(57)【要約】【課題】    浅い打ち込みを実現することができるイオン注入方法およびイオン注入装置を提供する。【解決手段】  本発明のイオン注入方法は、被処理体４１０に不純物を打ち込むためのイオン注入方法であって、  前記被処理体４１０から離間された緩衝板３０を介して該被処理体４１０に前記不純物を打ち込む。また、本発明において、前記緩衝板３００は、加速されたイオンが前記被処理体４１０に到達するまでの経路に配置されていることができる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に不純物を打ち込むためのイオン注入方法であって、
前記被処理体から離間された緩衝板を介して該被処理体に前記不純物を打ち込むことを含む、イオン注入方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記緩衝板は、加速されたイオンが前記被処理体に到達するまでの経路に配置されている、イオン注入方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記緩衝板は、前記被処理体の材質と同じ材質で形成されている、イオン注入方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
支持基体、絶縁層および半導体層が設けられた基板を準備すること、
前記支持基体の少なくとも一部を該絶縁層が露出するまで除去すること、
前記絶縁層を前記半導体層が露出するまで除去して、該半導体層の単層部分を形成すること、を含み、
前記半導体層の単層部分は、前記緩衝板として用いられる、イオン注入方法。
【請求項５】
所与の半導体層を準備すること、
前記半導体層の上方にゲート絶縁層を形成すること、
前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成すること、
前記半導体層に所定の導電型の不純物を導入し、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域を形成すること、を含み、
前記不純物の導入は、前記半導体層と離間して設けられた緩衝板を介してイオンを前記半導体層に打ち込むことを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記不純物の導入では、加速されたイオンが前記緩衝板を介して前記半導体層に打ち込まれる、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記緩衝板は、前記半導体層と同じ材質で形成されている、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれかにおいて、
前記半導体層は、絶縁体の上に設けられている、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
イオン源と、質量分析部と、加速部と、被処理体に不純物を打ち込むための注入処理部とを含み、
前記加速部と前記注入処理部との間に緩衝板が設けられている、イオン注入装置。
【請求項１０】
請求項９おいて、
さらに、前記加速部と注入処理部との間に設けられた計測部と、を含み、
前記緩衝板は、前記計測部と前記注入処理部との間に配置されている、イオン注入装置。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
支持基体、絶縁層および半導体層が設けられた基板を準備すること、
前記支持基体の少なくとも一部を該絶縁層が露出するまで除去すること、
前記絶縁層を半導体層が露出するまで除去して、前記半導体層の単層部分を形成すること、を含み、
前記半導体層の単層部分を前記緩衝板として用いる、イオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入方法およびイオン注入装置ならびに半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バルクウエハ上に直接形成された従来の半導体装置（バルク型の半導体装置）に比べ、寄生容量を大幅に低減でき、低閾値電圧による低動作電圧化が可能であるＳＯＩ構造の半導体装置が注目されている。また、短チャネル効果の抑制のために、浅い接合のソース領域およびドレイン領域の形成が求められている。浅い接合のソース領域およびドレイン領域を形成するためには、イオン打ち込み時の打ち込みエネルギーを低下する方法や、素子形成時の熱処理の低温化あるいは短時間する方法が挙げられる。また、特開平８−７８６７１号公報には、イオン注入のためのパッド層（酸化シリコン膜、多結晶シリコン膜および金属膜などが用いられる）を半導体層の上に形成した後、イオン注入を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−７８６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特開平８−７８６７１号公報に記載の技術では、イオン注入のためのパッド層の形成工程を新たに設ける必要がある。また、多結晶シリコンなどを用いてパッド層を形成した場合には、導電層のシート抵抗を下げるのが困難となることがある。その他の方法として、単に打ち込みエネルギーを低下させる方法では、イオン注入装置の性能上の限界があり、所望するエネルギーにすることが難しいことがある。
