(57)【要約】【課題】結晶欠陥層を適正な深さに形成すること。【解決手段】イオン照射システムは、ヘリウムイオンを射出するヘリウムイオン射出部１４と、射出されたヘリウムイオンの一部を透過させる透過窓１１１を有する遮蔽板１１と、ヘリウムイオンを減速するアルミホイル１２２を有し、アルミホイル１２２の面を傾動させる傾斜板１２と、制御部１３と、を有するイオン照射部１０と、ウェハの厚さ及び電気特性を検査する検査部と、検査結果を記憶する記憶部１９と、検査結果に基づいてマップデータを算出する演算部１８と、を備える。制御部１３は、ウェハにおいて照射を行いたい箇所にヘリウムイオンが到達するように遮蔽板１１の位置を制御し、マップデータ基づいて傾斜板１２の傾斜角を制御することで、遮蔽板１１を透過したヘリウムイオンがアルミホイル１２２内を通過する距離を調整し、ヘリウムイオンの照射深さを制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリウムイオンを照射することで、ウェハの内部に結晶欠陥層を形成するイオン照射システムであって、
ヘリウムイオンを射出するヘリウムイオン射出部と、前記ヘリウムイオン射出部から射出されたヘリウムイオンのうち、一部を透過させる透過窓を有する遮蔽板と、前記遮蔽板を透過したヘリウムイオンを通過させる際に、ヘリウムイオンを減速するアルミホイルを有し、前記アルミホイルの面を傾動させる傾斜板と、制御部と、を有するイオン照射部と、
前記ウェハの厚さ及び電気特性を検査する検査部と、
前記検査部による検査結果を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された検査結果に基づいて、マップデータを算出する演算部と、を備え、
前記制御部は、前記ウェハにおいてヘリウムイオンの照射を行いたい箇所にヘリウムイオンが到達するように、前記遮蔽板の位置を制御し、
前記マップデータ基づいて前記傾斜板の傾斜角を制御することで、前記透過窓を透過したヘリウムイオンが前記アルミホイル内を通過する距離を調整し、ヘリウムイオンの照射深さを制御する、
イオン照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に荷電粒子を打ち込むことにより、ダイオードのカソード領域に意図的に結晶欠陥を形成する技術が知られている。
【０００３】
結晶欠陥は、ホールと電子の再結合中心として機能する。このため、カソード領域に結晶欠陥を形成しておくと、ダイオードに逆電流が流れたときにカソード領域内のホールが結晶欠陥の近傍で電子と再結合しやすくなる。さらに、カソード領域内のアノード領域近傍の深さに結晶欠陥を局所的に形成すると、電子とホールの再結合が効率的に促進される。
【０００４】
ヘリウムイオン照射は、表面（回路面）から打ち込んだ場合、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）形成領域のダメージ、及び表面側の金属電極（主にアルミ）の厚さのバラツキによる結晶欠陥形成層の深さバラツキが発生する。そのため、ヘリウムイオン照射は裏面から行うのが一般的である。
【０００５】
ここで、裏面からヘリウムイオン照射を行う場合、結晶欠陥層をＩＧＢＴ素子ならボディ領域の近傍のドリフト領域へ、ダイオードならアノード領域近傍のアソード領域に打ち込み深さをアルミホイル厚さにてコントロールしながら行う。図１２は、ＩＧＢＴ素子の断面図の一例であり、図１３は、ダイオードの断面図の一例である。
【０００６】
特許文献１及び特許文献２には、シリコンウェハの裏側表面から、ヘリウムイオン照射を行う技術が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、半導体ウェハに上面側からヘリウムイオン照射を行う技術が開示されている。半導体ウェハは、ヘリウムイオンの照射方向に対して傾斜させて配置する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１４１３０４号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９８７４号公報
