JP2004259590A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP2004259590A
JP2004259590A JP2003048977A JP2003048977A JP2004259590A JP 2004259590 A JP2004259590 A JP 2004259590A JP 2003048977 A JP2003048977 A JP 2003048977A JP 2003048977 A JP2003048977 A JP 2003048977A JP 2004259590 A JP2004259590 A JP 2004259590A
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Kenji Sakamoto
憲治 坂本
Takashi Amamiya
孝 雨宮
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Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a semiconductor device using an ion implanter capable of performing a quantitative and efficient maintenance and with resolution of ion beams well administered. <P>SOLUTION: An ammeter 17 is electrically connected to a mass spectroscopy slit 4 into which ion beams emitted from a source part are irradiated. Then, a degree of abrasion of the mass spectroscopy slit 4 as a result of irradiation of the ion beams is measured by measuring a current value flowing in the ammeter 17 electrically connected to the mass spectroscopy slit 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に半導体ウェハへ不純物を注入する半導体装置の製造工程に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウェハ(以下、ウェハという)上にMOS型素子を製造する工程においては、砒素(As)、リン(P)、アンチモン(Sb)などのN型不純物やボロン(B)などのP型不純物をウェハ内やゲート電極内に注入する工程が存在する。例えば、ウェハ内に不純物を注入する工程としては、チャネル領域に不純物を注入する工程や、ソース領域およびドレイン領域を形成する工程などが挙げられる。また、ポリシリコンよりなるゲート電極内にN型不純物やP型不純物を注入して導電性を確保する工程などがある。
【0003】
上記した導電性不純物の添加やソース領域およびドレイン領域などの拡散領域の形成には、イオン注入法が広く用いられている。これは、イオン注入によって不純物の量や深さの正確なコントロールができるからである。また、イオン注入法は、フォトレジスト膜をマスクにして選択的に不純物を添加できることや、注入する不純物の横方向の拡がりを抑制できるなどの利点も有している。
【0004】
イオン注入には、イオン注入装置が使用されるが、このイオン注入装置では、まず、添加すべきN型不純物やP型不純物を含むガスをアークチャンバ内でイオン化する。イオン化した不純物は、質量分析スリットを通過した後、磁石を用いた質量分析器により正確にイオン種が選択される。選択されたイオンは、加速器において加速され、ウェハ表面に注入される。このようにして、ウェハ内に不純物を注入することができる(例えば、非特許文献1参照)。
【0005】
【非特許文献1】
「電子材料11月号別冊 2003年度版 超LSI製造・試験装置ガイドブック」 工業調査会、2002年11月27日発行、p.33〜p.38
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記したイオン注入装置を使用し続けると、イオン注入装置内の質量分析スリットは、イオンビームによってスパッタされ続けるため磨耗する。また、イオン注入装置の質量分析部内にあるアナライザカーボンにも選択されるイオンよりも軽いイオンや重いイオンが衝突するため磨耗する。さらに、イオンを形成するチャンバ内には、イオンビームに含まれるイオンが衝突して通常の原子に戻り、この原子が堆積することにより汚れてしまう。したがって、イオン注入装置は、質量分析スリットを交換するなどの定期的なメンテナンスが必要である。
【0007】
現状では、イオン注入装置のメンテナンス時期は、経験値や装置状況に依存して決定されている。例えば、別に稼働しているイオン注入装置と同じ型のイオン注入装置なので、別に稼働しているイオン注入装置と同じメンテナンス周期でメンテナンスをするとか、質量分析スリットのメーカ推奨期間の数倍までは経験上大丈夫であるという経験的要素でメンテナンス時期を決定している。また、質量分析スリットが磨耗し、放電が多くなり電源が故障して初めて質量分析スリットを交換するということも行なわれている。すなわち、イオン注入装置が故障に至るまで質量分析スリットを使い切って交換することさえ行なわれている。
【0008】
しかし、上記した現状においては、メンテナンス時期が各イオン注入装置の使用状況によって異なるなどの問題もあり、装置故障を起さず、定量的で効率の良いメンテナンスを実施できていないという問題点がある。つまり、各イオン注入装置において注入するイオンの種類やイオンビーム量などが異なるため、各イオン注入装置のメンテナンス時期が異なる。このため、各イオン注入装置に適したメンテナンス時期にメンテナンスを実施できないという問題点がある。
【0009】
また、質量分析スリットが磨耗するとイオンビーム分解能力が低下するが、現状では、イオンビーム分解能力の管理は成されていない。今後の微細化された半導体装置の形成には、イオンビームの分解能力の管理は必要不可欠になると思われる。例えば、質量分析スリットが劣化するとイオンビームの分解能力が低下し、質量数49のBF をウェハに注入する際に同位体である質量数48のBF も注入されるおそれがある。質量の軽い質量数48のBF がウェハに注入されるということは、ウェハに形成される不純物拡散領域の深さが設計より深くなるということであり、このことによりVth制御特性の異常、接合耐圧異常および不純物拡散領域の抵抗特性の異常などが発生する問題点がある。
【0010】
本発明の目的は、定量的で効率の良いメンテナンスを実施できるイオン注入装置を使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0011】
また、本発明の他の目的は、イオンビームの分解能力の管理がなされたイオン注入装置を使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0012】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0013】
【課題を解決するための手段】
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、以下のとおりである。
【0014】
本発明は、イオンビームを半導体ウェハに照射する半導体製造装置を使用することにより、前記半導体ウェハに不純物を注入する工程を備える半導体装置の製造方法において、前記イオンビーム内のイオンが衝突することにより磨耗する前記半導体製造装置内の部材であって、電流計が取り付けられた部材の磨耗度を前記電流計によって自動計測する工程を備えるものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。また、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0016】
(実施の形態1)
本実施の形態1は、例えばウェハ上にCMOS素子を形成する半導体装置の製造方法に本発明を適用したものである。
【0017】
図1は、本実施の形態1における半導体装置の製造方法で使用されるイオン注入装置1の外観図を示したものであり、図2はイオン注入装置1の概略構成を示した図である。
【0018】
図1において、イオン注入装置(半導体製造装置)1は、幅が約4700mm、奥行きが約2200mm、高さが約2350mmであり、総重量が6.3トンである。
【0019】
また、図2において、本実施の形態1におけるイオン注入装置1は、ウェハ2上に不純物を注入するための装置であり、ソース部3、質量分析スリット4、質量分析部5、加速部6、レンズ部7、スキャン部8、エンドステーション9を有している。
【0020】
ソース部3には、アークチャンバおよびソースガス導入管があり、このアークチャンバの内部には、ソースガス導入管より不純物ガスが導入される。不純物としては例えば、リン(P)や砒素(As)などのN型不純物またはボロン(B)やフッ化ボロン(BF)などのP型不純物などがある。
【0021】
そして、ソース部3では、アークチャンバ内にあるフィラメントより発生した熱電子とソースガス導入管により導入された不純物ガスとの衝突により不純物ガスのイオン化を行い、イオンビームを射出することができるように構成されている。また、ソース部3は、ロータリポンプと油拡散ポンプの組み合わせにより、高真空状態にされている。
【0022】
