(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを走査してイオン注入量の異なる複数の領域を半導体ウェハに形成するイオン注入方法であって、
前記イオンビームを走査して、前記半導体ウェハの所定の領域にイオンを注入する第１の段階と、
前記第１の段階の後に、前記イオンを注入した領域に重ねて、少なくとも１度イオンビームを走査してイオン注入量の異なる複数の領域を形成する第２の段階と
を含むイオン注入方法。
【請求項２】
前記第１の段階と前記第２の段階とで、前記イオンビームを走査する面積を変化させる
請求項１に記載のイオン注入方法。
【請求項３】
前記第１の段階の際の前記イオンビームの走査面積と比べ、前記第２の段階の際の前記イオンビームの走査面積を小さくする
請求項２に記載のイオン注入方法。
【請求項４】
前記第２の段階において前記イオンビームを２度以上走査すると共に、前記イオンビームの走査面積を、その都度小さくしていく
請求項３に記載のイオン注入方法。
【請求項５】
前記第１の段階では、前記半導体ウェハの全面にイオン注入を行う
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のイオン注入方法。
【請求項６】
イオンビームを走査してイオン注入量の異なる複数の領域を半導体ウェハに形成するイオン注入装置であって、
イオンビームを発生し、半導体ウェハに注入するイオンビーム注入手段と、
前記半導体ウェハに注入量の異なる複数の領域が形成されるように、前記イオンビームを走査して前記半導体ウェハの所定の領域にイオンを注入し、その後、前記注入領域に重ねて少なくとも１度イオンビームを走査する走査面積制御手段と
を備えたイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハにイオン注入量の異なる複数の領域を形成するために用いられるイオン注入方法およびイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入方法は、不純物をイオン化し、イオンビームとして電気的に加速して、シリコン（Ｓｉ）等のウェハに打ち込むものであり、微細な領域に精度良く不純物を導入することができるため、半導体の製造プロセスにおいて広く用いられている。
【０００３】
このイオン注入方法では、（１）電場を印加することによりイオンビームを偏向させ、ウェハ面内を走査する静電スキャン、（２）磁場を印加することによりイオンビームを偏向させ、ウェハ面内を走査する磁場スキャン、（３）支持台に載置されたウェハ側をモータによって移動させることによりイオンビームの走査を行うメカニカルスキャンが行われており、これら（１）〜（３）のいずれかのスキャン方式をウェハ面内の互いに直交するＸ, Ｙ方向のそれぞれの走査に適用している。
【０００４】
具体的には、Ｘ方向には（１）の静電スキャン、あるいは（２）の磁場スキャンを適用し、Ｙ方向には（３）のメカニカルスキャンを適用したハイブリッドスキャン方式、Ｘ, Ｙ方向共に（３）のメカニカルスキャンを適用したメカニカルスキャン方式、ＸＹ方向共に（１）の静電スキャンを適用した静電スキャン方式、Ｘ, Ｙ方向共に（２）の磁場スキャンを適用したＸＹ磁場スキャン方式がある。
【０００５】
以上のようなイオン注入方法を用いると、ウェハ全面にイオンを均一に注入することが可能となる。また、予めフォトレジストによりマスクが形成されたウェハを用いると、所望の不純物を所望の領域に選択的に精度良く注入することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体デバイスの開発・試作の段階では、様々な条件でウェハにイオンを注入するテストを行い、最終的なイオン注入条件を決定している。しかしながら、前述したようなイオン注入方法では、１ウェハあたり１条件でしか注入を行うことができないので、大量のウェハが必要とされ、コストが高くなるという問題があった。特に、近年、ウェハが大口径化しているので尚更のことである。
【０００７】
そこで、ウェハの使用枚数を削減するために、ウェハにマスクを形成して複数のイオン注入領域を設けることが行われているが、この方法では、１つの領域にイオンを注入する毎に、マスクの形成と剥離を行わなければならないので、作業に時間がかかると共にコストが高くなる。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な方法で１枚の半導体ウェハに注入量が異なる複数の領域を形成することができると共に、製造コストを削減することができるイオン注入方法およびイオン注入装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるイオン注入方法は、イオンビームを走査して、半導体ウェハの所定の領域にイオンを注入する第１の段階と、第１の段階の後に、イオンを注入した領域に重ねて、少なくとも１度イオンビームを走査してイオン注入量の異なる複数の領域を形成する第２の段階とを含むものである。
【００１３】
本発明によるイオン注入装置は、イオンビームを発生し、半導体ウェハに注入するイオンビーム注入手段と、半導体ウェハに注入量の異なる複数の領域が形成されるように、イオンビームを走査して半導体ウェハの所定の領域にイオンを注入し、その後、注入領域に重ねて少なくとも１度イオンビームを走査する走査面積制御手段とを備えたものである。
