JPH11283551A - イオン注入装置及びイオン注入方法 - Google Patents
イオン注入装置及びイオン注入方法Info
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- JPH11283551A JPH11283551A JP10082147A JP8214798A JPH11283551A JP H11283551 A JPH11283551 A JP H11283551A JP 10082147 A JP10082147 A JP 10082147A JP 8214798 A JP8214798 A JP 8214798A JP H11283551 A JPH11283551 A JP H11283551A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 浅い不純物注入領域の形成に適したイオン注
入装置を提供する。 【解決手段】 イオンビーム発生手段が、注入すべき不
純物元素のイオンを含むイオンビームを出射する。質量
分析器が、イオンビームから所望のイオンを抽出し、所
望のイオンからなるイオンビームを出射する。質量分析
器から出射したイオンビームが、ビームラインにより画
定される内部空洞内に入射する。この内部空洞内に静電
レンズが配置されている。静電レンズは、内部空洞内に
入射したイオンビームを収束させる。ビームラインから
出射したイオンビームが、不純物を注入すべき基板を照
射する。ビームラインに真空排気手段が取り付けられ、
ビームラインの内部空洞を真空排気する。
入装置を提供する。 【解決手段】 イオンビーム発生手段が、注入すべき不
純物元素のイオンを含むイオンビームを出射する。質量
分析器が、イオンビームから所望のイオンを抽出し、所
望のイオンからなるイオンビームを出射する。質量分析
器から出射したイオンビームが、ビームラインにより画
定される内部空洞内に入射する。この内部空洞内に静電
レンズが配置されている。静電レンズは、内部空洞内に
入射したイオンビームを収束させる。ビームラインから
出射したイオンビームが、不純物を注入すべき基板を照
射する。ビームラインに真空排気手段が取り付けられ、
ビームラインの内部空洞を真空排気する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置及
びイオン注入方法に関し、特に低エネルギのイオンビー
ムを用いたイオン注入に適したイオン注入装置及びイオ
ン注入方法に関する。
びイオン注入方法に関し、特に低エネルギのイオンビー
ムを用いたイオン注入に適したイオン注入装置及びイオ
ン注入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＯＳ型半導体集積回路装置の高集積
化にともなって、ショートチャネル効果によるＭＯＳト
ランジスタの性能低下、ドレイン電流の低下、閾値ずれ
等が問題になっている。ショートチャネル効果を抑制す
るためには、ソース及びドレイン領域を浅く形成するこ
とが有効である。ソース及びドレイン領域を浅く形成す
るために、イオン注入に用いるイオンビームの低エネル
ギ化が望まれている。
化にともなって、ショートチャネル効果によるＭＯＳト
ランジスタの性能低下、ドレイン電流の低下、閾値ずれ
等が問題になっている。ショートチャネル効果を抑制す
るためには、ソース及びドレイン領域を浅く形成するこ
とが有効である。ソース及びドレイン領域を浅く形成す
るために、イオン注入に用いるイオンビームの低エネル
ギ化が望まれている。
【０００３】低エネルギでイオン注入を行う場合には、
イオンビームの電流量の減少により、単位注入量あたり
の処理時間が長くなる。処理時間の増加を回避するため
には、低エネルギのイオンビームの電流量を増加させる
必要がある。電流量を増加させると、空間電荷効果によ
りイオンビームが発散し易くなる。イオンビームの発散
を防止するために、ビームラインに静電レンズを配置し
てビームを収束させる方法が提案されている。
イオンビームの電流量の減少により、単位注入量あたり
の処理時間が長くなる。処理時間の増加を回避するため
には、低エネルギのイオンビームの電流量を増加させる
必要がある。電流量を増加させると、空間電荷効果によ
りイオンビームが発散し易くなる。イオンビームの発散
を防止するために、ビームラインに静電レンズを配置し
てビームを収束させる方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本願発明者らは、静電
レンズを用いて低エネルギのイオンビームを収束させ、
イオン注入を行ったところ、浅いソース及びドレイン領
域を形成するには不十分であることがわかった。
レンズを用いて低エネルギのイオンビームを収束させ、
イオン注入を行ったところ、浅いソース及びドレイン領
域を形成するには不十分であることがわかった。
【０００５】本発明の目的は、浅い不純物注入領域の形
成に適したイオン注入装置を提供することである。
成に適したイオン注入装置を提供することである。
【０００６】本発明の他の目的は、浅い不純物注入領域
の形成に適したイオン注入方法を提供することである。
の形成に適したイオン注入方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、注入すべき不純物元素のイオンを含むイオンビーム
を出射するイオンビーム発生手段と、前記イオンビーム
発生手段から出射したイオンビームが入射し、入射した
イオンビームから所望のイオンを抽出し、該所望のイオ
ンからなるイオンビームを出射する質量分析器と、前記
質量分析器から出射したイオンビームが入射する内部空
洞を画定し、該内部空洞内を進行したイオンビームを出
射するビームラインと、前記ビームラインの内部空洞内
に配置され、該内部空洞内に入射したイオンビームを収
束させる静電レンズと、前記ビームラインから出射した
イオンビームに照射されるように、不純物を注入すべき
基板を保持する基板保持手段と、前記ビームラインに取
り付けられ、該ビームラインの内部空洞を真空排気する
真空排気手段とを有するイオン注入装置が提供される。
と、注入すべき不純物元素のイオンを含むイオンビーム
