TWI683352B - 離子植入方法及離子植入裝置 - Google Patents

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TWI683352B
TWI683352B TW105132581A TW105132581A TWI683352B TW I683352 B TWI683352 B TW I683352B TW 105132581 A TW105132581 A TW 105132581A TW 105132581 A TW105132581 A TW 105132581A TW I683352 B TWI683352 B TW I683352B
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川崎洋司
佐野信
原一孝
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日商住友重機械離子技術有限公司
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Abstract

本發明提供一種用於提高離子植入處理之植入精度的技術。還提供一種使離子束沿x方向往復掃描，並使晶圓沿y方向往復運動而對晶圓進行離子植入之離子植入方法。該方法具備如下步驟：對以滿足規定之面通道效應條件的方式配置之第1晶圓照射離子束，並測量射束照射後的第1晶圓的電阻；對以滿足規定之軸通道效應條件的方式配置之第2晶圓照射離子束，並測量射束照射後的第2晶圓的電阻；及使用第1晶圓及第2晶圓的電阻測量結果，調整離子束的x方向及y方向的植入角度分佈。

Description

離子植入方法及離子植入裝置
本發明係有關一種離子植入方法及離子植入裝置，尤其係有關一種控制離子束的植入角度分佈的技術。
半導體製程中，以改變半導體的導電性及改變半導體的晶體結構為目的等，常規實施對半導體晶圓植入離子的製程(以下，亦稱為“離子植入製程”)。離子植入製程中所使用之裝置被稱為離子植入裝置，且具有由離子源生成離子並對所生成之離子進行加速而形成離子束的功能及將該離子束傳送至植入處理室並對處理室內的晶圓照射離子束的功能。為了對成為處理對象之晶圓的整面植入離子，例如，離子束藉由射束掃描儀往復掃描，晶圓沿與射束掃描方向正交之方向往復運動。
已知有若改變入射於晶圓的離子束的角度，則離子束與晶圓的相互作用的方式發生變化，並影響離子植入的處理結果。例如，當沿晶圓的晶軸或晶面入射離子束時，與非此方式的情形相比，發生植入離子從射束的入射面達至更深位置的通道效應(channeling)現象，影響作為植入 處理之結果所得到之晶圓內的載子濃度分佈。故此，提出有控制用於植入處理之離子束的入射角的方法(例如，參閱專利文獻1)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2006-245506號公報
作為入射於晶圓的離子束的角度特性，除了作為射束整體的平均值的入射角以外，可舉出構成離子束的離子粒子群的角度分佈。入射於晶圓的離子束雖然微乎其微，但有時亦會發散或收斂，構成射束的離子粒子群具有帶有某種擴散之角度分佈。此時，即使在作為射束整體的平均值的入射角不滿足通道效應條件的情況下，當入射角偏離之一部分離子粒子的角度成分滿足通道效應條件時，亦會發生由其一部分離子引起之通道效應現象。相反，即使在作為射束整體的平均值的入射角滿足通道效應條件的情況下，當入射角偏離之一部分離子粒子的角度成分不滿足通道效應條件時，亦會發生由其一部分離子引起之通道效應現象的抑制。故此，若要更精密地控制晶圓內所形成之載子濃度分佈之形狀乃至範圍，則亦有必要正確地控制射束的角度分佈。
本發明是鑑於這種情況而完成的，其目的在於提供一 種用於提高離子植入處理之植入精度的技術。
本發明之一形態為使離子束沿x方向往復掃描，並使晶圓沿y方向往復運動而對晶圓進行離子植入之離子植入方法。該方法具備如下步驟：對以滿足規定之面通道效應條件的方式配置之第1晶圓照射離子束，並測量射束照射後的第1晶圓的電阻；對以滿足規定之軸通道效應條件的方式配置之第2晶圓照射離子束，並測量射束照射後的第2晶圓的電阻；及使用第1晶圓及第2晶圓的電阻測量結果，調整離子束相對於晶圓的x方向及y方向的植入角度分佈。
本發明之又一形態為離子植入裝置。該裝置具備：兩個以上的透鏡裝置，其使電場及磁場中的至少一個對離子束發揮作用而使離子束收斂或發散；射束掃描儀，其使離子束沿x方向往復掃描；平台驅動裝置，其使被往復掃描之離子束所照射之晶圓沿y方向往復運動；電阻測量儀，其測量射束照射後的晶圓的電阻；及控制裝置，其依據電阻測量儀的測量結果決定兩個以上的透鏡裝置的動作參數而實行離子植入處理。控制裝置對以滿足規定之面通道效應條件的方式配置於平台驅動裝置中的第1晶圓照射離子束，藉由電阻測量儀測量照射後的第1晶圓的電阻，對以滿足規定之軸通道效應條件的方式配置於平台驅動裝置中的第2晶圓照射離子束，藉由電阻測量儀測量照射後的第 2晶圓的電阻，使用第1晶圓及第2晶圓的電阻測量結果決定兩個以上的透鏡裝置的動作參數，調整離子束相對於晶圓的x方向及y方向的植入角度分佈。
本發明之另一形態為離子植入方法。該方法為使離子束沿x方向往復掃描，並使晶圓沿y方向往復運動而對晶圓進行離子植入之離子植入方法，將已被調整x方向及y方向的植入角度分佈的離子束照射於被處理晶圓而在被處理晶圓中形成所需載子濃度分佈。
再者，對以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件或表現，在方法、裝置、系統等之間相互替換的方式，作為本發明之方式亦有效。
依據本發明，能夠提高離子植入處理之植入精度。
B‧‧‧離子束
W‧‧‧晶圓
10‧‧‧離子植入裝置
22‧‧‧射束收斂部
22a‧‧‧第1四極透鏡
22b‧‧‧第2四極透鏡
22c‧‧‧第3四極透鏡
26‧‧‧射束掃描儀
50‧‧‧平台驅動裝置
64‧‧‧薄片電阻測量儀
66‧‧‧退火裝置
70‧‧‧控制裝置
90‧‧‧閘極結構
95‧‧‧通道軸
98‧‧‧通道面
第1圖(a)~第1圖(e)係示意地表示入射於晶圓的離子束的角度特性的圖。
第2圖(a)~第2圖(e)係示意地表示第1圖(a)~第1圖(e)所示之離子束的角度分佈之圖表。
第3圖係示意地表示藉由離子束的照射形成於閘極結構附近的雜質區域的剖面圖。
第4圖係示意地表示藉由離子束的照射形成於閘極結構附近的雜質區域的剖面圖。
第5圖係示意地表示形成於晶圓處理面上的閘極結構的俯視圖。
第6圖(a)、第6圖(b)係示意地表示相對於離子束B的基準軌道的晶圓W的朝向的圖。
第7圖(a)、第7圖(b)係示意地表示用於植入角度分佈之評價的評價用晶圓的圖。
第8圖(a)~第8圖(c)係示意地表示以滿足規定之通道效應條件或阻塞通道效應條件的方式配置之晶圓的表面附近的原子排列的圖。
第9圖係表示對阻塞通道效應條件的晶圓照射離子束時的晶圓的薄片電阻的圖表。
第10圖(a)、第10圖(b)係表示對面通道效應條件的晶圓照射離子束時的晶圓的薄片電阻的圖表。
第11圖係表示對軸通道效應條件的晶圓照射離子束時的晶圓的薄片電阻的圖表。
第12圖係表示實施方式的離子植入裝置的概略結構的頂視圖。
第13圖係表示第12圖的離子植入裝置的概略結構的側視圖。
第14圖(a)、第14圖(b)係示意地表示透鏡裝置的結構的圖。
第15圖係示意地表示透鏡裝置的控制例的圖表。
