JP2007149626A - イオン注入方法及びその方法を使用するデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】基板の所定の領域内にイオン注入領域を形成するためのイオン注入方法及びデバイスが提供される。
【解決手段】本方法は、以下のステップを有する。先ず、イオンビームが提供され、次に、そのイオンビームの第１の断面形状と第１のイオン密度分布とが検出される。それから、イオンビームの第２の断面形状と第２のイオン密度分布とが、所定のスキャンパスに沿ってイオンビームを移動することによって検出される。その後、所定のスキャンパスが、第１の断面形状、第１のイオン密度分布、第２の断面形状、及び第２のイオン密度分布に従って調節かつ最適化される。次に、イオンビームは、最適化された所定のスキャンパスに沿って最適化されて、基板の所定の領域内にイオン注入領域を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、イオン注入方法及びその方法を使用するデバイスに関する。より具体的には、本発明は、優れた注入の均一性を有するイオン注入方法及びその方法を使用するデバイスに関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいて所定の導電性を得るために、デバイスの膜層に不純物を加えることが通常であり、そのプロセスは一般にドーピングまたは注入プロセスと呼ばれ、不純物はドーパントと呼ばれる。従来のドーピング方法は、一般的には、拡散方法とイオン注入方法とに分類されることもある。一般的に、拡散方法は熱拡散方法と呼ばれる。その理由は、その方法が、高温（一般的には約８００℃）下で、高ドーパント濃度領域から低ドーパント濃度領域への主材のドーパントを拡散することによって実行されるからである。しかしながら、イオン注入方法は、イオン化されたドーパントを加速かつ注入してドーパントを主材に直接的にドープすることによって実行される。

図１は、従来のイオン注入装置を示す概略的な断面図である。一般に、従来のイオン注入装置の構造は非常に複雑である。図１を参照して、イオン注入装置１００は、イオンビーム１０２、イオン源１０４、質量解析器１０６、加速器１０８、及びスキャナ１１０を実質的に備える。イオン源は、イオンビーム１０２を発生させるために使用され、質量解析器１０６は、ドーパントとして使用されるイオンビーム１０２の一部分を分離かつ選択するために使用される。加速器１０８は、イオンビーム１０２を加速するために使用され、スキャナ１１０は、イオンビーム１０２によってウエハ１１２をスキャンするために使用される。以下で、従来のイオン注入装置で発生される問題が記述される。

図２は、従来のイオン注入装置においてウエハをスキャンする方法を概略的に示す平面図である。図２に示されるように、イオンビームは、イオンビーム１０２がウエハ２０４をスキャンする前に拡張される。従って、イオンビーム領域２０２が得られる。イオンビーム領域２０２のサイズは、ウエハ２０４のサイズと比較して調節され、イオンビーム１０２は、図２に示されるジグザグパスのようなスキャンパスに沿ってスキャンしてウエハ２０４の全領域に注入される。しかしながら、図２に示されるように、従来のスキャンプロセスにおいて、ウエハ２０４の一部分、例えば、領域２０６は、少なくとも２回スキャンされる。あるいは、ウエハ２０４の他の一部分、例えば、領域２０８は、スキャンされない。

上述の問題を解決するために、従来では、スキャンプロセスの速度又は頻度がスキャンの均一性を向上させるように固定される。あるいは、スキャン速度は、イオンビーム電流に依存している。時として、スキャンプロセスの回数もまた増加される。しかしながら、均一性の向上が明白ではない。あるいは、熱拡散方法もまたスキャン均一性の向上のために採用される。しかしながら、全プロセスの熱量が増加され、従って、コスト及びプロセス時間もまた増加される。

加えて、イオンビーム領域２０２を得るためにスキャンプロセス中にウエハ上でイオンビームが拡張されると、一般的に、イオンビーム領域２０２上のイオン濃度分布が均一ではない。特に、イオンは、イオンビーム中のイオンが同じ電荷を有するために、相互に反発する。従って、イオンビームの幅がスキャンプロセス中に広くなり、従って、イオンビームの形状が変化し、イオンビームの断面上のイオン濃度分布が均一でない。それ故に、イオンビーム領域２０２のサイズ、形状、及びイオン濃度分布は、スキャンプロセス中に頻繁に調節されなければならない。

