(57)【要約】【課題】イオンビーム角度広がりの制御技術を提供する。【解決手段】イオンビーム角度広がりの制御技術を開示する。一つの特定的な典型的実施形態においては、本技術をイオンビーム角度広がりの制御方法として実現してよい。当該方法には、一以上のイオンビームを二以上の異なる入射角度において基板面に対して導き、それにより、基板面を制御された広がりの入射角度を有するイオンビームへと暴露することを含めてよい。【選択図】図１１
2008546163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム角度広がりの制御方法であって、
一以上のイオンビームを二以上の異なる入射角度において一の基板面に対して導き、それにより、複数のイオンビーム入射角度よりなる一の制御された広がりへと前記基板面を暴露すること
を含む、方法。
【請求項２】
前記二以上の入射角度を、前記一以上のイオンビームの少なくとも一つを一の可変磁場により偏向させることにより導入する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記二以上の入射角度を、前記一以上のイオンビームの少なくとも一つを一の可変静電場により偏向させることにより導入する、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記二以上の入射角度を、前記基板面を前記一以上のイオンビームの少なくとも一つに対する二以上の異なる角度へと傾斜させることにより導入する、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板面を一以上の所定方位へと回転させること
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記二以上の異なる入射角度を、前記基板面に対する一以上の走査の間に導入する、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記二以上の異なる入射角度は、複数の実質的に連続的なイオンビーム入射角度を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記二以上の異なる入射角度は、複数のインクリメンタルに異なるイオンビーム入射角度を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
一のイオンビームにより、一の第一レートにおいて前記基板面を走査することと、
前記イオンビームの一の入射角度を、前記第一レートより実質的に速い一の第二レートにおいて変化させること
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
二以上のイオンビームにより、同時に前記基板面を走査することを更に含み、該二以上のイオンビームのそれぞれは、一の所定の入射角度において前記基板面に衝突する、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の前記方法を実施するための一のコンピュータ処理を少なくとも一つのプロセッサに実行するよう指示する、該少なくとも一つのプロセッサにより読み取り可能に構成された複数の指示を含む一のコンピュータプログラムを伝達する少なくとも一つの搬送波により具現化される少なくとも一つの信号。
【請求項１２】
請求項１に記載の前記方法を実施するための一のコンピュータ処理を少なくとも一つのプロセッサに実行するよう指示する、該少なくとも一つのプロセッサにより読み取り可能に構成された複数の指示を含む一のコンピュータプログラムを記憶する少なくとも一つのプロセッサ読み取り可能なキャリア。
【請求項１３】
イオンビーム角度広がりの制御システムであって、
一以上のイオンビームを二以上の異なる入射角度において一の基板面に対して導き、それにより、複数のイオンビーム入射角度よりなる一の制御された広がりへと前記基板面を暴露する手段
を含む、システム。
【請求項１４】
前記二以上の入射角度を、前記一以上のイオンビームの少なくとも一つを一の可変磁場により偏向させることにより導入する、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記二以上の入射角度を、前記一以上のイオンビームの少なくとも一つを一の可変静電場により偏向させることにより導入する、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記二以上の入射角度を、前記基板面を前記一以上のイオンビームの少なくとも一つに対する二以上の異なる角度へと傾斜させることにより導入する、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記基板面を一以上の所定方位へと回転させる手段
を更に含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記二以上の異なる入射角度を、前記基板面に対する一以上の走査の間に導入する、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
一のイオンビームにより一の第一レートにおいて前記基板面を走査する手段と、
前記イオンビームの一の入射角度を、前記第一レートより実質的に速い一の第二レートにおいて変化させる手段と
を更に含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
