CN101641764A - 具有改良的剂量控制的多阶等离子体掺杂 - Google Patents
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Abstract
一种多阶等离子体掺杂基板的方法包括点燃来自处理气体的等离子体。建立第一等离子体状态来执行第一等离子体掺杂步骤。给基板加偏压，使得具有第一等离子体状态的等离子体中的离子撞击基板的表面，从而使基板暴露于第一剂量。第一等离子体状态过渡到第二等离子体状态。给基板加偏压，使得具有第二等离子体状态的等离子体中的离子撞击基板的表面，从而使基板暴露于第二剂量。选定第一和第二等离子体状态使得第一和第二剂量相结合，以实现在基板的至少一部分上的预定剂量分配。
Description
此处使用的段落标题仅用为组织上的目的，且不应被解释为限制本说明书中描述的主题。
背景技术
多年来，等离子体处理被广泛应用于半导体和其它工业中。等离子体处理被应用于诸如清洁、蚀刻、磨铣(milling)、沉积的任务中。最近以来，等离子体处理开始被应用于掺杂。等离子体掺杂系统已得到发展以满足一些现代的电子和光学设备的掺杂要求。等离子体掺杂有时候可称作PLAD或者等离子体浸没离子注入技术(PIII；plasma immersion ionimplantation)。
等离子体掺杂从根本上与现有的束线离子注入系统不同，现有的束线离子注入系统采用电场加速离子，然后依照他们的质荷比来选择用于注入的期望的离子。等离子体掺杂系统将标靶(target)浸没入包括掺质离子的等离子体中，并且向标靶施加一系列的负压脉冲。等离子体鞘(plasma sheath)内的电场使离子朝向标靶加速，使离子注入于标靶表面上。
半导体工业的离子注入和其它的掺杂系统通常要求很高的均匀度。在半导体工业中应用的现有的束线离子注入系统可在现代半导体基板的整个表面上提供极好的均匀度。一般而言，等离子体掺杂系统的均匀度没有现有的束线离子注入系统那么好。很多等离子体掺杂系统在配给剂量至少会有一些径向不均匀性。配给剂量的径向不均匀常常会导致在基板中心的高剂量或者是靠近基板边缘的高剂量。
附图说明
通过参考下面结合图的介绍可更好地理解本发明，其中，在各个图中，类似的标号表示类似的结构组件和特征。图并未按比例画出。熟知其技艺者将会明白下面所介绍的图仅用于示意目的。图并不意味着对本发明公开内容之范围的限制。
图1示出示出了一种使用依据本发明的多阶等离子体掺杂方法的等离子体掺杂系统。
图2是一个依据本发明的多阶等离子体掺杂方法的流程图，此多阶等离子体掺杂方法可在步骤间过渡时保持等离子体。
图3是一个依据本发明的多阶等离子体掺杂方法的流程图，此多阶等离子体掺杂方法可在步骤间过渡时熄灭等离子体。
图4是一个依据本发明的多阶等离子体掺杂方法的流程图，此多阶等离子体掺杂方法可在步骤间过渡时逐步地改变等离子体状态。
图5A示出示出了一种薄片电阻率(sheet resistivity，Rs)的模拟，其用于相对低的处理气体流率和10mT至95mT范围内的室压。
图5B示出示出了一种薄片电阻率(Rs)的模拟，其用于相对高的处理气体流率和在10mT到95mT范围内的室压。
具体实施方式
尽管结合各种实施例和实例介绍了本教导内容，但是，并不是意味着本教导内容受限于此实施例。相反地，如本领域熟知此技艺者所了解的，本教导内容可以包括各种各样的替代物、改型物和等同物。
举例来说，虽然结合等离子体掺杂介绍了本发明的改善均匀度的方法，而应该理解的是，本发明的方法可以应用于任何一种等离子体处理过程。具体地说，依据本发明的改善均匀度的方法可以应用于等离子体蚀刻和等离子体沉积系统。
应该理解到，只要本发明保持可操作，可以用任何的次序和/或同时地执行本发明方法的每个步骤。而且，应该理解到，只要本发明可操作，本发明的设备可以包括任何数量或者所有介绍过的具体实施例。
人们通常期望在整个半导体基板的表面注入均匀的剂量使得在一个基板上所有的装置和芯片中获得相类似的装置性能。等离子体掺杂系统常常有着相对高的剂量径向不均匀性。因为产生一个通常被用于等离子体掺杂室内的具有高均匀等离子体密度的等离子体场是相对而言较为困难的，所以在剂量配给中会发生径向不均匀。配给剂量的径向不均匀常常会导致在基板中心的高剂量或者是靠近基板边缘的高剂量。
