JP6306313B2 - 非平面半導体装置へのプラズマドーピング - Google Patents
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Description
本発明は、一般的に半導体装置の製造に関し、より具体的には非平面半導体装置へのプラズマドーピングの方法に関する。
半導体装置の製造者は、大きな回路密度、高いパフォーマンス、寄生キャパシタンスおよびオフ状態リークのような短チャネル効果を達成するために、トランジスタ装置の寸法を小さくし続けるので、ますますトランジスタ装置の特性を損なっている。ダブルゲートトランジスタ、トリゲートトランジスタおよびゲートオールアラウンドトランジスタのようなフィン電界効果トランジスタ(FinFET)は、短チャネル効果の制御について、半導体プロセスにおける最近の技術である。FinFETは、基板表面上に突き出るフィンを有する。フィンは、長い実効チャネル幅を生成し、短チャネル効果を減少する。
典型的な実施形態において、非平面半導体本体が形成された基板が得られる。非平面半導体本体を有する基板は、チャンバーに配置される。ドーパントイオンを含むプラズマは、チャンバーにおいて形成される。第1バイアス電圧は、非平面半導体本体の領域にドーパントイオンを注入するために生成される。第2バイアス電圧は、同じ領域にドーパントイオンを注入するために生成される。ある例において、第1バイアス電圧および第2バイアス電圧は、異なる。
図1は、FinFET装置をプラズマドープするために使用される典型的なプラズマドーピングシステムの概略的なブロック図である。
非平面半導体装置にプラズマドーピングするための方法が記載される。次の記載は、当業者が様々な実施形態を生成し、使用できるよう提示されている。特定の装置、方法およびアプリケーションの記載は、例として提示されている。ここに記載された例に対して様々な修正は、当業者にとって明白であり、ここに定義された一般的な原則が、様々な実施形態の精神および範囲から逸脱しない限りにおいて、他の例およびアプリケーションに対して適用されてもよい。したがって、様々な実施形態は、ここに記載および示された例に限定されるものではなく、クレームと一致する範囲と一致する。例えば、FinFET装置をプラズマドープするための典型的な工程は、以下に開示されている。これら典型的な工程は、非平面マルチゲートトランジスタ装置および非平面ナノワイヤートランジスタ装置のようなFinFET装置以外の非平面半導体装置に適用してもよい。
図1は、FinFET装置のような非平面半導体装置にプラズマドープするために使用される典型的なプラズマドーピングシステム100を示す。典型的なプラズマドーピングシステム100は、円筒の側壁、土台、蓋によって囲まれたチャンバー102を有する。フィンを有する基板104は、チャンバー102内に設けられ、支持台106に支持される。支持台106の温度は、加熱冷却機構によって制限され、基板104の温度を制御する。
図2に関して、FinFET装置をプラズマドーピングするための典型的なプロセス200が記載される。プロセス200のブロック202において、フィンを有する基板が得られる。フィンは、チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域、ソース拡張領域およびドレイン拡張領域を含む。ブロック204において、フィンを有する基板は、チャンバーに配置される。ブロック206において、プラズマは、チャンバー内に形成される。プラズマは、ドーパントイオンを含む。ブロック208において、第1バイアス電圧は、チャンバーに生成され、フィンの領域にドーパントイオンを注入する。領域は、チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域、ソース拡張領域、ドレイン拡張領域のうち任意の1つを含む。ブロック210において、第2バイアス電圧は、少なくとも部分的に、ドーパントイオンがフィンに注入される深さを決定する。ある例において、第1バイアス電圧は、第2バイアス電圧と異なり、フィンにおける異なる深さにドーパントイオンを注入する。そのような例において、第1バイアス電圧は、第2バイアス電圧より大きい。
図1に関して、プラズマドーピングシステム100は、コントローラ130を有する。上述のように、コントローラ130は、プラズマドーピングシステム100の様々な構成要素に結合され、ドーピングシステム100を制御して、ここに記載の非平面半導体装置をプラズマドーピングするための処理を実行する。例えば、コントローラ130は、ガスパネル108における質量流量コントローラ(図示せず)を制御することによって、チャンバー102に与えられるプロセスガスの流量および比率を調整する。コントローラ130は、チャンバーに与えられるRF電源112およびRFバイアス116の大きさおよび周波数を設定する。また、コントローラ130は、電源(図示せず)を制御することによって電極スクリーン126に適用される電位を調整してもよい。コントローラ130は、電極スクリーン126の傾きを制御することによって、ドーパントイオンが基板104のフィンに注入する注入角度を制御する。さらに、コントローラ130は、真空ポンプ124およびスロットルバルブ128を制御することによって、チャンバー102におけるチャンバー圧力を制御する。
