JPH1186774A - イオン注入装置およびこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に濃度むらがある半導体基板を使用し、
特性のばらつきの少ない半導体装置を形成することがで
きる、イオン注入装置およびこれを使用した半導体装置
の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明のイオン注入装置は、半導体基板
表面を走査するイオンビームの走査速度を、半導体基板
表面の不純物濃度に応じて制御する手段を備えている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記イオン注
入装置を使用して、イオンビームの走査速度を制御する
ことにより、半導体基板の不純物濃度分布に対応した注
入量の不純物イオンを注入する工程を含むことを特徴と
する。具体的には、半導体基板と注入する不純物の導電
型が同じ場合、半導体基板表面の不純物濃度が高いと
き、イオンビームの走査速度を早くし、不純物濃度が低
いとき、走査速度を遅くするように制御する。また、導
電型が異なる場合、半導体基板表面の不純物濃度が高い
とき、イオンビームの走査速度を遅くし、不純物濃度が
低いとき、走査速度を早くするように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面の不純物濃度
が均一でない半導体基板上に半導体装置を形成する際、
均一な特性の半導体装置を形成するため使用するイオン
注入装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体基板上に半導体装置を製
造する場合、半導体基板の品質が半導体装置の性能に大
きく影響を及ぼす。例えば、シリコン半導体基板の場
合、ＦＺ（Floating Zone）法やＣＺ（Czochralski）法
によりシリコン単結晶が製造される。これらの方法は、
特に、結晶の無転位化を実現している。しかし、基板内
の不純物濃度の均一性については、必ずしも満足できる
ものではない。特に、ＦＺ法では、成長速度のむらに起
因するノコギリ歯状の濃度むらが直径方向に発生すると
いう欠点があった。

【０００３】これらの濃度むらは、基板上に形成される
半導体装置の特性のばらつきの原因となる。そのため、
半導体装置を形成する場合は、基板上に不純物濃度のむ
らが少ないエピタキシャル層を成長させ、半導体装置を
形成している。通常行われているエピタキシャル成長法
は、加熱されたシリコン単結晶基板上に、純度の高いシ
リコンを含んだ化合物の蒸気を供給し、シリコン層を成
長させる方法である。このような気相エピタキシャル成
長法は、高純度の材料を必要とし、供給するガスの制御
を精密に行わなければならず、基板のみに比べてコスト
がかさむものとなっていた。

【０００４】これらの欠点を解消するため本出願人は、
半導体基板の不純物濃度分布に対応した注入量の不純物
イオンを注入する方法を提案している（特願平９−２４
７７０号）。具体的には、不純物が注入される半導体基
板の表面側に、遮蔽物を配置し、その配置位置を移動さ
せたり、遮蔽物の透過量を変化させることで、半導体基
板の不純物濃度に対応した注入量の注入を実現してい
る。

【０００５】このような方法に使用される通常のイオン
注入装置におけるイオンビームの走査方法を、図４に模
式的に示す。図４において１はイオンビーム、２はＹ偏
向板、３はＸ偏向板、４はグランドマスク、５は半導体
基板である。イオン源で発生し、加速管の電界により加
速された不純物イオンからなるイオンビーム１は、Ｙ偏
向板２、Ｘ偏向板３それぞれに電圧を与えることで、Ｙ
方向、Ｘ方向にそれぞれ偏向させ、半導体基板５表面全
体を走査する。通常のイオン注入装置では、このＹ偏向
板２、Ｘ偏向板３に印加される電圧は、一定の速度で増
加、減少を繰り返す（ノコギリ波形のスキャンを行う）
構成となっていた。そのため、半導体基板５表面を走査
するイオンビームの走査速度は、一定となっていた。

【０００６】不純物イオンの注入量は、イオンビームの
照射時間によって決まる。従って、一定の速度で走査す
るイオンビームによって半導体基板の不純物濃度分布に
対応した注入量の不純物イオンを注入するためには、本
出願人が先に提案したように、半導体基板表面に配置し
た遮蔽物の位置を移動させたり、遮蔽物の不純物イオン
の透過量を変化させる必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法では、通常のイオン注入装置に遮蔽物を追加し
て備えたり、製造工程において、半導体基板表面に遮蔽
物を形成する工程を追加しなければならないという問題
点があった。本発明は、従来のイオン注入装置に遮蔽物
のような部材を追加することなく、特性のばらつきの少
ない半導体装置を形成することができる、イオン注入装
置およびこれを使用した半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願第１の発明であるイオン注入装置は、半導体基
板表面にイオンビームを照射し、該半導体基板中に不純
物イオンを注入するイオン注入装置において、前記半導
体基板表面を走査する前記イオンビームの走査速度を、
前記半導体基板表面の不純物濃度に応じて制御する手段
を備えたことを特徴とするものである。

