JP5440360B2 - イオン注入状況の確認方法および半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウェーハにイオン注入を行う際のイオンの注入状況を確認する方法と、それを利用した半導体ウェーハの製造方法に関する。
半導体素子を形成する工程や、半導体ウェーハの製造工程の一つとして、イオン注入工程がある。このイオン注入工程とは、所望の元素をイオン化し、半導体ウェーハ内に添加する方法である。
典型的なイオン注入では、ドーパント型の不純物である砒素、リン、アンチモンなどのｎ型不純物、あるいは、ボロンなどのｐ型不純物を、イオン注入機と呼ばれる装置を用いて半導体ウェーハ表面から打ち込み、ｎ型やｐ型の半導体領域を形成する。
この方法によれば、拡散法による不純物添加に比べ、フォトレジストをマスクに使用できること、添加物の量や注入深さを正確にコントロールできること、不純物の横方向の広がりを抑えられるなどの特徴を有するため、ドーパント型の不純物添加法として広く利用されている。
この方法によれば、拡散法による不純物添加に比べ、フォトレジストをマスクに使用できること、添加物の量や注入深さを正確にコントロールできること、不純物の横方向の広がりを抑えられるなどの特徴を有するため、ドーパント型の不純物添加法として広く利用されている。
また、水素などの軽元素を半導体ウェーハ（ボンドウェーハ）の表面から打ち込み、絶縁膜を介して土台となるベースウェーハに貼り合わせた後、その貼り合わせたウェーハに熱処理等を行うことで、半導体ウェーハ中に注入された軽元素が駆動力となり、ボンドウェーハがイオン注入層で剥離して、半導体薄膜層がベースウェーハ上に転写される。
この方法をイオン注入剥離法（スマートカット（登録商標）法）といい、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造に利用されている。
この方法をイオン注入剥離法（スマートカット（登録商標）法）といい、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造に利用されている。
このイオン注入に用いるイオン注入機の基本原理は、所望の注入種を含むソースガスをアーク放電やマイクロ波放電によりイオン化し、電界を用いて加速する。そして加速されたイオンは、質量分析器の中で、磁界を用いて曲げられることで、注入種と不要な荷電種に分離される。このようにして抽出された注入種のみを、半導体ウェーハ表面から打ち込む。このうち注入種の打ち込み深さは加速電圧、打ち込み量はビーム電流の正確な制御でコントロールされる。
ところで、注入種であるイオンはビームとして打ち込まれるので、ウェーハ全面に打ち込むには、ビーム走査やウェーハ移動が必要となる。
ところで、注入種であるイオンはビームとして打ち込まれるので、ウェーハ全面に打ち込むには、ビーム走査やウェーハ移動が必要となる。
イオン注入機には、複数枚を同時に注入するバッチ式（図１）と、一枚のウェーハに注入する枚葉式とがある。
バッチ式イオン注入機１０は、例えば図１に示すように、イオン源１６によって発生させたイオンを電界をかけて取り出し、前段加速機構１７ａによって加速させる。その後、質量分析器１５を用いて磁場による質量分析を行い、所定の質量を有したイオンのみを取り出し、その後に後段加速機構１７ｂによって更に電界を印加し２回目の更なる加速（後段加速）を行う。この様にして加速されたイオンビーム１８をチャンバー１４内の半導体ウェーハＷの表面に注入するものである。
バッチ式イオン注入機１０は、例えば図１に示すように、イオン源１６によって発生させたイオンを電界をかけて取り出し、前段加速機構１７ａによって加速させる。その後、質量分析器１５を用いて磁場による質量分析を行い、所定の質量を有したイオンのみを取り出し、その後に後段加速機構１７ｂによって更に電界を印加し２回目の更なる加速（後段加速）を行う。この様にして加速されたイオンビーム１８をチャンバー１４内の半導体ウェーハＷの表面に注入するものである。
ここで、半導体ウェーハＷは、ホイール１１と呼ばれるある一定半径の円周上に半導体ウェーハＷを並べて配置するウェーハ支持部に載置される。そして、ホイール１１がホイール中心１１ａを軸に例えば８００〜９００ｒｐｍで５０ｍ／ｓｅｃ程度の高速回転することによって、ホイール１１の円周方向に対してウェーハ面内にイオンを均一に注入することができるものである。
一方、ホイールの半径方向に対しては、（１）ビームを固定して、ホイールの半径方向にホイールを動かす方法と、（２）ビーム自体をホイールの半径方向にスキャンして、ホイールを半径方向に動かさない方法、の２パターンがある。いずれもこの向きのスキャン速度は１〜１０ｃｍ／ｓｅｃ程度と低速である。
一方、ホイールの半径方向に対しては、（１）ビームを固定して、ホイールの半径方向にホイールを動かす方法と、（２）ビーム自体をホイールの半径方向にスキャンして、ホイールを半径方向に動かさない方法、の２パターンがある。いずれもこの向きのスキャン速度は１〜１０ｃｍ／ｓｅｃ程度と低速である。
