WO2004051720A1 - プラズマドーピング方法 - Google Patents

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WO2004051720A1
WO2004051720A1 PCT/JP2003/014633 JP0314633W WO2004051720A1 WO 2004051720 A1 WO2004051720 A1 WO 2004051720A1 JP 0314633 W JP0314633 W JP 0314633W WO 2004051720 A1 WO2004051720 A1 WO 2004051720A1
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plasma
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doping method
mixed
doped
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PCT/JP2003/014633
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Yuichiro Sasaki
Bunji Mizuno
Ichiro Nakayama
Hisataka Kanada
Tomohiro Okumura
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/223—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase
    • H01L21/2236—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase from or into a plasma phase

Definitions

  • the present invention relates to a method for introducing a substance near a surface of a solid or the like using plasma.
  • the reaction Chenpa introducing an 10 silicon ⁇ er Ha 20, the pressure was reduced to base Ichisu vacuum 5xl (r 7 Torr (6.7x10- 5 Pa), in He up to 0.05% introducing the diluted B 2 H 6 gas 30, a state of vacuum 5xl0_ 4 Torr (0.067 Pa). in this state, by introducing a high frequency through the power supply to the ECR plasma source 40 generates a flop plasma 45. next In addition, a high frequency is supplied from an RF power supply 60 to the wafer holder 50 on which the wafer 20 is placed, and a certain voltage is applied between the generated plasma 45 and the silicon wafer 20, and 700 V is applied according to the induction example. As a result, as shown in FIG.
  • the purpose of diluting B 2 H 6 with He is an attempt to increase the safety by diluting B 2 H 6, which has extremely high toxicity to the human body, as much as possible.
  • B According the partial pressure of H 6 is reduced, including the in B in the plasma And the doping efficiency was significantly reduced.
  • He used for the purpose of dilution has a small atomic radius and is adopted because it can be easily diffused and removed to the outside by heat treatment even after it is introduced into silicon, but the ionization energy is high. Therefore, when generating and maintaining the plasma, the state of the plasma could become unstable.
  • FIG. 1 is a diagram showing a plasma doping apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the dependency of the ion current density on the B 2 H 6 gas concentration in one embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram showing a B 2 H e gas concentration dependence of the electron temperature in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a bias voltage application time and a sheet resistance in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a diagram showing a conventional plasma doping apparatus.
  • FIG. 5B is an enlarged view of region A in FIG. 5A.
  • the reason that the plasma doping method of the present invention uses a substance having a higher ionization energy than a substance containing an impurity to be doped as a dog is that plasma doping using a plasma having a high ion current density and an electron temperature becomes possible. It is. Specifically, it is suitable that B 2 H 6 gas is used as a substance containing impurities to be doped, and He is used as a substance having a high ionization energy, and the concentration of B 2 H 6 is less than 0.05%. With the above composition, a plasma having a higher ion current density and an electron temperature can be obtained as a plasma containing B 2 H 6 at a certain pressure. That is, B 2 ion current density and electron temperature according to the concentration is lower in H 6 is increased, B 2 concentration of H 6 is desirable that reach nearly saturated is less than 0.05%.
  • the reason why the plasma doping method of the present invention generates plasma of a substance having a smaller ionization energy than that of the substance containing the impurity to be doped and then discharges the substance containing the impurity to be doped This is because the state of the plasma is stabilized when the plasma including the plasma is generated.
  • plasma doping can be performed by discharging a substance containing impurities to be doped at a lower pressure than in a case where plasma of a substance with a small energy is not generated in advance. This is because plasma doping becomes possible.
  • a plasma having an ion current density of 1.1 mA / cm 2 or more and an electron temperature of 6.0 eV or more at a pressure of about 0.9 Pa can be obtained stably. It is possible to provide a plasma doping method in which the dose can be controlled by changing the time for applying the bias voltage using such plasma. The advantage is that even when the absolute value of the bias voltage is small, the dose can be easily controlled while securing the throughput required industrially, and deposition is less likely to occur.
  • the substance containing impurities to be doped is B 2 H 6 , and He is used for dilution.
  • the degree of dilution with He is n (%) and the pressure at the time of plasma generation is P (Pa)
  • B 2 H 6 which is extremely toxic to the human body, can be diluted as much as possible to enhance safety.
