JP2000268740A - Ion generator, ion radiator, ion radiation method and manufacture of semiconductor - Google Patents

Ion generator, ion radiator, ion radiation method and manufacture of semiconductor

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JP2000268740A
JP2000268740A JP11074851A JP7485199A JP2000268740A JP 2000268740 A JP2000268740 A JP 2000268740A JP 11074851 A JP11074851 A JP 11074851A JP 7485199 A JP7485199 A JP 7485199A JP 2000268740 A JP2000268740 A JP 2000268740A
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ions
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Atsushi Murakoshi
篤 村越
Kyoichi Suguro
恭一 須黒
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable generation of low melting point metal material ions stably over a long period of time by leading the ions generated by sputtering a material plate containing an ion generation element retained at an inner wall surface of a box-like vessel by means of the plasma generated by the gas led into the vessel, out of the vessel, and holding a generated liquid. SOLUTION: A material plate 29 mounted demountably in a slit 31 of an inner wall of an arc chamber 21 of an ion source chamber of a Burnus type is subjected to sputtering of Ar gas by the plasma generated by thermoelectron from a filament to thereby generate ions which are led out from a drawing outlet 23. Only In ions in the ions from the material 29 of high melting point InSb monocrystal type is implanted into a sample after they are separated by a separation electromagnet. The In made excessive by evaporation of Sb having a high evaporation Te is melted and flows to a lower inclination 31B of the slit 31 passing through a through hole 31D from an upper inclination 31A of the slit 31. Since the filament is not close to an opposite electrode 24, no abnormal electric discharge is generated.

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、イオン発生装置、
イオン照射装置、イオン照射方法、および半導体基板の
製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion generator,
The present invention relates to an ion irradiation apparatus, an ion irradiation method, and a method for manufacturing a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオン注入法(イオン照射法)は、半導
体基板に硼素(B)、燐(P)、砒素(As)等の不純
物を導入してPN接合を形成する方法として、広く用い
られている。このイオン注入法によれば、目的とする場
所に不純物の濃度と深さを精密にコントロールして導入
することができる。
2. Description of the Related Art An ion implantation method (ion irradiation method) is widely used as a method for forming a PN junction by introducing impurities such as boron (B), phosphorus (P), and arsenic (As) into a semiconductor substrate. ing. According to this ion implantation method, the impurity concentration and depth can be precisely controlled and introduced into a target location.

【0003】イオン注入装置(イオン照射装置)の心臓
部となるイオン源チャンバーには、大別して熱電極を用
いたフリーマン型、バーナス型と、マグネトロンを用い
たマイクロ波型がある。
[0003] The ion source chamber, which is the heart of an ion implantation apparatus (ion irradiation apparatus), is roughly classified into a Freeman type using a hot electrode, a Bernas type, and a microwave type using a magnetron.

【0004】図4は、従来のバーナス型(Burnus
Type)イオン源チャンバーの断面構造を示したも
のであり、同図(a)はチャンバーの上面に平行な断面
を、同図(b)はチャンバーの側面に平行な断面をそれ
ぞれ示したものである。アークチャンバー21の一方の
端面には絶縁支持部25及びリフレクター(スペーサ
ー)26を介してタングステンフィラメント27が設け
られており、アークチャンバー21の他方の端面に絶縁
支持部25を介して対向電極24が設けられている。
FIG. 4 shows a conventional burner type (Burnus type).
FIG. 2A shows a cross-sectional structure of a type ion source chamber. FIG. 1A shows a cross section parallel to the upper surface of the chamber, and FIG. 2B shows a cross section parallel to a side surface of the chamber. . A tungsten filament 27 is provided on one end face of the arc chamber 21 via an insulating support 25 and a reflector (spacer) 26, and a counter electrode 24 is provided on the other end face of the arc chamber 21 via the insulating support 25. Is provided.

【0005】次にこの装置を用いてイオンを取り出す方
法を説明する。ガス導入口22から例えばArガスを供
給するとともに、タングステンフィラメント27から熱
電子を放出させ、対向電極24によって熱電子の運動方
向をフィラメントから放出された方向と反対方向に偏向
することにより、アークチャンバー21内に導入された
Arガスと熱電子との衝突確率を高めてイオン化を行
う。そしてフロントプレート28に設けたイオン引き出
し口23からイオンが取り出される一方、 図5は従来
のフリーマン型(Freeman Type)イオン源
チャンバーの断面構造を示したものであり、同図(a)
はチャンバーの上面に平行な断面を、同図(b)はチャ
ンバーの側面に平行な断面をそれぞれ示したものであ
る。アークチャンバー41の対向する面にそれぞれ絶縁
支持部45を介してリフレクター46が設けられてお
り、この対向するリフレクター46間に棒状のタングス
テンフィラメント47が設けられている。
Next, a method for extracting ions by using this apparatus will be described. The gas chamber 22 supplies, for example, Ar gas, emits thermoelectrons from the tungsten filament 27, and deflects the direction of motion of the thermoelectrons by the counter electrode 24 in a direction opposite to the direction emitted from the filament, thereby forming an arc chamber. Ionization is performed by increasing the probability of collision between the Ar gas introduced into 21 and thermionic electrons. While ions are extracted from the ion extraction port 23 provided in the front plate 28, FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a conventional Freeman Type ion source chamber, and FIG.
Is a cross section parallel to the upper surface of the chamber, and FIG. 2B is a cross section parallel to the side surface of the chamber. A reflector 46 is provided on each of the opposing surfaces of the arc chamber 41 via an insulating support portion 45, and a rod-shaped tungsten filament 47 is provided between the opposing reflectors 46.

【0006】次にこの装置を用いてイオンを取り出す方
法を説明する。ガス導入口42から例えばArガスを供
給するとともに、タングステンフィラメント47から熱
電子を放出させてプラズマを生じさせる。同時に電磁石
50によりフィラメント47に平行な磁界と、フィラメ
ント電流による回転磁界を発生させ、リフレクター46
の作用によってアークチャンバー41内で電子を複雑に
運動させることにより、タングステンフィラメント47
から放出される熱電子とガス導入口42から供給させる
ガスとの衝突確率を高めている。そしてフロントプレー
トに設けたイオン引き出し口43からイオンが取り出さ
れる。
Next, a method of extracting ions using this apparatus will be described. For example, Ar gas is supplied from the gas introduction port 42, and at the same time, thermal electrons are emitted from the tungsten filament 47 to generate plasma. At the same time, a magnetic field parallel to the filament 47 and a rotating magnetic field due to the filament current are generated by the electromagnet 50, and the reflector 46
The electrons move in the arc chamber 41 in a complicated manner by the action of
The collision probability between the thermoelectrons emitted from the gas and the gas supplied from the gas inlet 42 is increased. Then, ions are extracted from the ion extraction port 43 provided in the front plate.

【0007】また、 図6は、マイクロ波型のイオン源
チャンバーの断面構造図を示したものである。この装置
を用いてイオンを取り出すには、マグネトロン61でマ
イクロ波を発生させ、発生したマイクロ波を導波管62
を通して放電箱63に導き、上記のアークチャンバーに
相当する放電箱63内でプラズマを発生させ、引き出し
電極64を通してイオンを取り出すというものである。
FIG. 6 is a sectional structural view of a microwave type ion source chamber. In order to extract ions using this apparatus, a microwave is generated by a magnetron 61 and the generated microwave is transmitted to a waveguide 62.
Through the discharge chamber 63 to generate plasma in the discharge chamber 63 corresponding to the above-described arc chamber, and extract ions through the extraction electrode 64.

【0008】これらの従来のイオン源チャンバーでは照
射されるべきイオンは、一般にガス、乃至個体を昇華す
ることで得られた蒸気をアークチャンバーに導入し、上
記のプラズマによってイオン化することで得られてい
た。即ち、上記の従来のイオン源チャンバーでは照射さ
れるべきイオンは、蒸気(気体)として供給されること
が必須要件になっていた。しかしながら、B(ボロ
ン)、Ti(チタン)などの高融点金属ではイオン注入
に必要な10-40Torr程度の蒸気圧を得るには例え
ばTiでは1400℃以上に加熱することが必要である
ため、事実上この方法でのイオン注入は不可能であっ
た。
In these conventional ion source chambers, ions to be irradiated are generally obtained by introducing a gas or a vapor obtained by sublimating an individual into an arc chamber, and ionizing with a plasma. Was. That is, in the above-described conventional ion source chamber, it is essential that ions to be irradiated be supplied as vapor (gas). However, for high melting point metals such as B (boron) and Ti (titanium), for example, Ti needs to be heated to 1400 ° C. or more in order to obtain a vapor pressure of about 10 −40 Torr required for ion implantation. In fact, ion implantation by this method was impossible.