【００１６】
本発明によるイオン注入方法またはイオン注入装置では、面積を変えて複数回重ねて走査されることにより、半導体ウェハにイオン注入量が異なる複数の領域が形成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るイオン注入装置１０の概略構成、図２乃至図６はそれぞれ、このイオン注入装置１０を用いたイオン注入方法を説明するための図である。イオン注入装置１０は、不純物をイオン化するイオン源部１１と、このイオン源部１１でイオン化された不純物から所望のイオンを選別して分離する質量分析部１２と、この質量分析部１２で分離された所望のイオンをイオンビームとして加速する加速部１３と、この加速されたイオンビームをウェハ１６の全面に注入するために、イオンビームに電場を印加することにより偏向するビーム偏向部１４と、この偏向したイオンビームが照射されるウェハ１６を設置するための試料室１５とを備えている。
【００２０】
ビーム偏向部１４は、イオンビームに電場を印加する静電スキャン電極１４Ａと、この静電スキャン電極１４Ａに対する印加電圧を制御するための静電スキャン制御部１４Ｂを備えている。
【００２１】
試料室１５は、ウェハ１６を載置するための支持台１７と、この支持台１７を駆動するためのモータ１９と、このモータ１９の駆動を制御してイオンビームの走査を行うメカニカルスキャン制御部１８と、ウェハ１６に照射されたイオンビームによる電流を検出することにより注入されたイオンの量を計測するビーム検出部２０とを備えている。このイオン注入装置１０はハイブリッドスキャン方式により駆動されるもので、ウェハ１６のＸ方向に静電スキャン制御部１４Ｂによる静電スキャンを行い、ウェハ１６のＹ方向に対してはメカニカルスキャン制御部１８によるメカニカルスキャンを行うようになっている。このスキャン方式では、ウェハ１６を支持台１７に１枚ずつ設置し、イオンビームを照射するという枚葉式を採用する。
【００２２】
このイオンビーム装置１０では、イオン源部１１で不純物がイオン化され、このイオン化された不純物から所望のイオンが質量分析部１２で選別されて分離され、所望のイオンが加速部１３で加速されてイオンビームとなる。加速されたイオンビームは、ビーム偏向部１４の静電スキャン制御部１４Ｂの制御の下に、静電スキャン電極１４Ａ間に印加された電場によりＸ方向に偏向され、これにより支持台１７に載置されたウェハ１６に対してＸ方向の走査（静電スキャン）が行われる。一方、Ｙ方向では、支持台１７がメカニカルスキャン制御部１８の制御のもとに往復移動し、これによりウェハ１６に対してＹ方向の走査（メカニカルスキャン）が行われる。以上のようにして、図２に示したように、イオンビームがウェハ１６全面に照射される。
【００２３】
ところで、イオンビームおよびウェハ１６の走査速度がウェハ１６面内で一定とならない（図４（Ａ）参照）等の理由により、何の補正も行わずにイオンビームによるウェハ１６の走査を行うと、ウェハ１６全面に均一にイオンが注入されない。そこで、従来では、図４（Ｂ）に示したように、ビーム検出部２０によりウェハ１６に注入されたイオン量を計測して、この計測されたイオン量をもとに、静電スキャン制御部１４Ｂおよびメカニカルスキャン制御部１８において走査速度が一定となるように補正が行われている。
【００２４】
本実施の形態は、１のウェハ１６内にイオン注入量が異なる領域を複数形成するものであり、各領域それぞれの内部においては均一にイオンが注入されるようイオンビームの走査速度を一定にすると共に、異なる領域毎にイオンビームの走査速度を変化させるものである。
【００２５】
すなわち、本実施の形態では、図３に示したように、Ｘ方向の静電スキャンにより走査されたイオンビームがウェハ１６に照射される。このとき、ビーム検出部２０によりウェハ１６へのイオン注入量が計測されると共に、静電スキャン制御部１４Ｂでは、計測されたイオン注入量をもとにして、図４（Ｃ）に示したように、領域ａ1 〜ｄ1 のそれぞれの領域内部ではイオンビームの走査速度が一定になるよう制御する一方、異なる領域ａ1 〜ｄ1 間では走査速度が変化するように制御する。これにより、ウェハ１６のＸ方向にはイオン注入量の異なる複数の領域ａ1 〜ｄ1 が形成される。
【００２６】
一方、ウェハ１６のＹ方向にイオン注入量の異なる複数の領域を形成する場合には、図５に示したように、イオンビームをメカニカルスキャンにより走査させる。このとき、ビーム検出部２０によりウェハ１６へのイオン注入量が計測されると共に、メカニカルスキャン制御部１８では、計測されたイオン注入量をもとにして、図６（Ｂ）に示したように、領域ａ2 〜ｄ2 のそれぞれの内部ではイオンビームの走査速度が一定になるよう制御する一方、異なる領域ａ2 〜ｄ2 間では走査速度が変化するようにウェハ１６の移動速度を変化させる。これによりウェハ１６のＹ方向にイオン注入量の異なる複数の領域ａ2 〜ｄ2 が形成される。
【００２７】
なお、１のウェハ１６に対して、Ｘ方向およびＹ方向にイオン注入量の異なる領域を同時に形成するようにしてもよく、また、両方の領域が重なるようにしてもよい。
【００２８】
