JP2000123778A - Ion implanting device and ion implanting method - Google Patents

Ion implanting device and ion implanting method

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JP2000123778A
JP2000123778A JP10291732A JP29173298A JP2000123778A JP 2000123778 A JP2000123778 A JP 2000123778A JP 10291732 A JP10291732 A JP 10291732A JP 29173298 A JP29173298 A JP 29173298A JP 2000123778 A JP2000123778 A JP 2000123778A
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JP
Japan
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ion
positive
substrate
negative
implanted
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Japanese (ja)
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Kiyoshi Miyake
潔 三宅
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Hitachi Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily provide a large ion current at a low cost by applying a positive high voltage changed intermittently to an ion generation section in steps, and directly implanting irradiation ions to a substrate section without mass-separating an extracted positive ion beam. SOLUTION: A high-voltage power supply 5 with a voltage control function is connected to a high-purity iron ion source 1, an extracting electrode 2 is set to the ground potential, and an ion current integrating device 6 for measuring the ion implantation ion dose quantity is connected to a Si substrate 3 and grounded. High-frequency power 200 W and spattering DC power 110 W are applied to the high-purity iron ion source 1 to generate Fe ions. The output voltage of the power supply 5 is kept at +100 kV for the first 20 min, at +80 kV for the next 20 min and at +50 kV for the last 35 min. An Fe ion beam 4 having the implantation energy of 100 keV, 80 keV and 50 keV respectively is ion-implanted to the Si substrate 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を作製
するためのイオン注入装置,イオン注入方法、および、
自動車エンジンや製鉄所、あるいは、ゴミ焼却場などに
おいて発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換す
る熱電発電素子,赤外線などの光を検知あるいは発生す
るための光電素子、および、太陽光エネルギーを電気エ
ネルギーに変換するための太陽電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation apparatus, an ion implantation method, and a method for manufacturing a semiconductor device.
Thermoelectric elements that convert thermal energy generated in automobile engines, steelworks, or garbage incineration plants into electrical energy, photoelectric elements that detect or generate light such as infrared light, and solar energy into electrical energy Related to a solar cell for conversion.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、熱電素子や太陽電池,赤外光検出
素子、あるいは、赤外線センサとして、半導体的性質を
有する金属シリサイドの1種であるβ−FeSi2 結晶
を用いた素子が、平成10年春季第45回応用物理学関
係連合講演会講演予稿集,No.0,講演番号28p−
ZR−5,14頁、あるいは、H. Katsumat
a,H-L Shen,N. Kobayashi,Y. Makita,M. Hasegaw
a,H. Shibata,S. Kimura,and A. Obara,Proceeding
s of the Ninth International Conference on Ion Bea
mModifucation of Materials、943−946頁(J. S.
Williams,R. G. Eliman,M. C. Ridgway編集,199
6年,Elsevier社出版)、および、Y. Maeda,T.Fujit
a,T. Akita,K. Umezawa,K. Miyake,Materials Rese
arch Society Symposium Proceedings、第486巻,3
29−334頁(A. Polman,S. Coffa,and R. Soref編
集,1998年,Elsevier社出版)に報告されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a thermoelectric element, a solar cell, an infrared light detecting element, or an infrared sensor, an element using β-FeSi 2 crystal, which is a kind of metal silicide having semiconductor properties, has been developed in 1998 (Heisei 10). Proceedings of the 45th JSAP Spring Meeting, Spring 2015, No. 0, lecture number 28p-
ZR-5, page 14; Katsumat
a, HL Shen, N. Kobayashi, Y. Makita, M. Hasegaw
a, H. Shibata, S. Kimura, and A. Obara, Proceeding
s of the Ninth International Conference on Ion Bea
mModifucation of Materials, pp. 943-946 (JS
Edited by Williams, RG Eliman, MC Ridgway, 199
6 years, published by Elsevier) and Y. Maeda, T. Fujit
a, T. Akita, K. Umezawa, K. Miyake, Materials Rese
arch Society Symposium Proceedings, Volume 486, 3
29-334 (edited by A. Polman, S. Coffa, and R. Soref, 1998, published by Elsevier).

【0003】これら従来例においては、β−FeSi2
結晶の作製方法として、フリーマン型イオン源などの、
必ずしも高純度ではないイオン源を備えた質量分離方式
のイオン注入装置を用い、質量分離したFeイオンをS
i基板に複数回イオン注入する多重イオン注入法が用い
られている。
In these conventional examples, β-FeSi 2
As a method for producing a crystal, such as a Freeman ion source,
Using a mass-separation type ion implanter equipped with an ion source of not necessarily high purity,
A multiple ion implantation method in which ions are implanted into an i-substrate a plurality of times is used.

