(57)【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ャンバと、
カソードを構成する被処理体を支持するための前記プラズマドーピングチャンバ内に設置されたプラテンと、
前記チャンバに結合されたイオン化可能ガスのソースであって、前記イオン化可能ガスは被処理体内に注入するための所望のドーパントを含む、ところのソースと、
前記プラテンから離隔されたアノードと、
前記被処理体の近傍にプラズマシースを有するプラズマを生成するために前記プラテンと前記アノードとの間に高電圧パルスを印加するためのパルスソースであって、前記プラズマは前記イオン化ガスの正イオンを含み、前記高電圧パルスは被処理体内への注入のためにプラズマシースを横切って前記プラテン方向へ前記正イオンを加速する、ところのパルスソースと、
前記プラズマから前記プラテンへと前記プラズマシースを横切って加速された前記正イオンのサンプルを集めるべく配置されたファラディカップであって、前記サンプルは被処理体内に注入された正イオンの数を表すところのファラディカップと、
から成る装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記ファラディカップ及び前記プラテンを実質的に等しい電気的ポテンシャルに維持するための手段から成る装置。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記ファラディカップと位置合わせされた開口を有する電気的導体のマスク及び前記マスク及び前記プラテンを電気的に等しい電気的ポテンシャルに維持するための手段から成る装置。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップへの入口が被処理体と実質的に同一平面状にある、ところの装置。
【請求項５】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは前記プラテンの周囲に配置された複数のファラディカップから成る、ところの装置。
【請求項６】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは前記プラテンの周囲に配置された環状ファラディカップから成る、ところの装置。
【請求項７】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記プラテンの周囲に配置されたガードリングから成り、前記ファラディカップは前記ガードリング内に配置される、ところの装置。
【請求項８】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記プラテンの周囲に配置されたガードリングから成り、ここで前記ファラディカップは前記ガードリング内に配置された複数のファラディカップから成り、さらに測定電流に対する容量的寄与を抑制するべくガードリングと同じポテンシャルでファラディカップを維持するための手段から成る、装置。
【請求項９】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記プラテンの周囲に配置されたガードリングから成り、ここで前記ファラディカップは前記ガードリング内に配置された環状のファラディカップから成り、さらに測定電流に対する容量的寄与を抑制するべくガードリングと同じポテンシャルで環状ファラディカップを維持するための手段から成る、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは単位時間当りに被処理体内に注入される正イオンの数を表す電流を生成し、及び前記装置はさらに時間に関して前記電流を積分するための及び被処理体内に注入される正イオンのドーズ量を表す出力を生成するためのドーズ量処理回路から成る、ところの装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは前記プラテンの周囲に配置された複数のファラディカップから成り、各々は単位時間当りに被処理体内に注入される正イオンの数を表す電流を生成し、及び前記プラズマドーピング装置はさらに前記複数のファラディカップによって生成された電流を比較するための及び該比較に応答して被処理体内へのイオン注入の均一性を示す出力を生成するためのドーズ量均一性回路から成る、ところの装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記ファラディカップの入口に配置された電極及び前記ファラディカップからの二次電子の逃避を抑制するために及び／または中空陰極放電を抑制するために前記電極をバイアスするための手段から成る装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記ファラディカップからの二次電子の逃避を抑制するための前記ファラディカップの入口に配置された少なくとも一つの磁石から成る装置。
【請求項１４】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは横方向寸法を有し、前記入口の横方向寸法は前記ファラディカップの深さと比較して小さく、前記ファラディカップの幾何学的形状は前記入口を通る二次電子の逃避を抑制する、ところの装置。
