イオン注入装置、イオン注入方法及び半導体装置の製造方法
【課題】イオンビームの発散角やビームの傾きが変化しても、イオン注入量を高精度で制御するイオン注入装置、イオン注入方法、及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】イオン源部と、加減速部と、イオンビーム遮断部と、イオンビームの発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定する測定部と、基板を保持する基板保持部と、制御部と、を備え、制御部は、測定部により測定された発散角とビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正して、イオン源部、加減速部、イオンビーム遮断部及び基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御することを特徴とするイオン注入装置、イオン注入方法、半導体装置の製造方法。
【解決手段】イオン源部と、加減速部と、イオンビーム遮断部と、イオンビームの発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定する測定部と、基板を保持する基板保持部と、制御部と、を備え、制御部は、測定部により測定された発散角とビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正して、イオン源部、加減速部、イオンビーム遮断部及び基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御することを特徴とするイオン注入装置、イオン注入方法、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、イオン注入装置、イオン注入方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体層などに不純物をドーピングするために、イオン注入が行われる。このためのイオン注入装置においては、イオン源で発生させたイオンビームを真空容器の中で輸送し、ターゲットである半導体基板などに照射する。真空容器内でのイオンビームの輸送距離は数十センチメートルから十数メートルとなり、真空容器内で効率よくイオンビームを輸送するために、磁場や電場によりイオンビーム軌道の偏向やイオンビームの形状の整形が行われるが、正電荷粒子の集まりであるイオンビームは、お互いの反発力により一定の発散角を持つことは避けられない。このため、イオンビームは一定の発散角を持つ。そして、半導体基板へのイオンビームの注入角のずれ、すなわちビームの傾きが生じることがある。このイオンビームの発散角やビームの傾きの変動は、半導体基板のイオン注入状態に影響を与えるため、発散角やビームの傾きは、高い精度で制御されることが必要である。
【０００３】
ビームの傾きに関しては、ビームの傾きをモニターし、ビームの傾きを調整・修正する、または、イオンビームに対する半導体基板の相対角度を補正することにより、このビームの傾きに起因した半導体基板へのイオン注入角のずれを実質的に補正できる可能性がある。
【０００４】
一方、イオンビームの発散角に関しても、発散角をモニターし、発散角を制御することが提案されている（特許文献１）。しかし、その制御の精度には限界があり、実用的には不十分な場合もある。また、発散角に関しては、イオンビームと半導体基板の相対角度を調整することにより、半導体基板へのイオン注入状態を補正することはできない。
【特許文献１】特開２００５−３５３５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、イオンビームの発散角やビームの傾きを高い精度で制御することを必要とせず、発散角及びビームの傾きが変化しても、半導体基板へのイオン注入状態を高い精度で制御することができるイオン注入装置、イオン注入方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、イオンを生成するイオン源部と、前記イオンを加速し、イオンビームを生成する加減速部と、前記イオンビームを遮断するイオンビーム遮断部と、前記イオンビームの、発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定する測定部と、前記イオンビームが照射される基板を保持する基板保持部と、前記イオン源部、前記加減速部、前記イオンビーム遮断部及び前記基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記測定部により測定された、前記発散角と前記ビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、前記基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正して、前記イオン源部、前記加減速部、前記イオンビーム遮断部及び前記基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御することを特徴とするイオン注入装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の別の一態様によれば、イオンビームを発生し、前記イオンビームの、発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定し、前記発散角と前記ビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正し、前記補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行うことを特徴とするイオン注入方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の別の一態様によれば、半導体基板の上に段差を形成し、前記段差の底面及び側壁の少なくともいずれかに請求項３または４に記載のイオン注入方法によりイオン注入処理を行うことを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、イオンビームの発散角やビームの傾きを高い精度で制御することを必要とせず、発散角及びビームの傾きが変化しても、半導体基板へのイオン注入状態を高い精度で制御することができるイオン注入装置、イオン注入方法、及び半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の構造を示す模式図である。
図１に表されるように、イオン注入装置１００は、イオン源部１０２、加減速部１０４、スリット１０８、イオンビーム遮断部１０３、基板保持部１１２、測定部１１４、及び、これらの動作を制御する制御部１１６を備えている。イオン源部１０２で生成されたイオンは、加減速部１０４により、目的とするイオンが選択的に取り出され、所定のエネルギーまで加速される共に、その軌道が整形され、イオンビーム１０６となる。イオンビーム１０６は、スリット１０８を通り、基板保持部１１２に保持された半導体基板１１０に照射される。この際、イオンビーム１０６は、イオンビーム遮断部１０３によって遮断及び通過される。イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きは、測定部１１４によって測定される。制御部１１６は、測定された発散角とビームの傾きの値に基づいて、半導体基板へのイオン注入量が所定（所望）の範囲内に管理されるように、イオン源部１０２、加減速部１０４、イオンビーム遮断部１０３及び基板保持部１１２のうちの少なくとも１つの動作を制御する。
また、図１に表されたように、イオンビーム走査部１０９を設け、イオンビーム１０６のビームの方向を変える構成とすることもできる。
なお、本図では、加減速部１０４の後にスリット１０８、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３の順に配置された例を示しているが、これに制限されず、加減速部１０４、スリット１０８、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３の配置の順番は任意である。例えば、スリット１０８の後に加減速部１０４があってもよく、また、イオンビーム走査部１０９とイオンビーム遮断部１０３がスリット１０８の前であってもよく、さらに、イオンビーム遮断部１０３がイオン源部１０２の直後にあっても良い。
また、イオンビーム走査部１０９と基板保持部１１２の少なくともいずれかによって、イオンビーム１０６と基板１１０の相対的位置を変え、基板１１０の所定面にイオンビーム１０６が照射される。この相対的位置を変える方法は、例えば、イオンビーム１０６を固定しておき基板１１０の位置を変化させる方法がある（この場合、基板１１０の位置は、基板保持部１１２によって変えられる）。この他、基板１１０を固定しておきイオンビーム１０６の基板上での照射位置を変化させる方法、さらには、イオンビーム１０６と基板１１０の両方の位置を変化させる方法のいずれとしてもよい。従って、図１においては、イオンビーム走査部１０９が設けられ、イオンビーム１０６のビームの方向を変える構成を例示しているが、これに限らない。従って、本願明細書において、イオンビーム１０６と基板１１０との相対的位置を変える際の、相対的位置の変化速度、相対的位置の変化回数、及び、相対的位置の変化方向は、基板保持部１１２及びイオンビーム走査部１０９の少なくともいずれかによって制御される。
図１では、イオンビーム走査部１０９が独立して設けられている構成が例示されているが、イオンビーム走査部１０９は独立して設けられていなくても良く、基板保持部１１２がイオンビーム走査部１０９を兼用していても良い。
なお、イオンビーム１０６と基板１１０との相対的位置を変化させることを走査と言うこととする。
【００１１】
ここで、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きについて説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は、イオンビーム１０６の各種の形状を表した模式図である。
図２（ａ）に表されるように、イオンビーム１０６ａは、スリット１０８を通った後、半導体基板１１０の法線に対して垂直に、小さいビーム径で、半導体基板１１０に照射されている。すなわち、イオンビーム１０６ａは、発散角が小さく、ビームの傾きがない（小さい）。
一方、図２（ｂ）に表されるように、イオンビーム１０６ｂは、スリット１０８を通った後、半導体基板１１０の法線に対して垂直ではあるが、大きいビーム径で、半導体基板１１０に照射されている。すなわち、イオンビーム１０６ｂは、発散角が大きく、ビームの傾きが小さい。
また、図２（ｃ）に表されるように、イオンビーム１０６ｃは、スリット１０８を通った後、半導体基板１１０の法線に対して斜めに、小さいビーム径で、半導体基板１１０に照射されている。すなわち、イオンビーム１０６ｃは、発散角が小さく、ビームの傾きが大きい。
【００１２】
イオンビーム１０６は、電荷の集まりであり、互いに反発し合う状態で輸送されるため、自ずから発散する性質を持っている。これをある形状のビームに整形するが、その制御は容易ではない。例えば、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きは、装置の起動時と安定時の差による変動や、経時変化、イオン発生条件、加減速部の電極形状／電位配置の変化などにより種々変動してしまうのが実情である。
【００１３】
次に、これら各種の形状のイオンビーム１０６ａ〜１０６ｃが、半導体基板１１０に入射する状態を説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は、各種の形状のイオンビーム１０６ａ〜１０６ｃが、半導体基板１１０に照射される状態を示す模式図である。これらの図は、半導体基板１１０上にゲート電極２０２が形成されており、ゲート電極２０２をマスクにして、半導体基板１１０上にイオンビーム１０６ａ〜１０６ｃを照射し、ソース領域とドレイン領域となるイオン注入領域２０４を形成する場合を例示している。なお、説明を簡略にするために、その他の部分に関しては省略されている。また、イオンビーム１０６のビームの直径は、例えば数ミリメートルから数十ミリメートであり、一方、ゲート電極２０２の幅は、例えば数マイクロメートル以下のオーダーである。従って、図３（ａ）〜（ｃ）は、これらの大きさ関係の実態を表したものではなく、説明のために大きさ関係を変形させて描かれている。
【００１４】
図３（ａ）に表されるように、発散角とビームの傾きが共に小さいイオンビーム１０６ａが、半導体基板１１０にほぼ垂直に照射される場合、イオンビーム１０６ａは、ゲート電極２０２の側壁に照射される部分は少なく、その多くは、イオン注入領域２０４に照射される。
【００１５】
一方、図３（ｂ）に表されるように、発散角が大きいがビームの垂直方向（半導体基板の主面に対して）からの傾きが小さいイオンビーム１０６ｂが、半導体基板１１０に照射される場合、イオンビーム１０６ｂは、ゲート電極２０２の側壁に照射される部分が大きくなり、イオン注入領域２０４に注入されるイオンの量は、図３（ａ）に表された場合に比べ、実効的に少なくなる。
【００１６】
一方、図３（ｃ）に表されるように、発散角は小さいがビームの垂直方向からの傾きが大きいイオンビーム１０６ｃが、半導体基板１１０に照射される場合、イオンビーム１０６ｃは半導体基板１１０に対して斜め方向から照射される。この場合、イオンビーム１０６ｃは、ゲート電極２０２によって遮蔽される部分が大きくなり、イオン注入領域２０４に注入されるイオンの量は、やはり、図３（ａ）に表された場合に比べて、実効的に少なくなる。
【００１７】
このように、イオンビーム１０６の発散角やビームの傾きが大きくなると、半導体基板１１０上の所定のイオン注入領域２０４に注入されるイオンの量が減少し、結果として半導体装置の特性を変化させ、問題となる。この問題は、上記のように、半導体基板１１０の上にイオンを遮蔽するゲート電極２０２のような段差があり、この段差の底面（下側部分）にイオン注入する際に問題となる。さらには、半導体基板１１０上にトレンチ構造のような段差があり、この段差の底面にイオン注入する際にも問題となる。
【００１８】
図３（ｃ）に表された、ビームの傾きが大きい場合は、イオンビーム１０６ｃに対する半導体基板１１０の相対角度を調整し、イオンビーム１０６ｃが半導体基板１１０に垂直に照射されるようにして、補正できる可能性がある。しかしながら、図３（ｂ）に示したように、発散角が大きい場合は、イオンビーム１０６ｂに対する半導体基板１１０の相対角度の調整は、効果がない。
