(57)【要約】  この方法は、プラズマドーピング、プラズマ堆積およびプラズマエッチング技術においてプラズマ組成を調整するために用いられる。開示された方法は、プラズマ中の電子エネルギー分布を改良することによりプラズマ組成を制御する。超高速電圧パルスによりプラズマ中で電子を加速することで、高エネルギー電子がプラズマ中で生成される。パルスは、電子に影響する程度には長時間だが、イオンに大きな影響を与えるには早すぎる。高エネルギー電子およびプラズマ構成物質の衝突の結果、プラズマ組成が変化する。プラズマ組成は、使用される特定目的の要求に適合するように最適化され得る。これはプラズマ中のイオン種の比率の変化を伴い、イオン化対解離の比率を変化させ、またはプラズマの励起状態集団を変化させる。【選択図】図１６
2012532417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバに供給ガスを供給する段階、
前記供給ガスを励起してプラズマを生成する段階、および
前記プラズマに電界パルスを印加する段階を備え、
前記電界パルスは、実質的に電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有し、
前記電界パルスは、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有し、
前記電界パルスは前記プラズマの電子に選択的に影響を与えるが、前記プラズマのイオンには実質的に影響を与えず、
影響を受けた前記電子は、前記プラズマ中の前記イオンおよび中性物質の組成、密度、および温度を改良する、
準大気圧プラズマを改良する方法。
【請求項２】
前記プラズマ中の望ましいイオンまたはラジカルの濃度を最大化するために選択された値で、前記電界パルスが印加される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チャンバに前記供給ガスを供給する段階は、前記プラズマ中の望ましいイオンまたはラジカルの濃度を最大化する化学的性質を有する供給ガスを供給する段階を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
プラズマドーピングツール内で前記電界パルスが印加される、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記供給ガスと接する表面に電圧を印加することにより、前記電界パルスを生じさせる、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
複数の電界パルスソースが前記プラズマに印加される、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の電界パルスソースのうち第１および第２のソースが、互いに非同期なパルスを供給する、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の電界パルスソースのうち第１および第２のソースが、同期的なパルスを供給する、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記供給ガスは、
カルボラン、デカボラン、およびオクタデカボランからなるリストから選択される化合物を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電界パルスを印加する段階は、前記プラズマの電子エネルギー分布関数および前記プラズマのイオン／中性物質組成を改良する、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
チャンバに供給ガスを供給する段階、
前記供給ガスを励起してプラズマを生成する段階、および
前記プラズマに電界パルスを印加する段階を備え、
前記電界パルスは、実質的に電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有し、
前記電界パルスは、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有し、
前記電界パルスは前記プラズマの電子に選択的に影響するが、前記プラズマのイオンには実質的に影響を与えず、
電界パルスの前記立ち上がり時間、電界パルスの前記期間、および電界パルスの振幅の少なくとも１つを制御することにより、電子密度および電子エネルギー分布の制御を通じて、前記プラズマ中の前記イオンおよび中性物質の組成、密度、および温度を改良する、
準大気圧プラズマを改良する方法。
【請求項１２】
前記プラズマ中の望ましいイオンまたはラジカルの濃度を最大化するために選択された値で、前記電界パルスが印加される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記チャンバに前記供給ガスを供給する段階は、前記プラズマ中の望ましいイオンまたはラジカルの濃度を最大化する化学的性質を有する供給ガスを供給する段階を有する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
