JPS6157652B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6157652B2 JPS6157652B2 JP54169610A JP16961079A JPS6157652B2 JP S6157652 B2 JPS6157652 B2 JP S6157652B2 JP 54169610 A JP54169610 A JP 54169610A JP 16961079 A JP16961079 A JP 16961079A JP S6157652 B2 JPS6157652 B2 JP S6157652B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion implantation
- acceleration energy
- impurity
- scanning
- ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
- H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、深さ方向に一様な濃度分布を有する
不純物層を自動的に形成可能なイオン注入装置に
関する。
不純物層を自動的に形成可能なイオン注入装置に
関する。
第１図に示すようにシリコン半導体ウエハ２の
表面をＸ方向およびＹ方向に２次元的走査して不
純物イオンを注入するイオン注入装置によれば、
イオンビーム（その軌跡を破線４で示す）の加速
エネルギが一定であれば該ウエハ２の表面から一
定深さに濃度のピークを有する薄い不純物層が形
成される。この不純物層の深さ方向の厚みを増大
して、第２図のように深さ方向に所望とする厚み
を有する一定濃度の不純物層を得るためには、加
速エネルギＥをE1からEnへ順次切換えてｎ回の
注入工程を経ればよい。通常のイオン注入装置に
は加速エネルギＥを手動調整するつまみが取付け
られているので上記の操作はオペレータが該つま
みを操作して行なうことができるが、加速エネル
ギE1でのイオン打込みを所定時間、また加速エ
ネルギE2でのイオン打込みを所定時間、以下こ
れを加速エネルギEnでのイオン打込みまでｎ回
繰り返すことは甚だ煩雑である。加速エネルギの
変化率E2―E1等を大きくするに従つてｎを小に
すれば上記手動処理は比較的簡単になろうが、ｎ
を小にすれば当然深さ方向の不純物濃度の変化が
大になる。
表面をＸ方向およびＹ方向に２次元的走査して不
純物イオンを注入するイオン注入装置によれば、
イオンビーム（その軌跡を破線４で示す）の加速
エネルギが一定であれば該ウエハ２の表面から一
定深さに濃度のピークを有する薄い不純物層が形
成される。この不純物層の深さ方向の厚みを増大
して、第２図のように深さ方向に所望とする厚み
を有する一定濃度の不純物層を得るためには、加
速エネルギＥをE1からEnへ順次切換えてｎ回の
注入工程を経ればよい。通常のイオン注入装置に
は加速エネルギＥを手動調整するつまみが取付け
られているので上記の操作はオペレータが該つま
みを操作して行なうことができるが、加速エネル
ギE1でのイオン打込みを所定時間、また加速エ
ネルギE2でのイオン打込みを所定時間、以下こ
れを加速エネルギEnでのイオン打込みまでｎ回
繰り返すことは甚だ煩雑である。加速エネルギの
変化率E2―E1等を大きくするに従つてｎを小に
すれば上記手動処理は比較的簡単になろうが、ｎ
を小にすれば当然深さ方向の不純物濃度の変化が
大になる。
本発明にかゝるイオンビームをいわば３次元的
に走査して所定厚み内均一濃度の不純物層の形成
を自動的に行なおうとするもので、イオンビーム
の加速エネルギＥを第２図の例であればE1≦E2
≦Enの範囲で連続的に変化させ、かつそれを複
数回自動的に繰り返す。この場合ウエハ２の内部
d1〜dn内で実用上均一な濃度分布が得られるよ
うにするためには、加速エネルギＥの変化周波数
（速度）Eには、イオンビームのＸ，Ｙ方向の走
査周波数（速度）X，Yに対し一定の制約を設
ける。即ち本発明は半導体ウエハ表面をＸ方向お
よびＹ方向に２次元的に走査して不純物イオンを
注入するイオン注入装置において、該イオン加速
エネルギを予め設定された範囲内で、且つＸ方向
走査およびＹ方向走査のうちいずれか遅い方の走
査速度の1/10以下の速度またはそれらのいずれか
速い方の走査速度の10倍以上の速度で連続的に変
化させるようにしてなることを特徴とするもので
あるが、以下図示の実施例を参照しながらこれを
詳細に説明する。
に走査して所定厚み内均一濃度の不純物層の形成
を自動的に行なおうとするもので、イオンビーム
の加速エネルギＥを第２図の例であればE1≦E2
≦Enの範囲で連続的に変化させ、かつそれを複
数回自動的に繰り返す。この場合ウエハ２の内部
d1〜dn内で実用上均一な濃度分布が得られるよ
うにするためには、加速エネルギＥの変化周波数
（速度）Eには、イオンビームのＸ，Ｙ方向の走
査周波数（速度）X，Yに対し一定の制約を設
ける。即ち本発明は半導体ウエハ表面をＸ方向お
よびＹ方向に２次元的に走査して不純物イオンを
注入するイオン注入装置において、該イオン加速
エネルギを予め設定された範囲内で、且つＸ方向
走査およびＹ方向走査のうちいずれか遅い方の走
査速度の1/10以下の速度またはそれらのいずれか
