等离子体掺杂方法技术

为了实现稳定的低浓度掺杂的等离子体掺杂方法，它是一边将掺杂原料气体输入到装有等离子体发生装置的真空容器内，一边从真空容器内排出气体，通过装有作为２个可变阻抗器件的环形磁芯的等离子体发生装置用匹配电路，将高频功率供给等离子体发生装置而使上述真空容器内产生等离子体，将杂质添加到放置于上述真空容器内的试样电极的试样或者试样表面的膜中的等离子体掺杂方法，其特征在于，在保持产生等离子体的状态下，使气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少１个控制参数发生变化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在半导体基板等固体试样的表面掺杂(添加)杂质的等离子体掺 杂方法及实施该方法的装置。
技术介绍
在固体试样的表面掺杂杂质的技术，例如有U.S专利4912065号揭示的将 杂质离子化以低能量掺杂到固体中的。以下，参照图14说明以往的作为杂质掺杂的方法的。 图14是以往的等离子体掺杂法所采用的等离子体掺杂装置的基本结构。图 14中，在真空容器100内设置了用于放置硅基板等试样109的试样电极106。 在真空容器100的外部设置用于供给含有所要元素的掺杂原料气体，例如B2H6 的供气装置102及将真空容器100内的内部减压的泵103，可以将真空容器100 内部保持在规定的压力。由微波波导管119经作为介质窗的石英板107将微波 辐射到真空容器100内。通过该微波和由电磁铁114形成的直流磁场的相互作 用，在真空容器100内的虚线120所示的区域形成电子回旋加速器共振等离子 体。通过电容器121将高频电源IIO与试样电极106相连接，控制试样电极106 的电位。在这种结构的等离子体掺杂装置中，从供气装置102输入的掺杂原料气体， 例如B2H6，通过微波波导管119及电磁铁114构成的等离子体发生装置被等离 子体化，等离子体120中的硼离子由于高频电源IIO所产生的电位而掺杂到试 样109的表面。通过另外的工序在上述已掺杂了杂质的试样(半导体基板等被加工物(work)) 109上形成金属配线层后，在规定的氧氛围中，在金属配线层上形成较薄的氧 化膜。其后，采用CVD装置等在试样109上形成栅电极，例如能得到MOS晶体管。含有一掺杂到硅基板等试样中就显现出电活性的杂质的气体，如B2He等掺杂原料气体普遍存在对人体的危害性高的问题。在等离子体掺杂法中，掺杂原料气体所含的所有物质都被掺杂到试样中。以由B2He构成的掺杂原料气体为例作说明，在掺杂到试样中时，只有硼是有效的杂质，但氢也同时掺杂到了试样中。若氢掺杂到试样中，就会出现外延 生长等连续进行热处理时在试样中产生晶格缺陷的问题。防止这种问题有一种方法，即，将含有一掺杂到硅基板等试样中就显现出 电活性的杂质的杂质固体放置在真空容器内，同时在真空容器内产生惰性气 体的等离子体的方法。这种方法通过由惰性气体的等离子体的离子溅射杂质固体，可以使杂质从杂质固体中分离出来。该方法记载于日本专利特开平09-115851号。用该方法进行掺杂的等离子体掺杂装置的结构见图15。图15中， 在真空容器100内设置有用于放置由硅基板构成的试样109的试样电极106。 在真空容器100的外部设置了用于供给惰性气体的供气装置102及使真空容 器100的内部减压的泵103，可以将真空容器100内部保持在规定的压力。由 微波波导管119经作为介质窗的石英板107将微波辐射到真空容器100内。 通过该微波和由电磁铁114形成的直流磁场的相互作用在真空容器100内的 虚线120所示的区域形成电子回旋加速器共振等离子体。通过电容器121将 高频电源110与试样电极106相连接，控制试样电极的106的电位。将含杂 质元素例如硼的杂质固体122放置在固体保持台123上，固体保持台123的 电位由通过电容器124连接的高频电源125控制。在上述图15所示结构的等离子体掺杂装置中，从供气装置102输入的惰 性气体，例如氩气(Ar)通过微波波导管119及电磁铁114构成的等离子体发生 装置被等离子体化，利用溅射从杂质固体飞溅到等离子体中的杂质元素的一 部分被离子化，被掺杂到试样109的表面。但是，上述图14及图15所示的以往的两种方式中都存在低浓度掺杂不能 稳定进行、处理的重现性差的问题。要用掺杂原料气体进行低浓度掺杂，就 必须降低真空容器内的压力，并且减小掺杂原料气体的分压。这种情况下，一般用惰性气体氦气稀释掺杂原料气体。