JP2780419B2 - Introducing device and introducing method of impurities - Google Patents

Introducing device and introducing method of impurities

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は固体の表面近傍に不純物を導入する装置及びその導入方法に関するものであり、特に半導体装置製造分野の不純物導入に関する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION INDUSTRIAL FIELD The present invention relates to apparatus and method for introducing the introducing impurities in the vicinity of the surface of the solid, more particularly impurity introduction of a semiconductor device manufacturing field.

従来の技術 プラズマ発生装置を用いて不純物を導入する時には、 When introducing impurities using conventional techniques plasma generator,
例えばアプライド フィジクス レターズ,vol53、pp20 For example, Applied Physics Letters, vol53, pp20
59、1988に記載のごとく第3図に示した装置を用いる。 Using the apparatus shown in FIG. 3 as described in 59,1988.
以下に第3図を参照しながら説明する。 It is described with reference to Figure 3 below. この図面はECR This drawing ECR
タイプのイオンソースを用い必要に応じてRF等の高周波を印加しうる構造の装置である。 Is a device having a structure capable of applying a high frequency RF or the like, if necessary using a type ion source. チェンバーは大きく分けて、ECRイオンソース2と反応チェンバー4に分かれる。 Chamber is roughly divided into ECR ion source 2 and the reaction chamber 4. これらのチェンバー内壁6は高真空を維持するに足る機械的強度を有する金属材料で構成される事が一般的である。 These chambers inner wall 6 it is a common practice to a metal material having a mechanical strength sufficient to maintain a high vacuum. これらのチェンバー内雰囲気はターボ分子ポンプ8等の真空ポンプを用いて高真空に保たれる。 These chambers in the atmosphere is kept at a high vacuum using a vacuum pump such as a turbo molecular pump 8. この例では5X10 -7 torr以上の高真空である。 In this example a high vacuum of more than 5X10 -7 torr. 不純物を導入する対象の試料に例えばシリコンウエハー10を用いるならばそれに適した形のウエハーホルダー12を作成しウエハー Wafer to create the shape of the wafer holder 12 suitable therefor if used sample, for example, a silicon wafer 10 for which the introduction of impurities
10を装着する。 10 is mounted. この場合ホルダー12は冷却材を使用する事によってウエハー10を冷却(この場合は80℃以下)することが出来る。 In this case the holder 12 is a wafer 10 cooling (in this case 80 ° C. or less) that can by the use of coolant. 高真空のチェンバーに所望のガスを導入し、マイクロ波発生装置14からマイクロ波導波管16を介して導かれたマイクロ波と、磁場によってプラズマ(図示せず)を発生させる。 Introducing a desired gas into the high vacuum chamber, a microwave guided through the microwave waveguide 16 from the microwave generator 14, to generate a plasma (not shown) by a magnetic field. このプラズマは自らのポテンシャルと発散磁界によってウエハー10に到達する。 The plasma reaches the wafer 10 by the divergent magnetic field and their potential. 更に例えば均一性を向上させる等の他の目的がある場合には、ウエハーホルダー12に高周波電源20から高周波等(直流バイアスでも可)を印加する事によりプラズマを整える事が出来る。 If there are other objects, such as to further example improve uniformity, high frequency or the like from the high-frequency power source 20 to the wafer holder 12 it is possible to arrange the plasma by applying a (DC bias also acceptable). この様にして、適切な真空度、ガス導入量、マイクロ波・高周波のパワーを維持した設定の時間ウエハー10をプラズマに曝すとウエハー表面10aに適切な量の不純物を導入する事が出来る。 In this way, appropriate degree of vacuum, gas introduction rate, microwave and high frequency time setting of maintaining the power exposing wafer 10 to a plasma when the wafer surface 10a it is possible to introduce the appropriate amount of impurities.

