(57)【要約】ドーパント及びイオン種を半導体に注入し、且つその半導体に非熱的アニーリングを施すことにより、半導体中に接合を形成するための方法。この非熱的アニーリング（例えば電磁誘導加熱（ＥＭＩＨ）など）は、マイクロ波及び／又はＲＦ周波数源を用いて実行できる。このドーパント及びイオン種注入は同時に実行してもよいし、ドーパント注入がイオン種注入に先行してもよく、イオン種注入がドーパント注入に先行してもよい。この注入は、ビームライン注入又はプラズマドーピング（ＰＬＡＤ）を用いて実行でき、随意選択で、プリアモルファス化注入（ＰＡＩ）などの技術も利用可能である。更に、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）又は低温急速熱アニーリング（ＬＴＲＴＡ）処理を注入後に施すこともできる。この方法では、非熱的（例えばＥＭＩＨ）アニーリング及び／又は他のアニーリング（ＲＴＡ及び７又は）処理の実行時に酸素含有率を制御する段階を含むこともできる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパント及びイオン種を半導体に注入する段階と、その後、前記半導体を振動磁界に暴露する段階とを含む、半導体中に接合を形成するための方法。
【請求項２】
低温急速熱アニーリング（ＬＴＲＴＡ）処理を前記半導体に施す段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＬＴＲＴＡを施す前記段階が、前記半導体を振動電磁界に暴露する前記段階の前及び後のうち少なくとも何れか一方で実行可能な、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ドーパント及び前記イオン種を注入した後に、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）処理を前記半導体に施す段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ドーパント及び前記イオン種に基づいたイオン及び分子の少なくとも一方を加速してイオンビームを形成する段階と、前記イオンビームを前記半導体に向け照射して、前記イオン及び前記分子の前記少なくとも一方を前記半導体中に注入する段階とを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）を実行して、前記ドーパント及び前記イオン種に基づいたイオン及び分子の少なくとも一方を前記半導体に注入する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ドーパント及び前記イオン種を注入する前記段階が、プリアモルファス化注入（ＰＡＩ）を実行する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ドーパント及び前記イオン種を前記半導体に注入する前記段階が、前記ドーパントを注入した後に前記イオン種を注入する段階と、前記イオン種を注入した後に前記ドーパントを注入する段階と、前記ドーパント及び前記イオン種を同時に注入する段階とのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ドーパント及び前記イオン種を注入する前記段階が、ビームライン注入、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）、及びプリアモルファス化注入（ＰＡＩ）のうち少なくとも１つを使用する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記半導体を振動磁界に暴露する間、酸素含有率を前記ドーパントに基づいて制御する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体を振動磁界に暴露する間、酸素含有率を概ね３０ｐｐｍ乃至概ね１０００ｐｐｍの範囲に制御する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ドーパントがホウ素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記イオン種がハロゲンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ドーパントがホウ素を含み、
前記イオン種がハロゲンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドーパントが、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントのうち少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記暴露する段階が、時間変動する電磁界に暴露する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記暴露する段階が、マイクロ波周波数に暴露する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記暴露する段階が、無線周波（RF）に暴露する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
ＬＴＲＴＡを施す前記段階が、前記半導体を概ね摂氏８００度未満の温度に暴露する段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
ＬＴＲＴＡを施す前記段階が、前記半導体を、概ね摂氏５００度を上回り且つ概ね摂氏８００度未満の温度を備えた炉に暴露する段階を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
半導体にドーパントを注入するための方法であって、
