(57)【要約】  プラズマドーピング装置（１００）は、チャンバ（１０４）とドーパントガスからチャンバ内にイオンを発生させるプラズマ源（１６２）を含む。グレーティング（１５４）はチャンバ内に位置付けられる。ターゲット（１５０）を支持するプラテン（１４８）は、チャンバ内に位置付けられる。グレーティングおよびターゲットのうち少なくとも１つは、グレーティングから引き出されるドーパントイオンは非法線入射角でターゲットに衝突するよう方向付けられる。【選択図】  図１
2008539595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一のチャンバと、
一のフィードガスから前記チャンバ内に複数のイオンを発生させる一のプラズマ源と、
前記チャンバ内に位置付けられる一のグレーティングと、
前記チャンバ内に位置付けられる一の素材を支持する一のプラテンと、
を含み、
前記グレーティングは、前記グレーティングを通り引き出される複数のイオンが一の非法線入射角で前記素材に衝突するよう方向付けられる、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記グレーティングおよび前記素材のうち少なくとも１つに電気接続される一の出力を有する一の電源をさらに含み、
前記電源は、プラズマにおける複数のイオンが前記グレーティングを通り引き出され、前記非法線入射角で前記素材に衝突するよう前記グレーティングおよび前記素材のうち少なくとも１つにバイアスをかける請求項１に記載の装置。
【請求項３】
一のチャンバと、
一のドーパントガスから前記チャンバ内に複数のイオンを発生させる一のプラズマ源と、
前記チャンバ内に位置付けられる一のグレーティングと、
前記チャンバ内に位置付けられる一のターゲットを支持する一のプラテンと、
を含み、
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つは、前記グレーティングから引き出される複数のドーパントイオンが一の非法線入射角で前記ターゲットに衝突するよう方向付けられる、プラズマドーピング装置。
【請求項４】
前記プラズマ源は、一の誘電結合プラズマ源、一の容量結合プラズマ源、一のトロイダルプラズマ源、一のヘリコンプラズマ源、一のＤＣプラズマ源、一のリモートプラズマ源、および一のダウンストリームプラズマ源のうち少なくとも１つを含む請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記グレーティングは、のこ歯形状に形成される請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記グレーティングは、前記複数のイオンを通過させる複数の開口、複数のスロット、および一のメッシュのうち少なくとも１つを画成する請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記グレーティングの面積は、前記ターゲットの面積より大きいかまたは前記ターゲット面積と等しい請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記グレーティングおよび前記ターゲットは、同じ電位にある請求項３に記載の装置。
【請求項９】
前記グレーティングは、一の非金属材料、および、一の非金属材料により被覆された一の金属材料のうち少なくとも１つから形成される請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つに電気接続される一の出力を有する一の電源をさらに含み、
前記電源は、プラズマにおける複数のドーパントイオンが前記グレーティングから引き出され、前記非法線入射角で前記ターゲットに衝突するよう前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つにバイアスをかける請求項３に記載の装置。
【請求項１１】
前記電源は、一のＤＣ電源、一のパルス電源、および一のＲＦ電源のうち少なくとも１つを含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記グレーティングに近接して位置付けられる一の電極をさらに含み、
前記電極は、前記ターゲットにより発生される複数の電子の少なくとも一部が前記電極により吸収されるよう前記グレーティングと実質的に同じ電位である請求項３に記載の装置。
【請求項１３】
前記ターゲットに結合される一の並進ステージをさらに含み、
前記並進ステージは、少なくとも１つの方向に前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つを走査する請求項３に記載の装置。
【請求項１４】
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つに機械結合される少なくとも１つのオシレータをさらに含み、
前記少なくとも１つのオシレータは、前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つを、前記グレーティングおよび前記ターゲットのうちのもう１つに対してディザリングする請求項３に記載の装置。
【請求項１５】
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つに結合される少なくとも１つの回転ステージをさらに含み、
前記少なくとも１つの回転ステージは、前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つを、前記グレーティングおよび前記ターゲットのうちのもう１つに対して回転する請求項３に記載の装置。
【請求項１６】
前記グレーティングに隣接して位置付けられる一の第２のグレーティングをさらに含む請求項３に記載の装置。
【請求項１７】
一のドーパントガスから一のチャンバ内に複数のドーパントイオンを含む一のプラズマを発生させる工程と、
一のターゲットおよび一のグレーティングのうち少なくとも１つを、前記グレーティングから引き出される前記複数のドーパントイオンが一の非法線入射角で前記ターゲットに衝突するよう方向付ける工程と、
を含む傾斜プラズマドーピング方法。
【請求項１８】
