(57)【要約】  イオン注入チャンバ、又はそれと連通する独立したチャンバ内に、イオン注入前にウェーハ表面上の汚染物質及び酸化物表面層を除去する能力を組み込む方法及び装置が開示される。汚染物質を除去するための仕組みは、低エネルギープラズマエッチングを行うこと、ウェーハを加熱すること、及び、紫外線放射を当てることを、組み合わせて、又は個別に実施すること含む。結果として、ウェーハを外部環境にさらして汚染が生じる可能性がないようにして、洗浄／下処理工程の直後に注入を行うことができる。その下処理によって、水蒸気、有機物及び表面酸化物のような表面汚染物質を除去できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入装置であって、
注入チャンバと、
該チャンバ内でウェーハに注入するためのイオンを生成するための手段と、
前記注入チャンバの中で前記ウェーハの表面から汚染物質をその場で（in situ）除去するための手段と
を備える、イオン注入装置。
【請求項２】
前記汚染物質を除去するための手段は、前記表面を紫外線（ＵＶ）照射にさらすための手段を含む、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記さらすための手段は前記注入チャンバの外部に取り付けられ、前記注入チャンバの窓を通してＵＶ光を透過させるためのＵＶ照射デバイスを含む、請求項２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記さらすための手段は、内部に取り付けられるＵＶ照射デバイス、及びＵＶ光を放射するように構成されるイオンプラズマを生成するための手段のうちの１つを含む、請求項２に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記生成するための手段は、
ａ）無線周波数アンテナ内の無線周波数電流を共振させて前記注入チャンバに流れ込むようにし、プロセスガスを励起及びイオン化して、前記注入チャンバ内でプラズマを生成するように構成される無線周波数（ＲＦ）源、並びに
ｂ）ウェーハ陰極内でパルス状のＤＣ電圧を生成し、前記プロセスガスを励起及びイオン化して、前記注入チャンバ内でプラズマを生成するための直流（ＤＣ）パルス発生器のうちの１つを含む、請求項４に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記さらすための手段は、前記ウェーハを１．３３３×１０−３Ｐａ（１×１０−５Ｔｏｒｒ）より高い真空にさらすための手段をさらに含む、請求項２に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記汚染物質を除去するための手段は、前記ウェーハを加熱するためのヒータを含む、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記ヒータのための温度コントローラをさらに備える、請求項７に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
熱伝達を改善するために、前記ウェーハを保持するプラテンと前記ウェーハとの間にガスを導入するためのガス供給口をさらに備える、請求項７に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記汚染物質を除去するための手段は、低エネルギープラズマエッチングを実施するための手段を含む、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記低エネルギープラズマエッチングは、−１０００Ｖ程度のウェーハバイアスを用いる、請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記低エネルギープラズマエッチングは、後続のＢＦ３プラズマ注入のためのプラズマとして、ＢＦ３、ＮＦ３及びＦ２のうちの１つを用いることを含む、請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記イオンを生成するための手段は、
ａ）無線周波数アンテナ内の無線周波数電流を共振させて前記注入チャンバに流れ込むようにし、プロセスガスを励起及びイオン化して、前記注入チャンバ内でプラズマを生成するように構成される無線周波数（ＲＦ）源、並びに
ｂ）ウェーハ陰極内でパルス状のＤＣ電圧を生成し、前記プロセスガスを励起及びイオン化して、前記注入チャンバ内でプラズマを生成するための直流（ＤＣ）パルス発生器のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
イオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法であって、
注入チャンバと連通する独立したチャンバ内に前記ウェーハを配置すること、並びに
前記独立したチャンバ及び前記注入チャンバのうちの一方の中で前記ウェーハの表面から汚染物質をその場で除去すること
を含む、イオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項１５】
前記汚染物質を除去するための手段は、前記表面を紫外線（ＵＶ）照射にさらすことを含む、請求項１４に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項１６】
前記さらすステップは、前記表面を、前記独立したチャンバ及び前記注入チャンバのうちの一方のチャンバの窓を通してＵＶ光にさらすことを含む、請求項１５に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項１７】
前記さらすステップは、前記表面を、内部に取り付けられるＵＶ照射デバイス、及びＵＶ光を放射するプラズマを生成するための手段のうちの１つにさらすことを含む、請求項１５に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項１８】
前記生成するための手段は、
ａ）無線周波数アンテナ内の無線周波数電流を共振させて前記注入チャンバに流れ込むようにし、プロセスガスを励起及びイオン化して、前記注入チャンバ内でプラズマを生成するように構成される無線周波数（ＲＦ）源、並びに
ｂ）ウェーハ陰極内でパルス状のＤＣ電圧を生成し、前記プロセスガスを励起及びイオン化して、前記注入チャンバ内でプラズマを生成するための直流（ＤＣ）パルス発生器のうちの１つを含む、請求項１７に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項１９】
前記さらすステップは、前記ウェーハを１．３３３×１０−３Ｐａ（１×１０−５Ｔｏｒｒ）より高い真空にさらすことをさらに含む、請求項１５に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項２０】
前記汚染物質を除去するステップは、前記ウェーハを加熱することを含む、請求項１４に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項２１】
前記加熱するステップは、前記注入チャンバ内に前記ウェーハを保持するプラテンを加熱することを含み、該加熱の温度を制御することをさらに含む、請求項２０に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項２２】
熱伝達を改善するために、前記プラテンと前記ウェーハとの間にガスを導入することをさらに含む、請求項２０に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項２３】
前記汚染物質を除去するステップは、前記注入チャンバの無線周波数（ＲＦ）源を制御することであって、それによって低エネルギープラズマエッチングを実施する、制御することを含む、請求項１４に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項２４】
前記低エネルギープラズマエッチングは、−１０００Ｖ程度のウェーハバイアスを用いる、請求項２３に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項２５】
前記低エネルギープラズマエッチングは、後続のＢＦ３プラズマ注入のためのプラズマとして、ＢＦ３、ＮＦ３及びＦ２のうちの１つを用いることを含む、請求項２３に記載のイオン注入装置においてウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法。
【請求項２６】
ウェーハの表面から汚染物質を除去する方法であって、
注入チャンバと連通する独立したチャンバ内に前記ウェーハを配置すること、並びに
前記表面を紫外線（ＵＶ）照射にさらすこと、
前記注入チャンバ内に前記ウェーハを保持するプラテンを加熱すること、及び
前記注入チャンバの無線周波数（ＲＦ）源を制御することであって、それによって低エネルギープラズマエッチングを行う、制御することのうちの少なくとも１つを実施することによって、前記独立したチャンバ及び前記注入チャンバのうちの一方の中で前記ウェーハの表面から汚染物質をその場で除去すること
