KR101545221B1 - 비평면 표면을 가진 기판을 처리하기 위한 기술 - Google Patents
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Abstract
수평(horizontal) 및 비수평(non-horizontal) 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법이 개시된다. 기판은 이온 주입기(ion implanter)를 이용하여 입자들을 주입된다. 주입 공정의 특성 때문에 이온 주입 동안에 필름이 표면들상에 증착될 수 있고, 필름의 두께는 수평 표면들상이 더 두껍다. 이 필름의 존재는 기판의 특성들을 반대로 바꿀수 있다. 이를 수정하기 위해서, 수평 표면들상에 증착된 필름을 제거하기 위해 두번째 공정 단계가 수행된다. 어떤 실시예들에서 에칭 공정이 이 필름을 제거하기 위해 사용된다. 어떤 실시예들에서 물질 변경 단계가 필름을 구성하는 물질의 조성을 바꾸기 위해 사용된다. 이 물질 변경 단계는 에칭 공정을 대신할 수 있거나 또는 에칭 공정에 추가될 수 있다.
Description
본 발명은 비평면(non-planar) 표면을 가지는 기판(substrate)을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.
전자 디바이스들 제조에 있어서, 비평면(non-planar) 표면을 가지는 기판을 처리하는 것이 필요할 수 있다. 그런 디바이스들의 예제들은 수평하게 그리고 수직으로 배향된(oriented) 표면들을 포함한 높은 핀(raised fin)들을 가지는 3차원 FinFET들 및 각각이 수평하게 그리고 수직으로 배향된 표면들을 포함한 트렌치(trench)들을 가지는 CMOS 이미지 센서들(CIS) 그리고 eDRAM들을 포함한다. 그런 기판들을 처리하기 위해 사용되는 기술들 중 하나는 전자적, 기계적, 광학적 그리고 열적 특성들 또는 원래 기판의 그런 특징들의 조합을 변형하기 위해 도핑(doping)을 포함할 수 있다. FinFET들의 소스/드레인(SD) 영역들, CMOS 이미지 센서들에 쉘로우 트렌치(shallow trench)들의 측벽(sidewall) 및 eDRAM들에 딥 트렌치(deep trench)(DT)들의 측벽이 기판들의 특성들을 변형하기 위해 도핑 될 수 있다.
전자 디바이스들은 균일한 특성들을 요구하기 때문에, 다른 각도들에서 배향된 기판들을 등각(conformally)으로 처리하는 기술들이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 도핑 기술들에서, 다르게 배향된 표면들 근처 영역에서 동일하거나 또는 실질적으로 같은 도펀트(dopant) 농도를 이루는 것이 바람직할 수 있다. 비록 여러 가지 기술들이 제안되었지만, 제안된 기술들은 제한된 성공을 달성하였다. 예를 들어, 이런 제안된 기술들에서 수평으로 신장한(extending) 표면들을 따른 도펀트 농도는 수직으로 신장한 표면들의 도펀트 농도들보다 훨씬 더 클 수 있다. 공정에서 그런 변화는 비균일한(non-uniform) 특성들을 가진 기판을 야기할 수 있고, 최종 디바이스들은 최적으로 동작하지 않을 수 있다. 추가적으로, 이러한 공정들 중 일부는 기판상에 물질을 또한 증착할수 있고, 그럼으로써 증착된(deposited) 물질 중 많은 것이 수직으로 신장한 표면들 위보다 수평으로 신장한 표면들 위에 배치될 것이다.따라서, 새로운 기술이 요구된다.
수평(horizontal) 및 비수평(non-horizontal) 표면들을 가지는 기판을 처리하는 방법이 개시된다. 기판은 이온 주입(ion implantation)을 이용하여 입자들이 주입된다. 이온 주입 후에 또는 그와 동시에, 주입 공정의 특성 때문에, 필름이 표면위에 증착 될 수 있고, 표면상에 이 필름의 두께는 수평 표면들 위가 더 두껍다. 이 필름의 등장은 기판의 특성들을 반대로 바꿀 수 있다. 이를 수정하기 위해서, 수평 표면들 위의 필름을 제거하기 위한 제 2 공정 단계가 수행된다. 어떤 실시예들에서는, 필름을 제거하기 위해서 에칭 공정(etching process)이 사용될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 필름을 구성하는 물질의 구성을 변경하기 위해서 물질 변형(material modifying) 단계가 사용될 수 있다. 이런 물질 변형 단계는 에칭 공정을 대신하거나 또는 에칭 공정에 추가될 수 있다.
선호되는 그리고 예시적인 실시예들에 따라 그것의 추가적 장점들과 함께,본 발명은 아래의 상세한 서술에 첨부된 도면들과 함께 더 특별히 서술된다. 도면들은 본 발명의 원리들을 일반적으로 예시하는 대신에 반드시 범위, 강조하는 것은 아니다.
