JP2006351372A - イオン注入装置、イオン注入方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン注入量のウェハ面内分布の均一性を向上させる。
【解決手段】引き出し電圧変調部１２ａにて引き出し電圧を振幅変調しながらイオン源１からイオンを引き出し、イオン源１から引き出されたイオンビームをウェハＷに打ち込む。これにより、ビーム径をブロード化しつつ、注入エネルギーに幅を持たせることが可能となる。このため、不純物濃度分布を深さ方向になだらかにできるとともに、面内分布の均一性を向上させることができる。別の態様では、質量分析装置３に加える電磁界を変調しながらイオン注入を行う。更に別の態様では、加速管６に加える加速電圧を振幅変調しながらイオン注入を行う。
【選択図】図１

Description

本発明はイオン注入装置、イオン注入方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、イオン注入時の注入エネルギーおよびビーム径の制御方法に適用して好適なものである。

従来のイオン注入装置では、注入量のウェハ面内分布を均一化するために、高周波によるビームスキャンを行いながら、ウェハにイオン注入することが行われている。
また、例えば、特許文献１には、トレンチゲート型のＦＥＴやＩＧＢＴでチャネル部の不純物濃度分布を改善してしきいちのばらつきを解消するために、ベース領域に高加速イオン注入を２回行って熱処理することで、チャネル部の不純物濃度分布を深さ方向になだらかに変化させる方法が開示されている。
特開２００１−３３９０６３号公報

しかしながら、注入量のウェハ面内分布を均一化するために、スキャン周波数を上昇させる方法では、ビーム径が絞られると、微小領域の面内分布が劣化するという問題があった。
また、特許文献１に開示された方法では、高加速イオン注入を２回行うだけでは、チャネル部の不純物濃度が必ずしもなだらかに変化するとは限らず、不純物濃度分布の面内ばらつきを必ずしも有効に解消させることができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、イオン注入量のウェハ面内分布の均一性を向上させることが可能なイオン注入装置、イオン注入方法および半導体装置の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係るイオン注入装置によれば、イオンを引き出すイオン源と、前記イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う質量分析部と、前記質量分析部により質量分析されたイオンを加速する加速管と、前記加速管により加速されたイオンビームを収束させるビーム収束部と、前記ビーム収束により収束されたイオンビームをターゲット上で走査させるビーム走査部と、前記イオン源からイオンを引き出すための引き出し電圧を振幅変調する引き出し電圧変調部とを備えることを特徴とする。

これにより、ビーム径をブロード化しつつ、注入エネルギーに幅を持たせることが可能となる。このため、イオン注入を何回も行うことなく、不純物濃度分布を深さ方向になだらかにすることが可能となるとともに、不純物濃度の面内分布の均一性を向上させることが可能となり、工程増を伴うことなく、不純物濃度分布の面内ばらつきを低減することが可能となる。

また、本発明の一態様に係るイオン注入装置によれば、イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う質量分析部と、前記質量分析部により質量分析されたイオンを加速する加速管と、前記加速管により加速されたイオンビームを収束させるビーム収束部と、前記ビーム収束により収束されたイオンビームをターゲット上で走査させるビーム走査部と、前記質量分析に使用される電磁界を変調する電磁界変調部とを備えることを特徴とする。
これにより、ビーム径をブロード化することが可能となり、不純物濃度の面内分布の均一性を向上させることが可能となる。

また、本発明の一態様に係るイオン注入装置によれば、イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う質量分析部と、前記質量分析部により質量分析されたイオンを加速する加速管と、前記加速管により加速されたイオンビームを収束させるビーム収束部と、前記ビーム収束により収束されたイオンビームをターゲット上で走査させるビーム走査部と、前記イオンを加速する加速電圧を振幅変調する加速電圧変調部とを備えることを特徴とする。
これにより、イオン注入を何回も行うことなく、不純物濃度分布を深さ方向になだらかにすることが可能となり、工程増を伴うことなく、不純物濃度分布の面内ばらつきを低減することが可能となる。

また、本発明の一態様に係るイオン注入方法によれば、イオン源からイオンを引き出すための引き出し電圧を振幅変調しながらイオン注入を行うことを特徴とする。
これにより、ビーム径をブロード化しつつ、注入エネルギーに幅を持たせることが可能となり、不純物濃度分布を深さ方向になだらかにすることが可能となるとともに、不純物濃度の面内分布の均一性を向上させることが可能となる。

