特許 7612393 イオン照射方法およびウェハマスク装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-27

(45)【発行日】2025-01-14

(54)【発明の名称】イオン照射方法およびウェハマスク装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/266 20060101AFI20250106BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20250106BHJP

【ＦＩ】

H01L21/265 M

H01L21/265 603C

H01L21/265 W

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020190880

(22)【出願日】2020-11-17

(65)【公開番号】P2022079971

(43)【公開日】2022-05-27

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】500216466

【氏名又は名称】住重アテックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】井上 剛

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２７４３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１７０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４３１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４１５９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５－２１／２６６

Ｈ０１Ｌ ２７／０４－２７／０９２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２－２１／８２２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３２－２１／８２３８

Ｈ０１Ｌ ２１／７６－２１／７６５

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１開口と、前記第１開口と連通する第２開口とを備え、前記第１開口の開口サイズよりも前記第２開口の開口サイズが小さいウェハマスク装置を用意することと、
前記第２開口が前記第１開口よりも半導体基板から離れた位置となるように前記半導体基板の上に前記ウェハマスク装置を配置することと、
前記ウェハマスク装置の上から前記半導体基板に向けてイオンを照射し、前記半導体基板内の前記第１開口に対応する領域にイオン照射前よりも抵抗率の高い高抵抗領域を形成することと、を備え、
前記ウェハマスク装置は、前記第１開口および前記第２開口を有する第１マスクプレートと、前記第２開口と連通し、前記第１開口の開口サイズに対応した開口サイズである第３開口を有する第２マスクプレートとを含み、
前記第１マスクプレートは、前記第１開口を規定する開口端面と、前記開口端面から突出して前記第２開口を規定するフランジとを有することを特徴とするイオン照射方法。

【請求項2】

第１開口と、前記第１開口と連通する第２開口とを備え、前記第１開口の開口サイズよりも前記第２開口の開口サイズが小さいウェハマスク装置を用意することと、
前記第２開口が前記第１開口よりも半導体基板から離れた位置となるように前記半導体基板の上に前記ウェハマスク装置を配置することと、
前記ウェハマスク装置の上から前記半導体基板に向けてイオンを照射し、前記半導体基板内の前記第１開口に対応する領域にイオン照射前よりも抵抗率の高い高抵抗領域を形成することと、を備え、
前記ウェハマスク装置は、前記第１開口を有する第１マスクプレートと、前記第２開口を有する第２マスクプレートとを含み、
前記第２マスクプレートは、前記第２開口と連通し、前記第１開口の開口サイズに対応した開口サイズである第３開口をさらに有し、
前記第２マスクプレートは、前記第３開口を規定する開口端面と、前記開口端面から突出して前記第２開口を規定するフランジとを有し、
前記第２マスクプレートは、前記第１マスクプレートよりも前記半導体基板から離れた位置となるように前記半導体基板の上に配置されることを特徴とするイオン照射方法。

【請求項3】

前記第１開口の厚さは、５０μｍ以上であり、前記第２開口の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン照射方法。

【請求項4】

前記第１開口と前記第２開口の開口サイズの差は、１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン照射方法。

【請求項5】

前記ウェハマスク装置は、前記第１マスクプレートと前記第２マスクプレートの間に設けられるスペーサをさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン照射方法。

【請求項6】

前記スペーサの厚さは、１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載のイオン照射方法。

【請求項7】

第１開口と、前記第１開口と連通する第２開口とを備え、前記第１開口の開口サイズよりも前記第２開口の開口サイズが小さいウェハマスク装置を用意することと、
前記第２開口が前記第１開口よりも半導体基板から離れた位置となるように前記半導体基板の上に前記ウェハマスク装置を配置することと、
前記ウェハマスク装置の上から前記半導体基板に向けてイオンを照射し、前記半導体基板内の前記第１開口に対応する領域にイオン照射前よりも抵抗率の高い高抵抗領域を形成することと、を備え、
前記ウェハマスク装置は、前記第１開口および前記第２開口を有するマスクプレートを含み、
前記第１開口の厚さは、５０μｍ以上であり、前記第２開口の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記高抵抗領域は、第１高抵抗領域と、前記第１高抵抗領域の外側に前記第１高抵抗領域に隣接して設けられる第２高抵抗領域とを含むことを特徴とするイオン照射方法。

