JP6621869B2 - 高エネルギーイオン注入 - Google Patents

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Description

発明の詳細な説明
〔分野〕
本発明は、一般には半導体処理に関し、より詳細には、高エネルギーイオンの注入方法に関する。
〔関連技術〕
イオン注入は、集積された半導体装置の製造に関して重要な処理である。当該処理では、ホウ素、燐、砒素等のドーパントイオンが半導体基板に注入され、上記基板の導電率が変化する。ＦｉｎＦＥＴの製作における半導体フィン構造のドーピングのようないくつかの応用は、所望の均一性及び所望の装置性能を達成するために高エネルギーイオン注入処理を必要とする。高エネルギーイオン注入処理では、イオン注入システムは、目標（例えば、半導体ウェハ上に形成された半導体装置を有する半導体ウェハ）上に一連の注入を実行し、各注入は異なるエネルギーで実行される。
従来、高エネルギーイオン注入処理における注入エネルギーは、イオンソース及び抽出アセンブリ状態を調整することによって制御される。例えば、注入エネルギーは、イオンソースと抽出電極との間の距離を増加している間、抽出電圧を増加させることによって増加されてよい。追加的に、ドーパントガスの流量及びソースの磁界は、所望のイオンビーム電流を達成するために調整されてよい。イオンソース及び抽出アセンブリ状態の調整は、各注入におけるイオンビーム電流を最適化し、それによってイオンソースの寿命が延びる。しかしながら、イオンソース及び抽出アセンブリ状態の変更は、イオンビームを不安定にもさせる。イオンビームは、目標へのイオン注入に使用される前に、再調整及び再安定するために数分を必要とする。イオンソース及び抽出アセンブリ状態が変化する頻度を減少させるために、従来の高エネルギーイオン注入処理は、例えば、イオンビームを第２エネルギーに変更する前に、第１エネルギーで製品ロットにおける全ての目標に注入してもよい。そして、同じ製品ロットにおける各目標は、第２エネルギーで注入される。しかしながら、各目標が、注入エネルギー毎にイオン注入システム内外に動かされるため、目標の手扱い時間は増加する。それゆえ、従来の高エネルギーイオン注入は、処理量が少ないという欠点を有し、半導体装置製品に関して製造可能な解決方法ではない。
〔簡単な概要〕
或る例示の実施形態では、イオンソース、抽出アセンブリ及び電極アセンブリを有するイオン注入システムは、目標への高エネルギーイオン注入に使用される。第１エネルギー及び第１電流を有するイオンビームは、イオンソース及び抽出アセンブリを用いて生成されてよい。第１電圧は、電極アセンブリの間で印加されてよい。イオンビームは、第１エネルギーで電極アセンブリに入り、第２エネルギーで電極アセンブリから出てもよい。そして、イオンビームは、第３エネルギーで目標にイオンを注入する。第３エネルギーは第２エネルギーと異なってよい。
イオン注入システムは、追加的に、注入電流を制御するために可変の孔を有してよい。イオンビームは、目標に注入される前に、可変孔を通るように向けられる。電極アセンブリの間で第１電圧を印加している間、可変孔は、イオンが目標に第２エネルギー及び第２電流で注入される第１孔幅にしてよい。電極アセンブリの間で第２電圧を印加している間、可変孔は、第３エネルギー及び第３電流で目標にイオン注入される第２孔幅にしてよい。電極アセンブリ及び可変孔を使用して注入エネルギー及び注入電流を調整することにより、イオンソース及び抽出アセンブリ状態を調整する必要を除去し、それゆえイオンビームのセットアップ時間を減少させる。
〔図面の簡単な説明〕
図１は、高エネルギーイオン注入処理の実行に適したイオン注入システムの一例を示す。
図２は、高エネルギーイオン注入処理の実行に使用可能な電極アセンブリの一例を示す。
図３は、高エネルギーイオン注入処理の一例を示す。
〔詳細な説明〕
以下の説明は、当業者が種々の実施形態を作成及び使用できるように提示される。特定のシステム、装置、方法、及び応用の説明は、単に例として提供される。ここに記載された上記例に対する種々の変形は、当業者に容易に理解できるものであり、ここに規定した一般的な原理は、種々の実施形態の精神及び目的から逸脱せずに、他の例及び応用に適用してよい。それゆえ、種々の実施形態は、ここに記載し、示した例を限定する意図はなく、特許請求の範囲と矛盾しない範囲と調和するものである。
１．イオン注入システム
図１は、種々の実施形態に係る、目標１１６上への高エネルギーイオン注入処理の実行に適したイオン注入システム１００の一例を描写する。システム１００は、イオンソース１０２、抽出アセンブリ１０４、質量分析器１０８、及び電極アセンブリ１１２を含んでよい。イオンビーム１０６は、イオンソース１０２及び抽出アセンブリ１０４によって発生させられてよい。イオンソース１０２は、例えば、Bernasイオンソース、またはFreemanイオンソースであってよい。イオンソース１０２は、プラズマを形成するために、ソースガスを電子イオン化することによって、所望のイオン種を発生させてよい。半導体装置の製作のために、所望のイオン種は、限定しないがＢ+、Ｐ+及びＡｓ+のようなホウ素、燐または砒素から成るドーパントイオン種を含んでよい。抽出アセンブリ１０４は、抽出電圧をそれに対して印加させることが可能な、少なくとも１つの抽出電極を含んでよい。抽出電圧は、抽出アセンブリ１０４における少なくとも１つの抽出電極に印加されて、イオンソース１０２からイオンを抽出し、イオンビーム１０６を発生させてよい。