二以上のイオンビームにより、同時に前記基板面を走査する手段を更に含み、該二以上のイオンビームのそれぞれは、一の所定の入射角度において前記基板面に衝突する、
請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２００５年３月１６日出願の米国仮特許出願第６０／６６１，９３８号への優先権を主張し、該仮出願はその全体を本明細書に参照として取り込むものとする。
【０００２】
本開示は、全般的に半導体装置に関し、特に、イオンビーム角度広がりの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
イオン注入は、エネルギーを与えたイオンにより基板を直接照射することにより基板に化学種を堆積するプロセスである。半導体製造において、イオン注入器は、対象材料の導電型と導電レベルを変更するためのドーピング処理のために主に用いられる。集積回路（ＩＣ）基板とその薄膜構造においてドーピングプロファイルの精度が良いことは、適切なＩＣ性能にとって重大である場合が多い。所望のドーピングプロファイルを得ることを目的として、一以上のイオン種をそれぞれ異なる線量と異なるエネルギーレベルにて注入することがある。イオン種、線量、エネルギーの詳細規定をイオン注入レシピと呼ぶ。
【０００４】
図１は、従来技術におけるイオン注入システム１００を示す。大概のイオン注入システムに典型的であるように、システム１００は、高真空環境に収容されている。イオン注入システム１００には、イオン源１０２と、イオンビーム１０が通過するための複雑なコンポーネントの一組とが含まれる。当該コンポーネントの一組には、たとえば、引き出し操作器１０４、膜磁石１０６、加速／減速コラム１０８、解析磁石１１０、回転質量スリット１１２、走査器１１４、及び修正磁石１１６が含まれる。光ビームを操作する一組の光学レンズによく似て、イオン注入コンポーネントの組はイオンビーム１０を対象基板１１８に導く前にそれをフィルタリングして集束させることができる。説明目的において、これらのコンポーネントをしばしば「ビームラインエレメント」と呼ぶ。
【０００５】
半導体ウェハは、製造時に通常イオンビームにより走査される。たとえば、図２に示すように、リボン状イオンビーム２０２を、ウェハ２０４の連なりがライン２０に沿って流れリボン状イオンビームを横切る間、静止状態に維持してよい。または、図３に示すように、スポットビーム３０２により二つの終了点３０８と３１０との間を往復して走査させてビーム路３０を形成し、その間ウェハ３０４の連なりをライン３２に沿って流しビーム路３０を横切らせてよい。以下において用いられるイオンビームの「走査」とは、ウェハもしくは基板面に対するイオンビームの相対的運動を指す。
【０００６】
従来のイオン注入システムにおいては、イオンビームは通常特定の入射角度を基板面に対して有するよう調整され、単一イオンビームの入射角度の広がりは通常最小化されるか、単に無視される。しかし、現実には、イオンビームは必ずしも特定された丁度の角度で対象の基板に衝突せず、イオンビームは無視できない有限の角度広がりをしばしば示す。図４ａに示すように、リボン状イオンビーム４００は、通常複数のビームレット４０４を含む。ビームのエミッタンス及び／又は発散性により、ビームレット４０４は、基板面４０２にそれぞれ異なる入射角度で衝突する。それゆえ、基板面４０２は、入射角度広がりを内在するイオンビームに暴露される。更に、図４ｂに示すように、各ビームレット４０４は、たとえば、空間電荷効果による内在的な入射角度広がりも有する。つまり、ビームレットを形成するイオンは平均的方向に進行するが、平均的方向の周囲にガウス状分布に従って拡散する。同様に、典型的なスポットビームも角度広がりを内在させており、また、ビーム操縦誤りにより、スポットビームが特定した丁度の入射角度で対象物に衝突しないことがある。
【０００７】
イオンビームの入射角度と内在的な角度広がりにより、イオン注入プロセスにおいて角度のバラツキが生じる。角度のバラツキには主に三型あり、それらの原因と作用効果をそれぞれ図５乃至７に示す。
【０００８】
図５ａと５ｂは、ウェハ間（すなわち、インターウェハ）の角度バラツキを示しており、ウェハ５０２と５０４は、同一のイオン注入システムにおいて同一のレシピに基づいて別個に処理された異なるウェハである。イオン注入システムの設定における僅かな違い、及び／又はビーム操縦誤りに起因して、ウェハ５０２にはイオンビーム５０が第一の入射角度θで注入され、ウェハ５０４にはイオンビーム５２が第二の入射角度θ´で注入される。但し、θ´≠θであり、θとθ´とはウェハ面の名目方向に対して測った「角度誤り」である。以下の記載においては、角度誤りをウェハ面への法線入射に対して測ったものとして示す。しかし、一般的には、このような角度誤りは、なんらかの所定角に対して測定される。角度誤りは、通常ウェハ５０２と５０４上のあらゆる構造体に影響を及ぼし、角度差はデバイス性能においてウェハ間にバラツキを生じ得る。イオンビーム５０と５２は、互いに異なる内在性の角度広がりも有しており、これにより、二つのウェハ間において更なるドーピングバラツキが生じ得る。
【０００９】
図６は、ウェハ内（すなわち、イントラウェハ）の角度バラツキを示しており、たとえば、イオンビーム６０内の内在性角度広がりによりウェハ６０２の異なる部分ごとに異なる入射角度（θ１、θ２、θ３等）のイオンビームを被曝する。または、不規則な面（たとえば、凹凸面）を有するウェハは、たとえ完全に平行なイオンビーム（つまり、角度広がりが存在しないイオンビーム）に暴露されたとしても著しいウェハ内角度バラツキを被る。イオンビームにウェハ面を走査させることによりビーム電流の不均一性は平均化され得るが、たとえば、基板の各部分でのイオンビームの入射角度は制御不可能であり、局部的には（つまり、基板のいずれの部分においても）角度広がりは小さくても、位置が異なればイオンビームの入射角度は異なる。このようなウェハ内角度バラツキにより、同一ウェハ上の異なる部位に置かれたデバイスに対して著しい性能のバラツキがもたらされる。
