JPH1055775A - 組み合わされたイオンビームおよびマイクロ波照射手段および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単かつ低価格の構成でイオン注入による結
晶損傷を的確にアニールできるようにする。 【解決手段】 基板１４内にイオン１８を注入しかつ注
入損傷をマイクロ波２６の照射によってアニールする装
置１０が開示される。好ましい実施形態のプロセスで
は、マイクロ波２６は基板１４を注入が開始される前に
所定の温度Ｔｐに加熱しかつ注入の間オンとされる。所
望の注入ドーズ量に到達したとき、イオンビームおよび
マイクロ波放射はほぼ同時にオフとされかつ基板１４は
チェンバ１２の冷たい壁部への放射により急速に冷却さ
れ、それによって大きな横方向ドーパント再分布を防止
する。基板保持チェンバ１２およびそのイオンビームポ
ート１９およびマイクロ波ポート２４はマイクロ波２６
の基板１４への結合を可能にしかつマイクロ波２６のイ
オン注入装置１６への結合を避けるよう設計される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板にエネルギ粒子
およびマイクロ波の組合わせによって照射を行ない該基
板の特性を変えるための手段および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子技術において基板の特性を局部的に
変えるためにイオン衝撃（ｉｏｎ ｂｏｍｂａｒｄｍｅ
ｎｔ）およびイオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔ
ｉｏｎ）を使用することがよく知られている。イオン注
入はトランジスタ、ダイオード、抵抗、容量および他の
形式の電子エレメントを構成するために半導体基板と共
に広く使用されている。いくつかの場合には、注入され
るイオンはドーパントイオンであり、かつ他の場合には
それらは化合物を生成する、例えば、シリコン基板内に
二酸化シリコンを生成するイオンとすることができる。

【０００３】イオン注入の重大性の１つは結晶損傷（ｃ
ｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄａｍａｇｅ）である。注入ド
ーズ量が高くなればなるほど、損傷はより大きくなる。
通常基板を加熱して結晶損傷をアニールしおよび／また
は注入されたイオンを活性化する（例えば、それらを電
気的にアクティブにする）ことが必要である。ここで使
用されている「アニールする」または「アニーリング」
（ａｎｎｅａｌｌｉｎｇ）は「アクティベイション」ま
たは「活性化」（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）を含むものと
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】注入ドーズ量とアニー
リング温度との間の関係は特に注入ドーズ量が十分に大
きくて転位ループ（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ ｌｏｏｐ
ｓ）を生成しあるいは基板内のドーパントの固体溶解限
界（ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｌｉｍｉｔ）
または基板と科学量論的化合物を作成するのに必要なレ
ベルに接近する場合に、複雑になる。アニーリングはし
ばしば高い温度でかつかなり長い時間にわたり行なわれ
なければならない。例えば、シリコンによれば１０^３℃
のオーダーで１０^２〜１０^３分のオーダーの時間の間ア
ニールすることは異常なことではない。注入およびアニ
ール工程の期間およびそのために必要なエネルギーは基
板に形成される電子装置のコストを大幅に増大する可能
性がある。ドーズ量に応じて、残留する注入損傷はしば
しば従来の技術を使用してはアニールするのが非常に困
難であるかあるいは不可能であり、残留する損傷は装置
の性能をひどく悪化させる。したがって、改善された注
入およびアニール手段および方法の必要性が依然として
存在する。

【０００５】技術的に伝統的なオーブンまたはファーネ
スにおいて加熱することによりおよび種々の可視光およ
び赤外線源の使用によりアニールを行なうことが知られ
ており（例えば、Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ、「半導体技術（Ｓｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、
マグロウヒル（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）、ニューヨー
ク、１９８５年、２５２ページ、図２３を参照）および
マイクロ波の印加によりアニールを行なうものが知られ
ている（例えば、米国特許第５，２８４，７９５号、ゲ
イ（Ｇａｙ）他、「半導体装置の熱的アニーリング（Ｔ
ｈｅｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏ
ｍｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」、１９９０年１
２月２０日出願のフランス特許第９０１６０４０号に基
づき１９９１年１２月９日に出願、を参照）。しかしな
がら、これらの従来技術の方法は当業者によく知られて
いるように数多くの不都合または制約を受ける。したが
って、改善された注入およびアニール手段ならびに方法
の絶えざる必要性が存在する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様では、基
板にイオンを注入するための装置において、第１の結合
領域を通り第１の方向で前記基板に向けられる周波数ｆ
のマイクロ波源、そしてマイクロ波の伝搬のためにカッ
トオフ周波数ｆ_ｃｏを有する第２の結合領域を通って第
２の方向で前記基板に向けられるエネルギイオン源であ
って、ｆ_ｃｏ＜ｆであるものが設けられる。

【０００７】この場合、前記基板は前記マイクロ波が定
在波を提供するチェンバ内に含まれるよう構成すると好
都合である。

【０００８】また、前記基板を包含しかつその中にマイ
クロ波およびイオンが向けられる真空チェンバが設けら
れ、かつ前記基板は前記チェンバ内に熱的に非伝導性の
支持部材によって支持されてもよい。

