專利名稱：等離子體摻雜方法
技術領域：
本發明涉及在半導體基板等固體試樣的表面摻雜(添加)雜質的等離子體摻雜方法及實施該方法的裝置。
背景技術：
在固體試樣的表面摻雜雜質的技術，例如有U.S專利4912065號揭示的將雜質離子化以低能量摻雜到固體中的等離子體摻雜方法。
以下，參照圖14說明以往的作為雜質摻雜的方法的等離子體摻雜方法。
圖14是以往的等離子體摻雜法所采用的等離子體摻雜裝置的基本結構。圖14中，在真空容器100內設置了用于放置硅基板等試樣109的試樣電極106。在真空容器100的外部設置用于供給含有所要元素的摻雜原料氣體，例如B2H6的供氣裝置102及將真空容器100內的內部減壓的泵103，可以將真空容器100內部保持在規定的壓力。由微波波導管119經作為介質窗的石英板107將微波輻射到真空容器100內。通過該微波和由電磁鐵114形成的直流磁場的相互作用，在真空容器100內的虛線120所示的區域形成電子回旋加速器共振等離子體。通過電容器121將高頻電源110與試樣電極106相連接，控制試樣電極106的電位。
在這種結構的等離子體摻雜裝置中，從供氣裝置102輸入的摻雜原料氣體，例如B2H6，通過微波波導管119及電磁鐵114構成的等離子體發生裝置被等離子體化，等離子體120中的硼離子由于高頻電源110所產生的電位而摻雜到試樣109的表面。
通過另外的工序在上述已摻雜了雜質的試樣(半導體基板等被加工物(work))109上形成金屬配線層后，在規定的氧氛圍中，在金屬配線層上形成較薄的氧化膜。其后，采用CVD裝置等在試樣109上形成柵電極，例如能得到MOS晶體管。
含有一摻雜到硅基板等試樣中就顯現出電活性的雜質的氣體，如B2H6等摻雜原料氣體普遍存在對人體的危害性高的問題。
在等離子體摻雜法中，摻雜原料氣體所含的所有物質都被摻雜到試樣中。以由B2H6構成的摻雜原料氣體為例作說明，在摻雜到試樣中時，只有硼是有效的雜質，但氫也同時摻雜到了試樣中。若氫摻雜到試樣中，就會出現外延生長等連續進行熱處理時在試樣中產生晶格缺陷的問題。
防止這種問題有一種方法，即，將含有一摻雜到硅基板等試樣中就顯現出電活性的雜質的雜質固體放置在真空容器內，同時在真空容器內產生惰性氣體的等離子體的方法。這種方法通過由惰性氣體的等離子體的離子濺射雜質固體，可以使雜質從雜質固體中分離出來。該方法記載于日本專利特開平09-115851號。用該方法進行摻雜的等離子體摻雜裝置的結構見圖15。圖15中，在真空容器100內設置有用于放置由硅基板構成的試樣109的試樣電極106。在真空容器100的外部設置了用于供給惰性氣體的供氣裝置102及使真空容器100的內部減壓的泵103，可以將真空容器100內部保持在規定的壓力。由微波波導管119經作為介質窗的石英板107將微波輻射到真空容器100內。通過該微波和由電磁鐵114形成的直流磁場的相互作用在真空容器100內的虛線120所示的區域形成電子回旋加速器共振等離子體。通過電容器121將高頻電源110與試樣電極106相連接，控制試樣電極的106的電位。將含雜質元素例如硼的雜質固體122放置在固體保持臺123上，固體保持臺123的電位由通過電容器124連接的高頻電源125控制。
在上述圖15所示結構的等離子體摻雜裝置中，從供氣裝置102輸入的惰性氣體，例如氬氣(Ar)通過微波波導管119及電磁鐵114構成的等離子體發生裝置被等離子體化，利用濺射從雜質固體飛濺到等離子體中的雜質元素的一部分被離子化，被摻雜到試樣109的表面。
但是，上述圖14及圖15所示的以往的兩種方式中都存在低濃度摻雜不能穩定進行、處理的重現性差的問題。要用摻雜原料氣體進行低濃度摻雜，就必須降低真空容器內的壓力，并且減小摻雜原料氣體的分壓。這種情況下，一般用惰性氣體氦氣稀釋摻雜原料氣體。這是由于氦氣下述優點，即，因為氦離子濺出率小，因此對試樣的離子輻射損傷小。但是由于還存在氦氣在低壓下難以開始放電的難點，因此就很難在所希望的低濃度摻雜條件下進行處理。
在不采用摻雜原料氣體而采用雜質固體進行低濃度摻雜時，也必須降低真空容器內的壓力。惰性氣體使用氬氣時，雖然與氦氣相比在低壓下容易開始放電，但依然難以在所希望的低濃度摻雜條件下進行處理。在這一點上和采用摻雜原料氣體的情況相同。
在日本專利特開2000-309868號公布了一種方法，即，在采用了氬氣的濺射裝置，通過提高在等離子體點火階段(generating step)的真空容器內的壓力，可準確地進行點火。但是這種方法，由于要提高壓力因此不能夠完全適用于等離子體摻雜這類對雜質極其敏感的工藝過程。
要改善點火性，需提高在點火階段的真空容器內的壓力，形成適宜于點火階段的放電的條件，在摻雜階段降低壓力等可有效改變放電條件。但是，如果改變壓力等條件，則放電阻抗的變化大。由此存在用于進行高頻功率的阻抗匹配的匹配電路的動作不會隨阻抗的變化而作出相應的變化，從而產生較大的反射功率的問題。即，一般的匹配電路采用帶有馬達驅動的可動部分的可變電容器(使用微波時為短線)作為2個可變阻抗器件。由此，馬達使可動部分旋轉，改變阻抗需要1秒以上的時間。反射功率的產生導致處理的重現性下降。還有，某些情況下也會產生噪聲，導致設備的誤動作。有時，可變電容器(或者短線)的旋轉(運動)沒有停止在規定位置而是超過了，這樣等離子體就會消失。
如果在等離子體摻雜裝置輸入微波及高頻功率，則設置在高頻電源和等離子體發生裝置或者試樣電極間的匹配電路就開始工作。但是，匹配電路開始工作至完全抑制反射波前，一般需要數百msec到數sec。而且，由于該時間在每次重復處理都不同，因此控制性及重現性差，難以穩定地得到所希望的摻雜濃度。
特別是進行摻雜濃度為1×1011atm/cm2～1×1015atm/cm2的低濃度摻雜時，由于處理時間較短，從數sec～十數sec，因此反射波的離散的影響較大。
等離子體摻雜處理的過程中，在保持產生等離子體的狀態下，改變氣體的種類、氣體流量、壓力、高頻功率等控制參數中的至少1個控制參數時，在控制參數變化的時間點易產生較大的反射波。由于這種發射波的離散大，所以摻雜濃度的控制性及重現性變差。
發明內容
本發明的目的是提供一種可穩定地進行低濃度摻雜的方法及實施該方法的裝置。
本發明的等離子體摻雜方法是在試樣或者試樣表面的膜中添加(摻雜)雜質的等離子體摻雜方法。該方法的特征是包括以下3個階段，第1階段是在真空容器內的試樣電極放置試樣；第2階段是通過一邊將氣體輸入真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而使真空容器內產生等離子體；第3階段是在保持產生等離子體的狀態下，將真空容器內的壓力控制在比第1壓力低的第2壓力。