第16圖(a)~第16圖(e)係示意地表示藉由透鏡裝置調整之離子束的植入角度分佈之圖。
第17圖係表示基於V曲線法的薄片電阻的測量例的圖表。
第18圖係表示實施方式之離子植入裝置的動作過程的流程圖。
第19圖係表示藉由離子植入而製造之電晶體的臨限值電壓與用於植入之離子束的植入角度分佈之擴散的關係性的圖表。
以下，參閱附圖對本發明之實施形態進行詳細說明。再者，於附圖說明中，對相同構件標註相同符號，並適當省略重複之說明。並且，以下敘述之結構為示例，並不限定本發明之範圍。
在說明實施方式之前，敘述本發明之概要。本實施方式之離子植入裝置具備：射束掃描儀，其使離子束沿x方向往復掃描；平台驅動裝置，其使被往復掃描之離子束所照射之晶圓沿y方向往復運動；及兩個以上的透鏡裝置，其使電場及磁場中的至少一個對離子束發揮作用從而使離子束收斂或發散。兩個以上的透鏡裝置構成為藉由調整作用於離子束的力，能夠分別對x方向及y方向獨立地調整入射於晶圓的離子束的角度分佈。
已知有若改變入射於晶圓的離子束的角度，則離子束與晶圓的相互作用的方式發生變化，並影響離子植入之處理結果。例如，當沿晶圓的晶軸或晶面入射離子束時，與 非此方式的情形相比，發生植入離子從射束的入射面達至更深位置的通道效應現象，影響作為植入處理之結果所得到之晶圓內的載子濃度分佈。故此，離子植入製程中，通常相對於離子束的行進方向(z方向)的晶圓的傾斜角(傾角)及與晶圓表面垂直之軸周圍的晶圓的旋轉角(扭轉角)被調整，並且入射於晶圓的作為射束整體的平均值的植入角度被控制。
入射於晶圓的離子束的角度特性中，除了作為射束整體的平均值的入射角以外，還有構成離子束的離子粒子群的角度分佈。入射於晶圓的離子束雖然微乎其微，但有時會發散或收斂，構成射束的離子粒子群具有某種擴散之角度分佈。此時，即使在作為射束整體的平均值的入射角不滿足通道效應條件的情況下，當從射束的基準軌道入射角偏離之一部分的離子粒子的角度成分滿足通道效應條件時，亦會發生由該一部分離子引起之通道效應現象。相反，即使在作為射束整體的平均值的入射角滿足通道效應條件的情況下，當入射角偏離之一部分離子粒子的角度成分不滿足通道效應條件時，亦會發生由其一部分離子引起之通道效應現象的抑制。故此，若要更精密地控制晶圓內所形成之載子濃度分佈的形狀乃至範圍，則亦有必要正確地控制射束的角度分佈。
另一方面，難以直接正確地測量入射於晶圓的離子束的角度分佈。離子束的角度分佈例如藉由如下方式計算出角度分佈：比較在射束線的上游及下游的不同位置進行測 量之射束形狀，或使射束的一部分通過狹縫，並將通過狹縫後的下游中的射束形狀與狹縫形狀進行比較。亦即，從射束行進方向的射束形狀的變化率計算出離子束整體的發散或收斂之程度。然而，當從射束形狀的變化計算角度分佈時，無法正確測量對射束形狀影響不大的角度分佈資訊，例如射束的中心附近的角度分佈。並且，當構成離子束的離子粒子中性化而角度分佈發生變化時，中性化的粒子無法用法拉第杯來測量，故此無法獲得有關中性粒子的角度資訊。
故此，在本實施方式中，並非直接測量離子束而獲得射束的角度分佈資訊，而是藉由測量離子束所入射之晶圓的薄片電阻來評價射束的角度分佈資訊。更具體而言，依據構成離子束的離子粒子的角度分佈在晶圓內發生通道效應的離子粒子數的比例發生變化，利用作為其結果而得到之晶圓的薄片電阻值的變化來評價離子束的角度分佈。尤其，藉由組合滿足規定之面通道效應條件的植入處理及滿足規定之軸通道效應條件的植入處理，評價離子束的x方向及y方向的植入角度分佈。在本實施方式中，設成能夠分別對x方向及y方向評價植入角度分佈，從而能夠實現更高精度的離子植入處理。
以下，在本實施方式中，對成為前提的技術進行詳述。接著，對使用後述之前提技術調整離子束的植入角度分佈之離子植入裝置進行說明。
[離子束的植入角度分佈]
第1圖(a)~第1圖(e)係示意地表示入射於晶圓W的離子束B的角度特性的圖。該圖所示之離子束B均示出了對晶圓W的表面垂直入射之情形即離子束B的入射角成為0度的情形。然而，關於各圖所示之離子束B，構成射束的離子粒子群的角度分佈均不同。
第1圖(a)表示朝向晶圓W擴散並逐漸發散離子束B的射束徑的“發散射束”。第1圖(b)表示與第1圖(a)同樣地發散離子束B但發散程度較小的情形。第1圖(c)表示朝向晶圓W的離子束B的射束徑不變之情形，且示出了幾乎所有的構成離子束B的離子粒子與射束軌道平行地行進之“平行射束”。第1圖(d)表示朝向晶圓W的離子束B的射束徑變窄而逐漸收斂的“收斂射束”。第1圖(e)表示與第1圖(d)同樣地收斂離子束B但收斂程度較大的情形。如此，離子束B相對於射束的基準軌道有時會發散或收斂，與作為射束整體的行進方向不同，具有表示各離子粒子的角度成分不勻之“角度分佈”。
第2圖(a)~第2圖(e)係示意地表示第1圖(a)~第1圖(e)所示之離子束B的角度分佈之圖表。各圖表中，縱軸表示構成離子束B的離子粒子的數量，橫軸表示各離子粒子的行進方向與離子束B的行進方向所成角度ψ。如第2圖(c)所示，當構成離子束B的離子粒子均平行地行進時，離子束的角度分佈之擴散較小。另一 方面，如第2圖(a)、第2圖(e)所示，當離子束B的發散或收斂較大時，離子束的角度分佈之擴散較大。再者，離子束的角度分佈擴散之程度能夠藉由所圖示之角度分佈的標準偏差進行量化。
作為離子束整體的行進方向能夠以射束的角度分佈之平均角度值或峰角度值為準來設定。故此，在第1圖所示之例子中，離子束B的行進方向成為與晶圓W垂直之方向。此時，本說明書中有時將沿離子束B的行進方向的方向(z方向)的射束軌道稱為“基準軌道”。並且，有時以晶圓處理面(或晶圓主面)為準時的離子束的入射方向稱為“植入角”。該植入角藉由晶圓主面的法線與射束的基準軌道方向之間的角度來規定。並且，有時將以晶圓主面為準時的離子束的角度分佈稱為“植入角度分佈”。
[形成於晶圓中的雜質濃度分佈]
第3圖係示意地表示藉由離子束B的照射形成於閘極結構90附近的雜質區域91的剖面圖。該圖表示如下離子植入處理：對在晶圓處理面上形成有閘極結構90之晶圓W照射離子束B而在閘極結構90附近形成成為源極/汲極區域之雜質區域91。晶圓W係晶圓處理面成為(100)面的矽基板。入射於晶圓W的離子束B相對於晶圓處理面的植入角為0度，且為植入角度分佈之擴散較小的平行射束。故此，入射於晶圓W的大多離子粒子沿晶圓W的<100>方位的晶軸入射，並藉由較強的軸通道效應沿z方 向深入。其結果，離子粒子到達之雜質區域91的深度方向的擴散寬度z1變大，圍繞閘極結構90之下方而所形成之雜質區域91的閘極長度方向的擴散寬度L1變小。再者，該圖的左方所示之圖表表示深度方向(z方向)的雜質濃度ND之分佈，該圖的下方所示之圖表表示閘極長度方向的雜質濃度ND之分佈。
第4圖係示意地表示藉由離子束B的照射形成於閘極結構90附近的雜質區域92的剖面圖。該圖表示入射於晶圓W的離子束B為如第1圖(a)所示之“發散射束”，在具有植入角度分佈之擴散一點上與第3圖不同。第4圖的離子束B為發散射束，故此與第3圖所示之平行射束相比難以發生通道效應現象，發生通道效應的離子的比例較少。其結果，離子粒子到達之雜質區域92的深度方向的擴散寬度z2變小，圍繞閘極結構90之下方所形成之雜質區域92的閘極長度方向的擴散寬度L2變大。再者，若植入角度分佈以外的射束特性相同，則藉由離子植入生成之缺陷93的位置及雜質濃度ND的峰位置Rp在第3圖及第4圖中大致相同。故此，若能夠適當控制所照射之離子束B的植入角度分佈，則能夠調整形成於閘極結構90附近的雜質區域的深度方向及閘極長度方向的擴散之大小(分佈)。並且，即使在離子植入後對晶圓W加以退火處理之情況下，亦能夠相對維持雜質濃度分佈，藉此藉由控制植入角度分佈，能夠將最終得到之載子濃度分佈設為適於目的之形狀。
