～十?dāng)?shù)sec，因此反射波的離散的影響較大。
等離子體摻雜處理的過(guò)程中，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，改變氣體的種類(lèi)、氣體流量、壓力、高頻功率等控制參數(shù)中的至少1個(gè)控制參數(shù)時(shí)，在控制參數(shù)變化的時(shí)間點(diǎn)易產(chǎn)生較大的反射波。由于這種發(fā)射波的離散大，所以摻雜濃度的控制性及重現(xiàn)性變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可穩(wěn)定地進(jìn)行低濃度摻雜的方法及實(shí)施該方法的裝置。
本發(fā)明的等離子體摻雜方法是在試樣或者試樣表面的膜中添加(摻雜)雜質(zhì)的等離子體摻雜方法。該方法的特征是包括以下3個(gè)階段，第1階段是在真空容器內(nèi)的試樣電極放置試樣；第2階段是通過(guò)一邊將氣體輸入真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第1壓力的同時(shí)向等離子體源供給高頻功率而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體；第3階段是在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，將真空容器內(nèi)的壓力控制在比第1壓力低的第2壓力。
采用本發(fā)明的等離子體摻雜方法，通過(guò)一邊將氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第1壓力的同時(shí)向等離子體源供給高頻功率而產(chǎn)生等離子體。在這種狀態(tài)下，將真空容器內(nèi)的壓力控制在比第1壓力低的第2壓力，由此可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低濃度摻雜。
本發(fā)明的另一等離子體摻雜方法也是在試樣或者試樣表面的膜中添加雜質(zhì)的等離子體摻雜方法，該方法的特征是包括以下3個(gè)階段，第1階段是在真空容器內(nèi)的試樣電極放置試樣；第2階段是通過(guò)一邊將含有氦氣以外的惰性氣體的氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第1壓力的同時(shí)向等離子體源供給高頻功率而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體；第3階段是在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，一邊將含有氦氣的氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第2壓力。
采用本發(fā)明的這一等離子體摻雜方法，通過(guò)一邊將含有氦氣以外的惰性氣體的氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第1壓力的同時(shí)向等離子體源供給高頻功率而產(chǎn)生等離子體。在這種狀態(tài)下，一邊將含有氦氣的氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第2壓力，由此可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低濃度摻雜。
本發(fā)明的另一等離子體摻雜方法也是在試樣或者試樣表面的膜中添加雜質(zhì)的等離子體摻雜方法，該方法的特征是包括以下3個(gè)階段，第1階段是在真空容器內(nèi)的試樣電極放置試樣；第2階段是通過(guò)一邊將氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第1壓力的同時(shí)向等離子體源供給高頻功率而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體；第3階段是在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，一邊將真空容器內(nèi)的壓力控制在第2壓力一邊向等離子體源供給比第2階段的高頻功率大的高頻功率。
采用本發(fā)明的這一等離子體摻雜方法，通過(guò)一邊將氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)控制在第1壓力的同時(shí)向等離子體源供給高頻功率而產(chǎn)生等離子體。在這種狀態(tài)下，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第2壓力，向等離子體源供給比等離子體產(chǎn)生時(shí)的高頻功率大的高頻功率，由此可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低濃度摻雜。
本發(fā)明的另一等離子體摻雜方法也是在試樣或者試樣表面的膜中添加雜質(zhì)的等離子體摻雜方法，該方法的特征是包括以下3個(gè)階段，第1階段是在真空容器內(nèi)的試樣電極放置試樣；第2階段是通過(guò)一邊將不含摻雜原料氣體的氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第1壓力的同時(shí)向等離子體源供給高頻功率而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體；第3階段是在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，一邊將含有摻雜原料氣體的氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在和第1壓力不同的第2壓力。
采用本發(fā)明的這一等離子體摻雜方法，一邊將不含摻雜原料氣體的氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)控制在第1壓力的同時(shí)向等離子體源供給高頻功率而產(chǎn)生等離子體。在這種狀態(tài)下，一邊將含有摻雜原料氣體的氣體輸入至真空容器內(nèi)一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將真空容器內(nèi)的壓力控制在第2壓力，由此可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低濃度摻雜。
本發(fā)明的另一等離子體摻雜方法是一邊將氣體輸入到裝有等離子體發(fā)生裝置的真空容器內(nèi)，一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，通過(guò)裝有作為2個(gè)可變阻抗器件的不帶可動(dòng)部分的環(huán)形磁芯的等離子體發(fā)生裝置用匹配電路，將高頻功率供給等離子體發(fā)生裝置而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，將雜質(zhì)添加到放置于真空容器內(nèi)的試樣電極的試樣或者試樣表面的膜中的等離子體摻雜方法。該方法的特征是，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，使氣體的種類(lèi)、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數(shù)中的至少1個(gè)控制參數(shù)發(fā)生變化。
采用本發(fā)明的這一等離子體摻雜方法，通過(guò)裝有作為2個(gè)阻抗器件的環(huán)形磁芯的等離子體發(fā)生裝置用匹配電路，將高頻功率供給等離子體發(fā)生裝置而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體。在這種狀態(tài)下，使氣體的種類(lèi)、氣體流量、壓力、高頻功率中的至少1個(gè)控制參數(shù)發(fā)生變化。由此可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低濃度摻雜，進(jìn)行重現(xiàn)性?xún)?yōu)良的等離子體摻雜。
