(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法であって、
処理チャンバ内に基板を提供するステップであって、前記基板が１つまたは複数のフィーチャが形成された基板表面を備え、各フィーチャが１つまたは複数の水平表面および１つまたは複数の垂直表面を有するステップと、
前記基板表面上および前記水平表面の少なくとも１つの上に材料層を堆積させるステップと、
前記堆積させるステップの後、等方性プロセスによって、前記水平表面の少なくとも１つおよび前記垂直表面の少なくとも１つに、プラズマからイオンを注入するステップと、その後
異方性プロセスによって前記１つまたは複数の水平表面をエッチングするステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記プラズマからイオンを注入するステップおよび前記１つまたは複数の水平表面をエッチングするステップが、１つまたは複数のサイクルにおいて連続して実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法であって、
処理チャンバ内に基板を提供するステップであって、前記基板が１つまたは複数のフィーチャが形成された基板表面を備え、各フィーチャが１つまたは複数の水平表面および１つまたは複数の垂直表面を有するステップと、
イオンを生成するように適合された反応ガスを含むガス混合物からプラズマを生成するステップと、
前記プラズマから前記基板表面上および前記水平表面の少なくとも１つの上に材料層を堆積させるステップと、
前記堆積させるステップの後、等方性プロセスによって、前記基板内、ならびに前記水平表面の少なくとも１つおよび前記垂直表面の少なくとも１つに、前記プラズマからイオンを注入するステップと、
前記注入するステップの後、前記水平表面の少なくとも１つから前記垂直表面の少なくとも１つへ、前記材料層の一部分、前記水平表面の少なくとも１つに注入されたイオンの一部分、またはこれらの組合せをスパッタリングするステップと、
前記スパッタリングするステップの後、等方性プロセスによって前記基板表面ならびに前記１つまたは複数の水平表面および前記１つまたは複数の垂直表面をエッチングするステップと
を含む方法。
【請求項４】
前記反応ガスが、ホウ素含有ガス、ヒ素含有ガス、リン含有ガス、およびこれらの組合せからなる群から選択されたガスを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記反応ガスが、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、およびこれらの組合せからなる群から選択されたガスを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記１つまたは複数の水平表面をエッチングするステップが、
ハロゲン含有ガスから選択されたエッチングガスを提供するステップと、
前記ハロゲン含有ガスからプラズマを生成するステップと
を含む、請求項１または３に記載の方法。
【請求項７】
前記エッチングガスが、不活性ガスまたは水素ガスをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記プラズマからイオンを注入するステップ、前記注入されたイオンをスパッタリングするステップ、および前記１つまたは複数の水平表面をエッチングするステップを、１つまたは複数のサイクルにおいて連続して実行する、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス混合物から前記基板表面上に材料を堆積させるステップおよび等方性プロセスによって前記プラズマから前記基板へイオンを注入するステップを並行して実行する、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記イオンを１００Å未満の深さに注入する、請求項１または３に記載の方法。
【請求項１１】
プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法であって、
処理チャンバ内に基板を提供するステップであって、前記基板が１つまたは複数のフィーチャが形成された基板表面を備え、各フィーチャが１つまたは複数の水平表面および１つまたは複数の垂直表面を有するステップと、
前記基板表面上および前記フィーチャの前記水平表面の少なくとも１つの上に材料層を堆積させるステップと、
イオンを生成するように適合された反応ガスを含むガス混合物からプラズマを生成するステップと、
前記堆積させるステップの後、等方性プロセスによって、前記基板内、ならびに前記水平表面の少なくとも１つおよび前記垂直表面の少なくとも１つに、前記プラズマからイオンを注入するステップと、
前記注入するステップの後、前記水平表面の少なくとも１つから前記垂直表面の少なくとも１つへ、前記材料層の一部分、前記水平表面の少なくとも１つに注入されたイオンの一部分、またはこれらの組合せをスパッタリングするステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記材料層を堆積させるステップおよび前記プラズマからイオンを注入するステップを並行して実行する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記注入されたイオンをスパッタリングするステップが、前記基板表面を不活性ガスプラズマに露出させるステップを含む、請求項３または１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記材料層を堆積させるステップおよび前記プラズマからイオンを注入するステップを、同じプロセス内で実行する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記材料層を堆積させるステップ、前記プラズマからイオンを注入するステップ、およびスパッタリングするステップを、同じチャンバ内で実行する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、半導体製造プロセスおよびデバイスの分野に関し、より詳細には、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、基板（たとえば、半導体ウェーハ）上に形成されて回路内で様々な機能を実行するように協働する百万個を超えるマイクロエレクトロニック電界効果トランジスタ（たとえば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタ）を含むことができる。ＣＭＯＳトランジスタは、基板内に形成されたソース領域とドレイン領域の間に配置されたゲート構造を備える。ゲート構造は通常、ゲート電極およびゲート誘電体層を備える。ゲート電極は、ゲート誘電体層を覆うように配置され、ゲート誘電体層の下でドレイン領域とソース領域の間に形成されたチャネル領域内の電荷キャリアの流れを制御する。
【０００３】
