等离子体离子注入系统的原位处理室制备方法技术方案

一种衬底的等离子体离子注入方法，所述方法包括：提供包含处理室、在处理室内生产等离子体的源、在处理室内支持衬底的台板和加速离子从等离子体进入衬底的电压电源的等离子体离子注入系统；在处理室的内表面上沉积新涂层，所述涂层在组成上类似于由衬底的等离子体离子注入所产生的沉积膜；在沉积新涂层之前，通过使用一种或多种活性清洗前体除去旧膜来清洗处理室的内表面；根据等离子体离子注入方法进行衬底的等离子体离子注入和在一个或多个衬底的等离子体离子注入之后重复清洗处理室的内表面和沉积新涂层的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及衬底的等离子体离子注入系统和方法，更具体地，涉及制备等离子体离子注入的处理室的方法。制备方法可以包括清洗过程、涂敷过程或两者。
技术介绍
离子注入是将改变导电性的杂质引入半导体晶片的标准技术。在传统的束线离子注入系统中，将希望的杂质材料在离子源中电离，加速离子来形成规定能量的离子束，离子束指向晶片的表面。所述束中的高能离子透入半导体材料块并被嵌入半导体材料的晶格以形成所需导电性的区域。半导体工业的已知趋势是趋向于更小、更高速的装置。具体而言，半导体装置中部件的横向尺寸和深度两者都降低了。掺杂剂材料的注入深度至少部分由注入半导体晶片中的离子的能量来确定。束线离子注入通常被设计用于在相对高的注入能量下有效工作，并且在浅结注入所需的低能量下不能有效地运行。为了在半导体晶片上形成浅结，已经研究了等离子体掺杂系统。在等离子体掺杂系统中，将半导体晶片放置在导电性台板上，所述台板起到阴极的作用并位于处理室内。将包含所需掺杂材料的可电离工艺气体引入室内，在台板和阳极或室壁之间施加电压脉冲，导致在晶片附近形成具有等离子壳层的等离子体。施加的脉冲引起等离子体内的离子穿过等离子壳层并被注入晶片。注入深度与施加在晶片和阳极之间的电压相关。可以实现非常低的注入能量。例如在1994年10月11日授权给Sheng的美国专利No.5,354,381、2000年2月1日授权给Liebert et al.的美国专利No.6,020,592和2001年2月6日授权给Goeckner et al.的美国专利No.6,182,604中描述的等离子体掺杂系统。在上述等离子体掺杂系统中，施加的电压脉冲产生了等离子体并且加速了从等离子体到晶片的阳离子。在其它类型的等离子体系统中，如等离子体浸没系统，将连续或脉冲的RF能量施加到处理室，由此产生了连续或脉冲的等离子体。每隔一段时间，将可以与RF脉冲同步的阴极电压脉冲施加到台板，导致等离子体中的阳离子朝向晶片加速。已知衬底处理系统中的过程控制对处理室的条件非常敏感。为了良好的过程可重复性，应该将处理室保持恒定的条件。然而，在衬底处理期间，因为与等离子体的相互反应，处理室条件可能漂移。可以通过蚀刻或溅射从表面除去材料，或通过在不同的操作条件下沉积来积聚材料。因此，为了得到可重复的过程，应该控制处理室杂件。与控制室杂件相关的待解决的问题包括为了晶片-到-晶片可重复性，在各注入之间将室恢复到固定条件，在任何保持和/或室清洗之后恢复室条件和限制注入的晶片被所不希望的元素污染，例如金属和/或来自当使用不同掺杂剂时预处理的掺杂剂。这些元素来源于处理室硬件部件，并且可以在注入期间输送到晶片。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了衬底的等离子体离子注入的方法和设备。所述方法包括提供包含处理室、在处理室中产生等离子体的源、在处理室中支持衬底的台板和加速离子从等离子体进入衬底的电压电源的等离子体离子注入系统；在处理室的内表面上沉积涂层，所述涂层与在处理室内进行的等离子体离子注入过程相容；根据等离子体离子注入方法进行衬底的等离子体离子注入。所述涂层可以包含衬底材料例如硅。根据本专利技术的第二方面，提供了衬底的等离子体离子注入的方法和设备。所述方法包括提供包含处理室、在处理室中产生等离子体的源、在处理室中支持衬底的台板和加速离子从等离子体进入衬底的电压电源的等离子体离子注入系统；在处理室的内表面上沉积涂层，所述涂层与在处理室内进行的等离子体离子注入过程相容，其中沉积涂层包括沉积包含掺杂剂的涂层；根据等离子体离子注入方法进行衬底的等离子体离子注入。