CN106920741A - 离子注入方法及离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于提高离子注入处理的注入精度的技术。还提供一种使离子束沿x方向往复扫描，并使晶片沿y方向往复运动而对晶片进行离子注入的离子注入方法。该方法具备如下步骤：对以满足规定的面沟道效应条件的方式配置的第1晶片照射离子束，并测量射束照射后的第1晶片的电阻；对以满足规定的轴沟道效应条件的方式配置的第2晶片照射离子束，并测量射束照射后的第2晶片的电阻；及使用第1晶片及第2晶片的电阻测量结果，调整离子束的x方向及y方向的注入角度分布。

Description

离子注入方法及离子注入装置
技术领域
本申请主张基于2015年12月10日于日本申请的日本专利申请第2015-240793号的优先权，并将其内容援用于此。
本发明涉及一种离子注入方法及离子注入装置，尤其涉及一种控制离子束的注入角度分布的技术。
背景技术
半导体制造工序中，以改变半导体的导电性及改变半导体的晶体结构为目的等，常规实施对半导体晶片注入离子的工序(以下，也称为“离子注入工序”)。离子注入工序中所使用的装置被称为离子注入装置，且具有由离子源生成离子并对所生成的离子进行加速而形成离子束的功能及将该离子束传送至注入处理室并对处理室内的晶片照射离子束的功能。为了对成为处理对象的晶片的整面注入离子，例如，离子束通过射束扫描仪往复扫描，晶片沿与射束扫描方向正交的方向往复运动。
已知有若改变入射于晶片的离子束的角度，则离子束与晶片的相互作用的方式发生变化，并影响离子注入的处理结果。例如，当沿晶片的晶轴或晶面入射离子束时，与非此方式的情形相比，发生注入离子从射束的入射面到达更深位置的沟道效应现象，影响作为注入处理的结果所得到的晶片内的载体浓度分布。因此，提出有控制用于注入处理的离子束的入射角的方法(例如，参考专利文献1)。
专利文献1：日本特开2006-245506号公报
作为入射于晶片的离子束的角度特性，除了作为射束整体的平均值的入射角以外可举出构成离子束的离子粒子群的角度分布。入射于晶片的离子束虽然微乎其微但有时也会发散或收敛，构成射束的离子粒子群具有带有某种扩散的角度分布。此时，即使在作为射束整体的平均值的入射角不满足沟道效应条件的情况下，当入射角偏离的一部分离子粒子的角度成分满足沟道效应条件时，也会发生由其一部分离子引起的沟道效应现象。相反，即使在作为射束整体的平均值的入射角满足沟道效应条件的情况下，当入射角偏离的一部分离子粒子的角度成分不满足沟道效应条件时，也会发生由其一部分离子引起的沟道效应现象的抑制。因此，若要更精密地控制晶片内所形成的载体浓度分布的形状乃至范围，则也有必要正确地控制射束的角度分布。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种用于提高离子注入处理的注入精度的技术。
本发明的一方式为使离子束沿x方向往复扫描，并使晶片沿y方向往复运动而对晶片进行离子注入的离子注入方法。该方法具备如下步骤：对以满足规定的面沟道效应条件的方式配置的第1晶片照射离子束，并测量射束照射后的第1晶片的电阻；对以满足规定的轴沟道效应条件的方式配置的第2晶片照射离子束，并测量射束照射后的第2晶片的电阻；及使用第1晶片及第2晶片的电阻测量结果，调整相对于离子束的晶片的x方向及y方向的注入角度分布。
本发明的又一方式为离子注入装置。该装置具备：两个以上的透镜装置，其使电场及磁场中的至少一个对离子束发挥作用而使离子束收敛或发散；射束扫描仪，其使离子束沿x方向往复扫描；压板驱动装置，其使被往复扫描的离子束所照射的晶片沿y方向往复运动；电阻测量仪，其测量射束照射后的晶片的电阻；及控制装置，其根据电阻测量仪的测量结果决定两个以上的透镜装置的工作参数而执行离子注入处理。控制装置对以满足规定的面沟道效应条件的方式配置在压板驱动装置中的第1晶片照射离子束，通过电阻测量仪测量照射后的第1晶片的电阻，对以满足规定的轴沟道效应条件的方式配置在压板驱动装置中的第2晶片照射离子束，通过电阻测量仪测量照射后的第2晶片的电阻，使用第1晶片及第2晶片的电阻测量结果决定两个以上的透镜装置的工作参数，调整相对于离子束的晶片的x方向及y方向的注入角度分布。
本发明的另一方式为离子注入方法。该方法为使离子束沿x方向往复扫描，并使晶片沿y方向往复运动而对晶片进行离子注入的离子注入方法，将调整了x方向及y方向的注入角度分布的离子束照射于被处理晶片而在被处理晶片中形成所需载体浓度分布。
另外，对以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现，在方法、装置、系统等之间相互替换的方式，作为本发明的方式也有效。
发明效果
根据本发明，能够提高离子注入处理的注入精度。
附图说明
图1(a)～图1(e)是示意地表示入射于晶片的离子束的角度特性的图。
图2(a)～图2(e)是示意地表示图1(a)～图1(e)所示的离子束的角度分布的图表。
图3是示意地表示通过离子束的照射形成于栅极结构附近的杂质区域的剖视图。
图4是示意地表示通过离子束的照射形成于栅极结构附近的杂质区域的剖视图。
图5是示意地表示形成于晶片处理面上的栅极结构的俯视图。
图6(a)、图6(b)是示意地表示相对于离子束B的基准轨道的晶片W的朝向的图。
图7(a)、图7(b)是示意地表示用于注入角度分布的评价的评价用晶片的图。
图8(a)～图8(c)是示意地表示以满足规定的沟道效应条件或阻塞沟道效应条件的方式配置的晶片的表面附近的原子排列的图。
图9是表示对阻塞沟道效应条件的晶片照射离子束时的晶片的表面电阻的图表。
图10(a)、图10(b)是表示对面沟道效应条件的晶片照射离子束时的晶片的表面电阻的图表。
图11是表示对轴沟道效应条件的晶片照射离子束时的晶片的表面电阻的图表。
图12是表示实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的顶视图。
图13是表示图12的离子注入装置的概略结构的侧视图。
图14(a)、图14(b)是示意地表示透镜装置的结构的图。
图15是示意地表示透镜装置的控制例的图表。
图16(a)～图16(e)是示意地表示通过透镜装置调整的离子束的注入角度分布的图。
图17是表示基于V曲线法的表面电阻的测量例的图表。
图18是表示实施方式所涉及的离子注入装置的操作过程的流程图。
图19是表示通过离子注入而制造的晶体管的阈值电压与用于注入的离子束的注入角度分布的扩散之间的关系性的图表。
图中：B-离子束，W-晶片，10-离子注入装置，22-射束收敛部，22a-第1四极透镜，22b-第2四极透镜，22c-第3四极透镜，26-射束扫描仪，50-压板驱动装置，64-表面电阻测量仪，66-退火装置，70-控制装置，90-栅极结构，95-沟道轴，98-沟道面。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细的说明。另外，在附图的说明中，对相同的构件标注相同的符号，适当省略重复的说明。并且，以下叙述的结构为示例，并不限定本发明的范围。
