CN1497678A - 等离子体掺杂方法及等离子体掺杂装置 - Google Patents

等离子体掺杂方法及等离子体掺杂装置 Download PDF

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Abstract

为了实现稳定的低浓度掺杂的等离子体掺杂方法，一边由供气装置将规定的气体输入真空容器内，一边用泵排气，将真空容器内保持在规定的压力的同时由高频电源向线圈施加高频功率。在真空容器内产生等离子体后，降低真空容器内的压力，对放置于试样电极上的基板进行低浓度的等离子体掺杂处理。此外，慢慢减小真空容器内的压力的同时慢慢增大高频功率，对放置于试样电极上的基板进行低浓度的等离子体掺杂处理。此外，高速采集向试样电极供给的高频功率的行进波功率Pf及反射波功率Pr，在功率差Pf－Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点停止供给高频功率。

Description

等离子体掺杂方法及等离子体掺杂装置
技术领域
本发明涉及在半导体基板等固体试样的表面掺杂(添加)杂质的等离子体掺杂方法及实施该方法的装置。
背景技术
在固体试样的表面掺杂杂质的技术，例如有U.S专利4912065号揭示的将杂质离子化以低能量掺杂到固体中的等离子体掺杂方法。
以下，参照图14说明以往的作为杂质掺杂的方法的等离子体掺杂方法。
图14是以往的等离子体掺杂法所采用的等离子体掺杂装置的基本结构。图14中，在真空容器100内设置了用于放置硅基板等试样109的试样电极106。在真空容器100的外部设置用于供给含有所要元素的掺杂原料气体，例如B2H6的供气装置102及将真空容器100内的内部减压的泵103，可以将真空容器100内部保持在规定的压力。由微波波导管119经作为介质窗的石英板107将微波辐射到真空容器100内。通过该微波和由电磁铁114形成的直流磁场的相互作用，在真空容器100内的虚线120所示的区域形成电子回旋加速器共振等离子体。通过电容器121将高频电源110与试样电极106相连接，控制试样电极106的电位。
在这种结构的等离子体掺杂装置中，从供气装置102输入的掺杂原料气体，例如B2H6，通过微波波导管119及电磁铁114构成的等离子体发生装置被等离子体化，等离子体120中的硼离子由于高频电源110所产生的电位而掺杂到试样109的表面。
通过另外的工序在上述已掺杂了杂质的试样(半导体基板等被加工物(work))109上形成金属配线层后，在规定的氧氛围中，在金属配线层上形成较薄的氧化膜。其后，采用CVD装置等在试样109上形成栅电极，例如能得到MOS晶体管。
含有一掺杂到硅基板等试样中就显现出电活性的杂质的气体，如B2H6等掺杂原料气体普遍存在对人体的危害性高的问题。
在等离子体掺杂法中，掺杂原料气体所含的所有物质都被掺杂到试样中。以由B2H6构成的掺杂原料气体为例作说明，在掺杂到试样中时，只有硼是有效的杂质，但氢也同时掺杂到了试样中。若氢掺杂到试样中，就会出现外延生长等连续进行热处理时在试样中产生晶格缺陷的问题。
防止这种问题有一种方法，即，将含有一掺杂到硅基板等试样中就显现出电活性的杂质的杂质固体放置在真空容器内，同时在真空容器内产生惰性气体的等离子体的方法。这种方法通过由惰性气体的等离子体的离子溅射杂质固体，可以使杂质从杂质固体中分离出来。该方法记载于日本专利特开平09-115851号。用该方法进行掺杂的等离子体掺杂装置的结构见图15。图15中，在真空容器100内设置有用于放置由硅基板构成的试样109的试样电极106。在真空容器100的外部设置了用于供给惰性气体的供气装置102及使真空容器100的内部减压的泵103，可以将真空容器100内部保持在规定的压力。由微波波导管119经作为介质窗的石英板107将微波辐射到真空容器100内。通过该微波和由电磁铁114形成的直流磁场的相互作用在真空容器100内的虚线120所示的区域形成电子回旋加速器共振等离子体。通过电容器121将高频电源110与试样电极106相连接，控制试样电极的106的电位。将含杂质元素例如硼的杂质固体122放置在固体保持台123上，固体保持台123的电位由通过电容器124连接的高频电源125控制。
在上述图15所示结构的等离子体掺杂装置中，从供气装置102输入的惰性气体，例如氩气(Ar)通过微波波导管119及电磁铁114构成的等离子体发生装置被等离子体化，利用溅射从杂质固体飞溅到等离子体中的杂质元素的一部分被离子化，被掺杂到试样109的表面。
但是，上述图14及图15所示的以往的两种方式中都存在低浓度掺杂不能稳定进行、处理的重现性差的问题。要用掺杂原料气体进行低浓度掺杂，就必须降低真空容器内的压力，并且减小掺杂原料气体的分压。这种情况下，一般用惰性气体氦气稀释掺杂原料气体。这是由于氦气下述优点，即，因为氦离子溅出率小，因此对试样的离子辐射损伤小。但是由于还存在氦气在低压下难以开始放电的难点，因此就很难在所希望的低浓度掺杂条件下进行处理。
在不采用掺杂原料气体而采用杂质固体进行低浓度掺杂时，也必须降低真空容器内的压力。惰性气体使用氩气时，虽然与氦气相比在低压下容易开始放电，但依然难以在所希望的低浓度掺杂条件下进行处理。在这一点上和采用掺杂原料气体的情况相同。
在日本专利特开2000-309868号公布了一种方法，即，在采用了氩气的溅射装置，通过提高在等离子体点火阶段(generating step)的真空容器内的压力，可准确地进行点火。但是这种方法，由于要提高压力因此不能够完全适用于等离子体掺杂这类对杂质极其敏感的工艺过程。
要改善点火性，需提高在点火阶段的真空容器内的压力，形成适宜于点火阶段的放电的条件，在掺杂阶段降低压力等可有效改变放电条件。但是，如果改变压力等条件，则放电阻抗的变化大。由此存在用于进行高频功率的阻抗匹配的匹配电路的动作不会随阻抗的变化而作出相应的变化，从而产生较大的反射功率的问题。即，一般的匹配电路采用带有马达驱动的可动部分的可变电容器(使用微波时为短线)作为2个可变阻抗器件。由此，马达使可动部分旋转，改变阻抗需要1秒以上的时间。反射功率的产生导致处理的重现性下降。还有，某些情况下也会产生噪声，导致设备的误动作。有时，可变电容器(或者短线)的旋转(运动)没有停止在规定位置而是超过了，这样等离子体就会消失。
如果在等离子体掺杂装置输入微波及高频功率，则设置在高频电源和等离子体发生装置或者试样电极间的匹配电路就开始工作。但是，匹配电路开始工作至完全抑制反射波前，一般需要数百msec到数sec。而且，由于该时间在每次重复处理都不同，因此控制性及重现性差，难以稳定地得到所希望的掺杂浓度。
