JPH07249394A - イオン注入方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウェハの処理面に対し、そのあらゆる
部分にイオン注入が行えるようにする。 【構成】 複数枚の半導体ウェハ６を同一面に装着して
チャンバ５内に配設されたディスク７をイオンビームの
入射角度を変化できるように軸８によって角度設定する
と共に、半導体ウェハ６の各々を数回に分けて所定角度
ずつ或いは連続回転させて、処理対象のあらゆる面にイ
オン注入が行われるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウェハにイオンを
注入する技術、特に、バッチ式でイオン注入処理を行う
ために用いて効果のある技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいては種々の工
程があるが、その１つに不純物ドーピングがある。この
処理を行うための代表的な手段がイオン打ち込み法であ
り、このために用いられる装置がイオン注入装置であ
る。そして、イオン注入装置には、半導体ウェハを１枚
づつ処理する枝葉式と、一度に数枚〜数十枚を一括処理
するバッチ式とがある。

【０００３】バッチ式は、表面に複数の半導体ウェハを
セットした回転ディスクをチャンバに配設し、回転ディ
スクを回転させながら各半導体ウェハに対し、イオン発
生源からのイオンを平均的に付与してイオン打ち込みが
行われる。なお、この種の装置に関しては、例えば、株
式会社オーム社発行、右高正俊編著「ＬＳＩプロセス工
学」、Ｐ１５８〜１６１に記載がある。

【０００４】ところで、本発明者は、ゲートの形成され
た半導体ウェハ面に対するイオン打ち込みにおけるイオ
ン注入の均一化について検討した。

【０００５】以下は、本発明者らによって検討された技
術であり、その概要は次の通りである。

【０００６】すなわち、ゲート等が設けられていない半
導体ウェハに対してイオン注入を行う場合、半導体ウェ
ハはイオン注入方向に直面するように配設される。しか
し、下地に段差が有る所にポリシリコンをデポジット
し、そのポリシリコンにイオンを注入して半導体装置を
制御するような場合、イオン注入はポリシリコンの平坦
な部分に集中し、側壁部分の注入密度は極めて少なくな
る。

【０００７】そこで、図６に示すように、イオンの注入
方向Ｉに対して半導体ウェハ１（その表面には絶縁膜２
が形成され、その所定部分にポリシリコン３が設けられ
ている）を傾斜させると、傾斜面４へのイオン注入がで
き、ポリシリコン３を設けたウェハに対しても所望のイ
オン注入が可能になり、デバイス特性が向上する（すな
わち、段差部の注入密度の低下による高抵抗化を防止で
きる）ことになる。

【０００８】また、下地の段差が問題にならない場合で
も、例えば、ソース、ドレインを形成するような場合に
イオンを斜め方向から注入することで、ゲート直下に注
入することが可能となり、ホットキャリア寿命が向上す
るなど、ＩＣの信頼性を向上させることができる。

【０００９】将来、半導体装置における集積回路の微細
化に伴ってゲート部の傾斜角度が急峻になる傾向にあ
り、高濃度の傾斜注入を行えるようにすることが求めら
れている。この要求に応えてスループットを向上するた
めには、大電流形の装置を用いる必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の如
く、イオン注入方向に対してウェハ面を傾斜させたイオ
ン注入装置においては、半導体ウェハ及び回転ディスク
を内蔵するチャンバに余裕がないため、傾斜を１０°程
度以上にすることは難しく、凹凸を有する半導体ウェハ
を処理対象にできないという問題のあることが見出され
た。

【００１１】また、回転ディスク上の各半導体ウェハは
固定されているため、１回のイオン注入では同一傾き角
方向からの注入しか行えず、図６に示すように、傾斜面
４のほぼ半分の部分はイオンの注入が行われないため、
信頼性を低下させることになる。

【００１２】そこで、本発明の目的は、半導体ウェハに
対し全方向からイオン注入を行うことのできる技術を提
供することにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【００１５】すなわち、バッチ式により半導体ウェハに
対するイオン注入を行うイオン注入方法であって、前記
半導体ウェハの処理面に対し全方向から前記イオン注入
を行うようにしている。

【００１６】

【作用】上記した手段によれば、凹凸を有する半導体ウ
ェハに対し、前記凹凸の傾斜面の全面に対するイオン注
入が可能になる。したがって、デバイス特性を向上させ
ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１８】図１は本発明によるイオン注入装置の一実
施例を示す内部構成図である。また、図２は図１の実施
例のＩＩ−ＩＩ位置から見た側面図である。

【００１９】試料室でもあり、密閉空間を形成可能なチ
ャンバ５内には複数枚の半導体ウェハ６を同一面に搭載
した治具としてのディスク７が配設され、このディスク
７は水平に配設された軸８によって、図示の矢印方向へ
回転させることができる。チャンバ５にはチャンバ９が
連結され、このチャンバ９にはイオン１０をチャンバ９
に供給するためのイオン発生源や偏向機構等（いずれも
不図示）が配設されている。

【００２０】また、半導体ウェハ６は図３に示すよう
に、ディスク７上の個々の半導体ウェハ６は独自に回転
位置を変えることができる。その手段として、図４に示
すように、半導体ウェハ６の各々は支持台１１にクラン
プリング１２によって固定される。ここでは、クランプ
リング１２をリング状にしたが、図５に示すように、複
数の固定用爪１３を用いて固定してもよい。そして、支
持台１１の各々は駆動系１４（モータを駆動源にしてい
る）で回転駆動される。