【００１９】
本発明の第１の実施形態においては、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、測定された発散角とビームの傾きの値に基づいて、半導体基板１１０へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン源部１０２、加減速部１０４、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３、基板保持部１１２のうちの少なくとも１つの動作を制御する。例えば、イオン源部１０２で発生するイオンの量を制御するために、イオン源部１０２のイオン電流を増減することもできる。また、イオンビーム走査部１０９の動作を制御することにより、イオンビーム１０６と基板１１０との相対的位置の変化速度、変化回数、変化方向を変えることができる。具体的には、イオンビーム１０６の走査速度、走査回数、及び走査方向を変えることができる。また、半導体基板１１０を保持する基板保持部１１２の動作を制御することにより、半導体基板１１０のイオンビーム１０６に対する走査速度、走査回数、走査方向、及び回転数を変えることができる。また、イオンビーム遮断部１０３の動作を制御することにより、イオンビーム１０６の照射時間を変えることもできる。さらには、上記のいくつかを組み合わせた制御を行っても良い。また、上記の制御と同時に基板保持部１１２の動作を制御することにより、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の設置角度を変更しながら上記の制御を行っても良い。
【００２０】
これにより、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００２１】
以下、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きの測定に関して説明する。
本発明の第１の実施形態のイオン注入装置は、図１に示したように、イオンビームの形状（強度分布）を測定する測定部１１４を有する。この測定部１１４は、例えば、ファラデーカップをイオンビーム１０６のビーム方向とほぼ垂直な平面内で２次元的に走査させる、または、２次元的に複数個のファラデーカップを並べることなどによって実現できる。あるいは、メッシュ状の導電細線をイオンビーム１０６上に挿入し、イオンビーム強度の２次元分布を測定することもできる。また、導電細線をイオンビーム１０６上を走査することによっても実現できる。さらには、イオンビーム強度を測定するためのセンサーを、基板１１０とほぼ同じ位置に挿入設置し、半導体基板１１０に実際にイオン注入を行う前にイオンビーム強度を測定するなど、イオンビーム強度が２次元的に測定できる各種の方法を利用することができる。なお、イオンビームの強度の測定は、必ずしも２次元的に行う必要はなく、必要によっては１次元でも良い。
【００２２】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオンビームの形状の測定結果を例示する模式図である。
これらの図において、横軸は、半導体基板１１０と平行な平面上にＸ−Ｙ平面をとった場合のＸ軸上の位置を示し、縦軸は、Ｙ軸上の位置を示す。また、Ｘ０及びＹ０はこれらの軸に関する基準点を示し、（Ｘ０，Ｙ０）は、例えば、スリットの開口部の中心とすることができる。また、これらの図に描かれた曲線２５２〜２５６は、イオンビーム１０６の強度の等強度線２５２〜２５６を示している。すなわち、等強度線２５２はイオンビーム１０６の強度が高い（イオン電流が大きい）等強度線であり、等強度線２５６はイオンビーム強度が低い（イオン電流が小さい）等強度線であり、等強度線２５４は、これらの中間の強度の等強度線である。
【００２３】
図４（ａ）は、図３（ａ）に表された、発散角とビームの傾きが共に小さいイオンビーム１０６ａの場合に相当している。すなわち、イオンビーム１０６の等強度線２５２〜２５６は、基準点（Ｘ０，Ｙ０）を中心とし、その等強度線が密である。
図４（ｂ）は、図３（ｂ）に表された、発散角が大きくビームの傾きが小さいイオンビーム１０６ｂの場合に相当している。すなわち、イオンビーム１０６の等強度線２５２〜２５６は、基準点（Ｘ０，Ｙ０）を中心とし、その等強度線の間隔が広がっている。すなわち、イオンビームが広がっている。
図４（ｃ）は、図３（ｃ）に表された、発散角が小さくビームの傾きが大きいイオンビーム１０６ｃの場合に相当している。すなわち、イオンビーム１０６の等強度線２５２〜２５６は、その中心が基準点（Ｘ０，Ｙ０）からずれている。
【００２４】
以下、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを表すパラメータについて説明する。
図５は、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを表すパラメータを示す模式図である。
図５において、横軸と縦軸は、図４と同様に、それぞれＸ軸上及びＹ軸上の位置を示す。また、図４と同様に、等強度線２５２〜２５６は、イオンビーム１０６の２次元的な強度分布を示す等強度線である。
【００２５】
図５において、例えば、等強度線２５６のＸ軸方向の幅ＡｘをＸ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の幅ＡｙをＹ軸方向の発散角Ａｙと定義することができる。
【００２６】
また、等強度線２５２〜２５６の中心点Ｃの基準点（Ｘ０，Ｙ０）からのずれをイオンビーム１０６のビームの傾きと定義することができる。すなわち、Ｘ方向の距離Ｂｘを、Ｘ方向のビームの傾きＢｘとし、またＹ方向の距離Ｂｙを、Ｙ方向のビームの傾きＢｙと定義することができる。
なお、以上のＸ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、ビームの傾きＢｘ、及びＹ方向のビームの傾きＢｙは、それぞれ角度に変換することができ、それを用いても良い。
【００２７】
本発明の第１の実施形態のイオン注入装置においては、これら、Ｘ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、Ｘ方向のビームの傾きＢｘ、Ｙ方向のビームの傾きＢｙに基づいて、半導体基板１１０への実効的なイオン注入量が所定の範囲内になるように、イオン源部１０２、加減速部１０４、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３及び基板保持部１１２のうちの少なくとも１つの動作を制御し、イオン注入の処理条件を制御する。
【００２８】
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の処理条件を例示する図である。
図６（ａ）の横軸は、発散角の測定値を示しており、上記で定義したＡｘやＡｙとすることができる。縦軸は、イオンの注入時間を示す。すなわち、発散角の測定値に基づいて制御部１１６が制御を行う際に用いる、イオン注入時間の設定曲線を示している。図６（ａ）に表されるように、本発明の第１の実施形態においては、発散角が変化するとイオン注入時間を変える。図６（ａ）の例では、発散角が大きくなると注入時間を長くする。すなわち、図３に関して前述したように、発散角が大きいとイオンビーム１０６の径が広がるため、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量が減少する。これを補正するために、本発明の第１の実施形態においては、発散角が大きくなると注入時間を長くする。なお、この注入時間の制御は、図６（ａ）に例示したように連続的に変化させてもよいし、発散角の変化に対して階段状に変化させてもよい。また、図６（ａ）に示すように、発散角がある値を超えるまでは注入時間を一定とし、発散角がある値を超えると注入時間を変化させるようにしてもよく、各種の設定ができる。なお、注入時間の変更は、例えばイオンビーム遮断部１０３の動作を制御することによって実現できる。
【００２９】
また、図６（ｂ）に表されるように、発散角が大きくなると半導体基板の走査速度を低下させることができる。このようにしても、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量を補正して、必要とされる量を注入することができる。なお、半導体基板の走査速度の変更は、例えば基板保持部１１２の動作を制御することによって実現できる。
【００３０】
また、図６（ｃ）に表されるように、発散角が大きくなると、イオン源部１０２のイオン電流を変化させることができる。すなわち、発散角が大きくなった時に、イオン電流を増加することにより、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量を補正して、必要とされる量を注入することができる。
【００３１】
この他、半導体基板１１０の走査回数、走査方向、及び回転数や、イオンビーム１０６の走査速度、走査回数、及び走査方向などを制御する際にも、図６（ａ）〜（ｃ）に例示したものと類似の設定曲線を用いることができる。
【００３２】
上記においては、説明の簡単化のために、発散角が１つの場合について例示して説明したが、実際には、Ｘ方向の発散角ＡｘとＹ方向の発散角Ａｙが測定される。例えば、Ｘ方向の発散角ＡｘとＹ方向の発散角Ａｙの平均値等を発散角の代表値として用い、イオン注入処理を制御することができる。あるいは、Ｘ方向の発散角ＡｘとＹ方向の発散角Ａｙに基づいて、イオンビーム１０６と半導体基板１１０の設置角度関係を変化させることを併用することができる。例えば、イオン注入時間の変更と同時に、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の設置角度を変えても良い。また、イオンビーム１０６の走査方向や、半導体基板１１０の走査方向や回転方向などの２次元特性を変化させることで、より高い精度のイオン注入を実施することができる。
【００３３】
図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の処理条件を例示する図である。
図７（ａ）の横軸は、ビームの傾きの測定値を示しており、上記で定義したＢｘやＢｙとすることができる。縦軸は、イオンの注入時間を示す。すなわち、ビームの傾きの測定値に基づいて制御部１１６が制御する際に用いる、イオン注入時間の設定曲線を示している。図７（ａ）に表されるように、ビームの傾きが大きくなると注入時間を長くする。すなわち、ビームの傾きが大きいとイオンビーム１０６が半導体基板１１０に対して斜め方向から照射されるため、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量が減少する。これを補正するために、本発明の第１の実施形態においては、ビームの傾きが大きくなると注入時間を長くする。この注入時間の制御は、連続的に変化させてもよいし、ビームの傾きの変化に対して階段状に変化させてもよい。また、ビームの傾きがある値を超えるまでは注入時間を一定をし、ビームの傾きがある値を超えると注入時間を変化させるようにしてもよく、各種の設定ができる。
【００３４】
また、図７（ｂ）に表されるように、ビームの傾きが大きくなると半導体基板の走査速度を低下させることができる。このようにしても、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量を補正して、必要とされる量を注入することができる。
【００３５】
また、図７（ｃ）に表されるように、ビームの傾きが大きくなると、イオン源部１０２のイオン電流を変化させることができる。すなわち、発散角が大きくなった時に、イオン電流を増加することにより、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量を補正して、必要とされる量を注入することができる。この他、半導体基板１１０の走査回数、走査方向、及び回転数や、イオンビーム１０６の走査速度、走査回数、及び走査方向などを制御する際にも、図７（ａ）〜（ｃ）に例示したものと類似の設定曲線を用いることができる。
【００３６】
また、上記においては、説明の簡単化のために、ビームの傾きが１つの場合について例示して説明したが、実際には、Ｘ方向のビームの傾きＢｘとＹ方向のビームの傾きＢｙが測定される。例えば、Ｘ方向のビームの傾きＢｘとＹ方向のビームの傾きＢｙの平均値等をビームの傾きの代表値として用い、イオン注入処理を制御することができる。あるいは、Ｘ方向のビームの傾きＢｘとＹ方向のビームの傾きＢｙに基づいて、イオンビーム１０６と半導体基板１１０の設置角度関係を変化させることを併用することができる。例えば、イオン注入時間の変更と同時に、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の設置角度を変えても良い。また、イオンビーム１０６の走査方向や、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の走査方向や回転方向などの２次元特性を変化させることで、より高い精度のイオン注入を実施することができる。
【００３７】
さらに、上記の４つの測定値、すなわち、Ｘ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、Ｘ方向のビームの傾きＢｘ、Ｙ方向のビームの傾きＢｙに基づいて、半導体基板１１０への実効的なイオン注入量が所定の範囲になるように、上記に例示した各種の制御のいくつかを組み合わせた制御により、イオン源部１０２、加減速部１０４、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３及び基板保持部１１２のうちの少なくとも１つの動作を制御することもできる。
このように、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置１００によれば、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００３８】
なお、図５において、等強度線２５２〜２５６は、イオンビームの強度を相対的に示すものである。従って、図５において、最外線の等強度線２５６に基づいて発散角を定義する例を示したが、これに制限されず、発散角の定義には別の等強度線を用いることもできる。さらには、等強度線の絶対値による定義だけではなく、イオンビーム１０６の強度の２次元分布の変化率、あるいは積分値などによって定義することもできる。あるいは、それらを複合させた定義としても良い。