更に、イオンビームがウエハに注入されている間でイオンビーム領域２０２が形成された後に、注入されたイオンが正に帯電されるので、ウエハの表面もまた正に帯電される。従って、イオンビームとウエハの表面とは相互に反発し、従って、後者の注入プロセスにおいてイオンビーム領域２０２の位置、サイズ、形状、及びイオン濃度分布が形成される。一般に、この問題は、電子ビームをウエハの表面に印加してウエハの表面を電気的に中性化することによって解決されることがある。電子ビームは、例えば、イオンビームのイオン化中に発生される。しかしながら、ウエハの表面への電子ビームの注入の影響に注意しなければならない。

従って、イオン注入プロセスの均一性を効果的に増大する方法及びデバイスが強く望まれている。

従って、本発明は、イオン注入の均一性を向上させるためのイオン注入方法に向けられている。

加えて、本発明は、イオン注入の均一性を向上させるためのイオン注入デバイスに向けられている。

本発明の一態様によれば、基板の所定の領域にイオン注入領域を形成するためのイオン注入方法が提供される。この方法は、例えば以下のステップを備えているが、それに限定されない。先ず、イオンビームが提供され、そのイオンビームの第１の断面形状と第１のイオン密度分布とが検出される。次に、イオンビームの第２の断面形状と第２のイオン密度分布とが、所定のスキャンパスに沿ってイオンビームを移動することによって検出される。その後、所定のスキャンパスは、第１の断面形状、第１のイオン密度分布、第２の断面形状、及び第２のイオン密度分布に従って調節かつ最適化される。それから、イオンビームは、最適化された所定のスキャンパスに沿って最適化されて、基板の所定の領域にイオン注入領域を形成する。

本発明の一態様では、本方法は、更に、電子ビームを提供すること、及び電子ビームの断面形状と電子密度分布とを検出することとを備える。

本発明の一態様では、所定のスキャンパスを調節する方法は、イオンビームをスキャンするためのパスを配置すること、イオンビームのスキャン速度を調節すること、イオンビームをスキャンするためのパスのインターバルを調節すること、イオンビームの断面を調節すること、又はそれらの組み合わせの方法を備える。

本発明の一態様では、第１の断面形状、第１のイオン密度分布、第２の断面形状、及び第２のイオン密度分布を検出する方法は、光学センサデバイス及び／又は電気センサデバイスによって実行される。更に、光学センサデバイスは、蛍光センサスクリーンを備える。加えて、電気センサデバイスはファラデーカップを備える。

本発明の一態様によれば、イオン注入デバイスが提供される。このデバイスは、例えば、イオン源、スキャンデバイス、検出デバイス、及びスキャンデバイス制御装置を備えているが、それらに限定されるものではない。イオン源は、イオンビームを発生するために使用され、スキャンデバイスは、イオンビームをスキャンするためにイオン源の後に配置される。検出デバイスは、イオンビームを検出してイオンビーム状態を得るために使用され、スキャンデバイス制御装置は、そのイオンビーム状態に従ってスキャンデバイスを制御するために使用される。

本発明の一態様では、検出デバイスは、イオンビームの注入の領域近くに配置される。

本発明の一態様では、検出デバイスは、イオンビームの注入の所定のスキャンパスに沿って配置される。

本発明の一態様では、イオンビーム状態は、イオンビームの断面形状及び／又はイオン密度分布を含む。

本発明の一態様では、本デバイスは、更に、電子ビームを発生するための電子ビーム源を備える。加えて、検出デバイスは、電子ビームの電子ビーム状態を検出するために使用されてもよく、従って、電子ビームは、その電子ビーム状態に従ってスキャンデバイス制御装置により制御される。

本発明の一態様では、検出デバイスは、光学センサデバイス及び／又は電気センサデバイスを備える。更に、光学センサデバイスは蛍光センサスクリーンを備える。加えて、電気センサデバイスはファラデーカップを備える。

従って、本発明のイオン注入デバイス及び方法では、検出デバイス及びスキャンデバイス制御装置は、イオンビームのイオン密度及び断面形状のようなイオンビーム状態を検出するために設けられる。加えて、所定のスキャンパスは、イオンビーム状態に従って調節かつ最適化される。従って、イオン注入プロセスが実行されると、優れたイオン密度分布が得られる。

