JP2006221941A - Ion implantation device and ion implantation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオンビームを輸送して基板に注入するイオン注入装置およびイオン注入方法に関するものである。 The present invention relates to an ion implantation apparatus and an ion implantation method for transporting an ion beam into a substrate.
トランジスタ等の半導体装置の製造工程においては、該トランジスタのソース−ドレイン領域を形成するために、シリコン等からなる半導体層に不純物をドープすることが行われる。半導体層に不純物をドープするためには、従来から、イオン注入装置が広く使われている。 In a manufacturing process of a semiconductor device such as a transistor, an impurity is doped into a semiconductor layer made of silicon or the like in order to form a source-drain region of the transistor. Conventionally, ion implantation apparatuses have been widely used to dope semiconductor layers with impurities.
上記のイオン注入工程では、半導体層に対してイオンビームを照射する時に、チャネリング抑制やメタルコンタミ・クロスコンタミを除去するために、該半導体層表面に犠牲酸化膜としての酸化膜が形成された状態でイオン注入を行うことが一般的に行われていた。 In the above ion implantation step, an oxide film as a sacrificial oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer in order to suppress channeling and remove metal contamination and cross contamination when the semiconductor layer is irradiated with an ion beam. In general, ion implantation is performed.
しかしながら、トランジスタを形成する際のイオン注入工程では、低エネルギビームを用いるエクステンション部のイオン注入において、上記酸化膜が存在すると以下のような問題が生じる。 However, in the ion implantation process for forming a transistor, the following problems arise when the oxide film exists in the ion implantation of the extension portion using a low energy beam.
第1に、上記酸化膜が存在する状態で不純物の注入(すなわちイオン注入)を行うと、注入されるイオンが上記酸化膜に取り込まれて実際の注入量が減少する、といった問題がある。近年の微細化されたトランジスタでは、上記エクステンション部は20〜50nmの層厚にて形成されるが、これに対し、酸化膜は5〜10nmの厚さで形成される。また、上記エクステンション部へのイオン注入は、上記酸化膜に吸収される分を考慮して行われる。この時、上記エクステンション部の層厚に対して上記酸化膜の膜厚が大きければ、酸化膜に吸収されるイオンの量が多くなり、エクステンション部に対して正確な量のイオン注入を行うことが困難となる。 First, when impurities are implanted (that is, ion implantation) in the presence of the oxide film, there is a problem in that implanted ions are taken into the oxide film and the actual implantation amount is reduced. In recent miniaturized transistors, the extension portion is formed with a layer thickness of 20 to 50 nm, whereas the oxide film is formed with a thickness of 5 to 10 nm. The ion implantation into the extension portion is performed in consideration of the amount absorbed by the oxide film. At this time, if the thickness of the oxide film is larger than the thickness of the extension portion, the amount of ions absorbed in the oxide film increases, and an accurate amount of ions can be implanted into the extension portion. It becomes difficult.
第2に、上記酸化膜が、雰囲気中の酸素と化合して生成する自然酸化膜である場合、酸化膜の膜厚が経時的に一定とならず、かつ面内分布を持つため、イオン注入量の再現性が困難であることと、注入されるイオンのシリコンウェーハ面内分布を一定に制御することができない、といった問題が生じる。 Second, when the oxide film is a natural oxide film formed by combining with oxygen in the atmosphere, the thickness of the oxide film is not constant over time and has an in-plane distribution. There arise problems that the reproducibility of the amount is difficult and the distribution of implanted ions in the silicon wafer surface cannot be controlled to be constant.
上記の問題により、イオンの注入前にシリコンウェーハ表面の酸化膜を除去する、あるいは一定膜厚にする方法が検討されている。このためには、以下の2つの方法が提案されている。 Due to the above problems, a method of removing the oxide film on the surface of the silicon wafer before ion implantation or a method of making the film thickness constant has been studied. For this purpose, the following two methods have been proposed.
第1の方法は、イオン注入工程の直前(一定時間前)にシリコンウェーハの酸化膜エッチングを行うことで、上記酸化膜の膜厚をできるだけ薄く、かつ一定厚さにする方法である。 The first method is a method in which the thickness of the oxide film is made as thin and constant as possible by performing an oxide film etching of the silicon wafer immediately before the ion implantation step (predetermined time).
第2の方法は、イオン注入工程の前にシリコンウェーハの酸化膜エッチング(プラズマエッチング等)を行い、酸化膜エッチング室からシリコンウェーハを酸化性雰囲気にさらすことなくイオン注入室に移してイオン注入を行うことにより、酸化膜の成長を抑制する方法である(例えば、特許文献1)。 In the second method, an oxide film etching (plasma etching or the like) of the silicon wafer is performed before the ion implantation process, and the silicon wafer is transferred from the oxide film etching chamber to the ion implantation chamber without being exposed to an oxidizing atmosphere. This is a method for suppressing the growth of an oxide film (for example, Patent Document 1).
ここで、従来のイオン注入装置の概略構成を、図4を参照して以下に説明する。このイオン注入装置は、注入すべき不純物のイオンを電界によって加速し、このイオンを走査しながらシリコンウェーハに注入する。 Here, a schematic configuration of a conventional ion implantation apparatus will be described below with reference to FIG. In this ion implantation apparatus, ions of impurities to be implanted are accelerated by an electric field, and the ions are implanted into a silicon wafer while scanning.