  • a plasma having a higher ion current density and an electron temperature can be obtained as a plasma containing an impurity to be doped at a certain pressure. Further, the state of the plasma can be stabilized when the plasma is generated.
  • the device 100 controls the discharge with the high-frequency power source 101 for generating plasma.
  • the glass member 116 is a member made of quartz glass or the like that can transmit the generated electromagnetic wave into the chamber 115 while maintaining the degree of vacuum of the chamber 115.
  • the required gas is supplied from the Ar gas source or the B 2 H 6 gas source into the chamber reaction 115 via the mass flow controller 104 or 105.
  • the degree of vacuum in the reaction chamber 115 is controlled by the mass flow controllers 104 and 105, the turbo molecular pump 106, the conductance pump 107, and the dry pump 108.
  • Power is supplied to the reaction chamber 115 from the RF or DC power supply 110 via the matching box 111.
  • the object to be processed 113 is placed on a susceptor 114 installed in the reaction chamber 115 and supplied with the electric power.
  • Ar gas is introduced into the reaction chamber 115, source power is applied, and discharge is performed to generate Ar plasma.At the same time as He gas is introduced, supply of Ar gas is stopped and He plasma is generated. After that, an experiment was conducted in which B 2 H 6 gas was introduced to generate a mixed plasma of He and B 2 H 6 . The experiment was performed by changing the pressure, and the pressure range in which a mixed plasma of He and B 2 H 6 was obtained was examined. As a result, they found that stable discharge was possible when the pressure was 0.8 Pa or more.
  • B 2 H 6 gas is used as a substance containing impurities to be dropped, and Ar gas is used as a substance having a small ionization energy, and plasma of a substance having a smaller ionization energy than the substance containing the impurities to be doped is used. previously it is generated, and in that discharging the material containing impurities to be doped after mowing, mixed-plasma of He and B 2 H 6 at a pressure lower than that did not discharge prior to ionization energy is small material Was able to occur.
  • Figure 2 shows the change in ion current density when helicon wave plasma is generated by changing the mixing ratio of B 2 H 6 gas and He gas.
  • the vertical axis represents the ion current density
  • the horizontal axis represents the B 2 H 6 gas concentration in the mixed gas of B 2H 6 gas and He gas.
  • the Ka gas concentration on the horizontal axis indicates the He gas concentration.
  • the pressure was set at 0.9 Pa.
  • B 2 H 6 gas concentration was decreased, the ion current density increased stepwise when the B 2 H 6 gas concentration was 1% or less.
  • B 2 H 6 gas concentration is 5% 2.
  • the ion current density drastically changes stepwise at around 0.5%.
  • the fact that such a tendency is obtained at less than 0.5% using a helicon wave plasma source is a remarkable effect not disclosed in the conventional example.
  • Electronic temperature Figure 3 shows the change in electron temperature when the mixing ratio of B 2 H 6 gas and He gas is changed.
  • the vertical axis represents the electron temperature Te (e V)
  • the horizontal axis represents the B 2 H 6 gas concentration in the mixed gas of B 2 H 6 gas and He gas.
  • the Ka gas concentration on the horizontal axis indicates the He gas concentration.
  • the pressure was 0.9 Pa using helicon wave plasma.
  • the electron temperature increased as the B 2 H 6 gas concentration decreased.
  • the B 2 H 6 gas concentration was almost saturated at 0.025%.
  • the electron temperature was less than 6. O eV when the B 2 H 6 gas concentration was 0.29% or more, and was 6. O eV or more when the B 2 H 6 gas concentration was 0.025%.
  • Plasma doping was performed on n_Si (100) wafers using two types of mixed plasmas of B 2 H 6 and He with B 2 H 6 gas concentrations of 0.025% and 0.29%.
  • the bias voltage was -60V and the pressure was 0.8Pa.
  • an annealing treatment was performed at 1100 ° C. for 3 minutes. Then, the sheet resistance was measured by the four probe method.
  • the boron dose after plasma doping was measured by SIMS.
  • Figure 4 shows the relationship between the bias voltage application time (horizontal axis) and the sheet resistance value (vertical axis).
