KR20130085955A - 기판 플라즈마 프로세싱 기술들 - Google Patents

Abstract

기판 플라즈마 프로세싱을 위한 기술들이 개시된다. 일 특정 대표적인 실시예에서, 기술은 플라즈마 소스에 근접하여 공급 가스(feed gas)를 도입하는 단계로서, 상기 공급 가스는 제 1 및 제 2 종을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 종은 상이한 이온화 에너지들을 가지는, 상기 공급 가스를 도입하는 단계; 멀티 레벨 RF 전력 파형을 상기 플라즈마 소스에 제공하는 단계로서, 상기 멀티 레벨 RF 전력 파형은 적어도 제 1 펄스 지속기간(duration)동안의 제 1 전력 레벨 및 제 2 펄스 지속기간 동안의 제 2 전력 레벨을 가지며, 상기 제 2 전력 레벨은 상기 제 1 전력 레벨과 상이한, 상기 멀티 레벨 RF 전력 파형을 상기 플라즈마 소스에 제공하는 단계; 상기 제 1 펄스 지속기간 동안에 상기 공급 가스의 제 1 종을 이온화하는 단계; 상기 제 2 펄스 지속기간 동안에 제 2 종을 이온화하는 단계; 및 상기 제 1 펄스 지속기간 동안에 기판에 바이어스(bias)를 제공하는 단계;를 포함하는 방법으로 실현될 수 있다.

Description

기판 플라즈마 프로세싱 기술들{TECHNIQUES FOR PLASMA PROCESSING A SUBSTRATE}

본 출원은 기판 프로세싱 기술들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판 프로세싱을 위한 기술들에 관한 것이다.

플라즈마 프로세싱은 수 십 년간 반도체 및 다른 산업들에서 폭넓게 사용되어 왔다. 플라즈마 프로세싱은 세정 (cleaning), 식각 (etching), 밀링 (milling), 및 증착 (deposition)과 같은 업무들에 사용된다.더 최근에는, 플라즈마 프로세싱은 도핑을 위해 사용되어 왔다.플라즈마 보조 도핑(PLAD) 또는 때때로 플라즈마 잠입 이온 주입 (PIII)으로서 지칭되는 것은 어떤 현대 전자기기 및 광 디바이스들의 도핑 조건들을 충족시키는데 사용되어 왔다.플라즈마 도핑은 전기장으로 이온들을 가속시키고 그런 다음 주입을 위해 희망하는 이온들을 선택하기 위해서 질량 대 전하 비(mass-to charge ratio)에 따라 이온들을 여과시키는 통상적인 빔 라인 이온 주입 시스템들과는 다르다. 통상의 빔 라인 이온 주입 시스템들과는 달리, PLAD 시스템들은 도펀트 이온(dopant ion)들을 수용하는 플라즈마에 기판을 잠입시키고 일련의 음 전압 펄스들로 기판에 바이어스를 인가한다.플라즈마 쉬스(sheath)내의 전기장은 이온들을 기판 쪽으로 가속시키고, 그렇게 함으로써 이온들을 기판의 표면에 주입시킨다.

반도체 산업을 위한 플라즈마 도핑 시스템들은 일반적으로 매우 고도한 프로세스 제어를 필요로 한다. 반도체 산업에서 폭넓게 사용되는 통상의 빔 라인 이온 주입 시스템들은 우수한 프로세스 제어 및 우수한 런 대 런 (run-to-run) 균일성도 갖는다. 통상의 빔 라인 이온 주입 시스템들은 최고 레벨의 반도체 기판들의 전체 표면에 걸쳐서 매우 균일한 도핑을 제공한다.

일반적으로, PLAD 시스템들의 프로세스 제어는 통상의 빔 라인 이온 주입 시스템들만큼 좋지 않다. 많은 플라즈마 도핑 시스템들에서, 전하는 플라즈마가 도핑되는 기판상에 축적되는 경향이 있다. 이 전하 축적(build-up)은 기판상에서 허용할 수 없는 도핑 불균일성 및 아킹(arcing)을 야기할 수 있는 비교적 고 전위 전압의 발달로 귀결될 수 있고, 그것은 디바이스 손상으로 귀결될 수 있다. 추가로, 플라즈마의 합성물(composition)은 결과적인 프로세스 단계에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 매우 많은 불활성 가스(inert gas) 이온들은 희망하는 것보다 기판에 더 많은 손상을 야기할 수 있다. 추가하여, 전자온도(electron temperature)는 플라즈마에서 이온들의 희망하는 양을 변경할 수 있다.

기판 플라즈마 프로세싱을 위한 기술들이 개시된다. 일 특정 대표적인 실시예에서, 기술은 플라즈마 소스에 근접하여 공급 가스(feed gas)를 도입하는 단계로서, 상기 공급 가스는 제 1 및 제 2 종을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 종은 상이한 이온화 에너지들을 가지는, 상기 공급 가스를 도입하는 단계; 멀티 레벨 RF 전력 파형을 상기 플라즈마 소스에 제공하는 단계로서, 상기 멀티 레벨 RF 전력 파형은 적어도 제 1 펄스 지속기간(duration)동안에 제 1 전력 레벨 및 제 2 펄스 지속기간 동안에 제 2 전력 레벨을 가지며, 상기 제 2 전력 레벨은 상기 제 1 전력 레벨과 상이한, 상기 멀티 레벨 RF 전력 파형을 상기 플라즈마 소스에 제공하는 단계; 상기 제 1 펄스 지속기간 동안에 상기 공급 가스의 제 1 종을 이온화하는 단계; 상기 제 2 펄스 지속기간 동안에 제 2 종을 이온화하는 단계; 및 상기 제 1 펄스 지속기간 동안에 기판에 바이어스(bias)를 제공하는 단계;를 포함하는 방법으로 실현될 수 있다.

이 특정 대표적인 실시예의 다른 측면에 따라, 상기 방법은 상기 제 2 펄스 지속기간(duration) 동안에 상기 기판에 바이어스를 제공하는 단계를 더 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 추가 측면에 따라, 상기 제 1 전력 레벨은 상기 제 1 종을 이온화하기 위해 필요한 전력 레벨보다 크지만, 상기 제 2 종을 이온화하기 위해 필요한 다른 전력 레벨보다 작다.

이 특정 대표적인 실시예의 추가 측면에 따라, 상기 기판이 바이어스 인가되지 않을 때 상기 제 2 전력 레벨이 인가된다.

이 특정 대표적인 실시예의 또한 추가 측면에 따라, 상기 제 1 종은 프로세싱 종을 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 또한 다른 측면에 따라, 상기 프로세싱 종(processing species)은 인(P), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 질소(N), 및 비소(As) 및 셀레늄(Se) 중 적어도 하나를 포함하고 상기 제 2 종은 수소(H), 탄소(C), 산소(O), 헬륨(He), 네온(Ne), 및 아르곤(Ar) 중 적어도 하나를 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 또한 다른 측면에 따라, 상기 프로세싱 종은 기판을 식각하기 위한 식각액(etchant)이다.

이 특정 대표적인 실시예의 다른 측면에 따라, 상기 방법은 상기 제 2 펄스 지속기간의 적어도 일부 동안에 상기 기판에 바이어스를 인가하는 단계;를 더 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 다른 측면에 따라, 상기 방법은 상기 1 펄스 지속기간 동안에 상기 프로세싱 종의 제 1 이온들을 상기 기판 쪽으로 선택적으로 향하게 하는 단계; 및 상기 2 펄스 지속기간 동안에 상기 불활성 종의 제 2 이온들을 상기 기판 쪽으로 향하게 하는 단계;를 더 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 다른 측면에 따라, 상기 제 2 RF 전력 레벨은 상기 플라즈마를 안정화하기에 충분하다.

다른 특정 대표적인 실시예에서, 기술은 플라즈마 소스에 가까이 제 1 종 및 제 2 종을 포함하는 공급 가스(feed gas)를 도입하는 단계로서, 상기 제 1 종은 상기 제 2 종보다 낮은 이온화 에너지(ionization energy)를 가지는, 상기 공급 가스를 도입하는 단계; 상기 제 1 종을 선택적으로 이온화하기 위해 제 1 기간 동안에 상기 플라즈마 소스에 제 1 전력 레벨을 인가하는 단계로서, 상기 제 1 전력 레벨은 상기 제 2 종을 이온화하기 위해 필요한 다른 전력 레벨보다 작지만, 상기 제 1 종을 이온화하기 위해 필요한 전력 레벨보다 큰, 상기 플라즈마 소스에 제 1 전력 레벨을 인가하는 단계; 상기 제 2 종을 이온화하기 위해서 제 2 기간 동안에 상기 플라즈마 소스에 제 2 전력 레벨을 인가하는 단계로서, 상기 제 2 전력 레벨은 상기 제 2 종을 이온화하기 위해 필요한 다른 전력 레벨보다 더 큰, 상기 플라즈마 소스에 제 2 전력 레벨을 인가하는 단계; 및 제 1 기간 동안에 상기 제 1 종의 이온들을 기판 쪽으로 향하게 하는 단계;를 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 다른 측면에 따라, 상기 방법은 제 2 기간 동안에 상기 제 2 종의 이온들을 상기 기판 쪽으로 향하게 하는 단계;를 더 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 추가 측면에 따라, 상기 방법은 상기 제 1 기간 동안에 상기 제 1 종의 이온들을 기판으로 주입하는 단계; 및 상기 제 2 기간 동안에 상기 제 2 종의 이온들을 상기 기판으로 주입하는 단계;를 더 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 추가 측면에 따라, 상기 제 1 종은 인(P), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 질소(N), 셀레늄(Se) 및 비소(As) 중 적어도 하나를 포함하고 상기 제 2 종은 수소(H), 탄소(C), 산소(O), 헬륨(He), 네온(Ne), 및 아르곤(Ar) 중 적어도 하나를 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 또한 추가 측면에 따라, 상기 방법은 상기 제 1 기간 동안에 상기 기판에 바이어스를 인가하는 단계 및 상기 제 2 기간 동안에 상기 기판에 바이어스를 인가하는 단계;를 더 포함한다.

이 특정 대표적인 실시예의 또한 다른 측면에 따라, 상기 방법은 상기 제 2 기간 동안에 상기 기판에 바이어스 인가 없이 상기 제 1 기간 동안에 상기 기판에 바이어스를 인가하는 단계;를 더 포함한다.

또한 다른 특정 대표적인 실시예에서, 기술은 기판에 인접한 플라즈마 소스(plasma source), 상기 플라즈마 소스에 전기적으로 결합된 RF 전력 공급 장치(power supply), 상기 기판에 전기적으로 결합된 바이어스 전력 공급 장치를 포함하는 장치에서 기판 플라즈마 프로세싱에 의해 달성될 수 있는 방법으로 실현될 수 있다. 이 실시예에서, 상기 방법은 상기 플라즈마 소스에 근접하여 공급 가스(feed gas)를 도입하는 단계로서, 상기 공급 가스는 적어도 제 1 및 제 2 종을 포함하는, 상기 공급 가스를 도입하는 단계; 상기 RF 전력 공급 장치로 제 1 기간 동안에 제 1 전력 레벨 및 제 2 기간 동안에 제 2 전력 레벨을 가지는 RF 파형을 발생하는 단계로서, 상기 제 2 기간은 상기 제 1 기간 후에 발생하는, 상기 RF 파형을 발생하는 단계;플라즈마를 발생시키기 위해서 상기 제 1 및 제 2 기간 동안에 상기 플라즈마 소스에 상기 RF 파형을 인가하는 단계;상기 바이어스 전력 공급 장치로 바이어스 파형(bias waveform)을 발생하는 단계로서, 상기 바이어스 파형(bias waveform)은 제 1 바이어스 레벨 및 제 2 바이어스 레벨을 가지며, 상기 제 1 바이어스 레벨은 영(0) 바이어스 레벨인, 상기 바이어스 파형을 발생하는 단계; 및 상기 플라즈마로부터 상기 기판 쪽으로 이온들을 향하게 하기 위해서 상기 기판에 상기 바이어스 파형을 인가하는 단계;를 포함할 수 있다.

이 특정 대표적인 실시예의 다른 측면에 따라, 상기 제 2 전력 레벨은 상기 제 1 전력 레벨보다 더 크다.

이 특정 대표적인 실시예의 다른 측면에 따라, 상기 제 1 기간 동안에 상기 제 1 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가된다.

이 특정 대표적인 실시예의 추가 측면에 따라, 상기 제 2 기간 후에 상기 제 2 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가된다.

이 특정 대표적인 실시예의 추가 측면에 따라, 상기 제 2 기간 동안에 상기 제 2 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가된다.

이 특정 대표적인 실시예의 또한 추가적인 측면에 따라, 상기 제 1 기간 동안에 상기 제 2 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가된다.

이 특정 대표적인 실시예의 또한 다른 측면에 따라, 상기 RF 파형은 제 3 기간 동안의 제 3 전력 레벨을 더 포함하고, 상기 제 3 전력 레벨은 상기 제 1 및 제 2 전력 레벨들보다 작고, 상기 제 3 기간은 상기 제 2 기간 후에 발생하고 상기 제 3 기간 동안에 상기 제 1 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가된다.

이 특정 대표적인 실시예의 또한 다른 측면에 따라, 상기 플라즈마는 상기 제 3 기간동안에 소멸되지 않는다.

본 발명의 충분한 이해를 위해서 첨부 도면들에 대한 내용언급이 이제 제공된다. 이러한 도면들은 반드시 축적에 맞지 않을 수 있다. 추가하여, 이런 도면들은 단지 대표적인 것을 의도하지만 본 발명을 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 대표적인 플라즈마 프로세싱 시스템을 예시한다.
도 1b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대표적인 플라즈마 프로세싱 시스템을 예시한다.
도 2a 는 단일 진폭(amplitude)을 갖는 RF 소스에 의해 발생된 종래 기술 파형을 예시한다.
도 2b 는 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 종래 기술 파형을 예시한다.
도 3a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF소스에 의해 발생된 RF 전력 파형을 예시한다.
도 3b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치에 의하여 발생된 바이어스 전압 파형을 예시한다.
도 3c 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 다른 바이어스 전압 파형을 예시한다.
도 4a-c 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 RF 전력 파형 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.
도 5a-c 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 RF전력 파형 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.
도 6 는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 멀티 설정 점(multi-set-point) RF 전력 및 제어 신호 파형들을 예시한다.
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 RF 전력 파형 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.
도 8a 및 8b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 다양한 F 전력 파형들 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.
도 9a 및 9b 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 다양한 RF 전력 파형들 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.
도 10a-10d 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 다양한 RF 전력 파형들 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.
도 11a-11e 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 다양한 RF 전력 파형들 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.
도 12a-12d 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 다양한 RF 전력 파형들 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.
도 13a-13e 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 다양한 RF 전력 파형들 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.
도 14a-14e 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 소스에 의해 발생된 다양한 RF 전력 파형들 및 바이어스 전압 공급 장치에 의해 발생된 바이어스 전압 파형들을 예시한다.

본원에서, 플라즈마 기반 시스템을 이용하여 기판을 프로세싱하는 새로운 기술들의 몇몇 실시예들이 소개된다. 명확성 및 단순함의 목적을 위해, 기판상에서 수행되는 프로세싱은 도핑, 식각, 및 증착 프로세스들에 중점을 둘 수 있다. 그러나, 본 발명에서 기판 표면의 패시베이션(passivation)을 포함하는 다른 타입들의 프로세싱이 배제되지 않는다. 따라서, 본 발명에서 개시된 시스템들은 특정 프로세스들을 수행하는 특정 시스템들(예, 도핑 시스템, 식각 시스템, 증착 시스템 등등)에 한정될 필요가 없다.

본원에서 개시된 시스템들은 플라즈마 발생을 위해 하나이상의 플라즈마 소스들을 포함할 수 있다. 명확성 및 단순함의 목적을 위해, 본 발명은 유도성 결합 플라즈마(ICP : inductively coupled plasma) 소스들에 중점을 둘 것이다. 그러나, 당업자들은 용량성 결합 플라즈마 (CCP) 소스들, 헬리콘 플라즈마 소스들, 마이크로웨이브(MW) 플라즈마 소스들, 글로우 방전 플라즈마 소스들, 및 본 발명에서 배제되지 않은 다른 타입들의 플라즈마 소스들을 포함하는 다른 소스들을 인지할 것이다. 플라즈마 소스는 기판이 프로세스되는 구역에 인접 또는 인접할 수 있다. 대안적으로, 소스들은 기판이 프로세스되는 구역으로 떨어진 원격 플라즈마 소스들일 수 있다. 플라즈마 소스에 인가되는 전력은 연속적이거나 펄스화된, 양(positive) 또는 음(negative)의 바이어스(bias)를 갖는 DC 또는 RF 전력일 수 있다.명확성 및 단순함의 목적을 위해, 본 발명은 ICP 소스에 인가되는 펄스화된, RF 전력에 중점을 둘 것이다.

본 발명에서 “일 실시예” 또는 “실시예”로의 언급은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된 실시예와 관련하여 설명되는 특별한 특징, 구조 또는 특성을 의미한다.명세서의 여러 곳에서의 “일 실시예에서” 어구의 등장은 반드시 모두 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다.

본 발명 방법들의 개별 단계들은 본원에서 개시된 시스템들 또는 기술들이 동작 가능하는 한 임의 순서로 및/또는 동시에 수행될 수 있는 것이 이해되어야 한다. 더구나 , 본 발명의 시스템들 및 방법들은 시스템들 및 방법들이 동작가능하는 한 개시된 실시예들의 임의의 수 또는 모두를 포함할 수 있는 것이 이해되어야만 한다.

본 발명들은 첨부 도면에서 도시된 바와 같은 그것의 대표적인 실시예들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 본 발명들은 다양한 실시예들 및 예들과 함께 설명되지만, 본 발명들은 이런 실시예들에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 반대로, 본 발명들은 당업자에 의해 이해될 것과 같이 다양한 대안들, 변형예들 및 등가물들을 포함한다. 본원에서의 교시들에 접근할 수 있는 당업자들은 본원에서 설명되는 본 발명의 범위내에 있는 추가의 구현들, 변형예들, 및 실시예들 뿐만 아니라 다른 분야의 사용을 인지할 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱 시스템에서 전하를 중성화하는 방법들은 플라즈마 소스의 임의 타입과 사용될 수 있는 것이 이해되어야만 한다.

많은 플라즈마 프로세싱 시스템들은 일련의 펄스가 플라즈마 소스에 인가되어 펄스 플라즈마를 발생시키는 펄스 동작 모드에서 동작한다. 또한, 일련의 펄스가 플라즈마 소스 펄스들의 온-기간(on-period)동안 플라즈마 프로세스되는 기판에 인가될 수 있는데, 이것은 주입, 식각 또는 증착을 위한 이온들을 끌어당기기 위해 기판에 바이어스를 인가하는 것이다. 펄스화된 동작 모드에서, 전하는 플라즈마 소스 펄스들의 온 기간 동안 플라즈마 프로세스되는 기판상에 축척되는 경향이 있다. 플라즈마 소스 펄스들의 듀티 사이클(duty cycle)이 비교적으로 낮을 때 (약 25% 미만 및 때때로 프로세스 파라미터에 따라서는 2%미만), 전하는 플라즈마 내 전자들에 의해 효율적으로 중성화되는 경향이 있고, 최소 충전 효과(charging effects)만이 있다.

