(57)【要約】【課題】半導体基板の深さ方向に異なる位置に欠陥領域を形成する工程の生産性を向上させる。【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体基板１２に向けてマスク２０越しにイオンビームＢを照射することを備える。マスク２０は、入射するイオンビームＢを第１エネルギーに減速させる第１領域３１と、第１エネルギーより小さい第２エネルギーに減速させる第２領域３２とを有し、第１領域３１および第２領域３２が少なくとも一方向に交互に配列され、イオンビームＢの入射方向に見たときの第１領域３１および第２領域３２の配列方向の幅がそれぞれ５００μｍ以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に向けてマスク越しにイオンビームを照射することを備える半導体装置の製造方法であって、
前記マスクは、入射するイオンビームを第１エネルギーに減速させる第１領域と、前記第１エネルギーより小さい第２エネルギーに減速させる第２領域とを有し、前記第１領域および前記第２領域が少なくとも一方向に交互に配列され、前記イオンビームの入射方向から見たときの前記第１領域および前記第２領域の配列方向の幅がそれぞれ５００μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記マスクは、前記半導体基板から離れて配置され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】
前記マスクは、前記第１領域および前記第２領域にわたって設けられるベース層と、前記ベース層上の前記第２領域に選択的に設けられるパターン層とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記パターン層は、前記ベース層より比重の大きい材料を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記マスクは、入射するイオンビームに対して前記パターン層が上流側、前記ベース層が下流側となる向きで配置されることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ベース層は、複数のマスク基板の積層体で構成されることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ベース層の厚さと、前記パターン層の厚さおよび材料の少なくとも一方とを調整することにより、前記半導体基板に入射するイオンビームの前記第１エネルギーおよび前記第２エネルギーの値を調整することを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記イオンビームの進行方向から見たときの前記第２領域の配列方向の幅は、前記第２領域を挟んで隣り合う二つの第１領域を通過して前記第１エネルギーで前記半導体基板に入射するイオンビームが前記半導体基板内で少なくとも部分的に重なり合うように設定され、
前記イオンビームの進行方向から見たときの前記第１領域の配列方向の幅は、前記第１領域を挟んで隣り合う二つの第２領域を通過して前記第２エネルギーで前記半導体基板に入射するイオンビームが前記半導体基板内で少なくとも部分的に重なり合うように設定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１エネルギーのイオンビームにより前記半導体基板の第１深さ位置に形成される第１欠陥領域と、前記第２エネルギーのイオンビームにより前記半導体基板の第２深さ位置に形成される第２欠陥領域とが深さ方向に非連続に形成されるように前記第１エネルギーおよび前記第２エネルギーの値が調整されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１エネルギーのイオンビームにより前記半導体基板の第１深さ位置に形成される第１欠陥領域と、前記第２エネルギーのイオンビームにより前記半導体基板の第２深さ位置に形成される第２欠陥領域とが深さ方向に連続して形成されるように前記第１エネルギーおよび前記第２エネルギーの値が調整されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の半導体装置の製造工程において、性能向上を目的として半導体基板に水素やヘリウムなどの軽イオンを照射して欠陥領域を形成することがある。