KR20120049234A - 이온 소스들의 이온 조성을 선택적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

이온 소스들의 이온 조성을 선택적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120049234A
KR20120049234A KR1020127001557A KR20127001557A KR20120049234A KR 20120049234 A KR20120049234 A KR 20120049234A KR 1020127001557 A KR1020127001557 A KR 1020127001557A KR 20127001557 A KR20127001557 A KR 20127001557A KR 20120049234 A KR20120049234 A KR 20120049234A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plasma
pulse
electric field
field pulse
electron
Prior art date
Application number
KR1020127001557A
Other languages
English (en)
Inventor
카말 하디디
라제쉬 도라이
버나드 지. 린제이
비크람 싱흐
조지 디. 파파솔리오티스
Original Assignee
베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. filed Critical 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Publication of KR20120049234A publication Critical patent/KR20120049234A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48—Ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32412—Plasma immersion ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67207—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

플라즈마 도핑, 플라즈마 증착 및 플라즈마 에칭 기술들에서 이용되는 플라즈마들의 조성을 조절하기 위한 방법이 개시된다. 개시된 방법은 플라즈마 내에 존재하는 전자들의 에너지 분포를 수정함으로써 플라즈마 조성이 제어되도록 한다. 매우 고속의 전압 펄스들을 이용하여 플라즈마에서 전자들을 가속시킴으로써 활성 전자들이 플라즈마에서 생성된다. 펄스들은 전자들에 영향을 줄 정도로 충분히 길지만, 이온들에 상당히 영향을 주기에는 너무 고속이다. 플라즈마의 활성 전자들 및 그 구성성분들 사이의 충돌들은 플라즈마 조성에 있어서의 변화들을 유발한다. 그 다음으로, 플라즈마 조성은 이용되고 있는 특정 처리의 요건들을 충족하도록 최적화될 수 있다. 이것은 플라즈마에서 이온 종의 비율을 변경하거나, 해리 대 이온화의 비율을 변경하거나, 플라즈마의 여기된 상태의 개체수를 변경하는 것을 포함할 수 있다.

Description

플라즈마들의 이온 조성을 선택적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SELECTIVELY CONTROLLING ION COMPOSITION OF PLASMAS}
발명의 실시예들은 플라즈마 생성의 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 대기압 미만(sub-atmospheric pressure) 플라즈마들에서 이온들 및 라디칼(radical)들의 밀도, 온도, 및 조성(composition)과, 전자들의 밀도 및 에너지를 선택적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
플라즈마들은 플라즈마 증강 화학 기상 증착(PECVD : plasma enhanced chemical vapor deposition) 및 기판 도핑(substrate doping)과 같은 반도체 처리에서 다양한 방식으로 이용된다. 이러한 처리들은 실리콘 웨이퍼들과 같이, 타겟으로 하는 기판의 표면 위 또는 아래에서의 이온들의 방향성 증착(deposition) 또는 도핑을 포함한다. 다른 처리들은 플라즈마 에칭을 포함하고, 플라즈마 에칭에서는, 에칭 종(etching species)의 방향성이 에칭될 트렌치(trench)들의 품질을 결정한다.
전형적인 플라즈마 도핑 처리들은 타겟으로 하는 표면 위 또는 아래에 이온들을 증착하기 위하여 플라즈마 내의 이온들의 하전 특성(charged nature)을 활용하는 반면, 플라즈마 증착 처리들은 기판의 표면 위에 증착하기 위하여 중성자(neutral)들에 의존한다. 중성자들은 하전되어 있지 않으므로, 이들은 제어하기가 어려울 수 있고, 그러므로, 최종 처리를 방해하도록 표면들 위에 구축될 수 있다.
또한, 플라즈마들은 상이한 이온 및 중성자 종을 전형적으로 포함한다. 특정 처리를 수행하기 위해서는, 플라즈마 내에서 특정 종을 최대화하고 다른 종을 최소화하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 현재의 방법들에 비해 플라즈마의 조성에 대해 더 큰 제어를 제공하기 위한 방법을 갖는 것이 유익할 것이다.
따라서, 도핑 응용들을 위하여 희망하는 이온 종의 존재를 최대화하고, 희망하지 않는 이온 종 및 중성자들의 존재를 최소화하기 위하여 플라즈마의 이온 조성 및 밀도를 제어하기 위한 방법에 대한 필요성이 존재한다. 에칭 및 증착과 같은 다른 응용들을 위하여, 중성자들이 선호되는 반대의 경우가 선호될 수도 있다.
플라즈마 처리 도구들의 성능은 포함된 플라즈마들의 조성에 의존한다. 개시된 방법은 플라즈마 내에 존재하는 전자들의 에너지 분포를 수정함으로써, 사용자가 플라즈마 조성(이온 및 중성자(즉, 라디칼) 종, 이 종들의 여기 상태, 및 전자 에너지 분포를 포함)과 밀도를 제어하도록 한다. 하나 이상의 매우 고속의 전기장("E-필드") 펄스들을 이용하여 전자들의 일부를 가속시킴으로써, 활성 전자들이 플라즈마에서 생성된다. 펄스들은 전자들에 영향을 줄 정도로 충분히 길지만, 그 비교적 큰 질량으로 인해 이온들에 대해 상당히 영향을 주기에는 너무 짧다. 플라즈마의 활성 전자들 및 구성성분들 사이의 충돌들은 플라즈마 조성에 있어서의 변화들을 유발한다. 전자 에너지를 신중하게 제어함으로써, 플라즈마 조성은 이용되고 있는 특정 처리의 요건들을 충족시키도록 최적화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이것은 플라즈마에서 이온 종의 비율을 수정하거나, 이온화(ionization) 대 해리(dissociation)의 비율을 변경하거나, 플라즈마의 여기된 상태의 개체수를 변경하는 것을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 현재의 방법들을 이용하여 달성가능한 것보다 가스에서 분자들의 더 높은 이온화 대 해리 비율을 달성하기 위하여 플라즈마 주입(즉, 도핑) 동안에 이용될 수 있다. 이것은 더 높은 플라즈마 밀도로 유도될 수 있고, 처리되고 있는 기판 위에서의 더 적은 증착으로 될 수 있다.
매우 고속의 E-필드 펄스가 플라즈마를 대면하는 전기적으로 절연된 표면에 인가될 수 있다. 예를 들어, 상기 표면은 주입되고 있는 배플(baffle) 또는 기판(substrate)일 수 있다. E-필드 펄스는 플라즈마 (전자) 주파수의 역(inverse)과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가질 수 있지만, 그 펄스 폭은 플라즈마 쉬스(plasma sheath)에서의 이온 주행 시간(ion transit time)보다 훨씬 짧을 수 있다. 인가된 고속의 상승 E-필드에 종속된 전자들은 에너지를 획득하고 플라즈마를 통과하여 이동하고, 그 경로에서 가스 분자들을 이온화하거나, 여기시키거나, 해리시킨다. 각각의 전자가 생성하는 이온화들, 여기, 해리 등의 수는 (E-필드 펄스로부터 획득된) 전자의 에너지, 가스 밀도, 및 특정 처리에 대한 전자/분자 충돌 단면에 의존할 것이다.