【０００４】
本発明の目的は、浅い打ち込みを実現することができるイオン注入方法およびイオン注入装置を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の他の目的は、浅い接合のソース領域およびドレイン領域を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明のイオン注入方法は、被処理体に不純物を打ち込むためのイオン注入方法であって、
前記被処理体から離間された緩衝板を介して該被処理体に前記不純物を打ち込むことを含む。
【０００７】
本発明のイオン注入方法によれば、不純物の浅い打ち込みを実現することができる。本発明のイオン注入方法では、被処理体に不純物を打ち込む際に、緩衝板を介して行われている。このように、緩衝板を介することで、加速されたイオンの速度を減速させることができるのである。その結果、大きな加速エネルギーで不純物を打ち込む場合であっても、浅い打ち込みをすることができるのである。なお、本発明において、緩衝板とは、不純物を通過させることができ、かつ、打ち込まれる際の速度を減速する（エネルギーを低下させる）役割を果たす板のことをいう。
【０００８】
本発明のイオン注入方法は、さらに、下記の態様をとることができる。
【０００９】
（２）本発明のイオン注入方法において、前記緩衝板は、加速されたイオンが前記被処理体に到達するまでの経路に配置されていることができる。
【００１０】
（３）本発明のイオン注入方法において、前記緩衝板は、前記被処理体の材質と同じ材質で形成されていることができる。
【００１１】
この態様によれば、不純物が緩衝板を通過する際の物理的な衝撃により、緩衝板を構成する元素が飛散し、被処理体方向に跳んでしまった場合に、被処理体に予定外に影響を及ぼすことを抑制することができる。また、ここで材質が同一であるということは、構成元素が同じであるということであり、その結晶状態は問われない。たとえば、被処理体が単結晶シリコン層であり、緩衝板がアモルファスシリコン層である場合には、同一の材質ということができる。
【００１２】
（４）本発明のイオン注入方法において、支持基体、絶縁層および半導体層が設けられた基板を準備すること、
前記支持基体の少なくとも一部を該絶縁層が露出するまで除去すること、
前記絶縁層を前記半導体層が露出するまで除去して、該半導体層の単層部分を形成すること、を含み、
前記半導体層の単層部分は、前記緩衝板として用いられることができる。
【００１３】
この態様によれば、緩衝板として好適に用いることができる薄膜の半導体層をより簡易な工程で得ることができる。
【００１４】
（５）本発明の半導体装置の製造方法は、
所与の半導体層を準備すること、
前記半導体層の上方にゲート絶縁層を形成すること、
前記ゲート絶縁層の上方にゲート電極を形成すること、
前記半導体層に所定の導電型の不純物を導入し、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域を形成すること、を含み、
前記不純物の導入は、前記半導体層と離間して設けられた緩衝板を介して行われることを含む。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、緩衝板を介して不純物の打ち込みを行うことで、打ち込み時の不純物（イオン）の速度を減速させることができ、浅い接合の不純物領域を形成することができる。
【００１６】
なお、本発明において、特定のＡ層（以下、「Ａ層」という。）の上方に設けられた特定のＢ層（以下、「Ｂ層」という。）というとき、Ａ層の上に直接Ｂ層が設けられた場合と、Ａ層の上に他の層を介してＢ層が設けられた場合とを含む意味である。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法は、さらに、下記の態様をとることができる。
【００１８】
（６）本発明の半導体装置の製造方法において、前記不純物の導入では、加速されたイオンが前記緩衝板を介して前記半導体層に打ち込まれることができる。
【００１９】
（７）本発明の半導体装置の製造方法において、前記緩衝板は、前記半導体層と同じ材質で形成されていることができる。
【００２０】
この態様によれば、不純物が緩衝板を通過する際の物理的な衝撃により、緩衝板を構成する元素が飛散し、被処理体方向に跳んでしまった場合に、被処理体に予定外に影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００２１】
（８）本発明の半導体装置の製造方法において、前記半導体層は、絶縁体の上に設けられていることができる。
【００２２】
この態様によれば、浅い接合の不純物領域の形成が特に要請されているＳＯＩ構造の半導体装置であっても、所望の深さの不純物領域を形成することができる。