また、本発明の一態様に係るイオン注入方法によれば、イオン源から引き出されたイオンの質量分析に使用される電磁界を変調しながらイオン注入を行うことを特徴とする。
これにより、ビーム径をブロード化することが可能となり、不純物濃度の面内分布の均一性を向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係るイオン注入方法によれば、イオン源から引き出されたイオンの加速電圧を変調しながらイオン注入を行うことを特徴とする。
これにより、注入エネルギーに幅を持たせることが可能となり、不純物濃度分布を深さ方向になだらかにすることが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、引き出し電圧を振幅変調しながらイオン源からイオンを引き出す工程と、前記イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う工程と、前記質量分析されたイオンを加速する工程と、前記加速されたイオンビームを収束させる工程と、前記収束されたイオンビームを走査させながらウェハに打ち込む工程とを備えることを特徴とする。
これにより、ウェハに形成される不純物濃度分布を深さ方向になだらかにすることが可能となるとともに、不純物濃度の面内分布の均一性を向上させることが可能となり、トランジスタのしきい値のばらつきを低減することが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、イオン源からイオンを引き出す工程と、前記イオンの質量分析に使用される電磁界を変調しながら前記イオンの質量分析を行う工程と、前記質量分析されたイオンを加速する工程と、前記加速されたイオンビームを収束させる工程と、前記収束されたイオンビームを走査させながらウェハに打ち込む工程とを備えることを特徴とする。
これにより、ウェハに形成される不純物濃度の面内分布の均一性を向上させることが可能となり、トランジスタのしきい値のばらつきを低減することが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、イオン源からイオンを引き出す工程と、前記イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う工程と、加速電圧を変調しながら前記質量分析されたイオンを加速する工程と、前記加速されたイオンビームを収束させる工程と、前記収束されたイオンビームを走査させながらウェハに打ち込む工程とを備えることを特徴とする。
これにより、ウェハに形成される不純物濃度分布を深さ方向になだらかにすることが可能となり、トランジスタのしきい値のばらつきを低減することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係るイオン注入装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
図１において、イオン注入装置には、イオン源部Ｂ１、ビームライン部Ｂ２、エンドステーション部Ｂ３をそれぞれ真空引きする真空ポンプ２、８、１０が設置されている。

そして、イオン源部Ｂ１には、イオン源１、質量分析装置３、可変スリット４および分析スリット５が設けられるとともに、イオン源１からイオンを引き出すための引き出し電圧を振幅変調する引き出し電圧変調部１２ａが設けられている。また、ビームライン部Ｂ２には、加速管６、Ｑレンズ７ａ〜７ｃ、Ｘ走査電極９ａおよびＹ走査電極９ｂが設けられている。さらに、エンドステーション部Ｂ３には、ターゲットチャンバ１１が設けられるとともに、ターゲットチャンバ１１には、ファラディーカップ２１が設けられ、ファラディーカップ２１の前面には、ファラディーカップ２１に入射するイオンビームの入射角を制限するマスク２５が設けられている。

そして、引き出し電圧変調部１２ａにて引き出し電圧が振幅変調されながら、イオン源１から正イオンが引き出される。なお、振幅変調時の周波数は、例えば、スキャン周波数と同じになるように設定することができ、例えば、１ｋＨｚから数十ｋＨｚの範囲内に設定することができる。また、振幅変調時の振幅は、エネルギーコンタミネーションが生じないように設定することができ、例えば、注入エネルギーの１０〜２０％の範囲内に設定することができる。例えば、注入エネルギーが３０ｋｅＶの場合、３０ｋｅＶ±５ｋｅＶの範囲内で振幅変調を行うことができる。

そして、イオン源１から引き出された正イオンは質量分析装置３に送られ、質量分析装置３にてイオンの質量分析が行われる。なお、イオン源１としては、例えば、熱陰極方式またはプラズマ方式を用いることができる。また、質量分析装置３としては、Ｂ、ＰまたはＡｓなどの正イオンを分離する分離電磁石を用いることができる。