【００１０】
図７は、デバイスレベルの角度バラツキを示す。図示のように、第一イオンビーム７０と第二イオンビーム７２は、角度誤りを生じていたり生じていなかったりするが、トレンチ７０２とメサ７０４に対して入射角度広がりを示し得る。その結果、トレンチ７０２の底においては、その側壁とは異なるドーパントプロファイルが示され得る。そして、トレンチ７０２の各側壁においては他方とは異なるドーパントプロファイルが示され得る。同様に、メサ７０４においても、一側面において他方側面よりも重度にドープが施され得る。特定の用途においては、このような非対称なドーパントプロファイルは容認され得ない。
【００１１】
イオンビームの入射角度及び／又は角度広がりが注入とドーピングのプロセスにおいて正しく制御されなければ、上記の角度バラツキにより多くの問題が生じ得る。
【００１２】
このような問題の一つが、不規則な表面トポロジーを有する基板において均一なドーパントプロファイルが望まれる「共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）ドーピング」条件下において生じ得る。従来の共形ドーピング方法においては、まずドーパント含有膜を基板面に堆積させる。次に、ドーパントを基板内へと進入させるための熱拡散等のなんらかの注入後処理が必要である。均一なドーパントプロファイルを得ることを目的として、従来の方法では、通常、熱により進入させる処理の均一性を改善することに重きが置かれる。このような方法は熱拡散に依存しているので、処理シーケンスでの各ドーピング工程に対する熱的予算の制約により限界がある。
【００１３】
図８ａと８ｂは、イオンビーム角度のバラツキにより生じ得る別の問題を示す。図８ａは、角度誤りがなく角度広がりが小さいイオンビーム８０を示す。イオンビーム８０は、垂直側壁を有する構造体８０４（たとえば、ゲート積層体）により一部がマスクされる基板面８０２をドープするために用いられる。イオンビーム８０は側壁と配向させられているので、構造体８０４の両側において得られるドーパントプロファイル８２と８４は対称的である。しかし、イオンビーム８０が図８ｂに示すように小さい角度の誤りを生じていれば、構造体８０４からの干渉効果により干渉された側面が使用不可となる程度に、得えられるドーパントプロファイル８６と８８が大きく非対称となる。
【００１４】
構造体８０４は、イオンビームの角度バラツキ（たとえば、ビーム操縦誤りと角度広がり）による影響を受け易いトポロジーを有する基板８０２におけるデバイスのうちの単に一つである。イオンビーム８０の角度誤り及び／又は角度広がりが正しく制御されなければ、類似の様々な影響が基板８０２の各部分において、もしくは異なるウェハのそれぞれにおいて観察されることとなる。デバイス特性のサイズが縮小し続ける中で、デバイスレベルでの、ウェハレベルでの、及びウェハ間での角度バラツキは、制御不可能なままであれば、さらなる性能バラツキとその他の不利な作用を生じ得る。
【００１５】
イオンビーム角度バラツキにより、イオン注入システムにおいてプロセス再現性についての問題をも生じ得る。上記したように、イオンビームの入射角度と角度広がりが制御不可能であれば、同一注入器において処理される異なるウェハ間において著しい性能バラツキが生じ得る。イオン注入システムを設定する既存の方法においては、注入線量の再現性が重視されてきた。イオンビームの入射角度の観点から見ると、既存の方法は平均入射角度の修正にだけ限定されていた。イオンビームの入射角度と注入線量とに対して本当の意味でプロセス再現性を達成しようと試みた既存の方法は存在しない。
【００１６】
上記を考慮すると、上記の欠点と短所を克服するイオンビーム注入制御法が提供されることが望まれる。
【発明の開示】
【００１７】
イオンビーム角度広がりの制御技術を開示する。一つの特定的な典型的実施形態においては、本技術をイオンビーム角度広がりの制御方法として実現してよい。当該方法には、一以上のイオンビームを二以上の異なる入射角度において基板面に対して導き、それにより、基板面を制御された広がりの入射角度を有するイオンビームへと暴露することを含めてよい。
【００１８】
この特定的典型的実施形態のその他の側面に従うと、二以上の入射角度を、一以上のイオンビームの少なくとも一つを可変磁場により偏向させることにより導入してよい。または、二以上の入射角度を、一以上のイオンビームの少なくとも一つを可変静電場により偏向させることにより導入してよい。あるいは、二以上の入射角度を、基板面を一以上のイオンビームの少なくとも一つに対する二以上の異なる角度へと傾斜させることにより導入してよい。
【００１９】
この特定的典型的実施形態の更なる側面に従うと、本方法には、基板面を一以上の所定方位へと回転させることを更に含めてよい。
【００２０】
この特定的典型的実施形態の更なる側面に従うと、二以上の異なる入射角度を、基板面に対する一以上の走査の間に導入してよい。二以上の異なる入射角度は、実質的に連続したイオンビーム入射角度を含んでよい。あるいは、二以上の異なる入射角度は、インクリメンタルに異なるイオンビーム入射角度を含んでよい。
【００２１】