【００２３】
（９）本発明のイオン注入装置は、
イオン源と、質量分析部と、加速部と、被処理体に不純物を打ち込むための注入処理部とを含み、
前記加速部と前記注入処理部との間に緩衝板が設けられている。
【００２４】
本発明のイオン注入装置は、加速部と注入処理部との間に緩衝板が設けられている。そのため、被処理体に不純物を打ち込む際に、加速されたイオンを減速した状態で打ち込むことができる。その結果、大きな加速エネルギーで打ち込んだ場合であっても、浅い打ち込みを実現できる。また、本発明にかかるイオン注入装置によれば、緩衝板を設けることで、広範囲の打ち込みエネルギーを制御できることとなり、既存の装置の用途を広げることができ、コストの削減を図ることができる。なお、本発明のイオン注入装置において、注入処理部というとき、注入室そのものに限定されるわけではなく、注入室内において被処理体が設置されている箇所のみを意味することもある。つまり、注入室内に緩衝板が設けられている場合であっても、加速されたイオンが通過する経路上にさえ配置されていれば、本態様に該当することとなる。
【００２５】
本発明のイオン注入装置は、さらに、下記の態様をとることができる。
【００２６】
（１０）本発明のイオン注入装置において、さらに、前記加速部と注入処理部との間に設けられた計測部と、を含み、
前記緩衝板は、前記計測部と前記注入処理部との間に配置されていることができる。
【００２７】
（１１）本発明のイオン注入装置において、
支持基体、絶縁層および半導体層が設けられた基板を準備すること、
前記支持基体の少なくとも一部を該絶縁層が露出するまで除去すること、
前記絶縁層を半導体層が露出するまで除去して、前記半導体層の単層部分を形成すること、を含み、
前記半導体層の単層部分を前記緩衝板として用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態の一例について説明する。
【００２９】
１．イオン注入装置
まず、本実施の形態にかかるイオン注入方法を実現するためのイオン注入装置について図１を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態にかかるイオン注入装置１０００の基本構成を示す概略断面図である。
【００３０】
イオン注入装置１０００は、イオン源１００と、質量分析部２００と、加速部３００と、注入処理室４００と、を有する。イオン源１００内において、所定のガスをプラズマ化しプラズマ中のイオンを引き出し電極１１０により所定のエネルギーで引き出すことによりイオンビームを得る。引き出されたイオンビームを質量分析部２００により質量分析を行って所望のイオンを分離する。その後、加速部３００を通じて最終エネルギーに加速して注入処理室４００に配置した半導体ウエハなどの被処理体４１０に照射する。
【００３１】
本実施の形態にかかるイオン注入装置１０００では、加速されたイオンビームが被処理体４１０に到達するまでの経路に緩衝板３０が配置されている。緩衝板３０は、加速されたイオンを減速する役割を果たす。緩衝板３０としては、シリコン層、ゲルマニウム層およびシリコンゲルマニウム層などの各種半導体層、また、不純物（イオン）を透過させることができる各種材質を用いることができる。緩衝体３０の材質は、被処理体４１０の材質により決定することができる。たとえば、被処理体４１０がシリコン層である場合には、緩衝板３０の材質もシリコンであることが好ましい。これは、加速されたイオンが緩衝板３０を通過する際に、その物理的な衝撃により、緩衝板３０の構成元素が飛散し、不純物と一緒に被処理体４１０に跳んでいくことがある。このとき、被処理体４１０と緩衝板３０とが、同一の材質で構成されていることで、緩衝板３０の構成元素が被処理体４１０に導入された場合でも、被処理体４１０に、予定外の影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００３２】
緩衝板３０を固定させる方法としては、直接経路上に緩衝板３０をネジ留めする方法や、また、図２に示すように、開口３４を有する固定板３２に緩衝板３０をピン３６などで固定し、固定板３２をイオンビームが通過する経路上にやはりネジ留めするなどして固定する方法を挙げることができる。
【００３３】
また、本実施の形態にかかるイオン注入装置１０００は、さらに、計測部３１０を有している。計測部３１０では、打ち込まれるイオンの量（導入される不純物量）を計測している。この場合、緩衝板３０は、計測部３１０と処理部４００との間に配置されることが好ましい。さらには、緩衝板３０は、被処理体４１０に隣接して配置されていることがより好ましい。この態様によれば、計測された不純物の量と、実際に打ち込まれる不純物の量の誤差を小さくすることができる。
【００３４】
本実施の形態にかかるイオン注入装置１０００を用いて不純物を被処理体４１０に導入する際には、所望する打ち込みの深さと、緩衝板３０の膜厚などを考慮して、加速部３００でどの程度イオンを加速させるかを決定して行う。