ドーパント及びイオン種を前記半導体に注入する段階と、その後、
前記半導体に電磁誘導加熱（ＥＭＩＨ）を施す段階とを含む、半導体にドーパントを注入するための方法。
【請求項２２】
前記ドーパント及び前記イオン種を注入した後に、低温急速熱アニーリング（ＬＴＲＴＡ）を施す段階を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ドーパント及び前記イオン種を注入した後に、急速熱アニーリング処理を施す段階を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
選択した前記ドーパントが、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントのうち少なくとも一方である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記半導体にＥＭＩＨを施す前記段階が、前記ドーパントを振動磁界に暴露する段階を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記半導体にＥＭＩＨを施す前記段階が、前記ドーパントを時間変動する磁界に暴露する段階を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記半導体にＥＭＩＨを施す前記段階が、無線周波（ＲＦ）及びマイクロ波周波数のうち少なくとも一方に暴露する段階を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
ＬＴＲＴＡを施す前記段階が、前記半導体を概ね摂氏８００度未満の温度に暴露する段階を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記半導体にＥＭＩＨを施す間、酸素を制御する段階を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記半導体にＥＭＩＨを施す間、酸素を概ね３０ｐｐｍ乃至概ね１０００ｐｐｍの範囲に制御する段階を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記ドーパントがホウ素を含み、前記イオン種がハロゲンを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
前記ドーパント及び前記イオン種を注入する前記段階が、ビームライン注入、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）、及びプリアモルファス化注入（ＰＡＩ）のうち少なくとも１つを使用する段階を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ドーパント及び前記イオン種を前記半導体に注入する前記段階が、前記ドーパントを注入した後に前記イオン種を注入する段階と、前記イオン種を注入した後に前記ドーパントを注入する段階と、前記ドーパント及び前記イオン種を同時に注入する段階とのうち少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
ドーパント及びイオン種を半導体に注入する段階と、その後、前記半導体に非熱的アニーリングを施す段階とを含む、半導体中にドーパントを注入するための方法。
【請求項３５】
前記半導体に熱アニーリングを施す段階を更に含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
熱アニーリングが、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）及び低温急速熱アニーリング（ＬＴＲＴＡ）のうち少なくとも１つを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記半導体に非熱的アニーリングを施す間、酸素を概ね３０ｐｐｍ乃至概ね１０００ｐｐｍの範囲に制御する段階を更に含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記ドーパント及び前記イオン種を注入する前記段階が、イオン注入、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）、及びプリアモルファス化注入（ＰＡＩ）のうち少なくとも１つを使用する段階を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記ドーパント及び前記イオン種を前記半導体に注入する前記段階が、前記ドーパントを注入した後に前記イオン種を注入する段階と、前記イオン種を注入した後に前記ドーパントを注入する段階と、前記ドーパント及び前記イオン種を同時に注入する段階とのうち少なくとも１つを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記半導体に非熱的アニーリングを施す前記段階が、前記半導体を無線周波（ＲＦ）及びマイクロ波周波数のうち少なくとも一方に暴露する段階を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
前記半導体が、ＩＶ族元素並びにＩＩＩ族及びＶ族物質の化合物のうち少なくとも１つを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
ドーパント及びイオン種を半導体に注入する段階と、その後、前記半導体を電磁波に暴露する段階とを含む、半導体中にドーパントを注入するための方法。
【請求項４３】
