[发明专利]离子注入方法及离子注入装置

说明书

本申请主张基于2011年3月23日申请的日本专利申请第2011-064666号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本申请中。

技术领域

本发明涉及一种离子注入，更具体而言涉及一种离子注入装置的离子注入量控制。

背景技术

半导体制造工序中，为了改变导电性的目的、改变晶圆(wafer)的晶体结构的目的等，规范地实施将离子入射到半导体晶圆的工序。在该工序中使用的装置称为离子注入装置，其具有形成通过离子源离子化之后被加速的离子束的功能，和通过射束扫描、晶圆扫描或它们的组合对半导体晶圆整个面照射该离子束的功能。

在半导体制造工序中，出于在晶圆整个面上制作相同性能的半导体芯片的目的，通常需要在晶圆面内设定均等的条件。在离子注入工序中，也通常控制离子注入装置，以便注入于晶圆的整个区域的离子注入量变得均等。

但是，在几个半导体制造工序中，原理上在晶圆面内设定均等的条件变得越来越很难。尤其最近，半导体芯片的微细化飞跃发展，其困难性增加，并且其不均匀性的程度也增加。在这种条件下，在除此以外的工序中，若在晶圆面内设定均等的条件，则结果导致无法在晶圆整个面制作性能相同的半导体芯片。例如，在离子注入工序中，若在晶圆整个区域中进行通常那样的面内离子注入量均等的离子注入，则结果所生成的半导体芯片的电气特性变得不同，无法制作相同性能的半导体芯片。

因此，当在其他半导体制造工序中无法在晶圆面内设定均等的条件时，可以考虑如下方法：在对应该晶圆面内二维不均匀性而利用离子注入装置对晶圆整个面照射离子束的工序中，有意地(日本語：意図的に)制作不均匀的二维离子注入量面内分布，并校正其他半导体制造工序的晶圆面内不均匀性。在此，重要的是，在离子注入工序中，基于半导体制造工序的特性，有允许分步旋转注入的情况和不允许的情况。关于晶圆的分步旋转，记载于专利文献1中。

在利用离子注入装置对晶圆整个面照射离子束的工序中，在有意地制作不均匀的二维离子注入量面内分布并校正其他半导体制造工序的晶圆面内不均匀性时，也考虑到应利用不允许分步旋转注入的离子注入工序的情况，所以不利用晶圆的分步旋转而有意地实现不均匀的二维离子注入量面内分布尤为重要。

另外，当然地，在其他半导体制造工序中无法在晶圆面内设定均等的条件时，产生怎样的面内图案(pattern)的晶圆面内不均匀性也尤为重要。

在此，已知半导体制造工序中易产生晶圆面内不均匀性的工序为利用等离子体的工序及退火工序。这些工序中，其面内不均匀图案大多为同心圆形状、偏心形状或者椭圆形状。因此，不利用晶圆的分步旋转而有意地实现不均匀的二维离子注入量面内分布时，作为其目标面内不均匀图案，要求同心圆形状、偏心形状、椭圆形状。

另外，关于其他半导体制造工序的晶圆面内不均匀性，其不均匀性的程度通过其工序的种类及在其工序中使用的条件发生变化。因此，不利用晶圆的分步旋转而有意地实现不均匀的二维离子注入量面内分布时，关于其注入量校正程度，要求改变校正量强度程度的大小。

另外，在其他半导体制造工序的晶圆面内不均匀性中，其面内不均匀图案呈偏心形状时，显现该偏心形状型晶圆面内不均匀性的理由通常主要为等离子体的空间分布及退火时的温度分布。例如，等离子体的空间分布通过等离子体制作用气体导入口位置、导入气体流量、等离子体用高频电压线圈位置、等离子体用高频电压线圈数、电导空间分布及真空泵位置等决定，但是这些一般较为复杂，并且通过装置状态发生变化。关于退火时的温度分布也同样，因复杂且通过装置状态发生变化，所以晶圆内的偏心形状的中心位置并非恒定。因此，不利用晶圆的分步旋转而有意地实现不均匀的偏心形状的二维离子注入量面内分布时，要求该偏心中心位置能够设定于晶圆内的任意位置。

另外，在其他半导体制造工序的晶圆面内不均匀性中，其面内不均匀图案呈椭圆形状时，显现该椭圆形状型晶圆面内不均匀性的理由也与偏心形状同样，复杂且通过装置状态发生变化。因此，不利用晶圆的分步旋转而有意地实现不均匀的椭圆形状的二维离子注入量面内分布时，在该椭圆的长轴方向上也需要设定的自由度。

在此，离子注入装置中有若干类型。例如，若为固定晶圆且二维地扫描离子束的方式的离子注入装置，则不利用晶圆的分步旋转而比较轻松地实现同心圆形状、偏心形状、椭圆形状的有意的不均匀二维离子注入量面内分布。但是，最近晶圆半径变大，很难在二维面内不遍布离子束地进行扫描，因此变得无法使用该类型的离子注入装置。