JP5013235B2 - イオン注入装置およびイオン注入方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン注入装置およびイオン注入方法に関するものであり、更に詳しくは、半導体基板のイオン注入された特定領域を熱処理し得るイオン注入装置およびイオン注入方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造に際しては、ソースやドレインの形成、ないしはウエルやチャンネルの形成のために、半導体基板の特定領域に不純物イオンを注入してドーピングすることは不可欠の技術となっている。この時、イオンを高いエネルギーに加速して注入するので半導体基板の結晶は損傷を受けるが、その損傷の修復と、注入されたイオンの活性化のために熱処理が必要であり、６００℃程度の温度に加熱することが行われている。この加熱によって不純物イオンは活性化されるが、形成された微小な格子欠陥は残留し、６００℃以上の温度にすると加熱によって却って結晶に二次欠陥を招き易いことから、高精度の技術による熱処理を必要としている。
【０００３】
例えば、特開２０００- ３８８１号公報においては、半導体基板に近接して配置したステンシルマスクを介してイオン注入を施すイオン注入装置が開示されている。このイオン注入装置は、有機高分子膜であるレジストマスクを使用することなくイオン注入が必要な領域のみイオンビームを照射することができるため、その装置のエンドステーションでイオン注入を行った後、エンドステーションに隣接された熱処理室へ半導体基板を真空下に搬送して、１００℃／秒以上の速度で昇温させ、６００℃〜１１００℃の温度で１〜３０秒間の加熱を行う方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開２０００- ３８８１号公報による方法では、半導体基板の全面にイオン注入を完了した後でなければ熱処理に移れないので、半導体基板内の各チップにステンシルマスクを介して同一条件のイオン注入を施す場合であっても、最初にイオン注入したチップと最後にイオン注入したチップとではイオン注入から熱処理までの時間が異なる。また、チップ毎に異なるイオン注入を行い、そのイオン注入毎に熱処理を施すことが必要な場合には、半導体基板をイオン注入装置へ装入してから取り出すまでに長時間を要し、イオン注入工程におけるスループットを甚だしく低下させることが予想される。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、半導体基板の特定領域にイオン注入を施した後、間を置かずにイオン注入された特定領域を熱処理することができるイオン注入装置およびイオン注入方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題の解決手段を説明すれば、次の如くである。
【０００７】
本発明のイオン注入装置は、エンドステーション内の半導体基板に対し極近接して配置され、イオンビームを通過させる第一開口部を備えた注入領域制限マスクと、注入領域制限マスクを介して半導体基板の特定領域にイオンを注入するイオン注入手段とを有するイオン注入装置において、エンドステーション内に、イオン注入の終了した特定領域の熱処理手段が設けられている装置である。このようなイオン注入装置は、イオン注入が終了した半導体基板の特定領域をエンドステーション内で熱処理することができるので、イオン注入から熱処理までの時間のバラツキを短くし得るほか、半導体基板をイオン注入装置へ装入してから取り出すまでの時間を短くすることができる。
本発明のイオン注入装置は、熱処理手段がレーザービームまたは電子ビームによる加熱である装置である。このようなイオン注入装置は、ビーム径を任意の大きさに絞って特定領域のみを熱処理することができる。
【０００８】
本発明のイオン注入装置は、注入領域制限マスクに第一開口部と近接してレーザービームまたは電子ビームを通過させる第二開口部が設けられている装置である。このような装置は、注入領域制限マスクの第一開口部の直下でイオン注入した特定領域を第二開口部の直下へ移動させて熱処理し得るほか、第一開口部で新しい特定領域にイオン注入し、イオン注入の終了した特定領域を第二開口部で熱処理するようにして、イオン注入と熱処理とを同時に並行して行うことが可能である。
本発明のイオン注入装置は、イオン注入に要する時間と熱処理に要する時間とをほぼ同等とされている装置である。このような装置は、特定領域へのイオン注入と既にイオン注入されている特定領域の熱処理とを同時に行い同時に終了させることができ、イオン注入工程を格段に合理化させる。
