(57)【要約】【課題】従来の製造プロセスからの大幅な工程変更を伴うことなく、安定したデバイス特性が得られる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】まず、フィラメントにより材料ガスをイオン化して半導体基板に注入する工程を有する。また、イオンを発生させるアークチャンバにフッ化ホウ素を導入する工程Aと、その後にフィラメントにより上記フッ化ホウ素をイオン化する工程Bと、その後に、上記イオン化されたフッ化ホウ素により上記フィラメントを被覆する工程Cとを有する。これらの工程で、フィラメントがフッ化物膜で被覆されるので、フィラメントの消耗を防止し、安定してイオンを発生させることが可能になる。【選択図】図２
2009164056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に注入するイオンを発生させるためのフィラメントを備えるイオン注入装置において、
上記フィラメントの表面を被覆するフッ化物膜
を備えることを特徴とする、イオン注入装置。
【請求項２】
上記フッ化物膜を、材料ガスのフッ化ホウ素を用いて生成する、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
上記フッ化物膜を、材料ガスに先立って、イオンを発生させるアークチャンバに導入されたフッ化ホウ素を用いて生成する、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
イオンを発生させるアークチャンバにフッ化ホウ素を導入する工程Aと、
上記工程Aの後に、フィラメントにより上記フッ化ホウ素をイオン化する工程Bと、
上記工程Bの後に、上記イオン化されたフッ化ホウ素により上記フィラメントを被覆する工程Cと、
上記工程Cの後に、材料ガスを上記アークチャンバに導入する工程Dと
上記工程Dの後に、上記フィラメントにより上記材料ガスをイオン化して半導体基板に注入する工程Eと
を有する、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、イオン注入による半導体装置の製造方法、及びこれに用いられるイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板への不純物導入方法として、イオン注入は基幹的技術となっている。図4は一般的なイオン注入装置のイオン源の構成図であり、図5は従来のイオン注入の工程図である。
【０００３】
まず、ガス導入口10より材料ガスがアークチャンバ11内へと供給される（図4ステップS401）。すると、この材料ガスが、アークチャンバ11内のフィラメント12（例えばタングステンなど）から発生する電子Eとの衝突電離によってイオン化される（図4ステップS402）。そして、この発生したイオンを図示しないイオン引き出し部から引き出し、イオンビームにして半導体基板（ウェーハ）に打ち込む(図4ステップS403)。
【０００４】
ここで、上記ステップS402において正イオンが生成されると、電気的に負であるフィラメント12へと衝突し、これをスパッタしてしまう現象が発生し、フィラメント12が消耗するという問題点があった。このため下記の特許文献１においては、フィラメント12を略Ｕ字形に形成することで、フィラメント12の消耗を抑える方法が開示されている。
【特許文献１】特開平９−１６１７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の技術においては、フィラメント12の消耗を抑えることはできるものの、フィラメントがアークチャンバ11中のイオンにさらされていることに変わりはないため、フィラメント11の消耗は避けられない。また、フィラメントが消耗すると、発生するイオンの量が不安定になるため、イオンビームの量や形状にふらつきが生ずるが、このことも考慮されていない。
【０００６】
一般に、半導体結晶に不純物をイオン注入して形成するデバイスの場合、注入するイオンビームの量やイオンビームの形状を制御することでウェーハ面内における不純物の濃度を均一にし、安定したデバイス特性を得られるようにしている。しかし、上記のようにイオンビームのふらつきが補正しきれずに注入されれば、ウェーハの不純物濃度差となってデバイス特性に悪影響を与えることとなる。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来の製造プロセスからの大幅な工程変更を伴うことなく、安定したデバイス特性が得られ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】
【０００８】
