JP2005507168A

JP2005507168A - 陽極パルシングによりプラズマドーピングするための方法及び装置

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Publication number: JP2005507168A
Application number: JP2003539073A
Authority: JP
Inventors: ワルター、スティーブン、アール; ペダーセン、ブヨルン、オー
Original assignee: バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: TW567542B; EP1438735B1; WO2003036681A2; KR20040041707A; DE60209532D1; ATE319184T1; EP1438735A2; US20030079688A1; JP4443925B2; KR101034422B1; WO2003036681A3

Abstract

【解決手段】被処理体のプラズマドーピング用の方法及び装置が与えられる。プラズマドーピング装置は、プラズマドーピングチャンバを画成するハウジング、プラズマドーピングチャンバ内で被処理体を支持するためのプラテン、プラズマドーピングチャンバ内でプラテンから離隔された陽極、プラズマドーピングチャンバへ結合された処理ガスソース、プラズマドーピングチャンバを包囲しかつ外側チャンバを画成する真空ベッセル、真空ベッセルに結合された一次真空ポンプ、陽極にパルスを印加するためのパルスソース、及び制御器から成る。該制御器は、プラズマドーピングモードである第１モードにおいてプラズマドーピングチャンバ内に制御されたプラズマドーピング環境を確立し、真空排気及びウエハ交換モードである第２モードにおいてプラズマドーピングチャンバと外側チャンバとの間にガス結合を確立する。
【選択図】図２

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウエハのプラズマドーピングに関し、特に陽極パルシングによりプラズマドーピングし、それによって半導体ウエハが接地されるところの方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は導電率を変える不純物を半導体ウエハ中に導入するための標準的技術になった。所望の不純物材料はイオンソース内でイオン化され、該イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するべく加速され、該イオンビームはウエハの表面に向けられる。ビーム状の高エネルギーイオンは半導体材料のバルク内に貫入し、所望の導電率領域を形成するべく半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００３】
イオン注入システムはしばしば、ガスまたは固体材料を良好に画成されたイオンビームに変換するためのイオンソースを含む。イオンビームは不所望の種を除去するために質量分析され、所望のエネルギーに加速され、かつターゲット面に向けられる。ビームは、ビーム走査、ターゲット移動、またはビーム走査及びターゲット移動の組合せによってターゲット領域にわたって分配される。イオン注入装置の従来例は、Engeによる1981年6月30日発行の米国特許第4,276,477号、Turnerによる1981年8月11日発行の米国特許第4,283,631号、Freytsisらによる1990年2月6日発行の米国特許第4,899,059号、Berrianらによる1990年5月1日発行の米国特許第4,922,106号、及びWhiteらによる1994年9月27日発行の米国特許第5,350,926号に開示されている。
【特許文献１】
米国特許第4,276,477号
【０００４】
半導体産業における周知のトレンドは、より小さく、より高速のデバイスである。特に、半導体デバイスの横方向寸法及び深さの両方が減少している。半導体デバイスの水準は、１０００オングストローム以下の接合深さを要求しており、ついには２００オングストロームまたはそれ以下のオーダーの接合深さを要求するであろう。
【０００５】
ドーパント材料の注入深さは少なくとも部分的には、半導体ウエハ中に注入されるイオンのエネルギーによって決定される。浅い接合は低注入エネルギーによって得られる。しかし、典型的にイオン注入装置は、例えば２０keVから４００keVの範囲の比較的高い注入エネルギーで有効に動作するように設計されており、浅い接合注入に必要なエネルギーでは有効に機能しない。２keV及びそれ以下のエネルギーのような低注入エネルギーにおいて、ウエハに伝達される電流は所望のものより非常に低く、ある場合にはゼロに近い。結果として、特定のドーズ量を達成するのに極端に長い注入時間を要し、スループットが低下する。スループットの低下は製造コストを増加させ、半導体デバイス製造者には受けいれられない。
【０００６】
プラズマドーピングシステムは半導体ウエハ内に浅い接合を形成するために研究された。あるタイプのプラズマドーピングシステムにおいて、半導体ウエハはプラズマドーピングチャンバ内に配置されたカソードとして機能する導電プラテン上に配置される。所望のドーパント材料を含むイオン化ガスがチャンバ内に導入され、電圧パルスがプラテンと陽極との間に印加され、ウエハ付近にプラズマシースを有するグロー放電プラズマが形成される。印加された電圧パルスによりプラズマ中のイオンはプラズマシースを横切り、ウエハ内に注入される。注入の深さはウエハと陽極との間に印加される電圧に関連する。非常に低い注入エネルギーが達成され得る。プラズマドーピングシステムは例えば、Shengによる1994年10月11日発行の米国特許第5,354,381号、Liebertらによる2000年2月1日発行の米国特許第6,020,592号、及びGoecknerらによる2001年2月6日発行の米国特許第6,182,604号に記載されている。
