(57)【要約】【課題】  プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法を提供する。【解決手段】  一実施形態において、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法は、処理チャンバ内に基板を準備するステップと、反応ガスと還元ガスを含むガス混合物をチャンバ内に供給するステップと、ガス混合物からのイオンを基板内に注入するステップとを含んでいる。他の実施形態において、方法は、処理チャンバ内に基板を準備するステップと、反応ガスと水素含有還元ガスを含むガス混合物をチャンバ内に供給するステップと、ガス混合物からのイオンを基板内に注入するステップとを含んでいる。【選択図】  図１Ａ
2010512649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法であって：
処理チャンバ内に基板を準備するステップと；
該チャンバ内に反応ガスと還元ガスを含むガス混合物からプラズマを生成させるステップと；
該基板内に該プラズマからのイオンを注入するステップと；
を含む、前記方法。
【請求項２】
該反応ガスが、ＢＦ３、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３、Ｐ２Ｈ５、ＰＨ３、ＧａＮ、ＡｓＦ５、又はＰＦ３の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該還元ガスが、ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、ＮＨ３、又はＨ２の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
プラズマを生成させる該ステップが：
該処理チャンバ内に該ガス混合物とともに窒素含有ガスを供給する工程；
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該窒素含有ガスが、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２又はＮ２Ｏの少なくとも一つを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
プラズマを生成させる該ステップが：
該反応ガスを約５ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍで供給する工程と；
該還元ガスを約０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給する工程と；
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該反応ガスが、ＢＦ３であり、該還元ガスが、ＳｉＨ４ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該反応ガスが、ＢＦ３とＢ２Ｈ６であり、該還元ガスが、ＳｉＨ４ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
該反応ガスが、ＢＦ３であり、該還元ガスが、Ｂ２Ｈ６ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
該ガス混合物を供給する該ステップが：
該処理チャンバ内に該ガス混合物とともに不活性ガスを供給する工程であって、該不活性ガスが、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ又はＮ２の少なくとも一つを含む、前記工程；
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
イオンを注入する該ステップが：
ＲＦ源電力を印加する工程と；
ＲＦバイアス電力を印加する工程と；
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ＲＦを印加する該ステップが：
ＲＦ源電力を約５０ワット〜２０００ワットで印加する工程と；
ＲＦバイアス電力を約５０ワット〜１１０００ワットで印加する工程と；
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
該プラズマを生成させる該ステップが：
該還元ガスと該反応ガスから解離したイオンの一部とを反応させる工程；
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
該処理チャンバからポンプで排出する揮発性ガスを形成するステップ；
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
注入する該ステップが：
該基板表面から約１０オングストローム〜約８００オングストロームの深さで該基板内に該イオンを注入する工程；
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
