JP4928439B2 - イオン注入に基づくプラズマのファラデードーズ及び均一性監視背景技術 - Google Patents
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Description
開示した方法及びシステムは、一般に、ワークへのイオン注入に用いられるプラズマドーピング・システムに関し、より詳細には、ワークに注入されるドーズとドーズの均一性とを測定するための方法及びシステムに関する。
イオン注入は、導電率を変化させる不純物を半導体ウェハに導入するための標準的な技法である。従来のイオン注入システムでは、所望の不純物材料をイオン源においてイオン化し、所定のエネルギーを持ったイオンビームを形成するためそれらイオンを加速し、このイオンビームをウェハの表面に向けて照射する。ビーム内の高エネルギーイオンは半導体材料バルクに進入し、半導体材料の結晶格子内に埋め込まれて、所望の導電率を備えた領域を形成する。
Transactions on Plasma Science, Vol. 25, No. 1, February 1997, pp. 42-52.)にE. Jones等により記載されている。イオン注入機の電流及び注入電圧の測定値を用いて、単一の注入パルスの注入プロファイルが求められる。このアプローチでは、単一のパルスの注入プロファイルを用いて、最終的な注入プロファイル及び総注入ドーズを予測する。このアプローチは、再現性を保証するため、部分的には電力供給及びガス制御の安定性に依存するので、その測定が不正確となることがある。更に、この経験的アプローチは時間を要し、コスト高でもある。
IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 25,No. 1, February 1997, pp. 42-52.
本明細書で開示したシステム及び方法は、プラズマドーピング・チャンバと、該プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、半導体ウェハなどのワークを支持するための概ね円形のプラテンと、該チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源と、該プラテンから離間したアノードと、該プラテンと該アノードとの間に高電圧パルスを印加するためのパルス源とを備えたプラズマドーピング・システムを含むことができる。前記高電圧パルスは、前記ワークの近傍にプラズマシースを備えたプラズマを発生する。前記高電圧パルスは、陽イオンを、前記ワークに注入するために前記プラズマシースを横切って前記プラテンに向け加速する。前記プラズマドーピング装置は、前記プラテンに隣接して配置されると共に前記プラテンを囲む少なくとも1つの環状ファラデーカップを含み、該カップが、プラズマシースを横切って加速した前記陽イオンのサンプルを収集する。前記サンプルは、前記ワークに注入される陽イオンのドーズを表す。
Claims (36)
- プラズマドーピング装置であって、
プラズマドーピング・チャンバと、
前記プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、ワークを支持するためのプラテンと、
前記チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源であって、前記ワークに注入するための所望のドーパントを含んだイオン化可能ガスの供給源と、
プラズマシースを前記ワークの近傍に備えたプラズマで、前記イオン化可能ガスの陽イオンを含むプラズマを発生するためのプラズマ源であって、該陽イオンを、前記ワークに注入するため該プラズマシースを横切って前記プラテンに向け加速するプラズマ源と、
前記プラズマシースを横切って加速された前記陽イオンのサンプルを収集するための、前記プラテンの周囲に配置された環状ファラデーカップであって、該サンプルが前記ワークに注入される陽イオンの数を表す、環状ファラデーカップと、
前記ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、前記ファラデーカップの内側を環状に延びる収集表面で磁界を発生するよう前記ファラデーカップの前記収集表面下方に位置決めされた磁界発生手段とを含み、
前記磁界発生手段が、前記ファラデーカップの半径方向に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生して、前記ファラデーカップ内で前記二次電子を方位角的に方向付けるプラズマドーピング装置。 - 前記磁界発生手段が、極性が交互配置され且つ垂直に位置合わせされた複数磁石を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記磁界発生手段が、方位角的に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生して、前記二次電子を半径方向で前記ファラデーカップの側壁に方向付ける、請求項1に記載の装置。