前記非法線入射角は、前記ターゲットにおいて複数のドーパントイオンの一の所定の横方向散乱を実現するよう選択される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記非法線入射角は、前記ターゲットへの複数のドーパントイオンのチャネリングを低減するよう選択される請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
複数のドーパントイオンが前記グレーティングから引き出され、前記非法線入射角で前記ターゲットに衝突するよう前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つにバイアスをかける工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つにバイアスをかける工程は、前記ターゲットに対して前記グレーティングにバイアスをかける工程を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち前記少なくとも１つにバイアスをかける工程は、
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうちの１つにバイアスをかける工程と、
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうちのもう１つを浮遊させる工程と、
を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち前記少なくとも１つにバイアスをかける工程は、前記グレーティングおよび前記ターゲットに時間的に同期でバイアスをかける工程を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち前記少なくとも１つにバイアスをかける工程は、前記グレーティングおよび前記ターゲットに時間的に非同期でバイアスをかける工程を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち前記少なくとも１つにバイアスをかける工程は、前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つに一のパルス周波数でパルシングする工程を含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記パルス周波数は、前記グレーティングおよび前記ターゲットのうち少なくとも１つの一の走査速度に比例する請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ターゲット上または前記ターゲットに近接する電荷を少なくとも部分的に中和する一の電位となるよう前記グレーティングに周期的にバイアスをかける工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記ターゲットにより発生される複数の二次電子を含むために前記グレーティングに対して正である一の電位で前記ターゲットにバイアスをかける工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ターゲット上または前記ターゲットに近接する電荷を少なくとも部分的に中和するよう接地電位で前記グレーティングを周期的に接地する工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
接地電位における一の電位を有する一の表面を使用して前記ターゲットにより発生される複数の電子を吸収する工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記ターゲットに近接して置かれる複数の電子の少なくとも一部を捕獲するよう前記グレーティングと前記ターゲットとの間の一の領域内に一の磁界を印加する工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
前記ターゲットに衝突する前記ドーパントイオンの均一性を向上するために、少なくとも１つの方向において、前記ターゲットおよび前記グレーティングのうち少なくとも１つを前記ターゲットおよび前記グレーティングのうちのもう１つに対して並進させる工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３３】
前記ターゲットに衝突する前記ドーパントイオンの均一性を向上するために、前記ターゲットおよび前記グレーティングのうち少なくとも１つを前記ターゲットおよび前記グレーティングのうちのもう１つに対して回転させる工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３４】
一の多段ドーパントイオン注入を制御するよう前記ターゲットおよび前記グレーティングのうち少なくとも１つを前記ターゲットおよび前記グレーティングのうちのもう１つに対して回転させる工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３５】
前記ターゲットおよび前記グレーティングのうち少なくとも１つをディザリングする工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１のグレーティングに隣接する一の第２のグレーティングを、前記第２のグレーティングから引き出される複数のドーパントイオンが前記非法線入射角で前記ターゲットに衝突するよう方向付ける工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３７】
前記第２のグレーティングの一の電位は、前記グレーティングの一の電位と異なる請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
一のチャンバ内に位置付けられる一のプラテン上に一のデバイスを位置付ける工程と、
一のドーパントガスから前記チャンバ内に複数のドーパントイオンを含む一のプラズマを発生させる工程と、
前記デバイスと一のグレーティングのうち少なくとも１つを、前記グレーティングから引き出される前記複数のドーパントイオンが一の非法線入射角で前記デバイスに衝突するよう方向付ける工程と、
