專利名稱：等離子體摻雜方法以及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在試料表面導(dǎo)入雜質(zhì)的等離子體摻雜方法以及裝置。
背景技術(shù)：
例如在制造MOS晶體管時(shí)，在作為試料的硅基板表面形成薄的氧化 膜，然后再由CVD裝置等在試料上形成柵電極。之后，將該柵電極作為 掩模，如上所述，通過等離子體摻雜方法導(dǎo)入雜質(zhì)。通過雜質(zhì)的導(dǎo)入，例 如在形成有源漏極區(qū)域的試料上形成金屬配線層，得到MOS晶體管。
作為將雜質(zhì)導(dǎo)入固體試料表面的技術(shù)，公知有將雜質(zhì)離子化，用低能 量導(dǎo)入固體中的等離子體摻雜方法(例如，參照專利文獻(xiàn)l)。圖5表示
在所述專利文獻(xiàn)1中記載的作為以往雜質(zhì)導(dǎo)入方法中使用的等離子體處理 裝置的概略構(gòu)成。在圖5中，在真空容器101內(nèi)設(shè)有用于承載由硅基板構(gòu) 成的試料107的試料電極106。設(shè)有向真空容器101內(nèi)供應(yīng)含有期望元素 的摻雜原料氣體、例如供應(yīng)B2H6的氣體供應(yīng)裝置102;對真空容器101內(nèi) 的內(nèi)部進(jìn)行降壓的泵108，可以將真空容器101內(nèi)保持為規(guī)定的壓力。利 用微波導(dǎo)波管121經(jīng)過作為電介質(zhì)窗口的石英板122，向真空容器101內(nèi) 放射微波。通過該微波與由電磁鐵123形成的直流磁場的相互作用，在真 空容器101內(nèi)形成有磁場微波等離子體(電子回旋加速器共鳴等離子體) 124。試料電極106經(jīng)過電容器125與高頻電源112連接，能夠控制試料 電極106的電位。并且，以往的電極與石英板122之間的距離，為200mm 300匪。
在如此構(gòu)成的等離子體處理裝置中，被導(dǎo)入的摻雜原料氣體例如 B2H6，通過由微波導(dǎo)波管121以及電磁鐵123構(gòu)成的等離子體產(chǎn)生裝置被 等離子體化，等離子體124中的硼離子在高頻電源112作用下被導(dǎo)入試料 107的表面。
作為在進(jìn)行等離子體摻雜時(shí)使用的等離子體處理裝置的形態(tài)，除了使 用所述電子回旋加速器共鳴等離子體源以外，還公知有使用螺旋形波
(helicon wave)等離子體源(例如參照專利文獻(xiàn)2)，感應(yīng)耦合型等離子 體源(例如參照專利文獻(xiàn)3)，平行平板型等離子體源(例如參照專利文 獻(xiàn)4)。
專利文獻(xiàn)1:美國專利4912065號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特開2002—170782號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:日本特開2004—47695號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4:日本特表2002 — 522899號(hào)公報(bào)
但是，在這些現(xiàn)有方式中，存在著雜質(zhì)導(dǎo)入量(劑量)的再現(xiàn)性差的 問題。
本發(fā)明人根據(jù)各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了該再現(xiàn)性降低的原因是由于等離 子體中的硼系原子團(tuán)密度的增加。隨著等離子體摻雜處理的進(jìn)行，真空容 器的內(nèi)壁面上逐漸堆積含有硼的薄膜(硼系薄膜)。伴隨其堆積膜厚的增 加，在使用B2H6做摻雜原料氣體的情況下，認(rèn)為因?yàn)檎婵杖萜鞯膬?nèi)壁面 上的硼系原子團(tuán)的吸附概率逐漸減少，所以等離子體中的硼系原子團(tuán)的密 度逐漸增加。另外，等離子體中的離子被等離子體與真空容器內(nèi)壁的電位 差加速，利用通過撞擊堆積于真空容器的內(nèi)壁面的硼系薄膜而產(chǎn)生的濺 射，向等離子體中供應(yīng)的含硼粒子的量逐漸增加。因此，劑量逐漸增加。 增加的程度非常大，數(shù)百次重復(fù)實(shí)施等離子體摻雜處理后的劑量，甚至為 剛利用水以及有機(jī)溶劑清洗真空容器內(nèi)壁后的等離子體慘雜處理時(shí)導(dǎo)入 的劑量的約3.3 6.7倍。
另外，伴隨等離子體的產(chǎn)生或停止的真空容器內(nèi)壁面的溫度變動(dòng)，也 使內(nèi)壁面上的硼系原子團(tuán)的吸附概率產(chǎn)生變化。這也成為劑量的變動(dòng)要 因。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于所述現(xiàn)有的問題點(diǎn)，目的在于提供一種等離子體摻雜方法 以及裝置，能夠高精度控制導(dǎo)入試料表面的雜質(zhì)量，可得到再現(xiàn)性優(yōu)良的 雜質(zhì)濃度。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，提供一種等離子體摻雜方法， 在真空容器內(nèi)的試料電極上載置試料，
一邊向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)等離子體摻雜用氣體， 一邊使所述真空容 器內(nèi)排氣，將所述真空容器內(nèi)控制為等離子體摻雜用壓力，同時(shí)使所述真 空容器內(nèi)的所述試料的表面與對置電極的表面之間產(chǎn)生等離子體，向所述 試料電極供電(例如，高頻或脈沖電)，
在設(shè)所述試料表面中與所述對置電極相對一側(cè)的表面的面積為S，所 述試料電極與所述對置電極的距離為G時(shí)，在滿足下式(1)<formula>formula see original document page 9</formula>
的狀態(tài)下，進(jìn)行向所述試料的表面導(dǎo)入雜質(zhì)的等離子體慘雜處理。 通過這樣的構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)被導(dǎo)入試料表面的雜質(zhì)濃度的再現(xiàn)性優(yōu)良
的等離子體摻雜方法。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第二方式，提供第一方式中所述的等離子體摻雜
方法，其中向與所述試料電極相對配置的所述對置電極供應(yīng)高頻電力。 根據(jù)該構(gòu)成，可以防止生成的等離子體附著于對置電極。 根據(jù)本發(fā)明的第三方式，提供第二方式中所述的等離子體摻雜方法，
在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電極供
電之前，
將所述真空容器內(nèi)的壓力保持為高于所述等離子體摻雜用壓力的等 離子體產(chǎn)生用壓力，同時(shí)向所述對置電極供應(yīng)高頻電力，使所述真空容器 內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極的表面之間產(chǎn)生等離子體，所述等離子 體產(chǎn)生后，使所述真空容器內(nèi)的壓力逐漸降低至所述等離子體摻雜用壓 力，在達(dá)到所述等離子體摻雜用壓力后，向所述試料電極供電。
根據(jù)本發(fā)明的第四方式，提供第二方式中所述的等離子體摻雜方法， 在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電極供 電之前，
向所述真空容器內(nèi)，供應(yīng)與稀釋所述等離子體摻雜用氣體的雜質(zhì)原料
氣體的稀釋氣體相比在低壓下更容易放電的等離子體產(chǎn)生用氣體，將所述 真空容器內(nèi)的壓力保持為等離子體產(chǎn)生用壓力，同時(shí)向所述對置電極供應(yīng) 高頻電力，由此使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極表面之 間產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，將向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)的氣 體切換為所述等離子體摻雜用氣體，在所述真空容器內(nèi)切換為所述等離子 體摻雜用氣體后，向所述試料電極供電。
