(57)【要約】【課題】所望のアニール温度によるアニール処理によって、シート抵抗を要求されるレベルまで低減できるようにする。【解決手段】半導体基体Ｗにイオンを注入して半導体素子を製造する方法であって、水素イオン又は希ガスイオンを半導体基体Ｗに注入する第１イオン注入工程と、ドーパントイオンを半導体基体Ｗに注入する第２イオン注入工程と、第１イオン注入工程及び第２イオン注入工程を経た半導体基体Ｗを所望のアニール温度で加熱するアニール処理工程とを備えるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体にイオンを注入して半導体素子を製造する方法であって、
水素イオン又は希ガスイオンを前記半導体基体に注入する第１イオン注入工程と、
ドーパントイオンを前記半導体基体に注入する第２イオン注入工程と、
前記第１イオン注入工程及び前記第２イオン注入工程を経た前記半導体基体を所望のアニール温度で加熱するアニール処理工程とを備える半導体素子を製造する方法。
【請求項２】
前記アニール温度が３５０℃以下である請求項１記載の半導体素子を製造する方法。
【請求項３】
前記第１イオン注入工程の後に、前記第２イオン注入工程を行う請求項１又は２記載の半導体素子を製造する方法。
【請求項４】
前記第１イオン注入工程の後、前記アニール処理工程の前において、水素イオン又は希ガスイオン又はドーパントイオンを前記半導体基体に高温で注入する高温注入工程をさらに備える請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の半導体素子を製造する方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の方法に用いられるイオン注入装置であって、
前記第１イオン注入工程及び前記第２イオン注入工程を、大気中に前記半導体基体を取り出すことなく繰り返すように構成されているイオン注入装置。
【請求項６】
処理室内で前記半導体基体を駆動する基板駆動装置と、
前記基板駆動装置に設けられた加熱手段とをさらに備える請求項５記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入により半導体素子を製造する方法、及びこの方法に用いられるイオン注入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の半導体素子を製造する場合、特許文献１に示すようなイオン注入装置を用いて半導体基体にドーパントイオンを注入した後、その注入により非晶質化した半導体基体の再結晶化やドーパントイオンの活性化を図るために、半導体基体を高温（例えば６００℃以上）に加熱する所謂アニール処理が行われる。
【０００３】
ところが近時では、半導体基体を支持する基板として、例えばプラスチック基板のように耐熱温度が低い材料が用いられることがあり、このような基板を用いた場合には、アニール温度を高くするには限度がある。
【０００４】
かといってアニール温度が低いと、ドーパントイオンの活性化が不十分となり、半導体素子のシート抵抗を要求されるレベルに下げることができないという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２７７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、所望のアニール温度によるアニール処理によってシート抵抗を要求されるレベルまで低減できるようにすることをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る半導体素子を製造する方法は、半導体基体にイオンを注入して半導体素子を製造する方法であって、水素イオン又は希ガスイオンを前記半導体基体に注入する第１イオン注入工程と、ドーパントイオンを前記半導体基体に注入する第２イオン注入工程と、前記第１イオン注入工程及び前記第２イオン注入工程を経た前記半導体基体を所望のアニール温度で加熱するアニール処理工程とを備えることを特徴とする方法である。
【０００８】
このような半導体素子を製造する方法によれば、第１イオン注入工程において水素イオンや希ガスイオンを半導体基体に注入することで、半導体基体の結晶格子に欠陥が形成され、これによりドーパントイオンが格子間から結晶格子位置へ遷移するための活性化エネルギーを低減させることができる。その結果、所望のアニール温度によるアニール処理によってドーパントイオンを十分に活性化させることができ、シート抵抗を要求されるレベルまで低減させることが可能となる。なお、具体的な実験データについては、後述する。
