JP2007538413A - プラズマイオン注入システムのためのインサイチュプロセスチャンバの調整方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板のプラズマイオン注入のための方法が、プロセスチャンバ、該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源、プロセスチャンバに基板を保持するプラテン、およびプラズマから基板にイオンを加速する電圧源を含むプラズマイオン注入システムを用意し、基板のプラズマイオン注入から生ずる付着膜の組成物に似た新しいコーティング膜を、新しいコーティング膜を形成する前にプロセスチャンバの内側表面に付着し、一つ以上の活性化されたクリーニング前駆体を使用して古い膜を除去することにより、プロセスチャンバの内側表面をクリーニングし、プラズマイオン注入プロセスにしたがって基板へのプラズマイオン注入を行い、プロセスチャンバの内側表面をクリーニングすること、および新しいコーティングに続いて一つ以上の基板に対してプラズマイオン注入をおこなうことの工程を繰り返すことを含む。
Description
本発明は基板のプラズマイオン注入のシステムおよび方法に関し、特に、プラズマイオン注入プロセスチャンバを調整する方法に関する。本調整方法はクリーニングプロセス、コーティングプロセス、または両方のプロセスを含むことができる。
イオン注入は半導体ウエハ中に導電率を変更する不純物を導入するための標準的技術である。従来のビームラインイオン注入装置において、所望の不純物材料がイオン源内でイオン化され、該イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するべく加速され、該イオンビームはウエハの表面に向けられる。ビーム内の活性イオンは半導体材料のバルクに侵入し、所望の導電率領域を形成するべく半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
半導体産業界の開発の方向は、より小型のより高速なデバイスに向かっていることは周知のことである。特に、半導体デバイスの素子の横寸法および深さの両方が減少している。ドーパント材料の注入深さは、少なくとも部分的には、半導体ウエハ中に注入されるイオンのエネルギーにより決定される。典型的に、ビームラインイオン注入装置は比較的高い注入エネルギーにおいて効率的に動作するように設計されており、浅い接合注入に必要な低エネルギーにおいて効率的に機能しない。
プラズマドーピング装置は半導体ウエハ中に浅い接合を形成するために開発されたものである。プラズマドーピング装置において、半導体ウエハは陰極として機能する導体プラテン上に載置され、プラズマドーピングチャンバ内に配置される。所望のドーパント材料を含むイオン性処理ガスがチャンバ内に導入され、プラテンと陽極またはチャンバ壁との間に電圧パルスが印加されると、ウエハ付近にプラズマシースを有するプラズマが形成される。印加されたパルスにより、プラズマ内のイオンはプラズマシースを横切ることができ、ウエハ中に注入される。注入の深さはウエハと陽極との間に印加された電圧に関係する。プラズマドーピング装置は、非常に低い注入エネルギーを達成することが可能である。プラズマドーピング装置の例としては、特許文献１（Shengによる１９９４年１０月１１日発行の米国特許第5,354,381号）、特許文献２（Liebertらによる２０００年２月１日発行の米国特許第6,020,592号）、および特許文献３（Goecknerらによる２００１年２月６日発行の米国特許第6,182,604号）に記載されたものがある。
米国特許第5,354,381号明細書
米国特許第6,020,592号明細書
米国特許第6,182,604号明細書
上記プラズマドーピング装置において、印加された電圧パルスはプラズマを生成し、プラズマからの正イオンをウエハ方向へ加速する。プラズマイマージョン装置として知られる他のタイプのプラズマ装置において、連続またはパルス化されたＲＦエネルギーにより連続またはパルス化されたプラズマが生成される。間欠的に、負の電圧パルス（ＲＦパルスと同期化されてもよい）がプラテンに印加されると、プラズマ中の正イオンがウエハ方向へ加速される。
基板プロセス処理システムのプロセスの制御がプロセスチャンバの状態に非常に敏感であることは知られている。良好なプロセスの繰り返し性をもつためには、プロセスチャンバは一定の条件で維持されるべきものである。しかし、基板のプロセス処理の間、プロセスチャンバはプラズマとの相互作用のためドリフトしてしまう。エッチングやスパッタリングにより基板から材料が除去され、または異なる動作条件の下で付着により材料が累積することになる。したがって、プロセスチャンバの状態は、繰り返し可能なプロセスを得るために制御されなければならない。チャンバの状態の制御に関連して解決すべき課題は、ウエハからウエハへと繰り返される注入の間で、チャンバを固定した状態に戻ること、メンテナンスおよび／またはチャンバクリーニングの後にチャンバ状態を戻すこと、異なるドーパントが使用されたとき、前のプロセス処理からの金属および／またはドーパントのような不所望の成分による注入されたウエハの汚染を制限することを含む。これらの成分は、プロセスチャンバのハードウエハの部分から生じ、注入の間、ウエハにもたらされる。
本発明の第１の態様にしたがって、基板のプラズマイオン注入のための方法および装置が与えられる。本方法は、プロセスチャンバ、該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源、プロセスチャンバに基板を保持するプラテン、およびプラズマから基板にイオンを加速する電圧源を含むプラズマイオン注入システムを用意し、プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスと適合するコーティング膜をプロセスチャンバの内側表面に付着し、プラズマイオン注入プロセスにしたがって基板へのプラズマイオン注入を行うことを含む。
