JPS59196600A - Neutral particle implanting method and its device - Google Patents
Neutral particle implanting method and its deviceInfo
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- JPS59196600A JPS59196600A JP58070233A JP7023383A JPS59196600A JP S59196600 A JPS59196600 A JP S59196600A JP 58070233 A JP58070233 A JP 58070233A JP 7023383 A JP7023383 A JP 7023383A JP S59196600 A JPS59196600 A JP S59196600A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はイオン注入法のイオンに変えて高エネルギーの
中性粒子を用いた物質注入法、およびそのための装置に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a material implantation method using high-energy neutral particles instead of ions in an ion implantation method, and an apparatus for the same.
イオン注入法は他の熱拡散法や溶融法に比べ低温で各種
物質を対象物質に注入が可能で、注入量や注入深さや分
布等の制御性が良く、さらに、他の方法では不可能であ
った物質の注入や溶解度以上の物質注入ができる等の利
点があり、半導体素子製造工程における不純物注入を初
めとして、物質表面の硬化や摩擦係数の制御、物質の合
成等に広く用いられている。しかしながら、上記の用途
において注入物質がイオンであることは本質的には必要
では無く、単にエネルギーの付加および注入物質流の計
測制御のためにイオン化が必要とされるに過ぎない。Compared to other thermal diffusion methods and melting methods, the ion implantation method allows various substances to be injected into the target material at a lower temperature, and it has better control over the injection amount, implantation depth, distribution, etc. It has the advantage of being able to inject substances with a certain level of solubility or higher solubility, and is widely used for impurity injection in semiconductor element manufacturing processes, hardening of material surfaces, controlling the coefficient of friction, and synthesis of materials. . However, in the above-mentioned applications, it is not essentially necessary that the implanted material be ions; ionization is merely required for the addition of energy and the metering control of the implanted material flow.
一方、イオンによって物質注入を行うことにより、対象
物質が電気的に絶縁体の場合には帯電が生じ、それによ
って種々の不都合が起きる。On the other hand, when a target substance is electrically insulated by implanting a substance using ions, charging occurs, which causes various problems.
例えば半導体素子の場合にはMO8IC!のゲート酸化
膜の絶縁破壊が生ずる。特に最近は従来より高濃度のイ
オン注入が行われるようになり、他方、半導体素子の高
集積化に伴ないゲート酸化膜はさらに薄くなる傾向にあ
るので、イオン注入による絶縁破壊がますます生じやす
くなっている。For example, in the case of semiconductor devices, MO8IC! Dielectric breakdown of the gate oxide film occurs. In particular, recently, ion implantation has become more concentrated than before, and gate oxide films tend to become thinner as semiconductor devices become more highly integrated, making dielectric breakdown due to ion implantation more likely to occur. It has become.
また、新しい物質の合成には半導体素子製造工程におけ
る不純物注入等に比較して桁違いに多い注入量が必要と
されるため帯電の程度も大きくなり、絶縁物に対するイ
オン注入法の適用を難しくしている。イオン注入による
帯電を防止するため電子ビームを同時に照射する方法が
提案されているが、注入面全域に過不足なくイオンの電
荷を中和するように電子ビームを照射することが難しい
ことや、電子ビームを照射することによる加熱等が問題
となる。Furthermore, synthesis of new materials requires an order of magnitude higher implantation amount than impurity implantation in the semiconductor device manufacturing process, which increases the degree of charging, making it difficult to apply ion implantation to insulators. ing. A method of simultaneously irradiating an electron beam to prevent charging due to ion implantation has been proposed, but it is difficult to irradiate the entire implanted surface with the electron beam in a manner that neutralizes the ion charge. Heating caused by beam irradiation becomes a problem.
本発明はイオン注入法の上記の点に鑑みなされたもので
、注入物質粒子を必要なエネルギーに加速することや他
の物質成分との分離はイオンの状態で行い、しかる後に
イオンを中性化することにより、電気的に絶縁体である
対象物質に対しても帯電を防ぎつ\物質注入ができる方
法及び装置を提供することを目的とするものである。以
下本発明について図に基づき説明する。The present invention was developed in view of the above points of the ion implantation method, and the implanted material particles are accelerated to the required energy and separated from other material components in the ion state, and then the ions are neutralized. By doing so, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus that can inject a substance into a target substance that is an electrical insulator while preventing charging. The present invention will be explained below based on the drawings.