通常、基板内にイオンを注入またはドープして、基板上に所望のプロファイルおよび濃度をもつゲートおよびソースドレイン構造を形成するために、イオン注入プロセスが利用される。イオン注入プロセス中、異なるプロセスガスまたはガス混合物を使用して、イオン源種を提供することができる。プロセスガスは、イオン注入処理チャンバ（カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販のＰ３ｉチャンバなど）内へ供給されると、イオンを解離するプロセスにかけられ、次いで基板の表面の方へ加速される。基板表面へ加速されたイオンは通常、直線的に動き、たとえば１方向に動くため、これらのイオンはほとんど、構造の側壁ではなく、基板表面上に形成された構造、たとえばパターンまたはトレンチの底部表面内に注入される。非共形のイオンドープの結果、基板表面全体にわたって、特に基板表面内に形成されたフィーチャ画定部内で、イオン濃度、プロファイル、寸法、および分布が不十分および／または不均一になり、それによって全体的な電気的デバイス性能に悪影響を及ぼすことがある。クリティカルディメンションが小さくなるにつれて、イオン注入の精度はますます重要になる。
【０００４】
したがって、基板表面上およびフィーチャ画定部内でイオンのより共形の注入を実現する改善されたイオン注入プロセスが必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
均衡のとれたエッチ堆積プロセスを有するプラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法が提供される。一実施形態では、基板内にイオンを注入する方法は、処理チャンバ内に基板を提供するステップであって、基板が１つまたは複数のフィーチャが形成された基板表面を備え、各フィーチャが１つまたは複数の水平表面および１つまたは複数の垂直表面を有するステップと、イオンを生成するように適合された反応ガスを含むガス混合物からプラズマを生成するステップと、基板表面上および基板フィーチャの少なくとも１つの水平表面上に材料層を堆積させるステップと、等方性プロセスによって、基板内、少なくとも１つの水平表面内、および少なくとも１つの垂直表面内に、プラズマからイオンを注入するステップと、異方性プロセスによって基板表面および少なくとも１つの水平表面上で材料層をエッチングするステップとを含む。
【０００６】
別の実施形態では、基板内にイオンを注入する方法は、処理チャンバ内に基板を提供するステップであって、基板が１つまたは複数のフィーチャが形成された基板表面を備え、各フィーチャが１つまたは複数の水平表面および１つまたは複数の垂直表面を有するステップと、イオンを生成するように適合された反応ガスを含むガス混合物からプラズマを生成するステップと、基板表面上および基板フィーチャの少なくとも１つの水平表面上に材料層を堆積させるステップと、等方性プロセスによって、基板内、少なくとも１つの水平表面、および少なくとも１つの垂直表面内に、プラズマからイオンを注入するステップと、少なくとも１つの水平表面から少なくとも１つの垂直表面へ、材料層の一部分、注入されたイオンの一部分、またはこれらの組合せをスパッタリングするステップと、等方性プロセスによって基板表面ならびに１つまたは複数の水平表面および１つまたは複数の垂直表面をエッチングするステップとを含む。
【０００７】
別の実施形態では、基板内にイオンを注入する方法は、処理チャンバ内に基板を提供するステップであって、基板が１つまたは複数のフィーチャが形成された基板表面を備え、各フィーチャが１つまたは複数の水平表面および１つまたは複数の垂直表面を有するステップと、基板表面上および基板フィーチャの少なくとも１つの水平表面上に材料層を堆積させるステップと、イオンを生成するように適合された反応ガスを含むガス混合物からプラズマを生成するステップと、等方性プロセスによって、基板内、少なくとも１つの水平表面内、および少なくとも１つの垂直表面内に、プラズマからイオンを注入するステップと、異方性プロセスによって基板表面および少なくとも１つの水平表面上で材料層をエッチングするステップとを含む。
【０００８】
本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明についてのより具体的な説明を、実施形態を参照すれば得ることができる。実施形態のいくつかを添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明を実施するのに適したプラズマ浸漬イオン注入器具の一実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明を実施するのに適したプラズマ浸漬イオン注入器具の一実施形態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法を示すプロセス図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法を示すプロセス図である。
【図５Ａ】本発明の別の実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図である。
【図５Ｂ】本発明の別の実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図である。
【図５Ｃ】本発明の別の実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図である。
【図５Ｄ】本発明の別の実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記述なしで他の実施形態にも有益に組み込むことができることが企図される。
【００１１】
しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の例示的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定するものと見なすべきではないことに留意されたい。
【００１２】
本発明の実施形態は、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法を提供する。本発明は、それだけに限定されるものではないが、とりわけ基板上に形成された構造に対するポリドーピング、カウンタポリドーピング、極浅接合、および共形ドーピングを含めて、ゲート構造またはソース／ドレイン領域の形成で使用することができる。イオン注入プロセスは、ＤＲＡＭ、論理製品、およびフラッシュメモリなどの異なる用途で利用することができる。一実施形態では、イオン注入プロセスは、反応ガス、たとえばホウ素含有ガスを含むガス混合物を供給することによって実行される。プラズマを生成してガス混合物からイオンを解離し、それによってイオン源を形成する。イオン源は、電気的にバイアスされた基板の方へ加速されてその中に注入され、かつ／または基板表面上に材料層として堆積される。注入されたイオンをドーパントとも呼ぶ。堆積された材料は、部分的または完全に除去することができ、その結果、基板表面内にドーパント材料が配置される。この堆積および除去プロセスにより、基板表面内に配置された構造の底部および側壁に共形のドーピングプロファイルを提供する。別法として、堆積された材料は、エッチングプロセスの前に基板表面上にスパッタリングすることができ、または他の方法で再堆積させることができる。さらなる代替実施形態では、堆積された材料は、イオン注入前に別個のプロセスによって堆積させることができる。