在很多应用中，期望通过减少基板表面上的整体剂量分配不均匀性来改善剂量分配中的径向和其它的不均匀性。在一些应用中，期望控制剂量分配中的径向和其它不均匀，以实现覆盖基板表面的某一预定剂量分配。
剂量分配中的径向不均匀性可以在一定程度上通过改变等离子体室的几何尺寸、等离子体来源、以及支撑基板的基架来进行控制或改善。另外，剂量分配中的径向不均匀性可以通过改变例如气压、气体流动、RF电源或者稀释度等处理参数来进行控制或改善。
本发明的方法是通过采用多阶等离子体掺杂来改善基板上的剂量分配不均匀性或者控制基板上的剂量分配。在一些实施例中，等离子体掺杂会在每个多阶(multiple)等离子体掺杂步骤之间停顿一段预定时间。每个多阶等离子体掺杂步骤具有不同的处理状况。在各种实施例中，等离子体可以在每个等离子体掺杂步骤之间的过渡期间是活动的(active)或者被熄灭。
图1示出了等离子体掺杂系统100，其可以用于依照本发明的多阶等离子体掺杂方法。等离子体掺杂系统100包括具有平面型和螺旋型射频(RF)线圈以及导电顶部的感应耦合等离子体源。在2004年12月20日递交的名称为“带导电顶部的RF等离子体源”，颁予给本申请的受让人的美国专利申请案第10/905,172号中介绍了类似的RF感应耦合等离子体源。美国专利申请案第10/905,172号的全部说明书均并入本案供参考。由于等离子体掺杂系统100中所显示的等离子体源能够提供非常高均匀度的离子流量(ion flux)，其非常适合于等离子体掺杂应用，且此等离子体源还可以有效地驱散由二次电子发射所产生的热量。
更具体地说，等离子体掺杂系统100包括带有处理气体的等离子体室102，此处理气体藉由外部气体源104提供。外部气体源104通过比例阀(proportional valve)106与等离子体室102相连并向等离子体室102供应处理气体。在某些实施例中，采用气体挡板(gas baffle)将气体分散到等离子体源102。压力计108测量等离子体室102内的压力。等离子体室102的排气口110连接到真空汞112，此真空汞112用以排空等离子体室102。排气阀114可控制排气口110的排出传导率(exhaustconductance)。
气体压力控制器116电性连接到比例阀106、压力计108、排气阀114。气体压力控制器116可通过控制排出传导率和处理气体流动速率而在等离子体室102内保持希望的气压，此控制是在响应于压力计108的反馈回路内进行。气体排出传导率由排气阀114控制。处理气体流动速率由比例阀106控制。
在一些实施例中，通过质量流量计可以将微量气体(trace gas)种类的比例控制提供给处理气体，质量流量计(Mass flow meter)与可以提供主要的掺杂物的处理气体相连接。而在一些实施例中，单独的气体注入装置被用于原位调节种类(in-situ conditioning species)。此外，在一些实施例中，采用多端口气体注入装置来提供气体，此气体可产生会导致基板变异(substrate variations)的中性化学效应。
室102具有室顶部118，室顶部118包括第一部份120，此部份是由沿大致水平方向延伸的介电材料形成。室顶部118的第二部份122由介电材料形成，其沿大致垂直方向从第一部份120延伸一定高度。在本文中有时会将第一部份120和第二部份122称为介电窗。应该了解到室顶部118可以有多种变型。诸如，第一部份120由介电材料组成，并且沿大致弯曲的方向延伸，使得第一部份120和第二部份122不像美国专利申请第10/905,172号所介绍的那样正交，美国专利申请第10/905,172号并入本案供参考。在其它实施例子，室顶部118只包括一个平面。
可选择第一部份120和第二部份122的外形和尺寸来达到某一效果。诸如，本领域熟知其技艺者会理解到，通过选择室顶部118中的第一部份120和第二部份122的尺寸，可以改善等离子体的均匀度。在一个实施例中，可以调整第二部份122的垂直方向高度和沿第二部份122水平方向长度的比值，以便得到更均匀的等离子体。诸如，在一个特别的实施例中，第二部份122的垂直方向高度和沿第二部份122上水平方向长度的比值在1.5～5.5的范围内。
