專利名稱：具有腔室處理與處理層等離子體放電以釋放晶片的等離子體浸沒(méi)離子注入工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于具有腔室處理與處理層等離子體放電以釋放晶片的等離子體浸沒(méi) 離子注入工藝。
背景技術(shù)：
等離子體浸沒(méi)離子注入是通過(guò)產(chǎn)生包含欲注入在半導(dǎo)體晶片或工件中的離子物 種的等離子體而執(zhí)行。可使用位于反應(yīng)器腔室頂板處的等離子體源，例如環(huán)形等離子體源， 來(lái)產(chǎn)生等離子體。透過(guò)晶片支撐基座內(nèi)部的絕緣陰極電極將非常高的射頻偏壓電壓(例 如，IOkV至20kV)耦合至半導(dǎo)體晶片以提供足以在晶片表面下方達(dá)成所需的離子注入深度 分布的離子能量。這類高偏壓電壓需要靜電夾盤上相應(yīng)的高直流靜電晶片夾鉗電壓，以在 等離子體浸沒(méi)離子注入期間固持著晶片。高注入劑量率需要高等離子體離子密度，可使用 在低腔室壓力下操作的環(huán)形等離子體源達(dá)成高等離子體離子密度。所需的離子注入深度分 布需要非常高的離子能量，可通過(guò)在晶片表面的等離子體鞘施加非常高的射頻偏壓電壓來(lái) 達(dá)成高離子能量。用在等離子體浸沒(méi)離子注入中的工藝氣體可為欲注入的摻雜劑物種的氟 化物或氫化物。在DRAM/快閃存儲(chǔ)器制造中，必須將半導(dǎo)體摻雜劑物種注入至多晶硅 (polysilicon)柵極電極中以增加其導(dǎo)電率。通過(guò)在薄柵極氧化物層上沉積非晶硅 (amorphous silicon，或稱不定形硅)，接著充分退火該晶片以將所沉積的硅由非晶態(tài)轉(zhuǎn)換 為多晶態(tài)而形成柵極電極。以此方式形成的多晶硅柵極層約為20nm至SOnm厚。注入物種 為提升硅中的P型半導(dǎo)率或η型半導(dǎo)率的物種，提升ρ型半導(dǎo)率的物種例如硼，提升η型半 導(dǎo)率的物種則例如砷、磷及銻。等離子體浸沒(méi)離子注入工藝必須實(shí)行足夠的時(shí)間，以在多晶 硅柵極層中達(dá)到所需的離子注入劑量，相當(dāng)于介在100至1000歐姆/平方米(Ohm/sq)范 圍之間的電阻率。多晶硅柵極電極必須保持無(wú)金屬(例如，鋁)污染。這類污染是由于腔室內(nèi)部空 間表面在等離子體浸沒(méi)離子注入工藝期間的濺射作用所導(dǎo)致，而將金屬原子引入面對(duì)柵極 電極的等離子體環(huán)境中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于在等離子體反應(yīng)器中以等離子體浸沒(méi)離子注入方式連續(xù)注 入多個(gè)半導(dǎo)體晶片的工藝。該工藝包含以含硅處理層涂布包含晶片支撐表面在內(nèi)的反 應(yīng)器內(nèi)部空間表面，該含硅處理層具有一初始厚度，該初始厚度足以借著在腔室中維持 沉積等離子體而避免厚度在連續(xù)多個(gè)晶片的等離子體浸沒(méi)過(guò)程中減少至低于最小閾值 (threshold thickness)。接著，惰性物種的等離子體在該腔室中維持足夠時(shí)間以從該處理 層及鄰近該晶片的所有其他電介質(zhì)表面(例如，陶瓷制成的工藝環(huán))移除殘留的靜電荷。其 后，對(duì)于該些連續(xù)多個(gè)晶片的每個(gè)晶片，將當(dāng)前晶片引入該腔室中，且使離子注入等離子體在該腔室中維持足夠時(shí)間以在晶片中實(shí)現(xiàn)所需的離子注入劑量。隨后，從該反應(yīng)器中移除 該當(dāng)前晶片，并且將該些連續(xù)多個(gè)晶片中的下一晶片引入該腔室中。在該些連續(xù)多個(gè)晶片 已處理完畢后，更換該處理層。在另一實(shí)施例中，可在更換處理層之前，處理更大數(shù)量的晶片。在此另一實(shí)施例 中，在處理該連續(xù)多個(gè)晶片中的每個(gè)晶片之后執(zhí)行下列步驟在該處理層上沉積相應(yīng)量的 含硅處理材料，以補(bǔ)償在腔室中處理該當(dāng)前晶片期間所造成的處理層材料的部分損耗。射 頻放電步驟可緊接在前述步驟之后，在射頻放電步驟中，使惰性物種等離子體在該腔室中 維持足夠時(shí)間，以在處理該些連續(xù)多個(gè)晶片的各個(gè)晶片之前，先從該處理層移除殘留的靜 電荷。


