【手続補正書】
【提出日】平成23年6月8日(2011.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】高ニュートラル密度プラズマ注入を用いるコンフォーマルドーピング
【技術分野】
【０００１】
ここで使用する項目見出しは文書構成目的のみであり、本願に記載される発明の要旨を限定するものとして理解されるべきでない。
【０００２】
（発明の背景）
本発明は半導体製造のためのプラズマ注入処理に関する。
【０００３】
プラズマ処理は数十年に亘り半導体やその他の産業において広く使用されている。プラズマ処理は清浄化、エッチング、ミリング及び堆積などの作業に使用されている。最近、プラズマ処理はドーピングに使用されている。プラズマドーピングはＰＬＡＤ又はプラズマイマージョンイオン注入（ＰＩＩＩ）とも呼ばれている。プラズマドーピングシステムはいくつかの最新の電子デバイス及び光学デバイスのドーピング要件を満たすために開発された。
【０００４】
プラズマドーピングは、イオンを電界で加速し、次にイオンをそれらの質量対電荷比に従ってフィルタ処理して注入用に所望のイオンを選択する慣例のビームラインイオン注入システムと基本的に相違する。対照的に、プラズマドーピングシステムは、ドーパントイオンを含むプラズマ内にターゲットを入れ、ターゲットを一連の負電圧パルスでバイアスする。ここでは、「ターゲット」という語は注入される加工片、例えばイオン注入される基板又はウェハと定義する。ターゲットへの負バイアスはターゲット表面から電子を反発し、正イオンのシースを生成する。プラズマシース内の電界がイオンをターゲットに向け加速し、イオンをターゲットの表面に注入する。
【０００５】
本発明は、コンフォーマルプラズマドーピングに関する。ここでは、「コンフォーマルドーピング」という用語は、平坦及び非平坦表面特徴部をこれらの表面特徴部の角を大体保持するようにドーピングするものと定義される。コンフォーマルドーピングは、文字通り、平坦及び非平坦特徴部の両方を均一のドーピングプロファイルでドーピングするものを言うこともある。しかし、ここで定義されるコンフォーマルドーピングは基板の平坦特徴部及び非平坦特徴部の両方に亘って均一のドーピングプロファイルを有する必要はない。
【０００６】
（発明の概要）
以上の記載に従って、本発明は、プラズマ源、プラテン、吸着用構造部、バイアス電圧源及び放射源を備えるプラズマドーピング装置を提供する。プラズマ源はパルスプラズマを発生する。プラテンはプラズマドーピングのために基板をプラズマ源の近くに支持する。吸着用構造部が脱着時に複数のニュートラルを発生する膜を吸着する。バイアス電圧源はプラテンに電気的に接続された出力端子を有し、プラズマ中のイオンをプラズマドーピングのために基板に吸引する負電位を有するバイアス電圧波形を発生する。放射源により前記構造部上に吸着された膜を照射して膜を脱着させて複数のニュートラルを発生させ、イオンが基板に吸引される間前記複数のニュートラルがプラズマからのイオンを散乱させることでコンフォーマルドーピングを実行する。
【０００７】
更に、本発明はコンフォーマルプラズマドーピング方法を提供する。この方法は、プラテン上に基板を位置させるステップと、前記プラテンの近くに位置する構造部に膜を吸着させるステップと、前記プラテンの近くにプラズマを発生させるステップと、前記構造部上に吸着された膜を脱着させ、それによって複数のニュートラルを発生させるステップと、前記プラテンを、プラズマドーピングのために前記プラズマ中のイオンを基板に吸引する負電位を有するバイアス電圧波形でバイアスするステップとを具え、イオンが基板に吸引される間前記複数のニュートラルがプラズマからのイオンを散乱させることでコンフォーマルプラズマドーピングを実行する。
【０００８】
更に、本発明はコンフォーマルドーピング装置を提供する。この装置は、基板を支持するプラテンの近くに位置する構造部上に膜を吸着する手段と、ドーパント種を含むイオンを発生させる手段と、前記構造部上に吸着された前記膜を脱着させて複数のニュートラルを発生させる手段とを備え、前記複数のニュートラルがドーパント種を含むイオンを散乱させることでコンフォーマルドーピングを実行する。
【０００９】
本発明は、添付図面と関連して、好ましい模範的な実施例に基づいて、その更なる利点とともに、以下に詳細に説明される。図面は必ずしも一定の寸法比ではなく、一般に本発明の原理を図解することに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるコンフォーマルドーピングを実行するプラズマドーピングシステムの概略図を示す。
【図２Ａ】本発明によるプラズマドーピングに好適なパルスＲＦ波形を示す。
【図２Ｂ】プラズマドーピングを実行するためにバイアス期間の間基板に負電圧を供給するバイアス電圧源により発生されるバイアス電圧波形を示す。