本發(fā)明的另一等離子體摻雜方法是一邊將氣體輸入到裝有等離子體發(fā)生裝置的真空容器內(nèi)，一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，通過(guò)等離子體發(fā)生裝置用匹配電路將高頻功率供給等離子體發(fā)生裝置而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，將雜質(zhì)添加到放置于真空容器內(nèi)的試樣電極的試樣或者試樣表面的膜中的等離子體摻雜方法。該方法的特征是，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，以1秒鐘～5秒鐘使氣體的種類(lèi)、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數(shù)中的至少1個(gè)控制參數(shù)發(fā)生變化。
采用本發(fā)明的這一等離子體摻雜方法，通過(guò)等離子體發(fā)生裝置用匹配電路將高頻功率供給等離子體發(fā)生裝置而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，將雜質(zhì)添加到試樣表面。在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，用1秒～5秒的時(shí)間使氣體的種類(lèi)、氣體流量、壓力、高頻功率中的至少1個(gè)控制參數(shù)發(fā)生變化。由此可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低濃度摻雜，進(jìn)行重現(xiàn)性?xún)?yōu)良的等離子體摻雜。
本發(fā)明的等離子體摻雜方法在等離子體摻雜處理的過(guò)程中，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，使氣體的種類(lèi)、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數(shù)中的至少1個(gè)控制參數(shù)發(fā)生變化時(shí)特別有效。
本發(fā)明的另一等離子體摻雜方法是通過(guò)一邊將氣體輸入到裝有等離子體發(fā)生裝置的真空容器內(nèi)，一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將高頻功率供給等離子體發(fā)生裝置而使真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，將高頻功率供給真空容器內(nèi)的試樣電極，在放置于試樣電極的試樣或者試樣表面的膜中添加雜質(zhì)的等離子體摻雜方法。該方法的特征是，供給等離子體發(fā)生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進(jìn)波功率(forward power)為Pf，反射波功率(reflected power)為Pr時(shí)，以1msec～100msec的間隔采集行進(jìn)波功率Pf和反射波功率Pr的功率差Pf-Pr的值，在功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)停止供給高頻功率。
采用本發(fā)明的這一等離子體摻雜方法，供給等離子體發(fā)生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf，反射波功率為Pr時(shí)，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值，在采集的功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)停止供給高頻功率。由此可實(shí)現(xiàn)摻雜濃度的控制性、重現(xiàn)性?xún)?yōu)良的等離子體摻雜。
本發(fā)明的等離子體摻雜裝置的特征是，具備真空容器、用于將氣體輸入真空容器內(nèi)的供氣裝置、用于從真空容器內(nèi)排出氣體的排氣裝置、用于將真空容器內(nèi)的壓力控制在規(guī)定壓力的調(diào)壓閥、用于在真空容器內(nèi)放置試樣的試樣電極、等離子體產(chǎn)生裝置、裝有作為2個(gè)可變阻抗器件的不帶可動(dòng)部分的環(huán)形磁芯的等離子體發(fā)生裝置用匹配電路、通過(guò)等離子體發(fā)生裝置用匹配電路將高頻功率供給等離子體發(fā)生裝置的高頻電源。
采用上述本發(fā)明的等離子體摻雜裝置，由于具備通過(guò)裝有作為2個(gè)可變阻抗器件的不帶可動(dòng)部分的環(huán)形磁芯的等離子體發(fā)生裝置用匹配電路、將高頻功率供給等離子體發(fā)生裝置的高頻電源，因此可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低濃度摻雜，同時(shí)能夠進(jìn)行重現(xiàn)性?xún)?yōu)良的等離子體摻雜。
本發(fā)明的另一等離子體摻雜裝置具備真空容器、將氣體輸入真空容器內(nèi)的供氣裝置、從真空容器內(nèi)排出氣體的排氣裝置、將真空容器內(nèi)的壓力控制在規(guī)定壓力的調(diào)壓閥、在真空容器內(nèi)放置試樣的試樣電極、等離子體產(chǎn)生裝置、將高頻功率供給等離子體發(fā)生裝置的高頻電源以及將高頻功率供給試樣電極的高頻電源。該等離子體摻雜裝置還具備供給等離子體發(fā)生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf、反射波功率為Pr時(shí)，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值的取樣器，以及在功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)停止供給高頻功率的控制裝置。
采用上述本發(fā)明的等離子體摻雜裝置，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值，在功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)停止供給高頻功率，由此可以提供摻雜濃度的控制性、重現(xiàn)性?xún)?yōu)良的等離子體摻雜裝置。


圖1是采用本發(fā)明的實(shí)施例1～4的等離子體摻雜方法進(jìn)行摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
圖2是采用本發(fā)明的實(shí)施例1～4的等離子體摻雜方法進(jìn)行等離子體摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的另一實(shí)例的剖面圖。
圖3是采用本發(fā)明的實(shí)施例1～4的等離子體摻雜方法進(jìn)行等離子體摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的另一實(shí)例的剖面圖。
圖4是采用本發(fā)明的實(shí)施例1～4的等離子體摻雜方法進(jìn)行等離子體摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的另一實(shí)例的剖面圖。
圖5是采用本發(fā)明的實(shí)施例1～4的等離子體摻雜方法進(jìn)行等離子體摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的另一實(shí)例的剖面圖。
圖6是采用本發(fā)明的實(shí)施例5的等離子體摻雜方法進(jìn)行摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施例5所用的等離子體發(fā)生裝置用匹配電路的電路圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施例5的動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施例6的動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖10是采用本發(fā)明的實(shí)施例7的等離子體摻雜方法進(jìn)行摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施例7的動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖12表示本發(fā)明的實(shí)施例7的采樣間隔和摻雜濃度的離散的關(guān)系。
圖13是本發(fā)明的實(shí)施例7所使用的等離子體摻雜裝置的另一實(shí)例的剖面圖。