【０００９】
上述した作用効果がより顕著に発揮される実施態様としては、前記アニール温度が３５０℃以下であることが好ましい。
このようなアニール温度であれば、半導体基体を支持する基板の材料として比較的耐熱性が低いものを用いることができるし、アニール温度を下げることによる省エネ効果をも得られる。
【００１０】
前記第１イオン注入工程の後に、前記第２イオン注入工程を行うことが好ましい。
このような順番であれば、シート抵抗をより低減させることができる。なお、具体的な実験データについては、後述する。
【００１１】
ところで、第１イオン注入工程において水素イオン又は希ガスイオンを半導体基体に注入して、半導体基体の結晶格子に欠陥を形成すると、その後のアニール処理において結晶構造を十分に回復させることができない場合がある。
その場合、結晶構造を十分に回復できた場合に比べると、製造された半導体素子の結晶性が低くなるので、キャリアの移動度が低くなり、これによるシート抵抗の増大を招く。また、結晶性が低いことにより、リーク電流が生じる可能性も懸念される。
【００１２】
そこで、結晶構造の回復に着目した場合、前記第１イオン注入工程の後、前記アニール処理工程の前において、水素イオン又は希ガスイオン又はドーパントイオンを前記半導体基体に高温で注入する高温注入工程をさらに備えることが好ましい。
このような構成であれば、水素イオン又は希ガスイオン又はドーパントイオンを半導体基体に高温で注入することにより、結晶性の回復を図れる。なお、具体的な実験データについては、後述する。
【００１３】
また、上述した半導体素子を製造する方法に用いられるイオン注入装置も本発明の１つであり、この半導体製造装置は、前記第１イオン注入工程及び前記第２イオン注入工程を、大気中に前記半導体基体を取り出すことなく繰り返すように構成されていることを特徴とするものである。
このような構成であれば、半導体基体を大気中に取り出すことなく第１イオン注入工程及び第２イオン注入工程を繰り返すので、処理能力の向上や処理時間の短縮を図れる。
加えて、第２イオン注入工程において、イオン源のチャンバ内や該チャンバの下流に配置されたビーム引出し用の電極表面などに付着した例えばドーパントイオン起因の付着物（フッ化金属等）を、次に行われる第１イオン注入工程において発生させるプラズマの熱やスパッタ等により剥がすことができ、クリーニング効果をも得られる。
【００１４】
上述した高温注入を行うためのイオン注入装置としては、処理室内で前記半導体基体を駆動する基板駆動装置と、前記基板駆動装置に設けられた加熱手段とをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成した本発明によれば、所望のアニール温度によるアニール処理によってシート抵抗を要求されるレベルまで低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係るイオン注入装置の全体構成を示す模式図。
【図２】Ｈ＋イオン及びＢ＋イオンの注入工程の順序を比較した実験結果を示すグラフ。
【図３】Ｈ＋イオンの注入深さを比較した実験結果を示すグラフ。
【図４】少数キャリアのライフタイムを測定した測定結果を示すグラフ。
【図５】水素イオンの組成を比較した実験結果を示すグラフ。
【図６】Ａｒ＋イオン及びＢ＋イオンの注入工程の順序を比較した実験結果を示すグラフ。
【図７】Ｂ＋イオンの注入深さを比較した実験結果を示すグラフ。
【図８】Ａｒ＋イオンのドーズ量を比較した実験結果を示すグラフ。
【図９】結晶化率の深さプロファイルを示すグラフ。
【図１０】Ｈ＋イオンとＡｒ＋イオンとのドーズ量を比較した実験結果を示すグラフ。
【図１１】Ｈ＋イオン及びＰＨｘ＋イオンの注入工程の順序を比較した実験結果を示すグラフ。
【図１２】第２実施形態の製造方法による結晶化率の深さプロファイルを示すグラフ。
【図１３】第２実施形態の製造方法による結晶化率の深さプロファイルを示すグラフ。
【図１４】第２実施形態の製造方法による結晶化率の深さプロファイルを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明に係る半導体素子を製造する方法の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
まず始めに、本実施形態の半導体素子を製造する方法に用いられるイオン注入装置１００について説明する。
【００１９】