上記の一般的な記述及び以下の詳細な記述の両方は例示的なものであり、請求項の発明の更なる説明を提供することを意図しているものであることが理解される。

添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれるとともにその一部を構成する。以下の図面は、本発明の実施の形態を示し、明細書の記載と共に、本発明の原理を説明するように働くものである。

以下、本発明は、添付の図面を参照してさらに十分に記述され、その記述では本発明の好適な実施の形態が示される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されても良く、以下で詳述される実施の形態に限定されるように解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、ここでの開示が綿密かつ完全であるとともに当業者にとって本発明の範囲を十分に伝えるように提供される。同一符号は全体を通して同一要素を示す。

なお、本発明のイオン注入デバイスは、本発明の検出デバイスとスキャンデバイス制御装置とを従来のイオン注入デバイスに組み込むことによって、任意の従来のイオン注入デバイスと互換性がある。図３は、本発明の一実施の形態によるイオン注入デバイスを示す概略的な断面図である。図３を参照すると、イオン注入デバイス３００は、例えば、イオン源３０４、質量解析器３０６、加速器３０８、スキャンデバイス３１０、検出デバイス３１４、及びスキャンデバイス制御装置３１６を備えているが、それらに限定されるものではない。加えて、イオン注入デバイス３００は、任意ではあるが、例えば、第１の電子発生器３２２と第２の電子発生器３２４とを備える電子発生器を有していても良いが、それに限定されるものではない。イオン源３０４はイオンビーム３０２を発生するために設けられる。質量解析器３０６は、ドーパントとして使用されるイオンビーム３０２の一部分を分離かつ選択するために設けられる。加速器３０８は、イオンビーム３０２を加速するために設けられる。スキャンデバイス３１０は、イオンビーム３０２を使用することによってウエハ３１２をスキャンするために使用される。

加えて、スキャンデバイス制御装置３１６は、検出されたイオンビーム状態を受信するために検出デバイス３１４に接続されている。スキャンデバイス３１０は、検出されたイオンビーム状態に従ってスキャンデバイス制御装置３１６により制御される。検出デバイス３１４は、例えば、光学センサデバイス又は電気センサデバイスを備えているが、それに限定されない。光学センサデバイスは、例えば、蛍光センサスクリーンを備えているが、それに限定されない。電気センサデバイスは、例えば、少なくとも１つのファラデーカップを備えているが、それに限定されない。スクリーンがイオンビームによって衝突された後に光が蛍光センサスクリーンにより放射されるので、蛍光センサスクリーンは、イオンビームのイオン密度と断面形状とを検出するために使用することができる。加えて、イオン密度が高くなればなるほど、放射される光の輝度がますます高くなる。

図４は、本発明の一実施の形態によるファラデーカップを示す概略的な断面図である。本発明の一実施の形態では、電気センサデバイスは、例えば、単一のファラデーカップのみを備えていても良いし、又は、ハニカム構造又はアレイ構造に配列された複数のファラデーカップを備えていても良いが、それに限定されない。図４を参照すると、ファラデーカップ４００の壁４０４がイオンビーム４０２によって衝突されている間に、又は、ファラデーカップ４００の壁４０６又は壁４０８が反射されたイオンビーム４０２によって衝突されている間に、電子が発生される。なお、発生される電子の数はイオンビームの数に比例し、従って、イオンビームのイオン密度と断面形状とが検出可能になる。

任意ではあるが、イオンビームの注入中にウエハの表面の正電荷を中性化するために、電子ビームが、ウエハの表面に対して放射される。本発明の一実施の形態では、電子ビームは、例えば、イオンビームのイオン化の間に発生されても良いし、又は電子発生器によって発生されても良い。図３に示されるように、第１の電子発生器３２２と第２の電子発生器３２４とを備える電子発生器が設けられる。第１の電子発生器３２２は、例えば、フィラメントへの電流の供給によって複数の一次電子３２６を発生するフィラメントを備えるが、それに限定されない。第２の電子発生器３２４は、例えば、金属ターゲットを備えるが、それに制限されない。従って、金属ターゲットが一次電子３２６に衝突されると、複数の二次電子が生成されることがある。二次電子はウエハの表面に拡散し、それによりウエハの表面上の正電荷が中性化される。

