TWI307119B - Plasma doping method - Google Patents

Description

1307119 玖、發明說明： t發明所屬技術領域】 發明領域 本發明係有關於一種使用電漿’於固體等之表面附近 5 導入物質之方法。 t先前技術3 發明背景 以下將一面參照第5A、B圖，一面說明先前技術。此 係引用於SSDM87發表之論文（Extended Abstract of 10 Conference on Solid State Device and Materials, p319，Tokyo, 1987. Japan Society of Applied Physics)，使用以 He稀釋至0.05%之B2H6。 如弟5A圖所示，於反應 基本真空度5xl0 7Torr(67xl〇-5Pa)後，導入&He稀釋至 15 0.〇5%之Β#6氣體3〇,成為真空度5χ1〇-4T〇rr(〇 〇67Pa)之狀 態。於該狀態下’透過電源導入高頻至ECR電栽源40，產 生電漿45。接著，由RFf源6()供給高頻至載置有晶片如之 晶片感應㈣，而於前述產生之《45和W 20間產生 預定之電壓，引用例中為贿。結果，如第5A圖所示之領 域A之放大圖的第5B圖所示，於電動$中帶正電之離子川 與電丨人正離子7()，並於晶U表面附近進行捧 雜。在引用例中，B w 夕 洞)之來源，稱為摻雜^之6原子㈣中為供給正電荷(電 J中以He稀釋B2H6之目的，在於嘗試儘可能地 20 1307119 使對人體具有極高危險性之毒性之b2h6經由稀釋提昇安全 性。然而，隨著B2H6之分壓降低，電漿中含有B在内之離子 的密度亦降低，且摻雜效率亦顯著降低。 又，採用He進行稀釋之原因在於，其原子半徑小，即 5 使導入矽中亦可利用之後之熱處理輕易地擴散至外部並除 去，然而由於電解離能高，於產生或維持電漿時，會使電 漿之狀態不穩定。 且，使用He時，摻雜物之注入量之控制性亦會有問題。 【發明内容3 10 發明概要 因此，本發明之目的在於提供一種電漿摻雜方法，該 電漿摻雜方法可儘可能地使對人體具有極高危險性之毒性 之B2H6經由稀釋提昇安全性，且，可於不降低掺雜效率之 情況下，穩定地產生或維持電漿，再者，可輕易地控制摻 15 雜物之注入量。 本發明之電漿摻雜方法，係使較含有摻雜之不純物在 内之物質電解離能更高之物質之分量較多。 圖式簡單說明 第1圖係顯示本發明之一實施形態之電漿摻雜裝置之 20 圖。 第2圖係顯示本發明之一實施形態中之離子電流密度 與B2H6氣體濃度間之相依性之圖。 第3圖係顯示本發明之一實施形態中之電子溫度與 B2H6氣體濃度間之相依性之圖。 1307119 施加時間 第4圖係顯示本發明之一實施形態中偏電壓 與表面電阻之關係之圖。 第5A圖係|員示習知例之電裝換雜裝置之圖。 第5B圖係第5八圖之領域a之放大圖。 C ^ 較佳實施例之詳細說明 本發明之電漿摻雜方法，係使較含有摻雜之不純物在 内之物質電解離能更高之物質之分量較多，其理由在於 如此一來可使用離子電流密度與高電子溫度高之電漿進行 10電漿摻雜。具體而言，使用B#6氣體作為含有摻雜之不Z 物在内之物質，且使用He作為電解離能高之物質，並且 氣體之濃度係以小於0.05%為佳。藉前述之調配，於某預 定壓力下，含有之電漿可得到離子電流密度與電子溫 度更高之電漿。即，雖然隨著B#6氣體之濃度越低，離子 15電流密度與電子溫度會越高，然而，B2H6之濃度少於〇 〇5 %時，由於大致飽和，因而較佳。 又，本發明之電漿摻雜方法，係先產生較含有摻雜之 不純物在内之物質之電解離能更小之物質之電漿，然後再 使含有摻雜之不純物在内之前述物質放電，因為如此一 2〇 來，於產生含有摻雜之不純物在内之電漿時，電漿之狀態 穩定。且，與沒有先使電解離能小之物質之電漿產生之情 況相比，可利用更低之電壓使含有摻雜之不純物在内之前 述物質放電而進行摻雜，且該摻雜不易產生沉積。具體而 言，使用選自於Β#6、BF3、及仏過!4之群之至少一者作為 1307119 含有_之不純物在内之前述物質，W㈣自於He、

