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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5896572
(24)【登録日】2016年3月11日
(45)【発行日】2016年3月30日
(54)【発明の名称】基板プラズマ処理方法
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20160317BHJP
C23C 16/507 20060101ALI20160317BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20160317BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20160317BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 L
H05H1/46 M
C23C16/507
H01L21/302 101C
H01L21/265 F
【請求項の数】24
【全頁数】44
(21)【出願番号】特願2013-514413(P2013-514413)
(86)(22)【出願日】2011年6月13日
(65)【公表番号】特表2013-535074(P2013-535074A)
(43)【公表日】2013年9月9日
(86)【国際出願番号】US2011040206
(87)【国際公開番号】WO2011156813
(87)【国際公開日】20111215
【審査請求日】2014年2月24日
(31)【優先権主張番号】61/353,953
(32)【優先日】2010年6月11日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】13/157,005
(32)【優先日】2011年6月9日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500324750
【氏名又は名称】バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】マイナード、ヘレン
(72)【発明者】
【氏名】ハディディ、カマル
(72)【発明者】
【氏名】シング、ビクラム
(72)【発明者】
【氏名】ミラー、ティモシー、ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】ゴデット、ルドヴィック
(72)【発明者】
【氏名】パパソウリオティス、ジョージ、ディー．
(72)【発明者】
【氏名】リンゼイ、バーナード、ジー．
【審査官】
藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】
特開平１０−１３５１９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００３−５０７８８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０６０５１５０３（ＵＳ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００２／０１６０１２５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２００８−２０５４３６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０５Ｈ １／２４
Ｈ０５Ｈ １／４６
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／２６５
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
Ｃ２３Ｃ １６／５０７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板にプラズマ処理を施す方法であって、
イオン化エネルギーが互いに異なる第１の種および第２の種を含む供給ガスをプラズマ源に近接して導入する段階と、
少なくとも、第１のパルス期間において第１の電力レベルを持ち、第２のパルス期間において第２の電力レベルを持つマルチレベルＲＦ電力波形を前記プラズマ源に供給する段階と、
前記第１のパルス期間において前記供給ガスのうち前記第１の種をイオン化する段階と、
前記第２のパルス期間において前記第２の種をイオン化する段階と、
前記第１のパルス期間において前記基板にバイアスを供給する段階と
を備え、
前記第２の電力レベルは、前記第１の電力レベルよりも高く、
前記第１の電力レベルは、前記第１の種をイオン化するのに必要な電力レベルよりは高いが、前記第２の種をイオン化するために必要な別の電力レベルよりは低く、
前記供給ガスは、前記第１のパルス期間および前記第２のパルス期間の両方の期間に導入される
方法。
イオン化エネルギーが互いに異なる第１の種および第２の種を含む供給ガスをプラズマ源に近接して導入する段階と、
少なくとも、第１のパルス期間において第１の電力レベルを持ち、第２のパルス期間において第２の電力レベルを持つマルチレベルＲＦ電力波形を前記プラズマ源に供給する段階と、
前記第１のパルス期間において前記供給ガスのうち前記第１の種をイオン化する段階と、
前記第２のパルス期間において前記第２の種をイオン化する段階と、
前記第１のパルス期間において前記基板にバイアスを供給する段階と
を備え、
前記第２の電力レベルは、前記第１の電力レベルよりも高く、
前記第１の電力レベルは、前記第１の種をイオン化するのに必要な電力レベルよりは高いが、前記第２の種をイオン化するために必要な別の電力レベルよりは低く、
前記供給ガスは、前記第１のパルス期間および前記第２のパルス期間の両方の期間に導入される
方法。
【請求項2】
前記第２のパルス期間において前記基板にバイアスを供給する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第２の電力レベルは、前記基板にバイアスがかかっていない場合に印加される請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１の種は、処理種を含む請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記処理種は、Ｓｅ、および、Ｐ、Ｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＮおよびＡｓのうち少なくとも１つを含み、
前記第２の種は、Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのうち少なくとも１つを含む請求項４に記載の方法。
前記第２の種は、Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのうち少なくとも１つを含む請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記処理種は、前記基板をエッチングするエッチャントである請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記第２のパルス期間のうち少なくとも一部において前記基板にバイアスをかける段階をさらに備える
請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記第１のパルス期間において前記処理種の第１のイオンを前記基板に対して選択的に方向付ける段階と、
前記第２のパルス期間において前記基板に向けて前記第２の種の不活性種の第２のイオンを方向付ける段階と
をさらに備える請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
前記第２のパルス期間において前記基板に向けて前記第２の種の不活性種の第２のイオンを方向付ける段階と
をさらに備える請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記第２の電力レベルは、前記プラズマを安定化させるのに十分なＲＦ電力レベルである請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記ＲＦ電力波形は、第３のパルス期間において、第３の電力レベルをさらに含み、
前記第３の電力レベルは、前記第１及び第２の電力レベルよりも低く、
前記第３のパルス期間は、前記第２のパルス期間より後であり、
前記基板は、前記第３のパルス期間においてバイアスされない
請求項１に記載の方法。
前記第３の電力レベルは、前記第１及び第２の電力レベルよりも低く、
前記第３のパルス期間は、前記第２のパルス期間より後であり、
前記基板は、前記第３のパルス期間においてバイアスされない
請求項１に記載の方法。
【請求項11】
基板を処理する方法であって、
第１の種および第２の種を含む供給ガスをプラズマ源の近傍に導入する段階と、
第１の期間において第１の電力レベルを前記プラズマ源に印加して前記第１の種を選択的にイオン化する段階と、
第２の期間において前記プラズマ源に第２の電力レベルを印加して前記第２の種をイオン化する段階と、
前記第１の期間において基板に向けて前記第１の種のイオンを方向付ける段階とを備え、
前記第１の種は、前記第２の種よりもイオン化エネルギーが低く、
前記第１の電力レベルは、前記第１の種をイオン化するために必要な電力レベルよりは高いが、前記第２の種をイオン化するために必要な別の電力レベルよりは低く、
前記第２の電力レベルは、前記第２の種をイオン化するために必要な前記別の電力レベルよりも高く、
前記第１の種および前記第２の種を含む前記供給ガスが、前記第１の期間および前記第２の期間の両方の期間に導入される方法。
第１の種および第２の種を含む供給ガスをプラズマ源の近傍に導入する段階と、
第１の期間において第１の電力レベルを前記プラズマ源に印加して前記第１の種を選択的にイオン化する段階と、
第２の期間において前記プラズマ源に第２の電力レベルを印加して前記第２の種をイオン化する段階と、
前記第１の期間において基板に向けて前記第１の種のイオンを方向付ける段階とを備え、
前記第１の種は、前記第２の種よりもイオン化エネルギーが低く、
前記第１の電力レベルは、前記第１の種をイオン化するために必要な電力レベルよりは高いが、前記第２の種をイオン化するために必要な別の電力レベルよりは低く、
前記第２の電力レベルは、前記第２の種をイオン化するために必要な前記別の電力レベルよりも高く、
前記第１の種および前記第２の種を含む前記供給ガスが、前記第１の期間および前記第２の期間の両方の期間に導入される方法。
【請求項12】
前記第２の期間において前記基板に向けて前記第２の種のイオンを方向付ける段階をさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１の期間において前記第１の種のイオンを前記基板に注入する段階と、
前記第２の期間において前記第２の種のイオンを前記基板に注入する段階と
をさらに備える請求項１２に記載の方法。
前記第２の期間において前記第２の種のイオンを前記基板に注入する段階と
をさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の種は、Ｐ、Ｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｎ、Ｓｅ、およびＡｓのうち少なくとも１つを含み、
前記第２の種は、Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのうち少なくとも１つを含む請求項１３に記載の方法。
前記第２の種は、Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのうち少なくとも１つを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記第１の期間において前記基板にバイアスをかける段階と、
前記第２の期間において前記基板にバイアスをかける段階と
をさらに備える請求項１２に記載の方法。
前記第２の期間において前記基板にバイアスをかける段階と
をさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記第２の期間において前記基板にバイアスをかけることなく前記第１の期間において前記基板にバイアスをかける段階をさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
第３の期間において、第３の電力レベルを供給する段階をさらに含み、
前記第３の電力レベルは、前記第１及び第２の電力レベルよりも低く、
前記第３の期間は、前記第２の期間より後であり、
前記第３の期間において、イオンが前記基板に向けられない
請求項１１に記載の方法。
前記第３の電力レベルは、前記第１及び第２の電力レベルよりも低く、
前記第３の期間は、前記第２の期間より後であり、
前記第３の期間において、イオンが前記基板に向けられない
請求項１１に記載の方法。
【請求項18】
基板に近接して配置されているプラズマ源と、前記プラズマ源に電気結合されているＲＦ電源と、前記基板に電気結合されているバイアス電源とを備える装置で基板にプラズマ処理を施す方法であって、
少なくとも第１の種および第２の種を含む供給ガスを前記プラズマ源の近傍に導入する段階と、
第１の期間において第１の電力レベルを持ち、第２の期間において第２の電力レベルを持ち、第３の期間において第３の電力レベルを持つＲＦ波形を前記ＲＦ電源で生成する段階と、
少なくとも前記第１の期間および前記第２の期間において前記プラズマ源に前記ＲＦ波形を印加してプラズマを生成する段階と、
第１のバイアスレベルおよび第２のバイアスレベルを持つバイアス波形を前記バイアス電源で生成する段階と、
前記バイアス波形を前記基板に印加して、前記プラズマから前記基板へ向けてイオンを方向付ける段階と
を備え、
前記第２の電力レベルは、前記第１の電力レベルよりも高く、前記第３の電力レベルは、前記第１の電力レベル及び第２の電力レベルよりも低く、
前記第２の期間は、前記第１の期間より後であり、前記第３の期間は、前記第２の期間より後であり、
前記第２のバイアスレベルは、前記第１のバイアスレベルよりも負の方向に高い方法。
少なくとも第１の種および第２の種を含む供給ガスを前記プラズマ源の近傍に導入する段階と、
第１の期間において第１の電力レベルを持ち、第２の期間において第２の電力レベルを持ち、第３の期間において第３の電力レベルを持つＲＦ波形を前記ＲＦ電源で生成する段階と、
少なくとも前記第１の期間および前記第２の期間において前記プラズマ源に前記ＲＦ波形を印加してプラズマを生成する段階と、
第１のバイアスレベルおよび第２のバイアスレベルを持つバイアス波形を前記バイアス電源で生成する段階と、
前記バイアス波形を前記基板に印加して、前記プラズマから前記基板へ向けてイオンを方向付ける段階と
を備え、
前記第２の電力レベルは、前記第１の電力レベルよりも高く、前記第３の電力レベルは、前記第１の電力レベル及び第２の電力レベルよりも低く、
前記第２の期間は、前記第１の期間より後であり、前記第３の期間は、前記第２の期間より後であり、
前記第２のバイアスレベルは、前記第１のバイアスレベルよりも負の方向に高い方法。
【請求項19】
前記第１のバイアスレベルは、前記第１の期間において、前記基板に印加される請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記第２のバイアスレベルは、前記第２の期間の後に、前記基板に印加される請求項１８に記載の方法。
【請求項21】
前記第２のバイアスレベルは、前記第２の期間において、前記基板に印加される請求項１８に記載の方法。
【請求項22】
前記第２のバイアスレベルは、前記第１の期間において、前記基板に印加される請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記第１のバイアスレベルは、前記第３の期間において、前記基板に印加される請求項１８に記載の方法。
【請求項24】
前記プラズマは、前記第３の期間において、消滅させない請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、基板を処理する技術に関する。特に、プラズマを用いて基板を処理する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
プラズマ処理は、半導体分野およびその他の産業において長年にわたって広く利用されている。プラズマ処理は、洗浄、エッチング、ミリングおよび蒸着等の作業に利用される。より最近では、プラズマ処理はドーピングに利用されている。プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）またはプラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ）と呼ばれる方法は、一部の最新型の電子デバイスおよび光学デバイスのドーピング要件を満たすために利用される。プラズマドーピングは、電界を利用してイオンを加速して、質量電荷比に応じてイオンをフィルタリングして、注入する所望のイオンを選択する従来のビームラインイオン注入システムとは異なる。従来のビームラインイオン注入システムとは異なり、ＰＬＡＤシステムは、ドーパントイオンを含むプラズマに基板を浸漬させて、一連の負電圧パルスで基板にバイアスをかける。プラズマシース内の電界によって、イオンが基板に向けて加速され、基板表面にイオンを注入する。
【0003】
半導体産業で利用されているプラズマドーピングシステムは概して、要求される処理制御のレベルが非常に高い。半導体産業で広く利用されている従来のビームラインイオン注入システムは、処理制御に優れており、Ｒｕｎ−ｔｏ−Ｒｕｎ均一性に優れている。従来のビームラインイオン注入システムは、現在の技術水準の半導体基板の全面にわたって非常に均一にドーピングを行う。
