等离子体掺杂方法以及装置制造方法及图纸

提供一种向试料表面导入的杂质浓度的再现性优良的等离子体掺杂方法以及装置。在真空容器（１）内，通过设于对置电极（３）的气体喷出孔（５）向载置在试料电极（６）上的基板（７）喷出气体，通过作为排气装置的涡轮分子泵（８）进行排气，利用调压阀（９）将真空容器（１）内保持为规定的压力，同时将对置电极（３）与试料电极（６）之间的距离相对于对置电极（３）的面积充分减小到等离子体不会向外扩散的程度，使对置电极（３）与试料电极（６）之间产生容量耦合型等离子体，进行等离子体掺杂。作为气体，使用含有乙硼烷或磷化氢等杂质的低浓度气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在试料表面导入杂质的等离子体掺杂方法以及装置。
技术介绍
例如在制造MOS晶体管时，在作为试料的硅基板表面形成薄的氧化 膜，然后再由CVD装置等在试料上形成栅电极。之后，将该栅电极作为 掩模，如上所述，通过等离子体掺杂方法导入杂质。通过杂质的导入，例 如在形成有源漏极区域的试料上形成金属配线层，得到MOS晶体管。作为将杂质导入固体试料表面的技术，公知有将杂质离子化，用低能 量导入固体中的等离子体掺杂方法(例如，参照专利文献l)。图5表示在所述专利文献1中记载的作为以往杂质导入方法中使用的等离子体处理 装置的概略构成。在图5中，在真空容器101内设有用于承载由硅基板构 成的试料107的试料电极106。设有向真空容器101内供应含有期望元素 的掺杂原料气体、例如供应B2H6的气体供应装置102;对真空容器101内 的内部进行降压的泵108，可以将真空容器101内保持为规定的压力。利 用微波导波管121经过作为电介质窗口的石英板122，向真空容器101内 放射微波。通过该微波与由电磁铁123形成的直流磁场的相互作用，在真 空容器101内形成有磁场微波等离子体(电子回旋加速器共鸣等离子体) 124。试料电极106经过电容器125与高频电源112连接，能够控制试料 电极106的电位。并且，以往的电极与石英板122之间的距离，为200mm 300匪。在如此构成的等离子体处理装置中，被导入的掺杂原料气体例如 B2H6，通过由微波导波管121以及电磁铁123构成的等离子体产生装置被 等离子体化，等离子体124中的硼离子在高频电源112作用下被导入试料 107的表面。作为在进行等离子体掺杂时使用的等离子体处理装置的形态，除了使 用所述电子回旋加速器共鸣等离子体源以外，还公知有使用螺旋形波(helicon wave)等离子体源(例如参照专利文献2)，感应耦合型等离子 体源(例如参照专利文献3)，平行平板型等离子体源(例如参照专利文 献4)。专利文献1:美国专利4912065号公报 专利文献2:日本特开2002—170782号公报 专利文献3:日本特开2004—47695号公报 专利文献4:日本特表2002 — 522899号公报但是，在这些现有方式中，存在着杂质导入量(剂量)的再现性差的 问题。本专利技术人根据各种实验结果，发现了该再现性降低的原因是由于等离 子体中的硼系原子团密度的增加。随着等离子体掺杂处理的进行，真空容 器的内壁面上逐渐堆积含有硼的薄膜(硼系薄膜)。伴随其堆积膜厚的增 加，在使用B2H6做掺杂原料气体的情况下，认为因为真空容器的内壁面 上的硼系原子团的吸附概率逐渐减少，所以等离子体中的硼系原子团的密 度逐渐增加。另外，等离子体中的离子被等离子体与真空容器内壁的电位 差加速，利用通过撞击堆积于真空容器的内壁面的硼系薄膜而产生的溅 射，向等离子体中供应的含硼粒子的量逐渐增加。因此，剂量逐渐增加。 增加的程度非常大，数百次重复实施等离子体掺杂处理后的剂量，甚至为 刚利用水以及有机溶剂清洗真空容器内壁后的等离子体惨杂处理时导入 的剂量的约3.3 6.7倍。另外，伴随等离子体的产生或停止的真空容器内壁面的温度变动，也 使内壁面上的硼系原子团的吸附概率产生变化。这也成为剂量的变动要 因。
技术实现思路