그러나, 현재는 비교적 높은 듀티 사이클을 가진 펄스화된 동작 모드에서 플라즈마 프로세싱을 수행할 필요가 있다 (즉, 약 2% 이상의 듀티 사이클). 이런 높은 듀티 사이클들은 원하는 스루풋(throughput)들을 달성하기 위해서 그리고 몇몇 최신 디바이스들을 위해 요구되는 식각률, 증착률, 및 도핑 레벨들을 유지하는데 필요하다. 예를 들어, 2%보다 큰 듀티 사이클을 가진 플라즈마 도핑에 의해 몇몇 최신 기술 디바이스들의 폴리 게이트 도핑(poly gate doping) 및 카운터 도핑(counter doping)을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 양호한 레벨들로 프로세스 스루풋을 증가시키기 위해서 2%보다 큰 듀티 사이클들에서 많은 플라즈마 식각 및 증착 프로세스들을 수행하는 것이 바람직하다.

듀티 사이클이 약 2%이상으로 증가됨에 따라서, 플라즈마 프로세스되는 기판상의 전하가 플라즈마 소스의 펄스-오프 기간(pulse-off period)동안에 중성화될 수 시간 기간은 비교적 짧다. 결과적으로, 전하 축적 또는 전하 빌드업(build up)이 프로세스되는 기판상에서 발생할 수 있는데 이는 플라즈마 프로세스되는 기판상에 플라즈마 프로세싱 불균일성(non-uniformity), 아킹(arcing) 및 기판 손상을 야기할 수 있는 비교적 높은 전위 전압의 빌드업을 초래한다. 예를 들어, 얇은 게이트 유전체(gate dielectric)들을 수용하는 기판들은 초과 전하 성장에 의해 쉽게 손상될 수 있다.

본 발명은 플라즈마 프로세싱 동안에 전하 중성화를 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 충전 효과에 의해 야기되는 손상 가능성을 감소시킴으로써 플라즈마 프로세싱이 더 높은 듀티 사이클들에서 수행되는 것을 허용한다. 특별히, 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱 장치는 플라즈마 프로세싱 동안에 적어도 부분적으로 전하 축적을 중성화하기 위해 플라즈마 소스에 인가되는 RF 전력을 가변하는 RF 전력 공급 장치를 포함한다. 또한, 플라즈마 프로세스되는 기판에의 바이어스 전압은 적어도 부분적으로 전하 축적을 중성화하기 위해 가변 될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일부 실시예에서, 플라즈마 소스에 인가되는 RF 전력 펄스들 및 기판에 인가되는 바이어스 전압은 시간상에서 동기화되고 그리고 플라즈마 소스에 인가되는 RF 전력 소스들 및 기판에 인가되는 바이어스 전압의 상대적인 타이밍은 기판상의 전하 축적을 적어도 부분적으로 중성화 및/또는 어떤 프로세스 목적들 달성을 위해 가변 된다.

더욱 구체적으로, 다양한 실시예들에서, 단일 또는 멀티 RF 전력 공급 장치는 플라즈마 프로세싱 동안에 적어도 부분적으로 중성화하기 위해 플라즈마 소스에 독립적으로 전력을 공급하고 프로세스되는 기판에 바이어스를 인가하는데 사용된다. 또한, 다양한 실시예들에서, 플라즈마 프로세싱 동안에 플라즈마 소스에 인가되는 RF 전력 및 기판에 인가되는 바이어스 전압은 플라즈마 프로세싱 동안에 전하를 적어도 부분적으로 중성화시키기 위해서 상대적인 시간들(relative time)에서 인가된다.

전하를 중성화하는 것에 더하여, 본 발명의 방법 및 장치는 어떤 프로세스 목적들을 달성하기 위해서 플라즈마 프로세싱이 종료되는 기간(예, 펄스 오프 기간)들 중에 RF 소스에 전력 및 기판에 인가되는 바이어스 중 적어도 하나를 정확하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 방법 및 장치는 기판의 표면상에서 일어나는 화학적 반응들을 허용하기 위해서 펄스 오프 기간 동안에 RF 소스에 전력 및 기판에 인가되는 바이어스 전압 중 적어도 하나를 정확하게 제어할 수 있다. 이런 성능(capability)은 스루풋을 개선할 수 있고 몇몇 식각 및 증착 프로세스들에서 더 많은 프로세스 제어를 제공할 수 있다.

또한, 플라즈마 도핑을 위한 본 발명의 방법 및 장치는 플라즈마 도핑 하면서 보유된 도우즈(dose)를 개선하기 위해서 펄스 오프 동안에 RF 소스에 전력 및 기판에 인가되는 바이어스 전압 중 적어도 하나를 정확하게 제어할 수 있다. 보유 도우즈에서의 결과적인 개선은 주입 시간을 단축할 것이고 플라즈마 도핑 스루풋을 증가시킬 것이다. 전하를 중성화하는 것에 더하여, 본 발명의 방법 및 장치는 본원에서 설명되는 개선된 측벽 플라즈마 도핑 프로파일들(sidewall plasma doping profiles) 및 레트로그레이드 도핑 프로파일들(retrograde doping profiles) 을 달성하는 녹온(knock-on) 유형 이온 주입을 달성하기 위해서 플라즈마 도핑이 종료되는 기간들 동안에 RF 소스에 전력 및 기판에 인가되는 바이어스 중 적어도 하나는 정확하게 제어될 수 있다.

도 1a과 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 프로세싱 시스템(100)이 도시된다. 본 발명에 따른 이온 주입, 증착 및 식각과 같은 플라즈마 프로세싱을 수행할 수 있는 많은 가능한 장치 디자인들 중 단지 하나인 것을 이해하여야 한다. 특히, 본 발명의 플라즈마 프로세싱 시스템과 함께 사용될 수 있는 많은 가능한 플라즈마 소스들이 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 1에 도시된 플라즈마 소스는 평면(planar) 및 헬리컬(helical) RF 코일 모두를 포함한다. 다른 실시예들은 단일의 평면 또는 헬리컬 RF 코일을 포함한다. 또 다른 실시예들은 용량성 결합 플라즈마 소스들 또는 전자 사이클로트론 공명 플라즈마 소스들을 포함한다. 당업자는 많은 유형들의 동등한 플라즈마 소스들이 있다는 것을 인지할 것이다.

플라즈마 프로세싱 시스템(100)는 평면 및 헬리컬 RF 코일, 양자 및 전도성 상단 섹션(conductive top section)를 갖는 유도 결합 플라즈마 소스(101)를 포함한다. 유사한 RF 유도 결합 플라즈마 소스가 2004. 12. 20일자로 출원되고 본 양수인에게 양도된 미국특허 출원번호 10/905,172 "RF Plasma Source with Conductive Top Section"에 설명된다. 미국 특허 출원 번호 10/905,172의 전체 명세서는 본원에 참조로서 통합된다. 플라즈마 소스(101)는 매우 균일한 이온 플럭스(flux)를 제공하기 때문에 플라즈마 프로세싱 시스템(100)에 도시된 플라즈마 소스(101)는 플라즈마 도핑 및 다른 정밀 플라즈마 프로세싱 애플리케이션에 매우 적합하다. 또한, 플라즈마 소스는 2차 전자 방출들에 의해 효율적으로 열을 발산하기 때문에 플라즈마 소스(101)는 고전력 플라즈마 프로세싱에 유용하다.

더욱 구체적으로, 플라즈마 프로세싱 시스템(100)은 외부 가스 소스(104)에 의해 공급되는 프로세스 가스를 수용하는 플라즈마 챔버(102)를 포함한다. 비례 밸브(106)를 통하여 플라즈마 챔버(102)에 결합된 외부 가스 소스(104)는 챔버(102)에 프로세스 가스를 공급한다. 몇몇 실시예들에서, 가스 배플(gas baffle)은 플라즈마 소스(101)내로 가스를 확산시키는데 사용된다. 압력 게이지(108는 챔버(102) 내부의 압력을 측정한다. 챔버(102)내의 배출 포트(110)는 챔버(102)를 진공배기하는 진공 펌프(112)에 결합된다.

배출 밸브(114)는 배출 포트(110)를 통한 배출 컨덕턴스(exhaust conductance)를 제어한다.

가스 압력 제어기(116)는 비례 밸브(106), 압력 게이지(108), 및 배출 밸브(114)에 전기적으로 연결된다. 가스 압력 제어기(116)는 압력 게이지(108)에 반응하는 피드백 루프(feedback loop)로 배출 컨덕턴스와 프로세스 가스 유량(flow rate)를 제어함으로써 플라즈마 챔버(102)내에서의 원하는 압력을 유지한다.배출 컨덕턴스는 배출 밸브(114)로 제어된다. 프로세스 가스 유량 은 비례 밸브(106)로 제어된다.

몇몇 실시예들에서, 미량 기체 종(trace gas species)의 비율 제어는 1차 도펀트 종(primary dopant species)을 제공하는 프로세스 가스와 인라인(in-line)으로 결합된 질량 유량계(mass flow meter)에 의하여 프로세스 가스에 제공된다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 별개의 가스 주입 수단들이 인시츄 커디셔닝 종(in-situ conditioning species)을 위해 사용된다. 더욱이, 몇몇 실시예들에서, 멀티 포트 가스 주입 수단들(multi-port gas injection means)은 기판에 걸쳐서 변화들을 초래하는 중성 화학 효과를 야기하는 가스들을 제공하는데 사용된다.

챔버(102)는 대체로 수평 방향으로 연장되는 유전 재료로 형성된 제 1 섹션(section)(120)를 포함하는 챔버 상부(118)를 갖는다. 챔버 상부(118)의 제 2 섹션(122)은 제 1 섹션(120)으로부터 대체로 수직 방향으로 연장되는 유전체 재료로 형성된다. 제 1 및 제 2 섹션들(120, 122)은 본원에서 유전체 창(dielectric window)으로 일반적으로 종종 언급된다. 챔버 상부(118)의 수많은 변형들이 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 제 1섹션(120)은 본원에 참조로써 통합된 미국 특허 출원번호 10/905,172에 설명된 것과 같이 제 1 및 제 2 섹션들(120, 122)이 직교하지 않도록 대체로 곡선 방향(curved direction)으로 연장되는 유전체 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 챔버 상부(118)는 평면 표면만 포함한다.

제 1 및 제 2 섹션들(120, 122)의 형태 및 치수(dimensions)는 어떤 성능(performance)을 달성하기 위해서 선택될 수 있다. 예를 들어, 당업자는 플라즈마의 균일성을 개선하기 위해서 챔버 상부(118)의 제 1 및 제 2 섹션들(120, 122) 의 치수가 선택될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 실시예에서, 수평 방향에서의 제 2 섹션(122)을 가로지르는 길이에 대한 수직 방향에서의 제 2 섹션(122)의 높이의 비율은 더 균일한 플라즈마를 달성하기 위해서 조절된다. 예를 들어, 일 특정 실시예에서, 수평 방향에서의 제 2 섹션(122)을 가로지르는 길이에 대하여 수직 방향에서의 제 2 섹션(122)의 높이의 비율은 1.5 내지 5.5 범위에 있다.

제 1 및 제 2 섹션들(120,122)에서의 유전체 재료들은 RF 안테나로부터 챔버(102)내부의 플라즈마로 RF 전력을 전송하기 위한 매체를 제공한다.일 실시예에서, 제 1 및 제 2 섹션들 (120, 122)을 형성하기 위해 사용되는 유전체 재료는 프로세스 가스들에 화학적으로 저항하고 좋은 열 특성을 갖는 고 순도 세라믹 재료(high purity ceramic material)이다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 유전체 재료는 99.6% Al₂O₃ 또는 AlN이다. 다른 실시예들에서, 유전체 재료는 이트리아(Yittria) 및 야그(YAG)이다.

챔버 상부(118)의 리드(124)는 수평 방향에서 제 2 섹션(122)을 가로질러 길이가 연장되는 전도성 재료로 형성된다. 많은 실시예들에서, 리드(124)를 형성하는데 사용되는 재료의 전도성은 열 부하(heat load)를 방출하고, 2차 전자 방출로부터 기인한 충전 효과를 최소화하도록 충분히 높다. 전형적으로, 리드(124)를 형성하는데 사용되는 전도성 재료는 프로세스 가스들에 화학적으로 저항한다. 몇몇 실시예들에서, 전도성 재료는 알루미늄 또는 실리콘이다.

리드(124)는 켐르즈(Chemrz) 및/또는 칼렉스(Kalrex) 재료로 형성된 O-링(O-ring)과 같은 플루오르 카본 폴리머(fluoro-carbon polymer)로 만들어진 할로겐 저항 O-링으로 제 2 섹션(122)과 결합될 수 있다. 리드(124)는 전형적으로 제 2 섹션(122)상에 압축을 최소화하지만 리드(124)를 제 2 섹션(122)에 봉인하기에 충분한 압력을 제공하는 방식으로 제 2 섹션(122)에 실장된다. 어떤 동작 모드들에서, 리드(124)는 도 1 에 도시된 바와 같이 RF 및 DC 접지된다.

몇몇 실시예들에서, 챔버(102)는 플라즈마 챔버(102)의 배부 금속 벽들에 부딪치는 플라즈마 이온들에 의해 스퍼터링된 금속으로부터 플라즈마 챔버(102)의 내부에 라인 오브 사이트 차폐부(line-of-site shielding)을 제공함으로써 금속 오염(contamination)을 방지하거나 크게 줄이기 위해 위치된 라이너(125)를 포함한다.이런 라이너들은 본원 양수인에 양도되어 "Plasma Source with Liner for Reducing Metal Contamination," 명칭으로 2007년 1월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 11,623,739 에서 설명된다. 미국 특허 출원 번호 11/623,739의 전체 명세서는 본원에 참조로서 통합된다.

다양한 실시예들에서, 라이너는 원피스(one-piece)이거나 또는 단일의 플라즈마 챔버 라이너 또는 분할된 플라즈마 챔버 라이너이다. 많은 실시예들에서, 플라즈마 챔버 라이너(125)는 알루미늄과 같은 금속 기반 재료로 형성된다. 이런 실시예들에서, 플라즈마 챔버 라이너(125)의 적어도 내부 표면(125')은 플라즈마 챔버 라이너 기반 재료의 스퍼터링을 방지하기 위한 경질 코팅 재료(hard coating material)를 포함한다.

플라즈마 도핑 프로세스들과 같은 몇몇 플라즈마 프로세스들은, 2차 전자 방출 때문에 플라즈마 소스(101)의 내부 표면상에 불균일하게 분포되는 상당한 양의 열을 발생시킨다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 챔버 라이너(125)는 온도 제어되는 플라즈마 챔버 라이너(125)이다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 리드(124)는 프로세싱 동안에 발생된 열 부하를 발산시키기 위해서 리드(124) 및 주변 영역의 온도를 조절하는 냉각 시스템을 포함한다. 냉각 시스템은 리드(124)에 냉각 통로들을 (cooling passage) 포함하여 냉각제 소스로부터 액체 냉각제를 순환시키는 액체 냉각 시스템일 수 있다.

RF 안테나는 챔버 상부(118)의 제 1 섹션(120) 및 제 2 섹션(122)의 적어도 하나에 근접하여 위치된다. 도 1 에서 플라즈마 소스(101) 는 서로 전기적으로 절연된 두개의 분리된 RF 안테나들을 도시한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 두개의 분리된 RF 안테나들은 전기적으로 연결된다. 도 1 에 도시된 실시예에서, 복수의 권선수(turns)를 가지는 평면 코일 RF 안테나(126) (종종 평면 안테나 또는 수평 안테나로 불림)가 챔버 상부(118)의 제 1섹션(120)에 근접하여 위치된다.또한, 복수의 권선수를 갖는 헬리컬 코일 RF 안테나(128) (종종 헬리컬 안테나 또는 수직 안테나로 불림)가 챔버 상부(118)의 제 2 섹션(122)을 둘러싼다.

몇몇 실시예들에서, 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나는 유효 안테나 코일 전압을 감소시키는 커패시터(129)로 종료된다. 용어 "유효 안테나 코일 전압(effective antenna coil voltage)"은 RF 안테나들(126,128)을 가로지르는 전압 강하를 의미하는 것으로 정의된다. 달리 말해서, 유효 코일 전압은 '이온에 의해 보이는' 전압 또는 플라즈마 내 이온들에 의해 경험되는 등가 전압이다.

또한, 몇몇 실시예들에서, 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나는 Al₂O₃ 유전체 창 재료의 유전상수(dielectric constant)에 비하여 상대적으로 낮은 유전상수를 갖는 유전체 층(134)을 포함한다. 상대적으로 낮은 유전상수 유전체 층(134)은 유효 안테나 코일 전압(effective antenna coil voltage)을 또한 감소시키는 용량성 전압 분배기(divider)를 효율적으로 형성한다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나는 유효 안테나 코일 전압을 감소시키는 패러데이 차폐(136)를 포함한다.

RF 전력 공급 장치와 같은 RF 소스(130)는 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다.많은 실시예들에서, RF 소스(130) 는 RF 소스(130)로부터 RF 안테나들(126,128)로 전송되는 전력을 최대화하기 위하여 RF 소스(130)의 출력 임피던스를 RF 안테나들(126,128)들의 임피던스에 매칭시키는 임피던스 매칭 네트워크(132)에 의해 RF 안테나들(126,128)에 결합된다. 임피던스 매칭 네트워크(132)의 출력으로부터 평면 코일 RF 안테나(126)및 헬리컬 코일 RF 안테나(128)의 어느 하나 또는 양자에 전기적 연결들 제공될 수 있는 것을 나타내기 위해서 임피던스 매칭 네트워크(132) 의 출력으로부터 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 까지 쇄선들(dashed lines)이 도시되어 있다.

몇몇 실시예들에서, 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나는 유체 냉각될 수 있도록 형성된다. 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나의 냉각은 RF 안테나들(126,128)에서 RF 전력 전파에 의해 야기되는 온도 구배를 감소시킬 것이다.

몇몇 실시예들에서, 플라즈마 소스(101)는 플라즈마 점화기(138)를 포함한다.다양한 형태의 플라즈마 점화기들이 플라즈마 소스(101)와 함께 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 점화기(138) 는 플라즈마 점화를 보조하는 아르곤(Ar), 고 이온화 가능한 가스,과 같은 가격 가스(strike gas)의 저장소(140)를 포함한다. 저장소(140)는 고 컨덕턴스 가스 연결로 플라즈마 챔버(102)에 결합된다. 파열 밸브(142)는 프로세스 챔버(102)로부터 저장소(140)를 격리시킨다. 다른 실시예에서, 가격 가스 소스는 낮은 컨덕턴스 가스 연결을 이용하여 파열 밸브(142)에 직접 배관된다.몇몇 실시예들에서, 저장소(140)의 일부는 초기 고유량 파열(high-flow-rate burst) 후에 가격 가스의 일정한 유량을 제공하는 한정된 컨덕턴스 구멍 또는 계량 밸브(metering valve)에 의해 분리된다.