前記電磁波が、無線周波（ＲＦ）及びマイクロ波周波数のうち少なくとも一方を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記半導体を電磁波に暴露する間、酸素を概ね３０ｐｐｍ乃至概ね１０００ｐｐｍの範囲に制御する段階を更に含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記ドーパントがホウ素を含み、前記イオン種がハロゲンを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記ドーパント及び前記イオン種を注入する前記段階が、ビームライン注入、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）、及びプリアモルファス化注入（ＰＡＩ）のうち少なくとも１つを使用する段階を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
前記ドーパント及び前記イオン種を前記半導体に注入する前記段階が、前記ドーパントを注入した後に前記イオン種を注入する段階と、前記イオン種を注入した後に前記ドーパントを注入する段階と、前記ドーパント及び前記イオン種を同時に注入する段階とのうち少なくとも１つを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】
前記注入する段階の後で、前記半導体に急速熱アニーリング（ＲＴＡ）及び低温急速熱アニーリング（ＬＴＲＴＡ）のうち少なくとも１つを施す段階を更に含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
前記半導体に急速熱アニーリング（ＲＴＡ）及び低温急速熱アニーリング（ＬＴＲＴＡ）のうち少なくとも１つを施す間、酸素を概ね３０ｐｐｍ乃至概ね１０００ｐｐｍの範囲に制御する段階を更に含む、請求項４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
（１）技術分野
本開示の方法及びシステムは、一般に、ドーパント拡散及び活性化の制御に関し、より詳細には、電磁誘導加熱を用いたドーパント拡散及び活性化の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
（２）背景技術
従来のイオン注入システムは、ホウ素などのドーパント材料をイオン化する段階と、これらイオンを加速して所定のエネルギーレベルを備えたイオンビームを形成する段階と、このイオンビームエネルギーを半導体表面すなわちウエハに向けて照射し、ドーパント材料を半導体に導入し且つ半導体の導電率特性を変化させる段階とを含む。イオンが半導体の結晶格子内に一旦埋め込まれると、これらイオンは、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）又は急速熱処理（ＲＴＰ）と呼ばれる処理を用いて活性化できる。ＲＴＡの実行時には、半導体を所定温度で所定時間にわたり加熱するため炉に導入できる。ＲＴＡは、イオン注入が原因となる結晶構造内の欠陥を修復できる。
【０００３】
イオン注入及びＲＴＰ処理は、接合深さと呼ばれる注入領域の深さ決定の一因となる。イオン注入による接合深さは、半導体に注入されるイオンのエネルギーと、注入イオンの原子量又は分子量とに基づく。浅い注入領域は、低エネルギーイオンビームを用いて形成でき、好適には、軽いものより原子量又は分子量が重いイオン注入を用いて形成できる。残念ながら、ＲＴＡの伝統的な方法は、シリコンの温度を、シリコンの溶融温度に近い摂氏１１００度乃至摂氏１２００度に接近する範囲まで上昇させる段階を含む。従って、ＲＴＡ処理にともなう高温が注入領域を更に拡散させるので、ＲＴＡは注入接合深さを更に増加させてしまう。
【０００４】
小型のデバイスと、従ってより浅い接合とに対する、絶え間ない又増大し続ける要求を考慮した場合、接合深さの増加は特に困難な問題である。イオン注入を従来のＲＴＡのみと組み合わせた方法及びシステムでは、より浅い接合への要求を満足させられない可能性がある。
【０００５】
発明の概要
開示した方法及びシステムは、ドーパント及びイオン種を半導体に注入し、その後、その半導体を振動磁界に曝す、半導体中に接合を形成するための方法及びシステムを含む。この振動磁界は、例えば、マイクロ波及び／若しくは無線周波（ＲＦ）源、又は時間で変動する電磁界を提供するその他の供給源により提供できる。ＲＦ及びマイクロ波は、本明細書で非熱的アニーリング（原語：athermal
annealing）及び電磁誘導加熱（ＥＭＩＨ）と呼ぶより一般的な手法の二つの例と理解してよい。これに加え或いは随意選択的に、ドーパント及びイオン種を半導体に注入した後、この半導体に、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）及び／又は低温急速熱アニーリング（ＬＴＲＴＡ）を含みうる熱アニーリングを施してもよい。
【０００６】
これらドーパント及びイオン種は同時に注入してもよく、且つ／或いはドーパント及びイオン種注入の順序が用途により異なりうる場合は、別々に注入してもよい。この注入処理は、ビームライン注入、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）、又は他の注入方法が含まれうる。また、この注入方法は、プリアモルファス化注入（ＰＡＩ）を使用してもよい。例えば、同時にドーピングする場合は、ドーパント及びイオン種に基づいたイオン及び分子の少なくとも一方を加速してイオンビームを形成し、且つ、そのイオンビームを半導体に向け照射して、前記のイオン及び分子の少なくとも一方をこの半導体中に注入できる。
【０００７】
別の例では、ドーパント及びイオン種に基づいたイオン及び分子の少なくとも一方を提供でき、且つ、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）を行って前記のイオン及び分子の少なくとも一方を半導体に注入できる。
【０００８】
実施形態によっては、酸素含有率を、電磁誘導加熱（ＥＭＩＨ）を含む非熱的アニーリング実行時に制御できる。一例としては、こうした酸素は、非熱的アニーリング実行時に、概ね３０ｐｐｍと概ね１０００ｐｐｍとの間に制御可能である。酸素制御は、ＲＴＡ又はＬＴＲＴＡ処理時にも実行できる。
