JP2002289107A - Ion generating device, ion irradiation device, ion generating method and ion implantation method - Google Patents
Ion generating device, ion irradiation device, ion generating method and ion implantation methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体技術におけ
るイオン発生装置、イオン照射装置、およびイオン発生
方法、イオン注入方法に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an ion generator, an ion irradiation apparatus, an ion generating method, and an ion implanting method in semiconductor technology.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＵＬＳＩの集積化が進み、素子寸法が縮
小化されるに伴い、浅いｐｎ接合の形成はその重要性を
増してきている。浅いｐｎ接合は、従来より、ドーピン
グ技術の一つであるイオン注入と、熱処理（アニール）
との組み合わせにより行われている。2. Description of the Related Art As the integration of ULSIs advances and the device dimensions are reduced, the formation of shallow pn junctions is becoming increasingly important. Conventionally, a shallow pn junction is formed by ion implantation and heat treatment (annealing), which are one of the doping techniques.
It is performed in combination with.
【０００３】しかし、ｐ型ドーパントとしてＢ（ボロ
ン）を用いる浅いｐｎ接合の形成は、困難な点が多い。
その理由としては、軽元素であるＢはイオン注入時のチ
ャネリングテイルが顕著であることと、Ｓｉ中でＢの拡
散係数が大きいことがあげられる。これらはｐチャネル
型ＭＯＳトランジスタの短チャネル効果の原因となる。However, formation of a shallow pn junction using B (boron) as a p-type dopant has many difficulties.
This is because B, which is a light element, has a remarkable channeling tail at the time of ion implantation, and has a large diffusion coefficient of B in Si. These cause the short channel effect of the p-channel MOS transistor.
【０００４】このようなＢのイオン注入の問題は、素子
の微細化が進むほど、より一層顕在する。そのため、浅
いｐｎ接合の形成を目指して、イオン注入時のチャネリ
ング抑制・拡散抑制のための様々な工夫がなされてい
る。[0004] Such a problem of ion implantation of B becomes more apparent as the device becomes finer. For this reason, various devices have been devised for suppressing channeling and diffusion during ion implantation with the aim of forming a shallow pn junction.
【０００５】その一つとして、ｐ型ドーパントとしてＢ
Ｆ2 を用いることがあげられる。その理由は、ＢＦ2 の
ような分子のイオン注入では、同じ加速電圧の場合、単
体Ｂよりも浅く注入できるからである。例えば、単体Ｂ
を加速電圧２００ｅＶでイオン注入したときと同じ飛程
距離を、ＢＦ2 では約９００ｅＶの加速電圧で得られ
る。As one of them, B is used as a p-type dopant.
The use of F 2 can be mentioned. The reason is that ion implantation of molecules such as BF 2 can be implanted shallower than B alone at the same acceleration voltage. For example, simplex B
Can be obtained at an acceleration voltage of about 900 eV with BF 2 at the same range as when ions are implanted at an acceleration voltage of 200 eV.
【０００６】しかし、ＢＦ2 のイオン注入には以下のよ
うな問題がある。すなわち、ＢよりもＦ（フッ素）の濃
度の方が高くなるために、熱処理後におけるＦ起因のＢ
の外方拡散や、注入欠陥にＦがトラップされることによ
るＦの不動化が発生し、その結果としてＢの活性化率が
低下し、ｐ型拡散層の抵抗（シート抵抗、コンタクト抵
抗）が増加するという問題が生じる。However, ion implantation of BF 2 has the following problems. That is, since the concentration of F (fluorine) is higher than that of B,
Out-diffusion and immobilization of F due to trapping of F in an implantation defect, as a result, the activation rate of B decreases, and the resistance (sheet resistance, contact resistance) of the p-type diffusion layer decreases. The problem of increase arises.
【０００７】他の方法としては、イオン注入によるＢの
導入前に、Ｓｉ基板を予めアモルファス化しておくとい
うプリアモルファス化法がある。Ｓｉ基板のアモルファ
ス化は、例えばＳｉ，Ｇｅといった基板元素（Ｓｉ）と
同族の元素のイオン注入により行うことができる。As another method, there is a pre-amorphization method in which a Si substrate is made amorphous in advance before B is introduced by ion implantation. Amorphization of the Si substrate can be performed by ion implantation of an element of the same family as the substrate element (Si), for example, Si or Ge.