【００３５】
次に、この緩衝板３０の製造方法の一例について、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照しつつ説明する。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、本実施の形態にかかる緩衝板の製造方法を模式的に示す断面図である。
【００３６】
緩衝板３０としては、たとえば、１０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の膜厚の緩衝板を用いることができる。緩衝板３０の材質としては、半導体層、たとえば、シリコン層、シリコンゲルマニウム層、ゲルマニウム層、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮなどを例示することができる。緩衝板３０の材質は、上述したように、被処理体である半導体層の材質に合わせた材質であることが好ましい。
【００３７】
まず、図３（Ａ）に示すように、支持基体３４の上に絶縁層３２および半導体層３０ａが設けられたＳＯＩ基板を準備する。支持基体３４としては、シリコン層などを用いることができる。絶縁層３２は、たとえば、酸化シリコン層であることができる。半導体層３０ａは、緩衝板３０の材質として例示したものを挙げることができる。このとき、半導体層３０ａの膜厚が緩衝板の厚さとなるため、所望の厚さの緩衝板３０が得られるようにその膜厚を調整することが好ましい。また、この緩衝板３０の製造方法の説明では、支持基板３４および半導体層３０ａは、単結晶シリコン層であり、絶縁層３２が酸化シリコン層である場合を例として説明する。
【００３８】
次に、図３（Ｂ）に示すように、支持基体３４の裏面側（絶縁層３２と接していない側）から支持基体３４の少なくとも一部を除去する。支持基体３４の除去では、除去を予定しない部分を覆うマスク層（図示せず）を形成した後に行う。本実施の形態では、ＳＯＩ基板の外周部の支持基体３４を残存させるようにしてエッチングを行う。この支持基体３４の除去は、支持基体３４がエッチングされるものの絶縁層３２はエッチングされ難い条件で行う。たとえば、絶縁層３２のエッチング速度Ｘ１と支持基体３４のエッチング速度Ｘ２との比が、Ｘ：Ｘ２＝１：１０００〜１：１００００であることが好ましい。また、エッチング方法としては、ウエットエッチングで行うことが好ましく、エッチング液としては、たとえば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）を用いることができる。
【００３９】
次に、図３（Ｃ）に示すように、露出した絶縁層３２をさらに除去し、半導体層３０ａにおいて、単層部分３０ｂを形成する。この単層部分３０ｂが緩衝板３０となるのである。この絶縁層３２の除去は、絶縁層３２がエッチングされるものの半導体層３０ａはエッチングされ難い条件で行う。たとえば、半導体層３０ａのエッチング速度Ｙ１と絶縁層３２のエッチング速度Ｙ２との比が、Ｙ１：Ｙ２＝１：１０００〜１：１００００であることが好ましい。エッチング液としては、たとえば、フッ酸を用いることができる。
【００４０】
以上の工程により、本実施の形態にかかるイオン注入装置１０００に用いることができる緩衝板３０を製造することができる。単層部分３０ｂは、適宜切り取られ、上記の固定方法によりイオン注入装置１０００において、加速されたイオンが通過する経路上に配置されることとなる。また、上述の緩衝板３０の製造方法では、ＳＯＩ基板を用いた場合を説明したが、これに限定されない。たとえば、バルク状のシリコン層の上に、酸化シリコン層、アモルファスシリコン層を順次形成し、この積層体に対して、上述の２回のエッチングを施すことで、単層部分を有するアモルファスシリコン層を形成することもできる。
【００４１】
本実施の形態にかかるイオン注入装置によれば、不純物の打ち込みは、緩衝板３０を介して行われる。このように、緩衝板３０を介することで、被処理体４１０に打ち込まれる際のイオンの速度（エネルギー）を減速させることができる。その結果、大きな加速エネルギーで打ち込んだ場合であっても、浅い打ち込みをすることができるのである。本実施の形態にかかるイオン注入装置１０００は、たとえば、浅い接合の不純物領域を形成したい場合などに特に有用である。浅い接合の不純物領域を形成したい場合には、加速エネルギーを低下させるという手段も有用であるが、加速エネルギーの低下にも限度がある。また、加速エネルギーの低下に伴い、ビーム電流も低下することとなる。これにより、ビーム電流が不安定になってしまい、所望量のイオンの打ち込みを制御することが難しくなることがある。しかし、本実施の形態にかかるイオン注入装置１０００によれば、ある程度大きな加速エネルギーでイオン注入を行った場合であっても、緩衝板３０を介することで、被処理体４１０に打ち込まれる際のイオンの加速エネルギーを低下させることができ、浅い打ち込みをすることができる。また、緩衝板３０を設けることで広範囲のイオン打ち込みエネルギーを制御できることとなり、既存の装置の用途を広げることができる。その結果、新しいイオン注入装置を購入せずとも、低加速エネルギーの打ち込みを実現でき、コストの削減を図ることができる。