【0004】
一般的に、ＰＬＡＤシステムの処理制御は、従来のビームラインイオン注入システムほど高くない。多くのプラズマドーピングシステムでは、プラズマドーピングを行っている基板上に電荷が蓄積される傾向にある。このように電荷が蓄積されると、基板上に比較的高い電位電圧が形成される可能性があり、ドーピングの不均一性およびアーク放電が大きくなり受け入れ難いレベルに到達し、デバイスが損傷してしまう可能性がある。また、プラズマの組成が処理工程に影響を与える可能性がある。例えば、不活性ガスイオンの数が多いと、所望した程度よりも基板に対する損傷が大きくなる場合がある。さらに、電子温度によっても、プラズマに含まれるイオンの望ましい数が異なるとしてよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
基板プラズマ処理技術を開示する。一の特定の実施形態例によると、当該技術は、イオン化エネルギーが互いに異なる第１の種および第２の種を含む供給ガスをプラズマ源に近接して導入する段階と、少なくとも、第１のパルス期間において第１の電力レベルを持ち、第２のパルス期間において第２の電力レベルを持つマルチレベルＲＦ電力波形をプラズマ源に供給する段階と、第１のパルス期間において供給ガスのうち第１の種をイオン化する段階と、第２のパルス期間において第２の種をイオン化する段階と、第１のパルス期間において基板にバイアスを供給する段階とを備える方法によって実現され得る。第１の電力レベルおよび第２の電力レベルは、互いに異なる。
【0006】
この実施形態例の他の側面によると、当該方法は、第２のパルス期間において基板にバイアスを供給する段階をさらに備えるとしてよい。
【0007】
この実施形態例の別の側面によると、第１の電力レベルは、第１の種をイオン化するのに必要な電力レベルよりは高いが、第２の種をイオン化するために必要な別の電力レベルよりは低いとしてよい。
【0008】
この実施形態例の他の側面によると、第２の電力レベルは、基板にバイアスがかかっていない場合に印加されるとしてよい。
【0009】
この実施形態例のさらに別の側面によると、第１の種は、処理種を含むとしてよい。
【0010】
この実施形態例のさらに別の側面によると、処理種は、Ｂ、Ｐ、Ｇｅ、ＡｓおよびＳｅのうち少なくとも１つを含むとしてよく、第２の種は、Ｃ、Ｏ、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのうち少なくとも１つを含むとしてよい。
【0011】
この実施形態例のさらに別の側面によると、処理種は、基板をエッチングするエッチャントであってよい。
【0012】
この実施形態例の別の側面によると、当該方法は、第２のパルス期間のうち少なくとも一部において基板にバイアスをかける段階をさらに備えるとしてよい。
【0013】
この実施形態例の他の側面によると、当該方法は、第１のパルス期間において処理種の第１のイオンを基板に対して選択的に方向付ける段階と、第２のパルス期間において基板に向けて不活性種の第２のイオンを方向付ける段階とをさらに備えるとしてよい。
【0014】
さらに、この実施形態例の別の側面によると、第２のＲＦ電力レベルは、プラズマを安定化させるのに十分なＲＦ電力レベルであるとしてよい。
【0015】
別の特定の実施形態例によると、この技術は、第１の種および第２の種を含む供給ガスをプラズマ源の近傍に導入する段階と、第１の期間において第１の電力レベルをプラズマ源に印加して第１の種を選択的にイオン化する段階と、第２の期間においてプラズマ源に第２の電力レベルを印加して第２の種をイオン化する段階と、第１の期間において基板に向けて第１の種のイオンを方向付ける段階とを備える方法によって実現され得る。第１の種は、第２の種よりもイオン化エネルギーが低い。第１の電力レベルは、第１の種をイオン化するために必要な電力レベルよりは高いが、第２の種をイオン化するために必要な別の電力レベルよりは低いとしてよい。第２の電力レベルは、第２の種をイオン化するために必要な別の電力レベルよりも高いとしてよい。
【0016】
この実施形態例の別の側面によると、当該方法は、第２の期間において基板に向けて第２の種のイオンを方向付ける段階をさらに備えるとしてよい。
【0017】
この実施形態例の別の側面によると、当該方法は、第１の期間において第１の種のイオンを基板に注入する段階と、第２の期間において基板に第２の種のイオンを注入する段階とをさらに備えるとしてよい。
【0018】
この実施形態例の別の側面によると、第１の種は、Ｐ、ＢおよびＡｓのうち少なくとも１つを含むとしてよく、第２の種は、Ｃ、Ｏ、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのうち少なくとも１つを含むとしてよい。
【0019】
この実施形態例のさらに別の側面によると、当該方法は、第１の期間において基板にバイアスをかける段階と、第２の期間において基板にバイアスをかける段階とをさらに備えるとしてよい。
【0020】
この実施形態例のさらに別の側面によると、当該方法は、第２の期間において基板にバイアスをかけることなく第１の期間において基板にバイアスをかける段階をさらに備えるとしてよい。
【0021】
別の特定の実施形態例によると、この技術は、基板に近接して配置されるプラズマ源と、プラズマ源に電気結合されているＲＦ電源と、基板に電気結合されているバイアス電源とを備える装置において基板にプラズマ処理を施す方法によって実現され得る。本実施形態によると、当該方法は、少なくとも第１の種および第２の種を含む供給ガスをプラズマ源の近傍に導入する段階と、第１の期間において第１の電力レベルを持ち、第２の期間において第２の電力レベルを持つＲＦ波形をＲＦ電源で生成する段階と、第１の期間および第２の期間においてプラズマ源にＲＦ波形を印加してプラズマを生成する段階と、第１のバイアスレベルおよび第２のバイアスレベルを持つバイアス波形をバイアス電源で生成する段階と、バイアス波形を基板に印加して、プラズマから基板へ向けてイオンを方向付ける段階とを備えるとしてよい。第２の期間は、第１の期間より後であるとしてよい。第１のバイアスレベルは、ゼロバイアスレベルである。
【0022】
この実施形態例の別の側面によると、第２の電力レベルは、第１の電力レベルよりも高いとしてよい。
【0023】
この実施形態例の別の側面によると、第１のバイアスレベルは、第１の期間において、基板に印加されるとしてよい。
【0024】
この実施形態例の別の側面によると、第２のバイアスレベルは、第２の期間の後に、基板に印加されるとしてよい。
【0025】
この実施形態例の別の側面によると、第２のバイアスレベルは、第２の期間において、基板に印加されるとしてよい。
【0026】
この実施形態例のさらに別の側面によると、第２のバイアスレベルは、第１の期間において、基板に印加されるとしてよい。
【0027】
この実施形態例のさらに別の側面によると、ＲＦ波形はさらに、第３の期間において第３の電力レベルを含むとしてよく、第３の電力レベルは、第１および第２の電力レベルよりも低いとしてよく、第３の期間は、第２の期間より後であり、第１のバイアスレベルは、第３の期間において、基板に印加されるとしてよい。
【0028】
この実施形態例のさらに別の側面によると、プラズマは、第３の期間において、消滅させない。
【図面の簡単な説明】
【0029】
本開示をさらに深く理解していただくべく、以下では添付図面を説明する。添付図面は、必ずしも実寸に即したものではない。また、添付図面は、本開示を限定するものと解釈されるべきではなく、一例に過ぎない。【図1A】本開示の一実施形態に係るプラズマ処理システムの一例を示す図である。
【図1B】本開示の別の実施形態に係るプラズマ処理システムの別の一例を示す図である。
【図2A】振幅が単一のＲＦ源が生成する先行技術に係る波形を示す図である。
【図2B】バイアス電源が生成する先行技術に係る波形を示す図である。
【図3】（Ａ）は、本開示の一実施形態に係るＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図であり、（Ｂ）は、本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形を示す図であり、（Ｃ）は、本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成する別のバイアス電圧波形を示す図である。
【図4】（Ａ）から（Ｃ）は、本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図5】（Ａ）から（Ｃ）は、本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図6】本開示の別の実施形態に係るマルチセットポイントＲＦ電力および制御信号波形を示す図である。
【図7】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図8A】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図8B】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図9A】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図9B】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図10A】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図10B】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図10C】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図10D】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図11A】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図11B】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図11C】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図11D】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図11E】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図12A】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図12B】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図12C】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図12D】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図13A】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図13B】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図13C】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図13D】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図13E】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図14A】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図14B】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図14C】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図14D】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【図14E】本開示の別の実施形態に係るバイアス電源が生成するバイアス電圧波形およびＲＦ源が生成するＲＦ電力波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
本明細書では、プラズマを利用するシステムで基板を処理する新しい技術の実施形態を幾つか紹介する。説明を明確且つ簡潔にするべく、基板に対して行われる処理は、ドーピング処理、エッチング処理および成膜処理に重点を置いて説明するとしてよい。しかし、本開示は、基板表面のパッシベーションを含む他の種類の処理を排除するものではない。したがって、本開示で説明するシステムは、特定の処理を実行する特定のシステム（例えば、ドーピングシステム、エッチングシステム、成膜システム等）に限定される必要はない。
【0031】
本明細書で開示するシステムは、プラズマを生成するプラズマ源を１以上の備えるとしてよい。説明を明確且つ簡潔にするべく、本開示では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源に重点を置いて説明する。しかし、当業者であれば、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、ヘリコンプラズマ源、マイクロ波（ＭＷ）プラズマ源、グロー放電プラズマ源、および、その他の種類のプラズマ源を含む他のプラズマ源も、本開示で排除されるわけではないと理解されたい。プラズマ源は、基板を処理する領域の近くまたは当該領域に近接して設けられているとしてよい。これに代えて、プラズマ源は、リモートプラズマ源であってもよく、基板を処理する領域とは離れているとしてもよい。プラズマ源に供給される電力は、連続しているとしてもよいし、パルス状でもよく、正バイアスまたは負バイアスのＤＣ電力またはＲＦ電力であってもよい。説明を明確且つ簡潔にするべく、本開示は、パルス状のＲＦ電力がＩＣＰ源に供給される場合に重点を置いて説明する。
【0032】
本開示において「一実施形態」または「実施形態」という場合、当該実施形態に関連付けて説明している特定の特徴、構造または特性が、本開示の少なくとも一の実施形態に含まれていることを意味する。本明細書では「一実施形態において」という表現が何度も登場するが、必ずしも全てが同じ実施形態を意味しているものではない。
【0033】
本開示に係る方法を構成する各段階は任意の順序で実行されるとしてよく、および／または、本明細書で開示しているシステムまたは技術が利用可能である限りにおいて、同時に実行するとしてもよいことを理解されたい。さらに、本開示に係るシステムおよび方法は、本明細書で開示しているシステムまたは方法が利用可能である限りにおいて、説明した実施形態のうち任意のもの、または、全てを含むものと理解されたい。
【0034】
本教示内容は、添付図面に図示している実施形態例を参照しつつ、より詳細に後述される。本教示内容はさまざまな実施形態および例に基づいて説明するが、本教示内容はこのような実施形態に限定されないものとする。また、本教示内容は、当業者であれば想到するように、さまざまな代替例、変形例および均等例を含むものである。当業者であれば、本明細書の教示内容に基づき、さらに実施例、変形例および実施形態が存在することを認めるであろうし、また、他の利用分野についても想到するであろう。これらはすべて、本明細書に記載されている本開示の範囲内に含まれるものである。例えば、本発明に係るプラズマ処理システムで電荷を中性化する方法を任意の種類のプラズマ源と共に利用し得るものと理解されたい。
【0035】
多くのプラズマ処理システムは、一連のパルスをプラズマ源に印加してパルス状のプラズマを発生させるパルス状動作モードで動作する。また、プラズマ源のパルスのオン期間に、プラズマ処理中の基板に一連のパルスを印加するとしてもよい。これによって、基板にバイアスをかけて、イオンを誘引して、注入処理、エッチング処理または成膜処理を行う。パルス状動作モードでは、プラズマ源のパルスのオン期間において、プラズマ処理中の基板に電荷が蓄積される傾向がある。電荷は、プラズマ源のパルスのデューティーサイクルが比較的低い場合（つまり、約２５％未満、場合によっては、２％未満、処理パラメータによる）、プラズマ内の電子によって効率的に中性化される傾向にあり、帯電効果は最小限に抑えられる。
【0036】
しかし、今日では、比較的高いデューティーサイクル（つまり、約２％を上回るデューティーサイクル）のパルス状動作モードでプラズマ処理を行うことが求められている。このように高いデューティーサイクルは、所望のスループットを実現し、一部の最新型デバイスで必要となるエッチングレート、成膜レートおよびドーピングレベルを維持するために必要である。例えば、一部の最新型デバイスについては、２％を超えるデューティーサイクルでプラズマドーピングを行うことによって、ポリシリコンゲートドーピングおよびカウンタドーピングを実行することが望ましい。また、処理スループットを許容可能な水準まで高めるためには、２％を超えるデューティーサイクルで多くのプラズマエッチング処理および成膜処理を実行することが望ましい。
【0037】
デューティーサイクルが高くなって約２％を超えると、プラズマ処理中の基板上にある電荷がプラズマ源のパルスのオフ期間で中性化される期間が比較的短くなる。この結果、プラズマ処理中の基板で電荷が蓄積または増大し、プラズマ処理中の基板上の電位電圧が比較的高くなり、プラズマ処理が不均一になったり、アーク放電が発生したり、基板が損傷したりしてしまう。例えば、薄いゲート誘電体を含む基板は、電荷の増大が過剰になると、容易に損傷してしまう。