參照繪示于附圖中的實(shí)施例來(lái)提供于上文扼要總結(jié)的本發(fā)明的更具體敘述，以達(dá) 到且更詳細(xì)了解本發(fā)明的示范實(shí)施例。須了解某些已為人所熟知的工藝并未在此處討論以 避免混淆本發(fā)明。圖1為用在一工藝實(shí)施例中的等離子體反應(yīng)器簡(jiǎn)化圖。圖2A及2B構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程圖。圖3A、3B、3C及3D組成根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的工藝流程圖。為了幫助了解，已盡可能地使用相同元件符號(hào)來(lái)標(biāo)明各圖中共用的相同元件。無(wú) 需進(jìn)一步詳述的情況下，可預(yù)期一實(shí)施例中的元件及特征結(jié)構(gòu)能有利地并入其他實(shí)施例 中。不過(guò)，須注意附圖僅繪示本發(fā)明的示范性實(shí)施例，且因此不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明范圍的限 制，因?yàn)楸景l(fā)明可容許其他等效實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式通過(guò)以工藝相容材料所構(gòu)成的處理膜(seasoning films)涂布腔室內(nèi)部空間表 面，能預(yù)防離子注入工藝的金屬污染，舉例來(lái)說(shuō)，可使用二氧化硅或其他薄膜(硅或碳系)。 處理膜或處理層可厚達(dá)4000 A至9000 A。其后，將晶片引入腔室中并執(zhí)行等離子體浸沒(méi) 離子注入工藝。在注入工藝期間，等離子體蝕刻掉一部分的處理膜，而減少處理膜的厚度。 如果初始的處理膜厚度不足，可能會(huì)有部分的處理膜被移除掉而暴露出下方的金屬材料。 欲防止此情況發(fā)生，沉積的處理膜厚度需足以在經(jīng)歷至少一個(gè)晶片的等離子體浸沒(méi)離子注 入之后該處理膜仍然存在。在移除該晶片后，處理膜在一單獨(dú)的等離子體蝕刻工藝中遭受 蝕刻或被移除，并且在進(jìn)行下一個(gè)晶片的離子注入之前沉積新的處理膜。在一實(shí)施例中，通過(guò)沉積處理薄膜達(dá)到足夠的厚度，該厚度足以在經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)晶片 (例如，五個(gè))的離子注入之后仍然存在并且直到已在反應(yīng)器中連續(xù)進(jìn)行數(shù)片晶片離子 注入后才更換(!^placing)該處理層，可大幅提高生產(chǎn)力。問(wèn)題在于增加處理層的厚度 會(huì)讓處理層在沉積工藝期間相應(yīng)地累積較大量的殘留靜電荷。處理層中的殘留電荷增加 會(huì)產(chǎn)生某些問(wèn)題。具體說(shuō)來(lái)，殘留電荷能對(duì)抗固持晶片的靜電夾盤所施加的靜電夾鉗力 (electrostatic clamping force) 0結(jié)果，晶片可能在后續(xù)的等離子體浸沒(méi)離子注入步驟 期間從靜電夾盤彈出。隨著處理層厚度增加，此問(wèn)題更為惡化。因此，在多個(gè)晶片的注入期 間只使用單一處理層的應(yīng)用中，處理層的增加程度大幅受限，僅限用于少數(shù)片晶片，或僅限用于單一片晶片。因此，期望能夠使用單一處理層又不會(huì)因?yàn)樘幚韺又械臍埩綦姾啥鴵p失晶片靜電 夾鉗力的情況下增加晶片數(shù)目，以提高生產(chǎn)力。通過(guò)增加以單一處理層進(jìn)行等離子體浸沒(méi)離子注入所能處理的晶片數(shù)來(lái)提高生 產(chǎn)力。沉積該處理層達(dá)到一初始厚度，該初始厚度足夠大，使得在經(jīng)過(guò)大量晶片的等離子體 浸沒(méi)離子注入之后該處理層仍然存在。初始厚度不需要為了避免處理層中的殘留電荷效應(yīng) 而受到限制。取而代之的是，緊接在處理層沉積后，于沒(méi)有晶片的情況下，在處理層上方產(chǎn) 生高密度惰性氣體等離子體，而從處理層移除殘留電荷。在一實(shí)施例中，用于移除殘留電荷 的氣體為具有低離子化能量及高等離子體導(dǎo)電率的物種，例如，氬。僅需要維持此等離子體 數(shù)秒以使處理層完全放電。之后，熄滅等離子體，并且將連續(xù)多個(gè)晶片中的第一個(gè)晶片引入 腔室中以進(jìn)行等離子體浸沒(méi)離子注入?