発明が解決しようとする課題 先に従来例で示した方法を半導体製造に応用する場合の問題点について説明する。 Invention the issues will be described in the case of applying the method shown in the conventional example challenges destination to be solved in semiconductor manufacturing. 半導体装置を作成する場合に、不純物を導入する目的は、半導体表面の所望のキャリア濃度の領域を所望の部位に形成する事である。 When creating a semiconductor device, the purpose of introducing the impurity is to form a region of desired carrier concentration of the semiconductor surface to a desired site. 従って目的とする特性のキャリアを得るためには、特定の不純物のみを導入しなければならない。 To obtain a carrier of properties of interest, therefore, it must be introduced only certain impurities. しかるに、従来例で示した装置を用いると主に2つの点で問題が発生する。 However, primarily problems in terms of two With the apparatus shown in the conventional example. 1つは、チェンバー構成材料の混入である。 One is contamination of the chamber component material. 第3図より明かな様に、発生するプラズマに対してウエハー10 Figure 3 more clearly, such as, a wafer 10 with respect to the generated plasma
と同様に反応チェンボー4の内壁も同電位となる。 The inner wall of the reaction Chen Bo 4 Similar to be the same potential. 従って、チェンバーの機械材料はプラズマのポテンシャルによってイオンの照射を受け続ける事になる。 Therefore, the machine material of the chamber would continue to receive the ion irradiation by the potential of the plasma. 通常チェンバー(即ちグランド)に対してプラズマは数10〜数100e Several tens to several hundreds of plasma for regular chamber (i.e. ground) 100 e
Vのポテンシャルを有していてこのエネルギーに従ってチェンバーがイオンの照射を受ける。 It has a potential of V chamber is irradiated with the ions according to this energy. このエネルギー範囲はスパッタリングが優勢に生じる領域であるため、チェンバーの構成材料がスパッタリングされプラズマ内に混入する。 Since this energy range is a region where the sputtering occurs predominantly, the material of the chamber is mixed in the sputtered plasma. この混入した不必要なイオンが所望のイオンと混じってウエハー10に導入される。 The contaminating unwanted ions are introduced into the wafer 10 mixed with desired ions. 真空チェンバーは通常重金属で構成されているから、ウエハーに重金属が導入される事になる。 Since the vacuum chamber is constructed in the usual heavy metals, so that the heavy metals are introduced into the wafer. シリコン半導体の場合、重金属はキャリアの再結合中心として働くから与える悪影響は甚大である。 For silicon semiconductors, heavy metals adverse effects from acting as a recombination center of carriers is enormous. 2つめは、他導電性キャリアの混入である。 The second is the incorporation of other conductive carrier.
前述したエネルギーのプラズマはデポジションをも引き起こす。 Plasma of the above-mentioned energy also causes the deposition. シリコンにボロンを導入しようとした場合、ボロンを含むガスを用いてプラズマを発生するとチェンバー内壁6に金属ボロンが堆積する。 If you try to introduce boron into the silicon, metal boron is deposited on the chamber inner wall 6 when generating a plasma using a gas containing boron. この堆積した金属ボロンは前述したスパッタリングの対象となるので、金属材料と同様に再混入する。 This deposited metal boron is subject to sputtering as described above, re-contamination as well as metal materials. このため、同一チェンバーで多種類の不純物を用いると他の不必要な不純物を同時に導入してしまい、又この量は制御しにくいので種類の異なる不純物が互いに相殺して、所望のキャリア濃度が得られなくなる。 Therefore, the use of many kinds of impurities in the same chamber will be introduced to other unwanted impurities simultaneously and this amount to offset different impurities from each other because less controllable, desired carrier concentration obtained It is not.

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされ、プラズマ反応チェンバー内壁から好ましくない材料を排除することにより、汚染をなくすと共に不純物導入を正確に行うことができる不純物の導入装置及びその導入方法を提供することを目的とする。 The present invention provides been made in view of the above problems, by eliminating the undesirable material from the plasma reaction chamber inner wall, the introduction device and the introduction method of impurities can be accurately performed impurities introduced with eliminating contamination an object of the present invention is to.