抽出電圧は、一般的に、正のイオン種を有するイオンビームを発生させる場合、イオンソースに対して負の電圧であり、負のイオン種を有するイオンビームを発生させる場合、イオンソースに対して正の電圧である。イオンビーム１０６は、イオンソース１０２及び抽出アセンブリ１０４によって、第１エネルギー及び第１電流で発生してよい。第１エネルギーの大きさは、抽出電圧の大きさによって、少なくとも部分的に決定される。抽出電圧が大きくなるほど、より大きなエネルギーを有するイオンビームが発生する。第１電流の大きさは、イオンソース１０２において形成されるプラズマの密度、及び抽出電圧の大きさによって、少なくとも部分的に決定される。プラズマの密度が大きくなると共に、抽出電圧が大きくなるほど、より大きな電流を有するイオンビームが発生する。イオンソース１０２において形成されるプラズマの密度は、ソースガスの流量及びアーク電流によって、少なくとも部分的に決定される。
イオンビーム１０６は、図１に示すように、質量分析器ユニット１０８内に向けられてよい。質量分析器ユニット１０８が磁場を生じさせることにより、所望の質量対電荷比を有するイオンビーム１０６におけるイオン種のみが質量分析器ユニット１０８を通過する。イオンビーム１０６は、電極アセンブリ１１２に進入するまえに、可変の孔１１０を通過してよい。可変孔１１０は、イオンビーム１０６が通過する孔の幅を変えることによって、イオンビーム電流を調整してよい。或る例では、孔の幅は、０．１ｍｍから１００ｍｍの間で制御されて、イオンビーム電流が３オーダーの大きさまでの範囲で変更されてよい。可変孔の幅が制御され、イオンビーム１０６が第２電流で目標１１６に注入される。第２電流は、イオンビーム１０６が発生させられる第１電流より低い。孔の幅が小さくなるほど、結果として、イオンビーム電流が小さくなり、一方、孔の幅が大きくなるほど、結果として、目標１１６に注入されるイオンビーム電流が大きくなる。可変孔１１０は、電極アセンブリ１１２の前または後（不図示）のどちらに配置してもよい。可変孔１１０が電極アセンブリの後に配置された場合、孔は目標１１６により近づき、それゆえイオンビームの形状及びイオンビーム電流はより正確に制御される。代わりに、可変孔１１０を電極アセンブリ１１２の前に配置すると、電極アセンブリ１１２が可変孔１１０により生じた汚染物質粒子及び中性種をイオンビーム１０６から取り除くため、粒子及びエネルギー汚染を減少させる。さらに別の例（不図示）では、イオン注入システムは、２つの可変孔を含み、第１の孔が電極アセンブリ１１２の前に配置され、第２の孔が電極アセンブリ１１２の後に配置されてもよい。
或る例では、可変孔１１０は、シャッターとして機能してよい。そのような例において、可変孔１１０は、完全に閉じて、イオンビーム１０６をブロックしてよい。それによって、イオンビーム１０６が目標１１６へイオン注入することを防ぐ。イオンビーム１０６は、抽出電圧または電極アセンブリ電圧のようなイオンビーム状態が変化した場合、注入の間にブロックされる必要があってよい。代わりに、イオン注入システムは、イオンビーム１０６をブロックする、分離したシャッター（不図示）を含んでよい。
イオンビーム１０６のエネルギーは、イオンビームが抽出アセンブリ１０４から電極アセンブリ１１２へ移動するため、ほぼ一定のままである。例えば、イオンビーム１０６は、イオンビーム１０６が発生する第１エネルギーとほぼ同等のエネルギーを持って電極アセンブリ１１２に進入してよい。電圧は、電極アセンブリ１１２の間で印加され、イオンビーム１０６のイオンビームエネルギーが変化してよい。或る例では、第１電圧は、電極アセンブリ１１２の間に印加されて、イオンビーム１０６を加速も減速もさせてよい。そのような例では、イオンビーム１０６は、第１エネルギーで電極アセンブリ１１２に進入し、第２エネルギーで電極アセンブリ１１２から出て行ってよい。第２エネルギーは、第１エネルギーと異なっていてよい。印加した第１電圧によりイオンビーム１０６を加速させた場合、第２エネルギーは、第１エネルギーより大きくなる。印加した第１電圧によりイオンビーム１０６を減速させた場合、第２エネルギーは、第１エネルギーより小さくなる。別の例では、ゼロにほぼ等しい電圧が電極アセンブリ１１２の間に印加されてよい。この場合、イオンビーム１０６は、電極アセンブリ１１２を、加速も減速もすることなく通過する。そのような例では、イオンビーム１０６は、第１エネルギーで電極アセンブリ１１２に進入し、ほぼ第１エネルギーで電極アセンブリ１１２から出て行ってよい。
イオンビーム１０６は、元の通り道から偏向することなく、真っ直ぐに電極アセンブリ１１２を通過してよい。代わりに、電極アセンブリ１１２は、イオンビーム１０６が電極アセンブリ１１２を通過しているときに、イオンビーム１０６の経路を偏向させてよい。イオンビーム１０６の経路の偏向は、注入処理間におけるエネルギー汚染の減少に役立つ。エネルギー汚染は、イオンビームのドーパント種であって、中性種であり所望のエネルギーと異なるエネルギーを有するドーパント種の量を記述する。例えば、第１電圧が電極アセンブリ１１２間に印加されて、イオンビーム１０６が１０ｋｅＶで電極アセンブリ１１２に進入し、５００ｅＶで電極アセンブリから出て行く。電極アセンブリ１１２を通過している間、イオンビーム１０６におけるいくつかのドーパントイオン種は、残留分子との衝突からの電荷交換の結果として、中性化されてよい。そのような例では、エネルギー汚染は、電極アセンブリ１１２を出て行くイオンビーム１０６におけるドーパント種であって、５００ｅＶより大きいエネルギーを有する中性種であるドーパント種の割合として規定されてよい。電極アセンブリ１１２側への偏向は、ほぼ全ての中性化されたドーパント種を効果的にブロックして、取り除き、それによって、エネルギー汚染を抑制する。