前記プラズマにおける複数のドーパントイオンが前記グレーティングから引き出され、前記非法線入射角で前記デバイスに衝突するよう前記グレーティングおよび前記デバイスのうち少なくとも１つにバイアスをかける工程と、
を含むトレンチサイドウォールドーピング方法。
【発明の詳細な説明】
【序文】
【０００１】
本願に使用するセクションの見出しは構成目的に過ぎず、本願に記載する主題を制限すると解釈すべきではない。
【背景技術】
【０００２】
従来のビームラインイオン注入装置は、電界によりイオンを加速する。加速されたイオンは、注入のための所望のイオンを選択するようイオンの質量対電荷比に応じてフィルタリングされる。プラズマドーピングまたはプラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ）は、ドーパントイオンを含むプラズマ中にターゲットを浸漬し、一連の負電圧パルスを使用してターゲットにバイアスをかける。ターゲットにかかる負のバイアスは、ターゲットの表面から電子を跳ね返し、それにより、正イオンのシースが生成される。正イオンのシースは、シース境界とターゲット表面との間に電界を生成する。電界は、ターゲットに向けてイオンを加速し、それによりターゲットの表面にイオンが注入される。
【０００３】
本発明の複数の態様は、添付図面とともに以下の説明を参照することによってより良好に理解されよう。図面中、同様の番号は様々な図面における同様の構造要素および特徴を示す。図面は必ずしも縮尺が測られているわけではない。当業者は、以下に説明する図面は、説明目的だけであることを理解しよう。図面はどのようにも本教示内容の範囲を制限することを意図しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
本教示内容は、様々な実施形態および例とともに説明するが、本教示内容は、そのような実施形態に制限することを意図しない。むしろ、本教示内容は、当業者に理解されるように様々な代替案、変更、および等価物を包含する。
【０００５】
たとえば、本発明の方法および装置は、イオンビームエッチングおよび他の材料加工アプリケーションといった任意のイオンビームアプリケーションに適用でき、プラズマドーピングに限定されない。また、当業者は、本発明の装置および方法は、浅角ドーパントインプラントに限定されず、実際には、任意の非法線の入射角でドーパントイオンを注入するよう使用することができる。さらに、一部の実施形態は、傾斜されたグレーティングまたは傾斜されたターゲットに関連して説明する。当業者は、本発明の装置および方法は、グレーティングから引き出されたドーパントイオンが所望の非法線の入射角でターゲットに衝突する限り、多数の方向に位置付けられるターゲットおよびグレーティングを使用して実施できることを理解されよう。
【０００６】
本発明の方法の個々の工程は、本発明が実施可能である限り任意の順番でおよび／または同時に行われうることを理解すべきである。さらに、本発明の装置は、本発明が実施可能である限り任意の数のまたはすべての説明する実施形態を含むことができることを理解すべきである。
【０００７】
図１は、本発明による傾斜グレーティングを有するプラズマドーピング装置１００の1つの実施形態を示す。プラズマドーピング装置１００は、処理チャンバ１０４に取り付けられるプラズマ源１０２を含む。必要なドーパントイオン密度を生成する任意のプラズマ源を使用することができる。図１に示すプラズマ源１０２は、本譲受人に譲渡されている２００４年１２月２０日に出願し、「RF Plasma Source with Conductive Top Section」なる名称の米国特許出願番号第１０／９０５，１７２号により詳細に説明されるＲＦ誘導結合プラズマ源である。米国特許出願番号第１０／９０５，１７２号の明細書全体は本願に参照として組み込む。プラズマ源１０２は、任意の多数の他のタイプのプラズマ源でありうる。たとえば、プラズマ源１０２は、誘電結合プラズマ源、容量結合プラズマ源、トロイダルプラズマ源、ヘリコンプラズマ源、ＤＣプラズマ源、リモートプラズマ源、およびダウンストリームプラズマ源でありうる。
【０００８】
プラズマ源１０２は、水平方向に延在する誘電材料から形成される第１の部分１０６を含む。第２の部分１０８は、第１の部分１０６から垂直方向にある高さで延在する誘電材料から形成される。図１に示す実施形態では、第２の部分１０８は、円筒状に形成される。当業者は、第１の部分１０６は正確に水平方向に延在する必要はなく、また、第２の部分１０８は正確に垂直方向に延在する必要はないと解釈するであろうと理解する。
【０００９】
プラズマ源１０２の第１の部分１０６および第２の部分１０８の寸法は、プラズマ源１０２内に生成されるプラズマの均一性を向上するよう選択できる。一実施形態では、垂直方向における第２の部分１０８の高さと、水平方向における第２の部分１０８の長さの比は、１．５乃至５．５である。
【００１０】
第１の部分１０６および第２の部分１０８における誘電材料は、ＲＦアンテナからのＲＦ電力を、プラズマ源１０２内のプラズマに転送する媒体を供給する。一実施形態では、第１の部分１０６および第２の部分１０８を形成するよう使用される誘電材料は、ドーパントガスに対し化学的耐性を有し、また、良好な熱特性を有する高純度セラミック材料である。たとえば、一部の実施形態では、誘電材料は、９９．６％のＡｌ２Ｏ３またはＡｌＮである。他の実施形態では、誘電材料は、イットリアおよびＹＡＧである。
【００１１】
プラズマ源１０２の上部１１０は、水平方向に第２の部分１０８の上部にわたって延在する導電材料から形成される。一部の実施形態では、導電材料はアルミニウムである。上部１１０を形成するよう使用される材料は一般的に、ドーパントガスに対して科学的耐性を有するよう選択される。上部１１０を形成するよう使用される材料の導電率は、熱負荷の実質的な部分を放散し、また、二次電子放出によりもたらされる帯電効果を最小限にするのに十分に高いよう選択できる。
【００１２】
一実施形態では、上部１１０は、Ｃｈｅｍｒｚおよび／またはＫａｌｒｅｘ材料から形成されるＯリングといったフルオロカーボンポリマーから形成される高温ハロゲン耐性Ｏリングにより第２の部分１０８に結合される。上部１１０は一般的に、第２の部分１０８への圧迫を最小限にするが、第２の部分１０８に対して上部１１０を密閉するのに十分な圧迫を与えるよう第２の部分１０８に取り付けられる。