플래튼(144)는 프로세스 챔버(102)에서 플라즈마 소스(101)의 상단 섹션(118) 아래에 일정 높이에 위치된다. 플래튼(144)는 플라즈마 프로세싱을 위한 기판(146)을 지지한다. 많은 실시예들에서, 기판(146)은 플래튼(144)에 전기적으로 연결된다. 도 1 에 도시된 실시예에서, 플래튼(144)는 플라즈마 소스(101)에 평행하다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에서, 플래튼(144)은 다양한 프로세스 목적들을 달성하기 위해서 플라즈마 소스(101)에 대하여 틸트(tilt) 된다.

플래튼(144)은 프로세싱을 위한 기판(146) 또는 다른 작업물들을 지지하는데 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 플래튼(144)은 적어도 한 방향에서 기판(146)을 병진이동, 스캔(scan) 또는 발진시키는 이동 가능한 스테이지(stage)에 기계적으로 결합된다. 일 실시예에서, 이동 가능한 스테이지는 기판(146)을 디더(dither)시키거나 또는 발진시키는 디더 제너레이터(dither generator) 또는 오실레이터(oscillator)이다. 병진 이동, 디더링 및/또는 발진 움직임들은 그림자 효과(shadowing effect)를 감소시키거나 제거할 수 있고 기판(146)의 표면에 충돌하는 이온 빔 플럭스(flux)의 균일도를 개선시킬 수 있다.

바이어스 전압 전력 공급 장치(148)는 플래튼(144)에 전기적으로 연결된다.바이어스 전압 전력 공급 장치(148)는 플라즈마의 이온들이 플라즈마로부터 추출되고 기판(146)에 충돌하도록 플래튼(144) 및 기판(146)에 바이어스를 인가하는데 사용된다. 다양한 실시예들에서, 이온들은 플라즈마 도핑을 위한 도펀트 이온들 또는 식각 및 증착을 위한 불활성(inert) 또는 반응성(reactive)이온들 일수 있다. 다양한 실시예들에서, 바이어스 전압 전력 공급 장치(148)는 DC 전력 공급 장치, 펄스화된 전력 공급 장치, 또는 RF전력 공급 장치이다. 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱 장치의 일 실시예에서, 바이어스 전압 전력 공급 장치(148)는 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 RF 소스(130)의 출력 파형에 독립적인 출력 파형을 갖는다. 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱 장치의 일 실시예에서, 바이어스 전압 전력 공급 장치(148)는 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 RF 소스(130)의 출력 파형에 동기화되는 출력 파형을 갖는다. 바이어스 전압 전력 공급 장치(148) 및 RF 소스(130) 는 두개의 상이한 출력들을 갖는 물리적으로 동일한 전력 공급 장치일 수 있거나 또는 서로 분리된 전력 공급 장치들일 수 있다.

제어기(152)는 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱 동안에 전하 축적을 적어도 부분적으로 중성화시키기 위해서 플라즈마를 발생시키고 기판(146)에 바이어스 인가시키는 RF 전력 공급 장치(130) 및 바이어스 전압 전력 공급 장치(148)를 제어하는데 사용된다. 제어기(152)는 전력 공급 장치들(130,148)의 부분일 수 있거나 또는 전력 공급 장치들(130,148)의 입력을 제어하기 위해 전기적으로 연결된 분리된 제어기일 수 있다. 제어기(152)는 적어도 두개의 상이한 진폭들을 갖는 펄스들이 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128)의 어느 하나 또는 양자에 인가되도록 RF 전력 공급장치(130)를 제어한다. 또한, 제어기(152)는 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱 동안에 적어도 부분적으로 전하 축적을 중성화시키는 상대적 시간들에서 펄스들이 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128)의 적어도 하나 및 또한 기판(146)에 인가되도록 하기 위해 RF 전력 공급장치(130) 및 바이어스 전압 전력 공급기(148)를 제어한다.

당업자는 본 발명의 특징들로 활용될 수 있는 많은 상이한 가능 변형들의 플라즈마 소스(101) 가 있다는 것을 인정할 것이다. 예를 들어, "Tilted Plasma Doping" 명칭의 2005년 4월 25일 출원된 미국 특허 출원번호 10/908,009호의 플라즈마 소스의 기재를 참조한다. 또한 "Conformal Doping Apparatus and Method" 명칭의 2005년 10월 13일에 출원된 미국 특허 출원 번호 11/163,303호의 플라즈마 소스들의 기재를 참조한다. 또한 "Conformal Doping Apparatus and Method" 명칭의 2005년 10월 13에 출원된 미국 특허 출원 번호 11/163,307호의 플라즈마 소스들의 기재를 참조한다. 또한, "Plasma Doping with Electronically Controllable implant Angle."명칭의 2006년 12월 4일자 출원된 미국 특허 출원 번호 11/566,418호의 플라즈마 소스들의 기재를 참조한다. 미국 특허 출원번호 10/908,009, 11/163,303, 11/163,307 및 11/566,418 의 전체 명세서는 참조로서 본원에 통합된다.

동작시, 제어기(152)는 RF 소스(130)가 RF 안테나들(126,128) 중 적어도 하나에서 전파하는 RF 전류들을 발생시키도록 명령한다.즉, 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나는 활성 안테나(active antenna)이다.용어 "활성 안테나(active antenna)" 는 본원에서 전력 공급 장치에 의해 직접 구동되는 안테나로 정의된다. 본 발명의 플라즈마 프로세싱 장치의 많은 실시예들에서, RF 소스(130)는 펄스화된 모드(pulsed mode)에서 동작한다. 그러나, RF 소스(130)는 또한 연속 모드(continuous mode)에서 동작할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나는 기생 안테나(parasitic antenna)이다. 용어 "기생 안테나(parasitic antenna)" 는 본원에서 전력 공급 장치에 직접 연결된 것은 아니지만, 활성 안테나와 전자기파 통신(electromagnetic communication)에 있는 안테나를 의미하는 것으로 정의된다. 달리 말해서, 기생 안테나(parasitic antenna)는 전력 공급 장치에 의해 직접 여기되지 않고, 오히려 인접한 활성 안테나에 의해 여기되는데, 이는 도 1a에 도시된 장치에서 RF 소스(130)에 의해 전력 공급되는 평면 코일 안테나(126) 및 헬리컬 코일 안테나(128) 중 하나이다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 기생 안테나(parasitic antenna)의 일단은 안테나 동조 기능을 제공하기 위해서 접지 전위에 전기적으로 연결된다.이 실시예에서, 기생 안테나(parasitic antenna)는 기생 안테나(parasitic antenna) 코일에서 유효 권선수를 변경하는데 사용되는 코일 조정기(150)를 포함한다. 금속 단락(metal short)와 같은 수많은 다양한 형태의 코일 조정기가 사용될 수 있다.

그런 다음 RF 안테나들(126,128)들에서의 RF 전류들은 챔버(102)내로 RF 전류들을 유도한다. 챔버(102)에서 RF 전류들은 챔버(102)에서 플라즈마를 발생하도록 프로세스 가스를 여기하고 이온화한다. 플라즈마 챔버 라이너(125) 차폐는 플라즈마 이온들에 의해 스퍼터링된 금속이 기판(146)에 도달하는 것을 차폐시킨다.

제어기(152)는 또한 플라즈마의 이온을 기판(146)쪽으로 끌어당기는 음 전압 펄스로 기판(146)에 바이어스 인가하도록 바이어스 전압 전력 공급장치(148)에 명령한다. 음 전압 펄스들 동안, 플라즈마 쉬스(plasma sheath) 내의 전기장은 플라즈마 프로세싱 동안 이온을 기판(146)쪽으로 가속한다. 예를 들어, 플라즈마 쉬스 내의 전기장은 이온들을 기판(146)의 표면에 주입하고, 기판(146)의 표면을 식각하고, 식각 또는 증착의 어느 하나를 위하여 기판(146)의 표면상에 화학적 반응을 생성하고, 또는 기판(146)의 표면상에 박막을 성장하기 위해 이온들을 기판(146)쪽으로 가속할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이온들의 에너지를 증가시키기 위하여 플라즈마의 이온들을 기판(146)쪽으로 추출하는데 그리드(grid)가 사용된다.

도 1b는 본 발명에 따른 전하 중성화를 이용하는 플라즈마 프로세싱 시스템(170)의 다른 실시예를 예시한다. 플라즈마 프로세싱 시스템(170)은 용량성 RF 방전(discharge) 시스템이다. 용량성 RF 방전 플라즈마 프로세싱 시스템은 관련 산업에서 매우 잘 알려져 있다. 플라즈마 프로세싱 시스템(170)은 플라즈마 방전 영역을 통해 흐르는 공급가스(feed gas)를 질량 유량 제어기로부터 받는 프로세스 가스 입구(inlet)(174)를 구비하는 프로세스 챔버(172)를 포함한다. 프로세스 챔버(172)는 또한 방출 가스(effluent gas)들을 제거하는 진공 펌프에 결합된 배출 포트(175)를 포함한다. 전형적으로, 스로틀 밸브(throttle valve)가 챔버(172) 내부 압력을 제어하는 진공 펌프에 결합되는 배출 포트(175)에 배치된다. 전형적으로, 동작 압력은 10-1000 mT 범위이다.

플라즈마 프로세싱 시스템(170)은 두 개의 평면 전극을 포함하는데, 이들은 종종 평행 플레이트 전극(parallel plate electrode)들(176)로 불린다. 평행 플레이트 전극(176)은 RF 소스(178)에 의하여 구동된다. 평행 플레이트 전극(176)은 2-10cm 범위의 간극(gap)에 의하여 분리된다. 블로킹 커패시터(180)가 RF 소스(178)의 출력단과 평행 플레이트 전극(176)사이에서 전기적으로 접속된다. 블로킹 커패시터(180)는 구동 신호로부터 DC 및 저주파수 신호를 제거하는데 사용된다. RF 구동 신호는 전형적으로 100-1000V 범위이다. 평행 플레이트 전극들(176)은 전형적으로 13.56 MHz 신호에 의하여 구동되나, 다른 주파수들도 적합하다.

종래의 용량성 RF 방전 플라즈마 프로세싱 시스템에서, 기판은 바닥 평행 플레이트 상에 직접 위치된다. 그러나 플라즈마 프로세싱 시스템(170)은 바닥 플레이트와 기판(184) 사이에 위치하는 절연체(insulator, 182)를 포함한다. 절연체(182)는 기판(184)이 RF 소스(178)에 의하여 구동되는 평행 플레이트 전극(176)에 독립적으로 바이어스 인가 되는 것을 허용한다. 별개의 기판 바이어스 전극 전력 공급 장치(186)가 기판(184)에 바이어스를 인가하는데 사용된다. 기판 바이어스 전압 전력 공급 장치(186)의 출력은 절연체(182)에 위치된 기판(184)에 전기적으로 접속된다.

제어기(188)는 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱 동안에 전하 축적을 적어도 부분적으로 중성화시키기 위해서 플라즈마를 발생시키고 기판(184)에 바이어스 인가시키는 RF 전력 공급장치(186) 및 바이어스 전압 전력 공급 장치(186)를 제어하는데 사용된다. 제어기(188)는 전력 공급 장치들(178,186)의 일부이거나 또는 전력 공급 장치들(178,186)의 입력들을 제어하도록 전기적으로 접속된 별개의 제어기일 수 있다. 제어기(188)는 멀티-레벨 RF 펄스들이 적어도 두 개의 상이한 진폭으로 평행 플레이트 전극(176)에 인가되도록 RF 전력 공급 장치(178)를 제어한다. 또한, 제어기(188)는 상대적 시간들에 RF 펄스들이 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱 동안 전하 축적을 적어도 부분적으로 중성화시키는 평행 플레이트 전극(176)에 인가되도록 RF 전력 공급 장치(178) 및 바이어스 전압 전력 공급 장치(186)를 제어한다.

플라즈마 프로세싱 시스템(170)의 동작은 플라즈마 프로세싱 시스템(100)의 동작과 유사하다. 제어기(188)는 공급 가스(feed gas)로부터 평행 플레이트들 사이에 플라즈마를 발생시키기 위해 평행 플레이트 전극들(176)에 전파하는 RF 전류를 발생하도록 RF 소스(178)에 명령한다. 제어기(188)는 또한 플라즈마에서 기판(184)쪽으로 이온을 끌어당기는 음 전압 펄스들로 기판(184)에 바이어스를 인가하도록 바이어스 전압 전력 공급 장치(186)에 명령한다. 음 전압 펄스 동안, 플라즈마 쉬스 내의 전기장은 플라즈마 프로세싱동안 기판(184)쪽으로 이온들을 가속시킨다. 예를 들어, 플라즈마 쉬스 내의 전기장은 이온들을 기판(184)의 표면에 주입하고, 기판(184)의 표면을 식각하고, 식각 또는 증착의 어느 하나를 위하여 기판(184)의 표면상에 화학적 반응을 생성하고, 또는 기판(184)의 표면상에 박막을 성장하기 위해 이온들을 기판(184)쪽으로 가속할 수 있다.

RF 소스(178) 및 바이어스 전압 전력 공급 장치(186)가 몇몇 조건들 하에서 동작될 때, 전하가 기판(184)상에 축적될 수 있다. 기판(184)상의 전하 축적은 프로세싱 불균일성(processing non-uniformity), 아킹(arcing) 및 디바이스 손상을 야기할 수 있는 비교적 높은 전위 전압의 발전을 플라즈마 프로세스 되는 기판(184)상에 초래할 수 있다. 기판(184)상의 전하 축적은 본 발명에 따라 RF 소스(178)로 멀티-레벨 RF 파형들을 발생시키고 기판(184)에 바이어스를 인가함으로써 크게 감소될 수 있다. 또한, 프로세스 율(rate)들 및 프로세스 프로파일과 같은 특정 프로세스 목적들은 본 발명에 따른 RF 소스(178)로 멀티-레벨 RF 파형을 발생시키고 기판(184)에 바이어스 인가함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 방법들 및 장치는 수많은 다른 유형들의 플라즈마 프로세싱 시스템들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 방법들 및 장치는 ECR 플라즈마 프로세싱 시스템, 헬리콘(helicon) 플라즈마 프로세싱 시스템 및 헬리콘 공명기(resonator) 플라즈마 프로세싱 시스템에 적용될 수 있다. 이러한 시스템들의 개개에서, RF 소스는 적어도 두 개의 RF 전력 레벨들을 갖는 멀티-진폭 펄스 RF 파형을 발생시킨다. 또한, 많은 실시예들에서, 제어기로 플라즈마 소스를 구동하는 RF 파형에 동기화될 수 있는 바이어스 전압 파형을 발생시키는 바이어스 전압 전력 공급장치에 의하여 기판은 바이어스 된다.

도 2a는 특정 조건하에서 기판(146, 도 1)상에 전하 축적을 야기할 수 있는 단일 진폭을 갖는 RF 소스(130)에 의하여 발생되는 종래의 파형(200)을 예시한다. 파형(200)은 전력 레벨 P_RF (202)를 갖는 펄스로 플라즈마가 발생될 때까지 접지 전위에 있다. 전력 레벨 P_RF (202)은 플라즈마 도핑 및 많은 플라즈마 식각 및 플라즈마 증착 프로세스들에 적합하도록 선택된다. 펄스는 펄스 기간(T_P, 204) 후에 종료되고, 그런다음 접지 전위(ground potential)로 돌아간다. 그런다음 파형은 주기적으로 반복된다.

도 2b는 플라즈마 프로세싱 동안 플라즈마에 이온을 끌어당기기 위하여 기판(146, 도 1)에 음전압을 인가하는 바이어스 전압 공급장치(148)에 의하여 발생되는 종래의 파형(250)을 예시한다. 음전압(252)은 RF 소스(130)에 의하여 발생된 파형(200)이 전력 레벨 P_RF(202)과 동일한 전력을 갖는 기간(T₁, 254) 동안 인가된다. 음전압(252)은 플라즈마 프로세싱을 위하여 플라즈마의 이온들을 기판(146)으로 끌어당긴다. 파형(200)은 플라즈마 프로세싱이 종료되는 기간(T₂, 256) 동안 접지 전위에 있다. 비교적 높은 듀티 사이클(즉, 약 25% 초과 및 몇몇 경우에는 약 2% 초과)에서, RF 소스(130)에 의하여 발생된 파형(250)이 전력 레벨 P_RF(202)과 동일한 전력을 갖는 기간 (T₁, 254) 동안 전하가 기판(146)상에 축적되는 경향이 있다.

본 발명의 방법들 및 장치는 충전 효과에 의해 야기되는 손상 가능성을 감소시킴으로써 플라즈마 도핑, 플라즈마 식각 및 플라즈마 증착과 같은 플라즈마 프로세싱이 더 높은 듀티 사이클들에서 수행되는 것을 허용한다. 기판(146)상 전하 축적을 적어도 부분적으로 중성화하기 위해 플라즈마 소스(101)에 전력을 공급하고 프로세스 되는 기판(146)에 바이어스를 인가하는 본 발명에 따른 수많은 방법이 있다.

도 3a는 기판(146, 도 1)상의 전하 축적을 적어도 부분적으로 중성화하기 위한 멀티 진폭을 갖는 본 발명에 따른 RF 소스(130, 도 1)에 의하여 발생된 RF 전력 파형(300)을 예시한다. 파형(300)은 펄스화되고 도면에서 각각 P_RF1 및 P_RF2 로 표시된 제 1 전력 레벨(302) 및 제 2 전력 레벨(304)을 갖는다. 그러나 기판(146)상의 전하 축적을 적어도 부분적으로 중성화하기 위하여 두 개보다 더 많은 진폭들을 갖는 파형들이 본 발명의 방법에서 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 파형들이 불연속(discrete) 진폭들을 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있다는 것도 이해되어야 한다. 예를 들어, 파형들은 연속적으로 변할 수 있다. 즉, 몇몇 실시예들에서, 파형들이 파저티브(positive) 또는 네거티브(negative) 기울기들로 램프(ramp)될 수 있다. 또한, 파형들은 선형(linear) 또는 비선형 비율로 램프 될 수 있다.