【請求項8】

第１開口と、前記第１開口と連通する第２開口とを有し、前記第１開口の開口サイズよりも前記第２開口の開口サイズが小さい第１マスクプレートと、
第２開口と連通する第３開口を有し、前記第３開口の開口サイズが前記第１開口の開口サイズに対応する第２マスクプレートと、
前記第１マスクプレートと前記第２マスクプレートの間に設けられ、前記第２開口と前記第３開口が連通するように前記第１マスクプレートおよび前記第２マスクプレートを位置決めするスペーサと、を備えることを特徴とするウェハマスク装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イオン照射方法およびウェハマスク装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＣＭＯＳ技術が向上し、アナログ回路とデジタル回路を混載させた半導体装置が様々な用途に用いられている。アナログ回路に含まれるインダクタ素子の特性向上のために、半導体基板内に高抵抗領域が形成されることがある。例えば、水素（Ｈ）やヘリウム（Ｈｅ）などの軽イオンをインダクタ形成領域に照射することで、インダクタ素子の直下に高抵抗領域が形成される。トランジスタなどの半導体素子にイオンが照射されることを防ぐため、インダクタ形成領域に開口を有するウェハマスクが使用される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－０４３１０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体装置のさらなる性能向上のため、インダクタ素子により近接して半導体素子を配置させたいというニーズがある。しかしながら、インダクタ素子と半導体素子を近接させると、ウェハマスクの開口端を通過したイオンが半導体基板内で散乱し、ウェハマスクの開口端の近傍に位置する半導体素子に影響が生じるおそれがある。ウェハマスクの開口サイズを小さくすれば、半導体素子への影響を防止できるが、インダクタ形成領域の全体にわたって十分な高抵抗領域を形成できなくなり、インダクタ素子の特性向上が不十分となるおそれがある。

【0005】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、ウェハマスクの開口端近傍におけるイオン照射を制御する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様のイオン照射方法は、第１開口と、第１開口と連通する第２開口とを備え、第１開口の開口サイズよりも第２開口の開口サイズが小さいウェハマスク装置を用意することと、第２開口が第１開口よりも半導体基板から離れた位置となるように半導体基板の上にウェハマスク装置を配置することと、ウェハマスク装置の上から半導体基板に向けてイオンを照射し、半導体基板内の第１開口に対応する領域にイオン照射前よりも抵抗率の高い高抵抗領域を形成することと、を備える。

【0007】

本発明の別の態様は、ウェハマスク装置である。この装置は、第１開口と、第１開口と連通する第２開口とを有し、第１開口の開口サイズよりも第２開口の開口サイズが小さい第１マスクプレートと、第２開口と連通する第３開口を有し、第３開口の開口サイズが第１開口の開口サイズに対応する第２マスクプレートと、第１マスクプレートと第２マスクプレートの間に設けられ、第１開口と第２開口が連通するように第１マスクプレートおよび第２マスクプレートを位置決めするスペーサと、を備える。

【0008】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ウェハマスクの開口端近傍におけるイオン照射を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係るイオン照射装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】実施の形態に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。

【図3】図３（ａ），（ｂ）は、マスクプレートの構成を模式的に示す平面図である。

【図4】比較例に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。

【図5】実施例に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。

【図6】実施例に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。

【図7】別の実施の形態に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。

【図8】変形例に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。

【図9】別の変形例に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。

【0012】

図１は、実施の形態に係るイオン照射装置７０の構成を模式的に示す図である。イオン照射装置７０は、ビーム生成装置７２と、ビーム輸送装置７４と、照射処理室７６とを備える。ビーム生成装置７２は、サイクロトロン方式やバンデグラフ方式の加速器を備えており、例えば、１ＭｅＶ～１００ＭｅＶ程度の加速エネルギーを有するイオンビームＢを生成する。ビーム生成装置７２は、水素（Ｈ）やヘリウム（Ｈｅ）などの軽イオンで構成されるイオンビームＢを生成する。ビーム輸送装置７４は、ビーム生成装置７２で生成されたイオンビームＢを照射処理室７６に輸送する。