【００１３】
一部のプラズマドーピング処理は、二次電子放出によってプラズマ源１０２の内面に相当量の不均一分散された熱を生成する。不均一分散された熱は、プラズマ源１０２の内面に温度勾配をもたらし、この温度勾配はプラズマ源１０２内に複数の熱応力ポイントを引き起こすのに十分に高く、これは故障の原因となりうる。一部の実施形態では、上部１１０は、加工時に発生する熱負荷を放散するために上部１１０の温度を調整する冷却システムを含む。冷却システムは、冷却液源からの冷却液を循環させる上部１１０内にある冷却路１１２を含む流体冷却システムでありうる。
【００１４】
ＲＦアンテナは、プラズマ源１０２の第１の部分１０６および第２の部分１０８の少なくとも１つに近接して位置付けられる。図１に示すプラズマドーピング装置１００は、プラズマ源１０２の第１の部分１０６に隣接して位置付けられる平面コイルアンテナ１１４と、プラズマ源１０２の第２の部分１０８を取り囲むヘリカルコイルアンテナ１１６を示す。しかし、プラズマ源１０２は、多くの異なるアンテナ構造を有することができる。
【００１５】
平面コイルアンテナ１１４およびヘリカルコイルアンテナ１１６のうち少なくとも１つがアクティブアンテナである。「アクティブアンテナ」という用語は、本願では、電源により直接駆動されるアンテナとして定義する。すなわち、電源により生成される電圧は、アクティブアンテナに直接印加される。一部の実施形態では、平面コイルアンテナ１１４およびヘリカルコイルアンテナ１１６のうち少なくとも１つは、液体冷却ができるように形成される。平面コイルアンテナ１１４およびヘリカルコイルアンテナ１１６のうち少なくとも１つを冷却することによって、ＲＦアンテナ１１４、１１６を伝播するＲＦ電力によりもたらされる温度勾配を減少する。
【００１６】
一部の実施形態では、平面コイルアンテナ１１４およびヘリカルコイルアンテナ１１６のうち１つは、無給電アンテナである。「無給電アンテナ」という用語は、本願では、アクティブアンテナと電磁気的に連絡するが、電源には直接接続されないアンテナを意味するよう定義する。すなわち、無給電アンテナは、電源により直接励起されず、むしろアクティブアンテナにより励起される。本発明の一部の実施形態では、無給電アンテナの一端は、アンテナ調整機能を与えるために接地電位に電気接続される。この実施形態では、無給電アンテナは、無給電アンテナコイルにおける実効巻回数を変更するよう使用されるコイル調節器１１５を含む。メタルショートといった多数の異なるタイプのコイル調節器を使用することができる。
【００１７】
ＲＦ電源１１８は、平面コイルアンテナ１１４およびヘリカルコイルアンテナ１１６のうち少なくとも１つに電気接続される。ＲＦ電源１１８は、ＲＦ電源１１８からＲＦアンテナ１１４、１１６に転送される電力を最大限にするインピーダンスマッチングネットワーク１２０によりＲＦアンテナ１１４、１１６のうち少なくとも１つに電気結合される。インピーダンスマッチングネットワーク１２０の出力から平面コイルアンテナ１１４およびヘリカルコイルアンテナ１１６への破線は、インピーダンスマッチングネットワーク１２０の出力から平面コイルアンテナ１１４およびヘリカルコイルアンテナ１１６のうちのいずれかまたは両方に電気接続できることを示すよう図示する。
【００１８】
ガス源１２２は、比例弁１２４を介してプラズマ源１０２に結合される。一部の実施形態では、ガスバッフル１２６を使用してプラズマ源１０２内にガスを分散する。圧力ゲージ１２８は、プラズマ源１０２内の圧力を測定する。処理チャンバ１０４の排気口１３０は、処理チャンバ１０４を排気する真空ポンプ１３２に結合される。排気弁１３４が、排気口１３０を通る排気コンダクタンス（exhaust conductance）を制御する。ガス圧力制御器１３６は、比例弁１２４、圧力ゲージ１２８、および排気弁１３４に電気接続される。ガス圧力制御器１３６は、圧力ゲージ１２８に応答するフィードバックループにおいて、排気弁１３４を使用して排気コンダクタンスを制御することにより、また、比例弁１２４を使用してドーパントガス流量を制御することにより、プラズマ源１０２および処理チャンバ１０４内に所望の圧力を維持する。
【００１９】
一部の実施形態では、微量ガス種の比率制御は、一次ドーパントガス種を供給するドーパントガスと一列に結合される質量流量メータ（図示せず）により供給される。さらに一部の実施形態では、別個のガス注入手段（図示せず）を、その場で種を調整するために使用される。たとえば、適切なドーパントでドーピングされたシリコンを使用して、処理チャンバ１０４内に均一なコーティングを供給する。これは、汚染物質を減少する。さらに、一部の実施形態では、複数口ガス注入手段（図示せず）を使用してウエーハ全体にわたる変動をもたらす中性の化学効果を引き起こすガスを供給する。
【００２０】
一部の実施形態では、プラズマドーピング装置１００は、プラズマ点火器１３８を含む。多数のタイプのプラズマ点火器を、本発明のプラズマドーピング装置とともに使用することができる。一実施形態では、プラズマ点火器１３８は、アルゴン（Ａｒ）といった高度にイオン化可能なガスであり、プラズマの点火を支援するストライクガスのレザバ１４０を含む。レザバ１４０は、高コンダクタンスのガス接続１４２を使用してプラズマチャンバ１０４に結合される。バースト弁１４４が、レザバ１４０を処理チャンバ１０４から分離させる。別の実施形態では、ストライクガス源は、低コンダクタンスのガス接続を使用してバースト弁１４４に直接配管される。一部の実施形態では、レザバ１４０の一部は、制限コンダクタンスオリフィス１４６、または、最初の大流量バースト後にストライクガスの安定した流量を供給する計量弁によって分離される。
【００２１】
プラテン１４８は、プラズマ源１０２の上部１１０より下の高さにおいて処理チャンバ１０４内に位置付けられる。プラテン１４８は、イオン注入のために基板といったターゲット１５０を保持する。多くの実施形態において、ターゲット１５０は、プラテン１４８に電気接続される。図１に示す実施形態では、プラテン１４８は、プラズマ源１０２に対して平行である。しかし、本発明の他の実施形態では、プラテン１４８は、プラズマ源１０２に対して傾斜される。
【００２２】