關於離子束B的植入角度分佈之控制，除了一維方向以外，對與射束的行進方向正交之剖面內的二維方向進行為較佳。通常，這是因為形成於同一晶圓中的閘極結構並不都朝向相同方向，而是沿相互正交之方向或相互交叉之方向排列。第5圖係示意地表示形成於晶圓處理面上之閘極結構的俯視圖，且表示形成於同一晶圓W中的閘極電極90a、90b的一例。在圖示之例子中，設置有在紙面上沿左右方向(x方向)延伸之第1閘極電極90a及在紙面上沿上下方向(y方向)延伸之第2閘極電極90b。當對這種晶圓W照射離子束時，形成於第1閘極電極90a附近的雜質區域的閘極長度方向(y方向)的擴散寬度主要影響y方向的植入角度分佈。另一方面，形成於第2閘極電極90b附近的雜質區域的閘極長度方向(x方向)的擴散寬度主要影響x方向的植入角度分佈。故此，若要對第1閘極電極90a及第2閘極電極90b這兩個獲得所需雜質濃度分佈，則需要適當控制x方向及y方向各自的植入角度分佈。
[利用了薄片電阻的植入角度分佈之評價]
如上所述，入射於晶圓的離子束的植入角度分佈影響形成於晶圓的雜質區域之分佈形狀，亦可能會影響退火處理後的晶圓的載子濃度分佈。通常，若晶圓的載子濃度分佈不同，則晶圓的薄片電阻可能會不同，藉此可以預想所照射之離子束的植入角度分佈與晶圓的薄片電阻值之間成 立恆定的相關性。於是，本發明人等認為，藉由利用離子植入後的晶圓的薄片電阻，或可實現對離子植入中所使用之離子束的植入角度分佈的評價。尤其，認為藉由改變晶圓的朝向而改變從離子束觀察之x方向及y方向的通道效應條件，或可實現分別對x方向及y方向進行植入角度分佈之評價。
第6圖(a)、第6圖(b)係示意地表示相對於離子束B的基準軌道的晶圓W的朝向的圖。第6圖(a)表示藉由相對於射束的基準軌道延伸之z方向傾斜晶圓W來設定傾角θ的狀態。如圖所示，傾角θ作為圍繞x軸旋轉晶圓W時的旋轉角來被設定。成為傾角θ=0°之狀態為對晶圓W垂直入射離子束B的情形。第6圖(b)表示藉由圍繞與晶圓主面垂直之軸周圍旋轉晶圓W來設定扭轉角
Figure 105132581-A0202-12-0013-24
之狀態。如圖所示，扭轉角
Figure 105132581-A0202-12-0013-25
作為圍繞與晶圓主面垂直之軸旋轉晶圓W時的旋轉角來被設定。成為扭轉角
Figure 105132581-A0202-12-0013-22
=0°之狀態為從晶圓W的中心O向對準標誌94延伸之線段成為y方向的情形。在本實施方式中，藉由將作為相對於離子束B的晶圓W的配置，適當設定傾角θ及扭轉角
Figure 105132581-A0202-12-0013-23
來實現規定之通道效應條件。
第7圖(a)、第7圖(b)係示意地表示用於植入角度分佈之評價的評價用晶圓WT的圖。第7圖(a)表示評價用晶圓WT之晶體方位，第7圖(b)表示評價用晶圓WT的表面附近的原子排列。在本實施方式中，作為評價用晶圓WT，使用晶圓主面的面方位為(100)面的單晶矽 基板。評價用晶圓WT的對準標誌94設置於表示<110>方位之位置。評價用晶圓WT為所謂的裸晶圓，未設置有構成半導體電路之閘極結構或溝槽結構等。
評價用晶圓WT為晶圓主面的偏角足夠小為較佳，以實現嚴格的通道效應條件，具有小於半導體電路製造中常規使用之裸晶圓的偏角為較佳。具體而言，使用切成偏角為0.1度以下之矽基板為較佳。在此“偏角”係指晶圓主面的法線方向與構成晶圓的矽的晶軸的<100>方位之間的角度偏離。當偏角為0度時，評價用晶圓WT的晶圓主面與矽晶體的(100)面嚴格一致。
第8圖(a)~第8圖(c)示意地表示以滿足規定之通道效應條件或阻塞通道效應(off-channeling)條件的方式配置之晶圓的表面附近的原子排列的圖，且表示從入射於晶圓的離子束觀察之原子排列。該圖中，以黑圓點來表示矽原子的位置。並且，繪製成將在縱深方向(z方向)上位於不同位置的矽原子與xy面內重疊。
第8圖(a)表示以滿足軸通道效應條件的方式配置時的原子排列，且表示將上述評價用晶圓WT以扭轉角
Figure 105132581-A0202-12-0014-27
=23°、傾角θ=0°的朝向來配置之情形。圖示之軸通道效應條件中，由配置於實線上之矽原子形成之複數個第1晶面96與由配置於虛線上之矽原子形成之複數個第2晶面97排列成相互交叉之格子狀，並形成有一維延伸之軸狀的間隙(通道軸95)。其結果，在x方向及y方向中的至少一個方向上具有角度分佈之離子束中只有向z方向直行的 離子粒子發生通道效應，具有從z方向偏離某種程度的角度成分的離子粒子被任意之晶面遮擋而不會發生通道效應。故此，以滿足軸通道效應條件的方式配置之晶圓主要產生使沿離子束的基準軌道向軸方向行進之離子粒子發生通道效應的“軸通道效應”。
滿足軸通道效應條件的配置並不限定於上述扭轉角及傾角，只要是能夠實現如圖所示之原子排列的晶圓配置，亦可使用其他的扭轉角及傾角。更具體而言，只要評價用晶圓WT配置成在沿入射於晶圓的離子束的基準軌道的方向上具有通道軸，並且不具有與由離子束的基準軌道方向(z方向)及晶圓的往復運動方向(y方向)所規定之基準面平行或正交之通道面，亦可使用其他的角度條件。為了實現這種軸通道效應條件，例如，可將評價用晶圓WT的扭轉角實際上設於15度~30度的範圍內，將傾角實際上設為0度。
第8圖(b)表示以滿足面通道效應條件的方式配置時的原子排列，且表示將上述評價用晶圓WT以扭轉角
Figure 105132581-A0202-12-0015-28
=0°、傾角θ=15°的朝向來配置之情形。圖示之面通道效應條件中，形成基於yz平面內所排列之矽原子的複數個晶面99，且形成於與x方向對置之晶面99之間具有二維擴散之間隙(通道面98)。其結果，在x方向上具有角度分佈之離子束中，只有向z方向直行之一部分離子粒子發生通道效應，在x方向上具有偏離某種程度的角度成分的離子粒子被晶面99遮擋而不會發生通道效應。另一方 面，在y方向上具有角度分佈之離子束不會被晶面99遮擋而在晶面之間的間隙中發生通道效應。故此，以滿足面通道效應條件的方式配置之晶圓，主要產生使沿基準面行進之離子粒子發生通道效應的“面通道效應”，該基準面藉由沿離子束的基準軌道的z方向及y方向這兩個所規定。故此，若對以滿足面通道效應條件的方式配置之晶圓照射離子束，則產生如下方向依存性：在x方向上具有角度成分的離子粒子不會發生通道效應，在y方向上具有角度成分的離子粒子發生通道效應。
滿足面通道效應條件的配置並不限定於上述扭轉角及傾角，只要是能夠實現如圖所示之原子排列的晶圓配置，亦可使用其他的扭轉角及傾角。更具體而言，只要評價用晶圓WT配置成如下朝向，亦即具有與由沿入射於晶圓的離子束的基準軌道的方向及y方向這兩個所規定之基準面平行之通道面，並且不具有與基準面正交之通道面，亦可使用其他的角度條件。為了實現面通道效應條件，例如亦可將評價用晶圓WT的扭轉角實際上設為0度或45度，將傾角設於15度~60度的範圍內。
第8圖(c)表示以滿足阻塞通道效應條件的方式配置時的原子排列，且表示將上述評價用晶圓WT以扭轉角
Figure 105132581-A0202-12-0016-29
=23°、傾角θ=7°的朝向來配置之情形。圖示之阻塞通道效應條件中，觀察不到成為離子粒子的通過路徑的通道，看起來矽原子配置成在x方向及y方向上沒有間隙。其結果，若向滿足阻塞通道效應條件的晶圓照射離子束，則與 構成射束的離子粒子是否具有x方向及y方向的角度成分無關，仍不會產生通道效應現象。