所述涂层的组成可以类似于等离子体离子注入期间衬底表面的组成。根据本专利技术的第三方面，提供衬底的等离子体离子注入的方法和设备。所述方法包括提供包含处理室、在处理室中产生等离子体的源、在处理室中支持衬底的台板和加速离子从等离子体进入衬底的电压电源的等离子体离子注入系统；在处理室的内表面上沉积新涂层，所述涂层在组成上类似于由衬底的等离子体离子注入产生的沉积膜的组成；在沉积新涂层之前，通过使用一种或多种激活的清洗前体除去旧膜来清洗处理室的内表面；根据等离子体离子注入方法进行衬底的等离子体离子注入和在一个或多个衬底的等离子体离子注入之后重复清洗处理室的内表面和沉积新涂层的步骤。根据本专利技术的第四方面，提供了衬底的等离子体离子注入的方法和设备。所述方法包括提供包含处理室、在处理室中产生等离子体的源、在处理室中支持衬底的台板和加速离子从等离子体进入衬底的电压电源的等离子体离子注入系统；用清洗气体清洗处理室的内表面，所述气体与在处理室内进行的等离子体离子注入方法相容；根据等离子体离子注入方法进行衬底的等离子体离子注入。附图说明为了更好的理解本专利技术，参考附图，其通过引用并入本文，其中图1是脉冲DC等离子体离子注入系统的简化示意性结构图；图2是根据本专利技术的实施方案的处理室制备方法的概要流程图；图3是图2中显示的清洗过程的实施方案的流程图；图4是图2中显示的涂敷过程的实施方案的流程图，和图5是基于RF等离子体离子注入处理室的简化示意图，说明了根据本专利技术的实施方案将清洗气体和涂层前体气体引入处理室的技术。具体实施例方式图1中示意性地显示了适合本专利技术的注入的等离子体离子注入系统的实例。处理室限定了封闭的体积12。定位于室10内的台板14提供了支持衬底的表面，例如半导体晶片20。例如可以将晶片20夹在台板14的平面外周，或可以静电固定。在一个实施方案中，台板具有支持晶片20的导电表面。在另一个实施方案中，台板包含连接晶片20的导电性引线(未显示)。另外，台板14可以装备加热/冷却系统来控制晶片/衬底温度。阳极24定位于室10内，相对于台板14隔开。阳极24可以在箭头26指示方向上垂直于台板24移动。阳极通常与室10的导电壁连接，两者都可以接地。在另一个实施方案中，台板14接地，阳极24受负电压脉冲。在进一步的实施方案中，阳极24和台板14都可以相对于地施加偏压。晶片20(通过台板14)和阳极24与高电压脉冲源30连接，使晶片20起到阴极的作用。典型地，脉冲源30提供脉冲，振幅为约20-20,000伏特，持续时间为约1-200微秒和脉冲重复率为约100Hz-20kHz。应该理解，给出的这些脉冲参数值只是示例性的，在本专利技术的范围内可以利用其它值。室10的封闭体积12通过可控阀门32与真空泵34连接。工艺气体源36通过质量流量控制器38与室10连接。位于室10内的压力传感器48将室压力的指示信号提供给控制器46。控制器46比较读出的室压力和期望的压力输入，并将控制信号提供给阀门32或质量流量控制器38。控制信号控制阀门32或质量流量控制器38，以使室压力和期望的压力之间的差异最小化。真空泵34、阀门32、质量流量控制器38、压力传感器48和控制器46组成闭合环路压力控制系统。通常将压力控制为约1毫托-约500毫托，但不限于此范围。气体源36供应包含所需掺杂剂的可电离气体，用于注入工件。可电离气体的实例包含BF3、N2、Ar、PH3、AsH3、B2H6、PF3、AsF5和Xe。质量流量控制器38调节气体供给室10的流量。图1中显示的结构以期望的流速和恒定的压力提供了连续流动的工艺气体。优选地调节压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于衬底的等离子体离子注入的方法，包括：提供包括处理室、在处理室内产生等离子体的源、在处理室内支持衬底的台板和加速离子从等离子体进入衬底的电压电源的等离子体离子注入系统；在处理室的内表面上沉积涂层，所述涂层与在处理室内进行的等离子体离子注入过程相容；和根据等离子体离子注入方法进行衬底的等离子体离子注入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-5-20 10/850,2221.