DE112008001446T5

DE112008001446T5 - Plasmadotierungsvorrichtung und Plasmadotierungsverfahren

Info

Publication number: DE112008001446T5
Application number: DE112008001446T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nirasaki Horigome; Yoshihiro Nirasaki Ishida
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2010-05-06
Also published as: JP2008300687A; WO2008149643A1; TW200913019A; US20100167507A1

Abstract

Plasmadotierungsvorrichtung, die ein Fremdstoffelement in eine Oberfläche eines Verarbeitungszielobjekts hinein unter Verwendung von Plasma implantiert, wobei die Vorrichtung umfasst:
eine Prozesskammer;
einen Befestigungstisch, der in der Prozesskammer eingebaut ist und ausgestaltet ist, um das Verarbeitungszielobjekt darauf zu befestigen;
eine Hochfrequenz-Leistungsversorgung, die eine Hochfrequenz-Vorspannleistung an den Befestigungstisch anlegt;
eine Gasversorgungseinheit, die ein Gas, das ein Dotierungsgas mit einem Fremdstoffelement enthält, in die Prozesskammer hinein zuführt; und
eine Plasmaerzeugungseinheit, die das Plasma in der Prozesskammer erzeugt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmadotierungsvorrichtung und ein Plasmadotierungsverfahren zum Dotieren eines Fremdstoffelements in eine Oberfläche eines Verarbeitungszielobjekts, wie etwa eines Halbleiterwafers, hinein unter Verwendung von Plasma.
Technischer Hintergrund
Im Allgemeinen wird eine Ionenimplantationsvorrichtung dazu verwendet, in einem Fertigungsprozess einer Halbleitereinrichtung ein Fremdstoffelement zu dotieren (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 und 2). Die Ionenimplantationsvorrichtung hat viele Vorteile, indem sie in der Lage ist, präzise das Fremdstoffelement zu steuern und den Prozess auszuführen, während die Zahl der Ionen geprüft wird. In der Ionenimplantationsvorrichtung wird ein Gas aus Halogenverbindungen oder dergleichen zu einem Plasmazustand erregt, und Ionen werden entnommen, indem ein elektrisches Feld durch eine Elektrode, die auf dem Weg der Ionen eingebaut ist, angelegt wird. Anschließend wird eine Massenspektrometrie durchgeführt, um bestimmte Ionen zu extrahieren, während Fremdstoffionen ausgeschlossen werden, indem ein vorgegebenes Magnetfeld an den entnommenen Ionenstrahl angelegt wird. Daraufhin werden die extrahierten Ionen in das Verarbeitungszielobjekt hinein dotiert, während die Energie der Ionen gesteuert wird.
Hier wird ein Beispiel einer Halbleitereinrichtung, die durch Dotieren des Fremdstoffelements gefertigt wird, erläutert. 1 ist ein schematisches Diagramm eines MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors), der eine Beispielhalbleitereinrichtung ist. Der MOSFET weist eine Wanne 2 vom P-Typ oder N-Typ auf, die in einer Oberfläche eines Halbleiterwerfers W ausgebildet ist, der aus einem Siliziumsubstrat hergestellt ist. Eine Gate-Elektrode 6, die aus z. B. einem mit einem Fremdstoff dotierten Polysiliziumfilm hergestellt ist, ist auf einem Oberflächenabschnitt der Wanne 2 über einem Gate-Isolationsfilm 4 gebildet. Eine Gate-Verdrahtung 8, die aus z. B. einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, ist auf der Gate-Elektrode 6 gebildet. Seitenwände 10, die aus z. B. einem Siliziumnitridfilm hergestellt sind, sind auf beiden Seiten der Gate-Elektrode 6 gebildet.
Eine Source 12 und eine Drain 14, die aus z. B. einem mit einem Fremdstoff dotierten Polysilizium hergestellt sind, sind jeweils unter den beiden Seiten der Gate-Elektrode 6 gebildet, und eine Source-Verdrahtung 16 und eine Drain-Verdrahtung 18, die aus z. B. einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, sind jeweils auf der Gate-Elektrode 6 gebildet. Ferner sind Ausdehnungsabschnitte 20, die aus z. B. einem mit einem Fremdstoff dotierten Polysilizium hergestellt sind, jeweils zwischen der Source 12 und der Drain 14 unter den Seitenwänden 10 gebildet, um einen Kurzschluss-Kanaleffekt zu verhindern.
Die Ausdehnungsabschnitte 20 sind dünner (flacher) als die Source 12 und die Drain 14, während eine Fremdstoffelementkonzentration der Ausdehnungsabschnitte 20 niedriger ist als jene der Source 12 und der Drain 14. Eine Transistorstruktur mit den oben beschriebenen Ausdehnungsabschnitten 20 wird als eine LDD(Lightly-Doped Drain)-Struktur bezeichnet.
Um die Source 12, die Drain 14 und die Ausdehnungsabschnitte 20 zu bilden, wird zuerst ein Fremdstoffelement in Bereiche, die der Source 12, der Drain 14 und den Ausdehnungsabschnitten 20 entsprechen, auf eine flache Weise in einer niedrigen Konzentration hinein dotiert, indem die Ionenimplantationsvorrichtung verwendet wird, nachdem die Gate-Elektrode 6 auf dem Gate-Isolierfilm 4 gebildet worden ist. Anschließend, nachdem die Seitenwände 10 gebildet worden sind, wird das Fremdstoffelement tiefer in einer höheren Konzentration dotiert, so dass jeweils die Source 12 bzw. die Drain 14 gebildet werden. In diesem zweiten Dotierungsprozess dienen die Seitenwände 10 als eine Maske für die Ausdehnungsabschnitte 20.

Patentdokument 1: Japanisches offengelegtes Patent Veröffentlichungsnummer H4-319243
Patentdokument 2: Japanisches offengelegtes Patent Veröffentlichungsnummer H5-251033

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Um einer jüngeren Anforderung nach einem höheren Grad an Integration und Miniaturisierung der Halbleitereinrichtung nachzukommen, muss jedoch eine Verdrahtungsbreite oder eine Filmdicke weiter herunterskaliert werden. Dementsprechend wird ein Entwurfsmaßstab der Halbleitereinrichtung feiner. Unter solchen Umständen muss eine Dicke von z. B. den Ausdehnungsabschnitten 20 weiter verringert (abgedünnt) werden, während eine Konzentration der Fremdstoffelemente erhöht werden muss.
