半導体製造装置
【課題】イオンビームの走査方法によらず、ウェハ上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制できるようにする。
【解決手段】半導体製造装置は、ウェハ５０の上に、絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、イオンビーム２を導入するイオン源１及びビームライン４と、被処理膜にイオンビーム２が持つ電荷を打ち消すための電子を供給するフラッドガン６と、被処理膜をイオンビーム２に対してｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する回転ディスク５と、イオンビーム２により生じる電流密度を測定する後段ファラデー箱８と、被処理膜の走査速度を変更するディスク回転速度制御器１１及びディスクスキャン速度制御器１２と、電流密度により、被処理膜の走査速度を制御するビーム電流／電流密度計測器１０とを有している。
【解決手段】半導体製造装置は、ウェハ５０の上に、絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、イオンビーム２を導入するイオン源１及びビームライン４と、被処理膜にイオンビーム２が持つ電荷を打ち消すための電子を供給するフラッドガン６と、被処理膜をイオンビーム２に対してｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する回転ディスク５と、イオンビーム２により生じる電流密度を測定する後段ファラデー箱８と、被処理膜の走査速度を変更するディスク回転速度制御器１１及びディスクスキャン速度制御器１２と、電流密度により、被処理膜の走査速度を制御するビーム電流／電流密度計測器１０とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜を有する半導体装置に不純物を注入する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の微細化と共にゲート絶縁膜の薄膜化が進んでいるため、ゲート絶縁膜が製造プロセス中のダメージにより損傷を受け、絶縁破壊を起こす可能性が高まっている。
【０００３】
例えば、イオン注入工程において、正に帯電したエネルギーを持つイオンビームを半導体素子及びウェハ（半導体基板）の表面に直接に打ち込むため、形成される半導体装置の表面は正に帯電しやすい。イオンビームによる電荷量が一定量、すなわちゲート絶縁膜に固有の破壊電荷量Ｑｂｄを超えた場合には、絶縁膜の破壊が発生する（例えば、非特許文献１を参照。）。このとき、一般に、ゲート絶縁膜の面積よりもゲート電極部分の面積の方が大きい、いわゆるアンテナ構造を取るため、絶縁破壊が起こりやすい。また、ゲート電極とゲート絶縁膜との面積の比であるアンテナ比の値が大きいほど破壊が発生しやすい。
【０００４】
イオンビームによる破壊は、イオン注入時のビーム電流密度が高いほど発生しやすく、また、加速エネルギーが高いほど大きくなることが知られている。このため、イオン注入条件である加速エネルギー及びビーム電流をゲート絶縁膜の破壊電荷量Ｑｂｄ以下となるように設定することによって、チャージアップによる絶縁破壊を避ける提案もなされている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
一方、イオンビームに起因する正のチャージアップを抑制するために、イオン注入時にイオンビームと同時に電子を供給して、正の電荷を打ち消すことにより正のチャージアップを抑制するフラッドガンシステム（flood gun system）が知られている。しかし、このフラッドガンシステムも負の電荷（電子）を半導体装置の表面に直接に供給するため、半導体表面が負に帯電してしまい、負のチャージアップによる破壊が発生することも知られている。このため、フラッドガンシステムから供給される電子のエネルギーを低く抑え、半導体素子の表面の負のチャージアップを破壊電圧以下の一定値に抑制する技術も報告されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載された技術により、フラッドガンシステムに起因する負のチャージアップによるゲート絶縁膜の破壊は抑制されるものの、依然としてイオンビームによる正のチャージアップによるゲート絶縁膜の破壊は完全には抑制できていない。なぜなら、イオン注入時にフラッドガンシステムから電子を供給したとしても、イオンビームがウェハに照射される瞬間の電位は完全に打ち消されている訳ではなく、イオンビームと電子とにより決定される電位分布が存在するためである。このため、これまで述べられてきたように、イオンビームのビーム電流及び加速エネルギーだけではなく、イオンビームのウェハに対する走査速度にも依存して、チャージアップが発生してしまう。とりわけ、本願発明者らは、ビームの走査速度によりイオンビームによるチャージアップの状態が大きく異なることを見い出した。
【０００７】
ビームの走査方法は、ウェハを固定してイオンビームを静電的若しくは電磁的にＸ−Ｙ２次元方向に走査する方法、イオンビームを静電的若しくは電磁的に１次元方向に走査しながらウェハをイオンビームの走査方向に対して垂直な方向で且つ１次元方向に機械的に走査する方法、又はイオンビームを固定し且つウェハを回転ディスク上に保持し、ウェハが保持された回転ディスクを回転させながら、ディスクの径方向に１次元走査を行なうｒ−θスキャン走査法がある。さらには、イオンビームを固定してウェハをＸ−Ｙ２次元方向に機械的に走査する方法等の多種多様な方法がある。従って、ビームの走査方法によって、イオンビームとウェハとの間の相対線速度は大きく異なる。このように、極めて低速の走査法から極めて高速の走査法まで多様な走査速度が存在するため、これら走査速度及び走査方法によらず、正のチャージアップを抑制する方法が要望される。
【非特許文献１】Hiroko KUBO et al., “Quantiative Charge Build-Up Evaluation Technique by Using MOS Capacitors with Charge Collecting Electrode in Wafer Processing”, IEICE Transactions on Electronics Vol.E79-C No.2,pp.198-pp.205, Feb. 1996
【特許文献１】特開平７−２２１３０６号公報
【特許文献２】特許第３２０２００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明者らは、イオン注入時のイオンビームによる正のチャージアップは、ゲート絶縁膜の絶縁破壊若しくは絶縁性の劣化、又はＰＮ接合の接合破壊若しくは接合界面の劣化等の、半導体デバイスにとって致命的な損傷を及ぼすことを見い出している。
【０００９】
通常は、前述したように、イオンビームによる正のチャージアップを中和するために、負の電荷を持つ電子をフラッドガンによりイオンビームの近傍に供給している。一方、フラッドガンについても負のチャージアップを引き起こすため、条件によってはフラッドガンにより半導体デバイスに損傷を与えることもある。このため、ゲート絶縁膜の膜厚をｔ（ｎｍ）としたとき、供給される電子の最大エネルギーを２ｔ（ｅＶ）以下に抑制できる電子フラッドガンを用いることにより、フラッドガンによる損傷を低減できることが特許文献２に開示されている。従って、少なくともフラッドガンによる負の過剰なチャージアップは、特許文献２におけるフラッドガン条件を用いれば、デバイス構造によらずに回避することが可能である。
【００１０】
しかしながら、正のチャージアップは、注入される正のイオンビームによって引き起こされるため、該イオンビームの加速エネルギーは使用されるプロセスでの設計値となる。従って、前述したフラッドガンの電子エネルギーのように一義的に決めることはできない。例えば、正のイオンビームの加速エネルギーは、プロセス設計により、通常の１００ｅＶから数百ｅＶ、ときには数ＭｅＶに設定される。また、正のイオンビーム電流についても、数百μＡから数十ｍＡまでそのドーズ量に応じて設定される。このため、正のイオンビームによるチャージアップは、ビーム電流密度及びビームの加速エネルギーによって大きく左右されることになる。このことは特許文献１にも記載されている。
【００１１】
これまで、一般に、正のイオンビーム電流にフラッドガンからの電子を照射すると、正のイオンビームは電子により中和されると考えられてきたが、本願発明者らは、イオン注入されるウェハ表面の表面電位を詳細に解析することにより、正のイオンビームは負の電子により中和されるのではなく、図９（ａ）に示すように、フラッドガンから放出された電子１０２が正のイオンビーム１０１の周囲を単に取り巻いているに過ぎないということを突き止めた。
【００１２】
具体的には、図９（ｂ）に示すように、ウェハ１０３の一表面を正のイオンビームが通過するときには、まず、ウェハ１０３は、正のイオンビーム１０１を取り巻く電子１０２により負にチャージアップする。続いて、正のイオンビーム１０１により正にチャージアップし、続いて、正のイオンビームを取り巻く電子１０２により負に再度チャージアップする。従って、フラッドガンによる正のチャージアップの中和とは、一旦、正のイオンビーム１０１により上昇した表面電位が、その後のフラッドガンからの電子によって低下することにより達成されている。従って、フラッドガンからの電子による正のチャージアップの中和とは、イオンビームの照射時に、正のチャージアップが電子によって同時に中和されるのではなく、一旦、正にチャージアップした表面電位をフラッドガンからの電子により元の電位に戻すことによる、見かけ上の中和に過ぎない。
【００１３】
図１０（ａ）に示すように、表面電位は、一旦、フラッドガン１０２による負の電位１０５から、正のイオンビーム１０１により正の電位１０６に上昇する。このときの電位の変化率ｄＶ／ｄｔはイオンのエネルギー及びビーム電流密度で決定される。また、最終的な上昇電位は、ビームがウェハ上の１点を通過するのに要する時間で決定される。このため、イオンビームが１点に照射され続ければ電位は上昇し、やがてゲート絶縁膜の絶縁破壊耐圧１０７を超えることになる。
【００１４】
一方、ゲート絶縁膜の絶縁破壊耐圧１０７を超えると、ゲート絶縁膜にはトンネル電流が流れ始める。このため、表面電位の上昇は鈍くなるものの、ゲート絶縁膜に過大な電流が流れ続け、ついには絶縁破壊に至る。すなわち、ウェハ上の任意の１点において、ビームは常に走査により移動して表面電位が正にチャージアップし、絶縁破壊耐圧１０７に達しないうちにフラッドガンにより正のチャージアップ電圧を中和する必要がある。このことは、イオンビームの走査速度、すなわちウェハ上の１点とイオンビームとの相対速度が所定値よりも小さい場合に顕著に起こる。すなわち、イオンビームとウェハ上の１点との間の相対速度が所定値よりも小さければ、イオンビームの通過に多くの時間を要するため、その間にウェハの表面電位はビーム電流密度に応じて上昇を続け、ついにはゲート絶縁膜の絶縁破壊又は損傷に至る。このように、フラッドガンによる正のチャージアップの中和は、ゲート絶縁膜が正のチャージアップにより損傷を受けるか又は破壊された後に、電子が供給されるため、実際には正のチャージアップを中和することはできない。
【００１５】
ところで、図１０（ｂ）に示すように、固定された正のイオンビーム１０１と、複数のウェハ１０３を保持した回転ディスク１０４とを有し、該回転ディスク１０４がＹ方向に機械的にスキャンする、いわゆるｒ−θスキャン装置の場合には、該スキャン装置の走査機構の制約及びプロセス条件の制約によって回転ディスク１０４の回転速度が決定される。従って、イオンビーム１０１の走査機構にかかわらず、該イオンビーム１０１の生成側で正のチャージアップを抑制できることが望ましい。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題を解決し、イオンビームの走査方法によらず、ウェハ上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは種々の検討を行なった。その結果について以下に述べる。
【００１８】
図１１（ａ）はイオンビームとウェハとの相対速度及びイオンビームの最大ビーム電流密度を種々の条件で変更したときの、走査されたウェハ上のゲート絶縁膜の破壊率の関係を表わしている。図１１（ａ）において、横軸はイオンビームとウェハとの相対速度（スキャン速度）を表わし、縦軸はゲート絶縁膜の破壊率を表わしている。ここで、イオンビームの正の電荷を打ち消すためにフラッドガンから供給される電子の最大エネルギーは、ゲート絶縁膜の膜厚ｔ（ｎｍ）に対して２ｔ（ｅＶ）以下に保たれている。
【００１９】
図１１（ａ）から分かるように、イオンビームの最大ビーム電流密度が高いほど、正のチャージアップを抑制するには、イオンビームとウェハとの相対速度を大きくする必要がある。
【００２０】
図１１（ｂ）にビーム電流密度をスキャン速度で規格化した値とウェハ上のゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。すなわち、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるビーム電流密度をスキャン速度で規格化してプロットし直している。図１１（ｂ）から分かるように、フラッドガンから供給される電子による負のチャージアップを抑制する条件下では、ゲート絶縁膜の正のチャージアップによる破壊率は、照射されるイオンビームの最大ビーム電流密度によらず、「最大ビーム電流密度をスキャン速度で除した値」にのみ依存している。すなわち、イオンビームの正のチャージアップは、以下の式（１）を満たせば、抑制可能であることを突き止めた。
【００２１】
（イオンビームの最大ビーム電流密度［Ａ／ｍ２］）
／（イオンビームとウェハとの相対速度［ｍ／ｓ］）≦５ ……… 式（１）
ビームの走査方法によっては、イオンビームとウェハとの相対速度はある程度の範囲に限定されるものの、使用可能なイオンビームの最大ビーム電流密度を決定することが可能である。逆に、イオン注入時に使用したいイオンビームの最大ビーム電流密度が決まれば、イオンビームとウェハとの相対速度の値を一義的に決める必要があることが分かる。
【００２２】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、具体的には、以下の構成によって実現される。
【００２３】
本発明に係る第１の半導体製造装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、被処理膜に、不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、被処理膜を不純物に対してＸ−Ｙ方向又はｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する走査手段と、不純物により生じる電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）を測定する電流密度測定手段と、被処理膜の走査速度を変更する走査速度変更手段と、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第１の半導体製造装置によると、機械的に２方向に走査する走査手段を備えた場合に、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段を備えているため、表面電位が正のチャージアップにより破壊電圧にまで達しないうちに、電子供給手段（フラッドガン）により電子を供給することが可能となり、被処理膜又は該被処理膜が形成されている半導体基板の正のチャージアップが防止される。すなわち、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制することが可能となる。