この特定的典型的実施形態の別の側面に従うと、本方法には、イオンビームにより第一レートにおいて基板面を走査することと、イオンビームの入射角度を第一レートより実質的に速い第二レートにおいて変化させることを含めてよい。
【００２２】
この特定的典型的実施形態の更に別の側面に従うと、本方法には、二以上のイオンビームにより、同時に基板面を走査することを含めてよく、この場合、二以上のイオンビームのそれぞれは、所定の入射角度において基板面に衝突する。
【００２３】
別の特定的典型的実施形態においては、本技術を、上記の方法を実施するためのコンピュータ処理を少なくとも一つのプロセッサに実行するよう指示する、当該少なくとも一つのプロセッサにより読み取り可能に構成された指示を含むコンピュータプログラムを伝達するための少なくとも一つの搬送波として体現される少なくとも一つの信号により実現してよい。
【００２４】
更に別の特定的典型的実施形態においては、本技術を、上記の方法を実施するためのコンピュータ処理を少なくとも一つのプロセッサに実行するよう指示する、当該少なくとも一つのプロセッサにより読み取り可能に構成された指示を含むコンピュータプログラムを記憶するための少なくとも一つのプロセッサ読み取り可能なキャリアにより実現してよい。
【００２５】
更に別の特定的典型的実施形態においては、本技術を、イオンビーム角度広がりの制御システムにより実現してよい。システムには、一以上のイオンビームを二以上の異なる入射角度において基板面に対して導入して、それにより基板面を制御された広がりの入射角度を有するオンビームへと暴露する手段を含めてよい。
【００２６】
今から、本開示を添付の図面に示す典型的実施形態を参照してより詳細に記載する。以下において本開示を典型的実施形態を参照することにより記載するが、本開示はそれらに限定されないことは理解されよう。本明細書における教示内容への理解が早い当業者であば更なる実施例、変更例、実施形態、及びその他の利用分野を認識するであろうが、それらは、本明細書において記載する本開示の範囲に含まれるものであり、それらに対して本開示は著しい効用を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
既存のイオン注入システムにおける上記の及びその他の欠陥を減らし、もしくは克服することを目的として、制御されたイオンビームの入射角度広がりをイオン注入プロセスにいおて導入もしくは維持してよく、又はイオンビーム角度のバラツキを特定の用途に基づいて制御してよい。本開示の実施形態に従うと、一以上のイオンビームを二以上の異なる入射角度において基板面に衝突させて、基板面を制御された入射角度広がりのイオンビームへと暴露してよい。以下において用いるように、「角度広がり」とは、基板面のある部分（たとえば、一以上のデバイスもしくは構造体）から、単一のウェハから、又は複数のウェハから見たイオンビームの入射角度の分布を指す。
【００２８】
図９は、本開示の実施形態に従うイオンビーム角度広がりの制御方法を示す。基板面を角度誤り（あるいは、平均入射角度）−Φが小さく、波形９０２に示す所定の角度広がりを有する第一イオンビーム９２により走査してよい。基板面を角度誤り（あるいは、平均入射角度）＋Φが小さく、波形９０４に示す所定の角度広がりを有する第二イオンビーム９４により走査してよい。図示の目的上、別個のイオンビームとして描かれているが、第一イオンビーム９２と第二イオンビーム９４とにより同一イオンビームについての二つの状態が表される。つまり、単一のイオンビーム又は複数のイオンビームにより、また単一の走査通行又は複数の走査通行により基板面を二つの入射角度から走査してよい。たとえば、単一のイオンビームにより基板面を複数回走査してよく、この場合、イオンビームの入射角度を、走査通行が終了するごとに入射角度−Φと＋Φとの間で切り替える。または、単一のイオンビームによる一回だけの走査通行において基板面を走査してよい。一回の走査通行の間に、ビーム角度を入射角度−Φと入射角度＋Φとの間で走査速度よりも実質的に速い頻度で切り替えることにより、二つの異なる入射角度を有する二つのイオンビームによる基板面の同時走査を模倣してよい。別の実施形態においては、二つの入射角度−Φと＋Φとにそれぞれ維持される二つの別個のイオンビームを用いて基板面を走査してよい。
【００２９】
第一イオンビーム９２と第二イオンビーム９４とを統合した効果は、平均入射角度が比較して小さく、及び／又は波形９０６で示すように角度広がりが比較して大きいイオンビーム９６に等しい。つまり、上記二つの入射角度で被曝した基板面においては、全体として、角度誤りが低減し、及び／又は角度広がりが拡大するがより制御されたものとなる。図９においては二つのイオンビームだけが示されているが、所望の角度広がりを得るためには多数のイオンビームを用いてよい。
【００３０】
角度広がりが大きいことの一利点を図１０に示す。図１０においては、図８ａと８ｂに示したと同一の基板面８０２と構造体８０４を示す。図１０におけるイオンビーム１００は、図８ｂにおけるイオンビーム８０と同一の小さい角度誤りを有してよい。唯一の違いは、イオンビーム１００がイオンビーム８０よりも大きい角度広がりを有していることであってよい。角度分布図１００２と１００４に示すように、角度広がりが大きくなることにより干渉効果が減少し（角度分布のより大部分が注入のために用いられるので）、それゆえ、結果として得られるドーパントプロファイルがより対称的となる。角度広がりが大きくなる一方、より制御されたものとなった結果、構造体８０４を包囲する領域に対するドーピングプロセスが角度誤りあるいはビーム操縦誤りに影響されにくくなる。
【００３１】