【００１３】
図１Ａは、本発明の一実施形態によるイオン注入プロセスを実施するために利用できるプラズマ処理チャンバ１００を示す。このプロセスを実施できる１つの適した反応器チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から利用可能なＰ３ｉ（商標）反応器チャンバである。本明細書に記載の方法は、他の製造者からのものを含めて、他の適切に適合されたプラズマ反応器で実施できることが企図される。他の適した反応器チャンバには、２００６年８月２２日出願の米国特許第７，０９４，６７０号および２００２年１２月１７日出願の米国特許第６，４９４，９８６号に記載のチャンバが含まれる。両特許を、本明細書に記載の特許請求の範囲および説明と矛盾しない程度に、参照により本明細書に組み込む。
【００１４】
処理チャンバ１００は、プロセス領域１０４を密閉する底部１２４、上部１２６、および側壁１２２を有するチャンバ本体１０２を含む。チャンバ本体１０２の底部１２４から基板支持アセンブリ１２８が支持され、処理するために基板１０６を受け取るように適合される。チャンバ本体１０２の上部１２６には、基板支持アセンブリ１２８に面するようにガス分配板１３０が結合される。チャンバ本体１０２内にはポンプポート１３２が画定され、真空ポンプ１３４に結合される。真空ポンプ１３４は、スロットルバルブ１３６を通ってポンプポート１３２に結合される。ガス分配板１３０にはガス源１５２が結合され、基板１０６上で実行されるプロセスに対するガス前駆体化合物を供給する。
【００１５】
図１Ａに示す処理チャンバ１００は、プラズマ源１９０をさらに含む。プラズマ源１９０は、図１Ｂの斜視図に最もよく示される。プラズマ源１９０は、１対の別個の外部再入導管１４０、１４０’を含む。外部再入導管１４０、１４０’は、チャンバ本体１０２の上部１２６の外側に取り付けられ、互いに横切る（または図１Ｂに示す例示的な実施形態のように互いに直交する）ように配置される。第１の外部導管１４０は、上部１２６内に形成された開口１９８を通ってチャンバ本体１０２内のプロセス領域１０４の第１の側に結合された第１の端部１４０ａを有する。第２の端部１４０ｂは、プロセス領域１０４の第２の側に結合された開口１９６を有する。第２の外部再入導管１４０’は、プロセス領域１０４の第３の側に結合された開口１９４を有する第１の端部１４０ａ’と、プロセス領域１０４の第４の側への開口１９２を有する第２の端部１４０ｂ’とを有する。一実施形態では、第１の外部再入導管１４０および第２の外部再入導管１４０’は、互いに直交するように構成され、それによって各外部再入導管１４０、１４０’の２つの端部１４０ａ、１４０ａ’、１４０ｂ、１４０ｂ’は、チャンバ本体１０２の上部１２６の周辺部の周りに約９０度の間隔で配置される。外部再入導管１４０、１４０’の直交する構成により、プラズマ源をプロセス領域１０４全体にわたって均一に分配することができる。第１の外部再入導管１４０および第２の外部再入導管１４０’は、プロセス領域１０４内のプラズマ分布を制御するために利用される他の構成を有することができることが企図される。
【００１６】
磁気透過性のトロイダル状の芯１４２、１４２’が、外部再入導管１４０、１４０’のうち対応する一方の一部分を取り囲む。導電コイル１４４、１４４’が、それぞれのインピーダンス整合回路または要素１４８、１４８’を通ってそれぞれのＲＦプラズマ源電源１４６、１４６’に結合される。各外部再入導管１４０、１４０’は中空の導電管であり、それぞれ絶縁性の環状リング１５０、１５０’によって遮られる。絶縁性の環状リング１５０、１５０’は、それぞれの外部再入導管１４０、１４０’の２つの端部１４０ａ、１４０ｂ（および１４０ａ’、１０４ｂ’）間の環状リングがなければ連続する電気的経路を遮る。基板表面のイオンエネルギーは、インピーダンス整合回路または要素１５６を通って基板支持アセンブリ１２８に結合されたＲＦプラズマバイアス電力発生器１５４によって制御される。
【００１７】
図１Ａを再び参照すると、プロセスガス源１５２から供給されるガス化合物を含むプロセスガスは、上にあるガス分配板１３０を通ってプロセス領域１０４内へ導入される。ＲＦプラズマ源電源１４６は、電力アプリケータ、すなわち芯１４２およびコイル１４４から導管１４０内で供給されるガスに結合され、それによって外部再入導管１４０およびプロセス領域１０４を含む第１の閉じたトロイダル状の経路内で循環するプラズマ電流を生じさせる。また、ＲＦプラズマ源電源１４６’は、他の電力アプリケータ、すなわち芯１４２’およびコイル１４４’から第２の導管１４０’内のガスに結合することができ、それによって第１のトロイダル状の経路を横切る（たとえば、直交する）第２の閉じたトロイダル状の経路内で循環するプラズマ電流を生じさせる。第２のトロイダル状の経路は、第２の外部再入導管１４０’およびプロセス領域１０４を含む。それぞれの経路内のプラズマ電流は、それぞれのＲＦプラズマ源電源１４６、１４６’の周波数で（たとえば、逆方向に）発振する。これらの周波数は、同じであっても、または互いにわずかにずれてもよい。
【００１８】
一実施形態では、プロセスガス源１５２は、基板１０６へ注入されるイオンを提供するために利用できる異なるプロセスガスを提供する。プロセスガスの適した例には、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＰＦ３、ＢＦ３、およびこれらの組合せが含まれる。各プラズマ源電源１４６、１４６’の電力は、これらを組み合わせた影響で、プロセスガス源１５２から供給されるプロセスガスを効率的に解離して基板１０６の表面に所望のイオン束をもたらすように動作される。ＲＦプラズマバイアス電力発生器１５４の電力は、プロセスガスからの解離によって形成されるイオンを基板表面の方へ加速させて所望のイオン線量で基板１０６の上部表面下の所望の深さに注入できる選択されたレベルで制御される。制御されたＲＦプラズマ源電力とＲＦプラズマバイアス電力の組合せによって、処理チャンバ１００内で十分な運動量および所望のイオン分布を有するガス混合物内のイオンを解離させる。イオンをバイアスして基板表面の方へ追いやり、それによって所望のイオン濃度、分布、および基板表面からの深さでイオンを基板内へ注入する。
【００１９】
たとえば、約２００Ｗ未満などの比較的低いＲＦバイアス電力では、比較的低いプラズマイオンエネルギーを得ることができる。イオンエネルギーの低い解離されたイオンは、基板表面から約１Å〜約１００Åの浅い深さで注入することができる。別法として、約１，０００Ｗより高いものなど、高いＲＦバイアス電力から提供および生成されたイオンエネルギーの高い解離されたイオンは、基板表面から実質上１００Åを超える深さを有する基板内へ注入することができる。さらに、イオンエネルギーが制御され、また供給されるプロセスガスからのイオン種のタイプが異なることで、基板１０６内に注入されるイオンは、基板１０６上にゲート構造およびソースドレイン領域などの所望のデバイス構造を形成することができる。