を出射するイオンビーム発生手段と、前記イオンビーム
発生手段から出射したイオンビームが入射し、入射した
イオンビームから所望のイオンを抽出し、該所望のイオ
ンからなるイオンビームを出射する質量分析器と、前記
質量分析器から出射したイオンビームが入射する内部空
洞を画定し、該内部空洞内を進行したイオンビームを出
射するビームラインと、前記ビームラインの内部空洞内
に配置され、該内部空洞内に入射したイオンビームを収
束させる静電レンズと、前記ビームラインから出射した
イオンビームに照射されるように、不純物を注入すべき
基板を保持する基板保持手段と、前記ビームラインに取
り付けられ、該ビームラインの内部空洞を真空排気する
真空排気手段とを有するイオン注入装置が提供される。
【０００８】本発明の他の観点によると、注入すべき不
純物のイオンを含むイオンビームを得る工程と、前記イ
オンビームを、ビームラインの内部空洞に入射し、入射
したイオンビームを、該内部空洞内に配置された静電レ
ンズで収束させる工程であって、該ビームラインに取り
付けられた真空排気手段で該内部空洞内を真空排気しつ
つイオンビームを収束させる工程と、収束された前記イ
オンビームを基板に照射し、該基板にイオンを注入する
工程とを有するイオン注入方法が提供される。
純物のイオンを含むイオンビームを得る工程と、前記イ
オンビームを、ビームラインの内部空洞に入射し、入射
したイオンビームを、該内部空洞内に配置された静電レ
ンズで収束させる工程であって、該ビームラインに取り
付けられた真空排気手段で該内部空洞内を真空排気しつ
つイオンビームを収束させる工程と、収束された前記イ
オンビームを基板に照射し、該基板にイオンを注入する
工程とを有するイオン注入方法が提供される。
【０００９】静電レンズが配置された内部空洞を真空排
気するため、静電レンズ内を通過するイオンビームが、
その周囲に滞留するガスの影響を受けにくくなる。イオ
ンが、滞留するガスによって中性化されにくくなり、各
イオンが静電レンズにより所定の加速、減速を受ける。
このため、静電レンズによるイオンビームのエネルギ分
布の乱れを抑制できる。
気するため、静電レンズ内を通過するイオンビームが、
その周囲に滞留するガスの影響を受けにくくなる。イオ
ンが、滞留するガスによって中性化されにくくなり、各
イオンが静電レンズにより所定の加速、減速を受ける。
このため、静電レンズによるイオンビームのエネルギ分
布の乱れを抑制できる。
【００１０】本発明の他の観点によると、注入すべき不
純物元素のイオンを含むイオンビームを出射するイオン
ビーム発生手段と、前記イオンビーム発生手段から出射
したイオンビームが入射し、入射したイオンビームから
所望のイオンを抽出し、該所望のイオンからなるイオン
ビームを出射する質量分析器と、前記質量分析器から出
射したイオンビームが入射する内部空洞を画定し、該内
部空洞内を進行したイオンビームを出射するビームライ
ンと、前記ビームラインの内部空洞内に配置され、該内
部空洞内に入射したイオンビームを一旦加速するととも
に収束させ、その後減速させる静電レンズであって、加
速後のイオンビームのエネルギが、加速前のイオンビー
ムのエネルギの３倍以下となるように制御された前記静
電レンズと、前記ビームラインから出射したイオンビー
ムが入射する位置に、不純物を注入すべき基板を保持す
る基板保持手段とを有するイオン注入装置が提供され
る。
純物元素のイオンを含むイオンビームを出射するイオン
ビーム発生手段と、前記イオンビーム発生手段から出射
したイオンビームが入射し、入射したイオンビームから
所望のイオンを抽出し、該所望のイオンからなるイオン
ビームを出射する質量分析器と、前記質量分析器から出
射したイオンビームが入射する内部空洞を画定し、該内
部空洞内を進行したイオンビームを出射するビームライ
ンと、前記ビームラインの内部空洞内に配置され、該内
部空洞内に入射したイオンビームを一旦加速するととも
に収束させ、その後減速させる静電レンズであって、加
速後のイオンビームのエネルギが、加速前のイオンビー
ムのエネルギの３倍以下となるように制御された前記静
電レンズと、前記ビームラインから出射したイオンビー
ムが入射する位置に、不純物を注入すべき基板を保持す
る基板保持手段とを有するイオン注入装置が提供され
る。
【００１１】本発明の他の観点によると、注入すべき不
純物のイオンを含むイオンビームを得る工程と、前記イ
オンビームを、ビームラインの内部空洞に入射し、該内
部空洞内に配置された静電レンズでイオンビームを収束
させる工程であって、該静電レンズが、該静電レンズに
入射前のイオンビームの３倍以下のエネルギまで加速す
るとともに該イオンビームを収束させ、その後減速させ
る工程と、減速された前記イオンビームを基板に照射
し、該基板にイオンを注入する工程とを有するイオン注
入方法が提供される。
純物のイオンを含むイオンビームを得る工程と、前記イ
オンビームを、ビームラインの内部空洞に入射し、該内
部空洞内に配置された静電レンズでイオンビームを収束
させる工程であって、該静電レンズが、該静電レンズに
入射前のイオンビームの３倍以下のエネルギまで加速す
るとともに該イオンビームを収束させ、その後減速させ
る工程と、減速された前記イオンビームを基板に照射
し、該基板にイオンを注入する工程とを有するイオン注
入方法が提供される。
【００１２】静電レンズによって一旦加速された後、イ
オンが中性の原子になると、その原子はその後の電場の
影響を受けないため、減速されることなく静電レンズか
ら出射される。加速後のイオンビームのエネルギが加速
前のエネルギの３倍以下であるため、イオンが中性の原
子になったとしても、静電レンズから出射する中性原子
のエネルギは、高々減速されたイオンのエネルギの３倍
程度である。このため、高エネルギの中性原子による深
い注入を抑制することができる。
オンが中性の原子になると、その原子はその後の電場の
影響を受けないため、減速されることなく静電レンズか
ら出射される。加速後のイオンビームのエネルギが加速
前のエネルギの３倍以下であるため、イオンが中性の原
子になったとしても、静電レンズから出射する中性原子
のエネルギは、高々減速されたイオンのエネルギの３倍