該反応ガスと該還元ガスが、約１：０.０１〜約１：０.５のガス流量比で供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
該還元ガスが、水素含有ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法であって：
処理チャンバ内に基板を準備するステップと；
該チャンバ内に反応ガスと水素含有還元ガスを含むガス混合物を供給するステップと；
該ガス混合物からプラズマを形成するステップと；
該ガス混合物から該基板内にイオンを注入するステップと；
を含む、前記方法。
【請求項１９】
該反応ガスが、ＢＦ３、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３、Ｐ２Ｈ５、ＰＨ３、ＧａＮ、ＡｓＦ５、又はＰＦ３の少なくとも一つを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
該水素含有還元ガスが、ＳｉＨ４又はＢ２Ｈ６ガスの少なくとも一つを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ガス混合物を供給する該ステップが：
該チャンバ内に窒素含有ガスを供給する工程；
を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
該窒素含有ガスが、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２又はＮ２Ｏの少なくとも一つを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法であって、
処理チャンバ内に基板を準備するステップと；
反応ガスとＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、ＮＨ３、及びＨ２を含む群より選ばれる水素含有還元ガス含むガス混合物を該チャンバ内に供給するステップと；
ＲＦ電力を印加して、プラズマを形成させるステップと；
該ガス混合物をイオン種として解離させるステップであって、該還元ガスからの該イオン種がイオン種の第一部分と反応する工程と、該チャンバから副生成物をポンプで排出する工程とを含む、前記ステップと；
該ガス混合物からの該イオン種の第二部分を該基板内に注入するステップと；
を含む、前記方法。
【請求項２４】
該反応ガスが、ＢＦ３である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
該イオンの該第二部分が、Ｂイオンである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
イオン種の該第一部分が、Ｆイオンである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
該還元ガスからの該イオン種が、Ｈイオンである、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、半導体製造プロセスとデバイスの分野に関し、より詳細には、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]集積回路は、基板（例えば、半導体ウエハ）上に形成される百万を超えるマイクロ電界効果型トランジスタ(例えば、相補型金属酸化半導体（ＣＭＯＳ）電界効果型トランジスタ)を含み、回路内で様々な機能を行うように協調することができるものである。ＣＭＯＳトランジスタは、基板内に形成されるソース領域とドレイン領域の間に配置されるゲート構造を備えている。ゲート構造は、一般に、ゲート電極とゲート誘電体層を備えている。ゲート電極は、ゲート誘電体層の下のドレイン領域とソース領域の間に形成されるチャンネル領域において荷電キャリアの流れを制御するようにゲート誘電体層の上に配置される。
【０００３】
[0003]イオン注入プロセスは、典型的には、基板内にイオンを注入するとともにドープするのに用いられ、基板上に所要の形状と濃度でゲートとソースドレイン構造を形成する。イオン注入プロセス中、異なるプロセスガス或いはガス混合物を用いてイオン源化学種を与えることができる。プロセスガスがイオン注入処理チャンバ内に供給されると、ＲＦ電力が生じてプラズマを生成してプロセスガス内でイオンの解離を促進させるとともに基板の表面に向けて、また内部に向けて解離されたイオンを加速させる。解離されたイオン種から組み合わされた副生成物のような不純物がプラズマ解離中に形成され、基板内に所要のイオンとともに駆動され更に／又は注入され、それによって基板の構造を汚染することになる。望ましくないイオン種は、また、基板上に形成される構造の集中度、形状、寸法、及びイオン分布を変化させ、それによって全体の電気デバイスの性能に不利に影響する。
【０００４】