質量分析スリット(部材)4は、ソース部3から射出されたイオンビームに含まれるイオンの内、ウェハ2に注入するイオンを通過させ、それ以外のイオンを通過させないように構成されている。例えば、質量数49のフッ化ボロン(BF )をウェハに注入する場合に、同位体である質量数48のフッ化ボロン(BF )を通過させないようにすることができる。すなわち、質量の相違によってイオンビームの中心部を通るか外延部を通るか相違するため、質量分析スリット4にスリットを設けることにより質量の異なるイオンを遮断することができる。
【0023】
質量分析部5は、質量分析スリット4より精度良くイオンを選択することができるように構成されており、質量分析スリット4を通過したイオンビームに対して磁場をかけて曲げるように構成されている。質量分析部5において、ウェハ2へ注入する不純物のイオンは曲げられるが、側面に形成されているアナライザカーボン5aに衝突することなく質量分析部5を通過する。これに対し、ウェハ2へ注入するイオンより重いイオンや軽いイオンは、ウェハ2へ注入するためのイオンとは異なる軌道を通り、アナライザカーボン5aに衝突する。つまり、ウェハ2へ注入するイオンより重いイオンは、ウェハ2へ注入するイオンより曲げられにくい一方、軽いイオンイオンは曲げられやすい。このため、ウェハ2へ注入するイオンと質量の異なるイオンは、質量分析部5で除外されることになる。
【0024】
加速部6は、質量分析部5を射出したイオンビーム内のイオンを静電加速法により加速するように構成されている。この加速部6を設けることにより、イオンを注入する深さを決定するエネルギーをイオンに与えることができる。例えば最大で約200keVのエネルギーを与えることができる。
【0025】
レンズ部7は、加速部6により加速され広がったイオンビームを静電レンズで収束させるために設けられたものである。すなわち、イオンビームは、同じ電荷を有するイオンが集積したものであるため広がりやすい。このため、レンズ部7においてイオンビームを収束させている。
【0026】
上記した加速部6とレンズ部7は、真空排気系を有しており、例えばロータリポンプとクライオポンプの組み合わせにより構成されている。
【0027】
スキャン部8は、レンズ部7を射出したイオンビームをスキャンするように構成されている。つまり、イオンビーム内のイオンをウェハ2の全面に均一に注入するため、静電スキャン法により、イオンビームを電気的に高速走査している。なお、注入するイオンの均一度を保持するために10秒以上の注入を行なう必要がある。
【0028】
エンドステーション9は、不純物注入室10および搬送部11をそれぞれ2箇所ずつ有している。不純物注入室10は、ウェハ2上にイオンを注入するための処理室であり、ウェハ2は枚葉式で処理される。この不純物注入室10は、基本的にステンレスまたはアルミニウムの表面にアルマイト処理を施したものが使用される。また、搬送部11は、ウェハ2の搬送を行なうように構成されており、例えば片側2ロットの10枚を一組としたバッチ処理で搬送している。
【0029】
次に、ソース部3および質量分析スリット4の構成を図3に示す。図3において、ソース部3は、アークチャンバ12、エクストラクション電極13、エクストラクション電源14、サプレション電源15、グランド電極16を有している。
【0030】
このアークチャンバ12は、エクストラクション電極13と、エクストラクション電源14およびサプレション電源15を介して電気接続されている。また、アークチャンバ12は、エクストラクション電源14を介してグランド電極16を電気接続されており、アークチャンバ12とグランド電極16の間にエクストラクション電極13が配置されている。ここで、例えばエクストラクション電源14の電圧は約40kVであり、サプレション電源15の電圧は約1.2kVである。
【0031】
次に、質量分析スリット4には、電流計17が取り付けられている。また、この質量分析スリット4の中心部には穴が空いてあり、図3に示すようにこの穴をソース部3から射出したイオンビームの一部が通り抜けるとともに、他の一部は遮断される。遮断される際には、イオンビームに含まれるイオンが質量分析スリット4に衝突する。衝突するイオンは電荷を持っているため、質量分析スリット4に電気接続された電流計17に電流が流れる。ここで、電流計17を流れる電流値は、質量分析スリット4によって遮断されるイオンの量によって変化する。すなわち、質量分析スリット4によって遮断されるイオンビームの量が多ければ多いほど電流計17を流れる電流値は大きくなる一方で、質量分析スリット4によって遮断されるイオンビームの量が少なくなれば電流計17を流れる電流値は小さくなる。
【0032】
図4に、新品時の質量分析スリット4の平面図を示す。図4において、質量分析スリット4の中心部には、角を丸くした長方形状の穴が開いており、この穴をイオンビームが通過する。この穴の縦方向の長さは約10mmであり、横方向の長さは約5mmである。なお、イオンビームは、紙面の上部から紙面の下部に向かって流れているものとする。
【0033】
図5に、図4のA−A断面で切断した場合の断面図を示す。図5を見て分かるようにイオンビームの一部は通過するがイオンビームの外延部は、質量分析スリット4によって遮断されている。
【0034】
ここで、イオン注入装置1を使用し続けると質量分析スリット4は、イオンビームの照射を受け続けるため、磨耗する。すなわち、イオンビームに含まれるイオンによる衝突を受け続けるため、質量分析スリット4に形成されている穴(スリット)が大きくなる。
【0035】
図6に、使用し続けて磨耗した質量分析スリット4の平面図を示す。図6に示すように質量分析スリット4の中心部に開いている穴の大きさが大きくなっていることが分かる。具体的には、例えば縦方向の長さが約20mm、横方向の長さが10mmにもなる。図7に図6のA−A断面で切断した場合の断面図を示す。イオン注入装置1が新品時と磨耗時で、イオンのエネルギー、イオン種、ビーム量などが同じ条件で稼働していたとすると、図7を見て分かるように、新品時を示した図5に比べて質量分析スリット4を通過するイオンビームの量が増加する一方、質量分析スリット4によって遮断されるイオンビームの量が減少していることがわかる。したがって、磨耗時の質量分析スリット4を流れる電流値は、新品時の質量分析スリット4を流れる電流値より少なくなることがわかる。
【0036】
図8に質量分析スリット4に電気接続された電流計17に流れる電流値と時間(週)との関係を示す。図8において、縦軸は電流計17に流れる電流値を示しており、横軸は週単位の時間を示している。なお、イオン注入装置1を稼働している条件は注入エネルギーが約100keV、イオン種がリン(P)、イオンビーム量が約100μAである。図8を見て分かるように、新品時の質量分析スリット4を流れる電流値は約0.7mAであり、その後週が進むに連れて質量分析スリット4を流れる電流値は緩やかに減少していき、39週目付近で質量分析スリット4を流れる電流は、約0.3mA程度になる。その後は、極めて緩やかに0.3mAから減少し、約0.29mAでほぼ一定となる。ここで、質量分析スリット4を流れる電流値が約0.3mA以下になると、質量分析スリット4の磨耗が激しいため、39週目付近が交換の時期すなわちメンテナンスの時期になる。
【0037】
ここで、異常放電時には、質量分析スリット4を流れる電流が突然上昇することがある。この校正方法として、異常放電時には、質量分析スリット4を流れる電流をカウントしない(測定値としない)ことが考えられる。例えば、前回の異常放電が起こらない正常な状態で測定した電流値より、上下の閾値を設定し、この範囲を超えた電流値が測定された場合、その電流値を測定値としてカウントしないように設定する方法が考えられる。なお、ソース部3におけるガス圧、電圧などが一定であれば、質量分析スリット4を流れる電流は一定である。
【0038】
以上述べたように、質量分析スリット4を流れる電流値と質量分析スリット4の磨耗度とは磨耗度が進むと電流値が小さくなるような関係があるため、電流値を測定することによって定量的に質量分析スリット4の磨耗度を計測することができる。したがって、質量分析スリット4を交換するタイミングを定量的に判断することができるため効率の良いメンテナンスを実施できる。
【0039】
また、タイミングの良いメンテナンスを実施することができるため、質量分析スリット4を早めに交換してしまうことがなく、イオン注入装置1のランニングコストを低減することができる一方、質量分析スリット4を必要以上に使用することにより生ずるイオン注入装置1の故障および故障に伴うスループットの低下も防止することができる。
【0040】
また、質量分析スリット4に設けられた穴の大きさによってイオンビーム分解能力が決定されるが、従来は質量分析スリット4の磨耗度を定量的に管理することができなかったため、イオンビーム分解能力の管理は行なうことができなかった。しかし、本実施の形態1では質量分析スリット4の磨耗度を質量分析スリット4に取り付けた電流計17の電流値で計測できるため、磨耗度に対応付けた電流値によってイオンビーム分解能力の管理も可能となる。
【0041】
また、イオンビーム分解能力の管理がされていないと質量分析スリット4が磨耗する(劣化する)ことにより、イオンビーム分解能力が低下し、ウェハ2へ注入すべきイオンと同位体のイオンをウェハ2へ注入してしまうことが生ずる。しかし、本実施の形態では、イオンビーム分解能力の管理が可能となるため、同位体を注入することによって生ずるVth制御特性の異常、接合耐圧異常および不純物拡散領域の抵抗特性の異常など、デバイス素子の電気的特性の悪化を防止できる。すなわち、不良の製品を形成することを防止できる。
【0042】
なお、本実施の形態1では質量分析スリット4に電流計17を取り付けて、質量分析スリット4の磨耗度を、電流計17による電流値を測定することによって計測するようにしていた。ここで、イオン注入装置1を使用し続けると質量分析スリット4だけでなくソース部3内にあるアークチャンバ12も使用し続けると異物が堆積し汚れる。これは、イオンがアークチャンバ12内に衝突して元の元素の戻ることにより生ずるものである。
【0043】