程度である。このため、高エネルギの中性原子による深
い注入を抑制することができる。
【００１３】本発明の他の観点によると、注入すべき不
純物のイオンを含み、５ｋｅＶ以下のエネルギを有する
イオンビームを得る工程と、前記イオンビームをビーム
ラインの内部空洞に入射し、入射したイオンビームを該
内部空洞内に配置された静電レンズで収束させる工程
と、収束された前記イオンビームを、単結晶の半導体基
板に、該半導体基板を構成する元素からなるアモルファ
ス層を介すことなく照射し、該半導体基板にイオンを注
入する工程とを有するイオン注入方法が提供される。
純物のイオンを含み、５ｋｅＶ以下のエネルギを有する
イオンビームを得る工程と、前記イオンビームをビーム
ラインの内部空洞に入射し、入射したイオンビームを該
内部空洞内に配置された静電レンズで収束させる工程
と、収束された前記イオンビームを、単結晶の半導体基
板に、該半導体基板を構成する元素からなるアモルファ
ス層を介すことなく照射し、該半導体基板にイオンを注
入する工程とを有するイオン注入方法が提供される。
【００１４】５ｋｅＶ以下のエネルギのイオンビームを
用いることにより、浅い注入を行うことができる。静電
レンズでイオンビームを収束するため、イオンビームの
発散による注入量の減少を抑制できる。また、アモルフ
ァス層の形成されていない結晶基板を使用すると、静電
レンズを用いても、用いない場合とほぼ同等の不純物分
布を得ることができる。
用いることにより、浅い注入を行うことができる。静電
レンズでイオンビームを収束するため、イオンビームの
発散による注入量の減少を抑制できる。また、アモルフ
ァス層の形成されていない結晶基板を使用すると、静電
レンズを用いても、用いない場合とほぼ同等の不純物分
布を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明する前に、
本願発明者らが行ったイオン注入の評価実験及びその結
果について説明する。
本願発明者らが行ったイオン注入の評価実験及びその結
果について説明する。
【００１６】図１は、イオン注入の評価実験で用いたイ
オン注入装置の概略図を示す。なお、このイオン注入装
置の構成は、本発明の実施例によるイオン注入装置の構
成と基本的に同一であり、図１は、実施例の説明におい
ても参照される。
オン注入装置の概略図を示す。なお、このイオン注入装
置の構成は、本発明の実施例によるイオン注入装置の構
成と基本的に同一であり、図１は、実施例の説明におい
ても参照される。
【００１７】図１に示すように、イオン注入装置は、イ
オンビーム発生部１０、質量分析器２０、ビームライン
３０、及びイオン注入室４０により構成される。イオン
ビーム発生部１０の内部にはイオン源１１及び取出電極
１２が配置されている。イオン源１１は、基板に注入す
べき不純物元素のイオンを発生する。イオン源１１内に
発生したイオンが、取出電極１２により外部に取り出さ
れ、イオンビームが形成される。イオンビーム発生部１
０の内部は、真空ポンプ１３により約１×１０ -3Ｔｏｒ
ｒまで真空排気される。
オンビーム発生部１０、質量分析器２０、ビームライン
３０、及びイオン注入室４０により構成される。イオン
ビーム発生部１０の内部にはイオン源１１及び取出電極
１２が配置されている。イオン源１１は、基板に注入す
べき不純物元素のイオンを発生する。イオン源１１内に
発生したイオンが、取出電極１２により外部に取り出さ
れ、イオンビームが形成される。イオンビーム発生部１
０の内部は、真空ポンプ１３により約１×１０ -3Ｔｏｒ
ｒまで真空排気される。
【００１８】イオンビーム発生部１０から出射したイオ
ンビームは、質量分析器２０に入射する。質量分析器２
０は、偏向電磁石を含んで構成され、入射したイオンビ
ームから所望の質量及び運動エネルギを持ったイオンの
みを抽出し、所望のイオンからなる運動エネルギの揃っ
たイオンビームを出射する。
ンビームは、質量分析器２０に入射する。質量分析器２
０は、偏向電磁石を含んで構成され、入射したイオンビ
ームから所望の質量及び運動エネルギを持ったイオンの
みを抽出し、所望のイオンからなる運動エネルギの揃っ
たイオンビームを出射する。
【００１９】質量分析器２０から出射したイオンビーム
は、ビームライン３０の入射端近傍に配置されたアパー
チャ３５を通過し、内部空洞内に入射する。ビームライ
ン３０の内部空洞内に、静電レンズ３１が配置されてい
る。ビームライン３０の側壁は接地されており、静電レ
ンズ３１には、直流電圧３２により負電圧が印加されて
いる。
は、ビームライン３０の入射端近傍に配置されたアパー
チャ３５を通過し、内部空洞内に入射する。ビームライ
ン３０の内部空洞内に、静電レンズ３１が配置されてい
る。ビームライン３０の側壁は接地されており、静電レ
ンズ３１には、直流電圧３２により負電圧が印加されて
いる。
【００２０】ビームライン３０内を進行するイオンビー
ムは、静電レンズ３１に入射するときに一旦加速される
とともに収束作用を受ける。静電レンズ３１内を進行す
る間にイオンビームが収束する。収束したイオンビーム
は、静電レンズ３１から出射するときに、減速されても
とのエネルギに戻るとともに、発散作用を受ける。全体
として収束作用の方が強く、イオンビームは静電レンズ
３１を通過することにより収束される。
ムは、静電レンズ３１に入射するときに一旦加速される
とともに収束作用を受ける。静電レンズ３１内を進行す
る間にイオンビームが収束する。収束したイオンビーム
は、静電レンズ３１から出射するときに、減速されても
とのエネルギに戻るとともに、発散作用を受ける。全体
として収束作用の方が強く、イオンビームは静電レンズ
３１を通過することにより収束される。
【００２１】静電レンズ３１よりも下流側のビームライ
ン３０の側壁にプラズマ発生手段３３が取り付けられて
いる。プラズマ発生手段３３は、ＡｒやＸｅのプラズマ
３３ａを発生させ、イオンビームが通過する部分の近傍
の空間と接地電位との間を電気的に接続する。これによ
り、イオンビームが通過する部分の近傍の空間に電子が
滞留し、この空間が電気的に中和される。この領域に滞
留する電子は、イオンが注入されて正に帯電した基板表