一実施形態では、プラテン１４８は、可動ステージ１５２に機械結合される。一実施形態では、可動ステージ１５２は、少なくとも１つの方向においてターゲット１５０を走査する並進ステージである。一実施形態では、可動ステージ１５２は、ターゲット１５０をディザリングさせるディザ生成器、または、ターゲット１５０を振動させるオシレータである。一実施形態では、可動ステージ１５２は、ターゲット１５０を回転させる回転ステージである。並進、ディザリング、振動、および／または回転動作は、シャドーイング効果を減少または排除し、ターゲット１５０の表面に衝突するイオンビーム束の均一性を向上する。回転動作はさらに、多段ドーパントイオンインプラントを制御するよう使用することができる。
【００２３】
グレーティング１５４は、プラテン１４８の近傍に処理チャンバ１０４内に位置付けられる。「グレーティング」という用語は、本願において、プラズマ源１０２により発生されたプラズマに対する障壁を形成し、グレーティングに適切にバイアスがかけられるときにプラズマ内のイオンがその中を通り抜ける通路を画成する構造体として定義する。グレーティング１５４とプラテン１４８との間の領域１５６は、この領域１５６におけるイオン衝突数を減少するような寸法にすることができる。ターゲット１５０およびグレーティング１５４は、グレーティング１５４から引き出されたドーパントイオンが、所望の非法線入射角でターゲット１５０に衝突するよう共に方向付けられる。図１に示す実施形態では、グレーティング１５４は、所望の非ゼロ入射角で方向付けられる。
【００２４】
一実施形態では、グレーティング１５４は、非金属材料か、非金属材料で完全に被覆される金属材料から形成される。たとえば、グレーティング１５４は、ドープシリコン（多結晶、または、単結晶）、シリコンカーバイド、およびシリコン被覆されたアルミニウムから形成できる。このような材料は水素化物およびフッ化物の化学性質と良好に機能する。
【００２５】
グレーティング１５４は、図１に示すように直線形状か、または、図３に関連して説明するのこ歯形状といった多数の他の形状で形成することができる。一実施形態では、グレーティング１５４は、開口を有するグリッドである。別の実施形態では、グレーティング１５４は、スロットを画成する構造体である。さらに別の実施形態では、グレーティング１５４は、穴のあいたメッシュ構造体である。グレーティング１５４の充填比は、ターゲット１５０の表面において特定のイオン電流を実現する、または、グレーティング１５４とプラテン１４８との間の領域１５６内へのプラズマ範囲を制限するよう選択することができる。充填比はさらに、グレーティング１５４とプラテン１４８との間の領域１５６内にプラズマの形成を阻止するよう選択されうる。本願では、「充填比」という用語は、ドーパントイオンを通過させるグレーティング１５４の穴の開いている領域と、イオンを遮るグレーティング１５４の穴の開いていない領域との比を意味するよう定義する。
【００２６】
グレーティング１５４の面積は、一般的に、注入されるターゲット１５０の面積より大きいかまたは等しい。グレーティング１５４とターゲット１５０との間の領域１５６は、背景ドーパントガス分子との衝突により引き起こされる領域１５６におけるイオンの散乱を阻止するために、プラズマ源１０２より低い圧力にすることができる。グレーティング１５４とターゲット１５０との間の領域１５６はさらに、グレーティング１５４とターゲット１５０との間の領域１５６におけるプラズマの形成を阻止するために、プラズマ源１０２より低い圧力にすることができる。
【００２７】
一実施形態では、グレーティング１５４は、可動ステージ１５８に機械結合される。可動ステージ１５８は、グレーティング１５４をディザリングさせるディザ発生器、または、グレーティング１５４を振動させるオシレータでありうる。この実施形態では、可動ステージ１５８は、グレーティング１５４を、グレーティング１５４にあるスロットに対して垂直な方向にディザリングまたは振動させる。可動ステージ１５８は、グレーティング１５４が開口またはメッシュパターンを形成する場合は、グレーティング１５４を２方向にディザリングまたは振動させる。可動ステージ１５８は、グレーティング１５４を回転させる回転ステージでありうる。並進、ディザリング、振動、および／または回転動作は、シャドーイング効果を減少または排除し、ターゲットの表面に衝突するイオンビーム束の均一性を向上する。
【００２８】
バイアス電圧電源１６０は、プラズマ中のドーパントイオンがグレーティング１５４から引き出され、非法線入射角でターゲット１５０に衝突するようグレーティング１５４およびターゲット１５０のうち少なくとも１つにバイアスをかけるよう使用される。バイアス電圧電源１６０は、ＤＣ電源、パルス電源、またはＲＦ電源でありうる。バイアス電圧電源１６０の出力は、グレーティング１５４およびターゲット１５０のうち少なくとも１つに電気接続される。バイアス電圧電源１６０の出力からグレーティング１５４およびターゲット１５０への破線は、バイアス電圧電源１６０の出力からグレーティング１５４およびターゲット１５０のいずれかまたは両方に電気接続できることを示すよう図示する。
【００２９】
図１に示す実施形態では、バイアス電圧電源１６０の出力は、グレーティング１５４およびターゲット１５０が実質的に同じ電位であるようグレーティング１５４およびターゲット１５０の両方に電気接続される。この実施形態では、グレーティング１５４とターゲット１５０との間の領域１５６は、実質的に定電位であり、したがって、フィールドフリー領域である。しかし、当業者は、図１のプラズマドーピング装置は、多くの異なる可能なバイアス印加構造を有することを理解するであろう。
【００３０】
一実施形態では、電極１６２は、グレーティング１５４に近接して位置付けられる。電極１６２は、図１に示すようにグレーティング１５４に隣接して位置付けることができる。この実施形態では、電極１６２は、グレーティング１５４と同じ充填比とグレーティングパターンを有し、また、グレーティング１５４と電極１６２の両方をイオンが通過するようグレーティング１５４と位置合わせされる。電極１６２は、ターゲット１５０により発生される電子の少なくとも一部が電極１６２により吸収されるようグレーティング１５４と実質的に同じ電位でバイアスがかけられる。
【００３１】
