JP2011517060A - チャンバシーズニングによるプラズマ浸漬イオン注入プロセスおよびウェーハをデチャックするためのシーズニング層のプラズマ放電 - Google Patents

Abstract

プラズマ浸漬イオン注入プロセスでは、シーズニング層の厚さの増大のためにウェーハのクランプ静電力を損失することなく、事前注入チャンバシーズニング層の厚さが増大される（シーズニング層を取り替えることなく一連のウェーハの注入を可能にする）。これは、まず厚いシーズニング層から残留静電荷をプラズマ放電することによって実現される。同じシーズニング層を使用して処理できるウェーハの数は、各ウェーハが処理された後、シーズニング層を部分的に補給することによってさらに増大され、それに続いて、補給されたシーズニングを短時間でプラズマ放電してから、次のウェーハを処理することができる。

Description

プラズマ浸漬イオン注入は、半導体ウェーハまたは加工物内に注入すべき種のイオンを含有するプラズマを生成することによって実行される。プラズマは、反応器チャンバの天井でトロイダルプラズマ源などのプラズマ源を使用して生成することができる。ウェーハ表面下の所望のイオン注入深さプロファイルを実現するのに十分なイオンエネルギーは、ウェーハ支持台座内の絶縁されたカソード電極を通って非常に高い高周波バイアス電圧（たとえば、１０ｋＶから２０ｋＶ）を半導体ウェーハに結合させることによって提供される。そのような高いバイアス電圧では、プラズマ浸漬イオン注入中にウェーハを保持するために、静電チャック上にそれに対応して高い直流静電ウェーハクランプ電圧を必要とする。高い注入線量率は、高いプラズマイオン密度を必要とし、これは、低いチャンバ圧力で動作するトロイダルプラズマ源を使用して実現される。必要なイオン注入深さプロファイルは、非常に高いイオンエネルギーを必要とし、これは、ウェーハ表面のプラズマシースの両端間に非常に高い高周波バイアス電圧を印加することによって実現される。プラズマ浸漬イオン注入で使用されるプロセスガスは、注入すべきドーパント種のフッ化物または水素化物とすることができる。

ＤＲＡＭ／フラッシュメモリの製作の際には、半導体ドーパント種を多結晶シリコン（ポリシリコン）ゲート電極内に注入して導電性を増大させる必要がある。ゲート電極は、非晶質シリコンを薄いゲート酸化物層上に堆積させ、次いで堆積させたシリコンを非晶質状態から多結晶状態へ変質させるのに十分なほどウェーハをアニールすることによって形成される。したがって形成される多結晶シリコンゲート層は、厚さ約２０ｎｍから８０ｎｍである。注入された種は、ホウ素など、シリコン内のｐ型半導電性を促進するもの、またはヒ素、リン、およびアンチモンなど、ｎ型半導電性を促進するものである。プラズマ浸漬イオン注入プロセスは、１００〜１０００オーム／平方の範囲内の電気抵抗に対応して、ポリシリコンゲート層内で必要なイオン注入線量を達成するのに十分な時間にわたって実施されなければならない。

ポリシリコンゲート電極は、金属（たとえば、アルミニウム）汚染がないように保たなければならない。そのような汚染は、プラズマ浸漬イオン注入プロセス中にチャンバ内部表面のスパッタリングによってもたらされ、ゲート電極に面するプラズマ環境内に金属原子を導入する。

プラズマ反応器内で一連の半導体ウェーハをプラズマ浸漬イオン注入するプロセスが提供される。このプロセスは、チャンバ内の堆積プラズマを維持することによって、連続するいくつかのウェーハのプラズマ浸漬にわたって最小閾値厚さを下回る低減を回避するのに十分な最初の厚さのシリコン含有シーズニング層で、ウェーハ支持表面を含む反応器の内部表面を被覆するステップを含む。次いで、シーズニング層、およびウェーハ近傍のすべての他の誘電体表面（たとえば、セラミックから作られたプロセスリング）から残留静電荷を除去するのに十分な時間にわたって、不活性種のプラズマがチャンバ内で維持される。その後、前記連続するいくつかのウェーハのそれぞれに対して、現在のウェーハがチャンバ内に導入され、ウェーハ内で所望のイオン注入線量を実現するのに十分な時間にわたって、チャンバ内でイオン注入プラズマが維持される。その後に、現在のウェーハを反応器から除去し、そして一連のウェーハのうちの次のウェーハをチャンバ内に導入する。一連のウェーハが処理された後、シーズニング層が取り替えられる。