【特許文献２】
米国特許第5,354,381号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プラズマ浸漬システムとして知られる他のタイプのプラズマシステムにおいて、RF電圧がプラテンと陽極との間に印加され、連続プラズマが生成される。間隔をおいて、高電圧パルスがプラテンと陽極との間に印加され、プラズマ中の陽イオンがウエハ方向へ加速される。
【０００８】
典型的に従来技術のプラズマドーピングシステムは、陽極及びチャンバ壁が接地されかつ陰極が負にパルス化される構成を使用する。この構成は、ウエハのみがプラズマからのイオンで注入されるという利点を有する。パルス化陽極を利用するプラズマ浸漬システムはDenholmらによる1999年6月15日に発行された米国特許第5,911,832号に開示されている。開示されたアプローチの欠点は、電極消費を制限しかつチャンバ壁のスパッタリング及び生成ウエハの汚染を制限するために、チャンバ壁のシールドが必要な点である。チャンバに結合された真空排気ポート及び真空排気設備を効果的にシールドすることは困難である。したがって、改良されたプラズマドーピングシステム及び方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様に従い、プラズマドーピング装置が与えられる。当該プラズマドーピング装置は、プラズマドーピングチャンバを画成するハウジングと、該プラズマドーピングチャンバ内で被処理体を支持するためのプラテンであって、接地のような基準ポテンシャルに接続されたプラテンと、プラズマドーピングチャンバ内でプラテンから離隔された陽極と、プラズマドーピングチャンバへ結合された処理ガスソースと、プラズマドーピングチャンバを包囲しかつ外側チャンバを画成する真空ベッセルと、真空ベッセルに結合された一次真空ポンプと、陽極にパルスを印加するためのパルスソースと、制御器とから成る。制御器は、プラズマドーピングモードである第１モードにおいて、プラズマドーピングチャンバ内に制御されたプラズマドーピング環境を確立し、真空排気及びウエハ交換モードである第２モードにおいて、プラズマドーピングチャンバと外側チャンバとの間にガス結合を確立する。処理ガスのイオンを含むプラズマがプラズマドーピングチャンバ内の陽極とプラテンとの間に生成される。プラズマは被処理体の近傍にプラズマシースを有する。陽極に印加されたパルスは、被処理体内に注入するようにプラズマシースを横切ってプラテン方向へイオンを加速する。
【００１０】
ひとつの実施例において、プラズマは陽極に印加されるパルスによって生成される。ある実施例において、プラズマはパルス化される。他の実施例において、プラズマは連続である。
【００１１】
ある実施例において、プラズマドーピング装置はさらに、第１モードでプラズマドーピングチャンバを排気するためのプラズマドーピングチャンバへ結合された二次真空ポンプから成る。一次真空ポンプは第２モードにおいてプラズマドーピングチャンバを真空排気するために使用され、二次真空ポンプは第１モードにおいて処理ガスを所望の圧力で維持するために使用される。結果として、二次真空ポンプは比較的小さい容量を有し、絞り排気ポートを通じてプラズマドーピングチャンバへ結合される。
【００１２】
他の実施例において、プラズマドーピング装置はさらにプラズマドーピングチャンバと外側チャンバとの間の制御されたコンダクタンスアパーチャから成る。プラズマドーピングチャンバは第１モードにおいて制御されたコンダクタンスアパーチャを通じて排気される。
【００１３】
プラテンは、プラズマドーピングチャンバへシールされた処理位置とプラズマドーピングチャンバから除去される引っ込み位置との間で移動可能である。制御装置は、第１モードにおける処理位置と第２モードにおける引っ込み位置との間でプラテンを移動させるための手段から成る。
【００１４】
プラズマドーピング装置はさらにプラテンと陽極との間の空間を包囲する中空電極から成る。ひとつの実施例において、中空電極は電気的に陽極に接続される。他の実施例において、装置はさらに中空電極に電気的に接続された中空電極パルスソースから成る。この実施例において、プラズマは、陽極に印加されるパルス及び中空電極に印加されるパルスによって生成される。
【００１５】
本発明の他の態様に従い、プラズマドーピング方法が与えられる。プラズマドーピング方法は、基準ポテンシャルに接続されたプラテン及び該プラテンから離隔された陽極を含むプラズマドーピングチャンバを与える工程と、プラテン上に被処理体を支持する工程と、プラズマドーピングチャンバへ処理ガスを供給する工程と、外側チャンバを画成する真空ベッセル内でプラズマドーピングチャンバを包囲する工程と、一次真空ポンプにより真空ベッセルを真空排気する工程と、陽極にパルスを印加する工程と、第１モードにおいてプラズマドーピングチャンバ内に制御されたプラズマドーピング環境を確立しかつ第２モードにおいてプラズマドーピングチャンバと外側チャンバとの間にガス結合を確立するよう装置を制御する工程と、から成る。処理ガスのイオンを含むプラズマは陽極とプラテンとの間のプラズマドーピングチャンバ内で生成される。プラズマは被処理体の近傍にプラズマシースを有する。陽極に印加されるパルスは被処理体内へ注入するためにプラズマシースを横切ってプラテン方向へイオンを加速する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施に適したビームラインイオン注入装置の実施例のブロック図が図１A及び１Bに示されている。イオンソース10はイオンを生成し、イオンビーム12を供給する。従来技術で周知のように、イオンソース10はイオンチャンバ及びイオン化されるガスを収容するガスボックスを含む。ガスはそれがイオン化されるところのイオンチャンバへ供給される。そうして形成されたイオンはイオンチャンバから抽出されイオンビーム12を形成する。イオンビーム12は、ビーム断面の長い方が好適に水平方向を有するように伸長した断面を有しかつリボン形状である。電源14はイオンソース10の抽出電極に結合され、例えば約０.２から８０keVに調節可能な電圧を与える。こうして、イオンソース10からのイオンは電源14からの電圧によって約０.２から８０keVのエネルギーに加速される。イオンソースの構成及び動作は当業者に周知である。