【００２０】
本明細書に記載の図２、３Ａ〜３Ｄおよび図４、５Ａ〜５Ｄのプロセスは、従来のプロセスと比較して改善された共形性を実現することが観察された。共形性とは、フィーチャ画定部のすべての表面にドーパントを注入することであり、共形性比で表される。共形性比は、側壁のドーパント量（すなわち、線量）とフィーチャ底部および／または上部表面のドーパント線量の比と定義される。たとえば、構造の上部表面のホウ素などのドーパント線量が約１０１６原子／ｃｍ２であり（注入がウェーハ表面に対して直角の垂直方向である）、構造の側壁内へのドーパント線量が約７×１０１５原子／ｃｍ２である場合、共形性比は約７０％である。共形性比は、本明細書に記載の注入プロセスによって約２０％〜約９０％とすることができる。たとえば、本明細書に記載のプロセスによれば、約５０％〜約９０％の共形性でホウ素を注入することができ、約２０％〜約３０％の共形性でヒ素を注入することができる。
【００２１】
図２および３Ａ〜３Ｄを参照して、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法について説明する。図２は、本発明の一実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法を示すプロセス図を示す。図３Ａ〜３Ｄは、本発明の一実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図を示す。
【００２２】
この方法は、本明細書で図１Ａ〜１Ｂに示す処理チャンバ１００などのプラズマ浸漬イオン注入処理チャンバ、または他の適切に適合されたチャンバ内で実行することができる。
【００２３】
この方法は、処理チャンバ１００内に基板を提供することから始まる。一実施形態では、基板は、酸化シリコン、炭化シリコン、結晶シリコン（たとえば、Ｓｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープまたは非ドープポリシリコン、ドープまたは非ドープシリコンウェーハ、ドープシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ガラス、およびサファイアなどの材料とすることができる。基板は、直径２００ｍｍまたは３００ｍｍのウェーハ、ならびに方形または正方形の鏡板など、様々な寸法を有することができる。別に言及しない限り、本明細書に記載の実施形態および例は、直径３００ｍｍの基板上で行われる。基板を利用してゲート構造を形成する実施形態では、基板上のゲート誘電体層上にポリシリコン層を配置することができる。
【００２４】
図３Ａに示すように、基板３００内にフィーチャ３１０を形成することができる。フィーチャは、１つまたは複数の水平表面３１２および１つまたは複数の垂直表面３１４を有することができる。基板３００は、ドープすべき材料、たとえばｐ型ドーピングにはｎ型材料、またはｎ型ドーピングにはｐ型材料を含むことができる。基板表面の上部表面は材料３１６を含むことができ、材料３１６は、所望の構造のためにドープしても、または追加のフィーチャ３１０からのドーパント分離を提供するためにドープしなくてもよい。
【００２５】
２１０で、図１Ａの処理チャンバ１００などの処理チャンバ内にガス混合物が供給され、それによって堆積のための材料を提供し、かつ／または注入プロセスのためのイオン種を提供することができる。ガス混合物は、図１Ａに示すようにプロセスガス源１５２からガス分配板１３０へ供給することができ、または他の適した手段によって供給することができる。
【００２６】
一実施形態では、処理チャンバ内へ供給されるガス混合物は反応ガスを含む。反応ガスは、従来のプラズマ強化化学気相成長プロセスからのものなど、ホウ素、ガリウム、ヒ素、リン、およびこれらの組合せを含めて、堆積および／または注入のためのドーパント材料を基板表面上およびフィーチャ内に提供することができる。一実施形態では、材料層を堆積させるために使用できる反応ガスには、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＰＦ３、ＢＦ３、Ｐ２Ｈ５、ＧａＮ、ＡｓＦ５、およびこれらの組合せが含まれる。
【００２７】
堆積されたドーパント含有材料層３４０は、等方性または異方性プロセスによって堆積させることができる。図３Ｂは、材料層３４０が主として基板および基板フィーチャ３１０の水平表面３１２上に形成される異方性プロセスによる材料の堆積を示す。ドーパント含有材料層３４０は、約５０Å〜約１００Åなど、約５Å〜約１，０００Åの厚さに堆積させることができる。ドーパント含有材料層３４０は、Ｐ３ｉチャンバ内のＲＦ放電から、異方性プラズマ環境などのプラズマプロセスによって堆積させることができる。
【００２８】
反応ガスはまた、２２０で基板内に注入すべき所望のイオンを提供することができる。注入すべきイオンをドーパントまたはドーパント種とも呼ぶ。たとえば、反応ガスは、電気デバイス内に活性ドーパントを形成して基板のドープされた領域の所望の電気的性能および／または物理的特性をもたらすために使用される、ホウ素、ガリウム、ヒ素、リン、およびこれらの組合せなど、所望のドーパント種源を提供することができる。
【００２９】
一実施形態では、イオン種源を提供するために使用できる反応ガスには、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＰＦ３、ＢＦ３、Ｐ２Ｈ５、ＧａＮ、ＡｓＦ５、およびこれらの組合せが含まれる。たとえば、反応ガスがＢ２Ｈ６ガスである実施形態では、注入プロセス中にＢ２Ｈ６ガスを解離して、Ｂ２Ｈ５＋、ＢＨ２＋、およびＨ＋イオンの形でイオン種をもたらすことができる。図３Ｃは、等方性プロセスによる基板フィーチャ３００の水平表面（底部）３１２および垂直表面（側壁）３１４上のイオン／ドーパント３５０の注入深さを示す。注入されるドーパント３５０は、Ｐ３ｉチャンバのＲＦ放電から、等方性プラズマイオン環境などのプラズマプロセスによって注入することができる。
【００３０】
ドーパント含有材料層３４０の堆積およびドーパント３５０のイオン注入は、同時に平行して同じプロセス内で実行することができ、または１つもしくは複数のプラズマ堆積およびプラズマイオン注入プロセスによって連続して実行することができる。イオン注入および堆積プロセスの一実施形態では、ステップ２１０でドーパント含有材料層３４０を堆積させ、次いでステップ２２０で、図３Ｂ〜３Ｃに示すように、下にある基板表面に対する注入プロセスのために、材料層をイオン、ドーパント３５０とボンバードさせる。イオン注入および堆積プロセスの別の実施形態では、ステップ２１０でドーパント含有材料層３４０を堆積させ、ステップ２２０で、図３Ｃに示すように、ドーパント３５０を同じプロセスステップで同時に並行して注入し、図３Ｂに示すプロセスステップは行わない。どちらのプロセスも、真空を破壊することなく、処理チャンバ内でその場で実行することができ、または同じ処理器具上に配置されたチャンバ内でその場で実行することができ、それによって基板を１回処理に通す間にプロセスを実行することができる。