【0009】また逆に、インジウムはその融点が約15
6℃と低すぎる為に、プラズマ中で容易に融解してしま
い、非常に使い勝手が悪かった。これに対して、これら
の金属の塩化物ガス、酸化物ガス、弗化物ガスなどを用
いてイオン注入する方法が開発され、これらの高融点金
属も使用可能となった。しかしながらこの方法は塩化物
ガス、弗化物ガスに起因する、塩素、弗素ないし塩素化
合物、弗素化合物等によるアークチャンバー内壁、およ
び熱電子放出用フィラメントの腐食が不可避であった。
On the contrary, indium has a melting point of about 15
Since it was too low at 6 ° C., it was easily melted in plasma, and was extremely inconvenient. On the other hand, a method of ion implantation using a chloride gas, an oxide gas, a fluoride gas or the like of these metals has been developed, and these high melting point metals can be used. However, in this method, corrosion of the inner wall of the arc chamber and the filament for thermionic emission due to chlorine, fluorine or a chlorine compound, a fluorine compound, or the like due to chloride gas or fluoride gas was inevitable.

【0010】また、Inについても塩化物ガスを用いた
方法が試みられた。例えば、図4に示した従来型のイオ
ン源チャンバーにInCl3を330℃に加熱して得ら
れた蒸気を導入してイオン化を行った場合には、InC
3から解離した塩素イオン又はラジカルがタングステ
ンを主成分とするアークチャンバーの内壁面をエッチン
グする他、タングステンフィラメントまでもエッチング
してしまうため、フィラメントの細線化が著しくなって
抵抗増大を招き、アーク放電に必要な制御ができなくな
ってしまった。また、引き出し電極をもエッチングして
しまい、安定なイオンの引き出しができなくなってしま
った。その結果、約5時間で異常放電が多発し、イオン
打ち込みができなくなってしまった。
For In, a method using a chloride gas has been attempted. For example, when ionization is performed by introducing vapor obtained by heating InCl 3 to 330 ° C. into the conventional ion source chamber shown in FIG.
Other chlorine ions or radicals dissociated from l 3 etches the inner wall of the arc chamber composed mainly of tungsten, since even tungsten filament etches, leading to increased resistance to thinning of the filament remarkably arc The control required for discharge can no longer be performed. Further, the extraction electrode was also etched, so that stable extraction of ions could not be performed. As a result, abnormal discharge frequently occurred in about 5 hours, and ion implantation became impossible.

【0011】このように、高融点金属、Inのイオン化
を塩素系化合物を用いて行う限り、アークチャンバーの
内壁及びタングステンフィラメントには、イオン化によ
り発生する塩素イオンや塩素ラジカルによるエッチング
反応が起こり、これを回避することは出来なかった。
As described above, as long as the high-melting point metal and In are ionized using the chlorine-based compound, the inner wall of the arc chamber and the tungsten filament are etched by chlorine ions and chlorine radicals generated by the ionization. Could not be avoided.

【0012】更に、塩化インジウムなどの塩化物ガス
と、弗化ホウ素、弗化ゲルマニウムなどの弗化物ガスを
同一のアークチャンバー内に交互に導入してイオン化さ
せると、例えば弗化ホウ素の導入時に弗素が壁面に吸着
して残存し、塩化物ガス導入時に反応して強い酸化剤で
ある弗化塩素が形成され、タングステン, モリブデン,
グラファイトなどの安定な高融点材料で作られているに
もかかわらずアークチャンバー内壁、熱電子放出用フィ
ラメントの腐食が加速されるという問題があった。さら
に、排気ガス中の弗素、塩素の除外が必要になり、装置
コストが高くなるという問題もあった。また、酸化物ガ
スの場合には、イオン発生装置もしくはイオン照射装置
に使用するカーボン(グラファイト)系の部材、特にイ
オンを引き出す為の電極等を酸化してしまい装置の寿命
を著しく短縮させてしまうという問題があった。
Further, when a chloride gas such as indium chloride and a fluoride gas such as boron fluoride and germanium fluoride are alternately introduced into the same arc chamber and ionized, for example, fluorine is introduced when boron fluoride is introduced. Adsorbs on the wall surface and reacts when chloride gas is introduced to form chlorine fluoride, a strong oxidizing agent, and tungsten, molybdenum,
Despite being made of a stable high melting point material such as graphite, there is a problem that the corrosion of the inner wall of the arc chamber and the filament for emitting thermoelectrons is accelerated. Further, there is a problem that fluorine and chlorine in the exhaust gas need to be removed, which increases the cost of the apparatus. In the case of an oxide gas, carbon (graphite) -based members used for an ion generator or an ion irradiation device, particularly an electrode for extracting ions, are oxidized, and the life of the device is significantly shortened. There was a problem.

【0013】特にフィラメントは塩素, 弗素により腐食
してしまい安定したアーク放電を長時間得ることが困難
なため長時間作業はきわめて困難であった。また、塩化
物が容易に得られない金、白金等の貴金属は依然として
イオン注入は極めて困難であった。
In particular, the filament is corroded by chlorine and fluorine, and it is difficult to obtain a stable arc discharge for a long period of time. In addition, ion implantation of noble metals such as gold and platinum from which chlorides cannot be easily obtained was still extremely difficult.

【0014】更に、固体の弗化物の場合は潮解性があ
り、例えば気化させるために加熱オーブンに充填してい
る最中に、大気中の水分と反応し、溶けてしまうなど非
常に使い勝手が悪かった。
Furthermore, solid fluorides are deliquescent, and are extremely inconvenient to use, for example, reacting with water in the atmosphere and melting while filling in a heating oven for vaporization. Was.

【0015】上記の課題に対して本発明者らは、図7に
バーナス型イオン源チャンバーの改良型を例として示し
たように、アークチャンバー21内に所望のイオン源か
らなる板状の材料29を載置し、前記アークチャンバー
21内にプラズマを発生させ、前記材料29をスパッタ
リングして所望のイオン(以下、スパッタリングイオン
と称する)を発生させる方法を開示した(特開平10−
188833公報)。この方法は、上記の各方法で事実
上不可能であった高融点金属のイオンを容易に発生させ
る事が出来る点で極めて優れた方法であった。尚、ここ
で、上述の図7の説明では、前記図4に記載したイオン
源チャンバーと同一部分には同一の符号を付し説明を省
略した。
In response to the above-mentioned problems, the present inventors have shown in FIG. 7 that a plate-like material 29 made of a desired ion source is provided in an arc chamber 21 as shown as an example of an improved version of the Bernus type ion source chamber. And a method in which plasma is generated in the arc chamber 21 and the material 29 is sputtered to generate desired ions (hereinafter referred to as sputtered ions).
188833). This method was extremely excellent in that ions of a high melting point metal, which were practically impossible with each of the above methods, could be easily generated. Here, in the above description of FIG. 7, the same parts as those of the ion source chamber shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted.

【0016】しかしながら上記のスパッタリングイオン
を用いる方法でも、Inのように融点が低い金属、Sb
のように単体の固体が不安定な金属のイオン注入を安定
して行うことは依然として非常に困難であった。
However, even with the above-mentioned method using sputtering ions, a metal having a low melting point, such as In, or Sb
As described above, it is still very difficult to stably perform ion implantation of a metal in which a single solid is unstable.

【0017】一方、従来の半導体基板の製造方法ではP
型不純物とN型不純物をイオン注入する場合には、別の
イオン注入装置を用いるか、イオン源となるソースガ
ス、固体ソースを交換して行うのが通常であった。この
ため、別装置を用いる場合には同一の半導体加工に二台
以上のイオン注入装置が必要となり、イオン源を交換し
てイオン注入を行う場合には交換後に安定してイオン注
入が実施できるように条件を確認する準備時間が必要と
なっていた。何れの場合でも、半導体装置の製造コスト
の削減上問題となっていた。
On the other hand, in the conventional method of manufacturing a semiconductor substrate, P
When ion-implanting a type impurity and an N-type impurity, it is usual to use another ion implantation apparatus or to exchange a source gas and a solid source as an ion source. For this reason, when another apparatus is used, two or more ion implantation apparatuses are required for the same semiconductor processing, and when performing ion implantation by exchanging the ion source, the ion implantation can be stably performed after the exchange. Preparation time was needed to check the conditions. In any case, there has been a problem in reducing the manufacturing cost of the semiconductor device.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
イオン注入装置ではInのように融点が低い金属、Sb
のように単体の固体が不安定な材料のイオン注入を安定
して行うことは依然として非常に困難であるという問題
があった。
As described above, in the conventional ion implantation apparatus, a metal having a low melting point such as In, Sb
However, it is still very difficult to stably perform ion implantation of a material in which a single solid is unstable.