一実施形態では、グレーティング１５４とターゲット１５０との間の領域１５６内に磁界を発生させるようグレーティング１５４およびターゲット１５０に近接して磁石または任意の磁界源が位置付けられる。磁界は、ターゲット１５０に近接する電子の少なくとも一部を捕獲する。
【００３２】
図２は、本発明による傾斜プラテン２０２を有するプラズマドーピング装置２００を示す。プラズマドーピング装置２００は、プラズマドーピング装置１００と同様であるが、グレーティング１５４は、プラズマ源１０２と平行に位置付けられ、プラテン２０２は、ターゲット１５０の表面がグレーティング１５４に対して所望の非ゼロ角度で位置付けられるよう設計される。別の実施形態では、グレーティング１５４は、プラズマ源１０２に対して非ゼロ角度で位置付けられ、プラテン２０２は、ターゲット１５０の表面がグレーティング１５４およびプラズマ源１０２の両方に対して非ゼロ角度で位置付けられるよう設計される。
【００３３】
プラテン２０２は、図１に関連して説明したように可動ステージ１５２と共に機械的に並進、ディザリング、振動、および／または回転されることができる。グレーティング１５４も、図１に関連して説明したように可動ステージ１５２と共に機械的に並進、ディザリング、振動、および／または回転されることができる。ターゲット１５０およびグレーティング１５４のうち少なくとも１つの並進、ディザリング、振動、および／または回転は、イオンシャドーイング効果を減少または排除することができ、したがって、ターゲット１５０の表面に衝突するイオン束の均一性を向上することができる。
【００３４】
図３は、本発明によるのこ歯形状のグレーティング３０２を有するプラズマドーピング装置３００の一実施形態を示す。開口またはスロットのサイズ、のこ歯パターンの角度３０４、および、のこ歯パターンの長さ３０６は、ターゲット１５０の表面に相対的に均一なイオン束が衝突するよう選択される。一実施形態では、のこ歯形状グレーティング３０２は、グレーティング３０２のイオンシャドーイング効果を最小限にするまたは排除するよう設計される。
【００３５】
のこ歯形状グレーティング３０２は、少なくとも１つの方向においてグレーティング３０２を走査する可動ステージ３０８に機械結合されうる。一実施形態では、可動ステージ３０８は、グレーティング３０２をディザリングさせるディザ発生器またはグレーティング３０２を振動させるオシレータである。この実施形態では、グレーティング３０２は、グレーティング３０２にあるスロットに対して垂直な方向にディザリングまたは振動される。グレーティング３０２は、グレーティングが開口またはメッシュパターンを形成する場合は、２方向にディザリングまたは振動される。一実施形態では、可動ステージ３０８は、グレーティング３０２を回転させる回転ステージである。並進、ディザリング、振動、および／または回転動作は、シャドーイング効果を減少または排除し、また、ターゲット１５０の表面に衝突するイオンビーム束の均一性を向上する。
【００３６】
図１−３に関連して説明したプラズマドーピング装置１００、２００、３００の動作は同様である。動作時、プラズマ源１０２は高い真空に排気される。次に、ドーパントガスは、比例弁１２４によりプラズマ源１０２内に注入され、真空ポンプ１３２により処理チャンバ１０４から排出される。一実施形態では、ドーパントガスは、プラズマ源１０２内に対称的に注入され、処理チャンバ１０４から対称的に押し出しされる。ガス圧力制御器１３６は、所望のドーパントガス流量および排気コンダクタンスのために所望のガス圧力を維持するよう使用される。
【００３７】
ＲＦ電源１１８は、ＲＦアンテナ１１４、１１６に供給されるＲＦ信号を生成する。一部の実施形態では、平面コイルアンテナ１１４およびヘリカルコイルアンテナ１１６のうちの１つは無給電アンテナであり、この無給電アンテナは、プラズマの均一性を向上するまたは最大にするよう調整される。一部の実施形態では、ＲＦ源１１８は、相対的に低周波のＲＦ信号を生成する。相対的に低周波のＲＦ信号を使用することは、静電結合を最小限にし、したがって、チャンバ壁のスパッタリング、および結果としてもたらされる汚れを減少する。たとえば、これらの実施形態において、ＲＦ電源１１８は、４００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、４ＭＨｚ、または１３．５６ＭＨｚといった２７ＭＨｚより下のＲＦ信号を生成する。
【００３８】
ＲＦアンテナ１１４、１１６に供給されるＲＦ信号は、ＲＦアンテナ１１４、１１６内にＲＦ電流を生成する。ＲＦアンテナ１１４、１１６におけるＲＦ電流によって発生される電磁界は、第１の部分１０６を形成する誘電材料および第２の部分１０８を形成する誘電材料のうち少なく１つを介してプラズマ源１０２内に結合する。プラズマ源１０２内に発生される電磁界は、ドーパントガス分子を励起およびイオン化する。プラズマ点火は、少数の自由電子が一部のドーパントガス分子をイオン化するよう少数の自由電子が移動すると発生する。イオン化されたドーパントガス分子はより多くの自由電子を放出し、これらは、より多くのガス分子をイオン化する。イオン化工程は、プラズマ内にイオン化ガスと自由電子の安定状態が存在するまで続行する。
【００３９】
プラズマ点火は、ヘリウム中のジボラン（８５％Ｈｅ中の１５％Ｂ２Ｈ６）といった一部のドーパントガスでは困難である。このようなガスには、プラズマを点火するためにストライクガスを使用することが好適である。一実施形態では、アルゴン（Ａｒ）といったストライクガスが、バースト弁１４４を開閉することにより所定時に処理チャンバ１０４内に制御可能に導入される。バースト弁１４４は、ストライクガスの短い大流量バーストをプラズマ源１０２内に入れてプラズマの点火を支援する。
【００４０】
ＲＦ源１０２は、ＲＦアンテナ１１４、１１６内のＲＦ電流を共振させる。ＲＦアンテナ１１４、１１６内のＲＦ電流は、プラズマ源１０２内にＲＦ電流を発生させる。プラズマ源１０２内のＲＦ電流は、プラズマ源１０２内にプラズマを発生するようドーパントガスを励起およびイオン化する。プラズマは、グレーティング１５４、３０２によりプラズマチャンバ１０２内に制限される。
【００４１】
