KR100993104B1 - 토로이달 소스 반응기를 위한 매우 균일한 챔버 시즈닝프로세스를 가진 플라즈마 잠입 이온 주입방법 - Google Patents
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Abstract
시일링 및 실린더 형태의 측벽 및 시일링을 향하는 웨이퍼 지지 페데스탈을 갖는 반응기 챔버의 내부 상에 매우 균일한 시즈닝 필름으로 플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 웨이퍼 지지 페데스탈의 주변부 상에서 다수의 가스 분사 오리피스를 갖는 가스 분배 링을 제공하고, 이 오리피스는 웨이퍼 지지 페데스탈로부터 방사상으로 외부로 향한다. 실리콘 함유 가스는 링의 가스 분배 오리피스를 통해 유입되고 이에 의해 실리콘 함유 가스의 방사상으로 외부로의 유동 패턴을 만든다. 이 반응기는 이의 대향부에서 측벽에 인접한 시일링에서 도관 포트의 쌍을 포함하고, 각각의 외부 도관은 일반적으로 챔버의 지름까지 확장하며 이 포트의 각가의 쌍에 연결된다. 또한, 이 방법은 도관 포트를 통해 챔버로 산소 가스를 분사하는 단계를 추가로 포함하고 이에 의해 챔버에서 산소 가스의 축방향으로 아래 방향으로의 유동 패턴을 만든다. RF 전력은 각각의 도관의 내부에 연결되고 이에 의해 챔버를 통과하는 SixOy 종의 토로이달 플라즈마 전류가 생성되며, 이로써 챔버 내의 표면 상에 SixOy 물질로 된 시즈닝 층을 증착시키고, 페데스탈은 웨이퍼가 없는 채로 놔두며 이에 의해 페데스탈의 웨이퍼 지지면을 노출시킨다.
Description
본 발명은 토로이달 소스 반응기를 위한 매우 균일한 챔버 시즈닝 프로세스를 가진 플라즈마 잠입 이온 주입방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 플라즈마 잠입 이온 주입법이 웨이퍼 표면에서 P-N 접합을 형성하는데 일반적으로 이용된다. 플라즈마 잠입 이온 주입(P3i) 프로세스는 다른 주입 프로세스보다 빠르고 더욱 생산적이다. 필수적 주입 또는 접합 깊이를 얻기 위해, 웨이퍼 표면에서의 이온 에너지는 비교적 높아야만 하고, 이는 웨이퍼 지지 페데스탈(wafer support pedestal) 내에서의 전극으로 또는 웨이퍼로 충분히 높은 RF 바이어스 전력을 가함에 의해 이루어질 수 있다. P3i 반응기 챔버는 알루미늄 성분으로 일반적으로 구성되고, 그 표면은 챔버에서 플라즈마로부터 그리고 일정한 보호를 제공하도록 양극처리된다(anodized). 한가지 문제점은 이온 주입 동안의 플라즈마의 높은 이온 에너지가 금속 챔버 성분의 이온 충돌을 만들고, 이로써 웨이퍼 상에서 증착하고 챔버를 통해 퍼지도록 플라즈마로 기화되는 금속 입자를 제거한다. 높은 이온 에너지는 충분한 레벨로 웨이퍼로 RF 바이어스 전력을 연결함에 의해 얻어지고 이에 의해 수십 또는 수백 킬로볼트 정도의 플라즈마 바이어스 전압을 생성한다. 이러한 웨이퍼의 금속 오염은 웨이퍼 표면 상에 형성된 소자에서 결함을 만들 수 있다.