도 1a-c는 일 실시예에 따른 비평면 표면을 가지는 기판을 처리하기 위한 기술을 예시한다.
도 2 는 대표적인 PLAD 시스템을 예시한다.
도 3 은 대표적인 빔-라인 이온 주입 시스템(beam-line ion implantation system)을 예시한다.
도 1a-c는 일 실시예에 따른 비평면 표면을 가지는 기판을 처리하기 위한 기술을 예시한다.
도 2 는 대표적인 PLAD 시스템을 예시한다.
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본 명세서에서, 비평면 표면을 가진 기판을 처리하기 위한 새로운 기술의 몇개의 실시예들이 도입된다. 명확성을 위하여, 실시예들은 "입자들"의 맥락에서 도입된다. 입자들은 대전(charged) 또는 중성(neutral), 아원자(sub-atomic),원자(atomic) 또는 기판을 처리하는 분자 입자(molecular particle)들일 수 있다. 명세서에서, 기판은 금속의, 반도체의, 또는 절연의 기판 또는 그것의 조합일 수 있다. 기판은 수직 방향으로 신장한 하나 이상의 돌출부(protrusions)들 또는 트렌치들, 하나이상의 수평으로 신장한(extending) 표면들, 하나이상의 수직으로 신장한 표면들을 가지는 비평면일 수 있다. 다른 실시예들에서, 기판은 하나이상의 표면들은 수평으로 신장하지 않은 비평면일 수 있다.
명확성 및 단순함의 목적을 위하여, 비평면 기판을 처리하기 위한 기술은 플라즈마 기반 시스템,예를 들어 플라즈마 보조 도핑(plasma assisted doping : PLAD) 또는 플라스마 잠입 이온주입(Plasma Immersion Ion Implantation : PIII) 공정 시스템과 같은,의 맥락에서 개시된다. 그러나 다른 시스템들이 본 발명에서 불가능하지 않다. 다른 시스템들의 예는 빔라인 이온 주입 시스템, 플러드 주입(flood implant) 시스템, 또는 플라즈마 시스 변경자(sheath modifier)를 가진 이온 소스를 포함할 수 있다.
비평면 표면을 가진 기판을 처리하기 위한 기술
도 1a-1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비평면 표면을 가지는 기판을 처리하기 위한 기술이 보여진다. 본 실시예에서, 기판(100)은 수직방향 또는 비수평 방향에 신장한 돌출부를 가지는 기판이다. 예를 들어, 기판(100)은 하나이상의 수직으로 신장한 핀들(102)을 포함하는 FinFET일 수 있다. 도 1a에 예시된 바와 같이, 돌출부 또는 핀(102)은 핀(102)의 사이드 근처에 수직으로 신장한 표면들(104)("수직 평면 104") 그리고 핀(102)의 맨위 근처에 수평으로 신장한 평면(106)("수평 평면 106")을 포함한다. 비록 본 발명을 통하여 "수직(vertical)" 용어가 사용되지만, 명세서에서 서술된 원리들은 수평 표면들 및 비수평 표면들은 수직이거나 수직이 아닐 수 있는, 비-수평 표면들을 가지는 기판에 적용된다고 이해된다.
핀(102)의 하나이상의 특성들(예를 들어, 전기적, 기계적 및/또는 광학적)을 바꾸기 위해서, 특성들을 바꿀 수 있는 다른 종(species)의 도펀트들이 도입된다. 예를 들어, 만약 기판이 실리콘 기반 기판(silicon based substrate)이라면, 도펀트들은 붕소(boron), 탄소(carbon), 갈륨(gallium), 게르마늄(germanium), 인(phosphorous), 비소(arsenic) 및/또는 그것의 조합을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 다른 타입들의 도펀트들이 불가능한 것은 아니다. 다른 실시예에서, 핀(102)에 포함된 것과 동일한 종을 가지는 도펀트들(110)이 도입될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 또는 실리콘을 포함하는 입자들은 실리콘을 포함하는 핀(102)에 또한 도입될 수 있다.
