JP2590502B2 - 不純物のドーピング方法 - Google Patents
不純物のドーピング方法Info
- Publication number
- JP2590502B2 JP2590502B2 JP62312758A JP31275887A JP2590502B2 JP 2590502 B2 JP2590502 B2 JP 2590502B2 JP 62312758 A JP62312758 A JP 62312758A JP 31275887 A JP31275887 A JP 31275887A JP 2590502 B2 JP2590502 B2 JP 2590502B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- doping
- ions
- ion source
- ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体工業における半導体素子製造等に用
いる不純物のドーピングに関するものであり、特に、高
精度に不純物濃度を制御し、かつ試料の表面形状によら
ず等方的にドーピングを行う方法、及び液晶ディスプレ
イ等の大型の絶縁基板上に形成する半導体素子の製造に
おけるドーピング方法に関するものである。
いる不純物のドーピングに関するものであり、特に、高
精度に不純物濃度を制御し、かつ試料の表面形状によら
ず等方的にドーピングを行う方法、及び液晶ディスプレ
イ等の大型の絶縁基板上に形成する半導体素子の製造に
おけるドーピング方法に関するものである。
従来の技術 半導体薄膜等に不純物をイオンの形で注入してドーピ
ングを行う方法としては、イオン源から出たイオンを加
速し、加速前または後の質量分離によって、１種類の不
純物のイオンのみ半導体などの試料に打ち込むイオン注
入装置を用いる方法や、装置として平行平板のDCグロー
放電プラズマCVDを用い、不純物を含む気体を放電さ
せ、生じたイオンを陰極上に設けた試料に注入する方法
（第４図）等があった。
ングを行う方法としては、イオン源から出たイオンを加
速し、加速前または後の質量分離によって、１種類の不
純物のイオンのみ半導体などの試料に打ち込むイオン注
入装置を用いる方法や、装置として平行平板のDCグロー
放電プラズマCVDを用い、不純物を含む気体を放電さ
せ、生じたイオンを陰極上に設けた試料に注入する方法
（第４図）等があった。
第４図において、301は真空槽、302はガス導入管、30
3はガス排出管、304は陽極、305は試料台となる陰極、3
06は直流電源、307は試料である。
3はガス排出管、304は陽極、305は試料台となる陰極、3
06は直流電源、307は試料である。
発明が解決しようとする問題点 不純物をイオンの形で半導体薄膜等に注入しドーピン
グを行う従来の技術において、イオン源から出たイオン
を加速し、加速前または後の質量分離によって、１種類
の不純物のイオンのみ半導体などの試料に打ち込むイオ
ン注入装置を用いる方法では、装置が複雑で高価である
という問題点があった。またこの方法では、ドーピング
を運動方向の指向性の強い、高エネルギー（＞〜10ke
V）のイオンを、高真空の輸送系及び試料室を通して、
イオンの運動方法の強い指向性を保って試料に打ち込む
ことによって行うため、ドーピングされる領域は異方的
に分布する。つまり、第３図の（ｂ）に示すように試料
表面の凹凸によって、ドーピングされない領域ができる
という問題点があった。
グを行う従来の技術において、イオン源から出たイオン
を加速し、加速前または後の質量分離によって、１種類
の不純物のイオンのみ半導体などの試料に打ち込むイオ
ン注入装置を用いる方法では、装置が複雑で高価である
という問題点があった。またこの方法では、ドーピング
を運動方向の指向性の強い、高エネルギー（＞〜10ke
V）のイオンを、高真空の輸送系及び試料室を通して、
イオンの運動方法の強い指向性を保って試料に打ち込む
ことによって行うため、ドーピングされる領域は異方的
に分布する。つまり、第３図の（ｂ）に示すように試料
表面の凹凸によって、ドーピングされない領域ができる
という問題点があった。
第３図において、200はドーピングイオン、201は半導
体、202は不純物ドーピング層、203は不純物堆積層、25
0は中性分子である。
体、202は不純物ドーピング層、203は不純物堆積層、25
0は中性分子である。
さらに、液晶ディスプレイ用薄膜トランジスタアレイ
のように、ガラス等の大型の絶縁基板を用いる場合に
は、イオンの照射により基板表面から２次電子が放出さ
れて、基板表面が正電位に帯電し（チャージアップ）、
所望のイオンの照射注入が制御性よく、かつ均一に行え
ないという課題があった。
のように、ガラス等の大型の絶縁基板を用いる場合に
は、イオンの照射により基板表面から２次電子が放出さ
れて、基板表面が正電位に帯電し（チャージアップ）、
所望のイオンの照射注入が制御性よく、かつ均一に行え
ないという課題があった。
一方、第４図に示すような、装置として平行平板のDC
グロー放電プラズマCVDを用い、不純物を含む気体を放
電させ、生じたイオンを陰極上に設けた試料に注入する
方法では、直流グロー放電が起こりイオン源として機能
する圧力（0.01〜1Torr）に試料室の圧力が保たれてい
