JPH0258826A - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 半導体基板（半導体ウェーハ）に対するイオンビーム照
射装置、特にＬＤＤ領域を形成するための枚葉式のイオ
ンビーム注入装置に関し、該イオンビームの照射量（ド
ース量）の対称性を確保することを目的とし、 該半導体基板に照射されるイオンビーム電流量と必要照
射量とから必要照射時間が算出され、該必要照射時間に
対して該半導体基板が丁度整数回回転するように構成さ
れる。

更に半導体基板に照射されるイオンビームの所要時間を
Ｄとし、該所要照射［Ｄを照射させるために微小角Δθ
９ずつ断続的に回転する回転手段の回転数をｎとしたと
きに、（Ｉ）×Δθ）　／　（３６０×ｎ）として決め
られる微小照射量が照射される毎に、該半導体基板を該
微小角Δθ０ずつ回転させるように構成され、これによ
りその照射時間中に該イオンビーム電流量が変動しても
そのドーズ量の対称性が確保される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体基板（半導体ウェーハ）に対するイオン
ビーム照射装置に関し、特に該半導体基板にＬＤＤ（Ｌ
ｉｇｈｔｌｙ　　Ｄｏｐｅｄ　　Ｄｒａｉｎ）領域を形
成するための枚葉式イオンビーム注入装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、ＭＯＳ　　Ｉ−ランジスタ素子の微細化に伴
う短チヤネル効果（例えばパンチスルー）の影響をなく
すために、第３図に示されるように半導体基板（ウェー
ハ）４の表面に、先ず深さが比較的浅くかつ不純物濃度
の低いＬＤＤ　ｊＪｆ域４２　、４２’が形成され、次
いでゲート電極４５近傍の該ＬＤＤ領域４２　、４２’
を残して不純物濃度の高い本来のソース・ドレイン領域
４３　、４３’を形成することが提案されている。なお
第３図において４４はゲート酸化膜、４６はフィールド
酸化膜を示す。

かかるＬＤＤ　ＳＩＸ域４２　、４２’などをイオン注
入によって、形成する場合には、チャネリング（注入さ
れたイオンが該ＬＤＤ領域形成部分を通過して深部まで
通り抜ける現象でその結果注入されたイオン分布のプロ
ファイルが所定の分布状態（所謂ガウス分布）とならな
くなる。）を防止する手段として、第３図に示されるよ
うに、イオンビームを該半導体基板（ウェーハ）法線か
ら７°程度傾けて照射することが行われている。しかし
このようにして該ＬＤＤ　ｉｉ域に対するイオン注入を
行った場合には、該第３図に示されるように、該イオン
ビームが該ゲート電極４５の存在によって所謂影の部分
を生じ、該ゲート電極４５の左右において、該イオン注
入されたＬＤＤ　ｊＪ域４２　、４２’に非対称性を生
じ、特に素子の微細化に伴ってその電気的特性への悪影
響が問題となっている。

かかる非対称性を防ぐために、従来より枚葉式のイオン
注入装置（各ウェーハ毎に所定強度のイオンビームをそ
のウェーハ面全体に亘って多数回均一にラスクスキャン
して該ウェーハ面に所要照射量のイオンビームを照射注
入する装置）においては、第４図に示すように該イオン
ビームの照射中に該ウェーハ４を所定の支持台上におい
てその法線を軸として回転させ、上記非対称性の発生を
防止することが行われている。すなわちこのようにする
ことによって、上記第３図におけるゲート電極の右側か
らと左側からとの照射量（ドーズ量）を交互に反転させ
て、その非対称性を補償しようとするもので、そのため
に該ウェーハの回転はできるだけ一定速度で行われてい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらかかる従来技術による回転式の枚葉式イオ
ン注入装置においても、依然としてそのドーズ量の非対
称性が十分に補償できない（すなわち上記左右からのド
ーズ量が同一とはならない）という問題点が残されてい
る。

