JP4867113B2 - Ion implantation method and ion implantation apparatus - Google Patents
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Description
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion implantation method and an ion implantation apparatus used for forming a plurality of regions having different ion implantation amounts in a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In the ion implantation method, impurities are ionized, electrically accelerated as an ion beam, and implanted into a wafer such as silicon (Si). Since impurities can be introduced into a fine region with high accuracy, Widely used in manufacturing processes.
[0003]
In this ion implantation method, (1) an ion beam is deflected by applying an electric field, and an electrostatic scan is performed to scan the wafer surface. (2) an ion beam is deflected by applying a magnetic field, so that Magnetic field scanning to be performed, (3) Mechanical scanning to perform scanning of the ion beam by moving the wafer side mounted on the support table by a motor is performed, and any one of (1) to (3) The scanning method is applied to scanning in the X and Y directions orthogonal to each other within the wafer surface.
[0004]
Specifically, the hybrid scan method in which the electrostatic scan of (1) or the magnetic field scan of (2) is applied in the X direction and the mechanical scan of (3) is applied in the Y direction, both in the X and Y directions. (3) Mechanical scan method using mechanical scan, electrostatic scan method applying electrostatic scan (1) in both XY directions, and XY magnetic field scan method applying magnetic field scan (2) in both X and Y directions is there.
[0005]
If the ion implantation method as described above is used, ions can be uniformly implanted over the entire surface of the wafer. In addition, when a wafer on which a mask is formed in advance using a photoresist is used, desired impurities can be selectively and accurately injected into a desired region.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, at the stage of development and trial manufacture of semiconductor devices, tests for implanting ions into a wafer under various conditions are performed to determine final ion implantation conditions. However, since the ion implantation method as described above can perform implantation only under one condition per wafer, there is a problem that a large amount of wafers are required and the cost is increased. This is especially true since the diameter of the wafer has increased in recent years.
[0007]
Thus, in order to reduce the number of wafers used, a mask is formed on the wafer and a plurality of ion implantation regions are provided. In this method, each time ions are implanted into one region, a mask is formed. Therefore, it takes time to work and the cost increases.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to form a plurality of regions having different implantation amounts on a single semiconductor wafer by a simple method and to reduce manufacturing costs. It is an object of the present invention to provide an ion implantation method and an ion implantation apparatus that can be used.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Louis on injection method by the present invention, by scanning the ion beam, a first step of implanting ions into a predetermined region of the semiconductor wafer, after the first stage, overlapping the region injected with ions And a second step of forming a plurality of regions having different ion implantation amounts by scanning the ion beam at least once.
[0013]
Louis on injection device by the present invention is to generate an ion beam, an ion beam injection means for injecting into the semiconductor wafer, so that a plurality of regions with different injection amounts semiconductor wafer is formed, by scanning the ion beam ions were implanted into a predetermined region of the semiconductor wafer Te, then superimposed on the injection region is obtained by a scanning area control means for scanning at least once an ion beam.
[0016]
Or in Louis on injection method by the present invention is ion-implantation apparatus, by being scanned superimposed a plurality of times by changing the area, ion implantation dose into the semiconductor wafer is different regions.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration of an
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
In this
[0023]
By the way, when the scanning of the
[0024]
In this embodiment, a plurality of regions having different ion implantation amounts are formed in one
[0025]
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
[0026]
On the other hand, when a plurality of regions having different ion implantation amounts are formed in the Y direction of the
[0027]
Note that regions having different ion implantation amounts in the X direction and the Y direction may be simultaneously formed on one
[0028]
Further, in such an
[0029]
As described above, in the present embodiment, the scanning speed of the ion beam in the X direction or the Y direction of the
[0030]
[Modification]
In the first embodiment, a hybrid scan method using an electrostatic scan that scans an ion beam by applying an electric field in the X direction and a mechanical scan that moves a wafer by a motor in the Y direction is used. For example, as shown in FIG. 7, mechanical scanning may be applied in both the X direction and the Y direction. In this scanning method, a plurality of
[0031]
[Second Embodiment]
8 and 9 are diagrams for explaining an ion implantation method according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different portions are described.
[0032]
In this ion implantation method, as shown in FIG. 8, an electrostatic scan that scans an ion beam by applying an electric field in both the X direction in the plane of the
[0033]
In the present embodiment, the ion beam is scanned using the electrostatic
[0034]
Next, as shown in FIG. 9B, the ion beam is implanted into the region b 3 by overlapping the region a 3 of the
[0035]
Subsequently, as shown in FIGS. 9C and 9D, the area to be scanned with the ion beam is further reduced, and the regions c 3 and d 3 of the
[0036]
The present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the ion beam is scanned by applying an electric field in the
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the ion implantation apparatus of an ion implantation method or claim 6, wherein according to claim 1, so that the ion implantation amount is different regions are formed, the semiconductor wafer by scanning the ion beam Since ions are implanted into a predetermined region of the substrate and the ion beam is scanned at least once over the implanted region, various ion implantation conditions can be easily obtained for one wafer. In addition, the number of wafers to be used can be reduced, and the cost can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ion implantation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining an ion implantation method using the ion implantation apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a view for explaining an ion implantation method using the ion implantation apparatus shown in FIG. 1;
4 is a diagram for explaining an ion implantation method using the ion implantation apparatus shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining an ion implantation method using the ion implantation apparatus shown in FIG. 1;
6 is a diagram for explaining an ion implantation method using the ion implantation apparatus shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining an ion implantation method according to a modification of the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram for explaining an ion implantation method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for specifically explaining an ion implantation method according to a second embodiment;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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。An ion implantation method for forming a plurality of regions having different ion implantation amounts on a semiconductor wafer by scanning an ion beam,
A first stage of scanning the ion beam to implant ions into a predetermined region of the semiconductor wafer;
After said first step, superimposed on the injection of the ion region, the second phase and the free Mui on injection method of forming a plurality of regions with different amount of ion implantation by scanning at least one time the ion beam .
請求項1に記載のイオン注入方法。The ion implantation method according to claim 1.
請求項2に記載のイオン注入方法。The ion implantation method according to claim 2.
請求項3に記載のイオン注入方法。The ion implantation method according to claim 3.
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。The ion implantation method according to any one of claims 1 to 4.
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。An ion implantation apparatus that scans an ion beam to form a plurality of regions having different ion implantation amounts on a semiconductor wafer,
An ion beam injection means for generating an ion beam and injecting it into the semiconductor wafer;
The ion beam is scanned to inject a predetermined region of the semiconductor wafer so that a plurality of regions having different implantation amounts are formed in the semiconductor wafer, and then the ions are superimposed at least once on the implantation region. ion-implantation apparatus and a scanning area control means for scanning the beam.
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