イオンビーム計測方法、半導体装置の製造方法、及びイオン注入装置
【課題】イオンビームの加速エネルギを推定することが可能なイオンビーム計測方法とイオン注入装置を提供すること。
【解決手段】温度測定用部材１４にイオンビーム２０を照射した状態で該温度測定用部材１４の温度を測定するステップと、上記温度からイオンビーム２０の加速エネルギを推定するステップとを有するイオンビーム計測方法による
【解決手段】温度測定用部材１４にイオンビーム２０を照射した状態で該温度測定用部材１４の温度を測定するステップと、上記温度からイオンビーム２０の加速エネルギを推定するステップとを有するイオンビーム計測方法による
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム計測方法、半導体装置の製造方法、及びイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
LSI等の半導体装置の製造工程では、半導体基板にウェル等の不純物拡散層を形成したり、シリコン層に不純物をドープしたりする目的で、イオン注入装置が使用される。
【０００３】
そのイオン注入装置は、加速部に加速電圧を印加することによりイオンを加速して半導体基板等に打ち込むというものであり、その注入条件としては加速エネルギとドーズ量が用いられる。
【０００４】
このうち、ドーズ量は、イオン注入装置内のドーズカウンタでモニターされており、設定したドーズ量でイオン注入が行われているかどうかを確認することができる。
【０００５】
これに対し、加速エネルギは直接的に測定するのが難しいため、市販のイオン注入装置には加速エネルギを測定する機構は設けられていない。そのため、通常は、加速部に印加されている加速電圧を加速エネルギとみなし、イオンの加速エネルギを直接測定することは行われない。
【０００６】
しかしながら、イオン注入装置の表示部に誤った加速電圧が表示されることも想定され、実際に表示された加速電圧でイオンが加速されているかどうか不安がある。
【０００７】
また、ウェルのように不純物濃度のプロファイルがデバイスに影響を及ぼすような部分では、プロファイルをなるべく正確に管理することが求められており、イオン注入によりウェルを形成するときの加速エネルギを直接測定したいという要請もある。
【０００８】
但し、現実には、このような直接測定は行われておらず、ウェル上にトランジスタを形成した後に、そのトランジスタの電気的特性を測定することにより、ウェルの不純物プロファイルを確認するという手法が採られている。
【０００９】
しかしながら、これは不純物プロファイルが設計値から外れてデバイスが不良となって初めて加速エネルギの異常を発見するというものであるため、非効率的で、デバイスの歩留まりを低下させる要因となる。
【００１０】
このような点に鑑み、下記の特許文献１〜３では、イオン注入時の加速エネルギを測定する方法を提案している。
【００１１】
このうち、特許文献１では、２つのセンサ間をイオンパルスが通過する時間から加速エネルギを求めている（段落番号００１２）。
【００１２】
また、特許文献２では、イオンに印加する電圧をチェックすることにより、加速エネルギの異常を検出している（段落番号００２８〜００３０）。
【００１３】
そして、特許文献３では、イオン注入後のレジストパターンの膜厚から加速エネルギを求めている（段落番号００５０）。
【００１４】
この他に、本発明に関連する技術が特許文献４〜７にも開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１００３７２号公報
【特許文献２】特許３３５８３３６号公報
【特許文献３】特開２００１−３０７６７０号公報
【特許文献４】特許２９５４２０５号公報
【特許文献５】特開昭５７−８８６６１号公報
【特許文献６】特開２０００−３３１９５２号公報
【特許文献７】特表２００５−５０２１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、イオンビームの加速エネルギを推定することが可能なイオンビーム計測方法、半導体装置の製造方法、及びイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によれば、温度測定用部材にイオンビームを照射した状態で該温度測定用部材の温度を測定するステップと、前記温度から前記イオンビームの加速エネルギを推定するステップとを有するイオンビーム計測方法が提供される。
【００１７】
また、本発明の別の観点によれば、ターゲットにイオンビームを照射することにより該ターゲットの構成材料を飛散させ、飛散した該構成材料よりなる膜の積層膜を形成するステップと、最上層の前記膜を形成する前と後での前記積層膜の電気的特性の変化量を測定するステップと、前記電気的特性の変化量から、前記イオンビームの加速エネルギを推定するステップとを有するイオンビーム計測方法が提供される。
【００１８】
そして、本発明の他の観点によれば、加速エネルギ測定部をイオンビームに曝し、該イオンビームの加速エネルギを推定するステップと、前記加速エネルギが設計値からずれている場合、イオン注入装置の加速電圧を調節して前記加速エネルギを前記設計値に近づけるステップと、前記設計値に近づけた後の前記イオンビームを用いて、半導体基板に不純物をイオン注入するステップとを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１９】
本発明の更に他の観点によれば、イオンビームを生成するイオン源と、前記イオンビームを加速する加速部と、前記加速部を出た前記イオンビームに曝される位置に移動して該イオンビームの加速エネルギを推定する加速エネルギ計測部と、前記イオンビームに曝される位置で基板を支持する基板支持部とを有するイオン注入装置が提供される。
【００２０】
次に、本発明の作用について説明する。
【００２１】
本発明によれば、加速エネルギ計測部をイオンビームに曝すことで、該イオンビームの加速エネルギを直接的に求める。
【００２２】
その加速エネルギ計測部では、例えば、温度測定用部材にイオンビームを照射し、その温度測定用部材の温度が測定される。或いは、イオンビームによりターゲットをスパッタし、ターゲットの構成材料よりなる膜の積層膜を形成した後、最上層の膜が形成される前と後での積層膜の電気的特性、例えば抵抗値の変化量を測定する。
【００２３】
そのように測定された抵抗値の変化量や温度はイオンビームの加速エネルギを反映しているため、加速エネルギの値を推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、イオンビームの加速エネルギを直接的に推定するので、イオン注入装置の故障によって加速エネルギが誤って表示されている場合等でも、実際の加速エネルギを確認することができ、不適切な加速エネルギでイオン注入を行ってしまう危険性を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の概略図である。
【００２７】
このイオン注入装置１は、イオンビーム２０を生成するイオン源５を備える。イオン源５は、例えばECR(Electron Cyclotron Resonance)放電によってプラズマを生成するプラズマ生成部２と、そこから電界の作用でイオンビーム２０を引き出す引き出し電極４とを備えており、これら引き出し電極４とプラズマ生成部２との間には、直流の引き出し電源３により引き出し電圧VEが印加される。
【００２８】
プラズマ生成部２には、目的とするイオンを生成するためのガスや材料が収容される。例えば、p型不純物であるボロンをイオン注入するときには、フッ化ホウ素（BF3）ガス又はジボラン（B2H6）ガスがプラズマ生成部２に収容される。
【００２９】
更に、このイオン注入装置１は、磁界の作用によってイオンビーム２０の中から特定の質量数のイオン種のみを選択するための質量分析マグネット６を備える。
【００３０】