【０００９】
一実施形態では、上記ドーパントはｐ型ドーパントを含むことができ、上記イオン種はハロゲンを含むことができる。例えば、このドーパントはホウ素（Ｂ＋）を含むことができ、イオン種はフッ素（Ｆ−）を含むことができる。他の実施形態では、ドーパントはｎ型ドーパントを含むことができる。
【００１０】
他の目的及び利点は、明細書及び図面を考慮すれば明らかになるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
全体的な理解を可能とするため、幾つかの例示的な実施形態を次に説明するが、通常の技能を備えた当業者であれば、ここに記載されたシステム及び方法を変更及び修正して、他の適切な応用例となるシステム及び方法を提供したり、それ以外の追加及び修正が、ここに記載されたシステム及び方法の範囲から逸脱することなく可能であることは理解するはずである。
【００１２】
特に指定されていない場合は、図示した実施形態は、特定実施形態の様々な細部の例示的な特徴を提供するものであり、従って、図示した内容又は処理の特徴、構成要素、モジュール、及び／又は局面は、開示したシステム又は方法から逸脱することなく、それ以外の方法で組み合わせ、分離、交換、及び／又は再構成可能である。
【００１３】
イオン注入時には、加速されエネルギーを付与されたドーパントイオンが、母体（本明細書では例示的なシリコン表面をいう）に衝突してシリコン原子を元々の格子位置から変位させる際に、注入領域が損傷を受けることがある。ドーパントイオンは、シリコン格子内で高エネルギーの非平衡位置を占めることがあるが、電気的に活性ではない。急速熱アニーリング（ＲＴＡ）処理は、シリコン及びドーパントイオンにエネルギーを与え、イオンを平衡位置まで移動させ、結果として、結晶配列を復元することにより注入損傷を修復する。残念ながら、半導体表面を摂氏１０００度乃至１２００度範囲の高温に暴露するＲＴＡ処理は、しばしばドーパントの再分布又は拡散の原因ともなってしまう。一定の注入ドーズ量に関して、ＲＴＡは接合深さを、例えば注入時（原語：as-implanted）の範囲よりもかなり深くしてしまうことがある。
【００１４】
例えば、トランジスタ・デバイスに関しては、小型デバイスに対する絶え間ない要求により、結果としてゲート下方での横方向拡散の制限、及び浅いソース／ドレーン拡張領域におけるドーパント材料の高濃度維持などがもたらされると予想できる。
【００１５】
開示した方法及びシステムは、ドーパント及びイオン種を同時に、且つ／或いは、注入の順序が用途により異なりうる場合は、連続的に注入する段階を含む。この注入処理は、ビームライ注入又はプラズマドーピング（ＰＬＡＤ）のようなイオン注入処理を含みうるが、開示した方法及びシステムはこれらの注入技法に限定されるものではない。他の方法のなかでは、プリアモルファス化処理すなわちプリアモルファス化注入（ＰＡＩ）などの方法をこの注入処理又は方法にも利用できる。この注入処理に続いて、マイクロ波及び／又は無線周波（ＲＦ）アニーリングを実行できるが、他の非熱的アニーリング法を用いてもよい。この非熱的アニーリングを電磁誘導加熱（ＥＭＩＨ）と呼ぶこともできる。
【００１６】
図示したシステムでは、選択したドーパントはホウ素（Ｂ＋）で、イオン種はフッ素（Ｆ−）である。開示した処理は、注入時に、こうしたイオン種に基づいたイオン及び／又は分子を用いて、注入時及び非熱的／ＥＭＩＨアニーリング時にイオン種に富んだ環境を生成する段階を含み、ここでは、非熱的アニーリングは一段階の注入又は多段階の注入に続いて実行できる。
【００１７】
一実施形態では、こうしたイオン種に富んだ環境は、これらドーパントとイオン種との分子の組み合わせをイオン注入することにより提供できる。例えば、イオン注入を用いて、接合を形成するためにＢＦ２を半導体に注入できる。別の実施形態では、こうしたイオン種に富んだ環境はプラズマドーピング技法（ＰＬＡＤ）により達成できる。例えば、ホウ素（Ｂ＋）がドーパントであり、フッ素（Ｆ−）がイオン種であれば、ＢＦ３源を用いてＰＬＡＤを実行できる。任意選択的且つ付加的にプリアモルファス化注入（ＰＡＩ）処理を用いることもできる。
【００１８】
ここに記載した例は半導体としてのシリコンの使用を含むが、通常の技能を備えた当業者であれば、ＩＶ族元素又はＩＩＩ族及びＶ族物質の化合物を含む、他の周知の半導体をシリコンに加え又はその代わりに用いても良いことは理解するはずである。更に、本明細書に記載した例は、選択したドーパントとしてホウ素の使用を含むが、アルミ、ガリウム、インジウム、リン、ヒ素、及びアンチモン、又は他のｐ型又はｎ型ドーパントを、ホウ素（Ｂ＋）に加え或いはその代わりに用いてもよい。更に、本明細書に記載した例は、イオン種の実例としてフッ素を含むが、１７族のハロゲン族元素及び／又はハロゲン化物（フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン）、他のイオン種、或いは１７族又は他の族に由来する反応中間体を、開示した処理の範囲から逸脱することなく、任意選択的且つ付加的に使用できる。
【００１９】
ＥＭＩＨは、ファラデーの法則及びアンペアの法則を独特に応用したものと理解できる。シリコンウエハを振動磁界に暴露すると、電子が誘導されウエハ内を流れる。こうした電子が格子に衝突する際に、シリコンウエハを加熱するエネルギーを放出する。ＥＭＩＨによるこの非熱的な内部加熱は、例えば、一般にウエハを所定の温度の炉に暴露し、シリコンが外表面から内部に向かって加熱され、シリコンが溶融する可能性を高めてしまうＲＴＡと比較可能である。
【００２０】
