一种等离子体掺杂方法和装置，形成于样品表面上的非晶层具有出色的面内均匀性。一种等离子体掺杂方法，其在真空腔内产生等离子体，并使该等离子体内的杂质碰撞样品表面以将样品表面改性为非晶态，其中等离子体辐射时间被调整以改善面内均匀性。如果等离子体辐射时间太短，则等离子体内的变化转移到硅基板上非晶层的深度，从而使面内均匀性恶化。如果等离子体辐射时间太长，使用等离子体溅射硅基板表面的效应占优势，从而使面内均匀性恶化。优选地发现介于其间的合适的等离子体辐射时间以提供良好的面内均匀性并在该时间内执行等离子体掺杂。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及等离子体掺杂方法以及用于上述等离子体掺杂方法的等离 子体掺杂设备。更具体而言，本专利技术涉及在半导体等制造工艺中通过采用等
技术介绍
作为辐射等离子体到对应于晶体的样品的表面从而使受辐射样品表面 质变为非晶态的技术思想，已经披露了使用氦等离子体的等离子体掺杂方法(见非专利文献1 )。图8说明用于常规等离子体掺杂操作的典型等离子体处 理设备的示意性结构。在图8，用于在其上安装由硅基板制成的样品9的样 品电极6设于真空腔1内。当用于供应包含期望元素(例如，氦气)的初始 气体至真空腔1的内部的气体供应设备2以及用于减压真空腔1的内部的泵 3被提供时，真空腔1内的压力可以维持在预定压力。微波由微波波导51通过作为介电窗口的石英板52辐射到真空腔1内。 由于该微波和由电磁体53产生的DC磁场之间的相互作用，磁场微波等离 子体(电子回旋共振等离子体)54产生于真空腔1内。高频电源IO通过电 容器55连接到样品电极6，使得样品电极6的电势可受控制。应该注意，从 气体供应设备2供应的气体是从气体传导端口 56传导至真空腔1内，且随 后，该传导气体从排气口 11排放到泵3。在具有上述结构的等离子体处理设备中，从气体传导端口 56传导的诸 如氦气的初始气体，通过由微波波导51和电磁体53构成的这种等离子体发 生装置改变成等离子体，且等离子体54内包含的氦离子通过高频电源10传 导至样品9的表面。例如硼的期望杂质被传导至采用离子注入单元或者等离子体掺杂单元 按照上述方式已经处理成为其非晶态的样品9的表面，从而进行激活工艺(将 在下文描述)。此外，在金属布线层已经形成于杂质已经被传导至其中的样 品9上之后，薄氧化物膜在预定氧化气氛中形成于该金属布线层上，且随后，当栅电极通过CVD设备等形成于样品9上之后，得到例如MOS晶体管。应 该理解，为了制作晶体管，杂质离子是通过等离子体掺杂工艺来传导的，且 随后必须进行激活工艺。激活工艺是指这样的工艺，通过采用例如RTA(快 速热退火)、尖峰RTA(尖峰快速热退火)、激光退火、闪光灯退火等的方法， 加热杂质已经传导至其中的层以使其重结晶。此时，杂质已经传导至其中的非常薄的层被有效地加热，使得可以获得 浅的激活层。为了有效地加热杂质已经传导至其中的该非常薄的层，在传导 杂质之前实施一种工艺操作，使得杂质将传导至其中的该非常薄的层相对于从例如激光和灯的光源辐射的光的吸收率增大。该工艺操作称为预非晶化工艺操作。上述预非晶化工艺操作已经由本专利技术的专利技术人提出(非专利公开1 )。也就是说，依据该预非晶化工艺操作，在具有与前述等离子体处理设备相似结构的等离子体处理设备中，产生例如上述He气体的等离子体；通过偏置电压加速所产生的诸如He离子的离子，并使该加速离子与基板碰撞；且随后，基板表面的晶体结构被破坏从而形成为其非晶态。此外，当硼通过离子注入而注入到硅晶体内时，由于沟道效应，硼被深注入。该沟道效应是指这样的效应，即，硼沿隧道形状的晶体的粒子边界注入到深处而不碰撞石圭原子。此外，在沟道效应减小且硼希望纟皮注入至浅部分的情形下，采用该预非晶化工艺操作。也就是说，在注入硼之前，由于硅晶体形成为非晶态，硅原子的布置波动。结果，硼原子可以随机地与硅原子碰撞，使得硼原子可以注入到浅部分。此外，杂质离子的传导和该预非晶化工艺操作可以同时实施。此时，采 用具有与前述等离子体处理设备相似结构的等离子体处理设备。也就是说，在上述He气体中产生混合有非常少量的B2H6气体的等离子体；通过偏置电 压加速所产生的诸如He离子的离子并使该加速离子与基板碰撞；且随后， 基板表面的晶体结构被破坏从而形成为其非晶态。同时，例如B的离子被偏 置电压朝基板加速，且随后，该加速离子注入到基板内(非专利公开2)。非专利7>开1: Y.Sasaki et al.， B2H6 Plasma Doping with In-situ He Pre陽amorphyzation，，, 2004 Symposia on VLSI Technology and Circuits.非专利公开2: R.Higaki et al., Effects of gas phase absorption into Si substrates on plasma doping process, 2003 European Solid State Device Research Conf. (ESSDERC2003), (2003) 231.
