(57)【要約】イオン注入角度やイオンビームの軌道をより高い精度で制御することができる半導体装置の製造方法、イオンビームの調整方法及びイオン注入装置を提供する。ソースヘッド（１）から出力され、引出電極（２）のスリット（２ｓ）を通過したイオンビームを、ソースヘッド（１）のイオン出射口（１ｃ）に対向して設けられた電流測定器（１５）に入射させる。電流測定器（１５）の電流測定結果に基づき、スリット（２ｓ）の位置を制御する。位置が制御されたスリット（２ｓ）を通過したイオンビームをマグネット（３）の磁界により湾曲させ、マグネット（３）を通過したイオンビームを半導体基板（Ｗ）に入射させる。
2009122555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソースヘッドから出力され、引出電極のスリットを通過してマグネット内に入射するイオンビームを、前記ソースヘッドのイオン出射口に対向して設けられた電流測定器に入射させる工程と、
前記マグネットの磁界を発生させない状態における前記電流測定器の電流測定結果に基づき、前記スリットの位置を制御する工程と、
前記位置が制御された前記スリットを通過した前記イオンビームを前記マグネットの磁界により湾曲させ、半導体基板に入射させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記イオンビームを前記半導体基板に入射する工程は、トランジスタのゲート電極をマスクにしてソース／ドレイン拡散領域を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記イオンビームを前記半導体基板に入射する工程は、前記トランジスタの前記ゲート電極をマスクにして、前記ソース／ドレイン拡散領域のエクステンション領域を形成する工程であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記電流測定結果に基づいて前記引出電極の位置を制御する工程は、前記イオンビームが前記マグネットに入射する軌道を制御する工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記引出電極の前記スリットの位置を制御する工程は、前記電流測定器による電流測定値が最も大きくなる位置に前記引出電極を設定する工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記質量分析マグネットのイオンビーム出口と前記半導体基板の間に配置するスリット電極のスリットの中心と前記イオンビームの重心を一致させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ソースヘッドと、
前記ソースヘッドから出力されたイオンビームの一部を選択して通過させるスリットを有する引出電極と、
前記スリットを通過した前記イオンビームの軌道を湾曲させるマグネットと、
前記マグネットから出射された前記イオンビームが入射されるターゲットを載置するターゲット保持台と、
前記ソースヘッドのイオンビーム出射口に対向して設けられる電流測定器と、
前記マグネットから磁界を発生させない状態における前記電流測定器の測定結果に基づき、前記引出電極の位置を制御する制御手段と、
を有することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項８】
前記電流測定器は、前記マグネットのチャンバの壁面に配置されることを特徴とする請求項７に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記電流測定器は、前記マグネットの入射口に対して垂直となる前記イオンビームの軌道の延長線上に配置されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記電流測定器は、前記イオンビームを入射する凹状の面を備えた導電性カップを有していることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
ソースヘッドから出力され、引出電極のスリットを通過したイオンビームを、前記イオンソースに対向して設けられた電流測定器に入射させる工程と、
前記電流測定器に入射される前記イオンビームの電流を測定する工程と、
前記電流測定器の電流測定結果に基づき、前記引出電極の位置を制御する工程と
を有することを特徴とするイオンビームの調整方法。
【請求項１２】
前記イオンビームの電流を測定する工程は、前記イオンビームの電流プロファイルを測定する工程であることを特徴とする請求項１１に記載のイオンビームの調整方法。
【請求項１３】
前記引出電極の位置を制御する工程は、前記イオンビームを前記マグネットの入射口に垂直に入射されるように制御する工程であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のイオンビームの調整方法。
【請求項１４】
前記電流測定器による前記電流の測定値が最大となる位置に前記引出電極を設定することを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載のイオンビームの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、イオンビームの調整方法及びイオン注入装置に関し、特に、不純物注入領域を有する半導体装置の製造方法と、ターゲットにイオンを注入するためのイオンビームの調整方法と、イオン注入に使用されるイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子、分子を対象物に導入する方法の１つであるイオン注入法は、半導体装置の製造や金属表面改質などに使用されている。例えば、半導体装置の製造において、イオン注入は、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極を構成するポリシリコン膜を導電化する工程、或いは、ＭＯＳＦＥＴのｎ型又はｐ型のソース／ドレイン拡散領域を形成する工程などに使用される。【０００３】
イオン注入装置は、イオンを生成するイオン源と、イオン源からイオンを引き出す引出電極と、イオン源から引き出されたイオンを質量毎に分離する分離磁石と、分離されたイオン種のうち所定のイオン種を集束させるレンズと、イオン注入対象であるウェーハを載置するウェーハステージとを有している。分離磁石は、質量分析マグネットとも呼ばれる。【０００４】
そのような構造を有するイオン注入装置は、ウェーハへのイオン注入角度を制御したり、イオン注入効率を高めたりするなどのために種々の工夫がなされている。
例えば、分離磁石を通過したイオンビームの重心を計測する重心計測機構をイオンビーム進路の途中に出し入れ可能に配置するとともに、重心計測機構により測定されたイオンビームの飛行方向とウェーハの法線が一致するようにウェーハステージの角度を制御することが知られている。【０００５】
また、ウェーハに対するイオンビーム注入角度を調整するために、質量分析マグネットの偏向作用の強度を調整する偏向強度調整手段を設けるとともに、ウェーハをその面方向に沿って移動するウェーハ駆動機構を設けることも知られている。【０００６】
また、イオン源と質量分析マグネットの周囲との間にイオンビームを受けるマスクを設け、このマスクに流れるビーム電流を測定して、そのビーム電流が最小になるように引出電極とイオン源の距離を調整することも知られている。【０００７】
また、質量分析マグネットにより分離される複数種類のイオンビームのうち特定質量以外の質量のイオンビームの電流をファラデーカップにより測定し、その測定値に基づいて特定質量のイオンビームの電流を間接的に求めることも知られている。これにより、特定質量のイオンビームを対象物に注入しながら、特定質量のイオンビームの電流を測定できることになる。【０００８】
この場合、ファラデーカップは、質量分析マグネットのビーム導出口寄りの領域に配置され、さらにイオンビームに対して略直交する方向に移動可能に取り付けられることがある。【０００９】
ところで、上記技術において、ウェーハの回転機構とウェーハの法線角度変更機構とを併存させることは、ウェーハステージを駆動する駆動部の大きさ及び構成から見て難しい。【００１０】
一方、イオン種が質量分析マグネット内で理想的な軌道を描いて進行することを前提としてイオン注入角度を調整する場合、質量分析マグネットの偏向作用の強度を調整するだけでは、ウェーハへのイオンビームの入射角度を精度良く調整することは難しい。
また、イオンビームのターゲットに電流計を接続して、イオンビーム電流の最大値を検出する方法では、イオンビームの入射位置を検知することはできず、イオンビームの入射角度を調整することは難しい。
【特許文献１】特開２００６−１９０４８号公報
【特許文献２】特開平３−１０５８３９号公報
【特許文献３】特開平７−１６９４３３号公報