イオン照射により半導体基板内に格子欠陥を形成すると、その欠陥を介して電子と正孔が再結合して消滅するため、例えば半導体装置内のダイオードの局所的なライフタイム特性の制御ができる。また、半導体基板の深さ方向に異なる位置に欠陥領域ないし高抵抗領域を形成するため、加速エネルギーを変えながらイオン照射を複数回行う手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１９０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記文献の方法に基づいて、深さ方向に異なる位置に欠陥領域を形成する場合、照射工程の途中で加速エネルギーを変更する必要が生じる。ビーム源のエネルギーを調整する場合、ビーム源の運転条件を変更した上で、変更後の運転条件下でビーム源の動作を安定化させるまでの待ち時間が生じる。ビーム源からの出力エネルギーを一定にしたまま、下流側のエネルギー減速板を交換することでエネルギー調整する場合、減速板が配置されるチャンバ内の真空を解除し、減速板を交換し、再度真空引きする必要があり、減速板の交換に伴う待ち時間が生じる。イオン照射工程の生産性の観点から、エネルギー変更に必要な待ち時間が削減されることが好ましい。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、半導体基板の深さ方向に異なる位置に欠陥領域を形成する工程の生産性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板に向けてマスク越しにイオンビームを照射することを備える半導体装置の製造方法であって、マスクは、入射するイオンビームを第１エネルギーに減速させる第１領域と、第１エネルギーより小さい第２エネルギーに減速させる第２領域とを有し、第１領域および第２領域が少なくとも一方向に交互に配列され、イオンビームの入射方向から見たときの第１領域および第２領域の配列方向の幅がそれぞれ５００μｍ以下である。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、１回のイオンビーム照射で半導体基板の深さ方向に異なる位置に欠陥領域を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るイオン照射装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図３】実施の形態に係るマスクの構成を模式的に示す上面図である。
【図４】マスクの第１領域を通過するビームを模式的に示す断面図である。
【図５】マスクの第２領域を通過するビームを模式的に示す断面図である。
【図６】イオンビームの照射深さとビーム拡散幅の関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態に係るイオン照射工程における深さ方向のイオン照射量分布を示すグラフである。
【図８】変形例に係るマスクの構成を模式的に示す上面図である。
【図９】変形例に係るマスクの構成を模式的に示す上面図である。
【図１０】変形例に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図１１】変形例に係る第１イオン照射工程を模式的に示す図である。
【図１２】変形例に係る第２イオン照射工程を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本実施の形態は、半導体基板に向けてイオンビームを照射し、半導体基板内に欠陥領域を形成する工程を含む半導体装置の製造方法である。イオンビームは、マスクを介して半導体基板に照射される。マスクは、入射するイオンビームを第１エネルギーに減速させる第１領域と、第１エネルギーより小さい第２エネルギーに減速させる第２領域とを有し、第１領域および第２領域が少なくとも一方向に交互に配列される。第１エネルギーに減速されたビームは、第１深さ位置に第１欠陥領域を形成し、第２エネルギーに減速されたビームは、第１深さよりも浅い第２深さに第２欠陥領域を形成する。
【００１１】
本実施の形態では、イオンビームの入射方向から見たときの第１領域および第２領域の配列方向の幅が１００μｍ以下になるようにマスクが構成される。これにより、第１欠陥領域および第２欠陥領域のそれぞれを深さ方向と直交する水平方向に連続的に形成することができる。したがって、本実施の形態では、１回の照射により異なる深さ位置のそれぞれに連続的な欠陥領域を同時形成でき、複数回照射をする場合と比べてイオン照射工程の生産性を向上させることができる。
