(57)【要約】【課題】質量数の小さいイオンや低エネルギーのイオンであってもビーム電流を高めて十分なスループットを達成することが可能なイオン注入方法、ＳＯＩウエハの製造方法、並びにイオン注入装置を提供すること。【解決手段】半導体基板にイオンビームを照射してイオン注入を行う際に、減圧されたチャンバ３内で所定ガスを励起して所定イオンを含むプラズマを生成させ、イオンをチャンバ３外部に引き出すときの引出方向に沿ってソレノイドコイル９等により磁場を形成し、チャンバ３からイオンを所定の引出エネルギーで引き出す。かかる磁場の形成によりイオンの引出が促進されるが、この磁場は引き出されたイオンの進行方向に影響を与えないため、イオンのビーム電流を高水準に維持してイオン注入に供することができる。【選択図】　図２
2004063415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にイオンビームを照射してイオン注入を行う方法であって、
減圧されたチャンバ内で所定ガスを励起して所定の質量数を有するイオンを含むプラズマを生成させ、前記イオンを前記チャンバ外部に引き出すときの引出方向に沿って磁場を形成し、前記チャンバから前記イオンを所定の引出エネルギーで引き出すことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】
前記イオンの質量数が２０以下であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入方法。
【請求項３】
前記イオンの引出エネルギーが１０ｋｅＶ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のイオン注入方法。
【請求項４】
前記イオンの引出エネルギーが１ｋｅＶ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項５】
前記ガスが水素、ヘリウム及びホウ素から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項６】
前記ガスをアーク放電により励起して前記プラズマを生成させることを特徴とする、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項７】
前記ガスをマイクロ波により励起して前記プラズマを生成させることを特徴とする、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項８】
前記ガスが水素であり、該水素ガスをマイクロ波により励起して水素分子イオン含むプラズマを生成させることを特徴とする、請求項７に記載のイオン注入方法。
【請求項９】
前記マイクロ波の周波数及び前記磁場の強さが、下記式（１）又は（２）：
【数１】
2004063415.tif 000006
【数２】
2004063415.tif 000007
［式（１）、（２）中、ωはマイクロ波の周波数を表し、ｍｅは電子の質量を表し、ｅは電子の電荷を表し、Ｂは磁場の強さを表す］
で表される条件を満たすことを特徴とする、請求項８に記載のイオン注入方法。
【請求項１０】
前記チャンバ内に前記水素ガスが導入されてから前記チャンバ外部に前記水素分子イオンが引き出されるまでの平均滞留時間が５×１０−４〜５×１０−３秒であることを特徴とする、請求項８又は９に記載のイオン注入方法。
【請求項１１】
前記半導体基板としてＳｉ基板上に絶縁層を備えたものを用い、前記絶縁層の側から前記水素分子イオンを照射して前記Ｓｉ基板の所定深さに前記水素分子イオンを注入することを特徴とする、請求項８〜１０のうちのいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項１２】
前記半導体基板としてＳｉ基板上にＳｉＯ２層を備えたものを用い、前記ＳｉＯ２層の側から前記水素分子イオンを照射して前記Ｓｉ基板の所定深さに前記水素分子イオンを注入することを特徴とする、請求項８〜１１のうちのいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項１３】
Ｓｉ基板の一方面上に絶縁層を有する第１のウエハの所定深さに水素イオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記イオン注入工程後の前記第１のウエハの前記絶縁層上にＳｉ基板からなる第２のウエハを積層して積層体を得る積層工程と、前記積層体を前記水素イオン注入層で分断する分断工程と、を有するＳＯＩウエハの製造方法であって、前記イオン注入工程において、請求項８〜１２のうちのいずれか一項に記載のイオン注入方法により前記水素イオン注入層を形成することを特徴とするＳＯＩウエハの製造方法。
【請求項１４】
半導体基板にイオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置であって、