第一部份120和第二部份122中的介电材料提供了媒介，此媒介用以将RF功率从RF天线传递到室102中的等离子体。在一个实施例中，用于形成第一部份120和第二部份122的介电材料是高纯度的陶瓷材料，此种材料对处理气体有抗化学腐蚀性，并且具有很好的热特性(thermal properties)。诸如，在一些实施例中，介电材料是99.6％的氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)。在其它的实施例中，介电材料是氧化钇(Yittria)和YAG。
室顶部118的盖件124由导电材料制成，此盖件沿水平方向在第二部份122上延伸一定长度。在很多实施例中，用于制成盖件124的导电材料传导性能非常好，足以消散热负载，并且可以将二次电子发射所产生的充电效应减到最小。通常地，组成盖件124的导电材料是对处理气体抗化学腐蚀的。在一些实施例中，导电材料是铝和硅。
通过由碳氟聚合物组成的抗卤素O型环(halogen resistant O-ring)(如由Chemrz与/或Kalrex材料组成的O型环)，盖件124与第二部份122相连。盖件124通常安装在第二部份122上，使得可最大限度地减小在第二部份122上的压缩，但是其提供了足够的压缩以将盖件124密封到第二部份。在一些工作模式中，如图1所示，盖件124为RF和DC式接地。
在一些实施例中，室102包括衬里(liner)125，通过定位衬里125，可以防止或极大地减少金属污染，衬里125可以提供在等离子体室102内部的直线对传屏蔽(line-of-site shielding)，可以防止等离子体中的离子撞击等离子体室102的内墙所造成的金属溅射。在2007年1月16日递交的名称为“用于减少金属污染的带衬里的等离子体源”，颁予给本申请的受让人的美国专利申请案第11/623,739号中介绍了这种衬里。整个美国专利申请第11/623,739号均并入本案供参考。
在各种实施例中，衬里可以是单件式或整体式等离子体室衬里，或分段式等离子体室衬里。在很多实施例中，等离子体室衬里125由金属基材(如铝)制成。在这些实施例中，至少会在等离子体衬里125的内表面125’中包括硬质涂层材料(hard coating material)，此硬质涂层材料可防止等离子体室内衬里基材的金属溅射。
由于二次电子发射，在等离子体源的内表面上，一些等离子体掺杂处理会产生大量的不均匀分布热量。在一些实施例中，等离子体室衬里125是如图4所介绍的温度控制等离子体室衬里125。另外，在一些实施例中，为了驱散在处理过程中产生的热负载，盖件124包括冷却系统，此冷却系统用于调节盖件124及其周围区域的温度。此冷却系统可为流体冷却系统，其包括在盖件124中的冷却信道，此冷却信道使来自冷却剂源的液体冷却剂进行循环。
将RF天线邻近室顶部118的第一部份120和第二部份122中的至少一个定位。图1中的等离子体源示出了两个彼此电绝缘的独立RF天线。然而，在其它实施例中，这两个独立的RF天线是电性连接的。在图1所示的实施例中，具有多个匝(turns)的平面型线圈RF天线126(有时称为平面型天线或水平型天线)邻近室顶部118的第一部份120定位。另外，具有多个匝的螺旋型线圈RF天线128(有时称为螺旋型天线或垂直型天线)围绕室顶部118中的第一部份120。
在一些实施例中，平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128中的至少一个与电容129相端接(terminate)，此电容129可减少有效天线线圈电压。在本文中术语“有效天线线圈电压”定义为在RF天线126和128上的电压降。换句话说，有效线圈电压是为“离子所见”的电压或者是等离子体中的离子所受到的等效电压。
同样的，在一些实施例中，平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128中的至少一个包括介电层134，此介电层134与Al2O3介电窗材料相比具有相对较低的介电常数。有相对较低的介电常数的介电层134能有效地形成电容分压器(capactitive voltage divider)，此电容分压器也可减少有效天线线圈电压。另外，在一些实施例中，平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128中的至少一个包括也可以减少有效天线线圈电压的法拉第屏蔽(Faraday shield)136。