这是由于氦气下述优点，即，因为 氦离子溅出率小，因此对试样的离子辐射损伤小。但是由于还存在氦气在低 压下难以开始放电的难点，因此就很难在所希望的低浓度掺杂条件下进行处 理。在不采用惨杂原料气体而采用杂质固体进行低浓度掺杂时，也必须降低真 空容器内的压力。惰性气体使用氩气时，虽然与氦气相比在低压下容易开始 放电，但依然难以在所希望的低浓度掺杂条件下进行处理。在这一点上和采 用掺杂原料气体的情况相同。在日本专利特开2000-309868号公布了一种方法，即，在采用了氩气的溅 射装置，通过提高在等离子体点火阶段(generating step)的真空容器内的压力， 可准确地进行点火。但是这种方法，由于要提高压力因此不能够完全适用于 等离子体掺杂这类对杂质极其敏感的工艺过程。要改善点火性，需提高在点火阶段的真空容器内的压力，形成适宜于点火 阶段的放电的条件，在掺杂阶段降低压力等可有效改变放电条件。但是，如 果改变压力等条件，则放电阻抗的变化大。由此存在用于进行高频功率的阻 抗匹配的匹配电路的动作不会随阻抗的变化而作出相应的变化，从而产生较 大的反射功率的问题。即， 一般的匹配电路采用带有马达驱动的可动部分的 可变电容器(使用微波时为短线)作为2个可变阻抗器件。由此，马达使可动部 分旋转，改变阻抗需要1秒以上的时间。反射功率的产生导致处理的重现性 下降。还有，某些情况下也会产生噪声，导致设备的误动作。有时，可变电 容器(或者短线)的旋转(运动)没有停止在规定位置而是超过了 ，这样等离子体 就会消失。如果在等离子体掺杂装置输入微波及高频功率，则设置在高频电源和等离 子体发生装置或者试样电极间的匹配电路就开始工作。但是，匹配电路开始 .工作至完全抑制反射波前， 一般需要数百msec到数sec。而且，由于该时间 在每次重复处理都不同，因此控制性及重现性差，难以稳定地得到所希望的 掺杂浓度。特别是进行掺杂浓度为lX10"atm/crr^ lX10"atm/cm2的低浓度掺杂 时，由于处理时间较短，从数sec 十数sec，因此反射波的离散的影响较大。等离子体掺杂处理的过程中，在保持产生等离子体的状态下，改变气体的 种类、气体流量、压力、高频功率等控制参数中的至少1个控制参数时，在 控制参数变化的时间点易产生较大的反射波。由于这种发射波的离散大，所 以掺杂浓度的控制性及重现性变差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可稳定地进行低浓度掺杂的方法及实施该方法的 装置。本专利技术的是在试样或者试样表面的膜中添加(掺杂)杂质 的。该方法的特征是包括以下3个阶段，第1阶段是在真 空容器内的试样电极放置试样；第2阶段是通过一边将气体输入真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第1压力的同时向 等离子体源供给高频功率而使真空容器内产生等离子体；第3阶段是在保持 产生等离子体的状态下，将真空容器内的压力控制在比第1压力低的第2压 力。采用本专利技术的，通过一边将气体输入至真空容器内一边 从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离 子体源供给高频功率而产生等离子体。在这种状态下，将真空容器内的压力控制在比第l压力低的第2压力，由此可以实现稳定的低浓度掺杂。本专利技术的另一也是在试样或者试样表面的膜中添加杂质的，该方法的特征是包括以下3个阶段，第1阶段是在真 空容器内的试样电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
等离子体掺杂方法，它是一边将掺杂原料气体输入到装有等离子体发生装置的真空容器内，一边从真空容器内排出气体，通过装有作为２个可变阻抗器件的环形磁芯的等离子体发生装置用匹配电路，将高频功率供给等离子体发生装置而使上述真空容器内产生等离子体，将杂质添加到放置于上述真空容器内的试样电极的试样或者试样表面的膜中的等离子体掺杂方法，其特征在于，在保持产生等离子体的状态下，使气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少１个控制参数发生变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：奥村智洋，中山一郎，水野文二，佐佐木雄一朗，
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]