上述したようにイオン注入装置1を使用し続けて、質量分析スリット4が磨耗する際には、アークチャンバ12内も異物が堆積して汚れている。すなわち、質量分析スリット4の磨耗度が進むとアークチャンバ12内の汚れ度も進むという一定の関係がある。したがって、質量分析スリット4の磨耗度を電流計17による電流値を測定することによって計測している点を利用すれば、電流値を測定することによって間接的にアークチャンバ12内の汚れ度を定量的に計測することができる。このため、タイミングの良い、言い換えれば効率良くイオン注入装置1のメンテナンスを実施でき異物発生を抑制することができる。また、異物発生を抑制できるため、半導体製品の歩留まり向上を図ることができる。
【0044】
次に、本実施の形態1における半導体装置の製造方法を図2および図9から図18を参照しながら説明する。ここでは、CMOS型素子を有する半導体装置の製造方法について説明する。
【0045】
まず、円板状に加工された単結晶シリコンよりなるウェハ20を用意する。そして、このウェハ20の素子形成面に熱酸化法を使用して酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜上に、シランガス(SiH)とアンモニアガス(NH)を原料としたCVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用して、窒化シリコン膜を形成する。
【0046】
続いて、窒化シリコン膜上にスピン塗布法を用いてレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を使用してレジスト膜をパターニングする。パターニングは、素子分離溝を形成する素子分離領域にレジスト膜が残らないように行われる。そして、パターニングしたレジスト膜をマスクとしたドライエッチングにより、素子分離領域にある窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を除去する。その後、再びドライエッチングにより素子分離領域のウェハ20のエッチングを行い、素子分離溝を形成する。
【0047】
次に、シランガス(SiH)と酸素ガス(O)を原料としたCVD法によりウェハ20上に酸化シリコン膜を堆積した後、窒化シリコン膜をストッパとしたCMP(Chemical Mechanical Polish)法を使用して、酸化シリコン膜を研磨し、図9に示すような素子分離層21を形成する。
【0048】
そして、素子分離層21が形成されたウェハ20上にレジスト膜22を塗布した後、露光、現像することによりレジスト膜22をパターニングする。パターニングは、図10に示すようにPMOS型素子形成領域上にだけレジスト膜22が形成されるように行なう。
【0049】
続いて、パターニングされたレジスト膜22をマスクにしたイオン注入により、ウェハ20のNMOS型素子形成領域にP型不純物であるボロン(B)などを注入してP型ウェル23を形成する。P型ウェル23を形成する際には、エネルギーやイオン種を変えたイオン注入が複数回行なわれる。次に、パターニングしたレジスト膜22を除去した後、再びウェハ20上にレジスト膜24を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を使用して図11に示すようにレジスト膜24をパターニングする。パターニングは、NMOS型素子形成領域上にだけレジスト膜24が残るように行なわれる。続いて、イオン注入法を使用してウェハ20のPMOS型素子形成領域にリン(P)や砒素(As)などのN型不純物を注入して図11に示すようなN型ウェル25を形成する。
【0050】
その後、イオン注入法を使用して、PMOS型素子形成領域のチャネル形成領域およびNMOS型素子形成領域のチャネル形成領域にイオン注入法を使用して導電型不純物を注入し、スレッショルド電圧(Vth)を調整する。ここで、イオン注入を行なうイオン注入装置1は、質量分析スリット4の磨耗度を電流計17による電流値で計測して管理しているので、同位体がウェハ20に注入されてしまう程磨耗した質量分析スリット4は、使用されない。このため、磨耗した質量分析スリット4を使用することによって、同位体のイオンがウェハ20に注入することを抑制することができる。したがって、スレショルド電圧の制御特性の異常を防止することができる。
【0051】
次に、図12に示すように、熱酸化法を使用してウェハ20上に酸化シリコン膜26を形成する。そして、図13に示すように、CVD法によりシランガスを窒素ガス中で熱分解させ、酸化シリコン膜26上にポリシリコン膜27を形成する。このポリシリコン膜27の堆積時には、リンなどの導電性不純物が添加される。なお、ポリシリコン膜27を形成した後、イオン注入法を使用して導電性不純物をポリシリコン膜27中に注入するようにしてもよい。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、図14に示すようなゲート絶縁膜28およびゲート電極29を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を使用してウェハ20のPMOS型素子形成領域だけを覆うレジスト膜を形成する。
【0052】
その後、ゲート絶縁膜28およびゲート電極29を形成し、NMOS型素子形成領域をレジスト膜で覆ったウェハ20は、図2に示すようなイオン注入装置1の搬入部11から、イオン注入室10に搬入される。そして、ウェハ20のPMOS形成領域上にイオン注入法を使用してP型不純物であるボロン(B)などが注入され、図15に示すように低濃度P型不純物拡散領域30が形成される。
【0053】
ここで、ウェハ20にイオン注入を行なうことによって低濃度P型不純物拡散領域30を形成する際のイオン注入装置1の動作を説明する。図2において、まずソース部3における熱電子と不純物ガスの衝突により、P型不純物であるボロンがイオン化される。そして、イオン化した不純物はイオンビームとなって質量分析スリット4を通過するが一部は、質量分析スリット4に衝突する。衝突する物質はイオンであるため、質量分析スリット4に電気接続された電流計17には電流が流れる。この電流計17に流れる電流値は、質量分析スリット4の磨耗度に応じた値となる。このように質量分析スリット4の磨耗度を質量分析スリット4に電気接続された電流計17によって監視されながらイオン注入装置1は稼働する。ここで、予め低濃度P型不純物拡散領域30を形成するときのイオン注入の条件(注入するエネルギー、注入するイオン種、注入するビーム量など)に応じた磨耗度と電流値との関係は分かっているものとする。
【0054】
なお、イオン注入装置1の稼動時でなく、例えば週一回、一定の条件(注入するエネルギー、注入するイオン種、注入するビーム量など)でイオン注入装置1を立ち上げ、質量分析スリット4に電気接続された電流計17の電流値を測定して、質量分析スリットの磨耗度を計測するようにしてもよい。
【0055】
次に、質量分析スリット4を通過したイオンビームは、質量分析部5に入射する。そして、この質量分析部5において、イオンビームは磁場によって曲げられるが、ボロンは質量分析部5から射出される。一方、ボロンより軽いイオンや重いイオンはイオンビームの軌道から外れ、アナライザカーボン5aに衝突する。
【0056】
続いて、質量分析部5から射出されたイオンビームは、加速部6で加速され所定の注入エネルギーになった後、レンズ部7で収束させられる。その後、スキャン部8を介して、図2に示すウェハ2(図15ではウェハ20)に注入される。このようにして、図15に示すように低濃度P型不純物拡散領域30を形成することができる。ここでイオン注入を行なうイオン注入装置1は、質量分析スリット4の磨耗度を電流計17による電流値で計測して管理している。このため、同位体のイオンがウェハ20に注入することを抑制することができる。したがって、不純物拡散領域の抵抗特性の異常などを防止することができる。同様にして、NMOS型素子形成領域にN型不純物であるリンや砒素を注入することにより低濃度N型不純物拡散領域31を形成する。
【0057】
次に、CVD法を使用してウェハ20上に酸化シリコン膜を形成した後、異方性エッチングをすることにより、図16に示すようなサイドスペーサ32を形成する。続いて、上記したイオン注入装置1を使用したイオン注入により、図17に示すような高濃度P型不純物拡散領域33および高濃度N型不純物拡散領域34を形成する。このようにしてLDD(Lightly Doped Drain)構造をしたMOS型素子を形成することができる。
【0058】
続いて、スパッタリング法を使用してウェハ20上にコバルト(Co)を形成した後、ウェハ20に熱処理を施すことにより、図18に示すようにコバルトシリサイド(CoSi)膜35を形成する。そして、CVD法を使用してウェハ20上に酸化シリコン膜36を形成した後、CMP法を使用してこの酸化シリコン膜36の表面を平坦化する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して接続孔37を形成する。
【0059】
次に、スパッタリング法を使用して、Ti/TiN膜38aをウェハ20上に形成した後、このTi/TiN膜38a上にCVD法を使用してタングステン(W)膜38bを形成する。そして、CMP法を使用して接続孔37以外の領域にあるTi/TiN膜38aおよびタングステン膜38bを除去する。続いて、ウェハ20上にスパッタリング法を使用してアルミニウム膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用してアルミニウム配線39を形成する。以降は、通常の半導体装置の製造方法によって、CMOS型素子を形成した半導体装置が完成する。
【0060】
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、質量分析スリット4の磨耗度を定量的に測定する場合を説明したが、本実施の形態2では質量分析部5内にあるアナライザカーボン5aの磨耗度を定量的に測定する場合について説明する。
【0061】