本発明の一実施の形態では、検出デバイス３１４はイオンビームの注入の領域近くに配置されており、例えば、検出デバイス３１４の近くの領域は図３に示されているように配置されているが、それに限定されない。本発明の他の実施の形態では、検出デバイス３１４はイオンビームの注入の所定のスキャンパスに沿って配置されており、例えば、図３に示されるようにウエハ３１２の表面に平行な方向に沿って配置されているが、それに限定されない。加えて、検出デバイス３１４は、上述の方向に沿って移動されても良い。従って、イオンビーム３０２が所定のスキャンパスに沿ってスキャンされる時、所定のスキャンパスに沿うイオンビーム３０２のイオン密度と断面形状とは、検出デバイス３１４によって検出される。こうして、所定のスキャンパスの全体に沿うイオンビーム３０２のイオン密度分布と均一性とを得ることができる。本発明の一実施の形態では、二次電子３２８の断面形状と電子密度分布とは、検出デバイス３１４によって検出されることも可能である。第１の電子発生器３２２は、スキャンデバイス制御装置３１６に接続され、従って、第１の電子発生器３２２もまた、検出された二次電子３２８の断面形状と電子密度分布とに従って、スキャンデバイス制御装置３１６によって制御されても良い。

図５は、本発明の一実施の形態による、スキャン後の所定の領域におけるイオンビームのイオン密度分布を示す図である。図５を参照すると、本発明の一実施の形態では、スキャンは、イオンビームの断面の直径を約１．５ｍｍに設定すること、及び固定されたスキャン速度及び頻度を有する図２のスキャンパスを使用することによって実行される。換言すれば、図２に示されるイオンビーム領域２０２の直径は、図５に示されるイオン密度分布の図を得るために、約１．５ｍｍに設定される。図５に示されるパーセンテージの値は、位置とイオン密度の相対比を表す。なお、イオン密度分布の図の水平方向において、エッジ近くのイオン密度分布は中心近くのイオン密度分布よりも均一性がより少ない。

図６は、本発明の一実施の形態による、スキャン後の所定の領域におけるイオンビームのイオン密度分布を示す図である。図６を参照すると、本発明の一実施の形態では、スキャンは、イオンビームの断面の直径を約２．０ｍｍに設定すること、及び固定されたスキャン速度及び頻度を有する図２のスキャンパスを使用することによって実行される。換言すれば、図２に示されるイオンビーム領域２０２の直径は、図６に示されるイオン密度分布の図を得るために約２．０ｍｍに設定されている。図５と比較すると、図６のイオン密度分布は、より均一である。従って、本発明の一実施の形態では、イオンビームをスキャンするパス（例えば、図２に示されるジグザグパス）、スキャン速度、イオンビームをスキャンするパス間のインターバル（例えば、図２に示されるジグザグパス間の距離Ｄ）、又は、イオンビームの断面（例えば、図２に示されるイオンビーム領域２０２）を調節することによって、イオン注入のイオン密度分布は調節かつ最適化されても良い。従って、本発明において、優れたイオン密度分布が得られる。

本発明の一実施の形態では、イオン密度分布は、所定のスキャンパスに沿ってイオンビームをスキャンすることにより検出されても良く、その後に、所定のスキャンパスが最適化されても良い。次に、注入されるウエハ又は半導体デバイスが、図３に示されるスキャンデバイス３１０にロードされて、イオン注入プロセスを実行しても良い。

なお、本発明のイオン注入デバイスは本発明の実施の形態に限定されない。換言すれば、イオン注入のために使用され得るあらゆる従来のデバイスは、本発明の注入プロセスを実行するために、例えば、検出デバイスとスキャンデバイス制御装置とを組み込み可能であるが、それに限定されない。

従って、本発明のイオン注入デバイス及び方法では、検出デバイスとスキャンデバイス制御装置とは、イオンビームのイオン密度及び断面形状のようなイオンビーム状態を検出するために設けられる。加えて、所定のスキャンパスは、イオンビーム状態に従って調節かつ最適化される。それ故に、イオン注入プロセスが実行されると、優れたイオン密度分布が得られる。

