(57)【要約】【課題】大電流イオン注入装置においては、レジスト膜パターンを有するウエハに対してイオン注入を実行する際、加速電極部において異常放電が発生することが明らかとなった。この原因は、レジスト中に含まれる揮発性の有機成分がビーム・ラインに沿って後段加速部にドリフトして、そこで、比較的低温の加速電極表面に付着するためである。【解決手段】本発明においては、レジストからのアウト・ガス成分が沈着しない程度に、加速電極を加熱しながらイオン注入を実行するので、イオン注入の際の異常放電や脱落遺物によるウエハ上レジストパターンの損傷等を低減することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
（ａ）半導体ウエハの第１の主面上に、レジスト膜パターンを形成する工程；
（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記レジスト膜パターンを有する前記半導体ウエハをイオン注入装置に導入する工程；
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記イオン注入装置内において、前記レジスト膜パターンがある状態で、前記半導体ウエハの前記第１の主面に対して、イオン注入を実行する工程、
ここで、前記工程（ｃ）は、前記イオン注入装置の加速電極を加熱しながら実行される。
【請求項２】
前記１項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）は、複数のウエハを収容可能な回転ディスク上に、前記半導体ウエハをセットした状態で、前記回転ディスクを回転させながら実行する。
【請求項３】
前記１項の半導体装置の製造方法において、前記過熱は、前記加速電極内又はその近傍に流動媒体を循環させることによる。
【請求項４】
前記１項の半導体装置の製造方法において、前記加速電極の加熱温度は、摂氏９０度以上から２００度未満である。
【請求項５】
前記１項の半導体装置の製造方法において、前記加速電極の加熱温度は、摂氏１１０度以上から１５０度未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置（または半導体集積回路装置）の製造方法におけるイオン注入技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本特開平８−２９３２７９号公報（特許文献１）には、半導体装置などの製造に使用するイオン注入装置のイオン・ソース・チャンバ内面を摂氏１５０度以上に加熱することによって、壁面からの不所望なイオンの供給を低減する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９３２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者らが検討したところによると、大電流イオン注入装置においては、レジスト膜パターンを有するウエハに対してイオン注入を実行する際、加速電極部において異常放電が発生することが明らかとなった。この原因は、レジスト中に含まれる揮発性の有機成分がビーム・ラインに沿って後段加速部にドリフトして、そこで、比較的低温の加速電極表面に付着するためである。
【０００５】
本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置の製造プロセスを提供することにある。
【０００６】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【０００８】
すなわち、本願発明は、レジストからのアウト・ガス成分が沈着しない程度に、加速電極を加熱しながらイオン注入を実行するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００１０】
すなわち、レジストからのアウト・ガス成分が沈着しない程度に、加速電極を加熱しながらイオン注入を実行するので、イオン注入の際の異常放電や脱落遺物によるウエハ上レジストパターンの損傷等を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
【００１２】
１．以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
（ａ）半導体ウエハの第１の主面上に、レジスト膜パターンを形成する工程；
（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記レジスト膜パターンを有する前記半導体ウエハをイオン注入装置に導入する工程；
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記イオン注入装置内において、前記レジスト膜パターンがある状態で、前記半導体ウエハの前記第１の主面に対して、イオン注入を実行する工程、
ここで、前記工程（ｃ）は、前記イオン注入装置の加速電極を加熱しながら実行される。
【００１３】
２．前記１項の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｃ）は、複数のウエハを収容可能な回転ディスク上に、前記半導体ウエハをセットした状態で、前記回転ディスクを回転させながら実行する。
【００１４】
３．前記１または２項の半導体装置の製造方法において、前記過熱は、前記加速電極内又はその近傍に流動媒体を循環させることによる。
【００１５】
４．前記１から３項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記加速電極の加熱温度は、摂氏９０度以上から２００度未満である。
【００１６】
５．前記１から３項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記加速電極の加熱温度は、摂氏１１０度以上から１５０度未満である。
【００１７】
６．前記１から５項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記加速電極は後段加速電極である。
【００１８】
７．前記１から６項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記イオン注入装置は大電流イオン注入装置である。
【００１９】
８．前記１から７項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記イオン注入の注入エネルギーは、７０Ｋｅｖ以上である。
【００２０】
９．前記１から８項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記イオン注入の濃度は、１．０Ｘ１０１５/ｃｍ２以上である。
【００２１】
〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