대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법이 개시되고, 상기 방법은, 공급 가스를 챔버에 제공하는 단계; 플라즈마를 발생하기 위하여 공급 가스를 여기시키는 단계; 및 상기 플라즈마에 전기장 펄스를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수의 역과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가질 수 있다. 또한, 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수의 역보다 작은 지속시간을 가질 수 있고, 상기 전기장 펄스는 상기 플라즈마의 전자들에 대해 선택적으로 영향을 주지만, 상기 플라즈마의 이온들에는 실질적으로 영향을 주지 않고, 상기 영향받은 전자들은 상기 플라즈마에서 이온들 및 중성자들의 조성, 밀도, 및 온도를 수정한다.
대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법이 개시되고, 상기 방법은, 챔버에 공급 가스를 제공하는 단계; 플라즈마를 발생하기 위하여 상기 공급 가스를 여기시키는 단계; 및 상기 플라즈마에 전기장 펄스를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수의 역(inverse)과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가질 수 있다. 또한, 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수의 역보다 작은 지속시간을 가질 수 있고, 상기 전기장 펄스는 상기 플라즈마의 전자들에 대해 선택적으로 영향을 주지만 상기 플라즈마의 이온들에는 실질적으로 영향을 주지 않고, 펄스 상승 시간, 펄스 지속시간 및 펄스 진폭 중의 적어도 하나를 제어하는 것은 전자 밀도 및 에너지 분포의 제어를 통해 플라즈마에서 이온들 및 중성자들의 조성, 밀도, 및 온도를 수정한다.
플라즈마를 조절하기 위한 방법이 개시되고, 상기 방법은, 상기 플라즈마에 전기장 펄스를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수의 역과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가질 수 있다. 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수의 역보다 작은 지속시간을 가질 수 있고, 상기 전기장 펄스는 상기 플라즈마의 전자들에 대해 선택적으로 영향을 주지만 상기 플라즈마의 이온들에는 실질적으로 영향을 주지 않는다.
플라즈마를 조절하기 위한 방법이 개시되고, 상기 방법은, 상기 플라즈마에 연속적인 전자기파 펄스를 인가하는 단계를 포함하고, 상기 펄스는 비공진 극성(non oscillating polarity)의 전기장들을 포함하며 전자 플라즈마 주파수보다 크거나 이와 동일한 주파수들을 가진다. 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수의 역과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가질 수 있다. 또한, 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수의 역보다 작은 지속시간을 가질 수 있고, 상기 전자기파 펄스는 상기 플라즈마의 전자들에 대해 선택적으로 영향을 주지만, 상기 플라즈마의 이온들에는 실질적으로 영향을 주지 않는다.
플라즈마 도핑 시스템이 개시되고, 상기 플라즈마 도핑 시스템은, 챔버; 상기 챔버 내에 지지되고 상기 챔버로부터 절연되는 배플; 및 고전압 피드(high voltage feed)를 통해 상기 배플에 접속되는 펄스 발생기를 포함한다. 상기 펄스 발생기는 챔버 내에 포함된 상기 플라즈마에 전기장 펄스를 전달하도록 구성되고, 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수의 역과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가지고, 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수의 역보다 작은 지속시간을 가진다.
첨부 도면들은 그 원리들의 실제적인 응용을 위해 지금까지 고안된 개시된 방법의 바람직한 실시예들을 예시한 것이다.
도 1a는 외부 회로를 갖는 1-차원 셀내-입자(PIC : Particle-In-Cell) 플라즈마 시뮬레이션의 블럭도이다.
도 1b는 입력 전압 나노-펄스의 그래프 예시이다.
도 2는 전압 펄스의 시작 이전에 도 1a의 PIC 플라즈마 시뮬레이션을 이용하여 시뮬레이션된, 좌측(LHS : left hand side) 전위, 플라즈마 양단의 전위, 플라즈마 양단의 전기장, 전자 에너지 분포 함수, 및 전자 속도의 일련의 그래프 예시이다.
도 3은 전압 펄스로의 0.1 나노초(nanosecond)에서, 도 2에서 설명된 측정치들의 일련의 그래프 예시들이다.
도 4는 전압 펄스로의 0.5 나노초에서, 도 2에서 설명된 측정치들의 일련의 그래프 예시들이다.
도 5는 전압 펄스의 상승의 종점에서, 도 2에서 설명된 측정치들의 일련의 그래프 예시들이다.
도 6은 전압 펄스의 상승이 완료된 후, 도 2에서 설명된 측정치들의 일련의 그래프 예시들이다.
도 7은 전압 펄스의 시작 후의 3.5 나노초에서, 도 2에서 설명된 측정치들의 일련의 그래프 예시들이다.
도 8은 전압 펄스의 시작 후의 4 나노초에서, 도 2에서 설명된 측정치들의 일련의 그래프 예시들이다.
도 9는 전자 에너지 분포 함수(EEDF : electron energy distribution function) 대 전자 에너지의 그래프이다.
도 10은 나노-펄서(nano-pulser)에 대한 피크 인가된 전압의 함수인 이온 분류(ion fractionation)에서의 변동의 그래프이다.
도 11은 나노-펄서 전압의 함수인 0.1% (He 내의)B2H6 플라즈마에 대한 비행시간(TOF : time-of-flight) 스펙트럼들의 그래프이다.
도 12는 나노-펄서 전압의 함수인 0.5% (He 내의)B2H6 플라즈마에 대한 TOF 스펙트럼들의 그래프이다.
도 13은 실리콘 기판의 표면 아래의 깊이의 함수인 붕소 농도의 변동의 SIMS 프로파일들이다.
도 14는 상이한 나노-펄서 전압들에 대한 전자 에너지 분포 함수(EEDF) 대 전자 에너지(eV)의 로그 플롯(log plot)의 그래프이다.
도 15는 플라즈마 도핑(PLAD : plasma doping) 도구에서의 나노-펄서의 예시적인 구현예이다.
도 16은 플라즈마 증강 화학 기상 증착(PECVD) 도구에서의 나노-펄서의 제 2 예시적인 구현예이다.
도 17은 PECVD 동안에 높은 종횡비(aspect ratio)의 구조물들 위 및 근처의 빌드업(buildup)의 단면도이다.
도 18은 처리 방향성 대 플라즈마 특성의 플롯(plot)이다.