【図２Ｃ】本発明に従ってニュートラルを発生させるために、吸着された膜層を脱着させる放射源により発生される強度波形を示す。
【００１１】
（詳細な説明）
明細書において、「一実施例」への言及は、この実施例と関連して記載された特定の特徴、構造又は特性が本発明の一つ以上の実施例に含まれることを意味する。明細書の各所に見られる「一実施例においては」は必ずしもすべて同じ実施例に関係するとは限らない。
【００１２】
本発明の方法の個々のステップは、本発明が実施可能である限り、任意の順序及び／又は同時に実行することができる。更に、本発明の装置及び方法は、本発明が実施可能である限り、記載された実施例の任意のいくつか又は全部を含むことができる。
【００１３】
本発明の教えが添付の図面に示される模範的な実施例を参照して詳細に説明される。本発明の教えが種々の実施例及び用例と関連して記載されるが、本発明の教えはこれらの実施例に限定されない。対照的に、本発明の教えは当業者に理解されるように種々の代替例、変更例、等価例を包含する。本発明の教えにアクセスできる当業者は開示の範囲内において追加の実装、変更及び実施並びに他の利用分野を認識し得る。例えば、本発明はプラズマドーピングと関連して記載されるが、コンフォーマルドーピングを向上させるためにイオンを散乱させるニュートラルを発生させる方法及び装置は慣例のビームラインイオン注入システムに適用することもできる。
【００１４】
ＵＬＳＩ回路の使用可能表面積を増大するため及びデバイススケーリングをサブ６５ｎｍテクノロジーノードに拡張するために、現在３次元のデバイス構造が開発されている。例えば、ＤＲＡＭに使用される３次元トレンチキャパシタ、及びフィンＴＦＴ（ダブル又はトリプルゲート）及び埋め込みチャネルアレイトランジスタ（ＲＣＡＴ）などの垂直チャネルトランジスタを用いる種々のタイプのデバイスが研究所で開発されている。これらの３次元デバイスはデバイスの種々の特徴部のコンフォーマルドーピングを必要とする。更に、多くの他のタイプの最新の電子及び光学デバイス及びナノテクノロジーマイクロ構造もコンフォーマルドーピングを必要とする。
【００１５】
コンフォーマル注入及び３次元注入は、既知のイオン注入方法で達成することは極めて困難である。特に、コンフォーマル注入又は３次元注入は、極めて小さい注入角範囲を必要とする高いピッチ及び／又は大きな垂直アスペクト比を高い密度を有するデバイスに対して達成することは困難である。
【００１６】
コンフォーマルイオン注入を実行する多くの既知の方法は、３次元イオン注入カバレッジを得るために複数の斜めビームラインイオン注入ステップを用いる。これらの既知の方法では、複数の斜めイオン注入が実行されるようにターゲットを所定の時間イオンビームに対して複数の角度に物理的に位置させる。複数のビームライン斜め注入の実行は、実行されるイオン注入の回数に等しい係数倍だけ注入スループットが減少する。このコンフォーマルドーピング方法は研究開発の目的で作られたいくつかの低密度構造に対して成功裏に使用されているが、殆どのデバイスの製造に対して実用的ではない。
【００１７】
プラズマドーピングはコンフォーマル及び３次元注入に適している。プラズマドーピング装置では、正イオンのシースがシース境界とターゲット表面との間に電界を生成する。この電界がイオンをターゲットに向け加速し、イオンをターゲット表面内に注入する。シースの厚さが表面の起伏の寸法以下である場合にはシース境界がターゲット表面によく一致し、イオンが局所的な表面トポロジーに対して表面に垂直に入射するため、コンフォーマルプラズマドーピングを達成できる。この現象はプラズマイマーションドーピングを用いて大きなターゲットをコンフォーマルに注入する方法で利用することができる。しかし、この現象を用いる方法は高い密度及び／又は高いアスペクト比の構造を有する小さなターゲットに対してはうまくいかない。
【００１８】
コンフォーマルプラズマドーピングは、プラズマ中にイオン／ニュートラル散乱の状態を生成し、プラズマ中に所望の分布のイオン角度を生じさせることによって実行することもできる。しかし、現在のところプラズマドーピングシステムにおいてイオン／ニュートラル散乱を用いて生成できるイオン角度の範囲は限られた範囲のみである。イオン／ニュートラル散乱は、プラズマ中のニュートラルの密度が増大するにつれてアーク放電やマイクロ放電などの不所望な放電がプラズマ中に起る確率が増大するために制限される。更に、全体的なプラズマ均一性は、ニュートラルの密度が増大するにつれて減少する。従って、イオン／ニュートラル散乱が所定のレベルに達すると、不所望な放電が起こり、プラズマ均一性は殆どのプラズマドーピング処理に対して許容できない比較的低いものとなる。
【００１９】