また、等強度線２５２〜２５６の中心点Ｃの定義も各種の方法によることができる。すなわち、イオンビーム強度の２次元分布の内、最大値を与える点を中心点Ｃとすることもできる。また、等強度線２５２〜２５６の内で、中心側（強度が強い）の等強度線２５２のＸ方向の領域とＹ方向の領域の中心点とすることもできる。さらには、所定の強度の等強度線に基づいて定めることもできる。さらには、イオンビーム１０６の強度の２次元分布の変化率、あるいは積分値などによって定義することもできる。あるいは、それらを複合させた定義としても良い。
【００３９】
さらには、発散角とビームの傾きに関して、Ｘ軸方向とＹ軸方向に平行な成分である上記の４つの測定値、すなわち、Ｘ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、Ｘ方向のビームの傾きＢｘ、Ｙ方向のビームの傾きＢｙだけではなく、Ｘ軸方向とＹ軸方向に平行でない成分をさらに用いても良い。
このように、イオンビーム１０６のビームの傾きと発散角は、各種の定義が可能である。
【００４０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るイオン注入方法について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るイオン注入方法を例示するフローチャート図である。
図８に表されるように、第２の実施形態に係るイオン注入方法においては、イオンビームを発生し（Ｓ１０）、そのイオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定する（Ｓ２０）。そして、発散角とビームの傾きの測定値に基づきイオン注入の処理条件を補正する（Ｓ３０）。その補正に基づきイオン注入処理を行う（Ｓ４０）。
【００４１】
Ｓ２０工程における、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きの測定には、すでに説明した手法を用いることができる。また、Ｓ３０工程においては、発散角とビームの傾きの測定結果に基づき、例えば、すでに説明した、Ｘ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、Ｘ方向のビームの傾きＢｘ、Ｙ方向のビームの傾きＢｙを求め、これらに基づき、図６（ａ）〜（ｃ）及び、図７（ａ）〜（ｃ）に関して前述した、イオン注入時の各種処理条件の設定値の補正が行われる。すなわち、イオンの量を制御するために、イオン源部１０２のイオン電流を増減することもできる。また、イオンビーム走査部１０９の動作を制御することにより、イオンビーム１０６と基板１１０との相対的位置の変化速度、変化回数、変化方向を変えることができる。具体的には、イオンビーム１０６の走査速度、走査回数、及び走査方向などを変えることができる。また、半導体基板１１０を保持する基板保持部１１２の動作を制御することにより、半導体基板１１０の走査速度、走査回数、走査方向、及び回転数を変えることができる。また、イオンビーム遮断部１０３の動作を制御することにより、イオンビーム１０６の照射時間を変えることもできる。さらに、上記のいくつかを組み合わせた制御を行っても良い。また、上記の制御と同時に基板保持部１１２の動作を制御することにより、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の設置角度を変更しながら上記の制御を行っても良い。
そして、Ｓ４０工程においては、これらの設定値の補正に基づきイオン注入処理を実施する。
【００４２】
このように、本発明のイオン注入方法によれば、発散角及びビームの傾きが変化しても、半導体基板へのイオン注入状態を高い精度で制御することができる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
（第１の実施例）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る第１の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
【００４４】
図９に表されるように、実施例１の半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、不純物濃度が基板の深さ方向に不均一なチャネル構造を有している。
【００４５】
図９に表されるように、第１の実施例で製造される半導体装置は、半導体基板５１０上にゲート絶縁膜５４２を有し、このゲート絶縁膜５４２上にポリシリコンからなるゲート電極５４３を有している。このゲート電極５４３の側面にはゲート側壁５４４が設けられ、ゲート電極５４３の表面及びソース・ドレイン領域５４８の表面にはサリサイド構造を用いた、金属シリサイド膜５４７が形成されている。
【００４６】
シリコンからなる半導体基板５１０内にはゲート電極５４３をマスクとしてイオン注入及び拡散が行われ、半導体基板５１０の表面にソース・ドレイン・エクステンション領域５４５が形成されている。また、チャネル領域においては、シリコン基板５４１の深さ方向の不純物濃度が不均一となっている。
【００４７】
つまり、図９に表されるように、ソース・ドレイン・エクステンション領域５４５の底面だけでなく側面にもハロー領域５４６が形成されている。このハロー領域５４６は、斜めイオン注入法により作製される。
【００４８】
以下、図９に表された半導体装置の製造方法について説明する。
まず、シリコンからなる半導体基板５１０の表面にウェル、素子分離領域、及びチャネル領域を形成する。次に、半導体基板５１０上に例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなるゲート絶縁膜５４２を形成する。ここで、ゲート絶縁膜５４２はシリコン酸化膜に限定されず、例えば、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＮｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２等でもよい。
次に、ゲート絶縁膜５４２上にポリシリコンを形成する。このポリシリコン上にパターニングされたレジストを形成し、このレジストをマスクとしてポリシリコン及びゲート絶縁膜５４２が除去される。これによって、ゲート電極５４３が形成される。ここで、ゲート電極５４３の材料はポリシリコンに限定されず、例えば、doped Poly、金属、金属シリサイド等を用いてもよい。
次に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により全面に薄膜のシリコン酸化膜が形成され、このシリコン酸化膜上にパターニングされたレジストを形成する。このレジストをマスクとして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によりシリコン酸化膜が除去され、ゲート電極５４３の側面にゲート側壁５４４が形成される。ここで、ゲート側壁５４４の材料は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を用いることができる。
【００４９】
次に、注入角度０°のイオン注入と斜め方向からのハローイオン注入、及びＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）により、半導体基板５１０の表面に、ソース・ドレイン領域５４８、ソース・ドレイン・エクステンション領域５４５、及びハロー領域５４６を形成する。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値に基づき、イオン注入時の各種処理条件の設定値を補正する。その補正に基づきイオン注入処理を行う。
【００５０】
なお、ハローイオン注入では、半導体基板の法線から例えば数十度の角度で行うことができ、また、ハローイオン注入に用いる元素としては、ｎＭＯＳには例えばインジウム（Ｉｎ）等、ｐＭＯＳには例えばアンチモン（Ｓｂ）等を用いることができる。
【００５１】
次に、全面に金属膜を形成し、サリサイド技術により、ソース・ドレイン領域５４８及びゲート電極５４３の表面に金属シリサイド膜が形成される。金属膜の材料は、例えばチタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等があげられる。
その後、コンタクト、配線等が形成され、図９に表される半導体装置が得られる。
【００５２】
このようにして作製された半導体装置は、ソース・ドレイン領域、ソース・ドレイン・エクステンション領域、ハロー領域のイオン注入が、本発明のイオン注入装置及びイオン注入方法によって行われることにより、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００５３】
（第２の実施例）
次に、本発明の第３の実施形態に係る第２の実施例について説明する。
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る第２の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
第２の実施例に係る半導体装置は、ＮＡＮＤ型不揮発性半導体メモリ装置であり、図１０は、１つのセル部分を示している。
【００５４】
ｐ型Ｓｉ基板６６０上に、熱酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）からなるトンネル絶縁膜６６１を介して、ｎ+ 型多結晶Ｓｉ層からなる浮遊ゲート電極６６２が形成されている。浮遊ゲート電極６６２上に、ＨｆＡｌＯｘからなる電極間絶縁膜６６３が形成されている。そして、電極間絶縁膜６６３上にｐ+ 型多結晶Ｓｉからなる制御ゲート電極６６４が形成されている。そして、ｐ型Ｓｉ基板６６０上にトンネル絶縁膜６６１を挟んで、ソース・ドレイン領域６６６が形成されている。
【００５５】
図１１（ａ）〜（ｃ）及び図１２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程断面図である。これらの図において、左側の図面と右側の図面は、互いに直交する断面を示している。
まず、図１１（ａ）に表されるように、所望の不純物をドーピングしたｐ型Ｓｉ基板６０１（６６０）の表面に、トンネル絶縁膜となる厚さ約７ｎｍから８ｎｍのＳｉＯＮ膜６０２（６６１）を熱酸化法で形成後、浮遊ゲート電極となる厚さ６０ｎｍのリンドープのｎ+ 型多結晶Ｓｉ層６０３（６６２）をＣＶＤ法で堆積する。このときの温度は６２０℃である。続いて、素子分離加工のためのマスク材６０４をＣＶＤ法で堆積する。
【００５６】
その後、レジストマスク（図示せず）を用いたＲＩＥ法により、マスク材６０４、多結晶Ｓｉ層６０３、ＳｉＯＮ膜６０２を順次エッチング加工し、さらにＳｉ基板６０１の露出領域をエッチングして、深さ１００ｎｍの素子分離溝６０６を形成する。
【００５７】
次いで、図１１（ｂ）に表されるように、全面に素子分離用のシリコン酸化膜６０７を堆積して、素子分離溝６０６を完全に埋め込む。その後、表面部分のシリコン酸化膜６０７をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法で除去して、表面を平坦化する。
次いで、図１１（ｃ）に表されるように、露出したマスク材６０４を選択的にエッチング除去した後、シリコン酸化膜６０７の露出表面を希弗酸溶液でエッチング除去し、多結晶Ｓｉ層６０３の側壁面６０８を露出させる。その後、全面に電極間絶縁膜となる厚さ１５ｎｍのハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯｘ）膜６０９（６６３）を形成する。
【００５８】
次いで、図１２（ａ）に表されるように、制御ゲート電極としてＣＶＤ法でボロンドープのｐ+ 型多結晶Ｓｉ層６１０（６６４）を６２０℃で堆積して形成し、厚さ１００ｎｍの導電層を形成する。
【００５９】
その後、レジストマスク（図示せず）を用いたＲＩＥ法により、多結晶Ｓｉ層６１０、ＨｆＡｌＯｘ膜６０９、多結晶Ｓｉ層６０３、ＳｉＯＮ膜６０２を順次エッチング加工して、ワード線方向のスリット部６１２を形成する。これにより、浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極の形状が確定する。
【００６０】
次に、図１２（ｂ）に表されるように、電極側壁酸化膜としてシリコン酸化膜６１５を熱酸化法で形成後、イオン注入法を用いてｎ+ 型のソース／ドレイン拡散層６１６（６６６）を形成する。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値を基にイオン注入時の処理条件を補正する。その補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行う。
【００６１】
さらに、全面を覆うようにシリコン酸化膜などの層間絶縁膜６１７をＣＶＤ法で形成する。その後は、周知の方法で配線層等を形成して不揮発性メモリセルが完成する。
このようにして作製された半導体装置は、本発明のイオン注入装置及びイオン注入方法によって、ｎ+ 型のソース／ドレイン拡散層６１６（６６６）を形成することにより、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００６２】
なお、本実施例において例示された、ｐ型Ｓｉ基板６６０、トンネル絶縁膜６６１、浮遊ゲート電極６６２、電極間絶縁膜６６３、制御ゲート電極６６４には各種の構造と各種の材料を用いることができる。
【００６３】
（第３の実施例）
本発明の第３の実施形態である半導体装置の製造方法は、半導体装置が段差となるトレンチ構造を有する場合にも適用できる。
図１３（ａ）、（ｂ）は、トレンチ７２０を有する半導体基板７１０に対するイオン注入の状態を例示する模式図である。
すなわち、図１３（ａ）は、トレンチ（段差）７２０の側壁にイオンビーム１０６を照射しイオン注入する場合を例示している。また、図１３（ｂ）は、トレンチ（段差）７２０の底面にイオンビーム１０６照射しイオン注入する場合を例示している。この内、図１３（ａ）に例示されたトレンチ７２０の側壁にイオン注入を行う半導体装置の具体例が、以下説明する第３の実施例である。
【００６４】
図１４は、第３の実施形態に係る第３の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図
