(57)【要約】  プラズマ浸漬イオン注入プロセスにより基板内に材料を注入する方法が提供される。一実施形態では、基板内に材料を注入する方法は、材料層が形成された基板表面を備える基板を処理チャンバに供給するステップと、非ドーパント処理ガスの第１のプラズマを発生させるステップと、非ドーパント処理ガスのプラズマに材料層を露出するステップと、ドーパントイオンを生成するように適合された反応ガスを含むドーパント処理ガスの第２のプラズマを発生させるステップと、プラズマから材料層内にドーパントイオンを注入するステップとを含む。この方法は、洗浄プロセス又はエッチングプロセスを更に含んでもよい。
2012507867.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り基板内に材料を注入する方法であって、
材料層が形成された基板表面を備える基板を処理チャンバに設けるステップと、
非ドーパントイオンを生成するための非ドーパント処理ガスの第１のプラズマを発生させるステップと、
前記非ドーパント処理ガスの前記第１のプラズマに前記材料層を露出することにより、前記材料層内に非ドーパントイオンを注入するステップと、
ドーパントイオンを生成するように適合された反応ガスの第２のプラズマを発生させるステップと、
前記第２のプラズマから前記材料層内にドーパントイオンを注入するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記材料層内に非ドーパントイオンを注入するステップが、２ｎｍ／ｄｅｃ以下のドーパントプロファイルを与えるように前記材料層を調整することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記非ドーパント処理ガスの第３のプラズマを発生させるステップと、
前記非ドーパント処理ガスの前記第３のプラズマに前記材料層を露出するステップと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
非ドーパント処理ガスの第１のプラズマを発生させる前記ステップ及びドーパント処理ガスの第２のプラズマを発生させる前記ステップを、ｉｎ  ｓｉｔｕで行う、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
非ドーパント処理ガスの第１のプラズマを発生させる前記ステップが、１００ワット〜２０００ワットの電源電力をプラズマ源に印加し、２００ボルト〜７０００ボルトのバイアスを基板支持体に印加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
プラズマ浸漬イオン注入プロセスにより基板内に材料を注入する方法であって、
材料層が形成された基板表面を備える基板を処理チャンバに設けるステップと、
ドーパントイオンを生成するように適合された反応ガスを含むドーパント処理ガスの第１のプラズマを発生させるステップと、
前記第１のプラズマから前記材料層内にドーパントイオンを注入するステップと、
非ドーパント処理ガスの第２のプラズマを発生させるステップと、
前記非ドーパント処理ガスの前記第２のプラズマに前記材料層を露出するステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記非ドーパント処理ガスが、不活性ガス、水素ガス及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項１又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記不活性ガスが、ヘリウム、アルゴン及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記非ドーパント処理ガスの前記第２のプラズマに前記材料層を露出するステップが、２ｎｍ／ｄｅｃ以下のドーパントプロファイルを与えるように前記材料層を調整することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記反応ガスが、ホウ素含有ガス、ヒ素含有ガス、リン含有ガス及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれたガスを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応ガスが、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれたガスを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
