(57)【要約】炭素含有種の低温インプランテーションの技術を開示する。例示的な一実施形態においては、該技術は、ターゲット材料を所定温度まで冷却する冷却デバイスと、および所定温度で炭素含有種を用いてターゲット材料をインプラントして、歪みおよびアモルファス化の少なくとも一方を改善するイオンインプランターと、を備えるイオンインプランテーション装置として実現する。
2011512038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンインプランテーション方法において、
ターゲット材料を所定温度まで冷却するステップと、および
炭素含有種を用いて所定温度でターゲット材料にインプラントし、歪みおよびアモルファス化のうち少なくとも一方を改善するステップと、
を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記ターゲット材料を、背面冷却、熱的調整冷却、および予冷却のうち少なくとも１つによって冷却する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記所定温度は、室温以下であり、−２１２℃以上の温度とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記所定温度は、−２０℃〜−１００℃の範囲内とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記炭素含有種は、炭素、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、およびオクタデカボランのうち少なくとも１つを含む分子状炭素とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記炭素含有種は、メタン、エタン、プロパン、ビベンジル、ブタン、およびピレンのうち少なくとも１つを含むアルカンまたはアルケンとする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、さらに、付加的な添加種を用いて前記ターゲット材料にインプラントし、予アモルファス化インプランテーション（ＰＡＩ：pre-amorphization implantation）を改善する、または前記ターゲット材料の導電性を改善するステップ、を備える方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記添加種は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、シリコン（Ｓｉ）、ヒ素（Ａｓ）、キセノン（Ｘｅ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、カルボラン（Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２）、二フッ化ボロン（ＢＦ２）、デカボラン、オクタデカボラン、およびジボランのうち少なくとも１つを含むものとする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、該方法を用いて前記ターゲット材料中に少なくとも歪みを生じ、また極浅ジャンクション（ＵＳＪ：ultra-shallow junction）を形成する方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、さらに、ドーズ量、ドーズ率、における原子の個数、原子エネルギー、および圧力のうち少なくとも１つを制御して、歪みおよびアモルファス化のうち少なくとも一方を一層改善するステップ、を備える方法。
【請求項１１】
イオンインプランテーションの装置において、
ターゲット材料を所定温度まで冷却する冷却デバイスと、および
炭素含有種を用いて所定温度でターゲット材料にインプラントし、歪みおよびアモルファス化のうち少なくとも一方を改善する、イオンインプランターと
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記冷却デバイスは、背面冷却デバイス、熱的調整ユニット、および予冷却器のうち少なくとも１つを備えた装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の装置において、前記所定温度は、室温以下であり、また−２１２℃以上の温度とする装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の装置において、前記所定温度は、−２０℃〜−１００℃の範囲内とする装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の装置において、前記炭素含有種は、炭素、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、およびオクタデカボランのうち少なくとも１つを含む炭素含有種とする装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の装置において、前記炭素含有種は、メタン、エタン、プロパン、ビベンジル、ブタン、およびピレンのうち少なくとも１つを含むアルカンまたはアルケンとする装置。
【請求項１７】
請求項１１に記載の装置において、前記イオンインプランターは、プラズマドーピングシステムまたはビームライン型イオンインプランターとした装置。
【請求項１８】