【0038】
本発明は、プラズマ処理中に電荷を中性化する方法および装置に関する。本発明に係る方法および装置によれば、帯電効果によって発生する損傷の可能性を低減することによって、デューティーサイクルを高くしてもプラズマ処理が実行可能になる。特に、本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理中の電荷蓄積を少なくとも部分的に中性化するべく、プラズマ源に印加されるＲＦ電力を変化させるＲＦ電源を備える。また、プラズマ処理中の基板に対するバイアス電圧は、少なくとも部分的に電荷蓄積を中性化するべく、変化させることが可能である。さらに、本発明の一部の実施形態によると、プラズマ源に印加されるＲＦ電力パルスおよび基板に印加されるバイアス電圧は、タイミングが同期しており、プラズマ源に印加されるＲＦ電力パルスと、プラズマ処理中の基板に印加されるバイアス電圧との間の相対タイミングは、基板上の電荷蓄積を少なくとも部分的に中性化するべく、および／または、特定の処理目標を実現するべく、変化させる。
【0039】
より具体的には、さまざまな実施形態によると、一または複数のＲＦ電源を利用して、プラズマ処理中の基板に対するバイアスおよびプラズマ源に対する電力を個別に印加して、少なくとも部分的にプラズマ処理中に電荷を中性化する。また、さまざまな実施形態によると、プラズマ処理中に基板に印加されるバイアス電圧およびプラズマ源に印加されるＲＦ電力は、プラズマ処理中に電荷を少なくとも部分的に中性化するべく、相対的なタイミングで印加される。
【0040】
本発明に係る方法および装置は、電荷を中性化することに加えて、特定の処理目標を実現するべく、プラズマ処理が終了した期間（つまり、パルスオフ期間）においてＲＦ源に対する電力および基板に印加されるバイアスのうち少なくとも一方を正確に制御することができる。例えば、本発明に係る方法および装置は、基板表面上で化学反応を発生させるように、パルスオフ期間において、ＲＦ源に対する電力および基板に印加されるバイアス電圧のうち少なくとも一方を正確に制御することができる。このような機能によって、スループットが改善され、一部のエッチング処理および成膜処理では処理制御が良好になる。
【0041】
また、本発明に係るプラズマドーピングを行う方法および装置は、プラズマドーピング中に維持されるドーズ量を改善するべく、パルスオフ期間において、ＲＦ源に対する電力および基板に印加されるバイアス電圧のうち少なくとも１つを正確に制御することができる。この結果ドーズ量が改善され、注入時間が短縮されるので、プラズマドーピングのスループットが高くなる。本発明に係る方法および装置は、電荷を中性化することに加えて、本明細書で説明するように、側壁プラズマドーピングプロフィールおよび逆行性ドーピングプロフィールを改善するノックオン型のイオン注入メカニズムを実現するべく、プラズマドーピングが終了している期間において、ＲＦ源に対する電力および基板に印加されるバイアスのうち少なくとも１つを正確に制御することができる。
【0042】
図１Ａを参照すると、本開示の一実施形態に係るプラズマ処理システム１００が図示されている。これは、本開示にしたがって、イオン注入、成膜およびエッチング等のプラズマ処理を実行可能な装置の構成として可能な多くの例のうち１つに過ぎないと理解されたい。特に、本開示に係るプラズマ処理システムと共に利用可能なプラズマ源として多くのものが利用可能であると理解されたい。図１Ａに示すプラズマ源は、平面ＲＦコイルおよびらせん状ＲＦコイルを備える。他の実施形態では、一の平面ＲＦコイルまたはらせん状ＲＦコイルを備える。更に他の実施形態では、容量結合プラズマ源または電子サイクロトロン共鳴プラズマ源を備える。当業者であれば、多くの種類の均等なプラズマ源があることに想到するであろう。
【0043】
プラズマ処理システム１００は、導電性の上部、ならびに、平面ＲＦコイルおよびらせん状ＲＦコイルの両方を有する誘導結合プラズマ源１０１を備える。同様のＲＦ誘導結合プラズマ源は、本願の譲受人に譲渡されている米国特許出願第１０／９０５，１７２号（出願日：２００４年１２月２０日、発明の名称：「導電性の上部を備えるＲＦプラズマ源」）に記載されている。米国特許出願第１０／９０５，１７２号の明細書は全て、参照により本願に組み込まれる。プラズマ処理システム１００に含まれるものとして図示されているプラズマ源１０１は、均一性が非常に高いイオン束を供給できるので、処理の均一性を非常に高める必要があるプラズマドーピングおよびその他の高精度プラズマ処理に非常に適している。また、プラズマ源１０１は、二次電子放出によって発生する熱を効果的に放熱するので、高電力プラズマ処理での有用性が高い。
【0044】
より具体的には、プラズマ処理システム１００は、外部ガス供給源１０４が供給する処理ガスを含むプラズマチャンバ１０２を備える。外部ガス供給源１０４は、比例弁１０６を介してプラズマチャンバ１０２に結合されており、処理ガスをプラズマチャンバ１０２に供給する。一部の実施形態によると、ガスバッフルを利用して、プラズマ源１０１へとガスを分散させる。圧力ゲージ１０８は、プラズマチャンバ１０２内部の圧力を測定する。プラズマチャンバ１０２の排気口１１０は、プラズマチャンバ１０２から排気する真空ポンプ１１２に結合されている。排気バルブ１１４は、排気口１１０を通る排気コンダクタンスを制御する。
【0045】
ガス圧制御部１１６は、比例バルブ１０６、圧力ゲージ１０８、および、排気バルブ１１４に電気接続されている。ガス圧制御部１１６は、圧力ゲージ１０８に応じて排気コンダクタンスおよび処理ガスの流量をフィードバックループで制御することによってプラズマチャンバ１０２内の圧力を所望のレベルに維持する。排気コンダクタンスは、排気バルブ１１４によって制御される。処理ガスの流量は、比例バルブ１０６によって制御される。
【0046】
一部の実施形態によると、主要ドーパント種を供給する処理ガスに沿って結合されているマスフローメータによって微量ガス種の比率制御を処理ガスについて行う。また、一部の実施形態によると、別のガス注入手段を利用して、インサイチュで種を調整する。さらに、一部の実施形態によると、マルチポートガス注入手段を用いて、中性の化学効果が基板全体で変化するガスを供給する。
【0047】
プラズマチャンバ１０２は、略水平方向に延在する誘電体材料で形成された第１の部分１２０を含むチャンバ上部１１８を有する。チャンバ上部１１８の第２の部分１２２は、略垂直方向に第１の部分１２０から延在している誘電体材料で形成された部分である。第１の部分１２０および第２の部分１２２は、本明細書において、総称して誘電体ウィンドウと呼ぶ場合もある。チャンバ上部１１８については、多くの変更例があると理解されたい。例えば、第１の部分１２０は、略曲線状に延在した誘電体材料で構成されている部分であり、第１の部分１２０および第２の部分１２２は、米国特許出願第１０／９０５，１７２号で説明されているように、直交していない。当該特許文献は、参照により本願に組み込まれる。他の実施形態によると、チャンバ上部１１８は、平面のみで構成される。
【0048】
第１の部分１２０および第２の部分１２２の形状および寸法は、特定の性能を実現するように選択され得る。例えば、当業者であれば理解されるであろうが、チャンバ上部１１８の第１の部分１２０および第２の部分１２２の寸法は、プラズマの均一性を高めるように選択され得る。一実施形態によると、垂直方向における第２の部分１２２の高さの、水平方向における第２の部分１２２の長さに対する比率は、プラズマを均一化するように調整される。例えば、一の特定の実施形態によると、垂直方向における第２の部分１２２の高さの、水平方向における第２の部分１２２の長さに対する比率は、１．５から５．５の範囲内である。
【0049】
第１の部分１２０および第２の部分１２２の誘電体材料は、ＲＦアンテナからチャンバ１０２内のプラズマへとＲＦ電力を伝達する媒体である。一実施形態によると、第１の部分１２０および第２の部分１２２を形成するために利用する誘電体材料は、処理ガスに対する化学的耐性が高く、熱特性が良好な、非常に純度の高いセラミック材料である。例えば、一部の実施形態によると、誘電体材料は、９９．６％のＡｌ２Ｏ３またはＡｌＮである。他の実施形態によると、誘電体材料は、イットリア（Ｙｉｔｔｒｉａ）およびＹＡＧである。
【0050】
チャンバ上部１１８の蓋部１２４は、導電材料で形成されており、水平方向に第２の部分１２２を横断するように延在する。多くの実施形態によると、蓋部１２４を形成するために用いられる材料の導電率は、熱負荷を放散し、且つ、二次電子放出に起因する帯電効果を最小限に抑えるために十分な高さとなる。通常は、蓋部１２４を形成するために用いられる導電材料は、処理ガスに対して化学的に耐性を持つ。一部の実施形態によると、導電材料は、アルミニウムまたはシリコンである。
【0051】
蓋部１２４は、フッ化炭素ポリマーから成るハロゲン耐性のＯリング、例えば、ケムラッツ（Ｃｈｅｍｒｚ）（商標）および／またはカルレッツ（Ｋａｌｒｅｘ）（商標）といった材料で形成されるＯリングで第２の部分１２２に結合され得る。蓋部１２４は通常、第２の部分１２２に対する押圧を最小限に抑えるように、且つ、第２の部分に蓋部１２４を封着するために十分な押圧を加えるように、第２の部分１２２に取り付けられる。一部の動作モードでは、蓋部１２４は、図１Ａに示すように、ＲＦ接地およびＤＣ接地されている。
【0052】
一部の実施形態によると、チャンバ１０２は、金属汚染を防止または大幅に低減するために配置されているライナー１２５を含む。ライナー１２５は、プラズマ中のイオンがプラズマチャンバ１０２の金属内壁に衝突することによって金属がスパッタリングされるが、この金属からプラズマチャンバ１０２の内側を高低線上で保護する。このようなライナーは、米国特許出願第１１／６２３，７３９号（出願日：２００７年１月１６日、発明の名称：「金属汚染を低減するためのライナーを備えたプラズマ源」）に記載されている。当該出願は、本願の譲受人に譲渡されている。米国特許出願第１１／６２３，７３９号の明細書は全て、参照により本願に組み込まれる。
【0053】
さまざまな実施形態によると、ライナーは、一体型のプラズマチャンバライナーであるか、または、別箇のプラズマチャンバライナーである。多くの実施形態によると、プラズマチャンバライナー１２５は、アルミニウム等の金属系材料で形成される。これらの実施形態では、プラズマチャンバライナー１２５の少なくとも内側の面１２５´が、プラズマチャンバライナーの構成材料のスパッタリングを防ぐハードコーティング材料を含む。
【0054】
一部のプラズマ処理、例えば、プラズマドーピング処理は、二次電子放出のために、プラズマ源１０１の内側の面に分布する熱が非常に不均一になる。一部の実施形態によると、プラズマチャンバライナー１２５は、温度制御されるプラズマチャンバライナー１２５である。また、一部の実施形態によると、蓋１２４は、処理中に発生する熱負荷を放散させるべく、蓋部１２４および周囲領域の温度を制御する冷却システムを有している。冷却システムは、冷却剤源から液体冷却剤を循環させる蓋１２４内に設けられた冷却路を含む流体冷却システムであってよい。
【0055】
ＲＦアンテナは、チャンバ上部１１８の第１の部分１２０および第２の部分１２２のうち少なくとも一方に近接して配置される。図１Ａのプラズマ源１０１では、互いに電気的に絶縁されている２つの別箇のＲＦアンテナが図示されている。しかし、他の実施形態によると、２つの別箇のＲＦアンテナは、電気接続されている。図１Ａに示す実施形態では、複数回巻き回されている平面コイルＲＦアンテナ１２６（平面アンテナまたは水平アンテナとも呼ばれる）は、チャンバ上部１１８の第１の部分１２０に隣接して配置されている。さらに、複数回巻き回された、らせん状コイルＲＦアンテナ１２８（らせん状アンテナまたは垂直アンテナとも呼ばれる）は、チャンバ上部１１８の第２の部分１２２の周囲を取り囲むように設けられている。
【0056】
一部の実施形態によると、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち少なくとも一方は、実効アンテナコイル電圧を低減するキャパシタ１２９で終端している。「実効アンテナコイル電圧」という用語は、本明細書では、ＲＦアンテナ１２６、１２８における電圧降下を意味するものと定義される。言い換えると、「実効コイル電圧」は、プラズマ内のイオンにかかる電圧または「イオンから見た」電圧である。
【0057】
また、一部の実施形態によると、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち少なくとも一方は、Ａｌ２Ｏ３である誘電体ウィンドウの材料の誘電率と比べて、比較的低い誘電率を持つ誘電体層１３４を含む。比較的低い誘電率を持つ誘電体層１３４は、実効アンテナコイル電圧を低減する容量性分圧器を実質的に構成している。また、一部の実施形態によると、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち少なくとも一方は、実効アンテナコイル電圧を低減するファラデーシールド１３６を含む。
【0058】
ＲＦ源１３０は、例えば、ＲＦ電源等であり、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち少なくとも一方に電気接続されている。多くの実施形態によると、ＲＦ源１３０は、ＲＦ源１３０からＲＦアンテナ１２６、１２８に伝達される電力を最大限に大きくするべく、ＲＦ源１３０の出力インピーダンスをＲＦアンテナ１２６、１２８のインピーダンスに整合させるインピーダンス整合ネットワーク１３２によってＲＦアンテナ１２６、１２８に結合されている。インピーダンス整合ネットワーク１３２の出力から平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８へと延びている点線は、インピーダンス整合ネットワーク１３２の出力から、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち一方または両方に、電気接続が成されることを意味している。
【0059】
一部の実施形態によると、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち少なくとも一方は、液体冷却が可能なように形成されている。平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち少なくとも一方を冷却することにより、ＲＦアンテナ１２６、１２８で伝達されるＲＦ電力によって発生する温度勾配を小さくする。
【0060】
一部の実施形態によると、プラズマ源１０１は、プラズマ点火器１３８を備える。プラズマ源１０１では、多くの種類のプラズマ点火器を利用することができる。一実施形態によると、プラズマ点火器１３８は、ストライクガスの貯蔵部１４０を有している。ストライクガスは、非常にイオン化傾向の高いアルゴン（Ａｒ）等のガスであり、プラズマの点火を行い易くする。貯蔵部１４０は、コンダクタンスの高いガス接続でプラズマチャンバ１０２に結合されている。破裂弁１４２によって、処理チャンバ１０２と貯蔵部１４０とが分離している。別の実施形態によると、ストライクガス源は、コンダクタンスの低いガス接続を利用して、破裂弁１４２に直接導管されている。一部の実施形態によると、貯蔵部１４０の一部分は、最初の高流量での爆発的な流れの後はストライクガスの流量を安定化させる、制限コンダクタンスの開口部または絞り弁によって分離されている。
【0061】
プラテン１４４は、プラズマ源１０１の上側部分１１８の下方で、処理チャンバ１０２内に配置されている。プラテン１４４は、プラズマ処理を行うべく基板１４６を保持する。多くの実施形態によると、基板１４６は、プラテン１４４に電気接続される。図１Ａに示す実施形態によると、プラテン１４４は、プラズマ源１０１に平行である。しかし、本発明の一実施形態によると、プラテン１４４をプラズマ源１０１に対して傾斜させて、さまざまな処理目標を実現する。
【0062】
プラテン１４４は、処理対象の基板１４６または他のワークピースを支持するために用いられる。一部の実施形態によると、プラテン１４４は、少なくとも一の方向において基板１４６を並進、走査、または、振動させる移動可能なステージに機械的に結合されている。一実施形態によると、移動可能なステージは、基板１４６を揺動または振動させる搖動生成器または振動生成器である。並進、搖動および／または振動といった運動は、シャドーイング効果を低減または消去させることができ、基板１４６の表面に当てるイオンビーム束の均一性を改善することができる。
【0063】
バイアス電圧電源１４８は、プラテン１４４に電気接続されている。バイアス電圧電源１４８は、プラテン１４４および基板１４６にバイアスを印加して、プラズマ内のイオンをプラズマから抽出して基板１４６に当てるべく利用される。さまざまな実施形態によると、イオンは、プラズマドーピング用のドーパントイオンであってもよいし、エッチングおよび成膜用の不活性イオンまたは反応性イオンであってもよい。さまざまな実施形態によると、バイアス電圧電源１４８は、ＤＣ電源、パルス状電源、または、ＲＦ電源である。本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態によると、バイアス電圧電源１４８の出力波形は、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８の少なくとも一方に電力を供給するＲＦ源１３０の出力波形とは無関係に決定される。本発明に係るプラズマ処理装置の別の実施形態によると、バイアス電圧電源１４８の出力波形は、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８の少なくとも一方に電力を供給するＲＦ源１３０の出力波形と同期するように決定される。バイアス電圧電源１４８およびＲＦ源１３０は、２つの異なる出力を持つ物理的に同じ電源であってもよいし、複数の別箇の電源であってもよい。