【特許文献４】特開２００１−２１６９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、半導体基板へのイオン注入角度をより高い精度で制御する工程を含む半導体装置の製造方法と、イオンビームの軌道をより高い精度で制御することができるイオンビームの調整方法と、イオンビームの軌道をより高い精度で制御する機構を備えたイオン注入装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの観点によれば、ソースヘッドから出力され、引出電極のスリットを通過しマグネット内に入射するイオンビームを、前記ソースヘッドのイオン出射口に対向して設けられた電流測定器に入射させる工程と、前記マグネットの磁界を発生させない状態における前記電流測定器の電流測定結果に基づき、前記スリットの位置を制御する工程と、前記位置が制御された前記スリットを通過した前記イオンビームを前記マグネットの磁界により湾曲させる工程と、前記マグネットを通過した前記イオンビームを半導体基板に入射させる工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の別の観点によれば、ソースヘッドと、前記ソースヘッドから出力されたイオンビームの一部を選択して通過させるスリットを有する引出電極と、前記スリットを通過した前記イオンビームの軌道を湾曲させるマグネットと、前記マグネットから出射された前記イオンビームが入射されるターゲットを載置するターゲット保持台と、前記ソースヘッドのイオンビーム出射口に対向して設けられる電流測定器と、前記マグネットから磁界を発生させない状態における前記電流測定器の測定結果に基づき、前記引出電極の位置を制御する制御手段とを有することを特徴とするイオン注入装置が提供される。
本発明のさらに別の観点によれば、ソースヘッドから出力され、引出電極のスリットを通過したイオンビームを、前記イオンソースに対向して設けられた電流測定器に入射させる工程と、前記電流測定器に入射される前記イオンビームの電流を測定する工程と、前記電流測定器の電流測定結果に基づき、前記引出電極の位置を制御する工程とを有することを特徴とするイオンビームの調整方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、引出電極のスリットを通過してマグネットに入射するイオンビームの電流を電流測定器により検出し、その電流測定結果に基づいて引出電極の位置を調整することにより、イオンビームの軌道を調整している。これにより、マグネットの磁界により湾曲されるイオンビームのターゲット、例えば半導体基板への入射角度を精度よく調整することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るイオン注入装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るイオン注入装置を構成する電流測定器の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係るイオン注入装置を構成する電流測定器の取り付け位置の一例を示す側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態に係るイオンビームの調整方法を示すフローチャート（その１）である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施形態に係るイオンビームの調整方法を示すフローチャート（その２）である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係るイオン注入装置とリファレンスのイオン注入装置におけるそれぞれのイオンビームの軌道を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係るイオン注入装置によるイオンビームの入射状態を示す図である。
【図７】図７Ａは、本発明の実施形態に係るイオンビームの調整方法により調整されたイオンビームの強度分布とマススリットの位置関係を示す図であり、図７Ｂは、リファレンスに係るイオンビームの強度分布とマススリットの位置関係を示す図であり、図７Ｃは、本発明の実施形態に係るイオンビームの調整方法により調整された正規分布のオンビームとマススリットの位置関係を示す図である。
【図８】図８は、リファレンスに係るイオン注入装置の部品交換前と部品交換後におけるイオンビーム電流分布の重心のマススリット中心に対するズレの確率を示す図である。
【図９】図９Ａ〜図９Ｅは、本発明の実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図である。
【図１０】図１０Ａ、図１０Ｂは、リファレンスに係る半導体装置の形成工程を示す断面図である。
【図１１】図１１は、マススリット中心に対するイオンビーム電流分布の重心のズレとトランジスタのオン電流の関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るイオン注入装置を示す構成図である。
イオン注入装置は、原子又は分子のイオンを発生するソースヘッド１と、ソースヘッド１のイオン放出端の前に配置される導電性の引出電極２と、イオン種を質量毎に分離できる質量分析マグネット３と、イオン注入のターゲットであるウェーハＷを裁置するウェーハステージ５とを有している。【００１６】
また、質量分析マグネット３とウェーハステージ５の間には、質量分析マグネット３内を移動した所定質量のイオンビームを選択して通過させるとともに、その一部を遮断できるスリット６ｓを備えたマススリット電極６が配置されている。
ソースヘッド１と引出電極２はそれぞれソースチャンバ１１内に取り付けられている。ソースヘッド１は、その内部に陽極、陰極及びフィラメントを有するアークチャンバ１ａと、アークチャンバ１ａに磁界を印加するソースマグネット１ｂを有している。【００１７】
引出電極２とアークチャンバ１ａ内の陰極（不図示）との間には加速電源７が接続されている。加速電源７は、引出電極２の電位がアークチャンバ１ａの陰極電位よりも低くなる極性で電圧を印加することにより、アークチャンバ１ａ内のイオン種を引出電極２に向けて放出させる。
引出電極２は、アークチャンバ１ａの前端から放出されるイオンを通過させるスリット２ｓを有している。また、引出電極２は、引出電極移動部８により、イオン進行方向に対して交差する方向に縦と横の位置が制御される。【００１８】
ソースヘッド１には、イオン種となる原子又は分子を供給するガス源９が接続されている。ガス源９に封入されるガスとして、例えば、フッ化ボロン（ＢＦ３）、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）がある。
ソースチャンバ１１の前端は、絶縁体１２を介して、質量分析マグネット３のマグネットチャンバ４の後端に接続されている。【００１９】
質量分析マグネット３によりマグネットチャンバ４内で発生する磁界の強度と分布は、ビーム軌道制御回路１３から質量分析マグネット３に送信される信号により制御される。質量分析マグネット３によりマグネットチャンバ４内で発生する磁界は、図１の一点鎖線で示すように、アークチャンバ１ａから出射された所定のイオン種のビームを湾曲させて所定の飛翔軌道に導く強度分布となるように制御される。
マグネットチャンバ４は、所定のイオンビームの飛翔軌道の周りを囲むとともに、磁界により分離された不要なイオン種の一部を衝突させて吸収できる形状を有している。【００２０】
アークチャンバ１ａからウェーハＷに注入されるまでのイオンビームの設計飛翔軌道は、マグネットチャンバ４のイオン導入口までは直線の軌道を描き、また、マグネットチャンバ４内では質量分析マグネット３により発生した磁界により湾曲した軌道を描き、さらに、マグネットチャンバ４のイオン放出口から直線状に放出される軌道を描く。
ところで、ｍを質量、ｚを電荷とすると、一定のエネルギー（電圧）で加速された同じ質量電荷比（ｍ／ｚ）のイオンは、一様磁界の中を通過する時に、その方向に多少の開きがあって軌道がずれても、同一点に収束させることができる。これを方向収束という。【００２１】
一定のエネルギーで加速されたイオン群が、質量分析マグネット３内の一様磁界の中を通過すると、軽いイオンほど軌道が大きく曲げられるので、複数のイオン種は分散する。
質量分析マグネット３を使用して質量スペクトルを得るためには、質量分析マグネット３の磁界強度を操作することにより、イオンをウェーハＷ又はマススリット電極６に収束させることができる。【００２２】
イオンが加速電圧Ｖにより加速されて速度ｖになるとすれば、イオンの運動エネルギーは（１／２）×（ｍｖ２）＝ｚＶとなる。イオン移動方向に垂直な磁界Ｈにイオンが入ると、イオンは半径ｒの円軌道を描いて移動する。イオンの遠心力はｍｖ２／ｒであり、磁力Ｈｚｖと力が釣り合うことにより、ｍｖ２／ｒ＝Ｈｚｖ、ｍ／ｚ＝ｒ２Ｈ２／（２Ｖ）となる。【００２３】