【0013】

ビーム輸送装置７４には、偏向装置８０、ビームスリット８２、アブソーバ８４が設けられる。偏向装置８０は、ビーム生成装置７２からのイオンビームＢを電界式または磁界式でスキャンし、半導体基板１０の全体がイオンビームＢにより順次走査されるようにする。偏向装置８０は、例えば、イオンビームＢを横方向および縦方向に２次元スキャンする。

【0014】

スキャンされたイオンビームＢは、ビームスリット８２およびアブソーバ８４を通過する。偏向装置８０からビームスリット８２までの距離を５ｍ～１０ｍ程度にすることで、ほぼ平行化されたイオンビームＢがビームスリット８２を通過する。ビームスリット８２の通過後のイオンビームＢの平行度は、例えば１度以内である。

【0015】

アブソーバ８４は、アルミニウム（Ａｌ）等の材料で構成されるエネルギー減速板であり、アブソーバ８４を通過するイオンビームＢを減速させて所望のエネルギーを有するように調整する。アブソーバ８４を通過したイオンビームＢは、アブソーバ８４にて散乱することで平行度が減少する。アブソーバ８４を通過したイオンビームＢの平行度は、アブソーバ８４の厚さにも依存するが、２度～５度程度である。

【0016】

イオンビームＢの照射対象となる半導体基板１０は、半導体基板１０に形成される回路素子を含む。半導体基板１０は、例えば、半導体層に形成されるトランジスタなどの半導体素子と、半導体層上の配線層に形成されるインダクタ素子とを含む。半導体基板１０の表面上にはウェハマスク装置１２が設けられる。半導体基板１０およびウェハマスク装置１２は、固定装置１４によって互いに位置決めされる。半導体基板１０およびウェハマスク装置１２は、固定装置１４を介して搬送プレート８６に取り付けられ、照射処理室７６に搬送される。

【0017】

ウェハマスク装置１２は、半導体基板１０よりもイオンビームＢの進行方向の手前側に配置される。したがって、スキャンされたビームＢは、ウェハマスク装置１２越しに半導体基板１０に入射する。ウェハマスク装置１２は、開口パターンを有し、入射するイオンビームＢの一部を遮蔽し、残りの部分を通過させる。イオンビームＢの照射により、半導体基板１０の内部にはウェハマスク装置１２の開口パターンに応じた位置に欠陥が形成され、イオン照射前に比べて抵抗率が高い高抵抗領域が形成される。

【0018】

図２は、実施の形態に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。図２では、半導体基板１０とウェハマスク装置１２の構造および配置をより詳細に示している。半導体基板１０は、システムＬＳＩやシステム・オン・チップといった集積回路（ＩＣ）を構成する。ウェハマスク装置１２は、半導体基板１０の上に配置され、半導体基板１０に向けて入射するイオンビームＢの一部を遮蔽し、残りを通過させる。

【0019】

半導体基板１０は、半導体層２０と、配線層２２とを備える。半導体層２０は、半導体基板１０の裏面２６側に設けられる。配線層２２は、半導体基板１０の表面２４側に設けられる。本明細書において、半導体基板１０の表面２４または裏面２６に直交する方向を上下方向、厚み方向または深さ方向ということがある。また、半導体基板１０から見て、表面２４側を上側、裏面２６側を下側ということがある。また、半導体基板１０の表面２４または裏面２６に平行な方向を横方向または水平方向ということがある。

【0020】

半導体層２０は、抵抗率が１０Ω・ｃｍ以下の低抵抗ウェハであり、抵抗率が１～１０Ω・ｃｍ程度の半導体ウェハである。半導体層２０は、例えば、チョクラルスキー（ＣＺ）法により作製されたｐ型のシリコン（Ｓｉ）ウェハであり、ｐ型キャリア濃度が１０^１５ｃｍ^－３～１０^１６ｃｍ^－３程度である。ＣＺ法により作製されたウェハは、フローティングゾーン（ＦＺ）法等により作製された高抵抗ウェハと比較して抵抗率が低く、安価である。ある実施例において、半導体層２０の抵抗率は４Ω・ｃｍであり、ｐ型キャリア濃度が３．４×１０^１５ｃｍ^－３である。