圖14是實(shí)施以往的等離子體摻雜方法的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
圖15是實(shí)施以往的其它等離子體摻雜方法的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1～圖13詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的等離子體摻雜方法的較佳實(shí)施例。
《實(shí)施例1》以下，參照?qǐng)D1說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1的等離子體摻雜方法。
圖1是采用本發(fā)明的實(shí)施例1的等離子體摻雜方法進(jìn)行摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖。圖1中，在真空容器1的內(nèi)部空間1a，從供氣裝置2輸入規(guī)定的氣體，由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進(jìn)行排氣。通過(guò)調(diào)壓閥4將真空容器1的內(nèi)部空間1a保持在規(guī)定的壓力，同時(shí)從高頻電源5向設(shè)置在與試樣電極6對(duì)置的介質(zhì)窗7附近的螺旋狀線(xiàn)圈8供給13.56MHz的高頻功率。由此，在真空容器1的內(nèi)部空間1a產(chǎn)生電感耦合型等離子體，能夠?qū)ψ鳛榉胖迷谠嚇与姌O6上的試樣(被加工物)的硅基板9進(jìn)行等離子體摻雜處理。通過(guò)設(shè)置用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10供給高頻功率，可以控制試樣電極6的電位，使基板9相對(duì)等離子體具有負(fù)的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調(diào)壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內(nèi)。介質(zhì)窗7的主成分是石英玻璃。
將作為被加工物的硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃一邊以50sccm(standard cc/min)向真空容器1內(nèi)輸入氦氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內(nèi)的壓力控制在第1壓力3Pa)，同時(shí)向作為等離子體源的線(xiàn)圈8供給800W的上述13.56MHz的高頻功率，在真空容器1內(nèi)產(chǎn)生等離子體。產(chǎn)生等離子體1秒后，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，將真空容器1內(nèi)的壓力控制在比上述第1壓力(3Pa)低的第2壓力(0.3Pa)。等離子體穩(wěn)定后，向試樣電極6供給200W的上述13.56MHz的高頻功率，歷時(shí)7秒鐘。通過(guò)以上的工藝流程，可以將硼摻雜到基板9的表面附近。也同樣可以在設(shè)于作為試樣的基板9的表面的膜進(jìn)行摻雜。摻雜濃度為2.5×1013atm/cm2。
如上所述，通過(guò)在比摻雜過(guò)程的壓力(0.3Pa)高的壓力(3Pa)下進(jìn)行等離子體的點(diǎn)火，可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的點(diǎn)火。在上述的工藝流程中，由于使用以離子輻射對(duì)試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，所以能夠穩(wěn)定地進(jìn)行低濃度摻雜。另一種方法是在使等離子體點(diǎn)火的階段，輸入氦氣以外的惰性氣體，這樣效果較好。氦氣以外的惰性氣體的點(diǎn)火下限壓力比氦氣低，因此，使用氦氣以外的惰性氣體，具有能以更低的壓力進(jìn)行等離子體點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)。
另一種方法是在使等離子體點(diǎn)火的階段，減小供給等離子體源的高頻功率，這樣效果也較好。這種情況下，具有可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)基板9的不良影響的優(yōu)點(diǎn)。
另一種方法是在使等離子體點(diǎn)火的階段，不向真空容器內(nèi)輸入摻雜原料氣體，這樣效果也較好。在這種情況下，具有可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)基板9的不良影響的優(yōu)點(diǎn)。
《實(shí)施例2》接著，和實(shí)施例1相同參照?qǐng)D1說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例2的等離子體摻雜方法。圖1中的在實(shí)施例1說(shuō)明過(guò)的事項(xiàng)也同樣引用到實(shí)施例2。
圖1的等離子體摻雜裝置的結(jié)構(gòu)及基本動(dòng)作在本發(fā)明的上述實(shí)施例1已作了詳細(xì)的說(shuō)明，因此省略重復(fù)的說(shuō)明。
圖1中，將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃一邊以50sccm向真空容器1內(nèi)輸入氬氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內(nèi)的壓力控制在第1壓力0.8Pa，同時(shí)向作為等離子體源的線(xiàn)圈8供給800W的高頻功率，在真空容器1內(nèi)產(chǎn)生等離子體。產(chǎn)生等離子體1秒后，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，向真空容器1內(nèi)以50sccm輸入氦氣。此外停止輸入氬氣。等離子體穩(wěn)定后，向試樣電極6供給200W的高頻功率，歷時(shí)7秒鐘。由此可以將硼摻雜到基板9的表面附近。摻雜濃度為4.2×1013atm/cm2。
如上所述，通過(guò)用含氦氣以外的惰性氣體的氣體進(jìn)行等離子體的點(diǎn)火，可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的點(diǎn)火。在上述的工藝流程中，由于使用以離子輻射對(duì)試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，所以能夠穩(wěn)定地進(jìn)行低濃度摻雜。
本發(fā)明的實(shí)施例2中，在使等離子體點(diǎn)火的階段增大真空容器內(nèi)的壓力，這樣效果較好。由此具有能夠更穩(wěn)定地進(jìn)行等離子體點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)。
在使等離子體點(diǎn)火的階段，較好的是減小供給等離子體源的高頻功率。這種情況下，具有可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)基板9的不良影響的優(yōu)點(diǎn)。
在使等離子體點(diǎn)火的階段，較好的是不向真空容器內(nèi)輸入摻雜原料氣體。這種情況下，具有可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)基板9的不良影響的優(yōu)點(diǎn)。
《實(shí)施例3》接著，和實(shí)施例1相同參照?qǐng)D1說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例3的等離子體摻雜方法。圖1中的在實(shí)施例1說(shuō)明過(guò)的事項(xiàng)也同樣引用到實(shí)施例3。
圖1的等離子體摻雜裝置的結(jié)構(gòu)及基本動(dòng)作在本發(fā)明的上述實(shí)施例1已作了詳細(xì)的說(shuō)明，因此省略重復(fù)的說(shuō)明。