在说明实施方式之前，叙述本发明的概要。本实施方式所涉及的离子注入装置具备：射束扫描仪，其使离子束沿x方向往复扫描；压板驱动装置，其使被往复扫描的离子束所照射的晶片沿y方向往复运动；及两个以上的透镜装置，其使电场及磁场中的至少一个对离子束发挥作用从而使离子束收敛或发散。两个以上的透镜装置构成为通过调整作用于离子束的力，能够分别对x方向及y方向独立地调整入射于晶片的离子束的角度分布。
已知有若改变入射于晶片的离子束的角度，则离子束与晶片的相互作用的方式发生变化，并影响离子注入的处理结果。例如，当沿晶片的晶轴或晶面入射离子束时，与非此方式的情形相比，发生注入离子从射束的入射面到达更深位置的沟道效应现象，影响作为注入处理的结果所得到的晶片内的载体浓度分布。因此，离子注入工序中，通常相对于离子束的行进方向(z方向)的晶片的倾斜角(倾角)及与晶片表面垂直的轴周围的晶片的旋转角(扭转角)被调整，并且入射于晶片的作为射束整体的平均值的注入角被控制。
入射于晶片的离子束的角度特性中，除了作为射束整体的平均值的入射角以外还有构成离子束的离子粒子群的角度分布。入射于晶片的离子束虽然微乎其微但有时会发散或收敛，构成射束的离子粒子群具有某种扩散的角度分布。此时，即使在作为射束整体的平均值的入射角不满足沟道效应条件的情况下，当从射束的基准轨道入射角偏离的一部分的离子粒子的角度成分满足沟道效应条件时，也会发生由其一部分离子引起的沟道效应现象。相反，即使在作为射束整体的平均值的入射角满足沟道效应条件的情况下，当入射角偏离的一部分离子粒子的角度成分不满足沟道效应条件时，也会发生由其一部分离子引起的沟道效应现象的抑制。因此，若要更精密地控制晶片内所形成的载体浓度分布的形状乃至范围，则也有必要正确地控制射束的角度分布。
另一方面，难以直接正确地测量入射于晶片的离子束的角度分布。离子束的角度分布例如通过如下方式计算出角度分布：比较在射束线的上游及下游的不同位置进行测量的射束形状，或使射束的一部分通过狭缝，并将通过狭缝后的下游中的射束形状与狭缝形状进行比较。即，由射束行进方向的射束形状的变化率计算出离子束整体的发散或收敛的程度。然而，当由射束形状的变化计算角度分布时，无法正确测量对射束形状影响不大的角度分布信息，例如射束的中心附近的角度分布。并且，当构成离子束的离子粒子中性化而角度分布发生变化时，中性化的粒子无法用法拉第杯来测量，因此无法获得有关中性粒子的角度信息。
因此，在本实施方式中，并非直接测量离子束而获得射束的角度分布信息，而是通过测量离子束所入射的晶片的表面电阻来评价射束的角度分布信息。更具体而言，根据构成离子束的离子粒子的角度分布在晶片内发生沟道效应的离子粒子数的比例发生变化，利用作为其结果而得到的晶片的表面电阻值的变化来评价离子束的角度分布。尤其，通过组合满足规定的面沟道效应条件的注入处理及满足规定的轴沟道效应条件的注入处理，评价离子束的x方向及y方向的注入角度分布。在本实施方式中，设成能够分别对x方向及y方向评价注入角度分布，从而能够实现更高精度的离子注入处理。
以下，在本实施方式中，对成为前提的技术进行详述。接着，对使用后述的前提技术来调整离子束的注入角度分布的离子注入装置进行说明。
[离子束的注入角度分布]
图1(a)～图1(e)是示意地表示入射于晶片W的离子束B的角度特性的图。该图所示的离子束B均示出了对晶片W的表面垂直入射的情形即离子束B的入射角成为0度的情形。然而，关于各图所示的离子束B，构成射束的离子粒子群的角度分布均不同。
图1(a)表示朝向晶片W扩散并逐渐发散离子束B的射束径的“发散射束”。图1(b)表示与图1(a)同样地发散离子束B但发散程度较小的情形。图1(c)表示朝向晶片W的离子束B的射束径不变的情形，且示出了几乎所有的构成离子束B的离子粒子与射束轨道平行地行进的“平行射束”。图1(d)表示朝向晶片W离子束B的射束径变窄而逐渐收敛的“收敛射束”。图1(e)表示与图1(d)同样地收敛离子束B但收敛程度较大的情形。如此，离子束B相对于射束的基准轨道有时会发散或收敛，与作为射束整体的行进方向不同，具有表示各离子粒子的角度成分的不匀的“角度分布”。
图2(a)～图2(e)是示意地表示图1(a)～图1(e)所示的离子束B的角度分布的图表。各图表中，纵轴表示构成离子束B的离子粒子的数量，横轴表示各离子粒子的行进方向与离子束B的行进方向所成角度ψ。如图2(c)所示，当构成离子束B的离子粒子均平行地行进时，离子束的角度分布的扩散较小。另一方面，如图2(a)、图2(e)所示，当离子束B的发散或收敛较大时，离子束的角度分布的扩散较大。另外，离子束的角度分布的扩散的程度能够通过所图示的角度分布的标准偏差进行量化。
作为离子束整体的行进方向能够以射束的角度分布的平均角度值或峰角度值为准来设定。因此，在图1所示的例子中，离子束B的行进方向成为与晶片W垂直的方向。此时，本说明书中有时将沿离子束B的行进方向的方向(z方向)的射束轨道称为“基准轨道”。并且，有时将以晶片处理面(或晶片主面)为准时的离子束的入射方向称为“注入角”。该注入角通过晶片主面的法线与射束的基准轨道方向之间的角度来规定。并且，有时将以晶片主面为准时的离子束的角度分布称为“注入角度分布”。
[形成于晶片中的杂质浓度分布]
图3是示意地表示通过离子束B的照射形成于栅极结构90附近的杂质区域91的剖视图。该图表示如下离子注入处理：对在晶片处理面上形成有栅极结构90的晶片W照射离子束B而在栅极结构90附近形成成为源极/漏极区域的杂质区域91。晶片W是晶片处理面成为(100)面的硅衬底。入射于晶片W的离子束B相对于晶片处理面的注入角为0度，且为注入角度分布的扩散较小的平行射束。因此，入射于晶片W的大多离子粒子沿晶片W的＜100＞方位的晶轴入射，并通过较强的轴沟道效应沿z方向深入。其结果，离子粒子到达的杂质区域91的深度方向的扩散宽度z1变大，围绕栅极结构90的下方所形成的杂质区域91的栅极长度方向的扩散宽度L1变小。另外，该图的左方所示的图表表示深度方向(z方向)的杂质浓度ND的分布，该图的下方所示的图表表示栅极长度方向的杂质浓度ND的分布。
图4是示意地表示通过离子束B的照射形成于栅极结构90附近的杂质区域92的剖视图。该图表示入射于晶片W的离子束B为如图1(a)所示的“发散射束”，在具有注入角度分布的扩散的一点上与图3不同。图4的离子束B为发散射束，因此与图3所示的平行射束相比难以发生沟道效应现象，发生沟道效应的离子的比例较少。其结果，离子粒子到达的杂质区域92的深度方向的扩散宽度z2变小，围绕栅极结构90的下方所形成的杂质区域92的栅极长度方向的扩散宽度L2变大。另外，若注入角度分布以外的射束特性相同，则通过离子注入生成的缺陷93的位置及杂质浓度ND的峰位置Rp在图3及图4中大致相同。因此，若能够适当控制所照射的离子束B的注入角度分布，则能够调整形成于栅极结构90附近的杂质区域的深度方向及栅极长度方向的扩散的大小(分布)。并且，即使在离子注入后对晶片W加以退火处理的情况下，也能够相对维持杂质浓度分布，由此通过控制注入角度分布，能够将最终得到的载体浓度分布设为适于目的的形状。
