JP2015533012A - イオン注入における注入に誘導される損傷制御 - Google Patents

Abstract

ビーム密度を有しているスポットイオンビームを加工物に供給するように構成されているイオン注入装置を有しているイオン注入システムが、提供され、上記加工物は、それと関連付けられた結晶構造を有している。走査システムは、上記スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を、１つ以上の軸に沿って互いに反復走査する。また、コントローラは、上記加工物上の予め決められている位置がスポットイオンビームに曝されるときに、上記加工物の予め決められている局所的な温度を達成するように準備され、構成されている。それによって、上記加工物の上記結晶構造の予め決められている局所的な無秩序は、予め決められている位置において実現されており、上記コントローラは、上記走査システムと関連付けられている上記スポットイオンビームの上記ビーム密度およびデューティサイクルの１つ以上を制御して、上記加工物上の予め決められている位置における上記加工物の局所的な温度を達成するように構成されている。

Description

本発明は、概して、イオン注入システムに関し、より詳細には、加工物における注入に誘導される損傷蓄積の割合を制御するために、走査されるスポットイオンビームにおける走査回数およびデューティサイクルの制御に関する。

無線技術およびハンドヘルド技術の重要性に伴う電子デバイスの急速かつ継続的な拡大は、半導体製造に新たな課題を与えた。デバイス技術は発展し、より高性能のより小型のトランジスターを必要とした。デバイス性能を向上すること、およびデバイスにおけるの有害な漏えい電流を抑えることが、重要な焦点の範囲になった。形成されたデバイスにおける有害な漏えい電流の原因となる役割を果たす半導体製造の一工程は、イオン注入処理をすることである。

イオン注入は、多くの原因（注入されるイオン線量、注入されるイオンの質量、線量率（イオン／ｃｍ^２／秒）、および加工物の温度が挙げられる）に基づく半導体加工物（例えば、シリコン）の格子構造における損傷をもたらす。イオン注入加工することは、一般的に、加工物に点欠陥を生じ、間隙、空孔および他の点欠陥が、イオン注入の間に発生する。従来では、点欠陥は、後に、加工物のアニーリングにおいて拡大した欠陥を形成し、点欠陥は、加工物のアクティブ領域まで拡大し得る。拡大した欠陥は、例えば、デバイスのソース領域／ドレイン領域からデバイスのウェル領域までの漏電などの、形成されたデバイスにおける接合漏電を引き起こし得る。最終的に、これらの漏電は、デバイスを動作させるために必要な電力を上昇させる可能性、および／またはデバイスの待機電力消費を上昇させる可能性がある。

イオン注入工程の平均線量率を決定する１つの要素は、イオン注入機の構成である。例えば、バッチシステムまたは多加工物のシステムにおいて、複数の加工物は、多くの場合、プラテンを回転させることによって同時にイオン注入され、当該プラテン上において、当該複数の加工物は、定常イオンビームまたはリボンビームを注がれる。単一加工物のシステムにおいて、個々の加工物は、独立して、一次元またはさらに走査され得るイオンビームについて二次元において、走査される。イオン注入システムの構成は、加工物上の任意の特定位置のための平均線量率に甚大な影響を与える可能性があり、それゆえ、加工物の格子構造に与えられた損傷の程度に影響し得る。例えば、単一加工物のシステムおよびバッチシステムはいずれも、通常のイオンビーム密度を有しているにもかかわらず、単一加工物のシステムは、バッチシステムより強い影響のある線量率を有し、それゆえ、このことが、加工物の格子構造への損傷を最大にすることが好ましい高線量注入を必要とするデバイスにとって、単一加工物のイオン注入システムを望ましいものにしている。

例えば、単一加工物の構成において、イオンビームの水平な散布および高められた均一性のための静電的でおよび／または磁気的な走査と組み合わされた一次元の機械的な走査のバリエーションとともに、異なる走査方法が、市販のイオン注入システムにおいて採用されている。これらのシステムは、設計実装に影響を与える重要な特性として、高い処理量およびウェハ横断方向の線量の最小のばらつきに焦点を絞った。ところが、単一加工物の構成における高線量および／または高エネルギー注入のどちらかによってもたらされた加工物の格子構造への損傷は、問題を含んでいた。それゆえ、単一加工物のイオン注入構成において、加工物処理量を最適化する一方で、加工物上の局所的な損傷蓄積を制御するための装置、システム、および方法の必要性が、当該技術分野において存在している。

本発明は、単一加工物のイオン注入構造においてスポットイオンビームを受けた加工物の結晶構造の予め決められている局所的な無秩序を、加工物の局所的な温度の制御を介して形成するためのシステム、装置および方法を提供することによって、従来技術の制限を解消させる。したがって、以下は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解をもたらすために、本開示の簡略化された概要を示す。この概要は、本発明の外延的な概略ではない。本発明の重要または決定的な要素を特定することも、本発明の範囲を表すことも意図されていない。その目的は、後ほど示されるより詳細な説明に対する前置き、簡略化された形態における本発明のいくつかの概念を示すことである。