また、枚葉式イオン注入機も、同様にウェーハ支持部を半径方向にも動かすか、ビーム自体を半径方向にスキャンすることによってウェーハ全面への注入を可能にしている。
さて、イオン注入において、注入種を半導体ウェーハ全面に均一に注入することが求められる場合、イオンビームの状態や注入機の不具合などにより、均一に注入されない場合がある。
そして特許文献１には、水素イオン注入において面内にイオン注入濃度のバラツキが生ずると、このバラツキを反映してへき開も平坦でなくなる恐れがある旨記載されている。
そして特許文献１には、水素イオン注入において面内にイオン注入濃度のバラツキが生ずると、このバラツキを反映してへき開も平坦でなくなる恐れがある旨記載されている。
イオン注入の均一性を確認する方法としては、注入する元素がボロン、砒素、リン、アンチモンのようなドーパント型の不純物元素の場合は、ウェーハへの注入後に熱処理により活性化して、シート抵抗を測定することによってウェーハ面内の均一性を評価することができる。
しかしながら、水素、ヘリウムなど、シート抵抗として均一性を評価できない非ドーパント型のイオン種では、面内注入均一性をウェーハにて評価することができない。この為、注入不均一が起きていることをなかなか気付くことできず、その間、大量の不良を発生させてしまうことになる。
また、このようなシート抵抗が測定できない元素の場合、例えば、ＳＩＭＳ法（二次イオン質量分析法）やフォトルミネッセンス法などの他の測定手法により注入量を測定することは可能であるが、破壊検査であること、面内分布の測定には時間を要すること、測定精度が不十分であること（面内±５％程度が限度）、などの問題がある。
また、このようなシート抵抗が測定できない元素の場合、例えば、ＳＩＭＳ法（二次イオン質量分析法）やフォトルミネッセンス法などの他の測定手法により注入量を測定することは可能であるが、破壊検査であること、面内分布の測定には時間を要すること、測定精度が不十分であること（面内±５％程度が限度）、などの問題がある。
また、ドーパント型のようなシート抵抗が測定できるイオン種であっても、不均一が存在することは容易に気付くことができるが、その原因がどこにあるのか見つけるのは難しく、時間がかかる。この為、問題解決に時間がかかり、生産性を落とす、という問題点がある。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、イオン注入時の装置上の不具合などによるイオン注入の不均一性を早期に、かつ、容易に発見し、製品の品質安定化、故障期間の短縮化を図ることができるイオン注入状況の確認方法とそれを利用した半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明では、表面に絶縁膜を有する半導体ウェーハの一方の表面の全面にイオンを注入する際のイオン注入状況の確認方法であって、イオン注入の開始から終了までの間を通して、前記注入イオンのイオンビームが前記半導体ウェーハの表面上に照射される際に生ずる発光を直接的または間接的に観察することによって、前記半導体ウェーハへのイオン注入が前記全面に行われているかどうかを確認することを特徴とするイオン注入状況の確認方法を提供する。
上述のように、半導体ウェーハにイオン注入を行っても、注入時のビームの照射している状況を確認することはできない。しかし、絶縁膜が形成された半導体ウェーハにイオンを注入すると、半導体ウェーハ表面のビーム照射領域がある一定時間発光する。そしてこの発光現象を利用し、イオン注入中にイオンビームが半導体ウェーハに照射されている領域を発光領域として捉えることができ、この発光部の動きから、半導体ウェーハの全面にイオン注入が狙い通りに行われているかいないかを確認することができる。そして、狙い通り行われない、すなわちイオン注入中のイオン注入装置に不具合があるかどうかを容易に発見することができる。
従って、本発明によれば、たとえ注入イオンがドーパント型でなかったとしても、イオン注入時のイオンビームの照射状況を容易に確認でき、また問題点がある場合の原因を短時間で発見できるようになり、そしてその問題点の解決に要する時間も短縮することができるようになる。よって、半導体ウェーハの品質を安定化させることができ、また生産性が低下することを防ぐことができる。
従って、本発明によれば、たとえ注入イオンがドーパント型でなかったとしても、イオン注入時のイオンビームの照射状況を容易に確認でき、また問題点がある場合の原因を短時間で発見できるようになり、そしてその問題点の解決に要する時間も短縮することができるようになる。よって、半導体ウェーハの品質を安定化させることができ、また生産性が低下することを防ぐことができる。
ここで、前記イオンを、水素、重水素、ヘリウムの中の少なくとも１種類とすることができる。
上述のような軽元素は、例えばスマートカットによるＳＯＩウェーハの製造の際の注入イオンとしてよく利用されている。そしてこのスマートカットでは、剥離後のＳＯＩ層の平坦性の確保の面から、ボンドウェーハとなる半導体ウェーハ表面の全面に均一にイオンが注入されていることが求められる。