【特許文献３】特開２０１０−０６７９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ウェハの裏面研磨工程において、ウェハ厚さに面内ばらつきが生じる場合が有る。図１４は、面内ばらつきが生じた状態を示すウェハ断面図である。ウェハに面内ばらつきが生じると、結晶欠陥の形成深さにばらつきを生じさせる。図１５は、関連するイオン照射による結晶欠陥層の生成状態を示す図であり、高速ヘリウムイオンをウェハの裏面から照射する際に、一定の厚さのアルミホイルをアブゾーバとして用いることで照射深さを調整し、裏面からは一定の深さに結晶欠陥層を形成した状態を示している。このとき結晶欠陥層は、表面側からの深さがばらついた状態である。結晶欠陥の形成深さのばらつきは、半導体素子におけるターンオフ時間やスイッチング損失などの電気特性にばらつきを生じさせる。電気特性のばらつきは、１／４ＨＶパワーデバイス（ＲＣ−ＩＧＢＴ）において、悪影響を及ぼす場合がある。したがって、ウェハ厚みに面内ばらつきがあっても、結晶欠陥層を適正な深さに形成することが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかるイオン照射システムは、ヘリウムイオンを照射することで、ウェハの内部に結晶欠陥層を形成するイオン照射システムであって、ヘリウムイオンを射出するヘリウムイオン射出部と、前記ヘリウムイオン射出部から射出されたヘリウムイオンのうち、一部を透過させる透過窓を有する遮蔽板と、前記遮蔽板を透過したヘリウムイオンを通過させる際に、ヘリウムイオンを減速するアルミホイルを有し、前記アルミホイルの面を傾動させる傾斜板と、制御部と、を有するイオン照射部と、前記ウェハの厚さ及び電気特性を検査する検査部と、前記検査部による検査結果を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された検査結果に基づいて、マップデータを算出する演算部と、を備え、前記制御部は、前記ウェハにおいてヘリウムイオンの照射を行いたい箇所にヘリウムイオンが到達するように、前記遮蔽板の位置を制御し、前記マップデータ基づいて前記傾斜板の傾斜角を制御することで、前記透過窓を透過したヘリウムイオンが前記アルミホイル内を通過する距離を調整し、ヘリウムイオンの照射深さを制御する。
これにより、ウェハにおいて電極側から略一定の距離に結晶欠陥層を生成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
結晶欠陥層を適正な深さに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１にかかるイオン照射システムの構成図である。
【図２】実施の形態１にかかるイオン照射部の構成物品の配置を示した図である。
【図３】実施の形態１にかかる遮蔽板の図である。
【図４】実施の形態１にかかるイオン照射システムの動作フローを示した図である。
【図５】実施の形態１にかかる１回目のイオン照射時のイオン照射部の状態を示す図である。
【図６】実施の形態１にかかるＮ回目のイオン照射時のイオン照射部の状態を示す図である。
【図７】実施の形態１にかかる傾斜板の傾斜状態を示す図である。
【図８】実施の形態１にかかる傾斜板の断面図である。
【図９】実施の形態２にかかるイオン照射システムの構成図である。
【図１０】実施の形態２にかかるイオン照射部の構成物品の配置を示した図である。
【図１１】実施の形態２にかかる遮蔽板の図である。
【図１２】関連するＩＧＢＴの断面図である。
【図１３】関連するダイオードの断面図である。
【図１４】関連するウェハの断面図である。
【図１５】関連する結晶欠陥層の生成状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、イオン照射システム１の構成を示した図である。イオン照射システム１は、イオン照射部１０と、第１の検査部１６と、第２の検査部１７と、演算部１８と、記憶部１９を備える。
【００１４】