一种用于衬底的等离子体离子注入的方法，包括提供包括处理室、在处理室内产生等离子体的源、在处理室内支持衬底的台板和加速离子从等离子体进入衬底的电压电源的等离子体离子注入系统；在处理室的内表面上沉积涂层，所述涂层与在处理室内进行的等离子体离子注入过程相容；和根据等离子体离子注入方法进行衬底的等离子体离子注入。2.权利要求1的方法，其中沉积涂层包括沉积包含衬底材料的涂层。3.权利要求1的方法，其中沉积涂层包括沉积含硅材料。4.权利要求1的方法，其中沉积涂层包括沉积包含选自下列材料的涂层Si、Si-Ge、Ge、GaAs、GaN和蓝宝石。5.权利要求1的方法，其中沉积涂层包括将涂层前体引入处理室。6.权利要求5的方法，其中沉积涂层还包括用等离子体分解涂层前体。7.权利要求1的方法，其中沉积涂层还包括在沉积期间监控涂层厚度。8.权利要求1的方法，其中沉积涂层包括将含硅前体引入处理室，所述含硅前体选自SiH4、Si2H6、SiF4、SiCl4、三甲基硅烷和三乙基硅烷。9.权利要求8的方法，其中沉积涂层还包括将惰性气体引入含有含硅前体的处理室。10.权利要求8的方法，其中沉积涂层还包括将反应气体引入含有含硅前体的处理室，所述反应气体选自H2、O2、N2、BF3、B2H6、PH3、AsF5、PF5、PF3或胂。11.权利要求8的方法，其中沉积涂层还包括将反应气体引入含有含硅前体的处理室，选择所述反应气体用于控制含硅涂层的组成。12.权利要求1的方法，其中沉积涂层还包括以预定的比例将涂层前体和反应气体引入处理室。13.权利要求1的方法，其中沉积涂层还包括在沉积期间控制处理室内的压力和气体流量之一或控制两者。14.权利要求1的方法，其中沉积涂层包括利用DC脉冲加速涂层材料的离子到处理室的至少一个内表面。15.权利要求1的方法，其中沉积涂层包括通过设置在台板周围的空心环中的孔来注射涂层前体。16.权利要求1的方法，还包括在沉积涂层之前清洗处理室。17.一种用于衬底的等离子体离子注入的方法，包括提供包括处理室、在处理室内产生等离子体的源、在处理室内支持衬底的台板和加速离子从等离子体进入衬底的电压电源的等离子体离子注入系统；在处理室的内表面上沉积含掺杂剂的涂层，所述含掺杂剂的涂层与在处理室内进行的等离子体离子注入过程相容；和根据等离子体离子注入方法进行衬底的等离子体离子注入。18.权利要求17的方法，其中涂层具有类似于等离子体离子注入期间衬底表面组成的组成。19.权利要求17的方法，其中沉积涂层包括沉积包含掺杂剂的涂层，所述掺杂剂选自B、P、As和Sb。20.权利要求17的方法，其中沉积涂层包括将含硼前体气体和含硅前体气体引入处理室。21.权利要求17的方法，其中涂层包含两层或更多层。22.权利要求17的方法，其中沉积涂层包括沉积包含衬底材料的层，随后沉积含掺杂剂的层。23.权利要求17的方法，其中沉积含掺杂剂的涂层包括将氢化物掺杂剂前体引入处理室。24.权利要求17的方法，其中沉积含掺杂剂的涂层包括将卤化物掺杂剂前体引入处理室。25.权利要求17的方法，其中沉积含掺杂剂的涂层包括将掺杂剂前体和惰性气体引入处理室。26.权利要求17的方法，其中沉积含掺杂剂的涂层包括将掺杂剂前体和反应气体引入处理室。27.权利要求26的方法，其中引入掺杂剂前体和反应气体包括使掺杂剂前体和反应气体通过单个喷嘴流入处理室。28.权利要求26的方法，其中引入掺杂剂前体和反应气体包括使掺杂剂前体和反应气体通过不同喷嘴流入处理室。29.权利要求26的方法，其中引入掺杂剂前体和反应气体包括将掺杂剂前体和反应气体流导向处理室中的目标区域。30.一种用于衬底的等离子体离子注入的方法，包括提供包括处理室、在处理室内产生等离子体的源、在处理室内支持衬底的台板和加速离子从等离子体进...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克拉姆辛格，阿图尔古普塔，哈罗尔德M佩尔欣，史蒂文R沃尔瑟，安妮L泰斯托尼，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备联合公司，
类型：发明
国别省市：US[]