本発明によれば、プラズマの外部にあるニュートラル源を用いてイオンをイオン注入のために散乱させることによってコンフォーマルドーピングを達成する。一実施例においては、外部ニュートラル源はプラズマ中のイオンと相互作用してイオンを注入のために散乱させるように設けられた吸着（吸収）膜層を具える。例えば、吸着膜層は注入されるターゲット上に堆積することができる。また、吸着膜層はターゲットに隣接した構造上又は処理チャンバ内のどこかに堆積することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１Ａは、本発明によるコンフォーマルドーピングを実行するプラズマ処理システム１００の概略図を示す。これは、本発明によるコンフォーマルドーピングを実行し得るプラズマドーピングシステムの多くの可能な設計の一つにすぎない。プラズマドーピングシステム１００は、平面ＲＦコイル及び螺旋ＲＦコイルの双方と導電性トップ区分とを有する誘導結合プラズマ源１０１を含む。同様のＲＦ誘導結合プラズマ源が、２００４年１２月２０日に出願され、本出願人に譲渡された「RF Plasma Source with Conductive Top Section」という名称の米国特許出願第１０／９０５，１７２号に記載されている。この米国特許出願第１０／９０５，１７２号の明細書全体は参照することにより本書に組み込まれる。プラズマドーピングシステム１００に示されるプラズマ源１０１は、極めて均一なイオンフラックスを供給でき、またこのプラズマ源は二次電子放出により発生される熱を効率よく消散するため、プラズマドーピング応用に適している。
【００２１】
更に具体的に言うと、プラズマドーピングシステム１００は、外部ガス源１０４により供給されるプロセスガスを含むプラズマチャンバ１０２を含む。外部ガス源１０４は比例弁１０６を介してプラズマチャンバ１０２に結合され、プロセスガスをチャンバ１０２に供給する。いくつかの実施例においては、ガスをプラズマ源１０１内へ分散させるためにガスバッフルが使用される。圧力計１０８がチャンバ１０２内の圧力を測定する。チャンバ１０２の排気ポート１１０はチャンバ１０２を排気する真空ポンプ１１２に結合される。排気弁１１４は排気ポート１１０の排気コンダクタンスを制御する。
【００２２】
ガス圧力コントローラ１１６は比例弁１０６、圧力計１０８及び排気弁１１４に電気的に接続される。ガス圧力コントローラ１１６は、排気コンダクタンス及びプロセスガス流量を圧力計１０８に応答して帰還制御することによって、プラズマチャンバ１０２内に所望の圧力を維持する。排気コンダクタンスは排気弁１１４で制御される。プロセスガス流量は比例弁１０６で制御される。
【００２３】
チャンバ１０２は水平方向に延在する誘電体材料からなる第１部分１２０を含むチャンバトップ１１８を有する。チャンバトップ１１８の第２部分１２２は第１部分１２０からほぼ垂直方向に高さに亘って延在する誘電体材料からなる。第１及び第２部分は本書では一般に誘電体窓ということもある。チャンバトップ１１８の多くの変形例があることを理解すべきである。例えば、参照することによりここに組み込まれる米国特許出願第１０／９０５，１７２号に記載されているように、第１及び第２部分が直交しないように第１部分１２０が全体的に湾曲して延長する誘電体材料からなるものとすることができる。他の実施例においては、チャンバトップ１１８は平坦表面を有するのみとする。
【００２４】
第１及び第２部分１２０，１２２の形状及び寸法は所定の性能を達成するように選択することができる。例えば、チャンバトップ１１８の第１及び第２部分１２０，１２２の寸法はプラズマの均一性を高めるように選択することができることは当業者に理解されよう。一実施例においては、第２部分１２２の垂直方向の高さと第２部分１２２を水平方向に横切る長さとの比が一層均一なプラズマを達成するように選択される。例えば、一つの特定の実施例においては、第２部分１２２の垂直方向の高さと第２部分１２２を水平方向に横切る長さとの比は１．５〜５．５の範囲内にする。
【００２５】
第１及び第２部分１２０，１２２の誘電体材料はＲＦアンテナからのＲＦ電力をチャンバ１０２内のプラズマへ転送する媒体を提供する。一実施例においては、第１及び第２部分１２０，１２２の形成に使用する誘電体材料は、プロセスガスに対して化学的に耐性であるとともに良好な熱特性を有する高純度のセラミック材料とする。例えば、いくつかの実施例においては、誘電体材料は９９．６％Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮとする。他の実施例においては、誘電体材料はイットリア及びＹＡＧとする。
【００２６】
チャンバトップ１１８の蓋１２４は第２部分を水平方向に横切る長さに亘って延在する導電材料からなる。多くの実施例においては、蓋２４の形成に使用する材料の導電率は、熱負荷を消散するとともに二次電子放出に起因する帯電効果を最小にするのに十分な高さにする。典型的には、蓋２４の形成に使用する導電材料はプロセスガスに対して化学的に耐性であるものとする。いくつかの実施例においては、この導電材料はアルミニウム又はシリコンとする。
【００２７】