【００２５】
第１の半導体製造装置において、走査速度制御手段は、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値によって、被処理膜の走査速度を所定値以上の速度に制御することが好ましい。
【００２６】
この場合に、被処理膜の走査速度の所定値は、式（１）からＪ／５（ｍ／ｓ）であることが好ましい。
【００２７】
本発明に係る第２の半導体製造装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、被処理膜に、不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、被処理膜を不純物に対してＸ−Ｙ方向又はｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する走査手段と、不純物により生じる電流密度を測定する電流密度測定手段と、被処理膜の走査速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）を測定する走査速度測定手段と、被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段と、不純物の発生量及び不純物により生じる電流密度を制御する第１の電流密度制御手段と、走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値により、電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２８】
第２の半導体製造装置によると、機械的に２方向に走査する走査手段を備えた場合に、走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値により、電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えているため、表面電位が正のチャージアップにより破壊電圧にまで達しないうちに、電子供給手段（フラッドガン）により電子を供給することが可能となり、被処理膜又は該被処理膜が形成されている半導体基板の正のチャージアップが防止される。すなわち、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制することが可能となる。
【００２９】
第２の半導体製造装置において、第２の電流密度制御手段は、走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値によって、不純物の電流密度を０よりも大きく且つ所定値以下の電流密度に制御することが好ましい。
【００３０】
この場合に、電流密度の所定値は、式（１）から５ｖ（Ａ／ｍ２）であることが好ましい。
【００３１】
第２の半導体製造装置において、第２の電流密度制御手段は、電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）よりも大きい場合に、走査手段を制御することにより、不純物の導入動作を一旦停止し、電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）以下の値に制御されると、不純物の導入動作を再開することが好ましい。
【００３２】
第１又は第２の半導体製造装置において、不純物導入手段は、不純物としてイオンを注入するイオン注入手段であることが好ましい。
【００３３】
また、第１又は第２の半導体製造装置は、電子供給手段により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御手段と、電子供給手段により供給される電子のエネルギーを測定する電子エネルギー測定手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００３４】
この場合に、電子エネルギー測定手段は、電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定することが好ましい。
【００３５】
またこの場合に、電子エネルギー測定手段は、測定した電子のエネルギーに基づいて、エネルギー制御手段に対して、電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定値以下となるように制御することが好ましい。
【００３６】
第１又は第２の半導体製造装置において、絶縁膜の膜厚はｔ（ｎｍ）であり、電子エネルギー制御手段は、電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することが好ましい。
【００３７】
本発明に係る第３の半導体製造装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、被処理膜に、不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、被処理膜を不純物に対して一方向に機械的に走査する第１の走査手段と、被処理膜の走査速度を変更する第１の走査速度変更手段と、不純物を一方向に対して垂直な方向に走査する第２の走査手段と、不純物の走査速度を変更する第２の走査速度変更手段と、不純物により生じる電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）を測定する電流密度測定手段と、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、被処理膜の走査速度及び不純物の走査速度を制御する走査速度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００３８】
第３の半導体製造装置によると、一方向に機械的に走査する走査手段を備えた場合に、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、被処理膜の走査速度及び不純物の走査速度を制御する走査速度制御手段を備えているため、表面電位が正のチャージアップにより破壊電圧にまで達しないうちに、電子供給手段（フラッドガン）により電子を供給することが可能となり、被処理膜又は該被処理膜が形成されている半導体基板の正のチャージアップが防止される。すなわち、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制することが可能となる。
【００３９】
第３の半導体製造装置において、走査速度制御手段は、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値によって、不純物の走査速度を所定値以上の速度に制御することが好ましい。
【００４０】
この場合に、不純物の走査速度の所定値は、Ｊ／５（ｍ／ｓ）であることが好ましい。
【００４１】
第３の半導体製造装置において、走査速度制御手段は、不純物の電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）により不純物の走査速度及び被処理膜の走査速度を所定値以上の速度に制御することが好ましい。
【００４２】
第３の半導体製造装置において、走査速度制御手段は、不純物の走査速度及び被処理膜の走査速度によって決定される被処理膜と不純物との相対速度がＪ／５（ｍ／ｓｅｃ）以上となるように制御することが好ましい。
【００４３】
本発明に係る第４の半導体製造装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、被処理膜に、不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、被処理膜を不純物に対して一方向に機械的に走査する第１の走査手段と、被処理膜の走査速度を測定する第１の走査速度測定手段と、被処理膜の走査速度を制御する第１の走査速度制御手段と、不純物を一方向に対して垂直な方向に走査する第２の走査手段と、不純物の走査速度を測定する第２の走査速度測定手段と、不純物の走査速度を制御する第２の走査速度制御手段と、不純物の発生量及び不純物により生じる電流密度を制御する第１の電流密度制御手段と、不純物の走査速度及び被処理膜の走査速度によって決定される被処理膜と不純物との相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値により、不純物の電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００４４】
第４の半導体製造装置によると、一方向に機械的に走査する走査手段を備えた場合に、不純物の走査速度及び被処理膜の走査速度によって決定される被処理膜と不純物との相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値により、不純物の電流密度を制御する第２の電流密度制御手段を備えているため、表面電位が正のチャージアップにより破壊電圧にまで達しないうちに、電子供給手段（フラッドガン）により電子を供給することが可能となり、被処理膜又は該被処理膜が形成されている半導体基板の正のチャージアップが防止される。すなわち、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制することが可能となる。
【００４５】
第４の半導体製造装置において、第２の電流密度制御手段は、相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値によって、不純物の電流密度を０より大きく且つ所定値以下の電流密度に制御することが好ましい。
【００４６】
第４の半導体製造装置において、第１の電流密度制御手段は、不純物により生じる電流密度を５ｖ（Ａ／ｍ２）以下に制御することが好ましい。
【００４７】
第４の半導体製造装置において、第２の電流密度制御手段は、電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）よりも大きい場合に、走査手段を制御することにより、不純物の導入動作を一旦停止し、電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）以下の値に制御されると、不純物の導入動作を再開することが好ましい。
【００４８】
第３又は第４の半導体製造装置において、不純物導入手段は、不純物としてイオンを注入するイオン注入手段であることが好ましい。
【００４９】
また、第３又は第４の半導体製造装置は、電子供給手段により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御手段と、電子供給手段により供給される電子のエネルギーを測定する電子エネルギー測定手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００５０】
この場合に、電子エネルギー測定手段は、電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定することが好ましい。
【００５１】
また、この場合に、電子エネルギー測定手段は、測定した電子のエネルギーに基づいて、電子エネルギー制御手段に対して、電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定値以下となるように制御することを特徴とする請求項２３に記載の半導体製造装置。
【００５２】
第３又は第４の半導体製造装置において、絶縁膜の膜厚はｔ（ｎｍ）であり、電子エネルギー制御手段は、電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００５３】
本発明に係る半導体製造装置によると、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された絶縁膜を有する半導体装置における正のチャージアップを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置についてイオン注入装置を例として図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示している。図１に示すように、ウェハ５０に不純物イオンとして注入されるイオンを発生するイオン源１と、該イオン源１から引き出されたイオンビーム２から所定のイオン種を選別する質量分析器３と、選別されたイオン種をウェハ５０に導入するビームライン４と、複数のウェハ５０を載置し且つその載置面内でウェハ５０を回転する回転ディスク５とを有している。なお、ここでは、ウェハ５０の主面上には、ゲート絶縁膜等の絶縁膜を介在させて形成され、イオンが導入される被処理膜が形成されているが、絶縁膜及び被処理膜の図示は省略している。
【００５６】
ビームライン４にはイオンビーム２に電子を供給してチャージアップを抑制するフラッドガン６が設けられている。なお、フラッドガン６には、該フラッドガン６により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御器と、フラッドガン６により供給される電子のエネルギー、特に電子の最大エネルギーを測定する電子エネルギー測定器が設けられていることが好ましい。また、この場合に、ウェハ５０に成膜された絶縁膜の膜厚をｔ（ｎｍ）とした場合に、電子エネルギー制御器は、電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することがことが好ましい。
【００５７】
回転ディスク５は、回転運動と往復運動との２軸（ｒ−θ）方向に走査可能であり、この構成により、イオンビーム２は各ウェハ５０の主面の全面に照射される。
【００５８】
ビームライン４には、前段ファラデー箱（Faraday cage）７がイオンビーム２の軌道上にまで移動可能に設けられており、イオンビーム２によるビーム電流及びビーム電流密度の値をそれぞれ計測することができる。
【００５９】
回転ディスク５を挟んでビームライン４と対向する位置には、後段ファラデー箱８が設けられている。後段ファラデー箱８は、各ウェハ５０にイオン注入を実際に行なっている際のイオンビーム２におけるビーム電流及びビーム電流密度の値をそれぞれ計測することができる。後段ファラデー箱８による計測時には、前段ファラデー箱７はイオンビーム２の軌道上から離れ、図１で示された待機位置に留まる。
【００６０】
前段ファラデー箱７及び後段ファラデー箱８は、ビーム電流／電流密度計測器１０と電気的に接続されている。従って、ビーム電流／電流密度計測器１０は、イオン注入の直前には前段ファラデー箱７から、また、イオン注入時には後段ファラデー箱８からそれぞれビーム電流及びビーム電流密度の値をリアルタイムに取得することができる。
【００６１】
また、回転ディスク５には、該回転ディスク５の回転速度を制御するディスク回転速度制御器１１と、スキャン速度を制御するディスクスキャン速度制御器１２とが電気的に接続されている。
【００６２】
ビーム電流／電流密度計測器１０は、取得したイオンビーム２のビーム電流及びビーム電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値から、イオンビーム２と各ウェハ５０との相対速度が所定の値以上となるように、回転ディスク５の回転速度及びスキャン速度を計算し、ディスク回転速度制御器１１及びディスクスキャン速度制御器１２に速度情報を送信する。
【００６３】