【0021】

配線層２２は、多層配線構造を有し、例えば、複数の層間絶縁層と、層間絶縁層内に形成される金属配線とを有する。配線層２２の厚さは、５μｍ～３０μｍ程度であり、例えば１０μｍ、１５μｍまたは２０μｍ程度である。配線層２２は、例えば、水平方向に延びる水平配線や、異なる層に形成される水平配線同士を接続するために上下方向に延びるビア配線などを含む。

【0022】

半導体基板１０は、トランジスタ形成領域１６と、インダクタ形成領域１８とを有する。トランジスタ形成領域１６およびインダクタ形成領域１８は、半導体基板１０において横方向に異なる位置に設けられる。図示する例では、トランジスタ形成領域１６およびインダクタ形成領域１８が互いに隣接している。

【0023】

トランジスタ形成領域１６にはトランジスタ３０が設けられる。トランジスタ３０は、例えば、半導体層２０に設けられるウェル領域、ソース／ドレイン領域、コンタクト領域などの不純物拡散領域と、配線層２２に設けられるゲート構造とを含む。トランジスタ形成領域１６には、ダイオードなどの半導体素子や、抵抗やコンデンサなどの回路素子が設けられてもよい。

【0024】

インダクタ形成領域１８にはインダクタ３２が設けられる。インダクタ３２は、配線層２２に設けられ、配線層２２においてループ状または渦巻状に延びる金属配線により形成される。インダクタ形成領域１８の半導体層２０には高抵抗領域３４が設けられる。高抵抗領域３４は、半導体層２０のボディ部分よりも抵抗率が高い領域である。高抵抗領域３４は、イオンビームＢを半導体層２０に照射することにより形成される。高抵抗領域３４の抵抗率は、１００Ω・ｃｍ以上であり、５００Ω・ｃｍ以上または１ｋΩ・ｃｍ以上であることが好ましい。

【0025】

高抵抗領域３４は、第１高抵抗領域３６と、第２高抵抗領域３８とを含む。第１高抵抗領域３６は、インダクタ形成領域１８の中央に設けられる。第１高抵抗領域３６は、ウェハマスク装置１２の第２開口５２を通過したイオンビームＢによって形成される。第１高抵抗領域３６は、相対的に厚く形成される。第１高抵抗領域３６は、例えば、半導体層２０と配線層２２の界面２８から第１深さｄ１までの範囲に形成される。第１深さｄ１は、例えば２０μｍ以上であり、５０μｍ以上または１００μｍ以上であることが好ましい。

【0026】

第２高抵抗領域３８は、インダクタ形成領域１８の外周に沿って設けられる。第２高抵抗領域３８は、ウェハマスク装置１２のフランジ４４を通過したイオンビームＢによって形成される。第２高抵抗領域３８は、第１高抵抗領域３６の外側に第１高抵抗領域３６に隣接して設けられる。第２高抵抗領域３８は、トランジスタ形成領域１６に隣接して設けられる領域とも言える。第２高抵抗領域３８は、相対的に薄く形成される。第２高抵抗領域３８は、例えば、半導体層２０と配線層２２の界面２８から第２深さｄ２までの範囲に形成される。第２深さｄ２は、第１深さｄ１よりも小さく、第１深さｄ１の３０％～７０％程度である。これは、イオンビームＢがフランジ４４を通過することでエネルギーを失い、フランジ４４を通過しない場合と比べてイオンビームＢが到達可能な深さが小さくなるためである。第２深さｄ２は、例えば１０μｍ以上であり、２０μｍ以上または４０μｍ以上であることが好ましい。

【0027】

高抵抗領域３４の深さ範囲は、イオンビームＢの照射条件を変えて複数回照射することで大きくすることができる。例えば、イオンビームＢのイオン種、照射エネルギーおよびアブソーバ８４の厚さの少なくとも一つを変更することで、半導体層２０に入射するイオンビームＢが到達する深さ位置を変更できる。イオンビームＢが到達する深さ位置を変更しながら複数回照射することで、深さ範囲を大きくした高抵抗領域３４を形成できる。

