JP2007184596A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の製造時に必要な多様な工程に対して必要とする多様な工程評価にかかるウェーハ枚数及びコストを最小化するように１枚のウェーハに対して多様な条件を適用して多様な構造及び多様な条件を有する素子を具現しうる半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板の複数の領域に各領域ごとに相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査するステップを有する。または、半導体基板上の所定形状に区分された複数の領域に、各領域ごとに相異なる形状を有する複数の配線層を形成するステップと、前記配線層の形成後、前記複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を複数の小領域に区分するステップと、前記各小領域ごとに相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査するように前記複数の小領域内にイオンビームを走査するステップとを有する。
【選択図】 図１７

Description

本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に半導体素子を構成する単位素子の製造時に具現しようとする最終製品に適した最適の工程条件の確立に必要なテスト用半導体素子を形成するに当って、１枚のウェーハ上に多様な条件下で製造される多様な単位素子を含む半導体素子の製造方法に関する。

半導体製造工程で最適の工程条件を探すか、または所定の工程条件で工程を進めた結果が望ましいか否かを確認するためのテスト工程を経る。テスト工程中には、工程結果物の厚さ、抵抗、粒子などを測定しなければならないが、その測定過程中にウェーハが破壊されるなどの理由によって、実際素子を具現したウェーハを対象とした工程テストを行えない場合が多い。
この場合、各工程の適当な位置に工程評価のための別途のブランク（ｂｌａｎｋ）ウェーハをテスト用ウェーハとして使用し、これに対して実際のウェーハに対して行う工程と同様に行った後、このブランクウェーハに対して評価対象項目を、代わりに測定して該当工程を評価する。

テスト用ウェーハは、テストの必要な工程数の増大によって増加し、その結果、半導体チップの生産コストが高まる。特に、イオン注入工程が含まれる一連の工程を経たテストウェーハは実質的に再使用することが難しい。
従来の技術による工程評価方法では、イオン注入工程に対する工程評価のために１枚のウェーハ上に１つの工程条件を適用してテスト用素子を具現した。それにより、テストの必要なイオン注入条件の数によってそれに対応する枚数のウェーハを使用し、各ウェーハごとに異なるイオン注入条件を適用してテストした。
そして、１枚のウェーハに対してはウェーハ全面に亙って均一な条件でイオン注入するために１つの条件で制御されたイオンビームを均一な速度でウェーハ全面にスキャンニングするか、１つの条件で制御されたイオンビームが所定位置に固定された状態でウェーハを均一な速度で移動させた。

上記のような従来技術によって工程評価を実施する場合、テストに必要なウェーハ数は、生産される実際のウェーハの物量とイオン注入工程の回数とが増加することによって増加する。また、イオン注入工程と大きな連関性を有する他の工程、例えば、フォトリソグラフィ工程でテストしようとする多様な工程変数とイオン注入工程でテストしようとする多様な工程変数とを組み合わせたあらゆる場合に対して工程評価をしようとする場合には、工程評価にかかるウェーハ枚数が幾何級数的に増加する。その結果、半導体チップの生産コストが過度に増大し、また、工程評価用ウェーハに対して評価のための所定の工程を行うのに長時間がかかって生産性向上の側面で望ましくないという問題があった。

そこで、本発明は上記従来の半導体素子の製造方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、半導体素子の製造時に必要な多様な工程に対して必要とする多様な工程評価にかかるウェーハ枚数及びコストを最小化するように１枚のウェーハに対して多様な条件を適用して多様な構造及び多様な条件を有する素子を具現しうる半導体素子の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による半導体素子の製造方法は、半導体基板の複数の領域に各領域ごとに相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査するステップを有することを特徴とする。

前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量、ドーパントの種類、イオン注入エネルギー、イオン注入角度、及びイオン注入時の半導体基板のノッチ方向からなる群から選択される少なくとも１つであることが好ましい。
前記イオンビームを走査するステップは、静電スキャン方式、機械的スキャン方式、またはハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置を使用して行われることが好ましい。
前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、前記複数の領域で各領域ごとにイオン注入ドーズ量を異ならせるために、前記半導体基板上で所定方向に沿ってイオンビームのスキャン速度を変化させるステップをさらに有することが好ましい。
前記イオンビームの走査時の前記イオンビームの１回スキャン長は、前記半導体基板の直径より長いことが好ましい。
また、前記イオンビームの走査時の前記イオンビームの１回スキャン長は、前記半導体基板の直径より短いことが好ましい。
また、前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、前記複数の領域で各領域ごとにイオン注入ドーズ量を異ならせるために、前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップをさらに有することが好ましい。
前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップでは、前記半導体基板の位置を垂直方向に移動させることが好ましい。
前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップでは、前記半導体基板の位置を水平方向に移動させることが好ましい。