【0019】また、従来の半導体装置の製造方法ではP
型不純物とN型不純物をイオン注入する場合には、別装
置を用いる場合には同一の半導体加工に2台以上のイオ
ン注入装置が必要であり、イオン源を交換してイオン注
入を行う場合には交換後に安定してイオン注入が実施で
きるように条件を確認する準備時間が必要となってい
た。何れの場合でも、半導体装置の製造コストが削減出
来ないという問題があった。
In the conventional method of manufacturing a semiconductor device, P
When ion implantation of a type impurity and an N type impurity is performed, two or more ion implantation devices are required for the same semiconductor processing when using different devices. Requires a preparation time for checking conditions so that ion implantation can be stably performed after the replacement. In any case, there is a problem that the manufacturing cost of the semiconductor device cannot be reduced.

【0020】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり融点が低い金属、単体の固体が不安定な
材料のイオン注入を安定して行うことができるイオン発
生装置、イオン照射装置、イオン照射方法、を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is an ion generating apparatus and an ion irradiating apparatus capable of stably ion-implanting a metal having a low melting point or a material in which a single solid is unstable. And an ion irradiation method.

【0021】また、本発明は、P型不純物とN型不純物
をイオン注入する場合にイオン源を交換せずに、準備時
間無しにP型不純物とN型不純物の打ち分けが可能な半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
Further, the present invention provides a semiconductor device which can separate P-type impurities and N-type impurities without preparing time without exchanging an ion source when ion-implanting P-type impurities and N-type impurities. It is intended to provide a manufacturing method.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明に係るイオン発生装置では、箱状に形成され
た容器と、前記容器の内壁面に前記イオンを生成する元
素を含む材料板を保持可能とする保持手段と、前記容器
内にプラズマを発生させることにより前記保持手段に保
持された材料板をスパッタリングして所望のイオンを発
生させうるプラズマ発生手段と、前記スパッタリングに
用いるプラズマを発生しうるガスを前記容器内に導入す
るガス導入手段と、前記スパッタリングで生ずる液体を
保持する液体保持部と、前記材料板に対するスパッタリ
ングで生じたイオンを前記容器外に導出するイオン導出
手段とを有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, in an ion generator according to the present invention, a container formed in a box shape and a material containing an element generating the ions are formed on an inner wall surface of the container. Holding means for holding a plate, plasma generating means for generating desired ions by sputtering a material plate held by the holding means by generating plasma in the container, and plasma used for the sputtering Gas introducing means for introducing a gas capable of generating a gas into the container, a liquid holding unit for holding a liquid generated by the sputtering, and ion deriving means for extracting ions generated by sputtering on the material plate to the outside of the container. It is characterized by having.

【0023】また、前記保持手段が前記液体保持部を兼
ねていることを特徴とする。次に、本発明に係るイオン
照射装置では、箱状に形成された容器と、前記容器の内
壁面に前記イオンを生成する元素を含む材料板を保持可
能とする保持手段と、前記容器内にプラズマを発生させ
ることにより前記保持手段に保持された材料板をスパッ
タリングして所望のイオンを発生させうるプラズマ発生
手段と、前記スパッタリングに用いるプラズマを発生し
うるガスを前記容器内に導入するガス導入手段と、前記
スパッタリングで生ずる液体を保持する液体保持部と、
前記材料板に対するスパッタリングで生じたイオンを前
記容器外に導出するイオン導出手段と、前記イオン導出
手段で導出されたイオンをそのイオンを照射するべき試
料に誘導するイオン誘導手段を有することを特徴とす
る。
Further, the invention is characterized in that the holding means doubles as the liquid holding portion. Next, in the ion irradiation apparatus according to the present invention, a container formed in a box shape, holding means for holding a material plate containing the element generating ions on the inner wall surface of the container, and Plasma generating means capable of generating desired ions by sputtering a material plate held by the holding means by generating plasma, and gas introduction for introducing a gas capable of generating plasma used for the sputtering into the container. Means, a liquid holding unit for holding a liquid generated by the sputtering,
An ion deriving means for deriving ions generated by sputtering on the material plate out of the container, and an ion deriving means for inducing the ions derived by the ion deriving means to a sample to be irradiated with the ions. I do.

【0024】更に、本発明に係るイオン照射方法では、
2種以上の元素からなる固体材料を内部に保持した容器
にガスを導入する工程と,前記容器内で前記ガスをプラ
ズマ化して前記材料に照射し、前記材料をスパッタリン
グすることでその構成元素であるイオンを発生させるイ
オン発生工程と、前記イオン発生工程で前記材料面に発
生した前記材料の構成元素からなる液体を液体保持部に
収納する液体収納工程と、前記イオンを前記容器外に導
出するイオン導出工程と、前記容器外に導出されたイオ
ンを照射するべき試料に誘導するイオン誘導工程と、前
記誘導されたイオンを所望の試料に照射するイオン照射
工程とを有することを特徴とする。
Further, in the ion irradiation method according to the present invention,
A step of introducing a gas into a container holding a solid material composed of two or more elements therein, and irradiating the gas with the gas in the container and irradiating the material, and sputtering the material with its constituent elements. An ion generating step of generating certain ions, a liquid storing step of storing, in a liquid holding unit, a liquid composed of the constituent elements of the material generated on the material surface in the ion generating step, and drawing the ions out of the container The method is characterized by comprising an ion deriving step, an ion deriving step of inducing ions extracted outside the container to a sample to be irradiated, and an ion irradiating step of irradiating a desired sample with the induced ions.

【0025】また、本発明に係る、イオン照射方法で
は、2種以上の元素からなり所望のイオンを発生させ得
る材料を内部に保持した容器に不活性ガスを導入する工
程と、前記容器に窒素ガスを導入する工程と、前記容器
内にプラズマを発生させて前記不活性ガス乃至前記窒素
ガスをプラズマ化して前記材料に照射し、前記材料をス
パッタリングすることでその構成元素であるイオンを発
生させるイオン発生工程と、前記イオン発生工程で前記
材料面に発生した前記材料の構成元素のひとつからなる
液体を前記窒素ガスで窒化する窒化工程と、前記イオン
を前記容器外に導出するイオン導出工程と、前記容器外
に導出されたイオンを照射するべき試料に誘導するイオ
ン誘導工程と、前記誘導されたイオンを所望の試料に照
射するイオン照射工程とを有することを特徴とする。
Further, in the ion irradiation method according to the present invention, a step of introducing an inert gas into a container holding therein a material comprising two or more elements and capable of generating desired ions, and introducing nitrogen into the container. A step of introducing a gas, generating plasma in the container, converting the inert gas to the nitrogen gas into plasma, irradiating the material, and sputtering the material to generate ions as constituent elements thereof. An ion generating step, a nitriding step of nitriding a liquid composed of one of the constituent elements of the material generated on the material surface in the ion generating step with the nitrogen gas, and an ion deriving step of leading the ions out of the container. An ion inducing step of inducing ions led out of the container to a sample to be irradiated, and an ion irradiation step of irradiating a desired sample with the induced ions. Characterized in that it has and.

