JP5932634B2

JP5932634B2 - 基板処理技術

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Publication number: JP5932634B2
Application number: JP2012504865A
Authority: JP
Inventors: エムダニエルズケビン; ジェイロウラッセル; ビーリオードンベンジャミン; ピーティーベイトマンニコラス
Original assignee: ヴァリアンセミコンダクターイクイップメントアソシエイツインコーポレイテッド
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2030-04-08
Also published as: ES2573089T3; US9863032B2; WO2010118234A2; WO2010118234A3; JP2012523707A; TWI567776B; KR20120011026A; US20150102237A1; TWI467620B; CN102428542B; US8900982B2; TW201521074A; TW201101365A; KR101732446B1; EP2417623A2; EP2417623A4; EP2417623B1; US20110092059A1; CN102428542A

Description

本発明は、基板を処理するための技術に関連し、特に、ドーパント又は不純物を基板に導入するための技術に関連する。

電子デバイスの製造においては、基板の元々の機械的性質、光学的性質、又は電気的性質を変化させるために、ドーパント又は不純物を基板に導入する。メモリデバイスの製造においては、ホウ素イオンをケイ素基板に導入することがある。結晶格子内のケイ素原子とホウ素イオンとが異なる電気的性質を有することから、十分な量のホウ素イオンを導入することによって、ケイ素基板の電気的性質を変化させることができる。

ドーパントを導入するためには、イオン注入技術を用いることができる。この技術では、所望の種を含む供給材料をイオン化する。その後、供給材料のイオンを、所望エネルギーを有するイオンビームの形態で、基板に向けて指向させ、その後注入する。イオンが互いに異なる種からなる場合、イオンによって基板の性質を変化させることができる。

他のケイ素基板ベースのデバイスである太陽電池も、イオン又はドーパントをケイ素基板に導入することにより製造することができる。従来では、ドーパントを含むガラス又はペーストをケイ素基板上に設けて行う拡散処理により、ドーパントを導入していた。その後、基板を加熱し、ガラス又はペースト内のドーパントを熱拡散により基板内に拡散させる。

拡散処理は、コスト効果が高いものであり得るが、多くの欠点を有する。一部の太陽電池では、選択的ドーピングを行って基板の選択領域のみにドーパントを導入することが望ましい。しかしながら、拡散処理は制御が困難であり、拡散による選択的ドーピングを達成することは困難であり得る。当該処理は、不精密なドーピング又は不均一なドープ領域の形成をもたらし得る。さらに、拡散処理中に、空隙、空気泡、又は他の汚染物質が、ドーパントと共に基板に導入され得る。

かかる欠点に対処するために、イオン注入処理によるドーピングが提案されてきた。提案された処理では、基板をフォトレジスト層で覆い、リソグラフィック処理を行って基板の一部分を露出させる。その後、イオン注入を行い、ドーパントを露出部分に注入する。この処理は、精密な選択的ドーピングを達成するが、安価ではない。フォトレジストで覆い、パターンを形成し、フォトレジストを除去するためのさらなるステップ及び時間が必要となり、その各々により製造処理のコストが増大される。露出させるべき領域が極度に小さい場合、これらのステップはさらに複雑となり得る。

太陽電池の製造に追加されるコストにより、太陽電池により低コストのエネルギーを生産しにくくなる。一方、高効率・高性能の太陽電池の製造におけるコストの低減は、世界中で太陽電池の実装に良い影響を与えるはずである。これにより、クリーンエネルギー技術のより幅広い利用及び採用が可能になる。

したがって、新規技術が要求されている。

基板を処理するための改良技術を開示する。１つの特定の例示的実施形態において、本技術は、基板処理用のマスクにより実現することができる。当該マスクは、第１行に設けられた１つ以上の第１アパーチャと、第２行に設けられた１つ以上の第２アパーチャとを備え、各行は、マスクの幅方向に延在し、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、マスクの高さ方向に互いに整列していない。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、異なる寸法を有することができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、異なる形状を有することができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、上記高さ方向にオーバーラップ領域を有しないことができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、上記高さ方向にオーバーラップし、オーバーラップ領域を規定することができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、マスクは、第１行の２つ以上の第１アパーチャと、第２行の２つ以上の第２アパーチャとを備えることができ、第１行の２つ以上の第１アパーチャは、マスクの幅方向に互いに整列している。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、第２行の２つ以上のアパーチャは、マスクの幅方向に互いに整列することができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、２つ以上の第１アパーチャの各々と、２つ以上の第２アパーチャの各々とは、上記高さ方向に互いに整列していないようにすることができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、マスクは、第３行に設けられた１つ以上の第３アパーチャをさらに備えることができ、１つ以上の第２アパーチャ及び１つ以上の第３アパーチャは、マスクの高さ方向に互いに整列していないようにすることができる。

この他の例示的実施形態によれば、本技術は、基板処理装置として実現することができる。当該装置は、所望の種のイオンを複数含むイオンビームを生成するイオン源であって、イオンビームは基板に向けて指向される、イオン源と、イオン源と基板との間に設けられたマスクとを備えることができ、マスクは、第１行に設けられた１つ以上の第１アパーチャと、第２行に設けられた１つ以上の第２アパーチャとを備え、各行はマスクの幅方向に延在し、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、マスクの高さ方向に互いに整列しておらず、基板は１つ以上の第１アパーチャ又は１つ以上の第２アパーチャを通過するイオンが注入される。

この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、異なる寸法を有することができる。

この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、異なる形状を有することができる。

この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、上記高さ方向にオーバーラップして、オーバーラップ領域を規定することができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャは、高さ方向にオーバーラップ領域を有しないことができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、マスクは、第３行に設けられた１つ以上の第３アパーチャをさらに備えることができ、１つ以上の第２アパーチャ及び１つ以上の第３アパーチャは、マスクの高さ方向に互いに整列していない。

