JPH0837162A

JPH0837162A - イオン注入方法及びイオン注入装置

Info

Publication number: JPH0837162A
Application number: JP16945194A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sugiyama; 剛一杉山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】イオン注入方法及びイオン注入装置に関し、
イオンビームの断面強度分布を調整することにより左右
対称なイオン注入領域を形成するためのイオン注入工程
数を減少させ、製造コストを低減する。【構成】イオンビームの断面強度分布を中心部のビー
ム強度が小さく、且つ、ビーム周辺部のビーム強度が大
きくなるように調整し、前記イオンビームを半導体基体
１に対して所望の拡がり角θを持たせると共に、半導体
基体１表面に設けたゲート電極４をマスクとして半導体
基体１の法線に対してチルト角０°の方向５からイオン
を注入して左右対称な低不純物濃度領域６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオン注入方法及びそれ
に用いるイオン注入装置に関するものであり、特に、イ
オンビームの断面強度分布を調整することにより対称構
造の不純物領域を有する半導体装置の製造工程数を減少
することが可能になるイオン注入方法及びイオン注入装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入技術は、半導体基体に不純物
元素を導入する手段として、気相拡散法或いは固相拡散
法と並んで不可欠の手段であるが、イオン注入法は気相
拡散法或いは固相拡散法と比較して不純物の注入量（ド
ーズ量）や不純物の注入深さの制御性において優れてい
るので、特に、高集積度の半導体装置の製造工程に使用
されている。

【０００３】イオン注入に使用されるイオンは、イオン
ソースにおいて固体または気体のイオン源をプラズマ化
した後加速し、磁場による質量分離の後、質量分析スリ
ット（ＭａｓｓＲｅｓｏｌｖｉｎｇＳｌｉｔ）を通
過して指定された注入角に沿って半導体基体に注入され
る。

【０００４】イオン注入装置は、その使用ドーズ量によ
って、高電流装置と中電流装置に大別され、さらに、中
電流装置は半導体基体へのイオンの照射方法によってノ
ンパラレル機とパラレル機に分けられる。

【０００５】この内、ノンパラレル機の場合には、互い
に直交する方向、即ち、通常はオリエンテーションフラ
ットに平行な方向とそれに垂直な方向に沿って静電スキ
ャンすることで半導体基体全面にイオンを注入する。

【０００６】また、パラレル機の場合には、イオンを質
量分離した後、スキャン機構によりスキャンする際に、
スキャン機構を通過させたのちアングルコレクタを通過
させることによりイオンビームの方向を補正し、半導体
基体面上で平行にスキャンするものであるが、一般にノ
ンパラレル機と比較して構造が複雑であるので装置価格
が高いという欠点がある。

【０００７】一方、半導体集積回路の高集積化・微細化
が進むにつれて、例えば、ＭＯＳトランジスタにおいて
はホットキャリアの問題が注目され始め、その解決手段
としてドレイン近傍での電界を緩和するために所謂ＬＤ
Ｄ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）構造を
採用していた。

【０００８】このＬＤＤ構造は、高電界になりやすいド
レイン近傍の拡散領域端部に不純物濃度の低い領域、即
ち、キャリア濃度の低い領域を設けて、この部分での電
界緩和を図るものであり、通常はソース領域側にも同時
にキャリア濃度の低い領域が形成される。

【０００９】ノンパラレル機を使用してゲート構造をマ
スクとしてＬＤＤ構造を形成する場合、半導体基体の周
辺部と中央部ではイオンの注入角が異なり、注入角の大
きな半導体基体の周辺部ではイオンの２次元分布が左右
で異なることになるので、製造されたＭＯＳトランジス
タはＩ─Ｖ特性が非対称で、且つ、素子寿命がばらつく
等の欠点があった。

【００１０】この欠点を改善するために、従来ＬＤＤ構
造を形成する場合にはパラレル機を使用すると共に、先
ず図７に示すようにゲート絶縁膜３及びゲート電極４か
らなるゲート構造体をマスクとしてＳｉ半導体基体１に
イオン注入する際に、所謂チャネリング防止のためにチ
ルト角（半導体基体１の法線とイオン注入方向５とのな
す角）を約７°程度に設定し、ソース・ドレイン領域が
左右対称になるようにゲート構造体の左右から１度ずつ
２度イオン注入してＬＤＤ領域を構成する低不純物濃度
領域６を形成していた〔図７（ａ）〜（ｃ）〕。