플라즈마 소스에서 이온/중성자 조성을 수정하기 위한 방법이 개시된다. 개시된 방법은 일반적으로 이온 소스들과 함께 구현될 수 있고, 특히, 개시된 방법은 간접 가열식 음극(IHC : indirectly heated cathode) 소스들, 버나스 소스(Bernas source)들, 및 플라즈마 도핑(PLAD), 플라즈마 에칭, 플라즈마 증착/PVD와 같은 소스들과 함께 이용될 수 있다. 상기 방법은 플라즈마에서의 평균 전자 온도/에너지를 변경/증가시키기 위해 이용될 수 있고, 결과적으로, 전자 충격 처리들(이온화(ionization), 해리(dissociation), 여기(excitation))의 가능성을 변경시킨다.
플라즈마들에서는, 희망하는 입자 유형들의 농도를 증가시키고 희망하지 않는 입자 유형들의 농도를 감소시키기 위하여 이온 및 라디칼 조성을 선택적으로 수정하는 능력을 갖는 것이 바람직하다. 나노초(ns) E-필드 펄서(E-field pulser)를 이용함으로써, 전자 에너지는 선택적으로 수정될 수 있고, 그 다음으로, 플라즈마의 이온 조성의 수정을 유발할 수 있다. 개시된 방법의 응용은 임의의 플라즈마 소스 응용을 포함하고, 이 임의의 플라즈마 소스 응용을 위해서는, 이온 및/또는 중성자 조성, 밀도, 온도와, 전자들의 밀도 및 에너지 분포를 제어하는 것이 바람직하다. 이러한 응용들의 비제한적인(non-limiting) 예시적인 목록은, (1) 예를 들어, 카르보란(carborane), 데카보란(decaborane), 옥타데카보란(octadecaborane)과 같은 고분자량(high molecular weight) 이온 소스들, (2) H2 이온 소스들을 포함하는 실리콘-온-절연체(SOI : silicon-on-insulator), 및 (3) 플라즈마 도핑(PLAD) 응용들을 포함하지만, 이것으로 한정되지는 않는다.
개시된 방법은 E-필드 펄스를 플라즈마에 인가하는 것을 포함한다. 시뮬레이션에서, E-필드 펄스는 수 ns만 지속되고, ~1ns의 상승 시간을 가지며, 그 결과, w정확하게 플라즈마 쉬스(plasma sheath)가 아니라 전체 플라즈마에서 전기장이 생성된다. 이 E-필드는 전자 에너지의 증가를 구동한다. 포함된 작은 시간 스케일(ns)로 인해, 플라즈마 내의 전자들만 전기장에 의해 영향을 받지만, 비교적 무거운 이온들은 영향을 받지 않는다. 이것은 플라즈마의 이온들로부터 별로도 전자 에너지를 제어하는 것을 가능하게 한다.
기존의 지식으로부터, 플라즈마 양단에 걸쳐 전기장을 유지하는 것은 통상적으로 가능하지 않다. 그러나, 이것은 다음과 같이 주어지는 플라즈마 또는 전자 주파수의 역(inverse)보다 큰 시간 스케일(time scale)들에 대해서만은 유효하다.
Figure pct00001
여기서, ωpe는 플라즈마 또는 전자 주파수이고, q는 전하이고, ne는 전자 밀도이고, me는 전자 질량이고, ε0는 자유 공간에서의 유전율(permittivity)이다. ne = 1010cm-3에 대하여, ωpe
Figure pct00002
0.9GHz
Figure pct00003
τe=1.1ns, 여기서, τe는 전자 응답 시간이다.
약 1.1 ns보다 큰 E-필드 펄스가 플라즈마에 인가되는 상황들에 대하여, 전자들은 펄스에 대해 거의 즉각적으로 응답하고, 이에 따라, 인가된 바이어스를 수용하도록 쉬스(sheath)를 변경시킨다. 쉬스 양단에서의 전압의 이러한 강하는 플라즈마 양단에서의 전기장을 능동적으로 방지하는 것이다.
그러나, E-필드 펄스의 크기에 있어서의 상승이 전자 응답 시간 τe(즉, 나노초 또는 나노초 미만의 펄스가 이용됨)보다 더 빠르면, 짧은 기간일지라도 전기장이 플라즈마 양단에 설정될 수 있다. 이것은 전자들이 응답하기 위한 충분한 시간을 가지기 전에(즉, ns 미만) E-필드가 생성되므로, 전자들이 전기장에서 들어가기 때문이다.
이것을 확인하기 위하여, 발명자들은 플라즈마 장치 코드 XPDP1(http://ptsg.eecs.berkeley.edu/로부터 입수가능한 장치 코드)를 이용한 시나리오의 1-차원 셀내-입자(PIC) 플라즈마 시뮬레이션을 개발하였다. 외부 회로와의 모델의 블럭도가 도 1a에 도시되어 있다. 그 결과들은 아래와 같이 주어진다.
PIC 시뮬레이션에 대한 입력 상태들은 다음과 같다.
전자 밀도, ne = 1010 cm-3
전자 온도, Te = 4 eV
챔버의 길이, L - 0.3 m
공간 셀들의 수 10,000
셀 폭 = 0.3 μm
시간 스텝 = 10-12 s
100,000 컴퓨터 입자들
압력 = 1mTorr
L, R 및 C는 XPDP1 시뮬레이션을 위한 외부 회로와 관련된 인덕턴스(inductance), 저항(resistance) 및 커패시턴스(capacitance)이다. 이 경우, 전압 펄스는 E-필드를 생성하지만, 동일한 E-필드를 생성하기 위하여 다른 방법들이 이용될 수 있다.
XPDP1, 1-차원 PIC 시뮬레이션 솔버(simulation solver)는 쉬스가 평형(즉, 안정된 플라즈마 상태)을 형성하고 이 평형을 달성하도록 하기 위하여 나노초 펄스 이전에 5초 동안 (바이어스 없이) 실행되었다. 입력 전압 나노-펄스가 도 1b에 도시되어 있고, 약 -1.1×103 V의 음의 출력 펄스가 약 1ns의 기간에 걸쳐 인가되었다.
도 2 내지 도 8에서, 좌측 전극(LHS - 시뮬레이션에서 이용되는 플라즈마 반응기(reactor)의 좌측 상의 전압) 전위(10), 플라즈마 양단의 전위(20), 플라즈마 양단의 전기장(30), 전자 에너지 분포 함수(EEDF : electron energy distribution function)(40)-플라즈마 내의 전자들 대 그 에너지의 분포의 표현, 및 (x 방향에서의) 전자 속도(40)의 분포에 대한 스냅사진들이 전체 시뮬레이션 기간에 걸쳐 도시되어 있다.