非ドーパント処理ガスの第２のプラズマを発生させる前記ステップ及びドーパント処理ガスの第１のプラズマを発生させる前記ステップを、ｉｎ  ｓｉｔｕで行う、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記ドーパントが、約５００Åの深さで約１０１４原子／ｃｍ２〜約１０１６原子／ｃｍ２のドーズ量を有する、請求項１又は６に記載の方法。
【請求項１４】
非ドーパント処理ガスの第１のプラズマを発生させる前記ステップが、１００ワット〜２０００ワットの電源電力をプラズマ源に印加し、２００ボルト〜７０００ボルトのバイアスを基板支持体に印加することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
前記注入プロセスに続いて、表面エッチング又は前記チャンバのチャンバ洗浄を行うステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、半導体製造プロセス及び半導体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り基板内にイオンを注入する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、基板（例えば、半導体基板）上に形成され回路内で色々な機能を行うように協働する１００万を超える超小型電界効果トランジスタ（例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタ）を含むことができる。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、ゲート誘電体層の上に配置されて、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内の荷電キャリアの流れを制御する。
【０００３】
イオン注入プロセスは、典型的には、ドーパントとも呼ばれるイオンを基板内に注入、すなわちドープするのに利用され、所望のプロファイルと濃度で基板上にゲート及びソースドレインの構造を形成する。イオン注入プロセスの間、様々なプロセスガス又はガス混合物を用いてイオン源の化学種を与えることができる。イオン注入処理チャンバ（カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＰ３ｉ（商標）処理チャンバなど）の中にプロセスガスが供給されると、ＲＦ電力が発生し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するとともに解離されたイオンを基板の表面に向けてかつ表面の内部に加速させる。堆積したイオンのプロファイルは、結果的に表面の下でドーパント濃度がピークになることが多い。より小規模なフィーチャや小型化したデバイスサイズの登場により、ドーパントプロファイルは、浅い深さではこれまでに要求されたよりもドーパントの濃度が十分であり、更に深いところでは濃度が減少していることが求められている。現在の注入プロセスでは、浅い深さで適切なドーパントの濃度が生成されない。
【発明の概要】
【０００４】
したがって、デバイスサイズが縮小した半導体デバイスに適した深さでのドーパント濃度を得るために、イオン注入プロセスを改良することが求められている。
【０００５】
バランスのとれたエッチング・堆積プロセスを有するプラズマ浸漬イオン注入処理により基板内に材料を注入する方法が提供される。一実施形態では、基板内に材料を注入する方法は、材料層が形成された基板表面を備える基板を処理チャンバに設けるステップと、非ドーパント処理ガスの第１のプラズマを発生させるステップと、非ドーパント処理ガスのプラズマに材料層を露出するステップと、ドーパントイオンを生成するように適合された反応ガスを含むドーパント処理ガスの第２のプラズマを発生させるステップと、プラズマから材料層内にドーパントイオンを注入するステップとを含む。また、洗浄・エッチングプロセスを行ってもよい。
【０００６】
他の実施形態では、基板内にイオンを注入する方法は、材料層が形成された基板表面を備える基板を処理チャンバに設けるステップと、ドーパントイオンを生成するように適合された反応ガスを含むドーパント処理ガスの第１のプラズマを発生させるステップと、プラズマから材料層内にドーパントイオンを注入するステップと、非ドーパント処理ガスの第２のプラズマを発生させるステップと、非ドーパント処理ガスのプラズマに材料層を露出するステップとを含む。また、洗浄・エッチングプロセスを行ってもよい。
【０００７】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付図面に示される実施形態を参照することにより、上記で簡単に概要を述べた本発明の更に詳細な説明が与えられる。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではなく、本発明は同等に効果的な他の実施形態を許容し得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の実施に適したプラズマ浸漬イオン注入ツールの一実施形態を示した図である。