【請求項１５】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記チャンバは電気的導体の壁を有し、前記アノード及び前記チャンバは共通の電気的ポテンシャルに接続されている、ところの装置。
【請求項１６】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記チャンバは電気的導体の壁を含み、前記アノードは前記チャンバの電気的導体の壁から成るところの装置。
【請求項１７】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記プラテンは半導体ウエハを支持するように構成される、ところの装置。
【請求項１８】
請求項１に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは、前記正イオンを受け取るための入口アパーチャを画成する入口アパーチャプレートと、前記正イオンを集めるためのイオンコレクタプレートと、前記アパーチャプレートと前記イオンコレクタプレートとの間に配置された二次電子コレクタリングと、前記イオンコレクタプレートに関して正ポテンシャルで前記二次電子コレクタリングをバイアスするための手段と、から成るところの装置。
【請求項１９】
プラズマドーピングチャンバと、被処理体を支持するための前記チャンバ内に設置されたプラテンと、前記チャンバに結合されたイオン化可能ガスのソースと、前記プラテンから離隔されたアノードと、前記被処理体の近傍にプラズマシースを有するプラズマを生成するために前記プラテンと前記アノードとの間に高電圧パルスを印加するためのパルスソースと、から成り、前記プラズマは前記イオン化可能ガスの正イオンを含み、前記高電圧パルスは前記正イオンを被処理体内へ注入するためにプラズマシースを横切って前記プラテン方向へ加速するところのプラズマドーピング装置において、被処理体内に注入される前記正イオンのドーズ量をモニターするための方法であって、
ファラディカップによって前記プラズマから前記プラテンへと前記プラズマシースを横切って加速された前記正イオンのサンプルを集める工程であって、前記サンプルは被処理体内へ注入された正イオンの数を表すところの工程、から成る方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記正イオンのサンプルを集める工程は前記プラテンの周囲に配置された複数のファラディカップによって実行される、ところの方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、さらに前記ファラディカップの存在によって引き起こされる前記プラテンへのあらゆる妨害を最小化するよう前記ファラディカップを構成する工程を含む、方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法であって、さらに前記正イオンに応答して前記ファラディカップによって生成される電流を時間に関して積分し、被処理体内へ注入される正イオンのドーズ量を表す出力を生成する工程を含む、方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法であって、前記正イオンのサンプルを集める工程は前記プラテンの周囲に配置された複数のファラディカップによって実行され、各々は単位時間に被処理体内に注入される正イオンの数を表す電流を生成するところの方法であり、さらに前記複数のファラディカップによって生成された電流を比較する工程と、被処理体内へのイオン注入の均一性を示す出力を生成する工程を含む、方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法であって、さらに前記ファラディカップからの二次電子の逃避を抑制するべく及び／または中空陰極放電を抑制するべく前記ファラディカップの入口に配置された電極をバイアスする工程を含む、方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の方法であって、前記正イオンのサンプルを集める工程は前記プラテンの周囲に配置されたガードリング内に埋め込まれた２つ若しくはそれ以上のファラディカップによって実行される、ところの方法。
【請求項２６】
請求項１９に記載の方法であって、前記正イオンのサンプルを集める工程は前記プラテンの周囲に配置されたガードリング内に埋め込まれた環状ファラディカップによって実行される、ところの方法。
【請求項２７】
請求項１９に記載の方法であって、前記正イオンのサンプルを集める工程が入口アパーチャプレート内の入口アパーチャから離隔されたイオンコレクタプレートによって実行されるところの方法であり、さらにイオンコレクタプレートと入口アパーチャとの間に配置された二次電子コレクタリングによってイオンコレクタプレートで形成された二次電子が入口アパーチャ方向へ移動するのを防止する工程から成る、方法。
【請求項２８】
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ャンバと、
被処理体を支持するための前記プラズマドーピングチャンバ内に設置されたプラテンと、
前記チャンバに結合されたイオン化可能ガスのソースであって、前記イオン化可能ガスは被処理体内へ注入するための所望のドーパントを含むところのソースと、