【００１７】
イオンビーム12は抑制電極20及び接地電極22を通過して質量分析器30へ至る。質量分析器30は、分解磁石32、及び分解絞り36を有するマスク電極34を含む。分解磁石32は所望のイオン種のイオンが分解絞り36を通過するようにイオンビーム12内のイオンを偏向させ、その結果不所望のイオン種は分解絞り36を通過せずマスク電極34によってブロックされる。好適実施例において、分解磁石32は所望のイオン種を９０°だけ偏向させる。
【００１８】
所望の種のイオンは分解絞り36を通過して質量分析器30の下流に配置された第１減速ステージ50へ達する。減速ステージ50は上流電極52、抑制電極54及び下流電極56を含む。イオンビーム内のイオンは減速ステージ50によって減速され、その後アングルコネクタ磁石60を通過する。アングルコネクタ磁石60はイオンを偏向し、イオンビームを発散するイオンビームから実質的に平行な軌道を有するリボン形ビーム62へ変換する。好適実施例において、アングルコネクタ磁石60は所望のイオン種を７０°だけ偏向する。イオン注入装置はアングルコネクタ磁石60の下流側に配置された第２減速ステージ80を含む。
【００１９】
エンドステーション70または処理ステーションは、所望のイオン種が半導体ウエハに注入されるように、処理チャンバ74内で一枚またはそれ以上の半導体ウエハ72を支持する。処理チャンバ74は真空ベッセル75によって包囲されている。エンドステーション70は冷却された静電プラテン76、及びウエハ72の表面にわたってイオンを分配するようにリボン形イオンビーム62の長さ方向に垂直にウエハ72を機械的に走査するためのプラテンポジショナー78（図４）を含む。
【００２０】
図１Aに示されるようなエンドステーション70は、ウエハをイオン注入装置内に導入し、注入後にウエハを除去するための自動ウエハハンドラー82を含む。図１Aに示されたウエハハンドラー82は、ウエハロボット90、92、ウエハオリエンター94及びロードロック100、102を含む。ウエハロボットのひとつは、ロードロックのひとつ内にあるカセットまたはウエハキャリアからウエハを取り出し、該ウエハをプラテン76へ移送する。ウエハはウエハオリエンター94で方向付けされる。処理の後、ウエハはプラテンから除去され、ひとつのウエハロボットによってカセットまたはウエハキャリアへ戻される。
【００２１】
エンドステーション70はまた、ドーズ量測定システム、プラズマ充満銃または電子充満銃及び他の周知のコンポーネントを含む。イオンビームが通過する全経路はイオン注入中に真空排気されることが理解されるであろう。
【００２２】
本発明の態様に従い、プラズマドーピングモジュールは統合処理システムを形成するべくビームラインイオン注入モジュールと組み合わされる。統合処理システムは、ウエハに要求される注入レシピに依存して、ビームラインイオン注入により、プラズマドーピングにより、またはその両方により、ウエハを処理するのに使用される。単一処理チャンバ内のウエハはビームラインイオン注入モジュール及びプラズマドーピングモジュールへのアクセスを有する。統合処理システムはあらゆるビームラインイオン注入モジュール及びあらゆるプラズマドーピングモジュールを含む。さまざまな異なるビームラインイオン注入装置アーキテクチャーが当業者に周知である。さまざまなプラズマドーピングアーキテクチャーが以下に説明される。
【００２３】
ビームラインイオン注入モジュールはビームラインイオン注入装置のすべてまたは一部を含む。以下で説明されるひとつの実施例において、プラズマドーピングモジュールはビームラインイオン注入装置のエンドステーション内に組み込まれる。他の実施例において、ビームラインイオン注入装置のエンドステーションは処理チャンバと置換される。処理チャンバはビームラインイオン注入モジュールに結合されかつプラズマドーピングを含むかまたはそれに結合される。
【００２４】
図２から４に示された実施例において、プラズマドーピングモジュール110は、図４に示されるように、プラズマドーピングモジュール110のひとつまたはそれ以上のコンポーネントが真空ベッセル75の内側に配置されかつプラズマドーピングモジュール110のひとつまたはそれ以上のコンポーネントが真空ベッセル75の外側に配置されるようにして、処理チャンバ74内に組み込まれる。プラズマドーピングモジュール110は、プラズマドーピングチャンバ120、処理ガスソース124、真空ポンプ126、チャンバポジショナー128、プラズマ処理チャンバ120内に配置された陽極に接続された陽極ポジショナー130、及びプラテン76とプラズマドーピングチャンバ120内の陽極との間に接続されたパルスソース132を含む。処理ガスソース124及び真空ポンプ126はガス導管によってプラズマドーピングチャンバ120へ結合され、チャンバポジショナー128はプラズマドーピングチャンバ120へ機械的に結合される。プラズマドーピングモジュール110の付加的実施例が以下に説明される。
【００２５】