【図１Ｂ】本発明の実施に適したプラズマ浸漬イオン注入ツールの一実施形態を示した図である。
【図２】注入された材料の深さに対するホウ素濃度を原子／ｃｍ３で示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
理解を容易にするために、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。一実施形態の構成要素と特徴は、更に繰り返すことなく他の実施形態に有益に組み込まれてもよいことが企図される。
【００１０】
しかしながら、添付図面は、本発明の例示的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではなく、本発明は同等に効果的な他の実施形態を許容し得ることに留意されたい。
【００１１】
本発明の実施形態は、プラズマ浸漬イオン注入プロセスにより基板内にドーパントを注入する方法を提供する。とりわけ、これらに限定されないが、基板上に形成される構造に対するポリドーピング、カウンターポリドーピング、極浅接合及びコンフォーマルドーピングといった、ゲート構造又はソース／ドレイン領域の形成時に、本発明を用いることができる。イオン注入プロセスは、ＤＲＡＭ、ロジック製品、フラッシュメモリなどの様々な用途に利用することができる。
【００１２】
一実施形態では、イオン注入プロセスは、例えばホウ素含有ガスである反応ガスを含むガス混合物を供給することにより行われる。プラズマを発生させてドーパント処理ガスなどのガス混合物からイオンを解離し、それにより、電気的にバイアスされた基板上に形成された材料層に向かって加速され、その材料層内に注入されるイオン源を形成する。注入されたイオンをドーパントということもある。イオン注入の前又は後で、材料層の表面をプラズマプロセスにより処置してもよい。プラズマプロセスでは、不活性ガスや水素などの非ドーパント処理ガスを用いてもよい。また、注入プロセス又は注入／プラズマ処置プロセスの組み合わせの後で、洗浄・エッチングプロセスを行ってもよい。
【００１３】
図１Ａは、本発明の一実施形態によるイオン注入プロセスを実施するのに利用することができる処理チャンバ１００を示す図である。そのプロセスを実施することができる適切なリアクタチャンバの１つは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰ３ｉ（登録商標）リアクタチャンバである。本明細書に記載される方法は、他の製造業者からのものを含む、他の適切に構成された処理チャンバで実施されてもよいことが企図される。他の適切なリアクタチャンバとしては、２００６年８月２２日に発行された米国特許第７，０９４，６７０号や、２００２年１２月１７日に発行された米国特許第６，４９４，９８６号に記載されたチャンバがあり、これらの特許は、特許請求の範囲の記載及び本明細書の記載と矛盾しない限りにおいて、参照により本明細書に組み込まれる。
【００１４】
処理チャンバ１００は、プロセス領域１０４を封入する底部１２４、上部１２６、側壁１２２を有するチャンバ本体１０２を含んでいる。基板支持アセンブリ１２８がチャンバ本体１０２の底部１２４から支持され、処理のために基板１０６を受容するように構成されている。基板支持アセンブリ１２８に面するチャンバ本体１０２の上部１２６に、ガス分配プレート１３０が結合されている。ポンプポート１３２がチャンバ本体１０２の中に画定され、真空ポンプ１３４に結合されている。真空ポンプ１３４は、スロットルバルブ１３６を介してポンプポート１３２に結合されている。プロセスガス源１５２がガス分配プレート１３０に結合されて、基板１０６に対し行われるプロセスのためにガス状の前駆体化合物を供給する。
【００１５】
図１Ａに示したチャンバ１００は、図１Ｂの斜視図に最適に示されるプラズマ源１９０を更に含んでいる。プラズマ源１９０は、互いに交差して（又は図１Ｂに示す例示的実施形態のように互いに直交して）配置され、チャンバ本体１０２の上部１２６の外側に取り付けられた一対の分離した外部凹角導管１４０、１４０’を含んでいる。第１の外部導管１４０は、上部１２６に形成された開口１９８を介してチャンバ本体１０２内のプロセス領域１０４の第１の側に結合された第１の端部１４０ａを有している。第２の端部１４０ｂが、プロセス領域１０４の第２の側に結合された開口１９６を有している。第２の外部凹角導管１４０ｂは、プロセス領域１０４の第３の側に結合された開口１９４を有する第１の端部１４０ａ’と、プロセス領域１０４の第４の側に結合された開口１９２を有する第２の端部１４０ｂ’とを有している。一実施形態では、第１及び第２の外部凹角導管１４０、１４０’は互いに直交するように構成され、それにより、各外部凹角導管１４０、１４０’の両端部１４０ａ、１４０ａ’、１４０ｂ、１４０ｂ’は、チャンバ本体１０２の上部１２６の周縁に約９０度の間隔で配置される。外部凹角導管１４０、１４０’の直交形態により、プラズマ源をプロセス領域１０４全体に一様に分配することが可能になる。第１及び第２の外部凹角導管１４０、１４０’は、プロセス領域１０４内のプラズマ分布を制御するのに役立つ他の構成を有していてもよいことが企図される。
