(57)【要約】【解決課題】ガスクラスタイオンビームを用いて、半導体基板内に一つ以上のドープ領域を形成する方法、およびそれによって形成した半導体接合部を提供する。【解決手段】表面を備えた半導体基板を保持するための基板保持部に減圧環境を維持し、減圧環境内に半導体基板を保持し、加圧ガス混合物から形成したガスクラスタイオンビームを前記減圧環境に提供し、前記ガス混合物が不活性ガスと少なくとも一つのドーパント原子種を含み、ガスクラスタイオンビームを加速し、該ガスクラスタイオンビームを半導体基板の表面の一つ以上の部分に照射し、基板内に一つ以上のドープした半導体領域を形成するステップを有する方法とした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に一つ以上のドープ領域を形成する方法であって、
表面を備えた半導体基板を保持するための基板保持部の周りに減圧環境を維持し、
前記減圧環境内にしっかりと半導体基板を保持し、
加圧ガス混合物から形成したガスクラスタイオンビームを前記減圧環境に提供し、前記ガス混合物が不活性ガスと少なくとも一つのドーパント原子種を含み、
ガスクラスタイオンビームを加速し、
加速したガスクラスタイオンビームを半導体基板の表面の一つ以上の部分に照射し、基板内に一つ以上のドープした半導体領域を形成するステップを有する方法。
【請求項２】
提供するステップがさらに、
加圧ガス混合物を膨張ノズルに送り、
膨張ノズルを介して減圧環境内に加圧ガス混合物を流して、ガスクラスタを含むジェットを形成し、
ガスクラスタの少なくとも一部をイオン化して、ガスクラスタイオンビームを形成するステップを有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
ガスクラスタイオンビームが平均サイズ
2008522429.tif 000003
を備えたガスクラスタイオンを含み、ここで
2008522429.tif 000004
が２００より大きい請求項１記載の方法。
【請求項４】
不活性ガスが、希ガスを有する請求項１記載の方法。
【請求項５】
ガス混合物がさらに少なくとも一つの原子種を有し、半導体基板の照射部のアモルファス化の増大を促進する請求項１記載の方法。
【請求項６】
少なくとも一つのドーパント原子種が、Ｐ、ＢおよびＡｓからなるグループから選択した少なくとも一つの原子種を有する請求項１記載の方法。
【請求項７】
加圧ガス混合物が、Ｂ2Ｈ6、ＢＦ3、ＰＨ3、ＰＦ5、ＡｓＨ3、およびＡｓＦ5からなるグループから選択した少なくとも一つのガスを有する請求項１記載の方法。
【請求項８】
ガス混合物内に存在する少なくとも一つのガスの量が、約０．０１分子％〜約２０分子％である請求項７記載の方法。
【請求項９】
加圧ガス混合物がさらに、少なくとも一つの原子種を含む少なくとも一つのガスを有し、半導体基板の一つ以上の照射部のアモルファス化の増大を促進する請求項１記載の方法。
【請求項１０】
アモルファス化の増大を促進するための少なくとも一つの原子種を含む少なくとも一つのガスを、ＧｅＨ4、ＧｅＦ4、ＳｉＨ4、およびＳｉＦ4からなるグループから選択する請求項９記載の方法。
【請求項１１】
照射ステップがさらに、半導体基板の表面の少なくとも一部を横切って、ガスクラスタイオンビームを走査するステップを有する請求項１記載の方法。
【請求項１２】
照射ステップがさらに、ガスクラスタイオンビームを用いて、半導体基板の表面の少なくとも一部を走査するステップを有する請求項１記載の方法。
【請求項１３】
ガス混合物が、少なくとも一つの希ガスと、ＧｅＨ4、ＧｅＦ4、ＳｉＨ4、およびＳｉＦ4からなるグループから選択した少なくとも一つの第二ガスと、Ｂ2Ｈ6、ＢＦ3、ＰＨ3、ＰＦ5、ＡｓＨ3、およびＡｓＦ5からなるグループから選択した少なくとも一つの第三ガスを有する請求項１記載の方法。
【請求項１４】
さらに、照射した半導体基板を高温で処理し、半導体基板の照射部の結晶性を少なくとも部分的に復元するステップを有する請求項１記載の方法。
【請求項１５】
さらに、照射した半導体基板を高温で処理し、半導体基板の照射部のドーパント原子種を少なくとも部分的に活性化するステップを有する請求項１記載の方法。
【請求項１６】
半導体基板が、基本的にシリコンである請求項１記載の方法。
【請求項１７】
高温が、約６００℃未満である請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
高温が、約６００℃未満である請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
半導体基板が基本的にシリコンであり、
加圧ガス混合物がさらに、少なくとも一つのゲルマニウム含有ガスを有し、
形成されるドープ済み半導体領域が、シリコン内のドーパントの固体溶解度を超えるドーパント濃度を有する請求項１記載の方法。
【請求項２０】
さらに、照射した半導体基板を高温で処理し、半導体基板の照射部のドーパント原子種を少なくとも部分的に活性化するステップを有し、ドープ済み領域の活性化したドーパント濃度がシリコン内のドーパントの固体溶解度を超える請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
さらに、既存のイオン注入法によって、基板内のドープ済み半導体領域に、少なくとも一つのアモルファス化イオン粒子を注入するステップを有する請求項１記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも一つのアモルファス化イオン粒子が、ＳｉとＧｅからなるグループから選択した一つ以上の粒子を有する請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
さらに、照射した半導体基板を高温で処理し、半導体基板の照射部の結晶性を少なくとも部分的に復元するステップを有する請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
さらに、照射した半導体基板を高温で処理し、半導体基板の照射部のドーパント原子種を少なくとも部分的に活性化するステップを有する請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
高温が、約６００℃未満である請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
高温が、約６００℃未満である請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
