JPH01243359A - プラズマドーピング方法 - Google Patents
プラズマドーピング方法Info
- Publication number
- JPH01243359A JPH01243359A JP63072468A JP7246888A JPH01243359A JP H01243359 A JPH01243359 A JP H01243359A JP 63072468 A JP63072468 A JP 63072468A JP 7246888 A JP7246888 A JP 7246888A JP H01243359 A JPH01243359 A JP H01243359A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- substrate
- electric field
- doping method
- doping
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、主に半導体、絶縁体、金属およびそれらの薄
膜へ不純物の注入を行うためのプラズマドーピング方法
に関するものである。
膜へ不純物の注入を行うためのプラズマドーピング方法
に関するものである。
従来の技術
従来から、不純物の固体への拡散法として打ち込むべき
不純物元素をイオン化し１００ｋｅＶという高電界によ
り加速して基板に打ち込むいわゆるイオンインプランテ
ーションが盛んに行われている。しかしながら近年の集
積回路の高密度化のため、非常に浅い接合を形成する必
要が生じ、不純物を含むガスをプラズマ分解し１０ｋｅ
Ｖ以下の低電界で加速し、浅い接合を得ようとする試み
が盛んである。その中でプラズマの発生にマイクロ波電
子サイクロトロン共鳴吸収（ＥＣＲ）を利用したプラズ
マイオンドープ装置は、第４図に示すような構成を持つ
。３１が真空チャンバーで排気孔３２より真空に排気さ
れる。導波管３３を通してマイクロ波発振器３４からマ
イクロ波がプラズマ発生室３５へ導入される。電磁石３
６によってプラズマ発生室３５に磁界が印加される。３
７はガス導入口で、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、Ａ ｓ Ｈ３等
の不純物ガスやＨ２、Ｈｅ、Ａｒ等のキャリアガスが導
入される。磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を
満たすように設定することにより、解離度の高いプラズ
マが得られる。発生したプラズマ中のイオンは基板に３
８の直流電源によって印加された直流電界によってプラ
ズマ引出し窓３９を通過して基板ホルダー４０に達しホ
ルダー４０上の基板１００へ打ち込まれる。
不純物元素をイオン化し１００ｋｅＶという高電界によ
り加速して基板に打ち込むいわゆるイオンインプランテ
ーションが盛んに行われている。しかしながら近年の集
積回路の高密度化のため、非常に浅い接合を形成する必
要が生じ、不純物を含むガスをプラズマ分解し１０ｋｅ
Ｖ以下の低電界で加速し、浅い接合を得ようとする試み
が盛んである。その中でプラズマの発生にマイクロ波電
子サイクロトロン共鳴吸収（ＥＣＲ）を利用したプラズ
マイオンドープ装置は、第４図に示すような構成を持つ
。３１が真空チャンバーで排気孔３２より真空に排気さ
れる。導波管３３を通してマイクロ波発振器３４からマ
イクロ波がプラズマ発生室３５へ導入される。電磁石３
６によってプラズマ発生室３５に磁界が印加される。３
７はガス導入口で、Ｂ２Ｈ６、ＰＨ３、Ａ ｓ Ｈ３等
の不純物ガスやＨ２、Ｈｅ、Ａｒ等のキャリアガスが導
入される。磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を
満たすように設定することにより、解離度の高いプラズ
マが得られる。発生したプラズマ中のイオンは基板に３
８の直流電源によって印加された直流電界によってプラ
ズマ引出し窓３９を通過して基板ホルダー４０に達しホ
ルダー４０上の基板１００へ打ち込まれる。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、この様な従来のプラズマドーピング技術
では、低電圧でイオンを基板に引き込むため基板表面に
ドーパント元素の絶縁性堆積物を生じてしまい基板にイ
オンが到達しなくなり不純物ドーピングの制御性に問題
があった。また最近の微細化技術における基板上に形成
された深い溝の側壁へ浅い接合を形成する要求に対して
は、イオンの加速方向が基板に対して垂直方向のみであ
