JP2017174850A - イオン注入方法およびイオン注入装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(a)〜(e)は、ウェハWに入射するイオンビームBの角度特性を模式的に示す図である。本図に示すイオンビームBは、いずれもウェハWの表面に対して垂直に入射する場合、つまり、イオンビームBの入射角度が0度となる場合を示している。しかしながら、各図に示すイオンビームBは、ビームを構成するイオン粒子群の角度分布が異なる。
図3は、イオンビームBの照射によりゲート構造90の近傍に形成される不純物領域91を模式的に示す断面図である。本図は、ウェハ処理面上にゲート構造90が形成されたウェハWにイオンビームBを照射してゲート構造90の近傍にソース/ドレイン領域となる不純物領域91を形成するイオン注入処理を示す。ウェハWは、ウェハ処理面が(100)面となるシリコン基板である。ウェハWに入射するイオンビームBは、ウェハ処理面に対する注入角度が0度であり、注入角度分布の広がりの小さい平行ビームである。そのため、ウェハWに入射するイオン粒子の多くはウェハWの<100>方位の結晶軸に沿って入射し、強い軸チャネリング効果によってz方向に深く侵入する。その結果、イオン粒子が到達する不純物領域91の深さ方向の広がり幅z1が大きくなり、ゲート構造90の下方に回り込んで形成される不純物領域91のゲート長方向の広がり幅L1が小さくなる。なお、本図の左方に示すグラフは、深さ方向(z方向)の不純物濃度NDの分布を示し、本図の下方に示すグラフは、ゲート長方向の不純物濃度NDの分布を示す。
上述のように、ウェハに入射するイオンビームの注入角度分布は、ウェハに形成される不純物領域の分布形状に影響を与え、アニール処理後のウェハのキャリア濃度分布にも影響を及ぼしうる。一般に、ウェハのキャリア濃度分布が異なるとウェハのシート抵抗が異なりうることから、照射するイオンビームの注入角度分布とウェハのシート抵抗値との間には一定の相関性が成り立つことが予想される。そこで、本発明者らは、イオン注入後のウェハのシート抵抗を利用することにより、イオン注入に用いたイオンビームの注入角度分布の評価ができるかもしれないと考えた。特に、ウェハの向きを変えてイオンビームから見たx方向およびy方向のチャネリング条件を変化させることにより、x方向およびy方向のそれぞれについて注入角度分布の評価ができるかもしれないと考えた。
つづいて、上述の技術を利用したイオン注入装置10について説明する。図12は、実施の形態に係るイオン注入装置10を概略的に示す上面図であり、図13は、イオン注入装置10の概略構成を示す側面図である。
イオンビームをx方向に往復走査させ、ウェハをy方向に往復運動させてウェハにイオン注入するイオン注入方法であって、
所定の面チャネリング条件を満たすように配置された第1ウェハに前記イオンビームを照射し、ビーム照射後の前記第1ウェハの抵抗を測定することと、
所定の軸チャネリング条件を満たすように配置された第2ウェハに前記イオンビームを照射し、ビーム照射後の前記第2ウェハの抵抗を測定することと、
前記第1ウェハおよび前記第2ウェハの抵抗測定結果を用いて、前記イオンビームの前記ウェハに対する前記x方向および前記y方向の注入角度分布を調整することと、を備えることを特徴とするイオン注入方法。
前記注入角度分布は、電界および磁界の少なくとも一方を作用させて前記イオンビームを収束または発散させる二以上のレンズ装置を用いて、前記x方向および前記y方向のそれぞれについて独立に調整されることを特徴とする項目1に記載のイオン注入方法。
前記注入角度分布が調整されたイオンビームを被処理ウェハに照射することをさらに備え、
前記注入角度分布は、前記被処理ウェハに所望のキャリア濃度分布が形成されるように調整されることを特徴とする項目2に記載のイオン注入方法。
前記被処理ウェハは、ウェハ処理面に形成される構造体を有し、
前記注入角度分布は、前記構造体の近傍におけるキャリア濃度分布の広がりが所望の分布となるように調整されることを特徴とする項目3に記載のイオン注入方法。
前記構造体は、ゲート構造であり、
前記注入角度分布は、前記ゲート構造の近傍におけるキャリア濃度分布の深さ方向及びゲート長方向の広がりが所望の分布となるように調整されることを特徴とする項目4に記載のイオン注入方法。
前記第1ウェハは、前記第1ウェハに入射するイオンビームの基準軌道に沿う方向と前記y方向の双方により規定される基準面に平行なチャネリング面を有する一方で、前記基準面と直交するチャネリング面を有しないように配向されることを特徴とする項目1から5のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記第1ウェハは、ウェハ主面が(100)面である結晶性基板であり、前記第1ウェハの<110>方位と前記y方向との間のツイスト角が0度または45度となり、前記ウェハ主面の法線と前記基準軌道に沿う方向との間のチルト角が15度〜60度の範囲内となるように配置されることを特徴とする項目6に記載のイオン注入方法。
