(57)【要約】  プロセスチャンバ用の基板支持体が、基板を受け取るための受取り表面を有する静電チャックと、静電チャックの下にあるガス分散器ベースプレートとを備える。ガス分散器ベースプレートが、複数のガス出口を有する円周側壁を備え、ガス出口が互いに離隔して設けられて、プロセスガスを基板の外周縁の周りから半径方向外方向へプロセスチャンバ内に導入する。
2012525014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ内で、外周縁を備える基板を受け取るための基板支持体であって、
（ａ）前記基板を受け取るための受取り表面を有する静電チャックと、
（ｂ）前記静電チャックの下にあるガス分散器ベースプレートとを備え、前記ガス分散器ベースプレートが、複数のガス出口を有する円周側壁を備え、前記ガス出口が互いに離隔して設けられて、プロセスガスを前記基板の外周縁の周りから半径方向外方向へプロセスチャンバ内に導入する基板支持体。
【請求項２】
前記ガス分散器ベースプレートが回転対称軸を備え、前記ガス出口が、回転対称軸から測定して、前記円周側壁を巡って約５°〜約４５°の角度だけ離隔して設けられる請求項１に記載の支持体。
【請求項３】
前記ガス出口が約１ｍｍ〜約１０ｍｍにサイズ設定された請求項１に記載の支持体。
【請求項４】
前記ガス分散器ベースプレートが、前記ガス出口にプロセスガスを供給する環状供給チャネルを備える請求項１に記載の支持体。
【請求項５】
前記プロセスチャンバがガス供給ポートを備え、前記環状供給チャネルが、前記ガス供給ポートに接続するためにガスコネクタを備える請求項４に記載の支持体。
【請求項６】
前記ガス分散器ベースプレートが直円柱を備える請求項１に記載の支持体。
【請求項７】
前記直円柱が金属から構成される請求項６に記載の支持体。
【請求項８】
前記プロセスチャンバが囲壁および電源を備え、前記ガス分散器ベースプレートが、前記ベースプレートを前記プロセスチャンバの前記囲壁に対してある電位で維持するために、電源に接続するためまたは接地するための電気コネクタを備える請求項７に記載の支持体。
【請求項９】
（ａ）前記静電チャックと前記ガス分散器ベースプレートの間にある誘電体台座と、
（ｂ）前記静電チャックと前記ガス分散器ベースプレートの間にあるポリマーを含む誘電体台座と
の少なくとも一方を備える請求項１に記載の支持体。
【請求項１０】
プロセスチャンバ内で基板上に材料を堆積させる方法であって、前記基板が外周縁を有し、前記方法が、
（ａ）前記チャンバ内で前記基板を保持するステップと、
（ｂ）前記チャンバ内にプロセスガスを、
（ｉ）前記基板の外周縁を巡り、前記基板の外周縁よりも外側にある離隔された点から、
（ｉｉ）半径方向外方向へ
流すステップと、
（ｃ）前記基板上に材料を堆積させるために前記プロセスガスを励起するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記基板の外周縁を巡って離隔して設けられ、約５°〜約４５°の半径方向角度だけ離隔された点から前記プロセスガスを導入するステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、前記基板上への前記材料の堆積前または堆積中に前記基板内にイオンを注入するステップを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１３】
基板に材料を堆積させること、およびイオンを注入することができるプロセスチャンバであって、前記基板が外周縁を有し、プロセスチャンバが、
（ａ）囲壁を有するハウジングと、
（ｂ）前記ハウジング内で基板を受け取るための基板支持体とを備え、前記基板支持体が、
（ｉ）前記基板を受け取るために受取り表面を有する静電チャックと、
（ｉｉ）前記静電チャックの下にあるガス分散器ベースプレートとを備え、前記ガス分散器ベースプレートが、複数のガス出口を有する円周側壁を備え、前記ガス出口が互いに離隔して設けられて、プロセスガスを前記基板の外周縁の周りから半径方向外方向へ前記ハウジング内に導入し、プロセスチャンバがさらに、
（ｃ）前記基板上に材料を堆積させることができる、または前記基板内にイオンを注入することができるプラズマを発生するように前記プロセスガスを励起するためのプラズマ発生システムと、
（ｄ）前記プロセスチャンバから前記プロセスガスを排気するための排気部と
を備えるプロセスチャンバ。
【請求項１４】
前記ガス分散器ベースプレートが回転対称軸を備え、前記ガス出口が、回転対称軸から測定して、円周側壁の周りで約５°〜約４５°の角度だけ離隔して配置される請求項１３に記載のチャンバ。