  • the line 401 shows the measurement result when the B 2 H 6 gas concentration is 0.29% (that is, the He gas concentration is 99.71), and the line 402 shows the measurement result when the B 2 H 6 gas concentration is 0.025%. (Ie, the He gas concentration is 99.975%).
  • the sheet resistance was about 400 oh s / squ, even if the bias voltage application time was changed to 3, 7, and 30 seconds. Did not change much at.
  • the sheet resistance is changed to 1,020, 460, and 370 by changing the bias voltage application time to 1, 3, 7, and 30 seconds. 350, 290 ohms / squ.
  • the amount of pollen after the plasma doping was variable as 2.2E, 6.0E14, 6.5E14, 8.0E14 atoms / cm 2 .
  • the depth at which the concentration of the polon becomes 1E18 atoms / cm 3 was 4 to 6 nm or less.
  • a device was prototyped using the plasma doping apparatus shown in Fig. 1.
  • An n-Si (100) wafer 113 with a mask patterned in advance is placed on a susceptor 111 and accommodated in a reaction chamber 111, and then the conductance valve 107 is opened.
  • the pressure in the reaction chamber 1 1 15 was reduced using 06.
  • Ar gas was introduced into the reaction chamber 115 through the mass flow controller 104, and a source power was applied to discharge the gas to generate Ar plasma.
  • He gas was introduced through the mass flow controller 105 and the supply of Ar gas was stopped at the same time to generate He plasma.
  • the source power of the helicon wave was set to 150 W.
  • a mixed gas with a B 2 H 6 gas concentration of 0.025% and a He gas concentration of 99.975% is introduced via the MAFF controller 105. Then, a mixed plasma was generated at a pressure of 0.8 Pa. Doping was performed by applying a bias voltage of 160 V for 30 seconds. After the treatment, the removed wafer 113 was heat-treated. On the wafer 113 after the heat treatment, a resistance pattern corresponding to a sheet resistance value of 290 ohms / squ. was formed. In a similar manner, by doping with a bias voltage of 160 V for various times, patterns with different sheet resistance values could be formed.