- 前記磁界発生手段が、界磁コイル磁石を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記磁界発生手段が、水平方向に位置合わせされた複数の磁石を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記水平方向に位置合わせされた磁石が方位角的に交互配置した極性を備え、前記収集表面に概ね平行な方位角成分を含む磁界を発生する、請求項5に記載の装置。
- 前記水平方向に位置合わせした磁石のそれぞれが、水平方向に位置合わせした一対の同一極性の磁石を含む、請求項6に記載の装置。
- 前記磁界発生手段が方位角成分を備えた磁界を発生する、請求項1に記載の装置。
- 前記磁界発生手段が、半径方向に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生する、複数の水平方向に位置合わせされた磁石を含み、該複数の磁石の少なくとも1つが方位角成分を備えた磁界を発生する、請求項1に記載の装置。
- 方位角成分を備えた磁界を発生する前記複数の磁石の前記少なくとも1つが、前記環状ファラデーカップの半径の接線に対して角度をなす、請求項9に記載の装置。
- 前記複数磁石の交互のものが、前記接線に対して補角をなす、請求項10に記載の装置。
- 前記プラテンの周囲に配置されたシールドリングを更に含み、前記ファラデーカップが該シールドリング内に位置決めされ、該シールドリングが、前記ファラデーカップの開口部上に延伸する少なくとも1つの水平方向突起を備えて、該開口部の有効幅を狭める、請求項11に記載の装置。
- 前記ファラデーカップの前記収集表面の幅が、前記ファラデーカップの開口部の幅より大きい、請求項12に記載の装置。
- 前記複数の磁石が、前記ファラデーカップの半径の接線に対して交互に傾斜した、請求項9に記載の装置。
- 前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽であって、前記ファラデーカップ内の前記磁界を強くするよう構成された磁気遮蔽を含む、請求項9に記載の装置。
- 前記磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に概ね平行に延伸するウェブと、前記ファラデーカップの開口部への方向に延伸するフランジとを備えた一対のチャンネル形状に構成された、請求項15に記載の装置。
- 前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽を含み、該磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に平行に且つ前記ファラデーカップの開口の周りに対向して位置決めされた一対のプレートを含む、請求項9に記載の装置。
- 前記プラテンの周囲に配置されたシールドリングを更に含み、前記ファラデーカップが該シールドリング内に位置決めされ、該シールドリングが、前記ファラデーカップの開口部上に延伸する少なくとも1つの水平方向突起を備えて、該開口部の有効幅を狭める、請求項1に記載の装置。
- 前記ファラデーカップの前記収集表面の幅が、前記ファラデーカップの開口部の幅より大きい、請求項1に記載の装置。
- 前記ファラデーカップの側壁間の幅が、該側壁の少なくとも1つをテーパ状とすることで、前記ファラデーカップの深さの増大に伴って増大した、請求項1に記載の装置。
- 前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記磁気遮蔽が前記ファラデーカップ内の前記磁界を強くするよう構成された、請求項21に記載の装置。
- 前記磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に概ね平行に延伸するウェブと、前記ファラデーカップの開口部への方向に延伸するフランジとを備えた一対のチャンネル形状に構成された、請求項22に記載の装置。
- 前記磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に平行に且つ前記ファラデーカップの開口の周りに対向して位置決めされた一対のプレートを含む、請求項22に記載の装置。
- プラズマドーピング・チャンバと、該プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、ワークを支持するためのプラテンと、該チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源であって、該ワークに注入するための所望のドーパントを含んだイオン化可能ガスの供給源と、プラズマシースを該ワークの近傍に備えたプラズマで、該イオン化可能ガスの陽イオンを含むプラズマを発生するためのプラズマ源であって、該陽イオンを、該ワークに注入するため該プラズマシースを横切って該プラテンに向け加速するプラズマ源を含んだプラズマドーピング装置であって、その改良部分が、
前記プラズマシースを横切って加速された前記陽イオンのサンプルを収集するための、前記プラテンの周囲に配置された環状ファラデーカップであって、該サンプルが前記ワークに注入される陽イオンの数を表す、環状ファラデーカップと、
前記ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、前記ファラデーカップの内側を環状に延びる収集表面で磁界を発生する磁界発生手段を含み、