磁界Ｈを一定にして加速電圧Ｖを変えるか、或いは、加速電圧Ｖを一定にして磁界Ｈを変えることにより半径ｒを一定にすることができる。イオン源から出てくるイオンの運動エネルギーはある広がりを持っていて、厳密に言えば一定ではない。そのために、近い質量を持つイオンの分離ができなくなる。
そのようなイオン軌道を描くマグネットチャンバ４の側壁うち、アークチャンバ１ａからマグネットチャンバ４の入口へのイオンビーム設計飛翔軌道の直線延長上の領域には、図２の側部断面に示すように開口部４ａが設けられている。また、開口部４ａの外側には、マグネットチャンバ４に入射したイオンビームを受ける電流測定器１５が取り付けられている。【００２４】
電流測定器１５は、例えば図３に示すように、イオンビームを入射する凹状面を備えた導電性のカップ１５ａと、カップ１５ａの開口部周縁の近傍に配置されるサプレッサ１５ｂとから構成され、カップ１５ａに入射したイオンビームにより生じる電流の値を電流計１６により測定する。
カップ１５ａは、マグネットチャンバ４の開口部４ａを通して、その底面をアークチャンバ１ａのイオン出射口に対向して配置され、その内径はマグネットチャンバ４の高さによって決定され、例えば３０ｍｍ〜１００ｍｍである。カップ１５ａは、後述するファラデーカップ２２よりも小さく、イオンビームの電流密度分布のプロファイルを測定できる大きさとなっている。【００２５】
カップ１５ａ内でイオンビームの衝突により発生する二次電子は、サプレッサ１５ｂから発生する磁界Ｈ又は電界Ｅによってカップ１５ａに戻されて電流値の補正が行われる。
カップ１５ｂに入射したイオンビームの電流値は電流計１６により測定されて電極制御部１７に伝送される。電極制御部１７は、ＣＰＵ、記憶部等を備え、引出電極移動部８を制御して引出電極２のスリット２ａの位置を変えることができる。
また、電極制御部１７は、引出電極２の位置とイオンビーム電流値の関係のデータを複数記憶することにより、イオンビームを横切る方向の電流密度分布のプロファイルを測定結果として作成する。さらに、電極制御部１７は、電流測定結果に基づいて電流測定器１５による電流測定値が最大となる引出電極２の位置を求め、その位置に引出電極２を設定する信号を引出電極移動部８に送信する。【００２６】
マグネットチャンバ４のイオンビーム放出端には、マススリット電極６、ウェーハステージ５等を収納するウェーハ用チャンバ１４の開口端が接続されている。なお、マグネットチャンバ４とウェーハ用チャンバ１４は、絶縁体１３を介して互いに絶縁されている。
マススリット電極６は、質量分析マグネット３を通過した複数のイオン種のうち１つを選択して通過させるマススリット６ｓを有し、イオンビームの進行方向に対して交差する方向に移動可能に配置されている。また、マススリット電極６は、マススリット電極移動部１８によって移動される。【００２７】
ウェーハステージ５は、イオン照射ターゲットであるウェーハＷを取り付ける面を有し、ステージ駆動部１９により移動可能な構造となっている。ウェーハＷにイオンを注入する時には、ウェーハＷにおけるイオン注入面内分布を均一にするために、ウェーハステージ５は、ステージ駆動部１９によりイオンビームの進行方向に対して交差する方向に移動される。【００２８】
ウェーハステージ５の側部には、イオンビーム電流値、イオン照射範囲及びイオン電流密度分布等を測定するためのプロファイラ２０が取り付けられている。
プロファイラ２０は、例えば、イオンビームに対して横切る方向に移動可能であり、さらに向きの変更が可能な構造を有してもよく、その移動と向きはステージ駆動部１９によって制御される。ステージ駆動部１９は、例えば、イオンビーム電流を測定する時には、プロファイラ２０のイオン検出面２０ａをマススリット６ｓに対向させる一方、イオンビームをウェーハＷに照射する時にはイオン検出面２０ａを側方に向けるようにしてもよい。【００２９】
プロファイラ２０により検知された電流は、電流計内蔵のマススリット電極制御部２１により測定される。
マススリット電極制御部２１は、ＣＰＵ、記憶部等を有し、ステージ駆動部１９からプロファイラ２０の位置データを取得して検知電流値と関係づけて記憶する。また、マススリット電極制御部２１は、マススリット電極移動部１８を制御してマススリット電極６のスリット６ｓの位置を変えてイオンビーム電流を測定することにより、イオンビームの電流密度分布のプロファイルを作成し、その重心を求める。
マススリット電極移動部１８は、マススリット電極制御部２１の指令信号により、マススリット電極６を移動してマススリット６ｓの中心をイオンビームの電流密度分布プロファイルの重心に一致させる。【００３０】
ウェーハステージ５の後方にはファラデーカップ２２が配置されている。ファラデーカップ２２は、ウェーハステージ５の往復動作時にウェーハステージ５から外れたイオンビームを入射することにより、イオンビームの電流量を間欠的に測定する。
なお、ステージ用チャンバ１１、マグネットチャンバ４、ウェーハ用チャンバ１４は互いに気密状態で接続され、さらに、図示しないロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ等によりそれらの内部は例えば１×１０-4Ｐａ〜１×１０-7Ｐａの真空状態に減圧される。【００３１】
次に、上記のイオン注入装置によりウェーハステージ５上のウェーハＷにイオンを注入する方法について図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。
イオンビームセットアップ時、又は、ウェーハカセット交換後など、ターゲットへのイオン注入の前又は後に次のような処理を行う。
まず、ソースチャンバ１１、マグネットチャンバ４、ウェーハ用チャンバ１４内を所定圧力に減圧するとともに、質量分析マグネット３による磁界の発生を停止する。【００３２】
このような状態で、図４ＡのＩに示すように、引出電極制御部１７は、引出電極移動部８を介して、引出電極２を初期位置に移動する。
また、ガス源９からガスをソースヘッド１に供給し、ソースヘッド１内でプラズマを発生させ、さらに、加速電源７によりアークチャンバ１ａ内の陰極と引出電極２の間に電位差を生じさせる。これにより、図４ＡのIIに示すように、アークチャンバ１ａ内からプラスイオンを引出電極２側に引き出してイオンビームを出射させる。【００３３】
イオン種は、イオン群としてイオンビームを形成する。そして、イオンビームは、一定のエネルギーで加速されて引出電極２のスリット２ｓを通過し、さらにマグネットチャンバ４に向けて直進する。
マグネットチャンバ４内で質量分析マグネット３による磁界が存在しない状態では、その中に侵入したオンビームはそのまま直進してマグネットチャンバ４側部の電流測定器１５又はその周辺に到達する。【００３４】
電流測定器１５に入射したイオンは、図４ＡのIIIに示すように、電流計１６により電流値としてその強度が測定される。その測定値は、図４ＡのIVに示すように、引出電極２の位置データに関係づけて引出電極制御部１７により記憶される。
続いて、引出電極制御部１７は、引出電極移動部８を介して引出電極２の位置を変更し、その位置においてスリット２ｓを通過したイオンビームの電流量を電流測定器１５及び電流計１６により測定し、その測定値を引出電極２の位置とともに記憶する（図４のＩ〜IV）。【００３５】
引出電極制御部１７は、図４ＡのＶに示すように、引出電極２の移動とイオンビーム電流の測定とそれらの記憶を順に繰り返し行って、引出電極２の位置と電流測定器１５による測定電流とを関連付け、電流測定器１５により測定されたイオンビーム電流密度分布のプロファイルを求める。このように、イオンビームの照射領域に電流密度分布があるのは、イオンが分散して広がりがあるからである。【００３６】
そして、図４ＡのＶ、VIに示すように、引出電極２の所定範囲内での移動と電流測定が終わった後に、引出電極制御部１７は、電流値が最大となる位置に引出電極２を移動させる指令を引出電極移動部８に出力し、その位置に引出電極２を固定する。なお、引出電極移動部８への指令については、イオンビーム電流の測定結果に基づいて作業者が行ってもよい。【００３７】
電流測定器１５のイオンビーム入射面は微小点ではなく所定の大きさを有しているので、イオンビーム電流測定値が最大となる位置に引出電極２を配置することは、イオンビームの重心を設計軌道の中心に一致させることを意味する。これにより、イオンビームは、質量分析マグネット３のビーム入射口に垂直に入射する。
この後に、引出電極２に接続した引出電源７をオフにして、イオンビームの出射を停止する。【００３８】
次に、図４ＡのVIIに示すように、質量分析マグネット３にビーム軌道制御回路１３から信号を供給してマグネットチャンバ４内に磁界を発生させる。さらに、図４ＡのVIIIに示すように、ウェーハＷに所定のイオン種を注入するために、ガス種の選択、ガス流量の調整、加速電圧の調整を含む各種パラメータを調整する。
続いて、ステージ駆動部１９により、プロファイラ２０を移動してマススリット電極６に対向させる。さらに、図４ＢのIXに示すように、マススリット電極制御部２１の指令信号により、マススリット電極移動部１８はマススリット電極６を初期位置に移動する。【００３９】