を含む、ウェーハの表面から汚染物質を除去する方法。
【請求項２７】
前記さらすステップは、前記表面を、前記独立したチャンバ及び前記プロセスチャンバのうちの一方の窓を通してＵＶ光にさらすことを含む、請求項２６に記載のウェーハの表面から汚染物質を除去する方法。
【請求項２８】
前記さらすステップは、前記表面を、内部に取り付けられるＵＶ照射デバイス、及びＵＶ光を放射するプラズマを生成するための手段のうちの一方にさらすことを含む、請求項２６に記載のウェーハの表面から汚染物質を除去する方法。
【請求項２９】
前記生成するための手段は、
ａ）無線周波数アンテナ内の無線周波数電流を共振させて前記注入チャンバに流れ込むようにし、プロセスガスを励起及びイオン化して、前記注入チャンバ内でプラズマを生成するように構成される無線周波数（ＲＦ）源、並びに
ｂ）ウェーハ陰極内でパルス状のＤＣ電圧を生成し、前記プロセスガスを励起及びイオン化して、前記注入チャンバ内でプラズマを生成するための直流（ＤＣ）パルス発生器のうちの１つを含む、請求項２８に記載のウェーハの表面から汚染物質を除去する方法。
【請求項３０】
前記加熱するステップは、該加熱の温度を制御することをさらに含む、請求項２６に記載のウェーハの表面から汚染物質を除去する方法。
【請求項３１】
前記加熱するステップは、熱伝達を改善するために、前記プラテンと前記ウェーハとの間にガスを導入することをさらに含む、請求項２６に記載のウェーハの表面から汚染物質を除去する方法。
【請求項３２】
前記制御するステップは、０．１Ｖ程度の電圧を用いることを含む、請求項２６に記載のウェーハの表面から汚染物質を除去する方法。
【請求項３３】
前記制御するステップは、後続のＢＦ３プラズマ注入のためのソースガスとして、ＢＦ３、ＮＦ３及びＦ２のうちの１つを用いることを含む、請求項２６に記載のウェーハの表面から汚染物質を除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的にはイオン注入に関し、より詳細には、イオン注入のために表面汚染物質をその場で除去することに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入されることになる半導体ウェーハは通常、そのウェーハ表面上に汚染物質及び酸化物を有する。これらの物質は注入過程に悪影響を及ぼし、ドーズ量を不均一にし、シリコン内に保持されるドーズ量を減らす可能性がある。
【０００３】
従来の表面下処理手順は、イオン注入チャンバの外部で行われる予備洗浄技法を含む。これらの手法のうちの１つは、ウェーハから自然酸化物を剥離すること、及び、ウェーハを高真空環境にさらして、ウェーハ表面から水蒸気が蒸発できるようにすることを含む。残念なことに、外部で酸化物が除去されても、ウェーハが注入装置に移送されるときに、酸化物が再び成長するようになる。したがって、ウェーハ上のデバイスの性能は、それらのデバイスが洗浄される外部環境によって制限されることがある。さらに、外部環境は通常制御されないので、移送条件の再現性も、性能に悪影響を及ぼすことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の事柄を鑑みて、当該技術分野において、イオン注入するためにウェーハ表面をその場で下処理するための方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、イオン注入チャンバ、又は注入チャンバと連通する独立したチャンバ内に、イオン注入前にウェーハ表面上の汚染物質及び酸化物表面層を除去する能力を組み込む方法及び装置を含む。汚染物質を除去するための仕組みは、低エネルギープラズマエッチングを行うこと、ウェーハを加熱すること、及び紫外線放射を当てることを、組み合わせて、又は個別に実施すること含む。結果として、ウェーハを外部環境にさらして汚染が生じる可能性がないようにして、洗浄／下処理工程の直後に注入を行うことができる。その下処理によれば、水蒸気、有機物及び表面酸化物のような表面汚染物質を除去できるようになる。
【０００６】
本発明の第１の態様は、イオン注入装置を対象とし、そのイオン注入装置は、注入チャンバと、チャンバ内でウェーハに注入するためのイオンを生成するための手段と、注入チャンバの中でウェーハの表面から汚染物質をその場で除去するための手段とを備える。
【０００７】