ビームラインイオン注入モジュール140は処理チャンバ74に対しリボン形イオンビーム62を供給する。図１A及び１Bを参照して、ビームラインイオン注入モジュール140のコンポーネントは、イオンソース10、質量分析器30、減速ステージ50、アングルコネクタ磁石60及び第２減速ステージ80を含む。ビームラインイオン注入モジュール140は、あらゆるビームラインイオン注入装置アーキテクチャーを採用する。
【００２６】
統合処理システムの付加的コンポーネントは、真空ベッセル75、プラテン76、プラテンポジショナー78及びウエハハンドラー82を含む。好適実施例において、プラテン76は例えばFrutigerによる1995年9月19日に発行された米国特許第5,452,177号に記載されるような静電ウエハクランプである。真空ポンプ142は処理チャンバ74内の圧力を制御する。図２及び３の実施例において、真空ポンプ142は低温ポンプから成る。ターボ分子ポンプ144のような付加的真空ポンプが真空ポンプ性能を増加するために使用されてもよい。ファラディカップ148がドーズ量及び均一性を測定するためにリボン形イオンビーム62と一直線上に配置される。システム制御器150が統合処理システムの各要素を制御する。システム制御器は、マイクロプロセッサ、メモリ、統合処理システムのコンポーネントへのインターフェース及びキーボード及びビデオディスプレイターミナルのような周辺機器を含む、プログラムされた汎用コンピュータから成る。
【００２７】
ウエハ72を保持するプラテン76は図２に示されるようにビームライン注入モードにおいてリボン形イオンビーム62を遮るように配置されるかまたは図３に示されるようにプラズマドーピングモードにおいてプラズマドーピングチャンバ120内に配置される。このようにしてシステムはビームラインイオン注入及びプラズマドーピングが可能な統合処理システムを構成する。システム制御器150は各注入のパラメータを定義する入力に応答して動作モードを制御する。
【００２８】
図２及び３を参照して、プラズマドーピングチャンバ120はプラズマドーピングモードにおいて包囲された体積160を画成する。図３に示されたプラズマドーピングモードにおいて、プラテン76はプラズマドーピングチャンバ120の開口158内に配置され、プラテンハロー162はプラズマドーピングチャンバ120内へプラテン76をシールする。こうしてプラテン76はウエハ72をプラズマドーピングチャンバ120内に配置する。プラテン76はウエハ72を支持しかつウエハ72への電気的接続を与える。陽極170は、陰極として機能するプラテン76に関して離隔してプラズマドーピングチャンバ120内に配置される。陽極170は陽極ポジショナーによってプラテン76の面に対して垂直に移動可能である。ここに参考文献として組み込むGoecknerらによる2001年2月6日発行の米国特許第6,182,604号に記載されるように、プラテン76と陽極170との間の領域は中空電極172によって包囲される。ここに参考文献として組み込むLiebertらによる2000年2月1日発行の米国特許第6,020,592号に記載されるように、ファラディビームセンサを含むシールドリング174がプラテン76を包囲する。プラズマドーピングチャンバ120内の包囲体積160は同軸ガスライン180によって処理ガスソース124へ結合される。さらに、包囲体積160は絞り排気ポート182を通じて真空ポンプ126へ結合される。プラズマドーピングチャンバ120はチャンバポジショナー128によって好適には図３に示されたプラズマドーピング位置と図２に示された引っ込み位置との間で移動可能である。プラズマドーピングチャンバ120はプラズマドーピング位置から引っ込み位置まで上方に移動する。
【００２９】
プラテンポジショナー78は処理システムの動作モードに従ってプラテン76を配置する。図２に示されたビームライン注入モードにおいて、プラテン76及びウエハ72はリボン形イオンビーム62の経路に垂直に方向付けられ、プラテン76はウエハ72の表面にわたってリボン形イオンビーム62を分配するようプラテンポジショナー78によって上下に機械的に走査される。プラテンポジショナー78はリボン形イオンビーム62に関して所望の角度でウエハ72を傾斜させるための傾斜器192を含む。好適には、プラテン76は、ファラディカップ148がイオンビーム電流をモニターできるように、機械的走査中にリボン形イオンビーム62の下側に移動される。
【００３０】
プラズマドーピングモードにおいて、プラテン76及びウエハ72は水平に方向付けられる。プラテン76及びウエハ72はプラズマ処理チャンバ120の開口158内へ上方に移動され、プラテンハロー162はプラズマ処理チャンバ120にシールされる。こうして、プラテン76及びウエハ72は図３に示されるようにプラズマドーピングチャンバ120内にシールされる。プラズマドーピングの間、プラテン76及びウエハ72は固定したままである。
【００３１】
ウエハ交換モードにおいて、プラテン76及びウエハ72は水平に方向付けられ、リボン形イオンビーム62の経路の下側まで下げられる。ウエハ72はウエハロボット90、92のひとつによってプラテン72から除去され、新しいウエハが処理用にプラテン76上に配置される。ウエハハンドリング技術は当業者に周知なのでこれ以上説明しない。
【００３２】
動作中、システム制御器150は一回分のウエハをドーピングするためのパラメータを特定する注入レシピを受信する。注入レシピは例えば、ドーパント種、エネルギー及びウエハに印加されるべきドーズ量を特定する。システム制御器150は注入レシピに基づいて動作モードを選択する。例えば、２keV以上の注入エネルギーはビームライン注入モードで利用され、２keV以下のエネルギーはプラズマドーピングモードで利用される。
【００３３】