特别是进行掺杂浓度为1×1011atm/cm2～1×1015atm/cm2的低浓度掺杂时，由于处理时间较短，从数sec～十数sec，因此反射波的离散的影响较大。
等离子体掺杂处理的过程中，在保持产生等离子体的状态下，改变气体的种类、气体流量、压力、高频功率等控制参数中的至少1个控制参数时，在控制参数变化的时间点易产生较大的反射波。由于这种发射波的离散大，所以掺杂浓度的控制性及重现性变差。
发明内容
本发明的目的是提供一种可稳定地进行低浓度掺杂的方法及实施该方法的装置。
本发明的等离子体掺杂方法是在试样或者试样表面的膜中添加(掺杂)杂质的等离子体掺杂方法。该方法的特征是包括以下3个阶段，第1阶段是在真空容器内的试样电极放置试样；第2阶段是通过一边将气体输入真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而使真空容器内产生等离子体；第3阶段是在保持产生等离子体的状态下，将真空容器内的压力控制在比第1压力低的第2压力。
采用本发明的等离子体掺杂方法，通过一边将气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而产生等离子体。在这种状态下，将真空容器内的压力控制在比第1压力低的第2压力，由此可以实现稳定的低浓度掺杂。
本发明的另一等离子体掺杂方法也是在试样或者试样表面的膜中添加杂质的等离子体掺杂方法，该方法的特征是包括以下3个阶段，第1阶段是在真空容器内的试样电极放置试样；第2阶段是通过一边将含有氦气以外的惰性气体的气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而使真空容器内产生等离子体；第3阶段是在保持产生等离子体的状态下，一边将含有氦气的气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第2压力。
采用本发明的这一等离子体掺杂方法，通过一边将含有氦气以外的惰性气体的气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而产生等离子体。在这种状态下，一边将含有氦气的气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第2压力，由此可以实现稳定的低浓度掺杂。
本发明的另一等离子体掺杂方法也是在试样或者试样表面的膜中添加杂质的等离子体掺杂方法，该方法的特征是包括以下3个阶段，第1阶段是在真空容器内的试样电极放置试样；第2阶段是通过一边将气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而使真空容器内产生等离子体；第3阶段是在保持产生等离子体的状态下，一边将真空容器内的压力控制在第2压力一边向等离子体源供给比第2阶段的高频功率大的高频功率。
采用本发明的这一等离子体掺杂方法，通过一边将气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而产生等离子体。在这种状态下，将真空容器内的压力控制在第2压力，向等离子体源供给比等离子体产生时的高频功率大的高频功率，由此可以实现稳定的低浓度掺杂。
本发明的另一等离子体掺杂方法也是在试样或者试样表面的膜中添加杂质的等离子体掺杂方法，该方法的特征是包括以下3个阶段，第1阶段是在真空容器内的试样电极放置试样；第2阶段是通过一边将不含掺杂原料气体的气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而使真空容器内产生等离子体；第3阶段是在保持产生等离子体的状态下，一边将含有掺杂原料气体的气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在和第1压力不同的第2压力。
采用本发明的这一等离子体掺杂方法，一边将不含掺杂原料气体的气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而产生等离子体。在这种状态下，一边将含有掺杂原料气体的气体输入至真空容器内一边从真空容器内排出气体，将真空容器内的压力控制在第2压力，由此可以实现稳定的低浓度掺杂。
本发明的另一等离子体掺杂方法是一边将气体输入到装有等离子体发生装置的真空容器内，一边从真空容器内排出气体，通过装有作为2个可变阻抗器件的不带可动部分的环形磁芯的等离子体发生装置用匹配电路，将高频功率供给等离子体发生装置而使真空容器内产生等离子体，将杂质添加到放置于真空容器内的试样电极的试样或者试样表面的膜中的等离子体掺杂方法。该方法的特征是，在保持产生等离子体的状态下，使气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少1个控制参数发生变化。
采用本发明的这一等离子体掺杂方法，通过装有作为2个阻抗器件的环形磁芯的等离子体发生装置用匹配电路，将高频功率供给等离子体发生装置而使真空容器内产生等离子体。在这种状态下，使气体的种类、气体流量、压力、高频功率中的至少1个控制参数发生变化。由此可实现稳定的低浓度掺杂，进行重现性优良的等离子体掺杂。
本发明的另一等离子体掺杂方法是一边将气体输入到装有等离子体发生装置的真空容器内，一边从真空容器内排出气体，通过等离子体发生装置用匹配电路将高频功率供给等离子体发生装置而使真空容器内产生等离子体，将杂质添加到放置于真空容器内的试样电极的试样或者试样表面的膜中的等离子体掺杂方法。该方法的特征是，在保持产生等离子体的状态下，以1秒钟～5秒钟使气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少1个控制参数发生变化。
采用本发明的这一等离子体掺杂方法，通过等离子体发生装置用匹配电路将高频功率供给等离子体发生装置而使真空容器内产生等离子体，将杂质添加到试样表面。在保持产生等离子体的状态下，用1秒～5秒的时间使气体的种类、气体流量、压力、高频功率中的至少1个控制参数发生变化。由此可实现稳定的低浓度掺杂，进行重现性优良的等离子体掺杂。
本发明的等离子体掺杂方法在等离子体掺杂处理的过程中，在保持产生等离子体的状态下，使气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少1个控制参数发生变化时特别有效。
本发明的另一等离子体掺杂方法是通过一边将气体输入到装有等离子体发生装置的真空容器内，一边从真空容器内排出气体，将高频功率供给等离子体发生装置而使真空容器内产生等离子体，将高频功率供给真空容器内的试样电极，在放置于试样电极的试样或者试样表面的膜中添加杂质的等离子体掺杂方法。该方法的特征是，供给等离子体发生装置或者试样电极的高频功率的行进波功率(forward power)为Pf，反射波功率(reflected power)为Pr时，以1msec～100msec的间隔采集行进波功率Pf和反射波功率Pr的功率差Pf-Pr的值，在功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点停止供给高频功率。
