JPS63155546A - 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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JPS63155546A
JPS63155546A JP61304196A JP30419686A JPS63155546A JP S63155546 A JPS63155546 A JP S63155546A JP 61304196 A JP61304196 A JP 61304196A JP 30419686 A JP30419686 A JP 30419686A JP S63155546 A JPS63155546 A JP S63155546A
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conductive
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plasma processing
vacuum chamber
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Tetsuhisa Yoshida
哲久 吉田
Kentaro Setsune
瀬恒 謙太郎
Takashi Hirao
孝 平尾
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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。

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
導体薄膜形成やエツチング等に用いるプラズマ処理装置
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を行う方法或は薄膜形成或はエツ
チングの方法としては、(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、 E
uropean Photovoltaic 5ola
r Energy Conf、 (プロシーディング 
ヨーロピアン フォトポルティック ソーラー エナジ
ーコンファレンス) (Lexemberg) 5ep
t、 1977゜ρ897−909 ]を用いる方法や
、(2)ニ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[第3図]、(3)二基板室内に容量結合型高周波
電極をもうけて高周波グa−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
マツチングボックス、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はマツチングボックス、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に注入しドーピング
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カイオン源と
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(〜1O−3
torr以下)に保つため差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ずるプラズマを用い、質量分離部を
有さすイオンを注入、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−
’torrと低いことがら差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1
30IlllIIのe 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℃・3
0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(R
s:シート抵抗の平均値、σ(R5)ニシート抵抗の標
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1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〜O,Ol torr )に保たれ
ていることや印加出来る電圧が100〜1000.V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
への堆櫃が起こり、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
料に極めて一様な不純物のドーピング或はプラズマ処理
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極として高周波電
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、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−’t
orr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、この間の容量とマツチングボックス
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””tor
r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(杓10c
m)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J己試料に照射する。さらに装置内の
圧力が10−3〜10−’torr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
いことによろ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ニセなく1keV以上に荷電
粒子を加速する。また基板室の圧力が10″3〜10−
’torr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債が起こらず、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
ームを基板台に対して照射し、その結果大面積に渡る均
一な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
度のエツ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みY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TL極31には導電性の良い
銅ニッケル等の金属を用い、容量結合型高周波グロー放
電用電極31の一方はマツチングボックス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WjC内に高周波電力の供給を行う。さ
らに真空WIC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−’torr )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3つより行う。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、所望の電圧を印加
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−’torr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−’torr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
ら極めて一様な荷電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
な不純物のドーピング或はプラズマ処理を行うことが可
能となる。以上の効果は、基板台に直流電圧を印加する
、第2の導電性多孔板或は導電性網を基板台と平行を保
ち基板台と平行な方向に往復運動させるこ七、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
電性多孔板或は導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
によるプラズマ処理装置は、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
物のドーピング或はプラズマ処理等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て極め
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DO
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(lツ略構成図、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客足結
合型窩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・・・マツチングボックス、3
3・・・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、4
0・・・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。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか1名第2図 第3図

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)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
    設けてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. (2)第1の導電性多孔板或は導電性網を接地電位にし
    、前記第2の導電性多孔板或は導電性網に直流電圧を印
    加することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプ
    ラズマ処理装置。
  3. (3)前記基板台に直流電圧を印加することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項又は第2項記載のプラズマ処理
    装置。
  4. (4)第2の導電性多孔板或は導電性網を基板台と平行
    を保ち前記基板台と平行な方向に往復運動させることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項又は第3項
    記載のプラズマ処理装置。
  5. (5)基板台を前記第2の導電性多孔板或は導電性網と
    平行を保ち前記第2の導電性多孔板或は導電性網と平行
    な方向に往復運動させることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項又は第2項又は第3項又は第4項記載のプラズ
    マ処理装置。
  6. (6)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項又は第2項又は第3項又は
    第4項又は第5項記載のプラズマ処理装置。
  7. (7)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項又は第2項又は第3項又は第4項
    又は第5項又は第6項記載のプラズマ処理装置。
  8. (8)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項又は第2項又は第3項
    又は第4項又は第5項又は第6項又は第7項記載のプラ
    ズマ処理装置。
  9. (9)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、基板台を前記真空槽
    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
    せることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項
    又は第3項又は第4項又は第5項又は第6項又は第7項
    又は第8項記載のプラズマ処理装置。
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