１．本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
【００２２】
２．同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、Ａ以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。同様に、「酸化シリコン膜」と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、FSG（Fluorosilicate Glass）、TEOSベース酸化シリコン(TEOS-based silicon oxide)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon-doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の熱酸化膜、CVD酸化膜、SOG(Spin ON Glass)、ナノ・クラスタリング・シリカ（Nano-Clustering Silica:NSC）等の塗布系酸化シリコン、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low-k絶縁膜（ポーラス系絶縁膜）、およびこれらを主要な構成要素とする他のシリコン系絶縁膜との複合膜等を含むことは言うまでもない。
【００２３】
３．同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２４】
４．さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
【００２５】
５．「ウエハ」というときは、通常は半導体装置（半導体集積回路装置、電子装置も同じ）をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、ＳＯＩ基板、等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ、電子デバイス製作用ガラス基板等も含むことは言うまでもない。
【００２６】
６．「大電流イオン注入装置」とは、ビーム電流の最大値が５ｍＡ以上のものを言う。
【００２７】
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
【００２８】
１．本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するイオン注入装置の説明（主に図１から３）
図１は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するイオン注入装置の全体模式平面図である。図２は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するイオン注入装置の要部拡大図である。図３は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するイオン注入装置の後段加速電極周辺の拡大図である。これらに基づいて、本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するイオン注入装置を説明する。
【００２９】
まず、高電流イオン注入装置の全体構成の概要を説明する。図１に示すように、高電流イオン注入装置４９は以下の構成を有する。ロード・ポート１２には、３台のフープ１１が、セット可能となっている。フープ１１には、たとえば２５枚の３００φウエハ１（２００φでも４５０φでもその他の径のウエハでもよい）が収容されており、ロード・ロック室を介して、注入室１３内のウエハ・ロボット１４により、ウエハ回転ディスク１５上にセットされる。注入室１３内は真空排気系１６により、高真空に排気されている。注入時にはウエハ回転ディスク１５’は所定の角度で、イオンビーム４に対向した状態で、高速回転（自転）する。イオンビーム４は、高電圧室２１内のイオン・ソース部２２で生成され、質量分析部２３で所望のイオンを選択して、ビーム・スリット２４を通過したイオン種のみが、注入経路に入り、後段加速部２５で所望のエネルギーに加速されて、ウエハ１のデバイス面１ａ（第１の主面）に到達する。
【００３０】
続いて、高電流イオン注入装置４９の要部の詳細を説明する。図２に示すように、イオン・ソース部２２には、イオン源であるアーク・チャンバ３５とそこからイオンを引き出すための引き出し電極３６が設けられている。質量分析部２３には、質量分析マグネット２６が設けられており、これとビーム・スリット２４により、所望のイオン種を選択する。後段加速部２５には、複数の加速電極３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ）とそれらを隔てる絶縁部材３２（碍子等）を含む線形加速器が設けられている。後段加速部２５を通過したイオン・ビーム４は、注入室１３に入り、接地スリット２９、バイアス電極２８を通過した後、計測系であるファラデー・カップ２７を経由して、ウエハ１のデバイス面１ａに到達する。
【００３１】
次に、加速電極加熱機構４８を説明する。図３に示すように、加速電極加熱機構４８には、循環ポンプ４２、そこから送られてくる窒素ガス等（たとえば窒素を主要な成分とするガス）の加熱媒体を過熱するガス・ヒータ４３、および、加熱した窒素ガスを加速電極３１内を循環させて、再び循環ポンプ４２に戻す熱媒体循環系４１が設けられている。なお、ガス媒体は、窒素を主要な成分とするガス以外のガスでもよい。安定なガスで、可燃性でないことが好適である。熱媒体の温度は、加速電極３１の温度が、たとえば摂氏９０度から２００度程度になるように調整することが望ましい。また、十分にレジストアウトガスの沈着を防止するためには、加速電極３１の温度が、摂氏１１０度から１５０度程度になるように調整することが更に望ましい。この例では、加速電極３１の温度が、摂氏１２０度から１３０度程度になるように調整している。
【００３２】
このような加速電極の加熱による異常放電の防止は、大電流イオン注入装置で特に有用である。また、比較的打ち込み濃度が高いとき（１．０Ｘ１０１５/ｃｍ２以上）に特に有効性が高い。更に、異常放電は打ち込みエネルギーが比較的高いとき（７０Ｋｅｖ以上）に起こりやすいので、そのような状況で特に有効である。
【００３３】
２．本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の説明（主に図４から１０）
セクション１で説明したイオン注入装置を用いた不純物ドーププロセスを含む半導体装置の製造プロセスを説明する。
【００３４】
