(57)【要約】  必要とされる注入物深さ分布を達成するために静電チャックに対して非常に高いＲＦバイアス電圧を用いるプラズマ浸漬イオン注入は、ウェーハ導入に先立って、最初にチャンバ内面の上に部分的導電性のシリコン含有シーズニング層を堆積することにより実行される。
2011511473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ反応チャンバ内の半導体加工物に対してプラズマ浸漬イオン注入を実行する方法において、
前記反応器の中に前記加工物を導入する前に、部分的導電性のシーズニング膜を前記チャンバの内面上に堆積するステップであって、前記シーズニング膜が、シリコン、酸素および水素を含み、かつ７０％と８５％との間のシリコン含有量を有するステップと、
加工物支持面の下にあって前記加工物支持面から絶縁されている電極に静電クランプ電圧を印加することにより、前記反応チャンバ内の前記加工物支持面上の前記加工物を静電的にクランプするステップと、
ＲＦ源パワー発生器からのＲＦプラズマ源パワーをプロセスガスに結合することにより、前記加工物の中にイオン注入されることになる種を含む前記プロセスガスから前記チャンバ内にプラズマを発生するステップと、
ＲＦバイアスパワー発生器から、前記加工物の下にあって前記加工物から絶縁され、前記加工物の円周端の下にある円周端を有する円盤状の電極にＲＦバイアスパワーを印加するステップであって、前記ＲＦバイアスパワーが、注入されることになる前記種の前記加工物の面より下の所望のイオン注入深さ分布に対応する５〜２０ｋＶ程度の高いＲＦバイアス電圧を前記加工物に対して生成するのに十分なものであり、前記静電クランプ電圧が、前記ＲＦバイアス電圧の直流成分程度、またはそれを上回るものであるステップと、
前記クランプ電圧をオフにすることにより前記加工物を取り外し、前記加工物支持面を覆う前記シーズニング膜の一部分を介して前記加工物が放電するのを待ち、その後、前記加工物支持面から前記加工物を持ち上げるステップとを含む方法。
【請求項２】
シーズニング膜を堆積するステップが、前記チャンバの中へ十分な量のシリコン含有ガスを流し込むことにより、シリコン含有量が前記シーズニング膜に１０９Ωｍ程度の電気抵抗率をもたらすステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加工物支持面からの加工物の取外しの後に、
（ａ）遠隔プラズマ源で発生されたプラズマでフッ素含有ガスを解離し、
（ｂ）前記チャンバ内に前記遠隔プラズマ源からのプラズマ副産物を供給することにより、前記シーズニング膜を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記シーズニング膜の除去の期間中、前記チャンバ内でプラズマを発生させるのをやめるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記シーズニング膜が、前記膜に約１０１０Ωｍ未満の電気抵抗率をもたらすのに十分なシリコン含有量を有し、この含有量は、二酸化シリコンの粘着性に類似の粘着性をもたらすように十分に制限されたものである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
シーズニング膜を堆積するステップが、前記チャンバの中へ、シリコン含有ガスおよび酸素ガスを、ＲＦプラズマ源パワーを印加しながらそれぞれ約２００〜４００ｓｃｃｍおよび５０〜１００ｓｃｃｍの流速で流し込むステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ＲＦプラズマ源パワーが、前記加工物支持面の直径の両端に分離された対のポートに結合された、１対の互いに交差する外部の再入可能な管路に印加される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
プラズマ反応チャンバ内の半導体加工物に対してプラズマ浸漬イオン注入を実行する方法において、