【００１６】
磁気を透過するトロイダルコア１４２、１４２’が、外部凹角導管１４０、１４０’のうち対応する１つの導管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又は素子１４８、１４８’を介して、それぞれのＲＦプラズマ源の電力発生器１４６、１４６’に結合されている。各外部凹角導管１４０、１４０’は、それぞれ絶縁環状リング１５０、１５０’により遮断される中空導電管であり、その絶縁環状リング１５０、１５０’は、それらがなければそれぞれの外部凹角導管１４０、１４０’の両端部１４０ａ、１４０ｂ（及び１４０ａ’、１４０ｂ’）の間で連続する電気的通路を遮断する。インピーダンス整合回路又は素子１５６を介して基板支持アセンブリ１２８に結合されているＲＦプラズマバイアス電力発生器１５４により、基板表面でのイオンエネルギーが制御される。
【００１７】
図１Ａに戻って、プロセスガス源１５２から供給されたガス状化合物を含むプロセスガスが、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。導管１４０内に供給されるガスに、電力供給器、すなわちコア１４２及びコイル１４４からＲＦ源のプラズマ電力１４６が結合され、これにより、外部凹角導管１４０とプロセス領域１０４とを含む第１の閉トロイダル通路内に循環するプラズマ電流が生成される。また、第２の導管１４０’内のガスに、他方の電力供給器、すなわちコア１４２’及びコイル１４４’からＲＦ源の電力１４６’が結合されてもよく、これにより、第１のトロイダル通路を横断する（例えば、直交する）第２の閉トロイダル通路内に循環するプラズマ電流が生成される。第２のトロイダル通路は、第２の外部凹角導管１４０’とプロセス領域１０４とを含んでいる。各通路内のプラズマ電流はそれぞれのＲＦ源の電力発生器１４６、１４６’の周波数で（例えば、逆方向に）振動し、これらの周波数は同一でもよく、又は互いにわずかにオフセットしていてもよい。
【００１８】
一実施形態では、プロセスガス源１５２は、前処置ガス及び後処置ガスと、エッチングガス又は洗浄ガスと、基板１０６に注入されるイオンを与えるのに利用することができるガスとを含む様々なプロセスガスを、処理チャンバに与える。前処置ガス及び後処置ガス用のプロセスガスとしては、不活性ガス、水素ガス及びそれらの組み合わせがあり、これらのプロセスガスはそのガス源から供給することができる。適切な不活性ガスには、ヘリウム、アルゴン、及びそれらの組み合わせがある。ｐ型やｎ型の材料向けのイオンを注入するためのプロセスガスの適切な例としては、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、アルシン（ＡｓＨ３）、ＰＨ３、ＰＦ３、ＢＦ３、Ｐ２Ｈ５、ＧａＮ、ＡｓＦ５、及びそれらの組み合わせがある。
【００１９】
各プラズマ源電力生成器１４６、１４６’の電力は、これらを合わせた効果によりプロセスガス源１５２から供給されるプロセスガスが効率的に解離し基板１０６の表面に所望のイオンフラックスを生成するように操作される。プロセスガスから解離されたイオンエネルギーを基板表面に向けて加速し、所望のイオン濃度で基板１０６の上面の下に所望の深さで注入することができる選択レベルに、ＲＦプラズマバイアス電力発生器１５４の電力は制御される。例えば、約５０ｅＶ未満などの相対的に低いＲＦ電力で、相対的に低いプラズマイオンエネルギーを得ることができる。低いイオンエネルギーで解離されたイオンを、基板表面から約１Å〜約１００Åの浅い深さに注入することができる。また、約５０ｅＶを超えるなどの高いＲＦ電力から与えられ発生する高いイオンエネルギーで解離されたイオンを、基板表面からの深さが実質的に１００Åを超える深さの基板内に注入することができる。
【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により、処理チャンバ１００で十分な運動量と所望のイオン分布をもつガス混合物中のイオンが解離される。イオンはバイアスされ基板表面に向けて駆動され、それにより、所望のイオン濃度、分布及び基板表面からの深さで基板内にイオンが注入される。更に、供給されたプロセスガスからの制御されたイオンエネルギーと様々な種類のイオン種により、基板１０６内にイオンを注入することができ、基板１０６上のゲート構造やソースドレイン領域のような所望のデバイス構造が形成される。