半導体基板の表面またはその近傍のドープ済み半導体領域内にドーパント原子を再分布させる方法であって、ドーパント原子が最初に頂点を備えた濃度分布を有し、
面を備えた半導体基板を保持するための基板保持部の周りに減圧環境を維持し、
前記減圧環境内にしっかりと半導体基板を保持し、
少なくとも一つの希ガスを含む加圧ガスから形成したガスクラスタイオンビームを前記減圧環境に提供し、
ガスクラスタイオンビームを加速し、
加速したガスクラスタイオンビームを半導体基板の表面またはその近傍のドープ済み半導体領域の一つ以上の部分に照射し、ドープ済み半導体領域内のドーパント原子を再分布させる方法。
【請求項２８】
提供するステップがさらに、
加圧ガス混合物を膨張ノズルに送り、
膨張ノズルを介して、減圧環境に加圧ガス混合物を流して、ガスクラスタを含むジェットを形成し、
ガスクラスタの少なくとも一部をイオン化して、ガスクラスタイオンビームを形成する請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
再分布ステップが、最初に頂点を備えた濃度分布を少なくとも部分的に平坦化する請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
再分布ステップが、最初に頂点を備えた濃度分布の頂点値を低下させ、分布の頂点を広げる請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
請求項１記載の方法によって少なくとも部分的に形成した半導体接合部。
【請求項３２】
請求項５記載の方法によって少なくとも部分的に形成した半導体接合部。
【請求項３３】
請求項１９記載の方法によって少なくとも部分的に形成した半導体接合部。
【請求項３４】
請求項２１記載の方法によって少なくとも部分的に形成した半導体接合部。
【請求項３５】
請求項２７記載の方法によって少なくとも部分的に形成した半導体接合部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は一般に、半導体基板のドープおよび活性化に関する。より詳細には、高エネルギガスクラスタイオン照射による極浅半導体接合部の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素等の半導体材料および他の半導体の特徴は、電子機器、通信、電気光学、およびナノ技術の分野で多様な役に立つ素子を構成するために利用されている。将来の半導体素子には、極浅接合部が必要とされる。急峻な界面を備え、浅くドープした半導体の形成は難しい。従来技術の方法では、非常に低エネルギの既存のイオンを用いたイオン注入技術を利用していた。一般的なイオン注入装置は、非常に低いエネルギでイオンビーム電流を非常に低減することは難しく、その結果、処理が低スループットになっていた。浅いドープ処理のスループットを増大させる試みでは、別の技術が開発されている。これらには、プラズマイオンドープや、デカボランイオン注入（または同様の分子注入）が含まれる。これらの方法は全て、ドープする注入粒子のイオンのチャネル化を防ぐために、事前にアモルファス化注入を必要とし、そうしない場合、不要に深い接合部が形成される。事前のアモルファス化注入は、ドープする領域を損傷させるために、ドープステップの前に行われるイオン注入ステップであり、その領域の結晶性を低減または除去し、ドーパントのチャネル化の度合いを低減するが、そうしない場合、チャネル化したドーパント原子によって、不要に深い尾引きを備えたドーパントの深さ分布が生じる。このような事前のアモルファス化損傷注入は、ＡｒまたはＸｅ等の不活性ガス、またはＳｉまたはＧｅ等の電気的に不活性なイオン粒子を用いて行われる。いくつかの半導体素子の場合、非常に高い照射濃度で、例えばホウ素を用いて、半導体材料をドープすることが望ましい。既存のイオンビームを用いる場合は、分子イオンビーム（例えば、デカボラン）を含む場合でさえ、浅い接合部ドープに必要な非常に低イオンエネルギで利用可能な低ビーム電流を用いて高ドープレベルを形成すると低生産性の処理となる。さらに、シリコン内のドーパントの固体溶解限度が、有効なドープの上限となっている。従来技術では、シリコン内のホウ素の固体溶解限度は、ゲルマニウム原子をシリコンに導入することによって増大されることを示している。
【０００３】
表面をエッチング、洗浄、および滑らかにするためにガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を用いることが、従来から知られている（例えば、Ｄｅｇｕｃｈｉなどの米国特許第５，８１４，１９４号参照）。ＧＣＩＢは、気化させた炭化材料からの薄膜堆積を支援するためにも用いられる（例えば、Ｙａｍａｄａなどの米国特許第６，４１６，８２０号参照）。この議論の目的の場合、ガスクラスタは標準温度および圧力条件下で気体である材料のナノサイズの集合体である。このようなクラスタは、数個から数千個以上の分子の集合体を有し、緩やかに結合してクラスタを構成することができる。クラスタは、電子ボンバードまたは他の手段によってイオン化し、エネルギを制御可能な指向性ビームを形成できる。このようなイオンは各々一般に、静電荷ｑ．ｅを保持している（ここで、ｅは電子電荷の大きさであり、ｑはクラスタイオンの電荷の状態を表す１以上の整数である）。より大きなサイズのクラスタは、クラスタイオン毎にかなりのエネルギを保持しながら、分子毎には適度なエネルギしか有していないため、最も有用であることが多い。クラスタは衝突で分解し、個々の分子は全クラスタエネルギのわずかな部分しか保持しなくなる。従って、大きなクラスタの衝突の影響はかなり大きいが、非常に浅い表面領域に限定される。これによって、イオンクラスタは様々な表面改質処理に有効となり、既存のイオンビーム処理の特徴であるより深い表面下の損傷やドーパントのチャネル化を生じる傾向がない。このようなＧＣＩＢの生成および加速手段は、前述の参考資料（米国特許第５，８１４，１９４号）に記載されており、ここで参照によって組み込まれる。現在利用可能なイオンクラスタ源は、広いサイズ分布Ｎを備えたクラスタイオンを生成し、Ｎは最大数千〜数万にさえなり、分布は一般に２００より大きな平均クラスタサイズ
2008522429.tif 000002
を備え、一般に数千より大きい（ここで、Ｎは各クラスタ内の分子数であり、この議論全体で、アルゴン等の単原子の場合、単原子ガスの原子は原子または分子と呼ばれ、このような単原子ガスをイオン化した原子はイオン化した原子、分子イオン、または単にモノマイオンと呼ばれることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、この発明の目的は、高エネルギガスクラスタイオン照射によって、半導体材料の浅いドープを提供することである。