である。図１４に表されるように、本実施例の半導体装置８１０は、ＤＴ（Deep Trench）ＭＯＳ型の構造を有する。
【００６５】
高不純物濃度のｎ＋＋型シリコン基板８０２の主面上に、ｎ型シリコンの第１のピラー領域（以下、単に「ｎ型ピラー領域」とも称する）８１２と、ｐ型シリコンの第２のピラー領域（以下、単に「ｐ型ピラー領域」とも称する）８１４とが並列して設けられている。ｎ型ピラー領域８１２及びｎ型ピラー領域８１４は、それぞれ、基板８０２の主面に対して略垂直に延在して設けられている。ｐ型ピラー領域８１４の両側面にはｎ型ピラー領域８１２が隣接してＰＮ接合部を形成している。
【００６６】
ｎ型ピラー領域８１２において、ｐ型ピラー領域８１４が隣接する面の反対側の面には、トレンチＴ及びこのトレンチＴに埋め込まれた誘電体８１６が隣接している。トレンチＴ及び誘電体８１６は、ｎ型ピラー領域８１２間に挟まれるようにして設けられている。トレンチＴの側壁は上端部８０８を除いて基板８０２の主面に対して略垂直である。
【００６７】
ｐ型ピラー領域８１４の上にはｐ型シリコンのベース領域（ｐウェル）８１８が設けられ、さらにこの表面部分にはベース領域８１８よりも不純物濃度が大なるｐ＋型シリコンのベース領域（ｐ＋ウェル）８１９が設けられている。これらベース領域８１８、８１９の表面部分には、選択的に、ｎ＋型シリコンのソース領域（半導体主電極領域）８２１が設けられている。
【００６８】
ｎ型ピラー領域８１２の上には、ｎ型ピラー領域８１２よりも不純物濃度が大なるｎ＋型シリコンの半導体領域８１３が設けられている。半導体領域８１３は、ベース領域８１８と、トレンチＴの側壁の上端部８０８近傍部分との間に挟まれるようにして設けられている。
【００６９】
誘電体８１６（トレンチＴ）から、この両側の半導体領域８１３、ベース領域８１８を経てソース領域８２１に至る部分の表面上にはゲート絶縁膜８２３が設けられ、このゲート絶縁膜８２３の上にゲート電極８２７が設けられている。ゲート電極８２７の周囲と上面は層間絶縁膜８２５により覆われている。層間絶縁膜８２５に覆われていないソース領域８２１の一部とベース領域８１９の上、及び層間絶縁膜８２５の上にはソース電極８２９が設けられ、ソース領域８２１はソース電極８２９に接続されている。基板８０２の主面の反対面にはドレイン電極８３１が設けられている。
【００７０】
以上のように構成される半導体装置８１０において、ゲート電極８２７に所定のゲート電圧を印加すると、その直下のｐ型ベース領域８１８の表面付近にｎチャネルが形成され、ｎ＋型ソース領域８２１とｎ＋型半導体領域８１３とが導通する。その結果、ｎ＋型ソース領域８２１、ｎ＋型半導体領域８１３、ｎ型ピラー領域８１２、ｎ＋＋型基板８０２を介して、ソース電極８２９とドレイン電極８３１間に主電流経路が形成され、ソース電極８２９とドレイン電極８３１間はオン状態とされする。
【００７１】
以下、上述した半導体装置８１０の製造方法の一例について説明する。
図１５乃至図２０は、本発明の第３の実施例の半導体装置８１０の製造方法を例示する工程断面図である。
【００７２】
まず、高不純物濃度のｎ＋＋型シリコン基板８０２の主面上に、低不純物濃度のｎ−型シリコン層８０４をエピタキシャル成長させ、フォトリソグラフィとエッチングにより、図１５に表されるように、ｎ−型シリコン層８０４の表面から基板８０２に達するトレンチＴが形成される。トレンチＴは基板８０２の主面に対して略垂直である。
【００７３】
次いで、図１６に表されるように、熱酸化法によりｎ−型シリコン層８０４の表面に酸化膜８０６を成長させる。図１６中、１点鎖線は酸化前のｎ−型シリコン層８０４の表面及びトレンチＴの側壁の上端部を表す。このとき、ｎ−型シリコン層８０４の表面だけではなく、その表面から続く部分であるトレンチＴの側壁の上端部８０８にも熱酸化を進行させる。その結果、側壁の上端部８０８は、酸化膜８０６が成長した分、ｎ−型シリコン層８０４側に後退し、ｎ−型シリコン層８０４の表面側に向かうにつれてトレンチＴの内径が徐々に大となる、すなわちトレンチが拡開するように傾斜する。以上のようにして、ｎ−型シリコン層８０４の表面、及びトレンチＴの側壁の上端部８０８が酸化膜８０６で覆われる。この酸化膜８０６は、後述するイオン注入のマスクとして機能する。
【００７４】
次いで、図１７に表されるように、トレンチＴの側壁に対して斜め方向からｐ型不純物である例えばボロン（Ｂ）を打ち込む。これは、トレンチＴの側壁の片側面にイオン注入した後、半導体基板を１８０度回転させて反対側面にもイオン注入を行う。トレンチＴの側壁において、酸化膜８０６で覆われていないｎ−型シリコン層８０４が露出した部分にボロンが注入され、酸化膜８０６で覆われた上端部８０８にはボロンは注入されない。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値に基づき、イオン注入時の処理条件を補正する。そして、その補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行う。
【００７５】
次いで、図１８に表されるように、トレンチＴの側壁の上端部８０８を覆っている酸化膜８０６の端を等方性エッチングにより除去する。これにより、トレンチＴの側壁の上端部８０８においてｎ−型シリコン層８０４の表面から遠い側の一部分が露出される。
【００７６】
次いで、図１９に表されるように、トレンチＴの側壁に対して斜め方向からｎ型不純物である例えばヒ素（Ａｓ）を打ち込む。これは、トレンチＴの側壁の片側面にイオン注入した後、半導体基板を１８０度回転させて反対側面にもイオン注入を行う。ヒ素は、トレンチＴの側壁において、酸化膜８０６で覆われずに露出している上端部８０８の一部にも注入される。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値に基づき、イオン注入時の処理条件を補正する。そして、その補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行う。
【００７７】
上述したイオン注入工程の後、熱処理を施すことにより、ｎ−型シリコン層８０４に注入されたヒ素とボロンを拡散及び活性化させる。この後、図２０に表すように、トレンチＴの側壁及び底面に熱酸化により酸化膜を形成し、さらに気相成長法などにより酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを、トレンチＴ内を埋め込むように堆積する。この後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）やエッチングなどにより、トレンチＴを充填する部分以外の不要な誘電体８１６を除去すると共に、表面を平坦化する。
【００７８】
次いで、シリコン層８０４の表面に選択的にゲート絶縁膜８２３を形成し、そのゲート絶縁膜８２３の上にゲート電極８２７を形成する。次いで、それらゲート絶縁膜８２３及びゲート電極８２７をマスクとしてｐ型ピラー領域８１４の表面にイオン注入を行い、自己整合的にｐ型ベース領域８１８を形成する。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値に基づき、イオン注入時の処理条件を補正する。そして、その補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行う。
【００７９】
次いで、ｐ型ベース領域８１８の表面には、ソース電極８２９とのオーミックコンタクトのためのｐ＋型ベース領域８１９をさらに形成する。次いで、ベース領域８１８、８１９の表面に選択的にｎ＋型ソース領域８２１を形成する。この後、ゲート電極８２７を覆うように層間絶縁膜８２５を形成し、その層間絶縁膜８２５に、ソースコンタクトのためのコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールからは、ベース領域８１９及びソース領域８２１の一部が露出される。そして、コンタクトホールを埋めるようにして層間絶縁膜８２５の上にソース電極８２９を形成する。これにより、ソース領域８２１はソース電極８２９と接続される。また、基板８０２の主面の反対面には、ドレイン電極８３１を形成する。
【００８０】
以上のようにして、図１４に表される半導体装置の構造が得られる。
このようにして作製された半導体装置は、本発明のイオン注入装置及びイオン注入方法によって、トレンチの側壁に安定してイオンを注入することにより、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００８１】
なお、第３の実施例において、半導体の導電性に関し、ｎ型とｐ型とを互いに入れ替えても良い。
【００８２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、注入するイオン種や半導体基板を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、並びにイオン注入装置を構成する各要素に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００８３】
その他、本発明の実施の形態として上述したイオン注入装置、イオン注入方法、半導体装置の製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのイオン注入装置、イオン注入方法、半導体装置の製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００８４】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の構造を示す模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、イオンビームの各種の形状を表した模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、各種の形状のイオンビームが半導体基板に照射される状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオンビームの形状の測定結果を例示する模式図である。
【図５】イオンビームの発散角とビームの傾きを表すパラメータを示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の処理条件を例示する図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の処理条件を例示する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るイオン注入方法を例示するフローチャート図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る第１の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る第２の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、図１１（ｃ）に続く工程断面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、トレンチを有する半導体基板に対するイオン注入の状態を例示する模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る第３の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１６】図１５に続く工程断面図である。
【図１７】図１６に続く工程断面図である。
【図１８】図１７に続く工程断面図である。
【図１９】図１８に続く工程断面図である。
【図２０】図１９に続く工程断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１００ イオン注入装置
１０２ イオン源部
１０３ イオンビーム遮断部
１０４ 加減速部
１０６ イオンビーム
１０８ スリット
１０９ イオンビーム走査部
１１０ 基板
１１２ 基板保持部
１１４ 測定部
１１６ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置、イオン注入方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体層などに不純物をドーピングするために、イオン注入が行われる。このためのイオン注入装置においては、イオン源で発生させたイオンビームを真空容器の中で輸送し、ターゲットである半導体基板などに照射する。真空容器内でのイオンビームの輸送距離は数十センチメートルから十数メートルとなり、真空容器内で効率よくイオンビームを輸送するために、磁場や電場によりイオンビーム軌道の偏向やイオンビームの形状の整形が行われるが、正電荷粒子の集まりであるイオンビームは、お互いの反発力により一定の発散角を持つことは避けられない。このため、イオンビームは一定の発散角を持つ。そして、半導体基板へのイオンビームの注入角のずれ、すなわちビームの傾きが生じることがある。このイオンビームの発散角やビームの傾きの変動は、半導体基板のイオン注入状態に影響を与えるため、発散角やビームの傾きは、高い精度で制御されることが必要である。
【０００３】
ビームの傾きに関しては、ビームの傾きをモニターし、ビームの傾きを調整・修正する、または、イオンビームに対する半導体基板の相対角度を補正することにより、このビームの傾きに起因した半導体基板へのイオン注入角のずれを実質的に補正できる可能性がある。
【０００４】
一方、イオンビームの発散角に関しても、発散角をモニターし、発散角を制御することが提案されている（特許文献１）。しかし、その制御の精度には限界があり、実用的には不十分な場合もある。また、発散角に関しては、イオンビームと半導体基板の相対角度を調整することにより、半導体基板へのイオン注入状態を補正することはできない。