【０００８】Ｓｉ基板のアモルファス化は、Ａｓ、Ｐ、
Ｓｂ等のｎ型ドーパントのイオン注入により行うことも
できるが、この場合、ｐ型拡散層のキャリア濃度の低下
を招くという問題がある。Amorphization of a Si substrate is performed by using As, P,
It can be performed by ion implantation of an n-type dopant such as Sb, but in this case, there is a problem that the carrier concentration of the p-type diffusion layer is reduced.
【０００９】また、Ｉｎ，Ｇａ等の重元素をｐ型ドーパ
ントとして用いることも考えられるが、この種の重元素
を高濃度にイオン注入する場合には、増速拡散が顕在化
するため、低温プロセスでなくては使用が困難であると
いう問題がある。It is also conceivable to use a heavy element such as In or Ga as a p-type dopant. However, when this kind of heavy element is ion-implanted at a high concentration, the enhanced diffusion becomes apparent, There is a problem that it is difficult to use it unless it is a process.
【００１０】以上の理由から、Ｓｉ基板のアモルファス
化は、一般には、Ｓｉ，Ｇｅといった基板元素と同族元
素のイオン注入により行う。図１２に、Ｇｅイオン注
入、ＢＦ2 イオンのプリアモルファス化法にて得られ
た、ｐ型拡散層の抵抗（シート抵抗、コンタクト抵抗）
のＧｅイオンの加速電圧依存性を示す。また、図１３
に、同プリアモルファス化法にて得られたｐ型拡散層層
の不純物の濃度分布およびＢＦ2 の単独のイオン注入方
法にて得られたｐ型拡散層の不純物の濃度分布のそれぞ
れを示す。[0010] For the above reasons, the amorphization of a Si substrate is generally performed by ion implantation of a substrate element such as Si or Ge and a homologous element. FIG. 12 shows the resistance (sheet resistance, contact resistance) of the p-type diffusion layer obtained by the Ge ion implantation and the BF 2 ion preamorphization method.
Shows the acceleration voltage dependence of Ge ions. FIG.
The impurity concentration distribution of the p-type diffusion layer obtained by the pre-amorphization method and the impurity concentration distribution of the p-type diffusion layer obtained by the single ion implantation method of BF 2 are shown in FIG.
【００１１】しかし、基板元素と同族元素のイオン注入
を行うプリアモルファス化法には、以下のような問題が
ある。すなわち、本発明者等の研究によれば、図１４に
示すように、上記プリアモルファス化法は、Ｂ単独のイ
オン注入よりもｐ型拡散層の抵抗が高くなるという問題
があることが分かった。これは、中性イオン（Ｓｉイオ
ン、Ｇｅイオンの）の存在により、電気的に活性なドー
パント（Ｂ）の濃度が低下するからである。However, the preamorphization method for implanting ions of the same element as the substrate element has the following problems. That is, according to the study of the present inventors, as shown in FIG. 14, the pre-amorphization method has a problem that the resistance of the p-type diffusion layer is higher than that of the ion implantation of B alone. . This is because the presence of neutral ions (of Si ions and Ge ions) lowers the concentration of the electrically active dopant (B).
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、浅いｐｎ
接合を形成する方法として、ＢＦ2 の単独のイオン注入
による方法、またはプリアモルファス化法を用いた２回
のイオン注入による方法が知られていたが、いずれの場
合もｐ型拡散層の抵抗が高くなるという問題があった。SUMMARY OF THE INVENTION As described above, a shallow pn
As a method for forming the bonding method according to a single ion implantation BF 2 or a method according to two ion implantation using the pre-amorphization process was known, the resistance of any p-type diffusion layer in the case of, There was a problem of getting high.
【００１３】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ｐ型拡散層の抵抗が低
く、かつ接合深さの浅いｐｎ接合を形成するために有効
なイオンを発生することができるイオン発生装置、イオ
ン照射装置、イオン発生方法およびイオン注入方法を提
供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to reduce the resistance of a p-type diffusion layer and to form an ion effective for forming a pn junction having a small junction depth. It is an object of the present invention to provide an ion generator, an ion irradiation device, an ion generation method, and an ion implantation method capable of generating an ion.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記の通りである。SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, typical ones are briefly described as follows.