別の実施形態では、シーズニング層を取り替える前に、より多数のウェーハを処理することができる。この他の実施形態では、一連のウェーハ内の各ウェーハを処理した後、対応する量のシリコン含有シーズニング材料を前記シーズニング層上に堆積させることによって、チャンバ内の現在のウェーハの処理中に発生したシーズニング層からの材料の部分的な損失を補償するステップが実行される。上記のステップの直後、一連のウェーハ内の各ウェーハを処理する前に、シーズニング層から残留静電荷を除去するのに十分な時間にわたってチャンバ内で不活性種のプラズマが維持される高周波放電ステップを行うことができる。

本発明の例示的な実施形態を達成し、また詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明について、添付の図面に示す本発明の実施形態を参照して、より具体的に説明することができる。本発明を曖昧にしないために、特定の周知のプロセスについては本明細書で論じないことを理解されたい。

一実施形態のプロセスで使用されるプラズマ反応器の簡略図である。 一実施形態によるプロセスを示す流れ図である。 一実施形態によるプロセスを示す流れ図である。 別の実施形態によるプロセスを示す流れ図である。 別の実施形態によるプロセスを示す流れ図である。 別の実施形態によるプロセスを示す流れ図である。 別の実施形態によるプロセスを示す流れ図である。

理解を容易にするために、複数の図に共通する同一の要素を指すのに、可能な限り同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記載なく他の実施形態内に組み込むことができると有益であることが企図される。しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるので、添付の図面は、本発明の例示的な実施形態だけを示し、したがって本発明の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。

イオン注入プロセスの金属汚染は、プロセスに適合している材料から構成されるシーズニング膜でチャンバ内部表面を被覆することによって防止され、たとえば二酸化シリコンまたは他の膜（シリコンもしくは炭素ベース）を使用することができる。シーズニング膜または層は、厚さ４０００から９０００Åとすることができる。その後、チャンバ内にウェーハが導入され、プラズマ浸漬イオン注入プロセスが実行される。注入プロセス中、プラズマはシーズニング膜の一部分をエッチングして、その厚さを低減させる。最初のシーズニング膜厚さが十分でない場合、シーズニング膜の一部分を除去して、下にある金属材料を露出させることがある。これを防止するために、シーズニング膜は、少なくとも１つのウェーハのプラズマ浸漬イオン注入に耐え抜くのに十分な厚さまで堆積される。ウェーハを除去した後、シーズニング膜は、別個のプラズマエッチングプロセスでエッチングまたは除去され、そして新しいシーズニング膜が堆積されてから次のウェーハのイオン注入が行われる。

一実施形態では、いくつかのウェーハ（たとえば、５つ）のイオン注入にわたって耐え抜くのに十分な厚さまでシーズニング膜を堆積させ、いくつかのウェーハが反応器内で連続してイオン注入されるまでシーズニング層を取り替えないことによって、生産性を著しく増大させることができる。問題は、シーズニング層の厚さを増大させると、シーズニング層堆積プロセス中にそれに対応してより大量の残留静電荷を蓄積させる可能性があることである。シーズニング層内で残留電荷が増大すると、特定の問題を引き起こす。具体的には、残留電荷は、ウェーハを保持する静電チャックによって印加される静電クランプ力を妨害する可能性がある。その結果、ウェーハは、後のプラズマ浸漬イオン注入ステップ中に静電チャックから外れる可能性がある。この問題は、シーズニング層厚さが増大するとともに悪化する。したがって、複数のウェーハの注入にわたっての単一のシーズニング層の使用に適合するようにシーズニング層を増大できる程度は、単に数ウェーハ、また場合によってはわずかに単一のウェーハに大幅に制限される。

したがって、シーズニング層内の残留電荷によるウェーハの静電クランプの損失なく、単一のシーズニング層を使用できるウェーハの数を拡大させることによって、生産性を増大させることが必要とされている。

単一のシーズニング層を用いてプラズマ浸漬イオン注入によって処理されるウェーハの数を増大させることによって、生産性が増大する。シーズニング層は、多数のウェーハのプラズマ浸漬イオン注入に耐え抜くのに十分なほど大きい最初の厚さまで堆積される。最初の厚さは、シーズニング層内で残留電荷の影響を回避するように制限される必要はない。その代わり、シーズニング層堆積の直後に、ウェーハのない状態でシーズニング層を覆って高密度の不活性ガスプラズマを生成することによって、残留電荷のすべてまたはほぼすべてがシーズニング層から除去される。一実施形態では、残留電荷を除去するために使用されるガスは、アルゴンなど、低い電離エネルギーおよび高いプラズマ導電性を有する種である。シーズニング層を完全に放電するには、このプラズマを数秒間持続させるだけでよい。その後、プラズマは消滅し、一連のウェーハのうちの第１のウェーハが、プラズマ浸漬イオン注入のためにチャンバ内に導入される。