他の特定の例示的実施形態によれば、本技術は、基板の処理方法として実現することができる。上記方法は、イオン源と基板との間にマスクを設けるステップであって、マスクは、第１行に設けられた１つ以上の第１アパーチャ、第２行に設けられた１つ以上の第２アパーチャ、及び第３行に設けられた１つ以上の第３アパーチャを備え、各行はマスクの幅方向に延在している、ステップと、イオンビームをマスクの上部に向けて指向させて、イオンビームの第１部を、１つ以上の第１アパーチャの少なくとも一部分及び１つ以上の第２アパーチャの少なくとも一部分と、オーバーラップさせるステップと、基板に１つ以上の第１アパーチャ又は１つ以上の第２アパーチャを通過するイオンを注入するステップと、マスク及び基板のうち少なくともいずれか一方を、マスク及び基板のうち他方に対して、平行移動させるステップと、
を含むことができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、上記方法は、イオンビームをマスクに対して固定配置するステップを、さらに含むことができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、上記方法は、イオンビームをマスクの下部に向けて指向させて、イオンビームを、１つ以上の第２アパーチャの少なくとも一部分及び１つ以上の第３アパーチャの少なくとも一部分と、オーバーラップさせるステップと、基板に１つ以上の第２アパーチャ又は１つ以上の第３アパーチャを通過するイオンを注入するステップを、さらに含むことができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャを、マスクの高さ方向に整列させないようにすることができる。

この特定の例示的実施形態の他の態様によれば、１つ以上の第１アパーチャ及び１つ以上の第２アパーチャを、上記高さ方向にオーバーラップさせて、オーバーラップ領域を規定することができる。

以下、本発明について、図面に示す例示的実施形態を参照しつつ、さらに詳細に説明する。以下では、本発明について、例示的実施形態を参照しつつ説明するが、本発明がこれに限定されないことは明らかである。本明細書の教示を受けた当業者は、本明細書で説明する本発明の範囲内に属する他の実装、変更、実施形態、及び使用分野であって、本発明が大いに有用となり得るものを、理解するはずである。

本開示で説明する技術を用いて得ることができる基板を示す図である。本発明の一実施形態による基板を処理するための例示的なビームラインイオン注入システムを示す図である。本発明の一実施形態による基板を処理するための例示的なマスクを示す図である。本発明の他の実施形態による基板を処理するための他の例示的なマスクを示す図である。本発明の一実施形態による基板を処理するための例示的な技術を示す図である。本発明の一実施形態による基板を処理するための例示的な技術を示す図である。本発明の一実施形態による基板を処理するための他の例示的な技術を示す図である。本発明の他の実施形態による基板を処理するための他の例示的なマスクを示す図である。本発明の他の実施形態による基板を処理するための他の例示的な技術を示す図である。本発明の他の実施形態による基板を処理するための他の例示的な技術を示す図である。本発明の他の実施形態による基板を処理するための他の例示的なマスクを示す図である。本発明の他の実施形態による基板を処理するための他の例示的なマスクを示す図である。本発明の他の実施形態による基板を処理するための他の例示的な技術を示す図である。本発明の他の実施形態による基板を処理するための他のマスクを示す図である。

ここで、基板を処理するための技術の実施形態を幾つか説明する。明確かつ単純な説明のために、実施形態の説明は、基板にドーパント又は不純物を導入する技術を中心とする場合がある。例えば、本明細書で説明する技術は、異なるドーズ量又は準位の不純物を含む領域及び／又は異なる型の不純物又はドーパントを含む領域を形成するために用いることができる。本発明は、特定の技術を中心に説明するが、これに限られるものではない。

本開示では、リボンビームを用いたビームラインイオン注入システムに関する実施形態を説明する。スポットイオンビーム又は集束イオンビームを用いた走査ビームイオン注入システムを含む、他の種類のイオン注入システムについては、詳細に説明しないが、除外されるものではない。さらに、例えば、プラズマ支援ドーピング（ＰＬＡＤ: Plasma Assisted Doping）システム又はプラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ: Plasma Immersion Ion Implantation）システムを含む、他の種類の基板処理システムを、同等に使用することができる。

実施形態で開示する基板は、太陽電池を製造するためのケイ素ベースの基板とすることができる。ケイ素ベースの基板について主に説明するが、本発明は、他の材料を含む基板に、同等に使用することができる。例えば、テルル化カドミウム（CdTe）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、又は他の材料を含む基板も、使用することができる。さらに、他の非太陽電池の基板も、本発明に使用することができる。他の機械デバイス、電子デバイス（例えばメモリデバイス）、又は光学デバイス（例えば発光ダイオード）、又は他のデバイスの製造に、金属基板、他の半導体基板、及び絶縁基板を、同等に使用することができる。

図１は、本発明の技術を用いて製造した例示的な基板１００を示す。本実施形態では、太陽電池基板１００を示している。基板１００は、一方側において、１つ以上のコンタクト領域１０２を含むことができる。各コンタクト領域１０２上には、金属コンタクト部（図示せず）を形成することができる。コンタクト領域１０２は、領域１０２内に所望のドーパントを所定ドーズ量だけ導入することにより、形成することができる。基板１００が２つ以上のコンタクト領域１０２を含む場合、スペーサー領域１０４によりコンタクト領域１０２を互いに離間させることができる。一部の実施形態において、基板１００は、１つ以上のスペーサー領域１０４を備えることもでき、各スペーサー領域１０４にドーパント又は不純物を導入することもできる。本実施形態では、コンタクト領域１０２とスペーサー領域１０４に導入するドーパント種を、互いに同一とすることができる。ただし、コンタクト領域１０２のドーパントのドーズ量は、スペーサー領域１０４のドーパントのドーズ量よりも、多くすることができる。基板が太陽電池である場合、基板１００の正面上において高濃度にドープしたコンタクト領域１０２と低濃度にドープしたスペーサー領域１０４とを含むこのパターンを、選択的エミッタ設計と称する場合がある。高濃度にドープしたコンタクト領域１０２により、コンタクト領域１０２と金属コンタクト部との間のインタフェースを向上することができる。さらに、ドーパントのドーズ量をより多くすることにより、コンタクト領域１０２の導電率をより高くすることができる。他の実施形態において、コンタクト領域１０２とスペーサー領域１０４とに、異なるドーパント種を導入することができるが、好ましくはない。例えば、コンタクト領域１０２及びスペーサー領域１０４のうち一方にｐ型ドーパントを導入し、コンタクト領域１０２及びスペーサー領域１０４のうち他方にｎ型ドーパントを導入することができる。他の例では、コンタクト領域１０２及びスペーサー領域１０４に、同じ型で異なる種のドーパントを導入することができる。さらに、コンタクト領域１０２内のドーパントのドーズ量を、スペーサー領域１０４内のドーパントのドーズ量よりも多くすることもできる。代案として、コンタクト領域１０２内のドーパントのドーズ量を、スペーサー領域１０４内のドーパントのドーズ量以下とすることができる。