請求項１１に記載の装置において、前記イオンインプランターはさらに、添加種を用いて前記ターゲット材料をインプラントして、予アモルファス化インプランテーション（ＰＡＩ：pre-amorphization implantation）を改善するまたは前記ターゲット材料の導電性を改善する装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、前記添加種はゲルマニウム（Ｇｅ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、シリコン（Ｓｉ）、ヒ素（Ａｓ）、キセノン（Ｘｅ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、カルボラン（Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２）、二フッ化ボロン（ＢＦ２）、デカボラン、オクタデカボラン、およびジボランのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１１に記載の装置において、さらに、ドーズ量、ドーズ率、前記炭素含有種における原子の個数、および圧力のうち少なくとも１つを制御して、歪みおよびアモルファス化のうち少なくとも一方を改善する、１つ以上の制御器を備える装置。
【請求項２１】
イオンインプランテーションの装置において、
ターゲット材料を所定温度まで冷却する手段と、および
炭素含有種を用いて前記所定温度で前記ターゲット材料をインプラントして歪みおよびアモルファス化のうち少なくとも一方を改善する手段と、
を備えたことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明開示（以下「本発明」と略称する）は、全般的にイオンインプランテーション（注入）に関し、より詳細には、炭素含有種の低温イオンインプランテーションの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンインプランテーションは、加速したイオンを基板に直接衝突させることによって基板に化学種を堆積させるプロセスである。半導体製造において、イオンインプランターは主に、ターゲット材料の導電性に関するタイプおよびレベルを変化させるドーピング処理に用いられる。集積回路（ＩＣ）基板およびその薄膜構造における適切なドーピングのプロファイル（輪郭）は、良好なＩＣ性能にとって極めて重要であることが多い。所望のドーピングプロファイルを得るために、１つ以上のイオン種を異なる注入量および異なるエネルギーレベルでインプランテーションすることができる。
【０００３】
さらに、イオンインプランテーションは、導電性変更不純物を半導体ウェハに導入するための現在最も一般的な技術である。所望の不純物材料は、イオン発生源でイオン化し、発生したイオンは加速されて所定エネルギーのイオンビームを形成し、そしてイオンビームを半導体ウェハの表面に照射する。イオンビーム中のエネルギー値の高いイオンは、半導体ウェハの半導体材料バルク内に貫入し、半導体材料の結晶格子内に埋め込まれ、所望の導電性を有する領域を形成する。
【０００４】
通常、イオンインプランターは、気体または固体材料を明確に規定したイオンビームに変換するためのイオン発生源を有する。通常、イオンビームは、望ましくないイオン種を排除するために質量分析し、所望エネルギーまで加速し、さらにターゲットに向けて照射する。イオンビームは、ビーム走査、ターゲット移動、またはビーム走査およびターゲット移動の組み合わせによって、ターゲット面積にわたって分布させることができる。イオンビームは、長いおよび短いサイズを有するスポット状ビームまたはリボン状ビームとすることができる。
【０００５】
炭素は、別の予アモルファス化インプラント（ＰＡＩ：pre-amorphization implant）種、例えばゲルマニウム、ボロン等と併用される共インプラント種として用いることができる。この着想は、炭素を、極浅注入不純物とＰＡＩ種によって生じたエンド・オブ・レンジ（ＥＯＲ：end-of-range）ダメージ部分との間に炭素を配置することにある。置換型炭素は、アニール中にＥＯＲから戻ってくる若干の格子亀裂を防ぐことができ、炭素がなければ過渡的増速拡散（ＴＥＤ：transient enhanced diffusion）およびボロン格子間クラスター（ＢＩＣ：boron interstitial cluster）形成を生じてしまう。しかし、炭素の範囲はＰＡＩ種の範囲としばしばオーバーラップし、炭素インプラント自体がＰＡＩに寄与する。このようにして、炭素それ自体を予アモルファス化種としても用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許公開第２００８−０４４９３８号明細書（イングランド（England）氏らによる２００６年８月１５日出願の米国特許出願第１１／５０４，３０７号）
【特許文献２】米国特許公開第２００８−０７６１９４号明細書（ブレーク（Blake）氏らによる２００６年９月２３日出願の米国特許出願第１１／５２５，８７８号）
【特許文献３】米国特許公開第２００８−１２１８２１号明細書（イングランド（England）氏らによる２００７年４月１０日出願の米国特許仮出願第１１／７３３，４４５号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