減圧されたチャンバ内で所定ガスを励起して所定の質量数を有するイオンを含むプラズマを生成させるイオン源と、
前記イオンを前記チャンバ外部に引き出すときの引出方向に沿って磁場を形成する磁石と、
前記チャンバから前記イオンを所定の引出エネルギーで引き出す引出電極と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１５】
前記イオン源が、質量数２０以下のイオンを含むプラズマを生成させるものであることを特徴とする、請求項１４に記載のイオン注入装置。
【請求項１６】
前記引出電極が、前記イオンを引出エネルギー１０ｋｅＶ以下で引き出すものであることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載のイオン注入装置。
【請求項１７】
前記磁石が、前記イオンの引出方向に沿って前記チャンバの外部を巻回するソレノイドコイルであることを特徴とする、請求項１４〜１６のうちのいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１８】
前記磁石が、前記イオン源の前記引出電極と反対側に設けられ、Ｎ極及びＳ極のうち一方が前記引出電極に近い側、他方が前記引出電極に遠い側となるように配置された永久磁石であることを特徴とする、請求項１４〜１６のうちのいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１９】
前記磁石が、前記イオン源の前記引出電極と反対側に設けられ、軟鋼又は磁性体からなる芯材と、該芯材の外周を所定の方向に巻回するソレノイドコイルとを備える電磁石であることを特徴とする、請求項１４〜１６のうちのいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入方法及びＳＯＩウエハの製造方法、並びにイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣデバイスの分野では、トランジスターの接合部を形成する際に、半導体基板に所定のイオンを注入する方法が利用されている。
【０００３】
また、ＳＯＩウエハ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）の製造方法の一つであるスマートカット法においてもイオン注入が利用される（特開２０００−１２２８５号公報等）。スマートカット法とは、Ｓｉ基板の表面に形成された絶縁層（ＳｉＯ２層等）を介してＳｉ基板に水素イオンを注入し、この基板を別のＳｉ基板と貼り合わせた後で水素イオン注入層の部分で分断することによってＳＯＩウエハを作製するものである。
【０００４】
イオン注入は、通常、イオン注入装置を用いて行われる。イオン注入装置のイオン源としては、ホットカソードを用いたアーク放電型イオン源が一般的である。このタイプのイオン源にあっては、電気的なアーク放電のみで高密度のプラズマを生成させることが比較的困難であるため、プラズマ室をカソードに沿って貫通する（すなわちイオンの引出方向と直交する）方向に磁場を形成することで、プラズマ生成の促進及び引き出されるイオンのビーム電流の向上が図られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のＩＣデバイスの微細化・高性能化に伴い、注入されるイオンのエネルギーは加速的に減少している。例えば、ホウ素（Ｂ）を注入する場合にはイオンのエネルギーが１ｋｅＶ未満であることが求められている。
【０００６】
しかしながら、上記従来のイオン注入を用いてイオンを注入しようとすると、イオン注入に必要なビーム電流が減少してしまう。このビーム電流の減少は、軽い（すなわち質量数の小さい）イオンや低エネルギーのイオンを注入する場合に特に起こりやすい。そのため、高ドーズのイオン注入を要するトランジスターの接合部形成やＳＯＩウエハのイオン注入層形成等の工程においては、妥当なスループットをもってイオン注入を行うことができない。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、イオンを半導体基板に注入するに際し、質量数の小さいイオンや低エネルギーのイオンであってもビーム電流を高めて十分なスループットを達成することが可能なイオン注入方法、ＳＯＩウエハの製造方法、並びにイオン注入装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、従来のイオン注入装置におけるイオンのビーム電流の減少は、イオンの引出の促進のために形成された磁場によりイオンが曲げられてその一部が引出電極等に衝突することに起因することを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のイオン注入方法は、半導体基板にイオンビームを照射してイオン注入を行う方法であって、減圧されたチャンバ内で所定ガスを励起して所定の質量数を有するイオンを含むプラズマを生成させ、イオンをチャンバ外部に引き出すときの引出方向に沿って磁場を形成し、チャンバからイオンを所定の引出エネルギーで引き出すことを特徴とする。