技术实现思路
<本专利技术解决的问题>然而，在常规系统中，存在非晶层面内均匀性恶化这样的问题。由于等离子体工艺，等离子体分布波动反应在或者直径为200mm或者直径为 300mm的硅基板上。结果出现另一问题，即，非晶层不均匀地形成于基板 平面内。该问题构成一新的问题，当在非晶化工艺中通过等离子体辐射来处理基 板表面时重新出现该新的问题。该问题从不发生于如下技术思想中，例如， 锗离子或硅离子注入到硅基板的表面内。该原因如下也就是说，在离子注 入中，当采用截面积小于硅基板截面积的离子束时，采用将该离子束扫描过 硅基板的方法，使得该离子束截面积内的离子束波动可以被平均。同时，由 于老化效应引起的离子束电流数量的波动也可以通过相同的方法在该硅基 板内被平均。可以基于离子种子(ionseed)、加速能量和剂量数量来确定非 晶层。由于这些项在硅基板平面内被非常高度地均匀平均，下述事实是已知 的即，可以容易地形成具有出众的面内均匀性的非晶层。另一方面，在等离子体掺杂工艺中，实践中难以扫描等离子体，使得等 离子体本身的均匀性几乎无法实现。本专利技术旨在解决前述问题，因此本专利技术的目的是提供一种等离子体掺杂 方法和等离子体掺杂设备，其在样品表面上形成具有出众的面内均匀性的非晶层。<解决问题的手段〉因此，本专利技术的等离子体掺杂方法的特征在于，这种等离子体掺杂方法 包括使等离子体接触真空腔内的样品并使该等离子体内包含的离子碰撞该 样品的表面以使该样品表面质变成其非晶态的步骤；其中在该等离子体的辐 射时间设置为使得样品内非晶层深度的标准偏差小于在样品表面的该等离 子体内离子浓度的标准偏差，且另外该非晶层的深度变为大于或等于该非晶 层饱和深度的90%的时间时，该等离子体掺杂方法实施。基于各种实验的结果，本专利技术的专利技术人可以发现这样的事实，即，在使等离子体中包含的杂质离子碰撞样品表面从而将该样品表面质变为非晶表 面的等离子体掺杂方法中，存在可以改善面内均匀性的恰当的等离子体辐射 时间。本专利技术是通过关注这一事实来进行的。换言之，如果等离子体辐射时 间变得过短，则等离子体波动转移到硅基板上非晶层深度，使得面内均匀性 恶化。另一方面，如果等离子体辐射时间过长，则由等离子体賊射硅基板表 面的效应占优势，使得面内均勻性恶化。专利技术人可以发现这样的事实，即， 在上述的辐射时间之间的中间时间内存在能够改善面内均匀性的合适的等 离子体辐射时间。在正常等离子体掺杂中，包含在等离子体中的离子浓度的分布转移到非 晶层的深度分布。在等离子体辐射开始的初始阶段，在离子浓度低的部分的 非晶层深度变浅，而在离子浓度高的部分的非晶层深度变深。然而，如果等 离子体辐射连本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种等离子体掺杂方法，包括使等离子体接触真空腔内的样品并使所述等离子体内包含的离子碰撞所述样品的表面以使所述样品表面质变成其非晶态的步骤；其中：在所述等离子体辐射时间设置为使得所述样品内非晶层深度的标准偏差小于在所述样品表面的所述等 离子体内离子浓度的标准偏差，且另外所述非晶层的深度变为大于或等于所述非晶层饱和的深度的９０％的时间时，实施所述等离子体掺杂方法。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-3-28 092543/20051.一种等离子体掺杂方法，包括使等离子体接触真空腔内的样品并使所述等离子体内包含的离子碰撞所述样品的表面以使所述样品表面质变成其非晶态的步骤；其中在所述等离子体辐射时间设置为使得所述样品内非晶层深度的标准偏差小于在所述样品表面的所述等离子体内离子浓度的标准偏差，且另外所述非晶层的深度变为大于或等于所述非晶层饱和的深度的90％的时间时，实施所述等离子体掺杂方法。2. 如权利要求1所述的等离子体掺杂方法，其中 所述等离子体掺杂方法还包括相对于预定数目的所述样品测量所述等离子体的辐射时间和所产生的非晶层的深度之间关系的步骤；以及所述非晶层深度在所述样品内是均匀的的辐射时间定义为等离子体工 艺时间。3. 如权利要求2所述的等离子体掺杂方法，其中 所述测量步骤对应于通过椭圆偏光法来测量所述非晶层深度的方法；以及所述深度的标准偏差cj小于或等于1.3%的等离子体辐射时间设置为 所述等离子体辐射时间。4. 如权利要求l所述的等离子体掺杂方法，其中 所述等离子体辐射时间设置为20秒至60秒。5. 如权利要求4所述的等离子体掺杂方法，其中 所述等离子体辐射时间设置为30秒至50秒。6. 如权利要求1所述的等离子体掺杂方法，其中 所述质变步骤对应于这样的步骤，即，杂质离子等离子体被辐射，且非晶化工艺和所述杂质离子的注入同时实施。7. 如权利要求1所述的等离子体掺杂方法，其中 所述等离子体掺杂方法还包括 在所述质变步骤之后掺入杂质的步骤。8. 如权利要求3所述的等离子体掺杂方法，其中 所述测量步骤包括 将光辐射在已经由等离子体掺杂工艺处理的虚拟样品表面从而探测入 射光的偏振状态和反射光的偏振状态之间的差异，并基于所述探测的差异来计算所述虛拟样品表面的非晶层深度的步骤；以及控制所述质变步骤的工艺时间使得所述非晶层计算深度的波动的标准 偏差变为预定值的步骤。9. 如权利要求1至8任意一项所述的等离子体掺杂方法，其中 所述样品是由硅制成的半导体基板。10. 如权利要求1至9任意一项所述的等离子体摻杂方法，其中 在所述真空腔中产生的等离子体为稀有气体等离子体。11. 如权利要求IO所述的等离子体掺杂方法，其中 在所...
【专利技术属性】
技术研发人员：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]
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