Um das Fremdstoffelement flacher in einer hohen Konzentration zu dotieren, müssen die Ionen mit einer niedrigen Energie durch die Ionenimplantationsvorrichtung dotiert werden. Unter Berücksichtigung des Verhaltens der Ionenimplantationsvorrichtung wird jedoch ein Strahlstrom extrem verringert, wenn sie in einem Zustand niedriger Energie betrieben wird. Dementsprechend dauert es übermäßig lange Zeit, um das Dotieren des Fremdstoffelements abzuschließen, bis die erforderliche hohe Konzentration erreicht ist, was wiederum zu einer starken Verringerung des Durchsatzes führt.
Um das vorstehende Phänomen zu beschreiben, liefert 2 einen Graphen, der einen Zusammenhang zwischen einer Implantationsenergie (Dotierungsenergie), einem Strahlstrom und einer Implantationszeit (Dotierungszeit) zeigt. 2 stellt einen Beispielfall dar, bei dem B (Bor) als das Fremdstoffelement auf einem Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm in einer Dosis von etwa 1,0 × 10¹⁵ Ionen/cm² dotiert wird. Die Implantationsenergie muss verringert werden, um das Fremdstoffelement flach zu implantieren und zu dotieren. Wenn jedoch die Implantationsenergie verringert wird, wird auch der Strahlstrom verringert. Wie es in 2 dargestellt ist, würde bei weiterer Verringerung des Strahlstroms die Implantationszeit, die es dauert, um das Fremdstoffelement bis zu der vorgegebenen Dosis zu implantieren, schnell erhöht werden.
Dieses Phänomen bringt es mit sich, dass eine sehr lange Zeit erforderlich ist, um das Fremdstoffelement in einen flachen oder einen dünnen Abschnitt, wie etwa die Ausdehnungsabschnitte 20, bis zu einer hohen Konzentration hinein zu implantieren und zu dotieren, was zu einer Verschlechterung eines Durchsatzes führt.
Wenn darüber hinaus die Ionen mit einer niedrigen Energie abgestrahlt werden, wird ein Durchmesser eines Ionenstrahls erhöht, und die Ionen werden gestreut. Da ein Abstand von einer Ionenquelle zu dem Wafer in der Ionenimplantationsvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, sehr lang ist, kann somit ein Teil der gestreuten Ionen mit verschiedenen Materialien, die die Ionenimplantationsvorrichtung bilden, auf dem Weg der Ionen kollidieren, was eine Metallverunreinigung oder eine Partikelerzeugung bewirkt.
In Anbetracht des Vorstehenden stellt die vorliegende Erfindung eine Plasmadotierungsvorrichtung und ein Plasmadotierungsverfahren bereit, die in der Lage sind, ein Fremdstoffelement schnell in eine Oberfläche eines Verarbeitungszielobjekts hinein sehr dünn in einer hohen Konzentration zu dotieren, wodurch ein Durchsatz verbessert wird.
Mittel zum Lösen der Probleme
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Plasmadotierungsvorrichtung vorgesehen, die ein Fremdstoffelement in eine Oberfläche eines Verarbeitungszielobjekts hinein unter Verwendung von Plasma implantiert, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Prozesskammer; einen Befestigungstisch, der in der Prozesskammer eingebaut ist und ausgestaltet ist, um das Verarbeitungszielobjekt darauf zu befestigen; eine Hochfrequenz-Leistungsversorgung, die eine Hochfrequenz-Vorspannleistung an den Befestigungstisch anlegt; eine Gasversorgungseinheit, die ein Gas, das ein Dotierungsgas mit einem Fremdstoffelement enthält, in die Prozesskammer hinein zuführt; und eine Plasmaerzeugungseinheit, die das Plasma in der Prozesskammer erzeugt.
In der oben angeführten Plasmadotierungsvorrichtung ist es erwünscht, dass die Plasmaerzeugungseinheit ein planares Antennenelement umfasst, das außerhalb der Prozesskammer eingebaut ist; einen Mikrowellengenerator, der eine Mikrowelle erzeugt; und einen Wellenleiter, der ausgestaltet ist, um die Mikrowelle zu dem planaren Antennenelement auszubreiten. Ferner ist es erwünscht, dass die Gasversorgungseinheit eine Dotierungsgas-Versorgungseinheit umfasst, die das Dotierungsgas zuführt; und eine Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit, die ein Plasmastabilisierungsgas zum Stabilisieren des Plasmas zuführt. Darüber hinaus ist es erwünscht, dass die Dotierungsgas-Versorgungseinheit einen Duschkopfaufbau aufweist, in dem eine Mehrzahl von Gasaustragslöchern an einem in einer Gitterform ausgebildeten Gasströmungsweg vorgesehen ist.
Ferner kann die Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit gegenüber dem Befestigungstisch über die Dotierungsgas-Versorgungseinheit hinweg eingebaut sein. Die Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit kann einen Gasströmungsweg umfassen, der entlang einer Seitenwand der Prozesskammer eingebaut ist, und der Gasströmungsweg kann mit einer Vielzahl von Gasaustragslöchern versehen sein.
Es ist erwünscht, dass eine Frequenz der Hochfrequenz-Vorspannleistung derart festgelegt ist, dass sie in dem Bereich von etwa 400 kHz bis etwa 13,56 MHz liegt. Es ist erwünscht, dass eine Ionenenergie, die durch die Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen wird, derart festgelegt ist, dass sie in dem Bereich von etwa 100 bis etwa 1000 eV liegt.
Ferner ist gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Plasmadotierungsverfahren zum Dotieren eines in einem Dotierungsgas enthaltenen Fremdstoffelements in eine Oberfläche eines auf einem Befestigungstisch in einer Prozesskammer befestigten Verarbeitungszielobjekts hinein unter Verwendung von Plasma vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Hochfrequenz-Vorspannleistung an den Befestigungstisch angelegt wird; das Plasma erzeugt wird, indem das Dotierungsgas in die Prozesskammer hinein zugeführt wird; und das Fremdstoffelement in die Oberfläche des Verarbeitungszielobjekts hinein dotiert wird, indem das Fremdstoffelement in dem Dotierungsgas durch die Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen wird.
Bei dem oben beschriebenen Plasmadotierungsverfahren ist es erwünscht, dass eine Frequenz der Hochfrequenz-Vorspannleistung derart festgelegt ist, dass sie in dem Bereich von etwa 400 kHz bis etwa 13,56 MHz liegt. Ferner ist es erwünscht, dass eine Ionenenergie, die von der Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen wird, derart festgelegt ist, dass sie in dem Bereich von 100 bis etwa 1000 eV liegt. Ein Ausdehnungsabschnitt eines MOSFET kann gebildet werden, indem das Fremdstoffelement dotiert wird.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Speichermedium vorgesehen, das darin ein computerlesbares Programm zum Steuern eines Betriebes einer Plasmadotierungsvorrichtung speichert, die ein in einem Dotierungsgas enthaltenes Fremdstoffelement in eine Oberfläche eines auf einem Befestigungstisch in einer Prozesskammer befestigten Verarbeitungszielobjekts hinein unter Verwendung von Plasma dotiert. Das computerlesbare Programm steuert die Plasmadotierungsvorrichtung, um das Plasma zu erzeugen, indem eine Hochfrequenz-Vorspannleistung an den Befestigungstisch angelegt wird und das Dotierungsgas in die Prozesskammer hinein zugeführt wird; und um das Fremdstoffelement in die Oberfläche des Verarbeitungszielobjekts hinein zu dotieren, indem das Fremdstoffelement in dem Dotierungsgas durch die Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen wird.
