イオン注入装置および半導体装置の製造方法
【課題】 素子特性の劣化を防止できるイオン注入装置を提供すること。
【解決手段】 イオン注入装置は、主面を有する試料２１が設置される試料台２２と、複数のイオンを生成するためのイオン生成手段１１であって、イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段１１と、前記複数のイオンを含むイオンビームを、試料２１の主面中に注入するための注入手段１３−１９と、前記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、試料２１の位置を制御するための制御手段２３−２５とを備えている。
【解決手段】 イオン注入装置は、主面を有する試料２１が設置される試料台２２と、複数のイオンを生成するためのイオン生成手段１１であって、イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段１１と、前記複数のイオンを含むイオンビームを、試料２１の主面中に注入するための注入手段１３−１９と、前記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、試料２１の位置を制御するための制御手段２３−２５とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置およびイオン注入プロセスを含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピューターや通信機器の重要部分には、多数のトランジスタや抵抗などを電気回路として結び付け、１チップ上に集積化して形成した大規模集積回路(ＬＳＩ)が多用されている。このため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結びついている。ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高めること、すなわち、素子の微細化により実現できる。
【０００３】
素子の微細化は、例えば、ソース／ドレイン拡散層などの拡散層の接合深さを浅くすることにより可能となる。接合深さを浅くするには、イオン注入およびその後に行われる熱処理工程(アニール)を最適化することにより可能となる。これにより、例えば、接合深さ０．２μｍ以下の浅いソース／ドレイン拡散層を有するＭＯＳトランジスタを実現することが可能となる。
【０００４】
このような浅い拡散層を不純物ドーピングで形成するためには、イオン注入の際に不純物原子を浅く分布させ、かつ、その後の熱処理で不純物原子が深く拡散しないように少ない熱予算を組むことが必要である。また、ＭＯＳトランジスタ等の素子が形成されるウェルや、ＭＯＳトランジスタのチャネルが誘起される領域(チャネルドーピング層)を不純物ドーピングで形成するためには、注入量を高精度に制御することが要求される。
【０００５】
一方、素子の微細化、例えば、ゲート加工寸法縮小に伴い、ゲート電極のシャドウィング（shadowing）およびイオンビームの入射角のずれに起因して、ソース／ドレイン領域にオフセットが生じやすくなってきている。このようなオフセットにより、トランジスタ特性の非対称性が顕在化している。
【０００６】
これまで、バッチ式高電流イオン注入機を用いた場合に生じる、トランジスタ特性の非対称性の原因は、コーン角である考えられている。そのため、α角とβ角を調整することにより、トランジスタ特性の非対称性を解消することが行われている(非特許文献１)。
【０００７】
しかしながら、α角とβ角を調整するだけは、必ずしも、トランジスタ特性の非対称性は解消されないというのが現状である。
【非特許文献１】Extended Abstracts of International Workshop on Junction Technology 2002, S2-3.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、素子特性の劣化を防止できるイオン注入装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係るイオン注入装置は、主面を有する試料が設置される試料台と、複数のイオンを生成するためのイオン生成手段であって、イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段と、前記複数のイオンを含むイオンビームを、前記試料の前記主面中に注入するための注入手段と、前記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記試料の位置または前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御するための制御手段とを具備してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段により、前記容器内に複数のイオンを生成する工程と、前記複数のイオンを含むイオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記試料の位置または前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御する工程と、試料台上に設置された試料の主面中に前記イオンビームを注入する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、素子特性の劣化を防止できるイオン注入装置および半導体装置の製造方法を実現できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、縦型ＭＯＳトランジスタ１および横型ＭＯＳトランジスタ２が形成された半導体ウェハ３を模式的に示す図である。縦型ＭＯＳトランジスタ１および横型ＭＯＳトランジスタ２は、それぞれ、ゲート電極４およびソース／ドレイン拡散層５を備えている。縦型ＭＯＳトランジスタ１および横型ＭＯＳトランジスタ２のゲート長（チャネル長）は、６５ｎｍ以下である。半導体ウェハ３は、例えばＳｉウェハである。
【００１６】
本発明者等の研究によれば、ゲート長（チャネル長）が６５ｎｍ以下になると、横型ＭＯＳトランジスタ２の特性の非対称性は顕著になり、さらに、α角とβ角を調整しても、横型ＭＯＳトランジスタ２の特性の非対称性は十分には解消されないことが明らかになった。
【００１７】
このようなトランジスタ特性の非対称の原因を調べたところ、イオンビームの重心の偏心によって生じる、イオンビーム入射角のばらつきであることが判明した。さらに、イオンビームの重心の偏心は、イオン源チャンバー内のカソードフィラメントから放出された熱電子の空間分布に起因していると考えられる。
【００１８】
本実施形態のイオン注入装置および半導体装置の製造方法は、上記原因を考慮したものである。図２は、本実施形態のイオン注入装置を模式的に示す図である。
【００１９】
まず、イオン源チャンバ１１で複数のイオンが生成され、これらの複数のイオンが引き出し電極１２によって引き出され、ビーム状になる。さらに、上記複数のイオンは分離電磁石１３によって質量分離される。上記イオンは、例えば、Ａｓ+ ，Ｂ+ ，ＢＦ2+，Ｐ+ ，Ｇｅ+ ，Ｓｂ+ ，Ｉｎ+ ，Ｇａ+ ，Ｆ+ ，Ｎ+ ，Ｃ+ ，ＢＦ+ およびこれらのクラスターイオンの中から選択されたものである。
