JPS63124355A - イオン注入装置及び方法 - Google Patents

イオン注入装置及び方法

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JPS63124355A
JPS63124355A JP61259605A JP25960586A JPS63124355A JP S63124355 A JPS63124355 A JP S63124355A JP 61259605 A JP61259605 A JP 61259605A JP 25960586 A JP25960586 A JP 25960586A JP S63124355 A JPS63124355 A JP S63124355A
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    • 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
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明はターゲット基板にイオンを注入するための装
置に関し、さらに詳しく言えば半導体ウェハ中にドーパ
ント不純物化学種の実質的に一様で比較的低注入量の注
入を行なう装置に関する。
〈発明の背景〉 イオン注入は今日ではソリッド・ステート半導体装置の
製造に描って使用される充分に確立された処理である。
これについては、例えば、ジョンウィリー アンド サ
ンズ インコーホレーテッド(John Wiley 
and 5onsJnc、 )  (ニューヨーク19
83年)より発行されたガンジー(S、に、Ghand
hi )氏の論文「VLSI Fabrication
 Pr1nciples jに示されている。イオン注
入処理およびそれに使用される装置についての更に詳細
はスプリンガー バーラグ(Springer −Ve
rlag ) (= ニーヨーク1982年)より発行
されたライゼル(HoRyssel )氏およびグロウ
イシエニンブ(G1awischtL+i間)  氏の
論文 r Iron iJ、njplaMt4t、1o
nTechni%ues J中に示されている。基本的
には、イオン注入装置(riイオン源と、イオン源のイ
オンを分析するための手段と、イオンをターゲット基板
に向けて加速するための手段と、イオン・ビームを基板
を横切って走査するための手段とからなる。
イオン源において、注入されるべきドーパント化学種(
dopant 5pecies )は固体、液体、ある
いは気体の形で与えられてイオン化される。同様に帯電
イオンは静電的に引出されてイオン・アナライザに導か
れ、そこでこの帯電イオンは特定のイオン化学種のビー
ムを生成するように磁石によって分離される。イオン・
アナライザから出たイオン・ビームは再び静電的に加速
されて、走査装置の偏向板間でターゲット基板に向けて
導かれる。
通常ターゲット基板は、ビーム電流と称されるパラメー
タを測定する電流積分器として知られる電流測定手段を
介してアースに接続されている。
安定した状態で動作するだめに、注入装置はイオン源が
ある最小出力を発生することが必要である。
この最小出力は10  アンペア程度の代表的なビーム
電流最小値に相当する。イオン注入量に等しい他のパラ
メータはターゲットにおけるビーム電流に正比例する。
実効的に低量の注入を行なうにはこれに対応して低ビー
ム電流を必要とする。例えば、金属酸化物半導体電界効
果トランジスタ(MOSFET)の製造時の通常の閾値
電圧調整用注入のような、ある種の半導体製造処理にお
けるある注入段階では、約lXl0”乃至5xlO”イ
オン/dの注入量が得られるようVC2,5xlO” 
アンペア程度の低ビーム電流を必要とする。従って、イ
オン化源は少なくとも106アンペアのビーム電流を生
成するので、ターゲットで2.5XIO−8アンペアを
実現するだめには何らかのビーム減衰装置を必要とする
。
ビーム減衰手段は通常ビーム通路中の゛可変スリット′
開孔を含むシャッタの形式を採っている。
しかしながら、このような可変スリット・シャッタは処
理についての重要な問題を生ずる。すなわち衝突するイ
オン・ビームによってシャッタ材料のスパッタリングと
静電的帯電を生じさせ、ビームの歪と汚染による注入の
不均一を生じさせる。
さらに、大幅に減衰されたビームは非常に狭い断面を持
ち、動作を均一に制御することは困難であるが、ターゲ
ット上のビームのX−Y走査を臨界的なものにしている
。例えば約lXl0 ”乃至5X10”イオン/d以下
の量の低量イオン注入を行なう場合に付帯する問題を解
決する研究を行なう過程で本願発明が完成した。
〈発明の概要〉 この発明のイオン注入装置は、順次連続的に結合された
イオン源、イオン・アナライザ、イオン加速手段、およ
びイオン偏向手段を含んでいるが、イオン・ビームを減
衰させるための手段として可変スリット・シャッタを使
用していない。イオン源によってイオン・アナライザに
供給されるイオンの濃度を選択するための手段を形成す
るように制御可能な不活性希釈ガス源が結合されている
。
く好ましい実施例の詳細な説明〉  図はこの発明の構成を含むイオン注入装置用の代表的な
構造を示す。イオン注入装置10は、後程詳しく述べる
ように、12で概略的に示す希釈用ガス源が追加されて
いる点、および可変スリット・ビーム減衰シャッタが除
かれているか使用されていない点を除けば実質的に通常
