(57)【要約】  イオン注入処理のための汚染軽減又は表面改質システムは、ガス源、コントローラ、弁、及び処理チャンバーを含む。ガス源は、大気性又は反応性のガスを弁に供給し、弁はコントローラによって制御される。弁は、処理チャンバー上又は周囲に配置され、処理チャンバーへのガスの流量及び／又は組成を調節する。処理チャンバーは、ターゲットウエハのようなターゲットデバイスを保持するとともに、ガスとイオンビームとの相互作用を可能にして、ターゲットウエハの汚染を軽減し、及び／又は、処理環境又はターゲットデバイスの既存の特性を改変してそれらの物理的状態又は化学的状態を変更する。コントローラは、イオンビーム中の汚染物の存在、又はその欠落、全圧又は分圧の分析に応じて、ガスの組成及び流量を選択及び調整する。
2009516392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを発生するためのイオン源と、
前記イオンビームをターゲットデバイスへ向けて導くビームラインアセンブリーと、
前記イオンビームを受け入れるための前記ターゲットデバイスを収容する処理チャンバーと、
前記処理チャンバーに結合され、該処理チャンバーにガスを投入するためのガス導入システムと、
を含むイオン注入システム。
【請求項２】
前記ガス導入システムは、前記処理チャンバーに大気性ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム
【請求項３】
前記ガス導入システムは、前記処理チャンバーに反応性ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記ガス導入システムは、前記処理チャンバー内の前記ターゲットデバイス付近にガスを供給して、汚染物によるターゲットデバイスの汚染を軽減し、及び／又は、処理環境及び／又は前記ターゲットデバイスの既存の特性を改変して、前記処理環境及び／又は前記ターゲットデバイスの物理的状態又は化学的状態を変更するように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
前記反応性ガスは、酸素及び／又は水蒸気を含むことを特徴とする請求項３に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
前記ガス導入システムは、更に、
ガス源貯留室と、
前記ガス源貯留室から前記処理チャンバーにガスを供給するための吸気口と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記ガス源貯留室は、気体又は蒸気の形態の反応性材料を、前記処理チャンバーにガス流を供給するための十分な圧力で収容することを特徴とする請求項６に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
前記ガス導入システムは、更に、前記ガス源貯留室に結合された蒸発又は昇華システムを含み、前記ガス源貯留室は、前記処理チャンバーにガス流を供給するための十分な圧力で蒸発又は昇華し得る液体又は固体の形態の反応性材料を収容することを特徴とする請求項６に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
前記処理チャンバーは、前記ガスを前記処理チャンバーに選択的に供給するための吸気弁を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
前記処理チャンバーから排気ガスを除去する制御可能な真空ポンプを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
前記ガス導入システムに結合され、前記ガスの組成及び流量を調整するコントローラを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
前記処理チャンバー内の部分真空圧及び／又は組成を測定し、測定に応じたフィードバック信号を発生するガス分析器を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記ガス分析器から発生する前記フィードバック信号に従って、前記ガスの組成及び／又は流量を調整することを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
前記イオンビームは、リボン形ビーム又はペンシル形ビームからなることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１５】
前記処理チャンバーは、複数のターゲットデバイスを一括して前記イオンビームに対して搬送するためのターゲットデバイス操作システムを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１６】
前記処理チャンバーは、単一のターゲットデバイスをイオンビームに対して搬送するためのターゲットデバイス操作システムを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１７】
ターゲットデバイスを保持する支持構造体と、
筐体内に形成され、前記ターゲットデバイスに向けて導かれる汚染物を含んだイオンビームを受け入れる開口部と、
ガスを受け入れる吸気弁と、
を含む処理チャンバー。
【請求項１８】
前記吸気弁は、前記イオンビーム経路内の前記ターゲットデバイス付近に前記ガスを供給し、前記汚染物による前記ターゲットデバイスの汚染を軽減し、及び／又は、処理環境及び／又は前記ターゲットデバイスの既存の特性を改変し、前記処理環境及び／又は前記ターゲットデバイスの物理的状態又は化学的状態を変更するように動作可能であることを特徴とする請求項１７に記載の処理チャンバー。
【請求項１９】