도 2는 전압 펄스의 시작 전의 플라즈마 속성들을 도시한다. 전위(20)로부터 알 수 있는 바와 같이, 플라즈마 전위는 안정화되었다(즉, 전위(20) 및 전기장(30)을 나타내는 라인들은 평평하게 도시되어 있다).
도 3은 전압 펄스의 상승 시간으로의 0.1 ns에서의 플라즈마 속성들을 도시한다. 전압 펄스는 LHS 전위(10)에서 하향 회전(downward turn)으로서 관찰될 수 있다. 또한, 플라즈마 양단의 약간의 전압 강하(전위(20))가 관찰될 수 있다. 전압의 상승은 (전자 응답 시간 τe에 비해) 신속하고, 쉬스는 인접한 전극의 전위에서의 급작스러운 상승으로 인해 전압 강하를 수용할 수 없다. 이에 따라, 플라즈마 양단의 전압 강하(전위)는 다음과 같이 표현된다.
Figure pct00005
{α,β는 상수들}
여기서, V = 전위, ρ = 하전된 종의 순 밀도(net density), 및 ε0 = 유전율이다.
이것으로부터, 전압 변동(전위(20))은 플라즈마 양단에 걸쳐 선형적(linear)이어야 한다고 결론지어질 수 있다. 이것은 도 4에 도시되어 있고, 도 4는 전압 펄스의 상승 시간으로의 0.5 ns에서의 플라즈마 속성들의 스냅사진들이다.
전압 펄스가 이 경우, t = 6ns(전압 펄스의 시작 후의 1ns, 도 5 참조)에서의 그 값에 대응하는 그 최대 절대 크기(LHS 전위(10) 및 전위(20) 참조)에 도달하였더라도, 인가된 전압은 전체 플라즈마에 걸쳐 강하하는 것으로 여전히 도시되어 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 전압 강하는 전자들이 펄스에 응답하기에 불충분한 시간을 가진다는 사실에 기인한 것이다.
t = 7ns를 나타내는 도 6에 도시된 바와 같이, 전자들은 전기장에 대하여 응답하였다. 그 결과, 챔버의 벽들 근처에서 전하 분리(charge separation)가 증가하였고, 궁극적으로 쉬스가 더 두꺼워진다. 다음으로, 전체 플라즈마 양단의 전압 강하는 성장하는 쉬스에 의해 서서히 조절된다. 도 7은 일정한 전압 펄스의 시작 후의 2.5 ns인 t = 8.5 ns에서 플라즈마 속성들을 도시한다. 평균적인 전자 속도(50)가 증가되었고 - 평균은 도 2 내지 도 6보다 더욱 양(positive)인 것으로 관찰될 것이다.
이제, 도 8을 참조하면, 플라즈마 속성들이 일정한 전압 펄스의 시작 후의 3.0 ns인 t = 9 ns에서 도시되어 있다. 다시, 평균 전자 속도(50)가 계속 증가하는 것으로 관찰될 것이다. 또한, 도 9로부터 명백한 바와 같이, EEDF(40)는 현저하게 급격하며, 도 9는 전자 에너지 분포 함수(EEDF)(로그-스케일) 대 전자 에너지(eV)의 그래프이다. 곡선(52)은 t=6 ns(전압 펄스의 시작 후의 1 ns))에서 플라즈마 내의 전자 에너지 상태들을 나타내고, 곡선(54)은 t=7 ns를 나타내고, 곡선(56)은 t = 8 ns를 나타내고, 곡선(58)은 t = 9 ns를 나타내고, 곡선(59)은 t = 10 ns를 나타낸다.
도면들이 예시하는 바와 같이, 나노초/나노초 미만의 eE-필드 펄스들을 이용하여 플라즈마들 내의 EEDF를 수정하는 것이 가능하다. 결과적으로, 다음의 파라미터들은 EEDF와 관련되므로, 플라즈마들에서의 이온/중성자 조성, 밀도 및 온도를 수정하는 것도 가능할 것이다.
사례 1 - 다음에서, 플라즈마 도핑(PLAD) 도구에 대해 수행된 실험들로부터의 결과들이 제시된다. 도 10을 참조하면, 이온 분류에서의 변동은 나노-펄서에 대한 피크 인가된 전압의 함수로서 예시되어 있다. 분류(fractionation)는 플라즈마에서 이온이 만들어지는 것을 지칭한다(즉, 디보란(diborane)을 예로 들면, B2H5 +, 또는 B2H4 4를 만드는 것일 수 있다). 도 10으로부터, 예를 들어, 전압 펄스의 크기가 (나노-펄서에 인가되는 바와 같이) 증가할수록, He+ 이온들의 상대적인 부분(즉, 농도)은 떨어지는 반면, (무엇보다도) H+ 농도는 올라간다는 것을 알 수 있다. 따라서, 나노-펄서의 전압을 변동시킴으로써, 사용자는 관심 이온들의 생성이 특정 처리에 적합하도록 설계할 수 있다.
도 11은 펄스 전압에서의 변경들이 생성된 이온 농도에 대해 갖는 효과를 예시한다. 도 11은 펄서 전압(pulser voltage)의 함수인 0.1% (He 내의)B2H6 플라즈마에 대한 비행시간(TOF : time-of-flight) 스펙트럼들의 그래프이다. 이 예시에서, He+ 및 BxHy 부분들의 생성은 펄서 전압과 함께 변화하는 것을 알 수 있다. B3Hx +에 대하여, 펄서 전압에서의 증가는 이온 농도의 감소를 초래하는 반면, BHx + 및 B2Hx +에 대하여, 펄서 전압에서의 증가는 이온 농도의 증가를 초래하는 것을 알 수 있다. 따라서, 펄서 전압을 조절함으로써, 이온 농도의 추가적인 미세 조절이 달성될 수 있다.
도 12는 플라즈마에서의 디보란(B2H6)의 농도 변화가 전압 펄스를 이용하여 생성된 이온 농도들에 대해 어떻게 영향을 줄 수 있는지를 예시한다. 도 12는 펄서 전압의 함수인 0.5% (He 내의) B2H6 플라즈마에 대한 TOF 스펙트럼들의 그래프이다. 도 11 및 도 12 사이의 유일한 차이점들은 디보란 농도에서의 차이이다(도 12의 0.5% 대 도 11의 0.1%). 디보란(diborane) 농도를 변화시킴으로써, 나노-펄서의 효과가 상이하다는 것을 알 수 있다. 구체적으로, (도 11의 B3Hx+ 피크에 비해) B3Hx + 농도에서의 5x 증가가 달성된다.
