JP3175280B2 - イオン注入方法 - Google Patents

イオン注入方法

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JP3175280B2
JP3175280B2 JP08121592A JP8121592A JP3175280B2 JP 3175280 B2 JP3175280 B2 JP 3175280B2 JP 08121592 A JP08121592 A JP 08121592A JP 8121592 A JP8121592 A JP 8121592A JP 3175280 B2 JP3175280 B2 JP 3175280B2
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semiconductor substrate
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ion beam
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，半導体装置の製造工程
におけるイオン注入方法に関し, 半導体基板と電気的に
分離されたフローティング電極のある状態での不純物の
イオン注入方法に関する。
【０００２】さらに, 本発明は, イオン注入時のチャー
ジアップ対策として, イオンビームのイオン分布におけ
る最大スポット電流を規格値以下に限定してイオン注入
することで, チャージレベルを常に許容値以下の安定し
た状態とするチャージアップ対策方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】図３は従来例の説明図，図４は平均電荷
密度，及び，最大スポット電流とデバイス歩留である。
【０００４】図において，14は半導体基板, 15は第１の
絶縁膜，16はフローティング電極,17は第２の絶縁膜，1
8は注入イオン, 19は半導体基板, 20は第１の絶縁膜，2
1はフローティング電極, 22は第２の絶縁膜，23は第３
の絶縁膜，24は開口部, 25は注入イオンである。
【０００５】従来, イオン注入時のチャージアップ対策
としてのビーム電流の管理方法としては, 図３に示した
異なるデバイス構造にかかわらず，１回のスキャンで半
導体基板に注入されるイオンの電荷密度を12μcoul/cm2
・scan以下としていた。
【０００６】現在, チャージアップによる二酸化シリコ
ン(SiO2)膜劣化を起こす半導体基板中のデバイス構造と
して, 次の二つが挙げられる。一つは, 図３（ａ）で示
した第１の絶縁膜15と第２の絶縁膜16の間に埋め込まれ
たフローティング電極16を有する構造 (デバイスＡと呼
ぶ），もう一つは，図３（ｂ）で示した第３の絶縁膜(2
3)の一部に開口部(24)を形成したフローティング電極21
を有する構造( デバイスＢと呼ぶ）である。
【０００７】従来の方法は，イオン注入時のイオンビー
ムの供給電流を示す単位時間当たりの平均電荷密度によ
る管理を特徴としている。これは，図３（ａ）に示すよ
うな，フローティング電極16が絶縁膜15,17 内に埋め込
まれている構造のデバイスＡの歩留りが, 図４（ａ）に
示すように，イオン注入時のイオンビームの平均電荷密
度に対してはっきりした相関関係を持つことから，イオ
ン注入時のイオンビームの平均電荷密度の規格化（上限
設定）により，デバイスＡのチャージアップによる特性
劣化を管理する方法の有効性は確認できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし，フローティン
グ電極21上の一部に第３の絶縁膜23の開口部24を持つ構
造のデバイスＢにおいては，図４（ａ）に示すように，
その歩留りがイオン注入時のイオンビームの平均電荷密
度とまったく相関関係がない。
【０００９】この様に，平均電荷密度の上限値を決定し
た従来のチャージアップ対策のための管理方法では，デ
バイスＢの構造を有する素子の特性劣化には対処出来な
いため，チャージアップ管理方法としては未だ不十分で
ある。
【００１０】本発明は、以上の問題点を解決するため、
イオン注入時の半導体基板のチャージレベルを常に許容
値以下の安定した状態とする管理方法を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。図において，１は半導体基板, ２は第１の絶
縁膜，３はフローティング電極,４は第２の絶縁膜，５
は第３の絶縁膜，６は開口部, ７は注入イオン，８はイ
オンビーム形状，９はピークポイントである。
【００１２】図４（ｂ）に示したように，デバイスＢの
構造はイオンビーム内の最大スポット電流と相関関係に
ある。最大スポット電流が２００μＡ／ｃｍ2 を越えて
増えてくると，急激に歩留が低下する。
【００１３】つまり，デバイスＢの歩留の管理は，イオ
ンビーム内の最大スポット電流を規制するのが良い事が
分かる。図１（ｂ）上段左側の平面図において，イオン
注入時のイオンビーム形状８は，やや楕円形をなしてお
り，イオンビームのビーム電流の分布は，その中心付近
にピークポイント９がある。ピークポイントでＹ軸の断
