(57)【要約】【課題】  特性のばらつきの少ない半導体装置を製造可能なイオン注入装置を提供する。【解決手段】  イオン注入装置１は、処理基板上の複数の領域のそれぞれに対して異なる条件でイオンを照射可能なイオン照射部１１を含む。基板保持部１３は、処理基板を保持し、イオン照射部が照射するイオンの位置との相対的な処理基板の位置を変化させる。演算部１５は、複数の領域のそれぞれに対して予め入力された補正情報に基づいて、イオンが照射される１つの標準処理条件から補正された複数の領域のそれぞれに対する複数の補正処理条件を作成する。制御部１４は、複数の補正処理条件の下で複数の領域のそれぞれに対してイオンが照射されるようにイオン照射部および基板保持部を制御する。【選択図】      図１
2005310634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理基板上の複数の領域のそれぞれに対して異なる条件でイオンを照射可能なイオン照射部と、
前記処理基板を保持し、且つ前記イオン照射部が照射する前記イオンの位置との相対的な前記処理基板の位置を変化させる、基板保持部と、
前記複数の領域のそれぞれに対して予め入力された補正情報に基づいて、前記イオンが照射される１つの標準処理条件から補正された前記複数の領域のそれぞれに対する複数の補正処理条件を作成する演算部と、
前記複数の補正処理条件の下で前記複数の領域のそれぞれに対して前記イオンが照射されるように前記イオン照射部および前記基板保持部を制御する、制御部と、
を具備することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記予め入力された情報は、前記イオンが照射される前の前記処理基板の前記複数の領域のそれぞれにおける状態に基づくことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記予め入力された情報は、前記イオン注入装置を用いて処理基板の複数の領域に予め作成された半導体装置のそれぞれの特性に基づくことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記複数の領域は、１枚の前記処理基板上の異なる領域であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記複数の領域は、複数枚の前記処理基板上のそれぞれでの同じ領域であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
処理基板上の複数の領域のそれぞれに対して異なる条件でイオンを照射可能なイオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、
前記処理基板上の複数の領域のそれぞれに対して予め入力された補正情報に基づいて、前記イオンが照射される１つの標準処理条件から補正された前記複数の領域のそれぞれに対する複数の補正処理条件を作成する工程と、
前記複数の補正処理条件の下で前記複数の領域のそれぞれに対して前記イオンを照射する工程と、
を具備することを特徴とするイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置およびイオン注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（チップ）の製造の際、一般に、複数の半導体装置が共通の工程を経て１枚または複数の半導体基板上に同時に形成される。各半導体装置は同じ製品特性（例えば電気的特性）を有することが求められるため、通常、半導体製造装置は、半導体基板の全ての領域に対して同じ条件下で１つの処理を行う。
【０００３】
一方、例えば特開2000-3881（特許文献１）に記載のイオン注入装置は、半導体基板上の領域ごとに、それぞれ同じ条件でイオン注入を行うことでばらつきを軽減させているが、別の工程で生じた面内のばらつきはそのままである。したがって、この場合、半導体基板の領域ごとに処理が行われるが、注入されるイオンのドーズ量およびイオンに対する加速エネルギー等の条件は共通である。