図２は、本発明の一実施形態による基板を処理するための例示的システム２００を示す。本実施形態において、システム２００は、図１に示す選択的エミッタ設計を有する太陽電池基板を製造するために使用することができる。図２に示すように、システム２００は、イオン形態のドーパントを基板１００に導入し得るビームラインイオン注入システムとすることができる。

本実施形態のイオン注入システム２００は、所望のドーパント種の供給ガスを含むガスボックス２３０に接続されたイオン源２０２を含むことができる。ガスボックス２３０からの供給ガスは、イオン源２０２に供給され、その後イオン化される。この供給ガスは、Ｉ族及び３Ａ〜８Ａ族に属する１以上の元素のドーパント種を含むことができる。例えば、供給ガスは、水素（Ｈ）、ヘリウム（Ｈｅ）、他の希ガス、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、ヒ素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、アンチモン、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、又は他のガスを含むことができる。さらに、供給ガスは、カルボランＣ_２Ｂ_１０Ｈ_１２又は他の分子化合物を含むことができる。供給ガスがイオン化された後、イオン源２０２内のイオン２０は、抑制電極２０１ａ及び接地電極２０１ｂを含む引き出し電極２０１により引き出される。電源（図示せず）は、引き出し電極２０１に接続することができ、可変電圧を供給することができる。

イオン注入システム２００は、随意的なビームラインコンポーネントを備えることもできる。他の実施形態におけるシステムでビームラインコンポーネントを省略することができるため、ビームラインコンポーネントは、随意とすることができる。ビームラインコンポーネントを含む場合、随意的なビームラインコンポーネントは、質量分析器２０３、角度補正磁石２０７、第１加速／減速ステージ２０５、及び第２加速／減速ステージ２０９のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。

質量分析器２０３は、イオンの質量に応じてイオンを偏向させることができる。所望の質量を有するイオンを、十分に偏向させ、質量分析器２０３の出口側アパーチャを通過させ、システム２００のさらに下流を移動させることができる。一方、不所望の質量を有するイオンを、不十分に又は過剰に偏向させ、質量分析器２０３の壁に向けて指向させることができる。一方、角度補正磁石２０７は、発散経路内を移動するイオン２０を、ほぼ平行な経路内を移動するようにコリメートすることができる。本実施形態では、発散するイオンビーム２０を、ほぼ平行なリボン型のイオンビーム２０へとコリメートすることができる。第１加速／減速ステージ２０５及び第２加速／減速ステージ２０７を含む場合、第１加速／減速ステージ２０５及び第２加速／減速ステージ２０７は、イオンビーム経路に沿って移動するイオンビーム２０内のビームを、加速又は減速させることができる。

イオンビーム経路に沿って移動するイオンビーム２０は、エンドステーション２０６に向けて指向させことができる。エンドステーション２０６内には、基板１００内にイオンビーム２０内のイオンを注入し得るように、１つ以上の基板１００を、イオンビーム経路内に配置することができる。注入処理を制御するために、エンドステーション２０６は、様々なコンポーネントを含むことができる。例えば、エンドステーション２０６は、１つ以上の基板１００を支持し得るプラテン２１４を含むことができる。プラテン２１４は、基板１００を支持することに加えて、例えば基板１００の温度を制御して、高温イオン注入又は低温イオン注入をもたらすこともできる。低温イオン注入をもたらすために、プラテン２１４は、基板１００を室温より低い温度、好ましくは２７３°Ｋ未満の温度に、維持することができる。高温イオン注入をもたらすために、プラテン２１４は、基板１００を室温より高い温度、好ましくは２９３°Ｋより高い温度に、維持することができる。プラテン２１４に加えて、本発明のイオン注入システム２００は、イオン注入前又はイオン注入後に基板１００を冷却又は加熱し得る、冷却及び／又は加熱ステーション（図示せず）を含むことができる。

エンドステーション２０６は、基板１００をイオンビーム２０の経路内に配置し得るスキャナー（図示せず）、例えばロプラット（roplat）を含むこともできる。スキャナーは、基板１００をイオンビーム２０に対して所望の位置及び配向まで平行移動／回転させることもできる。一実施形態では、イオンがほぼ０°の入射角又は注入角で注入されるように、基板１００を、イオンビーム経路に対してほぼ垂直に配向させることができる。他の実施形態では、非ゼロの入射角又は注入角をもたらすように、基板を、イオンビーム２０に対して非垂直にすることができる。一実施形態では、注入処理全体を通じて、注入角を一定に維持することができる。他の実施形態では、注入処理中に、注入角を変化させることができる。本発明では、注入されるイオンのドーズ量を制御するために、基板を所望速度で平行移動させることもできる。適切なドーズ量を保証するために、エンドステーション３０６は、ドーズ量測定システムを含むこともできる。

