(57)【要約】  上面にフォトレジスト膜を有する被加工物のプラズマ浸漬イオン注入方法により、フォトレジストの炭化によるフォトレジスト不良を回避する。この方法は、連続するイオン注入サブステップを実行することを含み、イオン注入サブステップのそれぞれは、フォトレジスト層の上部の一部のみがイオン注入によって損傷される継続時間行われる。この連続するイオン注入サブステップの各サブステップ後に、アッシングサブステップを実行することにより、フォトレジスト層の残存部はその場に残したまま、フォトレジストの上部の一部が除去される。連続するイオン注入サブステップの回数は、被加工物へのイオン注入ドーズ量が所定の量に達するのに十分な回数である。
2012516051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にフォトレジスト層を有する被加工物のプラズマ浸漬イオン注入方法であって、
いくつかの連続するイオン注入サブステップを実行し、前記イオン注入サブステップのそれぞれが、水素の除去による変化が概ね前記フォトレ
ジスト層の上部に制限される継続時間行われるステップと、
前記連続するイオン注入サブステップの各サブステップ後に、アッシングサブステップを実行することにより、前記フォトレジスト層の残存部をその場に残したまま、前記上部を除去するステップとを含み、
前記連続するイオン注入サブステップの回数が、前記被加工物のある領域内へのイオン注入ドーズ量が所定の量に達するのに十分な回数である、方法。
【請求項２】
各イオン注入サブステップの前記継続時間が十分に制限されて、前記フォトレジスト層の前記上部が多数の炭素−炭素結合を含有する物質に変化するのを回避する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各イオン注入サブステップの前記継続時間が十分に制限されて、前記フォトレジスト層の前記上部が、ほとんど無孔性の物質に変化するのを回避する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記上部には、前記フォトレジスト層内の水素−炭素結合が切断された損傷が生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
各イオン注入サブステップが、
（ａ）イオン注入種含有ガスを前記チャンバ内に流入することと、
（ｂ）前記チャンバ内のプラズマを維持することと、
（ｃ）所望のイオン注入深さに対応するバイアス電圧を前記被加工物に印加することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
各アッシングサブステップが、
（ａ）前記被加工物にごく僅かのバイアス電力を印加するか、全くバイアス電力を印加せず、また前記イオン注入種含有ガスの流量を制限するか、流れを休止しながら、酸素含有ガスを前記チャンバに流入させることと、
（ｂ）前記チャンバ内のプラズマを維持し続けることと、
（ｃ）次のイオン注入サブステップが開始される前に、前記酸素含有ガスの流れを停止することとを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
各イオン注入サブステップの後で、次のアッシングサブステップの前に、第１の切換えを実行するステップをさらに含み、前記第１の切換えが、
前記被加工物へのバイアス電力の印加を休止することと、
前記チャンバ内への前記イオン注入種含有ガスの流量を低減させることと、
前記チャンバ内への前記酸素含有ガスの流量を増加させることとを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
各アッシングサブステップの後で、次のイオン注入サブステップの前に、第２の切換えを実行するステップをさらに含み、前記第２の切換えが、
前記チャンバ内への前記イオン注入種含有ガスの流量を増加させることと、
前記チャンバ内への前記酸素含有ガスの流量を、ごく僅かなレベルまたはゼロレベルに低減させることとを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
被加工物のプラズマ浸漬イオン注入方法であって、
前記被加工物の上面にフォトレジスト層を堆積させ、前記被加工物をプラズマリアクタチャンバ内に配置するステップと、
連続するイオン注入サブステップを実行し、前記イオン注入サブステップのそれぞれが、水素の除去による変化が概ね前記フォトレジスト層の上部に制限される継続時間行われるステップであって、前記イオン注入サブステップのそれぞれが、