【００４２】
２．イオン注入方法
次に、本実施の形態にかかるイオン注入方法について図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照しつつ説明する。本実施の形態にかかるイオン注入方法では、上述のイオン注入装置を用いて行い、ＭＩＳトランジスタ２０の形成に適用した場合について説明する。図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、本実施の形態にかかるＭＩＳトランジスタ２０の形成工程を模式的に示す断面図である。
【００４３】
まず、図４（Ａ）に示すように、半導体層１０を準備する。図４（Ａ）に示す半導体層１０としては、バルク状のシリコン層（以下、「シリコン層１０」ともいう。）を示すが、これに限定されることなく、ＳＯＩ基板であってもよい。また、半導体層１０としては、シリコン層に限らず、シリコンゲルマニウム層、ゲルマニウム層、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮなどを例示することができる。図２に示すように、半導体層１０の上にゲート絶縁層２２およびゲート電極２４を形成する。その後、ゲート電極２４の側面にサイドウォール２６を形成する。ゲート絶縁層２２の形成は、たとえば、熱酸化法により行うことができる。ゲート電極２４の形成は、たとえば、半導体層１０の全面に、導電層（図示せず）を形成し、この導電層をパターニングすることで行うことができる。サイドウォール２６は、ゲート電極２４を覆うように半導体層１０の全面に絶縁層（図示せず）を形成し、この絶縁層に異方性のエッチングを施すことで形成される。絶縁層としては、たとえば、酸化シリコン層、窒化シリコン層またはこれらの積層膜などを挙げることができる。
【００４４】
ついで、図４（Ｂ）に示すように、半導体層１０にソース領域またはドレイン領域となる不純物領域２８を形成する。この不純物領域２８の形成は、上述のイオン注入装置１０００を用いて行う。つまり、図４（Ｂ）に示すように、半導体層１０と離間して設けられた緩衝板３０を介して、不純物が打ち込まれることとなる。この打ち込みでは、所望の深さになるよう、緩衝板３０の膜厚を考慮して決定された加速エネルギーで不純物イオンの打ち込みが行われることとなる。また、不純物領域２８の形成では、不純物をイオン注入法により半導体層１０に導入した後、拡散のための熱処理を行ってもよい。以上の工程により、本実施の形態にかかるＭＩＳトランジスタ２０を形成することができる。
【００４５】
なお、上述の本実施の形態にかかるＭＩＳトランジスタ２０の形成では、サイドウォール２６の下方の半導体層１０に設けられることのあるＬＤＤ領域やエクステンション領域の形成については、特に説明してないが、公知の方法でＬＤＤ領域やエクステンション領域を形成することができる。ＬＤＤ領域やエクステンション領域の形成では、ソース領域およびドレイン領域の形成と比して、さらなる浅い打ち込みが要求されることがあるが、本実施の形態の注入方法を適用することで、所望の深さのＬＤＤ領域やエクステンション領域を形成することができる。
【００４６】
本実施の形態にかかるイオン注入方法によれば、緩衝板３０を介して不純物の打ち込みが行われることで、浅い接合の不純物領域２８を有するＭＩＳトランジスタ２０を形成することができる。特に、薄膜のＳＯＩ層などに、ＭＩＳトランジスタ２０を形成する場合には、本実施の形態にかかるイオン注入方法を適用して半導体装置を製造することで、浅い接合のソース領域およびドレイン領域（不純物領域２８）を形成することができるという利点がある。
【００４７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施の形態にかかるイオン注入装置を模式的に示す図。
【図２】本実施の形態にかかるイオン注入装置を模式的に示す図。
【図３】本実施の形態にかかる緩衝板の製造方法を模式的に示す断面図。
【図４】本実施の形態にかかるＭＩＳトランジスタの製造方法を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１０、３０ａ…半導体層、  ２０…ＭＩＳトランジスタ、  ２２…ゲート絶縁層、  ２４…ゲート電極、  ２６…サイドウォール、  ２８…不純物領域、  ３０…緩衝板、３０ｂ…単層部分、  ３２…絶縁層、  ３４…支持基体、  １００…イオン源、  ２００…質量分析部、  ３００…加速部、３１０…計測部、  ４００…注入処理室、  ４１０…被処理体、  １０００…イオン注入装置
【図１】
2006278452.tif 000003
【図２】
2006278452.tif 000004
【図３】
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【図４】
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