【0004】例えば、H. Katsumata,H-L Shen,N. Kob
ayashi,Y. Makita,M. Hasegawa,H.Shibata,S. Kimur
a,and A. Obara,Proceedings of the Ninth Internati
onalConference on Ion Beam Modification of Materia
ls、943−946頁(J. S.Williams,R. G. Ellima
n,M. C. Ridgway編集,1996年,Elsevier社出版)
においては、質量分離したFeイオンを、第1段階で注
入エネルギー140keV,注入ドーズ量1.42×1017i
ons/cm2で、第2段階で注入エネルギー80keV,注入ド
ーズ量6.67×1016ions/cm2で、第3段階で注入エ
ネルギー50keV,注入ドーズ量3.83×1016ions/c
m2でイオン注入している。
[0004] For example, H. Katsumata, HL Shen, N. Kob
ayashi, Y. Makita, M. Hasegawa, H. Shibata, S. Kimur
a, and A. Obara, Proceedings of the Ninth Internati
onalConference on Ion Beam Modification of Materia
ls, pp. 943-946 (JSWilliams, RG Ellima
n, edited by MC Ridgway, 1996, published by Elsevier
In the first step, an implantation energy of 140 keV and an implantation dose of 1.42 × 10 17 i
ons / cm 2 , implantation energy of 80 keV and implantation dose of 6.67 × 10 16 ions / cm 2 in the second stage, implantation energy of 50 keV and implantation dose of 3.83 × 10 16 ions / c in the third stage.
It is ion-implanted in m 2.

【0005】他の2つの報告例でも、注入エネルギー
を、100,50,30keV と変化させ、全体の注入ド
ーズ量を1×1017ions/cm2 とした時が、性能のよい
β−FeSi2 結晶ができるとしている。
Also in the other two reports, when the implantation energy is changed to 100, 50, and 30 keV and the total implantation dose is 1 × 10 17 ions / cm 2 , β-FeSi 2 having good performance is obtained. It is said that crystals are formed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の多重イオン注入方法においては、質量分離方式の
イオン注入装置を使用するため、質量分離用電磁石やそ
の制御電源などの設備が必要で、装置コストが高く、か
つ、多量のイオン電流を得るのが困難であった。また、
イオン照射エネルギーを複数回変化させるため、処理に
多くの時間がかかるという難点があった。
However, in the above-described conventional multiple ion implantation method, since an ion implantation apparatus of a mass separation type is used, equipment such as an electromagnet for mass separation and its control power supply is required. The cost was high and it was difficult to obtain a large amount of ion current. Also,
Since the ion irradiation energy is changed a plurality of times, there is a problem that the process takes a lot of time.

【0007】従って、本発明の目的は、極めて簡単な構
成で、従来の多重イオン注入法と同等の効果が得られる
イオン注入装置とイオン注入方法を提供すること、およ
び、このイオン注入方法により作製した、安価な熱電発
電素子,光電デバイス、および太陽電池を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an ion implantation apparatus and an ion implantation method which can obtain the same effects as those of the conventional multiple ion implantation method with a very simple structure, and to manufacture by this ion implantation method. To provide inexpensive thermoelectric generators, photoelectric devices, and solar cells.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的は、真空中に正
イオン発生部,正イオン引き出し部,被イオン注入基板
部を少なくとも配置し、イオン発生部に時間的に変化す
る正の高電圧を段階的に印加し、引き出した正イオンビ
ームを質量分離しないで直接基板部に照射イオン注入す
ることを特徴とする正イオン注入装置、あるいは、真空
中に負イオン発生部,負イオン引き出し部,被イオン注
入基板部を少なくとも配置し、イオン発生部に時間的に
変化する負の高電圧を段階的に印加し、引き出した負イ
オンビームを質量分離しないで直接基板部に照射イオン
注入する機構を備えたことを特徴とする負イオン注入装
置により達成される。
An object of the present invention is to dispose at least a positive ion generating section, a positive ion extracting section, and an ion-implanted substrate section in a vacuum, and apply a time-varying positive high voltage to the ion generating section. A positive ion implantation apparatus characterized in that a positive ion beam is applied in a stepwise manner and the extracted positive ion beam is directly irradiated onto the substrate without mass separation, or a negative ion generating unit, a negative ion extracting unit, At least the ion-implanted substrate section is provided, and a mechanism is provided for applying a time-varying negative high voltage to the ion-generating section in a stepwise manner and directly irradiating the extracted negative ion beam to the substrate section without mass separation. This is achieved by a negative ion implantation apparatus characterized in that:

【0009】本発明においては、従来の質量分離方式イ
オン注入装置では必須であった質量分離用電磁石やその
制御電源などの設備が不要となるので、装置コストが安
く、かつ、大電流の所望のイオンビームを容易に得るこ
とができ、かつ、注入エネルギーの変更もイオン源に印
加する高電圧を、コンピュータのプログラムなどで制御
することにより、時間的に、所望のタイミングで容易に
行えるので、再現性よく半導体素子を作製できるイオン
注入装置を提供することができる。
In the present invention, equipment such as an electromagnet for mass separation and its control power supply, which is indispensable in the conventional mass separation type ion implantation apparatus, is not required, so that the apparatus cost is low and a desired large current can be obtained. The ion beam can be easily obtained, and the implantation energy can be changed easily by controlling the high voltage applied to the ion source with a computer program, etc., at the desired timing in terms of time. An ion implantation apparatus capable of manufacturing a semiconductor element with good efficiency can be provided.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】〔実施例その1〕図1は、β−F
eSi2 結晶を作製する場合を例にとり、本発明の基本
構成を示したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG.
This shows the basic configuration of the present invention, taking the case of producing an eSi 2 crystal as an example.