そして、ソースヘッド１からイオンビームを出射すると、イオンビームは引出電極２のスリット２ｓを通り、上記の直線軌道でマグネットチャンバ４の入射口に垂直に入り、さらにマグネットチャンバ４内の磁界により円軌道を描く。その円軌道は、ビーム軌道制御回路１３により調整される。
この場合、複数のガス種は質量、電荷量の違いにより分離し、不要なイオン種はマグネットチャンバ４の壁面に到達するか或いは目標の軌道を外れる。一様の磁界中では、軽いイオンほど大きく曲がる。【００４０】
また、マグネットチャンバ４を通過した不要なイオン種は、マススリット６ｓ周囲のマスクスリット電極６に入射して外部に流される。これに対して、所定のイオン種のイオンビームは、マグネットチャンバ４内で設計通りの円軌道を描いてマグネットチャンバ４から直線上に放出され、さらにマススリット６ｓを通過してプロファイラ２０のイオン検出部２０ａに到達する。イオン検出部２０ａに入射したイオンビームの電流量は、マススリット電極制御部２１によって測定され、マススリット６ｓの位置と関連づけてマススリット電極制御部２１に記憶される。【００４１】
さらに、図４ＢのIX、Ｘ、XI、に示すように、マススリット電極制御部２１は、マススリット電極移動部１８を介してマススリット電極６を少しずらし、そこでプロファイラ２０に入射するイオンビームの電流値とマススリット６ｓの位置を関連づけて記憶し、さらにこれらの一連の操作を繰り返して行う。
マススリット電極制御部２１は、図４ＢのXIIに示すように、以上のような電流値とマススリット６ｓの関係のデータを蓄積してイオンビームの電流密度分布を求め、さらにその重心を算出する。【００４２】
続いて、図４ＢのIIIに示すように、マススリット電極制御部２１は、マススリット電極移動部１８に指令を送ってマススリット電極６の位置を調整し、マススリット６ｓの中心をイオンビーム電流密度分布の重心に一致させる。なお、マススリット電極移動部１８への指令については、イオンビーム電流のデータに基づいて作業者が行ってもよい。
この後に、ソースヘッド１からのイオン放出を停止する。【００４３】
次に、ステージ駆動部１９によってプロファイラ２１をマススリット電極６の前方から側方へ移動するとともに、ウェーハステージ５をマススリット電極６の面に対向させる。さらに、ステージ駆動部１９によりウェーハステージ５の位置を調整することにより、図４ＢのXIVに示すように、ターゲットであるウェーハＷの中心をマススリット２２ｓの中心に一致させる。【００４４】
その状態で、ソースヘッド１からイオンビームを出射させると、イオンビームは、図４ＢのXVに示すように、引出電極２、質量分析マグネット３、マススリット６ｓを通過して設計通りの軌道を描きながらウェーハＷに垂直に注入される。【００４５】
以上のように、電流測定器１５を使用してイオンビームの軌道を調整することにより、質量分析マグネット３へのイオンビームの入射軌道を理想軌道、理想入射角度に合わせることができる。
これにより、図５の二点鎖線で示すように、質量分析マグネット３内でのイオンビームの軌道を理想通りの飛翔軌道に合わせることが可能になり、イオンビームの重心のウェーハＷへの注入角度をウェーハ面に対して垂直にすることが可能になる。【００４６】
この場合、図６に示すように、イオンビームにおけるイオンの束は、発散による広がりがあるために、イオンの一部はウェーハＷの面に対して垂直にならずに斜めに傾いて入射する。しかし、図７Ａに示すように、イオンビーム電流分布の重心とマススリット６ｓの中心を一致させ、さらにウェーハステージ５をマススリット電極６の面に沿って移動することにより、イオンビームの平均の入射角度はウェーハ面に対して実質的に垂直となる。【００４７】
ところで、電流測定器１５によりイオンビーム電流を測定せずに、図６の破線で示すように、イオンビームが質量分析マグネット３内に所定の直線軌道で入射しない場合には、質量分析マグネット３の発生磁界を調整してイオンビームをウェーハＷの面に実質的に垂直に入射させることが難しくなる。
この場合、図７Ｂに示すように、イオンビームはウェーハＷの面に斜めに入射するので、イオンビームの重心をマススリット６ｓの中心に合わせても、イオンビーム電流分布の重心がウェーハ面の目標位置からずれることになる。【００４８】
なお、図７Ｃに示すように、マススリット６ｓを通過したイオンビームの電流分布が正規分布となることは理想である。しかし、質量分析マグネット３からの磁界による円軌道を描く際に分布が僅かにばらつくことが多い。
ところで、イオンビームの重心のズレは、消耗部品の劣化、真空チャンバ内での生成物付着などによっても生じる。イオンビーム重心にズレがある場合には、一般的にはソースパラメータを調整する。その調整は、イオンビーム電流密度が正規分布をしていることを前提にして、その電流密度分布の最大ピーク点をビーム軌道の中心に合わせることを目標としている。【００４９】
従って、イオンビームの電流密度分布の重心とビーム軌道の中心にズレがある場合にはイオンビームがウェーハ面に対して実質的に垂直に注入されないことがある。
設計軌道の中心からのイオンビームの重心のズレを調べたところ、図８に示すような結果が得られた。図８は、ソースヘッド１の交換前と交換後のイオンビーム重心のバラツキを示している。なお、図８の横軸の０ｍｍは、設計軌道の中心である。【００５０】
図８において、ソースヘッド１の交換前後でも、ズレの許容範囲±２０ｍｍ以内にほぼ重心が入っているが、ソースヘッド交換前には、破線の円で示すように、許容範囲から外れることもあった。そのような場合でも、電流測定器１５を使用してイオンビームの軌道を調整することにより、質量分析マグネット３へのイオンビームの入射軌道を設計通りにして、ズレのないイオンビーム軌道を描くことができる。
次に、上記のイオン注入装置及びイオン注入方法を、半導体装置の製造工程に適用する例を説明する。【００５１】
図９Ａ〜図９Ｅは、半導体装置の形成工程の一例を示す断面図である。
まず、図９Ａに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
シリコン基板５１の素子分離領域に、素子分離絶縁構造としてシャロートレンチアイソレーション５２を形成する。シャロートレンチアイソレーション５２は、シリコン基板５１に溝を形成した後に、その溝内をシリコン酸化膜で埋め込むことにより形成される。なお、素子分離絶縁構造として、ＬＯＣＯＳ法により素子分離絶縁膜を形成してもよい。【００５２】
続いて、活性領域７のシリコン基板１の表面に熱酸化法により犠牲酸化膜（不図示）を形成する。そして、第１の活性領域にはホウ素（Ｂ）等のｐ型不純物をイオン注入してＰウェル５３を形成する。また、第２の活性領域にはリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等のｎ型不純物をイオン注入してＮウェル５４を形成する。
ｎ型不純物とｐ型不純物を選択してイオン注入する際には、イオン注入をしない領域をフォトレジスト４１により覆う。
Ｐウェル５３を形成するためのｐ型不純物イオンは、加速エネルギーを１００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶとし、ドーズ量を５．０×１０12／ｃｍ３〜５．０×１０13／ｃｍ３としてシリコン基板１に注入される。また、Ｎウェル５４を形成するためのｎ型不純物イオンは、加速エネルギーを２００ｋｅＶ〜１０００ｋｅＶとし、ドーズ量を５．０×１０12／ｃｍ３〜５．０×１０13／ｃｍ３としてシリコン基板１に注入される。【００５３】
Ｐウェル５３、Ｎウェル５４を形成するためのイオン注入工程では、高精度のイオン注入角度の制御はあまり要求されない。しかし、半導体装置のさらなる高集積化に伴ってウェル形成領域が狭くなって、高精度にイオン注入角度を制御することが予想される。
この場合には、図１に示すウェーハＷとしてシリコン基板１をウェーハステージ５上に載せた後に、図４Ａ、図４Ｂに示すフローに従って各種イオンをシリコン基板１に垂直に注入してもよい。【００５４】
即ち、質量分析マグネット３による磁界をオフした状態で電流測定器１５によるイオンビーム電流測定値が最大となる位置に引出電極２を移動し、さらに、質量分析マグネット３により磁界を発生させた状態でマススリット６ｓの中心を所定種のイオンビームの重心に一致させる。これにより、ソースヘッド１から出射されたイオンビームは、シリコン基板５１の面に対して実質的に垂直に注入される。
なお、シリコン基板１に不純物をイオン注入した後には、不純物を活性化するためにシリコン基板１を所定温度でアニールする。活性化については、以下に説明するｎ型不純物又はｐ型不純物のイオン注入工程でも同様に行う。【００５５】
次に、図９Ｂに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
Ｐウェル５３、Ｎウェル５４が形成されたシリコン基板５１の上面に、ゲート絶縁膜５５としてシリコン酸化膜を熱酸化法、ＣＶＤ法等により形成する。