【０００９】
本発明のイオン注入方法は、イオン注入装置のエンドステーション内で、半導体基板に対して極近接して配置され、イオンビームを通過させる第一開口部を備えた注入領域制限マスクを介し半導体基板の特定領域にイオン注入を行うイオン注入方法において、イオン注入の終了した特定領域をエンドステーション内で熱処理する方法である。このようなイオン注入方法は、半導体基板の特定領域へのイオン注入と、イオン注入された特定領域の熱処理を同一のエンドステーション内で行うのでイオン注入工程を合理化させる。
本発明のイオン注入方法は、熱処理にレーザービームまたは電子ビームを使用する方法である。このようなイオン注入方法は、レーザービームまたは電子ビームのビーム径を任意の大きさに絞って特定領域のみを熱処理することができ、熱処理工程のエネルギー効率を高める。
【００１０】
本発明のイオン注入方法は、レーザービームまたは電子ビームを注入領域制限マスクの第一開口部に近接して設けた第二開口部を通過させて熱処理する方法である。このようなイオン注入方法は、イオン注入と熱処理とを同時に並行して行うことを可能とし、イオン注入工程を合理化させる。
本発明のイオン注入方法は、イオン注入に要する時間と前記熱処理に要する時間とをほぼ同等とする方法である。このようなイオン注入方法は、特定領域へのイオン注入と既にイオン注入されている特定領域の熱処理とを同時に行い同時に終了させることができ、イオン注入工程を格段に合理化させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のイオン注入装置およびイオン注入装置は、上述したように、半導体基板の特定領域へのイオン注入が行われるエンドステーション内に、イオン注入された特定領域の熱処理手段が設けられている装置である。
【００１２】
熱処理手段は特に限定されないが、適切な熱処理を、可及的に１秒以下、具体的にはイオン注入の１ショットに要する時間と同等の時間で熱処理し得るものであることが望ましい。短時間の熱処理手段としては、加熱用フラッシュランプ（またはヒーター）の輻射によるミリ秒単位の熱処理を採用し得る。そのほか、ビーム径を絞ってイオン注入された特定領域のみを加熱し得るという点では、レーザービームや電子ビームによる熱処理が好ましい。
【００１３】
レーザービームは紫外線領域のエキシマレーザーから赤外線領域のＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザーまで広い波長範囲から選択することが出来る。すなわちＭＯＳトランジスタにおける深さ０．２μｍ以下の浅いｐｎ接合の形成にイオン注入した場合の熱処理には、表面部分のみに作用する紫外線領域のエキシマレーザーであってもよいが、イオンビームがこれより深い部分へ打ち込まれている場合には赤外線領域のレーザーによる熱処理が必要になる。ＹＡＧレーザーは連続発振とパルス発振が可能であり、浅いｐｎ接合の熱処理に対しても問題なく適用し得る。
【００１４】
図１はイオン注入装置におけるエンドステーションの一例を示す図であり、図１のＡは、エンドステーション１０内のＸ- Ｙ- Ｚステージ１９上の基板保持部１８に半導体基板Ｗが固定されており、この半導体基板Ｗに対してイオン注入手段１１のイオンビームＲによって上方からイオンが注入されている状態を示している。すなわち、イオンビームＲは図示を省略した部分に保持されている注入領域制限マスク１２の開口１３を通過して半導体基板Ｗに到達する。従って半導体基板Ｗには、注入領域制限マスク１２の開口１３に対応する部分にイオンが注入される。そして、エンドステーション１０の左側の部分にはレーザービームＬによる加熱手段２１が設置されている。
【００１５】
加熱手段２１は、レーザー発振機２２、ビームを並行化させるコリメータレンズ２３からなり、エンドステーション１０の天井面に設けられている透明窓２４を透過し、図示を省略した部分に保持されている照射枠２５を経て照射されるようになっている。照射枠２５の開口は注入領域制限マスク１２の最大開口（１チップ程度の大きさ）に対応している。（なお、照射枠２５にはイオン注入時の注入領域制限マスク１２の開口１３と全く同様な開孔を形成し、イオン注入された特定領域のみを熱処理しても良い。）そして、図１のＢは、イオン注入の終了した半導体基板ＷがＸ- Ｙ- Ｚステージ１９によってレーザー発振機２２の直下に移動され、レーザービームＬで熱処理されている状態を示す。なお、図１においては、熱処理手段としてレーザービームＬを示したが、これ以外の熱処理手段を採用してもよいことは言うまでもない。