前記反応器の中に前記加工物を導入する前に、部分的導電性のシーズニング膜を前記チャンバの内面上に堆積するステップであって、前記シーズニング膜が、シリコン、酸素および水素を含み、かつ前記膜に約１０１０Ωｍ未満の電気抵抗率をもたらすのに十分なシリコン含有量を有し、この含有量は、前記膜が非粉状の固体のコーティングとして堆積するように十分に制限されるステップと、
加工物支持面の下にあって前記加工物支持面から絶縁されている電極に静電クランプ電圧を印加することにより、前記反応チャンバ内の前記加工物支持面上の前記加工物を静電的にクランプするステップと、
ＲＦ源パワー発生器からのＲＦプラズマ源パワーをプロセスガスに結合することにより、前記加工物の中にイオン注入されることになる種を含む前記プロセスガスから前記チャンバ内にプラズマを発生するステップと、
ＲＦバイアスパワー発生器から、前記加工物の下にあって前記加工物から絶縁され、前記加工物の円周端の下にある円周端を有する円盤状の電極にＲＦバイアスパワーを印加するステップであって、前記ＲＦバイアスパワーが、注入されることになる前記種の前記加工物の面より下の所望のイオン注入深さ分布に対応する５〜２０ｋＶ程度の高いＲＦバイアス電圧を前記加工物に対して生成するのに十分なものであり、前記静電クランプ電圧が、前記ＲＦバイアス電圧の直流成分程度、またはそれを上回るものであるステップと、
前記クランプ電圧をオフにすることにより前記加工物を取り外し、前記加工物支持面を覆う前記シーズニング膜の一部分を介して前記加工物が放電するのを待ち、その後、前記加工物支持面から前記加工物を持ち上げるステップとを含む方法。
【請求項９】
シーズニング膜を堆積するステップが、前記チャンバの中へ十分な量のシリコン含有ガスを流し込むことにより、シリコン含有量が前記シーズニング膜に１０９Ωｍ程度の電気抵抗率をもたらすステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記シーズニング膜の残りが、酸素および水素を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記加工物支持面からの加工物の取外しの後に、
（ａ）遠隔プラズマ源で発生されたプラズマでフッ素含有ガスを解離し、
（ｂ）前記チャンバ内に前記遠隔プラズマ源からのプラズマ副産物を供給することにより、前記シーズニング膜を除去するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記シーズニング膜の除去の期間中、前記チャンバ内でプラズマを発生させるのをやめるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
シーズニング膜を堆積するステップが、前記チャンバの中へ、シリコン含有ガスおよび酸素ガスを、ＲＦプラズマ源パワーを印加しながらそれぞれ約２００〜４００ｓｃｃｍおよび５０〜１００ｓｃｃｍの流速で流し込むステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
ＲＦプラズマ源パワーが、前記加工物支持面の直径の両端に分離された対のポートに結合された、１対の互いに交差する外部の再入可能な管路に印加される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