，F(xiàn)敘述環(huán)形源等離子體浸沒(méi)離子注入反應(yīng)器，處理層沉積工藝及等離子體浸沒(méi)離 子注入工藝可在該反應(yīng)器中執(zhí)行。參照?qǐng)D1，等離子體浸沒(méi)離子注入反應(yīng)器具有以圓柱形側(cè) 壁105、地板110及頂板115所圈圍出的腔室100。位于腔室100內(nèi)部的晶片支撐基座120 可為靜電夾盤，其能夠以靜電方式將半導(dǎo)體晶片125夾鉗(clamping)在夾盤120的晶片支 撐表面130上。夾盤120可能由接地導(dǎo)電基底層140、位于基底層140上的絕緣層145、位 于絕緣層145上的薄陰極電極150，以及位于陰極電極150上方且形成晶片支撐表面130的 頂部絕緣層155所組成。絕緣層145、155的材料可為陶瓷材料。陰極電極150可為由鉬構(gòu) 成的薄金屬網(wǎng)。圖1的反應(yīng)器具有環(huán)形等離子體源(toroidal plasma source)，環(huán)形等離子體源 包含一對(duì)橫向外部回流導(dǎo)管160、165，外部回流導(dǎo)管160、165各自延伸橫越腔室100的直徑 并且其末端通過(guò)頂板115中的端口 112耦合至腔室100的內(nèi)部空間。射頻功率施加器170、 175分別耦合射頻功率至回流導(dǎo)管160、165的內(nèi)部空間中。射頻功率施加器170由纏繞導(dǎo) 管160的磁性穿透環(huán)180、纏繞在部分的環(huán)180上的導(dǎo)電線圈182以及透過(guò)射頻阻抗匹配 元件186耦合至線圈182的射頻功率產(chǎn)生器184所組成。射頻功率施加器175由纏繞導(dǎo)管 165的磁性穿透環(huán)180’、纏繞在部分的環(huán)180’上的導(dǎo)電線圈182’以及透過(guò)射頻阻抗匹配 元件186’耦合至線圈182’的射頻功率產(chǎn)生器184’所組成。頂板115包含氣體分配板188。工藝氣源190a、190b、190c、190d透過(guò)可由使用者控 制的氣體顯示板195供應(yīng)工藝氣體給氣體分配板188。以真空泵198排空腔室100。在一范 例中，氣源190a包含摻雜劑氫化物或摻雜劑氟化物氣體。氣體可為硼、磷、砷或銻的氫化物 或氟化物，或其類似物。氣源190b儲(chǔ)存氬氣。氣源190c及190d儲(chǔ)存處理材料(seasoning material)的氣體前驅(qū)物，以在將晶片引入腔室之前用于處理層的等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相 沉積。在一實(shí)施例中，欲沉積的處理層為二氧化硅(或氧化硅物種)，且氣源190c儲(chǔ)存硅烷 (SiH4),而氣源190d儲(chǔ)存氧。靜電夾盤120進(jìn)一步包含可由使用者控制的直流夾鉗電壓供應(yīng)器200，其連接至 網(wǎng)電極150。能夠產(chǎn)生極高的射頻偏壓電壓的射頻偏壓功率產(chǎn)生器210透過(guò)射頻阻抗匹配 電路215及透過(guò)選用性(optional)的絕緣電容220 (可能包含在阻抗匹配電路215中)耦 合至網(wǎng)電極150。為了在晶片125中提供有用的離子注入深度分布，射頻偏壓電壓產(chǎn)生器 210以足夠高的功率大小進(jìn)行操作，以在晶片表面處的整個(gè)等離子體鞘產(chǎn)生IOkV或更大的射頻偏壓電壓。此電壓控制離子注入深度分布。在一可實(shí)施的范例中，在腔室的內(nèi)部空間表面上沉積相對(duì)厚的電介質(zhì)處理層，其 厚度約4000至9000 A。此類厚處理層(seasoning layer)可用在大量晶片的整個(gè)連續(xù)離 子注入處理期間，而沒(méi)有處理層從內(nèi)部腔室表面上損耗掉的風(fēng)險(xiǎn)。可使來(lái)自氣源190c的硅 烷氣體及來(lái)自氣源190d的氧氣流入腔室，同時(shí)由射頻等離子體源功率產(chǎn)生器184及184’ 其中一者或兩者施加等離子體源功率，以沉積處理層。所產(chǎn)生的等離子體提供在內(nèi)部腔室 表面上的氧化硅處理層的化學(xué)汽相沉積。維持此等離子體，直到處理層已沉積到達(dá)所需厚 度(例如，4000 A至9000人)為止。之后，移除前述工藝氣體。在化學(xué)汽相沉積工藝期間，如同可能浸沒(méi)在等離子體中的其他電介質(zhì)表面(例 如，陶瓷制成的電介質(zhì)工藝環(huán))般，所沉積的處理層累積有殘留電荷?？衫锰厥獾奶幚韺?放電工藝來(lái)移除處理層中的殘留電荷。