これに対し、本発明のイオン注入状況の確認方法によれば、上述のような非ドーパント型のイオン種であっても、半導体ウェーハの全面にわたってイオン注入が行われているかいないかが容易にかつ確実に確認できる。
上述のような軽元素は、例えばスマートカットによるＳＯＩウェーハの製造の際の注入イオンとしてよく利用されている。そしてこのスマートカットでは、剥離後のＳＯＩ層の平坦性の確保の面から、ボンドウェーハとなる半導体ウェーハ表面の全面に均一にイオンが注入されていることが求められる。
これに対し、本発明のイオン注入状況の確認方法によれば、上述のような非ドーパント型のイオン種であっても、半導体ウェーハの全面にわたってイオン注入が行われているかいないかが容易にかつ確実に確認できる。
また、前記イオン注入を行うイオン注入機をバッチ式イオン注入機とし、かつ前記発光の直接的な観察を、前記バッチ式イオン注入機のチャンバーに設けられた覗き窓から前記イオンビームが照射されている前記半導体ウェーハの表面を観察するものとすることが好ましい。
このように、バッチ式イオン注入機によるイオン注入において、イオン注入機のチャンバーに設けられた覗き窓から発光（イオンビームの照射状況）を直接的に観察することで、半導体ウェーハの全面にイオン注入が狙い通りに行われているかを確実に確認することができ、よってより確実にイオン注入工程における不具合の有無や、不具合があった場合の対策をすぐに取ることができるようになる。
このように、バッチ式イオン注入機によるイオン注入において、イオン注入機のチャンバーに設けられた覗き窓から発光（イオンビームの照射状況）を直接的に観察することで、半導体ウェーハの全面にイオン注入が狙い通りに行われているかを確実に確認することができ、よってより確実にイオン注入工程における不具合の有無や、不具合があった場合の対策をすぐに取ることができるようになる。
そして、前記覗き窓からの前記半導体ウェーハの表面の観察を、前記イオンビームの照射位置から前記半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して９０〜２７０度ずらして行うものとすることが好ましい。
装置の構成上、覗き窓からイオン注入されている領域そのものを直接観察することが難しい場合がある。しかしこのように覗き窓からの半導体ウェーハの表面の観察を、イオンビームの照射位置から半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して９０〜２７０度ずらして行うことによって、ホイールのスキャンの状態を完全に見えない場合や、覗き窓の大きさが狭く、イオンビームの照射位置が確認できない場合であっても、イオンビームの照射領域が半導体ウェーハの全面に渡っているか否かを判断することができる。
装置の構成上、覗き窓からイオン注入されている領域そのものを直接観察することが難しい場合がある。しかしこのように覗き窓からの半導体ウェーハの表面の観察を、イオンビームの照射位置から半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して９０〜２７０度ずらして行うことによって、ホイールのスキャンの状態を完全に見えない場合や、覗き窓の大きさが狭く、イオンビームの照射位置が確認できない場合であっても、イオンビームの照射領域が半導体ウェーハの全面に渡っているか否かを判断することができる。
更に、前記発光の直接的な観察を、前記イオン注入が行われるチャンバー内にカメラを設置して、該カメラによって前記イオンビームが照射されている前記半導体ウェーハの表面を観察するものとすることが好ましい。
このように、カメラを設置して観察することによって、確認漏れが発生する可能性が極力低くなり、より確実なイオン注入状況の確認を行うことができる。
このように、カメラを設置して観察することによって、確認漏れが発生する可能性が極力低くなり、より確実なイオン注入状況の確認を行うことができる。
また、前記発光の間接的な観察を、前記イオン注入が行われるチャンバー内に照度計を設置することによって行うことができ、また、前記イオン注入が行われるチャンバーに設けられた覗き窓を通して前記発光を観察できる位置に照度計を設置することによって行うこととすることもできる。
このように、イオン注入中の半導体ウェーハの発光状態を、チャンバー内に設置した照度計やチャンバーに設けられた覗き窓を通して照度計によって間接的に観察することによっても、イオンが半導体ウェーハの全面に照射されているかを確認することができる。
このように、イオン注入中の半導体ウェーハの発光状態を、チャンバー内に設置した照度計やチャンバーに設けられた覗き窓を通して照度計によって間接的に観察することによっても、イオンが半導体ウェーハの全面に照射されているかを確認することができる。
また、本発明では、少なくともイオン注入工程を行う半導体ウェーハの製造方法であって、前記イオン注入工程では、本発明に記載のイオン注入状況の確認方法によって前記イオン注入される半導体ウェーハの観察を行いながらイオンを注入することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法を提供する。