【００２０】
イオン源チャンバ１１は、イオン源ガスが導入されるチャンバと、該チャンバ内に設けられ、電圧源（電力源）により電圧（電力）が印加されることにより、熱電子を放出するカソードフィラメントとを備えている。
【００２１】
続いて、スリット１４で完全に分離されたビーム状のイオン（イオンビーム）は、加速器１５によって加減速または無負荷により、所定の最終エネルギーを持つように制御される。そして、イオンビームが四極レンズ１６によって半導体ウェハ２１の表面（主面）に収束点を持つように収束される。
【００２２】
続いて、走査電極１７，１８により半導体ウェハ２１の注入面全体で注入量が一様に分布されるようにイオンビームが走査される。残留ガスとの衝突などで生じる中性粒子を除去するために、イオンビームは偏向電極１９により曲げられる。偏向電極１９に曲げられたイオンビーム２０は、ステージ２２上の半導体ウェハ２１中に注入される。
【００２３】
本実施形態では、さらに、イオンビーム２０の重心の偏心量を計測するための重心偏心計測機構２３と、重心偏心計測機構２３にて計測されたイオンビーム２０の重心の偏心量に基づいて、イオンビーム２０の重心の偏心の方向と半導体ウェハ２１の表面に対して垂直な方向とが一致するように、ステージ２２の３次元的な姿勢（位置）を変更するためのステージ駆動機構２４とを備えている。
【００２４】
ステージ駆動機構２４は、例えば、ＸＹ軸またはＸＹＺ軸方向にステージ２２を高精度に駆動できる機構を備えたものである。該機構は各動作軸に対してゴニオを有している。重心偏心計測機構２３は、図示しない移動機構により、計測時以外は、イオンビームライン上から外れた装置内に格納されるようになっている。
【００２５】
なお、枚葉式のイオン注入装置の場合、ステージ駆動機構２４は、通常のものと変わらない。一方、バッチ式のイオン注入装置、一般には、ステージ駆動機構２４を備えておらず、備えていたとしても制御範囲が狭いので、専用のステージ駆動機構２４を用意する必要がある。
【００２６】
重心偏心計測機構２３は、図３に示すように、二つのスリット２６ｕ，２６ｄと、各スリット２６ｕ，２６ｄ下に設けられた電流検出機構２７とを備えている。スリット２６ｕは、マトリクス状（６×３）に配置された複数の開口部２８を備えている。スリット２６ｕにおいて、簡単のために、一つの開口部にしか参照符号２８を付していない。同様に、スリット２６ｄは、マトリクス状に配置された複数の開口部２９を備えている。
【００２７】
図４にスリット２６ｕ，２６ｄの平面図、図５に図４の矢視方向から見たスリット２６ｕ，２６ｄの断面図を示す。図４，図５に示すように、スリット２６ｕ，２６ｄは同じスリットであり、スリット２６ｕの開口部２８下にスリット２６ｄの開口部２９が位置するように、スリット２６ｕ，２６ｄは配置されている。したがって、開口部２８内に垂直に入射したイオンは、開口部２８下の開口部２９内にも垂直に入射する。ここでは、開口部２８，２９の平面形状は矩形であるが、円形等の他の形状でも構わない。
【００２８】
電流検出機構２７は、Ｘ方向に一列に配列された複数のファラデーカップ２７ｆを備えている。図３では、簡単のために、一つのファラデーカップにしか参照符号２７ｆを付していない。電流検出機構２７は図示しない走査機構によりＹ方向に走査されるようになっている。これにより、一行分の個数のファラデーカップ２７ｆしかなくても、スリット２６ｕ，２６ｄを通過したイオンビームの電流を検出することが可能となる。
【００２９】
ここでは、Ｘ方向に一列に配列された複数のファラデーカップ２７ｆを用いたが、図６に示すように、Ｙ方向に一列に配列された複数のファラデーカップ２７ｆを用いても構わない。この場合、電流検出機構２７は図示しない走査機構によりＸ方向に走査される。あるいは、図７に示すように、１個のファラデーカップ２７ｆを用いても構わない。この場合、電流検出機構２７は、図７に示すように、図示しない走査機構によりＸおよびＹ方向に走査される。
【００３０】
次に、イオンビーム２０の重心の偏心量の求め方について説明する。
【００３１】
図８−図１５は、本実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図である。
【００３２】
図８は、重心の偏心量がゼロのイオンビーム２０が、スリット２５ｕ，２５ｄを通過する様子を模式的に示す図である。２８ａ−２８ｅおよび２９ａ−２９ｅは開口部を示している。スリット２５ｕの開口部２８ｂを通過したイオンビーム２０は、そのまま、スリット２５ｄの開口部２９ｂを通過する。
【００３３】
そのため、電流検出機構２７にて検出される開口部２８ｂ下のイオンビーム２０の電流量と開口部２９ｂ下のイオンビーム２０の電流量とは略同じになる。
【００３４】
このような計測結果の場合、イオンビーム２０の飛行方向は、図９に示すように、半導体ウェハ２１の表面（主面）に対して垂直な線（法線）と平行になると判断されるので、コントローラ２５は、ステージ駆動機構２４に、ステージ２２の姿勢（位置）を調整するための指示を与えない。
【００３５】
図１０は、重心の偏心量がゼロでないイオンビーム２０が、スリット２５ｕ，２５ｄを通過する様子を模式的に示す図である。図１０の場合、スリット２５ｕの開口部２８ｂを通過したイオンビーム２０は、右下方向に飛行し、スリット２５ｄの開口部２９ｃを通過する。
【００３６】
そのため、電流検出機構２７にて検出される開口部２８ｂ下のイオンビーム２０の電流量は、開口部２９ｂ下のイオンビーム２０の電流量（ここでは略ゼロ）よりも大きくなり、かつ、開口部２８ｃ下のイオンビーム２０の電流量（ここでは略ゼロ）は、開口部２９ｃ下のイオンビーム２０の電流量よりも小さくなる。
【００３７】
このような計測結果の場合、イオンビーム２０の飛行方向は、図１１に示すように、初期位置（破線位置）の半導体ウェハ２１の法線と平行でないと判断される。そこで、ステージ駆動機構２４は、図１１に示すように、イオンビーム２０の飛行方向と半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、コントローラ２５は、ステージ駆動機構２４を制御する。すなわち、ステージ駆動機構２４は、ステージ駆動機構２４の指示により、イオンビーム２０の飛行方向と半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、ステージ２２の姿勢（位置）を変更する。
【００３８】
図８−図１１では、簡単のため、イオンビーム２０は、単一の重心の偏心量を有する一つのイオンビームを備え、該イオンビームがスリット中の一つの開口部を通る場合について説明した。ここでは、イオンビーム２０は、互いに重心の偏心量が異なる二つのイオンビームを備え、これらの二つのイオンビームがそれぞれスリット中の別の開口部を通る場合について説明する。
【００３９】
図１２は、重心の偏心量がゼロのイオンビーム２０1 および重心の偏心量がゼロでないイオンビーム２０2 を含むイオンビーム２０が、スリット２５ｕ，２５ｄを通過する様子を模式的に示す図である。開口部２８ｂ内に入射するイオンビーム２０1 の電流量と開口部２８ｃ内に入射するイオンビーム２０2 の電流値とは略同じである。
【００４０】
図１２の場合、開口部２８ｂを通過したイオンビーム２０1 は、そのまま、開口部２９ｂを通過し、開口部２８ｃを通過したイオンビーム２０2 は、右下方向に飛行し、開口部２９ｄを通過する。
【００４１】
