JPH04307731A - イオン注入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度な半導体装置を
実現するためのイオン注入方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高密度化に伴い、そのキー
プロセスの１つであるイオン注入プロセスはより高精度
かつ広い自由度が期待されている。

【０００３】以下図面を参照しながら、従来のイオン注
入の一例について説明する。図３は従来のイオン注入に
使用されるイオン注入装置の構成図である。図３におい
て、イオン源２０から引出し電極２１により取り出され
た種々のイオンは、質量分析器２２内で磁場により軌道
が曲げられる。このときイオンの質量、電荷数によりそ
の曲げられた軌道の半径が異なることを利用して所定の
イオンを選別する。選別されたイオンは加速管２３によ
り所定のエネルギーで加速され、四重極レンズ２４によ
り絞られて、Ｙ走査電極２５，Ｘ走査電極２６により半
導体基板１上にむらなく打ち込まれるよう曲げられた後
、再び偏向電極２７により曲げられた後、ステージ２９
上の半導体基板１に注入される。ここで１９は注入イオ
ンの軌跡を示す。

【０００４】図４は、図３に示すイオン注入装置を用い
た従来のトレンチの側壁への注入方法を示すものである
。図４（ａ）では、半導体基板１上にレジスト膜などに
よるマスク５を施しトレンチ２を形成した後、イオン注
入角度をトレンチ溝方向からわずかにずらし、トレンチ
の側壁に注入する。そして注入領域６を形成する。

【０００５】以上のように従来のイオン注入方法では、
半導体基板１へは直線的な注入しか行えず、例えばトレ
ンチの側壁注入の際は、側壁に対しイオン注入角度をわ
ずかにずらし注入する必要があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな注入方法では、特にアスペクトレシオが大きいトレ
ンチの場合は、図４（ｂ）のように、注入角度が大きく
なりすぎた場合は、注入領域６がトレンチ２の上部に偏
り、図４（ｃ）のように、注入角度が小さくなりすぎた
場合は、トレンチの側壁で注入イオンが反射してしまい
注入領域６がトレンチ２の底に偏ってしまう等、注入角
度の精度がかなり要求され、注入量のばらつきが大きく
なり、トレンチの底には注入しないで側壁のみに注入し
たい場合は実質的には困難であった（アプライド　フィ
ジィクス　レターズ　Ｖｏｌ．５４，Ｎｏ．１６　Ａｐ
ｒｉｌ，１９８９　ｐ．１５３４−１５３６参照）。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑み、半導体基板に
イオン注入する際に、半導体基板内または半導体基板表
面近傍の空間に適切な磁場をかけ、イオンビームを曲げ
ながら注入することにより、高精度かつ自由度の大きい
イオン注入方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入方法
は、半導体基板にイオン注入する際に、前記半導体基板
内または半導体基板表面近傍の空間に磁場を印加し、イ
オンビームを曲げながら注入することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明は上記した構成によって、半導体基板内
または半導体基板表面近傍の空間に磁場をかけることに
より、イオンビームを曲げることで、高精度かつ自由度
の大きい効果的なイオン注入を施すことができることと
なる。

【００１０】

【実施例】（実施例１）図１は本発明のイオン注入方法
を行う際のイオン注入装置の一例を示す構成図である。

【００１１】図１の装置は、従来のイオン注入装置に半
導体基板内に磁場を印加するためのマグネット（Ｎ極）
３０，マグネット（Ｓ極）３１を付け加えたものであり
、本例では半導体基板１内に一様な磁場を半導体基板１
表面に平行に印加するときのものである。

【００１２】図２は本発明の実施例１を示すイオン注入
方法を示し、トレンチの側壁のみへの注入に適用したと
きの工程断面図である。

【００１３】図２（ａ）では、例えば不純物濃度が〜１
Ｅ１６ｃｍ−３のＮ型Ｓｉの半導体基板１上にレジスト
膜などによるマスク５を施した後、トレンチ２（径０．
５μｍ，深さ３０μｍ）を形成する。

【００１４】図２（ｂ）では、半導体基板１内に磁場４
（５３Ｔ）をトレンチの深さ方向に対し垂直に印加し、
トレンチ２の深さ方向に対して平行にＢイオン（質量：
１．８Ｅ−２６ｋｇ，電荷数：＋１）を加速エネルギ１
０ＫｅＶで注入する。このとき注入イオンは（数１）に
示される速度を持つ。（数１）は、注入イオンの速度ｖ
，注入イオンの電荷数ｎ（ｅは電気素量），注入イオン
の質量ｍ，加速エネルギＡの間の関係式を示す。

【００１５】

【数１】

【００１６】図２（ｃ）では、トレンチ２内の磁場４で
注入イオンは（数２）に示される力Ｆが加わり、軌跡３
のように曲げられ、（数３）に示される半径Ｒの円運動
を行いトレンチの側壁に注入され、注入領域６を形成す
る。（数２）は磁場注入イオンに加わる力Ｆ，注入イオ
ンの速度ｖ，注入イオンの電荷数ｎの間の関係式を示す
。ここで磁場密度をＢとする。（数３）は軌道半径Ｒ，
磁場Ｂ，注入イオンの速さｖ，注入イオンの質量ｍ，注
入イオンの電荷数ｎの間の関係式を示す。本実施例では
Ｒ＝９．０×１０−４ｍとなる。

【００１７】

【数２】

【００１８】

【数３】

【００１９】（数４）は、トレンチの側壁のみに注入す
る場合の軌道半径Ｒの満たすべき条件式（磁場領域の上
限がマスク表面より下にある時）であり、軌道半径Ｒは
（数４）の不等式を満たせばトレンチの側壁のみに注入
され、底には注入されない。