【0011】真空圧力1×10-5Paまで排気された真
空装置(図示せず)内に、高純度鉄イオン源1,引き出
し電極2を配置し、50cm離れた位置に、基板3とし
て、大きさ直径300mm,厚さ400μmのSi(10
0)基板3を配置した。高純度鉄イオン源1として、K.
Miyake and K. Ohashi,Nuclear Instruments andMetho
ds in Physics Research B121、102−106頁(1
997年,Elsevier社出版)に報告されている、高純度
鉄ターゲットをスパッタして高純度鉄イオンを発生させ
る高周波スパッタ方式の鉄イオン源を使用した。この高
純度イオン源から発生するイオンビーム4の種類として
は、95%以上のFeイオンが得られ、のこりはβ−F
eSi2 結晶を作製するのに有害とならないArイオン
であった。
A high-purity iron ion source 1 and an extraction electrode 2 are arranged in a vacuum device (not shown) evacuated to a vacuum pressure of 1 × 10 −5 Pa. Si (10 mm) with a diameter of 300 mm and a thickness of 400 μm
0) The substrate 3 was arranged. As a high-purity iron ion source 1, K.
Miyake and K. Ohashi, Nuclear Instruments and Metho
ds in Physics Research B121, pp. 102-106 (1
997, published by Elsevier, Inc.), a high-frequency sputtering type iron ion source for generating high-purity iron ions by sputtering a high-purity iron target was used. As a type of the ion beam 4 generated from this high-purity ion source, 95% or more of Fe ions can be obtained, and the remaining amount is β-F
The Ar ions were not harmful for producing eSi 2 crystals.

【0012】高純度鉄イオン源1には電圧制御機能付高
圧電源5を接続した。引き出し電極2を接地電位に、S
i基板3には、イオン注入イオンドーズ量を測定するた
めのイオン電流積算装置6を接続して接地した。
A high-voltage power supply 5 with a voltage control function was connected to the high-purity iron ion source 1. The extraction electrode 2 is set to the ground potential,
The i-substrate 3 was connected to an ion current accumulator 6 for measuring the ion implantation ion dose and was grounded.

【0013】上記高純度鉄イオン源1に高周波電力20
0Wとスパッタリング用直流電力110Wを印加して、
Feイオンを発生させた。
The high-purity iron ion source 1 is supplied with a high-frequency power 20
0 W and DC power 110 W for sputtering are applied,
Fe ions were generated.

【0014】電圧制御機能付高圧電源5の出力電圧を、
図2に示すように、最初20分間は+100kVに、そ
の後さらに20分間,+80kVに、そして、最後に3
5分間,+50kVに保った。このことにより、Si基
板3上に、注入エネルギーがそれぞれ100keV ,80
keV ,50keV のFeイオンビーム4をイオン注入し
た。その時のFeイオン電流値はそれぞれ100mA,
80mA,60mAであり、Si基板3上でFeイオン
ビーム4の大きさは直径350mmであった。
The output voltage of the high voltage power supply 5 with a voltage control function is
As shown in FIG. 2, initially at +100 kV for 20 minutes, then at +80 kV for another 20 minutes and finally at 3 kV.
Maintained at +50 kV for 5 minutes. As a result, the implantation energy on the Si substrate 3 is 100 keV and 80 keV, respectively.
An Fe ion beam 4 of keV and 50 keV was ion-implanted. The Fe ion current value at that time was 100 mA, respectively.
80 mA and 60 mA, and the size of the Fe ion beam 4 on the Si substrate 3 was 350 mm in diameter.

【0015】このようにしてFeイオン注入したSi基
板3中のFe元素分布を、ラザフォード後方散乱法によ
り測定したところ、図3の曲線7に示すような結果が得
られた。縦軸は注入したイオンのドーズ量を、横軸は深
さを示す。曲線8,9,10は、注入エネルギーがそれ
ぞれ100keV ,80keV ,50keV で単独にFeイオ
ンビーム4をイオン注入した時の計算推定元素分布を示
す。図3の曲線7より、本発明のイオン注入により、注
入エネルギーがそれぞれ100keV ,80keV,50keV
で3重注入した時の元素分布となっていることが分か
る。
The Fe element distribution in the Si substrate 3 thus implanted with Fe ions was measured by Rutherford backscattering method, and a result as shown by a curve 7 in FIG. 3 was obtained. The vertical axis indicates the dose of the implanted ions, and the horizontal axis indicates the depth. Curves 8, 9, and 10 show the calculated estimated element distributions when the Fe ion beam 4 is ion-implanted alone at implantation energies of 100 keV, 80 keV, and 50 keV, respectively. According to the curve 7 in FIG. 3, the implantation energies of the present invention are 100 keV, 80 keV and 50 keV, respectively.
It can be seen that the element distribution is obtained by triple injection.

