JP5439178B2 - 高い吸光係数を有する光吸収層を堆積させるための低温hdpcvd過程による注入ドーパントの動的表面アニーリング法 - Google Patents
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Description
本願は、2006年8月31日に出願された米国仮特許出願第60/841851号の優先権を主張するものである。
図1は、810nm波長において高い吸光係数を有する付着力の高いACLを形成するための高密度プラズマ化学蒸着過程を実施するためのプラズマリアクタチャンバを示す図である。図2は、ACLの堆積過程のフロー図である。図1に示すチャンバは、天井12と側壁14を含む真空領域10によって定義されている。ウエハー支持台16は、半導体ウエハー又はワークピース18を天井12に向けて、チャンバ10の床面で支持している。オーバーヘッドコイルアンテナ(又は誘導型パワーアプリケータ)20をウエハー支持台16に向けて天井12の上に位置させてもよい。天井12は、コイルアンテナ20からのRFパワーをチャンバに誘導結合させることが可能なように構成されている。例えば、側壁14が金属から形成されていてよく、天井12が絶縁体材料で形成されていてよい。真空ポンプ23によってチャンバが排気され、所望のチャンバ圧力が維持される。RFプラズマ動力源ジェネレータ24は、インピーダンス整合要素22を通してコイルアンテナ20に連結される。チャンバ内に、通常109cm−3を超える、好ましくは1010cm−3以上、そして1011cm−3程度のイオン密度を有する高密度プラズマを発生させるのに、動力源ジェネレータ24のパワーレベルは充分高く、真空ポンプ23によって設定されるチャンバ圧力は充分低い。RFプラズマバイアスパワージェネレータ26によって、RFバイアスパワーがインピーダンス整合要素27を通してウエハー支持台16の内部電極16aに印加される。炭化水素処理ガスは、個々の質量流コントローラ40、42を通してアセチレン及びメタンガス供給34、36から供給される質量流コントローラ32からガス噴射口30に流れる。
バイアス電力ジェネレータ26の出力レベルが、約2〜3kWの範囲内に設定され(ブロック72)、一方、動力源ジェネレータ24の出力レベルは、約4kWに設定され(図2のブロック74)、チャンバ圧力は約3mT〜2Tの範囲内に維持される(ブロック76);
堆積したACLに含まれる水素の量は、ACL全体の大部分が炭素の二重結合で形成される、あるいは炭素の単結合の形成を防ぐ又は抑えるように、キャリアガスに溶解しているメタンに対するプロピレンの比率、又はメタンに対するトルエンの比率、又はメタンに対するアセチレンの比率を増加させる(又はメタンを減らす)、あるいは同等に、水素に対する炭素の比率が高い処理ガスを使用することにより、充分に制限される;
810nm波長において所望の吸光係数を得るために、ウエハー18を充分に高い温度(ただし、ドーパント集積閾値温度よりも低い温度)にまで加熱し(ブロック78);
窒素を炭化水素処理ガスに例えば3%程度加えて、ACL内の炭素−窒素結合の形成を促す(図2のブロック79)。
動的表面アニーリングステップでは、ウエハー表面上に投影される細くて長い放射線状の単一の強い光線を発生させるために、CW810nm波長のダイオードレーザーの大型アレイが使用される。この光線はこの後ラインビームの長さに対し直角の方向に、ウエハー表面上で走査される。光源の一実施形態が図3に示す概略的な正投影図に図示されている。二次元走査用ガントリー構造110には、一対の固定平行レール112、114が含まれている。2つの平行ガントリービーム116、118は、ある設定された間隔を置いて共に固定され、固定レール112、114上に支持され、図示しないモータ及び駆動機構によって制御されて、固定レール112、114に沿って共にローラー、ソース、又はボールベアリング上で摺動する。ビーム源120は摺動可能に、ガントリービーム116、118に支持され、例えばビーム116、118より下につるされ、図示しないモータ及び駆動機構によってこれらに沿って摺動するように制御される。シリコンウエハー122又は他の基板は、ガントリー構造110より下で動かないように支持される。ビーム源120には、便宜上低速方向と呼ばれる方向に、固定レール112、114におおむね平行に延びるラインビーム126としてウエハー122にぶつかる下方に向いた扇形ビーム124を発生させる、レーザー光源及び光学系が含まれる。ここでは図示しないが、ガントリー構造には更に、レーザー光源と光学系を扇形ビーム124におおむね平行な方向に移動させるためのZ軸試料台が含まれ、これにより、ビーム源120とウエハー122との間の距離を制御可能に変化させ、ラインビーム126のウエハー122上での焦点調節を制御する。ラインビーム126の大きさの例として、長さ1cm、幅100ミクロン、典型的な出力密度400kW/cm2が挙げられる。あるいは、ビーム源と関連する光学系は、ウエハーが2方向に走査される試料台上で支持されている間、一定である。