角度広がりが大きいことの別の利点を図１９に示す。図１９においては、入射角度と角度広がりとが異なるイオンビーム同士を、結果として得られるデバイス性能に対してそれらが及ぼした作用に基づいて比較する。図１９において比較した性能パラメータは、ビーム角度条件の異なる上記イオンビームによりソース領域とドレイン領域とを注入処理したトランジスタデバイスのソース・ドレイン間電流のスキューである。ソース・ドレイン間電流のスキューは、ソース‐ドレイン電流とドレイン‐ソース電流との差をこれら二電流の平均値で割ったものと定義される。曲線１９０２は、イオンビームが角度広がりを有さない場合の電流スキュー値を示す。曲線１９０４は、イオンビームが２度の角度広がりを有する場合の電流スキュー値を示す。曲線１９０６は、イオンビームが５度の角度広がりを有する場合の電流スキュー値を示す。曲線１９０８は、イオンビームが１０度の角度広がりを有する場合の電流スキュー値を示す。これらの曲線は、二つの顕著な傾向を示している。つまり、（１）電流スキューは、角度誤りに従って単調に増大し、（２）所与の各角度誤りについて、デバイスレベルでの角度広がりが大きいほど、電流スキューは小さい。つまり、角度広がりが大きいほど、ビーム角度誤りの作用を覆い隠す助けとなる。
【００３２】
角度広がりが制御されていると、ウェハ内及びウェハ間での注入均一性も改善される。たとえば、過度に不規則な基板面を共形ドーピングするときに、角度広がりが大きくても制御されていると、基板面上の平面的でない構造体内へのドーパントの分布がより均一となる。
【００３３】
イオンビームの入射角度を制御し、変化させるために多くの技術を用いてよい。一方法によると、イオンビームをビーム軌道にある一以上のビームラインエレメントにより所望の角度へと偏向させてよい。イオンビームを偏向させるには、一以上の静電場、一以上の磁場、もしくはそれらの組み合わせを変化させればよい。
【００３４】
図１１は、複数のビームラインエレメントを備える典型的なイオン注入システム１１００を示す。イオン源１１０４を電源１１０２により所望の注入電位に維持してよい。引き出し操作器１１０６がイオン源からイオンを引き出したときにイオンビーム１１は生成されてよい。イオンビーム１１を９０度解析磁石１１０８により純化してよい。次に、イオンビーム１１を、第一抑制ステージ１１１０と第一減速ステージ１１１２を通過させて、７０度修正磁石１１１４により整形してよい。最後に、イオンビーム１１を、第二抑制ステージ１１１６と第二減速ステージ１１１８を通過させてから接地電位に維持された基板１１２０に衝突させてよい。引き出し操作器１１０６もしくはビームライン操作器（たとえば、１１１０）に関連する静電場を変化させて、イオンビーム角度を調整してよい。イオン注入システム１１００に静電走査プレート（図１１において不図示）が備えられている場合、走査プレートの形状もしくは配置を多様なイオンビーム角度を得られるように変化させてよい。
【００３５】
あるいは、７０度修正磁石１１１４内の磁場を変化させてイオンビーム１１をその名目の入射角度から偏向させてよい。たとえば、時変電流を修正磁石１１１４内の多極（不図示）に供給して、磁場を局所において制御してリボン状ビームの異なる各部位の入射角度を変化させてよい。同様に、修正磁石１１１４内の磁場を整形する一以上の鋼棒（不図示）の位置を変化させてイオンビーム角度を制御してよい。
【００３６】
本開示の実施形態によると、イオンビームの入射角度を連続的に、もしくはインクリメンタルに変化させてよい。たとえば、修正磁石１１１４を用いてイオンビーム１１を偏向させる場合、磁場を変調する電流は、連続的な波形もしくはインクリメンタルな変化を示す波形を有してよい。さらに、電流波形は、低速変化するもの、もしくは高速振動するものであってよい。
【００３７】
別の方法によると、対象基板を入射するイオンビームに対して一以上の角度に傾斜させることにより所望のイオンビーム入射角度を達成してよい。図１２ａ乃至ｃは、本開示の実施形態に従う複数位置基板保持器１２００を示す。図１２ａは基板保持器１２００の側面図であり、図１２ｂは基板保持器１２００の上面図であり、図１２ｃは基板保持器１２００上のウェハ１２０２の簡易斜視図である。基板１２０２をウェハ保持器１２００にしっかりと取り付けてよい。イオンビーム１２０８は、基板１２０２が傾斜していない位置にあるときに基板面に対して法線となる入射角度を有してよい。イオンビーム１２０８の入射角度を変化させるためには、図１２ａに示すように紙面に対して垂直な第一軸１２０４を中心として基板１２０２を上方もしくは下方に傾斜させてよい。たとえば、基板１２０２を角度θｘだけ上方に傾斜させた場合、イオンビーム１２０８の入射角度は基板１２０２への法線入射に対してθｘ度となる。図１２ｂに示すように、基板１２０２を紙面に対して垂直に走る第二軸１２０６を中心として左右に傾斜させてもよい。たとえば、基板１２０２を角度θｙだけ左に傾斜させた場合、イオンビーム１２０８の入射角度は基板１２０２への法線入射に対してθｙ度となる。任意に、たとえば基板１２０２の横方向傾斜を制限するための機械的ストッパ１２１０を設けてよい。いくつかの実施形態によると、イオンビーム１２０８に対して基板１２０２を回転させることが有益である。部分的に注入を行った後で回転を開始させることにより、角度を変化させるにあたって平均化作用を働かせてドーパント分布の均一性を改善してよい。図１２ｃに示すように、基板面に対して直交するｚ軸を中心とした回転を行ってよい。回転においては、基板の方位を連続的に、もしくはインクリメンタルに変化させてよい。回転角度は、たとえば基板１２０２の結晶格子配向を考慮して決定してよい。本開示の実施形態によると、基板１２０２の傾斜及び／又は回転を別々に、又は互いに連動させて行ってよい。
