(57)【要約】【課題】スループットを向上させることができる半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。かかる半導体装置の製造方法は、引き出し工程、減速工程、注入工程および設定工程を含む。引き出し工程では、イオン源からイオンビームを引き出す電極に第１の電圧を印加してイオン源からイオンビームを引き出す。減速工程では、イオンビームが通過する減速器へ第２の電圧を印加することによってイオンビームの加速エネルギーを減少させる。注入工程では、減速器を通過したイオンビームを基板へ照射することによって、イオンビームに含まれるイオンに基づく第１の不純物プロファイルに加え、イオンビームに含まれる中性粒子に基づく第２の不純物プロファイルを基板に形成する。設定工程では、第２の不純物プロファイルに応じて第１の電圧および第２の電圧を設定する。【選択図】図１Ａ
2013008738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源からイオンビームを引き出す電極に第１の電圧を印加して前記イオン源からイオンビームを引き出す工程と、
前記引き出されたイオンビームが通過する減速器へ第２の電圧を印加することによって前記イオンビームの加速エネルギーを減少させる減速工程と、
前記減速器を通過した前記イオンビームを基板へ照射することによって、当該イオンビームに含まれるイオンに基づく第１の不純物プロファイルに加え、当該イオンビームに含まれる中性粒子に基づく第２の不純物プロファイルを前記基板に形成する注入工程と、
前記第１の電圧および前記第２の電圧を前記第２の不純物プロファイルに応じて設定する設定工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記引き出し工程、前記減速工程および前記注入工程は、真空環境下で行われ、
前記設定工程は、
前記真空環境の真空度を前記第２の不純物プロファイルに応じて設定す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】
前記設定工程は、
前記第１の不純物プロファイルの形成に伴って生じる格子間シリコンの分布が、前記第２の不純物プロファイルの形成に伴って生じる空格子の分布と重なるように、前記第１の電圧および前記第２の電圧を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記イオン源は、
少なくともｎ価（ｎ≧２）以上の各価のイオンを発生し、
前記第１の不純物プロファイルは、
前記各価イオンの不純物プロファイルによって形成されることを特徴とする請求項１〜３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】
前記引き出し工程、前記減速工程および前記注入工程を、前記第１の電圧および前記第２の電圧を変えながら繰り返し行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１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】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数回のイオン注入によって不純物拡散層を形成する半導体装置の製造方法が知られている。例えば、低加速エネルギーで高ドーズ量のイオン注入と高加速エネルギーで低ドーズ量のイオン注入とを別々に行って不純物拡散層を形成する技術が知られている。
【０００３】
しかし、半導体装置の製造工程においては、イオン注入の回数が多いほど、スループットが低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５８４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、スループットを向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。前記半導体装置の製造方法は、引き出し工程、減速工程、注入工程および設定工程を含む。前記引き出し工程では、イオン源からイオンビームを引き出す電極に第１の電圧を印加して前記イオン源からイオンビームを引き出す。