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下の説明において参照する各断面図において、半導体基板やその他の層の厚みや大きさは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。
【００１３】
図１は、実施の形態に係るイオン照射装置５０の構成を模式的に示す図である。イオン照射装置５０は、ビーム生成装置５２と、ビーム輸送装置５４と、照射処理室５６とを備える。ビーム生成装置５２は、サイクロトロン方式やバンデグラフ方式の加速器を備えており、例えば、１ＭｅＶ〜１００ＭｅＶ程度の加速エネルギーを有するイオンビームＢを生成する。ビーム輸送装置５４は、ビーム生成装置５２で生成されたイオンビームＢを照射処理室５６に輸送する。
【００１４】
ビーム輸送装置５４には、偏向装置６０、ビームスリット６２、アブソーバ６４が設けられる。偏向装置６０は、ビーム生成装置５２からのイオンビームＢを電界式または磁界式でスキャンし、半導体基板１２の全体がイオンビームＢにより順次走査されるようにする。スキャンされたビームＢは、ビームスリット６２およびアブソーバ６４を通過する。アブソーバ６４は、アルミニウム（Ａｌ）等の材料で構成されるエネルギー減速板であり、アブソーバ６４を通過するイオンビームＢを減速させて所望のエネルギーを有するように調整する。
【００１５】
照射処理室５６には、照射対象となる半導体基板１２およびマスク２０を保持するウェハ保持装置６６が設けられる。マスク２０は、半導体基板１２よりもイオンビームＢの進行方向の手前側に配置される。したがって、スキャンされたビームＢは、マスク２０越しに半導体基板１２に入射する。マスク２０は、入射するイオンビームＢを減速させ、半導体基板１２に入射するビームのエネルギーを調整する。イオンビームＢの照射により、半導体基板１２の内部には欠陥領域が形成される。
【００１６】
欠陥領域を形成するためのイオンビームＢとして、水素（Ｈ）やヘリウム（３Ｈｅ，４Ｈｅ）などの原子番号数が小さい元素である軽イオンが用いられる。マスク２０に入射するイオンビームＢのエネルギーは特に限られないが、例えば０．１ＭｅＶ〜１００ＭｅＶ程度であり、典型的には１ＭｅＶ〜３０ＭｅＶ程度である。
【００１７】
図２は、実施の形態に係る半導体装置１０の製造方法を模式的に示す断面図であり、図１の半導体基板１２およびマスク２０の構成を詳細に示す。半導体装置１０は、半導体基板１２を用いて形成される半導体集積回路であり、例えば、システムＬＳＩやＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワー半導体装置である。半導体装置１０は、素子領域１４と、第１欠陥領域１６と、第２欠陥領域１８とを備える。素子領域１４は、トランジスタやダイオードといった素子が形成される領域であり、半導体基板１２の第１主面１２ａに設けられる。第１欠陥領域１６および第２欠陥領域１８は、半導体基板１２の第１主面１２ａから離れた位置に設けられ、半導体基板１２の深さ方向（ｚ方向）に異なる位置に形成される。
【００１８】
図２の例では、半導体基板１２の第１主面１２ａとは反対側の第２主面１２ｂからビーム照射され、第１欠陥領域１６および第２欠陥領域１８が形成される。ビーム照射により、第１欠陥領域１６が第２主面１２ｂから第１深さｄ１の位置に形成され、第２欠陥領域１８が第２主面１２ｂから第２深さｄ２の位置に形成される。なお、素子領域１４が設けられる第１主面１２ａからビーム照射をして欠陥領域を形成することも可能である。
【００１９】
マスク２０は、入射するイオンビームＢを第１エネルギーＥ１に減速させる第１領域３１と、第１エネルギーＥ１より小さい第２エネルギーＥ２に減速させる第２領域３２とを有する。第１領域３１を通過したビームは、第１エネルギーＥ１を有する第１ビームＢ１としてマスク２０から出射され、半導体基板１２に入射する。一方、第２領域３２を通過したビームは、第２エネルギーＥ２を有する第２ビームＢ２としてマスク２０から出射され、半導体基板１２に入射する。
【００２０】
