JP2010519735A - 改良型ドーズ量制御付きマルチステップ・プラズマドーピング方法 - Google Patents
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Abstract
マルチステップで基板をプラズマドーピングする方法が、プロセスガスからプラズマを点弧することを含む。第１プラズマドーピングステップを実行するための第１プラズマ条件を確立する。第１プラズマ条件を有するプラズマ中のイオンが基板の表面に衝突するように基板にバイアス電圧をかけ、これにより基板に第１ドーズ量を与える。第１プラズマ条件が第２プラズマ条件に遷移する。第２プラズマ条件を有するプラズマ中のイオンが基板の表面に衝突するように基板にバイアス電圧をかけ、これにより基板に第２ドーズ量を与える。第１及び第２プラズマ条件は、第１ドーズ量と第２ドーズ量とが組み合わさって、基板の少なくとも一部分全体にわたる所定のドーズ量の分布を達成するように選定する。
Description
本明細書で用いる節の見出しは組織的目的に過ぎず、本願に記載の主題を限定するものとして解釈すべきでない。
（発明の背景）
プラズマ処理は、半導体及びその他の産業において何十年にわたって用いられている。プラズマ処理は、洗浄（クリーニング）、エッチング、ミリング（切削）、及び堆積のような作業用に用いられている。最近は、プラズマ処理はドーピングに用いられている。プラズマドーピングシステムが、一部の近代的電子デバイス及び光学デバイスのドーピングの要求を満たすべく開発されている。プラズマドーピングは時としてＰＬＡＤまたはプラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ：Plasma Immersion Ion Implantation）と称される。
プラズマ処理は、半導体及びその他の産業において何十年にわたって用いられている。プラズマ処理は、洗浄（クリーニング）、エッチング、ミリング（切削）、及び堆積のような作業用に用いられている。最近は、プラズマ処理はドーピングに用いられている。プラズマドーピングシステムが、一部の近代的電子デバイス及び光学デバイスのドーピングの要求を満たすべく開発されている。プラズマドーピングは時としてＰＬＡＤまたはプラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ：Plasma Immersion Ion Implantation）と称される。
プラズマドーピングは、従来のビームラインイオン注入システムとは根本的に異なり、ビームラインイオン注入システムは、イオンを電界で加速させ、そしてこれらのイオンをその質量対電荷比に応じて選別して、所望の注入用イオンを選択する。プラズマドーピングシステムは、ドーパントイオンを含むプラズマ中にターゲット（対象物）を浸して、このターゲットに一連の負電圧パルスでバイアス電圧をかける。プラズマシース内の電界はイオンをターゲットに向けて加速し、これによりターゲットの表面にイオンが注入される。
半導体産業用のイオン注入システム及び他のドーピングシステムは一般に、非常に高度な均一性を要求する。半導体産業において使用されてきた従来のビームラインイオン注入システムは、現在技術の半導体基板の表面全体にわたる優れた均一性を与える。一般に、プラズマドーピングシステムの均一性は従来のビームラインイオン注入システムほど良好ではない。多くのプラズマドーピングシステムは、少なくとも多少の半径方向のドーズ量の不均一性を有する。この半径方向のドーズ量の不均一性は、基板の中心に向かうほど高いドーズ量、あるいは基板のエッジ（縁部）に近いほど高いドーズ量を生じさせる。
本発明の態様は、以下の図面に関連する説明を参照することによってより良好に理解することができ、各図面中では、同じ参照番号は同様の構造要素及び特徴を示す。これらの図面は必ずしも一定縮尺ではない。以下に説明する図面は例示目的に過ぎないことは当業者にとって明らかである。いずれにせよ、これらの図面は、本発明の教示の範囲を制限することを意図するものではない。
（実施例の詳細な説明）
本明細書の教示は種々の実施例に関連して説明するが、本発明の教示をこうした実施例に限定することを意図するものではない。逆に、本発明の教示は、種々の代案、変形、等価物を含み、このことは当業者にとって明らかである。
本明細書の教示は種々の実施例に関連して説明するが、本発明の教示をこうした実施例に限定することを意図するものではない。逆に、本発明の教示は、種々の代案、変形、等価物を含み、このことは当業者にとって明らかである。
例えば、本発明の均一性を改善する方法はプラズマドーピングに関連して説明しているが、本発明の方法はあらゆる種類のプラズマプロセスに適用することができることは明らかである。具体的には、本発明による均一性を改善する方法は、プラズマエッチングシステム及びプラズマ堆積システムに適用することができる。
なお、本発明が動作可能なままである限り、本発明の方法の個々のステップは、任意順序で、及び／または同時に実行することができる。さらに、本発明が動作可能なままである限り、本発明の装置は、説明する実施例の任意数のもの、あるいはすべてを含むことができる。