すなわち先ず第１に、−枚のウェーハに対するイオン注
入時間はある有限の値であり、ウェーハ回転速度を任意
の一定値とすると、イオン注入時間中のウェーハ回転数
は一般に整数とはならずに端数を生じ、その分だけ上記
左右何れかからのドーズ量が多くなってしまう。すなわ
ち標準的にはイオン注入時間は５乃至３０秒程度、ウェ
ーハ回転速度は１秒当り０．１乃至２回転程度（すなわ
ち１秒当り１回転前後）であるから、上記端数が半回軽
分であった場合、上記左右のドーズ量の差はぶ。１例と
して、ウェーハ回転速度を１秒当り０．５回転とし、該
イオン注入時間を５秒とすれば、該イオン注入時間中に
該ウェーハが２．５回転することになり、その結果仮に
第３図におけるゲート電極の左側に３秒間注入されたと
すると、その右側への注入時間は２秒間となり、上記ド
ーズ量の非対称性を解消することができなくなる。

更に第２に、該イオンビームの電流値は時間的に必ずし
も一定でなく、イオン源動作条件のゆらぎ等によって変
化するものであり、例えば第３図に示されるような右側
からの照射時に該電流値が増大していたとすると、その
分だけ該右側からのドーズ量が多くなってしまうという
問題点がある。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので
、上述したような枚葉式のイオン照射（注入）装置によ
って、半導体基板（ウェーハ）を回転しながらイオン注
入するにあたり、上記チャネリングの発生を防ぐと同時
に、各ウェーハに注入される上記ドーズ量の対称性を確
保するようにし、更に該イオンビームの照射中にそのビ
ーム電流値が変化しても、上記ドーズ量の対称性を確保
しうるようにしたものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明の１態様によれば、イ
オンビーム照射中に半導体基板を回転させる手段と、該
半導体基板に照射されるイオンビーム電流量と必要照射
量とから必要照射時間を算出する手段と、該必要照射時
間に対して該半導体基板が丁度整数回回転するように該
回転手段の回転速度を制御する手段とをそなえたイオン
ビーム照射装置が提供される。

更に本発明の他の態様によれば、イオンビーム照射中に
半導体基板を微小角△θ°ずつ断続的に回転させる手段
と、該回転手段の断続的回転を制御する手段であって、
該半導体基板に照射されるイオンビームの所要照射量を
Ｄとし、該所要照射量りを照射させるために設定される
該回転手段の回転数をｎ（ただしｎは正の整数）とした
ときに、該回転手段の該各微小角毎の回転位置において
、（ＤＸ八へ）　／　（３６０×ｎ）として決められる
微小照射量のイオンビームが該半導体基板に照射される
毎に、該回転手段を該微小角Δθ゜ずつ回転させるよう
に制御するものとをそなえるように構成される。

〔作　用〕

上記本発明の一態様によれば、半導体ウェーハを回転さ
せながらイオン注入を行うに際し、そのイオン注入時間
の間に該半導体ウェーハが丁度整数回転するように構成
されるため、上記チャネリングの防止と併せてその回転
数の端数分にもとづく上記ドーズ量の非対称性を防止す
ることができる。この場合、１枚のウェーハに対するイ
オン注入時間中にイオンビーム電流量が一定である（す
なわちイオンビーム電流安定度がよい）ことが前提であ
るが、多数のウェーハに順次イオン注入を行うにあたっ
ては、各ウェーハに対するイオンビーム電流量を検知し
て、上記整数回転を行わせるための各ウェーへの回転速
度を、該検知されたイオンビーム電流量に比例させるよ
うにして、該イオンビーム電流量の変化分の補正を行う
こともできる。