シーズニング層堆積プロセスおよびプラズマ浸漬イオン注入プロセスが実行されるトロイダル源のプラズマ浸漬イオン注入反応器について、次に説明する。図１を参照すると、プラズマ浸漬イオン注入反応器は、円筒形の側壁１０５、床１１０、および天井１１５によって密閉されたチャンバ１００を有する。チャンバ１００内のウェーハ支持台座１２０は、半導体ウェーハ１２５をチャック１２０のウェーハ支持表面１３０に静電クランプすることが可能な静電チャックとすることができる。チャック１２０は、接地された導電性のベース層１４０と、ベース層１４０の上にある絶縁層１４５と、絶縁層１４５の上にある薄いカソード電極１５０と、カソード電極１５０の上にあり、ウェーハ支持表面１３０を形成する上部絶縁層１５５とからなることができる。絶縁層１４５、１５５の材料は、セラミック材料とすることができる。カソード電極１５０は、モリブデンから形成された薄い金属メッシュとすることができる。

図１の反応器は、１対の交差する外部再入導管１６０、１６５を含むトロイダルプラズマ源を有する。外部再入導管１６０、１６５はそれぞれ、チャンバ１００の直径にわたって延び、端部で天井１１５内のポート１１２を通ってチャンバ１００の内部に結合される。高周波電力アプリケータ１７０、１７５は、高周波電力をそれぞれ再入導管１６０、１６５の内部へ結合する。高周波電力アプリケータ１７０は、導管１６０の周りに配置された透磁性リング１８０と、リング１８０の一部分の周りに配置された導電性コイル１８２と、高周波インピーダンス整合要素１８６を通ってコイル１８２に結合された高周波電力発生器１８４とからなる。高周波電力アプリケータ１７５は、導管１６５の周りに配置された透磁性リング１８０’と、リング１８０’の一部分の周りに配置された導電性コイル１８２’と、高周波インピーダンス整合要素１８６’を通ってコイル１８２’に結合された高周波電力発生器１８４’とからなる。

天井１１５は、ガス分配板１８８を含む。プロセスガス供給部１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄは、ユーザ制御可能なガスパネル１９５を通ってガス分配板１８８にプロセスガスを与える。チャンバ１００は、真空ポンプ１９８によって排気される。一例では、ガス供給部１９０ａは、ドーパント水素化物またはドーパントフッ化物ガスを含有する。このガスは、ホウ素、リン、ヒ素、またはアンチモンなどの水素化物またはフッ化物とすることができる。ガス供給部１９０ｂは、Ａｒガスを貯蔵する。ガス供給部１９０ｃおよび１９０ｄは、ウェーハをチャンバ内に導入する前のシーズニング層のプラズマ強化化学気相成長のために、シーズニング材料のガス前駆体を貯蔵する。一実施形態では、堆積すべきシーズニング層は二酸化シリコン（または酸化シリコン種）であり、ガス供給部１９０ｃはシラン（ＳｉＨ_４）を貯蔵し、ガス供給部１９０ｄは酸素を貯蔵する。

静電チャック１２０は、メッシュ電極１５０に接続されたユーザ制御可能な直流チャック電圧供給部２００をさらに含む。メッシュ電極１５０には、高周波インピーダンス整合回路２１５を通って、そして任意選択の分離コンデンサ２２０（インピーダンス整合回路２１５内に含むこともできる）を通って、極めて高い高周波バイアス電圧を生成することが可能な高周波バイアス電力発生器２１０が結合される。ウェーハ１２５内で有用なイオン注入深さプロファイルを提供するために、高周波バイアス電圧発生器２１０は、ウェーハ表面のプラズマシースの両端間で１０ｋＶ以上程度の高周波バイアス電圧をもたらすのに十分なほど高い電力レベルで動作される。この電圧は、イオン注入深さプロファイルを制御する。

一実施例では、チャンバの内部表面を覆って、厚さ４０００から９０００Åまでの比較的厚い誘電体シーズニング層が堆積される。そのように厚いシーズニング層は、内部チャンバ表面からシーズニング膜を損失するリスクなく、多数のウェーハの連続するイオン注入プロセスにわたって使用することができる。シーズニング層は、高周波プラズマ源電力発生器１８４および１８４’の一方または両方からのプラズマ源電力を印加しながら、ガス供給部１９０ｃからシランガスを、そしてガス供給部１９０ｄから酸素ガスをチャンバ内に流すことによって堆積される。その結果得られるプラズマは、内部チャンバ表面を覆う酸化シリコンシーズニング層の化学気相成長を支持する。このプラズマは、シーズニング層が所望の厚さ（たとえば、４０００〜９０００Å）に堆積されるまで持続する。その後、上記のプロセスガスが除去される。