その質量分析マグネット６を通ったイオンビーム２０は、加速部９に入り、所定の加速電圧で加速される。
【００３１】
加速部９は、多段の電極８を有しており、両端の電極８の間には加速電源７により加速電圧VAが印加される。イオンビーム２０は、その加速電圧VAによって加速され、加速部９を出ることになる。
【００３２】
加速部９の後段には、複数枚の半導体基板Wを外周縁に沿って保持し、かつモータ１９によって回転可能な基板支持部１８が設けられる。基板支持部１８が回転することで、複数枚の半導体基板Wがイオンビーム２０に曝され、各半導体基板Wに対して一括してイオン注入を行うバッチ処理が可能となる。
【００３３】
また、基板支持部１８はリードネジ１６と接続されており、モータ１７によりそのリードネジ１６を回転することにより、基板支持部１８が鉛直方向Aに昇降可能となっている。イオンビーム２０の直径は半導体基板Wのそれよりも小さいが、モータ１９による回転運動と共に基板支持部１８を昇降させることで、各半導体基板Wの全面に一様にイオンビーム２０を照射することができる。
【００３４】
基板支持部１８の回転速度や上下方向への移動量は、制御部１５から出力される制御信号D1、D2によってコントロールされる。
【００３５】
なお、イオン注入を行う前と後においては、基板支持部１８は開口１８ａを下にして停止し、開口１８ａにイオンビーム２０を通すことで半導体基板Wに不要なイオン注入が行われるのが防止される。
【００３６】
ところで、このようなイオン注入装置では、加速電圧VAとして制御部１５に表示された電圧でイオンビーム２０が加速されるとは限らない。例えば、装置の故障や誤差によって加速電圧VAとは異なる電圧でイオンビーム２０が加速される恐れがある。
【００３７】
そこで、本実施形態では、加速部９と基板支持部１８との間に、そのイオンビーム２０の加速エネルギを直接的に計測する加速エネルギ計測部１０を設ける。
【００３８】
その加速エネルギ計測部１０は、鉄板等よりなる温度測定用部材１４と、その温度測定用部材１４の温度を非接触で測定する温度計１３が設けられる。温度計１３としては例えば赤外線センサを用いることができる。
【００３９】
また、温度測定用部材１４は、リードネジ１２に接続されており、モータ１１によってそのリードネジ１２を回転させることで、鉛直方向Bに昇降可能となっている。温度測定用部材１４の鉛直方向の移動量は、制御部１５から出力される制御信号D3により制御される。
【００４０】
また、温度計１３による温度の測定結果は、温度信号D4として制御部１５に出力される。
【００４１】
次に、このような加速エネルギ計測部１０を用いたイオンビーム２０の加速エネルギの測定方法について説明する。
【００４２】
図２は、本実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するための図であって、加速エネルギ計測部１０の近傍の拡大図に相当する。
【００４３】
また、図３は、そのイオンビーム計測方法について説明するためのフローチャートである。
【００４４】
図３の最初のステップS1では、まず、回転していない状態の基板支持部１８（図１参照）の開口１８ａにイオンビーム２０を通す。
【００４５】
次いで、図２に示すように、モータ１１とリードネジ１２によって温度測定用部材１４を下方に移動し、温度測定用部材１４にイオンビーム２０を照射する。イオンビーム２０が照射された温度測定用部材１４は、イオンビーム２０の衝突エネルギによって、その温度が上昇する。
【００４６】
そして、照射して数秒が経過した後、温度測定用部材１４の温度が飽和状態になったタイミングで、温度計１３により温度測定用部材１４の温度を測定する。
【００４７】
次に、ステップS2に移る。
【００４８】
本ステップでは、図４に示すような加速エネルギ−温度テーブルを参照する。そして、ステップS1で測定した温度に対応する加速エネルギを求め、その加速エネルギをイオンビーム２０が有しているものと推定する。
【００４９】
例えば、ステップS1で測定した温度がT1の場合は、該温度T1に対応する加速エネルギE1をイオンビーム２０が有していると推定する。
【００５０】
この加速エネルギ−温度テーブルは、イオン注入装置１を用いて予め作成されるものであり、制御部１５が備える記憶部１５ａに格納されている。そのテーブルを作成するにあたっては、様々な加速電圧VAでイオンビーム２０を加速する。そして、各加速電圧VAにおける温度測定用部材１４の温度を、その加速電圧VAに対応した加速エネルギでイオンビーム２０を照射したときの部材１４の温度としてプロットする。
【００５１】
次に、ステップS3に移り、ステップS2により推定された加速エネルギの値が、所定の濃度プロファイルを持ったウェル等の不純物拡散層を形成するのに必要な設計値からずれているかどうかを判断する。
【００５２】
そして、ずれていている（ＹＥＳ）と判断された場合には、ステップS4に移行し、加速電圧VAを調節して再びステップS1、S2を行うことにより、イオンビーム２０の加速エネルギを設計値に近づける。
【００５３】
これに対し、ステップS3においてずれていない（ＮＯ）と判断された場合には、イオンビーム２０の加速エネルギが設計値であるとみなされるので、本実施形態に係るイオンビーム計測方法の主要ステップを終了する。
【００５４】
この後は、イオンビーム２０の加速エネルギやドーズ量を変更せずにそのままの状態に維持しながら、リードネジ１２とモータ１１により温度測定用部材１４を上方に引き上げ、イオンビーム２０に曝されない位置に温度測定用部材１４を退避させる。そして、基板支持部１８を回転させることにより、各基板Wに対するイオン注入を開始する。
【００５５】
以上説明した本実施形態によれば、図２を参照して説明したように、鉄板等の温度測定用部材１４にイオンビーム２０を照射し、それにより加熱された温度測定用部材１４の温度からイオンビーム２０の加速エネルギを推定する。これによれば、イオンビーム２０の加速エネルギが直接的に計測されるので、例えば装置１の故障によって加速電圧VAの表示が実際の値からずれていることを発見することができる。したがって、ウェル等の不純物拡散領域を形成するのに不適当な加速エネルギでイオン注入が行われるのを未然に防ぐことができると共に、計測結果に基づいて加速エネルギを調節することで、不純物濃度のプロファイルを設計値に近づけることが可能となり、半導体装置の歩留まり低下を抑制することができるようになる。
【００５６】
しかも、温度測定用部材１４に非接触でその温度を計測することが可能な非接触式の温度計を温度計１３として用いるので、温度計１３がイオンビーム２０によってダメージを受けるのを防止できる。
【００５７】
但し、そのダメージが問題にならない場合は、温度測定用部材１４に接触することでその温度を測定する接触式の温度計を温度計１３として用いても良い。そのような接触式の温度計としては、例えば熱電対がある。
【００５８】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００５９】
図５は、本実施形態で使用される加速エネルギ計測部１０の構成図である。
【００６０】
本実施形態では、図５に示されるように、セラミック等の絶縁体よりなる抵抗測定用部材３０と、アルミニウム等の導電性材料よりなるターゲット３１とを有する。
【００６１】
抵抗測定用部材３０は、イオンビーム２０の上流側が開口された容器状となっており、その底部３０ａにターゲット３１が固着される。そして、抵抗測定用部材３０の内側側面３０ｂには２つの導電性ピン３２が間隔をおいて設けられ、各導電性ピン３２には抵抗計３３が接続されている。
【００６２】
また、抵抗測定用部材３０には第１実施形態で説明したモータ１１とリードネジ１２が接続されており、モータ１１の回転運動によって抵抗測定部材３０が昇降可能となっている。
【００６３】
次に、このような加速エネルギ計測部１０を用いたイオンビーム２０の加速エネルギの測定方法について説明する。
【００６４】