关于离子束B的注入角度分布的控制，除了一维方向以外，优选对与射束的行进方向正交的剖面内的二维方向进行。通常，这是因为形成于同一晶片中的栅极结构并不都朝向相同方向，而是沿相互正交的方向或相互交叉的方向排列。图5是示意地表示形成于晶片处理面上的栅极结构的俯视图，且表示形成于同一晶片W中的栅极电极90a、90b的一例。在图示的例子中，设置有在纸面上沿左右方向(x方向)延伸的第1栅极电极90a及在纸面上沿上下方向(y方向)延伸的第2栅极电极90b。当对这种晶片W照射离子束时，形成于第1栅极电极90a附近的杂质区域的栅极长度方向(y方向)的扩散宽度主要影响y方向的注入角度分布。另一方面，形成于第2栅极电极90b附近的杂质区域的栅极长度方向(x方向)的扩散宽度主要影响x方向的注入角度分布。因此，若要使第1栅极电极90a及第2栅极电极90b这两个获得所需杂质浓度分布，则需要适当控制x方向及y方向各自的注入角度分布。
[利用了表面电阻的注入角度分布的评价]
如上所述，入射于晶片的离子束的注入角度分布影响形成于晶片的杂质区域的分布形状，也可能会影响退火处理后的晶片的载体浓度分布。通常，若晶片的载体浓度分布不同，则晶片的表面电阻可能会不同，由此可以预想所照射的离子束的注入角度分布与晶片的表面电阻值之间成立恒定的相关性。于是，本发明人等认为，通过利用离子注入后的晶片的表面电阻，或可实现对离子注入中所使用的离子束的注入角度分布的评价。尤其，认为通过改变晶片的朝向而改变从离子束观察的x方向及y方向的沟道效应条件，或可实现分别对x方向及y方向进行注入角度分布的评价。
图6(a)、图6(b)是示意地表示相对于离子束B的基准轨道的晶片W的朝向的图。图6(a)表示通过相对于射束的基准轨道延伸的z方向倾斜晶片W来设定倾角θ的状态。如图所示，倾角θ作为围绕x轴旋转晶片W时的旋转角来被设定。成为倾角θ＝0°的状态为对晶片W垂直入射离子束B的情形。图6(b)表示通过围绕与晶片主面垂直的轴旋转晶片W来设定扭转角φ的状态。如图所示，扭转角φ作为围绕与晶片主面垂直的轴旋转晶片W时的旋转角来被设定。成为扭转角φ＝0°的状态为从晶片W的中心O向对准标志94延伸的线段成为y方向的情形。在本实施方式中，通过将作为相对于离子束B的晶片W的配置，适当设定倾角θ及扭转角φ来实现规定的沟道效应条件。
图7(a)、图7(b)是示意地表示用于注入角度分布的评价的评价用晶片WT的图。图7(a)表示评价用晶片WT的晶体方位，图7(b)表示评价用晶片WT的表面附近的原子排列。在本实施方式中，作为评价用晶片WT，使用晶片主面的面方位为(100)面的单晶硅衬底。评价用晶片WT的对准标志94设置于表示＜110＞方位的位置。评价用晶片WT为所谓的裸晶片，未设置有用于构成半导体电路的栅极结构或沟槽结构等。
评价用晶片WT优选晶片主面的偏角足够小以实现严格的沟道效应条件，优选具有小于半导体电路制造中常规使用的裸晶片的偏角。具体而言，优选使用切成偏角为0.1度以下的硅衬底。在此“偏角”是指晶片主面的法线方向与构成晶片的硅的晶轴的＜100＞方位之间的角度偏离。当偏角为0度时，评价用晶片WT的晶片主面与硅晶体的(100)面严格一致。
图8(a)～图8(c)示意地表示以满足规定的沟道效应条件或阻塞沟道效应条件的方式配置的晶片的表面附近的原子排列的图，且表示从入射于晶片的离子束观察的原子排列。该图中，以黑圆点来表示硅原子的位置。并且，绘制成将在纵深方向(z方向)上位于不同位置的硅原子与xy面内重叠的方式。
图8(a)表示以满足轴沟道效应条件的方式配置时的原子排列，且表示将上述评价用晶片WT以扭转角φ＝23°、倾角θ＝0°的朝向来配置的情形。图示的轴沟道效应条件中，由配置于实线上的硅原子形成的多个第1晶面96与由配置于虚线上的硅原子形成的多个第2晶面97排列成相互交叉的格子状，并形成有一维延伸的轴状的间隙(沟道轴95)。其结果，在x方向及y方向中的至少一个方向上具有角度分布的离子束中只有向z方向直行的离子粒子发生沟道效应，具有从z方向偏离某种程度的角度成分的离子粒子被任意的晶面遮挡而不会发生沟道效应。因此，以满足轴沟道效应条件的方式配置的晶片主要产生使沿离子束的基准轨道向轴方向行进的离子粒子发生沟道效应的“轴沟道效应”。
满足轴沟道效应条件的配置并不限定于上述扭转角及倾角，只要是能够实现如图所示的原子排列的晶片配置，也可使用其他的扭转角及倾角。更具体而言，只要评价用晶片WT配置成在沿入射于晶片的离子束的基准轨道的方向上具有沟道轴且不具有与由离子束的基准轨道方向(z方向)及晶片的往复运动方向(y方向)所规定的基准面平行或正交的沟道面，也可使用其他的角度条件。为了实现这种轴沟道效应条件，例如，可将评价用晶片WT的扭转角实际上设在15度～30度的范围内，将倾角实际上设为0度。
图8(b)表示以满足面沟道效应条件的方式配置时的原子排列，且表示将上述评价用晶片WT以扭转角φ＝0°、倾角θ＝15°的朝向来配置的情形。图示的面沟道效应条件中，形成基于yz平面内所排列的硅原子的多个晶面99，且与x方向对置的晶面99之间形成有具有二维扩散的间隙(沟道面98)。其结果，在x方向上具有角度分布的离子束中，只有向z方向直行的一部分离子粒子发生沟道效应，在x方向上具有偏离某种程度的角度成分的离子粒子被晶面99遮挡而不会发生沟道效应。另一方面，在y方向上具有角度分布的离子束不会被晶面99遮挡而在晶面之间的间隙中发生沟道效应。因此，以满足面沟道效应条件的方式配置的晶片，主要产生使沿基准面行进的离子粒子发生沟道效应的“面沟道效应”，该基准面通过沿离子束的基准轨道的z方向及y方向这两个所规定。因此，若对以满足面沟道效应条件的方式配置的晶片照射离子束，则产生如下方向依赖性：在x方向上具有角度成分的离子粒子不会发生沟道效应，在y方向上具有角度成分的离子粒子发生沟道效应。
满足面沟道效应条件的配置并不限定于上述扭转角及倾角，只要是能够实现如图所示的原子排列的晶片配置，也可使用其他的扭转角及倾角。更具体而言，只要评价用晶片WT配置成如下朝向，即具有与由沿入射于晶片的离子束的基准轨道的方向及y方向这两个所规定的基准面平行的沟道面，并且不具有与基准面正交的沟道面，也可使用其他的角度条件。为了实现面沟道效应条件，例如也可将评价用晶片WT的扭转角实际上设为0度或45度，将倾角设在15度～60度的范围内。
图8(c)表示以满足阻塞沟道效应条件的方式配置时的原子排列，且表示将上述评价用晶片WT以扭转角φ＝23°、倾角θ＝7°的朝向来配置的情形。图示的阻塞沟道效应条件中，观察不到成为离子粒子的通道的沟道，可看到硅原子配置成在x方向及y方向上没有间隙。其结果，若向满足阻塞沟道效应条件的晶片照射离子束，则与构成射束的离子粒子是否具有x方向及y方向的角度成分无关，仍不会产生沟道效应现象。
满足阻塞沟道效应条件的配置并不限定于上述扭转角及倾角，只要是能够实现如图所示的原子排列的晶片配置，也可使用其他的扭转角及倾角。更具体而言，只要评价用晶片WT配置成如下朝向，即晶片的{100}面、{110}面及{111}面等低阶晶面与离子束的基准轨道倾斜地交叉，也可使用其他的角度条件。为了实现阻塞沟道效应条件，例如也可将评价用晶片WT的扭转角设在15度～30度的范围内，将倾角设在7度～15度的范围内。