通常は、基板上のすべてのデバイスまたはチップについて同じデバイス性能を得るために、半導体基板の表面全体にわたって均一なドーズ量を注入することが望ましい。プラズマドーピングシステムは、比較的高い半径方向のドーズ量の不均一性を有することが多い。この半径方向のドーズ量の不均一性は、非常に均一なプラズマ密度を有するプラズマを、プラズマドーピングに通常用いられるチャンバ内に生成することが比較的困難であることにより生じる。半径方向のドーズ量の不均一性は、基板の中心に向かうほど高いドーズ量、あるいは基板のエッジに近いほど高いドーズ量を生じさせることが多い。
多くの用途では、基板の表面全体にわたるドーズ量の全体的な不均一性を低減することによって、半径方向及び他のドーズ量の不均一性を改善することが望ましい。一部の用途では、半径方向及び他のドーズ量の不均一性を制御して、基板の表面全体にわたる所定のドーズ量の分布を達成することが望ましい。
半径方向のドーズ量の不均一性は、プラズマチャンバ、プラズマ源、及び基板を支持する台座の幾何学的形状を変更することによって、いくらかは制御または改善することができる。これに加えて、半径方向のドーズ量の不均一性は、圧力、ガス流量、ＲＦ電力、または希釈のような処理パラメータを変化させることによって制御または改善することができる。
本発明の方法は、マルチステップ（多段階）のプラズマドーピングを用いることによって、基板全体にわたるドーズ量の均一性を改善し、あるいは基板全体にわたるドーズ量の分布を制御する。一部の実施例では、複数のプラズマドーピングステップにおける各ステップ間に所定時間間隔だけ、このプラズマドーピングを休止する。複数のプラズマドーピングステップの各々は、異なる処理条件を有することができる。種々の実施例では、プラズマドーピングステップの各ステップ間の遷移時間中に、プラズマを活性状態にするか消孤することができる。
図１に、本発明によるマルチステップのプラズマドーピング方法で用いることのできるプラズマドーピングシステムを例示する。プラズマドーピングシステム１００は、平面ＲＦコイル及び螺旋ＲＦコイルを共に有し、そして導電性の上部を有する誘導結合プラズマ源を含む。同様の誘導結合プラズマ源は、特許文献１（米国特許出願公開第１０／９０５１７２号、２００４年１２月２０日出願、発明の名称”RF Plasma Source with Conductive Top Section”）に記載され、この特許出願は本願の譲受人に権利付与されている。特許文献１の全文を参考文献として本明細書に含める。プラズマドーズシステム１００内に示すプラズマ源は、非常に均一なイオンフラックス（イオン流束）を供給することができ、そして二次電子放射によって発生する熱も効率的に放散するので、プラズマドーピング用途に非常に適している。
より具体的には、プラズマドーピングシステム１００は、外部ガス源１０４によって供給されるプロセスガスを含むプラズマチャンバ１０２を含む。比例弁１０６を通してプラズマチャンバ１０２に結合された外部ガス源１０４は、プロセスガスをチャンバ１０２に供給する。一部の実施例では、ガスバッフルを用いてガスをプラズマ源１０２内に分散させる。圧力計１０８は、チャンバ１０２内部の圧力を測定する。チャンバ１０２内の排出口１１０は、チャンバ１０２を真空排気する真空ポンプ１１２に結合されている。排気弁１１４は、排気口１１０を通る排気コンダクタンス（導通性）を制御する。
ガス圧コントローラ１１６は、比例弁１０６、圧力計１０８、及び排気弁１１４に電気接続されている。ガス圧コントローラ１１６は、排気コンダクタンス、及び圧力計１０８に応答するフィードバックループ内のプロセスガス流量を制御することによって、プラズマチャンバ１０２内の所望圧力を維持する。排気コンダクタンスは排気弁１１４で制御する。プロセスガスの流量は比例弁１０６で制御する。
一部の実施例では、微量ガス種の比率制御を、主要なドーパント種を供給するプロセスガスに直列に結合された質量流量計によって、プロセスガスに対して行う。また、一部の実施例では、別個のガス注入手段を用いて、ガス種をその場で調整する。さらに、一部の実施例では、マルチポート（多開口）のガス注入手段を用いて、基板全体にわたる変化を生じさせる中性の化学効果をもたらすガスを供給する。
チャンバ１０２はチャンバ上部１１８を有し、チャンバ上部１１８は、概ね水平に広がる誘電材料で形成された第１部分１２０を含む。チャンバ上部１１８の第２部分１２２は誘電材料で形成され、第１部分１２０からある高さまで、概ね垂直に広がる。本明細書では、第１及び第２部分１２０、１２２を全体的に誘電窓と称することがある。例えば、第１部分１２０を概ね曲面をなして広がる誘電材料で形成して、参考文献として本明細書に含める特許文献１に記載されたように、第１部分１２０と第２部分１２２とが互いに直交しないようにすることができる。他の実施例では、チャンバ上部１１８は平面のみを含む。
第１及び第２部分１２０、１２２の形状及び寸法は、特定性能を達成するように選択することができる。例えば、チャンバ上部１１８の第１及び第２部分１２０、１２２の寸法は、プラズマの均一性を改善するように選定することができることは当業者にとって明らかである。一実施例では、第２部分１２２の垂直方向の高さの、第２部分１２２の水平方向の長さに対する比率を、より均一なプラズマを達成するように調整する。例えば、１つの特定実施例では、第２部分１２２の垂直方向の高さの、第２部分１２２の水平方向の長さに対する比率は、１．５〜５．５の範囲である。