本開示にしたがって、イオンを注入するためのイオン注入システムが提供される。イオン注入システムは、例えば、それと関連付けられているビーム密度を有しているスポットイオンビームを加工物に供給するように構成されているイオン注入装置を備えており、当該加工物は、それと関連付けられている初期の結晶構造を有している。走査システムは、スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を、１つ以上の軸に沿って互いに反復走査するようにさらに準備されており、構成されている。走査システムは、例えば、スポットイオンビームについて加工物を走査するように構成されている加工物走査システム、およびスポットイオンビームを高速走査軸に沿って走査するように構成されているビーム走査システムの１つ以上を備えている。一例において、加工物走査システムは、加工物を低速走査軸に沿って走査するように構成されており、高速走査軸および低速走査軸は平行ではない。他の例において、加工物走査システムは、スポットイオンビームについて加工物を、高速走査軸および低速走査軸に沿って走査するように構成されており、スポットイオンビームは一般的に静止している。

本開示の他の態様によれば、コントローラは、加工物上の予め決められている位置がスポットイオンビームに曝されているときに、予め決められている局所的な加工物の温度を達成するように準備されており、構成されている。したがって、加工物の結晶構造の予め決められている局所的な無秩序は、予め決められている位置に形成される。加工物の結晶構造の予め決められている局所的な無秩序は、例えば、予め決められているアニール温度における加工物のアニーリングと関連付けられている所望される加工物のアニール後の結晶構造と関連付けられている。

コントローラは、一例において、加工物上の予め決められている位置における加工物の局所的な温度を達成するために、走査システムと関連付けられているスポットイオンビームのビーム密度およびデューティサイクルの１つ以上、または走査回数および波形を制御するように構成されている。デューティサイクルは、加工物がスポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査することと関連付けられている全時間に対する、スポットイオンビームに加工物が曝された時間の比と関連付けられている。コントローラは、例えば、スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査する速度、ならびにスポットイオンビーム対する加工物の、走査中の曝露時間を制御するように構成されている。コントローラは、他の例において、反復走査の間にスポットイオンビームに加工物が曝されることを、走査システムの制御を介して選択的に防ぐように、さらに構成されており、それによってデューティサイクルを制御する。コントローラは、さらなる他の例において、予め決められている位置における予め決められている局所的な温度から加工物を、走査システムの制御を介して、冷却させるようにさらに構成されている。例えば、コントローラは、デューティサイクルの制御を介して、局所的な温度を連続的な走査の間に低下させることによって、加工物上の予め決められている位置における局所的な温度を制御するように構成されている。さらなる他の例において、温度センサは、予め決められている局所的な温度と関連付けられているコントローラ対するフィードバックを与えるように、さらに構成されている。

加工物の結晶構造の局所的な無秩序をイオン注入中に制御するための方法が、さらに提供される。当該方法は、それと関連付けられているビーム密度を有しているスポットイオンビームを加工物に供給すること、ならびにスポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を、１つ以上の軸において互いに反復走査することを包含している。加工物がスポットイオンビームに曝されるときの加工物の局所的な温度は、スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査することと関連付けられているスポットイオンビームのビーム密度およびデューティサイクルの１つ以上を制御することによって制御される。したがって、加工物の結晶構造の予め決められている局所的な無秩序が、形成される。

デューティサイクルを制御することは、例えば、スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査することと関連付けられている全時間に対する、加工物がスポットイオンビームに曝される時間の比を制御することを包含している。デューティサイクルを制御することは、例えば、スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査する速度、ならびにスポットイオンビームへの加工物の全曝露時間を制御することを、さらに包含している。デューティサイクルを制御することは、連続的な走査の間にスポットイオンビームに加工物が曝されることを選択的に防ぐことをさらに包含し得る。

以上の概要は、本発明のいくつかの実施形態のいくつかの特徴の簡単な概略を示すことを単に目的としており、他の実施形態は、上述されている実施形態と比べて、付加的な特徴および／または異なる特徴を備え得る。特に、この概要が本願の範囲を限定していると解釈されるべきではない。したがって、上述した関連する目的の達成のために、本発明は、これ以降に説明されており、かつ特に特許請求の範囲に示されている特徴を備えている。以下の記載および添付の図面は、本発明の提示的な一部の実施形態を詳細に示している。しかし、これらの実施形態は、本発明の原理が採用され得る種々の方法のうちの少数を示している。本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、図面とともに考慮されるとき、本発明の以下の詳細な説明から明らかになる。

本開示のいくつかの態様にしたがう例示的なイオン注入システムのブロック図である。 本開示の一例にしたがった、スポットイオンビームについての関した加工物の反復走査の平面図である。 低ビーム密度および低デューティサイクルを用いたイオン注入後における加工物上のシリコン結晶表面損傷のＴＥＭ画像である。 高ビーム密度および高デューティサイクルを用いたイオン注入後における加工物上のシリコン結晶表面損傷のＴＥＭ画像である。 さらなる他の態様にしたがった、半導体加工物上の局所的な損傷蓄積を制御するための方法論を示す。 半導体加工物上の局所的な損傷蓄積を制御するための処理装置に基づく例示的なシステムの概略図である。