炭素を用いて、局所的圧縮歪みを形成することもできる。したがって、トランジスタ装置のソース／ドレインをＳｉＣで形成する場合、炭素インプランテーションによってこのトランジスタ装置のチャネルに引張歪みを発生することができる。このことにより、ｎ型金属−酸化物−半導体（ＮＭＯＳ：n-type metal-oxide-semiconductor）の挙動を向上させることができる。トランジスタ材料のシリコン格子内への炭素組み込みはエピタキシャル成長の利用またはインプランテーションを必要とし、シリコン格子内への炭素の高ドーズ（注入量）はアモルファス化を生じ、また炭素は、再成長においてシリコン格子内に組み込むことができる。結果として、アモルファス化および応力は、双方ともに半導体製造で考慮すべき重要な因子である。
【０００８】
従って、上述の観点から、イオンインプランテーション、およびとくに、炭素含有種のインプランテーションに対する現在の技術に関して重大な問題点および欠点があることを理解されたい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
炭素含有種の低温インプランテーションの技術を開示する。一実施形態においては、該技術は、ターゲット材料を所定温度に冷却するステップと、および所定温度で炭素含有種をターゲット材料にインプラントして歪みおよびアモルファス化のうち少なくとも一方を改善するステップとを備える、イオンインプランテーション方法として実施することができる。
この実施形態の他の態様によれば、ターゲット材料を、背面冷却、熱的調整冷却、および予冷却のち少なくとも１つによって冷却することができる。
【００１０】
本実施形態のさらに別の態様によれば、所定温度は室温以下であり、−２１２℃以上の温度とすることができる。例えば、所定温度は−２０℃〜−１００℃までの範囲とすることができる。
【００１１】
本実施形態の他の態様によれば、炭素含有種は、炭素、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、およびオクタデカボランのうち少なくとも１つを含む炭素分子とすることができる。
【００１２】
本実施形態の他の態様によれば、炭素含有種は、メタン、エタン、プロパン、ビベンジル、ブタン、およびピレンのうち少なくとも１つを含むアルカンまたはアルケンとすることができる。
【００１３】
本実施形態のさらに他の態様によれば、該方法は、さらに、予アモルファス化インプランテーション（ＰＡＩ：pre-amorphization implantation）またはターゲット材料の導電性を改良するために、付加的な添加種を用いてターゲット材料にインプラントするステップを備えることができる。例えば、添加種は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、シリコン（Ｓｉ）、ヒ素（Ａｓ）、キセノン（Ｘｅ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、カルボラン（Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２）、二フッ化ボロン（ＢＦ２）、デカボラン、オクタデカボラン、およびジボランのうち少なくとも１つを含むことができる。
【００１４】
本実施形態の他の態様によれば、本発明方法を用いて、少なくとも歪みを生じ、またターゲット材料において極浅ジャンクション（ＵＳＪ：ultra-shallow junction）を形成することができる。
【００１５】
本実施形態の他の態様によれば、本発明方法は、さらに、ドーズ量、ドーズ率、炭素含有種における原子個数、原子エネルギー、および圧力のうち少なくとも１つを制御するステップを備え、歪みおよびアモルファス化のうち少なくとも一方を一層改善することができる。
【００１６】
別の実施形態によれば、該技術は、ターゲット材料を冷却するための冷却デバイスと、および所定温度で炭素含有種を用いてターゲット材料にインプラントして、歪みおよびアモルファス化のうち少なくとも１つを改善するイオンインプランターと、を備えるイオンインプランテーション装置によって実施することができる。
【００１７】
本実施形態の他の態様によれば、冷却装置は、背面冷却デバイス、熱的調整冷却ユニット、および予冷却器のうち少なくとも１つを備えることができる。
【００１８】
別の実施形態によれば、本技術は、ターゲット材料を所定温度まで冷却する手段と、および所定温度で炭素含有種を使用してターゲット材料にインプラントして、歪みおよびアモルファス化のうち少なくとも１つを改善する手段と、を備えるイオンインプランテーションの装置によって実現することができる。
【００１９】
本発明を、以下に添付図面で示した実施形態を参照してより詳細に説明する。本発明は、以下に実施形態を参照して記載するが、本発明はそれら実施形態に限定するものではないと理解されたい。本明細書の教示にアクセスする当業者は、本明細書に記載した本発明の範囲内において、および本発明が極めて有利となる点に関して、付加的な実施、変更、および実施形態、ならびに他の分野の利用を認識できるであろう。
本発明の十分な理解を容易にするため、以下に添付図面につき説明し、これら図面において同一素子に対して同一参照符号を付して示す。これら図面は本発明を限定するものと解釈すべきではなく、単に例示のみを目的とすることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態による、プラズマドーピングシステムの部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態による、ビームラインイオンインプランターを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態による、背面ガス熱的結合を実行するためのチャックの説明図である。
