JP3911997B2 - Plasma doping equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体表面近傍に物質を導入する技術分野の内、特にプラズマを用いたドーピング技術に関係するものである。
【0002】
【従来の技術】
プラズマドーピングのプラズマ源としては原理的に各種のソースを用いて行われているが、たとえばDCプラズマ源 高周波プラズマ源がその代表例として挙げられる。特に高い真空度で高いプラズマ密度を発生させるためにはマグネットを装備したECRプラズマ源やヘリコン波プラズマ源を使用する。
【0003】
以下に本発明者等が過去にECR装置を使用した例を記載した文献を引用して従来例を説明する。
【0004】
文献は、水野文二他、「0.5ミクロン以下のトレンチ側壁へのプラズマドーピング方法」319〜322ページ、第19回国際固体素子材料コンファレンス、エクステンデッド、アブストラクト、1987年開催(Bunji MIZUNO 他、Plasma Doping into the side-wall of a sub-0.5 um width trench, pp319-322, Extended Abstract of the 19th Conference on Slid State Devices and Materials, Tokyo, 1987, The Japan Society of Applied Physics)である。
【0005】
この引用した文献によれば、反応真空槽の真空度5X10-4 Torrで十分なプラズマ密度を達成するために、2.45GHzのマイクロ波に加えて、825Gaussの磁場を印加し、Electron Cyclotron Resonance ECRの状態を実現している。
【0006】
高い真空度でプラズマドーピングを行う理由は、被処理試料表面との反応を起こす、真空槽中の原子、分子密度を下げて 所謂CVD(Chemical Vapor Deposition)の発生を優勢にさせずにドーピングを優勢に行うために必要な条件である。
【0007】
そのような条件下でより高いドーピング効率を発揮する為には、より高いプラズマ密度を実現する事が有効である。その為に上述のECR条件を応用したり、ヘリコンアンテナに発散磁場形成用マグネットを併用してプラズマ密度を向上する。ヘリコン波に併用する磁場の値は50Gauss程度が典型的である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来例では、より高真空で高密度のプラズマを発生させる為にマグネットを用いているが、この事だけでは必要なプラズマの均質性は生み出せない。特に平面形で大面積の半導体基板や液晶基板などに均一にドーピングをする際には不均一性が課題となる。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題点を解決するために、被処理試料を載置する処理台に電位を与え、プラズマと試料表面間にバイアスを発生させて試料表面近傍のプラズマを制御するもので、ヘリコン波プラズマ源のコイルと併用しているマグネットによる磁場は不要となるので、これを除外して、装置の大型化や重量の増加、コストの上昇を起こさない様にしている。
【0010】
なお、勿論若干の密度低下が発生するが、主要な用途である、半導体や液晶で使用するドーズ量10X1016cm-2では殆ど影響がない。
【0011】
また、本発明はヘリコン波プラズマ源のコイルとマグネットを併用した際にも最適なプラズマが得られる構成をも含んでいる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第1の実施の形態について、マグネットを用いない形のヘリコン波プラズマ源を用いたプラズマドーピング装置と方法について図1を参照しながら説明する。図1は装置の構造を示すものである。
【0013】
本体の構成は構造部品を除くと、真空槽1とヘリコン波プラズマ源2で構成される。真空槽1を高真空にするために真空ポンプ3を単数もしくは複数設置する。真空槽1には試料台4が設置され、試料5が載置される。この図面では平板型の試料5を示しているが、任意の形態のもので良い。勿論その際には適した試料台4を設ける事は当然必要である。一方でヘリコン波プラズマ源2に電力を供給する導電線6を設け電源7を接続する。
【0014】
真空槽1に設置したガス導入口8はプラズマを発生させる為に必要なガス源に接続されており、所望のガスが真空槽1に導入される。
【0015】
電源7から導電線6に高周波を供給し、前後して所望のガスをガス導入口8から導入し、プラズマ9を発生させる。試料台4には別の電源10が接続されている。この電源10は高周波、低周波の交流又は直流のいずれでも良い。又それら交流や直流の電力に任意の形のパルス電源もしくはパルスの集合を重畳しても構わない。
【0016】