本開示は、半導体加工物上の局所的な損傷蓄積を制御し、単一加工物のイオン注入構造における加工物処理量を最適化するための装置、システムおよび方法に一般的に関する。したがって、本発明は、図面を参照して記載されており、類似の参照番号は、全体を通して類似の要素を指すために使用され得る。これらの態様の記載は、単に例示的であり、これらは、限定の意味に解釈されるべきではないことが理解される。以下の記載において、説明を目的として、多くの特定の詳細が、本発明の完全な理解をもたらすために示されている。しかし、本発明がこれらの特定の詳細なしで実施され得ることは、当業者にとって明らかである。さらに、本発明の範囲は、添付の図面を参照して、これ以降に記載されている実施形態または実施例によって、限定されることを意図されておらず、添付の特許請求の範囲およびその等価物によって限定されることのみを意図されている。

また、図面は、本開示の実施形態のいくつかの態様の実例を示すために与えられており、したがって、概略図とのみ見なされるべきであることが指摘される。特に、図面に示されている要素は、必ずしも互いに対応しておらず、図面における種々の要素の配置は、各々の実施形態の明らかな理解をもたらすために選択されており、必ずしも本発明の一実施形態に係る実施における種々の構成要素の実際の相対的な位置の描写と、解釈されるべきではない。さらに、本明細書に記載される種々の実施形態および実施例の特徴は、特に言及がない限り、互いに組み合わせられ得る。

また、以下の記載において、図面に示された、または本明細書に記載された機能的なブロック、装置、部材、回路素子または他の物理的な、または機能的なユニット間のどのような直接的な接続または連結も、間接的な接続または連結によって実施され得るであろうことを理解されるべきである。さらに、図面に示される機能的なブロックまたはユニットは、一実施形態において、分離した機構または回路として、実施されてもよく、また、他の実施形態においては、完全にまたは部分的に共通の機構または回路において、同様に、または代わりに実施されてもよいことを認識すべきである。例えば、いくつかの機能的なブロックは、シグナルプロセッサなどの共通のプロセッサ上で実行するソフトウェアとして実施されてもよい。以下の明細書における“ワイヤを基礎とした”として記載されるどのような接続も、反対のことを言及しないかぎり、ワイヤレスの通信として実施されてもよいことを、さらに理解されるべきである。

イオン注入システムにおけるプロセスコントロールは、多くは、イオン種、エネルギー、線量、およびビーム電流などのイオンビームの変数を、第一の主眼に置いている。ワークピースレベルプロセスコントロールは、最終的なデバイスにおける適切な電荷制御の伝達、および提供を制御するための半導体加工物の結晶方位に限定された。第二の命令の検討は、加工物温度の制御である。加工物は、２、３千ワットであり得る値であるイオンビーム電流およびイオンビームエネルギーの積に等しい電力を吸収する。抑制されない、加工物によって吸収された電力は、加工物の上昇した温度となる。従来では、加工物温度は、加工物が保持される冷却されたチャックに付随した水および冷却装置を冷却する工程を用いて、不正確に制御されていた。

加工物温度は、イオンが注入されるべき加工物上の領域を線引きするためによく使用される加工物上に形成されるフォトレジストマスクを保護するための上記冷却されたチャックによって制御された。フォトレジスト材料は、たいてい、ちょうど１２０℃を超える温度において流動し、溶融する。加工物温度が、１００℃未満に保たれた場合、従来では、加工物の絶対温度または実際の温度は、まったく考慮されなかった。結果として、従来では、加工物温度制御のトピックは、さらに複雑な結晶学的効果への考慮なしで、フォトレジストの燃焼または溶融を防ぐ方法に限定されていた。

しかし、本開示は、加工物における高められた温度によって生じた結晶学的効果を制御することは、有効であることを認識し、上記制御を“ダメージエンジニアリング”として定義する。本開示において開示されたダメージエンジニアリングは、意図を持って、線量率制御および加工物温度制御を用いて、イオン注入“損傷”の性質および位置、または加工物の結晶構造の局所的な無秩序を特徴づけ、かつ制御する。

イオン注入からの潜在的な損傷を確立する主要な要素は、イオン質量、エネルギー、イオン線量、瞬間線量率（ユニット領域あたりのイオンビーム電流）および加工物温度である。イオン質量、エネルギー、およびイオン線量は、形成される特定のデバイスの条件によって決定され、処理方法のためによく修正される。さらに、いくつかの応用のために、もっとも高いイオンビーム電流（例えば、線量率）が、最大処理量の条件、または理想的な製造条件であるとき、与えられた条件のために線量率が最大化されることが望ましい。それゆれ、線量率を制御することは、製品処理量に影響を与え得る。