【００２１】
基板上に形成された材料層を処置し、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによりその材料層の中にイオンを注入する方法を以下で説明する。この方法は、本明細書の図１Ａ及び図１Ｂに記載されているような処理チャンバ１００などのプラズマ浸漬イオン注入処理チャンバや、他の適切に構成されたチャンバの中で行ってもよい。この方法は、完全に１つの処理チャンバ内でｉｎ  ｓｉｔｕで行ってもよいし、あるいは複数の処理チャンバを備えるツールの中で真空を破壊することなくｉｎ  ｓｉｔｕで行ってもよい。
【００２２】
この方法は、処理チャンバ内に基板を設けることにより始まる。一実施形態では、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＞又はＳｉ＜１１１＞）、歪み付加シリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコン基板、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、サファイアなどの材料であってもよい。基板は、直径２００ｍｍ又は３００ｍｍの基板や、長方形又は正方形の面などの色々な寸法であってもよい。特に断らない限り、本明細書に記載される実施形態及び実施例は、直径３００ｍｍの基板に対して行われる。基板を利用してゲート構造を形成する実施形態では、ポリシリコン層が基板上のゲート誘電体層上に配置されていてもよい。トレンチ、バイア、別個の積層といった基板のフィーチャが、基板表面上に形成されていてもよい。また、例えばｎ型の材料やｐ型の材料などの１つ又は複数の材料が、基板表面上に堆積していてもよい。
【００２３】
イオン注入プロセスの一実施形態では、堆積のための材料を与えることができ、かつ／又は注入プロセスのためのイオン種を与えることができるガス混合物が、処理チャンバ内に供給される。ガス混合物は、図１Ａに記載されているように、又は他の適切な手段により、プロセスガス源１５２からガス分配プレート１３０へ供給することができる。
【００２４】
一実施形態では、処理チャンバ１００内に供給されるガス混合物は、反応ガスを含んでいる。その反応ガスにより、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、基板表面に注入するためのドーパント材料が与えられて、基板のドープされた領域の所望の電気的性能及び／又は物理的特性を得ることができる。ドーパント材料は、ホウ素、ヒ素、リン、ガリウム、又はそれらの組み合わせを含んでいてもよい。一実施形態では、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、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、アルシン（ＡｓＨ３）、ＰＨ３、ＰＦ３、ＢＦ３、Ｐ２Ｈ５、ＧａＮ、ＡｓＦ５、及びそれらの組み合わせがある。例えば、反応ガスがＢ２Ｈ６である実施形態では、Ｂ２Ｈ６ガスは注入プロセスの間に解離されて、Ｂ２Ｈ５＋、ＢＨ２＋及びＨ＋のイオンの形でイオン種を生成することができる。
【００２５】
他の実施形態では、処理チャンバに供給されるガス混合物は不活性ガスを含んでもよい。適切な不活性ガスの例としては、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒなどがある。処理チャンバ内の不活性ガスはガス混合物中でイオン衝撃を促進し、それによりプロセスガスの衝突の確率を効率的に増加させ、結果的にイオン種の再結合を低減させることになる。不活性ガスは、約５０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍなど、約１０ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍの比率で処理チャンバ内に流入してもよい。
【００２６】
ＲＦ源電力を印加して、処理チャンバ内でガス混合物のプラズマを発生させる。プラズマは連続的に発生して、ガス混合物をイオン種として解離し基板内に注入する。ＲＦ源電力とともにＲＦバイアス電力を印加して解離を行い、解離されたイオン種を基板表面に向けて表面から所望の深さへ駆動することができる。処理チャンバに印加されるＲＦ源電力とバイアス電力は所望のエネルギーレベルに制御され、それによりガス前駆体をイオン化及び解離して、基板に所望の濃度と深さでドープすることができる。上記のプロセスの一実施形態では、ドーパントとしても知られているイオンを、１００Åの深さに約１０１５〜約１０１７原子／ｃｍ２の範囲のドーズ量で、約５００Å未満の深さに約１０１４〜約１０１６原子／ｃｍ２の範囲のドーズ量で堆積させることができる。
