JP2006279041A - イオンビームを使用する基板への注入 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン注入において、基板の異なる部分が、注入プロセス中に異なるレシピに従って異なる線量を受けることを可能にする、イオンビームを使用して基板に注入する方法を提供する。
【解決手段】注入方法に関し、第１の方向に延びる一連の走査線に沿って基板に対してイオンビームを走査するステップと、該基板と該イオンビーム間の相対的な回転をもたらすステップと、異なる方向に一連の第２の走査線に沿って該イオンビームを走査するステップとを備えている。注入レシピは、異なる領域が各走査ステップ中に生成されるように、各方向の走査中に変化される。該２つの走査ステップ中にこのように形成された領域は、該基板の異なる部分が、注入プロセス中に異なるレシピに従って異なる線量を受け取るように重複する。該異なるレシピは、異なるドーパント濃度、ドーピング深さ、または異なるドーパント種をも生じることがある。
【選択図】図１

Description

発明の分野

本発明は、基板とイオンビーム間の相対的な動きがある、イオンビームを使用して基板に注入する方法に関する。

発明の背景

イオン注入器は周知であり、一般的に以下のように共通の設計に準拠している。イオン源は前駆ガスなどからのイオンの混合ビームを生成する。特定種のイオンのみが、例えば半導体ウェーハへの注入用の特定のドーパントが基板への注入に通常必要とされる。必要なイオンは、質量分解スリットと関連する質量分析マグネットを使用して混合イオンビームから選択される。従って、ほぼ単独で必要なイオン種のみを含有するイオンビームが質量分解スリットから生じてプロセスチャンバに搬送され、ここでイオンビームは、基板ホルダによってイオンビーム経路の適所に保持された基板に入射する。

しばしば、イオンビームの断面プロファイルは、注入される基板よりも小さい。基板全体へのイオン注入を保証するために、イオンビームおよび基板は、イオンビームが基板表面全体を走査するように、互いに移動される。このことは、（ａ）イオンビームを偏向させて、固定位置に保持された基板の全域を走査すること、（ｂ）イオンビーム経路を固定したまま基板を機械的に移動させること、または（ｃ）イオンビームを偏向させることと基板を移動させることの組み合わせによって達成可能である。一般的に、相対的な動きは、イオンビームが基板にラスターパターンを描くようになされる。

本発明者等の同時係属米国特許出願第１０／１１９２９０号は、上記一般的な設計のイオン注入器について説明している。単一の基板が移動可能な基板ホルダに保持される。イオンビームのステアリングが可能であるのに対して、注入器は、イオンビームが注入中に固定経路に従うように操作される。その代わり、基板ホルダは２つの直交軸に沿って移動されて、イオンビームをラスターパターンに従う基板上を走査させる。

上記設計は、ウェーハの順次処理に適切である。代替的に、ウェーハは一括処理されてもよく、これは、次に回転されるスポークホイールのアーム上にウェーハを置くことによって最も頻繁に行われる。回転しているウェーハは半径方向に走査されるイオンビームを通過して、ウェーハ全体に注入されることを保証する。

基板は、数千の半導体デバイスが製作される半導体ウェーハであってもよい。一般的に、各ウェーハは特定のレシピに従ってウェーハをドープするために注入される。このことは、ウェーハ上の各デバイスが他のウェーハと同一になるように、ウェーハ上のデバイスの各々が均一の投与を受けることを保証する。デバイスの所望のドーピングを達成する特定のレシピを定義する最適パラメータを推定するため（または、間接的に、つまりデバイスの所望の動作特徴を達成する特定のレシピを判断するために）に実験が実行されてもよい。

各ウェーハに注入して同一のデバイスを生成することは、多くのデバイスが必要以上に生成されるという不都合を有しており、各半導体デバイスは何百ドルもすることがある。各デバイスは非常に高価であるため、このような無駄は極めて望ましくない。

この問題を解決するために、基板の異なるエリアに別々に注入すること、つまりわずかな基板上にラスターパターンを描くということが既知である。しかしながら、これは、イオンビームが基板上で停止および方向転換することを必要とする。このゆっくりとした動きは、基板の一部が、要件に反して多量の線量を受け取ることにつながる。

代替的アプローチが、ハイブリッドイオン注入器について説明している欧州特許第Ａ−１，３０６，８７９号によって提供される。イオンビームが基板の全域に走査されて、イオンビームが一方向に電磁的に走査され、かつ基板が他方向に機械的に走査されるラスターパターンを形成する。走査の速度は２通りのうちの１つに変化される。第１のモードにおいて、基板の前半が第１の速度で走査され、走査の速度は、基板の後半が第２の速度で走査されるように中間走査線で変化される。第２のモードにおいて、走査の速度は各走査線の中間点を横切って変化される。