グレーティング１５４、３０２、およびターゲット１５０のうち少なくとも１つには、グレーティング１５４、３０２からドーパントイオンが引き出され、所望の非法線の入射角でターゲット１５０に衝突するようバイアスがかけられる。プラズマ中のイオンは、グレーティング１５４、３０２における開口またはスロットを通り加速される。グレーティング１５４、３０２とターゲット１５０との間の任意のプラズマは、非常に急速に消失する（背景ガスに依存する。この時間は、マイクロ秒からミリ秒の範囲で異なりうる）。バイアス電圧が消失すると、プラズマは、開口またはスロットを通り拡散し、ターゲット１５０の表面の少なくとも一部の電荷を中和する。
【００４２】
引き出されたドーパントイオンの大部分は、バイアス電圧とプラズマ電位の合計に略等しいエネルギーでターゲット１５０に衝突する。グレーティング１５４、３０２とターゲット１５０との間に存在する残留プラズマにいくらかの相対的に低エネルギーの熱イオンが存在しうる。これらのイオンは、グレーティング１５４、３０２と、ターゲット１５０との間に捕獲され、一般的に、ターゲット１５０に衝突しない。イオンがターゲット１５０に衝突することによって発生される二次電子の多くは、イオンの正電位により吸収される。グレーティング１５４、３０２より上方の電子は、グレーティング１５４、３０２にかかる負電圧によって素早く跳ね返される。バイアス電圧が消失すると、プラズマは、スロットを通り拡散し、ターゲット１５０の表面の電荷を中和する。
【００４３】
非法線入射角は、特定の用途に対して調節することができる。たとえば、相対的に低い入射角は、無拡散アニーリング処理を使用するデバイスの一部のソースドレイン拡張インプラントに必要である。低から高の傾斜角度は、特定のデバイス構造に応じて、トレンチおよび障壁構造を有する一部のデバイス、および、ＦｉｎＦＥＴデバイスにサイド−ウォールドーピング（side-wall doping）を行うのに必要である。
【００４４】
非法線入射角はさらに、特定のイオン注入パラメータを実現するよう選択されうる。たとえば、非法線入射角は、ターゲット１５０におけるドーパントイオンの所定の横方向散乱（lateral straggle）を実現するよう選択することができる。さらに、非法線入射角は、ターゲット１５０においてドーパントイオンの所定のチャネリングを実現する、または、ターゲット１５０においてドーパントイオンのチャネリングを低減するよう選択することができる。
【００４５】
図１−３に示す実施形態では、グレーティング１５４、３０２と、ターゲット１５０は、グレーティング１５４、３０２とターゲット１５０との間にフィールドフリー領域１５６を形成するよう同じ電位でバイアスがかけられる。他のバイアス構造も多くある。たとえば、グレーティング１５４、３０２は、ターゲット１５０に対してバイアスがかけられうる。さらに、グレーティング１５４、３０２とターゲット１５０は、時間的に同期でまたは非同期でバイアスがかけられうる。また、グレーティング１５４、３０２とターゲット１５０のうちの１つにバイアスをかけ、もう１つは浮遊電位でありうる。
【００４６】
一実施形態では、グレーティング１５４、３０２と、ターゲット１５０のうち少なくとも１つは、パルス周波数でグレーティング１５４、３０２と、ターゲット１５０のうち少なくとも１つをパルシングすることによりバイアスがかけられる。グレーティング１５４、３０２と、ターゲット１５０のうち少なくとも１つに機械結合される並進ステージ、オシレータ、および／またはディザ発生器といった可動ステージ１５２、１５８、３０８を含む実施形態では、バイアス電圧のパルス周波数は、可動ステージ１５２、１５８、３０８の走査速度、ディザ周波数、または振動周波数に比例するよう選択することができる。
【００４７】
グレーティング１５４、３０２と、ターゲット１５０のうち少なくとも１つは、ターゲット１５０上のまたはターゲット１５０に近接する電荷を少なくとも部分的に中和する電位にバイアスがかけられうる。さらに、グレーティング１５４、３０２と、ターゲット１５０のうち少なくとも１つは、二次電子を含むようグレーティング１５４、３０２に対して正である電位にバイアスがかけられうる。また、グレーティング１５４、３０２は、ターゲット１５０上またはターゲット１５０に近接する電荷を少なくとも部分的に中和するよう周期的に接地されうる。
【００４８】
本発明によるプラズマドーピング方法は、相対的に高いスループットを有しうる。所望のイオン注入を実現するようグレーティング１５４、３０２、およびターゲット１５０にバイアスがかけられなければならない時は、一般的にターゲット１５０の寸法とは無関係である。さらに、本発明によるプラズマドーピング方法は、従来の低エネルギービームラインドーピングよりも、浅い接合をより経済的に且つ高効率で生成することができる。
【００４９】
図４は、グレーティング１５４、３０２の開口サイズを変更することの効果を示す引き出されたイオンのコンピュータシミュレーションを示す。グレーティング開口は、開口を通りグレーティング１５４、３０２とターゲット１５０との間のフィールドフリー領域内に入る電界の結果もたらされる引き出されたイオンの分散を阻止するために相対的に小さくなければならない。さらに、グレーティング開口は、プラズマからの電子の喪失を阻止するために相対的に小さくなければならない。
【００５０】
さらに、グレーティング開口は、ターゲット１５０の表面上への所望の衝突角度を維持するために相対的に小さくなければならない。一般的に、ターゲット１５０の表面上に衝突するイオンは、小さい角度分布を有する。これは、引き出されたイオンの軌道はグレーティング１５４の縁に沿って曲げられるからである。引き出されたイオンの軌道の屈曲は、一部の引き出されたイオンを、傾斜角度または所望の衝突角度とは異なる角度でターゲット１５０の表面に衝突させる。グレーティング１５４、３０２における開口のサイズを小さくすることにより、引き出されたイオンの角度分布を減少する。しかし、グレーティング１５４、３０２における開口のサイズを小さくするとイオン電流も低減する。
【００５１】
図４Ａは、プラズマシース厚さとほぼ同じ寸法のスロットまたは開口幅を有するグレーティング１５４、３０２を通過する引き出されたイオンのコンピュータシミュレーション４００を示す。コンピュータシミュレーション４００は、引き出されたイオンの角度分布は約±１０度であることを示す。コンピュータシミュレーション４００は、プラズマシース厚さ以上のスロットおよび開口幅は、注入プロファイルを著しく変えてしまうのに十分に高い引き出しイオン角度分布を生成することを示す。