上述のように、本発明のイオン注入状況の確認方法によれば、半導体ウェーハの一方の表面の全面にイオン照射が行われているかいないかの確認を、容易にかつ確実に行うことができる。
従って、イオン注入工程が行われる半導体ウェーハの製造の際に、本発明のイオン注入状況の確認方法によって半導体ウェーハの表面の全面に渡ってイオン照射が行われているかいないかを確認することによって、イオン注入工程に起因する不具合が発生することを従来に比べて低くすることができ、製造歩留りを向上させることができる。
従って、イオン注入工程が行われる半導体ウェーハの製造の際に、本発明のイオン注入状況の確認方法によって半導体ウェーハの表面の全面に渡ってイオン照射が行われているかいないかを確認することによって、イオン注入工程に起因する不具合が発生することを従来に比べて低くすることができ、製造歩留りを向上させることができる。
以上説明したように、本発明によれば、イオン注入時の装置上の不具合などによるイオン注入の不均一性を早期に、かつ、容易に発見し、製品の品質安定化、故障期間の短縮化を図ることができるイオン注入状況の確認方法とそれを利用した半導体ウェーハの製造方法が提供される。
以下、本発明について、図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明のイオン注入状況の確認方法では、まず、イオンを注入する半導体ウェーハの表面に絶縁膜を形成しておく。
この形成する絶縁膜は、例えば酸化膜等が上げられ、その形成方法も特には限定されず、一般的な方法を使用すればよい。
本発明のイオン注入状況の確認方法では、まず、イオンを注入する半導体ウェーハの表面に絶縁膜を形成しておく。
この形成する絶縁膜は、例えば酸化膜等が上げられ、その形成方法も特には限定されず、一般的な方法を使用すればよい。
そして、この絶縁膜を形成した半導体ウェーハの表面に、注入を行いたい軽元素イオン等を注入する。この際、半導体ウェーハの表面上は注入イオンのイオンビームが照射されている箇所が発光する。この発光を、直接的か間接的に観察し、半導体ウェーハへのイオン注入がウェーハ表面の全面に行われているかどうかを確認する。
シリコン単結晶ウェーハの例を挙げると、シリコン単結晶ウェーハの表面に絶縁膜として酸化膜を形成し、これに、注入するイオンビームとして水素ビームを注入する。
通常、イオン注入を行う装置の内部をのぞき見ることができる窓（覗き窓）は、ビームラインには安全上存在しない。しかし、例えばバッチ式イオン注入機では、ビームラインから離れた位置には、装置内部の状況を確認できる観察窓（覗き窓）を設置することができる。
通常、イオン注入を行う装置の内部をのぞき見ることができる窓（覗き窓）は、ビームラインには安全上存在しない。しかし、例えばバッチ式イオン注入機では、ビームラインから離れた位置には、装置内部の状況を確認できる観察窓（覗き窓）を設置することができる。
そこで、図２に示すように、水素イオンの注入中に、水素ビームがシリコン単結晶ウェーハＷに照射している位置１２に対し、例えば、シリコン単結晶ウェーハＷを載置するホイール１１のホイール中心１１ａに対して１８０度回転した位置を確認できる様に設けられた覗き窓１３によって、ホイール１１が高速回転している様子や、左右にホイール１１がスキャンしている様子を直接的に確認することができる。
そして、このような酸化膜付きのシリコン単結晶ウェーハＷに水素イオン注入を行うと、この覗き窓１３から、イオンビームがウェーハ表面に当たっている様子が、ホイール１１の回転方向に青く光る一筋の帯１２ａとして観察することができる。なお、この発光現象は、水素イオンが酸化膜を通過する際に、酸化膜を励起しているために発生していると考えられるものである。
そして、このような酸化膜付きのシリコン単結晶ウェーハＷに水素イオン注入を行うと、この覗き窓１３から、イオンビームがウェーハ表面に当たっている様子が、ホイール１１の回転方向に青く光る一筋の帯１２ａとして観察することができる。なお、この発光現象は、水素イオンが酸化膜を通過する際に、酸化膜を励起しているために発生していると考えられるものである。
更に、図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、ホイール１１、あるいは、イオンビームを左右にスキャンさせることで、この帯が左右に動く様子を観察することができる。
例えば、ホイールのスキャンが正常に行われているときは、青く光る一筋の帯は、スムーズに左右に動く（図３（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）→（ａ）→（ｂ）→・・・を繰り返す）。
また、ビームは、ウェーハのスキャン方向に対して、必ず通り過ぎるので、ホイールのスキャン動作が反転する際は、青く光る一筋の帯は完全に消える（図３（ａ）、（ｅ）参照）。
例えば、ホイールのスキャンが正常に行われているときは、青く光る一筋の帯は、スムーズに左右に動く（図３（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）→（ａ）→（ｂ）→・・・を繰り返す）。