図６は、本実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するための図であって、加速エネルギ計測部１０の近傍の拡大断面図に相当する。
【００６５】
また、図７は、このイオンビーム計測方法について説明するためのフローチャートである。
【００６６】
最初のステップP1では、まず、回転していない状態の基板支持部１８（図１参照）の開口１８ａにイオンビーム２０を通す。
【００６７】
次いで、図６に示すように、モータ１１とリードネジ１２によって抵抗測定用部材３０を下方に移動し、ターゲット３１にイオンビーム２０を照射する。
【００６８】
イオンビーム２０が照射された部分のターゲット３１では、ターゲット３１の構成材料であるアルミニウムがイオンビーム２０によって飛散し、そのアルミニウムが内側側面３０ｂに堆積する。
【００６９】
図６の点線円内に示すように、内側側面３０ｂには、これより以前におけるイオンビーム２０の照射によって堆積したアルミニウムよりなる膜４０ａ〜４０ｃの積層膜４０が形成されている。そして、今回のイオンビーム２０の照射によって、その積層膜４０の最上層にアルミニウムよりなる膜４０ｄが新たに形成される。
【００７０】
そして、所定時間、例えば６０秒間だけこの状態を維持して膜４０ｄの形成を行った後、リードネジ１２とモータ１１により抵抗測定用部材３０を上方に引き上げ、イオンビーム２０に曝されない位置に抵抗測定用部材３０を退避させる。
【００７１】
次に、ステップP2に移行する。
【００７２】
本ステップでは、抵抗計３３を用いることにより、最上層の膜４０ｄを形成する前と後での２つの導電性ピン３２の間の積層膜４０の抵抗値の変化量ΔRを測定する。すなわち、最上層の膜４０ｄを形成する前における積層膜４０の抵抗値がR1であり、膜４０ｄを形成した後における積層膜４０の抵抗値がR2である場合、これらの差R1−R2を変化量ΔRとして求める。
【００７３】
続いて、ステップP3に移り、図８に示すような加速エネルギ−抵抗変化量テーブルを参照することにより、ステップP2で求めた変化量ΔRに対応する加速エネルギを求め、その加速エネルギをイオンビーム２０が有しているものと推定する。
【００７４】
例えば、ステップP2で測定した変化量がΔR2の場合は、該変化量ΔR2に対応する加速エネルギE2をイオンビーム２０が有していると推定する。
【００７５】
この加速エネルギ−抵抗変化量テーブルは、加速電圧VAを変えてイオンビーム２０をターゲット３１に複数回照射し、その照射が終わる度に積層膜４０の抵抗値の変化量を求め、その変化量を加速電圧VAに応じた加速エネルギと対応させてプロットすることにより予め作成されるものであり、制御部１５が備える記憶部１５ａに格納される。
【００７６】
加速エネルギが大きいとそれだけ多くのアルミニウムがターゲット３０から飛散するので、飛散したアルミニウムよりなる膜４０ｄの膜厚も増大する。また、導電体である積層膜４０は、新たに形成される膜４０ｄの膜厚が厚いほど、各導電性ピン３２の間での抵抗値が低減する。従って、加速エネルギと抵抗値の変化量ΔRとの間には相関があり、本実施形態のような加速エネルギの推定が可能となる。
【００７７】
このような推定は、積層膜４０の抵抗値の変化量を用いたものに限定されない。例えば、最上層の膜４０ｄを形成する前と後における積層膜４０の他の電気的特性の変化量、例えば２つの導電性ピン３２の間を流れる電流の変化量や、該導電性ピン３２間の電位差の変化量に基づいて、加速エネルギの推定を行ってもよい。
【００７８】
次に、ステップP4に移り、ステップP3により推定された加速エネルギの値が、所定の濃度プロファイルを持ったウェル等の不純物拡散層を形成するのに必要な設計値からずれているかどうかを判断する。
【００７９】
そして、ずれていている（ＹＥＳ）と判断された場合には、ステップP5に移行し、加速電圧VAを調節して再びステップP1〜P3を行うことにより、イオンビーム２０の加速エネルギを設計値に近づける。
【００８０】
これに対し、ステップP4においてずれていない（ＮＯ）と判断された場合には、イオンビーム２０の加速エネルギが設計値であるとみなされるので、本実施形態に係るイオンビーム計測方法の主要ステップを終了する。
【００８１】
この後は、イオンビーム２０の加速エネルギやドーズ量を変更せずにそのままの状態に維持しながら、基板支持部１８を回転させることにより、各基板Wに対するイオン注入を開始する。
【００８２】
以上説明した本実施形態によれば、図６を参照して説明したように、イオンビーム２０でターゲット３０をスパッタすることにより、ターゲット３０の構成材料よりなる抵抗測定用膜４０ｄを新たに形成し、その抵抗測定用膜４０ｄが形成された積層膜４０の抵抗値がイオンビーム２０の加速エネルギに依存することを利用して、その加速エネルギを推定する。このように加速エネルギを直接的に計測することで、適切な加速エネルギでイオン注入を行うことができるようになるので、不純物濃度のプロファイルを設計値に近づけることが可能となり、半導体装置の歩留まり低下を抑制することができるようになる。
【００８３】
（３）第３実施形態
本実施形態では、第１、第２実施形態で説明したイオンビーム計測方法を半導体装置の製造工程に適用する。
【００８４】
図９及び図１０は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【００８５】
最初に、図９（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００８６】
まず、p型シリコン（半導体）基板５０に素子分離用の溝を形成し、その溝に素子分離絶縁膜５１として酸化シリコン(SiO2)膜をCVD法により埋め込む。このような素子分離構造はSTI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれるが、これに代えてLOCOS(Local Oxidation of Silicon)を採用してもよい。
【００８７】
次いで、シリコン基板５０の表面を熱酸化することにより熱酸化膜５２を形成する。
【００８８】
その後に、熱酸化膜５２の全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像してレジストパターン５３を形成する。
【００８９】
次に、図９（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００９０】
まず、シリコン基板５０をイオン注入装置１の基板支持部１８にセットする。そして、第１実施形態（図３）又は第２実施形態（図７）に従って、ボロンイオンよりなるイオンビーム２０の加速エネルギを推定し、その値がウェルを形成するのに必要な加速エネルギの設計値、例えば３００KeVに近づくように加速電圧VAを調節する。そして、基板支持部１８を回転させることにより、シリコン基板１に対するボロンのイオン注入を行う。
【００９１】
これにより、図９（ｂ）に示すように、レジストパターン５３がマスクとなってボロンがシリコン基板５０にイオン注入され、設計値に近い不純物濃度のプロファイルを持ったpウェル５５が形成される。なお、そのイオン注入におけるドーズ量は特に限定されないが、本実施形態では３×１０13cm-2とする。また、熱酸化膜５２は、このイオン注入におけるスルー膜として機能する。
【００９２】
このようなイオンビームの加速エネルギの推定は、一ロット（２５枚）の最初の基板に対してイオン注入をする前に行えばよく、全ての基板に対して行う必要はない。
【００９３】
この後に、シリコン基板５０をイオン注入装置１から取り出し、レジストパターン５３を除去する。
【００９４】
次に、図９（ｃ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００９５】
まず、ウエットエッチングにより熱酸化膜５２を除去した後、再びシリコン基板５０の表面を熱酸化することにより、熱酸化膜よりなるゲート絶縁膜５７を厚さ約７nmに形成する。