Ne、Rn、Ar、H、N、〇、Kr、Xe、ciH2、N〇、N2〇2、

CO、C02、H2〇、ςρ Rr B A SF6、ΒΓ2及Cl2之群之至少一者作為電 解離能小之前述物質。 5 10 15

藉使用本發明之«摻雜方法，可利肢9Pa左右之壓 力’穩定轉到離子電流密度丨lmAW且電子溫度6〇eV 、 灵使用如此之電梁’可提供可利用改變施加偏 電紅時間控制劑量之摻雜方法。其優點在於，即使 偏電壓之絕對值小’亦可確保如工業上要求之產能，且可 輕易地控制劑量，並且不易產生沉積。 又，改變電聚產生時之壓力來進行電浆摻雜時，含有 摻雜之不純物在内之物質為BA，且使用He來稀釋。此時， π藉He稀釋之稀釋度為⑽），且電漿產生時之壓力為ρ(ρ&) 時係xb2h6之稀釋度為n=〇 〇4/p之關係為中心，於其上下 加減W之範圍進行掺雜為佳。即，以隨著p改變，稀釋度 為1·25χη〜0·75χη(% )之範圍摻雜為佳。 藉，用本發明之電襞摻雜方法，可儘可能地使對人體 具有極Γ7危險之毒性之3办經由稀釋提昇安全性。又， 於某預疋[力下’含有摻雜之不純物在内之電漿可得到離 子電流密度與電子溫度更高之電漿。1，於產生電衆時， 可使電紅狀態穩定。可利用較沒有先產生電解離能小之 ㈣之€_更低之壓力，使含有掺雜之不純物在内之物 質放電，來進行《摻雜，1，可進行不易產生沉積之電 黎摻雜。可提供於偏電壓之絕對值小時亦可確保如工業上 20 1307119 要求之產能，並可輕易地控制劑量之不純物摻雜方法。 以下，依照實施形態，具體地說明本發明。 1. 電漿摻雜裝置 首先’依據第1圖說明本發明所使用之裝置。 5 裝置100具有用以產生電漿之高頻電源101，及進行調 整放電之匹配箱1〇2，並透過線圈及天線1〇3供給高頻電 力。玻璃構件116係用以保持室115之真空度，且，係由可 使產生之電磁波透過並進入室115内之石英玻璃等構成之 構件。 10 必要之氣體，係由Ar氣體源或B#6氣體源，透過質量 流量控制器104或105，供給至反應室115内。反應室115内 之真空度係由前述質量流量控制器1〇4及1〇5、渦輪分子泵 106、氣導泵107、及乾式泵1〇8控制。反應室115係由^^或 DC電源110,透過匹配箱lu供給電力。被處理體113係載置 15於設置在反應室115内之感應器114上，以接收前述電力。 2. 壓力 進行了使用Β#6氣體濃度〇 6255%、He氣體濃度卯3乃 %之混合氣體，產生螺旋波電漿之實驗。令螺旋波之電源 電壓為1500W，並改變壓力以調查出可得到之混 2〇合電漿之壓力範圍。壓力2.25Pa以上時可放電，且可得到 Β#6與He之混合電漿。另外，小於2 25Pa之壓力，無法引 起放電。 因此，進行了以下實驗，即，於反應室115内導入Ar 氣體並施加電源電壓，並於放電並產生Ar電漿後，導入 1307119 氣體’且同時停止供給Ar氣體以產生He電漿，然後，導入 1¾氣體而產生He與B#6之混合電漿。實驗係使壓力改變 來進行，以調查出可得到Β#6與He之混合電漿之壓力範 圍。結果，發現壓力為〇.8Pa以上時，可穩定放電。 5 接著，使用ΒΛ氣體濃度0.025%、及He氣體濃度99.975 %之混合氣體，並使螺旋波之電源電壓為15〇〇w來進行實 驗。因為裝置的關係，沒有進行壓力2.6Pa以上之實驗，然 而，壓力2.6Pa以下時並沒有引起放電。相對於此，進行了 於反應室115内導入Ar氣體並施加電源電壓以放電來產生 10 Ar電漿後’導入He氣體，且同時停止供給Ar氣體以產生取 電漿，然後，導入氣體而產生He與82¾之混合電漿之 實驗。於該情況下，壓力為〇.8Pa以上時，可穩定放電。 