プラズマドーピングツール内で前記電界パルスが印加される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
プラズマエッチングツールに対して前記電界パルスが印加される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
プラズマエンハンスド化学気相成長ツールに対して前記電界パルスが印加される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
複数の電界パルスソースが前記プラズマに印加される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の電界パルスソースのうち第１および第２のソースが、互いに非同期なパルスを供給する、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の電界パルスソースのうち第１および第２のソースが、同期的なパルスを供給する、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記供給ガスは、
カルボラン、デカボラン、およびオクタデカボランからなるリストから選択される化合物を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記電界パルスを印加する段階は、前記プラズマの電子エネルギー分布関数および前記プラズマのイオン／中性物質組成を改良する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
前記供給ガスと接する表面に電圧を印加することにより、前記電界パルスを生じさせる、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２３】
プラズマに電界パルスを印加する段階を備え、
前記電界パルスは、実質的に電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有し、
前記電界パルスは、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有し、
前記電界パルスは前記プラズマの電子に選択的に影響を与えるが、前記プラズマのイオンには実質的に影響を与えない、
プラズマを調整する方法。
【請求項２４】
連続電磁波パルスをプラズマに印加する段階を備え、
前記連続電磁波パルスは非振動極性の電界および電子プラズマ周波数以上の周波数を有し、
前記連続電磁波パルスは、実質的に電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有し、
前記連続電磁波パルスは、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有し、
前記連続電磁波パルスは前記プラズマの電子に選択的に影響を与えるが、前記プラズマのイオンには実質的に影響を与えない、
プラズマを調整する方法。
【請求項２５】
チャンバと、
前記チャンバ内で支持され、前記チャンバから絶縁される遮蔽板と、
高電圧フィードスルーを介して前記遮蔽板と接続されるパルス生成器とを備え、
前記パルス生成器は、前記チャンバに閉じ込められたプラズマに電界パルスを供給し、
前記電界パルスは、電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有し、
前記電界パルスは、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有する、
プラズマドーピングシステム。
【請求項２６】
パルスの前記立ち上がり時間は、１ナノ秒以下である、
請求項２５に記載のプラズマドーピングシステム。
【請求項２７】
前記パルス生成器は、前記プラズマ中の望ましいイオンまたはラジカルの濃度を最大化するために選択された値で、前記電界パルスを供給する、
請求項２５に記載のプラズマドーピングシステム。
【請求項２８】
供給ガスを前記チャンバ内で励起し、前記プラズマを生成するためのＲＦ電力源をさらに備える、
請求項２７に記載のプラズマドーピングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ生成の分野に関する。より具体的には、本発明は、準大気圧プラズマ中のイオンおよびラジカルの密度、温度および組成、および、電子の密度およびエネルギーを選択的に制御するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマは、半導体プロセスにおいて、プラズマエンハスド化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）および基板ドーピングのように、様々な方法により用いられる。このようなプロセスは、シリコンウエハのようなターゲット基板の表面上または表面下における、イオンの指向性堆積またはドーピングを含む。他のプロセスとして、エッチング種の指向性がエッチングされる溝の品質を決定するプラズマエッチングが含まれる。
【０００３】