【０００４】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特開2000-3881号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、製品特性のばらつきの少ない複数の半導体装置を製造できるイオン注入装置およびイオン注入方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の視点によるイオン注入装置は、処理基板上の複数の領域のそれぞれに対して異なる条件でイオンを照射可能なイオン照射部と、前記処理基板を保持し、且つ前記イオン照射部が照射する前記イオンの位置との相対的な前記処理基板の位置を変化させる、基板保持部と、前記複数の領域のそれぞれに対して予め入力された補正情報に基づいて、前記イオンが照射される１つの標準処理条件から補正された前記複数の領域のそれぞれに対する複数の補正処理条件を作成する演算部と、前記複数の補正処理条件の下で前記複数の領域のそれぞれに対して前記イオンが照射されるように前記イオン照射部および前記基板保持部を制御する、制御部と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の視点によるイオン注入方法は、処理基板上の複数の領域のそれぞれに対して異なる条件でイオンを照射可能なイオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、前記処理基板上の複数の領域のそれぞれに対して予め入力された補正情報に基づいて、前記イオンが照射される１つの標準処理条件から補正された前記複数の領域のそれぞれに対する複数の補正処理条件を作成する工程と、前記複数の補正処理条件の下で前記複数の領域のそれぞれに対して前記イオンを照射する工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、特性のばらつきの少ない半導体装置を製造可能なイオン注入装置およびイオン注入方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上記したように、半導体基板上の各領域に形成される半導体装置の最終的な製品特性は均一であることが望ましい。これは、製品特性がばらついて許容値を越えた半導体装置は不良品となるため、結果として半導体装置の製造コストが増大するためである。
【００１０】
現在、特許文献１に示されるイオン注入装置および露光装置等以外の、一般的な半導体製造装置は、１枚または複数枚の半導体基板に対して同じ条件下で処理を行う。理想的には、同じ条件下で処理が行われた結果、半導体基板の各領域において同じ処理結果が得られることである。しかしながら、現実には、各領域において処理結果に違いが生じる。このような面内分布は、後の工程における逆方向の面内分布により相殺されない限り、複数の完成品間の特性のばらつきとして残り、歩留りが低下する原因となる。
【００１１】
なお、露光装置および特許文献１のイオン注入装置等は、領域ごとに異なる条件下で処理を行うことが可能である。しかしながら、現在、領域ごとに異なる条件下で処理を行うのは、半導体装置の試作の段階で、種々の条件および特性等を研究することを目的としている。したがって、この場合でも、面内分布に応じて完成品の特性がばらつくことに相違は無い。
【００１２】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置１の主要部を概略的に示している。図１に示すように、イオン注入装置１は、イオン照射部１１、開口スリット１２、ウェハステージ（基板保持部）１３、制御部１４、演算部１５を有する。ウェハステージ１３上には、処理対象の半導体基板（処理基板）１６が配置される。処理基板１６は、図では一枚のみ示されているが、ウェハステージ１３上に複数枚の処理基板１６を配置する構成とすることもできる。
【００１４】
イオン照射部１１は、処理基板１６に対する注入角度が所定の値とされた軌道を有するイオンビームを処理基板１６に向けて照射する。すなわち、イオン照射部１１は、イオンビーム１７を発生し、イオンビーム１７を所定の領域を処理できる大きさまで拡散し、拡散されたイオンビーム１７の中に存在する個々のイオンの軌道を平行にし、平行にされたイオンビーム１７の軌道を処理基板１６に向かって変化させる。イオン照射部１１は、例えば、イオンビーム発生部２１、コリメータマグネット２２等を有する。
【００１５】
イオンビーム発生部２１は、イオン源、アナライザーマグネット、加速管、静電スキャナー等（何れも図示せぬ）を有する。アナライザーマグネットは、イオン源が発生するイオンの中から目的のイオンを選択的に取り出す。加速管は、イオンを所望のエネルギーまで加速し、照射する。静電スキャナーは、照射された１つの軌道に沿ったイオンビーム１７を適当な広さを有する放射状へと拡散する。拡散されたイオンビーム１７は、コリメータマグネット２２へと進入する。コリメータマグネット２２は、進入したイオンビーム１７を処理基板１６に向かう方向へと導くとともに、放射状に進入したイオンビーム１７の軌道が平行となるように誘導する。コリメータマグネット２２から進行するイオンビーム１７をさらにデフレクターが形成する電場の変化により軌道を変更する構成することもできる。