マスク２０は、ベース層２２と、パターン層２４とを有する。ベース層２２は、イオンビームＢの入射範囲の全体にわたって設けられ、上述の第１領域３１および第２領域３２の双方にわたって設けられる。パターン層２４は、第２領域３２に選択的に設けられ、第１領域３１には設けられない。したがって、第１領域３１にはパターン層２４の開口２６が形成されており、ベース層２２の上面が露出している。開口２６の側壁は、イオンビームＢの入射方向（ｚ方向）に沿うように垂直に形成されることが好ましい。
【００２１】
図３は、実施の形態に係るマスク２０の構成を模式的に示す上面図である。図２は、図３のＡ−Ａ線断面に相当する。マスク２０は、第１領域３１と第２領域３２が所定方向（ｘ方向）に交互に配列されるように構成される。図示する例では、ｙ方向に延在する短冊状ないし矩形状の開口２６が第１領域３１に設けられる。第１領域３１および第２領域３２の配列方向（ｘ方向）の幅Ｗ１，Ｗ２は、それぞれが１００μｍ以下となるように構成され、例えば、７０μｍ以下または３０μｍ以下となるように構成される。第１領域３１および第２領域３２の配列方向の幅Ｗ１，Ｗ２の好ましい寸法については、別途後述する。
【００２２】
図２に戻り、マスク２０の第１領域３１に入射するビームＢ１は、ベース層２２を通過して半導体基板１２に到達する。一方、マスク２０の第２領域３２に入射するビームは、ベース層２２およびパターン層２４を通過して半導体基板１２に到達する。第２領域３２から出射する第２ビームＢ２は、パターン層２４を通過する分だけ第１領域３１から出射する第１ビームＢ１より大きく減速され、その結果、第１ビームＢ１よりも低いエネルギーを有する。
【００２３】
相対的に高エネルギーの第１ビームＢ１は、第２主面１２ｂから相対的に深い位置ｄ１まで到達し、第１深さ位置ｄ１を中心とした深さ方向の所定範囲に第１欠陥領域１６を形成する。一方、相対的に低エネルギーの第２ビームＢ２は、第２主面１２ｂから相対的に浅い位置ｄ２まで到達し、第２深さ位置ｄ２を中心とした深さ方向の所定範囲に第２欠陥領域１８を形成する。第１欠陥領域１６および第２欠陥領域１８が形成される深さ位置ｄ１，ｄ２は、照射されるビームＢ１，Ｂ２のイオン種やエネルギーの値により決まる。
【００２４】
第１ビームＢ１および第２ビームＢ２のエネルギーＥ１，Ｅ２は、ベース層２２およびパターン層２４の厚さｔ１，ｔ２や材料を適切に選択することにより調整可能である。したがって、マスク２０の構成を適切に設計することで第１欠陥領域１６および第２欠陥領域１８の深さ位置ｄ１，ｄ２を調整できる。具体的には、マスクの厚さｔ、欠陥領域の深さ位置ｄ、マスク２０に入射する特定のエネルギーＥ０を有するビームの半導体基板１２の材料のイオン飛程Ｒｓ、マスク２０の材料のイオン飛程Ｒｍを用いて、ｔ＝Ｒｍ−（Ｒｍ／Ｒｓ）ｄと記述できる。ベース層２２およびパターン層２４の材料が同じであれば、ｔ１＝Ｒｍ−（Ｒｍ／Ｒｓ）ｄ１、ｔ２＝（Ｒｍ／Ｒｓ）（ｄ１−ｄ２）と記述できる。
【００２５】
マスク２０の材料として、金属材料や樹脂材料を用いることができる。なお、マスク２０を構成する元素は、イオンビームＢの照射により半導体基板１２に向けて弾き出され、半導体基板１２に注入されるおそれがあるため、半導体装置１０の性能に影響を与えにくい材料でマスク２０が構成されることが好ましい。半導体基板１２がシリコン（Ｓｉ）であれば、マスク２０の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料を用いることができる。マスク２０として、ポリイミドなどの樹脂材料を用いることもできる。
【００２６】
マスク２０の材料および厚さの一例を挙げると、ベース層２２およびパターン層２４の材料がアルミニウム（Ａｌ）であり、ベース層２２の厚さｔ１＝２８８μｍ、パターン層２４の厚さｔ２＝１２５μｍである。このマスク２０越しにシリコン（Ｓｉ）の半導体基板１２に７．９ＭｅＶの水素（Ｈ＋）イオンを入射させると、ｄ１＝１５０μｍの位置に第１欠陥領域１６が形成され、ｄ２＝１０μｍの位置に第２欠陥領域１８が形成される。これらの数値は、７．９ＭｅＶの水素（Ｈ＋）イオンにおけるＳｉのイオン飛程Ｒｓ＝４７３μｍ、および、Ａｌのイオン飛程Ｒｍ＝４２２μｍを用いて算出できる。
【００２７】
