[发明专利]等离子体掺杂方法

说明书

本申请是申请日为2003年9月30日的中国申请号为03127235.5的标题为“等离子体掺杂方法及等离子体掺杂装置”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明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。

背景技术

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等离子体掺杂方法。

以下，参照图14说明以往的作为杂质掺杂的方法的等离子体掺杂方法。

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110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110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B₂H₆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B₂H₆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。