前記第2ウェハは、前記第2ウェハに入射するイオンビームの基準軌道に沿う方向にチャネリング軸を有する一方で、前記第2ウェハに入射するイオンビームの基準軌道に沿う方向と前記y方向の双方により規定される基準面に平行または直交するチャネリング面を有しないように配向されることを特徴とする項目1から7のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記第2ウェハは、ウェハ主面が(100)面である結晶性基板であり、前記第2ウェハの<110>方位と前記y方向との間のツイスト角が15度〜30度の範囲内となり、前記ウェハ主面の法線と前記基準軌道に沿う方向との間のチルト角が0度となるように配置されることを特徴とする項目8に記載のイオン注入方法。
前記第1ウェハおよび前記第2ウェハは、ウェハ主面のオフ角が0.1度以下の結晶性基板であることを特徴とする項目1から9のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記第1ウェハの抵抗測定前にビーム照射後の前記第1ウェハにアニール処理を施すことと、前記第2ウェハの抵抗測定前にビーム照射後の前記第2ウェハにアニール処理を施すことの少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする項目1から10のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記アニール処理は、900℃〜1000℃のアニール温度でなされることを特徴とする項目11に記載のイオン注入方法。
所定のオフチャネリング条件を満たすように配置された第3ウェハに前記イオンビームを照射し、ビーム照射後の前記第3ウェハの抵抗を測定することと、
前記第3ウェハの抵抗測定結果を用いて前記イオンビームによるイオン注入量を調整することと、をさらに備えることを特徴とする項目1から12のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記第3ウェハは、ウェハ主面が(100)面である結晶性基板であり、前記第3ウェハの<110>方位と前記y方向との間のツイスト角が15度〜30度の範囲内となり、前記ウェハ主面の法線と前記ウェハ主面に入射するイオンビームの基準軌道に沿う方向との間のチルト角が7度〜15度の範囲内となるように配置されることを特徴とする項目13に記載のイオン注入方法。
前記第3ウェハは、ウェハ主面近傍がアモルファス化された基板であることを特徴とする項目13に記載のイオン注入方法。
前記ウェハの抵抗測定は、四探針法を用いて前記ウェハのシート抵抗を測定することであることを特徴とする項目1から15のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記第1ウェハおよび前記第2ウェハには第1イオン注入装置により生成される第1イオンビームが照射され、前記注入角度分布の調整は前記第1イオンビームに対してなされ、
前記イオン注入方法は、
前記第1イオン注入装置とは異なる第2イオン注入装置により生成される第2イオンビームを前記所定の面チャネリング条件を満たすように配置された第4ウェハに照射し、ビーム照射後の前記第4ウェハの抵抗を測定することと、
前記第2イオンビームを前記所定の軸チャネリング条件を満たすように配置された第5ウェハに照射し、ビーム照射後の前記第5ウェハの抵抗を測定することと、をさらに備え、
前記注入角度分布の調整は、前記第1ウェハと前記第4ウェハの抵抗の比較結果および前記第2ウェハと前記第5ウェハの抵抗の比較結果を用いてなされることを特徴とする項目1から16のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
イオンビームに電界および磁界の少なくとも一方を作用させて前記イオンビームを収束または発散させる二以上のレンズ装置と、
前記イオンビームをx方向に往復走査させるビーム走査器と、
前記往復走査されるイオンビームが照射されるウェハをy方向に往復運動させるプラテン駆動装置と、
ビーム照射後のウェハの抵抗を測定する抵抗測定器と、
前記抵抗測定器の測定結果に基づいて前記二以上のレンズ装置の動作パラメータを決定してイオン注入処理を実行する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
所定の面チャネリング条件を満たすように前記プラテン駆動装置に配置された第1ウェハにイオンビームを照射させ、照射後の前記第1ウェハの抵抗を前記抵抗測定器により測定させ、
所定の軸チャネリング条件を満たすように前記プラテン駆動装置に配置された第2ウェハにイオンビームを照射させ、照射後の前記第2ウェハの抵抗を前記抵抗測定器により測定させ、
前記第1ウェハおよび前記第2ウェハの抵抗測定結果を用いて前記二以上のレンズ装置の動作パラメータを決定し、前記イオンビームの前記ウェハに対する前記x方向および前記y方向の注入角度分布を調整することを特徴とするイオン注入装置。
前記ウェハのアニール装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記第1ウェハの抵抗測定前にビーム照射後の前記第1ウェハを前記アニール装置を用いてアニールさせ、前記第2ウェハの抵抗測定前にビーム照射後の前記第2ウェハを前記アニール装置によりアニールさせることを特徴とする項目18に記載のイオン注入装置。
イオンビームをx方向に往復走査させ、ウェハをy方向に往復運動させてウェハにイオン注入するイオン注入方法であって、