도 13은 실리콘 기판의 표면 아래 깊이의 함수인 붕소 농도의 변동의 SIMS 프로파일들을 도시한다. 프로파일들로부터, 펄서(곡선들(70, 90))에 의해, 순 도우즈(net dose)는 동일한 플라즈마 농도를 이용하지만 전압 펄스 없이(곡선들(60, 80)) 수행된 유사한 주입들에 비해 ~20% 증가되었다. 따라서, 곡선들(60 및 70)은 0.1% 디보란 농도 및 0.325 kV의 웨이퍼 바이어스를 갖는 플라즈마를 이용하여 달성된 SIMS 프로파일들이다. 그러나, 곡선(70)은 250V 나노-펄스를 이용하여 달성된 주입 도시지(implant dosage)를 도시하는 반면, 곡선(60)은 나노펄스 없이 달성된 주입 도시지를 도시한다. 이것으로부터, 더 큰 깊이에서의 더 높은 농도는 개시된 방법을 이용하여 달성가능하다고 결론지을 수 있다. 발명자들은 이것이 개시된 전압 펄스 방법을 이용하여 플라즈마에서 생성된 증가된 이온 밀도와, 또한, B2Hx + 및 B3Hx +의 증가된 밀도의 결과인 것으로 믿고 있다. 도 13은 펄서를 갖거나 갖지 않는 경우들에 대한 SIMS 프로파일들의 비교를 도시한다.
유사하게, 곡선들(80 및 90)은 0.5% 디보란 농도 및 0.325 kV의 웨이퍼 바이어스를 갖는 플라즈마를 이용하여 달성된 SIMS 프로파일들이다. 그러나, 곡선(90)은 250V 나노-펄스를 이용하여 달성된 주입 도시지를 도시하지만, 곡선(80)은 나노펄스 없이 달성된 주입 도시지를 도시한다. 또한, 이 결과들로부터, 더 큰 깊이에서의 더 높은 이온 농도는 개시된 방법을 이용하여 달성가능하다고 결론지어질 수 있다. 또한, 디보란 조성에서의 변화는 이 농도에 영향을 주기 위해 이용될 수도 있다. 나노펄스는 플라즈마의 조성을 변화시키고, 이것은 플라즈마에서의 상이한 화학물질들 및 주입 메커니즘에 있어서의 변화를 유발한다.
예시된 결과들은 플라즈마에서 디보란의 농도 변화가 있거나 또는 농도 변화가 없는 경우에, 개시된 나노펄스 방법을 이용하여 주입 프로파일을 수정하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.
도 14는 펄서 전압의 함수인 EEDF(electron energy distribution function : 전자 에너지 분포 함수)의 변동을 도시한다. 도 14의 그래프는 EEDF 대 전자 에너지(eV)의 로그 플롯이다. 예시된 값들은 6mTorr, 550W에서의 아르곤 플라즈마와, 전자 에너지 분포를 측정하기 위해 삽입된 프로브(probe)를 이용하여 실험적으로 계산되었다. 전자 에너지 분포는 상이한 나노펄스 전압들 0V(100), 150V(110), 300V(120), 450V(130), 600V(140)에 대해 측정되었다. 알 수 있는 바와 같이, 나노펄스 없이 획득된 데이터(100)는 나노펄스의 존재에 의해 획득된 데이터(100-140)에 비해 낮은 에너지를 갖는 더 많은 전자들을 일반적으로 도시한다. EEDF의 기울기(slope)(전자 온도, Te를 나타냄) 증가는 XPDP1 시뮬레이션에서 관찰되는 바와 같다.
요약하면, 플라즈마의 평균 전자 에너지는 나노초 또는 나노초 미만의 전압 펄스들을 인가함으로써 변경될 수 있고, 전압 펄스는 τe, 전자 응답 시간보다 더 빠르다. 이것은 높은 플라즈마 밀도들에 대한 신속한 상승 시간의 펄스들(나노초 미만의 펄스들)을 이용하거나, (τe∝√ne이므로) 낮은 플라즈마 밀도들에 대하여 적당하게 빠른 상승 시간의 펄스들(나노초 펄스들)을 이용함으로써 달성될 수 있다. 상승 시간 동안 또는 상승 시간의 종료 시에 펄스의 진폭이 평균 전자 에너지의 희망하는 수정을 생성하기에 충분하도록, 전자 플라즈마 주파수의 역(inverse)과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가질 수 있다. 이 문맥에서의 용어 "실질적으로 동일"은, 상승 시간이 이온 플라즈마 주파수의 역보다 낮은 상태로 유지되는 한, 상기 상승 시간이 전자 플라즈마 주파수의 역보다 약간 높을 수 있다는 것을 의미한다.
개시된 방법은 플라즈마에서 EEDF의 수정을 가능하게 한다. 이것은 IHC 소스들에서 H+ 분류를 증가시키거나 수정하기 위한 특정한 용도일 수 있고, 실리콘 온 절연체(SOI : silicon on insulator) 응용들에서 용도를 발견하는 처리일 수 있다.
이제, 도 15를 참조하면, 고속 펄스 발생기(fast pulse generator)의 예시적인 구현예는 펄스 도핑(PLAD) 도구에서의 그 응용으로 예시되어 있다. 나노펄스 발생기(150)는 PLAD 도구의 배플(baffle)(152)에 접속될 수 있다. 배플(152)은 절연체(154)에 의해 접지로부터 절연되고, 고전압 피드스루(feed through)(156)를 통해 펄스 발생기(10)에 접속된다. 용기(vessel)(158) 내의 플라즈마는 RF 전력으로 수직 코일(160) 또는 수평 코일(162)에 또는 둘 모두에 전력을 공급함으로써 생성된다.
지금부터, 도 16을 참조하면, 고속 펄스 발생기의 제 2 예시적인 구현예가 플라즈마 증강 화학 기상 증착(PECVD) 도구에서의 그 응용으로 예시되어 있다. 나노펄스 발생기(164)는 플라즈마 용기(168) 내부에 위치된 원통 링(cylindrical ring)(166)에 접속되고, 석영(quartz)과 같은 절연체(170)에 의해 용기 본체로부터 절연된다. 나노펄스는 원통 링(166)에 인가되고, 프리쉬스(presheath)에 존재하는 전자들 "e"을 플라즈마 본체(172)로 가속시킨다.
도 17을 참조하면, PECVD는 기판(174)의 표면 위의 중성자, 이온 및 이온-보조(ion-assisted) 증착에 의해 주로 구동된다. 중성자 구동 증착은 높은 종횡비의 구조물들(178)(트렌치(trench)들 또는 비아(via)들(180))의 입구 위의 캡(cap)들(176)의 형성을 유발할 수 있고, 이것은 그 내부에 공극(void)들의 형성을 유발할 수 있다. 그 방향성 때문에, 이온 구동 증착은 입구를 막지 않으면서 구조물의 하부에서 관심 대상의 이온 종을 증착할 수 있다. 또한, 이온-보조 증착은 다른 평행 경로들에 비해 훨씬 신속하게 진행한다. 그러므로, 개시된 방법을 이용하여 이온 밀도를 증가시키는 것은 높은 종횡비의 구조물들을 충전하기 위한 능력의 측면에서의 처리 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 증착 레이트(deposition rate)도 향상시킬 것이다.