るので溝の底部にしかドーピングできないという問題点
もあった。さらにはマイクロ波のモードに起因する電界
分布によってプラズマの分布が大きいため、結果的にド
ーピング処理の分布として現れるという問題点があった
。また処理面積をかせぐためプラズマ室からかなり距離
を離さなければならないので、高解離のプラズマが粒子
どうしの衝突によって減衰してしまうため、処理の効率
が悪くなってしまうという問題点もありこの様なプラズ
マドープ装置やこのようなドーピング方法の実用化を妨
げていた。
では、低電圧でイオンを基板に引き込むため基板表面に
ドーパント元素の絶縁性堆積物を生じてしまい基板にイ
オンが到達しなくなり不純物ドーピングの制御性に問題
があった。また最近の微細化技術における基板上に形成
された深い溝の側壁へ浅い接合を形成する要求に対して
は、イオンの加速方向が基板に対して垂直方向のみであ
るので溝の底部にしかドーピングできないという問題点
もあった。さらにはマイクロ波のモードに起因する電界
分布によってプラズマの分布が大きいため、結果的にド
ーピング処理の分布として現れるという問題点があった
。また処理面積をかせぐためプラズマ室からかなり距離
を離さなければならないので、高解離のプラズマが粒子
どうしの衝突によって減衰してしまうため、処理の効率
が悪くなってしまうという問題点もありこの様なプラズ
マドープ装置やこのようなドーピング方法の実用化を妨
げていた。
本発明は、この様な問題点を解決することを目的として
いる。
いる。
課題を解決するための手段
上記問題点を解決するために、本発明では処理されるべ
き基板または基板近傍にプラズマ中に存在する処理に寄
与するイオン粒子に運動エネルギーを与えることが可能
な周波数を有するパルス電界を印加することによって上
記問題点が解決できることを見いだした。本発明は上記
手段により高性能なプラズマドープ装置およびドーピン
グ方法を提供するものである。
き基板または基板近傍にプラズマ中に存在する処理に寄
与するイオン粒子に運動エネルギーを与えることが可能
な周波数を有するパルス電界を印加することによって上
記問題点が解決できることを見いだした。本発明は上記
手段により高性能なプラズマドープ装置およびドーピン
グ方法を提供するものである。
作用
上記した手段を用いることによって生ずる本発明の作用
は次のようなものである。従来の方法では、印加されて
いる磁界の減衰と基板に印加されている直流電場によっ
てのみ引き出されていた、本発明では基板付近において
主にイオンにたいして再び運動エネルギーを４え、生じ
たイオン種を有効に利用し、かつ運動方向を基板に対し
て垂直以外の方向にも与え、このことにより基板表面に
絶縁性堆積物が生じても常にイオンに運動エネルギーを
与えることができ、かつ微纏加工された溝の側壁などに
も有効に不純物ドーピングが可能となるものである。
は次のようなものである。従来の方法では、印加されて
いる磁界の減衰と基板に印加されている直流電場によっ
てのみ引き出されていた、本発明では基板付近において
主にイオンにたいして再び運動エネルギーを４え、生じ
たイオン種を有効に利用し、かつ運動方向を基板に対し
て垂直以外の方向にも与え、このことにより基板表面に
絶縁性堆積物が生じても常にイオンに運動エネルギーを
与えることができ、かつ微纏加工された溝の側壁などに
も有効に不純物ドーピングが可能となるものである。
実施例
実施例として、本発明のプラズマドープ装置を結晶シリ
コン基板１００へのホウ素ドーピングに応用した場合の
例について示す。
コン基板１００へのホウ素ドーピングに応用した場合の
例について示す。
以下図面に基づき、本発明の代表的な実施例を示す。第
１図は本発明のプラズマイオンドープ装置概略図である
。１１が真空チャンバー出、排気孔１２より真空に排気
される。導波管１３を通してマイクロ波発振器１４から
マイクロ波がプラズマ発生室１５へ導入される。電磁石
１６によりプラズマ発生室１５に磁界が印加される。１
７はガス導入口でＢ２Ｈ６等のソースガスが導入される
。
１図は本発明のプラズマイオンドープ装置概略図である
。１１が真空チャンバー出、排気孔１２より真空に排気
される。導波管１３を通してマイクロ波発振器１４から
マイクロ波がプラズマ発生室１５へ導入される。電磁石
１６によりプラズマ発生室１５に磁界が印加される。１
７はガス導入口でＢ２Ｈ６等のソースガスが導入される
。
ｌ８が本発明で付は加えられたパルス電界を加えるため
の電源であり、基板ホルダー１９にパルス電界が印加さ
れる。プラズマ発生室の磁界の強さを電子サイクロトロ