采用本发明的这一等离子体掺杂方法，供给等离子体发生装置或者试样电极的高频功率的行进波功率为Pf，反射波功率为Pr时，以1msec～100msec的间隔采集功率差Pf-Pr的值，在采集的功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点停止供给高频功率。由此可实现掺杂浓度的控制性、重现性优良的等离子体掺杂。
本发明的等离子体掺杂装置的特征是，具备真空容器、用于将气体输入真空容器内的供气装置、用于从真空容器内排出气体的排气装置、用于将真空容器内的压力控制在规定压力的调压阀、用于在真空容器内放置试样的试样电极、等离子体产生装置、装有作为2个可变阻抗器件的不带可动部分的环形磁芯的等离子体发生装置用匹配电路、通过等离子体发生装置用匹配电路将高频功率供给等离子体发生装置的高频电源。
采用上述本发明的等离子体掺杂装置，由于具备通过装有作为2个可变阻抗器件的不带可动部分的环形磁芯的等离子体发生装置用匹配电路、将高频功率供给等离子体发生装置的高频电源，因此可实现稳定的低浓度掺杂，同时能够进行重现性优良的等离子体掺杂。
本发明的另一等离子体掺杂装置具备真空容器、将气体输入真空容器内的供气装置、从真空容器内排出气体的排气装置、将真空容器内的压力控制在规定压力的调压阀、在真空容器内放置试样的试样电极、等离子体产生装置、将高频功率供给等离子体发生装置的高频电源以及将高频功率供给试样电极的高频电源。该等离子体掺杂装置还具备供给等离子体发生装置或者试样电极的高频功率的行进波功率为Pf、反射波功率为Pr时，以1msec～100msec的间隔采集功率差Pf-Pr的值的取样器，以及在功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点停止供给高频功率的控制装置。
采用上述本发明的等离子体掺杂装置，以1msec～100msec的间隔采集功率差Pf-Pr的值，在功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点停止供给高频功率，由此可以提供掺杂浓度的控制性、重现性优良的等离子体掺杂装置。
附图说明
图1是采用本发明的实施例1～4的等离子体掺杂方法进行掺杂所使用的等离子体掺杂装置的剖面图。
图2是采用本发明的实施例1～4的等离子体掺杂方法进行等离子体掺杂所使用的等离子体掺杂装置的另一实例的剖面图。
图3是采用本发明的实施例1～4的等离子体掺杂方法进行等离子体掺杂所使用的等离子体掺杂装置的另一实例的剖面图。
图4是采用本发明的实施例1～4的等离子体掺杂方法进行等离子体掺杂所使用的等离子体掺杂装置的另一实例的剖面图。
图5是采用本发明的实施例1～4的等离子体掺杂方法进行等离子体掺杂所使用的等离子体掺杂装置的另一实例的剖面图。
图6是采用本发明的实施例5的等离子体掺杂方法进行掺杂所使用的等离子体掺杂装置的剖面图。
图7是本发明的实施例5所用的等离子体发生装置用匹配电路的电路图。
图8是表示本发明的实施例5的动作的时间图。
图9是表示本发明的实施例6的动作的时间图。
图10是采用本发明的实施例7的等离子体掺杂方法进行掺杂所使用的等离子体掺杂装置的剖面图。
图11是表示本发明的实施例7的动作的时间图。
图12表示本发明的实施例7的采样间隔和掺杂浓度的离散的关系。
图13是本发明的实施例7所使用的等离子体掺杂装置的另一实例的剖面图。
图14是实施以往的等离子体掺杂方法的等离子体掺杂装置的剖面图。
图15是实施以往的其它等离子体掺杂方法的等离子体掺杂装置的剖面图。
具体实施方式
参照图1～图13详细说明本发明的等离子体掺杂方法的较佳实施例。
《实施例1》
以下，参照图1说明本发明的实施例1的等离子体掺杂方法。
图1是采用本发明的实施例1的等离子体掺杂方法进行掺杂所使用的等离子体掺杂装置的剖面图。图1中，在真空容器1的内部空间1a，从供气装置2输入规定的气体，由作为排气装置的涡轮式分子气泵3进行排气。通过调压阀4将真空容器1的内部空间1a保持在规定的压力，同时从高频电源5向设置在与试样电极6对置的介质窗7附近的螺旋状线圈8供给13.56MHz的高频功率。由此，在真空容器1的内部空间1a产生电感耦合型等离子体，能够对作为放置在试样电极6上的试样(被加工物)的硅基板9进行等离子体掺杂处理。通过设置用于向试样电极6供给高频功率的高频电源10供给高频功率，可以控制试样电极6的电位，使基板9相对等离子体具有负的电位。涡轮式分子气泵3及排气口11配置在试样电极6的正下方。调压阀4是在试样电极6的正下方、且位于涡轮式分子气泵3的正上方的升降压阀。试样电极6由4根支承体12固定在真空容器1内。介质窗7的主成分是石英玻璃。
将作为被加工物的硅基板9放置在试样电极6后，一边将试样电极6的温度保持在10℃一边以50sccm(standard cc/min)向真空容器1内输入氦气及以3sccm输入作为掺杂原料气体的乙硼烷(B2H6)气体。将真空容器1内的压力控制在第1压力3Pa)，同时向作为等离子体源的线圈8供给800W的上述13.56MHz的高频功率，在真空容器1内产生等离子体。产生等离子体1秒后，在保持产生等离子体的状态下，将真空容器1内的压力控制在比上述第1压力(3Pa)低的第2压力(0.3Pa)。等离子体稳定后，向试样电极6供给200W的上述13.56MHz的高频功率，历时7秒钟。通过以上的工艺流程，可以将硼掺杂到基板9的表面附近。也同样可以在设于作为试样的基板9的表面的膜进行掺杂。掺杂浓度为2.5×1013atm/cm2。
如上所述，通过在比掺杂过程的压力(0.3Pa)高的压力(3Pa)下进行等离子体的点火，可以实现更稳定的点火。在上述的工艺流程中，由于使用以离子辐射对试样的损伤小的氦为主体的等离子体，所以能够稳定地进行低浓度掺杂。
另一种方法是在使等离子体点火的阶段，输入氦气以外的惰性气体，这样效果较好。氦气以外的惰性气体的点火下限压力比氦气低，因此，使用氦气以外的惰性气体，具有能以更低的压力进行等离子体点火的优点。
另一种方法是在使等离子体点火的阶段，减小供给等离子体源的高频功率，这样效果也较好。这种情况下，具有可以减少在点火阶段对基板9的不良影响的优点。
另一种方法是在使等离子体点火的阶段，不向真空容器内输入掺杂原料气体，这样效果也较好。在这种情况下，具有可以减少在点火阶段对基板9的不良影响的优点。
《实施例2》