【0064】
コントローラ１５２は、本発明に応じて、ＲＦ電源１３０およびバイアス電圧電源１４８を制御して、プラズマを生成するとともに基板１４６にバイアスをかけて、プラズマ処理中に少なくとも部分的に電荷蓄積を中性化するために利用される。コントローラ１５２は、電源１３０、１４８の一部であってもよいし、電源１３０、１４８の制御入力に電気接続されている別のコントローラであってもよい。コントローラ１５２は、ＲＦ電源１３０を制御して、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８の一方または両方に、少なくとも２つの異なる振幅を持つパルスを印加する。また、コントローラ１５２は、ＲＦ電源１３０およびバイアス電圧電源１４８を制御して、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち少なくとも一方に、そして、基板１４６にも、プラズマ処理中に少なくとも部分的に電荷蓄積を中性化するような相対タイミングで、パルスを印加する。
【0065】
当業者であれば、本発明の特徴に応じて利用可能なプラズマ源１０１の変形例には、多くの異なるものがあることに想到するであろう。例えば、米国特許出願第１０／９０８，００９号（出願日：２００５年４月２５日、発明の名称：「傾斜プラズマドーピング」）に記載されているプラズマ源の説明を参照されたい。また、米国特許出願第１１／１６３，３０３号（出願日：２００５年１０月１３日、発明の名称：「コンフォーマルドーピングの装置および方法」）に記載されているプラズマ源の説明を参照されたい。また、米国特許出願第１１／１６３，３０７号（出願日：２００５年１０月１３日、発明の名称：「コンフォーマルドーピングの装置および方法」）に記載されているプラズマ源の説明を参照されたい。また、米国特許出願第１１／５６６，４１８号（出願日：２００６年１２月４日、発明の名称：「注入角度が電子的に制御可能なプラズマドーピング」）に記載されているプラズマ源の説明を参照されたい。米国特許出願第１０／９０８，００９号、第１１／１６３，３０３号、第１１／１６３，３０７号、第１１／５６６，４１８号の全ての明細書は、参照により本願に組み込まれる。
【0066】
動作について説明すると、コントローラ１５２は、ＲＦアンテナ１２６および１２８のうち少なくとも一方を伝搬するＲＦ電流を生成するようＲＦ源１３０に指示する。つまり、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち少なくとも一方は、能動アンテナである。「能動アンテナ」という用語は、本明細書では、電源によって直接駆動されるアンテナと定義される。本発明に係るプラズマ処理装置の多くの実施形態によると、ＲＦ源１３０は、パルス状モードで動作する。しかし、ＲＦ源１３０はさらに、連続モードでも動作することができる。
【0067】
一部の実施形態によると、平面コイルアンテナ１２６およびらせん状コイルアンテナ１２８の一方は、寄生アンテナである。「寄生アンテナ」という用語は、本明細書では、能動アンテナと電磁的に結合しているが電源に直接接続されていないアンテナを意味するものとして定義される。言い換えると、寄生アンテナは、電源によって直接励起されるものではなく、近接して設けられている能動アンテナによって励起される。図１Ａに示す装置では、能動アンテナは、ＲＦ源１３０から電力供給される平面コイルアンテナ１２６およびらせん状コイルアンテナ１２８のうち一方である。本発明の一部の実施形態によると、寄生アンテナの一端は、アンテナチューニング機能を実現するべく、接地電位に電気接続される。本実施形態によると、寄生アンテナは、寄生アンテナのコイルの有効巻き数を変更するために利用されるコイル調整部１５０を含む。金属短絡部等、多くのさまざまな種類のコイル調整部を利用することができる。
【0068】
ＲＦアンテナ１２６、１２８内を流れるＲＦ電流によって、チャンバ１０２内にＲＦ電流を流す。チャンバ１０２内のＲＦ電流は、処理ガスを励起およびイオン化して、チャンバ１０２内のプラズマを生成する。プラズマチャンバライナー１２５は、プラズマ内のイオンによってスパッタリングされた金属が、基板１４６に到達しないようにする。
【0069】
コントローラ１５２はさらに、プラズマ内のイオンを基板１４６に向けて誘引する負電圧パルスで、基板１４６にバイアスをかけるように、バイアス電圧電源１４８に指示する。負電圧パルスが印加されている間、プラズマシース内の電界は、プラズマ処理を行うべく、基板１４６に向けてイオンを加速する。例えば、プラズマシース内の電界は、基板１４６に向けてイオンを加速することで、基板１４６の表面内にイオンを注入するか、基板１４６の表面をエッチングするか、エッチングまたは成膜を行うべく基板１４６の表面で化学反応を発生させるか、または、基板１４６の表面上に薄膜を成長させるか、いずれかの処理を行う。一部の実施形態によると、イオンのエネルギーを増大させるべく、プラズマ内のイオンを基板１４６に向けて抽出する場合には、グリッドを利用する。
【0070】
図１Ｂは、本発明に係る、電荷中性化を行うプラズマ処理システム１７０の別の実施形態を示す図である。プラズマ処理システム１７０は、容量性ＲＦ放電システムである。容量性ＲＦ放電プラズマ処理システムは、関連産業分野で公知である。プラズマ処理システム１７０は、プラズマ放電領域を通るマスフローコントローラから供給ガスを受け取る処理ガス入口１７４を持つ処理チャンバ１７２を備える。処理チャンバ１７２はさらに、流出ガスを排出する真空ポンプに結合されている排気口１７５を備える。通常は、チャンバ１７２内の圧力を制御するべく真空ポンプに結合されている排気口１７５内にスロットルバルブを配置する。動作中の圧力は通常、１０−１０００ｍＴの範囲内である。
【0071】
プラズマ処理システム１７０は、平行プレート電極１７６と呼ばれることが多い、２つの平面状の電極を備える。平行プレート電極１７６は、ＲＦ源１７８によって駆動される。平行プレート電極１７６は、互いに２−１０ｃｍ内の間隙で離間させている。ＲＦ源１７８の出力と、平行プレート電極１７６との間には、遮蔽キャパシタ１８０が電気接続されている。遮蔽キャパシタ１８０は、駆動信号からＤＣ信号および低周波数信号を除去するために用いられる。ＲＦ駆動信号は通常、１００−１０００Ｖの範囲内にある。平行プレート電極１７６は通常、１３．５６ＭＨｚ信号で駆動されるが、他の周波数も適切である。
【0072】
従来の容量性ＲＦ放電プラズマ処理システムでは、基板は下側の平行プレート上に直接配置されていた。しかし、プラズマ処理システム１７０は、下側プレートと基板１８４との間に配置される絶縁体１８２を備える。絶縁体１８２によって、ＲＦ源１７８が駆動する平行プレート電極１７６とは無関係に、基板１８４にバイアスをかけることができるようになる。別個の基板バイアス電圧電源１８６を用いて、基板１８４にバイアスをかける。基板バイアス電圧電源１８６の出力は、絶縁体１８２内に配置される基板１８４に電気接続される。
【0073】
コントローラ１８８は、本発明に応じて、ＲＦ電源１８６およびバイアス電圧電源１８６を制御して、プラズマを生成するとともに基板１８４にバイアスをかけて、プラズマ処理中に少なくとも部分的に電荷蓄積を中性化するために利用される。コントローラ１８８は、電源１７８、１８６の一部であってもよいし、または、電源１７８、１８６の制御入力に電気接続されている別のコントローラであってもよい。コントローラ１８８は、ＲＦ電源１７８を制御して、少なくとも２つの異なる振幅を持つマルチレベルＲＦパルスを平行プレート電極１７６に印加する。また、コントローラ１８８は、本発明に応じて、ＲＦ電源１７８およびバイアス電圧電源１８６を制御して、プラズマ処理中に電荷蓄積を少なくとも部分的に中性化するような相対タイミングで、ＲＦパルスを平行プレート電極１７６に印加する。
【0074】
プラズマ処理システム１７０の動作は、プラズマ処理システム１００の動作と同様である。コントローラ１８８は、平行プレート電極１７６に伝搬するＲＦ電流を生成して、供給ガスから平行プレート間でプラズマを生成するように、ＲＦ源１７８に指示する。コントローラ１８８はさらに、プラズマ内のイオンを基板１８４に向けて誘引する負電圧パルスで基板１８４にバイアスをかけるように、バイアス電圧電源１８６に指示する。負電圧パルスを印加している間、プラズマシース内の電界は、プラズマ処理を実行するべく基板１８４に向けてイオンを加速する。例えば、プラズマシース内の電界は、基板１８４に向けてイオンを加速することで、基板１８４の表面内にイオンを注入するか、基板１８４の表面をエッチングするか、エッチングまたは成膜を行うべく基板１８４の表面で化学反応を発生させるか、または、基板１８４の表面上に薄膜を成長させるか、いずれかの処理を行う。
【0075】
ＲＦ源１７８およびバイアス電圧電源１８６は所与の処理条件で動作する場合、基板１８４上に電荷が蓄積する可能性がある。基板１８４で電荷が蓄積すると、プラズマ処理中の基板１８４の電位電圧が比較的高くなり、処理が不均一になり、アーク放電が発生し、素子の損傷が発生し得る。基板１８４上での電荷の蓄積は、本発明によると、ＲＦ源１７８でマルチレベルＲＦ波形を生成するとともに、基板１８４にバイアスをかけることによって、大きく低減され得る。また、処理速度および処理プロフィールといった処理目標は、本発明によると、ＲＦ源１７８でマルチレベルＲＦ波形を生成するとともに、基板１８４にバイアスをかけることによって、実現することができる。
【0076】
本発明に係る方法および装置は、他にも多くの種類のプラズマ処理システムに適用され得る。例えば、本発明に係る方法および装置は、ＥＣＲプラズマ処理システム、ヘリコンプラズマ処理システム、および、ヘリコン共振プラズマ処理システムに適用され得る。こういったシステムではそれぞれ、ＲＦ源が、少なくとも２つのＲＦ電力レベルを持つ多重振幅パルス状ＲＦ波形を生成する。また、多くの実施形態では、コントローラでプラズマ源を駆動するＲＦ波形に同期しているバイアス電圧波形を生成するバイアス電圧電源によって基板にバイアスをかける。
【0077】
図２Ａを参照すると、ＲＦ源１３０によって生成され、振幅が単一であり、条件によっては基板１４６（図１Ａ）に電荷が蓄積される従来の波形２００が図示されている。波形２００は、電力レベルＰＲＦ２０２のパルスでプラズマが生成されるまで、接地電位である。電力レベルＰＲＦ２０２は、プラズマドーピング処理、および、多くのプラズマエッチング処理、および、プラズマ成膜処理に適切な電力レベルが選択される。パルスは、パルス期間ＴＰ２０４が経過すると終了して、接地電位に戻る。その後、波形は周期的に繰り返す。
【0078】
図２Ｂを参照すると、プラズマ処理中にプラズマ内のイオンを誘引するべく負電圧２５２を基板１４６（図１Ａ）に印加するバイアス電圧源１４８によって生成された従来の波形２５０が図示されている。負電圧２５２は、ＲＦ源１３０が生成する波形２００が電力レベルＰＲＦ２０２に等しい電力を持つ期間Ｔ１ ２５４において印加される。負電圧２５２は、プラズマ処理を行うべく基板１４６にプラズマ内のイオンを誘引する。波形２００は、プラズマ処理が終了する期間Ｔ２ ２５６では、接地電位となる。デューティーサイクルが比較的高い場合（つまり、約２５％を超える場合、場合によっては、約２％を超える場合）、ＲＦ源１３０が生成した波形２５０の電力が電力レベルＰＲＦ２０２に等しい電力となるパルス期間Ｔ１ ２５４において基板１４６に電荷が蓄積する傾向がある。
【0079】
本発明に係る方法および装置によれば、帯電効果に起因して損傷が発生する確率を低減しつつ、プラズマドーピング、プラズマエッチングおよびプラズマ成膜等のプラズマ処理を、高いデューティーサイクルで実行することが可能になる。本発明に係る多くの方法では、基板１４６上の電荷の蓄積を少なくとも部分的に中性化するべく、プラズマ源１０１に電力を供給し、処理中の基板１４６にバイアスをかける。
【0080】
図３の（Ａ）を参照すると、本発明に係るＲＦ源１３０（図１Ａ）が生成したＲＦ電力波形３００が図示されている。ＲＦ電力波形３００は、基板１４６（図１Ａ）上に蓄積された電荷を少なくとも部分的に中性化するべく複数の振幅を持つ。波形３００は、パルス状波形であり、第１の電力レベル３０２および第２の電力レベル３０４を持つ。各電力レベルは、図中でＰＲＦ１およびＰＲＦ２として図示される。しかし、本発明に係る方法では基板１４６上の電荷蓄積を少なくとも部分的に中性化することを目的として３つ以上の振幅を持つ波形を用いてもよいと理解されたい。また、波形の振幅はそれぞれ離散値であってもよいし、そうでなくてもよいことも理解されたい。例えば、波形は連続して変化する波形であってもよい。つまり、一部の実施形態によると、波形は、正または負の傾斜を持つとしてよい。また、波形の傾きは線形であってもよいし、または、非線形であってもよい。
【0081】
第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２は、基板１４６にプラズマ処理のためのバイアスがかかっていない間に、基板１４６上の電荷蓄積を少なくとも部分的に中性化するために十分なＲＦ電力を供給するように選択されている。第２の電力レベルＰＲＦ２ ３０４は、プラズマドーピング、プラズマエッチング、および、プラズマ成膜等のプラズマ処理に適切な値となるように選択される。さまざまな実施形態によると、ＲＦ源１３０が生成する波形３００は、第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２および第２の電力レベルＰＲＦ２ ３０４を持ち、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８（図１Ａを参照のこと）の一方または両方に印加される。一の特定の実施形態によると、ＲＦ源１３０が生成する波形３００は、第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２である場合には、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち一方に印加され、第２の電力レベルＰＲＦ２ ３０４である場合には、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち他方に印加される。別の特定の実施形態によると、図５の（Ａ）から（Ｃ）に関連付けて説明するように、ＲＦ源１３０が生成する波形３００は、第１の周波数である場合には、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち一方に印加され、第１の周波数とは異なる第２の周波数である場合には、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち他方に印加される。
【0082】
図３の（Ａ）に示す波形３００によると、第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２が第２の電力レベルＰＲＦ２ ３０４よりも高いことが分かる。しかし、他の実施形態によると、第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２は、第２の電力レベルＰＲＦ２ ３０４未満である。また、一部の実施形態によると、図６に関連付けて説明しているように、波形３００は、基板１４６にプラズマ処理のためのバイアスをかけていない場合に、ゼロまたは比較的低い電力レベルである第３の電力レベルとなる。
【0083】
波形３００はさらに、波形３００の電力が第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２に等しい期間に対応する第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６と、波形の電力が第２の電力レベルＰＲＦ２ ３０４に等しい期間に対応する第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８とを含む。波形３００の合計多重振幅パルス期間ＴＴｏｔａｌ３１０は、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６と第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８との合計である。例えば、一実施形態によると、第１および第２のパルス期間ＴＰ１ ３０６、ＴＰ２ ３０８は共に、３０−５００μｓの範囲内であり、合計多重振幅パルス期間ＴＴｏｔａｌ３１０は、６０μｓ−１ｍｓの範囲内である。他の実施形態によると、合計多重振幅パルス期間ＴＴｏｔａｌ３１０は、１ｍｓ以上のオーダであってよい。
【0084】
図３の（Ａ）からは、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６における波形３００の周波数が、第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８の間の波形３００の周波数と同じであることが分かる。しかし、さまざまな実施形態によると、図５の（Ａ）から（Ｃ）に関連付けて説明しているように、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６における波形３００の周波数は、第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８における波形３００の周波数とは異なるとしてもよいと理解されたい。また、波形３００の周波数は、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６および第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８のうち少なくとも一方で変化させるとしてよい。