【００１６】
イオン照射部１１からの、拡散されたイオンビーム１７は、開口スリット１２の開口を通過する。開口スリット１２は、所定の面積に亘るイオンビーム１７を、処理基板１６上のイオンが注入されるべき面積へと制限する。
【００１７】
ウェハステージ１３は、制御部１４の制御によりその位置を移動し、処理基板１６のイオンが注入されるべき領域が開口スリット１２の下方に位置するように処理基板１６の位置合わせを行う。
【００１８】
制御部１４は、処理基板１６上で任意に分割された複数の領域のそれぞれに対して所定の条件下でイオンが注入されるように、イオン照射部１１およびウェハステージ１３を制御する。通常、制御部１４は、標準処理条件の下で処理基板１６上の全ての領域に対してイオンが注入されるように制御を行う。標準処理条件は、ある１つのイオン注入工程における通常設定される条件であり、例えば注入されるイオンのドーズ量、加速度等の値により定義される。
【００１９】
また、制御部１４は、演算部１５から処理基板１６上の複数の領域のそれぞれにおける状態に関する補正情報が供給されている場合、この補正情報に応じて標準処理条件から補正された補正処理条件を作成する。補正処理条件は、処理基板１６上の複数の領域のそれぞれに対して、標準処理条件と面内分布情報（状態情報）とを用いて作成される。制御部１４は、それぞれの補正処理条件下で、処理基板１６上の複数の領域のそれぞれに対してイオン注入が行われるように、イオン照射部１１およびウェハステージ１３を制御する。
【００２０】
演算部１５は、後述の補正処理条件作成用の面内分布情報を供給される。面内分布情報は、イオン注入装置１による処理に先立つ工程、例えばエッチング工程、露光工程、成膜工程、別のイオン注入工程等によって生じた、処理基板１６上の複数の領域間の状態のばらつきに関する情報である。これらの工程の１つによって生じた面内分布であってもよいし、２つ以上の工程によって生じた面内分布であってもよい。演算部１５は、面内分布情報に応じて補正情報を作成し、制御部１４に供給する。補正情報は、処理基板１６上の複数の領域のそれぞれに対応して作成される。なお、制御部１４および演算部１５は、それぞれの機能を担う部分を抽象的にブロックにより記載したものであり、これらを１つの装置としたり、プログラムにより制御部１４および演算部１５の機能を実現することももちろん可能である。
【００２１】
ここで、複数の領域とは、以下に示す領域を意味する。すなわち、イオン注入装置１による処理に先立つ工程が複数枚の処理基板１６を一枚ずつ処理する（枚葉処理）場合、複数の領域は、１枚の処理基板１６上の全面が分割された領域である。すなわち、１枚の処理基板１６上の複数の領域のそれぞれに対する面内分布情報が採取され、各領域間での状態のばらつきが減少するように補正処理条件が作成される。複数枚の処理基板１６を一括して処理する（バッチ処理）場合、複数の領域は、同時に処理される複数枚の処理基板１６上の全ての領域に亘る。また、枚葉処理の場合であって、各処理基板１６上では面内分布が生じないが、各処理基板１６間、例えば各処理基板１６の同じ座標の領域でばらつきが生じる場合も同様である。すなわち、複数の領域は、最大で全ての処理基板１６の全ての領域に亘る。
【００２２】
次に、面内分布情報として幾つかの例を挙げて、以下に説明する。まず、面内分布情報として、例えば成膜工程によって生じた膜厚のばらつきが挙げられる。この場合、膜厚に応じて例えばイオン注入時のドーズ量、加速度等が調整される。すなわち、異なる膜厚の膜を介して同じ条件でイオンが注入されると処理基板１６または処理基板１６上方の半導体層に注入されるイオン（不純物）の量が変化する。より具体的には、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、薄い膜厚の膜３１を介して注入された場合、厚い膜厚の膜３２の場合より注入される不純物の量が多い。また、処理基板１６の表面からの不純物濃度のピーク位置も異なる。図２（ａ）および図２（ｂ）において、実線の横軸方向は、処理基板１６の深さ方向における不純物濃度である。このような不純物濃度の各プロファイルのばらつきの発生を抑えるために、薄い膜厚の位置ではイオンの加速度を減じたり（図２（ｃ））、ドーズ量を減じたり（図２（ｄ））する補正を行うことにより、図２（ａ）のプロファイルに近づける。また、膜厚の厚い位置での加速度、ドーズ量を増やすことも可能である。