第1図は本発明の実施例の原理図で、1はイオン源、2
は質量分離用磁石、8は注入すべき物質の粒子ビ〒ム、
4は中性化のためのガス室、5は対象物質、6は移動台
、7は注入室である。Figure 1 is a principle diagram of an embodiment of the present invention, where 1 is an ion source, 2 is an ion source, and 2 is an ion source.
is a mass separation magnet, 8 is a particle beam of the substance to be injected,
4 is a gas chamber for neutralization, 5 is a target substance, 6 is a moving table, and 7 is an injection chamber.
ガス室4に入射するまでは通常のイオン注入の場合と全
く同様に、必要なエネルギーにイオンを加速し注入すべ
き物質の成分のみが質量分離される。ガス室4内に入射
したイオンは、ガス室4内の気体分子または原子と電荷
交換を行って大部分が中性化される。通常イオン注入が
行われる数10KeV以上のエネルギーにおいては、こ
の反応によるビームの散乱及びエネルギー損失は多くの
場合無視できる程度である。入射ビームの一部はイオン
のままガス室4を通過するが、大部分が中性化されるの
でビーム照射による帯電を、通常のイオン注入の場合に
比べ大幅に軽減できる。Until the ions enter the gas chamber 4, the ions are accelerated to the required energy and only the components of the substance to be implanted are mass separated, just as in the case of normal ion implantation. The ions that have entered the gas chamber 4 undergo charge exchange with gas molecules or atoms within the gas chamber 4, and most of them are neutralized. At energies of several tens of KeV or higher, at which ion implantation is normally performed, beam scattering and energy loss due to this reaction are often negligible. A portion of the incident beam passes through the gas chamber 4 as ions, but most of the beam is neutralized, so that charging due to beam irradiation can be significantly reduced compared to the case of normal ion implantation.
また、中性化のための気体の供給を止めガス室4内を高
真空に排気すれば、そのままで通常のイオン注入を行う
ことができる。Further, if the supply of gas for neutralization is stopped and the inside of the gas chamber 4 is evacuated to a high vacuum, normal ion implantation can be performed as is.
中性化された粒子はイオンと異なり、電界や磁界の作用
を受けない。従って、中性化ビームを広い面積にわたっ
て照射するためには対象物質5を機械的に移動させて走
査する。Unlike ions, neutralized particles are not affected by electric or magnetic fields. Therefore, in order to irradiate a wide area with the neutralizing beam, the target material 5 is mechanically moved and scanned.
ガス室4を通過したビームよりイオンを電界または磁界
を用いて偏向し取り除けば、さらに、ビーム照射による
帯電を少なくすることができる0
第2図はこの場合の原理図で、中性化ガス室と偏向部分
のみを示し、8はガス室に入射する粒子ビーム、4はガ
ス室、5は対象物質、8は差動排気系、9は偏向電極、
10は中性化されたビーム成分、12は7アラデーケー
ジである。イオンビーム8がガス室4に入射するまでは
第1図に示した実施例あるいは通常のイオン注入の場合
と同様である。ガス室4を通過したビームのうち、中性
化されないでイオンのまま残った成分11は偏向電極間
の電界によって曲げられ、中性粒子10のみが対象物質
5に照射されるので、第1図に示した実施例の場合より
、さらに、帯電を少なくできる。中性化されたビーム1
0を広4−
い面積に照射したい場合には、対象物質5を機械的に移
動させて走査を行うことは、第1図に示した実施例と同
様である。ガス室4をイオンのまま通過する割合は条件
を変えなければ一定であるので、偏向されたイオンビー
ムの電流をファラデーケージ12で測定することにより
、イオンビームの変動や対象物質5へ注入される中性粒
子10の量を間接的に知ることができる。さらに、ファ
ラデーケージ12の位置に対象物質5を置けば、中性粒
子注入と通常のイオン注入とを切り替えて、あるいは並
行して行うことが可能である。By deflecting and removing ions from the beam that has passed through the gas chamber 4 using an electric or magnetic field, it is possible to further reduce the charge caused by beam irradiation. Figure 2 shows the principle of this case. and shows only the deflection part, 8 is the particle beam incident on the gas chamber, 4 is the gas chamber, 5 is the target substance, 8 is the differential pumping system, 9 is the deflection electrode,