【００９６】
次いで、ゲート絶縁膜５７の上に、CVD法によりポリシリコン膜を形成する。そして、フォトリソグラフィとエッチングによりそのポリシリコン膜をパターニングし、ゲート電極５８を形成する。
【００９７】
続いて、図１０（ａ）に示すように、ゲート電極５８をマスクにしながらシリコン基板５０にn型不純物としてAs+をイオン注入することにより、ゲート電極５８とセルフアライン的にn型ソース／ドレインエクステンション６０を形成する。
【００９８】
pウェル５５の形成工程（図９（ｂ））と同様に、このn型ソース／ドレインエクステンション６０もイオン注入装置１（図１参照）を用いて形成される。そして、第１実施形態又は第２実施形態で説明したイオンビーム計測方法を用いることで、イオンビームの加速エネルギを設計値である１０KeVに近づけることが可能となり、設計通りの不純物濃度プロファイルを有するn型ソース／ドレインエクステンション６０を得ることができる。
【００９９】
なお、このイオン注入時のドーズ量は特に限定されないが、例えば６×１０15cm-2とされる。
【０１００】
次に、図１０（ｂ）に示すように、シリコン基板５０の上側全面にCVD法により酸化シリコン膜を形成し、その酸化シリコン膜をエッチバックしてゲート電極５８の横に絶縁性サイドウォール６１として残す。
【０１０１】
続いて、図１０（ｃ）に示すように、ゲート電極５８をマスクにしてシリコン基板５０にn型不純物、例えばP+をイオン注入して、ゲート電極５８の横にn型ソース／ドレイン領域６２を形成する。
【０１０２】
このイオン注入を行うにあたっては、第１、第２実施形態で説明したイオンビーム計測方法でイオンビームの加速エネルギを確認し、その確認結果に基づいて加速エネルギを調節するのが好ましい。その加速エネルギは例えば１５KeVであり、ドーズ量は２×１０15cm-2である。これにより、設計値に近い不純物濃度のプロファイルを有するn型ソース／ドレイン領域６２を形成することが可能となる。
【０１０３】
ここまでの工程により、ゲート絶縁膜５７、ゲート電極５８、及びn型ソース／ドレイン領域６２等で構成されるMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタTRの基本構造が完成した。
【０１０４】
この後は、層間絶縁膜や金属配線の形成工程に移るが、その詳細については省略する。
【０１０５】
以上説明した本実施形態によれば、図９（ｂ）の工程でイオン注入によりpウェル５５を形成するときに、第１実施形態又は第２実施形態で説明したイオンビーム計測方法を用い、イオンビームの加速エネルギを直接的に確認する。
【０１０６】
pウェル５５は基板深部に形成されるため、それを形成するときのイオンビームの加速エネルギは、ソース／ドレイン領域６２等の他の不純物拡散領域を形成する場合と比較して高い値に設定される。イオンビームの加速エネルギは、このように高い値に設定されるほどばらつき易くなるので、上記のようにしてその値を直接的に確認することで、pウェル５５の不純物濃度プロファイルが設計よりも外れるのが防止され、トランジスタTRの電気的特性を設計値に近づけることが可能となる。
【０１０７】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本実施形態は上記各実施形態に限定されない。
【０１０８】
例えば、図１で示したイオン注入装置１はバッチ式であるが、枚葉式のイオン注入装置にも本発明を適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するためのフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態で使用される加速エネルギ−温度テーブルの模式図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態で使用される加速エネルギ計測部の構成図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するためのフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態で使用される加速エネルギ−抵抗変化量テーブルの模式図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【符号の説明】
【０１１０】
１…イオン注入装置、２…プラズマ生成部、３…引き出し電源、４…引き出し電極、５…イオン源、６…質量分析マグネット、７…加速電源、８…電極、９…加速部、１０…加速エネルギ計測部、１１…モータ、１２…リードネジ、１３…温度計、１４…温度測定用部材、１５…制御部、１６…リードネジ、１７…モータ、１８…基板支持部、１８ａ…開口、１９…モータ、２０…イオンビーム、３０…抵抗測定用部材、３１…ターゲット、３２…導電性ピン、４０…積層膜、４０ａ〜４０ｄ…抵抗測定用膜、５０…シリコン基板、５１…素子分離絶縁膜、５２…熱酸化膜、５３…レジストパターン、５５…pウェル、５７…ゲート絶縁膜、５８…ゲート電極、６０…n型ソース／ドレインエクステンション、６１…絶縁性サイドウォール、６２…n型ソース／ドレイン領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム計測方法、半導体装置の製造方法、及びイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
LSI等の半導体装置の製造工程では、半導体基板にウェル等の不純物拡散層を形成したり、シリコン層に不純物をドープしたりする目的で、イオン注入装置が使用される。
【０００３】
そのイオン注入装置は、加速部に加速電圧を印加することによりイオンを加速して半導体基板等に打ち込むというものであり、その注入条件としては加速エネルギとドーズ量が用いられる。
【０００４】
このうち、ドーズ量は、イオン注入装置内のドーズカウンタでモニターされており、設定したドーズ量でイオン注入が行われているかどうかを確認することができる。
【０００５】
これに対し、加速エネルギは直接的に測定するのが難しいため、市販のイオン注入装置には加速エネルギを測定する機構は設けられていない。そのため、通常は、加速部に印加されている加速電圧を加速エネルギとみなし、イオンの加速エネルギを直接測定することは行われない。
【０００６】
しかしながら、イオン注入装置の表示部に誤った加速電圧が表示されることも想定され、実際に表示された加速電圧でイオンが加速されているかどうか不安がある。
【０００７】
また、ウェルのように不純物濃度のプロファイルがデバイスに影響を及ぼすような部分では、プロファイルをなるべく正確に管理することが求められており、イオン注入によりウェルを形成するときの加速エネルギを直接測定したいという要請もある。
【０００８】
但し、現実には、このような直接測定は行われておらず、ウェル上にトランジスタを形成した後に、そのトランジスタの電気的特性を測定することにより、ウェルの不純物プロファイルを確認するという手法が採られている。
【０００９】
しかしながら、これは不純物プロファイルが設計値から外れてデバイスが不良となって初めて加速エネルギの異常を発見するというものであるため、非効率的で、デバイスの歩留まりを低下させる要因となる。
【００１０】
このような点に鑑み、下記の特許文献１〜３では、イオン注入時の加速エネルギを測定する方法を提案している。
【００１１】
このうち、特許文献１では、２つのセンサ間をイオンパルスが通過する時間から加速エネルギを求めている（段落番号００１２）。
【００１２】
また、特許文献２では、イオンに印加する電圧をチェックすることにより、加速エネルギの異常を検出している（段落番号００２８〜００３０）。
【００１３】
そして、特許文献３では、イオン注入後のレジストパターンの膜厚から加速エネルギを求めている（段落番号００５０）。
【００１４】