采用本發明的等離子體摻雜方法，通過一邊將氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而產生等離子體。在這種狀態下，將真空容器內的壓力控制在比第1壓力低的第2壓力，由此可以實現穩定的低濃度摻雜。
本發明的另一等離子體摻雜方法也是在試樣或者試樣表面的膜中添加雜質的等離子體摻雜方法，該方法的特征是包括以下3個階段，第1階段是在真空容器內的試樣電極放置試樣；第2階段是通過一邊將含有氦氣以外的惰性氣體的氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而使真空容器內產生等離子體；第3階段是在保持產生等離子體的狀態下，一邊將含有氦氣的氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在第2壓力。
采用本發明的這一等離子體摻雜方法，通過一邊將含有氦氣以外的惰性氣體的氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而產生等離子體。在這種狀態下，一邊將含有氦氣的氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在第2壓力，由此可以實現穩定的低濃度摻雜。
本發明的另一等離子體摻雜方法也是在試樣或者試樣表面的膜中添加雜質的等離子體摻雜方法，該方法的特征是包括以下3個階段，第1階段是在真空容器內的試樣電極放置試樣；第2階段是通過一邊將氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而使真空容器內產生等離子體；第3階段是在保持產生等離子體的狀態下，一邊將真空容器內的壓力控制在第2壓力一邊向等離子體源供給比第2階段的高頻功率大的高頻功率。
采用本發明的這一等離子體摻雜方法，通過一邊將氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而產生等離子體。在這種狀態下，將真空容器內的壓力控制在第2壓力，向等離子體源供給比等離子體產生時的高頻功率大的高頻功率，由此可以實現穩定的低濃度摻雜。
本發明的另一等離子體摻雜方法也是在試樣或者試樣表面的膜中添加雜質的等離子體摻雜方法，該方法的特征是包括以下3個階段，第1階段是在真空容器內的試樣電極放置試樣；第2階段是通過一邊將不含摻雜原料氣體的氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而使真空容器內產生等離子體；第3階段是在保持產生等離子體的狀態下，一邊將含有摻雜原料氣體的氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在和第1壓力不同的第2壓力。
采用本發明的這一等離子體摻雜方法，一邊將不含摻雜原料氣體的氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而產生等離子體。在這種狀態下，一邊將含有摻雜原料氣體的氣體輸入至真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將真空容器內的壓力控制在第2壓力，由此可以實現穩定的低濃度摻雜。
本發明的另一等離子體摻雜方法是一邊將氣體輸入到裝有等離子體發生裝置的真空容器內，一邊從真空容器內排出氣體，通過裝有作為2個可變阻抗器件的不帶可動部分的環形磁芯的等離子體發生裝置用匹配電路，將高頻功率供給等離子體發生裝置而使真空容器內產生等離子體，將雜質添加到放置于真空容器內的試樣電極的試樣或者試樣表面的膜中的等離子體摻雜方法。該方法的特征是，在保持產生等離子體的狀態下，使氣體的種類、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數中的至少1個控制參數發生變化。
采用本發明的這一等離子體摻雜方法，通過裝有作為2個阻抗器件的環形磁芯的等離子體發生裝置用匹配電路，將高頻功率供給等離子體發生裝置而使真空容器內產生等離子體。在這種狀態下，使氣體的種類、氣體流量、壓力、高頻功率中的至少1個控制參數發生變化。由此可實現穩定的低濃度摻雜，進行重現性優良的等離子體摻雜。
本發明的另一等離子體摻雜方法是一邊將氣體輸入到裝有等離子體發生裝置的真空容器內，一邊從真空容器內排出氣體，通過等離子體發生裝置用匹配電路將高頻功率供給等離子體發生裝置而使真空容器內產生等離子體，將雜質添加到放置于真空容器內的試樣電極的試樣或者試樣表面的膜中的等離子體摻雜方法。該方法的特征是，在保持產生等離子體的狀態下，以1秒鐘～5秒鐘使氣體的種類、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數中的至少1個控制參數發生變化。
采用本發明的這一等離子體摻雜方法，通過等離子體發生裝置用匹配電路將高頻功率供給等離子體發生裝置而使真空容器內產生等離子體，將雜質添加到試樣表面。在保持產生等離子體的狀態下，用1秒～5秒的時間使氣體的種類、氣體流量、壓力、高頻功率中的至少1個控制參數發生變化。由此可實現穩定的低濃度摻雜，進行重現性優良的等離子體摻雜。
本發明的等離子體摻雜方法在等離子體摻雜處理的過程中，在保持產生等離子體的狀態下，使氣體的種類、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數中的至少1個控制參數發生變化時特別有效。
本發明的另一等離子體摻雜方法是通過一邊將氣體輸入到裝有等離子體發生裝置的真空容器內，一邊從真空容器內排出氣體，將高頻功率供給等離子體發生裝置而使真空容器內產生等離子體，將高頻功率供給真空容器內的試樣電極，在放置于試樣電極的試樣或者試樣表面的膜中添加雜質的等離子體摻雜方法。該方法的特征是，供給等離子體發生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進波功率(forward power)為Pf，反射波功率(reflected power)為Pr時，以1msec～100msec的間隔采集行進波功率Pf和反射波功率Pr的功率差Pf-Pr的值，在功率差Pf-Pr按時間積分的值達到預先設定的值的時間點停止供給高頻功率。