そして、質量分析装置３にて質量分析されたイオンは、可変スリット４にてビーム量が調整された後、分析スリット５に送られて中性粒子が排除される。そして、分析スリット５を通過したイオンは加速管６に送られ、加速管６にて、最終的な加速エネルギーが得られるように加速され、ウェハＷに注入されるイオンのドーピングプロファイルおよび接合深さが決定される。そして、加速管６にて加速されたイオンビームはＱレンズ７ａ〜７ｃに送られ、Ｑレンズ７ａ〜７ｃにてイオンビームが収束される。なお、Ｑレンズ７ａ〜７ｃとしては、静電４重極レンズまたは磁気４重極レンズを用いることができる。

そして、Ｑレンズ７ａ〜７ｃにて収束されたイオンビームは、Ｘ走査電極９ａおよびＹ走査電極９ｂを順次通過する。そして、Ｘ走査電極９ａにてＸ方向にイオンビームが走査されるとともに、Ｙ走査電極９ｂにてＹ方向にイオンビームが走査されることにより、ウェハＷの全面に不純物を一様に分布させることができる。そして、Ｘ走査電極９ａおよびＹ走査電極９ｂにて走査されたイオンビームはターゲットチャンバ１１に送られ、ファラディーカップ２１にてビーム電流がモニタされながら、イオンビームがウェハＷに打ち込まれる。

これにより、引き出し電圧を振幅変調しながらイオン源１から正イオンを引き出すことができ、ビーム径をブロード化しつつ、注入エネルギーに幅を持たせることが可能となる。このため、イオン注入をウェハＷに何回も行うことなく、ウェハＷの不純物濃度分布を深さ方向になだらかにすることが可能となるとともに、不純物濃度の面内分布の均一性を向上させることが可能となり、工程増を伴うことなく、不純物濃度分布の面内ばらつきを低減することが可能となる。

図２は、本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
図２において、図１の引き出し電圧変調部１２ａの代わりに、質量分析装置３には、質量分析に使用される電磁界を変調する電磁界変調部１２ｂが設けられている。
そして、イオン源１から引き出された正イオンは質量分析装置３に送られる。そして、質量分析装置３では、質量分析に使用される電磁界を変調しながらイオンの質量分析が行われる。そして、質量分析装置３にて質量分析されたイオンは、可変スリット４にてビーム量が調整された後、分析スリット５に送られて中性粒子が排除される。そして、分析スリット５を通過したイオンは加速管６に送られ、加速管６にて、最終的な加速エネルギーが得られるように加速される。そして、加速管６にて加速されたイオンビームはＱレンズ７ａ〜７ｃに送られ、Ｑレンズ７ａ〜７ｃにてイオンビームが収束される。

そして、Ｑレンズ７ａ〜７ｃにて収束されたイオンビームは、Ｘ走査電極９ａおよびＹ走査電極９ｂを順次通過する。そして、Ｘ走査電極９ａにてＸ方向にイオンビームが走査されるとともに、Ｙ走査電極９ｂにてＹ方向にイオンビームが走査されることにより、ウェハＷの全面に不純物を一様に分布させることができる。そして、Ｘ走査電極９ａおよびＹ走査電極９ｂにて走査されたイオンビームはターゲットチャンバ１１に送られ、ファラディーカップ２１にてビーム電流がモニタされながら、イオンビームがウェハＷに打ち込まれる。
これにより、質量分析に使用される電磁界を変調しながらイオンの質量分析を行うことが可能となり、ビーム径をブロード化することが可能となることから、ウェハＷの不純物濃度の面内分布の均一性を向上させることが可能となる。

図３は、本発明の第３実施形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
図３において、図１の引き出し電圧変調部１２ａの代わりに、加速管６には、イオンを加速する加速電圧を振幅変調する加速電圧変調部１２ｃが設けられている。
そして、イオン源１から引き出された正イオンは質量分析装置３に送られ、質量分析装置３にてイオンの質量分析が行われる。そして、質量分析装置３にて質量分析されたイオンは、可変スリット４にてビーム量が調整された後、分析スリット５に送られて中性粒子が排除され、加速管６に送られる。そして、加速管６では、加速電圧を振幅変調しながら、最終的な加速エネルギーが得られるようにイオンが加速される。そして、加速管６にて加速されたイオンビームはＱレンズ７ａ〜７ｃに送られ、Ｑレンズ７ａ〜７ｃにてイオンビームが収束される。