図4に示すイオン注入装置では、注入すべき不純物のイオンはイオン源101において生成される。この時、イオン源101においては多種のイオンが生成されるため、分離器(分析マグネット)102において必要なイオンのみが分離される。分離器102で分離されたイオンは、走査器104に取り込まれる。図4の103は、分離器102内の分離イオンに引き込み電界を印加し、この分離イオンを走査器15に引き込むための電界印加手段である。走査器104を通過したイオンは、加速器105によって加速され、さらに偏向器106を通過して、エンドステーションであるチャンバ107内のシリコンウェーハ110に注入される。
しかしながら、上記従来の構成では、以下のような問題を生じる。 However, the conventional configuration causes the following problems.
先ず、上記第1の方法では、イオン注入は酸化膜の存在する状態で行われるため、ドーパント損失は避けられず、この損失量を再現性良く均一にすることは極めて困難である。 First, in the first method, since ion implantation is performed in the presence of an oxide film, a dopant loss is unavoidable, and it is extremely difficult to make the loss amount uniform with good reproducibility.
また、特許文献1に開示のある第2の方法では、第1室(酸化膜エッチング室)で酸化膜をエッチングし、第2室(イオン注入室)でイオン注入が行われる。この場合の動作を具体的に説明すると以下のとおりである。 In the second method disclosed in Patent Document 1, an oxide film is etched in a first chamber (oxide film etching chamber), and ion implantation is performed in a second chamber (ion implantation chamber). The operation in this case will be specifically described as follows.
まず、第1室で酸化膜のエッチング後、窒素等の不活性ガス雰囲気または真空雰囲気にウェーハを保持し、該ウェーハは低ガス圧力に保持された第2室に移送される。この時、第1室の圧力は通常10−2〜10−1Paであるのに対し、第2室の圧力は通常10−5Pa台の圧力にしてからイオン注入が行われる。このため、上記シリコンウェーハの移送は、第1室の圧力が第2室の圧力に等しくされてから行われる必要があり、このようにすると第1室での真空への排気時間がロスタイムとなり、スループット低下の原因となる。 First, after etching the oxide film in the first chamber, the wafer is held in an inert gas atmosphere such as nitrogen or a vacuum atmosphere, and the wafer is transferred to the second chamber maintained at a low gas pressure. At this time, the pressure in the first chamber is usually 10 −2 to 10 −1 Pa, whereas the pressure in the second chamber is usually set to a pressure of 10 −5 Pa, and then ion implantation is performed. For this reason, the transfer of the silicon wafer needs to be performed after the pressure in the first chamber is made equal to the pressure in the second chamber. In this way, the exhaust time to the vacuum in the first chamber becomes a loss time, It causes a decrease in throughput.
また、極微量の酸素の存在で形成されるため、酸化性雰囲気にさらさない状態を作り出すことは極めて困難である。例えば、酸化膜をエッチングするためには、通常、レジスト膜がついた状態でエッチングされるが、レジスト膜中には水素、炭素、酸素が含まれるため、エッチング中の雰囲気は酸素が含有された雰囲気であり、シリコンウェーハに酸化膜が形成されてしまう。 Further, since it is formed in the presence of a very small amount of oxygen, it is extremely difficult to create a state where it is not exposed to an oxidizing atmosphere. For example, in order to etch an oxide film, etching is usually performed with a resist film attached. However, since the resist film contains hydrogen, carbon, and oxygen, the atmosphere during etching contains oxygen. It is an atmosphere, and an oxide film is formed on the silicon wafer.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリコンウェーハ表面に酸化膜が形成されていない状態でのイオン注入を可能とするイオン注入装置およびイオン注入方法を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to realize an ion implantation apparatus and an ion implantation method that enable ion implantation in a state where an oxide film is not formed on the surface of a silicon wafer. There is to do.
本発明に係るイオン注入装置は、上記課題を解決するために、イオンビームを輸送して基板に注入するイオン注入装置において、複数のイオン源と、各イオン源にて生成されるイオンを分離し、分離されたイオンを選択的にビームラインに輸送する分離手段とを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, an ion implantation apparatus according to the present invention separates a plurality of ion sources and ions generated in each ion source in an ion implantation apparatus that transports an ion beam and implants it into a substrate. And separation means for selectively transporting the separated ions to the beam line.
また、上記イオン注入装置は、上記複数のイオン源の少なくとも一つは、多原子分子のイオンを生成し、上記複数のイオン源の他の少なくとも一つは、基板に注入される注入イオンを生成し、上記多原子分子のイオン化したビームを基板に照射して、基板表面の酸化膜を除去する機能と、上記注入イオンのイオンビームを基板に照射して、基板にイオンを注入する機能とを有する構成とすることができる。 In the ion implantation apparatus, at least one of the plurality of ion sources generates ions of polyatomic molecules, and at least one of the plurality of ion sources generates ions to be implanted into the substrate. The substrate is irradiated with the ionized beam of polyatomic molecules to remove the oxide film on the substrate surface, and the substrate is irradiated with the ion beam of the implanted ions to implant ions into the substrate. It can be set as the structure which has.