イオン注入装置１００は、半導体基体ＷにイオンビームＩＢを照射してイオン注入するためのものであり、図１に示すように、イオン源１０１から引き出されたイオンビームＩＢを、質量分析器１０２により質量分析したのちに、処理室１０４内において基板駆動装置１０３に固定されているプラスチック基板等の基板Ｐ上の半導体基体Ｗに対して照射し、所望のイオンを半導体基体Ｗに注入するものである。
【００２０】
本実施形態の半導体基体Ｗは、単結晶シリコン基体であるが、半導体基体Ｗとしてはこれに限らず、例えばポリシリコン基体、III−V族化合物半導体基体、II−VI族化合物半導体基体、或いはその他の基体であり、その平面形状は、本実施形態では概略円形であるが、矩形であっても良いし、その他の形状であっても良い。
【００２１】
次に、上述したイオン注入装置１００を用いて半導体素子を製造する方法について説明する。
【００２２】
本実施形態の半導体素子を製造する方法は、ドーパントイオンを半導体基体Ｗに注入する工程とは別に、水素イオン又は希ガスイオンを半導体基体Ｗに注入する工程を備えている。
そして、これらの工程を経た半導体基体Ｗを所定のアニール温度で加熱する所謂アニール処理を行うことで、半導体基体Ｗのシート抵抗を要求されるレベルに低減させることができるといった実験結果が得られた。以下では、この実験結果について詳述する。
なお、以下では、水素イオン又は希ガスイオンを半導体基体Ｗに注入する工程を第１イオン注入工程と呼び、ドーパントイオンを半導体基体Ｗに注入する工程を第２イオン注入工程と呼ぶ。
【００２３】
＜Ｈ＋イオン及びＢ＋イオンの注入＞
始めに、第１イオン注入工程においてＨ＋イオンを注入し、第２イオン注入工程においてドーパントイオンたるＢ＋イオンを注入した場合について説明する。
【００２４】
（注入工程の順序比較）
まず、（１）第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行ってアニール処理した場合、（２）第２イオン注入工程の後に第１イオン注入工程を行ってアニール処理した場合、（３）第１イオン注入工程を行うことなく、第２イオン注工程の後にアニール処理した場合（従来の製造方法）を比較した結果を図２に示す。
具体的には、Ｂ＋イオンの注入条件を４０ｋｅＶ、１Ｅ１５ｃｍ−２とし、Ｈ＋イオンの注入条件を８ｋｅＶ、１Ｅ１６ｃｍ−２とし、アニール処理における加熱時間は各アニール温度それぞれで３０分とし、四探針法を用いてシート抵抗を測定した。なお、「Ｅ」は、１０を基数（底）とする指数表記を意味する。
【００２５】
この実験結果から、上記（１）の場合（第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行ってアニール処理した場合）、アニール温度を例えば１００℃以上とすれば、第１イオン注入工程により水素イオンを注入することで、第１イオン注入工程を行わない場合よりも、シート抵抗が低減していることが分かる。一方、上記（２）の場合（第２イオン注入工程の後に第１イオン注入工程を行ってアニール処理した場合）、アニール温度を例えば２２５℃以上とすれば、第１イオン注入工程により水素イオンを注入することで、第１イオン注入工程を行わない場合よりも、シート抵抗が低減していることが分かる。
また、第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行った場合の方が、第２イオン注入工程の後に第１イオン注入工程を行った場合よりもさらにシート抵抗が低減していることが分かる。
この結果、シート抵抗の上限値として要求されるレベルを例えば３０００Ω／ｓｑとした場合、第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行えば、アニール温度を２２５℃程度まで下げることができるし、第２イオン注入工程の後に第１イオン注入工程を行えば、アニール温度を４００℃程度まで下げることができ、アニール温度の低温化を図れる。
【００２６】
（Ｈ＋イオンの注入深さ比較）
次に、Ｈ＋イオンの注入深さを変化させてシート抵抗を測定した結果を図３に示す。なお、ここでいう「注入深さ」は、J.F.Ziegler氏等の開発したモンテカルロ法により固体に対する注入イオンの飛程を計算できるシミュレーションソフト「SRIM」を用いて得られた値であり、より詳細には注入イオン体積密度の基体表面からの深さ方向分布を計算し、体積密度が最大となる深さである。
具体的には、第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行ってアニール処理したもののシート抵抗を測定した。また、Ｂ＋イオンの注入条件を７０ｋｅＶ、１Ｅ１５ｃｍ−２として、注入深さを２３２ｎｍに固定し、Ｈ＋イオンの注入条件を１Ｅ１６ｃｍ−２として、注入エネルギーを変えることにより注入深さを変化させた。アニール温度は２００℃、２５０℃、３００℃、及び３５０℃とし、加熱時間はそれぞれ３０分とした。