【0026】上記のイオン照射方法では特に、前記液体
の融点が800℃以下であることを特徴とする。最後
に、本発明に係る半導体装置の製造方法では、異なる不
純物の注入された第1の不純物領域と第2の不純物領域
を有する半導体装置の製造方法において、2種以上の元
素からなり所望のイオンを発生させ得る材料を内部に保
持した容器にガスを導入する工程と、前記容器内にプラ
ズマを発生させることにより前記ガスをプラズマ化して
前記材料に照射し、前記材料をスパッタリングすること
でその構成元素である2種以上のイオンを発生させるイ
オン発生工程と、前記2種以上のイオンを前記容器外に
導出するイオン導出工程と、前記容器外に導出された2
種以上のイオンから所望の第1のイオンを質量分離し加
速して半導体基板表面に照射することにより前記半導体
基板表面の前記半導体装置形成予定領域に前記第1の不
純物領域を形成する第1のイオン注入工程と、前記容器
外に導出された2種以上のイオンから所望の第2のイオ
ンを質量分離し加速して半導体基板表面に照射すること
により前記半導体基板表面の前記半導体装置形成予定領
域に前記第2の不純物領域を形成する第2のイオン注入
工程と、を有することを特徴とする。
The above-mentioned ion irradiation method is particularly characterized in that the liquid has a melting point of 800 ° C. or less. Finally, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device having a first impurity region and a second impurity region into which different impurities are implanted, a desired ion comprising two or more elements A step of introducing a gas into a container holding a material capable of generating a gas, and irradiating the material with the gas by generating a plasma in the container to irradiate the gas, and sputtering the material. An ion generating step of generating two or more types of ions that are elements, an ion deriving step of extracting the two or more types of ions out of the container,
A first step of forming the first impurity region in the semiconductor device formation scheduled region on the semiconductor substrate surface by mass-separating and accelerating desired first ions from ions of at least one kind and irradiating the semiconductor substrate surface with the first ions An ion implantation step, and mass separation of desired second ions from two or more kinds of ions led out of the container, acceleration of the second ions, and irradiation of the semiconductor substrate surface with the semiconductor device formation region on the semiconductor substrate surface A second ion implantation step of forming the second impurity region.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態(以下実施形態と略記する)を説明する。ま
ず、図1を参照して、イオン照射装置の全体構成の概要
及びイオン発生方法、照射方法を説明する。なお、本発
明は、後述するようにイオン発生装置となるイオン源チ
ャンバー1(アークチャンバー)にその大きな特徴があ
り、図1に示したその他の構成は従来のイオン照射装置
の構成と同様である。
Embodiments of the present invention (hereinafter, abbreviated as embodiments) will be described below with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1, an outline of the entire configuration of an ion irradiation apparatus, an ion generation method, and an irradiation method will be described. The present invention has a significant feature in an ion source chamber 1 (arc chamber) serving as an ion generator as described later, and the other configuration shown in FIG. 1 is the same as the configuration of the conventional ion irradiation apparatus. .

【0028】図1に示したイオン照射装置では、まずイ
オン源チャンバー1でイオンが生成される(その詳細に
ついては後述する)。次に、このイオンはイオン源チャ
ンバー1に隣接した引き出し電極2によって引き出さ
れ、分離電磁石3に導入され、そこで、電荷と質量に応
じてイオン種毎に質量分離される。分離電磁石3を通過
したイオンは、続いてスリット4に導入され、そこで所
望のイオン種のみが完全に分離される。分離された所望
のイオン種を、加速器5によって所望の最終エネルギー
まで加速または減速する。そして、所望のエネルギーを
持ったイオンビームが四極レンズ6によって試料12
(例えば半導体基板)の表面に集束点を持つように集束
される。続いて、走査電極7及び8により試料面全体で
注入量が一様になるよに走査される。そして残留ガスと
の衝突で生じる中性粒子を除去するために、偏向電極9
によりイオンビームが曲げられ、マスク10を通して試
料12表面にイオンビームが照射される。11はアース
である。
In the ion irradiation apparatus shown in FIG. 1, ions are first generated in the ion source chamber 1 (the details will be described later). Next, the ions are extracted by the extraction electrode 2 adjacent to the ion source chamber 1 and introduced into the separation electromagnet 3, where they are mass-separated for each ion species according to charge and mass. The ions that have passed through the separation electromagnet 3 are subsequently introduced into the slit 4, where only desired ion species are completely separated. The separated desired ion species is accelerated or decelerated by the accelerator 5 to a desired final energy. Then, an ion beam having a desired energy is applied to the sample 12 by the quadrupole lens 6.
It is focused so that it has a focusing point on the surface of a (for example, a semiconductor substrate). Subsequently, scanning is performed by the scanning electrodes 7 and 8 so that the injection amount becomes uniform over the entire sample surface. Then, in order to remove neutral particles generated by collision with the residual gas, the deflection electrode 9 is used.
As a result, the ion beam is bent, and the surface of the sample 12 is irradiated with the ion beam through the mask 10. 11 is a ground.

【0029】以下、図1に示したイオン源チャンバー1
(イオン発生装置)及びそれを用いたイオン発生方法、
イオン照射方法等の詳細について、図面を参照して説明
する。
Hereinafter, the ion source chamber 1 shown in FIG.
(Ion generating device) and an ion generating method using the same,
Details of the ion irradiation method and the like will be described with reference to the drawings.

【0030】( 第1の実施形態)まず図2を参照して、
本発明の第1実施形態について説明する。図2は、本発
明の第1実施形態に係るバーナス型のイオン源チャンバ
ーに材料板29を載置した時の断面構造を示したもので
あり、同図(a)はチャンバーの上面に平行な断面を、
同図(b)はチャンバーの横方向の側面に平行な断面
を、同図(c)はチャンバーの縦方向の側面に平行な断
面をそれぞれ示したものである。
(First Embodiment) First, referring to FIG.
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 shows a cross-sectional structure when the material plate 29 is placed in the burner-type ion source chamber according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2A is parallel to the upper surface of the chamber. Cross section,
FIG. 4B shows a cross section parallel to the lateral side surface of the chamber, and FIG. 5C shows a cross section parallel to the vertical side surface of the chamber.

【0031】基本的な構成は図7に示した従来のバーナ
ス型イオン源チャンバーの構成と同様である。すなわ
ち、タングステンを主成分として構成されたアークチャ
ンバー21の一方の端面には絶縁支持部25及びリフレ
クター26(スペーサー)を介してタングステンフィラ
メント27が設けてあり、アークチャンバー21の他方
の端面には絶縁支持部25を介して対向電極24が設け
てある。そして、ガス導入口22からはArガスが供給
され、フロントプレート28に設けたイオン引き出し口
23から所望のイオンが取り出される。
The basic configuration is the same as that of the conventional burner type ion source chamber shown in FIG. That is, a tungsten filament 27 is provided on one end face of an arc chamber 21 composed mainly of tungsten via an insulating support 25 and a reflector 26 (spacer), and an insulating face is provided on the other end face of the arc chamber 21. The counter electrode 24 is provided via the support 25. Then, Ar gas is supplied from the gas inlet 22, and desired ions are extracted from the ion extracting port 23 provided in the front plate 28.

【0032】なお、イオン源チャンバー(アークチャン
バー)21は通常、イオン引き出し口23を上面とし、
ガス導入口22が下面に位置するように載置されてい
る。本実施形態におけるイオン発生装置では、アークチ
ャンバー21の内壁に沿ってスリット31が設けられて
おり、このスリット31に所望のイオンを取り出すため
の材料板29が着脱自在となっている。従って、取り出
したいイオンに応じて材料板を簡単に取り替えることが
できる。そして、フィラメント27から熱電子を放出さ
せてプラズマを発生させ、Arガスのスパッタ作用によ
り材料板29から所望のイオンを取り出すことが可能と
なっている。
The ion source chamber (arc chamber) 21 usually has an ion outlet 23 as an upper surface,
The gas inlet 22 is placed so as to be located on the lower surface. In the ion generator of the present embodiment, a slit 31 is provided along the inner wall of the arc chamber 21, and a material plate 29 for extracting desired ions is detachably provided in the slit 31. Therefore, the material plates can be easily replaced according to the ions to be extracted. Then, thermal electrons are emitted from the filament 27 to generate plasma, and desired ions can be extracted from the material plate 29 by sputtering of Ar gas.

【0033】材料板29は、アークチャンバー21の内
壁面上の少なくとも一部に設置されていれば良いが、好
ましくはフィラメント27及び対向電極24が取り付け
られている一対の対向面以外の四つの内壁面の内、少な
くとも一つ以上の面上に設置されていることが望まし
い。また、材料板29は、設置面の少なくとも一部に設
置されていれば良いが、その面全体に設置した方が、ス
パッタリングの効率が良い。
The material plate 29 may be provided on at least a part of the inner wall surface of the arc chamber 21. Preferably, the material plate 29 has four inner surfaces other than the pair of opposing surfaces to which the filament 27 and the opposing electrode 24 are attached. It is desirable to be installed on at least one or more of the walls. Further, the material plate 29 may be provided on at least a part of the installation surface, but the sputtering efficiency is better if the material plate 29 is provided on the entire surface.

【0034】次に本実施形態に係るイオン発生方法、イ
オン照射方法についてインジウム(In)イオンの発生
方法、照射方法を例にとって詳細に説明する。本実施形
態では、イオン源となる材料板としてInSb単結晶基
板を用いた。InSb基板は単体のインジウム金属(融
点156℃)と異なり、融点は高い。また、工業的に入
手可能であり、常温で安定である。更に、単結晶である
ため組成は極めて安定している。
Next, the ion generating method and the ion irradiating method according to the present embodiment will be described in detail with reference to the method of generating and irradiating indium (In) ions. In this embodiment, an InSb single crystal substrate is used as a material plate serving as an ion source. The InSb substrate has a high melting point, unlike single indium metal (melting point: 156 ° C.). It is industrially available and stable at room temperature. Furthermore, since it is a single crystal, the composition is extremely stable.