前記処理チャンバーから排気ガスを除去する制御可能な真空ポンプを更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の処理チャンバー。
【請求項２０】
前記ガスは、前記イオンビームの前記汚染物と化合して、排気弁から除去される前記排気ガスを形成することを特徴とする請求項１９に記載の処理チャンバー。
【請求項２１】
前記ガスは、大気性ガスであることを特徴とする請求項１７に記載の処理チャンバー。
【請求項２２】
前記ガスは、反応性ガスであることを特徴とする請求項１７に記載の処理チャンバー。
【請求項２３】
イオン注入の間の汚染物による汚染を軽減するための方法であって、
汚染物を含むイオンビーを注入ターゲット位置に向けて導く段階と、
予測される汚染物に応じてガスの組成及び流量を選択する段階と、
前記選択された反応性の前記ガスの組成及び流量に従って前記ガスを供給する段階と、
前記ガスを前記注入ターゲット位置に導く段階と、
を含んでいる方法。
【請求項２４】
前記注入ターゲット位置付近で前記ガスと前記イオンビームとを相互作用させることにより、前記注入ターゲット位置の汚染を軽減する段階を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ガスと前記イオンビームとを相互作用させることは、前記汚染物の望ましくない注入を防止するパッシベーション層を形成することを含んでいる請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
反応性の前記ガスと前記イオンビームとを相互作用させることは、前記汚染物を含む揮発性化合物を生成することを含み、前記揮発性化合物は処理チャンバーから除去されることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
汚染物の存在、反応性ガスの存在、及び／又は残留ガスの全分圧について、前記注入ターゲット位置付近のチャンバーガスを測定する段階を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
測定された前記汚染物の存在、前記反応性ガスの存在、及び／又は前記残留ガスの全分圧に応じて、前記ガスの組成及び流量の調整補正を決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ガスを供給する段階は、液体又は固体の反応性材料を収容し、該反応性材料を蒸発又は昇華して前記ガスを発生するガス源貯留室を準備する段階を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年９月２１日に出願され、「反応性ガスの導入によりイオン注入処理の間の汚染を軽減するためのシステム及び方法」と題された米国特許仮出願第６０／７１９，２４７号の優先権を主張するものである。
本発明は、典型的には半導体デバイスの製造に使用されるイオン注入に関し、より詳しくは、イオン注入の間にガスを導入することにより汚染を軽減し、及び／又は、ターゲットデバイスの表面特性を改変することに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、典型的には、半導体デバイスの製造で使用され、ドーパントを半導体及び／又はウエハ材料に選択的に注入する物理プロセスである。したがって、注入作用は、ドーパントと半導体材料との間の化学的相互作用に依存しない。イオン注入のために、ドーパント原子／分子はイオン化され、加速され、ビーム状に形成され、分析され、そして、ビームがウエハ上を掃引されるか、又は、ウエハがビームを横切るように掃引される。ドーパントイオンは、ウエハに物理的に衝突し、表面から進入し、表面下で静止する。進入の深さは、ドーパントイオンのエネルギーに関連する。
【０００３】
イオン注入システムは、精巧なサブシステムの集合体であり、各サブシステムは、ドーパントイオンに対して特定の動作を実行する。ドーパント元素は、気体又は固体としてイオン化チャンバー内に配置され、適切なイオン化処理によりイオン化される。処理の一例では、このチャンバーは低圧（真空）に保たれる。チャンバー内にはフィラメントが配置され、フィラメント源から電子が発生する温度まで加熱される。チャンバー内には、アノードも配置されており、負に帯電した電子は、逆極性に帯電したアノードに引き寄せされる。電子は、フィラメントからアノードへの移動の間にドーパント源元素（例えば、分子又は原子）と衝突し、それによって、分子形態の元素から多数の正イオンが発生する。
【０００４】
一般に、所望のドーパントイオンに加えて、他の正イオンが発生する。所望のドーパントイオンは、分析、質量分析、選別、又はイオン分離と呼ばれる処理によって、イオン群から選択される。選別は、磁界を発生する質量分析システムを用い、イオン化チャンバーから出たイオンが磁界を通って移動することにより達成される。イオンは、イオン化チャンバーから比較的高速で出射し、磁界によりアーチ状に偏向される。アーチの半径は、個々のイオンの質量、速度、及び磁界の強さにより決定される。質量分析システムの出口は、一種類のイオン、すなわち所望のドーパントイオンのみが質量分析システムから出られるように設定される。
【０００５】
所望のドーパントイオンを、ウエハの表面に進入させるための既定の運動量（すなわち、ドーパントイオンの質量と速度の積）まで加速又は減速するために、加速システムが使用される。このシステムは、一般に、加速のために、環状の高電圧電極を軸線に沿って直線状に構成するものである。ドーパントイオンは、加速システムに入ると、それを通じて加速される。
【０００６】