さらに、ゲート絶縁膜上５５にポリシリコン膜をＣＶＤ法により約１００ｎｍの厚さに形成した後に、ポリシリコン膜をフォトリソグラフィー法によりパターニングして、Ｐウェル５３上に第１、第２のゲート電極５６、５７を形成するとともに、Ｎウェル５４上に第３のゲート電極５８を形成する。【００５６】
第１、第２及び第３のゲート電極５６、５７、５８のパターン幅（ゲート長）は約３０ｎｍ〜９０ｎｍである。
続いて、シリコン基板５１の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、Ｎウェル５４と第３のゲート電極５８を覆うとともにＰウェル５３の領域を露出する形状の第１のレジストパターン４２を形成する。
さらに、第１のレジストパターン４２から露出したＰウェル５３に、ｎ型不純物として例えばヒ素をイオン注入する。この場合、イオン注入のための加速エネルギーを１．０ｋｅＶ〜１０ｋｅＶとし、ドーズ量を５．０×１０14／ｃｍ３〜５．０×１０15／ｃｍ３とする。【００５７】
この工程において、シリコン基板５１をウェーハステージ５上に載せる。
さらに、図４Ａ、図４Ｂに示すフローに従って各種イオンをシリコン基板１に垂直に注入する。即ち、質量分析マグネット３による磁界をオフした状態で電流測定器１５によるイオンビーム電流測定値が最大となる位置に引出電極２を移動し、さらに、質量分析マグネット３により磁界を発生させた状態でマススリット６ｓの中心をｎ型不純物イオンビームの重心に一致させる。
そのような状態で、ソースヘッド１から出射されたイオンビームは、シリコン基板５１の面に対して実質的に垂直に注入される。【００５８】
そのようにシリコン基板５１の上面に対して垂直方向にｎ型不純物をイオン注入することにより、第１、第２のゲート電極５６、５７それぞれの両側のＰウェル５３の表層に第１、第２及び第３のｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃを形成する。その際、第１、第２のゲート電極５６、５７を構成するポリシリコン膜のパターンは、ｎ型不純物イオン注入により導電パターンとなる。
そのイオン注入後に、第１のレジストパターン４２を除去する。【００５９】
次に、図９Ｃに示すように、シリコン基板１の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、Ｐウェル５３と第１、第２のゲート電極５６、５７を覆うとともにＮウェル５４の領域を露出する形状の第２のレジストパターン４３を形成する。
その後に、第２のレジストパターン４３から露出したＮウェル５４に、ｐ型不純物であるホウ素をイオン注入する。この場合、イオン注入の加速エネルギーを０．１ｋｅＶ〜５．０ｋｅＶとし、ドーズ量を５．０×１０14／ｃｍ３〜５．０×１０15／ｃｍ３ ／ｃｍ３とする。【００６０】
この工程においても、シリコン基板５１をウェーハステージ５上に載せる。そして、図４Ａ、図４Ｂに示すフローに従って各種イオンをシリコン基板５１に垂直に注入する。即ち、質量分析マグネット３による磁界をオフした状態で電流測定器１５によるイオンビーム電流測定値が最大値となる位置に引出電極２を移動し、さらに、質量分析マグネット３により磁界を発生させた状態でマススリット６ｓの中心をホウ素イオンビームの重心に一致させる。これにより、ソースヘッド１から出射されたイオンビームは、シリコン基板５１の面に対して実質的に垂直に注入される。【００６１】
そのようにシリコン基板５１の上面に対して垂直方向にホウ素をイオン注入することにより、第３のゲート電極５８両側のＮウェル５４に第１、第２のｐ型エクステンション領域６２ａ、６２ｂを形成する。その際、第３のゲート電極５８を構成するポリシリコン膜のパターンは、ｐ型不純物イオン注入により導電パターンとなる。
そのイオン注入の後、第２のレジストパターン４３を除去する。【００６２】
次に、図９Ｄに示す構造を形成する工程を説明する。
まず、シリコン基板１の上面全体に、絶縁膜として例えばシリコン酸化膜をＣＶＤ法により形成する。その後に、絶縁膜をエッチバックすることにより、シリコン基板１の表面を露出させるとともに、第１、第２及び第３のゲート電極５６、５７、５８のそれぞれの側面に絶縁膜をサイドウォール５９ａ、５９ｂ、５９ｃとして残す。
その後に、ｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃを形成する工程と同様に、第３のレジストパターン４４によりＮウェル５４と第３のゲート電極５８を覆うとともに、Ｐウェル５３の領域を露出する。【００６３】
続いて、シリコン基板１をイオン注入装置のウェーハステージ５上に載置して、レジストパターン４４から露出したＰウェル５３に、ｎ型不純物をイオン注入する。
このイオン注入工程においても、ｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃを形成するためのイオン注入と同様にイオンビームの軌道を調整し、さらにｎ型不純物イオンビームの重心をマススリット６ｓの中心に合わせる。【００６４】
そして、第１、第２のゲート電極５６、５７とサイドウォール５９ａ、５９ｂをマスクにして、シリコン基板５１の上面に対して実質的に垂直方向にｎ型不純物、例えばヒ素をイオン注入する。この場合、イオン注入の加速エネルギーを５．０ｋｅＶ〜１５ｋｅＶとし、ドーズ量を１．０×１０15／ｃｍ３〜１．０×１０16／ｃｍ３とする。
これにより、第１、第２のゲート電極５６、５７の両側方のＰウェル６３内には、第１、第２及び第３のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂ、６１ｃが形成される。その際、第１、第２のゲート電極５６、５７を構成するポリシリコン膜にもｎ型不純物が注入されるので、第１、第２のゲート電極５６、５７はさらに低抵抗化する。【００６５】
第１のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａは第１のｎ型エクステンション領域６０ａの一部に重なり、第２のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ｂは第２のｎ型エクステンション領域６０ｂの一部に重なり、さらに第３のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ｃは第３のｎ型エクステンション領域６０ｃの一部に重なる。
そのイオン注入後に、第３のレジストパターン４４を除去する。【００６６】
次に、図９Ｅに示すように、第１、第２のｐ型エクステンション領域６２ａ、６２ｂを形成する工程と同様に、第４のレジストパターン４５によりＰウェル５３と第１、第２のゲート電極５６、５７を覆うとともに、Ｎウェル５４の領域を露出する。
続いて、シリコン基板１をイオン注入装置のウェーハステージ５上に載置して、第４のレジストパターン４５から露出したＮウェル５４に、ｐ型不純物としてホウ素をイオン注入する。この場合、イオン注入の加速エネルギーを３．０ｋｅＶ〜１０ｋｅＶとし、ドーズ量を１．０×１０15／ｃｍ15〜１．０×１０16／ｃｍ３とする。
このイオン注入においても、第１、第２のｐ型エクステンション領域６２ａ、６２ｂを形成するためのイオン注入工程と同様にイオンビームの軌道を調整し、さらホウ素イオンビームの重心をマススリット６ｓの中心に合わせる。【００６７】
そして、第３のゲート電極５８とサイドウォール５９ｃをマスクにして、シリコン基板５１の上面に対して実質的に垂直方向にホウ素をイオン注入する。これにより、第３のゲート電極５８の両側方のＮウェル５４内に第１、第２のｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ａ、６３ｂが形成される。その際、第３のゲート電極５８を構成するポリシリコン膜にもｐ型不純物が注入されるので、第３のゲート電極５８はさらに低抵抗化する。【００６８】
第１のｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ａは第１のｐ型エクステンション領域６２ａの一部に重なり、また、第２のｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ｂは第２のｐ型エクステンション領域６２ｂの一部に重なる。
そのイオン注入の後に、第４のレジストパターン４５を除去する。【００６９】
第１、第２のｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ａ、６３ｂを形成した後に、特に図示しないが、第１〜第３のゲート電極５６、５７、５８と、第１〜第３のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、第１、第２のｐ型ソース／ドレイン拡散領域６２ａ、６２ｂの各上層部に金属シリサイド層を形成する。【００７０】