イオン源２０２と基板１００との間には、１つ以上のマスク２５０を配置することができる。本発明において、マスク２５０は、イオン２０が基板１００に到達するのを阻止するために、１つ以上のフィンガーを含むことができる。マスク２５０は、イオン２０を通過させて基板１００に注入し得るような、１つ以上のアパーチャを含むこともできる。マスク２５０は、エンドステーション２０６の壁を含むシステム２００の様々なコンポーネントにより、支持することができる。マスク２５０を支持する様々なコンポーネントによって、イオンビーム２０及び／又は基板１００に対するマスク２５０の適切な配向又は位置をもたらすことができる。例えば、アクチュエータ（図示せず）をマスク２５０に接続して、マスク２５０を基板１００及び／又はイオンビーム２０に対して平行移動させ、回転させ、又は傾けることができる。マスク２５０の温度が過度に上昇するのを防ぐために、マスク２５０の冷却手段を設けることもできる。

図３は、本発明の一実施形態による例示的なマスク３５０を示す。本実施の形態において、マスク３５０は、少なくとも１つのフィンガー３５２を備えることができる。マスク３５０は、随意にベース３５４を含むことができ、フィンガー３５２をベース３５４により支持することができる。マスク３５０がベース３５４を含まない場合、マスク３５０は、共に支持及び／又は保持される１つ以上のフィンガー３５２とすることができる。マスク３５０が２つ以上のフィンガー３５２を備える場合、フィンガー３５２を互いに離間させて、ギャップ又はアパーチャ３５６を規定することができる。一実施形態において、マスク３５０は、複数のフィンガー３５２を有して１つ以上のギャップ又はアパーチャを規定することができ、フィンガー３５２は、互いに均一の形状又は寸法を有することができる。さらに、ギャップ又はアパーチャ３５６が均一の形状又は寸法を有するように、フィンガー３５２を構成することができる。他の実施形態において、マスク３５０は、６１個のフィンガー３５２を有することができ、フィンガー３５２は、６０個の均一かつ矩形状のアパーチャ３５６を形成するように構成される。ただし、マスク３５０が任意数のフィンガー３５２及びアパーチャ３５６を有し得ることは、当業者に理解されるはずである。さらに、アパーチャ３５６は、均一又は非均一に関わらず、様々な形状及び寸法を有することができる。

マスク３５０は、様々な材料で作ることができる。マスクは、イオン注入の反応条件に耐え得る不活性材料で作ることが好ましい。マスク３５０に含まれる材料の例は、石英、グラファイト、サファイア、ケイ素（Ｓｉ）、ＳｉＣ、及びＳｉＮを含むことができる。他の材料の例を、マスク３５０に含めることもできる。他の材料の例は、ドーパント種を含む材料を含むことができる。

図４は、本発明の他の実施形態による他の例示的なマスク４５０を示す。本実施形態において、マスク４５０は、少なくとも１つのフィンガー４５２を備えることができる。マスク４５０は、フィンガー４５２を支持し、マスク４５０の互いに対向する側に設けられた、第１ベース４５４ａ及び第２ベース４５４ｂを備えることもできる。必要に応じて、マスク４５０は、マスク４５０の互いに対向する側において、フィンガーの隣に設けられた第３ベース４５４ｃ及び第４ベース４５４ｄを含むこともできる。代案として、第３ベース４５４ｃ及び第４ベース４５４ｄを、追加のフィンガー４５２に置き換えることができる。マスク４５０が２つ以上のフィンガー４５２を備える場合、フィンガー４５２を互いに離間させて、１つ以上のギャップ又はアパーチャ４５６を規定することができる。一実施形態において、マスク４５０は、複数のフィンガー４５２を有することができ、フィンガー４５２は、均一の形状及び寸法を有することができる。さらに、アパーチャ４５０が均一の形状及び寸法を有するように、フィンガー４５２を構成することができる。ただし、マスク４５６が任意数のフィンガー４５２及びアパーチャ４５６を有し得ることは、当業者に理解されるはずである。さらに、アパーチャ４５６は、均一又は非均一に関わらず、様々な形状及び寸法を有することができる。

図３に示した上記実施形態のマスク３５０と同様に、マスク４５０は、様々な材料を含むことができる。明確かつ単純な説明のために、材料の説明を省略する。

図５ａ及び図５ｂは、本発明の一実施形態による基板を処理するための例示的な技術を示す。これらの図は、必ずしも原寸に比例して描かれていない。明確かつ単純な説明のために、図２に示すビームラインイオン注入システム２００及び図３に示すマスク３５０を参照して、この技術を説明する。ただし、スポットイオンビーム又は集束イオンビームを用いた走査ビームイオン注入システムを含む、他のシステムを使用することもできる。さらに、図４に示すマスク４５０を含む、他のマスクを使用することもできる。明確かつ単純な説明のために、本技術をビーム高さに関して説明する場合がある。リボンビームイオン注入装置について、ビーム高さが、リボンビームの実際の高さを意味し得ることは、当業者に理解されるはずである。スポットビーム又は集束ビームを用いる走査ビームイオン注入装置に対して、この用語は、リボンビームイオン注入装置の効果と同様の効果を達成するようにスポットビームにより走査される領域の高さを意味し得る。

本実施形態では、基板５００及びマスク３５０を、イオン注入システム２００内に設けることができる。図５ａ及び図５ｂに示すように、マスク３５０のフィンガー３５２を、矢印５１０に示す高さ方向に基板５００の全体高さに亘って延びないように、寸法決め又は配置することができる。フィンガー３５２を、イオンビーム２０の全体高さに亘って延びないように、寸法決め又は配置することもできる。本実施形態において、マスク３５０のフィンガー３５２は、イオンビーム２０の高さの約５０％に亘って延びることができる。フィンガー３５２が全体高さの一部のみに亘って延びることにより、基板５００に向けて指向されたときのイオンビーム２０を、複数の部分に分割することができる。例えば、イオンビーム２０は、イオンビーム２０の第１エッジ２０ｉから仮想基準線２０ｉｉｉまで延びる第１部２０ａを備えることができる。イオンビーム２０は、イオンビーム２０の第２エッジ２０ｉｉから基準線２０ｉｉｉまで延びる第２部２０ｂを備えることもできる。基準線２０ｉｉｉは、フィンガーの一端３５２ｉにより規定することができる。

