等离子体处理方法和等离子体处理设备技术

一种能够提高晶态到非晶态转变的均匀性的等离子体处理方法和设备。当将预定的气体通过进气孔（１１）从气体供应设备（２）引入到真空容器（１）中时，通过排气孔（１２）由作为排气设备的涡轮分子泵（３）排出，且该真空容器（１）中的压力由压力调节阀（４）保持在预定值。将１３．５６ＭＨｚ的高频功率从高频电源（５）提供到接近电介质窗（７）设置的线圈（８）上，该电介质窗（７）与样品电极（６）相对，且感应耦合等离子体在真空容器（１）中生成。向样品电极（６）提供高频功率的高频电源（１０）被提供，并作为控制样品电极（６）的电势的电压源。通过涉及样品电极（６）的结构，硅晶片（９）的表面中晶体层被均匀地转变为非晶态。

【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处理方法和等离子体处理设备。特别是，本专利技术涉及向样品表面层均匀提供等离子体的方法和设备。
技术介绍
等离子体掺杂方法是向固体样品表面层引入杂质的已知技术之一，其中杂质被离子化并在低能量下引入到固体中(例如参见专利文献1)。图12展示了用于等离子体掺杂方法的等离子体处理设备的一般构造，其作为传统的杂质引入方法揭示在上面提到的专利文献1中。如图12所示，安装有硅晶片样品42的样品电极43提供在真空容器41中。提供了用于向真空容器41中提供包括期望元素如B2H6的杂质材料气体的气体供应设备44和用于减小在真空容器41中的压力的泵45，由此真空容器41中的压力可以控制在预定的值。微波从微波波导46中辐射出，经由作为电介质窗的石英板47进入到真空容器41中。微波与电磁体48产生的直流磁场相互作用，由此具有磁场的微波等离子体(电子回旋共振等离子体)49形成在真空容器41中。高频电源51经由电容器50连接到样品电极43，以能够控制样品电极43的电势。从气体供应设备44提供的气体通过进气孔52引入到真空容器41中，并通过排气孔53排入到泵45内。在上述构造的等离子体处理设备中，通过进气孔52引入的杂质材料气体如B2H6通过等离子体生成装置变为等离子体49，该等离子体生成装置由微波波导46和电磁体48组成，且等离子体49中的硼离子通过高频电源51提供到样品42的表面。顺便指出，通常，含有被改变为电活性的杂质的气体，例如掺杂材料气体B2H6，在被提供到比如硅晶片的样品时，具有的问题在于其非常危险，例如，他们对人体有害或者反应性很高。在等离子体掺杂方法中，包含在掺杂材料气体内的所有物质都引入到样品内。例如，在掺杂材料气体为B2H6的情况中，虽然只有硼为引入到样品中时的有效杂质，但是氢也被引入到样品中。氢引入到样品中将引起例如外延生长的随后热处理中在样品中出现晶格缺陷的问题。鉴于以上，已经提出了下面的方法(例如参考专利文献2)。包含被改变为电活性杂质的杂质固体在提供到样品时设置在真空容器中。在该真空容器中生成稀有气体的等离子体，并且使用惰性气体的离子轰击杂质固体，因此杂质从杂质固体分离并提供给样品。图13展示了用于等离子体掺杂方法的等离子体处理设备的一般构造，其作为传统的杂质引入方法揭示在上面提到的专利文献2中。如图13所示，安装有硅晶片样品42的样品电极43设置在真空容器41中。提供了用于向真空容器41中提供惰性气体的气体供应设备44和用于降低真空容器41中压力的泵45，由此真空容器41中的压力可以控制在预定的值。微波从微波波导46中辐射出，并经由作为电介质窗的石英板47进入到真空容器41中。微波与电磁体48产生的直流磁场相互作用，由此具有磁场的微波等离子体(电子回旋共振等离子体)49形成在真空容器41中。高频电源51经由电容50连接到样品电极43，因此可以控制样品电极43的电势。含有杂质元素如硼的杂质固体安装在固体支撑台55上，其电势通过经由电容55与其连接的高频电源57控制。从气体供应设备44供应的气体通过进气孔52引入到真空容器41中，并通过排气孔53排入到泵45内。在上述构造的等离子体处理设备中，通过进气孔11引入的惰性气体如氩(Ar)由等离子体生成装置变为等离子体49，该等离子体生成装置由微波波导46和电磁体48组成，而且通过轰击从杂质固体54中排出的部分杂质元素而成为等离子体的原子被离子化，并引入到样品42的表面层。