【００２０】

【数４】

【００２１】図５は（数４）を説明するための模式図で
ある。以下図５を用いてその説明を行なう。Ｏは円軌道
の中心、ｒはトレンチ径、Ｒは磁場中の軌道半径、ｄは
磁場の上限からトレンチの底までの距離を示す。

【００２２】図５の場合、ＯＣ＝Ｒ−ｒ、ＯＡ＝Ｒ、Ａ
Ｃ＝ｄであり、△ＯＣＡは直角三角形であるため、Ｒ２
＝ｄ２＋（Ｒ−ｒ）２。軌道半径Ｒ＝（ｄ２＋ｒ２）／
２ｒとなり、Ｒ≦（ｄ２＋ｒ２）／２ｒならば、トレン
チの側壁には注入されるが底には注入されない。ｄ＝３
０μｍ、ｒ＝０．５μｍを代入すれば、Ｒ≦９．０×１
０−４ｍとなる。この場合、磁場は半導体基板内のみに
印加されているが、マスク５内にまで印加されても同様
である。

【００２３】最後に半導体基盤を半導体表面の法線を軸
として例えば９０度ずつ回転させ、それぞれに対し図２
（ｂ），（ｃ）の工程を行う（不図示）。

【００２４】以上のように本実施例によれば、トレンチ
２内にトレンチの深さ方向に対して垂直に印加された磁
場により、トレンチ内で注入イオンを曲げトレンチの側
壁へのイオン注入を行うことにより、従来の直線的に注
入する方法にくらべ側壁に対する注入角度が大きくなる
ため側壁で反射が起こりにくくなることなどから、非常
に均一にかつトレンチの深さにかかわらずにトレンチの
側壁に注入することができる。

【００２５】（実施例２）磁場を半導体基板内および半
導体基板表面近傍の空間にも印加し、トレンチの側壁の
みにイオン注入する場合の例を示す。

【００２６】イオン注入装置は、図１の装置の一対のマ
グネット３０，３１を半導体基板内および半導体基板表
面近傍の空間に半導体基板表面に対し平行に印加するよ
うに設置する。本実施例の作成工程は、磁場を半導体基
板表面近傍の空間にも印加する以外、実施例１と同じで
ある。

【００２７】（数５）は、トレンチの底には注入せず側
壁のみ注入させる場合の軌道半径Ｒが満たすべき条件式
（磁場領域の上限がマスク表面より上にある時）である
。

【００２８】

【数５】

【００２９】図６は（数５）を説明するための模式図で
ある。以下図６を用いてその説明を行なう。ｌはマスク
５表面から磁場上限までの高さ、ｈはマスク５表面から
トレンチ底までの距離、ｒはトレンチ径、Ｒは磁場中の
軌道半径を示す。

【００３０】△ＯＤＣにおいて、ＯＤ２＝ＯＣ２−ＤＣ
２＝Ｒ２−ｌ２。△ＯＡＥにおいて、ＥＡ２＝ＯＡ２−
ＯＥ２＝Ｒ２−（ｌ＋ｈ）２。ＥＡ＝ＯＤ−ｒ。以上よ
りトレンチの側壁には注入されるが底には注入されない
ためには、（数５）を満足する必要がある。

【００３１】トレンチは実施例１と同じとし、レジスト
５膜厚３μｍ，磁場領域の上限からレジスト表面までの
距離を５０μｍとしたとき、ｒ＝０．５μｍ、ｈ＝３３
μｍ、ｌ＝５０μｍとなり、Ｒ≦４．４×１０−３を満
たせばよい。またこのとき注入イオンおよび加速エネル
ギを、実施例１と同じにすると、（数３）を用いて印加
すべき磁場はＢ≧１１（Ｔ）であればよい。

【００３２】以上のように本実施例によれば、実施例１
の効果と同様、従来の直線的に注入する方法にくらべ側
壁に対する注入角度が大きくなるため側壁で反射が起こ
りにくくなることなどから、非常に均一にかつトレンチ
の深さにかかわらずにトレンチの側壁に注入することが
できる。さらに本実施例は実施例１に比べ、よりアスペ
クトレシオが大きいトレンチに対して効果を発揮する。

【００３３】なお、実施例１および２では半導体基板を
基板表面の法線を軸として９０度ずつ回転させたが、こ
の工程は省略してもよい。また、回転させる場合は何度
ずつでもよく、連続回転させてもよい。逆に磁場を発生
マグネット３０，３１を回転させてもよい。また、磁場
の回転と半導体基板の回転を組み合わしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明は、半導体基板にイ
オン注入する際に、半導体基板内または半導体基板表面
近傍の空間に適切な磁場をかけることにより、イオンビ
ームを曲げながら注入することで、高精度かつ自由度の
大きい効果的なイオン注入を施すことができることとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン注入方法を行う際のイオン注入
装置の一例を示す構成図である。

【図２】本発明の実施例１における工程断面図である。

【図３】従来のイオン注入に使用されるイオン注入装置
の一例を示す構成図である。

【図４】従来のイオン注入方法を示す工程断面図である
。

【図５】（数４）を説明するための模式図である。

【図６】（数５）を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１　　半導体基板 ２　　トレンチ ３　　注入イオン軌跡 ４　　磁場 ５　　マスク ６　　注入領域 ３０　　マグネット（Ｎ極） ３１　　マグネット（Ｓ極）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板にイオン注入する際に、前記半
   導体基板内または半導体基板表面近傍の空間に磁場を印
   加し、イオンビームを曲げながら注入することを特徴と
   するイオン注入方法。
2. 【請求項２】請求項１に於て、注入イオンの軌跡と半導
   体基板表面の交点で、前記軌跡が曲率半径をもちながら
   、前記半導体基板内に注入されることを特徴とするイオ
   ン注入方法。