図２は、イオン注入システムにおけるイオンビーム２０６を加速または減速する電極アセンブリ２００の一例を描写する。電極アセンブリ２００は、入口電極２０８及び出口電極２１０を含む複数の電極２０２を備えてよい。各電極２０２は、電圧を電極に対して印加させることができる。各電極に印加される電圧は、図２に示す等電位電場線２０４によって表される電場を発生させる。イオンビーム２０６は、電極アセンブリ２００を通って移動するときに、これらの電場によって操作されてよく、それゆえ、偏向され、加速または減速されてよい。
電極アセンブリ２００間で印加される電圧は、電極アセンブリ２００を通るイオンビーム２０６の正味の加速または減速を少なくと部分的に決定する。電極アセンブリ２００間に負電圧を印加すると、主として負に帯電したイオン種から構成されるイオンビームを加速し、主として正に帯電したイオン種から構成されるイオンビームを減速する。逆に、電極アセンブリ２００間に正電圧を印加すると、主として正に帯電したイオン種から構成されるイオンビームを加速し、主として負に帯電したイオン種から構成されるイオンビームを減速する。入口電極２０８に印加された電圧が出口電極２１０に印加された電圧より正の場合、正電圧が電極アセンブリ２００間に印加される。同様に、入口電極２０８に印加された電圧が出口電極２１０に印加された電圧より負の場合、負電圧が電極アセンブリ２００間に印加される。イオンビーム２０６が電極アセンブリ２００を通って加速または減速される範囲は、電極アセンブリ２００間に印加される電圧の大きさによって、少なくとも部分的に決定される。電圧の大きさを大きくするほど、イオンビーム２０６が電極アセンブリ２００を通って加速または減速される範囲が大きくなる。
電極２０２は、イオンビーム２０６が電極アセンブリ２００を通過するときに、イオンビーム２０６を元の経路から偏向するように構成されていてよい。例えば、図２に示すように、電極２０２は、イオンビーム２０６が電極アセンブリ２００を通過する間に、イオンビーム２０６を偏向させて、Ｓ字型の経路になる。電極アセンブリ２００におけるイオンビーム２０６の偏向は、エネルギー汚染の減少に役立つ。イオンビーム内に生じた中性種が電極アセンブリを通過できる場合、エネルギー汚染が生じる。これらの中性種は、イオンビームが質量分析器ユニットから電極アセンブリへ移動し、電極アセンブリを通るときに、イオン種と残留粒子との間の衝突による衝突及び電荷交換によって発生する。中性種は、電極アセンブリ２００における電場によって影響を受けない。そのため、中性種は、電極アセンブリ２００を通って、加速も減速もしない。これらの中性種が電極アセンブリ２００を通過できるため、これらの中性種は、イオンビームのイオン種と異なるエネルギーで電極アセンブリ２００から出て行くことになる。目標へ注入するとき、中性種は、目標にイオン種と異なる深さで注入し、結果として、ドーパント深さプロフィールにおいて望んでいないより深い尾（an undesired deeper tail）になる。半導体装置の製作において、ドーパント深さプロフィールにおける深い尾は、望んでいないで電気特性を伴うより深い接合深さを生む。中性種は電場によって偏向せず、それゆえ、中性ビームゴミ山（不図示）にそらされるため、電極アセンブリ２００におけるイオンビーム２０６の偏向は、中性種をイオンビーム２０６から取り除くことに役立つ。このように、イオンビーム１０６は、最小のエネルギー汚染で電極アセンブリ２００を通過することができる。
図１に戻って参照すると、目標１１６は、イオン注入システム１００における保持器具１１８上に配置されてよい。目標１１６は、イオンが注入されることが望まれる任意の目標でよい。例えば、目標１１６は、ドーパントイオンを注入される半導体構造を有する半導体ウェハでよい。目標１１６は、イオンが注入される注入面を有する。保持器具１１８は、イオンビーム１０６内の適当な場所に目標１１６を配置してよい。そのため、電極アセンブリ１１２から出てくるイオンビーム１０６は、目標１１６の注入面に入射し、それによって、イオンが目標１１６の注入面に注入される。保持器具は、イオンビーム１０６に対して、目標１１６の回転（傾斜及びひねり）動作及び平行移動動作を与えてもよい。回転動作は、目標１１６の注入面に対するイオンビーム１０６の入射角、すなわち注入角を制御してよい。平行移動動作は、目標１１６を移動させ、イオンビーム１０６が目標１１６の注入面を横切ってスキャンすることを可能にする。平行移動動作の速度は、目標１１６への注入量を少なくとも部分的に決定する目標１１６の移動速度を制御する。移動速度が速いと、目標１１６への注入量は少なくなる。
イオンが目標１１６に注入されるエネルギーは、電極アセンブリ１１２から出てくるイオンビーム１０６のエネルギーとほぼ等しくてよい。例えば、イオンビーム１０６は、電極アセンブリ１１２を第２エネルギーで出て行き、そして、第２エネルギーで目標１１６に注入されてよい。
コントローラ１２０は、イオン注入システムの種々の要素と接続し、ここで説明したように、イオン注入システムを制御して、目標への高エネルギーイオン注入の方法及び例示的な処理を実行する。コントローラ１２０の機能及び特性はより詳細には後述する。
２．高エネルギーイオン注入処理
