TW201535483A - 電漿摻雜裝置及電漿摻雜方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種能重現性佳地將摻雜物摻雜至半導體基板之電漿摻雜裝置及電漿摻雜方法。
本發明的實施形態之一的電漿摻雜方法係將被處理基板載置於設置在腔室內部的工作台，且將用以在腔室的內部區劃電漿形成空間之間隔壁加熱至超過300℃的溫度，並於電漿形成空間形成包含至少含有磷的摻雜物之氣體的電漿，藉此將摻雜物植入至被處理基板。藉此，能抑制放電生成物附著及堆積至間隔壁，且能重現性佳地將摻雜物摻雜至半導體基板。
Description
本發明係有關於一種藉由電漿將摻雜物(dopant)植入至基板之電漿摻雜裝置及電漿摻雜方法。
以用以控制半導體中的載體(carrier)濃度之雜質(摻雜物)植入方法而言，習知係使用射束線(beam line)型的離子植入技術。然而，近年來對於5keV以下的低能量區域中的生產性提升及朝三次元構造的均勻植入之需求高漲，以此種需求的解決手段而言，已開發有一種電漿摻雜技術，係將基板直接暴露於電漿中，藉此將摻雜物植入至基板。以Si(矽)半導體所使用之典型的摻雜物的元素而言，在P型半導體中為3B族的硼(B)，在N型半導體中為磷(P)、砷(As)。為了製造半導體裝置，需要形成P型及N型兩者的擴散層。
在使用含有磷的氣體(例如PH3氣體等)之電漿摻雜之情形中，會因為磷的熱不穩定性(thermal instability)而產生氣體的電漿中之含有磷的離子及自由基(radical)的量不穩定，使得對於半導體基板的劑量(dose amount)缺乏重現性之問題。
為了解決此種問題，於例如專利文獻1中記載有一種方法，係一邊將腔室(chamber)內壁加熱至預定溫度以上一邊進行摻雜(doping)處理，藉此抑制含有磷的分解生成物附著至腔室內壁。
專利文獻1：日本特開平8-293279號公報(段落[0031]、圖1)
於專利文獻1中記載有磷的蒸發溫度係在10-4Torr(1.3×10-2Pa)中為130℃。然而，由於PH3氣體的放電生成物中不僅包含有P(磷)，亦包含有P與H(氫)的化合物(例如PH、PH2、PH3等)，且這些放電生成物係具有相互不同的熱穩定性(thermal stability)(蒸發溫度、分解溫度等)，因此磷及其化合物的蒸發溫度不一定一致。因此，在專利文獻1所記載的加熱條件中，並無法充分地抑制放電生成物附著且堆積至腔室內壁，從而導致難以確保劑量的重現性。
有鑑於上述課題，本發明的目的在於提供一種能提高劑量的重現性之電漿摻雜裝置及電漿摻雜方法。
為了達成上述目的，本發明的實施形態之一的電漿摻雜方法係包含將被處理基板載置於設置在腔室內部的工作台(stage)之步驟。
用以在上述腔室的內部區劃電漿形成空間之間隔壁係被加熱至超過300℃的溫度。
於上述電漿形成空間形成包含至少含有磷的摻雜物之氣體的電漿，藉此將上述摻雜物植入至上述被處理基板。
此外，本發明的實施形態之一的電漿摻雜裝置係具備有腔室、間隔壁、工作台、加熱部、氣體導入部以及電漿產生機構。
上述間隔壁係配置於上述腔室的內部，用以區劃上述電漿形成空間。
上述工作台係配置於上述電漿形成空間，用以支撐被處理基板。
上述加熱部係配置於上述腔室與上述間隔壁之間，且構成為可將上述間隔壁加熱至超過300℃的溫度。
上述氣體導入部係將含有摻雜物之氣體導入至上述電漿形成空間。
上述電漿產生機構係使上述氣體的電漿產生於上述電漿形成空間。
1‧‧‧腔室
2‧‧‧間隔壁
3‧‧‧工作台
4‧‧‧加熱部
5‧‧‧氣體導入部
6‧‧‧迴路天線
8‧‧‧隔熱體
9、91至93‧‧‧磁場線圈
11‧‧‧第一框體