前記被処理体の近傍にプラズマシースを有するプラズマを形成するために前記プラテンと前記チャンバの電気的導体の壁との間に高電圧パルスを印加するためのパルスソースであって、前記プラズマは前記イオン化可能ガスの正イオンを含み、前記高電圧パルスは被処理体内への注入のために前記正イオンをプラズマシースを横切って前記プラテン方向へ加速するところのパルスソースと、
前記プラズマから前記プラテンへと前記プラズマシースを横切って加速された前記正イオンのサンプルを集めるべく配置されたファラディカップであって、前記ファラディカップによって集められた前記正イオンのサンプルは被処理体内に注入された前記正イオンのドーズ量を表すところのファラディカップと、
から成る装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは前記プラテンの周囲に配置された複数のファラディカップから成る、ところの装置。
【請求項３０】
請求項２８に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは前記プラテンの周囲に配置された環状ファラディカップから成るところの装置。
【請求項３１】
請求項２８に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは単位時間当りの被処理体内に注入された正イオンの数を表す電流を生成し、及び前記装置はさらに時間に関して前記電流を積分するための及び被処理体内に注入された正イオンのドーズ量を表す出力を生成するためのドーズ量処理回路から成る、ところの装置。
【請求項３２】
請求項２８に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは前記プラテンの周囲に配置された複数のファラディカップから成り、各々は単位時間当りに被処理体内に注入される正イオンの数を表す電流を生成し、及び前記プラズマドーピング装置はさらに前記複数のファラディカップによって生成された電流を比較するための及び該比較に応答して被処理体内へのイオン注入の均一性を示す出力を生成するためのドーズ量均一性回路から成る、ところの装置。
【請求項３３】
請求項２８に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記プラテンの周囲に配置されたガードリングから成り、前記ファラディカップは前記ガードリング内に埋め込まれる、ところの装置。
【請求項３４】
請求項２８に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記チャンバ内の前記イオン化可能ガスの圧力を制御するための前記プラズマドーピングチャンバに結合された閉ループ圧力制御装置から成る装置。
【請求項３５】
請求項２８に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは、前記正イオンを受け取るための入口アパーチャを画成する入口アパーチャプレートと、前記正イオンを集めるためのイオンコレクタプレートと、前記アパーチャプレートと前記イオンコレクタプレートとの間に配置された二次電子コレクタリングと、前記イオンコレクタプレートに関して正のポテンシャルで前記二次電子コレクタリングをバイアスするための手段と、から成るところの装置。
【請求項３６】
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ャンバと、
カソードを構成する被処理体を支持するための前記プラズマドーピングチャンバ内に設置されたプラテンと、
前記プラテンから離隔されたアノードと、
前記チャンバに結合されたイオン化可能ガスのソースであって、前記ガスは被処理体内への注入のための所望のドーパントを含むところのソースと、
前記プラテンと前記アノードとの間に前記イオン化可能ガスの正イオンを含むプラズマを生成するための手段と、
被処理体内への注入のために前記正イオンを前記プラズマのプラズマシースを横切って前記プラテンの方向へ加速するために前記プラテンと前記アノードとの間に高電圧パルスを印加するためのパルスソースと、
前記プラズマから前記プラテンへと前記プラズマシースを横切って加速された前記正イオンのサンプルを集めるべく配置されたファラディカップであって、前記サンプルは被処理体内へ注入される正イオンのドーズ量を表すところのファラディカップと、
から成る装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは前記プラテンの周囲に配置された複数のファラディカップから成る、ところの装置。
【請求項３８】
請求項３６に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは前記プラテンの周囲に配置された環状のファラディカップから成る、ところの装置。
【請求項３９】
請求項３６に記載のプラズマドーピング装置であって、さらに前記プラテンの周囲に配置されたガードリングから成り、前記ファラディカップは前記ガードリング内に埋め込まれている、ところの装置。
【請求項４０】