【0035】本実施形態では、このInSbを板状に加
工し、タングステン製アークチャンバー21内壁面のう
ち一対の側壁面及び底面の3面に設置した。次に所定の
立上げ作業を行った後、ガス導入口22より、Arガス
を供給すると共に、フィラメント27から熱電子を放出
させると、Arガスがプラズマ化されそのプラズマ粒子
によるスパッタリング効果により、材料板(InSb)
29からSb及びInが導出され、放電によりイオン化
された。発生したSbイオン及び、Inイオン及びAr
イオンは、引き出し口23を通して引き出されたが、こ
のうち分離電磁石によりInイオンのみが取り出され、
試料へのイオン注入された。
In the present embodiment, this InSb is processed into a plate shape and installed on three surfaces of a pair of side walls and a bottom surface of the inner wall surface of the tungsten arc chamber 21. Next, after performing a predetermined start-up operation, Ar gas is supplied from the gas inlet 22 and thermions are emitted from the filament 27. The Ar gas is turned into plasma, and the sputtering effect of the plasma particles causes the material to become material. Plate (InSb)
Sb and In were derived from 29 and ionized by discharge. Generated Sb ion, In ion and Ar
The ions were extracted through the extraction port 23. Among them, only the In ions were extracted by the separation electromagnet,
The sample was ion implanted.

【0036】この場合、加速電圧180KeVで約4m
Aのビーム電流が約50時間(従来の10倍)安定して
得られた。上記の従来例に示したように、従来型のイオ
ン源チャンバーにInCl3を330℃に加熱して得ら
れた蒸気を導入してイオン化を行った場合には、約5時
間で異常放電が多発し、イオン打ち込みができなくなっ
てしまっていた。
In this case, the acceleration voltage is about 4 m at 180 KeV.
A beam current of A was stably obtained for about 50 hours (10 times the conventional value). As shown in the above conventional example, when the vapor obtained by heating InCl 3 to 330 ° C. is introduced into the conventional ion source chamber to perform ionization, abnormal discharge frequently occurs in about 5 hours. Then, ion implantation could not be performed.

【0037】本発明の構成を取ることにより極めて安定
的に長時間イオン化を行うことが可能となった。なお、
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものでは
ない。
By adopting the configuration of the present invention, it has become possible to carry out ionization extremely stably for a long time. In addition,
The present invention is not limited to the embodiment described above.

【0038】以上説明した実施形態では、イオン化され
る金属としてInやSbを用いて説明したが、その他の
イオンチャンバー内で溶融する恐れがあり、安定な化合
物を形成し得る多くの金属元素のイオン注入に適用可能
である。例えば、アルミニウム(Al:融点660
℃)、ガリウム(Ga:融点30℃)、タリウム(T
l:融点303℃)、スズ(Sn:融点232℃)、鉛
(Pb:融点328℃)、亜鉛(Zn:420℃)、カ
ドミウム(Cd:融点321℃)などのイオン発生に用
いることができる。特に3族元素金属は5族元素と安定
に化合物を形成するため利用が容易であり、InAs、
GaAs、等各種の35族化合物が利用可能である。特
にInSb,GaAs等は化合物半導体結晶として利用
可能であり、安定してイオンを生成可能である。同様
に、Zn,Cdも2族化合物として、ZnSe、CdT
e等を用いることにより安定してイオンを生成可能であ
る。Sn,Pbは5族元素であるが、Sn酸化物、Pb
酸化物として純粋なSn,Pbよりも融点の高い化合物
を形成することが可能でありイオン発生材料として利用
可能である。
In the embodiment described above, In or Sb is used as the metal to be ionized. However, there is a possibility of melting in other ion chambers, and ions of many metal elements capable of forming a stable compound are formed. Applicable for injection. For example, aluminum (Al: melting point 660)
C), gallium (Ga: melting point 30 ° C.), thallium (T
l: Melting point 303 ° C), tin (Sn: melting point 232 ° C), lead (Pb: melting point 328 ° C), zinc (Zn: 420 ° C), cadmium (Cd: melting point 321 ° C), etc. . In particular, Group 3 element metals are easily used because they form stable compounds with Group 5 elements.
Various Group 35 compounds such as GaAs can be used. In particular, InSb, GaAs, and the like can be used as a compound semiconductor crystal and can stably generate ions. Similarly, Zn and Cd are also group 2 compounds, such as ZnSe and CdT.
By using e or the like, ions can be generated stably. Sn and Pb are Group 5 elements, but Sn oxide, Pb
It is possible to form a compound having a higher melting point than pure Sn and Pb as an oxide, and it can be used as an ion generating material.

【0039】また、材料に用いる材料は1種類である必
要はなく、各内壁面上に互いに異なる材料(GaAsと
InSb等)を用いた材料板を設置するようにしても良
い。この場合、多種の元素を同時にイオン化することが
可能であり、電離磁石によって質量分離することで、イ
オンの選択をすることが可能である。
It is not necessary to use one kind of material, and a material plate using different materials (such as GaAs and InSb) may be provided on each inner wall surface. In this case, many kinds of elements can be ionized at the same time, and ions can be selected by mass separation using an ionizing magnet.

【0040】(第2の実施形態)上述した実施形態によ
りInのイオン発生を従来と比較して約10倍の長時間
にわたって安定して継続実施することが可能となった。
(Second Embodiment) According to the above-described embodiment, it has become possible to stably and continuously carry out the generation of In ions for about ten times as long as that of the conventional one.

【0041】しかしながら上記の方法を用いても50時
間を越えて更にイオンの発生を継続して行った場合、異
常放電が発生するなどの問題が起こった。上記の問題に
対して本発明者らが検討を重ねた結果、異常放電が起こ
った場合に、アークチャンバー内壁に単体Inを用いて
いないにもかかわらずIn金属の残留が見られることが
わかった。また、フィラメントや電極の周囲にIn金属
が見られる場合に特に異常放電が大きいように思われ
た。
However, even if the above method is used, if the generation of ions is continued for more than 50 hours, problems such as abnormal discharge occur. As a result of repeated studies by the present inventors on the above problem, it has been found that when an abnormal discharge occurs, In metal remains even though the simple In is not used on the inner wall of the arc chamber. . Also, when In metal was found around the filament and the electrode, the abnormal discharge seemed to be particularly large.

【0042】上記の現象は、InSbを材料として放電
を継続した結果、蒸気圧の高いSbが僅かずつ先に蒸発
することによってInが過剰となり、更にはIn金属が
単体で形成され、アークチャンバー内で溶融して移動し
たものと考えられた。特にInが移動してフィラメント
や電極の周囲に来た場合に局部的に放電パスが形成され
異常放電が頻繁に発生したものと推定された。本発明者
らが解析した結果,上記の条件(180V、4mA)で
は、チャンバーの寸法が220ml(チャンバー材であ
るタングステンの総容積100ml)のとき、チャンバ
ー内は500℃乃至800℃まで昇温すると推定され、
Inだけでなく,上記の低融点金属は殆ど溶融すること
が予想された。
The above phenomenon is caused by the fact that as a result of continuing discharge using InSb as a material, Sb having a high vapor pressure evaporates little by little first, resulting in an excess of In, and furthermore, a single In metal is formed, and the inside of the arc chamber is formed. It was considered that the material melted and moved. In particular, it was presumed that when In moved and came around the filament and the electrode, a discharge path was formed locally and abnormal discharge frequently occurred. As a result of analysis by the present inventors, under the above conditions (180 V, 4 mA), when the size of the chamber is 220 ml (total volume of tungsten as a chamber material is 100 ml), the temperature inside the chamber is raised from 500 ° C. to 800 ° C. Estimated,
It was expected that not only In but also the above-mentioned low melting point metal would be almost melted.

【0043】上記の問題を解決するため、イオン発生時
にアークチャンバー内にArガスに加えて窒素ガスを導
入した。窒素ガスの導入により、蒸気圧差によりInS
b表面に過剰に残留したInは窒化されてInNを形成
して固体となり、表面から移動することが無くなった。
To solve the above problem, nitrogen gas was introduced into the arc chamber in addition to Ar gas at the time of ion generation. Introducing nitrogen gas causes InS
The excessive In remaining on the surface b was nitrided to form InN and became a solid, and did not move from the surface.

