JP2000294515A - イオン注入装置及びイオン注入方法 - Google Patents

イオン注入装置及びイオン注入方法

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JP2000294515A
JP2000294515A JP11102024A JP10202499A JP2000294515A JP 2000294515 A JP2000294515 A JP 2000294515A JP 11102024 A JP11102024 A JP 11102024A JP 10202499 A JP10202499 A JP 10202499A JP 2000294515 A JP2000294515 A JP 2000294515A
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JP
Japan
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impurity
ion implantation
wafer
ions
ion
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JP11102024A
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Takuya Kinugawa
拓也 衣川
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャネリング分布が面内で均一であり、均一
にドーピングを行なうことができるイオン注入装置及び
イオン注入方法を提供すること。 【解決手段】 真空容器内のイオン源1で半導体ウエハ
9にドーピングする不純物にエネルギーを与えてイオン
化する。このイオンは、静電力により真空容器内の質量
分離器2に運ばれ、所望の質量のものに抽出される。こ
のイオンは、真空容器の外側に設置された加速器3によ
り高電界下で加速され、ビーム集束器4で所定のビーム
径に集束される。このイオンビームは、Yスキャナ6及
びXスキャナ8によりそれぞれY軸方向及びX軸方向に
走査されながら、支持部材10により支持された半導体
ウエハ9の表面に照射される。このとき、支持部材10
については、半導体ウエハ9にイオン注入を行なう間に
所定角度内で連続的にもしくは間欠的に駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハなど
の被処理体に不純物をドーピングする際に使用するイオ
ン注入装置及びイオン注入方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体デバイスなどの製造工
程において、半導体ウエハなどの被処理体への不純物の
ドーピング方法としては、再現性、均一性、制御性が良
好であるイオン注入方法が広く用いられている。
【0003】イオン注入方法においては、被処理体を支
持する支持部材を固定した状態で、不純物をイオン化し
て集束させてなるイオンビームを静電スキャンさせなが
ら被処理体に照射している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記被処理
体にイオンビームを照射したとき、イオンがその原子間
を原子に衝突することなく奥まで入り込んでしまう、い
わゆるチャネリング現象が被処理体の面内で不均一に起
こる。すなわち、被処理体の中心部と外周部では、チャ
ネリング分布が均一でなく、ドーピングにばらつきが生
じることがある。
【0005】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、チャネリング分布が面内で均一であり、均一にド
ーピングを行なうことができるイオン注入装置及びイオ
ン注入方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下の手段を講じた。
【0007】本発明のイオン注入装置は、被処理体に不
純物のイオンビームを照射することにより前記被処理体
に不純物を注入するイオン注入装置であって、不純物を
イオン化するイオン化手段と、イオン化された不純物を
高電界により加速する加速手段と、被処理体を支持する
支持手段と、前記被処理体に加速したイオンを集束させ
る集束手段と、前記イオンを前記被処理体に注入する間
に前記被処理体の向きを連続的に変化させるように前記
支持手段を駆動する駆動手段と、を具備することを特徴
とする。
【0008】また、本発明のイオン注入装置は、被処理
体に不純物のイオンビームを照射することにより前記被
処理体に不純物を注入するイオン注入装置であって、不
純物をイオン化するイオン化手段と、イオン化された不
純物を高電界により加速する加速手段と、被処理体を支
持する支持手段と、前記被処理体に加速したイオンを集
束させる集束手段と、前記イオンを前記被処理体に注入
する間に前記被処理体の向きを複数回間欠的に変化させ
るように前記支持手段を駆動する駆動手段と、を具備す