前記減速工程では、前記イオンビームが通過する減速器へ第２の電圧を印加することによって前記イオンビームの加速エネルギーを減少させる。前記注入工程では、前記減速器を通過した前記イオンビームを基板へ照射することによって、当該イオンビームに含まれるイオンに基づく第１の不純物プロファイルに加え、当該イオンビームに含まれる中性粒子に基づく第２の不純物プロファイルを前記基板に形成する。前記設定工程では、前記第１の電圧および前記第２の電圧を前記第２の不純物プロファイルに応じて設定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】第１の実施形態にかかる製造方法の説明図。
【図１Ｂ】第１の実施形態にかかる製造方法の説明図。
【図２】第１の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す図。
【図３】第１の実施形態にかかる製造方法を実施するためのイオン注入装置の構成を示す図。
【図４】第１の実施形態にかかる製造方法の手順を示す図。
【図５】第１の実施形態にかかる半導体装置に形成する不純物プロファイルを示す図。
【図６】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図。
【図７Ａ】残留欠陥の発生原理の説明図。
【図７Ｂ】残留欠陥の発生原理の説明図。
【図８Ａ】残留欠陥の発生原理の説明図。
【図８Ｂ】残留欠陥の発生原理の説明図。
【図９Ａ】第２の実施形態にかかる製造方法の説明図。
【図９Ｂ】第２の実施形態にかかる製造方法の説明図。
【図１０Ａ】第２の実施形態にかかる製造方法の説明図。
【図１０Ｂ】第２の実施形態にかかる製造方法の説明図。
【図１１】第３の実施形態にかかる半導体装置の断面図。
【図１２】第３の実施形態にかかる製造方法の手順を示す説明図。
【図１３】第３の実施形態にかかる製造方法を説明するための工程断面図。
【図１４】第３の実施形態にかかる製造方法を説明するための工程断面図。
【図１５】第３の実施形態にかかる製造方法を説明するための工程断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、半導体装置の製造方法を単に「製造方法」と記載する。 
【０００９】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態にかかる製造方法について、図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、第１の実施形態にかかる製造方法の説明図である。
【００１０】
第１の実施形態にかかる製造方法は、不純物となる物質をイオン化して半導体基板へ注入する工程、いわゆる、イオン注入工程を含む。すなわち、第１の実施形態にかかる製造方法では、イオン注入装置によって発生させたイオンビームを、半導体基板（たとえば、シリコンウエハ）へ照射し、半導体基板に不純物拡散層を形成する。
【００１１】
イオンビームを比較的高いエネルギーに加速した後に減速するイオン注入装置では、イオンビームを減速する際にイオンの衝突が発生し、一部のイオンが中性化する。イオンの中性化により発生する中性粒子は、電界では制御できないため、減速器によって減速されずに、半導体基板へ注入される。
【００１２】
そこで、第１の実施形態にかかる製造方法では、イオンビームの減速比を制御することによって中性化するイオンの量を制御する。すなわち、イオンによって半導体基板に形成される不純物プロファイルとは別に、イオンビームの減速比を制御することによって、中性粒子による所望の不純物プロファイルを半導体基板に形成する。
【００１３】
例えば、図１Ａに示すイオン注入装置において、引き出し電極によって加速されて引き出されたイオンビームの加速エネルギーをＥ２（ｋｅＶ）とし、減速器によって減速されるイオンビームの加速エネルギーをＥ１（ｋｅＶ）とする。この場合、減速比（＝Ｅ２／（Ｅ２−Ｅ１））を大きくすればするほど、中性化するイオンの量が多くなる。
【００１４】
加速エネルギーＥ２（ｋｅＶ）は、引き出し電極に印加する電圧（以下、引き出し電圧と記載する）の電圧値によって変化する。また、加速エネルギーＥ１（ｋｅＶ）は、減速器に印加する電圧（以下、減速電圧と記載する）の電圧値によって変化する。