11a、12a‧‧‧對向面
11b‧‧‧底面
11c、11d‧‧‧側壁
12‧‧‧第二框體
31‧‧‧基板支撐台
32‧‧‧電極
32a‧‧‧上表面
32b‧‧‧下表面
33‧‧‧阻隔電容器
34、65‧‧‧高頻電源
61‧‧‧天線部
62‧‧‧天線支撐部
63‧‧‧固定構件
64‧‧‧電容器
66‧‧‧被覆構件
71至73、703‧‧‧密封環
81至83‧‧‧隔熱板
100、200‧‧‧電漿摻雜裝置
121‧‧‧頂板部
201‧‧‧沖洗氣體導入部
202‧‧‧天線升降機構
204‧‧‧第一支撐體
205‧‧‧第二支撐體
206‧‧‧伸縮軟管
R‧‧‧電漿形成空間
W‧‧‧被處理基板
圖1係顯示本發明的第一實施形態的電漿摻雜裝置之概略剖視圖。
圖2係磷或磷化合物的TDS(Thermal Desorption Spectroscopy；熱脫吸附光譜)頻譜(spectrum)之圖。
圖3係顯示本發明的第二實施形態的電漿摻雜裝置之概略剖視圖。
本發明的實施形態之一的電漿摻雜方法係包含將被處理基板載置於設置在腔室內部的工作台之步驟。
用以在上述腔室的內部區劃電漿形成空間之間隔壁係被加熱至超過300℃的溫度。
於上述電漿形成空間形成包含至少含有磷的摻雜物之氣體的電漿，藉此將上述摻雜物植入至上述被處理基板。
依據本發明者的實驗，磷化合物係在300℃以下的溫度具有蒸發量的峰值，磷係在超過300℃的溫度具有蒸發量的峰值。如此，以超過300℃的溫度加熱間隔壁，藉此可有效地抑制含有磷的放電生成物附著且堆積至間隔壁，而可提高劑量的重現性。
上述間隔壁亦可加熱至350℃以上的溫度。依據本發明者的實驗，確認到磷的蒸發量的峰值出現於350℃附近。因
此，藉由將間隔壁加熱至350℃以上的溫度，而能確保穩定的劑量。
典型而言，上述電漿為感應耦合電漿(induction coupled plasma)，但並未限定於此。
本發明的實施形態之一的電漿摻雜裝置係具備有腔室、間隔壁、工作台、加熱部、氣體導入部以及電漿產生機構。
上述間隔壁係配置於上述腔室的內部，用以區劃電漿形成空間。
上述工作台係配置於上述電漿形成空間，用以支撐被處理基板。
上述加熱部係配置於上述腔室與上述間隔壁之間，且構成為可將上述間隔壁加熱至超過300℃的溫度。
上述氣體導入部係將含有摻雜物之氣體導入至上述電漿形成空間。
上述電漿產生機構係使上述氣體的電漿產生於上述電漿形成空間。
依據此構成，藉由加熱部將間隔壁加熱至超過300℃的溫度。藉此，可抑制放電生成物附著且堆積至間隔壁，而可提高劑量的重現性。
此外，依據此構成，由於用以加熱間隔壁之加熱部係配
置於腔室與間隔壁之間，因此能防止加熱部於電漿產生時因飛濺(spatter)而污染(contamination)。即使在導入腐蝕性氣體之情形，亦能保護加熱部。
上述加熱部亦可作為安裝至上述間隔壁的電阻加熱源。藉此，能有效率地將間隔壁均勻地加熱。
上述腔室亦可具備有：第一框體，設置有上述工作台；以及第二框體，係收容上述間隔壁及上述加熱部。上述電漿摻雜裝置亦可進一步具備有：密封環(seal ring)，係配置於上述第一框體與上述第二框體之間；以及隔熱體，係配置於上述第二框體與上述加熱部之間，用以將上述密封環與上述加熱部予以熱性隔絕。
依據此構成，由於在密封環與加熱部之間配置有隔熱體，因此能保護密封環不受加熱部的輻射熱之影響。
上述隔熱體亦可包含有複數個隔熱板，該複數個隔熱板係相互隔著間隔配置於上述第一框體與上述加熱部之間。藉此，可有效地保護密封環不受加熱部所放射的輻射熱之影響。
上述電漿產生機構亦可具備有：迴路天線(loop antenna)，係配置於上述腔室的內部，並可於上述電漿形成