プラズマ浸漬イオン注入は、半導体のウェーハまたは加工物の中に注入されることになる種のイオンを含むプラズマを発生することにより実行される。プラズマは、反応チャンバの天井で環状プラズマ源などのプラズマ源を使用して発生することができる。ウェーハ面の下に所望のイオン注入深さ分布を達成するのに十分なイオンエネルギーが、ウェーハ支持ペデスタル内の絶縁された陰極電極を介して半導体ウェーハに非常に高いＲＦバイアス電圧（例えば１０ｋＶから２０ｋＶ）を結合することにより供給される。ウェーハ支持ペデスタルが静電チャック内に組み込まれる場合、絶縁された陰極電極は、薄い（例えば厚さ１ｍｍの）絶縁体層によってウェーハ支持面から分離された薄い金属（例えばモリブデン）メッシュでよい。ウェーハは、ウェーハの下の薄い絶縁体層の両端に強電界を誘起するためにメッシュ電極に直流のクランプ電圧すなわち「チャッキング」電圧を印加することにより、チャックに静電的にクランプされる。所望のイオン注入深さ分布を達成するために、高いＲＦバイアス電圧（１０〜２０ｋＶ）が必要とされる。優れた温度制御を達成するために、ウェーハは静電的にクランプされる。イオンエネルギーまたは注入物深さを制御するためにウェーハに印加されるＲＦバイアスパワーが、ウェーハの直流バイアス電圧を生成する。所望の静電ウェーハクランプ電圧は、ウェーハの直流バイアス電圧から所望のクランプ電圧と等しい量だけ異なる直流電圧をチャックメッシュ電極に印加することにより生成される。この差は、ウェーハをクランプする直流電圧であり、一般にクーロンチャック向けの１〜２キロボルトおよびＪｏｈｎｓｏｎ−Ｒａｈｂｅｃｋチャック向けの４００〜６００ボルトである。
【０００２】
この直流クランプ電圧は、ウェーハ背面と薄い絶縁体層との間の境界面に閉じ込められたそれ相応に大量の電荷を生成する。この閉じ込められた電荷は、直流チャッキング電圧を解除した後にさえ、ウェーハとチャックとの間に強い引力を生成する。閉じ込められた電荷が放散するのを待たずにチャックからウェーハを取り外すいかなる試みも、ウェーハを壊す危険を冒す。ウェーハを除去するために、閉じ込められた電荷が十分に放散するのに１〜２４時間かかることがあるという問題がある。これは、ウェーハが背面に絶縁層（二酸化シリコンの層）を有し、ウェーハ支持面が絶縁シーズニング層（例えば二酸化シリコンまたは窒化シリコンの層）によって覆われているためである。これらの絶縁層を通る、閉じ込められた電荷の漏れまたは中和は非常に遅い。閉じ込められた電荷の放散を待つことから結果として生じる遅延（１〜２４時間）は、犠牲の大きいスループットの低減を表す。生産性に対するこの制限を克服する必要性がある。
【発明の概要】
【０００３】
プラズマ反応チャンバ内の半導体加工物のプラズマ浸漬イオン注入の方法が提供される。この方法の一実施形態では、反応器の中に加工物を導入する前に、部分的導電性のシーズニング膜がチャンバの内面上に堆積される。一実施形態では、シーズニング膜は、シリコン、酸素および水素を含み、シリコン含有量は７０％と８５％との間である。この方法は、加工物支持面の下にあって加工物支持面から絶縁されている電極に静電クランプ電圧を印加することにより、反応チャンバ内の加工物支持面上の加工物を静電的にクランプするステップと、次いで、ＲＦ源パワー発生器からのＲＦプラズマ源パワーをプロセスガスに結合することにより、加工物の中にイオン注入されることになる種を含むプロセスガスからチャンバ内にプラズマを発生するステップとをさらに含む。この方法は、ＲＦバイアスパワー発生器から、加工物の下にあって加工物から絶縁され、加工物の円周端の下にある円周端を有する円盤状の電極にＲＦバイアスパワーを印加するステップをさらに含み、ＲＦバイアスパワーは、注入されることになる種の加工物の面より下の所望のイオン注入深さ分布に対応する５〜２０ｋＶ程度の高いＲＦバイアス電圧を加工物に対して生成するのに十分なものである。一実施形態では、静電クランプ電圧は、ＲＦバイアス電圧の直流成分程度、またはそれを上回るものである。その後、クランプ電圧をオフにすることにより加工物が取り外され、加工物支持面を覆うシーズニング膜の一部分を介して加工物が放電するのを待ち、その後加工物支持面から加工物を持ち上げる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本明細書に開示されたプロセスの実施形態を実行するのに使用されるプラズマ浸漬イオン注入反応器を示す図である。
【図２】一実施形態によるプロセスを示す図である。
【図３Ａ】シーズニング層のシランガス流速とシリコン含有量との関係を示すグラフである。