以上の目的を達成するために、本発明では以下のような手段を採用している。
【０００９】
まず、本発明のイオン注入装置は、半導体基板に注入するイオンを発生させるためのフィラメントと、このフィラメントの表面を被覆するフッ化物膜を備える。これによりフィラメントが直接イオンにさらされることを防止し、フィラメントの消耗を抑制する。
【００１０】
このフッ化物膜は、材料ガスのフッ化ホウ素を用いて生成するか、あるいは、材料ガスに先立ってアークチャンバに導入されたフッ化ホウ素を用いて生成する。
【００１１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、イオンを発生させるアークチャンバにフッ化ホウ素を導入する工程Aと、その後にフィラメントにより上記フッ化ホウ素をイオン化する工程Bと、その後に上記イオン化されたフッ化ホウ素により上記フィラメントを被覆する工程Cとを有する。これらの工程で、フィラメントをフッ化物膜で被覆してしまうのである。そして、上記工程Cの後に、材料ガスを上記アークチャンバに導入する工程Dと、その後に上記フィラメントにより上記材料ガスをイオン化して半導体基板に注入する工程Eとを有する。これによれば、従来の製造プロセスからの大幅な工程変更を伴うことなく、フィラメントの消耗を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フィラメントにフッ化物膜のコーティングを行うことによってフィラメントを保護し、フィラメントから発生する電子の供給を安定しておこなうことができるため、発生するイオンビームは量、形状ともに安定供給できるようになる。これによってイオン注入中のビーム変動が抑制され、ウェーハ面内における注入量誤差等の発生を抑えることができる。従って、イオン注入によるデバイスへの影響が抑えられ、かつ安定した性能を発揮することができるようになる。
【００１３】
また、レシピ中にフッ化ホウ素ガスを用いた処理工程を追加することによって、新規な構成を必要とすることなく自己整合的にコーティングができる。さらに、注入処理毎にフィラメントにコーティングが行われるため、常に最良の状態にて使用することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（第1の実施形態）
まず、本発明の第1の実施形態として、図1に、半導体基板(ウェーハ)にイオン注入を行う様子を示す。従来のイオン注入はフィラメント12(図4参照)に電流を流すことで電子Eを発生させ、その電子を不純物材料(材料ガス)と衝突させることでイオンビームを発生させて注入処理を行っている。しかし発生したイオンは同時にフィラメントもスパッタすることで、フィラメントを消耗させていく。またフィラメントが消耗するに従って供給する電子数にばらつきが発生するが、電子数はイオンビームの量に対する重要な要素であり、電子数が変動するとイオンビームの量も変動することになり、イオンビームの量が変動するとビーム径も変動する。この結果、ウェーハに注入される不純物も変動することになる。
【００１６】
イオン注入装置(図4参照)はイオンビームをウェーハ1に照射することで不純物を注入しているが、ウェーハ1全面に同時に照射するのではなく、注入領域2(点線の間の領域)のように何列かに分けて注入している。このため注入中にイオンビームの量や形状が変動した場合不純物濃度が大きい箇所と小さな箇所が発生する。
【００１７】
図1の場合、拡散したイオンビーム3は注入する領域5の面積が大きくなり、隣接する注入領域2にて重複注入される箇所が発生する。一方、収束したイオンビーム4は注入する領域6の面積が小さくなるため、ウェーハ1上にイオンが注入されない部分が発生する。このためウェーハ1の面内における不純物濃度に不均一な分布が発生し、これが半導体装置の微細な加工になるほど大きな悪影響を及ぼす。
【００１８】
本発明では、上記のイオンビームの変動に対する解決策として、表面にフッ化物膜を被覆（コーティング）したフィラメント12を用いる。一般に、質量数の大きな、たとえばP（リン）やAs（砒素）などを含む材料ガスをイオン化した場合、イオンによるフィラメント12へのスパッタとそれに伴うフィラメント12の消耗が顕著に現れる。上記フッ化物膜は、フィラメント12をこのような消耗から保護することを目的としている。このようにフィラメント12が保護されるためにフィラメント12の消耗による電子の発生数のばらつきを抑えることができる。
【００１９】
（第2の実施形態）
次に本発明の第2の実施形態について説明する。上記のコーティングはフッ化物を用いた膜であることから、材料ガスとして使用するBF3を用いた処理においてもフィラメントへのコーティングが行われる。このため、半導体装置の製造工程中において、目的の材料によるイオンビームを出す前に、材料ガスの一つであるBF3ガスを用いた処理を追加することでコーティングを行うことができる。