（ａ）イオン注入種含有ガスを前記チャンバ内に流入させることと、
（ｂ）前記チャンバ内のプラズマを維持することと、
（ｃ）所望のイオン注入深さに対応するバイアス電圧を前記被加工物に印加することとを含むステップと、
前記連続するイオン注入サブステップの各サブステップ後に、アッシングサブステップを、前記フォトレジスト層の前記上部のみを除去するのに十分な継続時間実行するステップであって、前記アッシングサブステップが、
（ａ）前記被加工物への前記バイアス電圧を遮断または低減することと、
（ｂ）前記イオン注入種含有ガスの流量を低減させるか、流れを休止しながら、酸素含有ガスを前記チャンバ内へ流入させることと、
（ｃ）前記チャンバ内のプラズマを維持し続けることと、
（ｄ）次のイオン注入サブステップが開始される前に、前記酸素含有ガスの流れを停止することとを含むステップとを含み、
前記連続するイオン注入サブステップの回数が、前記被加工物のある領域内へのイオン注入ドーズ量が所定の量に達するのに十分な回数である、方法。
【請求項１０】
各イオン注入サブステップの前記継続時間が十分に制限され、前記フォトレジスト層の前記上部が炭素−炭素結合が多数の物質に変化するのを回避する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
各イオン注入サブステップの前記継続時間が十分に制限され、前記フォトレジスト層の前記上部が、ほとんど無孔性の物質に変化するのを回避する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記上部には、前記フォトレジスト層内の水素−炭素結合が切断された損傷が生じる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
各イオン注入サブステップの後で、次のアッシングサブステップの前に、第１の切換えを実行するステップをさらに含み、前記第１の切換えが、
前記被加工物へのバイアス電力の印加を休止することと、
前記チャンバ内への前記イオン注入種含有ガスの流量を低減させることと、
前記チャンバ内への前記酸素含有ガスの流量を増加させることとを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
各アッシングサブステップの後で、次のイオン注入サブステップの前に、第２の切換えを実行するステップをさらに含み、前記第２の切換えが、
前記チャンバ内への前記イオン注入種含有ガスの流量を増加させることと、
前記チャンバ内への前記酸素含有ガスの流量を、ごく僅かなレベルまたはゼロレベルに低減させることとを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
被加工物のある領域内へのイオン注入ドーズ量を所定の量に到達させるための、上面にフォトレジスト層を有する前記被加工物のプラズマ浸漬イオン注入方法であって、
連続するイオン注入サブステップを実行し、前記イオン注入サブステップのそれぞれが、前記所定のドーズ量に達するのに必要とされる継続時間未満の継続時間行われるステップと、
前記連続するイオン注入サブステップの各ステップ後に、アッシングサブステップを実行することにより、前記フォトレジスト層の残存部をその場に残したまま、前記フォトレジスト層の上部を除去するステップとを含み、
前記連続するイオン注入サブステップの回数が、前記所定のイオン注入ドーズ量に達するのに十分な回数である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年１月２６日に出願され、「プラズマ浸漬イオン注入におけるフォトレジスト層劣化の低減」と題された、Ｍａｒｔｉｎ  Ａ．  Ｈｉｌｋｅｎｅらによる、米国仮出願第６１／２０６，０７５号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ浸漬イオン注入は、イオンビーム注入に代わる、きわめて生産的なものとして台頭してきた。半導体ウエハなどの被加工物が、ドーパントなどのイオン注入される化学種を含有するガスから生成されるプラズマに浸漬される。半導体に使用されるドーパント種の場合、プロセスガスを、ヒ素、ボロン、またはリンなどのドーパント種の水素化物またはフッ化物とすることができる。イオン注入ドーズレートは、プラズマイオン密度の関数であり、イオン注入深さプロファイルは、被加工物に印加されるバイアス電圧の関数である。