圖1中，將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內(nèi)輸入氦氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內(nèi)的壓力控制在第1壓力3Pa，同時(shí)向作為等離子體源的線(xiàn)圈8供給100W的高頻功率，在真空容器1內(nèi)產(chǎn)生等離子體。等離子體點(diǎn)火1秒后，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，將真空容器1內(nèi)的壓力控制在比上述第1壓力(3Pa)低的第2壓力(0.3Pa)，將供給線(xiàn)圈的高頻功率增大到800W。等離子體穩(wěn)定后，向試樣電極供給200W的高頻功率，歷時(shí)7秒鐘，這樣能夠?qū)⑴饟诫s到基板9的表面附近。摻雜濃度為2.4×1013atm/cm2。
如上所述，在進(jìn)行等離子體的點(diǎn)火時(shí)，如果減小供給等離子體源的功率，則可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響。這樣，使用以離子輻射對(duì)試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，可以穩(wěn)定地進(jìn)行低濃度摻雜。
本發(fā)明的實(shí)施例3中，第2壓力和第1壓力相同效果較好。在這種情況下，也可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響。
在使等離子體點(diǎn)火的階段，輸入氦氣以外的惰性氣體效果較好。氦氣以外的惰性氣體一般點(diǎn)火的下限壓力比氦氣低。因此，使用氦氣以外的惰性氣體，具有能以更低的壓力進(jìn)行等離子體點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)。
在使等離子體點(diǎn)火的階段，不向真空容器內(nèi)輸入摻雜原料氣體效果也較好。在這種情況下，具有可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響的優(yōu)點(diǎn)。
《實(shí)施例4》接著，和實(shí)施例1相同參照?qǐng)D1說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例4的等離子體摻雜方法。圖1中的在實(shí)施例1說(shuō)明過(guò)的事項(xiàng)也同樣引用到實(shí)施例4。
圖1的等離子體摻雜裝置的結(jié)構(gòu)及基本動(dòng)作在本發(fā)明的上述實(shí)施例1已作了詳細(xì)的說(shuō)明，因此省略重復(fù)的說(shuō)明。
圖1中，將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內(nèi)輸入氦氣。將真空容器1內(nèi)的壓力控制在第1壓力3Pa，同時(shí)向作為等離子體源的線(xiàn)圈8供給800W的高頻功率，使真空容器1內(nèi)產(chǎn)生等離子體。等離子體點(diǎn)火1秒后，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，將真空容器1內(nèi)的壓力控制在比上述第1壓力(3Pa)低的第2壓力(0.3Pa)，以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。等離子體穩(wěn)定后，向試樣電極供給200W的高頻功率，歷時(shí)7秒鐘。由此可以將硼摻雜到基板9的表面附近。摻雜濃度為2.4×1013atm/cm2。
如上所述，在進(jìn)行等離子體的點(diǎn)火階段，使用不含摻雜原料氣體的氣體，由此減小在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響，同時(shí)使用以離子輻射對(duì)試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，可以穩(wěn)定地進(jìn)行低濃度摻雜。
實(shí)施例4中，第2壓力和第1壓力相同效果較好。這樣可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響。
在使等離子體點(diǎn)火的階段，輸入氦氣以外的惰性氣體效果較好。氦氣以外的惰性氣體一般點(diǎn)火下限壓力比氦氣低。因此具有能以更低的壓力進(jìn)行等離子體點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)。
在使等離子體點(diǎn)火的階段，減小供給等離子體源的高頻功率效果較好。由此具有可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響的優(yōu)點(diǎn)。
以上所述的本發(fā)明的實(shí)施例1～實(shí)施例4的等離子體摻雜方法的應(yīng)用范圍并不限定于上述各實(shí)施例所使用的圖1所示的裝置。圖1只不過(guò)是例舉了在真空容器的形狀、等離子體源的方式及配置等方面的各種變化中的一部分。本發(fā)明的等離子體摻雜方法除在這里舉例說(shuō)明的以外，當(dāng)然還可以應(yīng)用于各種各樣有所變化的裝置。
例如，本發(fā)明的等離子體摻雜方法可應(yīng)用于圖2所示結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置中線(xiàn)圈8為平面的螺旋狀。
本發(fā)明的等離子體摻雜方法還可以適用于圖3所示的裝置，該裝置中用天線(xiàn)13代替線(xiàn)圈8，用電磁鐵14作為磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置。這種情況下，能夠在真空容器1內(nèi)形成螺旋波等離子體，產(chǎn)生比電感耦合型等離子體密度高的高密度的等離子體。通過(guò)控制流向電磁鐵14的電流，能夠在真空容器1內(nèi)施加直流磁場(chǎng)或者頻率1kHz以下的低頻磁場(chǎng)。
本發(fā)明的等離子體摻雜方法也可以適用于圖4所示的裝置，該裝置中用天線(xiàn)13及作為磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的2個(gè)電磁鐵14a、14b代替線(xiàn)圈8。這種情況下，通過(guò)使互為逆向的電流流過(guò)2個(gè)電磁鐵14a、14b，可以在真空容器內(nèi)形成磁中性環(huán)路等離子體。磁中性環(huán)路等離子體可以產(chǎn)生比電感耦合型等離子體密度高的高密度的等離子體。通過(guò)控制流動(dòng)于電磁鐵14a、14b的電流，可以在真空容器1內(nèi)施加直流磁場(chǎng)或者頻率1kHz以下的低頻磁場(chǎng)。
圖5是等離子體摻雜裝置的另一實(shí)例的剖面圖。圖5中，在真空容器1內(nèi)一邊從供氣裝置2輸入規(guī)定的氣體，一邊由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進(jìn)行排氣。通過(guò)調(diào)壓閥4將真空容器1內(nèi)的壓力保持在規(guī)定的壓力，同時(shí)由高頻電源5向設(shè)置在與試樣電極6對(duì)置的介質(zhì)窗7附近的線(xiàn)圈8供給1 3.56MHz的高頻功率。由此在真空容器1內(nèi)產(chǎn)生電感耦合型等離子體，對(duì)放置在試樣電極6上的作為試樣(被加工物)的硅基板9進(jìn)行等離子體摻雜處理。設(shè)置用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10。從高頻電源10供給高頻功率，可以控制試樣電極6的電位，使基板9相對(duì)等離子體具有負(fù)的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調(diào)壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內(nèi)。介質(zhì)窗7的主成分是石英玻璃，使石英玻璃中含有作為雜質(zhì)的硼。