面に引きつけられ、基板の帯電を防止する。
ン３０の側壁にプラズマ発生手段３３が取り付けられて
いる。プラズマ発生手段３３は、ＡｒやＸｅのプラズマ
３３ａを発生させ、イオンビームが通過する部分の近傍
の空間と接地電位との間を電気的に接続する。これによ
り、イオンビームが通過する部分の近傍の空間に電子が
滞留し、この空間が電気的に中和される。この領域に滞
留する電子は、イオンが注入されて正に帯電した基板表
面に引きつけられ、基板の帯電を防止する。
【００２２】ビームライン３０から出射したイオンビー
ムは、イオン注入室４０内に入射する。イオン注入室４
０内は、真空ポンプ４１により１×１０-5〜１×１０-4
Ｔｏｒｒまで真空排気される。イオン注入室４０内に
は、イオン注入すべき基板４２を保持する基板保持機構
４３が配置されている。基板保持機構４３は、入射した
イオンビームが基板４２に照射されるように、基板４２
を保持する。基板保持機構４３は、複数の基板をある円
周に沿って保持し、その円周に沿って周回運動させる。
周回運動する基板４２がイオンビームの照射位置を横切
るときに、当該基板にイオンが注入される。
ムは、イオン注入室４０内に入射する。イオン注入室４
０内は、真空ポンプ４１により１×１０-5〜１×１０-4
Ｔｏｒｒまで真空排気される。イオン注入室４０内に
は、イオン注入すべき基板４２を保持する基板保持機構
４３が配置されている。基板保持機構４３は、入射した
イオンビームが基板４２に照射されるように、基板４２
を保持する。基板保持機構４３は、複数の基板をある円
周に沿って保持し、その円周に沿って周回運動させる。
周回運動する基板４２がイオンビームの照射位置を横切
るときに、当該基板にイオンが注入される。
【００２３】図５は、図１に示すイオン注入装置を用い
てシリコン基板にボロンイオン（Ｂ + ）を注入したとき
の深さ方向の不純物濃度分布を示す。加速エネルギは５
ｋｅＶ、ドーズ量は１×１０15ｃｍ-2である。図中の実
線ａ5 は、図１の静電レンズ３１に−１５ｋｅＶの電圧
を印加した場合、実線ｂ5 は、静電レンズ３１に電圧を
印加しなかった場合を示す。なお、シリコン基板とし
て、イオン注入前に表面層をプリアモルファス化したも
のを用いた。プリアモルファス化は、Ｇｅ+ イオンを加
速エネルギ４０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０14ｃｍ-2の条
件、及び加速エネルギ８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０15
ｃｍ-2の条件でイオン注入することにより行った。
てシリコン基板にボロンイオン（Ｂ + ）を注入したとき
の深さ方向の不純物濃度分布を示す。加速エネルギは５
ｋｅＶ、ドーズ量は１×１０15ｃｍ-2である。図中の実
線ａ5 は、図１の静電レンズ３１に−１５ｋｅＶの電圧
を印加した場合、実線ｂ5 は、静電レンズ３１に電圧を
印加しなかった場合を示す。なお、シリコン基板とし
て、イオン注入前に表面層をプリアモルファス化したも
のを用いた。プリアモルファス化は、Ｇｅ+ イオンを加
速エネルギ４０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０14ｃｍ-2の条
件、及び加速エネルギ８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０15
ｃｍ-2の条件でイオン注入することにより行った。
【００２４】静電レンズ３１を機能させた場合には、静
電レンズ３１を機能させなかった場合に比べて、深さ５
０ｎｍよりも深い領域におけるボロン濃度が高くなって
いることがわかる。深い領域におけるボロン濃度が高く
なる理由は、以下のように考察される。
電レンズ３１を機能させなかった場合に比べて、深さ５
０ｎｍよりも深い領域におけるボロン濃度が高くなって
いることがわかる。深い領域におけるボロン濃度が高く
なる理由は、以下のように考察される。
【００２５】静電レンズ３１で一旦加速されたイオンの
うち一部のイオンは、ビームライン３０内に滞留するガ
スの影響により中性のボロン原子になる。中性になった
ボロン原子は、静電レンズ３１から出射するときに減速
されない。このため、所望のエネルギよりも高いエネル
ギを有するボロン原子が、基板４２に直接注入されるこ
とになる。高エネルギのボロン原子の注入により、深い
領域におけるボロン濃度が高くなったものと考えられ
る。
うち一部のイオンは、ビームライン３０内に滞留するガ
スの影響により中性のボロン原子になる。中性になった
ボロン原子は、静電レンズ３１から出射するときに減速
されない。このため、所望のエネルギよりも高いエネル
ギを有するボロン原子が、基板４２に直接注入されるこ
とになる。高エネルギのボロン原子の注入により、深い
領域におけるボロン濃度が高くなったものと考えられ
る。
【００２６】次に、上記課題を解決するための第１の実
施例について説明する。図１は、第１の実施例によるイ
オン注入装置の概略図を示す。ビームライン３０に真空
ポンプ３４が取り付けられている。真空ポンプ３４は、
例えばターボ分子ポンプである。その他の構成は、上記
評価実験で使用したイオン注入装置と同様であるため、
ここでは説明を省略する。
施例について説明する。図１は、第１の実施例によるイ
オン注入装置の概略図を示す。ビームライン３０に真空
ポンプ３４が取り付けられている。真空ポンプ３４は、
例えばターボ分子ポンプである。その他の構成は、上記
評価実験で使用したイオン注入装置と同様であるため、
ここでは説明を省略する。
【００２７】上記評価実験の場合には、ビームライン３
０の内部空洞内の圧力が約１．３×１０-5Ｔｏｒｒであ
ったのに対し、第１の実施例の場合には、その圧力が
１．７×１０-6Ｔｏｒｒであった。静電レンズ３０が配
置されている空間の真空度を高くしているため、そこを
通過するインビームが、その空間に滞留するガスの影響
を受けにくい。このため、イオンが電気的に中性になり
にくいと考えられる。
０の内部空洞内の圧力が約１．３×１０-5Ｔｏｒｒであ
ったのに対し、第１の実施例の場合には、その圧力が
１．７×１０-6Ｔｏｒｒであった。静電レンズ３０が配