第１及び第２部分１２０、１２２中の誘電材料は、ＲＦ電力をＲＦアンテナからチャンバ１０２の内部に転送する媒体を提供する。一実施例では、第１及び第２部分を形成するために用いる誘電材料は、プロセスガスに対して化学的耐性があり、かつ良好な温度特性を有する高純度セラミック材料である。例えば、一部の実施例では、誘電材料は９９．６％のＡl2Ｏ3またはＡlＮである。他の実施例では、この誘電材料はイットリア（Yittria、登録商標）及びＹＡＧである。
チャンバ上部１１８の蓋１２４は、第２部分１２２の水平方向の長さ全体にわたって広がる導電材料で形成されている。多くの実施例では、蓋１２４を形成するために使用する材料の導電率は、熱負荷を放散させて二次電子放射に起因する帯電効果を最小化するのに十分なほど高い。一般に、蓋１２４を形成するために使用する導電材料は、プロセスガスに対する化学的耐性がある。一部の実施例では、この導電材料はアルミニウムまたはシリコンである。
蓋１２４は、Chemrz及び／またはKalrex材料のようなフルオロカーボンポリマー製の耐ハロゲン性Ｏリングで第２部分１２２に結合されている。蓋１２４は一般に、第２部分１２２に対する加圧を最小にするが、蓋１２４を第２部分に封着させるのに十分な圧力を与える方法で第２部分１２２に装着される。一部の動作モードでは、蓋１２４は図１に示すようにＲＦ接地兼ＤＣ接地である。
一部の実施例では、チャンバ１０２がライナー１２５を含み、ライナー１２５は、プラズマチャンバ１０２の内部金属壁に当たるプラズマ中のイオンによってスパッタ（たたき出し）される金属から、プラズマチャンバ１０２の内側を見通し遮蔽（シールド）することによって、金属汚染を防止または大幅に低減するように配置されている。こうしたライナーは、本願の譲受人に権利付与された特許文献２（米国特許出願公開第１１／６２３７３９号、２００７年１月１６日出願、発明の名称”Plasma Source with Liner for Reducing Metal Contamination”）に記載されている。特許文献２の全文を参考文献として本明細書に含める。
種々の実施例では、このライナーは１枚または単一のプラズマチャンバ・ライナー、あるいはセグメント化されたプラズマチャンバ・ライナーとすることができる。多くの実施例では、プラズマチャンバ・ライナー１２５は、アルミニウムのような金属ベースの材料で形成される。これらの実施例では、プラズマチャンバ・ライナー１２５の少なくとも内面１２５’が、プラズマチャンバ・ライナーのベース材料のスパッタリング（たたき出し）を防止するハード（硬質）コーティング材料を含む。
一部のプラズマドーピングプロセスは、二次電子放射により、不均一に分布した大量の熱をプラズマ源の内面上に発生する。一部の実施例では、プラズマチャンバ・ライナー１２５は、図４に関連して説明するような温度制御型プラズマチャンバ・ライナー１２５である。これに加えて、一部の実施例では、蓋１２４が冷却システムを具え、この冷却システムは、蓋１２４及びその周辺領域の温度を調整して処理中に発生する熱負荷を放散させる。この冷却システムは、冷媒源からの冷却液を循環させる流路を蓋１２４内に含む流体冷却システムとすることができる。
ＲＦアンテナは、チャンバ上部１１８の第１部分１２０及び第２部分１２２の少なくとも一方に近接して配置される。図１のプラズマ源は、互いに電気絶縁された２つの分離したＲＦアンテナを例示している。しかし、他の実施例では、２つのＲＦアンテナが電気接続されている。図１に示す実施例では、複数のターンを有する平面コイルのＲＦアンテナ１２６（平面アンテナまたは水平アンテナと称することがある）が、チャンバ上部１１８の第１部分１２０に隣接して配置されている。これに加えて、複数のターンを有する螺旋コイルのＲＦアンテナ（螺旋アンテナまたは垂直アンテナと称することがある）がチャンバ上部１１８の第２部分１２２を包囲する。
一部の実施例では、平面コイルのＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルのＲＦアンテナ１２８の少なくとも一方が、実効アンテナコイル電圧を低減するコンデンサ１２９で終端している。「実効アンテナコイル電圧」とは、本明細書では、ＲＦアンテナ１２６、１２８の端子間の電圧降下を意味するものとして定義する。換言すれば、実行コイル電圧は「イオンが見る」電圧、あるいは等価的に、プラズマ中のイオンが受ける電圧である。
また、一部の実施例では、平面コイルのＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルのＲＦアンテナ１２８の少なくとも一方が誘電層１３４を含み、誘電層１３４は、Ａl2Ｏ3の誘電窓材料の誘電率に比べて低い誘電率を有する。この比較的低い誘電率の誘電材料１３４は容量性分圧器を形成し、この容量性分圧器も実効アンテナコイル電圧を低減する。これに加えて、一部の実施例では、平面コイルのＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルのＲＦアンテナ１２８の少なくとも一方がファラデーシールド１３６を含み、ファラデーシールド１３６も実効アンテナコイル電圧を低減する。