ることや、印加できる電圧が100〜800Vと低いことか
ら、所望のイオン以外に、プラズマ中で励起された運動
方向の指向性の弱い中性粒子によるドーピングが起こる
ため、ドーピングは等方的に行われる（第３図の
（ｂ））。しかし反面、このプラズマ中で励起された指
向性の弱い中性粒子は、そのドーピング量を制御するこ
とが困難であり、かつ、励起された中性粒子が試料表面
に堆積することが起こることから、半導体中の不純物の
濃度を規定した高精度の不純物のドーピングが困難であ
るという問題点があった。さらに放電電極と加速電極の
一致による放電の不安定性のため、大面積の試料に極め
て一様な不純物のドーピング或はプラズマ処理等を行う
ことが困難であり、さらに放電電極が直接イオンに曝さ
れて設けられていることから、グロー放電の陰極降下領
域で加速されたイオンによって、放電電極がスパッタリ
ングされ、そのことによって生じる電極材料等の不純物
により試料が汚されるなどの問題点があった。
グロー放電プラズマCVDを用い、不純物を含む気体を放
電させ、生じたイオンを陰極上に設けた試料に注入する
方法では、直流グロー放電が起こりイオン源として機能
する圧力（0.01〜1Torr）に試料室の圧力が保たれてい
ることや、印加できる電圧が100〜800Vと低いことか
ら、所望のイオン以外に、プラズマ中で励起された運動
方向の指向性の弱い中性粒子によるドーピングが起こる
ため、ドーピングは等方的に行われる（第３図の
（ｂ））。しかし反面、このプラズマ中で励起された指
向性の弱い中性粒子は、そのドーピング量を制御するこ
とが困難であり、かつ、励起された中性粒子が試料表面
に堆積することが起こることから、半導体中の不純物の
濃度を規定した高精度の不純物のドーピングが困難であ
るという問題点があった。さらに放電電極と加速電極の
一致による放電の不安定性のため、大面積の試料に極め
て一様な不純物のドーピング或はプラズマ処理等を行う
ことが困難であり、さらに放電電極が直接イオンに曝さ
れて設けられていることから、グロー放電の陰極降下領
域で加速されたイオンによって、放電電極がスパッタリ
ングされ、そのことによって生じる電極材料等の不純物
により試料が汚されるなどの問題点があった。
第３図は、従来例のドーピング方法における、トレン
チの形成された半導体試料表面付近の模式断面図を示し
ている。
チの形成された半導体試料表面付近の模式断面図を示し
ている。
まず（ａ）は従来例のうち、イオン源から出たイオン
を加速し、加速前または後の質量分離によって、１種類
の不純物のイオンのち、試料に打ち込むイオン注入装置
を用いる場合を示している。運動方向の指向性の強い、
高エネルギー（＞〜10keV）のイオン200（●）を、高真
空の輸送系及び試料室を通して、イオンの運動方向の強
い指向性を保って試料に打ち込むことによって行うた
め、ドーピングされる領域は異方的に分布し、試料表面
の凹凸によって、ドーピングされない領域ができてしま
う。
を加速し、加速前または後の質量分離によって、１種類
の不純物のイオンのち、試料に打ち込むイオン注入装置
を用いる場合を示している。運動方向の指向性の強い、
高エネルギー（＞〜10keV）のイオン200（●）を、高真
空の輸送系及び試料室を通して、イオンの運動方向の強
い指向性を保って試料に打ち込むことによって行うた
め、ドーピングされる領域は異方的に分布し、試料表面
の凹凸によって、ドーピングされない領域ができてしま
う。
つぎに（ｂ）は従来例のうち、装置として平行平板の
DCグロー放電プラズマCVDを用い、不純物を含む気体を
放電させ、生じたイオン（●）を陰極上に設けた試料に
注入する場合を示している。イオン200以外に、プラズ
マ中で励起された運動方向の指向性の弱い中性粒子250
（○）によるドーピングが起こるため、ドーピングは等
方的に行われている。しかし、この励起された中性粒子
の量及び試料に対するドーピング量は、イオンを用いた
ドーピングのように、試料に照射する電気量で定量した
り、電気的に制御したりすることができない。加えて第
３図の（ｂ）に示すように、不純物の堆積層201が形成
されてしまう。そのため、高精度に不純物ドーピング量
を制御した、不純物ドーピング層の形成が困難である。
DCグロー放電プラズマCVDを用い、不純物を含む気体を
放電させ、生じたイオン（●）を陰極上に設けた試料に
注入する場合を示している。イオン200以外に、プラズ
マ中で励起された運動方向の指向性の弱い中性粒子250
（○）によるドーピングが起こるため、ドーピングは等
方的に行われている。しかし、この励起された中性粒子
の量及び試料に対するドーピング量は、イオンを用いた
ドーピングのように、試料に照射する電気量で定量した
り、電気的に制御したりすることができない。加えて第
３図の（ｂ）に示すように、不純物の堆積層201が形成
されてしまう。そのため、高精度に不純物ドーピング量
を制御した、不純物ドーピング層の形成が困難である。
問題点を解決するための手段 以上の問題点を解決するために本発明に係る不純物の
ドーピング方法は、イオン源と試料室とを分離した真空
装置内で、前記試料室内に置かれた試料に不純物をドー
ピングするためのＢ、Ｐ、Asのいずれかの元素を含むイ
オンを加速し、質量分離を行わずに前記試料に照射し
て、ドーピングを行う方法において、前記試料室内の圧