采用本發明的這一等離子體摻雜方法，供給等離子體發生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進波功率為Pf，反射波功率為Pr時，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值，在采集的功率差Pf-Pr按時間積分的值達到預先設定的值的時間點停止供給高頻功率。由此可實現摻雜濃度的控制性、重現性優良的等離子體摻雜。
本發明的等離子體摻雜裝置的特征是，具備真空容器、用于將氣體輸入真空容器內的供氣裝置、用于從真空容器內排出氣體的排氣裝置、用于將真空容器內的壓力控制在規定壓力的調壓閥、用于在真空容器內放置試樣的試樣電極、等離子體產生裝置、裝有作為2個可變阻抗器件的不帶可動部分的環形磁芯的等離子體發生裝置用匹配電路、通過等離子體發生裝置用匹配電路將高頻功率供給等離子體發生裝置的高頻電源。
采用上述本發明的等離子體摻雜裝置，由于具備通過裝有作為2個可變阻抗器件的不帶可動部分的環形磁芯的等離子體發生裝置用匹配電路、將高頻功率供給等離子體發生裝置的高頻電源，因此可實現穩定的低濃度摻雜，同時能夠進行重現性優良的等離子體摻雜。
本發明的另一等離子體摻雜裝置具備真空容器、將氣體輸入真空容器內的供氣裝置、從真空容器內排出氣體的排氣裝置、將真空容器內的壓力控制在規定壓力的調壓閥、在真空容器內放置試樣的試樣電極、等離子體產生裝置、將高頻功率供給等離子體發生裝置的高頻電源以及將高頻功率供給試樣電極的高頻電源。該等離子體摻雜裝置還具備供給等離子體發生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進波功率為Pf、反射波功率為Pr時，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值的取樣器，以及在功率差Pf-Pr按時間積分的值達到預先設定的值的時間點停止供給高頻功率的控制裝置。
采用上述本發明的等離子體摻雜裝置，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值，在功率差Pf-Pr按時間積分的值達到預先設定的值的時間點停止供給高頻功率，由此可以提供摻雜濃度的控制性、重現性優良的等離子體摻雜裝置。
圖1是采用本發明的實施例1～4的等離子體摻雜方法進行摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
圖2是采用本發明的實施例1～4的等離子體摻雜方法進行等離子體摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的另一實例的剖面圖。
圖3是采用本發明的實施例1～4的等離子體摻雜方法進行等離子體摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的另一實例的剖面圖。
圖4是采用本發明的實施例1～4的等離子體摻雜方法進行等離子體摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的另一實例的剖面圖。
圖5是采用本發明的實施例1～4的等離子體摻雜方法進行等離子體摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的另一實例的剖面圖。
圖6是采用本發明的實施例5的等離子體摻雜方法進行摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
圖7是本發明的實施例5所用的等離子體發生裝置用匹配電路的電路圖。
圖8是表示本發明的實施例5的動作的時間圖。
圖9是表示本發明的實施例6的動作的時間圖。
圖10是采用本發明的實施例7的等離子體摻雜方法進行摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
圖11是表示本發明的實施例7的動作的時間圖。
圖12表示本發明的實施例7的采樣間隔和摻雜濃度的離散的關系。
圖13是本發明的實施例7所使用的等離子體摻雜裝置的另一實例的剖面圖。
圖14是實施以往的等離子體摻雜方法的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
圖15是實施以往的其它等離子體摻雜方法的等離子體摻雜裝置的剖面圖。
具體實施例方式
參照圖1～圖13詳細說明本發明的等離子體摻雜方法的較佳實施例。
《實施例1》以下，參照圖1說明本發明的實施例1的等離子體摻雜方法。
圖1是采用本發明的實施例1的等離子體摻雜方法進行摻雜所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖。圖1中，在真空容器1的內部空間1a，從供氣裝置2輸入規定的氣體，由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進行排氣。通過調壓閥4將真空容器1的內部空間1a保持在規定的壓力，同時從高頻電源5向設置在與試樣電極6對置的介質窗7附近的螺旋狀線圈8供給13.56MHz的高頻功率。由此，在真空容器1的內部空間1a產生電感耦合型等離子體，能夠對作為放置在試樣電極6上的試樣(被加工物)的硅基板9進行等離子體摻雜處理。通過設置用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10供給高頻功率，可以控制試樣電極6的電位，使基板9相對等離子體具有負的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內。介質窗7的主成分是石英玻璃。
將作為被加工物的硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃一邊以50sccm(standard cc/min)向真空容器1內輸入氦氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內的壓力控制在第1壓力3Pa)，同時向作為等離子體源的線圈8供給800W的上述13.56MHz的高頻功率，在真空容器1內產生等離子體。產生等離子體1秒后，在保持產生等離子體的狀態下，將真空容器1內的壓力控制在比上述第1壓力(3Pa)低的第2壓力(0.3Pa)。等離子體穩定后，向試樣電極6供給200W的上述13.56MHz的高頻功率，歷時7秒鐘。通過以上的工藝流程，可以將硼摻雜到基板9的表面附近。也同樣可以在設于作為試樣的基板9的表面的膜進行摻雜。摻雜濃度為2.5×1013atm/cm2。