本明細書で使用されるイオン注入ドーズ量という用語は、被加工物の注入層におけるイオン注入原子の濃度を表し、この濃度は、典型的には１立方センチメートルあたりの原子の数で測定される。ドーズレートという用語は、イオン注入中のドーズ量の増加時間を表す。ある用途では、イオン注入が、被加工物の表面上における所定のパターンに基づいて実行され、このパターンは、フォトリソグラフィプロセスで堆積されたフォトレジストマスクによって形成される。この場合、フォトレジストマスクは、イオンの浸透深さより厚い膜である。電界効果トランジスタのソースおよびドレインをドーピングするなどの多くの用途では、接合深さが、注入深さプロファイルによって決定され、この注入深さプロファイルは、被加工物に印加されるバイアス電圧によって制御される。典型的な接合深さの場合、バイアス電圧は比較的高く、数十キロボルトの範囲内である。フォトレジスト層内でのイオン衝突が、フォトレジスト中の水素−炭素結合を切断して、フォトレジストを損傷する。フォトレジストは、遊離水素がフォトレジストから抜けるのに十分な多孔性を有する。この損傷は、水素原子の損失によるフォトレジスト膜の炭化をもたらし、最終的には、フォトレジスト層の上面から始まる炭素−炭素結合の形成をもたらす。炭素−炭素結合が増殖するにつれ、フォトレジスト膜内でダイヤモンド状の無孔性領域が成長し始める。これは、フォトレジスト膜の上面で始まり、下方へと進行していく。いったんこの領域が十分な厚さまで成長すると、まだ炭化されていないフォトレジスト膜の下（残存）部で生成された水素ガスが閉じ込められてしまう。この閉じ込められた水素ガスが、フォトレジスト膜内に気泡を形成し、この気泡が最終的には破裂して、フォトレジスト膜を破損し、許容しがたいレベルの汚染を引き起こす。別の問題は、ダイヤモンド状の炭化したフォトレジストを、プラズマ浸漬イオン注入プロセスの完了後に除去するのは困難だということである。この問題は特に、イオン注入プロセスの完了時に、フォトレジスト層全体が炭化されている場合に当てはまる。次の製造ステップにおける処理汚染を回避するために、イオン注入プロセスの完了後には、全てのフォトレジストを除去することが求められる。
【０００３】
炭化したフォトレジストの除去に関する問題は、３ステップからなるフォトレジストアッシングプロセスを用いて、全てのフォトレジストを、一続きの作業で除去することにより解決されてきた。この３ステップは、（１）ウエハ表面のイオン除去水洗浄、（２）酸素アッシングステップ、および（３）硫酸および過酸化水素への曝露からなる。この３ステップからなるフォトレジスト除去プロセスには、３点の制約がある。第１に、フォトレジストの発泡または不良によって引き起こされる汚染を、防止することも回復することもできない。第２に、必ずしも、炭化したフォトレジストの全てを除去するものではない。第３に、アッシングプロセスの第２ステップにおける酸素の化学的性質が、ボロンなどの注入されたドーパント種を、被加工物の一部の領域から除去して、被加工物の表面全体にわたるドーパント分布の均一性を損なわせると考えられている。
【発明の概要】
【０００４】
注入プロセスの完了後に、全てのフォトレジスト材料を除去することが可能でありながら、フォトレジスト層の破損を引き起こさない、プラズマ浸漬イオン注入プロセスが求められている。
【０００５】
上面にフォトレジスト膜を有する被加工物のプラズマ浸漬イオン注入方法により、フォトレジストの炭化によるフォトレジストの不良を回避する。この方法は、連続するイオン注入サブステップを実行することを含み、イオン注入サブステップのそれぞれは、フォトレジスト層の上部の一部のみがイオン注入によって損傷される継続時間行われる。この連続するイオン注入サブステップの各サブステップ後に、アッシングサブステップを実行することにより、フォトレジスト層の残存部はその場に残したまま、フォトレジストの上部の一部が除去される。連続するイオン注入サブステップの回数は、被加工物へのイオン注入ドーズ量が所定の量に達するのに十分な回数である。
【０００６】
本発明の例示的実施形態が達成され、また、詳細にわたって理解され得るように、先に簡単に要約された、本発明のより詳細な説明が、添付図面に図示された本発明の実施形態を参照することによって行われる。特定の周知のプロセスについては、本発明を不明瞭にしないために、本明細書では論じられないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態によるプラズマリアクタを示す図である。