力を前記イオン源よりも高くするというものである。す
なわち本発明は、ドーピング量の制御が高精度に行える
イオンを、１〜10keVのエネルギーに加速し、ドーピン
グを行う試料の表面付近で、このイオンの一部あるいは
全部を、気体を構成する分子などの中性粒子と衝突させ
た後に、試料に照射・注入するというものである。
ドーピング方法は、イオン源と試料室とを分離した真空
装置内で、前記試料室内に置かれた試料に不純物をドー
ピングするためのＢ、Ｐ、Asのいずれかの元素を含むイ
オンを加速し、質量分離を行わずに前記試料に照射し
て、ドーピングを行う方法において、前記試料室内の圧
力を前記イオン源よりも高くするというものである。す
なわち本発明は、ドーピング量の制御が高精度に行える
イオンを、１〜10keVのエネルギーに加速し、ドーピン
グを行う試料の表面付近で、このイオンの一部あるいは
全部を、気体を構成する分子などの中性粒子と衝突させ
た後に、試料に照射・注入するというものである。
作用 ドーピングをイオンによって行うことから、ドーピン
グ量の制御が容易であり、所望の量の不純物のドーピン
グを高精度に行うことができる。試料室内の圧力を高く
することにより、試料へドーピングする不純物を含むイ
オンを、試料の表面付近で、中性粒子と衝突させる。こ
れによって、イオンの運動方向がランダムに変わり、イ
オン流の指向性が小さくなるため、等方的にイオンが試
料へ注入される。また、イオンと中性分子との衝突にお
ける平均自由行程は、イオンによる中性分子の分極の影
響から、因子（１＋S/Ti）；〔Ｓは分子の種類に関係し
た定数、Tiはイオンのエネルギー〕に、逆比例する。こ
のことから、イオンのエネルギーを１〜10keVとするこ
とにより、ドーピングを行えるイオンのエネルギー範囲
であるが、従来のイオン注入で用いる高エネルギーイオ
ンに比べて平均自由行程は短くなる。そのため、気体を
試料に吹き付けるなどの簡易な方法で試料室内の狭い領
域の圧力を高めることによって、中性粒子と衝突させる
ことができる。さらに、イオン源と試料室とを分離した
真空装置を用いることから、放電電極と加速電極の一致
によるイオン源放電のの不安定性という問題点がない。
グ量の制御が容易であり、所望の量の不純物のドーピン
グを高精度に行うことができる。試料室内の圧力を高く
することにより、試料へドーピングする不純物を含むイ
オンを、試料の表面付近で、中性粒子と衝突させる。こ
れによって、イオンの運動方向がランダムに変わり、イ
オン流の指向性が小さくなるため、等方的にイオンが試
料へ注入される。また、イオンと中性分子との衝突にお
ける平均自由行程は、イオンによる中性分子の分極の影
響から、因子（１＋S/Ti）；〔Ｓは分子の種類に関係し
た定数、Tiはイオンのエネルギー〕に、逆比例する。こ
のことから、イオンのエネルギーを１〜10keVとするこ
とにより、ドーピングを行えるイオンのエネルギー範囲
であるが、従来のイオン注入で用いる高エネルギーイオ
ンに比べて平均自由行程は短くなる。そのため、気体を
試料に吹き付けるなどの簡易な方法で試料室内の狭い領
域の圧力を高めることによって、中性粒子と衝突させる
ことができる。さらに、イオン源と試料室とを分離した
真空装置を用いることから、放電電極と加速電極の一致
によるイオン源放電のの不安定性という問題点がない。
さらにまた、注入するイオンと中性粒子、あるいは基
板表面から放出された２次電子と中性粒子との衝突によ
り、基板表面付近に希薄なプラズマが発生する。
板表面から放出された２次電子と中性粒子との衝突によ
り、基板表面付近に希薄なプラズマが発生する。
実施例 本発明に関して図面を用いてさらにくわしく説明す
る。
る。
第１図は、本発明に係る不純物のドーピング方法にお
いて、ドーピングを行うプラズマ処理装置の、第１実施
例の概略構成図を示したものである。イオン源Ａの真空
槽100は、石英・ガラス・セラミックス等の絶縁体で作
られた筒状管で構成される。容量結合型周波グロー放電
用電極101−ａ及び101−ｂは、導電性のよい銅・ニッケ
ル等の金属を用い、真空槽100の面に沿って、真空槽100
の外部に設ける。容量結合型高周波グロー放電用電極10
1−ａを、マッチングボックス102を介して、13.56MHzの
高周波発振器103と接続し、容量結合型高周波グロー放
電用電極101−ｂを接地して、真空槽100内に高周波電力
の供給を行う。さらに、容量結合型高周波グロー放電用
電極101−ａ及び101−ｂの、外部に配した電磁石104に
より印加される磁場によって、電子の旋回運動（電子サ
イクロトロン運動）の励起と電子の閉じ込めを行う。こ
れにより、高周波電力を有効に用い、10-3〜10-4Torrの
比較的低い圧力で、真空槽100内にプラズマを安定に発
生させる。この磁場の強度は、真空槽100内に於て10〜2
00ガウス程度でよい。この値は、13.56MHzの周波数で電
子サイクロトロン共鳴が起こる磁場強度（4.8Gauss）
の、約２〜40倍の強さである。なお、発明者らはイオン
源Ａの圧力が５〜10×10-4Torrのときが、試料台に照射
するイオン電流が大きく、イオン源の放電も安定するこ
とを確認している。高周波電極101−ａ及び101−ｂは、
テフロン等の絶縁体105で覆われ、その外部に接する導