如上所述，通過在比摻雜過程的壓力(0.3Pa)高的壓力(3Pa)下進行等離子體的點火，可以實現更穩定的點火。在上述的工藝流程中，由于使用以離子輻射對試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，所以能夠穩定地進行低濃度摻雜。另一種方法是在使等離子體點火的階段，輸入氦氣以外的惰性氣體，這樣效果較好。氦氣以外的惰性氣體的點火下限壓力比氦氣低，因此，使用氦氣以外的惰性氣體，具有能以更低的壓力進行等離子體點火的優點。
另一種方法是在使等離子體點火的階段，減小供給等離子體源的高頻功率，這樣效果也較好。這種情況下，具有可以減少在點火階段對基板9的不良影響的優點。
另一種方法是在使等離子體點火的階段，不向真空容器內輸入摻雜原料氣體，這樣效果也較好。在這種情況下，具有可以減少在點火階段對基板9的不良影響的優點。
《實施例2》接著，和實施例1相同參照圖1說明本發明的實施例2的等離子體摻雜方法。圖1中的在實施例1說明過的事項也同樣引用到實施例2。
圖1的等離子體摻雜裝置的結構及基本動作在本發明的上述實施例1已作了詳細的說明，因此省略重復的說明。
圖1中，將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃一邊以50sccm向真空容器1內輸入氬氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內的壓力控制在第1壓力0.8Pa，同時向作為等離子體源的線圈8供給800W的高頻功率，在真空容器1內產生等離子體。產生等離子體1秒后，在保持產生等離子體的狀態下，向真空容器1內以50sccm輸入氦氣。此外停止輸入氬氣。等離子體穩定后，向試樣電極6供給200W的高頻功率，歷時7秒鐘。由此可以將硼摻雜到基板9的表面附近。摻雜濃度為4.2×1013atm/cm2。
如上所述，通過用含氦氣以外的惰性氣體的氣體進行等離子體的點火，可以實現更穩定的點火。在上述的工藝流程中，由于使用以離子輻射對試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，所以能夠穩定地進行低濃度摻雜。
本發明的實施例2中，在使等離子體點火的階段增大真空容器內的壓力，這樣效果較好。由此具有能夠更穩定地進行等離子體點火的優點。
在使等離子體點火的階段，較好的是減小供給等離子體源的高頻功率。這種情況下，具有可以減少在點火階段對基板9的不良影響的優點。
在使等離子體點火的階段，較好的是不向真空容器內輸入摻雜原料氣體。這種情況下，具有可以減少在點火階段對基板9的不良影響的優點。
《實施例3》接著，和實施例1相同參照圖1說明本發明的實施例3的等離子體摻雜方法。圖1中的在實施例1說明過的事項也同樣引用到實施例3。
圖1的等離子體摻雜裝置的結構及基本動作在本發明的上述實施例1已作了詳細的說明，因此省略重復的說明。
圖1中，將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內輸入氦氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內的壓力控制在第1壓力3Pa，同時向作為等離子體源的線圈8供給100W的高頻功率，在真空容器1內產生等離子體。等離子體點火1秒后，在保持產生等離子體的狀態下，將真空容器1內的壓力控制在比上述第1壓力(3Pa)低的第2壓力(0.3Pa)，將供給線圈的高頻功率增大到800W。等離子體穩定后，向試樣電極供給200W的高頻功率，歷時7秒鐘，這樣能夠將硼摻雜到基板9的表面附近。摻雜濃度為2.4×1013atm/cm2。
如上所述，在進行等離子體的點火時，如果減小供給等離子體源的功率，則可以減少在點火階段對試樣的不良影響。這樣，使用以離子輻射對試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，可以穩定地進行低濃度摻雜。
本發明的實施例3中，第2壓力和第1壓力相同效果較好。在這種情況下，也可以減少在點火階段對試樣的不良影響。
在使等離子體點火的階段，輸入氦氣以外的惰性氣體效果較好。氦氣以外的惰性氣體一般點火的下限壓力比氦氣低。因此，使用氦氣以外的惰性氣體，具有能以更低的壓力進行等離子體點火的優點。
在使等離子體點火的階段，不向真空容器內輸入摻雜原料氣體效果也較好。在這種情況下，具有可以減少在點火階段對試樣的不良影響的優點。
《實施例4》接著，和實施例1相同參照圖1說明本發明的實施例4的等離子體摻雜方法。圖1中的在實施例1說明過的事項也同樣引用到實施例4。
圖1的等離子體摻雜裝置的結構及基本動作在本發明的上述實施例1已作了詳細的說明，因此省略重復的說明。
圖1中，將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內輸入氦氣。將真空容器1內的壓力控制在第1壓力3Pa，同時向作為等離子體源的線圈8供給800W的高頻功率，使真空容器1內產生等離子體。等離子體點火1秒后，在保持產生等離子體的狀態下，將真空容器1內的壓力控制在比上述第1壓力(3Pa)低的第2壓力(0.3Pa)，以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。等離子體穩定后，向試樣電極供給200W的高頻功率，歷時7秒鐘。由此可以將硼摻雜到基板9的表面附近。摻雜濃度為2.4×1013atm/cm2。
如上所述，在進行等離子體的點火階段，使用不含摻雜原料氣體的氣體，由此減小在點火階段對試樣的不良影響，同時使用以離子輻射對試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，可以穩定地進行低濃度摻雜。
實施例4中，第2壓力和第1壓力相同效果較好。這樣可以減少在點火階段對試樣的不良影響。
在使等離子體點火的階段，輸入氦氣以外的惰性氣體效果較好。氦氣以外的惰性氣體一般點火下限壓力比氦氣低。因此具有能以更低的壓力進行等離子體點火的優點。