Die obigen und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen angegebenen Ausführungsformen deutlich werden.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der Plasmadotierungsvorrichtung und dem Plasmadotierungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann, da das Fremdstoffelement in die Oberfläche des Verarbeitungszielobjekts auf dem Befestigungstisch hinein dotiert wird, indem die Ionen des Fremdstoffelements durch die Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen werden, nachdem das Plasma in der Prozesskammer erzeugt wird, ein dotierter Abschnitt sehr dünn hergestellt werden, und das Fremdstoffelement kann schnell in einer hohen Konzentration dotiert werden. Somit kann der Durchsatz verbessert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines MOSFET als eine Beispielhalbleitereinrichtung.
2 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einer Implantationsenergie, einem Strahlstrom und einer Implantationszeit zeigt.
3 ist eine Ausgestaltungsansicht einer Plasmadotierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Ebenenansicht einer Dotierungsgas-Versorgungseinheit mit einer Duschkopfstruktur.
5 liefert einen Graphen, der einen Zusammenhang zwischen einer Wellenform einer Hochfrequenz-Vorspannleistung und einer Ionendotierung zeigt.
6 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einer Vorspannleistung (Ionenenergie) und einem Konzentrationsprofil von Ionen, die in eine Waferoberfläche hinein implantiert sind, in einer Implantationstiefenrichtung zeigt.
7 stellt einen Graphen dar, der ein Plasmapotenzial in einem Verarbeitungsraum der Plasmadotierungsvorrichtung zeigt.
8 ist eine Ebenenansicht, die einen Teil einer planaren Antennenstruktur zeigt, die bei der Untersuchung eines Aufladeschadens verwendet wird.
9 ist ein Graph, der einen Ionenstrom entlang einer Waferoberflächenrichtung in der Plasmadotierungsvorrichtung zeigt.

30: Plasmadotierungsvorrichtung
32: Prozesskammer
33: Befestigungstisch
60: Heizeinheit
72: Hochfrequenz-Vorspannleistungsversorgung
78: Plasmaerzeugungseinheit
80: planares Antennenelement
80a: Schlitze
88: koaxialer Wellenleiter
92: rechteckiger Wellenleiter
94: Mikrowellengenerator
96: Gasversorgungseinheit
98: Dotierungsgas-Versorgungseinheit
100: Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit
102: Gasströmungswege
102a: Gasaustragslöcher
104: Gasströmungsweg
104a: Gasaustragslöcher
110: Controller
112: Speichermedium
W: Halbleiterwerfer (Verarbeitungszielobjekt)

Beste Ausführungsart der Erfindung
Nachstehend werden eine Plasmadotierungsvorrichtung und ein Plasmadotierungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das eine Gesamtausgestaltung der Plasmadotierungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 ist eine Ebenenansicht einer Dotierungsgas-Versorgungseinheit eines in 3 gezeigten Duschkopfaufbaus. Die in 3 dargestellte Plasmadotierungsvorrichtung wendet eine planare Antenne vom RLSA-Typ (Radial Line Slot Antenna) an.
Wie es in 3 dargestellt ist, umfasst die Plasmadotierungsvorrichtung 30 eine zylindrische Prozesskammer 32, die beispielsweise eine Seitenwand oder einen Boden aus einem Leiter, wie etwa einer Aluminiumlegierung, aufweist. Ein hermetisch abgedichteter Verarbeitungsraum S ist in der Prozesskammer 32 vorgesehen, und in diesem Verarbeitungsraum S wird Plasma erzeugt. Die Prozesskammer 32 ist geerdet.
Ein Befestigungstisch 34, der ausgestaltet ist, um ein Verarbeitungszielobjekt, z. B. einen Halbleiterwafer W, auf einer oberen Oberfläche zu befestigen, ist in der Prozesskammer 32 aufgenommen. Der Befestigungstisch 34 ist aus einem keramischen Material, wie etwa Aluminiumoxid, in einer Form einer im Wesentlichen kreisförmigen flachen Platte hergestellt. Der Befestigungstisch 34 ist an der Unterseite der Prozesskammer 32 durch eine Stützsäule 36 eingebaut, die z. B. aus Aluminium hergestellt ist.
Eine Öffnung 38 ist in einer Seitenwand der Prozesskammer 32 vorgesehen, und ein Absperrventil 40, das geöffnet und geschlossen wird, wenn der Wafer in das Innere der Prozesskammer 32 geladen oder daraus entladen wird, ist an der Öffnung 38 eingebaut. Ferner ist ein Gasauslassanschluss 44 in dem Boden der Prozesskammer 32 vorgesehen, und ein Gasauslassweg 50 mit einem Drucksteuerventil 46 und einer Vakuumpumpe 48 ist mit dem Gasauslassanschluss 44 gekoppelt. Durch Auslassen des Gases aus der Prozesskammer 32 durch den Gasauslassweg 50 kann gegebenenfalls ein vorgegebener Druck in der Prozesskammer 32 aufrechterhalten werden.
Eine Mehrzahl von z. B. drei Hebestiften 52 (nur zwei von diesen sind in 1 dargestellt) sind unter dem Befestigungstisch 34 eingebaut, um den Wafer W anzuheben und abzusenken, wenn der Wafer W geladen oder entladen wird. Die Hebestifte 52 sind vertikal durch eine Hubstange 54 bewegbar, die auf eine solche Weise eingebaut ist, dass sie den Boden der Prozesskammer 32 durchdringt. Ein ausdehnbarer/zusammenziehbarer Balg 56 ist an einem Abschnitt eingebaut, an dem die Hubstange 54 den Boden der Prozesskammer 32 durchdringt, wodurch die vertikale Bewegung der Hubstange 54 durchgeführt werden kann, während eine Luftdichtheit aufrechterhalten wird. Der Befestigungstisch 34 ist mit Stifteinführungsdurchgangslöchern 58 versehen, durch die die Hebestifte 52 eingesetzt sind.