また、ビームは、ウェーハのスキャン方向に対して、必ず通り過ぎるので、ホイールのスキャン動作が反転する際は、青く光る一筋の帯は完全に消える（図３（ａ）、（ｅ）参照）。
そして、イオンビームやホイールのスキャンに不具合があれば、スキャンの動きが途中から急激に早くなったり、スキャンが瞬間的に停止する等の異常が発生し、その異常は発光の帯１２ａの異常になって現れる。
これによって、イオン注入の異常な現象を容易に観察することができ、シリコン単結晶ウェーハの全面にイオン注入が行われているかどうかが確認できる。
これによって、イオン注入の異常な現象を容易に観察することができ、シリコン単結晶ウェーハの全面にイオン注入が行われているかどうかが確認できる。
更に、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、ホイールのスキャン反転位置が狂っていると、ビームがウェーハを完全に抜ける前にホイールが反転してしまう（図４（ｅ）参照）ことになる。
つまり、一筋の青い光がシリコン単結晶ウェーハ上で残った状態でホイールが反転してしまう。この状態では、青い光が残った領域では、他の正常にスキャンした位置と比較して、総注入時間が短くなってしまう。そして、この領域で注入量不足が生じてしまう。
しかし、本発明のようにイオン注入中のイオンビームの照射位置の発光を観察すれば、所望の特性が得られなかったり、剥離の際に剥離面の面粗さが悪化する等の不具合が発生すると予見することができるようになる。また、その原因がスキャン系統の不具合であることを短時間で把握できる。
このように、本発明によれば、注入中のスキャンの動作の異常を容易に発見し、不具合箇所の特定を容易にすることができる。そしてその対応も迅速に行うことができ、生産性が落ちることを防ぐことができる。また不良品の発生率も低くすることができる。
つまり、一筋の青い光がシリコン単結晶ウェーハ上で残った状態でホイールが反転してしまう。この状態では、青い光が残った領域では、他の正常にスキャンした位置と比較して、総注入時間が短くなってしまう。そして、この領域で注入量不足が生じてしまう。
しかし、本発明のようにイオン注入中のイオンビームの照射位置の発光を観察すれば、所望の特性が得られなかったり、剥離の際に剥離面の面粗さが悪化する等の不具合が発生すると予見することができるようになる。また、その原因がスキャン系統の不具合であることを短時間で把握できる。
このように、本発明によれば、注入中のスキャンの動作の異常を容易に発見し、不具合箇所の特定を容易にすることができる。そしてその対応も迅速に行うことができ、生産性が落ちることを防ぐことができる。また不良品の発生率も低くすることができる。
そして、覗き窓１３からのシリコン単結晶ウェーハＷの表面の観察を、イオンビームの照射位置１２からシリコン単結晶ウェーハＷを載置するホイール１１の中心１１ａに対して９０〜２７０度ずらして行うものとすることができる。
装置の構成上、覗き窓からイオン注入されている領域そのものを直接観察することが難しい場合があるが、例えば図２に示す（１８０度ずらした状態）ように、イオンビームの照射位置から半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して９０〜２７０度ずらして観察することによって、ホイールのスキャンの状態を完全に見えない場合や、覗き窓の大きさが狭く、イオンビームの照射位置が確認できないような場合でも、確実にイオン注入が半導体ウェーハ全面に行われているかどうかを確認することができる。
また、９０〜２７０度ずらすことによって、装置の構成上の制約を受ける可能性が低くなるため、その実施がより容易なものとなるという利点も有する。
装置の構成上、覗き窓からイオン注入されている領域そのものを直接観察することが難しい場合があるが、例えば図２に示す（１８０度ずらした状態）ように、イオンビームの照射位置から半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して９０〜２７０度ずらして観察することによって、ホイールのスキャンの状態を完全に見えない場合や、覗き窓の大きさが狭く、イオンビームの照射位置が確認できないような場合でも、確実にイオン注入が半導体ウェーハ全面に行われているかどうかを確認することができる。
また、９０〜２７０度ずらすことによって、装置の構成上の制約を受ける可能性が低くなるため、その実施がより容易なものとなるという利点も有する。
また、図５に示すように、イオンビーム１８の照射によって発生する発光を覗き窓１３から直接的に目視で観察できるが、観察方法はこれに限られず、図６に示すように、チャンバー内にカメラ１９を設置して、ビデオなどにより発光を撮影して確認しても良い。更に、撮影した映像を画像処理することによって、スキャンの動作を検証しても良い。
このように、カメラによってイオンビームが照射されている表面を観察することによって、確認漏れが発生する可能性を極力小さくすることができ、より確実なイオン注入状況の確認を行うことができる。
このように、カメラによってイオンビームが照射されている表面を観察することによって、確認漏れが発生する可能性を極力小さくすることができ、より確実なイオン注入状況の確認を行うことができる。