通常の技能を備えた当業者であれば、銅のような高導電性の材料に関しては、誘導電流が、入射（原語：incident）電磁界に部分的又は完全に干渉する磁界を再誘導することは理解するはずである。或いは、石英のような絶縁材料は自由キャリアが欠如しているので、電流を発生させることはなく、従って、入射界をその材料に透過させてしまう。シリコンのような半導体は、導体及び絶縁体の特性を備えることができ、そのため、ウエハ容積全体において相当の電流を誘導可能なかなりの電磁界透過を引き起こす能力がある。
【００２１】
開示した方法及びシステムでは、電磁界の誘導は、シリコンサンプルを無線周波（ＲＦ）及びマイクロ波範囲の周波数を備えた電磁エネルギーに暴露することで実行できるが、通常の技能を備えた当業者であれば、これら方法及びシステムは、こうした周波数範囲に限定されず、電磁エネルギーを誘導する他の方法も使用可能なことは理解するはずである。シリコンウエハ内での誘導電流により引き起こされるウエハの急速内部オーム加熱は、ＲＴＡがもたらす表面加熱により可能な活性化よりも効果的なドーパント活性化を実現できる。
【００２２】
ここで図１を参照すると、マイクロ波システムの一実施形態は、１７センチメートルの半径と、特定のマイクロ波モードに同調させるため１５乃至４５センチメートルの範囲で調節可能な高さとを備える共振空洞を含む。マグネトロン源が、２．４５ＧＨｚで最大３０００ワットの出力を提供する。通常の技能を備えた当業者であれば、周知のＴＭ０１１及びＴＭ１１１モードに限定されないがそれらを含めた様々なモードが、図１のシステムで提供できることは理解するはずである。図２Ａ及び２Ｂは、図１のマイクロ波空洞中に、それぞれＴＭ０１１及びＴＭ１１１の磁界パターンを提供する。
【００２３】
図３を参照すると、励磁ＲＦ磁束を螺旋銅アンテナと共に用いる、開示した方法及びシステムのＲＦ実施形態を示す。Ｌタイプの一致した（原語：matching）ネットワークを介して一致させた（原語：matched）電源が、１３．５６ＭＨｚの固定周波数で、最大１０００ワットまでを出力する。図３のシステムでは、シリコンウエハが、アンテナの至近距離場におけるコイル巻線の２．５センチメートル下方のセラミックチャック上に配置可能である。図示したシステムでは、セラミックチャックは、摂氏１５０度まで加熱可能である。
【００２４】
通常の技能を備えた当業者であれば、図１及び３に示した代表的な電磁誘導システムは例示的なものに過ぎず、その実装は、これら実施形態又は本明細書に記載した特徴に限定されるものでないことは理解するはずである。更に、図２Ａ及び２Ｂは２つの磁界パターンを示しているが、こうしたパターンは例示目的で示したものであって、限定的なものではない。従って、これらに替わる方法、周波数、装置、磁界パターン、これらより少ない又は付加的な構成要素又は代替要素などを用いた他のシステムであっても、本明細書で開示した方法及びシステムの範囲から逸脱することなく使用可能である。
【００２５】
図１及び３に示したシステムでは、光学高温計又はライトパイプを用いて放射光を収集することにより温度測定が可能である。収集した放射光は、例えば、収集光の強さをブロックボデー放射スペクトルに付き合わせてシリコンウエハの温度を測定するラクストロン（原語：Luxtron）モデルアナライザによって分析できる。実施形態によっては、このスペクトルを修正又はスケール変更して、シリコンの放射率に基づいて正確に温度測定を行ってもよい。
【００２６】
ＥＭＩＨを用いた方法及びシステムは、誘導電流の大きさと、従って温度とを正確に予測できる。上述のように、ファラデーの法則及びアンペアの法則の解から、誘導電流密度及び吸収電力（原語：power
absorbed）に関して次が与えられる。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
上記式において、δは浸透厚（原語：skin depth）、ωは周波数、μは透過率（原語：permeability）、σは導電率、ｔｗは厚さ、“ａ”は半径、Ｈｏは入射磁界である。図４は、式１による導電率に基づいた電力吸収のグラフを示す。図４及び式１に示すように、吸収電力は導電率σと共に増加して、吸収ピークに達する。ピークに達した後は、吸収電力は、増加率と同様の割合及び漸近線でゼロまで減少する。
【００２９】
温度と導電率との関係は、電力吸収と導電率との図４に示した関係を理解する助けになりうる。図５は、様々な基板ドーピングレベルに関する導電率と温度との関係を示す。導電率は移動度とキャリア密度との積として表現できるが、温度が上昇すればキャリアの流れを妨害する衝突数が増加するので、移動度は温度と共に減少する一方、増大した熱エネルギーはキャリアを価電子帯から伝導帯に移行させるので、キャリア密度は温度と共に増加する。従って、図５が示すように、電導率は、温度が概ね摂氏１００度を超えるまで減少することがあり、この間に衝突がキャリア移動度を妨害する。温度が更に上昇すると、真性キャリア（原語：intrinsic
carrier）の増加が移動度の損失を上回り、導電率が温度と共に単調的に増加可能となる。図５に示した最大導電率は、図４のピーク電力吸収レベルに関連しており、従って、図４と図５とを温度増加に基づいたものとして見ると、図示したうちのより少量のドーピングに関しては、温度が概ね摂氏１００度まで上昇するにつれ、導電率（図５）は減少し、従って電力吸収（図４）も減少し、ウエハ温度が上昇するのが防止される。これは吸収の谷とも呼ばれることがある。しかし、ウエハ温度がこの温度を超えて上昇すると（図５）、導電率は温度と共に上昇し、結果的に、急激な温度上昇を引き起こす電力吸収の増加を招く（図４）。概ね摂氏５００度において、真性キャリア濃度が大幅にドーピングを上回り、導電率と従って加熱とが、基板ドーピングから無関係となり、更に、様々なドーパントドーズ量のシリコンウエハが同一の特性で加熱されることになる。
【００３０】
