(57)【要約】  イオン注入方法において、基板がプロセスゾーン内に設置され、イオンが、イオン注入した領域を形成するために基板のある領域中へと注入される。多孔質キャッピング層が、イオン注入した領域上に堆積される。基板がアニールされ、アニーリングプロセス中にイオン注入した領域の上に重なる多孔質キャッピング層のうちの少なくとも８０％を蒸発させる。中間製品は、基板と、基板上の複数のイオン注入領域と、イオン注入領域を覆う多孔質キャッピング層とを備える。
2012517698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）イオン注入した領域を形成するために基板のある領域中へとイオンを注入するステップと、
（ｂ）前記イオン注入した領域上に多孔質キャッピング層を堆積するステップと、
（ｃ）前記基板をアニールし、前記アニーリングプロセス中に前記イオン注入した領域の上に重なる前記多孔質キャッピング層のうちの少なくとも８０％を蒸発させるステップと
を備えた、イオン注入方法。
【請求項２】
（ｃ）が、前記多孔質キャッピング層のうちの少なくとも９０％を蒸発させる一方で、前記注入した領域中の前記注入したイオンのうちの少なくとも６０％を保持するように、前記基板上の前記イオン注入した領域をアニールするステップを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ｂ）が、
（ｉ）少なくとも２０％の気孔率と、
（ｉｉ）少なくとも２０％の気孔体積である連続する気孔と
のうちの少なくとも１つの特性を有する多孔質キャッピング層を堆積するステップを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
（ｂ）が、プロセスゾーン中へとプロセスガスを導入し、室温でプラズマを形成するために前記プロセスガスを励起することによって、前記多孔質キャッピング層を堆積するステップを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
（ｂ）が、プロセスゾーン中へとシリコン含有ガスおよび酸素含有ガスを包含するプロセスガスを導入し、プラズマを形成するために前記プロセスガスを励起し、３０℃より低いところで前記基板を維持することによって、二酸化シリコンを包含する多孔質キャッピング層を堆積するステップを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
（ｉ）前記シリコン含有ガスがシランを包含し、酸素含有ガスが酸素を包含する、
（ｉｉ）前記プロセスガスが約５ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒまでの圧力で維持される、
（ｉｉｉ）前記プラズマが、前記プロセスゾーンの周りのアンテナに約１０００ワットから約１００００ワットまでの電力レベルで電力を供給することによって形成される
のうちの少なくとも１つを備えた、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
（ａ）が、
（ｉ）ヒ素か、ホウ素か、またはリンを包含するイオンを注入するステップと、
（ｉｉ）１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までのドーズ量でイオンを注入するステップと、
（ｉｉｉ）前記基板表面から５００Åより浅い深さに前記イオンを注入するステップと、
（ｉｖ）プロセスゾーン中へとヒ素含有ガスを包含するプロセスガスを導入し、前記プロセスガスを励起してプラズマを形成し、３０℃よりも低いところで前記基板を維持することによってヒ素イオンを注入するステップと
のうちの少なくとも１つのステップでイオンを注入するステップを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
（ｉｖ）が、
（ｉ）約３ｍＴｏｒｒから約５Ｔｏｒｒまでの圧力で前記プロセスガスを維持するステップと、
（ｉｉ）約２００ボルトから約８０００ボルトまでの電圧で前記プロセスゾーンの周りのアンテナに電力を供給するステップと
のうちの少なくとも１つのステップを備えた、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ａ）および（ｂ）が、プロセスチャンバのプロセスゾーン内に前記基板を設置することによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（ａ）基板と、
（ｂ）前記基板上の複数のイオン注入領域と、
（ｃ）前記イオン注入領域を覆う多孔質キャッピング層と
を備えた中間製品。
【請求項１１】
前記多孔質キャッピング層が、
（ｉ）少なくとも２０％の気孔率と、
（ｉｉ）少なくとも２０％の気孔体積である連続する気孔と
のうちの少なくとも１つの特性を備えた、請求項１０に記載の製品。
【請求項１２】
前記イオン注入した領域が、
（ｉ）ヒ素か、ホウ素か、またはリンを包含するイオンと、
（ｉｉ）１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までのドーズ量で注入したイオンと、
（ｉｉｉ）前記基板表面から５００Åより浅い深さに注入したイオンと、
（ｉｖ）ｎ−タイプドープ領域に隣接するｐ−タイプドープ領域と
のうちの少なくとも１つの特性を備えた、請求項１０に記載の製品。