そのため、電流検出機構２７にて検出される開口部２８ｂ下のイオンビーム２０1 の電流量と開口部２９ｂ下のイオンビーム２０1 の電流量とは略同じになる。一方、電流検出機構２７にて検出される開口部２８ｃ下のイオンビーム２０2 の電流量は、開口部２９ｃ下のイオンビーム２０2 の電流量（ここでは略ゼロ）よりも大きくなり、かつ、開口部２８ｄ下のイオンビーム２０2 の電流量（ここでは略ゼロ）は、開口部２９ｄ下のイオンビーム２０2 の電流量よりも小さくなる。
【００４２】
ここで、図１３に示すように、スリット２５ｄを通過する前のスリット２５ｕの開口部下におけるイオンビーム２０1 の電流量および飛行方向をそれぞれベクトルの大きさおよびベクトルの方向とする第１のベクトル２０1 Ｖ、同様に、イオンビーム２０2 の電流量および飛行方向をそれぞれベクトルの大きさおよびベクトルの方向とする第２のベクトル２０2 Ｖとする。第１のベクトルと第２のベクトルとの合成ベクトルの方向Ｄは、イオンビーム２０1 とイオンビーム２０2 とを含むイオンビーム２０全体の飛行方向と考えることができる。すなわち、本実施形態では、イオンビーム２０1 ，２０2 の飛行方向を電流量で重み付して、イオンビーム２０全体の飛行方向を算出している。
【００４３】
図１３に示すように、合成ベクトルの方向Ｄは、初期位置（破線位置）の半導体ウェハ２１の法線と平行でないと判断される。そこで、ステージ駆動機構２４は、図１３に示すように、合成ベクトルの飛行方向Ｄと半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、ステージ２２の姿勢（位置）を変更する。
【００４４】
図１４は、重心の偏心量がゼロのイオンビーム２０1 および重心の偏心量がゼロでないイオンビーム２０2 が、スリット２５ｕ，２５ｄを通過する様子を模式的に示す図である。イオンビーム２０1 の電流量はイオンビーム２０2 の電流量よりも大きく、開口部２９ｂ下のイオンビーム２０1 の電流量は、開口部２９ｄ下のイオンビーム２０2 の電流量よりも大きい。
【００４５】
この場合、図１５に示すように、合成ベクトルの方向Ｄは、初期位置（破線位置）の半導体ウェハ２１の法線と平行でないと判断される。そこで、ステージ駆動機構２４は、コントローラ２５の指示により、図１５に示すように、合成ベクトルの飛行方向Ｄと半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、ステージ２２の姿勢（位置）を変更する。
【００４６】
以上の説明から、一般には、以下のように、ステージ２２の姿勢（位置）を制御すれば良いことが分かる。すなわち、イオンビーム２０がスリット２５ｕ内にｎ（≧１）個の開口部に入射する場合、各開口部を通るイオンビームの電流量をベクトルの大きさ、各開口部を通るイオンビームの方向をベクトルの方向とすると、各開口部を通るベクトルの合成ベクトルの方向が、半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、ステージ２２の姿勢（位置）を制御する。
【００４７】
以上のようにしてステージ２２の姿勢（位置）を制御してイオン注入を行ったところ、ゲート長（チャネル長）が６５ｎｍ以下の横型ＭＯＳトランジスタ２の特性の非対称性（素子特性の劣化）は、十分に改善されることが確認された。
【００４８】
従来技術の場合、上記非対称性は、加速エネルギーが３ｋｅＶ以下の場合、ドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上の場合、あるいは加速エネルギーが３ｋｅＶ以下かつドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上の場合の顕著になるが、本実施形態によれば、上記イオン注入条件のいずれの場合でも、上記非対称性は十分に抑制されていることが確認された。
【００４９】
上記非対称性が十分に抑制された理由は、本実施形態のイオン注入装置およびイオン注入方法により、イオンビームの重心の偏心によって生じるイオンビーム入射角のばらつきが十分に改善されるからである。例えば、側面が略垂直に加工されたゲート電極の該側面とウェハ表面（主面）の法線とのなす角度のばらつきや、あるいは、絶縁膜中に形成され、側面が略垂直に加工された接続孔の該側面と該接続孔の底面の法線とのなす角度のばらつきよりも小さくできることが確認された。
【００５０】
（第２の実施形態）
図１６は、本発明の第２の実施形態に係るイオン注入装置を模式的に示す図である。また、図１７は、本実施形態のイオン注入装置のイオン源チャンバの構成を模式的に示す図である。なお、図２と対応する部分には図２と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００５１】
前述したように、イオンビームの重心の偏心は、イオン源チャンバー内のカソードフィラメントから放出された熱電子の空間分布に起因していると考えられている。そこで、本実施形態では、イオン源チャンバ１１内の熱電子の空間分布３７を制御することにより、イオンビーム２０の重心の偏心を抑制する。以下、本実施形態についてさらに説明する。
【００５２】
図１７において、３０はチャンバを示しており、チャンバ３０の壁にはＢＦ3 やＡｓＦ3 などのイオン源ガス３１を導入するためのガス導入管３２が設けられている。チャンバ３０内には、図示しない電圧源（電力源）により電圧（電力）が印加されることにより、熱電子を放出するカソードフィラメント３３を備えた放電装置３４ｕ，４３ｄが設けられている。放電装置３４ｕはチャンバ３０内の上方に設けられ、放電装置３４ｄはチャンバ３０内の下方に設けられている。放電装置３４ｕは駆動機構３５により上下方向に移動できるようになっている。同様に、放電装置３４ｄは駆動機構３６により上下方向に移動できるようになっている。
【００５３】
ガス導入管３２からチャンバ３０内にイオン源ガス３１が導入された状態で、放電装置３４ｕ，３４ｄにより放電を起こすことにより、ＢイオンやＡｓイオンなどのイオンが発生する。該イオンは引き出し電極１２によって引き出される。
【００５４】
本実施形態によれば、駆動機構３５，３６により、放電装置３４ｕ，３４ｄの位置つまりカソードフィラメント３３の位置を制御することにより、熱電子の空間分布３７を制御できる。一方、イオンビームの重心の偏心量は、重心偏心計測機構２３で計測できる。
【００５５】
重心偏心計測機構２３にて計測されたイオンビームの重心の偏心量は、コントローラ２５に送られる。コントローラ２５は、偏心量が所定値以下になるように、駆動機構３５，３６を制御する。このようなフィードバック制御を行うことにより、イオンビームの重心の偏心が十分に小さくなるように、熱電子の空間分布３７を制御できる。
【００５６】
以上のようにして熱電子の空間分布３７を制御してイオン注入を行ったところ、ゲート長（チャネル長）が６５ｎｍ以下の横型ＭＯＳトランジスタ２の特性の非対称性は、十分に改善されることが確認された。
【００５７】
従来技術の場合、上記非対称性は、加速エネルギーが３ｋｅＶ以下の場合、ドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上の場合、あるいは加速エネルギーが３ｋｅＶ以下かつドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上の場合の顕著になるが、本実施形態によれば、上記イオン注入条件のいずれの場合でも、上記非対称性は十分に抑制されていることが確認された。
