(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリコン波プラズマ源を使用したプラズマドーピング装置において、発生させるプラズマと被処理物間のプラズマポテンシャルに応じて反応真空槽の容積を変化させるための可変容積手段を具備することを特徴とするプラズマドーピング装置。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
0003911997.tif 000002
【図２】
0003911997.tif 000003