【0016】このようにして質量分離をしないFeイオ
ンビーム4をSi基板3にイオン注入した試料を、別の
ランプアニール熱処理装置を用いて、Ar雰囲気中で8
00℃,2時間ランプアニールしたところ、膜厚80n
mの多結晶β−FeSi2 層がSi基板3の上部に均一
に得られた。その多結晶β−FeSi2 層の電気伝導性
はp型で、ホール移動度は室温で400cm2/Vsを示
した。
The sample in which the Fe ion beam 4 without mass separation is ion-implanted into the Si substrate 3 in this manner is subjected to a lamp annealing heat treatment apparatus for 8 minutes in an Ar atmosphere.
When the lamp was annealed at 00 ° C for 2 hours, the film thickness was 80n.
m polycrystalline β-FeSi 2 layer was uniformly obtained on the upper portion of the Si substrate 3. The electric conductivity of the polycrystalline β-FeSi 2 layer was p-type, and the hole mobility was 400 cm 2 / Vs at room temperature.

【0017】また、本発明ではイオンビームとしてFe
イオンを使用し、3重イオン注入を行ったが、イオン種
として、Ir,Mn,Cr,Re,Mg,Ba,Ca,
Osなどのイオンを使用して、これらのシリサイドを作
製することも可能である。
In the present invention, the ion beam is Fe
Triple ions were implanted using ions. Ir, Mn, Cr, Re, Mg, Ba, Ca,
These silicides can also be made using ions such as Os.

【0018】注入するイオンの種類として、負イオンを
使用する場合には、イオン源に負の高電圧を段階的に印
加して、負イオンを注入することが可能である。
When negative ions are used as the type of ions to be implanted, negative ions can be implanted by applying a negative high voltage to the ion source in a stepwise manner.

【0019】〔実施例その2〕図4は、本発明におい
て、イオン源としてレーザ照射型高純度イオン源を備え
た場合のイオン注入装置の構成を示した図である。レー
ザ照射型高純度イオン源は、真空圧力1×10-5Paま
で排気された真空装置(図示せず)内に配置した高純度
(純度99.999%)鉄ターゲット11に、大気中より
透過窓を通し、集光した波長248nm,エネルギー3
00mJのKrFエキシマレーザ光12を、周波数50
0Hzでパルス的に照射し、鉄プルーム13を生成し、
そこから高純度の鉄イオンビーム4を引き出す方式のも
のを使用した。
[Embodiment 2] FIG. 4 is a view showing the configuration of an ion implanter in the case where a laser irradiation type high purity ion source is provided as an ion source in the present invention. The laser irradiation type high-purity ion source is a high-purity ion source placed in a vacuum device (not shown) evacuated to a vacuum pressure of 1 × 10 −5 Pa.
(Purity: 99.999%) Passed through the transmission window from the atmosphere through the iron target 11 and collected at a wavelength of 248 nm and an energy of 3
A KrF excimer laser beam 12 having a frequency of 50 mJ
Irradiate in a pulse at 0 Hz to generate an iron plume 13,
The thing of the system which draws out high-purity iron ion beam 4 from there was used.

【0020】注入イオンの注入エネルギーを時間的に変
化させるために、高純度鉄ターゲット11に、実施例そ
の1と同様に、電圧制御機能付高圧電源5を接続した。
引き出し電極2を接地電位に、Si基板3には、イオン
注入イオンドーズ量を測定するためのイオン電流積算装
置6を接続して接地した。基板として、大きさ直径30
0mm,厚さ400μmのSi(100)基板3を使用し
た。
As in the first embodiment, a high-voltage power supply 5 with a voltage control function was connected to the high-purity iron target 11 in order to change the implantation energy of the implanted ions with time.
The extraction electrode 2 was connected to the ground potential, and the Si substrate 3 was connected to an ion current integrating device 6 for measuring the ion implantation ion dose, and was grounded. As substrate, size 30
A Si (100) substrate 3 having a thickness of 0 mm and a thickness of 400 μm was used.

【0021】上記のレーザ照射型高純度イオン源では、
Arガスなどの導入が不要なので、99.9%以上の高
純度のFeイオンが得られた。
In the above laser irradiation type high purity ion source,
Since introduction of Ar gas or the like is unnecessary, Fe ions having a high purity of 99.9% or more were obtained.

【0022】実施例その1の場合と同様に、電圧制御機
能付高圧電源5の出力電圧を、図2に示すように、時間
的に変化させ、基板3上に、注入エネルギーがそれぞれ
100keV ,80keV ,50keV のFeイオンビーム4を
イオン注入し、実施例その1と同等の結果を得た。
As in the first embodiment, the output voltage of the high-voltage power supply with voltage control function 5 is changed over time as shown in FIG.
A Fe ion beam 4 of 100 keV, 80 keV, and 50 keV was ion-implanted, and the same result as in Example 1 was obtained.