前記x方向および前記y方向の注入角度分布が調整されたイオンビームを被処理ウェハに照射して、前記被処理ウェハに所望のキャリア濃度分布を形成することを特徴とするイオン注入方法。
上述の実施の形態では、面チャネリング条件と軸チャネリング条件を組み合わせることにより、x方向およびy方向の双方の注入角度分布を評価する場合について示した。変形例においては、面チャネリング条件のみを用いて注入角度分布を評価する。以下、本変形例について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
上述の実施の形態では、複数種類のビーム条件に基づいてイオンビームの注入角度分布を評価する場合に、条件ごとに異なるウェハを使用する場合について示した。本変形例では、一枚のウェハにビーム条件の異なるイオンビームを照射して注入角度分布を評価する。具体的には、一枚のウェハの主面上に複数の領域を設定し、領域毎に条件の異なるビームを照射して領域毎にウェハ特性を評価する。以下、本変形例について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
上述の実施の形態および変形例においては、走査方向に往復走査させてウェハに照射されるイオンビームについて注入角度分布を評価する例を示した。さらなる変形例においては、x方向に幅広いビームスポットを有するいわゆるリボンビームに対して上述の評価方法を適用してもよい。この場合、リボン状のビームが延びるx方向と直交するy方向に複数の領域が並ぶように各領域を設定することが好ましい。
上述の変形例1では、主に第1チルト角と第2チルト角を調整することにより、第1の面チャネリング条件と第2の面チャネリング条件が実現されるようにウェハを配置する例を示した。さらなる変形例においては、ツイスト角、第1チルト角および第2チルト角の少なくとも一以上を調整することにより、オフチャネリング条件、軸チャネリング条件、第1の面チャネリング条件および第2の面チャネリング条件が実現されるようにウェハを配置してもよい。
上述の変形例1では、プラテン駆動装置150にツイスト角調整機構156、第1チルト角調整機構157、第2チルト角調整機構158を設ける場合を示した。さらなる変形例においては、ツイスト角調整機構、第1チルト角調整機構および第2チルト角調整機構のいずれか二つのみをプラテン駆動装置に設けてもよい。例えば、変形例に係るプラテン駆動装置は、第1チルト角調整機構および第2チルト角調整機構を備え、ツイスト角調整機構を備えなくてもよい。この場合、第1チルト角調整機構および第2チルト角調整機構により第1の面チャネリング条件および第2の面チャネリング条件が実現されるようにウェハを配置して、第1方向と第2方向の注入角度分布を評価してもよい。
Claims (20)
- 所定の面チャネリング条件を満たすように配置されたウェハにイオンビームを照射し、ビーム照射後のウェハ表面の所定の特性を測定し、前記特性の測定結果を用いて前記イオンビームの注入角度分布を評価することを特徴とするイオン注入方法。
- 前記ウェハは、前記ウェハに入射するイオンビームの基準軌道方向と平行する所定の基準面に平行なチャネリング面を有する一方で、前記基準面と直交し、かつ、前記基準軌道方向と平行なチャネリング面を有しないように配向されることを特徴とする請求項1に記載のイオン注入方法。
- 前記基準面と直交する方向の前記イオンビームの注入角度分布を評価することを特徴とする請求項2に記載のイオン注入方法。
- 前記イオンビームの走査方向と前記基準面とが直交するように配置される前記ウェハに前記走査方向に往復走査されるイオンビームを照射し、前記イオンビームの前記走査方向の注入角度分布を評価することを特徴とする請求項3に記載のイオン注入方法。
- 前記イオンビームの走査方向と前記基準面とが平行するように配置される前記ウェハに前記走査方向に往復走査されるイオンビームを照射し、前記イオンビームの前記走査方向と直交する方向の注入角度分布を評価することを特徴とする請求項3に記載のイオン注入方法。
- 前記ウェハは、ウェハ主面が(100)面である結晶性基板であり、ウェハ主面の法線周りに前記ウェハを回転させたときの<110>方位と前記基準面との間のツイスト角が0度または45度となり、前記基準面の法線周りに前記ウェハを回転させたときのウェハ主面の法線と前記基準軌道方向との間のチルト角が7度〜60度の範囲内となるように配置されることを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
- 前記ウェハは、ウェハ主面のオフ角が0.1度以下の結晶性基板であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
- 前記測定結果は、前記ビーム照射後のウェハ表面の抵抗値であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
- 前記測定結果は、サーマルウェーブ法により測定される前記ビーム照射後のウェハ表面のサーマルウェーブ信号であることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
- 前記測定結果は、二次イオン質量分析(SIMS)により測定される前記ビーム照射後のウェハ表面の注入不純物濃度の深さプロファイルであることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