【請求項１５】
前記ガス分散器ベースプレートが、
（ａ）前記ガス出口にプロセスガスを供給する環状供給チャネルと、
（ｂ）金属の直円柱、および電源に接続するためまたは接地するための電気コネクタと
の少なくとも一方を備える請求項１３に記載のチャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、堆積およびイオン注入装置用の基板支持体ならびに関連の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路、ソーラーパネル、および他のマイクロ電子デバイスの製造において、半導体ウェハやガラスパネルなどの基板上に様々な層およびフィーチャが形成される。例えば、誘電材料、半導電材料、導電材料の層を基板上に堆積することができる。その後、相互接続線、コンタクトホール、ゲートなどのフィーチャを形成するためにいくつかの層が処理される。ポリシリコンなどの材料からなる半導電層を基板上に堆積することもできる。その後、ｎ型ドープ領域またはｐ型ドープ領域を形成するために半導体層にイオンが注入される。例えば、堆積チャンバ内でポリシリコンを堆積することができる。その後、別個のイオン注入チャンバ内でイオン注入プロセスが行われて、所望のイオンプロファイルおよび濃度でゲート構造およびソース／ドレイン構造を形成する。そのような処理において、カセット内で、またはロボットアームによって基板を１つのチャンバから別のチャンバに輸送しなければならない。そのような輸送中、基板は、カセット、ロボットアーム、さらにはクリーンルーム環境からの粒子によって汚染されることがある。
【０００３】
半導電材料または他の材料を堆積する作業と、堆積された層にイオンを注入する作業との両方が可能な単一のチャンバが開発されている。これらのプロセスでは、半導電層が基板上に堆積され、堆積された層または下にある基板内にイオンを注入してドープするためにイオン注入プロセスが使用される。堆積およびイオン注入プロセス中、堆積材料またはイオン源種を提供するために様々なプロセスガスまたはガス混合物を使用することができる。例えば、そのようなチャンバおよび様々なプロセスは、本願と同一の譲受人に譲渡された、２００８年６月１２日に公開されたＬｅ等による「ＰＬＡＳＭＡ  ＩＭＭＥＲＳＥＤ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＰＲＯＣＥＳＳ」という名称の米国特許出願公開第２００８／０１３８９６７Ａ１号、２００４年８月２６日に公開されたＤａｎ  Ｍａｙｄａｎ等による「ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＩＬＩＣＯＮ−ＯＮ−ＩＮＳＵＬＡＴＯＲ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＵＳＩＮＧ  ＰＬＡＳＭＡ  ＩＭＭＥＲＳＩＯＮ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願公開第２００４／０１６６６１２Ａ１号、２００４年６月１０日に公開されたＫｅｎｎｅｔｈ  Ｃｏｌｌｉｎｓ等による「ＰＬＡＳＭＡ  ＩＭＭＥＲＳＩＯＮ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＯＵＲＣＥ  ＨＡＶＩＮＧ  ＬＯＷ  ＤＩＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＬＯＷ  ＭＩＮＩＭＵＭ  ＰＬＡＳＭＡ  ＶＯＬＴＡＧＥ」という名称の米国特許出願公開第２００４／０１０７９０９Ａ１号、および２００３年１２月１１日に公開されたＫｅｎｎｅｔｈ  Ｃｏｌｌｉｎｓ等による「ＥＸＴＥＲＮＡＬＬＹ  ＥＸＣＩＴＥＤ  ＴＯＲＲＯＩＤＡＬ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＯＵＲＣＥ  ＷＩＴＨ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＩＯＮ  ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願公開第２００３／０２２６６４１Ａ１号に記載されている。
【０００４】