置されている空間の真空度を高くしているため、そこを
通過するインビームが、その空間に滞留するガスの影響
を受けにくい。このため、イオンが電気的に中性になり
にくいと考えられる。
【００２８】図２は、第１の実施例によるイオン注入装
置を使用してイオン注入を行った場合の基板深さ方向に
関するボロン濃度分布を示す。なお、イオン注入の条件
は、上記評価実験の場合と同様である。実線ａ2 は、静
電レンズ３１に−１５ｋＶの電圧を印加した場合を示
し、実線ｂ2 は、静電レンズ３１を機能させなかった場
合を示す。図５の場合に比べて、静電レンズ３１を機能
させた場合の、深さ５０ｎｍよりも深い領域におけるボ
ロン濃度が減少しており、静電レンズ３１を機能させな
かった場合に近づいていることがわかる。
置を使用してイオン注入を行った場合の基板深さ方向に
関するボロン濃度分布を示す。なお、イオン注入の条件
は、上記評価実験の場合と同様である。実線ａ2 は、静
電レンズ３１に−１５ｋＶの電圧を印加した場合を示
し、実線ｂ2 は、静電レンズ３１を機能させなかった場
合を示す。図５の場合に比べて、静電レンズ３１を機能
させた場合の、深さ５０ｎｍよりも深い領域におけるボ
ロン濃度が減少しており、静電レンズ３１を機能させな
かった場合に近づいていることがわかる。
【００２９】このように、静電レンズ３１が配置された
ビームライン３０に真空ポンプを取り付け、その内部の
真空度を高めることにより、低エネルギのイオンビーム
を用いた浅い注入を行うことが可能になる。上記第１の
実施例では、静電レンズ３１が配置された空間を約１．
７×１０-6Ｔｏｒｒまで真空排気したが、圧力を５×１
０-6Ｔｏｒｒ以下とすることにより、上記効果が得られ
るであろう。
ビームライン３０に真空ポンプを取り付け、その内部の
真空度を高めることにより、低エネルギのイオンビーム
を用いた浅い注入を行うことが可能になる。上記第１の
実施例では、静電レンズ３１が配置された空間を約１．
７×１０-6Ｔｏｒｒまで真空排気したが、圧力を５×１
０-6Ｔｏｒｒ以下とすることにより、上記効果が得られ
るであろう。
【００３０】静電レンズ３１を通過して減速された後
は、イオンが中性になってもその運動エネルギは変化し
ない。このため、静電レンズ３１よりも下流側の空間の
真空度は、静電レンズ３１が配置された位置における真
空度より悪くしておいてもよい。従って、イオンビーム
の近傍の空間を電気的に中和するためのプラズマ発生手
段を、静電レンズ３１及び真空ポンプ３４が取り付けら
れた位置よりも下流側に取り付けることが好ましい。
は、イオンが中性になってもその運動エネルギは変化し
ない。このため、静電レンズ３１よりも下流側の空間の
真空度は、静電レンズ３１が配置された位置における真
空度より悪くしておいてもよい。従って、イオンビーム
の近傍の空間を電気的に中和するためのプラズマ発生手
段を、静電レンズ３１及び真空ポンプ３４が取り付けら
れた位置よりも下流側に取り付けることが好ましい。
【００３１】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。上記評価実験では、静電レンズ３１に印加する電
圧を−１５ｋＶとしたが、第２の実施例では、−５．５
ｋＶとする。その他の条件は、上記評価実験の場合と同
様である。
する。上記評価実験では、静電レンズ３１に印加する電
圧を−１５ｋＶとしたが、第２の実施例では、−５．５
ｋＶとする。その他の条件は、上記評価実験の場合と同
様である。
【００３２】図３は、第２の実施例による方法でイオン
注入を行った場合の基板深さ方向に関するボロン濃度分
布を示す。図中の実線ａ3 は、第２の実施例による方法
でイオン注入を行った場合、実線ｂ3 は、静電レンズ３
１に電圧を印加しなかった場合を示す。両者のボロン濃
度分布には、ほとんど差異が認められない。これは、静
電レンズ３１により一旦加速されたイオンが中性原子と
なり、そのままのエネルギで基板に注入されたとして
も、そのエネルギは高々所望のエネルギの２倍程度であ
り、不純物濃度分布に大きな影響を与えないためと考え
られる。
注入を行った場合の基板深さ方向に関するボロン濃度分
布を示す。図中の実線ａ3 は、第２の実施例による方法
でイオン注入を行った場合、実線ｂ3 は、静電レンズ３
１に電圧を印加しなかった場合を示す。両者のボロン濃
度分布には、ほとんど差異が認められない。これは、静
電レンズ３１により一旦加速されたイオンが中性原子と
なり、そのままのエネルギで基板に注入されたとして
も、そのエネルギは高々所望のエネルギの２倍程度であ
り、不純物濃度分布に大きな影響を与えないためと考え
られる。
【００３３】第２の実施例では、静電レンズ３１に印加
する電圧を−５．５ｋＶとし、当初のイオンビームのエ
ネルギ５ｋｅＶの約２倍程度まで加速する場合を説明し
た。不純物濃度分布に大きな影響を与えないようにする
ためには、静電レンズ３１により一旦加速された後のイ
オンビームのエネルギが、加速前のイオンビームのエネ
ルギの３倍以下となるようにすることが好ましく、２．
５倍以下となるようにすることがより好ましい。
する電圧を−５．５ｋＶとし、当初のイオンビームのエ
ネルギ５ｋｅＶの約２倍程度まで加速する場合を説明し
た。不純物濃度分布に大きな影響を与えないようにする
ためには、静電レンズ３１により一旦加速された後のイ
オンビームのエネルギが、加速前のイオンビームのエネ
ルギの３倍以下となるようにすることが好ましく、２．
５倍以下となるようにすることがより好ましい。
【００３４】ただし、加速後のエネルギを低く設定する
と、十分な収束効果を得られなくなる。十分な収束効果
を得るためには、静電レンズ３１により一旦加速された
後のイオンビームのエネルギが、加速前のイオンビーム
のエネルギの３．５倍以上となるようにすることが好ま
しく、４倍以上となるようにすることがより好ましい。
と、十分な収束効果を得られなくなる。十分な収束効果
を得るためには、静電レンズ３１により一旦加速された
後のイオンビームのエネルギが、加速前のイオンビーム
のエネルギの３．５倍以上となるようにすることが好ま
しく、４倍以上となるようにすることがより好ましい。
【００３５】上記評価実験、第１及び第２の実施例で