化学気相成長プロセス中、堆積されたシーズニング層は残留電荷を蓄積する（セラミックから作られた誘電体プロセスリングなど、プラズマ内に浸漬できる他の誘電体表面と同様）。シーズニング層内の残留電荷は、特別なシーズニング層放電プロセスで除去される。シーズニング層放電プロセスは、シーズニング層残留電荷を放電するのに適したプラズマを生成することによって実行される。この目的で、プラズマは、比較的反応しないガスから形成される。このガスは、低い電離エネルギーを有し、比較的高い導電性を有するプラズマをもたらす傾向がある。そのようなガスは、アルゴンである。上記では、アルゴンがチャンバ内に導入され、高周波プラズマ源電力発生器１８４、１８４’からの源電力によって、アルゴンプラズマが生成される。一実施形態では、アルゴンガス流量は、５０〜５００ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）の範囲内であり、源電力発生器１８４、１８４’によって与えられる高周波電力は、１０^１０と１０^１１イオン／ｃｍ^３の間のアルゴンプラズマを生成するのに十分であった（たとえば、２００〜５００ワット）。このステップによって、約２秒の範囲内で、厚さ約７０００Åの酸化シリコンシーズニング層から残留電荷が完全に放電されることを見出したが、より長い放電時間（たとえば、１５秒）を使用することもできる。

残留電荷がシーズニング層（およびウェーハ近傍のあらゆる他の誘電体表面）から除去された後、チャンバ内のプラズマ浸漬イオン注入によって、多数のウェーハに連続してイオン注入することができる。プラズマ浸漬イオン注入プロセスは、同じシーズニング層を使用して一連のウェーハにイオン注入するように繰返し実施される。一実施例では、各ウェーハに対するイオン注入プロセスは、次のとおりである。５０００〜１０，０００ボルトの範囲内の直流チャック電圧を用いて、ウェーハがチャック１２０に静電クランプされた。ガスパネル１９５は、ガス流量５０〜２００ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）のドーパントのフッ化物または水素化物などのドーパント含有ガス（たとえば、ＢＦ_３またはＢ_２Ｈ_６）をガス供給部１９０ａから、そしてガス流量２０〜３００ｓｃｃｍのＡｒガスをガス供給部１９０ｂから、天井ガス分配板１８８へ提供した。トロイダルプラズマ源電力発生器１８４、１８４’はそれぞれ、約１３．５６ＭＨｚで２００〜５０００ワットの高周波電力をもたらし、それぞれ、１ＭＨｚの何分の１かだけ他方からわずかに周波数オフセットされた。他の実施形態では、周波数は、約１〜６０ＭＨｚの範囲内で任意の箇所に位置することができる。バイアス電力発生器２１０は、約２ＭＨｚの周波数で、ウェーハ１２５を覆ってプラズマシースの両端間で約２００〜１５，０００ボルトの高周波バイアス電圧をもたらすのに十分な高周波電力を提供した。他の実施形態では、バイアス電力高周波周波数は、０．５〜６０ＭＨｚの範囲内で任意の箇所に位置することができる。真空ポンプ１９８は、チャンバ圧力を３〜１００ｍＴの範囲内で維持するのに十分な排気率で動作した。ウェーハ表面で所望の注入線量に到達するのに十分な時間にわたってイオン注入ステップが実施された後、プラズマは消滅し、ウェーハはチャック１２０から除去され、次のウェーハに対してイオン注入が繰り返された。各ウェーハのプラズマ浸漬イオン注入中、シーズニング層の一部をエッチング除去してその厚さを低減させるエッチング剤（たとえば、フッ素含有）プラズマイオンおよびラジカルが、ドーパント含有プロセスガス（たとえば、ＢＦ_３）から生成される。

シーズニング層の最初の厚さは、多数（たとえば、１０個）の半導体ウェーハの連続するプラズマ浸漬イオン注入中に完全な状態のままで耐え抜く（たとえば、最小厚さを保持する）のに十分なほど大きい（たとえば、４０００Åから９０００Å）。前述のように、シーズニング層がその残留静電荷（すなわち、シーズニング層堆積中に蓄積された静電荷）から放電されているので、ウェーハに対する静電チャック力の有害な損失なく、この大きな厚さを許容することができる。一例では、最初のシーズニング層厚さは９０００Åであったが、チャンバ内で連続して約１０個のウェーハにイオン注入した後、残りのシーズニング層厚さは３０００Åであった。シーズニング層厚さが（その後の何らかのイオン注入ステップ中に）さらに低減されて金属汚染のリスクを増大させる可能性があるので、さらなるウェーハにはイオン注入されない。