【００２１】ディスク７の裏面の回転中心には、モータ
１５の回転軸を兼ねるシャフト１６が固定されており、
モータの回転に伴ってディスク７が回転する。なお、こ
こではモータ１５の回転軸をディスク７に直結させた
が、減速機構（複数のギアを組み合わせたギア装置）を
介して結合してもよい。

【００２２】モータ１５はＵ字形の支持部材１７の中央
部に取り付けられ、この支持部材１７の両端はＵ字形の
スタンド１８の上端部に回動自在に取り付けられている
ため、支持部材１７はディスク７が図１に示した方向に
回動させるように回動する。なお、スタンド１８はＵ字
形に限定されるものではなく、１本づつチャンバ５の底
面に立設させる構造であってもよい。チャンバ５の側面
にはロードロック室１９が設けられ、この室内には複数
枚の半導体ウェハ２０を収納した治具２１が配設されて
いる。

【００２３】このようなイオン注入装置でイオン注入を
行うには、治具２１内の半導体ウェハ２０をディスク７
の所定の位置に搬送ロボットを用いて移載し、図３に示
すようにクランプリング１２で固定し、チャンバ５内を
真空引きする。そして、軸８を回動させることによりデ
ィスク７を所望の角度に位置決めする（この実施例では
図示を省略しているが、実際には、軸８を微動回転させ
るためのギア機構及び回転角度を確認するための角度目
盛り指示機構を有している）。

【００２４】次に、ディスク７をモータ１５によって連
続回転させた状態のまま、チャンバ９側からイオン注入
を行う。例えば、半導体ウェハ６に対して４方向から斜
めにイオン注入を行う場合、１回のイオン注入を４期間
に分け、駆動系１４により半導体ウェハ６を１期間毎に
９０°回転させ、４方向からイオン注入が行われるよう
にする。

【００２５】すなわち、１回のイオン注入に対し各半導
体ウェハ６をトータルで２７０°回転させる。このよう
にすることで、ゲート等が縦、横に複雑に形成された半
導体ウェハ６であっても、イオン注入が凹凸部の各側面
（段差部）にムラなく付与される。

【００２６】また、同様の注入結果を得る方法として、
１／４の注入が終わったところでディスク７の傾斜方向
を逆転させ、ここで１／４注入し、その後半導体ウェハ
６を９０°回転させた後、同様のシーケンスを行う方法
もある。

【００２７】このように、軸８に対するディスク７の角
度を設定し、かつ半導体ウェハ６の各々を駆動系１４の
回転によって角度を設定することにより、イオンビーム
に対するウェハ面の角度（０〜９０°の範囲）を任意に
設定できるため、デバイス特性を低下させることがな
く、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

【００２８】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。

【００２９】例えば、上記実施例においては、支持台１
１上の半導体ウェハ６をステップ状に回動させるものと
したが、イオン注入の開始から終了まで連続回転させる
ようにしてもよい。

【００３０】また、前記実施例においては、駆動系１４
の各々に駆動源を設けて駆動するものとしたが、駆動源
を１つ（または駆動系１４の台数の１／ｎ（但し、ｎは
２以上の整数））にし、この駆動力をギア等を介して他
の駆動系に伝達する構成にしてもよい。

【００３１】さらに、ディスク７の角度変更を１軸で行
うものとしたが、さらに垂直方向にも設けて２軸とし、
左右方向の角度変更を行えるようにしてもよい。

【００３２】また、ディスク７が円板状を成し、これを
軸部から前後に傾けるものとしたが、これに限定される
ものではなく、例えば、１枚のディスクを複数に分割し
たパラボラアンテナの如き構造とし、その各々の角度が
連動して可変する構成であってもよい。

【００３３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【００３４】すなわち、バッチ式により半導体ウェハに
対するイオン注入を行うイオン注入方法であって、前記
半導体ウェハの処理面に対し全方向から前記イオン注入
を行うようにしたので、デバイス特性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイオン注入装置の一実施例を示す
内部構成図である。

【図２】図１の実施例のＩＩ−ＩＩ位置から見た側面図
である。

【図３】図１におけるディスク上の半導体ウェハの装着
状態を示す平面図である。

【図４】本発明における半導体ウェハの保持機構を示す
断面図である。

【図５】半導体ウェハの他の保持機構を示す斜視図であ
る。

【図６】ゲートによって凹凸が形成されている半導体ウ
ェハを示す断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体ウェハ ２ 絶縁膜 ３ ポリシリコン ４ 傾斜面 ５ チャンバ ６ 半導体ウェハ ７ ディスク ８ 軸 ９ チャンバ １０ イオン １１ 支持台 １２ クランプリング １３ 固定用爪 １４ 駆動系 １５ モータ １６ シャフト １７ 支持部材 １８ スタンド １９ ロードロック室 ２０ 半導体ウェハ ２１ 治具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッチ式により半導体ウェハに対するイ
   オン注入を行うイオン注入方法であって、前記半導体ウ
   ェハの処理面に対し全方向から前記イオン注入を行うこ
   とを特徴とするイオン注入方法。
2. 【請求項２】 バッチ式により半導体ウェハに対するイ
   オン注入を行うイオン注入装置であって、複数枚の半導
   体ウェハを同一面に装着してチャンバ内に配設される治
   具と、イオンビームの到来方向に対して前記治具の角度
   を可変する角度設定手段と、前記治具に装着された半導
   体ウェハの各々に対するイオン入射方向を段階的もしく
   は連続的に変化させる駆動手段とを具備することを特徴
   とするイオン注入装置。
3. 【請求項３】 前記駆動手段は、前記治具に装着した半
   導体ウェハの各々を段階的もしくは連続に回転させる駆
   動機構を有することを特徴とする請求項２記載のイオン
   注入装置。