根據(jù)本發(fā)明的第五方式，提供第二方式中所述的等離子體摻雜方法， 在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電極供 電之前，
為使所述試料電極與所述對置電極的距離G大于所述式(1)的范圍， 使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)，在使所述試料電極離開所述對 置電極的狀態(tài)下， 一邊向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)等離子體摻雜用氣體， 一邊 使所述真空容器內(nèi)排氣，將所述真空容器內(nèi)控制為等離子體摻雜用壓力， 同時(shí)向所述對置電極供應(yīng)高頻電力，由此使所述真空容器內(nèi)的所述試料表 面與所述對置電極表面之間產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，使所
述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)，在所述距離G返回到滿足所述式 (1)的狀態(tài)后，向所述試料電極供電。
根據(jù)本發(fā)明的第六方式，提供第一 第五中任意一個(gè)方式中所述的等 離子體摻雜方法，被導(dǎo)入所述真空容器內(nèi)的所述氣體中的雜質(zhì)原料氣體的 濃度為1%以下。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第七方式，提供第一 第五中任意一個(gè)方式中所 述的等離子體摻雜方法，被導(dǎo)入所述真空容器內(nèi)的所述氣體中的雜質(zhì)原料 氣體的濃度為0.1%以下。
根據(jù)本發(fā)明的第八方式，提供第一 第七中任意一個(gè)方式中所述的等 離子體摻雜方法，被導(dǎo)入所述真空容器內(nèi)的所述氣體，是用稀有氣體稀釋 了雜質(zhì)原料氣體的混合氣體。另外，根據(jù)本發(fā)明的第九方式，提供第八方 式中所述的等離子體摻雜方法，所述稀有氣體為He。
通過該構(gòu)成，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)劑量的精密控制與低濺射性，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn) 再現(xiàn)性優(yōu)良的等離子體摻雜方法。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第十或第十一方式，提供第一 第九中任意一個(gè)
方式中所述的等離子體摻雜方法，所述氣體中的雜質(zhì)原料氣體為BxHy(x、
y為自然數(shù))或PxHy (x、 y為自然數(shù))。
根據(jù)該構(gòu)成，可以避免將不期望的雜質(zhì)導(dǎo)入試料表面。 根據(jù)本發(fā)明的第十二方式，提供第一 第十一中任意一個(gè)方式中所述
的等離子體摻雜方法，通過設(shè)于所述對置電極的氣體噴出孔向所述試料的
表面噴出所述氣體，同時(shí)進(jìn)行所述等離子體摻雜處理。
根據(jù)該構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)被導(dǎo)入試料表面的雜質(zhì)濃度再現(xiàn)性更加優(yōu)良的
等離子體摻雜方法。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第十三方式，提供第一 第十二中任意一個(gè)方式
中所述的等離子體摻雜方法，在所述對置電極的表面由硅或硅氧化物構(gòu)成
的狀態(tài)下，進(jìn)行所述等離子體摻雜處理。
根據(jù)該構(gòu)成，可以避免將不期望的雜質(zhì)導(dǎo)入試料表面。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第十四方式，提供第一 第十三中任意一個(gè)方式
中所述的等離子體摻雜方法，在所述試料是由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的狀態(tài)
下，進(jìn)行所述等離子體摻雜處理。另外，根據(jù)本發(fā)明的第十五方式，提供
第一 第十四中任意一個(gè)方式中所述的等離子體摻雜方法，包含于所述氣
體中的雜質(zhì)氣體中的雜質(zhì)是砷、磷或硼。作為雜質(zhì)，除此之外也可以適用
鋁或銻等。
根據(jù)本發(fā)明的第十六方式，提供一種等離子體摻雜裝置，具備
真空容器；
在所述真空容器內(nèi)配置的試料電極；
向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)氣體的氣體供應(yīng)裝置；
與所述試料電極大致平行相對的對置電極；
使所述真空容器內(nèi)排氣的排氣裝置；
控制所述真空容器內(nèi)的壓力的壓力控制裝置；
向所述試料電極供電的電源，
并且在設(shè)所述試料電極的與所述對置電極相對一側(cè)的表面且要配置 所述試料的配置區(qū)域的面積為S，設(shè)所述試料電極與所述對置電極的距離 為G時(shí)，滿足下式(2)
0-lJ^]〈G〈 0.4^^7] (2)
根據(jù)該構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)被導(dǎo)入試料表面的雜質(zhì)濃度的再現(xiàn)性優(yōu)良的等 離子體摻雜裝置。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第十七方式，提供第十六方式中所述的等離子體 摻雜裝置，還具備向所述對置電極供應(yīng)高頻電力的高頻電源。
根據(jù)該構(gòu)成，可以防止生成的等離子體附著于對置電極。
根據(jù)本發(fā)明的第十八方式，提供第十七方式中所述的等離子體摻雜裝 置，所述壓力控制裝置可以進(jìn)行壓力控制，以使所述真空容器內(nèi)的壓力在 所述等離子體慘雜用壓力和高于所述等離子體摻雜用壓力的等離子體產(chǎn) 生用壓力之間進(jìn)行切換，
在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電 極供電之前，利用所述壓力控制裝置將所述真空容器內(nèi)的壓力保持為高于 所述等離子體摻雜用壓力的所述等離子體產(chǎn)生用壓力，同時(shí)從所述高頻電 源向所述對置電極供應(yīng)高頻電力，使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所 述對置電極表面之間產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，利用所述壓 力控制裝置使所述真空容器內(nèi)的壓力逐漸降低至所述等離子體摻雜用壓 力，在達(dá)到所述等離子體摻雜用壓力后，從所述電源向所述試料電極供電。
根據(jù)本發(fā)明的第十九實(shí)施方式，提供第十七方式中所述的等離子體摻 雜裝置，所述氣體供應(yīng)裝置能夠向所述真空容器內(nèi)切換供應(yīng)如下兩種氣 體， 一是所述等離子體摻雜用氣體，二是與稀釋所述等離子體摻雜用氣體 的雜質(zhì)原料氣體的稀釋氣體相比在低壓下更容易放電的等離子體產(chǎn)生用 氣體，
在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電 極供電之前，利用所述氣體供應(yīng)裝置向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)與稀釋所述等 離子體摻雜用氣體的雜質(zhì)原料氣體的稀釋氣體相比在低壓下更容易放電 的等離子體產(chǎn)生用氣體，利用所述壓力控制裝置將所述真空容器內(nèi)的壓力