【請求項１３】
前記基板が、酸化シリコンと、炭化シリコンと、結晶質シリコンと、歪シリコンと、シリコンゲルマニウムと、ドープしたまたはアンドープの多結晶シリコンと、ドープしたまたはアンドープのシリコンウェーハと、ドープしたシリコンと、ゲルマニウムと、ガリウムヒ素と、窒化ガリウムと、ガラスと、サファイアと、石英とのうちの少なくとも１つを備えた、請求項１０に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、イオン注入領域を形成するために基板中にイオンを注入することに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板のある領域内の材料のエネルギーバンドギャップレベルを変えるために、イオン注入した領域を基板上に形成する。半導電性領域を形成するために、例えば、ホウ素や、リンや、ヒ素や、その他の物質のイオンを、シリコンまたは化合物半導体材料中に注入する。もう１つの例として、ソーラパネル用の太陽電池を形成するために、石英か、ＩＩＩ族化合物か、またはＶ族化合物（例えば、ＧａＡｓ）を包含する基板中にイオンを注入する。さらにもう１つの例として、ディスプレイパネル用の発光ダイオード（ＬＥＤ）を形成するために、窒化ガリウムを包含する基板中にイオンを注入する。
【０００３】
しかしながら、あるイオン注入プロセスでは、注入したイオンの大部分が、イオン注入プロセス中にまたはその後引き続くプロセス中に消失するまたは蒸発する。例えば、注入したイオンの拡散および蒸発が、イオン注入プロセスが終了した後で実行されるアニーリングプロセス中に生じる場合がある。一例として、注入した領域内のイオンをより均一に分布させ、注入したものを電気的に活性化させかつ格子欠陥を除去するために、シリコンウェーハを包含する基板のイオン注入した領域をアニールする。少なくとも約９５０℃の温度に基板を加熱することによって、かかるアニーリングプロセスを行うことができる。しかしながら、アニーリングプロセス中に与えられる熱が、基板から、特に浅い接合中の高イオン濃度に対して、注入したイオンを蒸発させる場合がある。
【０００４】
これらの欠点および他の欠点を含む理由のため、ならびに様々なイオン注入法および構造の開発にも拘わらず、イオン注入技術のさらなる改善が継続的に求められている。
【発明の概要】
【０００５】
イオン注入方法において、基板がプロセスゾーン内に設置され、イオンが、イオン注入した領域を形成するために基板のある領域中へと注入される。多孔質キャッピング層が、イオン注入した領域上に堆積される。基板がアニールされ、アニーリングプロセス中にイオン注入した領域の上に重なる多孔質キャッピング層のうちの少なくとも８０％を蒸発させる。中間製品は、基板と、基板上の複数のイオン注入領域と、イオン注入領域を覆う多孔質キャッピング層とを備える。
【０００６】
本発明のこれらのフィーチャや、態様や、利点は、下記の説明や、別記の特許請求の範囲や、本発明の例を図示する添付した図面に関してより良く理解されるようになるであろう。しかしながら、フィーチャの各々を、単に特定の図面の文脈においてではなく、一般的に本発明において使用することができることが理解され、本発明は、これらのフィーチャの任意の組み合わせを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１Ａは基板中に複数のイオン注入した領域を形成するために基板に対して実行されるイオン注入プロセスの断面の概略的側面図であり、図１Ｂは基板中に複数のイオン注入した領域を形成するために基板に対して実行されるイオン注入プロセスの断面の概略的側面図であり、図１Ｃは中間製品を形成するためにイオン注入した領域の上方に堆積しようとしている多孔質キャッピング層を示す、図１Ｂの基板の断面の概略的側面図であり、図１Ｄはイオン注入した領域のアニーリングおよびアニーリングプロセス中に蒸気化するキャッピング層を示す、図１Ｃの基板の断面の概略的側面図であり、図１Ｅはキャッピング層がイオン注入した領域から蒸気化した後の、図１Ｄの基板の断面の概略的側面図である。
【図２】イオン注入プロセスや、キャッピングプロセスや、蒸気化プロセスの流れ図である。
【図３】ＰＭＯＳトランジスタおよびＮＭＯＳトランジスタを備えた集積回路の断面の概略図である。
【図４】イオン注入プロセスおよびキャッピングプロセスを実行するために適した装置の断面の概略的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
半導体用や、ソーラパネル用や、ＬＥＤ用や、他の応用のための基板４０を製造するためのプロセスでは、複数のイオン注入した領域４４ａ、４４ｂを、図１Ａおよび図１Ｂに示したように基板上に形成する。基板４０を、例えば、酸化シリコンや、炭化シリコンや、結晶質シリコンや、歪シリコンや、シリコンゲルマニウムや、ドープしたまたはアンドープの多結晶シリコンや、ドープしたまたはアンドープのシリコンウェーハや、ドープしたシリコンや、ゲルマニウムや、ガリウムヒ素や、窒化ガリウムや、ガラスや、サファイアや、石英のうちのいずれか１つまたは複数などの材料とすることができる。基板４０は、種々の寸法を有することができ、例えば、基板４０を、２００ｍｍもしくは３００ｍｍの直径を有する円形ウェーハまたは長方形もしくは正方形パネルとすることができる。