請求項３６に記載のプラズマドーピング装置であって、前記ファラディカップは、前記正イオンを受け取るための入口アパーチャを画成する入口アパーチャプレートと、前記正イオンを集めるためのイオンコレクタプレートと、前記アパーチャプレートと前記イオンコレクタプレートとの間に配置された二次電子コレクタリングと、前記イオンコレクタプレートに関して正ポテンシャルで前記二次電子コレクタリングをバイアスするための手段と、から成るところの装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は被処理体のイオン注入に使用されるプラズマドーピング装置に関し、特に、プラズマドーピング装置内で被処理体内に注入されるイオンドーズ量を測定するための方法及び装置に関する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入は導電率を変化させる不純物を半導体ウエハ内に導入するための標準技術である。従来のイオン注入装置において、所望の不純物材料はイオンソース内でイオン化され、該イオンは指定されたエネルギーのイオンビームを形成するために加速され、及び該イオンビームはウエハの表面に向けられる。付勢されたビーム内のイオンは半導体材料のバルク内に侵入し、所望の導電率の領域を形成するべく半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００３】
いくつかの応用において、半導体ウエハ内に浅い接合を形成する必要があり、その場合不純物材料はウエハの表面付近の領域に制限される。これらの応用において高エネルギー加速及び従来のイオンインプランターの関連するビーム形成ハードウエアは不必要である。したがって、半導体ウエハ内に浅い接合を形成するためにプラズマドーピング装置を使用することが提案された。プラズマドーピング装置において、半導体ウエハはカソードとして機能する導体プラテン上に載置される。所望のドーパント材料を含むイオン化可能ガスがチャンバ内に導入され、高電圧パルスがプラテンとアノード若しくはチャンバ壁との間に印加され、ウエハの近傍にプラズマシースを有するプラズマを形成する。印加電圧によってプラズマ内のイオンはプラズマシースを横切り及び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印加された電圧に関連する。プラズマドーピング装置はShengによる1994年10月11日に発行された米国特許第5,354,381号に記載されている。
【０００４】
上記されたプラズマドーピング装置において、高電圧パルスはプラズマを生成しかつプラズマからウエハ方向へ正イオンを加速する。プラズマ浸漬装置として知られるような他のタイプのプラズマ装置において連続RF電圧がプラテンとアノードとの間に印加され、連続プラズマを生成する。時々、高電圧パルスがプラテンとアノードとの間に印加され、それによってプラズマ内の正イオンがウエハ方向へ加速される。
【０００５】
イオン注入を含む半導体組立処理において、ウエハ内に注入される蓄積イオンドーズ量及びウエハ表面にわたるドーズ量の均一性に関する厳しい要求が与えられる。注入されたドーズ量は注入された領域の電気的活性を決定し、一方ドーズ量の均一性は半導体ウエハ上のすべてのデバイスが特定された限度内で動作特性を有することを保証するために要求される。
【０００６】
プラズマドーピング装置内のドーズ量測定のひとつの従来のアプローチは、上記した米国特許第5,354,381号に記載されるように、高電圧パルスによってプラズマに供給される電流の測定を含む。しかし、このアプローチは不正確になりやすい。測定電流は、イオン注入の間に生成された電子を含み、たとえこれらの中性分子が総ドーズ量に寄与するとしても被処理体内に注入される中性分子を除外する。さらにまた、測定電流は注入中のウエハを通過するため、それは測定電流にエラーを生じさせるウエハの特性に依存する。それらの特性は放射率、局所的充電、ウエハ上のフォトレジストからのガス放出などを含む。したがって、異なるウエハは同一のイオンドーズに対して異なる測定電流を与える。付加的に、測定電流パルスは測定にエラーを導入する大きな容量若しくは変位電流成分を含む。
【０００７】
プラズマドーピングドーズ量測定に関する技術は、E. JonesらによるIEEE Transactions on Plasma Science, Vol.25, No.1,1997年2月,pp.42-52に記載されている。インプランター電流及び注入電圧の測定は単一の注入パルスに対する注入プロファイルを決定するのに使用される。単一パルスに対する注入プロファイルは最終注入プロファイル及び総注入ドーズ量を計画するために使用される。このアプローチもまた、反復可能性を保証するために電源及びガス制御安定性に依存しているという事実のために不正確になりやすい。また、経験的なアプローチは時間を浪費しかつ高価である。
【０００８】
ウエハへの高エネルギービームの適用を含む従来のイオン注入装置において、典型的に蓄積イオンドーズ量はターゲットウエハの正面に配置されたファラディカップ若しくはファラディケージによって測定される。典型的に、ファラディケージは導電性のエンクロージャであり、該エンクロージャの下流端にウエハが配置され、ファラディ装置の一部を構成する。イオンビームはファラディケージを通ってウエハに達し、ファラディ内に電流を生成する。ファラディ電流は電子ドーズ量プロセッサに供給され、それは総イオンドーズ量を決定するために時間に関して電流を積分する。ドーズ量プロセッサはイオンインプランターを制御するのに使用されるフィードバックループの一部であってもよい。