【図４】本発明の代替的実施形態による、炭素モノマーと比較したエタンの効果を示すグラフである。
【図５】本発明の代替的実施形態による、炭素インプランテーションにおける温度の効果を示すグラフである。
【図６】本発明の代替的実施形態による、様々な炭素インプラントに対する炭素ドーズ量およびアモルファス厚さを示しまた比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態は、炭素含有種の低温インプランテーション装置および方法を提供する。
【００２２】
炭素含有種は、ワークピース、例えば半導体ウェハ内にインプラントする（埋め込む）ことができる。これら炭素含有種の化学式は、広範囲にわた変化し得る。従って、本明細書で提示する化学式においては、Ｂはボロンを表し、Ｃは炭素を表し、またＳｉはシリコンを表す。ＸおよびＹのそれぞれは少なくとも１つの元素を表す。場合によっては、Ｘおよび／またはＹは単独元素（例えばＸ＝Ｃ，Ｙ＝Ｈ）を表し、また他の場合においては、Ｘおよび／またはＹは１つ以上の元素（例えば、ＸＮＨ４，ＮＨ３，ＣＨ３）を表すことができる。また、例えばＣＢＹのような化学式は、ＢＣＹまたはＣＹＢのような異なる順序で同一の元素を含む、他の等価な化学式によって表すこともできることを理解されたい。本発明のある実施形態においては、化学式はＣａＢｂＹｃで表すことができ、ただしａ＞０，ｂ＞０およびｃ＞０とする。
【００２３】
ある状況においては、Ｙは少なくとも水素（例えば、化学式はＣａＢｂＨｃを有する）を表すことができる。ある実施形態においては、Ｘおよび／またはＢの部位における水素を置換する、他の元素または元素基（例えばＣＨ３）をＸａＢｂＨｃの派生物を使用できることを理解されたい。また、置換基は任意の適切な無機または有機種とすることができることも理解されたい。
【００２４】
さらに、ある実施形態においては化学式ＣａＢｂＨｃを用いることができる。別の実施形態においては、Ｃおよび／またはＢの部位における水素を置換する、他の元素または元素基をＣａＢｂＨｃの派生物を使用できることを理解されたい。やはり、置換基は任意の適切な無機または有機種とすることができることを理解されたい。別の実施例においては、公式はカルボラン、Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２を有するものとする。
【００２５】
炭素含有種は、化学式ＣＢＹまたはＸＢＹを有する分子のみに限定するものではないことを理解されたい。実際上は、これら炭素含有種は、分子または原子とすることができる。例えば、炭素含有種は、デカボランまたはオクタデカボランとすることができる。他の実施例においては、炭素含有種は、アルカン、例えばメタン、プロパン、またはブタンとすることができる。さらに、炭素含有種は、ピレン、または少なくとも１個の炭素原子を含む、任意な他の種、原子もしくは分子ともすることができる。
【００２６】
炭素含有種の使用は、ワークピースのアモルファス化を促進する。さらに、分子状炭素含有種の使用は、１分子あたりの炭素原子の個数によって所定ビームエネルギーでインプラントする炭素量を増加させることができる。
【００２７】
従って、本発明の実施形態は、イオンインプランテーションのシステムおよび方法を提供し、炭素含有種によって生じるアモルファス化を改善することができる。多数のパラメータを調整して、アモルファス化を改善することができる。第１に、例えば、ドーズの増加はワークピースのアモルファス／結晶界面をより深くし、それによってアモルファス化を改善することができる。しかし、ゲート誘起ダイオードリーク電流（ＧＩＤＬ：gate-induced diode leakage）は炭素に付随する傾向があるので、このようなアモルファス化には限界がある。
【００２８】
第２に、ドーズ率（レート）の増加もワークピースのアモルファス／結晶界面を深くするので、ドーズ率の増加もアモルファス化を改善することができる。しかし、このような効果はビーム電流を生成するイオン発生源の性能によって制限される。
【００２９】
第３に、１分子あたりの原子の個数増加は、ワークピースのアモルファス化をより迅速およびより深くすることができる。それ自体として、これはドーズ率の変化と同じ効果を有する。
【００３０】
分子は、各質量に基づいて構成原子間で総エネルギーを共有することもできる。例えば、深いインプラントでは、原子は高エネルギーを有し、この高エネルギーは、イオンインプランターにおける磁石のイオン曲げ能力、または印加可能な加速電圧によって制限される。
【００３１】
第４に、アモルファス化はワークピースの温度を減少させることで改善することができる。例えば、イオンを停止した後、損傷はより長く残存し、増加する衝突カスケード（連鎖）からの損傷がさらなる重畳を可能にする。炭素は軽い原子であり、高濃度の衝突カスケードを生成しないので、これは炭素にとって重要である。つまり、ゲルマニウムのような重い種には、温度効果は小さい。しかし、最終的には、温度減少はより深いアモルファス化およびより平滑なアモルファス／結晶界面を生成することができる。最終的に、これは固相エピタキシャル再成長（ＳＰＥＲ：solid phase epitaxial regrowth）のような、再成長の後の損傷を低減させることができる。