【０００９】さらに、前記マイクロ波はＴＥ_０１，ＴＥ
_１０またはＴＥ_１１伝搬モードまたはその組合わせとす
ることができる。

【００１０】本発明の別の態様では、基板内に選択され
たイオンを導入する方法において、前記基板にマイクロ
波を照射して前記基板を所定の温度に加熱する段階、前
記基板がマイクロ波にさらされている間に前記基板の表
面上に前記選択されたイオンを所定の注入ドーズ量に到
達するまで衝突させる段階、そして前記基板内での前記
選択されたイオンの実質的に非対称の分布を保つように
時間的に十分に一致して前記選択されたイオンおよびマ
イクロ波を停止する段階が設けられる。

【００１１】この場合、前記マイクロ波を停止した後
に、前記基板は放射冷却されるようにしてもよい。

【００１２】また、前記マイクロ波の停止と前記選択さ
れたイオンの停止との間の時間差は前記選択されたイオ
ンを衝突させる段階の期間の約２０％以下とすると好都
合である。

【００１３】さらに、前記十分なマイクロ波エネルギは
前記基板を６０秒より少ない時間で前記所定の温度に加
熱するよう供給すると好都合である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明はイオン注入の間に基板の
マイクロ波照射により基板の特性を変えるための改善さ
れた手段および方法に関する。説明の便宜上かつ制限的
なものではなく、本発明の手段および方法は半導体基板
にイオン注入を行ない局部的にそれらの電気的および他
の特性を変えることに関連して実例によって説明する。
それは特に半導体基板、例えば、シリコンに関して有用
であるが単にシリコンまたは他の半導体基板に限定され
るものではない。さらに、本発明は複合または多層また
は多材料基板ならびに均質な（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕ
ｓ）基板に適用可能でありかつ多結晶並びに単結晶基板
およびそれらの組合わせに適用可能である。

【００１５】図１は、本発明の好ましい実施形態に係わ
る組合わされたイオン注入およびマイクロ波加熱装置１
０の単純化した概略構成図を示す。図２は基板１４を保
持するサンプルチェンバ１２のさらなる詳細を示し、か
つ図３は本発明の別の実施形態を示す。図１〜図３にお
いては、同様のまたは類似の要素を示すために同じ参照
数字が使用されている。

【００１６】次に図１および図２を参照すると、装置１
０は基板１４を含むサンプルチェンバ１２を具備する。
説明の便宜上かつ制限的な意味ではなしに、基板１４は
約１００ｍｍの直径１７および約０．５ｍｍの厚さの伝
統的な単結晶シリコンウェーハであるが、これは必須の
ものではない。ユーザの希望に応じて、任意の適切な基
板をかつより大きなまたはより小さな寸法のものを使用
することができる。

【００１７】イオン注入装置１６はイオンビーム１８を
結合セクション（ｃｏｕｐｌｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎ）１
９を通り基板１４の前面２０に対するよう向ける。イオ
ン注入装置１６はフラッド（ｆｌｏｏｄ）型または走査
型イオン注入装置とすることができる。行なわれた試験
では、中電流走査型注入装置「イートンモデル（Ｅａｔ
ｏｎ Ｍｏｄｅｌ）ＮＶ−３２０６型」が都合が良いこ
とが分かった。それは約３０〜１５０ｋＶの加速電位で
約５０〜５００マイクロアンペアのビーム電流および約
７〜８ｍｍの直径を備えた、例えばホウ素（ｂｏｒｏ
ｎ）、酸素、その他のイオンのほぼ円柱形のビームを提
供した。しかしながら、特定の用途にとって望ましいビ
ーム電流、加速電圧およびイオン形式が可能であれば任
意の適切な注入装置を使用できる。イオンビーム電流お
よび注入装置１６によって供給される総合ドーズ量を決
定するためにビーム電流モニタ装置２２が設けられると
好都合である。

【００１８】導波路セクション２４はサンプルチェンバ
１２の前面１３に好適に結合され、ウェーハ１４の前面
２０に対してマイクロ波放射２６を導くよう構成されて
いる。当業者が本明細書の開示に従って理解するよう
に、マイクロ波２６はチェンバ１２内へかつ基板１４を
通りかつ基板１４のまわりに伝搬することができ、した
がって基板１４を囲みかつその中に浸透する。イオンビ
ーム１８のチェンバ１２への結合を可能にするために導
波路セクション２４としてクォータサークル（ｑｕａｒ
ｔｅｒ ｃｉｒｃｌｅ）が好適に使用される。

【００１９】導波路セクション２４はマイクロ波発生器
３０に結合され、該マイクロ波発生器３０はマイクロ波
２６を導波路セクション２４およびウェーハ１４に伝達
する。マイクロ波発生器３０は好適にマイクロ波源３
２、および電力計測セクション３６を具備し、該電力計
測セクション３６は入力電力Ｐｉが知られているものと
して少なくとも反射電力Ｐｒを検出し、あるいは、Ｐｉ
およびＰｒの双方を検出しウェーハ１４に転送される正
味電力（ｎｅｔ ｐｏｗｅｒ）Ｐｎ＝Ｐｉ−Ｐｒが知ら
れあるいは決定できるようにする。