在使等離子體點火的階段，減小供給等離子體源的高頻功率效果較好。由此具有可以減少在點火階段對試樣的不良影響的優點。
以上所述的本發明的實施例1～實施例4的等離子體摻雜方法的應用范圍并不限定于上述各實施例所使用的圖1所示的裝置。圖1只不過是例舉了在真空容器的形狀、等離子體源的方式及配置等方面的各種變化中的一部分。本發明的等離子體摻雜方法除在這里舉例說明的以外，當然還可以應用于各種各樣有所變化的裝置。
例如，本發明的等離子體摻雜方法可應用于圖2所示結構的裝置，該裝置中線圈8為平面的螺旋狀。
本發明的等離子體摻雜方法還可以適用于圖3所示的裝置，該裝置中用天線13代替線圈8，用電磁鐵14作為磁場產生裝置。這種情況下，能夠在真空容器1內形成螺旋波等離子體，產生比電感耦合型等離子體密度高的高密度的等離子體。通過控制流向電磁鐵14的電流，能夠在真空容器1內施加直流磁場或者頻率1kHz以下的低頻磁場。
本發明的等離子體摻雜方法也可以適用于圖4所示的裝置，該裝置中用天線13及作為磁場產生裝置的2個電磁鐵14a、14b代替線圈8。這種情況下，通過使互為逆向的電流流過2個電磁鐵14a、14b，可以在真空容器內形成磁中性環路等離子體。磁中性環路等離子體可以產生比電感耦合型等離子體密度高的高密度的等離子體。通過控制流動于電磁鐵14a、14b的電流，可以在真空容器1內施加直流磁場或者頻率1kHz以下的低頻磁場。
圖5是等離子體摻雜裝置的另一實例的剖面圖。圖5中，在真空容器1內一邊從供氣裝置2輸入規定的氣體，一邊由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進行排氣。通過調壓閥4將真空容器1內的壓力保持在規定的壓力，同時由高頻電源5向設置在與試樣電極6對置的介質窗7附近的線圈8供給13.56MHz的高頻功率。由此在真空容器1內產生電感耦合型等離子體，對放置在試樣電極6上的作為試樣(被加工物)的硅基板9進行等離子體摻雜處理。設置用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10。從高頻電源10供給高頻功率，可以控制試樣電極6的電位，使基板9相對等離子體具有負的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內。介質窗7的主成分是石英玻璃，使石英玻璃中含有作為雜質的硼。
設置用于向配置于線圈8和介質窗7之間的偏置電極15供給頻率500kHz的高頻功率的高頻電源16。偏置電極15是將多個已知的帶狀電極配置成放射狀而形成的。將帶狀的縱向按和螺旋狀的線圈8的導體垂直相交的狀態配置。采用該配置，使偏置電極15基本不會影響從線圈8發出的高頻電磁場輻射到真空容器1內。偏置電極15幾乎覆蓋介質窗7的整個區域，濺射介質窗7時，可以控制作為石英玻璃所含雜質的硼擴散到等離子體中的量。在高頻電源5的輸出端設置由帶通濾波器17和反射波計18構成的反射波檢測電路20。設置帶通濾波器17是作為用于防止來自高頻電源16的頻率500kHz的高頻功率引起的調制影響高頻電源5的頻率13.56MHz的高頻功率的反射波的檢測的電路。帶通濾波器17可消除由于供給頻率500kHz的高頻功率，介質窗7的表面的覆蓋厚度在頻率500kHz發生變化所產生的影響。帶通濾波器17是用于在頻率13.56MHz的高頻功率的反射波中，只提取13.56MHz的成分，由反射波計18檢測出的裝置。這種結構中，一邊由反射波計18監測頻率13.56MHz的高頻功率的反射波一邊進行處理。由此可以實時檢測出匹配狀態及頻率13.56MHz的高頻電源的故障。
通過采用這種結構，可以在真空容器1內不輸入摻雜原料氣體，而由含固體狀的雜質的介質窗7產生的摻雜原料，將雜質摻雜到試樣或者試樣表面的膜中。
以上所述的本發明的各實施例中，在第2壓力比第1壓力低時，要切實進行點火并且實現低濃度摻雜，比較理想的是第1壓力為1Pa～10Pa，第2壓力為0.01Pa～1Pa，更佳的范圍是第1壓力為2Pa～5Pa，第2壓力為0.01Pa～0.5Pa。
使用氦氣以外的惰性氣體時，最好使用氖、氬、氪或氙氣中的至少1種氣體。這些惰性氣體具有相比其它氣體對試樣的不良影響小的優點。
在點火階段，減小供給等離子體源的高頻功率的情況下，對切實地進行點火，并且抑制在點火階段對試樣的不良影響，實現低濃度摻雜效果較佳。為此，在點火階段供給等離子體源的高頻功率為在摻雜階段供給等離子體源的高頻功率的1/100～1/2較為理想。在點火階段供給等離子體源的高頻功率為在摻雜階段供給等離子體源的高頻功率的1/20～1/5則更佳。
在真空容器內輸入摻雜原料氣體時，要實現低濃度摻雜，摻雜原料氣體的分壓為在摻雜階段的真空容器內的壓力的1/1000～1/5較為理想。摻雜原料氣體的分壓為在摻雜階段的真空容器內的壓力的1/100～1/10則更佳。
在上述各實施例中，例舉了試樣為由硅構成的半導體基板的情況，但在處理其它各種材質的試樣時，也能夠應用本發明的等離子體摻雜方法。
在上述各實施例中，例舉了雜質為硼的情況，在試樣為由硅構成的半導體基板的情況下，本發明在雜質為砷、磷、硼、鋁或者銻時特別有效。這是因為在晶體管部分能夠形成較淺的接合。
本發明的方法在摻雜濃度為低濃度時有效，在作為以1×1011atm/cm2～1×1017atm/cm2為目標的等離子體摻雜方法時非常有效。在作為以1×1011atm/cm2～1×1014atm/cm2為目標的等離子體摻雜方法時特別有效。
本發明對使用電子回旋加速器共振(ECR)等離子體的情況也是有效的，但在不使用ECR等離子體時特別有效。ECR等離子體具有在低壓下等離子體也容易點火的優點。但是，由于試樣附近的直流磁場大，易發生電子和離子的電荷分離，存在摻雜量的均一性差的缺點。也就是說，通過將本發明應用到不使用ECR等離子體而使用其它高密度等離子體源的等離子體摻雜方法，可以實現均一性更優良的低濃度摻雜。
《實施例5》參照圖6～圖8，說明本發明的實施例5的等離子體摻雜方法。