エンドステーションは、１つ又は複数のターゲットウエハを保持し、加速システムからのイオンビームにより、このウエハに１つ又は複数のドーパントが注入される。エンドステーションは、イオン注入処理の所定の仕様に従ってターゲットウエハの所望の注入範囲及び線量を得るために、イオンビームがターゲットウエハに衝突するときに１つ又は複数のターゲットウエハを一次元方向又は二次元方向に移動又は走査するように動作可能なものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イオン注入処理の間に生じる問題の１つは、原子又は分子からなる汚染パーティクルがイオンビームに混入することである。これらの汚染パーティクルは、質量分析サブシステム、加速電極、及び／又はエンドステーションのようなシステムの様々な段階でイオンビームに混入する。これらの汚染パーティクルが１つ又は複数のターゲットウエハに注入されるか、又は、１つ又は複数のターゲットウエハ上に堆積することが、ウエハ上に形成されるデバイスの劣化又は不良の要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下の記載は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解のために、本発明の簡単な要約を呈示するものである。この要約は、本発明の全範囲に亘る概要ではない。また、この要約は、本発明の主要なまたは決定的な概念を明示するものでも、本発明の範囲を定めるものでもなく、後述するより詳細な説明の導入として、本発明のいくつかの概念を簡単に呈示することを目的とするものである。
【０００９】
本発明は、イオン注入処理の間に大気性ガス又は反応性ガスを導入することにより、イオン注入処理の間の汚染の軽減及び／又は表面特性の改変を実施する方法及びシステムを開示するものである。これらの導入ガスによって、１つ又は複数の反応機構により、シリコンウエハのようなターゲットデバイスへの汚染物の注入を防止又は軽減できることが見出された。本発明は理論によって限定されるものではないが、上記反応機構のうちの１つは、反応性ガスがターゲット表面で汚染物と相互作用することによる、気体状の揮発性化合物の形成であると考えられる。この後、揮発性化合物は、例えば低温ポンプ又はターボ分子ポンプによって除去される。別の反応機構には、イオン注入の間に反応性ガスが存在することによる、パッシベーション層のような表面層の形成が含まれる。この表面層によって、デバイスの下層への汚染物の注入が軽減又は防止される。
【００１０】
本発明の一態様によれば、イオン注入処理のための汚染軽減システムは、ガス源／供給器、コントローラ、及びコントローラに結合された弁を有する処理チャンバーを含んでいる。ガス源は、例えば高圧ガスシリンダーであり、コントローラによって選択的に制御される弁を介して、処理チャンバーに反応性ガスを供給する。この制御可能な弁は、処置チャンバー上又は周辺に配置され、処理チャンバーに供給されるガスの流量及び／又は組成を調整する。処理チャンバーは、ターゲットウエハのようなターゲットデバイスを保持し、ターゲットウエハの汚染を軽減するために、ガスとイオンビーム又はウエハ表面との相互作用を可能にする。一実施形態では、コントローラは、イオンビーム中の汚染物の存在、又は、デバイス又はターゲットの表面上の汚染物の存在の監視に基づいて、反応性ガスの組成及び流量を選択及び調整することができる。他のシステム、方法、及び検出器も開示される。
【００１１】
上述した目的および関連する目的を達成するため、本発明には、本明細書で詳述され、また、請求項において特に指摘された特徴が含まれる。以下の記載および添付された図面において、本発明の特定の例示的な態様を詳細に説明しているが、これらの態様は、本発明の原理を使用できる様々な方法のうちの僅かな例を示すものに過ぎない。本発明の他の態様、利点、および新規な特徴については、以下の詳細な説明を図面との関連において検討することによって、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここで、図面を参照して本発明を説明するが、以下の説明を通じて同様の構成要素を参照する際には同様の参照符号を使用する。尚、本発明が以下に説明される例示的な実施形態及び態様に限定されないことは、当業者にとって明らかである。
【００１３】
イオン注入処理には、半導体デバイスの電気的に機能する領域を改質することが要求されるが、例えばサブミクロンのＣＭＯＳ構造のように、半導体デバイスの微細化が進むにつれて、その注入がより浅くなるとともに、半導体デバイスの表面及び表面に近い領域の材料特性に対してより鋭敏になってきている。加えて、半導体デバイスは、イオン注入処理の間に存在するスパッタリングされた物質及び吸着されたガスによる表面の汚染、特に、デバイスとして機能する領域における汚染物の濃度及び分布に対してより鋭敏になっている。汚染物又はパーティクルは、イオンビームに伴って注入される可能性があり、形成される構造体及び／又はデバイスの拡散特性及び／又は他の特性に悪影響が及ぶ場合がある。このような汚染の結果、例えば、製造された半導体デバイスのデバイスパラメータに、望ましくない偏差が生じるおそれがある。
【００１４】
パーティクル又は汚染物原子（イオンビーム汚染物ともいう）は、イオン注入の間の様々な発生源から生じる。例えば、アパーチャ又はイオン注入システム内の他の表面からは、炭素が発生する。炭素のパーティクルは、典型的には、グラファイトのような炭素を基本としてなる表面にイオンビームが衝突することによって発生する。グラファイトは、イオン注入システムで一般的に使用される物質である。又、スパッタリング現象及び他の堆積メカニズムによって、炭素のパーティクルが遊離する場合がある。更に、イオン注入のためのマスクとして一般的に使用されるフォトレジスト材料は炭素を含んでおり、この炭素が、イオン注入の間に遊離する可能性がある。ここで、パーティクル又は汚染物の種類の一例として炭素を用いて説明したが、本発明にいう汚染は、他の物質又は種類のパーティクル又は汚染物による汚染を含むものである。