【００２０】電力計測セクション３６は好適に整合セク
ション３８に結合され、該整合セクション３８は発生器
および負荷のインピーダンス整合を提供する。マイクロ
波発生器３０を構成する種々のそれぞれの構成要素およ
び接続導波路は伝統的なものでありかつ商業的に入手可
能である。２分の１〜数ギガヘルツで数キロワットの電
力を提供できるマイクロ波源が適している。例えば、約
２．４５ギガヘルツで約２キロワットを出力するマグネ
トロンが使用されたが、より高いおよびより低い周波数
並びにより高いおよびより低い電力も使用できる。サン
プルチェンバ１２およびウェーハ１４に効率的に結合す
る周波数を使用することが望ましい。

【００２１】真空シール４０、例えば、石英窓、がマイ
クロ波発生器３０を真空セクション４２から分離するた
めに設けられており、真空セクション４２内にはイオン
ビーム１８および基板１４が横たわっている。このよう
にして、マイクロ波発生器３０は気密にする必要がなく
かつ真空状態の下で動作する必要もない。真空セクショ
ン４２は動作のために真空状態が必要とされる装置１０
の部分のみを含んでいれば良い。これは一般にイオンビ
ーム１８に関与する装置１０の部分に制限される。サン
プルチェンバ１２は好適に真空部分４２内に含まれてい
る。イオンビーム１８がそこを通過する結合セクション
１９は使用されるマイクロ波の伝搬のためのカットオフ
周波数ｆ_ｃｏより低い横方向寸法２７を有し、したがっ
てセクション１９に関する限りウェーハ１４におけるマ
イクロ波電界に大きな影響を与えることはなくあるいは
大きな量のマイクロ波エネルギがイオン注入装置１６内
に反射し戻されないことが望ましい。これは本発明の特
定的な特徴である。結合セクション１９はユーザおよび
特定の注入装置あるいはその動作がマイクロ波２６によ
って乱されるシステムの他の部分の必要に適するように
円形または方形、あるいは他の断面を持つことができ
る。

【００２２】サンプルチェンバ１２は円形または方形の
断面とすることができかつ、これらに限定されるもので
はないが例えば、ＴＥ_０１，ＴＥ_１０またはＴＥ_１１伝
搬モードのような種々のマイクロ波伝搬モードをサポー
トするよう設計される。円形チェンバは約１２０ｍｍの
直径４２および約４０〜６０ｍｍの長さ４４を備えるの
が好都合であることがわかったが、それらが基板１４を
装着しかつマイクロ波エネルギをそこに結合することが
可能であるかぎり、他の寸法も使用できる。マイクロ波
キャビティとして作用することができるチェンバ内には
一般に定在波が存在する。

【００２３】横方向寸法２５の導波路セクション２４は
円形または方形あるいは任意の他の都合の良い形状とす
ることができ、かつ一様なまたは先細の断面を持つこと
ができる。方形の断面が好都合である。適切なマイクロ
波結合をサンプルチェンバ１２に提供し最大エネルギが
基板１４に転送できることが重要である。導波路セクシ
ョン２４の正確な形状および寸法はマイクロ波周波数、
サンプルチェンバ１２の形状、ユーザによって選択され
た結合方式およびサンプルチェンバ１２内に励起されて
いるマイクロ波伝搬モードに依存する。例えば、導波路
セクション２４は好適に方形断面を有し、約２．４５ギ
ガヘルツで動作するために約４．３×８．７ｃｍの各横
方向寸法を備えたものとされる。

【００２４】基板１４はその主たる前面２０をチェンバ
１２の軸４６と垂直にかつその中に軸方向の中心に装着
するのが好ましい。ウェーハ１４は、例えば、３個また
はそれ以上の誘電体ポスト５０または他の支持手段によ
って好適に支持することができる。ポスト（ｐｏｓｔ
ｓ）または他の支持手段は空洞１２の導電壁からの熱的
アイソレーションを提供しウェーハ１４に結合されてい
るマイクロ波エネルギを大きく混乱させず、したがって
ウェーハ加熱の一様性（一様性が望まれる場合）に対す
る悪影響を避けることが望ましい。充電または帯電によ
るイオンビーム１８の擾乱を防止するため、導電性リー
ド５２が累積された電荷をキャビティ１２の壁または他
の基準電位に抜くために設けられている。リード５２は
望ましくは高い温度に耐えることができる材料とされ
る。

【００２５】ウエーハ１４の前面２０は好適にチェンバ
１２の前面１３から距離４８に位置している。２〜４ｍ
ｍの距離４８が好都合であることが分かったが、基板１
４が比較的大きなマイクロ波電界強度の領域に位置する
限りより大きなまたはより小さな距離も使用できる。こ
のマイクロ波電界強度は加熱されることが希望される基
板の部分にわたり横方向に一様であることが望ましい。