また、このようなイオン注入装置１０において、フォトレジストにより、例えば開口部の線幅が異なるマスクを施すことにより様々なパターンが形成されたウェハ１６を用いると、更に多くのイオン注入領域を得ることができる。
【００２９】
このように本実施の形態では、ウェハ１６のＸ方向あるいはＹ方向のイオンビームの走査速度あるいはウェハ１６の移動速度を変化させるようにしたので、ウェハ１６に対して注入量の異なる複数の領域を形成することができる。よって、ウェハ１枚に対して様々なイオン注入領域が得られると共に、使用するウェハの枚数を削減することができ、開発，試作段階でのコストを削減することができる。
【００３０】
〔変形例〕
上記第１の実施の形態では、Ｘ方向にはイオンビームを電場を印加することにより走査する静電スキャン、Ｙ方向にはモータによりウェハを移動させるメカニカルスキャンを適用したハイブリッドスキャン方式を用いたが、例えば図７に示したように、Ｘ方向，Ｙ方向ともにメカニカルスキャンを適用するようにしてもよい。このスキャン方式では、ウェハ１６を支持台１７に複数設置し、複数のウェハ１６にイオンビームを照射することができ、バッチ処理が可能となる。
【００３１】
〔第２の実施の形態〕
図８および図９は、本発明の第２の実施の形態に係るイオン注入方法を説明するための図である。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３２】
このイオン注入方法は、図８に示したように、ウェハ１６の面内のＸ方向とこれに直交するＹ方向のいずれにも、電場を印加することによりイオンビームを走査する静電スキャンを適用した静電スキャン方式である。このイオン注入方法を用いたイオン注入装置は、上記実施の形態のイオン注入装置１０において、Ｙ方向のメカニカルスキャン制御部１８の代わりに、Ｙ方向の静電スキャン制御部を用いたものである。
【００３３】
本実施の形態では、Ｘ方向およびＹ方向ともに静電スキャン制御部１４Ｂを用いてイオンビームを走査するものであるが、まず、半導体ウェハ１６の所定の領域にイオンを注入し、このイオンを注入した領域に重ねて、少なくとも１度イオンビームを走査してイオンを注入するものである。具体的には、まず、図９（Ａ）に示したように静電スキャン制御部１４Ｂを用いてイオンビームをＸ，Ｙ方向に走査してウェハ１６の全面（領域ａ3 ）にイオン注入を行う。
【００３４】
次に、図９（Ｂ）に示したように、ウェハ１６の領域ａ3 に重ねて、かつ、イオンビームを走査する面積を小さくしていき、領域ｂ3 にイオン注入を行う。
【００３５】
続いて、図９（Ｃ）, （Ｄ）に示したように、更にイオンビームを走査する面積を小さくしてウェハ１６の領域ｃ3,ｄ3 に次々と照射させる。これによりウェハ１６にはイオン注入量の異なる４つの領域が形成される。なお、作用効果は上記実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００３６】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、ビーム偏向部１４において、電場を印加することによりイオンビームを走査したが、電場を印加する代わりに磁場を印加してイオンビームを走査するようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のイオン注入方法または請求項６記載のイオン注入装置によれば、イオン注入量が異なる複数の領域が形成されるように、イオンビームを走査して半導体ウェハの所定の領域にイオンを注入し、このイオンを注入した領域に重ねて、少なくとも１度イオンビームを走査するようにしたので、同じくウェハ１枚に対して様々なイオン注入条件が容易に得られると共に、使用するウェハの枚数を削減することができ、コストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成図である。
【図２】図１に示したイオン注入装置を用いたイオン注入方法を説明するための図である。
【図３】図１に示したイオン注入装置を用いたイオン注入方法を説明するための図である。
【図４】図１に示したイオン注入装置を用いたイオン注入方法を説明するための図である。
【図５】図１に示したイオン注入装置を用いたイオン注入方法を説明するための図である。
【図６】図１に示したイオン注入装置を用いたイオン注入方法を説明するための図である。
【図７】第１の実施の形態の変形例に係るイオン注入方法を説明するための図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るイオン注入方法を説明するための図である。
【図９】第２の実施の形態に係るイオン注入方法を具体的に説明するための図である。
【符号の説明】
１０・・・ イオン注入装置、１１・・・ イオン源部、１２・・・ 質量分析部、１３・・・ 加速部、１４・・・ ビーム偏向部、１４Ａ・・・ 静電スキャン電極、１４Ｂ・・・ 静電スキャン制御部、１５・・・ 試料室、１６・・・ ウェハ、１７・・・ 支持台、１８・・・ メカニカルスキャン制御部、１９・・・ モータ、２０・・・ ビーム検出部
【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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