【００１５】
本発明の様々な態様によれば、汚染を軽減するために、汚染物又はパーティクルと反応する大気性ガス、酸素含有ガス、水蒸気等の反応性ガスを使用することよって、イオン注入の間の汚染が軽減される。更に、反応性ガスは、先行する処理により定まったターゲットの特性を改変するために使用することもできる。
【００１６】
図１は、本発明の１つ又は複数の態様を実施するために好適なイオン注入システム１００を示すブロック図である。システム１００は、ビーム経路に沿ってイオンビーム１０４を発生するためのイオン源１０２を含む。イオン源（ビーム源）１０２は、例えば、プラズマ源１０６及び関連する電源１０８を含む。プラズマ源１０６は、例えば、比較的長いプラズマ閉込チャンバーを含み、そこからイオンビームが引き出されるものであってもよい。
【００１７】
イオン源１０２の下流には、イオン源からのビーム１０４を受け入れるビームラインアセンブリー１１０が設けられている。ビームラインアセンブリー１１０は、質量分析システム１１２及び加速構造体１１４を含み、加速構造体１１４は、例えば１つ又は複数のギャップを含むものであってもよい。ビームラインアセンブリー１１０は、ビーム経路に沿って配置されて、ビーム１０４を受け入れる。質量分析システム１１２は、磁石（図示は省略する）のような磁界発生要素を含み、ビーム経路を横切る磁界を発生して、イオンビーム１０４から、質量（電荷対質量比）に応じた様々な軌道にイオンを偏向させる。磁界を通じて移動するイオンには、所望の質量を有する個々のイオンをビーム経路に沿って導き、かつ、不必要な質量を有するイオンをビーム経路から離れるように偏向する力が作用する。
【００１８】
加速構造体１１４内の１つ又は複数の加速ギャップは、加工物への所望の注入深さを達成するために、ビーム中のイオンを加速及び／又は減速する。このように、本明細書において、本発明の１つ又は複数の態様を説明するために加速構造体及び／又は加速ギャップという用語が使用されていても、これらの用語は、文字通りの加速として狭く解釈されることを意図するものではなく、より広い意味、とりわけ減速及び方向の変化を含む意味に解釈されることを意図するものである。更に、加速／減速手段は、質量分析システム１１２による磁気分析の後だけでなく、その前に適用されるものであってもよい。
【００１９】
システム１００には、ビームラインアセンブリー１１０からイオンビーム１０４を受け入れるエンドステーション１１８も設けられる。エンドステーション１１８は、質量分析されたイオンビーム１０４を使用してイオンビームを実施するために、半導体ウエハ（図示は省略する）のような１つ又は複数の加工物を、ビーム経路に沿って処理チャンバー内に支持する。エンドステーション１１８は、１つ又は複数のターゲット加工物及びイオンビーム１０４を相対的に移動又は走査するためのターゲット走査システム１２０を含む。ターゲット走査システム１２０は、例えば、与えられた環境、動作パラメータ、及び／又は目的の下での必要に応じて、バッチ式又は枚葉式の注入に適合するように設けることができきる。
【００２０】
イオンビーム１０４には、イオン注入の間にパーティクル又は汚染物原子が入る可能性があり、このパーティクル又は汚染物原子が注入された場合、１つ又は複数の加工物上に形成される半導体デバイスの動作が損なわれるか又は劣化するおそれがある。パーティクル又は汚染物原子は、イオン注入の間に様々な発生源から発生する。例えば、アパーチャ又は加速構造体１１４中の他の表面から、炭素が発生する場合がある。炭素のパーティクルは、典型的には、グラファイトのような炭素を基本としてなる表面にイオンビームが衝突することによって発生する。グラファイトは、イオン注入システムで一般的に使用される物質である。又、スパッタリング現象及び他の堆積メカニズムによって、炭素のパーティクルが遊離する場合がある。更に、イオン注入のためのマスクとして一般的に使用されるフォトレジスト材料は炭素を含んでおり、この炭素が、イオン注入の間に遊離する可能性がある。ここで、パーティクル又は汚染物の種類の一例として炭素を用いて説明したが、本発明にいう汚染は、他の物質又は種類のパーティクル又は汚染物による汚染を含むものである。
【００２１】
エンドステーション１１８には、ガス導入システム１２２も含まれており、このガス導入システムは、反応性ガス又は大気性ガスのようなガスを導入することによって、イオン注入の間の１つ又は複数の加工物の汚染を軽減するものである。すなわち、汚染を低減するため、このガスを、イオンビーム１０４内の汚染物又はパーティクルと反応させる。ガスは、複数の反応機構により汚染物と反応し、これによって、加工物の汚染が低減され、イオンビーム１０４からパーティクル又は汚染物原子が除去される。
【００２２】
反応機構の一例として、ガスがイオンビーム１０４と相互作用することによって、１つ又は複数の加工物上に形成されるターゲット半導体デバイスの頂面上に、パッシベーション層が形成される反応がある。パッシベーション層１０４によって、その下層へと通過する汚染物が低減し、及び／又は、後の製造工程におけるドーパントの拡散が軽減する。パッシベーション層は、例えば、酸素、窒素等を含むものであってもよく、イオンビームにより強化された形成過程により形成することができる。すなわち、パッシベーション層は、イオン注入と反応性ガスの存在によって促進される過程により形成される。例えば、イオンビームは、シリコンの表面結合の少なくともいくつかを破壊し、その結果、酸化物を形成する確率の高いシリコンが発生する。次いで、イオン注入の間に酸素含有ガス又は水蒸気含有ガスを供給することによって、パッシベーション層となる酸化物が形成され易くなる。このパッシベーション層は、後の製造工程の間の外方拡散を軽減するための拡散障壁としても機能する。