接着，和实施例1相同参照图1说明本发明的实施例2的等离子体掺杂方法。图1中的在实施例1说明过的事项也同样引用到实施例2。
图1的等离子体掺杂装置的结构及基本动作在本发明的上述实施例1已作了详细的说明，因此省略重复的说明。
图1中，将硅基板9放置在试样电极6后，一边将试样电极6的温度保持在10℃一边以50sccm向真空容器1内输入氩气及以3sccm输入作为掺杂原料气体的乙硼烷(B2H6)气体。将真空容器1内的压力控制在第1压力0.8Pa，同时向作为等离子体源的线圈8供给800W的高频功率，在真空容器1内产生等离子体。产生等离子体1秒后，在保持产生等离子体的状态下，向真空容器1内以50sccm输入氦气。此外停止输入氩气。等离子体稳定后，向试样电极6供给200W的高频功率，历时7秒钟。由此可以将硼掺杂到基板9的表面附近。掺杂浓度为4.2×1013atm/cm2。
如上所述，通过用含氦气以外的惰性气体的气体进行等离子体的点火，可以实现更稳定的点火。在上述的工艺流程中，由于使用以离子辐射对试样的损伤小的氦为主体的等离子体，所以能够稳定地进行低浓度掺杂。
本发明的实施例2中，在使等离子体点火的阶段增大真空容器内的压力，这样效果较好。由此具有能够更稳定地进行等离子体点火的优点。
在使等离子体点火的阶段，较好的是减小供给等离子体源的高频功率。这种情况下，具有可以减少在点火阶段对基板9的不良影响的优点。
在使等离子体点火的阶段，较好的是不向真空容器内输入掺杂原料气体。这种情况下，具有可以减少在点火阶段对基板9的不良影响的优点。
《实施例3》
接着，和实施例1相同参照图1说明本发明的实施例3的等离子体掺杂方法。图1中的在实施例1说明过的事项也同样引用到实施例3。
图1的等离子体掺杂装置的结构及基本动作在本发明的上述实施例1已作了详细的说明，因此省略重复的说明。
图1中，将硅基板9放置在试样电极6后，一边将试样电极6的温度保持在10℃，一边以50sccm向真空容器1内输入氦气及以3sccm输入作为掺杂原料气体的乙硼烷(B2H6)气体。将真空容器1内的压力控制在第1压力3Pa，同时向作为等离子体源的线圈8供给100W的高频功率，在真空容器1内产生等离子体。等离子体点火1秒后，在保持产生等离子体的状态下，将真空容器1内的压力控制在比上述第1压力(3Pa)低的第2压力(0.3Pa)，将供给线圈的高频功率增大到800W。等离子体稳定后，向试样电极供给200W的高频功率，历时7秒钟，这样能够将硼掺杂到基板9的表面附近。掺杂浓度为2.4×1013atm/cm2。
如上所述，在进行等离子体的点火时，如果减小供给等离子体源的功率，则可以减少在点火阶段对试样的不良影响。这样，使用以离子辐射对试样的损伤小的氦为主体的等离子体，可以稳定地进行低浓度掺杂。
本发明的实施例3中，第2压力和第1压力相同效果较好。在这种情况下，也可以减少在点火阶段对试样的不良影响。
在使等离子体点火的阶段，输入氦气以外的惰性气体效果较好。氦气以外的惰性气体一般点火的下限压力比氦气低。因此，使用氦气以外的惰性气体，具有能以更低的压力进行等离子体点火的优点。
在使等离子体点火的阶段，不向真空容器内输入掺杂原料气体效果也较好。在这种情况下，具有可以减少在点火阶段对试样的不良影响的优点。
《实施例4》
接着，和实施例1相同参照图1说明本发明的实施例4的等离子体掺杂方法。图1中的在实施例1说明过的事项也同样引用到实施例4。
图1的等离子体掺杂装置的结构及基本动作在本发明的上述实施例1已作了详细的说明，因此省略重复的说明。
图1中，将硅基板9放置在试样电极6后，一边将试样电极6的温度保持在10℃，一边以50sccm向真空容器1内输入氦气。将真空容器1内的压力控制在第1压力3Pa，同时向作为等离子体源的线圈8供给800W的高频功率，使真空容器1内产生等离子体。等离子体点火1秒后，在保持产生等离子体的状态下，将真空容器1内的压力控制在比上述第1压力(3Pa)低的第2压力(0.3Pa)，以3sccm输入作为掺杂原料气体的乙硼烷(B2H6)气体。等离子体稳定后，向试样电极供给200W的高频功率，历时7秒钟。由此可以将硼掺杂到基板9的表面附近。掺杂浓度为2.4×1013atm/cm2。
如上所述，在进行等离子体的点火阶段，使用不含掺杂原料气体的气体，由此减小在点火阶段对试样的不良影响，同时使用以离子辐射对试样的损伤小的氦为主体的等离子体，可以稳定地进行低浓度掺杂。
实施例4中，第2压力和第1压力相同效果较好。这样可以减少在点火阶段对试样的不良影响。
在使等离子体点火的阶段，输入氦气以外的惰性气体效果较好。氦气以外的惰性气体一般点火下限压力比氦气低。因此具有能以更低的压力进行等离子体点火的优点。
在使等离子体点火的阶段，减小供给等离子体源的高频功率效果较好。由此具有可以减少在点火阶段对试样的不良影响的优点。
以上所述的本发明的实施例1～实施例4的等离子体掺杂方法的应用范围并不限定于上述各实施例所使用的图1所示的装置。图1只不过是例举了在真空容器的形状、等离子体源的方式及配置等方面的各种变化中的一部分。本发明的等离子体掺杂方法除在这里举例说明的以外，当然还可以应用于各种各样有所变化的装置。
例如，本发明的等离子体掺杂方法可应用于图2所示结构的装置，该装置中线圈8为平面的螺旋状。
本发明的等离子体掺杂方法还可以适用于图3所示的装置，该装置中用天线13代替线圈8，用电磁铁14作为磁场产生装置。这种情况下，能够在真空容器1内形成螺旋波等离子体，产生比电感耦合型等离子体密度高的高密度的等离子体。通过控制流向电磁铁14的电流，能够在真空容器1内施加直流磁场或者频率1kHz以下的低频磁场。
本发明的等离子体掺杂方法也可以适用于图4所示的装置，该装置中用天线13及作为磁场产生装置的2个电磁铁14a、14b代替线圈8。这种情况下，通过使互为逆向的电流流过2个电磁铁14a、14b，可以在真空容器内形成磁中性环路等离子体。磁中性环路等离子体可以产生比电感耦合型等离子体密度高的高密度的等离子体。通过控制流动于电磁铁14a、14b的电流，可以在真空容器1内施加直流磁场或者频率1kHz以下的低频磁场。
图5是等离子体掺杂装置的另一实例的剖面图。图5中，在真空容器1内一边从供气装置2输入规定的气体，一边由作为排气装置的涡轮式分子气泵3进行排气。通过调压阀4将真空容器1内的压力保持在规定的压力，同时由高频电源5向设置在与试样电极6对置的介质窗7附近的线圈8供给13.56MHz的高频功率。由此在真空容器1内产生电感耦合型等离子体，对放置在试样电极6上的作为试样(被加工物)的硅基板9进行等离子体掺杂处理。设置用于向试样电极6供给高频功率的高频电源10。从高频电源10供给高频功率，可以控制试样电极6的电位，使基板9相对等离子体具有负的电位。涡轮式分子气泵3及排气口11配置在试样电极6的正下方。调压阀4是在试样电极6的正下方、且位于涡轮式分子气泵3的正上方的升降压阀。试样电极6由4根支承体12固定在真空容器1内。介质窗7的主成分是石英玻璃，使石英玻璃中含有作为杂质的硼。