上記の構成によれば、上記イオン注入装置は、複数のイオン源と、各イオン源にて生成されるイオンを分離し、分離されたイオンを選択的にビームライン輸送する分離手段とを備えているため、プラテンに取り付けられた同一の基板に対し、異なる種類のイオンビームの照射処理を連続した工程にて行うことが可能となる。 According to said structure, the said ion implantation apparatus is equipped with the several ion source and the isolation | separation means which isolate | separates the ion produced | generated in each ion source, and selectively carries out the beam line transport of the isolate | separated ion. Therefore, different types of ion beam irradiation processes can be performed in a continuous process on the same substrate attached to the platen.
例えば、多原子分子のイオンビームを基板に照射して基板表面の酸化膜を除去する工程と、注入イオンのイオンビームを基板に照射して基板にイオンを注入する工程とを連続して行える。この場合、上記2つの工程は、その間の真空雰囲気を破ることなく実施することが可能である。 For example, a step of irradiating a substrate with an ion beam of polyatomic molecules to remove an oxide film on the surface of the substrate and a step of irradiating the substrate with an ion beam of implanted ions to implant ions into the substrate can be performed. In this case, the above two steps can be performed without breaking the vacuum atmosphere between them.
このため、基板表面の酸化膜を除去した後、さらに酸化膜が形成されること無く、続けてイオン注入を行うことができ、基板に対して浅いイオン注入を行う場合であっても、酸化膜でのイオン吸収が無く、正確なイオン注入が行える。 For this reason, after removing the oxide film on the surface of the substrate, it is possible to continue ion implantation without forming an oxide film. Even when shallow ion implantation is performed on the substrate, the oxide film There is no absorption of ions at this point, and accurate ion implantation can be performed.
さらに、上記イオン注入装置は、多原子分子のイオン化したビームを基板に照射して、基板表面に均一厚さの薄膜を成膜する機能、または多原子分子のイオン化したビームを基板に照射して、基板表面を均一厚さに非晶質化する機能を有する構成とすることができる。 Further, the ion implantation apparatus irradiates the substrate with an ionized beam of polyatomic molecules to form a thin film having a uniform thickness on the substrate surface, or irradiates the substrate with an ionized beam of polyatomic molecules. The substrate surface can have a function of amorphizing the substrate surface to a uniform thickness.
上記の構成によれば、表面の酸化膜が除去された基板に対し、イオン注入を行う前に、さらに基板表面に酸化膜等の薄膜を形成したり、非結晶層を形成したりすることで、イオン注入時のチャネリング抑制の効果を得ることができる。尚、ここで形成される酸化膜等の薄膜は、従来の犠牲酸化膜や自然酸化膜に比べて十分に薄く形成することが可能であり、酸化膜でのドーパント損失を最小限として正確なイオン注入が行えながら、チャネリング抑制の効果も得られる。 According to the above configuration, a thin film such as an oxide film or an amorphous layer is formed on the substrate surface before ion implantation is performed on the substrate from which the oxide film on the surface has been removed. The effect of suppressing channeling during ion implantation can be obtained. The thin film such as an oxide film formed here can be formed sufficiently thinner than a conventional sacrificial oxide film or a natural oxide film, and accurate ion with minimal dopant loss in the oxide film. While injection can be performed, the effect of suppressing channeling is also obtained.
また、基板表面に薄膜を形成する場合、イオン注入が行われた後の基板に対して、窒化膜等の酸化保護膜を形成することも可能となる。これにより、イオン注入後に、大気搬送される基板表面に自然酸化膜が形成され、この自然酸化膜によってドーパントロスが生じることを抑制できる。 In addition, when a thin film is formed on the substrate surface, it is possible to form an oxide protective film such as a nitride film on the substrate after the ion implantation. Thereby, after ion implantation, a natural oxide film is formed on the surface of the substrate conveyed to the atmosphere, and it is possible to suppress the occurrence of dopant loss due to the natural oxide film.
また、上記イオン注入装置は、上記分離手段において非選択とされたイオンのビーム電流を測定する測定手段を備えており、選択されたイオンビームにて基板の処理を行っている間に、上記測定手段にて測定されるビーム電流に基づいて、非選択とされた側のイオンのビーム立ち上げ準備を行う機能を有する構成とすることができる。 In addition, the ion implantation apparatus includes a measurement unit that measures a beam current of ions that are not selected in the separation unit, and the measurement is performed while the substrate is being processed with the selected ion beam. Based on the beam current measured by the means, it can be configured to have a function of preparing for the beam startup of ions on the non-selected side.
上記イオン注入装置では、イオンビームのイオン種切替を頻繁にする必要から、上記複数のイオン源は同時に稼動されていることが好ましく、上記の構成によれば、非選択とされているイオンのビーム電流を上記測定手段にて測定し、その測定結果を用いて、非選択側のイオンビームを立ち上げと切り替えに備えて待機させておくことが可能となる。 In the ion implantation apparatus, since it is necessary to frequently switch the ion species of the ion beam, it is preferable that the plurality of ion sources are operated at the same time. The current is measured by the measurement means, and the measurement result can be used to wait for the ion beam on the non-selection side for start-up and switching.