フィンガー３５２がイオンビーム２０の高さの約５０％に亘って延びる場合、イオンビーム２０の第１部２０ａ及び第２部２０ｂの高さを、ほぼ等しくすることができる。イオンビームの第１部２０ａのイオンを、基板５００に直接注入して、ブランケット（blanket）イオン注入を行うことができる。一方、第２部２０ｂのイオンの一部を、アパーチャ３５６を介して基板５００に注入して、選択的イオン注入を行うことができる。

イオンビーム２０、マスク３５０、及び基板５００の各々は、個別の回転自由度及び平行移動自由度を有することができる。イオンビーム２０、マスク３５０、及び基板５００は、連帯して又は個別に、傾け、回転させ、及び／又は平行移動させることができる。本実施形態では、マスク３５０を、イオンビーム２０に対して固定配置することができる。一方、基板５００は、矢印５１０で示す高さ方向に、イオンビーム２０及び／又はマスク３５０に対して平行移動させることができる。詳細には説明しないが、他の実施形態では、基板５００を、矢印５１２で示す方向に、イオンビーム２０及び／又はマスク３５０に対して平行移動させることもできる。基板５００が高さ方向５１０に平行移動するとき、ドーパントを含む第１領域５０２及び第２領域５０４を形成することができる。第１領域５０２は、イオンビームの第１部２０ａ及び第２部２０ｂからのドーパントが注入されることから、高濃度ドープ領域とすることができる。一方、第２領域５０４は、イオンビームの第１部２０ａからのドーパント又はイオンが注入されることから、低濃度ドープ領域とすることができる。本実施形態の基板５００を図１に示す基板１００と比較すると、高濃度にドープした第１領域５０２はコンタクト領域１０２に対応し、低濃度にドープした第２領域５０４はスペーサー領域１０４に対応し得る。コンタクト領域１０２のドーパントのドーズ量がスペーサー領域１０４のドーパントのドーズ量よりも少ない他の実施形態において、高濃度にドープした第１領域５０２はスペーサー領域１０４に対応し、低濃度にドープした第２領域５０４はコンタクト領域１０２に対応し得る。

フィンガー３５２及びイオンビーム２０の高さに応じて、第１領域５０２及び第２領域５０４内のドーパントのドーズ量及び準位を調節することができる。本実施形態において、フィンガー３５２の高さは、イオンビーム２０の高さの約５０％とすることができる。その結果、フィンガー３５２によりもたらされるイオンビームの第１部２０ａ及び第２部２０ｂは、等しい高さを有することができる。イオンビーム２０内のイオン量は、高さ方向５１０にほぼ均一であり、かつ基板５００の平行移動速度が一定である場合は、第１領域５０２内のドーパントのドーズ量を、第２領域５０４内のドーパントのドーズ量の約２倍とすることができる。例えば、第１領域５０２内のドーパントのドーズ量を約２Ｅ１５／ｃｍ^２とすることができ、第２領域５０４内のドーパントのドーズ量を１Ｅ１５／ｃｍ^２とすることができる。他の実施形態では、フィンガー３５２の高さを、イオンビーム２０の高さの約３３％（３分の１）とすることができる。この実施形態では、イオンビームの第１部２０ａの高さを、第２部２０ｂの高さより約５０％大きくすることができる。イオン注入後、第１領域５０２内のドーパントの量を、第２領域５０４内のドーパントの量より約５０％多くすることができる。これにより、第１領域５０２及び第２領域５０４内のドーパントのドーズ量の比を、約３：２とすることができる。

ドーパントのドーズ量の制御に加えて、フィンガー３５２の高さを調節することで、イオンビームの均一性の調節をもたらすことができる。例えば、２ｘの均一な注入を達成するように、マスク３５０のフィンガー３５２の長さを調節することができる。

本発明の技術を用いて、ドーパントのドーズ量が異なる２つの領域を有する基板を製造することができる。従来技術とは異なり、本発明の技術を使用すれば、１本のイオンビームを用いて、又はイオンビームを１回通過させて、ブランケット注入及び選択的注入を達成し、同時又はほぼ同時に、２つの領域を生成することができる。さらに、この技術は、２つの異なるマスクを必要としない。さらに、異なるマスクを設け、異なるマスクを用いて処理し、マスクを除去するという追加的なステップを回避することができる。本開示で説明した技術の方が、ずっと単純かつ効率的である。

図６は、本発明の一実施形態による基板を処理するための他の例示的な技術を示す。この図は、必ずしも原寸に比例して描かれていない。本実施形態が、上記実施形態で説明した特徴と同様の特徴を多く含むことは、当業者に理解されるはずである。明確かつ単純な説明のために、同様の特徴の説明を繰り返さない場合がある。これらの特徴は、必ずしも原寸に比例して描かれていない。

本実施形態において、マスク６５０は、少なくとも１つのフィンガー６５２を備えることができ、複数のフィンガー６５２を互いに離間させて、ギャップ又はアパーチャ６５６を規定することができる。例えば、イオンビーム３０は、イオンビーム３０の第１エッジ３０ｉから仮想基準線３０ｉｉｉまで延びる第１部３０ａを備えることができる。イオンビーム３０は、イオンビーム３０の第２エッジ３０ｉｉから基準線３０ｉｉｉまで延びる第２部３０ｂを備えることもできる。基準線３０ｉｉｉは、フィンガーの一端６５２ｉにより規定することができる。
本実施形態において、基板５００及びマスク６５０を、イオン注入システム内に設けることができる。その後、イオンビーム３０を基板５００に向けて指向させることができる。本実施形態において、イオンビーム３０に対する基板５００の平行移動を不要とし得るように、矢印５１０で示す方向に沿ったイオンビーム３０の高さを、十分に大きくすることができる。言い換えれば、注入されるべき基板５００内の領域をイオンビーム３０の高さにより包囲し得るとともに、基板５００及びイオンビーム３０の一方を他方に対して平行移動させる必要が無いほど、イオンビーム３０の高さは、十分に大きい。