  • the plasma doping method of the present invention can be used for manufacturing electric and electronic devices such as semiconductor devices and liquid crystal panels, or passive electric devices such as capacitors, resistors, and coils.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, B 2 H 6 is diluted as much as possible to enhance safety and to stably generate plasma without reducing doping efficiency.
  • the present invention can provide a plasma doping method which can maintain the temperature and can easily control the amount of dopant to be injected.

Abstract

Ｂ２Ｈ６をできるだけ希釈して安全性を高め、ドーピング効率を低下させることなく、安定してプラズマの発生や維持を行うことができ、さらにドーパント注入量の制御を容易に行えるプラズマドーピング方法を提供することを目的とするものであって、ドーピングする不純物を含む物質としてＢ２Ｈ６ガスを用い、電離エネルギーが高い物質としてＨｅを用い、混合ガス中でのＢ２Ｈ６の濃度が０．０５％未満であることを特徴とするプラズマドーピング方法である。

Description

プラズマドーピング方法 技術分野
本発明はプラズマを用いて、 固体などの表面近傍に物質を導入する方法にかか わるものである。 背景技術
図 5A、 Bを参照しながら、 従来の技術に関して説明する。 これは SSDM8 7で発表された論文からの引用であるが （Extended Abstract of Conference on Solid State Device and Materials, p319 ， Tokyo, 1987. Japan Society o f Applied Physics) 、 プラズマソースに供給するガスとして、 0. 05 %まで Heで希釈した B2H6を使用している。
図 5 Aに示すように、 反応チェンパ一 10にシリコンゥエーハ 20を導入し、 ベ一ス真空度 5xl(r7 Torr (6.7x10— 5 Pa) まで減圧した後、 0. 05 %まで He で希釈した B2H6ガス 30を導入し、 真空度 5xl0_4 Torr (0.067 Pa) の状態と する。 この状態で、 ECRプラズマソース 40に電源を通じて高周波を導入し、 プ ラズマ 45を発生させる。 次ぎに、 ウェハ 20を载置しているゥエーハサセプ夕 —50に RF電源 60から高周波を供給して、 前記発生したプラズマ 45とシリコ ンゥエーハ 20間に一定の電庄、 引甩例に拠れば 700 Vを発生させる。 その結 果、 図 5 Aに示す領域 Aを拡大した図 5 Bに示すように、 プラズマ 45中の正に 帯電したイオン 70と電子 80の内、 正イオン 70を引き込み、 ウェハ 20表面 近傍にドーピングを行う。 弓 I用例の場合は B2H6中の B原子がシリコン中で正 の電荷 （正孔） を供給する源になり、 これをド一パントと呼ぶ。
引用例に於いて、 B2H6を Heで希釈する目的は、 人体に対して、 極めて危険 性の高い毒性をもつ B2H6をできるだけ希釈して安全性を高め様とする試みで ある。 しかし、 B。H6の分圧が低下するに従って、 プラズマ中に於ける Bを含 むイオンの密度が低下し、 ドーピング効率が著しく低下した。
又、 希釈の目的で使用した Heは、 原子半径が小さく、 シリコンに導入しても 後の熱処理で容易に外部に拡散除去する事が可能な為採用されているが、 電離ェ ネルギ一が高い為、 プラズマの発生や維持を行う際に、 プラズマの状態が不安定 になる要因となる場合があった。
さらに Heを用いると、 ド一パントの注入量の制御性にも問題があった。
そこで、 人体に対して極めて危険性の高い毒性をもつ B 2 H 6をできるだけ希 釈して安全性を高め、 かつ、 ドーピング効率を低下させることなく、 安定してフ° ラズマの発生や維持を行うことができ、 さらにドーパント注入量の制御を容易に 行えるプラズマドーピング方法の提供が求められていた。 発明の開示 本発明のプラズマドーピング方法は、 ドーピングする不純物を含む物質よりも 電離エネルギーが高い物質の分量を大にする事を特徴とするプラズマドーピング 方法である。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の一実施の形態に示すプラズマドーピング装置を示す図。