更に上記本発明の他の態様によれば、半導体つ工−ハを
微小角Δθ゜ずつ断続的に回転させながらイオン注入を
行うに際し、該回転手段をΔＤ＝（Ｄ×Δθ”　）　／
（３６０”　×ｎ）で決まる微小ドーズ量△Ｄが注入さ
れる毎に該Δθ゜ずつ順次回転させるように構成される
ため、上記チャネリングの防止と併せて、更に１枚のウ
ェーハに対するイオン注入時間中にイオンビーム電流値
が変化しても、該回転手段の各回転位置において注入さ
れるド、−ズ量は一定となり（換言すればそのときのイ
オンビーム電流値に応じて該断続的回転の回転速度が変
化し）、上記各ウェーハに対するドーズ量の非対称性を
防止することができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の１実施例としてのイオンビーム照射
装置の構成を示すもので、所定の真空容器１内にモータ
５によって回転される半導体つ工−ハ４（実際には所定
の支持台上に配置される）が配置され、所定のイオンビ
ーム源より照射されるイオンビームのうち、マスク電極
３１を通過したイオンビームが該半導体ウェーハ４側に
照射される。そして該半導体ウェーハ４側に照射された
イオンビームのうちファラデーカップ３３に到達したイ
オンが該ファラデーカップに集められ、所定のビーム電
流としてドーズコントローラ７側にとり込まれる。３２
はサプレッション電極で該フアラデーカップ３３との間
に所定の電源６が接続され、該半導体ウェーハ４に照射
されたイオンビームにもとづいて該半導体ウェーハ４か
ら放出された二次電子を該半導体ウェーハ４側に引き戻
し、該二次電子の影響を上記ドーズコントローラ７側に
とり込まれるビーム電流に与えないようにするためのも
のである。２はビームゲート電源で該ドーズコントロー
ラ７から供給されるゲートオン／オフ信号によって、該
イオンビームの照射開始および終了のタイミング（すな
わち該半導体ウェーハ４に対する照射時間）を設定し、
更に該イオンビームに対する上記した高速度のラスクス
キャンの制御なども行われる。

このようにして該半導体ウェーハ４に対する該イオンビ
ームの照射中に該ドーズコントローラ７にとり込まれた
ビーム電流はＩ／Ｖ変換器（電流／電圧）変換器７１お
よびＶ／Ｆ変換器（電圧／周波数）変換器７２を通って
そのイオンビーム電流値に比例した所定周波数の信号に
変換され、該信号のサイクル数がカウンタ７３により順
次カウントされ、そのカウント値が順次コンパレータ７
４に入力される。一方該コンパレータ７４には予め設定
された該半導体ウェーハ４に対する所要照射量Ｄ（イオ
ン数／ｃＩｌ１２）に対応する信号も入力されており、
該カウンタのカウント値が該照射量（ドーズ量）Ｄに一
致した時点で、該コンパレータ７４から該ビームゲート
電源２にゲートオフ信号が出力され、該半導体ウェーハ
４に対するイオンビームの照射が終了される。

一方、該イオンビームの照射時間中、該１／Ｖ変換器７
１の出力側から該ビーム電流値に対応する信号（少なく
とも１枚の半導体ウェーハに対するイオンビームの照射
中は、該イオンビーム電流値は一定と見做せるとする）
がウェーハ回転制御回路（ＣＰＵ）　８に入力され、更
に該所要照射量りに対応する信号も該制御回路８に入力
される。これにより該制御回路（ＣＰＵ）　８において
は、該入力された２つの信号にもとづいて該半導体ウェ
ー八に対する必要照射時間が算出され、該照射時間内に
該半導体ウェーハ４（したがってモータ５）が丁度整数
回（例えば１０回）回転するように該モータの回転速度
が設定される。上述したように本実施例においては、少
なくとも１枚の半導体ウェーハに対するイオン注入時間
中は、該イオンビーム電流値が一定であることが前提で
あるが、別の半導体ウェーハに対するイオン注入を行う
にあたっては、該イオンビーム電流値が変化しても各つ
工−ハ毎に該制御回路８において必要照射時間を算出し
、上述した整数回回転のための回転速度の設定を行うこ
とができることは明らかである。

第２図は、本発明の他の実施例としてのイオンビーム照
射装置の構成を示すもので、第１図と共通する部分には
共通の符号が付されている。この実施例においては、該
半導体ウェーハ４がパルスモータ５′によって微小角（
Δθ゜）ずつ断続的に回転されるように構成されており
、該パルスモータ５′の回転はドーズコントローラ７′
からのパルス出力によって制御される。