通過(guò)產(chǎn)生適于釋放該處理層殘留電荷的等離子體來(lái) 執(zhí)行處理層放電工藝。為此目的，由具有低離子化能量且相對(duì)的非反應(yīng)氣體形成等離子體， 并且傾向于產(chǎn)生具有相對(duì)高導(dǎo)電率的等離子體。這類氣體為氬。在前文中，氬引入腔室中， 且利用來(lái)自射頻等離子體源功率產(chǎn)生器184、184’的源功率來(lái)產(chǎn)生氬等離子體。在一實(shí)施 例中，氬氣流率在50SCCm至500sCCm(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/每分鐘)的范圍之間，且源功率產(chǎn)生 器184、184’提供的射頻功率足以(例如，200瓦至500瓦)產(chǎn)生介于IOki及IO11離子/立 方厘米之間的氬等離子體。已發(fā)現(xiàn)以此步驟可使厚度約7000 A的氧化硅處理層在約2秒 內(nèi)完全釋放殘留電荷，然而可使用較長(zhǎng)的放電時(shí)間(例如，15秒)。在殘留電荷已從處理層(及任何其他鄰近晶片的電介質(zhì)表面)移除后，可在腔室 中以等離子體浸沒(méi)離子注入對(duì)大量晶片進(jìn)行連續(xù)離子注入。使用同一個(gè)處理層重復(fù)執(zhí)行等 離子體浸沒(méi)離子注入工藝來(lái)離子注入連續(xù)多個(gè)晶片。在一可行的范例中，用于各晶片的離 子注入工藝如下所述以5000伏特至10，000伏特范圍之間的直流夾鉗電壓將晶片靜電夾 鉗在夾盤120上。氣體顯示板195提供來(lái)自氣源190a且具有50sccm至200sccm氣體流率 的含摻雜劑氣體(例如，摻雜劑的氟化物或氫化物，如BF3或B2H6)，以及來(lái)自氣源190b且具 有20sCCm至300sCCm氣體流率的氬氣給頂板的氣體分配板188。環(huán)形等離子體源功率產(chǎn)生 器184、184’各以約13. 56MHz產(chǎn)生200至5000瓦的射頻功率，兩者的頻率彼此稍微偏移不 到1MHz。在其他實(shí)施例中，頻率可為約1至60MHz范圍之間的任何頻率。偏壓功率產(chǎn)生器 210以約2MHz的頻率提供足夠的射頻功率，以在晶片125上方的等離子體鞘產(chǎn)生約200至 15，000伏特的射頻偏壓電壓。在其他實(shí)施例中，偏壓功率的射頻頻率可為0. 5至60MHz范 圍之間的任何頻率。真空泵198以足以維持3mT至IOOmT范圍間的腔室壓力的排空速度操 作。在離子注入步驟實(shí)行足夠時(shí)間以在晶片表面達(dá)到所需的注入劑量后，熄滅等離子體，將 晶片從夾盤120上移除，并且對(duì)下一個(gè)晶片重復(fù)執(zhí)行離子注入。在各晶片的等離子體浸沒(méi) 離子注入期間，由含有摻雜劑的工藝氣體(例如，BF3)產(chǎn)生蝕刻劑等離子體離子(例如，含 氟等離子體離子)和蝕刻劑自由基，會(huì)蝕刻掉一部分的處理層并減少其厚度。處理層的初始厚度足夠大(例如，4000 A至9000 A:)，以在經(jīng)過(guò)大量(例如，十 個(gè))半導(dǎo)體晶片的連續(xù)等離子體浸沒(méi)離子注入期間之后，處理層仍保持完整(例如，保留最 小厚度)。此種大厚度是在不會(huì)損失晶片上的靜電夾鉗力的情況下所能容許的厚度，因?yàn)樘?理層已如上文所述般釋放了殘留靜電荷(也就是處理層沉積期間積聚的靜電荷)。在一范 例中，初始處理層厚度為9000 A，而在腔室中連續(xù)離子注入約10片晶片后，剩余的處理層厚度為3000 A。由于處理層厚度可能于任何后續(xù)離子注入步驟期間進(jìn)一步減少而增加金 屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，因此無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步的晶片離子注入。在經(jīng)過(guò)所需數(shù)目(例如，十個(gè))的半導(dǎo)體晶片的離子注入后，從腔室中移除最后一 片晶片，并且移除處理層?？赏ㄟ^(guò)引入工藝氣體至腔室中來(lái)移除處理層，該工藝氣體為氧化 硅蝕刻劑的前驅(qū)物，例如，包括碳氟化合物或氟代烴類型的含氟化合物。施加來(lái)自源功率產(chǎn) 生器184、184’的等離子體源功率來(lái)產(chǎn)生及維持等離子體，直到所有處理層已移除為止。