の設計のものである。装置lOはさらに希釈用ガス源1
2に結合される点を除けば通常の設計のものでよいイオ
ン源14を含んでいる。
イオン源14はドーパント物質の供給部と、ドーパント
物質をイオン化するための手段とを具えている。F−パ
ントの組成は注入されるべきイオン化学種によって決定
される。例えば、ホウ素の注入にはガス状の3弗化ホウ
素(EF3)が使用され、リンの注入のためには通常ガ
ス状ホスフィン(PH3)が使用され、ヒ素の注入のた
めには通常ガス状アルシン(AS Hs )が使用され
る。イオン化手段は第2の電位にあるシリンダと磁気コ
イルとによって囲まれた第1の電位にあるフィラメント
からなる通常のゞホット・フィラメント“からなる。動
作中、フィラメントは加熱されて電子を放出し、この電
子は周囲のドーパント源となるガスを叩いてこれをイオ
ン化する。磁気コイルを適当に操作することによって生
成されたイオンは螺旋状軌道をたどるようになり、それ
によってドーパント源ガスはさらに衝突してイオン化さ
れる。
この発明の構成によれば、調整された量の不活性希釈ガ
スが希釈用ガス源12からイオン源14へ導入され、フ
ィラメントをとり巻くドーパント源ガスと物理的に混合
される。希釈用ガスはドーパント源ガスと化学的に結合
しないという点で不活性であり、後刻注入される°べき
ドーパント化学種から容易に選択的にフィルタで取除か
れる。例えば、ドーパント源ガスがBF3であれば、希
釈用ガスとしては窒素(N2)が適している。加えるべ
き希釈用ガスの量は必要なビーム減衰の程度の直接関数
になる。例えば、希釈用ガスの存在しない通常の動作に
おけるイオン源がターゲットにおいてlXl0 ’アン
ヘアのビーム電流を発生すれば、2.5X10−8アン
ペアのビーム電流に等価な注入量を生成することがWt
しく、ビームを40分tD 1 (lXl0 %5xx
o−8分の1)に減衰させなければならない。BF3ド
ーパント・ガスとN2希釈用ガスの場合は、上記の条件
は2.5%のBF3と97.5%のN2とからなる混合
ガスによって達成される。
注入されるべきドーパント・イオン化学種、例えばホウ
素の場合B十は第1の加速管18の周囲に配置された第
1の電極16によってイオン源から取出される。同じよ
うに帯電したすべてのイオン、例えば希釈用ガスが窒素
の場合はN2+と同様に所望のイオン化学種も第1の加
速管18中を通過する間に加速されて図示のようにイオ
ン・アナライプ20に導入される。
イオン・アナライザ20は従来の構造のもので、基本的
にはlあるいはそれ以上の磁石氏とイオン選択開孔板2
4とを含んでいる。イオン・アナライザ20は入ってき
たイオンを磁気的に900曲げ、それによってイオン選
択開孔板24を衝撃する異った運動量をもったイオンの
スペクトルを生成する。
イオン選択開孔板24は開孔26を有し、該開孔26は
開孔板24に当たるイオン化学種のスペクトルの内の特
定のイオン種が通過できるように選択的に移動すること
ができる。従って、選択されたイオン化学種、この例で
は計のビームがイオン・アナライザ20から出て行く。
N2+イオンはイオン選択開孔板24の位置によってフ
ィルタがけされて取除かれる。ビーム28は、イオン・
アナライザ2oがらある一定距離において管3oの周囲
に配置された第2の電極32に供給される電位によって
第2の加速管30を通過する間に加速される。その後イ
オンは静電偏向板34の導電板間を通過し、そのときビ
ームは、これが第2の加速管3oを出てターゲット基板
36に当たる前にX−Y方向に偏向される。
ターゲット基板36は、ビーム電流を測定する手段とな
る電流積分器3日を経てアースに接続されている。1平
方センチメートル当りのイオンで表ワされる注入される
イオンの量は、 t Qe の関係によってビーム電流に関連している。こ\で、D
はイオン/dで表わされる量、工はマイクロアンペアで
表わされるビーム電流、tは秒で表の電荷、eは電気素
量定数1.60xlOクーロンである。
イオン・エネルギと称され、一般に数千あるいは数10
0万電子ボルトで測定されるイオン注入プロセスで一般
的に使用される第2の°パラメータは、一般に数千ある
いは数100万ボルトで測定される第1の電極J6およ
び第2の電極32上の累積電位で逓倍されたイオン電荷
(Qlに等しい。イオン・エネルギはターゲット基板内
の注入深さを決定する。
前に述べたように、この発明は低量注入を行なうときに
最大の効果をもっている。一般には、イオン注入装置は
ビーム電流、従って注入量は3つの基本的な技法、すな
わち■イオン源におけるフィラメントと周囲のシリンダ
との間の電圧あるいは電流を変える、■イオン源におけ
る磁気コイルを流れる電流を調節する、■イオン・アナ
ライザとターゲットとの間に可変スリット・シャッタを
設ける、という技法によって加減される。しかしながら
、これらの通常のビーム電流加減技法は、低量注入すな
わち約1×1o10乃至5X1010イオン/d以下の
注入を行なうことを目的とするときは色々と問題がある
。イオン源のフィラメント−シリンダ間電流あるいは電
圧を減少させ、まだイオン源中の磁気コイルの電流を減
少させても不充分で、比較的高い最小値をもったビーム
電流が生成される。低量注入を行なうときには、必要と
する低ビーム電流は、上記の技法のいずれかを単独で使
用した場合に確実に達成し得る最小値よりも小さくなる
可能性があり、−従ってさらに可変スリット・シャッタ
を使用する必要がある。