【００２３】
汚染物を低減する別の反応機構は、炭素のような汚染物を消費するガスを使用することにより、消費されなかった場合には、表面に吸着され、又、イオンビームによって材料内に送り込まれる可能性のある汚染物を低減するものである。ガス又はガス中の成分と汚染物が反応することにより、注入されることのない、及び／又は、除去可能な化合物が形成される。例えば、揮発性化合物又は気体化合物（例えば、ＣＯ）のような生成物は、高真空システムにより容易に汲み出す、又は除去することができる。これによって、ターゲット半導体デバイス内に進入する可能性のある汚染物又はパーティクルを低減又は除去することができる。
【００２４】
図２には、本発明の一態様に従うイオン注入処理改良システム２００が示されている。このシステム２００は、イオン注入処理の間に大気性ガス又は反応性ガスを導入することにより、イオン注入処理の結果として生じる材料の特性を改変及び制御し、それによって、現在のイオン注入システムを改良するものである。システム２００は、枚葉式イオン注入システム、バッチ式イオン注入システム、プラズマ源イオン注入システム等で使用することができる。
【００２５】
システム２００は、ガス源／供給器２０２、コントローラ２０４、ガス分析器２０６、調節弁２１０、及び処理チャンバーを含む。ガス源／供給器２０２は、制御可能なガス供給機構であり、大気性ガス又は反応性ガスのようなガスを、調節弁２１０を介して処理チャンバー２１２に供給する。このガスには、１つ又は複数の個別の大気性ガス及び／又は反応性ガスが含まれる。ガス源／供給器２０２は、一例では、１つ又は複数のガスシリンダー、蒸発又は昇華システム、及び／又は大気吸気口（図示は省略する）を含む。ガスシリンダーは、調節弁２１０を介して必要なガス流量（flow rate）を処理チャンバー２１２に供給するために十分に高い圧力で、反応性ガス又は蒸気を収容する。蒸発システムは、水、又は、反応性蒸気を発生するための任意の他の液体材料又は固体材料を含む。別の例では、ガス源／供給２０２は、液体又は固体の反応性材料を収容するガス源貯留室を含み、この反応性材料は、ガスを供給するための十分な圧力で蒸発又は昇華し得るものである。弁２１０は、１つ又は複数の個別の弁を含み、これによって、最終的に処理チャンバーに供給される反応性ガスの流量及び組成が選択される。弁２１０は、コントローラ２０４により制御され、汚染物又はパーティクルの除去を促進して処理チャンバー２１２内のターゲット半導体デバイス（図示は省略する）の汚染を軽減するために、反応性ガスの流量及び組成を調整する。
【００２６】
処理チャンバー２１２は、イオン注入システムのエンドステーションの一部であり、このイオン注入システムは、枚葉式及び／又はバッチ式とすることができる。処理チャンバー２１２は、ターゲットウエハのような１つ又は複数のイオン注入のためのターゲットを保持又は支持する。イオン注入システムの一部として発生したイオンビームは、処理チャンバー２１２に入り、イオンビーム中のドーパントがターゲットデバイスに注入される。典型的には、イオンビーム及び／又は処理チャンバーは、望ましくないパーティクル又は汚染物を含んでおり、その結果、上述したようにターゲットデバイスの汚染が生じる。
【００２７】
反応性ガスは、弁２１０を介して処理チャンバー２１２に導入され、イオンビームと相互作用して、パーティクル又は汚染物によるターゲットデバイスの汚染を軽減する。反応性ガスは、予測されるパーティクル又は汚染物の種類又は組成に応じて選択される。使用し得る好適なガスの例には、酸素、窒素、水蒸気等の大気性ガスが含まれるが、他の反応性ガスを使用することも可能である。ガスは、多数の反応機構によって汚染物と反応し、汚染を低減する。これらの反応機構には、汚染物と化合して揮発性の物質を形成し、その後、真空ポンプにより除去する場合、及び／又は、表面付近に、又は表面を超えてパーティクルが注入されることを防止又は軽減するような表面状態を形成する場合が含まれる。
【００２８】
好適な反応機構の一例として、ガスがイオンビームと相互作用することによって、ターゲット半導体デバイスの頂面上にパッシベーション層を形成する反応がある。パッシベーション層は、イオンビームにより強化された形成過程により形成することができる。例えば、イオンビーム中のイオン又はドーパントにより、表面のシリコンが反応性ガス中の１つ又は複数の物質と相互作用する傾向が増大し、結果としてパッシベーション層が形成される。パッシベーション層は、後の製造工程の間の外方拡散を軽減するための拡散障壁として機能し、又、パーティクル又は汚染物のターゲットデバイス内への注入を軽減することができる。以前に堆積していた物質又は汚染物との表面反応も、同様に改善されるか又は強化される。
【００２９】
汚染物を低減する好適な反応機構の別の例は、炭素のようなパーティクル又は汚染物を消費する反応性ガスを使用することにより、消費されなかった場合には、表面に吸着され、又、イオンビームによって材料内に送り込まれる可能性のあるパーティクル又は汚染物を低減するものである。ガス又はガス中の成分が汚染物と反応することにより、注入されることのない、及び／又は、除去可能な化合物が形成される。例えば、揮発性化合物又は気体化合物のような生成物は、高真空システムにより容易に汲み出す、又は除去することができる。これによって、ターゲット半導体デバイス内に進入する可能性のある汚染物又はパーティクルを低減又は除去することができる。
【００３０】