例示として、エタンを用いて、アモルファス化を改善するために多くの上述の方法を活用できることを理解されたい。例えば、エタンは、簡単な前駆体（例えば、エタン、プロパン等）により標準的イオン発生源（例えば、間接加熱カソード）内で生成することができ、さらに低温を用いてエタンでのアモルファス化を改善することができる。エタンに類似する他の炭素含有種も用いることができることを理解されたい。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態によるプラズマドーピングシステム１００を示す。図１につき説明すると、プラズマドーピングシステム１００は、包囲された容積空間１０３を画定するプロセスチャンバ１０２を有する。プラテン１３４は、プロセスチャンバ１０２内に配置してワークピース１３８を支持する。一実施形態において、ワークピース１３８はディスク形状の半導体ウェハとする。例えば、３００ミリメートル（ｍｍ）直径のシリコンウェハを使用することができる。別の実施形態においては、ワークピース１３８はプラテン１３４の平坦表面上に静電的または機械的な力によってクランプする。さらに他の実施形態においては、プラテン１３４は導電性ピン（図示せず）を備え、ワークピース１３８との接続部を形成することができる。他のさまざまな実施形態も実施できる。
【００３３】
プラズマドーピングシステム１００はガス源１０４も備え、不純物（ドーパント）ガスを質量流制御器（以下「マスフロー制御器」と称する）１０６から密閉容積空間１３０に供給する。ガスバッフル１７０をプロセスチャンバ１０２内に配置し、ガス源１０４からのガス流を検出することができる。圧力計１０８を設け、プロセスチャンバ１０２内部の圧力を計測する。真空ポンプ１１２を用いて、プロセスチャンバ１０２における排気口１１０を通じて、プロセスチャンバ１０２から排気ガスを排出することができる。排気バルブ１１４は排気口１１０を経る排気ガスの排出量を制御することができる。
【００３４】
プラズマドーピングシステム１００は、さらに、マスフロー制御器１０６、圧力計１０８、および排気バルブ１１４に対して電気的に接続するガス圧力制御器１１６を備える。ガス圧力制御器１１６は、圧力計１０８に応答するフィードバックループにおいて、排気バルブ１１４の排出量またはマスフロー制御器１０６によるプロセスガスの流量のいずれかを制御することによって、プロセスチャンバ内を所望圧力に維持するよう構成する。
【００３５】
プロセスチャンバ１０２はチャンバ頂部１１８を有し、このチャンバ頂部１１８は、ほぼ水平方向に延在する、誘電材料で形成した第１区域１２０を備える。チャンバ頂部１１８は、さらに、第区域１２０からほぼ垂直方向に高さを伸ばす、誘電材料で形成した第２区域１２２も備える。チャンバ頂部１１８は、さらに、第２区域１２２を横切って水平方向に延在する、電気的および熱的伝導性材料で形成したフタ１２４を備える。フタ１２４は、接地することもできる。
【００３６】
プラズマドーピングシステム１００は、さらに、プロセスチャンバ１０２内でプラズマ１４０を発生するよう構成したソース構成１０１を備える。ソース構成１０１は、電源のようなＲＦ電源１５０を備え、平面状ＲＦアンテナ１２６および螺旋状ＲＦアンテナ１４６のどちらか一方または双方にＲＦ電力を供給し、プラズマ１４０を発生させることができる。ＲＦ電源１５０は、インピーダンス整合ネットワーク１５２を通じてアンテナ１２６，１４６に結合する。一実施形態
においては、インピーダンス整合ネットワーク１５２は、ＲＦ電源１５０の出力インピーダンスをＲＦアンテナ１２６，１４６のインピーダンスに整合させ、ＲＦ電源１５０からＲＦアンテナ１２６，１４６に伝達される電力を最大化することができる。他のさまざまな構成も設けることができる。
【００３７】
プラズマドーピングシステム１００は、プラテン１３４に電気的に接続したバイアス電源１４８も備える。一実施形態においては、バイアス電源１４８は、オンおよびオフ期間のパルスを有するパルス状プラテン信号を供給するよう構成し、パルスのオフ期間中ではなくパルスのオン期間中に、プラテン１３４、および、ひいてはワークピース１３８にバイアスを加えるよう、またプラズマ１４０からワークピース１３８に向けてイオンを加速することができるようにする。バイアス電源１４８はＤＣまたはＲＦ電源とすることができる。他の変更形態も用いることができる。
【００３８】
プラズマドーピングシステム１００は、さらに、プラテン１３４の周囲に配置した遮蔽リング１９４を備える。遮蔽リング１９４にバイアスを印加して、ワークピース１３８の端縁近傍のインプラントされるイオン分布の均一性を改善することができる。環状ファラデーセンサ１９９のような、１つ以上のファラデーセンサを遮蔽リング１９４内に配置し、イオンビーム電流を感知することができる。
【００３９】
プラズマドーピングシステム１００は、さらに、制御器１５６およびユーザーインタフェースシステム１５８を備える。一実施形態においては、制御器１５６は、所望の入力／出力機能を実行するようプログラムした、汎用コンピュータまたは汎用コンピュータのネットワークとすることができる。別の実施例においては、制御器１５６は、他の電子回路またはコンポーネント、例えば特定用途専用集積回路、他の配線接続またはプログラム可能電子デバイス、個別素子回路等を備える。さらに別の実施形態においては、制御器１５６は、通信デバイス、データ記憶デバイス、およびソフトウェアを備えることができる。図１の制御器１５６は、出力信号のみを電源１４８，１５０に供給し、またファラデーセンサ１９９から入力信号を受信するよう示したが、制御器１５６は、プラズマドーピングシステム１００の他のコンポーネントに対する出力信号供給および入力信号受信も行うことができる。他のさまざまな実施形態も設けることができる。