通常，作为栅极氧化膜的硅氧化膜形成在样品42的表面上。在硅氧化膜上通过CVD等方法形成用于形成栅极电极的导电层，并被构图为栅极电极图案。以这种方式在其上形成有栅极电极的样品42设置在等离子体掺杂设备中，并利用栅极电极作为掩模以自对准方式采用上述方法通过引入杂质来形成源极和漏极区域。因此获得MOS晶体管。但是，激活处理需要在等离子体掺杂引入杂质后进行。该激活处理是通过闪光灯退火、激光退火等加热样品42来使得晶体处于活性状态的处理方法。通过有效地加热非常薄的杂质引入层可以得到浅活化层。为了有效地加热非常薄的杂质引入层，在引入杂质前，进行了用于提高对于从例如激光或灯等光源发射出的光的吸光性的处理。被称为“前非晶化”的该处理如下。在构造上与上述等离子体掺杂设备相似的等离子体处理设备中，生成例如氦气的等离子体，而且所生成的例如氦离子被偏置电压导致加速并与基板碰撞，因此破坏基板表面层的晶体结构而得到非晶化。这项技术已经由本申请的专利技术人提出(例如参考非专利文献1)。专利文献1美国专利No.4,912,065专利文献2JP-A-09-115851非专利文献1Y.Sasaki et al.，“B2H6Plasma Doping with In-situ HePre-amorphyzation，”2004 Symposia on VLSI Technology and Circuits.
技术实现思路
<本专利技术要解决的问题> 顺便指出，随着近来半导体器件微型化和集成度的提高，有必要形成浅的而且非常精细的杂质引入区域。这要求极其精确的深度和杂质浓度控制。在这些情况中，传统的方法存在的问题在于，在样品中，或在晶片直径不断增加的目前情形下的晶片表面中，难于形成均匀的杂质引入层。其原因不仅是难于在晶片表面中形成具有均匀分布的含杂质的等离子体，还因为在上述前非晶化处理中非常难于非晶化具有高精度的和深度均匀的样品表面层。图10展示了使用图12中的传统等离子体掺杂设备对200mm直径的硅晶片进行非晶化所得到的非晶态层厚度的测量结果。在图12中，X轴取自从顶部指向底部的方向。从图10可以看到，非晶态层厚度在晶片(样品)周边部分，尤其是在晶片外周的10mm以内的区域内极高。该非晶态层厚度是通过椭偏法(elliptometry)方法测量得到的单晶硅晶片的非晶态硅层的厚度。该现象不限于非晶态层的厚度。已经发现在形成非晶态层之后通过向非晶态层表面提供杂质等离子体而进行等离子体掺杂时，在接近晶片的外周区域发生高杂质浓度的类似现象。考虑到上述各现象的发生是由于边缘效应在晶片的外周区域中导致等离子体集中，由此在晶片的外周附近发生能量集中而且等离子体在等离子体浓度高的状态下到达晶片表面。本专利技术针对以上情况提出，并且因此本专利技术的目的是提高等离子体处理的均匀性。本专利技术的另一目的是提供能够提高非晶化处理均匀性的非晶化的方法和设备。本专利技术的再一目的是提供一种能够提高样品表面杂质引入量均匀度的杂质引入的方法和设备。<解决问题的手段> 一种根据本专利技术的等离子体处理方法的特征在于等离子体施加到样品的表面，并进行调整以使得样品表面上的离子鞘厚度均匀。采用该结构，使得入射到样品上的等离子体的入射能量在包括对应接近样品外周部分区域的整个区域中均匀，这可以提高等离子体处理的均匀性。特别是，当在非晶化处理、掺杂处理等不仅要考虑表面尺寸还要考虑距表面的深度的处理中，需要在非常精细的区域进行高准确度处理时，该方法不仅可以控制面内的均匀性还可以控制包括深度的三维均匀性。下面详细描述该结构的工作。当电势为Vp的导体插入到等离子体电势为Vs的等离子体中时，如果Vp＜Vs，则该导体附近将形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体处理方法，其中将等离子体施加到样品的表面，同时进行调整，从而在该样品的该表面上使得离子鞘的厚度均匀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-11-2 319352/20041.