RF源130(如RF电源)电性连接到平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128中的至少一个。在很多实施例中，RF源130通过阻抗匹配网络132与RF天线126、128连接，此阻抗匹配网络132将RF源130的输出阻抗与RF天线126、128的阻抗相匹配，以便将从RF源130调配到RF天线126、128的电源最大化。显示了从阻抗匹配网络132的输出到平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128的虚线，以用于表明可以从阻抗匹配网络132的输出到平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128中的任一个或两者来形成电性连接。
在一些实施例中，平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128中的至少一个成形为其可被液体冷却。对平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128的冷却将会减少温度梯度(temperaturegradient)，此温度梯度是由RF天线126、128所产生的RF功率(power)所引起的。
在一些实施例中，等离子体源包括等离子体点火器(igniter)138。众多种类的等离子体点火器可以与本发明的等离子体源装置一同使用。在一个实施例中，等离子体点火器138包括撞击气体(strike gas)的贮储池(reservoir)140，此撞击气体是高度离子化的气体，如氩(Ar)，其可协助点燃等离子体。贮储池140通过高传导率气体连接部与等离子体室102耦接在一起。膜片阀(burst valve)142将贮储池140与等离子体室102隔离。在另外一个实施例中，撞击气体源通过低传导率气体连接部直接垂射(plumb)膜片阀142。在一些实施例中，贮储池140的一部分藉由有限传导率的小孔或计量阀(metering valve)分隔开，此有限传导率的小孔或计量阀在初始的高流率爆发之后可提供撞击气体的稳定流率。
在处理室102中，等离子体源102的顶部区域118之下的一定高度处定位有压盘144。压盘144夹持基板146以用于等离子体掺杂。在很多实施例中，将基板146电性连接于压盘144。在图1所示的实施例中，压盘144平行于等离子体源102。然而，在本发明的一个实施例中，压盘144相对于等离子体源102倾斜。
压盘144用来支撑基板146或其它用于处理的工件。在一些实施例中，将压盘144机械连接于可移动的平台上，此平台至少可以在一个方向上平移、扫描、或者振荡基板146。在一个实施例中，可移动的平台是振动发生器(dither generator)或者是振荡器(oscillator)，此发生器或振荡器可使基板146振动或振荡。平移、振动、和/或者振荡的动作可以减少或排除屏蔽效应(shadowing effects)，并且可以改善撞击基板146表面的离子束流的均匀度。
将偏置电压电源148电性连接于压盘144。用偏置电压电源148来偏置压盘144和基板146，以便等离子体中的掺杂离子可以从等离子体中萃取，并且撞击基板146。偏置电压电源148可以是DC电源、脉冲电源、或者是RF电源。在一些实施例中，用栅格(grid)提取等离子体中朝向基板146的离子。本领域熟知其技艺者将会了解到图1的等离子体掺杂装置具有很多不同的可能偏置设置。
本领域熟知其技艺者将会了解到等离子体源有很多不同的可能变型可用于本发明。例如可参见2005年4月25日递交的名称为“倾斜等离子体掺杂”的美国专利申请案第10/908,009号中关于等离子体源的介绍。也请参见2005年10月13日递交的名称为“共形掺杂(Conformal Doping)设备和方法”的美国专利申请案第11/163,303号中关于等离子体源的介绍。也请参见2005年10月13日递交的名称为“共形掺杂设备和方法”的美国专利申请案第11/163,307号中关于等离子体源的介绍。另外，还请参见2006年12月4日递交的名称为“具有电子可控注入角度的等离子体掺杂”的美国专利申请案第11/566,418号中等离子体源的介绍。美国专利申请案第10/908,009、11/163,303、11/163,307和11/566,418号全部并入本案提供参考。