개시된 방법은 PECVD 처리에서 중성자(즉, 라디칼) 밀도에 대한 이온 밀도의 비율을 증가시키기 위하여 매우 고속의 펄스화된 전압을 플라즈마에 인가하기 위해 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 고속의 음의 전압 펄스는 플라즈마 주파수의 역(inverse)보다 작거나 같은 상승 시간과 함께 사용되는 반면, 펄스 폭은 플라즈마 쉬스에서의 이온 주행 시간(ion transit time)보다 짧다. 이미 설명된 바와 같이, 전압은 플라즈마와 대면하는 임의의 절연된 표면에 인가될 수 있다. 전자들은 인가된 고속 상승 전기장 이득 에너지를 쪼이게 되고, 플라즈마를 통해 이동하여, 그 경로에서 가스 분자들을 이온화, 여기, 또는 해리시킨다. 각각의 전자가 생성할 이온화들, 여기, 해리 등의 수는 (전압 펄스로부터 획득된) 전자의 초기 에너지, 가스 밀도, 및 특정 처리에 대한 전자/분자 충돌 단면에 의존한다.
CVD 처리의 방향성에 관하여 플라즈마 밀도를 증가시키는 효과는 도 18에 도시되어 있고, 처리 방향성(정규화된 측벽 : 트렌치 하부 성장 비율)이 플라즈마 특성에 대하여 플로팅(plotting)되어 있다. 도 18로부터, 플라즈마 내의 이온 농도의 증가는 더 큰 방향성으로 되고, 다음으로, 이것은 높은 종횡비의 트렌치들/비어들의 충전(filling)을 증대시킨다는 것을 알 수 있다.
도 15 및 도 16의 구성들은 나노초/나노초 미만의 펄스들이 인가되는 플라즈마 내의 복수의 전극들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 몇 개의 전극들의 나노초/나노초 미만의 펄스들과의 조합은 여기에서 제시된 결과들과는 상이한 결과들을 생성할 것이다. 예를 들어, 둘 사이에서 플라즈마와 서로 대면하는 2개의 전극들을 비동기식으로 "나노초 펄싱(nano-sec. pulsing)"하는 것은 전자들의 진자 운동(pendulum motion)을 유발할 수 있다. 전자들의 진자 운동은 플라즈마에 대한 전자들의 작용의 증폭기(amplifier)로서 작동할 것이다. 이러한 구성의 동기식 바이어싱(synchronous biasing)은 전자가 풍분한 코어(electron-rich core)를 유발할 수 있다.
개시된 방법은 이온 조성을 증가/수정하는 것이 바람직한 다양한 응용들 중의 임의의 것에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 방법은 고분자량 이온 소스들, 예를 들어, 카르보란, 데카보란, 옥타데카보란과 함께 이용하기 위한 특정 응용을 발견할 수 있다. 증착은 고분자량 화합물들을 이용하는 이온 소스들과 관련된 하나의 쟁점이다. 고농도 증착은 소스 수명 및 효율을 결과적으로 감소시킬 수 있다. 증착 라디칼들을 적게 생성하도록 나노 펄스 전압을 설계함으로써 증착이 최소화될 수 있다. 인가된 나노-펄스 E-필드는 바람직하지 않은 증착에 책임이 있는 라디칼들의 생성을 감소시키도록 조정될 수 있다. 표면 위에서 반응하는 특정 라디칼들의 양을 감소시킴으로써, 바람직하지 않은 증착이 적어질 것이다.
개시된 방법의 또 다른 바람직한 응용은 H2 이온 소스들을 이용하는 실리콘-온-절연체(SOI) 처리들에 있다. H3 +의 조성을 선택적으로 증가시키는 것은 이 이온 소스들에 대한 증가된 스루풋(throughput)과 직접 관련된다.
또한, 개시된 방법은 B2H6/H2 혼합물들을 이용하는 PLAD 응용들에서 이용될 수 있고, 이 PLAD 응용들은 낮은 주입 전압들에서 높은 주입 도우즈(dose)들을 필요로 하는 처리들이다. 현재, 이 처리들은 낮은 B 이온 밀도들로부터 유래되는 긴 주입 시간으로 인해 낮은 스루풋의 문제를 겪고 있다. 또한, 이 처리들은 긴 주입 시간으로 인한 바람직하지 않은 증가된 증착을 겪고 있다. 개시된 방법의 응용에 의해, 개선된 B 이온 밀도 부분들이 달성될 수 있고, 이에 따라, 스루풋을 증가시킬 수 있다고 기대된다.
이 발명의 응용들은 여러 겹이다. 이 접근법에 의해, EEDF와, 궁극적으로, 플라즈마의 이온/중성자 조성을 수정하는 것이 가능할 것이다. 따라서, 플라즈마를 이용한 임의의 응용은 이 방법론으로부터 이익을 볼 수 있다.
본 명세서에서 설명된 방법은 예를 들어, 명령들을 실행할 수 있는 머신(machine)에 의해 판독될 수 있는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 명령들의 프로그램을 유형적으로(tangibly) 구체화함으로써 자동화될 수 있다. 범용 컴퓨터는 이러한 머신의 하나의 예이다. 당업계에서 잘 알려진 적절한 저장 매체의 비제한적인 예시적인 목록은 판독가능 또는 기록가능 CD, 플래시 메모리 칩들(예를 들어, 썸 드라이브(thumb drive)들), 다양한 자기 저장 매체 등과 같은 장치들을 포함할 것이다.
본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 개시되었지만, 설명된 실시예들에 대한 여러 수정들, 변형들 및 변경들은 후술하는 청구항들에서 규정된 바와 같이, 본 발명의 영역 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 가능하다. 따라서, 본 발명은 설명된 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 다음의 청구항들 및 그 등가물들의 언어에 의해 규정된 완전한 범위를 갖도록 의도된 것이다.
본 명세서의 기능들 및 처리 단계들은 사용자 명령에 따라 자동으로, 또는 전체 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 자동으로 수행되는 (단계를 포함하는) 작업은 사용자의 작업에 대한 직접적인 개시 없이도 실행가능한 명령 또는 장치 동작에 응답하여 수행된다.