空間產生感應耦合電漿。依據此構成，不論腔室的材料為何，皆能於電漿形成空間獲得高密度的電漿。
上述迴路天線亦可被介電體(dielectric)被覆。藉此，可防止產生迴路天線因為電漿所造成的飛濺而產生污染。
此外，上述電漿摻雜裝置亦可進一步具備：升降機構，係可在上述電漿形成空間使天線線圈(antenna coil)升降。藉此，能謀求電漿中的離子分布更均勻化。
上述電漿產生機構亦可進一步具備有：複數個磁場線圈，係配置於上述腔室的外部，並可於上述電漿形成空間產生磁中性線(magnetic neutral line)。
此時，電漿係沿著磁中性線產生。適當地調整流通於磁場線圈之電流的流量，藉此可控制電漿的分布，而可控制堆積至被處理基板表面之摻雜物的自由基的面內分布。
上述電漿摻雜裝置亦可進一步具備有：沖洗氣體(purge gas)導入部，係用以將惰性氣體(inactive gas)導入至上述腔室與上述間隔壁之間。藉此，能控制摻雜氣體(膦(phosphine)氣體)流入至設置有上述加熱部的間隔壁外側。
以下，參照圖式說明本發明的實施形態。
[電漿摻雜裝置的構成]
圖1係顯示能實施本發明的實施形態之一的電漿摻雜方法之電漿摻雜裝置100的構成例之示意剖視圖。電漿摻雜裝置100係具備有腔室1、間隔壁2、工作台3、加熱部4、氣體導入部5、迴路天線6(電漿產生機構)、密封環71、隔熱體8以及複數個磁場線圈9。
腔室1係具有第一框體11與第二框體12。第一框體11係具有開口，並具有與第二框體12相對向的面(對向面11a)。第二框體12係具有開口，並具有與第一框體11相對向的面(對向面12a)。對向面11a與對向面12a係隔著密封環71藉由未圖示的螺栓予以接合。
在本實施形態中，第一框體11與第二框體12雖為圓筒形狀，但亦可為長方體形狀等其他的形狀。第一框體11與第二框體12的材料並無特別限制，可為一般的腔室的材料，例如可由鋁合金或不鏽鋼等所構成。
於第一框體11的底部內面(底面11b)隔著密封環72設置有工作台3。工作台3係具備有基板支撐台31與電極32。基板支撐台31係配置於電極32之位於第二框體12側的面(上表面32a)。工作台3係構成為可將從未圖示的基板搬運機
器人所搬運的被處理基板W載置於基板支撐台31。此外，基板支撐台31亦可兼具有基板保持用的靜電夾持(electrostatic chuck)功能，在此情形中，基板支撐台31係連接於腔室1的外部的未圖示的夾持用電源。於電極32之與上表面32a相反側的下表面32b係構成為經由阻隔電容器(blocking capacitor)33連接有高頻電源34，而可施加偏壓電位(bias potential)。
於第一框體11的側壁11c設置有用以將製程氣體(含有摻雜物之摻雜氣體、電漿形成用的氣體等)導入至腔室1內之氣體導入部5。氣體導入部5係經由未圖示的質量流量控制器(Mass Flow Controller)連接於單數或複數個氣體源。藉此，能將氣體進行流量控制並導入至腔室1內。在本實施形態中，構成為含有磷的膦氣體(第一氣體)、氬氣體(第二氣體)以及氦氣體(第三氣體)係可經由氣體導入部5導入至腔室1內。
於第一框體11之與側壁11c相反側的側壁11d連接有未圖示的排氣管。排氣管係連通至可調整渦輪分子泵(turbo molecular pump)、旋轉泵(rotary pump)等的排氣速度之真空排氣手段。排氣管與泵(pump)之間係設置有傳導可變閥(conducrance variable valve)等可變閥，而構成為可調整排氣速度。
於第二框體12的內部收容有間隔壁2、加熱部4、迴路天線6以及隔熱體8。