図19に質量分析部5内にあるアナライザカーボン(部材)5aの構成を示す。図19において、アナライザカーボン5aには、電流計40および電流積算計41が電気接続されている。そして、アナライザカーボン5aの間には、イオンビームが通っている。このイオンビームは、磁場によって曲げられるが、注入すべきイオンは、アナライザカーボン5aに接触することなく、アナライザカーボン5a間を流れる。しかし、注入すべきイオンより重いイオン42aや軽いイオン42bは、注入すべきイオンとは異なる軌道を描き、アナライザカーボン5aに衝突する。すなわち、アナライザカーボン5aは、注入すべきイオンとは異なるイオンを吸収するために設けられたものである。
【0062】
アナライザカーボン5aは、注入すべきイオンより重いイオン42aや軽いイオン42bが衝突するため磨耗するが、このアナライザカーボン5aの磨耗度は、衝突したイオンの総量が多くなればなるほど進んでいる。
【0063】
一方、個々のイオンの衝突によりアナライザカーボン5aに電気接続された電流計40には電流が流れ、流れた電流の総量が電流積算計41によって測定される。このことから、衝突したイオンの総量は、電流積算計41によって測定された電流積算量に比例する。
【0064】
図20に電流積算計41による電流積算量と時間との関係を示す。図20において、縦軸は電流積算量であり、横軸は時間である。時間が経過すればするほど、アナライザカーボン5aに衝突するイオンの総数は増加するため、時間が経過するにしたがって電流積算量が増加していることがわかる。
【0065】
以上より、アナライザカーボン5aの磨耗度は、衝突したイオンの総量に比例し、衝突したイオンの総量は、電流積算量によって測定することができる。このことから、アナライザカーボン5aの磨耗度は、電流積算計41による電流積算量を測定することによって、定量的に計測でき、アナライザカーボン5aを交換するタイミングを定量的に判断することができる。したがって、効率の良いメンテナンスを実施できる。
【0066】
以上、本発明者によってなされた発明を前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0067】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0068】
定量的で効率の良いメンテナンスを実施できるイオン注入装置を使用した半導体装置の製造方法を提供することができる。また、イオンビームの分解能力の管理がなされたイオン注入装置を使用した半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるイオン注入装置の外観を示した斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態1におけるイオン注入装置の概略構成を示した図である。
【図3】ソース部と質量分析スリットの概略構成を示した図である。
【図4】新品の質量分析スリットを示した平面図である。
【図5】図4のA−A断面で切断した断面図である。
【図6】磨耗した質量分析スリットを示した平面図である。
【図7】図6のA−A断面で切断した断面図である。
【図8】時間と質量分析スリットに電気接続した電流計に流れる電流値との関係を示した図である。
【図9】本発明の実施の形態1における半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図10】図9に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図11】図10に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図12】図11に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図13】図12に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図14】図13に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図15】図14に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図16】図15に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図17】図16に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図18】図17に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図19】本発明の実施の形態2におけるアナライザカーボンに電流積算計を取り付けた様子を示した図である。
【図20】時間と電流積算量との関係を示した図である。
【符号の説明】
1 イオン注入装置(半導体製造装置)
2 ウェハ
3 ソース部
4 質量分析スリット(部材)
5 質量分析部
5a アナライザカーボン(部材)
6 加速部
7 レンズ部
8 スキャン部
9 エンドステーション
10 不純物注入室
11 搬送部
12 アークチャンバ
13 エクストラクション電極
14 エクストラクション電源
15 サプレション電源
16 グランド電極
17 電流計
20 ウェハ
21 素子分離層
22 レジスト膜
23 P型ウェル
24 レジスト膜
25 N型ウェル
26 酸化シリコン膜
27 ポリシリコン膜
28 ゲート絶縁膜
29 ゲート電極
30 低濃度P型不純物拡散領域
31 低濃度N型不純物拡散領域
32 サイドスペーサ
33 高濃度P型不純物拡散領域
34 高濃度N型不純物拡散領域
35 コバルトシリサイド膜
36 酸化シリコン膜
37 接続孔
38a Ti/TiN膜
38b タングステン膜
39 アルミニウム配線
40 電流計
41 電流積算計
42a 重いイオン
42b 軽いイオン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device manufacturing process for implanting impurities into a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In a process of manufacturing a MOS device on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer), an N-type impurity such as arsenic (As), phosphorus (P), antimony (Sb) or a P-type impurity such as boron (B) is used. There is a step of injecting into a wafer or a gate electrode. For example, the step of implanting impurities into the wafer includes a step of implanting impurities into a channel region, a step of forming a source region and a drain region, and the like. Further, there is a step of injecting an N-type impurity or a P-type impurity into a gate electrode made of polysilicon to secure conductivity.
[0003]
The ion implantation method is widely used for the addition of the conductive impurities and the formation of the diffusion regions such as the source region and the drain region. This is because the amount and depth of impurities can be accurately controlled by ion implantation. In addition, the ion implantation method also has advantages that an impurity can be selectively added using a photoresist film as a mask, and that the impurity to be implanted can be prevented from spreading in the lateral direction.
[0004]
An ion implantation apparatus is used for the ion implantation. In this ion implantation apparatus, first, a gas containing an N-type impurity or a P-type impurity to be added is ionized in an arc chamber. After the ionized impurities pass through the mass analysis slit, the ion species is accurately selected by a mass analyzer using a magnet. The selected ions are accelerated in the accelerator and implanted on the wafer surface. Thus, impurities can be implanted into the wafer (for example, see Non-Patent Document 1).