本专利技术鉴于所述现有的问题点，目的在于提供一种等离子体掺杂方法 以及装置，能够高精度控制导入试料表面的杂质量，可得到再现性优良的 杂质浓度。根据本专利技术的第一实施方式，提供一种等离子体掺杂方法， 在真空容器内的试料电极上载置试料，一边向所述真空容器内供应等离子体掺杂用气体， 一边使所述真空容 器内排气，将所述真空容器内控制为等离子体掺杂用压力，同时使所述真 空容器内的所述试料的表面与对置电极的表面之间产生等离子体，向所述 试料电极供电(例如，高频或脉冲电)，在设所述试料表面中与所述对置电极相对一侧的表面的面积为S，所 述试料电极与所述对置电极的距离为G时，在满足下式(1)<formula>formula see original document page 9</formula>的状态下，进行向所述试料的表面导入杂质的等离子体惨杂处理。 通过这样的构成，可以实现被导入试料表面的杂质浓度的再现性优良的等离子体掺杂方法。另外，根据本专利技术的第二方式，提供第一方式中所述的等离子体掺杂方法，其中向与所述试料电极相对配置的所述对置电极供应高频电力。 根据该构成，可以防止生成的等离子体附着于对置电极。 根据本专利技术的第三方式，提供第二方式中所述的等离子体掺杂方法，在所述真空容器内的所述试料电极上载置所述试料后、向所述试料电极供电之前，将所述真空容器内的压力保持为高于所述等离子体掺杂用压力的等 离子体产生用压力，同时向所述对置电极供应高频电力，使所述真空容器 内的所述试料表面与所述对置电极的表面之间产生等离子体，所述等离子 体产生后，使所述真空容器内的压力逐渐降低至所述等离子体掺杂用压 力，在达到所述等离子体掺杂用压力后，向所述试料电极供电。根据本专利技术的第四方式，提供第二方式中所述的等离子体掺杂方法， 在所述真空容器内的所述试料电极上载置所述试料后、向所述试料电极供 电之前，向所述真空容器内，供应与稀释所述等离子体掺杂用气体的杂质原料气体的稀释气体相比在低压下更容易放电的等离子体产生用气体，将所述 真空容器内的压力保持为等离子体产生用压力，同时向所述对置电极供应 高频电力，由此使所述真空容器内的所述试料表面与所述对置电极表面之 间产生等离子体，在所述等离子体产生后，将向所述真空容器内供应的气 体切换为所述等离子体掺杂用气体，在所述真空容器内切换为所述等离子 体掺杂用气体后，向所述试料电极供电。根据本专利技术的第五方式，提供第二方式中所述的等离子体掺杂方法， 在所述真空容器内的所述试料电极上载置所述试料后、向所述试料电极供 电之前，为使所述试料电极与所述对置电极的距离G大于所述式(1)的范围， 使所述试料电极与所述对置电极相对移动，在使所述试料电极离开所述对 置电极的状态下， 一边向所述真空容器内供应等离子体掺杂用气体， 一边 使所述真空容器内排气，将所述真空容器内控制为等离子体掺杂用压力， 同时向所述对置电极供应高频电力，由此使所述真空容器内的所述试料表 面与所述对置电极表面之间产生等离子体，在所述等离子体产生后，使所述试料电极与所述对置电极相对移动，在所述距离G返回到满足所述式 (1)的状态后，向所述试料电极供电。根据本专利技术的第六方式，提供第一 第五中任意一个方式中所述的等 离子体掺杂方法，被导入所述真空容器内的所述气体中的杂质原料气体的 浓度为1%以下。另外，根据本专利技术的第七方式，提供第一 第五中任意一个方式中所 述的等离子体掺杂方法，被导入所述真空容器内的所述气体中的杂质原料 气体的浓度为0.1%以下。根据本专利技术的第八方式，提供第一 第七中任意一个方式中所述的等 离子体掺杂方法，被导入所述真空容器内的所述气体，是用稀有气体稀释 了杂质原料气体的混合气体。另外，根据本专利技术的第九方式，提供第八方 式中所述的等离子体掺杂方法，所述稀有气体为He。通过该构成，可同时实现剂量的精密控制与低溅射性，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体掺杂方法，　在真空容器（１）内的试料电极（６）上载置试料（７），　一边向所述真空容器内供应等离子体掺杂用气体，一边使所述真空容器内排气，将所述真空容器内控制为等离子体掺杂用压力，同时使所述真空容器内的所述试料的表面与对置电极的表面之间产生等离子体，向所述试料电极供电，　在设所述试料表面中与所述对置电极相对一侧的表面的面积为Ｓ，所述试料电极与所述对置电极的距离为Ｇ时，在满足下式（１）　［式１］　＊＊＊　（１）　的状态下，进行向所述试料的表面导入杂质的等离子体掺杂处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2006-10-3 271605/20061.