【００２３】
また、面内分布情報として、露光工程、エッチング工程によって生じたパターンの幅が挙げられる。例えば、図３に示すように、あるパターン（絶縁膜３３）をマスクとしてイオンが注入される場合、パターンの幅Ｗの変動が、イオンが注入される不純物領域３４の面積の変動に寄与する。このため、イオン注入により形成された不純物領域３４の不純物濃度によって抵抗値が設定される場合、同じ条件でイオンが注入されるとパターンの幅Ｗが大きい個所では、配線の抵抗値が小さくなり、パターンの幅Ｗが小さい個所では配線の抵抗値が大きくなる。そこで、パターンの幅Ｗの変動によりイオンが注入される領域が狭い位置では、配線の抵抗値を減ずるべく多めのドーズ量によってイオンが注入される。
【００２４】
また、面内分布情報として、イオン注入装置１によるイオン注入工程に先立って行われたイオン注入工程によって生じた不純物濃度が挙げられる。例えば、図４に示すウェル４２の形成の際に不純物濃度が各領域でばらつく場合がある。この結果、ゲート電極４３の下方のチャネル領域４４の濃度も影響を受ける。そこで、閾値電圧の調整のためのチャネル領域４４へのイオン注入の条件が、ウェル４２の不純物濃度に応じて領域ごとに補正される。またエクステンション層４１ａとソース／ドレイン層４１ｂとの関係の場合も同じである。
【００２５】
本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置によれば、１枚または複数枚の処理基板１６上に亘る複数の領域ごとに作成された補正処理条件によって、複数の領域のそれぞれにイオン注入が行われる。補正処理条件は、本実施形態に係るイオン注入装置による処理の前の工程において生じた処理基板１６上の各領域間の状態のばらつきに応じて、ばらつきが無い場合の標準処理条件を補正することにより作成される。このため、イオン注入工程において、前の工程において生じた各領域間の状態のばらつきを是正することができる。よって、最終的に領域間での特性のばらつきの少ない半導体装置を量産することができる。
【００２６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、イオン注入工程の直前の処理基板１６上の各領域での状態に応じて補正処理条件が作成される。これに対して第２実施形態では、予め得られた半導体装置の完成品の特性に応じて補正処理条件が作成される。
【００２７】
第２実施形態に係るイオン注入装置の構成は、第１実施形態と同じである。第２実施形態において、面内分布情報として、先に作成された半導体装置の完成品の特性、例えばトランジスタの閾値電圧、抵抗値、リーク電流値等に関する情報が用いられる。本実施形態の実施に際して、処理基板１６上の各領域におけるトランジスタの閾値電圧、抵抗値、リーク電流値等が計測される。半導体装置の種々の製造工程において生じた、処理結果のばらつきに起因して、各完成品間で特性がばらつく。この場合、異なる工程間での傾向の異なるばらつき同士が相殺されたり、助長されたりするため、どの工程で生じたばらつきを修正すべきかを特定することは困難である。しかしながら、いずれの原因にせよ現に生じている各完成品間での特性のばらつきを減少させるように各領域に応じた条件下でイオン注入を行うことが可能である。そこで、過去に同様の工程を経た完成品の特性を用いて、次の半導体装置製造の際のイオン注入を、領域ごとに異なる条件下で行う。
【００２８】
次に、トランジスタの閾値電圧のばらつきを是正するために、チャネル領域へのイオン注入を領域ごとに異なる条件で行った具体例について説明する。図５は、予め得られた完成品の各領域におけるトランジスタの閾値電圧を例示している。より詳しくは、図５は、６枚の処理基板１６それぞれにおいて３１個のチップが形成された例を示している。図５に示すように、処理基板１６によって、同じ位置のチップ間でも閾値電圧がばらつくとともに、同じ処理基板１６上の異なるチップによって（処理基板１６上の領域によって）閾値電圧がばらつく。図５に示す閾値電圧情報が、演算部１５に入力される。
【００２９】
図６は、イオン注入量に対する閾値電圧の変化率を例示している。この変化率は、予め演算部１６に入力されている。演算部１５は、この変化率と閾値電圧情報を用いて、各チップ間の閾値電圧のばらつきが減少するように、標準処理条件に対するチップごとの補正係数を算出する。図７は、このようにして得られた補正係数を例示している。図７に示すように、閾値電圧の低いチップには、補正係数１（補正無し（標準処理条件））を越える補正係数が、高いチップには、補正係数１未満の係数が与えられる。なお、図７は、図６の各チップでの平均値の閾値電圧を用いて算出された結果である。