ガス分析器２０６は、イオン注入チャンバー２１２内に存在する背景ガスを分析する残留ガス分析器である。ガス分析器２０６は、コントローラ２０４に対してフィードバック又はフィードバック信号を供給し、これによって、反応性ガスの流量又は導入速度及び／又は反応ガスの組成が、イオンビーム及び／又はターゲットの表面からの汚染物又はパーティクルの除去を促進するように調整又は制御される。尚、本発明の別の態様では、ガス分析器２０６の使用を省略することも可能であり、本発明には、そのような態様も含まれる。
【００３１】
コントローラ２０４は、例えば、特定のイオン注入処理において予測される汚染物の組成及び量のような処理条件に従って、反応性ガスの組成及び流量を初期設定する。コントローラ２０４は、ガス源／供給器２０２を調整して反応性ガスを供給し、弁２１０を調整して反応性ガスの流量及び／又は組成を調節する。コントローラ２０４は、イオン注入の間にガス分析器２０６が発生するフィードバックを受信及び分析し、調整補正が必要か否かを判別する。次いで、コントローラ２０４は、反応性ガスの組成を調整する、及び／又は、処理チャンバー２１２内の所望の圧力を得るために反応性ガスの流量を調整する等の、汚染物の除去を促進して汚染を軽減するための調整補正を実行することができる。
【００３２】
図３は、イオン注入処理の間の処理チャンバー３００の内部を示すブロック図である。本発明の一態様に従って汚染物を軽減するために、処理チャンバー内には、反応性ガス又は大気性ガスのようなガスが導入されている。このブロック図は、イオン注入の間の反応性ガスと汚染物との相互作用を分かりやすく説明するためのものであり、本発明を特定の構造又は配置構成に限定することを意図するものではない。
【００３３】
処理チャンバー３００は、ターゲットウエハ３０４を支持するターゲットデバイス支持構造体３０２を含む。支持構造体３０２は、バッチ式イオン注入システムにおける処理ディスクであっても、又は、枚葉式イオン注入システムにおける単一ウエハ用ホルダーであってもよい。ターゲットウエハ３０４には、例えばｐ型ドーパント又はｎ型ドーパントを注入して機能領域を形成する等のイオン注入処理が施される。この製造工程は、ターゲットウエハ３０４の多数の製造工程のうちの１つとすることができる。
【００３４】
吸気口又は弁３０６は、制御可能なガス供給口であり、ガス３１０を、ターゲットウエハ３０４に近接するように供給する。大気性ガス又は反応性ガスのようなガス３１０は、典型的には、ターゲットウエハ３０４の表面の周辺又は付近に供給され、この例では、そこでイオンビーム３０８が接触する。吸気口３０６は、反応性ガス３１０の量又は流量を調節し、又、反応性ガスの組成を制御又は調整するものであってもよい。イオンビーム３０８は、注入用に選択されたドーパント又はイオンを含み、ターゲットウエハ３０４への注入のための所望の深さ及び／又は濃度を得るためのビームエネルギー及び電流密度を有する。一般に、イオンビーム３０８又は処理チャンバー３００の周辺部分は、不必要なパーティクル又は汚染物原子を含んでいる。ガス３１０は、多くの反応機構によって、ターゲットウエハ３０４の汚染物を軽減することができる。そのようなガス３１０の反応機構の１つは、パーティクル又は汚染物と化合し、その後処理チャンバーから（例えば真空ポンプにより）除去可能な化合物を生成することである。別の反応機構は、イオンビームにより強化された形成過程により、パッシベーション層を形成することである。このパッシベーション層もまた、ターゲットウエハ３０４の汚染を軽減することができ、更に、後の製造工程の間の拡散を容易にする機能も有する。
【００３５】
図４は、本発明の一態様に従うイオン注入処理改良システム４００を示すブロック図である。例示のためのシステム４００は、イオン注入処理の間に大気性ガス及び／又は反応性ガスを導入し、イオン注入処理の結果として生じる材料特性を制御することによって、現在のイオン注入システムを改良するものである。システム４００は、例えば、枚葉式イオン注入システム、バッチ式イオン注入システム、プラズマ源式イオン注入システム等で使用することができる。
【００３６】
システム４００は、ガス源又はシリンダー４０４、処理チャンバー４０２、及びチャンバー真空ポンプ４１６を含む。ガス源又はシリンダー４０４は、反応性ガス又は大気性ガスのようなガスを、調節弁４０８を介して処理チャンバー４０２に調節しつつ供給する機構である。例えば貯留室のようなガス源又はシリンダー弁４０６は、ガス源又はシリンダー４０４の動作を制御及び／又は調整するために使用される。例えばテフロン（登録商標）ラインのような流動機構４１８は、ガス源弁４１２と処理チャンバー弁４０８及びガス源弁４０６とを連結する。
【００３７】
処理チャンバー弁４０８は、１つ又は複数の個別の弁を含み、最終的に処理チャンバーに供給されるガスの流量及び組成を選択する。処理チャンバー弁４０８は、外部のコントローラ（図示は省略する）によって制御されるものであっても、又は、他の方法によって調節されるものであってもよい。処理チャンバー弁４０８は、一般に、汚染物又はパーティクルの除去を促進し、及び／又は、処理チャンバー４０２内の半導体デバイス（図示は省略する）の汚染を軽減するために、ガスの流量及び／又は組成を調整するように設定される。
【００３８】
処理チャンバー４０２は、イオン注入システムのエンドステーションの一部であり、このイオン注入システムは、枚葉式及び／又はバッチ式とすることができる。処理チャンバー４０２は、例えばターゲットウエハのような、イオン注入のための１つ又は複数のターゲットデバイスを保持又は支持する。イオン注入システムの一部として発生したイオンビームは、処理チャンバー４０２に入り、イオンビーム中のドーパントがターゲットデバイスに注入される。典型的には、イオンビーム及び／又は処理チャンバーは、望ましくないパーティクル又は汚染物を含んでおり、その結果、上述したようにターゲットデバイスの汚染が生じる。
【００３９】