【図２Ａ】従来のイオン注入プロセス中の、フォトレジスト層における損傷または炭化した領域の成長を示す図である。
【図２Ｂ】従来のイオン注入プロセス中の、フォトレジスト層における損傷または炭化した領域の成長を示す図である。
【図２Ｃ】従来のイオン注入プロセス中の、フォトレジスト層における損傷または炭化した領域の成長を示す図である。
【図２Ｄ】従来のイオン注入プロセス中の、フォトレジスト層における損傷または炭化した領域の成長を示す図である。
【図３】一実施形態によるプロセスのフロー図である。
【図４】Ａ〜Ｇは、図３のプロセスにおける、連続的なイオン注入サブステップおよびアッシングサブステップの後のフォトレジスト層を示す図である。
【図５】Ａ〜Ｃは、ウエハ上の高周波バイアス電圧を用いた一実施形態を示す同期タイミング図であり、Ａは、時間の関数としての、イオン注入種含有ガスの流量を示す図であり、Ｂは、時間の関数としての、酸素ガス流量を示す図であり、Ｃは、時間の関数としての、バイアス電力発生器の出力を示す図である。
【図６】Ａ〜Ｃは、ウエハ上のパルス直流バイアス電圧を用いた一実施形態を示す同期タイミング図であり、Ａは、時間の関数としての、イオン注入種含有ガスの流量を示す図であり、Ｂは、時間の関数としての、酸素ガス流量を示す図であり、Ｃは、時間の関数としての、バイアス電力発生器の出力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
理解を容易にするために、可能な場合は同一の符号を用いて、図に共通する同一の要素を示している。一実施形態の要素および特徴が、さらなる詳述なしに、他の実施形態に有益に組み込まれることが予期される。しかし、添付の図面は、本発明の例示的な実施形態のみを図示するものであり、本出願は他の同等に効果的な実施形態を許容し得るので、これにより、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきではないということを留意されたい。
【０００９】
図１は、一実施形態による方法を実施するようになされた、プラズマ浸漬イオン注入機を図示する。リアクタチャンバ１０２が、天井部１０４、筒状側壁１０６、および床部１０８によって囲繞される。ウエハ支持台１１０は、天井部１０４に面している半導体ウエハ１１２などの被加工物を支持することができ、ウエハ１１２と天井部１０４の間にはプロセスゾーン１１４が画定される。中空の外部再入導管１１６は、チャンバ１０２の両側間に延在し、チャンバ１０２の両側に位置する天井部１０４の開口１１７および１１８を介して、チャンバ１０２の内部に連結される。この中空の再入導管１１６は、プロセスゾーン１１４を介して延在する閉道を完成する。天井部１０４は、内部ガスプレナム１２４によりフィードされる天井部１０４の底面１２２内のガス噴射口１２０アレイを備えるガス分配プレートである。
【００１０】
高周波プラズマ源電力発生器１３０が、高周波インピーダンス整合素子１３２を介して、高周波電力アプリケータ１３４に接続される。任意で、インピーダンス整合素子１３２を用いる代わりに、高周波周波数を変化または掃引させて、インピーダンス整合を得る。高周波電力アプリケータ１３４は、高周波電力を再入導管１１６内に結合する。図１の実施形態では、高周波電力アプリケータ１３４は、コイル１３４−１を備え、このコイル１３４−１は、再入導管１１６の一部を取り囲む鉄心１３４−２に巻きついている。高周波バイアス電力発生器１４０が、高周波インピーダンス整合素子１４２を介して、ウエハ支持台１１０内の絶縁電極１４４などの、台１１０の導体素子に接続される。図１に示していないが、リアクタは、図１に示す導管１１６と同様だが、導管１１６を横切る方向の、第２の中空の外部再入導管をさらに備えることができる。図１に示す高周波電力アプリケータ１３４と同様の、第２の高周波電力アプリケータが、高周波発生器からの高周波源電力を、第２の導管内に結合することになる。
【００１１】
ガス源１５０が、第１のガス供給器１５２を備え、この第１のガス供給器１５２は、ドーパント種の水素化物またはフッ化物など、ウエハ１１２に注入される化学種を含有するプロセスガスを供給する。ドーパント種は、例えば、ヒ素、リン、またはボロンとすることができる。ガス供給器１５２は、マスフローコントローラ１５４と主バルブ１５６を介して、ガス分配プレート、すなわち天井部１０４の内部ガスプレナム１２４に接続される。ガス源１５０は、酸素などのアッシング種を供給する第２のガス供給器１５８をさらに備える。第２のガス供給器１５８は、マスフローコントローラ１５９を介し、また主バルブ１５６を介して、プレナム１２４に接続される。