【００１０】
このように、イオンをチャンバ外部に引き出す際に、イオンの引出方向に沿って磁場を形成することによって、当該磁場によりイオンの引出が促進されてイオンのビーム電流が向上する。このとき、当該磁場は引き出されたイオンの進行方向に影響を与えないため、イオンの進行方向は実質的にイオンの引出方向（すなわち磁場の方向）のままであり、引き出されたイオンが磁場により曲げられてイオンが引出電極等に衝突する現象は起こらない。従って、引き出されたイオンはそのビーム電流が高水準に維持されたままイオン注入に供されるので、質量数の小さいイオンや低エネルギーのイオンを半導体基板に注入する場合であっても十分に高いスループットを達成することができる。
【００１１】
本発明のイオン注入方法は、イオンの質量数が２０以下であることを特徴としてもよい。
【００１２】
また、本発明のイオン注入方法は、イオンの引出エネルギーが１０ｋｅＶ以下、さらには１ｋｅＶ以下であることを特徴としてもよい。
【００１３】
本発明により奏される上述の効果は、イオンの質量数が小さいほど、また、引出エネルギーが小さいほど大きくなるため、このように質量数が小さいイオン及び／又は引出エネルギーの小さいイオンを用いてイオン注入を好適に行うことができる。
【００１４】
また、本発明のイオン注入方法は、ガスが水素、ヘリウム及びホウ素から選ばれる少なくとも１種であることを特徴としてもよい。
【００１５】
また、本発明のイオン注入方法は、ガスをアーク放電により励起してプラズマを生成させることを特徴としてもよい。アーク放電によりプラズマを生成させる場合に、イオンの引出方向に沿って磁場を形成することで、イオン源等の大幅な改良や大型化等を必要とせずに高水準のスループットが実現可能である。このアーク放電によるプラズマ生成は、設備コストや運転コストが増大することなく生産効率を高めることが可能な点で非常に有用である。
【００１６】
また、本発明のイオン注入は、ガスをマイクロ波により励起して前記プラズマを生成させることを特徴としてもよい。
【００１７】
また、本発明のイオン注入方法は、ガスが水素であり、該水素ガスをマイクロ波により励起して水素分子イオン含むプラズマを生成させることを特徴としてもよい。なお、従来法では、水素イオンを注入する際には水素原子イオン（Ｈ＋）を利用するのが一般的である。
【００１８】
また、本発明のイオン注入方法は、半導体基板としてＳｉ基板上に絶縁層を備えたものを用い、絶縁層の側から水素分子イオンを照射してＳｉ基板の所定深さに水素分子イオンを注入することを特徴としてもよい。
【００１９】
さらに、本発明のイオン注入方法は、半導体基板としてＳｉ基板上にＳｉＯ２層を備えたものを用い、ＳｉＯ２層の側から水素分子イオンを照射してＳｉ基板の所定深さに水素分子イオンを注入することを特徴としてもよい。
【００２０】
また、本発明のＳＯＩウエハの製造方法は、Ｓｉ基板の一方面上に絶縁層を有する第１のウエハの所定深さに水素イオン注入層を形成するイオン注入工程と、イオン注入工程後の第１のウエハの絶縁層上にＳｉ基板からなる第２のウエハを積層して積層体を得る積層工程と、積層体を水素イオン注入層で分断する分断工程と、を有するＳＯＩウエハの製造方法であって、イオン注入工程において、上記本発明のイオン注入方法により水素イオン注入層を形成することを特徴とする。
【００２１】
上記製造方法では、第１のウエハ（絶縁層／Ｓｉ基板）の所定深さに水素イオン注入層を形成し、その絶縁層上に第２のウエハを積層して積層体（Ｓｉ基板／絶縁層／Ｓｉ層／水素イオン注入層／Ｓｉ基板）とし、この積層体を水素イオン注入層で分断することによって、ＳＯＩウエハ（Ｓｉ層／絶縁層／Ｓｉ基板）が得られる。このとき、イオン注入工程において上記本発明のイオン注入方法を適用することにより、Ｓｉ基板の所定深さに水素イオンを効率よく注入してスループットを飛躍的に向上させることができる。従って、高集積化等の点で優れたＳＯＩウエハを効率よく且つ確実に製造可能な点で上記製造方法は非常に有用である。
【００２２】
また、本発明のイオン注入装置は、半導体基板にイオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置であって、減圧されたチャンバ内で所定ガスを励起して所定の質量数を有するイオンを含むプラズマを生成させるイオン源と、イオンをチャンバ外部に引き出すときの引出方向に沿って磁場を形成する磁石と、チャンバからイオンを所定の引出エネルギーで引き出す引出電極と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