【０００９】
イオン注入領域４４ａ、４４ｂ中に注入するイオン４５は、基板４０の応用に依存する。例えば、シリコンウェーハを包含する基板４０中へとｎ−タイプドーパントおよびｐ−タイプドーパントを注入することによって、イオン注入領域４４ａ、４４ｂを、集積回路チップのトランジスタのゲートおよび／またはソースドレイン構造を形成するために使用することができる。シリコン中に注入したときにｎ−タイプドーパントになる適切なイオン４５は、例えば、リンや、ヒ素や、アンチモンや、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。ｐ−タイプドーパントになる適切なイオン４５は、例えば、ホウ素や、アルミニウムや、ガリウムや、タリウムや、インジウムや、シリコンや、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。従って、ヒ素またはリンなどのｎ−タイプドーパントで前もってドープされているもう１つのイオン注入領域（図示せず）に隣接するイオン注入領域４４ａ、４４ｂ内のシリコン中へと、ホウ素などのｐ−タイプの導電性ドーパントを注入したときに、２つの領域間の境界に沿ってｐ−ｎ接合が形成される。イオンを、例えば、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までのドーズ量のうちの選択したドーズ量レベルに注入することができる。
【００１０】
注入プロセスでは、基板４０をプロセスゾーン４６内に設置し、基板温度を、約２５℃と約４００℃との間で維持する。注入すべきイオン源種を与えるために、プロセスガスをプロセスゾーン４６中へと導入する。プロセスガスは、また、フッ素および／または水素などの蒸発性種を含むことができる。例えば、プロセスガスは、ヒ素や、ホウ素や、リン、等のフッ化物および／または水素化物を包含するイオン注入ガスを含むことができる。イオン注入ガスは、例えば、ＡｓＦ３や、ＡｓＨ３や、Ｂ２Ｈ６や、ＢＦ３や、ＳｉＨ４や、ＳｉＦ４や、ＰＨ３や、ＡｓＦ５や、Ｐ２Ｈ５や、ＰＯ３や、ＰＦ３や、ＰＦ５や、ＣＦ４を含むことができる。特定のガスのフッ化物および水素化物を、やはり組み合わせる、例えば、ＢＦ３＋Ｂ２Ｈ６か、ＰＨ３＋ＰＦ３か、ＡｓＦ３＋ＡｓＨ３か、ＳｉＦ４＋ＳｉＨ４か、またはＧｅＦ４＋ＧｅＨ４とすることができる。一実施形態では、イオン注入ガスは、約２ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間の流量を有することができる。
【００１１】
プロセスガスは、Ｎ２や、Ａｒや、Ｈｅや、Ｘｅや、Ｋｒなどの不活性ガスまたは非反応性ガスをさらに含むことができる。不活性ガスまたは非反応性ガスは、イオン照射の活性を高め、プロセスガス衝突を増加させてイオン種の再結合を減少させる。不活性ガスまたは非反応性ガスの流量を、約１０ｓｃｃｍから約１２００ｓｃｃｍまでとすることができる。
【００１２】
プロセスガスは、処理チャンバの外へより容易に排出される蒸発性副生成物の形成を支援するために、窒素含有ガスをさらに含むことができる。窒素含有ガスは、ＮＯや、ＮＯ２や、ＮＨ３や、Ｎ２や、Ｎ２Ｏや、これらの混合物を含むことができる。窒素含有ガスを、約１０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍまでの流量で供給することができる。
【００１３】
プロセスガスをイオン化させて、基板４０へ注入しようとする原子種のイオン４５を含有するプラズマ４８を形成する。イオン注入した領域を形成するために基板４０の露出した領域５２上に勢いよく衝突してその中へと入るイオンを形成するために、プロセスゾーン４６全域に印加した電圧電位によって、（図１Ａおよび図１Ｂで矢印５０によって示したように）これらのイオンを加速する。プロセスゾーン４６の周りのアンテナ（図示せず）に印加される誘導結合した電力であるソース電力およびプロセスゾーン４６の周りの電極（図示せず）に印加される容量結合した電力であるバイアス電力によって、またはソース電力およびバイアス電力の組み合わせによって、プロセスガスを励起させることができる。典型的には、ソース電力は、プロセスガスからプラズマ４８を発生させ、バイアス電力は、プロセスガスをさらに解離させ、また、基板４０へ向けて解離したイオン４５を加速させる。イオン種を基板４０中へと所望の深さに打ち込むことを可能にするために、ソース電力およびバイアス電力を、所定のエネルギーレベルに設定する。低いイオンエネルギーの状態の解離したイオンを、５００Åよりも浅い、例えば、基板表面から約１０Åから約５００Åまでの浅い深さのところに注入する。例えば、約１０ＫｅＶよりも高い、高いＲＦ電力から発生された高いイオンエネルギーの状態の解離したイオンを、基板表面から５００Åを超える深さに基板４０中へと注入することができる。一例では、ソース電力を約５０ワットから約２０００ワットまでのところに維持し、バイアス電力を、約１０ボルトから約１２０００ボルトまでのＲＦ電圧で約５０ワットから約１１０００ワットまでのところに維持する。
【００１４】