[0004]それ故、イオン注入プロセスの改善が求められている。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法を提供する。一実施形態において、基板内にイオンを注入する方法は、処理チャンバ内に基板を準備するステップと、チャンバ内に反応ガスと還元ガスを含むガス混合物を供給するステップと、ガス混合物からのイオンを基板内に注入するステップと、を含んでいる。
【０００６】
[0006]他の実施形態において、基板内にイオンを注入する方法は、処理チャンバ内に基板を準備するステップと、チャンバ内に反応ガスと水素含有還元ガスを含むガス混合物を供給するステップと、ガス混合物からのイオンを基板内に注入するステップと、を含んでいる。
【０００７】
[0007]更に他の実施形態において、基板内にイオンを注入する方法は、処理チャンバ内に基板を供給するステップと、反応ガスとＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、ＮＨ３及びＨ２を含有する群より選ばれる水素含有還元ガスとを含むガス混合物を供給するステップと、ＲＦ電力を印加して、プラズマを形成するステップと、ガス混合物をイオン種として解離させる工程であって、還元ガスからのイオン種がイオン種の第一部分と反応させる前記工程と、チャンバから副生成物をポンプにより排出する工程とを含むステップと、ガス混合物からのイオン種の第二部分を基板内に注入するステップと、を含んでいる。
【０００８】
[0008]本発明の上記特徴が詳細に理解され得るように、上で簡単にまとめた本発明のより具体的な説明は、その一部が添付の図面に示される実施形態によって参照することができる。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示すので、本発明の範囲を制限するものと考えられるべきでなく、本発明は他の等しく効果的な実施形態を許容してもよいことは留意されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施に適切なプラズマイオン注入ツールを示す一実施形態である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施に適切なプラズマイオン注入ツールを示す一実施形態である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態のプラズマ浸漬イオン注入プロセスの方法を示すプロセスダイアグラムである。
【００１０】
[0011]理解を図るために、可能なところでは同じ参照番号を用いて、各図に共通な同じ構成要素を示している。一つの実施形態の構成要素と特徴部は更に繰り返すことなく他の実施形態にも便宜的に組み込まれてもよいことは企図されることである。
【００１１】
[0012]しかしながら、添付の図面は、本発明の例示的実施形態のみを示すので、本発明の範囲を制限するものと考えられるべきでなく、本発明は他の等しく効果的な実施形態を許容することは留意されるべきである。
【詳細な説明】
【００１２】
[0013]本発明は、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法を提供する。一実施形態において、イオン注入プロセスは、処理チャンバ内に反応ガスと還元ガスを含むガス混合物を供給することによって行われる。プラズマを生成して、ガス混合物からのイオンを解離させ、それによって、要望に応じてバイアス電圧を用いて、基板に向かって加速され、また基板内に注入されるイオン源を形成する。供給されるガス混合物は、異なったイオン種を与え、副生成物と相互に反応し更に／又は結合するある種の解離したイオンを与え、その後に処理チャンバからポンプで排出される。あるイオンの相互反応及び／又は組み合わせは、不要なイオンが基板内に所要のイオンと共に注入されることを防止する。
【００１３】
[0014]図１Ａは、本発明の一実施形態のイオン注入プロセスを実施するのに用いることができるプラズマリアクタ１００を示す図である。プロセスが実施される一つの適切なリアクタは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＰ３ｉ（登録商標）リアクタであってもよい。本明細書に記載される方法が他の製造業者からのものを含む、他の適当に適合されたプラズマリアクタにおいて実施されてもよいことは企図される。
【００１４】
[0015]プラズマリアクタ１００は、プロセス領域１０４を封入する底部１２４、最上部１２６、側壁１２２を持つチャンバ本体１０２を含んでいる。基板支持アセンブリ１２８は、チャンバ本体１０２の底部１２４から支持され、処理のために基板１０６を受容するように適合される。ガス分配プレート１３０は、基板支持アセンブリ１２８に面しているチャンバ本体１０２の最上部１２６に結合される。ポンプポート１３２は、チャンバ本体１０２の中に画成され、真空ポンプ１３４に結合される。真空ポンプ１３４は、スロットルバルブ１３６を通じてポンプポート１３２に結合される。ガス源１５２は、ガス分配プレートに結合されて、基板１０６上で行われるプロセスに対してガス状前駆化合物を供給する。