イオン照射部１０は、遮蔽板１１と、傾斜板１２と、制御部１３と、ヘリウムイオン射出部１４と、ウェハ設置部１５を備える。図２は、イオン照射部１０の構成物品の配置を示した図である。イオン照射部１０では、ヘリウムイオン射出部１４から高速で射出されたヘリウムイオンが、遮蔽板１１を透過し、傾斜板１２を通過して、ウェハ設置部１５に設置されたウェハに到達するよう配置されている。
【００１５】
遮蔽板１１は、ウェハ設置部１５に設置されるウェハを覆う大きさを有する板である。遮蔽板１１は、ウェハ設置部１５に設置されるウェハの表面と略平行となるように設置されている。遮蔽板１１は、透過窓１１１と、遮蔽部１１２を有する。図３は、遮蔽板１１の一例である。遮蔽板１１は、ヘリウムイオン射出部１４がヘリウムイオンを照射した場合に、透過窓１１１ではヘリウムイオンを透過させ、遮蔽部１１２の部分はヘリウムイオンを透過させない。言い換えると、透過窓１１１を透過したヘリウムイオンのみが、傾斜板１２を通過してウェハに到達する。遮蔽板１１は、制御部１３の制御に基づいて二次元方向に移動することによって、ウェハにおいてヘリウムイオンの照射を行いたい箇所にのみ、ヘリウムイオンが到達するように、透過窓１１１の位置を調整する。例えば、図２おいて、遮蔽板１１の移動可能な方向が中抜きの矢印で示されており、遮蔽板１１はこれらの方向に移動することで、透過窓１１１の位置決めを行う。
【００１６】
傾斜板１２は、遮蔽板１１と略平行に設けられた板である。典型的には、傾斜板１２は、遮蔽板１１とウェハ設置部１５の間に設けられ、制御部１３の制御に基づいて傾動可能である。図２は、傾斜板１２が、ヘリウムイオンが垂直に入射される位置から、角度θだけ傾斜した状態を示している。傾斜板１２は、枠１２１と、アルミホイル１２２を有する。典型的には、枠１２１の形状は四角である。アルミホイル１２２は、均等の厚みを有しており、枠１２１に張りつけられている。傾斜板１２は傾動することにより、アルミホイル１２２の面を傾動させる。なお、以下では傾斜板１２には、枠１２１に、一定の厚みＴのアルミホイル１２２が張られているものとして説明する。
【００１７】
制御部１３は、演算部１８で生成され記憶部１９に記憶されたマップデータに基づいて、遮蔽板１１及び傾斜板１２の動作を制御する。具体的には、制御部１３は、遮蔽板１１の透過窓１１１の位置を調整し、ヘリウムイオンがウェハの任意の位置に照射されるよう制御する。さらに制御部１３は、傾斜板１２の傾斜角θを制御することで、ヘリウムイオンがアルミホイル１２２内を通過する距離を調整する。すなわち制御部１３は、傾斜板１２の傾動角θを制御することで、ヘリウムイオンの減速の度合いを調整し、ヘリウムイオンがウェハにおいて、任意の深さに照射されるよう制御する。
【００１８】
ヘリウムイオン射出部１４は、ウェハ設置部１５に設置されたウェハの裏面に対して略垂直にヘリウムイオンを高速で照射する。
【００１９】
ウェハ設置部１５は、ウェハを設置する部位である。より具体的には、ウェハ設置部１５では、ウェハの裏面がヘリウムイオン射出部１４と対向するように、ウェハを設置する。
【００２０】
第１の検査部１６は、裏面研磨工程後のウェハ厚さを測定する機器である。例えば分光干渉式のウェハ厚み計である。
【００２１】
第２の検査部１７は、ウェハの電気特性を測定する機器である。
【００２２】
演算部１８は、第１の検査部１６で取得したウェハ厚さと、第２の検査部１７で取得したウェハの電気特性に基づいて、ウェハの厚み及び電気特性のマップデータを生成する。
【００２３】
記憶部１９は、演算部１８で算出されたマップデータを記憶する。
【００２４】
次に、イオン照射システム１を用いたイオン照射の動作について説明する。図４は、イオン照射システムの動作のフローチャートである。
【００２５】
初めに、ＩＧＢＴ・ダイオード表面加工工程をあらかじめ終了させておく（ステップＳ１）。その後ステップＳ２に進む。なお、ステップＳ１とステップＳ２の間に、ウェハを加工するための、その他の工程が入っていても良い。
【００２６】
ウェハ研磨機（図示せず）によるウェハの裏面研磨を行う（ステップＳ２）。このとき、図１４で示したように、ウェハの中心部と中間部との厚さの間に、約１０μｍ（図１４のＣ−Ａ）の面内ばらつきが発生する。
【００２７】
第１の検査部１６は、ウェハの面内厚さの測定を行う（ステップＳ３）。