【００５８】
上記非対称性が十分に抑制された理由は、本実施形態のイオン注入装置およびイオン注入方法により、イオンビームの重心の偏心によって生じるイオンビーム入射角のばらつきが十分に改善されるからである。例えば、側面が略垂直に加工されたゲート電極の該側面とウェハ表面（主面）の法線とのなす角度のばらつきや、あるいは、絶縁膜中に形成され、側面が略垂直に加工された接続孔の該側面と該接続孔の底面の法線とのなす角度のばらつきよりも小さくできることが確認された。
【００５９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせても構わない。さらに、本発明は、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン拡散層以外の拡散層にも適用できる。
【００６０】
さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６１】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】縦型ＭＯＳトランジスタおよび横型ＭＯＳトランジスタが形成された半導体ウェハを模式的に示す図。
【図２】実施形態のイオン注入装置を模式的に示す図。
【図３】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構を模式的に示す図。
【図４】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構のスリットを示す平面図。
【図５】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構のスリットを示す断面図。
【図６】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構の電流検出機構の変形例を説明するための図。
【図７】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構の電流検出機構の他の変形例を説明するための図。
【図８】実施形態のイオン注入装置のステージの調整方法を説明するための図。
【図９】実施形態のイオン注入装置のステージの調整方法を説明するための図。
【図１０】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１１】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１２】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１３】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１４】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１５】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１６】実施形態のイオン注入装置を模式的に示す図。
【図１７】実施形態のイオン注入装置のイオンチャンバを模式的に示す図。
【符号の説明】
【００６３】
１１…イオン源チャンバ、１２…引き出し電極、１３…分離電磁石、１４…スリット、１５…加速器、１６…四極レンズ、１７…走査電極、１８，１９…走査電極、２０，２０1 …イオンビーム、２１…半導体ウェハ、２２…ステージ、２３…重心偏心計測機構、２４…ステージ駆動機構、２５…コントローラ、２６ｕ，２６ｄ…スリット、２７…ファラデーカップ、２８，２８ａ〜２８ｅ，２９，２９ａ〜２９ｅ…開口部、３０…チャンバ、３１…イオン源ガス、３３…カソードフィラメント、３４ｕ，３４ｄ…放電装置、３５…駆動機構、３６…駆動機構、３７…熱電子の空間分布。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置およびイオン注入プロセスを含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピューターや通信機器の重要部分には、多数のトランジスタや抵抗などを電気回路として結び付け、１チップ上に集積化して形成した大規模集積回路(ＬＳＩ)が多用されている。このため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結びついている。ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高めること、すなわち、素子の微細化により実現できる。
【０００３】
素子の微細化は、例えば、ソース／ドレイン拡散層などの拡散層の接合深さを浅くすることにより可能となる。接合深さを浅くするには、イオン注入およびその後に行われる熱処理工程(アニール)を最適化することにより可能となる。これにより、例えば、接合深さ０．２μｍ以下の浅いソース／ドレイン拡散層を有するＭＯＳトランジスタを実現することが可能となる。
【０００４】
このような浅い拡散層を不純物ドーピングで形成するためには、イオン注入の際に不純物原子を浅く分布させ、かつ、その後の熱処理で不純物原子が深く拡散しないように少ない熱予算を組むことが必要である。また、ＭＯＳトランジスタ等の素子が形成されるウェルや、ＭＯＳトランジスタのチャネルが誘起される領域(チャネルドーピング層)を不純物ドーピングで形成するためには、注入量を高精度に制御することが要求される。
【０００５】
一方、素子の微細化、例えば、ゲート加工寸法縮小に伴い、ゲート電極のシャドウィング（shadowing）およびイオンビームの入射角のずれに起因して、ソース／ドレイン領域にオフセットが生じやすくなってきている。このようなオフセットにより、トランジスタ特性の非対称性が顕在化している。
【０００６】
これまで、バッチ式高電流イオン注入機を用いた場合に生じる、トランジスタ特性の非対称性の原因は、コーン角である考えられている。そのため、α角とβ角を調整することにより、トランジスタ特性の非対称性を解消することが行われている(非特許文献１)。
【０００７】
しかしながら、α角とβ角を調整するだけは、必ずしも、トランジスタ特性の非対称性は解消されないというのが現状である。