本發明的實施例5的等離子體摻雜方法所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖見圖6。圖6中，將作為試樣(被加工物)的硅基板9放置在設置于真空容器1內的試樣電極6上。在真空容器1中一邊從供氣裝置2輸入規定的氣體，一邊由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進行排氣。通過調壓閥4將真空容器1內的壓力保持在規定的壓力，同時由高頻電源5向設置在與試樣電極6對置的介質窗7附近的作為等離子體發生裝置的線圈8供給13.56MHz的高頻功率。由此在真空容器1內產生電感耦合型等離子體，能夠對放置在試樣電極6上的硅基板9進行等離子體摻雜處理。通過設置用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10對試樣電極6的電位進行控制，使基板9相對等離子體具有負的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內。介質窗7的主成分是石英玻璃。在高頻電源5和線圈8間設置等離子體發生裝置用匹配電路33。
等離子體發生裝置用匹配電路33是公知的市售品，參照圖7的框圖簡單進行說明。如果在輸出端33b連接線圈8的匹配電路33的輸入端33a由高頻電源5供給高頻功率，則根據來自傳感器14的信號，運算電路15將控制電壓輸出到環形磁芯16a、16b。這樣，由于環形磁芯16a、16b的導磁率發生變化，高頻的電感也發生變化，能夠向所希望的匹配狀態轉換。等離子體發生裝置用匹配電路33不具有可動部分，由于只在已知的電信號使用可以改變阻抗的環形磁芯16a、16b，因此匹配所需要的時間在1msec以下。
將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內輸入氦氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內的壓力控制在第1壓力2Pa，同時向作為等離子體源的線圈8供給150W的高頻功率，由此在真空容器1內產生等離子體。
以下參照圖8的時間圖說明本實施例的工藝流程。在時間t1開始向線圈8供給150W的高頻功率(high frequency power)。開始供給高頻功率0.1秒后，在保持產生等離子體的狀態下，控制調節閥使真空容器1內處于比第1壓力(2Pa)低的第2壓力1Pa。在0.07秒后將高頻功率提高到800W，并且向試樣電極供給200W的高頻功率。由此可以將雜質摻雜到基板9的表面附近。連續進行上述處理100次，摻雜濃度的平均值為2.5×1013atm/cm2，其離散度為±1.4％。為了有所比較，用以往的使用可變電容器的匹配電路進行了相同條件下的處理。其結果是，在改變了控制參數中的壓力及高頻功率的時間點產生了較大的反射波。由于該反射波離散，進行了100次連續處理時的摻雜濃度的平均值為2.4×1013atm/cm2，其離散度較大，達到±2.8％。本實施例和以往例的反射波的波形見圖8。
如上所述，通過在比摻雜階段的壓力高的壓力下進行等離子體的點火，可以實現穩定的點火。因此，使用以離子輻射對試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，可以穩定地進行低濃度摻雜。在使等離子體點火的階段，通過減小供給等離子體源的高頻功率，可以減少在點火階段對試樣的不良影響。在本實施例采用了裝有作為2個可變阻抗器件的已知的不帶可動部分的環形磁芯16a、16b的等離子體發生裝置用匹配電路33。因此，即使改變控制參數也不會產生大的反射波，能進行重現性優良的處理。
實施例5中，在使等離子體點火的階段，可以輸入氦氣以外的惰性氣體。這種情況下，由于氦氣以外的惰性氣體點火的下限壓力比氦氣低，因此使用氦氣以外的惰性氣體，具有能以更低的壓力進行等離子體點火的優點。
在使等離子體點火的階段，可以不向真空容器內輸入摻雜原料氣體。在這種情況下，也具有可以減少在點火階段對試樣的不良影響的優點。
《實施例6》接著，參照圖9說明本發明的實施例6的等離子體摻雜方法。
在實施例6的等離子體摻雜方法所采用的等離子體摻雜裝置和圖6及圖7所示的相同，因此省略重復的說明。
將硅基板9放置在試樣電極6上后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內輸入氦氣5及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內的壓力控制在第1壓力2Pa，同時向作為等離子體源的線圈8供給200W的高頻功率，由此使真空容器1內產生等離子體。
參照圖9的時間圖說明本實施例的工藝流程。在時間t1開始向線圈8供給200W的高頻功率。開始供給高頻功率0.5秒后，在保持產生等離子體的狀態下，慢慢增大調壓閥4的開度，使真空容器1內處于比第1壓力(2Pa)低的第2壓力(1Pa)。同時在2秒鐘內慢慢將線圈8的高頻功率提高到800W。用2.0秒鐘的時間，慢慢改變作為控制參數的壓力和高頻功率后，向試樣電極6供給200W的高頻功率。由此可以將硼摻雜到基板9的表面附近。連續進行這樣的處理100次，摻雜濃度的平均值為2.5×1013atm/cm2，其離散度為±0.9％。
如上所述，通過在比摻雜階段的壓力高的壓力下進行等離子體的點火，可以實現穩定的點火。還有，通過使用以離子輻射對試樣的損傷小的氦為主體的等離子體，可以穩定地進行低濃度摻雜。在使等離子體點火的階段，通過減小供給等離子體源的高頻功率，可以減少在點火階段對試樣的不良影響。本實施例中采用了裝有作為2個可變阻抗器件的不帶可動部分的圖7所示的已知的環形磁芯的等離子體發生裝置用匹配電路33。因此，即使改變控制參數也不會產生大的反射波，能進行重現性優良的處理。由于用2秒鐘的時間慢慢改變作為控制參數的壓力和高頻功率，因此阻抗的變化緩和，能夠比圖8所示的實施例5更進一步減小產生的反射波，改善重現性。
本發明的實施例6中，在使等離子體點火的階段，可以輸入氦氣以外的惰性氣體。這種情況下，由于氦氣以外的惰性氣體一般點火的下限壓力比氦氣低，因此使用氦氣以外的惰性氣體，具有能以更低的壓力進行等離子體點火的優點。
在使等離子體點火的階段，可以不向真空容器內輸入摻雜原料氣體。在這種情況下，也具有可以減少在點火階段對試樣的不良影響的優點。
本實施例中，例舉了用2秒鐘的時間改變控制參數的例子。控制參數的改變可以1秒鐘～5秒鐘的時間進行，這是因為使用具有可變電容器的等離子體發生裝置用匹配電路時，如果用小于1秒的時間進行控制參數的改變，則會產生較大的反射波。如果用大于5秒的時間進行控制參數的改變，則處理時間延長，生產效率降低。