【０００５】
この発明の他の目的は、事前にアモルファス化するステップを必要としない半導体材料の浅く急峻な接合部ドープを行うことである。
【０００６】
この発明の別の目的は、半導体内にゲルマニウムを組み込むことで、半導体内のドーパント粒子の固体溶解限度を増大させることによって、高ドーパント濃度で半導体のドープを行うことである。
【０００７】
この発明のさらに別の目的は、高エネルギガスクラスタイオンビームを用いた照射によって、半導体基板のドーパント分布を改善する方法を提供することである。
【０００８】
この発明の追加の目的は、別個のアモルファス化ステップを行う必要がなく、電気的に活性化可能な半導体ドープのチャネルフリーな方法を提供することである。
【０００９】
この発明の上記の目的、および別の目的や他の目的と利点は、これ以降に説明する発明の実施例によって実現される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
固体ターゲット表面上に高エネルギガスクラスタが衝突する際、貫通深さは個々の構成原子の低いエネルギに制限され、ガスクラスタイオン衝突中に発生する過渡的熱効果に原理的に依存するので、ターゲット表面内へのクラスタ原子の貫通は一般に非常に浅い。ガスクラスタは衝突で分離し、個々のガス原子は自由に跳ね返り、ターゲット面から逃げることもある。個々のガス原子が逃げることによって持ち去られるエネルギ以外は、衝突前の高エネルギクラスタの全エネルギは、ターゲット面上の衝突領域に堆積される。ターゲット衝突領域の寸法は、クラスタのエネルギの立方根にほぼ依存し（既存のイオン注入ではエネルギに直線的に依存するのに対して）、４０ｋＶ以下のクラスタ加速電位の場合、数十から数百Åの範囲である。ターゲット上の小さな衝突領域内に各クラスタイオンによって運ばれる全エネルギの大部分が堆積するので、クラスタイオンの衝突場所のターゲット材料内に強い熱的過渡現象が生じる。エネルギがターゲット内に深く伝導することによって衝突領域から失われると、熱的過渡現象は急速に散逸する。熱的過渡現象の持続時間はターゲット材料の伝導性によって決定されるが、一般に１０-6秒未満である。
【００１１】
クラスタ衝突場所の近傍では、一定の体積のターゲット面が、数百から数千°Ｋの温度に瞬間的に到達できる。一例として、全部で１０ｋｅＶのエネルギを伝えるクラスタの衝突は、シリコン面の約１００Å下まで広がる非常に撹乱されるほぼ半径の領域全体で、約２０００°Ｋの瞬間的温度上昇を生成できると見積もられる。
【００１２】
高エネルギクラスタ衝突場所の下のターゲット体積内の過渡的温度上昇の開始後、影響された領域は急速に冷却する。クラスタ成分の一部はこの過程で逃げ去り、他の部分は後に残り、表面に組み込まれる。元の表面材料の一部が、スパッタ等の効果によって除去されることもある。一般に、クラスタのより揮発性および不活性の成分はより逃げやすく、揮発性が低くより化学反応性が高い成分は表面および浅い表面下の領域に組み込まれやすい。実際の処理はさらに複雑だと思われるが、クラスタ衝突場所と周囲の影響された領域を「溶融領域」と考えると便利であり、そこでクラスタ原子は基板面と短時間だけ相互作用および混合し、クラスタ材料は表面から逃げるか、または影響された領域の深さまで表面内に導入される。「導入」および「導入している」という用語は、ここではこの処理を指すために発明者によって用いられ、イオンの「注入」または「注入している」という非常に異なる結果を生み出す非常に異なる処理とそれを区別するために用いられる。既存のイオン注入とは異なり、ＧＣＩＢ導入は処理される基板のバルク内に著しい量のエネルギをもたらさず、従って、基本的に室温処理であり、（クラスタ衝突場所における非常に局所的な効果以外に）基板を有意に加熱することがない。高エネルギクラスタイオン内の例えば、アルゴンやキセノン等の揮発性で非反応性の希ガスは影響された領域から逃げ去る確率が高く、例えば、ホウ素、ゲルマニウム、およびシリコン等の揮発性が低く、化学結合をより形成しやすい材料は影響された領域内により留まりやすく、基板の表面内に組み込まれる。
【００１３】
例えば、アルゴンやキセノン等の不活性な希ガスと、例えば、ゲルマニウムまたはシリコン等の半導体を構成する元素を含むガスや、例えば、ホウ素、リンおよびヒ素等、半導体材料のドーパント（ドーパントは純粋な半導体材料内に導入した際、電子のドナーまたはアクセプタとして機能し、半導体材料の電気的特性を改質する元素である）として機能する元素を含むガスを混合し、所定の異なる元素を含む化合物ガスクラスタを構成できる。ガスクラスタイオンビーム生成用ソースガスとして適切なソースガス混合物を用いることによって、またはガスクラスタイオン生成源内に二つ以上のガス（またはガス混合物）を供給し、生成源内でそれらを混合可能にすることによって、これ以降に説明するとおりの既存のＧＣＩＢ処理装置を用いてこのようなガスクラスタを形成できる。例えば、ゲルマン（ＧｅＨ4）または四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ4）等のゲルマニウム含有ガスを用いて、ガスクラスタ内にゲルマニウムを組み込むことができる。例えば、シラン（ＳｉＨ4）や四フッ化シリコン（ＳｉＦ4）等のシリコン含有ガスを用いて、ガスクラスタ内にシリコンを組み込むことができる。例えば、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、三フッ化ホウ素（ＢＦ3）、フォスフィン（ＰＨ3）、五フッ化リン（ＰＦ5）、アルシン（ＡｓＨ3）、五フッ化ヒ素（ＡｓＦ5）等のドーパント含有ガスを用いて、ガスクラスタ内にドーパント原子を組み込むことができる。例えば、アルゴンおよびゲルマンを混合し、ゲルマニウムを導入するためにクラスタ形成用ソースガスを構成できる。別の例として、アルゴンとジボランを混合し、ホウ素を導入するために、ホウ素を含むクラスタ形成用ソースガスを構成できる。さらに別の例として、アルゴン、ジボラン、およびゲルマンを混合し、ホウ素とゲルマニウムを導入するために、ホウ素とゲルマニウムの両方を含むクラスタ形成用ソースガスを構成できる。
【００１４】