【００３１】
本発明の一実施形態では、堆積された材料および注入されたイオンは、基板表面内のホウ素イオンと基板表面上のホウ素堆積層など、同じ要素を有する。別法として、イオン、ドーパント種、および堆積材料、堆積種は、ドーパント種としてホウ素と堆積種としてシランなど、異なる要素を有する。
【００３２】
２２０で、イオン注入プロセスを実行して、ガス混合物から生成されたイオンを基板内に注入する。ＲＦ源電力を印加して、処理チャンバ内でガス混合物からプラズマを生成する。プラズマは、ガス混合物の流量のあらゆる変化中も連続して生成され、ガス混合物をイオン種として解離して基板内に注入する。ＲＦ源電力とともにＲＦバイアス電力を印加して、ガス混合物からイオン種を解離し、解離されたイオン種を基板表面から所望の深さの方へ追いやることができる。処理チャンバに印加されるＲＦ源およびバイアス電力は、所望のエネルギーレベルで制御することができ、それによって基板内で所望の量および深さでイオン種を解離してドープすることができる。上記のプロセスの一実施形態では、ドーパントとしても知られるイオンは、約５×１０１４原子／ｃｍ２〜約５×１０１５原子／ｃｍ２の範囲内の線量で１００Å未満の深さへ注入することができる。イオン注入プロセスの結果、ドーパント材料を堆積させることができる。ドーパントの濃度は、原子／ｃｍ３で表し、ドーパントの量／線量から計算することができる。
【００３３】
プロセスの一実施形態では、イオン注入は、図３Ａおよび３Ｃに示すように１つの処理ステップで、制御された堆積とともに実行される。そのような堆積および注入プロセスでは、ＲＦ源電力は、約１００ワット〜約５，０００ワットで維持することができる。バイアスＲＦ電力は、約１００ボルト〜約１５，０００ボルトのＲＦ電圧で、約１００ワット〜約１０，０００ワットで維持することができる。チャンバ圧力は、約１ミリトル〜約５００ミリトルで維持することができる。基板温度は、摂氏約１０度〜摂氏約５００度で維持することができる。
【００３４】
別の実施形態では、処理チャンバ内に供給されるガス混合物は、不活性ガスを含むことができる。適した不活性ガスの例には、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、およびＫｒなどが含まれる。処理チャンバ内の不活性ガスは、ガス混合物内のイオンボンバードメントを促進し、それによってプロセスガス衝突の確率を効率的に増大させ、その結果、イオン種の再結合を低減させる。不活性ガスは、約５０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍなど、約１０ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ内へ流すことができる。
【００３５】
並行堆積および注入プロセスの一実施形態は、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）またはアルシン（ＡｓＨ３）などの反応ガスを処理チャンバ内に、約５０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍなど、約１０〜約１，０００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約５００ボルト（Ｖ）〜約１，５００Ｖなど、約２００〜約１０，０００Ｖの電圧でバイアスをかけるステップと、約７ミリトル〜約１５ミリトルなど、約１ミリトル〜約１００ミリトルでチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃〜約４５℃など、約１５℃〜約５００℃でウェーハチャック温度を維持するステップとを含み、注入プロセスで、源電力が約２００Ｗ〜約３００Ｗなど、約１００Ｗ〜約２，０００Ｗであり、持続時間が約１０秒〜約３０秒など、約１秒〜約６０秒である。
【００３６】
そのようなプロセスの一例は、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）を処理チャンバ内に約５０ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約１，０００Ｖの電圧でバイアスをかけるステップと、約１５ミリトルのチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃のウェーハチャック温度を維持するステップとを含み、注入プロセスで、源電力が約２００Ｗであり、持続時間が約２０秒である。このプロセスでは、約７０％の共形性比が観察された。上記プロセスを使用して、ドーパント含有材料層３４０を堆積させ、ならびにドーパント３５０を注入することもできる。
【００３７】
堆積された材料層は、基板フィーチャの側壁内ではなく、基板フィーチャの水平部分内に異方的に堆積されることが観察され、またガス混合物から解離されたイオンは、基板フィーチャの水平部分内および基板フィーチャの垂直部分、側壁内に等方的に注入されて、改善された共形の注入を実現することが観察された。堆積された材料層で注入されるドーパントは、より限られた深さに注入され、それによって、フィーチャ側壁内の注入されたドーパントとともに、改善された共形性を可能にしたと考えられる。別法として、ドーパント含有材料層３４０は、フィーチャ表面上に等方的に堆積させることもできる。
【００３８】
図３Ｄに示すように、２３０で、エッチングプロセスを使用して、基板フィーチャの水平部分および垂直部分内に注入されたイオンを保持しながら、基板フィーチャの水平部分上のドーパント含有材料層３４０の堆積の一部またはすべて、および別法として一部の注入されたドーパントを除去することができる。エッチングプロセスは、異方性エッチングプロセスとすることができる。しかし、ドーパント含有材料層３４０がフィーチャ画定部の垂直表面、側壁３１４上に堆積されるときなど、等方性エッチングプロセスを使用することもできる。エッチングプロセスは、真空を破壊することなく、同じチャンバ内、または同じ処理器具上に配置されたチャンバ内で、本明細書に記載の堆積および／または注入プロセスでその場で実行することができ、それによって基板を１回処理に通す間にプロセスを実行することができる。
【００３９】
適したエッチングガスには、ハロゲン含有化合物が含まれる。エッチング化合物の例には、ＮＦ３およびＣＦ４が含まれる。エッチングガスには、水素ガスおよび／または不活性ガスを含むことができる。別法として、水素プラズマプロセスを使用して、堆積された材料層を除去することができる。別の代替実施形態では、不活性ガスのスパッタリングプラズマを使用して、堆積された材料層を除去することができる。
【００４０】