제 1 전력 레벨 P_RF1(302)은 기판(146)이 플라즈마 프로세싱 동안 바이어스 인가되지 않을 때 기판(146)상의 전하를 적어도 부분적으로 중성화하기에 충분한 RF전력을 제공하도록 선택된다. 제 2 전력 레벨 P_RF2(304)은 플라즈마 도핑, 플라즈마 식각 및 플라즈마 증착과 같은 플라즈마 프로세싱에 적합하도록 선택된다. 다양한 실시예들에서, 제 1 전력 및 제 2 전력 레벨들 P_RF1(302), P_RF2(304)을 포함하는 RF 소스(130)에 의하여 발생되는 파형(300)이 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128, 도 1)의 하나 또는 모두에 인가된다. 하나의 특정 실시예에서, RF 소스(130)에 의하여 발생되는 파형(300)은 그것이 제 1 전력 레벨 P_RF1(302)에 있을 때 평면 코일 RF 안테나(126) 및 나선 코일 RF 안테나(128)의 하나에 인가되고 그것이 제 2 전력 레벨 P_RF2(304)에 있을 때 평면 코일 RF 안테나(126) 및 나선 코일 RF 안테나(128)의 다른 쪽에 인가된다. 다른 특정 실시예에서, RF 소스(130)에 의하여 발생되는 파형(300)은 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 설명되듯이 그것이 제 1 주파수를 갖을 때 평면 코일 RF 안테나(126) 및 나선 코일 RF 안테나(128)의 하나에 인가되고 그것이 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수를 가질 때 평면 코일 RF 안테나(126) 및 나선 코일 RF 안테나(128)의 다른 쪽에 인가된다.

도 3a에 도시된 파형(300)은 제 1 전력 레벨 P_RF1(302)이 제 2 전력 레벨 P_RF2(304)보다 크다는 것을 나타낸다. 그러나 다른 실시예들에서, 제 1 전력 레벨 P_RF1(302)이 제 2 전력 레벨 P_RF2(304)보다 작다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 도 6과 관련하여 설명되듯이 기판(146)이 플라즈마 프로세싱 동안 바이어스 되지 않을 때 파형(300)은 영(0) 또는 비교적 낮은 전력 레벨인 제 3 전력 레벨을 포함한다.

파형(300)은 또한, 파형(300)이 제 1 전력 레벨 P_RF1(302)과 동일한 전력을 갖는 시간 기간에 상응하는 제 1 펄스 기간(pulse period) T_P1(306)과, 파형이 제 2 전력 레벨 P_RF2(304)과 동일한 전력을 갖는 시간 기간에 상응하는 제 2 펄스 기간 T_P2(308)을 나타낸다. 파형(300)에 대한 전체 멀티-진폭 펄스 기간 T_Total(310)은 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 및 제 2 펄스 기간 T_P2(308)의 조합이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 및 제 2 펄스 기간 T_P2(308)은 모두 30-500㎲ 범위에 있고 전체 펄스 기간 T_Total(310)은 60㎲-1ms 범위에 있다. 다른 실시예들에서, 총 펄스 기간 T_Total (310)은 약 1ms 이상일 수 있다.

도 3a는 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 동안 파형(300)의 주파수가 제 2 펄스 기간T_P2(308) 동안 파형(300)의 주파수와 동일한 것을 나타낸다. 그러나 다양한 실시예들에서, 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 설명된 바와 같이 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 동안 파형(300)의 주파수는 제 2 펄스 기간 T_P2(308) 동안의 파형(300)의 주파수와 상이할 수 있다. 또한, 파형(300)의 주파수는 제 1 펄스 기간 T_P1(310) 및 제 2 펄스 기간 T_P2(308)의 적어도 하나에서 변경될 수 있다.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 파형(300)은 플라즈마 프로세싱 동안 전하 축적을 적어도 부분적으로 중성화하기 위하여 선택되는 멀티 주파수들 및 멀티 진폭들 모두를 포함한다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 파형(300)은 플라즈마 도핑을 위하여 유지되는 도우즈(dose)와 같은 특정 프로세스 파라미터들을 개선하기 위하여 선택되는 멀티 주파수들 및 멀티 진폭들 모두를 포함한다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 파형(300)은 특정 프로세스 목적들을 달성하는 것을 보조하기 위하여 선택되는 멀티 주파수들 및 멀티 진폭들 모두를 포함한다. 예를 들어, 파형(300)은 프로세스 제어를 개선하고 프로세스 율들(rate)을 증가시키기 위하여 멀티 주파수들 및 멀티 진폭들 모두를 포함할 수 있다.

또한, 파형(300)은 레트로그레이드 도핑 프로파일(retrograde doping profile)들을 형성하는 녹온(knock-on) 이온 주입을 달성하도록 멀티 주파수들 및 멀티 진폭들 모두를 포함할 수 있다. 또한, 파형(300)은 특정 식각 프로파일들 및 식각 프로세스 목적들, 예컨대 높은 종횡비(aspect-ratio)의 식각 프로파일들을 달성하기 위해 멀티 주파수들 및 멀티 진폭들 모두를 포함할 수 있다. 추가로, 파형(300)은 특정 증착 프로파일 및 프로세스 목적들, 예컨대 재료를 높은 종횡비 구조들로 증착, 등각(conformal) 또는 근사 등각(near conformal) 코팅 증착, 및 트렌치들 및 다른 디바이스 구조들의 갭들을 채우는 것을 달성하기 위하여 멀티 주파수들 및 멀티 진폭들 모두를 포함할 수 있다.

도 3b는 플라즈마 프로세싱 동안 이온들을 끌어당기기 위하여 기판(146)에 음전압(352)을 인가하는 본 발명에 따른 바이어스 전압 공급 장치(148, 도 1)에 의하여 발생되는 바이어스 전압 파형(350)을 예시한다. 바이어스 전압 파형(350)은 RF 전력 파형(300)과 동기화된다. 그러나 바이어스 전압 파형(350)의 펄스들은 RF 전력 파형(300)의 펄스들과 정렬될 필요는 없다는 것이 이해되어야 한다. 음전압(352)은 RF 소스(130)에 의하여 발생된 파형(350)이 제 2 전력 레벨 P_RF2(304)과 동일한 전력을 갖는 제 2 펄스 기간 T_P2(308) 동안 인가된다. 파형(350)은 플라즈마 프로세싱이 종료되고 파형(300)이 제 1 전력 레벨 P_RF1(302)과 동일한 전력을 갖는 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 동안 접지 전위(ground potential)에 있다.

두 개의 상이한 전력 레벨들을, 바이어스 전압 공급 장치(148, 도1)에 의하여 발생된 파형(350)이 접지 전위에 있는 기간, T_P1(306) 동안 제 1 전력 레벨 P_RF1(302)이 RF 소스(130)에 의해 인가, 가진 파형을 플라즈마 소스(101, 도 1)에 인가하는 것은, 기판(146, 도 1)상의 축적된 전하를 중성화하는데 도움이 될 것이다.상응하는 플라즈마 내의 전자들은 기판(146)상에 축적된 전하의 적어도 일부를 중성화할 것이다.

도 3c는 플라즈마 프로세싱 동안 이온들을 끌어당기기 위하여 기판(146)에 음 전압(negative voltage) (362)을 인가하고 기판(146)상에 전하 중성화를 보조하기 위해 플라즈마 프로세싱 종료된 후에 기판(146)에 양 전압(positive voltage)(364) 인가하는 본 발명에 따른 바이어스 전압 공급 장치(148, 도 1)에 의하여 발생되는 바이어스 전압 파형(360)을 예시한다. 음전압(362)은 RF 소스(130)에 의하여 발생된 파형(300)이 제 2 전력 레벨 P_RF2(304)과 동일한 전력을 갖는 제 2 펄스 기간 T_P2(308) 동안 인가된다. RF 소스(130)에 의하여 발생된 파형(300)이 제 1 전력 레벨 P_RF1(302)과 동일한 전력을 갖는 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 동안 파형(360)은 양의 전위(positive potential)(364)에 있다.

두 개의 상이한 전력 레벨들을, 바이어스 전압 공급 장치(148, 도1)에 의하여 발생된 파형(360)이 양의 전위(364)에 있는 기간, T_P1(306) 동안 제 1 전력 레벨 P_RF1(302)이 RF 소스(130, 도 1)에 의해 인가, 가진 파형을 플라즈마 소스(101, 도 1)에 인가하는 것은, 기판(146, 도 1)상의 축적된 전하를 중성화하는데 도움이 될 것이다.상응하는 플라즈마 내의 전자들은 기판(146)상에 축적된 전하의 적어도 일부를 중성화할 것이다. 또한, 기판(146)에 인가된 양 전압(364)는 기판(146)상에 축적된 전하의 적어도 일부를 또한 중성화할 것이다.

도 4a 내지 도 4c는 도 3a 내지 3c와 관련하여 기재된 파형(300,350,360)과 유사한 본 발명에 따른 RF 소스(130)에 의하여 발생된 RF 전력 파형(400) 및 바이어스 전압 공급 장치(148, 도 1)에 의하여 발생된 바이어스 전압 파형(402,404)을 예시하나, 제 1 전력 레벨 P_RF1(302) 및 제 2 전력 레벨 P_RF2(304) 모두로 플라즈마 프로세스를 수행하도록 파형(300,350,360)에 대하여 시간에서 변위 된다. 이 실시예에서, RF 전력 파형(400) 및 바이어스 전압 파형(402,404)은 동기화되나, RF 전력 파형(400)의 펄스는 바이어스 전압 파형(402,404)의 펄스와 정렬되지 않는다.

플라즈마 프로세싱 동안 RF 소스(130)에 의하여 발생된 전력을 변경하는 것은 사용자가 특정 프로세싱 목적들 및 효과들을 달성하기 위해 플라즈마 프로세싱 동안 기판(146)의 표면상에 축적되는 전하 양을 더욱 정밀하게 제어하는 것을 허용한다. 예를 들어, 제 2 펄스 기간 T_P2(308)의 끝단 근처에서 전력을 증가시키는 것은 기판(146)상에 축적된 전하의 중성화를 개선할 것이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 주파수를 가진 RF 소스(130)에 의하여 발생된 RF 전력 파형(500) 및 바이어스 전압 공급 장치(148, 도 1)에 의하여 발생된 상응하는 바이어스 전압 파형들(502,504)을 예시한다. 파형(500)은 도 3 및 도 4와 관련하여 설명된 파형(300,400)과 유사하다. 그러나 제 1 펄스 및 제 2 펄스 기간 T_P1(306), T_P2(308)의 RF 전력들은 동일하고 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 및 제 2 펄스 기간 T_P2(308)의 주파수들은 상이하다. 파형(500)의 주파수를 변경하는 것은 이온/전자 밀도를 변경하고 그 결과 전하 중성화 효율(charge neutralization efficiency)을 변경한다.

따라서, 일 실시예에서, 제 1 펄스 기간 T_P1(306)의 파형(500)의 주파수는 제 2 펄스 기간 T_P2(308)의 파형(500)의 주파수와 상이하고 이들 주파수들은 플라즈마 프로세싱 동안 전하 축적을 적어도 부분적으로 중성화하도록 선택된다. 파형들(502, 504)은 도 3과 관련하여 개시된 파형들(350, 360)과 유사하다. 다른 실시예들에서, 파형들(502, 504)은, 도 4와 관련하여 개시된 파형들(402,404)의 변위와 유사하게, 파형(500)에 대하여 시간에서 변위 된다.

또한, 본 발명의 일 측면에서, RF 소스(130)에 의하여 발생되는 멀티 전력 레벨들, 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 및 제 2 펄스 기간 T_P2(308)의 파형(500)의 주파수, 및 바이어스 전압 공급 장치(148, 도 1)에 의하여 발생되는 파형에 대한 파형(500)의 상대적 타이밍(timing)과 같은 파라미터들이 특정 프로세스 목적들을 달성하기 위하여 선택된다. 예를 들어, RF 소스(130)로 멀티 전력 레벨들을, 바이어스 전압이 접지 전위에 있을 때 RF 소스(130)에 의하여 하나의 전력 레벨이 발생, 발생시키는 것은, 사용자가 플라즈마 프로세싱 동안 전력을 더 적게 사용하고 및/또는 프로세스 시간을 단축하도록 하는데, 이는 일부 플라즈마 프로세싱이 바이어스 전압이 접지 전위에 있을 때 발생할 것이기 때문이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, RF 소스(130, 도 1)에 의하여 발생되는 멀티 전력 레벨들, 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 및 제 2 펄스 기간 T_P2(308)의 적어도 하나에서의 파형(500)의 주파수, 및 바이어스 전압 공급 장치(148, 도 1)에 의하여 발생되는 파형들에 대한 파형(500)의 상대적 타이밍 중 적어도 하나가 플라즈마 도핑을 수행할 때 기판(146, 도 1)상에 유지되는 도우즈(dose)를 개선하도록 선택된다. 예를 들어, 플라즈마 프로세싱 동안 전력을 덜 사용하는 것은 더 적은 증착 및, 따라서, 기판에 더 많이 유지되는 도우즈(dose)를 야기할 것이다. 동작 압력, 가스 유량(gas flow rates)들, 희석 가스 유형(type of dilution gas), 및 플라즈마 소스 전력이 또한 이 방법과 함께 유지되는 도우즈를 추가로 개선하도록 선택될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서, RF 소스(130, 도 1)에 의하여 발생되는 멀티 전력 레벨들, 제 1 펄스 기간 T_P1(306) 및 제 2 펄스 기간 T_P2(308)의 적어도 하나에서의 파형(500)의 주파수, 및 바이어스 전압 공급 장치(148)에 의하여 발생되는 파형에 대한 파형(500)의 상대적 타이밍 중 적어도 하나가 플라즈마 프로세싱 동안 측벽(sidewall) 커버리지(coverage)를 개선하도록 선택된다. 용어 "측벽 커버리지(sidewall coverage) 개선"은 본원에서 이온 플럭스(ion flux)에 수직인 기판 표면 상에 재료의 증착율(deposition rate)에 대한 측벽상의 재료의 증착율의 비율을 증가시키는 것을 나타낸다. 더 나은 측벽 커버리지를 달성하는 것은 등각 도핑(conformal doping) 및 등각 증착 애플리케이션과 같은 많은 어플리케이션들에 중요하다. 예를 들어, 많은 3차원 및 다른 최신 디바이스들은 등각 도핑(conformal doping) 및 등각 증착(conformal deposition)을 필요로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 플라즈마 도핑용 녹온(knock-on) 이온 주입을 생성하기 위해서, 파형들은 특정 멀티 전력 레벨들, 멀티 주파수들 및 바이어스 전압 공급 장치(148, 도 1)에 의하여 발생되는 파형들에 대한 상대적 타이밍들을 가진 RF 소스(130, 도 1)에 의하여 발생된다. 용어 '녹온 이온 주입(knock-on ion implant)'은 본원에서 도펀트 재료를 기판(146)으로 몰아넣기 위해서 이온이 기판(146)의 표면층들을 통과하여 주입되는 반동 이온 주입(recoil ion implant)으로 정의된다.

녹온(knock-on) 이온 주입에 사용되는 이온들은 불활성 공급 가스(inert feed gas)로부터 형성될 수 있는 He, Ne, Ar, Kr 및 Xe과 같은 불활성 이온 종(species)일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 녹온 이온들의 질량(mass)은 원하는 도펀트 이온들의 질량과 유사하게 선택된다. RF 소스(130, 도 1)는 충돌시 증착된 도펀트 재료를 기판(146, 도 1)의 평평한 및 비-평평한 특징부(feature)들 모두 물리적으로 두드리기에(knock) 충분한 에너지를 갖는 녹온 이온들을 기판(146, 도 1) 쪽으로 향하도록 하기에 충분한 RF 전력을 발생한다. 또한, 챔버 압력, 가스 유량, 플라즈마 소스 전력, 가스 희석 및 펄스화된 바이어스 공급의 듀티 사이클과 같은 동작 파라미터들이 녹온 이온 주입들을 개선하기 위해 선택될 수 있다.

녹온(knock-on) 이온 주입은 레트로그레이드 도핑 프로파일들을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 파형들이 레트로그레이드 도핑 프로파일 또는 레트로그레이드 증착된 필름 프로파일과 같은 레트로그레이드 프로파일을 생성하기 위하여 특정 멀티 전력 레벨들, 멀티 주파수들, 및 바이어스 전압 공급 장치(148)에 의하여 발생되는 파형들에 대한 상대적 타이밍을 가지고 RF 소스(130, 도 1)에 의하여 발생된다. 용어 '레트로그레이드 프로파일(retrograde profile)'은 본원에서 프로파일의 피크 농도(peak concentration)가 기판 표면 아래에 있는 프로파일을 뜻한다. 예를 들어, 본원 양수인에게 양도된 ""A Method of Forming a Retrograde Material Profile Using Ion Implantation" 명칭의 미국 특허 출원번호 12/044,619을 참조한다. 미국 특허 출원 번호 12/044,619의 전체 명세서는 본원에 참조로서 통합된다.

플라즈마 도핑을 위하여, 때때로 레트로그레이드 이온 주입 도펀트 프로파일을 형성하는 것이 바람직한데, 그것은 많은 이유들로 이온 주입된 층들의 깊이를 정확하게 제어하는 것이 어렵기 때문이다. 예를 들어, 플라즈마 도핑 동안, 물리적 스퍼터링(physical sputtering) 및 화학적 식각(chemical etching)에 의해 야기되는 기판 표면의 약간의 의도되지 않은 식각이 있을 수 있다. 또한, 기판 표면상에 약간의 의도하지 않은 증착이 있을 수 있다. 더욱이, 멀티 이온 종의 존재, 이온들 간의 충돌들, 플라즈마 쉬스 내 불균일성, 2차 전자 방출의 존재, 기생 임피던스 때문에 형성된 변위(displacement) 전류들, 및 이상적이지 못한 바이어스 펄스들의 적용과 같은 많은 요인들 때문에 상당한 이온 주입 에너지 분배가 있을 수 있다.

또한, 레트로그레이드 이온 도펀트 프로파일을 형성하는 것이 때때로 바람직한데, 그것은 증착되거나 주입되는 재료의 최대 피크 농도 대부분이 기판 표면에 또는 그 근처에 위치하므로 표면-피크 도펀트 프로파일들이 후 증착(post deposition) 또는 후 주입(post implant) 프로세스들에 매우 민감하기 때문이다. 특히, 주입 후에 전형적으로 수행되는 포토-레지스트 스트립 프로세스(photo-resist strip process)는 기판 근처의 상당한 양의 도펀트 재료를 제거할 것이다.

다른 실시예들에서, 파형들은 특정 프로세스 목적들 또는 식각 프로파일들과 같은 프로세스 프로파일들을 달성하기 위하여 특정 멀티 전력 레벨들, 멀티 주파수들, 및 바이어스 전압 공급 장치(148)에 의하여 발생되는 파형들에 대한 상대적 타이밍을 가지고 RF 소스(130)에 의하여 발생된다. 예를 들어, 멀티 전력 레벨들, 멀티 주파수들 및 바이어스 전압 공급 장치(148)에 의하여 발생되는 파형들에 대한 상대적 타이밍들이 높은 종횡비의 식각 프로파일들 또는 특정 유형의 증착 프로파일들을 달성하기 위하여 선택될 수 있다.