【００１２】
マスフローコントローラ１５４、１５９、主バルブ１５６、および高周波発生器１３０、１４０は、システムコントローラ１７０が管理する。このコントローラ１７０は、プラズマ源電力発生器１３０の出力を制御することによって、イオン注入ドーズレートを調整し、また、バイアス電力発生器１４０の出力を制御することによって、イオン注入深さプロファイルを調整する。このコントローラは、注入ドーズ量を決定するためにユーザによって選択され得る、ユーザ定義の総注入時間Ｔが入力される第１のユーザインターフェイス１７２を有する。このコントローラ１７０は、総注入時間Ｔを分割して得た、ユーザ定義の時間窓（ｔｉｍｅ  ｗｉｎｄｏｗｓ）の数ｎが入力される第２のユーザインターフェイス１７４をさらに有する。コントローラ１７０の第３のユーザインターフェイス１７６には、連続するイオン注入時間窓の合間に、部分的な酸素アッシング中間ステップを実行するためのユーザ定義の時間ｔが入力される。コントローラ１７０の第４のユーザインターフェイス１７８には、別のプロセスガスに切り換える際、チャンバ圧力を安定化させるために必要な、ユーザ定義の遅延時間ｄが入力される。
【００１３】
プラズマ浸漬イオン注入前に、フォトレジストマスクがウエハ表面に塗布されて、イオン注入を所望のパターン内に制限する。注入種含有ガスを、供給器１５２から、天井ガス分配プレート１０４を介して流入させ、所望の注入ドーズレートに対応するレベルのプラズマ源電力を高周波発生器１３０から印加し、所望のイオン注入深さ、すなわち深さプロファイルに対応するレベルのプラズマバイアス電力を高周波発生器１４０から印加することによって、プラズマ浸漬イオン注入が実行される。
【００１４】
ある手法では、ウエハ表面に注入されるイオンが所望の濃度に達するまで、前の処理条件が引き続き維持される。ある種のプロセスでは、選択された処理条件によっては、これが６０秒以上もの長い継続時間になる。所望のイオン注入深さに到達するのに必要なバイアス電圧は、約８０Ｖから２０ＫＶとなり得る。問題は、フォトレジストを、キロボルト範囲のエネルギーを有するイオンに曝露すると、炭素−水素結合が切断されることでフォトレジストが損傷し、最終的には、フォトレジスト膜の炭化をもたらす結果となることである。図２Ａ〜２Ｄは、プラズマ浸漬イオン注入プロセス中にイオン射突を受ける、フォトレジスト層２００の経時変化を図示している。このフォトレジスト層２００は、図１のウエハ１１２に相当する基板２０２に積層している遮蔽膜である。図２Ａ〜２Ｄに示すように、炭化はフォトレジストの上面で始まる。最初は、フォトレジスト層２００は均質である（図２Ａ）。炭素−水素結合が切断され、水素が放出されることによって、フォトレジスト層２００の上部２０４が炭化され始める。プロセスが進むにつれて、炭化された上部２０４が下方へと成長し（図２Ｃ）、そしてフォトレジスト層２００のほぼ全体が炭化される（図２Ｄ）。このときまでには、炭化したフォトレジストの多くが、ダイヤモンド状の炭素−炭素結合を形成して、炭化したフォトレジストの除去を非常に困難にする。
【００１５】
この問題を解決するため、コントローラ１７０は、イオン注入プロセスを、フォトレジストアッシングサブステップで区切られた連続するサブステップに分割するようにプログラムされている。イオン注入サブステップとアッシングサブステップとが、交互の順序で実行される。各イオン注入サブステップは、必要な総注入時間Ｔを、イオン注入サブステップの回数ｎで分割した時間に等しい継続時間、実行される。各アッシングサブステップは、フォトレジストの残存部を無傷に保ちつつ、先のイオン注入サブステップ中に損傷したフォトレジストの上層を除去するのにちょうど十分な継続時間、実行される。各イオン注入サブステップ中、コントローラ１７０は、ガス供給器１５８からの酸素流量をゼロに保持しながら、ガス供給器１５２からの注入種含有ガスの流量を所定のレベルに設定し、また、バイアス電力発生器１４０の出力を、所定の電力（電圧）レベルに設定して、ウエハ１１２に所望の注入深さプロファイルをもたらす。各酸素アッシングサブステップ中、コントローラ１７０は、（高周波プラズマ源電力発生器１３０からのプラズマ源電力の印加は継続しながら）バイアス電力発生器１４０からウエハ支持台１１０への電力流入を停止することでイオン注入を休止し、注入種含有ガス供給器１５２からのガス流量を最小のレベルまで低減し、酸素供給器１５８からの酸素を所定の流量に規定する。
【００１６】