本開示は、温度制御（例えば、加工物がイオンビームによって衝突されるときの、加工物上の位置における“瞬間温度制御”または局所的温度制御とも呼ばれる）が、イオン注入におけるプロセス制御を提供するもう１つの手段であり、それゆえ、微視的に、加工物の結晶構造の局所的な無秩序を制御することを認識している。

それゆえ、本開示の一態様に従って、図１は、例示的なイオン注入システム１００を示し、イオン注入システムは、例えば、端部１０２、ビームラインアセンブリ１０４、およびエンドステーション１０６を備えている。概して言えば、端部１０２、ビームラインアセンブリ１０４およびエンドステーション１０６は、イオン注入装置１０７を特徴づけており、端部１０２におけるイオン源１０８は、電源１１０に連結されて、ドーパントガスを複数のイオンにイオン化し、イオンビーム１１２を形成する。当該例におけるイオンビーム１１２は、ビームステアリング装置を通り、エンドステーション１０６に向かって開口１１６から出るように導かれる。エンドステーション１０６において、イオンビーム１１２は、チャック１２０（例えば、静電チャックまたはＥＳＣ）に対して選択的に固定されているか、または取り付けられている加工物１１８（例えば、シリコンウェハ、表示パネルなどの半導体）に衝突する。注入されたイオンは、一度、加工物１１８の格子に埋め込まれると、加工物の物理的および／または化学的な特性を変化させる。このため、イオン注入は、材料科学研究における種々の応用と同様に、半導体素子製造および金属表面処理において使用される。

イオンビーム１１２は、例えば、イオンビームの進行方向（例えば、ｚ方向）に沿って見た場合、円形の断面およびほぼ楕円の断面のうちの１つを有している。したがって、本開示のイオンビーム１１２は、イオンがエンドステーション１０６に向けられている、ペンシルビームもしくはスポットビーム１２１、または走査されたペンシルビームもしくはスポットビーム（例えば、Ｘ方向およびＹ方向の１つ以上において走査されたスポットビーム）を含んでおり、そのような形態のすべては、本開示の範囲に属すと意図され、“イオンビーム”または“スポットイオンビーム”と総称される。

例示的な一態様によると、エンドステーション１０６は、真空室１２４などの処理室１２２を備えており、処理環境１２６は、処理室と一体にされている。処理環境１２６は、一般的に処理室１２２内に存在し、一例において、処理室に連結されており、処理室を実質的に排気するように構成されている真空源１２８（例えば、真空ポンプ）によって生じる真空を含んでいる。

イオン注入システム１００を利用する注入の間、エネルギーは、荷電したイオンが加工物と衝突するときに、熱の形態において加工物１１８上に蓄積し得る。対策をしなければ、そのような熱は、潜在的に、加工物１１８を歪ませ得るか、もしくは加工物１１８にひびを生じさせ得るか、または加工物表面上の被膜もしくは材料を破損させ得、いくつかの実施において加工物を無価値（または極めて低い価値）にし得る。熱は、さらに、加工物１１８に送られたイオンの線量を所望の線量から異ならせ得、それは、所望される機能性を変更し得る。それゆれ、他の例によると、チャック１２０は、亜周囲温度チャック１３０を備えており、亜周囲温度チャックは、支持し、かつイオンビーム１１２への加工物の曝露中の処理室１２２内の加工物１１８上の温度を、下げるかそうでなければ維持するように構成されている。チャック１２０は、この例において、亜周囲温度チャック１３０として示される一方、チャック１２０は、同様に、超周囲温度チャック（図示されない）を備え得、超周囲温度チャックは、処理室１２２内の加工物１１８を支持し、かつ加熱するように構成されていることに注意するべきである。

亜周囲温度チャック１３０は、例えば、周囲または外部環境１３２（例えば、大気環境とも呼ばれる）の周囲温度または大気温度より相当に低い処理温度に、加工物１１８を冷やすか、または冷却するように構成されている静電チャックである。同様に、チャック１２０が超周囲温度チャックを備えている場合、超周囲温度チャックは、周囲または外部環境１３２の周囲温度または大気温度より相当高い処理温度に、加工物１１８を加熱するように構成されている静電チャックを備え得る。冷却システム１３４がさらに備られえ得、他の例において、冷却システムは、亜周囲温度チャック１３０、およびしたがってその上に存在する加工物１１８を、処理温度まで冷やすか、または冷却するように構成されている。他の例および類似の方法において、加熱システム（図示されない）は、超周囲温度チャックの場合にさらに備えられてもよく、加熱システムは、超周囲温度チャック、およびその上に存在する加工物１１８を処理温度まで加熱するように構成されている。