滿足阻塞通道效應條件的配置並不限定於上述扭轉角及傾角，只要是能夠實現如圖所示之原子排列的晶圓配置，亦可使用其他的扭轉角及傾角。更具體而言，只要評價用晶圓WT配置成如下朝向，亦即晶圓的{100}面、{110}面及{111}面等低階晶面與離子束的基準軌道傾斜地交叉，亦可使用其他的角度條件。為了實現阻塞通道效應條件，例如亦可將評價用晶圓WT的扭轉角設於15度~30度的範圍內，將傾角設在7度~15度的範圍內。
再者，為了實現阻塞通道效應條件，亦可對評價用晶圓WT實施預非晶化處理。預非晶化處理中，照射矽(Si)或鍺(Ge)等這種不影響載子濃度分佈之離子種類的離子束而改變表面附近的晶體結構，從而將晶圓的表面附近設為非晶狀態。藉由設成非晶狀態能夠破壞晶體的規則性的結構從而使成為離子粒子的通過路徑的通道不存在，並能夠實現上述“阻塞通道效應”條件。
接著，對滿足各通道效應條件的評價用晶圓WT照射離子束時的晶圓的薄片電阻進行說明。在本實施方式中，在對照射了離子束的評價用晶圓WT實施退火處理後，用四探針法測量晶圓的薄片電阻。再者，已知有基於四探針法的薄片電阻的測量方法，故此省略詳細的說明。
第9圖係表示對阻塞通道效應條件的晶圓照射離子束時的晶圓的薄片電阻Rs的圖表，且表示當改變與植入角 度分佈有關的射束條件時所得到之薄片電阻值。圖表的縱軸表示所測量之薄片電阻值(Ω/□)，橫軸表示不同的射束條件A~D。射束條件A為x方向的植入角度分佈之擴散較小且y方向的植入角度分佈之擴散較大的情形，射束條件B為x方向及y方向這兩個植入角度分佈之擴散較小的情形，射束條件C為x方向的植入角度分佈之擴散較大且y方向的植入角度分佈之擴散較小的情形，射束條件D是x方向及y方向這兩個植入角度分佈之擴散為中等程度的情形。再者，離子束的射束電流量等其他的植入條件相同。
如第9圖所示，當使用阻塞通道效應條件的晶圓時，即使改變所照射之離子束的植入角度分佈，所得到之薄片電阻值亦會相等。這被認為是由於與射束的植入角度分佈之特性無關地不產生通道效應現象所引起。藉此，藉由利用了阻塞通道效應條件的晶圓的薄片電阻的測量，能夠評價不依存於植入角度分佈之射束特性，例如藉由射束照射所得到之摻雜劑量。
第10圖(a)、(b)係表示對面通道效應條件的晶圓照射離子束時的晶圓的薄片電阻Rs的圖表。第10圖(a)示出了改變與y方向的植入角度分佈有關的射束條件時所得到之薄片電阻值。圖表的縱軸表示所測量之薄片電阻值(Ω/□)，橫軸表示不同的射束條件A、B。射束條件A為x方向的植入角度分佈之擴散較小且y方向的植入角度分佈之擴散較大的情形，射束條件B為x方向及y 方向這兩個植入角度分佈之擴散較小的情形。故此，兩個射束條件A、B中其x方向的植入角度分佈之擴散相等，y方向的植入角度分佈之擴散不同。如圖所示，即使對面通道效應條件的晶圓，照射y方向的植入角度分佈之擴散不同的離子束，所得到之薄片電阻值之差亦足夠小而幾乎相等。亦即，當對面通道效應條件的晶圓照射離子束時，y方向的植入角度分佈的差，幾乎不會被反映到所得到之薄片電阻值中。
第10圖(b)示出了改變與x方向的植入角度分佈有關的射束條件時所得到之薄片電阻值。圖表的縱軸表示所測量之薄片電阻值(Ω/□)，橫軸表示所照射之射束的x方向的植入角度分佈之擴散的標準偏差值(角度)。再者，離子束的射束電流量等其他的植入條件相同。如圖所示，可知隨著x方向的植入角度分佈之擴散變大而所得到之薄片電阻值增大。這被認為是由於隨著x方向的植入角度分佈之擴散變大，軸方向上發生通道效應而植入於更深位置的離子粒子數減少所引起。藉此，藉由利用了面通道效應條件的晶圓的薄片電阻的測量，能夠評價射束的x方向的植入角度分佈之擴散。
第11圖係表示對軸通道效應條件的晶圓照射離子束時的晶圓的薄片電阻Rs的圖表，且示出了改變與y方向的植入角度分佈有關的射束條件時所得到之薄片電阻。圖表的縱軸表示所測量之薄片電阻值(Ω/□)，橫軸表示所照射之射束的y方向的植入角度分佈之擴散的標準偏差值 (角度)。再者，離子束的射束電流量等其他的植入條件相同。如圖所示，可知隨著y方向的植入角度分佈的擴散變大薄片電阻值增大。這被認為是由於隨著植入角度分佈之擴散變大，軸方向上發生通道效應而植入於更深位置的離子粒子數減少所引起。藉此，藉由利用了軸通道效應條件的晶圓的薄片電阻的測量，能夠評價射束的植入角度分佈之擴散。並且，藉由與上述面通道效應條件的評價結果組合來進行分析，能夠評價射束的y方向的植入角度分佈之擴散。
[離子植入裝置的結構]
接著，對利用了上述技術的離子植入裝置10進行說明。第12圖係示意地表示實施方式之離子植入裝置10的頂視圖，第13圖係表示離子植入裝置10的概略結構的側視圖。
離子植入裝置10構成為對被處理物W的表面進行離子植入處理。被處理物W例如為基板，例如為半導體晶圓。故此為了便於說明有時將被處理物W稱為晶圓W，但這並不表示將植入處理之對象限定於特定之物體。
離子植入裝置10構成為使射束沿一方向往復掃描並使晶圓W沿與該一方向正交之方向往復運動而遍及晶圓W整體照射離子束B的方式。本說明書中為了便於說明，將在設計上的射束軌道上行進之離子束B的行進方向定義為z方向，將與z方向垂直之面定義為xy面。當將 離子束B對被處理物W進行掃描時，將射束的掃描方向設為x方向，將與z方向及x方向垂直之方向設為y方向。藉此，射束的往復掃描沿x方向進行，晶圓W的往復運動則沿y方向進行。
離子植入裝置10具備離子源12、射束線裝置14、植入處理室16、晶圓傳送室60、晶圓評價室62及控制裝置70。離子源12構成為將離子束B向射束線裝置14供給。射束線裝置14構成為從離子源12向植入處理室16傳送離子的方式。並且，離子植入裝置10具備用於向離子源12、射束線裝置14、植入處理室16及晶圓傳送室60提供所需真空環境的真空排氣系統(未圖示)。
射束線裝置14例如從上游依次具備質量分析部18、可變孔徑20、射束收斂部22、第1射束測量儀24、射束掃描儀26、準直透鏡30或射束準直裝置及角能量過濾器(AEF；Angular Energy Filter)34。再者，射束線裝置14的上游是指與離子源12接近側，下游是指與植入處理室16(或射束阻擋器38)接近側。
質量分析部18設置於離子源12的下游，並且構成為從離子源12所引出之離子束B中藉由質量分析選擇所需離子種類的方式。
可變孔徑20為可調開口寬度的孔徑，藉由改變開口寬度來調整通過孔徑的離子束B的射束電流量。可變孔徑20例如可具有隔著射束線配置於上下方的孔徑板，並藉由改變孔徑板的間隔來調整射束電流量。
射束收斂部22具備四極聚焦裝置(Q透鏡)等聚光透鏡，並且構成為將已通過可變孔徑20的離子束B整形為所需剖面形狀。射束收斂部22為電場式的三級四極透鏡(亦稱為三極Q透鏡)，從上游側依次具有第1四極透鏡22a、第2四極透鏡22b及第3四極透鏡22c。射束收斂部22藉由使用三個透鏡裝置22a、22b、22c，能夠將入射於晶圓W的離子束B的x方向及y方向的收斂或發散對各自的方向進行獨立的調整。射束收斂部22可包含磁場式的透鏡裝置，亦可以包含利用電場及磁場這兩個而對射束進行整形之透鏡裝置。
第1射束測量儀24可進出地配置於射束線上，且為測量離子束的電流的注射器旗標法拉第杯。第1射束測量儀24構成為能夠測量由射束收斂部22整形之離子束B的射束形狀。第1射束測量儀24具有測量射束電流的法拉第杯24b及使法拉第杯24b上下移動之驅動部24a。如第13圖的虛線所示，當在射束線上配置法拉第杯24b時，離子束B被法拉第杯24b隔斷。另一方面，如第13圖的實線所示，當法拉第杯24b從射束線上脫離時，離子束B的隔斷被解除。