また、図７に示すように、発光の間接的な観察を、イオン注入が行われるチャンバー内に照度計２０を設置することによって行うことができる。
他にも、図８に示すように、イオン注入が行われるチャンバーに設けられた覗き窓１３を通して発光を間接的に観察できる位置に照度計２０を設置することによって行うこともできる。
他にも、図８に示すように、イオン注入が行われるチャンバーに設けられた覗き窓１３を通して発光を間接的に観察できる位置に照度計２０を設置することによって行うこともできる。
場合によっては、覗き窓からホイールのスキャンの状態を直接的に観察できない場合もある。
例えば、覗き窓の大きさが非常に狭く、発光を確認することが困難な場合や、枚葉式イオン注入機のようにウェーハ表面の発光を観察しようとするとビームラインまで観察されてしまい、安全上覗き窓による観察を行うことができない場合もある。
しかし、絶縁膜を有する半導体ウェーハであれば、イオンビームが当たっている間だけ発光するため、これによってチャンバー内が多少なりとも明るくなる。すなわち、スキャン反転時においてビームが完全にウェーハを抜けない場合、弱いながらも青い光が残り、チャンバー内が完全に暗くならない。
そこで、チャンバー内部の照度の変化を照度計により観察することによって、ウェーハ表面の発光の有無を間接的に確認することができ、その照度の時間変化から確実にスキャンができているかで確認することができる。
例えば、覗き窓の大きさが非常に狭く、発光を確認することが困難な場合や、枚葉式イオン注入機のようにウェーハ表面の発光を観察しようとするとビームラインまで観察されてしまい、安全上覗き窓による観察を行うことができない場合もある。
しかし、絶縁膜を有する半導体ウェーハであれば、イオンビームが当たっている間だけ発光するため、これによってチャンバー内が多少なりとも明るくなる。すなわち、スキャン反転時においてビームが完全にウェーハを抜けない場合、弱いながらも青い光が残り、チャンバー内が完全に暗くならない。
そこで、チャンバー内部の照度の変化を照度計により観察することによって、ウェーハ表面の発光の有無を間接的に確認することができ、その照度の時間変化から確実にスキャンができているかで確認することができる。
ここで、注入するイオンを、水素、重水素、ヘリウムの中の少なくとも１種類とすることができる。また、水素分子イオンでも問題ない。
また、これらの軽元素イオンは、水素ガス、あるいは、ヘリウムガスからのみ形成する必要はない。例えば、水素イオンを注入する場合、水素を含むガス種、例えば、ＰＨ３、ＡｓＨ３などから水素イオンを発生させ、質量分析器にて水素イオンのみを引き出すことによって水素イオンビームを得ることにしても良い。
また、これらの軽元素イオンは、水素ガス、あるいは、ヘリウムガスからのみ形成する必要はない。例えば、水素イオンを注入する場合、水素を含むガス種、例えば、ＰＨ３、ＡｓＨ３などから水素イオンを発生させ、質量分析器にて水素イオンのみを引き出すことによって水素イオンビームを得ることにしても良い。
また、この発光現象は上述のような軽元素イオンを注入する場合に限られない。そして半導体ウェーハの表面に形成する絶縁膜も酸化膜に限られず、窒化膜など絶縁性の膜であればよい。
このように、本発明では、シート抵抗にて注入不均一性が確認できるイオン種を用いる場合であっても、半導体ウェーハに注入してもその注入の均一性が確認できないドーパント型でないイオン種を用いる場合であっても、本発明のイオン注入状況の確認方法によれば、イオン注入の不具合を容易に発見することができ、製造歩留りの低下を抑制できる。また不具合の発生箇所の把握が容易であり、異常時の装置停止時間を短縮化することが可能となる。
そして、本発明に記載のイオン注入状況の確認方法によって半導体ウェーハの観察を行いながらイオン注入工程を行って、半導体ウェーハを製造することができる。
上述のように、本発明のイオン注入状況の確認方法によれば、イオン注入される半導体ウェーハのイオン注入状況（発光の様子）を容易にかつ簡易に、更に非破壊で観察することができる。従って、本発明のイオン注入状況の確認方法によってイオン注入工程を観察することによって、イオン注入工程における不具合の発生率を低減でき、また不具合が発生した場合にも、その原因の特定が非常に容易であり、イオン注入工程を伴う半導体ウェーハの製造歩留りの向上を図ることができる。
上述のように、本発明のイオン注入状況の確認方法によれば、イオン注入される半導体ウェーハのイオン注入状況（発光の様子）を容易にかつ簡易に、更に非破壊で観察することができる。従って、本発明のイオン注入状況の確認方法によってイオン注入工程を観察することによって、イオン注入工程における不具合の発生率を低減でき、また不具合が発生した場合にも、その原因の特定が非常に容易であり、イオン注入工程を伴う半導体ウェーハの製造歩留りの向上を図ることができる。
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハの表面に、厚さ２００ｎｍの酸化膜をパイロジェニック法にて作製した。