間隔壁2係配置於第二框體12與工作台3之間，並於腔室1的內部區劃電漿形成空間R。間隔壁2係用以防止在被處理基板W的電漿摻雜時所產生的放電生成物附著至腔室1的內壁。在本實施形態中，間隔壁2係成為於第一框體11側具有開口之圓筒形狀，並配置於對向面11a上。典型而言，間隔壁2的形狀係能作成與第二框體12同樣的形狀，但並未限定於此，亦可作成其他形狀。
間隔壁2的厚度並無特別限定，但如後述，由於間隔壁2會被加熱部4加熱，因此能作成不會妨礙加熱所進行的升溫之溫度。在本實施形態中，間隔壁2的材料係使用石英，但並未限定於此，亦可採用耐腐蝕性高且耐熱性高之其他的介電體或絕緣體。
加熱部4係構成為配置於間隔壁2與第二框體12之間，並可均勻地將間隔壁2加熱至超過300℃的溫度。在本實施形態中，加熱部4係以用以覆蓋間隔壁2的外面整體之方式安裝的電阻加熱(resistance heat)源(電阻發熱體)所構成。加熱部4並未限定於電阻加熱源，亦可使用感應加熱(induction heat)源等其他加熱源。加熱部4的形狀和厚度係無特別限定。
此外，加熱部4亦可以能將間隔壁2均勻地加熱至超過300℃的溫度之方式被分割成複數個構件。例如，加熱部4亦可具有用以圍繞間隔壁2的周圍之構件以及用以覆蓋間隔壁2的頂面之構件。或者，亦可構成為於間隔壁2的外面相互地隔著間隔而配置的複數個加熱部。在此情形中，形狀和厚度亦無特別限定。
隔熱體8係配置於加熱體4與第二框體12之間，將密封環71與加熱部4予以熱性隔絕，藉此具有保護密封環71不受加熱部4的輻射熱之影響的功能。隔熱體8係具有複數個隔熱板(在本實施形態中為三片)81至83，該複數個隔熱板81至83係隔著間隔而配置，但並未限定於此構成，亦能作成由單一構件來構成隔熱板。典型而言，隔熱體8的形狀係能作成與第二框體12同樣的形狀，但並未限定於此，亦可作成其他的形狀。構成隔熱體8的材料並無特別限定，亦可由例如不鏽鋼(SUS)所構成。
迴路天線6係具有：天線部61，係由環狀的導線所構成；以及天線支撐部62，係用以支撐天線部61。天線支撐部62係於垂直方向貫通間隔壁2、加熱部4、複數個隔熱體8、以及第二框體12。
天線部61係形成於天線支撐部62的前端，並配置於電漿形成空間R。天線支撐部62係固定於配置在第二框體12
的頂板部121的外面的固定構件63。固定構件63係藉由未圖示的螺栓隔著密封環73接合於第二框體12。
天線支撐部62係構成為經由電容器64連接於高頻電源65，而可對天線部61施加用以產生感應耦合電漿的高頻電力(例如頻率為13.56MHz、功率為300W)。
典型而言，構成迴路天線6的材料係能由任意的導電性材料所構成，例如能由表面被施予有鍍銀的銅線所構成。
此外，迴路天線6係被由石英等所構成的被覆構件66被覆。藉此，可防止迴路天線6因為電漿所造成的飛濺而產生污染。被覆構件66的構成材料只要是難以被電漿削磨或者不會產生污染問題之介電體或絕緣體，即無特別限定。
密封環71至73係具有用以將腔室1的內部予以真空密閉之功能。此外，構件之間無須以熔接等接著，而是隔著密封環7以螺栓等予以接合，藉此能容易地進行裝置的維護及清潔。
密封環71至73只要為環狀即可，能作成圓形、橢圓、矩形等形狀。構成密封環71至73之材料並無特別限定，例如可由矽酮橡膠(silicone rubber)或含氟橡膠(fluorine-containing rubber)等合成橡膠所構成。
複數個磁場線圈9(91至93)為可於電漿形成空間R內形成磁中性線(亦即形成磁中性環路放電(Magnetic Neutral Loop Discharge；NLD))之環狀的線圈，在本實施形態中，於腔室1的外部以圍繞第二框體12的周圍之方式配置有三個。