본 실시예들에서, 도펀트들(110)은 이온 주입 공정,예를 들어 PLAD 또는 PIII 공정과 같은,을 통하여 도입될 수 있다. 그러나, 본 발명에서 다른 타입들의 이온 주입 공정들 또는 다른 타입들의 입자 도입 공정들은 불가능하지 않다. 예를 들어, 본 발명에서 도펀트들을 도입하기 위해 확산 공정(diffusion process)이 불가능한 것은 아니다. PLAD 또는 PIII 공정에서, 도펀트 종을 포함하는 원료 가스(feed gas)는 기판(100) 근처에 도입된다. 그 다음에 원료 가스는 원료 가스의 조각들을 포함하는 플라즈마(미도시)를 형성하기 위해 여기된다(excited). 조각들(fragments)은 특히, 전자들, 도펀트 종 및 다른 종의 원자 또는 분자 이온들,그리고 도펀트 종 및 다른 종의 중성자들 그리고 라디칼(radical)들을 포함할 수 있다. 따라서, 플라즈마로부터 이온화된 도펀트들을 끌기 위해서 기판에 바이어스가 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 도펀트들(110)는 0°(즉, 기판(100)에 수직인 가상의 축으로부터 0°)또는 실질적으로 0°인 기판에 도입될 수 있다. 그러나, 다른 각도들 또는 일정 범위의 각도들이,예를 들어, 7°,15°,30°,45°,60° 또는 0-90°범위의 임의의 다른 각도들, 불가능한 것은 아니다.
도 1b에 예시된 바와 같이, 플라즈마로부터 도펀트들(110)은 주입 영역(112)을 형성하기 위해 핀(102)에 주입될 수 있다. 수직 주입된 영역들(112b)은 수평 주입된 영역(112a)에 도펀트들과 같은 많은 양의 도펀트들이 주입되는 것을 선호한다. 추가적으로, 도펀트 종(species)을 포함하는 필름(114)이 수평 표면(106) 및 수직 평면들(104)상의 핀 표면들에 형성될 수 있다.
필름(114)은 플라즈마로부터 반응하는 중립의 또는 라디칼 조각들이 수직 및 수평 표면 (104 및 106) 근처에 배치될 때 형성될 수 있고, 화학적으로 반응한다.이 필름은 기판 위에 입자들의 증착(deposition)의 결과일 수 있다.PLAD 또는 PIII의 가시선(line-of-sight), 지향성의(directional) 특성 때문에 더 많은 양의 조각들(fragments)이 핀(102)의 맨 위 영역(top portion) 근처에, 수평 평면(106) 근처에 배치될 수 있다. 필름이 형성되었을때 필름(114)은 핀(102)의 사이드 영역 근처보다 핀(102)의 맨위 영역 근처에 더 큰 두께를 가질수 있다. 엄밀한 의미로, 핀(102)은 맨위 영역 근처에 초과 도펀트를 포함한다.
본 발명에서, 핀(102)의 하나이상의 특성들이 균일한 것이 바람직할 수 있다.예를 들어, 핀(102)의 맨위 영역(top portion)과 사이드 영역 근처에 포함된 도펀트들의 도즈(dose)가 실질적으로 균일한 것이 바람직할 수 있다. 균일한 또는 실질적으로 균일한 도펀트 도즈를 이루기 위해, 핀(102)의 맨위 영역으로부터 초과 도펀트들(excess dopants)을 선택적으로 제거할 수 있다.
초과 도펀트들을 제거하기 위해서, 다양한 타입들의 에칭 공정(etching process)들이 수행될 수 있다. 예를 들어, 스퍼터링 공정(sputtering process)이 수행될 수 있다. 스퍼터링 공정에서, 비활성(inert)(불활성(noble))가스, 수소(hydrogen) 또는 비활성 가스들과 수소의 혼합물이 기판(100) 근처에서 이온화될 수 있다. 그런 다음에 생성된 이온들은 초과 도펀트들을 스퍼터(sputter)하기에 충분한 운동 에너지,예를 들어 핀(102)을 향하여 이온들을 끌어당기기 위해서 기판을 바이어싱함으써,를 가지고 핀(102)쪽으로 향할 수 있다. 본 실시예에서, 입자들의 입사각(incident angle)을 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 입자들의 입사각이 제어될 수 있는 여러가지 방법들이 있다. 어떤 실시예들에서는, 플라즈마 시스 변경자(sheath modifier)가 채용될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 기판(100)이 이온들에 대하여 틸트될(tilted) 수 있다. 이것은 PLAD 또는 빔 라인 주입기들내에서 행해질 수 있다. 다른 실시예들에서는 큰 압력이 입자들의 입사각을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 넓은 입사각 범위에서 입자들을 향하게 하는 것은 큰 스퍼터링 레이트를 가능하게 할 수 있다. 동시에, 연쇄적인 주입(knock-on implantation)은, 필름(114)에 초과 도펀트들이 입사 이온들에 의해 핀(102)에 유도될 수 있는 공정, 제한될 수 있다. 또한, 입자들의 입사각을 바꾸는 것이 핀(102)의 맨위 영역 및 사이드 영역들로부터 스퍼터링의 더 나은 제어가 가능하게 할 수 있다.