本発明の第２の態様にしたがって、基板のプラズマイオン注入のための方法および装置が与えられる。本方法は、プロセスチャンバ、該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源、プロセスチャンバに基板を保持するプラテン、およびプラズマから基板にイオンを加速する電圧源を含むプラズマイオン注入システムを用意し、プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスと適合するコーティング膜をプロセスチャンバの内側表面に付着し、プラズマイオン注入プロセスにしたがって基板へのプラズマイオン注入を行うことを含み、ここでコーティング膜の付着は、ドーパントの材料を含むコーティング膜を付着することである。コーティング膜は、プラズマイオン注入の間、基板の表面の組成物と似た組成物を含む。
本発明の第３の態様にしたがって、基板のプラズマイオン注入のための方法および装置が与えられる。本方法は、プロセスチャンバ、該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源、プロセスチャンバに基板を保持するプラテン、およびプラズマから基板にイオンを加速する電圧源を含むプラズマイオン注入システムを用意し、基板のプラズマイオン注入から生ずる付着膜の組成物に似た新しいコーティング膜を、新しいコーティング膜を形成する前にプロセスチャンバの内側表面に付着し、一つ以上の活性化されたクリーニング前駆体を使用して古い膜を除去することにより、プロセスチャンバの内側表面をクリーニングし、プラズマイオン注入プロセスにしたがって基板へのプラズマイオン注入を行い、プロセスチャンバの内側表面をクリーニングすること、および新しいコーティングに続いて一つ以上の基板に対してプラズマイオン注入を行うことの工程を繰り返すことを含む。
本発明の第４の態様にしたがって、基板のプラズマイオン注入のための方法および装置が与えられる。本方法は、プロセスチャンバ、該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源、プロセスチャンバに基板を保持するプラテン、およびプラズマから基板にイオンを加速する電圧源を含むプラズマイオン注入システムを用意し、プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスと適合するクリーニングガスでもって、プロセスチャンバの内側表面をクリーニングし、プラズマイオン注入プロセスにしたがって基板へのプラズマイオン注入を行うことを含む。
本発明の実施に適したプラズマドーピング装置の例が図１に略示されている。プロセスチャンバ１０は密閉空間１２を画成する。チャンバ１０内に配置されたプラテン１４は半導体ウエハ２０のような基板を保持するための表面を与える。ウエハ２０は、たとえば、プラテン１４の平坦面に対しその周縁がクランプされてもよく、静電的にクランプされてもよい。ひとつの実施例において、プラテンはウエハ２０を支持するための電気的に導体となる表面を有する。他の実施例において、プラテンはウエハ２０と接触するための導体ピン（図示せず）を含む。さらに、ウエハ２０およびプラテン１４はウエハ／基板の温度を制御するために、加熱／冷却システムを備える。
陽極２４がプラテン１４から空間をあけてチャンバ１０内に配置される。陽極２４はプラテン１４に対して垂直の矢印２６の方向に移動可能である。典型的に、陽極はチャンバ１０の電気的に導電性をもつ壁に結合され、両者は接地される。他の構成において、陽極２４およびプラテン１４の両方がアースに対してバイアスされてもよい。
ウエハ２０（プラテン１４を介して）および陽極２４は高電圧パルス源３０に接続され、その結果ウエハ２０は陰極として機能する。典型的にパルス源３０は、振幅が約２０から２００００ボルトの範囲で、間隔が約１から２００ミリ秒で、パルス周期が約１００Hzから２０kHzのパルスを与える。これらのパルスパラメータ値は例として与えられるものであり、発明の態様の範囲内で他の値が使用され得ることが理解されよう。
チャンバ１０の密閉空間１２は制御可能バルブ３２を通じて真空ポンプ３４に結合されている。プロセスガス源３６は質量流量制御器３８を介してチャンバ１０と結合されている。チャンバ１０内に配置された圧力センサー４８はチャンバ圧力を示す信号を制御器４８に与える。制御器４６は感知したチャンバ圧力を所望の圧力入力と比較し、制御信号をバルブ３２または質量流量制御器３８に与える。制御信号は、チャンバ圧力と所望の圧力との間の差を最小にするようにバルブ３２または質量流量制御器３８を制御する。真空ポンプ３４、バルブ３２、圧力センサー４８および制御器４６は閉ループ圧力制御システムを構成する。典型的に、圧力は約１ミリトルから約５００ミリトルの範囲で制御されるが、この範囲に限定されない。ガス源３６は被処理体に注入するための所望のドーパントを含むイオン性ガスを供給する。イオン性ガスの例として、BF3、N2、Ar、PH3、AsH3、B2H6、PF3、AsF5およびXeが含まれる。質量流量制御器３８はチャンバ１０に供給されるガス流量を調節する。図１に示された構成は、一定のガス流量および一定圧力の処理ガスの連続流を与える。圧力およびガス流量は反復可能な結果を与えるよう好適に調整される。これに代えて、他の実施例では、ガス流が制御器により制御さえるバルブを使用して調節される一方で、バルブ３２は一定位置に保持されてよい。このような構成は上流圧力制御として参照される。
プラズマドーピング装置は、中空陰極パルス源５６に接続された中空陰極５４を含んでも良い。ひとつの実施例において、中空陰極５４は陽極２４とプラテン１４との間の空間を包囲する導体中空シリンダから成る。中空陰極は非常に低いイオンエネルギーが要求される応用において使用される。特に、中空陰極パルス源５６はチャンバ１２内にプラズマを形成するのに十分なパルス電圧を与え、パルス源３０は所望の注入電圧を確立する。中空陰極の使用に関する詳細は、ここに参考文献として組み込む特許文献３（米国特許第6,182,604号明細書）に記載されている。