一般に、ビーム電流は、イオン源１において生じる揺らぎ等によりイオン注入時に変動するが、後段ファラデー箱８はリアルタイムにその変動情報を取得して、ビーム電流／電流密度計測器１０に取得した情報を送り、回転ディスク５の最適な回転速度及びスキャン速度を計算し、その計算結果をディスク回転速度制御器１１及びディスクスキャン速度制御器１２に送信して制御し続ける。
【００６４】
図２にスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。図２はイオン注入条件として、例えばイオン種に砒素（Ａｓ＋）イオンを用い、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとし、最大ビーム電流量をそれぞれ１ｍＡ、１．８ｍＡ、３．２ｍＡ、５．６ｍＡ、１０ｍＡ及び１８ｍＡとしたときに、スキャン速度（相対速度）の上限値で計測した結果を示す。グラフの横軸は、イオン注入時におけるイオンビーム２の最大電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値を表わし、縦軸はゲート酸化膜の破壊率を表わしている。
【００６５】
図２から分かるように、イオンビーム２の最大ビーム電流密度をスキャン速度の上限値で除した値が５以下の場合にゲート酸化膜の破壊を抑制でき、さらに、除した値が３以下の場合には、ゲート絶縁膜の破壊をほぼ確実に抑制することができる。
【００６６】
すなわち、式（１）の関係から、イオンビーム２の最大ビーム電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）により、イオンビーム２とウェハ５０との相対速度をＪ／５（ｍ／ｓｅｃ）以上とすることにより、イオンビーム２による正のチャージアップを抑制することができ、ゲート絶縁膜の破壊を防止することができる。
【００６７】
なお、第１の実施形態おいて、イオン注入装置を例に説明したが、これに限られず、電荷を持つ不純物を導入する装置であれば、同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また、第１の実施形態においては、イオン注入条件として、イオン種をＡｓ＋、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶ、ビーム電流値を１ｍＡ〜１８ｍＡとしたが、イオン注入条件はこれらに限定されず、イオン種、イオンの加速エネルギー、イオン注入量及びビーム電流値については適宜変更可能である。
【００６９】
また、第１の実施形態においては、ウェハ５０を保持し走査する手段として、回転ディスク５を用いたｒ−θ方向の２軸走査の場合を説明したが、これに限られない。例えば、ｘ−ｙ方向の２軸走査等、ウェハ５０の全面にイオンビーム２を照射するために、イオンビーム２の軌道を固定し且つウェハ５０を２軸以上で機械的に走査する方法であれば、同様の効果を得ることができる。
【００７０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置についてイオン注入装置を例として図面を参照しながら説明する。
【００７１】
図３は本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示している。図３において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００７２】
図３に示すように、第２の実施形態の第１の実施形態との相違点は、回転ディスク５に該回転ディスク５の回転速度を計測するディスク回転速度計測器１３と、回転ディスク５のスキャン速度（ｒ方向）を計測するディスクスキャン速度計測器１４とが設けられている点、及びイオン源１にビーム電流／電流密度計測器１０からの信号を受けるイオン源調整器１５が設けられている点である。
【００７３】
第２の実施形態においては、ディスク回転速度計測器１３が回転ディスク５の回転速度を計測し、また、ディスクスキャン速度計測器１４が回転ディスク５のスキャン速度（スキャン駆動部の移動速度）を計測している。これらの計測結果は、ビーム電流／電流密度計測器１０にリアルタイムに送信される。
【００７４】
ビーム電流／電流密度計測器１０は、ディスク回転速度計測器１３及びディスクスキャン速度計測器１４からそれぞれ取得した回転ディスク５の回転速度及びスキャン速度から、イオンビーム２とウェハ５０との実際の相対速度を計算し、その計算値から現在のイオンビーム２の最大ビーム電流密度が所定値以下であるか否かを判定する。判定結果が所定値以下である場合は、そのままイオンの注入動作を継続し、逆に所定値よりも大きい場合はイオンの注入動作を一旦停止し、停止情報をイオン源調整器１５に送信する。停止情報を受けたイオン源調整器１５は、イオンビーム２におけるビーム電流及びビーム電流密度の値を再調整する。その後、イオンビーム２の最大ビーム電流密度が所定値を満足した場合は、再度イオン注入を再開する。
【００７５】
前述したように、ビーム電流は、一般にイオン源１において生じる揺らぎ等によりイオン注入時に変動するが、後段ファラデー箱８はリアルタイムにその変動情報を取得して、ビーム電流／電流密度計測器１０に該変動情報を送る。これと同時に、ディスク回転速度計測器１３及びディスクスキャン速度計測器１４は、それぞれ取得した回転ディスク５の回転速度及びスキャン速度をビーム電流／電流密度計測器１０に送り続ける。ビーム電流／電流密度計測器１０は、イオンビーム２の変動情報、回転ディスク５の回転速度及びスキャン速度からビーム電流密度が適当な値であるか否かを判定し、制御し続ける。
【００７６】
図４にスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。図４はイオン注入条件として、例えばイオン種に砒素（Ａｓ＋）イオンを用い、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとし、スキャン速度（相対速度）をそれぞれ１ｍ／ｓ、３ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ、１００ｍ／ｓ及び３００ｍ／ｓのように、スキャン速度の上限値を変更して計測した結果を示す。グラフの横軸は、イオン注入時におけるイオンビーム２の最大電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値を表わし、縦軸はゲート酸化膜の破壊率を表わしている。
【００７７】
図４から分かるように、イオンビーム２の最大ビーム電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値が５以下の場合にゲート酸化膜の破壊を抑制でき、さらに、除した値が３以下の場合には、ゲート絶縁膜の破壊をほぼ確実に抑制することができる。
【００７８】
すなわち、式（１）の関係から、イオンビーム２とウェハ５０の相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）により、イオンビーム２の最大電流密度を５ｖ（Ａ／ｍ２）以下に設定することにより、イオンビーム２による正のチャージアップを抑制することができ、ゲート絶縁膜の破壊を防止することができる。
【００７９】
なお、第２の実施形態おいて、イオン注入装置を例に説明したが、これに限られず、電荷を持つ不純物を導入する装置であれば、同様の効果を得ることができる。
【００８０】
また、第２の実施形態においては、イオン注入条件として、イオン種をＡｓ＋、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとしたが、イオン注入条件はこれらに限定されず、イオン種、イオンの加速エネルギー及びイオン注入量については適宜変更可能である。
【００８１】
また、第２の実施形態においては、ウェハ５０を保持し走査する手段として、回転ディスク５を用いたｒ−θ方向の２軸走査の場合を説明したが、これに限られない。例えば、ｘ−ｙ方向の２軸走査等、ウェハ５０の全面にイオンビーム２を照射するために、イオンビーム２の軌道を固定し且つウェハ５０を２軸以上で機械的に走査する方法であれば、同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置についてイオン注入装置を例として図面を参照しながら説明する。
【００８３】
図５は本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示している。図５において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８４】
図５に示すように、第３の実施形態の第１の実施形態との相違点は、質量分析器３とビームライン４との間にビームスキャン電極１６が設けられている点、ウェハ５０の保持手段を回転ディスク５に代えて、一方向に移動可能なプラテン１７を用いる点である。従って、ディスク回転速度制御器１１及びディスクスキャン速度制御器１２は設けられない。
【００８５】
ここで、ビームスキャン電極１６には、ビーム電流／電流密度計測器１０の制御を受けるビームスキャン速度制御器１８が接続されている。
【００８６】
プラテン１７は、イオンビーム２のスキャン方向に対して垂直に振幅し、その結果、イオンビーム６２ウェハ５０の全面に照射される。なお、プラテン１７には、ビーム電流／電流密度計測器１０の制御を受けるプラテン移動速度制御器１９が接続されている。
【００８７】
ビーム電流／電流密度計測器１０は、後段ファラデー箱８から取得したイオンビーム２のビーム電流及びビーム電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値から、イオンビーム２とウェハ５０との相対速度が所定の値以上となるように、イオンビーム２のスキャン速度及びプラテンの移動速度を計算し、ビームスキャン速度制御器１８とプラテン移動速度制御器１９とにそれぞれ速度情報を送信する。
【００８８】
前述したように、ビーム電流は、一般にイオン源１において生じる揺らぎ等によりイオン注入時に変動するが、後段ファラデー箱８はリアルタイムにその変動情報を取得して、ビーム電流／電流密度計測器１０に該変動情報を送る。これと同時に、ビーム電流／電流密度計測器１０は、最適なビームスキャン速度とプラテン移動速度とを計算し、その計算結果をビームスキャン速度制御器１８及びプラテン移動速度制御器１９に送り、制御し続ける。
【００８９】
図６にスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。図６はイオン注入条件として、例えばイオン種に砒素（Ａｓ＋）イオンを用い、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとし、最大ビーム電流量をそれぞれ１ｍＡ、１．８ｍＡ、３．２ｍＡ、５．６ｍＡ、１０ｍＡ及び１８ｍＡとしたときに、スキャン速度（相対速度）の上限値で計測した結果を示す。グラフの横軸は、イオン注入時におけるイオンビーム２の最大電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値を表わし、縦軸はゲート酸化膜の破壊率を表わしている。
【００９０】
図６から分かるように、イオンビーム２の最大ビーム電流密度をスキャン速度の上限値で除した値が５以下の場合にゲート酸化膜の破壊を抑制でき、さらに、除した値が３以下の場合には、ゲート絶縁膜の破壊をほぼ確実に抑制することができる。
【００９１】
すなわち、式（１）の関係から、イオンビーム２の最大ビーム電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）により、イオンビーム２とウェハ５０との相対速度をＪ／５（ｍ／ｓｅｃ）以上とすることにより、イオンビーム２による正のチャージアップを抑制することができ、ゲート絶縁膜の破壊を防止することができる。
【００９２】
なお、第３の実施形態おいて、イオン注入装置を例に説明したが、これに限られず、電荷を持つ不純物を導入する装置であれば、同様の効果を得ることができる。
【００９３】
また、第３の実施形態においては、イオン注入条件として、イオン種をＡｓ＋、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶ、ビーム電流値を１ｍＡ〜１８ｍＡとしたが、イオン注入条件はこれらに限定されず、イオン種、イオンの加速エネルギー、イオン注入量及びビーム電流値については適宜変更可能である。
【００９４】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置についてイオン注入装置を例として図面を参照しながら説明する。
【００９５】
図７は本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示している。図７において、図１及び図５に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００９６】
図７に示すように、第４の実施形態の第２の実施形態との相違点は、ビームスキャン電極１６にイオンビーム２のスキャン速度を計測するビームスキャン速度計測器２０が設けられている点、プラテン１７に該プラテン１７の移動速度を計測するプラテン移動速度計測器２１が設けられている点、及びイオン源１にビーム電流／電流密度計測器１０からの信号を受けるイオン源調整器１５が設けられている点である。
【００９７】
第４の実施形態においては、ビームスキャン速度計測器２０がビームスキャン電極１６によるイオンビーム２のスキャン速度を計測し、プラテン移動速度計測器２１がプラテン１７の移動速度（振幅速度）を計測しており、これらの計測結果は、ビーム電流／電流密度計測器１０にリアルタイムに送信される。
【００９８】
ビーム電流／電流密度計測器１０は、ビームスキャン速度計測器２０及びプラテン移動速度計測器２１からそれぞれ取得したイオンビーム２のスキャン速度及びプラテン１７の移動速度から、イオンビーム２とウェハ５０との実際の相対速度を計算し、その計算値から現在のイオンビーム２の最大ビーム電流密度が所定値以下であるか否かを判定する。判定結果が所定値以下である場合は、そのままイオンの注入動作を継続し、逆に所定値よりも大きい場合はイオンの注入動作を一旦停止し、停止情報をイオン源調整器１５に送信する。停止情報を受けたイオン源調整器１５は、イオンビーム２におけるビーム電流及びビーム電流密度の値を再調整する。その後、イオンビーム２の最大ビーム電流密度が所定値を満足した場合は、再度イオン注入を再開する。
【００９９】
前述したように、ビーム電流は、一般にイオン源１において生じる揺らぎ等によりイオン注入時に変動するが、後段ファラデー箱８はリアルタイムにその変動情報を取得して、ビーム電流／電流密度計測器１０に該変動情報を送る。これと同時に、ビームスキャン速度計測器２０及びプラテン移動速度計測器２１は、それぞれ取得したイオンビーム２のスキャン速度及びプラテン１７の移動速度をビーム電流／電流密度計測器１０に送り続ける。ビーム電流／電流密度計測器１０は、イオンビーム２の変動情報、イオンビーム２のスキャン速度及びプラテン１７の移動速度からビーム電流密度が適当な値であるか否かを判定し、制御し続ける。
【０１００】
図８にスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。図８はイオン注入条件として、例えばイオン種に砒素（Ａｓ＋）イオンを用い、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとし、スキャン速度（相対速度）をそれぞれ１ｍ／ｓ、３ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ、１００ｍ／ｓ及び３００ｍ／ｓのように、スキャン速度の上限値を変更して計測した結果を示す。グラフの横軸は、イオン注入時におけるイオンビーム２の最大電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値を表わし、縦軸はゲート酸化膜の破壊率を表わしている。