この他に、本発明に関連する技術が特許文献４〜７にも開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１００３７２号公報
【特許文献２】特許３３５８３３６号公報
【特許文献３】特開２００１−３０７６７０号公報
【特許文献４】特許２９５４２０５号公報
【特許文献５】特開昭５７−８８６６１号公報
【特許文献６】特開２０００−３３１９５２号公報
【特許文献７】特表２００５−５０２１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、イオンビームの加速エネルギを推定することが可能なイオンビーム計測方法、半導体装置の製造方法、及びイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によれば、温度測定用部材にイオンビームを照射した状態で該温度測定用部材の温度を測定するステップと、前記温度から前記イオンビームの加速エネルギを推定するステップとを有するイオンビーム計測方法が提供される。
【００１７】
また、本発明の別の観点によれば、ターゲットにイオンビームを照射することにより該ターゲットの構成材料を飛散させ、飛散した該構成材料よりなる膜の積層膜を形成するステップと、最上層の前記膜を形成する前と後での前記積層膜の電気的特性の変化量を測定するステップと、前記電気的特性の変化量から、前記イオンビームの加速エネルギを推定するステップとを有するイオンビーム計測方法が提供される。
【００１８】
そして、本発明の他の観点によれば、加速エネルギ測定部をイオンビームに曝し、該イオンビームの加速エネルギを推定するステップと、前記加速エネルギが設計値からずれている場合、イオン注入装置の加速電圧を調節して前記加速エネルギを前記設計値に近づけるステップと、前記設計値に近づけた後の前記イオンビームを用いて、半導体基板に不純物をイオン注入するステップとを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１９】
本発明の更に他の観点によれば、イオンビームを生成するイオン源と、前記イオンビームを加速する加速部と、前記加速部を出た前記イオンビームに曝される位置に移動して該イオンビームの加速エネルギを推定する加速エネルギ計測部と、前記イオンビームに曝される位置で基板を支持する基板支持部とを有するイオン注入装置が提供される。
【００２０】
次に、本発明の作用について説明する。
【００２１】
本発明によれば、加速エネルギ計測部をイオンビームに曝すことで、該イオンビームの加速エネルギを直接的に求める。
【００２２】
その加速エネルギ計測部では、例えば、温度測定用部材にイオンビームを照射し、その温度測定用部材の温度が測定される。或いは、イオンビームによりターゲットをスパッタし、ターゲットの構成材料よりなる膜の積層膜を形成した後、最上層の膜が形成される前と後での積層膜の電気的特性、例えば抵抗値の変化量を測定する。
【００２３】
そのように測定された抵抗値の変化量や温度はイオンビームの加速エネルギを反映しているため、加速エネルギの値を推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、イオンビームの加速エネルギを直接的に推定するので、イオン注入装置の故障によって加速エネルギが誤って表示されている場合等でも、実際の加速エネルギを確認することができ、不適切な加速エネルギでイオン注入を行ってしまう危険性を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の概略図である。
【００２７】
このイオン注入装置１は、イオンビーム２０を生成するイオン源５を備える。イオン源５は、例えばECR(Electron Cyclotron Resonance)放電によってプラズマを生成するプラズマ生成部２と、そこから電界の作用でイオンビーム２０を引き出す引き出し電極４とを備えており、これら引き出し電極４とプラズマ生成部２との間には、直流の引き出し電源３により引き出し電圧VEが印加される。
【００２８】
プラズマ生成部２には、目的とするイオンを生成するためのガスや材料が収容される。例えば、p型不純物であるボロンをイオン注入するときには、フッ化ホウ素（BF3）ガス又はジボラン（B2H6）ガスがプラズマ生成部２に収容される。
【００２９】
更に、このイオン注入装置１は、磁界の作用によってイオンビーム２０の中から特定の質量数のイオン種のみを選択するための質量分析マグネット６を備える。
【００３０】
その質量分析マグネット６を通ったイオンビーム２０は、加速部９に入り、所定の加速電圧で加速される。
【００３１】
加速部９は、多段の電極８を有しており、両端の電極８の間には加速電源７により加速電圧VAが印加される。イオンビーム２０は、その加速電圧VAによって加速され、加速部９を出ることになる。
【００３２】
加速部９の後段には、複数枚の半導体基板Wを外周縁に沿って保持し、かつモータ１９によって回転可能な基板支持部１８が設けられる。基板支持部１８が回転することで、複数枚の半導体基板Wがイオンビーム２０に曝され、各半導体基板Wに対して一括してイオン注入を行うバッチ処理が可能となる。
【００３３】
また、基板支持部１８はリードネジ１６と接続されており、モータ１７によりそのリードネジ１６を回転することにより、基板支持部１８が鉛直方向Aに昇降可能となっている。イオンビーム２０の直径は半導体基板Wのそれよりも小さいが、モータ１９による回転運動と共に基板支持部１８を昇降させることで、各半導体基板Wの全面に一様にイオンビーム２０を照射することができる。
【００３４】
基板支持部１８の回転速度や上下方向への移動量は、制御部１５から出力される制御信号D1、D2によってコントロールされる。
【００３５】
なお、イオン注入を行う前と後においては、基板支持部１８は開口１８ａを下にして停止し、開口１８ａにイオンビーム２０を通すことで半導体基板Wに不要なイオン注入が行われるのが防止される。
【００３６】
ところで、このようなイオン注入装置では、加速電圧VAとして制御部１５に表示された電圧でイオンビーム２０が加速されるとは限らない。例えば、装置の故障や誤差によって加速電圧VAとは異なる電圧でイオンビーム２０が加速される恐れがある。
【００３７】
そこで、本実施形態では、加速部９と基板支持部１８との間に、そのイオンビーム２０の加速エネルギを直接的に計測する加速エネルギ計測部１０を設ける。
【００３８】
その加速エネルギ計測部１０は、鉄板等よりなる温度測定用部材１４と、その温度測定用部材１４の温度を非接触で測定する温度計１３が設けられる。温度計１３としては例えば赤外線センサを用いることができる。
【００３９】
また、温度測定用部材１４は、リードネジ１２に接続されており、モータ１１によってそのリードネジ１２を回転させることで、鉛直方向Bに昇降可能となっている。温度測定用部材１４の鉛直方向の移動量は、制御部１５から出力される制御信号D3により制御される。
【００４０】
また、温度計１３による温度の測定結果は、温度信号D4として制御部１５に出力される。
【００４１】
次に、このような加速エネルギ計測部１０を用いたイオンビーム２０の加速エネルギの測定方法について説明する。
【００４２】
図２は、本実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するための図であって、加速エネルギ計測部１０の近傍の拡大図に相当する。
【００４３】
また、図３は、そのイオンビーム計測方法について説明するためのフローチャートである。
【００４４】
図３の最初のステップS1では、まず、回転していない状態の基板支持部１８（図１参照）の開口１８ａにイオンビーム２０を通す。
【００４５】
次いで、図２に示すように、モータ１１とリードネジ１２によって温度測定用部材１４を下方に移動し、温度測定用部材１４にイオンビーム２０を照射する。イオンビーム２０が照射された温度測定用部材１４は、イオンビーム２０の衝突エネルギによって、その温度が上昇する。