本發明的實施例5及實施例6，只不過舉例說明了本發明的等離子體摻雜方法的應用范圍中的一部分。本發明的等離子體摻雜方法當然還可以應用于真空容器的形狀、等離子體源的方式及配置等方面有所變化的各種裝置。
例如，如圖2所示可以將線圈8做成平面狀。此外，可以使用螺旋波等離子體，也可以采用磁中性環路等離子體。
可以在真空容器1內不輸入摻雜原料氣體，而由固體狀雜質產生的摻雜原料將雜質摻雜在試樣或試樣表面的膜中。
本發明在保持等離子體產生的狀態下，改變的控制參數是氣體的種類、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數中的至少1個控制參數時特別有效。
在保持等離子體產生的狀態下，將壓力從第1壓力改變到第2壓力時，第2壓力最好比第1壓力低。要切實地進行點火，并且實現低濃度摻雜，第1壓力為1Pa～10Pa，第2壓力為0.01Pa～1Pa較為理想，第1壓力為2Pa～5Pa，第2壓力為0.01Pa～0.5Pa更為理想。
使用氦氣以外的惰性氣體時，最好使用氖、氬、氪或氙氣中的至少1種氣體。這些惰性氣體具有相比其它氣體對試樣的不良影響小的優點。
減小在點火階段供給等離子體源的高頻功率的情況下，對切實地進行點火，并且抑制在點火階段對試樣的不良影響，實現低濃度摻雜效果較佳。為此，在點火階段供給等離子體源的高頻功率為在摻雜階段供給等離子體源的高頻功率的1/100～1/2較為理想。在點火階段供給等離子體源的高頻功率為在摻雜階段供給等離子體源的高頻功率的1/20～1/5則更佳。
在真空容器內輸入摻雜原料氣體時，要實現低濃度摻雜，摻雜原料氣體的分壓為在摻雜階段的真空容器內的壓力的1/1000～1/5較為理想。摻雜原料氣體的分壓為在摻雜階段的真空容器內的壓力的1/100～1/10則更佳。
在上述實施例1～6中，例舉了試樣是由硅構成的半導體基板的情況，在處理其它各種材質的試樣時，也能夠應用本發明的等離子體摻雜方法。
在上述實施例1～6中，例舉了雜質為硼的情況，在試樣是由硅構成的半導體基板時，本發明在雜質為砷、磷、硼、鋁或者銻時特別有效。這是因為在晶體管部分能夠形成較淺的接合。
上述實施例1～6的等離子體摻雜方法對摻雜濃度為低濃度的情況有效。在作為濃度的期望值為1×1011atm/cm2～1×1017atm/cm2的等離子體摻雜方法時很有效。在作為濃度的目標值為1×1011atm/cm2～1×1014atm/cm2的等離子體摻雜方法時特別有效。
上述實施例1～6的等離子體摻雜方法對使用電子回旋加速器共振(ECR)等離子體的情況也是有效的，但在不使用ECR等離子體時特別有效。ECR等離子體具有在低壓下等離子體也容易點火的優點。但是，由于試樣附近的直流磁場大，易發生電子和離子的電荷分離，所以存在摻雜量的均一性差的缺點。也就是說，不使用ECR等離子體而使用了其它的高密度等離子體源的等離子體摻雜方法，可以實現均一性更優良的低濃度摻雜。
《實施例7》以下，參照圖10～圖12說明本發明的實施例7的等離子體摻雜方法。
本發明的實施例7的等離子體摻雜方法所使用的等離子體摻雜裝置的剖面圖見圖10。圖10的等離子體摻雜裝置中，高頻電源10的輸出經取樣器37供給試樣電極6。取樣器37由控制裝置44控制輸入。控制裝置44的輸出由高頻電源10供給，并控制它。在真空容器1內，一邊從供氣裝置2輸入規定的氣體，一邊由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進行排氣。通過調壓閥4將真空容器1內的壓力保持在規定的壓力，同時由高頻電源5向設置在與試樣電極6對置的介質窗7附近的作為等離子體發生裝置的線圈8供給13.56MHz的高頻功率。由此在真空容器1內產生電感耦合型等離子體，對放置在試樣電極6上的作為試樣的硅基板9進行等離子體摻雜處理。
用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10可以控制試樣電極6的電位，使基板9相對等離子體具有負的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內。介質窗7的主成分是石英玻璃。
取樣器37在供給試樣電極6的高頻功率的行進波功率為Pf，反射波功率為Pr時，以1msec～100msec的間隔采集行進波功率Pf和反射波功率Pr的功率差Pf-Pr的值，控制裝置44在功率差Pf-Pr按時間積分的值達到預先設定的值的時間點停止供給高頻功率。
將硅基板9放置在試樣電極6后，一邊將試樣電極6的溫度保持在10℃，一邊以50sccm向真空容器1內輸入氦氣及以3sccm輸入作為摻雜原料氣體的乙硼烷(B2H6)氣體。將真空容器1內的壓力控制在第1壓力2Pa，同時向作為等離子體源的線圈8供給150W的高頻功率，使真空容器1內產生等離子體。參照圖11的時間圖說明本實施例的工藝流程。
在時間t1開始向線圈8供給高頻功率。開始供給高頻功率1.0秒后，在保持產生等離子體的狀態下，控制調壓閥4使真空容器1內的壓力處于比第1壓力(2Pa)低的第2壓力(1Pa)。在調壓閥4開始控制0.8秒后將高頻功率提高到800W，并向試樣電極供給200W的高頻功率，由此可以將硼摻雜到基板9的表面附近。供給試樣電極6的高頻功率的行進波功率為Pf、反射波功率為Pr時，由取樣器37以80msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值。在采集的功率差Pf-Pr按時間積分的值達到預先設定的值的時間點停止供給高頻功率。即在圖11的最下端的圖表中用斜線所示區域表示的值達到1400W·sec的時間點，停止向等離子體發生裝置8及試樣電極6供給高頻功率。
連續進行上述處理100次，摻雜濃度的平均值為3.5×1013atm/cm2，其離散度為±1.2％。
改變功率差Pf-Pr的值的采樣間隔，調查了摻雜濃度的離散。圖12表示在各采樣間隔連續處理100次時的濃度離散。從圖12可知，采樣間隔在100msec以下，離散急劇減小，可以降低到小于±1.5％的程度。采樣間隔在10msec以下，離散更進一步減小，降低到小于±0.5％的程度。
如上所述，能進行重現性優良的處理是因為利用了在同種氣體、同一流量、同一壓力下摻雜濃度與施加于試樣電極6的高頻功率和處理時間分別呈比例的關系。即，在功率差Pf-Pr按時間積分的值達到預先設定的值的時間點，摻雜濃度達到規定值。在該時間點，停止供給高頻功率能夠使摻雜濃度處于規定值。即使在產生反射波的狀況下出現離散，通過采集功率差Pf-Pr的值能夠檢測出供給試樣電極6的實際功率，從而可以根據采樣得到的功率差Pf-Pr的積分值掌握準確的摻雜量。