速い方の走査速度の10倍以上の速度で連続的に変
化させるようにしてなることを特徴とするもので
あるが、以下図示の実施例を参照しながらこれを
詳細に説明する。
第３図は本発明の一実施例を示す概要構成図
で、６はイオン源、８はイオン源６から引出され
た不純物イオンのうち所望とするものだけを通過
させるアナライザマグネツト、１０はマグネツト
８を通過したイオンビーム１２を加速する加速器
であり、加速器１０で加速されたイオンビーム１
２が試料室１４内のウエハ２に照射される。尚、
イオンビーム１２に対するＸ，Ｙ方向の偏向系は
省略してあるが、第１図と同様に２次元的に走査
するものである。このイオン注入装置において電
子ビーム１２に加えられる加速エネルギＥは、高
電圧出力端子１６に接続される可変電源装置１８
により自動的に変化させられる。第４図は可変電
源装置１８の構成例を示すもで、２０は低電圧入
力端子である。該入力端子２０からの低電圧ＶL
は電力供給回路２２、電圧制御回路２４を通して
例えばコツククロフト型の高電圧昇圧回路２６に
導びかれ、ここで50KV〜400KVの高電圧ＶHに昇
圧される。高電圧昇圧回路２６の入力は低電圧Ｖ
Lそのままでなく、電圧制御回路２４で制御され
た低電圧V′Lである。この低電圧V′Lは、高電圧
ＶHの一部を高抵抗で分圧して帰環するフイード
バツク回路２８の出力と、シグナルジエネレータ
または発振器３０からの周波数Eなる鋸歯状も
しくは３角波状の掃引波形出力とを比較回路３２
で比較した結果に基いて、低電圧ＶLの値を変化
させたものである。従つて、低電圧V′Lを昇圧し
た高電圧昇圧回路２６の出力ＶHは発振器３０の
出力Eと同様の速度で50KV〜400KVの範囲で連
続的に、そして繰り返し変化する。
で、６はイオン源、８はイオン源６から引出され
た不純物イオンのうち所望とするものだけを通過
させるアナライザマグネツト、１０はマグネツト
８を通過したイオンビーム１２を加速する加速器
であり、加速器１０で加速されたイオンビーム１
２が試料室１４内のウエハ２に照射される。尚、
イオンビーム１２に対するＸ，Ｙ方向の偏向系は
省略してあるが、第１図と同様に２次元的に走査
するものである。このイオン注入装置において電
子ビーム１２に加えられる加速エネルギＥは、高
電圧出力端子１６に接続される可変電源装置１８
により自動的に変化させられる。第４図は可変電
源装置１８の構成例を示すもで、２０は低電圧入
力端子である。該入力端子２０からの低電圧ＶL
は電力供給回路２２、電圧制御回路２４を通して
例えばコツククロフト型の高電圧昇圧回路２６に
導びかれ、ここで50KV〜400KVの高電圧ＶHに昇
圧される。高電圧昇圧回路２６の入力は低電圧Ｖ
Lそのままでなく、電圧制御回路２４で制御され
た低電圧V′Lである。この低電圧V′Lは、高電圧
ＶHの一部を高抵抗で分圧して帰環するフイード
バツク回路２８の出力と、シグナルジエネレータ
または発振器３０からの周波数Eなる鋸歯状も
しくは３角波状の掃引波形出力とを比較回路３２
で比較した結果に基いて、低電圧ＶLの値を変化
させたものである。従つて、低電圧V′Lを昇圧し
た高電圧昇圧回路２６の出力ＶHは発振器３０の
出力Eと同様の速度で50KV〜400KVの範囲で連
続的に、そして繰り返し変化する。
この場合発振器３０の出力Eの周波数は、E
≫X，YまたはE≪X，Yに制限する。例
えばX≦YであればE≦X／10またはE≧
10Yに選定するのが好ましい。E≦X／10な
る条件は、不純物をウエハ２全面に対し深さd1の
所に打込み、次に同様にウエハ全面に対し深さd2
の所に打込み、以下これを繰り返してウエハ全面
に対しかつ深さd1〜dnに亘つて曲線C1で示され
るレベルの不純物濃度を得ようとするものであ
る。これに対しE≧10Yなる条件は、不純物濃
度が表面層から所要とする深さまで一様となつた
柱状の不純物層を先ず作り、これを順次ウエハ２
全面に拡げて同様の濃度分布を得ようとするもの
であり、結果的には同じである。これに対し、
X／10＜E＜10Yに選定した場合には、X，
YとEが近づくことからむらが生じ、ウエハ内部
で３次元的に均一な濃度分布が得られない恐れが
あり、実用的ではない。
≫X，YまたはE≪X，Yに制限する。例
えばX≦YであればE≦X／10またはE≧
10Yに選定するのが好ましい。E≦X／10な
る条件は、不純物をウエハ２全面に対し深さd1の
所に打込み、次に同様にウエハ全面に対し深さd2
の所に打込み、以下これを繰り返してウエハ全面
に対しかつ深さd1〜dnに亘つて曲線C1で示され
るレベルの不純物濃度を得ようとするものであ
る。これに対しE≧10Yなる条件は、不純物濃
度が表面層から所要とする深さまで一様となつた
柱状の不純物層を先ず作り、これを順次ウエハ２
全面に拡げて同様の濃度分布を得ようとするもの
であり、結果的には同じである。これに対し、
X／10＜E＜10Yに選定した場合には、X，
YとEが近づくことからむらが生じ、ウエハ内部
で３次元的に均一な濃度分布が得られない恐れが
あり、実用的ではない。
第５図は本発明のイオン注入装置で製造したバ
イポーラICのアイソレーシヨン構造である。基
板４０はｐ型シリコン半導体であり、その表面に
n-型のエピタキシヤル層４２が成長される。n+
型の埋込層４４は各トランジスタのコレクタ領域