そして、Ｑレンズ７ａ〜７ｃにて収束されたイオンビームは、Ｘ走査電極９ａおよびＹ走査電極９ｂを順次通過する。そして、Ｘ走査電極９ａにてＸ方向にイオンビームが走査されるとともに、Ｙ走査電極９ｂにてＹ方向にイオンビームが走査されることにより、ウェハＷの全面に不純物を一様に分布させることができる。そして、Ｘ走査電極９ａおよびＹ走査電極９ｂにて走査されたイオンビームはターゲットチャンバ１１に送られ、ファラディーカップ２１にてビーム電流がモニタされながら、イオンビームがウェハＷに打ち込まれる。
これにより、イオン注入をウェハＷに何回も行うことなく、ウェハＷの不純物濃度分布を深さ方向になだらかにすることが可能となり、工程増を伴うことなく、不純物濃度分布の面内ばらつきを低減することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す平面図。 本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す平面図。 本発明の第３実施形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す平面図。

符号の説明

Ｗ ウェハ、Ｂ１ イオン源部、Ｂ２ ビームライン部、Ｂ３ エンドステーション部、１ イオン源、２、８、１０ 真空ポンプ、３ 質量分析装置、４ 可変スリット、５ 分析スリット、６ 加速管、７ａ〜７ｃ Ｑレンズ、９ａ Ｘ走査電極、９ｂ Ｙ走査電極、１１ ターゲットチャンバ、２１ ファラディーカップ、２５ マスク、１２ａ 引き出し電圧変調部、１２ｂ 電磁界変調部、１２ｃ 加速電圧変調部

Claims (9)

1. イオンを引き出すイオン源と、
   前記イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う質量分析部と、
   前記質量分析部により質量分析されたイオンを加速する加速管と、
   前記加速管により加速されたイオンビームを収束させるビーム収束部と、
   前記ビーム収束により収束されたイオンビームをターゲット上で走査させるビーム走査部と、
   前記イオン源からイオンを引き出すための引き出し電圧を振幅変調する引き出し電圧変調部とを備えることを特徴とするイオン注入装置。
2. イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う質量分析部と、
   前記質量分析部により質量分析されたイオンを加速する加速管と、
   前記加速管により加速されたイオンビームを収束させるビーム収束部と、
   前記ビーム収束により収束されたイオンビームをターゲット上で走査させるビーム走査部と、
   前記質量分析に使用される電磁界を変調する電磁界変調部とを備えることを特徴とするイオン注入装置。
3. イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う質量分析部と、
   前記質量分析部により質量分析されたイオンを加速する加速管と、
   前記加速管により加速されたイオンビームを収束させるビーム収束部と、
   前記ビーム収束により収束されたイオンビームをターゲット上で走査させるビーム走査部と、
   前記イオンを加速する加速電圧を振幅変調する加速電圧変調部とを備えることを特徴とするイオン注入装置。
4. イオン源からイオンを引き出すための引き出し電圧を振幅変調しながらイオン注入を行うことを特徴とするイオン注入方法。
5. イオン源から引き出されたイオンの質量分析に使用される電磁界を変調しながらイオン注入を行うことを特徴とするイオン注入方法。
6. イオン源から引き出されたイオンの加速電圧を変調しながらイオン注入を行うことを特徴とするイオン注入方法。
7. 引き出し電圧を振幅変調しながらイオン源からイオンを引き出す工程と、
   前記イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う工程と、
   前記質量分析されたイオンを加速する工程と、
   前記加速されたイオンビームを収束させる工程と、
   前記収束されたイオンビームを走査させながらウェハに打ち込む工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. イオン源からイオンを引き出す工程と、
   前記イオンの質量分析に使用される電磁界を変調しながら前記イオンの質量分析を行う工程と、
   前記質量分析されたイオンを加速する工程と、
   前記加速されたイオンビームを収束させる工程と、
   前記収束されたイオンビームを走査させながらウェハに打ち込む工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. イオン源からイオンを引き出す工程と、
   前記イオン源から引き出されたイオンの質量分析を行う工程と、
   加速電圧を変調しながら前記質量分析されたイオンを加速する工程と、
   前記加速されたイオンビームを収束させる工程と、
   前記収束されたイオンビームを走査させながらウェハに打ち込む工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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