ウエハ２０内に注入されイオンドーズ量を測定するために、ひとつまたはそれ以上のファラデーカップがプラテン１４に隣接配置されている。図１の実施例において、ファラデーカップ５０、５２等はウエハ２０の周囲に等間隔に配置されている。各ファラデーカップはプラズマ４０に対向する入口６０を有する導体エンクロージャから成る。各ファラデーカップは実際のウエハ２０付近に配置され、プラズマ４０からプラテン１４方向へ加速された正イオンのサンプルを捕らえる。他の実施例において、環状のファラデーカップがウエハ２０およびプラテン１４の周りに配置される。
ファラデーカップはドーズプロセッサ７０または他のドーズモニター回路に電気的に接続されている。入口６０を通って各ファラデーカップに進入した正イオンは、ファラデーカップに接続された電気回路内にイオン電流を表す電流を生成する。ドーズプロセッサ７０はイオンドーズ量を決定するべく該電流を処理する。
プラズマドーピング装置はプラテン１４を包囲するガードリング６６を含む。ガードリング６６はウエハ２０のエッジ付近の注入イオン分布の均一性を改善するようバイアスされてもよい。ファラデーカップ５０、５２はウエハ２０およびプラテン１４の周辺付近のガードリング６６内に配置される。
動作中、ウエハ２０はプラテン１４上に配置されている。圧力制御装置、質量流量制御装置３８およびガス源３６はチャンバ１０内に所望の圧力およびガス流量を生成する。例として、チャンバ１０には１０ミリトルの圧力でBF3ガスが導入される。パルス源３０はウエハ２０に一連の高電圧パルスを印加し、それによりウエハ２０と陽極２４との間のプラズマ放電領域４８にプラズマ４０が形成される。周知技術として、プラズマ４０はガス源３６からのイオン性ガスの正イオンを含む。プラズマ４０はウエハ２０の表面付近にプラズマシース４２を有する。高電圧パルス中に陽極２４とプラテン１４との間に存在する電場は、プラズマシース４２を横切ってプラズマ４０からプラテン１４方向へ正イオンを加速する。加速されたイオンは不純物材料の領域を形成するべくウエハ２０内に注入される。パルス電圧はウエハ２０内の所望の深さまで正イオンを注入するよう選択される。パルスの数およびパルス間隔はウエハ２０内に所望のドーズ量の不純物材料を与えるよう選択される。パルス毎の電流は、パルス電圧、ガス圧力およびガス種、ならびに電極の可変位置の関数である。たとえば、陽極−陰極間隔は、異なる電圧ごとに調節されてもよい。
本発明の実施例にしたがったプロセスチャンバの高レベルフローチャートが図２に示されている。本方法は、クリーニングプロセス１００において、プロセスチャンバ１０の内側表面をインサイチュでクリーニングする方法およびコーティングプロセス１１０において、プロセスチャンバ１０の内側表面をインサイチュでコーティングする方法を含む。プロセスチャンバ調整方法の後は、プラズマイオン注入プロセス１２０において、ｎ個の基板のプラズマ注入が続く。クリーニングおよびコーティングプロセスは繰り返される。クリーニングプロセスは図３に関連して詳説され、コーティングプロセスは図４に関連して詳説される。
プロセスチャンバ調整方法は、連続して実行される主要な二つのプロセスを含み、一方はインサイチュプラズマクリーニングプロセスであり、他方はプラズマイオン注入プロセスのためチャンバを調整するインサイチュコーティング工程である。プロセスは前のプロセスからの古い膜、材料を除去するためにプロセスチャンバの内側表面をクリーニングすること、およびプラズマイオン注入の間に付着したフィルムと同様の組成物の新しいコーティングを付着することを含む。プロセスの適切な組み合わせおよび順番により、一つのプラズマイオン注入システムで、種々のドーパントで基板にプラズマイオン注入を汚染無く行うことができる。クリーニングプロセスはプロセスチャンバから不要な材料を除去するのに対して、コーティングプロセスは基板に繰り返して処理を行うものである。チャンバ調整方法は、同じプラズマイオン注入チャンバで、種々のドーパントの注入のプロセスに関して柔軟性を与える。インサイチュのチャンバ調整方法は実質的に、ひとつのプロセスチャンバで、基板への繰り返し可能な処理を行うのに必要なメンテナンスおよびチャンバ調整のための休止時間を減少させる。さらに、チャンバ調整方法は、周期的にプロセスチャンバをクリーニングし、基板への処理の間、チャンバの一部に過度の形成されたものを除去するために使用することができる。プロセスを繰り返すために、機械のスループットおよび利用時間を最大にするために、最適な時間間隔でクリーニングおよびコーティングされる。
インサイチュクリーニングプロセスは、真空ポンプにより除去することができる揮発性物質を形成するために、ガスによりまたは起動したとき熱的にまたはプラズマにより真空チャンバ内のドーパント付着物と反応するクリーニングガスまたは混合を使用することにより実行される。反応性ガスには、NF3、NH3、O2、O3、N2O、Ar、He、H2、CF４、CHF３等の単独のガス、またはこれらの組み合わせのガスがある。フッ素を含む化学物質（活性種がフッ素ラジカルもしくはイオン、またはフッ素分子）は、フッ素化合物ドーパントを使用してチャンバをより適したものにすることができると共に、水素を含むクリーニングガスは、フッ素が残ることが望ましくない場合に、より適したものとなる。
典型的な実施では、クリーニングプロセスにより除去される膜には、基板のプラズマイオン注入の間、プロセスチャンバで付着が行われる基板（たとえば、Si、Ge、Ga、Asなど）では、ドーパントの材料（たとえば、B、P、Asなど）が主なものである。これらのドーパントの材料は、プロセスが他のドーパントまたは基板に対するものに切り替わるときに、汚染源として作用する。除去すべき膜には、ウエハに使用されるフォトレジストから生ずる、炭素を含むドーパントもある。クリーニングガスは、除去されるべき物質の組成物により決定され、その結果活性クリーニングガスは、望ましくない材料と反応して揮発性種を形成する。たとえば、NF3、O2およびArを含む材料が、BF３ガスを使用したホウ素のドーピングプロセスの後、プロセスチャンバをクリーニングするために使用してもよい。クリーニングガス混合物の組成物は、最適なクリーニング回数およびクリーニングの一様性に関して選択される。