【特許文献１】特開２００５−３５３５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、イオンビームの発散角やビームの傾きを高い精度で制御することを必要とせず、発散角及びビームの傾きが変化しても、半導体基板へのイオン注入状態を高い精度で制御することができるイオン注入装置、イオン注入方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、イオンを生成するイオン源部と、前記イオンを加速し、イオンビームを生成する加減速部と、前記イオンビームを遮断するイオンビーム遮断部と、前記イオンビームの、発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定する測定部と、前記イオンビームが照射される基板を保持する基板保持部と、前記イオン源部、前記加減速部、前記イオンビーム遮断部及び前記基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記測定部により測定された、前記発散角と前記ビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、前記基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正して、前記イオン源部、前記加減速部、前記イオンビーム遮断部及び前記基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御することを特徴とするイオン注入装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の別の一態様によれば、イオンビームを発生し、前記イオンビームの、発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定し、前記発散角と前記ビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正し、前記補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行うことを特徴とするイオン注入方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の別の一態様によれば、半導体基板の上に段差を形成し、前記段差の底面及び側壁の少なくともいずれかに請求項３または４に記載のイオン注入方法によりイオン注入処理を行うことを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、イオンビームの発散角やビームの傾きを高い精度で制御することを必要とせず、発散角及びビームの傾きが変化しても、半導体基板へのイオン注入状態を高い精度で制御することができるイオン注入装置、イオン注入方法、及び半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の構造を示す模式図である。
図１に表されるように、イオン注入装置１００は、イオン源部１０２、加減速部１０４、スリット１０８、イオンビーム遮断部１０３、基板保持部１１２、測定部１１４、及び、これらの動作を制御する制御部１１６を備えている。イオン源部１０２で生成されたイオンは、加減速部１０４により、目的とするイオンが選択的に取り出され、所定のエネルギーまで加速される共に、その軌道が整形され、イオンビーム１０６となる。イオンビーム１０６は、スリット１０８を通り、基板保持部１１２に保持された半導体基板１１０に照射される。この際、イオンビーム１０６は、イオンビーム遮断部１０３によって遮断及び通過される。イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きは、測定部１１４によって測定される。制御部１１６は、測定された発散角とビームの傾きの値に基づいて、半導体基板へのイオン注入量が所定（所望）の範囲内に管理されるように、イオン源部１０２、加減速部１０４、イオンビーム遮断部１０３及び基板保持部１１２のうちの少なくとも１つの動作を制御する。
また、図１に表されたように、イオンビーム走査部１０９を設け、イオンビーム１０６のビームの方向を変える構成とすることもできる。
なお、本図では、加減速部１０４の後にスリット１０８、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３の順に配置された例を示しているが、これに制限されず、加減速部１０４、スリット１０８、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３の配置の順番は任意である。例えば、スリット１０８の後に加減速部１０４があってもよく、また、イオンビーム走査部１０９とイオンビーム遮断部１０３がスリット１０８の前であってもよく、さらに、イオンビーム遮断部１０３がイオン源部１０２の直後にあっても良い。
また、イオンビーム走査部１０９と基板保持部１１２の少なくともいずれかによって、イオンビーム１０６と基板１１０の相対的位置を変え、基板１１０の所定面にイオンビーム１０６が照射される。この相対的位置を変える方法は、例えば、イオンビーム１０６を固定しておき基板１１０の位置を変化させる方法がある（この場合、基板１１０の位置は、基板保持部１１２によって変えられる）。この他、基板１１０を固定しておきイオンビーム１０６の基板上での照射位置を変化させる方法、さらには、イオンビーム１０６と基板１１０の両方の位置を変化させる方法のいずれとしてもよい。従って、図１においては、イオンビーム走査部１０９が設けられ、イオンビーム１０６のビームの方向を変える構成を例示しているが、これに限らない。従って、本願明細書において、イオンビーム１０６と基板１１０との相対的位置を変える際の、相対的位置の変化速度、相対的位置の変化回数、及び、相対的位置の変化方向は、基板保持部１１２及びイオンビーム走査部１０９の少なくともいずれかによって制御される。
図１では、イオンビーム走査部１０９が独立して設けられている構成が例示されているが、イオンビーム走査部１０９は独立して設けられていなくても良く、基板保持部１１２がイオンビーム走査部１０９を兼用していても良い。
なお、イオンビーム１０６と基板１１０との相対的位置を変化させることを走査と言うこととする。
【００１１】
ここで、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きについて説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は、イオンビーム１０６の各種の形状を表した模式図である。
図２（ａ）に表されるように、イオンビーム１０６ａは、スリット１０８を通った後、半導体基板１１０の法線に対して垂直に、小さいビーム径で、半導体基板１１０に照射されている。すなわち、イオンビーム１０６ａは、発散角が小さく、ビームの傾きがない（小さい）。
一方、図２（ｂ）に表されるように、イオンビーム１０６ｂは、スリット１０８を通った後、半導体基板１１０の法線に対して垂直ではあるが、大きいビーム径で、半導体基板１１０に照射されている。すなわち、イオンビーム１０６ｂは、発散角が大きく、ビームの傾きが小さい。
また、図２（ｃ）に表されるように、イオンビーム１０６ｃは、スリット１０８を通った後、半導体基板１１０の法線に対して斜めに、小さいビーム径で、半導体基板１１０に照射されている。すなわち、イオンビーム１０６ｃは、発散角が小さく、ビームの傾きが大きい。
【００１２】
イオンビーム１０６は、電荷の集まりであり、互いに反発し合う状態で輸送されるため、自ずから発散する性質を持っている。これをある形状のビームに整形するが、その制御は容易ではない。例えば、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きは、装置の起動時と安定時の差による変動や、経時変化、イオン発生条件、加減速部の電極形状／電位配置の変化などにより種々変動してしまうのが実情である。
【００１３】
次に、これら各種の形状のイオンビーム１０６ａ〜１０６ｃが、半導体基板１１０に入射する状態を説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は、各種の形状のイオンビーム１０６ａ〜１０６ｃが、半導体基板１１０に照射される状態を示す模式図である。これらの図は、半導体基板１１０上にゲート電極２０２が形成されており、ゲート電極２０２をマスクにして、半導体基板１１０上にイオンビーム１０６ａ〜１０６ｃを照射し、ソース領域とドレイン領域となるイオン注入領域２０４を形成する場合を例示している。なお、説明を簡略にするために、その他の部分に関しては省略されている。また、イオンビーム１０６のビームの直径は、例えば数ミリメートルから数十ミリメートであり、一方、ゲート電極２０２の幅は、例えば数マイクロメートル以下のオーダーである。従って、図３（ａ）〜（ｃ）は、これらの大きさ関係の実態を表したものではなく、説明のために大きさ関係を変形させて描かれている。
【００１４】
図３（ａ）に表されるように、発散角とビームの傾きが共に小さいイオンビーム１０６ａが、半導体基板１１０にほぼ垂直に照射される場合、イオンビーム１０６ａは、ゲート電極２０２の側壁に照射される部分は少なく、その多くは、イオン注入領域２０４に照射される。
【００１５】
一方、図３（ｂ）に表されるように、発散角が大きいがビームの垂直方向（半導体基板の主面に対して）からの傾きが小さいイオンビーム１０６ｂが、半導体基板１１０に照射される場合、イオンビーム１０６ｂは、ゲート電極２０２の側壁に照射される部分が大きくなり、イオン注入領域２０４に注入されるイオンの量は、図３（ａ）に表された場合に比べ、実効的に少なくなる。
【００１６】
一方、図３（ｃ）に表されるように、発散角は小さいがビームの垂直方向からの傾きが大きいイオンビーム１０６ｃが、半導体基板１１０に照射される場合、イオンビーム１０６ｃは半導体基板１１０に対して斜め方向から照射される。この場合、イオンビーム１０６ｃは、ゲート電極２０２によって遮蔽される部分が大きくなり、イオン注入領域２０４に注入されるイオンの量は、やはり、図３（ａ）に表された場合に比べて、実効的に少なくなる。
【００１７】
このように、イオンビーム１０６の発散角やビームの傾きが大きくなると、半導体基板１１０上の所定のイオン注入領域２０４に注入されるイオンの量が減少し、結果として半導体装置の特性を変化させ、問題となる。この問題は、上記のように、半導体基板１１０の上にイオンを遮蔽するゲート電極２０２のような段差があり、この段差の底面（下側部分）にイオン注入する際に問題となる。さらには、半導体基板１１０上にトレンチ構造のような段差があり、この段差の底面にイオン注入する際にも問題となる。
【００１８】
図３（ｃ）に表された、ビームの傾きが大きい場合は、イオンビーム１０６ｃに対する半導体基板１１０の相対角度を調整し、イオンビーム１０６ｃが半導体基板１１０に垂直に照射されるようにして、補正できる可能性がある。しかしながら、図３（ｂ）に示したように、発散角が大きい場合は、イオンビーム１０６ｂに対する半導体基板１１０の相対角度の調整は、効果がない。
【００１９】
本発明の第１の実施形態においては、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、測定された発散角とビームの傾きの値に基づいて、半導体基板１１０へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン源部１０２、加減速部１０４、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３、基板保持部１１２のうちの少なくとも１つの動作を制御する。例えば、イオン源部１０２で発生するイオンの量を制御するために、イオン源部１０２のイオン電流を増減することもできる。また、イオンビーム走査部１０９の動作を制御することにより、イオンビーム１０６と基板１１０との相対的位置の変化速度、変化回数、変化方向を変えることができる。具体的には、イオンビーム１０６の走査速度、走査回数、及び走査方向を変えることができる。また、半導体基板１１０を保持する基板保持部１１２の動作を制御することにより、半導体基板１１０のイオンビーム１０６に対する走査速度、走査回数、走査方向、及び回転数を変えることができる。また、イオンビーム遮断部１０３の動作を制御することにより、イオンビーム１０６の照射時間を変えることもできる。さらには、上記のいくつかを組み合わせた制御を行っても良い。また、上記の制御と同時に基板保持部１１２の動作を制御することにより、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の設置角度を変更しながら上記の制御を行っても良い。
【００２０】
これにより、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００２１】
以下、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きの測定に関して説明する。
本発明の第１の実施形態のイオン注入装置は、図１に示したように、イオンビームの形状（強度分布）を測定する測定部１１４を有する。この測定部１１４は、例えば、ファラデーカップをイオンビーム１０６のビーム方向とほぼ垂直な平面内で２次元的に走査させる、または、２次元的に複数個のファラデーカップを並べることなどによって実現できる。あるいは、メッシュ状の導電細線をイオンビーム１０６上に挿入し、イオンビーム強度の２次元分布を測定することもできる。また、導電細線をイオンビーム１０６上を走査することによっても実現できる。さらには、イオンビーム強度を測定するためのセンサーを、基板１１０とほぼ同じ位置に挿入設置し、半導体基板１１０に実際にイオン注入を行う前にイオンビーム強度を測定するなど、イオンビーム強度が２次元的に測定できる各種の方法を利用することができる。なお、イオンビームの強度の測定は、必ずしも２次元的に行う必要はなく、必要によっては１次元でも良い。
【００２２】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオンビームの形状の測定結果を例示する模式図である。
これらの図において、横軸は、半導体基板１１０と平行な平面上にＸ−Ｙ平面をとった場合のＸ軸上の位置を示し、縦軸は、Ｙ軸上の位置を示す。また、Ｘ０及びＹ０はこれらの軸に関する基準点を示し、（Ｘ０，Ｙ０）は、例えば、スリットの開口部の中心とすることができる。また、これらの図に描かれた曲線２５２〜２５６は、イオンビーム１０６の強度の等強度線２５２〜２５６を示している。すなわち、等強度線２５２はイオンビーム１０６の強度が高い（イオン電流が大きい）等強度線であり、等強度線２５６はイオンビーム強度が低い（イオン電流が小さい）等強度線であり、等強度線２５４は、これらの中間の強度の等強度線である。
【００２３】
図４（ａ）は、図３（ａ）に表された、発散角とビームの傾きが共に小さいイオンビーム１０６ａの場合に相当している。すなわち、イオンビーム１０６の等強度線２５２〜２５６は、基準点（Ｘ０，Ｙ０）を中心とし、その等強度線が密である。