[0005]
[Non-patent document 1]
"Electronic Materials Nov. Separate Volume, Guidebook for Ultra LSI Manufacturing and Testing Equipment, 2003 Edition," Industrial Research Committee, published on November 27, 2002, p. 33 to p. 38
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
If the above-described ion implantation apparatus is continuously used, the mass analysis slit in the ion implantation apparatus is worn because it is continuously sputtered by the ion beam. Also, ions that are lighter or heavier than the selected ions collide with the analyzer carbon in the mass spectrometer of the ion implantation apparatus, and thus are worn. Furthermore, ions contained in the ion beam collide with the ions in the chamber for forming ions and return to normal atoms, and the atoms are deposited and become contaminated. Therefore, the ion implantation apparatus requires regular maintenance such as replacing the mass analysis slit.
[0007]
At present, the maintenance time of the ion implantation apparatus is determined depending on experience values and apparatus conditions. For example, since the ion implanter is the same type as the ion implanter that is operating separately, it is necessary to perform maintenance at the same maintenance cycle as the ion implanter that operates separately, or to experience several times the recommended period of the manufacturer of the mass spectrometry slit. The maintenance time is determined by the empirical factor that it is all right. Further, the mass spectrometry slit is worn out, the discharge is increased, and the power supply fails, and the mass spectrometry slit is replaced only when the mass spectrometry slit is replaced. That is, the ion implantation apparatus is even replaced by using up the mass analysis slit until a failure occurs.
[0008]
However, in the above-mentioned current situation, there is a problem that the maintenance time differs depending on the use condition of each ion implantation apparatus, and there is a problem that the apparatus does not fail and the quantitative and efficient maintenance cannot be performed. . That is, the type of ions to be implanted in each ion implantation apparatus and the ion beam amount are different, so that the maintenance time of each ion implantation apparatus is different. Therefore, there is a problem that maintenance cannot be performed at a maintenance time suitable for each ion implantation apparatus.
[0009]
Further, when the mass analysis slit is worn, the ion beam resolving ability is reduced, but at present, the ion beam resolving ability is not managed. In the future formation of miniaturized semiconductor devices, it is considered that management of ion beam decomposition capability will be indispensable. For example, if the mass analysis slit deteriorates, the resolution of the ion beam decreases, and the BF having a mass number of 49 is used.2 +Of BF with mass number 48 which is an isotope when2 +May also be injected. BF with a light mass of 482 +Is implanted into the wafer, which means that the depth of the impurity diffusion region formed on the wafer becomes deeper than designed, which results in abnormal Vth control characteristics, abnormal junction breakdown voltage, and resistance characteristics of the impurity diffusion region. There is a problem that abnormalities occur.
[0010]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using an ion implantation apparatus capable of performing quantitative and efficient maintenance.
[0011]
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device using an ion implantation apparatus in which the resolution of an ion beam is managed.
[0012]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0014]
The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device including a step of implanting impurities into the semiconductor wafer by using a semiconductor manufacturing apparatus that irradiates an ion beam onto a semiconductor wafer, wherein the ions in the ion beam collide with each other. The method includes a step of automatically measuring the degree of wear of the member in the semiconductor manufacturing apparatus to which the ammeter is attached, to which the ammeter is attached, by the ammeter.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
[0016]
(Embodiment 1)
In the first embodiment, for example, the present invention is applied to a method of manufacturing a semiconductor device in which a CMOS element is formed on a wafer.
[0017]
FIG. 1 is an external view of an ion implantation apparatus 1 used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the ion implantation apparatus 1.
[0018]
In FIG. 1, an ion implantation apparatus (semiconductor manufacturing apparatus) 1 has a width of about 4700 mm, a depth of about 2200 mm, a height of about 2350 mm, and a total weight of 6.3 tons.
[0019]
In FIG. 2, an ion implantation apparatus 1 according to the first embodiment is an apparatus for implanting impurities on a wafer 2, and includes a source section 3, a mass analysis slit 4, a mass analysis section 5, an acceleration section 6, It has a lens unit 7, a scanning unit 8, and an end station 9.
[0020]
The source section 3 includes an arc chamber and a source gas introduction tube, and an impurity gas is introduced into the inside of the arc chamber from the source gas introduction tube. As the impurities, for example, N-type impurities such as phosphorus (P) and arsenic (As) or boron (B) and boron fluoride (BF)2) And the like.
[0021]
Then, in the source section 3, ionization of the impurity gas is performed by collision of thermionic electrons generated from the filament in the arc chamber with the impurity gas introduced by the source gas introduction pipe, so that an ion beam can be emitted. It is configured. The source section 3 is in a high vacuum state by a combination of a rotary pump and an oil diffusion pump.
[0022]
The mass analysis slit (member) 4 is configured to pass ions to be implanted into the wafer 2 out of the ions included in the ion beam emitted from the source unit 3 and not to pass other ions. For example, boron fluoride having a mass number of 49 (BF2 +) Is implanted into a wafer when boron fluoride (BF) having a mass number of 48 is used as an isotope.2 +). That is, since the difference between the mass and the central portion of the ion beam is different depending on the difference in mass, ions having different masses can be cut off by providing the slit in the mass analysis slit 4.
[0023]
The mass analyzer 5 is configured to be able to select ions with higher accuracy than the mass analysis slit 4, and is configured to bend by applying a magnetic field to the ion beam that has passed through the mass analysis slit 4. . In the mass spectrometer 5, the impurity ions implanted into the wafer 2 are bent, but pass through the mass spectrometer 5 without colliding with the analyzer carbon 5a formed on the side surface. On the other hand, ions that are heavier or lighter than the ions to be implanted into the wafer 2 travel along a different trajectory from the ions to be implanted into the wafer 2 and collide with the analyzer carbon 5a. That is, ions heavier than the ions implanted into the wafer 2 are less likely to be bent than ions implanted into the wafer 2, while lighter ions are more likely to be bent. For this reason, ions having a different mass from the ions to be implanted into the wafer 2 are excluded by the mass analyzer 5.
[0024]
The acceleration unit 6 is configured to accelerate ions in the ion beam emitted from the mass analysis unit 5 by an electrostatic acceleration method. By providing the accelerating unit 6, energy for determining the ion implantation depth can be given to the ions. For example, an energy of up to about 200 keV can be applied.
[0025]
The lens unit 7 is provided for converging the spread ion beam accelerated by the acceleration unit 6 with an electrostatic lens. That is, the ion beam is easy to spread because the ions having the same charge are integrated. For this reason, the ion beam is converged in the lens unit 7.
[0026]
The above-described acceleration unit 6 and lens unit 7 have a vacuum exhaust system, and are configured by, for example, a combination of a rotary pump and a cryopump.
[0027]
The scanning unit 8 is configured to scan the ion beam emitted from the lens unit 7. That is, in order to uniformly implant ions in the ion beam over the entire surface of the wafer 2, the ion beam is electrically scanned at high speed by the electrostatic scanning method. It is necessary to perform the implantation for 10 seconds or more in order to maintain the uniformity of the implanted ions.
[0028]
The end station 9 has an impurity injection chamber 10 and a transfer section 11 at two locations each. The impurity implantation chamber 10 is a processing chamber for implanting ions on the wafer 2, and the wafer 2 is processed in a single wafer type. The impurity implantation chamber 10 is basically made of stainless steel or aluminum whose surface is anodized. In addition, the transfer unit 11 is configured to transfer the wafers 2, and transfers the wafers 2 in a batch process, for example, as a set of 10 pieces of 2 lots on one side.