典型的なプラズマドーピングは、プラズマ内の荷電イオン特性を利用し、ターゲット表面上または表面下にイオンを堆積する。ここで、プラズマ堆積プロセスは、基板表面上に堆積する中性物質に依存する。中性物質は荷電していないので制御が難しく、従って、最終プロセスを妨害するように表面上に蓄積しうる。
【０００４】
さらに、プラズマは典型的に異なるイオン種および中性物質種を有する。特定のプロセスを実行するために、プラズマ内で特定種を最大化し、別の特定種を最小化することが望ましい。同様に、現在用いられる方法と比較して、プラズマ組成をより十分に制御する方法を有することが有効であるだろう。
【０００５】
従って、好ましいイオン種の存在を最大化し、ドーピングの利用に好ましくないイオン種および中性物質の存在を最小化するために、イオン組成およびプラズマ密度を制御する方法が必要である。中性物質が望まれる、エッチングおよび堆積等の他の利用形態のためには、その逆が望ましいかもしれない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
プラズマプロセスツールの性能は、関連するプラズマ組成に依存する。ここに開示される方法は、プラズマ中の電子のエネルギー分布を変更することにより、ユーザがプラズマ組成（イオン種及び中性物質（すなわちラジカル）種、これらの種の励起状態、および電子エネルギー分布を含む）および密度を制御することを可能にする。エネルギー電子は、１以上の超高速電界（Ｅ−ｆｉｅｌｄ）パルスを用いて、電子の一部を加速することによりプラズマ中で生成される。このパルスは、電子に影響する程度には十分長く、その比較的大きな質量に大きく起因してイオンに影響を与えるには短すぎる。エネルギー電子とプラズマの構成物質とが衝突すると、結果的にプラズマ組成に変化が生じる。注意深く電子エネルギーを制御することで、使用される特定のプロセス要求に適合できるように、プラズマ組成を最適化できる。ある実施形態において、これはプラズマ中のイオン種の比率の変更、イオン化と解離の比率の変更、プラズマの励起状態占有率の変更を伴う。
【０００７】
ある実施形態において、この方法は、プラズマイオンプランテーション（すなわち、ドーピング）の間、現行の方法により得られるよりも高い、ガス中分子の解離に対するイオン化比率を達成するために用いられうる。これにより、高いプラズマ密度が得られ、また、処理される基板上の堆積が減少する。
【０００８】
この超高速電界パルスは、プラズマに面する電気的に絶縁された表面に対して印加される。例えば、この表面は遮蔽板（バッフル）またはインプラントされる基板であってよい。電界パルスは、実質的にプラズマ（電子）周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有する。また、パルス幅は、プラズマシースにおけるイオン通過時間よりもずっと短くてよい。印加される高速上昇電界利得エネルギーの影響を受ける電子は、プラズマ中を移動し、その経路上のガス分子をイオン化し、励起し、または解離する。各電子が生成するイオン化、励起、解離等の数は、（電界パルスから得られる）電子のエネルギー、ガス密度、および特定のプロセスにおける電子／分子衝突断面積に依存するだろう。
【０００９】
チャンバに供給ガスを供給する段階、供給ガスを励起してプラズマを生成する段階、およびプラズマに電界パルスを印加する段階を備える、準大気圧プラズマを改良する方法が開示される。電界パルスは、実質的に電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有してよい。電界パルスは、同様に、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有してよい。ここで、電界パルスはプラズマの電子に選択的に影響するが、プラズマのイオンには実質的に影響を与えない。また、影響を受けた電子は、プラズマ中のイオンおよび中性物質の組成、密度、および温度を改良する。
【００１０】
供給ガスをチャンバに供給する段階、供給ガスを励起してプラズマを生成する段階、および電界パルスをプラズマに印加する段階とを備える、準大気圧プラズマを改良する方法が開示される。電界パルスは、実質的に電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有してよい。電界パルスは、同様に、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有してよい。ここで、電界パルスはプラズマの電子に選択的に影響するが、プラズマのイオンには実質的に影響を与えない。また、電界パルスの立ち上がり時間、電界パルスの期間、および電界パルスの振幅の少なくとも１つを制御することで、電子密度およびエネルギー分布の制御を介して、プラズマ中のイオンおよび中性物質の組成、密度および温度が改良される。
【００１１】
電界パルスをプラズマに印加する、プラズマを調整する方法が開示される。電界パルスは、実質的に電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有してよい。電界パルスは、同様に、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有してよい。ここで、電界パルスはプラズマの電子に選択的に影響するが、プラズマのイオンには実質的に影響を与えない。