【０００９】また、本願第２の発明である半導体装置の
製造方法は、本願第１の発明のイオン注入装置を使用
し、半導体素子を形成する半導体基板表面に、該表面の
不純物濃度分布に対応した注入量の不純物イオンを注入
し、該基板表面の不純物濃度を略均一にする工程を含む
半導体装置の製造方法において、イオンビームの走査速
度を制御することにより、前記半導体基板表面の不純物
濃度分布に対応した注入量の不純物イオンを注入する工
程を含むことを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本願第１および第２の発明
の実施の形態について、併せて説明する。図１に従来の
シリコン半導体基板の抵抗率のばらつきを模式的に示
す。図に示すように、基板中心部分では抵抗率が低い
が、基板端部分に向かうに従い、抵抗率が大きくなって
いる。これは、基板中央部分の不純物濃度が低く、基板
端部分の不純物濃度が高いことを示している。

【００１１】このような不純物濃度分布を有するシリコ
ン半導体基板に対して、半導体基板と同じ導電型のイオ
ンを注入する場合は、図２に示すような不純物イオンの
注入を行う。つまり、基板中心部分では注入量を相対的
に多くし、基板端部分で注入量を相対的に少なくする。
その結果、基板中央部分の不純物濃度が高くなり、抵抗
率が上がり、基板面内では、ほぼ等しい抵抗率、不純物
濃度を有する基板を得ることができる。

【００１２】この注入量を制御する方法の一例を図３に
示す。一定のドーズ量のイオンビームを照射する場合、
図に示すように、基板中央部分ではイオンビームの走査
時間を遅くし、基板端部分で走査時間を早くする。この
結果、基板中央部分で相対的に注入量が多くなり、基板
端部分で注入量が少なくなり、基板面内のほぼ等しい抵
抗率、不純物濃度を有する基板を得ることができる。

【００１３】このような走査時間の制御は、通常のイオ
ン注入装置において、イオンビームの走査を制御するＹ
偏向板、Ｘ偏向板に印加する電圧を制御することで行わ
れる。この印加電圧の制御は、従来、一定速度で増加あ
るいは減少させるために使用されている制御装置（例え
ば、ＣＰＵ、ＤＳＰなど）によって行われる。

【００１４】即ち、一定速度で増加あるいは減少させる
代わりに、半導体基板表面の不純物濃度が高い部分を走
査するときには、走査速度を早くするため、増加あるい
は減少する速度を早くする。一方、不純物濃度が低い部
分を走査するときには、走査速度を遅くするため、増加
あるいは減少する速度が遅くなるように、予め記憶させ
ておく。走査速度の制御方法は、マイクロコントローラ
のような通常の制御方法で良い。従って、従来のよう
な、遮蔽物を追加することなく、所望の領域の注入量を
簡便に制御することが可能となる。

【００１５】以上、半導体基板と同じ導電型の不純物イ
オンを注入する場合について説明を行ったが、逆導電型
の不純物イオンを注入する場合には、逆に制御すればよ
い。即ち、図１に示す抵抗率を有する半導体基板の場
合、基板中心部分では注入量を相対的に少なくし、基板
端部分で注入量を相対的に多くする。その結果、基板端
部分の不純物濃度が低くなり、抵抗率が下がり、基板面
内では、ほぼ等しい抵抗率、不純物濃度を有する基板を
得ることができる。

【００１６】この注入量を制御する場合には、基板中央
部分ではイオンビームの走査時間を早くし、基板端部分
で走査時間を遅くする。この結果、基板中央部分で相対
的に注入量が少なくなり、基板端部分で注入量が多くな
り、基板面内のほぼ等しい抵抗率、不純物濃度を有する
基板を得ることができる。

【００１７】また、シリコン半導体を例に取り説明を行
ったが、本発明は、シリコンに限らず他の半導体基板
や、半導体薄膜に適用し、半導体装置を形成することが
可能であることはいうまでもない。また、走査速度の制
御は、偏向板に印加する電圧を制御する方法に限らず、
種々変更することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
面に不純物濃度のむらがある半導体基板にイオン注入を
行うことで、少なくとも半導体装置が形成される表面の
不純物濃度をほぼ均一にすることができるので、歩留ま
り良く半導体装置を形成することができる。

【００１９】またイオン注入法は、エピタキシャル成長
法に比べて、制御が容易であり、簡便な方法であるとい
う利点がある。さらに、特別の部材や製造工程を追加す
る必要がないので、より簡便な方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコン半導体基板の抵抗率を模式的に表した
説明図である。

【図２】本発明のイオン注入量を模式的に表した説明図
である。

【図３】本発明の実施の形態を説明する図である。

【図４】イオン注入装置のイオンビームの走査方法を説
明する図である。

【符号の説明】

１ イオンビーム ２ Ｙ偏向板 ３ Ｘ偏向板 ４ グランドマスク ５ 半導体基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板表面にイオンビームを照射
   し、該半導体基板中に不純物イオンを注入するイオン注
   入装置において、 前記半導体基板表面を走査する前記イオンビームの走査
   速度を、前記半導体基板表面の不純物濃度に応じて制御
   する手段を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
2. 【請求項２】 半導体素子を形成する半導体基板表面
   に、該表面の不純物濃度分布に対応した注入量の不純物
   イオンを注入し、該基板表面の不純物濃度を略均一にす
   る工程を含む半導体装置の製造方法において、 イオンビームの走査速度を制御することにより、前記半
   導体基板表面の不純物濃度分布に対応した注入量の不純
   物イオンを注入する工程を含むことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。