【０００９】
さまざまなイオンインプランター用のファラディケージ構成が従来技術に開示されている。半導体ウエハの正面に配置されたファラディケージは、Fornerisらによる1979年1月16日に発行された米国特許第4,135,097号、Turnerによる1984年2月21日に発行された米国特許第4,433,247号、Robertsonらによる1983年12月20日に発行された米国特許第4,421,988号、Robertsonらによる1984年1月31日に発行された米国特許第4,463,255号、Douglasによる1982年11月30日に発行された米国特許第4,361,762号、Kolondraらによる1988年11月22日に発行された米国特許第4,786,814号、及びWuらによる1986年6月17日に発行された米国特許第4,595,837号に開示されている。回転ディスクの後方に配置されたファラディケージは、Rydingによる1980年10月14日に発行された米国特許第4,228,358号、Rydingによる1980年11月18日に発行された米国特許第4,234,797号、及びFarleyによる1986年5月6日に発行された米国特許第4,587,433号に開示されている。
【００１０】
ドーズ量及びドーズ量均一性はまた、Corey,Jrらによる1988年6月14日に発行された米国特許第4,751,393号に開示されるようなコーナーカップ装置を使って従来の高エネルギーイオン注入装置内で測定されてきた。中央に開口部を有するマスクがイオンビームの経路内に配置される。ビームはウエハ上に入射する中央の開口部を通過する部分を有するマスクの領域にわたって走査される。小さいファラディカップがマスクの四隅に配置され、これらの場所でのビーム電流を感知する。
【００１１】
発明の要旨
発明の最初の局面にしたがって、プラズマドーピング装置が与えられる。プラズマドーピング装置は、プラズマドーピングチャンバと、装置のカソードであって典型的に半導体ウエハである被処理体を支持するためのプラズマドーピングチャンバ内に設置されたプラテンと、チャンバに結合されたイオン化可能ガスのソースと、カソードとの間に高電圧パルスを印加するためのプラテン及びパルスソースから離隔されたアノードと、から成る。高電圧パルスは被処理体の近傍にプラズマシースを有するプラズマを生成する。該プラズマはイオン化可能ガスの正イオンを含む。高電圧パルスは被処理体内への注入のためにプラズマシースを横切ってプラテン方向に正イオンを加速する。プラズマドーピング装置はさらに、プラズマシースを横切って加速された正イオンのサンプルを集めるためのプラテンに隣接して配置されたひとつ若しくはそれ以上のファラディカップから成る。該サンプルは被処理体内に注入される正イオンのドーズ量を表す。被処理体に面する所望の均一なプラズマ密度を得るべくプラズマ形状を修正するために光学ガードリングが使用され得る。
【００１２】
装置は単一のファラディカップまたはプラテンの周囲に配置される２つ若しくはそれ以上のファラディカップを含んでもよい。環状のファラディカップがプラテンの周囲に配置されてもよい。プラズマドーピング装置がガードリングを含むとき、ファラディカップは好適にガードリング内に埋め込まれる。ガードリングはカソードのポテンシャル若しくはプラズマ均一性を制御するよう選択される他のポテンシャルのいずれかに維持される。ガードリングと同じポテンシャルでガードリング内に埋め込まれたファラディカップを維持することにより、測定される電流パルスの不所望な容量成分が最小化若しくは除去される。
【００１３】
さまざまな異なるファラディカップ構成が利用され得る。ひとつの実施例において、ファラディカップへの入口は被処理体と実質的に同一面であり、ファラディカップはプラテンと実質的に同じ電気的ポテンシャルに維持される。他の実施例において、電気的に導体のマスクがファラディカップの正面に配置される。マスクはファラディカップへの入口と位置合わせされた開口部を有する。該マスク及びプラテンは実質的に等しい電気的ポテンシャルに維持される。さらに他の実施例において、装置はファラディカップへの入口に配置された電極及びファラディカップからの二次電子の逃避を抑制するために電極をバイアスするための電圧源を含む。そのようなバイアスは中空陰極放電形成を抑制する利益的効果も有する。さらに他の実施例において、二次電子の逃避を抑制するためにファラディカップへの入口に磁石が配置されてもよい。さらに他の実施例において、ファラディカップはファラディカップの深さと比較して小さい横方向寸法を有する入口を有し、その結果ファラディカップの幾何学的形状は二次電子の逃避を抑制する。
【００１４】
ファラディカップは被処理体内に注入されるイオン電流を表す電流を生成する。装置はさらに時間に関して電流を積分するための及び被処理体内に注入される正イオンのドーズ量を表す出力を生成するためのドーズ量処理回路から成る。
【００１５】
プラテンの周囲に配置された２つ若しくはそれ以上のファラディカップを含む実施例において、各ファラディカップは被処理体内に注入されるイオン電流を表す電流を生成する。プラズマドーピング装置はさらにファラディカップによって生成された電流を比較するための及び被処理体内へのイオン注入の均一性を示す出力を生成するためのドーズ量均一性回路から成る。