本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく種々の変更及び変形が本発明の構造に対して行われ得ることは、当業者にとって明白である。前述に鑑み、本発明の変更及び変形が添付の請求項及びその等価物の範囲内に入るならば、本発明はその変更及び変形を覆おうものである。

従来のイオン注入装置を示す概略的な断面図である。 従来のイオン注入装置においてウエハをスキャンする方法を概略的に示す平面図である。 本発明の一実施の形態によるイオン注入デバイスを示す概略的な断面図である。 本発明の一実施の形態によるファラデーカップを示す概略的な断面図である。 本発明の一実施の形態による、スキャン後の所定の領域におけるイオンビームのイオン密度分布を示す図である。 本発明の一実施の形態による、スキャン後の所定の領域におけるイオンビームのイオン密度分布を示す図である。

Claims (19)

1. 基板の所定の領域にイオン注入領域を形成するイオン注入方法であって、
   イオンビームを提供し前記イオンビームの第１の断面形状と第１のイオン密度分布とを検出するステップと、
   所定のスキャンパスに沿って前記イオンビームを移動し前記イオンビームの第２の断面形状と第２のイオン密度分布とを検出するステップと、
   前記第１の断面形状、前記第１のイオン密度分布、前記第２の断面形状、及び前記第２のイオン密度分布に従って前記所定のスキャンパスを調節して前記所定のスキャンパスを最適化するステップと、
   前記最適化された所定のスキャンパスに沿って前記イオンビームを注入して前記基板の所定の領域に前記イオン注入領域を形成するステップとを有することを特徴とするイオン注入方法。
2. 電子ビームを提供するステップと、
   前記電子ビームの断面形状と電子密度分布とを検出するステップとを更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記所定のスキャンパスを調節する方法は、前記イオンビームをスキャンするためのパスを配置することを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記所定のスキャンパスを調節する方法は、前記イオンビームのスキャン速度を調節することを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記所定のスキャンパスを調節する方法は、前記イオンビームをスキャンするためのパスのインターバルを調節することを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記所定のスキャンパスを調節する方法は、前記イオンビームの断面を調節することを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記第１の断面形状、前記第１のイオン密度分布、前記第２の断面形状、及び前記第２のイオン密度分布を検出する方法は、光学センサデバイスによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記光学センサデバイスは蛍光センサスクリーンを備えることを特徴とする請求項7に記載の方法。
9. 前記第１の断面形状、前記第１のイオン密度分布、前記第２の断面形状、及び前記第２のイオン密度分布を検出する方法は、電気センサデバイスによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記電気センサデバイスは、ファラデーカップを備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. イオン注入デバイスであって、
    イオンビームを生成するためのイオン源と、
    前記イオンビームをスキャンするために前記イオン源の後に配置されたスキャンデバイスと、
    前記イオンビームを検出してイオンビーム状態を得るための検出デバイスと、
    前記イオンビーム状態に従って前記スキャンデバイスを制御するためのスキャンデバイス制御装置とを備えることを特徴とするイオン注入デバイス。
12. 前記検出デバイスは、前記イオンビームの注入の領域近くに配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記検出デバイスは、前記イオンビームの注入の所定のスキャンパスに沿って配置されていること特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
14. 前記イオンビーム状態は、前記イオンビームの断面形状及び／又はイオン密度分布を含んでいることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
15. 電子ビームを生成するための電子ビーム源を更に備え、
    前記検出デバイスは、前記電子ビームの電子ビーム状態を検出するために使用され、前記電子ビームは、前記電子ビーム状態に従って前記スキャンデバイス制御装置により制御されていることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
16. 前記検出デバイスは、光学センサデバイスを備えていることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
17. 前記光学センサデバイスは、蛍光センサスクリーンを備えていることを特徴とする請求項１６に記載のイオン注入デバイス。
18. 前記検出デバイスは、電気センサデバイスを備えていることを特徴とする請求項１１に記載のイオン注入デバイス。
19. 前記電気センサデバイスは、ファラデーカップを備えていることを特徴とする請求項１８に記載のイオン注入デバイス。