図 2は、 本発明の一実施の形態におけるイオン電流密度の B 2 H 6ガス濃度依 存性を示す図。
図 3は、 本発明の一実施の形態における電子温度の B 2 H eガス濃度依存性を 示す図。
図 4は、 本発明の一実施の形態におけるバイァス電圧印加時間とシート抵抗の 関係を示す図。
図 5 Aは、 従来例のプラズマドーピング装置を示す図。 図 5Bは、 図 5 Aの領域 Aの拡大図。
発明を実施するための最良の形態
、 本発明のプラズマドーピング方法が、 ドーピングする不純物を含む物質よりも 電離エネルギーが高い物質の分量を犬にする理由は、 イオン電流密度と電子温度 が大きいプラズマを用いたプラズマドーピングが可能となるからである。 具体的 には、 ドーピングする不純物を含む物質として B2H6ガスを、 電離エネルギー が高い物質として Heを用い、 B2H6の濃度が 0. 05 %未満とすることが適し ている。 上記の配合により、 ある一定の圧力において B2H6を含むプラズマと してより大きなイオン電流密度と電子温度のプラズマを得ることができる。 つま り、 B2H6の濃度が低くなるに従ってイオン電流密度と電子温度は大きくなる が、 B2H6の濃度が 0. 05 %未満ではほぼ飽和に達するので望ましい。
また、 本発明のプラズマドーピング方法が、 ドーピングする不純物を含む物質 よりも電離エネルギーが小さい物質のプラズマを先行して発生させ、 しかる後に ドーピングする不純物を含む物質を放電させる理由は、 ドーピングする不純物を 含むプラズマの発生時にプラズマの状態が安定するからである。 さらに、 竃離ェ ネルギ一が小さい物質のプラズマを先行して発生させなかった場合よりも低い圧 力でドーピングする不純物を含む物質を放電させてプラズマドーピングすること が可能となり、 デポジションが起き難いプラズマドーピングが可能となるからで ある。 具体的には、 ドーピングする不純物を含む物質として B2H6と BF3、 B1 ()H14の少なくとも一つを、 電離エネルギーが小さい物質として ΑΓ,Η, Ν， 〇、 Kr, Xe, CI, H2, NO, N2， 02， CO, C〇2，H20, SF6， Br2, C の群から選ばれる少なくとも一つを用いる。
本発明のプラズマドーピング方法を用いることにより、 0. 9Pa程度の圧力で、 イオン電流密度が 1. 1 mA/ cm2以上で電子温度が 6. 0 eV以上のプラズ マを安定して得ることができる。 このようなプラズマを用いてバイアス電圧を印 加する時間を変化させることでドーズ量を制御することが出来るプラズマドーピ ング方法を提供できる。 その利点は、 バイアス電圧の絶対値が小さい場合でもェ. 業的に要求されるようなスループットを確保しながら容易にドーズ量の制御がで き、 さらにデポジションが起き難くなるからである。
また、 プラズマ発生時の圧力を変えて行うプラズマドーピングを行う際には、 ドーピングする不純物を含む物質が B 2H 6であり、 希釈として Heを用いる。 こ の場合、 Heによる希釈度を n (%) 、 プラズマ発生時の圧力を P (Pa) とする と、 B 2H 6の希釈度が n = 0 . 0 4 /P となる関係を中心として、 その上下プ ラスマイナス 2 5 %の範囲でドーピングすることが望ましい。 すなわち、 圧力 P に依存して、 希釈度が 1 . 2 5 X n〜0 . 7 5 X n (%) の範囲でドーピング することが望ましい。
本発明のプラズマドーピング方法を用いることにより、 人体に-対して極めて危 険性の高い毒性をもつ B 2 H 6をできるだけ希釈して安全性を高めることができ る。 また、 ある一定の圧力においてドーピングする不純物を含むプラズマとして より大きなィォン電流密度と電子温度のプラズマを得ることができる。 さらに、 プラズマの発生時にプラズマの状態を安定させることができる。 又、 電離エネル ギ一が小さい物質のプラズマを先行して発生させなかった場合よりも低い圧力で、 ドーピングする不純物を含む物質を放電させて、 プラズマドーピングすることが 可能となり、 デポジションが起き難いプラズマドーピングが可能となる。 バイァ ス電圧の絶対値が小さい場合でも工業的に要求されるようなスループットを確保 しながら容易にドーズ量制御ができる不純物ドーピング方法を提供できる。
以下に、 本発明を、 実施の形態に従い具体的に説明する。
1 . プラズマドーピング装置
先ず、 図 1により、 本発明に用いた装置の説明をする。