【0085】
このように、一部の実施形態によると、波形３００は、周波数および振幅の両方について、プラズマ処理中の電荷蓄積を少なくとも部分的に中性化するように選択されている複数の値に設定する。また、一部の実施形態によると、波形３００は、周波数および振幅の両方について、プラズマドーピング時に維持するドーズ量等の処理パラメータを改善するように選択される複数の値に設定する。さらに、一部の実施形態によると、波形３００は、周波数および振幅の両方について、特定の処理目標を達成するべく選択される複数の値に設定する。例えば、波形３００は、周波数および振幅の両方について、処理制御を改善し、処理レートを高めるように選択される複数の値に設定する。
【0086】
また、波形３００は、周波数および振幅について、逆行性ドーピングプロフィールを形成するべくノックオンイオン注入を実現できるように選択される複数の値に設定するとしてよい。また、波形３００は、周波数および振幅の両方について、高アスペクト比のエッチングプロフィールの実現等、所与のエッチングプロフィールおよびエッチング処理目標を達成するような複数の値に設定するとしてよい。また、波形３００は、周波数および振幅の両方について、高アスペクト比構造に材料を成膜すること、コンフォーマルまたは略コンフォーマルなコーティングを成膜すること、および、トレンチおよびその他のデバイス構造の間隙を充填すること等、所与の成膜プロフィールおよび処理目標を実現するような複数の値に設定するとしてよい。
【0087】
図３の（Ｂ）を参照すると、本発明にしたがって、イオンを誘引するべくプラズマ処理時に基板１４６に負電圧３５２を印加するバイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成するバイアス電圧波形３５０が図示されている。バイアス電圧波形３５０は、ＲＦ電力波形３００と同期している。しかし、バイアス電圧波形３５０のパルスは、ＲＦ電力波形３００のパルスと必ずしもそろっている必要はないと理解されたい。負電圧３５２は、ＲＦ源１３０が生成する波形３５０が第２の電力レベルＰＲＦ２ ３０４に等しい電力を持つ第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８において印加される。波形３５０は、プラズマ処理が終了し、波形３００が第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２に等しい電力となる第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６において接地電位となる。
【0088】
バイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成する波形３５０が接地電位である期間ＴＰ１ ３０６においてＲＦ源１３０が第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２を印加するように、２つの異なる電力レベルを含む波形をプラズマ源１０１（図１Ａ）に印加することによって、基板１４６（図１Ａ）に蓄積される電荷を中性化し易くなる。対応するプラズマに含まれる電子が、基板１４６に蓄積された電荷のうち少なくとも一部を中性化する。
【0089】
図３の（Ｃ）は、本発明に係るバイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成する波形で、プラズマ処理中にイオンを誘引するべく負電圧３６２を基板１４６に印加して、プラズマ処理が終了した後に基板１４６上の電荷を中性化するべく基板１４６に正電圧３６４を印加する波形３６０を示す図である。負電圧３６２は、ＲＦ源１３０が生成する波形３００が第２の電力レベルＰＲＦ２ ３０４に等しい電力を持つ第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８において印加される。波形３６０は、ＲＦ源１３０が生成する波形３００の電力が第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２に等しい第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６において正電位３６４である。
【0090】
バイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成する波形３６０が正電位３６４である第１の期間ＴＰ１ ３０６においてＲＦ源１３０（図１Ａ）によって第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２が印加されるように、２つの異なる電力レベルを持つ波形をプラズマ源１０１（図１Ａ）に印加することによって、基板１４６（図１Ａ）に蓄積される電荷が中性化される。対応するプラズマに含まれる電子が、基板１４６に蓄積される電荷の少なくとも一部を中性化する。また、基板１４６に印加する正電圧３６４によって、基板１４６上に蓄積される電荷の少なくとも一部を中性化する。
【0091】
図４の（Ａ）から（Ｃ）は、本発明に係る、ＲＦ源１３０（図１Ａ）が生成するＲＦ電力波形４００、および、バイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成するバイアス電圧波形４０２、４０４を示す図である。これらの波形は、図３の（Ａ）から（Ｃ）を参照しつつ説明した波形３００、３５０、および、３６０と同様であるが、波形３００、３５０、および３６０と相対的にタイミングを変えており、第１の電力レベルＰＲＦ１ ３０２および第２の電力レベルＰＲＦ２ ３０４の両方でプラズマ処理を実行するようにしている。本実施形態によると、ＲＦ電力波形４００およびバイアス電圧波形４０２、４０４は、同期しているが、ＲＦ電力波形４００のパルスは、バイアス電圧波形４０２、４０４のパルスとはそろっていない。
【0092】
プラズマ処理中にＲＦ源１３０が生成する電力を変化させることによって、ユーザは、プラズマ処理中に所与の処理目標および効果を実現するべく基板１４６の表面に蓄積されている電荷量をより正確に制御することができるようになる。例えば、第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８の終了近くで電力を高くすることによって、基板１４６に蓄積されている電荷の中性化処理を高めることができる。
【0093】
図５の（Ａ）から（Ｃ）を参照すると、本発明の別の実施形態に係る、ＲＦ源１３０（図１Ａ）が生成する波形であって、周波数が可変のＲＦ電力波形５００と、バイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成する対応するバイアス電圧波形５０２、５０４とが図示されている。波形５００は、図３および図４と関連付けて説明した波形３００、４００と同様である。しかし、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６および第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８のＲＦ電力は、同じであり、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６および第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８の周波数は、異なる。波形５００の周波数が変化すると、イオン／電子の密度が変化するので、電荷中性化効率が変わる。
【0094】
このように、一実施形態によると、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６における波形５００の周波数は、第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８における波形５００の周波数とは異なり、これらの周波数は、プラズマ処理中の電荷蓄積を少なくとも部分的に中性化するように選択される。波形５０２、５０４は、図３に関連付けて説明した波形３５０および３６０と同様である。他の実施形態によると、波形５０２、５０４は、図４に関連付けて説明した波形４０２、４０４の変更と同様に、波形５００と相対的にタイミングを変更する。
【0095】
また、本発明の一の側面によると、ＲＦ源１３０が生成する複数の電力レベル、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６および第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８における波形５００の周波数、および、バイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成する波形に対する波形５００の相対タイミング等のパラメータは、所定の処理目標を実現するように選択される。例えば、バイアス電圧が接地電位である場合にＲＦ源１３０が一の電力レベルを生成するようにＲＦ源１３０で複数の電力レベルを生成することによって、ユーザは、プラズマ処理中に利用する電力を減らすことができ、および／または、処理時間を短縮することができるようになる。これは、一部のプラズマ処理は、バイアス電圧が接地電位である場合に実行されるためである。
【0096】
また、本発明の一実施形態によると、ＲＦ源１３０（図１Ａ）が生成する複数の電力レベルのうち少なくとも１つ、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６および第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８のうち少なくとも一方の期間における波形５００の周波数、および、バイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成する波形に対する波形５００の相対的タイミングは、プラズマドーピングを実行する際に基板１４６（図１Ａ）上で維持されるドーズ量を改善するように選択される。例えば、プラズマ処理時に利用する電力を低減することによって、成膜量が少なくなるので、基板内で維持されるドーズ量は多くなる。動作圧力、ガス流量、希釈ガスの種類、および、プラズマ源の電力もまた、本方法では、維持されるドーズ量をさらに改善するように選択することができる。
【0097】
また、本発明の別の実施形態によると、ＲＦ源１３０（図１Ａ）が生成する複数の電力レベルのうち少なくとも１つ、第１のパルス期間ＴＰ１ ３０６および第２のパルス期間ＴＰ２ ３０８のうち少なくとも一方における波形５００の周波数、および、バイアス電圧源１４８が生成する波形に対する波形５００の相対タイミングは、プラズマ処理中の側壁被覆率を改善するように選択される。「側壁の被覆率を改善する」という表現は、本明細書において、側壁への材料成膜速度の、イオン束に垂直な基板表面への材料成膜速度に対する比率を高くすることを意味するものとする。側壁被覆率を改善することは、コンフォーマルドーピングおよびコンフォーマル成膜等、多くの用途において重要である。例えば、多くの３次元デバイスおよびその他の最先端デバイスでは、コンフォーマルドーピングおよびコンフォーマル成膜が必要となる。
【0098】
また、本発明の別の実施形態によると、プラズマドーピングを実施するべくノックオンイオン注入を実現するように、ＲＦ源１３０（図１Ａ）は、特定の複数の電力レベル、複数の周波数、および、バイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成する波形に対する相対タイミングを持つ波形を生成する。「ノックオンイオン注入」という用語は、本明細書において、基板１４６の表面層を通過するようにイオンを注入して、ドーパント材料を基板１４６に入れ込む反跳イオン注入と定義される。
【0099】
ノックオンイオン注入で利用されるイオンは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅ等の、不活性イオン種であってよく、不活性供給ガスから得られるとしてよい。一部の実施形態によると、ノックオンイオンの質量は、所望のドーパントイオンの質量と同等になるように選択する。ＲＦ源１３０（図１Ａ）は、十分なエネルギーでノックオンイオンを基板１４６（図１Ａ）に向けて、衝突の際に基板１４６（図１Ａ）の平面部分および非平面部分の両方に成膜されたドーパント材料を物理的に打ち込むために十分なＲＦ電力を生成する。また、チャンバ圧、ガス流量、プラズマ源の電力、ガスの希釈、および、パルス状のバイアス印加のデューティーサイクル等の動作パラメータは、ノックオンイオン注入を改善するように選択され得る。
【0100】
ノックオンイオン注入は、逆行性ドーピングプロフィールを形成するために利用できる。逆行性ドーピングプロフィールまたは逆行性成膜プロフィール等、逆行性プロフィールを形成するための所定の複数の電力レベル、複数の周波数、および、バイアス電圧源１４８が生成する波形に対する相対タイミングを持つ波形は、ＲＦ源１３０（図１Ａ）によって生成される。「逆行性プロフィール」という用語は、本明細書において、当該プロフィールのピーク濃度が基板の表面より下方に位置するプロフィールと定義される。例えば、米国特許出願第１２／０４４，６１９号（発明の名称：「イオン注入を用いて逆行性材料プロフィールを形成する方法」）を参照されたい。当該特許出願は、本願の譲受人に譲渡されている。米国特許出願第１２／０４４，６１９号の明細書は全て、参照により本願に組み込まれる。
【0101】
プラズマドーピングについて、逆行性イオン注入ドーパントプロフィールを形成することが望ましい場合もある。これは、多くの理由からイオン注入層の深さを正確に制御するのは難しいためである。例えば、プラズマドーピング中、物理的なスパッタリングおよび化学的なエッチングによって、意図に反して基板表面がエッチングされる可能性がある。また、意図に反して基板表面に成膜される可能性もある。さらに、複数のイオン種が存在すること、イオン同士が衝突すること、プラズマシースが不均一であること、二次電子放出が存在すること、寄生インピーダンスによって変位電流が発生すること、および、印加されるバイアスパルスが望ましくないこと等、多くの要因に基づいてイオン注入エネルギーのバラツキが大きくなる可能性がある。
【0102】
また、表面にピークが存在するドーパントプロフィールは、成膜または注入された材料の最大ピーク濃度の大半が、基板表面または基板表面近傍に位置していることから、成膜後処理または注入後処理に対して反応し易いので、逆行性イオン注入ドーパントプロフィールを形成することが望ましい場合もある。特に、フォトレジストストリップ処理は、注入処理後に行われるのが通常であるが、表面近傍のドーパント材料を多量に除去してしまう。
【0103】
他の実施形態によると、特定の処理目標または処理プロフィール、例えば、エッチングプロフィールを実現するような特定の複数の電力レベル、複数の周波数、および、バイアス電圧源１４８が生成する波形に対する相対タイミングを持つ波形は、ＲＦ源１３０によって生成される。例えば、複数の電力レベル、複数の周波数およびバイアス電圧源１４８が生成する波形に対する相対タイミングは、高アスペクト比エッチングプロフィールまたは特定の種類の成膜プロフィールを実現するように選択され得る。
【0104】
当業者であれば、本発明に係るＲＦ源１３０（図１Ａ）が生成する波形は、振幅および周波数の両方について、複数の値に設定されており、バイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成する波形に対する相対タイミングも、さまざまな値に設定されていることに想到するであろう。実際には、本明細書で説明したような処理目標を実現し、および／または、少なくとも部分的に電荷を中性化するような、ＲＦ源１３０（図１Ａ）が生成し得る電力レベルおよび周波数が複数の値に設定される波形、および、バイアス電圧源１４８（図１Ａ）が生成する波形に対する相対タイミングは略無限にある。
【0105】
図６を参照すると、本発明の一実施形態に係る、マルチセットポイントＲＦ電力および制御信号の波形６００の測定結果が図示されている。波形６００は、タイミングｔ０から始まる時間の関数であるＲＦ電力および制御信号の波形を含む。波形６００は、イオン注入期間６０２、電荷中性化期間６０４、および、電力オフ期間６０６を示す。
【0106】
図１Ａおよび図６を参照すると、タイミングｔ０において、コントローラ１５２（図１Ａ）は、プラズマ中のイオンを基板１４６に誘引する負電圧パルスで基板１４６（図１Ａ）にバイアスをかけるようにバイアス電圧電源１４８（図１Ａ）に指示する注入パルス６０８を生成する。注入パルス６０２の立ち上がり時間は、約３０マイクロ秒である。また、タイミングｔ０において、コントローラ１５２は、第１の電力レベルを持つＲＦ電力波形６１０を開始するＲＦパルス制御信号を生成する。イオン注入期間６０２において、コントローラ１５２は、ＲＦアンテナ１２６および１２８（図１Ａ）のうち少なくとも一方にＲＦ電流を流してプラズマを発生させるための第１のＲＦパルス制御信号６１２を生成する。第１のＲＦパルス制御信号６１２の立ち上がり時間は、約３０マイクロ秒である。
【0107】
電荷中性化期間６０４は、第１のＲＦパルス制御信号６１２および注入パルス信号６０８の両方がゼロに戻ったタイミングで開始される。第１のＲＦパルス制御信号および注入パルス制御信号の立ち下がり時間は、約２０マイクロ秒である。電荷中性化期間６０４では、コントローラ１５２は、ＲＦ電力波形６１０を第２の電力レベルまで変化させる第２のＲＦパルス制御信号６１４を生成する。多くの実施形態では、図６に示すように、第２の電力レベルは、第１の電力レベルよりも高い。しかし、他の実施形態によると、第２の電力レベルは、第１の電力レベルより低い電力レベルを含む、任意の電力レベルであってよい。第２のＲＦパルス制御信号の立ち上がり時間も同様に、約３０マイクロ秒である。電荷中性化期間６０４では、基板１４６上の電荷のうち少なくとも一部が、プラズマ内の電子によって中性化されるという効果が得られる。このように電荷を部分的または完全に中性化することによって、基板１４６上の望ましくない帯電効果を低減する。