所望の数（たとえば、１０個）の半導体ウェーハのイオン注入後、最後のウェーハがチャンバから除去され、そしてシーズニング層が除去される。シーズニング層は、フッ化炭素またはフッ化炭化水素を含むタイプのフッ素含有化合物など、酸化シリコンエッチング剤の前駆体であるプロセスガスをチャンバ内に導入することによって除去される。シーズニング層のすべてが除去されるまで、源電力発生器１８４、１８４’からのプラズマ源電力を印加してプラズマを生成および維持する。その後、上述のように、新しいシーズニング層が堆積され、次いで別の一連の半導体ウェーハのイオン注入に備えて、その残留静電荷のプラズマ放電にかけられる。

図２Ａおよび２Ｂは、一実施形態のプロセスを示す。ウェーハをチャンバ内へ導入する前に、チャンバ内部表面はまず、酸化シリコンのシーズニング層で被覆される（ブロック２２６）。これは、シランなどのシリコン含有ガスを導入し（ブロック２２６−１）、酸素または窒素酸化ガスなどの酸素含有ガスを導入し（ブロック２２６−２）、そして発生器１８４、１８４’からの高周波プラズマ源電力を印加して（ブロック２２６−３）、酸化シリコンシーズニング層のプラズマ強化化学気相成長のためのプラズマを生成および維持することによって実現される。このステップは、堆積された酸化シリコン層が、最小の「安全な」厚さ（たとえば、３０００Å）を下回って低減することなく、一連のウェーハの所望の数の連続するプラズマ浸漬イオン注入プロセスに持ちこたえることができるほど十分な厚さに到達するまで（ブロック２２８）実施される。最初の厚さは、４０００から９０００Åの範囲内とすることができる。所望のシーズニング層厚さに到達した後、シーズニング層の前駆体ガス（たとえば、シランおよび酸素）は除去される（ブロック２３０）。シランが使用される場合、シーズニング層は、純粋な二酸化シリコンに類似しているが少量の水素を含有する酸化シリコン化合物からなることができる。

次のステップは、誘電体シーズニング層内の蓄積された残留電荷のプラズマ放電を実行することである（ブロック２３２）。この目的で、純粋な（またはほぼ純粋な）アルゴンの高密度のプラズマがチャンバ内に生成され（ブロック２３４）、そしてシーズニング層堆積ステップ中に蓄積されたシーズニング層上の残留電荷のすべて（またはほぼすべて）を放電するのに十分な時間（たとえば、２秒間）にわたって前述のように維持される（ブロック２３６）。

シーズニング層のプラズマ放電後、チャンバは、シーズニング層を取り替えることなく所望の数（たとえば、１０回）の連続するプラズマ浸漬イオン注入プロセスを実行する準備ができている。第１のウェーハ１２５がチャンバ１００内に導入されてウェーハ支持表面１３０上に配置され、そして大きな高周波バイアス電圧を印加すべきである場合、数千ボルト程度の電圧を使用して、チャック電圧供給部２００によって静電クランプ力がチャック１２０に印加される（ブロック２５０）。アルゴンガスが、２０〜３００ｓｃｃｍの流量でガス分配板に供給される（ブロック２５２）。それぞれ約２００〜５０００ワットの電力レベルの源電力発生器１８４、１８４’によって、プラズマ源電力が１３．５６±５ＭＨｚの周波数で高周波電力アプリケータ１７０、１７５に印加される（ブロック２５４）。１０％のＢ_２Ｈ_６と９０％のＨｅの混合物が、ガス分配板１８８に供給される（ブロック２５６）。チャンバ１００は、３〜１００ｍＴの圧力に排気される（ブロック２５８）。これらの条件は、ホウ素イオンの必要な注入線量に到達するのに十分な時間にわたって維持される。この線量は、１００〜１０００オーム／平方の範囲内の注入されたポリシリコンゲート材料の電気抵抗に対応することがある。この時点で、イオン注入プロセスは完了して停止され、ウェーハ１２５は、チャック１２０からデチャックされて除去される（ブロック２６０）。次いで、次のウェーハが静電チャック１２０にクランプされ（ブロック２６２）、新しいウェーハに対して上記のプラズマ浸漬イオン注入プロセスが繰り返される（ブロック２６４）。上記のサイクルは、所望の数のウェーハ、たとえば７個のウェーハにわたって繰り返される（ブロック２６６）。

次いで、次の群のウェーハに使用すべき新しいシーズニング層の堆積に備えて、シーズニング層は除去される（ブロック２６４）。シーズニング層は、フッ素含有プロセスガスを導入し、次いでプラズマを当てることによって除去することができる。具体的には、高周波発生器１８４、１８４’の対から高周波電力が印加される。このプラズマは、シーズニング層のすべてが除去されるまで維持される。次いで、ブロック２２６のステップに戻ることによって、上記のプロセス自体が繰り返される（ブロック２７０）。