いずれのモードでも、基板は、異なる走査速度に従って半分ずつ異なるドーピングレベルを有することになるが、そうでない場合は同一である。ウェーハは回転されてもよく、プロセスは反復される。例えば、基板は９０°に回転されてもよいため、４つの四分円が異なるドーピングレベルを有する基板に達することができる。欧州特許第Ａ−１，３０６，８７９号は依然として、走査速度が変化するとイオンビームが基板上にあるという不都合を被っている。従って、様々なドーピングレベルに暴露された小部分の基板の残部は、生成されるデバイスのタイプのいずれに対しても特定されるようには満たされることがない。

発明の概要

この背景に対して、また第１の態様から、本発明はイオンビームを使用して基板に注入する方法に関し、該イオンビームが、該基板に対して第１の方向に延びる一連の走査線に沿って該基板の全域を走査するように、該基板と該イオンビーム間の相対的な移動をもたらすことによって第１のパスで該基板に注入するステップと、該基板と該イオンビーム間の相対的な回転をもたらすステップと、該イオンビームが次に、該基板に対して第２の異なる方向に延びる一連の走査線に従うように、該基板と該イオンビーム間の相対的な移動をもたらすステップを反復することによって第２のパスで該基板に注入するステップと、を備えている。

該方法はさらに、第１の注入レシピに従って該第１のパスの第１の部分を実行し、該イオンビームまたは基板の第１の特性を変化させ、第２の注入レシピに従って該第１のパスの第２の部分を実行することによって該基板の第１および第２の領域を形成するステップと、第３の注入レシピに従って該第２のパスの第１の部分を実行し、該イオンビームまたは基板の第２の異なる特性を変化させ、第４の注入レシピに従って該第２のパスの第２の部分を実行することによって該基板の第３および第４の領域を形成するステップと、を備える。該第３および第４の領域は両方とも、該第１および第２の領域に重複する。

従って、上記方法によって該基板の異なる部分が、注入プロセス中に異なるレシピに従って異なる線量を受け取ることができる。異なるレシピは異なるドーパント濃度、ドーピング深さ、または異なるドーパント種をも生じることがある。従って、基板が複数の個々のデバイスを備えていれば、すべてのデバイスが同じ特性を有しているわけではない。これによって単一のウェーハの処理は異なるデバイスを生成することができる。

さらにまた、該方法は、該イオンビームの該２つ以上の特性の変化に従う、該レシピの変化のデバイスに対する効果を判断する実験で使用されてもよい。このような方法は、２つの独立した特性が変化される場合にとりわけ有用である。回転が９０°である場合に、該基板は、各特性の変更が各軸に対応するデカルト座標によって効果的に分割される。従って、該基板は効果的に、該２つの特性の該変更に関するマップになる。

変化される特性は多様な実験的パラメータから選択されてもよい。該特性の要件は、これを変えることによって、該基板の結果的な投与が変化されることである。該特性および変化方法の例は以下のとおりである。入射角が第１および第２の相対的な動きの間で変更するように該基板の位置は変更されてもよく、例えば該基板は該イオンビームに対して傾斜されてもよい。これは注入深さ、および異なる特徴の注入方法（つまり、ウェーハ上の縁のシャドーイング）にも影響する。注入される基板にわたって領域が構成される方法が変化されてもよい。領域の重複は、該第１および第２の相対的な動きの際の走査線の異なる方向ゆえに、該基板の異なるエリアが異なる線量を受け取ることを保証する。イオンビーム電流は、これもまた、該イオンビーム／基板ホルダの走査速度や、該イオンビームがラスターパターンで該基板に対して走査される隣接する走査線間の重複を変化させることによって起こることもあるが、投与レベルを調整するために変更されてもよい。イオンビームエネルギーは注入の深さを調整するために変えられてもよい。他の例は、イオンビーム種、イオンビームプロファイルまたはイオンビーム分岐を変化させるステップを含む。加えて、プラズマフラッドシステムが基板の前に使用される場合、プラズマフラッドシステムの動作設定は変更されてもよい。

第１、第２、第３および第４のレシピ間には何らかの共通性があってもよい。例えば、想定されている実施形態において、該第１および第３の注入レシピは同じである。当然、パスは２つ以上の領域を形成するステップを備えてもよく、各領域は異なるレシピに従って注入され、あるいは共有レシピに従って注入される領域もある。該領域は等しいサイズであってもよく、あるいは異なるサイズ設定がされてもよい。２つ以上のパスが該基板に注入するのに使用されてもよい。