之 后，如上文所述般沉積新的處理層，并接著進(jìn)行等離子體放電以釋放殘留的靜電荷，以為另 一次連續(xù)半導(dǎo)體晶片的離子注入作準(zhǔn)備。圖2A及2B繪示一實(shí)施例中的工藝。在將晶片引入腔室中之前，先以氧化硅處理 層涂布腔室內(nèi)部空間表面(步驟226)。此步驟是由下述方式來(lái)實(shí)現(xiàn)引入含硅氣體，例如 硅烷(步驟226-1)，以及氧氣或含氧氣體，例如氮的氣態(tài)氧化物(步驟226-2)，并施加來(lái)自 產(chǎn)生器184、184’的射頻等離子體源功率(步驟226-3)以產(chǎn)生及維持用于氧化硅處理層的 等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積的等離子體。執(zhí)行此步驟直到氧化硅沉積層達(dá)到足夠厚度，該 足夠厚度能夠在厚度不會(huì)減少至低于最小“安全”厚度(例如，3000 A )的情況下，承受所 需數(shù)目的連續(xù)晶片的連續(xù)等離子體浸沒(méi)離子注入工藝(步驟228)。初始厚度可在4000人 至9000 A的范圍之間。當(dāng)達(dá)到所需的處理層厚度之后，移除處理層前驅(qū)物氣體(例如，硅 烷及氧)(步驟230)。如果使用硅烷，則處理層可能是由類似純二氧化硅但含有小量氫的氧 化硅化合物所構(gòu)成。下一步驟為執(zhí)行電介質(zhì)處理層中所積聚的殘留電荷的等離子體放電(步驟232)。 為此目的，在腔室中產(chǎn)生純(或接近純)氬的高密度等離子體(步驟234)，并以先前所述方 式維持足夠時(shí)間(例如，二秒)以釋放所有(或接近所有)在處理層沉積步驟期間積聚在 處理層上的殘留電荷(步驟236)。在處理層的等離子體放電步驟之后，腔室準(zhǔn)備開(kāi)始在無(wú)需更換處理層的情況下執(zhí) 行所需數(shù)目(例如，十個(gè))的連續(xù)等離子體浸沒(méi)離子注入工藝。將第一晶片125引入腔 室100中并且放置在晶片支撐表面130上，由夾鉗電壓供應(yīng)器200施加靜電夾鉗力至夾 盤120，如果欲施加大的射頻偏壓電壓，則使用數(shù)千伏的電壓(步驟250)。氬氣以20至 300sccm的流率供應(yīng)給氣體分配板(步驟252)。由源功率產(chǎn)生器184、184’施加等離子體 源功率至射頻功率施加器170、175，其各自的等離子體源功率大小約200至5000瓦且頻率 為13. 56 士 5MHz (步驟254)。將10% B2H6及90%氦的混合物供應(yīng)給氣體分配板188 (步驟 256)。腔室100排空到3mT至IOOmT的壓力(步驟258)。這些條件維持足夠時(shí)間以達(dá)到所 需的硼離子注入劑量。此劑量可相當(dāng)于所注入的多晶硅柵極材料的電阻率介在100至1000 歐姆/平方米范圍之間。此時(shí)，完成離子注入工藝并暫停執(zhí)行，且從夾盤120釋放并移除晶 片125 (步驟260)。接著將下一個(gè)晶片夾鉗在靜電夾盤120上(步驟262)，并且對(duì)新的晶 片重復(fù)前述的等離子體浸沒(méi)離子注入工藝(步驟264)。在所需數(shù)目的晶片上，例如7片晶 片，重復(fù)前述循環(huán)(步驟266)。接著，移除處理層(步驟264)，以準(zhǔn)備沉積欲用在下一組晶片的新處理層?？赏ㄟ^(guò) 引入含氟工藝氣體并接著進(jìn)行等離子體轟擊來(lái)移除處理層。具體說(shuō)來(lái)，射頻功率是由一對(duì) 射頻產(chǎn)生器184、184’所施加。維持此等離子體直到所有處理層已移除為止。接著回到步 驟226而重復(fù)前述工藝(步驟270)。
在繪于圖3A、3B、3C及3D的流程圖的另一實(shí)施例中，增加可使用同一個(gè)處理層進(jìn) 行處理的晶片數(shù)目，例如，數(shù)目增加至大于十個(gè)，如15個(gè)或20個(gè)，且不需要進(jìn)一步增加處理 層的初始厚度。上述可通過(guò)在移除當(dāng)前晶片之后，或介于連續(xù)離子注入工藝之間，以小量的 額外氧化硅材料于各晶片的離子注入之后來(lái)增補(bǔ)或補(bǔ)充處理層而實(shí)現(xiàn)。所添加的材料足以 取代(或接近取代)在先前離子注入工藝期間蝕刻掉的處理層的量。結(jié)果，處理層的初始 厚度可小于處理層在連續(xù)晶片的連續(xù)離子注入期間(在過(guò)程中沒(méi)有補(bǔ)充處理層)欲余留超 過(guò)最小閾值所需的初始厚度。