【００２６】基板１４（図１を参照）に対する電磁波の
方向はマイクロ波電力流の方向を表すポインティングベ
クトルＰ（すなわち、Ｐ＝Ｅ×Ｈ）がキャビティチェン
バ１２の軸４６に沿ってかつ基板１４の面２０に垂直に
向けられるようにすることが好ましい。電界ベクトルＥ
および磁界ベクトルＨはウエーハ面２０の面に平行に横
たわっているが、これは必須のことではない。基板１４
はチェンバ１２内でマイクロ波放射２６の定在波パター
ンの最大部分にあるいは少なくともウエーハの面におい
てかなりの電界強度を提供する位置に配置されることが
望ましい。サンプルチェンバ１２に近付きつつあるおよ
びサンプルチェンバ１２内のマイクロ波２６の偏波（ｐ
ｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ）は方形または円形または楕円
形とすることができる。サンプルチェンバ１２は種々の
マイクロ波伝搬モードをサポートするよう設計できる
が、一様な加熱が望ましい場合は、基板１４の位置にお
いてかつ基板１４の直径１７にわたり最も一様なマイク
ロ波エネルギ分布を提供するモードを選択することが望
ましい。

【００２７】冷却コイル５４は望ましくはサンプルチェ
ンバ１２の壁部を基板１４に関して低い温度に維持する
ために設けられることが望ましい。この目的のために水
または他の流体をコイル５４を通して循環させることが
できる。サンプルチェンバ１２の壁部を比較的低い温度
に保つことはチェンバ１２の壁部から汚染物質が排気さ
れること（ｏｕｔ−ｇａｓｓｉｎｇ）または昇華（ｓｕ
ｂｌｉｍａｔｉｏｎ）を避けるためおよびマイクロ波２
６がターンオフさたれ後に基板１４の急速な放射冷却を
可能にするためのヒートシンクを提供するために望まし
い。行われた実験では、サンプルチェンバ１２は銅合金
であったが、純粋の銅またはアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金あるいは他の比較的良好な伝導体または導体
も使用できる。コイル５４および水がサンプルチェンバ
１２を冷却するために好都合であるが、技術的によく知
られた他の熱除去構成も使用できる。例えば、かつ限定
的なものではないが、チェンバ１２は外側および内側の
壁部の間の溝（ｃｈａｎｎｅｌｓ）において循環する冷
却流体（液体または気体）を備えた２重壁とすることが
でき、あるいはサンプルチェンバ１２はフィンを取り付
けかつ該フィンにわたり気体または液体を通すことによ
り冷却することもでき、あるいはチューブ、溝および／
またはフィンの組合わせも使用できる。

【００２８】導波路２４はまた面１３の代わりにあるい
は面１３に加えてサンプルチェンバ１２の他の面に結合
することができる。例えば、図３の装置１０′におい
て、マイクロ波２６はチェンバ１２の後部面１５を通っ
て向けられ、それによってポインティングベクトルＰが
ウエーハ１４の後部面２１に向くようにすることができ
る。図３においては、導波路セクション２４′は図１の
ように曲がったものではなく真っ直ぐなものであるが、
これは必須のことではなくかつマイクロ波放射を導入す
るための任意の手段で十分である。チェンバ１２の前面
または後部面はマイクロ波放射２６を導入するための唯
一の選択肢ではない。それは任意の都合のよい構成によ
って、例えば、前面、後部面、１つまたはそれ以上の側
部面またはそれらの組合わせを介してチェンバ１２内に
結合することができる。さらに、スロットまたは格子ま
たは他の結合アパーチャまたはアンテナを使用してサン
プルチェンバ１２内のマイクロ波エネルギの分布および
その基板１４への結合を増強することができる。重要な
ことはマイクロ波エネルギが効率よく基板１４に結合さ
れかつ合理的な空間的一様性をもって結合され、それに
よって基板１４の関連部分が望まれるように一様に加熱
されることである。また、イオンビーム部分１９は、開
口２９が走査ビーム１８（走査注入装置からの）を妨害
しない限り、マイクロ波２６の注入装置１６への逆方向
の伝搬を防止する助けとするため該開口２９をもつこと
ができる。

【００２９】図４は、本発明に係わる注入−マイクロ波
注入およびアニール処理プロセス６０の単純化した流れ
図を示し、かつ図５は図４のプロセスに対する温度−時
間図の一例である。説明の都合上、基板１４はシリコン
であるものと仮定する。プロセス６０はステップ６２を
具備し、そこでウエーハ１４が処理の用意ができたチェ
ンバ１２内へロードされる。ステップ６２は約１０〜２
０秒の期間６３を有する。次に、ステップ６４におい
て、マイクロ波源３０がターンオンされウエーハ１４に
マイクロ波２６を浴びせる（ｆｌｏｏｄ）。ステップ６
４はウエーハ１４の温度を所定の温度Ｔｐ、例えば、シ
リコン基板について６００〜１３００℃の範囲かつより
好適には９００〜１２００℃そして典型的には約１００
０℃に上昇させるが（ステップ６６）、他の温度もまた
有用である。当業者は本明細書の教示に基づき異なる基
板材料は異なるＴｐの値を必要とすることを理解するで
あろう。