そして、酸化膜付きシリコン単結晶ウェーハをバッチ式イオン注入機（ホイールスキャン）に設置して、注入エネルギー１００ｋｅＶ（ビーム電流１０ｍＡ）、ドーズ量８×１０１６／ｃｍ２の条件で水素イオンのイオン注入をウェーハ全面に行った。この際、ビームは水素ガスから発生させた。
（実施例１）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハの表面に、厚さ２００ｎｍの酸化膜をパイロジェニック法にて作製した。
そして、酸化膜付きシリコン単結晶ウェーハをバッチ式イオン注入機（ホイールスキャン）に設置して、注入エネルギー１００ｋｅＶ（ビーム電流１０ｍＡ）、ドーズ量８×１０１６／ｃｍ２の条件で水素イオンのイオン注入をウェーハ全面に行った。この際、ビームは水素ガスから発生させた。
そして、このイオン注入の際、イオンビームの照射位置からスピン回転して１８０度ずらした位置（半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して１８０度ずらした位置）を観察可能な覗き窓から目視にて発光を観察したところ、イオンの照射位置において、シリコン単結晶ウェーハの外周部に青い光が残っていることが確認され、ウェーハ周辺部での消光がされていないことが判った。そしてこの状態のままでイオン注入を行った。
その後、このシリコン単結晶ウェーハをボンドウェーハとし、同一規格のシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと貼り合わせた後、剥離熱処理（５００℃、３０分）を行い、水素イオン注入層で剥離を行って、ＳＯＩウェーハを作製した。
作製されたＳＯＩウェーハの剥離面の面粗さを測定したところ、ウェーハ中心に比べて外周部の面粗さが約１．５倍大きい値であった。
従って、ウェーハ外周部のドーズ量が不足していることが確認できた。
従って、ウェーハ外周部のドーズ量が不足していることが確認できた。
以上の結果より、イオン注入装置のホイールスキャン系に問題があること（スキャン領域が所望の範囲からずれていること）が判明し、シリコン単結晶ウェーハ表面の全面に所定量だけイオンが注入されていないこと、そしてイオン注入が所定だけ行われていない原因がスキャン系にあることも容易に把握できた。
（実施例２）
実施例１において、形成した酸化膜の厚さを１００ｎｍ、イオン注入エネルギーを５０ｋｅＶ、ビームの発生源をＰＨ３とした以外は同様の条件でイオン注入、ＳＯＩウェーハの製造を行い、同様にＳＯＩウェーハの剥離面の面粗さを測定した。
また、イオン注入時の発光の観察を、イオン照射位置から半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して１８０度ずらした位置に設置したチャンバー内のカメラによって行った。
実施例１において、形成した酸化膜の厚さを１００ｎｍ、イオン注入エネルギーを５０ｋｅＶ、ビームの発生源をＰＨ３とした以外は同様の条件でイオン注入、ＳＯＩウェーハの製造を行い、同様にＳＯＩウェーハの剥離面の面粗さを測定した。
また、イオン注入時の発光の観察を、イオン照射位置から半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して１８０度ずらした位置に設置したチャンバー内のカメラによって行った。
その結果、実施例１と同様に、イオン照射位置に置いてシリコン単結晶ウェーハの外周部において消光することなく表面が青く光っていることが確認できた。
また、実施例１と同様に、ウェーハ中心に比べて外周部の面粗さが約１．５倍大きい値であり、ウェーハ外周部のドーズ量が不足していることが確認できた。
以上の結果より、イオン注入装置のビームスキャン系に問題があること（スキャン領域が所望の範囲からずれていること）が判明した。
また、実施例１と同様に、ウェーハ中心に比べて外周部の面粗さが約１．５倍大きい値であり、ウェーハ外周部のドーズ量が不足していることが確認できた。
以上の結果より、イオン注入装置のビームスキャン系に問題があること（スキャン領域が所望の範囲からずれていること）が判明した。
（実施例３）
実施例１において、形成した酸化膜の厚さを１５０ｎｍ、注入イオン種をヘリウム、イオン注入エネルギーを５０ｋｅＶ（ビーム電流１５ｍＡ）、ドーズ量を５×１０１６／ｃｍ２とした以外は同様の条件でイオン注入、ＳＯＩウェーハの製造を行い、同様にＳＯＩウェーハの剥離面の面粗さを測定した。
また、イオン注入時の発光の観察を、イオン照射位置から半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して１８０度ずらした位置に設置した覗き窓を通したチャンバー外のカメラによって行った。
実施例１において、形成した酸化膜の厚さを１５０ｎｍ、注入イオン種をヘリウム、イオン注入エネルギーを５０ｋｅＶ（ビーム電流１５ｍＡ）、ドーズ量を５×１０１６／ｃｍ２とした以外は同様の条件でイオン注入、ＳＯＩウェーハの製造を行い、同様にＳＯＩウェーハの剥離面の面粗さを測定した。