【0044】また, このような方法を用いても窒化され
たInSb表面は常にスパッタリングにより更新されて
いるため、各元素のスパッタレートに変動は無かった。
上記のようにArに加えて窒素をアークチャンバーに導
入することで、更に安定したイオン発生、イオン照射が
可能となった。
Even with such a method, since the nitrided InSb surface is constantly renewed by sputtering, there was no change in the sputter rate of each element.
By introducing nitrogen into the arc chamber in addition to Ar as described above, more stable ion generation and ion irradiation became possible.

【0045】尚、本実施の形態は上記に限ることはな
く、例えばアークチャンバー内壁に始めからInNを用
いて、不活性ガスまたは不活性ガスと窒素ガスの混合ガ
スを用いて放電を行ってもよい。このような形態でも上
記の効果を享受可能である。
The present embodiment is not limited to the above. For example, the discharge may be performed by using InN from the beginning on the inner wall of the arc chamber and using an inert gas or a mixed gas of an inert gas and nitrogen gas. Good. Even in such a form, the above effects can be enjoyed.

【0046】(第3の実施形態)次に上記の問題に対
し、本発明の第3の実施形態としてアークチャンバーの
構造を改良することで対応を試みた例を図面を用いて説
明する。
(Third Embodiment) Next, an example in which the above problem is addressed by improving the structure of an arc chamber as a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0047】図3(a),図3(b),図3(c)に示
した図は何れも図2(b)に示したアークチャンバーの
横方向の側面に平行な断面に相当する図である。尚、以
下の説明で図2(b)と同一の部分に付いては同一の符
号を付し説明を省略する。
FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c) all correspond to a cross section parallel to the lateral side surface of the arc chamber shown in FIG. 2 (b). It is. In the following description, the same portions as those in FIG. 2B are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0048】図3(a)に示した本実施形態では、材料
板29はアークチャンバー内壁の対向する両面に載置さ
れている。また、底面には材料板は載置されていない。
本実施形態では、材料板はスリット31に挿入固定され
ているが、上述の各実施形態と異なり、スリット31は
深く形成されており、また、スリット31上部には上方
に広がった上部傾斜31Aが形成されている。更にスリ
ット31下部には31Aと逆向きに下方に広がった下部
傾斜31Bが、何れも本図に示した断面に垂直方向に溝
状に形成されている。また、材料板固定部31Cには間
歇的に31Aと31Bとを接続するように貫通孔31D
が形成されている。
In this embodiment shown in FIG. 3 (a), the material plates 29 are placed on opposite sides of the inner wall of the arc chamber. Also, no material plate is placed on the bottom surface.
In the present embodiment, the material plate is inserted and fixed in the slit 31. However, unlike each of the above-described embodiments, the slit 31 is formed deep, and an upper inclined portion 31A that extends upward is provided above the slit 31. Is formed. Further, in the lower portion of the slit 31, a lower slope 31B which extends downward in a direction opposite to that of the slit 31A is formed in a groove shape in a direction perpendicular to the cross section shown in FIG. The material plate fixing portion 31C is provided with a through hole 31D so as to intermittently connect 31A and 31B.
Are formed.

【0049】本形態に係るアークチャンバーを用いてイ
オンを発生させたところ、InSb表面で形成された過
剰なIn金属はスリット31Aに沿って31Dを経て3
1Bに流れ込み、そこから移動することが無かった。こ
れにより異常放電等の不都合を防止することが出来た。
When ions were generated using the arc chamber according to the present embodiment, the excess In metal formed on the InSb surface passed through 31D along the slit 31A through 3D.
It flowed into 1B and did not move from there. As a result, inconveniences such as abnormal discharge could be prevented.

【0050】尚,本実施形態は傾斜31Aが形成されて
いるだけでも有効である。また、傾斜31A部がなく、
傾斜31Bと、そこに液体(In金属)が流れ込み得る
経路が確保されているだけでもよい。また、傾斜31
A,31Bの形状は上記に限定されるものではないこと
も言うまでも無い。
The present embodiment is effective even if only the slope 31A is formed. Also, there is no slope 31A part,
Only the slope 31B and a path into which the liquid (In metal) can flow may be secured. Also, the slope 31
It goes without saying that the shapes of A and 31B are not limited to the above.

【0051】図3(b)は、本実施形態の第1の変形例
を示したものである。本第1の変形例では、材料板29
と同等の板が底面にも載置されている。ただし、この板
は、全面に微小孔29Bが形成された有孔材料板29A
である。また、この有孔材料板29Aの下部のアークチ
ャンバーが削られて窪み21Aが形成されている。この
ような構成により、材料板29乃至有孔材料板29Aの
表面で発生したIn等の液体は微小孔29Bを経て窪み
21Aに流れ込むことにより、プラズマにさらされるこ
とがなくなり、異常放電等の不都合を防止できた。 図
3(c)は、本実施形態の第2の変形例を示したもので
ある。本実施例は上記の第1の変形例とは異なり、材料
板29には孔を空けず、側面の材料板と底面の材料板の
間に空隙31Eを確保した上で、アークチャンバー底面
を支柱21Cを一部残して削り、In等の液だめとした
ものである。
FIG. 3B shows a first modification of the present embodiment. In the first modification, the material plate 29
A plate equivalent to is also placed on the bottom. However, this plate is a perforated material plate 29A having fine holes 29B formed on the entire surface.
It is. The lower part of the perforated material plate 29A is shaved to form a recess 21A. With such a configuration, the liquid such as In generated on the surface of the material plate 29 to the perforated material plate 29A flows into the depression 21A through the minute hole 29B, and is not exposed to the plasma. Was prevented. FIG. 3C shows a second modification of the present embodiment. In the present embodiment, unlike the first modification, a hole is not formed in the material plate 29, a gap 31E is secured between the material plate on the side surface and the material plate on the bottom surface, and the bottom of the arc chamber is connected to the support 21C. A part was shaved to leave a liquid reservoir such as In.

【0052】以上述べたように、本実施形態、及び第
1、第2の変形例では、In等の液体を材料板下部に落
とすことでプラズマへの露出を避けることが要件であ
り、実施の形態は上記に限るものではない。
As described above, in the present embodiment and the first and second modified examples, it is necessary to avoid exposure to plasma by dropping a liquid such as In below the material plate. The form is not limited to the above.

【0053】次に本発明の実施形態の第3の変形例につ
いて説明する。本変形例では、In等の液体保持部を確
保する代りに、材料板表面にタングステン、モリブデン
などの高融点金属で出来たメッシュ状、乃至、金網状の
覆いを設置することを特徴とする。このような覆いを設
置することにより、In等の液体は表面張力が高いた
め、金網、メッシュを形成するタングステン等の周囲に
凝縮し、周囲に飛散しない。本変形例は上記の本実施形
態、及び第1、第2の変形例と異なり、アークチャンバ
ーを加工する必要がなく、単にメッシュ状の覆いを設置
することのみで実施可能である。また、このメッシュ乃
至金網は材料板から発生する液体よりも高融点の金属で
あれば良いが、アークチャンバーの昇温を考慮して、1
000℃以上の融点を有する金属が望ましい。
Next, a third modification of the embodiment of the present invention will be described. The present modification is characterized in that a mesh-shaped or wire-meshed cover made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum is provided on the surface of a material plate instead of securing a liquid holding portion such as In. By providing such a cover, a liquid such as In is condensed around a wire mesh, tungsten forming a mesh, or the like because of high surface tension, and is not scattered around. This modification is different from the above-described embodiment and the first and second modifications, and does not require processing of the arc chamber, but can be implemented only by installing a mesh-shaped cover. The mesh or wire mesh may be made of a metal having a higher melting point than the liquid generated from the material plate.
A metal having a melting point of 000 ° C. or more is desirable.

【0054】(第4の実施形態)次に上記の第一乃至第
3の実施形態に係るイオン発生方法を用いて半導体基板
に複数種のイオン注入を行う方法についてInイオン、
Sbイオンを順次注入する場合を例にとって図1、図2
を用いて説明する。
(Fourth Embodiment) Next, a method of implanting a plurality of types of ions into a semiconductor substrate by using the ion generation methods according to the first to third embodiments will be described.
FIGS. 1 and 2 show an example in which Sb ions are sequentially implanted.
This will be described with reference to FIG.

