JP2689419B2 - イオンドーピング装置 - Google Patents

イオンドーピング装置

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JP2689419B2
JP2689419B2 JP61304196A JP30419686A JP2689419B2 JP 2689419 B2 JP2689419 B2 JP 2689419B2 JP 61304196 A JP61304196 A JP 61304196A JP 30419686 A JP30419686 A JP 30419686A JP 2689419 B2 JP2689419 B2 JP 2689419B2
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porous plate
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哲久 吉田
謙太郎 瀬恒
孝 平尾
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体工業における半導体素子製造等に用
いるプラズマ処理装置に関するものであり、特に大面積
の半導体素子や半導体薄膜等への不純物注入、大面積の
半導体薄膜形成等に用いるイオンドーピング装置に関す
るものである。 従来の技術 半導体薄膜等に不純物をイオンの形で所望の量及び深
さに注入してドーピング等の処理を行う方法としては、
(1):イオン源として直流グロー放電を用い、質量分
離部を有さずイオン加速部を経てイオンを半導体基板等
に注入する簡易型イオン注入装置[第2図,J.C.Muller,
et al.:Proc.European Photovoltaic Solar Energy Con
f.(プロシーディング ヨーロピアン フォトボルティ
ック ソーラー エナジー コンファレンス)(Lexemb
erg)Sept.1977,p897−909]を用いる方法や、(2):
インオン源として絶縁性筒状管内に高周波と静磁場を重
畳させて発生するプラズマを用い、質量分離部を有さず
イオンを注入、ドーピングを行うイオンドープ装置[第
3図]、(3):基板室内に容量結合型高周波電極をも
うけて高周波グロー放電による化学的気相反応を起こす
プラズマCVD装置の高周波電極に直流電圧を印加させる
方法[第4図]などがある。第2,3,4図において、1は
放電室、2は直流グロー放電用アノード電極、3は放電
用直流電源、4は加速用電極、5は加速用直流電源、6
はガス導入管、7は絶縁体、8はガス排出管、9は基板
台、Aは放電室、Bは基板室、11は絶縁性筒状管、12は
高周波電極、13は電磁石、14はマッチングボックス、15
は高周波発振器、16−aは第1の導電性バイアス部、16
−bは第2の導電性バイアス部、17−aは第1の直流電
源、17−bは第2の直流電源、18はガス導入管、19はガ
ス排出管、20は基板台、21は試料、22は真空容器、23は
高周波電極、24はマッチングボックス、25は高周波発振
器、26は直流電源、27はガス導入管、28はガス排出管、
29は試料である。 発明が解決しようとする問題点 不純物をイオンの形で半導体薄膜等を注入しドーピン
グを行う従来の技術において、(1)のイオン源として
直流グロー放電を用い、質量分離部を有さずイオン加速
部を経てイオンを半導体基板等に注入する第2図の簡易
型イオン注入装置は、直流グロー放電が起こりイオン源
として機能する圧力(1〜0.01torr)にイオン源の圧力
を保ちさらに基板室をイオンの平均自由行程がイオン源
から基板までの距離以上になる圧力(〜10-3torr以下)
に保つために作動排気等を用いねばならず、また大面積
の試料への不純物の注入のために放電電極を大きくする
と電極の沿面放電等による放電の不均一性や不安定性等
の問題があった。(2)のイオン源として絶縁性筒状管
内に高周波と静磁場を重畳させて発生するプラズマを用
い、質量分離部を有さずイオン注入、ドーピングを行う
イオンドープ装置による第3図の方法は、比較的大口径
の筒状管内で安定に放電が行え、かつ放電時の圧力が10
-3〜10-4torrと低いことから作動排気等を要せずに簡素
な構造でドーピングを行うことができるが、例えば口径
130mmの絶縁管を用い、3インチの単結晶シリコンウェ
ハーにリンを注入した場合、900℃・30分の熱処理後の
ウェハー内のシート抵抗(注入されたリンの量に関係す
る)のばらつきσ(Rs)/Rs(Rs:シート抵抗の平均値、
σ(Rs):シート抵抗の標準偏差)が20%程度であるた
め大面積の試料に対して一様に不純物を注入することが
困難であった。(3)の基板室内に容量結合型高周波電
極をもうけて高周波グロー放電による化学的気相反応を
起こすプラズマCVD装置の高周波電極に直流電圧を印加
させる第4図の方法は、基板室の圧力が直流グロー放電
が起こりイオン源として機能する圧力(1〜0.01torr)
に保たれていることや印加出来る電圧が100〜1000Vと低
いことから所望のイオン以外の中性粒子等の試料表面へ
の堆積が起こり、不純物の濃度を規定した高精度の不純