另外，为了实现阻塞沟道效应条件，也可对评价用晶片WT实施预非晶化处理。预非晶化处理中，照射硅(Si)或锗(Ge)等这种不影响载体浓度分布的离子种类的离子束而改变表面附近的晶体结构，从而将晶片的表面附近设为非晶状态。通过设成非晶状态能够破坏晶体的规则性的结构从而使成为离子粒子的通道的沟道不存在，并能够实现上述“阻塞沟道效应”条件。
接着，对满足各沟道效应条件的评价用晶片WT照射离子束时的晶片的表面电阻进行说明。在本实施方式中，在对照射了离子束的评价用晶片WT实施退火处理后，用四探针法测量晶片的表面电阻。另外，已知有基于四探针法的表面电阻的测量方法，因此省略详细的说明。
图9是表示对阻塞沟道效应条件的晶片照射离子束时的晶片的表面电阻Rs的图表，且表示当改变与注入角度分布有关的射束条件时所得到的表面电阻值。图表的纵轴表示所测量的表面电阻值(Ω/□)，横轴表示不同的射束条件A～D。射束条件A为x方向的注入角度分布的扩散较小且y方向的注入角度分布的扩散较大的情形，射束条件B为x方向及y方向这两个注入角度分布的扩散较小的情形，射束条件C为x方向的注入角度分布的扩散较大且y方向的注入角度分布的扩散较小的情形，射束条件D是x方向及y方向这两个注入角度分布的扩散为中等程度的情形。另外，离子束的射束电流量等其他的注入条件相同。
如图9所示，当使用阻塞沟道效应条件的晶片时，即使改变所照射的离子束的注入角度分布，所得到的表面电阻值也会相等。这被认为是由于与射束的注入角度分布的特性无关地不产生沟道效应现象所引起。由此，通过利用了阻塞沟道效应条件的晶片的表面电阻的测量，能够评价不依赖于注入角度分布的射束特性，例如通过射束照射所得到的剂量。
图10(a)、图10(b)是表示对面沟道效应条件的晶片照射离子束时的晶片的表面电阻Rs的图表。图10(a)示出了改变与y方向的注入角度分布有关的射束条件时所得到的表面电阻值。图表的纵轴表示所测量的表面电阻值(Ω/□)，横轴表示不同的射束条件A、B。射束条件A为x方向的注入角度分布的扩散较小且y方向的注入角度分布的扩散较大的情形，射束条件B为x方向及y方向这两个方向的注入角度分布的扩散较小的情形。因此，两个射束条件A、B中其x方向的注入角度分布的扩散相等，y方向的注入角度分布的扩散不同。如图所示，即使对面沟道效应条件的晶片照射y方向的注入角度分布的扩散不同的离子束，所得到的表面电阻值的差也足够小而几乎相等。即，当对面沟道效应条件的晶片照射离子束时，y方向的注入角度分布的差，几乎不会被反映到所得到的表面电阻值中。
图10(b)示出了改变与x方向的注入角度分布有关的射束条件时所得到的表面电阻值。图表的纵轴表示经测量的表面电阻值(Ω/□)，横轴表示所照射的射束的x方向的注入角度分布的扩散的标准偏差值(角度)。另外，离子束的射束电流量等其他的注入条件相同。如图所示，可知随着x方向的注入角度分布的扩散变大所得到的表面电阻值增大。这被认为是由于随着x方向的注入角度分布的扩散变大，轴方向上发生沟道效应而注入于更深位置的离子粒子数减少所引起。由此，通过利用了面沟道效应条件的晶片的表面电阻的测量，能够评价射束的x方向的注入角度分布的扩散。
图11是表示对轴沟道效应条件的晶片照射离子束时的晶片的表面电阻Rs的图表，且示出了改变与y方向的注入角度分布有关的射束条件时得到的表面电阻。图表的纵轴表示所测量的表面电阻值(Ω/□)，横轴表示所照射的射束的y方向的注入角度分布的扩散的标准偏差值(角度)。另外，离子束的射束电流量等其他的注入条件相同。如图所示，可知随着y方向的注入角度分布的扩散变大表面电阻值增大。这被认为是由于随着注入角度分布的扩散变大，轴方向上发生沟道效应而注入于更深位置的离子粒子数减少所引起。由此，通过利用了轴沟道效应条件的晶片的表面电阻的测量，能够评价射束的注入角度分布的扩散。并且，通过与上述面沟道效应条件的评价结果组合来进行分析，能够评价射束的y方向的注入角度分布的扩散。
[离子注入装置的结构]
接着，对利用了上述技术的离子注入装置10进行说明。图12是示意地表示实施方式所涉及的离子注入装置10的顶视图，图13是表示离子注入装置10的概略结构的侧视图。
离子注入装置10构成为对被处理物W的表面进行离子注入处理。被处理物W例如为衬底，例如为半导体晶片。因此以下为了便于说明有时将被处理物W称为晶片W，但这并不表示将注入处理的对象限定于特定的物体。
离子注入装置10构成为使射束沿一方向往复扫描并使晶片W沿与该一方向正交的方向往复运动而遍及晶片W整体照射离子束B。本说明书中为了便于说明，将在设计上的射束轨道上行进的离子束B的行进方向定义为z方向，将与z方向垂直的面定义为xy面。当将离子束B对被处理物W进行扫描时，将射束的扫描方向设为x方向，将与z方向及x方向垂直的方向设为y方向。由此，射束的往复扫描沿x方向进行，晶片W的往复运动则沿y方向进行。
离子注入装置10具备离子源12、射束线装置14、注入处理室16、晶片传送室60、晶片评价室62及控制装置70。离子源12构成为将离子束B向射束线装置14供给。射束线装置14构成为从离子源12向注入处理室16传送离子。并且，离子注入装置10具备用于向离子源12、射束线装置14、注入处理室16及晶片传送室60提供所需真空环境的真空排气系统(未图示)。
射束线装置14例如从上游依次具备质量分析部18、可变孔径20、射束收敛部22、第1射束测量仪24、射束扫描仪26、准直透镜30或射束准直装置及角能量过滤器(AEF；AngularEnergy Filter)34。另外，射束线装置14的上游是指与离子源12接近的一侧，下游是指与注入处理室16(或射束阻挡器38)接近的一侧。
质量分析部18设置在离子源12的下游，并且构成为通过质量分析从离子源12所引出的离子束B中选择所需离子种类的方式。
可变孔径20为可调开口宽度的孔径，通过改变开口宽度来调整通过孔径的离子束B的射束电流量。可变孔径20例如可具有隔着射束线配置于上下方的孔径板，并通过改变孔径板的间隔来调整射束电流量。
射束收敛部22具备四极聚焦装置(Q透镜)等聚光透镜，并且构成为将已通过可变孔径20的离子束B整形为所需剖面形状。射束收敛部22为电场式的三级四极透镜(也称为三极Q透镜)，从上游侧依次具有第1四极透镜22a、第2四极透镜22b及第3四极透镜22c。射束收敛部22通过使用三个透镜装置22a、22b、22c，能够将入射于晶片W的离子束B的x方向及y方向的收敛或发散对各自的方向进行独立的调整。射束收敛部22可包含磁场式的透镜装置，也可以包含利用电场及磁场这两个而对射束进行整形的透镜装置。
第1射束测量仪24可进出地配置于射束线上，且为测量离子束的电流的注入器旗标法拉第杯。第1射束测量仪24构成为能够测量由射束收敛部22整形的离子束B的射束形状。第1射束测量仪24具有测量射束电流的法拉第杯24b及使法拉第杯24b上下移动的驱动部24a。如图13的虚线所示，当在射束线上配置法拉第杯24b时，离子束B被法拉第杯24b隔断。另一方面，如图13的实线所示，当法拉第杯24b从射束线上脱离时，离子束B的隔断被解除。