以上の工程で形成されたＰウェル５３、第１のゲート電極５６、第１、第２のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂ等により第１のＮ型ＭＯＳＦＥＴが構成される。また、Ｐウェル５３、第２のゲート電極５７、第２、第４のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ｂ、６１ｃ等により第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴが構成される。さらに、Ｎウェル５４、第３のゲート電極５８、第１、第２のｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ａ、６３ｂ等によりＰ型ＭＯＳＦＥＴが構成される。
その後に、第１、第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴとＰ型ＭＯＳＦＥＴを覆う層間絶縁膜を形成し、さらに、導電性プラグ等を形成するが、それらの詳細は省略する。【００７１】
以上のように、ｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、ｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、エクステンション領域６２ａ、６２ｂ及びｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ａ、６３ｂを形成するために、図１に示すイオン注入装置を使用し、さらに図４Ａ、図４Ｂに示すイオン注入方法を採用することにより、不純物のイオン注入を基板面に対して垂直にイオン注入している。【００７２】
即ち、ソースヘッド１から出射されるイオンビームを電流測定器１５によりモニターしながら引出電極２の位置を調整し、イオンビーム電流測定値が最大となる位置に引出電極２を設置している。
これにより、イオンビームを所定の直線軌道で質量分析マグネット３内に入射することができ、さらに質量分析マグネット３の磁界により偏向されるイオンビームを設計通りの飛翔軌道に導いて、シリコン基板１の面に垂直に不純物を注入することが可能になる。【００７３】
従って、第１のＮ型ＭＯＳＥＴを構成する第１、第２のｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂのそれぞれの面方向及び深さ方向の不純物濃度分布を、ゲート電極５６を中心にして左右対称にすることができる。
また、第１、第２のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂのそれぞれの面方向及び深さ方向の不純物濃度分布をゲート電極を中心にして左右対称にすることができる。これにより、第１のＮ型ＭＯＳＦＥＴのトランジスタ特性を良好にすることができる。【００７４】
そのような対称性については、第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴを構成する第２、第３のｎ型エクステンション領域６０ｂ、６０ｃ及び第２、第３のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ｂ、６１ｃについても同様であり、さらに、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴを構成する第１、第２のｐ型エクステンション領域６２ａ、６２ｂ及びｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ａ、６３ｂについても同様である。
ところで、イオンビーム電流を電流測定器１５によりモニターせずに、質量分析マグネット３の調整によりイオンビームの軌道を修正すると、イオンビームの重心がマススリット６ｓの中心と一致しにくくなる。この結果、例えば、第１のＮ型ＭＯＳＦＥＴにおいて、第１、第２のｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂとゲート電極５６の間、又は、ｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂとゲート電極５６の間にオフセットが生じ易くなる。【００７５】
例えば、図１０Ａに示すように、第１、第２及び第３のｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃを形成する工程において、イオンビームがシリコン基板１の面に対して斜め、即ち９０度以外の角度に入射すると、シリコン基板１へのイオン注入がゲート電極５６、５７により遮られる領域が発生するとともに、イオンがゲート電極５６、５７の下に深く入る領域が生じる。
これにより、第１のゲート電極５６の一側と第２のｎ型エクステンション領域６０ｂの間にイオン注入されないか又は不足する領域、即ちオフセット領域Δｗ１が発生する。同様に、第２のゲート電極５７、第３のゲート電極５８のそれぞれの一側方にもオフセット領域が発生する。【００７６】
また、図１０Ｂに示すように、第１、第２及び第３のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂ、６１ｃを形成する工程において、イオンビームがシリコン基板１の面に対して斜めに入射すると、第１のゲート電極５６の一側と第２のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ｂの間と、第２のゲート電極５７の一側と第３のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ｃの間にそれぞれオフセット領域Δｗ２が発生する。
そのようなオフセット領域Δｗ１、Δｗ２により、ゲート電極５６、５７のそれぞれの左右の不純物濃度分布に差が生じてしまい、第１、第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴの順方向電流と逆方向の電流の差が大きくなり、トランジスタ特性の非対称性が顕著になってしまう。【００７７】
イオン注入角度がシリコン基板１の上面に対して斜めとなる原因として、例えば、消耗部品の劣化や、チャンバ内での生成物付着によってイオンビームの重心にズレが生じることも原因の１つとして挙げられる。
イオンビームのズレの対策として、ソースパラメータを調整することが行われる。その調整では、イオンビームの電流密度分布が正規分布であるとして、その電流密度分布のピーク位置と設計軌道の中心とを一致させるのが一般的である。
ところが、実際には、イオンビーム電流密度分布におけるピーク位置とウェーハの目標位置が相違することがある。【００７８】
ウェーハ上のイオンビーム電流密度分布の重心の位置ズレを生じさせるイオン注入を含む工程により形成されたＭＯＳＦＥＴのオン電流との関係を調査したところ、例えば図１１の結果が得られた。
図１１において破線で囲んだように、イオンビーム電流密度分布の重心の位置ズレが許容範囲からはみ出すと、トランジスタのオン電流が小さくなった。【００７９】
そのようにオン電流が小さくなる理由として、図１０Ａ、図１０Ｂに示したオフセット領域Δｗ１、Δｗ２が発生することが原因と考えられる。即ち、イオンビーム電流密度分布の重心がマススリット６ｓの中心から大きくずれたり、或いはイオンビームが斜めに入射したりすると、基板面に対する注入角度が垂直にならないイオンが多くなってオフセット領域Δｗ１、Δｗ２が発生する。
なお、オフセット領域によるトランジスタ特性への影響は、主にエクステンション領域で現れるが、ゲート電極の幅（ゲート長）が例えば３２ｎｍ程度まで微細化されるとソース／ドレイン拡散領域にも顕著に現れる。【００８０】
これに対し、本実施形態では、電流測定器１５を使用してイオンビームを目標の飛翔軌道に合わせたので、イオンビームのウェーハへの入射軌道を精度良く調整することができ、イオン注入角度をウェーハ面に対して垂直に制御することができる。
このように、電流測定器１５を使用して質量分析マグネット３へのイオンビームの入射軌道を調整することにより、質量分析マグネット３のイオンビーム出射角度を高い精度で制御することができる。従って、上記したイオン注入装置及びイオン注入方法の使用は、垂直以外のイオン注入角度の制御にも有効である。【００８１】
以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、各構成要素を組み合わせること、或いはその変形およびバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理および請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。
【図１】
2009122555.tif 000003
【図２】
2009122555.tif 000004
【図３】
2009122555.tif 000005
【図４Ａ】
2009122555.tif 000006
【図４Ｂ】
2009122555.tif 000007
【図５】
2009122555.tif 000008
【図６】
2009122555.tif 000009