物のドーピングが困難であった。さらに放電電極と加速
電極の一致による放電の不安定さのため、大面積の試料
に極めて一様にイオンを加速して照射・注入し、不純物
のドーピング等を行うことが困難であった。 問題点を解決するための手段 以上の問題点を解決するために本発明に係るプラズマ
処理装置は、ガス導入管及びガス排出管に接続された真
空槽内に、高周波電極、第1の導電性多孔板或は導電性
網、第2の導電性多孔板或は導電性網、基板台を平行に
設け、前記真空槽の外側に前記高周波電極の印加する電
場に対して直交する成分をもつ磁場を発生させる磁場発
生源を設けてなるものである。すなわち本発明は、真空
槽内に、容量結合型の平行平板高周波電源として高周波
電極及び第1の導電性多孔板或は導電性網を用い、高周
波電極及び第1の導電性多孔板或は導電性網と平行に荷
電粒子引き出し用の第2の導電性多孔板或は導電性網を
設け、基板台を高周波電極、台1の導電性多孔板或は導
電性網、第2の導電性多孔板或は導電性網と平行に備
え、さらに前記真空槽の外側に高周波電極の印加する電
場に対して直交する成分をもつ磁場を発生させる磁場発
生源を設けるというものである。 作用 磁場発生源を配することで放電室内に印加された磁場
による電子の閉じ込め及び高周波電極の印加する電場に
対して直交する成分をもつ磁場による旋回運動(サイク
ロトロン運動)の励起を行い、高周波によって供給され
るエネルギーを有効に用いて例えば10-3〜10-4torrの気
体圧力でも安定かつ一様に放電させる。高周波の電力は
高周波電極と第1の導電性多孔板或は導電性網の間に供
給され、この間の容量とマッチングボックスの容量を等
しくさせることにより高周波の電力を最も効率よく放電
によって生じるプラズマに伝達することにより放電を維
持する。またこの10-3〜10-4torrの気体圧力下でイオン
の平均自由行程はイオン種によって異なるが、放電室か
ら基板台までの距離(約10cm)と同程度あるいはそれ以
上となるために真空槽に配した第1の導電性多孔板或は
導電性網、第2の導電性多孔板或は導電性網という簡素
な構造で荷電粒子の押し出し及び加速を行い、基板台上
の半導体等の試料まで荷電粒子を輸送し、前記試料に照
射する。さらに装置内の圧力が10-3〜10-4torr以下であ
ること及び放電用の高周波電極と加速用の導電性多孔板
或は導電性網を分離していることから、圧力が高いこと
や電圧が高いことによる沿面放電やなだれ放電等の異常
な放電を起こすことなく、かつ放電電極と加速電極の一
致による放電の不安定さを引き起こすことなく1KeV以上
に荷電粒子を加速する。また基板室の圧力が103〜104to
rr以下に保たれていることから所望のイオン以外の中性
粒子等の試料表面への堆積が起こらず、不純物の濃度を
規定した高精度の不純物のドーピングを行う。また、導
電性多孔板或は導電性網により、放電の全面に渡って均
一に電圧が印加され、極めて一様に荷電粒子ビームを基
板台に堆して照射し、その結果大面積に渡る均一に不純
物のドーピングを行う。加えてプラズマ処理の圧力を適
当に選ぶことにより大面積に渡る均一かつ高精度のエッ
チングや薄膜形成等のプラズマ処理を行う。 実施例 以下図面に基づいて本発明についてさらに詳しく説明
する。 第1図は本発明に係るプラズマ処理装置の第1実施例
の概略構成図を示したものである。真空槽Cの内部の容
量結合型高周波グロー放電用電極31には導電性の良い銅
ニッケル等の金属を行い、容量結合型高周波グロー放電
用電極31の一方はマッチングボックス32を介して高周波
発振器33と接続し、他方の第1の導電性網34は接地して
真空槽C内に高周波電力の供給を行う。さらに真空槽C
の外部に配した電磁石35により印加される磁場によって
電子の旋回運動(サイクロトロン運動)の励起と閉じ込
めを行うことにより、比較的低い圧力(10-3〜10-4tor
r)で高周波電力を有効に放電のために用いることによ
って真空槽C内にプラズマを安定に発生させる。この磁
場の強度は真空槽Cに於て50〜200ガウス程度で良く、
磁場発生源として永久磁石等を用いても良い。導電性の
ステンレス・アルミニウム・銅等で作られた第2の導電
性網36は、絶縁を保って第1の導電性網34と導電性のス
テンレス・アルミニウム・銅等で作られた基板台37の間
に設ける。真空槽Cへの材料ガスの導入はガス導入管38
を経て、ガス導入口39より行う。前記第2の導電性網36
は直流高電圧電源40に電気的に接続され、1kV以上の電
圧を印加することにより、放電により生じた真空槽C内
の荷電粒子を半導体基板等の試料41の置かれた基板台37
へ押し出し加速を行う。真空槽Cはガス排出管42に接続
され、10-3〜10-4torrの圧力に保たれる。試料41はヒー
ター43により加熱を行い、不純物のドーピング或はプラ
ズマ処理の効率を上げる。容量結合型高周波グロー放電
用電極31と第1の導電性網34との間に一様に生じるプラ
ズマより引き出され、前記第2の導電性網36と基板台37
との電位差に応じた運動エネルギーを得た荷電粒子ビー
ム44は、基板台37上の半導体基板等の試料41に照射し、
試料41に対して極めて一様な不純物のドーピング或はプ
ラズマ処理等を行う。 発明の効果 本発明は高周波と静磁場を重畳させることにより、10