図３は、目標への高エネルギーイオン注入の処理３００の一例を描写する。処理３００は、図１で説明したイオン注入システム１００のような、イオンソース、抽出アセンブリ及び電極アセンブリを有するイオン注入システムであって、任意の適したイオン注入システムを用いて実行されてよい。追加的には、イオン注入システムは、可変孔及び保持器具を随意に含んでよい。処理３００では、注入エネルギー及び注入電流は、イオンソース状態（例えば、ドーパントガス流量、ソース磁界、アーク電流）及び抽出アセンブリ状態（例えば、抽出電圧、抽出電極位置）を変えることなく、調整されてよい。イオンソース及び抽出アセンブリ状態は、それゆえ、処理３００中一定に保たれていてよく、注入エネルギーは、電極アセンブリ間に印加される電圧を調整することによって制御され、注入電流は、可変孔の孔幅を調整することによって制御されてよい。このように、イオンビームは、処理３００中、安定に維持されてよく、イオンビームエネルギー及び電流を調整する、長いチューニング及び安定化時間（例えば、３−１０分）の必要がない。そのため、処理３００の処理量は、従来の高エネルギーイオン注入処理と比較して、有用により高くなる。
目標は、例えば、自身の上に形成された半導体構造を有するシリコンウェハであってよい。或る例では、半導体構造は、フィン型電界効果トランジスタ（ＦＩＮＦＥＴ）装置を形成するための半導体フィンであってよい。処理３００は、ＦＩＮＦＥＴ装置における所望の電気特性を達成するために、半導体フィンの一様なドーピングを可能にする。
処理３００のブロック３０２では、第１エネルギー及び第１電流を有するイオンビームは、イオン注入システムのイオンソース及び抽出アセンブリを用いて発生させられる。図１で前に説明したように、イオンビームは、イオンソースからイオンを抽出するために、抽出アセンブリの少なくとも１つの抽出電極に対して、抽出電圧を印加することにより発生させられてよい。第１エネルギーは、最大所望注入エネルギーと同じ大きさでよく、第１電流は、少なくとも、処理３００において目標へ注入するために必要な最大所望注入電流と同じ大きさであってよい。
或る例では、第１エネルギーは２ｋｅＶから３０ｋｅＶの間でよく、第１電流は５ｍＡから２５ｍＡの間でよい。別の例では、第１エネルギーは１５ｋｅＶから２５ｋｅＶの間でよく、第１電流は１０ｍＡから２０ｍＡの間でよい。主にＡｓ+イオン種で構成されるイオンビームであるさらに別の例では、第１エネルギーは２０ｋｅであり、第１電流は１５ｍＡであってよい。
処理３００のブロック３０４では、第１電圧が電極アセンブリ間に印加され、イオンビームが第１エネルギーで電極アセンブリに進入し、第２エネルギーで電極アセンブリから出て行ってよい。或る例では、第１電圧は、約０Ｖである。そのような例では、イオンビームは、加速または減速することなく、電極アセンブリを通過し、第２エネルギーは第１エネルギーとほぼ等しい。
別の例では、第１電圧は、０Ｖより大きい正または負の電圧でよく、イオンビームを加速または減速させる。典型的には、負の電圧が印加されると、主に負のイオン種で構成されるイオンビームが加速し、主に正のイオン種で構成されるイオンビームが減速する。逆に、正の電圧が印加されると、典型的には、主に負のイオン種で構成されるイオンビームが減速し、主に正のイオン種で構成されるイオンビームが加速する。或る例では、第１電圧の大きさは、０ｋＶから３０ｋＶの間であってよい。別の例では、１０ｋＶから２０ｋＶの間であってよい。第１電圧を印加している間、イオンビームは、約第１エネルギーで電極アセンブリに進入し、電極アセンブリにおいて加速または減速されて、第２エネルギーで電極アセンブリから出て行ってよい。第２エネルギーは、第１エネルギーと異なっていてよい。そして、加速または減速されたイオンビームは、目標に向けられて、第２エネルギーで目標にイオン注入される。或る例では、第２エネルギーは、０．０５ｋｅＶから３０ｋｅＶの間でよい。別の例では、第２エネルギーは、０．２ｋｅＶから１０ｋｅＶの間でよい。印加された第１電圧がイオンビームを減速する例では、第２エネルギーは、第１エネルギーより小さい。そのような例では、イオンビームは主にＡｓ+イオン種で構成されていてよく、第１電圧は−１５ｋＶでよく、第１エネルギーは２０ｋｅＶでよく、第２エネルギーは５ｋｅＶでよい。印加された第１電圧が電極アセンブリにおいてイオンビームを加速する例では、第２エネルギーは、第１エネルギーより大きい。そのような例では、イオンビームは主にＡｓ+イオン種で構成されていてよく、第１電圧は＋１０ｋＶでよく、第１エネルギーは２０ｋｅＶでよく、第２エネルギーは３０ｋｅＶでよい。
或る例では、印加された第１電圧は、電極アセンブリから出て行くイオンビームが目標への所望の注入量を達成することに適さないイオンビーム電流を有するようにしてよい。そのような例では、可変孔は、所望の注入量を達成するために、イオンビーム電流を調整するように制御されてよい。可変孔は、所望のイオンビーム電流を達成する第１孔幅に設定されてよい。例えば、第１孔幅は０．１ｍｍから１００ｍｍの間でよい。第１孔幅はいおんが第２電流で目標に注入されるイオンビーム電流を達成するために十分なものであってよい。或る例では、第１孔幅は、イオンビームが可変孔を通過するときに、イオンビーム電流が減少するようにしてもよい。そのような例では、イオンビームは、第１電流より小さい電流を有して可変孔から出て行ってよい。別の例では、第１孔幅は、イオンビームが可変孔を通過するときに、イオンビーム電流が変化しないようにしてもよい。第２電流は、第１電流より小さくてよい。或る例では、第２電流は、０．００１ｍＡから４０ｍＡの間でよい。別の例では、第１電流は５ｍＡから２５ｍＡの間であり、第２電流は５ｍＡから１５ｍＡの間でよい。
追加的に、目標の移動速度は、目標への必要な注入量を達成するために、注入時に制御されてよい。目標の移動速度は、保持器具の平行移動を制御することによって、調整されてよい。或る例では、目標の移動速度は、イオンビームが第２エネルギーでイオンを目標に注入している間、第１速度に設定されていてよい。第１速度は、目標への必要な注入量を達成するために十分であってよい。第１移動速度は１０ｍｍ／ｓから２０００ｍｍ／ｓの間であってよい。