스퍼터링 공정 대신에 또는 스퍼터링 공정에 추가하여, 초과 도펀트들은 화학적 에칭을 통하여 제거될 수 있다. 그런 실시예에서 반응 종(species), 예를 들어 수소(hydrogen), 플루오린(fluorine) 또는 염소(chlorine) 이온들,을 포함하는 비활성 또는 반응 가스는 핀(102) 근처에서 이온화 될 수 있다. 그 다음 반응 종은 핀(102)의 맨위 영역으로부터 초과 도펀트들을 화학적으로 반응하고 그리고 선택적으로 에칭할 수 있다. 일 실시예에서, 이온화된 반응 종은 상기에서 서술한 스퍼터링 공정과 비교하여 낮은 에너지를 가지고 기판(100)쪽으로 향할 수 있다. 예를 들어, 반응 종을 포함하는 가스가 이온화된 동안 낮은 바이어스가 기판에 적용될 수 있다. 다른 실시예에서, 반응 종을 포함하는 가스가 이온화된 동안 바이어스 전압이 기판에 적용되지 않는다.
그러나 다른 실시예에서 습식 에칭 공정(wet etching process)이 초과 도펀트들을 선택적으로 제거하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 피라냐 스트립(piranha strip)(황산(sulfuric acid) 및 과산화수소(hydrogen peroxide)) 또는 완충 불화수소산(buffered hydrofluoric acid)이 초과 도펀트들을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 수평 표면(106) 층(layer)은 습식 공정에서 에칭 화학물(etch chemistry)(등방성(isotropic) 또는 다른것)과 우선적으로 반응하도록 하기 위해서 화학적으로 변경될 수 있다(예를 들어, 산화(oxidized)). 완충 HF(buffered HF), 디아이 워터(DI water), 
혼합물(mixtures)은 이 공정에서 적용될 수 있는 화학물들(chemistries)의 일부이다.
바람직하게는 초과 도펀트들의 제거는 제거 공정에 아래의 선택적 물질 변경 공정을 추가함으로써 증가될 수 있다. 이 선택적 공정에서, 박막(114)의 맨위 영역은 박막(thin film)(114)이 화학적으로 반응하는 가스에 우선적으로 노출될 수 있다.예를 들어, 산소(oxygen) 포함하는 가스 또는 질소(nitrogen) 포함하는 가스가 박막(114)이 각각 산화(oxidation) 또는 질화(nitridation)을 경험하도록 하기 위해 사용될 수 잇다. 대안적으로, 임의의 다른 물질 변경 가스가 사용될 수 있다. 가스는 에칭 또는 스퍼터링 공정 동안에 우선적으로 에칭되는 물질을 형성하기 위해 박막(114)과 반응할 수 있다. 대안적으로, 산소 포함하는 가스, 질소 포함하는 가스, 또는 다른 물질 변경 가스는 플라즈마를 형성하기 위해 여기될 수 있고 그리고 기판은 플라즈마에 노출될 수 있다.
다른 실시예들에서, 패시베이션(passivation) 단계가 에칭 공정후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 
또는 
주입의 경우에 실온에서 비소(As) 또는 인(P)의 아웃게싱(outgassing)이 일어날 수 있다. 이러한 가스들의 배출을 피하기 위해서, 패시베이션 단계가 요구될 수 있다.
우선적으로 초과 도펀트들을 제거한 후에, 핀(102)의 맨위 및 사이드 영역들 근처에 도펀트들의 도즈는 도 1c에 예시된 것 처럼 균일하거나 또는 실질적으로 균일할 수 있다. 비평면 표면을 포함하는 기판(100)은 등각(conformally)으로 처리될 수 있다.
위에서 알려진 기술은 예시적인 것이다. 다른 실시예에서, 기술은 하나이상의 주입 공정들 및 하나이상의 제거 공정들을 포함할 수 있고,그리고 적어도 하나의 주입 공정 및 제거 공정이 반복될 수 있다. 추가하여, 공정들의 순서는 특정 순서로 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 기술은 다수의 주입 공정들 및 제거 공정들을 포함할 수 있고, 그리고 제거공정들 중 하나는 제거 공정들 중 다른 것에 의해 이어질 수 있다.