また上記ドーズコントローラ７′において、Ｉ／Ｆ変換
器７１′は上記第１図におけるＩ／Ｖ変換器７１とＶ／
Ｆ変換器７２とを組合せたものに対応し、またカウンタ
７３およびコンパレータ７４はそれぞれ第１図に示され
るものと同様に動作して、該コンパレータ７４から出力
されるゲートオン／オフ信号により、該半導体ウェーハ
４に対するイオン注入時間が制御される。

更に、該半導体ウェーハ４に対して予め設定された上記
ドーズＩＤが該ドーズコントローラ７′内に設けられた
除算器７５　、７６により順次３６０／△θおよびｎに
より除算され（ただし八〇は上記したパルスモータの各
ステップ回転角に対応する微小角、ｎは該半導体ウェー
ハに対するイオン注入時間中に該ステップモータが丁度
整数回回転するための回転数で上述したように正の整数
）ΔＤ＝（Ｄ×Δθ）　／　（３６０Ｘ　ｎ）で決めら
れる該パルスモータの各回転位置において照射される該
イオンビームの微小照射量ΔＤに対応する信号がコンパ
レータ７７に入力される。そして上記カウンタ７３のカ
ウント値が該所定の微小照射量ΔＤに一致したとき該コ
ンパレータ７７からパルス出力が出力され、該パルス出
力が出力される毎に該パルスモータ５′が該微小角Δθ
゜ずつ順次回転する。

したがって本実施例によれば、１枚の半導体ウェーハに
対するイオン注入時間中に該イオンビーム電流値が変動
しても、該パルスモータの各回転位置において該半導体
ウェーハに注入されるイオン照射量は一定となり（換言
すれば該イオンビーム電流値の変化に対応して該パルス
モータのステップ回転の速度が変化する）、上述したよ
うなイオン注入時間中におけるイオンビーム電流値の変
化があっても、上記ドーズ量の対称性を確保することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、枚葉式のイオン注入を行うにあたり、
チャネリングの発生防止と併せて各半導体ウェーハに対
するドーズ量の対称性を確保することができ、更に１枚
のウェーハに対するイオン注入時間中にそのイオンビー
ム電流値が変動しても、該ドーズ量の対称性を確保する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例としてのイオンビーム照射
装置の構成を示す図、 第２図は、本発明の他の実施例としてのイオンビーム照
射装置の構成を示す図、 第３図は、従来技術としてのイオンビーム照射装置の１
例として、特にＬＤＤ　ｅＴＪ域の非対称性の発生を説
明する図、 第４図は、従来技術としてのイオンビーム照射装置の他
の例を示す図である。 （符号の説明） ４：半導体基板（ウェーハ） ４２．４２’　　：ＬＤＤ領域 ５：モータ ５′　：パルスモータ １．１’：　ドーズコントローラ ８：ウェーハ回転制御回路（ｃｐｕ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオンビーム照射中に半導体基板を回転させる手段
   と、該半導体基板に照射されるイオンビーム電流量と必
   要照射量とから必要照射時間を算出する手段と、該必要
   照射時間に対して該半導体基板が丁度整数回回転するよ
   うに該回転手段の回転速度を制御する手段とをそなえる
   ことを特徴とするイオンビーム照射装置。 ２、イオンビーム照射中に半導体基板を微小角Δθ゜づ
   つ断続的に回転させる手段と、該回転手段の断続的回転
   を制御する手段であって、該半導体基板に照射されるイ
   オンビームの所要照射量をＤとし、該所要照射量Ｄを照
   射させるために設定される該回転手段の回転数をｎ（た
   だしｎは正の整数）としたときに、該回転手段の該各微
   小角毎の回転位置において、（Ｄ×Δθ）／（３６０×
   ｎ）として決められる微小照射量のイオンビームが該半
   導体基板に照射される毎に、該回転手段を該微小角Δθ
   ゜ずつ回転させるように制御するものとをそなえること
   を特徴とするイオンビーム照射装置。