交互の順序で行われる注入サブステップおよびアッシングサブステップを含む、注入プロセスの全体を図３に示す。最初のステップは、フォトレジストマスクを堆積することである（図３のブロック５００）。この最初のステップは、図１のイオン注入プラズマリアクタとは別のチャンバ内で実行されてもよい。次に、プラズマ浸漬イオン注入サブステップが、図１のリアクタ内で実行される（図３のブロック５０５）。その後、ウエハを図１のリアクタ内に配置したまま、アッシングサブステップが実行される（図３のブロック５１０）。ブロック５０５と５１０は、ｎ回実行されるまで、繰り返し順番に実行される（ブロック５１５）。そして、ウエハ１１２は、全てのフォトレジストを除去する最終アッシングプロセスにかけられる（ブロック５２０）。この最終アッシングステップは、別のリアクタで実行されてもよい。
【００１７】
図４Ａ〜４Ｇは、全て図１のリアクタ内で実施される、連続する注入サブステップおよびアッシングサブステップ中の、フォトレジスト層２００と基板２０２とを示す。図４Ａ〜４Ｇの例では、注入サブステップの回数ｎは、３である。注入前は、フォトレジスト層２００は均質である（図４Ａ）。第１のイオン注入サブステップが、所望の注入ドーズ量に到達するのに必要な時間の何分の１か（１／３）の間実施された後では、フォトレジスト層２００の第１の上部２０３（図４Ｂ）が、プラズマからのイオンの射突によって生じる、炭素−水素結合の切断、および水素の放出によって損傷している。一実施形態では、イオン注入サブステップの継続時間が十分に限定されて、損傷した上層２０３が、ダイヤモンド状の炭素−炭素結合の形成によって完全に炭化するのを回避している。第１のアッシングサブステップ中は、イオン注入が休止され、フォトレジストの損傷していない残存部は残したまま、第１の損傷した上部２０３が除去される（図４Ｃ）。第２のイオン注入サブステップが実行されると、フォトレジスト層２００の残存部に、第２の損傷した上部２０５（図４Ｄ）が作製される。第２のアッシングサブステップが、第２の損傷した上部２０５を除去する（図４Ｅ）。第３のイオン注入サブステップが、残存するフォトレジスト層２００の第３の損傷した上部２０７を形成する（図４Ｆ）。第３の損傷した上部は、第３のアッシングサブステップで除去される（図４Ｇ）。各アッシングサブステップで、全てのフォトレジストを完全に除去できるわけではない。したがって、ウエハはイオン注入チャンバから取り出され、さらに徹底的な最終アッシングステップを実行するように構成されたリアクタ内に配置される。
【００１８】
図４Ａ〜４Ｇに示す一連のステップは、フォトレジスト層の厚さを連続的に減少させるものである。各アッシングサブステップで、フォトレジスト層の一部が除去される。連続するイオン注入サブステップの最終サブステップ中は、フォトレジストの厚さが最小である。したがって、連続するアッシングサブステップによって、フォトレジストの厚さが連続的に減少することで、最終イオン注入サブステップ前に、フォトレジストの厚さが、フォトレジストへのイオンの浸透深さ未満に減少してしまわないように、最初のフォトレジストを十分な厚さとすべきである。この厚さは、イオンエネルギー、またはイオン注入サブステップ中に印加されるバイアス電圧に依存する。一実施例では、フォトレジストのイオン浸透深さは約１０ｎｍであり、各イオン注入サブステップで、フォトレジストの上層が厚さ約１ｎｍ損傷した。各アッシングサブステップで、約１ｎｍのフォトレジストを除去することにより、損傷した層を除去した。この実施例においては、３回のイオン注入サブステップがあり、フォトレジスト層の最初の厚さは約１２ｎｍであった。したがって、２回のイオン注入サブステップとアッシングサブステップ後、フォトレジストの残存部は、フォトレジスト内へのイオンの浸透深さ以上の厚さであった。
【００１９】
一実施形態では、各イオン注入サブステップの継続時間を十分に短くして、一連のイオン損傷した上部２０３、２０５、２０７に多数の炭素−炭素結合が形成されるのを回避している。フォトレジスト内での炭素−水素結合の切断、および水素の損失は防げないが、注入サブステップ継続時間を限定することで、除去困難なダイヤモンド状の構造が大部分を占める膜の形成は防いでいる。あるいは、損傷した層の一部にダイヤモンド状の構造が形成された場合でも、この損傷した層は、注入サブステップ完了時には、最初のフォトレジストの厚さのほんの一部分（１／ｎ）である。したがって、完全に炭化されたフォトレジスト層の全てを除去するよりも容易に除去できる。このような好ましい結果は、イオン注入を分割したものであるサブステップの回数ｎが増加することによって、より大量な注入ドーズ量、または、より長い総注入時間Ｔが必要とされる場合に得ることができる。