【００２７】
一実施形態では、ＲＦ源電力を約１００ワット〜約５０００ワットに維持してよい。ＲＦバイアス電力は、ＲＦ電圧が約１００ボルト〜約１５０００ボルトで約１００ワット〜約１００００ワットに維持してよい。
【００２８】
ステップ２２０のプラズマ浸漬イオン注入プロセスの間に、いくつかのプロセスパラメータも調節してよい。一実施形態では、チャンバ圧力は約１ｍＴｏｒｒ〜約５００ｍＴｏｒｒに維持してよい。基板温度は、約摂氏１０度〜約摂氏５００度に維持してよい。
【００２９】
層内のドーパント量は、濃度又は適用量として定義することができる。ドーパントの濃度は、単位体積当たりのドーパント原子数である原子／ｃｍ３で表される。ドーパントの適用量／ドーズ量は、単位面積当たりのドーパント原子数である原子／ｃｍ２で表される。
【００３０】
注入プロセスの一実施形態は、約１０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍなど約１０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの流量でジボラン（Ｂ２Ｈ６）やアルシン（ＡｓＨ３）などの反応ガスを処理チャンバ内に与え、約５００〜約２０００ボルト（Ｖ）など約２００Ｖ〜約１００００Ｖの電圧でバイアスを印加し、約７ｍＴｏｒｒ〜約１５ｍＴｏｒｒなど約１ｍＴｏｒｒ〜約１００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃〜約４５℃など約１５℃〜約５００℃の基板支持温度を維持することを含み、約２００Ｗ〜約３００Ｗなど約１００Ｗ〜約２０００Ｗの電源電力で、約１０秒〜約３０秒など約１秒〜約６０秒の時間長の注入プロセスを行う。
【００３１】
そうしたプロセスの例としては、約５０ｓｃｃｍの流量でジボラン（Ｂ２Ｈ６）を処理チャンバ内に与え、約１０００Ｖ又は１５００Ｖの電圧でバイアスを印加し、約１５ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃の基板支持温度を維持することを含み、約２００Ｗの電源電力で、約１５秒又は２０秒の時間長の注入プロセスを行う。
【００３２】
注入プロセスの前及び／又は後で、材料層にプラズマ処置を行ってもよい。注入前のプラズマ処置であるプラズマ前処置と、注入後のプラズマ処置であるプラズマ後処置とを、真空を破壊することなく同一のチャンバ又はツールでｉｎ  ｓｉｔｕで行ってもよい。
【００３３】
適切なプラズマ処理ガスとしては、不活性ガス、水素ガス（Ｈ２）又はそれらの組み合わせなどの非ドーパントガスがある。本明細書では、非ドーパントガスは、注入後の基板表面にｐ型又はｎ型の材料を与えないガスとして広く定義される。適切な不活性ガスの例としては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及びそれらの組み合わせを含む希ガスがある。本明細書では、非ドーパントガスは、注入により材料層にｎ型又はｐ型の材料を形成するためのイオン（ドーパント）を与えないガスとして広く定義される。
【００３４】
プラズマプロセスの一実施形態は、約１００〜約２００ｓｃｃｍなど約２５〜約１０００ｓｃｃｍの流量でヘリウムなどの不活性ガスを処理チャンバ内に与え、約７ｍＴｏｒｒ〜約１５ｍＴｏｒｒなど約１ｍＴｏｒｒ〜約１００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃〜約４５℃など約１５℃〜約５００℃の基板支持温度を維持し、約２００Ｗ〜約３００Ｗなど約１００Ｗ〜約２０００Ｗの電源電力をプラズマ源に印加し、約５００ボルト（Ｖ）〜約１６００Ｖなど約２００Ｖ〜約７０００Ｖのバイアスを基板支持体に印加することを含み、約１５秒〜約３０秒など約３秒〜約５０秒の期間行う。
【００３５】
図２は、４つの例示的な基板について、注入された材料の深さに対するホウ素濃度を原子／ｃｍ３で示したグラフである。これらの基板のうち３つは、各基板の表面を処置し次いで処置された表面の材料内にｉｎ  ｓｉｔｕでドーパントイオンを注入する第１のプラズマにより処理を行った。１つの基板は前処置なしで注入を行った。堆積した膜のドーパント含有量を分析すると、約１Åの深さで約１０２３原子／ｃｍ３（図２に示すように、１Ｅ２３原子／ｃｍ３とも表す）と、約２５０Åまでの深さで約１０１７原子／ｃｍ３との間の濃度であり、約５００Åの深さで約１０１４原子／ｃｍ３〜約１０１６原子／ｃｍ３の濃度であり、これに比べて、プラズマ前注入プロセスなしのプロセスについては、約３００Å以上の深さで１０１８原子／ｃｍ３であった。それぞれの例示的な基板のドーピングプロファイルを図２に示す。