図４及び５を参照し、且つより高い周波数場（例えば、マクロ波）はより低い周波数場（例えばＲＦ）に比べて加熱が効率的であるという推定に基づけば、幾つかの実施形態では、シリコンウエハを吸収の谷を上回る温度まで予熱することが必要となる場合もあるかもしれない。実施形態によっては、所与の電力レベルに関しては、ウエハの数が１つか複数であるかにかかわらず、同一のウエハ温度が達成できることもある。従って、バッチ生産処理も同様に効果的となりうる。
【００３１】
本発明の方法及びシステムの一実施形態では、Ｂ＋及びＢＦ２＋イオンが、１０１５／ｃｍ３のドーズ量で、２５０ｅＶ乃至２．２ｋｅＶの注入エネルギー範囲にわたり、１０乃至２０オーム・ｃｍの抵抗率を備えたｎ型シリコンウエハに注入された。別のサンプルは、プラズマドーピング（ＰＬＡＤ）（ＢＦ３ガス）を用いて１０１５／ｃｍ２のドーズ量で注入した。これらサンプルは、大気圧及び非制御環境において、ＥＭＩＨ（特に、ＲＦ及びマイクロ波の実施形態）を用いて摂氏９００度又は１０００度までアニーリングした。図６は、二次イオン質量分析から１０１８／ｃｍ３で評価した、シート抵抗に対する接合深さを示す。図６の実線は、アニーリング及びドーピング技術における改善を評価するための現在のセマテック境界曲線である。通常の技能を備えた当業者であれば、セマテック曲線の下方にあるデータ点は、セマテック標準に比べて、活性化したドーパントの割合が高いこと及び／又はより効率的なアニール処理ドーパントプロファイルを示すことを理解するはずである。
【００３２】
図７を参照すると、注入時及びマイクロ波スパイクアニール処理ＰＬＡＤサンプルに関する二次イオン質量分析の結果をグラフ化したものである。通常の技能を備えた当業者であれば、より効率的なプロファイルが、酸化増速拡散効果を除去するため酸素制御環境（例えば、３３乃至１００ｐｐｍ）により得られることは理解するはずである。
【００３３】
本明細書で開示した方法及びシステムの一実施形態では、１．０Ｅ１５／ｃｍ２の注入ドーズ量での、ＥＭＩＨアニーリング、具体的には１３．９６ＭＨｚでのＲＦアニーリングを用いた、２５０ｅＶ及び５００ｅＶにおけるＢ＋の注入と、５００ｅＶ、１．１ｋｅＶ、２．２ｋｅＶ、及び４．５ｋｅＶにおけるＢＦ２＋の注入とに関して、シート抵抗を測定した。幾つかの実施形態では、ＲＦアニーリング時間は、摂氏１０００度及び摂氏９００度まで上昇するのに３０秒とする一方、他の実施形態ではスパイクアニーリングを同一温度まで行った。イオンビームエネルギーの全ての測定範疇において、３０秒で１０００度のＲＦアニーリングが、ほぼ３００オーム／ｓｑ乃至８５０オーム／ｓｑという最良のシート抵抗を示した。本明細書に記載したその他の実験は、約５００オーム／ｓｑ乃至７０００オーム／ｓｑのシート抵抗を示した。従って、このＲＦアニーリングはドーパントを活性化するが、格子構造には欠陥が残った。
【００３４】
別の実施形態では、マイクロ波ＥＭＩＨアニーリングを２．４５ＧＨｚで３０秒間と、摂氏１０００及び９００度でスパイクアニーリングを行い、シート抵抗の測定値は、約１５０オーム／ｓｑ乃至１０００オーム／ｓｑの間で変動があった。ここでも格子構造には欠陥が残った。
【００３５】
ＥＭＩＨアニーリングを行う前か後にＬＴＲＴＡ（すなわち、約摂氏５００乃至８００度）を行うことで、注入による格子構造中の欠陥が修復されるが、その際に、ドーパントを活性化するためシリコン温度を摂氏９００度乃至１２００度の範囲とする必要がある従来のＲＴＡ法による望ましくない拡散効果が現れることもない。従って、ＥＭＩＨをＬＴＲＴＡと組み合わせる開示した方法及びシステムを用いることで、低拡散及びシート抵抗を備え、高濃度ドーパント活性化及び格子修復を実現した接合及び構造が達成できる。
【００３６】
例えば、フッ素などのイオン種を注入及びアニーリング段階で組み入れることにより、ＬＴＲＴＡ及びＲＴＡを含む熱アニーリング処理にかかわりなく、ＥＭＩＨの効果は更に向上可能である。本明細書で既に述べたように、こうしたイオン種は１つ又は複数の処理を用いて注入でき、従って、この注入段階は１つ又は複数の段階を含むことがある。例えば、ビームライン注入及び／又はプラズマドーピング（ＰＬＡＤ）が利用できる。更に、実施形態によっては、プリアモルファス化注入（ＰＡＩ）を行ってもよい。選択したドーパント（Ｂ＋）及びイオン種（Ｆ−）により形成されたイオン及び／又は分子（例えば、ＢＦ２）を、選択した注入処理において使用できる。例えば、ＰＬＡＤを含む実施形態では、選択したドーパント（Ｂ＋）及びイオン種（Ｆ−）を含むＢＦ3源が使用できる。通常の技能を備えた当業者であれば、ＢＦ２はＢ＋より重量があり、従って、ＢＦ２を注入すると（例えば、ビームライン及び／又はＰＬＡＤ）、Ｂ＋のみを注入するよりも浅い接合が得られると考えられることは理解するはずである。
【００３７】
これらの方法及びシステムは、非熱的アニーリング実行時に、低レベル酸素環境を制御することも含むが、こうした酸素制御法は、ダウニー（原語：Downey）の米国特許第６，０８７，２４７号に記載されており、その内容は参照してその全体を本明細書に援用する。上述の特許に記載されているように、アニーリング時に、酸素濃度を、概ね１０００ｐｐｍ未満の範囲、好適には約３０乃至３００ｐｐｍの範囲の選択したレベル或いはそのレベル付近に制御できる。この酸素制御は、選択したドーパント及び／又はイオン種に基づいて決定できる。後述するように、酸素制御は、所望の濃度に対する接合深さのプロファイルに基づいて実行できる。酸素濃度を制御するには、非熱的又はＥＭＩＨアニーリングを実行中のチャンバをパージ又は真空排気することで酸素を所望レベル未満に引き下げ、且つ制御した量の酸素を導入すればよい。別の実施形態では、選択した酸素濃度レベルにある又はその付近の酸素を含むガスを、チャンバにバックフィル（原語：backfill）できる。他のガス制御技法を用いて、アニーリングチャンバ内部に所望の酸素濃度を実現することも可能である。
【００３８】