また、上記イオン注入装置では、上記分離手段は、あるイオン源から発生する重イオンまたは中性粒子ビームが、対向する他のイオン源に入射することを防止する遮蔽板を備えている構成とすることができる。 Further, in the ion implantation apparatus, the separation means includes a shielding plate that prevents heavy ions or neutral particle beams generated from a certain ion source from entering another opposing ion source. be able to.
上記イオン注入装置のイオン源では、通常、所望のイオン以外に重イオンや中性粒子が発生するが、上記の構成によれば、分離手段内に遮蔽板を備えることで、これらの重イオンや中性粒子ビームが、他のイオン源に入射することを防止できる。 In the ion source of the ion implantation apparatus, heavy ions and neutral particles are usually generated in addition to the desired ions. However, according to the above configuration, these heavy ions and Neutral particle beams can be prevented from entering other ion sources.
本発明に係るイオン注入方法は、上記課題を解決するために、イオンビームを輸送して基板に注入するイオン注入方法において、上記基板に対し、多原子分子のイオン化したビームを照射して、上記基板表面の酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、表面の酸化膜が除去された上記基板に対し、基板に注入される注入イオンのイオンビームを照射して、上記基板にイオンを注入するイオン注入工程とを有しており、上記酸化膜除去工程とイオン注入工程とは、その間の真空雰囲気を破ることなく実施されることを特徴としている。 In order to solve the above problems, an ion implantation method according to the present invention is an ion implantation method in which an ion beam is transported and implanted into a substrate. In the ion implantation method, the substrate is irradiated with an ionized beam of polyatomic molecules. An oxide film removing step for removing an oxide film on the surface of the substrate, and an ion for implanting ions into the substrate by irradiating the substrate from which the surface oxide film has been removed with an ion beam of implanted ions implanted into the substrate The oxide film removing step and the ion implantation step are performed without breaking the vacuum atmosphere between them.
上記の構成によれば、基板表面の酸化膜を除去した後、さらに酸化膜が形成されること無く、続けてイオン注入を行うことができ、基板に対して浅いイオン注入を行う場合であっても、酸化膜でのイオン吸収が無く、正確なイオン注入が行える。 According to the above configuration, after removing the oxide film on the surface of the substrate, it is possible to continue ion implantation without forming an oxide film, and to perform shallow ion implantation on the substrate. However, there is no ion absorption in the oxide film, and accurate ion implantation can be performed.
また、上記イオン注入方法では、上記酸化膜除去工程の後でイオン注入工程の前に、多原子分子のイオン化したビームを基板に照射して、基板表面に均一厚さの薄膜を成膜する薄膜形成工程、または、多原子分子のイオン化したビームを基板に照射して、基板表面を均一厚さに非晶質化する非晶質化工程を有する構成とすることができる。 Further, in the ion implantation method, a thin film having a uniform thickness is formed on the substrate surface by irradiating the substrate with an ionized beam of polyatomic molecules after the oxide film removing step and before the ion implantation step. A structure having an amorphization step of irradiating the substrate with an ionized beam of polyatomic molecules and amorphizing the substrate surface to a uniform thickness can be obtained.
上記の構成によれば、表面の酸化膜が除去された基板に対し、イオン注入を行う前に、さらに基板表面に酸化膜等の薄膜を形成したり、非結晶層を形成したりすることで、イオン注入時のチャネリング抑制の効果を得ることができる。 According to the above configuration, a thin film such as an oxide film or an amorphous layer is formed on the substrate surface before ion implantation is performed on the substrate from which the oxide film on the surface has been removed. The effect of suppressing channeling during ion implantation can be obtained.
また、上記イオン注入方法では、上記イオン注入工程の後で、多原子分子のイオン化したビームを基板に照射して、基板表面に酸化防止膜を成膜する酸化防止膜形成工程を有する構成とすることができる。 Further, the ion implantation method includes an antioxidant film forming step of irradiating the substrate with an ionized beam of polyatomic molecules to form an antioxidant film on the substrate surface after the ion implantation step. be able to.
上記の構成によれば、イオン注入後に、大気搬送される基板表面に自然酸化膜が形成され、この自然酸化膜によってドーパントロスが生じることを抑制できる。 According to said structure, a natural oxide film is formed in the board | substrate surface conveyed by air | atmosphere after ion implantation, and it can suppress that a dopant loss arises with this natural oxide film.
本発明のイオン注入装置およびイオン注入方法では、プラテンに取り付けられた同一の基板に対し、異なる種類のイオンビームの照射処理を連続した工程にて行うことが可能となる。このため、多原子分子のイオンビームを基板に照射して基板表面の酸化膜を除去する工程と、注入イオンのイオンビームを基板に照射して基板にイオンを注入する工程とを連続して行える。この場合、上記2つの工程は、その間の真空雰囲気を破ることなく実施することが可能となる。 In the ion implantation apparatus and the ion implantation method of the present invention, different types of ion beam irradiation processes can be performed in a continuous process on the same substrate attached to a platen. For this reason, the step of irradiating the substrate with the ion beam of polyatomic molecules to remove the oxide film on the surface of the substrate and the step of irradiating the substrate with the ion beam of implanted ions to implant ions into the substrate can be performed continuously. . In this case, the two steps can be performed without breaking the vacuum atmosphere between them.