10 is a neutralized beam component and 12 is a 7 Alladay cage. The process until the ion beam 8 enters the gas chamber 4 is the same as in the embodiment shown in FIG. 1 or in normal ion implantation. Of the beam that has passed through the gas chamber 4, the components 11 that are not neutralized and remain as ions are bent by the electric field between the deflection electrodes, and only the neutral particles 10 are irradiated onto the target material 5. Electrification can be further reduced than in the case of the embodiment shown in . Neutralized beam 1
When it is desired to irradiate a wide area with 0, scanning is performed by mechanically moving the target substance 5, as in the embodiment shown in FIG. Since the rate at which ions pass through the gas chamber 4 as they are remains constant unless the conditions are changed, by measuring the current of the deflected ion beam with the Faraday cage 12, it is possible to determine the fluctuation of the ion beam and the amount of ions injected into the target material 5. The amount of neutral particles 10 can be indirectly known. Furthermore, by placing the target substance 5 at the position of the Faraday cage 12, it is possible to perform neutral particle injection and normal ion implantation alternately or in parallel.
正の電荷を持つイオンの中性化にはガス室を用いる以外
に、イオンビームの軽層に電子発生源を設けて行う方法
がある。この方法は通常のイオン注入のエネルギー範囲
では、ガス室法に比較して中性化の効率が悪くなるが排
気系の負担が軽くなる利点がある。さらに、ガス室法を
用いてもイオンのエネルギーが高くなると中性化の効率
艇悪くなるが、通常のイオン注入に用いられる正のイオ
ンに変えて負のイ°オンを用いればこの点が改善される
。また、負のイオンに対しては光照射による電子の脱離
を利用して、中性化を行うことができる。上記どの方法
を用いて中性化を行っても原理的に変りなく本発明を実
施することが可能である。In addition to using a gas chamber, there is a method for neutralizing positively charged ions by providing an electron generation source in the light layer of the ion beam. Although this method has lower neutralization efficiency than the gas chamber method in the energy range of normal ion implantation, it has the advantage of reducing the burden on the exhaust system. Furthermore, even when using the gas chamber method, the efficiency of neutralization decreases as the energy of the ions increases, but this point can be improved by using negative ions instead of the positive ions used in normal ion implantation. be done. Further, negative ions can be neutralized by utilizing electron desorption by light irradiation. No matter which of the above methods is used for neutralization, the present invention can be carried out without any change in principle.
第二図に示したように中性粒子だけを選別することによ
り、表面が絶縁体の対象物質5に対しても帯電を少なく
できるが、それだけでは完全に帯電を防ぐことはできな
い。その原因は注入される中性粒子のエネルギーにより
、対象物質5から二次電子が放出されるためである。こ
の二次電子のエネルギーははとんどが数eV以下である
から、対象物質が数evに帯電すれば二次電子放出は抑
制され、帯電はほぼその程度に止まる。しかしながら、
この帯電も問題となる場合には、対象物質5に二次電子
放出の抑制電界を与えて防ぐことができる。As shown in FIG. 2, by selecting only neutral particles, it is possible to reduce the charging of the target substance 5 whose surface is an insulator, but this alone cannot completely prevent charging. The reason for this is that secondary electrons are emitted from the target material 5 due to the energy of the injected neutral particles. Since the energy of these secondary electrons is generally below several eV, if the target substance is charged to several eV, secondary electron emission is suppressed and the charging stops at approximately that level. however,
If this charging also becomes a problem, it can be prevented by applying an electric field to the target substance 5 to suppress secondary electron emission.