チャンバー真空ポンプ４１６は、処理チャンバー４０２に排気ライン４２０を介して連結され、選択された又は所望の気圧を達成し、又、処理チャンバー４０２からガスを除去するために、処理チャンバー４０２から空気／ガスを除去する。
【００４０】
ガスは、処理チャンバー弁４０８を介して処理チャンバー４０２に入り、イオンビームと相互作用して、パーティクル又は汚染物原子によるターゲットデバイスの汚染を軽減する。ガスは、多くの反応機構により、ターゲットデバイス内又は周辺で汚染物と相互作用し、上述したように、汚染を軽減するか、又は、ターゲット表面を改質することができる。
【００４１】
処理チャンバーの残留ガスに、不必要なパーティクル又は汚染物の少なくとも一部を含めることができ、残留ガスは、真空ポンプ４１６により排気管路４２０を介して処理チャンバーから除去される。
【００４２】
図５は、本発明の一態様に従って、反応性ガス又は大気性ガスのようなガスをターゲットデバイスの表面付近に導入することにより、イオン注入の間の汚染物によるターゲットデバイスの汚染を軽減するための方法５００を示すフローチャートである。この方法５００は、枚葉式及び／又はバッチ式のイオン注入システムで使用することができる。
【００４３】
この方法５００及びその変形例の理解は、本発明の他の図面を参照することによって容易になるであろう。更に、この方法５００及びその説明により、上述した本発明の他の態様の理解も容易になるであろう。
【００４４】
説明を簡単にするため、この方法５００は、一連の動作として実行されるものとして図示及び説明されているが、本発明は、図示及び説明された順序によって限定されるものではない。本発明は、図示及び説明したものとは異なる順序及び／又は同時に生じる態様を含むものである。加えて、本発明に従う方法を実施するために、必ずしも図示及び説明した全ての特徴が必要なわけではない。
【００４５】
方法５００は、ブロック５０２から開始し、ここで、汚染物を含んでいる可能性があるイオンビームが供給される。イオンビームは、典型的には、イオン源、質量分析システム、及びビームラインアセンブリーを含むイオン注入システムの一部として供給される。イオンビームは、炭素パーティクルのような望ましくない汚染物を含む場合があり、反応性ガスとの相互作用がなければ、ターゲットデバイスの損傷及び／又は変質が生じるおそれがある。汚染物は、イオン注入システムの様々な段階でビーム内に混入する可能性がる。イオンビームは、選択されたエネルギー及び電流密度を有する、１つ又は複数の選択されたドーパントを含んでいる。
【００４６】
ブロック５０４において、大気性ガス又は反応性ガスのようなガスの組成及び流量が、例えば予測される汚染物のような処理の特性に応じて選択される。例えば、炭素汚染物が予測される場合、酸素又は水蒸気を含むガス組成が好適なものである。流量は、処理チャンバー内に所望の圧力を達成し、反応性ガスと汚染物との相互作用が可能となるように選択される。
【００４７】
ブロック５０６において、選択された組成及び／又は流量に従ってガスを発生する。一例では、１つ又は複数のガス源及び／又は貯留室を設けることができ、又、それらは、ガスシリンダー、蒸発システム、及び／又は元のガスとなり得る大気の吸気口として存在するものであってもよい。ガスシリンダーは、調節弁を介して必要なガス流量又は蒸気流量を処理チャンバーに供給するための十分な高圧で、ガス又は蒸気を収容する。蒸発システムは、水、又は反応性蒸気を発生するための任意の他の液体材料又は固体材料を含む。組成の選択を容易にし、又、流量を調整するために、１つ又は複数の弁を使用することができる。
【００４８】
ブロック４０８において、注入ターゲット位置に向けてガスが導かれる。適切な材料からなる管、ライン、及び／又はホースを使用して、ガス源から処理チャンバーにガスを送出することができる。ガスは、処理チャンバー内の、又は、処理チャンバーの一部を構成する吸気口又は弁によって、ターゲットデバイスの注入ターゲット位置付近に導かれ、イオンビームはそのターゲット位置に衝突する。
【００４９】
ブロック５１０において、ガスは、汚染物と反応し、及び／又は、ターゲット位置の汚染を軽減する。一例では、ガスは、汚染物と化合して揮発性化合物を形成する。その後、揮発性化合物は、ポンプ作用により除去される。別の例では、ガスは、パッシベーション層のような表面状態を形成し、形成された表面状態の周辺、又は、表面状態を越えてパーティクルが注入されることが防止又は軽減される。
【００５０】
図６は、本発明の一態様に従って、反応性ガス又は大気性ガスのようなガスをターゲットデバイスの表面付近に導入することにより、イオン注入の間の汚染物によるターゲットデバイスの汚染を軽減するための方法６００を示すフローチャートである。この方法６００は、枚葉式及び／又はバッチ式のイオン注入システムで使用することができる。
【００５１】
この方法６００及びその変形例の理解は、本発明の他の図面を参照することによって容易になるであろう。更に、この方法６００及びその説明により、上述した本発明の他の態様の理解も容易になるであろう。
【００５２】
説明を簡単にするため、この方法６００は、一連の動作として実行されるものとして図示及び説明されているが、本発明は、図示及び説明された順序によって限定されるものではない。本発明は、図示及び説明したものとは異なる順序及び／又は同時に生じる態様を含むものである。加えて、本発明に従う方法を実施するために、必ずしも図示及び説明した全ての特徴が必要なわけではない。
【００５３】
方法６００は、ブロック６０２から開始し、ここで、汚染物を含んでいる可能性があるイオンビームが供給される。イオンビームは、炭素パーティクルのような望ましくない汚染物を含む場合があり、反応性ガスとの相互作用がなければ、ターゲットデバイスの損傷及び／又は変質が生じるおそれがある。汚染物は、イオン注入システムの様々な段階でビーム内に混入する可能性がる。イオンビームは、選択されたエネルギー及び線量を有する、１つ又は複数の選択されたドーパントを含んでいる。