당업자는 본 발명에 따른 RF 소스(130, 도 1)에 의하여 발생된 파형이 멀티 진폭들 및 멀티 주파수들 모두를 가질 수 있고 바이어스 전압 공급 장치(148, 도 1)에 의하여 발생된 파형들에 대하여 다양한 상대적 타이밍들을 가질 수 있다는 것을 인지할 것이다. 사실, RF 소스(130, 도 1)에 의하여 발생될 수 있는 멀티 전력 레벨들 및 멀티 주파수들, 그리고 바이어스 전압 공급 장치(148, 도 1)에 의하여 발생되는 파형들에 대한 상대적 타이밍들을 갖는 가능한 파형들, 전하를 적어도 부분적으로 중성화시키고 및/또는 본원에서 설명된 프로세스 목적들을 달성하는, 거의 무한대로 존재한다.

도 6 관련하여 본 발명의 일 실시예에 따른 측정된 멀티-설정-점(multi-set-point) RF 전력 및 제어 신호 파형(600)들을 예시한다. 파형들(600)은 RF 전력 및 시각 t₀ 에서 시작하는 시간의 함수로서의 제어 신호 파형들을 포함한다. 파형들(600)은 이온 주입 기간(602), 전하 중성화 기간(604) 및 전력 오프 기간(606)을 도시한다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 시각 t₀ 에서, 제어기(152, 도 1)는 바이어스 전압 전력 공급 장치(148, 도 1)가 플라즈마에서 이온을 기판(146)쪽으로 끌어당기는 음전압 펄스로 기판(146, 도 1)에 바이어스 인가하도록 명령하는 주입 펄스(608)를 발생시킨다. 주입 펄스(602)의 상승 시간(rise time)은 약 30 마이크로초(microsecond)이다. 또한, 시각 t₀에서 제어기(152)는 제 1 전력 레벨을 갖는 RF 전력 파형(610)을 개시하는 RF 펄스 제어 신호를 발생시킨다. 이온 주입 기간(602)에서, 제어기(152)는 RF 전류들을 RF 안테나(126,128)(도 1)의 적어도 하나에 흐르게 하고 그렇게 함으로써 플라즈마를 타격하는 제 1 RF 펄스 제어 신호(612)를 발생시킨다. 제 1 RF 펄스 제어 신호(612)의 상승 시간은 약 30 마이크로초이다.

전하 중성화 기간(604)은 제 1 RF 펄스 제어 신호(612) 및 주입 펄스 신호(608) 모두가 영(0)으로 돌아갈 때 시작된다. 제 1 RF 펄스 제어 신호 및 주입 펄스 제어 시간의 하강 시간(fall time)은 약 20 마이크로초(microsecond)이다. 전하 중성화 기간(604) 동안, 제어기(152)는 RF 전력 파형(610)을 제 2 전력 레벨으로 램프(ramp)시키는 제 2 RF 펄스 제어 신호(614)를 발생시킨다. 많은 실시예들에서, 제 2 전력 레벨은 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 전력 레벨보다 크다. 그러나 다른 실시예들에서, 제 2 전력 레벨은 제 1 전력 레벨보다 낮은 전력 레벨을 포함하는 임의의 전력 레벨일 수 있다. 제 2 RF 펄스 제어 신호의 상승 시간은 또한 약 30 마이크로초이다. 전하 중성화 기간(604) 동안, 기판(146)상의 적어도 일부의 전하는 플라즈마 내의 전자들에 의하여 효율적으로 중성화된다. 이 부분적 또는 완전한 전하 중성화(charge neutralization)는 기판(146)상의 원치 않는 충전 효과를 감소시킨다.

전력 오프 기간(606)은 제 2 RF 펄스 제어 신호(614)가 영(0)으로 돌아갈 때 시작된다. 제 2 RF 펄스 제어 신호(614)의 하강 시간은 약 20 마이크로초이다. 전력 오프 기간(606)에서, RF 전력이 소멸되고, 이는 플라즈마를 종료시킨다. 본 발명에 따른 강화된 전하 중성화를 갖는 플라즈마 프로세싱 방법들은 많은 상이한 멀티-설정-점 RF 전력 및 제어 신호 파형들(600)로 채택될 수 있다.

본 발명에 따른 전하 중성화 방법들은 수많은 다른 유형들의 플라즈마 프로세싱 장치에 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 전하 중성화 방법들은 유도성 결합 플라즈마(ICP) 소스들, 헬리콘 공명기 플라즈마(helicon resonator plasma) 소스들, 마이크로파 플라즈마(microwave plasma) 소스들, ECR 플라즈마 소스들, 및 용량성 결합 플라즈마 소스들을 갖는 플라즈마 프로세싱 장치에 사용될 수 있다. 사실, 펄스화된 모드에서 동작될 수 있는 임의 유형의 플라즈마 소스가 본 발명의 방법들을 수행하기 위하여 사용될 수 있다.

펄스화된 RF 및 바이어스 파형들(200, 250)이 주입 이온들을 위해 사용될 때, 주입될 이온들의 조성(composition)을 정확하게 제어하는 것은 어렵다. 예를 들어, B₂H₆ 및 헬륨(helium)의 혼합물이 플라즈마를 생성하는데 사용될 수 있다. 이 혼합물은 헬륨 이온들뿐만 아니라 p 타입 도펀트 이온들을 생성할 수 있다. 기판이 음으로 바이어스 인가된 때, 플라즈마에서 생성된 양의 이온들은 기판 쪽으로 가속된다. 헬륨 이온들은 기판에서 더 많은 손상을 야기 할 수 있고 그리고 어닐링 프로세스 동안에 기판의 재성장율(regrowth rate)은 느려진다. 따라서, 헬륨 이온들의 생성을 최소화하는 것이 유리할 것이다. 그러나, 통상의 플라즈마 잠입 주입에서, 이온들은 구별 없이 생성되고 따라서 도펀트 및 헬륨 이온들 모두가 주입된다.

이하에서, 플라즈마 프로세싱의 다양한 실시예들이 개시된다. 상기에서 언급한 바와 같이, 프로세스는 플라즈마 기반 이온 주입 프로세스, 플라즈마 기반 식각 프로세스, 플라즈마 기반 증착 프로세스 또는 임의의 다른 플라즈마 기반 프로세스일 수 있다. 명확성 및 단순함의 목적을 위하여, 플라즈마를 생성하고 유지하는 플라즈마 소스에 인가되는 RF 파형 및 플라즈마 또는 RF 파형을 이용하여 생성되어 거기에 함유된 입자들로 기판을 프로세스 하기 위해 기판에 인가되는 바이어스 파형에 중점을 둘 것이다. 이하에서 설명될 것처럼, RF 파형 및 바이어스 파형은 다양한 구성들을 가질 수 있다.

도 7과 관련하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 전력 파형(700) 및 상응하는 바이어스 전압 파형(701)이 도시된다. 도면에서 예시된 것처럼, RF 전력 파형(700) 및 바이어스 전압 파형(701)은 상이한 진폭들을 갖는 복수개의 펄스들을 포함한다. 앞에서의 실시예들과 유사하게, RF 전력 파형(700)은 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128)(도 1)중 하나이상에 인가될 수 있는 반면, 바이어스 전압(701)은 기판(146, 도1)에 인가될 수 있다.

RF 전력 파형(700)은 세 개의 해당 RF 전력 기간들 t_p1, t_p2, 및 t_p3 동안에 인가되는 제 1 내지 제 3의 RF 전력 펄스들(702,704, 및 706)을 포함할 수 있다.도면에서 예시된 바와 같이, 제 1 RF 전력 펄스(702)는 제 2 RF 전력 펄스(704)보다 선행할 수 있고 제 2 RF 전력 펄스(704)는 제 3 RF 전력 펄스(706)보다 선행할 수 있다. 원한다면, 추가의 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(702, 704, 및 706)들이 상기 순서로 또는 상이한 순서로 제공될 수 있다.

제 1 RF 펄스(702)는 제 1 전력 레벨 P_RF1을 가질 수 있고, 제 2 RF 펄스(704)는 제 2 전력 레벨 P_RF2을 가질 수 있고, 및 제 3 RF 펄스(706)는 제 3 전력 레벨 P_RF3을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 전력 레벨 P_RF1은 실질적으로 영(0)일 수 있다.대안적으로, 제 1 전력 레벨 P_RF1은 실질적으로 영(0) 보다 클 수 있다. 한편, 제 2 전력 레벨 P_RF2는 제 1 전력 레벨 P_RF1보다 크지만, 제 3 전력 레벨 P_RF3보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 2 RF 전력 레벨 P_RF2의 값은 약 200와트(watt)이고 그리고 제 3 전력 레벨 P_RF3의 값은 제 2 RF 전력 레벨 P_RF2의 150% 내지 600%, 약 600와트일 수 있다. 제 2 및 제 3 RF 전력 기간들 t_p2 및 t_p3 동안에 제 2 및 제 3 RF 전력 펄스들(704,706)이 인가된 때 플라즈마가 생성될 수 있다. 제 2 RF 전력 펄스들(704)의 인가로 생성된 플라즈마에 비교되어 제 3 RF 전력 펄스(706)의 인가로 생성된 플라즈마는 상이한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 3 RF 전력 펄스(706)으로 생성된 플라즈마는 더 큰 이온 및/또는 전자 밀도를 가질 수 있다.

제 3 RF 전력 펄스(706)(또는 RF 전력 기간 t_p3의 지속기간(duration))의 폭은 듀티 사이클의 약 20% 내지 50%일 수 있다. 반면, 제 2 RF 전력 펄스(704)(또는 RF 전력 기간 t_p2의 지속기간(duration))의 폭은 듀티 사이클의 약 60% 의 상한 한계치(upper limit)를 가질 수 있다. 특정 예에서, 제 2 RF 전력 펄스(704)의 폭은 약 30-100 ㎲ 일 수 있지만, 바람직하게는 90 ㎲ 쯤일 수 있다. 한편, 제 3 RF 전력 펄스(706)의 폭은 약 10-50 ㎲ 일 수 있지만, 바람직하게는 30 ㎲ 일 수 있다. 제 2 및 제 3 RF 전력 펄스들(704,706)의 적어도 하나는 플라즈마 및/또는 기판(146)의 원하는 상태들 또는 특성들에 의존하여 변할 수 있다는 것을 당업자들은 인지할 것이다.

한편, 바이어스 전압 파형(701)은 제 1 및 제 2 바이어스 펄스들(703 및 705)를 포함할 수 있다. 제 1 바이어스 펄스(703)는 제 1 바이어스 전압 레벨 V₁ 을 가질 수 있고 제 1 바이어스 기간 t_b1 동안에 인가될 수 있다. 한편, 제 2 바이어스 펄스(705)는 제 2 바이어스 전압 레벨 V₂ 을 가질 수 있고 제 2 바이어스 기간 t_b2 동안에 인가될 수 있다. 본 실시예에서, 제 2 바이어스 레벨 V₂는 제 1 바이어스 레벨 V₁ 보다 더 큰 절대값(즉, 더 큰 양의 값 또는 더 큰 음의 값)을 가질 수 있다. 한편, 제 1 바이어스 레벨 V₁은 기판(146,도1)에 제공된 바이어스를 턴 오프(turn off) 함으로써 달성되는 약 영(0)일 수 있다. 대안적으로, 제 1 바이어스 레벨 V₁는 영(0) 보다 더 큰 절대값(즉, 더 큰 양의 값 또는 더 큰 음의 값)을 가질 수 있다.이온들이 기판(146,도 1)에 근접한 동안 제 2 바이어스 펄스(705)가 제공된다면, 이온들은 기판(146)으로 끌어당겨질 수 있고, 주입될 수 있다.

도면에서 예시된 바와 같이, 제 1 및 제 3 RF 전력 기간들 t_p1 및 t_p3은 제 1 바이어스 기간 t_b1와 일치할 수 있다. 한편, 제 2 RF 전력 기간 t_p2는 제 1 및 제 2 바이어스 기간들 t_b1 및 t_b2 양자와 일치할 수 있다. 달리 말하면, 제 2 RF 전력 펄스(704)가 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128)(도 1) 중 하나이상에 인가되는 동안, 제 2 바이어스 전압 펄스(705)는 기판(146, 도1)에 인가된다. 도면에서, 제 3 RF 전력 펄스(706) 및 제 1 바이어스 전압(703)의 동시 적용이 도시된다. 그러나, 제 3 RF 전력 펄스(706) 및 제 1 바이어스 전압(703)중 다른 것 후에 제 3 RF 전력 펄스(706) 및 제 1 바이어스 전압(703)중 하나가 적용될 수 있고 약간의 지연이 있을 수 있는 것을 당업자들은 인식할 것이다.

만약 플라즈마가 제 2 RF 전력 펄스(704)를 가지고 제 2 RF 전력 기간 t_p2 동안 생성된다면, 기판(146,도 1)에 제 2 바이어스 펄스(705)의 적용은 플라즈마로부터 기판(146)으로 이온들을 끌어당길 것이다.예를 들어, 음의 바이어스 V₂의 적용은 양 전하 이온들을 끌어당길 것이고 양 전하 이온들은 기판(146)에 주입될 것이다. 결과적으로, 기판(146) 및 기판상에 배치되거나 또는 증착된 임의의 다른 재료는 또한 양의 전하가 될 수 있다. 엄밀한 의미의, 아킹(arcing)이 발생할 수 있다. 만약 프로세스 시스템의 듀티 사이클 또는 압력이 증가되면 아킹(arcing)이 악화될 수 있다. RF 전력 파형(700) 및 바이어스 전압 파형(701)을 적용함으로써, 듀티 사이클 또는 압력이 증가된다 할지라도 아킹은 피하게 될 수 있다. 특정 예에서, 300와트의 제 2 펄스(704) 및 600와트의 제 3 펄스(706)를 가지는 RF 전력 파형(700)이 기판(146)으로 이온들을 주입하기 위해서 안테나(126 및 128)(도 1)에 인가된다. 6m 토르(Torr)의 압력이 시스템(100)내에 수립된다. 30에서 80 ㎲으로 주입(예, t_b2)의 지속기간의 증가에도 불구하고 아킹은 관찰되지 않았다. 다른 예에서, 기판(146)은 시스템에서 프로세스 되고 시스템(100)내의 압력은 약 10m토르였다. 이 예에서, 압력은 스루풋을 추가로 증가시키기 위해 압력이 증가된다. 제 2 및 제 3 펄스들(704 및 706)을 갖는 RF 전력 파형(700)이 안테나들(126 및 128) 중 적어도 하나에 인가된다. 제 2 펄스(704)는 200와트의 전력 레벨을 가지나 30㎲ 동안 제 3 펄스(706)는 600와트의 전력 레벨을 갖는다. 90㎲동안 주입(예, t_b2)의 지속기간의 증가에도 불구하고 아킹(arcing)은 관찰되지 않았다.

도 8a과 관련하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 전력 파형(800) 및 상응하는 바이어스 전압 파형(801)이 도시된다. 본 실시예에서, PLAD 프로세스에 의해 유도된 손상들 및 결점들을 감소하기 위해서 RF 전력 파형(800) 및 상응하는 바이어스 전압 파형(801)이 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 하나이상과 기판(146,도 1)에 각각 인가될 수 있다. 도면에서 예시된 것처럼, RF 전력 파형(800) 및 바이어스 전압 파형(801)은 불연속(discrete)이고 상이한 진폭들을 갖는 복수개의 펄스들을 포함할 수 있다. 그러나, 불연속이거나 불연속이 아닌 진폭들로 세개이상의 펄스들을 갖는 RF 전력 파형이 사용될 수 있는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 연속적으로 변화하는 진폭을 가진 파형이 또한 사용될 수 있다. 또한, 파형은 선형(linear) 또는 비선형 비율로 램프 될 수 있다. 더욱이, 파형은 그것의 주파수가 아닌 RF 전력 신호의 진폭을 묘사하는 것에 주목하여야 한다. 임의 적합한 주파수 또는 주파수들의 셋(set)이 안테나(126 및 128)(도 1)에 사용될 수 있다.

본 실시예에서, RF 전력 파형(800)은 세개의 해당 RF 전력 기간들 t_p1, t_p2, 및 t_p3 동안에 인가되는 제 1 내지 제 3의 RF 전력 펄스들(802,804, 및 806)을 포함할 수 있다. 도면에서 예시된 바와 같이, 제 1 RF 전력 펄스(802)는 제 2 RF 전력 펄스(804)보다 선행할 수 있고 제 2 RF 전력 펄스(804)는 제 3 RF 전력 펄스(806)보다 선행할 수 있다. 원한다면, 추가의 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스(802, 804, 및 806)들이 상기 순서로 또는 상이한 순서로 제공될 수 있다.

제 1 RF 펄스(802)는 제 1 전력 레벨 P_RF1을 가질수 있고, 제 2 RF 펄스(804)는 제 2 전력 레벨 P_RF2을 가질수 있고, 및 제 3 RF 펄스(806)는 제 3 전력 레벨 P_RF3을 가질수 있다. 본 실시예에서, 제 1 전력 레벨 P_RF1은 실질적으로 영(0)일 수 있다.대안적으로, 제 1 전력 레벨 P_RF1은 실질적으로 영(0) 보다 클 수 있다. 한편, 제 2 전력 레벨 P_RF2는 제 1 전력 레벨 P_RF1보다 크지만, 제 3 전력 레벨 P_RF3보다 작을 수 있다.

한편, 바이어스 전압 파형(801)은 제 1 및 제 2 바이어스 펄스들(803 및 805)를 포함할 수 있다. 제 1 바이어스 펄스(803)는 제 1 바이어스 전압 레벨 V₁ 을 가질 수 있고 제 1 바이어스 기간 t_b1 동안에 인가될 수 있다. 한편, 제 2 바이어스 펄스(805)는 제 2 바이어스 전압 레벨 V₂ 을 가질 수 있고 제 2 바이어스 기간 t_b2 동안에 인가될 수 있다. 본 실시예에서, 제 2 바이어스 레벨 V₂는 제 1 바이어스 레벨 V₁ 보다 더 큰 절대값(즉, 더 큰 양의 값 또는 더 큰 음의 값)을 가질 수 있다. 한편, 제 1 바이어스 레벨 V₁은 기판(146,도1)에 제공된 바이어스를 턴 오프(turn off) 함으로써 달성되는 약 영(0)일 수 있다. 대안적으로, 제 1 바이어스 레벨 V₁는 영(0) 보다 더 큰 절대값(즉, 더 큰 양의 값 또는 더 큰 음의 값)을 가질 수 있다. 이온들이 기판(146,도 1)에 근접한 동안 제 2 바이어스 펄스(805)가 제공된다면, 이온들은 기판(146)으로 끌어당겨질 수 있고, 주입될 수 있다.