蓋２４はフルオロカーボンポリマからなるハロゲン耐性のＯリング、例えばChemrz及び／又はKalrexからなるＯリングで第２部分１２２に結合することができる。蓋１２４は、第２部分１２２への圧力を最小にしつつ蓋１２４を第２部分に封止するに足る圧力を与えるように第２部分１２２の上に装着される。いくつかの動作モードでは、蓋１２４は図１に示されるようにＲＦ及びＤＣ接地される。更に、いくつかの実施例においては、蓋１２４は、処理中に発生した熱負荷を消散させるために蓋１２４及び周囲区域の温度を調整する冷却システムを備える。冷却システムは、蓋１２４中に冷却通路を含み、冷却剤源からの液体冷却剤を循環させる流体冷却システムとすることができる。
【００２８】
いくつかの実施例においては、チャンバ１０２は金属汚染を阻止する又は大幅に低減するように配置されたライナ１２５を含み、このライナはプラズマチャンバ１０２の内部金属壁に衝突するプラズマ中のイオンによりスパッタされた金属を遮蔽するプラズマチャンバ１０２の内面の見通し遮蔽（line-of-sight-shielding）を与える。このようなライナは、２００７年１月１６日に出願された「Plasma Source with Liner for Reducing  Metal Contamination」という名称の米国特許出願第１０／９０５，１７２号に記載されており、この特許出願は本出願人に譲渡されている。この米国特許出願の明細書全体は参照することにより本書に組み込まれる。
【００２９】
いくつかの実施例においては、プラズマチャンバライナ１２５は温度コントローラ１２７を含む。温度コントローラ１２７は、ライナの温度を本発明による膜脱着中にニュートラルを発生する膜層を吸着するのに十分な比較的低い温度に維持する。
【００３０】
ＲＦアンテナは、チャンバトップ１１８の第１部分１２０および第２部分１２２の少なくとも一つに隣接して設けられる。図１のプラズマ源１０１は、互いに電気的に絶縁された２つの別個のＲＦアンテナを有する。しかし、他の実施例においては、この２つの別個のＲＦアンテナは電気的に接続される。図１に示す実施例においては、複数ターンを有する平面コイルＲＦアンテナ１２６（平面アンテナあるいは水平アンテナということもある）は、チャンバトップ１１８の第１部分１２０に隣接して設けられる。さらに、複数ターンを有する螺旋コイルＲＦアンテナ１２８（螺旋アンテナあるいは垂直アンテナということもある）は、チャンバトップ１１８の第２部分１２２を取り囲む。
【００３１】
いくつかの実施例においては、平面コイルＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくとも一つは実効アンテナコイル電圧を低減するキャパシタ１２９で終端される。用語「実効アンテナコイル電圧」は本書ではＲＦアンテナ１２６，１２８の両端間の電圧降下を意味すると定義する。換言すれば、実効コイル電圧は「イオンが見る」電圧であり、プラズマ中のイオンが経験する電圧と等価である。
【００３２】
また、いくつかの実施例においては、平面コイルＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくとも一つは、Ａｌ２Ｏ３の誘電体窓材料の誘電率に比較してかなり低い誘電率を有する誘電体層１３４を含む。比較的低い誘電率の誘電体層１３４は同様に実効アンテナコイル電圧を低減する容量分圧器を実効的に形成する。更に、いくつかの実施例においては、平面コイルＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくとも一つは同様に実効アンテナコイル電圧を低減するファラデイシールド１３６を含む。
【００３３】
ＲＦ電源のようなＲＦ源１３０は、平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくとも一つに電気的に接続される。多くの実施例においては、ＲＦ源１３０は、ＲＦ源１３０からＲＦアンテナ１２６、１２８に伝達される電力を最大にするために、ＲＦ源１３０の出力インピーダンスをＲＦアンテナ１２６、１２８のインピーダンスに整合させるインピーダンス整合ネットワーク１３２によりＲＦアンテナ１２６、１２８に結合される。インピーダンス整合ネットワーク１３２の出力から平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８への破線は、インピーダンス整合ネットワーク１３２の出力から平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８のいずれか一方又は両方に電気接続し得ることを示す。
【００３４】
いくつかの実施例においては、平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくとも一つは液体冷却されるように形成される。平面コイルＲＦアンテナ１２６および螺旋コイルＲＦアンテナ１２８の少なくとも一つを冷却することによってＲＦアンテナ１２６，１２８を伝播するＲＦ電力により生じる温度勾配を低減する。螺旋コイルＲＦアンテナ１２８はコイルのターン数を低減させることができるシャント１２９を含むこともできる。