ＲＦ電源のようなＲＦ電源１３０が、平面コイルのＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルのＲＦアンテナ１２８の少なくとも一方に電気接続されている。多くの実施例では、ＲＦ電源１３０は、インピーダンスマッチング（整合）回路網１３２によってＲＦアンテナ１２６、１２８に結合され、インピーダンスマッチング回路網１３２は、ＲＦ電源１３０の出力インピーダンスをＲＦアンテナ１２６、１２８のインピーダンスと整合させて、ＲＦ電源１３０からＲＦアンテナ１２６、１２８に転送される電力を最大にする。インピーダンスマッチング回路網１３２から平面コイルのＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルのＲＦアンテナ１２８に至る破線は、インピーダンスマッチング回路網１３２の出力端子から、平面コイルのＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルのＲＦアンテナ１２８のいずれか、あるいは両方に電気接続を行うことができることを示している。
一部の実施例では、平面コイルのＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルのＲＦアンテナ１２８の少なくとも一方が、液体冷却可能なように形成されている。平面コイルのＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルのＲＦアンテナ１２８の少なくとも一方の冷却は、ＲＦアンテナ１２６、１２８内を伝搬するＲＦ電力によって生じる温度勾配を低減する。
一部の実施例では、プラズマ源がプラズマイグナイター（プラズマ点弧器）１３８を含む。一実施例では、プラズマイグナイター１３８が点弧ガスの貯蔵容器１４０を含み、点弧ガスは、アルゴン（Ａr）のような高イオン化ガスであり、プラズマを点弧（イグナイト）する手助けをする。貯蔵容器１４０は、高コンダクタンスのガス接続でプラズマチャンバ１０２に結合されている。バースト弁１４２は、貯蔵容器１４０をプロセスチャンバ１０２から隔離する。他の実施例では、点弧ガス源が、低コンダクタンスのガス接続を用いてバースト弁１４２に直接配管されている。一部の実施例では、貯蔵容器１４０の一部が、制限されたコンダクタンスのオリフィス弁または絞り弁によって分離され、このオリフィス弁または絞り弁は、初期の高流量のバースト後の点弧ガスの一様な流れをもたらす。
プラテン（取り付け盤）１４４が、プラズマ源１０２の上部１１８のある高さだけ下方に配置されている。プラテン１４４は、基板１４６をプラズマドーピングのために保持する。多くの実施例では、基板１４６がプラテン１４４に電気接続されている。図１に示す実施例では、プラテン１４４がプラズマ源１０２と平行である。しかし、本発明の一実施例では、プラテン１４４がプラズマ源１０２に対して傾斜している。
プラテン１４４を用いて、基板１４６または他の加工片を処理のために保持する。一部の実施例では、プラテン１４４が、基板１４６を少なくとも一方向に平行移動し、走査し、あるいは振動させる可動ステージに機械的に結合されている。一実施例では、可動ステージが、基板１４６をディザー（動き回り）または振動させるディザー発生器またはオシレータ（振動装置）である。平行移動、ディザー、及び／または振動の動きは、陰影効果を低減または解消することができ、そして基板の表面に衝突するイオンビームフラックスの均一性を改善することができる。
バイアス電圧源１４８がプラテン１４４に電気接続されている。バイアス電圧源１４８を用いてプラテン１４４及び基板１４６にバイアス電圧をかけ、これによりプラズマ中のドーパントイオンがプラズマから抽出されて基板１４６に衝突する。バイアス電圧源１４８は、ＤＣ電源、パルス電源、またはＲＦ電源とすることができる。一部の実施例では、グリッド（格子）を用いてプラズマ中のイオンを基板１４６に向けて抽出する。図１のプラズマドーピング装置は多数の異なる可能なバイアス構成を有することは、当業者にとって明らかである。
本発明の特徴と共に用いることのできるプラズマ源の多数の異なる可能な変形例が存在することは、当業者にとって明らかである。例えば、特許文献３（米国特許出願公開第１０／９０８００９号、２００５年４月２５日出願、発明の名称”Tilted Plasma Doping”）の記載を参照されたい。特許文献４（米国特許出願公開第１１／１６３３０３号、２００５年１０月１３日出願、発明の名称”Conformal Doping Apparatus and Method”）も参照されたい。特許文献５（米国特許出願公開第１１／１６３３０７号、２００５年１０月１３日出願、発明の名称”Conformal Doping Apparatus and Method”）も参照されたい。特許文献６（米国特許出願公開第１１／５６６４１８号、２００６年１２月４日出願、発明の名称”Plasma Doping with Electronically Controllable Implant Angle”）も参照されたい。特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６の全文を参考文献として本明細書に含める。