しかしながら、可変スリット・シャッタ40はすべての
通常のイオン注入装置で使用されているがこれには大き
な欠点がある。基本的には可変スリット・シャッタ40
はイオンが通過しなけれ1げならない予め選択された寸
法の開孔を有し、それによってそのビームに対して予め
選択された減衰を与える。しかしながら、低量注入に必
要なこのビームのスリット通過により、前述のように本
来ターゲット基板の面を横切るイオン注入に不均一性を
もたらす。この発明は低量注入を行なうことができ、し
かも可変スリット・シャッタを必要としないものである
。さらにウェアを横切って行なわれる低量注入の均一性
に顕著な改善が見られ、しかも下の試験データに示すよ
うに固有抵抗値に反覆再現性が得られた。
すべてのウェハは100KeVで1.2Xlo13イオ
ン/dの量で注入され、1050℃で約15分間焼成さ
れた。
ウェハ1および2についてはこの発明を適用し、ウェハ
3についてはイオン・ビームの減衰のだめに通常の可変
スリット・シャッタを使用した。試験結果は約10cm
(4インチ)のウェハ上の直径約8.4 am (3,
3インチ)をカバーしている。
希釈用ガス源は、イオン源に対して標準の弁と調整手段
とによって連結された窒素ガスの通常のタンクとして設
置される。あるいはイオン源ガスと希釈用ガスとを予め
混合した混合ガス、例えば10%のBF3と90%のN
2とを含むタンクを使用することもできる。従って、こ
の発明は既存のイオン注入装置に容易に適用して実施す
ることができる。
BF′3イオン源ガメと窒素希釈用ガスとを用いて実験
を行ったが、同様に任意の特性をもったイオン源ガスを
この方法で希釈することができることが予想される。希
釈用ガスは、そのコスト、イオン型ガスと相互に影響し
合わない程度、その安定性、およびそれをイオン・アナ
ライザ中で生じる標準の磁気的分析によってドーパント
化学種から還元する際の容易さを勘案して選択する必要
がある。
実施例として示した図はイオン注入装置の一般化された
構成を示したものであり、この発明はこのような特定の
装置に関するイオン注入装置に限定されるものではない
。
【図面の簡単な説明】
図はこの発明を実施しだ代表的なイオン注入装置の概略
構成図である。 12・・・不活性希釈用ガス源、14・・・イオン源、
18.30・・・イオン加速手段、20・・・イオン・
アナライザ、22・・・偏向手段(磁石)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)順次連続的に結合されたイオン源、イオン・アナ
    ライザ、イオン加速手段および偏向手段を含み、上記イ
    オン源によつて上記イオン・アナライザに供給されるイ
    オンの濃度を選択するための手段を形成するように結合
    された制御可能な不活性希釈ガス源を有するイオン注入
    装置。
JP61259605A 1985-10-31 1986-10-29 イオン注入装置及び方法 Expired - Lifetime JP2654004B2 (ja)

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US79323385A 1985-10-31 1985-10-31
US793233 1985-10-31

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JPS63124355A true JPS63124355A (ja) 1988-05-27
JP2654004B2 JP2654004B2 (ja) 1997-09-17

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010517304A (ja) * 2007-01-25 2010-05-20 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド ガス希釈によるイオン源の性能向上及び寿命延長方法及び装置

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WO2010137878A2 (ko) 2009-05-26 2010-12-02 주식회사 운화 은행나무과의 형성층 유래 식물줄기세포 및 이의 분리방법
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JP2012527890A (ja) 2009-05-28 2012-11-12 株式会社ウンファ 茄子科の形成層由来植物幹細胞及びこれの分離培養方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5725654A (en) * 1980-07-21 1982-02-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Method of forming ions

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KR950000870B1 (ko) 1995-02-02
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KR870004500A (ko) 1987-05-09

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