一優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)給定的處理層厚度，可在更換處理層之前處理 大量的晶片。圖3A至3D繪示根據(jù)后者實(shí)施例的工藝。圖3A至3D的工藝與圖2A至2B的 工藝的相異處在于，在圖3A至3D的工藝中是在完成離子注入及移除當(dāng)前晶片之后并且在 引入下一個(gè)晶片之前執(zhí)行下列步驟沉積薄氧化硅層或額外的處理材料來(lái)補(bǔ)充在離子注入 期間被部分移除或變薄的處理層，補(bǔ)充的薄氧化硅層或額外的處理材料足以將處理材料恢 復(fù)至接近其初始厚度。所添加的處理材料或氧化硅的量可能是該初始厚度的一部分，例如， IA或更少。在圖3A至3D的工藝中如下述般執(zhí)行該補(bǔ)充或部分沉積引入含硅氣體，引入含 氧氣體，以及施加來(lái)自產(chǎn)生器184、184’的射頻等離子體源功率。當(dāng)處理層厚度已恢復(fù)到至 少接近其初始厚度時(shí)，停止此補(bǔ)充沉積工藝。接著，將在此后續(xù)處理層補(bǔ)充沉積期間所積聚 在處理層中的殘留電荷釋放掉。為達(dá)此目的，在腔室中產(chǎn)生純(或接近純)氬的高密度等 離子體，并維持該等離子體足夠時(shí)間(例如，二秒)以釋放掉所有(或接近所有)在處理層 補(bǔ)充沉積期間積聚在處理層上的殘留電荷。其后，熄滅氬等離子體。以類似初始(注入前) 的等離子體放電步驟來(lái)執(zhí)行處理層的等離子體放電。在一范例中，氬氣以20至500sCCm的 流率供應(yīng)至腔室中，以及施加約200至500瓦范圍之間且13. 56MHz的射頻源功率，以產(chǎn)生 高密度等離子體約2秒或可能更短。這足以從處理層移除殘留電荷。以下為圖3A至3D的工藝的完整敘述在將晶片引入腔室之前，首先以氧化硅處理 層涂布腔室內(nèi)部空間表面(步驟326)。此步驟可通過(guò)下述方式來(lái)達(dá)成引入含硅氣體，例如 硅烷(步驟326-1)，以及引入氧氣或含氧氣體，例如氮的氣體氧化物(步驟326-2)，施加來(lái) 自產(chǎn)生器184、184’的射頻等離子體源功率(步驟326-3)以產(chǎn)生及維持用于氧化硅處理層 的等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積的等離子體。執(zhí)行此步驟直到氧化硅沉積層達(dá)到足夠厚度， 該厚度能夠承受所需數(shù)目的連續(xù)晶片的連續(xù)等離子體浸沒(méi)離子注入工藝(步驟328)，而不 會(huì)減少至低于最小“安全”厚度，例如3000 A。初始厚度可在4000A至9000 A的范圍之間。 達(dá)到所需的處理層厚度之后，移除處理層前驅(qū)物氣體(例如，硅烷及氧)(步驟330)。如果 使用硅烷，則處理層可能是由類似純二氧化硅但含有小量氫的氧化硅化合物構(gòu)成。下一步驟是執(zhí)行電介質(zhì)處理層中的積聚殘留電荷的等離子體放電(步驟332)。為 此目的，在腔室中產(chǎn)生純(或接近純)氬的高密度等離子體(步驟334)，并以先前所述方式 維持足夠時(shí)間(例如，二秒)以釋放掉所有(或接近所有)在處理層沉積步驟期間積聚在 處理層上的殘留電荷(步驟336)。在處理層的等離子體放電后，腔室準(zhǔn)備開(kāi)始在不更換處理層的情況下執(zhí)行所需數(shù) 目(例如，十個(gè))的連續(xù)等離子體浸沒(méi)離子注入工藝。第一晶片125引入腔室100中并放 置在晶片支撐表面130上，且由夾鉗電壓供應(yīng)器200施加靜電夾鉗力至夾盤120，如果欲施 加大的射頻偏壓電壓，則使用數(shù)千伏等級(jí)的電壓(步驟350)。氬氣以20至300sCCm的流率 供應(yīng)給氣體分配板(步驟352)。源功率產(chǎn)生器184、184’各自以約200至5000瓦的功率及13. 56士 IMHz的頻率(步驟354)施加等離子體源功率至射頻功率施加器170、175。將 含10% B2H6及90%氦的混合物供應(yīng)給氣體分配板188 (步驟356)。腔室100排空至3mT至 IOOmT的壓力(步驟358)。這些條件維持足夠時(shí)間，以達(dá)到所需的硼離子注入劑量。此劑 量可相當(dāng)于已注入的多晶硅柵極材料的電阻率介在100至1000歐姆/平方米的范圍之間。 此時(shí)，離子注入工藝完成并暫停，且從夾盤120上釋放并移除晶片125 (步驟360)?？梢员⊙趸鑼踊蝾~外的處理材料沉積來(lái)補(bǔ)充在離子注入期間被部分移除或變 薄的處理層，補(bǔ)充薄氧化硅層或額外處理材料足以使處理材料恢復(fù)至接近其初始厚度。