도면에서 예시된 바와 같이, 제 1 및 제 3 RF 전력 기간들 t_p1 및 t_p3은 제 1 바이어스 기간 t_b1와 일치할 수 있다. 한편, 제 2 RF 전력 기간 t_p2는 제 2 바이어스 기간 t_b2 와 일치할 수 있다. 달리 말하면, 제 2 바이어스 전압 펄스(805)는 제 2 RF 전력 펄스(804)와 동기화된다. 때때로 제 2 바이어스 전압 펄스(805)와 함께 제 2 RF 전력 펄스(804)를 적용한 후 제 3 RF 전력 펄스(806)이 제 1 바이어스 전압 펄스(803)과 함께 적용된다. 도면에서, 제 3 RF 전력 펄스(706) 및 제 1 바이어스 전압(803)의 동시 적용이 도시된다.그러나, 제 3 RF 전력 펄스(806) 및 제 1 바이어스 전압(803)중 다른 것 적용 후에 제 3 RF 전력 펄스(806) 및 제 1 바이어스 전압(803)중 하나가 적용될 수 있고 약간의 지연이 있을 수 있는 것을 당업자들은 인식할 것이다.

동작에서, 기판(146,도 1)은 플라즈마 기반 시스템(100)내에 배치된다. 그 후, 공급 가스는 시스템(100)으로 도입될 수 있다. 공급 가스는 하나이상의 도펀트 가스들 및 하나이상의 불활성 가스들의 혼합물일 수 있다. 도펀트 가스는 붕소 (B), 인 (P), 비소 (As), 게르마늄 (Ge), 실리콘 (Si), 셀레늄 (Se) 또는 질소 (N), 또는 기판의 특성들을 변경할 수 있는 임의의 다른 종을 포함하는 도펀트 종을 가질 수 있다. 불활성 가스는 수소(H), 산소(O), 탄소(C), 또는 희가스의 임의 종을 포함하는 불활성 종을 가질 수 있다.본 실시예에서, 도펀트 가스는 다이보레인(diborane)(B₂H₆) 일 수 있고 불활성 가스는 헬륨(He)일 수 있다.

공급 가스가 시스템(100)으로 도입된 후에, 제 2 RF 전력 레벨 P_RF2를 가진 제 2 전력 펄스가 안테나들(126 및 128)(도1) 중 적어도 하나에 인가된다. 본 실시예에서, 제 2 전력 레벨 P_RF2의 진폭은 B₂H₆의 이온화 에너지 크고 헬륨(He)의 이온화 에너지보다 작을 수 있다. 이온화 에너지(ionization energy)는 이온이 되기 위해서 중성 분자(neutral molecule)가 전자를 잃게 하는데 요구되는 에너지 이다. 헬륨과 같은 불활성 가스는 B₂H₆를 포함하는 다른 종보다 높은 이온화 에너지를 갖는다. B₂H₆의 이온화 에너지보다 크지만, 헬륨의 이온화 에너지보다 작은 진폭을 갖는 제 2 RF 펄스(804)를 인가함으로써, 붕소(boron) 기반 이온들이 형성될 수 있다. 한편, 단지 작은 양의 헬륨 이온들이 발생될 수 있다.

만약 기판(146)에 인가된 제 2 바이어스 펄스(805)가 음의 전압이면, 제 2 바이어스 펄스(805)의 인가는 양 전하 붕소 이온들 및 다른 붕소 기반 분자 이온들의 주입을 초래할 수 있다. 그러나 단지 작은 양의 헬륨 이온들이 발생되기 때문에, 단지 작은 양의 헬륨 이온들이 기판(146)에 주입될 수 있다.

그 뒤에, 더 큰 RF 전력 레벨 P_RF3을 가진 제 3 RF 전력 펄스(806)이 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128)(도 1) 중 하나이사에 인가될 수 있다. 동시에 또는 거의 같은 시간에서, 제 1 바이어스 펄스(803)가 기판(146)에 인가된다. 본 실시예에서, 제 3 RF 전력 펄스(806)의 제 3 전력 레벨 P_RF3 은 헬륨의 이온화 에너지보다 클 수 있다. 이 시간 동안에 추가적인 B₂H₆는 추가적인 양 전하 붕소 기반 이온들을 형성하도록 이온화할 수 있다. 또한, 양 전하 헬륨 이온들이 형성된다. 결과적으로 더 많은 이온들 및 전자들이 발생 될 수 있다. 이 증가된 전력 레벨은 플라즈마 안정성(stability)을 또한 유지할 수 있다.

상기에서 언급한 바와 같이, 기판으로 양 전하 이온들의 주입은 기판(146)을 양으로 대전시킬 수 있다. 만약 바이어스가 턴 온 되면(예, 제 1 바이어스 펄스(803)의 진폭이 영(0) 전압), 추가적인 양 전하 이온들이 기판(146)으로 주입되지 않을 것 같다. 대신, 플라즈마의 전자들이 기판(146)으로 끌어당겨지고 주입될 것이다. 전자들은 기판(146)을 전기적으로 중성화할 것이다. 동시에 양 전하 이온들의 주입 동안에 유도된 기판(146)상의 일부 잔여 손상들이 수리될 수 있다. 이 사이클(cycle)이 원하면 반복될 수 있다.

인(P), 비소(As) 및 붕소(B)를 포함하는 어떤 도펀트 종은 이온 주입 프로세스 후에 수행되는 어닐링 단계 동안에 기판 재결정화(recrystallization)의 율을 증강할 수 있다. 어떤 경우들에서, 증강은 한 자릿수(order of magnitude)까지 일 수 있다. 그러나, 산소(O), 탄소(C) 및 불활성 가스들과 같은 다른 종은 재결정화 율을 감소시킬 수 있다. 붕소(B) 기반 이온들의 주입 동안에 기판(146)으로 주입된 헬륨(He) 이온들의 양을 최소화함으로써, 본 실시예의 기술은 후속 어닐링 프로세스 동안에 일어날 수 있는 재결정화 율(recrystallization rate)을 증강시킬 수 있다. 또한 주입 프로세스 동안에 유도되는 잔여 손상들을 감소시킬 수 있다. 이 설명은 불활성 보다는 주입의 도펀트들의 선택을 개시하고 있지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않는다. 본 방법은 이온들의 하나의 종을 선택적으로 도입하는데 사용될 수 있다.

선택적 이온 주입 및 기판 재결정화의 증강은 파형들(800 및 801)을 개조함으로써 또한 달성될 수 있다. 도 8b와 관련하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 전력 파형(810) 및 상응하는 바이어스 전압 파형(811)이 도시된다.본 실시예에서, RF 전력 파형(810) 및 바이어스 전압 파형(811)은 도 8a에 도시된 RF 전력 파형(800) 및 바이어스 전압 파형(801)에 각각 유사하다.그러나, 제 2 RF 전력 펄스(814) 및 제 3 RF 전력 펄스(816)는 제 2 바이어스 펄스(815)와 동기화될 수 있다. 달리 말해서, 제 2 바이어스 펄스(815)가 기판(146, 도 1)에 인가될 때 제 2 RF 전력 펄스(814) 및 제 3 RF 전력 펄스(816) 는 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 적어도 하나 이상에 순차적으로 인가된다.

본 실시예에서, 도 8a 에 도시된 실시예와 비교하여 제 3 RF 전력 펄스(816)로 발생된 더 많은 He 이온들이 기판(146)으로 주입될 수 있다. 그러나, 통상의 단일 RF 펄스 사용된다면 기판으로 주입되는 그 양은 더 작을 것이다. 도 8b 는 특정 파형 구성들을 예시하지만, 본 발명은 그렇게 한정되지 않는다. 펄스들의 지속기간은 주입되는 종 및 다른 파라 미터들에 기반하여 선택 가능할 수 있다. 다른 실시예에서, RF 전력은 제 2 바이어스 펄스(815) 의 부분 동안에 사용 금지(disabled)될 수 있다. 또한, 제 1 바이어스 펄스(803)의 인가 동안에 더 높은 RF 전력 레벨(P_RF3)이 인가되도록 하기 위해서 RF 전력 파형(810)이 개조될 수 있다.

상기에서 언급한 바와 같이, 제 2 RF 전력 펄스(804 및 814) 의 인가는 이온들을 선택적으로 도입할 수 있으나, 제 3 RF 전력 펄스(806 및 816) 의 인가는 플라즈마 상태를 유지할 수 있다. 제 2 RF 전력 펄스(804 및 814)의 진폭은 단지 공급 가스(feed gas)에 함유된 종 부분을 이온화하기 위해서 선택될 수 있다. 한편, 제 3 RF 전력 펄스(806 및 816)는 기판(146)에 잔여 손상 수선을 또한 도울 수 있다. 전력 레벨들은 플라즈마의 다양한 종의 이온화 에너지들에 기반하여 선택될 수 있다. 따라서, 각각의 이 전력 레벨들의 진폭 및 지속기간들은 시간의 임의 지점에서 플라즈마의 이온들의 조성물의 안정성을 확고히 하면서 조성물을 개조하기 위해서 변화될 수 있다. 바이어스 펄스들과 이런 RF 전력 펄스들을 동기화함으로써, 주입되는 이런 종의 선택 및 농도는 개조될 수 있다. 그렇게 함으로써, 기판에 야기된 손상이 완화될 수 있다. 다른 실시예들에서, 추가적인 전력 레벨들이 사용될 수 있고, 각각은 플라즈마내의 특정 종의 이온화를 야기할 수 있다.

도 8a 및 8b는 더 낮은 전력 레벨이 더 높은 전력 레벨에 바로 선행하는 것을 보여주는 것에 주목하여야 한다. 이것은 필수 조건(requirement)은 아니다. 예를 들어, 안정한 플라즈마를 생성하기 위해서 더 높은 전력 레벨이 더 낮은 전력 레벨에 선행할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전력은 더 낮은 전력 레벨과 더 높은 전력 레벨 사이에서 사용 금지될 수 있다.

도 9a 및 9b를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 전력 파형들(900 및 910) 및 상응하는 바이어스 전압 파형들(901 및 911)들이 도시된다. 본 실시예에서, RF 전력 파형들(900 및 910)은 평면 코일 RF 안테나(126) and 헬리컬 코일 RF 안테나(128) (도 1) 중 하나이상에 인가될 수 있다. 한편, 상응하는 바이어스 전압 파형들(901)이 기판(146) (도 1)에 인가될 수 있다. 프로세스에서, 플라즈마에서 전자 온도는 제어될 수 있다.

도 9a를 참조하여, RF 파형(900) 제 1 및 제 2 RF 전력 기간들 t_p1 및 t_p2 동안에 인가되는 제 1 및 제 2 RF 전력 펄스들 (902 및 904)를 포함할 수 있다. 도면에서 예시된 바와 같이, 제 1 RF 전력 펄스(902)는 제 2 RF 전력 펄스(904)에 선행할 수 있다. 원한다면, 추가적인 제 1 및 제 2 RF 전력 펄스들(902, 904, 및 906)이 그 순서로, 또는 다른 순서로 제공될 수 있다.

제 1 RF 펄스(902) 은 제 1 전력 레벨 P_RF1 를 가질 수 있으나, 한편 제 2 RF 전력 펄스(904)는 제 2 전력 레벨 P_RF2를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 전력 레벨은 영(0)보다 클 수 있다. 한편, 제 2 전력 레벨 P_RF2은 제 1 전력 레벨 P_RF1 보다 클 수 있다. 제 1 RF 전력 펄스들(902)로 생성된 플라즈마에 비교하면, 제 2 RF 전력 펄스(904)으로 생성된 플라즈마는 다른 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 RF 전력 펄스(904)으로 생성된 플라즈마는 이온 밀도N_i1 및 전자 밀도N_e1를 가질 수 있고, 그리고 이온 밀도N_i1 및 전자 밀도N_e1는 제 1 RF 전력 펄스(902)으로 생성된 플라즈마에서의 N_i2 및 N_e2보다 더 클 수 있다. 또한, 제 2 RF 전력 펄스(904)으로 생성된 플라즈마는제 1 RF 전력 펄스(902)으로 생성된 플라즈마에서 전자 온도T_e1보다 더 큰 전자 온도T_e1를 가질 수 있다.

바이어스 전압 파형(901)은, 한편, 제 1 및 제 2 바이어스 펄스들(903 및 905)를 포함할 수 있다. 제 1 바이어스 펄스(903)는 제 1 바이어스 레벨 V₁을 가질 수 있고 그것은 제 1 바이어스 기간 t_b1동안에 인가된다. 한편, 제 2 바이어스 펄스(905)는 제 2 바이어스 레벨 V₂,을 가질 수 있고 그것은 제 1 바이어스 기간 t_b2동안에 인가된다. 본 실시예에서, 제 2 바이어스 레벨 V₂은 제 1 바이어스 레벨 V₁보다 더 큰 절대값 (예, 더 큰 양(positive) 또는 더 큰 음(negative))을 가질 수 있다. 한편, 제 1 바이어스 레벨 V₁ 은 기판(146) (도 1)에 제공되는 바이어스를 턴 오프 함으로써 약 영(0) 또는 접지 전압일 수 있다. 대안적으로, 제 1 바이어스 레벨 V₁은 영(0)보다 더 큰 절대값 (예, 더 큰 양(positive) 또는 더 큰 음(negative))을 가질 수 있다. 이온들이 기판(146) (도 1)에 근접한 동안에 제 2 바이어스 펄스(905)가 제공되면, 이온들은 기판(146)으로 끌어당겨지고 그리고 주입될 수 있다.

도면에서 예시된 바와 같이, 제 2 RF 전력 펄스(902)는 제 1 바이어스 기간 t_b1 동안에 인가될 수 있다. 한편, 제 1 RF 전력 펄스(902)가 제 2 바이어스 기간 t_p2 동안에 인가될 수 있다. 달리 말해서, 기판(146)이 제 1 전압 레벨 V₁으로 인가될 때 제 2 RF 전력 펄스(904)가 인가된다. 한편, 기판(146)이 제 2 전압 레벨 V₂으로 인가될 때 제 1 RF 전력 펄스(902)가 인가된다.

본 실시예에서, 파형들은 (900 및 901) 플라즈마에서 입자들의 조성물 (예 이온들, 전자들, 중성자들, 라디칼(radical)들 등)을 최적화하기 위해 인가될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전자 및 이온 밀도(N_e1 및 N_i1)를 가진 플라즈마 및 제 1 전자 온도T_e1 는 제 1 RF 전력 펄스(902),의 인가 동안에 달성될 수 있다. 제 2 RF 전력 펄스(904)의 인가 동안에 , 이온 밀도N_i, 전자 밀도 N_e 의 값들은 더 큰 이온 밀도N_i2, 전자 밀도 N_e2, and 전자 온도T_e2로 증가할 수 있다. 한편, 라디칼들의 밀도는 더 작을 수 있다. 만약 추가적인 제 1 RF 전력 펄스(902)가 인가되면, 전자 및 이온 밀도N_e 및 N_i, 및 전자 온도T_e의 값들은 제 1 전자 및 이온 밀도N_e1 및 N_i1, 및 제 1 전자 온도T_e1로 되돌아 갈 수 있다. 제 1 및 제 2 RF 전력 펄스들(902 및 904) 의 전력 레벨들을 최적화하고 그리고 제 1 및 제 2 RF 전력 펄스들(902 및 904)를 연속적으로 인가함으로써, N_e, N_i, 및 T_e의 값 ,이어서 이온들 및 중성자들의 조성물 또한 최적화 될 수 있다.

동작에서, 기판(146) (도 1)은 플라즈마 기반 시스템(100)내에 배치된다. 그 후에, 공급 가스가 시스템(100)에 도입될 수 있다. 공급 가스는 하나 이상의 도펀트 가스들 및 하나 이상의 불활성 가스들의 혼합물일 수 있다. 도펀트 가스는 붕소 (B), 인 (P), 비소 (As) 또는 기판(146)의 전기적 특성을 바꿀 수 있는 임의의 다른 종을 포함하는 도펀트 종을 가질 수 있다. 불활성 가스는 산소 (O), 탄소 (C), 또는 희가스(noble gas)의 임의 다른 종을 포함하는 불활성 종을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 도펀트 가스는 다이보레인(diborane) (BF₃)일 수 있다.

t_p1동안에, 단일 전하, 해리되지 않은 분자 이온들(undissociated molecular ions) (예,BF₃ ⁺)이 플라즈마에서 우선적으로 생산될 수 있다. 한편, 더 많은 단편화된 분자 이온들(fragmented molecular ions) (예, BF₂ ⁺⁺, BF⁺⁺⁺, 등.)이 t_p2동안에 생산될 수 있다. 제 1 RF 펄스(902) 가 인가될 때 t_p1 동안에 제 2 바이어스 펄스(905)를 인가함으로써, 기판(146)은 더 많은 단일 전하, 해리되지 않은 분자 이온들로 주입되거나 또는 프로세스 될 수 있다. 결과적으로, 프로세스가 최적화 될 수 있다. 예를 들어, 주입 이온들의 더 잘 그리고 더 많이 제어되는 깊이 프로파일(depth profile)이 달성 될 수 있다. 비록 도시되지 않지만, 본 발명은 더 높은 전력 RF 레벨 P_RF2 동안 바이어스 전압을 인가함으로써 기판이 더 많이 단편화된 이온들로 처리되는 시나리오를, 만약 이런 프로세스가 원해진다면, 불가능하게 하지는 않는다. 또한 이온 주입을 최적화하기 위해서, 파형이 식각 프로세스 동안 인가될 때 파형 (900 및 901)은 식각 선 택도(etch selectivity)를 개선할 수 있다. 증착이 수행된다면, 증착 율(doposition rate) 또한 최적화할 수 있다.

또한, 두개의 제 2 RF 전력 펄스들(904) 사이에서 제 1 RF 전력 펄스(902) 를 인가함으로써 더 균일하고 안정한 플라즈마를 초래할 수 있다. 통상의 펄스화된 RF 전력 파형에서, 영(0) 진폭 또는 전력을 가지지 않는 전력 펄스들이 두개의 RF 전력 펄스들사이에서 인가될 수 있다. 영(0) 진폭을 가진 RF 펄스들의 인가동안, 플라즈마 "잔광(afterglow)"이 발생할 수 있다. 이 잔광동안에, 전자 온도T_e 는 훨씬 더 낮은 레벨으로 감쇠할 수 있고 그리고 플라즈마 쉬스는 브레이크다운(breakdown)할 수 있다. 따라서, 덜 안정하고 균일한 플라즈마를 초래하는 전자 , 이온 밀도, 및 전자 온도는 빠르게 플럭츄에이션(fluctuate)할 수 있다. 더 높은 전력 레벨을 가진 두개의 제 2 RF 전력 펄스들(904)사이에서 영(0)보다 큰 전력 레벨을 가진 제 1 RF 전력 펄스(902)를 인가함으로써, 더 안정한 플라즈마가 유지될 수 있다. 또한, 이온 및 중성자 조성은 플라즈마에서 이온들의 농도를 감소시키지 않음으로써 최적화 될 수 있다.