【図７】
2009122555.tif 000010
【図８】
2009122555.tif 000011
【図９】
2009122555.tif 000012
【図１０】
2009122555.tif 000013
【図１１】
2009122555.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月30日(2010.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソースヘッドから出力され、引出電極のスリットを通過してマグネット内に入射するイオンビームを、前記ソースヘッドのイオン出射口に対向して設けられた電流測定器に入射させる工程と、
前記マグネットの磁界を発生させない状態における前記電流測定器の電流測定結果に基づき、前記スリットの位置を制御する工程と、
前記位置が制御された前記スリットを通過した前記イオンビームを前記マグネットの磁界により湾曲させ、半導体基板に入射させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 
【請求項２】
前記イオンビームを前記半導体基板に入射する工程は、トランジスタのゲート電極をマスクにしてソース/ドレイン拡散領域を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 
【請求項３】
前記イオンビームを前記半導体基板に入射する工程は、前記トランジスタの前記ゲート電極をマスクにして、前記ソース/ドレイン拡散領域のエクステンション領域を形成する工程であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記電流測定結果に基づいて前記引出電極の位置を制御する工程は、前記イオンビームが前記マグネットに入射する軌道を制御する工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。 
【請求項５】
前記引出電極の前記スリットの位置を制御する工程は、前記電流測定器による電流測定値が最も大きくなる位置に前記引出電極を設定する工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。 
【請求項６】
前記質量分析マグネットのイオンビーム出口と前記半導体基板の間に配置するスリット電極のスリットの中心と前記イオンビームの重心を一致させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。 
【請求項７】
ソースヘッドと、
前記ソースヘッドから出力されたイオンビームの一部を選択して通過させるスリットを有する引出電極と、
前記スリットを通過した前記イオンビームの軌道を湾曲させるマグネットと、
前記マグネットから出射された前記イオンビームが入射されるターゲットを載置するターゲット保持台と、
前記ソースヘッドのイオンビーム出射口に対向して設けられる電流測定器と、
前記マグネットから磁界を発生させない状態における前記電流測定器の測定結果に基づき、前記引出電極の位置を制御する制御手段と、
を有することを特徴とするイオン注入装置。 
【請求項８】
前記電流測定器は、前記マグネットのチャンバの壁面に配置されることを特徴とする請求項７に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
ソースヘッドから出力され、引出電極のスリットを通過したイオンビームを、前記ソースヘッドに対向して設けられた電流測定器に入射させる工程と、
前記電流測定器に入射される前記イオンビームの電流を測定する工程と、
前記電流測定器の電流測定結果に基づき、前記引出電極の位置を制御する工程と
を有することを特徴とするイオンビームの調整方法。 
【請求項１０】
前記イオンビームの電流を測定する工程は、前記イオンビームの電流プロファイルを測定する工程であることを特徴とする請求項９に記載のイオンビームの調整方法。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
また、イオン源と質量分析マグネットの周囲との間にイオンビームを受けるマスクを設け、このマスクに流れるビーム電流を測定して、そのビーム電流が最大になるように引出電極とイオン源の距離を調整することも知られている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この場合、ファラデーカップは、質量分析マグネットのビーム出口寄りの領域に配置され、さらにイオンビームに対して略直交する方向に移動可能に取り付けられることがある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の1つの観点によれば、ソースヘッドから出力され、引出電極のスリットを通過しマグネット内に入射するイオンビームを、前記ソースヘッドのイオン出射口に対向して設けられた電流測定器に入射させる工程と、前記マグネットの磁界を発生させない状態に
おける前記電流測定器の電流測定結果に基づき、前記スリットの位置を制御する工程と、前記位置が制御された前記スリットを通過した前記イオンビームを前記マグネットの磁界により湾曲させる工程と、前記マグネットを通過した前記イオンビームを半導体基板に入射させる工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の別の観点によれば、ソースヘッドと、前記ソースヘッドから出力されたイオンビームの一部を選択して通過させるスリットを有する引出電極と、前記スリットを通過した前記イオンビームの軌道を湾曲させるマグネットと、前記マグネットから出射された前記イオンビームが入射されるターゲットを載置するターゲット保持台と、前記ソースヘッドのイオンビーム出射口に対向して設けられる電流測定器と、前記マグネットから磁界を発生させない状態における前記電流測定器の測定結果に基づき、前記引出電極の位置を制御する制御手段とを有することを特徴とするイオン注入装置が提供される。
本発明のさらに別の観点によれば、ソースヘッドから出力され、引出電極のスリットを通過したイオンビームを、前記ソースヘッドに対向して設けられた電流測定器に入射させる工程と、前記電流測定器に入射される前記イオンビームの電流を測定する工程と、前記電流測定器の電流測定結果に基づき、前記引出電極の位置を制御する工程とを有することを特徴とするイオンビームの調整方法が提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
カップ１５ａ内でイオンビームの衝突により発生する二次電子は、サプレッサ1５ｂから発生する磁界Ｈ又は電界Ｅによってカップ１５ａに戻されて電流値の補正が行われる。
カップ１５ａに入射したイオンビームの電流値は電流計１６により測定されて電極制御部１７に伝送される。電極制御部１７は、ＣＰＵ、記憶部等を備え、引出電極移動部８を制御して引出電極２のスリット２ｓの位置を変えることができる。
また、電極制御部１７は、引出電極２の位置とイオンビーム電流値の関係のデータを複数記憶することにより、イオンビームを横切る方向の電流密度分布のプロファイルを測定結果として作成する。さらに、電極制御部１７は、電流測定結果に基づいて電流測定器１５による電流測定値が最大となる引出電極２の位置を求め、その位置に引出電極２を設定する信号を引出電極移動部８に送信する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
マグネットチャンバ４のイオンビーム放出端には、マススリット電極６、ウェーハステージ５等を収納するウェーハ用チャンバ１４の開口端が接続されている。なお、マグネットチャンバ４とウェーハ用チャンバ１４は、絶縁体１２を介して互いに絶縁されている。
マススリット電極６は、質量分析マグネット３を通過した複数のイオン種のうち１つを選択して通過させるマススリット６ｓを有し、イオンビームの進行方向に対して交差する方向に移動可能に配置されている。また、マススリット電極６は、マススリット電極移動部１８によって移動される
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
電流測定器１５のイオンビーム入射面は微小点ではなく所定の大きさを有しているので、イオンビーム電流測定値が最大となる位置に引出電極２を配置することは、イオンビームの重心を設計軌道の中心に一致させることを意味する。これにより、イオンビームは、質量分析マグネット３のビーム入射口に垂直に入射する。
この後に、引出電極２に接続した加速電源７をオフにして、イオンビームの出射を停止する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
続いて、図４ＢのXIIIに示すように、マススリット電極制御部２１は、マススリット電極移動部１８に指令を送ってマススリット電極６の位置を調整し、マススリット６ｓの中心をイオンビーム電流密度分布の重心に一致させる。なお、マススリット電極移動部１８への指令については、イオンビーム電流のデータに基づいて作業者が行ってもよい。