また、イオン注入時の発光の観察を、イオン照射位置から半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して１８０度ずらした位置に設置した覗き窓を通したチャンバー外のカメラによって行った。
その結果、実施例１，２と同様に、イオン照射位置においてシリコン単結晶ウェーハの外周部において消光することなく表面が青く光っていることが確認できた。
また、実施例１，２と同様に、ウェーハ中心に比べて外周部の面粗さが約１．５倍大きい値であり、ウェーハ外周部のドーズ量が不足していることが確認できた。
以上の結果より、イオン注入装置のビームスキャン系に問題があること（スキャン領域が所望の範囲からずれていること）が判明した。
また、実施例１，２と同様に、ウェーハ中心に比べて外周部の面粗さが約１．５倍大きい値であり、ウェーハ外周部のドーズ量が不足していることが確認できた。
以上の結果より、イオン注入装置のビームスキャン系に問題があること（スキャン領域が所望の範囲からずれていること）が判明した。
（実施例４）
実施例３において、イオン注入時の発光の観察を、チャンバー内のシリコン単結晶ウェーハが見えない位置に照度計を設置し、チャンバー内の明るさの変化をチャートレコーダーで記録することによって行った以外は同様の条件でイオン注入を行い、同様にＳＯＩウェーハを作製した。そして同様にＳＯＩウェーハの剥離面の面粗さを測定した。
実施例３において、イオン注入時の発光の観察を、チャンバー内のシリコン単結晶ウェーハが見えない位置に照度計を設置し、チャンバー内の明るさの変化をチャートレコーダーで記録することによって行った以外は同様の条件でイオン注入を行い、同様にＳＯＩウェーハを作製した。そして同様にＳＯＩウェーハの剥離面の面粗さを測定した。
その結果、ビームのスキャン反転位置が異常で、チャンバー内が完全に暗くならないことを確認することができた。
また、実施例１−３と同様に、ウェーハ中心に比べて外周部の面粗さが約１．５倍大きい値であり、ウェーハ外周部のドーズ量が不足していることが確認できた。
以上の結果より、イオン注入装置のビームスキャン系に問題があること（スキャン領域が所望の範囲からずれていること）が判明した。
また、実施例１−３と同様に、ウェーハ中心に比べて外周部の面粗さが約１．５倍大きい値であり、ウェーハ外周部のドーズ量が不足していることが確認できた。
以上の結果より、イオン注入装置のビームスキャン系に問題があること（スキャン領域が所望の範囲からずれていること）が判明した。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１０…イオン注入機、 １１…ホイール、 １１ａ…ホイール中心、 １２…イオンビームの照射位置、 １２ａ…発光帯、 １３…覗き窓、 １４…チャンバー、 １５…質量分析器、 １６…イオン源、 １７ａ…前段加速機構、 １７ｂ…後段加速機構、 １８…イオンビーム、 １９…カメラ、 ２０…照度計、
Ｗ…半導体ウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ）。
Ｗ…半導体ウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ）。
Claims (3)
- 表面に絶縁膜を有する半導体ウェーハの一方の表面の全面にイオンを注入する際のイオン注入状況の確認方法であって、
イオン注入の開始から終了までの間を通して、前記注入イオンのイオンビームが前記半導体ウェーハの表面上に照射される際に生ずる発光を直接的または間接的に観察することによって、前記半導体ウェーハへのイオン注入が前記全面に行われているかどうかを確認するとき、
前記イオン注入を行うイオン注入機をバッチ式イオン注入機とし、かつ前記発光の直接的な観察を、前記バッチ式イオン注入機のチャンバーに設けられた覗き窓から前記イオンビームが照射されている前記半導体ウェーハの表面を観察するものとし、該覗き窓からの前記半導体ウェーハの表面の観察を、前記イオンビームの照射位置から前記半導体ウェーハを載置するホイール中心に対して９０〜２７０度ずらして行い、
前記発光の間接的な観察を、前記イオン注入が行われるチャンバー内に照度計を設置することによって行うか、または、前記イオン注入が行われるチャンバーに設けられた覗き窓を通して前記発光を観察できる位置に照度計を設置することによって行うことを特徴とするイオン注入状況の確認方法。 - 前記イオンを、水素、重水素、ヘリウムの中の少なくとも１種類とすることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入状況の確認方法。
- 少なくともイオン注入工程を行う半導体ウェーハの製造方法であって、
前記イオン注入工程では、請求項１または請求項２に記載のイオン注入状況の確認方法によって前記イオン注入される半導体ウェーハの観察を行いながらイオンを注入することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
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