一方、本実施形態のマスク６５０は、マスク３５０と同様とすることができる。前述した実施形態と同様に、本実施形態のイオンビーム３０、マスク６５０、及び基板５００の各々は、個別の回転自由度及び平行移動自由度を有することができる。ただし、基板５００及びイオンビーム３０は、連帯して傾け、回転させ、及び／又は平行移動させ得るように、相対的に固定配置することができる。一方、マスク６５０は、イオンビーム３０及び基板５００に対して、平行移動させることができる。マスク６５０が高さ方向に平行移動するとき、高濃度にドープした第１領域５０２及び低濃度にドープした第２領域５０４を形成することができる。第１領域５０２及び第２領域５０４へのさらなるドーパントの注入を防ぐために、本実施形態のマスク６５０は、より大きな高さのベース６５４を随意に含むことができる。本実施形態の技術では、マスク６５０をイオンビーム３０に対して平行移動させることにより、高濃度にドープした第１領域５０２及び低濃度にドープした第２領域５０４を得ることができる。

図７は、本発明の他の実施形態による他の例示的なマスク７５０を示す。本実施形態において、マスク７５０は、マスク７５０の互いに対向する側に設けられた上部７０２及び下部７０４を備えることができる。上部７０２及び下部７０４の各々が、図３に示した上記実施形態のマスク３５０と同様であることは、当業者に理解されるはずである。上部７０２及び下部７０４の各々において、マスク７５０は、１つ以上の第１フィンガー７５２ａ及び１つ以上の第２フィンガー７５２ｂを備えることができる。マスク７５０は、第１フィンガー７５２ａ及び第２フィンガー７５２ｂを支持する随意的な第１ベース７５４ａ及び第２ベース７５４ｂを備えることもできる。さらに、マスク７５０は、フィンガーの隣において互いに対向する側に設けられた随意的な第３ベース７５４ｃ及び第４ベース７５４ｄを含むこともできる。

マスク７５０の上部７０２及び下部７０４の各々が２つ以上の第１フィンガー７５２ａ及び第２フィンガー７５２ｂを備える場合、フィンガー７５２ａ、７５２ｂを幅方向７１２に互いに離間させ、１つ以上の第１アパーチャ７５６ａを規定することができる。マスク７５０は、高さ方向７１０に互いに離間した上部７０２及び下部７０４により規定した第２アパーチャ７５６ｂを備えることもできる。

上記実施形態のマスク３５０、４５０と同様に、本実施形態のマスク７５０は、様々な材料を含むことができる。

図８ａ及び図８ｂは、本発明の他の実施形態による基板を処理するための他の例示的な技術を示す。これらの図は、必ずしも原寸に比例して描かれていない。明確かつ単純な説明のために、本実施形態の技術を、図７に示すマスク７５０を参照して説明する。本技術を他のマスクを用いて使用し得ることは、当業者に理解されるはずである。さらに、説明を簡単かつ単純にするために、随意的な第３ベース７５４ｃ及び第４ベース７５４ｄを図示していない。

本実施形態の技術は、複数部からなる技術とすることができ、第１部を図５ａ及び図５ｂを参照して説明した技術と同様とし得る。したがって、本実施形態の技術は、図５ａ及び図５ｂを参照して説明した上記実施形態の技術と共に理解されるべきである。

本実施形態において、マスク７５０を、イオン源（図示せず）と基板５００との間に設けることができる。その後、イオンビーム２０を、イオンビームの経路に沿って基板５００に指向させることができる。本技術の第１部中では、イオンビーム２０を、マスク７５０の上部７０２に指向させることができ、マスク７５０の上部７０２を、イオンビームの経路内に設けることができる。図８ａに示すように、第１フィンガー７５２ａがイオンビーム２０の全体高さに亘って延びないように、第１フィンガー７５２ａを寸法決め又は配置することができる。この処理では、イオンビーム２０を、第１部２０ａ及び第２部２０ｂに分割することができる。イオンビーム２０の第１部２０ａ内のイオンを、第２アパーチャ７５６ｂを介して基板に直接注入して、ブランケットイオン注入を行うことができる。一方、イオンビーム２０の第２部２０ｂからのイオンの一部を、１つ以上の第１アパーチャ７５６ａを通過させて、選択的イオン注入を行うことができる。図５ａ及び図５ｂに示した技術と同様に、基板５００を高さ方向７１０に平行移動させることができる。ただし、マスク７５０の上部７０２は、イオンビーム２０に対して固定配置することができる。結果として、高濃度ドープ領域（図示せず）及び低濃度ドープ領域（図示せず）を、基板５００上に形成することができる。

第１部の後又は前に起こり得る本技術の第２部中では、イオンビーム２０をマスク７５０の下部７０４に向けて指向させることができる。本技術の第１部と同様に、第２フィンガー７５２ｂがイオンビーム２０の全体高さに亘って延びないように、第２フィンガー７５２ｂを寸法決め又は配置することができる。この処理では、イオンビーム２０を、第１部２０ａ及び第２部２０ｂに分割することができる。本技術の第１部とは異なり、イオンビームの第１部２０ａを、マスク７５０の下部７０４内の第１アパーチャ７５６ａを介して選択的イオン注入を行うために用いることができる。一方、ブランケットイオン注入を、イオンビーム２０の第２部２０ｂを用いて行うことができる。

本実施形態の技術は、複数の利点をもたらす。本技術は、特に、高さ方向７１０におけるイオンビーム２０の非均一性に対処するために用いることができる。多くのイオン注入装置では、非均一性、例えばイオンのドーズ量のバラツキが、高さ方向に存在することがある。このバラツキは、特に、空間電荷効果により発生し得る。イオンビームの第１部及び第２部の両方を用いて高濃度ドープ領域及び低濃度ドープ領域を生成することにより、非均一性を軽減することができる。