しかし、従来の堆積および注入チャンバは、様々な異なる材料の堆積およびイオン注入に関して良好な結果を提供するが、いくつかの材料に関しては必ずしも一様に堆積された被膜を提供せず、または特に厳しいフィーチャ公差を満足しない。従来の堆積および電離チャンバを使用して、ポリシリコンなどの半導電被膜に一様な厚さでイオンを堆積および注入することは難しいことが多い。例えば、基板支持体が取り付けられるチャンバの底壁に位置されたガス配送ポートを有するチャンバは、完璧でなく一様でない半導電層を堆積することが判明している。超高集積（ＵＬＳＩ）と関連付けられるマイクロ電子デバイスに関して、トランジスタの増加および回路速度の上昇、高密度、ならびに信頼性の改善を求める要求がますます高まっているため、堆積される材料の厚さのわずかな非一様性またはイオン濃度のわずかな変動さえも受け入れられない。特に、これらの要求は、高い精度および一様性でのフィーチャの形成を求めるものである。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、基板上に材料を堆積および／または注入するための改良された装置、システム、および方法が必要である。これらの問題および他の問題は、本発明の装置および方法によって対処される。
【０００６】
プロセスチャンバ用の基板支持体が、基板を受け取るための受取り表面を有する静電チャックと、静電チャックの下にあるガス分散器ベースプレートとを備える。ガス分散器ベースプレートは、複数のガス出口を有する円周側壁を備え、ガス出口は互いに離隔して設けられて、プロセスガスを基板の外周縁の周りから半径方向外方向へプロセスチャンバ内に導入する。
【０００７】
基板上に材料を堆積する方法であって、チャンバ内で基板を保持するステップと、基板の外周縁に隣接しており、外周縁よりも外側にある離隔された点からプロセスガスを半径方向外方向へチャンバ内に流すステップとを含む方法。基板上に材料を堆積するためにプロセスガスが励起される。
【０００８】
プロセスチャンバは、材料を堆積させ、基板内にイオンを注入することができる。プロセスチャンバは、囲壁を有するハウジングと、ハウジング内で基板を受け取るための基板支持体とを備える。基板支持体は、基板を受け取るための受取り表面を有する静電チャックと、静電チャックの下にあるガス分散器ベースプレートとを備える。ガス分散器ベースプレートは、複数のガス出口を有する円周側壁を備え、ガス出口は互いに離隔して設けられて、プロセスガスを基板の外周縁の周りから半径方向外方向へハウジング内に導入する。プラズマ発生システムは、基板上に材料を堆積させるることができる、または基板内にイオンを注入することができるプラズマを発生するためにプロセスガスを励起する。プロセスガスをプロセスチャンバから排気するために排気部が設けられる。
【０００９】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および本発明の例を示す添付図面を参照すればより良く理解されよう。しかし、各特徴は、特定の図面の文脈でのみならず一般に本発明で使用することができ、本発明はこれらの特徴の任意の組合せを含むことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】静電チャックおよびガス分散器ベースプレートを備える基板支持体の一実施形態の概略断面図である。
【図２】静電チャックおよびガス分散器ベースプレートを備える基板支持体の一実施形態の斜視図である。
【図３】図３Ａは基板に対して半径方向外方向へチャンバ内にガスを流すガス出口のアレイを有する円周側壁を備えるガス分散器ベースプレートの一実施形態の概略斜視図であり、図３Ｂはガス出口にプロセスガスを供給する埋込型の環状供給チャネルを示す図３Ａのガス分散器ベースプレートの上面図である。
【図４】基板にイオンを堆積および注入することができるプロセスチャンバの一実施形態の概略部分側断面図である。
【図５】図４のプロセスチャンバの概略部分斜視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による堆積およびイオン注入システムの一実施形態は、プラズマ浸漬イオン注入プロセスによって、基板２４上に層を堆積させること、および基板２４内にイオンを注入することができる。一実施形態では、堆積ガスを含むプロセスガスをプロセスチャンバ６０内に供給し、堆積ガスのプラズマを発生させて基板２４上に層を堆積させることによって、堆積プロセスを行うことができる。次いで、イオン前駆体ガスを含む別のプロセスガスをプロセスチャンバ６０内に供給し、このプロセスガスのプラズマを発生させてガスからイオンを解離することによって、同じチャンバ６０内でイオン注入プロセスを行うことができる。解離されたイオンは、イオンの進行経路にわたってバイアス電圧を印加することによって、基板に向けて加速され、基板内に注入される。