図８は、５００ｅＶのエネルギー及び１平方センチメートル当たり１Ｅ１５イオンの濃度でＢＦ２を用いたイオン注入システムに関する、注入濃度に対する接合深さを示したグラフである。図８及び図９乃至１４は同様に酸素制御環境を含むもので、注記がある場合は（Ｏ２制御）、酸素制御環境は１００ｐｐｍまで制御した酸素を含むが、こうした制御は選択したドーパント（Ｂ＋）に基づくもので、ドーパントの選択及び所望の動作に基づいて変更できる。グラフ８Ａは注入時のプロファイルであり、グラフ８ＢはＯ２制御を行った摂氏９５０度におけるＥＭＩＨに関する。グラフ８Ｃは、Ｏ２制御を行った摂氏１０８０度におけるＥＭＩＨを示し、グラフ８Ｄは、摂氏１０５０度での周囲環境における（すなわちＯ２制御をしていない）ＥＭＩＨに関するデータを示す。図８のグラフが示すように、低温ＥＭＩＨをＯ２制御に組み合わせることで、注入時深さに最も近似する浅い接合深さと、８４２オームのシート抵抗とがもたらされる。更に図８に示されているように、より高温の酸素制御シナリオ及び周囲環境シナリオのシート抵抗はこれより低いが（それぞれ５０４オーム及び４３２オーム）、接合深さは概ね１１００乃至１２００オングストロームを上回る。
【００３９】
図９の作業環境は、このグラフでは注入エネルギーが１．１ｋｅＶまで増加していることを除けば、図８のものと類似している。図８と同様に、図９の摂氏９２５度でＯ２制御したＥＭＩＨシナリオ（９Ｂ）が、注入時プロファイル（９Ａ）に最も近似する。Ｏ２を制御し且つ温度を１０２５度としたＥＭＩＨ（図９Ｃ）は、概ね６００オングストロームの接合深さを実現し、Ｏ２制御を行わず且つＥＭＩＨを摂氏１０５０度で実行すると（図９Ｄ）、接合深さが１２００オングストロームを越えて増加する。
【００４０】
図１０では、注入エネルギーは、ここでも２．２ｋｅＶまで二倍に増加されている。摂氏９５０度の温度で周囲条件を用いて実行したＥＭＩＨ（図１０Ｄ）が注入時プロファイル（１０Ａ）に最も近似するが、シート抵抗は概ね１４６６オームである。対照的に、摂氏９６０度の温度（１０Ｂ）及び１０２８度（１０Ｃ）でＯ２を制御して実行したＥＭＩＨは、概ね５００乃至６００オングストロームの接合深さを実現し、シート抵抗はそれぞれ３４７オーム及び３２６オームとなる。摂氏１０５０度の温度で周囲条件を用いて実行したＥＭＩＨ（図１０Ｅ）は、８００オームを上回る接合深さをもたらし、シート抵抗は概ね３８２オームである。
【００４１】
図１１は、図１０と比べると注入エネルギーを４．５ｋｅＶまで更に増加させている。接合深さ５００オングストロームを含む注入時プロファイル（１１Ａ）と比較すると、摂氏９２５度でＯ２を制御して実行したＥＭＩＨ（１１Ｂ）は、概ね６００オングストロームの接合深さを実現し、シート抵抗が３１４オームとなる。摂氏１０１５度におけるＯ２を制御したＥＭＩＨ（１１Ｄ）によって、より深いプロファイルがもたらされ、シート抵抗が２３１オームとなる。周囲条件下で且つ摂氏１０５０度において（１１Ｅ）、シート抵抗が２６１となることが示され、接合深さは８００オングストロームを超える。Ｏ２を制御したＥＭＩＨグラフ（１１Ｂ、１１Ｃ）も、注入時（１１Ａ）及び周囲条件グラフ（１１Ｄ、１１Ｅ）と比べて、接合の中央部おいて濃度がより一定した異なるプロファイルを示し、従って、Ｏ２制御は接合プロファイルに影響しうることを示している。
【００４２】
図１２及び１３は、ＢＦ３源を使用したＰＬＡＤに関する、ＥＭＩＨを用いたアニーリングのグラフを含む。図１２のグラフは、２００ボルトの電圧を用いた、１平方センチメートル当たり５Ｅ１５イオンの注入ドーズ量を含み、図１３のグラフは、８００ボルトの電圧を用いた、１平方センチメートル当たり１Ｅ１５イオンの注入ドーズ量を含む。図１２に示したように、摂氏１０５０度でのＯ２制御を用いたＥＭＩＨ（１２Ａ）及び摂氏１０５０度での周囲条件を用いたＥＭＩＨ（１２Ｃ）と比較すると、摂氏９３０度でＯ２制御を用いたＥＭＩＨ（１２Ｂ）が最も浅い接合を実現する。図１３は、摂氏９６０度でＯ２制御を用いたＥＭＩＨ（１３Ａ）と比べて、周囲条件下で摂氏９５０度においてＥＭＩＨを用いると、高いシート抵抗（１８９８オーム）を備えた浅い接合が実現できることを示している。この前者のシナリオでは、シート抵抗は４１７オームであり、接合深さは５００乃至６００オングストロームである。ＥＭＩＨを摂氏１０５０度でＯ２を制御して実行すると（１３Ｂ）、シート抵抗が１９７オームとなり、接合深さが概ね１０００オングストロームとなる一方、Ｏ２を制御しない場合は（１３Ｄ）、シート抵抗が３２７オームとなり、接合深さが概ね１１００オングストロームを上回る。
【００４３】
図１４は、Ｏ２制御を利用した６つのグラフを示す。グラフ１４Ａ及び１４Ｂは、それぞれ摂氏９６０度及び１０２８度で２．２ｋｅＶを用いて、シ―ト抵抗３４７オーム及び３２６オームを得たＢＦ２イオン注入を含む。図１４が示すように、接合深さを比較すると、概ね５００オングストローム付近で類似している。グラフ１４Ｃ及び１４Ｄは、ゲルマニウムを３０ｋｅＶ、ホウ素を５００ｅＶで、且つそれぞれＥＭＩＨを摂氏９６０度及び１１００度で用いたプリアモルファス化注入（ＰＡＩ）を表す。グラフ１４Ａ及び１４Ｂを１４Ｃ及び１４Ｄと比較すると、ＢＦ２及びゲルマニウム／ホウ素ＰＡＩ注入に関して似通ったプロファイルを示すが、１４Ａ及び１４Ｂのプロファイルにおけるフッ素の存在がより浅い接合を可能としている。グラフ１４Ｅ及び１４Ｆは、フッ素を含まない、又ゲルマニウムＰＡＩを行わないホウ素注入に関するプロファイルを示す。図１４のグラフは、ゲルマニウムを用いるＰＡＩが、ホウ素注入のみと比べて良好な活性（すなわちシート抵抗が減少した）を備えたより浅い接合をもたらすが、フッ素（イオン種）により接合深さが更に減少し、同等の活性化が得られるという付加的な改善をもたらすことを示す。
【００４４】