装置 1 0 0は、 プラズマを発生させるための高周波電源 1 0 1と放電の調整を
. 0 2を有し、 コイル及びアンテナ 1 0 3を介して高周 波電力を供給する。 ガラス部材 116はチャンバ一 115の真空度を保ちつつ、 発生させた電磁波をチャンバ一 115内へ透過できる石英ガラスなどからなる部 材である。
必要なガスは、 A rガス源または B2H 6ガス源から、 マスフローコント口一ラ 104または 105を介して、 チェンバー反応 115内に供給される。 反応チェ ンパー 115内の真空度は前記マスフローコントローラ 104及び 105、 ター ボ分子ポンプ 106、 コンダクタンスポンプ 107、 ドライポンプ 108によつ て制御される。 反応チェンバ一 115に対しては、 RFもしくは DC電源 110 から、 マッチングボックス 111を介して電力が供給される。 被処理体 113は、 反応チェンバー 115内に設置したサセプ夕 114上に載置され、 前記電力が供 給される。
2. 圧力
B2H6ガス濃度が 0. 6255 %、 Heガス濃度が 99. 375%の混合ガス を用いてヘリコン波プラズマを発生させる実験を行った。 ヘリコン波のソ一スパ ヮ一を 1500Wとし、 圧力を変化させて B2H6と Heの混合プラズマが得られ る圧力範囲を調べた。 圧力が 2. 25 Pa以上のときに放電が可能であり、 B2 H6と Heの混合プラズマを得ることができた。 一方、 それ以下の圧力では放電 を起こすことができなかった。
そこで、 反応チャンバ一 115内に Arガスを導入してソ一スパワーを印加し、 放電させて Arプラズマを発生させた後、 Heガスを導入するど同時に Arガスの 供給を止めて Heプラズマを発生させ、 その後、 B2H6ガスを導入して Heと B2 H6の混合プラズマを発生させる実験を行った。 実験は圧力を変化させて行い、 Heと B2H6の混合プラズマが得られる圧力範囲を調べた。 その結果、 圧力が 0. 8 Pa以上のときに安定して放電が可能であることを見出した。
次に、 B2H6ガス濃度が 0. 025 %、 Heガス濃度が 99. 975 %の混 合ガスを用いてヘリコン波のソースパワーを 1500Wとして実験を行った。 装 置の関係上 2. 6 Pa以上の圧力では実験していないが、 圧力が 2. 6 Pa以下の ときには放電を起こすことはできなかった。 これに対して反応チャンバ一 115 内に Arガスを導入してソースパワーを印加して放電させて Arプラズマを発生さ せた後、 Heガスを導入すると同時に Arガスの供給を^:めて Heプラズマを発生 させ、 その後、 B2H6ガスを導入して Heと B2H6の混合プラズマを発生させる 実験を行った。 この場合には圧力が 0. 8 Pa以上のときに安定して放電が可能 であった。
上記のように、 ド一ピングする不純物を含む物質として B2H6ガスを用い、 電離エネルギーが小さい物質として Arガスを用いて、 ドーピングする不純物を 含む物質よりも電離エネルギーが小さい物質のプラズマを先行して発生させ、 し かる後にドーピングする不純物を含む物質を放電させる事で、 電離エネルギーが 小さい物質を先行して放電させなかった場合よりも低い圧力で Heと B2H6の混 合プラズマを発生させることができた。
3. イオン電流密度'
図 2は B 2H6ガスと Heガスの混合比を変えてヘリコン波プラズマを発生させ たときのイオン電流密度の変化である。 縦軸はイオン電流密度を表し、 横軸は B 2H 6ガスと Heガスの混合ガス中の B2H6ガス濃度を表す。 なお、 横軸のカツコ 内には、 Heガス濃度を示す。 圧力は 0. 9 Paで行った。 B2H6ガス濃度を低 下させていくと、 イオン電流密度は B2H6ガス濃度が 1 %以下のときに ^段状 に大きくなつた。 B2H6ガス濃度が 5 %と 2. 6 %のときのイオン電流密度 は 1. 1mA/ cm2未満であるのに対して、 0. 29. %と :0. 025. %のときは 1. 1 mA/ cm2以上であった。
F i g. 2に示すように、 0. 5%前後で階段状にイオン電流密度が激変する。 これは、 ヘリコン波プラズマ源を用いて、 0. 5%未満とすることでイオン電流 密度の高いプラズマを得られるという顕著な効果を示すものである。 ヘリコン波 プラズマ源を用いて、 0. 5%未満でこのような傾向が得られることは、 従来例 には開示されない顕著な効果である。