본 발명에서 주입 공정들 및 제거 공정들 각각은 다양한 공정 파라미터들을 포함할 수 있다. 파라미터들은 기술을 향상시키기 위해 최적화될 수 있다. 기술을 향상시키기 위해 최적화될 수 있는 파라미터들은 ,예를 들어 기술이 수행될 때의 압력; 기판(100) 근처에 도입되는 원료 가스(feed gas), 희석 가스(diluent gas), 및 에칭 가스(etching gas)을 포함하는 가스들의 조성(composition); 주입 공정들 또는 제거 공정들 동안에 플라즈마를 형성하기 위해 플라즈마 소스에 적용되는 RF 파워의 타입과 진폭(amplitude)(예를 들어, 큰 진폭을 가지는 펄스들 중 하나와 다중 펄스 RF 파워); 기판에 적용되는 바이어스의 특징들(예를 들어, 전압 램핑(voltage ramping), 충격 계수(duty factor))를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서는 높은 압력 플라즈마를 형성함으로써 주입 공정을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 어떤 실시예서는, 기판 온도가 -150 및 600℃사이에서 제어될 수 있다
특정 예시적인 실시예
이하에서는 특정 공정 파라미터들을 가진 기술의 특정 예제가 개시된다. 위에서 알려진 것처럼, 본 발명은 하나의 특정 세트(set)의 공정 파라미터들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술은 다양한 공정 파라미터들을 가질 수 있다. 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 커패시터 구조(미도시)의 맨위 및 사이드 영역들을 처리하기 위해서, 이온 주입 공정은 예를 들어, 10kV 또는 이상의 고 에너지에서 수행될 수 있다. 이 예에서, 구조는 100nm 및 4um의 깊이(예를 들어,돌출부(protrusion)의 높이)의 하나이상의 개구(opening)(예를 들어, 수직으로 신장한 돌출부들간의 공간)들을 가질 수 있다. 한편 도펀트들은 비소(arsenic)일 수 있다. 위에서 알려진 것처럼, 주입 공정은 PLAD 또는 PIII 시스템에 의해 수행될 수 있다. 주입 공정은 빔-라인 이온 주입 시스템에 의해 대안적으로 실행될 수 있다. 주입 공정 동안에, 충분한 에너지를 가진 이온 형태의 도펀트들은 돌출부들(protrusion)의 측벽(side wall)들(예를 들어, 수직으로 신장한 표면)에 작은 각도(shallow angle)로 충돌할 수 있다. 충돌 이온(impinging ion)들의 부분은 사이드 벽으로부터 튀길 수 있고, 트렌치 또는 돌출부의 전체 깊이에 주입될 수 있다.
주입 공정 후에, 제거 공정이 수행될 수 있다. 이 예제에서, 제거 공정은 선택적인 물질 변경 공정을 추가할 수 있다. 예를 들어, 구조는 직접 산소(oxygen) 플라즈마에 노출될 수 있다. 산소는 증착된 필름을 산화 시킬수 있고, 그리고 필름의 휘발성(volatility)을 감소시킬 수 있으며, 추가 제거 공정을 용이하게 할 수 있다.
본 예제에서, 주입 공정 및 제거 공정은 단일 PLAD 또는 PIII 시스템에서 수행될 수 있다. 대안적으로 공정들의 각각은 클러스터 툴(cluster tool)에 다른 챔버들에서 수행될 수 있다. 다른 예제에서, 기술은 연속적인 다른 툴(예를 들어, 클러스터 또는 다른 툴들)들에서 수행될 수 있고, 기판이 주위 환경과 반응하는 것을 방지하기 위한 메커니즘이 제공될 수 있다.
비평면 표면을 가진 기판을 처리하기 위한 시스템
이하에서는 비평면 표면을 가진 기판을 처리하기 위한 시스템들의 몇가지 예제들이 개시된다. 도 2를 참조하여, PLAD 시스템이 도시된다. 여기서의 시스템(200)은 자립형(stand alone) 시스템일 수 있다. 대안적으로, 시스템(200)은 하나이상의 시스템들(200), 하나이상의 기판 모니터링 시스템들, 하나이상의 다른 타입들의 기판 처리 시스템들 및 다른 시스템들간의 기판을 이송하기 위한 하나이상의 이송 시스템(transfer system)들을 포함하는 클러스터 툴의 일부일 수 있다.
시스템(200)은 고압 또는 저압 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 고압 또는 저압 플라즈마에서 기판(100)을 처리할 수 있는 공정 챔버(202)를 포함할 수 있다. 고압 또는 저압 플라즈마를 생성하기 위해서, 시스템(200)은 적어도 하나의 터보 펌프(206), 메커니컬 펌프(mechanical pump)(208) 및 다른 필수 진공 실링(sealing) 컴포넌트들(components)을 포함할 수 있다. 공정 챔버(202)내에는, 적어도 하나의 기판(100)을 지지할 수 있는 플래튼(platen)(210)이 있을 수 있다. 플래튼(210)은 기판(100)의 온도를 예를 들어 10와 600℃사이에서 유지하기 위해서 하나이상의 온도 유지 디바이스들을 구비할 수 있다. 기판(100)의 틸팅(tilting) 또는 회전하는 것 또한 수용될 수 있다. 바이어스 소스는 기판(100)에 바이어스 전압을 적용함으로써 플래튼(210), 따라서 기판(100)에 전기적으로 연결될 수 있다. 바이어스는 연속적인 또는 펄스, RF 또는 DC 전류를 제공함으로써 적용될 수 있다. 만약 바이어스 소스가 RF 전류를 제공한다면, 임피던스 정합 네트워크(matching network)(미도시)가 바이어스 소스와 플래튼(210) 사이에 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 바이어스 소스는 동작동안에 기판에 적용되는 바이어스를 조정하고 변화할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 소스로부터 바이어스는 램프(ramp) 업 또는 다운, 연속적으로 또는 계단식일 수 있고, 바이어스는 동작동안에 기판에 적용될 수 있다.