処理３００のブロック３０６では、第２電圧は、電極アセンブリ間に印加されて、イオンビームを加速または減速してよい。第２電圧は０Ｖであってよい。代わりに、第２電圧は、非ゼロの正電圧または負電圧であってもよい。第２電圧は第１電圧と異なってもよい。或る例では、第２電圧の大きさは０ｋＶから３０ｋＶの間であってよい。別の例では、第２電圧の大きさは１０ｋＶから２０ｋＶの間であってよい。第２電圧が印加されている間、イオンビームは、約第１エネルギーで電極アセンブリに進入し、第３エネルギーで電極アセンブリから出て行ってよい。そして、イオンビームは、目標へ向けられて、第３エネルギーで目標にイオンを注入してよい。第２電圧が０Ｖの例では、第３エネルギーは第１エネルギーにほぼ等しい。印加された第２電圧が電極アセンブリを通過するイオンビームを加速する例では、第３エネルギーは第１エネルギーより大きい。印加された第２電圧が電極アセンブリを通過するイオンビームを減速する例では、第３エネルギーは第１エネルギーより小さい。第３エネルギーは第２エネルギーと異なっていてよい。例えば、第３エネルギーは、第２エネルギーより大きくても、小さくてもよい。或る例では、第３エネルギーは０．０５ｋｅＶから３０ｋｅＶの間でよい。別の例では、第３エネルギーは０．２ｋｅＶから１０ｋｅＶの間でよい。さらに別の例では、イオンビームがＡｓ+イオン種を備え、第２電圧がー１９ｋＶであり、第１エネルギーが２０ｋｅＶであり、第３エネルギーが１ｋｅＶであってよい。
或る例では、印加された第２電圧は、電極アセンブリから出て行くイオンビームが目標への所望の注入量を達成するために適さないイオンビーム電流を有するようにしてよい。そのような例では、可変孔は、所望の注入量を達成するために、イオンビーム電流を調整するように制御されてよい。可変孔は、所望のイオンビーム電流を達成するために、第２孔幅に設定されてよい。例えば、第２孔幅は０．１ｍｍから１００ｍｍの間でよい。第２孔幅は第１孔幅と異なっていてよい。第２孔幅は、イオンが第３電流で目標に注入されるイオンビーム電流を達成するために十分なものであってよい。或る例では、第２孔幅は、イオンビームが可変孔を通過するときに、イオンビーム電流が減少するようにしてもよい。そのような例では、イオンビームは、第１電流より小さい電流を有して可変孔から出て行ってよい。別の例では、第２孔幅は、イオンビームが可変孔を通過するときに、イオンビーム電流が変化しないようにしてもよい。第３電流は第１電流より小さくてよい。追加的に、第３電流は第２電流と異なっていてよい。或る例では、第３電流は０．００１ｍＡから４０ｍＡの間であってよい。別の例では、第１電流が５ｍＡから２５ｍＡの間であり、第３電流が０．２ｍＡから５ｍＡの間であってよい。
追加的に、目標の移動速度は、目標への必要な注入量を達成するために、注入時に制御されてもよい。目標の移動速度は、保持器具の平行移動を制御することによって調整されてよい。或る例では、目標の移動速度は、イオンビームが目標に第３エネルギーでイオンを注入している間、第２速度に設定されてよい。所定のビーム電流の場合、第２速度は、予め定めたスキャン数（ウェハがイオンビームを横切って移動する回数）で目標への必要な注入量を達成するために十分なものであってよい。第２移動速度は第１移動速度と異なってよい。第２移動速度は５０ｍｍ／ｓｋら１０００ｍｍ／ｓの間であってよい。
処理３００が異なる注入エネルギーで実行される追加的なイオン注入（不図示）を含んでよいことが理解されるであろう。例えば、第３電圧が電極アセンブリ間に印加されて、イオンビームを加速または減速してよい。イオンビームは、約第１エネルギーで電極アセンブリに進入し、電極アセンブリ内で加速または減速されて、第４エネルギーで電極アセンブリから出て行ってよい。そして、電極アセンブリから出て行くイオンビームは、第４エネルギーで目標にイオンを注入してよい。第４エネルギーは、第３エネルギーと異なっていてよい。
前述したように、処理３００における注入エネルギーは、イオンソース及び抽出アセンブリの状態を一定に保ち続けている間、電圧を調整することのみによって制御されてよい。例えば、ブロック３０４及び３０６におけるイオンソース及び抽出アセンブリの状態は、イオンビームを発生させるブロック３０２における状態と同じ状態に維持してもよい。このように、イオンビームは安定したままである。そのため、従来の処理と違って、イオンビームエネルギーの変更は、イオンビームの再調整の、及び安定化するまでの待機の数分を必要としない。むしろ、イオンビームエネルギーが素早く変更され、イオンビームエネルギーが変更された後、イオンビームが目標にイオンをすぐに（例えば、＜１０秒または＜３０秒）注入してよい。例えば、ブロック３０６は、ブロック３０４に続いて実行されて、電極アセンブリ間に印加される電圧は、ブロック３０４における第１電圧からブロック３０６における第２電圧に変更されてよい。その結果として、電極アセンブリから出て行くイオンビームのエネルギーは、ブロック３０４における第２エネルギーからブロック３０６における第３エネルギーに変更される。ブロック３０４における第２エネルギーでの目標への注入が完了した後、直ぐに（例えば、１秒以内）ブロック３０６における第２電圧が印加されてよい。そして、目標は、第２電圧の印加の５−３０秒以内に、ブロック３０６における第３エネルギーで注入されてよい。そのため、処理３００は、従来の高エネルギーイオン注入処理と比較して、より多くの処理量を与える。