本開示によると、イオン注入装置１０７は、それと関連付けられているビーム密度を有しているスポットイオンビーム１２１を加工物１１８に供給するように構成されており、加工物は、下でより詳細に検討されるように、それと関連付けられている結晶構造を有している。他の例に従って、１つ以上の軸（例えば、ｘ方向および／またはｙ方向）に沿って、スポットイオンビーム１２１および加工物１１８の１つ以上を、互いに反復走査するように構成されている走査システム１４０が、提供される。例えば、走査システム１４０は、スポットイオンビーム１２１について、加工物１１８を（例えば、ｘ軸と関連付けられている低速走査軸に沿って）走査するように構成されている加工物走査システム１４２を備えている。走査システムは、例えば、スポットイオンビーム１２１を（例えば、ｙ軸に付随した高速走査軸に沿って）走査するように構成されているビーム走査システム１４４を、必要に応じてさらに備えている。ビーム走査システム１４４は、例えば、高速走査軸に沿って、スポットイオンビーム１２１を、静電的にまたは磁気的に走査するように構成されている。さらなる他の例において、加工物走査システム１４２は、スポットイオンビーム１２１について、高速走査軸および低速走査軸に沿っって加工物１１８を走査するように構成されており、これによって、２次元の機械的な走査構成を特徴づける。

本開示の一態様によると、コントローラ１４６は、図２に図示された加工物上の予め決められている位置１４８がスポットイオンビーム１２１に曝されたとき、加工物１１８の予め決められている局所的な温度を達成するように準備されており、かつ構成されている。一例において、加工物１１８の結晶構造の予め決められている局所的な無秩序は、予め決められているアニール温度における加工物の後のアニーリングと関連付けられている所望される加工物のアニール後の結晶構造と関連付けられている。

コントローラ１４６は、例えば、加工物上の予め決められている位置１４８における加工物１１８の局所的な温度を走査中に達成するために、走査システム１４０と関連付けられているスポットイオンビーム１２１のビーム密度およびデューティサイクルの１つ以上を制御するように構成されている。予め決められている位置１４８は、加工物１１８上の１つの位置として図２に図示されているが、予め決められている位置は、スポットイオンビーム１２１が加工物に衝突する位置に基づいて変化する。

デューティサイクルは、例えば、スポットイオンビーム１２１および加工物１１８の１つ以上を互いに走査することと関連付けられている全時間に対する、加工物１１８がスポットイオンビーム１２１に曝される時間の比と関連付けられている。図１のコントローラ１４６は、例えば、スポットイオンビーム対する加工物の走査中の曝露時間と同様に、スポットイオンビーム１２１および加工物１１８の１つ以上を互いに走査する速度を、走査システム１４０の制御を介して制御するように、さらに構成されている。さらに、コントローラ１４６は、反復走査１５０の間にスポットイオンビーム１２１に加工物１１８が曝されることを、走査システム１４０の制御を介して選択的に防ぐように構成されており、それゆれ、デューティサイクルを制御する。

上記のように、図１のコントローラ１４６は、スポットイオンビーム１２１が加工物に衝突する時間を変更するための走査システム１４０に、可変回数変調走査シグナル１５２および／または可変デューティサイクル走査シグナル１５４を与えるように構成されている。可変回数変調走査シグナル１５２および／または可変デューティサイクル走査シグナル１５４は、例えば、加工物１１８についてのスポットイオンビーム１２１の走査速度および／またはスポットイオンビームが加工物から離れている時間の総計（例えば、図２の位置１５６において）の１つ以上に基づいている。

それゆれ、走査速度および／または位置１５６におけるオフ時間は、通常、スポットイオンビーム１２１への加工物の曝露によって生じる温度上昇から、加工物１１８を回復させ、それゆえ向上したダメージエンジニアリングをもたらす。例えば、図１のコントローラ１４６は、予め決められている位置１４８における予め決められている局所的な温度から加工物１１８を、走査システム１４０の制御を介して、冷却させるように構成されている。コントローラ１４６は、他の例において、デューティサイクルの制御を介して、局所的な温度を連続的な走査の間に低下させることによって、加工物１１８上の予め決められている位置１４８における局所的な温度を制御するように構成されている。

コントローラ１４６は、一例において、スポットイオンビームに関する既知のデータ（例えば、線量、エネルギー、ビーム束）に応じたスポットイオンビーム１２１の適切な走査速度および／またはデューティサイクルを示す指示するであろう経験的なデータによって与えられた指示の下に動作し得るように構成されている。代替的に、温度センサ１５８（例えば、熱電対、赤外線センサなど）は、予め決められている局所的な温度と関連付けられているコントローラ１４６に対するフィードバックを与えるように準備されており、構成されている。上記のように、予め決められている局所的な温度のリアルタイム管理は、加工物１１８の原位置温度管理を介して達成され得る。

本開示をより理解するために、図３Ａは、低ビーム密度および低デューティサイクルを利用するイオン注入後の加工物１６２上のシリコン結晶損傷の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）イメージ１６０を図示する。図示されるように、ビーム密度およびデューティサイクル（例えば、加工物上の任意の所定の位置に存在するイオンビームの時間）が相対的に低い場合、注入を受けている被膜または領域１６４は、十分に非晶質化されず、非晶質の領域の混合物は、残存する結晶質１６８のいくつかの混在物または損傷領域１６６と一緒に存在する。上記のように、加工物１６２上の損傷領域１６６および結晶質１６８の間の境界領域１６９は、それゆれ、粗雑であり、十分に画定されていない。