【００２７】
この実験結果から、Ｈ＋イオンの注入深さが、Ｂ＋イオンの注入深さと同程度の場合にシート抵抗が最小となり、それよりも浅くなる又は深くなるに連れてシート抵抗が増大する傾向にあることが分かった。
【００２８】
（ライフタイム測定）
ここで、表面を熱酸化ＳｉＯ２膜で覆われた単結晶シリコン基体に対して上述した第１イオン注入工程と同様にＨ＋イオンを注入し、そのＨ＋イオンが熱酸化ＳｉＯ２膜を通過して単結晶シリコン基体内に到達した後、アニール処理前及びアニール処理後において少数キャリアのライフタイムを測定した結果を図４に示す。具体的には、Ｈ＋イオンの注入エネルギーは１２ｋｅＶであり、アニール処理では、３００℃のアニール温度で３０分加熱した。なお、ここでは第２イオン注入工程は実施していない。
少数キャリアのライフタイムは、波長６３５ｎｍの光照射により単結晶シリコン基体内にフリーキャリアを誘起し、９．３５ＧＨｚのマイクロ波の透過率変化を測定することで得られる単結晶シリコン基体内のフリーキャリアの変化量に基づき算出した。
【００２９】
この実験結果から、Ｈ＋イオンを注入しない場合（Ｈ＋注入量０ｃｍ−２の場合）、少数キャリアのライフタイムは１Ｅ−３ｓ以上と高く、単結晶シリコン基体内や表面（具体的には熱酸化ＳｉＯ２膜と単結晶シリコン基体との界面）にキャリア再結合を促す欠陥が少ないことが分かる。
一方、５Ｅ１５ｃｍ−２以上のＨ＋イオンを注入した場合、少数キャリアのライフタイムは、１Ｅ−４ｓ〜１Ｅ−５ｓ程度にまで減少していることが分かる。このことは、Ｈ＋イオンの注入によりシリコン結晶格子に欠陥が生じている証左であり、この格子欠陥によって第２イオン注入工程において注入するドーパントイオンの活性化エネルギーを低減できていることが推定される。
【００３０】
（水素イオンの組成比較）
次に、第１イオン注入工程により注入するイオンを、単原子の水素イオン（Ｈ＋）、２原子分子の水素イオン（Ｈ２＋）、及び３原子分子の水素イオン（Ｈ３＋）とした場合を比較した結果を図５に示す。
具体的には、第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行ってアニール処理したもののシート抵抗を測定した。アニール温度は２００℃とし、加熱時間は６０分とした。また、Ｂ＋イオンの注入条件を４０ｋｅＶ、１Ｅ１５ｃｍ−２とし、水素イオンの注入条件を水素イオンの注入深さを揃えるために、Ｈ＋イオンは１０ｋｅＶ、Ｈ２＋イオンは２０ｋｅＶ、Ｈ３＋イオンは３０ｋｅＶとした。
【００３１】
この実験結果から、水素イオンの組成（原子数）によらず、シート抵抗が同程度まで低減していることが分かる。その中でも、３原子分子の水素イオン（Ｈ３＋）を用いた場合には、最も少ないイオンドーズ量でシート抵抗の極小値が得られた。
【００３２】
＜Ａｒ＋イオン及びＢ＋イオンの注入＞
続いて、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンを注入し、第２イオン注入工程においてドーパントイオンたるＢ＋イオンを注入した場合について説明する。
【００３３】
（注入工程の順序比較）
まず、（１）第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行ってアニール処理した場合、（２）第２イオン注入工程の後に第１イオン注入工程を行ってアニール処理した場合、（３）第１イオン注入工程を行うことなく、第２イオン注工程の後にアニール処理した場合（従来の製造方法）を比較した結果を図６に示す。
具体的には、Ｂ＋イオンの注入条件を２０ｋｅＶ、１Ｅ１５ｃｍ−２とし、Ａｒ＋イオンの注入条件を７０ｋｅＶ、６Ｅ１３ｃｍ−２とし、アニール処理における加熱時間は各アニール温度それぞれで３０分とし、四探針法を用いてシート抵抗を測定した。
【００３４】
この実験結果から、アニール温度を例えば１００℃以上とすれば、第１イオン注入工程によりＡｒ＋イオンを注入することで、第１イオン注入工程を行わない場合よりも、シート抵抗が低減していることが分かる。
また、アニール温度を例えば３００℃以上とすれば、第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行った場合の方が、第２イオン注入工程の後に第１イオン注入工程を行った場合よりもさらにシート抵抗が低減していることが分かる。