공정 챔버(202)는 하나 이상의 인시츄(in situ) 모니터링 시스템들을 또한 구비할 수 있다. 예를 들어, 하나이상의 온도 모니터링 시스템들은 챔버(202) 및/또는 기판(100)에 온도를 모니터하기 위해서 공정 시스템(200)에 포함될 수 있다.
시스템(200)은 공정 챔버(202)로부터 연결되거나 또는 따로 떨어져,따라서 원격의, 플라즈마 챔버(204)를 또한 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버는 고밀도 또는 저밀도 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스(212)를 또한 포함할 수 있다. 예를들어, 플라즈마 챔버(204)는 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma : ICP) 소스, 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma : CCP) 소스, 마이크로웨이브(MW) 소스, 글로-방전(glow-discharge : GD) 소스, 헬리콘 소스(helicon source) 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 만약 플라즈마 챔버(204)가 ICP 소스를 구비하고 있다면, 시스템(200) 적어도 하나의 평면 코일(planar coil) 및 나선 코일들(helical coil)(212a 및 212b), 212a 및 212b 코일들의 한쪽 또는 양쪽에 전기적으로 결합된 파워 소스(212c) 및 임피던스 정합 네트워크(212d)을 포함할 수 있다. 만약 시스템(200)이 CCP 소스를 구비하고 있다면, 시스템(200)은 전극과 플래튼(210)사이에 넣은 기판(202)이 위치하도록 적어도 하나의 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 파워 소스(212c)가 전극 및 플래튼(210)을 전기적으로 연결하기 위해 포함될 수 있다. 추가하여 파워 소스(212c)는 임피던스 정합 네트워크(212d)에 연결될 수 있다. 만약 시스템(200)이 GD 소스를 구비하고 있다면, 시스템(200)은 전극과 플래튼(210)사이에 넣은 기판(202)이 위치하도록 적어도 하나의 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 추가하여, 파워 소스는 전극 및 플래튼(210)에 전기적으로 연결될 수 있다.
플라즈마 소스(212)의 타입에 따라서, 파워 소스는 RF 파워 소스 또는 DC 파워 소스일 수 있다. 예를 들어, 만약 플라즈마 소스(212)가 ICP 또는 CCP 소스라면, 파워 소스는 RF 파워 소스일 수 있다. 그러나, 만약 플라즈마 소스(212)가 GD 소스라면, 파워 소스(212c)는 DC 소스일 수 있다. 만약 플라즈마 소스가 CCP 소스라면, 파워 소스(212c)는 30에서 200MHz 범위에 하이 프리퀀시 RF 전류를 제공할 수 있다. 그러나, 다른 주파수들을 가진 RF 전류 또한 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(212)가 ICP 소스라면, 파워 소스(212c)에 의해 제공되는 RF 전류는 1에서 30MHz 범위에 있을 수 있다. 그러나, 다른 주파수들을 가진 RF 전류 또한 사용될 수 있다. 만약 플라즈마 소스(212)가 MW 소스라면, RF 전류는 .3에서 300GHz의 범위에 있을 수 있다. 그러나, 다른 주파수를 가진 RF 전류 또한 사용될 수 있다. 파워 소스(212c)는 연속적 또는 펄스 전류를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 플라즈마 소스(212)에 적용되는 파워는 일정,예를 들어 연속파(continuous wave),할 수 있다. 다른 실시예에서, 변화하는 파워가 플라즈마 소스(212)에 적용될 수 있다. 예를들어, 두개 또는 이상의 펄스들이 플라즈마 소스에 적용될 수 있고, 펄스 중 하나의 진폭은 다른 펄스의 진폭보다 클 수 있다. 그런 실시예의 상세한 서술은 미국 특허 출원 번호 11/771,190,12/098,781, 및 12/105,721에서 발견할 수 있고, 각각은 참조로써 명세서에 부가된다.