【００１１】この場合、実際の半導体ウェハにおいて
は、ゲート電極４は一方向にのみ整列するように形成さ
れていないため全ての素子において対称性を保つために
は、第１の左右の注入方向とのなす角が９０°になるよ
うに、即ち、ツイスト角が９０°になるように選択した
第２の左右の注入方向からもイオン注入を行い、合わせ
て計４方向からイオン注入を行なう（図示せず）。

【００１２】次いで、ゲート電極４の側面にサイドウォ
ール７を形成した後、サイドウォール７を含むゲート構
造体をマスクとして不純物イオンを注入し、ソース・ド
レイン領域８を形成していた〔図７（ｄ）〜（ｆ）〕。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＯＳ
ＦＥＴを含む半導体集積回路装置の製造工程において
は、大部分の工程においては装置価格の高いパラレル機
を用いる必要がないにも拘らず、ＬＤＤ構造を形成する
ためにはパラレル機を用いる必要があり、且つ、ツイス
ト角を４回変更する４方向注入を行う必要があるため、
製造工程数が増加するという問題点、即ち、製造コスト
が上昇する問題点や装置価格が上昇するという問題点が
あった。

【００１４】したがって、本発明は、装置価格の高いパ
ラレル機を用いることなく、或いは、パラレル機を用い
てチルト角を０°以外にした場合にも左右対称な不純物
領域を有する半導体装置の製造工程数を減少させること
を目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、イオンビーム
の断面強度分布をビーム中心部で小さく、且つ、ビーム
周辺部で大きくし（図２参照）、前記イオンビームを非
照射体に対して所望の拡がり角をもたせてイオン注入す
ることを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、半導体基体（図１の１）
表面に設けた少なくとも一つの凸状構造体（図１の３，
４）をマスクとして上記の断面強度分布を有するイオン
ビームを用いて前記半導体基体にイオンを注入すること
を特徴とする。

【００１７】また、本発明は、イオンビームが加速管を
通過した後の位置に四重極〔図３（ａ）の１０〕を設置
したイオンビーム成形部を有するイオン注入装置、或い
は、イオンソース〔図５の１３〕からのイオン引出口
〔図５の２０，２１〕を２以上設けたイオンビーム成形
部を有するイオン注入装置にも特徴を有するものであ
る。

【００１８】

【作用】本発明においては、中心部のビーム強度が小さ
く、且つ、周辺部のビーム強度が大きくなるような断面
強度分布を有し、且つ、非照射体に対して拡がりを有す
るイオンビームを用いるので、チルト角が０°の場合に
も７°と−７°の２成分がイオン注入される。

【００１９】特に、左右対称性が必要な不純物領域、特
に、ＬＤＤ構造を形成する場合には、１方向に沿った注
入を行うことにより、ゲート構造体の左右から２度イオ
ン注入を行ったのと同等の作用が得られるため、全体で
は、従来の４方向注入においては４工程必要であった工
程数が２工程に減少できる。

【００２０】また、四重極を設置したイオンビーム成形
部を有するイオン注入装置においては、前記四重極によ
って形成される磁場を用いてイオンビームの断面強度分
布をビーム中心部で小さく、且つ、ビーム周辺部で大き
くなるように成形するものである。

【００２１】さらに、必要とするイオンビームの断面形
状に応じてイオン引出口を２以上設けたイオンビーム成
形部を有するイオン注入装置においては、イオン引出口
の配置構造によりイオンビームの断面強度分布をビーム
中心部で小さく、且つ、ビーム周辺部で大きくなるよう
に成形するものであり、例えば、多数のイオン引出口を
円周上に等間隔で配置した場合には同心円状の断面強度
分布を有するイオンビームが得られる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明の実施例であるＬＤＤ構造ＭＯ
ＳＦＥＴを構成要素とする高集積度の半導体集積回路装
置の製造工程を表す図であり、特に、ＬＤＤ構造を形成
するためのイオン注入工程を表している。

【００２３】先ず、Ｓｉ半導体基体１にフィールド酸化
膜２を形成した後、素子形成領域のフィールド酸化膜２
を除去して除去部にゲート絶縁膜３を形成し、次いで、
ゲート電極となる多結晶Ｓｉ、Ｗ等の高融点金属、高融
点金属シリサイド、或いは、ポリサイドのような前記の
導電膜の多層積層膜を堆積させパターニングしてゲート
電極４を形成する。