Claims (23)
- 非平面半導体装置をプラズマドーピングするための方法であって、
第1非平面半導体本体が形成された基板を得るステップと、
チャンバーに前記基板を配置するステップと、
前記チャンバーにドーパントイオンを含むプラズマを形成するステップと、
前記第1非平面半導体本体の領域にドーパントイオンを注入するために第1バイアス電圧を生成し、前記第1バイアス電圧は、前記基板へ前記ドーパントイオンを加速させ、前記第1バイアス電圧により加速された前記ドーパントイオンは、前記基板に直交する軸に対して第1注入角度で前記基板にて作用されるステップと、
前記領域にドーパントイオンを注入するために、第2バイアス電圧を生成し、前記第2バイアス電圧は、前記基板へ前記ドーパントイオンを加速させ、前記第2バイアス電圧により加速された前記ドーパントイオンは、前記軸に対して第2注入角度で前記基板にて作用されるステップとを含み、
前記第1バイアス電圧は、前記第2バイアス電圧より大きく、
前記第1注入角度は、前記第2注入角度よりも小さいことを特徴とする、方法。 - 前記領域は、チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域、ソース拡張領域およびドレイン拡張領域のうち少なくとも1つ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バイアス電圧を生成するステップは、前記第2バイアス電圧を生成するステップより前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バイアス電圧を生成するステップは、第1ドーパントイオン種を前記領域へ注入し、前記第2バイアス電圧を生成するステップは、第2ドーパントイオン種を前記領域へ注入し、
前記第1ドーパントイオン種は、前記第2ドーパントイオン種より大きい分子量を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記第1バイアス電圧を生成するステップは、第1ドーパントイオン種を前記領域へ注入し、前記第2バイアス電圧を生成するステップは、第2ドーパントイオン種を前記領域へ注入し、
前記第1ドーパントイオン種は、前記第2ドーパントイオン種と異なる分子量を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記領域においてドーパントイオンを注入するために第3バイアス電圧を生成するステップを含み、
前記第3バイアス電圧は、前記第1バイアス電圧および前記第2バイアス電圧と異なることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記第1非平面半導体本体は、高さを有し、前記第1バイアス電圧、前記第1注入角度、前記第2バイアス電圧および前記第2注入角度は、前記高さにおいて5%以下の領域においてドーパント濃度均一性を満たすよう規定されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記チャンバーに前記基板を配置するステップより前に、前記第1非平面半導体本体上および周囲にパディング層を形成するステップ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非平面半導体本体は、上面を有し、前記パディング層は、前記第1非平面半導体本体の前記上面上に0−10nmの厚みに形成されていることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- パンチスルーストッパー層を形成するステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記パンチスルーストッパー層は、前記第1非平面半導体本体より下に直接、基板に形成されていることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 前記第1非平面半導体本体は、限界寸法および高さを有し、前記パンチスルーストッパー層は、前記非平面半導体本体において、前記第1非平面半導体本体の前記限界寸法より大きく、前記高さより小さい深さにおいて形成されていることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 前記第1非平面半導体装置は、チャネル幅を有し、前記チャネル幅は、およそ前記パンチスルーストッパー層の前記深さの2倍に前記限界寸法を加算したものであることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 前記第1バイアス電圧、前記第1注入角度および前記第2バイアス電圧および前記第2注入角度は、前記パンチスルーストッパー層の深さにおいて5%以下の領域にドーパント濃度均一性を満たすように規定されていることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 前記第1非平面半導体本体は、長さを有し、前記パンチスルーストッパー層の前記深さは、前記第1非平面半導体本体の長さにおいて、5%以下の均一性を有することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 前記得られた基板は、第2非平面半導体本体が形成され、前記第1非平面半導体本体および前記第2非平面半導体本体それぞれは、高さを有し、