いくつかの半導体製品の場合、半導体表面へのドーパントの導入または薄膜形成の重要な要件は、ドーパントが導入される最大の深さがむしろ浅く、数十Åから数百Å程度であることである。ガスクラスタイオンは数ｋｅＶまで（もしくは数十ｋｅＶまでさえ）加速されるが、クラスタは一般に数千個の原子からなるので、個々の原子はほとんどエネルギを持たず、既存のイオン注入および他のモノマイオン処理で発生するような大きな深さまで照射面を弾道的に貫通させないため、ガスクラスタイオンビームは、浅い薄膜の形成および処理に特に適している。ガスクラスタのエネルギを制御することによって、高エネルギガスクラスタ衝突が影響する深さを制御でき、このような制御によって、１００Å以下の薄膜を形成したり処理できる。さらに、当然のことながら、ガスクラスタイオンビームは照射する面内にクラスタ成分を導入する際に非常に有効である。既存のイオンビームは、一般にイオン当たり一個、またはせいぜい数個の原子しか注入しない。ＧＣＩＢの場合、効率はずっと高い。一例として、アルゴン内に５％のゲルマンの混合物から形成したクラスタからなるガスクラスタイオンビームは、一般に照射面にガスクラスタイオン当たり１００〜２０００個のゲルマニウム原子を組込み、正確な数はビームパラメータに依存し制御性および再現性がある。導入された薄膜はアモルファスまたは多結晶になる傾向があるが、急速アニールまたは炉内アニール、好ましくは非拡散または低拡散アニール等、（例えば、６００℃以下の温度において）熱アニールステップを加えることによって単結晶薄膜に変換できる。アニール条件を最適化する必要がある場合、既存のイオン注入、または例えば、ゲルマニウム含有高エネルギガスクラスタイオンを用いることによるゲルマニウムのＧＣＩＢ導入によって、導入後アモルファス化ステップを行うことができる。ドーパント（例えば、ホウ素）と、アモルファス化剤（例えば、ゲルマニウム）の両方を含む適切なクラスタを用いて、単一のＧＣＩＢ導入ステップで非常に浅くドープおよびアモルファス化した層を形成し、別個のアモルファス化処理なしでアニールおよび活性化できる。シリコン基板内でホウ素とゲルマニウムの両方のＧＣＩＢ導入を行う場合、ゲルマニウムの存在はシリコン内へのホウ素の固体溶解度の向上にも役立ち、より高いホウ素ドープレベルを可能にする。
【００１５】
プロファイル頂点を平坦化しながら、浅く急峻な深さ分布の尾引きを保持したい場合、ＧＣＩＢ導入ドープ半導体の不活性ガスクラスタイオンビーム処理を用いて、ドーパントの深さ分布プロファイルを改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、この発明に従ってＧＣＩＢを生成する処理装置１００の従来技術の構成の基本要素の概略図である。装置１００は、次のように説明できる。真空容器１０２は、ソースチャンバ１０４、イオン化／加速チャンバ１０６、および処理チャンバ１０８という三つの繋がったチャンバに分割されている。三つのチャンバは、真空ポンプ系１４６ａ、１４６ｂ、および１４６ｃによって各々適切な動作圧力まで排気する。ガス蓄積シリンダ１１１内に蓄積した凝縮ソースガス１１２（例えば、アルゴンまたはＮ2）は圧力下で、ガス計測バルブ１１３とガス供給チューブ１１４を介して滞留チャンバ１１６内に収容し、適切な形状のノズル１１０を介して実質的に低圧の真空内に放出する。その結果、超音速ガスジェット１１８が得られる。ジェット内の膨張によって冷却され、ガスジェット１１８の一部はクラスタに凝縮し、各クラスタは数個から数千個の弱く結びついた原子または分子から構成される。ガススキム開口部１２０は、クラスタジェットに凝縮していないガス分子をクラスタジェットから部分的に分離し、このような高圧が問題となる下流領域（例えば、イオン化器１２２、高電圧電極１２６、および処理チャンバ１０８）の圧力を最小にする。適切に凝縮可能なソースガス１１２は、アルゴン、窒素、二酸化炭素、酸素、および他のガスを含むが、必ずしもそれらに限定されない。
【００１７】
ガスクラスタを含む超音速ガスジェット１１８を形成した後、クラスタはイオン化器１２２内でイオン化される。イオン化器１２２は一般に電子衝突イオン化器であり、一つ以上の白熱フィラメント１２４から熱電子を生成し、電子を加速誘導し、イオン化器１２２を通過するガスジェット１１８内のガスクラスタに衝突させる。電子衝突はクラスタから電子を放出させ、クラスタの一部を正にイオン化させる。一組の適切にバイアスした高電圧電極１２６はイオン化器からクラスタイオンを抽出し、ビームを形成し、それから所望の平均エネルギ（一般に１〜数十ｋｅＶ）に加速し、それらを集束し、ＧＣＩＢ１２８を形成する。フィラメント電源１３６はフィラメント電圧Ｖｆを提供し、イオン化器のフィラメント１２４を加熱する。アノード電源１３４はアノード電圧ＶＡを提供し、フィラメント１２４から放出した熱電子を加速し、ガスジェット１１８を含むクラスタを照射し、イオンを生成する。抽出電源１３８は抽出電圧ＶＥを提供し、高電圧電極をバイアスし、イオン化器１２２のイオン化領域からイオンを抽出し、ＧＣＩＢ１２８を形成する。加速器電源１４０は加速電圧ＶＡＣＣを提供し、イオン化器１２２に対して高電圧電極をバイアスし、全ＧＣＩＢ加速電位をＶＡＣＣと等しくする。ＶＡＣＣは一般に調整および制御可能で、数百Ｖから数１０ｋＶ程度、さらに１００ｋＶほどの一般的な範囲を有する。一つ以上のレンズ電源（例えば、１４２と１４４が示されている）を設けて、集束電圧（例えば、ＶＬ１とＶＬ２）を備えた高電圧電極をバイアスし、ＧＣＩＢ１２８を集束することもできる。
【００１８】
工作物１５２は、ＧＣＩＢ処理で処理される半導体ウェハまたは他の工作物であってもよいが、工作物保持部１５０上に保持し、ＧＣＩＢ１２８の経路内に配置する。多くの用途では空間的に均一な結果を備えた大きな工作物を処理することが想定されるので、走査系によって大きな領域全体でＧＣＩＢ１２８を均一に走査し、空間的に均一な結果を得ることが望ましい。二対の直角に配置した静電走査板１３０と１３２を用いて、所望の処理領域全体でラスタまたは他の走査パターンを形成する。ビーム走査を行う際、ＧＣＩＢ１２８は走査型ＧＣＩＢ１４８に変換され、工作物１５２の全表面を走査する。
【００１９】
図２は、この発明に従ってＧＣＩＢを生成するための従来技術の機械的走査型ＧＣＩＢ処理装置２００の基本要素の概略を示している。装置２００は静止したビームを備え、工作物１５２を機械的に走査し、さらにビーム測定用の既存のファラデカップと、既存の熱イオン中和器を備えるように説明される。ＧＣＩＢの形成は図１に示したものと同様であるが、ただし、ガス測定バルブ２２３を備え、ガス蓄積シリンダ２２１内に蓄積した選択的第二ソースガス２２２（一般にソースガス１１２とは異なる）を別に提供し、ガス供給チューブ１１４を介して滞留チャンバ１１６に接続している。図示されてはいないが、当業者には明らかなように、さらにガス蓄積シリンダ、配管およびバルブを追加することによって、三つ以上のソースガスを容易に構成することもできる。このマルチガス構成は、二つの異なるソースガス１１２と２２２の間で制御しながら選択したり、ガスクラスタの形成で使用する二つ（またはそれ以上）のソースガスの混合を制御しながら形成できる。さらに当然のことながら、ソースガス１１２と２２２はそれら自体、例えば、アルゴンと１％のジボラン、またはアルゴンと５％のゲルマン等のガス混合物であってもよい。さらに、図２の機械的走査型ＧＣＩＢ処理装置２００において、ＧＣＩＢ１２８は静止型であり（ＧＣＩＢ処理装置１００のように静電的に走査されない）、ＧＣＩＢ１２８を介して工作物１５２を機械的に走査し、工作物１５２の表面上でＧＣＩＢ１２８の効果を分布させる。