【００４６】
そして、照射して数秒が経過した後、温度測定用部材１４の温度が飽和状態になったタイミングで、温度計１３により温度測定用部材１４の温度を測定する。
【００４７】
次に、ステップS2に移る。
【００４８】
本ステップでは、図４に示すような加速エネルギ−温度テーブルを参照する。そして、ステップS1で測定した温度に対応する加速エネルギを求め、その加速エネルギをイオンビーム２０が有しているものと推定する。
【００４９】
例えば、ステップS1で測定した温度がT1の場合は、該温度T1に対応する加速エネルギE1をイオンビーム２０が有していると推定する。
【００５０】
この加速エネルギ−温度テーブルは、イオン注入装置１を用いて予め作成されるものであり、制御部１５が備える記憶部１５ａに格納されている。そのテーブルを作成するにあたっては、様々な加速電圧VAでイオンビーム２０を加速する。そして、各加速電圧VAにおける温度測定用部材１４の温度を、その加速電圧VAに対応した加速エネルギでイオンビーム２０を照射したときの部材１４の温度としてプロットする。
【００５１】
次に、ステップS3に移り、ステップS2により推定された加速エネルギの値が、所定の濃度プロファイルを持ったウェル等の不純物拡散層を形成するのに必要な設計値からずれているかどうかを判断する。
【００５２】
そして、ずれていている（ＹＥＳ）と判断された場合には、ステップS4に移行し、加速電圧VAを調節して再びステップS1、S2を行うことにより、イオンビーム２０の加速エネルギを設計値に近づける。
【００５３】
これに対し、ステップS3においてずれていない（ＮＯ）と判断された場合には、イオンビーム２０の加速エネルギが設計値であるとみなされるので、本実施形態に係るイオンビーム計測方法の主要ステップを終了する。
【００５４】
この後は、イオンビーム２０の加速エネルギやドーズ量を変更せずにそのままの状態に維持しながら、リードネジ１２とモータ１１により温度測定用部材１４を上方に引き上げ、イオンビーム２０に曝されない位置に温度測定用部材１４を退避させる。そして、基板支持部１８を回転させることにより、各基板Wに対するイオン注入を開始する。
【００５５】
以上説明した本実施形態によれば、図２を参照して説明したように、鉄板等の温度測定用部材１４にイオンビーム２０を照射し、それにより加熱された温度測定用部材１４の温度からイオンビーム２０の加速エネルギを推定する。これによれば、イオンビーム２０の加速エネルギが直接的に計測されるので、例えば装置１の故障によって加速電圧VAの表示が実際の値からずれていることを発見することができる。したがって、ウェル等の不純物拡散領域を形成するのに不適当な加速エネルギでイオン注入が行われるのを未然に防ぐことができると共に、計測結果に基づいて加速エネルギを調節することで、不純物濃度のプロファイルを設計値に近づけることが可能となり、半導体装置の歩留まり低下を抑制することができるようになる。
【００５６】
しかも、温度測定用部材１４に非接触でその温度を計測することが可能な非接触式の温度計を温度計１３として用いるので、温度計１３がイオンビーム２０によってダメージを受けるのを防止できる。
【００５７】
但し、そのダメージが問題にならない場合は、温度測定用部材１４に接触することでその温度を測定する接触式の温度計を温度計１３として用いても良い。そのような接触式の温度計としては、例えば熱電対がある。
【００５８】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００５９】
図５は、本実施形態で使用される加速エネルギ計測部１０の構成図である。
【００６０】
本実施形態では、図５に示されるように、セラミック等の絶縁体よりなる抵抗測定用部材３０と、アルミニウム等の導電性材料よりなるターゲット３１とを有する。
【００６１】
抵抗測定用部材３０は、イオンビーム２０の上流側が開口された容器状となっており、その底部３０ａにターゲット３１が固着される。そして、抵抗測定用部材３０の内側側面３０ｂには２つの導電性ピン３２が間隔をおいて設けられ、各導電性ピン３２には抵抗計３３が接続されている。
【００６２】
また、抵抗測定用部材３０には第１実施形態で説明したモータ１１とリードネジ１２が接続されており、モータ１１の回転運動によって抵抗測定部材３０が昇降可能となっている。
【００６３】
次に、このような加速エネルギ計測部１０を用いたイオンビーム２０の加速エネルギの測定方法について説明する。
【００６４】
図６は、本実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するための図であって、加速エネルギ計測部１０の近傍の拡大断面図に相当する。
【００６５】
また、図７は、このイオンビーム計測方法について説明するためのフローチャートである。
【００６６】
最初のステップP1では、まず、回転していない状態の基板支持部１８（図１参照）の開口１８ａにイオンビーム２０を通す。
【００６７】
次いで、図６に示すように、モータ１１とリードネジ１２によって抵抗測定用部材３０を下方に移動し、ターゲット３１にイオンビーム２０を照射する。
【００６８】
イオンビーム２０が照射された部分のターゲット３１では、ターゲット３１の構成材料であるアルミニウムがイオンビーム２０によって飛散し、そのアルミニウムが内側側面３０ｂに堆積する。
【００６９】
図６の点線円内に示すように、内側側面３０ｂには、これより以前におけるイオンビーム２０の照射によって堆積したアルミニウムよりなる膜４０ａ〜４０ｃの積層膜４０が形成されている。そして、今回のイオンビーム２０の照射によって、その積層膜４０の最上層にアルミニウムよりなる膜４０ｄが新たに形成される。
【００７０】
そして、所定時間、例えば６０秒間だけこの状態を維持して膜４０ｄの形成を行った後、リードネジ１２とモータ１１により抵抗測定用部材３０を上方に引き上げ、イオンビーム２０に曝されない位置に抵抗測定用部材３０を退避させる。
【００７１】
次に、ステップP2に移行する。
【００７２】
本ステップでは、抵抗計３３を用いることにより、最上層の膜４０ｄを形成する前と後での２つの導電性ピン３２の間の積層膜４０の抵抗値の変化量ΔRを測定する。すなわち、最上層の膜４０ｄを形成する前における積層膜４０の抵抗値がR1であり、膜４０ｄを形成した後における積層膜４０の抵抗値がR2である場合、これらの差R1−R2を変化量ΔRとして求める。
【００７３】
続いて、ステップP3に移り、図８に示すような加速エネルギ−抵抗変化量テーブルを参照することにより、ステップP2で求めた変化量ΔRに対応する加速エネルギを求め、その加速エネルギをイオンビーム２０が有しているものと推定する。
【００７４】
例えば、ステップP2で測定した変化量がΔR2の場合は、該変化量ΔR2に対応する加速エネルギE2をイオンビーム２０が有していると推定する。
【００７５】
この加速エネルギ−抵抗変化量テーブルは、加速電圧VAを変えてイオンビーム２０をターゲット３１に複数回照射し、その照射が終わる度に積層膜４０の抵抗値の変化量を求め、その変化量を加速電圧VAに応じた加速エネルギと対応させてプロットすることにより予め作成されるものであり、制御部１５が備える記憶部１５ａに格納される。
【００７６】
加速エネルギが大きいとそれだけ多くのアルミニウムがターゲット３０から飛散するので、飛散したアルミニウムよりなる膜４０ｄの膜厚も増大する。また、導電体である積層膜４０は、新たに形成される膜４０ｄの膜厚が厚いほど、各導電性ピン３２の間での抵抗値が低減する。従って、加速エネルギと抵抗値の変化量ΔRとの間には相関があり、本実施形態のような加速エネルギの推定が可能となる。
【００７７】
このような推定は、積層膜４０の抵抗値の変化量を用いたものに限定されない。例えば、最上層の膜４０ｄを形成する前と後における積層膜４０の他の電気的特性の変化量、例えば２つの導電性ピン３２の間を流れる電流の変化量や、該導電性ピン３２間の電位差の変化量に基づいて、加速エネルギの推定を行ってもよい。