クリーニングガスは、分離したガスポートまたはひとつの共通ガスポートを通してプロセスチャンバに導入され、ガス混合物を活性化し、プラズマを形成するために、RF電力および／またはDCパルスバイアスをプラテンに適用することにより活性クリーニングが形成される。活性種の濃度は、適用されるRF電力またはDCパルスバイアス、およびチャンバ内の動作圧力により決定される。その圧力は、キャパシタンス圧力計を有するフィードバック制御回路をもつ可変伝導性ゲートまたはスロットルバルブを使用して制御され、ガス流量は質量流制御器により固定される。圧力は約１ミリトルから１０トルの範囲で、典型的には約１００ミリトルから２トルの範囲である。これに代えて、圧力は上流圧制御器を使用して制御されてよく、ガスラインの一つは、他のガスの比例流量を制御することができる流量計をもつ。RF電力は約１００ワットから５キロワットの範囲で、典型的には約２キロワットである。プラズマはまた、プラテンまたはチャンバの壁部にパルス化されたDCバイアスを適用することにより開始し、そして維持される。他のアプローチでは、RFおよびDEバイアスがプラズマを開始し、維持するために、同時に使用される。クリーニング動作は、クリーニングされるべき基板に熱エネルギーを与えることにより、またはクリーニングされるべき表面とプラズマとの間の電場を通る衝突種のエネルギーを変化させることができる。このことは基板の表面への大きなDCパルスバイアスにより、容量性結合を介して、RFアンテナへの高い電圧により実施される。
付着物がクリーニングの材料の作用によりチャンバから除去された後、ガスはプロセスチャンバから排出される。プロセスチャンバは、そのプロセスチャンバから不所望な要素の残余の痕跡を除去するために、アルゴンまたはヘリウムのような不活性ガス、または水素のような不動態化ガスを流すことにより脱ガスされてもよい。脱ガス工程は、基板から残余のクリーニングガスを掃気することを高めるため、またさらなるプロセス処理に対してチャンバを調整するためにプラズマを使用することができる。
本発明にしたがったクリーニングプロセス１００のフローチャートが図３に示されている。工程２００で、クリーニングガスまたはクリーニングガスの混合ガスがプロセスチャンバに導入される。クリーニングガス（混合ガス）は、プロセスチャンバで、前に実施されたプロセス、およびプロセスチャンバの表面に付着したコーティング膜に基づいて選択される。工程２０２で、プロセスチャンバの圧力は、所望の圧力に、典型的には約１ミリトルから１０トルの範囲に制御される。ガス流量もまた制御される。工程２０４で、ガスクリーニングガスまたはクリーニングガスの混合はプロセスチャンバにおいて活性化される。活性化はRFエネルギー、DCパルスまたは両者を使用して、プロセスチャンバで開始され、維持される。活性化はまたプロセスチャンバを加熱することにより、または加熱とともにプラズマによりなされる。工程２０６では、プロセスチャンバは、クリーニングプロセスを高めるために、任意であるが加熱されてもよい。加熱はプラズマとともに、またはプラズマなしで実施されてもよい。工程２０８では、プロセスチャンバの所望のクリーニングは実施される。クリーニングプロセスは選択した時間の間実施されてもよく、または終点検出技術を使用して終了してもよい。工程２１０では、クリーニングガスまたはクリーニングガスの混合、およびクリーニングプロセスの揮発性生成物は、プロセスチャンバから排出される。工程２１２では、プロセスチャンバは、アルゴンまたはヘリウムのような不活性ガスにより、または水素のような不動態化ガスにより脱ガスされてもよい。熱および／または化学的効果は不動態化のために使用されてもよい。
コーティングプロセスは、連続的なプロセスの構成工程として、またはプロセスチャンバの調整として、プロセスチャンバの内側表面に付着層をコーティングすることに関する。コーティングはウエハからウエハへの繰り返し性について改良し、プラズマイオン注入の間に生ずる金属または他の膜の汚染を減少させる。さらに、コーティングは、メンテナンスの後、またはインサイチュプラズマクリーニングでプロセスチャンバの再利用を促進する。インサイチュコーティングはシリコンのような、注入されるべき基板の材料、またはドーパントの材料と基板の材料の混合物（この場合は、このドーパントは基板に注入されるドーパントに対応する）を含む。コーティングの特定の例は、ホウ素を含むシリコンで、この場合、コーティングは、ホウ素の前駆体ガスとシリコンの前駆体ガスとの混合物を使用して付着される。他のコーティングは、第一の膜が基板の材料で、第二の膜がドーパントの材料となる積層された膜を含む。積層膜の利点は、下地の層をクリーニングプロセスの終了を決定する層として、および／またはクリーニングプロセスに対する停止膜として利用できることである。
チャンバコーティングプロセスは、基板材料（シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、サファイアなど）のような良性の材料でインサイチュコーティングにより、システムの休止時間を限定し、ウエハの汚染の危険性を制限する。コーティング膜は、プラズマの露出が各プロセスの実行中に同じチャンバ条件でなされることから、プロセスの安定性を改良する。さらに、コーティング膜は実質的に、良性の材料で汚染源を覆い、プラズマの露出に対してハードウエハの要素を保護し、プロセスウエハの汚染を減少させる。コーティング膜はまた、プロセスチャンバ内でガス放出され材料または吸着した成分が、プラズマイオン注入の間に放出されることを防止する。コーティングプロセスは、メンテナンスまたはクリーニングプロセスの後に必要とされる調整時間を減少させる。