【００１２】
基板２４は、シリコン、多結晶シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、または化合物半導体などの半導体材料から成る。シリコンウェハは、シリコンの単結晶または大型結晶を有することができる。例示的な化合物半導体としてはガリウムヒ素がある。基板２４は、半導体材料（図示せず）から形成することができ、または半導体材料の層（図示せず）を上に有することができる。例えば、パネルまたはディスプレイなど誘電材料から成る基板２４は、基板の活性半導体層として働くように上に堆積された半導電材料の層を有することができる。適切な誘電材料としては、ホウリンケイ酸ガラス、リンケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、およびリンケイ酸ガラスがある。
【００１３】
プロセスチャンバ６０内で基板２４を受け取るために使用される基板支持体２０の一実施形態が図１に示される。基板支持体２０は、受取り表面２８を備える静電チャック２６を備え、受取り表面２８は、静電チャック２６上に保持される基板２４の形状およびサイズに合致する円板形状である。静電チャック２６は、埋込電極３６を有する誘電体パック３２を備える。誘電体パック３２は、電磁エネルギー透過性材料、例えば窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、および酸化チタンの少なくとも１つから成ることが望ましく、好ましくは窒化アルミニウムから成る。しかし、誘電体パック３２は、ポリマー（例えばポリイミド）など他の材料から成っていてもよい。誘電体パック３２は、約５〜約１５ｍｍ、例えば約１０ｍｍの厚さを有する。また、誘電体パック３２は、外方向に延在する階段状の環状フランジ３４も有することができる。また、取扱いを容易にし、静電チャック２６を下にある構造に固定できるようにするために、誘電体パック３２の底部に金属プレート３９を結合することもできる。金属プレート３９は、例えば、アルミニウムとシリコンの合金などアルミニウム合金から形成することができ、一形態では、アルミニウムを含浸させた有孔炭化ケイ素から成る。
【００１４】
静電チャック２６の電極３６は充電可能であり、単極電極または双極電極でよい。典型的には、電極３６は金属から構成される。作動時、電圧を受け取るために電極電源３７に接続された端子３５を電極３６に設けることができ、この電圧は、基板２４を静電気力で保持するように電極３６を充電するためのＡＣまたはＤＣ電圧でよい。また、電極電源３７は、プロセスチャンバのためのＲＦ励起を行うために電極３６にＲＦ電力を提供することもできる。１つの例示的実施形態では、電極３６は、モリブデン製ワイヤメッシュを備える。
【００１５】
さらに、基板支持体２０は、静電チャック２６の下に誘電体台座３８を含む。図示される形態では、誘電体台座３８は、静電チャック２６の外周縁よりも外側に延在するフランジ４０と、傾斜した側壁４２とを有する円柱体を備える。例えば図２に示されるように、側壁４２は約５°〜約１５°の角度で傾斜していることがある。傾斜した側壁４２を巡って溝穴４４が離隔して設けられており、ねじおよびボルトなど固定機構用のアクセスポイントとして働く。誘電体台座３８は、静電チャック２６を支持構造および／または下側チャンバ壁から電気的に絶縁するために誘電材料から成る。一形態では、誘電体台座３８は、ポリカーボネートなどのポリマーから成る。一実施形態では、誘電体台座は、適切な強度および耐衝撃性を有するＬｅｘａｎ（商標、ＳＡＢＩＣ  Ｉｎｎｖａｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）から成る。
【００１６】
静電チャック２６の下にあるガス分散器ベースプレート４８は、円周側壁５０を備える。ベースプレート４８は、回転対称軸である中心軸５２を有する円板形構造を備える。例えば、ガス分散器ベースプレート４８は、直円柱の形状であることがある。ガス分散器ベースプレート４８は、プロセスチャンバ６０用の電極として働くように導体から形成することができる。例えば、ガス分散器ベースプレート４８はカソードとして働くことができる。適切な金属としては、ステンレス鋼およびアルミニウムがある。また、ガス分散器ベースプレート４８は、ベースプレート４８をプロセスチャンバ６０の囲壁に対してある電位（電圧、浮動電位、または接地でよい）で維持するために、ベースプレート電源５５に接続するための電気コネクタ５４を有する。
【００１７】