【０１０１】
図８から分かるように、イオンビーム２の最大ビーム電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値が５以下の場合にゲート酸化膜の破壊を抑制でき、さらに、除した値が３以下の場合には、ゲート絶縁膜の破壊をほぼ確実に抑制することができる。
【０１０２】
すなわち、式（１）の関係から、イオンビーム２とウェハ５０の相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）により、イオンビーム２の最大電流密度を５ｖ（Ａ／ｍ２）以下に設定することにより、イオンビーム２による正のチャージアップを抑制することができ、ゲート絶縁膜の破壊を防止することができる。
【０１０３】
なお、第４の実施形態おいて、イオン注入装置を例に説明したが、これに限られず、電荷を持つ不純物を導入する装置であれば、同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
また、第４の実施形態においては、イオン注入条件として、イオン種をＡｓ＋、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとしたが、イオン注入条件はこれらに限定されず、イオン種、イオンの加速エネルギー及びイオン注入量については適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明に係る半導体製造装置は、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された絶縁膜を有する半導体装置における正のチャージアップを抑制することができ、絶縁膜を有する半導体装置に不純物を注入する半導体製造装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の模式的な正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置におけるビームのスキャン速度（相対速度一定）で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の模式的な正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置におけるビームのスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置の模式的な正面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置におけるビームのスキャン速度（相対速度一定）で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置の模式的な正面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置におけるビームのスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）はイオンビームとフラッドガンによる電子との位置関係を示す模式図である。（ｂ）はイオンビームとそれを取り巻くフラッドガンによる電子とがウェハ表面を走査したときのウェハ表面における電位を示す模式図である。
【図１０】（ａ）は従来例であって、図９（ｂ）のイオンビームとそれを取り巻くフラッドガンによる電子とを用いてウェハを走査した場合のウェハ表面の電位の変化と最大破壊電圧との関係を示すグラフである。（ｂ）は従来例に係るイオンビームのスキャン方法の一例を示す模式的な斜視図である。
【図１１】（ａ）は本発明の概念を示すグラフであって、イオンビームとウェハとの相対速度及びイオンビームの最大ビーム電流密度を種々の条件で変更した場合のウェハ上のゲート絶縁膜の破壊率を示すグラフである。（ｂ）は本発明の概念を示すグラフであって、ビーム電流密度を走査速度で規格化した値とウェハ上のゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０７】
１ イオン源
２ イオンビーム
３ 質量分析器
４ ビームライン
５ 回転ディスク
６ フラッドガン
７ 前段ファラデー箱
８ 後段ファラデー箱
１０ ビーム電流／電流密度計測器
１１ ディスク回転速度制御器
１２ ディスクスキャン速度制御器
１３ ディスク回転速度計測器
１４ ディスクスキャン速度計測器
１５ イオン源調整器
１６ ビームスキャン電極
１７ プラテン
１８ ビームスキャン速度制御器
１９ プラテン移動速度制御器
２０ ビームスキャン速度計測器
２１ プラテン移動速度計測器
５０ ウェハ（半導体基板）
１０１ イオンビーム（正電荷）
１０２ 電子（負電荷）
１０３ ウェハ
１０４ 回転ディスク
１０５ 負の電位
１０６ 正の電位
１０７ 絶縁破壊耐圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜を有する半導体装置に不純物を注入する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の微細化と共にゲート絶縁膜の薄膜化が進んでいるため、ゲート絶縁膜が製造プロセス中のダメージにより損傷を受け、絶縁破壊を起こす可能性が高まっている。
【０００３】
例えば、イオン注入工程において、正に帯電したエネルギーを持つイオンビームを半導体素子及びウェハ（半導体基板）の表面に直接に打ち込むため、形成される半導体装置の表面は正に帯電しやすい。イオンビームによる電荷量が一定量、すなわちゲート絶縁膜に固有の破壊電荷量Ｑｂｄを超えた場合には、絶縁膜の破壊が発生する（例えば、非特許文献１を参照。）。このとき、一般に、ゲート絶縁膜の面積よりもゲート電極部分の面積の方が大きい、いわゆるアンテナ構造を取るため、絶縁破壊が起こりやすい。また、ゲート電極とゲート絶縁膜との面積の比であるアンテナ比の値が大きいほど破壊が発生しやすい。
【０００４】
イオンビームによる破壊は、イオン注入時のビーム電流密度が高いほど発生しやすく、また、加速エネルギーが高いほど大きくなることが知られている。このため、イオン注入条件である加速エネルギー及びビーム電流をゲート絶縁膜の破壊電荷量Ｑｂｄ以下となるように設定することによって、チャージアップによる絶縁破壊を避ける提案もなされている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
一方、イオンビームに起因する正のチャージアップを抑制するために、イオン注入時にイオンビームと同時に電子を供給して、正の電荷を打ち消すことにより正のチャージアップを抑制するフラッドガンシステム（flood gun system）が知られている。しかし、このフラッドガンシステムも負の電荷（電子）を半導体装置の表面に直接に供給するため、半導体表面が負に帯電してしまい、負のチャージアップによる破壊が発生することも知られている。このため、フラッドガンシステムから供給される電子のエネルギーを低く抑え、半導体素子の表面の負のチャージアップを破壊電圧以下の一定値に抑制する技術も報告されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載された技術により、フラッドガンシステムに起因する負のチャージアップによるゲート絶縁膜の破壊は抑制されるものの、依然としてイオンビームによる正のチャージアップによるゲート絶縁膜の破壊は完全には抑制できていない。なぜなら、イオン注入時にフラッドガンシステムから電子を供給したとしても、イオンビームがウェハに照射される瞬間の電位は完全に打ち消されている訳ではなく、イオンビームと電子とにより決定される電位分布が存在するためである。このため、これまで述べられてきたように、イオンビームのビーム電流及び加速エネルギーだけではなく、イオンビームのウェハに対する走査速度にも依存して、チャージアップが発生してしまう。とりわけ、本願発明者らは、ビームの走査速度によりイオンビームによるチャージアップの状態が大きく異なることを見い出した。
【０００７】
ビームの走査方法は、ウェハを固定してイオンビームを静電的若しくは電磁的にＸ−Ｙ２次元方向に走査する方法、イオンビームを静電的若しくは電磁的に１次元方向に走査しながらウェハをイオンビームの走査方向に対して垂直な方向で且つ１次元方向に機械的に走査する方法、又はイオンビームを固定し且つウェハを回転ディスク上に保持し、ウェハが保持された回転ディスクを回転させながら、ディスクの径方向に１次元走査を行なうｒ−θスキャン走査法がある。さらには、イオンビームを固定してウェハをＸ−Ｙ２次元方向に機械的に走査する方法等の多種多様な方法がある。従って、ビームの走査方法によって、イオンビームとウェハとの間の相対線速度は大きく異なる。このように、極めて低速の走査法から極めて高速の走査法まで多様な走査速度が存在するため、これら走査速度及び走査方法によらず、正のチャージアップを抑制する方法が要望される。
【非特許文献１】Hiroko KUBO et al., “Quantiative Charge Build-Up Evaluation Technique by Using MOS Capacitors with Charge Collecting Electrode in Wafer Processing”, IEICE Transactions on Electronics Vol.E79-C No.2,pp.198-pp.205, Feb. 1996
【特許文献１】特開平７−２２１３０６号公報
【特許文献２】特許第３２０２００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明者らは、イオン注入時のイオンビームによる正のチャージアップは、ゲート絶縁膜の絶縁破壊若しくは絶縁性の劣化、又はＰＮ接合の接合破壊若しくは接合界面の劣化等の、半導体デバイスにとって致命的な損傷を及ぼすことを見い出している。
【０００９】
通常は、前述したように、イオンビームによる正のチャージアップを中和するために、負の電荷を持つ電子をフラッドガンによりイオンビームの近傍に供給している。一方、フラッドガンについても負のチャージアップを引き起こすため、条件によってはフラッドガンにより半導体デバイスに損傷を与えることもある。このため、ゲート絶縁膜の膜厚をｔ（ｎｍ）としたとき、供給される電子の最大エネルギーを２ｔ（ｅＶ）以下に抑制できる電子フラッドガンを用いることにより、フラッドガンによる損傷を低減できることが特許文献２に開示されている。従って、少なくともフラッドガンによる負の過剰なチャージアップは、特許文献２におけるフラッドガン条件を用いれば、デバイス構造によらずに回避することが可能である。
【００１０】
しかしながら、正のチャージアップは、注入される正のイオンビームによって引き起こされるため、該イオンビームの加速エネルギーは使用されるプロセスでの設計値となる。従って、前述したフラッドガンの電子エネルギーのように一義的に決めることはできない。例えば、正のイオンビームの加速エネルギーは、プロセス設計により、通常の１００ｅＶから数百ｅＶ、ときには数ＭｅＶに設定される。また、正のイオンビーム電流についても、数百μＡから数十ｍＡまでそのドーズ量に応じて設定される。このため、正のイオンビームによるチャージアップは、ビーム電流密度及びビームの加速エネルギーによって大きく左右されることになる。このことは特許文献１にも記載されている。
【００１１】
これまで、一般に、正のイオンビーム電流にフラッドガンからの電子を照射すると、正のイオンビームは電子により中和されると考えられてきたが、本願発明者らは、イオン注入されるウェハ表面の表面電位を詳細に解析することにより、正のイオンビームは負の電子により中和されるのではなく、図９（ａ）に示すように、フラッドガンから放出された電子１０２が正のイオンビーム１０１の周囲を単に取り巻いているに過ぎないということを突き止めた。
【００１２】
具体的には、図９（ｂ）に示すように、ウェハ１０３の一表面を正のイオンビームが通過するときには、まず、ウェハ１０３は、正のイオンビーム１０１を取り巻く電子１０２により負にチャージアップする。続いて、正のイオンビーム１０１により正にチャージアップし、続いて、正のイオンビームを取り巻く電子１０２により負に再度チャージアップする。従って、フラッドガンによる正のチャージアップの中和とは、一旦、正のイオンビーム１０１により上昇した表面電位が、その後のフラッドガンからの電子によって低下することにより達成されている。従って、フラッドガンからの電子による正のチャージアップの中和とは、イオンビームの照射時に、正のチャージアップが電子によって同時に中和されるのではなく、一旦、正にチャージアップした表面電位をフラッドガンからの電子により元の電位に戻すことによる、見かけ上の中和に過ぎない。
【００１３】
図１０（ａ）に示すように、表面電位は、一旦、フラッドガン１０２による負の電位１０５から、正のイオンビーム１０１により正の電位１０６に上昇する。このときの電位の変化率ｄＶ／ｄｔはイオンのエネルギー及びビーム電流密度で決定される。また、最終的な上昇電位は、ビームがウェハ上の１点を通過するのに要する時間で決定される。このため、イオンビームが１点に照射され続ければ電位は上昇し、やがてゲート絶縁膜の絶縁破壊耐圧１０７を超えることになる。
【００１４】
一方、ゲート絶縁膜の絶縁破壊耐圧１０７を超えると、ゲート絶縁膜にはトンネル電流が流れ始める。このため、表面電位の上昇は鈍くなるものの、ゲート絶縁膜に過大な電流が流れ続け、ついには絶縁破壊に至る。すなわち、ウェハ上の任意の１点において、ビームは常に走査により移動して表面電位が正にチャージアップし、絶縁破壊耐圧１０７に達しないうちにフラッドガンにより正のチャージアップ電圧を中和する必要がある。このことは、イオンビームの走査速度、すなわちウェハ上の１点とイオンビームとの相対速度が所定値よりも小さい場合に顕著に起こる。すなわち、イオンビームとウェハ上の１点との間の相対速度が所定値よりも小さければ、イオンビームの通過に多くの時間を要するため、その間にウェハの表面電位はビーム電流密度に応じて上昇を続け、ついにはゲート絶縁膜の絶縁破壊又は損傷に至る。このように、フラッドガンによる正のチャージアップの中和は、ゲート絶縁膜が正のチャージアップにより損傷を受けるか又は破壊された後に、電子が供給されるため、実際には正のチャージアップを中和することはできない。
【００１５】
ところで、図１０（ｂ）に示すように、固定された正のイオンビーム１０１と、複数のウェハ１０３を保持した回転ディスク１０４とを有し、該回転ディスク１０４がＹ方向に機械的にスキャンする、いわゆるｒ−θスキャン装置の場合には、該スキャン装置の走査機構の制約及びプロセス条件の制約によって回転ディスク１０４の回転速度が決定される。従って、イオンビーム１０１の走査機構にかかわらず、該イオンビーム１０１の生成側で正のチャージアップを抑制できることが望ましい。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題を解決し、イオンビームの走査方法によらず、ウェハ上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは種々の検討を行なった。その結果について以下に述べる。
【００１８】