【００３６】
前処置プロセスの第１の実施例では、約１００ｓｃｃｍの流量でヘリウムを処理チャンバに与え、約１５ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃のチャンバ温度を維持し、約２００Ｗの電源電力を印加し、約１６００Ｖのバイアス電力を印加することを約３０秒間行う。注入された層内のヘリウム含有量を分析すると、表面から約２５０Åまでの深さで約１０１７原子／ｃｍ３〜約１０２２原子／ｃｍ３の濃度であった。注入された層内のヘリウム含有量は、約１５０Åの深さで約１０１９原子／ｃｍ３〜約１０２２原子／ｃｍ３の濃度であることも観察された。堆積したドーパント材料の約１／２〜１／３の深さで、ヘリウム濃度はドーパント濃度とほぼ同じ濃度であることがわかった。前処置プロセスは、注入後に後処置プロセスとして行ってもよい。更に、前処置と注入のサイクルを繰り返し行って、材料層内のドーパントを所望の濃度にしてもよい。
【００３７】
上述した前処置プロセスの直後に、約５０ｓｃｃｍの流量でジボラン（Ｂ２Ｈ６）を処理チャンバ内に与え、約１２００Ｖの電圧でバイアスを印加し、約１５ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃のウェハチャック温度を維持し、約２００Ｗの電源電力を与えることを含む注入プロセスを、約２０秒の時間長で行った。プラズマ処置プロセス及びイオン注入プロセスにより、表面深さで約１０２３原子／ｃｍ３から約２２５Åの深さで約１０１７原子／ｃｍ３までのドーパント濃度が得られる。
【００３８】
そうしたプロセスの第２の実施例では、約１００ｓｃｃｍの流量でヘリウムを処理チャンバに与え、約１５ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃のチャンバ温度を維持し、約２００Ｗの電源電力を印加し、約５００Ｖのバイアス電力を印加することを約３０秒間行う。
【００３９】
前処置プロセスの直後に、約５０ｓｃｃｍの流量でジボラン（Ｂ２Ｈ６）を処理チャンバ内に与え、約１２００Ｖの電圧でバイアスを印加し、約１５ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃のウェハチャック温度を維持し、約２００Ｗの電源電力を与えることを含む注入プロセスを、約２０秒の時間長で行った。プラズマ処置プロセス及びイオン注入プロセスにより、表面深さで約１０２３原子／ｃｍ３から約１５０Åの深さで約１０１７原子／ｃｍ３までのドーパント濃度が得られる。
【００４０】
そうしたプロセスの第３の実施例では、約１００ｓｃｃｍの流量でヘリウムを処理チャンバに与え、約１５ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃のチャンバ温度を維持し、約２００Ｗの電源電力を印加し、約５００Ｖのバイアス電力を印加することを約１５秒間行う。
【００４１】
前処置プロセスの直後に、約５０ｓｃｃｍの流量でジボラン（Ｂ２Ｈ６）を処理チャンバ内に与え、約１２００Ｖの電圧でバイアスを印加し、約１５ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃のウェハチャック温度を維持し、約２００Ｗの電源電力を与えることを含む注入プロセスを、約２０秒の時間長で行った。プラズマ処置プロセス及びイオン注入プロセスにより、表面深さで約１０２３原子／ｃｍ３から約１８０Åの深さで約１０１７原子／ｃｍ３までのドーパント濃度が得られる。
【００４２】
比較例として、約５０ｓｃｃｍの流量でジボラン（Ｂ２Ｈ６）を処理チャンバ内に与え、約１２００Ｖの電圧でバイアスを印加し、約１５ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、約２５℃のウェハチャック温度を維持し、約２００Ｗの電源電力を与えることを約２０秒の時間長で行うプロセスにより、約３００Åの深さに１０１８原子／ｃｍ３のドーパント濃度で、ホウ素のドーパントを注入した。
【００４３】
図２は、上記のプロセスの間に注入された材料の深さに対するホウ素濃度を原子／ｃｍ３で示している。図２に示すように、比較例２００として上記のようにホウ素注入プロセスがなされた未処置の基板表面は、約３００Åの深さで１０１８原子／ｃｍ３の濃度を示している。第１の実施例２１０のドーパント濃度は、約１８０Åの深さで１０１８原子／ｃｍ３の濃度を、約２２５Åの深さで１０１７原子／ｃｍ３の濃度を示している。第２の実施例２２０のドーパント濃度は、約１２０Åの深さで１０１８原子／ｃｍ３の濃度を、約１５０Åの深さで１０１７原子／ｃｍ３の濃度を示している。第３の実施例２３０のドーパント濃度は、約１４０Åの深さで１０１８原子／ｃｍ３の濃度を、約１８０Åの深さで１０１７原子／ｃｍ３の濃度を示している。