図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、および３Ｄの流れ図に示す別の実施形態では、シーズニング層の最初の厚さをさらに増大させる必要なく、同じシーズニング層で処理できるウェーハの数が（たとえば、１５または２０など、１０より大きな数に）増大される。これは、現在のウェーハの除去後、または連続するイオン注入プロセス間に、各ウェーハのイオン注入後に少量の追加の酸化シリコン材料でシーズニング層を補給または補充することによって実現される。追加された材料は、前のイオン注入プロセス中にエッチング除去されたシーズニング層の量に取って代わる（またはほぼ取って代わる）のに十分なものとする。その結果、シーズニング層の最初の厚さは、一連のウェーハの連続するイオン注入（シーズニング層の中間補充がない場合）中にシーズニング層が最小閾値を上回ったまま留まるのに必要な厚さより小さくすることができる。１つの利点は、シーズニング層を取り替える前に、所与のシーズニング層厚さに対してより多数のウェーハを処理できることである。図３Ａ〜３Ｄは、この後者の実施形態によるプロセスを示す図を構成する。図３Ａ〜３Ｄのプロセスは、イオン注入の完了および現在のウェーハの除去後、次のウェーハの導入前に、図３Ａ〜３Ｄのプロセスでは以下のステップが実行されるという点で、図２Ａ〜２Ｂのプロセスとは異なる。イオン注入中に部分的に除去されまたは薄くされたシーズニング層は、シーズニング材料をほぼその元の厚さまで回復させるのに十分なほどの酸化シリコンまたは追加のシーズニング材料堆積物の薄層で補給される。シーズニングまたは酸化シリコンの追加される量は、元の厚さの一部、たとえば１オングストローム以下とすることができる。図３Ａ〜３Ｄのプロセスでは、補給のまたは部分的な堆積は、シリコン含有ガスを導入し、酸素含有ガスを導入し、そして発生器１８４、１８４’からの高周波プラズマ源電力を印加することによって実施される。シーズニング層厚さが少なくともほぼその元の厚さまで回復されたとき、この補給の堆積プロセスは停止される。次いで、この後者の補給のシーズニング層堆積中にシーズニング層内に蓄積された残留電荷が放電される。この目的で、純粋な（またはほぼ純粋な）アルゴンの高密度のプラズマがチャンバ内に生成され、そしてシーズニング層の補給の堆積中に蓄積されたシーズニング層上の残留電荷のすべて（またはほぼすべて）を放電するのに十分な時間（たとえば、２秒間）にわたって維持される。その後、アルゴンプラズマは消滅する。シーズニング層のプラズマ放電は、最初の（事前注入）プラズマ放電ステップと同様に実施される。一例では、アルゴンガスが２０〜５００ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に供給され、一方、約２００〜５００ワットの範囲内の高周波源電力が１３．５６ＭＨｚで印加されて、約２秒間、また場合によってはそれより少ない間にわたって、高密度のプラズマをもたらす。これは、シーズニング層から残留電荷を除去するのに十分である。

図３Ａ〜３Ｄのプロセスについて、次に完全に説明する。ウェーハをチャンバ内へ導入する前に、チャンバ内部表面はまず、酸化シリコンのシーズニング層で被覆される（ブロック３２６）。これは、シランなどのシリコン含有ガスを導入し（ブロック３２６−１）、酸素または窒素酸化ガスなどの酸素含有ガスを導入し（ブロック３２６−２）、そして発生器１８４、１８４’からの高周波プラズマ源電力を印加して（ブロック３２６−３）、酸化シリコンシーズニング層のプラズマ強化化学気相成長のためのプラズマを生成および維持することによって実現される。このステップは、堆積された酸化シリコン層が、最小の「安全な」厚さ（たとえば、３０００Å）を下回って低減することなく、一連のウェーハの所望の数の連続するプラズマ浸漬イオン注入プロセスに持ちこたえることができるほど十分な厚さに到達するまで（ブロック３２８）実施される。最初の厚さは、４０００から９０００Åの範囲内とすることができる。所望のシーズニング層厚さに到達した後、シーズニング層の前駆体ガス（たとえば、シランおよび酸素）は除去される（ブロック３３０）。シランが使用される場合、シーズニング層は、純粋な二酸化シリコンに類似しているが少量の水素を含有する酸化シリコン化合物からなることができる。