エッチングプロセスの一実施形態は、三フッ化窒素（ＮＦ３）などのエッチングガスを処理チャンバ内に、約５０〜約１００ｓｃｃｍなど、約２５〜約１０００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、アルゴンガス（Ａｒ）などの不活性ガスを処理チャンバ内に、約１００〜約２００ｓｃｃｍなど、約１０〜約１，０００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約７ミリトル〜約１５ミリトルなど、約７ミリトル〜約１００ミリトルでチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃〜約３５℃など、約１５℃〜約９０℃でウェーハチャック温度を維持するステップと、約２００Ｗ〜約２５０Ｗなど、約１００Ｗ〜約２，０００Ｗで源電力を印加するステップとを含む。
【００４１】
そのようなエッチングプロセスの一例は、水素（Ｈ２）を処理チャンバ内に約２００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約１５ミリトルのチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃のウェーハチャック温度を維持するステップと、約５００Ｗの源電力を印加するステップとを含む。
【００４２】
図２を参照すると、２４０で、１つまたは複数の連続アクションにおいて動作２１０〜２３０を繰り返し、または循環的に実行して、所望のイオン注入結果を提供することができる。動作２１０および２２０は、１サイクル中に同時に並行して実行することができる。動作２１０〜２３０は、約３〜約５サイクルなど、１〜約２０サイクル繰り返すことができる。
【００４３】
図４および５Ａ〜５Ｄを参照して、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法について説明する。図４は、本発明の別の実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法を示すプロセス図を示す。図５Ａ〜５Ｄは、本発明の別の実施形態によるプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法の概略側面図を示す。
【００４４】
この方法は、図１Ａ〜１Ｂに示す処理チャンバ１００などのプラズマ浸漬イオン注入処理チャンバ、または他の適切に適合されたチャンバ内で実行することができる。
【００４５】
この方法は、処理チャンバ内に基板を提供することから始まる。一実施形態では、基板５００は、酸化シリコン、炭化シリコン、結晶シリコン（たとえば、Ｓｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープまたは非ドープポリシリコン、ドープまたは非ドープシリコンウェーハ、ドープシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ガラス、およびサファイアなどの材料とすることができる。基板は、直径２００ｍｍまたは３００ｍｍのウェーハ、ならびに方形または正方形の鏡板など、様々な寸法を有することができる。別に言及しない限り、本明細書に記載の実施形態および例は、直径３００ｍｍの基板上で行われる。基板を利用してゲート構造を形成する実施形態では、基板上のゲート誘電体層上にポリシリコン層を配置することができる。
【００４６】
図５Ａに示すように、基板５００内にフィーチャ画定部５１０を形成することができる。フィーチャは、１つまたは複数の水平表面５１２および１つまたは複数の垂直表面５１４を有することができる。基板５００は、ドープすべき材料、たとえばｐ型ドーピングにはｎ型材料、またはｎ型ドーピングにはｐ型材料を含むことができる。基板表面の上部表面は材料５１６を含むことができ、材料５１６は、所望の構造のためにドープしても、または追加のフィーチャ５１０のドーパント分離を提供するためにドープしなくてもよい。
【００４７】
４１０で、処理チャンバ内にガス混合物を供給することができる。ガス混合物は、堆積のための材料を提供し、かつ／または注入プロセスのためのイオン種を提供することができる。ガス混合物は、図１Ａに示すようにプロセスガス源１５２からガス分配板１３０へ供給することができ、または他の適した手段によって供給することができる。
【００４８】
一実施形態では、処理チャンバ１００内へ供給されるガス混合物は反応ガスを含む。反応ガスは、従来のプラズマ強化化学気相成長プロセスからのものなど、ホウ素、ガリウム、ヒ素、およびこれらの組合せを含めて、堆積のための材料を基板表面上に提供することができる。一実施形態では、材料層を堆積させるために使用できる反応ガスには、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＰＦ３、ＢＦ３、Ｐ２Ｈ５、ＧａＮ、ＡｓＦ５、およびこれらの組合せが含まれる。
【００４９】
堆積された材料層５４０は、等方性または異方性プロセスによって堆積させることができる。図５Ｂは、材料が主として基板および基板フィーチャ画定部５１０の水平表面５１２上に形成される異方性プロセスによる材料の堆積を示す。材料５４０は、約５０Å〜約１００Åなど、約５Å〜約１，０００Åの厚さに堆積させることができる。堆積された材料５４０は、Ｐ３ｉチャンバのＲＦ放電から、等方性プラズマ環境などのプラズマプロセスによって堆積させることができる。
【００５０】
反応ガスはまた、基板内に注入すべき所望のドーパント／イオンを提供することができる。たとえば、反応ガスは、電気デバイス内に活性ドーパントを形成して基板のドープされた領域の所望の電気的性能および／または物理的特性をもたらすために使用される、Ｂ、Ｐ、Ｇａ、Ａｓなど、所望のイオン種源を提供することができる。
【００５１】
一実施形態では、イオン種源を提供するために使用できる反応ガスには、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＰＦ３、ＢＦ３、Ｐ２Ｈ５、ＧａＮ、ＡｓＦ５、およびこれらの組合せが含まれる。たとえば、反応ガスがＢ２Ｈ６ガスである実施形態では、注入プロセス中にＢ２Ｈ６ガスを解離して、ＢＨ２＋、ＢＨ２＋、およびＨ＋イオンの形でイオン種をもたらすことができる。
【００５２】
図５Ｂは、水平表面５１２内の堆積されたドーパント含有材料５４０でドーパント５５０を注入する一実施形態を示す。別法として、ドーパント含有材料５４０の堆積のためにドーパント注入が行われないこともある。さらなる代替実施形態では、フィーチャ画定部５１０の垂直表面、側壁５１４内にドーパントを注入することができる。図５Ｃは、本明細書に記載のドーパント再分配プロセスに続く、基板５００の水平表面５１２および垂直表面５１４上のイオン／ドーパント５５０の注入深さを示す。イオン注入プロセスは、等方性プロセスでも異方性プロセスでもよいが、現在のプロセスには等方性が好ましい。材料堆積プロセスは、等方性プロセスでも異方性プロセスでもよいが、現在のプロセスには異方性が好ましい。
【００５３】
ドーパント含有材料５４０の堆積およびドーパント５５０のイオン注入は、同時に同じプロセス内で実行することができ、または１つもしくは複数のプラズマ堆積およびプラズマイオン注入プロセスによって連続して実行することができる。
【００５４】