一方、図３Ｂは、高ビーム密度および高デューティサイクルを利用するイオン注入後の他の加工物１７２上のシリコン結晶損傷の他のＴＥＭイメージ１７０を図示する。図３ＡのＴＥＭイメージ１６０とは反対に、図３ＢのＴＥＭイメージ１７０は、実質的または完全に非晶質化された損傷被膜１７４を図示する。従って、極めて滑らかであり、明確に区別できる境界１７６が、本開示による高ビーム密度および高デューティサイクルを利用するイオン注入後の加工物１７２の無構造領域１７８および結晶領域１８０間に存在する。

本発明の他の例示的な態様によると、図４は、加工物の結晶構造の局所的な無秩序を、イオン注入中に処理し、制御するための例示的な方法２００を図示する。例示的な方法が、一連の作用または事象として本明細書に例証され、記載されていることに注意すべきであり、いくつかの段階が、異なる順序において起こり得るか、および／または本発明に係る本明細書に示されかつ記載されている段階以外の他の段階と同時に起こり得るので、本発明は、そのような作用または事象の示されている順序によって限定されないことが正しく理解される。さらに、図示された段階のすべてが、本発明による方法を実施するために必要とされ得るわけではない。さらに、当該方法は、図示されない他のシステムと共同するのと同様に、本明細書に示されかつ記載されているシステムと共同して実施されてもよいことが認識されるだろう。

図４の方法２００は、実行２０２から始まり、スポットイオンビームは、加工物に供給され、かつスポットイオンビームは、それと関連付けられているビーム密度を有している。スポットイオンビームは、例えば、図１および３のスポットイオンビーム１２１を備含んでいる。図４の実行２０４において、スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上は、１つ以上の軸において互いに反復走査される。例えば、スポットイオンビームが、上記のように、静電的および／または磁気的に高速走査軸に沿って走査される間に、図１の加工物１１８は、スポットイオンビーム１２１について、低速走査軸に沿って機械的に走査される。代替的に、加工物１１８は、高速走査軸および低速走査軸に沿って機械的に走査され、高速走査軸および低速走査軸は平行ではない。

図４の実行２０６において、加工物がスポットイオンビームに曝されるときに、加工物の局所的な温度は、制御されて、加工物の結晶構造の予め決められている局所的な無秩序が形成される。実行２０６における加工物の局所的な温度の制御は、例えば、スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査することと関連付けられているスポットイオンビームおよびデューティサイクルの１つ以上を制御することを含んでいる。デューティサイクルを制御することは、例えば、互いにスポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を走査することと関連付けられている全時間に対する、加工物がスポットイオンビームに曝された時間の比を制御することを含んでいる。デューティサイクルを制御することは、スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査する速度、ならびにスポットイオンビームへの加工物の全曝露時間を制御することをさらに含み得る。他の例において、デューティサイクルを制御することは、代替的か、またはさらに、連続的な走査間にスポットイオンビームに加工物が曝されることを選択的に防ぐことを含んでいる。

一例において、実行２０６においてデューティサイクルを制御することは、連続的な走査の間に局所的な温度を低下させることによって、加工物の局所的な温度を制御する。加工物の局所的な温度は、上述のように、さらに測定され得、実行２０６においてスポットイオンビームのビーム密度およびデューティサイクルの１つ以上を制御することは、少なくとも部分的に、測定された局所的な温度にさらに基づいている。

他の態様によると、前述の方法は、１つ以上の汎用コンピューター、またはプロセッサベースシステムにおけるコンピュータープログラムコードを使用して実施されてもよい。図５に図示されるように、プロセッサベースシステム３００に備えられたブロック図は、他の実施形態によってもたらされる。例えば、図１のコントローラ１４６は、図５のプロセッサベースシステム３００を備えてもよい。プロセッサベースシステム３００は、例えば、汎用コンピュータプラットフォームであり、本明細書において論じられている工程を実施するために使用されてもよい。プロセッサベースシステム３００は、デスクトップコンピューター、作業端部、ラップトップコンピューター、または特殊な応用のためにカスタマイズされた専用のユニットなどの処理装置３０２を備えてもよい。プロセッサベースシステム３００は、ディスプレイ３１８、およびマウス、キーボード、またはプリンターなどの１つ以上の入力／出力装置３２０を備えている。処理装置３０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３０４、メモリ３０６、大容量記憶装置３０８、ビデオアダプタ３１２、ビデオアダプタ３１２、およびバス３１０に接続されたＩ／Ｏインターフェイス３１４を含んでいてもよい。

バス３１０は、メモリバスもしくはメモリコントローラ、周辺バス、またはビデオバスを含んでいる任意の形態のいくつかのバス構成の１つ以上であってもよい。ＣＰＵ３０４は、任意の形態の電子データプロセッサを備えてもよく、メモリ３０６は、静的ランダムアクセス記憶装置（ＳＲＡＭ）、動的ランダムアクセス記憶装置（ＤＲＡＭ）、または読取り専用記憶装置（ＲＯＭ）などの任意の形態のシステムメモリを備えてもよい。