如前述，使用Β2^氣體作為含有摻雜之不純物在内之 物質，並使用Ar氣體作為電解離能小之物質，且，先產生 15較含有摻雜之不純物在内之物質電解離能更小之物質之電 漿，然後再使含有摻雜之不純物在内之前述物質放電，藉 此可以較沒有先使電解離能小之物質放電時更低之壓力， 產生He與Β#6之混合電聚。 3.離子電流密度 20 第2圖係改變Β2ίΪ6氣體與He氣體之混合比，而產生螺旋 波電漿時之離子電流密度之變化。縱軸表示離子電流密 度，而橫轴表示B2H6氣體與He氣體之混和氣體中之b2H6氣 體濃度。此外，橫轴之括弧内，表示也氣體濃度。以壓力 0_9Pa進行。隨著桃氣體濃度降低，離子電流蚊於B此 1307119 氣體濃度為1%以下時係階段性地增加。B2H6氣體濃度為5 %與2.6%時，離子電流密度小於l lmA/cm2，相對於此， 氣體濃度為0.29%與0.25%時，離子電流密度則大於 l.lmA/cm2。 5 如第2圖所示，於0.5%前後，離子電流密度階段性地 劇變。此係顯示使用螺旋波電漿源，並以少於〇_5%得到離 子電流密度高之電漿之顯著效果。使用螺旋波電漿源，並 以少於0.5%得到如前述之傾向，係習知例中尚未揭示之顯 著效果。 10 4.電子溫度 第3圖係改變B2H6氣體與He氣體之混合比時之電子溫 度之變化。縱軸表示電子溫度Te (eV)，而橫軸表示b2h6 氣體與He氣體之混和氣體中之b2h6氣體濃度。此外，橫轴 之括弧内’表示He氣體濃度。使用螺旋波電槳，並以壓力 15 〇.9Pa進行。隨著B2H6氣體濃度降低，電子溫度逐漸上升。 且’於Β#6氣體濃度為〇〇25%時大致飽和。電子溫度於 Β2ΪΪ6氣體濃度為0.29%以上時，小於6.0eV，相對於此，電 子溫度於B2H6氣體濃度為0_25%時，大於6.0eV。 5_劑量之控制性 2〇 使用8出6氣體濃度為〇.025%、0.29%之兩種類之B2H6 與He之混合電漿，對n_si(1〇〇)晶片進行電漿摻雜。偏電壓 為6〇V ’且壓力為〇 gpa。於電聚摻雜後，進行ii〇〇°c且3 分鐘之退火處理。然後，以四探針法測量表面電阻。又， 由1¾氣體噥度〇 〇25%作成之試料，係以SIMS測定電漿摻 1307119 雜後之硼之劑量。 ' 第4圖係偏電壓施加時間（橫軸）與表面電阻值(縱轴)之 關係。折線401表示B2H6氣體濃度0.29% (即，He氣體濃度 99.71% )時之測量結果，折線402則表示b2h6氣體濃度〇 〇25 5 % (即，He氣體濃度99.975% )時之測量結果。如折線4〇1所 示，B2H6氣體濃度為〇·29%時，若使偏電壓施加時間為3 秒、7秒、及30秒地改變，表面電阻為約4〇〇〇hms/squ，且 大致不會改變。另外，如折線4〇2所示，氣體濃度為 0.025%時’利用使偏電壓施加時間為1、3、7、及3〇秒地 鲁 10改變，可使表面電阻變成1024、460、350、及290 ohms/squ.。 又’電漿摻雜後之侧劑量可為2.2E14、6.0E14、6.5E14、 8_0E14 atoms/squ.地改變。此外，硼濃度 1E18 atorns/cm3構 成之深度係4〜6nm以下。利用如此地改變偏電壓施加時 間，可於30秒以下，或15秒以下左右之時間範圍内控制劑 15量。藉此，可確保工業上要求之產能且可輕易地控制劑量。 6.使用於裝置 使用第1圖所示之電漿摻雜裝置進行裝置之試作，事先 · 將業已於掩膜形成圖案之n-Si(l〇〇)晶片113載置於感應器 114上，並收容於室115後，開放氣導閥1〇7，並使用渦輪分 20子泵106使反應室H5減壓。於達到預定之真空度後，透過 質量流量控制器104於反應室115内導入Ar氣體，並施加電 源電壓以放電產生Ar電漿。接著，透過質量流量控制器105 導入He氣體，且同時停止供給Ar氣體，而產生1^電漿後， 再透過質量流量控制器105導入B2H6氣體濃度0.025%、及 12 1307119