【００２０】
Ｘ走査駆動部２０２は、Ｘ走査移動２０８の方向（紙面と直交する方向）で工作物保持部１５０に直線的な移動を提供する。Ｙ走査駆動部２０４は、Ｙ走査移動２１０の方向で工作物保持部１５０に直線的な移動を提供し、Ｙ走査移動２１０はＸ走査移動２０８と一般に直交している。Ｘ走査およびＹ走査移動の組合せは、ＧＣＩＢ１２８を介したラスタ状の走査移動で、工作物保持部１５０によって保持した工作物１５２を動かし、ＧＣＩＢ１２８で工作物１５２の表面を均一に照射し、工作物１５２を均一に処理する。工作物保持部１５０は、ＧＣＩＢ１２８の軸に対して一定の角度で工作物１５２を配置し、ＧＣＩＢ１２８が工作物１５２の表面に対して一定のビーム入射角２０６を有するようにする。ビーム入射角２０６は９０°または他の何らかの角度であってもよいが、一般に９０°または９０°に非常に近い角度である。Ｙ走査中、工作物保持部１５０に保持した工作物１５２は、各々指示部１５２Ａと１５０Ａで示した別の位置「Ａ」に示した位置から移動する。なお、二つの位置の間を移動中、工作物１５２はＧＣＩＢ１２８を介して走査され、両極端の位置では、ＧＣＩＢ１２８の経路から完全に外に移動される（オーバスキャン）。図２には明示的には示されていないが、同様の走査およびオーバスキャンは、（一般に）直交するＸ走査移動２０８方向（紙面と直交する方向）でも行われる。
【００２１】
ビーム電流センサ２１８は、ＧＣＩＢ１２８の経路内の工作物保持部１５０の向こう側に配置し、ＧＣＩＢ１２８の経路外に工作物保持部１５０が走査されたとき、ＧＣＩＢ１２８のサンプルを捕捉する。ビーム電流センサ２１８は一般に、ビーム入射孔を除いて閉じたファラデカップ等であり、電気絶縁取り付け部２１２を備えた真空容器１０２の壁に固定する。
【００２２】
制御部２２０は、マイクロコンピュータベースの制御部であってもよく、電気ケーブル２１６を介して、Ｘ走査駆動部２０２とＹ走査駆動部２０４に接続し、Ｘ走査駆動部２０２とＹ走査駆動部２０４を制御し、ＧＣＩＢ１２８の内外に工作物１５２を配置し、ＧＣＩＢ１２８に対して工作物１５２を均一に走査し、ＧＣＩＢ１２８による工作物１５２の均一な処理を実現する。制御部２２０は、リード２１４を介してビーム電流センサ２１８で集めたサンプルビーム電流を受け取り、それによってＧＣＩＢを監視し、所望の照射量が与えられた際、ＧＣＩＢ１２８から工作物１５２を取り除くことによって、工作物１５２が受け取るＧＣＩＢ照射量を制御する。
【００２３】
図３は、ガスクラスタイオン３０６を衝突させた半導体ウェハ３０２の一部の表面領域３００の図であり、ガスクラスタイオン３０６は希ガスと他のガス分子の混合物を有する。図は、等倍率では描かれていない。半導体ウェハ３０２は表面３０４を有し、例えば、単結晶材料からなり、集積回路または半導体素子を製造するためのいくつかの処理段階のいずれであってもよい。軌跡３０８を備えたガスクラスタイオン３０６は、半導体ウェハ３０２の衝突表面３０４に示され、そこでガスクラスタイオン衝突領域３１０を形成する。この発明の一実施例によると、ドーパント原子種や、アモルファス化の増大を促進したり、ドーパント溶解度を改善するための粒子（例えば、ゲルマニウム）を含むクラスタであるように、ガスクラスタイオン３０６を形成する。例えば、クラスタは、アルゴン等の希ガスに加えて、ジボラン、ゲルマン等の粒子を含むことができる。
【００２４】
図４は、図３の半導体ウェハ３０２の一部を拡大する概略３２０であり、さらに詳しく示している。ガスクラスタイオン３０６は少なくとも二つのガスの複数の分子を有し、前記ガスは少なくとも希ガスと、ドーパント原子、またはアモルファス化の増大を促進するか、ドーパントの溶解度を改善する粒子（例えば、ゲルマニウムまたはシリコン）のいずれかを有するガスを含んでいる。ガスクラスタイオン３０６は希ガス原子３２２と、ドーパント原子種、またはアモルファス化の増大を促進するか、例えば、ゲルマニウムまたはシリコン等、ドーパントの溶解度を改善する粒子を有するガス分子３２４を含んでいる。選択的に、ガスクラスタイオン３０６は、別のドーパント原子種、またはガス分子３２４とは異なる種類のアモルファス化促進、またはドーパント溶解度改善分子３２２を有することができる。従って、クラスタ３０６は、少なくとも希ガス部分と、ドーパント原子、またはアモルファス化促進、あるいはドーパント溶解度改善原子種の別個の分子種の複数のわずかな部分から構成できる。このようなガスクラスタイオン３０６は、例えば、図２に示したとおりの、または同様のＧＣＩＢ処理装置２００内で形成できる。ガスクラスタ内にガス混合物を有することが望ましい場合、所望の配合で事前に混合したガス混合物を単一のガス蓄積シリンダ１１１（図２）内に提供することもでき、またガス蓄積シリンダ１１１と２２１（図２）内に別の異なるソースガスまたはソースガス混合物１１２と２２２を提供し、ガス計測バルブ１１３と２２３（図２）を適切に調整することによって、滞留チャンバ１１６（図２）へ流れる際、所望の割合で混合することもでき、ガス計測バルブ１１３と２２３は好ましくは質量流量制御バルブである。従って、二つ以上のガスを制御しながら混合し、ガスクラスタイオンビームを生成できる。再び図４を参照すると、ガスクラスタイオン３０６は、希ガス原子３２２と、複数の種類のドーパント、またはアモルファス化促進ガス分子３２４、３３２を有するように示されている（例であって、それに限定されない）。当然のことながら、希ガス、ドーパントおよびアモルファス化促進ガス分子の広範囲の混合がこの発明では有用であり、この発明の処理に用いられるクラスタは、非常に高濃度のドーパントまたはアモルファス化促進ガス分子と混合した希ガスから形成することも、それとは逆に希ガス分子に対するドーパントまたはアモルファス化促進ガス分子の比率を非常に小さくして、一部または多くのガスクラスタイオンが単一の非希ガス分子さえ含まないようにもできるが、ガスクラスタイオンビーム内のガスクラスタイオンの少なくとも一部は、ドーパントまたはアモルファス化促進ガス分子の一つ以上の分子を有する。