【００４４】
本明細書に記載されたプラズマ処置プロセス及びイオン注入プロセスにより、約１２０Å〜約２５０Åの深さで約１０１７原子／ｃｍ３〜約１０１８原子／ｃｍ３のドーパント濃度が得られることが観察される。
【００４５】
したがって、イオン注入プロセスの前のプラズマ処置によってより浅い深さでの濃度を増加させることが可能になり、それにより、４００Å以上の深さで高いドーパント濃度を呈する従来のプロセスによって可能なよりも浅い深さである約２５０Å未満の深さにドーパント濃度が制限される、ということを図２は示している。本明細書に記載された前処置プロセス及びイオン注入プロセスにより、１０１８〜１０１９原子／ｃｍ３でのプロファイルの傾斜において、従来のプロセスでは３ナノメートル／ディケード（ｎｍ／ｄｅｃ）〜５ｎｍ／ｄｅｃであるドーパントプロファイルの急峻さを、本明細書に記載されたプロセスについては約１ｎｍ／ｄｅｃ〜２ｎｍ／ｄｅｃに減少させることができると考えられる。
【００４６】
本明細書に記載された注入プロセスならびに／又は注入及びプラズマ処置プロセスの前又は後に、処理チャンバ内で洗浄／エッチングプロセスを任意で行ってもよい。洗浄プロセスは、本明細書に記載された注入プロセスならびに／又は注入及びプラズマ処置プロセスとともに、周期的に繰り返して１〜２０サイクル行ってもよい。
【００４７】
プロセスガス源から供給されるガス状の化合物を含む適切な洗浄／エッチングプロセスガスは、Ｏ２、Ｃ２Ｆ５Ｈ、Ｆ２、ＮＦ３、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、ＳＦ６及びそれらの組み合わせなどの酸素含有ガス又はフッ素含有ガスを含んでいてもよく、必要に応じてヘリウムやアルゴンなどのキャリアガスを含んでいてもよい。そのプロセスは、処理チャンバ内に基板があればエッチングであり、処理チャンバ内に基板がなければチャンバ洗浄プロセスである。洗浄／エッチングプロセスは、注入プロセス及び／又はプラズマ処置プロセスとともにｉｎ  ｓｉｔｕで行ってもよい。
【００４８】
注入のプロセスの一部では、例えば、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３及びＰＨ３の場合、水素化物をベースとするプロセスのためなどにより、ドーピングに加えて堆積物が同時に生じることがあると考えられる。堆積した層は堆積プロセスの妨げになることがあり、この層の成長を制御することが好ましい。この目的を達成するためには、注入のプロセスを中断し、短いエッチング／洗浄ステップを実行して、堆積した層を除去することができる。その後で注入のプロセスを再開して、目標のドーズ量を得ることができる。
【００４９】
適切な洗浄プロセスの１つは、約５０〜約１０００ｓｃｃｍ、例えば約１００ｓｃｃｍなど、約２５〜約１０００ｓｃｃｍの流量で三フッ化窒素（ＮＦ３）などの洗浄ガスを処理チャンバに与え、約１００ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、例えば約１５０ｓｃｃｍなど、約５０〜約１０００ｓｃｃｍの流量でアルゴンなどの不活性ガスを処理チャンバに与え、約１００Ｗ〜約３００Ｗ、例えば約２００Ｗなど、約１００Ｗ〜約２０００Ｗの電力レベルで電源電力を印加し、約５ｍＴｏｒｒ〜約３０ｍＴｏｒｒ、例えば約１０ｍＴｏｒｒなど、約１ｍＴｏｒｒ〜約１００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力を維持し、例えば約２５℃〜約４５℃など、約２０℃〜約５００℃のチャンバ温度を維持することを、約５秒〜約１５秒、例えば約１０秒など、約３秒〜約３０秒の時間長で行うことを含む。
【００５０】
このようにして、プラズマ浸漬イオン注入プロセスにより基板内にイオンを注入する方法が提供される。その改良された方法により、所望の量のドーパントが好適に注入されて基板表面に所望の注入プロファイルが形成され、それにより、ドープされたイオン濃度が基板を横切って一様になり、所望の電気的性能をもつ電気装置が基板上に形成される。
【００５１】
上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく本発明の他のさらなる実施形態が構成されてもよく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により定められる。
【図１Ａ】
2012507867.tif 000003
【図１Ｂ】
2012507867.tif 000004
【図２】
2012507867.tif 000005
【国際調査報告】
2012507867.tif 000006