设置用于向配置于线圈8和介质窗7之间的偏置电极15供给频率500kHz的高频功率的高频电源16。偏置电极15是将多个已知的带状电极配置成放射状而形成的。将带状的纵向按和螺旋状的线圈8的导体垂直相交的状态配置。采用该配置，使偏置电极15基本不会影响从线圈8发出的高频电磁场辐射到真空容器1内。偏置电极15几乎覆盖介质窗7的整个区域，溅射介质窗7时，可以控制作为石英玻璃所含杂质的硼扩散到等离子体中的量。在高频电源5的输出端设置由带通滤波器17和反射波计18构成的反射波检测电路20。设置带通滤波器17是作为用于防止来自高频电源16的频率500kHz的高频功率引起的调制影响高频电源5的频率13.56MHz的高频功率的反射波的检测的电路。带通滤波器17可消除由于供给频率500kHz的高频功率，介质窗7的表面的覆盖厚度在频率500kHz发生变化所产生的影响。带通滤波器17是用于在频率13.56MHz的高频功率的反射波中，只提取13.56MHz的成分，由反射波计18检测出的装置。这种结构中，一边由反射波计18监测频率13.56MHz的高频功率的反射波一边进行处理。由此可以实时检测出匹配状态及频率13.56MHz的高频电源的故障。
通过采用这种结构，可以在真空容器1内不输入掺杂原料气体，而由含固体状的杂质的介质窗7产生的掺杂原料，将杂质掺杂到试样或者试样表面的膜中。
以上所述的本发明的各实施例中，在第2压力比第1压力低时，要切实进行点火并且实现低浓度掺杂，比较理想的是第1压力为1Pa～10Pa，第2压力为0.01Pa～1Pa，更佳的范围是第1压力为2Pa～5Pa，第2压力为0.01Pa～0.5Pa。
使用氦气以外的惰性气体时，最好使用氖、氩、氪或氙气中的至少1种气体。这些惰性气体具有相比其它气体对试样的不良影响小的优点。
在点火阶段，减小供给等离子体源的高频功率的情况下，对切实地进行点火，并且抑制在点火阶段对试样的不良影响，实现低浓度掺杂效果较佳。为此，在点火阶段供给等离子体源的高频功率为在掺杂阶段供给等离子体源的高频功率的1/100～1/2较为理想。在点火阶段供给等离子体源的高频功率为在掺杂阶段供给等离子体源的高频功率的1/20～1/5则更佳。
在真空容器内输入掺杂原料气体时，要实现低浓度掺杂，掺杂原料气体的分压为在掺杂阶段的真空容器内的压力的1/1000～1/5较为理想。掺杂原料气体的分压为在掺杂阶段的真空容器内的压力的1/100～1/10则更佳。
在上述各实施例中，例举了试样为由硅构成的半导体基板的情况，但在处理其它各种材质的试样时，也能够应用本发明的等离子体掺杂方法。
在上述各实施例中，例举了杂质为硼的情况，在试样为由硅构成的半导体基板的情况下，本发明在杂质为砷、磷、硼、铝或者锑时特别有效。这是因为在晶体管部分能够形成较浅的接合。
本发明的方法在掺杂浓度为低浓度时有效，在作为以1×1011atm/cm2～1×1017atm/cm2为目标的等离子体掺杂方法时非常有效。在作为以1×1011atm/cm2～1×1014atm/cm2为目标的等离子体掺杂方法时特别有效。
本发明对使用电子回旋加速器共振(ECR)等离子体的情况也是有效的，但在不使用ECR等离子体时特别有效。ECR等离子体具有在低压下等离子体也容易点火的优点。但是，由于试样附近的直流磁场大，易发生电子和离子的电荷分离，存在掺杂量的均一性差的缺点。也就是说，通过将本发明应用到不使用ECR等离子体而使用其它高密度等离子体源的等离子体掺杂方法，可以实现均一性更优良的低浓度掺杂。
《实施例5》
参照图6～图8，说明本发明的实施例5的等离子体掺杂方法。
本发明的实施例5的等离子体掺杂方法所使用的等离子体掺杂装置的剖面图见图6。图6中，将作为试样(被加工物)的硅基板9放置在设置于真空容器1内的试样电极6上。在真空容器1中一边从供气装置2输入规定的气体，一边由作为排气装置的涡轮式分子气泵3进行排气。通过调压阀4将真空容器1内的压力保持在规定的压力，同时由高频电源5向设置在与试样电极6对置的介质窗7附近的作为等离子体发生装置的线圈8供给13.56MHz的高频功率。由此在真空容器1内产生电感耦合型等离子体，能够对放置在试样电极6上的硅基板9进行等离子体掺杂处理。通过设置用于向试样电极6供给高频功率的高频电源10对试样电极6的电位进行控制，使基板9相对等离子体具有负的电位。涡轮式分子气泵3及排气口11配置在试样电极6的正下方。调压阀4是在试样电极6的正下方、且位于涡轮式分子气泵3的正上方的升降压阀。试样电极6由4根支承体12固定在真空容器1内。介质窗7的主成分是石英玻璃。在高频电源5和线圈8间设置等离子体发生装置用匹配电路33。
等离子体发生装置用匹配电路33是公知的市售品，参照图7的框图简单进行说明。如果在输出端33b连接线圈8的匹配电路33的输入端33a由高频电源5供给高频功率，则根据来自传感器14的信号，运算电路15将控制电压输出到环形磁芯16a、16b。这样，由于环形磁芯16a、16b的导磁率发生变化，高频的电感也发生变化，能够向所希望的匹配状态转换。等离子体发生装置用匹配电路33不具有可动部分，由于只在已知的电信号使用可以改变阻抗的环形磁芯16a、16b，因此匹配所需要的时间在1msec以下。
将硅基板9放置在试样电极6后，一边将试样电极6的温度保持在10℃，一边以50sccm向真空容器1内输入氦气及以3sccm输入作为掺杂原料气体的乙硼烷(B2H6)气体。将真空容器1内的压力控制在第1压力2Pa，同时向作为等离子体源的线圈8供给150W的高频功率，由此在真空容器1内产生等离子体。
以下参照图8的时间图说明本实施例的工艺流程。在时间t1开始向线圈8供给150W的高频功率(high frequency power)。开始供给高频功率0.1秒后，在保持产生等离子体的状态下，控制调节阀使真空容器1内处于比第1压力(2Pa)低的第2压力1Pa。在0.07秒后将高频功率提高到800W，并且向试样电极供给200W的高频功率。由此可以将杂质掺杂到基板9的表面附近。连续进行上述处理100次，掺杂浓度的平均值为2.5×1013atm/cm2，其离散度为±1.4％。
为了有所比较，用以往的使用可变电容器的匹配电路进行了相同条件下的处理。其结果是，在改变了控制参数中的压力及高频功率的时间点产生了较大的反射波。由于该反射波离散，进行了100次连续处理时的掺杂浓度的平均值为2.4×1013atm/cm2，其离散度较大，达到±2.8％。本实施例和以往例的反射波的波形见图8。