第２の態様によると、本発明はイオンビームを使用して基板に注入する方法に関し、該イオンビームが、該基板に対する第１の方向に延びる一連の走査線に沿って該基板を走査するように、該基板と該イオンビーム間の相対的な移動をもたらすことによって、第１のパスで該基板に注入するステップと、該基板と該イオンビーム間の相対的な回転をもたらすステップと、該イオンビームが次に該基板に対する第２の異なる方向に延びる一連の走査線に従うように、該基板と該イオンビーム間の相対的な移動をもたらすステップを反復することによって、第２のパスで該基板に注入するステップと、を備えている。

該方法はさらに、第１の注入深さに従って該第１のパスの第１の部分を実行し、該イオンビームまたは基板の特性を変化させ、第２の注入深さに従って該第１のパスの第２の部分を実行することによって、該基板の第１および第２の領域を形成するステップと、第３の注入深さに従って該第２のパスの第１の部分を実行し、該イオンビームまたは基板の特性を変化させ、第４の注入深さに従って該第２のパスの第２の部分を実行することによって該基板の第３および第４の領域を形成するステップと、を備えている。該第３および第４の領域の両方とも該第１および第２の領域に重複する。

このように、異なる領域が、異なるドーピング深さのプロファイルによって該基板上に形成される。例えば、狭い範囲の深さにおいてのみドーピングを有する領域もあるのに対して、さらに広い範囲の深さでドーピングを有する領域もある。さらに、該イオンビームおよび／または基板の他の特性を変化させるステップと組み合わされると、深さによる変更が達成されることがある。一例として、他の深さよりも深くドープされる深さもあり、ドーパントは異なるドーピング深さ間で変更されてもよい。

該第３の注入深さが該第１の注入の深さと同じであるとすると、該注入深さ間に何らかの共通性がある場合がある。

場合によって、いずれかの態様に従った該方法は、例えば該基板を９０°回転させることによって９０°の相対的な回転をもたらすステップを備えてもよい。しかしながら、他の角度が選ばれてもよい。該イオンビームは該基板に対して同じ方向に走査されてもよいが、該基板は該第１および第２の相対的な移動の間で、これらが平行でないことを保証するために、回転されてもよい。場合によって、相対的な移動をもたらすステップは、実質的に固定されたイオンビームに対して該基板を機械的に走査する工程を備える。好ましくは、相対的な移動をもたらすステップは、ラスターに従って該基板の全域にイオンビームを走査させる。隣接する走査線は、同じ方向または反対方向に描かれてもよい。

本発明はまた、上記方法のいずれかに従って動作するように構成されたイオン注入器に拡大適用する。該イオン注入器の動作は便宜的に、上記方法のいずれかを実現するように構成されたコントローラによってコントロールされてもよい。該コントローラはハードウェアまたはソフトウェアの形態をとってもよく、例えば該コントローラは適切にプログラミングされたコンピュータによって提供されてもよい。従って、本発明はまた、該コントローラにロードされると、該コントローラに、上記方法のいずれかに従って動作する該イオン注入器をコントロールさせるプログラム命令を備えるコンピュータプログラムに拡大適用する。本発明はまた、このようなコンピュータプログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な媒体に拡大適用する。

本発明がより容易に理解されるように、本発明の例示的な実施形態が添付の図面を参照して次に説明される。

好ましい実施形態の説明

図１は、ウェーハ３６に注入されるイオンビーム２３を生成する前駆ガスが供給されるＦｒｅｅｍａｎまたはＢｅｒｎａｓイオン源などのイオンビーム源２２を備える通常のイオン注入器２０を示す。イオン源２２で発生されたイオンは抽出電極アセンブリによって抽出される。フライトチューブ２４はイオン源２２から電気的に隔離されて、高圧電源２６はこれらの電位差を供給する。

この電位差によって、正帯電イオンがイオン源２２からフライトチューブ２４に抽出される。フライトチューブ２４は、質量分析マグネット２８および質量分解スリット３２を備える質量分析構成を含む。フライトチューブ２４内の質量分析装置に入ると、帯電イオンは質量分析マグネット２８の磁界によって偏向される。各イオンのフライト経路の半径および曲率は、一定の磁界を介して、個々のイオンの質量／帯電比によって定義される。

質量分解スリット３２は、選ばれた質量／電荷比を有するイオンのみが質量分析構成から生じることを保証する。そしてイオンビーム２３は質量分析マグネット２８によってターンされて、紙面に沿って進む。質量分解スリット３２を通過するイオンは、フライトチューブ２４に電気的に接続され、かつこれと一体的なチューブ３４に入る。質量選択イオンはイオンビーム２３としてチューブ３４を出て、ウェーハホルダ３８上に搭載された半導体ウェーハ３６にぶつかる。ビームストップ４０がウェーハホルダ３８の後方に（つまり、この下流に）配置されて、イオンビーム２３を、ウェーハ３６やウェーハホルダ３８に入射しない場合に遮断する。ウェーハホルダ３８は順次処理ウェーハホルダ３８であるため、単一のウェーハ３６を保持するだけである。ウェーハホルダ３８はＸおよびＹ軸に沿って移動するように動作可能であり、イオンビーム２３の方向はデカルト座標システムのＺ軸を定義する。図１から分かるように、Ｘ軸は紙面と平行に延びるのに対して、Ｙ軸は紙面の内外に延びる。