であり、それらの間は深いp+型の素子間分離領
域４６で分離される。本発明ではこの分離領域４
６をイオン注入で形成する。例えばモリブデン層
４８をマスクにボロン（Ｂ＋）を３×1015cm-2で
イオン注入する。この場合の条件はE〓１Hz，
X〓100Hz，Y〓1KHzであり、またＶHを50KV
〜400KVの範囲で可変して、イオンビーム１２に
50KeV〜400KeVの範囲の加速エネルギを連続的
に変化させて与えた。この結果n-型層４２の表
面から基板深部にかけて厚み0.9μｍのp+型分離
領域４６が形成され、その濃度分布は３次元的に
3.5×1019cm-3（±10％以内）であり、略均一であ
つた。
イポーラICのアイソレーシヨン構造である。基
板４０はｐ型シリコン半導体であり、その表面に
n-型のエピタキシヤル層４２が成長される。n+
型の埋込層４４は各トランジスタのコレクタ領域
であり、それらの間は深いp+型の素子間分離領
域４６で分離される。本発明ではこの分離領域４
６をイオン注入で形成する。例えばモリブデン層
４８をマスクにボロン（Ｂ＋）を３×1015cm-2で
イオン注入する。この場合の条件はE〓１Hz，
X〓100Hz，Y〓1KHzであり、またＶHを50KV
〜400KVの範囲で可変して、イオンビーム１２に
50KeV〜400KeVの範囲の加速エネルギを連続的
に変化させて与えた。この結果n-型層４２の表
面から基板深部にかけて厚み0.9μｍのp+型分離
領域４６が形成され、その濃度分布は３次元的に
3.5×1019cm-3（±10％以内）であり、略均一であ
つた。
この様な深い分離領域４６は熱拡散によつても
得られるが、この場合には表面から深部に向かつ
て濃度が順次薄くなり均一な分布が得られないば
かりでなく、横方向にも拡散するので集積度が低
下する。しかしイオン注入によれば横方向の拡が
りを阻止することができ、しかも本発明のように
加速エネルギ変化を自動化すれば深さ方向に均一
な濃度分布が確実に得られる。また本発明によれ
ば第６図のような濃度分布も簡単に得られる。同
図の，はそれぞれ第２図の分布パターンC1
を、走査回数および加速エネルギ変化範囲を異な
らせて得たものであり、表面側の不純物濃度が低
く、深部側の不純物濃度が高い濃度分布を持ち表
面側からの不純物拡散では到底得られないもので
ある。
得られるが、この場合には表面から深部に向かつ
て濃度が順次薄くなり均一な分布が得られないば
かりでなく、横方向にも拡散するので集積度が低
下する。しかしイオン注入によれば横方向の拡が
りを阻止することができ、しかも本発明のように
加速エネルギ変化を自動化すれば深さ方向に均一
な濃度分布が確実に得られる。また本発明によれ
ば第６図のような濃度分布も簡単に得られる。同
図の，はそれぞれ第２図の分布パターンC1
を、走査回数および加速エネルギ変化範囲を異な
らせて得たものであり、表面側の不純物濃度が低
く、深部側の不純物濃度が高い濃度分布を持ち表
面側からの不純物拡散では到底得られないもので
ある。
以上述べたように本発明によれば、所望とする
厚みを有する不純物層の深さ方向の不純物濃度を
均一にするイオン注入が自動的になされるので、
同種のウエハを量産する場合に効果的である。
厚みを有する不純物層の深さ方向の不純物濃度を
均一にするイオン注入が自動的になされるので、
同種のウエハを量産する場合に効果的である。
第１図はシリコンウエハに対する不純物イオン
の注入法を示す説明図、第２図は深さ方向に均一
な不純物濃度分布の説明図、第３図は本発明の一
実施例を示す概要構成図、第４図は第３図の可変
電源装置を示すブロツク図、第５図は本発明装置
により製造されたバイポーラICのアイソレーシ
ヨン構造を示す断面図、第６図は不純物濃度分布
の他の例を示す説明図である。 図中、２はウエハ、１２はイオンビーム、１８
は可変電源装置、３０は発振器である。
の注入法を示す説明図、第２図は深さ方向に均一
な不純物濃度分布の説明図、第３図は本発明の一
実施例を示す概要構成図、第４図は第３図の可変
電源装置を示すブロツク図、第５図は本発明装置
により製造されたバイポーラICのアイソレーシ
ヨン構造を示す断面図、第６図は不純物濃度分布
の他の例を示す説明図である。 図中、２はウエハ、１２はイオンビーム、１８
は可変電源装置、３０は発振器である。
Claims (1)
- １ 半導体ウエハ表面をＸ方向およびＹ方向に２
次元的に走査して不純物イオンを注入するイオン
注入装置において、該イオンの加速エネルギを予
め設定された範囲内で、且つＸ方向走査およびＹ
方向走査のうちいずれか遅い方の走査速度の1/10
以下の速度またはそれらのいずれか速い方の走査
速度の10倍以上の速度で連続的に変化させるよう
にしてなることを特徴とするイオン注入装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16961079A JPS5693314A (en) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | Ion injector |
| EP80107965A EP0031546B1 (en) | 1979-12-26 | 1980-12-17 | Ion implantation apparatus |