-3〜10-4torrと比較的低い圧力下で一様なプラズマを安
定に発生させることが可能となる。また第2の導電性多
孔板或は導電性網を設けることにより放電の全面に渡っ
て均一に電圧が印加され、一様なプラズマから極めて一
様な電荷粒子ビームを半導体基板等の試料に対して照射
することが可能となる。これにより大面積の試料に極め
て一様な不純物のドーピング或はプラズマ処理等を簡素
な構造で行うことが可能となる。さらに所望のイオン以
外の中性粒子等の試料表面への堆積が起こらず、不純物
の濃度を規定した高精度の大面積に渡る均一な不純物ド
ーピング等の処理を行うことが可能になる。以上の効果
は第2の導電性多孔板或は導電性網と基板台とを平行に
保ち、平行な方向に前記第2の導電性多孔板或は導電性
網もしくは前記基板台のいずれかを往復運動させるこ
と、基板台を第2の導電性多孔板或は導電性網と平行を
保ち第2の導電性多孔板或は銅電性網と平行な方向に往
復運動させること、基板台を加熱する加熱源を設けるこ
と、高周波電極の放電により生じる荷電粒子にさらされ
る側に絶縁性の表面被覆を設けること、第1の導電性多
孔板或は導電性網、第2の導電性多孔板或は導電性網に
絶縁性の表面被覆を設けること、真空槽をゲートバルブ
を介して第2の真空槽或は第2のプラズマ処理装置と接
続して基板台を真空槽と第2の真空槽或は第2のプラズ
マ処理装置間を搬送させることによっても同様に得られ
る。本発明によるイオンドーピング装置は、例えば大口
径の単結晶シリコン基板上等に作成される半導体素子製
造における不純物のドーピング等の処理を簡素な構造で
極めて均一に一括して行うことが可能となるという点で
極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係るプラズマ処理装置の第1実施例の
概略構成図、第2図は従来の技術のうちイオン源として
直流グロー放電を用い、質量分離部を有さずイオン加速
部を経てイオンを半導体基板等に注入する簡易型イオン
注入装置の概略構成図、第3図は従来の技術のうちイオ
ン源として絶縁性筒状管内に高周波と静磁場を重畳させ
て発生するプラズマを用い、質量分離部を有さずイオン
を注入、ドーピングを行うイオンドープ装置の概略構成
図、第4図は従来の技術のうち基板室内に容量結合型高
周波電極をもうけて高周波グロー放電による化学的気相
反応を起こすプラズマCVD装置の高周波電極に直流電圧
を印加させる方法の概略構成図である。 C……放電室、31……容量結合型平行平板高周波グロー
放電用電極、32……マッチングボックス、33……周波発
振器、34……第1の導電性網、35……電磁石、36……第
2の導電性網、37……基板台、38……ガス導入管、39…
…ガス導入口、40……直流高電圧電源、41……試料、42
……ガス排出管、43……ヒーター、44……荷電粒子ビー
ム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−20440(JP,A) 特開 昭60−20437(JP,A) 実開 昭58−154554(JP,U)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.ガス導入管及びガス排出管に接続された真空槽に、
    高周波電極、第1の導電性多孔板或は導電性網、第2の
    導電性多孔板或は導電性網、基板台を平行に設け、前記
    真空槽の外側に磁場を発生させる磁場発生源設け、前記
    導電性多孔板或は導電性網に1kV以上の直流電圧を印加
    することを特徴とするイオンドーピング装置。 2.第2の導電性多孔板或は導電性網と基板台とを平行
    を保ち、平行な方向に前記第2の導電性多孔板或は導電
    性網もしくは前記基板台のいずれかを往復運動させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のイオンドー
    ピング装置。 3.基板台を加熱する加熱源を設けてなることを特徴と
    する特許請求の範囲第1又は2項記載のイオンドーピン
    グ装置。 4.高周波電極の放電により生じる荷電粒子にさらされ
    る側に、絶縁性の表面被覆を設けることを特徴とする特
    許請求の範囲第1、2又は3項記載のイオンドーピング
    装置。 5.第1の導電性多孔板或は導電性網、第2の導電性多
    孔板或は導電性網に絶縁性の表面被覆を設けることを特
    徴とする特許請求の範囲第1〜4項のいずれかに記載の
    イオンドーピング装置。 6.真空槽をゲートバルブを介して第2の真空槽或は第
    2プラズマ処理装置と接続し、基板台を第2の真空槽或
    は第2プラズマ処理装置間を搬送させることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1〜5項記載のイオンドーピング装
    置。
JP61304196A 1986-09-24 1986-12-19 イオンドーピング装置 Expired - Lifetime JP2689419B2 (ja)

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