所 添加的處理材料或氧化硅的量可為一部分的初始厚度，例如，1 A或更少。在圖3A至3D的 工藝中如下述般實(shí)行步驟327的補(bǔ)充或部分沉積引入含硅氣體(步驟327-1)，引入含氧 氣體(步驟327-2)，以及施加來(lái)自產(chǎn)生器184、184’的射頻等離子體源功率(步驟327-3)。 當(dāng)處理層厚度已恢復(fù)到至少接近其初始厚度時(shí)，暫停此補(bǔ)充沉積工藝(步驟327-4)。接著， 釋放掉在此后者(也就是步驟327的)處理層補(bǔ)充沉積期間積聚在處理層中的殘留電荷 (步驟329)。為此目的，在腔室中產(chǎn)生純(或接近純)氬的高密度等離子體(步驟329-1)， 并維持該等離子體足夠時(shí)間(例如，二秒)以釋放所有(或接近所有)在步驟327的處理 層補(bǔ)充沉積期間積聚在處理層上的殘留電荷。其后，熄滅該氬等離子體(步驟329-2)。以 類似于步驟232及234的初始(注入前)等離子體放電步驟的方式來(lái)執(zhí)行該處理層等離子 體放電。在一范例中，氬氣以20至500sCCm的流率供應(yīng)至腔室中，并且施加約200至500 瓦范圍之間及13. 56MHz的射頻源功率，以產(chǎn)生高密度等離子體約2秒或可能更短。這足以 從處理層移除殘留電荷。下一個(gè)晶片接著夾鉗在靜電夾盤120上(步驟362)，且對(duì)新的晶片重復(fù)前述的等 離子體浸沒(méi)離子注入工藝(步驟364)。在所需數(shù)目的晶片(例如，7個(gè)晶片)上重復(fù)前述 循環(huán)(步驟366)。接著，移除處理層(步驟364)，以準(zhǔn)備沉積欲用在下一組晶片的新處理層?？赏ㄟ^(guò) 引入含氟工藝氣體并接著形成等離子體來(lái)移除處理層。具體說(shuō)來(lái)，由一對(duì)射頻產(chǎn)生器184、 184’施加射頻功率。維持此等離子體直到所有處理層已移除為止。接著回到步驟326的步 驟而重復(fù)前述工藝(步驟370)。雖然以上內(nèi)容已揭示本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例，但可在不偏離本發(fā)明基本范圍的情況 下做出本發(fā)明的其他及進(jìn)一步實(shí)施例，且本發(fā)明范圍當(dāng)由后附權(quán)利要求范圍決定。
權(quán)利要求
一種在等離子體反應(yīng)器中離子注入連續(xù)多個(gè)半導(dǎo)體晶片的方法，包含引入含硅氣體及含氧氣體至該腔室中，在該腔室中產(chǎn)生沉積等離子體，并且維持該沉積等離子體直到具有目標(biāo)厚度的氧化硅處理層沉積在該腔室的內(nèi)部空間表面上為止，該腔室內(nèi)部空間表面包含靜電夾盤的晶片支撐表面；引入氬氣至該腔室中，在該腔室中產(chǎn)生導(dǎo)電放電等離子體，并且維持該導(dǎo)電放電等離子體直到在該處理層中的殘留靜電荷釋放掉為止；對(duì)該連續(xù)多個(gè)半導(dǎo)體晶片中的每個(gè)晶片(a)將該半導(dǎo)體晶片引入該反應(yīng)器中，并且在該覆蓋處理層的晶片支撐表面上靜電夾鉗該晶片；(b)引入含有半導(dǎo)體摻雜劑的氣體至該腔室中，并且在該腔室中產(chǎn)生離子注入等離子體，以及維持該離子注入等離子體直到達(dá)到所需的離子注入劑量為止；(c)從該晶片支撐表面釋放該晶片并且從該腔室移除該晶片；(d)對(duì)該連續(xù)多個(gè)晶片中的下一晶片重復(fù)步驟(a)、(b)及(c)；在對(duì)預(yù)定數(shù)目的晶片執(zhí)行步驟(a)、(b)、(c)及(d)后，引入含蝕刻劑物種的氣體至該腔室中并且在該腔室中產(chǎn)生蝕刻等離子體，以及維持該蝕刻等離子體直到該處理層已從該腔室內(nèi)部空間表面上移除為止。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含在步驟(c)之后及在步驟(d)之前執(zhí)行下列步驟 (i)引入含硅氣體及含氧氣體至該腔室中，在該腔室中產(chǎn)生沉積等離子體，以及維持該沉積等離子體直到該氧化硅處理層厚度的補(bǔ)充量相當(dāng)于在步驟(b)期間所損耗的厚度為 止。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包含在步驟(i)之后執(zhí)行下列步驟( )引入氬氣至該腔室中并且在該腔室中產(chǎn)生導(dǎo)電放電等離子體，以及維持該導(dǎo)電放 電等離子體直到該處理層中的殘留靜電荷已釋放掉為止。