次のステップは、誘電体シーズニング層内の蓄積された残留電荷のプラズマ放電を実行することである（ブロック３３２）。この目的で、純粋な（またはほぼ純粋な）アルゴンの高密度のプラズマがチャンバ内に生成され（ブロック３３４）、そしてシーズニング層堆積ステップ中に蓄積されたシーズニング層上の残留電荷のすべて（またはほぼすべて）を放電するのに十分な時間（たとえば、２秒間）にわたって前述のように維持される（ブロック３３６）。

シーズニング層のプラズマ放電後、チャンバは、シーズニング層を取り替えることなく所望の数（たとえば、１０回）の連続するプラズマ浸漬イオン注入プロセスを実行する準備ができている。第１のウェーハ１２５がチャンバ１００内に導入されてウェーハ支持表面１３０上に配置され、そして大きな高周波バイアス電圧を印加すべきである場合、数千ボルト程度の電圧を使用して、チャック電圧供給部２００によって静電クランプ力がチャック１２０に印加される（ブロック３５０）。アルゴンガスが、２０〜３００ｓｃｃｍの流量でガス分配板に供給される（ブロック３５２）。それぞれ約２００〜５０００ワットの電力レベルの源電力発生器１８４、１８４’によって、プラズマ源電力が１３．５６±１ＭＨｚの周波数で高周波電力アプリケータ１７０、１７５に印加される（ブロック３５４）。１０％のＢ_２Ｈ_６と９０％のＨｅの混合物が、ガス分配板１８８に供給される（ブロック３５６）。チャンバ１００は、３〜１００ｍＴの圧力に排気される（ブロック３５８）。これらの条件は、ホウ素イオンの必要な注入線量に到達するのに十分な時間にわたって維持される。この線量は、１００〜１０００オーム／平方の範囲内の注入されたポリシリコンゲート材料の電気抵抗に対応することがある。この時点で、イオン注入プロセスは完了して停止され、ウェーハ１２５は、チャック１２０からデチャックされて除去される（ブロック３６０）。

イオン注入中に部分的に除去されまたは薄くされたシーズニング層は、シーズニング材料をほぼその元の厚さまで回復させるのに十分なほどの酸化シリコンまたは追加のシーズニング材料堆積物の薄層で補給される。シーズニングまたは酸化シリコンの追加される量は、元の厚さの一部、たとえば１オングストローム以下とすることができる。図３Ａ〜３Ｄのプロセスでは、ブロック３２７の補給のまたは部分的な堆積は、シリコン含有ガスを導入し（ブロック３２７−１）、酸素含有ガスを導入し（ブロック３２７−２）、そして発生器１８４、１８４’からの高周波プラズマ源電力を印加する（ブロック３２７−３）ことによって実施される。シーズニング層厚さが少なくともほぼその元の厚さまで回復されたとき、この補給の堆積プロセスは停止される（ブロック３２７−４）。次いで、この後者の補給のシーズニング層の堆積（すなわち、ブロック３２７）中にシーズニング層内に蓄積された残留電荷が放電される（ブロック３２９）。この目的で、純粋な（またはほぼ純粋な）アルゴンの高密度のプラズマがチャンバ内に生成され（ブロック３２９−１）、そしてブロック３２７のシーズニング層の補給の堆積中に蓄積されたシーズニング層上の残留電荷のすべて（またはほぼすべて）を放電するのに十分な時間（たとえば、２秒間）にわたって維持される。その後、アルゴンプラズマは消滅する（ブロック３２９−２）。シーズニング層のプラズマ放電は、ブロック２３２および２３４の最初の（事前注入）プラズマ放電ステップと同様に実施される。一例では、アルゴンガスが２０〜５００ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に供給され、一方、約２００〜５００ワットの範囲内の高周波源電力が１３．５６ＭＨｚで印加されて、約２秒間、また場合によってはそれより少ない間にわたって、高密度のプラズマをもたらす。これは、シーズニング層から残留電荷を除去するのに十分である。

次いで、次のウェーハが静電チャック１２０にクランプされ（ブロック３６２）、新しいウェーハに対して上記のプラズマ浸漬イオン注入プロセスが繰り返される（ブロック３６４）。上記のサイクルは、所望の数のウェーハ、たとえば７個のウェーハにわたって繰り返される（ブロック３６６）。

次いで、次の群のウェーハに使用すべき新しいシーズニング層の堆積に備えて、シーズニング層は除去される（ブロック３６８）。シーズニング層は、フッ素含有プロセスガスを導入し、次いでプラズマを当てることによって除去することができる。具体的には、高周波発生器１８４、１８４’の対から高周波電力が印加される。このプラズマは、シーズニング層のすべてが除去されるまで維持される。次いで、ブロック３２６のステップに戻ることによって、上記のプロセス自体が繰り返される（ブロック３７０）。