上記イオン注入装置では、イオンをチャンバ外部に引き出す際に、イオンの引出方向に沿って形成された磁場によりイオンの引出が促進されるのでビーム電流が向上し、また、引き出されたイオンビームは磁場により曲げられないのでそのビーム電流は高水準に維持される。その結果、十分に高いスループットでイオン注入を行うことが可能となる。
【００２４】
本発明のイオン注入装置は、イオン源が、質量数２０以下のイオンを含むプラズマを生成させるものであることを特徴としてもよい。
【００２５】
また、本発明のイオン注入装置は、引出電極が、イオンを引出エネルギー１０ｋｅＶ以下で引き出すものであることを特徴としてもよい。
【００２６】
また、本発明のイオン注入装置は、磁石が、イオンの引出方向に沿ってチャンバの外部を巻回するソレノイドコイルであることを特徴としてもよい。
【００２７】
また、本発明のイオン注入装置は、磁石が、イオン源の引出電極と反対側に設けられ、引出電極に近い側がＮ極、引出電極に遠い側がＳ極となるように配置された永久磁石であることを特徴としてもよい。
【００２８】
またさらに、本発明のイオン注入装置は、磁石が、イオン源の引出電極と反対側に設けられ、軟鋼又は磁性体からなる芯材と、該芯材の外周を所定の方向に巻回するソレノイドコイルとを備える電磁石であることを特徴としてもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとし、重複する説明は省略する。
【００３０】
先ず、イオン注入方法及びイオン注入装置について説明する。
【００３１】
図１は本発明のイオン注入装置の一例を模式的に示す説明図である。図１に示した装置は、アーク放電型のイオン源５、イオン源５に所定ガスを供給するボンベ１７及び１対の引出電極８、９を含むイオン引出アセンブリ１００、イオン質量セレクタ１３０、並びにターゲット基板フォルダ１４０を備えるものである。
【００３２】
図２はイオン引出アセンブリ１００の概略構成を示す断面図である。同図において、イオン引出アセンブリ１００はソースチャンバ３を有し、このソースチャンバ３内はターボポンプ４により所定の真空度に減圧されている。ソースチャンバ３内にはイオン源５が収容されている。
【００３３】
このイオン源５はアーク放電型のもので、ガス供給源（図示せず）からプラズマチャンバ内に導入されるドーピングガスを放電させてプラズマ状態を作り出し、所定の元素（分子）をイオン化させるものである。導入されるガスは、質量数２０以下のイオンを発生させるためのもので、例えば、水素、ヘリウム又はホウ素のいずれか１種、あるいはこれらの２種以上の混合ガスが好適に使用される。
【００３４】
ソースチャンバ３内において、イオン源５の周囲には、所定方向に巻回されたソレノイドコイル６が配置されている。ソレノイドコイル６に電流を流すことで、後述する引出電極系７によるイオンの引出方向に沿って磁場が形成される。
【００３５】
イオン源５の前面側には、イオン源５で生成されたイオンを引き出すための引出電極系７が配置されている。この引出電極系７は、図２に示すように、互いに対向配置された１対の引出電極８，９を有している。ここで、引出電極８は主電極であり、引出電極９は接地電極である。
【００３６】
主電極８は、イオンビームＩＢを通すためのスリット１２ａを有する電極本体１２と、この電極本体１２を囲むように構成された円盤状の取付プレート１３とを有している。また、接地電極９は、イオンビームＩＢを通すためのスリット１４ａを有する電極本体１４と、この電極本体１４を囲むように構成された円盤状の取付プレート１５とを有している。主電極８の取付プレート１３は、支持部材１６ａを介してソースチャンバ３に固定されている。また、接地電極９の取付プレート１５は、支持部材１６ｂを介してソースチャンバ３に固定されている。
【００３７】
スリット１２ａ，１４ａは、同じ径としても良いし、異なる径としても良く、それはイオン注入条件等に応じて決定する。また、電極本体１２，１４の各々に、径の異なるスリットを２つ以上設け、イオンビームＩＢの引き出し位置を切り換えてもよい。
【００３８】
このような構造を有するイオン引出アセンブリ１００において、イオン源５と引出電極（主電極）８との間に所望の電圧を印加すると、イオンが引き出されると共に加速され、イオンビームＩＢが形成される。例えば陽イオンを引き出す場合、イオン源５は接地電極９に対して正電圧に、主電極８は接地電極９に対して負電圧に維持される。このときのイオンの引出エネルギーは、下記式（３）で求められる。本発明におけるイオンの引出エネルギーは１０ｋｅＶ以下、好ましくは１ｋｅＶ以下である。
【００３９】
Ｅ　＝　ＺＶ　［ｅＶ］　＝　ＺｅＶ　［Ｊ］　　　　（３）