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該處理層的該目標(biāo)厚度足夠大，以在該連續(xù)多個(gè)晶 片的離子注入期間保留大于最小閾值的厚度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該最小閾值為3000A。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該目標(biāo)厚度在約4000A至9000A的范圍中。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該連續(xù)多個(gè)晶片約為十個(gè)。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該厚度損耗約為1000A。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該處理層的該目標(biāo)厚度不足以在選定的連續(xù)數(shù)目晶 片的離子注入期間保留大于最小閾值的厚度。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該最小閾值為3000A。
11.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該目標(biāo)厚度在約4000人至9000A的范圍中。
12.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該連續(xù)多個(gè)晶片約為15至20個(gè)。
13.一種在等離子體反應(yīng)器中等離子體浸沒(méi)離子注入連續(xù)多個(gè)半導(dǎo)體晶片的方法，包含以具有初始厚度的含硅處理層來(lái)涂布包含晶片支撐表面的該反應(yīng)器的內(nèi)部空間表在該腔室中維持惰性物種等離子體達(dá)足夠時(shí)間，以從該處理層移除殘留的靜電荷；對(duì)于該連續(xù)多個(gè)晶片中的每個(gè)晶片，引入一當(dāng)前晶片至該腔室中，并且在該腔室中維 持離子注入等離子體達(dá)足夠時(shí)間以在該晶片中實(shí)現(xiàn)所需的離子注入劑量，從該反應(yīng)器移除 該當(dāng)前晶片，以及將該連續(xù)多個(gè)晶片中的下一個(gè)晶片引入該腔室中。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包含在移除該當(dāng)前晶片之后以及在引入該下一個(gè)晶 片之前，執(zhí)行下列步驟(i)通過(guò)在該處理層上沉積相應(yīng)的含硅處理材料量，來(lái)補(bǔ)償在該腔室中處理該當(dāng)前晶 片期間發(fā)生該處理層材料的部分損耗。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，在步驟(i)之后還包含( )在該腔室中維持惰性物種等離子體達(dá)足夠時(shí)間，以從該處理層移除殘留的靜電荷。
全文摘要
在等離子體浸沒(méi)離子注入工藝中，在不會(huì)因?yàn)樵黾犹幚韺拥暮穸榷鴵p失晶片夾鉗靜電力的情況下，增加注入前腔室處理層的厚度，以允許在不用更換處理層的情況下進(jìn)行一連串晶片的注入?？赏ㄟ^(guò)先以等離子體放電來(lái)除掉厚處理層的殘留靜電荷來(lái)實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作。通過(guò)在每個(gè)晶片處理完之后，部分地補(bǔ)充該處理層，并且接著可在處理下一個(gè)晶片之前進(jìn)行該補(bǔ)充處理層的簡(jiǎn)短等離子體放電，以進(jìn)一步提高使用同一個(gè)處理層所能處理的晶片數(shù)量。
文檔編號(hào)H01L21/265GK101946308SQ200980105688
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月25日
發(fā)明者卡提克·桑瑟南姆, 坎芬·萊, 彼得·I·波爾什涅夫, 揚(yáng)·B·塔, 馬丁·A·希爾金, 馬修·D·斯科特奈伊卡斯?fàn)? 馬耶德·A·福阿德, 麥諾基·韋列卡 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司