Der gesamte Befestigungstisch 34 ist aus einem wärmebeständigen Material, z. B. Keramik, wie etwa Aluminiumoxid, hergestellt. Eine Heizeinheit 60 ist in dem Befestigungstisch 34 eingebaut. Die Heizeinheit 60 umfasst eine Widerstandsheizung 60a in der Form einer dünnen Platte, die in dem im Wesentlichen gesamten Bereich des Befestigungstisches 34 eingelassen ist. Die Widerstandsheizung 60a ist mit einer Heizungsleistungsversorgung 64 über eine Verdrahtung 62 verbunden, die sich durch die Innenseite der Stützsäule 36 erstreckt. Eine derartige Heizeinheit braucht nicht eingebaut zu sein, wenn das Heizen des Wafers W nicht notwendig ist.
Eine elektrostatische Spannvorrichtung 66 mit einer Spannvorrichtungselektrode 66a, die z. B. in einer Gitterform ausgebildet ist, ist in einem oberen Oberflächenabschnitt des Befestigungstischs 34 eingebaut. Die elektrostatische Spannvorrichtung 66 zieht den Wafer W, der auf dem Befestigungstisch 34 befestigt ist, durch eine elektrostatische Anziehungskraft an und hält diesen. Die Spannvorrichtungselektrode 66a der elektrostatischen Spannvorrichtung 66 ist mit einer Gleichstromleistungsversorgung 70 über eine Verdrahtung 68 verbunden, um die elektrostatische Anziehungskraft zu erzeugen. Ferner ist eine Hochfrequenz-Vorspannleistungsversorgung 72 mit der Verdrahtung 68 gekoppelt, um eine Hochfrequenz-Vorspannleistung von z. B. etwa 400 kHz während des Plasmaprozesses an die Spannvorrichtungselektrode 66a anzulegen. Mit dieser Ausgestaltung können Ionen in dem Verarbeitungsraum S in Richtung des Befestigungstischs 34 angezogen werden, wie es später besprochen wird.
Ein Deckenabschnitt der Prozesskammer 32 ist geöffnet, und eine obere Platte 74, die aus einem keramischen Material, wie etwa Al₂O₃, hergestellt ist, ist hermetisch an dem Öffnungsabschnitt über ein Abdichtungselement 76, wie etwa einen O-Ring, eingebaut. Die obere Platte 74 weist eine Durchlasseigenschaft mit Bezug auf eine Mikrowelle auf. Eine Dicke der oberen Platte 74 ist derart festgelegt, dass sie unter Berücksichtigung der Druckfestigkeit z. B. etwa 20 mm beträgt.
Eine Plasmaerzeugungseinheit 78 zum Erzeugen von Plasma in der Prozesskammer 32 ist an einer oberen Oberfläche der oberen Platte 74 eingebaut. Im Einzelnen umfasst die Plasmaerzeugungseinheit 78 ein planares Antennenelement 80 in der Form einer kreisförmigen Platte, das an der oberen Oberfläche der oberen Platte 74 eingebaut ist, und ein Wellenlängenverkürzungselement 82 ist an dem planaren Antennenelement 80 eingebaut. Das Wellenlängenverkürzungselement 82 ist aus z. B. Aluminiumnitrid mit einer Eigenschaft einer hohen k hergestellt, um eine Wellenlänge einer Mikrowelle zu verkürzen, und das planare Antennenelement 80 dient als eine Bodenplatte eines Wellenleiterkastens 84, der als ein hohler, leitfähiger, zylinderförmiger Behälter dient, der die gesamte obere Oberfläche des Wellenlängenverkürzungselements 82 umschließt. Ein Kühlmantel 86, der ausgestaltet ist, um ein Kühlmittel darin strömen zu lassen, ist an dem Wellenleiterkasten 84 eingebaut.
Ein äußeres Rohr 88a des koaxialen Wellenleiters 88 ist mit einer Mitte des Wellenleiterkastens 84 gekoppelt. Ein innerer Leiter 88b im Inneren des Wellenleiterkastens 84 ist mit einem zentralen Abschnitt des planaren Antennenelements 80 durch ein Durchgangsloch gekoppelt, das in der Mitte des Wellenleiterkurzschlusselements 82 ausgebildet ist. Der koaxiale Wellenleiter 88 ist mit einem Mikrowellengenerator 94 von z. B. etwa 2,45 GHz über einen rechteckigen Wellenleiter 92 gekoppelt, der einen Modenwandler 90 und eine Anpassungseinrichtung (nicht gezeigt) aufweist und in der Lage ist, eine Mikrowelle zu dem planaren Antennenelement 80 auszubreiten. Eine Frequenz der Mikrowelle ist nicht auf 2,45 GHz begrenzt, sondern es kann stattdessen eine Frequenz von z. B. etwa 8,35 GHz benutzt werden.
Wenn ein Wafer mit einem Durchmesser von etwa 300 mm verwendet wird, ist das planare Antennenelement 80 als eine kreisförmige Platte mit einem Durchmesser von z. B. etwa 400 bis etwa 500 mm und einer Dicke von z. B. etwa 1 bis etwa 3 mm ausgestaltet. Das Planare Antennenelement 80 ist aus einem leitfähigen Material, wie etwa Kupfer oder Aluminium, hergestellt, und seine Oberfläche ist mit z. B. Silber plattiert. Ferner ist das Planare Antennenelement 80 mit einer Anzahl Schlitzen 80a versehen, von denen jeder aus einem länglichen, nutförmigen Durchgangsloch gebildet ist. Die Anordnung der Schlitze 80a ist nicht besonders beschränkt, und die Schlitze können in z. B. einer konzentrischen kreisförmigen Form, einer Spiralform, einer radialen Form, oder irgendeiner Form, die gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Antennenelements verteilt ist, angeordnet sein. Das Planare Antennenelement 80 weist eine Antennenstruktur vom so genannten RLSA-Typ (Radial Line Slot Antenna) auf, so dass hochdichtes Plasma mit einer niedrigen Elektronentemperatur erhalten werden kann.
Über dem Befestigungstisch 34 ist eine Gasversorgungseinheit 96 zum Zuführen eines Gases, das ein Dotierungsgas mit einem Fremdstoffelement enthält, in die Prozesskammer 32 eingebaut, während eine Strömungsrate davon gesteuert wird. Die Gasversorgungseinheit 96 umfasst eine Dotierungsgas-Versorgungseinheit 98, die direkt oberhalb des Befestigungstischs 34 eingebaut ist, zum Zuführen des Dotierungsgases; und eine Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit 100 zum Zuführen eines Plasmastabilisierungsgases zum Stabilisieren des Plasmas, das in dem Verarbeitungsraum S erzeugt wird. Wie es in 2 dargestellt ist, weist die Dotierungsgas-Versorgungseinheit 98 einen so genannten Duschkopfaufbau auf, bei dem Gasströmungswege 102, die z. B. Röhren umfassen, in einer Gitterform gebildet sind, und eine Vielzahl von Gasaustragslöchern 102a ist in den Bodenflächen der Gasströmungswege 102 vorgesehen.