【非特許文献１】Extended Abstracts of International Workshop on Junction Technology 2002, S2-3.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、素子特性の劣化を防止できるイオン注入装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係るイオン注入装置は、主面を有する試料が設置される試料台と、複数のイオンを生成するためのイオン生成手段であって、イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段と、前記複数のイオンを含むイオンビームを、前記試料の前記主面中に注入するための注入手段と、前記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記試料の位置または前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御するための制御手段とを具備してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段により、前記容器内に複数のイオンを生成する工程と、前記複数のイオンを含むイオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記試料の位置または前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御する工程と、試料台上に設置された試料の主面中に前記イオンビームを注入する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、素子特性の劣化を防止できるイオン注入装置および半導体装置の製造方法を実現できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、縦型ＭＯＳトランジスタ１および横型ＭＯＳトランジスタ２が形成された半導体ウェハ３を模式的に示す図である。縦型ＭＯＳトランジスタ１および横型ＭＯＳトランジスタ２は、それぞれ、ゲート電極４およびソース／ドレイン拡散層５を備えている。縦型ＭＯＳトランジスタ１および横型ＭＯＳトランジスタ２のゲート長（チャネル長）は、６５ｎｍ以下である。半導体ウェハ３は、例えばＳｉウェハである。
【００１６】
本発明者等の研究によれば、ゲート長（チャネル長）が６５ｎｍ以下になると、横型ＭＯＳトランジスタ２の特性の非対称性は顕著になり、さらに、α角とβ角を調整しても、横型ＭＯＳトランジスタ２の特性の非対称性は十分には解消されないことが明らかになった。
【００１７】
このようなトランジスタ特性の非対称の原因を調べたところ、イオンビームの重心の偏心によって生じる、イオンビーム入射角のばらつきであることが判明した。さらに、イオンビームの重心の偏心は、イオン源チャンバー内のカソードフィラメントから放出された熱電子の空間分布に起因していると考えられる。
【００１８】
本実施形態のイオン注入装置および半導体装置の製造方法は、上記原因を考慮したものである。図２は、本実施形態のイオン注入装置を模式的に示す図である。
【００１９】
まず、イオン源チャンバ１１で複数のイオンが生成され、これらの複数のイオンが引き出し電極１２によって引き出され、ビーム状になる。さらに、上記複数のイオンは分離電磁石１３によって質量分離される。上記イオンは、例えば、Ａｓ+ ，Ｂ+ ，ＢＦ2+，Ｐ+ ，Ｇｅ+ ，Ｓｂ+ ，Ｉｎ+ ，Ｇａ+ ，Ｆ+ ，Ｎ+ ，Ｃ+ ，ＢＦ+ およびこれらのクラスターイオンの中から選択されたものである。
【００２０】
イオン源チャンバ１１は、イオン源ガスが導入されるチャンバと、該チャンバ内に設けられ、電圧源（電力源）により電圧（電力）が印加されることにより、熱電子を放出するカソードフィラメントとを備えている。
【００２１】
続いて、スリット１４で完全に分離されたビーム状のイオン（イオンビーム）は、加速器１５によって加減速または無負荷により、所定の最終エネルギーを持つように制御される。そして、イオンビームが四極レンズ１６によって半導体ウェハ２１の表面（主面）に収束点を持つように収束される。
【００２２】
続いて、走査電極１７，１８により半導体ウェハ２１の注入面全体で注入量が一様に分布されるようにイオンビームが走査される。残留ガスとの衝突などで生じる中性粒子を除去するために、イオンビームは偏向電極１９により曲げられる。偏向電極１９に曲げられたイオンビーム２０は、ステージ２２上の半導体ウェハ２１中に注入される。
【００２３】
本実施形態では、さらに、イオンビーム２０の重心の偏心量を計測するための重心偏心計測機構２３と、重心偏心計測機構２３にて計測されたイオンビーム２０の重心の偏心量に基づいて、イオンビーム２０の重心の偏心の方向と半導体ウェハ２１の表面に対して垂直な方向とが一致するように、ステージ２２の３次元的な姿勢（位置）を変更するためのステージ駆動機構２４とを備えている。
【００２４】
ステージ駆動機構２４は、例えば、ＸＹ軸またはＸＹＺ軸方向にステージ２２を高精度に駆動できる機構を備えたものである。該機構は各動作軸に対してゴニオを有している。重心偏心計測機構２３は、図示しない移動機構により、計測時以外は、イオンビームライン上から外れた装置内に格納されるようになっている。
【００２５】
なお、枚葉式のイオン注入装置の場合、ステージ駆動機構２４は、通常のものと変わらない。一方、バッチ式のイオン注入装置、一般には、ステージ駆動機構２４を備えておらず、備えていたとしても制御範囲が狭いので、専用のステージ駆動機構２４を用意する必要がある。
【００２６】
重心偏心計測機構２３は、図３に示すように、二つのスリット２６ｕ，２６ｄと、各スリット２６ｕ，２６ｄ下に設けられた電流検出機構２７とを備えている。スリット２６ｕは、マトリクス状（６×３）に配置された複数の開口部２８を備えている。スリット２６ｕにおいて、簡単のために、一つの開口部にしか参照符号２８を付していない。同様に、スリット２６ｄは、マトリクス状に配置された複数の開口部２９を備えている。
【００２７】
図４にスリット２６ｕ，２６ｄの平面図、図５に図４の矢視方向から見たスリット２６ｕ，２６ｄの断面図を示す。図４，図５に示すように、スリット２６ｕ，２６ｄは同じスリットであり、スリット２６ｕの開口部２８下にスリット２６ｄの開口部２９が位置するように、スリット２６ｕ，２６ｄは配置されている。したがって、開口部２８内に垂直に入射したイオンは、開口部２８下の開口部２９内にも垂直に入射する。ここでは、開口部２８，２９の平面形状は矩形であるが、円形等の他の形状でも構わない。
【００２８】
電流検出機構２７は、Ｘ方向に一列に配列された複数のファラデーカップ２７ｆを備えている。図３では、簡単のために、一つのファラデーカップにしか参照符号２７ｆを付していない。電流検出機構２７は図示しない走査機構によりＹ方向に走査されるようになっている。これにより、一行分の個数のファラデーカップ２７ｆしかなくても、スリット２６ｕ，２６ｄを通過したイオンビームの電流を検出することが可能となる。
【００２９】
ここでは、Ｘ方向に一列に配列された複数のファラデーカップ２７ｆを用いたが、図６に示すように、Ｙ方向に一列に配列された複数のファラデーカップ２７ｆを用いても構わない。この場合、電流検出機構２７は図示しない走査機構によりＸ方向に走査される。あるいは、図７に示すように、１個のファラデーカップ２７ｆを用いても構わない。この場合、電流検出機構２７は、図７に示すように、図示しない走査機構によりＸおよびＹ方向に走査される。
【００３０】
次に、イオンビーム２０の重心の偏心量の求め方について説明する。
【００３１】
図８−図１５は、本実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図である。
【００３２】
図８は、重心の偏心量がゼロのイオンビーム２０が、スリット２５ｕ，２５ｄを通過する様子を模式的に示す図である。２８ａ−２８ｅおよび２９ａ−２９ｅは開口部を示している。スリット２５ｕの開口部２８ｂを通過したイオンビーム２０は、そのまま、スリット２５ｄの開口部２９ｂを通過する。
【００３３】
そのため、電流検出機構２７にて検出される開口部２８ｂ下のイオンビーム２０の電流量と開口部２９ｂ下のイオンビーム２０の電流量とは略同じになる。
【００３４】