- 前記ウェハのウェハ主面上に設定される複数の領域にビーム条件の異なるイオンビームを照射し、ビーム照射後の前記ウェハの特性を前記複数の領域毎に測定し、前記複数の領域毎の測定結果を用いて前記イオンビームの注入角度分布を評価することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
- 前記ビーム条件の異なるイオンビームは、少なくともビームの角度条件が異なることを特徴とする請求項11に記載のイオン注入方法。
- 前記ビーム条件の異なるイオンビームは、前記イオンビームを生成する装置が異なることを特徴とする請求項11または12に記載のイオン注入方法。
- 第1の面チャネリング条件を満たすように配置された第1ウェハにイオンビームを照射し、ビーム照射後の前記第1ウェハの特性を測定することと、
前記第1の面チャネリング条件と異なる第2の面チャネリング条件を満たすように配置された第2ウェハにイオンビームを照射し、ビーム照射後の前記第2ウェハの特性を測定することと、
前記第1ウェハおよび前記第2ウェハの測定結果を用いて前記イオンビームの注入角度分布を評価することと、を備えることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載のイオン注入方法。 - 前記第1ウェハは、前記第1ウェハに入射するイオンビームの基準軌道方向と平行する第1基準面に平行なチャネリング面を有する一方で、前記第1基準面と直交し、かつ、前記基準軌道方向と平行なチャネリング面を有しないように配向され、
前記第2ウェハは、前記第2ウェハに入射するイオンビームの基準軌道方向と平行する第2基準面であって前記第1基準面と非平行な第2基準面に平行なチャネリング面を有する一方で、前記第2基準面と直交し、かつ、前記基準軌道方向と平行なチャネリング面を有しないように配向されることを特徴とする請求項14に記載のイオン注入方法。 - 前記第2ウェハは、前記第2基準面が前記第1基準面と直交するように配置されることを特徴とする請求項15に記載のイオン注入方法。
- イオンビームが照射されるウェハを保持するプラテン駆動装置と、
ビーム照射後の前記ウェハの特性を測定する測定装置と、
少なくとも前記プラテン駆動装置および前記測定装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、所定の面チャネリング条件を満たすように前記プラテン駆動装置に配置された前記ウェハにイオンビームを照射させ、ビーム照射後のウェハ表面の所定の特性を前記測定装置により測定させ、前記測定装置の測定結果を用いて前記イオンビームの注入角度分布を評価することを特徴とするイオン注入装置。 - 前記プラテン駆動装置は、ウェハ主面の法線周りに前記ウェハを回転させて前記ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整するツイスト角調整機構と、前記ウェハ主面に向かう前記イオンビームの基準軌道方向と前記ウェハ主面の法線との間のチルト角を調整するチルト角調整機構と、を含み、
前記制御装置は、前記ツイスト角および前記チルト角を調整して前記所定の面チャネリング条件を満たすように前記ウェハを配置させることを特徴とする請求項17に記載のイオン注入装置。 - 前記プラテン駆動装置は、ウェハ主面に向かう前記イオンビームの基準軌道方向と直交する第1方向に延びる回転軸周りに前記ウェハを回転させて前記ウェハ主面の法線と前記イオンビームの基準軌道方向との間の第1チルト角を調整する第1チルト角調整機構と、前記ウェハ主面に向かう前記イオンビームの基準軌道方向および前記第1方向の双方に直交する第2方向に延びる回転軸周りに前記ウェハを回転させて前記ウェハ主面の法線と前記イオンビームの基準軌道方向との間の第2チルト角を調整する第2チルト角調整機構と、を含み、
前記制御装置は、前記第1チルト角および前記第2チルト角を調整して前記所定の面チャネリング条件を満たすように前記ウェハを配置させることを特徴とする請求項17に記載のイオン注入装置。 - 前記プラテン駆動装置は、ウェハ主面の法線周りに前記ウェハを回転させて前記ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整するツイスト角調整機構と、前記ウェハ主面に向かう前記イオンビームの基準軌道方向と直交する第1方向に延びる回転軸周りに前記ウェハを回転させて前記ウェハ主面の法線と前記イオンビームの基準軌道方向との間の第1チルト角を調整する第1チルト角調整機構と、前記ウェハ主面に向かう前記イオンビームの基準軌道方向および前記第1方向の双方に直交する第2方向に延びる回転軸周りに前記ウェハを回転させて前記ウェハ主面の法線と前記イオンビームの基準軌道方向との間の第2チルト角を調整する第2チルト角調整機構と、を含み、
前記制御装置は、前記ツイスト角、前記第1チルト角および前記第2チルト角の少なくとも二以上を調整して前記所定の面チャネリング条件を満たすように前記ウェハを配置させることを特徴とする請求項17に記載のイオン注入装置。
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