Mit solch einem Duschkopfaufbau kann das Dotierungsgas im Wesentlichen der gesamten Oberfläche des Verarbeitungsraums S gleichmäßig zugeführt werden. Die gesamte Dotierungsgas-Versorgungseinheit 98 ist z. B. aus Quarz oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Das Dotierungsgas wird abhängig von dem zu dotierenden Fremdstoffelement ausgewählt, und BF₃, B₂H₄, PH₃, AsH₅ oder dergleichen können z. B. als das Dotierungsgas verwendet werden. Das Dotierungsgas kann alleine oder zusammen mit einem Edelgas, wie etwa einem Ar-Gas, zugeführt werden.
Die Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit 100 weist einen ringförmigen Gasströmungsweg 104 auf, der entlang einer Seitenwand der Prozesskammer 32 oberhalb der Dotierungsgas-Versorgungseinheit 8 und unterhalb der oberen Platte 74 eingebaut ist. Eine Mehrzahl (Vielzahl) von Gasaustragslöchern 104a ist an einer inneren Seitenwand des Gasströmungsweges 104 in einem bestimmten Abstand entlang einer Umfangsrichtung davon vorgesehen, wodurch das Plasmastabilisierungsgas in Richtung der Mitte des Verarbeitungsraums S zugeführt werden kann. Der gesamte Gasströmungsweg 104 kann aus z. B. Quarz oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein. Ein Edelgas, wie etwa Ar, He oder Xe, kann als das Plasmastabilisierungsgas verwendet werden.
Der Gesamtbetrieb der Plasmadotierungsvorrichtung 30, die wie oben beschrieben ausgestaltet ist, wird von einem Controller 110 gesteuert, der aus z. B. einem Computer hergestellt ist. Ein Computerprogramm zum Ausführen des Betriebes ist in einem Speichermedium 112, wie etwa einer flexiblen Platte, einer CD (Compact Disk), einer Festplatte, oder einem Flashspeicher, gespeichert. Genauer wird eine Zufuhr oder eine Strömungsrate jedes Gases, eine Zufuhr oder eine Leistung der Mikrowelle oder Hochfrequenzwelle, eine Verarbeitungstemperatur, ein Verar beitungsdruck und dergleichen in Ansprechen auf Anweisungen von dem Controller 110 gesteuert.
Nun wird ein Plasmadotierungsverfahren, das von der Plasmadotierungsvorrichtung 30 durchgeführt wird, erläutert.
Zunächst wird ein Halbleiterwafer W von einem Übertragungsarm (nicht gezeigt) über das Absperrventil 40 in die Prozesskammer 32 geladen, und der Wafer W wird daraufhin auf einer Befestigungsoberfläche auf einer oberen Oberfläche des Befestigungstischs 34 platziert, indem die Hebestifte 52 nach oben und nach unten bewegt werden. Anschließend wird der Wafer W von der elektrostatischen Spannvorrichtung 66 elektrostatisch angezogen und gehalten.
Der Wafer W wird von der Heizeinheit 60 des Befestigungstischs 34 auf eine vorgegebene Verarbeitungstemperatur erwärmt und auf der Verarbeitungstemperatur gehalten. Anschließend wird das Dotierungsgas, das das Fremdstoffelement enthält, von der Dotierungsgas-Versorgungseinheit 98 der Gasversorgungseinheit 96 zugeführt, während seine Strömungsrate gesteuert wird. Das Dotierungsgas wird von den Gasaustragslöchern 102a, die an den gitterförmigen Gasströmungswegen 102 gebildet sind, in dem gesamten Bereich des Verarbeitungsraums S auf eine im Wesentlichen gleichmäßige Weise ausgetragen. Indessen wird das Plasmastabilisierungsgas von der Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit 100 zugeführt, während seine Strömungsrate gesteuert wird. Das Plasmastabilisierungsgas wird in Richtung des zentralen Abschnitts des Verarbeitungsraums S von den Gasaustragslöchern 104a, die an dem ringförmigen Gasströmungsweg 104 gebildet sind, welche entlang der Kammerseitenwand eingebaut sind, ausgetragen.
Ein Vakuumentleerungssystem hält das Innere der Prozesskammer 32 auf einem vorgegebenen Verarbeitungsdruck, indem das Drucksteuerventil 46 gesteuert wird. Gleichzeitig wird der Mikrowellengenerator 94 der Plasmaerzeugungseinheit 78 derart angetrieben, dass eine Mikrowelle, die von dem Mikrowellengenerator 94 erzeugt wird, dem planaren Antennenelement 80 über den rechteckigen Wellenleiter 92 und den koaxialen Wellenleiter 88 zugeführt wird. Die Mikrowelle, deren Wellenlänge durch das Wellenlängenverkürzungselement 82 verkürzt ist, wird dann in den Verarbeitungsraum S eingeleitet. Infolgedessen wird in dem Verarbeitungsraum S Plasma erzeugt, und unter Verwendung des Plasmas wird ein Dotierungsprozess ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Hochfrequenz-Vorspannleistung von der Hochfrequenz-Vorspannleistungsversorgung 72 an die Spannvorrichtungselektrode 66a der elektrostatischen Spannvorrichtung 66 angelegt, die in dem Befestigungstisch 34 eingebaut ist, wodurch Ionen des Fremdstoffelements angezogen werden.
Indem, wie es oben festgestellt wurde, die Hochfrequenz-Vorspannleistung von z. B. etwa 400 kHz an den Befestigungstisch 34 angelegt wird, werden die Ionen des Fremdstoffelements, z. B. As, in die Oberfläche des Wafers W hinein angezogen und darin dotiert. Da hier das Plasma in der Prozesskammer 32 durch die Mikrowelle, die von dem planaren Antennenelement 80 mit der RLSA-Struktur eingeleitet wird, erregt wird, kann das Plasma eine niedrige Elektronentemperatur und eine hohe Dichte besitzen, während es gleichmäßig verteilt wird. Dementsprechend kann das Fremdstoffelement schnell in die Oberfläche des Wafers hinein mit einer hohen Gleichmäßigkeit dotiert werden. Hier wird, wie es oben festgestellt wurde, ein Edelgas, wie etwa Ar oder Xe, als das Plasmastabilisierungsgas verwendet. Darüber hinaus ist das Dotierungsgas abhängig von dem zu dotierenden Fremdstoffelement ausgewählt, und es können z. B. BF₃, B₂H₄, PH₃, AsH₅ oder dergleichen verwendet werden. Als ein Ergebnis wird B (Bor), P (Phosphor), As (Arsen) oder dergleichen als das Fremdstoffelement dotiert.