图2是多阶等离子体掺杂方法200的流程图，此方法依据本发明所述步骤之间的过渡期间保持等离子体。参见图1和图2，在方法200的第一步202中，定位基板146于压盘144之上。在第二步204中，于等离子体掺杂系统100内点燃等离子体。在一些实施例中，以第一掺杂步骤的期望处理参数点燃等离子体。在其它实施例中，在其它状况下(如被选择用于快速等离子体点燃的状况)执行点燃等离子体的第二步204。
在一个实施例中，当RF源130产生可在RF天线126和128至少一个中传播的RF电流时，等离子体会被点燃。也就是说，当平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128中至少一个是有源天线(activeantenna)时，那么等离子体会被点燃。本文所定义的术语“有源天线”是直接为电源所驱动的天线。于是处于RF天线126和128中的RF电流会在室102中引起RF感应电流。室102内的RF电流会激励和离子化处理气体，使得在室102中产生等离子体。等离子体源能在连续模式或者脉冲模式中的任一模式下操作。
在一些实施例中，平面型线圈RF天线126和螺旋型线圈RF天线128中的至少一个是寄生天线(parasitic antenna)。于本文定义术语“寄生天线”，意谓与有源天线有电磁波通讯的天线，但它并不直接连接到电源。换句话说，寄生天线并不直接被电源激励，而是被有源天线所激励。在本发明的一些实施例中，将寄生天线的一个末端电性连接于接地电位，以便提供天线调谐性能(tuning capability)。在这个实施例中，寄生天线包括线圈调节器150，此线圈调节器150可用于改变在寄生天线线圈中的有效匝数。可以使用大量不同类型的线圈调节器，如金属短路器(metalshort)。
第三步206包括建立第一等离子体状态。在第三步206中，调整处理气体流率到期望的流率，并且调整排气阀114的位置以便将室102中的气压调节到期望的气压，此排气阀114通过排气口110控制排出传导率。第三步206也包括调整由RF源130产生的功率以调整等离子体的功率。
第四步208包括在第一等离子体掺杂状况下执行第一掺杂步骤。第四步208包括在第一等离子体掺杂状况下用电压电源148来偏置压盘144和基板146，使得在等离子体中的掺杂离子可以从等离子体中萃取并且撞击基板146。第一掺杂步骤将基板148暴露于掺杂离子的第一部分剂量上。
第五步210包括暂停等离子体掺杂一段预定的时间。这个步骤包括减少或者终止电压电源148的输出电压使得掺杂离子不会撞击基板146。在图2所介绍的等离子体掺杂多步方法中，在暂停期间等离子体保持活动。在一些实施例中，在暂停期间改变等离子体处理气体或处理气体流率。在本发明的其它等离子体掺杂方法中，如图3所介绍，在暂停期间熄灭等离子体。
第六步212包括将等离子体调整到新的(第二个)等离子体掺杂状况。在第六步212中，调整处理气体流率到新的期望流率，并且调整排气阀114的位置以将室102中的气压调节到新的期望气压，此排气阀114通过排气口110控制排出传导率。第六步212也包括调整由RF源130产生的功率来改变等离子体功率为新的功率。
第七步214包括在新的等离子体掺杂状况下执行新的(第二个)掺杂步骤。在第七步216中，在新的等离子体掺杂状况下用电压电源148偏置压盘144和基板146，使得在等离子体中的掺杂离子可以从等离子体中萃取并且撞击基板146。新的等离子体掺杂步骤将基板148暴露于掺杂离子新的剂量部分上。
第八步216包括重复暂停等离子体掺杂的步骤一段预定时间、调整等离子体到新的等离子体掺杂状况、以及在新的等离子体状态下执行新的等离子体掺杂步骤。在各种实施例中，第八步216被重复很多次以获得在基板146上的期待剂量。