4. 電子温度 図 3は B2H6ガスと Heガスの混合比を変えたときの電子温度の変化である。 縦軸は電子温度 Te (e V) を表し、 横軸は B2H6ガスと Heガスの混合ガス中 の B2H6ガス濃度を表す。 なお、 横軸のカツコ内には、 Heガス濃度を示す。 ヘリコン波プラズマを用い、 圧力は 0. 9Paで行った。 B2H6ガス濃度の低下 に従って電子温度は上昇した。 そして B2H6ガス濃度が 0. 025 %でほぼ飽 和した。 電子温度は、 B2H6ガス濃度が 0. 29 %以上では 6. O eV未満で あるのに対して、 0. 025 %では 6. O eV以上であった。
5. ドーズ量の制御性
B2H6ガス濃度を 0. 025 %、 0. 29 %とする二種類の B 2H6と Heの 混合プラズマを用いて n_Si (100)ウェハにプラズマドーピングを行った。 バイァ ス電圧は— 60V、 圧力は 0. 8Paとした。 プラズマドーピング後、 1100 °C で 3分間のァニール処理を行った。 その後、 四探針法でシート抵抗を測定した。 また B2H6ガス濃度 0. 025 %で作成した試料は、 プラズマドーピング後の ボロンのドーズ量を S IMSで測定した。
図 4はバイアス電圧印加時間 (横軸）とシート抵抗値 （縦軸） の関係である。 折 れ線 401は、 B2H6ガス濃度が 0. 29 % (すなわち、 Heガス濃度は 99. 71 ) の時の測定結果を示し、 折れ線 402は B2H6ガス濃度が 0. 025 % (すなわち、 Heガス濃度は 99. 975%) の時の測定結果を示す。 折れ 線 401が示すように、 B2H6ガス濃度を 0. 29 %としたときは、 バイアス 電圧印加時間を 3秒、 7秒、 30秒と変えてもシート抵抗は約 400 oh s/squ. でほとんど変化しなかった。 一方、 折れ線 402が示すように、 B2H6ガス濃 度を 0. 025 %としたときは、 バイアス電圧印加時間を 1、 3、 7、 30秒 と変えることでシート抵抗を 1020、 460、 350、 290 ohms/squ. と 変えることができた。 また、 プラズマドーピング後のポロンド一ズ量は 2.2E 、 6.0E14、 6.5E14、 8.0E14 atoms/ cm2と可変であった。 なお、 ポロン濃度が 1E18 atoms/ cm3となる深さは 4~6 nm以下であった。 このようにバイアス電圧 印加時間を変化させることで 30秒以下、 または 15秒以下程度の時間範囲内で ドーズ量を制御できる。 これにより工業的に要求されるようなスループットを確 保しながら容易にドーズ量の制御ができる。
6 . デバイスへの適用
図 1に示したプラズマドーピング装置を用いてデバイスの試作を行った。 予め マスクをパターニングした n- S i (100)ウェハ 1 1 3をサセプタ 1 1 4上に載せて 反応チャンバ一 1 1 5に収容後、 コンダクタンスバルブ 1 0 7を開放し、 夕一ポ 分子ポンプ 1 0 6を用いて反応チャンバ一 1 1 5を減圧した。 所定の真空度に達 した後、 マスフローコントローラ 1 0 4を介して反応チャンバ一 1 1 5内に Ar ガスを導入し、 ソースパワーを印加して放電させて Arプラズマを発生させた。 次に、 マスフローコントローラ 1 0 5を介して Heガスを導入すると同時に Arガ スの供給を止めて Heプラズマを発生させた。 ヘリコン波のソースパワーは 1 5 0 0 Wとした。 Heプラズマを発生させた上で、 マスフ口一コントローラ 1 0 5 を介して、 B 2 H 6ガス濃度が 0 . 0 2 5 %、 Heガス濃度が 9 9 . 9 7 5 %の 混合ガスを導入し、 圧力 0 . 8 Paで混合プラズマを発生させた。 一 6 0 Vのバイ ァス電圧を、 3 0秒間印加してドーピングした。 処理後、 取り出したウェハ 1 1 3を熱処理した。 熱処理後のウェハ 1 1 3上には、 シート抵抗値 2 9 0 ohms/squ. に相当する抵抗パターンが形成されていた。 同様な方法で、 一 6 0 Vのバイアス 電圧で時間を変えてドーピングすることでシート抵抗値の異なるパ夕一ンを形成 することができた。
以上説明したように、 本発明のプラズマドーピング方法を、 半導体装置や液晶 パネルなどの電気.電子デバイスまたはコンデンサ、 抵抗、 コイルなどの受動電 気デバイスの製造に用いることが出来る。 産業上の利用可能性 以上説明したように、 本発明により、 B 2 H 6をできるだけ希釈して安全性を 高め、 かつ、 ドーピング効率を低下させることなく、 安定してプラズマの発生や 維持を行うことができ、 さらにドーパント注入量の制御を容易に行えるプラズマ ド一ピング方法を提供することが出来る。

Claims

請求の範囲
1 . プラズマドーピング方法であって、 ドーピングする不純物を含む第 1の物質 と前記第 1の物質よりも高い電離エネルギ一を有する第 2の物質との混合物質か らなる混合プラズマを発生させる工程を有し、 前記第 1の物質よりも前記第 2の 物質の分量が犬であって、 前記第 1の物質が B 2H 6であり、 前記第 2の物質が 希ガスであり、 前記混合物質中での B 2 H6の濃度が 0 . 0 5 %未満であること を特徴とする。