본 발명의 방법은 시일링 및 실린더 형태의 측벽 및 상기 시일링을 향하는 웨이퍼 지지면을 갖는 반응기 챔버의 내부 상에 매우 균일한 시즈닝 필름을 갖는(with) 플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위해 제공된다. 이 방법은 웨이퍼 지지 페데스탈의 주변부 상에 다수의 가스 분사 오리피스를 갖는 가스 분배 링을 제공하는 단계를 포함하고, 이 오리피스는 웨이퍼 지지 페데스탈으로부터 방사상으로 외부로 향한다. 실리콘 함유 가스는 이 링의 가스 분배 오리피스를 통해 유입되고 이에 의해 실리콘 함유 가스의 방사상으로 외부로의 유동 패턴을 만든다. 이 반응기는 그 대향부에서 측벽에 인접한 시일링에 도관 포트의 쌍과 이 포트의 각각의 쌍에 연결되고 이 챔버의 지름까지 일반적으로 확장하는 각각의 외부 도관을 포함한다. 또한, 이 방법은 도관 포트를 통해 챔버로 산소 가스를 분사하는 단계를 포함하고, 이에 의해 챔버에서 산소 가스의 축방향으로 아래 방향의 유동 패턴을 만든다. RF 전력은 각각의 도관의 내부로 연결되고 이에 의해 챔버를 통과하 는 SixOy 종의 토로이달 플라즈마 전류를 생성하며 이에 의해 챔버 내에서 표면 상에 SixOy 물질로 된 시즈닝 층을 증착시키고, 이 경우 페데스탈의 웨이퍼 지지면을 노출시키도록 웨이퍼가 없는 채로 페데스탈을 놔둔다. 시즈닝 층 증착의 완료시, 웨이퍼가 페데스탈 상에 위치한다. 이온 주입 전구체 가스는 시일링을 거쳐 연장하는 가스 분배 플레이트를 통해 챔버로 유입된다. 플라즈마 잠입 이온 주입은 각각의 도관의 내부로 RF 전력을 연결함에 의해 수행되고, 이로써 주입 종을 웨이퍼로 주입하기 위해 챔버를 통과하는 주입 종 전류의 토로이달 플라즈마를 생성한다. 또한, 이 방법은 웨이퍼 아래의 전극으로 RF 전력을 가하는 단계를 포함하고, 이에 의해 킬로볼트 정도의 플라즈마 쉬스 바이어스 전압을 만든다.
P3i 프로세스 동안 발생하는 금속 오염을 막거나 또는 최소화하기 위해, 플라즈마 잠입 이온 주입 이전에 그리고 챔버로 웨이퍼의 유입 이전에, 챔버 내부벽은 비금속성 "시즈닝" 필름으로 코팅될 수 있다. 금속 오염이 지정된 한계 미만으로 감소되는 시즈닝 필름의 이상적인 두께는, 실험적 방법을 이용하여 쉽게 결정된다. 더 나은 결과가 2000Å과 같은 더욱 이상적인 두께에서 얻어지지만, 일반적으로 최소 두께는 1000Å의 정도이다. 시즈닝 필름은 P3i 프로세스 이후 제거되어야 하고, 이후 P3i 프로세스 동안 불균일한 방식으로 필름의 일부가 제거되거나 또는 그 두께가 감소되기 때문에 교환되어야 하며, 따라서 이후의 P3i 단계 동안 금속 오염으로부터의 적절한 보호를 제공하지 못할 수 있다. 이는 특히 이온 주입 플라즈마가 이온 주입종의 플루오르화물 화합물을 포함하는 가스로 형성되는 경우에 그러하다. 시즈닝 필름 제거 단계는 외부("다운스트림") 플라즈마 소스로부터 획득한 시즈닝 제거 가스종으로 챔버를 채움에 의해 수행될 수 있다. 이러한 가스는 예를 들어 플루오르 함유 화합물과 같은 부식종(corrosive species)일 수 있다.
시즈닝 필름은 실리콘 함유 가스(예를 들어 실란) 및 산소 가스를 반응기 챔버로 유입시키고 플라즈마를 점화시킴(igniting)에 의해 고밀도 플라즈마 강화 화학 기상 증착(HDPCVD) 프로세스를 이용하여 증착된다. 실리콘-산소 화합물의 이온, 뉴트럴(neutrals), 및/또는 래디컬(radicals)이 플라즈마에서 형성되고, 이는 내부 챔버 표면 상에서 증착되며 이로써 예를 들어 SiO2 및/또는 SixOy로 된 코팅 또는 얇은 필름을 형성한다. 문제점은 시즈닝 필름의 두께가 매우 불균일하다는 것인데, 이는 챔버 내부에서 일정한 기계적 피쳐(feature)에 의해 제공된 방해물, 챔버를 통한 불균일한 RF 전력 또는 필드 분포, 및 가스 유동에서의 불균일성에 의한 것이다. 낮은 가스 유동 구역에서의 챔버 표면에 대해, 시즈닝 필름 증착 속도가 가장 느리고, 과도한 시즈닝 필름 두께(예를 들어 12000Å)가 높은 가스 유동의 다른 구역에서 그리고 가장 높은 증착 속도로 도달될 때까지 최소 필요한 시즈닝 필름 두께(예를 들어 1000Å)는 도달되지 않는다. 그 결과 시즈닝 증착 단계는 그 생산성을 저하시키는 것보다 더 오래 걸린다. 또한, 포스트-주입(post-implant) 시즈닝 제거 프로세스는 챔버 내부벽을 노출시키고, 이 경우 시즈닝 필름은 시즈닝 필름의 두꺼운(12,000Å) 부분의 제거 이전에 가장 얇았다(1000Å). 따라서, 포스트-주입 시즈닝 제거 단계 동안 먼저 노출된 챔버 표면은 나머지 세정 단계 동안 세정 가스에 의해 처리되고, 이에 의해 이러한 성분의 수명을 단축시키고 반응기의 작동 비용을 증가시킨다.