图3是依据本发明的多阶等离子体掺杂方法300的流程图，此方法可在步骤间过渡期间熄灭等离子体。参见图1和图2，在第一步302中将基板146定位于压盘144之上。在第二步304中，在等离子体掺杂系统100中点燃等离子体。在一些实施例中，以第一掺杂步骤的期待处理参数点燃等离子体。在其它实施例中，在其它状况下(如被选择用于快速等离子体点燃的状况)执行点燃等离子体的第二步302。在一个实施例中，等离子体被如图2的方法200所介绍的RF源130所点燃。
第三步306包括将等离子体调整到第一等离子体掺杂状况。在第三步306中，将处理气体流率调整到期望流率，并且调整排气阀114的位置以便将室102中的气压调节到期望的气压，此排气阀114通过排气口110控制排出传导率。第三步306也包括调整由RF源130产生的功率以调整等离子体功率。
第四步308包括在第一等离子体掺杂状况下执行第一掺杂步骤。第四步308包括在第一等离子体掺杂状况下使用电压电源148偏置压盘144和基板146，使得在等离子体中的掺杂离子可以从等离子体中萃取并撞击基板146。第一掺杂步骤将基板148暴露于掺杂离子的第一部分剂量上。
第五步310包括熄灭等离子体一段预定时间，从而在预定时间暂停等离子体掺杂。第五步310包括使RF源130停用(deactivate)，使得RF电流不再在RF天线126和128中传播，从而熄灭等离子体。在一些实施例中，电压电源148的输出电压也被停用，以便精确控制掺杂离子于何时停止撞击基板146。
第六步312包括在等离子体掺杂系统100中点燃新的(第二个)等离子体。在一些实施例中，以新的(第二个)掺杂步骤的期待处理参数来点燃新等离子体。在其它实施例中，在其它状况下(如被选择用于快速等离子体点燃的状况)执行新等离子体的点燃。在一个实施例中，以如图2的方法200所介绍的RF源130来点燃新等离子体。
第七步314包括将等离子体调整到新的(第二个)等离子体掺杂状况。第七步314包括将处理气体流率调整到新的期望流率，并且调整排气阀114的位置以将室102中的气压调节到新的期望气压，此排气阀114通过排气口110来控制排出传导率。第七步314也包括调整由RF源130产生的功率以将等离子体功率调整为新的功率。
第八步316包括以新的等离子体掺杂状况来执行新的(第二个)掺杂步骤。第八步316包括以新的等离子体掺杂状况下用电压电源148来偏置压盘144和基板146，使得在等离子体中的掺杂离子可以从等离子体中萃取并撞击基板146。新的掺杂步骤将基板148暴露于掺杂离子的新的剂量部分上。
第九步318包括重复熄灭等离子体的步骤一段预定时间、点燃新等离子体、调整等离子体到新的等离子体掺杂状况、以及在新的等离子体状态下执行新的等离子体掺杂步骤。在各种实施例中，第九步318被重复很多次以获得在基板146上的期待剂量。
图4是多阶等离子体掺杂方法400的流程图，依据本发明所述，此方法在步骤之间的过渡期间逐渐改变等离子体状态。参见图1和图2，在第一步402中，基板146被定位于压盘144之上。在第二步404中，在等离子体掺杂系统100中点燃等离子体。在一些实施例中，以第一掺杂步骤的期待处理参数来点燃等离子体。在其它实施例中，在其它状况下(如被选择用于快速等离子体点燃的状况)执行点燃等离子体的第二步404。在一个实施例中，用如图2的方法200所介绍的RF源130点燃等离子体。
第三步406包括将等离子体调整到第一等离子体掺杂状况。在第三步406中，调整排气阀114的位置以便调节室102中的气压到期望的气压，此排气阀114通过排气口110来控制排出传导率，并且将处理气体流率调整到期望流率。第三步406也包括调节由RF源130产生的功率来调整等离子体功率。
第四步408包括在第一等离子体掺杂状况下执行第一掺杂步骤。这个步骤包括在第一等离子体掺杂状况下使用电压电源148来偏置压盘144和基板146，使得在等离子体中的掺杂离子可以从等离子体中萃取并撞击基板146。第一掺杂步骤将基板148暴露于掺杂离子的第一剂量部分上。
第五步410包括在预定时间期间将掺杂状况逐渐改变到新的掺杂状况。第五步410包括逐渐改变等离子体状态和基板偏置状况中的至少一个，使之从初始掺杂状况变化到新的掺杂状况。等离子体状态包括很多因素，如室压、处理气体流率、和等离子体功率。可藉由调整排气阀114的位置来改变室压，此排气阀114通过排气端口110来控制排出传导率。通过调整质量流量计可以改变掺杂物流率，此质量流量计测控处理气体进入室102的流量。