電性の銅・アルミ・ステンレス等で作られたメッシュ10
6と、絶縁されて設けられる。この導体メッシュ106は接
地され、高周波電力を遮蔽する。導体メッシュ106の代
わりに、イオン源Ａを覆うようなステンレス等でできた
密閉容器を用いても良い。密閉容器を用いると、高周波
電力の遮蔽だけでなく、イオン源を形成する石英・ガラ
ス・セラミックス等の絶縁体で作られた筒状管が万一破
損したときの安全性を高める。導電性のモリブデン・ス
テンレス・アルミニウム・チタン・タンタル等で作ら
れ、第１の電極となる導体メッシュ107−ａは、セラミ
ック・ステフロン・アクリル・塩化ビニル・石英等で作
られた絶縁性フランジ108の開口部109に設けられる。導
電性のステンレス・アルミニウム・チタン・タンタル等
で作られた第２の電極となる導体板107−ｂを、真空槽1
00内の導体メッシュ107−ａと、放電により生じるプラ
ズマ110を挟んで対向する位置に設ける。導体板107−ｂ
は、セラミックス・テフロン・石英等で作られた絶縁棒
111により、真空槽100に固定されている。第１の電極10
7−ａ及び導体板107−ｂは、直流高圧電源112に接続さ
れ、所望の電圧を印加することにより、イオン源Ａ内の
荷電粒子を試料室Ｄへ押し出し、加速を行う。SiやGaAs
等の半導体にドーピングする不純物を含む、PH3、B
2H6、AsH3、SiH4等の材料ガスは、ガス導入管113からイ
オン源Ａに導入される。試料室Ｂはガス排出管114に接
続され、10-4〜10-2Torrの圧力に保たれる。試料室Ｂ内
には導電性のステンレス・アルミニウム・銅等で作られ
た試料台115を設け、試料台115上にトレンチ（溝）やト
ランジスタのゲートなどのパターンが形成されたSiやGa
As等の半導体試料116を置く。試料116はヒーター117に
より加熱を行い不純物のドーピング処理の効率を上げ
る。なおイオン照射時に加熱を行わない場合には、処理
後に加熱を行う。真空槽100内に一様に生じるプラズマ1
10から引き出された、開口部109に関して一様な荷電粒
子密度で、かつ第１の電極107−ａと試料台115との電位
差に応じた運動エネルギーを有するイオン流118は、試
料台115上に試料116に照射する。このイオン流118の運
動方向の指向性を弱めるため、試料室Ｂの試料台115を
囲むように、第２のガス導入管119を設け、試料116の表
面に、材料ガスまたはHe、Ar、Ne、Xe等の不活性ガスを
吹き付けることを行う。吹き付ける気体を材料ガスとし
た場合には、ガス導入管113を省き、第２のガス導入管1
19により、イオン源Ａへの材料ガスの導入を行ってもよ
い。第２のガス導入管119から吹き付けられる気体によ
って、試料台115上の試料116の表面付近は、局所的に圧
力が高くなり、イオン流118が気体を構成する中性分子1
20と、衝突する。このことによって、イオンの運動方向
がランダムに変わり、イオン流118の運動方向の指向性
が弱まる（第２図参照）。さらにまた、注入するイオン
と中性粒子、あるいは基板表面から放出された２次電子
と中性粒子との衝突により、基板表面付近に希薄なプラ
ズマが発生する。このプラズマにより、イオンの照射に
より基板表面から２次電子が放出されて、基板表面が正
電位に帯電しても、直ちに電荷が補償されるため、処理
を行う基板表面のチャージアップを抑制する。なおこの
チャージアップの抑制効果は、イオンのエネルギーが10
keV以上でも発生する。従って、チャージアップの抑制
だけを目的とする場合には、イオンのエネルギーを10ke
V以上としてもよい。試料116への不純物のドーピング
は、このイオン流118によって行われる。励起された指
向性の弱い中性粒子と異なり、イオン流118の照射量
は、高周波電力・照射時間によって高精度に制御でき
る。なお発明者らは、試料室Ｂの圧力が10-3〜10-2Torr
の範囲にある場合、試料台115と第１の電極107−ａとの
間にイオンの加速・照射に影響をもたらす様な異常な放
電を生じず、かつ等方的なドーピングが行えることを確
認した。かつガラス等の大型の絶縁基板を用いた場合、
チャージアップが抑制されて、イオンの照射注入が制御
性よく、かつ均一に行うことを確認した。またこのチャ
ージアップの抑制効果は、イオンのエネルギーが10keV
以上でも発生することを確認した。
いて、ドーピングを行うプラズマ処理装置の、第１実施
例の概略構成図を示したものである。イオン源Ａの真空
槽100は、石英・ガラス・セラミックス等の絶縁体で作
られた筒状管で構成される。容量結合型周波グロー放電
用電極101−ａ及び101−ｂは、導電性のよい銅・ニッケ
ル等の金属を用い、真空槽100の面に沿って、真空槽100
の外部に設ける。容量結合型高周波グロー放電用電極10
1−ａを、マッチングボックス102を介して、13.56MHzの
高周波発振器103と接続し、容量結合型高周波グロー放
電用電極101−ｂを接地して、真空槽100内に高周波電力
の供給を行う。さらに、容量結合型高周波グロー放電用
電極101−ａ及び101−ｂの、外部に配した電磁石104に
より印加される磁場によって、電子の旋回運動（電子サ
イクロトロン運動）の励起と電子の閉じ込めを行う。こ
れにより、高周波電力を有効に用い、10-3〜10-4Torrの
比較的低い圧力で、真空槽100内にプラズマを安定に発