これにより、基板表面の酸化膜を除去した後、さらに酸化膜が形成されること無く、続けてイオン注入を行うことができ、基板に対して浅いイオン注入を行う場合であっても、酸化膜でのイオン吸収が無く、正確なイオン注入が行えるといった効果を奏する。 Thereby, after removing the oxide film on the surface of the substrate, it is possible to continue ion implantation without forming an oxide film. Even when shallow ion implantation is performed on the substrate, the oxide film There is no effect of ion absorption, and accurate ion implantation can be performed.
本発明の一実施形態について図1ないし図3に基づいて説明すると以下の通りである。先ず、本発明に係るイオン注入工程を含む半導体装置の製造工程について、図2を参照して説明する。尚、以下の説明では、シリコンウェーハ上にMOS−FETトランジスタを形成する場合の製造工程を例示する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, a semiconductor device manufacturing process including an ion implantation process according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, a manufacturing process in the case where a MOS-FET transistor is formed on a silicon wafer will be exemplified.
まず、シリコンウェーハ10においてnウェルとpウェルとの分離を行い、さらにシリコンウェーハ10の表面に犠牲酸化膜21を形成する。そして、このシリコンウェーハ10に対し、犠牲酸化膜21の形成されている側から、TW(Triple Well),DRW(Deep Retrograde Well、),Vthの注入を行う。DRWは、CS(Channel Stopper)としても機能する。また、トランジスタ素子を分離するためのSTI(Shallow Trench Isolation)が形成されている。ここまでの工程を終了した状態が、図2(a)に示される。
First, n well and p well are separated from the
次に、シリコンウェーハ10表面において、犠牲酸化膜21が除去され、熱酸化膜22が形成される。ここまでの工程を終了した状態が、図2(b)に示される。
Next, the
次に、熱酸化膜22上にポリシリコン膜を成膜し、これをエッチングすることでゲート部23が形成される。ここまでの工程を終了した状態が、図2(c)に示される。
Next, a polysilicon film is formed on the
次に、ゲート部23の側面にサイドスペーサ24を形成し、さらに、Haloの注入を行う。尚、Haloの注入する前には、シリコンウェーハ10がエッチング装置からイオン注入装置へ移送される(通常、大気搬送)ため、Haloの注入時点において、シリコンウェーハ10の表面には自然酸化膜25が形成されている(犠牲酸化膜25の成膜を工程として行っても良い)。ここまでの工程を終了した状態が、図2(d)に示される。
Next, side spacers 24 are formed on the side surfaces of the
次に、シリコンウェーハ10に対して、エクステンション部26へのイオン注入を行う。ここで、エクステンション部26に対してイオン注入を行う際に、シリコンウェーハ10の表面に酸化膜25が形成されていると正確なイオン注入を行うことができないため、エクステンション部26に対するイオン注入の直前に酸化膜25が除去される。但し、この酸化膜25の除去において、本発明の方法では、従来(特許文献2)のようにエッチング室での処理(プラズマエッチング等)を要する除去方法は用いられない。これは、前述したように、酸化膜25の除去においてエッチング室でのエッチング処理を行うと、スループットの低下や、移送時における自然酸化膜の生成といった問題が生じるためである。
Next, ion implantation into the
本発明の方法では、イオン注入装置のプラテンにシリコンウェーハ10が装着された状態で、エクステンション部26に対するイオン注入前に、シリコンウェーハ10表面の酸化膜25の除去を可能とすることに特徴を有しているものである。具体的には、酸化膜25の除去を、シリコンウェーハ10表面に多原子分子イオンを照射することで行う。この方法では、酸化膜25の除去工程と、その後のエクステンション部26に対するイオン注入工程とを、真空雰囲気を破ることなく連続して行うことができ、上述したスループットの低下や、移送時における自然酸化膜の生成といった問題を解決できる。ここまでの工程を終了した状態が、図2(e)に示される。
The method of the present invention is characterized in that the
次に、ゲート部23の側面にさらにサイドウォール27を形成した後、トランジスタのソース、ドレイン、およびゲート部にイオン注入を行う。さらに、注入された不純物を活性化させるためのアニール処理、およびシリサイド化処理を行って、最終的に図2(f)に示すようなMOS−FETトランジスタが得られる。
Next, after a
ここで、上記MOS−FETトランジスタの製造工程において、ゲート部が作成されてからサイドウォールが作成されるまでの製造手順を、本発明の製造工程と従来の製造工程とで比較すると、図3(a),(b)に示すようになる。尚、図3(a)が本発明の製造工程を示し、図3(b)が従来の製造工程を示している。 Here, in the manufacturing process of the MOS-FET transistor, the manufacturing procedure from the creation of the gate portion to the creation of the sidewall is compared between the manufacturing process of the present invention and the conventional manufacturing process. As shown in a) and (b). FIG. 3A shows the manufacturing process of the present invention, and FIG. 3B shows the conventional manufacturing process.