図４は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（レジスト膜塗布時点）である。図５は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程のデバイス上面図（レジスト膜パターニング時点）である。図６は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（図５のＸ−Ｘ’断面に対応するレジスト膜パターニング時点）である。図７は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（イオン注入時点）である。図８は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（アッシング完了時点）である。図９は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（犠牲酸化膜除去時点）である。図１０は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（アニール完了時点）である。これらに基づいて、本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。
【００３５】
以下の工程では、図５に示すように、半導体装置の製造に多用されるライン・アンド・スペース・パターンを有するレジスト膜をイオン注入のマスクとして、ｎ型の不純物を高濃度にドープするプロセスを例にとり説明する。
【００３６】
先ず、半導体基板（半導体ウエハ）として、たとえば３００φのｐ型の単結晶シリコン・ウエハを準備する（必要に応じて導電型を変えてもよいし、その他の基板でもよい）。次に、図４に示すように、ウエハ１のデバイス面１ａ（第１の主面）を熱酸化することにより、たとえば１４ｎｍ程度のシリコン酸化膜、すなわち、犠牲酸化膜２（イオン注入マスクの下地酸化膜）を形成する。その上に、たとえば厚さ１マイクロ・メートル程度のレジスト膜３を塗布する。次に、図５及び図６に示すように、通常のリソグラフィにより、レジスト膜３を加工して、ライン・アンド・スペース・パターンを有するレジスト膜３とする。続いて、先に説明したイオン注入装置４９を用いて、このレジスト膜パターン３をマスクとして、たとえば、ｎ型の不純物である砒素イオン・ビーム４により、ウエハ１のデバイス面１ａに不純物を注入する（Ａｓ＋、たとえば垂直打ち込み、打ち込みエネルギー８０ｋｅｖ，打ち込み量４Ｘ１０１５/ｃｍ２程度）。これにより、打ち込み層５が形成される。
【００３７】
このとき、レジスト膜パターン３からアウト・ガス４４が出るが、加速電極３１は比較的高温に設定されているので、アウト・ガス４４中の有機成分等が加速電極３１上に沈着することがないので、異常放電は発生しない。次に、図８に示すように、酸素プラズマ・アッシング処理（たとえば、酸素流量１５００ｓｃｃｍ、圧力１６０Ｐａ）により、レジスト膜パターン３を除去する。続いて、図９に示すように、弗酸処理により、表面の犠牲酸化膜２を除去する。更に、ウエット洗浄を施した後、図１０に示すように、アニール処理（たとえば、摂氏９５０度、窒素９９％/酸素１％雰囲気中で、１０分程度）を実行して、ｎ型不純物領域５を形成する。更に、ウエット熱酸化を実行して、ウエハ１のデバイス面１ａに、たとえば、１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜２’を形成する。
【００３８】
その後、必要に応じて、ウエハ・プロセスを続行する。
【００３９】
５．サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００４０】
例えば、前記実施の形態では主に大電流イオン注入装置を使用した場合について具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、中電流イオン注入装置や小電流イオン注入装置等にも適用できることは言うまでもない。また、前記実施の形態では主にレジスト膜（レジスト膜パターンに限定されない）を有する場合について具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、有機物膜又は有機物を含有した膜等を有するウエハの処理にも適用できることは言うまでもない。更に、前記実施の形態では主に加熱媒体として、窒素ガス等のガス媒体を例にとり具体的に説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、液体媒体でもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するイオン注入装置の全体模式平面図である。
【図２】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するイオン注入装置の要部拡大図である。
【図３】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するイオン注入装置の後段加速電極周辺の拡大図である。
【図４】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（レジスト膜塗布時点）である。
【図５】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程のデバイス上面図（レジスト膜パターニング時点）である。
【図６】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（図５のＸ−Ｘ’断面に対応するレジスト膜パターニング時点）である。
【図７】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（イオン注入時点）である。
【図８】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（アッシング完了時点）である。
【図９】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（犠牲酸化膜除去時点）である。
【図１０】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法における不純物ドープ工程の流れを示すデバイス断面フロー図（アニール完了時点）である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ウエハ
１ａ  ウエハの第１の主面
３  レジスト膜パターン
２５  加速電極
４９  イオン注入装置
【図１】
2009283277.tif 000003
【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】
2009283277.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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