【図３Ｂ】シーズニング層の電気抵抗率をシーズニング層のシリコン含有量の関数として示すグラフである。
【図３Ｃ】ウェーハとチャックとの境界面に閉じ込められた電荷の放電時間をシーズニング層のシリコン含有量の関数として示すグラフである。
【図３Ｄ】イオン注入プロセスの期間中の、二酸化シリコンのシーズニング層の付着に対するシーズニング層の付着の割合をシリコン含有量の関数として示すグラフである。
【図４】所与のシリコン含有量について、シーズニング層の酸素含有量と水素含有量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
ここで図１を参照すると、プラズマ浸漬イオン注入反応器は、円筒状の側壁１０５、床１１０および天井１１５によって囲まれたチャンバ１００を有する。チャンバ１００内のウェーハ支持ペデスタル１２０は、半導体ウェーハ１２５をチャック１２０のウェーハ支持面１３０上に静電的にクランプすることができる静電チャックでよい。チャック１２０は、接地された導電性ベース層１４０、ベース層１４０の上に重なる絶縁層１４５、絶縁層１４５の上に重なる薄い陰極電極１５０、および陰極電極１５０の上に重なってウェーハ支持面１３０を形成する頂部絶縁層１５５から成り得る。絶縁層１４５、１５５の材料はセラミック材料でよい。陰極電極１５０は、モリブデンで形成された薄い金属メッシュでよい。
【０００６】
図１の反応器は、それぞれがチャンバ１００の直径の端から端まで延びてその終端で天井１１５のポート１１２を介してチャンバ１００の内部に結合される１対の交差する外部の再入可能な管路１６０、１６５を含む環状プラズマ源を有する。ＲＦパワーアプリケータ１７０、１７５は、ＲＦパワーを、それぞれ再入可能な管路１６０、１６５の内部へ結合する。ＲＦパワーアプリケータ１７０は、管路１６０に巻き付けられた透磁性のリング１８０、リング１８０の一部分に巻き付けられた導電性コイル１８２、およびＲＦインピーダンス整合要素１８６を介してコイル１８２に結合されたＲＦパワー発生器１８４から成る。ＲＦパワーアプリケータ１７５は、管路１６５に巻き付けられた透磁性のリング１８０’、リング１８０’の一部分に巻き付けられた導電性コイル１８２’、およびＲＦインピーダンス整合要素１８６’を介してコイル１８２’に結合されたＲＦパワー発生器１８４’から成る。
【０００７】
天井１１５は、ガス分散板１８８を含む。プロセスガス供給１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄは、ユーザ制御可能なガスパネル１９５を介してガス分散板１８８にプロセスガスを供給する。チャンバ１００は、真空ポンプ１９８によって真空にされる。プロセスガス供給は、２つの異なる混合物を供給することができる。ウェーハのチャンバ内への導入に先立って反応チャンバの内面上にプロセス適合性材料の薄いコーティングが堆積される、注入前のチャンバのシーズニングプロセスでは、第１のプロセスガスすなわちガス混合物が用いられる。一実施形態では、第１のプロセスガスは、シランガスおよび酸素ガスなどのシリコン含有ガスの混合物から成る。ガス供給１９０ａはシランガスを含んでよく、一方ガス供給１９０ｂは酸素ガスを含んでよい。ウェーハのプラズマ浸漬イオン注入の期間中、第２のプロセスガスすなわちガス混合物が用いられ、第２のプロセスガスは、化学種のフッ化物または水素化物（例えばホウ素、ヒ素、リン、アンチモンなど）から成り、半導体ドーパント不純物としてシリコンウェーハの中に注入されることになる。第２のプロセスガスは、プラズマで解離されて所望のドーパント種のイオンを生成する。第２のプロセスガスはガス供給１９０ｃから得られ、ガス供給１９０ｃは、例えばＢＦ３などのドーパントのフッ化物またはドーパントの水素化物を貯蔵することができる。ドーパント種は、例えばホウ素またはリンなどのシリコン用ｐ型ドーパント、または例えばヒ素またはアンチモンなどのシリコン用ｎ型ドーパントでよい。これらのドーパント種のガス状のフッ化物および水素化物の化合物は周知であり、ガス供給１９０ｃの中に貯蔵されるのはこれらのガス状化合物のうちの１つである。そのようなガスの特定の実施例はＢＦ３である。ガス供給１９０ｄは、例えばアルゴンなどの不活性ガスを含み、その使用は、この明細書で以下に説明される。