前記磁界発生手段が、前記ファラデーカップの半径方向に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生して、前記ファラデーカップ内で前記二次電子を方位角的に方向付けるプラズマドーピング装置。 - プラズマドーピング装置において、プラズマシースを横切って加速された陽イオンのサンプルを収集するための、プラテンに隣接配置された環状ファラデーカップであって、該サンプルが、該プラテンに支持されたワークに注入される陽イオンの数を表し、該ファラデーカップが、該ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、該ファラデーカップの内側を環状に延びる収集表面で磁界を発生するよう前記ファラデーカップの前記収集表面下方に位置決めされた磁界発生手段を含み、
前記磁界発生手段が、前記ファラデーカップの半径方向に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生して、前記ファラデーカップ内で前記二次電子を方位角的に方向付けるファラデーカップ。 - 前記磁界発生手段が、半径方向に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生する、複数の水平方向に位置合わせされた磁石を含み、該複数の磁石の少なくとも1つが方位角成分を備えた磁界を発生する、請求項26に記載のファラデーカップ。
- 前記ファラデーカップが環状であり、
方位角成分を備えた磁界を発生する前記複数の磁石の前記少なくとも1つが、前記環状ファラデーカップの半径の接線に対して角度をなす、請求項27に記載のファラデーカップ。 - 前記複数の磁石の交互のものが、前記接線に対して補角をなす、請求項28に記載のファラデーカップ。
- 前記プラテンの周囲に配置されたシールドリングを更に含み、前記ファラデーカップが該シールドリング内に位置決めされ、該シールドリングが、前記ファラデーカップの開口部上に延伸する少なくとも1つの水平方向突起を備えて、該開口部の有効幅を狭める、請求項29に記載のファラデーカップ。
- 前記ファラデーカップの前記収集表面の幅が、前記ファラデーカップの開口部の幅より大きい、請求項30に記載のファラデーカップ。
- 前記ファラデーカップが環状であり、
前記複数の磁石が、前記ファラデーカップの半径の接線に対して交互に傾斜した、請求項27に記載のファラデーカップ。 - 前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽であって、前記ファラデーカップ内の前記磁界を強くするよう構成された磁気遮蔽を含む、請求項27に記載のファラデーカップ。
- 前記磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に概ね平行に延伸するウェブと、前記ファラデーカップの開口部への方向に延伸するフランジとを備えた一対のチャンネル形状に構成された、請求項33に記載のファラデーカップ。
- 前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽を含み、該磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に平行に且つ前記ファラデーカップの開口の周りに対向して配置された一対のプレートを含む、請求項27に記載のファラデーカップ。
- プラズマドーピング・チャンバと、該プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、ワークを支持するためのプラテンと、該チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源であって、該ワークに注入するための所望のドーパントを含んだイオン化可能ガスの供給源と、プラズマシースを該ワークの近傍に備えたプラズマで、該イオン化可能ガスの陽イオンを含むプラズマを発生するためのプラズマ源であって、該陽イオンを、該ワークに注入するため該プラズマシースを横切って該プラテンに向け加速するプラズマ源とを含んだプラズマドーピング装置において、該ワークに注入される該陽イオンのドーズを監視する方法であって、
前記プラズマシースを横切って加速した前記陽イオンのサンプルを、前記プラテンに隣接して配置された環状ファラデーカップで収集する段階であって、該サンプルが該ワークに注入される陽イオンの数を表す、収集する段階と、
前記ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、前記ファラデーカップの内側を環状に延びる収集表面下方に位置決めされた磁界発生手段を用いて前記ファラデーカップの前記収集表面に近接して磁界を発生する段階を含み、
前記磁界発生手段が、前記ファラデーカップの半径方向に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生して、前記ファラデーカップ内で前記二次電子を方位角的に方向付ける方法。
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