図４（ｂ）は、図３（ｂ）に表された、発散角が大きくビームの傾きが小さいイオンビーム１０６ｂの場合に相当している。すなわち、イオンビーム１０６の等強度線２５２〜２５６は、基準点（Ｘ０，Ｙ０）を中心とし、その等強度線の間隔が広がっている。すなわち、イオンビームが広がっている。
図４（ｃ）は、図３（ｃ）に表された、発散角が小さくビームの傾きが大きいイオンビーム１０６ｃの場合に相当している。すなわち、イオンビーム１０６の等強度線２５２〜２５６は、その中心が基準点（Ｘ０，Ｙ０）からずれている。
【００２４】
以下、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを表すパラメータについて説明する。
図５は、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを表すパラメータを示す模式図である。
図５において、横軸と縦軸は、図４と同様に、それぞれＸ軸上及びＹ軸上の位置を示す。また、図４と同様に、等強度線２５２〜２５６は、イオンビーム１０６の２次元的な強度分布を示す等強度線である。
【００２５】
図５において、例えば、等強度線２５６のＸ軸方向の幅ＡｘをＸ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の幅ＡｙをＹ軸方向の発散角Ａｙと定義することができる。
【００２６】
また、等強度線２５２〜２５６の中心点Ｃの基準点（Ｘ０，Ｙ０）からのずれをイオンビーム１０６のビームの傾きと定義することができる。すなわち、Ｘ方向の距離Ｂｘを、Ｘ方向のビームの傾きＢｘとし、またＹ方向の距離Ｂｙを、Ｙ方向のビームの傾きＢｙと定義することができる。
なお、以上のＸ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、ビームの傾きＢｘ、及びＹ方向のビームの傾きＢｙは、それぞれ角度に変換することができ、それを用いても良い。
【００２７】
本発明の第１の実施形態のイオン注入装置においては、これら、Ｘ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、Ｘ方向のビームの傾きＢｘ、Ｙ方向のビームの傾きＢｙに基づいて、半導体基板１１０への実効的なイオン注入量が所定の範囲内になるように、イオン源部１０２、加減速部１０４、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３及び基板保持部１１２のうちの少なくとも１つの動作を制御し、イオン注入の処理条件を制御する。
【００２８】
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の処理条件を例示する図である。
図６（ａ）の横軸は、発散角の測定値を示しており、上記で定義したＡｘやＡｙとすることができる。縦軸は、イオンの注入時間を示す。すなわち、発散角の測定値に基づいて制御部１１６が制御を行う際に用いる、イオン注入時間の設定曲線を示している。図６（ａ）に表されるように、本発明の第１の実施形態においては、発散角が変化するとイオン注入時間を変える。図６（ａ）の例では、発散角が大きくなると注入時間を長くする。すなわち、図３に関して前述したように、発散角が大きいとイオンビーム１０６の径が広がるため、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量が減少する。これを補正するために、本発明の第１の実施形態においては、発散角が大きくなると注入時間を長くする。なお、この注入時間の制御は、図６（ａ）に例示したように連続的に変化させてもよいし、発散角の変化に対して階段状に変化させてもよい。また、図６（ａ）に示すように、発散角がある値を超えるまでは注入時間を一定とし、発散角がある値を超えると注入時間を変化させるようにしてもよく、各種の設定ができる。なお、注入時間の変更は、例えばイオンビーム遮断部１０３の動作を制御することによって実現できる。
【００２９】
また、図６（ｂ）に表されるように、発散角が大きくなると半導体基板の走査速度を低下させることができる。このようにしても、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量を補正して、必要とされる量を注入することができる。なお、半導体基板の走査速度の変更は、例えば基板保持部１１２の動作を制御することによって実現できる。
【００３０】
また、図６（ｃ）に表されるように、発散角が大きくなると、イオン源部１０２のイオン電流を変化させることができる。すなわち、発散角が大きくなった時に、イオン電流を増加することにより、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量を補正して、必要とされる量を注入することができる。
【００３１】
この他、半導体基板１１０の走査回数、走査方向、及び回転数や、イオンビーム１０６の走査速度、走査回数、及び走査方向などを制御する際にも、図６（ａ）〜（ｃ）に例示したものと類似の設定曲線を用いることができる。
【００３２】
上記においては、説明の簡単化のために、発散角が１つの場合について例示して説明したが、実際には、Ｘ方向の発散角ＡｘとＹ方向の発散角Ａｙが測定される。例えば、Ｘ方向の発散角ＡｘとＹ方向の発散角Ａｙの平均値等を発散角の代表値として用い、イオン注入処理を制御することができる。あるいは、Ｘ方向の発散角ＡｘとＹ方向の発散角Ａｙに基づいて、イオンビーム１０６と半導体基板１１０の設置角度関係を変化させることを併用することができる。例えば、イオン注入時間の変更と同時に、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の設置角度を変えても良い。また、イオンビーム１０６の走査方向や、半導体基板１１０の走査方向や回転方向などの２次元特性を変化させることで、より高い精度のイオン注入を実施することができる。
【００３３】
図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の処理条件を例示する図である。
図７（ａ）の横軸は、ビームの傾きの測定値を示しており、上記で定義したＢｘやＢｙとすることができる。縦軸は、イオンの注入時間を示す。すなわち、ビームの傾きの測定値に基づいて制御部１１６が制御する際に用いる、イオン注入時間の設定曲線を示している。図７（ａ）に表されるように、ビームの傾きが大きくなると注入時間を長くする。すなわち、ビームの傾きが大きいとイオンビーム１０６が半導体基板１１０に対して斜め方向から照射されるため、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量が減少する。これを補正するために、本発明の第１の実施形態においては、ビームの傾きが大きくなると注入時間を長くする。この注入時間の制御は、連続的に変化させてもよいし、ビームの傾きの変化に対して階段状に変化させてもよい。また、ビームの傾きがある値を超えるまでは注入時間を一定をし、ビームの傾きがある値を超えると注入時間を変化させるようにしてもよく、各種の設定ができる。
【００３４】
また、図７（ｂ）に表されるように、ビームの傾きが大きくなると半導体基板の走査速度を低下させることができる。このようにしても、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量を補正して、必要とされる量を注入することができる。
【００３５】
また、図７（ｃ）に表されるように、ビームの傾きが大きくなると、イオン源部１０２のイオン電流を変化させることができる。すなわち、発散角が大きくなった時に、イオン電流を増加することにより、半導体基板１１０の所定の位置に実効的に注入されるイオンの量を補正して、必要とされる量を注入することができる。この他、半導体基板１１０の走査回数、走査方向、及び回転数や、イオンビーム１０６の走査速度、走査回数、及び走査方向などを制御する際にも、図７（ａ）〜（ｃ）に例示したものと類似の設定曲線を用いることができる。
【００３６】
また、上記においては、説明の簡単化のために、ビームの傾きが１つの場合について例示して説明したが、実際には、Ｘ方向のビームの傾きＢｘとＹ方向のビームの傾きＢｙが測定される。例えば、Ｘ方向のビームの傾きＢｘとＹ方向のビームの傾きＢｙの平均値等をビームの傾きの代表値として用い、イオン注入処理を制御することができる。あるいは、Ｘ方向のビームの傾きＢｘとＹ方向のビームの傾きＢｙに基づいて、イオンビーム１０６と半導体基板１１０の設置角度関係を変化させることを併用することができる。例えば、イオン注入時間の変更と同時に、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の設置角度を変えても良い。また、イオンビーム１０６の走査方向や、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の走査方向や回転方向などの２次元特性を変化させることで、より高い精度のイオン注入を実施することができる。
【００３７】
さらに、上記の４つの測定値、すなわち、Ｘ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、Ｘ方向のビームの傾きＢｘ、Ｙ方向のビームの傾きＢｙに基づいて、半導体基板１１０への実効的なイオン注入量が所定の範囲になるように、上記に例示した各種の制御のいくつかを組み合わせた制御により、イオン源部１０２、加減速部１０４、イオンビーム走査部１０９、イオンビーム遮断部１０３及び基板保持部１１２のうちの少なくとも１つの動作を制御することもできる。
このように、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置１００によれば、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００３８】
なお、図５において、等強度線２５２〜２５６は、イオンビームの強度を相対的に示すものである。従って、図５において、最外線の等強度線２５６に基づいて発散角を定義する例を示したが、これに制限されず、発散角の定義には別の等強度線を用いることもできる。さらには、等強度線の絶対値による定義だけではなく、イオンビーム１０６の強度の２次元分布の変化率、あるいは積分値などによって定義することもできる。あるいは、それらを複合させた定義としても良い。
また、等強度線２５２〜２５６の中心点Ｃの定義も各種の方法によることができる。すなわち、イオンビーム強度の２次元分布の内、最大値を与える点を中心点Ｃとすることもできる。また、等強度線２５２〜２５６の内で、中心側（強度が強い）の等強度線２５２のＸ方向の領域とＹ方向の領域の中心点とすることもできる。さらには、所定の強度の等強度線に基づいて定めることもできる。さらには、イオンビーム１０６の強度の２次元分布の変化率、あるいは積分値などによって定義することもできる。あるいは、それらを複合させた定義としても良い。
【００３９】
さらには、発散角とビームの傾きに関して、Ｘ軸方向とＹ軸方向に平行な成分である上記の４つの測定値、すなわち、Ｘ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、Ｘ方向のビームの傾きＢｘ、Ｙ方向のビームの傾きＢｙだけではなく、Ｘ軸方向とＹ軸方向に平行でない成分をさらに用いても良い。
このように、イオンビーム１０６のビームの傾きと発散角は、各種の定義が可能である。
【００４０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るイオン注入方法について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るイオン注入方法を例示するフローチャート図である。
図８に表されるように、第２の実施形態に係るイオン注入方法においては、イオンビームを発生し（Ｓ１０）、そのイオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定する（Ｓ２０）。そして、発散角とビームの傾きの測定値に基づきイオン注入の処理条件を補正する（Ｓ３０）。その補正に基づきイオン注入処理を行う（Ｓ４０）。
【００４１】
Ｓ２０工程における、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きの測定には、すでに説明した手法を用いることができる。また、Ｓ３０工程においては、発散角とビームの傾きの測定結果に基づき、例えば、すでに説明した、Ｘ軸方向の発散角Ａｘ、Ｙ軸方向の発散角Ａｙ、Ｘ方向のビームの傾きＢｘ、Ｙ方向のビームの傾きＢｙを求め、これらに基づき、図６（ａ）〜（ｃ）及び、図７（ａ）〜（ｃ）に関して前述した、イオン注入時の各種処理条件の設定値の補正が行われる。すなわち、イオンの量を制御するために、イオン源部１０２のイオン電流を増減することもできる。また、イオンビーム走査部１０９の動作を制御することにより、イオンビーム１０６と基板１１０との相対的位置の変化速度、変化回数、変化方向を変えることができる。具体的には、イオンビーム１０６の走査速度、走査回数、及び走査方向などを変えることができる。また、半導体基板１１０を保持する基板保持部１１２の動作を制御することにより、半導体基板１１０の走査速度、走査回数、走査方向、及び回転数を変えることができる。また、イオンビーム遮断部１０３の動作を制御することにより、イオンビーム１０６の照射時間を変えることもできる。さらに、上記のいくつかを組み合わせた制御を行っても良い。また、上記の制御と同時に基板保持部１１２の動作を制御することにより、イオンビーム１０６に対する半導体基板１１０の設置角度を変更しながら上記の制御を行っても良い。
そして、Ｓ４０工程においては、これらの設定値の補正に基づきイオン注入処理を実施する。
【００４２】
このように、本発明のイオン注入方法によれば、発散角及びビームの傾きが変化しても、半導体基板へのイオン注入状態を高い精度で制御することができる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
（第１の実施例）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る第１の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
【００４４】
図９に表されるように、実施例１の半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、不純物濃度が基板の深さ方向に不均一なチャネル構造を有している。