射束扫描仪26构成为提供射束的往复扫描，且为使被整形的离子束B沿x方向进行扫描的偏向机构。射束扫描仪26具有与x方向对置设置的扫描电极对28。扫描电极对28与可变电压电源(未图示)连接，并通过周期性改变施加于扫描电极对28的电压，来改变电极间产生的电场从而使离子束B向各种角度偏向。如此，离子束B遍及x方向的扫描范围进行扫描。另外，图12中用箭头X来例示射束的扫描方向及扫描范围，并用单点划线来表示扫描范围中的离子束B的多个轨迹。
准直透镜30构成为使被扫描的离子束B的行进方向与设计上的射束轨道平行。准直透镜30具有在中央部设置有离子束的通过狭缝的圆弧形状的多个P透镜电极32。P透镜电极32与高压电源(未图示)连接，并使因电压施加而产生的电场作用于离子束B而将离子束B的行进方向平行地对齐。另外，准直透镜30也可用其他射束准直装置来替换，射束准直装置也可由利用磁场的磁铁装置构成。在准直透镜30的下游也可设置用于对离子束B进行加速或减速的AD(Accel/Decel)柱(未图示)。
角能量过滤器(AEF)34构成为分析离子束B的能量并使必要能量的离子向下方偏向而引导至注入处理室16。角能量过滤器34具有电场偏向用AEF电极对36。AEF电极对36与高压电源(未图示)连接。图13中，通过对上侧的AEF电极施加正电压，对下侧的AEF电极施加负电压，使离子束B从射束轨道向下方偏向。另外，角能量过滤器34可由磁场偏向用磁铁装置构成，也可由电场偏向用AEF电极对与磁铁装置的组合来构成。
由此，射束线装置14将待照射于晶片W的离子束B供给至注入处理室16。
如图13所示，注入处理室16具备保持1片或多片晶片W的压板驱动装置50。压板驱动装置50包含晶片保持部52、往复运动机构54、扭转角调整机构56及倾角调整机构58。晶片保持部52具备用于保持晶片W的静电卡盘等。往复运动机构54通过沿与射束扫描方向(x方向)正交的往复运动方向(y方向)使晶片保持部52往复运动，从而使晶片保持部52所保持的晶片沿y方向往复运动。图13中，用箭头Y例示晶片W的往复运动。
扭转角调整机构56为调整晶片W的旋转角的机构，通过以晶片处理面的法线为轴使晶片W旋转，调整设置于晶片的外周部的对准标志与基准位置之间的扭转角。这里，晶片的对准标志是指设置于晶片的外周部的槽口或定向平面，是指成为晶片的晶轴方向或晶片的周向角度位置的基准的标志。如图所示，扭转角调整机构56设置在晶片保持部52与往复运动机构54之间，并且与晶片保持部52一同往复运动。
倾角调整机构58为调整晶片W的倾斜度的机构，调整朝向晶片处理面的离子束B的行进方向与晶片处理面的法线之间的倾角。在本实施方式中，在晶片W的倾斜角中，将以x方向的轴为旋转的中心轴的角度作为倾角来进行调整。倾角调整机构58设置在往复运动机构54与注入处理室16的壁面之间，且构成为通过使包含往复运动机构54的压板驱动装置50整体向R方向旋转来调整晶片W的倾角。
注入处理室16具备射束阻挡器38。当射束轨道上不存在晶片W时，离子束B入射于射束阻挡器38。并且，在注入处理室16中设置有用于测量离子束的射束电流量及射束电流密度分布的第2射束测量仪44。第2射束测量仪44具有侧杯40R、40L及中心杯42。
侧杯40R、40L配置成相对于晶片W向x方向偏离，且配置在注入离子时不遮挡朝向晶片W的离子束的位置。离子束B超出晶片W所处范围进行过扫描，因此即使在注入离子时，所扫描的射束的一部分也会入射于侧杯40R、40L。由此，测量离子注入处理中的离子照射量。侧杯40R、40L的测量值传送至第2射束测量仪44。
中心杯42为用于测量晶片W的表面(晶片处理面)上的射束电流密度分布的器件。中心杯42成为活动式，当离子注入时从晶片位置退避，当晶片W不在照射位置时插入于晶片位置。中心杯42一边向x方向移动一边测量射束电流量而测量射束扫描方向的射束电流密度分布。中心杯42构成为能够测量晶片处理面的位置中的离子束B的射束形状。中心杯42的测量值传送至第2射束测量仪44。另外，中心杯42可形成为将多个法拉第杯沿x方向排列的阵列形，以便能够同时测量射束扫描方向的多个位置上的离子照射量。
晶片传送室60设置于与注入处理室16相邻的位置。晶片传送室60准备注入离子之前的处理前晶片并将其搬入至注入处理室16，并将已进行离子注入后的已处理晶片从注入处理室16搬出。晶片传送室60具有用于将大气压下的晶片搬入至高真空状态的注入处理室16的装载锁定室及用于传送一片或多片晶片的传送机械手等。
晶片评价室62为测量在注入处理室16中进行离子注入的晶片的表面电阻的场所。晶片评价室62设置在与晶片传送室60相邻的位置，且构成为经由晶片传送室60搬入已处理晶片。晶片评价室62具有用于测量已处理晶片的表面电阻的表面电阻测量仪64及用于测量表面电阻之前对已处理晶片进行退火的退火装置66。表面电阻测量仪64例如构成为通过四探针法测量晶片的表面电阻。退火装置66构成为以900℃～1000℃左右的较低的温度来进行退火，以便抑制基于对所注入的杂质浓度分布在退火时的扩散导致的变化。
图14(a)、图14(b)是示意地表示透镜装置的结构的图。图14(a)表示使离子束B向纵向(y方向)收敛的第1四极透镜22a及第3四极透镜22c的结构，图14(b)表示使离子束B向横向(x方向)收敛的第2四极透镜22b的结构。
图14(a)的第1四极透镜22a具有横向(x方向)对置的一组水平对置电极82及纵向(y方向)对置的一组垂直对置电极84。对一组水平对置电极82施加负电位-Qy，对垂直对置电极84施加正电位+Qy。第1四极透镜22a相对于由具有正电荷的离子粒子群构成的离子束B，在与负电位的水平对置电极82之间产生引力，在与正电位的垂直对置电极84之间产生斥力。由此，第1四极透镜22a以使离子束B向x方向发散且向y方向收敛的方式调整射束形状。第3四极透镜22c也以与第1四极透镜22a同样的方式构成，并且施加与第1四极透镜22a相同的电位。
图14(b)的第2四极透镜22b具有横向(x方向)对置的一组水平对置电极86及纵向(y方向)对置的一组垂直对置电极88。第2四极透镜22b以与第1四极透镜22a同样的方式构成，但所施加的电位的正负相反。对一组水平对置电极86施加正电位+Qx，对垂直对置电极88施加负电位-Qx。第2四极透镜22b相对于由具有正电荷的离子粒子群构成的离子束B，在与正电位的水平对置电极86之间产生斥力，在与负电位的垂直对置电极88之间产生引力。由此，第2四极透镜22b以使离子束B向x方向收敛且向y方向发散的方式调整射束形状。
图15是示意地表示透镜装置的控制例的图表，且表示对透镜装置的对置电极施加的电位Qx、Qy与被整形的射束的角度分布的关系性。横轴的纵收敛电位Qy表示施加于第1四极透镜22a及第3四极透镜22c的电位，纵轴的横收敛电位Qx表示施加于第2四极透镜22b的电位。图16(a)～图16(e)是示意地表示通过透镜装置调整的离子束的注入角度分布的图表。在上部示出了x方向的注入角度分布，在下部示出了y方向的注入角度分布。图16(a)～图16(e)所示的图表分别与使用图15的地点A1/A2、地点B1/B2、地点C、地点D1/D2及地点E1/E2上的电位的情况相对应。