射束掃描儀26構成為提供射束的往復掃描，且為使被整形之離子束B沿x方向進行掃描之偏向機構。射束掃描儀26具有與x方向對置設置之掃描電極對28。掃描電極對28與可變電壓電源(未圖示)連接，並藉由週期性地改變施加於掃描電極對28的電壓，來改變電極間產生 之電場從而使離子束B向各種角度偏向。如此，離子束B遍及x方向的掃描範圍進行掃描。再者，第12圖中用箭頭X來例示射束的掃描方向及掃描範圍，並用單點劃線來表示掃描範圍中的離子束B的複數個軌跡。
準直透鏡30構成為使被掃描之離子束B的行進方向與設計上的射束軌道平行。準直透鏡30具有在中央部中設置有離子束的通過狹縫的圓弧形狀的複數個P透鏡電極32。P透鏡電極32與高壓電源(未圖示)連接，並使因電壓施加而產生之電場作用於離子束B而將離子束B的行進方向平行地對齊。再者，準直透鏡30亦可用其他射束準直裝置來替換，射束準直裝置亦可由利用磁場的磁鐵裝置構成。在準直透鏡30的下游亦可設置用於對離子束B進行加速或減速之AD(Accel/Decel)柱(未圖示)。
角能量過濾器(AEF)34構成為分析離子束B的能量並使必要能量的離子向下方偏向而引導至植入處理室16的方式。角能量過濾器34具有電場偏向用AEF電極對36。AEF電極對36與高壓電源(未圖示)連接。第13圖中，藉由對上側的AEF電極施加正電壓，對下側的AEF電極施加負電壓，使離子束B從射束軌道向下方偏向。再者，角能量過濾器34可由磁場偏向用磁鐵裝置構成，亦可由電場偏向用AEF電極對與磁鐵裝置的組合來構成。
藉此，射束線裝置14將待照射於晶圓W的離子束B供給至植入處理室16。
如第13圖所示，植入處理室16具備保持1片或多片 晶圓W的平台驅動裝置50。平台驅動裝置50包含晶圓保持部52、往復運動機構54、扭轉角調整機構56及傾角調整機構58。晶圓保持部52具備用於保持晶圓W的靜電吸盤等。往復運動機構54藉由沿與射束掃描方向(x方向)正交之往復運動方向(y方向)使晶圓保持部52往復運動，從而使晶圓保持部52所保持之晶圓沿y方向往復運動。第13圖中，用箭頭Y例示晶圓W的往復運動。
扭轉角調整機構56為調整晶圓W的旋轉角的機構，藉由以晶圓處理面的法線為軸使晶圓W旋轉，調整設置於晶圓的外周部的對準標誌與基準位置之間的扭轉角。在此，晶圓的對準標誌是指設置於晶圓的外周部的槽口或定向平面，是指成為晶圓的晶軸方向或晶圓的周向角度位置的基準的標誌。如圖所示，扭轉角調整機構56設置於晶圓保持部52與往復運動機構54之間，並且與晶圓保持部52一同往復運動。
傾角調整機構58為調整晶圓W的傾斜度的機構，調整朝向晶圓處理面的離子束B的行進方向與晶圓處理面的法線之間的傾角。在本實施方式中，在晶圓W的傾斜角中，將以x方向的軸為旋轉之中心軸的角度作為傾角來進行調整。傾角調整機構58設置於往復運動機構54與植入處理室16的壁面之間，且構成為藉由使包含往復運動機構54的平台驅動裝置50整體向R方向旋轉來調整晶圓W的傾角。
植入處理室16具備射束阻擋器38。當射束軌道上不 存在晶圓W時，離子束B入射於射束阻擋器38。並且，在植入處理室16中設置有用於測量離子束的射束電流量及射束電流密度分佈之第2射束測量儀44。第2射束測量儀44具有側杯40R、40L及中心杯42。
側杯40R、40L配置成相對於晶圓W向x方向偏離，且配置於植入離子時不遮擋朝向晶圓W的離子束的位置。離子束B超出晶圓W所處範圍進行掃描，故此即使在植入離子時，所掃描之射束的一部分亦會入射於側杯40R、40L。藉此，測量離子植入處理中的離子照射量。側杯40R、40L的測量值傳送至第2射束測量儀44。
中心杯42為用於測量晶圓W的表面(晶圓處理面)上的射束電流密度分佈的器件。中心杯42成為活動式，當離子植入時從晶圓位置退避，當晶圓W不在照射位置時插入於晶圓位置。中心杯42一邊向x方向移動一邊測量射束電流量而測量射束掃描方向的射束電流密度分佈。中心杯42構成為能夠測量晶圓處理面的位置中的離子束B的射束形狀的方式。中心杯42的測量值傳送至第2射束測量儀44。再者，中心杯42可形成為將複數個法拉第杯沿x方向排列之陣列形，以便能夠同時測量射束掃描方向的複數個位置上的離子照射量。
晶圓傳送室60設置於與植入處理室16相鄰之位置。晶圓傳送室60準備植入離子之前的處理前晶圓，並將其搬入至植入處理室16，並將已進行離子植入後的已處理晶圓，從植入處理室16搬出。晶圓傳送室60具有用於將 大氣壓下的晶圓搬入至高真空狀態的植入處理室16的裝載鎖定室及用於傳送一片或多片晶圓的傳送機器人等。
晶圓評價室62為測量在植入處理室16中進行離子植入之晶圓的薄片電阻的場所。晶圓評價室62設置於與晶圓傳送室60相鄰之位置，且構成為經由晶圓傳送室60搬入已處理晶圓的方式。晶圓評價室62具有用於測量已處理晶圓的薄片電阻的薄片電阻測量儀64及用於測量薄片電阻之前對已處理晶圓進行退火之退火裝置66。薄片電阻測量儀64例如構成為藉由四探針法測量晶圓的薄片電阻的方式。退火裝置66構成為以900℃~1000℃左右的較低的溫度來進行退火，以便抑制植入之雜質濃度分佈因為退火時的擴散所導致之變化。
第14圖(a)、第14圖(b)係示意地表示透鏡裝置的結構的圖。第14圖(a)表示使離子束B向縱向(y方向)收斂之第1四極透鏡22a及第3四極透鏡22c的結構，第14圖(b)表示使離子束B向橫向(x方向)收斂之第2四極透鏡22b的結構。
第14圖(a)的第1四極透鏡22a具有與橫向(x方向)對置之一組水平對置電極82及與縱向(y方向)對置之一組垂直對置電極84。對一組水平對置電極82施加負電位-Qy，對垂直對置電極84施加正電位+Qy。第1四極透鏡22a相對於由具有正電荷的離子粒子群構成之離子束B，在其與負電位的水平對置電極82之間產生引力，而在其與正電位的垂直對置電極84之間產生斥力。藉 此，第1四極透鏡22a以使離子束B向x方向發散且向y方向收斂之方式調整射束形狀。第3四極透鏡22c亦以與第1四極透鏡22a同樣之方式構成，並且施加與第1四極透鏡22a相同之電位。
第14圖(b)的第2四極透鏡22b具有與橫向(x方向)對置之一組水平對置電極86及與縱向(y方向)對置之一組垂直對置電極88。第2四極透鏡22b以與第1四極透鏡22a同樣之方式構成，但所施加之電位的正負相反。對一組水平對置電極86施加正電位+Qx，對垂直對置電極88施加負電位-Qx。第2四極透鏡22b相對於由具有正電荷的離子粒子群構成之離子束B，在與正電位的水平對置電極86之間產生斥力，在與負電位的垂直對置電極88之間產生引力。藉此，第2四極透鏡22b以使離子束B向x方向收斂且向y方向發散之方式調整射束形狀。
第15圖係示意地表示透鏡裝置的控制例的圖表，且表示透鏡裝置的施加於對置電極的電位Qx、Qy與被整形之射束的角度分佈之關係性。橫軸的縱收斂電位Qy表示施加於第1四極透鏡22a及第3四極透鏡22c的電位，縱軸的橫收斂電位Qx表示施加於第2四極透鏡22B的電位。第16圖(a)~(e)係示意地表示藉由透鏡裝置調整之離子束的植入角度分佈之圖表。在上部示出了x方向的植入角度分佈，在下部示出了y方向的植入角度分佈。 (a)~(e)所示之圖表分別與使用第15圖的地點A1/A2、地點B1/B2、地點C、地點D1/D2及地點E1/E2 上的電位的情況相對應。