追加的に、イオンビームエネルギーを変更した後、目標はすぐに注入されるため、イオンビームを次のエネルギーに変更する前に、或るエネルギーで製品ロットにおける各目標（例えば半導体ウェハ）にイオンビームを注入する必要が無い。そのため、目標は、各注入の間に、イオン注入システムから取り外される必要が無い。或る例では、目標は、処理３００の間、イオン注入システムにおける保持器具上に配置されてよい。目標は、注入時及び各注入の間に、保持器具上に残ったままでよい。例えば、目標は、第２エネルギー及び第３エネルギーで注入するブロック３０４及び３０６の時及びその間に、保持器具上に残ったままでよい。これは、目標を扱う時間を減らし、それゆえより大きな処理量を与える。
図２において前述したように、処理３００において使用される電極アセンブリは、イオンビームを偏向させるように構成されてよく、それゆえ、エネルギー汚染を減少させる。或る例では、イオンビームは、ブロック３０４及び３０６において、電極アセンブリ内で偏向されてよく、減速されたイオンビームが、０．０５％より小さいエネルギー汚染で電極アセンブリから出て行く。
図１に戻って参照すると、イオン注入システム１００は、コントローラ１２０を有してよい。コントローラ１２０は、種々の要素と接続し、ここで記述した方法及び例示の処理を実行するために、イオン注入システム１００を制御する。例えば、コントローラ１２０は、イオンソース１０２及び抽出アセンブリ１０４の状態を制御して、第１エネルギー及び第１電流を有するイオンビーム１０６を発生させる。コントローラ１２０は、可変の電源（不図示）を制御して、電極アセンブリ１１２間に電圧を印加してもよい。コントローラ１２０は、また、可変孔１１０の孔幅を制御して、イオンビーム電流を制御してもよい。追加的に、コントローラ１２０は、イオンビーム１０６が目標１１６の注入面に入射して目標１１６にイオンを注入するために、保持器具１１８の回転及び平行移動を制御して、目標１１６をイオンビーム１０６内に配置してもよい。コントローラ１２０は、また、保持器具１１８の回転及び平行移動を制御して、目標１１６の移動速度を制御してもよい。
コントローラ１２０は、イオン注入システム１００の種々の要素の制御に使用される、一般的な目的のデータ処理システムの任意の形態のうちの一つであってよい。一般的に、コントローラ１２０は、メインメモリ１２４、記憶媒体１２６及び支持装置１２８とバス１３０を介して接続するプロセッサ１２２を含んでよい。プロセッサ１２２は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）等のような、１以上の一般的な目的の処理装置であってよい。メインメモリ１２４は、ランダムアクセス記憶装置（ＲＡＭ）、又は、プロセッサ１２２によって実行される情報及び命令を一時的に格納する、任意の他の動的記憶装置であってよい。記憶媒体１２６は、コンピュータソフトウェア、命令又はデータを記憶可能な非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含んでよく、これに限るものではないが、例えば、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク磁気テープ、光学ディスク、読取り専用記憶装置（ＲＯＭ）、又は、他の取り外し可能な若しくは固定された媒体であってよい。支持装置１２８は、ＵＳＢポート、ネットワークインターフェース、イーサネット（登録商標）、ＰＣＭＣＩＡスロット等の入力／出力インターフェース又は通信インターフェースを含んでよい。支持装置１２８は、コンピュータプログラム、ソフトウェア、データ、又は、コントローラ１２０にロードされ、実行のためにプロセッサ１２２に与えられる他の命令を許してよい。
記憶媒体１２６のような非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、又は、コントローラ１２０の内部若しくは外部の任意の他の適当な媒体は、ここで説明した高エネルギーイオン注入処理の任意の１以上の特徴又は機能を実行するためのコンピュータ実行可能な命令（一般的に「コンピュータプログラムコード」として称され、コンピュータプログラム又は他のグループ分けの形式でグループ化された）を含んでよい。１以上のそのようなコンピュータ実行可能な命令は、実行のためにプロセッサ１２２に与えられると、コントローラ１２０によって、イオン注入システム１００がここで説明した高エネルギーイオン注入処理の任意の１以上の特徴又は機能を実行するように制御されてよい。
特定の要素、構成、特徴、及び機能が上記で与えられたが、他の変形が使用され得ることが当業者によって理解されるであろう。追加として、特徴は、特定の実施形態に関連して説明されていることが明白であるが、説明された実施形態の種々の特徴が組み合わされることが当業者に認識されるであろう。さらに、実施形態に関連して説明された態様は独立型であってよい。
実施形態は、添付の図面を参照して十分に説明されてきたが、種々の変化及び改良が当業者にとって明らかであることに注意すべきである。そのような変化及び改良は、添付の特許請求の範囲によって規定されるように、種々の実施形態の範囲内に含まれることが理解されるであろう。
高エネルギーイオン注入処理の実行に適したイオン注入システムの一例を示す図である。 高エネルギーイオン注入処理の実行に使用可能な電極アセンブリの一例を示す図である。 高エネルギーイオン注入処理の一例を示す図である。

Claims (17)

  1. イオンソース、抽出アセンブリ、電極アセンブリおよびイオンビーム電流を調整するとともにイオンビームをブロックする可変孔を有するイオン注入システムを用いて目標へ高エネルギーイオンを注入する方法であって、