如上所述，通过在比掺杂阶段的压力高的压力下进行等离子体的点火，可以实现稳定的点火。因此，使用以离子辐射对试样的损伤小的氦为主体的等离子体，可以稳定地进行低浓度掺杂。在使等离子体点火的阶段，通过减小供给等离子体源的高频功率，可以减少在点火阶段对试样的不良影响。在本实施例采用了装有作为2个可变阻抗器件的已知的不带可动部分的环形磁芯16a、16b的等离子体发生装置用匹配电路33。因此，即使改变控制参数也不会产生大的反射波，能进行重现性优良的处理。
实施例5中，在使等离子体点火的阶段，可以输入氦气以外的惰性气体。这种情况下，由于氦气以外的惰性气体点火的下限压力比氦气低，因此使用氦气以外的惰性气体，具有能以更低的压力进行等离子体点火的优点。
在使等离子体点火的阶段，可以不向真空容器内输入掺杂原料气体。在这种情况下，也具有可以减少在点火阶段对试样的不良影响的优点。
《实施例6》
接着，参照图9说明本发明的实施例6的等离子体掺杂方法。
在实施例6的等离子体掺杂方法所采用的等离子体掺杂装置和图6及图7所示的相同，因此省略重复的说明。
将硅基板9放置在试样电极6上后，一边将试样电极6的温度保持在10℃，一边以50sccm向真空容器1内输入氦气5及以3sccm输入作为掺杂原料气体的乙硼烷(B2H6)气体。将真空容器1内的压力控制在第1压力2Pa，同时向作为等离子体源的线圈8供给200W的高频功率，由此使真空容器1内产生等离子体。
参照图9的时间图说明本实施例的工艺流程。在时间t1开始向线圈8供给200W的高频功率。开始供给高频功率0.5秒后，在保持产生等离子体的状态下，慢慢增大调压阀4的开度，使真空容器1内处于比第1压力(2Pa)低的第2压力(1Pa)。同时在2秒钟内慢慢将线圈8的高频功率提高到800W。用2.0秒钟的时间，慢慢改变作为控制参数的压力和高频功率后，向试样电极6供给200W的高频功率。由此可以将硼掺杂到基板9的表面附近。连续进行这样的处理100次，掺杂浓度的平均值为2.5×1013atm/cm2，其离散度为±0.9％。
如上所述，通过在比掺杂阶段的压力高的压力下进行等离子体的点火，可以实现稳定的点火。还有，通过使用以离子辐射对试样的损伤小的氦为主体的等离子体，可以稳定地进行低浓度掺杂。在使等离子体点火的阶段，通过减小供给等离子体源的高频功率，可以减少在点火阶段对试样的不良影响。本实施例中采用了装有作为2个可变阻抗器件的不带可动部分的图7所示的已知的环形磁芯的等离子体发生装置用匹配电路33。因此，即使改变控制参数也不会产生大的反射波，能进行重现性优良的处理。由于用2秒钟的时间慢慢改变作为控制参数的压力和高频功率，因此阻抗的变化缓和，能够比图8所示的实施例5更进一步减小产生的反射波，改善重现性。
本发明的实施例6中，在使等离子体点火的阶段，可以输入氦气以外的惰性气体。这种情况下，由于氦气以外的惰性气体一般点火的下限压力比氦气低，因此使用氦气以外的惰性气体，具有能以更低的压力进行等离子体点火的优点。
在使等离子体点火的阶段，可以不向真空容器内输入掺杂原料气体。在这种情况下，也具有可以减少在点火阶段对试样的不良影响的优点。
本实施例中，例举了用2秒钟的时间改变控制参数的例子。控制参数的改变可以1秒钟～5秒钟的时间进行，这是因为使用具有可变电容器的等离子体发生装置用匹配电路时，如果用小于1秒的时间进行控制参数的改变，则会产生较大的反射波。如果用大于5秒的时间进行控制参数的改变，则处理时间延长，生产效率降低。
本发明的实施例5及实施例6，只不过举例说明了本发明的等离子体掺杂方法的应用范围中的一部分。本发明的等离子体掺杂方法当然还可以应用于真空容器的形状、等离子体源的方式及配置等方面有所变化的各种装置。
例如，如图2所示可以将线圈8做成平面状。此外，可以使用螺旋波等离子体，也可以采用磁中性环路等离子体。
可以在真空容器1内不输入掺杂原料气体，而由固体状杂质产生的掺杂原料将杂质掺杂在试样或试样表面的膜中。
本发明在保持等离子体产生的状态下，改变的控制参数是气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少1个控制参数时特别有效。
在保持等离子体产生的状态下，将压力从第1压力改变到第2压力时，第2压力最好比第1压力低。要切实地进行点火，并且实现低浓度掺杂，第1压力为1Pa～10Pa，第2压力为0.01Pa～1Pa较为理想，第1压力为2Pa～5Pa，第2压力为0.01Pa～0.5Pa更为理想。
使用氦气以外的惰性气体时，最好使用氖、氩、氪或氙气中的至少1种气体。这些惰性气体具有相比其它气体对试样的不良影响小的优点。
减小在点火阶段供给等离子体源的高频功率的情况下，对切实地进行点火，并且抑制在点火阶段对试样的不良影响，实现低浓度掺杂效果较佳。为此，在点火阶段供给等离子体源的高频功率为在掺杂阶段供给等离子体源的高频功率的1/100～1/2较为理想。在点火阶段供给等离子体源的高频功率为在掺杂阶段供给等离子体源的高频功率的1/20～1/5则更佳。
在真空容器内输入掺杂原料气体时，要实现低浓度掺杂，掺杂原料气体的分压为在掺杂阶段的真空容器内的压力的1/1000～1/5较为理想。掺杂原料气体的分压为在掺杂阶段的真空容器内的压力的1/100～1/10则更佳。
在上述实施例1～6中，例举了试样是由硅构成的半导体基板的情况，在处理其它各种材质的试样时，也能够应用本发明的等离子体掺杂方法。
在上述实施例1～6中，例举了杂质为硼的情况，在试样是由硅构成的半导体基板时，本发明在杂质为砷、磷、硼、铝或者锑时特别有效。这是因为在晶体管部分能够形成较浅的接合。
上述实施例1～6的等离子体掺杂方法对掺杂浓度为低浓度的情况有效。在作为浓度的期望值为1×1011atm/cm2～1×1017atm/cm2的等离子体掺杂方法时很有效。在作为浓度的目标值为1×1011atm/cm2～1×1014atm/cm2的等离子体掺杂方法时特别有效。
上述实施例1～6的等离子体掺杂方法对使用电子回旋加速器共振(ECR)等离子体的情况也是有效的，但在不使用ECR等离子体时特别有效。ECR等离子体具有在低压下等离子体也容易点火的优点。但是，由于试样附近的直流磁场大，易发生电子和离子的电荷分离，所以存在掺杂量的均一性差的缺点。也就是说，不使用ECR等离子体而使用了其它的高密度等离子体源的等离子体掺杂方法，可以实现均一性更优良的低浓度掺杂。
《实施例7》
以下，参照图10～图12说明本发明的实施例7的等离子体掺杂方法。