【００１６】
ひとつの実施例において、分離アノードがプラズマドーピングチャンバ内に与えられる。プラズマドーピングチャンバは電気的導体の壁を有する。アノード及びチャンバ壁は接地のような共通の電気的ポテンシャルに接続されてもよい。他の実施例において、分離アノードは利用されず、電気的導体の壁がアノードとして機能する。
【００１７】
詳細な説明
本発明に従うプラズマドーピング装置の例が図１に略示されている。プラズマドーピングチャンバ10は包囲された体積12を画成する。チャンバ10内に配置されたプラテン14は半導体ウエハ20のような被処理体を保持するための表面を与える。例えば、ウエハ20はプラテン14の平坦面へその周縁でクランプされている。プラテン14はウエハ20を支持しかつ電気的結合をウエハ20に与える。ひとつの実施例において、プラテンはウエハ20を支持するための電気的導体の面を有する。他の実施例において、プラテンはウエハ20への電気的結合のための導電ピンを含む。
【００１８】
アノード24はプラテン14に関して離隔されてチャンバ10内に配置される。アノード24はプラテン14に垂直に矢印26で示される方向に移動可能である。典型的に、アノード24はチャンバ10の電気的導体の壁に接続され、それら両方は接地されている。
【００１９】
ウエハ20及びアノード24は高電圧生成器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。典型的にパルス生成器は、範囲が約100から3000ボルト、間隔が約1から50マイクロ秒、及びパルス繰返し率が約100Hzから2KHzのパルスを与える。これらのパルスパラメータ値は例示としてのみ与えられ、発明の態様内で他の値が使用されてもよいことを理解されよう。
【００２０】
チャンバ10の包囲された体積12は制御可能バルブ32を通じて真空ポンプ34へ結合されている。ガスソース36は質量流量制御器38を通じてチャンバ10へ結合されている。チャンバ10内に配置された圧力センサー44はチャンバ圧力を示す信号を制御器46へ与える。制御器46は感知されたチャンバ圧力を所望の圧力入力と比較し、制御信号をバルブ32に与える。制御信号はチャンバ圧力と所望の圧力との間の差を最小化するようにバルブ32を制御する。真空ポンプ34、バルブ32、圧力センサー44及び制御器46は閉ループ圧力制御システムを構成する。典型的に、圧力は約1mTorrから500mTorrの範囲に制御されるが、この範囲に限定されない。ガスソース36は被処理体内に注入するための所望のドーパントを含むイオン化可能ガスを供給する。イオン化可能ガスの例として、BF3,N2,Ar,PF5及びB2H6が含まれる。質量流量制御器38はガスがチャンバ10に供給されるときの速度を調整する。図１に示される構成は、一定のガス流量及び一定の圧力において処理ガスの連続流を与える。圧力及びガス流量は好適には反復可能な結果を与えるよう調整される。
【００２１】
作動時、ウエハ20はプラテン14上に配置される。その後、圧力制御システム、質量流量制御器38及びガスソース36はチャンバ10内に所望の圧力及びガス流量を生成する。例として、チャンバ10は10mTorrの圧力でBF3ガスとともに動作する。パルス生成器30はウエハ20に対し高電圧パルスの連続を印加し、ウエハ20とアノード24との間にプラズマ40を形成させる。周知技術のように、プラズマ40はガスソース36からのイオン化可能ガスの正イオンを含む。プラズマ40はさらにプラテン14付近にプラズマシース42を含む。高電圧パルス中にアノード24とプラテン14との間に存在する電場は正イオンをプラズマ40からプラズマシース42を横切ってプラテン14方向へ加速する。加速されたイオンは不純物材料の領域を形成するべくウエア20内に注入される。パルス電圧はウエハ20内の所望の深さに正イオンを注入するように選択される。パルスの数及びパルス間隔はウエハ20に不純物材料の所望のドーズ量を与えるよう選択される。パルス当りの電流は、パルス電圧、ガス圧力及び種並びに電極の可変位置の関数である。例えば、カソードからアノードまでの間隔は異なる電圧に対して調節され得る。
【００２２】
本発明にしたがって、ウエハ20内に注入されたイオンドーズ量を測定するためにひとつ若しくはそれ以上のファラディカップがプラテン14に隣接して配置される。図１及び２の例において、ファラディカップ50、52、54及び56がウエハ20の周辺の周囲に等しく離隔されて配置される。各ファラディカップはプラズマ40に面した入口60を有する導体エンクロージャーから成る。好適には各ファラディカップは実際にできるだけウエハ20に近く配置され、プラズマ40からプラテン14方向へ加速される正イオンのサンプルを遮る。
【００２３】