【００３５】
いくつかの実施例においては、プラズマ源１０１はプラズマイグナイタ１３８を含む。多くのタイプのプラズマイグナイタがプラズマ源１０１とともに使用できる。一実施例においては、プラズマイグナイタ１３８は、プラズマの点弧を助ける、アルゴン（Ar）のような高イオン化ガスであるストライクガスの貯槽１４０を含む。貯槽１４０は高いコンダクタンスのガス接続でプラズマチャンバ１０２に結合される。バースト弁１４２が貯槽１４０を処理チャンバ１０２から分離する。別の実施例においては、ストライクガス源が低コンダクタンスガス接続で直接バースト弁１４２につながれる。いくつかの実施例においては、貯槽１４０の一部が限定コンダクタンスのオリフィスあるいは計測弁で分離され、安定した流量のストライクガスが最初の高流量バーストの後に供給される。
【００３６】
プラテン１４４が、プロセスチャンバ１０２内に、プラズマ源１０１のチャンバトップ１１８より下に配置される。プラテン１４４は以後基板１４６と称するターゲットをプラズマ処理のために保持する。図１に示す実施例においては、プラテン１４４はプラズマ源１０１に平行である。しかし、プラテン１４４はプラズマ源１０１に対して傾けることができる。いくつかの実施例においては、プラテン１４４は基板１４６を少なくとも一方向に並進、走査、あるいは振動させる可動ステージに機械的に結合される。一実施例においては、可動ステージは、基板１４６をディザあるいは振動させるディザ生成器あるいはオシレータである。並進、ディザ、および／または振動運動はシャドー効果を低減あるいは除去し、基板１４６の表面を衝撃するイオンビームフラックスの均一性を向上することができる。
【００３７】
多くの実施例においては、基板１４６がプラテン１４４に電気的に接続される。バイアス電圧源１４８がプラテン１４４に電気的に接続される。バイアス電圧源１４８は、プラズマ中のイオンがプラズマから抽出され基板１４６を衝撃するようにプラテン１４４及び基板１４６をバイアスするバイアス電圧を発生する。バイアス電圧源１４８はＤＣ電源、パルス電源又はＲＦ電源とすることができる。
【００３８】
本発明の一実施例においては、プラズマドーピングシステム１００は、プラテン１４４の温度及び基板１４６の温度を制御するために用いる温度コントローラ１５０を含む。基板１４６はプラテン１４４と良好に熱接触して位置する。また、一実施例においては、冷却Ｅクランプを用いて基板１４６をプラテン１４４に固定するとともに基板１４６の温度も制御する。温度コントローラ１５０及び／又は冷却Ｅクランプ１５１は、基板１４６の温度を本発明による膜脱着中にニュートラルを発生する膜層１４６’の吸着に十分である比較的低い温度に維持するように設計される。
【００３９】
いくつかの実施例においては、ターゲット又は基板１４６以外の構造部１５４がニュートラル源として使用される。多くの種類の構造部を使用することができる。例えば、構造部１５４は、温度コントローラ１５０（又は別の温度コントローラ）により冷却され且つ単位面積当たり比較的多量の原子又は分子を吸着又は吸収するように設計された表面特徴部を有する構造部とすることができる。例えば、構造部１５４は、垂直及び水平の両面に膜を吸着又は吸収する複数の高いアスペクト比の特徴部を有するものとすることができる。一実施例においては、構造部１５４はターゲット又は基板１４６を取り囲む。
【００４０】
また、一実施例においては、基板１４６上への膜層１４６’の再吸着を促進するために、膜層１４６’を吸着するために使用される制御された量のガスがバイアス電圧源１４８により発生されるバイアス電圧パルスに対して予め決められたタイミングで基板１４６に向け供給される。種々の実施例においては、ガスはプラズマドーピングのために使用されるドーパント種及び希釈ガスを含むガス源１０４のガスと同一のガスとすることができ、また別のガスとすることができる。一つの特定の実施例においては、別の吸着ガスが第２の外部ガス源１５６及びノズル１５８により基板１４６及び／又は構造部１５４に向け供給される。弁１６０はノズル１５８から放出される吸着ガスの流量及びタイミングを制御する。
【００４１】
種々の実施例においては、ノズル１５８は単一のノズル又はノズルの配列とすることができる。更に、個別のガス源を有する複数のノズルを使用することもできる。複数のノズルから２種類以上のガスを希釈することができる。ノズル１５８は基板１４６又は構造部１５４に対して種々の位置に位置させることもできる。例えば、一実施例においては、ノズル１５８は基板１４６又は構造部１５４の真上に設置される。また、いくつかの実施例においては、基板１４６又は構造部１５４の近くの吸着ガスの分圧を局所的に増大するために、ガスバッフルが基板１４６又は構造部１５４の近くに設置される。また、いくつかの実施例においては、ノズル１５８はプラズマの電気的接地を提供する陽極に接地される。