課題を解決するための手段 上記の目的を達成するために本発明の不純物導入装置は、プラズマを用いて試料に複数の異なる不純物を導入する不純物の導入装置であって、所望の不純物元素、分子毎に専用の複数の真空槽を具備する構成となってい。 Impurity introduction apparatus of the present invention in order to achieve the means above object for solving the problems is a introducer impurity introducing different impurities into the sample using the plasma, desired impurity element, molecule It has composition comprising a plurality of vacuum chambers dedicated to each.
そして、好ましくは、真空槽の内壁を機能材料薄膜で被覆するものである。 And, preferably, it is intended to cover the inner wall of the vacuum chamber a functional material thin film. ここで、機能性材とは、スパッタリングの収率が低い材料またはスパッタされて試料に混入しても電気的に問題を引き起こさない材料のことである。 Here, the functional material, even if the sputtering yield is low material or sputtered mixed into the sample is that the material does not cause electrical problems.

作用 本発明は上述の構成により、任意の不純物を制御性良く、固体表面に導入する事が可能となる。 Action The present invention is the construction described above, any impurity with good controllability, it is possible to introduce a solid surface. 又、特に半導体装置製造に本発明のようなプラズマドーピングを用いる際には電気的に悪影響を及ぼす不必要な不純物を除去し得るので、極めて高性能の半導体装置を作製する事ができる。 Moreover, especially since when using plasma doping, such as in the present invention to a semiconductor device fabrication can be removed electrically adversely affect unwanted impurities, can be produced very high-performance semiconductor device.

実施例 (実施例1) 以下に第1図を参照しながら、本発明の1実施例について説明する。 With reference to Figure 1 in Example (Example 1) The following describes one embodiment of the present invention. 第1図は本発明の主旨から明らかな様に、基本的な構造は従来例で示したものと同一である。 As is apparent from the gist of the first figure present invention, the basic structure is the same as that shown in the conventional example.
この図面はECRタイプのイオンソースを用い必要に応じてRF等の高周波を印加しうる構造の装置である。 The drawing is a device having a structure capable of applying a high frequency RF or the like, if necessary using an ion source of the ECR type. チェンバーは大きく分けて、ECRイオンソース2と反応チェンバー4に分かれる。 Chamber is roughly divided into ECR ion source 2 and the reaction chamber 4. これらのチェンバー内壁6は高真空を維持するに足る機械的強度を有する金属材料で構成される事が一般的である。 These chambers inner wall 6 it is a common practice to a metal material having a mechanical strength sufficient to maintain a high vacuum. このチェンバーの内壁6に、Si On the inner wall 6 of the chamber, Si
又はOを含んだ物質またはガスを導入してプラズマを発生させ、いわゆるプラズマCVD法を用いてSIまたはシリコン酸化物薄膜を被覆させ、それを機能性材料22として用いる。 Or by introducing laden substance or gas O to generate plasma, so-called plasma CVD method to cover the SI or silicon oxide thin film with, using it as a functional material 22. 本実施例では高純度のシリコンを用いている。 In the present embodiment uses a high-purity silicon.
これらのチェンバー内雰囲気はターボ分子ポンプ8等の真空ポンプを用いて高真空に保たれる。 These chambers in the atmosphere is kept at a high vacuum using a vacuum pump such as a turbo molecular pump 8. この例では5X10 In this example 5X10
-7 torr以上の高真空である。 It is a high vacuum of more than -7 torr. 不純物を導入する対象の試料に例えばシリコンウエハー10を用いるならばそれに適した形のウエハーホルダー12を作成しウエハー10を装着する。 If a silicon wafer 10, for example, in a sample of a subject for introducing impurities to create a shape of the wafer holder 12 suitable therefor mounting the wafer 10. この場合ホルダー12は冷却材を使用する事によってウエハー10を冷却(この場合は80℃以下)することが出来る。 In this case the holder 12 is a wafer 10 cooling (in this case 80 ° C. or less) that can by the use of coolant. この例では前記ウエハーホルダー12やウエハーホルダーを支えるロッド24等の金属材料の表面をも高純度のシリコンで被覆した。 This example was coated with high purity silicon also the surface of the metal material such as a rod 24 which supports the wafer holder 12 and wafer holder. 高真空のチェンバー所望のガスを導入し、マイクロ波発生装置14からマイクロ波導波管16を介して導かれたマイクロ波と、磁場によってプラズマを発生させる。 Introducing a high vacuum chamber desired gas, a microwave guided through the microwave waveguide 16 from the microwave generator 14, to generate a plasma by the magnetic field. このプラズマは自らのポテンシャルと発散磁界によってウエハー10に到達する。 The plasma reaches the wafer 10 by the divergent magnetic field and their potential. 更に均一性を向上させるために、ウエハーホルダー12に高周波電源 In order to further improve the uniformity, the high frequency power source to the wafer holder 12
20から高周波等を印可する事によりプラズマを整えた。 It trimmed the plasma By applying a high-frequency, such as from 20.
この様にして、本実施例では反応用に用いる真空チェンバーの内壁を機能性材料で被覆しておく事によって、ウエハー表面10aに必要な不純物だけを汚染を伴うことなく正確に導入する事ができる。 In this way, by keeping to cover the inner wall of the vacuum chamber used for the reaction with a functional material in the present embodiment, it is possible to accurately introduce without only contaminant impurities required for wafer surface 10a .