【００３８】
イオンビームの入射角度を制御し変化させる更なる方法においては、イオンビームを磁場もしくは静電場により偏向させる上記方法と、基板を傾斜もしくは回転させる方法とを組み合わせてよい。当業者には理解されるであろう、イオンビームの入射角度を制御し変化させる本開示の実施形態に従う他の方法を用いてもよい。
【００３９】
応用的用途として、イオンビームの線量とエネルギーを入射角度ごとに変化させることにより、所望の角度線量分布、及び／又は所望の角度エネルギー分布を得てよい。イオンビームのこのような角度線量及び／又は角度エネルギーの分布により、不規則な面を有する基板において精度良く制御されたドーパントプロファイルが得られる。このように得られたドーパントプロファイルに対しては、たとえば熱的予算制限を課す必要がなく、このようなプロファイルは、拡散工程を含まない発展的なアニール処理において用いてよい。
【００４０】
図１３は、本開示の実施形態に従う応用的用途におけるイオンビーム角度広がり制御のための典型的方法を示す。図１３においては、複雑なトポロジーを有するＦｉｎＦＥＴ状構造体１３００が示される。精度良く制御されたドーパントプロファイルを得るためには、構造体１３００を入射角度を異ならせた数多くのイオンビーム条件下に暴露してよい。たとえば、エネルギー１を有するイオンビーム１３０１を角度１において基板１３００へと導いてイオン線量１を運び、エネルギー２を有するイオンビーム１３０２を角度２において基板１３００へと導いてイオン線量２を運び、エネルギー３を有するイオンビーム１３０３を角度３において基板１３００へと導いてイオン線量３を運ぶ、等である。各入射角度における適切なイオンエネルギーと線量は、数学的シミュレーションにより、及び／又は実験データに基づいて決定してよい。イオンビーム１３０１、１３０２、１３０３等は図１３において別個のイオンビームとして示されているが、単一イオンビームが異なる現れ方をしたものであってよいことに注意されたい。また、異なるイオンビーム条件を単一の走査通行もしくは複数の通行において用いてよい。
【００４１】
制御された角度エネルギー分布が得られることは、不規則な面を有する基板に対する共形ドーピングにおいては特に有用である。図１４は、イオンビームの入射角度とイオンの投射深度との典型的な関係性を示す。ここで用いるイオンは、１０ＫｅＶ、２０ＫｅＶ、及び３０ＫｅＶのヒ素（Ａｓ）イオンである。１０ＫｅＶイオンの場合、イオンの入射角度が法線入射（つまり、入射角度がゼロ）から傾斜入射（つまり、入射角度が９０度）へと変化するにつれて、イオンの投射深度が上は１３０オングストロームから下は４０オングストロームへと確実に減少することが観察されるであろう。類似した傾向が２０ＫｅＶと３０ＫｅＶのイオンについても明らかである。つまり、入射角度が大きくなるにつれ、イオンの基板材料に対する浸透性が減少する。それゆえ、基板面の構造体があらゆる角度から均一にドープされることを確実にするためには、入射角度が大きいところではイオンエネルギーを強めることが望ましい。基板に対して垂直な側壁に対して均一なドープを行うことが目的である特定的例において、イオンの反射、スパッタリング等に起因して側壁の上方部分から線量が損失することによりドーパントプロファイルの均一性が影響されることがある。このようなドーパント損失を、イオンビームの入射角度を大きくし（底部に達する視線が存在しないように）、エネルギーを下げることにより補償してよい。または、上部に過剰にドーパントが存在する場合には、ドープ種を無効にする種を注入することにより、構造体の側壁におけるネットのドープ量を均衡させてよい。
【００４２】
図１５は、垂直トレンチ構造体１５００を示しており、そのドーパントプロファイルは、角度エネルギー分布及び／又は角度線量分布が制御されていることの利益を受ける。トレンチ１５００の共形ドーピングにおいては、トレンチの底部おいても側壁面下においても均一にドープされた領域１６００が必要とされる。つまり、ドーパントの深度と濃度が、トレンチの側壁とトレンチの底部とで異なってはならない。共形ドーピング要件に基づいてイオンビームの角度エネルギー分布と角度線量分布とを推定してシミュレーションしてよい。側壁においてドーパントの対称性を確保するためには対称的な平均角度広がりが必要である場合がある。トレンチの底部に対しては平均入射角度は垂直であってよいが、側壁にドーパントを堆積させるためには大きい角度を有する一以上のイオンビーム（たとえば、ビーム１５０４と１５０６）が必要である。トレンチの底部においてと同一の浸透深さを側壁においても得るためには、法線入射ビーム（たとえば、イオンビーム１５０２）よりも高いエネルギーを大きい角度を有するイオンビームに与えてよい。ウェハの上面は、トレンチ１５００内の面よりも通常重度にドープされるが、それは、マスクされていなければ上面はあらゆる入射角度からのイオンビームに暴露されるからである。
【００４３】
異なる入射角度ごとのイオン線量は、多くの方法にて制御してよい。基板の特定部位に吸収されるイオン線量は、その部位が走査イオンビームに暴露される量に比例している場合がある。それゆえ、イオンビームの走査速度の変化により、有効イオン線量がある程度変化する場合がある。走査を高速化するとイオン線量が低下し、走査を低速化するとイオン線量が増加する。あるいは、イオン引き出しプロセスを調節するか、ビームラインエレメントを調節することによっても、イオン線量に所望の変化が生じる。