ることを特徴とする。
【0009】これらのイオン注入装置によれば、イオン
を前記被処理体に注入する間に被処理体の向きを連続的
に又は複数回間欠的に変化させるように前記支持手段を
駆動するので、被処理体に生じるチャネリングが面内に
おいて均一となり、均一にドーピングがなされる。
【0010】本発明のイオン注入方法は、被処理体に不
純物のイオンビームを照射することにより前記被処理体
に不純物を注入するイオン注入方法であって、不純物を
イオン化するイオン化工程と、イオン化された不純物を
高電界により加速する加速工程と、被処理体に加速した
イオンを集束させる集束工程と、前記イオンを前記被処
理体に注入する間に前記被処理体の向きを連続的に変化
させる向き変化工程と、を具備することを特徴とする。
【0011】また、本発明のイオン注入方法は、被処理
体に不純物のイオンビームを照射することにより前記被
処理体に不純物を注入するイオン注入方法であって、不
純物をイオン化するイオン化工程と、イオン化された不
純物を高電界により加速する加速工程と、被処理体に加
速したイオンを集束させる集束工程と、前記イオンを前
記被処理体に注入する間に前記被処理体の向きを複数回
間欠的に変化させる向き変化工程と、を具備することを
特徴とする。
【0012】これらのイオン注入方法によれば、イオン
を前記被処理体に注入する間に被処理体の向きを連続的
に又は複数回間欠的に変化させるように前記支持手段を
駆動するので、被処理体に生じるチャネリングが面内に
おいて均一となり、均一にドーピングがなされる。
【0013】また、本発明のイオン注入方法は、ウエハ
に不純物のイオンビームを照射することにより前記ウエ
ハに不純物を注入するイオン注入方法であって、該ウエ
ハのオリフラ角度を水平方向から45度傾けると共に該
ウエハの表面をイオンビームに対して垂直方向から5度
傾けた状態で、該ウエハに不純物のイオンビームを照射
する工程と、該ウエハのオリフラ角度を水平方向から1
35度傾けると共に該ウエハの表面をイオンビームに対
して垂直方向から7度傾けた状態で、該ウエハに不純物
のイオンビームを照射する工程と、を具備することを特
徴とする。
【0014】上記イオン注入方法では、ウエハの向きを
変えて2回のイオン注入を行っているため、1回だけの
イオン注入に比べて面内均一性を向上させることができ
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して詳細に説明する。
【0016】図1は、本発明の一実施の形態に係るイオ
ン注入装置の概略構成を示す図である。なお、本実施の
形態では、被処理体が半導体ウエハである場合について
説明する。
【0017】真空容器内には、不純物をイオン化するイ
オン源1が配置されている。イオン源1の後段には、イ
オン源1から出射されたイオンを質量分離する質量分離
器2が配置されている。真空容器のイオン出射口には、
イオンを高電界により加速する加速器3が配置されてい
る。
【0018】加速器3の後段には、加速器3により加速
されたイオンを集束してイオンビームとするビーム集束
器4が配置されている。また、ビーム集束器4の後段に
は、中性ビームトラップなどで構成されるビーム走査器
5が配置されている。
【0019】また、ビーム走査器5の後段には、イオン
ビームを半導体ウエハ9に照射する打ち込み室が配置さ
れている。この打ち込み室には、Y軸方向にイオンビー
ムを走査するYスキャナ6と、ビームトラップ7と、X
軸方向にイオンビームを走査するXスキャナ8とを有し
ている。
【0020】図2は、上記構成を有するイオン注入装置
の被処理体の支持部材を示す拡大図である。半導体ウエ
ハ9は、支持部材10に載置されている。この支持部材
10により支持される半導体ウエハ9は、オリフラ角度
θ1を所定の角度にするために矢印方向に回動可能(ウ
エハ9に対して水平方向の回動)に支持されている。な
お、オリフラ角度θ1は、被処理体がシリコンウエハで
ある場合、その結晶構造や(110)面に沿った(10
0)結晶面における面方向のチャンネリングなどを考慮
すると、約45度であることが好ましい。
【0021】また、この支持部材10は、半導体ウエハ
9の表面の方向を変えるような駆動部材(図示せず)に
より矢印方向に駆動するように構成されている。この駆
動は、ウエハ9の表面に対して垂直方向の駆動であり、
半導体ウエハ9にイオン注入を行なう間に所定角度内で
連続的に行なうことが望ましい。
【0022】また、この駆動は、半導体ウエハ9にイオ
ン注入を行なう間に所定角度内で段階的に間欠的に行な
うようにしても良い。このように、支持部材10の駆動
を間欠的に複数回にわたって行なっても支持部材10を
連続的に駆動させるのと同じ効果を発揮させることがで
きる。
【0023】なお、この駆動速度は、イオン注入の条件
などを考慮して適宜設定することが望ましい。また、こ
の駆動の角度θ2は、<110>の結晶軸に沿った軸チ
ャンネリングなどを考慮すると、10度以下、特に3〜
9度であることが好ましい。
【0024】上記構成を有する本実施の形態のイオン注