【００４２】
いくつかの実施例においては、バイアス電圧源１４８により供給されるパルスと弁１６０の動作が時間的に同期するようにバイアス電圧源１４８の制御出力端子は弁１６０に制御入力端子に電気的に接続される。他の実施例においては、吸着ガスが再吸着時間中基板１４６又は構造部１５４の近くに注入されるようにバイアス電圧源及び弁１６０の両方の動作を制御するためにコントローラが使用される。再吸着は典型的にはプラズマドーピングの終了中に実行される。しかし、再吸着はプラズマドーピング中に実行することもできる。
【００４３】
本発明の一実施例においては、プラズマドーピングシステムは吸着された膜１４６’を急速に脱着させる放射パルス又はバーストを供給する放射源１５２を含む。多くのタイプの放射源を使用できる。例えば、種々の実施例においては、放射源１５２はフラッシュランプ、レーザ又は発光ダイオードなどの光源とすることができる。また、放射源１５２は電子ビーム源又はＸ線源とすることもできる。いくつかの実施例においては、プラズマ自体が放射を発生する。
【００４４】
当業者は、本発明の特徴とともに使用できるプラズマ源１０１の多くの種々の変更が可能であることを認識されよう。例えば、２００５年４月２５日に出願された「Tilted Plasma Doping」という名称の米国特許出願第１０／９０８，００９号に記載されたプラズマ源を参照されたい。また、２００５年１０月１３日に出願された「Conformal Doping Apparatus and Method」という名称の米国特許出願第１１／１６３，３０３号を参照されたい。また、２００５年１０月１３日に出願された「Conformal Doping Apparatus and Method」という名称の米国特許出願第１１／１６３，３０７号を参照されたい。更に、２００６年１２月４日に出願された「Plasma Doping with Electronically Controllable implant Angle」という名称の米国特許出願第１１／５６６，４１８号に記載されたプラズマ源を参照されたい。米国特許出願第１０／９０８，００９号、同第１１／１６３，３０３号、同第１１／１６３，３０７号及び同第１１／５６６，４１８号の全内容は参照することによりここに組み込まれるものとする。
【００４５】
動作中、ＲＦ源１３０はＲＦ電流を発生し、このＲＦ電流はＲＦアンテナ１２６及び１２８の少なくとも一つに伝播する。即ち、平坦コイルＲＦアンテナ１２６及び螺旋コイルＲＦアンテナの少なくとも一つが活性アンテナである。「活性アンテナ」とはここでは電源により直接駆動されるアンテナと定義する。本発明のプラズマドーピング装置のいくつかの実施例においては、ＲＦ源１３０はパルスモードで動作する。しかし、ＲＦ源は連続モードで動作するものとしてもよい。
【００４６】
いくつかの実施例においては、平坦コイルアンテナ１２６及び螺旋コイルアンテナ１２８の一つは寄生アンテナである。「寄生アンテナ」とは、ここでは活性アンテナと電磁通信するが電源に直接接続されていないものと定義する。換言すれば、寄生アンテナは電源により直接励振されないで、寄生アンテナと電磁通信する位置にある活性アンテナにより励振される。図１示す実施例においては、活性アンテナはＲＦ源１３０により給電される平坦コイルアンテナ１２６及び螺旋コイルアンテナ１２８の一つである。本発明のいくつかの実施例においては、アンテナ同調機能を与えるために寄生アンテナの一端が接地電位に電気的に接続される。この実施例においては、寄生アンテナは、寄生アンテナコイルの有効巻き数を変化させるために使用されるコイル調整器１２９を含む。短絡金属などの多くの異なるタイプのコイル調整器を使用することができる。
【００４７】
ＲＦアンテナ１２６，１２８を流れるＲＦ電流はチャンバ１０２内にＲＦ電流を誘起する。チャンバ１０２内のＲＦ電流はプロセスガスを励起しイオン化して、チャンバ１０２内にプラズマを発生させる。プラズマチャンバライナ１２５はプラズマ中のイオンによりスパッタされた金属が基板１４６に到達しないように遮蔽する。
【００４８】
バイアス電圧源１４８は基板１４６をプラズマ中の電子を基板１４６に向け吸引する負電圧でバイアスする。負電圧パルス中、プラズマシース内の電界がイオンを基板に向け加速し、イオンを基板１４６の表面に注入する。
【００４９】
プラズマドーピングのコンフィーマル性を高めるために、膜層を吸着させ、次に急速に脱着させてニュートラルを発生させるプロセスを使用する。多くの異なるタイプのニュートラル源を使用することができる。一実施例においては、基板１４６自体をニュートラル源とする。この実施例においては、基板１４６は温度コントローラ１５０によって、原子又は分子の層１４６’を吸着する温度に冷却される。例えば、基板１４６が外部ガス源１０４により供給されるプロセスガス中に存在するドーパント種又は希釈ガスの層の少なくとも一つを吸着するように基板１４６を温度コントローラ１５０によって冷却することができる。例えば、ＡｓＨ３又はＢ２Ｈ６などのドーパント種が使用される。