【００４４】
本開示の実施形態によると、ビーム角度の選択を基板面トポロジーに対して適合させることにより利益が得られることが多い。図１８において一例を示し、ここでは、入射角度θｉとなるまでイオンビーム１８０２を傾斜させて、トレンチ構造体１８００の側壁全面に対して視線を到達させる。最大入射角度θｉは、トレンチのアスペクト比Ｈ／Ｌにより決定してよい。上述したようなトレンチ１８００の上部と底部との間のイオン線量差を補償することを目的として、イオンビーム１８０２より大きい入射角度（たとえば、θｊ）を有するがエネルギーはそれより低い一以上の更なるイオンビーム（たとえば、１８０４）を用いてよい。イオンビームの角度とエネルギーをトレンチの形状とイオン線量損失とに基づいて調整することにより、所望のドーパントプロファイルがトレンチの底部においても側壁においても得られる。
【００４５】
ウェハ間での、もしくはセットアップ間での角度バラツキを最小化することを目的とした、プロセス再現性を維持するためのイオンビーム設定及び／又はリアルタイム調整において用いられる主要なプロセスパラメータとして、制御されたイオンビーム入射角度広がりを扱ってよい。所望の角度広がりが決定し、及び／又は試験されると、それ以降の各注入走行を所望の角度広がりに従って設定してよい。
【００４６】
図１６は、本開示の実施形態に従うイオンビーム角度処理制御のための典型的方法を示す。工程１６０２において、現在のイオンビーム角度広がりを判定する。工程１６０２には、個別にもしくは組み合わせて実施してよい一以上の副工程を含めてよい。上記したように、イオンビーム角度広がりは、角度広がりを内在させ、入射角度が異なる一以上のイオンビームにより生じ得る。副工程１６０４において、各イオンビーム角度とその内在性の角度広がりとを別々に測定してよい。各々のビーム角度（もしくは、成分的ビーム角度）の作用を総計して、現在のイオンビーム角度広がりとして確定してよい。または、副工程１６０６において、ビームラインパラメータの理論モデリングにより各入射角度を推定してよい。または、副工程１６０８において、その場で計測することにより直接的に現在のイオンビーム角度広がりを計測してよい。次に、工程１６１０において、現在の角度広がりを所望の角度広がりと比較する。所望の角度広がりは、前回試験時の角度広がりを反映したプロセスパラメータの既定セットにより定義してよい。工程１６１２において、所望の角度広がりに達したと判断された場合、工程１６１４において所望の角度広がりにおいて注入を進行させてよい。そうでない場合、工程１６１６において各ビーム角度あるいは角度広がりを調整して所望の角度広がりを生成してよい。調整するためには、ビーム角度を一以上導入もしくは除いて全体の角度広がりを変化させてよく、イオンビームを通過させる一回以上の走査の間にビームラインエレメントを調整すること、及び／又は基板方位を調整することにより、これを行ってよい。方法の工程１６１６、１６０２（一以上の副工程１６０４、１６０６、及び１６０８を含む）、及び１６１０を所望の角度広がりに達するまで繰り返してよい。
【００４７】
図１６に示す方法の工程は、イオン注入システムの初期設定時に、もしくはイオン注入時に実質的にリアルタイムに実行してよい。リアルタイムに実行する場合、フィードバックループを設けてイオンビーム角度広がりを機敏に制御して維持してよい。
【００４８】
図１７は、本開示の実施形態に従うイオンビーム角度広がりの制御、及び／又は処理制御のための典型的システム１７００を示すブロック図である。システム１７００は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、もしくはその他のいかなるプロセッサデバイスであってよいプロセッサユニット１７０２を含んでよい。システム１７００は、プロセッサユニット１７０２から受け取った指示に従ってイオン注入システム１７０４を調節するビーム角度制御器１７０６も含んでよい。システム１７００は、更に、プロセッサユニット１７０２がイオン注入システム１７０４から測定データを受け取るための測定インターフェース１７０８を含んでよい。
【００４９】
動作時において、プロセッサユニット１７０２は、理論的シミュレーションもしくは角度広がりの履歴データのいずれかに基づいて所望のイオンビーム角度広がりを決定してよい。次に、プロセッサユニット１７０２は、イオン注入システム１７０４において一以上の試験的走査を実行する指示をビーム角度制御器１７０６に与え、測定インターフェース１７０８を介してイオンビーム角度測定値を受信してよい。プロセッサユニット１７０２は、現在の角度広がりを判定して、所望の角度広がりを得るためにビーム角度制御器１７０６が行うべき調整動作を決定してよい。次に、調整動作をビーム角度制御器１７０６が実行してよく、その結果の測定データをプロセッサユニット１７０２が判定してさらなる調整が必要であるかを判断してよい。角度調整に加えて、ビーム角度制御器１７０６は入射角度ごとのイオンエネルギーとイオン線量とを共に変化させて、プロセッサユニット１７０２が指示する所望の角度エネルギー分布と角度線量分布とを実現してよい。
【００５０】
この時点において、上記の本開示に従うイオンビーム角度広がりの制御技術には、典型的に、ある程度の入力データの処理と、出力データの生成が含まれることに注意されたい。この入力データ処理と出力データ生成は、ハードウェアもしくはソフトウェアにより実施してよい。たとえば、イオン注入システムもしくは上記の本開示に従うイオンビーム角度広がりの制御に関連する機能を実施するための類似のもしくは関連した回路において、特定の電子コンポーネントを用いてよい。または、記憶された指示に従って動作する一以上のプロセッサにより、上記の本開示に従うイオンビーム角度広がりの制御に関連する機能を実施してよい。このような場合、そのような指示を一以上のプロセッサ読み取り可能なキャリア（たとえば、磁気ディスク）に記憶し、もしくは一以上の信号により一以上のプロセッサに伝達することは本開示の範囲内に含まれる。