この結果、シート抵抗の上限値として要求されるレベルを例えば３０００Ω／ｓｑとした場合、第１イオン注入工程及び第２イオン注入工程の順番によらず、アニール温度を２５０℃程度まで下げることができ、アニール温度の低温化を図れる。
【００３５】
（Ｂ＋イオンの注入深さ比較）
次に、Ｂ＋イオンの注入深さを変化させてシート抵抗を測定した結果を図７に示す。なお、ここでいう「注入深さ」とは、上述した「SRIM」による計算を用いて得られた値であり、注入イオンの体積密度が最大となる深さである。
具体的には、第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行ってアニール処理したもののシート抵抗を測定した。また、Ａｒ＋イオンの注入条件を７０ｋｅＶ、６Ｅ１３ｃｍ−２とし、注入深さを７９ｎｍに固定し、Ｂ＋イオンの注入条件を１Ｅ１５ｃｍ−２とし、注入エネルギーを変えることにより注入深さを変化させた。アニール温度は２００℃、２５０℃、３００℃、及び３５０℃とし、加熱時間はそれぞれ３０分とした。
【００３６】
この実験結果から、Ｂ＋イオンの注入深さが、Ａｒ＋イオンの注入深さよりも約３５ｎｍ浅い場合にシート抵抗が最小となり、それよりも浅くなる又は深くなるに連れてシート抵抗が増大する傾向にあることが分かった。このことから、上記の注入条件でＡｒ＋イオンを注入した場合は、Ａｒ＋イオンの注入深さよりも浅い位置で結晶格子に欠陥が生じていることが推定される。
【００３７】
（Ａｒ＋イオンのドーズ量比較）
続いて、Ａｒ＋イオンのドーズ量及びアニール温度を変化させてシート抵抗を測定した結果を図８に示す。
具体的には、第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行ってアニール処理したもののシート抵抗を測定し、アニール温度は３００℃、４００℃、５００℃、及び６００℃とし、加熱時間はそれぞれ３０分とした。
【００３８】
この実験結果から、シート抵抗が最小且つ極小となるドーズ量が存在し、それよりもドーズ量が少なくなる又は多くなるに連れてシート抵抗が増大する傾向にあることが分かる。また、シート抵抗が最小且つ極小となるドーズ量は、アニール温度が低いほど少量であり、具体的には３００℃のアニール温度ではドーズ量が約５．０Ｅ＋１３ｃｍ−２でシート抵抗が最小且つ極小となり、４００℃のアニール温度ではドーズ量が約６．０Ｅ＋１３ｃｍ−２でシート抵抗が最小且つ極小となり、５００℃のアニール温度ではドーズ量が約８．０Ｅ＋１３ｃｍ−２でシート抵抗が最小且つ極小となり、６００℃のアニール温度ではドーズ量が約１．０Ｅ＋１４ｃｍ−２でシート抵抗が最小且つ極小となる。また、シート抵抗の最小値は、アニール温度を高くしたほうがより低くなることが分かる。
【００３９】
（結晶化率）
ここで、例えば一般的な分光器を用いて半導体基体Ｗの反射率スペクトルを測定し、その反射率スペクトルを数値解析することで得られた結晶化率の深さプロファイルを図９に示す。なお、光反射率スペクトルからの結晶化率の深さプロファイルの算出は、以下のように行った。
【００４０】
すなわち、光反射スペクトルの測定を行った半導体基体Ｗを、複数の層からなる積層構造であると仮定し、コンピュータを用いた計算により、光反射率スペクトルを算出する。この際、上記仮定した積層構造を構成する各層の結晶化率および膜厚を変化させ、光干渉効果を考慮に入れたフレネル係数法により、光反射率スペクトルを算出する。この計算値を、上記測定によって実測された光反射率スペクトルに一致させるように、各層の結晶化率と膜厚を入力する（以上、特開２００８−１２４０８３号公報参照）。
【００４１】
このようにして算出された図９のプロファイルは、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンを７Ｅ１３ｃｍ−２注入し、その後第２イオン注入工程においてＢ＋イオンを１Ｅ１５ｃｍ−２注入し、３００℃のアニール温度で３０分加熱したものを測定した結果である。このプロファイルから分かるように、表面から２００ｎｍの深さ位置までは、結晶化率が０．７７〜１．０であり、Ａｒ＋イオン及びＢ＋イオンの注入によって完全には非晶質化しておらず、結晶性が維持されている。このことはシート抵抗が低いことの証左である。
なお、半導体基体Ｗが完全に非晶質化しない条件としては、例えば表面からドーパントイオンの注入深さまでの結晶化率の平均が、アニール後に少なくとも０．１以上であることが必要である。
【００４２】
＜Ｈ＋イオンとＡｒ＋イオンとの比較＞
ここまで、第１イオン注入工程においてＨ＋イオンを注入する場合と、Ａｒ＋イオンを注入する場合とを説明したが、ここで注入イオンの違いによるドーズ量の差を比較した結果を図１０に示す。