Ferner kann die Frequenz der Hochfrequenz-Vorspannleistung erwünschtermaßen in dem Bereich von etwa 400 kHz bis etwa 13,56 MHz liegen. Wenn die Frequenz kleiner als 400 kHz ist, kann die Energie der dotierten Ionen über einen weiten Bereich verteilt werden, was als unerwünscht erachtet wird. Wenn indessen die Frequenz größer als 13,56 MHz ist, können die Ionen des Fremdstoffelements nicht der Oszillationsgeschwindigkeit einer derart hohen Frequenz nachfolgen, was es schwierig macht, die Dotierung der Ionen auszuführen.
Die Ionenenergie des Fremdstoffelements, das von der Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen wird, kann erwünschtermaßen in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 1000 eV liegen. Wenn die Ionenenergie kleiner als 100 eV ist, können die Ionen nicht dotiert werden. Wenn indessen die Ionenenergie größer als 1000 eV ist, wird es schwierig, eine gewünschte flache und hochdichte Ionenimplantation des Fremdstoffelements auszuführen, da die Ionen tief in den Wafer W hinein von seiner Oberfläche dotiert werden.
Hier wird das Prinzip des Dotierens der Fremdstoffelementionen unter Verwendung des Plasmas anhand einer Wellenform einer Hochfrequenz-Vorspannleistung beschrieben. 5 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen der Wellenform der Hochfrequenz-Vorspannleistung und der Ionendotierung zeigt. In 5 stellt Vp das Plasmapotenzial dar; Vf ein schwimmendes Potenzial; Vh ein Gleichstrompotenzial einer Hochfrequenzelektrode (Befestigungstisch); Vdc eine Differenz zwischen dem schwimmenden Potenzial und dem Gleichstrompotenzial der Hochfrequenzelektrode; und Vpp eine Spannung von Spitze zu Spitze der Hochfrequenz-Vorspannleistung. Das schwimmende Potenzial wird in dem Plasmaraum derart erzeugt, dass zugelassen wird, dass die Gesamtmengen an Elektronen und Ionen, die in die Hochfrequenzelektrode hinein eingeleitet werden, gleich sind. Das schwimmende Potenzial ist geringfügig niedriger als das Plasmapotenzial.
Wie es oben ausgeführt wurde, schwingt die Hochfrequenz-Vorspannleistung mit einer Frequenz von z. B. etwa 400 kHz. Wenn die Hochfrequenzleistung gleich oder größer als das schwimmende Potenzial ist (gepunktete Teile) werden Elektronen in den Wafer hinein implantiert, wohingegen wenn der Hochfrequenzleistung kleiner als das schwimmende Potenzial ist (schraffierte Teile), Ionen implantiert werden. Auf diese Weise finden eine Implantation (Dotierung) der Elektronen und eine Implantation (Dotierung) der Ionen abwechselnd statt. Während der Ionenimplantation wird das oben erwähnte Fremdstoffelement, wie etwa B, P oder As, dotiert. Somit kann es erwünscht sein, den Ionenimplantationszeitraum derart festzulegen, dass er so lang wie möglich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben besprochen wurde, wird, indem das Plasma in der evakuierbaren Prozesskammer 32 erzeugt wird und die Ionen des Fremdstoffelements durch die Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen werden, das Fremdstoffelement in die Oberfläche des Halbleiterwafers W als das auf dem Befestigungstisch 34 platzierte Verarbeitungszielobjekt hinein dotiert. Dementsprechend kann ein mit einem Fremdstoffelement dotierter Abschnitt sehr flach oder dünn gebildet werden, und da das Fremdstoffelement schnell in einem Zustand hoher Konzentration dotiert werden kann, kann der Durchsatz verbessert werden.
In einer herkömmlichen Ionenimplantationsvorrichtung kann außerdem eine Diffusion eines Ionenstrahls zu einer Partikelerzeugung oder Metallverunreinigung aufgrund einer Kollision eines Teils des Ionenstrahls gegen ein Bestandteilelement der Vorrichtung führen. Da jedoch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Ionen direkt zu dem Wafer angezogen werden, kann die Partikelerzeugung oder die Metallverunreinigung verhindert werden.
Der vorliegende Erfinder hat ein Experiment zum Dotieren des Fremdstoffelements unter Verwendung der oben beschriebenen Plasmadotierungsvorrichtung durchgeführt, und Untersuchungsergebnisse hiervon werden nachstehend erläutert.
<Abhängigkeit eines Ionenkonzentrationsprofils in einer Implantationstiefenrichtung von einer Vorspannleistung (Ionenenergie)>
Zunächst wurde ein Zusammenhang zwischen einer Vorspannleistung (Ionenenergie) und einem Konzentrationsprofil von Ionen, die in die Waferoberfläche hinein dotiert wurden, in einer Implantationstiefenrichtung untersucht. 6 ist ein Graph, der ein Untersuchungsergebnis zeigt.
Die Hochfrequenzvorspannleistung RF wurde derart festgelegt, dass sie jeweils etwa 50 W (Watt), etwa 100 W bzw. etwa 200 W betrug. Ionenenergien, die den jeweiligen Wattwerten entsprachen, betrugen jeweils 220 eV, 260 eV bzw. 400 eV. ”N (Stickstoff)” wurde als das Fremdstoffelement verwendet und über 5 Sekunden dotiert. Der Stickstoff (N) ist allgemein anstelle von B, As, P oder dergleichen verwendet wurden, um ein Konzentrationsprofil zu untersuchen. Hinsichtlich B, As, P oder dergleichen ist bekannt, dass eine Spitze eines Gaußschen Verteilungsprofils geringfügig gegenüber der in 6 gezeigten nach rechts von der Figur verschoben ist. Eine Dicke (Tiefe) des Ausdehnungsabschnitts des MOSFET betrug etwa 10 nm von der Waferoberfläche.
Wie es aus dem in der 6 gezeigten Graphen klar zu sehen ist, wird die Spitze der N-Konzentration sequentiell nach rechts verschoben und allmählich erhöht, wenn die Hochfrequenz-Vorspannleistung der Reihe nach von etwa 50 W auf etwa 100 W und etwa 200 W zunimmt. Darüber hinaus wird jede Spitze bei einer Tiefe beobachtet, die flacher als 10 nm ist, welche die Dicke (Tiefe) des Ausdehnungsabschnitts ist. Somit war bewiesen, dass das Fremdstoffelement mit hoher Konzentration in einem solchen flachen Abschnitt dotiert werden kann. In diesem Fall betrug eine Dosis des Fremdstoffelements jeweils etwa 8,4 × 10¹⁴ Atome/cm², etwa 1,9 × 10¹⁵ Atome/cm² und etwa 3,2 × 10¹⁵ Atome/cm², wenn die Hochfrequenzleistung jeweils 50 W (220 eV), 100 W (260 eV) bzw. 200 W (400 eV) betrug.