當於上下的磁場線圈91、93流通相同方向的電流，且於中間的磁場線圈92流通相反方向的電流時，於電漿形成空間R內形成環狀的磁中性線。在此狀態下對迴路天線6供給高頻電力時，能沿著磁中性線產生電漿。
在此，由於藉由適當地調整流通於磁場線圈91、93之電流的電流值與流通於中間的磁場線圈92之電流的電流值使上述磁中性線的水平方向的擴散產生變化，因此能控制所產生的電漿的擴散分布。
被植入摻雜物的被處理基板W只要可載置於工作台3，其形狀及尺寸就無任何限定。以構成被處理基板W的材料而言，典型來說能由半導體材料所構成，例如能由矽所構成。典型而言，係於被處理基板W的表面形成用以劃分摻雜區域之阻劑遮罩(resist mask)，但當然未限定於此。
接著，針對使用上述電漿摻雜裝置100的電漿摻雜方法及其作用，以將磷植入至被處理基板內為例進行說明。
[電漿摻雜方法]
本實施形態的電漿摻雜方法係具備有：藉由加熱部將間隔壁予以加熱之步驟(間隔壁加熱步驟)；使磷自由基堆積至被處理基板的表面之步驟(自由基堆積步驟)；以及對已堆積於被處理基板的表面的磷自由基照射氦離子之步驟(摻雜步驟)。以下說明各步驟。
(間隔壁加熱步驟)
首先，使真空排氣手段作動，從而使腔室1真空排氣至預定壓力。在此狀態下，使用未圖示的基板搬運機器人搬運被處理基板W，將該被處理基板W載置於工作台3上。
另一方面，間隔壁2係被加熱部4加熱至超過300℃的溫度。由於加熱部4直接安裝於間隔壁2，因此能藉由傳熱作用有效率地加熱間隔壁2。此外，由於加熱部4係以能將間隔壁2均勻地加熱之方式所構成，因此能將間隔壁2整體以均勻的溫度加熱。
此時，由於複數個隔熱板81至83係相互隔著間隔以相互非接觸之方式配置於加熱部4與密封環71之間，因此能使溫度從位於最內側的隔熱板81朝位於最外側的隔熱板83階段性地降低。藉此，能有效地保護密封環71不受加熱部4所產生的輻射熱之影響。
典型而言，間隔壁2的加熱處理係在後述的自由基堆積步驟及摻雜步驟中亦繼續實施。
(自由基堆積步驟)
接著，從氣體導入部5將含有磷的膦(PH3)氣體以及與作為稀釋氣體的氬氣體供給至腔室1內。與此同時，於上下的磁場線圈91、93流通相同方向的電流，且於中間的磁場線圈92流通相反方向的電流，藉此於電漿形成空間R內形成磁中性線。再者，從高頻電源65對迴路天線6施加高頻電力，藉此沿著磁中性線產生膦氣體的電漿。
在此，在本實施形態中，可產生感應耦合電漿之迴路天線6(天線部61)係配置於腔室1內部的電漿形成空間R。藉此，即使是具備有導電性的腔室1或隔熱體8的電漿摻雜裝置，亦可於電漿形成空間R產生高密度的電漿。
由於迴路天線6係被石英被覆，因此能防止迴路天線6被氣體腐蝕，且可防止迴路天線6因為電漿所造成的飛濺產生污染。
此外，由於加熱部4係配置於間隔壁2與隔熱板81之間，因此可防止加熱部4被氣體腐蝕，且可防止加熱部4因為電漿所造成的飛濺而污染。
在本步驟中，由於未對電極32施加負的偏壓電位，因此電漿中的離子(PHX +、Ar+等)未被吸入至被處理基板W。因此，可支配磷自由基朝被處理基板W表面的堆積。
伴隨膦氣體的電漿產生，含有磷及磷化合物的放電生成物(含磷放電生成物)係接觸至間隔壁2。在本實施形態中，由於間隔壁2係被加熱至超過300℃的溫度，因此能阻礙接觸至間隔壁2的含磷放電生成物的凝結，從而抑制對於間隔壁2的附著及堆積。由於能防止含磷放電生成物的再電漿化，因此能使磷自由基朝被處理基板W表面的堆積量穩定。
圖2係顯示本發明者們所進行之含磷放電生成物的熱脫吸附光譜分析(Thermal Desorption Spectroscopy；TDS)的實驗結果的一例。在圖2中，橫軸係表示溫度，左縱軸係表示離子強度(電流值)，右縱軸係表示壓力(分壓)。