前記イオンビームを走査するステップは、前記半導体基板のノッチが第１方向に向う位置で半導体基板上の第１進行方向に沿って前記イオン注入条件を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップと、前記半導体基板のノッチが前記第１方向と異なる第２方向に向う位置で半導体基板上で前記第１進行方向とは異なる第２進行方向に沿って前記イオン注入条件を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップとを含むことが好ましい。
ここで、前記半導体基板のノッチを前記第１方向から前記第２方向に変位させるために前記半導体基板の中心を回転軸として半導体基板を所定角度ほど回転させるステップをさらに含むことが好ましい。
また、前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、前記イオンビームを走査するステップは、前記半導体基板のノッチが第１方向に向う位置で半導体基板上の第１進行方向に沿って前記イオンビームのスキャン速度を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップと、前記半導体基板のノッチが前記第１方向と異なる第２方向に向う位置で半導体基板上で前記第１進行方向とは異なる第２進行方向に沿って前記イオンビームのスキャン速度を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップとを含むことが好ましい。
ここで、前記半導体基板のノッチを前記第１方向から前記第２方向に変位させるために前記半導体基板の中心を回転軸として前記半導体基板を所定角度ほど回転させるステップをさらに含むことが好ましい。
前記イオンビームの走査後、前記複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を複数の小領域に区分するステップと、各小領域ごとに相異なる形状を有するように前記複数の小領域内に複数の配線層を形成するステップとをさらに有することが好ましい。
前記配線層は、ワードライン、ビットライン、キャパシタの電極、ヒューズ、または導電性パッドを構成することが好ましい。
前記配線層は、ワードラインであり、前記ワードラインは、前記各小領域によって相異なるライン幅を有することが好ましい。

また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体素子の製造方法は、半導体基板上の所定形状に区分された複数の領域に、各領域ごとに相異なる形状を有する複数の配線層を形成するステップと、前記配線層の形成後、前記複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を複数の小領域に区分するステップと、前記各小領域ごとに相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査するように前記複数の小領域内にイオンビームを走査するステップとを有することを特徴とする。

前記配線層は、ゲート電極層であり、該ゲート電極層は、前記各領域ごとに相異なるゲート長を有することが好ましい。
前記イオンビーム走査により前記ゲート電極層の下で前記半導体基板内にゲート電極層により構成されるトランジスタのスレッショルド電圧調節用イオン注入領域、ソース及びドレイン領域、浅いイオン注入（ｓｈａｌｌｏｗ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔ）領域、及びＬＤＤ（ｌｉｇｈｔｌｙ ｄｏｐｅｄ ｄｒａｉｎ）領域からなる群から選択される１つの領域を形成することが好ましい。
前記イオンビームの走査により前記配線層に不純物イオンがドーピングされることが好ましい。
前記イオンビームを走査するステップは、静電スキャン方式、機械的スキャン方式、またはハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置を使用して行われることが好ましい。
前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、前記複数の小領域で各領域ごとにイオン注入ドーズ量を異ならせるために、前記半導体基板上で所定方向に沿ってイオンビームのスキャン速度を変化させるステップをさらに有することが好ましい。
前記イオンビームの走査時の前記イオンビームの１回スキャン長は、前記半導体基板の直径より長いことが好ましい。
前記イオンビームの走査時の前記イオンビームの１回スキャン長は、前記半導体基板の直径より短いことが好ましい。
前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、前記複数の小領域で各領域ごとにイオン注入ドーズ量を異ならせるために、前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップをさらに有することが好ましい。
前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップでは、前記半導体基板の位置を垂直方向に移動させることが好ましい。
前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップでは、前記半導体基板の位置を水平方向に移動させることが好ましい。

前記イオンビームを走査するステップは、前記半導体基板のノッチが第１方向に向う位置で半導体基板上の第１進行方向に沿って前記イオン注入条件を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップと、前記半導体基板のノッチが前記第１方向と異なる第２方向に向う位置で半導体基板上で前記第１進行方向とは異なる第２進行方向に沿って前記イオン注入条件を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップとを含むことが好ましい。
前記半導体基板のノッチを前記第１方向から前記第２方向に変位させるために前記半導体基板の中心を回転軸として半導体基板を所定角度ほど回転させるステップをさらに含むことが好ましい。
前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、前記イオンビームを走査するステップは、前記半導体基板のノッチが第１方向に向う位置で半導体基板上の第１進行方向に沿って前記イオンビームのスキャン速度を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップと、前記半導体基板のノッチが前記第１方向と異なる第２方向に向う位置で半導体基板上で前記第１進行方向とは異なる第２進行方向に沿って前記イオンビームのスキャン速度を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップとを含むことが好ましい。
前記半導体基板のノッチを前記第１方向から前記第２方向に変位させるために前記半導体基板の中心を回転軸として半導体基板を所定角度ほど回転させるステップをさらに含むことが好ましい。