관련 문제는 포스트-주입 시즈닝 제거(세정) 프로세스 동안 그리고 P3i 프로세스 동안 시즈닝 필름의 제거 속도의 불균일한 분포로부터 발생한다. P3i 단계 동안의 제거 속도는 불균일한데, 왜냐하면 P3i 플라즈마가 웨이퍼-시일링(wafer-ceiling) 갭 또는 프로세스 존에 주로 집중되기 때문이다. 이러한 경우에, 예를 들어, 시즈닝 전구체 가스가 챔버 바닥으로부터 유입되는 경우에, 웨이퍼 페데스탈을 지지하는 래디컬 지지대(struts)와 같은 일정한 챔버 구성요소의 바닥을 향하는 표면이 가장 두꺼운 코팅을 수용한다. 불행하게도, 이러한 표면은 메인 플라즈마로부터 멀리 향하고(즉, 웨이퍼-시일링 갭으로부터 멀리) 따라서 거의 이온 충돌을 수용하지 않으며, 따라서 P3i 단계 동안 두께의 감소가 최소이다. 최대 시즈닝 두께로 시작하고 이후 P3i 단계 동안 최소로 영향을 받으므로, 이러한 표면은 비례적이지 않게 두꺼운 시즈닝 필름을 가지고 따라서 부식성 세정 가스에 다른 챔버 표면의 과도한 노출 없이는 세정되기 어렵다.
도 1은 이전의 문제점을 해결하는 가스 분포 피쳐를 갖는 플라즈마 잠입 이온 주입을 위한 토로이달(toroidal) 소스 플라즈마 반응기를 도시한다. 이러한 가스 분포 피쳐는 매우 균일한 챔버 내부를 통해 시즈닝 필름을 형성하도록 프리-주입(pre-implant) 시즈닝 증착 단계 동안 이용된다. 이러한 피쳐의 일부는 원하는 특징을 얻도록 시즈닝 필름의 화학량론을 제어하도록 이용될 수 있고, 이는 여기서 설명될 것이다.
도 1의 반응기는 실린더 측벽(102), 시일링(104), 및 플로어(106)에 의해 형성되는 실린더 형태의 챔버(100)를 포함한다. 웨이퍼 지지 페데스탈(108)은 반도체 웨이퍼(112)를 붙잡기 위한 웨이퍼 지지면을 갖는 정전 처크(110)를 포함한다. 시일링(104)은 두 쌍의 개구(114)를 갖고, 여기로 각각의 상호 수직의 외부 재진입(reentrant) 도관(116, 118)이 연결된다. 각각의 도관(116, 118)은 페데스탈(108) 및 시일링(104) 사이의 갭에 의해 형성된 프로세스 영역을 통과하는 진동 플라즈마 전류(oscillating plasma current)를 위한 폐쇄 재진입 경로를 완성한다. 시일링(104)은 내부 가스 분배 다기관(122) 및 챔버 내부를 향하는 가스 분사 오리피스(120)의 배열체를 갖는 가스 분배 플레이트이다. 선택적으로, 다기관(122)은 방사상 내부 및 외부(122a, 122b)로 나눠질 수 있고, 이에 의해 오리피스(122)의 독립적인 내부 및 외부 가스 분사 존(또는 그룹)(124a, 124b)을 확립한다. 이러한 경우에, 한 쌍의 개별적으로 제어되는 가스 공급장치(126a, 126b)가 내부 및 외부 다기관(122a, 122b)에 연결된다. 한 쌍의 플라즈마 RF 소스 전력 생성기(128, 130)는, 개별적인 임피던스 매치(respective impedance matches, 132, 134) 및 전력 인가장치(136, 138)를 통해 각각의 도관(116, 118)의 내부로 RF 전력을 가하도록 연결된다. 각각의 전력 인가장치(136, 138)는 동일한 구조일 수 있고, 이는 각각의 도관(116 또는 118) 주위로 싸인 자기적으로 투과성인 코어 또는 링(140), 및 링(140) 주위로 싸인 전도성 코일(142)로 이루어진다. 정전 처크(ESC)(110)는 전 도성 전극(110a) 및 이 전극(110a)이 포함된 절연층(110b)으로 이루어진다. RF 바이어스 전력 생성기(143)는 임피던스 매치(144)를 통해 ESC 전극(110a)에 연결된다. D.C. 처크 전압 공급장치(146)는 ESC 전극(110a)에 연결된다. 페데스탈(108)은 도 2에서 가장 잘 도시된 3개의 방사상 지지대(150-1, 150-2, 150-3) 상에서 지지되고, 이 지지대는 페데스탈(108) 아래에서 측벽(102)으로부터 내부로 뻗어있다.