これまで説明したのは、ドーパント及びイオン種を注入し、その後で電磁誘導加熱（ＥＭＩＨ）を含む非熱的アニーリングを実行することで浅い接合を達成する方法及びシステムである。これらドーパント及びイオン種は、同時に注入してもよく、或いは注入の順序が用途により異なりうる場合は連続的に（すなわち別々に）注入してもよい。例えば、イオン種を注入し、その後にドーパントを注入してもよい。或いは、ドーパントを注入し、その後にイオン種を注入してもよい。ＥＭＩＨは、例えば、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）及び／又は低温急速熱アニーリング（ＬＴＲＴＡ）を含みうる熱アニーリングの前又は後に実行してもよい。ＥＭＩＨ及び任意選択の熱アニーリング処理は、選択したドーパントに基づいて比較的低い酸素レベルを用いた酸素制御環境において実行できる。好適には、こうした酸素は概ね３０ｐｐｍと概ね１０００ｐｐｍとの間で制御可能である。ＥＭＩＨ実行時に、これらの方法及びシステムは、例えば、ＲＦ及び／又はマイクロ波を用いて、シリコンウエハ内での電流発生を誘導可能な電磁界を誘導でき、従って、ウエハをその表面からでなく体積内部から加熱する電子と格子構造との間のオーム衝突を発生させる。こうしたＥＭＩＨ加熱はドーパント材料を活性化できる。
【００４５】
本明細書に記載した方法及びシステムは、特定のハードウェア又はソフトウェア構成に限定されるものでなく、多くの計算機環境又は処理環境で応用可能である。これら方法及びシステムは、ハードウェア又はソフトウェア、或いはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによっても実現可能である。これら方法及びシステムは、プロセッサ、そのプロセッサが読み出し可能な記憶媒体（揮発性及び不揮発性記憶装置、並びに／或いは記憶素子）、１つ又は複数の入力装置、及び１つ又は複数の出力装置をそれぞれ含んだ、１つ又は複数のプログラム可能コンピュータで実行する１つ又は複数のコンピュータプログラムで実施可能である。
【００４６】
これらの方法及びシステムは、特定の実施形態に関連して説明してきたが、それに限定されない。言うまでもなく、上述の教示を参考にすれば、多くの修正及び変更が可能なことが明らかとなることもあろう。例えば、上述のように、図示した実施形態では、選択したｐ型ドーパントとしてのホウ素（Ｂ＋）を、選択したイオン種であるフッ素（Ｆ−）と共に使用することを説明したが、これら方法及びシステムは、他のイオン種や他のｐ型及びｎ型ドーパントにも適用できる。ホウ素の例に従えば、例示的な実施形態は、概ね１００ｐｐｍの所望酸素レベルとした酸素制御アニーリングチャンバを含むが、通常の技能を備えた当業者であれば、この制御酸素量はドーパントに基づいて変更可能であり、例えば、１ｐｐｍ乃至１０００ｐｐｍの範囲をとりうることは理解するはずである。炉を使ってＬＴＲＴＡを実行可能な場合、ＬＴＲＴＡは概ね摂氏５００度乃至８００度として説明したが、ＬＴＲＴＡは概ね摂氏８００度未満の温度へ暴露することを含むと理解できる。開示した方法及びシステムは、振動磁界を発生させて半導体内に電磁界を発生させ、電流を誘導する段階を含み、又、説明した方法及びシステムは、ＲＦ及びマイクロ波システムを含むが、時間変動すなわち振動磁界を提供する任意の周波数の電磁波を使用可能である。例えば、ＥＭＩＨを用いた一実施形態は、時間変動磁界を提供するための可動永久磁石を含んでもよい。しかし、他の非熱的アニーリング処理を用いることもできる。
【００４７】
当業者であれば、本明細書で説明し図示した部材の詳細、材料、及び配列に多くの付加的変更を行うことができる。従って、次の特許請求の範囲は、本明細書に開示された実施形態に限定されるものではなく、具体的に記載されたものとは異なる様態で実行可能であって、法律によって許された最大の範囲で解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】マイクロ波周波数を用いて電磁誘導加熱（ＥＭＩＨ）アニーリングを実行するためのシステム及び方法の一実施形態である。
【図２】（Ａ）ＴＭ０１１磁界パターンである。  （Ｂ）ＴＭ１１１磁界パターンである。
【図３】ＥＭＩＨアニーリングを実行するための無線周波システム及び方法の一実施形態である。
【図４】電力吸収と導電率との関係を示す。
【図５】様々なドーパントレベルに関する導電率と温度との関係を示す。
【図６】アニーリング及びドーピング技術における改善を評価するためのセマテック境界線を含む。
【図７】注入時及びマイクロ波スパイクアニール処理プラズマドープ（ＰＬＡＤ）サンプルに関する二次イオン質量分析のプロファイルを示す。
【図８】５００ｅＶの注入エネルギー及び１平方センチメートル当たり１Ｅ１５イオンの注入ドーズ量を用いた、ＢＦ２注入濃度に対する接合深さを示したグラフである。
【図９】１．１ｋｅＶの注入エネルギー及び１平方センチメートル当たり１Ｅ１５イオンの注入ドーズ量を用いた、ＢＦ２注入濃度に対する接合深さを示したグラフである。
【図１０】２．２ｋｅＶの注入エネルギー及び１平方センチメートル当たり１Ｅ１５イオンの注入ドーズ量を用いた、ＢＦ２注入濃度に対する接合深さを示したグラフである。
【図１１】４．５ｋｅＶの注入エネルギー及び１平方センチメートル当たり１Ｅ１５イオンの注入ドーズ量を用いた、ＢＦ２注入濃度に対する接合深さを示したグラフである。
【図１２】２００Ｖの電圧及び１平方センチメートル当たり５Ｅ１５イオンのドーズ量を用いたプラズマドーピングシステムに関する、ＢＦ３注入濃度に対する接合深さを示したグラフである。
【図１３】８００Ｖの電圧及び１平方センチメートル当たり１Ｅ１５イオンのドーズ量を用いたプラズマドーピングシステムに関する、ＢＦ３注入濃度に対する接合深さを示したグラフである。
【図１４】様々なシナリオに関するイオン注入濃度に対する接合深さを示すグラフを含む。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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