例示的な実施形態では、ヒ素イオンを、プロセスゾーン４６内の基板４０中へと注入することができる。基板４０を、３０℃よりも低い温度で維持する。このプロセスでは、ＡｓＨ３などのヒ素含有ガスを包含するプロセスガスを、プロセスゾーン４６中へと導入する。プロセスガスを、約３ｍＴｏｒｒ（０．３９９Ｐａ）から約２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）まで、例えば、約２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）の圧力で維持する。約２００ボルトから約８０００ボルトまでの、例えば、約６０００ボルトの電圧で、プロセスゾーン４６の周りのアンテナ（図示せず）に電力を供給することによって、プロセスガスを励起させて、プラズマを形成する。アンテナに印加するソース電力を、約１００ワットから約３０００ワットまで、例えば、約１０００ワットとすることができる。得られたプラズマは、ヒ素注入した領域を備えたイオン注入した領域４４ａ、４４ｂを形成するために、基板４０中へと注入される励起したヒ素イオンを包含する。ヒ素イオンを、少なくとも約１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のドーズ量で基板表面から５００Åよりも浅い深さに注入する。
【００１５】
予想される例では、例えば、三フッ化ホウ素ガス（ＢＦ３）などのホウ素含有ガスを包含するプロセスガスのプラズマから、ホウ素イオンを基板４０中へと注入することができる。ＢＦ３分子を解離させるために十分なエネルギー密度のプラズマを発生させるために、プロセスガスを励起させ、それによってＢ＋、同様にＢＦ＋およびおそらくＢＦ２＋のイオンを形成する。プロセスガスを、約５ｍＴｏｒｒ（０．６６５Ｐａ）から約３Ｔｏｒｒ（３９９Ｐａ）までの圧力で維持する。室温で０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）程度の蒸気圧を有し、１００℃より高い温度でかなりの蒸気圧を生成するデカボラン粉末を、やはり、ホウ素イオンのソースとして、またはガス状ソースを補うために使用することができる。
【００１６】
例示的なホウ素注入プロセスを代表するもう１つの予想される例では、プロセスガスがＢＦ３およびＳｉＨ４を含み、これらは、Ｂ３＋や、ＢＦ２＋や、ＢＦ２２＋や、Ｆや、Ｓｉ４や、Ｈ＋の形にプラズマによってイオン種として解離する。ＳｉＨ４ガスによって与えられる活性水素種は、解離したＦ種および他の解離した副生成物と反応して、ＨＦまたは別のタイプの蒸発性種を形成し、従って、Ｆ種および他のタイプの副生成物が基板４０中へと注入されることを防止する。そのように、過剰なシリコンイオンまたは解離したシリコンイオンが基板上に望ましくないシリコン膜を形成することを防止するために、ＳｉＨ４ガス流を選択する。一実施形態では、プロセスガスは、約１：５０から１：１００までの流量比でＢＦ３およびＳｉＨ４を包含する。例えば、ＢＦ３流量を、約５０ｓｃｃｍから約４００ｓｃｃｍまでとすることができ、ＳｉＨ４流量を、約１ｓｃｃｍから約２０ｓｃｃｍまでとすることができる。ソースＲＦ電力を、約１００ワットから約２０００ワットまでに設定し、バイアスＲＦ電力を、約１００ボルトから約１２０００ボルトまでに設定する。得られたプラズマは、基板４０中へとホウ素イオンを注入して、ホウ素注入した領域を備えたイオン注入した領域４４ａ、４４ｂを形成する。
【００１７】
さらに予想される例では、リンドーピングを、例えば、ＰＦ３もしくはＰＦ５などのフッ化リンガス、またはＰＨ３などの水素化リンガスなどのリン含有ガスを包含するプロセスガスを使用して実行することができる。プロセスガスをプロセスゾーン４６中へと導入し、約１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）から約３Ｔｏｒｒ（３９９Ｐａ）までの圧力で維持する。例えば、ＰＦ３ガスを、約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍまでの流量で供給することができる。ソースＲＦ電力を、約１００ワットから約３０００ワットまでに設定することができ、バイアスＲＦ電力を、約１００ボルトから約１２０００ボルトまでに設定することができる。得られたプラズマは、基板４０中へとリンイオンを注入して、リン注入した領域を備えたイオン注入した領域４４ａ、４４ｂを形成する。
【００１８】
例示的な実施形態では、イオンの注入の後で、図２の流れ図に示したように、多孔質キャッピング層５４をイオン注入した領域４４ａ、４４ｂ上に堆積する。多孔質キャッピング層５４は、イオン注入した領域４４ａ、４４ｂを覆い、図１Ｃに示したような中間製品５５を形成する。多孔質キャッピング層５４を設けて、例えば、アニーリングプロセスなどの引き続くプロセスにおいて、イオン注入領域４４ａ、４４ｂ中に注入したイオンの蒸発を防止する。しかしながら、特に、注入したイオンが、小さな質量か、弱い結合エネルギーか、または基板に対して低い溶解度を有するときには、アニーリングプロセスが、注入したイオンの大部分を基板４０から消失させるまたは蒸発して逃げさせる場合がある。多孔質キャッピング層５４が、注入したイオンの蒸発損失を減少させることを見出し、それによって、アニーリングプロセスの後でさえ、注入した領域４４ａ、４４ｂ内のイオンの大部分を失わないようにした。
【００１９】