イオンビーム電流を受容可能なレベルに維持するために、イオン抽出エネルギーが調節された高圧電源２６によって設定される。フライトチューブ２４はこの電源２６によって、イオン源２２に対して負の電位にある。イオンは、チューブ３４から生じるまで、フライトチューブ２４を通じてこのエネルギーに維持される。イオンがウェーハ３６に衝突する時のエネルギーは、抽出エネルギーよりもかなり低いことがしばしば望ましい。この場合、逆バイアス電圧がウェーハ３６とフライトチューブ２４間に印加されなければならない。ウェーハホルダ３８およびビームストップ４０は、スタンドオフ４０を絶縁することによってフライトチューブ２４に対して搭載されたプロセスチャンバ４２内に含有される。ビームストップ４０およびウェーハホルダ３８は両方とも減速電源４６を介してフライトチューブ２４に接続される。ビームストップ４０およびウェーハホルダ３８は共通の接地電位で保持されて、正帯電イオンを減速させるために、減速電源４６はフライトチューブ２４において、接地されたウェーハホルダ３８およびビームストップ４０に対して負の電位を発生させる。

ある状況においては、ウェーハ３６への注入前にイオンを加速させることが望ましい。これは、電源４６の極性を反転させることによって非常に簡単に達成される。別の状況においては、イオンはそのままにされてフライトチューブ２４からウェーハ３６に漂流する、つまり加速も減速もない。これは、スイッチを入れた電流経路を提供して電源４６をショートさせることによって達成可能である。

ウェーハホルダ３８の移動は、固定イオンビーム２３が図２に示されたラスターパターン５０に従ってウェーハ３６の全域を走査するようにコントロールされる。ウェーハ３６は固定イオンビーム２３に対して走査されるが、図２のラスターパターン５０は静止しているウェーハ３６上に走査されるイオンビーム２３と同等である（また本方法は実際一部のイオン注入器で使用されている）。イオンビーム２３の走査の想像は直感的であるため、以下の説明は、実際イオンビーム２３が静止しており、走査されるのがウェーハ３６であるが、この仕様に従う。

イオンビーム２３はウェーハ３６上に走査されて、平行に間隔をあけられた走査線５２_１〜５２_ｎのラスターパターン５０を形成する（ここでｎは走査線数である）。走査線５２_ｎに沿った各移動はここでは「走査」と称されるのに対して、各完全なラスター走査５０はここでは「パス」と称される。各ウェーハ注入プロセスは多くの個々の「パス」を備えていると思われる。

イオンビーム２３は５０ｍｍの通常の直径を有しているのに対して、ウェーハ３６は３００ｍｍの直径を有している（２００ｍｍもまた半導体ウェーハには共通である）。本例において、Ｙ軸方向の２ｍｍのピッチが選ばれ、合計１７５本の走査線（つまり、ｎ＝１７５）となり、イオンビーム２３の全範囲がウェーハ３６の全範囲に走査されることを保証する。明確にするために、２１本の走査線のみが図２に示されている。

パスごとのラスターパターン５０は、イオンビームがウェーハ３６から完全になくなるまでイオンビーム２３をＸ軸方向前方に走査して第１の走査線５２_１を形成し、７２で示されたようにイオンビーム２３をＹ軸方向に移動させ、ウェーハ３６から完全になくなるまでイオンビーム２３をＸ軸方向後方に走査してもう一度走査線５２_２を形成し、ウェーハ３６全体がイオンビーム２３を見ることができパスを完成させるまでイオンビーム２３をＹ軸方向に移動させることによって形成される。分かるように、各走査線５２_ｎは共通の長さであり、長さは、イオンビーム２３が、ウェーハ３６の最長幅に対応する中間走査線５２_ｎ／２の開始および終了時点でウェーハ３６から完全になくなるのに十分な長さである。共通の長さの走査線５２_ｎを使用することは必須ではない。依然としてイオンビーム２３が各走査線５２_ｎの開始および終了時点でウェーハ３６から完全になくなることを保証するより短い走査線５２_ｎが、ウェーハ３６の上部および底部で使用されてもよい。