図２は、本発明による、ステップ間の遷移中にプラズマを維持するマルチステップのプラズマドーピング方法のフローチャートである。図１及び図２を共に参照すれば、方法２００の第１ステップ２０２では、基板１４６をプラテン１４４上に配置する。第２ステップ２０４では、プラズマドーピングシステム１００内でプラズマを点弧する。一部の実施例では、第１ドーピングステップの所望のプロセスパラメータでプラズマを点弧する。他の実施例では、プラズマを点弧する第２ステップ２０４を、高速プラズマ点弧用に選定した条件のような他の条件下で実行する。
一実施例では、ＲＦ電源１３０がＲＦアンテナ１２６及び１２８の少なくとも一方を伝搬するＲＦ電流を発生するとプラズマを点弧する。即ち、平面コイルのＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルのＲＦアンテナ１２８の少なくとも一方が能動アンテナである際にプラズマを点弧する。「能動アンテナ」とは、本明細書では、電源によって直接駆動されるアンテナとして定義する。従って、ＲＦアンテナ１２６、１２８内のＲＦ電流はチャンバ１０２内へのＲＦ電流を含む。チャンバ１０２内のＲＦ電流は、プロセスガスを励起しイオン化してチャンバ１０２内にプラズマを発生する。このプラズマ源は、連続モードでもパルスモードでも動作することができる。
一部の実施例では、平面コイルアンテナ１２６及び螺旋コイルアンテナ１２８の一方が空中線である。「空中線」とは、本明細書では、能動アンテナと電磁的に通じるが、電源に直接接続されていないアンテナを意味するものとして定義する。換言すれば、空中線は電源によって直接励起されないが、能動アンテナによって励起される。本発明の一部の実施例では、空中線の一端が接地電位に接続されてアンテナ同調能力を提供する。この実施例では、空中線がコイル調整器１５０を含み、コイル調整器１５０を用いて空中線コイル内の有効ターン数を変化させる。金属短絡子のような多数の異なる種類のコイル調整器を用いることができる。
第３ステップ２０６は、第１プラズマ条件を確立することを含む。第３ステップ２０６では、プロセスガスの流量を所望流量に調整し、排気口１１０を通る排気コンダクタンスを制御する排気弁１１４の位置を調整してチャンバ１０２内の圧力を所望圧力に調整する。第３ステップ２０６は、ＲＦ電源１３０が発生する電力を調整してプラズマの電力を調整することも含む。
第４ステップ２０８は、第１プラズマドーピング条件下で第１ドーピングステップを実行することを含む。第４ステップ２０８は、第１プラズマドーピング条件下で、プラテン１４４及び基板１４６に電圧源１４８でバイアス電圧をかけ、これによりプラズマ中のドーパントイオンをプラズマから抽出して基板１４６に衝突させることを含む。第１ドーピングステップは、基板１４６にドーパントイオンの第１部分ドーズ量を与える。
第５ステップ２１０は、プラズマドーピングを所定時間だけ休止することを含む。このステップは、ドーパントイオンが基板１４６に衝突しないように電圧源１４８の出力電圧を低下または停止させることを含む。図２に関連して説明するマルチステップのプラズマドーピング方法では、休止中にプラズマが活性状態のままである。一部の実施例では、プラズマプロセスガスまたはプロセスガスの流量を休止中に変化させる。本発明によるプラズマドーピングの他の方法では、図３に関連して説明するように、休止中にプラズマを消孤する。
第６ステップ２１２は、プラズマを新たな（第２）プラズマドーピング条件に調整することを含む。第６ステップ２１２では、プロセスガスの流量を新たな所望流量に調整し、排気口１１０を通る排気コンダクタンスを制御する排気弁１１４を調整して、チャンバ１０２内の圧力を新たな所望圧力に調整する。第６ステップ２１２は、ＲＦ電源１３０が発生する電力を調整して、プラズマの電力を新たな電力に変化させることを含む。
第７ステップ２１４は、新たなプラズマドーピング条件下で新たな（第２）ドーピングステップを実行することを含む。第７ステップ２１６では、新たなプラズマドーピング条件下で、プラテン１４４及び基板１４６に電圧源１４８でバイアス電圧をかけ、これによりプラズマ中のイオンがプラズマから抽出されて基板１４６に衝突する。新たなプラズマドーピングステップは、基板１４６にドーパントイオンの新たな部分ドーズ量を与える。
第８ステップ２１６は、プラズマドーピングを所定時間だけ休止するステップ、プラズマを新たなプラズマドーピング条件に調整するステップ、及び新たなドーピング条件下で新たなプラズマドーピングステップを実行するステップを反復することを含む。種々の実施例では、第８ステップ２１６を任意回数反復して基板１４６内の所望ドーズ量を得る。
図３は、本発明による、ステップ間の遷移中にプラズマを消孤するマルチステップのプラズマドーピング方法３００のフローチャートである。図１及び図２を共に参照すれば、第１ステップ３０２では、基板１４６をプラテン１４４上に配置する。第２ステップ３０４では、プラズマドーピングシステム１００内でプラズマを点弧する。一部の実施例では、プラズマを第１ドーピングステップの所望プロセスパラメータで点弧する。他の実施例では、プラズマを点弧する第２ステップ３０２を、高速プラズマ点弧のような他の条件下で実行する。一実施例では、図２の方法２００に関連して説明したように、プラズマをＲＦ電源１３０で点弧する。
第３ステップ３０６は、プラズマを第１プラズマドーピング条件に調整することを含む。第３ステップ３０６では、プロセスガスの流量を所望流量に調整し、排気口１１０を通る排気コンダクタンスを制御する排気弁１１４を調整してチャンバ１０２内の圧力を所望圧力に調整する。第３ステップ３０６は、ＲＦ電源１３０が発生する電力を調整してプラズマの電力を調整することも含む。
