JPS5816747B2

JPS5816747B2 - イオン注入装置

Info

Publication number: JPS5816747B2
Application number: JP52129271A
Authority: JP
Inventors: 大村八通
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-10-28
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1983-04-01
Also published as: JPS5462785A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はイオン注入装置に係り、特に大面積のターゲ
ットの広い範囲にわたって均一な深さでイオンを注入し
得るようにしたイオン注入装置に関する。

最近、半導体工業の分野でイオン注入法が盛んに用いら
れている。

イオン注入装置としては、イオン発生源から導出される
イオンビームの直径がせいぜい数ｍｍφ程度であるため
、これを直径５０〜１００＋＋ｍφ程度の半導体ウニ／
Ｓ面に均一に照射する必要上から従来より次のような方
式がとられている。

（１）イオンビームを静電的にＸ、Ｙ方向に偏向走査さ
せ、半導体ウェハの表面にイオンビームを一様に描写さ
せる方式、（２）イオンピームラ走査せず、代りに半導
体ウェハをＸ、Ｙ方向に走査する方式、（３）イオンビ
ームをＸ方向またはＹ方向のいずれか一方にのみ走査し
、他方には半導体ウニ・・を移動する方式。

これらのうち、（２）の方式はイオンビームの時間的安
定性を前提としたもので、注入量の精度が問題となる場
合は、通常（１）または（３）の方式が用いられる。

しかし、（１）ｔ（３）の方式は（２）の方式に比
べてイオン注入量の一様性が改善されるとはいえ、一様
性が保証される半導体ウェハの大きさは３０ｍｍφ程度
が限度である。

これ以上、半導体ウェハが大きくなると、イオン注入に
よる不純物ドープ層の深さがウニ・・周辺部で浅くなり
、そのウェハから多数のチップを切り出した場合に、中
心部と周辺部とで特性が大幅にずれる、といった問題が
生じる。

殊に、薄い酸化膜を通してイオン注入を行う場合、ウニ
・・周辺部での基板への不純物ドープ量が著しく少なく
なる。

これは、偏向走査されたイオンビームがウェハ周辺部に
入射する場合、ウェハ表面に対して垂直方向から大きく
傾斜する結果、ウェハ中でのイオンの飛程が浅くなるた
めである。

この発明は上記した点に鑑みてなされたもので、イオン
ビームを偏向走査して大面積のターゲット、例えば半導
体ウニ・・にイオン注入を行う場合に、広い範囲にわた
って均一な深さでドーピングできるようにしたイオン注
入装置を提供するものである。

即ち、この発明では、イオンビームを偏向走査するに当
って、偏向角に応じてターゲットに対する相対的加速エ
ネルギーを制御する手段を備え、イオンビームがターゲ
ットに対して斜め方面から入射することによるイオン注
入層の垂直方向深さの減少を補償するようにしたことを
特徴としている。

以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

図は前段および後段加速の場合の一実施例の概略構成を
示すもので、１は半導体ウニ・・、２は偏向電極群、３
は電極群２に鋸歯状波に近い重圧を与える偏向電圧発生
器であり、イオンビーム４をホモおよび垂直方向に偏向
走査して半導体ウェハ１表面にイオン注入を行うように
なっている。

通常のイオン注入装置がそうであるように、単結晶のチ
ャンネリング現象を避けるため半導体つ工・・１は偏向
走査してないときのイオンビーム方向に対して数度傾け
て保持している。

従って、偏向走査の中心Ｏと半導体ウニ・・１の中心α
を結ぶ直線は半導体ウニ・・１に垂直ではなく、垂線は
点Ａと交わる。

い捷イオンビーム４が点Ｂに照射されているとして直線
ＯＡとＯＢのなす角をθとする。

この発明では、このような状態において、イオンビーム
４の半導体ウニ・・１に対する相対的加速エネルギーが
Ｅ／ｃｏｓθとなるように制御する。

ことに、Ｅはイオンビーム４が点Ａに照射されるときの
半導体ウニ・・１に対する相対的加速エネルギーである
。

この加速エネルギーの制御は、偏向電極群２に入る前の
前段加速電圧を一定として後段加速電圧発生器５により
行う。

即ち、偏向電圧発生器３から角度θに対応する信号を得
て後段加速電圧発生器５に送り、後段加速電圧発生器５
は角度θに応じて半導体ウニ・・１の電位を（ｃｏｓ＃
−Ｅ）に設定するようになっている。

