JP2553556B2 - 不純物ド−ピング方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はシリコン基板表面に所望の不純物をドーピン
グするドーピング装置に係わり、特に不純物ドーピング
量の測定を自動的に行ない正確なドーピング量制御を行
う不純物ドーピング方法及びその装置に関するものであ
る。

従来の技術 近年、集積回路の高集積化に伴ない浅い接合形成が要
求されており、プラズマドーピングが従来の熱振散、イ
オン注入に代わる新しい不純物のドーピング方法として
注目されている。

以下図面を参照しながら、上述のプラズマドーピング
の一例について説明する。第４図はプラズマドーピング
装置の概略図を示すものである。第４図において、１は
真空容器である。２はプラズマ発生用圧極である。３は
プラズマ発生源の電源（高周波電源でも直流電源でもよ
い）である。４はドーピング源となる不純物を含んだガ
スである。５は図示していない排気系に接続される排気
口である。６はシリコン基板の被処理物である。

以上のように構成されたプラズマドーピング装置につ
いて以下その動作について説明する。

まず、真空容器１内を図示していない排気系に接続さ
れた排気口５より、真空排気する。次にドーピング源と
なる不純物を含んだガス４を一定量流しながら真空容器
１内を一定圧力にする。次にプラズマ発生用電極２にプ
ラズマ発生源の電源３より電力を供給しプラズマ発生用
電極２間にプラズマを発生し、シリコン基板６に不純物
をドーピングする。（例えば、セミコンダクタ ワール
ド「Semiconductor World」第６巻，第２号90〜92ペー
ジ） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では不純物のドーピン
グ濃度を測定する手段がないので、ドーピング処理後の
シリコン基板表面のシート抵抗測定やSIMS分析測定の結
果からプロセス条件を決め時間管理によってプラズマド
ーピング処理を行なっていた。そのため、不純物のドー
ピング濃度をインプロセスでモニタリングできず、再現
性よく一定量の不純物ドーピングができないという問題
点を有していた。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、不純物ドーピング
濃度の測定をインプロセスで行ない、正確なドーピング
濃度制御を行える不純物ドーピング方法及びその装置を
提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の第１発明の不
純物ドーピング方法は、ガスプラズマ中のイオン量を負
電位を持つプローブによって測定し、シリコン基板中に
ドーピングされる量をモニタリングするものである。

又、本発明の第２発明の不純物ドーピング装置は、ド
ーピング装置のプラズマ中に負電位のプローブを配置
し、そのプローブに流れるイオン電流を検知する手段と
この検知出力により所望のドーピング量に必要な処理時
間を演算し、ドーピング終了信号を出す手段を備えたも
のである。

作用 本発明の第１発明によれば、負電位を有するプローブ
に集められた飽和イオン電流とシリコン基板表面にドー
ピングされた不純物濃度の相関をとることにより、不純
物のドーピング濃度をインプロセスでモニタリングしな
がら、再現性よく一定量の不純物ドーピングを可能にす
ることができる。

また、第２発明によれば、プラズマ中に負電位のプロ
ーブを配置することによって、プラズマ中の飽和イオン
電流を検知し、それに応じて処理時間を演算してドーピ
ング終了信号を出すことができ、この信号によって不純
物ドーピングを停止することによって再現性よく所望の
ドーピングを行うことができる。

実 施 例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の実施例におけるプラズマドーピング
装置の概略図を示すものである。第１図において１〜６
は第４図の従来例と同様である。7aは正イオンを集める
プローブである。7bはプローブ7aを保護する絶縁管であ
る。８はプローブ7aに負電位を与える直流電源である。
９は電流計である。10は電圧計である。11はプローブ7a
に集められた飽和イオン電流値からシリコン基板６表面
にドーピングされる不純物濃度を演算し、プラズマ発生
源の電源３を停止させる演算処理器である。

以上のように構成されたプラズマドーピング装置につ
いて、以下第１図，第２図及び第３図を用いてその動作
を説明する。

まず第２図はプラズマ中のプローブ7aに直流電源８か
ら加える電位を変化させた時の電流値変化を示すもので
あり、第２図のIiはプラズマ中の飽和イオン電流であ
る。このIiは第１図のプローブ7aに一定の負電位を与え
ることにより測定できる。

第３図は上記Iiとシリコン基板６表面にドーピングさ
れた不純物濃度の関係を示すものである。

使用した不純物を含むガスはB₂H₆/Heであり、Iiの変
化は真空容器１内のガス圧力及びプラズマ発生源の電源
３として用いた高周波電源（13.56MHz）の高周波電力を
変えて行なった。ドーピング時間は10分に固定した。

以上のように本実施例によれば、従来のプラズマドー
ピング装置のプラズマ発生領域内に負電位を有するプロ
ーブを挿入しプラズマ中の飽和イオン電流（Ii）を測定
することにより、シリコン基板表面にドーピングされる
不純物濃度をインプロセスでもモニタリングしながら、
再現性よく一定量の不純物をドーピングすることができ
る。又、不純物ドーピング濃度は飽和イオン電流とドー
ピング時間の積に比例するので、飽和イオン電流が変動
しても第１図の演算処理器11でドーピング の積分を行うことにより制御することができる。（Ａは
比例定数）。

すなわち所望のドーピング濃度に達した時点でドーピ
ング終了信号を出し、装置を停止できる。なお、実施例
においてプラズマ発生源の電源３は高周波電源を用いた
が、プラズマ発生源の電源３は直流電源もしくは交流電
源でもかまわない。又、実施例においてプローブ7aはPt
製の単探針を用いたが、プローブ7aはプラズマ中の飽和
イオン電流を測定できるものであれば、どのような材
質，材料でもかまわない。

発明の効果 以上のように本発明の不純物ドーピング方法によれ
ば、プラズマ中の飽和イオン電流を測定することによ
り、シリコン基板表面にドーピングされる不純物濃度を
インプロセスでモニタリングしながら、再現性よく一定
量の不純物をドーピングすることができる。

又本発明の不純物ドーピング装置によれば、所定のド
ーピング量に走する処理時間を演算してドーピング終了
信号が出力されるので、その信号によって不純物ドーピ
ングを停止することにより再現性よく所望のドーピング
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるプラズマドーピング
装置の概略図、第２図はプラズマ中のプローブに対する
電圧−電流特性を示す図、第３図はプラズマ中の飽和イ
オン電流とシリコン基板表面にドーピングされた不純物
濃度の関係を示す図、第４図は従来のプラズマドーピン
グ装置の概略図である。 １……真空容器、２……プラズマ発生用の電極、３……
プラズマ発生用の電源、４……ドーピングすべき不純物
を含むガス、５……排気口、６……シリコン基板、7a…
…負電位を持つプローブ、11……演算処理器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスプラズマを用いてシリコン基板表面に
   不純物をドーピングする方法において、ガスプラズマ中
   のイオン量を負電位を持つプローブによって測定し、シ
   リコン基板中にドーピングされる量をモニタリングする
   ことを特徴とする不純物ドーピング方法。
2. 【請求項２】真空容器とプラズマ発生用の電極及び電源
   とドーピングすべき不純物を含むガスを真空容器に導
   入，排気するためのガス導入系，排気系から構成された
   プラズマドーピング装置において、プラズマ中に負電位
   のプローブを配置し、そのプローブに流れるイオン電流
   を検知する手段とこの検知出力により所望のドーピング
   量に必要な処理時間を演算し、ドーピング終了信号を出
   す手段を備えたことを特徴とする不純物ドーピング装
   置。