発生したプラズマ9と試料5の間に発生する電位差は主に試料台4に接続された電源10の電力で制御される。プラズマ9中に含まれる原子、分子のイオンはこの電位差によって試料5の表面に注入される。又同時にプラズマ9に含まれる原子、分子の電気的中性ラジカルが試料5の表面に吸着する過程と、吸着した原子、分子が前記イオンによって試料5の表面から叩き込まれる、所謂ノックオンのプロセスが混在して発生する。
【0017】
発散磁場の付随しないこの実施例ではヘリコン波プラズマ源を出てすぐのところではプラズマ9の径が小さく、均一性も十分ではない。が、試料台4に重畳する電力や磁場によってプラズマ9が制御され試料5にプラズマ9が届くときには十分な均一性を実現できる。
【0018】
なお、プラズマドーピングを行う際には、一定量のガスを導入してプロセスを行うが、その際に真空槽1を十分な一定以上の排気を行う事が重要となる。この実施例ではその排気スピードを1400L/secに設定して十分な排気を行い、ドーピングプロセスの制御性を向上に寄与する、高真空で高密度のプラズマ発生という条件を発生させている。
【0019】
次に、第2の実施形態におけるプラズマドーピング装置について説明する。ここでは、適切なプラズマポテンシャルを発生するために真空容器の内容積を可変にした実施例に関して図2を参照しながら説明する。同図において、図1に対応する部分には同符号を付している。この図2には2つの可変方式が併せて記述されている。ひとつは真空槽1の中間部分にベローズ11を設けて真空槽1の内容積を可変にする機構である。もう一つは試料台4と真空槽1の内壁に真空を保持したまま、真空槽1とは電気的に絶縁された状態で駆動装置12を用いて、摺動する機構13を設け真空槽1の有効な内容積を可変にするものである。
【0020】
両者を併用しても構わないが、どちらか一方を採用すれば十分な場合が多い。この実施例の目的はプラズマと被処理試料間に発生するポテンシャル差を適切に発生させる為に、所望の電位差に応じた真空槽1の容積と被処理試料5の表面積の関係を変化させるものである。試料5の面積に対して真空槽1内壁の面積を大きくすると、比較的高いポテンシャル差が容易に得られるし、逆に真空槽1内壁の面積を小さくすると低いポテンシャル差が容易に得られる様になる。これらの定量的な関係は被処理試料5の形状や真空槽1の形態、用いるガス、ここでは例としてヘリコン波プラズマと試料台4に電力を印可する例を用いているが、プラズマ源の形態などによって変化するので、いちいち例をあげる事はできないが、真空槽1の内容積を可変にすることによって最適な状態を作り出すことができる。
【0021】
【発明の効果】
以上の様に本発明によれば、被処理基板付近の電場を制御する事によってプラズマを制御する事によって、付帯設備としての発散磁場用の磁石電磁石を使用しなくとも、効果的にプラズマドーピングを実施でき、コスト低減に寄与する。
【0022】
又、ヘリコン波プラズマ源を使用したプラズマドーピングの際に、有効な真空槽の内壁面積を可変にして調節できる機構により、プラズマと被処理試料間の適切な電位差を発生させる事ができ、精度の高いドーピングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態におけるプラズマドーピング装置の構成図
【図2】本発明の第2の実施形態におけるプラズマドーピング装置の構成図
【符号の説明】
1 真空槽
2 ヘリコン波プラズマ源
3 真空ポンプ
4 試料台
5 試料
6 導電線
7 電源
8 ガス導入口
9 プラズマ
10 電源B
11 ベローズ
12 駆動装置
13 摺動する機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technical field of introducing a substance in the vicinity of a solid surface, particularly to a doping technique using plasma.
[0002]
[Prior art]
As a plasma source for plasma doping, various sources are used in principle. For example, a DC plasma source and a high-frequency plasma source can be cited as typical examples. In order to generate a high plasma density at a particularly high degree of vacuum, an ECR plasma source or helicon wave plasma source equipped with a magnet is used.
[0003]
Hereinafter, a conventional example will be described with reference to a document in which the inventors have used an ECR apparatus in the past.