第４ステップ３０８は、第１プラズマドーピング条件下で第１ドーピングステップを実行することを含む。第４ステップ３０８は、第１プラズマドーピング条件下で、プラテン１４４及び基板１４６に電圧源１４８でバイアス電圧をかけ、これによりプラズマ中のイオンをプラズマから抽出して基板１４６に衝突させることを含む。第１ドーピングステップは、基板１４６にドーパントイオンの第１部分ドーズ量を与える。
第５ステップ３１０は、プラズマを所定時間だけ消孤し、これによりプラズマドーピングを所定時間だけ休止することを含む。第５ステップ３１０は、ＲＦ電源１３０を遮断し、ＲＦアンテナ１２６及び１２８内に電流がもはや伝搬しないようにし、これによりプラズマを消孤することを含む。一部の実施例では、電圧源１４８の出力電圧も遮断し、これにより、ドーパントイオンの基板１４６への衝突を停止する時点を精密に制御する。
第６ステップ３１２は、プラズマドーピングシステム１００内で新たな（第２）プラズマを点弧することを含む。一部の実施例では、新たな（第２）ドーピングステップの所望のプロセスパラメータで新たなプラズマを点弧する。他の実施例では。新たなプラズマを点弧することを、高速プラズマ点弧用に選定した条件のような他の条件下で実行する。一実施例では、図２の方法２００に関連して説明したように、新たなプラズマをＲＦ電源１３０で点弧する。
第７ステップ３１４は、プラズマを新たな（第２）プラズマドーピング条件に調整することを含む。第７ステップ３１４は、プロセスガスの流量を新たな所望流量に調整し、排気口１１０を通る排気コンダクタンスを制御する排気弁１１４の位置を調整することを含む。第７ステップ３１４は、ＲＦ電源１３０が発生する電力を調整してプラズマの電力を新たな電力に調整することも含む。
第８ステップ３１６は、新たなプラズマドーピング条件下で新たな（第２）ドーピングステップを実行することを含む。第８ステップ３１６は、新たなプラズマドーピング条件下で、プラテン１４４及び基板１４６に電圧源１４８でバイアス電圧をかけ、これによりプラズマ中のドーパントイオンがプラズマから抽出されて基板１４６に衝突することを含む。新たなドーピングステップは、基板１４６にドーパントイオンの新たな部分ドーズ量を与える。
第９ステップ３１８は、プラズマを所定時間だけ消孤するステップ、新たなプラズマを点弧するステップ、プラズマを新たなドーピング条件に調整するステップ、及び新たなドーピング条件下で新たなドーピングステップを実行するステップを反復することを含む。種々の実施例では、第９ステップ３１８を任意回数反復して基板１４６内の所望ドーズ量を得る。
図４は、本発明による、ステップ間の遷移中にプラズマ条件を次第に変化させるマルチステップのプラズマドーピング方法４００のフローチャートである。図１及び図２を共に参照すれば、第１ステップ４０２では、基板１４６をプラテン１４４上に配置する。第２ステップ４０４では、プラズマドーピングシステム１００内でプラズマを点弧する。一部の実施例では、第１ドーピングステップの所望のプロセスパラメータでプラズマを点弧する。他の実施例では、プラズマを点弧する第２ステップ４０４を、高速プラズマ点弧用に選定した条件のような他の条件下で実行する。一実施例では、図２の方法２００に関連して説明したように、プラズマをＲＦ電源１３０で点弧する。
第３ステップ４０６は、プラズマを第１プラズマドーピング条件に調整することを含む。第３ステップ４０６では、排気口１１０の排気コンダクタンスを制御する排気弁１１４を調整して、チャンバ１０２内の圧力を所望圧力に調整し、プロセスガスの流量を所望流量に調整する。第３ステップ４０６は、ＲＦ電源１３０が発生する電力を調整してプラズマの電力を調整することも含む。
第４ステップ４０８は、第１プラズマドーピング条件下で第１ドーピングステップを実行することを含む。このステップは、第１プラズマドーピング条件下で、プラテン１４４及び基板１４６に電圧源１４８でバイアス電圧をかけ、これによりプラズマ中のドーパントイオンがプラズマから抽出されて基板１４６に衝突することを含む。第１ドーピングステップは基盤４６にドーパントイオンの第１部分ドーズ量を与える。
第５ステップ４１０は、ドーピング条件を新たなドーピング条件に、所定時間にわたって次第に変化させることを含む。第５ステップ４１０は、プラズマ条件及び基板バイアス条件の少なくとも一方を、初期ドーピング条件から新たなドーピング条件に次第に変化させることを含む。プラズマ条件は、チャンバ圧力、プロセスガス流量、及びプラズマ電力のような多数の要素を含む。チャンバ圧力は、排気口１１０を通る排気コンダクタンスを制御する排気弁１１４の位置を調整することによって変化させることができる。ドーパントの流量は、チャンバ１０２内へのプロセスガスの流れを測る質量流量コントローラを調整することによって変化させることができる。
バイアス条件は、基板１４６上のバイアス電圧、及び基板１４６と電磁的に通じるあらゆるグリッドまたは電極上のバイアス電圧を含む。バイアス条件は、電圧源１４８の電圧を所望バイアス電圧に調整することによって変化させることができる。一部の実施例では、プラズマ条件を次第に変化させながら、基板１４６上のバイアス電圧、及びこの基板と電磁的に通じるあらゆるグリッドまたは電極上のバイアス電圧を停止させる。