(実施例2) 第2図を用いて本発明の第2の実施例について説明する。 (Example 2) A second embodiment of the present invention will be described with reference to Figure 2. 本実施例は異なる種類の不純物が混合しない様に、 This embodiment so as not to mix different types of impurities,
即ち他の不純物を導入した際に付随してチェンバー壁に付着もしくは堆積した物質が本来の不純物を導入する際に混入する事を防ぐため、チェンバーを専用化して必要な不純物の数だけ不純物の導入装置にチェンバーを設ける。 That is, the other attached or deposited material impurities chamber wall accompanied upon introduction to prevent that contamination when introducing the original impurity, the impurity introduction to the number of required impurity chamber and dedicated apparatus to provide a chamber. 従って、基本的には第1の実施例で述べたチェンバーを組み合わせ用いる。 Therefore, basically using the combination of chambers described in the first embodiment. このため、個々の不純物導入プロセスは本発明の第1の実施例で記述したものと全く同様である。 Therefore, each impurity doping process is exactly the same as those described in the first embodiment of the present invention. 多くの種類の不純物を連続して導入する場合には、チェンバー間に真空搬送系26を設け、所謂マルチチェンバーの形式を採れば良い。 In the case of continuously introducing many kinds of impurities, the vacuum transport system 26 is provided between the chambers, it Taking the form of a so-called multi-chamber.

なお、実施例1,2では、真空槽内にSi又はOを含んだ物質またはガスを導入してプラズマを発生させ、いわゆるプラズマCVD法を用いて形成したSiまたはシリコン酸化物薄膜を真空槽内壁被覆機能材料として用いているが、あらかじめプラズマ溶射によって形成した機能材料薄膜を内壁に具備した真空槽を用いるか、またはあらかじめ溶剤に混入させたシリコン酸化物微粉末を塗布する方法で形成したシリコン酸化膜を内壁に具備した真空槽を用いても同様の効果を有する。 In Example 1, by introducing laden substances or gases Si or O in the vacuum chamber to generate plasma, vacuum chamber inner walls of Si or silicon oxide thin film was formed by using a so-called plasma CVD method It is used as a coating functional materials, silicon oxide formed by a method of applying pre-plasma or thermal spraying of the functional material thin film formed by using a vacuum chamber equipped on the inner wall, or a silicon oxide fine powder is mixed in advance in a solvent even using a vacuum chamber provided with the film on the inner wall has the same effect.