ベース層２２およびパターン層２４は、互いに異なる材料で構成されてもよい。例えば、パターン層２４の材料として、ベース層２２の材料よりもイオン飛程の小さい材料、つまり、比重の大きい材料を用いてもよい。例えば、Ａｌより比重の大きい材料を用いることにより、パターン層２４の厚さｔ２をより小さくでき、典型的には１００μｍ以下にできる。このような材料として、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）またはこれらを含む合金（例えば、ステンレスや４２アロイ）を用いることができる。パターン層２４の材料として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などを用いてもよい。
【００２８】
なお、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の高比重材料は、半導体基板１２に注入されると半導体装置１０の性能に影響を与えるおそれがある。しかしながら、図２に示すように、入射するイオンビームＢの入射方向に対してパターン層２４が上流側、ベース層２２が下流側となる向きでマスク２０を配置することにより、パターン層２４から弾き出される元素をベース層２２で遮蔽できる。したがって、パターン層２４に高比重の材料を用いる場合であっても、ベース層２２およびパターン層２４の二層構造のマスク２０とすることにより半導体基板１２への高比重材料の注入を好適に防止できる。例えば、２３ＭｅＶのヘリウム（３Ｈｅ２＋）イオンの場合、少なくともベース層２２の厚さを５μｍ以上、好適には１０μｍ以上とすることにより、パターン層２４を構成する元素をベース層２２で好適に遮蔽できる。
【００２９】
つづいて、マスク２０の第１領域３１および第２領域３２の配列方向の幅Ｗ１，Ｗ２について説明する。図４は、マスク２０の第１領域３１を通過するビームを模式的に示す断面図であり、第２領域３２を挟んで隣り合う二つの第１領域３１ａ，３１ｂを通過するビームを示す。マスク２０の第１領域３１から出射する第１ビームＢ１は、半導体基板１２の第２主面１２ｂから第１深さｄ１の位置まで到達する。第１ビームＢ１は、マスク２０の第１領域３１を通過する過程でマスク２０を構成する原子と衝突して散乱される。マスク２０を通過した第１ビームＢ１は、半導体基板１２の第１深さｄ１の位置まで直進する。このような過程で第１ビームＢ１にはビーム拡がりが生じ、第１深さｄ１の位置において所定のビーム拡散幅（第１ビーム拡散幅ともいう）ｓ１を有する。その結果、マスク２０のパターン配列方向（ｘ方向）の第１ビームＢ１のビーム幅は、マスク２０の通過前において第１領域３１の幅Ｗ１と同程度であるのに対し、第１深さｄ１の位置では、第１ビーム拡散幅ｓ１を加味したＷ１＋２×ｓ１となる。
【００３０】
このとき、第１ビーム拡散幅ｓ１が第２領域３２の幅Ｗ２の１／２以上であれば、第２領域３２を挟んで隣り合う二つの第１領域３１ａ，３１ｂのそれぞれを通過した第１ビームＢ１が第１深さｄ１の位置で部分的に重なり合う。その結果、マスク２０の第２領域３２に対応する位置にも第１ビームＢ１が照射され、半導体基板１２の水平方向（ｘ方向）に連続的な欠陥領域を形成できる。したがって、半導体基板１２の水平方向に連続的な第１欠陥領域１６を形成するためには、第１ビームＢ１のビーム拡散幅ｓ１の２倍以下の値に第２領域３２の幅Ｗ２を設定すればよい。
【００３１】
図５は、マスク２０の第２領域３２を通過するビームを模式的に示す断面図であり、第１領域３１を挟んで隣り合う二つの第２領域３２ａ，３２ｂを通過するビームを示す。マスク２０の第２領域３２から出射する第２ビームＢ２は、半導体基板１２の第２主面１２ｂから第２深さｄ２の位置まで到達する。第２ビームＢ２は、図４に示した第１ビームＢ１と同様、第２深さｄ２の位置において所定のビーム拡散幅（第２ビーム拡散幅ともいう）ｓ２を有する。したがって、半導体基板１２の水平方向に連続的な第２欠陥領域１８を形成するためには、第２ビームＢ２のビーム拡散幅ｓ２の２倍以下の値に第１領域３１の幅Ｗ１を設定すればよい。
【００３２】
なお、半導体基板内のビーム到達位置のビーム拡散幅ｓ１，ｓ２は、入射するイオンビームＢの加速エネルギー、イオン種および照射深さ（到達深さ位置）に応じて異なるため、これらの要素を考慮してマスク２０の第１領域３１および第２領域３２の幅Ｗ１，Ｗ２を設定する必要がある。
【００３３】
図６は、イオンビームの照射深さとビーム拡散幅の関係を示すグラフである。図６に示すグラフでは、シリコン（Ｓｉ）で構成される半導体基板１２に対し、イオン種および加速エネルギーの異なる３種類のビームを照射したときの照射深さとビーム拡散幅の関係性を示している。ビーム拡散幅は、ある照射深さにおける水平方向のイオン照射量分布の半値幅に基づいて算出している。