플라즈마 잠입 이온 주입 동안, 붕소 주입 단계의 경우에 붕소 플루오르화물 또는 붕소 수소화물과 같은 주입 종 전구체 가스가 시일링 가스 분배 플레이트(104)를 통해 분사되고, 플라즈마 소스 전력이 생성기(128, 130)에 의해 가해지며, 이로써 웨이퍼를 덮는 프로세스 영역을 통해 재진입 경로에서 진동하는 폐쇄 플라즈마 전류를 만든다. 이를 위해, 이온 주입 프로세스 가스 공급장치(180)가 가스 분배 플레이트(104)의 내부 및 외부 가스 다기관(122a, 122b)에 연결된다. 선택적으로, RF 생성기(142)가 ESC(110)에 바이어스 전력을 가하고, 이에 의해 이온 에너지 및 (따라서) 주입 깊이를 제어한다. 가스 분배 플레이트(104)는 ESC(110)의 웨이퍼 지지면 또는 웨이퍼의 표면에 걸쳐 균일한 가스 분배에 최적화되어 있으나, 챔버 내부를 통해 균일한 가스 분배를 위해 구성되어 있지는 않다. 따라서, 가스 분배 플레이트(104)는 그 자체로는 챔버를 통해 시즈닝 필름을 증착시키는데 이용되기에는 적절하지 않다.
챔버에서 균일한 시즈닝 필름을 제공하는 가스 분배 피쳐는 실리콘 함유 가스를 분사하기 위해 페데스탈(108)의 측벽을 따라 가스 분사 오리피스의 중앙 배열 체(202)를 포함한다. 오리피스의 중앙 배열체(202)는 페데스탈의 주변부 주위로 뻗어 있고 페데스탈(108)의 측벽 상에서 지지되는 중공형 가스 분배 링(200)에서 형성된다. 도시된 실시예에서, 페데스탈(108)은 정전 처크(ESC)(110)를 지지한다. ESC는 절연층(110) 아래에 있는 전도성 베이스(204)를 포함한다. 베이스(204)는 냉각제 통로 및 후방부 가스 유동 통로(미도시)와 같은 설비를 위한 내부 피쳐를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 가스 분배 링(200)은 베이스(204)의 외부 주변부에 부착된다. 링(200) 상의 가스 분사 오리피스(202)는 수평 웨이퍼 평면에 대해 각(A)으로 배향될 수 있고 이에 의해 위쪽 방향으로 실리콘 함유 가스를 분사한다. 이는 예를 들어 방사 지지대(150)의 상부면 및 ESC(110)의 웨이퍼 지지면과 같은 내부 챔버 피쳐의 위로 향하는 표면 상에 뛰어난 증착을 촉진한다. 실리콘 함유(예를 들어 실란) 가스 공급장치(206)는 가스 분배 링(200)의 공동 내부로 연결된다.
산소 가스는 시일링(104)에서 4개의 도관 포트(114)를 통해 시즈닝 필름 증착 단계 동안 분사된다. 이를 위해, 도관 주입 오리피스(210)는 각각의 도관 포트(114)의 근처에서 도관(116, 118)으로 가스를 분사한다. 산소 가스 공급장치(212)는 각각의 도관 분사 오리피스에 연결된다. 도관 포트(114)를 통한 산소 분사는 챔버 측부 근처에서 더욱 산소가 풍부한 가스 혼합물을 촉진시키고, 따라서 챔버의 중앙부 위에서, 즉 ESC(110)의 웨이퍼 지지면 위에서, 더욱 실리콘이 풍부한 가스 혼합물을 촉진시킨다. 이는 도관 포트(114) 모두가 시일링(104)의 주변부 근처에 위치하기 때문이다.