[0029]
Next, the configuration of the source section 3 and the mass analysis slit 4 is shown in FIG. In FIG. 3, the source unit 3 has an arc chamber 12, an extraction electrode 13, an extraction power supply 14, a suppression power supply 15, and a ground electrode 16.
[0030]
The arc chamber 12 is electrically connected to an extraction electrode 13 via an extraction power supply 14 and a suppression power supply 15. The arc chamber 12 is electrically connected to a ground electrode 16 via an extraction power supply 14, and an extraction electrode 13 is disposed between the arc chamber 12 and the ground electrode 16. Here, for example, the voltage of the extraction power supply 14 is about 40 kV, and the voltage of the suppression power supply 15 is about 1.2 kV.
[0031]
Next, an ammeter 17 is attached to the mass analysis slit 4. In addition, a hole is formed in the center of the mass analysis slit 4, and as shown in FIG. 3, a part of the ion beam emitted from the source unit 3 passes through the hole and the other part is cut off. . When cut off, ions contained in the ion beam collide with the mass analysis slit 4. Since the colliding ions have an electric charge, a current flows through an ammeter 17 electrically connected to the mass analysis slit 4. Here, the value of the current flowing through the ammeter 17 changes depending on the amount of ions blocked by the mass analysis slit 4. That is, as the amount of the ion beam cut off by the mass analysis slit 4 increases, the current value flowing through the ammeter 17 increases, while the amount of the ion beam cut off by the mass analysis slit 4 decreases. The value of the current flowing through 17 decreases.
[0032]
FIG. 4 shows a plan view of the mass analysis slit 4 when new. In FIG. 4, a rectangular hole with a rounded corner is opened at the center of the mass analysis slit 4, and the ion beam passes through this hole. The length of this hole in the vertical direction is about 10 mm, and the length in the horizontal direction is about 5 mm. It is assumed that the ion beam flows from the upper part of the paper to the lower part of the paper.
[0033]
FIG. 5 shows a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. As can be seen from FIG. 5, a part of the ion beam passes but the extension of the ion beam is blocked by the mass analysis slit 4.
[0034]
Here, if the ion implantation apparatus 1 is continuously used, the mass analysis slit 4 is worn because the irradiation of the ion beam is continued. In other words, the holes (slits) formed in the mass analysis slit 4 become large because the ions contained in the ion beam continue to receive collisions.
[0035]
FIG. 6 shows a plan view of the mass spectrometry slit 4 that has been continuously used and worn. As shown in FIG. 6, it can be seen that the size of the hole opened in the center of the mass analysis slit 4 is large. Specifically, for example, the vertical length is about 20 mm and the horizontal length is 10 mm. FIG. 7 shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. Assuming that the ion implantation apparatus 1 was operated under the same conditions of ion energy, ion type, beam amount, and the like when it was new and when it was worn, as can be seen from FIG. Thus, while the amount of the ion beam passing through the mass analysis slit 4 increases, the amount of the ion beam blocked by the mass analysis slit 4 decreases. Therefore, it can be seen that the current value flowing through the mass analysis slit 4 when worn is smaller than the current value flowing through the mass analysis slit 4 when new.
[0036]
FIG. 8 shows a relationship between a current value flowing through the ammeter 17 electrically connected to the mass analysis slit 4 and time (week). In FIG. 8, the vertical axis indicates the value of the current flowing through the ammeter 17 and the horizontal axis indicates the time in week units. The ion implantation apparatus 1 is operated under conditions where the implantation energy is about 100 keV and the ion species is phosphorus (P+), The amount of ion beam is about 100 μA. As can be seen from FIG. 8, the current value flowing through the mass analysis slit 4 when it is new is about 0.7 mA, and thereafter, the current value flowing through the mass analysis slit 4 gradually decreases as the week progresses. Around the 39th week, the current flowing through the mass analysis slit 4 becomes about 0.3 mA. After that, it decreases very slowly from 0.3 mA and becomes almost constant at about 0.29 mA. Here, when the current value flowing through the mass analysis slit 4 is about 0.3 mA or less, the mass analysis slit 4 is greatly worn, and the replacement time, that is, the maintenance time is around the 39th week.
[0037]
Here, at the time of abnormal discharge, the current flowing through the mass analysis slit 4 may suddenly increase. As this calibration method, it is conceivable that the current flowing through the mass analysis slit 4 is not counted (not measured) during abnormal discharge. For example, set the upper and lower thresholds from the current value measured in the normal state where the previous abnormal discharge does not occur, and if a current value exceeding this range is measured, do not count the current value as a measured value There is a method of setting. If the gas pressure, voltage and the like in the source section 3 are constant, the current flowing through the mass analysis slit 4 is constant.
[0038]
As described above, since the current value flowing through the mass analysis slit 4 and the degree of wear of the mass analysis slit 4 have a relationship such that the current value decreases as the degree of wear increases, the current value is quantitatively measured by measuring the current value. Thus, the degree of wear of the mass analysis slit 4 can be measured. Therefore, the timing for replacing the mass analysis slit 4 can be quantitatively determined, so that efficient maintenance can be performed.
[0039]
In addition, since maintenance with good timing can be performed, the mass analysis slit 4 is not replaced early, and the running cost of the ion implantation apparatus 1 can be reduced. It is also possible to prevent a failure of the ion implantation apparatus 1 caused by the use described above and a decrease in throughput due to the failure.
[0040]
Further, the ion beam resolving power is determined by the size of the hole provided in the mass analysis slit 4. However, conventionally, the degree of wear of the mass analysis slit 4 could not be quantitatively controlled, so that the ion beam resolving power could not be controlled. Could not be managed. However, in the first embodiment, since the degree of wear of the mass analysis slit 4 can be measured by the current value of the ammeter 17 attached to the mass analysis slit 4, the ion beam decomposition ability can be managed by the current value corresponding to the degree of wear. It becomes possible.
[0041]
If the ion beam resolving ability is not managed, the mass analysis slit 4 is worn (deteriorated), so that the ion beam resolving ability is reduced. May occur. However, in the present embodiment, since the ion beam decomposition ability can be managed, device elements such as abnormal Vth control characteristics, abnormal junction breakdown voltage, and abnormal resistance characteristics of the impurity diffusion region caused by isotope implantation can be used. Can be prevented from deteriorating the electrical characteristics. That is, formation of a defective product can be prevented.
[0042]
In the first embodiment, the ammeter 17 is attached to the mass analysis slit 4, and the degree of wear of the mass analysis slit 4 is measured by measuring the current value with the ammeter 17. Here, if the ion implantation apparatus 1 is continuously used, not only the mass analysis slit 4 but also the arc chamber 12 in the source unit 3 is continuously used. This is caused when ions collide into the arc chamber 12 and return to the original element.
[0043]
As described above, when the mass spectrometry slit 4 is worn while the ion implantation apparatus 1 is continuously used, foreign matter is accumulated in the arc chamber 12 and becomes dirty. That is, there is a certain relationship that as the degree of wear of the mass analysis slit 4 increases, the degree of contamination in the arc chamber 12 also increases. Therefore, by utilizing the fact that the degree of wear of the mass analysis slit 4 is measured by measuring the current value by the ammeter 17, the degree of contamination in the arc chamber 12 is indirectly determined by measuring the current value. Can be measured. Therefore, maintenance of the ion implantation apparatus 1 can be performed with good timing, in other words, efficiently, and the generation of foreign substances can be suppressed. Further, since the generation of foreign matters can be suppressed, the yield of semiconductor products can be improved.
[0044]
Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 2 and FIGS. Here, a method for manufacturing a semiconductor device having a CMOS element will be described.