【0028】

ウェハマスク装置１２は、マスクプレート４０を含む。マスクプレート４０は、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）およびこれらの合金を含む金属や、シリコン（Ｓｉ）などの半導体材料、または、樹脂材料などで構成される。ある実施例において、マスクプレート４０は、ニッケルまたはニッケルを含む合金であり、例えば鉄とニッケルの合金（４２アロイ）である。マスクプレート４０は、例えば、電気鋳造法を用いて形成できる。

【0029】

マスクプレート４０は、第１開口５０を規定する開口端面４２と、開口端面４２から突出して第２開口５２を規定するフランジ４４とを有する。第１開口５０は、インダクタ形成領域１８に対応する第１開口サイズｗ１を有する。第１開口サイズｗ１は、例えば、５０μｍ～１０００μｍ程度である。第２開口５２は、第１開口サイズｗ１よりも小さい第２開口サイズｗ２を有する。第２開口サイズｗ２は、フランジ４４の突出幅ｗ３の分だけ第１開口サイズｗ１よりも小さく、ｗ２＝ｗ１－２×ｗ３である。フランジ４４の突出幅ｗ３は、５μｍ～５０μｍ程度である。したがって、第１開口サイズｗ１と第２開口サイズｗ２の差ｗ１－ｗ２は、１０μｍ～１００μｍ程度である。

【0030】

第１開口５０の厚さｔ１は、トランジスタ形成領域１６に入射するイオンビームＢを完全に遮蔽できる程度に厚く設定される。第１開口５０の厚さｔ１は、例えば、５０μｍ以上であり、１００μｍ以上または２００μｍ以上であることが好ましい。第２開口５２の厚さｔ２は、フランジ４４に入射するイオンビームＢが通過できる程度に薄く設定される。第２開口５２の厚さｔ２は、１μｍ以上２０μｍ以下であり、例えば１０μｍ程度である。

【0031】

ウェハマスク装置１２は、第２開口５２がイオンビームＢの入射側（つまり上側）、第１開口５０がイオンビームＢの出射側（つまり下側）となるように配置される。言い換えれば、第２開口５２が第１開口５０よりも半導体基板１０から離れた位置となるようにウェハマスク装置１２が配置される。ウェハマスク装置１２をこのような向きで配置することで、インダクタ形成領域１８に入射するイオンビームＢが配線層２２にて散乱され、インダクタ形成領域１８に近接するトランジスタ３０に照射されてしまうことを防止する。これにより、イオンビームＢの照射に起因するトランジスタ３０の損傷を防ぐ。このような作用効果の詳細は、図４～図６を参照しながら別途後述する。

【0032】

図３（ａ），（ｂ）は、マスクプレート４０の構成を模式的に示す平面図である。図３（ａ）は、マスクプレート４０を第１開口５０側から見た下面図であり、図３（ｂ）は、マスクプレート４０を第２開口５２側から見た上面図である。図示する例において、第１開口５０および第２開口５２は矩形状である。第１開口５０および第２開口５２は、矩形状に限られず、任意の形状を有してもよい。

【0033】

フランジ４４は、矩形枠状に設けられており、第１開口５０を規定する開口端面４２からの突出幅ｗ３が一定となるように形成される。なお、フランジ４４は、突出幅ｗ３が場所によって異なっていてもよい。例えば、フランジ４４の突出幅ｗ３は、トランジスタ形成領域１６と隣接する箇所が相対的に大きく、トランジスタ形成領域１６と隣接しない箇所が相対的に小さくてもよい。また、フランジ４４は、第１開口５０の外周の一部に設けられてもよい。例えば、フランジ４４は、トランジスタ形成領域１６と隣接する箇所のみに設けられ、トランジスタ形成領域１６と隣接しない箇所には設けられなくてもよい。