【０００８】
静電チャック１２０は、ユーザに制御されるリフトスパイダ１２３上に支持された１組の持ち上げることができるリフトピン１２２を含み、支持面１３０上へのウェーハの配置およびチャンバ１００からのウェーハ１２５の取外しの期間中、ロボットハンドラ（図示せず）がウェーハ１２５を扱うことが可能になる。リフトピン１２２は、一般にセラミック材料から形成され、プラズマ処理の期間中汚染を回避する。ユーザ制御可能な直流チャッキング電圧源２００が、スイッチ２０２を介してメッシュ電極１５０に結合される。非常に高いＲＦバイアス電圧を発生することができるＲＦバイアスパワー発生器２１０は、ＲＦインピーダンス整合回路２１５および（インピーダンス整合回路２１５の中に含まれ得る）任意選択の絶縁コンデンサ２２０を介してメッシュ電極１５０に結合される。ウェーハ１２５の中に有益なイオン注入深さ分布をもたらすために、ＲＦバイアス電圧発生器は、ウェーハ面のプラズマシースの両端に１０ｋＶ程度またはそれを上回るＲＦバイアス電圧を生成するように十分に高出力レベルで作動される。この電圧は、イオン注入深さ分布を制御する。
【０００９】
上記で言及したように、ウェーハ１２５の導入に先立って注入前のチャンバのシーズニングプロセスが実行されてよく、ウェーハ支持面１３０を含むチャンバの内面は、少なくともほぼすべてが、プロセス適合する材料から成るシーズニング層でコーティングされる。例えば、このステップは、プロセス適合しない材料のチャンバ面からのスパッタリングによる注入プロセスの汚染を防止することができる。一般に、シーズニング層のプロセス適合材料は二酸化シリコンまたは窒化シリコンであり、これはチャンバの内面によく付着する。（純粋なシリコンは、付着が不十分なためシーズニング層として用いることができない。）二酸化シリコンのシーズニング層は、１０１２Ωｍ程度の電気抵抗率を有する。ウェーハ導入に先立つ注入前のチャンバのシーズニングプロセスでは、シランおよび酸素のガスが、ガス供給１９０ａ、１９０ｂからオーバヘッドガス分散板１８８を介してチャンバ１００の中に導入され、同時に環状プラズマ源がチャンバ１００内にプラズマを発生する。シランおよび酸素のガスの割合は、チャンバ内面上に水素化二酸化シリコン膜を生成するように選択される。この膜は、二酸化シリコンと類似の化学量論組成を有するが、少ない割合でいくらかの水素を有し、電気抵抗率は二酸化シリコンのもの（約１０１２Ωｍ）と類似である。
【００１０】
チャンバ面がシーズニング層で所望の厚さ（例えば１〜１００マイクロメートル）にコーティングされた後、ガス分散板１８８へのシーズニングプロセスガス（シランおよび酸素）の流れがガスパネル１９５によって止められ、これらのガスがチャンバ１００の内部から送出され得る。半導体ウェーハ１２５が静電チャック１２０のウェーハ支持面１３０上に配置され、イオン注入プロセスガス（例えばＢＦ３）が、ガス供給１９０ｃからガス分散板１８８を介して導入される。イオン注入プロセスガスは、ドーパントのフッ化物またはドーパントの水素化物でよい。本明細書に用いられる用語ドーパントは、半導体結晶格子内にドナーまたはアクセプタのサイトを形成する、半導体結晶中の不純物種を指す。結晶シリコン半導体については、ドーパント種は、ホウ素、リン、ヒ素、アンチモンなどを含む。ＲＦパワーアプリケータ１７０、１７５からのＲＦパワーにより、環状プラズマ源によって、チャンバ１００内にプラズマが発生される。ウェーハ１２５の面より下の所望のイオン注入物の深さ分布は、ＲＦバイアスパワー発生器２１０から陰極電極１５０に十分な量のＲＦバイアスパワーを印加することにより得られる。一般的なイオン注入物の深さ分布は、１０ｋＶ〜２０ｋＶ程度のＲＦバイアス電圧を必要とする。半導体ウェーハ１２５の中に所望のイオン注入量が達成されるまでイオン注入プロセスが実行され、その後、ウェーハがチャンバ１００から取り外される。ウェーハ１２５の取外しは、（静電ウェーハクランプ力を除去するために）直流チャッキング電圧源のスイッチ２０２を切り、次いでリフトピン１２２を持ち上げることにより達成される。