【００１５】本発明に係るイオン発生装置は、複数の元
素で構成された物質を含む材料板を内部に保持できる容
器と、前記材料板に対して物理的エッチングおよび化学
的エッチングの作用を有するガスを前記容器の内部に導
入するガス導入手段と、前記複数の元素で構成された物
質をイオン化するイオン化手段と、前記容器内のガスを
前記容器外に導出するガス導出手段とを備えていること
を特徴とする。[0015] An ion generator according to the present invention comprises a container capable of holding therein a material plate containing a substance composed of a plurality of elements, and a gas having a physical etching and chemical etching effect on the material plate. Gas introducing means for introducing gas into the inside of the container, ionizing means for ionizing a substance composed of the plurality of elements, and gas deriving means for leading gas in the container out of the container. It is characterized by.
【００１６】本発明に係るイオン照射装置は、上記本発
明に係るイオン発生装置と、このイオン発生装置で発生
した複数の元素で構成された物質のイオンを試料に照射
する照射手段とを備えていることを特徴とする。An ion irradiation apparatus according to the present invention includes the above-described ion generating apparatus according to the present invention, and irradiation means for irradiating a sample with ions of a substance composed of a plurality of elements generated by the ion generating apparatus. It is characterized by being.
【００１７】本発明に係るイオン発生方法は、複数の元
素で構成された物質を含む材料板に対して、物理的エッ
チングおよび化学的エッチングの作用を有するガスを生
成する工程と、前記材料板に前記ガスによって物理的お
よび化学的にエッチングし、前記材料板から前記複数の
元素で構成された物質を発生させる工程と、前記複数の
元素で構成された物質をイオン化する工程とを有するこ
とを特徴とする。According to the ion generating method of the present invention, a step of generating a gas having an action of physical etching and a chemical etching on a material plate containing a substance composed of a plurality of elements; A step of physically and chemically etching with the gas to generate a substance composed of the plurality of elements from the material plate; and a step of ionizing the substance composed of the plurality of elements. And
【００１８】上記本発明の装置・方法において、例えば
複数の元素で構成された物質を含む材料板として、Ｇｅ
ＢまたはＧｅＢ2 等の３族元素と４族元素との化合物
（３族４族化合物）を使用すれば、３族４族化合物が物
理的エッチングおよび化学的エッチングされることによ
り、イオン注入またはイオン照射において必要される量
の３族４族化合物のイオンを容易に発生することができ
る。In the apparatus and method of the present invention, for example, the material plate containing the substance composed of a plurality of elements may be a Ge plate.
When a compound of a Group 3 element and a Group 4 element such as B or GeB 2 (a Group 3 or 4 compound) is used, the Group 3 or 4 compound is physically or chemically etched to perform ion implantation or ion implantation. The required amount of ions of the group III-IV compound can be easily generated in the irradiation.
【００１９】ここで、Ｇｅ等の４族元素はＳｉ基板と同
族の元素である。そのため、Ｓｉ基板に３族４族化合物
をイオン注入した後の熱処理（アニール）により、Ｇｅ
等の４族元素はＳｉと容易に結合する。特にＧｅはＳｉ
に対して完全固溶体であるので望ましい。そのため、熱
処理後におけるＧｅ等の４族元素起因のＢ等の３族元素
の外方拡散や、注入欠陥にＧｅ等の４族元素がトラップ
されることによる４族元素の不動化の発生を防止でき
る。Here, the group 4 elements such as Ge are elements of the same group as the Si substrate. Therefore, the heat treatment (annealing) after ion implantation of the group III-IV compound into the Si substrate results in Ge
And the like are easily bonded to Si. Especially Ge is Si
Is desirable since it is a complete solid solution. For this reason, it is possible to prevent out-diffusion of a Group 3 element such as B due to a Group 4 element such as Ge after heat treatment and immobilization of a Group 4 element due to trapping of a Group 4 element such as Ge in an implantation defect. it can.