【0108】
電力オフ期間６０６は、第２のＲＦパルス制御信号６１４がゼロに戻ったタイミングで開始される。第２のＲＦパルス制御信号６１４の立ち下がり期間は、約２０マイクロ秒である。電力オフ期間６０６では、ＲＦ電力を止めて、プラズマを消滅させる。本発明に係る電荷中性化が改善されたプラズマ処理方法は、多くのさまざまなマルチセットポイントＲＦ電力および制御信号波形６００と共に利用することができる。
【0109】
本発明に係る電荷中性化方法は、多くのその他の種類のプラズマ処理装置と共に利用することができると理解されたい。例えば、電荷中性化方法は、誘電結合プラズマ（ＩＣＰ）源、ヘリコン共振プラズマ源、マイクロ波プラズマ源、ＥＣＲプラズマ源、および、容量結合プラズマ源を含むプラズマ処理装置と共に利用することができる。実際、パルス状モードで動作可能な任意の種類のプラズマ源を利用して、本開示に係る方法を実行することができる。
【0110】
イオンを注入するためにパルス状のＲＦ波形２００およびバイアス波形２５０を利用する場合、注入するイオンの組成を正確に制御することが難しい。例えば、Ｂ２Ｈ６およびヘリウムの混合物を用いてプラズマを生成するとしてよい。この混合物は、ヘリウムイオンと共に、Ｐ型ドーパントのイオンを生成するとしてよい。基板に負のバイアスをかけると、プラズマ内で生成される正のイオンは基板に向けて加速される。ヘリウムイオンは、基板内で発生する損傷が大きくなり、アニーリングプロセス中の基板の再成長速度を遅くしてしまう可能性がある。このため、ヘリウムイオンの生成を最小限に抑えることが有益である。しかし、従来のプラズマ浸漬注入技術では、イオンは平等に生成されるので、ドーパントイオンおよびヘリウムイオンの両方が注入される。
【0111】
以下では、さまざまな実施形態に係るプラズマ処理を開示する。上述したように、当該プラズマ処理は、プラズマを利用するイオン注入処理、プラズマを利用するエッチング処理、プラズマを利用する成膜処理、または、その他の任意のプラズマを利用する処理であってよい。説明を明確且つ簡潔にするべく、プラズマを生成および維持するべくプラズマ源に印加されるＲＦ波形、および、ＲＦ波形を用いて生成されるプラズマまたはプラズマに含まれる粒子で基板を処理するべく基板に印加するバイアス波形に重点を置いて説明するとしてよい。以下で説明するように、ＲＦ波形およびバイアス波形はさまざまな構成を持つとしてよい。
【0112】
図７を参照すると、本開示の別の実施形態に係るＲＦ電力波形７００および対応するバイアス電圧波形７０１が図示されている。図示しているように、ＲＦ電力波形７００およびバイアス電圧波形７０１は、さまざまな振幅を持つ複数のパルスを含むとしてよい。先に述べた実施形態と同様に、ＲＦ電力波形７００は、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８（図１Ａ）のうち１以上に印加されるとしてよく、バイアス電圧７０１は基板１４６（図１Ａ）に印加されるとしてよい。
【0113】
ＲＦ電力波形７００は、対応する３つのＲＦ電力期間ｔｐ１、ｔｐ２およびｔｐ３において印加される第１から第３のＲＦ電力パルス７０２、７０４および７０６を含むとしてよい。図示されているように、第１のＲＦ電力パルス７０２は、第２のＲＦ電力パルス７０４より前であり、第２の電力パルス７０４は、第３のＲＦ電力パルス７０６より前であるとしてよい。所望の場合には、追加で第１から第３のＲＦ電力パルス７０２、７０４および７０６をこの順序で供給するとしてもよいし、別の順序で供給するとしてもよい。
【0114】
第１のＲＦパルス７０２は、第１の電力レベルＰＲＦ１を持つとしてよく、第２のＲＦ電力パルス７０４は、第２の電力レベルＰＲＦ２を持つとしてよく、第３のパルス７０６は、第３の電力レベルＰＲＦ３を持つとしてよい。本実施形態によると、第１の電力レベルＰＲＦ１は、略０であってよい。これに代えて、第１の電力レベルＰＲＦ１は、０より大きいとしてよい。一方、第２の電力レベルＰＲＦ２は、第１の電力レベルＰＲＦ１よりも高いが、第３の電力レベルＰＲＦ３よりも低いとしてよい。例えば、第２のＲＦ電力レベルＰＲＦ２の値は、約２００ワットであってよく、第３の電力レベルＰＲＦ３の値は、第２の電力レベルＰＲＦ２の１５０％から６００％、つまり、約６００ワットであってよい。第２のＲＦ電力期間ｔｐ２および第３のＲＦ電力期間ｔｐ３において、第２および第３のＲＦ電力パルス７０４および７０６が印加されると、プラズマが生成されるとしてよい。第２のＲＦ電力パルス７０４の印加によって生成されたプラズマに比べ、第３のＲＦ電力パルス７０６の印加によって生成されるプラズマは、性質が異なるとしてよい。例えば、第３のＲＦ電力パルス７０６で生成されるプラズマの方が、イオンおよび／または電子の密度が高いとしてよい。
【0115】
第３のＲＦ電力パルス７０６の幅（または第３のＲＦ電力期間ｔｐ３の長さ）は、デューティーサイクルの約２０％から５０％であるとしてよい。一方、第２のＲＦ電力パルス７０４の幅（または、第２のＲＦ電力期間ｔｐ２の長さ）は、上限がデューティーサイクルの約６０％であるとしてよい。具体例によると、第２のＲＦ電力パルス７０４の幅は、約３０−１００μｓであってよいが、約９０μｓであることが好ましい。一方、第３のＲＦ電力パルス７０６の幅は、約１０−５０μｓであってよいが、３０μｓであることが好ましい。当業者であれば、第２のＲＦ電力パルス７０４および第３のＲＦ電力パルス７０６の幅のうち少なくとも一方がプラズマおよび／または基板１４６の特性または所望の条件に応じて変化し得ることを認めるであろう。
【0116】
バイアス電圧波形７０１は、一方、第１のバイアスパルス７０３および第２のバイアスパルス７０５を含むとしてよい。第１のバイアスパルス７０３は、第１のバイアスレベルＶ１であるとしてよく、第１のバイアス期間ｔｂ１で印加されるとしてよい。一方、第２のバイアスパルス７０５は、第２のバイアスレベルＶ２であるとしてよく、第２のバイアス期間ｔｂ２で印加されるとしてよい。本実施形態によると、第２のバイアスレベルＶ２は、絶対値が第１のバイアスレベルＶ１よりも大きいとしてよい（つまり、正または負の方向により大きい）。一方、第１のバイアスレベルＶ１は、基板１４６（図１Ａ）に供給されるバイアスをオフにすることによって実現されるように約０であるとしてよい。これに代えて、第１のバイアスレベルＶ１は、０よりも絶対値が大きいとしてよい（つまり、正または負の方向により大きい）。イオンが基板１４６（図１Ａ）に近接している間に第２のバイアスパルス７０５が供給されると、これらのイオンは基板１４６に誘引されて注入されるとしてよい。
【0117】
図示しているように、第１および第３のＲＦ電力期間ｔｐ１およびｔｐ３は、第１のバイアス期間ｔｂ１と一致するとしてよい。一方、第２のＲＦ電力期間ｔｐ２は、第１のバイアス期間ｔｂ１および第２のバイアス期間ｔｂ２の両方と一致するとしてよい。言い換えると、第２のＲＦ電力パルス７０４が平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８（図１Ａ）のうち１以上に印加されている間、第２のバイアス電圧パルス７０５は基板１４６（図１Ａ）に印加される。図中では、第３のＲＦ電力パルス７０６および第１のバイアス電圧７０３が同時に印加されている様子が図示されている。しかし、当業者であれば、ある程度の遅延が発生し得るもの、第３のＲＦ電力パルス７０６および第１のバイアス電圧７０３のうち一方を、第３のＲＦ電力パルス７０６および第１のバイアス電圧７０３のうち他方よりも後に印加し得るものと認めるであろう。
【0118】
第２のＲＦ電力パルス７０４によって第２のＲＦ電力期間ｔｐ２においてプラズマが生成されると、第２のバイアスパルス７０５を基板１４６（図１Ａ）に印加することによって、このプラズマから基板１４６へとイオンが誘引される。例えば、負のバイアスＶ２を印加することによって、正電荷イオンが誘引され、正電荷イオンが基板１４６に注入される。この結果、基板１４６および、当該基板１４６上に配置または成膜されている任意のその他の材料もまた、正に帯電するとしてよい。このため、アーク放電が発生するとしてよい。アーク放電は、デューティーサイクルまたは処理システム内の圧力が大きくなると、悪化するとしてよい。ＲＦ電力波形７００およびバイアス電圧波形７０１を印加することによって、デューティーサイクルまたは圧力が大きくなったとしても、アーク放電が回避されるとしてよい。具体例を挙げると、３００ワットの第２のパルス７０４と、６００ワットの第３のパルス７０６とを含むＲＦ電力波形７００がアンテナ１２６および１２８（図１Ａ）に印加され、基板１４６にイオンが注入される。システム１００内では圧力が６ｍＴｏｒｒとなっている。注入時間（つまり、ｔｂ２）を３０μｓから８０μｓへと大きくしたにもかかわらず、アーク放電は観察されなかった。別の例を挙げると、基板１４６を、システム１００内の圧力が約１０ｍＴｏｒｒであるシステム内で処理した。この例では、スループットをさらに高めるべく圧力を高くした。第２および第３のパルス７０４および７０６を持つＲＦ電力波形７００は、アンテナ１２６および１２８の少なくとも一方に印加された。第２のパルス７０４は、電力レベルが２００ワットであり、第３のパルス７０６は、３０μｓの間にわたって電力レベルが６００ワットであった。注入時間が（つまり、ｔｂ２）９０μｓと長くなったにもかかわらず、アーク放電は観察されなかった。
【0119】
図８Ａを参照すると、本開示の別の実施形態に係る、ＲＦ電力波形８００および対応するバイアス電圧波形８０１が図示されている。本実施形態では、ＲＦ電力波形８００および対応するバイアス電圧波形８０１が、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち１以上、ならびに、基板１４６（図１Ａを参照のこと）にそれぞれ印加され、ＰＬＡＤ処理で発生する損傷および欠陥を低減するとしてよい。図示しているように、ＲＦ電力波形８００およびバイアス電圧波形８０１に含まれる複数のパルスは、振幅がさまざまな離散値を取る。しかし、利用するＲＦ電力波形は４つ以上のパルスを持ち、振幅が離散値を取ってもよいし、取らなくてもよいと理解されたい。例えば、連続して変化する振幅を持つ波形を利用するとしてもよい。また、波形の傾斜は、線形であってもよいし、非線形であってもよい。さらに、波形が示しているのはＲＦ電力信号の周波数ではなく、振幅であることに留意されたい。任意の適切な一の周波数または周波数群を利用して、アンテナ１２６および１２８（図１Ａ）に電力を供給するとしてもよい。
【0120】
本実施形態では、ＲＦ電力波形８００は、３つの対応するＲＦ電力期間ｔｐ１、ｔｐ２およびｔｐ３に印加される第１から第３のＲＦ電力パルス８０２、８０４および８０６を含むとしてよい。図示されているように、第１のＲＦ電力パルス８０２は、第２のＲＦ電力パルス８０４より前であるとしてよく、第２の電力パルス８０４は、第３のＲＦ電力パルス８０６より前であるとしてよい。所望の場合には、追加で第１から第３のＲＦ電力パルス８０２、８０４および８０６は、この順序で供給されるとしてもよいし、または、別の順序で供給されるとしてもよい。
【0121】
第１のＲＦパルス８０２は、第１の電力レベルＰＲＦ１を持つとしてよく、第２のＲＦ電力パルス８０４は、第２の電力レベルＰＲＦ２を持つとしてよく、第３のパルス８０６は、第３の電力レベルＰＲＦ３を持つとしてよい。本実施形態によると、第１の電力レベルＰＲＦ１は、略０であってよい。これに代えて、第１の電力レベルＰＲＦ１は、０より大きいとしてもよい。一方、第２の電力レベルＰＲＦ２は、第１の電力レベルＰＲＦ１よりも高いが、第３の電力レベルＰＲＦ３よりも低い。
【0122】
バイアス電圧波形８０１は、一方、第１のバイアスパルス８０３および第２のバイアスパルス８０５を含むとしてよい。第１のバイアスパルス８０３は、第１のバイアスレベルＶ１であるとしてよく、第１のバイアス期間ｔｂ１で印加するとしてよい。一方、第２のバイアスパルス８０５は、第２のバイアスレベルＶ２を持つとしてよく、第２のバイアス期間ｔｂ２において印加するとしてよい。本実施形態によると、第２のバイアスレベルＶ２は、第１のバイアスレベルＶ１よりも絶対値が大きいとしてよい（つまり、正または負の方向により大きい）。一方、第１のバイアスレベルＶ１は、約０であるとしてよく、基板１４６（図１Ａ）に供給されるバイアスをオフにすることで実現するとしてよい。これに代えて、第１のバイアスレベルＶ１は、０よりも絶対値が大きくなるとしてよい（つまり、正または負の方向により大きい）。イオンが基板１４６（図１Ａ）に近接している間に第２のバイアスパルス８０５が供給されると、イオンが基板１４６に誘引されて注入されるとしてよい。
【0123】
図示されているように、第１のＲＦ電力期間ｔｐ１および第３のＲＦ電力期間ｔｐ３は、第１のバイアス期間ｔｂ１と一致しているとしてよい。一方、第２のＲＦ電力期間ｔｐ２は、第２のバイアス期間ｔｂ２と一致するとしてよい。言い換えると、第２のバイアス電圧パルス８０５は、第２のＲＦ電力パルス８０４と同期している。第２のバイアス電圧パルス８０５と共に、第２のＲＦ電力パルス８０４を印加した後しばらく経過すると、第１のバイアス電圧パルス８０３と共に、第３のＲＦ電力パルス８０６が印加される。図中では、第３のＲＦ電力パルス８０６および第１のバイアス電圧８０３を同時に印加する様子が図示されている。しかし、当業者であれば、ある程度の遅延が発生し得ること、および、第３のＲＦ電力パルス８０６および第１のバイアスパルス８０３の一方が、第３のＲＦ電力パルス８０６および第１のバイアスパルス８０３の他方が印加された後で印加され得ることを認めるであろう。
【0124】
動作について説明すると、基板１４６（図１Ａを参照のこと）を、プラズマを利用するシステム１００の内部に載置する。この後、供給ガスをシステム１００内に導入するとしてよい。供給ガスは、１以上のドーパントガスおよび１以上の不活性ガスの混合ガスであってよい。ドーパントガスは、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）または窒素（Ｎ）を含むドーパント種、または、基板１４６の特性を変化させる任意のその他の種を含むとしてよい。不活性ガスは、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、または、任意の希ガスの種を含む不活性種を含むとしてよい。本実施形態によると、ドーパントガスは、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）であってよく、不活性ガスは、ヘリウム（Ｈｅ）であってよい。
【0125】
供給ガスをシステム１００内に導入した後、第２のＲＦ電力レベルＰＲＦ２を持つ第２のＲＦ電力パルスを、アンテナ１２６および１２８のうち少なくとも一方に印加する（図１Ａを参照のこと）。本実施形態によると、第２のＲＦ電力レベルＰＲＦ２の振幅は、Ｂ２Ｈ６のイオン化エネルギーよりも高いが、Ｈｅのイオン化エネルギーよりも低いとしてよい。イオン化エネルギーは、中性分子が電子を失ってイオンになるために必要なエネルギーである。Ｈｅ等の不活性ガスは、Ｂ２Ｈ６を含むその他の種よりもイオン化エネルギーが高い。Ｂ２Ｈ６のイオン化エネルギーより高いがＨｅのイオン化エネルギーよりも低い振幅の第２のＲＦパルス８０４を印加することによって、ホウ素ベースのイオンが形成されるとしてよい。一方、生成されるＨｅイオンの量は、非常に少ないとしてよい。
【0126】
基板１４６に印加される第２のバイアスパルス８０５が負電圧である場合、第２のバイアスパルス８０５を印加することによって、正電荷のホウ素イオン、および、他のホウ素ベースの分子イオンが注入されるとしてよい。しかし、生成されるＨｅイオンの量は非常に少ないので、基板１４６に注入されるＨｅイオンの量もわずかに過ぎないとしてよい。
【0127】
この後、相対的に高いＲＦ電力レベルＰＲＦ３を持つ第３のＲＦ電力パルス８０６は、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８（図１Ａを参照のこと）のうち１以上に印加されるとしてよい。同時に、または、略同時に、第１のバイアスパルス８０３を基板１４６に印加する。本実施形態によると、第３のＲＦ電力パルス８０６の第３の電力レベルＰＲＦ３は、Ｈｅのイオン化エネルギーよりも大きいとしてよい。この期間において、追加でＢ２Ｈ６がイオン化して、追加で正電荷のホウ素ベースのイオンを形成するとしてよい。また、正電荷のＨｅイオンが形成されるとしてよい。この結果、生成されるイオンおよび電子の量が増加するとしてよい。このように高くなった電力レベルによっても、プラズマの安定性が維持されるとしてよい。
【0128】
上述したように、正電荷イオンを基板に注入することで、基板１４６が正に帯電するとしてよい。バイアスがオフに制御されると（例えば、第１のバイアスパルス８０３の振幅が０電圧になると）、追加の正電荷イオンが基板１４６に注入されなくなる。これに代えて、プラズマ内の電子が基板１４６に誘引されて基板１４６に注入される。電子は、基板１４６を電気的に中性化する。同時に、正電荷イオンを注入する際に発生した基板１４６上に残っている一部の損傷を修復するとしてよい。このサイクルは、所望に応じて、繰り返し行われるとしてよい。
【0129】