【００１１】
少なくとも１つまたは一連のいくつかのウェーハがイオン注入されてチャンバから取り外された後に、シーズニング膜がチャンバ内面から除去される。シーズニング膜を除去するために、下流すなわち遠隔のプラズマ源（ＲＰＳ）４００が、チャンバ１００のガス分散板１８８に結合される。ＲＰＳ  ４００の内部で発生されたプラズマの解離から自由フッ素を生成するために、ＮＦ３などのフッ素含有ガスの供給４０２がＲＰＳ  ４００に結合される。シーズニング層を除去するために、自由フッ素を含むプラズマ副産物が、ＲＰＳ  ４００からのガスとして、オーバヘッドガス分散板１８８を介してチャンバ１００の中に与えられる。この除去ステップは、完結するのにほぼ３０秒を必要とする。
【００１２】
半導体ウェーハ１２５を静電チャック１２０から取り外すと必ずウェーハが壊れるという問題が生じた。ウェーハ除去の期間中、リフトピン１２２の上昇に対して、直流チャッキング電圧の除去後に残っている残留の静電ウェーハクランプ力が対抗していることが判明した。典型的には、リフトピン１２２がウェーハ背面に押し付けられると、ウェーハがすぐに壊れる。この問題は、チャッキング電圧源のスイッチ２０２を切った後に、非常に長時間、ウェーハの取外しを延期することによってのみ回避される。この遅延は、各ウェーハについて１時間から数時間になることがあり、受け入れがたい生産性の損失を強いられる。本発明者は、この極端な遅延が２つの原因から起きることに気付いた。第１に、非常に高いＲＦバイアス電圧の存在に必要とされる非常に高い直流チャッキング電圧に比例して、ウェーハとチャックとの境界面に大量の電荷が蓄積される。第２に、二酸化シリコンまたは窒化シリコンのシーズニング層により、ウェーハとチャックとの境界面に閉じ込められた電荷の電気的絶縁が強化される。一般に、ウェーハの背面には絶縁二酸化シリコン膜があり、ウェーハ背面の二酸化シリコン層およびチャック１２０のウェーハ支持面１３０上の二酸化シリコンのシーズニング層の絶縁は、閉じ込められた電荷を放電するための主経路である。どちらの層も高い電気抵抗率（例えば約１０１２Ωｍ）を有し、それによって、プラズマ浸漬イオン注入プロセスの終結で直流チャッキング電圧スイッチ２０２が切られた後に、閉じ込められた電荷が放散するのに必要な時間が増加する。チャック電圧スイッチ２０２が切られた後、閉じ込められた電荷用の導電性経路を設けるために、アルゴンプラズマなどのプラズマをチャンバ１００内に維持してよい。この手段を用いてさえ、チャック電圧スイッチを切った後のウェーハ取外しの待ち時間は数時間程度である。
【００１３】
この遅延時間を短縮するための別の手段は、チャック１２０からウェーハ１２５を持ち上げる前に、閉じ込められた電荷を放電するために別の導電性経路を設けるように、金属のリフトピン１２２を形成して、それらをウェーハ背面にそっと配置することである。しかし、チャック１２０に印加された非常に高いＲＦバイアス電圧（１０ｋＶ）が、リフトピンからプラズマの金属汚染をもたらす恐れがあるので、リフトピン１２２は導電性にすることができない。リフトピン１２２は、一般にチャック絶縁層１４５、１５５の材料に類似のセラミック材料から形成され、したがって、ウェーハとチャックとの境界面に閉じ込められた電荷用の放電経路をもたらさない。
【００１４】