如图16(c)所示，施加规定电位Qxo、Qyo的地点C为x方向及y方向这两个注入角度分布的扩散成为较小的“平行射束”的工作条件。若从该地点C沿直线Lx改变电位Qx、Qy，则能够以仅改变x方向的注入角度分布而不改变y方向的注入角度分布的方式调整射束。若从地点C向地点B1、A1逐渐提高横收敛电位Qx，则成为向x方向收敛的“收敛射束”而x方向的注入角度分布的扩散变大。另一方面，若从地点C向地点B2、A2逐渐降低横收敛电位Qx，则成为向x方向发散的“发散射束”而x方向的注入角度分布的扩散变大。
同样地，若从地点C沿直线Ly改变电位Qx、Qy，则能够以仅改变y方向的注入角度分布而不改变x方向的注入角度分布的方式调整射束。若从地点C向地点D1、E1逐渐提高纵收敛电位Qy，则成为向y方向收敛的“收敛射束”而y方向的注入角度分布的扩散变大。另一方面，若从地点C向地点D2、E2逐渐降低纵收敛电位Qy，则成为向y方向发散的“发散射束”而y方向的注入角度分布的扩散变大。
由此，通过在恒定条件下改变分别施加于三级式透镜装置的电位Qx、Qy，能够分别独立地控制对晶片W照射的离子束的x方向及y方向的注入角度分布。例如，当仅调整x方向的注入角度分布时，以维持ΔQx＝α·ΔQy的关系性的方式与直线Lx的倾斜度对应地改变电位即可。同样地，当仅调整y方向的注入角度分布时，以维持ΔQx＝β·ΔQy的关系性的方式与直线Ly的倾斜度对应地改变电位即可。另外，对于直线Lx、Ly的倾斜度α、β的值，可根据所使用的透镜装置的光学特性求出适当的值。
控制装置70控制构成离子注入装置10的各设备的操作。控制装置70接受所实施的离子注入工序的注入条件的设定。控制装置70作为注入条件接受离子种类、注入能量、射束电流量、晶片面内的剂量、倾角及扭转角等设定。并且，控制装置70接受与离子束的注入角度分布有关的设定。
控制装置70决定各设备的工作参数以实现所设定的注入条件。控制装置70决定离子源12的气体种类、离子源12的引出电压及质量分析部18的磁场的值等作为用于调整离子种类的参数。控制装置70决定离子源12的引出电压、P透镜电极32的施加电压、AD柱的施加电压的值等作为用于调整注入能量的参数。控制装置70决定离子源12的气体量、弧电流、弧电压及源磁铁电流等各种参数或用于调整可变孔径20的开口宽度的参数等作为用于调整射束电流量的参数。并且，控制装置70作为用于调整晶片面内的剂量或剂量分布的参数决定射束扫描仪26的扫描参数或压板驱动装置50的速度参数等。
控制装置70为了评价离子束的注入角度分布，执行对以满足规定的沟道效应条件的方式配置的评价用晶片WT照射离子束的试验照射工序。控制装置70以满足面沟道效应条件、轴沟道效应条件或阻塞沟道效应条件的方式将评价用晶片WT配置在压板驱动装置50中，并执行对所配置的评价用晶片WT的离子注入处理。控制装置70将已进行试验照射的评价用晶片WT传送至晶片评价室62，并在晶片评价室62中实施退火处理及表面电阻的测量。
控制装置70利用表面电阻的测量结果进行调整以使离子束的注入角度分布成为所需分布。控制装置70通过调整施加于射束收敛部22的三个透镜装置22a、22b、22c的横收敛电位Qx及纵收敛电位Qy的值，分别独立地控制离子束的x方向及y方向的注入角度分布。控制装置70将已被调整注入角度分布的离子束对被处理晶片进行照射，并执行本照射工序以使被处理晶片内形成所需载体浓度分布。
接着，对离子束的具体调整例进行说明。在此，对由离子注入装置10输出的离子束的射束特性，尤其对用于校正与注入角度分布有关的特性的调整方法进行说明。该调整方法为用于将由离子注入装置10输出的第1离子束的特性与成为基准的由其它离子注入装置(以下，称为基准装置)输出的第2离子束的特性进行配合的方法。
本调整例所涉及的方法具备对准离子束的剂量的第1工序、对准离子束的注入角度的基准值的第2工序、对准离子束的x方向的注入角度分布的第3工序及对准离子束的y方向的注入角度分布的第4工序。
在第1工序中利用上述阻塞沟道效应条件。当通过阻塞沟道效应条件照射离子束时，观察不到由x方向及y方向的注入角度分布引起的表面电阻值的变化，因此能够比较通过射束照射而注入在晶片中的剂量。在第1工序中，使用离子注入装置10对阻塞沟道效应条件的评价用晶片WT照射离子束，并测量射束照射后实施了退火处理的晶片的表面电阻。并且，在基准装置中也对阻塞沟道效应条件的评价用晶片WT照射离子束，并测量射束照射后实施了退火处理的晶片的表面电阻。比较两者的表面电阻值的测量结果，若有差，则调整用于设定离子注入装置10的剂量的各种参数以消除表面电阻值的差。
在第2工序中，使用应用了上述轴沟道效应条件的被称为“V曲线法”的方法。V曲线法中，通过稍微改变评价用晶片WT的倾角后进行射束照射，从表面电阻值成为最小倾角的值中推断射束的基准轨道方向。具体而言，以满足扭转角φ＝23°、倾角θ＝0°的轴沟道效应条件的朝向为中心，例如将倾角θ以-2°～+2°的范围来改变，并测量以各倾角来照射离子束的评价用晶片WT的表面电阻。
图17是表示基于V曲线法的测量例的图表，且表示离子注入装置10中的第1离子束的测量结果V1与基准装置中的第2离子束的测量结果V2。如图所示，通过将多个测量点以V形的曲线来近似的方式获得表面电阻的倾角依赖性。在该图表的例子中，表面电阻的最小值为倾角θ＝0°的情形，且示出了倾角的基准值(例如θ＝0°)与射束的基准轨道方向之间没有产生角度偏离的情形。当通过V曲线法的测量检测到在装置之间存在倾角差异时，进行调整以使离子注入装置10的倾角与基准装置的倾角一致。更具体而言，通过调整离子注入装置10的倾角或射束的基准轨道方向中的至少一个，设成使射束的注入角(作为相对于晶片的射束整体的平均值的入射角)的基准值在装置之间一致。例如，也可通过对离子注入装置10的倾角的基准值增加规定的偏移，以反映与基准装置之间的倾角的偏离。此外，也可通过调整射束线装置14的各种参数，改变离子注入装置10的基准轨道方向，以反映与基准装置之间的射束轨道方向的偏离。
在图17所示的图表中，两个测量结果V1、V2的表面电阻的最小值中产生差分ΔR。该电阻值的差分ΔR表示其由第1离子束与第2离子束的注入角度分布的差引起，并与表面电阻的最小值较小的第2离子束相比，表面电阻的最小值较大的第1离子束这一个注入角度分布较大。如此，当存在表面电阻值的差分ΔR时，通过第3工序及第4工序进行校准两者的注入角度分布的调整。另外，当两者的表面电阻的最小值几乎一致或表面电阻的最小值的差在基准范围内时，也可省略基于以下第3工序及第4工序的注入角度分布的调整。