生させる。この磁場の強度は、真空槽100内に於て10〜2
00ガウス程度でよい。この値は、13.56MHzの周波数で電
子サイクロトロン共鳴が起こる磁場強度（4.8Gauss）
の、約２〜40倍の強さである。なお、発明者らはイオン
源Ａの圧力が５〜10×10-4Torrのときが、試料台に照射
するイオン電流が大きく、イオン源の放電も安定するこ
とを確認している。高周波電極101−ａ及び101−ｂは、
テフロン等の絶縁体105で覆われ、その外部に接する導
電性の銅・アルミ・ステンレス等で作られたメッシュ10
6と、絶縁されて設けられる。この導体メッシュ106は接
地され、高周波電力を遮蔽する。導体メッシュ106の代
わりに、イオン源Ａを覆うようなステンレス等でできた
密閉容器を用いても良い。密閉容器を用いると、高周波
電力の遮蔽だけでなく、イオン源を形成する石英・ガラ
ス・セラミックス等の絶縁体で作られた筒状管が万一破
損したときの安全性を高める。導電性のモリブデン・ス
テンレス・アルミニウム・チタン・タンタル等で作ら
れ、第１の電極となる導体メッシュ107−ａは、セラミ
ック・ステフロン・アクリル・塩化ビニル・石英等で作
られた絶縁性フランジ108の開口部109に設けられる。導
電性のステンレス・アルミニウム・チタン・タンタル等
で作られた第２の電極となる導体板107−ｂを、真空槽1
00内の導体メッシュ107−ａと、放電により生じるプラ
ズマ110を挟んで対向する位置に設ける。導体板107−ｂ
は、セラミックス・テフロン・石英等で作られた絶縁棒
111により、真空槽100に固定されている。第１の電極10
7−ａ及び導体板107−ｂは、直流高圧電源112に接続さ
れ、所望の電圧を印加することにより、イオン源Ａ内の
荷電粒子を試料室Ｄへ押し出し、加速を行う。SiやGaAs
等の半導体にドーピングする不純物を含む、PH3、B
2H6、AsH3、SiH4等の材料ガスは、ガス導入管113からイ
オン源Ａに導入される。試料室Ｂはガス排出管114に接
続され、10-4〜10-2Torrの圧力に保たれる。試料室Ｂ内
には導電性のステンレス・アルミニウム・銅等で作られ
た試料台115を設け、試料台115上にトレンチ（溝）やト
ランジスタのゲートなどのパターンが形成されたSiやGa
As等の半導体試料116を置く。試料116はヒーター117に
より加熱を行い不純物のドーピング処理の効率を上げ
る。なおイオン照射時に加熱を行わない場合には、処理
後に加熱を行う。真空槽100内に一様に生じるプラズマ1
10から引き出された、開口部109に関して一様な荷電粒
子密度で、かつ第１の電極107−ａと試料台115との電位
差に応じた運動エネルギーを有するイオン流118は、試
料台115上に試料116に照射する。このイオン流118の運
動方向の指向性を弱めるため、試料室Ｂの試料台115を
囲むように、第２のガス導入管119を設け、試料116の表
面に、材料ガスまたはHe、Ar、Ne、Xe等の不活性ガスを
吹き付けることを行う。吹き付ける気体を材料ガスとし
た場合には、ガス導入管113を省き、第２のガス導入管1
19により、イオン源Ａへの材料ガスの導入を行ってもよ
い。第２のガス導入管119から吹き付けられる気体によ
って、試料台115上の試料116の表面付近は、局所的に圧
力が高くなり、イオン流118が気体を構成する中性分子1
20と、衝突する。このことによって、イオンの運動方向
がランダムに変わり、イオン流118の運動方向の指向性
が弱まる（第２図参照）。さらにまた、注入するイオン
と中性粒子、あるいは基板表面から放出された２次電子
と中性粒子との衝突により、基板表面付近に希薄なプラ
ズマが発生する。このプラズマにより、イオンの照射に
より基板表面から２次電子が放出されて、基板表面が正
電位に帯電しても、直ちに電荷が補償されるため、処理
を行う基板表面のチャージアップを抑制する。なおこの
チャージアップの抑制効果は、イオンのエネルギーが10
keV以上でも発生する。従って、チャージアップの抑制
だけを目的とする場合には、イオンのエネルギーを10ke
V以上としてもよい。試料116への不純物のドーピング
は、このイオン流118によって行われる。励起された指
向性の弱い中性粒子と異なり、イオン流118の照射量
は、高周波電力・照射時間によって高精度に制御でき
る。なお発明者らは、試料室Ｂの圧力が10-3〜10-2Torr
の範囲にある場合、試料台115と第１の電極107−ａとの
間にイオンの加速・照射に影響をもたらす様な異常な放
電を生じず、かつ等方的なドーピングが行えることを確
認した。かつガラス等の大型の絶縁基板を用いた場合、
チャージアップが抑制されて、イオンの照射注入が制御
性よく、かつ均一に行うことを確認した。またこのチャ
ージアップの抑制効果は、イオンのエネルギーが10keV
以上でも発生することを確認した。
以上のように、第１の電極107−ａと試料台115との電
位差にほぼ応じた運動エネルギーを有し、試料の表面付
近におけるイオンと中性分子との弾性衝突によって、運
動方向の指向性が弱まったイオン流119により、所望の
量の不純物のドーピングを試料116に対して、試料116の
表面形状によらず等方的に行う。さらにガラス等の絶縁
基板を用いた場合でも、イオンの照射・注入を制御性よ
く、かつ均一に行う。