シリコンコーティング膜がプロセスチャンバの内側表面に付着する実施例では、シリコンを含む前駆体がチャンバに導入される。プラズマが、プロセスチャンバの露出した表面に、シリコンを含むコーティング膜を付着するために、シリコンを含む前駆体を分化するために利用される。シリコンを含む前駆体は、SiH4、Si2H6、SiF4またはSiCl4のようなガスであってもよく、またはトリメチルシアン（TMS）またはトリエチルシラン（TES）のような有機シリコン前駆体（ヘリウム、ネオン、アルゴンまたはキセノンのような不活性ガスとともに導入される。）であってもよい。シリコン材料の付着物は、シリコンを含むコーティング膜の組成物を制御するために、不活性または反応性ガスを付加することにより、さらに制御され得る。反応性ガスには、水素、酸素、窒素、BF3、B2H6、PH3、AsF5、PF5、PF3またはヒ素がある、シリコンを含む材料のドープされたまたはドープされないコーティング膜が形成される。このアプローチは、適切な基板の材料を含む、異なる前駆体ガスを使用して、他の基板に対しても利用できる。たとえば、GeH4またはGeF4がGeまたはSi-Ge基板を処理するために使用される。
所望のコーティング種を含むガスまたは混合したガスが、プロセスチャンバに挿入され、プラズマの生成が開始する。プラズマは、所望のコーティング膜厚を形成するために十分な時間、生ずる。コーティング膜は、約１−１０ミクロンの厚さであるが、この厚さに限定されない。コーティング膜厚は、プロセスチャンバに配置された標準的な薄膜付着モニターを使用してモニターされてもよい。コーティング膜厚は、コーティング膜の連続した浸食をモニターするために、さらにプロセスチャンバの再度のコーティングの必要性のために適所に残しておいてもよい。このことは、クリーニングプロセスの後、または実施されている連続したプロセスの間で必要なコーティングプロセスの後に必要なコーティングの膜厚を決定する際に利点がある。
プロセスチャンバが、プロセスの間の切り替えにより異なるドーパントを基板にプラズマイオン注入するために使用されるとき、プロセスチャンバは不所望なドーパントの痕跡を除去し、クロス汚染の危険性をなくすためにクリーニングを必要とする。チャンバのクリーニングは、装置を中止させるメンテナンス手順となるものである。プロセスチャンバの内側表面に注入されるべき新しいドーパントを含むコーティング膜を付着することにより、チャンバは重大な中止時間を発生させることなく調整することができる。コーティング膜は、プロセス状況で晒されてもよく、ドーパント膜として付着されてもよく、または化学的なエッチングおよび／または物理的なスパッタリングにより他の原子源のように作用するものとなってもよい。原子が処理の間コーティング膜から除去される場合、これら原子は、プロセスの混合ガスから除去されるか、プロセスに対して良性のものであるべきものである。この理由から、コーティング膜は工程に、プロセスの間、基板の表面の組成物と近似した組成物をもつことである。したがって、コーティング膜は、基板の材料およびドーパントの材料を含んでもよい。コーティング膜は一層または異なる膜では異なる組成物をもつ積層されたものでもよい。
典型的な実施において、コーティング層は基板材料としてシリコン、ドーパント材料としてホウ素、リン、またはヒ素を含む。二種類の材料は、コーティング膜の付着をもたらす条件のもとで、前駆体のインサイチュ分解により与えられる。生じたコーティング膜または膜の積層の組成物は、二種類の前駆体の相対的な比を操作することにより制御することができる。典型的なシリコン前駆体は、シラン（SinH2n+2、n＝1、2、3、・・・）、TMS、TESなどのような有機シラン、SiF4、SiCl4などのようなハロシラン（halosilane）を含む一方、ドーパント前駆体は、水酸化物（B2H6、PH3、AsH3など）またはハロゲン化物（BF3、BCl3、PF3、AsF5など）である。コーティングプロセスはまた、コーティング膜の組成物を制御するために、不活性ガス（ヘリウム、アロゴン、キセノン）、または反応性ガス（F2、Cl2、H2など）を利用する。
コーティング膜の組成物が選択されると、コーティング前駆体は所定の比で、プロセスチャンバに導入され、チャンバの圧力は設定値へと制御され、プラズマはコーティング前駆体を破壊するために所定の電力で開始する。これに代えて、プロセスチャンバまたはプロセスチャンバの特定の部分（コーティングが必要な部分）は膜の付着を可能にするように加熱される。付着の表面の温度の制御は必要でなく、この点は利点である。コーティング前駆体は一つのポートまたは個々のポートを通してチャンバへと向けられ、その流れはプロセスチャンバで所定のコーティングプロファイルを容易にもつように、特定のターゲット領域へノズルでもって向けられてもよい。コーティングプロセスは、所望のコーティング膜厚が達成されるまで、続けられる。コーティング膜厚は、プロセスチャンバに配置された標準的な薄膜付着モニターを使用してモニターされてもよい。膜の積層は、異なるコーティング前駆体組成物でもって手順を繰り返すことにより形成される。最終の膜（プロセス混合物に晒される）は典型的に、プロセスで使用されるドーパントを主に含む。コーティングプロセスに対して、コーティング前駆体のイオン衝撃エネルギーのさらなる制御（コーティング膜の密度、接着特性を順に制御する）を行うためにプラテンおよび／またはチャンバの部分に対してDCパルスバイアスを使用することには利点がある。