【００１５】
このように、第１の実施形態にかかる製造方法では、引き出し電圧および減速電圧を制御することによってイオンビームに含まれるイオンの中性化を制御して、イオンビームに含まれる中性粒子の量を調整する。
【００１６】
また、中性粒子は、減速器によって減速されずに、半導体基板へ注入されることから、第１の実施形態にかかる製造方法では、引き出し電圧を制御することで、中性粒子が半導体基板へ注入されるエネルギーを調整する。
【００１７】
このように引き出し電圧および減速電圧を制御することで、図１Ｂに示すように、イオンによる不純物プロファイルＸＰａに加え、中性粒子による所望の不純物プロファイルＸＰｂを一度のイオン注入工程によって半導体基板に形成することが可能となる。なお、イオンは減速器によって減速され、中性粒子は減速器によって減速されないため、半導体基板への中性粒子の注入エネルギーは、イオンの注入エネルギーよりも大きい。そのため、不純物プロファイルＸＰａの形成位置よりも深い領域に不純物プロファイルＸＰｂが形成される。
【００１８】
以上のように、第１の実施形態にかかる製造方法では、不純物プロファイルＸＰａと不純物プロファイルＸＰｂを一度のイオン注入工程によって形成する。そのため、不純物プロファイルＸＰａと不純物プロファイルＸＰｂを別々のイオン注入工程によって形成する場合に比べ、イオン注入工程の数を低減させることができる。すなわち、第１の実施形態にかかるイオン注入工程では、スループットを向上させることができるという極めて顕著な効果を奏することができる。
【００１９】
なお、不純物プロファイルＸＰａが第１の不純物プロファイルに対応し、不純物プロファイルＸＰｂが第２の不純物プロファイルに対応する。また、引き出し電圧が第１の電圧に対応し、減速電圧が第２の電圧に対応する。
【００２０】
ここで、ｐ型のＭＯＳＦＥＴを含む半導体装置を製造する際のイオン注入工程を一例に挙げ、第１の実施形態に係る製造方法をさらに具体的に説明する。
【００２１】
まず、図２を参照して、ｐ型のＭＯＳＦＥＴの構成を説明する。図２は、第１の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す図である。
【００２２】
図２に示すように、第１の実施形態にかかる半導体装置３０においては、ｐ型の半導体基板３１にｎ型のウェル領域３２が形成される。半導体基板３１は、例えば、単結晶のシリコン基板である。
【００２３】
ｎ型のウェル領域３２には、素子分離領域３３が選択的に形成される。また、ｎ型のウェル領域３２には、ソースエクステンション領域３４、ドレインエクステンション領域３５、ソース領域３６、ドレイン領域３７が形成される。さらに、ｎ型のウェル領域３２上には、ゲート絶縁膜３８を介してゲート電極３９が形成される。
【００２４】
ゲート絶縁膜３８およびゲート電極３９の両側の側面にはゲート絶縁膜３８およびゲート電極３９を挟むように、酸化シリコン膜からなる一対の側壁スペーサ４０が形成される。さらに、対向する一対の側壁スペーサ４０の外側を挟んで、窒化シリコン膜からなる一対の側壁スペーサ４１が形成されている。
【００２５】
ここで、ソース領域３６およびドレイン領域３７は、第１の不純物プロファイルＸＰ１と第２の不純物プロファイルＸＰ２とによって形成され、これらの不純物プロファイルＸＰ１，ＸＰ２は、一度のイオン注入によって形成される。そして、これら第１の不純物プロファイルＸＰ１および第２の不純物プロファイルＸＰ２によって、例えば、浅いｐｎ接合で、かつ寄生抵抗および漏れ電流が低い不純物拡散層が形成することができる。
【００２６】
かかるソース領域３６およびドレイン領域３７を形成するために、図３に示すイオン注入装置が用いられる。図３は、第１の実施形態にかかる製造方法を実施するためのイオン注入装置の構成を示す図である。
【００２７】
図３に示すように、第１の実施形態に係る製造方法に用いるイオン注入装置１は、イオン源１０と、引き出し電極１１と、質量分析器１２と、減速器１３と、回転ディスク１４と、ディスク制御器１５とを備える。これらは、真空ポンプ５を備える真空チャンバ４内に設けられ、制御装置３によって制御される。
【００２８】