一种等离子体处理方法，其中将等离子体施加到样品的表面，同时进行调整，从而在该样品的该表面上使得离子鞘的厚度均匀。2.根据权利要求1的等离子体处理方法，其中调整该等离子体以非晶化该样品的表面层。3.根据权利要求1的等离子体处理方法，其中调整该等离子体以向该样品的表面层引入杂质。4.根据权利要求1到3的任何一项的等离子体处理方法，包括的步骤为将该样品安装在设置在真空容器中的样品电极上，给该真空容器排气同时向真空容器内提供材料气体，并通过向等离子体源提供高频电源在该真空容器中生成等离子体；并且在具有高度上约等于该样品的该表面的表面的导体环设置成围绕该样品外周的状态下向该样品的该表面提供等离子体。5.根据权利要求4的等离子体处理方法，其中该样品的该外周与该导体环的内周之间的距离范围在1mm到10mm之间。6.根据权利要求4的等离子体处理方法，其中该样品的该表面和该导体环的表面之间的高度差范围在0.001mm到1mm之间。7.根据权利要求4的等离子体处理方法，其中在该样品电极具有层结构的状态下将电压施加到基座上，该层结构中第一介电层、静电吸附电极、第二介电层和该基座从接近该样品的一侧依次设置，使得该第一介电层、该静电吸附电极和该第二介电层从该基座上突出，而且第三介电层设置在该导体环和该基座之间。8.根据权利要求7的等离子体处理方法，其中Ca＝1/(d1/ε1+d2/ε2)大于或等于0.5倍的Cb＝ε3/d3，并且小于或等于2倍的Cb，其中ε1和d1为该第一介电层的相对介电常数和厚度，ε2和d2为该第二介电层的相对介电常数和厚度，而ε3和d3为该第三介电层的相对介电常数和厚度。9.根据权利要求4的等离子体处理方法，其中在该样品电极具有层结构的状态下将电压施加到静电吸附电极上，其中在该层结构中第一介电层、该静电吸附电极、第二介电层和基座从接近该样品的一侧依次设置，使得该第一介电层、该静电吸附电极和该第二介电层从该基座上突出，而且第三介电层设置在该导体环和该基座之间。10.根据权利要求9的等离子体处理方法，其中Cc＝ε1/d1大于或等于0.5倍的Cd＝1/{(d2×S2)/(ε2×S1)+d3/ε3}，并且小于或等于2倍的Cd，其中ε1和d1为该第一介电层的相对介电常数和厚度，ε2和d2为该第二介电层的相对介电常数和厚度，ε3和d3为第三介电层的相对介电常数和厚度，S1为该样品暴露于该等离子体的表面积，而S2为该导体环暴露于该等离子体的表面积。11.根据权利要求1到3任何一项的等离子体处理方法，包括的步骤为将该样品安装在设置在真空容器中样品电极上，给该真空容器排气同时向该真空容器内提供材料气体，通过向等离子体源提供高频电源在该真空容器中生成等离子体；并且在具有在高度上比该样品的该表面高了1mm以上的表面的聚焦环设置在该样品的外周之外的状态下进行等离子体处理。12.根据权利要求11的等离子体处理方法，其中该样品的该外周与该聚焦环的内周之间的距离范围在1mm到10mm之间。13.根据权利要求11或12的等离子体处理方法，其中该样品的该表面和该聚焦环的表面之间的高度差范围在1mm到15mm之间。14.根据权利要求1到3任何一项的等离子体处理方法，包括的步骤为将该样品安装在盘上，该盘设置在真空容器中并具有在其内安装该样品的台阶，给该真空容器排气同时向该真空容器提供材料气体，并通过给等离子体源提供高频电源在该真空容器中生成等离子体；并且给该样品的该表面施加等离子体同时进行调整，从而该盘的该凹槽之外的部分的表面高度与该样品的该表面在高度上几乎相同。15.根据权利要求14的等离子体处理方法，其中该样品的该外周与该台阶之间的距离范围在1mm到10mm之间。16.根据权利要求14或15的等离子体处理方法，其中该样品的该表面和该盘的该台阶之外的部分的表面之间的高度差范围在...

【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，金成国，前嶋聪，伊藤裕之，中山一郎，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]