［式（３）中、Ｅはイオンの引出エネルギーを表し、Ｚはイオンの電荷数を表し、Ｖは引出電圧（主電極とイオン源との電位差）を表し、ｅは電子の電荷を表す。］また、イオンの引出は、ソレノイドコイル６により形成されたイオンの引出方向に沿った磁場により促進される。このときのイオンの引出方向とソレノイドコイル６により形成される磁場の方向との関係を図３に概念的に示す。図示の通り、ソレノイドコイル６の所定の方向に電流を通すと、イオンの引出方向に沿って、すなわちイオン源５から引出電極８、９のスリット１２ａ、１４ａに向けて磁場が形成され、イオン源５からのイオンの引出が促進される。このとき、イオン源５から引き出されたイオンの進行方向は実質的にイオンの引出方向（すなわち磁場の方向）のままであり、引き出されたイオンが磁場により曲げられてイオンが引出電極系７等に衝突する現象は起こらないため、イオンのビーム電流は高水準に維持される。
【００４０】
図１に戻り、イオン引出アセンブリ１００からのイオンビームＩＢは、イオン質量セレクタ１３０を通してターゲット基板フォルダ１４０に向けて方向づけられる。
【００４１】
イオン質量セレクタ１３０は、質量、質量選択スリット１３１と共に作動する磁気セクタ質量分析器１３２を備える。磁気セクタ質量分析器１３２は図１の紙面に対して垂直方向の磁場の領域を含み、そのような磁場の中で、所定の質量／荷電比を持つ定速度のイオン種が取り出される。スリット１３１は、磁気セクタ質量分析機１３２からのイオンビームのうち必要とするイオンビームＩＢのみを通過させる。スリット１３１及び磁気セクタ質量分析機１３２は、ハウジングで囲むか、もしくは機構中にチューブを貫通させる形をとり、その内部はターボポンプ（図示せず）により所定の真空度に減圧されている。
【００４２】
そして、イオン質量セレクタ１３０を通るイオンビームＩＢから質量数２０以下の所定イオンが選別され、このイオンがターゲット基板フォルダ１４０に装着されたターゲット基板１４１に照射される。
【００４３】
このように第１実施形態では、アーク放電型のイオン源５で所定イオンを含むプラズマを生成させ、このプラズマから当該イオンを所定の引出エネルギーでソースチャンバ３外部に引き出す際に、ソレノイドコイル９によりイオンの引出方向に沿って磁場を形成することによって、引き出されたイオンが磁場により曲げられることなくイオン源５からのイオンの引出を促進し、イオンのビーム電流を高水準に維持することができる。このようにして引き出されたイオンをイオン質量セレクタ１３０を介してターゲット１４１に照射することによって、質量数２０以下のイオン及び／又は引出エネルギー１０ｋｅＶ以下（さらには１ｋｅＶ以下）のイオンであっても十分に高いスループットでイオン注入を行うことが可能となる。
【００４４】
また、このようにアーク放電型のイオン源５の周囲にソレノイドコイル９を配置して上述の磁場を形成することで、イオン源５等の大幅な改良や大型化等を必要とせずに高水準のスループットが実現可能である。
【００４５】
さらに、上記磁場の形成によるイオンの引出電極への衝突防止に伴い、引出電極等の長寿命化、パーティクル汚染の低減、真空ポンプの長寿命化等の効果が奏される。
【００４６】
また、イオンの引出方向に沿った磁場の形成手段として、ソレノイドコイル９の代わりに後述する永久磁石又は電磁石を用いることもできる。
【００４７】
すなわち、図４に示すように、イオン源５の背面側（引出電極と反対側）に、永久磁石４０を引出電極に近い側がＮ極、引出電極に遠い側がＳ極となるように配置することによって、イオンの引出方向に沿って磁場が形成されるので、ソレノイドコイル９を用いた場合と同様の効果が得られる。なお、イオンの引出方向に沿って磁場が形成されれば、引出電極に近い側がＳ極、引出電極に遠い側がＮ極となるように永久磁石を配置してもよい。
【００４８】
また、図５に示すように、イオン源５の背面側（引出電極と反対側）に、軟鋼又は磁性体からなる芯材５１と、芯材５１の外周を所定の方向に巻回するソレノイドコイル５２とを備える電磁石５０を配置することによっても、イオンの引出方向に沿って磁場が形成されるので、ソレノイドコイル９を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
また、イオンの引出方向に沿って磁場を形成可能であれば、後述するようにイオン源としてマイクロ波イオン源を用いてもよい。以下、本発明の他の例としてマイクロ波イオン源を用いて水素イオンを注入する場合について説明する。なお、マイクロ波イオン源はホウ素や他の元素を注入する場合にも適用可能である。
【００５０】
図６は、図１中のアーク放電型イオン源５と置換可能なマイクロ波イオン源の一例を示す概略構成図である。図６中、マグネトロン２１、マグネトロンマウント２２、サーキュレータ２３、パワーモニタ２５、スタブチューナ２６、インターフェースチューブ２７、ソースヘッド２８がこの順で連結されてマイクロ波イオン源が構成されている。ソースヘッド２８の前面にはプラズマチャンバ２９が設けられている。また、サーキュレータ２３の側部にはダミーロード２４が設けられている。