大容量記憶装置３０８は、データ、プログラム、および他の情報を記憶し、かつデータ、プログラム、およびバス３１０を介してアクセス可能な他の情報を作成するように構成されている任意の形態の記憶装置を備えてもよい。大容量記憶装置３０８は、例えば、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、または光ディスクドライブの１つ以上を備えていてもよい。

ビデオアダプタ３１２およびＩ／Ｏインターフェイス３１４は、処理装置３０２への外付け入力および出力を連結するインターフェイスを提供する。入力装置および出力装置の例は、ビデオアダプタ３１２、およびＩ／Ｏインターフェイス３１４に連結されたマウス、キーボード、プリンターなどのＩ／Ｏ装置３２０に連結されたディスプレイ３１８を含んでいる。他の装置は、処理装置３０２に連結されてもよく、追加的な、またはより少数のインターフェイスカードが利用されてもよい。例えば、シリアルインターフェイスカード（図示されない）が、プリンターのためのシリアルインターフェイスを備えるために使用されてもよい。また、処理装置３０２は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）もしくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）３２２への有線接続、および／またはワイヤレス接続であり得るネットワークインターフェイス３１６を含んでもよい。

プロセッサベースシステム３００は、他の構成要素を含み得るか、または本明細書に記載のいくつかの構成要素を省略し得ることに注意すべきである。例えば、プロセッサベースシステム３００は、電源、ケーブル、マザーボード、取り外し可能な記憶媒体、ケースなどを含み得る。これら他の構成要素は、示されてはいないが、プロセッサベースシステム３００の考慮に入れられている部分である。

本開示の実施形態は、ＣＰＵ３０４によって実行されるプログラムコードなどによって、プロセッサベースシステム３００上において実施されてもよい。上記の例および実施形態による種々の方法は、プログラムコードによって実施されてもよい。よって、本明細書における明示的な検討は、省略される。

さらに、図１におけるモジュールおよびデバイスは、図５の１つ以上のプロセッサベースシステム３００上において、すべて実施されてもよいことに注意すべきである。異なるモジュールおよびデバイス間の通信は、どのようにモジュールが実施されるかに従って、異なってもよい。モジュールが１つのプロセッサベースシステム３００上において実施される場合、データは、ＣＰＵ３０４による異なる段階のためのプログラムコードの実行の間において、メモリ３０６または記憶装置３０８に保存されてもよい。それから、当該データは、各々の段階の実行中において、バス３１０を介して、メモリ３０６または大容量記憶装置３０８にアクセスするＣＰＵ３０４によって与えられてもよい。モジュールが、異なるプロセッサベースシステム３００上において実施される場合、またはデータが、独立したデータベースなどの他の記憶システムから与えられる場合、データは、Ｉ／Ｏインターフェイス３１４またはネットワークインターフェイス３１６を通して、当該システム３００間において与えられ得る。同様に、デバイスまたはステージによって与えられたデータは、Ｉ／Ｏインターフェイス３１４またはネットワークインターフェイス３１６によって、１つ以上のプロセッサベースシステム３００に入力されてもよい。当業者は、種々の実施形態の範囲内において予想されるシステムおよび方法を実施することにおける、他の変更および改良を直ちに理解するだろう。

本発明が、特定の実施形態または特定の複数の実施形態に関して、示され、かつ記載されてはいるが、上記の実施形態は、本発明のいくつかの実施形態の実施のための例としてのみ供され、本発明の応用は、これら実施形態に限定されないことに注意すべきである。特に、上記の部材（アセンブリ、デバイス、回路など）によって実行される種々の機能に関して、本明細書に示された本発明の例示的な実施形態における機能を実行する開示された構造と構造的に同等ではないが、上記部材を記載するように使用される用語（“手段”の参照を含む）は、他の方法で示されていない限り、記載された部材の特定の機能を実行する任意の部材に対応する（すなわち、機能的に同等である）。加えて、本発明の特殊な特徴は、いくつかの実施形態の１つのみに関して開示されているだけでよいのであるが、上記特徴は、任意で既知の、または特定の応用のために望ましく、かつ有効であってもいいように、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わされてもよい。従って、本発明は、上記実施形態に限定されないが、付属した特許請求の範囲およびこれに同等のものによってのみ限定されることを意図している。

Claims (21)