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. プラズマ反応器内で一連の半導体ウェーハをイオン注入する方法であって、
   チャンバ内にシリコン含有ガスおよび酸素含有ガスを導入し、前記チャンバ内に堆積プラズマを生成し、そして静電チャックのウェーハ支持表面を含む前記チャンバの内部表面に目標厚さの酸化シリコンシーズニング層が堆積されるまで、前記堆積プラズマを維持するステップと、
   前記チャンバ内にアルゴンガスを導入し、前記チャンバ内に導電性の放電プラズマを生成し、そして前記シーズニング層内の残留静電荷が放電されるまで、前記導電性の放電プラズマを維持するステップと、
   一連の半導体ウェーハのそれぞれに対して、
   （ａ）前記反応器内に前記半導体ウェーハを導入し、前記シーズニング層で被覆されたウェーハ支持表面に前記ウェーハを静電クランプするステップと、
   （ｂ）前記チャンバ内に半導体ドーパント不純物含有ガスを導入し、前記チャンバ内にイオン注入プラズマを生成し、そして所望のイオン注入線量に到達するまで、前記イオン注入プラズマを維持するステップと、
   （ｃ）前記ウェーハ支持表面から前記ウェーハをデチャックし、前記ウェーハを前記チャンバから除去するステップと、
   （ｄ）前記一連のウェーハのうちの次のウェーハに対して（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）を繰り返すステップと、
   所定の数のウェーハに対して（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）を実行した後、前記チャンバ内にエッチング剤種含有ガスを導入し、前記チャンバ内にエッチプラズマを生成し、そして前記シーズニング層が前記チャンバ内部表面から除去されるまで、前記エッチプラズマを維持するステップとを含む、方法。
2. ステップ（ｃ）の後、ステップ（ｄ）の前に、
   （ｉ）前記チャンバ内にシリコン含有ガスおよび酸素含有ガスを導入し、前記チャンバ内に堆積プラズマを生成し、そして前記酸化シリコンシーズニング層の厚さが、（ｂ）中に発生する厚さ損失に対応する量だけ補充されるまで、前記堆積プラズマを維持するステップを実行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ｉ）の後に、
   （ｉｉ）前記チャンバ内にアルゴンガスを導入し、前記チャンバ内に導電性の放電プラズマを生成し、そして前記シーズニング層内の残留静電荷が放電されるまで、前記導電性の放電プラズマを維持するステップを実行するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記目標厚さが、連続するいくつかのウェーハのイオン注入中に前記シーズニング層が最小閾値を上回る厚さを保持するのに十分なほど大きい、請求項１に記載の方法。
5. 前記最小閾値が３０００Åである、請求項４に記載の方法。
6. 前記目標厚さが約４０００から９０００Åの範囲内である、請求項４に記載の方法。
7. 前記連続するいくつかのウェーハが約１０個である、請求項４に記載の方法。
8. 前記厚さ損失が約１０００Åである、請求項２に記載の方法。
9. 前記目標厚さが、選択された連続するいくつかのウェーハのイオン注入中に前記シーズニング層が最小閾値を上回る厚さを保持するのに十分ではない、請求項２に記載の方法。
10. 前記最小閾値が３０００Åである、請求項４に記載の方法。
11. 前記目標厚さが約４０００から９０００Åの範囲内である、請求項４に記載の方法。
12. 前記連続するいくつかのウェーハが約１５〜２０個である、請求項４に記載の方法。
13. プラズマ反応器内で一連の半導体ウェーハをプラズマ浸漬イオン注入する方法であって、
    最初の厚さのシリコン含有シーズニング層で、ウェーハ支持表面を含む前記反応器の内部表面を被覆するステップと、
    前記シーズニング層から残留静電荷を除去するのに十分な時間にわたって、チャンバ内で不活性種のプラズマを維持するステップと、
    前記連続するいくつかのウェーハのそれぞれに対して、現在のウェーハを前記チャンバ内に導入し、前記ウェーハ内で所望のイオン注入線量を実現するのに十分な時間にわたって、前記チャンバ内でイオン注入プラズマを維持し、前記現在のウェーハを前記反応器から除去し、そして前記一連のウェーハのうちの次のウェーハを前記チャンバ内に導入するステップとを含む、方法。
14. 前記現在のウェーハを除去する前記ステップの後、前記次のウェーハを導入する前記ステップの前に、
    （ｉ）前記シーズニング層上に対応する量のシリコン含有シーズニング材料を堆積させることによって、前記チャンバ内の前記現在のウェーハの処理中に発生した前記シーズニング層からの材料の部分的な損失を補償するステップを実行するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. ステップ（ｉ）に続いて、
    （ｉｉ）前記シーズニング層から残留静電荷を除去するのに十分な時間にわたって、前記チャンバ内で不活性種のプラズマを維持するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

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