アニーリングプロセスの後でまたはプロセス中に、多孔質キャッピング層５４を容易に蒸気化させ除去することができることをさらに見出した。多孔質キャッピング層５４の多孔性が、（１つまたは複数の）下地層から出てくる蒸気化した物質を多孔質キャッピング層５４の気孔を通ってより容易に逃がし、通過させることを可能にすることが、やはり考えられる。これは、（１つまたは複数の）下地層に強く結合しているまたは接着しているときには、多孔質キャッピング層５４が付着した下地層から剥離することを防止する。やはり、多孔質キャッピング層５４は、体積の大部分が空の気孔空間によって占められているためにより小さな質量を有し、層５４は、基板４０から蒸気化してなくなるために小さなエネルギーしか必要としない。従って、１つの変形例では、多孔質キャッピング層５４は、少なくとも２０％か、またはそれどころか少なくとも５０％の気孔率を包含する。さらに、多孔質キャッピング層５４は、少なくとも２０％か、またはそれどころか少なくとも５０％の気孔体積である連続する気孔を有する場合がある。連続する気孔は、蒸気化ガスおよび副生成物が剥離なしに多孔質キャッピング層５４を通って逃げることをもっと簡単に可能にするので、連続する気孔が望ましい。
【００２０】
１つの変形例では、多孔質キャッピング層５４は、シリコン含有材料および酸素含有材料を包含する。この変形例では、プロセスゾーン４６中へとシリコン含有材料および酸素含有材料を包含するプロセスガスを導入し、プロセスガスを励起させ、プラズマエンハンス型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスまたはマイクロ波エンハンス型化学気相堆積（ＭＥＣＶＤ）プロセスを使用してプラズマを形成して二酸化シリコンを堆積させることによって、多孔質キャッピング層５４を堆積する。本プロセスを解説するために二酸化シリコンを記載しているが、多孔質キャッピング層５４を形成するために別の材料を使用することができることに、留意すべきである。やはり、堆積したシリコンおよび酸素材料は、炭素か、水素か、または窒素さえ含むことができる。例えば、二酸化シリコンの多孔質キャッピング層５４を、例えば、シラン（ＳｉＨ４）や、ジシランや、ジクロロシランや、トリクロロシランや、テトラエチルオルソシランや、メチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）や、ジメチルシラン（（ＣＨ３）２ＳｉＨ２）や、トリメチルシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＨ）や、ジエチルシラン（（Ｃ２Ｈ５）２ＳｉＨ２）や、プロピルシラン（Ｃ３Ｈ８ＳｉＨ３）や、ビニルメチルシラン（（ＣＨ２＝ＣＨ）ＣＨ３ＳｉＨ２）や、１，１，２，２−テトラメチルジシラン（ＨＳｉ（ＣＨ３）２−Ｓｉ（ＣＨ３）２Ｈ）や、ヘキサメチルジシラン（（ＣＨ３）３Ｓｉ−Ｓｉ（ＣＨ３）３）や、１，１，２，２，３，３−ヘキサメチルトリシラン（Ｈ（ＣＨ３）２Ｓｉ−Ｓｉ（ＣＨ３）２−ＳｉＨ（ＣＨ３）２）や、１，１，２，３，３−ペンタメチルトリシラン（Ｈ（ＣＨ３）２Ｓｉ−ＳｉＨ（ＣＨ３）−ＳｉＨ（ＣＨ３）２）や、他のシラン関連化合物などのシリコン含有ガスを包含するプロセスガスを用いて堆積することができる。プロセスガスは、やはり、酸素（Ｏ２）や、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）や、オゾン（Ｏ３）や、二酸化炭素（ＣＯ２）などの酸素含有ガスを含むことができる。
【００２１】
シリコン／酸素含有材料を包含する堆積した多孔質キャッピング層５４を備えた中間製品５５は、酸化シリコン層中に均一に分散する微小なガスポケットを有する。１つの例示的な変形例では、多孔質酸化シリコンを包含するキャッピング層５４を、同じプロセスゾーン４６内で基板４０上に堆積する。シリコン含有ガスおよび酸素含有ガスを包含するプロセスガスを、プロセスゾーン４６中へと導入する。例えば、プロセスガスは、約１：１から約１：１０までの、またはそれどころか約１：２から約１：６までの体積流量比で、シランおよび酸素を含むことができる。例えば、シランの流量を、約５ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍまでとすることができ、酸素の流量を、約２０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍまでとすることができる。任意選択で、アルゴンをプロセスガスに添加する。アルゴンを添加するときには、シラン対酸素の体積流量比を上に記載したレベルで維持し、約１：４から約４：１までの酸素対アルゴン体積流量比を維持するように、十分なアルゴンを添加する。プロセスガスを、約５ｍＴｏｒｒ（０．６６５Ｐａ）から約５００ｍＴｏｒｒ（６６．５Ｐａ）まで、例えば、約１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）の圧力で維持する。約２００ボルトから約１０，０００ボルトまで、例えば、約１０００ボルトの電圧で、かつ約１０００ワットから約１０，０００ワットまで、例えば、約８０００ワットの電力レベルでプロセスゾーン４６の周りのアンテナに印加したＲＦエネルギーから、プラズマを発生させる。多孔質キャッピング層５４を基板上に形成するために、基板４０を３０℃よりも低い温度で維持する。
【００２２】