設(shè)置用于向配置于線(xiàn)圈8和介質(zhì)窗7之間的偏置電極15供給頻率500kHz的高頻功率的高頻電源16。偏置電極15是將多個(gè)已知的帶狀電極配置成放射狀而形成的。將帶狀的縱向按和螺旋狀的線(xiàn)圈8的導(dǎo)體垂直相交的狀態(tài)配置。采用該配置，使偏置電極15基本不會(huì)影響從線(xiàn)圈8發(fā)出的高頻電磁場(chǎng)輻射到真空容器1內(nèi)。偏置電極15幾乎覆蓋介質(zhì)窗7的整個(gè)區(qū)域，濺射介質(zhì)窗7時(shí)，可以控制作為石英玻璃所含雜質(zhì)的硼擴(kuò)散到等離子體中的量。在高頻電源5的輸出端設(shè)置由帶通濾波器17和反射波計(jì)18構(gòu)成的反射波檢測(cè)電路20。設(shè)置帶通濾波器17是作為用于防止來(lái)自高頻電源16的頻率500kHz的高頻功率引起的調(diào)制影響高頻電源5的頻率13.56MHz的高頻功率的反射波的檢測(cè)的電路。帶通濾波器17可消除由于供給頻率500kHz的高頻功率，介質(zhì)窗7的表面的覆蓋厚度在頻率500kHz發(fā)生變化所產(chǎn)生的影響。帶通濾波器17是用于在頻率13.56MHz的高頻功率的反射波中，只提取13.56MHz的成分，由反射波計(jì)18檢測(cè)出的裝置。這種結(jié)構(gòu)中，一邊由反射波計(jì)18監(jiān)測(cè)頻率13.56MHz的高頻功率的反射波一邊進(jìn)行處理。由此可以實(shí)時(shí)檢測(cè)出匹配狀態(tài)及頻率13.56MHz的高頻電源的故障。
通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，可以在真空容器1內(nèi)不輸入摻雜原料氣體，而由含固體狀的雜質(zhì)的介質(zhì)窗7產(chǎn)生的摻雜原料，將雜質(zhì)摻雜到試樣或者試樣表面的膜中。
以上所述的本發(fā)明的各實(shí)施例中，在第2壓力比第1壓力低時(shí)，要切實(shí)進(jìn)行點(diǎn)火并且實(shí)現(xiàn)低濃度摻雜，比較理想的是第1壓力為1Pa～10Pa，第2壓力為0.01Pa～1Pa，更佳的范圍是第1壓力為2Pa～5Pa，第2壓力為0.01Pa～0.5Pa。
使用氦氣以外的惰性氣體時(shí)，最好使用氖、氬、氪或氙氣中的至少1種氣體。這些惰性氣體具有相比其它氣體對(duì)試樣的不良影響小的優(yōu)點(diǎn)。
在點(diǎn)火階段，減小供給等離子體源的高頻功率的情況下，對(duì)切實(shí)地進(jìn)行點(diǎn)火，并且抑制在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響，實(shí)現(xiàn)低濃度摻雜效果較佳。為此，在點(diǎn)火階段供給等離子體源的高頻功率為在摻雜階段供給等離子體源的高頻功率的1/100～1/2較為理想。在點(diǎn)火階段供給等離子體源的高頻功率為在摻雜階段供給等離子體源的高頻功率的1/20～1/5則更佳。
在真空容器內(nèi)輸入摻雜原料氣體時(shí)，要實(shí)現(xiàn)低濃度摻雜，摻雜原料氣體的分壓為在摻雜階段的真空容器內(nèi)的壓力的1/1000～1/5較為理想。摻雜原料氣體的分壓為在摻雜階段的真空容器內(nèi)的壓力的1/100～1/10則更佳。
在上述各實(shí)施例中，例舉了試樣為由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的情況，但在處理其它各種材質(zhì)的試樣時(shí)，也能夠應(yīng)用本發(fā)明的等離子體摻雜方法。
在上述各實(shí)施例中，例舉了雜質(zhì)為硼的情況，在試樣為由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的情況下，本發(fā)明在雜質(zhì)為砷、磷、硼、鋁或者銻時(shí)特別有效。這是因?yàn)樵诰w管部分能夠形成較淺的接合。
本發(fā)明的方法在摻雜濃度為低濃度時(shí)有效，在作為以1×1011atm/cm2～1×1017atm/cm2為目標(biāo)的等離子體摻雜方法時(shí)非常有效。在作為以1×1011atm/cm2～1×1014atm/cm2為目標(biāo)的等離子體摻雜方法時(shí)特別有效。
本發(fā)明對(duì)使用電子回旋加速器共振(ECR)等離子體的情況也是有效的，但在不使用ECR等離子體時(shí)特別有效。ECR等離子體具有在低壓下等離子體也容易點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于試樣附近的直流磁場(chǎng)大，易發(fā)生電子和離子的電荷分離，存在摻雜量的均一性差的缺點(diǎn)。也就是說(shuō)，通過(guò)將本發(fā)明應(yīng)用到不使用ECR等離子體而使用其它高密度等離子體源的等離子體摻雜方法，可以實(shí)現(xiàn)均一性更優(yōu)良的低濃度摻雜。
《實(shí)施例5》參照?qǐng)D6～圖8，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例5的等離子體摻雜方法。
本發(fā)明的實(shí)施例5的等離子體摻雜方法所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖見(jiàn)圖6。圖6中，將作為試樣(被加工物)的硅基板9放置在設(shè)置于真空容器1內(nèi)的試樣電極6上。在真空容器1中一邊從供氣裝置2輸入規(guī)定的氣體，一邊由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進(jìn)行排氣。通過(guò)調(diào)壓閥4將真空容器1內(nèi)的壓力保持在規(guī)定的壓力，同時(shí)由高頻電源5向設(shè)置在與試樣電極6對(duì)置的介質(zhì)窗7附近的作為等離子體發(fā)生裝置的線(xiàn)圈8供給13.56MHz的高頻功率。由此在真空容器1內(nèi)產(chǎn)生電感耦合型等離子體，能夠?qū)Ψ胖迷谠嚇与姌O6上的硅基板9進(jìn)行等離子體摻雜處理。通過(guò)設(shè)置用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10對(duì)試樣電極6的電位進(jìn)行控制，使基板9相對(duì)等離子體具有負(fù)的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調(diào)壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內(nèi)。介質(zhì)窗7的主成分是石英玻璃。在高頻電源5和線(xiàn)圈8間設(shè)置等離子體發(fā)生裝置用匹配電路33。
等離子體發(fā)生裝置用匹配電路33是公知的市售品，參照?qǐng)D7的框圖簡(jiǎn)單進(jìn)行說(shuō)明。如果在輸出端33b連接線(xiàn)圈8的匹配電路33的輸入端33a由高頻電源5供給高頻功率，則根據(jù)來(lái)自傳感器14的信號(hào)，運(yùn)算電路15將控制電壓輸出到環(huán)形磁芯16a、16b。這樣，由于環(huán)形磁芯16a、16b的導(dǎo)磁率發(fā)生變化，高頻的電感也發(fā)生變化，能夠向所希望的匹配狀態(tài)轉(zhuǎn)換。等離子體發(fā)生裝置用匹配電路33不具有可動(dòng)部分，由于只在已知的電信號(hào)使用可以改變阻抗的環(huán)形磁芯16a、16b，因此匹配所需要的時(shí)間在1msec以下。
將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內(nèi)輸入氦氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內(nèi)的壓力控制在第1壓力2Pa，同時(shí)向作為等離子體源的線(xiàn)圈8供給150W的高頻功率，由此在真空容器1內(nèi)產(chǎn)生等離子體。
以下參照?qǐng)D8的時(shí)間圖說(shuō)明本實(shí)施例的工藝流程。在時(shí)間t1開(kāi)始向線(xiàn)圈8供給150W的高頻功率(high frequency power)。開(kāi)始供給高頻功率0.1秒后，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，控制調(diào)節(jié)閥使真空容器1內(nèi)處于比第1壓力(2Pa)低的第2壓力1Pa。在0.07秒后將高頻功率提高到800W，并且向試樣電極供給200W的高頻功率。由此可以將雜質(zhì)摻雜到基板9的表面附近。連續(xù)進(jìn)行上述處理100次，摻雜濃度的平均值為2.5×1013atm/cm2，其離散度為±1.4％。