이 발명은 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 명세서에서 도시되고 설명된 실시예들 및 변형들은 예시의 목적에 불과하다는 것을 이해해야 한다. 현재의 설계에 대한 변형들은 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 당업자들에 의해 구현될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 처리들 및 응용들은 네트워크를 액세스하는 하나 이상의 (예를 들어, 분산된) 처리 장치들 상에 위치될 수 있다. 또한, 개시된 기능들 및 단계들 중의 임의의 것은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 그 둘의 조합으로 구현될 수 있고, 인터넷(Internet)을 포함하는 네트워크의 임의의 위치에서 위치된 하나 이상의 처리 장치들 상에 상주할 수 있다.

Claims (28)

  1. 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법으로서,
    공급 가스를 챔버에 제공하는 단계;
    플라즈마를 발생하기 위하여 상기 공급 가스를 여기시키는 단계; 및
    상기 플라즈마에 전기장 펄스를 인가하는 단계로서, 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수(electron plasma frequency)의 역(inverse)과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가지고, 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수(ion plasma frequency)의 역보다 작은 지속시간을 가지는, 상기 플라즈마에 전기장 펄스를 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 전기장 펄스는 상기 플라즈마의 전자들에 대해 선택적으로 영향을 주지만 상기 플라즈마의 이온들에는 실질적으로 영향을 주지 않고,
    상기 영향을 받은 전자들은 상기 플라즈마에서 이온들 및 중성자(neutral)들의 조성, 밀도, 및 온도를 수정하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기장 펄스는 상기 플라즈마에서 희망하는 이온들 또는 라디칼(radical)들의 농도를 최대화하기 위해 선택된 값에서 인가되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급 가스를 챔버에 제공하는 단계는, 상기 플라즈마에서 희망하는 이온들 또는 라디칼들의 농도를 최대화하는 공급 가스 화학물질을 제공하는 것을 포함하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기장 펄스는 플라즈마 도핑 도구에서 인가되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기장 펄스는 처리 가스와 접촉하는 표면에 전압을 인가함으로써 발생되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    복수의 전기장 펄스 소스들이 상기 플라즈마에 인가되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    제 1 및 제 2 의 상기 복수의 전기장 펄스 소스들은 서로에 대해 비동기(asynchronous)인 펄스들을 제공하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    제 1 및 제 2 의 상기 복수의 전기장 펄스 소스들은 동기(synchronous)인 펄스들을 제공하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    플라즈마 처리 가스는 카르보란(carborane), 데카보란(decaborane) 및 옥타데카보란(octadecaborane)으로 구성된 목록으로부터 선택된 화합물을 포함하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기장 펄스를 인가하는 단계는 상기 플라즈마의 전자 에너지 분포 함수 및 상기 플라즈마의 이온/중성자 조성을 수정하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  11. 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법으로서,
    공급 가스를 챔버에 제공하는 단계;
    플라즈마를 발생하기 위하여 상기 공급 가스를 여기시키는 단계; 및
    상기 플라즈마에 전기장 펄스를 인가하는 단계로서, 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수의 역(inverse)과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가지고, 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수의 역보다 작은 지속시간을 가지는, 상기 플라즈마에 전기장 펄스를 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 전기장 펄스는 상기 플라즈마의 전자들에 대해 선택적으로 영향을 주지만 상기 플라즈마의 이온들에는 실질적으로 영향을 주지 않고,
    펄스 상승 시간, 펄스 지속시간, 및 펄스 진폭 중의 적어도 하나를 제어하는 것은 전자 밀도 및 에너지 분포의 제어를 통해, 플라즈마에서 이온들 및 중성자들의 조성, 밀도, 및 온도를 수정하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전기장 펄스는 상기 플라즈마에서 희망하는 이온들 또는 라디칼들의 농도를 최대화하기 위해 선택된 값에서 인가되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 공급 가스를 챔버에 제공하는 단계는, 상기 플라즈마에서 희망하는 이온들 또는 라디칼들의 농도를 최대화하는 공급 가스 화학물질을 제공하는 것을 포함하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 전기장 펄스는 플라즈마 도핑 도구에서 인가되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 전기장 펄스는 플라즈마 에칭 도구에 인가되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 전기장 펄스는 플라즈마 증강 화학 기상 증착 도구에 인가되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    복수의 전기장 펄스 소스들이 상기 플라즈마에 인가되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    제 1 및 제 2 의 상기 복수의 전기장 펄스 소스들은 서로에 대해 비동기인 펄스들을 제공하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    제 1 및 제 2 의 상기 복수의 전기장 펄스 소스들은 동기인 펄스들을 제공하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    플라즈마 처리 가스는 카르보란(carborane), 데카보란(decaborane) 및 옥타데카보란(octadecaborane)으로 구성된 목록으로부터 선택된 화합물을 포함하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  21. 청구항 11에 있어서,
    상기 전기장 펄스를 인가하는 단계는 상기 플라즈마의 전자 에너지 분포 함수 및 상기 플라즈마의 이온/중성자 조성을 수정하는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  22. 청구항 11에 있어서,
    상기 전기장 펄스는 처리 가스와 접촉하는 표면에 전압을 인가함으로써 발생되는, 대기압 미만의 플라즈마를 수정하기 위한 방법.
  23. 플라즈마를 조절하기 위한 방법으로서,
    상기 플라즈마에 전기장 펄스를 인가하는 단계를 포함하고, 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수의 역(inverse)과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가지고, 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수의 역보다 작은 지속시간을 가지고,
    상기 전기장 펄스는 상기 플라즈마의 전자들에 대해 선택적으로 영향을 주지만 상기 플라즈마의 이온들에는 실질적으로 영향을 주지 않는, 플라즈마를 조절하기 위한 방법.
  24. 플라즈마를 조절하기 위한 방법으로서,
    상기 플라즈마에 연속적인 전자기파 펄스를 인가하는 단계를 포함하고, 상기 펄스는 비공진 극성(non oscillating polarity)의 전기장들을 포함하며 전자 플라즈마 주파수보다 크거나 이와 동일한 주파수들을 가지고, 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수의 역과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가지고, 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수의 역보다 작은 지속 시간을 가지고,
    상기 전자기파 펄스는 상기 플라즈마의 전자들에 대해 선택적으로 영향을 주지만 상기 플라즈마의 이온들에는 실질적으로 영향을 주지 않는, 플라즈마를 조절하기 위한 방법.
  25. 챔버;
    상기 챔버 내에 지지되고, 상기 챔버로부터 절연되는 배플; 및
    고전압 피드를 통해 상기 배플에 접속된 펄스 발생기를 포함하고,
    상기 펄스 발생기는 상기 챔버 내에 포함된 플라즈마에 전기장 펄스를 전달하도록 구성되고, 상기 펄스는 전자 플라즈마 주파수의 역과 동일하거나 그보다 작은 상승 시간을 가지고, 상기 펄스는 이온 플라즈마 주파수의 역보다 작은 지속시간을 가지는, 플라즈마 도핑 시스템.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 펄스 상승 시간은 1 나노초(nanosecond)와 동일하거나 그보다 작은, 플라즈마 도핑 시스템.