【0023】〔実施例その3〕図5,図6は、高純度イ
オン発生部14より引き出したイオンビーム15に対
し、複数個の基板16を配置し、それらの基板に回転、
あるいは、並進運動による機械的走査を行うことを特徴
とするイオン注入装置の原理を示したものである。
[Embodiment 3] FIGS. 5 and 6 show that a plurality of substrates 16 are arranged with respect to an ion beam 15 extracted from a high-purity ion generator 14, and the substrates 16 are rotated.
Alternatively, it illustrates the principle of an ion implantation apparatus characterized by performing mechanical scanning by translational motion.

【0024】図5の場合、高純度イオン発生部14より
放射状に引き出された注入用イオンビーム15に対し、
3個の基板16を円周状に配置し、それらを毎分10回
転の回転速度で回転させ、注入イオンドーズ量分布を均
一にするものである。回転を交互に行い、処理時間の短
縮を図ることも可能である。
In the case of FIG. 5, the ion beam for implantation 15 radially extracted from the high-purity ion generator 14 is
The three substrates 16 are arranged circumferentially and are rotated at a rotation speed of 10 revolutions per minute to make the implant ion dose distribution uniform. The rotation can be alternately performed to shorten the processing time.

【0025】図6の場合、高純度イオン発生部14より
引き出された注入用イオンビーム15に対し、3個の基
板16を直線状に配置し、それらを毎分3回の周期で往
復並進運動を起こさせて、イオン注入を行い、注入イオ
ンドーズ量分布を均一にするものである。
In the case of FIG. 6, three substrates 16 are linearly arranged with respect to the implantation ion beam 15 extracted from the high-purity ion generator 14, and they are reciprocally translated at a rate of three times per minute. And ion implantation is performed to make the implant ion dose distribution uniform.

【0026】〔実施例その4〕図7は本発明により作製
した赤外光センサの構造の一例を示した図である。
Embodiment 4 FIG. 7 shows an example of the structure of an infrared light sensor manufactured according to the present invention.

【0027】実施例その1、あるいは、その2の本発明
のイオン注入装置とイオン注入方法により、Si基板3
上基板上に作製したp型β−FeSi2 層17上に、ス
パッタリング法により厚さ100nmのAl電極18を
パターンニングし、裏面にInGa電極19を形成し
た。そして、図に示すように、電圧1.0V の直流バイ
アス電源20と抵抗値50Ωの外部抵抗21を接続し、
p型β−FeSi2 層17に電流を流した。
According to the first or second embodiment of the present invention, the Si substrate 3 is formed by the ion implantation apparatus and the ion implantation method of the present invention.
An Al electrode 18 having a thickness of 100 nm was patterned on the p-type β-FeSi 2 layer 17 formed on the upper substrate by a sputtering method, and an InGa electrode 19 was formed on the back surface. Then, as shown in the figure, a DC bias power supply 20 having a voltage of 1.0 V is connected to an external resistor 21 having a resistance value of 50Ω.
A current was passed through the p-type β-FeSi 2 layer 17.

【0028】このp型β−FeSi2 層17に、室温
で、Nd+YAGレーザからの波長1.06μm の赤外
光22をパルス化(周波数100Hz)して照射したと
ころ、外部抵抗21に流れる電流を測定すると、明らか
に赤外光照射に同期して回路電流が光照射時に増加する
変化が観測できた。すなわち、赤外光照射による光伝導
効果により、β−FeSi2 層17の電気抵抗が下がる
ことが確かめられ、赤外光センサとして使用することが
できた。
When this p-type β-FeSi 2 layer 17 is irradiated with a pulse of infrared light 22 having a wavelength of 1.06 μm from an Nd + YAG laser (at a frequency of 100 Hz) at room temperature, the current flowing through the external resistor 21 is reduced. When the measurement was performed, a change in which the circuit current increased upon irradiation with light was clearly observed in synchronization with the irradiation with infrared light. That is, it was confirmed that the electric resistance of the β-FeSi 2 layer 17 was lowered by the photoconductive effect of the infrared light irradiation, and the β-FeSi 2 layer 17 could be used as an infrared light sensor.

【0029】〔実施例その5〕図8は本発明により作製
した太陽電池の構造の一例を示した図である。
Embodiment 5 FIG. 8 is a view showing an example of the structure of a solar cell manufactured according to the present invention.

【0030】実施例その4と同様に、本発明のイオン注
入方法により、Si基板3上基板上に作製したp型β−
FeSi2 層17上に、Al電極18をパターンニング
し、Al膜電極18とp型β−FeSi2 層電極17と
でショットキー接合を構成した。裏面にInGa電極1
9を形成し、Al膜電極18とからそれぞれオーミック
接触をとった金属電極23と配線24を取り出して、太
陽電池とし、外部測定回路25を接続した。
In the same manner as in Example 4, the p-type β-
An Al electrode 18 was patterned on the FeSi 2 layer 17 to form a Schottky junction between the Al film electrode 18 and the p-type β-FeSi 2 layer electrode 17. InGa electrode 1 on the back
9 was formed, and the metal electrode 23 and the wiring 24 which were in ohmic contact with each other were taken out from the Al film electrode 18, respectively, taken out as a solar cell, and an external measurement circuit 25 was connected.