ファラディカップはドーズ量プロセッサ70若しくは他のドーズ量モニタリング回路に電気的に接続される。周知技術であるように、入口60を通って各ファラディカップに進入する正イオンはファラディカップに接続された電気回路内に電流を生成する。電流は単位時間あたりに受け取った正イオンの数若しくはイオン電流を示す。ファラディカップ50、52、54及び56によって受け取られたイオン電流は単位時間当りにウエハ20内に注入されるイオンの数と一定の関係を有することが仮定されている。プラズマ40の均一性及びプラテン14方向へのイオン加速の均一性に依存して、各ファラディカップによって受け取られる単位面積当りのイオン電流は実質的にウエハ20内に注入される単位面積当りのイオン電流と等しいか若しくはその固定された分数である。各ファラディカップの電流出力はウエハ20内に注入されたイオン電流を表すので、ファラディカップ50、52、54及び56はウエハ20内に注入されたイオンドーズ量の測定を与える。
【００２４】
Chapekらによる1998年1月27日に発行された米国特許第5,711,812号に記載されるように、プラズマドーピング装置はプラテン14を囲むガードリング66を含んでもよい。ガードリング66はウエハ20のエッジ付近で注入イオンの相対的に均一な分配を保証するべくバイアスされる。ファラディカップ50、52、54及び56はウエハ20及びプラテン14の周辺付近でガードリング66内に配置されてもよい。
【００２５】
本発明の態様内でさまざまな異なるファラディカップ構成が利用され得ることが理解されよう。第２の実施例が図３に示される。環状ファラディカップ80はウエハ及びプラテン14の周囲に配置されている。環状ファラディカップ80はイオン電流内の局所的変化がウエハ20の周辺の周囲で平均化されるという利点を有する。ファラディカップ80は環状ガードリング82内に配置されてもよい。概して、ひとつ若しくはそれ以上のファラディカップのあらゆる構成が利用され得る。ファラディカップは好適にウエハ20及びプラテン14に実際にできるだけ近く配置される。しかし、ファラディカップはウエハ20内に注入されるイオン電流を表す測定を与えるウエハに対するあらゆる位置を有する。
【００２６】
上で示したように、イオン電流を表す電気信号はファラディカップからドーズ量プロセッサ70に供給される。ひとつの実施例において、各ファラディカップからの電流はチャンバ10の外部に配置されたドーズ量プロセッサ70に直接供給される。他の実施例において、前処理回路（図示せず）がプラテン14に近接し配置され、プラテン14の電圧で動作してもよい。回路はファラディカップの出力を前処理し、ドーズ量プロセッサ70に結果を供給する。
【００２７】
ウエハ20に発射された総イオンドーズ量は注入時間にわたって積分された瞬間のイオン電流である。典型的に、ドーズ量プロセッサ70はファラディカップの出力を積分するための回路を含む。積分器は、従来の積分回路、電荷感知増幅器、または積分関数を実行する他の適当な回路を利用する。装置が２つ若しくはそれ以上のファラディカップを含む場合には、出力は総ドーズ量を決定するために平均化されてもよい。ドーズ量プロセッサ構成は従来の高エネルギーイオン注入と関連して知られている。
【００２８】
発明の他の局面にしたがって、２つ若しくはそれ以上のファラディカップがドーズ量均一性の測定を得るために利用される。ドーズ量均一性はウエハ20の表面領域にわたって注入されたイオンの均一性である。図２を参照して、ウエハ20内に注入されたイオンドーズ量が均一であるとき、ファラディカップ50、52、54及び56は等しいイオン電流を受け取る。ドーズ量が均一でないとき、ファラディカップは異なるイオン電流を受け取る。したがって、ファラディカップの電流出力は互いに若しくは均一性の測定を得るための基準と比較される。したがって、例えばもしひとつ若しくはそれ以上のファラディカップが他と異なるイオン電流を与えるなら、非均一なイオン注入が示される。非均一注入の指示は例えばイオン注入を停止させるか若しくは変化させることによって処理を制御するのに使用される。
【００２９】
プラズマドーピング装置で使用されるファラディカップはさまざまな異なる構成を有する。図１に示される基本的構成において、各ファラディカップの入口60はプラズマ40に面したウエハ20の表面と同一平面上にある。各ファラディカップは、ファラディカップによるプラズマ40へのあらゆる妨害を最小化するためにプラテン14と同じ電気的ポテンシャルにある。
【００３０】
他のファラディカップ構成が図４に示される。ファラディカップ90はガードリング92内に埋め込まれている。好適にはファラディカップ90はガードリング92と同じポテンシャルに維持される。この構成は測定された電流パルスの容量成分を抑制する。
【００３１】
他のファラディカップ構成が図５に示される。ファラディカップ組立体は、ファラディカップ104の正面に配置された開口部102を有する電気的導体のマスク100を含む。マスク100及びファラディカップ104はプラテン14及びウエハ20に隣接して配置され、該マスク100はプラテン14の電気的ポテンシャルに維持される。この構成によりファラディカップ104はプラテン14と異なる電圧でバイアスされ、一方マスク100はファラディカップ104の存在によって引き起こされるプラズマ40へのあらゆる妨害を最小化する。このタイプのマスクはここに記載されるようなひとつ若しくはそれ以上のファラディカップを使用するあらゆる構成で使用され得る。
【００３２】