さらに、基板に対するマスク７５０の位置を決定することができる。例えば、基板５００及びイオンビーム２０に対する第１フィンガー７５２ａ及び第２フィンガー７５２ｂの相対位置を補正することなく、マスク７５０を、基板５００の上流に設けることができる。イオンビーム２０をマスク７５０に指向させることができる。フィンガー７５２ａ、７５２ｂに起因するイオンビームの損失に応じて、「ウェハーマップ」を生成することができる。さらに、イオンビーム又は基板が高さ方向７１０に走査する速度を、いかなる反対称性をも補償するように、調節することができる。例えば、基板５００がイオン注入されていないときに、基板５００を方向転換させる間に、マスク７５０をイオンビームに対して移動させることができる。これにより、イオンビームの非均一性を、基板のブランケット注入された部分内で相殺することができる。基板を方向転換させる度にマスク７５０を移動させる必要はないが、イオンビームの変動とのオーバーラップを最小化させる間隔で移動させることができる。例えば、これにより、５０Ｈｚ及び６０Ｈｚの高調波を回避することができる。

図９は、本発明の他の実施形態による他の例示的なマスク９５０を示す。明確かつ単純な説明のために、マスク９５０について、アパーチャに関して説明する場合がある。マスク９５０は、高さ方向９１０に、アパーチャ９５６ａ〜９５６ｃの複数の行９５５ａ〜９５５ｃを備えることができる。本実施形態において、マスク９５０は、３行９５５ａ〜９５５ｃを備えることができる。各行９９５ａ〜９５５ｃには、１つ以上のアパーチャ９５６ａ〜９５６ｃを設けることができる。本実施形態では、アパーチャ９５６ａ〜９５６ｃを、矩形状とすることができる。図９に示すように、本実施形態の各アパーチャ９５６ａ〜９５６ｃは、高さ方向９１０に距離ｌだけ延びる第１側部９６７ａ及び第２側部９６７ｂと、幅方向９１２に距離ｗだけ延びる第１幅部９６９ａ及び第２幅部９６９ｂとを、備えることができる。他の実施形態において、アパーチャ９５６ａ〜９５６ｃは、他の形状を有することができる。

本実施形態では、隣接行９５５ａ〜９５５ｃのアパーチャ９５６ａ〜９５６ｃを、非均一とすることができる。本実施形態において、非均一性とは、アパーチャ９５６ａ〜９５６ｃの位置又は整列に関連し得る。例えば、第１行９５５ａの第１アパーチャ９５６ａと第２行９５５ｂの第２アパーチャ９５６ｂは、高さ方向９１０に不整列である。この処理では、アパーチャ９５６ａ、９５６ｂの中心を、高さ方向９１０に距離ｘだけ変位させて不整列にすることができる。

さらに、１行９５５ａ〜９５５ｃのアパーチャ９５６ａ〜９５６ｃの第１側部９６７ａを、隣接行９５５ａ〜９５５ｃのアパーチャ９５６ａ〜９５６ｃの第１側部９６７ａに対して、変位させて不整列にし得るように、隣接行９５５ａ〜９５５ｃのアパーチャ９５６ａ〜９５６ｃを配置することができる。本実施形態において、第１アパーチャ９５６ａの第１側部９６７ａが第２アパーチャ９５６ｂの第２側部９６７ｂと整列されるように、隣接行のアパーチャ９５６ａ〜９５６ｃを変位させている。他の実施形態において、第１アパーチャ９５６ａの第１側部９６７ａを、第２アパーチャ９５６ｂの第２側部９６７ｂに対して、距離ｄ（図示せず）だけ変位させて不整列にすることができる。本発明では、第１アパーチャ９５６ａを、第３行９５５ｃの第３アパーチャ９５６ｃに対して整列させ又は不整列にすることができる。

上記実施形態のマスクと同様に、本実施形態のマスク９５０は、様々な材料を含むことができる。

図１０は、本発明の他の実施形態による他の例示的なマスク１０５０を示す。本実施形態において、マスク１０５０は、図９に示すマスク９５０と同様である。ただし、隣接行９５５ａ〜９５５ｃのアパーチャ９５６ａ〜９５６ｃを、高さ方向９１０に距離ｙだけオーバーラップさせることができる。

図１１は、本発明の他の実施形態による基板を処理するための他の例示的な技術を示す。この図は、必ずしも原寸に比例して描かれていない。明確かつ単純な説明のために、本実施形態の技術を、図９に示すマスク９５０を参照して説明する。本技術を他のマスクを用いて使用し得ることは、当業者に理解されるはずである。

本実施形態の技術は、複数部からなる技術とすることができ、第１部を図５ａ、図５ｂ、図８ａ、及び図８ｂを参照して説明した技術と同様とすることができる。よって、本実施形態の技術は、図５ａ、図５ｂ、図８ａ、及び図８ｂを参照して説明した上記実施形態の技術とあわせて理解されるべきである。

本実施形態では、マスク９５０を、イオン源（図示せず）及び基板（図示せず）との間に設けることができる。その後、イオンビーム２０を、イオンビームの経路に沿って基板に向けて指向させることができる。本技術の第１部中では、イオンビーム２０を、マスク９５０の上部に向けて指向させることができる。例えば、イオンビームの第１部２０ａが第２行９５５ｂの第２アパーチャ９５６ｂの少なくとも一部分とオーバーラップするように、イオンビーム２０及びマスク９５０を配置することができる。一方、イオンビームの第２部２０ｂを、第１行９５５ａの第１アパーチャ９５６ａの少なくとも一部分とオーバーラップさせることができる。基板が高さ方向９１０に平行移動するとき、注入領域を形成することができる。