第６ステップ４１２は、ドーピング条件を新たなドーピング条件に、所定時間にわたって次第に変化させる第５ステップ４１０で確立した新たなプラズマ条件下で、新たな（第２）ドーピングステップを実行することを含む。一部の実施例では、ドーピング条件を新たなドーピング条件に、所定時間にわたって次第に変化させる第５ステップ４１０中に、新たなドーピングステップを開始することができる。他の実施例では、新たなドーピング条件が確立されて初めて、新たなドーピングステップを実行する。
第７ステップ４１４は、ドーピング条件を新たなドーピング条件に、所定時間にわたって次第に変化させるステップ、及び新たなドーピング条件下で新たなドーピングステップを実行するステップを反復することを含む。種々の実施例では、第７ステップ４１４を任意回数反復して基板１４６内の所望ドーズ量を得る。
図５Ａに、比較的低いプロセスガス流量及び１０mT（1.33322Pa）〜９５mT（12.66559Pa）の範囲内にあるチャンバ圧力についての、シート抵抗率（Ｒs）のシミュレーション５００を示す。図５Ｂに、比較的高いプロセスガス流量及び１０mT〜９５mTの範囲内にあるチャンバ圧力についての、シート抵抗率（Ｒs）のシミュレーション５０２を示す。より暗いグレースケールほどより低いシート抵抗率（Ｒs）を示し、より高いドーズ量に相当する。より明るいグレースケールほどより高いシート抵抗率（Ｒs）を示し、より低いドーズ量に相当する。
図５Ａ及び５Ｂに示すシミュレーションは、図２〜４に関連して説明した少なくとも２つの異なるドーピング条件を有するマルチステップのドーピング方法を実行することによって、均一なドーズ特性を得ることができることを示している。例えば、単純な２ステップのプラズマドーピングプロセスを実行することができ、第１ステップは比較的低いガス流量及び１０mTのチャンバ圧力で実行して基板１４６にドーズ量の前半を与え、第２ステップは比較的高いガス流量及び９５mTのチャンバ圧力で実行して基板１４６にドーズ量の後半を与える。
希釈率、プラズマ密度、プラズマ電力、及び基板及び／またはグリッドのバイアス電圧のような他のプラズマドーピングプロセス変数について同様のシミュレーションを実行することができることは、当業者にとって明らかである。これに加えて、比較的単純な実験を実行して、マルチステップのプラズマドーピング用のプラズマドーピングプロセス変数を決定することができることは、当業者にとって明らかである。
ウエハー１４６の表面全体にわたる所望の均一性または所望のドーズ分布を達成すべく変化させることのできるプラズマドーピングパラメータの組合せは、ほとんど無限に存在する。多くの実施例では、ウエハー１４６の表面全体にわたる所望の均一性または所望のドーズ分布を達成するために、比較的少数のステップしか要しない。しかし、任意数のプラズマドーピングステップを実行することができる。
本発明の教示を種々の実施例に関連して説明してきたが、本発明の教示はこうした実施例に限定されることを意図していない。逆に、本発明の教示は、請求項に規定する本発明の範囲を逸脱することなしに作ることのできる種々の代案、変形例及び等価物を包含することは、当業者にとって明らかである。
Claims (23)
- マルチステップで基板をプラズマドーピングする方法において、
ａ）プロセスガスからプラズマを点弧するステップと；
ｂ）第１プラズマドーピングステップを実行するための第１プラズマ条件を確立するステップと；
ｃ）前記第１プラズマ条件を有する前記プラズマ中のイオンが前記基板の表面に衝突するように前記基板にバイアス電圧をかけ、これにより前記基板に第１ドーズ量を与えるステップと；
ｄ）前記第１プラズマ条件から、第２プラズマドーピングステップを実行するための第２プラズマ条件に遷移するステップと；
ｅ）前記第２プラズマ条件を有する前記プラズマ中のイオンが前記基板の表面に衝突するように前記基板にバイアス電圧をかけ、これにより前記基板に第２ドーズ量を与えるステップとを具え、
前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件は、前記第１ドーズ量と前記第２ドーズ量とが組み合わさって、前記基板の少なくとも一部分全体にわたる所定のドーズ量の分布を達成するように選定することを特徴とするプラズマドーピング方法。 - 前記所定のドーズ量の分布が、前記基板の少なくとも一部分全体にわたる比較的均一な分布から成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記所定のドーズ量の分布が、前記基板の少なくとも一部分全体にわたる不均一な分布から成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件と前記第２プラズマ条件とが異なるプラズマ条件であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件から前記第２プラズマ条件への前記遷移が、活性状態のプラズマを維持することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件から前記第２プラズマ条件への前記遷移が、前記基板のバイアス電圧を除去することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件から前記第２プラズマ条件への前記遷移が、前記プラズマが活性状態である間に、前記第１プラズマ条件を前記第２プラズマ条件に次第に変化させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件が、プロセスガスの流量を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件が、チャンバの圧力を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件が、プラズマの電力を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- さらに、