【００３０】ウエーハ加熱または「ランプアップ（ｒａ
ｍｐ−ｕｐ）」ステップ６６は期間６５を有する。期間
６５は印加されるマイクロ波電力のレベルに依存する。
約６０秒以内に、好ましくは約３０秒以内にそしてさら
に好ましくは１０秒またはそれ以下で基板１４をＴｐに
加熱するために十分な電力が印加されるべきである。１
０００℃のオーダの温度にウエーハを加熱することは１
０秒またはそれ以下の時間で行うことができ、これはマ
イクロ波２６からシリコンウエーハ１４への高いレート
のエネルギ転送およびウエーハ１４を排気されたサンプ
ルチェンバ１２内で熱的に隔離したことによる。ダイあ
るいはデバイスの製造のために一般に使用されるシリコ
ンウエーハについては、これは約２０ワット／ｃｍ^２の
マイクロ波電力レベルで達成できることが分かってい
る。

【００３１】ウエーハ１４が所定の温度Ｔｐに到達した
とき、注入装置１６はステップ６８においてターンオン
されイオン１８をウエーハ１４に向ける。使用される中
電流注入装置によれば、ビーム１８は毎秒約４０００／
１００（ｘ／ｙ）回でウエーハ１４にわたり走査を行
う。注入期間６９は注入装置１８の電流能力およびユー
ザにより選択される基板特性の所望の変化を生じさせる
ために注入されるべきドーズ量に依存する。注入期間６
９は変動するが中電流注入装置によってトランジスタま
たは他のデバイスを形成するためにシリコンにおいて有
用なレベルのドーパント注入（例えば、１０^１５〜１０
^１６イオン／ｃｍ^２）を提供するためには５０〜１２０
秒の時間が典型的なものである。バックグランドのウエ
ーハドーピングレベルおよびユーザによって要求される
注入不純物ドーピンクレベルおよび注入装置の電流能力
に応じて、より長いまたはより短い時間を使用すること
ができる。例えば、半導体基板内に埋込み誘電体層が形
成されるべき場合には、注入装置の電流能力に応じて、
すなわち、注入装置が〜１０^１８イオン／ｃｍ^２を伝達
するのにどれだけ長くかかるかに応じて３６００秒のオ
ーダの注入時間が必要であろう。

【００３２】注入期間６９が完了した後、注入装置１６
はステップ７０においてターンオフされ、すなわち、イ
オンビーム１８がウエーハ１４から除去される。ステッ
プ７２（マイクロ波オフ）はステップ７０のタイムラグ
７１内で行われることが望ましい。ステップ７２はマイ
クロ波源３０をターンオフすることによりあるいは単に
マイクロ波２６をチェンバ１２からそらすことにより行
うことができる。タイムラグ７１は正であっても（イオ
ンビームがオフになった後にマイクロ波をオフ）、ある
いは負（イオンビームがオフになる前にマイクロ波をオ
フ）でもよく、あるいはゼロ（マイクロ波およびイオン
ビームがほぼ同時にシャットオフされる）でもよい。一
般に、タイムラグ７１はほぼゼロまたは正、すなわち、
ｔ_７２≧ｔ_７０、であることが望ましく、この場合ｔは
時間でありかつｔ_ｊｋはステップ“ｊｋ”が行われる時
間を示す。ステップ７２（マイクロ波オフ）はステップ
７０（注入オフ）の前に行うことができるが、すなわ
ち、タイムラグ７１が負になることができるが、これは
注入される基板ロケーションがＴｐにあるいはその近く
に維持されない限りアニールされない残留注入損傷が存
在する確率が増大するためそれほど望ましくない。

【００３３】タイムラグ７１の大きさ（正でも負でも）
は通常期間６９の２０％以下であり、より望ましくは１
０％以下であり、さらに望ましくは５％以下であり、か
つ好ましくは期間６９の２〜３％以下である。負のタイ
ムラグ７１（始めにマイクロ波オフ）に対しては、タイ
ムラグ７１の大きさが小さくなればなるほど、残留注入
損傷の危険は少なくなる。正のタイムラグ７１（始めに
イオンビームがオフ）に対しては、タイムラグ７１の大
きさが小さくなればなるほど、大きなドーパント再分布
の危険はより少なくなる。プラスまたはマイナス０〜１
０秒の範囲のタイムラグ７１が有用であり、より好適に
は０〜５秒であり、かつ好ましくは０〜３秒であること
が分かった。

【００３４】マイクロ波は注入が停止された後に長い期
間の間オフにしておくことができる。これはドーパント
イオンがウエーハ内におかれた後にウエーハを高い温度
に維持するという効果を有する。これは、例えば、埋込
み酸化物または窒化物層を形成するために非常に高いド
ーズ量の化学的反応物が注入される場合に有用である。
そのような場合、注入ドーズ量は化学量論的酸化物また
は窒化物または他の化合物を形成するためにそのような
イオンに対する固体溶解限界を越えなければならない。