本発明のしたがったコーティングプロセス１１０のフローチャートが図４に示されている。工程３００で、コーティング前駆体ガスまたはガスの混合物がプロセスチャンバに導入される。上述の通り、コーティング前駆体は単独でまたは不活性ガス、反応性ガス、または両者とともに導入される。コーティング前駆体ガスは、プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスに基づいて選択される。コーティング前駆体ガスは、基板材料、ドーパント材料、または両者を含む。工程３０２で、プロセスチャンバ内の圧力およびガス流は所望のレベルで制御される。工程３０５で、プロセスチャンバの内側表面または選択された内側表面がコーティングプロセスを促進するために任意ではあるが加熱されてもよい。加熱は、加熱素子および／またはプラズマでもって行われる。工程３０８で、コーティング膜厚はモニターされる。コーティング膜が所望の厚さに達成したとき、コーティングプロセスは終了し、または異なる組成をもつコーティング膜が最初のコーティング膜にわたって付着されてもよい。工程３１２で、所定のコーティング積層膜が完成していないときにはプロセスは工程３００に戻る。このプロセスは異なる組成物をもつ一つ以上の膜を含む所定の積層膜を得るために繰り返される。
プラズマイオン注入プロセスチャンバの略示図が図５に示されている。図１および図５において同様の要素には同じ符号が付されている。図５の実施例では、プラズマがRF源（図示せず）に接続したRFコイル３１４により開始し、維持される。図示のとおり、プロセスガスはチャンバの上部のポートを通してプロセスチャンバ１０に導入される。クリーニングプロセスの間、NF3、O2のようなクリーニングガス、希釈剤がチャンバの上部にあるポートを通して導入される。中空リング３１０がプラテン１４を取り囲み、コーティング前駆体をプロセスチャンバ１０に導入するために使用される。中空リング３１０には、コーティング前駆体ガスを所定の方向に受けることができるように穴のパターンが定められている。図５の実施例では、中空リング３１０はコーティング前駆体をプロセスチャンバ１０の上方部分へと向け、プラテン１４から離れるようにする穴を備える。この構成は付着をプラテン１４に限定するものである。ダミーウエハ３２０がプラテン１４のコーティングに限定するために利用することができる。中空リング３１０は例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。コーティング前駆体をプロセスチャンバに導入するいかなる構成も利用することができる。同様の構成が、プラズマがプラテンおよび／またはチャンバ要素へのDCバイアスで開始し、維持されるDCパルス化プラズマ注入システムに対しても使用することができる。
明細書および図面に記載された実施例のさまざまな変更、修正が本発明の思想および態様の範囲内で可能である。したがって、上記のすべての事項は例示に過ぎず発明を限定するものではない。発明は特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。
Claims (52)
- 基板へのプラズマイオン注入のための方法であって、
プロセスチャンバ、該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源、プロセスチャンバに基板を保持するプラテン、およびプラズマから基板にイオンを加速する電圧源を含むプラズマイオン注入システムを用意する工程と、
プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスと適合するコーティング膜をプロセスチャンバの内側表面に付着する工程と、
プラズマイオン注入プロセスにしたがって基板へのプラズマイオン注入を行う工程と、
を含む方法。 - コーティング膜を付着する工程が基板の材料を含むコーティング膜を付着する工程を含む、請求項１に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程がシリコンを含むコーティング膜を付着する工程を含む、請求項１に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、Si、Si-Ge、Ge、GaAs、GaNおよびサファイアからなるグループから選択される材料を含むコーティング膜を付着する工程を含む、請求項１に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程がコーティング前駆体をプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程がさらに、コーティング前駆体をプラズマで分解する工程を含む、請求項５に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程がさらに、付着の間コーティング膜厚をモニターする工程を含む、請求項１に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、SiH4、Si2H6、SiF4、SiCl4、トリメチルシアンおよびトリエチルシラン（TES）からなるグループから選択されるシリコンを含む前駆体をプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、シリコンを含む前駆体とともに、不活性ガスをプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項８に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、H2、O2、N2、BF3、B2H6、PH3、AsF5、PF5、PF3またはヒ素からなるグループから選択される反応ガスを、シリコンを含む前駆体とともにプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項８に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、シリコンを含むコーティング膜の組成を制御するために選択され反応性ガスを、シリコンを含むコーティング前駆体とともにプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