本発明に係る半導体素子の製造方法によれば、１枚の半導体ウェーハに対して所望の領域によって多様な条件を適用して多様な構造及び多様な条件を有する素子を製造することによって、１枚のウェーハを使用して多様な工程評価を実施できるという効果がある。したがって、半導体素子の製造時に必要な多様な工程に対して必要とする多様な工程評価にかかるウェーハ枚数及びコストを最小化できるという効果がある。また、本発明によれば、単純な方法により多様な工程評価を行うことによって、ＴＡＴ（ｔｕｒｎ ａｒｏｕｎｄ ｔｉｍｅ）を短縮し、多様な工程評価を試みることが容易であるので、工程評価の効率及び正確性を向上できるという効果がある。したがって、開発製品の早期量産性の確保に寄与できるという効果がある。

次に、本発明に係る半導体素子の製造方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体素子の製造方法を説明するための概略的なフローチャートである。

図１を参照すると、（ステップＳ１２）で、半導体基板の複数の領域に各領域ごとに相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査する。
このために、半導体基板を多様な形状を有する複数の領域に区分しうる。

図２〜図７は、半導体基板１００を複数の領域に区分した多様な例を示す図面である。
図２、図３及び図４は、半導体基板１００を多様な形状を有する３個の領域に区分し、これら３つの領域に各々Ａ１、Ａ２及びＡ３の相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査した場合を例示した図面である。

図５は、半導体基板１００を４つの領域に区分し、これら４つの領域に各々Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４の相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査した場合を例示した図面である。図６は、半導体基板１００を５個の領域に区分し、これら５つの領域に各々Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４及びＡ５の相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査した場合を例示した図面である。図７は、半導体基板１００を９個の領域に区分し、これら９つの領域に各々Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８及びＡ９の相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査した場合を例示した図面である。

図２〜図７において、参照符号“１００ａ”は、ノッチを示す。図２〜図７において、それぞれの区分された複数の領域とノッチ１００ａとの位置関係は、図に示したものに制限されるものではなく、複数の領域を多様な方向に区分しうる。また、図２〜図７に例示されているそれぞれの区分された領域の形状及び数は、これらに制限されるものではなく、多様な形状及び領域数を有するように複数の領域に区分しうる。

Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８及びＡ９で表示されるイオン注入条件は、各々イオン注入時のドーズ量、ドーパントの種類、イオン注入エネルギー、イオン注入角度、イオン注入時の半導体基板のノッチ方向などイオン注入工程時に考慮されるべき工程変数のうち、選択される少なくとも１つの条件を意味する。

図２〜図７に例示された複数の領域に対してイオンビームを走査するに当っては、静電スキャン（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｃａｎ）方式、機械的スキャン（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｃａｎ）方式、及びハイブリッドスキャン（ｈｙｂｒｉｄ ｓｃａｎ）方式を含む多様なイオン注入装置を利用しうる。

図８は、本発明による半導体素子の製造方法によってイオンビーム３０を半導体基板１００に走査するために静電スキャン方式のイオン注入装置を用いる場合を例示した概略図である。静電スキャン方式のイオン注入装置では、駆動軸１０２に設けられた静電チャック（図示せず）に半導体基板１００が固定された状態でイオンビーム３０の経路でＸ方向、すなわち、水平方向に沿って往復スキャンを反復して半導体基板１００にイオンビームが走査される。

図８を参照すれば、所定長さＬａを有するスリット４２ａを通じてイオンビーム３０を半導体基板１００に走査する時、イオン注入条件のうち、イオン注入時のドーズ量を半導体基板１００上に区分された複数の領域によって各々異ならせるために、半導体基板１００上に走査されるイオンビームのスキャン速度を変化させうる。図８には、イオンビームの走査時にイオンビームのドーズ量を変化させるためにイオンビームのスキャン速度が変化する過程を矢印５２、５４、５６で図式化した。図８で、各矢印５２、５４、５６の厚さがイオンビームスキャン速度に比例することを示す。図８に例示されたようにイオンビームスキャン速度を変化させた場合、図３に例示されたように区分された複数の領域に各々相異なるドーズ量を有するイオンビームを走査しうる。

図８に例示したイオンビームスキャンの場合において、イオンビーム３０がスリット４２ａを通じて半導体基板１００に走査されてＸ方向に１回スキャンされる時のスキャン長Ｌａは、半導体基板１００の直径より大きくなる。しかし、本発明はこれに限定されない。すなわち、イオンビーム３０を走査する時、イオンビーム３０の１回スキャン長は、半導体基板１００の直径より小さく設定することもできる。