【００３５】期間７５の冷却ステップ７４において、ウ
エーハ１４の温度はほぼ室温まで、あるいは少なくとも
注入イオンのさらなる拡散が効果的に停止しかつ基板が
安全に大気中に取り出すことができるように（ステップ
７６）十分低い温度まで急速に低下される。冷却はウエ
ーハ１４からサンプルチェンバ１２の冷却された壁部へ
の放射冷却によって好適に達成される。しかしながら、
ウエーハはまた比較的不活性のガス（すなわち、これら
の温度において基板との望ましくない化学反応を生じな
い気体）を浴びせることによって冷却プロセスをさらに
加速するために対流および伝導冷却を与えることもでき
る。ステップ７６の後に、ウエーハは７８で示される総
合的な装置製造プロセスにおける次のステップへと転送
される。約１０００℃のＴｐからの冷却期間７５は約１
０秒でありかつ除去期間７７は約１０秒である。

【００３６】上で述べたプロセスを使用してウエーハを
処理するために必要な合計時間は提供される注入ドーズ
量に応じてほぼ１１０〜１７０秒である。０．１〜８オ
ーム・センチ（ｏｈｍ−ｃｍ）の導電率のｎ型シリコン
においては、約１０^１５イオン／ｃｍ^２に対応するホウ
素（ｂｏｒｏｎ）のドーズ量が約１〜３ミクロンの接合
深さを提供し、かつ約１０^１６イオン／ｃｍ^２に対応す
るドーズ量が約３〜６ミクロンの接合深さを提供する。

【００３７】本発明の同時注入＋マイクロ波加熱プロセ
スを行うために必要な時間は伝統的な順次的な注入＋ア
ニールプロセスと比較することができる。注入装置にロ
ードし、注入を行いかつ注入装置からアンロードする時
間は２つの処理についてほぼ同じでありかつ従って比較
に影響を与えない。本発明の処理においては、アニール
は注入ステップの間に行われ、従って何らの余分のアニ
ールステップまたは時間が必要とされない。従って、温
度上昇（ｒａｍｐ−ｕｐ）（ステップ６６＝ウエーハ加
熱）および温度低下（ｒａｍｐ−ｄｏｗｎ）（ステップ
７４＝ウエーハ冷却）時間のみが本発明の処理と伝統的
な処理との間で比較するために残っている。

【００３８】本発明のプロセスによれば、それぞれ期間
６５および７５の加熱および冷却ステップ６６および７
４は、一度に１つのウエーハが処理されるものと仮定す
ると、おのおののウエーハに対し合計約１０＋１０＝２
０秒を必要とする。本発明の処理によればこれ以上のア
ニール時間を加える必要はなく、それはアニールは注入
と同時に行われるからである。典型的なファーネスによ
るアニールは１つのバッチで２００のウエーハに対して
行われる。伝統的な従来技術のプロセスに対する典型的
な立上り（ｒａｍｐ−ｕｐ）＋アニール＋立下り（ｒａ
ｍｐ−ｄｏｗｎ）時間は４０＋１２０＋６０＝２２０分
＝１３２００秒である。バッチサイズにより除算するこ
とによりウエーハごとに約１３２００／２００＝６６秒
の時間が得られる。従って、ウエーハごとに約６６−２
０＝４６秒の正味の節約が可能である。

【００３９】毎年極めて多数のウエーハが製造されるか
ら、節約できる合計の時間およびコストはかなりのもの
である。さらに、エネルギのかなりの節約があり、それ
は、通常アニーリングのために使用されていてもいなく
ても連続してランニングが行われる、熱的ファーネスに
関連する大きな装置を加熱する必要がないからである。
また、それらのチェンバのより高い吸収のため効率が悪
い石英ランプによって加熱することと比較すると節約が
可能である。従って、本発明のプロセスは従来技術の方
法に対し実質的により効率的でありかつ望ましい時間の
節約およびコストの利点を有する。

【００４０】例えば、酸素または窒素を注入することに
より埋込み誘電体層を形成することが望まれる場合には
２段階注入が非常に有用であることが分かった。例え
ば、シリコン基板が始めに約１０分間約０．６×１０
^１８Ｏ^＋／ｃｍ^２のドーズ量まで注入され、この場合注
入ビームのみにより平均ウエーハ温度は約６００〜６５
０℃に到達する。これに続き同じビーム電流（〜１２ミ
リアンペア）で約２０分第２段階が行われ、この場合酸
素イオンドーズ量は約１．８×１０^１８Ｏ^＋／ｃｍ^２ま
で増大されこの間マイクロ波は約４０ワット／ｃｍ^２で
印加されて注入の間に走査領域における基板温度を約１
０００℃に上昇させる。より高いまたはより低い温度を
使用できるが、第１段階の注入は約８００℃より低い温
度で行われかつ第２段階の注入は約９００℃より高い温
度、好ましくは≧１０００℃、で行われるのが望まし
い。上に述べた２段階プロセスは約０．４マイクロメー
トルの厚さで基板面からおよそ０．２〜０．２５マイク
ロメートル下に良好な結晶品質の介在するシリコンを備
えて化学量論的ＳｉＯ_２の埋込み酸化物層を提供する。
得られた結果は伝統的な従来技術のプロセスを使用して
約１．１×１０^１８Ｏ^＋／ｃｍ^２までの注入とこれに続
く１２００〜１３００℃での６時間のファーネスによる
アニールによって得られたものと同等かまたはより良好
である。従って、埋込み誘電体層ならびにドーピングさ
れた領域を本発明のプロセスを使用して得ることができ
る。