明らかに、他の走査パターンも可能である。例えば、走査線は一方向のみ、つまり常に左から右、または常に右から左に形成されてもよい。また、単一のパスは走査線５２_ｎの一部を注入するだけでもよい、つまり第１のパスが奇数の走査線５２_{１、３、５、・・・}を注入してもよく、また第２のパスが偶数の走査線５２_{２、４、６、・・・}を注入してもよい。従って、完全な注入は一連のインターレースパスを備えてもよい。直線の走査線が好ましいが、曲線状の経路が使用されてもよい。これは実際、多数のウェーハがスポークホイールで回転されるのに対してイオンビームが放射状に走査される一括処理の場合である。同じ方向に延びる一連の弓状の走査線のラスターパターン（つまり、スポークホイールの回転に応じて右から左へ、または左から右へ）が各ウェーハに形成される。

図３は、ウェーハ３６の上部、中央および底部の３等分にそれぞれ対応する３つの投与ストライプ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃに分割されたウェーハ３６を示す。各投与ストライプ１００は一意のレシピに従って注入されるウェーハ３６のエリアに対応する。言い換えれば、投与レシピは、イオンビーム２３やウェーハ３６の特性が次の投与ストライプ１００が受け取る投与に影響するように変化されるように、投与ストライプ１００間で変化される。

各投与ストライプ１００は実質的にウェーハ３６の３分の１を占める。図３は、垂直に分離される投与ストライプ１００を示す。この分離は明確にするために拡大表示されている。実際、小さなギャップのみが各投与ストライプ１００間に残され、注入プロセスの誤差を許容する。代替的に、各投与ストライプ１００は、投与ストライプ１００間にギャップがないように、（複数の）隣接物に当接してもよい。

上記説明より明確であるように、実質的にウェーハ３６の３分の１を占める３つの投与ストライプ１００の各々は複数の走査線５２_ｎを備える。言い換えると、各走査ストライプ１００の投与を完成させるために、イオンビーム２３が多くの走査線５２_ｎに沿ってウェーハ３６を走査され、投与ストライプ１００全体に投与する。

底部の投与ストライプ１００ｃが注入されると、注入の特性が、ウェーハ３６のないイオンビーム２３によって調整される。これがイオンビーム２３の特性ならば、イオンビーム２３は、次の投与ストライプ１００ｂの注入が開始される前に定着されてもよい。中央投与ストライプ１００ｂの注入が完了すると、プロセスは、上部投与ストライプ１００ａが注入される前に注入の特性が変化されるように、反復される。

注入されたウェーハ３６全体が見えるこのパスが完成されると、ウェーハは回転されて、プロセスは、投与ストライプがもう一度注入されるように反復されてもよい。しかしながら、第２のパスに各投与ストライプを備える走査線５２_ｎは異なる非平行方向にある。

図４は、このような注入の具体例を提供する。図３と同様に、図４は、ウェーハ３６を３つに分割する３つの投与ストライプ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃを使用する。第１の底部投与ストライプ１００ｃは第１のイオンビーム電流を使用して注入されて、５５％の相対線量を提供する。イオンビーム２３がウェーハ３６からなくなると、イオンビーム電流は第２の値に低下され、５０％の相対線量を提供する。イオンビーム２３は、ビームストップ４０によって提供されてもよいファラデー検出器などを使用して定着およびチェックされる。イオンビーム２３が定着されると、中央投与ストライプ１００ｂが注入される。イオンビーム２３がウェーハ３６からなくなると、イオンビーム電流が再度低下され４５％の相対線量を提供し、イオンビーム２３はもう一度定着される。そして、上部投与ストライプ１００ａが注入される。

そしてウェーハ３６は１０２で指し示されるように時計回りに９０°回転され、さらなる投与がＸ方向にイオンビーム２３を走査することによって実行される。ウェーハ３６の回転は、第２のパスの投与ストライプ１００’、つまり走査線５２_ｎが第１のパスの投与ストライプ１００に直交して延びることを意味する。

注入プロセスは第２のパスに対して、つまりウェーハ３５を３つに分割する３つの投与ストライプ１００’を使用して反復される。この時イオンビーム電流は同じに保たれるが、走査速度は各投与ストライプ１００’間で変化され、異なる相対線量を提供する。底部投与ストライプ１００ｃ’は６０％の相対線量に暴露され、中央投与ストライプ１００ｂ’は５０％の相対線量に暴露され、上部投与ストライプ１００ｃ’は４０％の相対線量に暴露される。