保持為等離子體摻雜用壓力，同時(shí)從所述高頻電源向所述對置電極供應(yīng)高 頻電力，由此使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極表面之間 產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，將向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)的氣體 切換為所述等離子體摻雜用氣體，在所述真空容器內(nèi)切換為所述等離子體 摻雜用氣體后，向所述試料電極供電。
根據(jù)本發(fā)明的第二十方式，提供第十七方式中所述的等離子體摻雜裝 置，還具備距離調(diào)整用驅(qū)動(dòng)裝置，其使所述試料電極相對于所述對置電極 相對移動(dòng)，
在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電 極供電之前，利用所述距離調(diào)整用驅(qū)動(dòng)裝置，為使所述試料電極與所述對 置電極的距離G大于所述式的范圍，使所述試料電極與所述對置電極相對 移動(dòng)，在使所述試料電極離開所述對置電極的狀態(tài)下， 一邊向所述真空容 器內(nèi)供應(yīng)等離子體摻雜用氣體， 一邊使所述真空容器內(nèi)排氣，將所述真空 容器內(nèi)控制為等離子體摻雜用壓力，同時(shí)從所述高頻電源向所述對置電極 供應(yīng)高頻電力，使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極表面之 間產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，利用所述距離調(diào)整用驅(qū)動(dòng)裝置 使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)，在所述距離G返回到滿足所述 式的狀態(tài)后，向所述試料電極供電。
進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明的第二十一方式，提供第十六 第二十中任意一個(gè) 方式中所述的等離子體摻雜裝置，所述氣體供應(yīng)裝置構(gòu)成為從設(shè)于所述對 置電極的氣體噴出孔供應(yīng)氣體。
根據(jù)該構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)被導(dǎo)入試料表面的雜質(zhì)濃度的再現(xiàn)性更加優(yōu)良 的等離子體摻雜裝置。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第二十二方式，提供第十六 第二十一中任意一 個(gè)方式中所述的等離子體慘雜裝置，所述對置電極的表面由硅或硅氧化物 構(gòu)成。
根據(jù)該種構(gòu)成，可以避免將不期望的雜質(zhì)導(dǎo)入試料表面。 根據(jù)本發(fā)明的第二十三方式，提供一種等離子體摻雜方法，在真空容 器內(nèi)的試料電極上載置試料，
為使與所述試料電極相對的對置電極和所述試料電極的距離G大于
等離子體摻雜處理用的距離，使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)， 在使所述試料電極離開所述對置電極的狀態(tài)下， 一邊向所述真空容器內(nèi)供 應(yīng)等離子體摻雜用氣體， 一邊使所述真空容器內(nèi)排氣，將所述真空容器內(nèi) 控制為等離子體摻雜用壓力，同時(shí)通過向所述對置電極供應(yīng)高頻電力，由 此使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極表面之間產(chǎn)生等離 子體，
在所述等離子體產(chǎn)生后，使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)， 在所述距離G返回到所述等離子體摻雜處理用的距離后，向所述試料電極 供電，
在設(shè)所述試料表面中的與所述對置電極相對一側(cè)的表面的面積為s 時(shí)，在將所述試料電極與所述對置電極之間的距離G維持在所述等離子體 摻雜處理用的距離的狀態(tài)下，進(jìn)行向所述試料表面導(dǎo)入雜質(zhì)的等離子體摻 雜處理。
本發(fā)明的這些以及其它目的和特征，從關(guān)于附圖的優(yōu)選實(shí)施方式的以 下的敘述中可以明確。在該圖中，
圖1A是表示用于本發(fā)明第一實(shí)施方式的等離子體摻雜裝置的構(gòu)成的 剖面圖1B是表示用于本發(fā)明第一實(shí)施方式的等離子體摻雜裝置的試料電 極的構(gòu)成的放大剖面圖2是在本發(fā)明第一實(shí)施方式中，表示處理片數(shù)與表面電阻的關(guān)系與 現(xiàn)有例的比較的圖表；
圖3是表示用于本發(fā)明第一實(shí)施方式變形例的等離子體摻雜裝置的構(gòu) 成的剖面圖4是表示用于本發(fā)明第一實(shí)施方式的其他變形例的等離子體摻雜裝 置的構(gòu)成的剖面圖5是表示用于現(xiàn)有例的等離子體摻雜裝置的構(gòu)成的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
在繼續(xù)本發(fā)明的敘述之前，關(guān)于附圖中的相同構(gòu)件采用相同參考符號(hào)。
以下，關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
(第一實(shí)施方式) 以下，關(guān)于本發(fā)明的第一實(shí)施方式，參照圖1A到圖2說明。 本發(fā)明的第一實(shí)施方式的等離子體摻雜裝置，如圖1A以及圖1B的 剖面圖所示，具備真空容器(真空室)h配置于真空容器1內(nèi)的試料 電極6;向真空容器1內(nèi)供應(yīng)等離子體摻雜用的氣體的氣體供應(yīng)裝置2; 配置在真空容器1內(nèi)且與試料電極6大致平行對置的對置電極3;作為在
真空容器1內(nèi)排氣的排氣裝置的一例的渦輪泵8;作為控制真空容器1內(nèi) 壓力的壓力控制裝置的一例的調(diào)壓閥9;向試料電極6供應(yīng)高頻電力的作
為電源的一例的試料電極用高頻電源12，其特征在于，相對于在試料電極 6的與對置電極3相對一側(cè)的表面且應(yīng)該配置作為試料一例的基板(更具 體來說是硅基板)7的配置區(qū)域的面積S，將試料電極6與對置電極3之 間的距離G決定到充分小的程度，以能夠防止在試料電極6與對置電極3 之間產(chǎn)生的等離子體向試料電極6與對置電極3之間的空間外側(cè)擴(kuò)散，且 能夠使在試料電極6與對置電極3之間產(chǎn)生的等離子體大致封閉在試料電 極6與對置電極3之間的空間。并且，此處，試料電極6的面積中不包括 試料電極6的側(cè)面部的面積，意思是基板載置面的面積(沒有被圖1B的 絕緣構(gòu)件6B覆蓋的露出部的面積)。試料電極6在圖1A中被簡化為用 長方形剖面圖示。作為試料電極6的一個(gè)例子，如圖1B的剖面圖所示， 包括具有作為上端面的基板載置面的小徑的上部以及具有直徑大于上部 的突出部的下部，構(gòu)成為向上凸的形狀。在圖1B中，6B由絕緣體構(gòu)成， 是覆蓋試料電極6上部的基板載置面以外部分的絕緣構(gòu)件。6C是接地且 與后述的支柱10連結(jié)的鋁環(huán)。在該圖1B中，作為一個(gè)例子，基板7大于 作為試料電極6上端面的基板載置面，并且，小于試料電極6下部的突出 部分。
艮P，在圖1A中，在該等離子體摻雜裝置的真空容器1內(nèi)，從氣體供 應(yīng)裝置2將規(guī)定的氣體(等離子體摻雜用的氣體)導(dǎo)入在對置電極3內(nèi)設(shè) 置的氣體存積處4，通過在對置電極3上設(shè)置的多個(gè)氣體噴出孔5，向載
置于試料電極6上的作為試料的一例的基板7噴出氣體。對置電極3的表 面(圖1A的下面)，被配置為與試料電極6的表面(圖1A的上面)大 致平行相對。