図3(a),(b)から分かるように、ゲート部の作成からHalo注入までの工程は、本発明の工程も従来工程も同じである。しかしながら、Halo注入が行われた後は、従来工程では大気搬送されたシリコンウェーハに対してエクステンション部へのイオン注入を行っているのに対し、本発明の工程ではシリコンウェーハの表面の犠牲/自然酸化膜を除去(酸化膜除去工程)してからエクステンション部へのイオン注入(イオン注入工程)を行っている。したがって、本発明の工程では、エクステンション部へのイオン注入において、犠牲/自然酸化膜でのイオン吸収が無く、正確なイオン注入が行える。 As can be seen from FIGS. 3A and 3B, the process from the creation of the gate portion to the halo implantation is the same as that of the present invention and the conventional process. However, after the Halo implantation is performed, in the conventional process, ions are implanted into the extension portion of the silicon wafer transferred to the atmosphere, whereas in the process of the present invention, the sacrifice / natural nature of the surface of the silicon wafer is performed. After the oxide film is removed (oxide film removal step), ion implantation into the extension portion (ion implantation step) is performed. Therefore, in the process of the present invention, in the ion implantation into the extension part, there is no ion absorption in the sacrificial / natural oxide film, and accurate ion implantation can be performed.
尚、上記酸化膜除去工程において用いられる多原子分子としては、例えば、希ガス、あるいは、フッ素、水素、並びにそれらの化合物よりなる高分子の何れかを用いることが可能である。 As the polyatomic molecules used in the oxide film removal step, for example, any of rare gases or polymers made of fluorine, hydrogen, and compounds thereof can be used.
また、図2の製造工程では、特に説明していなかったが、エクステンション部へのイオン注入後、シリコンウェーハ表面に保護窒化膜を形成しても良い。このような保護窒化膜を形成することで、イオン注入後のドーパントロスを抑制することができる。 Although not specifically described in the manufacturing process of FIG. 2, a protective nitride film may be formed on the surface of the silicon wafer after ion implantation into the extension portion. By forming such a protective nitride film, dopant loss after ion implantation can be suppressed.
上述したように、本発明に係るイオン注入方法では、イオン注入装置のプラテンにシリコンウェーハが装着された状態で、多原子分子イオンの照射による酸化膜の除去を行い、その後、シリコンウェーハへのイオン注入を行う。続いて、このようなイオン注入方法を可能とするイオン注入装置について説明する。本実施形態に係るイオン注入装置の概略構成を図1に示す。 As described above, in the ion implantation method according to the present invention, in a state where the silicon wafer is mounted on the platen of the ion implantation apparatus, the oxide film is removed by irradiation with polyatomic molecular ions, and then the ions are implanted into the silicon wafer. Make an injection. Next, an ion implantation apparatus that enables such an ion implantation method will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration of an ion implantation apparatus according to this embodiment.
図1に示されるイオン注入装置1は、シリコンウェーハに注入される不純物のイオンを供給するための第1のイオン源11と、酸化膜を除去するための多原子分子イオンを供給するための第2のイオン源12とを備えている。第1のイオン源11または第2のイオン源12で生成されるイオンは、分離器13によって必要なイオンのみが分離され、分離されたイオンは、走査器15に取り込まれる。尚、図1の14は、分離器13内の分離イオンに引き込み電界を印加し、この分離イオンを走査器15に引き込むための電界印加手段である。
An ion implantation apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a
ここで、分離器13は、内部に発生する磁場の向きおよび強度が切り替え可能に構成されており、この磁場の切り替えによって分離するイオンの種類を選択できるようになっている。図1では、第1のイオン源11で生成される不純物イオンが選択分離される場合を実線の矢印で示し、第2のイオン源12で生成される多原子分子イオンが選択分離される場合を破線の矢印で示している。
Here, the
また、分離器13は、その側壁に非選択イオンのビーム電流を測定するためのマルチファラデーカップ13Aを有している。イオン注入装置1では、イオンビームのイオン種切替を頻繁にする必要から、第1および第2のイオン源11,12は同時に稼動されていることが好ましく、非選択とされているイオンのビーム電流をマルチファラデーカップ13Aにて測定し、その測定結果を用いて、非選択側のイオンビームを立ち上げと切り替えに備えて待機させておくことが可能となる。
The
走査器15は、分離されたイオンに対して電界を作用させることで、シリコンウェーハ10に照射されるイオンの走査を行う。走査器15を通過したイオンは、加速器16によって加速され、所定のエネルギを有する。また、上記イオンは、さらに偏向器17を通過することで中性分子と分離され、エンドステーションであるチャンバ18内のシリコンウェーハ10に注入される。
The
上記イオン注入装置1でのイオン注入の具体的動作の一例を以下に説明する。上記イオン注入装置1では、イオンソース物質として、例えばC60カーボンを好適に用いることができる。第2のイオン源12では、C60の粉体を、Arガスを搬送ガスとしてイオン源アークチャンバに供給し、Arプラズマ中でイオン化(C60 +)する。C60 +イオンは、引き出し電圧4keVでイオンビーム(C60 +ビーム)として引き出される。
An example of a specific operation of ion implantation in the ion implantation apparatus 1 will be described below. In the ion implantation apparatus 1, for example, C 60 carbon can be suitably used as the ion source material. In the