[0045]
First, a wafer 20 made of single crystal silicon processed into a disk is prepared. Then, a silicon oxide film is formed on the element formation surface of the wafer 20 by using a thermal oxidation method, and a silane gas (SiH4) And ammonia gas (NH3) Is used as a raw material to form a silicon nitride film by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
[0046]
Subsequently, after a resist film is formed on the silicon nitride film by using a spin coating method, the resist film is patterned by using a photolithography technique. The patterning is performed so that a resist film does not remain in an element isolation region where an element isolation groove is formed. Then, the silicon nitride film and the silicon oxide film in the element isolation region are removed by dry etching using the patterned resist film as a mask. Thereafter, the wafer 20 in the element isolation region is again etched by dry etching to form an element isolation groove.
[0047]
Next, silane gas (SiH4) And oxygen gas (O29), a silicon oxide film is deposited on the wafer 20 by a CVD method, and then the silicon oxide film is polished by using a CMP (Chemical Mechanical Polish) method using the silicon nitride film as a stopper. Such an element isolation layer 21 is formed.
[0048]
Then, after applying a resist film 22 on the wafer 20 on which the element isolation layer 21 is formed, the resist film 22 is patterned by exposing and developing. The patterning is performed so that the resist film 22 is formed only on the PMOS type element formation region as shown in FIG.
[0049]
Subsequently, boron (B), which is a P-type impurity, is implanted into the NMOS-type element formation region of the wafer 20 by ion implantation using the patterned resist film 22 as a mask to form a P-type well 23. When forming the P-type well 23, ion implantation with different energies and ion species is performed a plurality of times. Next, after the patterned resist film 22 is removed, a resist film 24 is formed on the wafer 20 again. Then, the resist film 24 is patterned using the photolithography technique as shown in FIG. The patterning is performed so that the resist film 24 remains only on the NMOS element formation region. Subsequently, an N-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is implanted into the PMOS-type element formation region of the wafer 20 by ion implantation to form an N-type well 25 as shown in FIG. .
[0050]
After that, a conductive impurity is implanted into the channel formation region of the PMOS device formation region and the channel formation region of the NMOS device formation region by ion implantation using an ion implantation method, and the threshold voltage (Vth) is increased. adjust. Here, in the ion implantation apparatus 1 for performing ion implantation, since the degree of wear of the mass analysis slit 4 is measured and managed by the current value by the ammeter 17, the isotope is worn so that the isotope is implanted into the wafer 20. The mass analysis slit 4 is not used. Therefore, by using the worn mass analysis slit 4, the injection of isotope ions into the wafer 20 can be suppressed. Therefore, abnormalities in the control characteristics of the threshold voltage can be prevented.
[0051]
Next, as shown in FIG. 12, a silicon oxide film 26 is formed on the wafer 20 by using a thermal oxidation method. Then, as shown in FIG. 13, a silane gas is thermally decomposed in a nitrogen gas by a CVD method to form a polysilicon film 27 on the silicon oxide film 26. During the deposition of the polysilicon film 27, a conductive impurity such as phosphorus is added. After the polysilicon film 27 is formed, conductive impurities may be implanted into the polysilicon film 27 using an ion implantation method. Subsequently, a gate insulating film 28 and a gate electrode 29 as shown in FIG. 14 are formed by using a photolithography technique and an etching technique. Then, using a photolithography technique, a resist film is formed to cover only the PMOS element formation region of the wafer 20.
[0052]
Thereafter, the wafer 20 in which the gate insulating film 28 and the gate electrode 29 are formed and the NMOS type element formation region is covered with the resist film is transferred from the loading section 11 of the ion implantation apparatus 1 as shown in FIG. It is carried in. Then, boron (B), which is a P-type impurity, is implanted into the PMOS formation region of the wafer 20 using an ion implantation method, and a low-concentration P-type impurity diffusion region 30 is formed as shown in FIG.
[0053]
Here, the operation of the ion implantation apparatus 1 when the low concentration P-type impurity diffusion region 30 is formed by performing ion implantation on the wafer 20 will be described. In FIG. 2, first, boron, which is a P-type impurity, is ionized by collision of a thermal electron and an impurity gas in the source portion 3. Then, the ionized impurities pass through the mass analysis slit 4 as an ion beam, but a part thereof collides with the mass analysis slit 4. Since the colliding substance is an ion, a current flows through the ammeter 17 electrically connected to the mass analysis slit 4. The value of the current flowing through the ammeter 17 is a value corresponding to the degree of wear of the mass analysis slit 4. As described above, the ion implantation apparatus 1 operates while the degree of wear of the mass analysis slit 4 is monitored by the ammeter 17 electrically connected to the mass analysis slit 4. Here, the relationship between the degree of wear and the current value according to the ion implantation conditions (the energy to be implanted, the ion species to be implanted, the beam quantity to be implanted, etc.) when forming the low-concentration P-type impurity diffusion region 30 in advance is known. It is assumed that
[0054]
In addition, the ion implantation apparatus 1 is started up under a certain condition (eg, energy to be implanted, ion species to be implanted, beam quantity to be implanted), for example, once a week, not when the ion implantation apparatus 1 is in operation. The abrasion degree of the mass analysis slit may be measured by measuring the current value of the ammeter 17 electrically connected.
[0055]
Next, the ion beam that has passed through the mass analysis slit 4 enters the mass analysis unit 5. Then, in this mass analyzer 5, the ion beam is bent by the magnetic field, but boron is emitted from the mass analyzer 5. On the other hand, ions lighter or heavier than boron deviate from the trajectory of the ion beam and collide with the analyzer carbon 5a.
[0056]
Subsequently, the ion beam emitted from the mass analysis unit 5 is accelerated by the acceleration unit 6 to have a predetermined implantation energy, and then converged by the lens unit 7. Thereafter, the wafer 2 is injected into the wafer 2 (wafer 20 in FIG. 15) shown in FIG. Thus, the low-concentration P-type impurity diffusion region 30 can be formed as shown in FIG. Here, the ion implantation apparatus 1 that performs the ion implantation manages the degree of wear of the mass analysis slit 4 by measuring the degree of wear of the mass analysis slit 4 with a current value by the ammeter 17. Therefore, implantation of isotope ions into the wafer 20 can be suppressed. Accordingly, it is possible to prevent the resistance characteristic of the impurity diffusion region from being abnormal. Similarly, a low-concentration N-type impurity diffusion region 31 is formed by implanting phosphorus or arsenic as an N-type impurity into the NMOS-type element formation region.
[0057]
Next, after forming a silicon oxide film on the wafer 20 using the CVD method, anisotropic etching is performed to form side spacers 32 as shown in FIG. Subsequently, high-concentration P-type impurity diffusion regions 33 and high-concentration N-type impurity diffusion regions 34 as shown in FIG. 17 are formed by ion implantation using the above-described ion implantation apparatus 1. In this manner, a MOS element having an LDD (Lightly Doped Drain) structure can be formed.
[0058]
Subsequently, after forming cobalt (Co) on the wafer 20 by using a sputtering method, the wafer 20 is subjected to a heat treatment, so that cobalt silicide (CoSi) is formed as shown in FIG.x) A film 35 is formed. Then, after the silicon oxide film 36 is formed on the wafer 20 using the CVD method, the surface of the silicon oxide film 36 is flattened using the CMP method. After that, the connection hole 37 is formed by using a photolithography technique and an etching technique.
[0059]
Next, after a Ti / TiN film 38a is formed on the wafer 20 by using the sputtering method, a tungsten (W) film 38b is formed on the Ti / TiN film 38a by using the CVD method. Then, the Ti / TiN film 38a and the tungsten film 38b in the region other than the connection hole 37 are removed by using the CMP method. Subsequently, after an aluminum film is formed on the wafer 20 by using a sputtering method, an aluminum wiring 39 is formed by using a photolithography technique and an etching technique. Thereafter, a semiconductor device having a CMOS element formed thereon is completed by a normal semiconductor device manufacturing method.