熱脫吸附光譜分析法係能依據溫度分別監測藉由真空加熱而從試料產生的氣體，且能測量從試料脫離的氣體及分子與產生溫度、壓力之關係的分析法。本發明者們藉由TDS來分析磷及磷化合物，如圖2所示確認到在300℃以下的溫度出現PH、PH3的蒸發量的峰值，且在超過300℃的溫度出現磷的蒸發量的峰值。依據圖2，在350℃附近出現磷的蒸發量的峰值。由此可知，藉由將間隔壁2加熱至超過300℃
的溫度，能抑制磷及磷的化合物附著至間隔壁2。
為了使堆積至被處理基板W表面之磷自由基的面內分布提升，需要使電漿中的磷自由基的分布提升。因此，在本實施形態中，調整流通於磁場線圈91至93的電流值使磁中性線的擴散變化，藉此控制電漿中的磷自由基的分布。例如，使用以下的沉積(deposition)條件，能控制堆積至被處理基板W表面之磷自由基的面內分布。
沉積條件並無特別限定，例如使用下述的條件實施。
PH3流量：1[sccm]
Ar流量：100[sccm]
製程壓力：3[Pa]
天線RF功率：300[W]
偏壓RF功率：0[W]
磁場線圈電流(上下/中間)：9.5[A]/7.5[A]
進行使磷自由基朝被處理基板W表面堆積預定時間(例如20秒至40秒)後，停止供給膦氣體與氬氣體以及停止對迴路天線6施加高頻電力。
此外，本步驟所使用的稀釋氣體並未限定於氬氣體，亦能使用氦氣體等惰性氣體。或者，亦能省略稀釋氣體的供給。
(摻雜步驟)
接著，開始供給氬氣體，並再度開始對迴路天線6施加高頻電力，並從高頻電源34對電極32施加負的偏壓電位。此外，停止供給膦氣體，在繼續供給氬氣體以及對迴路天線6施加高頻電力的狀態下，將負的偏壓電位施加至工作台3，藉此能連續地實施自由基堆積步驟與本步驟。
在本步驟中，電漿中的氬離子(Ar+)係被吸入至被處理基板W。被吸入至被處理基板W的氬離子係衝撞磷自由基，藉此磷自由基被推入至被處理基板W內。為了提升被推入至被處理基板W內之磷自由基的面內分布，需要使被吸入至被處理基板W之氬離子的面內分布提升。
因此，在本實施形態中，調整流通於磁場線圈91至93的電流值而使磁中性線的擴散變化，藉此控制電漿中的氬離子的分布。例如，使用下述的氬離子照射條件，藉此能控制被吸入至被處理基板W之氬離子的面內分布。將中間的磁場線圈92的電流值改變成上述沉積條件，藉此將磁中性線的擴散控制成最適於在被處理基板W表面獲得氬離子的均勻的面內分布。
氬離子照射條件並無特別限定，例如可以下述條件實施。
PH3流量：0[sccm]
Ar流量：100[sccm]
製程壓力：2[Pa]
天線RF功率：300[W]
偏壓RF功率：500[W]
偏壓Vpp：3000[V]
磁場線圈電流(上下/中間)：9.5[A]/7.0[A]
之後，在未圖示的燈退火(lamp anneal)裝置中進行熱處理，藉此使植入至被處理基板W內的磷自由基擴散。藉此，於被處理基板W內形成n型的雜質擴散層。熱處理條件並無特別限定，例如能設定成於氮環境中溫度為900℃至1100℃，時間為1秒至1小時。
藉由上述的電漿摻雜裝置100以及使用該電漿摻雜裝置100的電漿摻雜方法，製作50片已摻雜磷的基板(矽基板)。矽基板的摻雜處理係設定成將最初的25片分為第一批量(lot)，將接下來的25片分為第二批量，且於第一批量與第二批量之間設置1.5小時的休止區間(interval)。此時，自由基堆積步驟及摻雜步驟係一邊藉由加熱部4將間隔壁2加熱至350℃一邊進行。
將摻雜處理完畢的矽基板在氮環境中以1000℃、1秒之方式進行退火處理。之後，測量基板上的摻雜區域的薄片電
阻值(sheet resistance value)，並以基板間的薄片電阻值的偏差為依據來評價劑量的重現性。