イオン源１０は、アークチャンバを備え、かかるアークチャンバ内にＢＦ3ガスが導入される。アークチャンバ内のＢＦ3ガスは、アーク放電によって分解され、主としてボロンイオン（Ｂ＋）を含むイオンが生成される。なお、アークチャンバには、電圧Ｖ１が印加される。
【００２９】
引き出し電極１１には、引き出し電圧Ｖ２が印加される。引き出し電圧Ｖ２は、アークチャンバに印加される電圧Ｖ１よりも低い電圧であり、そのため、アークチャンバと引き出し電極１１との間に電界が発生する。かかる電界によって、ボロンイオンを含むイオンが加速され、イオン源１０からイオンビームとして引き出される。かかるイオンビームは、質量分析器１２内へ導入される。
【００３０】
質量分析器１２は、イオン源１０から引き出されたイオンビームから所定の質量であるボロンイオンを分離して取り出す。質量分析器１２によりボロンイオンが取り出されたイオンビームは、減速器１３へ導入される。
【００３１】
減速器１３には、引き出し電圧Ｖ２よりも高い電圧である減速電圧Ｖ３が印加される。これにより、減速器１３は、質量分析器１２から出力されるイオンビームを減速する。
【００３２】
ディスク制御器１５は、回転ディスク１４の回転軸Ｏ方向に対する垂直方向への移動を制御する。つまり、イオン注入装置１では、回転ディスク１４を図面視において前後左右に機械的に移動してイオン注入を行うメカニカルスキャン方式のイオン注入を行う。なお、ここでは、回転ディスク１４に８枚の半導体基板２（例えば、シリコンウエハ）を装着した例を示しているが、回転ディスク１４に装着される半導体基板２の数は８枚に限定されるものではない。
【００３３】
制御装置３は、電圧出力部２０と、記憶部２１と、制御部２２とを備える。電圧出力部２０は、制御部２２の制御に基づいて、イオン源１０のアークチャンバに印加する電圧Ｖ１、引き出し電極１１に印加する引き出し電圧Ｖ２、および、減速器１３に印加する減速電圧Ｖ３を出力する。
【００３４】
記憶部２１は、イオン注入に関する種々の情報を記憶する。例えば、電圧Ｖ１〜Ｖ３の情報および真空チャンバ４内の真空度の情報を含むイオン注入条件の情報を記憶する。かかるイオン注入条件の情報は、例えば、制御装置３の図示しない入力部によって入力され、記憶部２１に記憶される。
【００３５】
制御部２２は、記憶部２１に記憶されたイオン注入条件の情報に基づいて、電圧出力部２０から出力する電圧Ｖ１〜Ｖ３の大きさ、真空チャンバ４内の真空度、およびディスク制御器１５を制御する。
【００３６】
このように構成されるイオン注入装置１によって、図２に示すソース領域３６およびドレイン領域３７は次のように生成される。図４は、第１の実施形態にかかる製造方法の手順を示す図、図５は、第１の実施形態にかかる半導体装置３０に形成する不純物プロファイルを示す図、図６は、第１の実施形態にかかる半導体装置３０の製造方法を説明するための工程断面図である。
【００３７】
図４に示すように、まず、設定工程が実施される（ステップＳ１０）。かかる設定工程では、ボロンイオン（Ｂ＋）による第１の不純物プロファイルＸＰ１とボロンの中性粒子による第２の不純物プロファイルＸＰ２とを形成するためのイオン注入条件が設定される。
【００３８】
イオン注入条件の設定は、例えば、制御装置３の図示しない入力部からイオン注入条件を入力し、かかるイオン注入条件の情報が制御部２２によって記憶部２１に記憶されることによって行われる。ここでは、第１の不純物プロファイルＸＰ１と第２の不純物プロファイルＸＰ２とが半導体基板２に形成されるように、イオン注入条件が設定される。
【００３９】
図５に示すように、第１の不純物プロファイルＸＰ１は、ボロンイオン（Ｂ＋）を加速エネルギー１（ｋｅｖ）およびドーズ量３×１０15（ｃｍ-2）でイオン注入して形成される不純物プロファイルである。また、第２の不純物プロファイルＸＰ２は、ボロンの中性粒子を加速エネルギー３（ｋｅｖ）およびドーズ量４×１０14（ｃｍ-2）でイオン注入して形成される不純物プロファイルである。
【００４０】
次に、真空度制御工程が実施される（ステップＳ１１）。かかる真空度制御工程では、制御部２２が記憶部２１からイオン注入条件を読み出し、読み出したイオン注入条件に基づいて真空ポンプ５を制御する。これにより、真空チャンバ４内の真空度が制御される。