另外，從氣體供應(yīng)裝置2供應(yīng)至真空容器1內(nèi)的氣體，經(jīng)由排氣口 la， 被作為排氣裝置一例的渦輪分子泵8從真空容器1內(nèi)排氣，通過作為壓力 控制裝置的一例的調(diào)壓閥9調(diào)整排氣口 la的開口程度，由此可以將真空 容器l內(nèi)保持為規(guī)定壓力(等離子體摻雜用的壓力)。并且，渦輪分子泵 8以及排氣口 la被配置于試料電極6的正下方，另外，調(diào)壓閥9是位于試 料電極6的正下方，并且位于渦輪分子泵8正上方的升降閥。進(jìn)一步，試 料電極6被4根絕緣性支柱10固定于真空容器1內(nèi)的中間部。通過對置 電極用高頻電源ll向?qū)χ秒姌O3供應(yīng)60MHz的高頻電力，可以使對置電 極3與試料電極6之間產(chǎn)生容量結(jié)合型等離子體。另外，設(shè)有用于向試料 電極6供應(yīng)1.6MHz高頻電力的試料電極用高頻電源12，該試料電極用高 頻電源12為了使作為試料的一例的基板7相對于等離子體具有負(fù)電位， 作為控制試料電極6電位的偏壓電壓發(fā)揮作用。即使代替試料電極用高頻 電源12，使用脈沖電源向試料電極6供應(yīng)脈沖電力，也能夠控制基板7 的電位。絕緣體13用于使對置電極3與接地的真空容器1直流絕緣。如 此，可以使等離子體中的離子向作為試料一例的基板7表面加速碰撞，能 夠處理作為試料一例的基板7的表面。通過使用含有乙硼烷或磷化氫的氣 體作為等離子體摻雜用氣體，可以進(jìn)行等離子體摻雜處理。
在進(jìn)行等離子體摻雜處理時(shí)，通過圖1A中在氣體供應(yīng)裝置2內(nèi)設(shè)置 的流量控制裝置(質(zhì)量流控制器)(例如，后述的圖3的第一 第三質(zhì)量 流控制器31、 32、 33)，將含有雜質(zhì)原料氣體的氣體流量控制為規(guī)定值。 一般來說，將用氦稀釋后的氣體作為雜質(zhì)原料氣體，例如，將用氦(He) 將乙硼垸(B2H6)稀釋到0.5%的氣體作為雜質(zhì)原料氣體使用，用第一質(zhì) 量流控制器(例如，后述的圖3的第一質(zhì)量流控制器31)對其進(jìn)行流量控 制。進(jìn)一步用第二質(zhì)量流控制器(例如，后述的圖3的第二質(zhì)量流控制器 32)進(jìn)行氦的流量控制，將被第一以及第二質(zhì)量流控制器控制了流量的氣 體在氣體供應(yīng)裝置2內(nèi)混合后，通過配管2p將混合氣體導(dǎo)向氣體存積處4。 從氣體存積處4被調(diào)整到期望濃度的雜質(zhì)原料氣體，經(jīng)由多個(gè)氣體噴出孔
5被供應(yīng)至真空容器1內(nèi)的對置電極3與試料電極6之間。
另外，圖1A的80是用于控制等離子體摻雜處理的控制裝置，分別控 制氣體供應(yīng)裝置2、渦輪分子泵8、調(diào)壓閥9、對置電極用高頻電源11、 試料電極用高頻電源12等的動(dòng)作，進(jìn)行規(guī)定的等離子體摻雜處理。
作為一個(gè)實(shí)例，使用的基板7是硅基板，為圓形(一部分有缺口)， 直徑是300mm。還有，作為一個(gè)例子，關(guān)于試料電極6與對置電極3的距 離G為25mm時(shí)的等離子體摻雜處理，進(jìn)行以下說明。
在如前所述利用等離子體處理裝置進(jìn)行等離子體摻雜時(shí)，首先，用水 以及有機(jī)溶劑清洗包括對置電極3表面的真空容器1的內(nèi)壁。
接著，在試料電極6上放置基板7。
接著，作為一例將試料電極6的溫度保持處于25'C，作為一例從氣體 供應(yīng)裝置2向真空容器1內(nèi)分別以5sccm、 100sccm供應(yīng)由He稀釋了的 B2H6氣體以及He氣體，通過調(diào)壓閥9將真空容器1內(nèi)的壓力保持為0.8Pa， 同時(shí)通過從對置電極用高頻電源11向?qū)χ秒姌O3供應(yīng)1600W的高頻電力， 使真空容器1內(nèi)的對置電極3與試料電極6上的基板7之間產(chǎn)生等離子體， 并且通過從試料電極用高頻電源12向試料電極6供應(yīng)140W的高頻電力 50秒鐘，使等離子體中的硼離子碰撞基板7的表面，能夠?qū)⑴饘?dǎo)入基板7 的表面附近。然后，從真空容器1取出基板7，測定了活性化后的表面電 阻(與劑量相關(guān)的量)。
在同樣條件下，連續(xù)對基板7進(jìn)行等離子體摻雜處理，活性化后的表 面電阻，如圖2中的曲線a所示，在開始的數(shù)片時(shí)下降，之后大致變?yōu)橐?定。
還有，表面電阻大致變?yōu)橐欢ê?，表面電阻的變?dòng)幅度很小。
為了比較，如現(xiàn)有例那樣，利用感應(yīng)耦合型等離子體源(并且，該現(xiàn) 有例的電介質(zhì)的石英板與電極之間的距離為200mm 300mm)進(jìn)行同樣 的處理，結(jié)果如圖2中的曲線b所示，在開始的數(shù)十片時(shí)緩慢下降，成為 逐漸接近一定值的結(jié)果。
還有，在現(xiàn)有例中，表面電阻大致變?yōu)橐欢ê蟮谋砻骐娮璧淖儎?dòng)幅度 比較大，是本第一實(shí)施方式中的變動(dòng)幅度的數(shù)倍。
此處，關(guān)于呈現(xiàn)如此不同的原因進(jìn)行說明。
在現(xiàn)有例中，從剛清洗完真空容器l的內(nèi)壁后，在連續(xù)重復(fù)進(jìn)行等離 子體摻雜處理的過程中，在真空容器l的內(nèi)壁面逐漸堆積含硼的薄膜。認(rèn) 為產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是等離子體中生成的硼系原子團(tuán)(中性粒子)吸附 于真空容器的內(nèi)壁面，同時(shí)在等離子體電位(-約10 40V左右)與真空 容器內(nèi)壁的電位(通常，真空容器內(nèi)壁是電介體，因此浮動(dòng)電位=約5
20V)的電位差作用下被加速的硼系離子碰撞到真空容器的內(nèi)壁面，在熱
能量或離子碰撞的能量作用下，含硼的薄膜成長。伴隨該堆積膜厚的增加，
在使用B2H6做慘雜原料氣體的情況下，認(rèn)為因?yàn)檎婵杖萜鞯膬?nèi)壁面上的
硼系原子團(tuán)的吸附概率逐漸減少，所以等離子體中的硼系原子團(tuán)的密度增 加。另外，等離子體中的離子被所述電位差加速，撞擊在真空容器的內(nèi)壁 面堆積的硼系薄膜，利用由此產(chǎn)生濺射，向等離子體中供應(yīng)的含硼粒子的 量逐漸增加。因此，劑量逐漸增加，活性化后的表面電阻逐漸下降。另外， 伴隨等離子體的產(chǎn)生或停止，真空容器內(nèi)壁面的溫度產(chǎn)生變動(dòng)，這也使內(nèi) 壁面上的硼系原子團(tuán)的吸附概率產(chǎn)生變化，使活性化后的表面電阻大幅變 動(dòng)。
另一方面，在本第一實(shí)施方式中，與放置有作為基板7的例子的直徑 300mm晶片的試料電極6的面積相比，試料電極6與對置電極3的距離G 很小，為25mm，成為所謂的狹縫放電，還有，采用從在對置電極3上設(shè) 置的氣體噴出孔5向基板7的表面噴出氣體并同時(shí)進(jìn)行處理的方式。此時(shí)， 真空容器1的內(nèi)壁面(除去對置電極3的表面)的表面狀態(tài)對等離子體中 的硼系原子團(tuán)密度或硼離子密度帶來的影響顯著變小。其原因主要包括以 下4個(gè)方面。
(1) 因?yàn)槭仟M縫放電，所以等離子體主要只在對置電極3與基板7 之間產(chǎn)生，所以真空容器l的內(nèi)壁面(除去對置電極3的表面)極不容易 吸附硼系原子團(tuán)，含硼的薄膜不容易堆積。
(2) 真空容器1的內(nèi)壁面(除去對置電極3的表面)相對于基板7 的相對面積小于現(xiàn)有例，因此真空容器l的內(nèi)壁面的影響變小。
(3) 因?yàn)橄驅(qū)χ秒姌O3施加高頻電力，所以在對置電極3的表面產(chǎn) 生自偏壓電壓，極不容易吸附硼系原子團(tuán)，對置電極3的表面狀態(tài)就算連 續(xù)不斷地重復(fù)實(shí)施摻雜處理也幾乎不產(chǎn)生變化。
18 (4)基板7的表面上的氣流，因?yàn)槭菑幕?的中心朝向周邊的單 方向，所以真空容器l的內(nèi)壁面的影響不容易波及基板7。
本發(fā)明人進(jìn)一步調(diào)查了作為試料電極6與對置電極3的距離的優(yōu)選范 圍。在設(shè)基板7的表面(與對置電極3相對的一側(cè)的表面，或是試料電極 6的與對置電極3相對的一側(cè)的表面并且應(yīng)配置基板7的配置區(qū)域)的面 積為S，基板7為圓形的情況下，其半徑為(S/7T) —1/2。在設(shè)試料電極6 與對置電極3的距離為G時(shí)，在滿足下式(3)
oi、/(y)〈G〈o4、/D (3)