面図を右側に，Ｘ軸の断面図を下側に示す。
【００１４】ここで，最大スポット電流とは，図１
（ｂ）に示すように，イオン密度が高い部分の単位面積
あたりの電流値を意味する。本来なら，イオンビーム内
のスポット電流を完全に全て均一にするのが理想である
が，現状の装置において，それは不可能である。
【００１５】そこで，スポット電流が全て均一でなくと
も，最大スポット電流を１７５μＡ／ｃｍ2 以下と設定
することで, 前項の図４（ｂ）に示すように，デバイス
Ｂにおいて殆ど１００％ の歩留りが保証され，イオン
注入時の半導体基板のチャージアップ管理が可能である
ことを見出した。
【００１６】即ち、本発明の目的は、図１（ａ）に示す
ように、半導体基板から絶縁膜によって電気的に分離さ
れたフローティング電極を有し、該フローティング電極
領域上に相当する一部、又は全部に開口部を形成して、
イオン注入時のマスクを形成する工程と、該マスクを用
いて、イオンビームにて該半導体基板内に不純物イオン
を注入する際に、あらかじめ該イオンビームの最大スポ
ット電流と製造歩留りとの相関関係を求めておき、所定
の最大スポット電流で該半導体基板に該イオンビームを
照射する工程とを含むことにより達成される。
【００１７】
【作用】本発明では, 半導体装置へのイオン注入時にお
いて，イオンビーム内の最大スポット電流を管理（上限
設定）することで, デバイスＢ相当の構造の素子を含む
ＬＳＩ等の半導体装置の歩留り管理が可能となる。
【００１８】
【実施例】図２は本発明の一実施例の説明図である。図
において，10はソース, 11はドレイン, 12はゲート電
極, 13はゲート引出電極である。
【００１９】デバイスＢの構造の素子を有するＭＯＳの
ＴＥＧ(Test Element Groupe) に,本発明のイオン注入
方法を適用した一実施例について説明する。デバイス条
件は, 図２（ａ）に矢印で範囲を示すように，ゲート引
出電極13であるアンテナ部（面積Ｂ）と，ゲート電極12
（面積Ａ）の面積の比率は２５，アンテナ部のSiO2膜
（フィールドSiO2膜等) の厚さは 4,500Å, ゲート電極
12下部のゲートSiO2膜の厚さは 250Å, ゲート電極12上
の第３の絶縁膜はレジスト膜である。
【００２０】また，イオン注入条件は, 三弗化硼素(B
F3) をイオンソースとして用い，弗化硼素イオン(B
F2 + ) を加速電圧 60KeV, ドーズ量3.5 x1015 ／cm
2 で, イオン注入時のビーム電流７ｍＡにして注入す
る。
【００２１】この場合の最大スポット電流は図２（ｂ）
に示すように，２５０μＡ／cm2 の条件（１）の場合
と，最大スポット電流１７５μＡ／cm2 の条件（２）の
場合と，装置の調整によりビーム電流の強度を変える
と，ＭＯＳ・ＬＳＩ内ののＴＥＧの歩留は表１のように
変化する。
【００２２】
【表１】 表１で示すように，デバイスＡ構造のＴＥＧでは，最大
スポット電流の値には歩留りが余り関係しないが，デバ
イスＢ構造のＴＥＧでは，最大スポット電流の値が１７
５μＡ／cm2 では歩留が良く, ２５０μＡでは歩留りが
非常に悪い。
【００２３】この結果は図４（ｂ）においても示され，
不純物イオンの種類にかかわりなく，１ｍＡ以上のビー
ム電流にてイオン注入を行う場合には，本発明のよう
に，最大スポット電流の上限値を１７５μＡ／cm2 以下
にすることが必要となる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように, 本発明によれば,
イオンビーム内の最大スポット電流を管理する事で，デ
バイスＢ構造の歩留を管理することが可能となる。
【００２５】そして，これから，常に一定したチャージ
レベルで製品を処理することが可能となり，ＬＳＩデバ
イスの信頼性の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理説明図
【図２】 本発明の一実施例の説明図
【図３】 従来例の説明図
【図４】 平均電荷密度及び最大スポット電流とデバイ
ス歩留
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 第１の絶縁膜 ３ フローティング電極 ４ 第２の絶縁膜 ５ 第３の絶縁膜 ６ 開口部 ７ 注入イオン ８ イオンビーム形状 ９ ピークポイント 10 ソース 11 ドレイン 12 ゲート電極 13 ゲート引出電極

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板から絶縁膜によって電気的に
    分離されたフローティング電極を有し、該フローティン
    グ電極領域上に相当する一部、又は全部に開口部を形成
    して、イオン注入時のマスクを形成する工程と、 該マスクを用いて、 イオンビームにて該半導体基板内に
    不純物イオンを注入する際に、あらかじめ該イオンビー
    ムの最大スポット電流と製造歩留りとの相関関係を求め
    ておき、所定の最大スポット電流で該半導体基板に該イ
    オンビームを照射する工程とを含むことを特徴とするイ
    オン注入方法。
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