入装置の動作について説明する。
【0025】まず、真空容器内のイオン源1で半導体ウ
エハ9にドーピングする不純物にエネルギーを与えてイ
オン化する。このイオンは、静電力により真空容器内の
質量分離器2に運ばれ、所望の質量のものに抽出され
る。
【0026】このイオンは、真空容器の外側に設置され
た加速器3により高電界下で加速され、ビーム集束器4
で所定のビーム径に集束される。このようにして得られ
たイオンビームは、打ち込み室において、Yスキャナ6
及びXスキャナ8によりそれぞれY軸方向及びX軸方向
に走査されながら、支持部材10により支持された半導
体ウエハ9の表面に照射される。これにより、半導体ウ
エハ9に不純物が打ち込まれて注入される。
【0027】このとき、支持部材10については、半導
体ウエハ9にイオン注入を行なう間に所定角度内で連続
的に駆動する。もしくは半導体ウエハ9にイオン注入を
行なう間に所定角度内で段階的に(複数回にわたって)
間欠的に駆動する。これにより、イオン注入の際のチャ
ネリングの面内分布を均一にすることができ、面内に均
一にドーピングを行なうことができる。
【0028】次に、本発明の効果を明確にするために行
なった実験例について説明する。
【0029】まず、支持部材10の面を固定して半導体
ウエハに対してイオン注入を行なった。この半導体ウエ
ハをアニールした後にウエハの複数部位について抵抗値
を測定して格子欠陥の分布を求め、これによりイオン注
入の分布を調べた。具体的には、イオン注入の際に、オ
リフラ角度45度でθ2=3度とした。その結果、図3
に示すように、面内で均一性における偏りの度合いは
0.27%と比較的大きいことが分かった。
【0030】同様に、イオン注入の際に、オリフラ角度
45度でθ2=5度としたところ、図4に示すように、
面内で均一性における偏りの度合いは0.19%であっ
た。同様に、イオン注入の際に、オリフラ角度45度で
θ2=7度としたところ、図5に示すように、面内で均
一性における偏りの度合いは0.15%であった。同様
に、イオン注入の際に、オリフラ角度45度でθ2=9
度としたところ、図6に示すように、面内で均一性にお
ける偏りの度合いは0.20%であった。
【0031】上記のようにウエハに1回目のイオン注入
を行い、そのウエハの注入ばらつきを測定した結果、θ
2=7度で均一性が良く、そこを離れるにつれて均一性
が悪化することが分かった。
【0032】次いで、それぞれの1回のイオン注入を行
なった半導体ウエハに対して再度イオン注入を行なっ
た。上記と同様に、この半導体ウエハをアニールした後
にウエハの複数部位について抵抗値を測定して格子欠陥
の分布を求め、これによりイオン注入の分布を調べた。
具体的には、図3に示すものには、イオン注入の際に、
オリフラ角度135度でθ2=9度とした。その結果、
図7に示すように、面内で均一性における偏りの度合い
は0.15%に減少したことが分かった。
【0033】同様に、図4に示すものには、イオン注入
の際に、オリフラ角度135度でθ2=7度とした。そ
の結果、図8に示すように、面内で均一性における偏り
の度合いは0.14%に減少したことが分かった。同様
に、図5に示すものには、イオン注入の際に、オリフラ
角度135度でθ2=5度とした。その結果、図9に示
すように、面内で均一性における偏りの度合いは0.1
3%に減少したことが分かった。同様に、図6に示すも
のには、イオン注入の際に、オリフラ角度135度でθ
2=3度とした。その結果、図10に示すように、面内
で均一性における偏りの度合いは0.19%に減少した
ことが分かった。
【0034】なお、図3〜図10において、表記した+
はイオン注入が比較的浅い部分を示し、−はイオン注入
が比較的深い部分を示しており、□はイオン注入が平均
的な深さである部分を示している。また、オリフラ角度
は、1回目と2回目のイオン注入の深さが均等になるよ
うに、90度ずらして行なっている。
【0035】このように、イオン注入の方向を変えて複
数回行なうことにより、チャネリングが面内において均
一となり、均一にドーピングがなされることが分かっ
た。特に、θ2が5度と7度の組合わせが最も良く、即
ち、1回目のイオン注入でオリフラ角度45度、θ2=
5度、2回目のイオン注入でオリフラ角度135度、θ
2=7度の場合(図8)及びオリフラ角度45度、θ2
=7度、2回目のイオン注入でオリフラ角度135度、
θ2=5度の場合(図9)が最も良い結果となった。
【0036】本発明は上記実施の形態に限定されず種々
変更して実施することが可能である。例えば、本発明
は、被処理体が半導体ウエハでない場合についても適用
することができる。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように本発明のイオン注入
装置及びイオン注入方法は、イオンを前記被処理体に注
入する間に被処理体の向きを連続的に又は複数回間欠的
に変化させるように前記支持部材を駆動するので、被処
理体に生じるチャネリングが面内において均一となり、