位差にほぼ応じた運動エネルギーを有し、試料の表面付
近におけるイオンと中性分子との弾性衝突によって、運
動方向の指向性が弱まったイオン流119により、所望の
量の不純物のドーピングを試料116に対して、試料116の
表面形状によらず等方的に行う。さらにガラス等の絶縁
基板を用いた場合でも、イオンの照射・注入を制御性よ
く、かつ均一に行う。
第２図は、本発明に係る不純物のドーピングを行った
場合に、トレンチの形成された半導体試料表面付近の模
式断面図を示している。ドーピングをイオン200（●）
によって行うことから、ドーピング量の高い精度での制
御が容易である。さらに試料表面付近での中性粒子250
（○）などとの衝突によって、イオンの運動方向が等方
的になっていることから、試料116表面の凹凸によらな
い、均一な不純物のドーピングが行われ、均一な不純物
ドーピング層202を形成できている。
場合に、トレンチの形成された半導体試料表面付近の模
式断面図を示している。ドーピングをイオン200（●）
によって行うことから、ドーピング量の高い精度での制
御が容易である。さらに試料表面付近での中性粒子250
（○）などとの衝突によって、イオンの運動方向が等方
的になっていることから、試料116表面の凹凸によらな
い、均一な不純物のドーピングが行われ、均一な不純物
ドーピング層202を形成できている。
発明の効果 本発明により得られる効果は、以下のようにまとめら
れる。
れる。
まず第１に、ドーピングをイオンによって行うことか
ら、ドーピング量の制御が容易であり、所望の量の不純
物のドーピングを高精度に行うことができる。
ら、ドーピング量の制御が容易であり、所望の量の不純
物のドーピングを高精度に行うことができる。
第２に、一部あるいは全部のイオンの運動方向を、中
性粒子との衝突によって、試料表面付近で等方的にする
ことから、試料の表面形状によらず、均一な不純物のド
ーピングを行うことが可能となる。
性粒子との衝突によって、試料表面付近で等方的にする
ことから、試料の表面形状によらず、均一な不純物のド
ーピングを行うことが可能となる。
そして第３に、イオンのエネルギーを１〜10keVとす
ることから、ドーピングを行えるイオンのエネルギー範
囲であるが、イオンが短い領域を通過するだけで中性粒
子と衝突するため、気体を試料表面に吹き付ける等の簡
易な方法で、試料室内の狭い領域の圧力を高めることに
よって、中性粒子と衝突させることが可能である。
ることから、ドーピングを行えるイオンのエネルギー範
囲であるが、イオンが短い領域を通過するだけで中性粒
子と衝突するため、気体を試料表面に吹き付ける等の簡
易な方法で、試料室内の狭い領域の圧力を高めることに
よって、中性粒子と衝突させることが可能である。
さらに第４に、注入するイオンと中性粒子、あるいは
基板表面から放出された２次電子と中性粒子との衝突に
より、基板表面付近に希薄なプラズマが発生する。この
ことにより、例えば液晶ディスプレイ用薄膜トランジス
タアレイのように、ガラス等の大型の絶縁基板を用いる
場合、イオンの照射により基板表面から２次電子が放出
されて、基板表面が正電位に帯電しても、直ちに基板表
面付近の希薄なプラズマから電荷が補償されるため、チ
ャージアップが抑制される。従って大型の絶縁基板を用
いた場合でも所望のイオンの照射注入を簡易な装置構成
で、制御性よく、かつ均一に行うことが可能となる。
基板表面から放出された２次電子と中性粒子との衝突に
より、基板表面付近に希薄なプラズマが発生する。この
ことにより、例えば液晶ディスプレイ用薄膜トランジス
タアレイのように、ガラス等の大型の絶縁基板を用いる
場合、イオンの照射により基板表面から２次電子が放出
されて、基板表面が正電位に帯電しても、直ちに基板表
面付近の希薄なプラズマから電荷が補償されるため、チ
ャージアップが抑制される。従って大型の絶縁基板を用
いた場合でも所望のイオンの照射注入を簡易な装置構成
で、制御性よく、かつ均一に行うことが可能となる。
以上の効果は、実施例からも明らかなように、用いる
真空装置として、少なくとも真空槽内に導入した気体
に、周波数ｆの高周波電力及び磁場を供給して放電を行
うイオン源と、試料台を備えて前記イオン源と接続され
た試料室からなり、磁場の強度を周波数ｆの電子サイク
ロトロン共鳴を与える磁場強度の1.5倍以上としたプラ
ズマ処理装置を用いることによっても同様に得られる。
真空装置として、少なくとも真空槽内に導入した気体
に、周波数ｆの高周波電力及び磁場を供給して放電を行
うイオン源と、試料台を備えて前記イオン源と接続され
た試料室からなり、磁場の強度を周波数ｆの電子サイク
ロトロン共鳴を与える磁場強度の1.5倍以上としたプラ
ズマ処理装置を用いることによっても同様に得られる。
以上のように本発明は、極めて簡単な装置構成及び方
法で、例えばトレンチ（溝）やMOSトランジスタのゲー
トのような試料の凹凸によらず、等方的で高精度に制御
された不純物ドーピング層を得ることが可能となるとい
う点で、きわめて有用性の高いものである。さらにま
た、液晶ディスプレイ用薄膜トランジスタアレイのよう
な、ガラス等の大型の絶縁基板を用いる場合でもチャー
ジアップを抑制し、所望のイオンの照射注入が制御性よ
く、かつ均一に行うことが可能となる点でも、きわめて
有用性の高いものである。