的狀態(tài)下，即，在電極間距離G處于基板7的半徑的0.1倍到0.4倍 的范圍時(shí)，能夠得到良好的雜質(zhì)濃度再現(xiàn)性。在電極間距離G過小時(shí)(小 于半徑的0.1倍時(shí))，不能在適合實(shí)施等離子體摻雜的壓力區(qū)域(3Pa以 下)產(chǎn)生等離子體。相反，在電極間距離G過大時(shí)(大于半徑的0.4倍時(shí))， 如現(xiàn)有例那樣，從剛進(jìn)行濕式清洗后到活性化后的表面電阻穩(wěn)定之前需要 幾十片。并且，表面電阻大致變?yōu)橐欢ê蟮谋砻骐娮璧淖儎?dòng)幅度也變大。
如此，通過高頻電源ll向?qū)χ秒姌O3供應(yīng)高頻電力而產(chǎn)生狹縫放電， 在確保工藝的再現(xiàn)性方面極為重要，這在等離子體摻雜中是十分顯著的現(xiàn) 象。在絕緣膜的干式蝕刻中，由于氟化碳系的薄膜在真空容器的內(nèi)壁堆積 引起的蝕刻特性的變動(dòng)成為問題時(shí)，有時(shí)會(huì)采用狹縫放電，但是導(dǎo)入真空 容器內(nèi)的混合氣體中的氟化碳系氣體的濃度為數(shù)％左右，堆積膜的影響比 較小。另一方面，在等離子體摻雜中，導(dǎo)入真空容器內(nèi)的惰性氣體中的雜 質(zhì)原料氣體的濃度為1%以下(尤其在想要高精度控制劑量時(shí)，為0.1%以 下)，堆積膜的影響變得比較大。在惰性氣體中的雜質(zhì)原料氣體的濃度超 過1%時(shí)，無法得到所謂自我調(diào)節(jié)(self-regulation)效果，產(chǎn)生不能正確 控制劑量的問題，因此令惰性氣體中的雜質(zhì)原料氣體的濃度為1%以下。 另外，導(dǎo)入真空容器內(nèi)的惰性氣體中的雜質(zhì)原料氣體的濃度，至少需要為 0.001%以上。如果小于此，為了得到所需的劑量就需要極長時(shí)間的處理。
還有，通過利用本發(fā)明，有活用發(fā)光分光法、質(zhì)量分析法等in—situ
監(jiān)控技術(shù)的劑量監(jiān)控、劑量控制等精度提高的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)?，公知的?處理一片基板時(shí)的劑量隨著處理時(shí)間的經(jīng)過而飽和、即所謂的自我調(diào)節(jié)現(xiàn) 象中的飽和劑量，依存于導(dǎo)入真空容器內(nèi)的混合氣體中的雜質(zhì)原料氣體的
濃度，根據(jù)本發(fā)明，與真空容器內(nèi)壁的狀態(tài)無關(guān)，通過in—situ監(jiān)控，能
夠比較容易得到與通過等離子體中的雜質(zhì)原料氣體的分解或電離而產(chǎn)生 的離子或原子團(tuán)等粒子相關(guān)的測定量。
并且，在專利文獻(xiàn)4中所述的等離子體摻雜裝置中，由于與試料相對 設(shè)置的對置電極(正極)是接地電位，所以當(dāng)進(jìn)行等離子體摻雜處理時(shí)， 在對置電極堆積含有硼的薄膜。另外，關(guān)于對置電極(正極)與試料電極 (負(fù)極)間的距離(縫隙)，只記載了 "對于不同的電壓能夠調(diào)節(jié)"。
在上述的本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，只是例示了本發(fā)明的適用范圍 中，關(guān)于真空容器l的形狀、電極3、 6的構(gòu)造以及配置等各種變化中的 一部分。在適用本發(fā)明時(shí)，自然也可以考慮此處例示以外的各種變化。
另外，例示了向?qū)χ秒姌O3供應(yīng)60MHz的高頻電力，向試料電極6 供應(yīng)1.6MHz的高頻電力的情況，這些頻率只不過是一個(gè)例子。向?qū)χ秒?極3供應(yīng)的高頻電力的頻率，大致適合10MHz以上100MHz以下。當(dāng)向 對置電極3供應(yīng)的高頻電力的頻率低于10MHz時(shí)，不能得到足夠的等離 子體密度。相反，當(dāng)向?qū)χ秒姌O3供應(yīng)的高頻電力的頻率高于100MHz時(shí)， 不能得到足夠的自偏壓電壓，變得容易在對置電極3表面堆積含有雜質(zhì)的 薄膜。
還有，向試料電極6供應(yīng)的高頻電力的頻率，大致適合300kHz以上 20MHz以下。向試料電極6供應(yīng)的高頻電力的頻率如果低于300kHz，則 不能簡單取得高頻的整合。相反，向試料電極6供應(yīng)的高頻電力的頻率如 果高于20MHz，則施加于試料電極6的電壓容易產(chǎn)生面內(nèi)分布，摻雜處理 的平均性受損。
另外，如果對置電極3的表面由硅或硅氧化物構(gòu)成，則可以避免將對 于基板7的一例的硅基板來說不優(yōu)選的雜質(zhì)導(dǎo)入基板7的表面。
另外，尤其在基板7是由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板時(shí)，通過使用砷、磷或 硼作為雜質(zhì)，可以用于細(xì)微晶體管的制造。另外，還可以使用化合物半導(dǎo) 體作為基板7。作為雜質(zhì)，也可以使用鋁或銻等。
另外，通過分別組裝公知的加熱器以及冷卻裝置，分別進(jìn)行真空容器 l的內(nèi)壁的溫度控制、對置電極3以及試料電極6的溫度控制，通過更加
精密地控制真空容器l內(nèi)壁、對置電極3、基板7的表面上的雜質(zhì)原子團(tuán)
的吸附概率，由此可以進(jìn)一步提高再現(xiàn)性。
還有，作為導(dǎo)入真空容器l內(nèi)的等離子體摻雜用氣體，例示了使用了
由He稀釋了B2H6的混合氣體的情況，但一般情況下，可以使用由稀有氣 體稀釋了雜質(zhì)原料氣體的混合氣體。作為雜質(zhì)原料氣體，可以使用BxHy (x、 y為自然數(shù))或PxHy (x、 y為自然數(shù))等。這些氣體具有的優(yōu)點(diǎn)是， 除了 B或P以外，只包含就算作為雜質(zhì)混入基板影響也小的H。也可以使 用其它的含B的氣體，例如BF3、 BC13、 BB&等。也可以使用其它含有P 的氣體，例如PF3、 PF5、 PC13、 PC15、 POCl3等。另外，作為稀有氣體可 以使用He、 Ne、 Ar、 Kr、 Xe等，但He最合適。這是由于以下原因。即 為了避免將不期望的雜質(zhì)導(dǎo)入試料表面，并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)劑量的精密控制與 低濺射性，能夠?qū)崿F(xiàn)再現(xiàn)性優(yōu)良的等離子體摻雜方法。通過使用由稀有氣 體稀釋了雜質(zhì)原料氣體的混合氣體，可以使由形成于容器內(nèi)壁的含有硼等 雜質(zhì)的膜引起的劑量變化變得極小，因此通過控制氣體噴出的分布，能夠 更精密地控制劑量的分布，容易確保劑量的面內(nèi)平均性。次于He的優(yōu)選 的稀有氣體是Ne。 Ne與He相比，雖然有濺射率略高的缺點(diǎn)，但是有在 低壓下容易放電的優(yōu)點(diǎn)。
并且，本發(fā)明不限于第一實(shí)施方式，可以以其它各種方式實(shí)施。 例如，在第一實(shí)施方式中，例示了從氣體供應(yīng)裝置2分別以5sccm、 100sccm供應(yīng)被He稀釋了的82116氣體以及He氣體，通過調(diào)壓閥9將真 空容器1內(nèi)的壓力保持為0.8Pa，同時(shí)從對置電極用高頻電源11向?qū)χ秒?極3供應(yīng)1600W的高頻電力，使真空容器1內(nèi)的對置電極3與試料電極6 上的基板7之間產(chǎn)生等離子體的情況，但在He氣體的分壓高的狀態(tài)下， 在低壓下有時(shí)難以產(chǎn)生等離子體。此時(shí)，作為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的變 形例，適當(dāng)采用如下方法有效果。
第一方法是使壓力變化的方法。首先，通過調(diào)壓閥9將真空容器1內(nèi) 的壓力保持為高于等離子體摻雜用壓力的、1Pa以上(典型為10Pa)的等 離子體產(chǎn)生用壓力，同時(shí)從對置電極用高頻電源11向?qū)χ秒姌O3供應(yīng)高頻電力，使在真空容器l內(nèi)的對置電極3與試料電極6上的基板7之間產(chǎn)