ガス分散器ベースプレート４８は複数のガス出口５６を備え、ガス出口５６は、互いに離隔して設けられて、プロセスガスを基板２４の外周縁５９の周りからプロセスチャンバ６０内に導入する。ガス出口５６は、基板２４の平面よりも下に位置され、基板２４の半径にほぼ対応する半径方向距離で、またはそれを超えてすぐに終端する。一形態では、ガス出口５６は、基板の中心６１から基板２４の外周縁５９までの半径方向距離を超える距離で終端し、基板２４の平面の高さよりも下の高さに位置される。ガス出口５６は、図３Ａで矢印によって概略的に示されるように、基板２４の外周縁５９の周りから半径方向外方向へガスの流れパターンを解放するように向きを定められる。ガス出口５６は、中心対称軸５２から測定して、ベースプレート４８の円周側壁５０を巡って約５°〜約４５°の角度だけ離隔して設けることができる。これにより、基板２４の外周縁５９の周りで、かつ基板２４よりも下で、半径方向で離隔された点からプロセスガスを導入することができるようになる。ガス分散器ベースプレート４８は、複数のガス出口５６、例えば約４個〜約１００個のガス出口５６、さらには約１０個〜約２０個のガス出口５６を備えることができる。図３Ｂに概略的に示される実施形態では、ガス分散器ベースプレート４８は、１２個のガス出口５６を備える。
【００１８】
基板２４の外周縁の周りでの、かつより低い高さからのプロセスガスの分散により、プロセスガスをより一様に基板２４に分散できるようになる。説明によって限定はしないが、プロセスガスは、基板２４の全周５９の周りからプロセスチャンバ６０のハウジング内に放出され、基板処理温度に近い温度で維持されるので、より良い堆積一様性が得られると考えられる。金属からなるガス分散器ベースプレート４８は、短時間でプロセスチャンバ６０の温度で平衡に達し、基板２４の温度よりも数度上または下に達する。ガスは、ベースプレート４８を通過するとき、基板２４とほぼ同じ温度まで加熱（または冷却）される。基板外周縁５９の周りでガスを放出し、放出されるガスを基板２４とほぼ同じ温度、またはわずかに低い温度で維持することで、基板２４全体にわたって反応速度が高められ、材料のより一様な堆積が実現される。
【００１９】
さらに、プロセスガスの流れ６２が基板表面から離れる半径方向外方向へ向けられているので、プロセスガスは、ガス流が基板表面にわたって流れの筋を生成することなくチャンバ６０内に放散することができる。さらに、基板２４から離れるようにガスを向けることで、チャンバ壁および構成要素表面から剥がれ落ちた残留粒子を押し退け、これらの剥がれ落ちた粒子が基板表面上に落ちて基板表面を汚染するのを防止する。また、ガスの流れ６２は、チャンバ６０の下壁にあり垂直に向けられた従来のシャワーヘッド分散器またはガス穴の場合のように垂直方向には向けられず、水平方向に向けられるので、吹き上げられて基板表面にわたって浮遊する粒子がより少ない。
【００２０】
ガス分散器ベースプレート４８のガス出口５６は、十分に高い流量のプロセスガスがそこを通ることができるように選択された形状およびサイズを有する。しかしまた、ガス出口５６は、出口５６内へのプロセスガスの逆流を減少させる、さらには防止するのに十分小さい、かつガス出口５６の内部空間内でのプラズマ放出またはアークを防止するのに十分小さい直径にサイズ設定すべきである。ガス出口５６に適したサイズは、約１ｍｍ〜約１０ｍｍの直径を含む。１つの例示的実施形態では、ガス出口５６は、約１．２〜約１．４ｍｍ、さらには約１．２５ｍｍの直径にサイズ設定される。
【００２１】
ガス分散器ベースプレート４８は、プロセスガスをガス出口５６に提供するために環状供給チャネル５８を備える。環状供給チャネル５８は、プロセスガスを受け取ってガスを環状供給チャネル５８に提供するためにガスコネクタ６４を備えることができる。例えば、ガスコネクタ６４は、プロセスチャンバ６０のガス供給ポート（図示せず）に接続することができることがある。環状供給チャネル５８は、例えば図１に示されるようにガス分散器ベースプレートプリフォーム６８の底面側６６に環状溝を機械加工することによってガス分散器ベースプレート４８に形成することができる。次いで、ベースプレートプリフォーム６８の上に下側プレート７０をシーム溶接することによって、環状溝を密閉して、環状供給チャネル５８を有するガス分散器ベースプレート４８を形成することができる。環状供給チャネル５８は、実質的に一様な圧力で各ガス出口５６にプロセスガスを提供するのに十分な断面積を有する。一実施形態では、環状供給チャネル５８は、約２〜約２０ｍｍ、さらには約６ｍｍの幅を有する長方形の断面と、約５〜約２５ｍｍ、さらには約１３ｍｍの深さとを備える。