【００２４】この半導体基体１に低不純物濃度の左右対
称なＬＤＤ構造を形成するためにイオン注入を行う際
に、後述する方法で形成された、図２及び図３に示す中
心部のビーム強度が小さく、且つ、周辺部のビーム強度
が大きくなる断面強度分布を有し、ビームの中心軸が半
導体基体１に垂直で、且つ、１４°の拡がり角θを有す
るイオンビームを用いてイオン注入を行う。

【００２５】拡がり角θが１４°であるイオンビームの
チルト角を０°に設定した場合には、中心部のビーム強
度は非常に低いのでチルト角に対して７°と−７°の２
成分５が優勢になり、一連のスキャンニング工程におい
て注入されるイオンビームが重複することになるので、
結果的にこの７°と−７°の２成分５が左右から半導体
基体１にイオン注入されることになる。

【００２６】したがって、第１の方向にゲート電極が整
列したＭＯＳＦＥＴ群に対しては第１のイオン注入工程
により、ゲート電極４に対して左右対称な低不純物濃度
領域６を形成することができる〔図１（ａ）〜
（ｂ）〕。なお、拡がり角θは１４°に限られるもので
なく、０°＜θ≦１４°の範囲であれば良い。

【００２７】次いで、第１の方向とは異なった第２の方
向にゲート電極が整列しているＭＯＳＦＥＴ群に対し
て、左右対称な低不純物濃度領域６を形成するために半
導体基体１を回転させ、上記と同様に第２の方向に沿っ
て第２のイオン注入を行う（図示せず）。

【００２８】この場合の半導体基体１の回転角、即ち、
ツイスト角は第１のイオン注入におけるドーズ量と第２
のイオン注入におけるドーズ量とを制御することにより
４５°〜１３５°の範囲に設定するのであり、第１のイ
オン注入のドーズ量と第２のイオン注入のドーズ量が等
しい場合にはツイスト角を９０°にする。

【００２９】また、上記２度のイオン注入条件は、ドー
ズ量を１×１０¹²ｃｍ^-2〜１×１０ ¹⁴ｃｍ^-2とし、加速
エネルギーを夫々、イオン種がＰ⁺の場合は２ｋｅＶ〜
１０ｋｅＶ、Ａｓ⁺の場合は２ｋｅＶ〜１０ｋｅＶ、Ｂ
Ｆ₂ ⁺の場合は５ｋｅＶ〜１５ｋｅＶ、Ｂ⁺の場合は２
ｋｅＶ〜６ｋｅＶとした。

【００３０】次いで、ＣＶＤ絶縁膜の堆積とそれに引き
続く異方性エッチングとによりゲート電極の側部にサイ
ドウォール７を形成した後、このサイドウォール７をマ
スクとして第３のイオン注入を行って、高不純物濃度の
ソース・ドレイン領域８を形成する〔図１（ｃ）〜
（ｅ）〕。

【００３１】なお、本発明の実施に用いるイオンビーム
は、図３のような断面強度分布を有するイオンビームに
限定されるものではなく、図４に示すような中心部でイ
オン密度が低く、且つ、周辺部でイオン密度が高い同心
円状の断面強度分布を有するイオンビームでも良いもの
である。

【００３２】この図４に示すイオンビームを用いた場合
には、その断面強度分布の対称性が非常に良いので、半
導体基体１を回転させることなく、１方向注入を行うだ
けで第１の方向とこれとは異なった第２の方向の２方向
にゲート電極が整列している全てのＭＯＳＦＥＴに対し
て左右対称な低不純物濃度領域６を形成することができ
る。

【００３３】ここで、本発明の実施に用いる断面強度分
布を有するイオンビームの形成方法とそれを形成するた
めのイオン注入装置の実施例とを説明する。図６は本発
明の実施に用いるイオン注入装置の概略図であり、図３
（ａ）及び図５はそれぞれイオン注入装置に設けるイオ
ンビーム成形部についての第１の実施例及び第２の実施
例を示す図である。