【００４０】
ユーザーインタフェースシステム１５８は、さまざまなデバイスを備え、ユーザーが制御器１５６を介してコマンドおよび／またはデータを入力するおよび／またはプラズマドーピングシステム１００を監視することができるようにする。これらはタッチスクリーン、キーボード、ユーザーポインティングデバイス、ディスプレイ、プリンタ、その他を備える。他のさまざまなデバイスも利用することができる。
【００４１】
動作にあたり、ガス源１０４は、ワークピース１３８内にインプランテーション（注入）するために、所望の不純物（ドーパント）を含む主不純物ガスを供給する。さまざまな主不純物ガスを用いることができる。例えば、一実施形態においては、主不純物ガスとしては、Ｓｉ，Ｃ，Ｎ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｍｇ，Ａｇ，Ａｕ、またはそれらの組み合わせとすることができる。別の実施形態においては、主不純物ガスは、ヒ素、ボロン、リン、カルボランＣ２Ｂ１０Ｈ１２、または他の大きな分子化合物もあり得る。さらに別の実施形態においては、主不純物ガスは、アルカンまたは別の原子状もしくは分子状の炭素含有種とすることができる。他のさまざまな主不純物ガスも供給することができる。
【００４２】
ガス圧力制御器１１６は、主不純物ガスをプロセスチャンバ１０２に供給する流量を制御する。ソース構成１０１はプロセスチャンバ１０２内でプラズマ１４０を発生するよう動作する。ソース構成１０１は制御器１５６によって制御することができる。プラズマを発生させるため、ＲＦ源１５０はＲＦアンテナ１２６，１４６のうち少なくとも一方でＲＦ電流を共振させ、プロセスチャンバ１０２内で電磁場（例えば、振動、ＤＣ、またはＲＦ電磁場）を生成し、この電磁場がプロセスチャンバ１０２内で主不純物ガスを励起およびイオン化して、プラズマ１４０を発生することができる。
【００４３】
バイアス電源１４８は、パルス状プラテン信号を発信してプラテン１３４および、それゆえ、ワークピース１３８にバイアスを印加し、パルス状プラテン信号のパルスオン期間中に、プラズマ１４０からワークピース１３８に向けてイオンを加速することができる。パルス状プラテン信号および／またはパルスのデューティサイクルの周波数は、所望のドーズ率を生ずるよう選択する。パルス状プラテン信号の強度は所望のエネルギーを生ずるよう選択する。他の全てのパラメータを等しくした場合、エネルギーの増加はインプラント深さの増加をもたらす。
【００４４】
図２は本発明の実施形態によるビームライン型のイオンインプランター２００を示す。図２につき説明すると、ビームライン型のイオンインプランター２００はイオン発生源２８０を備え、イオンビーム２８１を形成するイオンを発生する。イオン発生源２８０は、イオンチャンバ２８３およびイオン化するガスを含むガスボックス（図示せず）を備える。ガスはイオン化を生ずるイオンチャンバ２８３に供給する。一実施形態においては、このガスは、ヒ素、ボロン、リン、カルボランＣ２Ｂ１０Ｈ１２、または他の大きな分子化合物を含む。別の実施形態においては、このガスは、アルカンまたは他の原子状もしくは分子状炭素含有種とすることができる。形成したイオンをイオンチャンバ２８３から抽出し、イオンビーム２８１を形成する。
【００４５】
イオンビーム２８１は、分解磁石２８２の磁極間に向けて発射する。電源をイオン発生源２８０の抽出電極（図示せず）に接続し、調整可能な電圧を供給することができる。例えば、高電流イオンインプランターにおいて約０．２〜８０ｋＶの電圧を供給することができる。このようにして、イオン発生源２８０からの一価に帯電したイオンは、この調整可能電圧によって約０．２〜８０ｋｅＶのエネルギーに加速される。
【００４６】
イオンビーム２８１は、抑制電極２８４および接地電極２８５を通過し質量分析器２８６に達する。図２に示したように、質量分析器２８６は分解磁石２８２を備える。質量分析器２８６はイオンビーム２８１を分解開孔２８９のあるマスキング電極２８８に向けて発射する。別の実施形態において、質量分析器２８６は、分解磁石２８２および分解開孔２８９を有するマスキング電極２８８を備える。分解磁石２８２は、イオンビーム２８１におけるイオンを転向させ、所望のイオン種のイオンが分解開孔２８９を通過するようにする。望ましくないイオン種は分解開孔２８９を通過しない。代わりに、このような望ましくないイオン種はマスキング電極２８８によって阻止する。一実施形態においては、例えば、分解磁石２８２は所望種のイオンを約９０°転向させることができる。
【００４７】
所望イオン種のイオンは分解開孔２８９を通過して角度補正磁石２９４に達する。角度補正磁石２９４は所望イオン種のイオンを転向させ、イオンビームを拡散イオンビームから、ほぼ平行な軌道を有するイオンを含む、リボン状イオンビーム２１２に変換することができる。一実施形態においては、例えば、角度補正磁石２９４は所望イオン種のイオンを約７０°転向させることができる。別の実施形態においては、ビームライン型のイオンインプランター２００は、加速または減速装置も備える。他のさまざまな実施形態にすることもできる。
【００４８】
エンドステーション２１１は、リボン状イオンビーム２１２の経路上において、ワークピース２３８のような、１個以上のワークピースを支持し、所望種のイオンをワークピース２３８内にインプラントするようにする。エンドステーション２１１はプラテン２９５を備え、ワークピース２３８を支持する。エンドステーション２１１は、リボン状イオンビーム２１２の断面の長手寸法に直交する方向にワークピース２３８を移動するためのスキャナー（図示せず）も備え、これによってワークピース２３８の表面全体にわたりイオンを分布させることができる。リボン状イオンビーム２１２を図２に示したが、例えば、スポットビームのような、他のさまざまなビームおよび実施形態にすることができることを理解されたい。