如第16圖(c)所示，施加規定電位Qxo、Qyo的地點C為x方向及y方向這兩個植入角度分佈之擴散成為較小的“平行射束”的動作條件。若從該地點C沿直線Lx改變電位Qx、Qy，則能夠以僅改變x方向的植入角度分佈而不改變y方向的植入角度分佈之方式調整射束。若從地點C向地點B1、A1逐漸提高橫收斂電位Qx，則成為向x方向收斂之“收斂射束”而x方向的植入角度分佈之擴散變大。另一方面，若從地點C向地點B2、A2逐漸降低橫收斂電位Qx，則成為向x方向發散之“發散射束”而x方向的植入角度分佈之擴散變大。
同樣地，若從地點C沿直線Ly改變電位Qx、Qy，則能夠以僅改變y方向的植入角度分佈而不改變x方向的植入角度分佈之方式調整射束。若從地點C向地點D1、E1逐漸提高縱收斂電位Qy，則成為向y方向收斂之“收斂射束”而y方向的植入角度分佈之擴散變大。另一方面，若從地點C向地點D2、E2逐漸降低縱收斂電位Qy，則成為向y方向發散之“發散射束”而y方向的植入角度分佈之擴散變大。
藉此，藉由在恆定條件下改變分別施加於三級式透鏡裝置的電位Qx、Qy，能夠分別獨立地控制對晶圓W照射之離子束的x方向及y方向的植入角度分佈。例如，當僅欲調整x方向的植入角度分佈時，以維持△Qx=α．△Qy的關係性的方式與直線Lx的傾斜度對應地改變電位即可。 同樣地，當僅欲調整y方向的植入角度分佈時，以維持△Qx=β．△Qy的關係性的方式與直線Ly的傾斜度對應地改變電位即可。再者，對於直線Lx、Ly的傾斜度α、β的值，可依據所使用之透鏡裝置的光學特性求出適當的值。
控制裝置70控制構成離子植入裝置10的各設備的動作。控制裝置70接受所實施之離子植入製程的植入條件的設定。控制裝置70作為植入條件接受離子種類、植入能量、射束電流量、晶圓面內的摻雜劑量、傾角及扭轉角等設定。並且，控制裝置70接受與離子束的植入角度分佈有關的設定。
控制裝置70決定各設備的動作參數以實現所設定之植入條件。控制裝置70決定離子源12的氣體種類、離子源12的引出電壓及質量分析部18的磁場的值等，以彼等作為調整離子種類的參數。控制裝置70決定離子源12的引出電壓、P透鏡電極32的施加電壓、AD柱的施加電壓的值等，以彼等作為調整植入能量的參數。控制裝置70決定離子源12的氣體量、弧電流、弧電壓及源磁鐵電流等各種參數或用於調整可變孔徑20的開口寬度的參數等，以彼等作為調整射束電流量的參數。並且，控制裝置70決定射束掃描儀26的掃描參數或平台驅動裝置50的速度參數等，以彼等作為調整晶圓面內的摻雜劑量或摻雜劑量分佈的參數。
控制裝置70為了評價離子束的植入角度分佈，實行對以滿足規定之通道效應條件的方式配置之評價用晶圓 WT照射離子束的試驗照射製程。控制裝置70以滿足面通道效應條件、軸通道效應條件或阻塞通道效應條件的方式將評價用晶圓WT配置於平台驅動裝置50中，並實行對所配置之評價用晶圓WT的離子植入處理。控制裝置70將已進行試驗照射之評價用晶圓WT傳送至晶圓評價室62，並在晶圓評價室62中實施退火處理及薄片電阻的測量。
控制裝置70利用薄片電阻的測量結果進行調整以使離子束的植入角度分佈成為所需分佈。控制裝置70藉由調整施加於射束收斂部22的三個透鏡裝置22a、22b、22c的橫收斂電位Qx及縱收斂電位Qy的值，分別獨立地控制離子束的x方向及y方向的植入角度分佈。控制裝置70將已被調整植入角度分佈之離子束對被處理晶圓進行照射，並實行本照射製程以使被處理晶圓內形成所需載子濃度分佈。
接著，對離子束的具體調整例進行說明。在此，對由離子植入裝置10輸出之離子束的射束特性，尤其對用於校正與植入角度分佈有關的特性的調整方法進行說明。該調整方法為用於將由離子植入裝置10輸出之第1離子束的特性與成為基準的由其它離子植入裝置(以下，稱為基準裝置)輸出之第2離子束的特性進行校準之方法。
本調整例的方法具備對準離子束的摻雜劑量的第1製程、對準離子束的植入角的基準值的第2製程、對準離子束的x方向的植入角度分佈之第3製程及對準離子束的y方向的植入角度分佈之第4製程。
在第1製程中利用上述阻塞通道效應條件。當在阻塞通道效應條件下照射離子束時，不能觀察到由x方向及y方向的植入角度分佈引起之薄片電阻值的變化，故此能夠比較藉由射束照射植入於晶圓中的摻雜劑量。在第1製程中，使用離子植入裝置10對阻塞通道效應條件的評價用晶圓WT照射離子束，並測量射束照射後實施了退火處理之晶圓的薄片電阻。並且，在基準裝置中亦對阻塞通道效應條件的評價用晶圓WT照射離子束，並測量射束照射後實施了退火處理之晶圓的薄片電阻。比較兩者的薄片電阻值的測量結果，若有差，則調整用於設定離子植入裝置10的摻雜劑量的各種參數以消除薄片電阻值之差。
在第2製程中，使用應用了上述軸通道效應條件的稱為“V曲線法”的方法。V曲線法中，藉由稍微改變評價用晶圓WT的傾角後進行射束照射，從薄片電阻值成為最小的傾角的值中推斷射束的基準軌道方向。具體而言，以滿足扭轉角
Figure 105132581-A0202-12-0031-30
=23°、傾角θ=0°的軸通道效應條件的朝向為中心，例如將傾角θ以-2°~+2°的範圍來改變，並測量以各傾角來照射離子束的評價用晶圓WT的薄片電阻。
第17圖係表示基於V曲線法的測量例的圖表，且表示離子植入裝置10中的第1離子束的測量結果V1與基準裝置中的第2離子束的測量結果V2。如圖所示，藉由將複數個測量點以V形的曲線來近似的方式獲得薄片電阻的傾角依賴性。在該圖表的例子中，薄片電阻的最小值為傾角θ=0°的情形，且示出了傾角的基準值(例如θ=0°)與 射束的基準軌道方向之間沒有產生角度偏離之情形。當藉由V曲線法的測量檢測到在裝置之間的傾角存在差異時，進行調整以使離子植入裝置10的傾角與基準裝置的傾角一致。更具體而言，藉由調整離子植入裝置10的傾角或射束的基準軌道方向中的至少一個，設成使射束的植入角(作為相對於晶圓的射束整體的平均值的入射角)的基準值在裝置之間一致。例如，亦可藉由對離子植入裝置10的傾角的基準值增加規定之偏移，以反映與基準裝置之間的傾角的偏離。此外，亦可藉由調整射束線裝置14的各種參數，改變離子植入裝置10的基準軌道方向，以反映與基準裝置之間的射束軌道方向的偏離。
在第17圖所示的圖表中，兩個測量結果V1、V2的薄片電阻的最小值中產生差分△R。該電阻值的差分△R表示其由第1離子束與第2離子束的植入角度分佈之差引起，並與薄片電阻的最小值較小的第2離子束相比，薄片電阻的最小值較大的第1離子束這一個表示植入角度分佈較大。如此，當存在薄片電阻值之差分△R時，藉由第3製程及第4製程進行校準兩者的植入角度分佈之調整。再者，當兩者的薄片電阻的最小值幾乎一致或薄片電阻的最小值的差在基準範圍內時，亦可省略基於以下第3製程及第4製程的植入角度分佈之調整。
在第3製程中，利用上述面通道效應條件評價x方向的植入角度分佈。使用離子植入裝置10對面通道效應條件的評價用晶圓WT照射離子束，並測量在射束照射後實 施了退火處理之晶圓的薄片電阻。並且，在基準裝置中亦對面通道效應條件的評價用晶圓WT照射離子束，並測量射束照射後實施了退火處理之晶圓的薄片電阻。比較兩者的薄片電阻值的測量結果，若有差，則調整射束收斂部22的動作參數以消除薄片電阻值之差。具體而言，以維持△Qx=α．△Qy的關係性的方式調整施加於透鏡裝置的電壓Qx、Qy，並使x方向的植入角度分佈成為所需分佈。
在第4製程中，利用上述軸通道效應條件評價y方向的植入角度分佈。使用離子植入裝置10對軸通道效應條件的評價用晶圓WT照射離子束，並測量射束照射後實施了退火處理之晶圓的薄片電阻。並且，在基準裝置中亦對軸通道效應條件的評價用晶圓WT照射離子束，並測量射束照射後實施了退火處理之晶圓的薄片電阻。比較兩者的薄片電阻值的測量結果，若有差，則調整射束收斂部22的動作參數以消除薄片電阻值之差。具體而言，以維持△Qx=β．△Qy的關係性的方式調整施加於透鏡裝置的電壓Qx、Qy，並使y方向的植入角度分佈成為所需分佈。