【００５０】
また、基板１４６をプラズマドーパントシステム１００内にローディングする前に、基板１４６がガス分子を吸着するように基板１４６を予め冷却することもできる。しかし、基板１４６をローディング前に予め冷却する場合には、ドーピングプロセスを妨害しない原子及び分子のみが吸着されるように注意しなければならない。一実施例においては、ドーパント種及び／又は希釈ガスの層のみが基板１４６の表面に吸着されるように、基板１４６はイオン注入に使用されるドーパント種又は希釈ガスの存在下で予め冷却する。
【００５１】
他の実施例においては、ターゲット又は基板１４６以外の構造部１５４がニュートラル源として使用される。多くの種類の構造部を使用することができる。例えば、構造部１５４は単位面積当たり比較的多量の原子又は分子を吸着するように設計された表面特徴部を有する構造部とすることができる。いくつかの実施例においては、構造部１５４は温度コントローラ１５０により冷却される。代案として、別個の温度コントローラを使用することもできる。他の実施例においては、構造部１５４はこれをプラズマドーピングシステム１００内に挿入する前に予め冷却する。これらの実施例においては、構造部１５４はドーピングプロセスを妨害しない原子及び分子のみが吸着される環境内で予め冷却する。例えば、構造部１５４は、ドーパント種及び／又は希釈ガスの層のみが構造部１５４の表面に吸着されるように、イオン注入に使用されるドーパント種又は希釈ガスの存在下で予め冷却する。
【００５２】
いくつかの実施例においては、基板１４６上への膜層１４６’の再吸着を高めるために吸着ガスがノズル１５８からチャンバ１０２内に基板１４６へ向け注入される。吸着ガスはプラズマドーピングに使用されるガス源１０４内のドーパントガスと同じガスとすることができ、また放射源１５２により発生される放射に暴露されたときプラズマドーピングを妨害しないニュートラルを発生する別のガスとすることができる。
【００５３】
いくつかの実施例においては、バイアス電圧源１４８が弁１６０の動作をバイアス電圧パルスの発生と時間的に同期させる電気信号を弁１６０に送る。他の実施例においては、コントローラが弁１６０の動作をバイアス電圧パルスの発生と時間的に同期させる電気信号を弁１６０とバイアス電圧源１４８の両方に送る。例えば、このコントローラ又はバイアス電圧源１４８は、プラズマドーピングの終了時における脱着時間中に吸着ガスが基板１４６又は構造部１５４の近くに注入されるように弁１６０を開く信号を弁１６０に送ることができる。
【００５４】
吸着された膜層１４６’は次に放射源１５２への暴露により脱着される。多くの実施例においては、吸着された膜層１４６’を急速に脱着させる。一実施例においては、吸着された膜層１４６’は、フラッシュランプ、レーザ及び／又は発光ダイオードのような光放射源への暴露により脱着される。例えば、吸着された膜層１４６’を急速に脱着するために可視光及び／又は紫外光を発生するフラッシュランプを使用することができる。いくつかの実施例においては、プラズマ源１０１により発生されるプラズマを放射源とする。これらの実施例においては、吸着された膜層１４６’はプラズマ源１０１により発生されるプラズマへの暴露により脱着される。例えば、プラズマ源１０１は吸着された膜層１４６’を急速に脱着させるように選択されたパラメータを有するパルスプラズマを発生するものとする。
【００５５】
脱着されたガス原子又は分子はその後局所的に高いニュートラル密度をもたらし、これらのニュートラルがプラズマにより発生され基板１４６に吸引されるイオンを散乱してコンフォーマルな注入が達成される。局所的に高いニュートラル密度はプラズマ源１０１内の全圧を大きく増大することはなく、よって有意の好ましくない放電及び／又はプラズマドーピング均一性の低下を生じない。
【００５６】
他の実施例においては、吸着された膜層１４６’を脱着させるために他のタイプの放射源を使用する。例えば、本発明の一実施例においては、電子ビーム源を用いて吸着された膜層１４６’に向け電子ビームを発生させる。電子ビームは吸着された膜層１４６’を急速に脱着させる。脱着されたガス原子及び／又は分子はその後局所的に高いニュートラル密度を提供し、これにより基板１４６に吸引されるプラズマからのイオンが散乱され、よりコンフォーマルなイオン注入が達成される。
【００５７】
本発明の更に別の実施例においては、Ｘ線源用いて吸着された膜層１４６’に向けＸ線ビームを発生させる。Ｘ線ビームは吸着された膜層１４６’を急速に脱着させる。脱着されたガス原子及び／又は分子はその後局所的に高いニュートラル密度をもたらし、これらのニュートラルが基板１４６に吸引されるプラズマからのイオンを散乱してコンフォーマルなイオン注入が達成される。
【００５８】
図２Ａ−２Ｃは本発明によるコンフォーマルプラズマドーピングを実行するためのプラズマの発生及び外部源（即ちプラズマ以外の源）からのニュートラルの発生を示すタイミング図を示す。本発明の一実施例においては、プラズマ源１０１はコンフォーマルプラズマドーピング中パルス動作モードで動作する。図２Ａは本発明によるプラズマドーピングに好適なパルスＲＦ波形２００を示す。パルスＲＦ波形２００はＲＦパルス２０２が開始するまで接地電位にある。ＲＦパルス２０２はプラズマドーピングに適するように選択された電力レベルＰRF２０４を有する。ＲＦパルス２０２はパルス期間ＴP２０６後に終了し、接地電位に戻る。パルスＲＦ波形２００は、所望のプラズマプロセスパラメータとニュートラルを生成するために使用される吸着された膜層１４６’の再吸着レートとにより決まるデューティサイクルで周期的に繰り返す。
【００５９】
図２Ｂは、バイアス電圧源１４８により発生されるバイアス電圧波形２５０を示す。バイアス電圧源１４８はプラズマドーピングを実行するためにバイアス期間ＴBias２５６中基板１４６に負電圧２５４を有する負電圧パルス２５２を供給する。負電圧２５４はプラズマ中のイオンを基板１４６へ引き付ける。バイアス期間ＴBias２５６は、プラズマがバイアス期間ＴBias２５６中のみ励起されるようにパルスＲＦ波形２００のパルス期間ＴP２０６に同期される。バイアス電圧波形２５０は、所望のプラズマプロセスパラメータとニュートラルを生成するために使用される吸着された膜層１４６’の再吸着速度とにより決まるデューティサイクルで周期的に繰り返す。
【００６０】
種々の実施例においては、バイアス電圧波形２５０の周波数とデューティサイクルは、基板１４６又は構造部１５４上への膜層１４６’の再吸着が発生するのに十分な時間があるように選択される。例えば、一実施例においては、バイアス電圧波形２５０のパルス周波数とデューティサイクルは、個々のパルス間で十分な再吸着が発生するように選択される。他の実施例においては、バイアス電圧波形２５０は、所定数のパルスを有するパルス列の間に基板１４６又は構造部１５４上への膜層１４６’の再吸着が発生するのに十分な所定の時間を有する遅延を含むものとする。例えば、一実施例においては、コンフォーマルプラズマドーピングのために十分なニュートラルを発生させるために、１００−１０００パルスを有するパルス列の間にミリ秒領域の遅延時間を含むバイアス電圧波形２５０を用いる。
【００６１】
図２Ｃは、本発明において吸着された膜層１４６’を脱着させる放射源１５２の強度Ｉ２８２の波形２８０を示す。図２Ｃに示される実施例においては、放射源１５２の強度Ｉ２８２はＲＦパルス２０２の開始時に急速にパルスオンされる。種々の他の実施例においては、放射源１５２の強度Ｉ２８２は徐々に開始するものとし得ることを理解すべきである。また、図２Ｃに示される実施例においては、放射期間ＴR２８４はパルス期間ＴP２０６及びバイアス期間ＴBias２５６の一部分である。また、種々の実施例においては、放射期間ＴR２８４はパルス期間ＴP２０６及び／又はバイアス期間ＴBias２５６と同じ長さ又はパルス期間ＴP２０６及びバイアス期間ＴBias２５６より長くし得ることも理解すべきである。放射期間ＴR２８４の所望の長さは膜層１４６’の再吸着速度及び放射強度Ｉ２８２に関連する。
【００６２】
放射源１５２は、プラズマ中のイオンを基板１４６へ引き付ける負電圧パルス２５２で基板１４６をバイアスするバイアス電圧源１４８と同期させることができる。例えば、放射源１５２は、コンフォーマルプラズマドーピングのために、イオンを基板１４６に引き付ける負電圧２５２の直前又は負電圧パルス２５２と同時に放射源がバースト放射を発生するようにバイアス電圧源１４８と同期させることができる。パルスＲＦ波形２００のデューティサイクルは、吸着された膜層１４６’が負電圧パルス２５２間で十分に脱着されるように選択する。
【００６３】
当業者は、コンフォーマルドーピングに関する本発明は従来のビームイオン注入システムとともに使用することもできることが理解されよう。ビームラインイオン注入システムは周知である。これらのシステムのターゲット又は基板はここに記載する膜を吸着するために使用することができる。代案として、図１と関連して記載する構造部１５４のような構造部を本発明による膜を吸着するために使用することもできる。次に、ここに記載するように放射源を使用して吸着された膜を脱着させてニュートラルを発生させることができる。ニュートラルはイオンビームからのイオンを散乱させ、これにより、よりコンフォーマルなイオン注入プロファイルが得られる。
【００６４】
等価例
本発明の教えを種々の実施例及び用例と関連して記載したが、本発明の教えはこれらの実施例に限定されるものではない。それどころか、本発明の教えは、当業者によく理解されるように、本発明の精神及び範囲から離れることなく成し得る種々の代替例、変更例及び等価例も含むものである。