【００４１】
次に、イオン源１０からイオンビームを引き出す引き出し工程が実施される（ステップＳ１２）。かかる引き出し工程においては、制御部２２が記憶部２１からイオン注入条件を読み出し、読み出したイオン注入条件に基づいて電圧出力部２０を制御する。これにより、電圧出力部２０からイオン源１０のアークチャンバに電圧Ｖ１が印加されると共に、電圧出力部２０から引き出し電極１１に引き出し電圧Ｖ２が印加され、イオン源１０からイオンビームが引き出される。
【００４２】
また、イオン源１０から引き出されたイオンビームを減速させる減速工程が実施される（ステップＳ１３）。かかる減速工程においては、制御部２２が記憶部２１からイオン注入条件を読み出し、読み出したイオン注入条件に基づいて電圧出力部２０を制御する。これにより、減速器１３に減速電圧Ｖ３が印加され、イオンビームが減速する。
【００４３】
減速器１３によって減速されたイオンビームは、図６に示すように、ｎ型のウェル領域３２が形成された半導体基板３１に照射される。これにより、注入工程が実施される（ステップＳ１４）。かかる注入工程では、上述のように、引き出し電圧Ｖ２や減速電圧Ｖ３が設定されている。そのため、図５に示す第１の不純物プロファイルＸＰ１と第２の不純物プロファイルＸＰ２とがｎ型のウェル領域３２に形成され、図２に示すように、ｐ型のＭＯＳＦＥＴのソース領域３６およびドレイン領域３７が形成される。
【００４４】
このように、第１の実施形態にかかる製造方法では、一度のイオン注入処理によって、ボロンイオンによる不純物プロファイルＸＰ１に加え、ボロンの中性粒子による所望の不純物プロファイルＸＰ２が半導体基板３１に形成される。すなわち、一度のイオン注入によって、２つの不純物プロファイルを半導体基板３１に形成することができ、その結果、スループットを向上させることができる。
【００４５】
また、上述した引き出し工程、減速工程および注入工程は、真空チャンバ４内において真空環境下で行われる。イオンの中性化は、真空チャンバ４内の真空度によっても変化する。かかる真空環境下において、真空チャンバ４内の真空度を低下させると、その分だけ増加した粒子との衝突確率が増加する。例えば、真空チャンバ４内の真空度を１×１０-3（Ｐａ）から１×１０-2（Ｐａ）へ１／１０倍低下させると、中性化されたイオンは１０倍増加する。
【００４６】
そこで、第１の実施形態にかかる製造方法では、真空度調整工程によって、真空チャンバ４内の真空度を制御することで、中性化されたイオン濃度を制御する。すなわち、イオンビームに含まれる中性粒子の量を制御する。これにより、第１の不純物プロファイルＸＰ１および第２の不純物プロファイルＸＰ２をより精度良く形成することが可能となる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる製造方法について説明する。第２の実施形態にかかる製造方法は、第１の実施形態にかかる製造方法に対し、さらに、残留欠陥を低減した不純物拡散層を形成する。なお、第２の実施形態にかかる製造方法においては、第１の実施形態にかかる製造方法と同様に、イオン注入装置１が用いられる。また、第１の実施形態と同様に、ｐ型のＭＯＳＦＥＴを有する半導体装置３０（図２参照）を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００４８】
第２の実施形態にかかる製造方法では、第１の実施形態にかかる製造方法と同様に、一度のイオン注入処理によって、ボロンイオン（Ｂ＋）による不純物プロファイルＸＰ３に加え、ボロンの中性粒子による不純物プロファイルＸＰ４が基板に形成される。
【００４９】
そして、不純物プロファイルＸＰ３に対して不純物プロファイルＸＰ４を適切に設定することによって、アニール処理後に残留欠陥を低減したソース領域３６およびドレイン領域３７を形成する。これにより、スループットを向上させつつも、さらに、ｐ型のＭＯＳＦＥＴの高性能化と性能安定性の向上を図ることが可能となる。
【００５０】
以下、第２の実施形態にかかる製造方法について具体的に説明する。まず、残留欠陥について説明する。図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａおよび図８Ｂは、残留欠陥の発生原理の説明図である。