為了有所比較，用以往的使用可變電容器的匹配電路進(jìn)行了相同條件下的處理。其結(jié)果是，在改變了控制參數(shù)中的壓力及高頻功率的時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生了較大的反射波。由于該反射波離散，進(jìn)行了100次連續(xù)處理時(shí)的摻雜濃度的平均值為2.4×1013atm/cm2，其離散度較大，達(dá)到±2.8％。本實(shí)施例和以往例的反射波的波形見(jiàn)圖8。
如上所述，通過(guò)在比摻雜階段的壓力高的壓力下進(jìn)行等離子體的點(diǎn)火，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的點(diǎn)火。因此，使用以離子輻射對(duì)試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，可以穩(wěn)定地進(jìn)行低濃度摻雜。在使等離子體點(diǎn)火的階段，通過(guò)減小供給等離子體源的高頻功率，可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響。在本實(shí)施例采用了裝有作為2個(gè)可變阻抗器件的已知的不帶可動(dòng)部分的環(huán)形磁芯16a、16b的等離子體發(fā)生裝置用匹配電路33。因此，即使改變控制參數(shù)也不會(huì)產(chǎn)生大的反射波，能進(jìn)行重現(xiàn)性?xún)?yōu)良的處理。
實(shí)施例5中，在使等離子體點(diǎn)火的階段，可以輸入氦氣以外的惰性氣體。這種情況下，由于氦氣以外的惰性氣體點(diǎn)火的下限壓力比氦氣低，因此使用氦氣以外的惰性氣體，具有能以更低的壓力進(jìn)行等離子體點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)。
在使等離子體點(diǎn)火的階段，可以不向真空容器內(nèi)輸入摻雜原料氣體。在這種情況下，也具有可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響的優(yōu)點(diǎn)。
《實(shí)施例6》接著，參照?qǐng)D9說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例6的等離子體摻雜方法。
在實(shí)施例6的等離子體摻雜方法所采用的等離子體摻雜裝置和圖6及圖7所示的相同，因此省略重復(fù)的說(shuō)明。
將硅基板9放置在試樣電極6上后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內(nèi)輸入氦氣5及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內(nèi)的壓力控制在第1壓力2Pa，同時(shí)向作為等離子體源的線(xiàn)圈8供給200W的高頻功率，由此使真空容器1內(nèi)產(chǎn)生等離子體。
參照?qǐng)D9的時(shí)間圖說(shuō)明本實(shí)施例的工藝流程。在時(shí)間t1開(kāi)始向線(xiàn)圈8供給200W的高頻功率。開(kāi)始供給高頻功率0.5秒后，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，慢慢增大調(diào)壓閥4的開(kāi)度，使真空容器1內(nèi)處于比第1壓力(2Pa)低的第2壓力(1Pa)。同時(shí)在2秒鐘內(nèi)慢慢將線(xiàn)圈8的高頻功率提高到800W。用2.0秒鐘的時(shí)間，慢慢改變作為控制參數(shù)的壓力和高頻功率后，向試樣電極6供給200W的高頻功率。由此可以將硼摻雜到基板9的表面附近。連續(xù)進(jìn)行這樣的處理100次，摻雜濃度的平均值為2.5×1013atm/cm2，其離散度為±0.9％。
如上所述，通過(guò)在比摻雜階段的壓力高的壓力下進(jìn)行等離子體的點(diǎn)火，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的點(diǎn)火。還有，通過(guò)使用以離子輻射對(duì)試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，可以穩(wěn)定地進(jìn)行低濃度摻雜。在使等離子體點(diǎn)火的階段，通過(guò)減小供給等離子體源的高頻功率，可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響。本實(shí)施例中采用了裝有作為2個(gè)可變阻抗器件的不帶可動(dòng)部分的圖7所示的已知的環(huán)形磁芯的等離子體發(fā)生裝置用匹配電路33。因此，即使改變控制參數(shù)也不會(huì)產(chǎn)生大的反射波，能進(jìn)行重現(xiàn)性?xún)?yōu)良的處理。由于用2秒鐘的時(shí)間慢慢改變作為控制參數(shù)的壓力和高頻功率，因此阻抗的變化緩和，能夠比圖8所示的實(shí)施例5更進(jìn)一步減小產(chǎn)生的反射波，改善重現(xiàn)性。
本發(fā)明的實(shí)施例6中，在使等離子體點(diǎn)火的階段，可以輸入氦氣以外的惰性氣體。這種情況下，由于氦氣以外的惰性氣體一般點(diǎn)火的下限壓力比氦氣低，因此使用氦氣以外的惰性氣體，具有能以更低的壓力進(jìn)行等離子體點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)。
在使等離子體點(diǎn)火的階段，可以不向真空容器內(nèi)輸入摻雜原料氣體。在這種情況下，也具有可以減少在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)施例中，例舉了用2秒鐘的時(shí)間改變控制參數(shù)的例子。控制參數(shù)的改變可以1秒鐘～5秒鐘的時(shí)間進(jìn)行，這是因?yàn)槭褂镁哂锌勺冸娙萜鞯牡入x子體發(fā)生裝置用匹配電路時(shí)，如果用小于1秒的時(shí)間進(jìn)行控制參數(shù)的改變，則會(huì)產(chǎn)生較大的反射波。如果用大于5秒的時(shí)間進(jìn)行控制參數(shù)的改變，則處理時(shí)間延長(zhǎng)，生產(chǎn)效率降低。
本發(fā)明的實(shí)施例5及實(shí)施例6，只不過(guò)舉例說(shuō)明了本發(fā)明的等離子體摻雜方法的應(yīng)用范圍中的一部分。本發(fā)明的等離子體摻雜方法當(dāng)然還可以應(yīng)用于真空容器的形狀、等離子體源的方式及配置等方面有所變化的各種裝置。
例如，如圖2所示可以將線(xiàn)圈8做成平面狀。此外，可以使用螺旋波等離子體，也可以采用磁中性環(huán)路等離子體。
可以在真空容器1內(nèi)不輸入摻雜原料氣體，而由固體狀雜質(zhì)產(chǎn)生的摻雜原料將雜質(zhì)摻雜在試樣或試樣表面的膜中。
本發(fā)明在保持等離子體產(chǎn)生的狀態(tài)下，改變的控制參數(shù)是氣體的種類(lèi)、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數(shù)中的至少1個(gè)控制參數(shù)時(shí)特別有效。
在保持等離子體產(chǎn)生的狀態(tài)下，將壓力從第1壓力改變到第2壓力時(shí)，第2壓力最好比第1壓力低。要切實(shí)地進(jìn)行點(diǎn)火，并且實(shí)現(xiàn)低濃度摻雜，第1壓力為1Pa～10Pa，第2壓力為0.01Pa～1Pa較為理想，第1壓力為2Pa～5Pa，第2壓力為0.01Pa～0.5Pa更為理想。
使用氦氣以外的惰性氣體時(shí)，最好使用氖、氬、氪或氙氣中的至少1種氣體。這些惰性氣體具有相比其它氣體對(duì)試樣的不良影響小的優(yōu)點(diǎn)。
減小在點(diǎn)火階段供給等離子體源的高頻功率的情況下，對(duì)切實(shí)地進(jìn)行點(diǎn)火，并且抑制在點(diǎn)火階段對(duì)試樣的不良影響，實(shí)現(xiàn)低濃度摻雜效果較佳。為此，在點(diǎn)火階段供給等離子體源的高頻功率為在摻雜階段供給等離子體源的高頻功率的1/100～1/2較為理想。在點(diǎn)火階段供給等離子體源的高頻功率為在摻雜階段供給等離子體源的高頻功率的1/20～1/5則更佳。
在真空容器內(nèi)輸入摻雜原料氣體時(shí)，要實(shí)現(xiàn)低濃度摻雜，摻雜原料氣體的分壓為在摻雜階段的真空容器內(nèi)的壓力的1/1000～1/5較為理想。摻雜原料氣體的分壓為在摻雜階段的真空容器內(nèi)的壓力的1/100～1/10則更佳。