전자 온도T_e 를 제어하는 다른 방법들이 또한 가능하다. 도 9b를 참조하여 RF 파형(910)은 상응하는 제 1 내지 제4 RF 전력 기간들 t_p1, t_p2, t_p3, 및 t_p4 동안에 인가되는 제 1 내지 제4 RF 전력 펄스들(912, 914, 916, 및 918)를 포함할 수 있다. 도면에서 예시된 바와 같이, 제 1 RF 전력 펄스(912)는 제 2 RF 전력 펄스(914)보다 선행할 수 있고 제 2 RF 전력 펄스(914)는 제 3 RF 전력 펄스(916)보다 선행할 수 있고, 그리고 제 3 RF 전력 펄스(916)는 제 4 RF 전력 펄스(918)보다 선행할 수 있다.

이 실시예에서, 제 1 RF 전력 펄스(912) 는 안테나들(126 및 128)에 결합된 전력 공급 장치(130)을 턴 오프 함으로써 달성되는 영(0)일 수 있다. 한편, 제 2 RF 펄스(914)는 제 2 전력 레벨 P_RF2을 가질 수 있고, 제 3 RF 펄스(916)는 제 3 전력 레벨 P_RF3을 가질 수 있고, 및 제 4 RF 펄스(918)는 제 4 전력 레벨 P_RF4을 가질 수 있다. 제 2 전력 레벨 P_RF2는 제 3 전력 레벨 P_RF3보다 작고, 제 3 전력 레벨 P_RF3 는 제 4 RF 전력 펄스(918)보다 작을 수 있다.매우 짧은 지속기간 동안에 제 1 전력 펄스(912)를 인가함으로써, 전자온도(electron temperature) T_e는 플라즈마를 불안정하게 함 없이 제어될 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 다양한 전력 레벨들이 전자 온도를 증가시키고 감소시키는 다른 가능한 시나리오들이 가능한 것이 이해되어야 한다.

이하에서, 안테나들(126,128) 중 적어도 하나 및 기판(146)에 인가되는 파형들의 추가적인 예들이 제공된다. 상기의 실시예들은 이온 주입을 수행하기 위한 상이한 파형들 인가를 위한 기술들에 우선적으로 중점을 두었고, 이하 기술들은 다른 플라즈마 프로세싱을 위한 환경으로 설명된다. 특별히, 이하의 설명은 명확성 및 단순함의 목적을 위해 식각 및/또는 증착에 중점을 둘 것이다. 그러나, 본 발명은 이하의 방법의 이온주입에 적용하는 것을 불가능하게 하지 않는다.

많은 플라즈마 프로세싱 동작들에서 저온(low temperature)에서 등각으로(conformally) 기판을 프로세스하는 것이 바람직하다. 등각 프로세싱(Conformal processing)은 상이한 각도들 또는 방위들에서 지향된 기판의 표면들을 균일하게 프로세싱하는 것으로 정의될 수 있다.상이한 방위에서 멀티 표면들을 가지는 기판의 예제들은 수평으로 연장하고 그리고 수직으로 연장한 표면들을 가지는 FinFET 구조 및 이중 다마신 구조들(dual damascene structures)을 포함한다.이런 기판들의 이온 주입 또는 증착에서, 상이하게 방위된 표면들을 균일하게 주입, 시각 또는 증착하는 것이 바람직하다.

PECVD 프로세스의 등각성(Conformality)은 낮은 RF 전력/낮은 플라즈마 밀도 동작 지점에서 동작시킴으로써 개선될 수 있다. 낮은 이온 플럭스 및 낮은 증착율들의 조합은 3D 구조들에 필름 형성이 확산율과 비교할만한 율에서 진행하기 때문에 개선된 등각성을 초래한다. 그러나 낮은 RF 전력은 종종 플라즈마 및 프로세스 불안정성(instability)에 관련된다. 더 높은 전력 레벨들에서 복수개의 RF 전력 레벨들을 이용함으로써 플라즈마 안정하는데 사용될 수 있다. 이것이 더 폭넓은 프로세스 창(process window)에서 동작을 허용한다.

또한, 등각 증착 프로세스는 기판상에 이온들을 콜리메이트(collimate)하는 플라즈마 쉬스(plasma sheath) 부재상태(absence)에서 잘 수행된다. 이 콜리메이션(collimation)은 불확신한 등각 증착을 일으키는 모든 이온들이 동일한 각도들에서 기판 쪽으로 향하게 되는 것을 야기한다. 한가지 해결책은 플라즈마 쉬스(plasma sheath) 부재상태(absence)에서 증착을 수행하는 것이다. 달리 말하면, RF 안테나에 인가된 전력이 없는 동안에 기판이 바이어스 된다. 상기에서 언급한 바와 같이, 이 기간이 용어 플라즈마 잔광이다. 이런 접근법의 주된 단점은 잔광 동안에 이온들 및 전자들의 밀도가 감소하고 그것은 차례로 낮은 프로세스 율을 초래하고 그렇게 함으로서 프로세스를 비현실적으로 만들게 하는 것이다.

일 실시예에서, 멀티 전력 레벨들을 가지는 RF 전력 파형은 상기에서 설명된 프로세스 율을 개선하기 위해 채용될 수 있다. 높은 전력 레벨의 사용이 더 많은 이온들 및 전자들을 생성하고 그것의 일부는 플라즈마 잔광 동안에 잔존할 수 있다.

도 10a-10d과 관련하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 전력 파형(1000) 및 상응하는 바이어스 전압 파형들(1001)이 도시된다. 본 실시예에서, RF 전력 파형(1000) 및 상응하는 바이어스 전압 파형들(1001)이 평면 코일 RF 안테나(126) 및 헬리컬 코일 RF 안테나(128) 중 하나이상과 기판(146)에 인가될 수 있다.

도 10a 에 관련하여, RF 전력 파형(1000)은 t_p1, t_p2, 및 t_p3 동안에 RF 안테나들(126 및 128)중 적어도 하나에 인가되는 제 1 내지 제 3의 RF 전력 펄스들(1002,1004, 및 1006)을 포함할 수 있다. 제 1 RF 전력 펄스(1002)는 제 2 RF 전력 펄스(1004)보다 선행하고 제 2 RF 전력 펄스(1004)는 제 3 RF 전력 펄스(1006)보다 선행한다. 원한다면, 추가의 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1002, 1004, 및 1006)들이 상기 순서로 제공될 수 있다.

제 1 RF 펄스(1002)는 제 1 전력 레벨 P₁을 가질수 있고, 제 2 RF 펄스(1004)는 제 2 전력 레벨 P₂을 가질 수 있고, 및 제 3 RF 펄스(1006)는 제 3 전력 레벨 P₃을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 전력 레벨 P₁의 값은 영(0) 또는 영(0)보다 클 수 있다. 한편, 제 2 전력 레벨 P₂는 제 1 전력 레벨 P₁보다 클 수 있지만, 제 3 전력 레벨 P₃보다 작을 수 있다.

제 2 및 제 3 RF 전력 기간들 t_p2 및 t_p3 동안에 제 2 및 제 3 RF 전력 펄스들(1004,1006)이 인가된 때 플라즈마가 발생될 수 있다. 제 2 RF 전력 펄스들(1004)의 인가로 발생된 플라즈마에 비교되어 제 3 RF 전력 펄스(1006)의 인가로 발생된 플라즈마는 상이한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 3 RF 전력 펄스(706)으로 발생된 플라즈마는 더 큰 이온 및/또는 전자 밀도를 가질 수 있다. 따라서, 파형은 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1002, 1004, 및 1006)의 인가와 함께 P₁으로부터 P₂, P₃로 전력 레벨에서의 상승을 포함한다. 만약 펄스들이 그 순서로 반복된다면, 전력 레벨이 제 3 전력 레벨 P₃으로부터 제 1 전력 레벨 P₁으로 감소할 수 있다.

한편, 바이어스 전압 파형(1001)은 제 1 및 제 2 바이어스 펄스들(1003 및 1005)를 포함할 수 있다. 제 1 바이어스 펄스(1003)는 제 1 바이어스 전압 레벨 V₁ 을 가질 수 있고 그것은 제 1 바이어스 기간 t_b1 동안 기판(146, 도1)에 인가된다.제 2 바이어스 펄스(1005)는 제 2 바이어스 전압 레벨 V₂ 을 가질 수 있고 그것은 제 2 바이어스 기간 t_b2 동안 기판(146)에 인가된다. 본 실시예에서, 제 2 바이어스 레벨 V₂의 절대값은 제 1 바이어스 레벨 V₁의 절대값보다 클 수 있다. 도면에서 예시된 바와 같이, 제 2 바이어스 펄스(1005)의 펄스화된 폭 t_b2은 제 3 RF 전력 펄스(1006)의 펄스화된 폭 t_p3보다 클 수 있다.

도 10a 에 예시된 바와 같이, 제 2 및 제 3 RF 전력 펄스들(1004 및 1006)은 플라즈마를 발생하기 위해서 코일들(126 및 128)중 적어도 하나에 인가된다.t_p3 동안에 제 3 RF 전력 펄스(1006)이 인가된 때 P₂에서부터 P₃로 전력 레벨이 증가함에 따라서 플라즈마 밀도는 증가할 수 있다. 그 뒤에, 제 1 RF 전력 펄스(1002)가 인가되고 P₃에서부터 P₁로 전력 레벨을 감소한다. P₁이 영(0) 근처이고 없거나 또는 최소 RF전력이 t_p1 동안에 인가되면, 플라즈마에서 플라즈마 쉬스는 줄어들거나 또는 제거될 수 있다. 이 때에, 제 2 RF 전력 펄스(1005)가 기판(146)(도1)에 인가된다. 플라즈마 " 잔광(afterglow)"에서 잔존하는 이온들이 기판에 끌어당겨질 수 있다. 만약 제 2 바이어스 펄스(1005)가 음 전하이면, 제 2 및 제 3 RF 전력 펄스들(1004,1006) 인가로부터 플라즈마에서 남은 양 전하 입자들이 기판(146)쪽으로 끌어당겨질 수 있다. 만약 제 2 바이어스 펄스(1005)가 양 전하이면, 플라즈마에서 남은 음 전하 이온들 및 전자들을 포함하는 음 전하 입자들이 기판(146)쪽으로 끌어당겨질 수 있다. 제 2 및 제 3 RF 전력 펄스들(1004,1006) 후에 제 2 바이어스 펄스(1005)를 인가함으로써 플라즈마 쉬스는 더 이상 나타나지 않을 수 있다. 기판(146) 근처의 이온들이 더 이상 콜리메이트되지 않지만, 다소 무작위 방식에서 증착된다. 필요할 때, 이 사이클(cycle)이 원하면 반복될 수 있다.

본 발명에서, RF 전력 펄스 파형 및 바이어스 전압 파형은 많은 방식들에서 개조될 수 있다. 예를 들어, 파형들의 동기화(synchronization)가 개조될 수 있다. 도 10b-10d과 관련하여, 도 10a 에 예시된 RF 전력 파형들(1000) 및 바이어스 전압 파형(1001)의 동기화에 대한 개조들이 도시된다. 도 10b-10d 에서 도시된 각 RF 전력 파형은 서로 동일하고 도 10a 에서 도시된 것에 동일하다. 또한, 도 10b-10d 에 도시된 각 바이어스 전압 파형은 또한 서로 동일하고 도 10a 에서 도시된 것에 동일하다. 그러나, RF 전력 파형 및 바이어스 전압 파형의 동기화는 상이할 수 있다.

도 10b에서, 바이어스 전압 파형(1001)의 제 2바이어스 펄스(1005)는 제 3 RF 전력 펄스(1006)와 동기화된다. 그러나, 제 2바이어스 펄스(1005)는 제 2 RF 전력 펄스(1004)와 동기화되지 않는다. 엄밀한 의미에서, 가장 높은 RF 전력 P₃을 가진 제 3 RF 전력 펄스(1006)가 인가되는 동안 제 2바이어스 펄스(1005)가 인가된다. 제 2 RF 전력 펄스(1004)가 인가되는 때에 제 2바이어스 펄스(1005)는 인가되지 않는다.

도 10c에서, 제 2바이어스 펄스(1005)가 제 2 및 제 3 RF 전력 펄스들(1004 및1006)과 동기화된다. 도 10d에서, 제 2바이어스 펄스(1005)가 단지 제 2 RF 전력 펄스(1004)와 동기화된다.

도 11a-11e과 관련하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 전력 파형(1100) 및 상응하는 바이어스 전압 파들(1101)이 도시된다. 이 실시예에서, RF 전력 파형(1100)은 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1102, 1104, 및 1106)들을 포함할 수 있다. 추가의 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1102, 1104, 및 1106)들이 상기 순서로 파형(1100)에서 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 한편, 바이어스 전압 파형(1101)은 제 1 및 제 2 바이어스 펄스들(1103 및 1105)를 포함할 수 있다. 추가적인 제 1 및 제 2 바이어스 펄스들(1103 및 1105)가 그 순서로 파형(1101)에 제공될 수 있는 것이 이해되어야 한다.

도 10a에서 도시된 RF 전력 파형에 비교하면, 이 실시예의 RF 전력 파형은 많은 유사점들을 가진다.예를 들어, 펄스들의 순서가 도 10a에서 도시된 RF 전력 파형(1000)에서의 펄스들의 순서와 동일 할 수 있다. 또한, 펄스들(1102,1104 및 1106)의 상대적인 전력 레벨이 도 10a에서 도시된 펄스들(1002,1004 및 1106)의 상대적 전력 레벨에 유사할 수 있다. 한편, 바이어스 파형(1101)의 바이어스 펄스들(1003 및 1005)의 상대적인 전력 레벨의 순서는 도 10a에서 도시된 바이어스 펄스들(1003 및 1005)의 순서에 유사할 수 있다.

그러나, 제 3 RF 전력 펄스(1106)의 폭은 다를 수 있다. 예를 들어, 제 3 RF 전력 펄스(1106)는 도 10a에서 도시된 제 3 RF 전력 펄스(1006)의 펄스화된 폭 보다 더 큰 펄스 폭 t_b3를 가질 수 있다. 제 2 바이어스 전압 펄스(1105)의 펄스 폭 t_b2에 비교하면, 본 실시예의 제 3 RF 전력 펄스(1106)의 펄스 폭 t_p3은 클 수 있다.

도 11b-11d에서, 동일한 RF 전력 파형들 및 동일한 바이어스 전압 파형들이 도시된다.도 11b-11d 에서 도시된 각 RF 전력 파형은 서로 동일하고 도 11a 에서 도시된 RF 파형에 동일하다. 도 11b-11d 에서 도시된 각 바이어스 전압 파형들은 서로 동일하고 도 11a 에서 도시된 바이어스 전압 파형에 동일하다.한가지 차이는 바이어스 전압 펄스들(1103 및 1105)에 대하여 RF 전력 펄스들(1102, 1104 및 1106)의 동기화에 있다.

도 11b에서, 제 3 RF 전력 펄스(1106)은 제 2 바이어스 펄스(1105)와 동기화되어 양 펄스들이 동시에 또는 거의 동시에 인가된다. 도 11c에서, 제 2 바이어스 펄스(1105)는 제 2 RF 전력 펄스(1104) 및 제 3 RF 전력 펄스(1106)의 일부와 동기화된다. 도 11d에서, 제 2 바이어스 펄스(1105)는 제 3 RF 전력 펄스(1106)가 아닌 제 2 RF 전력 펄스(1104)와 동기화된다.도 11e에서, 제 2 바이어스 펄스(1105)는 제 1 RF 전력 펄스(1102)와 동기화된다. 비록 도면에 도시되지 않았지만, 제 1 RF 전력 펄스(1102)와 동기화 되는 제 1 RF 전력 펄스(1102)가 제 3 RF 전력 펄스(1106)를 뒤따를 수 있는 것이 이해되어야 한다. 이런 파형들을 이용하여, 플라즈마 잔광동안에 그리고 플라즈마 글로우(plasma glow) 동안에 이온들이 기판(도 1)을 프로세스 하는데 사용될 수 있다.

도 12a-12d과 관련하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 전력 파형(1200) 및 상응하는 바이어스 전압 파들(1201)이 도시된다. 이 실시예에서, RF 전력 파형(1200)은 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1202, 1204, 및 1206)들을 포함할 수 있다. 추가의 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1202, 1204, 및 1206)들이 그 순서로 파형(1200)에서 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 한편, 바이어스 전압 파형(1201)은 제 1 및 제 2 바이어스 펄스들(1203 및 1205)를 포함할 수 있다. 추가의 제 1 내지 제 2 바이어스 펄스들(1203 및 1205)들이 그 순서로 파형(1101)에서 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

본 실시예에서, 제 1 RF 전력 펄스(1202)의 전력 레벨은 제 2 및 제 3 전력 펄스들(1204 및 1206)의 전력 레벨들보다 더 크다. 또한, 제 2 RF 전력 펄스(1204)의 전력 레벨은 제 3 전력 펄스(1206)의 전력 레벨보다 더 크다.엄밀한 의미에서, 제 2 RF 전력 펄스(1204)는 가장 높은 전력 레벨 P₃을 가지는 제 1 RF 전력 펄스(1206)에 의해 선행된다.한편, 제 2 RF 전력 펄스(1204)는 가장 낮은 전력 레벨 P₃을 가지는 제 3 RF 전력 펄스(1206)보다 선행한다.

바이어스 전압 파형(1201)의 제 2바이어스 전압 펄스(1205)는 t_b2의 펄스 폭 및 V₂의 전압 레벨을 가진다. 앞에서의 실시예들의 제 1 바이어스 펄스들에 유사하게, 제 1 바이어스 펄스(1203)의 전압 레벨의 절대값은 영(0) 또는 영(0) 보다 클 (즉, 더 큰 음의 값 또는 더 큰 양의 값) 수 있다.

도 12a에서 예시된 바와 같이, 제 2 바이어스 펄스(1205)는 가장 낮은 전력 레벨 P₁을 가지는 제 3 RF 전력 펄스(1206)와 동기화된다. 한편, 더 높은 RF 전력 레벨 P₃ 및 P₂를 가지는 제 1 및 제 2 RF 전력 펄스들(1202 및1204)은 제 1 바이어스펄스(1203)와 동시에 일어날 수 있다.

도 12b-12d에서, 동일한 RF 전력 파형들 및 동일한 바이어스 전압 파형들이 도시된다. 도 12b-12d 에서 도시된 각 RF 전력 파형은 서로 동일하고 도 12a 에서 도시된 RF 파형에 동일하다. 도 12b-12d 에서 도시된 각 바이어스 전압 파형들은 서로 동일하고 도 12a 에서 도시된 바이어스 전압 파형에 동일하다. 도 12a-12d에서 도시된 파형들 사이에서의 한가지 차이는 바이어스 전압 펄스들(1203 및 1205)에 대한 RF 전력 펄스들(1202, 1204 및 1206)의 동기화에 있을 수 있다.