【００４９】
イオンインプランター２００は付加的なコンポーネントを有することができる。例えば、一実施形態においては、エンドステーション２１１は、ワークピースをビームライン型のイオンインプランター２００中に導入するため、またイオンインプランテーション後にワークピースを取り出すための自動ワークピース取り扱い装置も設けることができる。別の実施形態においては、エンドステーション２１１には、ドーズ測定システム、電子フラッドガン、または他の同様なコンポーネントも設けることができる。イオンビーム２１２が横断する全経路もイオンイオンプランテーション中に真空状態にすることを理解されたい。さらに、ビームライン型のイオンインプランター２００は高温または低温イオンインプランテーションに対しても設けることができると理解されたい。
【００５０】
上述のように、アモルファス化を改善するために、ワークピースを冷却する。図３は本発明の実施形態による、背面ガス熱的結合を行うためのチャック３００を示す。チャック３００は背面ガス熱的結合を行う背面ガス装置を有する。一実施形態においては、背面ガス熱的結合は、図１に示したプラズマドーピングシステムで行うことができる。別の実施形態においては、背面ガス熱的結合は、図２に示したビームライン型のイオンインプランターで行うことができる。他のさまざまな実施形態および用途もあり得る。
【００５１】
図３につき説明すると、ガス原子または分子３０１がワークピース３３８およびチャック３００間を流れるとき、ガス原子または分子３０１はチャック３００の表面に衝突し、チャック３００の温度に対応する並進運動および回転運動のエネルギーを得る。チャック３００の温度に対応するエネルギーは、原子または分子３０１およびそれらが衝突するチャック３００の表面間で生じる結合に関与する適応係数を用いて表現することができる。この実施形態においては、適応係数は原子または分子３０１の諸元（例えば自由度）および衝突表面の諸元（例えば表面粗さまたは衝突係数）に依存する。
【００５２】
熱を付与された熱化原子また分子３０１は、ワークピース３３８とチャック３００との間におけるギャップ３０３を横切って通過する。ワークピース３３８とチャック３００との間の距離が原子または分子３０１の平均自由行程（例えば衝突時点間で移動する平均距離）と比較して小さい場合、ギャップ３０３を横切る行程は直接経路となる。原子または分子３０１がワークピース３３８に到達するとき、同一の熱化プロセスがワークピース３３８でも生じる。例えば、一実施形態においては、ワークピース３３８がチャック３００よりも熱いとき、原子または分子３０１はワークピース３３８からエネルギーを吸収する。一方、チャック３００がワークピース３３８よりも熱い場合、原子または分子３０１はチャック３００からエネルギーを吸収する。それゆえ、原子または分子３０１はワークピース３３８およびチャック３００間を行き来するにつれて、２表面は同一温度に収斂する。同様に、ワークピース３３８は加熱または冷却される。原子または分子３０１間に多数の衝突がある場合、原子または分子相互間でエネルギーを共有することになるので、この熱伝導は非効率的となる。
【００５３】
より高いガス圧力はより多くの原子または分子３０１がワークピース３３８とチャック３００との間における熱伝達することを意味するが、これは平均自由行程がより短くなることも意味する。つまり、低圧力においては、熱伝達はガス圧力に比例する。平均自由行程がチャック３００とワークピース３３８との間のギャップ３０３まで短くなる点まで、圧力が増加するにつれ、上昇は減退を始める。より高い圧力は、ワークピース３３８をチャック３００により近くに保持することによって用いることができる。多くの場合、クランプ圧力は通常、背面ガス圧力よりも高くすることを理解されたい。他の変更形態も可能である。
【００５４】
別の実施形態においては、熱的調整装置を用いてワークピースを冷却する。例えば、ワークピースは熱的調整装置上に設置する。一実施形態において、例えば、ロボットアームを熱的調整装置とチャックとの間でワークピースを動かし、ワークピースを室温以下に冷却することができる。
【００５５】
ワークピースはさまざまな所定温度に冷却し、アモルファス化を最適化することができることを理解されたい。例えば、冷却範囲は室温以下の温度から−２１２℃の温度までの範囲とすることができる。一実施形態においては、ワークピースは０℃または氷結点以下に冷却することができる。別の実施形態においては、ワークピースは−２０℃〜−１００℃の範囲における温度に冷却することができる。さらに別の実施形態においては、ワークピースは約−６０℃に冷却することができる。他のさまざまな冷却温度を利用することができる。
【００５６】
別の実施例によれば、予冷却器をエンドステーションまたはプロセスチャンバに用いてワークピースを冷却することができる。例えば、一実施形態においては、予冷却器はエンドステーションまたはプロセスチャンバ内のプラットフォームとする。別の実施形態においては、予冷却はロードロック室で行うことができる。さらに別の実施形態においては、図３につき説明したのと同様に、プラテンによりワークピースを冷却することができる。他のさまざまな実施形態も実施することができる。例えば、冷却に関しては他の冷却プロセスもあり、これら他の冷却プロセスとしては、特許文献１（米国特許公開第２００８−０４４９３８号明細書）、特許文献２（米国特許公開第２００８−０７６１９４号明細書）、特許文献３（米国特許公開第２００８−１２１８２１号明細書）に記載されており、これら全ては参照することにより本明細書に組み込まれるものとする。