評價的結果，第一批量內(第1片至第25片)的重現性為0.6%，第二批量內(第26片至第50片)的重現性為0.2%，確認到批量內與批量之間能獲得良好的重現性(未滿1%)。
除了將間隔壁2的加熱溫度設定成230℃以外，以與實驗例1相同的條件評價劑量的重現性。評價的結果，第一批量內(第1片至第25片)的重現性為11.5%，第二批量內(第26片至第50片)的重現性為4.0%，第1片至第50片的重現性為8.3%。
由實驗例1及實驗例2的結果可知，實驗例1的重現性優於實驗例2的重現性。其理由是實驗例2的間隔壁溫度為300℃以下(230℃)所致。亦即，在實驗例2中，如圖2所示，即使能抑制PH、PH3附著至間隔壁2，亦無法充分地抑制P等的一部分的放電生成物的附著，且該附著物會因為電漿而不規則地發生再蒸發(再激發)，如此，堆積至基板上的自由基量會變動。結果，總結得出植入至基板的自由基量的偏差會導致劑量的偏差，而導致重現性降低。
相對於此，在實驗例1中，由於間隔壁被加熱至超過300
℃的溫度(350℃)，因此不僅能充分地抑制PH、PH3的附著，亦能充分地抑制P的附著，藉此能顯著地降低能附著至間隔壁的放電生成物的量。結果，總結得出劑量的偏差亦會降低，可獲得如上述般未滿1%的良好重現性。
此外，無論在實驗例1及實驗例2中的任一者中第二批量的重現性皆高於第一批量的重現性，係可認為是由於裝置的動作時間愈長則腔室內的均熱性等愈穩定之故，此可說是大致一般性的傾向。
圖3係顯示本發明第二實施形態的電漿摻雜裝置的構成例之示意剖視圖。以下，主要針對與第一實施形態不同的構成進行說明，且與上述實施形態相同的構成係附上相同的符號並省略或簡化其說明。
本實施形態的電漿摻雜裝置200係具有與第一實施形態所說明的電漿摻雜裝置100相同的構成，且進一步具備有沖洗氣體導入部201以及天線升降機構202。
由於沖洗氣體導入部201係用以將氬或氮等惰性氣體導入至在加熱部4與第二框體12之間之設置有隔熱體8的環狀空間，因此沖洗氣體導入部201係設置於例如第二框體12的頂板部121。
沖洗氣體導入部201係在摻雜處理中藉由將惰性氣體導入至上述環狀空間而維持於比加熱部4的內側(電漿形成空間R)還高的壓力，從而抑制摻雜氣體(膦氣體)流入至設置有加熱部4的間隔壁2的外側。藉此，能保護加熱部4不會因為與摻雜氣體接觸而導致劣化。
由於天線升降機構202係用以使迴路天線6在電漿形成空間R中升降，因此天線升降機構202係設置於用以支撐迴路天線6之固定構件63與頂板部121之間。天線升降機構202係具備有：第一支撐體204，係隔著密封環203固定於頂板部121上；第二支撐體205，係隔著密封環73固定於固定構件63下；以及伸縮軟管(bellows)206，係配置於第一支撐體204與第二支撐體205之間。
天線升降機構202係使天線支撐部62相對於頂板部121升降，藉此將迴路天線6調整至電漿形成空間R中的期望的高度位置。藉此，能謀求電漿中的離子分布更均勻化，而能提高對於被處理基板W之電漿摻雜處理的面內均勻性。
以上雖已說明本發明的實施形態，但本發明並未被限定於上述實施形態，只要在未脫離本發明的精神之範圍內自然能進行各種變化。
例如，在上述實施形態中，自由基堆積步驟與摻雜步驟係分別在不同的步驟實施，但並未限定於此，亦可電性地引出電漿中的磷離子並直接植入至基板上。在此情形中，只要於腔室內設置離子引出用的電極(格柵(grid)電極)，或者在對工作台施加偏壓電力的狀態下形成摻雜氣體的電漿即可。
此外，在上述實施形態中，雖然在同一個腔室內進行自由基堆積步驟與摻雜步驟，但這些步驟亦可在不同的腔室進行。