프리-주입 시즈닝 필름 증착 단계 동안, 웨이퍼(112)는 존재하지 않고 주입 프로세스 가스는 가스 분배 플레이트(104)로 공급되지 않는다. 따라서, 가스 분배 플레이트(104)는 시즈닝 필름 증착 단계 동안 이용되는 것이 유용하다. 선택적으로, 가스 분배 플레이트(104)는 시즈닝 필름 증착 동안 이용될 수 있고, 이에 의해 시즈닝층의 화학량론 분포 및 두께 분포를 제어한다. 예를 들면, 챔버의 중앙부 위에서(페데스탈(108) 위에서) 가스의 실리콘 함유량에서의 추가적인 증가는 가스 분배 플레이트(104)의 중앙(내부) 가스 분배 존(124)을 통해 실리콘 함유 가스(실란)를 분사함에 의해 구현될 수 있다. 이를 위해, 내부 존 가스 공급장치(126a)는 예를 들어 실란을 저장한다. 중앙부에 실리콘 함유 가스가 대부분 존재하는 것을 손상시키지 않고 위로 향하는 표면 상에 더 두꺼운 필름을 촉진시키기 위해, 산소 가스는 가스 분배 플레이트(104)의 외부 가스 분사 존(124b)을 통해 분사될 수 있다. 이러한 경우에, 외부 존 가스 공급장치(126b)는 산소 가스를 저장한다. 챔버의 중앙부 및 주변부에서의 실리콘 대 산소의 비율은, 내부 및 외부 존(122a, 122b)에 대한 서로 다른 가스 유동 속도뿐만 아니라 도관 분사 오리피스(210) 및 가스 분배 링(200)에 대한 가스 유동 속도에 의해 제어되거나 또는 영향받는다. 도 3은 도 1의 반응기의 가스 분사 요소의 각각으로부터의 종에 의한 이전의 가스 유동을 요약한다.
가스 분배 링(200)의 오리피스(202)의 각(A)과 가스 분배 링(200)의 위치(예를 들어 축방향 높이)는 SixOy의 코팅의 원하는 균일성을 얻도록 조정될 수 있다. 산소 및 SiH4는 오리피스(202)를 통해 분사를 위한 분배 플레이트(200)로 제어된 속도로 공급될 수 있고, 이에 의해 시즈닝 증착 또는 코팅의 화학량론을 제어한다.
이전의 피쳐는 불균일 시즈닝 증착의 문제를 해결한다고 밝혀졌다. 본 발명 이전의 일정한 위로 향하는 표면 상에서의 약 1000Å의 최소값으로부터 일정한 아래로 향하는 표면 상에서의 약 12,000Å의 최대값까지 변하는 시즈닝 두께에 반하여, 본 발명은 시즈닝 두께에서의 훨신 작은 변화를 만들고 이는 약 3000-4000Å의 최대값을 초과하지 않은 채 훨씬 뛰어난 최소 두께(약 2000Å)를 확립하는 것을 가능하게 한다. 이러한 뛰어난 최소 두께는 훨씬 짧은 증착 시간에서 얻어지고, 제거 단계는 매우 빠르게 수행되며, 따라서 처리량을 증가시킨다.