【００１５】
[0016]図１Ａに示されるリアクタ１００は、更に、図１Ｂの透視図に最適に示されるプラズマ源１９０を含んでいる。プラズマ源１９０は、互いに交差して(或いは図１Ｂに示される例示的実施形態のように互いに直交して)配置されたチャンバ本体１０２の最上部１２６の外側の上に取り付けられた一対の分離した外部再入可能コンジット１４０、１４０’を含んでいる。第一外部コンジット１４０は、チャンバ本体１０２内のプロセス領域１０４の第一側面に、最上部１２６に形成される開口１９８を通じて結合される第一端部１４０ａを有している。第二端部１４０ｂは、プロセス領域１０４の第二側面に結合される開口１９６を有している。第二外部再入可能コンジット１４０ｂは、プロセス領域１０４の第三側面に結合される開口１９４を有する第一端部１４０ａ’とプロセス領域１０４の第四側面に開口１９２を有する第二端部１４０ｂ’を有している。一実施形態において、第一と第二の外部再入可能コンジット１４０、１４０’は互いに直交するように構成され、それによってチャンバ本体の最上部１２６の周囲に約９０度間隔で配置された各外部再入可能コンジット１４０、１４０'の両端１４０ａ、１４０ａ’、１４０ｂ、１４０ｂ’を与える。外部再入可能コンジット１４０、１４０'の直交形状は、プロセス領域全体に一様に配分されるプラズマ源を可能にする。第一と第二の外部再入可能コンジット１４０、１４０’は、プロセス領域１０４に一様なプラズマ分布を与えるように用いられる他の分配として構成されてもよいことが企図される。
【００１６】
[0017]磁気的に透過性のドーナツ状コア１４２、１４２’が外部再入可能コンジット１４０、１４０’の対応するコンジットの一部を取り囲んでいる。導電性コイル１４４、１４４’は、それぞれのインピーダンス整合回路或いは素子１４８、１４８’を通してそれぞれのＲＦプラズマ源の電力発生器１４６、１４６’に結合される。各外部再入可能コンジット１４０、１４０’は、それぞれの外部再入可能コンジット１４０、１４０’の両端１４０ａ、１４０ｂ(また１４０ａ’、１４０ｂ’)の間に別の連続する電気的通路をさえぎる絶縁環状リング１５０、１５０’によってそれぞれさえぎられる、中空導電管である。基板表面におけるイオンエネルギは、インピーダンス整合回路或いは素子１５６を通して基板支持アセンブリ１２８に結合されるＲＦプラズマバイアス電力発生器によって制御される。
【００１７】
[0018]図１Ａに戻って、プロセスガス源１５２から供給されるガス状化合物を含むプロセスガスは、上にあるガス分配プレート１３０を通じてプロセス領域１０４に導入される。ＲＦ源のプラズマ電力１４６は、電力供給器１４２、１４４からコンジット１４０内に供給されるガスに結合され、これは外部再入可能コンジット１４０とプロセス領域１０４を含む第一閉鎖ドーナツ状通路内に循環するプラズマ電流を生成する。また、ＲＦ源の電力１４６’は、その他の電力供給器１４２’、１４４’から第二コンジット１４０’におけるガスに結合されることになり、これは第一ドーナツ状通路を横断する(例えば、直交する)第二閉鎖ドーナツ状通路に循環するプラズマ電流を生成する。第二ドーナツ状通路は、第二外部再入可能コンジット１４０’とプロセス領域１０４を含んでいる。各通路のプラズマ電流は、相互に同じでもよく、わずかにオフセットしてもよいそれぞれのＲＦ源の電力発生器１４６、１４６’の周波数で発振(例えば、逆方向に)する。
【００１８】
[0019]一実施形態において、プロセスガス源１５２は、基板１０６に注入されるイオンを与えるのに用いることができる別の異なるプロセスガスを与える。プロセスガスの適切な例としては、特に、Ｂ２Ｈ６、ＢＦ３、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＰＨ３、Ｐ２Ｈ５、ＰＯ３、ＰＦ３、ＰＦ５及びＣＦ４が挙げられる。各プラズマ源電力生成器１４６、１４６’の電力は、これらの合わせた効果が効率的にプロセスガス源１５２から供給されるプロセスガスを解離するとともに基板１０６の表面に所要のイオンのフラックスを生成するように作動させる。ＲＦプラズマのバイアス電力生成器１５４の電力は、プロセスガスから解離されたイオンエネルギーが基板表面に向けて加速され、更に、所要のイオン濃度で基板１０６の最上面の下に所要の深さで注入される選択レベルに制御される。相対的に低いＲＦ電力、例えば、約５０ｅＶ未満で、相対的に低いプラズマイオンエネルギーが得られる場合がある。低いイオンエネルギーで解離されたイオンは、基板表面から約０オングストローム〜約１００オングストロームの浅い深さに注入されることになる。代わりに、高いＲＦ電力、例えば、約５０ｅＶを超える電力から与えられ生成される高いイオンエネルギーで解離されたイオンは、基板表面からの深さが実質的に１００オングストロームを超える深さの基板に注入されることになる。
【００１９】