【００２０】このようにＢ等の３族元素の外方拡散や、
Ｇｅ等の４族元素の不動化を防止できれば、Ｂ等の３族
元素の活性化率が低下し、ｐ型拡散層の抵抗が増加する
という問題は起こらない。また、３族４族化合物は、３
族元素の単体のイオン注入よりも飛程距離を短くでき
る。したがって、ｐ型拡散層の抵抗が低く、かつ結合深
さの浅いｐｎ接合を形成することが可能となる。As described above, outward diffusion of a group 3 element such as B,
If the immobilization of the Group 4 element such as Ge can be prevented, the problem that the activation rate of the Group 3 element such as B decreases and the resistance of the p-type diffusion layer increases does not occur. In addition, Group 3 and Group 4 compounds
The range can be reduced as compared with the ion implantation of a simple group element. Therefore, it is possible to form a pn junction having a low resistance of the p-type diffusion layer and a small coupling depth.
【００２１】また、本発明に係るイオン注入方法は、半
導体基板の表面に第１の３族元素が分布した第１の領域
を３族元素のイオン注入により形成する第１のイオン注
入工程と、前記半導体基板の表面に前記第１の３族元素
が分布した第１の領域を含み、かつ該第１の領域よりも
広い、前記第１の３族元素よりも質量が軽い第２の３族
元素またはその化合物が分布した第２の領域を、前記第
２の３族元素またはその化合物イオン注入により形成す
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 ion implantation method according to the present invention includes a first ion implantation step of forming a first region in which a first group III element is distributed on a surface of a semiconductor substrate by ion implantation of a group III element. A second group, which includes a first region in which the first group 3 element is distributed on the surface of the semiconductor substrate, and is wider than the first region and lighter in mass than the first group 3 element; A second ion implantation step of forming a second region in which the element or its compound is distributed by ion implantation of the second Group 3 element or its compound.
【００２２】本発明のイオン注入方法は、Ｇａ等の第１
の３族元素をＢ等の第２の３族元素よりも浅くイオン注
入することを表現している。このようなイオン注入を行
う理由は、従来のＧａを用いたプリアモルファス化法に
おける増速拡散の問題は、ＧａがＢよりも深くイオン注
入されることで顕著化するからである。したがって、本
発明によれば、従来のＧａを用いたプリアモルファス化
法の問題を解決できるので、ｐ型拡散層の抵抗が低く、
かつ結合深さの浅いｐｎ接合を形成することが可能とな
る。According to the ion implantation method of the present invention, the first ion
Is implanted shallower than the second group III element such as B. The reason for performing such ion implantation is that the problem of the accelerated diffusion in the conventional pre-amorphization method using Ga becomes more pronounced when Ga is implanted deeper than B. Therefore, according to the present invention, since the problem of the conventional preamorphization method using Ga can be solved, the resistance of the p-type diffusion layer is low,
In addition, it becomes possible to form a pn junction having a shallow coupling depth.
【００２３】本発明の上記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明ら
かになるであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】本発明のイオン注入装置の理解を
容易にするために、最初に従来のイオン注入装置につい
て簡単に説明する。イオン注入装置の心臓部となるイオ
ン源アークチャンバーには、熱電極を用いたフリーマン
型、バーナス型およびマグネトロンを用いたマイクロ波
型などがある。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to facilitate understanding of an ion implantation apparatus according to the present invention, a conventional ion implantation apparatus will first be briefly described. The ion source arc chamber, which is the heart of the ion implantation apparatus, includes a Freeman type using a hot electrode, a Bernas type, a microwave type using a magnetron, and the like.
【００２５】図４は、従来のバーナス型のイオン源アー
ク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。FIG. 4 shows a sectional structure of a conventional burner type ion source arc chamber. FIG. 4A shows a cross section parallel to the upper surface of the chamber, and FIG.
Shows cross sections parallel to the side surfaces of the chamber.
【００２６】アークチャンバー５１の一方の端面には絶
縁支持部５２およびリフレクター（スペーサー）５３を
介してフィラメント５４が設けてあり、アークチャンバ
ー５１の他方の端面には絶縁支持部５２を介して対向電
極５５が設けてある。A filament 54 is provided on one end face of the arc chamber 51 via an insulating support 52 and a reflector (spacer) 53, and a counter electrode is provided on the other end face of the arc chamber 51 via the insulating support 52. 55 are provided.