도 4는 이전의 가스 분포 피쳐로 제어될 수 있는 시즈닝 층의 Si-O 화학량론의 원하는 방사상 분포를 도시하는 그래프이다. 특히, 주변부에 더 많은 산소 가스를 그리고 웨이퍼 페데스탈(108) 위에 더 많은 실란(실리콘 함유) 가스를 제공함에 의해, SixOy 시즈닝 필름의 화학량론(즉, x:y의 비)이 분포하고, 이에 의해 주변부에서 실리콘이 적은 비율을 가지고 중앙부에서 실리콘이 풍부한 비율을 갖는다. 높은 전도도를 갖는 물질이 ESC(100) 상에서 필요한 곳에 제공된다는 것이 장점이다. ESC(100)를 커버하는 실리콘이 풍부한 혼합물의 높은 전도도는 웨이퍼 상의 전기적 전하가 웨이퍼의 분리(dechucking) 동안 더욱 빠르게 제거되는 것을 가능하게 하고 이로써 뛰어난 처리량 또는 생산성을 이끌어낸다. 웨이퍼 상에서의 전하를 방산시키는(dissipate) 더욱 전도성 경로를 제공함에 의해, D.C.처킹(chucking) 전압 소스가 웨이퍼를 분리시키도록 스위치 오프될 때 ESC(100)에 대해 웨이퍼를 붙잡는 정전기적 클램핑 힘이 더욱 빠르게 제거된다. 도 4에서, 실리콘의 비율(x)은 페데스탈(108)에 걸쳐 최대이고, 산소의 비율(y)은 동일한 구역에서 최소이다. 이 관계는 도 4의 그래프에서 나타나는 것처럼 주변부에서는 반대이다. x에 대한 공칭값(nominal value)은 1이고 y에 대한 공칭값은 2이다. 증착된 시즈닝 필름의 방사상 내부 및 외부 영역 사이에서 도 4의 그래프에서 도시된 화학량론적 변화는, 주변부로의 산소 가스 유동(예를 들어 도관 포트(114)를 통해)에 대한 중앙부로의 실리콘 함유 가스의 유동(예를 들어 가스 분배 플레이트(104)를 통해 또는 가스 분배 링(200)을 통해)을 증가시킴에 의해 증가된다.
도 5는 프리-주입 시즈닝 증착, 플라즈마 잠입 이온 주입 및 포스트-주입 세정 또는 시즈닝 제거를 포함하는 프로세스를 도시한다. 전체 사이클은 페데스탈(108)(도 5의 블록 250) 상에서 웨이퍼가 없는 채로 시작한다. 프리-주입 시즈닝 증착에 대해, 실리콘 함유 가스(예를 들어 실란)가 페데스탈(108)의 측부 주위로 가스 분사 오리피스(202)를 통해 분사되고(블록 252), 산소 가스는 외부 재진입 도관(116, 118)의 시일링 포트(114)를 통해 분사된다(블록 254). 선택적 단계(블록 256)는 시일링 가스 분배 플레이트(104)를 통해 실란 또는 산소를 분사하는 것이다. 실란의 경우에, 유동 속도는 실리콘 디옥사이드의 실리콘-대-산소 비의 공칭값 1:2를 넘어 ESC(110) 상이 증착된 시즈닝 층의 실리콘 함유량의 약 2-10% 향상을 얻도록 조정된다. 플라즈마는 RF 전력을 인가장치(136, 138) 또는 ESC 전극(110a)으로 인가함에 의해 생성되고, 이에 의해 챔버 내부 표면 상에 SixOy 시즈닝 필름을 증착시킨다(블록 258). 선택적 단계(블록 260)는 시일링 가스 분배 플레이트(104)를 통해 가스 유동(예를 들어 실란 또는 산소)을 조정하고, 이에 의해 도 4에 따른 정전 처크의 웨이퍼 지지면 상에 시즈닝 필름의 실리콘 비율(x:y)의 원하는 풍부함을 얻는다. 이후, 원하는 시즈닝 필름 두께(예를 들어 2000Å)가 도달된 이후 시즈닝 증착 프로세스는 중단된다(블록 262). 웨이퍼는 페데스탈(108) 상에 위치한다(블록 264). 플라즈마 잠입 이온 주입은 주입 종-함유 프로세스 가스를 유입시킴에 의해 그리고 RF 소스 전력을 도관 RF 전력 인가장치(136, 138)로 가함에 의해 수행된다(블록 266). 이 단계 동안 이온 에너지(주입 깊이)는 생성기(142)로부터의 ESC 전극(110a)으로의 RF 바이어스 전력을 인가함에 의해 제어될 수 있다. 주입 단계의 완료 이후, 웨이퍼가 제거된다(블록 268). 시즈닝 필름은 예를 들어 다운스트림 플라즈마 소스로부터 시즈닝 층 에칭 가스를 유임시킴에 의해 제거된다(블록 270).
이전의 내용은 본 발명의 실시예에 관한 것이고 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예가 본 발명의 기본적 범위로부터 벗어나지 아니한 채 고안될 수 있고, 그 범위는 이하의 청구 범위에 의해 결정된다.