【００５１】
マグネトロン２１は所定のマイクロ波（例えば２．４５ＧＨｚのもの）を発生させるもので、このマイクロ波がソースヘッド２８に導入されてプラズマ生成に利用される。サーキュレータ２３はマグネトロン２１側に戻ろうとする反射されたマイクロ波をダミーロード２４に迂回させるものであり、迂回したマイクロ波はダミーロード２４で吸収されて熱に変換される。また、スタブチューナ２６はマイクロ波の反射を小さくしてより多くのマイクロ波がプラズマ生成に消費されるように調整するものである。なお、マイクロ波の出力を検出するパワーモニタ２５、インターフェースチューブ２７等は必須の要素ではなく、適宜省略することができる。
【００５２】
図７は、ソースヘッド２８をマイクロ波の導入路を含む平面で切断したときの断面図である。図３中、ソースチャンバー３１のマグネトロン側（マイクロ波ＭＷの入口側）にはソースブッシング３２が形成されており、その端部はソースヘッドの内側に向けて折れ曲がった形状となっている。この折れ曲がり部の先端にはマグネットヨーク３３が設けられてソースヘッド２８を挿入するための空間を与えている。マグネットヨーク３３の前面には開口部を有する出口側プレート３４が設けられ、さらにプレート３４のマグネトロン側の開口部には凹状のプラズマチャンバ２９が配置されている。プラズマチャンバ２９の凹部の空間３７はプラズマ生成領域であり、この部分に所定ガスが供給される。
【００５３】
また、凸状のマグネットポール３５は、凸部の先端がプラズマチャンバ２９に近接するとともに底部側面がマグネットヨーク３３側部の内壁面と密着するように配置されている。このマグネットポール３５には底部の中心から凸部先端までを連通するように導波管３６が配置されている。この導波管３６はマイクロ波をプラズマチャンバ２９に導入するものである。
【００５４】
マグネットヨーク３３及びプレート３４の内壁面並びにプラズマチャンバ２９及びマグネットポール３５の外壁面により形成される空間には、マグネットポール３５の凸部を巻回するようにソレノイドコイル３８が配置されている。かかる構成により、プラズマチャンバ２９から引き出されるイオンの引出方向に沿って磁場が形成される。
【００５５】
上記の構成を有するマイクロ波イオン源において、磁場内の電子はローレンツ力を受けて磁束線に沿って旋回する。このとき、プラズマ生成領域３７に水素ガスを導入しながら導波管３６にマイクロ波を導入すると、磁場内の電子がマイクロ波により励起され、この励起電子とプラズマ生成領域３７内のガスとの衝突により水素イオンを含むプラズマが生成する。
【００５６】
このようにして生成した水素イオンを引き出してイオンビームを発生させ、アーク放電型イオン源の場合と同様にイオン質量セレクタ１３０を介してターゲット基板１４にイオンを照射する。この場合も、イオンの引出方向に沿って磁場を形成することで、イオンの進行方向が曲げられて引出電極系７等に衝突する現象を防止でき、水素イオンのような質量２０以下のイオン及び／又は引出エネルギー１０ｋｅＶ以下のイオンであっても高水準のビーム電流が達成可能となる。
【００５７】
本発明において、マイクロ波イオン源を用いたプラズマ生成は、ＥＣＲモード、非ＥＣＲモード（Ｏｆｆ−ＥＣＲモード）のいずれで行ってもよいが、水素ガスを用いる場合は非ＥＣＲモードで行うことが好ましい。非ＥＣＲモードでプラズマ生成を行うことで、低エネルギー電子による水素分子イオンの生成効率及びプラズマ密度を高めることができ、水素イオンビームＩＢの電流密度及び水素分子イオンの割合を向上させることができる。
【００５８】
なお、ここでいうＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）モードとは、マイクロ波の周波数を下記式（４）：
【００５９】
【数３】
2004063415.tif 000003
【００６０】
［式（４）中、ωｅは電子サイクロトロン周波数を表し、ｍｅは電子の質量を表し、ｅは電子の電荷を表し、Ｂは磁場の強さを表す。］
で表される電子サイクロトロン周波数（磁束線に沿って旋回する電子の周波数）と一致させることによって、電子サイクロトロン共鳴吸収過程で電子を選択的に励起し、その励起電子と水素分子とを衝突させてプラズマを生成させるものである。しかしながら、ＥＣＲモードでプラズマ生成を行うと、水素原子イオン（Ｈ＋）が生成しやすく、水素イオンビームの電流密度が不十分となりやすい。
【００６１】
一方、非ＥＣＲモードとは、ＥＣＲ条件を満たさないように、すなわちマイクロ波の周波数及び磁場の強さが下記式（１）又は（２）：
【００６２】
【数４】
2004063415.tif 000004
【００６３】
【数５】
2004063415.tif 000005
【００６４】
［式（１）、（２）中、ωはマイクロ波の周波数を表し、ｍｅは電子の質量を表し、ｅは電子の電荷を表し、Ｂは磁場の強さを表す］