各パスが３つの投与ストライプを備える２つの直交パスによって形成されたパターンはウェーハ３６を９つの注入エリア１０４_１−９に分割する。各注入エリアは２つの投与ストライプ１００および１００’の重複に対応する。投与ストライプ１００および１００’にわたる様々な相対線量が、以下のように異なる相対線量の合計を有する注入エリアを生成する：
注入エリア１０４_１は８５％を受け取る；
注入エリア１０４_４は９０％を受け取る；
注入エリア１０４_２および１０４_７は９５％を受け取る；
注入エリア１０４_５は１００％を受け取る；
注入エリア１０４_３および１０４_８は１０５％を受け取る；
注入エリア１０４_６は１１０％を受け取る；そして
注入エリア１０４_９は１１５％を受け取る。

従って、ウェーハ３６は、各軸に沿って線量を減少させて、異なる投与をされたデバイスのマップを提供する。一方の軸が減少するイオンビーム電流に対応し、他方の軸が増加する走査速度に対応する。

言及されたとおり、各投与ストライプ１００および１００’間のギャップは図３および４で拡大表示されている。従って、注入エリア１０４間のギャップもまた拡大表示されている。

図５は、各パスが３つの水平投与ストライプ１００、１００’を備え、かつパス間でウェーハ３６が９０°回転される２つのパスで投与されたウェーハ３６を示している点で、図４に対応している。またこれは、９つの異なる注入エリア１０４を有するウェーハ３６を作成する。

第１のパスは、（図５で「ハロー」によって示される）投与ストライプ１００ごとにハロー注入を使用して実行される。イオンビームエネルギーは各投与ストライプ１００間で変更されることによって、注入の深さを変えることができる。３つのエネルギーが投与ストライプ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃそれぞれについてＥ１、Ｅ２およびＥ３と指し示される。ウェーハ３６の回転後、第２のパスが（「ＳＤ」で示された）３つの投与ストライプ１００’に対するソースドレイン注入を使用して実行される。また、３つの異なるエネルギーが投与ストライプごとに使用される（１００ａ’、１００ｂ’および１００ｃ’に対してそれぞれＥ１、Ｅ２およびＥ３）。従って、９つの異なる注入エリアを有するウェーハ３６が得られる。９つの異なるエリア１０４は以下のように識別される：
１０４_１はＨａｌｏ＿Ｅ１／ＳＤ＿Ｅ１である；
１０４_２はＨａｌｏ＿Ｅ１／ＳＤ＿Ｅ２である；
１０４_３はＨａｌｏ＿Ｅ１／ＳＤ＿Ｅ３である；
１０４_４はＨａｌｏ＿Ｅ２／ＳＤ＿Ｅ１である；
１０４_５はＨａｌｏ＿Ｅ２／ＳＤ＿Ｅ２である；
１０４_６はＨａｌｏ＿Ｅ２／ＳＤ＿Ｅ３である；
１０４_７はＨａｌｏ＿Ｅ３／ＳＤ＿Ｅ１である；
１０４_８はＨａｌｏ＿Ｅ３／ＳＤ＿Ｅ２である；および
１０４_９はＨａｌｏ＿Ｅ３／ＳＤ＿Ｅ３である；
上記実施形態のさらなる変更は、投与ストライプ１００および１００’間の注入の特性の変化に加えて、特性が投与ストライプ１００および１００’の全部または一部で変化することがあるという点である。このような実施形態が図６に示されており、ここでウェーハは３つの投与ストライプ１００にもう一度分割される。投与ストライプ１００ごとに、イオンビーム電流が安定して左から右へと増加する。上部投与ストライプ１００ａは４０％から７０％に変更する相対イオンビーム電流に暴露され、中間投与ストライプ１００ｂは５０％から８０％に変更する相対イオンビーム電流に暴露され、底部投与ストライプ１００ｃは３０％から６０％に変更する相対イオンビーム電流に暴露される。このように、上記説明された増分的な変更ではなく、むしろウェーハ３６のレシピ特性の段階的な変更を示すマップがウェーハ３６に形成されてもよい。

この注入は、図２に示された走査線方向を交互にするラスター走査５０を使用して達成されてもよい。イオンビーム電流は連続する走査線５２_ｎについて段階的に増加され、次に段階的に減少される。代替的に、全走査線５２_ｎは同じ方向に実行されてもよく、この場合イオンビーム電流は各走査線５２_ｎで常に増加されるか、減少されるだけである。

この注入構成によって、ウェーハ３６の右側が左側よりも多い線量を受け取ることになる。他の特性は、例えば、注入の深さが各投与ストライプ１００で変更するように変化されてもよい。この方法は（ウェーハ３６のパス間での回転によって）多数のパスについて反復されてもよく、あるいは一部のパスは各投与ストライプ１００、１００’などにわたる均一な投与を使用して実行されてもよい。