【００３４】図６に示した本発明の実施に用いるイオン
注入装置は、イオンソース１３、アナライザマグネット
２４、アパーチャ２５、スリット２６、加速管２７、Ｙ
スキャンプレート２８、及び、Ｘスキャンプレート２９
（１は半導体基体、２２は真空チャンバ、２３はイオン
ビーム）からなる通常のイオン注入装置の加速管２７の
出口に設けるＱレンズの代わりに四重極を有するイオン
ビーム成形部３０を設置するか、或いは、イオンソース
１３の近傍に設けるマニピュレータ（イオン引出口）と
して、得ようとするビーム形状に応じて配置した２以上
のイオン引出口を設けたイオンビーム成形部３１を設置
したものであり、図６においては便宜的に両方を図示し
ているが、実際にはどちらか一方を設けるものである。

【００３５】次に、図３（ａ）は本発明に用いるイオン
注入装置のイオンビーム成形部についての第１の実施例
を示す図であり、このビームライン９に対称的に取り付
けられた四重極１０を有するイオンビーム成形部は、イ
オンビームが加速管を通過した後の位置に設置され、且
つ、この四重極１０の磁場（１１は磁力線）によってイ
オンビームの断面強度分布１２を制御して、図３（ｂ）
に示す双峰性を有する断面強度分布を得るものである。

【００３６】また、図５は本発明に用いるイオン注入装
置のイオンビーム成形部についての第２の実施例を示す
図であり、この複数のイオン引出口を設けたイオンビー
ム成形部は、ガス導入口１４、ベーパライザー１５、ア
ークチャンバー１６、正電極１７、負電極１８、及び、
フィラメント１９からなるイオンソース１３に二つのイ
オン引出口２０及び２１を設けたものである。

【００３７】例えば、ベーパライザー１５にイオン源を
入れた場合には、ガス導入口１４からアルゴン等のキャ
リアガスを導入して、ベーパライザー１５からのイオン
源をアークチャンバー１６内でイオン化し、イオン化し
たイオンをイオン引出口２０及び２１から所定断面強度
分布を有するイオンビームとして取り出すものである。

【００３８】また、ＢＦ₃を用いる場合には、ベーパラ
イザー１５を使用せずに、ガス導入口１４からＢＦ₃を
導入してアークチャンバー１６内でイオン化してＢＦ₂
⁺を生成し、イオン引出口２０及び２１から所定断面強
度分布を有するＢＦ₂ ⁺イオンビームとして取り出す。

【００３９】上記図５に示したイオン注入装置のイオン
ビーム成形部についての第２の実施例の説明において
は、イオン引出口は２つであるものの、必要とする断面
強度分布に応じて多数のイオン引出口を設けても良く、
このイオン引出口の配置構造によって各種の断面強度分
布を有するイオンビームを得ることができ、例えば、イ
オン引出口を円周上に配置すれば図４に示す同心円状の
断面強度分布を有するイオンビームが得られる。

【００４０】なお、上記実施例においては高電流イオン
注入装置を使用した場合について説明しているがこれに
限られるものではなく、中電流イオン注入装置であるパ
ラレル機に本発明のイオンビーム成形部を設けて上記の
ような断面強度分布を有するイオンビームを形成してイ
オン注入を行っても良いものである。

【００４１】また、上記図３のイオンビーム成形部にお
いては、磁場を用いてイオンビームを成形しているが、
電場を用いて成形しても良いものであり、更に、複数対
の四重極を組み合わせることにより磁場と電場の両方で
成形しても良い。

【００４２】さらに、上記イオン注入方法の実施例はＬ
ＤＤ構造の製造工程について説明しているが、これに限
られるものではなく、本発明は、ＤＤＤ構造のＭＯＳＦ
ＥＴの製造工程、或いは、対称型ＤＳＡ構造のＭＯＳＦ
ＥＴのベース領域の製造工程、或いは、高度の対称性が
必要となる単一のソース・ドレイン領域を有するＭＯＳ
ＦＥＴの製造工程をも対象とするものである。

【００４３】また、上記実施例においては、半導体基体
としてＳｉ半導体を用いているが、これに限られるもの
ではなく、本発明は、III-Ｖ族化合物半導体等の他の半
導体基体をも対象とするのである。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、中心部のビーム強度が
小さく、且つ、周辺部のビーム強度が大きくなるように
イオンビームの断面強度分布を調整することにより、装
置価格の高いパラレル機を用いることなく、或いは、パ
ラレル機を用いたとしても工程数を少なくしてＬＤＤ構
造を作成できるので、製造コストを削減することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン注入方法の実施例である、ＭＯ
ＳＦＥＴのＬＤＤ構造を形成するための製造工程を示す
図である。