図９は、イオンビーム３０を走査する時、イオンビーム３０の１回スキャン長を多様に設定するためのイオン注入装置を使用する場合を例示した概略図である。すなわち、図９の例では、イオンビーム３０が半導体基板１００に走査されてＸ方向に１回スキャンされる時のスキャン長Ｌａが半導体基板１００の直径より大きくなるスリット４２ａを含むことに加えて、イオンビーム３０を走査する時、イオンビーム３０の１回スキャン長を半導体基板１００の直径より小さく設定するために、イオンビーム３０の１回スキャン長が半導体基板１００の直径より小さい長さＬｂ、Ｌｃを有するスリット４２ｂ、４２ｃがさらに含まれているイオン注入装置を使用する場合を例示した図面である。

図９で、半導体基板１００上には、スリット４２ｂ、４２ｃのそれぞれの長さＬｂ、Ｌｃにより制限される領域の幅ほどイオンビームが走査されうる。必要によって、図９に例示したように多様なスキャン長Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを有する複数のスリット４２ａ、４２ｂ、４３ｃを備えるか、これらのうち、少なくとも２個のスリットを備えたイオン注入装置を使用しうる。これら複数のスリット４２ａ、４２ｂ、４３ｃのうち、必要なスリットを選択的に使用するか、これらを順次に組み合わせて使用しつつ、半導体基板１００にイオンビームを走査することによって、半導体基板１００上の所望の位置で所望の幅ほどイオン注入を行える。

また、複数のスリット４２ａ、４２ｂ、４３ｃを通過するイオンビーム３０は、図８に例示したようにそのスキャン方向に沿って可変する速度でスキャンされてＸ方向に沿うスキャン距離によってスキャン速度を変化させうる。
図９に例示したイオン注入方法によって半導体基板１００にイオンビームを走査する場合には、スリット長、位置及び幅を必要によって選択的に適用することによって、そのスリットを通過するイオンビームが半導体基板１００上に走査される領域の位置及び幅を自由に制御しうる。このために所望の多様な種類のスリットを備えるカスタマイズ型イオン注入装置を使用しうる。

図１０は、本発明による半導体素子の製造方法によってイオンビーム３０を半導体基板１００に走査するために機械的スキャン方式のイオン注入装置を用いる場合を例示した概略図である。機械的スキャン方式のイオン注入装置では、イオンビーム３０の位置が固定された状態で半導体基板１００の位置をＸ方向に沿う水平方向またはＹ方向に沿う垂直方向に移動させるか、半導体基板１００を回転移動させつつ、イオンビーム３０を走査する。

図１０を参照すると、位置決めされているイオンビーム３０を半導体基板１００に走査する時、イオン注入条件のうち、イオン注入時のドーズ量を半導体基板１００上に区分された複数の領域によって各々異ならせるために、イオンビーム３０に対する半導体基板１００の相対的な位置を可変する速度で移動させうる。

図１０には、イオンビームの走査時にイオンビームのドーズ量を変化させるために半導体基板１００の水平方向の移動速度が変化する過程を矢印１５１、１５２、１５３、１５６、１５５、１５４で図式化した。また、図１０には、イオンビームの走査時にイオンビームのドーズ量を変化させるために半導体基板１００の垂直方向の移動速度が変化する過程を矢印１６１、１６２、１６３、１６６、１６５、１６４で図式化した。図１０で、各矢印で表示した方向及び移動速度は必要なイオン注入条件によって多様に選択されうる。
図１０で、各矢印の厚さは、半導体基板１００の移動速度に比例することを示す。図１０に例示したように、半導体基板１００の移動速度を変化させた場合、半導体基板１００上に区分された複数の領域に各々異なるドーズ量を有するイオンビームを走査しうる。

上記説明で、図８〜図１０を参照して説明したイオン注入方法は、混合スキャン（ｈｙｂｒｉｄ ｓｃａｎ）方式のイオン注入装置を用いても同じ効果が得られる。混合スキャン方式のイオン注入装置では、イオンビームが平面上である一方向にのみ移動し、半導体基板１００がこれと直交して移動しつつ、イオンビームが半導体基板１００に走査される。

また、図８〜図１０を参照して説明したイオン注入方法、または混合スキャン方式のイオン注入装置を用いる場合の各々において、イオンビームの所定方向へのスキャン速度を変化させるのに、半導体基板１００の回転移動を組み合わせるか、または半導体基板１００の所定方向への移動速度を変化させるのに、半導体基板１００の回転移動を組み合わせることによって、半導体基板上に多様なイオン注入条件を有する複数の領域を形成しうる。

図１１〜図１３は、図８または図９に例示した静電スキャン方式、または図１０に例示した機械的スキャン方式で半導体基板１００に線形的な経路によってイオンビームを走査する場合と、半導体基板１００を回転させる場合を順次に組み合わせて半導体基板１００に多様な条件でイオン注入された複数の領域を形成する過程を順次に説明するための図面である。

図１１を参照すると、まず半導体基板１００を３つの領域に区分し、これら３つの領域に各々Ａ、Ｂ、及びＣの相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査する。Ａ、Ｂ、及びＣで表示されるイオン注入条件は、各々イオン注入時のドーズ量、ドーパントの種類、イオン注入エネルギー、イオン注入角度、イオン注入時の半導体基板のノッチ方向などイオン注入工程時に考慮せねばならない工程変数のうちから、選択される少なくとも１つの条件を意味する。その後、半導体基板１００を矢印Ｒ_１方向に沿って９０゜回転させる。