生等離子體。此時(shí)，試料電極用高頻電源12不向試料電極6供應(yīng)高頻電 力。等離子體產(chǎn)生后，調(diào)整調(diào)壓閥9，使真空容器l內(nèi)的壓力逐漸降低至 1Pa以下(典型為0.8Pa)的等離子體摻雜用壓力。使用ECR (電子回旋 加速器共鳴等離子體源)或ICP (感應(yīng)耦合型等離子體源)等所謂高密度 等離子體源時(shí)也可以考慮相同順序，但是，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式的變 形例相關(guān)的裝置構(gòu)成中，由于等離子體的體積與使用高密度等離子體源的 情況相比明顯小，因此為了使產(chǎn)生的等離子體不消失，有必要利用調(diào)壓閥 9更緩慢地降低壓力。但是，如果使壓力的降低過于緩慢，則不僅處理所 需的總時(shí)間延長，而且也有基板7產(chǎn)生污染的可能。因此，優(yōu)選使用調(diào)壓 閥9在3秒 15秒左右降低壓力。真空容器1內(nèi)的壓力降低至等離子體摻 雜用壓力后，從試料電極用高頻電源12向試料電極6供應(yīng)高頻電力。
第二方法是使氣體種類變化的方法。如圖3所示，作為一個(gè)例子，氣 體供應(yīng)裝置2由被控制裝置80控制動(dòng)作的第一 第三質(zhì)量流控制器31、 32、33以及被控制裝置80控制動(dòng)作的第一 第三閥34、35、36以及第一 第三儲(chǔ)氣瓶(Bombe) 37、 38、 39構(gòu)成。第一儲(chǔ)氣瓶37中收納有被He 稀釋了的B2H6氣體，第二儲(chǔ)氣瓶38中收納有He氣體，第三儲(chǔ)氣瓶39中 收納有Ne氣體。而且，首先使第一以及第二閥34、 35關(guān)閉，打開第三閥 38，從第三儲(chǔ)氣瓶39經(jīng)由第三閥38及第三質(zhì)量流控制器33以及配管2p， 向真空容器1內(nèi)供應(yīng)作為相比于He在低壓下更容易放電的等離子體產(chǎn)生 用氣體的一例的Ne氣體。來自第三儲(chǔ)氣瓶39的Ne氣體的流量，被第三 質(zhì)量流控制器33保持為一定。此時(shí)的Ne氣體的流量，預(yù)先設(shè)定為與之后 向試料電極6供應(yīng)高頻電力的步驟中的氣體流量大致相同。通過調(diào)壓閥9 將真空容器1內(nèi)的壓力保持為0.8Pa，同時(shí)從對置電極用高頻電源11向?qū)?置電極3供應(yīng)高頻電力，由此在真空容器l內(nèi)的對置電極3與試料電極6 上的基板7之間產(chǎn)生等離子體。此時(shí)，不向試料電極6供應(yīng)高頻電力。在 產(chǎn)生等離子體后，打開第一以及第二閥34、 35，關(guān)閉第三閥38，從第一 以及第二儲(chǔ)氣瓶37、 38經(jīng)由第一以及第二閥34、 35以及第一以及第二質(zhì) 量流控制器31、 32以及配管2p，將向真空容器1內(nèi)供應(yīng)的氣體改變?yōu)镠e 和B2H6氣體的混合氣體。這些氣體的流量被第一以及第二質(zhì)量流控制器
31、 32保持為一定。在切換氣體種類后，從試料電極用高頻電源12向試 料電極6供應(yīng)高頻電力。在使用ECR (電子回旋加速器共鳴等離子體源) 或ICP (感應(yīng)耦合型等離子體源)等所謂高密度等離子體源時(shí)也可以考慮 同樣的順序，但是，在本發(fā)明的裝置構(gòu)成中，等離子體的體積與使用高密 度等離子體源時(shí)相比明顯小，因此為了使產(chǎn)生的等離子體不消失，最好更 加緩慢地使氣體種類變化。但是，如果使氣體種類的變化過于緩慢，不僅 處理所需的總時(shí)間延長，而且也有基板7產(chǎn)生污染的可能。因此，優(yōu)選在 3秒 15秒左右使氣體種類變化。為了緩慢使氣體種類變化，打開第一以 及第二閥34、 35的瞬間，預(yù)先使第一以及第二質(zhì)量流控制器31、 32的流 量設(shè)定值為零或極微量(10sccm以下)，控制流量逐漸增加。另外，在打 開第一以及第二閥34、 35后，在第三閥36打開的狀態(tài)下使第三質(zhì)量流控 制器33的流量設(shè)定值逐漸下降，在第三質(zhì)量流控制器33的流量設(shè)定值變 為零或極微量(10sccm以下)之后，關(guān)閉第三閥36。
第三方法是使試料電極6與對置電極3之間的距離G變化的方法。作 為第一實(shí)施方式的其他變形例，為了使試料電極6與對置電極3相對移動(dòng) 來控制試料電極6與對置電極3之間的距離G，例如如圖4所示，在真空 容器1內(nèi)在真空容器1的底面與試料電極6之間設(shè)置作為距離調(diào)整用驅(qū)動(dòng) 裝置(例如試料電極升降用驅(qū)動(dòng)裝置)的一例的(在使對置電極升降時(shí)， 在真空容器1內(nèi)在真空容器1的上面與對置電極3之間作為距離調(diào)整用驅(qū) 動(dòng)裝置(例如對置電極升降用驅(qū)動(dòng)裝置)的一例的)波紋管40，設(shè)置用于 向波紋管40供應(yīng)使波紋管40伸縮的流體的流體供應(yīng)裝置40a，在控制裝 置80的動(dòng)作控制下，通過流體供應(yīng)裝置40a的驅(qū)動(dòng)，試料電極6(或?qū)χ?電極3)通過波紋管40在真空容器1內(nèi)升降自如。此時(shí)，調(diào)壓閥9以及泵 8被設(shè)于真空容器1的側(cè)面(未圖示)。在該種裝置構(gòu)成中，首先通過流 體供應(yīng)裝置40a的驅(qū)動(dòng)使試料電極6下降(或使對置電極3上升)，在距 離G為大于等離子體摻雜處理用距離的等離子體發(fā)生用距離例如為80mm 的狀態(tài)下，從氣體供應(yīng)裝置2向真空容器1內(nèi)供應(yīng)由He稀釋了的B2H6 氣體以及He氣體，通過利用調(diào)壓閥9將真空容器1內(nèi)的壓力保持為0.8Pa， 同時(shí)通過從對置電極用高頻電源11向?qū)χ秒姌O3供應(yīng)高頻電力，由此在 真空容器1內(nèi)的對置電極3與試料電極6上的基板7之間產(chǎn)生等離子體。
此時(shí)，不向試料電極6供應(yīng)高頻電力。在等離子體產(chǎn)生后，通過流體供應(yīng)
裝置40a的驅(qū)動(dòng)使試料電極6上升(或使對置電極3下降)，使距離G變 化為25mm。另外，等離子體的產(chǎn)生，可以從設(shè)于真空容器1的窗口由檢 測器自動(dòng)檢測等離子體發(fā)光。此時(shí)，可以根據(jù)檢測器的檢測信號(hào)來驅(qū)動(dòng)流 體供應(yīng)裝置40a。簡單地也可以預(yù)先設(shè)定產(chǎn)生等離子體的足夠的時(shí)間，在 經(jīng)過該等離子體產(chǎn)生預(yù)定時(shí)間后，假定等離子體已經(jīng)產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)流體供應(yīng) 裝置40a。在距離G變?yōu)?5mm后，使流體供應(yīng)裝置40a的驅(qū)動(dòng)停止，從 試料電極用高頻電源12向試料電極6供應(yīng)高頻電力。當(dāng)距離G的變化變 得過急時(shí)，產(chǎn)生的等離子體有消失的危險(xiǎn)。相反，當(dāng)距離G的變化過于緩 慢時(shí)，不僅處理所需的總時(shí)間延長，而且也有基板7產(chǎn)生污染的可能。因 此，優(yōu)選在3秒 15秒左右使距離G變化。在該變形例中，例示了在開 始產(chǎn)生等離子體的步驟中的距離G為80mm的情況，優(yōu)選在滿足以下式(4) [式4]
0.4j^<G<J^ (4) V V T
的狀態(tài)下產(chǎn)生等離子體。在距離G過小時(shí)(小于半徑的0.4倍時(shí))， 會(huì)出現(xiàn)不能產(chǎn)生等離子體的情況，相反，在距離G過大時(shí)(大于半徑的 1.0倍時(shí))，真空容器1的容積變得過大，泵排氣能力不足。
還有，也可以組合使用上述三個(gè)方法中的兩個(gè)以上的方法。
并且，在使用ICP (感應(yīng)耦合型等離子體源)的情況下，與試料電極 6相對的電介體窗口與試料電極6的距離G在滿足以下式(5)
(5)
的狀態(tài)下進(jìn)行處理，這對減少從剛濕式清洗后到活性化后的表面電阻 穩(wěn)定之前的需要的片數(shù)是有效的。
并且，在所述變形例中，也可以在真空容器1內(nèi)在真空容器1的底面
與試料電極6之間設(shè)置作為試料電極升降用驅(qū)動(dòng)裝置的一例的波紋管40， 并且在使對置電極升降時(shí)，在真空容器1內(nèi)在真空容器1的上面與對置電