【００２８】
第２の検査部１７は、ウェハの電気特性を測定する（ステップＳ４）。
【００２９】
演算部１８は、第１の検査部１６で取得したウェハ厚さと、第２の検査部１７で取得したウェハの電気特性に基づいて演算を行い、マップデータを生成する（ステップＳ５）。演算部１８は、生成したマップデータを記憶部１９に記憶する。
【００３０】
制御部１３は、遮蔽板１１及び傾斜板１２の制御に必要な情報を収集する（ステップＳ６）。具体的には、制御部１３は、記憶部１９に記憶されたマップデータを取得する。また、制御部１３は、傾斜板１２に設けられているアルミホイル１２２の厚さの情報を取得する。
【００３１】
イオン照射部１０は、ウェハ設置部１５にウェハを設置する（ステップＳ７）。
【００３２】
ヘリウムイオン射出部１４は、ヘリウムイオンの照射を行う（ステップＳ８）。このとき、制御部１３は、ステップＳ６で取得したマップデータ及びアルミホイル１２２の厚さの情報に基づいて、遮蔽板１１の位置と、傾斜板１２の傾斜角を制御する。
【００３３】
より具体的には、イオン照射部１０では、制御部１３の制御により遮蔽板１１の位置を変更することで、ウェハへのヘリウムイオンの照射位置を調整する。またこのとき、イオン照射部１０は、制御部１３の制御によりヘリウムイオンの照射位置にあわせて、傾斜板１２の傾斜角を変更する。すなわち、イオン照射部１０は、遮蔽板１１の位置と傾斜板１２に傾斜を変更しながらヘリウムイオンの照射を行う。
【００３４】
ここで遮蔽板１１について、透過窓１１１は、ウェハに形成したい結晶欠陥層の範囲に比べて狭く形成されている。そのため、イオン照射部１０では、イオン照射により必要な範囲に結晶欠陥層を形成するために、透過窓１１１の位置を変更しながら、複数回、ヘリウムイオンの照射を行う。図５は、ヘリウムイオンの１回目の照射の例であり、図６は、ヘリウムイオンのＮ（Ｎは２以上の整数）回目の照射の例である。図５及び図６では、図中の下方向から順に結晶欠陥を形成している。
【００３５】
また傾斜板１２には厚さＴのアルミホイル１２２が張られており、傾斜板１２を角度θだけ傾斜させた場合、ヘリウムイオンが通過するアルミホイル１２２の厚さＸは、Ｘ＝Ｔ／ｃｏｓθにより算出することができる。図７は、傾斜板１２を傾斜角θだけ傾斜させた状態を示した図である。図８は、傾斜板１２の断面図であり、傾斜板１２を傾斜させることにより、ヘリウムイオンがアルミホイル１２２内を通過する距離が変化する状態を示している。なお、図７及び図８の点線は、傾斜板１２の傾斜角が０°の状態を示している。傾斜板１２の傾斜角θの値が大きくなるほど、ヘリウムイオンがアルミホイル１２２内を通過する距離が長くなり、ヘリウムイオンの減速の度合いが変化する。そのため、制御部１３は、傾斜板１２の傾斜を変化させることで、ウェハに対するヘリウムイオンの照射深さを制御することができる。
【００３６】
したがって、制御部１３は、マップデータを参照し、ヘリウムイオンが透過窓１１１を透過してウェハに到達する位置における面内ばらつきに基づいて、傾斜板１２の傾斜を変化させる。例えば図５に示すように、１回目のヘリウムイオンの照射では傾斜板１２の傾斜角はθ１であり、図６に示すように、Ｎ回目のヘリウムイオンの照射では傾斜板１２の傾斜角はθ２である。
【００３７】
ヘリウムイオンの照射が終了したら、次工程に進む（ステップＳ９）。
【００３８】
したがって、イオン照射部では、遮蔽板と傾斜板の動作を制御することにより、高速ヘリウムイオンがウェハに照射される範囲と照射深さを制御することができる。このとき、ウェハの厚さ及び電気特性のデータに基づくマップデータを利用することで、ウェハの裏面研磨による面内ばらつきの影響を低減させ、結晶欠陥層をウェハの表面側から略一定の距離に形成することができる。
これにより、生成した半導体素子のターンオフ時間や、スイッチング損失などの電気特性のばらつきを抑え、精度の高い半導体素子を形成することができる。
【００３９】
実施の形態２
図９は、イオン照射システム２の構成を示した図である。イオン照射システム２は、イオン照射部２０と、第１の検査部１６と、第２の検査部１７と、演算部１８と、記憶部１９を備える。なお、実施の形態１に示したイオン照射システム１と同一の機能を奏する構成物品については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