図１２を参照すると、図１１でのように半導体基板１００が回転された結果としてノッチ１００ａの方向が９０゜転換された状態で、半導体基板１００を再び３つの領域に区分し、これら３つの領域に各々ａ、ｂ、及びｃの相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査する。ａ、ｂ、及びｃで表示されるイオン注入条件は、各々イオン注入時のドーズ量、ドーパントの種類、イオン注入エネルギー、イオン注入角度などイオン注入工程時に考慮せねばならない工程変数のうちから選択される少なくとも１つの条件を意味する。
ａ、ｂ、及びｃの相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査した結果、半導体基板１００上で、図１１で区分された３つの領域が各々３つの領域に分けられ、半導体基板１００には相異なるイオン注入条件でイオン注入された９個の領域が形成される。その後、半導体基板１００を矢印Ｒ_２方向に沿って９０゜回転させる。

図１３を参照すると、図１２のように半導体基板１００が回転された結果としてノッチ１００ａの方向が９０゜転換された状態で、半導体基板１００を再び３つの領域に区分し、これら３つの領域に各々Ｉ、ＩＩ、及びＩＩＩの相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査する。Ｉ、ＩＩ、及びＩＩＩで表示されるイオン注入条件は、各々イオン注入時のドーズ量、ドーパントの種類、イオン注入エネルギー、イオン注入角度などイオン注入工程時に考慮せねばならない工程変数のうちから、選択される少なくとも１つの条件を意味する。その結果、半導体基板１００上には、図７に例示したような相異なるイオン注入条件でイオン注入された９個の領域が形成される。

図１１〜図１３において、それぞれの区分された複数の領域とノッチ１００ａとの位置関係は、図に示したところに制限されるものではなく、複数の領域を多様な方向に区分しうる。また、図１１〜図１３に例示したそれぞれの区分された領域の形状及び数は、これらに制限されず、多様な形状及び領域数を有するように複数の領域に区分しうる。

再び図１を参照すると、（ステップＳ１２）で相異なるイオン注入条件で半導体基板１００にイオンビームを走査して、半導体基板１００に相異なるイオン注入条件を有する複数の領域が形成されたならば、（ステップＳ１４）で半導体基板１００上の複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を再び複数の小領域に区分する。
その後、（ステップＳ１６）で、各小領域ごとに相異なる形状を有するように複数の配線層を形成する。
次に、（ステップＳ１８）で、相異なるイオン注入条件でイオンビームが走査された半導体基板１００上の複数の領域または複数の小領域のパラメータを測定して工程評価を行う。

図１４〜図１６は、半導体基板１００を複数の領域に区分し、これら複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を多様な方法で複数の小領域に区分した後、これら区分された各小領域に相異なる条件で配線層を形成した場合を例示した図面である。

図１４は、図６に例示したようにＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４及びＡ５の相異なるイオン注入条件でイオンビームが各々走査されて５つの領域に区分された半導体基板１００を再び３つの小領域、すなわち、第１小領域ＳＵＢ−１、第２小領域ＳＵＢ−２及び第３小領域ＳＵＢ−３に区分し、これら３つの小領域に相異なる３つの条件、すなわち、Ｐ１、Ｑ１及びＲ１のフォトリソグラフィ工程によって配線層を形成した結果を示す図面である。

図１５は、図６に例示したようにＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４及びＡ５の相異なるイオン注入条件でイオンビームが各々走査されて５つの領域に区分された半導体基板を再び３つの小領域、すなわち、第１小領域ＳＵＢ−１、第２小領域ＳＵＢ−２及び第３小領域ＳＵＢ−３に区分し、これら３つの小領域に相異なる３つの条件、すなわち、Ｐ２、Ｑ２及びＲ２のフォトリソグラフィ工程によって配線層を形成した結果を示す図面である。

図１６は、図２に例示したようにＡ１、Ａ２及びＡ３の相異なるイオン注入条件でイオンビームが各々走査されて３つの領域に区分された半導体基板１００を再び３つの小領域、すなわち、第１小領域ＳＵＢ−１、第２小領域ＳＵＢ−２及び第３小領域ＳＵＢ−３に区分し、これら３つの小領域に相異なる３つの条件、すなわち、Ｐ３、Ｑ３及びＲ３のフォトリソグラフィ工程によって配線層を形成した結果を示す図面である。