均一にドーピングがなされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るイオン注入装置の
概略構成を示す図である。
【図2】上記実施の形態に係るイオン注入装置の被処理
体の支持部材を示す拡大図である。
【図3】1回のイオン注入された半導体ウエハにおける
注入の分布を示す分布図である。
【図4】1回のイオン注入された半導体ウエハにおける
注入の分布を示す分布図である。
【図5】1回のイオン注入された半導体ウエハにおける
注入の分布を示す分布図である。
【図6】1回のイオン注入された半導体ウエハにおける
注入の分布を示す分布図である。
【図7】2回のイオン注入された半導体ウエハにおける
注入の分布を示す分布図である。
【図8】2回のイオン注入された半導体ウエハにおける
注入の分布を示す分布図である。
【図9】2回のイオン注入された半導体ウエハにおける
注入の分布を示す分布図である。
【図10】2回のイオン注入された半導体ウエハにおけ
る注入の分布を示す分布図である。
【符号の説明】
1…イオン源、2…質量分離器、3…加速器、4…ビー
ム集束器、5…ビーム走査器、6…Yスキャナ、7…ビ
ームトラップ、8…Xスキャナ、9…半導体ウエハ、1
0…支持部材。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理体に不純物のイオンビームを照射
    することにより前記被処理体に不純物を注入するイオン
    注入装置であって、 不純物をイオン化するイオン化手段と、 イオン化された不純物を高電界により加速する加速手段
    と、 被処理体を支持する支持手段と、 前記被処理体に加速したイオンを集束させる集束手段
    と、 前記イオンを前記被処理体に注入する間に前記被処理体
    の向きを連続的に変化させるように前記支持手段を駆動
    する駆動手段と、を具備することを特徴とするイオン注
    入装置。
  2. 【請求項2】 被処理体に不純物のイオンビームを照射
    することにより前記被処理体に不純物を注入するイオン
    注入装置であって、 不純物をイオン化するイオン化手段と、 イオン化された不純物を高電界により加速する加速手段
    と、 被処理体を支持する支持手段と、 前記被処理体に加速したイオンを集束させる集束手段
    と、 前記イオンを前記被処理体に注入する間に前記被処理体
    の向きを複数回間欠的に変化させるように前記支持手段
    を駆動する駆動手段と、を具備することを特徴とするイ
    オン注入装置。
  3. 【請求項3】 被処理体に不純物のイオンビームを照射
    することにより前記被処理体に不純物を注入するイオン
    注入方法であって、 不純物をイオン化するイオン化工程と、 イオン化された不純物を高電界により加速する加速工程
    と、 被処理体に加速したイオンを集束させる集束工程と、 前記イオンを前記被処理体に注入する間に前記被処理体
    の向きを連続的に変化させる向き変化工程と、を具備す
    ることを特徴とするイオン注入方法。
  4. 【請求項4】 被処理体に不純物のイオンビームを照射
    することにより前記被処理体に不純物を注入するイオン
    注入方法であって、 不純物をイオン化するイオン化工程と、 イオン化された不純物を高電界により加速する加速工程
    と、 被処理体に加速したイオンを集束させる集束工程と、 前記イオンを前記被処理体に注入する間に前記被処理体
    の向きを複数回間欠的に変化させる向き変化工程と、を
    具備することを特徴とするイオン注入方法。
  5. 【請求項5】 ウエハに不純物のイオンビームを照射す
    ることにより前記ウエハに不純物を注入するイオン注入
    方法であって、 該ウエハのオリフラ角度を水平方向から45度傾けると
    共に該ウエハの表面をイオンビームに対して垂直方向か
    ら5度傾けた状態で、該ウエハに不純物のイオンビーム
    を照射する工程と、 該ウエハのオリフラ角度を水平方向から135度傾ける
    と共に該ウエハの表面をイオンビームに対して垂直方向
    から7度傾けた状態で、該ウエハに不純物のイオンビー
    ムを照射する工程と、 を具備することを特徴とするイオン注入方法。
JP11102024A 1999-04-09 1999-04-09 イオン注入装置及びイオン注入方法 Withdrawn JP2000294515A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8445358B2 (en) 2010-03-31 2013-05-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor substrate and method for manufacturing semiconductor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Effective date: 20060704