第18圖係表示離子植入裝置10的動作過程的流程圖。首先，在阻塞通道效應條件下評價離子束的摻雜劑量(S10)而調整摻雜劑量(S12)，並使用V曲線法評價射束的植入角度(S14)而調整植入角的基準值(S16)。若需要調整植入角度分佈(S18的“是”)，則在面通道效應條件下評價離子束的x方向的植入角度分佈(S20)而調整x方向的植入角度分佈(S22)，並在軸通道效應條 件下評價射束的y方向的植入角度分佈(S24)而調整y方向的植入角度分佈(S26)。若無需調整植入角度分佈(S18的否)，則跳過S20~S26。接著，將所調整之離子束對被處理晶圓進行照射而實行離子植入處理(S28)。
依據本實施方式，藉由以上的調整方法，能夠對從離子植入裝置10輸出之第1離子束的摻雜劑量、基準軌道方向、x方向及y方向的植入角度分佈進行校準使其與基準裝置一致。藉由使用如此進行調整之離子束實行本照射製程，能夠實現與使用基準裝置時相同條件的離子植入處理。尤其，能夠包含射束的植入角度分佈進行校準，故此能夠使被處理晶圓的閘極結構附近所形成之載子濃度分佈之深度方向及閘極長度方向的擴散成為所需分佈。藉此，能夠提高離子植入處理之植入精度。
第19圖係表示藉由離子植入所製造之電晶體的臨限值電壓VTH與用於植入之離子束的植入角度分佈之關係性的圖表。圖表的橫軸為電晶體的閘極長度L，縱軸為所製造之電晶體的臨限值電壓VTH。用於離子植入之離子束B0、B1、B2、B3的植入角度分佈之擴散大小成為B0<B1<B2<B3的順序。例如，離子束B0係植入角度分佈幾乎為0的平行射束，離子束B3係植入角度分佈較大的發散射束。再者，植入角度分佈以外的特性在離子束B0~B3中為共同。
如圖所示，僅改變植入處理中使用之離子束的植入角度分佈，所製造之電晶體的臨限值電壓發生變化。例如， 若將電晶體的閘極長度固定於規定之值L0，則藉由植入角度分佈所製造之電晶體的臨限值電壓V0、V1、V2、V3發生變化。這被認為是由於植入角度分佈之差異導致在閘極結構的下方所形成之載子濃度分佈之閘極長度方向的擴散寬度變得不同，且閘極結構下方的實際上的通道長度發生變化所引起的。依據本實施方式，能夠將離子植入中使用之離子束的角度分佈調整為所需的分佈，故此能夠控制植入處理以使所製造之電晶體的臨限值電壓成為所需的值。故此，依據本實施方式，能夠適當地調整乃至控制植入條件以使最終製造之半導體電路具有所需工作特性。
並且，依據本實施方式，使用評價用晶圓WT的薄片電阻評價了不同的植入裝置之間的射束特性，故此能夠依據通用的指標進行評價。當在不同的裝置之間比較射束的植入角度分佈時，因各植入裝置的測量方式或測量裝置的安裝位置等差異，被認為即使測量了相同特性的射束亦可能成為不同的測量結果。在這種情況下，即使能夠調整射束以使測量結果的數值相互一致，射束的植入角度分佈亦可能不會嚴格一致。另一方面，依據本實施方式，通過使用相同特性的評價用晶圓，即使在不同的植入裝置之間亦能夠實現基於通用的評價基準的比較。故此，依據本實施方式，能夠提高裝置之間的校準精度。
並且，藉由預先製作對基於由各植入裝置具備之角度分佈測量器的測量結果與晶圓的薄片電阻值的關係性建立對應之表格，能夠依據植入角度分佈進行角度分佈測量器 的測量值的校準。例如，在使用薄片電阻的測量值確認第1離子束與第2離子束的植入角度分佈為相同之後，使用由各植入裝置具備之法拉第杯等測量第1離子束與第2離子束的植入角度分佈。藉由對不同的植入角度分佈求出這種測量結果之配對，能夠將各植入裝置具備之角度分佈測量器的測量特性建立對應。例如，可知對於從薄片電阻的測量結果已知的具有相同植入角度分佈之離子束，在第1植入裝置中測量第1角度分佈值而在第2植入裝置中測量與第1角度分佈值不同的第2角度分佈值這種相關性。若使用基於本實施方式之方法預先製作這種相關表格，則在其以後即使不測量評價用晶圓的薄片電阻亦能夠利用各植入裝置的角度分佈測量功能以高精度來校準植入角度分佈。
以上，參閱上述實施方式對本發明進行了說明，但本發明並不限定於上述各實施方式，適當組合各實施方式之結構的方式或進行替換之方式亦屬於本發明。並且，依據所屬領域的技術人員的知識，能夠對各實施方式中的組合及處理之順序適當進行重新排列或對實施方式增加各種設計變更等變形，增加這種變形之實施方式亦屬於本發明的範圍。
在上述實施方式中，離子植入裝置10設成具備薄片電阻測量儀64及退火裝置66的結構。在變形例中，亦可在離子植入裝置10中不設置電阻測量儀及退火裝置，而使用在離子植入裝置10外設置之裝置對評價用晶圓進行 退火處理及電阻測量。
在上述實施方式中，作為測量射束照射後的晶圓的電阻值的方法，示出了藉由四探針法測量晶圓的薄片電阻的情形。在變形例中，亦可藉由不同的方法測量不同種類的晶圓的電阻值。例如，亦可藉由擴展電阻測量求出晶圓的深度方向的載子濃度分佈，亦可使用陽極氧化法進行晶圓的電阻測量。
在上述實施方式中，示出了對形成於晶圓處理面的閘極結構附近的載子濃度分佈進行控制之情形。在變形例中，亦可對射束的植入角度分佈進行控制以使形成於晶圓處理面的任意的三維結構或形成於立體遮蔽物附近的載子濃度分佈成為所需的分佈。形成於晶圓處理面的結構體例如亦可以是鰭式FET等中使用之鰭結構、立式電晶體等中使用之溝槽結構、用於分離電晶體之間的元件分離氧化膜及其他光阻圖案等。在設置這種結構體的情況下，能夠調整射束的植入角度分佈以使與晶圓處理面正交之深度方向及與晶圓處理面平行之水平方向的載子濃度分佈之擴散成為所需分佈。
在上述實施方式中，作為用於調整射束的植入角度分佈之透鏡裝置，示出了使用三級式的四極透鏡的情形。在變形例中，亦可使用能夠分別獨立地控制x方向及y方向的植入角度分佈之任意的兩個以上的透鏡裝置。例如，亦可組合使用用於控制橫向(x方向)的收斂或發散之第1單透鏡裝置及用於控制縱向(y方向)的收斂或發散之第 2單透鏡裝置。第1單透鏡裝置亦可具有與x方向對置之電極對，並藉由對該電極對所施加的電壓Vx控制x方向的植入角度分佈。第2單透鏡裝置亦可具有與y方向對置之電極對，並藉由對該電極對所施加之電壓Vy控制y方向的植入角度分佈。
B‧‧‧離子束
W‧‧‧晶圓
X‧‧‧箭頭
10‧‧‧離子植入裝置
12‧‧‧離子源
14‧‧‧射束線裝置
16‧‧‧植入處理室
18‧‧‧質量分析部
20‧‧‧可變孔徑
22‧‧‧射束收斂部
22a‧‧‧第1四極透鏡
22b‧‧‧第2四極透鏡
22c‧‧‧第3四極透鏡
24‧‧‧第1射束測量儀
26‧‧‧射束掃描儀
28‧‧‧掃描電極對
30‧‧‧準直透鏡
32‧‧‧P透鏡電極
34‧‧‧角能量過濾器
38‧‧‧射束阻擋器
40L‧‧‧側杯
40R‧‧‧側杯
42‧‧‧中心杯
44‧‧‧射束測量儀
60‧‧‧晶圓傳送室
62‧‧‧晶圓評價室
64‧‧‧薄片電阻測量儀
66‧‧‧退火裝置

Claims (20)