【００３０】
制御部１４は、標準処理条件に補正係数を乗じたイオン注入量で、各領域（各チップ）にイオン注入を行う。図８は、以上のイオン注入工程を経て完成した各トランジスタ間の閾値電圧のばらつき、および１つの同じ条件によるイオン注入工程を経た各トランジスタ間の閾値電圧のばらつきを例示している。同じ条件による処理（通常注入処理）の結果として、３枚の処理基板ごとに異なるゲート長を有するトランジスタに関する結果の例が示されている。また、本実施形態による処理（補正注入処理）の結果の例として、４枚の処理基板ごとに異なるゲート長を有するトランジスタに関する結果が示されている。図８に示すように、通常注入処理は、３枚の処理基板とも面内の３１個のチップの閾値電圧のばらつき（最大値と最小値の差）は、１０〜１５ｍＶと高い。これに対して、補正注入処理を行った４枚の処理基板において、同一の処理基板上の異なる領域における３１個のチップの閾値電圧のばらつきは最大でも１０ｍＶ程度以下となっている。すなわち、通常処理の約１／２程度のばらつきに低減される。
【００３１】
本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置によれば、１枚または複数枚の処理基板１６上に亘る複数の領域ごとに作成された補正処理条件によって、複数の領域のそれぞれにイオン注入が行われる。補正処理条件は、予め作成された複数の半導体装置間の特性のばらつきに応じて作成される。各完成品間の特性のばらつきは、半導体製造の複数の工程のそれぞれにおける各領域間のばらつきの積み重ねにより決定される。このため、最終的に是正したい特性のばらつきの原因が、どの工程で生じたばらつきに起因するかを特定することが困難な場合がある。これに対し、第２実施形態によれば、予め、各完成品間の特性のばらつきを計測し、この特性のばらつきに直接働きかけることが可能な工程において補正注入処理が行われる。このため、各完成品間の特性のばらつきを容易に是正することができ、特性のばらつきの少ない半導体装置を量産することができる。
【００３２】
第２実施形態は、第１実施形態と組み合わせて実施することも可能である。すなわち、１回目の半導体装置の製造工程において、例えば第１実施形態を用いてイオン注入装置１によるイオン注入工程前で生じた各領域間のばらつきが補正される。次に、この後の工程を経て完成した半導体装置の特性の情報が採取される。次に、２回目の製造工程において半導体装置が作成される際、この情報に応じてイオン注入が行われる。そして、完成品の特性の情報が採取され、３回目の製造工程に反映させる、の繰り返しにより、半導体装置間の特性ばらつきを減少させることができる。
【００３３】
更に、本発明に係る実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００３４】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の主要部を概略的に示す図。
【図２】補正処理条件の作成の例を説明するための図。
【図３】補正処理条件の作成の例を説明するための図。
【図４】補正処理条件の作成の例を説明するための図。
【図５】半導体装置の各領域におけるトランジスタの閾値電圧を例示する図。
【図６】イオン注入量に対する閾値電圧の変化率を例示する図。
【図７】標準処理条件に対する補正係数を例示する図。
【図８】通常注入処理および補正注入処理における閾値電圧のばらつきを例示する図。
【符号の説明】
【００３６】
１…イオン注入装置、１１…イオン照射部、１２…開口スリット、１３…ウェハステージ、１４…制御部、１５…演算部、１６…処理基板、１７…イオンビーム、２１…イオンビーム発生部、２２…コリメータマグネット、３１、３２、３３…絶縁膜、３４…不純物領域、４１、４１ｂ…ソース／ドレイン層、４１ａ…ソース／ドレインエクステンション層、４２…ウェル、４３…ゲート電極、４４…チャネル領域。
【図１】
2005310634.tif 000003
【図２】
2005310634.tif 000004
【図３】
2005310634.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005310634.tif 000009
【図８】
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