イオン照射部２０は、遮蔽板２１と、傾斜板１２と、制御部１３と、ヘリウムイオン射出部１４と、ウェハ設置部１５を備える。図１０は、イオン照射部２０の構成物品の配置を示している。イオン照射部１０では、ヘリウムイオン射出部１４から高速で射出されたヘリウムイオンが、遮蔽板２１を透過し、傾斜板１２を通過して、ウェハ設置部１５に設置されたウェハに到達するよう配置されている。
【００４１】
遮蔽板２１は、ウェハ設置部１５に設置されるウェハを覆う大きさを有する板である。遮蔽板２１は、ウェハ設置部１５に設置されるウェハの表面と略平行となるように設置されている。遮蔽板２１は、アルミホイル窓２１１と、遮蔽部２１２とを有する。遮蔽板２１は、ヘリウムイオン射出部１４がヘリウムイオンを照射した場合に、アルミホイル窓２１１ではヘリウムイオンを通過させ、遮蔽部２１２の部分ではヘリウムイオンを透過させない。図１１は、遮蔽板２１の一例である。
【００４２】
アルミホイル窓２１１には、厚さＴ０のアルミホイルが設けられている。したがって、傾斜板１２に設けられたアルミホイルの厚さをＴ、傾斜板１２の傾斜角をθとすると、ヘリウムイオン射出部１４から射出されたヘリウムイオンがウェハに到達するまでに通過するアルミホイルの厚さの合計Ｘは、Ｘ＝Ｔ０＋Ｔ／ｃｏｓθとなる。
【００４３】
これにより、遮蔽板においてヘリウムイオンが通過する際に、ヘリウムイオンを減速させることができる。そのため、傾斜板によるヘリウムイオンの減速の範囲を狭めることができ、傾斜板の傾斜制御による厚さ調整の範囲を狭めることができる。より具体的には、傾斜板において、傾斜角θが、０°に近い状態で調整することが可能となる。傾斜板は、傾斜角θが小さい場合には、傾斜角θが大きい場合に比べ、傾斜角の変化量に対するヘリウムイオンの通過距離の変化量が小さくなる。言い換えると、傾斜板の傾斜角θが小さい状態から傾斜角θを変化させた場合、傾斜板の傾斜角θが大きい状態から傾斜角θを変化させた場合に比べ、ヘリウムイオンの減速の変化量が小さくなるため、ヘリウムイオンの速度の微調整が容易となる。したがって、イオン照射システム２は、イオン照射システム１に比べて、傾斜板の傾斜角の制御を高精度に行うことなく、ヘリウムイオンの照射深さを容易に調整することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、遮蔽板は、傾斜板に比べてヘリウムイオン射出部に近い位置に設置されているものとして説明したが、遮蔽板と傾斜板の位置を入れ替え、傾斜板が、遮蔽板に比べて、ヘリウムイオン射出部に近い位置に設置されていても良い。また、第１の検査部と第２の検査部による検査結果を用いるものとして説明したが、演算によりマップデータを生成できるのであれば、１つの検査部であってもよい。また検査部で行う検査内容は、ウェハ厚み及び電気特性に限られず、検査項目に応じて、さらに多数の検査部を有しても良い。第１の検査部と第２の検査部の検査結果を１つの記憶部に記憶するものとして説明したが、２以上の記憶部を備え、それぞれの検査結果を異なる記憶部に記憶しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１    イオン照射システム
２    イオン照射システム
１０    イオン照射部
１１    遮蔽板
１１１    透過窓
１１２    遮蔽部
１２    傾斜板
１２１    枠
１２２    アルミホイル
１３    制御部
１４    ヘリウムイオン射出部
１５    ウェハ設置部
１６    第１の検査部
１７    第２の検査部
１８    演算部
１９    記憶部
２０    イオン照射部
２１    遮蔽板
２１１    アルミホイル窓
２１２    遮蔽部
【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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