RFプラズマ動力源:2MHzにおいて2000ワット、チャンバ圧力:3mTorr、RFバイアス電力:13.56MHzにおいて2000ワット、処理ガス:アセチレン、ウエハー温度:400℃
この実施例において堆積されたACLの特徴は下記のようである。
810nm波長における吸光係数:0.55、厚さ:4000オングストローム、堆積速度:2550オングストローム/分、ステップ被覆率:100%、側壁の厚さと上部の厚さの比:100%、底部の厚さと上部の厚さの比:100%、ウエハー全体における偏差:5%未満、レーザーアニール中の1300℃におけるダメージ:なし
Claims (15)
- ウエハーに半導体接合部を形成する方法であり、
ウエハーの表面にドーパント不純物原子をイオン注入すること、
下記のステップ、即ち
(a)リアクタチャンバにウエハーを導入し、チャンバ内に炭化水素処理ガスを導入するステップ、
(b)RFプラズマ動力源をチャンバに誘導的に結合させ、ウエハーにRFプラズマバイアス電力を印加するステップ、及び
(c)前記バイアス電力を約2〜3kWの範囲に設定し、前記チャンバ内の圧力を3mTorr〜2Torrの範囲に維持しながら前記動力源を約4kWを中心とする範囲に設定し、レーザー波長を含む波長範囲の光に対して0.3を超える吸光係数を有する非晶質の炭素層を前記ウエハーに堆積させるステップであって、堆積過程の間にウエハーを475℃未満に加熱すること、
により前記ウエハーに非晶質の炭素層を堆積させること、並びに
前記レーザー波長において動作するCWレーザーアレイからラインビームを発生させ、ラインビームをウエハー表面全体に亘ってラインビームに対して横方向に走査することにより、ウエハー表面の注入ドーパント原子をアニールし、前記ラインビームが、前記ラインビームの区域のウエハー表面温度を、50マイクロ秒〜3ミリ秒の間1150〜1350℃を越える温度に上昇させるのに充分な電力を有していること
を含む、ウエハーに半導体接合部を形成する方法。 - さらに、ウエハー表面温度を50マイクロ秒〜3ミリ秒の間1150〜1350℃を越える温度に上昇させるのに充分な電力を用いて、前記波長範囲を含む放射線スペクトルを有する広帯域光源で前記ウエハー表面を露光することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記レーザー波長が810nmである、請求項1に記載の方法。
- 前記広帯域光源が、300〜1100nmの範囲の放射線スペクトルを有する広帯域放射線源フラッシュランプを含む、請求項2に記載の方法。
- 少なくとも約1010イオン/cm3のイオン密度を有する前記チャンバ内での高密度プラズマの使用を可能にするのに、前記チャンバ圧力が充分に低く、前記RF動力源が充分に大きい、請求項1に記載の方法。
- 前記バイアス電力が約2〜3kWである、請求項1に記載の方法。
- 処理ガスが、(a)アセチレン、(b)プロピレンまたは(c)トルエンのなかのいずれか1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 処理ガスが、トルエンと、(a)メタンまたは(b)窒素のなかのいずれか1つとを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記処理ガスに窒素ガスを加えることにより、更に、前記非晶質炭素層に窒素を含ませることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記処理ガスが、約97%の炭化水素ガスと約3%の窒素を含む、請求項9に記載の方法。
- 非晶質炭素層を堆積させるステップが更に、前記層の最終的な厚さを、前記ラインビームを100%吸収するのに必要な最小限の厚さに制限することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記吸光係数が約0.55であり、前記非晶質炭素層の厚さが約5400オングストロームに制限される、請求項11に記載の方法。
- 更に、前記バイアス出力を制御することにより、前記非晶質炭素層の応力を引張応力と圧縮応力との間で調節することを含む、請求項1に記載の方法。
- 更に、処理ガス中の炭素に対する水素の割合を最小化することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記動力源が2kWを含んで、4kWを中心とする範囲である、請求項1に記載の方法。
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