図１４、図１５及び図１６それぞれの場合において、Ｐ１、Ｑ１及びＲ１の条件、Ｐ２、Ｑ２及びＲ２の条件、そしてＰ３、Ｑ３及びＲ３の条件は、各々異なるフォトリソグラフィ工程の結果として得られた相異なる幅を有する配線層を意味しうる。例えば、配線層は、半導体素子の製造に必要なワードライン、ビットライン、キャパシタの電極、ヒューズ、導電性パッドなど多様な部分を構成しうる。配線層がゲート電極を構成するワードラインである場合、各小領域ごとにゲート長が互いに異なるように相異なるフォトリソグラフィ工程を適用しうる。

図１に例示したフローチャートでは半導体基板１００上に多様なイオン注入条件をまず適用した複数の領域を区分した後、複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を複数の小領域に区分し、これら小領域に相異なる形状の複数の配線層を形成する順序によって半導体素子を形成する工程を例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、半導体基板上に具現しようとする単位素子の種類によってイオン注入工程と配線層形成のためのフォトリソグラフィ工程の順序を互いに変えても良い。

図１７は、本発明の第２の実施形態による半導体素子の製造方法を説明するための概略的なフローチャートである。図１７を参照して説明する第２の実施形態は、半導体基板１００上に多様なフォトリソグラフィ工程条件が適用された配線層をまず形成した後、半導体基板１００上に多様な条件のイオン注入工程を適用することを除いては、第１の実施形態と類似している。

図１７を参照して本発明の第２の実施形態による半導体素子の製造方法についてさらに詳細に説明すれば次の通りである。
まず、（ステップＳ８２）で、半導体基板上の所定形状に区分された複数の領域に各領域ごとに相異なる形状を有する複数の配線層を形成する。

このために図１８〜図２０に例示したように多様な形状を有する複数の領域に相異なるフォトリソグラフィ条件を適用して各領域ごとに多様な配線層を形成しうる。
図１８は、半導体基板１００を３個の領域に区分し、これら領域に各々Ｐ１、Ｑ１及びＲ１の相異なるフォトリソグラフィ条件を適用して複数の配線層を形成した場合を示す。図１９は、半導体基板１００を３つの領域に区分し、これら領域に各々Ｐ２、Ｑ２及びＲ２の相異なるフォトリソグラフィ条件を適用して複数の配線層を形成した場合を示す。図２０は、半導体基板１００を４つの領域に区分し、これら領域に各々Ｐ３、Ｑ３、Ｒ３及びＳ３の相異なるフォトリソグラフィ条件を適用して複数の配線層を形成した場合を示す。

図１７の（ステップＳ８４）で、配線層の形成後、複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を複数の小領域に区分する。この際、半導体基板で少なくとも１つの領域を複数の小領域に区分するために、図２〜図７に例示した場合を同一に適用しうる。
図１７の（ステップＳ８６）で、各小領域ごとに相異なるイオン注入条件でイオンビームが走査されるように複数の小領域内にイオンビームを走査する。この際、図８〜図１０、そして図１１〜図１３に例示したような多様な組合わせのイオン注入条件を適用しうる。

例えば、（ステップＳ８２）で形成した配線層がゲート電極層である場合、（ステップＳ８６）で行ったイオンビームの走査によりゲート電極層下で半導体基板内にゲート電極層により構成されるトランジスタのスレッショルド電圧調節用イオン注入領域、ソース及びドレイン領域、浅いイオン注入（ｓｈａｌｌｏｗ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔ）領域、またはＬＤＤ（ｌｉｇｈｔｌｙ ｄｏｐｅｄ ｄｒａｉｎ）領域が形成されうる。または、（ステップＳ８６）で行ったイオンビーム走査により（ステップＳ８２）で形成した配線層が不純物イオンでドーピングされることもある。

その結果、（ステップＳ８２）で多様な方法で区分されうる複数の領域と、（ステップＳ８４）で多様な方法で区分されうる複数の小領域との組み合わせの結果で得られる多様な場合の数ほど半導体基板１００上に多様な条件が適用された半導体素子が具現される。
次に、（ステップＳ８８）で、複数の領域または複数の小領域のパラメータを測定する。

図２１は、図１または図１７を参照して説明した本発明による半導体素子の製造方法によって図１６に例示した条件で半導体基板上にテスト用半導体素子を具現した場合と従来技術の場合を示す表である。
図２１から分かるように、従来技術によって各条件ごとに相異なるウェーハを使用して半導体素子を具現する場合、９枚のウェーハがかかる一方、本発明による方法により半導体素子を製造した場合、９種の条件を１枚のウェーハに具現することが可能であるということが分かる。

前述の実施形態では、半導体素子の製造のための工程条件としてイオン注入条件及びフォトリソグラフィ条件を適用する場合と、これらを組み合わせた場合のみを例として説明したが、本発明はこれに限定されない。当業者ならば、本発明の範囲内で本発明の基本思想を逸脱せず、半導体素子の製造に必要な多様な工程条件を適用することができ、また多様な工程のうち、選択される複数の相異なる工程を組み合わせ、これを組み合わせに使われた各工程に対して各々多様な条件を適用した半導体素子を１枚のウェーハに具現可能なことを理解できるであろう。

尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

本発明による半導体素子の製造方法は、大規模、高集積半導体回路素子の製造に有効に適用されうる。

本発明の第１の実施形態による半導体素子の製造方法を説明するための概略的なフローチャートである。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体基板を複数の領域に区分した多様な例を示す図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体基板を複数の領域に区分した多様な例を示す図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体基板を複数の領域に区分した多様な例を示す図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体基板を複数の領域に区分した多様な例を示す図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体基板を複数の領域に区分した多様な例を示す図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体基板を複数の領域に区分した多様な例を示す図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によってイオンビームを半導体基板に走査するために静電スキャン方式のイオン注入装置を用いる場合を例示した概略図である。 本発明による半導体素子の製造方法によってイオンビームを半導体基板に走査するために静電スキャン方式のイオン注入装置を利用する時、イオンビームを走査するために多様なスキャン長を有するスリットを利用しうるイオン注入装置を使用する場合を例示した概略図である。 本発明による半導体素子の製造方法によってイオンビームを半導体基板に走査するために機械的スキャン方式のイオン注入装置を用いる場合を例示した概略図である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体素子を製造するに当って、線形的な経路によってイオンビームを走査する場合と、半導体基板を回転させる場合とを順次に組合わせて半導体基板に多様な条件でイオン注入された複数の領域を形成する過程を順次に説明するための図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体素子を製造するに当って、線形的な経路によってイオンビームを走査する場合と、半導体基板を回転させる場合とを順次に組合わせて半導体基板に多様な条件でイオン注入された複数の領域を形成する過程を順次に説明するための図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体素子を製造するに当って、線形的な経路によってイオンビームを走査する場合と、半導体基板を回転させる場合とを順次に組合わせて半導体基板に多様な条件でイオン注入された複数の領域を形成する過程を順次に説明するための図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体素子を製造するに当って、半導体基板を複数の領域に区分し、これら複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を多様な方法で複数の小領域に区分した後、これら区分された各小領域に相異なる条件で配線層を形成した場合を例示した図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体素子を製造するに当って、半導体基板を複数の領域に区分し、これら複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を多様な方法で複数の小領域に区分した後、これら区分された各小領域に相異なる条件で配線層を形成した場合を例示した図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって半導体素子を製造するに当って、半導体基板を複数の領域に区分し、これら複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を多様な方法で複数の小領域に区分した後、これら区分された各小領域に相異なる条件で配線層を形成した場合を例示した図面である。 本発明の第２の実施形態による半導体素子の製造方法を説明するための概略的なフローチャートである。 各々多様な形状を有する複数の領域に相異なるフォトリソグラフィ条件を適用して各領域ごとに多様な配線層を形成した場合を例示した図面である。 各々多様な形状を有する複数の領域に相異なるフォトリソグラフィ条件を適用して各領域ごとに多様な配線層を形成した場合を例示した図面である。 各々多様な形状を有する複数の領域に相異なるフォトリソグラフィ条件を適用して各領域ごとに多様な配線層を形成した場合を例示した図面である。 本発明による半導体素子の製造方法によって例示的な条件で半導体基板上にテスト用の半導体素子を具現した場合と従来技術の場合を示す表である。

符号の説明

３０ イオンビーム
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ スリット
１００ 半導体基板
１０２ 駆動軸
１００ａ ノッチ

Claims (32)