【0031】上記の構造のショットキー接合型太陽電池
に晴天時の太陽光26(100mW/cm2 )を上部より
照射し、外部測定回路25により測定したところ、開放
端電圧は0.85V で、短絡電流は14.0mA/cm2
あり、太陽電池としての変換効率は6.8%を確認する
ことができた。
When the Schottky junction type solar cell having the above structure was irradiated with sunlight 26 (100 mW / cm 2 ) in clear weather from above and measured by the external measuring circuit 25, the open-circuit voltage was 0.85V. The short-circuit current was 14.0 mA / cm 2 , and the conversion efficiency as a solar cell was 6.8%.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来方法のような高価な質量分離電磁石やその制御電源
を使用することが必要なく、かつ、発生したイオンを直
接基板にイオン注入するので、多量のイオン電流を容易
に得ることができ、安価なイオン注入装置を提供するこ
とができる。
As described above, according to the present invention,
It is not necessary to use expensive mass separation electromagnets and its control power source as in the conventional method, and the generated ions are directly implanted into the substrate, so that a large amount of ion current can be easily obtained, and inexpensive. An ion implanter can be provided.

【0033】注入イオン量や深さもイオン発生部に印加
する高電圧の時間的プログラムにより自由に制御できる
ので、容易に多重イオン注入することができる。
Since the amount and depth of implanted ions can be freely controlled by a high-voltage time program applied to the ion generator, multiple ion implantation can be easily performed.

【0034】その結果、良質の結晶を作製するのに多重
イオン注入が必要な半導体的性質を有する金属シリサイ
ド材料の作製、ならびに、それらを構成要素とした太陽
電池および光電デバイスおよび熱電発電素子を安価に提
供することが可能になるという効果がある。
As a result, a metal silicide material having a semiconductor property that requires multiple ion implantation to produce a high-quality crystal is produced, and a solar cell, a photoelectric device, and a thermoelectric power generation element using them are inexpensive. There is an effect that it becomes possible to provide.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】β−FeSi2 結晶を作製する場合を例にと
り、本発明の基本構成を表わした図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention, taking a case of producing a β-FeSi 2 crystal as an example.

【図2】イオン発生部に印加する高電圧の時間的変化を
示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a temporal change of a high voltage applied to an ion generation unit.

【図3】ラザフォード後方散乱法により測定した、Si
基板に3重Feイオン注入されたFe元素分布を示した
図である。
FIG. 3. Si measured by Rutherford backscattering method.
FIG. 3 is a diagram showing a Fe element distribution in which triple Fe ions are implanted into a substrate.

【図4】イオン発生部としてレーザ照射型高純度イオン
源を備えたことを特徴とするイオン注入装置の基本構成
を表わした図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a basic configuration of an ion implantation apparatus including a laser irradiation type high-purity ion source as an ion generation unit.

【図5】イオンビームに対し、複数個の基板を配置し、
それらの基板に回転運動による機械的走査を行うことを
特徴とするイオン注入装置の原理を示した図である。
FIG. 5 shows a plurality of substrates arranged for an ion beam;
It is a figure showing the principle of an ion implantation device characterized by performing mechanical scanning by rotational movement to those substrates.

【図6】イオンビームに対し、複数個の基板を配置し、
それらの基板に並進運動による機械的走査を行うことを
特徴とするイオン注入装置の原理を示した図である。
FIG. 6 shows a plurality of substrates arranged for an ion beam;
FIG. 4 is a diagram showing the principle of an ion implantation apparatus characterized by performing mechanical scanning on these substrates by translational motion.

【図7】本発明により作製した赤外光センサの構造の一
例を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a structure of an infrared light sensor manufactured according to the present invention.