【００７８】
次に、ステップP4に移り、ステップP3により推定された加速エネルギの値が、所定の濃度プロファイルを持ったウェル等の不純物拡散層を形成するのに必要な設計値からずれているかどうかを判断する。
【００７９】
そして、ずれていている（ＹＥＳ）と判断された場合には、ステップP5に移行し、加速電圧VAを調節して再びステップP1〜P3を行うことにより、イオンビーム２０の加速エネルギを設計値に近づける。
【００８０】
これに対し、ステップP4においてずれていない（ＮＯ）と判断された場合には、イオンビーム２０の加速エネルギが設計値であるとみなされるので、本実施形態に係るイオンビーム計測方法の主要ステップを終了する。
【００８１】
この後は、イオンビーム２０の加速エネルギやドーズ量を変更せずにそのままの状態に維持しながら、基板支持部１８を回転させることにより、各基板Wに対するイオン注入を開始する。
【００８２】
以上説明した本実施形態によれば、図６を参照して説明したように、イオンビーム２０でターゲット３０をスパッタすることにより、ターゲット３０の構成材料よりなる抵抗測定用膜４０ｄを新たに形成し、その抵抗測定用膜４０ｄが形成された積層膜４０の抵抗値がイオンビーム２０の加速エネルギに依存することを利用して、その加速エネルギを推定する。このように加速エネルギを直接的に計測することで、適切な加速エネルギでイオン注入を行うことができるようになるので、不純物濃度のプロファイルを設計値に近づけることが可能となり、半導体装置の歩留まり低下を抑制することができるようになる。
【００８３】
（３）第３実施形態
本実施形態では、第１、第２実施形態で説明したイオンビーム計測方法を半導体装置の製造工程に適用する。
【００８４】
図９及び図１０は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【００８５】
最初に、図９（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００８６】
まず、p型シリコン（半導体）基板５０に素子分離用の溝を形成し、その溝に素子分離絶縁膜５１として酸化シリコン(SiO2)膜をCVD法により埋め込む。このような素子分離構造はSTI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれるが、これに代えてLOCOS(Local Oxidation of Silicon)を採用してもよい。
【００８７】
次いで、シリコン基板５０の表面を熱酸化することにより熱酸化膜５２を形成する。
【００８８】
その後に、熱酸化膜５２の全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像してレジストパターン５３を形成する。
【００８９】
次に、図９（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００９０】
まず、シリコン基板５０をイオン注入装置１の基板支持部１８にセットする。そして、第１実施形態（図３）又は第２実施形態（図７）に従って、ボロンイオンよりなるイオンビーム２０の加速エネルギを推定し、その値がウェルを形成するのに必要な加速エネルギの設計値、例えば３００KeVに近づくように加速電圧VAを調節する。そして、基板支持部１８を回転させることにより、シリコン基板１に対するボロンのイオン注入を行う。
【００９１】
これにより、図９（ｂ）に示すように、レジストパターン５３がマスクとなってボロンがシリコン基板５０にイオン注入され、設計値に近い不純物濃度のプロファイルを持ったpウェル５５が形成される。なお、そのイオン注入におけるドーズ量は特に限定されないが、本実施形態では３×１０13cm-2とする。また、熱酸化膜５２は、このイオン注入におけるスルー膜として機能する。
【００９２】
このようなイオンビームの加速エネルギの推定は、一ロット（２５枚）の最初の基板に対してイオン注入をする前に行えばよく、全ての基板に対して行う必要はない。
【００９３】
この後に、シリコン基板５０をイオン注入装置１から取り出し、レジストパターン５３を除去する。
【００９４】
次に、図９（ｃ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００９５】
まず、ウエットエッチングにより熱酸化膜５２を除去した後、再びシリコン基板５０の表面を熱酸化することにより、熱酸化膜よりなるゲート絶縁膜５７を厚さ約７nmに形成する。
【００９６】
次いで、ゲート絶縁膜５７の上に、CVD法によりポリシリコン膜を形成する。そして、フォトリソグラフィとエッチングによりそのポリシリコン膜をパターニングし、ゲート電極５８を形成する。
【００９７】
続いて、図１０（ａ）に示すように、ゲート電極５８をマスクにしながらシリコン基板５０にn型不純物としてAs+をイオン注入することにより、ゲート電極５８とセルフアライン的にn型ソース／ドレインエクステンション６０を形成する。
【００９８】
pウェル５５の形成工程（図９（ｂ））と同様に、このn型ソース／ドレインエクステンション６０もイオン注入装置１（図１参照）を用いて形成される。そして、第１実施形態又は第２実施形態で説明したイオンビーム計測方法を用いることで、イオンビームの加速エネルギを設計値である１０KeVに近づけることが可能となり、設計通りの不純物濃度プロファイルを有するn型ソース／ドレインエクステンション６０を得ることができる。
【００９９】
なお、このイオン注入時のドーズ量は特に限定されないが、例えば６×１０15cm-2とされる。
【０１００】
次に、図１０（ｂ）に示すように、シリコン基板５０の上側全面にCVD法により酸化シリコン膜を形成し、その酸化シリコン膜をエッチバックしてゲート電極５８の横に絶縁性サイドウォール６１として残す。
【０１０１】
続いて、図１０（ｃ）に示すように、ゲート電極５８をマスクにしてシリコン基板５０にn型不純物、例えばP+をイオン注入して、ゲート電極５８の横にn型ソース／ドレイン領域６２を形成する。
【０１０２】
このイオン注入を行うにあたっては、第１、第２実施形態で説明したイオンビーム計測方法でイオンビームの加速エネルギを確認し、その確認結果に基づいて加速エネルギを調節するのが好ましい。その加速エネルギは例えば１５KeVであり、ドーズ量は２×１０15cm-2である。これにより、設計値に近い不純物濃度のプロファイルを有するn型ソース／ドレイン領域６２を形成することが可能となる。
【０１０３】
ここまでの工程により、ゲート絶縁膜５７、ゲート電極５８、及びn型ソース／ドレイン領域６２等で構成されるMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタTRの基本構造が完成した。
【０１０４】
この後は、層間絶縁膜や金属配線の形成工程に移るが、その詳細については省略する。
【０１０５】
以上説明した本実施形態によれば、図９（ｂ）の工程でイオン注入によりpウェル５５を形成するときに、第１実施形態又は第２実施形態で説明したイオンビーム計測方法を用い、イオンビームの加速エネルギを直接的に確認する。
【０１０６】
pウェル５５は基板深部に形成されるため、それを形成するときのイオンビームの加速エネルギは、ソース／ドレイン領域６２等の他の不純物拡散領域を形成する場合と比較して高い値に設定される。イオンビームの加速エネルギは、このように高い値に設定されるほどばらつき易くなるので、上記のようにしてその値を直接的に確認することで、pウェル５５の不純物濃度プロファイルが設計よりも外れるのが防止され、トランジスタTRの電気的特性を設計値に近づけることが可能となる。
【０１０７】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本実施形態は上記各実施形態に限定されない。
【０１０８】