項８に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、所定の割合でコーティング前駆体および反応性ガスをプロセスチャンバに導入する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、付着の間、プロセスチャンバの圧力およびガス流の一方または両方を制御することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、コーティング材料をプロセスチャンバの少なくとも一カ所の内側表面にDCパルスを使用して加速する工程を含む、請求項１に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、プラテンのまわりに配置された中空リングの貫通穴を通して、コーティング材料を注入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
- さらにコーティング膜の付着の後に、プロセスチャンバをクリーニングする工程を含む、請求項１に記載の方法。
- 基板へのプラズマイオン注入のための方法であって、
プロセスチャンバ、該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源、プロセスチャンバに基板を保持するプラテン、およびプラズマから基板にイオンを加速する電圧源を含むプラズマイオン注入システムを用意する工程と、
プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスと適合するコーティング膜をプロセスチャンバの内側表面に付着する工程と、
プラズマイオン注入プロセスにしたがって基板へのプラズマイオン注入を行う工程と、
を含む方法。 - コーティング膜が、プラズマイオン注入の間、基板の表面の組成物と同様の組成物を含む、請求項１７に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、B、P、AsおよびSbからなるグループから選択されるドーパントの材料を含むコーティング膜を付着する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程がフッ素を含む前駆体のガスおよびシリコンを含む前駆体のガスをプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
- コーティング膜が二層以上である、請求項１７に記載の方法。
- コーティング膜を付着する工程が、基板の材料を含む膜を付着する工程と、それに続くドーパントの材料を含む膜を付着する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
- ドーパントの材料を含むコーティング膜を付着する工程が、水酸化物のドーパント前駆体をプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
- ドーパントの材料を含むコーティング膜を付着する工程が、ハロゲン化物のドーパント前駆体をプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
- ドーパントの材料を含むコーティング膜を付着する工程が、ドーパント前駆体および不活性ガスをプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
- ドーパントの材料を含むコーティング膜を付着する工程が、ドーパント前駆体および反応性ガスをプロセスチャンバに導入する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
- ドーパント前駆体および反応性ガスを導入する工程がドーパント前駆体および反応性ガスをプロセスチャンバに一つのノズルを通して流すことを含む、請求項２６に記載の方法。
- ドーパント前駆体および反応性ガスを導入する工程がドーパント前駆体および反応性ガスをプロセスチャンバに異なるノズルを通して流すことを含む、請求項２６に記載の方法。
- ドーパント前駆体および反応性ガスを導入する工程がドーパント前駆体および反応性ガスの流れをプロセスチャンバ内のターゲット領域に向けることを含む、請求項２６に記載の方法。
- 基板へのプラズマイオン注入のための方法であって、
プロセスチャンバ、該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源、プロセスチャンバに基板を保持するプラテン、プラズマから基板にイオンを加速する電圧源を含むプラズマイオン注入システムを用意する工程と、
プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスと適合するコーティングガスでプロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程と、
プラズマイオン注入プロセスにしたがって基板へのプラズマイオン注入を行う工程と、
を含む方法。 - さらに、クリーニングガスをプラズマで活性化する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
- さらに、クリーニングガスを熱的に活性化する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
- クリーニングガスが、NF3、NH3、O2、O3、N2O、Ar、He、H2、CF4、CHF3およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項３０に記載の方法。
- クリーニングガスが、プラズマイオン注入プロセスと適合するように選択される、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、プロセスチャンバの内側表面に新しいコーティング膜を付着する前に実施される、請求項３０に記載の方法。