    （ａ）上記イオンソース及び上記抽出アセンブリを用いてイオンビームを発生させるステップであって、
    上記イオンソースからある距離のところに上記抽出アセンブリを配置するステップと、
    上記抽出アセンブリのうちの少なくとも１つの抽出アセンブリに抽出電圧を印加し、発生した上記イオンビームは、上記抽出アセンブリから第１エネルギーで出て行く、ステップとを含んでいる、ステップと、
    （ｂ）上記抽出アセンブリが上記イオンソースから上記距離のところに配置されて上記抽出電圧が少なくとも１つの上記抽出アセンブリに印加される間に、上記イオンビームを減速させるために上記電極アセンブリ間に第１電圧を印加するステップと、
    ここで、上記イオンビームは上記電極アセンブリに上記第１エネルギーで進入し、上記電極アセンブリから上記第１エネルギーより小さい第２エネルギーで出て行き、上記目標に上記第２エネルギーでイオンを注入し、
    （ｅ）上記可変孔を閉じるステップであって、上記可変孔を閉じることは、上記イオンビームをブロックして、上記第２エネルギーで上記イオンビームが上記目標へイオンを注入するのを継続することを防ぐ、ステップと、
    （ｃ）上記抽出アセンブリが上記イオンソースから上記距離のところに配置されて上記抽出電圧が少なくとも１つの上記抽出アセンブリに印加されて上記可変孔が閉じられている間に、上記イオンビームを減速させるために上記電極アセンブリ間に印加する電圧を上記第１電圧から第２電圧に変更するステップと、
    ここで、上記イオンビームは上記電極アセンブリに上記第１エネルギーで進入し、上記電極アセンブリから上記第１エネルギーおよび上記第２エネルギーより小さい第３エネルギーで出て行き、
    （ｆ）上記可変孔を開けるステップであって、上記可変孔を開けることは、上記イオンビームをブロックせず、上記第３エネルギーで上記イオンビームが上記目標へイオンを注入することを可能にする、ステップと、を含むことを特徴とする方法。
  2. 発生した上記イオンビームは上記第１エネルギーと第１電流を有して上記抽出アセンブリから出て行き、
    上記方法は、
    上記可変孔を第１孔幅に設定するステップであって、上記電極アセンブリ間に上記第１電圧が印加され、上記可変孔が上記第１孔幅に設定され、上記イオンビームは、上記第１エネルギーと上記第１電流を有して上記電極アセンブリに進入し、上記第２エネルギーと第２電流を有して上記電極アセンブリから出て行き、上記第２エネルギーと上記第２電流を有して上記可変孔に進入し、上記第２エネルギーと第３電流を有して上記可変孔から出て行き、上記第２エネルギーと上記第３電流で上記目標にイオンを注入する、ステップと、
    上記可変孔を開けた後に、上記可変孔を第２孔幅に設定するステップであって、上記電極アセンブリ間に上記第２電圧が印加され、上記可変孔が上記第２孔幅に設定され、上記イオンビームは、上記第１エネルギーと上記第１電流を有して上記電極アセンブリに進入し、上記第３エネルギーと第４電流を有して上記電極アセンブリから出て行き、上記第３エネルギーと上記第４電流を有して上記可変孔に進入し、上記第３エネルギーと第５電流を有して上記可変孔から出て行き、上記第３エネルギーと上記第５電流で上記目標にイオンを注入する、ステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 上記第３電流は上記第１電流より小さいことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 上記第５電流は上記第３電流より小さいことを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 上記第１エネルギーは２ｋｅｖから３０ｋｅＶの間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 上記第１電圧は０ｋＶから３０ｋＶの間であり、上記第２電圧は０ｋＶから３０ｋＶの間であり、上記第２エネルギーは０．０５ｋｅｖから３０ｋｅＶの間であり、上記第３エネルギーは０．０５ｋｅｖから３０ｋｅＶの間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 上記イオンビームは上記電極アセンブリにおいて偏向され、上記イオンビームはエネルギー汚染が０．０５％未満で上記電極アセンブリから出て行くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 上記目標は上記電極アセンブリ間に印加する電圧を上記第１電圧から上記第２電圧に変更してから３０秒以内に上記第３エネルギーで注入されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. （ｄ）上記抽出アセンブリが上記イオンソースから上記距離のところに配置されて上記抽出電圧が少なくとも１つの上記抽出アセンブリに印加される間に、上記電極アセンブリ間に印加する電圧を上記第２電圧から第３電圧に変更するステップをさらに含み、
    ここで、上記イオンビームは上記電極アセンブリに上記第１エネルギーで進入し、上記電極アセンブリから第４エネルギーで出て行き、上記目標に上記第４エネルギーでイオンを注入し、