偏置状况包括在基板148上的偏置电压和在任何与基板148有电磁通讯的栅格或电极上的偏置电压。通过将电压电源148的输出电压调整到期待的偏置电压可以改变偏置状况。在一些实施例中，当等离子体状态逐渐改变时，基板148上的偏置电压和在任何与基板148有电磁通讯的栅格或电极上的偏置电压会被终止。
第六步412包括在新的等离子体掺杂状况下执行新的(第二个)掺杂步骤，此新的等离子体掺杂状况由第五步410建立，此第五步410在预定时间期间将掺杂状况逐渐改变到新的掺杂状况。在一些实施例中，新的掺杂步骤可以在第五步410期间开始，在此第五步410中掺杂状况会在预定时间期间被逐渐改变到新的掺杂状况。在其它实施例中，只在新的掺杂状况建立后执行新的掺杂步骤。
第七步414包括重复在预定时间期间将掺杂状况逐渐改变到新的掺杂状况的步骤、和在新的掺杂状况下执行新的掺杂步骤。在各种实施例中，重复第七步414很多次以获得在基板146上的期待剂量。
图5A示出了用于相对低的处理气体流率和10mT至95mT范围内的室压的薄片电阻率(Rs)的模拟500。图5B示出了用于相对高的处理气体流率和10mT至95mT范围内的室压的薄片电阻率的模拟502。较深的灰度等级显示了对应于较高剂量的较低薄片电阻率(Rs)。较浅的灰度等级显示了对应于较低剂量的较高薄片电阻率。
图5A和图5B所表示的仿真显示了可以通过在至少两个不同的掺杂状况下执行多步掺杂方法来获得均匀剂量轮廓(profile)，此两个不同的掺杂状况如图2至图4所介绍。诸如可用第一步和第二步执行简单的二步等离子体掺杂处理，此第一步在相对低的处理气体流率和10mT室压下执行以便将基板146暴露于第一半剂量上，此第二步在相对高的处理气体流率和95mT室压下执行以便将基板146暴露于第二半剂量上。
本领域熟知其技艺者将会理解到类似的模拟可在其它的等离子体掺杂处理变量(如稀释率、等离子体密度、等离子体功率、以及基板和/或栅格偏置电压)下执行。另外，本领域熟知其技艺者将会理解到可以执行相对简单的试验来决定用于多步等离子体掺杂的等离子体掺杂处理变量。
等离子体掺杂参数的组合几乎是无限的，可以改变此等离子体掺杂参数来获得在晶圆146表面上期待的均匀度或期待的剂量分配。在很多实施例中，要求相对少数量的步骤以获得在晶圆146表面上期待的均匀度或剂量分配。但是，可以执行任何数量的等离子体掺杂步骤。等同物
虽然结合了各种实施例和例子来介绍本教导内容，并不是意味着本教导内容受限于此实施例。相反地，如那些本领域技术人员所了解的，本教导内容包括各种替代物、改型物和等同物，可以在不脱离附加的权利要求所定义的本发明精神和范围下做出。
Claims (23)
1.一种多阶等离子体掺杂基板的方法，所述方法包括：
a)点燃来自处理气体的等离子体；
b)建立第一等离子体状态来执行第一等离子体掺杂步骤；
c)给所述基板加偏压，使得具有所述第一等离子体状态的所述等离子体中的离子撞击所述基板的表面，从而使所述基板暴露于第一剂量；
d)使所述第一等离子体状态过渡到第二等离子体状态来执行第二等离子体掺杂步骤；以及
e)给所述基板加偏压，使得具有所述第二等离子体状态的所述等离子体中的离子撞击所述基板的所述表面，从而使所述基板暴露于第二剂量，选定所述第一和第二等离子体状态使得所述第一和第二剂量相结合，以实现在所述基板的至少一部分上的预定剂量分配。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定剂量分配包括在所述基板的至少一部分上的相对均匀的剂量分配。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定剂量分配包括在所述基板的至少一部分上的不均匀的剂量分配。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一等离子体状态和所述第二等离子体状态是不相同的等离子体状态。
5.如权利要求1所述的方法，其中，从所述第一等离子体状态到所述第二等离子体状态的所述过渡包括维持活动的等离子体。
6.如权利要求1所述方法，其中，从所述第一等离子体状态到所述第二等离子体状态的所述过渡包括熄灭所述基板偏压。