[0020]制御されたＲＦプラズマ源電力とＲＦプラズマバイアス電力の組み合わせは、処理チャンバ１００において十分な運動量と所要のイオン分布を持つガス混合物中のイオンを解離する。イオンは基板表面に向けてバイアスされ駆動され、それによって所要のイオン濃度と分布と基板表面からの深さで基板にイオンが注入される。更に、供給されるプロセスガスからの制御されたイオンエネルギーと異なる種類のイオン種は、基板１０６内に注入されるイオンを促進させ、基板１０６上のゲート構造とソースドレイン領域のような所要のデバイス構造が形成される。
【００２０】
[0021]図２は、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法２００を示すプロセス流れ図である。プロセス２００は、図１Ａ-図１Ｂに記載されるように処理チャンバ１００のようなプラズマ浸漬イオン注入処理チャンバ内で行われてもよい。
【００２１】
[0022]方法２００は、処理チャンバ１００内に基板を準備することによってステップ２０２から始まる。一実施形態において、基板は、酸化シリコン、炭化シリコン、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞或いはＳｉ＜１１１＞）、歪み付加（strained）シリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた或いはドープされない多結晶シリコン、ドープされた或いはドープされないシリコンウエハ、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、ガラス、サファイアのような材料であってもよい。基板は、直径２００ｍｍ或いは３００ｍｍのウエハのような、また矩形或いは正方形のような様々な寸法を持ってもよい。特に断わらない限り、本明細書に記載される実施形態と例は、直径２００ｍｍ或いは３００ｍｍの基板上で行われる。基板がゲート構造を形成するように用いられる実施形態において、多結晶シリコン層が基板上のゲート誘電体層上に配置されてもよい。
【００２２】
[0023]ステップ２０４で、ガス混合物が処理チャンバ１００に供給されて、継続する注入プロセスのためのイオン種を与える。ガス混合物は、図１Ａに記載されるように、或いは他の適切な手段によってプロセスガス源１５２からガス分配システム１３０へ供給されてもよい。
【００２３】
[0024]一実施形態において、処理チャンバ１００内に供給されるガス混合物は、反応ガスと還元ガスを含んでいる。反応ガスは、基板に注入される所要のイオンを与える。例えば、反応ガスは、電気装置内に活性ドーパントを形成するのに用いられるＢ、Ｐ、Ｇａ、Ａｓ等の所要のイオン種源を与えて、基板のドープされた領域の所要の電気的特性を得ることができる。一実施形態において、イオン種源を与えるのに用いることができる反応ガスとしては、ＢＦ３、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３、Ｐ２Ｈ５、ＰＨ３、ＧａＮ、ＡｓＦ５、ＰＦ３等が挙げられる。
【００２４】
[0025]一実施形態において、還元ガスは水素含有ガスである。還元ガスは、所要のイオン種以外のイオン種と反応するよう構成されて、基板内に所要のイオンと共に注入される望ましくないイオンを防止する。例えば、反応ガスがＢＦ３である実施形態では、ＢＦ３ガスは以下に更に詳細に記載されるように次の注入プロセス中に解離され、ＢＦ２＋，ＢＦ２２＋、Ｆ−イオンの形で副生成物のイオン種を作ることになる。還元ガスから生成される水素イオンは、不完全に解離したＢ３＋、ＢＦ２＋、及び／又はＢＦ２＋イオン及び／又は次にチャンバからポンプにより排出される副生成物のＦ−イオンと効率的に反応し、このようにして望ましくないイオン種が基板内に同時に注入されることを防止する。一実施形態において、水素含有還元ガスには、ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、ＮＨ３、Ｈ２が含まれてもよい。
【００２５】
[0026]他の実施形態において、処理チャンバ１００に供給されるガス混合物には不活性ガスが含まれてもよい。適切な不活性ガスの例としては、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、及びＫｒ等が挙げられる。処理チャンバ１００内の不活性ガスは、ガス混合物中でイオン衝撃を促進させ、それによってプロセスガス衝突の可能性を増し、イオン種の再結合を低減することになる。
【００２６】
[0027]必要により、窒素含有ガスがガス混合物とともに供給されて、処理チャンバからポンプにより一層容易に排出される揮発性副生成物の形成を援助してもよい。窒素含有ガスには、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｎ２Ｏ等が含まれてもよい。一実施形態において、窒素含有ガスは、約０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば、約５ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍで処理チャンバに供給される場合がある。