本発明の第２の態様は、イオン注入装置において、ウェーハの表面から汚染物質をその場で除去する方法を対象とし、その方法は、ウェーハを、注入チャンバと連通する独立したチャンバ内に配置すること、並びに、独立したチャンバ及び注入チャンバのうちの一方の中で、ウェーハの表面から汚染物質をその場で除去することを含む。
【０００８】
本発明の第３の態様は、ウェーハの表面から汚染物質を除去する方法を対象とし、その方法は、ウェーハを、注入チャンバと連通する独立したチャンバ内に配置すること、並びに、表面を紫外線（ＵＶ）照射にさらすこと、注入チャンバにおいてウェーハを保持するプラテンを加熱すること、及び注入チャンバの無線周波数（ＲＦ）源を制御することであって、それによって低エネルギープラズマエッチングを行う、制御することのうちの少なくとも１つを実施することによって、独立したチャンバ及び注入チャンバのうちの一方の中で、ウェーハの表面から汚染物質をその場で除去することを含む。
【０００９】
本発明の上記の特徴及び他の特徴は、本発明の実施の形態の以下のさらに詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１０】
本発明の実施の形態は、添付の図面を参照しながら、詳細に説明されることになる。なお、類似の参照符号は類似の構成要素を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付の図面を参照すると、図１は、本発明によるイオン注入装置１０を示す。装置１０は、ガス源２４からのプロセスガス２２を受け取るように構成される注入チャンバ２０を備える。たとえば、上流コントローラ及び可変位置スロットルバルブ２３の組み合わせによって、ガス圧コントローラ２５を設けることができる。排気口２７が１つ又は複数の真空ポンプ２９に接続される。圧力コントローラ２５が、排気コンダクタンスを決定し、フィードバックループ内のプロセスガス２２の流量を変更して、ガス需要量を変更できるようにすることによって、注入チャンバ２０の圧力を、設定された値に保持するように動作する。無線周波数（ＲＦ）源２６が、無線周波数アンテナ２８内の無線周波数電流を共振させるように構成され、その電流は注入チャンバ２０に流れ込み、プロセスガス２２を励起及びイオン化して、チャンバ内にプラズマを生成する。ＲＦ源２６は、インピーダンス整合部４２を介してアンテナ２８に接続され、アンテナ２８は注入チャンバ２０を包囲する。ＲＦ源２６はパルスされることもできるし、連続的であることもできる。装置１０は、注入チャンバ２０内に注入されることになる半導体ウェーハ４８を保持するためのプラテン４６も備える。代替の実施形態では、イオン注入装置１０は、グロー放電システムを用いて役割を果たすことができ、いずれにしても注入がうまく行われるように、パルス状のＤＣ電圧（負）が陰極（プラテン４６）に印加される。このウェーハのバイアス電圧及びプロセスガス２２の圧力の適当な条件下（たとえば、−５ｋＶ及び２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）のＢＦ３）で、グロー放電プラズマが生成される。ウェーハバイアスがパルス状の信号であるので、これはパルス状のプラズマである。パルス状のウェーハバイアス電圧は通常プラテン４６に印加され、他の導電性のチャンバ構成要素が電気的に接地される。またプラズマは、ウェーハバイアスと同時に第３の電極にバイアスをかけることによっても生成することができ、それは、ウェーハバイアスが小さすぎてプラズマを生成できない場合に用いることができる。印加されるパルス状のＤＣ電圧は、所望の注入エネルギー及び用いられるプロセスガス２２によって決まる。この場合、ＲＦ源２６は不要である。別の代替の実施形態では、上記のプラズマ投入イオン注入デバイスの代わりに、たとえば、低エネルギービームライン注入器（図示せず）を用いることができる。いずれの場合でも、ウェーハ４８を注入チャンバ２０に移送するために封止される独立したチャンバ５０も含まれる。独立したチャンバ５０は、現時点で既知であるか、又は将来に開発される任意のロードロック又はウェーハハンドラチャンバを含むことができる。
【００１２】
また本発明は、ウェーハ４８の表面６０から汚染物質を除去するための多数の仕組みを含むこともできる。
【００１３】