【００５１】
本開示は、本明細書に記載した特定の実施形態に範囲を限定されない。事実、当業者には前出の記載と付属の図面から本開示についてのその他の多様な実施形態と変更が、本明細書に記載したものに加えて、明らかとなるであろう。それゆえ、このようなその他の実施形態と変更を本開示の範囲内に含めることは意図されたことである。さらに、本明細書において、本開示は、特定の目的のための特定の環境における特定の実施背景において記載されているが、本開示の有用性はそこに限定されず、本開示はあらゆる目的のためのあらゆる環境において有益に実施され得ることが当業者には理解されるであろう。したがって、以下に記載する請求項は、本明細書に記載した本開示の全範囲と全趣旨を考慮に入れて解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
本開示のより完全な理解を促すことを目的として、添付の図面についてこれから言及するが、図面においては、同様のエレメントは同様の符号により参照される。これらの図面は本開示を限定するものと解釈すべきでなく、例示目的であることだけを意図している。
【００５３】
【図１】図１は、従来のイオン注入システムを示す図である。
【００５４】
【図２】図２は、リボン状イオンビームによりウェハを走査する従来の方法を示す。
【００５５】
【図３】図３は、スポットビームによりウェハを走査する従来の方法を示す。
【００５６】
【図４ａ−４ｂ】図４ａと４ｂは、リボン状ビームとビームレットに内在する角度広がりを示す。
【００５７】
【図５ａ−５ｂ】図５ａと５ｂは、典型的なウェハ間角度バラツキを示す。
【００５８】
【図６】図６は、典型的なウェハ内角度バラツキを示す。
【００５９】
【図７】図７は、典型的なデバイスレベルの角度バラツキを示す。
【００６０】
【図８ａ−８ｂ】図８ａと８ｂは、イオンビーム角度バラツキにより生じる干渉効果を示す。
【００６１】
【図９】図９は、本開示の実施形態に従うイオンビーム角度広がりを制御するための典型的方法を示す。
【００６２】
【図１０】図１０は、本開示の実施形態に従う制御されたイオンビーム角度広がりの典型的作用を示す。
【００６３】
【図１１】図１１は、本開示の実施形態に従うイオンビーム入射角度を制御するための一典型的方法を示す。
【００６４】
【図１２ａ−１２ｃ】図１２ａ乃至ｃは、本開示の実施形態に従うイオンビーム入射角度を制御するための別の典型的方法を示す。
【００６５】
【図１３】図１３は、本開示の実施形態に従う応用的用途におけるイオンビーム角度広がりを制御するための典型的方法を示す。
【００６６】
【図１４】図１４は、本開示の実施形態に従う、イオンビーム入射角度と基板へのイオンの投射深度との間の典型的関係性を示す。
【００６７】
【図１５】図１５は、本開示の実施形態に従う、制御されたイオンビームの角度エネルギー分布と角度線量分布によりトレンチ構造体をドープするための典型的方法を示す。
【００６８】
【図１６】図１６は、本開示の実施形態に従うイオンビーム角度処理制御のための典型的方法を示すフローチャートである。
【００６９】
【図１７】図１７は、本開示の実施形態に従う、イオンビーム角度広がり制御及び／又は処理制御のための典型的システムを示すブロック図である。
【００７０】
【図１８】図１８は、本開示の実施形態に従う、複数のイオンビームによりトレンチ構造体をドープするための典型的方法を示す。
【００７１】
【図１９】図１９は、本開示の実施形態に従う、イオンビーム角度広がりのデバイス性能に対する効果を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月7日(2008.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
角度広がりが大きいことの一利点を図１０に示す。図１０においては、図８ａと８ｂに示したと同一の基板面８０２と構造体８０４を示す。図１０におけるイオンビーム１０００は、図８ｂにおけるイオンビーム８０と同一の小さい角度誤りを有してよい。唯一の違いは、イオンビーム１０００がイオンビーム８０よりも大きい角度広がりを有していることであってよい。角度分布図１００２と１００４に示すように、角度広がりが大きくなることにより干渉効果が減少し（角度分布のより大部分が注入のために用いられるので）、それゆえ、結果として得られるドーパントプロファイルがより対称的となる。角度広がりが大きくなる一方、より制御されたものとなった結果、構造体８０４を包囲する領域に対するドーピングプロセスが角度誤りあるいはビーム操縦誤りに影響されにくくなる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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【国際調査報告】
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2008546163.tif 000029
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