【００５７】
図４は、本発明の実施形態による、簡単な炭素モノマーと比較した、エタン、炭素分子の効果を表す典型的グラフ４００を示す。この実施例において、エタンを炭素含有種として使用すると約５０％のアモルファス化の増加を示し、イオンインプランテーションに理想的な相当急峻なプロファイルを形成することができる。
【００５８】
図５は本発明の代替実施形態による、炭素インプランテーションに対する温度効果を表す典型的グラフ５００を示す。グラフに示されるように、−１００℃のような低温で炭素をインプラントすると、アモルファス化を約１００％増加させることができる。さらに、アモルファス化層を越える炭素ドーズ量を減少させることができる。
【００５９】
図６は、本発明の別の実施形態による、さまざまな炭素インプラントのために炭素ドーズ量およびアモルファス厚さを表し、また比較した典型的グラフ６００を示す。この実施形態においては、低温インプランテーションを実行するとき、標準のインプランテーションと比較してアモルファス厚さは増加する。
【００６０】
従って、炭素含有種の低温インプラントは、極浅インプラントおよび歪み工学技術の双方を改善することができる。例えば、炭素含有種は、−６０℃のような、低温条件下でインプラントすることができる。さらに、炭素含有種の低温インプラントは、単独種のみで、または、ＰＡＩとしての、ゲルマニウムのような、別の種とともに実行することができる。
【００６１】
さらに、炭素含有種の低温インプラントを実行して極浅ジャンクション（ＵＳＪ：ultra-shallow junction）を形成することができる。ＵＳＪをインプラントするために、ワークピースはアモルファス化し、不純物（例えば、ボロン、リン等）がワークピースの結晶格子内にチャネル（溝）を形成しないようにすることができる。炭素をインプラントしてアモルファス層を形成する。例えば、炭素の低温インプランテーションは、ボロンまたはリンのより良好な活性化をもたらす。低温は、不純物プロファイルをより浅くし、ワークピースの結晶格子に対するチャネル形成も防止する。特に、炭素は、活性部位に対してボロンまたはリンと競合し、したがって、ボロンまたはリンの拡散を抑制することができる。単に一例のみを説明したが、他の極浅インプラントも炭素含有種の低温インプランテーションと同様に行うことができることを理解されたい。
【００６２】
さらに、炭素含有種の低温インプラントを実行して歪みを形成することができる。ワークピース内にインプラントして歪みを形成する炭素は、ワークピースの結晶格子から原子をはじき出す。例えば、これら原子はシリコンまたはゲルマニウム原子とすることができる。炭素含有種が多数の炭素原子を有する分子化合物である場合、炭素原子がワークピースの結晶格子から原子をはじき出す可能性は増加する。つまり、炭素含有種のインプランテーションはアモルファス化および歪みを増加させることができる。
【００６３】
従って、低温条件下における炭素分子のインプランテーションはアモルファス化および歪みの効果を大幅に改善し、特にＵＳＪ形成において、イオンインプランテーションを最適化することができる。
【００６４】
本発明の実施形態はＲＦモードで動作するプラズマドーピングシステムを用いるインプランテーションを目的としているが、他の実施、システム、および／または動作モードも設けることができることを理解されたい。例えば、これらは、グロー放電プラズマドーピング（ＧＤ−ＰＬＡＤ：glow discharge plasma doping）または他のイオンインプランテーションシステムのような、他のプラズマをべースとするイオンインプランテーションシステムを含む。
【００６５】
本発明の実施形態は炭素含有種を用いて説明したが、他のインプランテーション種も提供することができることも理解されたい。例えば、これらはフッ素含有分子（例えば、二フッ化ボロン（ＢＦ２））または、ヒ素またはリン二量体（例えば、Ａｓ２またはＰ２）または四量体（Ａｓ４またはＰ４）のようなヒ素またはリン含有分子を含む。
【００６６】
本発明の実施形態はいくつかの動作モードを提供するだけでなく、これらさまざまなモードは、カスタマイズなしでは容易に得られない付加的インプランテーションのカスタマイズを提供することができることも理解されたい。
【００６７】
本発明は本明細書に記載の特定の実施形態によって範囲を限定されない。実際に、本明細書に記載したものに加え、本発明の他のさまざまな実施形態および変更は、上述の説明および添付図面から当業者には明白であろう。したがって、このような他の実施形態および変更形態も本発明の範囲内に含むことを意図する。さらに、本発明は、特定の目的のために、特定の環境下において、特定の実施形態を用いて説明したが、当業者であれば、この有効性はこれのみに限定されず、本発明は、任意の目的のために、任意の環境下において有利に実施することができることを認識されたい。従って、以下に記載する特許請求の範囲は最大範囲および本明細書に記載の本発明の精神を考慮して解釈すべきである。
【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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