[发明专利]离子注入方法和离子注入装置

说明书

技术领域

本发明涉及在基板面内形成不均匀剂量分布的离子注入方法和离子注入装置。

背景技术

在作为半导体基板的一个制造工序的离子注入工序中，有时以使向基板(例如晶片或玻璃基板)面内注入的离子的注入量(也称为剂量)分布不均匀的方式进行离子注入处理。

例如，在半导体基板的制造工序中，存在一个基板上制造出的半导体器件的特性在基板面内不均匀的问题。

作为对这种不均匀的半导体器件的特性分布进行补偿的方法，以往以来采用如下方法：在离子注入工序中，使向基板注入的离子的剂量在基板面内不均匀地分布。

专利文献1中具体地公开了这种方法。在此，公开了一种离子注入装置，该离子注入装置通过沿Y方向驱动基板使其往复移动、并利用电场或磁场沿垂直于Y方向的X方向扫描点状的离子束，来实现向基板注入离子。这种类型的离子注入装置被称为混合扫描方式，使用该离子注入装置，通过根据基板上的离子束的位置来切换离子束的扫描速度，从而在基板面内形成不均匀的剂量分布。

另一方面，在半导体基板的制造工序中，为了提高基板的利用效率，在一个基板上的不同区域内制造特性不同的半导体器件。专利文献2中公开了这种例子。

与专利文献1同样，在专利文献2中使用混合扫描方式的离子注入装置，向基板注入离子。首先，为了夹着基板的中央部分形成两种不同的剂量分布，当离子束横穿基板的中央部分时，将离子束的扫描速度和基板的驱动速度中的任一个的速度切换为另外的速度来向基板注入离子。接着，使基板转动90度，当离子束再次横穿基板的中央部分时，切换离子束的扫描速度和基板的驱动速度中的任一个的速度的值来注入离子。由此，在基板上形成具有不同剂量分布的四个区域。

专利文献1：日本专利公开公报特开2010-118235号(图3～图10、图12～图18)

专利文献2：日本专利公开公报特开2003-132835号(图1～图10、第0062～0064段、第0096段)

如专利文献2的第0062～0064段和第0096段所记载的那样，虽然将离子束的扫描速度或基板的驱动速度从开始切换到切换成所希望的值所需要的时间较短，但是也需要一定时间。如果在从开始切换到切换成所希望的速度的期间向基板照射离子束，则在基板上形成被称为过渡区域(遷移领域)的不希望的剂量分布区域。

在图11的(A)～(F)中记载有形成过渡区域的状况。在图11的(A)中，描绘了在基板面内想要形成的剂量分布。在此，例举了同心圆形的剂量分布，其目的是在中央区域形成剂量D₂、在外周区域形成剂量D₁的区域。在图11的(B)中，描绘了沿图11的(A)中记载的线段A-A切断基板时剂量分布的状况。另外，图11的(B)～(E)的图形中的横轴表示在线段A-A上的位置，图11的(A)、图11的(F)中记载的线段A-A通过基板的中央，将基板分成两部分。

在该例子中，为了简单地进行说明，在混合扫描方式的离子注入装置中，设离子束的电流密度和基板的驱动速度始终固定。在该情况下，向基板注入的离子的剂量与离子束的扫描速度成反比。因此，为了得到图11的(B)所示的剂量分布，需要像图11的(C)所示的那样改变离子束的扫描速度。

但是，由于切换扫描速度需要一些时间，所以实际上如图11的(D)所示的那样切换离子束的扫描速度。其结果，在线段A-A上形成如图11的(E)所示的剂量分布。最终，如图11的(F)描绘的那样，在基板面内形成的剂量分布除了形成有剂量D₁、剂量D₂的区域以外，还形成有过渡区域R。

如果这种过渡区域较大，则会产生半导体器件的特性分布补偿不充分等问题。因此，希望使该过渡区域尽量小。所以，为了使这种过渡区域变小，专利文献2中提出了使离子束的尺寸变小的方案。具体地说，当切换在基板的中央部分沿X方向扫描的离子束的扫描速度时，使作为离子束的X方向尺寸的W_X变小。如果使离子束的尺寸变小，则离子束的束电流对应地减少。因此，如果使用这种离子束对基板进行离子注入处理，则达到所希望的剂量分布所需要的时间变长。作为对策提出了如下方案：通过使作为与X方向垂直的Y方向的离子束尺寸的W_Y变大，使用大体椭圆形的离子束进行离子注入处理，来抑制离子束的束电流的减少。

然而，当在基板上形成专利文献1和图11所示的圆形的剂量分布时，即使使用了专利文献2中提出的椭圆形的离子束，也不能得到使过渡区域变小、并且抑制束电流的减少从而缩短离子注入处理所需时间的效果。