【００１６】
熱処理をエンドステーション１０内で行うとしても、図１に示したように、イオン注入手段と熱処理手段とが離れている場合には、それらの間をＸ- Ｙ- Ｚステージ１９が移動することを必要とする。熱処理手段の容積によっては、然るべき距離も必要であるが、熱処理手段がコンパクトである場合には、図２に示すように、注入領域制限マスク１２にイオン注入用の開口１３のほかに、熱処理用の開孔１６を設けることによって、Ｘ- Ｙ- Ｚステージ１９の移動距離を短くすることが出来る。図２には図１と同様な符号を付している。このことは後述の図３においても同様である。すなわち、図２のＡは、半導体基板Ｗの特定領域にイオン注入されている状態を示し、図２のＢはイオン注入の終了した半導体基板ＷがＸ- Ｙ- Ｚステージ１９によって左方のレーザー発振機２２の直下まで移動され、イオン注入された特定領域がレーザービームＬで熱処理されている状態を示す。
【００１７】
図２で示したような熱処理であっても、イオン注入と熱処理とが交互に行われるので、効率のよい作業とはなっていない。これに対して、図３に示すように、注入領域制限マスク１２の開口１３によってイオン注入を行い、同時に図１の照射枠２５に対応する開口１６によってレーザーを照射して、先にイオン注入の終了している特定領域に熱処理を施すことができ、イオン注入工程の効率を大幅に向上させることが出来る。
【００１８】
図３に示したイオン注入と熱処理とを並行して行っても、例えば熱処理に要する時間がイオン注入に要する時間より長がければ、熱処理が律速因子となり、イオン注入が終了しても熱処理が終了するまでは次のステップへ移れない。すなわち、イオン注入の所要時間と熱処理の所要時間とをマッチングさせることによりイオン注入工程の生産性を飛躍的に向上させることができる。そして、このマッチングは例えばＹＡＧレーザーのパルス発振または連続発振におけるワット数、およびパルス発振の場合のパルス間隔を調整することによって得られる。なおＢ⁺ イオンまたはＡｓ⁺ イオンのイオン注入によって形成された浅いｐｎ接合に対して７〜７．５Ｗの連続発振のレーザーを１秒照射して、従来の電気炉による９００℃、２０ｍｉｎの熱処理と同等の熱処理効果が得られている。
【００１９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２０】
例えば本実施の形態においては、加熱手段としてレーザービームを例示したがビ−ム径を絞り得るという点では電子ビームも使用し得る。
また本実施の形態においては、加熱手段としてレーザービームを使用する場合を説明したが、レーザービームＬと共に、他の加熱手段、例えばフラッシュランプによる加熱を併用するようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のイオン注入装置とイオン注入方法は以上に説明したような形態で実施され、次に述べるような効果を奏する。
【００２２】
本発明のイオン注入装置によれば、イオン注入装置のエンドステーションでイオン注入された半導体基板の特定領域が、同じエンドステーション内で熱処理されるので、イオン注入から熱処理までの時間が短縮され、イオン注入工程を合理化させる。
本発明のイオン注入装置によれば、熱処理がレーザービームまたは電子ビームで行われるので、ビーム径を任意の大きさに絞ってイオン注入された特定領域のみを熱処理することができエネルギー効率の高いイオン注入が可能である。
【００２３】
本発明のイオン注入装置によれば、注入領域制限マスクのイオンビームを通過させる第一開口に近接してレーザービームＬまたは電子ビームを通過させる第二開口部が設けられているので、新しい特定領域へのイオン注入と既にイオン注入された特定領域の熱処理とを並行して実施することができ、イオン注入工程を大幅に合理化させる。
本発明のイオン注入装置によれば、イオン注入の所要時間と熱処理の所要時間がほぼ同等とされているので、イオン注入と熱処理との何れかに待ち時間を生ずることなく処理することができ、イオン注入工程を一層合理化させる。
【００２４】
本発明のイオン注入方法によれば、イオン注入装置のエンドステーションでイオン注入された半導体基板の特定領域に同じエンドステーション内で熱処理を施すので、イオン注入から熱処理までの時間が短縮され、イオン注入工程が合理化される。