一般に、アモルファス化促進ガスが存在する場合、その濃度は、ガスクラスタイオンの数分子％から数十分子％程度であるが、任意のドーパント含有ガス分子は、ガスクラスタイオン内のより低い分子濃度からなる（例えば、約０．０１〜約２０分子％であるが、それに限定されない）。ガスクラスタイオン衝突領域３１０は、境界３２６を有する。ガスクラスタイオン衝突領域３１０の体積、従ってその半導体表面の貫通深さは、所定の制御されたエネルギのガスクラスタイオン３０６に依存する。イオン電荷当たり約１〜約４０ｋｅＶの範囲内のエネルギを備えたガスクラスタイオンを用いることが望ましい（約１〜約４０ｋＶの加速電位）。高エネルギのガスクラスタイオン３０６が表面３０４に衝突すると、ガスクラスタイオン３０６は分解し、分解したクラスタからの個々のドーパントまたはアモルファス化促進ガス分子は自由になる。不活性ガス分子は一般に跳ね返り、半導体ウェハ３０２の表面３０４から逃げる。ドーパントまたはアモルファス化促進ガス分子の一部を含むいくつかの分子は、表面に導入される。逃げた個々のガス原子によって持ち去られた小さなエネルギ以外、高エネルギガスクラスタイオン３０６の全エネルギは、ガスクラスタイオン衝突領域３１０内に堆積される。ガスクラスタイオン衝突領域３１０の寸法は、クラスタのエネルギに依存するが小さく、所定のガスクラスタイオンエネルギに依存し、直径およそ数十から数百Å程度である。ガスクラスタイオン３０６によって運ばれる全エネルギの大部分が小さなガスクラスタイオン衝突領域３１０内に堆積されるので、ガスクラスタイオン衝突領域３１０の材料内に強い熱的過渡現象が発生する。ガスクラスタイオン衝突領域３１０内に堆積される熱は、方向３２８の伝導によって周囲の半導体材料内により深く散逸する。熱的過渡現象の持続時間は周囲材料の伝導性によって決定されるが、一般に１０-6秒未満である。
【００２５】
ガスクラスタイオン衝突領域３１０では、材料は瞬間的に数百から数千°Ｋの温度に到達する。一例として、１０ｋｅＶの全エネルギを運ぶガスクラスタイオン３０６の衝突は、表面３０４下の約１００Åまで広がるガスクラスタイオン衝突領域３１０全体で、約２０００°Ｋの瞬間的温度上昇を生成できると見積もられる。特定の理論に束縛されることなく、熱的過渡現象中、熱撹乱は十分高いので、ガスクラスタイオン衝突領域３１０内の材料を溶融できると思われる。ガスクラスタイオン衝突領域３１０が方向３２８の熱伝導によって冷却すると、衝突したクラスタのドーパントまたはアモルファス化促進材料の一部はクラスタイオン衝突領域３１０内に導入され、冷却した表面に組み込まれる。
【００２６】
図５は、半導体ウェハ３０２の一部の表面領域３４０を示しており、この発明によるガスクラスタイオンが衝突した領域内へのドーパントまたはアモルファス化促進原子の導入を示している。図４で説明したガスクラスタイオン衝突事象後、熱的過渡現象が散逸する際、導入領域３４２は図４のガスクラスタイオン衝突領域３１０に取って代わる。導入領域３４２は、半導体ウェハ３０２の表面３０４下の深さ３４４まで広がっている。
【００２７】
図６は、半導体ウェハ３０２の一部の表面領域３６０を示しており、この発明によるガスクラスタイオンビーム処理の完了によって形成された導入薄膜３６２を示している。連続的なガスクラスタイオン照射によって、導入領域３４２（図５）と同様の導入領域を形成し、重ね合わせ、最終的に半導体ウェハ３０２の表面３０４下の深さ３６４まで広がる導入薄膜３６２を形成する。
【００２８】
図７は、希ガスと他のガス分子の混合物を含むガスクラスタイオン３０６を衝突させた半導体ウェハ３０２の一部の表面領域４００を示している。図は、等倍率では描かれていない。半導体ウェハ３０２は表面３０４を有し、一般に単結晶材料であり、集積回路または半導体素子を製造するためのいくつかの処理段階のいずれであってもよい。半導体ウェハ３０２の表面３０４の一部はマスク４０２でカバーし、マスク４０２は高エネルギクラスタによる照射から表面３０４の一部をマスクする。軌跡３０８を備えたガスクラスタイオン３０６は、非マスク領域の半導体ウェハ３０２の表面３０４に衝突し、そこにガスクラスタイオン衝突領域３１０を形成するように示されている。マスク４０２に衝突するクラスタは、マスクによって妨げられ、半導体ウェハ３０２の表面３０４に影響を与えない。マスク４０２は、二酸化シリコン等のハードマスクであっても、フォトレジスト材料等のソフトマスクであってもよい。
【００２９】
図８は、半導体ウェハ３０２の一部の表面領域４２０を示し、この発明に従って、図７に示したマスクしたウェハのガスクラスタイオンビーム処理の完了によって形成した導入薄膜４２２を示している。連続的なガスクラスタイオン照射によって、導入領域（図５の３４２）と同様の導入領域を形成し、重ね合わせ、最終的にマスク４０２から露出した表面領域のみに導入薄膜４２２を形成する。
【００３０】
図６と８は、半導体基板上への導入薄膜（３６２と４２２）の形成を示している。ドープ済み薄膜やアモルファス化薄膜が形成される。発生する処理量は、クラスタイオンエネルギとクラスタイオン照射量の両方の関数である。ここで「導入」と呼ばれる処理が発生する（ガスクラスタ内のドーパントやアモルファス化促進原子が照射面の浅い表面化の領域（図６と８の各々３６２と４２２）内に混合される）。いくつかの有用な処理の所定の例は、これ以降にさらに詳しく与えられる。
（実験結果）
図９は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）深さプロファイル測定の結果を示すグラフであり、既存のイオン注入とＧＣＩＢ導入をどちらもシリコン基板内で比較している。既存の５００ｅＶ、ＢＦ3注入と、アルゴン内に１％のＢ2Ｈ6の混合物を用いて（この発明に従って）行ったＧＣＩＢホウ素導入を比較している。どちらのドープ処理も、事前のアモルファス化ステップなしで実現された。５００ｅＶ注入時のホウ素プロファイルが顕著なチャネル化尾引きを示し、約４００Åで１ｃｃ当たり１×１０18個の原子の濃度になる一方、ＧＣＩＢ導入時のプロファイルは約１２０Åで１ｃｃ当たり１×１０18個の原子の濃度を示し、約２５Åで１０倍という非常に急激な濃度勾配を示す。ＧＣＩＢ導入は５ｋＶの加速電位を用いて、単一帯電クラスタの５ｋｅＶと、多重帯電クラスタのより高いエネルギが得られた。１ｃｍ2当たり３×１０14個のクラスタのクラスタ導入照射量で、１ｃｍ2当たり約１．９×１０15個の原子のホウ素照射量が得られた。図２に示したものと同様のガスクラスタイオンビーム処理システムを用いて、ＧＣＩＢ導入処理を行った。
【００３１】