図１１（ａ）はイオンビームとウェハとの相対速度及びイオンビームの最大ビーム電流密度を種々の条件で変更したときの、走査されたウェハ上のゲート絶縁膜の破壊率の関係を表わしている。図１１（ａ）において、横軸はイオンビームとウェハとの相対速度（スキャン速度）を表わし、縦軸はゲート絶縁膜の破壊率を表わしている。ここで、イオンビームの正の電荷を打ち消すためにフラッドガンから供給される電子の最大エネルギーは、ゲート絶縁膜の膜厚ｔ（ｎｍ）に対して２ｔ（ｅＶ）以下に保たれている。
【００１９】
図１１（ａ）から分かるように、イオンビームの最大ビーム電流密度が高いほど、正のチャージアップを抑制するには、イオンビームとウェハとの相対速度を大きくする必要がある。
【００２０】
図１１（ｂ）にビーム電流密度をスキャン速度で規格化した値とウェハ上のゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。すなわち、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるビーム電流密度をスキャン速度で規格化してプロットし直している。図１１（ｂ）から分かるように、フラッドガンから供給される電子による負のチャージアップを抑制する条件下では、ゲート絶縁膜の正のチャージアップによる破壊率は、照射されるイオンビームの最大ビーム電流密度によらず、「最大ビーム電流密度をスキャン速度で除した値」にのみ依存している。すなわち、イオンビームの正のチャージアップは、以下の式（１）を満たせば、抑制可能であることを突き止めた。
【００２１】
（イオンビームの最大ビーム電流密度［Ａ／ｍ２］）
／（イオンビームとウェハとの相対速度［ｍ／ｓ］）≦５ ……… 式（１）
ビームの走査方法によっては、イオンビームとウェハとの相対速度はある程度の範囲に限定されるものの、使用可能なイオンビームの最大ビーム電流密度を決定することが可能である。逆に、イオン注入時に使用したいイオンビームの最大ビーム電流密度が決まれば、イオンビームとウェハとの相対速度の値を一義的に決める必要があることが分かる。
【００２２】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、具体的には、以下の構成によって実現される。
【００２３】
本発明に係る第１の半導体製造装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、被処理膜に、不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、被処理膜を不純物に対してＸ−Ｙ方向又はｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する走査手段と、不純物により生じる電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）を測定する電流密度測定手段と、被処理膜の走査速度を変更する走査速度変更手段と、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第１の半導体製造装置によると、機械的に２方向に走査する走査手段を備えた場合に、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段を備えているため、表面電位が正のチャージアップにより破壊電圧にまで達しないうちに、電子供給手段（フラッドガン）により電子を供給することが可能となり、被処理膜又は該被処理膜が形成されている半導体基板の正のチャージアップが防止される。すなわち、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制することが可能となる。
【００２５】
第１の半導体製造装置において、走査速度制御手段は、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値によって、被処理膜の走査速度を所定値以上の速度に制御することが好ましい。
【００２６】
この場合に、被処理膜の走査速度の所定値は、式（１）からＪ／５（ｍ／ｓ）であることが好ましい。
【００２７】
本発明に係る第２の半導体製造装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、被処理膜に、不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、被処理膜を不純物に対してＸ−Ｙ方向又はｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する走査手段と、不純物により生じる電流密度を測定する電流密度測定手段と、被処理膜の走査速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）を測定する走査速度測定手段と、被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段と、不純物の発生量及び不純物により生じる電流密度を制御する第１の電流密度制御手段と、走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値により、電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２８】
第２の半導体製造装置によると、機械的に２方向に走査する走査手段を備えた場合に、走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値により、電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えているため、表面電位が正のチャージアップにより破壊電圧にまで達しないうちに、電子供給手段（フラッドガン）により電子を供給することが可能となり、被処理膜又は該被処理膜が形成されている半導体基板の正のチャージアップが防止される。すなわち、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制することが可能となる。
【００２９】
第２の半導体製造装置において、第２の電流密度制御手段は、走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値によって、不純物の電流密度を０よりも大きく且つ所定値以下の電流密度に制御することが好ましい。
【００３０】
この場合に、電流密度の所定値は、式（１）から５ｖ（Ａ／ｍ２）であることが好ましい。
【００３１】
第２の半導体製造装置において、第２の電流密度制御手段は、電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）よりも大きい場合に、走査手段を制御することにより、不純物の導入動作を一旦停止し、電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）以下の値に制御されると、不純物の導入動作を再開することが好ましい。
【００３２】
第１又は第２の半導体製造装置において、不純物導入手段は、不純物としてイオンを注入するイオン注入手段であることが好ましい。
【００３３】
また、第１又は第２の半導体製造装置は、電子供給手段により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御手段と、電子供給手段により供給される電子のエネルギーを測定する電子エネルギー測定手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００３４】
この場合に、電子エネルギー測定手段は、電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定することが好ましい。
【００３５】
またこの場合に、電子エネルギー測定手段は、測定した電子のエネルギーに基づいて、エネルギー制御手段に対して、電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定値以下となるように制御することが好ましい。
【００３６】
第１又は第２の半導体製造装置において、絶縁膜の膜厚はｔ（ｎｍ）であり、電子エネルギー制御手段は、電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することが好ましい。
【００３７】
本発明に係る第３の半導体製造装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、被処理膜に、不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、被処理膜を不純物に対して一方向に機械的に走査する第１の走査手段と、被処理膜の走査速度を変更する第１の走査速度変更手段と、不純物を一方向に対して垂直な方向に走査する第２の走査手段と、不純物の走査速度を変更する第２の走査速度変更手段と、不純物により生じる電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）を測定する電流密度測定手段と、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、被処理膜の走査速度及び不純物の走査速度を制御する走査速度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００３８】
第３の半導体製造装置によると、一方向に機械的に走査する走査手段を備えた場合に、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、被処理膜の走査速度及び不純物の走査速度を制御する走査速度制御手段を備えているため、表面電位が正のチャージアップにより破壊電圧にまで達しないうちに、電子供給手段（フラッドガン）により電子を供給することが可能となり、被処理膜又は該被処理膜が形成されている半導体基板の正のチャージアップが防止される。すなわち、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制することが可能となる。
【００３９】
第３の半導体製造装置において、走査速度制御手段は、電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値によって、不純物の走査速度を所定値以上の速度に制御することが好ましい。
【００４０】
この場合に、不純物の走査速度の所定値は、Ｊ／５（ｍ／ｓ）であることが好ましい。
【００４１】
第３の半導体製造装置において、走査速度制御手段は、不純物の電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）により不純物の走査速度及び被処理膜の走査速度を所定値以上の速度に制御することが好ましい。
【００４２】
第３の半導体製造装置において、走査速度制御手段は、不純物の走査速度及び被処理膜の走査速度によって決定される被処理膜と不純物との相対速度がＪ／５（ｍ／ｓｅｃ）以上となるように制御することが好ましい。
【００４３】
本発明に係る第４の半導体製造装置は、半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、被処理膜に、不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、被処理膜を不純物に対して一方向に機械的に走査する第１の走査手段と、被処理膜の走査速度を測定する第１の走査速度測定手段と、被処理膜の走査速度を制御する第１の走査速度制御手段と、不純物を一方向に対して垂直な方向に走査する第２の走査手段と、不純物の走査速度を測定する第２の走査速度測定手段と、不純物の走査速度を制御する第２の走査速度制御手段と、不純物の発生量及び不純物により生じる電流密度を制御する第１の電流密度制御手段と、不純物の走査速度及び被処理膜の走査速度によって決定される被処理膜と不純物との相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値により、不純物の電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００４４】
第４の半導体製造装置によると、一方向に機械的に走査する走査手段を備えた場合に、不純物の走査速度及び被処理膜の走査速度によって決定される被処理膜と不純物との相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値により、不純物の電流密度を制御する第２の電流密度制御手段を備えているため、表面電位が正のチャージアップにより破壊電圧にまで達しないうちに、電子供給手段（フラッドガン）により電子を供給することが可能となり、被処理膜又は該被処理膜が形成されている半導体基板の正のチャージアップが防止される。すなわち、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された半導体装置への正のチャージアップを抑制することが可能となる。
【００４５】
第４の半導体製造装置において、第２の電流密度制御手段は、相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値によって、不純物の電流密度を０より大きく且つ所定値以下の電流密度に制御することが好ましい。
【００４６】
第４の半導体製造装置において、第１の電流密度制御手段は、不純物により生じる電流密度を５ｖ（Ａ／ｍ２）以下に制御することが好ましい。
【００４７】
第４の半導体製造装置において、第２の電流密度制御手段は、電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）よりも大きい場合に、走査手段を制御することにより、不純物の導入動作を一旦停止し、電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）以下の値に制御されると、不純物の導入動作を再開することが好ましい。
【００４８】
第３又は第４の半導体製造装置において、不純物導入手段は、不純物としてイオンを注入するイオン注入手段であることが好ましい。
【００４９】
また、第３又は第４の半導体製造装置は、電子供給手段により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御手段と、電子供給手段により供給される電子のエネルギーを測定する電子エネルギー測定手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００５０】
この場合に、電子エネルギー測定手段は、電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定することが好ましい。
【００５１】
また、この場合に、電子エネルギー測定手段は、測定した電子のエネルギーに基づいて、電子エネルギー制御手段に対して、電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定値以下となるように制御することを特徴とする請求項２３に記載の半導体製造装置。
【００５２】
第３又は第４の半導体製造装置において、絶縁膜の膜厚はｔ（ｎｍ）であり、電子エネルギー制御手段は、電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００５３】