일 실시예에서, 플라즈마 소스(예를 들어, 코일 또는 전극)에 파워를 공급하는 파워 소스(212c)는 또한 플래튼(210)에 바이어스를 제공하는 바이어스 소스일 수 있다. 예를 들어, 시스템(200)은 플래튼 및 적어도 하나의 코일들(또는 전극) 양자를 작동시키기 위해 단일 파워 소스를 포함할 수 있다. 그러나, 시스템(200)은 가급적 두개 또는 이상의 파워 소스들, 플라즈마 소스의 코일 또는 전극을 작동하는 적어도 하나의 파워 소스 및 공정 챔버의 플래튼을 작동시키는 적어도 하나의 다른 파워 소스,을 포함할 수 있다. 비록 도시되지 않았지만, 시스템(200)은 하나이상의 도펀트(dopant), 에천트(etchant) 및/또는 스퍼터링 소스들을 포함할 수 있다.
위에서 알려진 것처럼, 명세서에서 서술된 시스템(200)은 자립형(stand alone) 시스템(200)일 수 있다. 대안적으로 시스템(200)은 하나이상의 처리 및/또는 모니터링 시스템들을 포함하는 클러스터 툴(cluster tool)의 일부일 수 있다. 만약 시스템(200)이 클러스터 툴의 일부라면, 클러스터 툴은 기판을 대기(atmosphere)에 공개하지 않으면서 다양한 공정들을 연속적으로 수행하기 위해서 다양한 처리 및/또는 모니터링 시스템들에 그리고 시스템들로부터 기판을 이송하기 위한 이송 시스템(transfer system)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하여, 비평면 표면을 가진 기판을 처리하기 위한 빔-라인 이온 주입기(beam-line ion implanter)가 도시된다. 이온 주입기는 이온들을 생성하기 위한 이온 소스(302)를 포함할 수 있다. 이온 주입기(300)은 일련의 빔-라인 컴포넌트들을 또한 포함할 수 있다. 빔-라인 컴포넌트들의 예제들은 추출 전극들(extraction electrodes)(304), 자기 질량 분석기(magnetic mass analyzer)(306), 복수개의 렌즈들(308) 및 빔 평행자(beam parallelizer)(310)를 포함할 수 있다. 이온 주입기(300)은 처리되는 기판(100)을 지탱하기 위한 플래튼(316)을 또한 포함할 수 있다. 한편 기판(100)은 컴포넌트,때때로 로플랫(roplat)(미도시)로 언급,에 의해 하나이상의 차원(dimension)들로 이동될 수 있다(예를 들어, 이동(translate), 회전(rotate) 및 틸트(tilt)).
동작에서, 원하는 종(species),예를 들어, 도펀트 이온들,의 이온들은 이온 소스(302)로부터 생성되고 그리고 추출된다. 그후에, 추출된 이온들(30)은 빔-라인 컴포넌트들을 따라서 빔-유사 상태(beam-like state)에서 이동하고 기판(100)에 주입된다. 라이트 빔(light beam)을 조종하는 일련의 광학 렌즈들처럼 많은 빔-라인 컴포넌트들은 이온 빔(30)을 조정한다. 빔-라인 컴포넌트들에 의해 조정되는 이온 빔(30)은 기판쪽으로 향한다.
본 발명에서, 다양한 타입들의 시스템들이 기판(100)을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 동일한 타입들의 시스템이 도펀트들(110)을 도입하고 초과 도펀트들(110)을 제거하기 위한 단계를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, PLAD 시스템(200)은 도펀트 주입과 초과 도펀트 제거 기술들 양자를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 빔-라인 이온 주입 시스템은 양자 기술들을 위해 사용될 수 있다. 그러나 다른 실시예에서 PLAD(200)은 기술들 중 하나를 수행하기 위해 사용될 수 있고, 빔-라인 이온 주입 시스템이 다른 기술을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 동일 타입의 시스템들이 양자 기술들을 수행하기 위해 사용될 수 있다면, 본 발명은 양자 기술들을 수행하기 위해 동일 시스템 또는 다른 시스템들을 이용하는 것이 불가능하지 않다.
본 발명에서 비평면 표면을 가진 기판을 처리하기 위한 새로운 기술이 개시된다. 명세서에서 채용된 용어들(terms) 및 표현들은 한정이 아니라 서술(description) 용어로 사용되고 그리고 도시되고 서술된( 또는 그것의 일부들) 것의 임의 등가물을 배제하는 그런 용어들 및 표현들의 사용 의도는 없다. 청구항의 범위내에서 다양한 변형들이 가능한것을 또한 인식할 것이다. 다른 변형들, 변화들 및 등가물들이 또한 가능하다. 따라서, 앞에서 서술은 한정으로서 의도하는 것이 아니고 단지 예제이다.