は、イオンを注入すべき基板の表面層をプリアモルファ
ス化した場合について説明した。次に、プリアモルファ
ス化を行わない第３の実施例について説明する。
は、イオンを注入すべき基板の表面層をプリアモルファ
ス化した場合について説明した。次に、プリアモルファ
ス化を行わない第３の実施例について説明する。
【００３６】低エネルギのイオンビームを用い、浅い領
域にイオン注入を行う場合には、チャネリング効果によ
り不純物が深い領域まで到達することを防止するため
に、イオン注入前に、単結晶半導体基板の表面層の結晶
構造を壊しておくプリアモルファス化が行われる。しか
し、プリアモルファス化を行うと、図５に示したよう
に、不純物濃度分布が静電レンズによる影響を受けやす
くなる。
域にイオン注入を行う場合には、チャネリング効果によ
り不純物が深い領域まで到達することを防止するため
に、イオン注入前に、単結晶半導体基板の表面層の結晶
構造を壊しておくプリアモルファス化が行われる。しか
し、プリアモルファス化を行うと、図５に示したよう
に、不純物濃度分布が静電レンズによる影響を受けやす
くなる。
【００３７】図４は、プリアモルファス化を行わずシリ
コン基板にボロンイオンの注入を行った場合の、深さ方
向のボロン濃度分布を示す。図中の実線ａ4 は、図１に
示す静電レンズ３１に−１５ｋｅＶの電圧を印加した場
合、実線ｂ4 は、静電レンズ３１を機能させなかった場
合を示す。なお、真空ポンプ３４によるビームライン３
０内の真空排気は行わなかった。
コン基板にボロンイオンの注入を行った場合の、深さ方
向のボロン濃度分布を示す。図中の実線ａ4 は、図１に
示す静電レンズ３１に−１５ｋｅＶの電圧を印加した場
合、実線ｂ4 は、静電レンズ３１を機能させなかった場
合を示す。なお、真空ポンプ３４によるビームライン３
０内の真空排気は行わなかった。
【００３８】静電レンズ３１を機能させた場合と機能さ
せない場合とで、ボロン濃度分布に有為な差は見られな
かった。すなわち、プリアモルファス化しない結晶基板
にイオン注入を行う場合には、不純物濃度分布は静電レ
ンズによる影響を受けにくい。
せない場合とで、ボロン濃度分布に有為な差は見られな
かった。すなわち、プリアモルファス化しない結晶基板
にイオン注入を行う場合には、不純物濃度分布は静電レ
ンズによる影響を受けにくい。
【００３９】従って、静電レンズにより収束されたイオ
ンビームを、単結晶の半導体基板に、その半導体基板を
構成する元素からなるアモルファス層を介すことなく照
射することにより、静電レンズによる悪影響を受けるこ
となく、イオン注入を行うことができる。この場合、プ
リアモルファス化を行う場合に比べて深い領域まで不純
物が分布するが、プリアモルファス化の工程を行わない
ため、工程数の減少による生産性の向上を図ることが可
能になる。なお、浅い領域にイオンを注入する場合に
は、イオンビームのエネルギを５ｋｅＶ以下とすること
が好ましい。
ンビームを、単結晶の半導体基板に、その半導体基板を
構成する元素からなるアモルファス層を介すことなく照
射することにより、静電レンズによる悪影響を受けるこ
となく、イオン注入を行うことができる。この場合、プ
リアモルファス化を行う場合に比べて深い領域まで不純
物が分布するが、プリアモルファス化の工程を行わない
ため、工程数の減少による生産性の向上を図ることが可
能になる。なお、浅い領域にイオンを注入する場合に
は、イオンビームのエネルギを５ｋｅＶ以下とすること
が好ましい。
【００４０】上記実施例では、シリコン基板にボロンイ
オンの注入を行う場合について説明したが、シリコン以
外の半導体基板を用いてもよいし、ボロン以外のイオン
を用いてもよい。例えば、基板としてＳｉＧｅ基板、あ
るいはＳｉ基板表面上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成
長させた基板を用いてもよい。また、注入すべき不純物
イオンとして、Ａｓ+ 、Ｐ+ 、ＢＦ2 + を用いてもよ
い。
オンの注入を行う場合について説明したが、シリコン以
外の半導体基板を用いてもよいし、ボロン以外のイオン
を用いてもよい。例えば、基板としてＳｉＧｅ基板、あ
るいはＳｉ基板表面上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成
長させた基板を用いてもよい。また、注入すべき不純物
イオンとして、Ａｓ+ 、Ｐ+ 、ＢＦ2 + を用いてもよ
い。
【００４１】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
静電レンズを用いてイオンビームを収束させ、イオン注
入を行う場合に、基板の深い領域へのイオンの到達を抑
制することができる。この方法を用いてＭＯＳトランジ
スタのソース／ドレイン領域を形成すると、浅い接合を
得ることができるため、ショートチャネル効果の発生を
抑制することができる。
静電レンズを用いてイオンビームを収束させ、イオン注
入を行う場合に、基板の深い領域へのイオンの到達を抑
制することができる。この方法を用いてＭＯＳトランジ
スタのソース／ドレイン領域を形成すると、浅い接合を
得ることができるため、ショートチャネル効果の発生を
抑制することができる。
【図１】本発明の実施例によるイオン注入装置及び評価
実験で用いたイオン注入装置の概略図である。
実験で用いたイオン注入装置の概略図である。
【図２】第１の実施例による方法でイオン注入を行った
場合の、基板の深さ方向に関するボロン濃度分布を示す
グラフである。
場合の、基板の深さ方向に関するボロン濃度分布を示す
グラフである。
【図３】第２の実施例による方法でイオン注入を行った
場合の、基板の深さ方向に関するボロン濃度分布を示す
グラフである。
場合の、基板の深さ方向に関するボロン濃度分布を示す
グラフである。
【図４】第３の実施例による方法でイオン注入を行った
場合の、基板の深さ方向に関するボロン濃度分布を示す
グラフである。
場合の、基板の深さ方向に関するボロン濃度分布を示す
グラフである。
【図５】イオン注入の評価実験結果を説明するための、
基板の深さ方向に関するボロン濃度分布を示すグラフで
ある。
基板の深さ方向に関するボロン濃度分布を示すグラフで