前述の問題を克服するために、チャンバ内面上に堆積するシーズニング層として、約１０９Ωｍ程度の電気抵抗率、または前述の二酸化シリコンのシーズニング層の電気抵抗率より数桁小さい電気抵抗率を有する、電気抵抗が非常に低い材料が用いられる。新規の低抵抗のシーズニング材料は、一実施形態では、原子組成で約７０〜８５％がシリコンであって残りは酸素および水素で形成される。例えばシーズニング層はＳｉｘＯｙＨｚでよく、ｘの範囲は０．７から０．８５である。別の実施形態では、シリコン含有量は７５％から８５％の範囲である。さらに別の実施形態では、シリコン含有量は８０％から８５％の範囲である。基本的に、部分的導電性のシーズニング材料中のシリコンの割合は、最大閾値（例えば原子組成で約８５％）に近いそれ未満の値であり、これより割合が高いとシーズニング材料が粉状になってチャンバ内面への付着が不十分になる。その上、部分的導電性のシーズニング層のシリコンの割合は、最小閾値（原子組成で約６５％）を上回り、これより割合が低いと材料の電気抵抗率が約１０９Ωｍまたは１０１０Ωｍを超過する。酸素の割合は、シリコンの割合次第であり、約２０％と５％との間でよい。材料の残りは水素から成り、その結果、その範囲は約５％から２０％である。これらの割合は、一実施例では、シランの２００〜４００ｓｃｃｍの流速および酸素の５０〜１００ｓｃｃｍの流速を用いて達成することができる。
【００１５】
新規の部分的導電性のシーズニング材料は、イオン注入プロセスに対して粒子汚染問題を持ち込むことなく、（ウェーハを持ち上げるのに、クランプ後の必要な待ち時間を低減することにより）生産性に劇的向上をもたらした。実際、直流クランプ電圧の除去に続くウェーハ持上げのための待ち時間は、今やせいぜい数秒くらいであり、これは、現行の数時間以上の待ち時間に対して数桁の改善である。新規の部分的導電性のシーズニング材料は、ウェーハとチャックとの境界面に閉じ込められた電荷に対して、従来のシーズニング材料の導電率の約１０００倍の導電率を有する放電経路をもたらす。
【００１６】
新規の部分的導電性のシーズニング材料は、図１の反応器の環状プラズマ源に特に適合する。具体的には、再入可能な管路１６０、１６５の内面上に、シーズニング材料は、ほとんどまたはまったく堆積されず、その結果、その部分的導電性の挙動が、ＲＦパワーアプリケータ１７０、１７５の性能に悪影響を及ぼすことがない。部分的導電性のシーズニング材料の堆積は、主にチャンバ１００の内面に限定される。
【００１７】
次に、新規の部分的導電性のシーズニング材料を用いるプラズマ浸漬イオン注入プロセスを、図２を参照しながら説明する。最初に、新規の部分的導電性のシーズニング材料をチャンバ内面上に堆積する。この目的のために、アルゴンガスまたは他の不活性ガスを、ガス分散板１８８を介してガス供給のうちの１つ（例えばガス供給１９０ｄ）から導入し、一方、ＲＦパワーアプリケータ１７０、１７５により（ブロック４５０）、１３．５６±１ＭＨｚの公称周波数のプラズマ源パワーを約２０ミリトルのチャンバ圧で印加する（ブロック４５０）。酸素ガスを、ガス分散板１８８を介して約５０〜１００ｓｃｃｍの流速で導入する（ブロック４５５）。シランガスを、ガス分散板１８８を介して約２００〜４００ｓｃｃｍの流速で導入する（ブロック４６０）。約３０００〜４０００Åのシーズニング膜がチャンバ内面に堆積するまで、これらのガス流速を維持する（ブロック４６５）。
【００１８】
シランガスおよび酸素ガスの流れを止め、チャンバ１００をアルゴンガスで洗い流す（ブロック４７０）。アルゴンガスの流れを止めた後、イオン注入するべき半導体ウェーハをウェーハ支持面１３０に配置し、ＲＦパワーアプリケータ１７０、１７５によってＲＦ源パワーを印加しながら、ドーパント種を含むプロセスガスを、ガス分散板１８８を介してチャンバ１００の中に導入する（ブロック４７５）。ウェーハの中にイオン注入物の所望の深さ分布を達成することができるバイアス電圧（例えば１０〜２０ｋＶ）を発生するために、十分な（例えば数万ワットの）ＲＦバイアスパワーを電極１５０に印加する（ブロック４８０）。
【００１９】
ウェーハの中に所望のイオン注入物量が達成された後、ドーパント含有プロセスガスの流れを止め、クランプ電圧スイッチ２０２を切り、（任意選択で）パワーアプリケータ１７０、１７５によってプラズマ源パワーを印加しながらアルゴンガス（または他の不活性ガス）をチャンバの中に流し込み、約３０秒後にウェーハをウェーハ支持面１３０から持ち上げる（ブロック４８５）。