このような計測結果の場合、イオンビーム２０の飛行方向は、図９に示すように、半導体ウェハ２１の表面（主面）に対して垂直な線（法線）と平行になると判断されるので、コントローラ２５は、ステージ駆動機構２４に、ステージ２２の姿勢（位置）を調整するための指示を与えない。
【００３５】
図１０は、重心の偏心量がゼロでないイオンビーム２０が、スリット２５ｕ，２５ｄを通過する様子を模式的に示す図である。図１０の場合、スリット２５ｕの開口部２８ｂを通過したイオンビーム２０は、右下方向に飛行し、スリット２５ｄの開口部２９ｃを通過する。
【００３６】
そのため、電流検出機構２７にて検出される開口部２８ｂ下のイオンビーム２０の電流量は、開口部２９ｂ下のイオンビーム２０の電流量（ここでは略ゼロ）よりも大きくなり、かつ、開口部２８ｃ下のイオンビーム２０の電流量（ここでは略ゼロ）は、開口部２９ｃ下のイオンビーム２０の電流量よりも小さくなる。
【００３７】
このような計測結果の場合、イオンビーム２０の飛行方向は、図１１に示すように、初期位置（破線位置）の半導体ウェハ２１の法線と平行でないと判断される。そこで、ステージ駆動機構２４は、図１１に示すように、イオンビーム２０の飛行方向と半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、コントローラ２５は、ステージ駆動機構２４を制御する。すなわち、ステージ駆動機構２４は、ステージ駆動機構２４の指示により、イオンビーム２０の飛行方向と半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、ステージ２２の姿勢（位置）を変更する。
【００３８】
図８−図１１では、簡単のため、イオンビーム２０は、単一の重心の偏心量を有する一つのイオンビームを備え、該イオンビームがスリット中の一つの開口部を通る場合について説明した。ここでは、イオンビーム２０は、互いに重心の偏心量が異なる二つのイオンビームを備え、これらの二つのイオンビームがそれぞれスリット中の別の開口部を通る場合について説明する。
【００３９】
図１２は、重心の偏心量がゼロのイオンビーム２０1 および重心の偏心量がゼロでないイオンビーム２０2 を含むイオンビーム２０が、スリット２５ｕ，２５ｄを通過する様子を模式的に示す図である。開口部２８ｂ内に入射するイオンビーム２０1 の電流量と開口部２８ｃ内に入射するイオンビーム２０2 の電流値とは略同じである。
【００４０】
図１２の場合、開口部２８ｂを通過したイオンビーム２０1 は、そのまま、開口部２９ｂを通過し、開口部２８ｃを通過したイオンビーム２０2 は、右下方向に飛行し、開口部２９ｄを通過する。
【００４１】
そのため、電流検出機構２７にて検出される開口部２８ｂ下のイオンビーム２０1 の電流量と開口部２９ｂ下のイオンビーム２０1 の電流量とは略同じになる。一方、電流検出機構２７にて検出される開口部２８ｃ下のイオンビーム２０2 の電流量は、開口部２９ｃ下のイオンビーム２０2 の電流量（ここでは略ゼロ）よりも大きくなり、かつ、開口部２８ｄ下のイオンビーム２０2 の電流量（ここでは略ゼロ）は、開口部２９ｄ下のイオンビーム２０2 の電流量よりも小さくなる。
【００４２】
ここで、図１３に示すように、スリット２５ｄを通過する前のスリット２５ｕの開口部下におけるイオンビーム２０1 の電流量および飛行方向をそれぞれベクトルの大きさおよびベクトルの方向とする第１のベクトル２０1 Ｖ、同様に、イオンビーム２０2 の電流量および飛行方向をそれぞれベクトルの大きさおよびベクトルの方向とする第２のベクトル２０2 Ｖとする。第１のベクトルと第２のベクトルとの合成ベクトルの方向Ｄは、イオンビーム２０1 とイオンビーム２０2 とを含むイオンビーム２０全体の飛行方向と考えることができる。すなわち、本実施形態では、イオンビーム２０1 ，２０2 の飛行方向を電流量で重み付して、イオンビーム２０全体の飛行方向を算出している。
【００４３】
図１３に示すように、合成ベクトルの方向Ｄは、初期位置（破線位置）の半導体ウェハ２１の法線と平行でないと判断される。そこで、ステージ駆動機構２４は、図１３に示すように、合成ベクトルの飛行方向Ｄと半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、ステージ２２の姿勢（位置）を変更する。
【００４４】
図１４は、重心の偏心量がゼロのイオンビーム２０1 および重心の偏心量がゼロでないイオンビーム２０2 が、スリット２５ｕ，２５ｄを通過する様子を模式的に示す図である。イオンビーム２０1 の電流量はイオンビーム２０2 の電流量よりも大きく、開口部２９ｂ下のイオンビーム２０1 の電流量は、開口部２９ｄ下のイオンビーム２０2 の電流量よりも大きい。
【００４５】
この場合、図１５に示すように、合成ベクトルの方向Ｄは、初期位置（破線位置）の半導体ウェハ２１の法線と平行でないと判断される。そこで、ステージ駆動機構２４は、コントローラ２５の指示により、図１５に示すように、合成ベクトルの飛行方向Ｄと半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、ステージ２２の姿勢（位置）を変更する。
【００４６】
以上の説明から、一般には、以下のように、ステージ２２の姿勢（位置）を制御すれば良いことが分かる。すなわち、イオンビーム２０がスリット２５ｕ内にｎ（≧１）個の開口部に入射する場合、各開口部を通るイオンビームの電流量をベクトルの大きさ、各開口部を通るイオンビームの方向をベクトルの方向とすると、各開口部を通るベクトルの合成ベクトルの方向が、半導体ウェハ２１の法線とが平行になるように、ステージ２２の姿勢（位置）を制御する。
【００４７】
以上のようにしてステージ２２の姿勢（位置）を制御してイオン注入を行ったところ、ゲート長（チャネル長）が６５ｎｍ以下の横型ＭＯＳトランジスタ２の特性の非対称性（素子特性の劣化）は、十分に改善されることが確認された。
【００４８】
従来技術の場合、上記非対称性は、加速エネルギーが３ｋｅＶ以下の場合、ドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上の場合、あるいは加速エネルギーが３ｋｅＶ以下かつドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上の場合の顕著になるが、本実施形態によれば、上記イオン注入条件のいずれの場合でも、上記非対称性は十分に抑制されていることが確認された。
【００４９】
上記非対称性が十分に抑制された理由は、本実施形態のイオン注入装置およびイオン注入方法により、イオンビームの重心の偏心によって生じるイオンビーム入射角のばらつきが十分に改善されるからである。例えば、側面が略垂直に加工されたゲート電極の該側面とウェハ表面（主面）の法線とのなす角度のばらつきや、あるいは、絶縁膜中に形成され、側面が略垂直に加工された接続孔の該側面と該接続孔の底面の法線とのなす角度のばらつきよりも小さくできることが確認された。
【００５０】
（第２の実施形態）
図１６は、本発明の第２の実施形態に係るイオン注入装置を模式的に示す図である。また、図１７は、本実施形態のイオン注入装置のイオン源チャンバの構成を模式的に示す図である。なお、図２と対応する部分には図２と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００５１】