第3図は対象物質からの二次電子放出を抑制する場合の
原理図で注入物質付近のみを示したものである。5は対
象物質、6は移動台、13は子抑制電極18の間の電界
によって抑制され、l門1.l−って二次電子放出によ
る対象物質の帯電を防止も帯電を防止しつ\イオン注入
法と同様な物質注入を行うことができる効果を有するも
ので、半導体素子製造、物質合成、表面処理技術の分野
に大きく貢献するものである。FIG. 3 is a diagram showing the principle of suppressing secondary electron emission from a target substance, and only shows the vicinity of the injection substance. 5 is the target substance, 6 is the moving stage, 13 is suppressed by the electric field between the child suppression electrodes 18, and the gate 1. l- has the effect of preventing charging of the target material due to secondary electron emission and can perform material injection similar to ion implantation, and is useful for semiconductor device manufacturing, material synthesis, and surface treatment. This will greatly contribute to the field of technology.
第1図は本発明の一実施例を説明するための原理図、第
2図は本発明をイオン中性粒子を分離して実施する例を
説明するための図、第3図は二次電子放出を抑制して本
発明を実施する例を説明するための図である。
図中、■はイオン源、2は質量分離用磁石、3は粒子ビ
ーム、4はガXス室、5は対象物孔、アーIC,=、:
、:、
のまま残ったビーム成分、12は7アラデーケン五jジ
、18は二次電子抑制電極、14は電源である。
−デー
58
矛2図
オ゛3図
+0 13 5 6
590−Figure 1 is a principle diagram for explaining one embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram for explaining an example of implementing the present invention by separating ionic and neutral particles, and Figure 3 is a diagram for explaining secondary electrons. It is a figure for explaining the example which suppresses release and implements this invention. In the figure, ■ is an ion source, 2 is a mass separation magnet, 3 is a particle beam, 4 is a gas chamber, 5 is an object hole, IC, =,:
, :, The remaining beam components are as follows: 12 is the 7 arade sensor, 18 is the secondary electron suppression electrode, and 14 is the power source. -Day 58 Spear 2 Figure 3 +0 13 5 6 590-
Claims (2)
射して物質注入を行う方法において、必要なエネルギー
に加速したイオンを中性粒子化し、前記対象物質に照射
することを特徴とする中性粒子注入法。(1) A method of material injection by irradiating a solid target material with a high-energy particle beam, characterized in that ions accelerated to the required energy are turned into neutral particles and irradiated to the target material. Particle injection method.
射して物質注入を行う装置において、イオンを必要なエ
ネルギーに加速した後に、イオンビームの経路に中性粒
子化するための中性化機能を備えたことを特徴とする中
性粒子注入装置0(2) Neutralization function for accelerating ions to the required energy and then converting them into neutral particles in the path of the ion beam in equipment that implants materials by irradiating a solid target material with a high-energy particle beam Neutral particle injection device 0 characterized by comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58070233A JPS59196600A (en) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | Neutral particle implanting method and its device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58070233A JPS59196600A (en) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | Neutral particle implanting method and its device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59196600A true JPS59196600A (en) | 1984-11-07 |
| JPH0223021B2 JPH0223021B2 (en) | 1990-05-22 |
Family
ID=13425637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58070233A Granted JPS59196600A (en) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | Neutral particle implanting method and its device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59196600A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63126220A (en) * | 1986-11-14 | 1988-05-30 | Mitsubishi Electric Corp | Impurity doping method |
| JPS63166221A (en) * | 1986-12-27 | 1988-07-09 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of semiconductor device |
| JPH02102654U (en) * | 1989-02-02 | 1990-08-15 | ||
| JP2013545353A (en) * | 2010-10-15 | 2013-12-19 | コミシリア ア レネルジ アトミック エ オ エナジーズ オルタネティヴズ | Heterogeneous acoustic structures formed from homogeneous materials |
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| JPS5787056A (en) * | 1980-09-24 | 1982-05-31 | Varian Associates | Method and device for strengthening neutralization of ion beam of positive charge |
-
1983
- 1983-04-21 JP JP58070233A patent/JPS59196600A/en active Granted
Patent Citations (2)
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| US9209779B2 (en) | 2010-10-15 | 2015-12-08 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Heterogenous acoustic structure formed from a homogeneous material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0223021B2 (en) | 1990-05-22 |
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