もう１つの予想される例では、多孔質キャッピング層５４を、トリメチルシラン（（ＣＨ３）３−ＳｉＨ）および酸素を包含するシリコン含有ガスを包含するプロセスガスを用いて形成する。トリメチルシランを、約２０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍまでの流量で、酸素を約１０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍまでの流量で与える。プロセスガスは、やはり、約１０ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍまでの流量でヘリウムまたは窒素を含むことができる。チャンバ圧力を、約１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）と約１５Ｔｏｒｒ（１９９５Ｐａ）との間で維持する。ＲＦ電源を、約１００ワットから約９００ワットまでで印加する。基板４０を、約３００℃から約４５０℃までの温度で維持して、多孔質キャッピング層５４を堆積する。
【００２３】
さらにもう１つの予想される例として、多孔質キャッピング層５４を、約２００ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍまでの流量のテトラエチルオルソシラン（ＴＥＯＳ）、および約２００ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍまでの流量の酸素を包含するプロセスガスを使用して堆積する。約３００ワットから約１２００ワットまでのＲＦエネルギーで、プラズマに電力を供給する。基板４０を約３００℃から約５００℃までの温度に維持する。
【００２４】
図１Ｄおよび図２に示したように、イオン注入した領域へと注入したイオンをより均一に分布させるために、上に重なる多孔質キャッピング層５４を有するイオン注入した領域４４ａ、４４ｂをアニールする。例えば、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のイオン濃度ばらつきを、アニーリングプロセスにおいて１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２に減少させることができる。アニーリングプロセスは、やはり、注入したイオンのエネルギー衝突によって生じることがあるイオン注入した領域４４ａ、４４ｂ内の格子欠陥を除去するまたは減少させることができる。アニーリングプロセスを、やはり、注入したイオンを活性化させるために使用することができる。１つの例示的なアニーリングプロセスでは、基板４０を、少なくとも約１０００℃の温度に、またはそれどころか約８００℃から約１３００℃までの温度に加熱する。適切なアニーリングプロセスを、約５分間実行することができる。
【００２５】
アニーリングプロセスでは、多孔質キャッピング層５４のうちの少なくとも一部が、熱処理プロセス中に蒸発する。１つの変形例では、イオン注入した領域の上に重なる多孔質キャッピング層５４のうちの少なくとも８０％が、アニーリング中に蒸発する。例えば、アニーリング中に、多孔質キャッピング層５４のうちの少なくとも９０％を蒸発させることができる一方で、イオン注入領域４４ａ、４４ｂ内部の注入したイオンのうちの少なくとも６０％を依然として保持する。従って、多孔質キャッピング層５４は、イオン注入領域４４ａ、４４ｂ内部のイオンを保持する一方で、同時に基板４０から蒸気化してなくなる。有利なことに、このプロセスは、注入したイオンの大部分の保持を可能にする一方で、実質的にすべての多孔質キャッピング層５４を除去する。
【００２６】
次のステージの製品を形成するために、中間製品のアニーリング中に大部分の多孔質キャッピング層５４を蒸気化させるあいだに、図１Ｄに示したように、蒸気化しなかった層５４からの残留物質を、ドライクリーニングすなわちプラズマクリーニングプロセス、またはウェットエッチングプロセスによって除去することができる。適切なドライクリーニングすなわちプラズマクリーニングプロセスでは、ＣＦ４などのフッ素を包含するプロセスガスを、プロセスゾーン４６中へと導入することができ、プロセスガスから発生したプラズマを、残留するシリコン含有物質および酸素含有物質を基板４０の表面から取り去るために使用する。得られた基板４０は、図１Ｅに示したように、均一に分布したイオン濃度や、減少した格子欠陥や、きれいな表面５８を有するイオン注入した領域４４ａ、４４ｂを備える。
【００２７】
本プロセスを使用して製造することができるＰＭＯＳトランジスタおよびＮＭＯＳトランジスタを備えた集積回路の例示的な実施形態を、図３に図示する。この構造では、シリコンウェーハを包含する基板４０は、（図示したような）バルク半導電性シリコン材料、または基板４０の上方の絶縁性層上に形成されたシリコンアイランド（図示せず）であることがある能動半導体層１００ａ、１００ｂを有する。ＰＭＯＳトランジスタ１０２を、能動層１００の低濃度ｎ−ドープ領域１００ａ内に形成し、ＮＭＯＳトランジスタ２０２を、能動層１００の低濃度ｐ−ドープ領域１００ｂ内に形成する。ｐ−ドープ領域およびｎ−ドープ領域１００ａ、１００ｂを、能動層中にエッチングされかつ二酸化シリコンなどの絶縁性材料を用いて埋められたシャローアイソレーショントレンチ１０６によって互いに絶縁する。ＰＭＯＳトランジスタ１０２は、また、能動層内の高濃度ｐ−ドープのソースおよびドレイン領域１０８ａ、１０８ｂならびにｎ−ドープチャネル１１２によって分離された高濃度ｐ−ドープのソースおよびドレインエクステンション１１０ａ、１１０ｂを含む。