【0055】まず、図2に示したようにアークチャンバ
ー21内壁に材料板29としてInSb板を保持した
後、ガス導入口22から例えばArガスを供給するとと
もに、タングステンフィラメント27から熱電子を放出
させ、対向電極24によって熱電子の運動方向をフィラ
メントから放出された方向と反対方向に偏向することに
より、アークチャンバー21内に導入されたArガスと
熱電子との衝突確率を高めてイオン化を行う。ここれに
よりフロントプレート28に設けたイオン引き出し口2
3からInイオン、Sbイオンを取り出すことができ
る。
First, as shown in FIG. 2, after holding an InSb plate as a material plate 29 on the inner wall of the arc chamber 21, for example, an Ar gas is supplied from the gas inlet 22, and thermoelectrons are emitted from the tungsten filament 27. By deflecting the direction of movement of the thermoelectrons by the counter electrode 24 in the direction opposite to the direction emitted from the filament, the probability of collision between the Ar gas introduced into the arc chamber 21 and the thermoelectrons is increased to perform ionization. As a result, the ion extraction port 2 provided in the front plate 28
3, In ions and Sb ions can be extracted.

【0056】次に、図1に示したように、このInイオ
ン、Sbイオンはイオン源チャンバー1に隣接した引き
出し電極2によって引き出され、分離電磁石3に導入さ
れ、そこで、Inイオンのみがスリット4に導入される
ように電荷と質量に応じて質量分離される。スリット4
を通過したInイオンは、そこで完全に分離される。分
離された所望のInイオンを、加速器5によって所望の
最終エネルギーまで加速または減速する。そして、所望
のエネルギーを持ったInイオンビームが四極レンズ6
によって試料12(例えば半導体基板)の表面に集束点
を持つように集束される。続いて、走査電極7及び8に
より試料面全体で注入量が一様になるよに走査される。
そして残留ガスとの衝突で生じる中性粒子を除去するた
めに、偏向電極9によりイオンビームが曲げられ、マス
ク10を通して試料12表面上の半導体装置形成予定領
域の所望の部分にInイオンビームが照射される。11
はアースである。
Next, as shown in FIG. 1, the In ions and Sb ions are extracted by the extraction electrode 2 adjacent to the ion source chamber 1 and introduced into the separation electromagnet 3, where only the In ions are slit 4. Are separated according to the charge and the mass as introduced into the mass. Slit 4
Are completely separated there. The separated desired In ions are accelerated or decelerated by the accelerator 5 to a desired final energy. Then, an In ion beam having a desired energy is applied to the quadrupole lens 6.
Thereby, the light is focused so as to have a focal point on the surface of the sample 12 (for example, a semiconductor substrate). Subsequently, scanning is performed by the scanning electrodes 7 and 8 so that the injection amount becomes uniform over the entire sample surface.
The ion beam is bent by the deflecting electrode 9 to remove neutral particles generated by collision with the residual gas, and the desired portion of the semiconductor device formation region on the surface of the sample 12 is irradiated with the In ion beam through the mask 10. Is done. 11
Is earth.

【0057】この際、試料12はイオン注入すべき所望
の部分のみ開口され他部分はマスクで覆われている。上
記のイオン注入の終了後、試料12上のマスクを交換
し、分離電磁石3の印加電圧を変更することでスリット
4に入るイオンをSbイオンに替え,再度イオン注入を
行う。これにより、試料12上の半導体装置形成予定領
域中の上述のInイオン注入部と異なる所望の領域にS
bをイオン注入することが出来る。
At this time, only a desired portion of the sample 12 to be ion-implanted is opened, and the other portion is covered with a mask. After the above-described ion implantation, the mask on the sample 12 is replaced, and the ions applied to the slit 4 are changed to Sb ions by changing the voltage applied to the separation electromagnet 3, and the ion implantation is performed again. As a result, S
b can be ion-implanted.

【0058】この方法を用いることによりアークチャン
バ内部の材料を変更することなく,連続して半導体のN
型不純物領域,P型不純物領域の形成を行うことができ
る。尚,上記の各実施形態ではInのイオン発生につい
て述べたが、同一の材料板の構成元素である、Sbにつ
いてもシリコン基板中の不純物として作用するに足りる
程度の不純物量は十分に確保できた。勿論Inについて
も同程度の不純物量が得られた。
By using this method, without changing the material inside the arc chamber, the N
It is possible to form a p-type impurity region and a p-type impurity region. In the above embodiments, the generation of In ions has been described. However, the amount of Sb, which is a constituent element of the same material plate, is sufficient to act as an impurity in the silicon substrate. . Of course, the same impurity amount was obtained for In.

【0059】更に、GaAs、InAs、GaSb等を
用いても、3族元素,5族元素ともに,同様に所望の不
純物量を得ることができた。以上説明した各実施形態
は、例えば半導体基板の製造(イオン注入)に適用する
ことが可能である。
Further, even when GaAs, InAs, GaSb, or the like is used, the desired impurity amount can be similarly obtained for both the group 3 element and the group 5 element. Each embodiment described above can be applied to, for example, manufacturing (ion implantation) of a semiconductor substrate.

【0060】例えば、半導体基板にInイオンを導入す
るすることにより、MOSトランジスタの不純物拡散層
を形成することができる。特に、Inの二価イオンを半
導体基板に導入しようとした場合、InCl3や、有機
系ガスでのイオン化では、上述の問題点に加えてオーブ
ンや、ガス配管からFe(鉄)が混入してしまい、この
Feもイオン化してしまうという問題がある。このFe
は、Inの二価イオンの曲率半径と一致してしまう為、
分離電磁石によ質量分解は極めて困難である。この鉄が
半導体基板に導入されると、PN接合の特性を劣化させ
てしまうなどの問題を引き起こす。
For example, an impurity diffusion layer of a MOS transistor can be formed by introducing In ions into a semiconductor substrate. In particular, when attempting to introduce divalent ions of In into a semiconductor substrate, in addition to the above-mentioned problems, Fe (iron) is mixed from an oven or a gas pipe in the case of ionization with InCl 3 or an organic gas. Thus, there is a problem that this Fe is also ionized. This Fe
Is equal to the radius of curvature of the divalent ion of In.
Mass separation is extremely difficult with a separation electromagnet. When this iron is introduced into the semiconductor substrate, problems such as deterioration of the characteristics of the PN junction are caused.

【0061】よって、本発明によるスパッタリングイオ
ン注入を行うことにより、コンタミネーションの問題を
引き起こすことなく、極めて容易且つ安定に不純物を基
板に導入することが可能となるという効果が有る。
Therefore, by performing the sputtering ion implantation according to the present invention, there is an effect that impurities can be extremely easily and stably introduced into the substrate without causing a contamination problem.

【0062】また、以上説明した各実施形態では、スパ
ッタリングを行う為のサポートガスとしてArを用いた
例を説明したが、その他のサポートガスを用いることも
可能である。また、フィラメントやチャンバーには、グ
ラファイトなど、タングステン以外の材料を用いること
も可能であることは勿論である。
Further, in each of the embodiments described above, an example was described in which Ar was used as a support gas for performing sputtering. However, other support gases may be used. It is needless to say that a material other than tungsten, such as graphite, can be used for the filament and the chamber.

【0063】さらに、以上説明した実施形態では、バー
ナス型イオン源を用いる方式について説明したが、その
他の方式に対して適用することも可能であることは言う
までも無い。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範
囲内において、種々変形して実施可能である。
Further, in the embodiment described above, the method using the Bernas type ion source has been described, but it is needless to say that the present invention can be applied to other methods. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof.

【0064】[0064]

【発明の効果】上記の各実施形態によれば、長期間にわ
たって安定して低融点金属材料イオンを発生させる事が
できる。
According to each of the above embodiments, low melting point metal material ions can be stably generated over a long period of time.

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

【図1】イオン照射装置の全体構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an ion irradiation apparatus.

【図2】本発明の第1の実施形態に係るバーナス型イオ
ン源チャンバーに材料板を載置した時の断面構造図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional structural view when a material plate is placed in a burner type ion source chamber according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施形態に係るアークチャンバ
ーの断面構造図である。
FIG. 3 is a sectional structural view of an arc chamber according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来のバーナス型イオン源チャンバーの断面構
造を示した図である。
FIG. 4 is a view showing a cross-sectional structure of a conventional burner type ion source chamber.

【図5】従来のフリーマン型イオン源チャンバーの断面
構造を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional Freeman-type ion source chamber.

【図6】従来のマイクロ波型イオン源チャンバーの断面
構造を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional microwave ion source chamber.