添付の請求項によって定義された本発明の範囲から逸脱することなく上記実施形態について変更がなされてもよいことは、当業者にとって明らかである。

例えば、３つの異なる特性のみが上記実施形態において説明されている、つまりイオンビーム電流、イオンビームエネルギーおよび注入タイプ（ハローおよびソース／ドレイン）である。注入の他の特性もまた投与ストライプ１００および１００’間で変更されてもよい。例として、基板の位置（例えば、基板は入射角が変更するようにイオンビームに対して傾斜されてもよい）、イオンビーム／基板ホルダの走査速度、隣接する走査線の重複、イオンビーム種、イオンビームプロファイル、イオンビーム分岐またはプラズマフラッドシステムの動作設定を含む。１つの特性のみが投与ストライプ１００および１００’間またはパス間で変更されてもよく、あるいは１つ以上の特性が変更されてもよい。

上記実施形態のすべてが３つの投与ストライプ１００および１００’の例を使用して説明されている。しかしながら、任意の数の投与ストライプ１００および１００’が選ばれてもよい。多数の投与ストライプ１００および１００’を有することに加えて、ウェーハ３６全体をカバーしない単一の投与ストライプ１００および１００’だけが使用されてもよい。例えば、ウェーハ３６全体には均一の注入が施されてもよい（つまり、ウェーハ３６全体は２５％および５０％の相対イオンビーム電流による２つの投与ストライプ１００を使用して注入される）。そしてウェーハ３６は、５０％の相対ビーム電流による単一の投与ストライプ１００’によって注入される前に９０°回転される。これは、２５％、５０％、７５％および１００％の相対イオンビーム電流によって４つの注入領域１０４を作成する。

「ストライプ」という用語は、ウェーハ３６が水平のバンドに名目上分割される上記実施形態に適している。しかしながら、ウェーハ３６は任意の形状に分割されてもよく、またこれらの形状はストライプに対応する必要はない。

理解されるように、本発明は、異なる投与レシピを使用して２つの非平行方向に投与が実行されることを必要とする。上記実施形態は注入間の９０°の回転を使用するが、これは常にこうである必要はない。平行方向になる１８０°、３６０°など以外の任意の角度が選ばれてもよい。回転はウェーハ３６とイオンビーム２３間で相対的である。上記実施形態はイオンビームの走査方向を固定したままのウェーハ３６の回転について説明しているのに対して、反対の構成もまた使用可能である、具体的には、ウェーハ３６は固定されたままでもよいが、イオンビーム２３は、Ｘ軸方向にシフトしてＹ軸方向にもう一度走査する前に、ウェーハ３６の全域をＹ軸方向に走査するようにコントロールされてもよい。これによって、図２に示されたラスターパターン５０が９０°回転しているのを効果的に見ることができる。

さらに、イオンビーム２３とウェーハ３６間の相対的な動きは（i）ウェーハ３６を固定したままにすることとイオンビーム２３を走査すること、（ii）イオンビーム２３を固定したままにすることとウェーハ３６を移動させること、および（iii）ウェーハ３６とイオンビーム２３の両方を走査するというハイブリッド間で変更されてもよい。

パス数もまた上記の２つから変更されてもよい。任意の数のパスがニーズを満たすように選ばれてもよい。加えて、ラスターパターン５０は上記のように変更されてもよい。

実施形態が単一のウェーハ３６の順次処理のコンテクストにおいて説明されたのに対して、本発明はまたウェーハ３６の一括処理に適用されてもよい。上記のスポークホイール構成に適用される場合、一連の弓状走査線５２_ｎがパスごとに生じる。各パス後、ウェーハ３６は各スポークの終了時点で軸を中心に回転されてもよく、またスポークホイールはもう一度回転されて、ウェーハ３６が回転された角度で第１のパスの弓状走査線にクロスする弓状走査線５２_ｎの別のパスを形成してもよい。さらに、各パスは、パスを介してホイールパートウェイの回転を停止させ、注入の特性を変化させ、ホイールの回転を開始し、パスを継続することによって、投与ストライプ１００および１００’に分割されてもよい。

本発明は、上記の半導体ウェーハ処理に加えて、一般的に多くの異なる注入分野にわたって適用してもよい。

図１は、ウェーハの順次処理用のウェーハホルダを有するイオン注入器の概略図である。 図２は、ウェーハにわたるイオンビーム走査を示す概略図である。 図３は、３つの投与ストライプに分割されたウェーハを示す。 図４は、３つの投与ストライプの２つのパスが施されたウェーハを示しており、ウェーハはパス間で９０°回転されることによって、ウェーハ上に９つの注入エリアを提供している。 図５は図４に対応しているが、異なる投与レシピが施されたウェーハを示している 図６は、３つの投与ストライプに分割されたウェーハを示しており、投与は各投与ストライプ中に段階的に変更される。