본 발명의 상기 언급된 실시예가 더욱 자세히 이해될 수 있고 얻어질 수 있도록, 상기에서 간략히 요약된 본 발명의 더욱 구체적인 설명은 첨부된 도면에서 도시된 실시예를 참고하여 이루어진다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 오직 전형적인 실시예 만을 도시하는 것일 뿐, 그 범위의 한계를 정하는 것이 아니며, 본 발명은 다른 동등하게 효과적인 실시예를 허용할 수 있다.
도 1은 일 태양에 따른 플라즈마 반응기의 측단면도이다.
도 2는 도 1에 대응하는 정면 단면도이다.
도 3은 도 1에 대응하는 간략도이고, 이는 종(species)에 의한 가스 유동 패턴을 도시한다.
도 4는 도 3의 가스 유동 패턴에 따라 제어된 시즈닝 층의 화학량론(stoichiometry)에서의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 5는 도 1의 반응기에 의해 수행되는 처리를 도시하는 도이다.
이해를 돕기 위해, 가능한 도면에서 공통되는 동일한 요소를 나타내기 위해 동일한 참조 번호가 이용되었다. 도면은 모두 개략적으로 도시한 것이고 스케일에 따른 것은 아니다.
Claims (14)
- 시일링(ceiling), 실린더 형태의 측벽 및 상기 시일링을 향하는 웨이퍼 지지 페데스탈을 갖는 반응기 챔버에서 플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법으로서,웨이퍼 지지 페데스탈의 주변부 상에서 상기 웨이퍼 지지 페데스탈으로부터 방사상으로 외부로 향하는 다수의 가스 분사 오리피스를 갖는 가스 분배 링을 제공하는 단계;실리콘 함유 가스의 방사상으로 외부로의 유동 패턴을 만들도록 상기 가스 분배 링의 상기 가스 분사 오리피스를 통해 상기 실리콘 함유 가스를 유입시키는 단계;상기 반응기의 대향부에서 상기 측벽에 인접한 상기 시일링에 도관 포트의 쌍을 제공하고, 상기 도관 포트의 각각의 쌍에 연결되고 상기 챔버의 지름까지 확장하는(span) 각각의 외부 도관을 제공하는 단계;상기 챔버에서 산소 가스의 축방향으로 아래로 향하는 유동 패턴을 만들도록 상기 챔버로 상기 도관 포트를 통해 산소 가스를 분사하는 단계;상기 페데스탈의 웨이퍼 지지면을 노출시키도록 웨이퍼 없이 상기 페데스탈을 남겨둔 채, 상기 각각의 도관의 내부로 RF 전력을 연결시켜 상기 챔버를 통과하는 SixOy 종의 토로이달 플라즈마 전류를 생성하고, 이에 의해 상기 챔버 내의 표면 상에 SixOy 물질로 된 층을 증착시키는 단계;상기 페데스탈 상에 웨이퍼를 위치시키는 단계;상기 시일링에 걸쳐 연장하는 가스 분배 플레이트를 통해 상기 챔버로 이온 주입 전구체 가스를 유입시키는 단계; 및상기 챔버를 통과하는 주입 종 전류(implant species current)의 토로이달 플라즈마를 생성하도록 상기 도관의 각각의 내부로 RF 전력을 연결시키고 이에 의해 상기 웨이퍼로 상기 주입 종을 주입시키는 단계를 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 페데스탈 상에 웨이퍼를 위치시키는 단계 이후, 킬로볼트 단위의(the order of) 플라즈마 쉬스(sheath) 바이어스 전압을 만들기 위해 RF 바이어스 전력을 전극에 가하는 단계를 추가로 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 페데스탈이 웨이퍼 지지면을 제공하는 정전 처크를 포함하고,상기 플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법이,상기 실리콘 함유 가스를 유입시키는 단계 이후, 상기 웨이퍼 지지면으로부터 상기 웨이퍼를 정전기적으로 탈고정(declamp)시키도록 상기 웨이퍼를 방출하기 위한 전도성 경로를 제공하기에 충분하게(sufficiently to provide) 상기 웨이퍼 지지면 상에 증착된 시즈닝 층의 일부의 전기 전도도를 향상시키는 단계를 추가로 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 전기 전도도를 향상시키는 단계가 상기 챔버에서 상기 산소 가스 및 상기 실리콘 함유 가스의 유동 속도를 조정하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 측벽 근처의 챔버 표면 상에 SixOy의 산소-부화(oxygen-rich) 형태로 및 상기 페데스탈의 상기 웨이퍼 지지면 상에 SixOy의 실리콘-부화 형태로 증착시키는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 유동 속도를 조정하는 단계가 상기 가스 분배 플레이트를 통해 실리콘 함유 가스를 분사하는 단계를 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스 분배 