1. イオン注入装置、走査システムおよびコントローラを備えており、
   上記イオン注入装置は、関連付けられているビーム密度を有しているスポットイオンビームを加工物に供給するように構成されており、上記加工物は、それと関連付けられている結晶構造を有しており；
   上記走査システムは、上記スポットイオンビームおよび上記加工物の１つ以上を、１つ以上の軸に沿って互いに反復して走査するように構成されており；
   上記コントローラは、上記加工物上の予め決められている位置が上記スポットイオンビームに曝されているときに、上記加工物の予め決められている局所的な温度を達成するように構成されており、上記加工物の結晶構造の予め決められている局所的な無秩序が、予め決められている位置に形成されており、上記コントローラは、上記走査システムと関連付けられている上記スポットイオンビームの上記ビーム密度およびデューティサイクルの１つ以上を制御して、上記加工物上の上記予め決められている位置における上記加工物の上記局所的な温度を達成するように構成されている、イオン注入システム。
2. 上記デューティサイクルは、上記スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査することと関連付けられている全時間に対する、上記スポットイオンビームに上記加工物が曝されている時間の比と関連付けられている、請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 上記コントローラは、上記スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査する速度、上記スポットイオンビームに対する上記加工物の、走査中の曝露時間、ならびに上記加工物に関する走査の上記デューティサイクルおよび回数を制御するように構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
4. 上記コントローラは、反復走査の間に上記スポットイオンビームに上記加工物が曝されることを、上記走査システムの制御を介して選択的に防ぐようにさらに構成されている、請求項３に記載のイオン注入システム。
5. 上記コントローラは、上記予め決められている位置における上記予め決められている局所的な温度から上記加工物を、上記走査システムの制御を介して、冷却させるように構成されている、請求項４に記載のイオン注入システム。
6. 上記走査システムは、上記スポットイオンビームについて上記加工物を走査するように構成されている加工物走査システムを備えている、請求項１に記載のイオン注入システム。
7. 上記走査システムは、上記スポットイオンビームを高速走査軸に沿って走査するように構成されているビーム走査システムをさらに備えており、上記加工物走査システムは、上記加工物を低速走査軸に沿って走査するように構成されており、上記高速走査軸および低速走査軸は平行ではない、請求項６に記載のイオン注入システム。
8. 上記加工物走査システムは、上記スポットイオンビームについて上記加工物を、高速走査軸および低速走査軸に沿って走査するように構成されており、上記高速走査軸および低速走査軸は平行ではない、請求項６に記載のイオン注入システム。
9. 上記コントローラは、上記デューティサイクルの上記制御を介して、上記局所的な温度を連続的な走査の間に低下させることによって、上記加工物上の上記予め決められている位置における上記局所的な温度を制御するように構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
10. 上記加工物の上記結晶構造の上記予め決められている局所的な無秩序は、予め決められているアニール温度における上記加工物のアニーリングと関連付けられている、所望される上記加工物のアニール後の結晶構造と関連付けられている、請求項１に記載のイオン注入システム。
11. 上記予め決められている局所的な温度と関連付けられている上記コントローラにフィードバックを与えるように構成されている温度センサをさらに備えている、請求項１に記載のイオン注入システム。
12. 加工物の結晶構造の局所的な無秩序をイオン注入中に制御するための方法であって、
    それと関連付けられているビーム密度を有しているスポットイオンビームを加工物に供給すること；
    上記スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を、１つ以上の軸において互いに繰り返し走査すること；ならびに
    上記スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査することと関連付けられている上記ビーム密度およびデューティサイクルの１つ以上を制御することを介して、上記加工物が上記スポットイオンビームに曝されるときに、上記加工物の局所的な温度を制御し、上記加工物の上記結晶構造の予め決められている局所的な無秩序が形成されることを包含している方法。
13. デューティサイクルを制御することは、上記スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査することと関連付けられている全時間に対する、上記スポットイオンビームに上記加工物が曝される時間の比を制御することを包含している、請求項１２に記載の方法。
14. 上記デューティサイクルを制御することは、上記スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査する速度、ならびに上記スポットイオンビームに対する上記加工物の全曝露時間を制御することをさらに包含している、請求項１３に記載の方法。
15. 上記デューティサイクルを制御することは、連続的な走査の間に上記スポットイオンビームに上記加工物が曝されることを選択的に防ぐことを含んでいる、請求項１２に記載の方法。
16. 上記スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査することは、上記スポットイオンビームについて、上記加工物を低速走査軸に沿って走査することを含んでいる、請求項１２に記載の方法。
17. 上記スポットイオンビームおよび加工物の１つ以上を互いに走査することは、上記スポットイオンビームを高速走査軸に沿って走査することを含んでおり、上記高速走査軸および低速走査軸は平行ではない、請求項１２に記載の方法。
18. 上記スポットイオンビームは、当該スポットイオンビームの進行方向に沿って見られたときに、円形の断面およびほぼ楕円の断面の一方を含んでいる、請求項１２に記載の方法。
19. 上記デューティサイクルを制御することは、上記局所的な温度を連続的な走査の間に低下させることによって、上記加工物の上記局所的な温度を制御する、請求項１２に記載の方法。
20. 上記加工物の上記結晶構造の上記予め決められている局所的な無秩序は、予め決められているアニール温度における上記加工物のアニーリングと関連付けられている、所望される上記加工物のアニール後の結晶構造と関連付けられている、請求項１２に記載の方法。
21. 上記加工物の上記局所的な温度を測定することをさらに包含しており、
    上記スポットイオンビームの上記ビーム密度およびデューティサイクルの１つ以上を制御することは、上記測定された局所的な温度に少なくとも部分的に、さらに基づいている、請求項１２に記載の方法。

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