具体的には、単結晶シリコン基体に第１イオン注入工程においてＨ＋イオンを８ｋｅＶで注入した後、第２イオン注入工程においてＢ＋イオンを４０ｋｅＶ、１Ｅ１５ｃｍ−２で注入して、２００℃のアニール温度で６０分加熱したもののシート抵抗を測定した結果と、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンを７０ｋｅＶで注入した後、第２イオン注入工程においてＢ＋イオンを３０ｋｅＶ、１Ｅ１５ｃｍ−２で注入して、２００℃のアニール温度で６０分加熱したもののシート抵抗を測定した結果とを比較した。
【００４３】
この実験結果から、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンの方が、Ｈ＋イオンよりもシート抵抗を最小にするためのドーズ量が少なくて済むことが分かる。
また、この実験結果においては、第１イオン注入工程においてＨ＋イオンを注入する方が、Ａｒ＋イオンを注入するよりもシート抵抗がより低減していることが分かる。ただし、この実験ではＡｒ＋イオンとＢ＋イオンとの注入深さを同じにしており、Ａｒ＋イオンの注入深さを変えれば、Ａｒ＋イオンの注入によってＨ＋イオンの注入と同程度までシート抵抗を低減させ得る。
【００４４】
＜Ｈ＋イオン及びＰＨｘ＋イオンの注入＞
次に、単結晶シリコン基体に第１イオン注入工程においてＨ＋イオンを注入し、第２イオン注入工程においてドーパントイオンたるＰＨｘ＋イオン（ｘ＝０〜３。ｘ＝０の場合はＰ+ 。以下同様）を注入した場合について説明する。
【００４５】
（注入工程の順序比較）
まず、（１）第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行ってアニール処理した場合、（２）第２イオン注入工程の後に第１イオン注入工程を行ってアニール処理した場合、（３）第１イオン注入工程を行うことなく、第２イオン注工程の後にアニール処理した場合（従来の製造方法）を比較した結果を図１１に示す。
具体的には、ＰＨｘ＋イオンの注入条件を７０ｋｅＶ、２Ｅ１４ｃｍ−２とし、Ｈ＋イオンの注入条件を８ｋｅＶ、１Ｅ１６ｃｍ−２とし、アニール処理における加熱時間は各アニール温度それぞれで３０分とし、四探針法を用いてシート抵抗を測定した。
【００４６】
この実験結果から、アニール温度を例えば１００℃以上とした場合に、第１イオン注入工程により水素イオンを注入することで、第１イオン注入工程を行わない場合よりも、シート抵抗が低減していることが分かる。
また、アニール温度を例えば１２５℃以上とすれば、第２イオン注入工程の後に第１イオン注入工程を行った場合の方が、第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行った場合よりもさらにシート抵抗が低減していることが分かる。
この結果、シート抵抗の上限値として要求されるレベルを例えば３０００Ω／ｓｑとした場合、第１イオン注入工程の後に第２イオン注入工程を行えば、アニール温度を２７５℃程度まで下げることができるし、第２イオン注入工程の後に第１イオン注入工程を行えば、アニール温度を２２５℃程度まで下げることができ、アニール温度の低温化を図れる。
【００４７】
このような本実施形態に係る半導体製造方法によれば、第１イオン注入工程において水素イオンやＡｒ＋イオンを半導体基体Ｗに注入することで、半導体基体Ｗの結晶格子に欠陥が形成され、これによりドーパントイオンが格子間から結晶格子位置へ遷移するための活性化エネルギーを低減させることができる。
その結果、アニール処理におけるアニール温度を例えば３５０℃以下などに低温化しつつも、ドーパントイオンを十分に活性化させることができる。
これにより、基材の材料として比較的耐熱性が低いものを用いたとしても、所望のアニール温度によってシート抵抗を要求されるレベルまで低減させることが可能となるうえ、アニール温度を下げることによる省エネ効果をも得ることができる。
【００４８】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４９】
例えば、第２イオン注入工程においてＰＨｘ＋イオンを注入する場合、前記実施形態では第１イオン注入工程において水素イオンを注入していたが、Ａｒ＋イオンを注入しても良い。
【００５０】
また、第１イオン注入工程において注入するイオンは、前記実施形態で挙げたものの他、Ｈｅイオン、Ｎｅイオン、Ｋｒイオン、Ｘｅイオン、Ｒｎイオン等であっても良い。
【００５１】
さらに、第２イオン注入工程において注入するドーパントイオンとしては、Ａｓ＋イオン等であっても良い。