【００１２】
連続電磁波パルスをプラズマに印加する段階を備え、連続電磁波パルスは非振動極性の電界および電子プラズマ周波数以上の周波数を有する、プラズマを調整する方法が開示される。連続電磁波パルスは、実質的に電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有してよい。連続電磁波パルスは、同様に、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有してよい。ここで、連続電磁波パルスはプラズマの電子に選択的に影響するが、プラズマのイオンには実質的に影響を与えない。
【００１３】
チャンバ、チャンバ内で支持され、チャンバから絶縁される遮蔽板、および高電圧フィードスルーを介して遮蔽板と接続されるパルス生成器を備えるプラズマドーピングシステムが開示される。パルス生成器は、チャンバに閉じ込められたプラズマに電界パルスを供給する。パルスは、実質的に電子プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間を有し、また、イオンプラズマ周波数の逆数未満の期間を有してよい。
【００１４】
添付される図面は、この原理の実用的応用のために想定される、開示された方法の好ましい実施形態を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】１次元パーティクルインセル（ＰＩＣ）法プラズマシュミレーションのブロック図を外部回路とともに示す。
【図１Ｂ】入力電圧ナノパルスの図を示す。
【図２】電圧パルスの開始に先立って、図１ＡのＰＩＣプラズマシュミレーションを用いてシミュレートした左側（ＬＨＳ）ポテンシャル、プラズマ横断ポテンシャル、プラズマ横断電界、電子エネルギー分布関数、および電子速度の一連の図を示す。
【図３】電圧パルス後０．１ナノ秒における図２に示される測定結果の一連の図である。
【図４】電圧パルス後０．５ナノ秒における図２に示される測定結果の一連の図である。
【図５】電圧パルスの立ち上がりの終点における図２に示される測定結果の一連の図である。
【図６】電圧パルスの立ち上がりの完了後における図２に示される測定結果の一連の図である。
【図７】電圧パルスの開始後３．５ナノ秒における図２に示される測定結果の一連の図である。
【図８】電圧パルスの開始後４ナノ秒における図２に示される測定結果の一連の図である。
【図９】電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）対電子エネルギーを示すグラフである。
【図１０】ナノパルサに対するピーク印加電圧の関数としてのイオン分別のバリエーションを示す図である。
【図１１】ナノパルサ電圧の関数としての０．１％Ｂ２Ｈ６（Ｈｅ中）プラズマの飛行時間（ＴＯＦ）スペクトルのグラフを示す。
【図１２】ナノパルサ電圧の関数としての０．５％Ｂ２Ｈ６（Ｈｅ中）プラズマのＴＯＦスペクトルのグラフを示す。
【図１３】シリコン基板の表面下深さの関数としてのホウ素濃度の変化のＳＩＭＳプロフィールを示す。
【図１４】異なるナノパルサ電圧における、電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）対電子エネルギー（ｅＶ）のｌｏｇプロットを示す。
【図１５】プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）ツールにおけるナノパルサの実施例を示す。
【図１６】プラズマエンハスド化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）ツールにおけるナノパルサの第２の実施例を示す。
【図１７】ＰＥＣＶＤ中の高アスペクト比構造上または周辺の堆積物の断面図を示す。
【図１８】プロセス指向性対プラズマ特性のプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
プラズマソース中におけるイオン／中性物質組成を変更する方法が開示される。開示される方法は、一般的にイオンソースとともに実施され、特に間接加熱カソード（ＩＨＣ）ソース、バーナスソースのようなソースおよびプラズマドーピング（ＰＬＡＤ）、プラズマエッチング、プラズマ蒸着／ＰＶＤとともに用いられてよい。この方法は、プラズマ中の平均電子温度／エネルギーを変更／増加するために用いられる。これにより、結果的に、電子衝突プロセス（イオン化、解離、励起）の可能性が変更される。
【００１７】
プラズマ中において、好ましい粒子種の濃度を増加させ、好ましくない粒子種の濃度を減少させるために、イオンおよびラジカル組成を選択的に変更する機能を有することが望ましい。ナノ秒（ｎｓ）電界パルサを用いることで、電子エネルギーを選択的に変更することができ、これにより、プラズマのイオン組成の変更が可能となる。
【００１８】