この後に、ソースヘッド１からのイオン放出を停止する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
次に、ステージ駆動部１９によってプロファイラ２１をマススリット電極６の前方から側方へ移動するとともに、ウェーハステージ５をマススリット電極６の面に対向させる。さらに、ステージ駆動部１９によりウェーハステージ５の位置を調整することにより、図４ＢのＸＩＶに示すように、ターゲットであるウェーハＷの中心をマススリット６ｓの中心に一致させる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
以上のように、電流測定器１５を使用してイオンビームの軌道を調整することにより、質量分析マグネット３へのイオンビームの入射軌道を理想軌道、理想入射角度に合わせることができる。
これにより、図５の二点鎖線Ａ、Ｃで示すように、質量分析マグネット３内でのイオンビームの軌道を理想通りの飛翔軌道に合わせることが可能になり、イオンビームの重心のウェーハＷへの注入角度をウェーハ面に対して垂直にすることが可能になる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
ところで、電流測定器１５によりイオンビーム電流を測定せずに、図５の破線Ｂで示すように、イオンビームが質量分析マグネット３内に所定の直線軌道で入射しない場合には、質量分析マグネット３の発生磁界を調整してイオンビームをウェーハＷの面に実質的に
垂直に入射させることが難しくなる。
この場合、図７Ｂに示すように、イオンビームはウェーハＷの面に斜めに入射するので、イオンビームの重心をマススリット６ｓの中心に合わせても、イオンビーム電流分布の重心がウェーハ面の目標位置からずれることになる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
続いて、活性領域のシリコン基板５１の表面に熱酸化法により犠牲酸化膜（不図示）を形成する。そして、第１の活性領域にはホウ素（Ｂ）等のｐ型不純物をイオン注入してＰウェル５３を形成する。また、第２の活性領域にはリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等のｎ型不純物をイオン注入してＮウェル５４を形成する。
ｎ型不純物とｐ型不純物を選択してイオン注入する際には、イオン注入をしない領域をフォトレジスト４１により覆う。
Ｐウェル５３を形成するためのｐ型不純物イオンは、加速エネルギーを１００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶとし、ドーズ量を５．０×１０12／ｃｍ３〜５．０×１０13／ｃｍ３としてシリコン基板５１に注入される。また、Ｎウェル５４を形成するためのｎ型不純物イオンは、加速エネルギーを２００ｋｅＶ〜１０００ｋｅＶとし、ドーズ量を５．０×１０12／ｃｍ３〜５．０×１０13／ｃｍ３としてシリコン基板５１に注入される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
即ち、質量分析マグネット３による磁界をオフした状態で電流測定器１５によるイオンビーム電流測定値が最大となる位置に引出電極２を移動し、さらに、質量分析マグネット３により磁界を発生させた状態でマススリット６ｓの中心を所定種のイオンビームの重心に一致させる。これにより、ソースヘッド１から出射されたイオンビームは、シリコン基板５１の面に対して実質的に垂直に注入される。
なお、シリコン基板５１に不純物をイオン注入した後には、不純物を活性化するためにシリコン基板５１を所定温度でアニールする。活性化については、以下に説明するｎ型不純物又はｐ型不純物のイオン注入工程でも同様に行う。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
次に、図９Ｃに示すように、シリコン基板５１の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、Ｐウェル５３と第１、第２のゲート電極５６、５７を覆うとともにＮウェル５４の領域を露出する形状の第２のレジストパターン４３を形成する。
その後に、第２のレジストパターン４３から露出したＮウェル５４に、ｐ型不純物であるホウ素をイオン注入する。この場合、イオン注入の加速エネルギーを０．１ｋｅＶ〜５．０ｋｅＶとし、ドーズ量を５．０×１０14／ｃｍ３〜５．０×１０15／ｃｍ３とする。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
以上の工程で形成されたＰウェル５３、第１のゲート電極５６、第１、第２のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂ等により第１のＮ型ＭＯＳＦＥＴが構成される。また、Ｐウェル５３、第２のゲート電極５７、第２、第３ｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ｂ、６１ｃ等により第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴが構成される。さらに、Ｎウェル５４、第３のゲート電極５８、第１、第２のｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ａ、６３ｂ等によりＰ型ＭＯＳＦＥＴが構成される。
その後に、第１、第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴとＰ型ＭＯＳＦＥＴを覆う層間絶縁膜を形成し、さらに、導電性プラグ等を形成するが、それらの詳細は省略する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
以上のように、ｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、ｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、ｐ型エクステンション領域６２ａ、６２ｂ及びｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ａ、６３ｂを形成するために、図１に示すイオン注入装置を使用し、さらに図４Ａ、図４Ｂに示すイオン注入方法を採用することにより、不純物のイオン注入を基板面に対して垂直にイオン注入している。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
そのような対称性については、第２のＮ型ＭＯＳＦＥＴを構成する第２、第３のｎ型エクステンション領域６０ｂ、６０ｃ及び第２、第３のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ｂ、６１ｃについても同様であり、さらに、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴを構成する第１、第２のｐ型エクステンション領域６２ａ、６２ｂ及び第１、第２のｐ型ソース／ドレイン拡散領域６３ａ、６３ｂについても同様である。
ところで、イオンビーム電流を電流測定器１５によりモニターせずに、質量分析マグネット３の調整によりイオンビームの軌道を修正すると、イオンビームの重心がマススリット６ｓの中心と一致しにくくなる。この結果、例えば、第１のＮ型ＭＯＳＦＥＴにおいて、第１、第２のｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂとゲート電極５６の間、又は、第１、第２のｎ型ソース／ドレイン拡散領域６１ａ、６１ｂとゲート電極５６の間にオフセットが生じ易くなる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
例えば、図１０Ａに示すように、第１、第２及び第３のｎ型エクステンション領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃを形成する工程において、イオンビームがシリコン基板５１の面に対して斜め、即ち９０度以外の角度に入射すると、シリコン基板５１へのイオン注入がゲート電極５６、５７により遮られる領域が発生するとともに、イオンがゲート電極５６、５７の下に深く入る領域が生じる。
これにより、第１のゲート電極５６の一側と第２のｎ型エクステンション領域６０ｂの間にイオン注入されないか又は不足する領域、即ちオフセット領域Δｗ１が発生する。同様に、第２のゲート電極５７、第３のゲート電極５８のそれぞれの一側方にもオフセット領域が発生する。
【国際調査報告】
2009122555.tif 000015
2009122555.tif 000016
2009122555.tif 000017
2009122555.tif 000018