【００５１】
図７Ａに示すように、イオン注入によって不純物プロファイルＸＰ３を形成する場合を考える。この場合、図７Ａに示すように、不純物プロファイルＸＰ３のピーク濃度位置よりも浅い位置にピーク濃度(密度)を有する空格子Ｙａ１が形成され、不純物プロファイルＸＰ３のピーク濃度位置よりも深い位置にピーク濃度(密度)を有する格子間シリコンＹｂ１が配置される。
【００５２】
図７Ｂは、図７Ａに示す半導体基板３１の内部状態を簡易模式的に表している。このような状態で、アニール処理を行った場合、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、格子間シリコンＹｂ１によって半導体基板３１に２次欠陥が形成される。２次欠陥が形成される位置は、格子間シリコンＹｂ１のピーク濃度位置Ｘａ（＝Ｘｐ＋ΔＸｐ）付近（図７Ａ参照）であり、かかる２次欠陥は漏れ電流の増加要因となる恐れがある。
【００５３】
そこで、第２の実施形態にかかる製造方法では、格子間シリコンＹｂ１の濃度分布に応じた不純物プロファイルＸＰ４を形成した後に、かかる不純物プロファイルが形成された基板のアニール処理を行う。図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａおよび図１０Ｂは、第２の実施形態にかかる製造方法の説明図である。
【００５４】
第２の実施形態にかかる製造方法では、イオン注入装置１によって、図９Ａに示すように、不純物プロファイルＸＰ３に加え、不純物プロファイルＸＰ４を一度に基板に形成する。不純物プロファイルＸＰ４は、その形成に伴って生じる空格子Ｙａ２の分布を不純物プロファイルＸＰ３の形成によって生じる格子間シリコンＹｂ１の分布とほぼ一致させた不純物プロファイルである。すなわち、不純物プロファイルＸＰ４は、その形成に伴って生じる空格子Ｙａ２のピーク濃度およびその位置が格子間シリコンＹｂ１とほぼ一致するプロファイルである。
【００５５】
図９Ｂは、図９Ａに示す半導体基板３１の内部状態を簡易模式的に表している。なお、空格子Ｙａ２および格子間シリコンＹｂ２は、不純物プロファイルＸＰ４を形成する際に形成される。
【００５６】
このような状態で、アニール処理を行った場合、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、基板内に形成される２次欠陥が低減される。これは、アニール後、格子間シリコンＹｂ１が空格子Ｙａ２に再配置され、また、格子間シリコンＹｂ２は、密度が低いため、２次欠陥は形成されにくいためである。
【００５７】
このように、第２の実施形態では、イオン注入装置１によって、２つの不純物プロファイルＸＰ３，ＸＰ４を一度に形成することでスループットを向上させ、さらに、半導体基板３１に形成される２次欠陥を低減して漏れ電流の増加を抑制することができる。
【００５８】
なお、格子間シリコンＹｂ１と空格子Ｙａ２とは、分布がほぼ一致することが望ましいが、かならずしもこれに限定されない。すなわち、不純物プロファイルＸＰ３の形成に伴って生じる格子間シリコンＹｂ１の分布が、不純物プロファイルＸＰ４の形成に伴って生じる空格子Ｙａ２の分布と効果的に重なるように、不純物プロファイルＸＰ４が形成されれば、２次欠陥を低減することができる。
【００５９】
なお、第２の実施形態では、イオン注入装置１によって、２つの不純物プロファイルＸＰ３，ＸＰ４を一度に形成することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、不純物プロファイルＸＰ３のイオン注入工程（以下、第１イオン注入工程と記載する）と、不純物プロファイルＸＰ４のイオン注入工程（以下、第２イオン注入工程と記載する）とを別々に実施するようにしてもよい。
【００６０】
また、第１イオン注入工程によって注入する物質と第２イオン注入工程によって注入する物質とを反対の導電型としてもよい。例えば、不純物プロファイルＸＰ３をｎ型の物質で形成し、不純物プロファイルＸＰ４をｐ型の物質で形成してもよく、また、その逆でもよい。また、注入する物質を導電型とするのではなく、非導電型としてもよい。