【００２０】
チャンバからウェーハを取り外した後、チャンバ１００に対してＲＦ源パワーもＲＦバイアスパワーも印加しない状態で、（一実施形態では）原子のフッ素を含むシーズニング材料除去ガスを、遠隔プラズマ源４００からガス分散板１８８を介してチャンバの中に導入する。このガスフローは、シーズニング材料をすべて除去するために約３０秒間継続する（ブロック４９０）。この間、真空ポンプ１９８は、主チャンバ１００を約２００〜３００ミリトルに保ち、その一方で、ガス分散板１８８およびガス分散板に遠隔プラズマ源４００を結合するガス管の両端に圧力降下があるので、遠隔プラズマ源４００の内部を高圧（例えば１〜２トル）に保つ。次いで、チャンバ１００は、次のプラズマ浸漬イオン注入プロセスに対する準備が整う。複数のウェーハは、シーズニング層がこのように除去される前にイオン注入されてよい。遠隔プラズマ源４００からの、シーズニング層除去ガスまたはプラズマ副産物として原子のフッ素またはフッ素化合物を用いることの利点の１つに、フッ素中性粒子が、室温ではいかなる検出可能な度合いにもアルミニウムを侵さないことがある。これによって、シーズニング層除去の期間中、露出した金属成分の劣化が回避される。
【００２１】
図３Ａは、プラズマ反応器内のシランガス流速の近似関数としてＳｉｘＯｙＨｚのシーズニング層のシリコン含有量ｘを示すグラフである。図３Ａのグラフは近似であり、原寸に比例しない。この実施例では、酸素は、特定の範囲内のガス流速（例えば５０〜１００ｓｃｃｍまたは毎分標準的な立方センチ）で反応チャンバの中に供給される。図３Ａは、シランガス流速が２００ｓｃｃｍから４００ｓｃｃｍへ増加するとき、シリコン含有量が約０．６５から約０．８５へ増加することを示す。図３Ｂは、シーズニング層の抵抗率をシリコン含有量の近似関数として示すグラフである。図３Ｂのグラフは近似であり、原寸に比例しない。図３Ｂは、抵抗率が約１０１２Ωｍから約１０９Ωｍへ下がることを示している。図３Ｃは、ウェーハとチャックとの境界面に閉じ込められた電荷の放電時間をシーズニング層の抵抗率の近似関数として示すグラフである。図３Ｃのグラフは近似であり、原寸に比例しない。図３Ｃは、シーズニング層のシリコン含有量が０．３３から１．００に増加するとき、放電時間が、シリコン含有量０．３３における数時間という最大時間から数秒程度の最小時間へ低下することを示す。シリコン含有量が０．６５を上回るとき、放電時間は数分の範囲に入る。図３Ｄは、イオン注入プロセスの期間中の、チャンバ壁に付着しているシーズニング層の（二酸化シリコンのシーズニング層に対する）割合をシリコン含有量の近似関数として示すグラフである。図３Ｄのグラフは近似であり、原寸に比例しない。図３Ｄは、シリコン含有量が約０．８５を上回るとき付着性が劇的に低下することを示している。図３Ｃのグラフは、放電時間を数分程度に低下させるには、シリコン含有量が約０．６５を上回るべきであることを示す。図３Ｄは、シリコン含有量が約０．８５を上回ると付着性が不十分になることを示している。したがって、一実施形態では、閉じ込められた電荷の非常に短い放電時間を実現する一方で二酸化シリコンのシーズニング層に対する比較的優れた付着性を維持するために、シリコン含有量は約０．７０から０．８５の範囲に制限される。これは、図３Ａに示されるように、シランガスの流速を約２００〜４００ｓｃｃｍに制限することにより達成される。酸素含有量ｙおよび水素含有量ｚは変化してよいが、図４のグラフに示されるように、それらの合計ｙ＋ｚは１−ｘでなければならない。例えば、シリコン含有量ｘ＝０．８５の場合、ｙ＋ｚ＝０．１５となる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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