このような構成とすれば、半導体ウニ・・１が大面積で
あって、例えば表面に薄い酸化膜が被覆されていて、こ
の酸化膜を通してイオン注入を行う場合であっても、半
導体ウニ・・１の中心部から周辺部まで均一な深さの不
純物ドープ層を形成することができる。

この構成により、均一性のよいイオン注入が可能となる
理由は次のように考えられる。

同一加速エネルギーで、イオンビームを半導体ウニ・・
に垂直に照射する場合と垂直方向から角度θだけ傾けて
照射する場合とでは、半導体ウェハ中での表面から測っ
たイオンの飛程は前者に対して後者の場合ｃｏｓθ倍に
減じる。

従って、この飛程が半導体ウニ・・表面の酸化膜厚程度
の場合には、半導体ウェハにドープされる不純物が非常
に少なくなってしまう。

実施例のように、イオンビームの相対的加速エネルギー
を、イオンビームが半導体ウニ・・に対して垂直方向の
場合に１として角度θ傾いた場合に１／ｃｏｓθ倍とす
ることでイオン注入の均一性が得られるのは、加速エネ
ルギーのある範囲で考えると、加速エネルギーに対して
イオンビームの入射方向の飛程が大略比例するからであ
る。

従って、半導体ウニ・・の周辺でのイオンのウニ・・中
への飛程のＣＯＳθ倍の減少が加速エネルギーの１／ｃ
ｏｓθの増加によって補償され、深さ方向の飛程かウェ
ハ全面で一定に保たれることになる。

実験テークによりこの発明の効果を明らかにする。

直径１００朋φ、比抵抗的２０Ω−ＣｒｆＬのＰ型Ｓｉ
ウェハを用い、これに約１０００人のゲート酸化膜をつ
け、偏向電極群から１ｍ離れた位置で図の直線ＯＯ′に
直交させてウエノ・を保持して、ボロンイオンを３０Ｋ
Ｖで６Ｘ１０１１／ｃｒｔｉ照射し、多結晶シリコ
ンゲートおよびソース、ドレインを形成してｎチャンネ
ルＭＯ８＋−ランジスタを作った。

イオンビームは一定の加速電圧の下でラスク走査を行っ
た。

この結果、トランジスタのしきい値電圧はウニ・・中心
部で＋１６７Ｖであり、端付近では＋１．６０Ｖであっ
た。

同様のウニ・・を直線ＯＯ′に対して７°傾けて保持し
、同様のイオン注入を行ってｎチャンネルＭＯＳトラン
ジスタを作った結果、しきい値電圧はウェハ中心部で＋
１．６６Ｖ、走査の中心から最も遠い端付近で＋１．５
０Ｖであった。

次に、図の実施例の装置を使用して同様のウェハに同様
のｎチャンネルＭＯＳトランジスタラ作った場合、（１
）直線ＯＯ′に直交させてウェハを保持したときには、
しきい値はウニ・・全面にわたって＋１．６６〜＋１．
６８Ｖに収まり、（２）直線ｏｏ’に対して７°傾けて
ウニ・・を保持したときには、しきい値はウェハ全面に
わたって＋１．６５〜＋１．６７Ｖに収まった。

なお、実施例ではイオンビーム４の半導体ウニ・・１に
対する相対的加速エネルギーを、前段での加速エネルギ
ーを一定に保ち、後段で加速電圧発生器５によりウニ・
・１の電位を制御することで、全体として角度θに応じ
て変化させるようにした。

しかし、相対的加速エネルギーが１／ｃｏｓθとなるよ
うに前段加速電圧を制御してもよいことは当然である。

ただし、この場合、イオンビームをウニ・・上のある位
置に照射するだめの偏向電圧の太きさが実施例とは異な
ってくる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明に係るイオン注入装置の一例の要部構成を
示すものである。１・・・・・・半導体ウニ・・（ターゲット）、２・・
・・・・偏向電極群、３・・・・・・偏向電圧発生器、
４・・・・・・イオンビーム、５・・・・・・後段加速
電圧発生器。

Claims

【特許請求の範囲】

１イオンビームを偏向走査してターゲツト面の所定範
囲にイオン注入を行う装置において、イオンビームが走
査の中心点よりターゲツト面に下した垂線からθだけ偏
向されたときのターゲットに対する相対的加速エネルギ
ーが、上記イオンビームが上記垂線上にあるときのそれ
に対して１／ｒ：ｏｓθとなるように、イオンビームの
ターゲットに対する相対的加速エネルギーを制御する手
段を備え、上記ターゲットに注入されるイオンの注入深
さを均一化することを特徴とするイオン注入装置。