【００５４】
ブロック６０４において、初期的なガスの組成及び流量が、例えば予測される汚染物のような処理の特性に応じて選択される。例えば、炭素汚染物が予測される場合、酸素又は水蒸気を含むガス組成が好適なものである。流量は、処理チャンバー内に所望の圧力を達成して反応性ガスと汚染物との相互作用を可能とし、汚染物を含む揮発性ガスが除去されるように選択される。
【００５５】
ブロック６０６において、選択された組成及び／又は流量に従ってガスを発生する。１つ又は複数のガス源を、ガスシリンダー、蒸発システム、及び／又は元ガスとなり得る大気の吸気口として設けることができる。ガスシリンダーは、調節弁を介して必要なガス流量を処理チャンバーに供給するための十分な高圧で、ガス又は蒸気を収容する。蒸発システムは、水、又は反応性蒸気を発生するための任意の他の液体材料又は固体材料を含む。組成の選択を容易にし、又、流量を調整するために、１つ又は複数の弁を使用することができる。
【００５６】
ブロック６０８において、注入ターゲット位置に向けてガスが導かれる。適切な材料からなる管、ライン、及び／又はホースを使用して、ガス源から処理チャンバーにガスを搬送することができる。ガスは、処理チャンバー内の、又は、処理チャンバーの一部を構成する吸気口又は弁によって、ターゲットデバイスの注入ターゲット位置付近に導かれ、イオンビームはそのターゲット位置に衝突する。
【００５７】
ブロック６１０において、ガスは、汚染物と反応し、及び／又は、ターゲット位置の汚染を軽減する。一例では、ガスは、汚染物と化合して揮発性化合物を形成する。その後、揮発性化合物は、例えばポンプ作用により、除去される。別の例では、ガスは、パッシベーション層のような表面状態を形成し、形成された表面状態の周辺、又は、表面状態を越えてパーティクルが注入されることが防止又は軽減される。
【００５８】
ブロック６１２において、処理チャンバー内のガスの分圧及び組成が測定される。典型的には、処理チャンバー内の空気／ガスの組成を測定するために、反応性ガス分析器が使用される。測定は、汚染物の存在、全分圧（total partial pressure）又は真空圧、反応性ガスの存在等を含むものであってもよい。
【００５９】
ブロック６１４において、測定値が許容範囲外であった場合、ブロック６１６において、ガスの流量及び組成の調整補正が決定される。調整補正には、処理チャンバーからの排気ガスの流量を含めることもできる。
【００６０】
次いで、ブロック６１８において、ガスの組成及び流量の調整補正が適用される。典型的には、調整補正を実施するため、ガス源及び１つ又は複数の調節弁が使用される。続いて、方法６００は、ブロック６１２に戻り、ここで、新たな測定が実施される。
【００６１】
以上、本発明を特定の用途および態様に関連させて図示および説明してきたが、本明細書および添付された図面の読了と理解に基づいて、当業者が同等な変更および修正に想到し得ることは理解されるであろう。特に、上述した構成要素（アセンブリー、デバイス、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用された用語（「手段」に対する参照を含む）は、特に明示されない限り、ここに示された本発明の例示的な実施形態において特定の機能を実行する説明された構成要素のその機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても、相当するものと意図されている。加えて、本発明の特定の特徴がいくつかの態様のうちの１つのみに関連して開示された場合であっても、任意の所定のまたは特定の用途のために望ましくかつ有利であるために、そのような特徴を他の態様の１つまたはそれ以上の特徴と組み合わせることもできる。さらに、用語「含む（include）」、「含んでいる（including）」、「有する（have）」、「有している（having）」、及びそれらの変化形が発明の詳細な説明または請求項で使用されている範囲に関して、これらの用語は、用語「含んでいる（comprising）」と同様な意味で包含的なものであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の１つ又は複数の態様に従うイオン注入システムを示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一態様に従うイオン注入処理改良システムを示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一態様に従って、汚染を軽減するために反応性ガスが導入された、イオン注入処理の間の処理チャンバー内部を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の一態様に従うイオン注入処理改良システムを示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の一態様に従って、イオン注入の間の汚染物によるターゲットデバイスの汚染を軽減するための方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の一態様に従って、イオン注入の間に反応性ガスを導入するとともに処理チャンバー内のガスを測定し、イオン注入の間の汚染物によるターゲットデバイスの汚染を軽減するための方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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