在第3工序中，利用上述面沟道效应条件评价x方向的注入角度分布。使用离子注入装置10对面沟道效应条件的评价用晶片WT照射离子束，并测量在射束照射后实施了退火处理的晶片的表面电阻。并且，在基准装置中也对面沟道效应条件的评价用晶片WT照射离子束，并测量射束照射后实施了退火处理的晶片的表面电阻。比较两者的表面电阻值的测量结果，若有差，则调整射束收敛部22的工作参数以消除表面电阻值的差。具体而言，以维持ΔQx＝α·ΔQy的关系性的方式调整施加于透镜装置的电压Qx、Qy，并使x方向的注入角度分布成为所需分布。
在第4工序中，利用上述轴沟道效应条件评价y方向的注入角度分布。使用离子注入装置10对轴沟道效应条件的评价用晶片WT照射离子束，并测量射束照射后实施了退火处理的晶片的表面电阻。并且，在基准装置中也对轴沟道效应条件的评价用晶片WT照射离子束，并测量射束照射后实施了退火处理的晶片的表面电阻。比较两者的表面电阻值的测量结果，若有差，则调整射束收敛部22的工作参数以消除表面电阻值的差。具体而言，以维持ΔQx＝β·ΔQy的关系性的方式调整施加于透镜装置的电压Qx、Qy，并使y方向的注入角度分布成为所需分布。
图18是表示离子注入装置10的操作过程的流程图。首先，在阻塞沟道效应条件下评价离子束的剂量(S10)而调整剂量(S12)，并使用V曲线法评价射束的注入角(S14)而调整注入角的基准值(S16)。若需要调整注入角度分布(S18的“是”)，则在面沟道效应条件下评价离子束的x方向的注入角度分布(S20)而调整x方向的注入角度分布(S22)，并在轴沟道效应条件下评价射束的y方向的注入角度分布(S24)而调整y方向的注入角度分布(S26)。若需要调整注入角度分布(S18的否)，则跳过S20～S26。接着，将所调整的离子束对被处理晶片进行照射而执行离子注入处理(S28)。
根据本实施方式，通过以上的调整方法，能够对从离子注入装置10输出的第1离子束的剂量、基准轨道方向、x方向及y方向的注入角度分布进行校准使其与基准装置一致。通过使用如此进行调整的离子束来执行本照射工序，能够实现与使用基准装置时相同条件的离子注入处理。尤其，能够包含射束的注入角度分布进行校准，因此能够使被处理晶片的栅极结构附近所形成的载体浓度分布的深度方向及栅极长度方向的扩散成为所需分布。由此，能够提高离子注入处理的注入精度。
图19是表示通过离子注入所制造的晶体管的阈值电压VTH与用于注入的离子束的注入角度分布之间的关系性的图表。图表的横轴为晶体管的栅极长度L，纵轴为所制造的晶体管的阈值电压VTH。用于离子注入的离子束B0、B1、B2、B3的注入角度分布的扩散大小成为B0＜B1＜B2＜B3的顺序。例如，离子束B0是注入角度分布几乎为0的平行射束，离子束B3是注入角度分布较大的发散射束。另外，注入角度分布以外的特性在离子束B0～B3中为共同。
如图所示，仅改变注入处理中使用的离子束的注入角度分布，所制造的晶体管的阈值电压发生变化。例如，若将晶体管的栅极长度固定在规定的值L0，则通过注入角度分布所制造的晶体管的阈值电压V0、V1、V2、V3发生变化。这被认为是由于注入角度分布的差异导致在栅极结构的下方所形成的载体浓度分布的栅极长度方向的扩散宽度变得不同，且栅极结构下方的实际上的沟道长度发生变化所引起的。根据本实施方式，能够将离子注入中使用的离子束的角度分布调整为所需的分布，因此能够控制注入处理以使所制造的晶体管的阈值电压成为所需的值。因此，根据本实施方式，能够适当地调整乃至控制注入条件以使最终制造的半导体电路具有所需工作特性。
并且，根据本实施方式，使用评价用晶片WT的表面电阻评价了不同的注入装置之间的射束特性，因此能够根据通用的指标进行评价。当在不同的装置之间比较射束的注入角度分布时，因各注入装置的测量方式或测量装置的安装位置等差异，被认为即使测量了相同特性的射束也可能成为不同的测量结果。在这种情况下，即使能够调整射束以使测量结果的数值相互一致，射束的注入角度分布也可能不会严格一致。另一方面，根据本实施方式，通过使用相同特性的评价用晶片，即使在不同的注入装置之间也能够实现基于通用的评价基准的比较。因此，根据本实施方式，能够提高装置之间的校准精度。
并且，通过预先制作对由各注入装置具备的角度分布测量器测量的测量结果与晶片的表面电阻值的关系性建立对应的表格，能够根据注入角度分布进行角度分布测量器的测量值的校准。例如，在使用表面电阻的测量值确认第1离子束与第2离子束的注入角度分布为相同之后，使用由各注入装置具备的法拉第杯等测量第1离子束与第2离子束的注入角度分布。通过对不同的注入角度分布求出这种测量结果，能够对由各注入装置具备的角度分布测量器的测量特性建立对应。例如，可知对于由表面电阻的测量结果可知的具有相同注入角度分布的离子束，在第1注入装置中测量第1角度分布值而在第2注入装置中测量与第1角度分布值不同的第2角度分布值这种相关性。若使用基于本实施方式的方法预先制作这种相关表格，则在其以后即使不测量评价用晶片的表面电阻也能够利用各注入装置的角度分布测量功能来高精度校准注入角度分布。
以上，参考上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述各实施方式，适当组合各实施方式的结构的方式或进行替换的方式也属于本发明。并且，根据所属领域的技术人员的知识，能够对各实施方式中的组合及处理的顺序适当地进行重新排列或对实施方式增加各种设计变更等变形，增加这种变形的实施方式也属于本发明的范围。
在上述实施方式中，离子注入装置10设成具备表面电阻测量仪64及退火装置66的结构。在变形例中，也可在离子注入装置10中不设置电阻测量仪及退火装置，而使用在离子注入装置10外设置的装置对评价用晶片进行退火处理及电阻测量。
在上述实施方式中，作为测量射束照射后的晶片的电阻值的方法，示出了通过四探针法测量晶片的表面电阻的情形。在变形例中，也可通过不同的方法测量晶片的不同种类的电阻值。例如，也可通过扩展电阻测量求出晶片的深度方向的载体浓度分布，也可以使用阳极氧化法进行晶片的电阻测量。
在上述实施方式中，示出了对形成于晶片处理面的栅极结构附近的载体浓度分布进行控制的情形。在变形例中，也可对射束的注入角度分布进行控制，以使形成于晶片处理面的任意的三维结构或形成于立体遮蔽物附近的载体浓度分布成为所需的分布。形成于晶片处理面的结构体例如也可以是鳍式FET等中使用的鳍结构、立式晶体管等中使用的沟槽结构、用于分离晶体管之间的元件分离氧化膜及其他光致抗蚀剂图案等。在设置这种结构体的情况下，能够调整射束的注入角度分布，以使与晶片处理面正交的深度方向及与晶片处理面平行的水平方向的载体浓度分布的扩散成为所需分布。
在上述实施方式中，作为用于调整射束的注入角度分布的透镜装置，示出了使用三级式的四极透镜的情形。在变形例中，也可使用能够分别独立地控制x方向及y方向的注入角度分布的任意的两个以上的透镜装置。例如，也可组合使用用于控制横向(x方向)的收敛或发散的第1单透镜装置及用于控制纵向(y方向)的收敛或发散的第2单透镜装置。第1单透镜装置也可具有与x方向对置的电极对，并通过对该电极对所施加的电压Vx控制x方向的注入角度分布。第2单透镜装置也可具有与y方向对置的电极对，并通过对该电极对所施加的电压Vy控制y方向的注入角度分布。

Claims (20)