前述したように、イオンビームの重心の偏心は、イオン源チャンバー内のカソードフィラメントから放出された熱電子の空間分布に起因していると考えられている。そこで、本実施形態では、イオン源チャンバ１１内の熱電子の空間分布３７を制御することにより、イオンビーム２０の重心の偏心を抑制する。以下、本実施形態についてさらに説明する。
【００５２】
図１７において、３０はチャンバを示しており、チャンバ３０の壁にはＢＦ3 やＡｓＦ3 などのイオン源ガス３１を導入するためのガス導入管３２が設けられている。チャンバ３０内には、図示しない電圧源（電力源）により電圧（電力）が印加されることにより、熱電子を放出するカソードフィラメント３３を備えた放電装置３４ｕ，４３ｄが設けられている。放電装置３４ｕはチャンバ３０内の上方に設けられ、放電装置３４ｄはチャンバ３０内の下方に設けられている。放電装置３４ｕは駆動機構３５により上下方向に移動できるようになっている。同様に、放電装置３４ｄは駆動機構３６により上下方向に移動できるようになっている。
【００５３】
ガス導入管３２からチャンバ３０内にイオン源ガス３１が導入された状態で、放電装置３４ｕ，３４ｄにより放電を起こすことにより、ＢイオンやＡｓイオンなどのイオンが発生する。該イオンは引き出し電極１２によって引き出される。
【００５４】
本実施形態によれば、駆動機構３５，３６により、放電装置３４ｕ，３４ｄの位置つまりカソードフィラメント３３の位置を制御することにより、熱電子の空間分布３７を制御できる。一方、イオンビームの重心の偏心量は、重心偏心計測機構２３で計測できる。
【００５５】
重心偏心計測機構２３にて計測されたイオンビームの重心の偏心量は、コントローラ２５に送られる。コントローラ２５は、偏心量が所定値以下になるように、駆動機構３５，３６を制御する。このようなフィードバック制御を行うことにより、イオンビームの重心の偏心が十分に小さくなるように、熱電子の空間分布３７を制御できる。
【００５６】
以上のようにして熱電子の空間分布３７を制御してイオン注入を行ったところ、ゲート長（チャネル長）が６５ｎｍ以下の横型ＭＯＳトランジスタ２の特性の非対称性は、十分に改善されることが確認された。
【００５７】
従来技術の場合、上記非対称性は、加速エネルギーが３ｋｅＶ以下の場合、ドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上の場合、あるいは加速エネルギーが３ｋｅＶ以下かつドーズ量が１×１０14ｃｍ-2以上の場合の顕著になるが、本実施形態によれば、上記イオン注入条件のいずれの場合でも、上記非対称性は十分に抑制されていることが確認された。
【００５８】
上記非対称性が十分に抑制された理由は、本実施形態のイオン注入装置およびイオン注入方法により、イオンビームの重心の偏心によって生じるイオンビーム入射角のばらつきが十分に改善されるからである。例えば、側面が略垂直に加工されたゲート電極の該側面とウェハ表面（主面）の法線とのなす角度のばらつきや、あるいは、絶縁膜中に形成され、側面が略垂直に加工された接続孔の該側面と該接続孔の底面の法線とのなす角度のばらつきよりも小さくできることが確認された。
【００５９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせても構わない。さらに、本発明は、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン拡散層以外の拡散層にも適用できる。
【００６０】
さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６１】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】縦型ＭＯＳトランジスタおよび横型ＭＯＳトランジスタが形成された半導体ウェハを模式的に示す図。
【図２】実施形態のイオン注入装置を模式的に示す図。
【図３】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構を模式的に示す図。
【図４】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構のスリットを示す平面図。
【図５】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構のスリットを示す断面図。
【図６】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構の電流検出機構の変形例を説明するための図。
【図７】実施形態のイオン注入装置の重心偏心計測機構の電流検出機構の他の変形例を説明するための図。
【図８】実施形態のイオン注入装置のステージの調整方法を説明するための図。
【図９】実施形態のイオン注入装置のステージの調整方法を説明するための図。
【図１０】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１１】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１２】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１３】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１４】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１５】実施形態のイオン注入装置のステージ２２の調整方法を説明するための図。
【図１６】実施形態のイオン注入装置を模式的に示す図。
【図１７】実施形態のイオン注入装置のイオンチャンバを模式的に示す図。
【符号の説明】
【００６３】
１１…イオン源チャンバ、１２…引き出し電極、１３…分離電磁石、１４…スリット、１５…加速器、１６…四極レンズ、１７…走査電極、１８，１９…走査電極、２０，２０1 …イオンビーム、２１…半導体ウェハ、２２…ステージ、２３…重心偏心計測機構、２４…ステージ駆動機構、２５…コントローラ、２６ｕ，２６ｄ…スリット、２７…ファラデーカップ、２８，２８ａ〜２８ｅ，２９，２９ａ〜２９ｅ…開口部、３０…チャンバ、３１…イオン源ガス、３３…カソードフィラメント、３４ｕ，３４ｄ…放電装置、３５…駆動機構、３６…駆動機構、３７…熱電子の空間分布。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する試料が設置される試料台と、
複数のイオンを生成するためのイオン生成手段であって、イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段と、
前記複数のイオンを含むイオンビームを、前記試料の前記主面中に注入するための注入手段と、
前記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記試料の位置または前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御するための制御手段と
を具備してなることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記試料の位置を制御するための前記制御手段は、
前記試料台の位置を変更するための変更手段と、
前記試料の前記主面中に前記イオンビームが注入される前に、前記イオンビームの重心の偏心方向を計測するための計測手段と、