【0034】

つづいて、本実施の形態が奏する作用効果について、比較例を参照しながら説明する。図４は、比較例に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。比較例に係るウェハマスク装置６０はフランジ４４を有しない。ウェハマスク装置６０は、インダクタ形成領域１８に対応する第１開口サイズｗ１の開口６２のみを有する。ウェハマスク装置６０は、開口６２を規定する開口端面６４を有する。ウェハマスク装置６０の開口６２を通過するイオンビームＢは、インダクタ形成領域１８の半導体層２０内に高抵抗領域６６を形成する。比較例における高抵抗領域６６は、インダクタ形成領域１８の全体にわたって、半導体層２０と配線層２２の界面から第１深さｄ１までの範囲に形成される。

【0035】

図４では、ウェハマスク装置６０の開口端面６４の近傍を通過するイオンビームＢ０の挙動を模式的に示している。配線層２２に入射するイオンビームＢ０は、配線層２２にて散乱されて横方向に拡散する。開口端面６４の近傍を通過するイオンビームＢ０の一部は、配線層２２にて散乱してインダクタ形成領域１８の外側へと向かう。図４では、インダクタ形成領域１８の外側に散乱したイオンが到達する拡散範囲６８を模式的に示している。図４の例では、インダクタ形成領域１８の近傍にトランジスタ３０が配置されているため、散乱したイオンが到達する拡散範囲６８内に一部のトランジスタ３０が存在する。トランジスタ３０に散乱したイオンが照射されると、ゲート絶縁膜などにダメージが生じ、リーク電流（例えば、サブスレッショルドリーク電流）の増大といったトランジスタ３０の性能低下につながる。

【0036】

図５および図６は、実施例に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。図５は、第２開口５２のうちフランジ４４の近傍を通過するイオンビームＢ１の挙動を模式的に示している。フランジ４４の近傍を通過するイオンビームＢ１の挙動は、図４の比較例における開口端面６４の近傍を通過するイオンビームＢ０の挙動と同様である。つまり、フランジ４４の近傍を通過するイオンビームＢ１は、配線層２２にて散乱されてインダクタ形成領域１８の外側へと向かうことができる。しかしながら、図５の実施例では、第２開口５２が小さいため、散乱したイオンが到達する第１拡散範囲５６は、トランジスタ３０から離れている。つまり、第１拡散範囲５６内にトランジスタ３０が存在しない。その結果、第２開口５２を通過するイオンビームＢ１に起因するトランジスタ３０の損傷を防止できる。

【0037】

図６は、フランジ４４を通過するイオンビームＢ２の挙動を模式的に示す。フランジ４４に入射するイオンビームＢ２は、フランジ４４によって散乱される。フランジ４４にて第１開口５０の外側に向けて散乱される一部のイオンビームＢ２ａは、マスクプレート４０の開口端面４２に入射して遮蔽される。フランジ４４にて散乱されずに直進する別の一部のイオンビームＢ２ｂは、配線層２２にて散乱されて進行方向を変える。フランジ４４を直進したイオンビームＢ２ｂは、フランジ４４にてエネルギーを失うため、散乱したイオンが到達する第２拡散範囲５８は、図４の比較例における拡散範囲６８よりも狭い。その結果、トランジスタ３０から第２拡散範囲５８までの距離を取ることができ、フランジ４４に入射するイオンビームＢ２に起因するトランジスタ３０の損傷を防止できる。

【0038】

本実施の形態によれば、ウェハマスク装置１２の開口端にフランジ４４を設けることで、開口端の近傍でイオンが横方向に散乱される範囲を小さくできる。これにより、インダクタ形成領域１８に近接してトランジスタ３０を配置した場合であっても、トランジスタ３０にイオンが照射されることによる損傷を防止できる。また、本実施の形態によれば、ウェハマスク装置１２の開口端にフランジ４４を設けることで、フランジ４４の直下の位置に第２高抵抗領域３８を形成することができる。これにより、インダクタ形成領域１８の全体にわたって高抵抗領域３４を形成することができ、インダクタ３２の特性向上効果を高めることができる。

【0039】

図７は、別の実施の形態に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。図７の実施の形態では、ウェハマスク装置１１２の構成が上述の実施の形態と相違する。以下、本実施の形態について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【0040】