図１０は、この発明による方法で形成した一連のホウ素導入薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。ＧＣＩＢホウ素導入（この発明によるもの）は、五つの異なるガスクラスタ加速電位（２．５、５、１０、２０、および３０ｋＶ）でアルゴン内の１％のＢ2Ｈ6の混合物を用いて行った。全て、事前のアモルファス化ステップなしで実現された。全て、１ｃｍ2当たり３×１０14個のガスクラスタ導入照射量で行い、図１０のグラフの面上に示した対応するホウ素原子照射量が得られた。ホウ素の１ｃｃ当たり１×１０18個の原子の濃度深さは、各々約（７５、１２０、１８０、２４０、および２８０Å）であった。ＧＣＩＢ導入は、加速電位（２．５、５、１０、２０、および３０ｋＶ）を用いて行われ、単一帯電クラスタの（各々２．５、５、１０、２０、および３０ｋＶ）のクラスタエネルギと、多重帯電クラスタのより高いエネルギが得られた。図２に示したものと同様のガスクラスタイオンビーム処理システムを用いて、ＧＣＩＢ導入処理を行った。
【００３２】
図１１は、この発明の所定の適用によって形成した導入ドープ済み薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示し、アルゴンＧＣＩＢによる次の処理の効果を示すグラフである。この例では、図２に示したものと同様のガスクラスタイオンビーム処理システムを用いて、シリコン半導体ウェハ基板のホウ素導入ドープを行った。ガスクラスタ形成用ソースガスとして、アルゴン内の１％のジボラン（Ｂ2Ｈ6）の混合物を用い、基板に１ｃｍ2当たり３×１０14個のガスクラスタイオンのＧＣＩＢ導入照射量で照射した。基板の領域の一つは次に、加速電位５ｋＶで加速し、１ｃｍ2当たり３×１０14個のガスクラスタイオンのアルゴンＧＣＩＢガスクラスタイオン照射量でさらに照射した。基板の第二領域は次に、加速電位５ｋＶで加速し、１ｃｍ2当たり１×１０15個のガスクラスタイオンのアルゴンＧＣＩＢガスクラスタイオン照射量でさらに照射した。図１１のグラフは元の導入時のホウ素分布を示し、さらに追加のアルゴンＧＣＩＢ照射の二つの後の導入動作が導入時分布の頂点の平坦化に有効であり、所定のアルゴンＧＣＩＢ加速電位（５Ｖ）に対して、分布の尾引きの深さがアルゴンＧＣＩＢガスクラスタイオン照射量から実質的に独立し、どちらの場合も、尾引きの非常に急峻な濃度傾斜を維持しながら、頂点の平坦化によって初期の導入時分布を改善できることを示している。１ｃｃ当たりの１×１０18個の原子の濃度のアルゴン処理サンプルはどちらも、約１５０Åの深さである。再分布させたホウ素分布の尾引きは主にアルゴンＧＣＩＢ加速電位に依存し、ＧＣＩＢガスクラスタイオン照射量には依存しないように見える。多くの半導体用途では、アルゴンＧＣＩＢ導入後ドープ処理によって得られた平坦化したプロファイル頂点は、元の導入時ホウ素分布プロファイルより好ましい。
【００３３】
図１２は、この発明の三つの所定の適用例について、炉内アニール後のホウ素ＧＣＩＢ導入ドープのＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。三つの例全てにおいて、図２に示したものと同様のガスクラスタイオンビーム処理システムを用いて、シリコン半導体ウェハ基板のホウ素導入ドープを行った。ガスクラスタイオン形成用ソースガスとして、アルゴン内の１％のジボラン（Ｂ2Ｈ6）の混合物を用い、５ｋＶの加速電位を用いて、ＧＣＩＢを加速し、シリコンの１ｃｍ2当たり５×１０15個のホウ素原子のドープが得られるように選択したＧＣＩＢ導入照射量で三つの基板を各々照射した。ホウ素導入基板の一つは次に、３０ｋｅＶの既存のシリコンイオンのイオン注入で、注入照射量１ｃｍ2当たり１×１０15個のシリコンイオンでさらに導入後アモルファス化を行った。第二のホウ素導入基板は次に、５ｋｅＶの既存のゲルマニウムイオンのイオン注入で、注入照射量１ｃｍ2当たり５×１０14個のＧｅイオンでさらに導入後照射を行った。全ての三つの導入基板は次に、炉内で５５０℃で６０分間アニールした。次の導入後アモルファス化なしのホウ素導入の場合、アニールしたホウ素プロファイルは、導入時プロファイル（図示せず）と基本的に同じであった。ゲルマニウムイオン注入の導入後アモルファス化の場合、適度な量のホウ素再分布が見られ、１ｃｃ当たり１×１０18個のホウ素原子の濃度深さは約１４０Åから約２２０Åに増大した。シリコンイオン注入の導入後アモルファス化の場合、より大きな量のホウ素再分布が見られ、１ｃｃ当たり１×１０13個のホウ素原子の濃度深さは約１４０Åから約４５０Åに増大した。これらの例は、既存のイオン注入を用いて、アニールによるドーパント活性化を促進できるが、低温アニール後にドーパントがやや再分布することを示している。
【００３４】
図１３は、この発明の所定の適用に従って処理したホウ素導入シリコン上でのＳＩＭＳおよび広がり抵抗プローブ（ＳＲＰ）測定の結果を示すグラフである。図１３に示した全ての例において、図２に示したものと同様のガスクラスタイオンビーム処理システムを用いて、シリコン半導体ウェハ基板のホウ素導入ドープを行った。ガスクラスタイオン形成用ソースガスとして、アルゴン内の１％のジボラン（Ｂ2Ｈ6）混合物を用い、５ｋＶの加速電位を用いて、ＧＣＩＢを加速し、各シリコン基板で１ｃｍ2当たり５×１０15個のホウ素原子のドープが得られるようにＧＣＩＢ導入照射量を選択した（図１２に示した場合と同じホウ素導入条件）。場合（ｂ）では、ホウ素導入基板は５５０℃で６０分間炉内アニールした。この場合（ｂ）のホウ素分布は、導入時の場合（図示せず）と実質的に変化しなかった。場合（ａ）では、高温アニールによりドーパントがかなり拡散した。場合（ａ）のＳＲＰ測定は一点鎖線の曲線（ｅ）で示され、１ｃｃ当たり３×１０19個のホウ素原子の活性化済みドーパントレベルを示しているが、接合部の深さは３０００〜４０００Åである。場合（ｄ）では、３０ｋｅＶ、１ｃｍ2当たり１×１０15個のＳｉイオンの既存のイオン注入アモルファス化を用いて、導入したホウ素を次に導入後アモルファス化した。シリコンでアモルファス化後、場合（ｄ）は５５０℃で６０分間炉内アニールした。場合（ｄ）のＳＲＰ測定は破線の曲線（ｆ）で示され、電気的接合部深さが約５０Åであることを示している。
【００３５】