| DE8080107965T DE3070563D1 (de) | 1979-12-26 | 1980-12-17 | Ion implantation apparatus |
| US06/217,758 US4410801A (en) | 1979-12-26 | 1980-12-18 | Ion implantation equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16961079A JPS5693314A (en) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | Ion injector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5693314A JPS5693314A (en) | 1981-07-28 |
| JPS6157652B2 true JPS6157652B2 (ja) | 1986-12-08 |
Family
ID=15889680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16961079A Granted JPS5693314A (en) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | Ion injector |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4410801A (ja) |
| EP (1) | EP0031546B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5693314A (ja) |
| DE (1) | DE3070563D1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5911988B2 (ja) * | 1980-01-23 | 1984-03-19 | 株式会社日立製作所 | イオン打込み方法 |
| JPS5913012A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-23 | Kawasaki Steel Corp | 溶鉄精錬用吹管羽口の保護方法 |
| JPS59132136A (ja) * | 1983-01-19 | 1984-07-30 | Hitachi Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2724459B2 (ja) * | 1987-06-05 | 1998-03-09 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 半導体集積回路装置の製造方法 |
| JP3102550B2 (ja) * | 1996-01-31 | 2000-10-23 | 日本電気株式会社 | イオン注入シミュレーション方法 |
| US6229148B1 (en) * | 1997-08-11 | 2001-05-08 | Micron Technology, Inc. | Ion implantation with programmable energy, angle, and beam current |
| US6767809B2 (en) * | 2002-11-19 | 2004-07-27 | Silterra Malayisa Sdn. Bhd. | Method of forming ultra shallow junctions |
| JP2024529935A (ja) * | 2021-08-05 | 2024-08-14 | アクセリス テクノロジーズ， インコーポレイテッド | 混合エネルギーイオン注入 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE138589C (ja) * |
-
1979
- 1979-12-26 JP JP16961079A patent/JPS5693314A/ja active Granted
-
1980
- 1980-12-17 DE DE8080107965T patent/DE3070563D1/de not_active Expired
- 1980-12-17 EP EP80107965A patent/EP0031546B1/en not_active Expired
- 1980-12-18 US US06/217,758 patent/US4410801A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4410801A (en) | 1983-10-18 |
| EP0031546A2 (en) | 1981-07-08 |
| EP0031546A3 (en) | 1981-07-22 |
| JPS5693314A (en) | 1981-07-28 |
| DE3070563D1 (de) | 1985-05-30 |
| EP0031546B1 (en) | 1985-04-24 |
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