【００２７】ガス導入口５６から例えばＢＦ3 ガスを供
給するとともに、フィラメント５５４から熱電子を放出
させ、対向電極５５によって熱電子の運動方向を反対方
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ＢＦ3 ガス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５７に設けたイオン引き
出し口５８からイオンが取り出される。For example, BF 3 gas is supplied from the gas inlet 56, and at the same time, thermions are emitted from the filament 554, and the moving direction of the thermoelectrons is deflected in the opposite direction by the counter electrode 55. The ionization is performed by increasing the probability of collision with the BF 3 gas. Then, ions are extracted from the ion extraction port 58 provided in the front plate 57.
【００２８】図５は、従来のフリーマン型のイオン源ア
ーク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。FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a conventional Freeman-type ion source arc chamber. FIG. 5A shows a cross section parallel to the upper surface of the chamber, and FIG.
Shows cross sections parallel to the side surfaces of the chamber.
【００２９】アークチャンバー６１の対向する面にそれ
ぞれ絶縁支持部６２を介してリフレクター６３が設けて
あり、この対向するリフレクター６３間に棒状のフィラ
メント６４が設けてある。A reflector 63 is provided on each of the opposing surfaces of the arc chamber 61 via an insulating support portion 62, and a rod-shaped filament 64 is provided between the opposing reflectors 63.
【００３０】フィラメント６４から熱電子を放出させて
プラズマを生じさせるとともに、電磁石６５によるフィ
ラメント６４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６３の作用によって
アークチャンバー６１内で熱電子を複雑に運動させるこ
とにより、フィラメント６４から放出される熱電子とガ
ス導入口６６から供給され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６７に設けたイオン引
き出し口６８からイオンが取り出される。The thermoelectrons are emitted from the filament 64 to generate plasma, and a magnetic field parallel to the filament 64 by the electromagnet 65 and a rotating magnetic field by the filament current are generated. The action of the reflector 63 causes the thermoelectrons in the arc chamber 61. Is made to move in a complicated manner, thereby increasing the collision probability between the thermoelectrons emitted from the filament 64 and the gas supplied from the gas inlet 66. Then, ions are extracted from the ion extraction port 68 provided in the front plate 67.
【００３１】図６は、従来のマイクロ波型のイオン源ア
ークチャンバーの断面構造を示したものである。これ
は、マグネトロン７１で発生したマイクロ波を導波管７
２を通して放電箱７３に導き、放電箱４３内でプラズマ
を発生させ、引き出し電極７４を通してイオンを取り出
すというものである。FIG. 6 shows a sectional structure of a conventional microwave type ion source arc chamber. This is because the microwave generated by the magnetron 71 is transmitted to the waveguide 7.
2 to the discharge box 73 to generate plasma in the discharge box 43 and extract ions through the extraction electrode 74.
【００３２】従来のイオン注入装置では、一般的には、
ガスまたは固体を昇華させてその蒸気を上述した各種イ
オン源アークチャンバー内に導入し、イオン化放電を行
っている。In a conventional ion implantation apparatus, generally,
Gas or solid is sublimated and its vapor is introduced into the above-described various ion source arc chambers to perform ionization discharge.
【００３３】しかし、従来のイオン注入装置では、例え
ばＢ（ボロン）とＧｅ（ゲルマニウム）を同時にイオン
化させるためには、例えばＢＦ3 およびＧｅＦ4 といっ
た二種類のガスを同時に放電させる必要がある。この場
合、ＢとＧｅはそれぞれ独立した形でイオン化が行われ
るために、ＢとＧｅを同時にイオン注入することは不可
能である。However, in the conventional ion implantation apparatus, for example, in order to simultaneously ionize B (boron) and Ge (germanium), it is necessary to simultaneously discharge two kinds of gases, for example, BF 3 and GeF 4 . In this case, since B and Ge are ionized in an independent form, it is impossible to implant B and Ge simultaneously.
【００３４】（第１の実施形態）図１は、イオン注入装
置の全体構成を示す模式図である。なお、本発明は、後
述するようにイオン発生装置であるイオン源アークチャ
ンバー１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注入装置の構成と同様である。(First Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an ion implantation apparatus. It should be noted that the present invention has a significant feature in an ion source arc chamber 1 which is an ion generator as described later, and the other configuration shown in FIG. 1 is the same as the configuration of the conventional ion implantation apparatus.