링을 제공하는 단계가, 상기 페데스탈의 상기 웨이퍼 지지면을 향한 방향으로 상기 가스 분배 링의 상기 오리피스를 배향시키는 단계를 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 가스 분배 플레이트가 내부 및 외부 가스 분사 존을 포함하고, 상기 실리콘 함유 가스가 상기 내부 가스 분사 존을 통해 분사되며,상기 플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법은, 상기 실리콘 함유 가스를 유입시키는 단계 이후, 상기 외부 분사 존을 통해 산소 가스를 분사하는 단계를 추가로 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 시일링, 실린더 형태의 측벽 및 상기 시일링을 향하는 웨이퍼 지지 페데스탈을 갖는 반응기 챔버에서 플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법으로서,실리콘 함유 가스의 방사상으로 외부로의 유동 패턴을 만들도록 가스 분배 페데스탈의 측부에서 방사상으로 향하는 가스 분배 오리피스를 통해 상기 실리콘 함유 가스를 유입시키는 단계;상기 챔버의 주변 영역에서 산소 가스의 축방향으로 아래 방향 유동 패턴을 만들기 위해 상기 챔버의 재진입 도관(reentrant conduit)의 도관 포트를 통해 산소 가스를 분사하는 단계;상기 페데스탈의 웨이퍼 지지면을 노출시키도록 웨이퍼 없이 상기 페데스탈을 남겨둔 채 상기 각각의 도관의 내부로 RF 전력을 연결시켜 상기 챔버를 통과하는 SixOy 종의 토로이달 플라즈마 전류를 생성하고, 이에 의해 상기 챔버 내의 표면 상에 SixOy 물질로 된 층을 증착시키는 단계;상기 페데스탈 상에 웨이퍼를 위치시키는 단계;상기 시일링에 걸쳐 연장하는 가스 분배 플레이트를 통해 상기 챔버로 이온 주입 전구체 가스를 유입시키는 단계; 및상기 챔버를 통과하는 주입 종 전류의 토로이달 플라즈마를 생성하도록 상기 도관의 각각의 내부로 RF 전력을 연결시키고 이에 의해 상기 웨이퍼로 상기 주입 종을 주입시키는 단계를 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 페데스탈 상에 웨이퍼를 위치시키는 단계 이후, 킬로볼트 단위의 플라즈마 쉬스 바이어스 전압을 만들도록 RF 바이어스 전력을 전극에 가하는 단계를 추가로 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 페데스탈이 웨이퍼 지지면을 제공하는 정전 처크를 포함하고,상기 플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법이,상기 실리콘 함유 가스를 유입시키는 단계 이후, 상기 웨이퍼 지지면으로부터 상기 웨이퍼를 정전기적으로 탈고정시키도록 상기 웨이퍼를 방출하기 위한 전도성 경로를 제공하기에 충분하게 상기 웨이퍼 지지면 상에 증착된 시즈닝 층의 일부의 전기 전도도를 향상시키는 단계를 추가로 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 전기 전도도를 향상시키는 단계가 상기 챔버에서 상기 산소 가스 및 상기 실리콘 함유 가스의 유동 속도를 조정하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 측벽 근처의 챔버 표면 상에 SixOy의 산소-부화 형태로 및 상기 페데스탈의 상기 웨이퍼 지지면 상에 SixOy의 실리콘-부화 형태로 증착시키는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 유동 속도를 조정하는 단계가 상기 가스 분배 플레이트를 통해 실리콘 함유 가스를 분사하는 단계를 포함하는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 실리콘 함유 가스를 유입시키는 단계가 상기 페데스탈의 웨이퍼 지지면을 향해 윗 방향으로 상기 방사상으로 외부로 향하는 오리피스를 경사지게 배치하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 방사상으로 외부로의 유동 패턴으로 축방향 성분을 만드는,플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 가스 분배 플레이트가 내부 및 외부 가스 분사 존을 포함하고, 상기 실리콘 함유 가스가 상기 내부 가스 분사 존을 통해 분사되며,상기 플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법은, 상기 실리콘 함유 가스를 유입시키는 단계 이후, 상기 외부 분사 존을 통해 산소 가스를 분사하는 단계를 추가로 포함하는플라즈마 잠입 이온 주입을 수행하기 위한 방법.
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