  27. 청구항 25에 있어서,
    상기 펄스 발생기는 상기 플라즈마에서 희망하는 이온들 또는 라디칼들의 농도를 최대화하기 위해 선택된 값에서 상기 전기장 펄스를 전달하도록 추가적으로 구성되는, 플라즈마 도핑 시스템.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 플라즈마를 발생하기 위하여 상기 챔버 내에서 공급 가스를 여기시키기 위한 RF 전력 소스를 더 포함하는, 플라즈마 도핑 시스템.
KR1020127001557A 2009-07-01 2010-06-25 이온 소스들의 이온 조성을 선택적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법 KR20120049234A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/496,080 2009-07-01
US12/496,080 US8664561B2 (en) 2009-07-01 2009-07-01 System and method for selectively controlling ion composition of ion sources

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120049234A true KR20120049234A (ko) 2012-05-16

Family

ID=42470555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127001557A KR20120049234A (ko) 2009-07-01 2010-06-25 이온 소스들의 이온 조성을 선택적으로 제어하기 위한 시스템 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8664561B2 (ko)
JP (1) JP2012532417A (ko)
KR (1) KR20120049234A (ko)
CN (1) CN102471880B (ko)
TW (1) TWI467621B (ko)
WO (1) WO2011002688A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8748785B2 (en) 2007-01-18 2014-06-10 Amastan Llc Microwave plasma apparatus and method for materials processing
US8664561B2 (en) 2009-07-01 2014-03-04 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. System and method for selectively controlling ion composition of ion sources
US20120000606A1 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Plasma uniformity system and method
US9196489B2 (en) * 2013-01-25 2015-11-24 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion implantation based emitter profile engineering via process modifications
US9783884B2 (en) * 2013-03-14 2017-10-10 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method for implementing low dose implant in a plasma system
US11120973B2 (en) 2019-05-10 2021-09-14 Applied Materials, Inc. Plasma processing apparatus and techniques
US11189462B1 (en) 2020-07-21 2021-11-30 Tokyo Electron Limited Ion stratification using bias pulses of short duration

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6042686A (en) 1995-06-30 2000-03-28 Lam Research Corporation Power segmented electrode
JPH09129621A (ja) * 1995-09-28 1997-05-16 Applied Materials Inc パルス波形バイアス電力
US6253704B1 (en) 1995-10-13 2001-07-03 Mattson Technology, Inc. Apparatus and method for pulsed plasma processing of a semiconductor substrate
US5968377A (en) * 1996-05-24 1999-10-19 Sekisui Chemical Co., Ltd. Treatment method in glow-discharge plasma and apparatus thereof
US6335535B1 (en) * 1998-06-26 2002-01-01 Nissin Electric Co., Ltd Method for implanting negative hydrogen ion and implanting apparatus
JP2920188B1 (ja) * 1998-06-26 1999-07-19 日新電機株式会社 パルスバイアス水素負イオン注入方法及び注入装置
US6182604B1 (en) 1999-10-27 2001-02-06 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Hollow cathode for plasma doping system
JP3586197B2 (ja) 2000-03-23 2004-11-10 シャープ株式会社 薄膜形成用プラズマ成膜装置
JP2001351897A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 New Japan Radio Co Ltd プラズマエッチング装置
EP1162646A3 (en) * 2000-06-06 2004-10-13 Matsushita Electric Works, Ltd. Plasma treatment apparatus and method
US20030101935A1 (en) 2001-12-04 2003-06-05 Walther Steven R. Dose uniformity control for plasma doping systems
JP4048837B2 (ja) * 2002-05-24 2008-02-20 日新イオン機器株式会社 イオン源の運転方法およびイオン源装置
JP4484421B2 (ja) * 2002-06-21 2010-06-16 独立行政法人科学技術振興機構 プラズマ表面処理方法及び装置
US7095179B2 (en) 2004-02-22 2006-08-22 Zond, Inc. Methods and apparatus for generating strongly-ionized plasmas with ionizational instabilities
US7878145B2 (en) 2004-06-02 2011-02-01 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Monitoring plasma ion implantation systems for fault detection and process control
WO2006099438A1 (en) 2005-03-15 2006-09-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Profile adjustment in plasma ion implantation
US7914692B2 (en) * 2006-08-29 2011-03-29 Ngk Insulators, Ltd. Methods of generating plasma, of etching an organic material film, of generating minus ions, of oxidation and nitriding
KR100857845B1 (ko) 2007-05-29 2008-09-10 주식회사 다원시스 플라즈마 이온 주입 방법 및 장치
US8664561B2 (en) 2009-07-01 2014-03-04 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. System and method for selectively controlling ion composition of ion sources

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012532417A (ja) 2012-12-13
WO2011002688A1 (en) 2011-01-06
US8664561B2 (en) 2014-03-04
CN102471880B (zh) 2014-03-19
TW201126562A (en) 2011-08-01
CN102471880A (zh) 2012-05-23
TWI467621B (zh) 2015-01-01
US20110000896A1 (en) 2011-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8664561B2 (en) System and method for selectively controlling ion composition of ion sources
US20120000421A1 (en) Control apparatus for plasma immersion ion implantation of a dielectric substrate
KR20130085955A (ko) 기판 플라즈마 프로세싱 기술들
JP5424299B2 (ja) イオン注入装置、イオン注入方法、及び半導体装置
US10290470B2 (en) Negative ribbon ion beams from pulsed plasmas
JP2012532417A5 (ja) プラズマを改良する方法、プラズマを調整する方法およびプラズマドーピングシステム
US8216922B2 (en) Plasma doping method
US6504159B1 (en) SOI plasma source ion implantation
KR102017520B1 (ko) 저압형 플라즈마 투입 방식 이온주입기
US8877654B2 (en) Pulsed plasma to affect conformal processing
US20140199492A1 (en) Ion implanter and method of operating ion implanter
US12002852B2 (en) System and technique for creating implanted regions using multiple tilt angles
KR102569236B1 (ko) 게르마늄 이온 빔 및 아르곤 이온 빔을 생성하는 방법들
WO2012003445A1 (en) Plasma uniformity system and method
US20080078959A1 (en) Method for controlling charge amount of ion beam and a wafer applied in the method
KR20230160820A (ko) 플라즈마 공정을 위한 고속 중성자 생성
Radovanov et al. Low energy ion implantation using non-equilibrium glow discharge
Grigoriev et al. Influence of the magnetic field of current extracting systems on motion of an electron beam
KR20100121988A (ko) 플라즈마 도핑방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application