発明の効果 以上述べた様に本発明によれば、固体基板に不純物を導入する際に不要の不純物の導入を完全に阻止できるため、希望通りの性能を持つ不純物層を形成する事が出来る。 According As described above, according to the present to the present invention, it is possible to completely prevent the introduction of unwanted impurities in an impurity is introduced into the solid substrate, it is possible to form an impurity layer having a performance as desired. 特に、半導体に応用した場合には、所望の電気特性を得られるため高性能の超LSIを製造する事が出来る。 In particular, when applied to semiconductor, it is possible to manufacture a high-performance ultra LSI for obtain desired electrical characteristics.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明の第1の実施例の装置構成概略図、第2 Device configuration schematic diagram of a first embodiment of Figure 1 the present invention, the second
図は本発明の第2の実施例の装置構成概略図、第3図は従来例の装置構成概略図である。 Figure device configuration schematic diagram of a second embodiment of the present invention, FIG. 3 is a device configuration schematic diagram of a conventional example. 2……ECRイオンソース、4……反応チェンバー、6… 2 ...... ECR ion source, 4 ...... reaction chamber, 6 ...
…チェンバー内壁、8……ターボ分子ポンプ、10……ウエハー、12……ウエハーホルダー、14……マイクロ波発生装置、16……マイクロ波導波管、20……高周波電源、 ... chamber inner wall, 8 ...... turbomolecular pump, 10 ...... wafer, 12 ...... wafer holder 14 ...... microwave generator, 16 ...... microwave waveguide, 20 ...... high frequency power source,
22……機能性材料、24……ロッド。 22 ...... functional materials, 24 ...... rod.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl. 6 ,DB名) H01L 21/265 H01J 37/317 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (58) investigated the field (Int.Cl. 6, DB name) H01L 21/265 H01J 37/317

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】プラズマを用いて試料に複数の異なる不純物を導入する不純物の導入装置であって、所望の不純物元素、分子毎に専用の複数の真空槽を具備することを特徴とする不純物の導入装置。 1. A introducer impurity introducing different impurities into the sample using a plasma, impurities, characterized in that it comprises a plurality of vacuum chambers only desired impurity element, per molecule introducing device.
  2. 【請求項2】真空槽の内壁をスパッタリングの収率が低い材料またはスパッタされて試料に混入しても電気的に問題を引き起こさない機能材料薄膜で被覆したことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の不純物の導入装置。 2. A second claims, characterized in that coated with the functional material film be mixed inside wall of the sputtering yield is low material or sputtered to the sample does not cause electrical problems in the vacuum chamber the introduction device of impurities according to item 1.
  3. 【請求項3】真空槽の内壁をスパッタリングの収率が低い材料またはスパッタされて試料に混入しても電気的に問題を引き起こさない機能材料薄膜で被覆し、前記機能材料薄膜が、真空槽内にSiまたはOを含んだ物質またはガスを導入してプラズマを発生させ、プラズマCVD法を用いて形成されたSiまたはシリコン酸化物薄膜であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の不純物の導入装置。 3. A was coated with a functional material thin inner wall of the sputtering yield does not cause problems in electrical mixed in low material or sputtered with a sample of the vacuum chamber, the functional material thin film, the vacuum chamber the introduced laden substances or gases Si or O to generate plasma, according to the range the first term of the claims, characterized in that the plasma CVD method is Si or silicon oxide thin film formed by using the introduction apparatus of impurities.
  4. 【請求項4】プラズマを用いて試料に複数の異なる不純物を導入する不純物の導入方法であって、所望の不純物元素、分子毎に専用に設けられた複数の真空槽内で各々の不純物の導入を行うことを特徴とする不純物の導入方法。 4. A method for introducing impurities of introducing a plurality of different impurities in the sample by using a plasma, introducing each of the impurity in the plurality of vacuum chambers provided on the dedicated desired impurity element, per molecule a method of introducing impurities and performing.
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