開示される方法の応用は、イオンおよび／または中性物質の組成、密度、温度、および同様に電子の密度およびエネルギー分布を制御することが望まれる、いかなるプラズマソースの応用を含む。そのような応用の非限定的な例のリストは、（１）高分子量イオンソース（例えば、カルボラン、デカボラン、オクタデカボラン）、（２）Ｈ２イオンソースを含むシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）プロセス、（３）プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）を含むがこれらに限定されない。
【００１９】
開示された方法は、プラズマに電界パルスを印加することを含む。シミュレーションにおいて、電界パルスは数ｎｓのみ続き、〜１ｎｓの立ち上がり時間を有する。この結果、電界は、プラズマシースのみではなく、プラズマ全体で生成される。この電界は、電子エネルギーの増加を引き起こす。時間スケールの小ささ（ｎｓ）に起因して、プラズマ中の電子のみが電界に影響されるが、比較的重いイオンは影響されない。これにより、電子エネルギーをプラズマのイオンとは別に、コントロールすることが可能になる。
【００２０】
通例では、一般的に、プラズマを横断した電界を維持することはできないとされている。しかし、下記数式で示される、プラズマまたは電子周波数の逆数を超える程度の時間スケールにおいては可能である。
【数１】
2012532417.tif 000003
ここで、ωｐｅはプラズマまたは電子周波数であり、ｑは電荷であり、ｎｅは電子密度であり、ｍｅは電子質量であり、εоは自由空間における誘電率である。ｎｅ＝１０１０ｃｍ−３、ωｐｅ≒０．９ＧＨｚの場合、電子応答時間τｅ＝１．１ｎｓとなる。
【００２１】
約１．１ｎｓよりも大きい電界パルスがプラズマに印加される状況においては、電子はほぼ即時にパルスに応答し、これによりシースを適用されたバイアスに適合するように変更する。このシースにおける電圧降下は、プラズマを通した電界をアクティブに防止する。
【００２２】
しかし、電界パルスの大きさの立ち上がりが、電子応答時間τｅよりも早い（すなわち、ナノ秒またはナノ未満秒のパルスが用いられる）場合、短時間であるが電界はプラズマを通して生成されうる。これは、電子が応答する十分な時間が経過する前（すなわち、サブｎｓ）に電界が生成されるので、電子が電界中に浸されるためである。
【００２３】
これを確認するために、本発明者らは、プラズマデバイスコードＸＰＤＰ１（デバイスコードはhttp://ptsg.eecs.berkeley.edu/から入手可能）を用いて、このシナリオの一次元パーティクルインセル（ＰＩＣ）プラズマシミュレーションを開発した。このモデルのブロック図は、外部回路とともに図１Ａに示される。その結果が以下に示される。
【００２４】
ＰＩＣシミュレーションの入力条件は以下の通りである。
電子密度ｎｅ＝１０１０ｃｍ−３
電子温度Ｔｅ＝４ｅＶ
チャンバ長さＬ＝０．３ｍ
空間セル数１００００
セル幅＝０．３μｍ
時間ステップ＝１０−１２ｓ
１０００００コンピュータ粒子
圧力＝１ｍＴｏｒｒ
【００２５】
Ｌ、ＲおよびＣは、ＸＰＤＰ１シミュレーションのための外部回路と関連づけられるインダクタンス、抵抗およびキャパシタンスである。この場合、電圧パルスが電界を生成するが、同じ電界を生成するために他の方法を用いてもよい。
【００２６】
ＸＰＤＰ１、１次元ＰＩＣシミュレーション計算機は、ナノ秒パルス印加以前の５ｎｓの間ゼロバイアスで実行され、シースが形成し平衡（すなわち、安定プラズマ状態）に達した状態を得る。図１Ｂには、約−１．１×１０３Ｖの負電圧パルスが約１ｎｓの期間にわたり印加された入力電圧ナノパルスが示される。
【００２７】
図２−８において、左側電極（ＬＨＳ−シミュレーションにおいて用いられたプラズマリアクタの左側電極の電圧）の分布ポテンシャル１０、プラズマ横断ポテンシャル２０、プラズマ横断電界３０、電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）４０−電子分布対プラズマ内のそのエネルギーを表す−および電子速度（Ｘ方向）５０のスナップショットが、シミュレーション期間の全体において示される。
【００２８】
図２は、電圧パルスの開始前のプラズマ特性を示す。ポテンシャル２０に示されるように、プラズマポテンシャルは安定化される。すなわち、ポテンシャル２０および電界３０を示すラインは平坦である。
【００２９】
図３は、電圧パルスの立ち上がり時間に入った後０．１ｎｓのプラズマ特定を示す。電圧パルスは、ＬＨＳポテンシャル１０において下向きとなることが観察される。同様に、プラズマを通じたわずかな電圧降下（ポテンシャル２０）が観察される。電圧の立ち上がりは（電子応答時間τｅと比較して）急速であり、接する電極のポテンシャルの突然の上昇に起因する電圧降下に、シースが適合することができない。従って、プラズマ横断電圧降下（ポテンシャル）は、以下のように表される。ここで、Ｖ＝ポテンシャル、ρ＝最終的な荷電種の密度、およびεо＝誘電率である。
【数２】
2012532417.tif 000004
【００３０】
これから、電圧変動（ポテンシャル２０）はプラズマを通して線形であるだろうということが結論づけられる。図４は、電圧パルスの立ち上がり時間に入った後０．５ｎｓのプラズマ特性のスナップショットを示す。
【００３１】