他のファラディカップ構成が図６に示される。ファラディカップ組立体はマスク112とファラディカップへの入口との間に配置された電極110を含む。電極110及びマスク112はそれぞれファラディカップ114への入口と位置合わせされた開口を有する。好適には該マスク112はプラテン14の電気的ポテンシャルで維持される。電極110はファラディカップ114からの二次電子の逃避を抑制するべく選択された電圧を与える電圧源120に接続される。電極110は二次電子の静電抑制を与え、中空陰極放電を抑制する利益的効果を有する。ファラディカップからの電子逃避は測定されるイオンドーズ量にエラーを導入する。
【００３３】
他のファラディカップ構成が図７に示される。ファラディカップ組立体はマスク134とファラディカップ136への入口との間に配置された磁石130及び132を含む。マスク134及び磁石130、132はファラディカップ136への入口と位置合わせされた開口を画成する。マスク134はプラテン14と同じ電気的ポテンシャルに維持される。磁石130及び132はファラディカップ136の入口において二次電子の逃避を抑制する磁場を生成する。磁石130及び132は二次電子の磁気的抑制をもたらす。
【００３４】
他のファラディカップ構成が図８に示される。ファラディカップ150は二次電子の逃避を禁止する幾何学形状を有する。特に、ファラディカップ150の内側深さDはファラディカップ入口152の幅Wと比較して大きい。この構成において、ファラディカップ150の底面154で生成された二次電子は入口152を通って逃避する比較的小さい確率を有する。
【００３５】
他のファラディカップ構成が図９に示される。ファラディカップ組立体は入口アパーチャプレート172とイオンコレクタプレート174との間に配置された二次電子コレクタリング170を含む。二次電子コレクタリング170は絶縁ワッシャー176によって入口アパーチャプレート172から絶縁され、また絶縁ワッシャ−178によってイオンコレクタプレート174から絶縁される。二次電子コレクタリング170は、カソードとアノードポテンシャルの間に接続された電源（図示せず）若しくは分圧器（図示せず）によってイオンコレクタプレート174に関して約10〜100ボルト正のポテンシャルに維持される。イオンコレクタプレート174で形成された二次電子のファラディカップ入口方向への移動を妨げることによって、この構成は中空陰極放電が生じるのを妨げる点で有効である。二次電子コレクタリング170へ流れる二次電子は、ドーズ量の測定値である所望の正味イオン電流を得るためにイオンコレクタプレート174によって測定された電流から引き算されなければならない。
【００３６】
それぞれの場合において、ファラディカップ及び関連要素を含むファラディカップ組立体は好適にはプラテン14及びウエハ20に隣接して配置される。好適には組立体の上端面はウエハ20の上端面と同一平面であるか若しくは同一平面に近い。ファラディカップ組立体は、ウエハ20内へのイオン注入及びファラディカップ組立体によるイオン電流の測定の両方に逆効果を及ぼすプラズマ40へのあらゆる妨害を最小化するよう構成される。
【００３７】
発明は、高電圧パルスの適用と同時にプラテン14とアノード24との間にプラズマが形成されるところのプラズマドーピング装置と関連して説明されてきた。ひとつ若しくはそれ以上のファラディカップはまた、プラズマがアノードとカソードとの間の領域に連続的に存在し、イオンが高電圧パルスの適用によりカソード方向に加速されるところのプラズマ浸漬装置内で利用されてもよい。
【００３８】
図１の構成において、アノード24はチャンバ10と分離しているが電気的に接続されている。他の構成において、プラズマドーピングチャンバ10の導体壁がアノードとして働き、分離アノードは利用されない。
【００３９】
本発明の現時点で考えられる好適実施例について示されかつ説明されてきたが、特許請求の範囲に定義された発明の態様から離れることなくさまざまな変更及び修正が可能であることは当業者の知るところである。
【図面の簡単な説明】
本発明をより良く理解するために、ここに参考として組み込む添付図面が参照される。
【図１】  図１は、本発明の第１実施例に従うプラズマドーピング装置の単純化された略示ブロック図である。
【図２】  図２は、図１のプラズマドーピング装置の部分的略示断面図であり、ウエハ及びファラディカップを示している。
【図３】  図３は、本発明の第２実施例に従うプラズマドーピング装置の部分的略示断面図である。
【図４】  図４は、本発明の第３実施例に従うファラディカップ構成の略示断面図である。
【図５】  図５は、本発明の第４実施例に従うファラディカップ構成の略示断面図である。
【図６】  図６は、本発明の第５実施例に従うファラディカップ構成の略示断面図である。
【図７】  図７は、本発明の第６実施例に従うファラディカップ構成の略示断面図である。
【図８】  図８は、本発明の第７実施例に従うファラディカップ構成の略示断面図である。
【図９】  図９は、本発明の第８実施例に従うファラディカップ構成の略示断面図である。
【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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【図８】
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【図９】
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