ビームライン注入モードがシステム制御器150によって選択されたとき、一回分のウエハがウエハハンドラー82によってプラテン76上にロードされ、プラテン76は図２に示されるような垂直位置まで回転される。ビームラインイオン注入モジュール140は所望の注入パラメータを与えかつリボン形イオンビーム62を生成するように調整される。所望のドーズ量及びドーズ均一性が達成されるまで、プラテンポジショナー78は典型的に複数回にわたってリボン形イオンビーム62を垂直に通過するようにプラテン76及びウエハ72を機械的に走査する。ドーズ量及びドーズ均一性はファラディカップ148によってモニターされる。ビームライン注入モードの間、機械的走査用のクリアランスを与えるためにプラズマドーピングチャンバ120は図２に示される引っ込み位置に留まり、プラズマドーピングモジュール122のコンポーネントは不動作状態になる。処理の完了後、ウエハ72はウエハハンドラー82によって処理チャンバ74から除去される。
【００３４】
プラズマドーピングモードがシステム制御器150によって選択されると、ビームラインイオン注入モジュール140が不動作状態になり、プラズマドーピングチャンバ120がチャンバポジショナー128により図３に示されるプラズマドーピング位置まで下げられる。ウエハがウエハハンドラー82によりプラテン76上にロードされた後、プラテン76及びウエハ72がプラズマドーピングチャンバ120の開口150内に上昇され、プラズマドーピングチャンバ120内へシールされる。処理ガスソース124及び真空ポンプ126はプラズマドーピングチャンバ120内に所望の圧力の処理ガスを与えるよう動作する。パルスソース132が動作して、プラテン76と陽極170との間にプラズマが形成され、イオンがウエハ72の方向へ加速される。非常に低エネルギーの注入のために、以下に説明するような中空電極172が利用される。与えられたドーズ量はシールドリング174内のファラディビームセンサによってモニターされる。所望のドーズ量が達成されると、パルスソース132及び処理ガスソース124が不動作状態になり、真空ポンプ126が所望の真空レベルまでプラズマドーピングチャンバ120を排気する。その後プラテン76及びウエハ72がプラズマドーピングチャンバ120から下げられ、ウエハ72がウエハハンドラー82によって除去される。プラテン76がプラズマドーピングチャンバ120から下げられると、真空ポンプ142は処理チャンバ74内に逃げる残留ガスを排気する。所望により、ウエハ72を処理チャンバ74から除去することなく、ウエハ72はプラズマドーピング及びビームラインイオン注入によって処理されてもよい。
【００３５】
プラズマドーピングチャンバ120は包囲体積内に160内に、処理チャンバ内74の処理環境と非常に異なる処理環境を画成する。特に、処理チャンバ74は好適にはビームラインイオン注入中は例えば２０マイクロトルの高真空に維持される。プラズマドーピングモードでの動作中、プラズマドーピングチャンバ120内の圧力は約１ミリトルから約５００ミリトルの範囲である。例えば、BF3、N2、Ar、PH3、AsH3、またはB2H6のような処理ガスが使用される。
【００３６】
図２及び３の実施例において、プラズマドーピングチャンバ120は処理チャンバ74内に配置され、プラズマドーピング位置と引っ込み位置との間を移動可能である。他の実施例において、プラズマポジショナー78が機械的走査及びプラズマドーピングチャンバ120へのアクセスを許すようプラテン移動の十分な範囲を与えるなら、プラズマドーピングチャンバ120は定位置に固定される。さらに、プラズマドーピングチャンバ120は、プラズマドーピングチャンバ120が処理チャンバ74からアクセスできるように、部分的にまたは完全に処理チャンバの外側に配置されてもよい。例えば、プラズマ処理チャンバ120はゲートバルブを通じて処理チャンバ74からアクセスされる。
【００３７】
プラズマドーピングモジュール110の第１実施例の略示ブロック図が図５及び６に示されている。プラズマドーピングモジュール110の第２実施例の略示ブロック図が図７に示されている。図１から７で同一の要素は同一符号で示されている。図５から７において、真空ベッセル75及び真空ポンプ142はプラズマドーピングモジュールの動作に関連するため、一緒に示されている。統合処理システムの他のコンポーネントは図５から７において省略されている。
【００３８】
図５において、プラテン76はプラズマドーピングモードにおいてプラズマドーピングチャンバ120内にシールされる。図５の構成において、プラズマドーピングチャンバ120は処理チャンバ74から分離され、異なる環境がプラズマドーピングチャンバ120及び処理チャンバ74内で維持される。図６において、プラテン76はプラズマドーピングチャンバ120の開口158から降下されている。したがって、プラズマドーピングチャンバ120及び処理チャンバ74は共通の環境を有する。この構成はビームラインイオン注入モード及びウエハ交換モードに適用可能である。
【００３９】
図５及び６に示されるように、プラズマドーピングチャンバ120は真空ベッセル75内に配置される。プラズマドーピングチャンバ120は真空ポンプ126に結合され、真空ベッセル75は真空ポンプ142に結合される。図６に示されるようにプラテン76がプラズマドーピングチャンバ120の開口158から降下されると、真空ポンプ142は処理チャンバ74及びプラズマドーピングチャンバ120の両方を排気する。したがって、プラテン76がプラズマドーピングチャンバ120内でシールされるとき、プラズマドーピングチャンバ120は比較的低い圧力を有する。プラズマドーピングチャンバ120がシールされた後、プラズマドーピングチャンバ120は真空ポンプ126によって排気される。この構成により真空ポンプ126は比較的小さいポンピング流量を有するが、一方真空ポンプ142は真空ベッセル75を排気するのに十分なより大きなポンピング流量を有する。したがって、図５及び６の実施例において、真空ポンプ142は一次真空ポンプ、真空ポンプ126は二次真空ポンプであると考えられる。