前記計測手段にて計測された前記イオンビームの重心の偏心方向に基づいて、前記イオンビームの重心の偏心方向と前記試料の前記主面の法線方向とが一致するように、前記変更手段を制御する制御手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記試料の位置を制御するための前記制御手段は、
前記試料台の位置を変更するための変更手段と、
前記イオンビームが照射され、複数の開口部を有する第１のスリットと、
前記第１のスリットの下方に設けられ、前記第１のスリットを通過したイオンビームが照射される、複数の開口部を有する第２のスリットと、
前記第１のスリットを通過し、かつ、前記第２のスリットを通過する前の、前記第１のスリットの前記複数の開口部下の前記イオンビームの電流量を計測し、かつ、前記第２のスリットを通過し、前記試料の前記主面中に注入される前の、前記第２のスリットの前記複数の開口部下の前記イオンビームの電流量を計測するための計測手段と、
前記計測手段にて計測された前記第１および第２のスリットの前記複数の開口部下のイオンビームの電流値に基づいて、前記第１のスリットの前記複数の開口部のそれぞれについて、前記開口部を通過したイオンビームの電流値およびビーム方向をそれぞれベクトルの大きさおよび方向とするベクトルを算出し、算出したベクトルの和を前記イオンビームの重心の偏心方向とし、該記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記変更手段を制御する制御手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御するための前記制御手段は、
前記フィラメントの位置を変更させるための変更手段と、
前記試料の前記主面中に前記イオンビームが注入される前に、前記イオンビームの重心の偏心方向を計測するための計測手段と、
前記計測手段にて計測された前記イオンビームの重心の偏心方向に基づいて、前記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記変更手段を制御する制御手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段により、前記容器内に複数のイオンを生成する工程と、
前記複数のイオンを含むイオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記試料の位置または前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御する工程と、
試料台上に設置された試料の主面中に前記イオンビームを注入する工程と
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１】
主面を有する試料が設置される試料台と、
複数のイオンを生成するためのイオン生成手段であって、イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段と、
前記複数のイオンを含むイオンビームを、前記試料の前記主面中に注入するための注入手段と、
前記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記試料の位置または前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御するための制御手段と
を具備してなることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記試料の位置を制御するための前記制御手段は、
前記試料台の位置を変更するための変更手段と、
前記試料の前記主面中に前記イオンビームが注入される前に、前記イオンビームの重心の偏心方向を計測するための計測手段と、
前記計測手段にて計測された前記イオンビームの重心の偏心方向に基づいて、前記イオンビームの重心の偏心方向と前記試料の前記主面の法線方向とが一致するように、前記変更手段を制御する制御手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記試料の位置を制御するための前記制御手段は、
前記試料台の位置を変更するための変更手段と、
前記イオンビームが照射され、複数の開口部を有する第１のスリットと、
前記第１のスリットの下方に設けられ、前記第１のスリットを通過したイオンビームが照射される、複数の開口部を有する第２のスリットと、
前記第１のスリットを通過し、かつ、前記第２のスリットを通過する前の、前記第１のスリットの前記複数の開口部下の前記イオンビームの電流量を計測し、かつ、前記第２のスリットを通過し、前記試料の前記主面中に注入される前の、前記第２のスリットの前記複数の開口部下の前記イオンビームの電流量を計測するための計測手段と、
前記計測手段にて計測された前記第１および第２のスリットの前記複数の開口部下のイオンビームの電流値に基づいて、前記第１のスリットの前記複数の開口部のそれぞれについて、前記開口部を通過したイオンビームの電流値およびビーム方向をそれぞれベクトルの大きさおよび方向とするベクトルを算出し、算出したベクトルの和を前記イオンビームの重心の偏心方向とし、該記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記変更手段を制御する制御手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御するための前記制御手段は、
前記フィラメントの位置を変更させるための変更手段と、
前記試料の前記主面中に前記イオンビームが注入される前に、前記イオンビームの重心の偏心方向を計測するための計測手段と、
前記計測手段にて計測された前記イオンビームの重心の偏心方向に基づいて、前記イオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記変更手段を制御する制御手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
イオン源ガスが導入される容器、および、前記容器内に設けられ、熱電子を放出するフィラメントを含むイオン生成手段により、前記容器内に複数のイオンを生成する工程と、
前記複数のイオンを含むイオンビームの重心の偏心方向と前記主面の法線方向とが一致するように、前記試料の位置または前記フィラメントから放出される電子の空間分布を制御する工程と、
試料台上に設置された試料の主面中に前記イオンビームを注入する工程と
を有する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】
【公開番号】特開２００６−１９０４８（Ｐ２００６−１９０４８Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９３０３４（Ｐ２００４−１９３０３４）
【出願日】平成１６年６月３０日（２００４．６．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月３０日（２００４．６．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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