Ｐ、ＡｓおよびＢを含む特定のドーパント種は、イオン注入処理後に実行されるアニーリング工程において、基板再結晶化速度を高くするとしてよい。場合によっては、最高で一桁分も高くなる効果が得られるとしてよい。しかし、Ｏ、Ｃおよび不活性ガス等の他の種によって、再結晶化速度が遅くなるとしてよい。Ｂベースのイオンを注入する際に基板１４６に注入されるＨｅイオンの量を最小限に抑えることによって、本実施形態に係る方法は、後続のアニーリング処理で発生し得る再結晶化速度を高くすることができる。また、注入処理中に発生して残った損傷は、減るとしてよい。この明細書では、注入するものとして不活性物質ではなくドーパントを選択することを開示しているが、本開示はこの実施形態に限定されない。本方法は、一の種のイオンを選択的に導入するために利用することができる。
【0130】
選択イオン注入および基板再結晶化の促進は、波形８００および８０１を修正することによって実現されるとしてもよい。図８Ｂを参照すると、本開示の別の実施形態に係るＲＦ電力波形８１０および対応するバイアス電圧波形８１１が図示されている。本実施形態では、ＲＦ電力波形８１０およびバイアス電圧波形８１１はそれぞれ、図８Ａに示すＲＦ電力波形８００およびバイアス電圧波形８０１と同様であるとしてよい。しかし、第２のＲＦ電力パルス８１４および第３のＲＦ電力パルス８１６は、第２のバイアスパルス８１５と同期している。言い換えると、第２のＲＦ電力パルス８１４および第３のＲＦ電力パルス８１６は、第２のバイアスパルス８１５が基板１４６（図１Ａを参照のこと）に印加されると、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち１以上に順次印加される。
【0131】
本実施形態によると、図８Ａに示した実施形態と比べて、第３のＲＦ電力パルス８１６によってより多くのＨｅイオンが生成され、基板１４６に注入されるとしてよい。しかし、従来の一のＲＦパルスを利用する場合に基板に注入される量よりは少なくなるとしてよい。図８Ｂでは特定の波形構成を図示しているが、本開示はこれに限定されない。パルスの長さは、注入されるべき種およびその他のパラメータに基づいて、選択が可能であるとしてよい。別の実施形態によると、ＲＦ電力は、第２のバイアスパルス８１５の一部の間において、ディセーブルされるとしてよい。また、ＲＦ電力波形８１０は、第１のバイアスパルス８０３を印加している間はより高いＲＦ電力レベル（ＰＲＦ３）の印加が継続するように修正するとしてもよい。
【0132】
上述したように、第３のＲＦ電力パルス８０６および８１６を印加することによってプラズマ状態を維持している間、第２のＲＦ電力パルス８０４および８１４を印加することによって、イオンを選択的に導入するとしてよい。第２のＲＦ電力パルス８０４および８１４の振幅は、供給ガスに含まれている種の一部分のみをイオン化するように選択されるとしてよい。一方、第３のＲＦ電力パルス８０６および８１６はさらに、基板１４６内に残っている損傷の修復を支援するとしてよい。電力レベルは、プラズマに含まれるさまざまな種のイオン化エネルギーに基づいて選択することができる。このように、各電力レベルの振幅および長さは、プラズマの安定性を保証しつつ任意のタイミングにおけるプラズマ内のイオン組成を修正するように変更することができる。ＲＦ電力パルスとバイアスパルスとを同期させることによって、注入される種の選択および濃度を修正するとしてよい。こうすることで、基板内で発生する損傷を軽減することができる。他の実施形態によると、追加で電力レベルを利用することができる。この場合には、各電力レベルは、プラズマ内の一の特定の種をイオン化するとしてよい。
【0133】
尚、図８Ａおよび図８Ｂは、相対的に低い電力レベルが、相対的に高い電力レベルの直前にある様子を示していることに留意されたい。これは、要件ではない。例えば、相対的に高い電力レベルが相対的に低い電力レベルより先にあり、安定したプラズマを生成するとしてもよい。他の実施形態によると、電力は、相対的に低い電力レベルと相対的に高い電力レベルとの間では、ディセーブルされるとしてもよい。
【0134】
図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、本開示の別の実施形態に係るＲＦ電力波形９００および９１０、ならびに、対応するバイアス電圧波形９０１および９１１が図示されている。本実施形態によると、ＲＦ電力波形９００および９１０は、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８（図１Ａを参照のこと）のうち１以上に印加されるとしてよい。一方、対応するバイアス電圧波形９０１は、基板１４６（図１Ａを参照のこと）に印加されるとしてよい。この処理において、プラズマ内の電子温度を制御するとしてよい。
【0135】
図９Ａを参照すると、ＲＦ波形９００は、第１および第２のＲＦ電力期間ｔｐ１およびｔｐ２において印加される第１および第２のＲＦ電力パルス９０２および９０４を含むとしてよい。図示されているように、第１のＲＦ電力パルス９０２は、第２のＲＦ電力パルス９０４より前であるとしてよい。所望される場合には、追加で第１および第２のＲＦ電力パルス９０２および９０４を、この順序、または、別の順序で供給するとしてよい。
【0136】
第１のＲＦパルス９０２は、第１の電力レベルＰＲＦ１であるとしてよく、第２のＲＦ電力パルス９０４は、第２の電力レベルＰＲＦ２であるとしてよい。本実施形態によると、第１の電力レベルＰＲＦ１は、０より大きいとしてよい。一方、第２の電力レベルＰＲＦ２は、第１の電力レベルＰＲＦ１よりも大きいとしてよい。第１のＲＦ電力パルス９０２で生成するプラズマと比較すると、第２のＲＦ電力パルス９０４で生成するプラズマは、特性が異なるとしてよい。例えば、第２のＲＦ電力パルス９０４で生成するプラズマは、イオン密度Ｎｉ１および電子密度Ｎｅ１という特性を持つとしてよく、イオン密度Ｎｉ１および電子密度Ｎｅ１は、第１のＲＦ電力パルス９０２で生成されるプラズマのＮｉ２およびＮｅ２よりも高いとしてよい。また、第２のＲＦ電力パルス９０４で生成するプラズマの電子温度Ｔｅ１が、第１のＲＦ電力パルス９０２で生成するプラズマの電子温度Ｔｅ１よりも高いとしてよい。
【0137】
バイアス電圧波形９０１は、一方、第１および第２のバイアスパルス９０３および９０５を含むとしてよい。第１のバイアスパルス９０３は、第１のバイアスレベルＶ１であるとしてよく、第１のバイアス期間ｔｂ１において印加される。一方、第２のバイアスパルス９０５は、第２のバイアスレベルＶ２であるとしてよく、第２のバイアス期間ｔｂ２において印加される。本実施形態によると、第２のバイアスレベルＶ２は、第１のバイアスレベルＶ１よりも絶対値が高いとしてよい（つまり、正または負の方向により大きい）。一方、第１のバイアスレベルＶ１は、約０であるとしてよく、または、基板１４６（図１Ａ）に供給されるバイアスをオフに制御することによって実現される接地電圧であるとしてもよい。これに代えて、第１のバイアスレベルＶ１は、０よりも高い絶対値であるとしてよい（つまり、正または負の方向により大きい）。イオンが基板１４６（図１Ａ）に近接している間に第２のバイアスパルス９０５が供給されると、当該イオンは基板１４６に誘引されて注入されるとしてよい。
【0138】
図示しているように、第２のＲＦ電力パルス９０４は、第１のバイアス期間ｔｂ１において印加されるとしてよい。一方、第１のＲＦ電力パルス９０２は、第２のバイアス期間ｔｐ２において印加されるとしてよい。言い換えると、第２のＲＦ電力パルス９０４は、基板１４６に第１の電圧レベルＶ１で印加されると、印加される。一方、第１のＲＦ電力パルス９０２は、基板１４６に第２の電圧レベルＶ２が印加されると、印加される。【0139】
本実施形態では、波形９００および９０１は、プラズマ内の粒子（例えば、イオン、電子、中性子、ラジカル等）の組成を最適化するように印加されるとしてよい。例えば、第１の電子密度Ｎｅ１およびイオン密度Ｎｉ１、ならびに、第１の電子温度Ｔｅ１を持つプラズマは、第１のＲＦ電力パルス９０２を印加している期間において、実現するとしてよい。第２のＲＦ電力パルス９０４を印加している間、イオン密度Ｎｉ、電子密度Ｎｅの値は、イオン密度Ｎｉ２、電子密度Ｎｅ２および電子温度Ｔｅ２よりも高く値まで増加するとしてよい。一方、ラジカルの密度は小さくなるとしてよい。追加で第１のＲＦ電力パルス９０２を印加すると、電子密度Ｎｅおよびイオン密度Ｎｉの値、ならびに、電子温度Ｔｅは、第１の電子密度Ｎｅ１および第１のイオン密度Ｎｉ１、ならびに、第１の電子温度Ｔｅ１に戻ってしまう場合がある。第１のＲＦ電力パルス９０２および第２のＲＦ電力パルス９０４の電力レベルを最適化し、第１のＲＦ電力パルス９０２および第２のＲＦ電力パルス９０４を連続して印加することによって、Ｎｅ、Ｎｉ、およびＴｅの値、そして、イオンおよび中性子の組成も最適化されるとしてよい。
【0140】
動作について説明すると、基板１４６（図１Ａを参照のこと）をプラズマを利用するシステム１００の内部に載置する。この後、供給ガスをシステム１００内に導入するとしてよい。供給ガスは、１以上のドーパントガスおよび１以上の不活性ガスの混合ガスであってよい。ドーパントガスは、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、または、基板１４６の電気的特性を変化させる任意のその他の種を含むドーパント種を含むとしてよい。不活性ガスは、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、または、任意のその他の種の希ガスを含む不活性種を含むとしてよい。本実施形態では、ドーパントガスはジボラン（ＢＦ３）であるとしてよい。
【0141】
ｔｐ１において、一価の非解離の分子イオン（例えば、ＢＦ３＋）を優先的にプラズマ内で生成するとしてよい。一方、より多くのフラグメント化された分子イオン（例えば、ＢＦ２＋＋、ＢＦ＋＋＋等）をｔｐ２で生成するとしてよい。ｔｐ１において第２のバイアスパルス９０５を印加することによって、第１のＲＦパルス９０２を印加すると、基板１４６は、より多くの一価の非解離の分子イオンで注入または処理が行なわれるとしてよい。この結果、処理が最適化されるとしてよい。例えば、注入イオンの深さプロフィールを、改善およびより良く制御することができるとしてよい。図示されていないが、本開示は、所望されるのであれば、相対的に高い電力ＲＦレベルＰＲＦ２の間にバイアス電圧を印加することによって、より多くのフラグメント化した分子イオンで基板を処理するというケースを除外するものではない。イオン注入を最適化することに加え、波形９００および９０１は、エッチング処理の期間に印加されると、エッチング選択性を向上させるとしてよい。成膜処理を行うと、成膜速度も最適化されるとしてよい。
【0142】
また、２つの第２のＲＦ電力パルス９０４の間で第１のＲＦ電力パルス９０２を印加すると、プラズマがより均一化および安定化するとしてよい。従来のパルス状ＲＦ電力波形では、振幅が０または電力を持たない電力パルスを２つのＲＦ電力パルスの間で印加する場合があった。振幅が０のＲＦパルスを印加している間、プラズマの「残光」が発生する可能性があるとしてよい。この残光の間、電子温度Ｔｅは、はるかに低いレベルまで低減するとしてよく、プラズマシースは崩壊するとしてよい。したがって、電子密度およびイオン密度、ならびに、電子温度が急激に増減し、プラズマの安定性および均一性が劣化することがある。０よりも大きい電力レベルの第１のＲＦ電力パルス９０２を、相対的に高い電力レベルの２つの第２のＲＦ電力パルス９０４の間において印加することによって、より安定したプラズマが維持され得る。また、イオンおよび中性子の組成は、プラズマ内のイオンの濃度を減らすことなく最適化され得る。
【0143】
電子温度Ｔｅを制御する方法として他の方法も考えられる。図９Ｂを参照すると、ＲＦ波形９１０は、対応する第１から第４のＲＦ電力期間ｔｐ１、ｔｐ２、ｔｐ３およびｔｐ４において印加される第１から第４のＲＦ電力パルス９１２、９１４、９１６および９１８を含むとしてよい。図示しているように、第１のＲＦ電力パルス９１２が第２のＲＦ電力パルス９１４より前であり、第２のＲＦ電力パルス９１４が第３のＲＦ電力パルス９１６より前であり、第３のＲＦ電力９１６が第４のＲＦ電力パルス９１８より前であるとしてよい。
【0144】
本実施形態において、第１のＲＦ電力パルス９１２の電力レベルは、アンテナ１２６および１２８に結合されている電源１３０をオフに制御することによって実現されるように、０であってよい。一方、第２のＲＦ電力パルス９１４は、第２の電力レベルＰＲＦ２であってよく、第３のＲＦ電力パルス９１６は、第３の電力レベルＰＲＦ３であってよく、第４のＲＦ電力パルス９１８は、第４の電力ＰＲＦ４であってよい。第２の電力レベルＰＲＦ２は、第３の電力レベルＰＲＦ３よりも低いとしてよく、第３の電力レベルＰＲＦ３は、第４のＲＦ電力パルス９１８よりも低いとしてよい。第１の電力パルス９１２を非常に短時間だけ印加することによって、プラズマを不安定化することなく電子温度Ｔｅを制御するとしてよい。電子温度を昇降させるべくさまざまな電力レベルが利用される他のケースも考えられ、本開示の範囲内であると理解されたい。
【0145】
以下では、アンテナ１２６および１２８のうち少なくとも一方および基板１４６に印加される波形の他の例を説明する。上述した実施形態では主に、イオン注入を実行するためにさまざまな波形を印加する方法を中心に説明していたが、以下で説明する方法は、他のプラズマ処理に関連する。具体的には、以下の説明では、説明を明確且つ簡潔にするべく、エッチングおよび／または成膜に重点を置く。しかし、本開示は、以下で説明する方法をイオン注入に適用することも除外しない。
【0146】
多くのプラズマ処理動作において、低温で基板をコンフォーマルに処理することが好ましい。コンフォーマル処理は、基板の表面であって角度または向きが異なる複数の表面を均一に処理することと定義されるとしてよい。向きが異なる複数の表面を持つ基板の例として、水平方向および垂直方向に延伸する表面を持つＦｉｎＦＥＴ構造およびデュアルダマシン構造がある。このような構造に対してイオン注入、エッチングまたは成膜を行う場合、向きが異なる複数の面に均一に注入、エッチングまたは成膜を行うことが望ましい。
【0147】
ＰＥＣＶＤ処理のコンフォーマル性は、低いＲＦ電力／低いプラズマ密度の動作点で動作することによって、改善され得る。低イオン束および低成膜速度を組み合わせることによって、膜の形成は３Ｄ構造での拡散速度と同等の速度で進行するので、コンフォーマル性が改善する。しかし、ＲＦ電力を低くすると通常、プラズマおよび処理が不安定になってしまう。複数のＲＦ電力レベルを利用することによって、相対的に高い電力レベルのパルスを利用してプラズマを安定化させることができる。これによって、プロセスウィンドウが広くなる。
【0148】
また、コンフォーマル成膜処理は、基板上にイオンを集束させるプラズマシースがない場合の方が、うまくいく。このように集束すると、全てのイオンが基板に向って同一角度で方向付けられるので、コンフォーマル成膜が難しくなる。解決方法の１つとしては、プラズマシースが無い中で成膜を実行する方法がある。言い換えると、ＲＦアンテナに電力が印加されていない間に基板にバイアスをかける。上述したように、この期間は、プラズマ残光と呼ばれる。この方法の主な欠点は、プラズマ残光の間で、イオン密度および電子密度が低減し、処理速度が遅くなるので、処理が実用的でなくなってしまうことである。
【0149】
一実施形態によると、複数のＲＦ電力レベルを持つＲＦ電力波形を利用して、上述した処理速度を改善することができる。高い電力レベルを利用することで、生成するイオンおよび電子を多くなる。一部のイオンおよび電子は、プラズマ残光でも残る。
【0150】
図１０Ａから図１０Ｄを参照すると、本開示の別の実施形態に係るＲＦ電力波形１０００および対応するバイアス電圧波形１００１が図示されている。本実施形態によると、ＲＦ電力波形１０００および対応するバイアス電圧波形１００１は、平面コイルＲＦアンテナ１２６およびらせん状コイルＲＦアンテナ１２８のうち１以上、ならびに、基板１４６に印加されるとしてよい。
【0151】
図１０Ａを参照すると、ＲＦ電力波形１０００は、ＲＦアンテナ１２６および１２８のうち少なくとも一方に、ｔｐ１、ｔｐ２およびｔｐ３において、印加される第１から第３のＲＦ電力パルス１００２、１００４および１００６を含む。第１のＲＦ電力パルス１００２は、第２のＲＦ電力パルス１００４より前であり、第２のＲＦ電力パルス１００４は、第３のＲＦ電力パルス１００６より前である。所望される場合には、追加で第１から第３のＲＦ電力パルス１００２、１００４および１００６をこの順序で供給するとしてよい。
【0152】
第１のＲＦパルス１００２は、第１の電力レベルＰ１であり、第２のＲＦ電力パルス１００４は、第２の電力レベルＰ２であり、第３のパルス１００６は、第３の電力レベルＰ３であるとしてよい。本実施形態によると、第１の電力レベルＰ１の値は、ゼロであってもよいし、ゼロより大きくてもよい。一方、第２の電力レベルＰ２は、第１の電力レベルＰ１よりも高いが、第３の電力レベルＰ３よりも低いとしてよい。
【0153】
第２および第３のＲＦ電力期間ｔｐ２およびｔｐ３において、第２および第３のＲＦ電力パルス１００４および１００６が印加されると、プラズマが生成されるとしてよい。第２のＲＦ電力パルス１００４を印加して生成したプラズマに比べると、第３のＲＦ電力パルス１００６を印加して生成したプラズマは、特性が異なるとしてよい。例えば、第３のＲＦ電力パルス７０６で生成したプラズマは、イオンおよび／または電子の密度が大きいとしてよい。したがって、第１から第３のパルス１００２、１００４および１００６を印加すると、波形の電力レベルは、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の順序で増加する。パルスをこの順序で繰り返し印加すると、電力レベルは、第３の電力レベルＰ３から第１の電力レベルＰ１へと低減するとしてよい。
【0154】