【００２０】
この時アークチャンバ11(図4参照)内にてBF3ガスをイオン化させるのみとし、そのイオンは注入に使用しない。このためイオンビームを加速させるための電源は0keVに設定することで、ウェーハ1にイオンが運ばれないようにする。
【００２１】
図2に本発明を用いた半導体装置の製造工程を示す。まず、BF3ガスをアークチャンバ11に導入する(図2ステップS201)。次に、導入したBF3ガスをフィラメント12から発生する電子を用いてイオン化させる(図2ステップS202)。次に、この発生したイオンを用いてフィラメント12表面にフッ化物膜の生成を行う(図2ステップS203)。また、このとき特別な処理は必要なく、イオンが発生すると自己整合的にフィラメントにコーティングが行われる。
【００２２】
以上が本発明特有の工程であり、以降は従来技術の工程と同様である。即ち、引き続きウェーハへ注入する材料ガスをアークチャンバ11内へ導入する(図2ステップS204)。次に、導入した材料ガスをフィラメントから発生する電子を用いてイオン化させる(図2ステップS205)。そして、発生したイオンをウェーハ1に注入する(図2ステップS206)。
【００２３】
従来のイオン注入はフィラメントにフッ化物膜のコーティングを行わないことからステップS204,S205,S206の3工程のみ実施し、目的の材料ガスを用いての処理のみを行っているが、本発明を用いた場合は上記のようにステップS201〜S206の順に処理を行う。このようにステップS201,S202,S203の3工程を追加することによって、フィラメント12の表面にはフッ化物によるコーティングが発生する。
【００２４】
また、本発明の半導体装置の製造方法はBF3による処理工程(ステップS201〜S203)を組み込むことでフィラメント12にコーティングを行うために、新規な構成を追加する必要がない。従って、従来のフィラメント12をそのまま使用できることから、コスト面でも有利となる。
【００２５】
図3に本発明の実施例としてフィラメント12の使用初期段階にBF3を用いた処理を多く行い表面にフッ化物膜をコーティングされた状態で使用した場合と、BF3を多く用いずに使用した場合において、P（リン）による処理回数とフィラメント12の消耗具合を示す。横軸にPによる処理回数を、縦軸にフィラメント12の消耗(単位mm)をとり、菱形のドットは、初期の24時間において、フッ化物処理を行ったウェーハが700枚以下であった場合を示している。これらのドットの相関が直線L1である。一方で、三角形のドットは初期24時間において、フッ化物処理を行ったウェーハが700枚以上であった場合を示している。これらのドットの相関が直線L2である。
【００２６】
この図3に示されるように、BF3を多く用いた場合(直線L2)には、フィラメント12表面にコーティングされたフッ化物膜がP（リン）のスパッタからフィラメント12を保護したことによって、BF3を多く用いなかった場合(直線L1)と比較してフィラメント12の消耗が緩やかになっている。即ち、BF3を用いた場合にはフィラメント12の消耗が抑えられることがわかる。このため、本発明によれば、フィラメント12の消耗がもたらすイオンビームの状態を変動を抑えることができ、安定したデバイスの特性を得ることができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上、説明したように本発明は、長期にわたって安定したフィラメントからの電子供給を得ることができる。これにより微細デバイスの安定したデバイス特性を専用工程の追加を必要とせず、かつ安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】イオン注入の様子の説明図。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法の工程図。
【図３】フィラメントの消耗を示すグラフ。
【図４】一般的なイオン注入装置のイオン源の構成図。
【図５】従来の半導体装置の製造方法の工程図。
【符号の説明】
【００２９】
1  ウェーハ
2  注入領域
3,4  イオンビーム
10  ガス導入口
11  アークチャンバ
12  フィラメント
E  電子
【図１】
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【図２】
2009164056.tif 000004
【図３】
2009164056.tif 000005
【図４】
2009164056.tif 000006
【図５】
2009164056.tif 000007