【００４１】さらに、本発明のプロセスは前に形成され
たドーピングされた領域の大きな再分布（ｒｅｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｉｏｎ）を生じないことが分かっている。こ
れは、本発明による高い温度での時間が従来技術の順次
的な注入＋アニールプロセスのためのアニール時間より
もほぼ数桁の大きさだけ小さいためである。これは非常
に実用的であり、それは装置および処理の設計の双方を
単純化するからである。これに対し、従来技術では、お
のおのの新しい注入＋アニール段階は前に形成された接
合を移動させかつこれらの複雑な変化を考慮に入れなけ
ればならなかった。本発明のプロセスはそのような複雑
さを避けあるいは最少にしかつ極めて有用である。

【００４２】さらに、ウエーハ温度のみに基づき対処さ
れるものを越えて注入損傷のアニールを加速しかつ注入
されたドーパントの横方向拡散を防止する注入イオンと
マイクロ波との間の基板における協力的な効果があるこ
とが発見された。イオンが基板内での衝突によって減速
するとき、注入イオンビームの真下の基板の小さな領域
においてマイクロ波エネルギの吸収を局部的に増強する
付加的な自由キャリアが生成される。これらの余分のキ
ャリアはマイクロ波からエネルギを吸収する。この付加
的なエネルギは部分的に結晶格子に結合し戻され、それ
によって減速するイオンによって引き起こされる結晶欠
陥の緩和を増強する。これは欠陥形成と同時に進行し、
従って注入が行われたときにもしあっても少しの欠陥の
みが凍結される。結晶格子の「実効温度（ｅｆｆｅｃｔ
ｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」は、基板全体とし
ての高い温度およびイオン自体により与えられるエネル
ギを考慮しても、衝突するイオンのみによってそうでな
い場合よりも注入イオンビームのすぐ下でより高くなる
ものと考えられる。この影響は過渡的なものであり、す
なわち、それは移動するイオンビームとともに移動す
る。この協力的な相互作用のため、アニールまたは注入
損傷の除去は単に平均的なウエーハ温度に基づいて予期
されるよりも注入ビームのすぐ近傍でずっと高いレート
で行うことができる。従って、事実上従来技術を使用し
た注入後のアニールの時間に対して注入が行われている
間に完全な注入損傷のアニールが数秒で達成できる。こ
れは非常に大きな実用性を有する本発明に特有の特徴で
ある。

【００４３】この協力的な効果のさらに他の特徴はそれ
が注入されたドーパントの高度に非対称の再分布につな
がることである。特に、注入の間に垂直方向の（ウエー
ハ面に垂直）ドーパント再分布よりもずっと少ない横方
向（ウエーハ面に平行）ドーパント再分布がある。例え
ば、１〜１７オーム・センチのｎ型シリコンウエーハに
おいて３×１０^１６イオン／ｃｍ^２のドーズ量への９２
０℃で７２０秒の間行われた同時的なホウ素注入および
マイクロ波アニールは３．８マイクロメートルの接合深
さおよびたった０．８２マイクロメートルのマスキング
酸化物のエッジの下での横方向拡散を生成した。これは
伝統的な、順次的な注入＋アニールによって一般に観察
される約１０対９の比率に比較して、ほぼ５対１の垂直
方向対横方向拡散比となっている。

【００４４】従って、本発明のプロセスはイオン注入さ
れた接合におけるかなりの垂直／横方向接合深さの非対
称性を提供することができ、この場合大きな非対称性は
少なくとも２／１を意味するものと考える。ドーズ量お
よび他の条件に応じて、非対称性は３／１、さらに良好
には４／１そして５／１とすることができる。これは非
常に大きな実用上の重要性を有する本発明のさらに他の
特徴であり、その理由はこれによって比較的深い接合が
望まれる場合でもより少ない面積を占有するより小さな
デバイスを作ることが可能になるからである。これは集
積回路のパッケージ密度を増大しかつより複雑な集積回
路を製造可能にする。

【００４５】マイクロ波をほぼ注入と同じ時間にシャッ
トオフすることにより、本発明によって提供されるドー
ピングの非対称性はほぼ保たれる。数分の引き続く（注
入後の）マイクロ波照射の後でも、伝統的な横方向ドー
パント再分布は最少になる。注目の温度における大きな
ドーパント移動のための合計時間は非常に短い。本発明
のプロセスを使用して生成された接合は非常に少しの側
部拡散を有するのみならず、この非対称性は本発明を使
用して行われるその後のイオン注入にわたり保つことが
できる。