在本實施例，例舉了供給試樣電極6的高頻功率的行進波功率為Pf、反射波功率為Pr時，采集功率差Pf-Pr的值的情況。作為其它例子，也可以在供給等離子體發生裝置的線圈8的高頻功率的行進波功率為Pf、反射波功率為Pr時，采集功率差Pf-Pr的值。這種情況下的等離子體摻雜裝置的結構見圖13。
圖13中，在真空容器1內，一邊從供氣裝置2輸入規定的氣體，一邊由作為排氣裝置的渦輪式分子氣泵3進行排氣。通過調壓閥4將真空容器1內的壓力保持在規定的壓力，同時由高頻電源5向設置在與試樣電極6對置的介質窗7附近的作為等離子體發生裝置的線圈8供給13.56MHz的高頻功率。由此能夠在真空容器1內產生電感耦合型等離子體，對放置在試樣電極6上的作為試樣(被加工物)的硅基板9進行等離子體摻雜處理。用于向試樣電極6供給高頻功率的高頻電源10可以控制試樣電極6的電位，使基板9相對等離子體具有負的電位。渦輪式分子氣泵3及排氣口11配置在試樣電極6的正下方。調壓閥4是在試樣電極6的正下方、且位于渦輪式分子氣泵3的正上方的升降壓閥。試樣電極6由4根支承體12固定在真空容器1內。介質窗7的主成分是石英玻璃。此外，還具備取樣器37，它的作用是在供給作為等離子體發生裝置的線圈的高頻功率的行進波功率為Pf、反射波功率為Pr時，以1msec～100msec的間隔采集功率差Pf-Pr的值。控制裝置44在功率差Pf-Pr按時間積分的值達到預先設定的值的時間點，停止供給高頻功率。利用在同種氣體、同一流量、同一壓力下摻雜濃度與施加于等離子體發生裝置的高頻功率和處理時間分別呈比例這點，在功率差Pf-Pr按時間積分的值達到預先設定的值的時間點，停止供給高頻功率。這樣即使在反射波的產生狀況出現離散的情況下，也能夠得到更準確的摻雜量。
在本發明的實施例7，只不過例舉了本發明的等離子體摻雜方法的應用范圍中的真空容器的形狀、等離子體源的方式及配置等方面有所變化的各種裝置中的一部分。在應用本發明的等離子體摻雜方法時，當然也可以考慮這里所例舉的以外的各種各樣的變化。
如圖2所示，可以將線圈8做成平面狀。此外可以使用螺旋波等離子體，或者可以采用磁中性環路等離子體。
還有，可以在真空容器1內不輸入摻雜原料氣體，由固體狀雜質產生的摻雜原料將雜質摻雜到試樣或試樣表面的膜中。
本實施例在等離子體摻雜處理的過程中，在保持產生等離子體的狀態下，改變氣體的種類、氣體流量、壓力、高頻功率這些控制參數中的至少1個控制參數時特別有效。這是因為在控制參數發生變化的時間點易產生反射波。
這里例舉了試樣為由硅構成的半導體基板的情況，在處理其它各種材質的試樣時，也能夠應用本實施例。
在本實施例中，例舉了雜質為硼的情況，在試樣為由硅構成的半導體基板的情況下，本實施例在雜質為砷、磷、硼、鋁或者銻時特別有效。這是因為在晶體管部分能夠形成較淺的接合。
本實施例對摻雜濃度為低濃度的情況有效。在作為濃度的期望值為1×1011atm/cm2～1×1017atm/cm2的等離子體摻雜方法時非常有效。在作為濃度的目標值為1×1011atm/cm2～1×1014atm/cm2的等離子體摻雜方法時特別有效。這是由于因為處理時間從數sec～十數sec，比較短，因此反射波的離散的影響增大。
供給等離子體發生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進波功率為Pf，反射波功率為Pr時，采集功率差Pf-Pr的值的間隔較好為1msec～100msec。其理由是，要使采樣間隔小于1msec，必須要有極高性能的取樣器，要求控制裝置具有很強的運算能力，因此會導致裝置成本的提高。如果采樣間隔大于100msec，則不能夠得到充分的重現性。
供給等離子體發生裝置或者試樣電極的高頻功率的行進波功率為Pf、反射波功率為Pr時，采集功率差Pf-Pr的值的間隔為1msec～10msec效果更佳。其理由是，如果采樣間隔在1msec以下，如上所述必須要有極高性能的取樣器，這樣就導致成本的提高。如果在10msec以下，則能得到優良的重現性。
采集功率差Pf-Pr的值時，可以分別采集Pf及Pr的值，計算其差值，或者可以進行在電路上的運算。此外，可以假設行進波功率Pf等于設定值，僅采集反射波功率Pr，計算功率差Pf-Pr的值。
還有，功率差Pf-Pr的值按時間積分時，可以用直線插入采樣值和采樣值間，也可以按呈階梯狀變化的方式計算積分值。
權利要求
1.等離子體摻雜方法，它是在試樣或者試樣表面的膜中添加雜質的等離子體摻雜方法，其特征在于，包括以下3個階段，第1階段是在真空容器內的試樣電極放置試樣；第2階段是通過一邊將含有氦氣以外的惰性氣體的氣體作為摻雜原料氣體輸入至上述真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將上述真空容器內的壓力控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而使上述真空容器內產生等離子體；第3階段是在保持產生等離子體的狀態下，一邊將含有氦氣的氣體輸入至上述真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將上述真空容器內的壓力控制在比上述第1壓力低的第2壓力。
全文摘要
為了實現穩定的低濃度摻雜的等離子體摻雜方法，它是在試樣或者試樣表面的膜中添加雜質的等離子體摻雜方法，其特征在于，包括以下3個階段，第1階段是在真空容器內的試樣電極放置試樣；第2階段是通過一邊將含有氦氣以外的惰性氣體的氣體作為摻雜原料氣體輸入至上述真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將上述真空容器內的壓力控制在第1壓力的同時向等離子體源供給高頻功率而使上述真空容器內產生等離子體；第3階段是在保持產生等離子體的狀態下，一邊將含有氦氣的氣體輸入至上述真空容器內一邊從真空容器內排出氣體，將上述真空容器內的壓力控制在比上述第1壓力低的第2壓力。
文檔編號H05H1/46GK101090071SQ200710112000
公開日2007年12月19日 申請日期2003年9月30日 優先權日2002年10月2日
發明者奧村智洋, 中山一郎, 水野文二, 佐佐木雄一朗 申請人:松下電器產業株式會社