本发明的实施例7的等离子体掺杂方法所使用的等离子体掺杂装置的剖面图见图10。图10的等离子体掺杂装置中，高频电源10的输出经取样器37供给试样电极6。取样器37由控制装置44控制输入。控制装置44的输出由高频电源10供给，并控制它。在真空容器1内，一边从供气装置2输入规定的气体，一边由作为排气装置的涡轮式分子气泵3进行排气。通过调压阀4将真空容器1内的压力保持在规定的压力，同时由高频电源5向设置在与试样电极6对置的介质窗7附近的作为等离子体发生装置的线圈8供给13.56MHz的高频功率。由此在真空容器1内产生电感耦合型等离子体，对放置在试样电极6上的作为试样的硅基板9进行等离子体掺杂处理。
用于向试样电极6供给高频功率的高频电源10可以控制试样电极6的电位，使基板9相对等离子体具有负的电位。涡轮式分子气泵3及排气口11配置在试样电极6的正下方。调压阀4是在试样电极6的正下方、且位于涡轮式分子气泵3的正上方的升降压阀。试样电极6由4根支承体12固定在真空容器1内。介质窗7的主成分是石英玻璃。
取样器37在供给试样电极6的高频功率的行进波功率为Pf，反射波功率为Pr时，以1msec～100msec的间隔采集行进波功率Pf和反射波功率Pr的功率差Pf-Pr的值，控制装置44在功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点停止供给高频功率。
将硅基板9放置在试样电极6后，一边将试样电极6的温度保持在10℃，一边以50sccm向真空容器1内输入氦气及以3sccm输入作为掺杂原料气体的乙硼烷(B2H6)气体。将真空容器1内的压力控制在第1压力2Pa，同时向作为等离子体源的线圈8供给150W的高频功率，使真空容器1内产生等离子体。参照图11的时间图说明本实施例的工艺流程。
在时间t1开始向线圈8供给高频功率。开始供给高频功率1.0秒后，在保持产生等离子体的状态下，控制调压阀4使真空容器1内的压力处于比第1压力(2Pa)低的第2压力(1Pa)。在调压阀4开始控制0.8秒后将高频功率提高到800W，并向试样电极供给200W的高频功率，由此可以将硼掺杂到基板9的表面附近。供给试样电极6的高频功率的行进波功率为Pf、反射波功率为Pr时，由取样器37以80msec的间隔采集功率差Pf-Pr的值。在采集的功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点停止供给高频功率。即在图11的最下端的图表中用斜线所示区域表示的值达到1400W·sec的时间点，停止向等离子体发生装置8及试样电极6供给高频功率。
连续进行上述处理100次，掺杂浓度的平均值为3.5×1013atm/cm2，其离散度为±1.2％。
改变功率差Pf-Pr的值的采样间隔，调查了掺杂浓度的离散。图12表示在各采样间隔连续处理100次时的浓度离散。从图12可知，采样间隔在100msec以下，离散急剧减小，可以降低到小于±1.5％的程度。采样间隔在10msec以下，离散更进一步减小，降低到小于±0.5％的程度。
如上所述，能进行重现性优良的处理是因为利用了在同种气体、同一流量、同一压力下掺杂浓度与施加于试样电极6的高频功率和处理时间分别呈比例的关系。即，在功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点，掺杂浓度达到规定值。在该时间点，停止供给高频功率能够使掺杂浓度处于规定值。即使在产生反射波的状况下出现离散，通过采集功率差Pf-Pr的值能够检测出供给试样电极6的实际功率，从而可以根据采样得到的功率差Pf-Pr的积分值掌握准确的掺杂量。
在本实施例，例举了供给试样电极6的高频功率的行进波功率为Pf、反射波功率为Pr时，采集功率差Pf-Pr的值的情况。作为其它例子，也可以在供给等离子体发生装置的线圈8的高频功率的行进波功率为Pf、反射波功率为Pr时，采集功率差Pf-Pr的值。这种情况下的等离子体掺杂装置的结构见图13。
图13中，在真空容器1内，一边从供气装置2输入规定的气体，一边由作为排气装置的涡轮式分子气泵3进行排气。通过调压阀4将真空容器1内的压力保持在规定的压力，同时由高频电源5向设置在与试样电极6对置的介质窗7附近的作为等离子体发生装置的线圈8供给13.56MHz的高频功率。由此能够在真空容器1内产生电感耦合型等离子体，对放置在试样电极6上的作为试样(被加工物)的硅基板9进行等离子体掺杂处理。用于向试样电极6供给高频功率的高频电源10可以控制试样电极6的电位，使基板9相对等离子体具有负的电位。涡轮式分子气泵3及排气口11配置在试样电极6的正下方。调压阀4是在试样电极6的正下方、且位于涡轮式分子气泵3的正上方的升降压阀。试样电极6由4根支承体12固定在真空容器1内。介质窗7的主成分是石英玻璃。此外，还具备取样器37，它的作用是在供给作为等离子体发生装置的线圈的高频功率的行进波功率为Pf、反射波功率为Pr时，以1msec～100msec的间隔采集功率差Pf-Pr的值。控制装置44在功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点，停止供给高频功率。利用在同种气体、同一流量、同一压力下掺杂浓度与施加于等离子体发生装置的高频功率和处理时间分别呈比例这点，在功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点，停止供给高频功率。这样即使在反射波的产生状况出现离散的情况下，也能够得到更准确的掺杂量。
在本发明的实施例7，只不过例举了本发明的等离子体掺杂方法的应用范围中的真空容器的形状、等离子体源的方式及配置等方面有所变化的各种装置中的一部分。在应用本发明的等离子体掺杂方法时，当然也可以考虑这里所例举的以外的各种各样的变化。
如图2所示，可以将线圈8做成平面状。此外可以使用螺旋波等离子体，或者可以采用磁中性环路等离子体。
还有，可以在真空容器1内不输入掺杂原料气体，由固体状杂质产生的掺杂原料将杂质掺杂到试样或试样表面的膜中。
本实施例在等离子体掺杂处理的过程中，在保持产生等离子体的状态下，改变气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少1个控制参数时特别有效。这是因为在控制参数发生变化的时间点易产生反射波。
这里例举了试样为由硅构成的半导体基板的情况，在处理其它各种材质的试样时，也能够应用本实施例。
在本实施例中，例举了杂质为硼的情况，在试样为由硅构成的半导体基板的情况下，本实施例在杂质为砷、磷、硼、铝或者锑时特别有效。这是因为在晶体管部分能够形成较浅的接合。
本实施例对掺杂浓度为低浓度的情况有效。在作为浓度的期望值为1×1011atm/cm2～1×1017atm/cm2的等离子体掺杂方法时非常有效。在作为浓度的目标值为1×1011atm/cm2～1×1014atm/cm2的等离子体掺杂方法时特别有效。这是由于因为处理时间从数sec～十数sec，比较短，因此反射波的离散的影响增大。