この場合ｔ＝６ｎｓ（電圧パルス開始後１ｎｓ、図５参照）に対応する、電圧パルスがその最大絶対値に上昇した時点（ＬＨＳポテンシャル１０およびポテンシャル２０参照）においても、印加された電圧はプラズマ全体を通じて依然降下したままであることが示される。前述したように、この電圧降下は、パルスに応答するには電子の有する時間が不十分であることに起因する。
【００３２】
ｔ＝７ｎｓを表す図６に示されるように、電子は電界に応答する。この結果、チャンバ壁近傍において電荷分離が増加し、これによりシースがより薄くなる。この後、プラズマ全体を通じた電圧降下が、成長するシースによってゆっくりと調整される。図７は、継続する電圧パルスの開始後２．５ｎｓ後である、ｔ＝８．５ｎｓにおけるプラズマ特性を示す。平均電子速度５０が増加したことが観察される（平均は図２−６よりもより正である）。
【００３３】
ここで図８を参照すると、継続する電圧パルスの開始後３．０ｎｓである、ｔ＝９ｎｓにおけるプラズマ特性が示される。再び、平均電子速度５０が増加しつづけていることが観察されるだろう。電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ）（ｌｏｇスケール）対電子エネルギー（ｅＶ）のグラフである図９から明らかなように、ＥＥＤＦ４０も著しく勾配が大きい。曲線５２はｔ＝６ｎｓ（即ち、電圧パルスの開始１ｎｓ後）のプラズマ中の電子エネルギー状態を示し、曲線５４はｔ＝７ｎｓ示し、曲線５６はｔ＝８ｎｓを示し、曲線５８はｔ＝９ｎｓを示し、そして曲線５９はｔ＝１０ｎｓを示す。
【００３４】
これらの図が示すように、ナノ／ナノ未満秒の実効電界パルスを用いて、プラズマ中のＥＥＤＦを変更することができる。結果的に、プラズマ中のイオン／中性物質の組成、密度、および温度を変更することも可能であるだろう。これは、これらのパラメータがＥＥＤＦに関連するためである。
【００３５】
例１：以下において、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）ツール上で実行された実験の結果が示される。図１０に関連して、ナノパルサのピーク印加電圧の関数として図示されるイオン分別のバリエーションが示される。この分別は、プラズマ中でどのイオンが生成されるかに言及する（即ち、ジボランであれば、Ｂ２Ｈ５＋またはＢ２Ｈ４＋を生成しうる）。図１０から分かるように、例えば、（ナノパルサに適用されたように）電圧パルスの大きさが大きくなると、（他と比較して）Ｈ＋濃度が上昇し、Ｈｅ＋イオンの関連する相対的分別度（即ち、濃度）が減少する。従って、ナノパルサの電圧を変化させることで、ユーザは特定のプロセスに適合する所望のイオンの生成を調整することができる。
【００３６】
図１１は、パルス電圧変化の生成されたイオン濃度における変化を示す。図１１は、パルサ電圧の関数としての、（Ｈｅ中の）０．１％Ｂ２Ｈ６プラズマの飛行時間（ＴＯＦ）スペクトルを示す。本図において、Ｈｅ＋およびＢｘＨｙフラクションの生成が、パルサ電圧の変化とともに観察される。パルサ電圧上昇がＢ３Ｈｘ＋のイオン濃度の減少を生じさせる一方、パルサ電圧上昇がＢＨｘ＋およびＢ２Ｈｘ＋イオン濃度を増加させたことが観察されうる。従って、パルサ電圧を調整することにより、さらなるイオン濃度の微調整が達成される。
【００３７】
図１２は、プラズマ中のジボラン（Ｂ２Ｈ６）濃度の変化が、電圧パルスにより、どのように生成されるイオン濃度に影響しうるかを表す。図１２は、パルス電圧の関数としての、（Ｈｅ中の）０．５％Ｂ２Ｈ６プラズマのＴＯＦスペクトルのグラフを示す。図１１と図１２の唯一の違いは、ジボラン濃度である（図１２において０．５％であるのに対し、図１１において０．１％）。ジボラン濃度を変化させることにより、ナノパルサの効果が異なるものとなることが観察されうる。特に、図１１のＢ３Ｈｘ＋ピークと比較して、Ｂ３Ｈｘ＋濃度の５倍の増加が達成される。
【００３８】
図１３は、シリコン基板表面下の深度の関数としてのホウ素濃度のバリエーションのＳＩＭＳプロフィールを示す。プロフィールから、パルサあり（曲線７０、９０）の正味ドースが、同一のプラズマ濃度を電圧パルスなしで用いた同様のインプラント（曲線６０、８０）に対して〜２０％増加している。従って、曲線６０および７０は、０．１％ジボラン濃度および０．３２５ｋＶのウエハバイアスを有するプラズマにより達成されるＳＩＭＳプロフィールである。ここで、曲線７０は、２５０Ｖナノパルスを用いて得られたインプラント量を示すが、曲線６０はナノパルスなしで得られたインプラント量を示す。これにより、開示された方法を用いることで、より大きな深度でより高いイオン濃度を達成できることが結論づけられる。本発明者らは、これは開示された電圧パルス法を用いてプラズマ中に生成されるイオン密度を増加させ、同様にＢ２Ｈｘ＋とＢ３Ｈｘ＋の濃度を増加させた結果であると考える。図１３は、パルス有およびパルス無の場合におけるＳＩＭＳプロフィールの比較を示す。
【００３９】