[0004]
Reference: Bunji Mizuno et al., “Plasma Doping Method for Trench Side Walls of 0.5 Micron or Less”, pages 319-322, 19th International Solid Device Material Conference, Extended, Abstract, 1987 (Bunji MIZUNO et al., Plasma Doping into the side-wall of a sub-0.5 um width trench, pp319-322, Extended Abstract of the 19 th Conference on Slid State Devices and Materials, is a Tokyo, 1987, the Japan Society of Applied Physics).
[0005]
According to this cited document, in order to achieve a sufficient plasma density at a vacuum degree of 5 × 10 -4 Torr in the reaction vacuum chamber, in addition to the 2.45 GHz microwave, a magnetic field of 825 Gauss is applied, and Electron Cyclotron Resonance ECR The state is realized.
[0006]
The reason for plasma doping at a high degree of vacuum is that the reaction with the surface of the sample to be processed is performed. Doping is dominant without lowering the density of atoms and molecules in the vacuum chamber and so-called CVD (Chemical Vapor Deposition). This is a necessary condition.
[0007]
In order to exhibit higher doping efficiency under such conditions, it is effective to realize a higher plasma density. For this purpose, the plasma density is improved by applying the above-mentioned ECR conditions or using a helicon antenna together with a divergent magnetic field forming magnet. The value of the magnetic field used in combination with the helicon wave is typically about 50 Gauss.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional example, a magnet is used to generate a high-density plasma with a higher vacuum, but this alone cannot produce the required plasma homogeneity. In particular, non-uniformity becomes a problem when uniformly doping a planar semiconductor substrate or a liquid crystal substrate having a large area.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention controls the plasma in the vicinity of the sample surface by applying a potential to the processing table on which the sample to be processed is placed and generating a bias between the plasma and the sample surface. Since the magnetic field generated by the magnet used in combination with the coil of the helicon wave plasma source is not necessary, this is excluded so as not to increase the size, weight, and cost of the apparatus.
[0010]
Of course, a slight decrease in density occurs, but there is almost no influence at a dose of 10 × 10 16 cm −2 used in semiconductors and liquid crystals, which is the main application.
[0011]
The present invention also includes a configuration in which optimum plasma can be obtained even when the coil and magnet of the helicon wave plasma source are used in combination.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A plasma doping apparatus and method using a helicon wave plasma source that does not use a magnet will be described below with reference to FIG. FIG. 1 shows the structure of the apparatus.
[0013]
The structure of the main body is composed of a
[0014]
A
[0015]
A high frequency is supplied from the
[0016]
The potential difference generated between the generated plasma 9 and the
[0017]
In this embodiment without a diverging magnetic field, the diameter of the plasma 9 is small immediately after leaving the helicon wave plasma source, and the uniformity is not sufficient. However, sufficient uniformity can be realized when the plasma 9 is controlled by the electric power or magnetic field superimposed on the sample stage 4 and reaches the
[0018]
When plasma doping is performed, a process is performed by introducing a certain amount of gas. At that time, it is important to exhaust the
[0019]
Next, a plasma doping apparatus in the second embodiment will be described. Here, an embodiment in which the internal volume of the vacuum vessel is made variable in order to generate an appropriate plasma potential will be described with reference to FIG. In the figure, parts corresponding to those in FIG. In FIG. 2, two variable systems are described together. One is a mechanism for making the internal volume of the
[0020]
Although both may be used together, it is often sufficient to employ either one. The purpose of this embodiment is to change the relationship between the volume of the
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by controlling the plasma by controlling the electric field in the vicinity of the substrate to be processed, it is possible to effectively perform the plasma doping without using the magnet electromagnet for the divergent magnetic field as ancillary equipment. It can be implemented and contributes to cost reduction.
[0022]
In addition, when plasma doping is performed using a helicon wave plasma source, an effective potential difference between the plasma and the sample to be processed can be generated by a mechanism that can be adjusted by changing the effective inner wall area of the vacuum chamber. High doping is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a plasma doping apparatus in a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a plasma doping apparatus in a second embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF
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