【００２０】
図１のコントローラ１７０の動作を、図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃの同期タイミング図に図示する。図５Ａは、時間の関数としての、ガス供給器１５２からのガス流量のグラフである。このガス流入により、イオン注入される種（例えばヒ素、ボロン、またはリンなどのドーパント種のフッ化物または水素化物）が提供される。図５Ｂは、時間の関数としての、酸素ガス供給器１５８からのガス流量のグラフである。図５Ｃは、バイアス電力発生器１４０からの高周波電圧出力のグラフである。これらのグラフは、マスフローコントローラ１５４を通るドーパント含有ガス、マスフローコントローラ１５９を通る酸素ガス、およびバイアス電力発生器１４０の出力を、コントローラ１７０が管理する方式を示す。
【００２１】
図５Ａ〜５Ｃの時間０から時間Ａまで、第１のイオン注入サブステップが行われる。このイオン注入サブステップ中は、注入種含有ガス流量は所定の最大量Ｒ１であり（図５Ａ）、酸素ガス流量はゼロであり（図５Ｂ）、高周波バイアス電圧は、所望のイオン注入深さに相当する所定のレベルである（図５Ｃ）。高周波バイアス周波数は、約１３．５６ＭＨｚとすることができる。イオン注入サブステップ中の酸素ガス流量をゼロとすることで、酸素のイオン注入を回避している。時間Ａでは、バイアス電力が遮断されて（図５Ｃ）、イオン注入サブステップを終了させる。時間Ａから時間Ｂまで切換え期間が生じ、この間、注入種含有ガスから酸素ガスへの切換えが行われ、この切換え中にチャンバ圧力が変動し得る。この切換え期間中は、注入種含有ガス流量（図５Ａ）を最小量Ｒ２まで低減させ、酸素ガス流量（図５Ｂ）を所定の最大量Ｒ０まで増加させる。この時間Ａから時間Ｂまでの切換え期間の継続時間は、典型的には数秒であり、マスフローコントローラの反応性とチャンバ圧力コントロールシステムの特性に依存する。時間Ｂでは、チャンバ圧力は安定している。時間Ｂから時間Ｃまでアッシングサブステップが行われ、この間プラズマは、先のイオン注入サブステップ中に損傷したフォトレジスト上部２０３（図４Ｂ）を除去する酸素プラズマである。時間Ｃでは、損傷したフォトレジスト上部２０３（図４Ｂ）は除去されるか、ほとんど除去されており、第２の切換え期間が開始される。この第２の切換え期間は時間Ｃから時間Ｄにわたり、この間に、酸素ガス流量（図５Ｂ）を低減させ、注入種含有ガス流量（図５Ａ）を増加させて、チャンバ圧力の変動が引き起こされる。時間Ｄでは、酸素流量はゼロに達し、注入種含有ガス流量は所定の最大流量Ｒ１に達して、チャンバ圧力が安定し、切換え期間が終了する。時間Ｄでは、バイアス電力が再び投入されて（図５Ｃ）、第２のイオン注入サブステップを開始する。時間０から時間Ｄまでの事象が、完全な１サイクルを構成しており、このサイクルがｎ回繰り返される。図５Ａ〜５Ｃの例では、ｎは３となる。
【００２２】
各イオン注入サブステップは約２〜９０秒間とすることができ、この間マスフローコントローラ１５４を通る注入種含有ガス流量は約５〜３５０ｓｃｃｍの範囲とすることができ、またウエハへのバイアス電圧は約８０Ｖ〜２０ＫＶである。時間ＡからＢまでの切換え時間は約２秒間とすることができる。時間ＢからＣまでのアッシングサブステップは、約１〜２０秒間とすることができ、この間マスフローコントローラ１５９を通る酸素ガス流量は、約５〜１００ｓｃｃｍの範囲とすることができ、マスフローコントローラ１５４を通る注入種含有ガス流量は最小量の約５ｓｃｃｍである。所要のイオン注入時間を分割したものであるサブステップの回数ｎは、フォトレジスト層の上部に形成された損傷した層が、完全に炭化はせず、フォトレジストの総膜圧の何分の１しか成長しない継続時間に各イオン注入サブステップを制限するのに十分な回数とする。
【００２３】
先の説明は、ウエハまたはウエハ支持台１１０に印加される高周波バイアス電圧を用いる実施形態を参照して行われてきたが、他の実施形態で、直流バイアス源またはパルス直流バイアス源を用いることも可能である。パルス直流バイアス源は、約数ミリ秒のパルス幅と、約数キロヘルツのパルス繰返し率を有することができる。各イオン注入サブステップの継続時間は、約２〜１００秒とすることができ、これは所望の注入ドーズ量に依存し、また、プラズマイオン密度に依存する。ウエハにパルス直流バイアスを用いるプロセスは、図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃの同期タイミング図に示されている。図６Ａは、時間の関数としての、イオン注入種含有ガス供給器１５２からのガス流量のグラフである。図６Ｂは、時間の関数としての、酸素ガス供給器１５８からのガス流量のグラフである。図６Ｃは、ウエハ１１２に印加されるパルス直流バイアス電圧のグラフである。