ある。
１０ イオンビーム発生部 １１ イオン源 １２ 取出電極 １３、３４、４１ 真空ポンプ ２０ 質量分析器 ３０ ビームライン ３１ 静電レンズ ３２ 直流電源 ３３ プラズマ発生手段 ４０ イオン注入室 ４２ 基板 ４３ 基板保持手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年８月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
Claims (9)
- 【請求項１】 注入すべき不純物元素のイオンを含むイ
オンビームを出射するイオンビーム発生手段と、 前記イオンビーム発生手段から出射したイオンビームが
入射し、入射したイオンビームから所望のイオンを抽出
し、該所望のイオンからなるイオンビームを出射する質
量分析器と、 前記質量分析器から出射したイオンビームが入射する内
部空洞を画定し、該内部空洞内を進行したイオンビーム
を出射するビームラインと、 前記ビームラインの内部空洞内に配置され、該内部空洞
内に入射したイオンビームを収束させる静電レンズと、 前記ビームラインから出射したイオンビームに照射され
るように、不純物を注入すべき基板を保持する基板保持
手段と、 前記ビームラインに取り付けられ、該ビームラインの内
部空洞を真空排気する真空排気手段とを有するイオン注
入装置。 - 【請求項２】 さらに、前記ビームラインの前記静電レ
ンズが配置された位置及び前記真空排気手段が取り付け
られた位置よりも下流側に、該ビームライン内を進行す
るイオンビームの近傍の空間を電気的に中和するための
プラズマを発生するプラズマ発生手段を有する請求項１
に記載のイオン注入装置。 - 【請求項３】 注入すべき不純物のイオンを含むイオン
ビームを得る工程と、 前記イオンビームを、ビームラインの内部空洞に入射
し、入射したイオンビームを、該内部空洞内に配置され
た静電レンズで収束させる工程であって、該ビームライ
ンに取り付けられた真空排気手段で該内部空洞内を真空
排気しつつイオンビームを収束させる工程と、 収束された前記イオンビームを基板に照射し、該基板に
イオンを注入する工程とを有するイオン注入方法。 - 【請求項４】 さらに、前記イオンビームを収束させる
工程の後、収束されたイオンビームの近傍の空間を電気
的に中和する工程を有する請求項３に記載のイオン注入
方法。 - 【請求項５】 注入すべき不純物元素のイオンを含むイ
オンビームを出射するイオンビーム発生手段と、 前記イオンビーム発生手段から出射したイオンビームが
入射し、入射したイオンビームから所望のイオンを抽出
し、該所望のイオンからなるイオンビームを出射する質
量分析器と、 前記質量分析器から出射したイオンビームが入射する内
部空洞を画定し、該内部空洞内を進行したイオンビーム
を出射するビームラインと、 前記ビームラインの内部空洞内に配置され、該内部空洞
内に入射したイオンビームを一旦加速するとともに収束
させ、その後減速させる静電レンズであって、加速後の
イオンビームのエネルギが、加速前のイオンビームのエ
ネルギの３倍以下となるように制御された前記静電レン
ズと、 前記ビームラインから出射したイオンビームが入射する
位置に、不純物を注入すべき基板を保持する基板保持手
段とを有するイオン注入装置。 - 【請求項６】 さらに、前記ビームラインに取り付けら
れ、該ビームラインの内部空洞を真空排気する真空排気
手段を有する請求項５に記載のイオン注入装置。 - 【請求項７】 注入すべき不純物のイオンを含むイオン
ビームを得る工程と、 前記イオンビームを、ビームラインの内部空洞に入射
し、該内部空洞内に配置された静電レンズでイオンビー
ムを収束させる工程であって、該静電レンズが、該静電
レンズに入射前のイオンビームの３倍以下のエネルギま
で加速するとともに該イオンビームを収束させ、その後
減速させる工程と、 減速された前記イオンビームを基板に照射し、該基板に
イオンを注入する工程とを有するイオン注入方法。 - 【請求項８】 さらに、前記イオンビームを減速させる
工程の後、減速されたイオンビームの近傍の空間を電気
的に中和する工程を有する請求項７に記載のイオン注入
方法。 - 【請求項９】 注入すべき不純物のイオンを含み、５ｋ
ｅＶ以下のエネルギを有するイオンビームを得る工程
と、 前記イオンビームをビームラインの内部空洞に入射し、
入射したイオンビームを該内部空洞内に配置された静電
レンズで収束させる工程と、 収束された前記イオンビームを、単結晶の半導体基板
に、該半導体基板を構成する元素からなるアモルファス
層を介すことなく照射し、該半導体基板にイオンを注入
する工程とを有するイオン注入方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08214798A JP3717301B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | イオン注入装置及びイオン注入方法 |
| US09/143,101 US6191427B1 (en) | 1998-03-27 | 1998-08-28 | Ion implantation system and method suitable for low energy ion beam implantation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08214798A JP3717301B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | イオン注入装置及びイオン注入方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005212133A Division JP4589838B2 (ja) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | イオン注入方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11283551A true JPH11283551A (ja) | 1999-10-15 |