第１アパーチャ９６６ａの第１側部９６７ａを第２アパーチャ９６６ｂの第２側部９６７ｂと高さ方向９１０に整列させた場合、第１アパーチャ９５６ａ及び第２アパーチャ９５６ｂの幅と等しい幅を有する注入領域を形成することができる。第１アパーチャ９６６ａの第１側部９６７ａを第２アパーチャ９６６ｂの第２側部９６７ｂから距離ｄだけ変位させた場合、２つの離間した注入領域の間に、幅ｄを有する非注入領域を形成することができる。

第１部の前又は後に起こり得る本技術の第２部中では、イオンビーム２０がマスク９５０の下部に向けて指向されるように、イオンビーム２０を、マスク９５０に対して移動させることができる。例えば、イオンビームの第１部２０ａが第３行９５５ｃの第３アパーチャ９５６ｃの少なくとも一部分とオーバーラップするように、イオンビーム２０及びマスク９５０を配置することができる。一方、イオンビームの第２部２０ｂを、第２アパーチャ９５６ｂの少なくとも一部分とオーバーラップさせることができる。基板が平行移動するとき、イオンビームの高さ方向９１０の非均一性を軽減することができる。

図１０に示すマスク１０５０を用いる場合、第１アパーチャ９５６ａ及び第２アパーチャ９５６ｂのオーバーラップ、又は第２アパーチャ９５６ｂ及び第３アパーチャ９５６ｃのオーバーラップにより、低濃度ドープ領域間に、幅ｙを有する高濃度ドープ領域を形成することができる。高濃度ドープ領域は、オーバーラップ領域を通過するイオンによって形成することができ、低濃度ドープ領域は、非オーバーラップ領域を通過するイオンによって形成することができる。さらに、本技術が複数部からなる処理である場合、ビームの高さ方向（図示せず）の非均一性を軽減することができる。

図１２は、本発明の他の実施形態による他の例示的なマスクを示す。マスク１２５０は、複数行を備えることができ、各行は１つ以上のアパーチャを備える。本実施形態において、マスク１２５０は、高さ方向１２１０に５行１２５５ａ〜１２５５ｅを備えることができ、幅方向１２１２に沿う１つ以上のアパーチャ１２５６ａ〜１２５６ｅを、それぞれ各行１２５５ａ〜１２５５ｅに設けることができる。図１２に示すように、隣接行のアパーチャ１２５６ａ〜１２５６ｅは、互いに非均一である。例えば、隣接行のアパーチャ１２５６ａ〜１２５６ｅは、互いにその寸法及び位置に関して異なることができる。

上記実施形態のマスクと同様に、本実施形態のマスク１０５０は、様々な材料を含むことができる。

本発明の範囲は、本明細書で説明した特定の実施形態により限定されるものではない。本明細書で説明した実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態及び変更が、上記の説明及び図面に基づき、当業者に明らかなはずである。よって、かかる他の実施形態及び変更は、本発明の範囲に属するものである。また、本明細書で説明した本発明を、特定用途のための特定の環境での特定の実装に関して説明したが、本発明がこれ以外にも有用なものであり、本発明をあらゆる用途のためにあらゆる環境で有利に実装し得ることは、当業者に理解されるはずである。したがって、特許請求の範囲は、本明細書で説明した本発明の全範囲に鑑みて、解釈されるべきである。

Claims

基板の処理方法において、
イオン源と前記基板との間にマスクを設けるステップであって、前記マスクは、第１行に設けられた１つ以上の第１アパーチャ、第２行に設けられた１つ以上の第２アパーチャ、及び第３行に設けられた１つ以上の第３アパーチャを備え、各行は前記マスクの幅方向に延在している、ステップと、
イオンビームを前記マスクの上部に向けて指向させて、前記イオンビームの第１部を、前記１つ以上の第１アパーチャの少なくとも一部分及び前記１つ以上の第２アパーチャの少なくとも一部分とオーバーラップさせるステップと、
前記基板に前記１つ以上の第１アパーチャ又は前記１つ以上の第２アパーチャを通過するイオンを注入することにより第１の注入を実行するステップと、
前記第１の注入の間に前記マスク及び前記基板のうち少なくともいずれか一方を、該マスク及び該基板のうち他方に対して、平行移動させるステップと、
前記イオンビームを前記マスクの下部に向けて指向させて、前記イオンビームを、前記１つ以上の第２アパーチャの少なくとも一部分及び前記１つ以上の第３アパーチャの少なくとも一部分とオーバーラップさせるステップと、
前記基板に前記１つ以上の第２アパーチャ又は前記１つ以上の第３アパーチャを通過するイオンを注入することにより第２の注入を実行するステップと、
前記第２の注入の間に前記マスク及び前記基板のうち少なくともいずれか一方を、該マスク及び該基板のうち他方に対して、平行移動させるステップと、
を含む方法。
請求項１に記載の方法において、
前記イオンビームを前記マスクに対して固定配置するステップをさらに含む方法。
請求項１に記載の方法において、
前記１つ以上の第１アパーチャ及び前記１つ以上の第２アパーチャを、前記マスクの高さ方向に整列させない方法。
請求項３に記載の方法において、
前記１つ以上の第１アパーチャ及び前記１つ以上の第２アパーチャを、前記高さ方向にオーバーラップさせて、オーバーラップ領域を規定する方法。
請求項１に記載の方法において、
前記イオン注入中に、前記マスクに対する前記イオンビームの位置を、前記マスクの上部から前記マスクの前記下部へ変化させる方法。
請求項１に記載の方法において、
前記第１行の前記１つ以上の第１アパーチャを、前記第２行の前記１つ以上の第２アパーチャに対して、前記マスクの高さ方向に整列させない方法。
請求項６に記載の方法において、
前記第１行に設けられた前記１つ以上の第１アパーチャ及び前記第２行に設けられた前記１つ以上の第２アパーチャは、前記マスクの高さ方向にオーバーラップさせて、オーバーラップ領域を規定する方法。
請求項６に記載の方法において、
前記第１行に設けられた前記１つ以上の第１アパーチャ及び前記第２行に設けられた前記１つ以上の第２アパーチャを、オーバーラップ領域を有しないように配置する方法。