[0060]
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the case where the degree of wear of the mass analysis slit 4 is quantitatively measured has been described. In the second embodiment, the degree of wear of the analyzer carbon 5a in the mass analysis unit 5 is quantitatively measured. Will be described.
[0061]
FIG. 19 shows a configuration of the analyzer carbon (member) 5 a in the mass spectrometry unit 5. In FIG. 19, an ammeter 40 and a current integrator 41 are electrically connected to the analyzer carbon 5a. An ion beam passes between the analyzer carbons 5a. This ion beam is bent by the magnetic field, but the ions to be implanted flow between the analyzer carbons 5a without contacting the analyzer carbons 5a. However, the ions 42a and 42b, which are heavier than the ions to be implanted, draw a different trajectory from the ions to be implanted and collide with the analyzer carbon 5a. That is, the analyzer carbon 5a is provided to absorb ions different from the ions to be implanted.
[0062]
The analyzer carbon 5a wears due to collision of ions 42a and ions 42b which are heavier than the ions to be implanted. The degree of wear of the analyzer carbon 5a increases as the total amount of colliding ions increases.
[0063]
On the other hand, current flows through the ammeter 40 electrically connected to the analyzer carbon 5a due to the collision of individual ions, and the total amount of the flowing current is measured by the current integrator 41. From this, the total amount of colliding ions is proportional to the current integrated amount measured by the current integrator 41.
[0064]
FIG. 20 shows the relationship between the amount of current integrated by the current integrator 41 and time. In FIG. 20, the vertical axis represents the current integration amount, and the horizontal axis represents time. As the time elapses, the total number of ions that collide with the analyzer carbon 5a increases, and thus it can be seen that the current integration amount increases as the time elapses.
[0065]
As described above, the degree of wear of the analyzer carbon 5a is proportional to the total amount of colliding ions, and the total amount of colliding ions can be measured by the integrated current. From this, the degree of wear of the analyzer carbon 5a can be quantitatively measured by measuring the amount of current integration by the current integrator 41, and the timing for replacing the analyzer carbon 5a can be quantitatively determined. Therefore, efficient maintenance can be performed.
[0066]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.
[0067]
【The invention's effect】
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0068]
A method for manufacturing a semiconductor device using an ion implantation apparatus capable of performing quantitative and efficient maintenance can be provided. Further, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device using an ion implantation apparatus in which the resolution of an ion beam is controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of an ion implantation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an ion implantation apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a source section and a mass analysis slit.
FIG. 4 is a plan view showing a new mass analysis slit.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4;
FIG. 6 is a plan view showing a worn mass analysis slit.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between time and a current value flowing in an ammeter electrically connected to a mass analysis slit.
FIG. 9 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 9;
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 10;
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 11;
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 12;
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 13;
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 14;
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 15;
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 16;
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following FIG. 17;
FIG. 19 is a diagram showing a state where a current integrator is attached to the analyzer carbon according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a diagram illustrating a relationship between time and a current integration amount.
[Explanation of symbols]
1 ion implantation equipment (semiconductor manufacturing equipment)
2 wafer
3 Source section
4 Mass analysis slit (member)
5 Mass spectrometry section
5a Analyzer carbon (member)
6 Accelerator
7 Lens section
8 Scanning section
9 End station
10 Impurity injection chamber
11 Transport unit
12 Arc chamber
13 Extraction electrode
14 Extraction power supply
15 Suppression power supply
16 Ground electrode
17 Ammeter
20 wafers
21 Device isolation layer
22 Resist film
23 P-type well
24 Resist film
25 N-type well
26 Silicon oxide film
27 polysilicon film
28 Gate insulating film
29 Gate electrode
30 Low-concentration P-type impurity diffusion region
31 Low concentration N-type impurity diffusion region
32 Side spacer
33 High-concentration P-type impurity diffusion region
34 High-concentration N-type impurity diffusion region
35 Cobalt silicide film
36 Silicon oxide film
37 Connection hole
38a Ti / TiN film
38b Tungsten film
39 aluminum wiring
40 ammeter
41 Current Integrator
42a heavy ion
42b light ion

Claims (5)

イオンビームを半導体ウェハに照射する半導体製造装置を使用することにより、前記半導体ウェハに不純物を注入する工程を備える半導体装置の製造方法において、
前記イオンビーム内のイオンが衝突することにより磨耗する前記半導体製造装置内の部材であって、電流計が取り付けられた部材の磨耗度を、前記電流計を流れる電流値の測定によって計測する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
By using a semiconductor manufacturing apparatus that irradiates a semiconductor wafer with an ion beam, a method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of implanting impurities into the semiconductor wafer,
A step of measuring the degree of wear of a member in the semiconductor manufacturing apparatus, which is worn by collision of ions in the ion beam, with the ammeter attached thereto, by measuring a current value flowing through the ammeter. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
イオンビームを半導体ウェハに照射する半導体製造装置を使用することにより、前記半導体ウェハに不純物を注入する工程を備える半導体装置の製造方法において、
前記イオンビーム内のイオンが衝突することにより磨耗する前記半導体製造装置内の部材であって、電流積算計が取り付けられた部材の磨耗度を、前記電流積算計による電流積算量の測定によって計測する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
By using a semiconductor manufacturing apparatus that irradiates a semiconductor wafer with an ion beam, a method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of implanting impurities into the semiconductor wafer,
A member in the semiconductor manufacturing apparatus, which is worn due to collision of ions in the ion beam, is measured for a member to which a current integrator is attached by measuring a current integrated amount by the current integrator. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
質量分析スリットを介してイオンビームを半導体ウェハに照射することにより、前記半導体ウェハに不純物を注入する工程を備える半導体装置の製造方法において、
前記イオンビーム内のイオンが衝突することにより磨耗する前記質量分析スリットであって、電流計が取り付けられた前記質量分析スリットの磨耗度を、前記電流計を流れる電流値の測定によって計測する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating a semiconductor wafer with an ion beam through a mass analysis slit to inject impurities into the semiconductor wafer.
A step of measuring the abrasion degree of the mass analysis slit, which is worn due to collision of ions in the ion beam with the ions in the ion beam, to which an ammeter is attached, by measuring a current value flowing through the ammeter. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
磁場でイオンビームに含まれるイオンを選択する質量分析部を介して、前記イオンビームを半導体ウェハに照射することにより、前記半導体ウェハに不純物を注入する工程を備える半導体装置の製造方法において、
前記質量分析部内にあり、前記イオンビーム内のイオンが衝突することによって磨耗するアナライザカーボンであって、電流積算計が取り付けられた前記アナライザカーボンの磨耗度を、前記電流積算計による電流積算量の測定によって、計測する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating a semiconductor wafer with the ion beam through a mass analyzer that selects ions contained in the ion beam with a magnetic field, thereby implanting impurities into the semiconductor wafer.
An analyzer carbon that is in the mass spectrometer and is worn by collision of ions in the ion beam. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of measuring by measurement.
イオンビームを半導体ウェハに照射する半導体製造装置を使用することにより、前記半導体ウェハに不純物を注入する工程を備える半導体装置の製造方法において、
前記イオンビームが衝突することにより汚れる前記半導体製造装置内のアークチャンバ内の汚れ度を、電流計が取り付けられた質量分析スリットを流れる電流値を測定することによって、計測する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
By using a semiconductor manufacturing apparatus that irradiates a semiconductor wafer with an ion beam, a method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of implanting impurities into the semiconductor wafer,
The method further comprises a step of measuring a degree of contamination in an arc chamber in the semiconductor manufacturing apparatus, which is contaminated by the collision of the ion beam, by measuring a current value flowing through a mass analysis slit to which an ammeter is attached. Manufacturing method of a semiconductor device.
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