2 . プラズマドーピング方法であって、 ドーピングする不純物を含む第 1の物質 と前記第 1の物質よりも高い電離エネルギーを有する第 2の物質との混合物質か らなる混合プラズマを発生させる工程を有し、 前記第 1の物質よりも前記第 2の 物質の分量が大であって、 前記第 1の物質が B 2 H 6であり、 前記第 2の物質が' 希ガスであり、 前記混合物質中での B 2H 6の濃度が 0 . 5 %未満であり、 ブラ5 ズマ源としてへリコン波プラズマ源を用いることを特徴とする。
3 . プラズマドーピング方法であって、 ドーピングする不純物を含む第 1の物質 と前記第 1の物質よりも高い電離エネルギーを有する第 2の物質との混合物質か らなる混合プラズマを発生させる工程を有し 前記第 1の物質よりも前記第 2の ひ 物質の分量が犬であって、 前記プラズマを発生させる工程が、 イオン電流密度が 1 . 1 mA/ cm2以上のプラズマを発生させる工程であることを特徴とする。
4. プラズマドーピング方法であって、 ドーピングする不純物を含む第 1の物質 と前記第 1の物質よりも高い電離エネルギーを有する第 2の物質との混合物質か5 らなる混合プラズマを発生させる工程を有し、 前記第 1の物質よりも前記第 2の 物質の分量が大であって、 前記プラズマ発生させる工程が、 電子温度が 6 . 0 e V以上のプラズマを発生させる工程であることを特徴とする。
5. 請求項 1または 2記載のプラズマドーピング方法であって、 イオン電流密度 が 1. 1 mA/ cm2以上のプラズマを用いて被処理体にドーピングすることを特 徵とする。
6. 請求項 1または 2記載のプラズマドーピング方法であって、 前記希ガスが H eであることを特徴とする。
7. 請求項 1または 2記載のプラズマドーピング方法であって、 電子温度が 6. 0 eV以上のプラズマを使用して被処理体にドーピングすることを特徴とする。
8. 請求項 1〜4に記載のプラズマドーピング方法であって、 被処理体への不純 物のドーズ量が、 バイアス電圧を印加する時間を変化させることで制御できるこ とを特徴とする。
9. 請求項 8記載のプラズマドーピング方法であって、 前記バイアス電圧が— 6 0V以下であることを特徴とする。
10. 請求項 1記載のプラズマドーピング方法であって、 前記混合プラズマを発 生させる工程に先立つ先行工程を有し、 前記先行工程が、 前記第 1の物質より電 離エネルギーの小さい第 3の物質のプラズマを発生させる工程であり、 前記先行 工程と前記混合プラズマを発生させる工程とが連続した工程であることを特徴と する。 .
11. 請求項 3または 4記載のプラズマドーピング方法であって、 前記第 1の物 質が B2H6、 BF3、 B10H14の群から選ばれる少なくとも一つであり、 前記 第 2の物質が He, Ne, Rn， Ar ,H, N, 〇、 Kr , Xe , C I , H2, NO, N2, 〇2, CO, C02,H2〇， SF6, Br2, C 12の群から選ばれる 少なくとも一つである。 -
12. プラズマドーピング方法であって、 イオン電流密度が 1. 1mA/ cm 2以 上のプラズマを用いて被処理体にドーピングすることを特徴とする。
13. プラズマドーピング方法であって、 電子温度が 6. 0 eV以上のプラズ マを使用いて被処理体にドーピングすることを特徴とする。
14. プラズマドーピング方法であって、 ドーピングする不純物を含む物質より も電離エネルギーが小さい物質のプラズマを先行して発生させ、 しかる後にドー ビングする不純物を含む物質を放電させることを特徴とする。
15. プラズマドーピング方法であって、 B2H6と Heとの混合プラズマを用 いてドーピングする工程を有し、 前記ドーピング工程が、 He中での B2H6の 希釈度を nとし、 前記混合プラズマ発生時の圧力を Pとして、 n=0. 04/P で得られる nを中心とする条件でドーピングすることを特徴とする。
16. 請求項 15記載のプラズマドーピング方法であって、 前記ドーピング工程 が、 前記 nの範囲を、 0. 85n〜l. 25 nとすることを特徴とする。
17. 請求項 1、 2、 3、 4、 12〜15記載のプラズマドーピング方法であつ て、 半導体装置や液晶パネルなどの電気'電子デバイスまたはコンデンサ、 抵抗、 コィルなどの受動電気デバィスの製造に用いる。
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