【００２２】
基板支持体２０は、基板処理装置１００のプロセスチャンバ６０内で基板２４を保持するために使用することができる。基板処理装置１００は、基板２４上に材料を堆積させることも、プラズマを電離して、基板２４内に注入されるイオンを発生することもできる。イオンは、堆積プロセス前または堆積プロセス中に基板２４内に注入することができる。図４および図５は、イオン注入を実施するため、および基板２４上に層を形成するために利用することができる装置１００を示す。例えば、基板２４上にポリシリコン層を堆積させるためにプロセスチャンバ６０を使用することができる。本発明を実行するように適合させることができる１つの適切なプロセスチャンバ６０は、Ｐ３ｉ（商標）反応器（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（米国カリフォルニア州サンタクララから入手可能）である。しかし、他のチャンバおよびプロセスが、ガス分散器ベースプレート４８を有する基板支持体２０を利用することもでき、本発明の特許請求の範囲は、本明細書で説明するチャンバ、装置、および他の構成要素の例示的実施形態に限定すべきでない。Ｐ３ｉチャンバでは、回転するトロイダル磁場が、チャンバ内で酸素含有ガスのプラズマを再生する。これらの酸素イオンは、典型的には約５０ｅＶ〜約５００ｅＶのイオン注入エネルギーで注入される。さらに他の形態では、無線周波数（ＲＦ）または直流（ＤＣ）バイアスなどの加速されたプラズマを、プラズマを発生するためにプロセス区域の周りで電極に印加することができる。
【００２３】
プロセスチャンバ６０は、プロセス領域１０４を取り囲む底部１２４、上部１２６、および側壁１２２を有するチャンバ本体１０２を含む。基板支持アセンブリは、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２４を受け取るように適合される。また、基板支持体２０は、可動台座、リフトピンアセンブリ、１つまたは複数のガスフィードスルー、および電気コネクタ（図示せず）など他の構成要素も含むことができる。任意選択で、基板支持体２０に面するチャンバ本体１０２の上部１２６にガス分散プレート１３０を結合することができる。基板２４上で行われるプロセス用のガス状前駆体化合物を供給するために、プロセスガス源１５２がガス分散プレート１３０に結合される。プロセスチャンバ６０の排気部１２５は、真空ポンプ１３４に結合されたチャンバ本体１０２にあるポンピングポート１３２を含む。真空ポンプ１３４は、スロットル弁１３６を介してポンピングポート１３２に結合される。
【００２４】
さらに、プロセスチャンバ６０は、基板２４上に材料を堆積させすることができる、または基板２４内にイオンを注入することができるプラズマを発生するようにプロセスガスを励起するために、プラズマ発生システム１９０を含む。プラズマ発生システム１９０は、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別個の外部再進入管路１４０、１４０’を含む。第１および第２の管路１４０、１４０’は、それぞれ開口１９８、１９６および１９２、１９４に結合される。外部再進入管路１４０、１４０’の直交構成により、プラズマをプロセス領域１０４にわたって一様に分散させることができるようになっている。磁気透過性を有するトロイダルコア１４２、１４２’が、対応する再進入管路１４０、１４０’の一区域を取り囲む。一対の導電コイル１４４、１４４’は、それぞれのインピーダンス整合回路または要素１４８、１４８’を介して、それぞれのＲＦプラズマ源電力発生器１４６、１４６’に結合される。各外部再進入管路１４０、１４０’は、一対の絶縁環状リング１５０、１５０’のそれぞれによって中断された中空導電管であり、これらの環状リング１５０、１５０’は、それぞれの外部再進入管路１４０、１４０’の２つの端部の間で、通常であれば連続する電気経路を中断する。
【００２５】
さらに、プラズマ発生システム１９０は、基板表面内に注入されるイオンのエネルギーを制御するために、インピーダンス整合回路または要素１５６を介して基板支持体２０に結合されたＲＦプラズマバイアス電力発生器１５４を含む。例えば、ＲＦ電力を、静電チャック２６の電極、またはチャンバ６０内の電極としても働くことができるガス分散器ベースプレート４８に結合させることができ、あるいは埋込電極３６とガス分散器ベースプレート４８の両方に結合させることができる。
【００２６】