一种等离子体掺杂方法，在真空容器(1)内的试料电极(6)上载置试料(7)，一边向所述真空容器内供应等离子体掺杂用气体，一边使所述真空容器内排气，将所述真空容器内控制为等离子体掺杂用压力，同时使所述真空容器内的所述试料的表面与对置电极的表面之间产生等离子体，向所述试料电极供电，在设所述试料表面中与所述对置电极相对一侧的表面的面积为S，所述试料电极与所述对置电极的距离为G时，在满足下式(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>&pi;</mi><mo>)</mo> </mrow></msqrt><mo>&lt;</mo><mi>G</mi><mo>&lt;</mo><mn>0.4</mn><msqrt> <mrow><mo>(</mo><mi>S</mi><mo>/</mo><mi>&pi;</mi><mo>)</mo> </mrow></msqrt><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>的状态下，进行向所述试料的表面导入杂质的等离子体掺杂处理。2. 如权利要求1所述的等离子体掺杂方法， 向与所述试料电极相对配置的所述对置电极供应高频电力。3. 如权利要求2所述的等离子体掺杂方法，在所述真空容器内的所述试料电极上载置所述试料后、向所述试料电 极供电之前，将所述真空容器内的压力保持为高于所述等离子体掺杂用压力的等 离子体产生用压力，同时向所述对置电极供应高频电力，使所述真空容器 内的所述试料表面与所述对置电极的表面之间产生等离子体，所述等离子 体产生后，使所述真空容器内的压力逐渐降低至所述等离子体掺杂用压 力，在达到所述等离子体掺杂用压力后，向所述试料电极供电。4. 如权利要求2所述的等离子体掺杂方法，在所述真空容器内的所述试料电极上载置所述试料后、向所述试料电 极供电之前，向所述真空容器内，供应与稀释所述等离子体掺杂用气体的杂质原料 气体的稀释气体相比在低压下更容易放电的等离子体产生用气体，将所述 真空容器内的压力保持为等离子体产生用压力，同时向所述对置电极供应 高频电力，由此使所述真空容器内的所述试料表面与所述对置电极表面之 间产生等离子体，在所述等离子体产生后，将向所述真空容器内供应的气 体切换为所述等离子体掺杂用气体，在所述真空容器内切换为所述等离子 体掺杂用气体后，向所述试料电极供电。5. 如权利要求2所述的等离子体掺杂方法，在所述真空容器内的所述试料电极上载置所述试料后、向所述试料电 极供电之前，为使所述试料电极与所述对置电极的距离G大于所述式(1)的范围，使所述试料电极与所述对置电极相对移动，在使所述试料电极离开所述对 置电极的状态下， 一边向所述真空容器内供应等离子体掺杂用气体， 一边 使所述真空容器内排气，将所述真空容器内控制为等离子体掺杂用压力， 同时向所述对置电极供应高频电力，由此使所述真空容器内的所述试料表 面与所述对置电极表面之间产生等离子体，在所述等离子体产生后，使所述试料电极与所述对置电极相对移动，在所述距离G返回到满足所述式 (1)的状态后，向所述试料电极供电。6. 如权利要求1 5中任意一项所述的等离子体惨杂方法， 被导入所述真空容器内的所述气体中的杂质原料气体的浓度为1%以下。7. 如权利要求1 5中任意一项所述的等离子体掺杂方法， 被导入所述真空容器内的所述气体中的杂质原料气体的浓度为0.1%以下。8. 如权利要求1 5中任意一项所述的等离子体掺杂方法， 被导入所述真空容器内的所述气体，是用稀有气体稀释了杂质原料气体的混合气体。 '9. 如权利要求8所述的等离子体掺杂方法， 所述稀有气体为He。10. 如权利要求1 5中任意一项所述的等离子体掺杂方法， 所述气体中的杂质原料气体为BxHy (x、 y为自然数)。11. 如权利要求1 5中任意一项所述的等离子体掺杂方法，所述气体中的杂质原料气体为PxHy (x、 y为自然数)。12. 如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥村智洋，佐佐木雄一朗，冈下胜己，伊藤裕之，水野文二，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]