分離器13における分析マグネット13Aの質量分離能力を3000AMU(Atomic Mass Unit)×keV程度とすれば、質量数720AMUの4keVのC60 +ビームを質量分離することができる。
If the mass separation capability of the
質量分離後、加速器16で60keVに加速されたC60 +ビームをシリコンウェーハ10に照射すると、シリコンウェーハ表面の酸化膜をエッチング除去できる。この時、C原子当たりのエネルギは1keV程度であり、酸化膜のエッチングに適している。酸化膜のエッチング終点は、マススペクトルモニタでエッチング中の残留ガスを分析することで検出される。
After the mass separation, when the
エッチングの終点が検出されると、速やかにイオン源ガスをBF3ガスと入れ替える。これは、上述したように、分離器13の磁場を切り替えることで行われる。これにより、Bビームエネルギ0.5keV、ビーム電流1mAで、ドーズ量2E14/cm2の注入(p型−MOSのソース−ドレインエクステンションへのイオン注入)が行われる。また、n型−MOSであれば、イオン源ガスをAsH3ガスとし、Asビーム(ビームエネルギ8keV、ビーム電流1mAで、ドーズ量2E14/cm2)を発生してイオン注入を行えばよい。
When the etching end point is detected, the ion source gas is immediately replaced with BF 3 gas. As described above, this is performed by switching the magnetic field of the
エクステンション部へのイオン注入後は、シリコンウェーハ10のイオン注入表面に酸化膜が形成されるのを抑制するために、該シリコンウェーハ10をN2雰囲気に保持し、酸化防止膜としてSi窒化膜を形成してウェーハ表面の再現性を確保することができる。
After ion implantation into the extension portion, in order to suppress the formation of an oxide film on the ion implantation surface of the
尚、上述のイオン注入方法では、エクステンション部へのイオン注入は、イオン注入前にウェーハ表面の酸化膜を除去し、ウェーハ表面に酸化膜が存在しない状態で行われている。しかしながら、イオン注入時におけるウェーハ表面の酸化膜は、上述したドーパントロスのデメリット以外に、チャネリング防止のメリットも有するため、ウェーハ表面に酸化膜が存在しない状態でイオン注入を行うとチャネリング防止の効果が得られない。 In the above-described ion implantation method, the ion implantation into the extension portion is performed in a state where the oxide film on the wafer surface is removed before the ion implantation and no oxide film exists on the wafer surface. However, the oxide film on the wafer surface at the time of ion implantation has the merit of preventing channeling in addition to the above-mentioned disadvantage of dopant loss. I can't get it.
このため、表面の酸化膜が除去された状態のシリコンウェーハに対し、イオン注入を行う前にさらに多原子分子のイオンビームを照射し、均一厚さの薄膜(酸化膜等)を形成したり(薄膜形成工程)、シリコンウェーハ表面を非晶質化する(非晶質化工程)などしてチャネリング防止効果が得られるようにしても良い。 For this reason, a silicon wafer from which the surface oxide film has been removed is irradiated with an ion beam of polyatomic molecules before ion implantation to form a thin film (such as an oxide film) having a uniform thickness ( The channeling prevention effect may be obtained by making the silicon wafer surface amorphous (amorphization process) or the like.
この場合、上記薄膜の形成やウェーハ表面の非晶質化を行うためのイオンビームの照射は、同一のイオン注入装置を用いて行うことが可能である。この時、酸化膜を除去するためのイオンビームと、薄膜の形成やウェーハ表面の非晶質化を行うためのイオンビームとは、照射エネルギの異なる同一イオン種のビームであっても良く、異なるイオン種のビームであっても良い。異なるイオン種のビームとする場合には、イオン注入装置において3つ以上のイオン源を備える構成とすればよい。 In this case, the ion beam irradiation for forming the thin film and making the wafer surface amorphous can be performed using the same ion implantation apparatus. At this time, the ion beam for removing the oxide film and the ion beam for forming a thin film or amorphizing the wafer surface may be beams of the same ion species having different irradiation energies, and are different. It may be a beam of ion species. In the case of using beams of different ion species, the ion implantation apparatus may be configured to include three or more ion sources.
尚、上記薄膜形成工程において用いられる多原子分子としては、例えば、フッ素、炭素、酸素、水素、並びにそれらの化合物よりなる高分子、あるいは、C60またはカーボンナノチューブ高分子の何れかを用いることが可能である。 In addition, as a polyatomic molecule used in the thin film forming step, for example, a polymer composed of fluorine, carbon, oxygen, hydrogen, and a compound thereof, or any of C60 and a carbon nanotube polymer can be used. It is.
また、上記非晶質化工程において用いられる多原子分子としては、例えば、ホウ素、フッ素、炭素、酸素、水素、並びにそれらの化合物よりなる高分子、あるいは、C60またはカーボンナノチューブ高分子の何れかを用いることが可能である。 The polyatomic molecules used in the amorphization step include, for example, boron, fluorine, carbon, oxygen, hydrogen, a polymer composed of these compounds, or C60 or a carbon nanotube polymer. It is possible to use.