で表される条件を満たすように設定してプラズマ生成を行うものである。なお、非ＥＣＲモード設定の際には、マイクロ波の周波数を固定して磁場の強さを調節してもよく、また、磁場の強さを固定してマイクロ波の周波数を調節してもよい。
【００６５】
非ＥＣＲモードにおいては、マイクロ波の周波数ωが電子サイクロトロン周波数ωｅよりも１０〜５０％（より好ましくは２０〜４０％）だけ高く（又は低く）なるように、マイクロ波の周波数及び磁場の強さを設定することが好ましい。従って、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合、磁場の強さは９６〜１３１ｍＴ又は４４〜７９ｍＴ（より好ましくは１０５〜１２３ｍＴ又は５３〜７０ｍＴ）であることが好ましい。また、１４．５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合、磁場の強さは５７０〜７７７ｍＴ又は２５９〜４６６ｍＴであることが好ましい。
【００６６】
また、プラズマ生成領域３７に水素ガスが導入されてから水素イオンビームＩＢが引き出されるまでの水素分子の平均滞留時間は、５×１０−４〜５×１０−３秒であることが好ましく、７×１０−４〜３×１０−３秒であることがより好ましい。平均滞留時間が前記上限値を超えると水素分子イオンの割合が低下する傾向にあり、また、前記下限値未満であるとプラズマの生成効率が低下する傾向にある。当該平均滞留時間の設定は、プラズマチャンバ２９の形状及びサイズ、水素ガスの供給量、水素イオンビームＩＢの引き出し量等の調節により行うことができる。
【００６７】
なお、アーク放電型イオン源やＲＦイオン源等を用いた従来法では、水素分子イオンよりも水素原子イオンの方が生成しやすいため、イオン注入の際には専ら水素原子イオンが利用されていた。これに対して本発明のイオン注入方法では、マイクロ波を利用してプラズマ生成を行い、イオンの引出方向に沿って磁場を形成してイオンを引き出すことで、従来法に比べてプラズマ中の水素分子イオンの割合を飛躍的に増大させ、さらにはその水素分子イオンを低い引出エネルギーで且つ高いビーム電流で利用することができる。従って、従来では達成が困難であった高水準のスループットを容易に実現することができる。
【００６８】
例えば、本発明者は、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚ、マイクロ波の出力が７００Ｗ、磁場の強さが７０ｍＴである非ＥＣＲモードにおいて、水素分子の平均滞留時間を８．９×１０−４秒としてプラズマを生成させたとき、Ｈ＋イオンが１３．５％、Ｈ２＋イオンが７８．１％、Ｈ３＋イオンが８．４％というイオン組成が達成されたことを確認している。これに対して、従来型のアーク放電型イオン源により生成したプラズマ中のイオン組成は、Ｈ＋イオンが６０．２％、Ｈ２＋イオンが２２．９％、Ｈ３＋イオンが１６．９％であった。
【００６９】
本発明のイオン注入方法及びイオン注入装置は、上述のように高水準のスループットの達成が可能なものであり、高ドーズのイオン注入を要するトランジスターの接合部形成やＳＯＩウエハのイオン注入層形成等の工程において非常に有用である。
【００７０】
ここで、ＳＯＩウエハの製造方法について、Ｓｉ層／ＳｉＯ２層／Ｓｉ基板の積層構造を有するＳＯＩウエハを製造する場合を例にとって詳述する。
【００７１】
図８（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ各工程におけるウエハの積層構造を模式的に示す断面図である。
【００７２】
イオン注入工程においては、ターゲット基板として、Ｓｉ基板（Ｓｉ−ｄｏｎｏｒ　ｗａｆｅｒ）８１の一方面上にＳｉＯ２層８２が形成されたものを用いる。ＳｉＯ２層８２は、例えばＳｉ基板の表面を酸化させることにより形成可能であり、その厚さは例えば０．０１〜１．０μｍである。
【００７３】
このターゲット基板に対して、ウエハのＳｉＯ２層８２側から水素分子イオンを照射することによって、Ｓｉ基板８２中の所定深さに水素イオン注入層８３が形成され、これに伴いＳｉＯ２層８２と水素イオン注入層８３との間に薄いＳｉ層が形成される（図８（ａ））。
【００７４】
イオン注入工程において、マイクロ波イオン源を用いる場合は、非ＥＣＲモードによるプラズマ生成を行うことが好ましい。これにより、水素分子イオンの生成が促進されるため、非常に高いスループットが実現可能となり、その結果、ＳＯＩウエハの製造効率を飛躍的に向上させることができる。本発明者は、非ＥＣＲモードによりプラズマ生成を行い、イオンの引出方向に沿って磁場を形成してイオンを引き出した場合に、アーク放電型イオン源やＲＦイオン源等を用いる従来の製造方法の場合と比較して、ＳＯＩの製造効率が４倍以上にまで高められることを確認している。