同様に、曲線８０と９０は、０．５％ジボラン濃度のプラズマおよび０．３２５ｋＶのウエハバイアスで得られたＳＩＭＳプロフィールを示す。しかし、曲線９０は、２５０Ｖナノパルスを用いて得られたインプラント量を示すが、曲線８０はナノパルスなしで得られたインプラント量を示す。これらの結果によっても、開示された方法を用いることで、より大きな深度でより高い濃度を達成できることが結論づけられる。さらに、この濃度を変化させるために、ジボラン組成の変化が同様に用いられる。ナノパルスは、プラズマ組成を変え、プラズマ中の異なった化学的特性およびインプラントメカニズムの変化に引き起こす。
【００４０】
図の結果は、プラズマ中のジボラン濃度を変化させることにより、又は変化させることなく、開示されたナノパルス法を用いてインプラントプロフィールを改良することが可能であることを示す。
【００４１】
図１４は、パルサ電圧の関数としてのＥＥＤＦ（電子エネルギー分布関数）のバリエーションを示す。図１４のグラフは、ＥＥＤＦ対電子エネルギー（ｅＶ）のｌｏｇプロットである。図の値は、６ｍＴｏｒｒにおける５５０Ｗのアルゴンプラズマおよび電子エネルギー分布を測定するために挿入されたプローブを用いて実験的に計算される。電子エネルギー分布は、０Ｖ（１００）、１５０Ｖ（１１０）、３００Ｖ（１２０）、４５０Ｖ（１３０）、６００Ｖ（１４０）の異なったナノパルス電圧において測定される。ナノパルス無しで得られたデータ（１００）は、ナノパルスの存在下で得られたデータ（１００−１４０）と比較して、概してより多くの低エネルギーの電子を示すことが観察される。（電子温度Ｔｅを表す）ＥＥＤＦの勾配の増大は、ＸＰＤＰ１シミュレーション中で観察されるようなものである。
【００４２】
つまり、電子応答時間τｅよりも早いナノまたはナノ未満秒の電圧パルスを適用することにより、プラズマの平均電子エネルギーを変化させることができる。これは、（τｅ∝√ｎｅであるため）高プラズマ濃度に対し高速の立ち上がり時間を有するパルス（ナノ未満秒パルス）を用いるか、低プラズマ濃度に対し中程度に高速の立ち上がり時間を有するパルス（ナノ秒パルス）を用いることで達成される。平均電子エネルギーの望まれる改良を得るのに立ち上がり時間の間または終わりにおけるパルス振幅が十分となるように、電界パルスは電子プラズマ周波数の逆数と実質的に等しいまたは未満の立ち上がり時間を有する。この文脈で「実質的に等しい」という用語は、立ち上がり時間が、イオンプラズマ周波数の逆数よりも小さい限りにおいて、電子プラズマ周波数の逆数よりもわずかに大きくてよいことを意味する。
【００４３】
開示された方法は、プラズマ中のＥＥＤＦの改良を可能にする。これは、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）に応用されるプロセスである、ＩＨＣソース中のＨ＋分別を増加または改良するための特定の使用法でありうる。
【００４４】
図１５において、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）ツールに用いられる、高速パルス生成器の実施例が示される。ナノパルス生成器１５０は、ＰＬＡＤツールの遮蔽板１５２に接続される。遮蔽板１５２は、絶縁体１５４によってグランドから絶縁され、高電圧供給器１５６を通じてパルス生成器１０に接続される。垂直コイル１６０または水平コイル１６２にＲＦ電力により電力を供給して、管１５８でプラズマが生成される。
【００４５】
ここで、図１６において、プラズマエンハンスド化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）ツールに用いられる、高速パルス生成器の第２の実施例が示される。ナノパルス生成器１６４は、プラズマ管１６８の内側に配された円筒状リング１６６に接続され、水晶のような絶縁体１７０により管本体から絶縁される。円筒状リング１６６にナノパルスが印加され、プレシース中に存在する電子ｅをプラズマボディ１７２に向けて加速する。
【００４６】
図１７において、ＰＥＣＶＤは主に中性物質、イオンおよび基板１７４の表面上のイオンアシストによる堆積物により駆動される。中性物質による堆積物は、高アスペクト比構造１７８（トレンチまたはビア１８０）の入り口のキャップ１７６の形成を引き起こし、それらの内側にボイドを形成する。イオンによる堆積物は、その指向性のおかげで、入り口を塞ぐことなく構造の底部に所望のイオン種を堆積させることができる。さらに、他の平行経路と比較して、イオンアシストによる堆積はより早く進行する。従って、開示された方法を用いてイオン密度を増加させることで、高アスペクト比構造に充填する性能におけるプロセスパフォーマンスだけでなく、堆積速度も同様に向上することができる。
【００４７】
開示された方法は、ＰＥＣＶＤプロセス中で中性物質（即ち、ラジカル）密度に対するイオン密度比を増加するため、プラズマに超高速パルス電圧を印加することに用いられうる。一実施形態において、高速負電圧パルスは、プラズマ周波数の逆数以下の立ち上がり時間とともに用いられる。また、パルス幅は、プラズマシース中のイオン通過時間よりも短い。前述したように、電圧は、プラズマに面するどの絶縁された表面にも印加されうる。高速立ち上がり電界に影響される電子は、エネルギーを獲得し、プラズマ中を移動し、その経路中のガス分子をイオン化し、励起し、または解離する。各電子が生成するイオン化、励起、解離等の数は、（電圧パルスから得られる）電子の初期エネルギー、ガス密度、および特定のプロセスにおける電子／分子衝突断面積に依存するだろう。