    ここで、上記第４エネルギーは上記第２エネルギー及び上記第３エネルギーと異なることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 上記目標は上記イオン注入システム内の保持器具上に配置され、上記目標への上記第２エネルギーでの注入時、及び上記第３エネルギーでの注入時、並びに両注入の間において、上記目標は上記保持器具上に残ったままであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 上記イオンビームが上記目標に上記第２エネルギーでイオンを注入する間、上記目標は第１速度で移動し、上記イオンビームが上記目標に上記第３エネルギーでイオンを注入する間、上記目標は第２速度で移動し、上記第１速度は上記第２速度と異なることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. イオンソース、上記イオンソースからある距離のところに配置されている抽出アセンブリ、電極アセンブリおよびイオンビーム電流を調整するとともにイオンビームをブロックする可変孔を有するイオン注入システムを用いて目標へ高エネルギーイオンを注入するためのコンピュータ実行可能な命令を含む非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
    上記コンピュータ実行可能な命令は、
    （ａ）上記イオンソース及び上記抽出アセンブリを用いてイオンビームを発生させる命令であって、
    上記抽出アセンブリのうちの少なくとも１つの抽出アセンブリに抽出電圧を印加し、発生した上記イオンビームは、上記抽出アセンブリから第１エネルギーで出て行く、命令とを含んでいる、命令と、
    （ｂ）上記抽出アセンブリが上記イオンソースから上記距離のところに配置されて上記抽出電圧が少なくとも１つの上記抽出アセンブリに印加される間に、上記イオンビームを減速させるために上記電極アセンブリ間に第１電圧を印加する命令と、
    ここで、上記イオンビームは上記電極アセンブリに上記第１エネルギーで進入し、上記電極アセンブリから上記第１エネルギーより小さい第２エネルギーで出て行き、上記目標に上記第２エネルギーでイオンを注入し、
    （ｅ）上記可変孔を閉じる命令であって、上記可変孔を閉じることは、上記イオンビームをブロックして、上記第２エネルギーで上記イオンビームが上記目標へイオンを注入するのを継続することを防ぐ、命令と、
    （ｃ）上記抽出アセンブリが上記イオンソースから上記距離のところに配置されて上記抽出電圧が少なくとも１つの上記抽出アセンブリに印加されて上記可変孔が閉じられている間に、上記イオンビームを減速させるために上記電極アセンブリ間に印加する電圧を上記第１電圧から第２電圧に変更する命令と、
    ここで、上記イオンビームは上記電極アセンブリに上記第１エネルギーで進入し、上記電極アセンブリから上記第１エネルギーおよび上記第２エネルギーより小さい第３エネルギーで出て行き、
    （ｆ）上記可変孔を開ける命令であって、上記可変孔を開けることは、上記イオンビームをブロックせず、上記第３エネルギーで上記イオンビームが上記目標へイオンを注入することを可能にする、命令と、を含むことを特徴とする非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  13. 発生した上記イオンビームは上記第１エネルギーと第１電流を有して上記電極アセンブリから出て行き、
    上記命令は、
    上記可変孔を第１孔幅に設定する命令であって、上記電極アセンブリ間に上記第１電圧が印加され、上記可変孔が上記第１孔幅に設定され、上記イオンビームは、上記第１エネルギーと上記第１電流を有して上記電極アセンブリに進入し、上記第２エネルギーと第２電流を有して上記電極アセンブリから出て行き、上記第２エネルギーと上記第２電流を有して上記可変孔に進入し、上記第２エネルギーと第３電流を有して上記可変孔から出て行き、上記第２エネルギーと上記第３電流で上記目標にイオンを注入する、命令と、
    上記可変孔を開けた後に、上記可変孔を第２孔幅に設定する命令であって、上記電極アセンブリ間に上記第２電圧が印加され、上記可変孔が上記第２孔幅に設定され、上記イオンビームは、上記第１エネルギーと上記第１電流を有して上記電極アセンブリに進入し、上記第３エネルギーと第４電流を有して上記電極アセンブリから出て行き、上記第３エネルギーと上記第４電流を有して上記可変孔に進入し、上記第３エネルギーと第５電流を有して上記可変孔から出て行き、上記第３エネルギーと上記第５電流で上記目標にイオンを注入する、命令と、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  14. 上記第３電流は上記第１電流より小さいことを特徴とする請求項１３に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  15. 上記第５電流は上記第３電流より小さいことを特徴とする請求項１４に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  16. 上記イオンビームは上記電極アセンブリにおいて偏向され、上記イオンビームはエネルギー汚染が０．０５％未満で上記電極アセンブリから出て行くことを特徴とする請求項１２に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  17. 上記目標は上記電極アセンブリ間に印加する電圧を上記第１電圧から上記第２電圧に変更してから３０秒以内に上記第３エネルギーで注入されることを特徴とする請求項１２に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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