【００７５】
イオン注入工程におけるイオン注入量は１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上であることが好ましい。また、水素イオン注入層８３は、例えばＳｉ層８４とＳｉＯ２層８２との界面からの深さ０．００５〜１．５μｍの位置に形成される。
【００７６】
次に、ターゲット基板のＳｉＯ２層８２上にＳｉ基板（Ｓｉ−ｈａｎｄｌｅ　ｗａｆｅｒ）８５を貼り合わせる（図８（ｂ））。なお、ＳｉＯ２層が形成されていないＳｉ基板を用いて上記と同様のイオン注入工程を行い、その一方で表面にＳｉＯ２層が形成されたＳｉ基板を用意して、積層工程において両者を貼り合わせることによっても目的の積層体を得ることができる。
【００７７】
この積層体を水素イオン注入層８３で分断する（図８（ｃ））。水素イオン注入層８３はシリコン原子同士の共有結合が切断された脆弱な層であるため、水素イオン注入層８３の側面に乾燥空気等のガスを吹き付けたり、機械的に剪断を加えたりすることによって容易に分断することができる。
【００７８】
このようにして、Ｓｉ基板８５上にＳｉＯ２層８２及びＳｉ層８４がこの順で積層されたＳＯＩウエハが得られる（図８（ｃ））。なお、分断工程後のＳｉ層８４の表面に水素イオン注入層８３の一部が残存する場合があるが、研磨処理等を行うことでその残さを容易に除去することができる。また、Ｓｉ層８４を更に研磨することにより、Ｓｉ層４４の厚みを調整することができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のイオン注入方法及びイオン注入装置によれば、イオンをチャンバ外部に引き出す際に、イオンの引出方向に沿って磁場を形成することで、イオンの引出が促進されてイオンのビーム電流が向上すると共に、イオンの進行方向に対する磁場の影響が排除されてビーム電流が高水準に維持されるので、質量数が小さいイオン（例えば質量数２０以下のイオン）及び／又は引出エネルギーの低いイオン（例えば引出エネルギー１０ｋｅＶ以下のイオン）であっても十分に高いスループットでイオン注入を行うことが可能となる。
【００８０】
また、本発明のＳＯＩウエハの製造方法によれば、イオン注入工程の際に上記本発明のイオン注入方法を適用することで高水準のスループットが実現可能となり、高集積化等の点で優れたＳＯＩウエハを効率よく且つ確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン注入装置の一例を示す説明図である。
【図２】図１に示したイオン注入装置が備えるイオン引出アセンブリ１００の概略構成を示す断面図である。
【図３】ソレノイドコイル９により形成される磁場の方向とイオンの引出方向との関係を示す概念図である。
【図４】永久磁石４０により形成される磁場の方向とイオンの引出方向との関係を示す概念図である。
【図５】電磁石５０により形成される磁場の方向とイオンの引出方向との関係を示す概念図である。
【図６】本発明において用いられるマイクロ波イオン源の一例を示す概略構成図である。
【図７】図６に示したマイクロ波イオン源のソースヘッド２８をマイクロ波の導入路を含む平面で切断したときの断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ各工程におけるウエハの積層構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１００…イオン引出アセンブリ、１３０…イオン質量セレクタ、１３１…質量選択スリット、１３２…磁気セクタ質量分析器、１４０…ターゲット基板、１４１…ターゲット基板ホルダ、３…ソースチャンバ、４…ターボポンプ、５…イオン源、６…ソレノイドコイル、７…引出電極系、８…主電極、９…接地電極、１２、１４…電極本体、１２ａ、１４ａ…スリット、１５…取付プレート、１７…ボンベ、２１…マグネトロン、２２…マグネトロンマウント、２３…サーキュレータ、２４…ダミーロード、２５…パワーモニタ、２６…スタブチューナ、２７…インターフェースチューブ、２８…ソースヘッド、２９…プラズマチャンバ、３１…ソースチャンバ、３２…ソースブッシング、３３…マグネットヨーク、３４…出口側プレート、３５…マグネットポール、３６…導波管、３７…プラズマ生成領域、３８…ソレノイドコイル、４０…永久磁石、５０…電磁石、５１…心材…ソレノイドコイル、８１、８５…Ｓｉ基板、８２…ＳｉＯ２層、８３…水素イオン注入層、８４…Ｓｉ層、ＩＢ…イオンビーム、ＭＷ…マイクロ波。
【図１】
2004063415.tif 000008
【図２】
2004063415.tif 000009
【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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