【００５２】
加えて、上述した第１イオン注入工程や第２イオン注入工程の高効率化等を図るべく、イオン注入装置１００としては、イオン源１０１や基板駆動装置１０３などの動作を制御する制御装置（不図示）が、第１イオン注入工程及び第２イオン注入工程を、半導体基体Ｗをイオン注入装置１００外、すなわち大気中に取り出すことなく繰り返すように構成されていることが好ましい。
なお、第１イオン注入工程後の半導体基体Ｗは、第２イオン注入工程まで、処理室１０４内に留めておいても良いし、イオン注入装置１００の処理室１０４とは別の部屋に退避させておいても良い。
【００５３】
このような構成であれば、半導体基体Ｗを大気中に取り出すことなく第１イオン注入工程及び第２イオン注入工程を繰り返すので、処理能力の向上や処理時間の短縮を図れる。
しかも、第２イオン注入工程において、イオン源１０１のチャンバ（不図示）の内壁や該チャンバの下流に配置されたビーム引出し用電極（不図示）の表面などに付着した例えばドーパントイオン起因の付着物（例えばＢ＋イオンに起因するフッ化金属）などを、次に行われる第１イオン注入工程においてイオン源１０１のチャンバ内に発生させるプラズマの熱やスパッタ等により剥がすことができ、クリーニング効果をも得られる。
【００５４】
制御装置としては、第２イオン注入工程におけるドーパントイオンのドーズ量や注入エネルギーに基づき、例えば所定の算出式やルックアップテーブル等を用いて、第１イオン注入工程における水素イオンやＡｒ＋イオン等の希ガスイオンのドーズ量や注入エネルギーを算出するように構成されていても良い。
【００５５】
続いて、本発明に係る半導体素子を製造する方法の第２実施形態について説明する。
【００５６】
前記第１実施形態では、第１イオン注入工程において水素イオン又は希ガスイオンを半導体基体Ｗに注入して、半導体基体Ｗの結晶格子に欠陥を形成することで、アニール温度を従来より低くしても、シート抵抗を要求されるレベルに下げられることを説明してきた。
【００５７】
しかしながら、第１イオン注入工程において結晶格子に欠陥を形成すると、その後のアニール処理において結晶構造を十分に回復させることができない場合がある。
その場合、結晶構造を十分に回復できた場合に比べると、製造された半導体素子の結晶性が低くなるので、キャリアの移動度が低くなり、これによるシート抵抗の増大を招く。また、結晶性が低いことにより、リーク電流が生じる可能性も懸念される。
【００５８】
そこで、本第２実施形態における製造方法は、結晶構造の回復に鑑みてなされたものであり、第１イオン注入工程の後、アニール処理工程の前において、水素イオン又は希ガスイオン又はドーパントイオンを半導体基体Ｗに高温で注入する高温注入工程をさらに備えることを特徴とする方法である。
【００５９】
この高温注入工程は、半導体基体Ｗを室温より高く、従来のアニール温度（例えば５００℃）よりは低い温度で加熱することにより、注入するイオンの活性化を図る工程である。具体的に加熱温度は、例えば半導体基体Ｗの耐熱温度よりも低い温度、言い換えれば半導体基体Ｗの特性（例えばポリイミド膜における透明性等）を失わない温度よりも低い温度であり、例えば７０℃〜３５０℃程度である。
【００６０】
ここで、様々な製造条件において、高温注入工程を行った場合と、高温注入を行わなかった場合とで、結晶化率の深さプロファイルを比較した結果について説明する。なお、結晶化率の深さプロファイルは前記第１実施形態における図９で説明した方法と同じ方法にて算出している。
【００６１】
＜第１条件＞
まず、図１２に示す比較結果は、第１イオン注入工程の後、アニール処理工程の前に、Ｂ＋イオンの高温注入を行った場合と、高温注入を行わなかった場合とを比較したものである。なお、半導体基体Ｗは、単結晶シリコン基体である。
【００６２】
具体的には、実線で示すものが、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンを室温で注入した後、Ｂ＋イオンを２５０℃で高温注入して、２５０℃のアニール温度で３０分加熱した場合の結晶化率である。
一方、破線で示すものが、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンを室温で注入した後、Ｂ＋イオンを室温で注入して、２５０℃のアニール温度で３０分加熱した場合の結晶化率である。
なお、室温でのＡｒ＋イオンは７０ｋｅＶ、６Ｅ１３ｃｍ−２で注入し、Ｂ＋イオンは室温及び高温ともに１０ｋｅＶ、１Ｅ１５ｃｍ−２で注入した。
【００６３】