図１４は、この発明の所定の適用によって形成した導入薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。この例では（サンプル１４４−３として識別）、図２に示したものと同様のガスクラスタイオンビーム処理システムを用いて、シリコン半導体ウェハの表面を処理した。ガスクラスタ形成用のソースガスの一つとしてアルゴン内の５％のゲルマン（ＧｅＨ4）の混合物を用い、ガスクラスタ形成用の第二ソースガスとしてアルゴン内の１％のジボラン（Ｂ2Ｈ6）の混合物を用いた。二つのソースガスは滞留チャンバ内に流れる際に混合し、ゲルマンの混合物は３０ｓｃｃｍの速度で供給し、ジボランの混合物は３００ｓｃｃｍの速度で混合した。イオン化したガスクラスタイオンビームは３０ｋＶの加速電圧で加速し、１ｃｍ2当たり１×１０15個のガスクラスタイオンの照射量でシリコンウェハ上に照射した。ＳＩＭＳ解析では、ホウ素イオンを導入し、同時に層をアモルファス化するために（またはドーパントの固体溶解限度を改善するために）ゲルマニウムイオンを導入した表面が形成されていることを確認した。
【００３６】
図１５（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、ゲルマニウムＧＣＩＢ導入によるシリコン内のアモルファス層形成を示す断面透過電子顕微鏡写真である。図１５Ａに示したサンプルは導入時であり（ガスクラスタイオンソースガスとして、アルゴン内の５％のＧｅＨ4を用いて、ＧＣＩＢ導入によって１ｃｍ2当たり約１×１０15個のゲルマニウム原子を導入した）、アモルファス層５０２の形成を明確に示している。図１５Ｂは、５５０℃、６０分の炉内アニール後の図１５Ａのゲルマニウム導入層を示し、アモルファス層５０２の単結晶層５０４への変換を示している。図１５Ｃは、９５０℃、６０分の炉内アニール後の図１５Ａのゲルマニウム導入層を示し、同様にアモルファス層から単結晶層への変換を示している。
【００３７】
図１６は、この発明の所定の適用によって形成した導入薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。この例では、図２に示したものと同様のガスクラスタイオンビーム処理システムを用いて、シリコン半導体ウェハの表面を処理した。ガスクラスタ形成用のソースガスの一つとしてアルゴン内の５％のゲルマン（ＧｅＨ4）の混合物を用い、ガスクラスタ形成用の第二ソースガスとしてアルゴン内の１％のジボラン（Ｂ2Ｈ6）の混合物を用いた。二つのソースガスは滞留チャンバ内に流れる際に混合し、ゲルマンの混合物は３００ｓｃｃｍの速度で供給し、ジボランの混合物は７５ｓｃｃｍの速度で混合した。イオン化したガスクラスタイオンビームは３０ｋＶの加速電圧で加速し、１ｃｍ2当たり１×１０15個のガスクラスタイオンの照射量でシリコンウェハ上に照射した。ＳＩＭＳ解析では、ホウ素イオンを導入し、同時に層をアモルファス化するために（図１５Ａに示したように）、またはホウ素ドーパントの固体溶解限度を改善するためにゲルマニウムイオンを導入した表面が形成されていることを確認した。
【００３８】
図１７は、活性化用のアニール後の図１６の導入薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。この例では、ホウ素−ゲルマニウム導入薄膜を５５０℃で６０分間、炉内アニールした。図１６のＳＩＭＳプロットと比較すると、アニールの結果として、ドーパントの有意な移動は発生していないことがわかる。アニール後の薄膜の評価は、ドープした接合部が電気的に活性化され、非常に浅く急峻なままであることを示していた。
【００３９】
様々な実施例について発明を説明してきたが、この発明は、その発明の精神内の多様な別のおよび他の実施例も可能であると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
その他の目的および別の目的と共に、この発明をさらに理解するために、添付の図面と詳細な説明を参照する。
【図１】静電気走査ビームを用いる従来技術のＧＣＩＢ処理装置の基本要素を示す概略図である。
【図２】静止したビームを用い工作物を機械的に走査し、混合ソースガスの提供を含む従来技術のＧＣＩＢ処理装置の基本要素を示す概略図である。
【図３】ガスクラスタイオン照射を受け取る半導体ウェハの一部の概略図である。
【図４】図３の半導体ウェハの一部を拡大した概略図であり、混合ガスクラスタイオンを含む別の詳細を示している。
【図５】半導体ウェハの一部の概略図であり、この発明によるクラスタ衝突で影響される領域の表面改質を示している。
【図６】半導体ウェハの一部の概略図であり、この発明による表面薄膜を形成する多くのクラスタイオンによって影響を受けた表面領域の改質を示している。
【図７】半導体ウェハの一部の概略図であり、ガスクラスタイオンによって照射中の処理のマスク制御による局所化を示している。
【図８】ガスクラスタイオンビーム処理による導入薄膜を形成するために、ガスクラスタイオン照射中の処理のマスク制御による局所化後の半導体ウェハの一部の概略図である。
【図９】二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）深さプロファイル測定の結果を示すグラフであり、既存のイオン注入とＧＣＩＢ導入をどちらもシリコン基板内で比較している。
【図１０】この発明の適用によって形成した一連のホウ素導入薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。
【図１１】この発明の所定の適用によって形成した導入ドープ済み薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示し、アルゴンＧＣＩＢによる次の処理の効果を示すグラフである。
【図１２】この発明の三つの所定の適用例に対して、炉内アニール後のホウ素ＧＣＩＢ導入ドープのＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。
【図１３】この発明の所定の適用に従って処理したホウ素導入シリコン上のＳＩＭＳおよび広がり抵抗プローブ（ＳＲＰ）測定の結果を示すグラフである。
【図１４】この発明の所定の適用によって形成した導入薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。
【図１５Ａ−Ｃ）】ゲルマニウムＧＣＩＢＧｅ導入によるシリコン内のアモルファス層形成を示す断面透過電子顕微鏡写真である。
【図１６】この発明の所定の適用によって形成した導入薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。
【図１７】活性化用のアニール後の図１６の導入薄膜のＳＩＭＳ測定の結果を示すグラフである。
【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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