He氣體濃度99.975%之混合氣體，並以壓力〇.8Pa產生混合 電漿。施加一60V之偏電壓30秒來進行摻雜。於處理後，對 取出之晶片113進行熱處理。熱處理後之晶片U3上，形成 有相當於表面電阻值290ohms/squ.之電阻圖案。可以同樣之 5方法，利用一 6〇V之偏電壓並改變時間進行摻雜，藉此形成 表面電阻值不同之圖案。 如以上έ兑明，本發明之電聚摻雜方法可使用於製造半 導體裝置或液晶面板等電氣、電子裴置或電容器、電阻、 線圈等被動電性裝置。 10 產業上之可利用性 如以上說明，依據本發明，可提供一種f衆換雜方法， 違電衆摻雜方法可儘可能地使_6經由稀釋提昇安全性， 且，可於不降低掺雜效率之情況下，穩定地產生或維持電 漿，再者，可輕易地控制摻雜物注入量。 15 【圖式簡單說啊】 第1圖係顯示本發明之—杳 實施形怨之電漿摻雜裝置之 圖。 第2圖係顯示本發明之— 貫把形態中之離子電流密度 與氣體濃度間之相依性之圖。 20 第3圖係顯示本發明之〜眘尬山 貫施形悲中之電子溫度與 B2H6氣體7辰度間之相依性之圖 第4圖係顯示本發明之〜每 .. @鉍形態中偏電壓施加時間 與表面電阻之關係之圖。 置之圖。

第5A圖係顯示習知例之電漿接雜裝 13 1307119 第5B圖係第5A圖之領域A之放大圖。 【圖式之主要元件代表符號表】 10...反應室 104,105…質量流量控制器 20...碎晶片 106...渦輪分子泵 30...B2H6 氣體 107...氣導泵 40…ECR電漿源 108...乾式泵 45...電漿 109...循環器 50...晶片感應益 110...RF 或 DC 電源 60...RF 電源 112...南頻電源 70...離子 113...被處理體 80...電子 114...感應器 100...裝置 115···室 101... 1¾頻電源 116...玻璃構件 102,111.··匹配箱 401,402··.折線 103...線圈及天線 14

Claims (1)