本発明のイオン注入方法によれば、熱処理にレーザービームＬまたは電子ビームを使用するので、ビーム径を絞ってイオン注入された特定領域のみを熱処理することができ、イオン注入のエネルギー効率を高めることができる。
【００２５】
本発明のイオン注入方法によれば、注入領域制限マスクのイオンビーム用第一開口部に近接して設けられた第二開口部を通過するレーザービームＬまたは電子ビームによって熱処理するので、新しい特定領域へのイオン注入と既にイオン注入された特定領域の熱処理とを並行して実施することができ、イオン注入工程が大幅に合理化される。
本発明のイオン注入方法によれば、イオン注入の所要時間と熱処理の所要時間がほぼ同等とされているので、イオン注入と熱処理との何れかに待ち時間を生ずることなく処理することができ、イオン注入工程が一層合理化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】イオン注入手段と熱処理手段とが設けられたエンドステーションの構成図であり、Ａは特定領域にイオン注入されている状態、Ｂはイオン注入の終了した特定領域に熱処理が施されている状態を示す。
【図２】注入領域制限マスクのイオンビームの第一開口部に近接してレーザービームＬの第二開口部が設けられており、Ａはそのマスクによってイオン注入されている状態、Ｂは半導体基板が移動されＡでイオン注入された特定領域に熱処理がほどこされている状態を示す。
【図３】図２の注入領域制限マスクによって、新しい特定領域にイオン注入が行われ、既にイオン注入された特定領域が熱処理されている状態を示す。
【符号の説明】
１１ イオン注入手段
１２ 注入領域制限マスク
１３ 開口
１６ 開口（熱処理用）
２１ 熱処理手段
２２ レーザー発振器
２３ コリメータレンズ
２４ 透明窓
２５ 照射枠
Ｌ レーザービーム
Ｗ 半導体基板

Claims (7)

1. エンドステーションと、
   前記エンドステーション内に配置され、イオンビームを通過させる第１の開口部を有する注入領域制限マスクと、
   前記注入領域制限マスクを介して半導体基板の第１の特定領域及び第２の特定領域にイオンを注入するイオン注入手段と、
   熱処理用ビームを出射する加熱手段と、
   前記エンドステーション内に配置され、前記熱処理用ビームを通過させる第２の開口部を有する照射枠と、
   前記エンドステーション内に配置され、前記第１の特定領域が前記第１の開口部の直下に配置される第１の位置から、前記第１の特定領域が前記第２の開口部の直下に配置される第２の位置へ前記半導体基板を移動させることが可能なステージとを具備し、
   前記第１の位置で前記イオンビームにより前記第１の特定領域にイオンが注入された前記半導体基板を前記第２の位置に移動させた後、前記第１の開口部の直下に位置する前記半導体基板の前記第２の特定領域にイオンを注入すると同時に前記熱処理用ビームにより前記第１の特定領域を熱処理するイオン注入装置。
2. 前記熱処理用ビームはレーザービームまたは電子ビームである請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 前記照射枠が前記注入領域制限マスクに固定されることで、前記第１の開口部と近接して前記第２の開口部が設けられる請求項１に記載のイオン注入装置。
4. 前記第２の開口部は、前記注入領域制限マスクの最大開口に対応している請求項１に記載のイオン注入装置。
5. イオン注入装置のエンドステーション内に配置された注入領域制限マスクの第１の開口部を介して、ステージ上の半導体基板の特定領域にイオンを注入し、
   前記エンドステーション内に配置された照射枠の第２の開口部の直下に前記特定領域が対向するように前記ステージによって前記半導体基板を移動させ、
   前記第２の開口部を通過する熱処理用ビームによって、イオン注入の終了した前記特定領域を前記エンドステーション内で熱処理するイオン注入方法であって、
   前記第１の開口部に対向する前記半導体基板の第１の特定領域に対するイオン注入と、前記第２の開口部に対向する前記半導体基板の第２の特定領域に対する熱処理とを同時に並行して行うイオン注入方法。
6. 前記熱処理用ビームにレーザービームまたは電子ビームを使用する請求項５に記載のイオン注入方法。
7. 前記イオン注入に要する時間と前記熱処理に要する時間とを同等とする請求項５に記載のイオン注入方法。

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