1. 半導体基板の複数の領域に各領域ごとに相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査するステップを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. 前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量、ドーパントの種類、イオン注入エネルギー、イオン注入角度、及びイオン注入時の半導体基板のノッチ方向からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
3. 前記イオンビームを走査するステップは、静電スキャン方式、機械的スキャン方式、またはハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置を使用して行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
4. 前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、
   前記複数の領域で各領域ごとにイオン注入ドーズ量を異ならせるために、前記半導体基板上で所定方向に沿ってイオンビームのスキャン速度を変化させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
5. 前記イオンビームの走査時の前記イオンビームの１回スキャン長は、前記半導体基板の直径より長いことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
6. 前記イオンビームの走査時の前記イオンビームの１回スキャン長は、前記半導体基板の直径より短いことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
7. 前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、
   前記複数の領域で各領域ごとにイオン注入ドーズ量を異ならせるために、前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
8. 前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップでは、前記半導体基板の位置を垂直方向に移動させることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の製造方法。
9. 前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップでは、前記半導体基板の位置を水平方向に移動させることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の製造方法。
10. 前記イオンビームを走査するステップは、前記半導体基板のノッチが第１方向に向う位置で半導体基板上の第１進行方向に沿って前記イオン注入条件を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップと、
    前記半導体基板のノッチが前記第１方向と異なる第２方向に向う位置で半導体基板上で前記第１進行方向とは異なる第２進行方向に沿って前記イオン注入条件を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
11. 前記半導体基板のノッチを前記第１方向から前記第２方向に変位させるために前記半導体基板の中心を回転軸として半導体基板を所定角度ほど回転させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の製造方法。
12. 前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、
    前記イオンビームを走査するステップは、前記半導体基板のノッチが第１方向に向う位置で半導体基板上の第１進行方向に沿って前記イオンビームのスキャン速度を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップと、
    前記半導体基板のノッチが前記第１方向と異なる第２方向に向う位置で半導体基板上で前記第１進行方向とは異なる第２進行方向に沿って前記イオンビームのスキャン速度を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
13. 前記半導体基板のノッチを前記第１方向から前記第２方向に変位させるために前記半導体基板の中心を回転軸として前記半導体基板を所定角度ほど回転させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
14. 前記イオンビームの走査後、前記複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を複数の小領域に区分するステップと、
    各小領域ごとに相異なる形状を有するように前記複数の小領域内に複数の配線層を形成するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
15. 前記配線層は、ワードライン、ビットライン、キャパシタの電極、ヒューズ、または導電性パッドを構成することを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の製造方法。
16. 前記配線層は、ワードラインであり、前記ワードラインは、前記各小領域によって相異なるライン幅を有することを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の製造方法。
17. 半導体基板上の所定形状に区分された複数の領域に、各領域ごとに相異なる形状を有する複数の配線層を形成するステップと、
    前記配線層の形成後、前記複数の領域のうち、少なくとも１つの領域を複数の小領域に区分するステップと、
    前記各小領域ごとに相異なるイオン注入条件でイオンビームを走査するように前記複数の小領域内にイオンビームを走査するステップとを有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
18. 前記配線層は、ゲート電極層であり、該ゲート電極層は、前記各領域ごとに相異なるゲート長を有することを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
19. 前記イオンビーム走査により前記ゲート電極層の下で前記半導体基板内にゲート電極層により構成されるトランジスタのスレッショルド電圧調節用イオン注入領域、ソース及びドレイン領域、浅いイオン注入（ｓｈａｌｌｏｗ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔ）領域、及びＬＤＤ（ｌｉｇｈｔｌｙ ｄｏｐｅｄ ｄｒａｉｎ）領域からなる群から選択される１つの領域を形成することを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
20. 前記イオンビームの走査により前記配線層に不純物イオンがドーピングされることを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
21. 前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量、ドーパントの種類、イオン注入エネルギー、イオン注入角度、及びイオン注入時の半導体基板のノッチ方向からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
22. 前記イオンビームを走査するステップは、静電スキャン方式、機械的スキャン方式、またはハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置を使用して行われることを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
23. 前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、
    前記複数の小領域で各領域ごとにイオン注入ドーズ量を異ならせるために、前記半導体基板上で所定方向に沿ってイオンビームのスキャン速度を変化させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
24. 前記イオンビームの走査時の前記イオンビームの１回スキャン長は、前記半導体基板の直径より長いことを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
25. 前記イオンビームの走査時の前記イオンビームの１回スキャン長は、前記半導体基板の直径より短いことを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
26. 前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、
    前記複数の小領域で各領域ごとにイオン注入ドーズ量を異ならせるために、前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
27. 前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップでは、前記半導体基板の位置を垂直方向に移動させることを特徴とする請求項２６に記載の半導体素子の製造方法。
28. 前記半導体基板の位置を可変する速度で移動させるステップでは、前記半導体基板の位置を水平方向に移動させることを特徴とする請求項２６に記載の半導体素子の製造方法。
29. 前記イオンビームを走査するステップは、前記半導体基板のノッチが第１方向に向う位置で半導体基板上の第１進行方向に沿って前記イオン注入条件を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップと、
    前記半導体基板のノッチが前記第１方向と異なる第２方向に向う位置で半導体基板上で前記第１進行方向とは異なる第２進行方向に沿って前記イオン注入条件を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップとを含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
30. 前記半導体基板のノッチを前記第１方向から前記第２方向に変位させるために前記半導体基板の中心を回転軸として半導体基板を所定角度ほど回転させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の半導体素子の製造方法。
31. 前記イオン注入条件は、イオン注入時のドーズ量であり、
    前記イオンビームを走査するステップは、前記半導体基板のノッチが第１方向に向う位置で半導体基板上の第１進行方向に沿って前記イオンビームのスキャン速度を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップと、
    前記半導体基板のノッチが前記第１方向と異なる第２方向に向う位置で半導体基板上で前記第１進行方向とは異なる第２進行方向に沿って前記イオンビームのスキャン速度を変化させつつ、半導体基板にイオンビームを走査するステップとを含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
32. 前記半導体基板のノッチを前記第１方向から前記第２方向に変位させるために前記半導体基板の中心を回転軸として半導体基板を所定角度ほど回転させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の半導体素子の製造方法。
    
    

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