ウェハマスク装置１１２は、第１マスクプレート１４０と、第２マスクプレート１４２と、スペーサ１４４とを備える。

【0041】

第１マスクプレート１４０は、第１開口１５０と、第１開口１５０と連通する第２開口１５２とを有する。第１マスクプレート１４０は、上述のマスクプレート４０と同様に構成される。第１マスクプレート１４０は、第１開口１５０を規定する開口端面１４６と、開口端面１４６から突出して第２開口１５２を規定するフランジ１４８とを有する。第１開口１５０は、インダクタ形成領域１８に対応する第１開口サイズｗ１を有する。第２開口１５２の第２開口サイズｗ２は、第１開口１５０の第１開口サイズｗ１よりも小さい。フランジ１４８の突出幅ｗ３は、５μｍ～５０μｍ程度である。第１マスクプレート１４０の厚さｔ３は、５０μｍ以上であり、例えば１００μｍ程度である。フランジ１４８の厚さ、つまり、第２開口１５２の厚さは、１μｍ以上２０μｍ以下であり、例えば１０μｍ程度である。

【0042】

第２マスクプレート１４２は、第３開口１５４を有する。第３開口１５４の開口サイズは、第１開口サイズｗ１以上である。図示する例では、第３開口１５４は、第１開口１５０と実質的に同一形状であり、第３開口１５４の開口サイズは、第１開口サイズｗ１に対応する。ここで、開口サイズが「対応する」とは、開口サイズが実質的に同じであることを意味し、開口サイズの差がフランジ１４８の突出幅ｗ３よりも十分に小さいことを意味する。一例を挙げれば、開口サイズの差がフランジ１４８の突出幅ｗ３の２０％以下、好ましくは１０％以下であり、例えば２０μｍ以下または１０μｍ以下であることを意味する。第２マスクプレート１４２の厚さｔ４、つまり、第３開口１５４の厚さｔ４は、５０μｍ以上であり、例えば１００μｍ程度である。

【0043】

スペーサ１４４は、第１マスクプレート１４０と第２マスクプレート１４２の間に設けられる。スペーサ１４４の厚さｔ５は、例えば、１ｍｍ以上であり、５ｍｍ以上であることが好ましい。スペーサ１４４に厚みを持たせることで、第１マスクプレート１４０および第２マスクプレート１４２を機械的に補強できる。また、スペーサ１４４に厚みを持たせることで、ウェハマスク装置１１２に入射するイオンビームＢのうち斜めに入射する成分を遮蔽できる。例えば、第３開口１５４を斜めに通過した成分は、第１開口１５０を通過できずに第１マスクプレート１４０によって遮蔽される。

【0044】

スペーサ１４４は、第１開口１５０、第２開口１５２および第３開口１５４が連通するように第１マスクプレート１４０および第２マスクプレート１４２を位置決めする。スペーサ１４４は、例えば、第１マスクプレート１４０と係合する第１係合部（不図示）と、第２マスクプレート１４２と係合する第２係合部（不図示）とを有する。第１係合部および第２係合部のそれぞれは、例えば、凹部や凸部などによって構成される。

【0045】

第１マスクプレート１４０、第２マスクプレート１４２およびスペーサ１４４は、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）およびこれらの合金を含む金属や、シリコン（Ｓｉ）などの半導体材料、または、樹脂材料などで構成される。ある実施例において、第１マスクプレート１４０、第２マスクプレート１４２およびスペーサ１４４は、ニッケルまたはニッケルを含む合金であり、例えば鉄とニッケルの合金（４２アロイ）である。第１マスクプレート１４０および第２マスクプレート１４２は、例えば、電気鋳造法を用いて形成できる。

【0046】

ウェハマスク装置１１２は、第２マスクプレート１４２がイオンビームＢの入射側（つまり上側）、第１マスクプレート１４０がイオンビームＢの出射側（つまり下側）となるように配置される。また、第１マスクプレート１４０は、第２開口１５２がイオンビームＢの入射側（つまり上側）、第１開口１５０がイオンビームＢの出射側（つまり下側）となるように配置される。したがって、ウェハマスク装置１１２は、第２開口１５２が第１開口１５０よりも半導体基板１０から離れた位置となり、第３開口１５４が第２開口１５２よりも半導体基板１０から離れた位置となるように配置される。

【0047】

本実施の形態においても、上述の実施の形態と同様、インダクタ形成領域１８に近接するトランジスタ３０へのダメージを防ぎながら、インダクタ形成領域１８の全体にわたって高抵抗領域３４を形成できる。また、本実施の形態によれば、スペーサ１４４に厚みを持たせることで、第３開口１５４を通過して斜めに進行するイオンビームＢを第１マスクプレート１４０で遮蔽できる。つまり、第２マスクプレート１４２をコリメートマスクとして使用することができ、第１開口１５０および第３開口１５４の双方を通過可能なイオンビームＢを半導体基板１０に照射できる。これにより、トランジスタ形成領域１６に向けてイオンビームＢが斜めに照射されることを防止し、トランジスタ３０の損傷をより好適に防止できる。

【0048】

本実施の形態によれば、スペーサ１４４に厚みを持たせることで、ウェハマスク装置１１２の熱容量を増やすことができる。ウェハマスク装置１１２は、照射されるイオンビームＢを部分的に遮蔽することでイオンビームＢからエネルギーを受け取るために熱が発生する。厚みのあるスペーサ１４４を設けて熱容量を増やすことで、ウェハマスク装置１１２の温度が過度に上昇することを防ぐことができる。これにより、第１マスクプレート１４０や第２マスクプレート１４２が熱によって変形することで照射精度が低下する影響を軽減できる。

【0049】

図８は、変形例に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。本変形例では、ウェハマスク装置１１２ａの配置を上述の実施の形態とは上下を逆にしている。つまり、第１マスクプレート１４０ａがイオンビームＢの入射側（つまり上側）、第２マスクプレート１４２ａがイオンビームＢの出射側（つまり下側）となるように配置される。本変形例では、第２マスクプレート１４２ａが第１開口１５０ａを有し、第１マスクプレート１４０ａが第２開口１５２ａおよび第３開口１５４ａを有する。第１マスクプレート１４０ａは、第３開口１５４ａを規定する開口端面１４６と、開口端面１４６から突出して第２開口１５２ａを規定するフランジ１４８とを有する。したがって、ウェハマスク装置１１２ａは、第２開口１５２ａが第１開口１５０ａよりも半導体基板１０から離れた位置となり、第３開口１５４ａが第２開口１５２ａよりも半導体基板１０から離れた位置となるように配置される。本変形例においても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

【0050】

図９は、別の変形例に係るイオン照射工程を模式的に示す断面図である。本変形例では、ウェハマスク装置１１２ｂの構成が上述の実施の形態および変形例と相違する。具体的には、第１マスクプレート１４０ｂの上下を図８とは逆にしている。つまり、第１マスクプレート１４０ｂの第２開口１５２ｂがイオンビームＢの入射側（つまり上側）、第３開口１５４ｂがイオンビームＢの出射側（つまり下側）となるように配置される。したがって、ウェハマスク装置１１２ｂは、第２開口１５２ｂが第３開口１５４ｂよりも半導体基板１０から離れた位置となるように配置される。本変形例においても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

【0051】

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

【0052】

上述の実施の形態および変形例では、半導体基板１０の表面２４にウェハマスク装置１２，１１２，１１２ａ，１１２ｂを配置して半導体基板１０の表面２４にイオンビームＢを照射する場合について示した。さらに別の実施の形態では、半導体基板１０の裏面２６にウェハマスク装置１２，１１２，１１２ａ，１１２ｂを配置して半導体基板１０の裏面２６にイオンビームＢを照射してもよい。また、半導体基板１０の表面２４からのイオン照射と裏面２６からのイオン照射を組み合わせることで、高抵抗領域３４の厚さをより大きくしてもよい。

【符号の説明】

【0053】

１０…半導体基板、１２…ウェハマスク装置、１６…トランジスタ形成領域、１８…インダクタ形成領域、２０…半導体層、２２…配線層、３０…トランジスタ、３２…インダクタ、３４…高抵抗領域、４０…マスクプレート、４２…開口端面、４４…フランジ、５０…第１開口、５２…第２開口。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】