また、チャネリング防止のための薄膜として酸化膜を形成する場合、この酸化膜はイオンの照射量によって所望の厚さに形成することが可能であり、先に除去される犠牲酸化膜や自然酸化膜に比べて十分に薄い膜厚とすることができる。このため、エクステンション部へのイオン注入時のように、極めて浅いイオン注入を行う場合であっても、ドーパントロスを最小限としながら、チャネリング防止の効果も得ることができる。 Further, when an oxide film is formed as a thin film for preventing channeling, the oxide film can be formed to a desired thickness depending on the amount of ion irradiation, and a sacrificial oxide film or a natural oxide film that is removed first. The film thickness can be made sufficiently thin as compared with the above. For this reason, even when performing very shallow ion implantation as in the case of ion implantation into the extension portion, an effect of preventing channeling can be obtained while minimizing dopant loss.
また、エクステンション部へのイオン注入後、シリコンウェーハ表面に酸化防止膜を形成する場合、シリコンウェーハをN2雰囲気に保持して酸化防止膜(Si窒化膜)を自然形成させる以外に、上記イオン注入装置による多原子分子のイオンビームの照射によって酸化防止膜を形成(酸化防止膜形成工程)しても良い。 In addition, when an anti-oxidation film is formed on the surface of the silicon wafer after ion implantation into the extension portion, the ion implantation is performed in addition to the natural formation of the anti-oxidation film (Si nitride film) by holding the silicon wafer in an N 2 atmosphere. An antioxidant film may be formed (antioxidation film forming step) by irradiation of an ion beam of polyatomic molecules with an apparatus.
尚、上記酸化防止膜形成工程において用いられる多原子分子としては、例えば、フッ素、炭素、酸素、水素、並びにそれらの化合物よりなる高分子、あるいは、C60またはカーボンナノチューブ高分子の何れかを用いることが可能である。 In addition, as a polyatomic molecule used in the antioxidant film forming step, for example, a polymer made of fluorine, carbon, oxygen, hydrogen, and a compound thereof, or C60 or a carbon nanotube polymer is used. Is possible.
1 イオン注入装置
10 シリコンウェーハ(基板)
11 第1のイオン源(イオン源)
12 第2のイオン源(イオン源)
13 分離器(分離手段)
13A マルチファラデーカップ(測定手段)
25 自然酸化膜(酸化膜)
26 エクステンション部
1
11 First ion source (ion source)
12 Second ion source (ion source)
13 Separator (separation means)
13A Multi Faraday cup (measuring means)
25 Natural oxide film (oxide film)
26 Extension part
Claims (14)
複数のイオン源と、
各イオン源にて生成されるイオンを分離し、分離されたイオンを選択的にビームラインに輸送する分離手段とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。 In an ion implantation apparatus that transports an ion beam into a substrate,
A plurality of ion sources;
An ion implantation apparatus comprising: separation means for separating ions generated in each ion source and selectively transporting the separated ions to a beam line.
上記複数のイオン源の他の少なくとも一つは、基板に注入される注入イオンを生成し、
上記多原子分子のイオン化したビームを基板に照射して、基板表面の酸化膜を除去する機能と、
上記注入イオンのイオンビームを基板に照射して、基板にイオンを注入する機能とを有することを特徴とする請求項1に記載のイオン注入装置。 At least one of the plurality of ion sources generates polyatomic molecule ions;
At least one other of the plurality of ion sources generates implanted ions that are implanted into the substrate;
A function of irradiating the substrate with an ionized beam of the above polyatomic molecules to remove the oxide film on the substrate surface;
The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the ion implantation apparatus has a function of irradiating the substrate with an ion beam of the implanted ions and implanting ions into the substrate.
選択されたイオンビームにて基板の処理を行っている間に、上記測定手段にて測定されるビーム電流に基づいて、非選択とされた側のイオンのビーム立ち上げ準備を行う機能を有することを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載のイオン注入装置。 Furthermore, it comprises a measuring means for measuring the beam current of ions that are not selected in the separating means,
While processing the substrate with the selected ion beam, it has a function to prepare for the beam startup of ions on the non-selected side based on the beam current measured by the measuring means. An ion implantation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein:
上記基板に対し、多原子分子のイオン化したビームを照射して、上記基板表面の酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
表面の酸化膜が除去された上記基板に対し、基板に注入される注入イオンのイオンビームを照射して、上記基板にイオンを注入するイオン注入工程とを有しており、
上記酸化膜除去工程とイオン注入工程とは、その間の真空雰囲気を破ることなく実施されることを特徴とするイオン注入方法。 In an ion implantation method in which an ion beam is transported and implanted into a substrate,
Irradiating the substrate with an ionized beam of polyatomic molecules to remove an oxide film on the surface of the substrate; and
An ion implantation step of implanting ions into the substrate by irradiating the substrate from which the oxide film on the surface has been removed with an ion beam of implanted ions implanted into the substrate,
The ion implantation method, wherein the oxide film removing step and the ion implantation step are performed without breaking a vacuum atmosphere therebetween.
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JP2010025912A (en) * | 2008-06-11 | 2010-02-04 | Kratos Analytical Ltd | Electron spectroscopy |
CN102781861A (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-14 | 新电元工业株式会社 | Glass composition for semiconductor junction protection, production method for semiconductor device, and semiconductor device |
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- 2005-02-09 JP JP2005033673A patent/JP2006221941A/en active Pending
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