Claims (21)
- 수평(horizontal) 및 비수평(non-horizontal) 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법에 있어서,
상기 기판의 상기 수평 및 비수평 표면들로 도펀트들을 이온 주입하는 단계로서, 상기 이온 주입의 결과로서 상기 수평 표면들 및 비수평 표면들상에 필름이 형성되고, 상기 수평 표면들상에 형성된 상기 필름은 상기 비수평 표면들상에 형성된 상기 필름내 상기 도펀트들의 도즈(dose)보다 더 큰 도즈를 갖는 초과 도펀트(excess dopant)들을 수용하는, 상기 이온 주입하는 단계; 및
선택적 에칭 공정(etching process)을 이용하는 단계로서, 상기 기판의 상기 수평 표면들 근처 및 상기 비수평 표면들 근처의 도펀트 도즈들이 실질적으로 균일할 때까지 상기 수평 표면들로부터 상기 필름을 제거하는, 상기 선택적 에칭 공정을 이용하는 단계를 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 필름은 상기 비수평 표면들상에 형성되고, 상기 수평 표면들상의 상기 필름의 두께는 상기 비수평 표면들상의 두께보다 더 큰, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 에칭 공정을 이용하는 단계 전에 상기 필름의 조성(composition)을 변경하는 물질 변경 단계를 수행하는 것을 더 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 물질 변경 단계는 산화(oxidation), 질화(nitridation) 또는 기체 종(gaseous species)과의 반응을 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 에칭 공정은 스퍼터 에칭(sputter etching)을 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 스퍼터 에칭 공정은 비활성 가스(inert gas), 수소(hydrogen) 또는 그것들의 조합을 이용하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 스퍼터 에칭 공정은 다양한 각도 주입들을 이용하여 수행되는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 에칭 공정은 상기 필름을 수소(hydrogen)를 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 주입하는 단계 및 에칭 단계는 단일 챔버내에서 수행되는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 주입하는 단계 및 에칭 단계는 상이한 챔버들내에서 수행되는,수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 수평(horizontal) 및 비수평(non-horizontal) 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법에 있어서,
상기 기판의 상기 수평 및 비수평 표면들로 도펀트들을 이온 주입하는 단계로서, 상기 이온 주입의 결과로서 상기 수평 및 비수평 표면들상에 필름이 형성되고, 상기 수평 표면들상에 형성된 상기 필름은 상기 비수평 표면들상에 형성된 상기 필름내 상기 도펀트들의 도즈(dose)보다 더 큰 도즈를 갖는 초과 도펀트(excess dopant)들을 수용하는, 상기 이온 주입하는 단계;
상기 필름의 조성(composition)을 변경하기 위한 물질 변경 단계를 수행하는 단계;및
상기 기판의 상기 수평 표면들 및 상기 비수평 표면들이 실질적으로 균일한 도펀트 도즈를 수용할 때까지 상기 수평 표면들로부터 상기 초과 도펀트들을 수용한 상기 필름을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 수평 표면들상의 상기 필름의 두께는 상기 비수평 표면들상의 두께보다 더 큰, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 제거하는 단계는 상기 물질 변경 단계후에 상기 수평 표면들로부터 상기 필름을 제거하는 에칭 공정을 이용하는 단계를 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 에칭 공정은 상기 필름을 수소(hydrogen)를 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 에칭 공정은 스퍼터 에칭(sputter etching)을 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 스퍼터 에칭 공정은 비활성 가스(inert gas), 수소(hydrogen) 또는 그것들의 조합을 이용하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 스퍼터 에칭 공정은 다양한 각도 주입들을 이용하여 수행되는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 물질 변경 단계는 산화(oxidation), 질화(nitridation) 또는 기체 종(gaseous species)과의 반응을 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 수평(horizontal) 및 비수평(non-horizontal) 표면들을 포함하는 핀을 포함하는 기판을 처리하기 위한 방법에 있어서,
상기 기판의 상기 핀의 상기 수평 및 비수평 표면들로 도펀트들을 이온 주입하는 단계로서, 상기 이온 주입의 결과로서 상기 수평 및 비수평 표면들상에 필름이 형성되고, 상기 수평 표면들상에 형성된 상기 필름은 상기 비수평 표면들상에 형성된 상기 필름내 상기 도펀트들의 도즈(dose)보다 더 큰 도즈를 갖는 초과 도펀트(excess dopant)들을 수용하는, 상기 이온 주입하는 단계; 및
상기 핀의 상기 수평 표면상에 배치된 상기 도펀트들의 도즈 및 상기 핀의 상기 비수평 표면상에 배치된 상기 도펀트들의 도즈가 실질적으로 균일해질때 까지 상기 수평 표면상의 상기 필름의 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 선택적 제거 단계를 이용하기 전에 상기 필름의 조성을 변경하는 단계를 더 포함하는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 선택적 제거 단계는 습식 에칭 공정을 이용하여 성취되는, 수평 및 비수평 표면들을 가지는 기판을 처리하기 위한 방법.
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