【００４０】
真空ポンプ142は、図６に示されたプラテン76の降下位置において、プラズマドーピングチャンバ120を所望の圧力レベルまで真空排気する。その後プラテン76は図５に示されるようにプラズマドーピングチャンバ120内にシールされる。処理ガスソース124は処理ガスをプラズマドーピングチャンバ120へ導入し、真空ポンプ126はプラズマドーピングチャンバ120内で処理ガスの所望の圧力を維持するのに十分なポンピングを与える。真空ポンプ126はプラズマドーピングチャンバ120を大気圧から処理圧力まで排気することは要求されないため、プラズマドーピングチャンバ120を真空ポンプ126へ結合しているポートが絞られ、真空ポンプ126は比較的小さい流量を有する。処理が完了した後、処理ガスソース124がオフされ、真空ポンプ126はプラズマドーピングチャンバ120から残留処理ガスを排気する。その後、プラテン76が降下し、真空ポンプ142はプラズマドーピングチャンバ120をさらに真空排気する。
【００４１】
さらに図５及び６に示されるように、プラテン76及びプラズマドーピングチャンバ120の壁は接地のような基準ポテンシャルに接続され、パルスソース132は連続パルスを陽極170へ与える。陽極170は絶縁体176によってプラズマドーピングチャンバ120から電気的に分離され、かつ絶縁体178によって真空ベッセル75から電気的に分離されている。以下に説明するように、中空電極172は、スイッチ184によってパルスソース132へ接続されるかまたは中空電極パルスソース190に接続される。
【００４２】
陽イオンがウエハ72に注入される典型的な場合において、正パルスが陽極170へ印加される。必要な注入エネルギーに対応する電圧が陽極170とウエハ72との間にプラズマ放電を開始するのに十分である場合において、パルスソース132はプラズマ放電を開始しかつプラズマからウエハ72へイオンを加速するのに使用される。正パルスは陽イオンをプラズマシースを横切ってウエハ72へ加速する。陰イオンがウエハ72へ注入される場合には、パルスソース132は負パルスを陽極170へ印加する。パルスソース132が陽極170とウエハ72との間でプラズマ放電を開始するのに使用される場合、図５及び６に示される位置1にスイッチ184を置くことによって中空電極172がパルスソース132へ接続される。この構成において、プラズマはウエハ72を除き正にバイアスされた陽極170及び中空電極172によって実質的に包囲され、プラズマ内の陽イオンがウエハ72へ加速される。
【００４３】
非常に低注入エネルギーが要求され、パルスソース132によって供給されるパルスの対応する振幅が陽極170とウエハ72との間にプラズマ放電を開始するのに十分でない場合、スイッチ184は位置2に置かれ、中空電極172は中空電極パルスソース190へ接続される。図５及び６の実施例において、陽イオンがウエハ72へ注入される際、負パルスが中空電極172へ印加される。陽極170へ印加される正パルスと組み合わされた、中空電極172へ印加される負パルスは、陽極170とウエハ72の間にプラズマ放電を開始するのに十分であり、陽極170へ印加される比較的小さい振幅パルスは非常に低い注入エネルギーに達する。例えば、５００電子ボルトのエネルギーを有する一価の陽イオンがウエハ72へ注入される場合、スイッチ184は位置2に置かれ、パルスソース132は正の５００ボルトパルスを生成するようプログラムされ、中空電極パルスソース190は負の１０００ボルトパルスを生成するようプログラムされる。パルスソース132及び190は同調して重なるパルスを生成するよう同期されている。その結果、１５００ボルトパルスが陽極170と中空電極172との間に印加され、それはプラズマ放電を開始するのに十分である。プラズマ放電内の陽イオンは陽極170とウエハ72との間に印加されるパルスにより５００電子ボルトまで加速される。
【００４４】
ウエハ72及びプラテン76が接地されるところの、図５及び６に示されるプラズマドーピングモジュールはいくつかの利点を有する。ウエハが接地されているため、バイアス印加及びドーズ量測定は単純になる。ウエハ76は実質的に陽極170及び中空電極172によって包囲され、プラズマドーピングチャンバ120は絞られた排気ポートを通じて真空ポンプ126へ接合される。結果として、チャンバ壁及び真空ポンプコンポーネントのスパッタリングにより生じるウエハ76の汚染は制限される。さらに、イオンを集める面積は制限され、それによりパルスソース132及び190への負荷が減少する。スパッタリングにより生じる汚染をさらに減少させるために、中空電極172及び他の露出したエレメントは、シリコンウエハの場合にシリコンのような非汚染材料により被覆される。絞られた排気ポートは、排気ポートに進入し真空排気ポンプコンポーネント上に付着するプラズマ中のイオンの傾向を減少させる。
【００４５】
プラズマドーピングモジュール110の第２実施例の略示ブロック図が図７に示されている。図７の実施例は、パルスソース132及び中空電極パルスソース190への電気的接続及び接地に関して、図５及び６の実施例と異なる。特に、陽極170は接地のような基準ポテンシャルに接続され、陰極（プラテン76）は陽イオンの注入のために負にパルス化される。中空電極170は必要な注入エネルギーに依存して、スイッチ184によってプラテン76または中空電極パルスソース190へ接続される。図７の実施例において、プラテンハロー162は、プラテン76とプラズマドーピングチャンバ120との間で電気的分離を許すための電気的絶縁材料である。