【００２７】
[0028]ステップ２０６で、プラズマ浸漬イオン注入プロセスが行われて、ステップ２０４においてガス混合物から生成されるイオンを基板内に注入する。ＲＦ源電力が印加されて、処理チャンバ１００内でガス混合物からプラズマを生成する。生成されたプラズマは、チャンバ１００内のガス混合物をイオン種として解離する。ＲＦバイアス電力がＲＦ源電力と共に印加されて、ガス混合物からのイオン種を解離し、基板表面に向けてまた所要の深さに駆動させることができる。チャンバ１００に印加されるＲＦ源電力とバイアス電力は所要のエネルギーレベルに制御され、それにより基板に所要の濃度と深さでイオン種を解離しドープさせることができる。
【００２８】
[0029]一実施形態において、ＲＦ源電力は約５０ワット〜約２０００ワットに維持される場合がある。ＲＦバイアス電力はＲＦ電圧が約０ボルト〜約１２０００ボルトで約５０ワット〜約１１００ワットに維持される。
【００２９】
[0030]幾つかのプロセスパラメータは、また、ステップ２０６でプラズマ浸漬イオン注入プロセス中に調整されてもよい。一実施形態において、チャンバ圧は約４ミリトール〜約５００ミリトールに保持される場合がある。基板温度は、約２５℃〜約４００℃に保持される場合がある。
【００３０】
[0031]ステップ２０４で供給されるガス混合物の流量及び／又は反応ガス、還元ガス、不活性ガス間のガス混合物の流量比は、各々の種類のガスの間で解離されたイオン種の相対的量を制御するよう選定されてもよい。選定されたガス混合物の流量及び／又は流量比は異なる種類のイオン種の間で予め決められた量及び／又は比率として解離されることを可能にし、それによって処理チャンバ内にある種類のイオンの余分な量を生成させることを防止し、基板上に不要な副反応を生じさせ更に／又は不要な膜を形成させる。例えば、フッ素イオン又はアルゴンイオンのようなある種類のイオン種の余分な量は基板表面をスパッタさせ、衝撃を与え、それによって基板表面が損傷し、粗くなることになる。また、ＢｘＨｙのような他の種類のイオン種の余分な量が処理チャンバから容易に或いは効率的にポンプで排出されず、それによって基板上に蓄積し、基板の汚染とドーパントのプロファイルの変化が生じることになる。
【００３１】
[0032]一実施形態において、反応ガスと還元ガスの流量比は、約１：０.５〜約１：０.１に制御される場合がある。他の実施形態では、反応ガスは約５ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍ、例えば、約１０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍの速度で処理チャンバ内に流される場合がある。水素含有還元ガスは、約０ｓｃｃｍ〜約８００ｓｃｃｍ、例えば、約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、例えば、約５ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの速度で処理チャンバ内に流される場合がある。不活性ガスは、約０ｓｃｃｍ〜約１２００ｓｃｃｍ、例えば、約５ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの速度で処理チャンバ内に流される場合がある。
【００３２】
[0033]本発明の例示的実施形態において、ガス混合物には、ＢＦ３とＳｉＨ４が含まれてもよい。上記のように、ＢＦ３とＳｉＨ４のガスは、Ｂ３＋、ＢＦ２＋、ＢＦ２２＋、Ｆ−、Ｓｉ４−、Ｈ＋の形でプラズマによりイオン種として解離される。ＳｉＨ４から与えられる活性Ｈ種は、Ｆ種と他の解離した副生成物と反応し、ＨＦ、他の種類の揮発性化学種を形成し、従ってＦ種とその他の種類の副生成物が基板内に同時に注入されることを防止する。適切な量のＳｉＨ４ガス流を選定して、基板表面上に余分な解離したＳｉイオンが不要なシリコン膜を形成することから防止する。一実施形態において、ＢＦ３ガスとＳｉＨ４のガスは、約１：５０〜約１：１００、例えば、１：８０の流量比を持つ場合がある。代わりに、ＢＦ３ガス流量は５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍで供給される場合があり、ＳｉＨ４ガスは１ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍ、例えば、５ｓｃｃｍで供給される場合がある。ＲＦ源電力は約１００ボルト〜約２０００ボルトで制御される場合があり、ＲＦバイアス電力は約１００ボルト〜約１２０００ボルトで制御される場合がある。
【００３３】