本発明に係る半導体製造装置によると、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された絶縁膜を有する半導体装置における正のチャージアップを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置についてイオン注入装置を例として図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示している。図１に示すように、ウェハ５０に不純物イオンとして注入されるイオンを発生するイオン源１と、該イオン源１から引き出されたイオンビーム２から所定のイオン種を選別する質量分析器３と、選別されたイオン種をウェハ５０に導入するビームライン４と、複数のウェハ５０を載置し且つその載置面内でウェハ５０を回転する回転ディスク５とを有している。なお、ここでは、ウェハ５０の主面上には、ゲート絶縁膜等の絶縁膜を介在させて形成され、イオンが導入される被処理膜が形成されているが、絶縁膜及び被処理膜の図示は省略している。
【００５６】
ビームライン４にはイオンビーム２に電子を供給してチャージアップを抑制するフラッドガン６が設けられている。なお、フラッドガン６には、該フラッドガン６により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御器と、フラッドガン６により供給される電子のエネルギー、特に電子の最大エネルギーを測定する電子エネルギー測定器が設けられていることが好ましい。また、この場合に、ウェハ５０に成膜された絶縁膜の膜厚をｔ（ｎｍ）とした場合に、電子エネルギー制御器は、電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することがことが好ましい。
【００５７】
回転ディスク５は、回転運動と往復運動との２軸（ｒ−θ）方向に走査可能であり、この構成により、イオンビーム２は各ウェハ５０の主面の全面に照射される。
【００５８】
ビームライン４には、前段ファラデー箱（Faraday cage）７がイオンビーム２の軌道上にまで移動可能に設けられており、イオンビーム２によるビーム電流及びビーム電流密度の値をそれぞれ計測することができる。
【００５９】
回転ディスク５を挟んでビームライン４と対向する位置には、後段ファラデー箱８が設けられている。後段ファラデー箱８は、各ウェハ５０にイオン注入を実際に行なっている際のイオンビーム２におけるビーム電流及びビーム電流密度の値をそれぞれ計測することができる。後段ファラデー箱８による計測時には、前段ファラデー箱７はイオンビーム２の軌道上から離れ、図１で示された待機位置に留まる。
【００６０】
前段ファラデー箱７及び後段ファラデー箱８は、ビーム電流／電流密度計測器１０と電気的に接続されている。従って、ビーム電流／電流密度計測器１０は、イオン注入の直前には前段ファラデー箱７から、また、イオン注入時には後段ファラデー箱８からそれぞれビーム電流及びビーム電流密度の値をリアルタイムに取得することができる。
【００６１】
また、回転ディスク５には、該回転ディスク５の回転速度を制御するディスク回転速度制御器１１と、スキャン速度を制御するディスクスキャン速度制御器１２とが電気的に接続されている。
【００６２】
ビーム電流／電流密度計測器１０は、取得したイオンビーム２のビーム電流及びビーム電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値から、イオンビーム２と各ウェハ５０との相対速度が所定の値以上となるように、回転ディスク５の回転速度及びスキャン速度を計算し、ディスク回転速度制御器１１及びディスクスキャン速度制御器１２に速度情報を送信する。
【００６３】
一般に、ビーム電流は、イオン源１において生じる揺らぎ等によりイオン注入時に変動するが、後段ファラデー箱８はリアルタイムにその変動情報を取得して、ビーム電流／電流密度計測器１０に取得した情報を送り、回転ディスク５の最適な回転速度及びスキャン速度を計算し、その計算結果をディスク回転速度制御器１１及びディスクスキャン速度制御器１２に送信して制御し続ける。
【００６４】
図２にスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。図２はイオン注入条件として、例えばイオン種に砒素（Ａｓ＋）イオンを用い、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとし、最大ビーム電流量をそれぞれ１ｍＡ、１．８ｍＡ、３．２ｍＡ、５．６ｍＡ、１０ｍＡ及び１８ｍＡとしたときに、スキャン速度（相対速度）の上限値で計測した結果を示す。グラフの横軸は、イオン注入時におけるイオンビーム２の最大電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値を表わし、縦軸はゲート酸化膜の破壊率を表わしている。
【００６５】
図２から分かるように、イオンビーム２の最大ビーム電流密度をスキャン速度の上限値で除した値が５以下の場合にゲート酸化膜の破壊を抑制でき、さらに、除した値が３以下の場合には、ゲート絶縁膜の破壊をほぼ確実に抑制することができる。
【００６６】
すなわち、式（１）の関係から、イオンビーム２の最大ビーム電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）により、イオンビーム２とウェハ５０との相対速度をＪ／５（ｍ／ｓｅｃ）以上とすることにより、イオンビーム２による正のチャージアップを抑制することができ、ゲート絶縁膜の破壊を防止することができる。
【００６７】
なお、第１の実施形態おいて、イオン注入装置を例に説明したが、これに限られず、電荷を持つ不純物を導入する装置であれば、同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また、第１の実施形態においては、イオン注入条件として、イオン種をＡｓ＋、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶ、ビーム電流値を１ｍＡ〜１８ｍＡとしたが、イオン注入条件はこれらに限定されず、イオン種、イオンの加速エネルギー、イオン注入量及びビーム電流値については適宜変更可能である。
【００６９】
また、第１の実施形態においては、ウェハ５０を保持し走査する手段として、回転ディスク５を用いたｒ−θ方向の２軸走査の場合を説明したが、これに限られない。例えば、ｘ−ｙ方向の２軸走査等、ウェハ５０の全面にイオンビーム２を照射するために、イオンビーム２の軌道を固定し且つウェハ５０を２軸以上で機械的に走査する方法であれば、同様の効果を得ることができる。
【００７０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置についてイオン注入装置を例として図面を参照しながら説明する。
【００７１】
図３は本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示している。図３において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００７２】
図３に示すように、第２の実施形態の第１の実施形態との相違点は、回転ディスク５に該回転ディスク５の回転速度を計測するディスク回転速度計測器１３と、回転ディスク５のスキャン速度（ｒ方向）を計測するディスクスキャン速度計測器１４とが設けられている点、及びイオン源１にビーム電流／電流密度計測器１０からの信号を受けるイオン源調整器１５が設けられている点である。
【００７３】
第２の実施形態においては、ディスク回転速度計測器１３が回転ディスク５の回転速度を計測し、また、ディスクスキャン速度計測器１４が回転ディスク５のスキャン速度（スキャン駆動部の移動速度）を計測している。これらの計測結果は、ビーム電流／電流密度計測器１０にリアルタイムに送信される。
【００７４】
ビーム電流／電流密度計測器１０は、ディスク回転速度計測器１３及びディスクスキャン速度計測器１４からそれぞれ取得した回転ディスク５の回転速度及びスキャン速度から、イオンビーム２とウェハ５０との実際の相対速度を計算し、その計算値から現在のイオンビーム２の最大ビーム電流密度が所定値以下であるか否かを判定する。判定結果が所定値以下である場合は、そのままイオンの注入動作を継続し、逆に所定値よりも大きい場合はイオンの注入動作を一旦停止し、停止情報をイオン源調整器１５に送信する。停止情報を受けたイオン源調整器１５は、イオンビーム２におけるビーム電流及びビーム電流密度の値を再調整する。その後、イオンビーム２の最大ビーム電流密度が所定値を満足した場合は、再度イオン注入を再開する。
【００７５】
前述したように、ビーム電流は、一般にイオン源１において生じる揺らぎ等によりイオン注入時に変動するが、後段ファラデー箱８はリアルタイムにその変動情報を取得して、ビーム電流／電流密度計測器１０に該変動情報を送る。これと同時に、ディスク回転速度計測器１３及びディスクスキャン速度計測器１４は、それぞれ取得した回転ディスク５の回転速度及びスキャン速度をビーム電流／電流密度計測器１０に送り続ける。ビーム電流／電流密度計測器１０は、イオンビーム２の変動情報、回転ディスク５の回転速度及びスキャン速度からビーム電流密度が適当な値であるか否かを判定し、制御し続ける。
【００７６】
図４にスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。図４はイオン注入条件として、例えばイオン種に砒素（Ａｓ＋）イオンを用い、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとし、スキャン速度（相対速度）をそれぞれ１ｍ／ｓ、３ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ、１００ｍ／ｓ及び３００ｍ／ｓのように、スキャン速度の上限値を変更して計測した結果を示す。グラフの横軸は、イオン注入時におけるイオンビーム２の最大電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値を表わし、縦軸はゲート酸化膜の破壊率を表わしている。
【００７７】
図４から分かるように、イオンビーム２の最大ビーム電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値が５以下の場合にゲート酸化膜の破壊を抑制でき、さらに、除した値が３以下の場合には、ゲート絶縁膜の破壊をほぼ確実に抑制することができる。
【００７８】
すなわち、式（１）の関係から、イオンビーム２とウェハ５０の相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）により、イオンビーム２の最大電流密度を５ｖ（Ａ／ｍ２）以下に設定することにより、イオンビーム２による正のチャージアップを抑制することができ、ゲート絶縁膜の破壊を防止することができる。
【００７９】
なお、第２の実施形態おいて、イオン注入装置を例に説明したが、これに限られず、電荷を持つ不純物を導入する装置であれば、同様の効果を得ることができる。
【００８０】
また、第２の実施形態においては、イオン注入条件として、イオン種をＡｓ＋、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとしたが、イオン注入条件はこれらに限定されず、イオン種、イオンの加速エネルギー及びイオン注入量については適宜変更可能である。
【００８１】
また、第２の実施形態においては、ウェハ５０を保持し走査する手段として、回転ディスク５を用いたｒ−θ方向の２軸走査の場合を説明したが、これに限られない。例えば、ｘ−ｙ方向の２軸走査等、ウェハ５０の全面にイオンビーム２を照射するために、イオンビーム２の軌道を固定し且つウェハ５０を２軸以上で機械的に走査する方法であれば、同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置についてイオン注入装置を例として図面を参照しながら説明する。
【００８３】
図５は本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示している。図５において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８４】
図５に示すように、第３の実施形態の第１の実施形態との相違点は、質量分析器３とビームライン４との間にビームスキャン電極１６が設けられている点、ウェハ５０の保持手段を回転ディスク５に代えて、一方向に移動可能なプラテン１７を用いる点である。従って、ディスク回転速度制御器１１及びディスクスキャン速度制御器１２は設けられない。
【００８５】
ここで、ビームスキャン電極１６には、ビーム電流／電流密度計測器１０の制御を受けるビームスキャン速度制御器１８が接続されている。
【００８６】
プラテン１７は、イオンビーム２のスキャン方向に対して垂直に振幅し、その結果、イオンビーム６２ウェハ５０の全面に照射される。なお、プラテン１７には、ビーム電流／電流密度計測器１０の制御を受けるプラテン移動速度制御器１９が接続されている。
【００８７】
ビーム電流／電流密度計測器１０は、後段ファラデー箱８から取得したイオンビーム２のビーム電流及びビーム電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値から、イオンビーム２とウェハ５０との相対速度が所定の値以上となるように、イオンビーム２のスキャン速度及びプラテンの移動速度を計算し、ビームスキャン速度制御器１８とプラテン移動速度制御器１９とにそれぞれ速度情報を送信する。
【００８８】
前述したように、ビーム電流は、一般にイオン源１において生じる揺らぎ等によりイオン注入時に変動するが、後段ファラデー箱８はリアルタイムにその変動情報を取得して、ビーム電流／電流密度計測器１０に該変動情報を送る。これと同時に、ビーム電流／電流密度計測器１０は、最適なビームスキャン速度とプラテン移動速度とを計算し、その計算結果をビームスキャン速度制御器１８及びプラテン移動速度制御器１９に送り、制御し続ける。
【００８９】
図６にスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。図６はイオン注入条件として、例えばイオン種に砒素（Ａｓ＋）イオンを用い、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとし、最大ビーム電流量をそれぞれ１ｍＡ、１．８ｍＡ、３．２ｍＡ、５．６ｍＡ、１０ｍＡ及び１８ｍＡとしたときに、スキャン速度（相対速度）の上限値で計測した結果を示す。グラフの横軸は、イオン注入時におけるイオンビーム２の最大電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値を表わし、縦軸はゲート酸化膜の破壊率を表わしている。
【００９０】
図６から分かるように、イオンビーム２の最大ビーム電流密度をスキャン速度の上限値で除した値が５以下の場合にゲート酸化膜の破壊を抑制でき、さらに、除した値が３以下の場合には、ゲート絶縁膜の破壊をほぼ確実に抑制することができる。
【００９１】
すなわち、式（１）の関係から、イオンビーム２の最大ビーム電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）により、イオンビーム２とウェハ５０との相対速度をＪ／５（ｍ／ｓｅｃ）以上とすることにより、イオンビーム２による正のチャージアップを抑制することができ、ゲート絶縁膜の破壊を防止することができる。
【００９２】
なお、第３の実施形態おいて、イオン注入装置を例に説明したが、これに限られず、電荷を持つ不純物を導入する装置であれば、同様の効果を得ることができる。
【００９３】
また、第３の実施形態においては、イオン注入条件として、イオン種をＡｓ＋、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶ、ビーム電流値を１ｍＡ〜１８ｍＡとしたが、イオン注入条件はこれらに限定されず、イオン種、イオンの加速エネルギー、イオン注入量及びビーム電流値については適宜変更可能である。