在上述實(shí)施例1～6中，例舉了試樣是由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的情況，在處理其它各種材質(zhì)的試樣時(shí)，也能夠應(yīng)用本發(fā)明的等離子體摻雜方法。
在上述實(shí)施例1～6中，例舉了雜質(zhì)為硼的情況，在試樣是由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板時(shí)，本發(fā)明在雜質(zhì)為砷、磷、硼、鋁或者銻時(shí)特別有效。這是因?yàn)樵诰w管部分能夠形成較淺的接合。
上述實(shí)施例1～6的等離子體摻雜方法對(duì)摻雜濃度為低濃度的情況有效。在作為濃度的期望值為1×1011atm/cm2～1×1017atm/cm2的等離子體摻雜方法時(shí)很有效。在作為濃度的目標(biāo)值為1×1011atm/cm2～1×1014atm/cm2的等離子體摻雜方法時(shí)特別有效。
上述實(shí)施例1～6的等離子體摻雜方法對(duì)使用電子回旋加速器共振(ECR)等離子體的情況也是有效的，但在不使用ECR等離子體時(shí)特別有效。ECR等離子體具有在低壓下等離子體也容易點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于試樣附近的直流磁場(chǎng)大，易發(fā)生電子和離子的電荷分離，所以存在摻雜量的均一性差的缺點(diǎn)。也就是說(shuō)，不使用ECR等離子體而使用了其它的高密度等離子體源的等離子體摻雜方法，可以實(shí)現(xiàn)均一性更優(yōu)良的低濃度摻雜。
《實(shí)施例7》以下，參照?qǐng)D10～圖12說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例7的等離子體摻雜方法。
本發(fā)明的實(shí)施例7的等離子體摻雜方法所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖見(jiàn)圖10。圖10的等離子體摻雜裝置中，高頻電源10的輸出經(jīng)取樣器37供給試樣電極6。取樣器37由控制裝置44控制輸入?？刂蒲b置44的輸出由高頻電源10供給，并控制它。在真空容器1內(nèi)，一邊從供氣裝置2輸入規(guī)定的氣體，一邊由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進(jìn)行排氣。通過(guò)調(diào)壓閥4將真空容器1內(nèi)的壓力保持在規(guī)定的壓力，同時(shí)由高頻電源5向設(shè)置在與試樣電極6對(duì)置的介質(zhì)窗7附近的作為等離子體發(fā)生裝置的線(xiàn)圈8供給13.56MHz的高頻功率。由此在真空容器1內(nèi)產(chǎn)生電感耦合型等離子體，對(duì)放置在試樣電極6上的作為試樣的硅基板9進(jìn)行等離子體摻雜處理。
用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10可以控制試樣電極6的電位，使基板9相對(duì)等離子體具有負(fù)的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調(diào)壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內(nèi)。介質(zhì)窗7的主成分是石英玻璃。
取樣器37在供給試樣電極6的高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf，反射波功率為Pr時(shí)，以1msec～100msec的間隔采集行進(jìn)波功率Pf和反射波功率Pr的功率差Pf-Pr的值，控制裝置44在功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)停止供給高頻功率。
將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內(nèi)輸入氦氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內(nèi)的壓力控制在第1壓力2Pa，同時(shí)向作為等離子體源的線(xiàn)圈8供給150W的高頻功率，使真空容器1內(nèi)產(chǎn)生等離子體。參照?qǐng)D11的時(shí)間圖說(shuō)明本實(shí)施例的工藝流程。
在時(shí)間t1開(kāi)始向線(xiàn)圈8供給高頻功率。開(kāi)始供給高頻功率1.0秒后，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，控制調(diào)壓閥4使真空容器1內(nèi)的壓力處于比第1壓力(2Pa)低的第2壓力(1Pa)。在調(diào)壓閥4開(kāi)始控制0.8秒后將高頻功率提高到800W，并向試樣電極供給200W的高頻功率，由此可以將硼摻雜到基板9的表面附近。供給試樣電極6的高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf、反射波功率為Pr時(shí)，由取樣器37以80msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值。在采集的功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)停止供給高頻功率。即在圖11的最下端的圖表中用斜線(xiàn)所示區(qū)域表示的值達(dá)到1400W·sec的時(shí)間點(diǎn)，停止向等離子體發(fā)生裝置8及試樣電極6供給高頻功率。
連續(xù)進(jìn)行上述處理100次，摻雜濃度的平均值為3.5×1013atm/cm2，其離散度為±1.2％。
改變功率差Pf-Pr的值的采樣間隔，調(diào)查了摻雜濃度的離散。圖12表示在各采樣間隔連續(xù)處理100次時(shí)的濃度離散。從圖12可知，采樣間隔在100msec以下，離散急劇減小，可以降低到小于±1.5％的程度。采樣間隔在10msec以下，離散更進(jìn)一步減小，降低到小于±0.5％的程度。
如上所述，能進(jìn)行重現(xiàn)性?xún)?yōu)良的處理是因?yàn)槔昧嗽谕N氣體、同一流量、同一壓力下?lián)诫s濃度與施加于試樣電極6的高頻功率和處理時(shí)間分別呈比例的關(guān)系。即，在功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)，摻雜濃度達(dá)到規(guī)定值。在該時(shí)間點(diǎn)，停止供給高頻功率能夠使摻雜濃度處于規(guī)定值。即使在產(chǎn)生反射波的狀況下出現(xiàn)離散，通過(guò)采集功率差Pf-Pr的值能夠檢測(cè)出供給試樣電極6的實(shí)際功率，從而可以根據(jù)采樣得到的功率差Pf-Pr的積分值掌握準(zhǔn)確的摻雜量。
在本實(shí)施例，例舉了供給試樣電極6的高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf、反射波功率為Pr時(shí)，采集功率差Pf-Pr的值的情況。作為其它例子，也可以在供給等離子體發(fā)生裝置的線(xiàn)圈8的高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf、反射波功率為Pr時(shí)，采集功率差Pf-Pr的值。這種情況下的等離子體摻雜裝置的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖13。