ａ）前記第２プラズマ条件から、第３プラズマドーピングステップを実行するための第３プラズマ条件に遷移するステップと；
ｂ）前記第３プラズマ条件を有する前記プラズマ中のイオンが前記基板の表面に衝突するように前記基板にバイアス電圧をかけ、これにより前記基板に第３ドーズ量を与えるステップとを具え、
前記第１プラズマ条件、前記第２プラズマ条件及び前記第３プラズマ条件は、前記基板の少なくとも一部分全体にわたる所定のドーズ量の分布を達成するように選定することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - マルチステップで基板をプラズマドーピングする方法において、
ａ）プロセスガスから第１プラズマを点弧するステップと；
ｂ）第１プラズマドーピングステップを実行するための第１プラズマ条件を確立するステップと；
ｃ）前記第１プラズマ条件を有する前記第１プラズマ中のイオンが前記基板の表面に衝突するように前記基板にバイアス電圧をかけ、これにより前記基板に第１ドーズ量を与えるステップと；
ｄ）前記第１プラズマを消孤するステップと；
ｅ）プロセスガスから第２プラズマを点弧するステップと；
ｆ）第２プラズマドーピングステップを実行するための第２プラズマ条件を確立するステップと；
ｇ）前記第２プラズマ条件を有する前記第２プラズマ中のイオンが前記基板の表面に衝突するように前記基板にバイアス電圧をかけて、前記基板に第２ドーズ量を与え、前記第１ドーズ量と前記第２ドーズ量とが組み合わさって、前記基板の少なくとも一部分全体にわたる所定のドーズ量の分布を達成することを特徴とするプラズマドーピング方法。 - 前記所定のドーズ量の分布が、前記基板の少なくとも一部分全体にわたる比較的均一な分布から成ることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記所定のドーズ量の分布が、前記基板の少なくとも一部分全体にわたる不均一な分布から成ることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件と前記第２プラズマ条件とが異なることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件が、プロセスガスの流量を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件が、チャンバの圧力を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件が、プラズマの電力を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- マルチステップで基板をプラズマドーピングする方法において、
ａ）プロセスガスからプラズマを点弧するステップと；
ｂ）第１プラズマドーピングステップを実行するための第１プラズマ条件を確立するステップと；
ｃ）前記第１プラズマ条件を有する前記プラズマ中のイオンが前記基板の表面に衝突するように前記基板にバイアス電圧をかけて、前記基板に第１ドーズ量を与えるステップと；
ｄ）第２プラズマドーピングステップを実行するための第２プラズマ条件を確立するステップと；
ｅ）前記第２プラズマ条件を有する前記プラズマ中のイオンが前記基板の表面に衝突するように前記基板にバイアス電圧をかけ、これにより前記基板に第２ドーズ量を与えるステップとを具え、
前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件は、前記第１ドーズ量と前記第２ドーズ量とが組み合わさって、前記基板の少なくとも一部分全体にわたる比較的均一なドーズ量を形成するように選択することを特徴とするプラズマドーピング方法。 - 前記第１プラズマ条件と前記第２プラズマ条件とが異なることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件が、プロセスガスの流量を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件が、チャンバの圧力を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
- 前記第１プラズマ条件及び前記第２プラズマ条件が、プラズマの電力を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
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