7.如权利要求1所述的方法，其中，从所述第一等离子体状态到所述第二等离子体状态的所述过渡包括在所述等离子体活动时逐步地从所述第一等离子体状态改变到所述第二等离子体状态。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二等离子体状态包括处理气体流率。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二等离子体状态包括室压。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二等离子体状态包括等离子体功率。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：
a)使所述第二等离子体状态过渡到第三等离子体状态来执行第三等离子体掺杂步骤；以及
b)给所述基板加偏压，使得具有所述第三等离子体状态的所述等离子体中的离子撞击所述基板的所述表面，从而使所述基板暴露于第三剂量，选定所述第一、第二和第三等离子体状态，以实现在所述基板的至少一部分上的所述预定剂量分配。
12.一种多阶等离子体掺杂基板的方法，所述方法包括：
a)点燃来自处理气体的第一等离子体；
b)建立第一等离子体状态来执行第一等离子体掺杂步骤；
c)给所述基板加偏压，使得具有所述第一等离子体状态的所述等离子体中的离子撞击所述基板的表面，从而使所述基板暴露于第一剂量；
d)熄灭所述第一等离子体；
e)点燃来自处理气体的第二等离子体；
f)建立第二等离子体状态来执行第二等离子体掺杂步骤；以及
g)给所述基板加偏压，使得具有所述第二等离子体状态的所述等离子体中的离子撞击所述基板的所述表面，从而使所述基板暴露于第二剂量，选定所述第一和第二等离子体状态使得所述第一和第二剂量相结合，以实现在所述基板的至少一部分上的预定剂量分配。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述预定剂量分配包括在所述基板的至少一部分上的相对均匀剂量分配。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述预定剂量分配包括在所述基板的至少一部分上的不均匀剂量分配。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述第一等离子体状态和所述第二等离子体状态是不同的。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述第一和第二等离子体状态包括处理气体流率。
17.如权利要求12所述的方法，其中，所述第一和第二等离子体状态包括处理室压。
18.如权利要求12所述的方法，其中，所述第一和第二等离子体状态包括等离子体功率。
19.一种多阶等离子体掺杂基板的方法，所述方法包括：
a)点燃来自处理气体的等离子体；
b)建立第一等离子体状态来执行第一等离子体掺杂步骤；
c)给所述基板加偏压，使得具有所述第一等离子体状态的所述等离子体中的离子撞击所述基板的表面，从而使所述基板暴露于第一剂量；
d)建立第二等离子体状态来执行第二等离子体掺杂；以及
e)给所述基板加偏压，使得具有所述第二等离子体状态的所述等离子体中的离子撞击所述基板的所述表面，从而使所述基板暴露于第二剂量，选定所述第一和第二等离子体状态使得所述第一和第二剂量相结合，以在所述基板的至少一部分上形成相对均匀的剂量。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一等离子体状态和所述第二等离子体状态是不同的。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一等离子体状态和所述第二等离子体状态包括处理气体流率。
22.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一等离子体状态和所述第二等离子体状态包括室压。
23.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一等离子体状态和所述第二等离子体状态包括等离子体功率。
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