イオン注入および堆積プロセスの一実施形態では、動作４１０および４２０を組み合わせる同じプロセスで、図５Ｂに示すように、ドーパント含有材料５４０を堆積させてドーパント５５０を注入し、また４３０で、図５Ｃに示すように、スパッタリングなどによってドーパント含有材料５４０、ドーパント５５０、またはこれらの組合せを再分配して、フィーチャ画定部の側壁内にドーパント含有材料を再堆積させてドーパントを注入する（またはドーパントをさらに注入する）。１つのそのようなプロセスでは、ドーパント含有材料５４０およびドーパント５５０は、フィーチャ画定部５１０の水平表面上のみに形成される。イオン注入および堆積プロセスの別の実施形態では、プロセスは、代替動作４２０を使用する。代替動作４２０では、連続プロセスで、ドーパント含有材料５４０を堆積させ、次いでドーパント５５０を注入し、スパッタリングなどによって材料層およびドーパントを再分配して、ドーパント含有材料を再堆積させてフィーチャ画定部の側壁内にドーパントを注入する（またはドーパントをさらに注入する）。
【００５５】
イオン注入および堆積プロセスの別の実施形態では、４２０の注入の有無にかかわらず、４１０でドーパント含有材料５４０を堆積させ、４３０で、スパッタリングなどによって材料層を再分配し、ドーパント含有材料を再分配してフィーチャ画定部の側壁内にドーパントを注入する。次いで、ドーパント含有材料および再分配されたドーパント含有材料をフィーチャ画定部から除去することができる。そのようなプロセスに対する共形性比は、約５０％〜約９０％であることが観察された。
【００５６】
ドーパント含有材料５４０は、垂直および／または水平方向の最小の注入の有無にかかわらず、等方的に堆積される。堆積プロセス中のあらゆるドーパント注入は、４３０で再分配することもできる。本発明の一実施形態では、堆積された材料および注入されたイオンは、基板表面内のホウ素イオンと基板表面上のホウ素堆積層など、同じ要素である。
【００５７】
どちらの堆積およびイオン注入プロセスも、真空を破壊することなく、処理チャンバ内でその場で実行することができ、または同じ処理器具上に配置されたチャンバ内でその場で実行することができ、それによって基板を１回処理に通す間にプロセスを実行することができる。
【００５８】
そのようなプロセスにおけるドーパント含有材料５４０の堆積および任意の注入は、ガス混合物のプラズマを生成することによって実行することができる。ＲＦ源電力を印加して、処理チャンバ内でガス混合物からプラズマを生成する。プラズマは、供給されるガス混合物の比の変化中に連続して生成され、ガス混合物を解離して材料層を堆積させ、またイオン種をもたらして基板内に注入することもできる。ＲＦ源電力とともにＲＦバイアス電力を印加して、ガス混合物からドーパント種を解離し、解離されたドーパント種を基板表面から所望の深さの方へ追いやることができる。処理チャンバに印加されるＲＦ源およびバイアス電力は、所望のエネルギーレベルで制御することができ、それによって基板上で所望の材料厚さでドーパント種を解離して堆積させることができる。本発明の一実施形態では、ドーパント含有材料５４０は、プラズマチャンバのＲＦ放電から等方性プラズマ環境などのプラズマプロセスによって、約５０Å〜約１００Åなど、約５Å〜約１，０００Åの厚さに堆積させることができ、何らかの注入が実行された場合、ドーパントは、約５×１０１４原子／ｃｍ２〜約５×１０１５原子／ｃｍ２の範囲内の線量で、１００Å未満の深さへ注入することができる。
【００５９】
プロセスの一実施形態では、イオン注入は、図５Ｂに示すように１つの処理ステップで、制御された堆積とともに実行される。そのような堆積および注入プロセスでは、ＲＦ源電力は、約１００ワット〜約５，０００ワットで維持することができる。バイアスＲＦ電力は、約１００ボルト〜約１５，０００ボルトのＲＦ電圧で、約１００ワット〜約１０，０００ワットで維持することができる。チャンバ圧力は、約１ミリトル〜約５００ミリトルで維持することができる。基板温度は、摂氏約１０度〜摂氏約５００度で維持することができる。
【００６０】
別の実施形態では、処理チャンバ内へ供給されるガス混合物は、不活性ガスを含むことができる。適した不活性ガスの例には、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、およびＫｒなどが含まれる。処理チャンバ内の不活性ガスは、ガス混合物内のイオンボンバードメントを促進し、それによってプロセスガス衝突の確率を効率的に増大させ、その結果、イオン種の再結合を低減させる。不活性ガスは、約５０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍなど、約１０ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍの流量で処理チャンバ内へ流すことができる。
【００６１】
堆積（および注入）プロセスの一実施形態は、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）またはアルシン（ＡｓＨ３）などの反応ガスを処理チャンバ内に、約５０〜約１００ｓｃｃｍなど、約１０〜約１，０００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約５００ボルト（Ｖ）〜約１，５００Ｖなど、約２００〜約１０，０００Ｖの電圧でバイアスをかけるステップと、約７ミリトル〜約２５ミリトルなど、約１ミリトル〜約１００ミリトルでチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃〜約４５℃など、約１５℃〜約５００℃でウェーハチャック温度を維持するステップとを含み、注入プロセスで、源電力が約２００Ｗ〜約３００Ｗなど、約１００Ｗ〜約２，０００Ｗであり、持続時間が約１０秒〜約３０秒など、約１秒〜約６０秒である。
【００６２】
そのようなプロセスの一例は、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）を処理チャンバ内に約１００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約１，０００Ｖの電圧でバイアスをかけるステップと、約１５ミリトルのチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃のチャンバ温度を維持するステップとを含み、注入プロセスで、源電力が約２００Ｗであり、持続時間が約３０秒である。共形性比は約７０％とすることができる。
【００６３】
堆積された材料層およびガス混合物から解離したイオンは、基板フィーチャの側壁ではなく、主として基板フィーチャの水平部分内へ堆積および注入される傾向がある。解離したイオンは、チャンバ内で引き続き増大するため、構造／トレンチの底部内に注入されたイオンは、飽和レベルに到達することがある一方、構造および／またはトレンチの側壁は依然として、所望の量の注入されたイオンをもたないことがある。より大量のイオンをチャンバ内に連続して供給する結果、構造／トレンチの側壁内に注入されたイオンの量、したがって濃度を増大させるのではなく、基板表面の底部上に望ましくない堆積が蓄積されることがある。