【図8】本発明により作製した太陽電池の構造の一例を
示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the structure of a solar cell manufactured according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…高純度鉄イオン源、2…引き出し電極、3…Si
(100)基板、4…鉄イオンビーム、5…電圧制御機能
付高圧電源、6…イオン電流積算装置、7…Fe多重イ
オン注入されたSi基板中のFe元素分布、8…100
keV で単独にFeイオンビーム注入した時のSi基板中
の計算推定Fe元素分布、9…80keV で単独にFeイ
オンビーム注入した時のSi基板中の計算推定Fe元素
分布、10…50keV で単独にFeイオンビーム注入し
た時のSi基板中の計算推定Fe元素分布、11…高純
度(純度99.999%)鉄ターゲット、12…KrFエ
キシマレーザ光、13…鉄プルーム、14…高純度イオ
ン発生部、15…注入用イオンビーム、16…基板、1
7…p型β−FeSi2 層、18…Al電極、19…I
nGa電極、20…直流バイアス電源、21…外部抵
抗、22…波長1.06μmのNd+YAGレーザ光、
23…金属電極、24…配線、25…外部測定回路、2
6…太陽光。
1. High-purity iron ion source, 2. Extraction electrode, 3. Si
(100) substrate, 4 ... iron ion beam, 5 ... high voltage power supply with voltage control function, 6 ... ion current integrating device, 7 ... Fe element distribution in Si substrate into which multiple Fe ions were implanted, 8 ... 100
Calculated estimated Fe element distribution in Si substrate when Fe ion beam was implanted alone at keV, calculated estimated Fe element distribution in Si substrate when Fe ion beam was implanted alone at 9 ... 80 keV, solely at 10 ... 50 keV Estimated Fe element distribution in Si substrate when Fe ion beam is implanted, 11: high-purity (purity 99.999%) iron target, 12: KrF excimer laser beam, 13: iron plume, 14: high-purity ion generator , 15 ... Ion beam for implantation, 16 ... Substrate, 1
7 ... p-type β-FeSi 2 layer, 18 ... Al electrode, 19 ... I
nGa electrode, 20: DC bias power supply, 21: external resistance, 22: Nd + YAG laser light having a wavelength of 1.06 μm,
23 ... metal electrode, 24 ... wiring, 25 ... external measurement circuit, 2
6 ... sunlight.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空中に正イオン発生部,正イオン引き出
し部,被イオン注入基板部を少なくとも配置し、イオン
発生部に時間的に変化する正の高電圧を段階的に印加
し、引き出した正イオンビームを質量分離しないで直接
基板部に照射イオン注入することを特徴とする正イオン
注入装置。
At least a positive ion generating section, a positive ion extracting section, and an ion-implanted substrate section are arranged in a vacuum, and a time-varying positive high voltage is applied to the ion generating section in a stepwise manner. A positive ion implantation apparatus characterized in that a positive ion beam is directly ion-irradiated into a substrate without mass separation.
【請求項2】真空中に正イオン発生部,正イオン引き出
し部,被イオン注入基板部を少なくとも配置し、イオン
発生部に時間的に変化する正の高電圧を段階的に印加
し、引き出した正イオンビームを質量分離しないで直接
基板部に照射イオン注入する機構を複数個備えたことを
特徴とする正イオン注入装置。
2. At least a positive ion generating section, a positive ion extracting section, and an ion-implanted substrate section are arranged in a vacuum, and a positive time-varying positive voltage is applied stepwise to the ion generating section and extracted. A positive ion implantation apparatus comprising a plurality of mechanisms for directly irradiating a substrate portion with ion irradiation without mass separation of a positive ion beam.
【請求項3】真空中に負イオン発生部,負イオン引き出
し部,被イオン注入基板部を少なくとも配置し、イオン
発生部に時間的に変化する負の高電圧を段階的に印加
し、引き出した負イオンビームを質量分離しないで直接
基板部に照射イオン注入することを特徴とする負イオン
注入装置。
3. At least a negative ion generator, a negative ion extractor, and a substrate to be ion-implanted are placed in a vacuum, and a time-varying negative high voltage is applied to the ion generator in a stepwise manner. A negative ion implantation apparatus characterized in that a negative ion beam is directly irradiated and ion-implanted into a substrate portion without mass separation.
【請求項4】真空中に負イオン発生部,負イオン引き出
し部,被イオン注入基板部を少なくとも配置し、イオン
発生部に時間的に変化する負の高電圧を段階的に印加
し、引き出した負イオンビームを質量分離しないで直接
基板部に照射イオン注入する機構を複数個備えたことを
特徴とする負イオン注入装置。
4. At least a negative ion generator, a negative ion extractor, and a substrate to be ion-implanted are placed in a vacuum, and a negative high voltage that changes with time is applied to the ion generator in a stepwise manner to extract the ions. A negative ion implanter comprising a plurality of mechanisms for directly irradiating a substrate portion with irradiation ions without mass separation of a negative ion beam.
【請求項5】真空中に正イオン発生部,正イオン引き出
し部,被イオン注入基板部を少なくとも配置し、イオン
発生部に時間的に変化する正の高電圧を段階的に印加
し、引き出した正イオンビームを質量分離しないで直接
基板部に照射イオン注入する機構と、かつ、真空中に負
イオン発生部,負イオン引き出し部,被イオン注入基板
部を少なくとも配置し、イオン発生部に時間的に変化す
る負の高電圧を段階的に印加し、引き出した負イオンビ
ームを質量分離しないで直接基板部に照射イオン注入す
ること機構の両者を備えたこと特徴とする正負複合イオ
ン注入装置。