【図7】改良型のバーナス型イオン源チャンバーの断面
構造を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of an improved burner-type ion source chamber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…イオン源チャンバー 2…引出し電極 3…分離電磁石 4…スリット 5…加速器 6…四極レンズ 7,8…走査電極 9…偏向電極 10…マスク 11…アース 12…試料 21、41…アークチャンバー 21A…窪み 22、42…ガス導入口 23、43…イオン引出し口 24…対向電極 25、45…絶縁支持部 26、46…リフレクター 27、47…フィラメント 28…フロントプレート 29…材料板 29A…有孔材料板 29B…微小孔 31…スリット 31A…スリットの上部傾斜 31B…スリットの下部傾斜 31C…材料板固定部 31D…貫通孔 50…電磁石 61…マグネトロン 62…導波管 63…放電箱 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion source chamber 2 ... Extraction electrode 3 ... Separation electromagnet 4 ... Slit 5 ... Accelerator 6 ... Quadrupole lens 7, 8 ... Scanning electrode 9 ... Deflection electrode 10 ... Mask 11 ... Ground 12 ... Sample 21, 41 ... Arc chamber 21A ... Depressions 22, 42: Gas introduction ports 23, 43 ... Ion extraction ports 24 ... Counter electrodes 25, 45 ... Insulating support parts 26, 46 ... Reflectors 27, 47 ... Filament 28 ... Front plate 29 ... Material plate 29A ... Perforated material plate 29B: Micro hole 31: Slit 31A: Upper slope of slit 31B: Lower slope of slit 31C: Material plate fixing part 31D: Through hole 50: Electromagnet 61: Magnetron 62: Waveguide 63: Discharge box

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】箱状に形成された容器と、前記容器の内壁
面に前記イオンを生成する元素を含む材料板を保持可能
とする保持手段と、前記容器内にプラズマを発生させる
ことにより前記保持手段に保持された材料板をスパッタ
リングして所望のイオンを発生させうるプラズマ発生手
段と、前記スパッタリングに用いるプラズマを発生しう
るガスを前記容器内に導入するガス導入手段と、前記ス
パッタリングで生ずる液体を保持する液体保持部と、前
記材料板に対するスパッタリングで生じたイオンを前記
容器外に導出するイオン導出手段とを有することを特徴
とするイオン発生装置。
1. A container formed in a box shape, holding means for holding a material plate containing the ion-generating element on the inner wall surface of the container, and a plasma generated in the container to generate the ions. Plasma generating means for generating desired ions by sputtering a material plate held by holding means, gas introducing means for introducing a gas capable of generating plasma used for the sputtering into the container, and gas generated by the sputtering An ion generator, comprising: a liquid holding unit for holding a liquid; and ion deriving means for deriving ions generated by sputtering on the material plate out of the container.
【請求項2】前記保持手段が前記液体保持部を兼ねてい
ることを特徴とするイオン発生装置。
2. The ion generator according to claim 1, wherein said holding means also serves as said liquid holding section.
【請求項3】箱状に形成された容器と、前記容器の内壁
面に前記イオンを生成する元素を含む材料板を保持可能
とする保持手段と、前記容器内にプラズマを発生させる
ことにより前記保持手段に保持された材料板をスパッタ
リングして所望のイオンを発生させうるプラズマ発生手
段と、前記スパッタリングに用いるプラズマを発生しう
るガスを前記容器内に導入するガス導入手段と、前記ス
パッタリングで生ずる液体を保持する液体保持部と、前
記材料板に対するスパッタリングで生じたイオンを前記
容器外に導出するイオン導出手段と、前記イオン導出手
段で導出されたイオンをそのイオンを照射するべき試料
に誘導するイオン誘導手段を有することを特徴とするイ
オン照射装置。
3. A container formed in a box shape, holding means for holding a material plate containing the element generating ions on the inner wall surface of the container, and generating plasma in the container. Plasma generating means for generating desired ions by sputtering a material plate held by holding means, gas introducing means for introducing a gas capable of generating plasma used for the sputtering into the container, and gas generated by the sputtering A liquid holding unit for holding a liquid, ion deriving means for deriving ions generated by sputtering on the material plate out of the container, and guiding the ions derived by the ion deriving means to a sample to be irradiated with the ions; An ion irradiation device having ion induction means.
【請求項4】2種以上の元素からなる固体材料を内部に
保持した容器にガスを導入する工程と,前記容器内で前
記ガスをプラズマ化して前記材料に照射し、前記材料を
スパッタリングすることでその構成元素であるイオンを
発生させるイオン発生工程と、前記イオン発生工程で前
記材料面に発生した前記材料の構成元素からなる液体を
液体保持部に収納する液体収納工程と、前記イオンを前
記容器外に導出するイオン導出工程と、前記容器外に導
出されたイオンを照射するべき試料に誘導するイオン誘
導工程と、前記誘導されたイオンを所望の試料に照射す
るイオン照射工程とを有することを特徴とするイオン照
射方法。
4. A step of introducing a gas into a container holding a solid material composed of two or more elements therein, and irradiating the material with the gas into plasma in the container and sputtering the material. An ion generating step of generating ions that are constituent elements thereof, a liquid storing step of storing a liquid composed of the constituent elements of the material generated on the material surface in the ion generating step in a liquid holding unit, and An ion deriving step of deriving ions extracted outside the container, an ion deriving step of directing ions extracted outside the container to a sample to be irradiated, and an ion irradiation step of irradiating a desired sample with the induced ions. An ion irradiation method characterized in that:
【請求項5】2種以上の元素からなり所望のイオンを発
生させ得る材料を内部に保持した容器に不活性ガスを導
入する工程と、前記容器に窒素ガスを導入する工程と、
前記容器内にプラズマを発生させて前記不活性ガス乃至
前記窒素ガスをプラズマ化して前記材料に照射し、前記
材料をスパッタリングすることでその構成元素であるイ
オンを発生させるイオン発生工程と、前記イオン発生工
程で前記材料面に発生した前記材料の構成元素のひとつ
からなる液体を前記窒素ガスで窒化する窒化工程と、前
記イオンを前記容器外に導出するイオン導出工程と、前
記容器外に導出されたイオンを照射するべき試料に誘導
するイオン誘導工程と、前記誘導されたイオンを所望の
試料に照射するイオン照射工程とを有することを特徴と
するイオン照射方法。
5. A step of introducing an inert gas into a container containing a material comprising two or more elements and capable of generating desired ions therein, and a step of introducing nitrogen gas into the container.
An ion generating step of generating plasma in the container, converting the inert gas to the nitrogen gas into plasma, irradiating the material, and sputtering the material to generate ions as constituent elements thereof; and A nitriding step of nitriding a liquid composed of one of the constituent elements of the material generated on the material surface in the generating step with the nitrogen gas, an ion deriving step of deriving the ions out of the container, and being led out of the container. An ion irradiation method, comprising: an ion induction step of inducing a sample to be irradiated with the extracted ions; and an ion irradiation step of irradiating a desired sample with the induced ions.
【請求項6】前記液体の融点が800℃以下であること
を特徴とする請求項4乃至請求項5の何れか1項に記載
のイオン照射方法。
6. The ion irradiation method according to claim 4, wherein the melting point of the liquid is 800 ° C. or less.
【請求項7】異なる不純物の注入された第1の不純物領
域と第2の不純物領域を有する半導体装置の製造方法に
おいて、2種以上の元素からなり所望のイオンを発生さ
せ得る材料を内部に保持した容器にガスを導入する工程
と、前記容器内にプラズマを発生させることにより前記
ガスをプラズマ化して前記材料に照射し、前記材料をス
パッタリングすることでその構成元素である2種以上の
イオンを発生させるイオン発生工程と、前記2種以上の
イオンを前記容器外に導出するイオン導出工程と、前記
容器外に導出された2種以上のイオンから所望の第1の
イオンを質量分離し加速して半導体基板表面に照射する
ことにより前記半導体基板表面の前記半導体装置形成予
定領域に前記第1の不純物領域を形成する第1のイオン
注入工程と、前記容器外に導出された2種以上のイオン
から所望の第2のイオンを質量分離し加速して半導体基
板表面に照射することにより前記半導体基板表面の前記
半導体装置形成予定領域に前記第2の不純物領域を形成
する第2のイオン注入工程と、を有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
7. A method for manufacturing a semiconductor device having a first impurity region and a second impurity region into which different impurities have been implanted, wherein a material comprising two or more elements and capable of generating desired ions is held inside. A step of introducing a gas into the container, and irradiating the material with the gas by generating a plasma in the container to irradiate the material, and sputtering the material to form two or more ions that are constituent elements of the material. An ion generating step to generate, an ion deriving step of deriving the two or more ions out of the container, and mass separating and accelerating a desired first ion from the two or more ions deducted out of the container A first ion implantation step of irradiating the semiconductor substrate surface to form the first impurity region in the semiconductor device formation planned region on the semiconductor substrate surface; Desired second ions are mass-separated from two or more kinds of ions led out of the chamber, accelerated, and irradiated to the surface of the semiconductor substrate, so that the second impurity is added to the semiconductor device formation planned region on the semiconductor substrate surface. A second ion implantation step of forming a region.
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