この比較結果から、Ｂ＋イオンの高温注入を行わない場合には、表面付近における結晶化率が低下しているのに対し、Ｂ＋イオンの高温注入を行った場合には、表面付近においても結晶化率が１になっていることが分かる。
つまり、第１イオン注入工程におけるＡｒ＋イオンの室温注入により壊れた結晶性が、Ｂ＋イオンの高温注入によって回復していることが示されている。
【００６４】
＜第２条件＞
次に、図１３に示す比較結果は、第１イオン注入工程を経た第２イオン注入工程の後、アニール処理工程の前に、Ｂ＋イオンの高温注入を行った場合と、高温注入を行わなかった場合とを比較したものである。なお、半導体基体Ｗはポリシリコン基体である。
【００６５】
具体的には、実線で示すものが、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンを室温で注入し、第２イオン注入工程においてＢ＋イオンを室温で注入した後、Ｂ＋イオンを２５０℃で高温注入して、３００℃のアニール温度で３０分加熱した場合の結晶化率である。
一方、破線で示すものが、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンを室温で注入し、第２イオン注入工程においてＢ＋イオンを室温で注入した後、高温注入をすることなく、３００℃のアニール温度で３０分加熱した場合の結晶化率である。
なお、室温でのＡｒ＋イオンは５０ｋｅＶ、２Ｅ１３ｃｍ−２で注入し、Ｂ＋イオンは室温及び高温ともに８ｋｅＶ、１Ｅ１５ｃｍ−２で注入した。
【００６６】
この比較結果によっても、Ｂ＋イオンの高温注入を行うことで結晶化率が向上しており、第１イオン注入工程において壊れた結晶性を回復できていることが分かる。
【００６７】
＜第３条件＞
続いて、図１４に示す比較結果は、第１イオン注入工程の後、アニール処理工程の前に、Ａｒ＋イオンの高温注入を行った場合と、高温注入を行わなかった場合とを比較したものである。なお、半導体基体Ｗは、単結晶シリコン基体である。
【００６８】
具体的には、実線で示すものが、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンを室温で注入した後、Ａｒ＋イオンを２５０℃で高温注入して、２５０℃のアニール温度で３０分加熱した場合の結晶化率である。
一方、破線で示すものが、第１イオン注入工程においてＡｒ＋イオンを室温で注入した後、高温注入することなく、２５０℃のアニール温度で３０分加熱した場合の結晶化率である。
なお、室温でのＡｒ＋イオンは７０ｋｅＶ、６Ｅ１３ｃｍ−２で注入し、高温でのＡｒ＋イオンは７０ｋｅＶ、１Ｅ１４ｃｍ−２で注入した。
【００６９】
この比較結果から、Ｂ＋イオンの高温注入に限らず、Ａｒ＋イオンの高温注入によっても、結晶化率の向上、すなわち結晶性を回復できていることが分かる。
【００７０】
このような第２実施形態に係る半導体製造方法によれば、高温注入工程により、結晶性を向上させることができ、第１イオン注入工程において欠陥が形成された結晶性を回復させることができる。
これにより、キャリアの移動度を高くすることができるので、シート抵抗の低減を図れる。また、結晶性を回復させることで、リーク電流の発生を低減させることができる。
【００７１】
なお、高温注入するイオン種は、上述したＢ＋イオンやＡｒ＋イオンに限らず、第１イオン注入工程で用いられる種々のイオン種、具体的にはＨｅイオン、Ｎｅイオン、Ｋｒイオン、Ｘｅイオン、Ｒｎイオン等の希ガスイオンや水素イオンなどであっても良いし、ドーパントイオンとして用いられるＰＨｘイオンやＡｓイオン等であっても良い。
【００７２】
また、上述した高温注入工程を行うためのイオン注入装置１００としては、基板駆動装置１０３たるプラテンに例えばヒータ等の加熱手段を設けた構成を挙げることができる。
【００７３】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７４】
１００・・・イオン注入装置
１０１・・・イオン源
１０２・・・質量分析器
１０３・・・基板駆動装置
Ｗ    ・・・半導体基体
Ｐ    ・・・基板
ＩＢ  ・・・イオンビーム
【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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【図１３】
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【図１４】
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