【００９４】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置についてイオン注入装置を例として図面を参照しながら説明する。
【００９５】
図７は本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置を模式的に示している。図７において、図１及び図５に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００９６】
図７に示すように、第４の実施形態の第２の実施形態との相違点は、ビームスキャン電極１６にイオンビーム２のスキャン速度を計測するビームスキャン速度計測器２０が設けられている点、プラテン１７に該プラテン１７の移動速度を計測するプラテン移動速度計測器２１が設けられている点、及びイオン源１にビーム電流／電流密度計測器１０からの信号を受けるイオン源調整器１５が設けられている点である。
【００９７】
第４の実施形態においては、ビームスキャン速度計測器２０がビームスキャン電極１６によるイオンビーム２のスキャン速度を計測し、プラテン移動速度計測器２１がプラテン１７の移動速度（振幅速度）を計測しており、これらの計測結果は、ビーム電流／電流密度計測器１０にリアルタイムに送信される。
【００９８】
ビーム電流／電流密度計測器１０は、ビームスキャン速度計測器２０及びプラテン移動速度計測器２１からそれぞれ取得したイオンビーム２のスキャン速度及びプラテン１７の移動速度から、イオンビーム２とウェハ５０との実際の相対速度を計算し、その計算値から現在のイオンビーム２の最大ビーム電流密度が所定値以下であるか否かを判定する。判定結果が所定値以下である場合は、そのままイオンの注入動作を継続し、逆に所定値よりも大きい場合はイオンの注入動作を一旦停止し、停止情報をイオン源調整器１５に送信する。停止情報を受けたイオン源調整器１５は、イオンビーム２におけるビーム電流及びビーム電流密度の値を再調整する。その後、イオンビーム２の最大ビーム電流密度が所定値を満足した場合は、再度イオン注入を再開する。
【００９９】
前述したように、ビーム電流は、一般にイオン源１において生じる揺らぎ等によりイオン注入時に変動するが、後段ファラデー箱８はリアルタイムにその変動情報を取得して、ビーム電流／電流密度計測器１０に該変動情報を送る。これと同時に、ビームスキャン速度計測器２０及びプラテン移動速度計測器２１は、それぞれ取得したイオンビーム２のスキャン速度及びプラテン１７の移動速度をビーム電流／電流密度計測器１０に送り続ける。ビーム電流／電流密度計測器１０は、イオンビーム２の変動情報、イオンビーム２のスキャン速度及びプラテン１７の移動速度からビーム電流密度が適当な値であるか否かを判定し、制御し続ける。
【０１００】
図８にスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示す。図８はイオン注入条件として、例えばイオン種に砒素（Ａｓ＋）イオンを用い、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとし、スキャン速度（相対速度）をそれぞれ１ｍ／ｓ、３ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓ、１００ｍ／ｓ及び３００ｍ／ｓのように、スキャン速度の上限値を変更して計測した結果を示す。グラフの横軸は、イオン注入時におけるイオンビーム２の最大電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値を表わし、縦軸はゲート酸化膜の破壊率を表わしている。
【０１０１】
図８から分かるように、イオンビーム２の最大ビーム電流密度を各スキャン速度の上限値で除した値が５以下の場合にゲート酸化膜の破壊を抑制でき、さらに、除した値が３以下の場合には、ゲート絶縁膜の破壊をほぼ確実に抑制することができる。
【０１０２】
すなわち、式（１）の関係から、イオンビーム２とウェハ５０の相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）により、イオンビーム２の最大電流密度を５ｖ（Ａ／ｍ２）以下に設定することにより、イオンビーム２による正のチャージアップを抑制することができ、ゲート絶縁膜の破壊を防止することができる。
【０１０３】
なお、第４の実施形態おいて、イオン注入装置を例に説明したが、これに限られず、電荷を持つ不純物を導入する装置であれば、同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
また、第４の実施形態においては、イオン注入条件として、イオン種をＡｓ＋、イオンの加速エネルギーを２０ｋｅＶとしたが、イオン注入条件はこれらに限定されず、イオン種、イオンの加速エネルギー及びイオン注入量については適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明に係る半導体製造装置は、イオンビームの走査方法によらず、半導体基板上に形成された絶縁膜を有する半導体装置における正のチャージアップを抑制することができ、絶縁膜を有する半導体装置に不純物を注入する半導体製造装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の模式的な正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置におけるビームのスキャン速度（相対速度一定）で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の模式的な正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置におけるビームのスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置の模式的な正面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置におけるビームのスキャン速度（相対速度一定）で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置の模式的な正面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置におけるビームのスキャン速度で規格化した最大ビーム電流密度とゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）はイオンビームとフラッドガンによる電子との位置関係を示す模式図である。（ｂ）はイオンビームとそれを取り巻くフラッドガンによる電子とがウェハ表面を走査したときのウェハ表面における電位を示す模式図である。
【図１０】（ａ）は従来例であって、図９（ｂ）のイオンビームとそれを取り巻くフラッドガンによる電子とを用いてウェハを走査した場合のウェハ表面の電位の変化と最大破壊電圧との関係を示すグラフである。（ｂ）は従来例に係るイオンビームのスキャン方法の一例を示す模式的な斜視図である。
【図１１】（ａ）は本発明の概念を示すグラフであって、イオンビームとウェハとの相対速度及びイオンビームの最大ビーム電流密度を種々の条件で変更した場合のウェハ上のゲート絶縁膜の破壊率を示すグラフである。（ｂ）は本発明の概念を示すグラフであって、ビーム電流密度を走査速度で規格化した値とウェハ上のゲート絶縁膜の破壊率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０７】
１ イオン源
２ イオンビーム
３ 質量分析器
４ ビームライン
５ 回転ディスク
６ フラッドガン
７ 前段ファラデー箱
８ 後段ファラデー箱
１０ ビーム電流／電流密度計測器
１１ ディスク回転速度制御器
１２ ディスクスキャン速度制御器
１３ ディスク回転速度計測器
１４ ディスクスキャン速度計測器
１５ イオン源調整器
１６ ビームスキャン電極
１７ プラテン
１８ ビームスキャン速度制御器
１９ プラテン移動速度制御器
２０ ビームスキャン速度計測器
２１ プラテン移動速度計測器
５０ ウェハ（半導体基板）
１０１ イオンビーム（正電荷）
１０２ 電子（負電荷）
１０３ ウェハ
１０４ 回転ディスク
１０５ 負の電位
１０６ 正の電位
１０７ 絶縁破壊耐圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、
前記被処理膜に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、
前記被処理膜を前記不純物に対してＸ−Ｙ方向又はｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する走査手段と、
前記不純物により生じる電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）を測定する電流密度測定手段と、
前記被処理膜の走査速度を変更する走査速度変更手段と、
前記電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、前記被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記走査速度制御手段は、前記電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値によって、前記被処理膜の走査速度を所定値以上の速度に制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記走査速度の所定値は、Ｊ／５（ｍ／ｓ）であることを特徴とする請求項２に記載の不純物導入装置。
【請求項４】
半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、
前記被処理膜に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、
前記被処理膜を前記不純物に対してＸ−Ｙ方向又はｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する走査手段と、
前記不純物により生じる電流密度を測定する電流密度測定手段と、
前記被処理膜の走査速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）を測定する走査速度測定手段と、
前記被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段と、
前記不純物の発生量及び前記不純物により生じる電流密度を制御する第１の電流密度制御手段と、
前記走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値により、前記電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
前記第２の電流密度制御手段は、前記走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値によって、前記不純物の電流密度を０よりも大きく且つ所定値以下の電流密度に制御することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記電流密度の所定値は、５ｖ（Ａ／ｍ２）であることを特徴とする請求項５に記載の不純物導入装置。
【請求項７】
前記第２の電流密度制御手段は、前記電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）よりも大きい場合に、前記走査手段を制御することにより、前記不純物の導入動作を一旦停止し、前記電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）以下の値に制御されると、前記不純物の導入動作を再開することを特徴とする請求項４に記載の不純物導入装置。
【請求項８】
前記不純物導入手段は、前記不純物としてイオンを注入するイオン注入手段であることを特徴とする請求項１又は４に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記電子供給手段により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御手段と、
前記電子供給手段により供給される電子のエネルギーを測定する電子エネルギー測定手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１又は４に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
前記電子エネルギー測定手段は、前記電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定することを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
【請求項１１】
前記電子エネルギー測定手段は、測定した電子のエネルギーに基づいて、前記電子エネルギー制御手段に対して、前記電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定値以下となるように制御することを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
【請求項１２】
前記絶縁膜の膜厚はｔ（ｎｍ）であり、
前記電子エネルギー制御手段は、前記電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することを特徴とする請求項１又は４に記載の半導体製造装置。
【請求項１３】
半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、
前記被処理膜に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、
前記被処理膜を前記不純物に対して一方向に機械的に走査する第１の走査手段と、
前記被処理膜の走査速度を変更する第１の走査速度変更手段と、
前記不純物を前記一方向に対して垂直な方向に走査する第２の走査手段と、
前記不純物の走査速度を変更する第２の走査速度変更手段と、
前記不純物により生じる電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）を測定する電流密度測定手段と、
前記電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、前記被処理膜の走査速度及び前記不純物の走査速度を制御する走査速度制御手段とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１４】
前記走査速度制御手段は、前記電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値によって、前記不純物の走査速度を所定値以上の速度に制御することを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１５】
前記走査速度の所定値は、Ｊ／５（ｍ／ｓ）であることを特徴とする請求項１４に記載の不純物導入装置。
【請求項１６】
前記走査速度制御手段は、前記不純物の電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）により前記不純物の走査速度及び前記被処理膜の走査速度を所定値以上の速度に制御することを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１７】