【００３４】
図示されるように、４．３ＭｅＶの水素（Ｈ＋）イオンの場合、１０〜１２μｍ程度のビーム拡散幅を有し、２３ＭｅＶのヘリウム（３Ｈｅ２＋）イオンの場合、１２〜１５μｍ程度のビーム拡散幅を有し、７．９ＭｅＶの水素（Ｈ＋）イオンの場合、２８μｍ〜３５μｍ程度のビーム拡散幅を有することが示される。また、照射深さが深くなるほど、ビーム拡散幅が大きくなる傾向にあることが分かる。グラフから、１〜１０ＭｅＶ程度の水素イオンを用いる場合には、マスク２０の第１領域３１および第２領域３２の幅Ｗ１，Ｗ２を７０μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下にすればよいことが分かる。また、１０〜３０ＭｅＶ程度のヘリウムイオンを用いる場合には、マスク２０の第１領域３１および第２領域３２の幅Ｗ１，Ｗ２を３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下にすればよいことが分かる。なお、グラフに示されないエネルギー値およびイオン種であっても、水素やヘリウム等の軽イオンを用いる場合には、マスク２０の第１領域３１および第２領域３２の幅Ｗ１，Ｗ２を少なくとも１００μｍ以下にする必要があると言える。
【００３５】
図７は、実施の形態に係るイオン照射工程における深さ方向のイオン照射量分布を模式的に示すグラフである。上述の通り、半導体基板１２には、エネルギーの異なる第１ビームＢ１および第２ビームＢ２が照射されるため、それぞれのエネルギーＥ１，Ｅ２に対応する深さ位置ｄ１，ｄ２にピークを有するイオン照射量分布となる。イオン照射量分布の標準偏差をσとすると、照射量分布のピーク位置を中心に±２σ〜３σ程度の範囲において欠陥領域が形成される。したがって、二つのピーク位置の差ｄ１−ｄ２が７σ以上であれば、第１欠陥領域１６および第２欠陥領域１８が深さ方向に非連続となるように形成することができる。一方、二つのピーク位置の差ｄ１−ｄ２が７σ未満、好ましくは６σ以下であれば、第１欠陥領域１６および第２欠陥領域１８が深さ方向に連続となるように形成できる。例えば、半導体基板１２がシリコンであり、７．９Ｍｅｖの水素（Ｈ＋）イオンを照射する場合、イオン照射量分布の標準偏差σは１０μｍ程度であることから、ピーク位置の差ｄ１−ｄ２が７０μｍ以上であれば、深さ方向に分離した第１欠陥領域１６および第２欠陥領域１８を形成できる。この場合、マスク２０のパターン層２４の厚さｔ２は、パターン層２４の材料がアルミニウム（Ａｌ）であれば、６０μｍ以上とすればよい。なお、パターン層２４の材料として高比重材料を用いれば、パターン層２４の厚さｔ２を６０μｍより小さい値にできる。
【００３６】
つづいて、マスク２０の製造方法について説明する。マスク２０の製造方法は特に限られず、ベース層２２とパターン層２４を一体的に形成してもよいし、ベース層２２とパターン層２４を別に形成した後に両者を積層させてもよい。パターン層２４は、平板状または薄膜状の基材を用意し、基材の第１領域３１を選択的にエッチングして開口２６を形成することで作製されてもよいし、第２領域３２に選択的に材料を堆積することで作製されてもよい。第２領域３２に選択的に材料を堆積してパターン層２４を形成する場合には、樹脂フィルム等の基材上にパターン層２４が形成されてもよい。この場合、樹脂フィルム等の基材がベース層２２とパターン層２４の間に配置され、樹脂フィルム等の基材がマスク２０の一部を構成してもよい。その他、ベース層２２を基材とし、ベース層２２の上にパターン層２４となる材料を堆積させることにより、ベース層２２とパターン層２４を一体的に形成してもよい。
【００３７】
上述のマスク２０の製造方法では、パターン層２４の厚さｔ２を小さくし、開口２６のアスペクト比（ｔ２／Ｗ１またはｔ２／Ｗ２）が０．３以下となるようにすることが好ましい。開口２６のアスペクト比を小さくすることで、開口２６の側壁を垂直に形成することが容易となり、第１ビームＢ１と第２ビームＢ２のエネルギーを好適に分離することができる。言い換えれば、パターン層２４の厚さｔ２を小さくすることでパターン層２４の加工精度を高めることができる。パターン層２４の厚さｔ２を小さくするためには、上述のように、パターン層２４として高比重材料を用いることが好適である。
【００３８】