再び図４を参照すると、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が、プロセス領域１０４内に導入される。プロセスガスは、ガス分散器ベースプレート４８を通して、またはオーバーヘッドガス分散プレート１３０を通して、またはベースプレート４８とオーバーヘッドガス分散プレート１３０の両方を通してプロセス領域１０４内に導入することができる。プロセスガス源１５２は、基板２４を処理するため（例えばプラズマ浸漬イオン注入プロセスによって基板２４上に層を堆積させるため、または基板２４内にイオンを注入するため）に利用することができる様々なプロセスガスを提供することができる。プロセスガス源１５２は、同じガス組成または異なるガス組成であるガス分散器ベースプレート４８およびオーバーヘッドガス分散プレート１３０へのプロセスガスを提供するために使用することができる。例えば、第１のガス組成物をガス分散器ベースプレート４８に提供することができ、第２のプロセスガス組成物をオーバーヘッドガス分散プレート１３０に提供することができる。さらに、プロセスガス源１５２は、同じ流量または異なる流量であるガス分散器ベースプレート４８およびオーバーヘッドガス分散プレート１３０へのプロセスガスの流量を提供することができる。例えば、第１の流量のプロセスガスをガス分散器ベースプレート４８に提供することができ、第２の流量のプロセスガスをオーバーヘッドガス分散プレート１３０に提供することができる。
【００２７】
シリコンまたはポリシリコンの堆積用のプロセスガスは、シランベースのガスなどの堆積ガスおよびＨ２ガスを含むことができる。シランベースのガスの適切な例としては、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、およびジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などがあり、しかしそれらに限定されない。シランベースのガスとＨ２ガスのガス比は、ガス混合物の反応挙動を制御し、それにより、堆積されるポリシリコン被膜の所望の結晶化度を実現するように維持される。
【００２８】
一実施形態では、シランベースのガスは、少なくとも約０．２ｓｌｍ／ｍ２の流量で供給することができるＳｉＨ４であり、Ｈ２ガスは、少なくとも約１０ｓｌｍ／ｍ２の流量で供給することができる。あるいは、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスのガス混合物を、約１：２０〜約１：２００のＳｉＨ４とＨ２の体積流量比、および約１Ｔｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒ（例えば約３Ｔｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒ）のプロセス圧力で供給することができる。
【００２９】
また、堆積ガスは、（限定はしないが）希ガス、例えばアルゴン、ヘリウム、キセノンなど１つまたは複数の不活性ガスを含むこともできる。不活性ガスは、約１：１０〜約２：１の不活性ガスとＨ２ガスの流量比で供給することができる。
【００３０】
一実施形態では、１５ｓｃｃｍのシランガス、約５０ｓｃｃｍ〜約６０ｓｃｃｍの酸素ガス、約３００ｓｃｃｍのアルゴンガスを流し、約２００ワットのＲＦバイアスを印加することによってイオン注入被膜の上に二酸化ケイ素層を堆積させることができる。堆積は約１分〜約２分間行われ、約５０オングストローム〜約６０オングストロームの厚さの二酸化ケイ素キャップ層を堆積させる。
【００３１】
イオン注入プロセスガスの適切な例としては、とりわけＢ２Ｈ６、ＢＦ３、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＰＨ３、Ｐ２Ｈ５、ＰＯ３、ＰＦ３、ＰＦ５、およびＣＦ４がある。注入されるイオンは、基板２４の半導電材料、または基板２４に堆積される半導電層のタイプに応じて決まる。例えば、シリコンウェハを備える基板２４のソース領域およびドレイン領域は、注入されたｎ型およびｐ型ドーパントを有することができる。シリコン内に注入するとき、適切なｎ型ドーパントイオンは、例えば、リン、ヒ素、およびアンチモンの少なくとも１つを含む。適切なｐ型ドーパントイオンは、例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、およびタリウムを含む。例えば、ソース領域は、シリコンを含む半導体材料内にｐ型ドーパント（例えばホウ素）を注入することによって形成することができ、ドレイン領域は、半導体材料内にｎ型ドーパント（例えばヒ素またはリン）を注入することによって形成することができる。ソース領域とドレイン領域は、それら２つの領域間の境界にｐ−ｎ接合を形成する。一例では、これらのイオンは、約１×１０１４原子／ｃｍ２〜約１×１０１７原子／ｃｍ２のドーズレベルで半導体材料内に注入される。