供给等离子体发生装置或者试样电极的高频功率的行进波功率为Pf，反射波功率为Pr时，采集功率差Pf-Pr的值的间隔较好为1msec～100msec。其理由是，要使采样间隔小于1msec，必须要有极高性能的取样器，要求控制装置具有很强的运算能力，因此会导致装置成本的提高。如果采样间隔大于100msec，则不能够得到充分的重现性。
供给等离子体发生装置或者试样电极的高频功率的行进波功率为Pf、反射波功率为Pr时，采集功率差Pf-Pr的值的间隔为1msec～10msec效果更佳。其理由是，如果采样间隔在1msec以下，如上所述必须要有极高性能的取样器，这样就导致成本的提高。如果在10msec以下，则能得到优良的重现性。
采集功率差Pf-Pr的值时，可以分别采集Pf及Pr的值，计算其差值，或者可以进行在电路上的运算。此外，可以假设行进波功率Pf等于设定值，仅采集反射波功率Pr，计算功率差Pf-Pr的值。
还有，功率差Pf-Pr的值按时间积分时，可以用直线插入采样值和采样值间，也可以按呈阶梯状变化的方式计算积分值。

Claims (10)

1、等离子体掺杂方法，它是在试样或者试样表面的膜中添加杂质的等离子体掺杂方法，其特征在于，包括以下3个阶段，第1阶段是在真空容器内的试样电极放置试样；第2阶段是通过一边将掺杂原料气体输入至上述真空容器内一边从真空容器内排出气体，将上述真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而使上述真空容器内产生等离子体；第3阶段是在保持产生等离子体的状态下，将上述真空容器内的压力控制在比上述第1压力低的第2压力。
2、等离子体掺杂方法，它是在试样或者试样表面的膜中添加杂质的等离子体掺杂方法，其特征在于，包括以下3个阶段，第1阶段是在真空容器内的试样电极放置试样；第2阶段是通过一边将含有氦气以外的惰性气体的气体输入至上述真空容器内一边从真空容器内排出气体，将上述真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而使上述真空容器内产生等离子体；第3阶段是在保持产生等离子体的状态下，一边将含有氦气的气体输入至上述真空容器内一边从真空容器内排出气体，将上述真空容器内的压力控制在第2压力。
3、等离子体掺杂方法，它是在试样或者试样表面的膜中添加杂质的等离子体掺杂方法，其特征在于，包括以下3个阶段，第1阶段是在真空容器内的试样电极放置试样；第2阶段是通过一边将气体输入至上述真空容器内一边从真空容器内排出气体，将上述真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而使真空容器内产生等离子体；第3阶段是在保持产生等离子体的状态下，一边将上述真空容器内的压力控制在和上述第1压力不同的第2压力，一边向等离子体源供给比在上述第2阶段的高频功率大的高频功率。
4、等离子体掺杂方法，它是在试样或者试样表面的膜中添加杂质的等离子体掺杂方法，其特征在于，包括以下3个阶段，第1阶段是在真空容器内的试样电极放置试样；第2阶段是通过一边将不含掺杂原料气体的气体输入至上述真空容器内一边从真空容器内排出气体，将上述真空容器内的压力控制在第1压力的同时向等离子体源供给高频功率而使上述真空容器内产生等离子体；第3阶段是在保持产生等离子体的状态下，一边将含有掺杂原料气体的气体输入至上述真空容器内一边从真空容器内排出气体，将上述真空容器内的压力控制在和第1压力不同的第2压力。
5、等离子体掺杂方法，它是一边将气体输入到装有等离子体发生装置的真空容器内，一边从真空容器内排出气体，通过装有作为2个可变阻抗器件的环形磁芯的等离子体发生装置用匹配电路，将高频功率供给等离子体发生装置而使上述真空容器内产生等离子体，将杂质添加到放置于上述真空容器内的试样电极的试样或者试样表面的膜中的等离子体掺杂方法，其特征在于，在保持产生等离子体的状态下，使气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少1个控制参数发生变化。
6、等离子体掺杂方法，它是一边将气体输入到装有等离子体发生装置的真空容器内，一边从真空容器内排出气体，通过等离子体发生装置用匹配电路将高频功率供给等离子体发生装置而使上述真空容器内产生等离子体，将杂质添加到放置于上述真空容器内的试样电极的试样或者试样表面的膜中的等离子体掺杂方法，其特征在于，在保持产生等离子体的状态下，以1秒钟～5秒钟使气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少1个控制参数发生变化。
7、等离子体掺杂方法，它是通过一边将气体输入到装有等离子体发生装置的真空容器内，一边从真空容器内排出气体，将高频功率供给上述等离子体发生装置而使上述真空容器内产生等离子体，将高频功率供给上述真空容器内的用于放置试样的电极，在上述放置试样的电极上放置的试样或者试样表面的膜中添加杂质的等离子体掺杂方法，其特征在于，供给上述等离子体发生装置或者上述试样电极的上述高频功率的行进波功率为Pf，反射波功率为Pr时，以1msec～100msec的间隔采集功率差Pf-Pr的值，在功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点停止供给高频功率。
8、如权利要求7所述的等离子体掺杂方法，其特征还在于，在等离子体掺杂处理的过程中，在保持产生等离子体的状态下，使气体的种类、气体流量、压力、高频功率这些控制参数中的至少1个控制参数发生变化。
9、等离子体掺杂装置，其特征在于，具备真空容器、用于将气体输入上述真空容器内的供气装置、用于从上述真空容器内排出气体的排气装置、用于将上述真空容器内的压力控制在规定压力的调压阀、用于在上述真空容器内放置试样的试样电极、等离子体发生装置、装有作为2个可变阻抗器件的环形磁芯的等离子体发生装置用匹配电路、以及通过上述等离子体发生装置用匹配电路将高频功率供给上述等离子体发生装置的高频电源。
10、等离子体掺杂装置，其特征在于，具备真空容器，将气体输入上述真空容器内的供气装置，从上述真空容器内排出气体的排气装置，将上述真空容器内的压力控制在规定压力的调压阀，在上述真空容器内放置试样的试样电极，等离子体产生装置，将高频功率供给上述等离子体发生装置的高频电源，将高频功率供给上述试样电极的高频电源，供给上述等离子体发生装置或上述试样电极的高频功率的行进波功率为Pf、反射波功率为Pr时、以1msec～100msec的间隔采集功率差Pf-Pr的值的取样器，以及在上述功率差Pf-Pr按时间积分的值达到预先设定的值的时间点停止供给高频功率的控制装置。
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