圖13中，在真空容器1內(nèi)，一邊從供氣裝置2輸入規(guī)定的氣體，一邊由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進(jìn)行排氣。通過(guò)調(diào)壓閥4將真空容器1內(nèi)的壓力保持在規(guī)定的壓力，同時(shí)由高頻電源5向設(shè)置在與試樣電極6對(duì)置的介質(zhì)窗7附近的作為等離子體發(fā)生裝置的線(xiàn)圈8供給13.56MHz的高頻功率。由此能夠在真空容器1內(nèi)產(chǎn)生電感耦合型等離子體，對(duì)放置在試樣電極6上的作為試樣(被加工物)的硅基板9進(jìn)行等離子體摻雜處理。用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10可以控制試樣電極6的電位，使基板9相對(duì)等離子體具有負(fù)的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調(diào)壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內(nèi)。介質(zhì)窗7的主成分是石英玻璃。此外，還具備取樣器37，它的作用是在供給作為等離子體發(fā)生裝置的線(xiàn)圈的高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf、反射波功率為Pr時(shí)，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值?？刂蒲b置44在功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)，停止供給高頻功率。利用在同種氣體、同一流量、同一壓力下?lián)诫s濃度與施加于等離子體發(fā)生裝置的高頻功率和處理時(shí)間分別呈比例這點(diǎn)，在功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)，停止供給高頻功率。這樣即使在反射波的產(chǎn)生狀況出現(xiàn)離散的情況下，也能夠得到更準(zhǔn)確的摻雜量。
在本發(fā)明的實(shí)施例7，只不過(guò)例舉了本發(fā)明的等離子體摻雜方法的應(yīng)用范圍中的真空容器的形狀、等離子體源的方式及配置等方面有所變化的各種裝置中的一部分。在應(yīng)用本發(fā)明的等離子體摻雜方法時(shí)，當(dāng)然也可以考慮這里所例舉的以外的各種各樣的變化。
如圖2所示，可以將線(xiàn)圈8做成平面狀。此外可以使用螺旋波等離子體，或者可以采用磁中性環(huán)路等離子體。
還有，可以在真空容器1內(nèi)不輸入摻雜原料氣體，由固體狀雜質(zhì)產(chǎn)生的摻雜原料將雜質(zhì)摻雜到試樣或試樣表面的膜中。
本實(shí)施例在等離子體摻雜處理的過(guò)程中，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，改變氣體的種類(lèi)、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數(shù)中的至少1個(gè)控制參數(shù)時(shí)特別有效。這是因?yàn)樵诳刂茀?shù)發(fā)生變化的時(shí)間點(diǎn)易產(chǎn)生反射波。
這里例舉了試樣為由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的情況，在處理其它各種材質(zhì)的試樣時(shí)，也能夠應(yīng)用本實(shí)施例。
在本實(shí)施例中，例舉了雜質(zhì)為硼的情況，在試樣為由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的情況下，本實(shí)施例在雜質(zhì)為砷、磷、硼、鋁或者銻時(shí)特別有效。這是因?yàn)樵诰w管部分能夠形成較淺的接合。
本實(shí)施例對(duì)摻雜濃度為低濃度的情況有效。在作為濃度的期望值為1×1011atm/cm2～1×1017atm/cm2的等離子體摻雜方法時(shí)非常有效。在作為濃度的目標(biāo)值為1×1011atm/cm2～1×1014atm/cm2的等離子體摻雜方法時(shí)特別有效。這是由于因?yàn)樘幚頃r(shí)間從數(shù)sec～十?dāng)?shù)sec，比較短，因此反射波的離散的影響增大。
供給等離子體發(fā)生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf，反射波功率為Pr時(shí)，采集功率差Pf-Pr的值的間隔較好為1msec～100msec。其理由是，要使采樣間隔小于1msec，必須要有極高性能的取樣器，要求控制裝置具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，因此會(huì)導(dǎo)致裝置成本的提高。如果采樣間隔大于100msec，則不能夠得到充分的重現(xiàn)性。
供給等離子體發(fā)生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf、反射波功率為Pr時(shí)，采集功率差Pf-Pr的值的間隔為1msec～10msec效果更佳。其理由是，如果采樣間隔在1msec以下，如上所述必須要有極高性能的取樣器，這樣就導(dǎo)致成本的提高。如果在10msec以下，則能得到優(yōu)良的重現(xiàn)性。
采集功率差Pf-Pr的值時(shí)，可以分別采集Pf及Pr的值，計(jì)算其差值，或者可以進(jìn)行在電路上的運(yùn)算。此外，可以假設(shè)行進(jìn)波功率Pf等于設(shè)定值，僅采集反射波功率Pr，計(jì)算功率差Pf-Pr的值。
還有，功率差Pf-Pr的值按時(shí)間積分時(shí)，可以用直線(xiàn)插入采樣值和采樣值間，也可以按呈階梯狀變化的方式計(jì)算積分值。
權(quán)利要求
1.等離子體摻雜方法，它是通過(guò)一邊將氣體輸入到裝有等離子體發(fā)生裝置的真空容器內(nèi)，一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將高頻功率供給上述等離子體發(fā)生裝置而使上述真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，將高頻功率供給上述真空容器內(nèi)的用于放置試樣的電極，在上述放置試樣的電極上放置的試樣或者試樣表面的膜中添加雜質(zhì)的等離子體摻雜方法，其特征在于，供給上述等離子體發(fā)生裝置或者上述試樣電極的上述高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf，反射波功率為Pr時(shí)，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值，在功率差Pf-Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)停止供給高頻功率。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體摻雜方法，其特征還在于，在等離子體摻雜處理的過(guò)程中，在保持產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下，使氣體的種類(lèi)、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數(shù)中的至少1個(gè)控制參數(shù)發(fā)生變化。
全文摘要
為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低濃度摻雜的等離子體摻雜方法，它是通過(guò)一邊將氣體輸入到裝有等離子體發(fā)生裝置的真空容器內(nèi)，一邊從真空容器內(nèi)排出氣體，將高頻功率供給上述等離子體發(fā)生裝置而使上述真空容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，將高頻功率供給上述真空容器內(nèi)的用于放置試樣的電極，在上述放置試樣的電極上放置的試樣或者試樣表面的膜中添加雜質(zhì)的等離子體摻雜方法，其特征在于，供給上述等離子體發(fā)生裝置或者上述試樣電極的上述高頻功率的行進(jìn)波功率為Pf，反射波功率為Pr時(shí)，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf－Pr的值，在功率差Pf－Pr按時(shí)間積分的值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值的時(shí)間點(diǎn)停止供給高頻功率。
文檔編號(hào)H01J37/32GK101090068SQ20071011199
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2003年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月2日
發(fā)明者奧村智洋, 中山一郎, 水野文二, 佐佐木雄一朗 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社