【００２８】
イオン注入した領域４４ａ、４４ｂを、例えば、低濃度ｎ−ドープ領域１００ａや、低濃度ｐ−ドープ領域１００ｂや、高濃度ｐ−ドープのソースおよびドレイン領域１０８ａ、１０８ｂや、ｎ−ドープチャネル１１２によって分離された高濃度ｐ−ドープのソースおよびドレインエクステンション１１０ａ、１１０ｂのうちのいずれか１つとすることができる。この変形例では、いずれかのイオン注入した領域４４ａ、４４ｂの堆積の直後に、基板４０に対して実行されることがある引き続くアニーリングプロセス中にイオンの蒸発を防止するために、多孔質キャッピング層（図示せず）を使用して、イオン注入した領域４４ａ、４４ｂを覆う。その後で、イオン注入領域４４ａ、４４ｂのある基板４０をアニールする。アニーリングプロセスでは、実質的にすべての多孔質キャッピング層５４が蒸気化する。その後で、他の層を、基板４０へと堆積し、エッチングし、そうでなければ処理する。
【００２９】
ＰＭＯＳトランジスタ１０２では、多結晶シリコンゲート電極１１４が、チャネル１１２の上に重なり、薄いゲート二酸化シリコン層１１６によってチャネルから分離される。例えば、チタンシリサイドまたはコバルトシリサイドを包含するゲートコンタクト１１８が、ゲート電極１１４の上に重なる。例えば、チタンシリサイドまたはコバルトシリサイドをやはり包含するソースコンタクト領域１２０を、ソース領域１０８ａ内に形成する。窒化シリコン絶縁層１２２が、ソースおよびドレイン領域１０８ａ、１０８ｂの上に重なり、ゲート電極構造１１４、１１６、１１８を囲む。二酸化シリコンアイランド１２４が、絶縁層１２２内部にある。薄い窒化シリコンエッチングストップ層１２６が、ＰＭＯＳトランジスタ１０２の上に重なる。上に重なっている多層インターコネクト層１３２の下部絶縁層１３０が、エッチングストップ層１２６の上に重なる。絶縁層１３０を形成した後で、絶縁層の上表面１３０ａを平らにするために、化学機械ポリシングプロセスを使用することができる。例えば、スズなどの金属ソースコンタクト１３４が、チタンシリサイドソースコンタクト領域１２０へと絶縁層１３０を貫通しエッチングストップ層１２６を貫通して垂直に延びる。絶縁層を、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、またはリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）か、ホウ素ケイ酸ガラス（ＢＳＧ）か、もしくは炭素ドープのケイ酸ガラス（ＣＳＧ）などの二酸化シリコン含有結合物とすることができる。かかる結合物を、酸素含有ガスか、シリコン前駆体（例えば、シラン）か、リン前駆体ガス（ＰＨ３）か、ホウ素前駆体ガス（Ｂ２Ｈ６）か、または炭素含有ガスを含有するプロセスガスを使用してプラズマエンハンス型堆積プロセスにおいて形成することができる。
【００３０】
ＮＭＯＳトランジスタ２０２は、能動層内の高濃度ｎ−ドープのソースおよびドレイン領域２０８ｂ，２０８ａおよびｐ−ドープチャネル２１２によって分離された高濃度ｎ−ドープのソースおよびドレインエクステンション２１０ｂ，２１０ａを含む。多結晶シリコンゲート電極２１４が、チャネル２１２の上に重なり、薄いゲート二酸化シリコン層２１６によってチャネルから分離される。例えば、チタンシリサイドを包含するゲートコンタクト２１８が、ゲート電極２１４の上に重なる。チタンシリサイドソースコンタクト領域２２０を、ソース領域２０８ｂ内に形成する。窒化シリコン絶縁層２２２が、ソースおよびドレイン領域２０８ｂ、２０８ａの上に重なり、ゲート電極構造２１４、２１６、２１８を囲む。二酸化シリコンアイランド２２４が、絶縁層２２２内部にある。薄い窒化シリコンエッチングストップ層２２６が、ＮＭＯＳトランジスタ２０２の上に重なる。上に重なっている多層インターコネクト層１３２の下部絶縁層１３０が、エッチングストップ層２２６の上に重なる。金属（例えば、ＴｉＮ）ドレインコンタクト２３４が、チタンシリサイドソースコンタクト領域２２０へと絶縁層１３０を貫通しエッチングストップ層２２６を貫通して垂直に延びる。
【００３１】
基板４０内にイオン注入した領域４４ａ、４４ｂを形成するためにイオンを注入することに適しており、やはり、同じプロセスゾーン４６内でイオン注入した領域４４ａ、４４ｂの上方に多孔質キャッピング層５４を堆積することが可能な基板処理装置３００の例示的な実施形態を図４に示す。基板処理装置３００を、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから商業的に入手可能なＰ３Ｉ（商標）などの、トロイダルソースプラズマ浸漬イオン注入装置とすることができる。適した装置は、例えば、２００４年１２月１日に出願した、Ａｌ−Ｂａｙａｔｉ他の、米国特許出願公開第２００５／０１９１８２８号に記載されており、本明細書中に引用によって、その全体が組み込まれている。
【００３２】
一般に、装置３００は、円柱状の側壁３１２および円盤形状の天板３１４によって取り囲まれたプロセスチャンバ３１０を備える。チャンバ３１０内の基板支持部３１６は、プロセスゾーン４６内の基板の処理用の基板４０を支持するための基板受容面３１８を備える。基板支持部３１６を、誘電性プレート３２１中に埋め込まれた、またはプレートによって覆われた電極３１９を含む静電チャック３１７とすることができる。チャックＤＣ電圧ソース発生器３２３によって、電極３１９に電力を供給する。