【００４５】
図９に表されるように、第１の実施例で製造される半導体装置は、半導体基板５１０上にゲート絶縁膜５４２を有し、このゲート絶縁膜５４２上にポリシリコンからなるゲート電極５４３を有している。このゲート電極５４３の側面にはゲート側壁５４４が設けられ、ゲート電極５４３の表面及びソース・ドレイン領域５４８の表面にはサリサイド構造を用いた、金属シリサイド膜５４７が形成されている。
【００４６】
シリコンからなる半導体基板５１０内にはゲート電極５４３をマスクとしてイオン注入及び拡散が行われ、半導体基板５１０の表面にソース・ドレイン・エクステンション領域５４５が形成されている。また、チャネル領域においては、シリコン基板５４１の深さ方向の不純物濃度が不均一となっている。
【００４７】
つまり、図９に表されるように、ソース・ドレイン・エクステンション領域５４５の底面だけでなく側面にもハロー領域５４６が形成されている。このハロー領域５４６は、斜めイオン注入法により作製される。
【００４８】
以下、図９に表された半導体装置の製造方法について説明する。
まず、シリコンからなる半導体基板５１０の表面にウェル、素子分離領域、及びチャネル領域を形成する。次に、半導体基板５１０上に例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなるゲート絶縁膜５４２を形成する。ここで、ゲート絶縁膜５４２はシリコン酸化膜に限定されず、例えば、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＮｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２等でもよい。
次に、ゲート絶縁膜５４２上にポリシリコンを形成する。このポリシリコン上にパターニングされたレジストを形成し、このレジストをマスクとしてポリシリコン及びゲート絶縁膜５４２が除去される。これによって、ゲート電極５４３が形成される。ここで、ゲート電極５４３の材料はポリシリコンに限定されず、例えば、doped Poly、金属、金属シリサイド等を用いてもよい。
次に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により全面に薄膜のシリコン酸化膜が形成され、このシリコン酸化膜上にパターニングされたレジストを形成する。このレジストをマスクとして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によりシリコン酸化膜が除去され、ゲート電極５４３の側面にゲート側壁５４４が形成される。ここで、ゲート側壁５４４の材料は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を用いることができる。
【００４９】
次に、注入角度０°のイオン注入と斜め方向からのハローイオン注入、及びＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）により、半導体基板５１０の表面に、ソース・ドレイン領域５４８、ソース・ドレイン・エクステンション領域５４５、及びハロー領域５４６を形成する。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値に基づき、イオン注入時の各種処理条件の設定値を補正する。その補正に基づきイオン注入処理を行う。
【００５０】
なお、ハローイオン注入では、半導体基板の法線から例えば数十度の角度で行うことができ、また、ハローイオン注入に用いる元素としては、ｎＭＯＳには例えばインジウム（Ｉｎ）等、ｐＭＯＳには例えばアンチモン（Ｓｂ）等を用いることができる。
【００５１】
次に、全面に金属膜を形成し、サリサイド技術により、ソース・ドレイン領域５４８及びゲート電極５４３の表面に金属シリサイド膜が形成される。金属膜の材料は、例えばチタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等があげられる。
その後、コンタクト、配線等が形成され、図９に表される半導体装置が得られる。
【００５２】
このようにして作製された半導体装置は、ソース・ドレイン領域、ソース・ドレイン・エクステンション領域、ハロー領域のイオン注入が、本発明のイオン注入装置及びイオン注入方法によって行われることにより、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００５３】
（第２の実施例）
次に、本発明の第３の実施形態に係る第２の実施例について説明する。
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る第２の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
第２の実施例に係る半導体装置は、ＮＡＮＤ型不揮発性半導体メモリ装置であり、図１０は、１つのセル部分を示している。
【００５４】
ｐ型Ｓｉ基板６６０上に、熱酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）からなるトンネル絶縁膜６６１を介して、ｎ+ 型多結晶Ｓｉ層からなる浮遊ゲート電極６６２が形成されている。浮遊ゲート電極６６２上に、ＨｆＡｌＯｘからなる電極間絶縁膜６６３が形成されている。そして、電極間絶縁膜６６３上にｐ+ 型多結晶Ｓｉからなる制御ゲート電極６６４が形成されている。そして、ｐ型Ｓｉ基板６６０上にトンネル絶縁膜６６１を挟んで、ソース・ドレイン領域６６６が形成されている。
【００５５】
図１１（ａ）〜（ｃ）及び図１２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程断面図である。これらの図において、左側の図面と右側の図面は、互いに直交する断面を示している。
まず、図１１（ａ）に表されるように、所望の不純物をドーピングしたｐ型Ｓｉ基板６０１（６６０）の表面に、トンネル絶縁膜となる厚さ約７ｎｍから８ｎｍのＳｉＯＮ膜６０２（６６１）を熱酸化法で形成後、浮遊ゲート電極となる厚さ６０ｎｍのリンドープのｎ+ 型多結晶Ｓｉ層６０３（６６２）をＣＶＤ法で堆積する。このときの温度は６２０℃である。続いて、素子分離加工のためのマスク材６０４をＣＶＤ法で堆積する。
【００５６】
その後、レジストマスク（図示せず）を用いたＲＩＥ法により、マスク材６０４、多結晶Ｓｉ層６０３、ＳｉＯＮ膜６０２を順次エッチング加工し、さらにＳｉ基板６０１の露出領域をエッチングして、深さ１００ｎｍの素子分離溝６０６を形成する。
【００５７】
次いで、図１１（ｂ）に表されるように、全面に素子分離用のシリコン酸化膜６０７を堆積して、素子分離溝６０６を完全に埋め込む。その後、表面部分のシリコン酸化膜６０７をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法で除去して、表面を平坦化する。
次いで、図１１（ｃ）に表されるように、露出したマスク材６０４を選択的にエッチング除去した後、シリコン酸化膜６０７の露出表面を希弗酸溶液でエッチング除去し、多結晶Ｓｉ層６０３の側壁面６０８を露出させる。その後、全面に電極間絶縁膜となる厚さ１５ｎｍのハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯｘ）膜６０９（６６３）を形成する。
【００５８】
次いで、図１２（ａ）に表されるように、制御ゲート電極としてＣＶＤ法でボロンドープのｐ+ 型多結晶Ｓｉ層６１０（６６４）を６２０℃で堆積して形成し、厚さ１００ｎｍの導電層を形成する。
【００５９】
その後、レジストマスク（図示せず）を用いたＲＩＥ法により、多結晶Ｓｉ層６１０、ＨｆＡｌＯｘ膜６０９、多結晶Ｓｉ層６０３、ＳｉＯＮ膜６０２を順次エッチング加工して、ワード線方向のスリット部６１２を形成する。これにより、浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極の形状が確定する。
【００６０】
次に、図１２（ｂ）に表されるように、電極側壁酸化膜としてシリコン酸化膜６１５を熱酸化法で形成後、イオン注入法を用いてｎ+ 型のソース／ドレイン拡散層６１６（６６６）を形成する。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値を基にイオン注入時の処理条件を補正する。その補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行う。
【００６１】
さらに、全面を覆うようにシリコン酸化膜などの層間絶縁膜６１７をＣＶＤ法で形成する。その後は、周知の方法で配線層等を形成して不揮発性メモリセルが完成する。
このようにして作製された半導体装置は、本発明のイオン注入装置及びイオン注入方法によって、ｎ+ 型のソース／ドレイン拡散層６１６（６６６）を形成することにより、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００６２】
なお、本実施例において例示された、ｐ型Ｓｉ基板６６０、トンネル絶縁膜６６１、浮遊ゲート電極６６２、電極間絶縁膜６６３、制御ゲート電極６６４には各種の構造と各種の材料を用いることができる。
【００６３】
（第３の実施例）
本発明の第３の実施形態である半導体装置の製造方法は、半導体装置が段差となるトレンチ構造を有する場合にも適用できる。
図１３（ａ）、（ｂ）は、トレンチ７２０を有する半導体基板７１０に対するイオン注入の状態を例示する模式図である。
すなわち、図１３（ａ）は、トレンチ（段差）７２０の側壁にイオンビーム１０６を照射しイオン注入する場合を例示している。また、図１３（ｂ）は、トレンチ（段差）７２０の底面にイオンビーム１０６照射しイオン注入する場合を例示している。この内、図１３（ａ）に例示されたトレンチ７２０の側壁にイオン注入を行う半導体装置の具体例が、以下説明する第３の実施例である。
【００６４】
図１４は、第３の実施形態に係る第３の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図
である。図１４に表されるように、本実施例の半導体装置８１０は、ＤＴ（Deep Trench）ＭＯＳ型の構造を有する。
【００６５】
高不純物濃度のｎ＋＋型シリコン基板８０２の主面上に、ｎ型シリコンの第１のピラー領域（以下、単に「ｎ型ピラー領域」とも称する）８１２と、ｐ型シリコンの第２のピラー領域（以下、単に「ｐ型ピラー領域」とも称する）８１４とが並列して設けられている。ｎ型ピラー領域８１２及びｎ型ピラー領域８１４は、それぞれ、基板８０２の主面に対して略垂直に延在して設けられている。ｐ型ピラー領域８１４の両側面にはｎ型ピラー領域８１２が隣接してＰＮ接合部を形成している。
【００６６】
ｎ型ピラー領域８１２において、ｐ型ピラー領域８１４が隣接する面の反対側の面には、トレンチＴ及びこのトレンチＴに埋め込まれた誘電体８１６が隣接している。トレンチＴ及び誘電体８１６は、ｎ型ピラー領域８１２間に挟まれるようにして設けられている。トレンチＴの側壁は上端部８０８を除いて基板８０２の主面に対して略垂直である。
【００６７】
ｐ型ピラー領域８１４の上にはｐ型シリコンのベース領域（ｐウェル）８１８が設けられ、さらにこの表面部分にはベース領域８１８よりも不純物濃度が大なるｐ＋型シリコンのベース領域（ｐ＋ウェル）８１９が設けられている。これらベース領域８１８、８１９の表面部分には、選択的に、ｎ＋型シリコンのソース領域（半導体主電極領域）８２１が設けられている。
【００６８】
ｎ型ピラー領域８１２の上には、ｎ型ピラー領域８１２よりも不純物濃度が大なるｎ＋型シリコンの半導体領域８１３が設けられている。半導体領域８１３は、ベース領域８１８と、トレンチＴの側壁の上端部８０８近傍部分との間に挟まれるようにして設けられている。
【００６９】
誘電体８１６（トレンチＴ）から、この両側の半導体領域８１３、ベース領域８１８を経てソース領域８２１に至る部分の表面上にはゲート絶縁膜８２３が設けられ、このゲート絶縁膜８２３の上にゲート電極８２７が設けられている。ゲート電極８２７の周囲と上面は層間絶縁膜８２５により覆われている。層間絶縁膜８２５に覆われていないソース領域８２１の一部とベース領域８１９の上、及び層間絶縁膜８２５の上にはソース電極８２９が設けられ、ソース領域８２１はソース電極８２９に接続されている。基板８０２の主面の反対面にはドレイン電極８３１が設けられている。
【００７０】
以上のように構成される半導体装置８１０において、ゲート電極８２７に所定のゲート電圧を印加すると、その直下のｐ型ベース領域８１８の表面付近にｎチャネルが形成され、ｎ＋型ソース領域８２１とｎ＋型半導体領域８１３とが導通する。その結果、ｎ＋型ソース領域８２１、ｎ＋型半導体領域８１３、ｎ型ピラー領域８１２、ｎ＋＋型基板８０２を介して、ソース電極８２９とドレイン電極８３１間に主電流経路が形成され、ソース電極８２９とドレイン電極８３１間はオン状態とされする。
【００７１】
以下、上述した半導体装置８１０の製造方法の一例について説明する。
図１５乃至図２０は、本発明の第３の実施例の半導体装置８１０の製造方法を例示する工程断面図である。
【００７２】
まず、高不純物濃度のｎ＋＋型シリコン基板８０２の主面上に、低不純物濃度のｎ−型シリコン層８０４をエピタキシャル成長させ、フォトリソグラフィとエッチングにより、図１５に表されるように、ｎ−型シリコン層８０４の表面から基板８０２に達するトレンチＴが形成される。トレンチＴは基板８０２の主面に対して略垂直である。
【００７３】
次いで、図１６に表されるように、熱酸化法によりｎ−型シリコン層８０４の表面に酸化膜８０６を成長させる。図１６中、１点鎖線は酸化前のｎ−型シリコン層８０４の表面及びトレンチＴの側壁の上端部を表す。このとき、ｎ−型シリコン層８０４の表面だけではなく、その表面から続く部分であるトレンチＴの側壁の上端部８０８にも熱酸化を進行させる。その結果、側壁の上端部８０８は、酸化膜８０６が成長した分、ｎ−型シリコン層８０４側に後退し、ｎ−型シリコン層８０４の表面側に向かうにつれてトレンチＴの内径が徐々に大となる、すなわちトレンチが拡開するように傾斜する。以上のようにして、ｎ−型シリコン層８０４の表面、及びトレンチＴの側壁の上端部８０８が酸化膜８０６で覆われる。この酸化膜８０６は、後述するイオン注入のマスクとして機能する。
【００７４】