【００４６】
図７の実施例はまた真空ポンプ構成に関して図５及び６の実施例と異なる。特に、プラズマドーピングチャンバ120は制御されたコンダクタンスアパーチャ194を具備し、真空ポンプ126（図５及び６）は除去されている。制御されたコンダクタンスアパーチャ194はプラズマドーピングチャンバ120の内側体積と処理チャンバ74との間に制御されたガス流を与える。したがって、プラテン76がプラズマドーピングチャンバ120内にシールされる際、プラズマドーピングチャンバ120はアパーチャ194を通じて制御されたガス流を真空ポンプ142に流すことによって真空排気される。制御されたコンダクタンスアパーチャ194は既知のガス流特性を有するひとつまたはそれ以上の開口を含む。ひとつの実施例において、アパーチャ194の開口はプラズマの通過を禁止しながらガス流を許すように、プラズマドーピングチャンバ120の内側体積と処理チャンバ74との間で直視線を避ける。例えば、アパーチャ194はベンドを有するガス導管のように実施される。他の実施例において、アパーチャ194は固定され、解放または閉止され、または調節可能なガスコンダクタンスを有してもよい。図７の真空ポンプ構成は図５及び６の実施例において使用されてもよい。また、図５及び６の真空ポンプ構成が図７の実施例で使用されてもよい。
【００４７】
図５から７に示された上述のプラズマドーピングシステムは図２から４に示された上述の統合処理システム内で利用されてもよい。さらに、図５から７の実施例は別々に利用されるか、上記のようなプラズマドーピングチャンバの真空排気を与えるための外側真空ベッセルを有するあらゆる処理システム内で利用される。外側真空ベッセルは他の処理モジュールを含んでも含まなくてもよい。
【００４８】
本発明の態様内で他のプラズマドーピングアーキテクチャーが使用される。例えば、プラズマはパルス化されるかまたは連続である。プラズマはDC電圧、RF電圧またはマイクロ波電圧によって生成され、それらの各々はパルス化されるかまたは連続である。異なる処理ガス圧力が利用されてもよい。
【００４９】
本発明の思想及び態様内で図面及び詳細な説明に示された実施例のさまざまな修正及び変更が可能であることを理解すべきである。したがって、上記説明及び図面に含まれたすべての事項は例示であって限定するためのものではない。発明は特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】図１Aは、本発明の実施に適したビームラインイオン注入装置の平面略示図である。
【図１Ｂ】図１Bは、ビームラインコンポーネントを示す、図１Aのビームラインイオン注入装置の平面略示図である。
【図２】図２は、ビームラインイオン注入モードで示された、本発明の実施例に従う処理システムの略示断面図である。
【図３】図３は、プラズマドーピングモードで示された、図２の処理システムの略示断面図である。
【図４】図４は、図２及び３の処理システムの略示ブロック図である。
【図５】図５は、プラテンがプラズマドーピングチャンバへシールされた状態で示された、プラズマドーピングモジュールの第１実施例の略示ブロック図である。
【図６】図６は、プラテンがプラズマドーピングチャンバから除去された状態で示された、プラズマドーピングモジュールの第１実施例の略示ブロック図である。
【図７】図７は、プラテンがプラズマドーピングチャンバへシールされた状態で示された、プラズマドーピングモジュールの第２実施例の略示ブロック図である。

Claims

プラズマドーピング装置であって、
プラズマドーピングチャンバを画成するハウジングと、
前記プラズマドーピングチャンバ内で被処理体を支持するためのプラテンであって、前記プラテンは基準ポテンシャルに接続されている、ところのプラテンと、
前記プラズマドーピングチャンバ内で前記プラテンから離隔された陽極と、
前記プラズマドーピングチャンバへ結合された処理ガスソースであって、処理ガスのイオンを含むプラズマが前記プラズマドーピングチャンバ内の前記陽極と前記プラテンとの間で生成され、前記プラズマは被処理体の近傍にプラズマシースを有する、ところの処理ガスソースと、
前記プラズマドーピングチャンバを包囲しかつ外側チャンバを画成する真空ベッセルと、
前記真空ベッセルに結合された一次真空ポンプと、
前記被処理体内に注入するためにプラズマシースを横切って前記プラテンの方向へ前記イオンを加速するために前記陽極にパルスを印加するためのパルスソースと、
第１モードにおいてプラズマドーピングチャンバ内に制御されたプラズマドーピング環境を確立しかつ第２モードにおいてプラズマドーピングチャンバと外側チャンバとの間にガス結合を確立するための制御器と、
から成る装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記プラズマは前記陽極に印加されるパルスによって生成される、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記プラズマはパルス化される、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記プラズマは連続である、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに、第１モードにおいて前記プラズマドーピングチャンバを排気するために前記プラズマドーピングチャンバへ結合された二次真空ポンプから成る装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに、前記プラズマドーピングチャンバと前記外側チャンバとの間の制御されたコンダクタンスアパーチャから成り、前記プラズマドーピングチャンバは第１モードにおいて前記制御されたコンダクタンスアパーチャを通