【００３２】
基板２４のイオン注入層の上に層を堆積させるために、イオン注入層を他のプロセスガスに露出することができる。例えば、酸化物層を堆積させるために、注入層を酸素含有ガス、またはケイ素、酸素、窒素、炭素、およびそれらの混合物を含むガスに露出することができる。チャンバ６０に導入することができる適切なガスとしては、シリコン含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、および炭素含有ガスがある。適切な窒素ガスの例としては、アンモニア、ヒドラジン、有機アミン、有機ヒドラジン、有機ジアジン、シリルアジド、シリルヒドラジン、アジ化水素、シアン化水素、原子窒素、窒素、フェニルヒドラジン、アゾ−ｔｅｒｔ−ブタン、エチルアジド、それらの誘導体、またはそれらの組合せを含む。炭素源は、オルガノシラン、エチル、プロピル、およびブチルのアルキル、アルケン、およびアルキンを含む。そのような炭素源は、メチルシラン、ジメチルシラン、エチルシラン、メタン、エチレン、エチン、プロパン、プロペン、ブチンなどを含む。層形成ガスは、キャリアガスと共にチャンバ６０に提供することができる。一実施形態では、キャリアガスとしてアルゴンが使用され、約３００ｓｃｃｍの流量で提供することができる。ＲＦ電力は、ＣＶＤ中に約２００ワット〜約２０００ワットで供給することができる。
【００３３】
ＲＦプラズマ源電力発生器１４６、１４６’によって、プロセスガスを励起して、プロセスチャンバ６０内でプラズマを発生させることができる。これは、電力アプリケータから、管路１４０、１４０’内に供給されるガスに結合して、管路１４０、１４０’およびプロセス領域１０４を通る閉じた円環状の経路内で、循環するプラズマ電流を生成することができる。管路１４０、１４０’のプラズマ電流は、同じか、または互いにわずかに異なることがあるそれぞれのＲＦプラズマ源電力発生器１４６、１４６’の周波数で（例えば逆方向に）振動するように生成することができる。
【００３４】
プラズマ浸漬イオン注入では、プラズマ源電力発生器１４６、１４６’は、プロセスガス源１５２から供給されるプロセスガスを解離し、基板２４の表面で所望のイオン流束を生成するように動作される。ＲＦプラズマバイアス電力発生器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を基板２４の表面に向けて加速して、基板２４の上面から所望の深さに所望のイオン濃度で注入することができるような選択されたレベルで制御される。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合せが、ガス混合物中でイオンを解離し、これらのイオンは、十分な運動量を有し、プロセスチャンバ６０内で所望のイオン分散を示す。イオンは、基板表面に向けてバイアスされて打ち込まれ、それにより、所望のイオン濃度、分散、および基板２４の表面からの深さでイオンを基板２４内に注入する。さらに、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および様々なタイプのイオン種により、イオンが基板２４内に容易に注入され、基板２４上にゲート構造およびソース／ドレイン領域など所望のデバイス構造を形成する。
【００３５】
本発明の例示的実施形態を図示して説明したが、本発明を取り込み、やはり本発明の範囲内にある他の実施形態を当業者は考え出すことができる。さらに、用語「よりも下」、「よりも上」、「底部」、「上部」、「上」、「下」、「第１」、「第２」、および他の相対的な用語または位置を表す用語は、図面中の例示的実施形態に関して示され、交換可能である。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明を例示するために本明細書に述べる好ましい形態、材料、または空間配置の記述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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【図５】
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【国際調査報告】
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