符号の説明

２０…イオン注入器、２２…イオン源、２３…イオンビーム、２４…フライトチューブ、２６…高圧電源、２８…質量分析マグネット、３２…質量分解スリット、３４…チューブ、３６…ウェーハ、３８…ウェーハホルダ、４０…ビームストップ、４２…プロセスチャンバ、４６…電源、５０…ラスターパターン、５２…走査線、１００、１００’…投与ストライプ

Claims (13)

1. イオンビームを使用して基板に注入する方法であって、
   前記イオンビームが、前記基板に対して第１の方向に延びる一連の走査線に沿って前記基板の全域を走査するように、前記基板と前記イオンビーム間に相対的な移動をもたらすことによって、前記基板に第１のパスで注入するステップと、
   前記基板と前記イオンビーム間に相対的な回転をもたらすステップと、
   前記イオンビームが次に、前記基板に対して第２の異なる方向に延びる一連の走査線に従うように、前記基板と前記イオンビーム間に相対的な移動をもたらすステップを反復して、前記基板に第２のパスで注入するステップと、
   さらに、
   第１の注入レシピに従って前記第１のパスの第１の部分を実行し、前記イオンビームまたは基板の第１の特性を変化させ、第２の注入レシピに従って前記第１のパスの第２の部分を実行することによって、前記基板の第１および第２の領域を形成するステップと、
   第３の注入レシピに従って前記第２のパスの第１の部分を実行し、前記イオンビームまたは基板の第２の異なる特性を変化させ、第４の注入レシピに従って前記第２のパスの第２の部分を実行することによって、前記基板の第３および第４の領域を形成するステップと、
   を備えており、
   前記第３および第４の領域が両方とも前記第１および第２の領域に重複する、方法。
2. 前記第１および第３の注入レシピが同じである、請求項１に記載の方法。
3. 前記イオンビームまたは前記基板の前記第１の特性または前記第２の特性を変化させるステップが、イオンビーム電流、イオンビームエネルギー、イオンビームプロファイル、イオンビーム分岐、前記基板への前記イオンビームの入射角、前記イオンビームと前記基板間の相対的な動きの速度、前記イオンビームによって前記基板上で描かれた走査線間の重複、イオンビーム種、プラズマフラッドシステムの動作設定またはこれらの組み合わせのうちのいずれか１つを変化させる工程を備える、請求項１または２に記載の方法。
4. イオンビームを使用して基板に注入する方法であって、
   前記イオンビームが、前記基板に対して第１の方向に延びる一連の走査線に沿って前記基板を走査するように、前記基板と前記イオンビーム間の相対的な移動をもたらすことによって、前記基板に第１のパスで注入するステップと、
   前記基板と前記イオンビーム間の相対的な回転をもたらすステップと、
   前記イオンビームが次に、前記基板に対して第２の異なる方向に延びる一連の走査線に従うように、前記基板と前記イオンビーム間の相対的な移動をもたらすステップを反復することによって、前記基板に第２のパスで注入するステップと、
   さらに、
   第１の注入深さに従って前記第１のパスの第１の部分を実行し、前記イオンビームまたは基板の特性を変化させ、第２の注入深さに従って前記第１のパスの第２の部分を実行することによって前記基板の第１および第２の領域を形成するステップと、
   第３の注入深さに従って前記第２のパスの第１の部分を実行し、前記イオンビームまたは基板の特性を変化させ、第４の注入深さに従って前記第２のパスの第２の部分を実行することによって前記基板の第３および第４の領域を形成するステップと、
   を備えており、
   前記第３および第４の領域が両方とも前記第１および第２の領域に重複する、方法。
5. 前記第３の注入深さが前記第１の注入深さと同じである、請求項４に記載の方法。
6. ９０°の相対的な回転をもたらすステップを備える、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
7. 前記相対的な回転をもたらすステップが、前記基板を９０°回転させる工程を備える、請求項６に記載の方法。
8. 相対的な移動をもたらすステップが、実質的に固定されたイオンビームに対して前記基板を機械的に走査する工程を備える、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
9. 相対的な移動をもたらすステップが、ラスターに従って前記基板にわたって前記イオンビームを走査させる、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
10. 先行する請求項のいずれかに記載の方法に従って動作するように構成されたイオン注入器。
11. 請求項１〜９に記載の方法に従って動作するイオン注入器をコントロールするように構成されたコントローラを備えるイオン注入器。
12. 請求項１１のコントローラにロードされると、前記コントローラに、請求項１〜９のいずれかに記載の方法に従って動作する前記イオン注入器をコントロールさせるプログラム命令を備えるコンピュータプログラム。
13. 請求項１２に記載のコンピュータプログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な媒体。

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