【００３３】
基板４０中へとイオン注入しようとしている種を含有するイオン注入ガスを包含するプロセスガスを、ガス分配器３２０を通ってプロセスゾーン４６中へと導入する。チャンバ３１０の天板３１４上のガス分配器３２０は、ガス分配パネル３２５に接続されたガスマニフォールド３２４を介してプロセスガスを受け取る。プロセスガスの組成を制御するために、各ガス供給部３２６ａ〜３２６ｊからのガスの流れを設定するマスフローコントローラ３２７ａ〜３２７ｊのセットによって個別に制御される個々のガス供給部３２６ａ〜３２６ｊによって、ガスマニフォールド３２４は供給される。例えば、個々のガス供給部３２６ａ〜３２６ｊは、ヒ素含有ガスか、リン含有ガスか、ホウ素含有ガスか、炭素含有ガスか、水素か、酸素か、窒素か、シランか、水素化ゲルマニウムガスか、クリプトンか、キセノンか、アルゴンか、または他のガスの供給物を含むことができる。ガス供給部３２６ａ〜３２６ｊは、ホウ素のフッ化物や、ホウ素の水素化物や、リンのフッ化物や、リンの水素化物を含む異なるドーパント含有ガスを含包することができる。他のガスは、同時注入（水素およびヘリウム）や、材料強化（窒素）や、表面安定化または同時注入（シリコンかゲルマニウムか炭素のフッ化物）や、フォトレジスト除去および／またはチャンバクリーニング（酸素ガス）の際に使用するガスを含む。真空ポンプ３２８を、基板支持部３１６と側壁３１２との間に明示したポンピングアニュラス３３０に連結する。
【００３４】
プロセスガスを、基板４０の上のプロセスゾーン４６内で励起させる。プロセスゾーン４６内のプロセスガスを励起させるために適した励起装置３３３は、プロセスゾーン４６を通り抜けプロセスゾーン内を横切るプラズマ電流用のリエントラントトロイダル経路を作る１対の外部リエントラント導管３３４、３３６を含む。導管３３４、３３６の各々は、チャンバ３１０の反対側に連結された１対の端部３３８を有する。各導管３３４、３３６は、中空の導電性管であり、導管の両端間の閉ループ導電経路の形成を防止するＤ．Ｃ．絶縁リング３４０を有する。各導管３３４、３３６の環状部分は、環状磁気コア３４２によって囲まれる。励振コイル３４４が、コア３４２を囲み、インピーダンス整合デバイス３４８を経由してＲＦ電源３４６に連結される。それぞれのコア３４４に連結された２つのＲＦ電源３４６を、２つのわずかに異なる周波数とすることができる。例えば、ガス励起装置３３３は、４００ｋＨｚおよび１５ＭＨｚの周波数を有するＲＦ電流を印加することによってプロセスガスから誘導結合プラズマを形成することができる。ＲＦ電力発生器３４６から結合されたＲＦ電力は、各々それぞれの導管３３４、３３６を経由し、プロセスゾーン４６を経由して延びる閉トロイダル経路内にプラズマイオン電流を生成する。これらのイオン電流は、それぞれのＲＦ電源の周波数で振動する。
【００３５】
イオン注入プロセス中に、ガス励起装置３３３は、ＲＦ発生器３４６からのソース電力をリエントラント導管３３４、３３６に印加して、導管内およびプロセスゾーン４６内にトロイダルプラズマ電流を作り出す。バイアス電力を、インピーダンス整合回路３５０を経由してバイアス電力発生器３４９によって基板支持部３１６に印加する。イオン注入深さを、ＲＦバイアス電力発生器３４９によって印加される基板バイアス電圧によって決定する。毎秒平方ｃｍ当たりに注入されるイオンの数であるイオン注入速度またはフラックスを、ＲＦ発生器３４６によって印加されるＲＦ電力のレベルによって制御されるプラズマ密度によって決定する。基板４０中の累積注入ドーズ量（イオン／平方ｃｍ）を、フラックスおよびフラックスが維持される全時間の両者によって決定する。
【００３６】
多孔質キャッピング層５４を基板４０上に堆積するときに、ソース電力発生器３４６を、バイアス電力発生器３４９を使用せずに使用することができ、基板４０に向けてイオンを加速させないでプラズマを発生させる。このプロセスでは、基板４０上に多孔質キャッピング層５４を堆積させるために、プロセスガスを解離させて、互いにまたは基板表面と反応するイオンや、中性種や、他の種を形成する。
【００３７】
イオン注入プロセスまたはキャッピング層堆積プロセスのいずれかにおいて、プラズマを形成し、イオンを励起し、プロセスガスを反応させるために、エネルギーの代替ソースを使用することができる。例えば、誘導結合の代わりに、例えば、容量性プラズマソースか、電子サイクロトロン共鳴か、または変成器結合プラズマを含む従来のプラズマ発生源または高密度プラズマ発生源のいずれかを使用して、プラズマを、やはり発生させることができる。従って、本特許請求の範囲を、本明細書中に記載した例示的な装置に限定すべきではない。
【００３８】
本発明のある種の好ましい変形例を参照して、本発明を説明してきているが、別の変形例が可能である。例えば、代替のイオン注入プロセスを、やはり使用することができる。また、当業者にとって明らかであるはずのように、別の材料を、キャッピング層５４に対して使用することができる。それゆえ、別記の特許請求の精神および範囲を、本明細書中に含有された好ましい変形例の記載に限定すべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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