例えば、図１で示したイオン注入装置１はバッチ式であるが、枚葉式のイオン注入装置にも本発明を適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するためのフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態で使用される加速エネルギ−温度テーブルの模式図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態で使用される加速エネルギ計測部の構成図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係るイオンビーム計測方法について説明するためのフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態で使用される加速エネルギ−抵抗変化量テーブルの模式図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【符号の説明】
【０１１０】
１…イオン注入装置、２…プラズマ生成部、３…引き出し電源、４…引き出し電極、５…イオン源、６…質量分析マグネット、７…加速電源、８…電極、９…加速部、１０…加速エネルギ計測部、１１…モータ、１２…リードネジ、１３…温度計、１４…温度測定用部材、１５…制御部、１６…リードネジ、１７…モータ、１８…基板支持部、１８ａ…開口、１９…モータ、２０…イオンビーム、３０…抵抗測定用部材、３１…ターゲット、３２…導電性ピン、４０…積層膜、４０ａ〜４０ｄ…抵抗測定用膜、５０…シリコン基板、５１…素子分離絶縁膜、５２…熱酸化膜、５３…レジストパターン、５５…pウェル、５７…ゲート絶縁膜、５８…ゲート電極、６０…n型ソース／ドレインエクステンション、６１…絶縁性サイドウォール、６２…n型ソース／ドレイン領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度測定用部材にイオンビームを照射した状態で該温度測定用部材の温度を測定するステップと、
前記温度から前記イオンビームの加速エネルギを推定するステップと、
を有することを特徴とするイオンビーム計測方法。
【請求項２】
前記加速エネルギを推定するステップは、加速エネルギと前記温度検出用部材の温度との関係を示すテーブルを参照して行われることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム計測方法。
【請求項３】
ターゲットにイオンビームを照射することにより該ターゲットの構成材料を飛散させ、飛散した該構成材料よりなる膜の積層膜を形成するステップと、
最上層の前記膜を形成する前と後での前記積層膜の電気的特性の変化量を測定するステップと、
前記電気的特性の変化量から、前記イオンビームの加速エネルギを推定するステップと、
を有することを特徴とするイオンビーム計測方法。
【請求項４】
前記加速エネルギを推定するステップは、前記抵抗値の変化量と加速エネルギとの関係を示すテーブルを参照して行われることを特徴とする請求項３に記載のイオンビーム計測方法。
【請求項５】
加速エネルギ測定部をイオンビームに曝し、該イオンビームの加速エネルギを推定するステップと、
前記加速エネルギが設計値からずれている場合、イオン注入装置の加速電圧を調節して前記加速エネルギを前記設計値に近づけるステップと、
前記設計値に近づけた後の前記イオンビームを用いて、半導体基板に不純物をイオン注入するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記加速エネルギを推定するステップは、前記イオンビームに曝された温度測定用部材の温度に基づいて、前記加速エネルギを推定することにより行われることを特徴とする付記請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記加速エネルギを推定するステップは、前記イオンビームの照射によって飛散したターゲットの構成材料よりなる膜の積層膜の抵抗値が、最上層の前記膜が形成される前と後でどの程度変化するかを測定し、該抵抗値の変化量から前記加速エネルギを推定することにより行われることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
イオンビームを生成するイオン源と、
前記イオンビームを加速する加速部と、
前記加速部を出た前記イオンビームに曝される位置に移動して該イオンビームの加速エネルギを推定する加速エネルギ計測部と、
前記イオンビームに曝される位置で基板を支持する基板支持部と、
を有することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１】
温度測定用部材にイオンビームを照射した状態で該温度測定用部材の温度を測定するステップと、
前記温度から前記イオンビームの加速エネルギを推定するステップと、
を有することを特徴とするイオンビーム計測方法。
【請求項２】
前記加速エネルギを推定するステップは、加速エネルギと前記温度検出用部材の温度との関係を示すテーブルを参照して行われることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム計測方法。
【請求項３】
ターゲットにイオンビームを照射することにより該ターゲットの構成材料を飛散させ、飛散した該構成材料よりなる膜の積層膜を形成するステップと、
最上層の前記膜を形成する前と後での前記積層膜の電気的特性の変化量を測定するステップと、
前記電気的特性の変化量から、前記イオンビームの加速エネルギを推定するステップと、
を有することを特徴とするイオンビーム計測方法。
【請求項４】
前記加速エネルギを推定するステップは、前記抵抗値の変化量と加速エネルギとの関係を示すテーブルを参照して行われることを特徴とする請求項３に記載のイオンビーム計測方法。
【請求項５】
加速エネルギ測定部をイオンビームに曝し、該イオンビームの加速エネルギを推定するステップと、
前記加速エネルギが設計値からずれている場合、イオン注入装置の加速電圧を調節して前記加速エネルギを前記設計値に近づけるステップと、
前記設計値に近づけた後の前記イオンビームを用いて、半導体基板に不純物をイオン注入するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記加速エネルギを推定するステップは、前記イオンビームに曝された温度測定用部材の温度に基づいて、前記加速エネルギを推定することにより行われることを特徴とする付記請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記加速エネルギを推定するステップは、前記イオンビームの照射によって飛散したターゲットの構成材料よりなる膜の積層膜の抵抗値が、最上層の前記膜が形成される前と後でどの程度変化するかを測定し、該抵抗値の変化量から前記加速エネルギを推定することにより行われることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
イオンビームを生成するイオン源と、
前記イオンビームを加速する加速部と、
前記加速部を出た前記イオンビームに曝される位置に移動して該イオンビームの加速エネルギを推定する加速エネルギ計測部と、
前記イオンビームに曝される位置で基板を支持する基板支持部と、
を有することを特徴とするイオン注入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−４８８５５（Ｐ２００９−４８８５５Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１３５０２（Ｐ２００７−２１３５０２）
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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