【図２】本発明の実施に用いるイオンビームの強度分布
を示す図である。

【図３】本発明のイオン注入装置におけるイオンビーム
成形部の第１の実施例及びそれにより形成された第１の
イオンビームの強度分布を示す図である。

【図４】本発明の実施に用いる第２のイオンビームの強
度分布を示す図である。

【図５】本発明のイオン注入装置におけるイオンビーム
成形部の第２の実施例を示す図である。

【図６】本発明の実施に用いるイオン注入装置の概略図
である。

【図７】従来のＭＯＳＦＥＴのＬＤＤ構造を形成するた
めのイオン注入工程を示す図である。

【符号の説明】

１半導体基体２フィールド酸化膜３ゲート絶縁膜４ゲート電極５イオン注入方向６低不純物濃度領域７サイドウォール８ソース・ドレイン領域９ビームライン１０四重極１１磁力線１２イオンビームの断面強度分布１３イオンソース１４ガス導入口１５ベーパライザー１６アークチャンバー１７正電極１８負電極１９フィラメント２０第１のイオン引出口２１第２のイオン引出口２２真空チャンバ２３イオンビーム２４アナライザマグネット２５アパーチャ２６スリット２７加速管２８Ｙスキャンプレート２９Ｘスキャンプレート３０四重極を有するイオンビーム成形部３１２以上のイオン引出口を設けたイオンビーム成形
部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/78 ３０１Ｌ３０１Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンビームの断面強度分布をビーム中
心部で小さく、且つ、ビーム周辺部で大きくし、前記イ
オンビームを非照射体に対して所望の拡がり角をもたせ
ることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】上記非照射体が半導体基体であり、前記
半導体基体の表面に形成された少なくとも一つの凸状構
造体をマスクとして前記半導体基体にイオンを注入する
ことを特徴とする請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項３】上記拡がり角θが０°＜θ≦１４°であ
ることを特徴とする請求項２記載のイオン注入方法。
【請求項４】上記イオン注入を少なくとも２方向に沿
って行い、この２方向のなす角を４５°〜１３５°とし
たことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
載のイオン注入方法。
【請求項５】上記イオン注入における一度のイオン注
入のドーズ量が１×１０¹²ｃｍ^-2〜１×１０¹⁴ｃｍ^-2で
あり、加速エネルギー及びイオン種が２ｋｅＶ〜１０ｋ
ｅＶのＰ⁺、２ｋｅＶ〜１０ｋｅＶのＡｓ⁺、５ｋｅＶ
〜１５ｋｅＶのＢＦ₂ ⁺、及び、２ｋｅＶ〜６ｋｅＶの
Ｂ⁺の内のいずれか１つであることを特徴とする請求項
１乃至４のいずれか１項に記載のイオン注入方法。
【請求項６】上記凸状構造体がトランジスタのゲート
電極であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか
１項に記載のイオン注入方法。
【請求項７】上記イオン注入が上記トランジスタの高
不純物濃度領域部分と低不純物濃度領域部分とを有する
ソース・ドレイン領域の前記低不純物濃度領域部分を形
成するためのイオン注入であることを特徴とする請求項
６記載のイオン注入方法。
【請求項８】上記ソース・ドレイン領域の低不純物濃
度領域部分を形成した後、上記ゲート電極の側部にサイ
ドウォールを形成し、前記サイドウォール及び前記ゲー
ト電極をマスクとして更に上記イオン注入を行い、前記
低不純物濃度領域部分の形成の時よりも高ドーズ量のイ
オンを注入してソース・ドレイン領域の上記高不純物濃
度領域部分を形成する工程を有することを特徴とする請
求項７記載のイオン注入方法。
【請求項９】上記イオンビームの断面強度分布が、同
心円状であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれ
か１項に記載のイオン注入方法。
【請求項１０】イオンビームが加速管を通過した後の
位置に四重極を設置し、前記四重極によって形成される
磁場を用いてイオンビームの断面強度分布をビーム中心
部で小さく、且つ、ビーム周辺部で大きくなるように
し、さらに、前記イオンビームに拡がり角を持たせたこ
とを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１１】イオンソースからのイオン引出口を２
つ以上設けることによりイオンビームの断面強度分布を
ビーム中心部で小さく、且つ、ビーム周辺部で大きく
し、さらに、前記イオンビームに拡がり角を持たせたこ
とを特徴とするイオン注入装置。