  1. 一種離子植入方法，係使離子束沿x方向往復掃描，並使晶圓沿y方向往復運動而對晶圓進行離子植入，其特徵為具備如下步驟：對以滿足規定之面通道效應條件的方式配置之第1晶圓照射前述離子束，並測量射束照射後的前述第1晶圓的電阻；對以滿足規定之軸通道效應條件的方式配置之第2晶圓照射前述離子束，並測量射束照射後的前述第2晶圓的電阻；及使用前述第1晶圓及前述第2晶圓的電阻測量結果，調整前述離子束的相對於前述晶圓的前述x方向及前述y方向的植入角度分佈。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，對於前述植入角度分佈，使用使電場及磁場中的至少一方發揮作用從而使前述離子束收斂或發散之兩個以上的透鏡裝置，分別對前述x方向及前述y方向獨立地進行調整。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之離子植入方法，其中，還具備對被處理晶圓照射已被調整前述植入角度分佈之離子束的步驟，前述植入角度分佈被調整為在前述被處理晶圓中形成 所需載子濃度分佈。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之離子植入方法，其中，前述被處理晶圓具有形成於晶圓處理面的結構體，前述植入角度分佈被調整為前述結構體附近的載子濃度分佈之擴散成為所需分佈。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之離子植入方法，其中，前述結構體為閘極結構，前述植入角度分佈被調整為前述閘極結構附近的載子濃度分佈的深度方向及閘極長度方向的擴散成為所需分佈。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之離子植入方法，其中，前述第1晶圓配向成為具有與沿入射於前述第1晶圓的離子束的基準軌道的方向及前述y方向這兩個所規定之基準面呈平行之通道面，並且不具有與前述基準面正交之通道面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入方法，其中，前述第1晶圓係晶圓主面為(100)面的結晶性基板，且配置成前述第1晶圓的<110>方位與前述y方向之間的扭轉角實質上成為0度或45度，前述晶圓主面的法線與沿前述基準軌道的方向之間的傾角在15度~60度 的範圍內。
  8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之離子植入方法，其中，前述第2晶圓配向成為在沿入射於前述第2晶圓的離子束的基準軌道的方向上具有通道軸，並且不具有與沿入射於前述第2晶圓的離子束的基準軌道的方向及前述y方向這兩個所規定之基準面呈平行或正交之通道面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之離子植入方法，其中，前述第2晶圓係晶圓主面為(100)面的結晶性基板，並且配置成前述第2晶圓的<110>方位與前述y方向之間的扭轉角在15度~30度的範圍內，前述晶圓主面的法線與沿前述基準軌道的方向之間的傾角實質上成為0度。
  10. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之離子植入方法，其中，前述第1晶圓及前述第2晶圓係晶圓主面的偏角為0.1度以下的結晶性基板。
  11. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之離子植入方法，其中，還具備在測量前述第1晶圓的電阻之前對射束照射後的前述第1晶圓實施退火處理的步驟及在測量前述第2晶圓的電阻之前對射束照射後的前述第2晶圓實施退火處理之步驟中的至少一個。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之離子植入方法，其中，前述退火處理以900℃~1000℃的退火溫度來進行。
  13. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之離子植入方法，其中，還具備如下步驟：對以滿足規定之阻塞通道效應條件的方式配置之第3晶圓照射前述離子束，並測量射束照射後的前述第3晶圓的電阻；及使用前述第3晶圓的電阻測量結果調整前述離子束所致之離子植入量。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之離子植入方法，其中，前述第3晶圓係晶圓主面為(100)面的結晶性基板，且配置成前述第3晶圓的<110>方位與前述y方向之間的扭轉角在15度~30度的範圍內，前述晶圓主面的法線與沿入射於前述晶圓主面的離子束的基準軌道的方向之間的傾角在7度~15度的範圍內。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之離子植入方法，其中，前述第3晶圓為晶圓主表面附近被非晶化的基板。
  16. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之離子植入方法，其中，前述晶圓的電阻測量係使用四探針法來測量前述晶圓的薄片電阻。
  17. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之離子植入方法，其中，對前述第1晶圓及前述第2晶圓照射由第1離子植入裝置生成之第1離子束，前述植入角度分佈之調整係對前述第1離子束進行，前述離子植入方法還具備如下步驟：將由與前述第1離子植入裝置不同的第2離子植入裝置生成之第2離子束，對以滿足前述規定之面通道效應條件的方式配置之第4晶圓進行照射，並測量射束照射後的前述第4晶圓的電阻；及將前述第2離子束對以滿足前述規定之軸通道效應條件的方式配置之第5晶圓進行照射，並測量射束照射後的前述第5晶圓的電阻，前述植入角度分佈之調整係使用前述第1晶圓與前述第4晶圓的電阻的比較結果及前述第2晶圓與前述第5晶圓的電阻的比較結果來進行。
  18. 一種離子植入裝置，其特徵為，具備：兩個以上的透鏡裝置，其使電場及磁場中的至少一方對離子束發揮作用從而使前述離子束收斂或發散；射束掃描儀，其使前述離子束沿x方向往復掃描；平台驅動裝置，其使被前述往復掃描的離子束所照射之晶圓沿y方向往復運動；電阻測量儀，其測量射束照射後的晶圓的電阻；及控制裝置，其依據前述電阻測量儀的測量結果決定前 述兩個以上的透鏡裝置的動作參數而實行離子植入處理，前述控制裝置進行如下動作：對以滿足規定之面通道效應條件的方式配置於前述平台驅動裝置中的第1晶圓照射離子束，並藉由前述電阻測量儀測量照射後的前述第1晶圓的電阻；對以滿足規定之軸通道效應條件的方式配置於前述平台驅動裝置中的第2晶圓照射離子束，並藉由前述電阻測量儀測量照射後的前述第2晶圓的電阻；及使用前述第1晶圓及前述第2晶圓的電阻測量結果決定前述兩個以上的透鏡裝置的動作參數，調整前述離子束相對於前述晶圓的前述x方向及前述y方向的植入角度分佈。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之離子植入裝置，其中，前述離子植入裝置還具備前述晶圓的退火裝置，前述控制裝置在測量前述第1晶圓的電阻之前，使用前述退火裝置對射束照射後的前述第1晶圓進行退火，並且在測量前述第2晶圓的電阻之前，使用前述退火裝置對射束照射後的前述第2晶圓進行退火。
  20. 一種離子植入方法，係使離子束沿x方向往復掃描，並使晶圓沿y方向往復運動而對晶圓進行離子植入，其特徵為，將已被調整前述x方向及前述y方向的植入角度分佈之離子束，對被處理晶圓進行照射從而在前述被處理晶圓 中形成所需載子濃度分佈，對於前述植入角度分佈，使用使電場及磁場中的至少一方發揮作用從而使前述離子束收斂或發散之兩個以上的透鏡裝置，分別對前述x方向及前述y方向獨立地進行調整。
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