法で、例えばトレンチ（溝）やMOSトランジスタのゲー
トのような試料の凹凸によらず、等方的で高精度に制御
された不純物ドーピング層を得ることが可能となるとい
う点で、きわめて有用性の高いものである。さらにま
た、液晶ディスプレイ用薄膜トランジスタアレイのよう
な、ガラス等の大型の絶縁基板を用いる場合でもチャー
ジアップを抑制し、所望のイオンの照射注入が制御性よ
く、かつ均一に行うことが可能となる点でも、きわめて
有用性の高いものである。
第１図は本発明に係る不純物のドーピング方法の第１実
施例を行うプラズマ処理装置の概略構成断面図、第２図
は本発明に係る不純物のドーピング方法の試料表面付近
の模式断面図、第３図は従来例のドーピング方法におけ
る、トレンチの形成された半導体試料表面付近の模式断
面図、第４図は従来例のうち、装置として平行平板のDC
グロー放電プラズマCVDを用い、不純物を含む気体を放
電させ生じたイオンを陰極上に設けた試料に注入する方
法の概略構成図である。 Ａ……イオン源、Ｂ……試料室、100……真空槽、101−
ａ……容量結合型高周波グロー放電用電極、101−ｂ…
…容量結合型高周波グロー放電用電極、102……マッチ
ングボックス、103……高周波発振器、104……電磁石、
105……絶縁体、106……導電性のメッシュ、107−ａ…
…第１の電極、107−ｂ……第２の電極、108……絶縁性
フランジ、109……開口部、110……プラズマ、111……
絶縁棒、112……直流高圧電源、113……ガス導入管、11
4……ガス排出管、115……試料台、116……試料、117…
…ヒーター、118……イオン流、119……第２のガス導入
管、120……中性分子。
施例を行うプラズマ処理装置の概略構成断面図、第２図
は本発明に係る不純物のドーピング方法の試料表面付近
の模式断面図、第３図は従来例のドーピング方法におけ
る、トレンチの形成された半導体試料表面付近の模式断
面図、第４図は従来例のうち、装置として平行平板のDC
グロー放電プラズマCVDを用い、不純物を含む気体を放
電させ生じたイオンを陰極上に設けた試料に注入する方
法の概略構成図である。 Ａ……イオン源、Ｂ……試料室、100……真空槽、101−
ａ……容量結合型高周波グロー放電用電極、101−ｂ…
…容量結合型高周波グロー放電用電極、102……マッチ
ングボックス、103……高周波発振器、104……電磁石、
105……絶縁体、106……導電性のメッシュ、107−ａ…
…第１の電極、107−ｂ……第２の電極、108……絶縁性
フランジ、109……開口部、110……プラズマ、111……
絶縁棒、112……直流高圧電源、113……ガス導入管、11
4……ガス排出管、115……試料台、116……試料、117…
…ヒーター、118……イオン流、119……第２のガス導入
管、120……中性分子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｒ
Claims (4)
- 【請求項１】イオン源と試料室とを分離した真空装置内
で、前記試料室内に置かれた試料に不純物をドーピング
するためのＢ、Ｐ、Asのいずれかの元素を含むイオンを
加速し、質量分離を行わずに前記試料に照射して、ドー
ピングを行う方法において、前記試料室内の圧力を前記
イオン源よりも高くすることを特徴とする不純物のドー
ピング方法。 - 【請求項２】真空装置は、真空槽内に導入した気体に、
周波数ｆの高周波電力及び磁場を供給して放電を行うイ
オン源と、試料台を備えて前記イオン源と接続された試
料室を有し、前記真空槽内の磁場強度を、周波数ｆの電
子サイクロトロン共鳴を与える磁場強度の1.5倍以上と
したプラズマ処理装置とすることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の不純物のドーピング方法。 - 【請求項３】イオン源の圧力を10-4〜10-3Torrとし、試
料室の圧力を10-4〜10-2Torrとすることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の不純物のドーピング方法。 - 【請求項４】試料台に設けられた試料に、前記試料にド
ーピングする元素を含む気体又は不活性気体のいずれか
をドーピング中に吹き付けることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の不純物のドーピング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62312758A JP2590502B2 (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | 不純物のドーピング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62312758A JP2590502B2 (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | 不純物のドーピング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01152721A JPH01152721A (ja) | 1989-06-15 |