| JPH11283551A5 JPH11283551A5 (ja) | 2004-12-02 |
| JP3717301B2 JP3717301B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=13766335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08214798A Expired - Fee Related JP3717301B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | イオン注入装置及びイオン注入方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3717301B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002279928A (ja) * | 2001-03-15 | 2002-09-27 | Nissin Electric Co Ltd | イオンビーム照射装置の運転方法およびイオンビーム照射装置 |
| JP2011187403A (ja) * | 2010-03-11 | 2011-09-22 | Nissin Ion Equipment Co Ltd | 非対称なアインツェルレンズを有するビーム偏向器を備えたイオン注入装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6903350B1 (en) | 2004-06-10 | 2005-06-07 | Axcelis Technologies, Inc. | Ion beam scanning systems and methods for improved ion implantation uniformity |
| US20080173828A1 (en) * | 2007-01-19 | 2008-07-24 | Denso Corporation | Ion implantation device and method for implanting ions |
| KR100918434B1 (ko) * | 2007-10-16 | 2009-09-24 | 주식회사 쎄크 | 주사전자현미경 |
| US9564297B2 (en) * | 2013-05-16 | 2017-02-07 | Applied Materials, Inc. | Electron beam plasma source with remote radical source |
| US9721760B2 (en) | 2013-05-16 | 2017-08-01 | Applied Materials, Inc. | Electron beam plasma source with reduced metal contamination |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0405855A3 (en) * | 1989-06-30 | 1991-10-16 | Hitachi, Ltd. | Ion implanting apparatus and process for fabricating semiconductor integrated circuit device by using the same apparatus |
| US5466929A (en) * | 1992-02-21 | 1995-11-14 | Hitachi, Ltd. | Apparatus and method for suppressing electrification of sample in charged beam irradiation apparatus |
| US5177366A (en) * | 1992-03-06 | 1993-01-05 | Eaton Corporation | Ion beam implanter for providing cross plane focusing |
| JP3054302B2 (ja) * | 1992-12-02 | 2000-06-19 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | イオン注入中の半導体ウェハにおける帯電を低減するプラズマ放出システム |
| JP2842344B2 (ja) * | 1995-11-14 | 1999-01-06 | 日本電気株式会社 | 中性粒子ビーム処理装置 |
| US5892236A (en) * | 1997-07-09 | 1999-04-06 | Bridgestone Corporation | Part for ion implantation device |
-
1998
- 1998-03-27 JP JP08214798A patent/JP3717301B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-08-28 US US09/143,101 patent/US6191427B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002279928A (ja) * | 2001-03-15 | 2002-09-27 | Nissin Electric Co Ltd | イオンビーム照射装置の運転方法およびイオンビーム照射装置 |
| JP2011187403A (ja) * | 2010-03-11 | 2011-09-22 | Nissin Ion Equipment Co Ltd | 非対称なアインツェルレンズを有するビーム偏向器を備えたイオン注入装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6191427B1 (en) | 2001-02-20 |
| JP3717301B2 (ja) | 2005-11-16 |
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