【００２４】
図６Ａ〜６Ｃの時間０から時間Ａまで、第１のイオン注入サブステップが行われる。イオン注入サブステップ中は、注入種含有ガス流量は所定の最大量Ｒ１であり（図６Ａ）、酸素ガス流量はゼロであり（図６Ｂ）、パルス直流バイアス電圧は、所望のイオン注入深さに相当する所定のレベルである（図６Ｃ）。イオン注入サブステップ中の酸素ガス流量をゼロとすることで、酸素のイオン注入を回避している。時間Ａでは、バイアス電力が遮断されて（図６Ｃ）、イオン注入サブステップを終了させる。時間Ａから時間Ｂまで切換え期間が生じ、この間、注入種含有ガスから酸素ガスへの切換えが行われ、この切換え中にチャンバ圧力が変動し得る。この切換え期間中は、注入種含有ガス流量（図６Ａ）を最小量Ｒ２まで低減させ、酸素ガス流量（図６Ｂ）を所定の最大量Ｒ０まで増加させる。時間Ｂでは、チャンバ圧力は安定している。時間Ｂから時間Ｃまで、アッシングサブステップが行われ、この間プラズマは、先のイオン注入サブステップ中に損傷したフォトレジスト上部を除去する酸素プラズマである。時間Ｃでは、損傷したフォトレジスト上部は除去されるか、ほとんど除去されており、第２の切換え期間が開始される。この第２の切換え期間は時間Ｃから時間Ｄにわたり、この間に、酸素ガス流量（図６Ｂ）を低減させ、注入種含有ガス流量（図６Ａ）を増加させて、チャンバ圧力の変動が引き起こされる。時間Ｄでは、酸素流量はゼロに達し、注入種含有ガス流量は所定の最大流量Ｒ１に達して、チャンバ圧力が安定し、切換え期間が終了する。時間Ｄでは、パルス直流バイアス電力が再び投入されて（図６Ｃ）、第２のイオン注入サブステップが開始する。時間０から時間Ｄまでの事象が、完全な１サイクルを構成しており、このサイクルがｎ回繰り返される。
【００２５】
フォトレジストに形成された損傷した上部が完全に無孔化してしまわないように、各イオン注入サブステップの継続時間は十分に制限される。この特徴により、炭素−水素結合の分離によって遊離した水素がフォトレジスト内に閉じ込められるのが回避される。このように水素が閉じ込められると、フォトレジスト内に気泡が発生し、フォトレジストの不良を引き起こす。したがって、一実施形態による方法によれば、従来のプラズマ浸漬イオン注入プロセスで生じる主たる不良様態が回避される。イオン注入サブステップ継続時間はまた、フォトレジストの損傷した上部に、除去困難なダイヤモンド状の物質となる多数の炭素−炭素結合が形成されるのを回避するためにも、十分に制限される。つまり、一実施形態による方法によれば、イオン注入後のフォトレジストの除去を容易に、また徹底的に行うことができるようになる。その結果、従来の３ステップからなるイオン注入後のフォトレジスト除去プロセスを不要とすることができる。例えば、従来のプロセスの第２ステップである酸素プラズマアッシングステップを省くことが可能である。
【００２６】
上述したことは、本発明の実施形態に関するが、本発明の他のさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって確定される。
【図１】
2012516051.tif 000003
【図２Ａ】
2012516051.tif 000004
【図２Ｂ】
2012516051.tif 000005
【図２Ｃ】
2012516051.tif 000006
【図２Ｄ】
2012516051.tif 000007
【図３】
2012516051.tif 000008
【図４Ａ】
2012516051.tif 000009
【図４Ｂ】
2012516051.tif 000010
【図４Ｃ】
2012516051.tif 000011
【図４Ｄ】
2012516051.tif 000012
【図４Ｅ】
2012516051.tif 000013
【図４Ｆ】
2012516051.tif 000014
【図４Ｇ】
2012516051.tif 000015
【図５】
2012516051.tif 000016
【図６】
2012516051.tif 000017
【国際調査報告】
2012516051.tif 000018
2012516051.tif 000019