【００５２】
図４Ｂは、プラズマシース厚さの約半分のスロットまたは開口幅を有するグレーティング１５４、３０２を通過する引き出されたイオンのコンピュータシミュレーション４０２を示す。コンピュータシミュレーション４０２は、引き出されたイオンの角度分布は約±４．５度であることを示す。１スロットまたは開口あたりの引き出しイオン電流は、スロットまたは開口の幅がプラズマシース厚さとほぼ同じ寸法である図４に示す１スロットまたは開口あたりの引き出しイオン電流より約２倍低い。しかし、グレーティング１５４、３０２から引き出される総イオン電流は、グレーティングの充填比に依存する。
【００５３】
図４Ｃは、プラズマシース厚さの約４分の１であるスロットまたは開口幅を有するグレーティング１５４、３０２を通過する引き出されたイオンのコンピュータシミュレーション４０４を示す。このコンピュータシミュレーションは、引き出されたイオンの角度分布は約±２度であることを示す。１スロットまたは開口あたりの引き出しイオン電流は、スロットまたは開口の幅がプラズマシース厚さとほぼ同じ寸法である図４Ａに示す１スロットまたは開口あたりの引き出しイオン電流より約４倍低い。しかし、グレーティング１５４、３０２から引き出しされる総イオン電流は、グレーティングの充填比に依存する。
【００５４】
シース厚さは、プラズマ密度とバイアス電圧の関数である。シース厚さは、プラズマ密度が減少すると増加する。シース厚さは、バイアス電圧を増加しても増加する。したがって、所望の開口幅は、注入エネルギーを増加すると増加する。コンピュータシミュレーションによって、引き出されたイオンの１度の角度分布は、開口幅をシース幅の８分の１に減少し、また、相対的に低密度のプラズマ（ｎｅ＝２Ｘ１０９ｃｍ−３）を発生することによって実現できることが示されている。
【００５５】
図５は、２つの引き出しイオンビーム間の相互作用を示す引き出されたイオンのコンピュータシミュレーションを示す。図５Ａは、グレーティングスロットまたは開口幅と、２つの隣接するグレーティングスロットまたは開口間の分離は共に、１シース厚さに等しい引き出されたイオンのコンピュータシミュレーション５００を示す。コンピュータシミュレーション５００は、１シース厚さに等しい２つの隣接スロットまたは開口間の分離は、２つの引き出しイオンビーム間で感知できるほどの相互作用がないことを示す。
【００５６】
図５Ｂは、スロットまたは開口幅と、２つの隣接するスロットまたは開口間の分離は共に、２分の１のシース厚さに等しい引き出されたイオンのコンピュータシミュレーション５０２を示す。コンピュータシミュレーション５０２は、２分の１のシース厚さに等しい２つの隣接スロットまたは開口間の分離は、２つの引き出しイオンビーム間で感知できるほどの相互作用がないことを示す。
【００５７】
図５Ｃは、スロットまたは開口幅と、２つの隣接するスロットまたは開口間の分離は共に、８分の１のシース厚さに等しい引き出されたイオンのコンピュータシミュレーション５０４を示す。コンピュータシミュレーション５０４は、８分の１のシース厚さに等しい２つの隣接スロットまたは開口間の分離は、２つの引き出しイオンビーム間で感知できるほどの相互作用がないことを示す。０．５の充填比を有する８分の１のシース厚さに等しいスロットまたは開口幅を使用することによって、約±１度（ｎｅ＝２Ｘ１０９ｃｍ−３の場合）である相対的に低い角度分布と、相対的に均一なイオン束がもたらされる。
【００５８】
等価物
本教示内容は、様々な実施形態および例に関連して説明したが、本教示内容はそのような実施形態に限定されることを意図しない。むしろ、本教示内容は、当業者に理解されるように様々な代替案、変更、および等価物を包含し、これらは、請求項により定義する本発明の精神および範囲から逸脱することなく行いうる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による傾斜グレーティングを有するプラズマドーピング装置の一実施形態を示す図である。
【００６０】
【図２】本発明による傾斜プラテンを有するプラズマドーピング装置を示す図である。
【００６１】
【図３】本発明によるのこ歯状グレーティングを有するプラズマドーピング装置を示す図である。
【００６２】
【図４】グレーティングの開口サイズを変更することによる効果を説明する引き出されたイオンのコンピュータシミュレーションを示す図である。
【００６３】
【図５】２つの引き出されたイオンビーム間の相互作用を説明する引き出されたイオンのコンピュータシミュレーションを示す図である。
【図１】
2008539595.tif 000003
【図２】
2008539595.tif 000004
【図３】
2008539595.tif 000005
【図４Ａ】
2008539595.tif 000006
【図４Ｂ】
2008539595.tif 000007
【図４Ｃ】
2008539595.tif 000008
【図５Ａ】
2008539595.tif 000009
【図５Ｂ】
2008539595.tif 000010
【図５Ｃ】
2008539595.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月24日(2008.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３６】
前記グレーティングに隣接する一の第２のグレーティングを、前記第２のグレーティングから引き出される複数のドーパントイオンが前記非法線入射角で前記ターゲットに衝突するよう方向付ける工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
ＲＦ源は、ＲＦアンテナ１１４、１１６内のＲＦ電流を共振させる。ＲＦアンテナ１１４、１１６内のＲＦ電流は、プラズマ源１０２内にＲＦ電流を発生させる。プラズマ源１０２内のＲＦ電流は、プラズマ源１０２内にプラズマを発生するようドーパントガスを励起およびイオン化する。プラズマは、グレーティング１５４、３０２によりプラズマチャンバ内に制限される。
【国際調査報告】
2008539595.tif 000012
2008539595.tif 000013
2008539595.tif 000014