1307119第92133563號申請案申請專利範圍替換本97年6月9曰 拾、申請專利範圍： 1. 一種電漿摻雜方法，係具有： 產生混合電漿之步驟，而該混合電漿係由含有摻雜 之不純物在内之第1物質及具有較前述第1物質更高之 5 電解離能之第2物質之混合物質構成，且離子電流密度 l.lmA/cm2以上者；及 摻雜不純物之步驟，係使用前述混合電漿對被處理 體摻雜不純物， 且前述混合物質中之前述第2物質之分量多於前述 10 第1物質之分量，又，前述第1物質係B2H6，且前述第 2物質係稀有氣體，並且前述混合物質中之B2H6之濃度 小於0.05%，又，前述摻雜不純物之步驟，係以改變施 加偏電壓時間而能控制對被處理體摻雜不純物之劑量 的步驟。 15 2.如申請專利範圍第1項之電漿摻雜方法，其中前述第1 物質係B2H6，且前述第2物質係稀有氣體，並且前述 混合物質中之B2H6之濃度小於0.5%，且前述產生混合 電漿之步驟係產生螺旋波電漿的步驟。 3. 如申請專利範圍第1項之電漿摻雜方法，其中前述產生 20 電漿之步驟係產生電子溫度6.OeV以上之電漿的步驟。 4. 如申請專利範圍第1或2項之電漿摻雜方法，其中前述 稀有氣體係He。 5. 如申請專利範圍第1項之電漿摻雜方法，其中前述偏電 壓係一60V以下。 15 1307119 6. 如申請專利範圍第1項之電漿摻雜方法，更具有於前述 產生混合電漿之步驟之前之先行步驟，該先行步驟係產 生較前述第1物質電解離能更小之第3物質之電漿之步 驟，且，該先行步驟與前述產生混合電漿之步驟係連續 5 的步驟。 7. 如申請專利範圍第1或2項之電漿摻雜方法，其中前述 第1物質係選自於BF3、及B1()H14之群之至少一者以取 代B2H6，且，前述第2物質係選自於He、Ne、Rn、Ar、 Η、N、Ο、Kr、Xe、Q、H2、NO、N2、02、CO、C02、 10 H20、SF6、Br2、及Cl2之群之至少一者以取代稀有氣 體。 8. —種電漿摻雜方法，係具有使用B2H6與He之混合電漿 進行摻雜之步驟，且，該摻雜步驟係令He中之B2H6 之稀釋度為η，且前述混合電漿產生時之壓力為P，並 15 且以11丨=0.04/Ρ所得到之η!為前述η之範圍中心之條 件進行摻雜。 9. 如申請專利範圍第8項之電漿摻雜方法，其中前述摻雜 步驟係使前述η之範圍為0.751^-1.251^。 10. 如申請專利範圍第1項之電漿摻雜方法，可使用於製造 20 半導體裝置或液晶面板等電性、電子裝置或電容器、電 阻、線圈等被動電性裝置。 11. 一種電漿摻雜方法，係具有： 產生混合電漿之步驟，而該混合電漿係由含有摻雜 之不純物在内之第1物質及具有較前述第1物質更高之 1307119 電解離能之第2物質之混合物質構成，且電子溫度6.0eV 以上者；及 摻雜不純物之步驟，係使用前述混合電漿對被處理 體摻雜不純物， 5 且前述混合物質中之前述第2物質之分量多於前述 第1物質之分量，又，前述第1物質係選自於B2H6、BF3、 &B1()H14之群之至少一者，且，前述第2物質係選自於 He、Ne、Rn、Ar、Η、N、Ο、Kr、Xe、Cl、H2、NO、 N2、02、CO、C02、H20、SF6、Br2、及 Cl2 之群之至少 10 一者，並且前述混合物質中前述第l物質之濃度小於 0.05% ，又，前述摻雜不純物之步驟，係以改變施加偏 電壓時間而能控制對被處理體摻雜不純物之劑量的步 驟。 15

17 1307119 柒、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（4 )圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： (無） 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：