次いで、図１７に表されるように、トレンチＴの側壁に対して斜め方向からｐ型不純物である例えばボロン（Ｂ）を打ち込む。これは、トレンチＴの側壁の片側面にイオン注入した後、半導体基板を１８０度回転させて反対側面にもイオン注入を行う。トレンチＴの側壁において、酸化膜８０６で覆われていないｎ−型シリコン層８０４が露出した部分にボロンが注入され、酸化膜８０６で覆われた上端部８０８にはボロンは注入されない。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値に基づき、イオン注入時の処理条件を補正する。そして、その補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行う。
【００７５】
次いで、図１８に表されるように、トレンチＴの側壁の上端部８０８を覆っている酸化膜８０６の端を等方性エッチングにより除去する。これにより、トレンチＴの側壁の上端部８０８においてｎ−型シリコン層８０４の表面から遠い側の一部分が露出される。
【００７６】
次いで、図１９に表されるように、トレンチＴの側壁に対して斜め方向からｎ型不純物である例えばヒ素（Ａｓ）を打ち込む。これは、トレンチＴの側壁の片側面にイオン注入した後、半導体基板を１８０度回転させて反対側面にもイオン注入を行う。ヒ素は、トレンチＴの側壁において、酸化膜８０６で覆われずに露出している上端部８０８の一部にも注入される。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値に基づき、イオン注入時の処理条件を補正する。そして、その補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行う。
【００７７】
上述したイオン注入工程の後、熱処理を施すことにより、ｎ−型シリコン層８０４に注入されたヒ素とボロンを拡散及び活性化させる。この後、図２０に表すように、トレンチＴの側壁及び底面に熱酸化により酸化膜を形成し、さらに気相成長法などにより酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを、トレンチＴ内を埋め込むように堆積する。この後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）やエッチングなどにより、トレンチＴを充填する部分以外の不要な誘電体８１６を除去すると共に、表面を平坦化する。
【００７８】
次いで、シリコン層８０４の表面に選択的にゲート絶縁膜８２３を形成し、そのゲート絶縁膜８２３の上にゲート電極８２７を形成する。次いで、それらゲート絶縁膜８２３及びゲート電極８２７をマスクとしてｐ型ピラー領域８１４の表面にイオン注入を行い、自己整合的にｐ型ベース領域８１８を形成する。この際、本発明の第１及び第２実施形態で説明したイオン注入装置及びイオン注入方法によって、イオン注入を行う。すなわち、イオンビーム１０６の発散角とビームの傾きを測定し、この発散角とビームの傾きの測定値に基づき、イオン注入時の処理条件を補正する。そして、その補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行う。
【００７９】
次いで、ｐ型ベース領域８１８の表面には、ソース電極８２９とのオーミックコンタクトのためのｐ＋型ベース領域８１９をさらに形成する。次いで、ベース領域８１８、８１９の表面に選択的にｎ＋型ソース領域８２１を形成する。この後、ゲート電極８２７を覆うように層間絶縁膜８２５を形成し、その層間絶縁膜８２５に、ソースコンタクトのためのコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールからは、ベース領域８１９及びソース領域８２１の一部が露出される。そして、コンタクトホールを埋めるようにして層間絶縁膜８２５の上にソース電極８２９を形成する。これにより、ソース領域８２１はソース電極８２９と接続される。また、基板８０２の主面の反対面には、ドレイン電極８３１を形成する。
【００８０】
以上のようにして、図１４に表される半導体装置の構造が得られる。
このようにして作製された半導体装置は、本発明のイオン注入装置及びイオン注入方法によって、トレンチの側壁に安定してイオンを注入することにより、発散角及びビームの傾きが変化しても、高い精度でイオン注入量を制御できる。これにより、特性ばらつきに伴う歩留まり低下を防止でき、性能の安定した半導体装置が安価に得られる。
【００８１】
なお、第３の実施例において、半導体の導電性に関し、ｎ型とｐ型とを互いに入れ替えても良い。
【００８２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、注入するイオン種や半導体基板を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、並びにイオン注入装置を構成する各要素に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００８３】
その他、本発明の実施の形態として上述したイオン注入装置、イオン注入方法、半導体装置の製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのイオン注入装置、イオン注入方法、半導体装置の製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００８４】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の構造を示す模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、イオンビームの各種の形状を表した模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、各種の形状のイオンビームが半導体基板に照射される状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオンビームの形状の測定結果を例示する模式図である。
【図５】イオンビームの発散角とビームの傾きを表すパラメータを示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の処理条件を例示する図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るイオン注入装置の処理条件を例示する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るイオン注入方法を例示するフローチャート図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る第１の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る第２の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、図１１（ｃ）に続く工程断面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、トレンチを有する半導体基板に対するイオン注入の状態を例示する模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る第３の実施例の半導体装置の構造を例示する断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１６】図１５に続く工程断面図である。
【図１７】図１６に続く工程断面図である。
【図１８】図１７に続く工程断面図である。
【図１９】図１８に続く工程断面図である。
【図２０】図１９に続く工程断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１００ イオン注入装置
１０２ イオン源部
１０３ イオンビーム遮断部
１０４ 加減速部
１０６ イオンビーム
１０８ スリット
１０９ イオンビーム走査部
１１０ 基板
１１２ 基板保持部
１１４ 測定部
１１６ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを生成するイオン源部と、
前記イオンを加速し、イオンビームを生成する加減速部と、
前記イオンビームを遮断するイオンビーム遮断部と、
前記イオンビームの、発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定する測定部と、
前記イオンビームが照射される基板を保持する基板保持部と、
前記イオン源部、前記加減速部、前記イオンビーム遮断部及び前記基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記測定部により測定された、前記発散角と前記ビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、前記基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正して、前記イオン源部、前記加減速部、前記イオンビーム遮断部及び前記基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記処理条件は、イオン電流、イオン注入時間、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化速度、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化回数、及び、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化方向のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
イオンビームを発生し、
前記イオンビームの、発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定し、
前記発散角と前記ビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正し、
前記補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行うことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項４】
前記処理条件は、イオン電流、イオン注入時間、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化速度、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化回数、及び、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化方向のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３記載のイオン注入方法。
【請求項５】
半導体基板の上に段差を形成し、
前記段差の底面及び側壁の少なくともいずれかに請求項３または４に記載のイオン注入方法によりイオン注入処理を行うことを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
イオンを生成するイオン源部と、
前記イオンを加速し、イオンビームを生成する加減速部と、
前記イオンビームを遮断するイオンビーム遮断部と、
前記イオンビームの、発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定する測定部と、
前記イオンビームが照射される基板を保持する基板保持部と、
前記イオン源部、前記加減速部、前記イオンビーム遮断部及び前記基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記測定部により測定された、前記発散角と前記ビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、前記基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正して、前記イオン源部、前記加減速部、前記イオンビーム遮断部及び前記基板保持部のうちの少なくとも１つの動作を制御することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記処理条件は、イオン電流、イオン注入時間、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化速度、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化回数、及び、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化方向のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
イオンビームを発生し、
前記イオンビームの、発散角とビームの傾きの少なくともいずれかを測定し、
前記発散角と前記ビームの傾きの少なくともいずれかの測定値に基づいて、基板へのイオン注入量が所定の範囲内に管理されるように、イオン注入の処理条件を補正し、
前記補正された処理条件に基づきイオン注入処理を行うことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項４】
前記処理条件は、イオン電流、イオン注入時間、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化速度、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化回数、及び、前記イオンビームと前記基板との相対的位置の変化方向のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３記載のイオン注入方法。
【請求項５】
半導体基板の上に段差を形成し、
前記段差の底面及び側壁の少なくともいずれかに請求項３または４に記載のイオン注入方法によりイオン注入処理を行うことを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００９−８７６０３（Ｐ２００９−８７６０３Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５３３０８（Ｐ２００７−２５３３０８）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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