【００６４】
堆積された材料および注入されたイオン５４０は、基板フィーチャの水平表面から基板フィーチャの垂直表面へ再分配することができる。ドーパント含有材料５４０およびドーパント５５０の再分配は、たとえば再スパッタリングプロセス、アルゴンスパッタリングプロセス、またはこれらの組合せによって実現することができる。再分配されたドーパント含有材料５６０は、基板フィーチャ画定部５１０の垂直表面上で厚さ１Å〜５０Åなど、１００Å未満の厚さに堆積させることができ、ドーパントおよび再分配されたドーパントは、約５×１０１４原子／ｃｍ２〜約５×１０１５原子／ｃｍ２の範囲内の線量で、１００Å未満の深さに注入することができる。共形性比は、ドーパント含有材料５４０および再分配されたドーパント含有材料５６０の除去後、再分配から約７０％〜約９０％とすることができる。
【００６５】
再スパッタリングプロセスの一実施形態は、スパッタリング不活性ガス、任意選択で水素ガスを処理チャンバ内に、約１００ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍなど、約１０〜約１，０００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約５００Ｖ〜約１，０００Ｖなど、約２００〜約７，０００ボルト（Ｖ）の電圧でバイアスをかけるステップと、約１０ミリトル〜約１５ミリトルなど、約７ミリトル〜約１００ミリトルでチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃〜約４５℃など、約１５℃〜約９０℃のウェーハチャック温度、約２００Ｗ〜約３００Ｗなど、約１００Ｗ〜約５，０００Ｗの源電力、および約１０秒〜約２０秒など、約５秒〜約５０秒のステップ持続時間を維持するステップとを含む。再スパッタリングまたは再堆積された材料は、１００Åの深さに堆積または注入することができる。共形性比は、約７０％〜約９０％とすることができる。
【００６６】
そのような再スパッタリングプロセスの一例は、アルゴンを処理チャンバ内に約２００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約１，０００Ｖの電圧でバイアスをかけるステップと、約７ミリトルのチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃のウェーハ温度、約２００Ｗの源電力、および約１０秒の持続時間を維持するステップとを含む。再堆積された材料は、１００Åの深さに堆積させることができる。共形性比は約８０％とすることができる。
【００６７】
再分配プロセスは、真空を破壊することなく、Ｐ３ｉチャンバなどの処理チャンバ内でのその場の堆積および／もしくは注入プロセスに伴ってその場で実行することができ、または同じ処理器具上に配置されたチャンバ内でその場で実行することができ、それによって基板を１回処理に通す間にプロセスを実行することができる。
【００６８】
再分配プロセスに続いて、図５Ｄに示すように、４４０で、エッチングプロセスを使用して、基板フィーチャの水平部分および垂直部分内に注入されたイオンを保持しながら、基板フィーチャの水平部分上のドーパント含有材料５４０および再分配されたドーパント含有材料５６０の一部またはすべて、ならびに別法として一部のイオンを除去することができる。このエッチングプロセスは、垂直表面より水平表面から多くの材料を除去するために、等方性プロセスとすることができる。エッチングプロセスは、真空を破壊することなく、同じ処理器具上に配置されたチャンバ内で、本明細書に記載の堆積および／または注入および／または再分配プロセスでその場で実行することができ、それによって基板を１回処理に通す間にプロセスを実行することができる。
【００６９】
適したエッチングガスには、ハロゲン含有化合物が含まれる。エッチング化合物の例には、ＮＦ３、フッ化炭素、およびこれらの組合せが含まれる。エッチングガスには、水素ガスおよび／または不活性ガスを含むことができる。別法として、水素プラズマプロセスを使用して、堆積された材料層を除去することができる。別の代替実施形態では、不活性ガスのスパッタリングプラズマを使用して、堆積された材料層を除去することができる。
【００７０】
エッチングプロセスの一実施形態は、三フッ化窒素（ＮＦ３）などのエッチングガスを処理チャンバ内に、約１００〜約２００ｓｃｃｍなど、約２５〜約１，０００ｓｃｃｍの流量で提供し、またはアルゴンガス（Ａｒ）を処理チャンバ内に、約１００〜約２００ｓｃｃｍなど、約１０〜約１，０００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約１０ミリトル〜約２０ミリトルなど、約５ミリトル〜約２００ミリトルでチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃〜約３５℃など、約１５℃〜約９０℃でウェーハ温度を維持するステップと、約２００Ｗ〜約３００Ｗなど、約１００Ｗ〜約２，０００Ｗで源電力を印加するステップとを含む。
【００７１】
エッチングプロセスの一例は、水素ガスを処理チャンバ内に約１００ｓｃｃｍの流量で提供するステップと、約１５ミリトルのチャンバ圧力を維持するステップと、約２５℃のチャンバ温度を維持するステップと、約５００Ｗの源電力を印加するステップとを含む。
【００７２】
図４を参照すると、４５０で、１つまたは複数の連続アクションにおいて動作４１０〜４４０を繰り返し、または循環的に実行して、所望のイオン注入結果を提供することができる。動作４１０および４２０は、１サイクル中に同時に実行することができる。動作４１０〜４４０は、約３〜約５サイクルなど、１〜約２０サイクル繰り返すことができる。
【００７３】
したがって、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法が提供される。改善された方法は、所望の量のドーパントを注入して所望の注入されたプロファイルを基板表面上に形成すると有利であり、それによって基板全体にわたって均一のドープされたイオン量を提供し、所望の電気的性能をもつ電気デバイスを基板上に形成する。
【００７４】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１Ａ】
0005558480.tif 000002
【図１Ｂ】
0005558480.tif 000003
【図２】
0005558480.tif 000004
【図３Ａ】
0005558480.tif 000005
【図３Ｂ】
0005558480.tif 000006
【図３Ｃ】
0005558480.tif 000007
【図３Ｄ】
0005558480.tif 000008
【図４】
0005558480.tif 000009
【図５Ａ】
0005558480.tif 000010
【図５Ｂ】
0005558480.tif 000011
【図５Ｃ】
0005558480.tif 000012
【図５Ｄ】
0005558480.tif 000013