【００６１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態にかかる製造方法について説明する。第３の実施形態にかかる製造方法は、ピーク位置が異なる３つ以上の不純物プロファイルを効率的に基板に形成する。なお、第３の実施形態にかかる製造方法においては、第１および第２の実施形態にかかる製造方法と同様に、イオン注入装置１が用いられる。
【００６２】
第３の実施形態にかかる製造方法では、深さ（ピーク濃度の位置）が異なる３つ以上の不純物プロファイルを形成することによって厚い不純物層を形成する。ここでは、一例として、深さの異なる１１個の不純物プロファイルを形成するが、これに限定されるものではない。
【００６３】
具体的には、第３の実施形態にかかる製造方法では、図１１に示すように、半導体装置の一例である固体撮像素子５０の画素分離領域５３を形成する。すなわち、シリコン基板５１に形成されたｎ型のエピタキシャル層５２に深さが異なる不純物プロファイルＸＰ１０〜ＸＰ２０を形成する。図１１は、第３の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。
【００６４】
以下、図１１に示す半導体装置の製造方法を図１２〜図１５を参照して具体的に説明する。図１２は、第３の実施形態にかかる製造方法の手順を示す図、図１３〜図１５は、第３の実施形態にかかる製造方法を説明するため工程断面図である。なお、第３の実施形態においては、イオン注入装置１のイオン源１０は、１価〜３価のボロンイオン（Ｂ＋＋＋，Ｂ＋＋，Ｂ＋）を発生するものとする。
【００６５】
図１１に示すように、まず、設定工程が実施される（ステップＳ２０）。かかる設定工程では、電圧Ｖ１〜Ｖ３の情報および真空チャンバ４内の真空度の情報を含む第１〜第３のイオン注入条件が設定される。
【００６６】
次に、第１の真空度制御工程が実施される（ステップＳ２１）。かかる第１の真空度制御工程では、制御部２２が記憶部２１から第１のイオン注入条件を読み出し、第１のイオン注入条件に基づいて真空ポンプ５を制御する。これにより、真空チャンバ４内の真空度が制御される。
【００６７】
次に、第１のイオン注入工程が実施される（ステップＳ２２）。かかる第１のイオン注入工程では、制御部２２が記憶部２１から第１のイオン注入条件を読み出し、第１のイオン注入条件に基づいて電圧出力部２０を制御する。これにより、電圧出力部２０からイオン源１０のアークチャンバに電圧Ｖ１が印加されると共に、電圧出力部２０から引き出し電極１１に引き出し電圧Ｖ２が印加され、イオン源１０からイオンビームが引き出される。また、電圧出力部２０から減速器１３に減速電圧Ｖ３が印加され、イオン源１０から引き出されたイオンビームが減速する。
【００６８】
減速器１３によって減速されたイオンビームは、シリコン基板５１に形成されたｎ型のエピタキシャル層５２のうち、上方にマスク５４が形成されていない領域に照射される。ここでは、上述のようにイオン源１０は、１価〜３価のボロンイオン（Ｂ＋＋＋，Ｂ＋＋，Ｂ＋）を発生する。また、予め設定された第１のイオン注入条件に基づき、引き出し電圧Ｖ２および減速電圧Ｖ３が制御され、また、真空チャンバ４内の真空度が制御される。
【００６９】
そのため、イオンビームの中性化が発生し、図１３に示すように、ｎ型のエピタキシャル層５２に対してボロンイオン（Ｂ＋＋＋，Ｂ＋＋，Ｂ＋）およびボロンの中性粒子による４つの不純物プロファイルＸＰ１０，ＸＰ１３，ＸＰ１６，ＸＰ１９が形成される。なお、どの深さに４つの不純物プロファイルを形成するかは、第１のイオン注入条件を調整することによって、適宜変更可能である。
【００７０】
次に、第２の真空度制御工程が実施される（ステップＳ２３）。かかる第２の真空度制御工程では、制御部２２が記憶部２１から第２のイオン注入条件を読み出し、第２のイオン注入条件に基づいて真空ポンプ５を制御する。これにより、真空チャンバ４内の真空度が制御される。
【００７１】
次に、第２のイオン注入工程が実施される（ステップＳ２４）。かかる第２のイオン注入工程では、制御部２２が記憶部２１から第２のイオン注入条件を読み出し、第２のイオン注入条件に基づいて電圧出力部２０を制御する。これにより、図１４に示すように、ｎ型のエピタキシャル層５２に対してボロンイオン（Ｂ＋＋＋，Ｂ＋＋，Ｂ＋）およびボロンの中性粒子による４つの不純物プロファイルＸＰ１１，ＸＰ１４，ＸＰ１７，ＸＰ２０が形成される。なお、どの深さに４つの不純物プロファイルを形成するかは、第２のイオン注入条件を調整することによって、適宜変更可能である。