| JP2590502B2 true JP2590502B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=18033069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62312758A Expired - Lifetime JP2590502B2 (ja) | 1987-12-10 | 1987-12-10 | 不純物のドーピング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590502B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090008577A1 (en) * | 2007-07-07 | 2009-01-08 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Conformal Doping Using High Neutral Density Plasma Implant |
| US9346058B2 (en) | 2011-06-01 | 2016-05-24 | Nippi, Incorporated | Unit for grinding sample, unit for grinding and collecting sample, and process for grinding same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6348739A (ja) * | 1986-08-18 | 1988-03-01 | Mitsubishi Electric Corp | イオン注入装置 |
-
1987
- 1987-12-10 JP JP62312758A patent/JP2590502B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01152721A (ja) | 1989-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6458430B1 (en) | Pretreatment process for plasma immersion ion implantation | |
| JP4178330B2 (ja) | プラズマ注入システム | |
| US4859908A (en) | Plasma processing apparatus for large area ion irradiation | |
| TWI505352B (zh) | 產生負離子電漿用之處理系統 | |
| JP4374487B2 (ja) | イオン源装置およびそのクリーニング最適化方法 | |
| JP5610543B2 (ja) | イオンソース | |
| JPS6333566A (ja) | イオン注入装置 | |
| US8760054B2 (en) | Microwave plasma electron flood | |
| JP2008028360A (ja) | プラズマを用いたイオン注入装置 | |
| US6504159B1 (en) | SOI plasma source ion implantation | |
| JPH11329336A (ja) | イオン注入装置 | |
| JP2590502B2 (ja) | 不純物のドーピング方法 | |
| JPH05102083A (ja) | ドライエツチング方法及びそのための装置 | |
| JP2689419B2 (ja) | イオンドーピング装置 | |
| JPS6380534A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JPH0768618B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JPH0770512B2 (ja) | 低エネルギイオン化粒子照射装置 | |
| JPH0816271B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JP2703029B2 (ja) | 基板への不純物の導入方法 | |
| JPH0798145B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JPH09153486A (ja) | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 | |
| JPS63234519A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| EP0809721B1 (en) | Method and apparatus for producing single crystal carbon films | |
| JPS63213345A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JPH0927397A (ja) | プラズマ処理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |