(57)【要約】【解決手段】プラズマドーピングシステムにおいてワークピースに注入されるドーズ量の一様性を制御する方法および装置が提供される。プラズマドーピングシステムは，ワークピースを支持するプラテンを含むプラズマドーピングチェンバー，およびプラテンから間隔があけられるアノードを有する。ドーズ量の一様性は方位方向の変化を平均化するためにウエハを回転させることにより改良される。磁気要素がプラズマの半径方向に密度分布を制御するために，プラズマ放電領域のまわりに位置することができる。アノードはアノード領域にわたって変化する，ワークピースからの間隔を有する。アノードは個々に調節可能なアノード要素を含むことができる。
2005512318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマドーピング装置であって，
プラズマドーピングチェンバーと，
該プラズマドーピングチェンバー内に位置し，ワークピースを支持するためのプラテンと，
前記プラズマドーピングチェンバー内にある，前記プラテンから間隔があけられるアノードと，
前記プラズマドーピングチェンバーに連結されたプロセスガス源と，
プラズマからのイオンをワークピースへと加速するた，前記プラテンと前記アノードとの間にパルスを適用するパルス源と，
ワークピースを回転させる機構と，
を含み，
プロセスガスのイオンを含むプラズマが，前記アノードと前記プラテンとの間のプラズマ放電領域で形成される，ところのプラズマドーピング装置。
【請求項２】
前記プラテンが半導体ウエハを支持する形状をもち，半導体ウエハがその中心で回転するように，機構が前記プラテンを回転するようの構成される，請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３】
前記パルス源が，ワークピースの回転速度よりも大きなパルスレートをもつ，請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４】
前記機構が，約10から600rpmの範囲の速度でワークピースを回転させるように構成される，請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項５】
プラズマドーピング装置であって，
ワークピースを支持するプラテンを含むプラズマドーピングチェンバーと，
プラズマドーピングチェンバー内にプラズマを発生させ，プラズマからのイオンをワークピースへと加速するためのプラズマ源と，
ワークピースを回転させる駆動機構と，
を含む，プラズマドーピング装置。
【請求項６】
プラズマドーピングの方法であって，
プラズマドーピングチェンバー内で，プラテン上でワークピースを支持する工程と，
プラズマを発生させ，プラズマからのイオンをワークピースへと加速する工程と，
ワークピースを回転させる工程と，
を含む方法。
【請求項７】
ワークピースが半導体ウエハからなり，ワークピースを回転させる工程が，半導体ウエハがその中心で回転するようにプラテンを回転させる工程からなる，請求項６に記載の方法。
【請求項８】
プラズマドーピングチェンバー内で，プラテンとアノードとの間に，パルスレートをもつパルスを適用する工程を含み，
パルスレートは，ワークピースの回転速度よりも非常に速い，請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ワークピースが，約10から600rpmの範囲内の速度で回転する，請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
プラズマドーピング装置であって，
プラズマドーピングチェンバーと，
プラズマドーピングチェンバー内にある，ワークピースを支持するプラテンと，
プラズマドーピングチェンバー内にある，前記プラテンから間隔があけられるアノードと，
前記プラズマドーピングチェンバーに結合したプロセスガス源と，
前記プラテンと前記アノードとの間にパルスを適用し，プラズマからのイオンをワークピースへと加速するパルス源と，
を含み，
前記アノードが，前記アノードの領域にわたって変化する，前記プラテンからの間隔をもち，
プロセスガスのイオンを含むプラズマが，前記アノードと前記プラテンとの間のプラズマ放電領域で形成される，ところのプラズマドーピング装置。
【請求項１１】
前記アノードが，ふたつ以上のアノード要素，およびワークピースに所望のドーズ量の一様性を生成するために，各アノード要素とプラテンとの間の間隔を個々に調節する作動装置を含む，請求項１０に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１２】
前記ふたつ以上のアノード要素が環状リングからなる，請求項１１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１３】
ワークピースが半導体ウエハからなり，前記アノードと前記プラテンとの間の間隔が半導体ウエハの中心に対する半径の関数で，調節可能である，請求項１０に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１４】
プラズマドーピング装置であって，
ワークピースを支持するプラテンを含むプラズマドーピングチェンバーと，
該プラズマドーピングチェンバー内にある，前記プラテンから間隔があけられるアノードと，
前記プラズマドーピングチェンバーに連結されるプロセスガス源と，
前記プラテンと前記アノードとの間にパルスを適用し，プラズマからのイオンをワークピースへと加速するパルス源と，
を含み，
前記アノードが，ふたつ以上のアノード要素と，該ふたつ以上のアノード要素とプラテンとの間の間隔を個々に調節する作動装置を含み，
プロセスガスのイオンを含むプラズマが，前記アノードと前記プラテンとの間のプラズマ放電領域で形成される，ところのプラズマドーピング装置。
【請求項１５】
プラズマドーピング方法であって，
プラズマドーピングチェンバー内で，プラテン上でワークピースを支持する工程と，
プラズマドーピングチェンバー内に，プラテンに対して間隔をあけて，ふたつ以上のアノード要素をもつアノードを配置する工程と，
前記アノード要素のひとつ以上とプラテンとの間の間隔を調節する工程と，
アノードとプラテンとの間にプラズマを発生させ，プラズマからのイオンをワークピースへと加速する工程と，
を含む，方法。
【請求項１６】
ワークピースが半導体ウエハからなり，前記間隔を調節する工程が，半導体ウエハの中心に対する半径の関数で，前記アノード要素の間隔を調節する工程を含む，請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記アノード要素が環状リングからなり，前記間隔を調節する工程が，ひとつ以上の環状リングとプラテンとの間の間隔を調節する工程を含む，請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
プラズマドーピング装置であって，
円筒形状をもつプラズマドーピングチェンバーと，
該プラズマドーピングチェンバー内にある，ワークピースを支持するプラテンと，
前記プラズマドーピングチェンバー内にある，前記プラテンから間隔があけられるアノードと，
前記プラズマドーピングチェンバーに連結されるプロセスガス源であって，そのプロセスガスからのイオンを含むプラズマが前記アノードと前記プラテンとの間のプラズマ放電領域で形成される，ところのプロセスガス源と，
前記プラズマからのイオンをワークピースへと加速するための，前記プラテンと前記アノードとの間にパルスを適用するパルス源と，
ワークピースに注入されるイオンドーズ量の一様性を制御すべく，プラズマ放電領域のプラズマの半径方向の密度分布を制御するために，プラズマ放電領域の周りに配置される複数の磁気要素と，
を含む，プラズマドーピング装置。
【請求項１９】
前記磁気要素が前記アノード上またはその近くに配置される，請求項１８に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２０】
前記磁気要素がひとつ以上の環状リングで配置される，請求項１９に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２１】
前記磁気要素がスポーク形状となるように半径方向に並べられる，請求項１９に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２２】
前記磁気要素が，プラズマ放電領域に向いた，交互する磁極をもつ，請求項１８に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２３】
前記磁気要素が，プラズマ放電領域の外側部分におけるプラズマ密度を増加させる構成となる，請求項１８に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２４】
前記磁気要素が，プラズマ放電領域の周りに円筒状に配列される，請求項１８に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２５】
前記磁気要素が，プラズマ放電領域に向いた，交互する磁極をもつ軸方向の磁気要素からなる，請求項２４に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２６】
さらに，プラズマ放電領域を囲む中空電極を含み，
前記磁気要素が前記中空電極上またはその近くに位置する，請求項１８に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２７】
前記磁気要素が，プラズマ放電領域に隣接した領域にカスプ磁場を形成する，請求項１８に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項２８】
プラズマドーピング方法であって，
プラズマドーピングチェンバー内で，プラテン上でワークピースを支持する工程と，
プラズマドーピングチェンバー内にプラズマを発生させ，プラズマからのイオンをワークピースへと加速する工程と，
ワークピースに注入されるイオンドーズ量の一様性を制御するために，プラズマの半径方向の密度分布を磁気的に制御する工程と，
を含む，方法。
【請求項２９】
プラズマの半径方向の密度分布を磁気的に制御する工程が，所定の半径方向の磁場プロファイルを形成する磁気要素でもって，半径方向の密度分布を制御する工程を含む，請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
プラズマの半径方向の密度分布を磁気的に制御する工程が，プラズマに隣接して配置される，ひとつ以上の環状リングの磁気要素でもって，半径方向の密度分布を制御する工程を含む，請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
プラズマの半径方向の密度分布を磁気的に制御する工程が，スポーク形状を形成する，半径方向に配列される磁気要素でもって，半径方向の密度分布を制御する工程を含む，請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
プラズマの半径方向の密度分布を磁気的に制御する工程が，プラズマドーピングチェンバーの外側部分のプラズマ密度を増加させる工程を含む，請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
プラズマの半径方向の密度分布を磁気的に制御する工程が，プラズマドーピングチェンバーの特定部分に隣接して磁場を与えることにより，プラズマドーピングチェンバーの特定部分のプラズマ密度を増加させる工程を含む，請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ワークピースへのイオン注入のために使用されるプラズマドーピングシステムに関し，特に，プラズマドーピングシステムにおいて，ワークピースに注入されるイオンのドーズ量の一様性を制御するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は，半導体ウエアに電気伝導性を変える不純物を導入する標準的な技術である。従来技術のビームラインイオン注入システムにおいて，所望の不純物がイオン源でイオン化され，イオンは所期のエネルギーをもつイオンビームを形成するために加速され，イオンビームはウエハの表面に向けられる。イオンビーム中のエネルギーをもつイオンは半導体材料のバルク内に侵入し，半導体材料の結晶格子内に埋め込まれ，所望の伝導性の領域を形成する。
【０００３】
半導体業界において周知の傾向はより小さく，より高速のデバイスに向けられている。特に，半導体デバイスにおいて，特徴要素の横方向の寸法および深さが減少してきている。半導体デバイス技術では，接合深さが1000オングストローム以下となるように，そしていずれは200オングストローム以下のオーダとなるように要求されている。ドーパント剤の注入深さは，少なくとも部分的ではあるが，半導体ウエハに注入されるイオンのエネルギーにより決定される。ビームラインイオン注入器は典型的に，比較的高い注入エネルギーで十分に動作するように設計され，浅い接合注入のために必要な低エネルギーでは効率的に機能しない。
【０００４】
プラズマドーピングシステムは，半導体ウエハに浅い接合を形成するために研究された。プラズマドーピングシステムにおいて，半導体ウエハが伝導性プラテン（カソードとして機能し，プラズマドーピングチェンバー内に位置する）上に配置される。所望のドーパント剤を含むイオン化可能なプロセスガスがチェンバー内に導入され，電圧パルスがプラテンとアノードまたはチェンバー壁との間に適用され，ウエハの近傍にプラズマシースをもつプラズマが形成される。適用されるパルスにより，プラズマ内のイオンがプラズマシースを横切り，ウエハ内に注入される。注入の深さは，ウエハとアノードとの間に適用される電圧に関連する。非常に低いエネルギーが達成される。プラズマドーピングシステムはたとえば，特許文献１（発明者がShengで，1994年10月11日に発行の米国特許明細書），２（発明者がLiebert等で，2000年2月1日に発行の米国特許明細書）および３（発明者がGoeckner等で，2001年2月6日に発行の米国特許明細書）に説明されている。
【特許文献１】米国特許第5,354,381号明細書
【特許文献２】米国特許第6,020,592号明細書
【特許文献３】米国特許第6,182,604号明細書
【０００５】
上述のプラズマドーピングシステムにおいて，適用される電圧パルスはプラズマを発生させ，正のイオンをプラズマからウエハに向けて加速する。浸式プラズマシステムとして知られる他のタイプのプラズマシステムにおいて，連続RF電圧がプラテンとアノードとの間に適用され，したがって連続プラズマが形成される。間隔をあけて，電圧パルスがプラテンとアノードとの間に適用され，このことにより，プラズマ中の正イオンがウエハへと加速される。
【０００６】
ウエハに注入される累積的イオンドーズ量およびウエハの表面にわたる空間的なドーズ量の一様性に関し，イオン注入に関する半導体ウエハ製造プロセスにおいて，正確な要件がある。注入されるドーズ量は注入領域の電気的な活性を決定するが，ドーズ量の一様性は，半導体ウエア上のすべてのデバイスが特定の制限内で動作特性を確実にもつために要求される。
【０００７】
プラズマドーピングシステムでは，イオンを発生するプラズマはウエアの表面上に位置する。空間的なドーズ量の一様性は，プラズマの一様性およびウエハの近傍における電場に依存する。しかし，プラズマは空間的に非一様であり，また時間とともに変化する。このようなプラズマの非一様性は，処理されるウエハに非一様なドーズ量を形成するようである。ドーズ量の一様性を改良するために，別個にバイアスがかけられたプラテンを取り囲む同心の構造物を利用するプラズマドーピングシステムが特許文献４（発明者がChapeck等で，1998年1月27日付け発行の米国特許明細書）に開示されている。
【特許文献４】米国特許第5,711,812号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって，プラズマドーピングシステムにおいて，一様性を制御する改良されたプラズマドーピングシステムおよび技術の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の態様にしたがって，プラズマドーピング装置が，プラズマドーピングチェンバー，該プラズマドーピングチェンバー内に位置する，ワークピースを支持するためのプラテン，プラズマドーピングチェンバー内にある，プラテンから間隔があけられるアノード，プラズマドーピングチェンバーに連結されるプロセスガス源，プラテンとアノードとの間に適用されるパルス源，およびワークピースを回転させる機構を含む。プロセスガスのイオンを含むプラズマが，アノードとプラテンとの間のプラズマ放電領域で形成される。プラテンとアノードとの間に適用されるパルスはプラズマからのイオンをワークピースへと加速する。ワークピースの回転は方位角方向におけるドーズ量の一様性を改良する。
【００１０】
一実施例では，ワークピースは半導体ウエハからなり，機構は，ウエハがその中心で回転するようにプラテンを回転させる。好適には，パルス源はワークピースの回転速度よりも速いパルスレートをもつ。
【００１１】
本発明の他の態様にしたがって，プラズマドーピング装置が，ワークピースを支持するプラテンを含むプラズマドーピングチェンバー，プラズマドーピングチェンバー内に，プラズマを発生させ，プラズマからのイオンをワークピースに加速するプラズマ源，ワークピースを回転させる駆動機構を含む。
【００１２】
本発明の他の態様にしたがって，プラズマドーピング方法が，プラズマドーピングチェンバー内で，プラテン上でワークピースを支持する工程と，プラズマを発生され，プラズマからのイオンをワークピースへと加速する工程と，ワークピースを回転させる工程とを含む。
【００１３】
さらに，本発明の他の態様にしたがって，プラズマドーピング装置が，プラズマドーピングチェンバー，ワークピースを支持する，プラズマドーピングチェンバー内にあるプラテン，プラズマドーピングチェンバー内にある，プラテンから間隔があけられるアノード，プラズマドーピングチェンバーに連結されるプロセスガス源，およびプラテンとアノードとの間にパルスを適用するパルス源を含む。プロセスガスのイオンを含むプラズマが，アノードとプラテンとの間のプラズマ放電領域で形成される。プラテンとアノードとの間に適用されるパルスは，プラズマからのイオンをワークピースへと加速する。アノードは，アノードの領域にわたってプラテンとの間で変化する間隔を有する。
【００１４】
一実施例では，アノードは，環状のアノード要素のようなふたつ以上の要素（個々に調節可能にプラテンからの間隔をもつ）をもつ。アノードは，ふたつ以上のアノード要素を含み，それぞれのアノード要素とプラテンとの間の空間を個々に調節して，ワークピースに所望の一様性のドーズ量を形成する作動装置を
含む。
【００１５】
さらに，本発明の他の実施例にしたがって，プラズマドーピング方法が，プラズマドーピングチェンバー内で，プラテン上にワークピースを支持する工程と，プラテンに対し相対間隔をあけて，アノード（ふたつ以上のアノード要素を有する）をプラズマドーピングチェンバーに配置する工程と，ひとつ以上のアノード要素とプラテンとの間の間隔を調節する工程と，プラズマからのイオンをワークピースへと加速する工程とを含む。
【００１６】
さらに，本発明の他の態様にしたがって，プラズマドーピング装置が，プラズマドーピングチェンバーと，プラズマドーピングチェンバー内にあるワークピースを支持するプラテンと，プラズマドーピングチェンバー内で，プラテンから間隔があけられるアノードと，プラズマドーピングチェンバーに連結されるプロセスガス源と，プラテンとアノードとの間にパルスを適用するパルス源と，プラズマ放電領域のまわりに配置される，複数の磁気要素とを含む。プロセスガスのイオンを含むプラズマが，プラズマ放電領域で形成される。プラテンとアノードとの間に適用されるパルスはプラズマからのイオンをワークピースへと加速する。磁気要素は，プラズマ放電領域内のプラズマの半径方向の密度分布を制御する形状をもち，このことにより，ワークピース内に注入されるイオンドーズ量の一様性が制御される。
【００１７】
一実施例では，磁気要素は，アノード上またはその近くに配置される。他の実施例では，磁気要素は，プラズマ放電領域を囲む円筒状である。さらに，他の実施例では，装置は，プラズマ放電領域を取り囲む中空電極を含み，磁気要素は中空の電極上またはその近くに配置される。好適には，磁気要素は，プラズマ放電領域に向いた，交互する磁極を有する。
【００１８】
本発明の他の態様にしたがって，プラズマドーピング方法が，プラズマドーピングチェンバー内にあるプラテン上でワークピースを支持する工程と，プラズマドーピングチェンバー内にプラズマを発生させ，プラズマからのイオンをワークピースへと加速する工程と，ワークピース内に注入されるイオンドーズ量の一様性を制御するために，プラズマの半径方向の密度分布を磁気的に制御する工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の最良の理解のために，ここに添付される図面が参照される。
【００２０】
本発明の実施に適したプラズマドーピングシステムの例が図１に略示されている。プラズマドーピングチェンバー10が囲まれた容積を画成する。チェンバー10内に配置されたプラテン14が半導体ウエハ20のようなワークピースを保持する表面を提供する。ウエハ20はたとえば，プラテン14の平坦面の周囲で留め付けられている。一実施例では，プラテンは，ウエハ20を支持するための，電気伝導性表面を有する。他の実施例では，プラテンはウエハ20との連結用の伝導性ピン（図示せず）を含む。
【００２１】
アノード24がプラテン14に対して間隔があけられて，チェンバー10内に配置される。アノード24は矢印により示されているように，プラテン14に対して垂直な方向に移動可能である。アノードは典型的に，チェンバー10の電気伝導性壁部に接続されている（いずれもアースされていてもよい）。他の例では，プラテン14はアースされ，アノード24に，下述のようにパルスが印加される。
【００２２】
ウエア20（プラテン14を介して）およびアノード24は高電圧パルス源30に接続され，その結果ウエハ20はカソードとして機能する。パルス源30は典型的に，振幅が約100から5000ボルトの範囲内で，持続時間が約1から50ミリ秒の範囲内で，パルス繰り返しレートが100Hzから2kHzの範囲内にあるパルスを提供する。パルスパラメータ値は例示であり，他の値も本発明内で利用できることは理解されよう。
【００２３】
チェンバー10の囲まれた容積12は制御可能な弁32により，真空ポンプ34へと連結されている。プロセスガス源36は質量流量制御器38を介してチェンバー10に連結されている。チェンバー10内に配置された圧力センサー44が制御器46にチェンバー圧を示す信号を与える。制御器46は検知されたチェンバー圧を所望の圧力入力と比較し，制御信号を弁32へ与える。制御信号は，チェンバー圧と所望の圧力との間の違いを最小とするように，圧力32を制御する。真空ポンプ34，弁32，圧力センサー44および制御器46は閉ループ圧力制御システムを構成する。圧力は典型的に，約1ミリトルから500ミリトルの範囲に制御はされるが，この範囲に限定されない。ガス源36はワークピースへの注入用の所望のドーパントを含むイオン化可能なガスを供給する。イオン化可能なガスの例として，BF3，N2，Ar，PH3，AsH3およびB2H6がある。質量流量制御器38は，ガスがチェンバー10に供給される割合を調整する。図１に図示された構成は，一定のガス流速でかつ一定の圧力の処理されたガスを連続流で与えている。圧力および流速は好適に，繰り返し可能な結果を与えるように調整される。
【００２４】
プラズマドーピングシステムは中空カソードパルス源56に接続された中空のカソード54を含むことができる。一実施例では，中空カソード54は，アノード24とプラテン14との間の間隔を取り囲む伝導性の中空シリンダーからなる。中空カソードは，非常に低いイオンエネルギーが必要となる応用例において利用することができる。特に，中空可カソードパルス源56はチェンバー12内でプラズマを形成するのに十分なパルス電圧を与え，パルス源30は所望の注入電圧を形成する。中空カソードの使用に関する他の詳細は，ここに参考文献として組み込まれる特許文献５に示されている。
【特許文献５】米国特許第6,182,604号明細書
【００２５】
ひとつ以上のファラデーカップが，ウエハ20に注入されたイオンドーズ量を測定するためにプラテン14の近傍に配置されてもよい。図１の実施例では，ファラデーカップ50，52等がウエハ20の周囲を等間隔に取り囲む。各ファラデーカップは，プラズマ40に面した入口60を有する伝導性エンクロージャーからなる。各ファラデーカップは好適に，実施可能な限りウエア20に接近して配置され，プラズマからプラテン14へと加速された正のイオンのサンプルを捕まえる。他の実施例では，環状カップ56（図２を参照）がウエハ20およびプラテン14の周りに配置されている。
【００２６】
ファラデーカップはドーズ量プロセッサまたは他のドーズ量モニタリング回路に電気的に接続されている。入口60を通って各ファラデーカップに入る正イオンが，ファラデーカップに接続された電気回路において，イオン電流を示す電流を形成する。ドーズ量プロセッサ70はイオンドーズ量を決定するためにその電流を処理する。
【００２７】
上記特許文献４（米国特許第5,711,812）に記述されているように，プラズマドーピングシステムはプラテン14を取り囲むガードリング66を有することができる。ガードリング66は，ウエハ60の縁の近傍に注入されたイオン分布の一様性を改良するためにバイアスをかけることができる。ファラデーカップ50，52は，ウエハ20およびプラテン14の周囲の近傍で，ガードリング66内に位置している。
【００２８】
動作中，ウエハ20はプラテン14上に配置される。圧力制御システム，質量流量制御器36およびガス源36はチェンバー10内に，所望の圧力およびガス流速を形成する。たとえば，チェンバー10は，圧力が10ミリトルのBF3ガスで動作してもよい。パルス源30はウエハ20に連続して高電圧パルスを適用し，ウエハ20とアノード24との間のプラズマ放電領域44にプラズマ40の形成を行う。従来技術では，プラズマ40はガス源36からのイオン化可能なガスの正イオンを含む。プラズマ40はウエハ20の近傍，典型的にはその表面にプラズマシースを含む。高電圧パルスの間，アノード24とプラテン14との間にある電場は，プラズマ40からの正イオンをプラズマシース42と通りプラテン14へと加速する。加速されたイオンは，ウエハ20に注入され，不純物の領域を形成する。パルス電圧は，ウエハ20に所望の深さにして正イオンを注入するために選択される。パルスの数およびパルス持続時間は，ウエハ20に不純物の所望のドーズ量が形成されるように選択される。パルス当たりの電流は，パルス電圧，ガス圧，種および電極の種々の位置の関数となる。たとえば，カソード対アノードの間隔は異なる電圧に対して調節される。
【００２９】
ウエハ20の表面にわたるイオンドーズ量の一様性は，プラズマ40の一様性およびウエハ20の近傍における電場に依存する。しかし，プラズマ40は空間的な非一様性をもち，時間とともに変化する。したがって，プラズマドーピングシステムにおいてドーズ量の一様性のための技術について需要がある。
【００３０】
本発明の実施例が，図２〜図４，図５A，図５B，図６および図７を参照して技術されているが，ここで同様の要素には同じ符号が付されている。プラズマドーピングシステムの実施例の部分断面図が図２に示されている。図２ないし図６に図示の構成は図１に図示され上述されたタイプのプラズマドーピングシステム，または他のプラズマドーピングシステムに利用することができる。この構成は，イオンドーズ量の一様性を改良するために，個別にまたは組み合わせて利用することができる。
【００３１】
図２に示されているように，プラズマドーピングシステムはプラズマドーピング中，ウエハ20を回転する駆動機構100を含むことができる。駆動機構100は，駆動モータ11およびプラテン14と駆動モータ112との間に連結されたシャフト110を有することができる。好適には，駆動モータ112はチェンバー10の外部に位置する。プラズマドーピング中，駆動モータ112は付勢されることで，プラテン14およびウエハ20はウエハ20の面内で回転する。好適には，回転の中心は，ウエハ20の中心またはその近くである。ウエハ20は好適に，約10から600rmpの範囲の速度で回転する。一実施例では，ウエハ20は一秒あたり数回の速度で回転する。ウエハ20の回転速度は好適に，パルス源30のパルスレートが回転速度よりも非常に速くなるように選択される。さらに，ウエハ20の回転は，パルス源30の動作と同期されるべきではない。プラズマドーピング中，ウエハ20を回転させることで，方位角方向の一様性の変化が，ウエハ表面にわたって平均化され，このことにより，ドーズ量の一様性が増加する。
【００３２】
本発明の他の特徴にしたがって，プラズマドーピングシステムは，プラズマ放電領域44のプラズマの半径方向の密度分布を制御し，これによりウエハ20に注入されるイオンのドーズ量の一様性を改良するために，プラズマ放電領域の周に配置される磁気要素を有してもよい。アノード150の断面図が図５Aに示され，アノード150の平面図が図５Bに示されている。アノード150は図１に示され，上記されたアノード24に対応する。磁気要素160，162，164等は，プラズマ放電領域152と向かい合うようにアノード150の表面上に設けられている。磁気要素160，162，164等が，磁極が交互して放電領域152に向くように取り付けられた永久磁石であってもよい。図５Aおよび図５Bの実施例では，磁石要素160，162，164等は，一連となった同中心の環状リング170，172および174にして配置されている。このような配置は，プラズマの半径方向の密度プロファイルを変更し，プロセスパラメータの比較的広範囲にわたってドーズ量の一様性を改良するアノード150の近くの領域において，半径方向に変化する磁場を形成する。このようなプロセスパラメータには，ガス圧，ガス種，ウエハのバイアス，およびアノード対カソードの間隔を含めることができる。
【００３３】
プラズマ放電領域中のプラズマの半径方向の密度分布を制御する磁気要素を有するアノードの第二の実施例が図６に示されている。磁気要素180，182，184等はアノード190上に配置されている。図６の実施例では，磁気要素180，182，184等は伸長したものであり，スポーク形状を形成するように，半径方向に配列されている。磁気要素180，182，184等は，プラズマの半径方向の密度プロファイルを変え，ウエハ20に注入されるイオンのドーズ量の一様性を改良する，半径方向に変化する磁場を形成する。
【００３４】
種々の磁気要素の形状を利用することができ，図５A，図５Bおよび図６の実施例が単に例示であることは理解されよう。磁気要素は，プラズマ放電領域内のプラズマの半径方向の密度分布を制御するために利用される。プラズマの半径方向の密度分布を制御する目的は，ウエハ20に注入されるイオンのドーズ量の一様性を改良することである。磁場は，プラズマ密度の増加を望む場合に，プラズマ放電領域の一部に隣接して設けられる。図７に，プラズマ放電領域の半径の関数となる磁場のグラフの例が示されている。図示の例では，磁場はプラズマ放電領域の外側部分でより大きくなり，中心近くでより小さくなり，このため，プラズマ放電領域の外側部分のプラズマ密度が増加する。図７に図示の磁場分布が図５A，図５Bおよび図６に示されたもの（ここで，磁気要素は，プラズマ放電領域の外側部部の近くに設けられている）に対応する。種々の磁場分布を本発明の範囲内で利用することができるこうとは理解されよう。たとえば，プラズマ分布が中心近くで増加することが望ましい場合に，磁場はプラズマ放電領域の中心近くでよりも強く，外側部分では小さい。
【００３５】
種々の磁場要素の形状が，プラズマ放電領域に，所望の半径方向のプラズマ密度分布を与えるように利用され得る。図５Aおよび図５Bに関連した上記説明のように，環状リングの磁気要素も利用することができる。図６に関連した上記説明のように，半径方向に向いた磁場要素も利用することができる。磁場要素の強さは，所望の半径方向磁場のプロファイルに依存して，同じでもよく異なってもよい。さらに，磁場要素の位置は，所望の半径方向磁場を与えるように選択されてもよい。また，磁気要素の半径方向および方位方向の寸法，ならびに磁気要素の間の半径方向および方位角方向の間隔は，所望の半径方向の磁場のプロファイルを与えるように選択され得る。磁気要素は好適に，約20−5000ガウスの範囲内の磁場を形成することが望ましい。一実施例では，磁気要素は約500ガウスの磁場を形成する。
【００３６】
図５A，図５Bおよび図６の実施例において，磁気要素はプラズマ放電領域に向かい合うアノードの表面上に配置される。しかし，磁気要素は，プラズマの半径方向の密度分布を制御するために，プラズマ放電領域の周りで所望に配置され得る。
【００３７】
図２〜図４の実施例では，磁気要素120，122，124，126，128等は，放電領域44の周りで間隔が空けられている。図２〜図４のプラズマドーピングシステムが円筒状の形状をもつことから，磁気要素120，122，124，126，128等は円形形状であってもよい。図２〜図４の実施例では，磁気要素120，122，124，126，128等は中空カソード54に固定された，伸長した永久磁石からなり，放電領域44に向き，磁極が交互になっている。磁気要素120，122，124，126，128等はウエハ20の半径の外側の環状領域において，カスプ（cusp）磁場130を形成する。磁気要素は，プラズマ放電領域44にかかる長さをもつことができる。磁気要素の数および磁石の強さは，プラズマ放電領域44のプラズマの半径方向の密度分布を制御すべく，カスプ磁場130を形成するために選択される。
【００３８】
好適に，カスプ磁場130はプラズマ放電領域を囲む環状領域44内に位置するが，放電領域44内へと実質的に伸長しない。カスプ磁場130は，ウエハ20の縁においてプラズマが十分に重なって，確実に縁を一様にして，アノード100とウエア20との間のプラズマの半径方向密度分布を制御する。その結果，プラズマの空間分布は制御され，半径方向のドーズ量の一様性が，プラズマのプロセスパラメータの広範囲にわたって改良される。
【００３９】
本発明の他の特徴にしたがって，アノードは，アノードの領域にわたって変化するカソードからの間隔を有してもよい。アノードは固定構成をもつが，好適には，異なる動作条件および異なる応用例に適用するっために，ふたつ以上の調節可能なアノード要素をもつ。アノード要素とカソードとの間の間隔は，所望のプラズマ特性および所望のドーズ量の一様性を達成するために調節することができる。
【００４０】
図２〜図４の実施例では，アノード100は，垂直方向に調節可能な環状リング180，182，184等の形状をしたアノード要素で構成されている。環状リング180，182，184等はウエハの中心からの半径の関数で可変なアノード対カソードの間隔を与えるために，調節することができる。このことは，プラズマ密度を半径方向に変化させる効果をもつ。環状リング180，182，184等は，測定されたウエハの一様性に基づいて経験的に調節でき，または半径方向の注入ドーズ量の変化を減少させるために，本来の場所における注入の一様性の測定を使用して調節することもできる。環状リング180，182，184等は個別に調節することができる。調節は手動で行うこともでき，環状リング180，182，184等は個々に制御可能な作動装置190，192，194にそれぞれ，接続することができる。
【００４１】
他の実施例において，アノードは，個々に制御可能なアノード要素のグリッドのように構成され，またはそれぞれが個々に制御可能な複数の，任意に形状付けられたアノード要素で構成されてもよい。いずれの場合も，アノードとウエハとの間の間隔は，所望のドーズ量の一様性を達成するためにアノード領域にわたって変化してもよい。他の実施例では，アノードは，アノードの領域にわたって変化する，アノードとウエハとの間の間隔を与える固定した構成をもつ。この構成は，プラズマの空間的な分布が，イオン種，プロセスガス圧などのような異なるプラズマドーピングパラメタに対して変化するために，好適ではない。
【００４２】
プラズマドーピングの一様性を改良する上記の特徴（ウエハの回転，プラズマ空間分布を制御するための磁気要素の使用，アノード領域にわたって変化する，ウエハから間隔があけられるアノードの使用）は，プラズマドーピングの一様性を改良するために，別個にまたは組み合わせて使用することができる。
【００４３】
他のプラズマドーピングアーキテクチャも本発明の範囲内で利用することができる。たとえば，プラズマはパルス化されてもよく，連続的でもよい。プラズマはDC電圧，RF電圧またはマイクロ波電圧（それぞれはパルス化されてもよく，連続的でもよい）により発生する。異なるプロセスガス圧も利用することができる。
【００４４】
図を参照して説明された実施例の種々の変更，修正は，本発明の範囲および思想内でなしうることは分かるであろう。したがって，上述し，添付図面に示された全ての事柄は例示であり，限定的なものではない。本発明は特許請求の範囲およびこの均等物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は，プラズマドーピングシステムの簡単化した略示ブロック図である。
【図２】図２は，本発明の実施例を示す，プラズマドーピングシステムの略示部分断面図である。
【図３】図３は，図２の線３−３にそった，プラズマドーピングシステムの平面断面図である。
【図４】図４は，図２の線４−４にそった，プラズマドーピングシステムの平面断面図である。
【図５】図５Aはアノードの上またはその近く磁気要素が配置された第一の実施例を図示する，プラズマドーピングシステムの略示部分断面図である。  図５Bは図５Aに図示の実施例の部分平面図である。
【図６】図６は，アノードの上またはその近く磁気要素が配置された第二の実施例を図示する，プラズマドーピングシステムの略示部分断面図である。
【図７】図７は，半径方向の磁場プロファイルの例を図示するプラズマ放電領域における，半径の関数となる磁場のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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