- フッ素を含むガスが、フッ素化ドーパントのプラズマイオン注入に続いて使用される、請求項３０に記載の方法。
- 水酸化物を含むクリーニングガスが、フッ素の残留が望ましくない場合に使用される、請求項３０に記載の方法。
- NF3、O2、およびArの混合物を含むクリーニングガスが、BF3を使用してホウ素のプラズマイオン注入の後に使用される、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、１ミリトルから１０トルの範囲で、プロセスチャンバ内の圧力を制御する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、１００ミリトルから２トルの範囲で、プロセスチャンバ内の圧力を制御する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、１００ワットから５キロワットの範囲のＲＦエネルギーにより生成されるプラズマでクリーニングガスを活性化する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、ＤＣパルスにより生成されるプラズマでクリーニングガスを活性化する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、プロセスチャンバの一カ所以上の表面を加熱する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、ＲＦエネルギーおよびＤＣパルスの組み合わせにより生成されるプラズマでクリーニングガスを活性化する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、クリーニングガスのイオンを加速するために、プロセスチャンバ内に電場を形成する工程を含む、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、不活性ガスでプロセスチャンバの脱ガスを行う工程をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
- プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程が、不動態化ガスでプロセスチャンバの脱ガスを行う工程をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
- 基板へのプラズマイオン注入の方法であって、
プロセスチャンバ、該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源、プロセスチャンバに基板を保持するプラテン、およびプラズマから基板にイオンを加速する電圧源を含むプラズマイオン注入システムを用意する工程と、
基板のプラズマイオン注入から生ずる付着膜の組成物に似た新しいコーティング膜をプロセスチャンバの内側表面に付着する工程と、
新しいコーティング膜の付着前に、一つ以上の活性化されたクリーニング前駆体を使用して古い膜を除去することにより、プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする工程と、
プラズマイオン注入プロセスにしたがって基板へのプラズマイオン注入を行う工程と、
プロセスチャンバの内側表面をクリーニングすること、および新しいコーティングに続いて一つ以上の基板に対してプラズマイオン注入を行うことの工程とを繰り返す工程と、
を含む方法。 - プラズマイオン注入システムであって、
プロセスチャンバと、
該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源と、
プロセスチャンバに基板を保持するプラテンと、
プラズマから基板にイオンを加速する注入パルスを発生するパルス源と、
プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスと適合するコーティング膜をプロセスチャンバの内側表面に付着する手段と、
を含むシステム。 - プラズマイオン注入システムであって、
プロセスチャンバと、
該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源と、
プロセスチャンバに基板を保持するプラテンと、
プラズマから基板にイオンを加速する注入パルスを発生するパルス源と、
プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスと適合する、ドーパントの材料を含むコーティング膜をプロセスチャンバの内側表面に付着する手段と、
を含むシステム。 - プラズマイオン注入システムであって、
プロセスチャンバと、
該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源と、
プロセスチャンバに基板を保持するプラテンと、
プラズマから基板にイオンを加速する注入パルスを発生するパルス源と、
プロセスチャンバで実施されるプラズマイオン注入プロセスと適合する、クリーニングガスでプロセスチャンバの内側表面をクリーニングする手段と、
を含むシステム。 - プラズマイオン注入システムであって、
プロセスチャンバと、
該プロセスチャンバにプラズマを形成する発生源と、
プロセスチャンバに基板を保持するプラテンと、
プラズマから基板にイオンを加速する注入パルスを発生するパルス源と、
基板のプラズマイオン注入から生ずる付着膜の組成物と適合する新しいコーティング膜をプロセスチャンバの内側表面に付着する手段と、
一つ以上の活性化されたクリーニング前駆体を使用して古い膜を除去することにより、新しいコーティング膜を付着する前に、プロセスチャンバの内側表面をクリーニングする手段と、
を含むシステム。
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