【００４６】本発明が特定の装置によってかつある種の
基板の注入および加熱によって説明されたが、当業者は
本明細書の開示に基づき本発明のプロセスは数多くの種
類の注入イオンおよび基板にかつ数多くの異なる形式の
電子的構造の形成に広く適用できることを理解するであ
ろう。さらに、マイクロ波の構成要素および注入装置な
らびにターゲットチェンバの特定の組合わせが説明され
たが、これらは制限的なものではなくかつ基板の共通の
領域にエネルギイオンおよびマイクロ波を同時的に提供
するための他の構成も使用できる。イオンビーム電流お
よびマイクロ波電力レベルはイオンが減速しかつ結晶損
傷を引き起こしている小さな領域における基板において
マイクロ波との建設的な相互作用が行われるようなもの
であり、イオンビームがそのロケーションに存在する間
に実効的な局部温度を上昇させ、従って注入損傷のアニ
ールが大きな注入後のアニール（ｐｏｓｔ−ｉｍｐｌａ
ｎｔ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）の必要性なしに同時的に治
癒されることが重要である。当業者に明らかなこれらお
よび他の変形は添付の特許請求の範囲に含まれるものと
考える。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、エネル
ギ粒子およびマイクロ波の組合わせによって基板の特性
を変えるための改善された手段および方法が実現され、
前述の従来技術の欠点を大幅に改善することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施形態に係わる組み合わさ
れたイオン注入およびマイクロ波加熱装置を示す単純化
された概略構成図である。

【図２】図１の装置の一部の基板ターゲットチェンバの
さらに詳細を示す単純化した説明図である。

【図３】図１と同様のしかしながら本発明のさらに別の
実施形態に係わる装置を示す単純化した構成図である。

【図４】本発明の好ましい実施形態に係わる方法を示す
単純化したフローチャートである。

【図５】図４に示されるプロセスのための単純化した、
例示的な、温度−時間図である。

【符号の説明】

１０ 組み合わされたイオン注入およびマイクロ波加熱
装置 １２ サンプルチェンバ １４ 基板またはウエーハ １６ イオン注入装置 １８ イオンビーム １９ 結合セクション ２０ 前面 ２２ 電流モニタ装置 ２４ 導波路セクション ２６ マイクロ波 ３０ マイクロ波発生器 ３２ マイクロ波源 ３６ 電力計測セクション ４０ 真空シール ４２ 真空セクション ５２ 導電性リード ５４ 冷却コイル

フロントページの続き (72)発明者 アンリ・クロード・ガイ フランス国フォンスグリーブ 31130、リ ュ・デ・リベラル 14 (72)発明者 イレーヌ・パジェ フランス国ヴィレヌーブ・トロザンヌ 31270、リュ・ド・ティエール 19 (72)発明者 ピエール・ジベール フランス国フルザン 31270、リュ・ド・ ヴァーダン 16 (72)発明者 ジャック・リン・クヮン フランス国トゥールーズ 31100、リュ・ ドュ・ルクレーヌ 30

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板にイオンを注入するための装置であ
   って、 第１の結合領域を通り第１の方向で前記基板に向けられ
   る周波数ｆのマイクロ波源、そしてマイクロ波の伝搬の
   ためにカットオフ周波数ｆ_ｃｏを有する第２の結合領域
   を通って第２の方向で前記基板に向けられるエネルギイ
   オン源であって、ｆ_ｃｏ＜ｆであるもの、 を具備することを特徴とする基板にイオンを注入するた
   めの装置。
2. 【請求項２】 前記基板は前記マイクロ波が定在波を提
   供するチェンバ内に含まれることを特徴とする請求項１
   に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記基板を包含しかつその中にマイクロ
   波およびイオンが向けられる真空チェンバが設けられ、
   かつ前記基板は前記チェンバ内に熱的に非伝導性の支持
   部材によって支持されることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記マイクロ波はＴＥ_０１，ＴＥ_１０ま
   たはＴＥ_１１伝搬モードまたはその組合わせからなるこ
   とを特徴とする請求項１〜３の内のいずれか１項に記載
   の装置。
5. 【請求項５】 基板内に選択されたイオンを導入する方
   法であって、 前記基板にマイクロ波を照射して前記基板を所定の温度
   に加熱する段階、 前記基板がマイクロ波にさらされている間に前記基板の
   表面上に前記選択されたイオンを所定の注入ドーズ量に
   到達するまで衝突させる段階、そして前記基板内での前
   記選択されたイオンの実質的に非対称の分布を保つよう
   に時間的に十分に一致して前記選択されたイオンおよび
   マイクロ波を停止する段階、 を具備することを特徴とする基板内に選択されたイオン
   を導入する方法。
6. 【請求項６】 前記マイクロ波を停止した後に、前記基
   板は放射冷却されることを特徴とする請求項５に記載の
   方法。
7. 【請求項７】 前記マイクロ波の停止と前記選択された
   イオンの停止との間の時間差は前記選択されたイオンを
   衝突させる段階の期間の約２０％以下であることを特徴
   とする請求項５または６に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記十分なマイクロ波エネルギは前記基
   板を６０秒より少ない時間で前記所定の温度に加熱する
   よう供給されることを特徴とする請求項５〜７の内のい
   ずれか１項に記載の方法。