極3之間設(shè)置作為對置電極升降用驅(qū)動(dòng)裝置的一例的波紋管40，通過使試 料電極6與對置電極3這雙方移動(dòng)，使試料電極6與對置電極3相對移動(dòng)， 控制試料電極6與對置電極3的距離G。
另外，將本發(fā)明適用于ECR(電子回旋加速器共鳴等離子體源)或ICP (感應(yīng)耦合型等離子體源)等時(shí)，代替將試料電極與所述對置電極之間的 距離設(shè)為G，也可以將對置電極與電介板或包括氣體噴出孔的面之間的距 離設(shè)為G。
還有，在本發(fā)明中，用電極間距離來說明距離G，但是嚴(yán)格來說有必 要作為基板與電極間距離來定義。但是，基板與該距離相比極其小，因此 在實(shí)施方式以及實(shí)施例中不考慮基板的厚度，作為電極間距離來說明距離 G，這沒有任何問題。
并且，通過適當(dāng)組合所述各種實(shí)施方式中的任意實(shí)施方式，能夠發(fā)揮 各自具備的效果。
工業(yè)實(shí)用性
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供向試料表面導(dǎo)入的雜質(zhì)濃度的再現(xiàn)性優(yōu)良的等 離子體摻雜方法以及裝置。因而，以半導(dǎo)體裝置中的雜質(zhì)摻雜工序?yàn)槭祝?也能夠適用于在液晶等中使用的薄膜晶體管的制造。
本發(fā)明參照附圖對優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了充分的敘述，但是對于熟悉 該技術(shù)的人來說很清楚各種變形以及修正。這些變形以及修正，只要不超 出權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍，應(yīng)該理解為包含于其中。
權(quán)利要求
1.一種等離子體摻雜方法，在真空容器(1)內(nèi)的試料電極(6)上載置試料(7)，一邊向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)等離子體摻雜用氣體，一邊使所述真空容器內(nèi)排氣，將所述真空容器內(nèi)控制為等離子體摻雜用壓力，同時(shí)使所述真空容器內(nèi)的所述試料的表面與對置電極的表面之間產(chǎn)生等離子體，向所述試料電極供電，在設(shè)所述試料表面中與所述對置電極相對一側(cè)的表面的面積為S，所述試料電極與所述對置電極的距離為G時(shí)，在滿足下式(1)[式1]<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mn>0.1</mn><msqrt> <mrow><mo>(</mo><mi>S</mi><mo>/</mo><mi>π</mi><mo>)</mo> </mrow></msqrt><mo><</mo><mi>G</mi><mo><</mo><mn>0.4</mn><msqrt> <mrow><mo>(</mo><mi>S</mi><mo>/</mo><mi>π</mi><mo>)</mo> </mrow></msqrt><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>的狀態(tài)下，進(jìn)行向所述試料的表面導(dǎo)入雜質(zhì)的等離子體摻雜處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的等離子體摻雜方法， 向與所述試料電極相對配置的所述對置電極供應(yīng)高頻電力。
3. 如權(quán)利要求2所述的等離子體摻雜方法，在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電 極供電之前，將所述真空容器內(nèi)的壓力保持為高于所述等離子體摻雜用壓力的等 離子體產(chǎn)生用壓力，同時(shí)向所述對置電極供應(yīng)高頻電力，使所述真空容器 內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極的表面之間產(chǎn)生等離子體，所述等離子 體產(chǎn)生后，使所述真空容器內(nèi)的壓力逐漸降低至所述等離子體摻雜用壓 力，在達(dá)到所述等離子體摻雜用壓力后，向所述試料電極供電。
4. 如權(quán)利要求2所述的等離子體摻雜方法，在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電 極供電之前，向所述真空容器內(nèi)，供應(yīng)與稀釋所述等離子體摻雜用氣體的雜質(zhì)原料 氣體的稀釋氣體相比在低壓下更容易放電的等離子體產(chǎn)生用氣體，將所述 真空容器內(nèi)的壓力保持為等離子體產(chǎn)生用壓力，同時(shí)向所述對置電極供應(yīng) 高頻電力，由此使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極表面之 間產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，將向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)的氣 體切換為所述等離子體摻雜用氣體，在所述真空容器內(nèi)切換為所述等離子 體摻雜用氣體后，向所述試料電極供電。
5. 如權(quán)利要求2所述的等離子體摻雜方法，在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電 極供電之前，為使所述試料電極與所述對置電極的距離G大于所述式(1)的范圍，使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)，在使所述試料電極離開所述對 置電極的狀態(tài)下， 一邊向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)等離子體摻雜用氣體， 一邊 使所述真空容器內(nèi)排氣，將所述真空容器內(nèi)控制為等離子體摻雜用壓力， 同時(shí)向所述對置電極供應(yīng)高頻電力，由此使所述真空容器內(nèi)的所述試料表 面與所述對置電極表面之間產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)，在所述距離G返回到滿足所述式 (1)的狀態(tài)后，向所述試料電極供電。
6. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的等離子體慘雜方法， 被導(dǎo)入所述真空容器內(nèi)的所述氣體中的雜質(zhì)原料氣體的濃度為1%以下。
7. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法， 被導(dǎo)入所述真空容器內(nèi)的所述氣體中的雜質(zhì)原料氣體的濃度為0.1%以下。
8. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法， 被導(dǎo)入所述真空容器內(nèi)的所述氣體，是用稀有氣體稀釋了雜質(zhì)原料氣體的混合氣體。 '
9. 如權(quán)利要求8所述的等離子體摻雜方法， 所述稀有氣體為He。
10. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法， 所述氣體中的雜質(zhì)原料氣體為BxHy (x、 y為自然數(shù))。
11. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法，所述氣體中的雜質(zhì)原料氣體為PxHy (x、 y為自然數(shù))。
12. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法， 通過設(shè)于所述對置電極的氣體噴出孔(5)向所述試料的表面噴出所述氣體，同時(shí)進(jìn)行所述等離子體摻雜處理。
13. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法， 在所述對置電極的表面由硅或硅氧化物構(gòu)成的狀態(tài)下，進(jìn)行所述等離子體摻雜處理。
14. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法， 在所述試料是由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的狀態(tài)下，進(jìn)行所述等離子體摻雜處理。
15. 如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的等離子體摻雜方法， 包含于所述氣體中的雜質(zhì)氣體中的雜質(zhì)是砷、磷或硼。
16. —種等離子體摻雜裝置，具備 真空容器(1);在所述真空容器內(nèi)配置的試料電極(6); 向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)氣體的氣體供應(yīng)裝置(2); 與所述試料電極大致平行相對的對置電極(3); 使所述真空容器內(nèi)排氣的排氣裝置(8); 控制所述真空容器內(nèi)的壓力的壓力控制裝置(9); 向所述試料電極供電的電源(12)，并且在設(shè)所述試料電極的與所述對置電極相對一側(cè)的表面且要配置 所述試料的配置區(qū)域的面積為S，設(shè)所述試料電極與所述對置電極的距離 為G時(shí)，滿足下式(2)<formula>formula see original document page 4</formula>[式2]
17.如權(quán)利要求16所述的等離子體摻雜裝置， 還具備向所述對置電極供應(yīng)高頻電力的高頻電源(11)。
18. 如權(quán)利要求17所述的等離子體摻雜裝置，所述壓力控制裝置可以進(jìn)行壓力控制，以使所述真空容器內(nèi)的壓力在 所述等離子體慘雜用壓力和高于所述等離子體摻雜用壓力的等離子體產(chǎn) 生用壓力之間進(jìn)行切換，在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電 極供電之前，利用所述壓力控制裝置將所述真空容器內(nèi)的壓力保持為高于 所述等離子體摻雜用壓力的所述等離子體產(chǎn)生用壓力，同時(shí)從所述高頻電 源向所述對置電極供應(yīng)高頻電力，使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所 述對置電極表面之間產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，利用所述壓 力控制裝置使所述真空容器內(nèi)的壓力逐漸降低至所述等離子體摻雜用壓 力，在達(dá)到所述等離子體摻雜用壓力后，從所述電源向所述試料電極供電。
19. 如權(quán)利要求17所述的等離子體摻雜裝置，所述氣體供應(yīng)裝置能夠向所述真空容器內(nèi)切換供應(yīng)如下兩種氣體，一 是所述等離子體摻雜用氣體，二是與稀釋所述等離子體摻雜用氣體的雜質(zhì) 原料氣體的稀釋氣體相比在低壓下更容易放電的等離子體產(chǎn)生用氣體，在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電 極供電之前，利用所述氣體供應(yīng)裝置向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)與稀釋所述等 離子體摻雜用氣體的雜質(zhì)原料氣體的稀釋氣體相比在低壓下更容易放電 的等離子體產(chǎn)生用氣體，利用所述壓力控制裝置將所述真空容器內(nèi)的壓力 保持為等離子體摻雜用壓力，同時(shí)從所述高頻電源向所述對置電極供應(yīng)高 頻電力，由此使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極表面之間 產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，將向所述真空容器內(nèi)供應(yīng)的氣體 切換為所述等離子體摻雜用氣體，在所述真空容器內(nèi)切換為所述等離子體 摻雜用氣體后，向所述試料電極供電。
20. 如權(quán)利要求17所述的等離子體摻雜裝置，還具備距離調(diào)整用驅(qū)動(dòng)裝置(40， 40a)，其使所述試料電極相對于 所述對置電極相對移動(dòng)，在所述真空容器內(nèi)的所述試料電極上載置所述試料后、向所述試料電 極供電之前，利用所述距離調(diào)整用驅(qū)動(dòng)裝置，為使所述試料電極與所述對 置電極的距離G大于所述式(2)的范圍，使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)，在使所述試料電極離開所述對置電極的狀態(tài)下， 一邊向所述 真空容器內(nèi)供應(yīng)等離子體摻雜用氣體， 一邊使所述真空容器內(nèi)排氣，將所: 述真空容器內(nèi)控制為等離子體摻雜用壓力，同時(shí)從所述高頻電源向所述對 置電極供應(yīng)高頻電力，使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極 表面之間產(chǎn)生等離子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，利用所述距離調(diào)整用馬區(qū) 動(dòng)裝置使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)，在所述距離G返回到滿 足所述式(2)的狀態(tài)后，向所述試料電極供電。
21. 如權(quán)利要求16或17所述的等離子體摻雜裝置， 所述氣體供應(yīng)裝置構(gòu)成為從設(shè)于所述對置電極的氣體噴出孔(5)供應(yīng)氣體。
22. 如權(quán)利要求16或17所述的等離子體摻雜裝置， 所述對置電極的表面由硅或硅氧化物構(gòu)成。
23. —種等離子體摻雜方法，在真空容器(1)內(nèi)的試料電極(6)上載置試料(7)， 為使與所述試料電極相對的對置電極和所述試料電極的距離G大于 等離子體慘雜處理用的距離，使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)， 在使所述試料電極離開所述對置電極的狀態(tài)下， 一邊向所述真空容器內(nèi)f共 應(yīng)等離子體摻雜用氣體， 一邊使所述真空容器內(nèi)排氣，將所述真空容器內(nèi) 控制為等離子體摻雜用壓力，同時(shí)通過向所述對置電極供應(yīng)高頻電力，由 此使所述真空容器內(nèi)的所述試料表面與所述對置電極表面之間產(chǎn)生等離 子體，在所述等離子體產(chǎn)生后，使所述試料電極與所述對置電極相對移動(dòng)， 在所述距離G返回到所述等離子體摻雜處理用的距離后，向所述試料電極 供電，在設(shè)所述試料表面中的與所述對置電極相對一側(cè)的表面的面積為S 時(shí)，在將所述試料電極與所述對置電極之間的距離G維持在所述等離子體 摻雜處理用的距離的狀態(tài)下，進(jìn)行向所述試料表面導(dǎo)入雜質(zhì)的等離子體摻 雜處理。
全文摘要
提供一種向試料表面導(dǎo)入的雜質(zhì)濃度的再現(xiàn)性優(yōu)良的等離子體摻雜方法以及裝置。在真空容器(1)內(nèi)，通過設(shè)于對置電極(3)的氣體噴出孔(5)向載置在試料電極(6)上的基板(7)噴出氣體，通過作為排氣裝置的渦輪分子泵(8)進(jìn)行排氣，利用調(diào)壓閥(9)將真空容器(1)內(nèi)保持為規(guī)定的壓力，同時(shí)將對置電極(3)與試料電極(6)之間的距離相對于對置電極(3)的面積充分減小到等離子體不會(huì)向外擴(kuò)散的程度，使對置電極(3)與試料電極(6)之間產(chǎn)生容量耦合型等離子體，進(jìn)行等離子體摻雜。作為氣體，使用含有乙硼烷或磷化氫等雜質(zhì)的低濃度氣體。
文檔編號(hào)H01L21/265GK101356625SQ20078000117
公開日2009年1月28日 申請日期2007年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月3日
發(fā)明者伊藤裕之, 佐佐木雄一朗, 岡下勝己, 奧村智洋, 水野文二 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社