前記走査速度制御手段は、前記不純物の走査速度及び前記被処理膜の走査速度によって決定される前記被処理膜と前記不純物との相対速度がＪ／５（ｍ／ｓｅｃ）以上となるように制御することを特徴とする請求項１３に記載の不純物導入装置。
【請求項１８】
半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、
前記被処理膜に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、
前記被処理膜を前記不純物に対して一方向に機械的に走査する第１の走査手段と、
前記被処理膜の走査速度を測定する第１の走査速度測定手段と、
前記被処理膜の走査速度を制御する第１の走査速度制御手段と、
前記不純物を前記一方向に対して垂直な方向に走査する第２の走査手段と、
前記不純物の走査速度を測定する第２の走査速度測定手段と、
前記不純物の走査速度を制御する第２の走査速度制御手段と、
前記不純物の発生量及び前記不純物により生じる電流密度を制御する第１の電流密度制御手段と、
前記不純物の走査速度及び前記被処理膜の走査速度によって決定される前記被処理膜と前記不純物との相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値により、前記不純物の電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１９】
前記第２の電流密度制御手段は、前記相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値によって、前記不純物の電流密度を０より大きく且つ所定値以下の電流密度に制御することを特徴とする請求項１８に記載の半導体製造装置。
【請求項２０】
前記第１の電流密度制御手段は、前記不純物により生じる電流密度を５ｖ（Ａ／ｍ２）以下に制御することを特徴とする請求項１８に記載の不純物導入装置。
【請求項２１】
前記第２の電流密度制御手段は、前記電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）よりも大きい場合に、前記走査手段を制御することにより、前記不純物の導入動作を一旦停止し、前記電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）以下の値に制御されると、前記不純物の導入動作を再開することを特徴とする請求項１８に記載の不純物導入装置。
【請求項２２】
前記不純物導入手段は、前記不純物としてイオンを注入するイオン注入手段であることを特徴とする請求項１３又は１８に記載の半導体製造装置。
【請求項２３】
前記電子供給手段により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御手段と、
前記電子供給手段により供給される電子のエネルギーを測定する電子エネルギー測定手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１３又は１８に記載の半導体製造装置。
【請求項２４】
前記電子エネルギー測定手段は、前記電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定することを特徴とする請求項２３に記載の半導体製造装置。
【請求項２５】
前記電子エネルギー測定手段は、測定した電子のエネルギーに基づいて、前記電子エネルギー制御手段に対して、前記電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定値以下となるように制御することを特徴とする請求項２３に記載の半導体製造装置。
【請求項２６】
前記絶縁膜の膜厚はｔ（ｎｍ）であり、
前記電子エネルギー制御手段は、前記電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することを特徴とする請求項１３又は１８に記載の半導体製造装置。
【請求項１】
半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、
前記被処理膜に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、
前記被処理膜を前記不純物に対してＸ−Ｙ方向又はｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する走査手段と、
前記不純物により生じる電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）を測定する電流密度測定手段と、
前記被処理膜の走査速度を変更する走査速度変更手段と、
前記電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、前記被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記走査速度制御手段は、前記電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値によって、前記被処理膜の走査速度を所定値以上の速度に制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記走査速度の所定値は、Ｊ／５（ｍ／ｓ）であることを特徴とする請求項２に記載の不純物導入装置。
【請求項４】
半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、
前記被処理膜に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、
前記被処理膜を前記不純物に対してＸ−Ｙ方向又はｒ−θ方向の２方向に機械的に走査する走査手段と、
前記不純物により生じる電流密度を測定する電流密度測定手段と、
前記被処理膜の走査速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）を測定する走査速度測定手段と、
前記被処理膜の走査速度を制御する走査速度制御手段と、
前記不純物の発生量及び前記不純物により生じる電流密度を制御する第１の電流密度制御手段と、
前記走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値により、前記電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
前記第２の電流密度制御手段は、前記走査速度ｖ（ｍ／ｓ）の値によって、前記不純物の電流密度を０よりも大きく且つ所定値以下の電流密度に制御することを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記電流密度の所定値は、５ｖ（Ａ／ｍ２）であることを特徴とする請求項５に記載の不純物導入装置。
【請求項７】
前記第２の電流密度制御手段は、前記電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）よりも大きい場合に、前記走査手段を制御することにより、前記不純物の導入動作を一旦停止し、前記電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）以下の値に制御されると、前記不純物の導入動作を再開することを特徴とする請求項４に記載の不純物導入装置。
【請求項８】
前記不純物導入手段は、前記不純物としてイオンを注入するイオン注入手段であることを特徴とする請求項１又は４に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記電子供給手段により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御手段と、
前記電子供給手段により供給される電子のエネルギーを測定する電子エネルギー測定手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１又は４に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
前記電子エネルギー測定手段は、前記電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定することを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
【請求項１１】
前記電子エネルギー測定手段は、測定した電子のエネルギーに基づいて、前記電子エネルギー制御手段に対して、前記電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定値以下となるように制御することを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
【請求項１２】
前記絶縁膜の膜厚はｔ（ｎｍ）であり、
前記電子エネルギー制御手段は、前記電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することを特徴とする請求項１又は４に記載の半導体製造装置。
【請求項１３】
半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、
前記被処理膜に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、
前記被処理膜を前記不純物に対して一方向に機械的に走査する第１の走査手段と、
前記被処理膜の走査速度を変更する第１の走査速度変更手段と、
前記不純物を前記一方向に対して垂直な方向に走査する第２の走査手段と、
前記不純物の走査速度を変更する第２の走査速度変更手段と、
前記不純物により生じる電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）を測定する電流密度測定手段と、
前記電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値により、前記被処理膜の走査速度及び前記不純物の走査速度を制御する走査速度制御手段とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１４】
前記走査速度制御手段は、前記電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）の値によって、前記不純物の走査速度を所定値以上の速度に制御することを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１５】
前記走査速度の所定値は、Ｊ／５（ｍ／ｓ）であることを特徴とする請求項１４に記載の不純物導入装置。
【請求項１６】
前記走査速度制御手段は、前記不純物の電流密度Ｊ（Ａ／ｍ２）により前記不純物の走査速度及び前記被処理膜の走査速度を所定値以上の速度に制御することを特徴とする請求項１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１７】
前記走査速度制御手段は、前記不純物の走査速度及び前記被処理膜の走査速度によって決定される前記被処理膜と前記不純物との相対速度がＪ／５（ｍ／ｓｅｃ）以上となるように制御することを特徴とする請求項１３に記載の不純物導入装置。
【請求項１８】
半導体基板の上に絶縁膜を介在させて形成された被処理膜に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、
前記被処理膜に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子供給手段と、
前記被処理膜を前記不純物に対して一方向に機械的に走査する第１の走査手段と、
前記被処理膜の走査速度を測定する第１の走査速度測定手段と、
前記被処理膜の走査速度を制御する第１の走査速度制御手段と、
前記不純物を前記一方向に対して垂直な方向に走査する第２の走査手段と、
前記不純物の走査速度を測定する第２の走査速度測定手段と、
前記不純物の走査速度を制御する第２の走査速度制御手段と、
前記不純物の発生量及び前記不純物により生じる電流密度を制御する第１の電流密度制御手段と、
前記不純物の走査速度及び前記被処理膜の走査速度によって決定される前記被処理膜と前記不純物との相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値により、前記不純物の電流密度を制御する第２の電流密度制御手段とを備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１９】
前記第２の電流密度制御手段は、前記相対速度ｖ（ｍ／ｓｅｃ）の値によって、前記不純物の電流密度を０より大きく且つ所定値以下の電流密度に制御することを特徴とする請求項１８に記載の半導体製造装置。
【請求項２０】
前記第１の電流密度制御手段は、前記不純物により生じる電流密度を５ｖ（Ａ／ｍ２）以下に制御することを特徴とする請求項１８に記載の不純物導入装置。
【請求項２１】
前記第２の電流密度制御手段は、前記電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）よりも大きい場合に、前記走査手段を制御することにより、前記不純物の導入動作を一旦停止し、前記電流密度が５ｖ（Ａ／ｍ２）以下の値に制御されると、前記不純物の導入動作を再開することを特徴とする請求項１８に記載の不純物導入装置。
【請求項２２】
前記不純物導入手段は、前記不純物としてイオンを注入するイオン注入手段であることを特徴とする請求項１３又は１８に記載の半導体製造装置。
【請求項２３】
前記電子供給手段により供給される電子のエネルギーを制御する電子エネルギー制御手段と、
前記電子供給手段により供給される電子のエネルギーを測定する電子エネルギー測定手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１３又は１８に記載の半導体製造装置。
【請求項２４】
前記電子エネルギー測定手段は、前記電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定することを特徴とする請求項２３に記載の半導体製造装置。
【請求項２５】
前記電子エネルギー測定手段は、測定した電子のエネルギーに基づいて、前記電子エネルギー制御手段に対して、前記電子供給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定値以下となるように制御することを特徴とする請求項２３に記載の半導体製造装置。
【請求項２６】
前記絶縁膜の膜厚はｔ（ｎｍ）であり、
前記電子エネルギー制御手段は、前記電子の最大エネルギーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御することを特徴とする請求項１３又は１８に記載の半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１６６６６０（Ｐ２００８−１６６６６０Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２０（Ｐ２００７−５２０）
【出願日】平成１９年１月５日（２００７．１．５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月５日（２００７．１．５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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