一方、ベース層２２は、単層で構成されてもよいし、複数層の積層体で構成されてもよい。例えば、厚さの異なる複数のマスク基板を用意し、複数のマスク基板の組み合わせを変えることによりベース層２２の厚さｔ１を調整するようにしてもよい。例えば、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ等の厚さの異なる複数のマスク基板を用意してこれらを組み合わせることにより、１０μｍ〜５００μｍ程度の範囲で任意の厚さのベース層２２を構成できるようにしてもよい。さらに、材料および厚さｔ２の少なくとも一方が異なる複数のパターン層２４を用意しておき、複数のパターン層２４のいずれか一つと、一枚以上のマスク基板で構成されるベース層２２とを組み合わせてマスク２０を構成してもよい。これにより、マスク２０から出射する第１ビームＢ１および第２ビームＢ２のエネルギーＥ１，Ｅ２を調整し、所望の深さ位置ｄ１，ｄ２に第１欠陥領域１６および第２欠陥領域が形成されるように調整できる。この場合、ベース層２２およびパターン層２４を積層した状態で固定するための固定冶具が用いられてもよい。この固定冶具は、マスク２０を半導体基板１２に対して固定する機能を有してもよく、ウェハ保持装置６６に取付可能となるように構成されてもよい。
【００３９】
以上の構成により、本実施の形態に係るマスク２０を用いてイオン照射を実行することで１回の照射工程で異なる深さ位置ｄ１，ｄ２に欠陥領域１６、１８を同時形成できる。マスク２０の第１領域３１と第２領域３２の配列幅Ｗ１，Ｗ２を１００μｍ以下とすることにより、各ビームＢ１，Ｂ２が到達する深さ位置ｄ１，ｄ２において各ビームが少なくとも部分的に重なり合うようにすることができ、深さ方向に直交する水平方向に連続的な欠陥領域１６、１８を形成できる。本実施の形態によれば、異なる深さ位置に欠陥領域を形成するためにイオンビームＢのエネルギーを変えて複数回照射しなくても済むため、イオン照射工程の生産性を向上させることができる。
【００４０】
以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００４１】
図８および図９は、変形例に係るマスク２０の構成を模式的に示す上面図である。上述の実施の形態では、第１領域３１および第２領域３２が一方向（ｘ方向）にのみ配列される場合を示したが、変形例においては第１領域３１および第２領域３２が二次元的に配列されてもよい。例えば、図８に示されるように、矩形状の開口２６がｘ方向およびｙ方向の二方向に配列されてもよい。また、開口２６の形状は矩形に限られず、図９に示されるように円形状の開口２６を設けてもよい。
【００４２】
図１０は、変形例に係る半導体装置１０の製造方法を模式的に示す断面図である。本変形例では、マスク２０がイオンビームＢの入射方向に対して傾斜させており、マスク２０に対するイオンビームＢの入射角θを０度近傍からずらしている。本変形例では、マスク２０が傾斜しているため、イオンビームＢの入射方向（ｚ方向）から見たときの第１領域３１および第２領域の幅Ｗ１ａ，Ｗ２ａの値をマスク２０のパターン配列方向（矢印Ｃの方向）の幅Ｗ１，Ｗ２より小さくできる。具体的には、ビーム入射方向（ｚ方向）から見たときの第１領域３１および第２領域の幅Ｗ１ａ，Ｗ２ａをパターン層２４のパターン幅Ｗ１，Ｗ２の１／ｃｏｓθにできる。これにより、各ビームＢ１，Ｂ２が重なり合う範囲を広くし、半導体基板１２の水平方向により均一な分布の欠陥領域１６，１８を形成できる。
【００４３】
なお、さらなる変形例では、マスク２０だけ傾斜させるのではなく、半導体基板１２をイオンビームＢの入射方向に対して傾斜させてもよい。例えば、マスク２０を半導体基板１２に対して固定し、半導体基板１２とマスク２０の傾斜角θが同じとなるようにしてもよい。この場合、ビーム輸送装置５４を進行するイオンビームＢに対してウェハ保持装置６６を傾斜させてもよいし、ビーム輸送装置５４の下流にビーム偏向装置を設け、ビームがウェハ保持装置６６に対して斜入射するようにしてもよい。
【００４４】
図１１及び図１２は、変形例に係るイオン照射工程を模式的に示す図である。さらなる変形例では、半導体基板１２およびマスク２０に対してイオンビームを斜めに入射させるとともに、イオンビームの入射方向の異なる複数回のイオン照射工程を組み合わせる。図１１は、第１イオン照射工程を模式的に示しており、半導体基板１２およびマスク２０に対してイオンビームＢ１０の入射角が＋θ方向に傾斜している。図１２は、第２イオン照射工程を模式的に示しており、半導体基板１２およびマスク２０に対してイオンビームＢ２０の入射角が第１イオン照射工程とは反対側の−θ方向に傾斜している。