도 12b에서, 제 2 바이어스 펄스(1205)는 제 2 RF 전력 펄스(1204) 및 제 3 RF 전력 펄스(1206)의 일부와 동기화된다. 도 12c에서, 제 2 바이어스 펄스(1205)는 제 2 RF 전력 펄스(1204) 및 제 1 RF 전력 펄스(1202)의 일부와 동기화된다. 도 12d에서, 제 2 바이어스 펄스(1205)는 제 1 RF 전력 펄스(1202)와 동기화된다.

도 13a-13e과 관련하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 전력 파형(1300) 및 상응하는 바이어스 전압 파들(1301)이 도시된다. 이 실시예에서, RF 전력 파형(1300)은 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1302, 1304, 및 1306)들을 포함할 수 있다. 추가의 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1302, 1304, 및 1306)들이 그 순서로 파형(1300)에서 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 한편, 바이어스 전압 파형(1301)은 제 1 및 제 2 바이어스 펄스들(1303 및 1305)를 포함할 수 있다. 추가의 제 1 내지 제 2 바이어스 펄스들(1303 및 1305)들이 그 순서로 파형(1301)에서 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

본 실시예에서, 제 1 RF 전력 펄스(1302)의 전력 레벨은 제 2 및 제 3 전력 펄스들(1304 및 1306)의 전력 레벨들보다 더 크다. 또한, 제 2 RF 전력 펄스(1304)의 전력 레벨은 제 3 전력 펄스(1306)의 전력 레벨보다 더 작다. 엄밀한 의미에서, 가장 높은 전력 레벨 P₃를 가지는 제 1 전력 펄스(1302)와 중간 전력 레벨들 P₂를 가지는 제 3 RF 전력 펄스들(1306) 사이에 가장 낮은 전력 레벨을 가지는 RF 전력 펄스가 배치된다. 도 10a-10d, 도 11a-11e 및 12a-12d에서 도시된 RF 전력 파형들의 전력 레벨에 유사하게 가장 낮은 전력 레벨을 가지는 RF 펄스의 전력 레벨은 영(0) 전력 이거나 더 클 수 있다.

바이어스 전압 파형(1301)의 제 2바이어스 전압 펄스(1305)는 t_b2의 펄스 폭 및 V₂의 전압 레벨을 가진다. 앞에서의 실시예들의 제 1 바이어스 펄스들에 유사하게, 제 1 바이어스 펄스(1203)의 전압 레벨의 절대값은 영(0) 또는 영(0) 보다 클 (즉, 더 큰 음의 값 또는 더 큰 양의 값) 수 있다.

도 13a에서 예시된 바와 같이, 제 2 바이어스 펄스(1305)는 중간 전력 레벨 P₂을 가지는 제 3 RF 전력 펄스(1306)와 동기화된다. 한편, RF 전력 레벨들 P₃ 및 P₁를 각각 가지는 제 1 및 제 2 RF 전력 펄스들(1302 및1304)은 제 1 바이어스펄스(1303)와 동시에 일어날 수 있다.

도 13b-13e에서, 동일한 RF 전력 파형들 및 동일한 바이어스 전압 파형들이 도시된다. 도 13b-13e 에서 도시된 각 RF 전력 파형은 서로 동일하고 도 13a 에서 도시된 RF 파형에 동일하다. 도 13b-13d 에서 도시된 각 바이어스 전압 파형들은 서로 동일하고 도 13a 에서 도시된 바이어스 전압 파형에 동일하다. 도 13a-13e에서 도시된 파형들 사이에서의 한가지 차이는 바이어스 전압 펄스들(1303 및 1305)에 대한 RF 전력 펄스들(1302, 1304 및 1306)의 동기화에 있을 수 있다.

도 13b에서, 제 2 바이어스 펄스(1305)는 가장 낮은 RF 전력 및 중간 RF 전력 P₁ 및 P₂를 각각 가지는 제 2 RF 전력 펄스(1204) 및 제 3 RF 전력 펄스(1206)의 일부와 동시에 일어날 수 있다. 도 13c에서, 제 2 바이어스 펄스(1305)는 제 2 RF 전력 펄스(1304) 및 제 1 RF 전력 펄스(1302)의 일부와 동시에 일어날 수 있다. 도 13d에서, 제 2 바이어스 펄스(1305)는 제 1 RF 전력 펄스(1302)와 동시에 일어날 수 있다.

도 14a-14e과 관련하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 전력 파형(1400) 및 상응하는 바이어스 전압 파들(1401)이 도시된다. 이 실시예에서, RF 전력 파형(1400)은 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1402, 1404, 및 1406)을 포함할 수 있다. 추가의 제 1 내지 제 3 RF 전력 펄스들(1402, 1404, 및 1406)이 그 순서로 파형(1400)에서 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 한편, 바이어스 전압 파형(1401)은 제 1 및 제 2 바이어스 펄스들(1403 및 1405)를 포함할 수 있다. 추가의 제 1 내지 제 2 바이어스 펄스들(1403 및 1405)들이 그 순서로 파형(1301)에서 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

도 13a에서 도시된 RF 전력 파형(1300)의 RF 전력 펄스들(1302, 1304 및 1306)에 비교하면, 펄스들(1402,1404 및 1406)은 동일한 상대적 전력 레벨들을 가질 수 있다. 엄밀한 의미로, 제 1 RF 전력 펄스(1402)의 전력 레벨은 제 2 및 제 3 전력 펄스들(1404 및 1406)의 전력 레벨들보다 더 크다. 또한, 제 2 RF 전력 펄스(1404)의 전력 레벨은 제 3 전력 펄스(1406)의 전력 레벨보다 더 작다.엄밀한 의미에서, 가장 높은 전력 레벨 P₃를 가지는 제 1 전력 펄스(1402)와 중간 전력 레벨들 P₂를 가지는 제 3 RF 전력 펄스들(1306) 사이에 가장 낮은 전력 레벨을 가지는 RF 전력 펄스가 배치된다. 도 10a-10d, 도 11a-11e 및 12a-12d에서 도시된 RF 전력 파형들의 전력 레벨에 유사하게 가장 낮은 전력 레벨을 가지는 RF 펄스의 전력 레벨은 영(0) 전력 이거나 더 클 수 있다.

바이어스 전압 파형(1301)의 제 2바이어스 전압 펄스(1305)는 t_b2의 펄스 폭 및 V₂의 전압 레벨을 가진다. 앞에서의 실시예들의 제 1 바이어스 펄스들에 유사하게, 제 1 바이어스 펄스(1203)의 전압 레벨의 절대값은 영(0) 또는 영(0) 보다 클 (즉, 더 큰 음의 값 또는 더 큰 양의 값) 수 있다.

도 14a 에서 도시된 RF 전력 파형(1400) 및 도 13a에서 도시된 것들 사이에 한가지 차이는 제 2 RF 펄스(1404)의 펄스 폭 t_p2는 제 2 바이어스 펄스(1405)의 펄스 폭 t_b2 보다 크다는 것이다.

도 14a에서 예시된 바와 같이, 제 2 바이어스 펄스(1405)는 가장 낮은 전력 레벨 P₁을 가지는 제 2 RF 전력 펄스(1404)와 동시에 일어난다. 한편 RF 전력 레벨들 P₃ 및 P₂를 각각 가지는 제 1 및 제 3 RF 전력 펄스들(1402 및 1406)은 제 1 바이어스 펄스(1403)과 동시에 일어날 수 있다.

도 14b-14e에서, 동일한 RF 전력 파형들 및 동일한 바이어스 전압 파형들이 도시된다. 도 14b-14e 에서 도시된 각 RF 전력 파형은 서로 동일하고 도 14a 에서 도시된 RF 파형에 동일하다. 도 14b-14e 에서 도시된 각 바이어스 전압 파형들은 서로 동일하고 도 14a 에서 도시된 바이어스 전압 파형에 동일하다. 도 14a-14e에서 도시된 파형들 사이에서의 한가지 차이는 바이어스 전압 펄스들(1403 및 1405)에 대한 RF 전력 펄스들(1402, 1404 및 1406)의 동기화에 있을 수 있다.

도 14b에서, 제 2 바이어스 펄스(1405)는 제 2 RF 전력 펄스(1404)와 동시에 일어난다. 도 14c에서, 제 2 바이어스 펄스(1405)는 제 1 RF 전력 펄스(1402)의 일부 및 제 2 RF 전력 펄스(1404)의 일부와 동시에 일어날 수 있다. 도 14d에서, 제 2 바이어스 펄스(1405)는 제 1 RF 전력 펄스(1402)와 동시에 일어난다. 그리고, 도 14e에서, 제 2 바이어스 펄스(1405)는 제 3 RF 전력 펄스(1406) 및 제 1 RF 전력 펄스(1402)의 일부와 동기화될 수 있다.

도핑에 더하여, 본원에서 도시된 파형 구성들은 식각 프로세스를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 식각 율(etching rate)은 종종 플라즈마 화학적 조성(chemical composition)에 의해 제어된다. 따라서, 식각 율(etching rate), 선택도(selectivity), 균일성 및/또는 식각된 특징부(feature) 프로파일에 변화를 생기게 하는 활성 라디칼 종 농도들, 압력, 전자 온도 및 플라즈마 밀도를 조절하는 것이 유리할 수 있다. 상기에서 설명된 바와 같이, RF 안테나에 인가된 전력 레벨의 변화들이 이온화되는 종, 이온들 및 전자들의 수, 전자 온도 및 플라즈마 밀도에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상기에서 설명된 멀티 설정 점(multi-set point) RF 제너레이터는 화학적 식각 프로세스와 연관된 다양한 파라 미터들을 제어하는데 또한 사용될 수 있다.

등가물들

본 발명은 첨부 도면에서 도시된 바와 같은 그것의 대표적인 실시예들을 참조하여 상세하게 설명된다. 본 발명이 다양한 실시예들 및 예들과 함께 설명되지만, 본 발명 교시는 이런 실시예들에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 반대로, 본 발명은 당업자에 의해 이해될 것과 같이 다양한 대안들, 개조들 및 등가물들을 포함한다. 본원에서의 교시들에 접근할 수 있는 당업자들은 본원에서 설명되는 본 발명의 범위내에 있는 추가의 구현들, 변형예들, 및 실시예들 뿐만 아니라 다른 분야의 사용을 인지할 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 플라즈마 프로세싱을 위한 방법들은 플라즈마 소스의 임의 타입과 사용될 수 있는 것이 이해되어야만 한다.

Claims (24)

1. 플라즈마 소스에 근접하여 공급 가스(feed gas)를 도입하는 단계로서, 상기 공급 가스는 제 1 및 제 2 종을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 종은 상이한 이온화 에너지(ionization energy)들을 가지는, 상기 공급 가스를 도입하는 단계;
   멀티 레벨(multi-level) RF 전력 파형을 상기 플라즈마 소스에 제공하는 단계로서, 상기 멀티 레벨 RF 전력 파형은 적어도 제 1 펄스 지속기간(duration)동안에 제 1 전력 레벨 및 제 2 펄스 지속기간 동안에 제 2 전력 레벨을 가지며, 상기 제 2 전력 레벨은 상기 제 1 전력 레벨과 상이한, 상기 멀티 레벨 RF 전력 파형을 상기 플라즈마 소스에 제공하는 단계;
   상기 제 1 펄스 지속기간 동안에 상기 공급 가스의 제 1 종을 이온화하는 단계;
   상기 제 2 펄스 지속기간 동안에 제 2 종을 이온화하는 단계; 및
   상기 제 1 펄스 지속기간 동안에 기판에 바이어스(bias)를 제공하는 단계;
   를 포함하는 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
2. 청구항 1 에 있어서,
   상기 제 2 펄스 지속기간 동안에 상기 기판에 바이어스(bias)를 제공하는 단계;를 더 포함하는 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
3. 청구항 1 에 있어서,
   상기 제 1 전력 레벨은 상기 제 1 종을 이온화하기 위해 필요한 전력 레벨보다 크지만, 상기 제 2 종을 이온화하기 위해 필요한 다른 전력 레벨보다 작은, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
4. 청구항 1 에 있어서,
   상기 기판이 바이어스 인가되지 않을 때 상기 제 2 전력 레벨이 인가되는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
5. 청구항 1 에 있어서,
   상기 제 1 종은 프로세싱 종을 포함하는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
6. 청구항 5 에 있어서,
   상기 프로세싱 종(processing species)은 인(P), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 질소(N), 및 비소(As) 및 셀레늄(Se) 중 적어도 하나를 포함하고 상기 제 2 종은 수소(H), 탄소(C), 산소(O), 헬륨(He), 네온(Ne), 및 아르곤(Ar) 중 적어도 하나를 포함하는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
7. 청구항 6 에 있어서,
   상기 프로세싱 종은 기판을 식각하기 위한 식각액(etchant)인, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
8. 청구항 1 에 있어서,
   상기 제 2 펄스 지속기간의 적어도 일부 동안에 상기 기판에 바이어스를 인가하는 단계;를 더 포함하는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
9. 청구항 1 에 있어서,
   상기 1 펄스 지속기간 동안에 상기 프로세싱 종의 제 1 이온들을 상기 기판 쪽으로 선택적으로 향하게 하는 단계;
   상기 2 펄스 지속기간 동안에 상기 불활성 종(inert species)의 제 2 이온들을 상기 기판 쪽으로 향하게 하는 단계;를 더포함하는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
10. 청구항 1 에 있어서,
    상기 제 2 RF 전력 레벨은 상기 플라즈마를 안정화하기에 충분한, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
11. 플라즈마 소스에 가까이 제 1 종 및 제 2 종을 포함하는 공급 가스(feed gas)를 도입하는 단계로서, 상기 제 1 종은 상기 제 2 종보다 낮은 이온화 에너지(ionization energy)를 가지는, 상기 공급 가스를 도입하는 단계;
    상기 제 1 종을 선택적으로 이온화하기 위해 제 1 기간 동안에 상기 플라즈마 소스에 제 1 전력 레벨을 인가하는 단계로서, 상기 제 1 전력 레벨은 상기 제 2 종을 이온화하기 위해 필요한 다른 전력 레벨보다 작지만, 상기 제 1 종을 이온화하기 위해 필요한 전력 레벨보다 큰, 상기 플라즈마 소스에 제 1 전력 레벨을 인가하는 단계;
    상기 제 2 종을 이온화하기 위해서 제 2 기간 동안에 상기 플라즈마 소스에 제 2 전력 레벨을 인가하는 단계로서, 상기 제 2 전력 레벨은 상기 제 2 종을 이온화하기 위해 필요한 다른 전력 레벨보다 더 큰, 상기 플라즈마 소스에 제 2 전력 레벨을 인가하는 단계; 및
    제 1 기간 동안에 상기 제 1 종의 이온들을 기판 쪽으로 향하게 하는 단계;를 포함하는, 기판 프로세싱 방법.
12. 청구항 11 에 있어서,
    상기 제 2 기간 동안에 상기 제 2 종의 이온들을 상기 기판 쪽으로 향하게 하는 단계;를 더 포함하는, 기판 프로세싱 방법.
13. 청구항 12 에 있어서,
    상기 제 1 기간 동안에 상기 제 1 종의 이온들을 기판으로 주입하는 단계; 및
    상기 제 2 기간 동안에 상기 제 2 종의 이온들을 상기 기판으로 주입하는 단계;를 더 포함하는, 기판 프로세싱 방법.
14. 청구항 13 에 있어서,
    상기 제 1 종은 인(P), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 질소(N), 셀레늄(Se) 및 비소(As) 중 적어도 하나를 포함하고 상기 제 2 종은 수소(H), 탄소(C), 산소(O), 헬륨(He), 네온(Ne), 및 아르곤(Ar) 중 적어도 하나를 포함하는, 기판 프로세싱 방법.
15. 청구항 12 에 있어서,
    상기 제 1 기간 동안에 상기 기판에 바이어스를 인가하는 단계 및 상기 제 2 기간 동안에 상기 기판에 바이어스를 인가하는 단계;를 더 포함하는 기판 프로세싱 방법.
16. 청구항 11 에 있어서,
    상기 제 2 기간 동안에 상기 기판에 바이어스 인가 없이 상기 제 1 기간 동안에 상기 기판에 바이어스를 인가하는 단계;를 더 포함하는 기판 프로세싱 방법.
17. 기판에 인접한 플라즈마 소스(plasma source), 상기 플라즈마 소스에 전기적으로 결합된 RF 전력 공급 장치(RF power supply), 상기 기판에 전기적으로 결합된 바이어스 전력 공급 장치(bias power supply)를 포함하는 장치에서 기판 플라즈마 프로세싱 방법에 있어서,
    상기 플라즈마 소스에 근접하여 공급 가스(feed gas)를 도입하는 단계로서, 상기 공급 가스는 적어도 제 1 및 제 2 종을 포함하는, 상기 공급 가스를 도입하는 단계;
    상기 RF 전력 공급 장치로 제 1 기간 동안에 제 1 전력 레벨 및 제 2 기간 동안에 제 2 전력 레벨을 가지는 RF 파형을 발생하는 단계로서, 상기 제 2 기간은 상기 제 1 기간 후에 발생하는, 상기 RF 파형을 발생하는 단계;
    플라즈마를 발생시키기 위해서 상기 제 1 및 제 2 기간 동안에 상기 플라즈마 소스에 상기 RF 파형을 인가하는 단계;
    상기 바이어스 전력 공급 장치로 바이어스 파형(bias waveform)을 발생하는 단계로서, 상기 바이어스 파형(bias waveform)은 제 1 바이어스 레벨 및 제 2 바이어스 레벨을 가지며, 상기 제 1 바이어스 레벨은 영(0) 바이어스 레벨인, 상기 바이어스 파형을 발생하는 단계; 및
    상기 플라즈마로부터 상기 기판 쪽으로 이온들을 향하게 하기 위해서 상기 기판에 상기 바이어스 파형을 인가하는 단계;를 포함하는 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
18. 청구항 17 에 있어서,
    상기 제 2 전력 레벨은 상기 제 1 전력 레벨보다 더 큰, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
19. 청구항 18 에 있어서,
    상기 제 1 기간 동안에 상기 제 1 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가되는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
20. 청구항 18 에 있어서,
    상기 제 2 기간 후에 상기 제 2 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가되는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
21. 청구항 18 에 있어서,
    상기 제 2 기간 동안에 상기 제 2 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가되는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
22. 청구항 21 에 있어서,
    상기 제 1 기간 동안에 상기 제 2 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가되는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
23. 청구항 17 에 있어서,
    상기 RF 파형은 제 3 기간 동안의 제 3 전력 레벨을 더 포함하고, 상기 제 3 전력 레벨은 상기 제 1 및 제 2 전력 레벨들보다 작고, 상기 제 3 기간은 상기 제 2 기간 후에 발생하고 상기 제 3 기간 동안에 상기 제 1 바이어스 레벨이 상기 기판에 인가되는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
24. 청구항 23 에 있어서,
    상기 플라즈마는 상기 제 3 기간동안에 소멸되지 않는, 기판 플라즈마 프로세싱 방법.

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