バイアス電圧波形１００１は、一方、第１および第２のパルス１００３および１００５を含むとしてよい。第１のバイアスパルス１００３は、第１のバイアスレベルＶ１であるとしてよく、第１のバイアス期間ｔｂ１において基板１４６（図１Ａを参照のこと）に印加する。第２のバイアスパルス１００５は、第２のバイアスレベルＶ２であるとしてよく、第２のバイアス期間ｔｂ２において基板１４６に印加される。本実施形態によると、第２のバイアスレベルＶ２の絶対値は、第１のバイアスレベルＶ１の絶対値よりも高いとしてよい。図示しているように、第２のバイアスパルス１００５のパルス幅ｔｂ２は、第３のＲＦ電力パルス１００６のパルス幅ｔｐ３よりも大きいとしてよい。
【0155】
図１０Ａに図示しているように、第２および第３のＲＦ電力パルス１００４および１００６は、プラズマを生成するべく、コイル１２６および１２８のうち少なくとも一方に印加されている。ｔｐ３において、第３のＲＦ電力パルス１００６が印加されると、電力レベルがＰ２からＰ３に増加すると、プラズマ密度は増加するとしてよい。この後、第１のＲＦパルス１００２が印加され、電力レベルがＰ３からＰ１へと低減する。ｔｐ１において、Ｐ１が略ゼロであり、印加されるＲＦ電力がゼロまたは最小限である場合、プラズマ内のプラズマシースは、少なくなるか、または、無くなるとしてよい。このタイミングで、第２のバイアスパルス１００５を基板１４６（図１Ａ）に印加する。プラズマ「残光」で残っているイオンは、基板に誘引されるとしてよい。第２のバイアスパルス１００５が負電荷である場合、第２および第３のＲＦ電力パルス１００４および１００６を印加することによってプラズマ内に残った正電荷粒子は、基板１４６に向って誘引されるとしてよい。第２のバイアスパルス１００５が正電荷である場合、プラズマ内に残っている負電荷のイオンおよび電子を含む負電荷粒子が基板１４６に向って誘引されるとしてよい。第２および第３のＲＦ電力パルス１００４および１００６の後で第２のバイアスパルス１００５を印加することによって、プラズマシースは無くなるとしてよい。基板１４６近傍のイオンは、集束されなくなり、よりランダムに分散することになる。このサイクルは、必要に応じて、繰り返すことができる。
【0156】
本開示では、ＲＦ電力パルス波形およびバイアス電圧波形を、さまざまな方法で修正するとしてよい。例えば、複数の波形の同期を修正するとしてよい。図１０Ｂから図１０Ｄを参照すると、図１０Ａに図示したＲＦ電力波形１０００およびバイアス電圧波形１００１の同期をどのように修正するかが図示されている。図１０Ｂから図１０Ｄに図示した各ＲＦ電力波形は、互いに同一であり、図１０Ａに図示した波形と同一である。また、図１０Ｂから図１０Ｄに図示した各バイアス電圧波形も、互いに同一であり、図１０Ａに図示した波形と同一である。しかし、ＲＦ電力波形およびバイアス電圧波形の同期が異なるとしてよい。
【0157】
図１０Ｂにおいて、バイアス電圧波形１００１の第２のバイアスパルス１００５は、第３のＲＦ電力パルス１００６と同期している。しかし、第２のバイアスパルス１００５は、第２のＲＦ電力パルス１００４とは同期していない。このように、第２のバイアス電圧パルス１００５は、最も高いＲＦ電力Ｐ３の第３のＲＦ電力パルス１００６が印加されている間、印加される。第２のバイアス電圧パルス１００５は、第２のＲＦ電力パルス１００４が印加されると、印加されない。
【0158】
図１０Ｃでは、第２のバイアス電圧パルス１００５は、第２および第３のＲＦ電力パルス１００４および１００６と同期している。図１０Ｄにおいて、第２のバイアス電圧パルス１００５は、第２のＲＦ電力パルス１００４とのみ同期している。
【0159】
図１１Ａから図１１Ｅを参照すると、本開示の別の実施形態に係るＲＦ電力波形１１００および対応するバイアス電圧波形１１０１が図示されている。この実施形態によると、ＲＦ電力波形１１００は、第１から第３のＲＦ電力パルス１１０２、１１０４および１１０６を含むとしてよい。第１から第３のＲＦ電力パルス１１０２、１１０４および１１０６を追加で、この順序で、波形１１００において供給するものと理解されたい。一方、バイアス電圧波形１１０１は、第１および第２のバイアスパルス１１０３および１１０５を含むとしてよい。第１および第２のバイアスパルス１１０３および１１０５を追加で、この順序で、波形１１０１で供給するとしてよいと理解されたい。
【0160】
図１０Ａに示すＲＦ電力波形１０００に比べると、本実施形態に係るＲＦ電力波形は、多くの点で類似している。例えば、パルスの順序は、図１０Ａに図示したＲＦ電力波形１０００におけるパルスの順序と同一であるとしてよい。また、パルス１１０２、１１０４および１１０６の相対的な電力レベルも、図１０Ａに図示したパルス１００２、１００４および１００６の相対的な電力レベルと同様であるとしてよい。一方、バイアス波形１１０１のバイアスパルス１００３および１００５の相対的な電力レベルおよび順序は、図１０Ａに示したバイアスパルス１００３および１００５の相対的な電力レベルと同様であるとしてよい。
【0161】
しかし、第３のＲＦ電力パルス１１０６のパルス幅は、異なるとしてよい。例えば、第３のＲＦ電力パルス１１０６のパルス幅ｔｂ３は、図１０Ａに示した第３のＲＦ電力パルス１００６のパルス幅よりも大きいとしてよい。第２のバイアス電圧パルス１１０５のパルス幅ｔｂ２に比べると、本実施形態に係る第３のＲＦ電力パルス１１０６のパルス幅ｔｐ３の方が大きいとしてよい。
【0162】
図１１Ｂから図１１Ｄでは、同一のＲＦ電力波形および同一のバイアス電圧波形を図示している。図１１Ｂから図１１Ｄに図示している各ＲＦ電力波形は、互いに同一であり、図１１Ａに図示しているＲＦ波形とも同一である。図１１Ｂから図１１Ｄに図示している各バイアス電圧波形は、互いに同一であり、図１１Ａに図示しているバイアス電圧波形と同一である。一点異なるのは、バイアス電圧パルス１１０３および１１０５と相対的に決まる、ＲＦ電力パルス１１０２、１１０４および１１０６の同期であるとしてよい。
【0163】
図１１Ｂでは、第３のＲＦ電力パルス１１０６が、第２のバイアスパルス１１０５と同期しており、両方のパルスが同時または略同時に印加されている。図１１Ｃでは、第２のバイアスパルス１１０５が、第２のＲＦ電力パルス１１０４、および、第３のＲＦ電力パルス１１０６の一部と同期している。図１１Ｄでは、第２のバイアスパルス１１０５が、第２のＲＦ電力パルス１１０４と同期しているが、第３のＲＦ電力パルス１１０６とは同期していない。図１１Ｅでは、第２のバイアスパルス１１０５は、第１のＲＦ電力パルス１１０２と同期している。図示していないが、第１のＲＦ電力パルス１１０２と同期している第１のＲＦ電力パルス１１０２は、第３のＲＦ電力パルス１１０６の後に印加されていると理解されたい。これらの波形を利用することで、プラズマ残光中のイオンは、基板（図１Ａを参照のこと）を処理するために利用されるとしてよい。
【0164】
図１２Ａから図１２Ｄを参照すると、本開示の別の実施形態に係るＲＦ電力波形１２００および対応するバイアス電圧波形１２０１が図示されている。本実施形態によると、ＲＦ電力波形１２００は、第１から第３のＲＦ電力パルス１２０２、１２０４および１２０６を含むとしてよい。追加で、第１から第３のＲＦ電力パルス１２０２、１２０４および１２０６は、この順序で、波形１２００において供給され得ると理解されたい。一方で、バイアス電圧波形１２０１は、第１および第２のバイアスパルス１２０３および１２０５を含むとしてよい。追加で、第１および第２のバイアスパルス１２０３および１２０５は、この順序で、波形１１０１において供給され得ると理解されたい。
【0165】
本実施形態によると、第１のＲＦ電力パルス１２０２の電力レベルは、第２および第３の電力パルス１２０４および１２０６の電力レベルよりも高い。また、第２のＲＦ電力パルス１２０４の電力レベルは、第３のＲＦ電力パルス１２０６の電力レベルよりも高い。このように、第２のＲＦ電力パルス１２０４は、最も高い電力レベルＰ３の第１のＲＦ電力パルス１２０６よりも後に印加される。第２のＲＦ電力パルス１２０４は、一方で、最も低い電力レベルＰ３の第３のＲＦ電力パルス１２０６よりも前に印加される。
【0166】
電圧波形１２０１の第２の電圧パルス１２０５は、パルス幅がｔｂ２であり、電圧レベルがＶ２である。先に述べた実施形態の第１のバイアスパルスと同様に、第１のバイアスパルス１２０３の電圧レベルの絶対値は、０であってもよいし、０より大きいとしてもよい（例えば、正または負の方向により大きい）。
【0167】
図１２Ａに図示しているように、第２のバイアスパルス１２０５は、最も低い電力レベルＰ１の第３のＲＦ電力パルス１２０６と同期している。一方で、相対的に高いＲＦ電力レベルＰ３およびＰ２の第１および第２のＲＦ電力パルス１２０２および１２０４は、第１のバイアスパルス１２０３と一致しているとしてよい。
【0168】
図１２Ｂから図１２Ｄでは、同一のＲＦ電力波形および同一のバイアス電圧波形を図示している。図１２Ｂから図１２Ｄに示す各ＲＦ電力波形は、互いに同一であり、図１２Ａに図示したＲＦ波形と同一である。図１２Ｂから図１２Ｄに図示した各バイアス電圧波形は、互いに同一であり、図１２Ａに図示したバイアス電圧波形と同一である。図１２Ａから図１２Ｄに示す波形の相違点として一つ挙げられるのは、バイアス電圧パルス１２０３および１２０５と相対的に決まる、ＲＦ電力パルス１２０２、１２０４および１２０６の同期に関して見られる相違点である。
【0169】
図１２Ｂでは、第２のバイアスパルス１２０５は、第２のＲＦ電力パルス１２０４、および、第３のＲＦ電力パルス１２０６の一部分と同期している。図１２Ｃでは、第２のバイアスパルス１２０５は、第２のＲＦ電力パルス１２０４、および、第１のＲＦ電力パルス１２０２の一部分と同期している。図１２Ｄでは、第２のバイアスパルス１２０５は、第１のＲＦ電力パルス１２０２と同期している。
【0170】
図１３Ａから図１３Ｅを参照すると、本開示の別の実施形態に係るＲＦ電力波形１３００および対応するバイアス電圧波形１３０１が図示されている。本実施形態によると、ＲＦ電力波形１３００は、第１から第３のＲＦ電力パルス１３０２、１３０４および１３０６を含むとしてよい。追加で第１から第３のＲＦ電力パルス１３０２、１３０４および１３０６を、この順序で、波形１３００で供給し得ると理解されたい。一方、バイアス電圧波形１３０１は、第１および第２のバイアスパルス１３０３および１３０５を含むとしてよい。追加で、第１および第２のバイアスパルス１３０３および１３０５は、この順序で、波形１３０１において供給され得ると理解されたい。
【0171】
本実施形態によると、第１のＲＦ電力パルス１３０２の電力レベルは、第２および第３の電力パルス１３０４および１３０６の電力レベルよりも高い。また、第２のＲＦ電力パルス１３０４の電力レベルは、第３のＲＦ電力パルス１３０６の電力レベルより低い。このように、電力レベルが最も低いＲＦ電力パルスは、最も高い電力レベルＰ３の第１の電力パルス１３０２と、中間の電力レベルＰ２の第３のＲＦ電力パルス１３０６との間に配置される。図１０Ａから図１０Ｄ、図１１Ａから図１１Ｅおよび図１２Ａから図１２Ｄに示すＲＦ電力波形の電力レベルと同様に、最も低い電力レベルのＲＦパルスの電力レベルは、ゼロ以上であるとしてよい。
【0172】
電圧波形１３０１の第２の電圧パルス１３０５は、パルス幅がｔｂ２で、電圧レベルはＶ２である。先に述べた実施形態の第１のバイアスパルスと同様に、第１のバイアスパルス１２０３の電圧レベルの絶対値は、０以上であってよい（例えば、正または負の方向により大きい）。
【0173】
図１３Ａに示すように、第２のバイアスパルス１３０５は、中間電力レベルＰ２の第３のＲＦ電力パルス１３０６と同期している。一方で、ＲＦ電力レベルがＰ３である第１のＲＦ電力パルス１３０２およびＰ１である第２のＲＦ電力パルス１３０４はそれぞれ、第１のバイアスパルス１３０３と一致するとしてよい。
【0174】
図１３Ｂから図１３Ｅでは、同一のＲＦ電力波形および同一のバイアス電圧波形を図示している。図１３Ｂから図１３Ｅに示す各ＲＦ電力波形は、互いに同一であり、図１３Ａに示すＲＦ波形と同一である。図１３Ｂから図１３Ｄに示す各バイアス電圧波形は、互いに同一であり、図１３Ａに示すバイアス電圧波形と同一である。図１３Ａから図１３Ｅに示す波形に見られる相違点の１つとしては、バイアス電圧パルス１３０３および１３０５と相対的に決まる、ＲＦ電力パルス１３０２、１３０４および１３０６の同期に見られる相違点が挙げられるとしてよい。
【0175】
図１３Ｂでは、第２のバイアスパルス１３０５はそれぞれ、最も低いＲＦ電力Ｐ１の第２のＲＦ電力パルス１２０４、および、中間ＲＦ電力Ｐ２の第３のＲＦ電力パルス１２０６の一部分と一致している。図１３Ｃにおいて、第２のバイアスパルス１３０５は、第２のＲＦ電力パルス１３０４、および、第１のＲＦ電力パルス１３０２の一部と一致している。図１３Ｄおよび図１３Ｅにおいて、第２のバイアスパルス１３０５は、第１のＲＦ電力パルス１３０２と一致している。
【0176】
図１４Ａから図１４Ｅを参照すると、本開示の別の実施形態に係るＲＦ電力波形１４００および対応するバイアス電圧波形１４０１が図示されている。この実施形態によると、ＲＦ電力波形１４００は、第１から第３のＲＦ電力パルス１４０２、１４０４および１４０６を含むとしてよい。追加で第１から第３のＲＦ電力パルス１４０２、１４０４および１４０６は、この順序で、波形１４００において供給され得ると理解されている。一方で、バイアス電圧波形１４０１は、第１および第２のバイアスパルス１４０３および１４０５を含むとしてよい。追加で第１および第２のバイアスパルス１４０３および１４０５を、この順序で、波形１３０１において供給され得ると理解されたい。
【0177】
図１３Ａに示したＲＦ電力波形１３００のＲＦ電力パルス１３０２、１３０４、１３０６に比べて、パルス１４０２、１４０４および１４０６はそれぞれ、相対的に同じ電力レベルであるとしてよい。このように、第１のＲＦ電力パルス１４０２の電力レベルは、第２および第３の電力パルス１４０４および１４０６の電力レベルよりも高い。また、第２のＲＦ電力パルス１４０４の電力レベルは、第３のＲＦ電力パルス１４０６の電力レベルより低い。このように、最も低い電力レベルのＲＦ電力パルスは、最も高い電力レベルＰ３の第１の電力パルス１４０２と、中間電力レベルＰ２の第３のＲＦ電力パルス１３０６との間に配置される。図１０Ａから図１０Ｄ、図１１Ａから図１１Ｅおよび図１２Ａから図１２Ｄに示すＲＦ電力波形の電力レベルと同様に、最も低い電力レベルのＲＦパルスの電力レベルは、ゼロ以上であってよい。
【0178】
電圧波形１３０１の第２の電圧パルス１３０５は、パルス幅がｔｂ２であり、電圧レベルがＶ２である。先に述べた実施形態の第１のバイアスパルスと同様に、第１のバイアスパルス１２０３の電圧レベルの絶対値は、０以上であるとしてよい（例えば、正または負の方向により大きい）。
【0179】
図１４Ａに示すＲＦ電力波形１４００のパルスと、図１３Ａに示すＲＦ電力波形のパルスとの相違点として１つ挙げられるのは、第２のＲＦパルス１４０４のパルス幅ｔｐ２は、第２のバイアスパルス１４０５のパルス幅ｔｂ２よりも大きい点である。
【0180】
図１４Ａに示すように、第２のバイアスパルス１４０５は、最も低い電力レベルＰ１の第２のＲＦ電力パルス１４０４と一致する。一方で、ＲＦ電力レベルがＰ３である第１のＲＦ電力パルス１４０２およびＰ２である第３のＲＦ電力パルス１４０６はそれぞれ、第１のバイアスパルス１４０３と一致するとしてよい。
【0181】
図１４Ｂから図１４Ｅでは、同一のＲＦ電力波形および同一のバイアス電圧波形を図示している。図１４Ｂから図１４Ｅに示す各ＲＦ電力波形は、互いに同一であり、図１４Ａに示すＲＦ波形と同一である。図１４Ｂから図１４Ｄに示す各バイアス電圧波形は、互いに同一であり、図１４Ａに示すバイアス電圧波形と同一である。図１４Ａから図１４Ｅに示す波形にみられる相違点の１つとして挙げられるのが、バイアス電圧パルス１４０３および１４０５と相対的に決まる、ＲＦ電力パルス１４０２、１４０４および１４０６の同期で見られる相違点である。
【0182】
図１４Ｂでは、第２のバイアスパルス１４０５は、第２のＲＦ電力パルス１４０４と一致している。図１４Ｃでは、第２のバイアスパルス１４０５は、第１のＲＦ電力パルス１４０２の一部分、および、第２のＲＦ電力パルス１４０４の一部分と一致している。図１４Ｄにおいて、第２のバイアスパルス１４０５は、第１のＲＦ電力パルス１４０２と一致している。そして、図１４Ｅでは、第２のバイアスパルス１４０５は、第３のＲＦ電力パルス１４０６、および、第１のＲＦ電力パルス１４０２の一部分と同期しているとしてよい。
【0183】
本明細書で示す波形構成は、ドーピングに加えて、エッチング処理にも利用され得る。例えば、エッチング速度は通常、プラズマの化学成分によって制御される。このため、アクティブなラジカル種の濃度、圧力、電子温度、および、プラズマ密度を変化させて、エッチングの速度、選択性、均一性、および／または、エッチングで形成されるフィーチャのプロフィールを変化させることが有益であるとしてよい。上述したように、ＲＦアンテナに印加される電力レベルを変更することで、イオン化される種、イオンおよび電子の数、電子温度およびプラズマ密度に影響が出る。このため、上述したマルチセットポイントＲＦ生成器を利用して、化学エッチング処理に関連付けられているさまざまなパラメータを制御するとしてよい。
【0184】
＜均等例＞本開示は、添付図面に図示する実施形態例を参照しつつ詳細に説明した。本開示はさまざまな実施形態および例に基づき説明したが、本教示内容は開示した実施形態に限定されるものではない。逆に、本開示は、当業者が想到するであろうさまざまな変更例、変形例および均等例を含むものである。当業者であれば、本明細書の教示内容に基づき、他の利用分野と同様に、さらなる実施例、変形例および実施形態が存在することを認めるであろう。これらについても、本明細書で説明する本開示の範囲内であるとする。例えば、本開示に係るプラズマ処理方法は任意の種類のプラズマ源と共に利用され得るものと理解されたい。