ン共鳴条件を満たすように設定することにより、解離度
の高くイオン多く含むプラズマ２０が発生する。発生し
たプラズマはプラズマ引出し窓２１を通過して基板ホル
ダー１９に達しさらに、基板ホルダー近傍にて再び交流
電源１８によりプラズマ中の主にイオンと電子に運動エ
ネルギーを与えられて結晶シリコン基板１００へ目的の
ホウ素を含むイオンが打ち込まれ不純物ドーピング層が
形成される。この時基板近傍の磁界の強さは電磁石の設
定によって１００〜３００ガウスとしておくと更に効果
的にイオンに運動エネルギーを与えることができる。パ
ルスの周波数は、主にホウ素を含むイオンと水素イオン
にエネルギーを与えるために５０Ｈｚ〜５００ＫＨｚと
している。これらの周波数より低い場合、基板表面に高
抵抗な膜が堆積するとプラズマに電界が印加されなくな
りまた高い周波数の場合ではイオンが追随できなくなる
。このときさらに、基板近傍の磁束密度は数十〜数百ガ
ウスあるため、印加した電界によって高周波マグネトロ
ン放電が生じてしまいマイクロ波電子サイクロトロンに
よるプラズマと高周波プラズマとが重畳された状態にな
ってしまい、本来の高活性のプラズマとは異なってしま
うのである。
の電源であり、基板ホルダー１９にパルス電界が印加さ
れる。プラズマ発生室の磁界の強さを電子サイクロトロ
ン共鳴条件を満たすように設定することにより、解離度
の高くイオン多く含むプラズマ２０が発生する。発生し
たプラズマはプラズマ引出し窓２１を通過して基板ホル
ダー１９に達しさらに、基板ホルダー近傍にて再び交流
電源１８によりプラズマ中の主にイオンと電子に運動エ
ネルギーを与えられて結晶シリコン基板１００へ目的の
ホウ素を含むイオンが打ち込まれ不純物ドーピング層が
形成される。この時基板近傍の磁界の強さは電磁石の設
定によって１００〜３００ガウスとしておくと更に効果
的にイオンに運動エネルギーを与えることができる。パ
ルスの周波数は、主にホウ素を含むイオンと水素イオン
にエネルギーを与えるために５０Ｈｚ〜５００ＫＨｚと
している。これらの周波数より低い場合、基板表面に高
抵抗な膜が堆積するとプラズマに電界が印加されなくな
りまた高い周波数の場合ではイオンが追随できなくなる
。このときさらに、基板近傍の磁束密度は数十〜数百ガ
ウスあるため、印加した電界によって高周波マグネトロ
ン放電が生じてしまいマイクロ波電子サイクロトロンに
よるプラズマと高周波プラズマとが重畳された状態にな
ってしまい、本来の高活性のプラズマとは異なってしま
うのである。
さらに正イオンを基板に引き込む時間を長くするためパ
ルス幅比を変化させた場合について説明する。
ルス幅比を変化させた場合について説明する。
装置は共通であり、パルスの負電位の時間を長くすると
、イオンを加速し、基板に打ち込む時間が長くできる。
、イオンを加速し、基板に打ち込む時間が長くできる。
しかしこれを長くし過ぎると、基板に高抵抗層が形成さ
れ、帯電してしまい、イオンの加速がなされなくなり、
効率がむしろ悪化してしまう。そのため負電位状態にあ
るパルス幅と正電位時のパルス幅の比を１： １０から
１０：１の間に設定するのが好ましく、この間に最適条
件が存在する。
れ、帯電してしまい、イオンの加速がなされなくなり、
効率がむしろ悪化してしまう。そのため負電位状態にあ
るパルス幅と正電位時のパルス幅の比を１： １０から
１０：１の間に設定するのが好ましく、この間に最適条
件が存在する。
発明の効果
本発明の効果は次のようなものである。
先ず第一に、ドーピング制御性の向上が上げられる。第
２図（ａ）に基板に印加された例えば２０ Ｋ Ｈｚの
パルス電圧を一定とし、ドーピング時間を変化させ、Ｂ
２ Ｈｓをプラズマ分解によって結晶シリコヘホウ素
をドーピングした時のシート抵抗の変化を示す。ドーピ
ング時間を印加していくとシート抵抗が減少しているの
が判る。第２図（ｂ）に同じ＜Ｂ２Ｈ６ガスを使用して
シリコンウェハーにドーピングを行ったときのパルス幅
比を変えたときのシート抵抗の変化を示す。同様に負電
圧のパルス幅を長くして行くとシート抵抗が減少して行
くのが判る。またこれらの結果は５インチシリコンウェ
ファ−内で非常に均一であった。 第二の効果として深
い溝の側壁に均一性良くドーピング可能となったことが
上げられる。
２図（ａ）に基板に印加された例えば２０ Ｋ Ｈｚの
パルス電圧を一定とし、ドーピング時間を変化させ、Ｂ
２ Ｈｓをプラズマ分解によって結晶シリコヘホウ素
をドーピングした時のシート抵抗の変化を示す。ドーピ
ング時間を印加していくとシート抵抗が減少しているの
が判る。第２図（ｂ）に同じ＜Ｂ２Ｈ６ガスを使用して