【００４８】
プラズマ密度の増加のＣＶＤプロセスにおける指向性に対する効果は、図１８に示される。図１８において、プロセス指向性（規格化された側壁：トレンチ底部成長比率）がプラズマ特性に対してプロットされる。図１８から、プラズマ中のイオン濃度の増加によって、より大きな指向性が生じ、これにより高アスペクト比のトレンチ／ビアに対する充填性が強化されることが観察される。
【００４９】
図１５および１６の配置は、プラズマ中において、ナノ／ナノ未満秒パルスが適用される複数の電極を含んでよいことが理解されるだろう。ナノ／ナノ未満秒パルスに用いられる複数の電極の組み合わせは、ここに示されるものと異なる結果を生じうる。例えば、プラズマを挟んで対向する２電極に、非同期的に「ナノ秒パルス」することで、電子の振り子運動を引き起こすことができる。電子の振り子運動は、プラズマ中の電子の効果の増幅器として機能する。そのような配置の同期的なバイアスは電子が豊富なコアを生じさせる。
【００５０】
開示された方法は、イオン組成を増加／改良することが望ましい様々な応用のいずれかにおいて用いられうる。例えば、開示された方法において、例えば、カルボラン、デカボラン、オクタデカボランといった高分子質量イオンソースを用いる特定の応用が見いだされる。堆積は、高分子重量化合物を用いたイオンソースに関連した問題の一つである。重度の堆積は結果的にソース寿命および効率を減少させる。堆積するラジカルをより少なく生成するようにナノパルス電圧を調節することにより、堆積が最小化されうる。望ましくない堆積の原因となるラジカルの生成を減少させるように、適用されるナノパルス電界が調整される。表面上で反応する特定のラジカル量を減少させることで、望ましくない堆積がより少なくなる。
【００５１】
開示される方法の別の好ましい応用は、Ｈ２イオンソースを用いるシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）プロセスによるものである。Ｈ３＋の組成を選択的に増加することと、これらのイオンソースのスループットを向上させることは相互関係を有する。
【００５２】
さらに、開示された方法は、低インプラント電圧において高インプラントドースを必要とするプロセスである、Ｂ２Ｈ６／Ｈ２混合物を用いたＰＬＡＤに利用されうる。現状、これらのプロセスは、低Ｂイオン密度により生じる長いインプラント時間に起因した低スループットの問題を有する。これらのプロセスは、長いインプラント時間に起因して、望まれずに増加する堆積の問題も有する。開示された方法を適用することにより、改良されたＢイオン密度比が達成され得、スループットが増加することが期待される。
【００５３】
本発明の利用は幾通りにもなりうる。このアプローチにより、ＥＥＤＦを改良し、結果的にプラズマのイオン／中性物質組成を改良することが可能となりうる。従って、プラズマを用いたいかなるアプリケーションも本方法から利することができる。
【００５４】
ここに記述される方法は、例えば、命令実行可能な機械が読み取り可能なコンピュータ可読記憶媒体上に、命令からなるプログラムを具体的に具現化することにより自動化されうる。汎用コンピュータがそのような機械の一例である。当業者に周知の適切な記憶媒体の非限定的なリストは、読取り可能または書込み可能ＣＤ、フラッシュメモリチップ（例えば、サムドライブ）、および様々な磁気記憶媒体等のようなデバイスを含みうる。
【００５５】
本発明は特定の実施形態への参照とともに開示されたが、添付された特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から離れることなく記述された実施形態への数的改良、代替および変形が可能である。これにより、本発明は、記述された実施形態に限定されず、後述する特許請求の範囲の用語およびその均等物に定義されるすべての範囲を含むことが意図される。
【００５６】
ここに記載される機能およびプロセスステップは、ユーザのコマンドに応じて、自動的、全体的、または部分的に実行されてよい。自動的に実行される活動（ステップを含む）は、ユーザの直接の活動の起動がなくても、実行可能命令またはデバイスオペレーションに応答して実行される。
【００５７】
本発明は、特定の実施形態への言及とともに記載されたが、ここに記載された実施形態およびバリエーションは説明の目的のみを有することを理解されたい。当業者によって、現在のデザインに対する改良が本発明の範囲から離れることなく、なされ得るだろう。代替的な実施形態において、ネットワークにアクセスする１以上の（分配された）処理デバイス上に、プロセスおよびアプリケーションが位置し得る。さらに、開示された関数およびステップのいずれも、ハードウエア、ソフトウエアまたは両者の組み合わせにより実施され得、インターネットを含むネットワーク上のいかなる場所における処理デバイスに存在し得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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