じて排気される、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに、前記プラテンと前記陽極との間の空間を包囲する中空電極から成り、前記中空電極は前記陽極に電気的に接続される、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに、前記プラテンと前記陽極との間の空間を包囲する中空電極と、前記中空電極に電気的に接続された中空電極パルスソースとから成り、前記プラズマは前記陽極に印加されるパルス及び前記中空電極に印加されるパルスによって生成される、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ハウジングは基準ポテンシャルに接続されている、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記イオンは陽イオンであり、前記パルスは正パルスである、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記イオンは陰イオンであり、前記パルスは負パルスである、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記プラテンは電気的に接地されている、ところの装置。
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記プラテンは、前記プラズマドーピングチャンバへシールされる処理位置と前記プラズマドーピングチャンバから除去される引っ込み位置との間で移動可能であり、前記制御器は、第１モードにおける処理位置と第２モードにおける引っ込み位置との間で前記プラテンを移動するための手段から成る、ところの装置。
プラズマドーピング方法であって、
基準ポテンシャルに接続されたプラテン及び該プラテンから離隔された陽極を含むプラズマドーピングチャンバを与える工程と、
プラテン上に被処理体を支持する工程と、
前記プラズマドーピングチャンバへ処理ガスを供給する工程であって、処理ガスのイオンを含むプラズマは前記プラズマドーピングチャンバ内の前記陽極と前記プラテンとの間に生成され、前記プラズマは被処理体の近傍にプラズマシースを有する、ところの工程と、
外側チャンバを画成する真空ベッセル内でプラズマドーピングチャンバを包囲する工程と、
一次真空ポンプにより真空ベッセルを真空排気する工程と、
被処理体内に注入するためにプラズマシースを横切ってプラテン方向へイオンを加速するよう陽極へパルスを印加する工程と、
第１モードにおいてプラズマドーピングチャンバ内に制御されたプラズマドーピング環境を確立しかつ第２モードにおいてプラズマドーピングチャンバと外側チャンバとの間にガス結合を確立するよう装置を制御する工程と、
から成る方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、さらに、第１モードにおいて前記プラズマドーピングチャンバへシールされた処理位置と第２モードにおいて前記プラズマドーピングチャンバから除去される引っ込み位置との間で前記プラテンを制御可能に移動する工程とから成る方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、陽極へパルスを印加する工程は前記プラズマドーピングチャンバ内にプラズマを生成する、ところの方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、パルス化プラズマを生成する工程から成る方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、連続プラズマを生成する工程から成る方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、さらに、第１モードにおいて前記プラズマドーピングチャンバへ結合された二次真空ポンプによって前記プラズマドーピングチャンバを真空排気する工程から成る方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、さらに、第１モードにおいて前記一次真空ポンプによって前記プラズマドーピングチャンバを真空排気する工程から成り、前記一次真空ポンプは前記プラズマドーピングチャンバと前記外側チャンバとの間の制御されたコンダクタンスアパーチャを通じて前記プラズマドーピングチャンバと連通する、ところの方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、さらに、第２モードにおいて前記プラズマドーピングチャンバを前記一次真空ポンプによって真空排気する工程から成る方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、さらに、前記プラテンと前記陽極との間の空間を包囲する中空電極を与える工程と、前記中空電極を前記陽極へ電気的に接続する工程と、から成る方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、さらに、前記プラテンと前記陽極との間の空間を包囲する中空電極を与える工程と、前記中空電極へパルスを印加するための中空電極パルスソースへ前記中空電極を電気的に接続する工程とから成り、前記プラズマは前記陽極に印加されるパルス及び前記中空電極に印加されるパルスによって生成される、ところの方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、さらに、プラズマドーピングチャンバを基準ポテンシャルへ電気的に接続する工程から成る、ところの方法。
請求項１４に記載のプラズマドーピング方法であって、前記プラテンは接地されている、ところの方法。