シリコンウェハーにドーピングを行ったときのパルス幅
比を変えたときのシート抵抗の変化を示す。同様に負電
圧のパルス幅を長くして行くとシート抵抗が減少して行
くのが判る。またこれらの結果は５インチシリコンウェ
ファ−内で非常に均一であった。 第二の効果として深
い溝の側壁に均一性良くドーピング可能となったことが
上げられる。
第三の効果として、ｐａを示す不純物元素とｎ型を示す
不純物元素同時に打ち込み一回の打ち込みで接合を形成
可能であることである。第３図にその一例として、Ｂ
２ ＨｅとＡ Ｓ Ｈ３とを同時にプラズマ分解させ接
合を形成した時の不純物の深さ分布を示す。横軸が深さ
で縦軸が濃度である。ホウ素とヒ素の濃度が０．１７ｚ
ｍのところで逆転しており浅い接合が同時に打ち込まれ
て形成されたことが判る。
不純物元素同時に打ち込み一回の打ち込みで接合を形成
可能であることである。第３図にその一例として、Ｂ
２ ＨｅとＡ Ｓ Ｈ３とを同時にプラズマ分解させ接
合を形成した時の不純物の深さ分布を示す。横軸が深さ
で縦軸が濃度である。ホウ素とヒ素の濃度が０．１７ｚ
ｍのところで逆転しており浅い接合が同時に打ち込まれ
て形成されたことが判る。
第１図は本発明のプラズマイオンドープ装置概略図、第
２図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ結晶シリコンにドー
ピング時間とパルス幅比を変えてホウ素を注入した時の
シート抵抗の変化を示す図、第３図は本発明によってホ
ウ素とヒ素を同時に注入し浅い接合が実現できたことを
示す不純物元素の深さ分布を示す図、第４図は従来のプ
ラズマイオンドープ装置の概略図である。 １１・・・真空チャンバー、１２・・・排気孔、１３・
・・導波管、１４・・・マイクロ波発振器、１５・・・
プラズマ発生室、１６・・・電磁石、１７・・・ガス導
入口、１８・・・パルス電源、１９・・・基板ホルダー
、２０・・・プラズマ、２１・・・プラズマ引出し窓。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第２図 ドーヒ゛ソ／ｊｅｆ−間（秒〕 負パルス描／ア〜ス電位幅比 第 ３ 図 深 ご Ｃ）’ｍ ） 区 錫
２図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ結晶シリコンにドー
ピング時間とパルス幅比を変えてホウ素を注入した時の
シート抵抗の変化を示す図、第３図は本発明によってホ
ウ素とヒ素を同時に注入し浅い接合が実現できたことを
示す不純物元素の深さ分布を示す図、第４図は従来のプ
ラズマイオンドープ装置の概略図である。 １１・・・真空チャンバー、１２・・・排気孔、１３・
・・導波管、１４・・・マイクロ波発振器、１５・・・
プラズマ発生室、１６・・・電磁石、１７・・・ガス導
入口、１８・・・パルス電源、１９・・・基板ホルダー
、２０・・・プラズマ、２１・・・プラズマ引出し窓。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第２図 ドーヒ゛ソ／ｊｅｆ−間（秒〕 負パルス描／ア〜ス電位幅比 第 ３ 図 深 ご Ｃ）’ｍ ） 区 錫
Claims (7)
- （１）不純物元素を含むガスを放電分解しイオン化した
イオンを電界によって基板へ打ち込むイオンドープ法に
おいて放電分解をマイクロ波、電子サイクロトロン共鳴
吸収を利用したプラズマ分解によって行いドーピング処
理を行う基板またはその近傍に、プラズマ分解によって
生じたイオン粒子に運動エネルギーを与えることが可能
な周波数のパルス電界を印加しその電界によってイオン
を基板へ打ち込むことを特徴とするプラズマドーピング
方法。 - （２）パルス電界の周波数を５０Ｈｚ〜５００ＫＨｚと
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラ
ズマドーピング方法。 - （３）パルスの波形を矩形波、三角波もしくは鋸波とす
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズ
マドーピング方法。 - （４）印加する矩形パルス幅の比を１対１０から１０対
１とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
プラズマドーピング方法。 - （５）パルス電界を印加する近傍にさらに磁界を重畳す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズ
マドーピング方法。 - （６）パルス電界にさらに直流電界を重畳させることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマドーピ
ング方法。 - （７）ドーピングされる元素を含むガスを少なくとも二
種類以上の混合ガスとすることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のプラズマドーピング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072468A JPH01243359A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | プラズマドーピング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072468A JPH01243359A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | プラズマドーピング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01243359A true JPH01243359A (ja) | 1989-09-28 |
Family
ID=13490172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63072468A Pending JPH01243359A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | プラズマドーピング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01243359A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0592129A1 (en) * | 1992-10-09 | 1994-04-13 | Sakae Electronics Industrial Co., Ltd. | ECR plasma process |
| EP0930643A3 (en) * | 1998-01-20 | 2000-12-20 | Semiconductor Process Laboratory Co., Ltd. | Method for formation of a doped region in a semiconductor substrate and apparatus therefor |
| JP2019073431A (ja) * | 2017-10-12 | 2019-05-16 | ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド | セラミックス粉体の粒子表面を処理する方法及びかかる方法によって得られるセラミックス粉体粒子 |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP63072468A patent/JPH01243359A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0592129A1 (en) * | 1992-10-09 | 1994-04-13 | Sakae Electronics Industrial Co., Ltd. | ECR plasma process |
| US5370779A (en) * | 1992-10-09 | 1994-12-06 | Sakae Electronics Industrial Co., Ltd. | ECR plasma process |
| EP0930643A3 (en) * | 1998-01-20 | 2000-12-20 | Semiconductor Process Laboratory Co., Ltd. | Method for formation of a doped region in a semiconductor substrate and apparatus therefor |
| JP2019073431A (ja) * | 2017-10-12 | 2019-05-16 | ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド | セラミックス粉体の粒子表面を処理する方法及びかかる方法によって得られるセラミックス粉体粒子 |
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