5. At least a positive ion generating section, a positive ion extracting section, and an ion-implanted substrate section are arranged in a vacuum, and a time-varying positive high voltage is applied stepwise to the ion generating section to extract. A mechanism for directly irradiating a positive ion beam onto a substrate without mass separation, and at least a negative ion generator, a negative ion extractor, and a substrate to be ion-implanted in a vacuum, and time-sequentially providing the ion generator. A positive / negative composite ion implantation apparatus characterized in that it comprises both a mechanism for applying a negative high voltage that changes stepwise and irradiating the extracted negative ion beam directly to the substrate without mass separation.
【請求項6】上記請求項1,2,3,4、又は5におい
て、イオン発生部として高純度金属をスパッタしてイオ
ン化する方式のスパッタ型高純度イオン源を備えたこと
を特徴とするイオン注入装置。
6. The ion according to claim 1, further comprising a sputter-type high-purity ion source of a type in which a high-purity metal is sputtered and ionized as an ion generator. Infusion device.
【請求項7】上記請求項1,2,3,4、又は5におい
て、イオン発生部として高純度金属にレーザ光を照射し
て金属をイオン化する方式のレーザ照射型高純度イオン
源を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
7. A laser irradiation type high purity ion source according to claim 1, wherein the high purity metal is irradiated with a laser beam to ionize the metal. An ion implantation apparatus characterized by the above-mentioned.
【請求項8】上記請求項1,2,3,4、又は5におい
て、異なる正または負の高電圧を時間的に段階的に制御
してイオン発生部に印加し、引き出した正または負のイ
オンビームを質量分離しないで、直接基板部に照射イオ
ン注入することにより、あらかじめ想定されたイオン注
入ドーズ分布と同等の多重イオン注入を行うことを特徴
とする多重イオン注入装置。
8. The positive or negative positive or negative voltage according to claim 1, wherein different positive or negative high voltages are applied to the ion generating section while being temporally controlled stepwise and applied to the ion generating section. A multiple ion implantation apparatus characterized by performing multiple ion implantation equivalent to an ion implantation dose distribution assumed in advance by directly irradiating ion implantation into a substrate portion without mass separation of an ion beam.
【請求項9】上記請求項1,2,3,4、又は5におい
て、引き出した正または負のイオンビームに対し複数個
の基板を配置し、それらの基板に回転、あるいは並進運
動による機械的走査を行うことを特徴とするイオン注入
装置。
9. The method according to claim 1, wherein a plurality of substrates are arranged for the extracted positive or negative ion beam, and the substrates are mechanically rotated or translated. An ion implantation apparatus for performing scanning.
【請求項10】上記請求項1,2,3,4,5,6,
7,8、又は9のイオン注入装置を使用し、引き出した
正または負のイオンビームを、質量分離しないでそのま
ま基板に照射することを特徴とするイオン注入方法。
10. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7.
An ion implantation method using the ion implantation apparatus of 7, 8, or 9, and irradiating the substrate with the extracted positive or negative ion beam without mass separation.
【請求項11】上記請求項10のイオン注入法を使用
し、Fe,Ir,Mn,Cr,Re,Mg,Ba,C
a、あるいはOs金属のイオンビームを、質量分離しな
いでそのままSi基板に照射し、多重イオン注入を行う
ことを特徴とする半導体的性質を有するこれら金属のシ
リサイド化合物の作製方法。
11. An ion implantation method according to claim 10, wherein Fe, Ir, Mn, Cr, Re, Mg, Ba, C
a. A method for producing a silicide compound of these metals having semiconductor properties, which comprises irradiating an ion beam of a or an Os metal onto a Si substrate without mass separation and performing multiple ion implantation.
【請求項12】上記請求項11のイオン注入法を使用し
たことを特徴とする半導体的性質を有するFe,Ir,
Mn,Cr,Re,Mg,Ba,Ca、あるいはOs金
属のシリサイド化合物。
12. The semiconductor device according to claim 11, wherein said ion implantation method comprises Fe, Ir,
Silicide compounds of Mn, Cr, Re, Mg, Ba, Ca, or Os metal.
【請求項13】上記請求項12の方法により作製した半
導体的性質を有するFe,Ir,Mn,Cr,Re,M
g,Ba,CaあるいはOs金属のシリサイド化合物を
構成要素の1つとする熱電発電素子。
13. Fe, Ir, Mn, Cr, Re, M having semiconductor properties produced by the method of claim 12.
A thermoelectric power generation element containing a silicide compound of g, Ba, Ca or Os metal as one of the constituent elements.
【請求項14】上記請求項12の方法により作製した半
導体的性質を有するFe,Ir,Mn,Cr,Re,M
g,Ba,Ca、あるいはOs金属のシリサイド化合物
を構成要素の1つとする光電素子。
14. The semiconductor material of Fe, Ir, Mn, Cr, Re, M having a semiconductor property prepared by the method of claim 12.
An optoelectronic device in which a silicide compound of g, Ba, Ca or Os metal is one of the constituent elements.
【請求項15】上記請求項12の方法により作製した半
導体的性質を有するFe,Ir,Mn,Cr,Re,M
g,Ba,Ca、あるいはOs金属のシリサイド化合物
を構成要素の1つとする太陽電池。
15. A semiconductor device having Fe, Ir, Mn, Cr, Re, M
A solar cell comprising a silicide compound of g, Ba, Ca or Os metal as one of the constituent elements.
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