Dementsprechend war bewiesen, dass eine Dosis von etwa 1 × 10¹⁵ Atome/cm² in einer kurzen Dotierungszeit von 5 Sekunden erhalten werden kann, wenn die Ionenenergie größer als etwa 220 eV ist. Außerdem ist aus dem Graphen zu erwarten, dass, wenn die Ionenenergie über 1000 eV zunimmt, die Spitze der N-Konzentration bei einer Tiefe von etwa 10 nm oder mehr beobachtet werden würde. Dementsprechend wird eine Ionenenergie, die größer als 1000 eV ist, bei der Bildung der oben beschriebenen Ausdehnungsabschnitte als unerwünscht erachtet.
<Untersuchung einer Metallverunreinigung>
Anschließend hat der vorliegende Erfinder ein Experiment bezüglich einer Metallverunreinigung der Plasmadotierungsvorrichtung gemäß der vorlie genden Erfindung durchgeführt und das Experiment untersucht. Das Untersuchungsergebnis wird nachstehend besprochen.
7 ist ein Graph, der Plasmapotenzialzustände in dem Verarbeitungsraum S zeigt. Eine horizontale Achse des Graphen gibt einen Abstand von der oberen Platte 74 zu dem Befestigungstisch 34 an, und eine vertikale Achse stellt ein Plasmapotenzial dar. Ein Radius der Prozesskammer war derart festgelegt, dass er etwa 150 mm betrug, und eine Frequenz der Mikrowelle von dem Mikrowellengenerator 94 war derart festgelegt, dass sie etwa 2,45 GHz bzw. etwa 8,3 GHz betrug.
Wenn die Frequenz der Mikrowelle etwa 2,45 GHz beträgt, beträgt ein Plasmapotenzial in der Nähe der oberen Platte 74 etwa 11 V, und es nimmt an einer Position, die geringfügig von der oberen Platte 74 beabstandet ist, schnell auf etwa 10 V ab. Anschließend nimmt das Plasmapotenzial bei Annäherung an den Befestigungstisch 34 in einer im Wesentlichen geradlinigen Form sanft ab und ist schließlich an einer Position geringfügig über dem Befestigungstisch 34 auf etwa 8 V verringert.
Wenn die Frequenz der Mikrowelle etwa 8,3 GHz beträgt, beträgt das Plasmapotenzial in der Nähe der oberen Platte 74 etwa 9 V, und es nimmt in einer im Wesentlichen geradlinigen Form sanft ab, wenn eine Position von der oberen Platte 74 beabstandet ist. Schließlich ist es an einer Position geringfügig über dem Befestigungstisch 34 auf etwa 7 V verringert.
Ein Schwellenwert der Ionenenergie zum Auslösen eines Sputterns von Cobalt (Co), das von allen Metallen am einfachsten gesputtert wird, beträgt etwa 12,5 eV. Das Plasmapotenzial in jedem Bereich innerhalb des oben beschriebenen Verarbeitungsraums S ist kleiner als 12,5 eV. Insbesondere beträgt ein Plasmapotenzial an einer Einbauposition der als Duschkopf aufgebauten Dotierungsgas-Versorgungseinheit 98, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Sputterziel ist, etwa 9,5 eV oder weniger.
Aus dem oben erwähnten Untersuchungsergebnis ist bewiesen, dass eine Metallverunreinigung oder Partikelerzeugung aufgrund eines Sputterns beinahe vollständig unterdrückt werden kann.
<Untersuchung eines Aufladeschadens>
Der vorliegende Erfinder hat auch ein Experiment bezüglich eines Aufladeschadens der Plasmadotierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Nachstehend ist ein Untersuchungsergebnis davon beschrieben.
8 ist eine Ebenenansicht, die einen Teil einer planaren Antennenstruktur einer TEG (Testelementgruppe) zeigt, die bei der Untersuchung des Aufladeschadens benutzt wird. Planare Antennen, die verschiedene Antennenverhältnisse aufweisen, sind auf einer Waferoberfläche gebildet, und es wurde untersucht, ob ein dielektrischer Durchschlag in den planaren Antennen aufgrund eines Aufladens auftritt. Hier bezieht sich ein Antennenverhältnis auf ein Verhältnis S2/S1 von Antennenflächen S1 und S2, die in 8 dargestellt sind.
In einem Plasmadotierungsprozess war eine Hochfrequenz-Vorspannleistung derart festgelegt, dass sie etwa 300 W betrug (Ionenenergie: etwa 620 eV), und das Antennenverhältnis war derart festgelegt, dass es jeweils etwa 1 M (1 × 10⁶), etwa 100 k (100 × 10³), etwa 10 k (10 × 10³), etwa 1 k (1 × 10³), etwa 100 bzw. etwa 10 betrug. Infolge des Experiments wurde bewiesen, dass ein dielektrischer Durchschlag, der durch ein Aufladen hervorgerufen wird, bei keinem Antennenverhältnis auftrat, was impliziert, dass eine Produktausbeute 100% erreicht wird, was erwünscht ist.
<Untersuchung einer Gleichmäßigkeit der Plasmadotierung in einer Waferoberfläche>
Der vorliegende Erfinder hat auch ein Experiment bezüglich einer Gleichmäßigkeit von Ionenströmen in einer Waferoberfläche in der Plasmadotierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Ein Untersuchungsergebnis wird nachstehend besprochen.
9 ist ein Graph, der das Ergebnis des Experiments zeigt. Der Abstand zwischen dem Befestigungstisch 34 und der oberen Platte 74 wurde in dem Bereich von etwa 20 bis etwa 160 mm verändert, und ein Ionenstrom an jeder Position auf einem Wafer wurde mit einem Faradaybecher zum direkten Messen von aufgeladenen Partikeln als ein Strom gemessen. Der Ionenstrom entspricht einer Dosis des Fremdstoffelements.
Wie es aus 9 klar zu sehen ist, nimmt der Ionenstrom mit verkürztem Abstand allmählich zu, wenn der Abstand zwischen dem Befestigungstisch 34 und der oberen Platte 74 in den Bereich von etwa 20 bis etwa 160 mm verändert wird. Der Ionenstrom zwischen der Mitte und dem Rand des Wafers wurde bei jedem Abstand im Wesentlichen konstant gehalten. Somit ist bewiesen, dass eine Gleichmäßigkeit des Ionenstroms, d. h. die Dosis des Fremdstoffelements, in der Waferoberfläche hoch gehalten werden kann.