[0034]本発明の他の例示的実施形態において、処理チャンバ１００内に供給されるガス混合物には、ＢＦ３、Ｂ２Ｈ６、Ｎ２のような窒素含有ガスが含まれてもよい。ＢＦ３、Ｂ２Ｈ６、Ｎ２ガスは、Ｂ３＋、ＢＦ２＋、ＢＦ２２＋、Ｆ−、ＢｘＨｙ、Ｎ＊、Ｈ＋の形でプラズマによってイオン種として解離される。Ｂ２Ｈ６ガスから与えられる活性Ｈ種は、Ｆ種と他の解離した副生成物と反応し、チャンバからポンプにより排出されるＨＦ或いは他の種類の揮発性化学種を形成し、従って、基板内にＦ種と他の種類の副生成物が同時に注入されることを防止する。不完全に解離されたＢ２Ｈ６ガスはＢｘＨｙの形でポリマーガスを形成する場合がある。Ｎ２ガスから生成されるＮイオン種は、ポリマーガスＢｘＨｙと反応するように用いられ、チャンバから容易にポンプで排出される揮発性ガスを形成し、それによって、ポリマーガスが基板上に堆積し且つデバイス構造に不利に影響することを防止する。一実施形態において、ＢＦ３ガスとＢ２Ｈ６ガスは、約１：０.０１〜約１：０.５の流量比を持つ場合がある。代わりに、ＢＦ３ガス流量は、５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ、例えば、１００ｓｃｃｍで供給される場合があり、Ｂ２Ｈ６ガスは、１０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、例えば、１０ｓｃｃｍで供給される場合があり、Ｎ２ガスは、５ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍ、例えば、１０ｓｃｃｍで供給される場合がある。ＲＦ源電力は、約１００ワット〜１０００ワットで制御される場合があり、ＲＦバイアス電力は、約１００ボルト〜約１２０００ボルトで制御される場合がある。
【００３４】
[0035]本発明のなお他の例示的実施形態において、処理チャンバ１００内に供給されるガス混合物には、ＢＦ３、Ｂ２Ｈ６、ＳｉＨ４が含まれてもよい。ＢＦ３、Ｂ２Ｈ６、ＳｉＨ４ガスは、Ｂ３＋、ＢＦ２＋、ＢＦ２２＋、Ｆ−、Ｓｉ４−、ＢｘＨｙ、Ｈ＋の形でプラズマによってイオン種として解離される。Ｂ種は加速され、基板表面の下に約１０オングストローム〜約８００オングストロームの深さに基板内に注入される。Ｂ２Ｈ６ガスから与えられる活性Ｈ種は、Ｆ種と他の解離した副生成物と反応し、ＨＦ或いは他の種類の揮発性化学種を形成し、Ｆ種と他の種類の副生成物が基板内に同時に注入されることを防止する。不完全に解離したＢｘＨｙガスとＨイオンは、チャンバからポンプにより排出される揮発性ガスを形成し、それによってポリマーガスとシリコンイオンが基板上に堆積するのを防止し、デバイス構造に不利に影響することになる。一実施形態において、ＢＦ３ガス、Ｂ２Ｈ６ガス、ＳｉＨ４は、約１：０.０１：０.０１〜約１：０.１：０.０１の流量比を持つ場合がある。代わりに、ＢＦ３ガスの流量比は５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍで供給される場合があり、Ｂ２Ｈ６ガスは１０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍで供給される場合があり、ＳｉＨ４ガスは約５ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍで供給される場合がある。ＲＦ源電力は約１００ワット〜約１０００ワットで制御される場合があり、ＲＦバイアス電力は約１００ボルト〜約１２０００ボルトで制御される場合がある。
【００３５】
[0036]このようにして、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板内にイオンを注入する方法を提供する。改善された方法が基板上に不利に汚染されることなく或いはドーパントイオン濃度を変えることなく基板表面から所要の深さに所要の量のドーパントを注入し、それによって所要の電気性能を持つ基板上の電気装置を形成する。
【００３６】
[0037]上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の他の多くの実施形態が本発明の基本的範囲から離れることなく構成されてもよく、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００３７】
１００…プラズマリアクタ、１０２…チャンバ本体、１０４…プロセス領域、１０６…基板、１２２…側壁、１２４…底部、１２６…最上部、１２８…基板支持アセンブリ、１３０…ガス分配プレート、１３２…ポンプポート、１３４…真空ポンプ、１３６…スロットルバルブ、１４０、１４０’…外部再入可能コンジット、１４０ａ…第一端、１４０ｂ…第二端、１４２、１４２’…ドーナツ状コア、１４４、１４４’…導電性コイル、１４６…ＲＦ源プラズマ電力、１５０、１５０’…絶縁環状コイル、１５２…ガス源、１５４…ＲＦプラズマバイアス電力生成器、１９０…プラズマ源、１９２…開口、１９６…開口。
【図１Ａ】
2010512649.tif 000003
【図１Ｂ】
2010512649.tif 000004
【図２】
2010512649.tif 000005
【国際調査報告】
2010512649.tif 000006