此外，在上述實施形態中，雖然使用藉由迴路天線產生感應耦合電漿之電漿產生裝置，但並未限定於此，亦可使用產生電容耦合電漿(capacitive coupled plasma)之平行平板型的電漿產生裝置或使用微波的電漿產生裝置等。
此外，雖然電漿摻雜裝置100係具有複數個磁場線圈9，但上述實施形態的構成亦能應用於未具有複數個磁場線圈9的裝置。
1‧‧‧腔室
2‧‧‧間隔壁
3‧‧‧工作台
4‧‧‧加熱部
5‧‧‧氣體導入部
6‧‧‧迴路天線
8‧‧‧隔熱體
9、91至93‧‧‧磁場線圈
11‧‧‧第一框體
11a、12a‧‧‧對向面
11b‧‧‧底面
11c、11d‧‧‧側壁
12‧‧‧第二框體
31‧‧‧基板支撐台
32‧‧‧電極
32a‧‧‧上表面
32b‧‧‧下表面
33‧‧‧阻隔電容器
34、65‧‧‧高頻電源
61‧‧‧天線部
62‧‧‧天線支撐部
63‧‧‧固定構件
64‧‧‧電容器
66‧‧‧被覆構件
71至73‧‧‧密封環
81至83‧‧‧隔熱板
100‧‧‧電漿摻雜裝置
121‧‧‧頂板部
R‧‧‧電漿形成空間
W‧‧‧被處理基板
Claims (12)
- 一種電漿摻雜方法，係：將被處理基板載置於設置在腔室的內部的工作台；將用以在前述腔室的內部區劃電漿形成空間之間隔壁加熱至超過300℃的溫度；於前述電漿形成空間形成包含至少含有磷的摻雜物之氣體的電漿，藉此將前述摻雜物植入至前述被處理基板。
- 如請求項1所記載之電漿摻雜方法，其中加熱前述間隔壁之步驟係將前述間隔壁加熱至350℃以上的溫度。
- 如請求項1或2所記載之電漿摻雜方法，其中前述電漿係感應耦合電漿。
- 一種電漿摻雜裝置，係具備有：腔室；間隔壁，係配置於前述腔室的內部，用以區劃電漿形成空間；工作台，係配置於前述電漿形成空間，用以支撐被處理基板；加熱部，係配置於前述腔室與前述間隔壁之間，且構成為可將前述間隔壁加熱至超過300℃的溫度；氣體導入部，係將含有摻雜物之氣體導入至前述電漿形成空間；以及電漿產生機構，係可於前述電漿形成空間產生前述氣體的電漿。
- 如請求項4所記載之電漿摻雜裝置，其中前述加熱部為安裝於前述間隔壁之電阻加熱源。
- 如請求項4或5所記載之電漿摻雜裝置，其中前述腔室係具備有：第一框體，係設置有前述工作台；以及第二框體，係收容前述間隔壁及前述加熱部；前述電漿摻雜裝置係進一步具備有：密封環，係配置於前述第一框體與前述第二框體之間；以及隔熱體，係配置於前述第二框體與前述加熱部之間，用以將前述密封環與前述加熱部予以熱性隔絕。
- 如請求項6所記載之電漿摻雜裝置，其中前述隔熱體係包含有複數個隔熱板，前述複數個隔熱板係相互隔著間隔配置於前述第一框體與前述加熱部之間。
- 如請求項4所記載之電漿摻雜裝置，其中前述電漿產生機構係具有天線線圈，該天線線圈係配置於前述腔室的內部，並可於前述電漿形成空間產生感應耦合電漿。
- 如請求項8所記載之電漿摻雜裝置，其中前述天線線圈係被介電體被覆。
- 如請求項8或9所記載之電漿摻雜裝置，其中前述電漿產生機構係具有複數個磁場線圈，該複數個磁場線圈係配置於前述腔室的外部，並可於前述電漿形成空間產生磁中性線。
- 如請求項8所記載之電漿摻雜裝置，其中進一步具備有升降機構，係可在前述電漿形成空間中使前述天線線圈升降。
- 如請求項4所記載之電漿摻雜裝置，其中進一步具備有沖洗氣體導入部，係用以將惰性氣體導入至前述腔室與前述間隔壁之間。
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| WO2015093031A1 (ja) | 2015-06-25 |
| JP2017037861A (ja) | 2017-02-16 |
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