【００４５】
本変形例では、図１１の第１イオン照射工程において、第２領域３２を挟んで隣り合う二つの第１領域３１ａ，３１ｂのそれぞれを通過した第１ビームＢ１１は第１深さｄ１の位置で重なっていない。同様に、図１２の第２イオン照射工程においても、第２領域３２を挟んで隣り合う二つの第１領域３１ａ，３１ｂのそれぞれを通過した第１ビームＢ２１は第１深さｄ１の位置で重なっていない。しかしながら、第１イオン照射工程と第２イオン照射工程で照射方向を変化させているため、それぞれの工程で照射した第１ビームＢ１１，Ｂ２１の第１深さｄ１の位置での照射範囲Ｗ１１，Ｗ２１が部分的に重なり合う。このようにして照射方向（照射角度）の異なるビーム照射を組み合わせることにより、水平方向に連続的につながる欠陥領域を形成できる。なお、第２領域３２を通過する第２ビームについても同様である。
【００４６】
本変形例によれば、上述の実施の形態よりマスク２０の開口幅Ｗ１，Ｗ２を大きくしたとしても、マスク２０のパターン配列方向に連続的な欠陥領域を形成できる。例えば、上述の実施の形態と比べてマスク２０の開口幅Ｗ１，Ｗ２を２倍程度にしたとしても、マスク２０のパターン配列方向に連続的な欠陥領域を形成できる。したがって、本変形例によれば、マスク２０のパターンサイズを大きくし、マスク２０の加工容易性を高めることができる。また、照射するイオンビームのビーム拡散幅が小さい場合でも、パターン配列方向に連続的な欠陥領域を形成できる。
【００４７】
さらなる変形例では、ビームの入射方向を三以上に変化させてもよい。例えば、半導体基板１２およびマスク２０に対して垂直方向、＋θ方向、−θ方向の三つを組み合わせてもよいし、＋２θ、＋θ、−θ、−２θの四つを組み合わせてもよい。また、図８や図９に示すような二次元的に配列されるマスク２０を用いる場合には、ビームの入射方向をｘ方向およびｙ方向のそれぞれについて変化させてもよい。例えば、（ｘ，ｙ）方向のビームの入射角を（＋θ，０）、（−θ，０）、（０，＋θ）、（０，−θ）に設定して合計で４回のイオン照射を実行してもよい。
【００４８】
上述の実施の形態では、入射するイオンビームＢに対してパターン層２４を上流側、ベース層２２を下流側となる向きでマスク２０を配置する場合を示した。変形例においては、ベース層２２が上流側、パターン層２４が下流側となる向きでマスク２０を使用してもよい。この場合、ベース層２２およびパターン層２４の材料は、いずれも半導体装置１０の性能に影響を与えにくい材料（例えば、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ）で構成されることが好ましい。
【００４９】
上述の実施の形態では、マスク２０を半導体基板１２の近傍であって半導体基板１２の主面から離れた位置に配置する場合について示した。さらなる変形例では、マスク２０を半導体基板１２から離れた位置に配置してもよく、例えば、図１に示すアブソーバ６４の位置にマスク２０を配置してもよい。マスク２０を基板から離すことにより、欠陥領域が形成される深さ位置でのビーム拡散幅をより大きくできる。例えば、２３ＭｅＶのヘリウム（３Ｈｅ２＋）イオンの場合、半導体基板１２とマスク２０の距離を１ｍｍ程度離すことでビーム拡散幅を５０μｍ程度増やすことができる。また、半導体基板１２とマスク２０の距離を１ｃｍ程度離せば、ビーム拡散幅を５００μｍ程度にできる。この場合、マスク２０の第１領域３１および第２領域３２の幅Ｗ１ａ，Ｗ２ａを１００μｍより大きくしてもよく、例えば、２００μｍ以下、３００μｍ以下、４００μｍ以下または５００μｍ以下としてもよい。
【００５０】
なお、マスク２０が半導体基板１２の主面に接するように設けられもよく、半導体基板１２の主面上にマスク２０が形成されてもよい。半導体基板１２の主面上にマスク２０を形成する場合、半導体基板１２の主面に形成されるレジストや配線層等を利用してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０…半導体装置、１２…半導体基板、１６…第１欠陥領域、１８…第２欠陥領域、２０…マスク、２２…ベース層、２４…パターン層、３１…第１領域、３２…第２領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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