1.一种离子注入方法，其使离子束沿x方向往复扫描，并使晶片沿y方向往复运动而对晶片进行离子注入，所述离子注入方法的特征在于，具备如下步骤：
对以满足规定的面沟道效应条件的方式配置的第1晶片照射所述离子束，并测量射束照射后的所述第1晶片的电阻；
对以满足规定的轴沟道效应条件的方式配置的第2晶片照射所述离子束，并测量射束照射后的所述第2晶片的电阻；及
使用所述第1晶片及所述第2晶片的电阻测量结果，调整所述离子束的相对于所述晶片的所述x方向及所述y方向的注入角度分布。
2.根据权利要求1所述的离子注入方法，其特征在于，
对于所述注入角度分布，使用使电场及磁场中的至少一个发挥作用从而使所述离子束收敛或发散的两个以上的透镜装置，分别对所述x方向及所述y方向独立地进行调整。
3.根据权利要求2所述的离子注入方法，其特征在于，
还具备对被处理晶片照射已被调整所述注入角度分布的离子束的步骤，
所述注入角度分布被调整为在所述被处理晶片中形成所需载体浓度分布。
4.根据权利要求3所述的离子注入方法，其特征在于，
所述被处理晶片具有形成于晶片处理面的结构体，
所述注入角度分布被调整为所述结构体附近的载体浓度分布的扩散成为所需分布。
5.根据权利要求4所述的离子注入方法，其特征在于，
所述结构体为栅极结构，
所述注入角度分布被调整为所述栅极结构附近的载体浓度分布的深度方向及栅极长度方向的扩散成为所需分布。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述第1晶片取向成具有与由沿入射于所述第1晶片的离子束的基准轨道的方向及所述y方向这两个方向所规定的基准面平行的沟道面，并且不具有与所述基准面正交的沟道面。
7.根据权利要求6所述的离子注入方法，其特征在于，
所述第1晶片是晶片主面为(100)面的结晶性衬底，且配置成所述第1晶片的＜110＞方位与所述y方向之间的扭转角实质上成为0度或45度，所述晶片主面的法线与沿所述基准轨道的方向之间的倾角在15度～60度的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述第2晶片取向成在沿入射于所述第2晶片的离子束的基准轨道的方向上具有沟道轴，并且不具有与由沿入射于所述第2晶片的离子束的基准轨道的方向及所述y方向这两个方向所规定的基准面平行或正交的沟道面。
9.根据权利要求8所述的离子注入方法，其特征在于，
所述第2晶片是晶片主面为(100)面的结晶性衬底，并且配置成所述第2晶片的＜110＞方位与所述y方向之间的扭转角在15度～30度的范围内，所述晶片主面的法线与沿所述基准轨道的方向之间的倾角实质上成为0度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述第1晶片及所述第2晶片是晶片主面的偏角为0.1度以下的结晶性衬底。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
还具备在测量所述第1晶片的电阻之前对射束照射后的所述第1晶片实施退火处理的步骤及在测量所述第2晶片的电阻之前对射束照射后的所述第2晶片实施退火处理的步骤中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的离子注入方法，其特征在于，
所述退火处理以900℃～1000℃的退火温度来进行。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，还具备如下步骤：
对以满足规定的阻塞沟道效应条件的方式配置的第3晶片照射所述离子束，并测量射束照射后的所述第3晶片的电阻；及
使用所述第3晶片的电阻测量结果调整基于所述离子束的离子注入量。
14.根据权利要求13所述的离子注入方法，其特征在于，
所述第3晶片是晶片主面为(100)面的结晶性衬底，且配置成所述第3晶片的＜110＞方位与所述y方向之间的扭转角在15度～30度的范围内，所述晶片主面的法线与沿入射于所述晶片主面的离子束的基准轨道的方向之间的倾角在7度～15度的范围内。
15.根据权利要求13所述的离子注入方法，其特征在于，
所述第3晶片为晶片主表面附近被非晶化的衬底。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述晶片的电阻测量是使用四探针法来测量所述晶片的表面电阻的。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
对所述第1晶片及所述第2晶片照射由第1离子注入装置生成的第1离子束，所述注入角度分布的调整是对所述第1离子束进行，
所述离子注入方法还具备如下步骤：
将由与所述第1离子注入装置不同的第2离子注入装置生成的第2离子束，对以满足所述规定的面沟道效应条件的方式配置的第4晶片进行照射，并测量射束照射后的所述第4晶片的电阻；及
将所述第2离子束对以满足所述规定的轴沟道效应条件的方式配置的第5晶片进行照射，并测量射束照射后的所述第5晶片的电阻，
所述注入角度分布的调整是使用所述第1晶片与所述第4晶片的电阻的比较结果及所述第2晶片与所述第5晶片的电阻的比较结果来进行。
18.一种离子注入装置，其特征在于，具备：
两个以上的透镜装置，其使电场及磁场中的至少一个作用于离子束从而使所述离子束收敛或发散；
射束扫描仪，其使所述离子束沿x方向往复扫描；
压板驱动装置，其使被所述往复扫描的离子束照射的晶片沿y方向往复运动；
电阻测量仪，其测量射束照射后的晶片的电阻；及
控制装置，其根据所述电阻测量仪的测量结果决定所述两个以上的透镜装置的工作参数而执行离子注入处理，
所述控制装置进行如下操作：
对以满足规定的面沟道效应条件的方式配置在所述压板驱动装置中的第1晶片照射离子束，并通过所述电阻测量仪测量照射后的所述第1晶片的电阻；
对以满足规定的轴沟道效应条件的方式配置在所述压板驱动装置中的第2晶片照射离子束，并通过所述电阻测量仪测量照射后的所述第2晶片的电阻；及
使用所述第1晶片及所述第2晶片的电阻测量结果决定所述两个以上的透镜装置的工作参数，并调整所述离子束的相对于所述晶片的所述x方向及所述y方向的注入角度分布。
19.根据权利要求18所述的离子注入装置，其特征在于，
所述离子注入装置还具备所述晶片的退火装置，
所述控制装置在测量所述第1晶片的电阻之前，使用所述退火装置对射束照射后的所述第1晶片进行退火，并且在测量所述第2晶片的电阻之前，使用所述退火装置对射束照射后的所述第2晶片进行退火。
20.一种离子注入方法，其使离子束沿x方向往复扫描，并使晶片沿y方向往复运动而对晶片进行离子注入，所述离子注入方法的特征在于，
将调整了所述x方向及所述y方向的注入角度分布的离子束对被处理晶片进行照射从而在所述被处理晶片中形成所需载体浓度分布。
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GR01 Patent grant
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