前記第1非平面半導体本体の前記高さは、前記第2非平面半導体本体の前記高さにおよそ等しく、
前記第1非平面半導体本体において、第1の深さに、第1パンチスルーストッパー層を形成するステップと、
前記第2非平面半導体本体において、第2の深さに、第2パンチスルーストッパー層を形成するステップとを含み、
前記第1の深さは、前記第2の深さと異なり、前記第1の深さおよび前記第2の深さは、前記第1非平面半導体本体および前記第2非平面半導体本体の前記高さに対して小さいまたは等しく、
前記第2非平面半導体本体の領域にドーパントイオンを注入するために第3バイアス電圧を生成するステップと、
前記第2非平面半導体本体の領域にドーパントイオンを注入するために第4バイアス電圧を生成するステップとを含み、
前記第3バイアス電圧と前記第4バイアス電圧とは、異なることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記第1非平面半導体本体および前記第2非平面半導体本体それぞれは、限界寸法を有し、前記第1非平面半導体本体は、第1チャネル幅を有する第1非平面半導体装置を形成し、前記第2非平面半導体本体は、第2チャネル幅を有する第2非平面半導体装置を形成し、前記第1チャネル幅は、前記第1の深さの2倍に前記第1非平面半導体本体の限界寸法を加算したものであり、前記第2チャネル幅は、前記第2の深さの2倍に前記第2非平面半導体本体の限界寸法を加算したものであることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
- 前記第1非平面半導体本体をアニーリングするステップ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非平面半導体本体は、フィン、ナノワイヤーおよび垂直配列のナノワイヤーのうちの1つであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記非平面半導体装置は、FinFET装置、非平面マルチゲートトランジスタ装置または非平面ナノワイヤートランジスタ装置のうちの1つであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 非平面半導体装置をプラズマドーピングするための方法であって、
非平面半導体本体が形成された基板を得るステップと、
チャンバーに前記基板を配置するステップと、
前記チャンバーにドーパントイオンを含むプラズマを形成するステップと、
第1非平面半導体本体の領域にドーパントイオンを加速させるために第1バイアス電圧を生成するステップと、
前記第1バイアス電圧により加速された前記ドーパントイオンを、前記基板に直交する軸に対して第1注入角度で前記領域に注入するために、前記チャンバーに第1傾斜角度で電極スクリーンを配置するステップと、
前記領域にドーパントイオンを加速させるために第2バイアス電圧を生成し、前記第2バイアス電圧は、前記第1バイアス電圧よりも小さいステップと、
前記第2バイアス電圧により加速された前記ドーパントイオンを、前記軸に対して第2注入角度で前記基板に注入するために、前記チャンバーに第2傾斜角度で電極スクリーンを配置し、前記第2注入角度は、前記第1注入角度よりも大きいステップとを含むことを特徴とする、方法。 - 前記第1バイアス電圧は、前記領域へ第1種のドーパントイオンを加速させ、前記第2バイアス電圧は、前記領域へ第2種のドーパントイオンを加速させ、
前記第1種の前記ドーパントイオンは、前記第2種の前記ドーパントイオンより大きい分子量を有することを特徴とする、請求項21に記載の方法。 - 非平面半導体装置をプラズマドーピングするための方法であって、
非平面半導体本体が形成された基板を得るステップと、
イオン注入プロセスを用いて、前記非平面半導体本体にパンチスルーストッパー層を形成するステップと、
チャンバーに前記基板を配置するステップと、
前記チャンバーにドーパントイオンを含むプラズマを形成するステップと、
第1非平面半導体本体の領域にドーパントイオンを加速するために第1バイアス電圧を生成し、前記第1バイアス電圧により加速された前記ドーパントイオンは、前記基板に直交する軸に対して第1注入角度で前記基板にて作用されるステップと、
前記領域にドーパントイオンを加速するために、第2バイアス電圧を生成し、前記第2バイアス電圧により加速された前記ドーパントイオンは、前記軸に対して第2注入角度で前記基板にて作用されるステップとを含み、
前記第1バイアス電圧は、前記第2バイアス電圧より大きく、
前記第1注入角度は、前記第2注入角度よりも小さいことを特徴とする、方法。
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