第１の仕組みは、ウェーハ４８を紫外光にさらすことを含む。この場合、表面６０を紫外線（ＵＶ）照射にさらすために、１つ又は複数の紫外線照射デバイス７０を用いることができる。一実施形態では、図１に示されるように、ＵＶ照射デバイス７２が注入チャンバ２０内に取り付けられる。しかしながら、別の実施形態では、図２に示されるように、ＵＶ照射デバイス７４がプロセスチャンバ２０の外部に取り付けられ、プロセスチャンバ２０の窓７６を通してＵＶ光を透過させる。別の実施形態では、移送中にウェーハ４８から汚染物質を除去することができるように、独立したチャンバ５０内にＵＶ光を透過させるためにＵＶ照射デバイス７８を取り付けることもできる。ＵＶ光を注入チャンバ２０内に透過させる上記の実施形態に対する別法として、無線周波数電流を共振させてＵＶ放射プラズマを生成するＲＦ源２６によって、又はＵＶ放射プラズマを生成する上記のグロー放電システムによって、ＵＶ光を生成することもできる。ＵＶ光にさらす実施形態のいずれかの下で汚染物質を除去することは、１つ又は複数の真空ポンプ２９によって、ウェーハ４８を１．３３３×１０−３Ｐａ（１×１０−５Ｔｏｒｒ）よりも高い（その値以下の圧力の）真空にさらすことも含むことが好ましい。独立したチャンバ５０においてＵＶ光が用いられるとき、従来のように、その中を真空にすることもできる。
【００１４】
表面６０から汚染物質を除去するための第２の仕組みは、図１に示されるように、ウェーハ４８を加熱することを含む。一実施形態では、この仕組みは、注入チャンバ２０内でウェーハ４８を加熱するために、プラテン４６を加熱することによって実施される。しかしながら、種々の他の仕組みを実施してウェーハ４８を加熱することができること、及び本発明が、添付の特許請求の範囲において述べられる場合を除いて、限定されるべきでないことは理解されたい。前者の場合、プラテン４６に、１つ又は複数の内蔵加熱コイルのようなヒータ８０を設けることができる。この仕組みは、熱電対８４及びヒータコントローラ８６を含む、ヒータ８０のための温度コントローラ８２も含むことができる。熱伝達を改善するために、プラテン４６とウェーハ４８との間にガス９０を導入するためのガス供給口８８を設けることもできる。ガス９０流は、バルブ９２を制御することによって、ヒータコントローラ８６によって制御することができる。ウェーハ４８を加熱することによって汚染物質を除去することは、１つ又は複数の真空ポンプ２９によって、ウェーハ４８を１．３３３×１０−３Ｐａ（１×１０−５Ｔｏｒｒ）よりも高い（その値以下の圧力の）高真空にさらすことも含むことが好ましい。
【００１５】
汚染物質を除去するための第３の仕組みは、図１に示されるように、ＲＦ源２６を制御することであって、それによって低エネルギープラズマエッチング９８を行う、制御することを含む。別法では、低エネルギープラズマエッチング９８を行うパルス状のグロー放電手法を実施することができる。いずれの場合でも、低エネルギープラズマエッチング９８は、適当なエッチングプロセスガス（たとえば、ＮＦ３、ＳｉＦ４、ＢＦ３、Ｆ２、Ｈ２等）とともに、−１０００Ｖ程度のウェーハバイアスを用いる。一例では、低エネルギープラズマエッチング９８は、後続のＢＦ３プラズマ注入のためのプラズマガス源として、ＢＦ３、ＮＦ３及びＦ２のうちの１つを用いることができる。ウェーハのパルス状電流を監視して、ウェーハ表面が変更されるときの二次電子放出の変化を検出することによって、その工程の持続時間を制御することができる。
【００１６】
本発明によるウェーハ４６の表面から汚染物質を除去する方法は、ウェーハ４８を、注入チャンバ２０と連通する独立したチャンバ５０内に配置すること、並びに、その後、独立したチャンバ５０及び注入チャンバ２０のうちの一方の中で、ウェーハ４８の表面６０から汚染物質をその場で除去することを含む。除去するステップは、表面６０を紫外線（ＵＶ）照射にさらすこと、ウェーハ４８を加熱すること、及び、注入チャンバ２０のＲＦ源２６を制御することであって、それによって低エネルギープラズマエッチング９８を行う、制御することのうちの少なくとも１つを実施することを含む。
【００１７】
本発明は、これまでに略述された具体的な実施形態とともに説明されてきたが、数多くの代替形態、変更形態及び変形形態が当業者に明らかになることは明白である。したがって、上記の本発明の実施形態は、例示することを目的としており、限定することは意図していない。添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態によるイオン注入装置を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態によるイオン注入装置を示す図である。
【図１】
2008511139.tif 000003
【図２】
2008511139.tif 000004
【国際調査報告】
2008511139.tif 000005