【００３５】図１に示したイオン注入装置では、まずイ
オン源アークチャンバー１でイオンが生成され（その詳
細については後述する。）、このイオンが引き出し電極
２によって引き出され、分離電磁石３によって質量分離
される。In the ion implantation apparatus shown in FIG. 1, first, ions are generated in an ion source arc chamber 1 (the details thereof will be described later). These ions are extracted by an extraction electrode 2, and mass separation is performed by a separation electromagnet 3. Is done.
【００３６】続いて、スリット４で完全に分離された３
族元素および４族元素を含む分子（３族４族分子）のイ
オンは、加速器５によって加減速または無負荷により、
所定の最終エネルギーを持つように制御される。そし
て、３族４族分子のイオンビームが四極レンズ６によっ
て試料１２（例えばｎ型Ｓｉ基板）の表面に収束点を持
つように収束される。Subsequently, the 3 completely separated by the slit 4
Ions of a molecule containing a Group 4 element and a Group 4 element (Group 3 and Group 4 molecules) are accelerated or decelerated by the accelerator 5 or by no load.
It is controlled to have a predetermined final energy. Then, the ion beam of the Group 3 and Group 4 molecules is converged by the quadrupole lens 6 so as to have a converging point on the surface of the sample 12 (for example, an n-type Si substrate).
【００３７】続いて、走査電極７，８により試料面全体
で注入量が一様に分布されるようにイオンビームが走査
される。そして、残留ガスとの衝突などで生じる中性粒
子を除去するために、偏向電極９によりイオンビームを
曲げ、マスク１０を通して試料表面にイオンビームが照
射される。なお、図中、１１はアースを示している。Subsequently, the ion beam is scanned by the scanning electrodes 7 and 8 so that the injection amount is uniformly distributed over the entire sample surface. Then, in order to remove neutral particles generated by collision with the residual gas or the like, the ion beam is bent by the deflecting electrode 9 and the sample surface is irradiated with the ion beam through the mask 10. In addition, in the figure, 11 has shown earth.
【００３８】以下、図１に示したイオン源アークチャン
バー１（イオン発生装置）およびその使用方法等の詳細
について、図２および図３を参照して説明する。Hereinafter, details of the ion source arc chamber 1 (ion generator) shown in FIG. 1 and a method of using the same will be described with reference to FIG. 2 and FIG.
【００３９】図２は、本実施形態のバーナス型のイオン
源アーク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、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。FIG. 2 shows a sectional structure of a burner type ion source arc chamber of the present embodiment. FIG. 2 (a) shows a cross section parallel to the upper surface of the chamber, and FIG. The cross section parallel to the side surface of FIG.
Shows cross sections parallel to the longitudinal side surfaces of the chamber.
【００４０】基本的な構成は、図４に示した従来のバー
ナス型のイオン源アークチャンバーの構成と同様であ
る。すなわち、タングステンまたはグラファイトから構
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２２およびリフレクター（スペーサー）２３を介し
てタングステンからなるフィラメント２４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
２２を介して対向電極２５が設けてある。そして、ガス
導入口２６からは、オーブンで加熱されて蒸気となった
Ｉ（沃素）が供給され、フロントプレート２７に設けた
イオン引き出し口２８からイオンが取り出される。The basic configuration is the same as the configuration of the conventional burner type ion source arc chamber shown in FIG. That is, a filament 24 made of tungsten is provided on one end face of an arc chamber 21 made of tungsten or graphite via an insulating support part 22 and a reflector (spacer) 23, and on the other end face of the arc chamber 21. The counter electrode 25 is provided via the insulating support 22. Then, I (iodine), which has been heated in an oven and turned into a vapor, is supplied from the gas inlet 26, and ions are extracted from the ion outlet 28 provided in the front plate 27.
【００４１】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２９を設
け、このスリット２９に３族４族分子を取り出すための
材料板３０を着脱自在に保持している。In the ion generator according to the present embodiment,
A slit 29 is provided along the inner wall of the arc chamber 21, and a material plate 30 for taking out Group 3 and Group 4 molecules is detachably held in the slit 29.