Außerdem sind in der oben beschriebenen Ausführungsform, obwohl die Gasversorgungseinheit 96 die als Duschkopf aufgebaute Dotierungsgas-Versorgungseinheit 98 und die ringförmige Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit 100 aufweist, deren Formen nicht besonders auf diese Beispiele begrenzt.
Obwohl darüber hinaus der Halbleiterwafer in der oben beschriebenen Ausführungsform als das Verarbeitungszielobjekt verwendet wird, ist das Verarbeitungszielobjekt nicht auf den Halbleiterwafer begrenzt, sondern es kann ein Glassubstrat, ein LCD-Substrat, ein keramisches Substrat oder dergleichen sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt. Fachleute werden verstehen, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem am 31. Mai 2007 eingereichten japanischen Patent mit der Anmeldenummer 2007-146034 , dessen gesamter Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung hat viele Vorteile, wenn sie auf eine Plasmadotierungsvorrichtung und ein Plasmadotierungsverfahren angewandt wird.
Zusammenfassung
Offenbart ist eine Plasmadotierungsvorrichtung zum Einbringen eines Fremdstoffelements in die Oberfläche eines zu behandelnden Objekts W unter Verwendung eines Plasmas. Die Plasmadotierungsvorrichtung umfasst eine Hochfrequenz-Leistungsversorgung 72 zum Anlegen einer Hochfrequenzleistung zur Vorspannung an eine Plattform 34, die in einer Prozesskammer 32 vorgesehen ist; eine Gasversorgungseinheit 96 zum Zuführen eines Dotiermittelgases, das das Fremdstoffelement enthält, in die Prozesskammer 32 hinein; und eine Plasmaerzeugungseinheit 78 zum Erzeugen eines Plasmas in der Prozesskammer 32. Diese Plasmadotierungsvorrichtung ermöglicht es, einen mit dem Fremdstoffelement dotierten Abschnitt sehr dünn herzustellen und das Fremdstoffelement schnell mit einer hohen Konzentration einzubringen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 4-319243 [0006]
- JP 5-251033 [0006]
- JP 2007-146034 [0078]

Claims

Plasmadotierungsvorrichtung, die ein Fremdstoffelement in eine Oberfläche eines Verarbeitungszielobjekts hinein unter Verwendung von Plasma implantiert, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Prozesskammer; einen Befestigungstisch, der in der Prozesskammer eingebaut ist und ausgestaltet ist, um das Verarbeitungszielobjekt darauf zu befestigen; eine Hochfrequenz-Leistungsversorgung, die eine Hochfrequenz-Vorspannleistung an den Befestigungstisch anlegt; eine Gasversorgungseinheit, die ein Gas, das ein Dotierungsgas mit einem Fremdstoffelement enthält, in die Prozesskammer hinein zuführt; und eine Plasmaerzeugungseinheit, die das Plasma in der Prozesskammer erzeugt.
Plasmadotierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Plasmaerzeugungseinheit umfasst: ein planares Antennenelement, das außerhalb der Prozesskammer eingebaut ist; einen Mikrowellengenerator, der eine Mikrowelle erzeugt; und einen Wellenleiter, der ausgestaltet ist, um die Mikrowelle zu dem planaren Antennenelement auszubreiten.
Plasmadotierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gasversorgungseinheit umfasst: eine Dotierungsgasversorgungseinheit, die das Dotierungsgas zuführt; und eine Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit, die ein Plasmastabilisierungsgas zum Stabilisieren des Plasmas zuführt.
Plasmadotierungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Dotierungsgas-Versorgungseinheit einen Duschkopfaufbau aufweist, bei welchem eine Mehrzahl von Gasaustragslöchern an einem in einer Gitterform gebildeten Gasströmungsweg vorgesehen ist.
Plasmadotierungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit gegenüber dem Befestigungstisch über die Dotierungsgas-Versorgungseinheit hinweg eingebaut ist.
Plasmadotierungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Plasmastabilisierungsgas-Versorgungseinheit einen Gasströmungsweg umfasst, der entlang einer Seitenwand der Prozesskammer eingebaut ist, und der Gasströmungsweg mit einer Vielzahl von Gasaustragslöchern versehen ist.
Plasmadotierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Frequenz der Hochfrequenz-Vorspannleistung derart festgelegt ist, dass sie in dem Bereich von etwa 400 kHz bis etwa 13,56 MHz liegt.
Plasmadotierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Ionenenergie, die durch die Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen wird, derart festgelegt ist, dass sie in dem Bereich von etwa 100 bis etwa 1000 eV liegt.
Plasmadotierungsverfahren zum Dotieren eines Fremdstoffelements, das in einem Dotierungsgas enthalten ist, in eine Oberfläche eines auf einem Befestigungstisch in einer Prozesskammer befestigten Verarbeitungszielobjekts hinein unter Verwendung von Plasma, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Hochfrequenz-Vorspannleistung an den Befestigungstisch angelegt wird; das Plasma erzeugt wird, indem das Dotierungsgas in die Prozesskammer hinein zugeführt wird; und das Fremdstoffelement in die Oberfläche des Verarbeitungszielobjekts hinein dotiert wird, indem das Fremdstoffelement in dem Dotierungsgas durch die Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen wird.
Plasmadotierungsverfahren nach Anspruch 9, wobei eine Frequenz der Hochfrequenz-Vorspannleistung derart festgelegt wird, dass sie in dem Bereich von etwa 400 kHz bis etwa 13,56 MHz liegt.
Plasmadotierungsverfahren nach Anspruch 9, wobei eine Energie von Ionen, die durch die Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen werden, derart festgelegt wird, dass sie in dem Bereich von etwa 100 bis etwa 1000 eV liegt.
Plasmadotierungsverfahren nach Anspruch 9, wobei ein Ausdehnungsabschnitt eines MOSFET gebildet wird, indem das Fremdstoffelement dotiert wird.
Speichermedium, das darin ein computerlesbares Programm zum Steuern eines Betriebes einer Plasmadotierungsvorrichtung spei chert, die ein in einem Dotierungsgas enthaltenes Fremdstoffelement ist, in eine Oberfläche eines auf einem Befestigungstisch in einer Prozesskammer befestigten Verarbeitungszielobjekts hinein unter Verwendung von Plasma dotiert, wobei das computerlesbare Programm die Plasmadotierungsvorrichtung steuert, um das Plasma zu erzeugen, indem eine Hochfrequenz-Vorspannleistung an den Befestigungstisch angelegt wird und das Dotierungsgas in die Prozesskammer hinein zugeführt wird; und um das Fremdstoffelement in die Oberfläche des Verarbeitungszielobjekts hinein zu dotieren, indem das Fremdstoffelement in dem Dotierungsgas durch die Hochfrequenz-Vorspannleistung angezogen wird.