【００７２】
次に、第３の真空度制御工程が実施される（ステップＳ２５）。かかる第３の真空度制御工程では、制御部２２が記憶部２１から第３のイオン注入条件を読み出し、第３のイオン注入条件に基づいて真空ポンプ５を制御する。これにより、真空チャンバ４内の真空度が制御される。
【００７３】
次に、第３のイオン注入工程が実施される（ステップＳ２６）。かかる第３のイオン注入工程では、制御部２２が記憶部２１から第３のイオン注入条件を読み出し、第３のイオン条件に基づいて電圧出力部２０を制御する。第３のイオン注入条件では、イオンビームに中性化を抑制するように、引き出し電圧Ｖ２、減速電圧Ｖ３および真空チャンバ４内の真空度などが設定されている。そのため、図１５に示すように、ｎ型のエピタキシャル層５２に対してボロンイオン（Ｂ＋＋＋，Ｂ＋＋，Ｂ＋）による３つの不純物プロファイルＸＰ１２，ＸＰ１５，ＸＰ１８が形成される。なお、どの深さに３つの不純物プロファイルを形成するかは、第３のイオン注入条件を調整することによって、適宜変更可能である。
【００７４】
このように、第３の実施形態にかかる製造方法では、イオン源１０において、１価〜３価のイオンを発生させ、かつ、引き出し電圧Ｖ２、減速電圧Ｖ３および真空チャンバ４内の真空度などを制御する。これにより、不純物プロファイルＸＰ１０〜ＸＰ２０を、３回のイオン注入工程によって形成することが可能となる。
【００７５】
なお、上述の例では、イオン源１０において１価〜３価のボロンイオン（Ｂ＋＋＋，Ｂ＋＋，Ｂ＋）を発生させるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、イオン源１０において１価および２価のボロンイオン（Ｂ＋＋，Ｂ＋）を発生させ、３つの不純物プロファイルを形成してもよい。
【００７６】
また、例えば、イオン源１０において主として１価のボロンイオン（Ｂ＋）を発生させ、ボロンイオンとボロンの中性粒子によって２つの不純物プロファイルを形成してもよい。この場合、図１１に示す画素分離領域５３を形成するために、６回のイオン注入工程によって、不純物プロファイルＸＰ１０〜ＸＰ２０を形成することができる。
【００７７】
以上のように、第３の実施形態にかかる製造方法では、不純物プロファイルＸＰ１０〜ＸＰ２０毎にイオン注入処理を行う場合に比べ、スループットを大幅に向上することが可能となる。すなわち、不純物プロファイルＸＰ１０〜ＸＰ２０毎にイオン注入処理を行う場合、注入深さ毎に引き出し電圧Ｖ２や減速電圧Ｖ３を変更することになり、条件毎にイオンビームの立上げ時間を要する。一方、第３の実施形態にかかる製造方法では、１条件で複数の深さの注入が行えるため、一度に複数の不純物プロファイルを形成することができる。そのため、例えば、上述のように、数μmもの厚いエピタキシャル層５２の分離を行う画素分離領域５３を形成する場合に、スループットを大幅に向上することが可能となる。
【００７８】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７９】
例えば、上述した実施形態では、イオン源において生成するイオンとしてボロンイオンを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。また、半導体装置として、ｐ型のＭＯＳＦＥＴを有する半導体装置３０や固体撮像素子５０を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８０】
１  イオン注入装置、２  半導体基板、３  制御装置、４  真空チャンバ、５  真空ポンプ、１０  イオン源、１１  引き出し電極、１３  減速器
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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【図１５】
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