[發(fā)明專利]等離子體摻雜方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710112000.0
• 申請(qǐng)日: 2003-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN101090071A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 奧村智洋;中山一郎;水野文二;佐佐木雄一朗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/223
• 分類號(hào): H01L21/223;H01J37/32;H05H1/46
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 沙永生

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2003年9月30日的中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?3127235.5的標(biāo)題為“等離子體摻雜方法及等離子體摻雜裝置”的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體基板等固體試樣的表面摻雜(添加)雜質(zhì)的等離子體摻雜方法及實(shí)施該方法的裝置。

背景技術(shù)

在固體試樣的表面摻雜雜質(zhì)的技術(shù)，例如有U.S專利4912065號(hào)揭示的將雜質(zhì)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?qǐng)D14說明以往的作為雜質(zhì)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(jié)構(gòu)。圖14中，在真空容器100內(nèi)設(shè)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(shè)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(nèi)的內(nèi)部減壓的泵103，可以將真空容器100內(nèi)部保持在規(guī)定的壓力。由微波波導(dǎo)管119經(jīng)作為介質(zhì)窗的石英板107將微波輻射到真空容器100內(nèi)。通過該微波和由電磁鐵114形成的直流磁場(chǎng)的相互作用，在真空容器100內(nèi)的虛線120所示的區(qū)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(jié)構(gòu)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(dǎo)管119及電磁鐵114構(gòu)成的等離子體發(fā)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(chǎn)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(zhì)的試樣(半導(dǎo)體基板等被加工物(work))109上形成金屬配線層后，在規(guī)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(xiàn)出電活性的雜質(zhì)的氣體，如B₂H₆等摻雜原料氣體普遍存在對(duì)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(zhì)都被摻雜到試樣中。以由B₂H₆構(gòu)成的摻雜原料氣體為例作說明，在摻雜到試樣中時(shí)，只有硼是有效的雜質(zhì)，但氫也同時(shí)摻雜到了試樣中。若氫摻雜到試樣中，就會(huì)出現(xiàn)外延生長(zhǎng)等連續(xù)進(jìn)行熱處理時(shí)在試樣中產(chǎn)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(xiàn)出電活性的雜質(zhì)的雜質(zhì)固體放置在真空容器內(nèi)，同時(shí)在真空容器內(nèi)產(chǎn)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(zhì)固體，可以使雜質(zhì)從雜質(zhì)固體中分離出來。該方法記載于日本專利特開平09-115851號(hào)。用該方法進(jìn)行摻雜的等離子體摻雜裝置的結(jié)構(gòu)見圖15。圖15中，在真空容器100內(nèi)設(shè)置有用于放置由硅基板構(gòu)成的試樣109的試樣電極106。在真空容器100的外部設(shè)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(nèi)部減壓的泵103，可以將真空容器100內(nèi)部保持在規(guī)定的壓力。由微波波導(dǎo)管119經(jīng)作為介質(zhì)窗的石英板107將微波輻射到真空容器100內(nèi)。通過該微波和由電磁鐵114形成的直流磁場(chǎng)的相互作用在真空容器100內(nèi)的虛線120所示的區(qū)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(zhì)元素例如硼的雜質(zhì)固體122放置在固體保持臺(tái)123上，固體保持臺(tái)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(jié)構(gòu)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(dǎo)管119及電磁鐵114構(gòu)成的等離子體發(fā)生裝置被等離子體化，利用濺射從雜質(zhì)固體飛濺到等離子體中的雜質(zhì)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(wěn)定進(jìn)行、處理的重現(xiàn)性差的問題。要用摻雜原料氣體進(jìn)行低濃度摻雜，就必須降低真空容器內(nèi)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(yōu)點(diǎn)，即，因?yàn)楹るx子濺出率小，因此對(duì)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(diǎn)，因此就很難在所希望的低濃度摻雜條件下進(jìn)行處理。