【００４２】そして、材料板３０にＩのガスを供給し、
材料板３０をＩにより物理的にエッチングし（具体的に
はスパッタエッチングし）かつ化学的にエッチングし、
材料板３０から３族元素および４族元素を含む物質を発
生させ、この物質をフィラメント２４から放出した熱電
によりイオン化する。Then, the gas of I is supplied to the material plate 30,
The material plate 30 is physically etched by I (specifically, sputter etching) and chemically etched,
A substance containing a Group 3 element and a Group 4 element is generated from the material plate 30, and the substance is ionized by the thermoelectric emitted from the filament 24.
【００４３】材料板３０は、アークチャンバー内壁上の
少なくとも一部に設置されていれば良いが、より好まし
くはフィラメント２４および対向電極２５が取り付けら
れている一対の対向面、および引き出し口２８が設けら
れたフロントプレート２７以外の３面に設置する。The material plate 30 may be provided on at least a part of the inner wall of the arc chamber. More preferably, the material plate 30 is provided with a pair of opposing surfaces on which the filament 24 and the opposing electrode 25 are attached, and an outlet 28. It is installed on three surfaces other than the front plate 27.
【００４４】また、材料板３０の構成材料には、ＧｅＢ
もしくはＧｅＢ2 等の３族元素と４族元素からなる化合
物、またはＧｅＢもしくはＧｅＢ2 を含む有機物等の３
族元素および４族元素を含む化合物が用いられる。ま
た、ガス導入口２６から導入されるガスは、Ｆ（フッ
素）、Ｃｌ（塩素）、Ｂｒ（臭素）もしくは１（沃素）
等のハロゲン単体のガス、またはハロゲンを含んだガス
が用いられる。これらのガスは最初からガス状態もの、
ハロゲン単体もしくはハロゲンを含む物質の液体、また
はハロゲン単体もしくはハロゲンを含む物質の固体を蒸
気させたものが用いられる。The constituent material of the material plate 30 is GeB
Or a compound comprising a Group 3 element and a Group 4 element such as GeB 2 , or a compound such as GeB or an organic substance containing GeB 2.
A compound containing a Group 4 element and a Group 4 element is used. The gas introduced from the gas inlet 26 is F (fluorine), Cl (chlorine), Br (bromine) or 1 (iodine).
For example, a gas of a single halogen or a gas containing a halogen is used. These gases are gaseous from the beginning,
A liquid obtained by vaporizing a liquid of a simple substance of halogen or a substance containing halogen or a solid of a simple substance of halogen or a substance containing halogen is used.
【００４５】以下、材料板３０の構成材料にＧｅＢ2 を
用い、これをアークチャンバー２１の内壁面のうち、一
対の側壁面および底面の３面に設置した場合について説
明する。Hereinafter, a case will be described in which GeB 2 is used as a constituent material of the material plate 30 and installed on three inner wall surfaces of the arc chamber 21, namely, a pair of side wall surfaces and a bottom surface.
【００４６】この場合、ガス導入口２６からＩをアーク
チャンバー２１内に導入するとともに、フィラメント２
４から熱電子を放出させると、Ｉによるスパッタリング
効果およびエッチング反応により、材料板３０（ＧｅＢ
2 ）からＧｅおよびＢの単体と、ＧｅＢおよびＧｅＢ2
の分子とが導出され、これらは放電によりイオン化され
る。In this case, I is introduced into the arc chamber 21 from the gas inlet 26 and the filament 2 is
4 emits thermoelectrons, the sputtering effect of I and the etching reaction cause the material plate 30 (GeB).
2 ) From Ge and B alone, GeB and GeB 2
And these are ionized by discharge.
【００４７】発生したイオンは、引き出し口２８を通し
て引き出されるが、このうち質量分離磁石によりＧｅＢ
2 イオンのみを取り出し、試料（Ｓｉ）へのイオン注入
を行った。この場合、加速電圧１０ｋｅＶで約２ｍＡの
ビーム電流が安定して得られた。The generated ions are extracted through the outlet 28. Among them, GeB is extracted by the mass separation magnet.
Only two ions were taken out and implanted into the sample (Si). In this case, a beam current of about 2 mA was stably obtained at an acceleration voltage of 10 keV.
【００４８】また、ガス導入口２６から導入するガスと
して、沃素と質量数が近い、すなわちスパッタリングイ
ールドがほぼ等しく、かつハロゲンでは無い希ガスであ
るＸｅ（キセノン）を使用してイオン化を行った。The gas introduced from the gas inlet 26 was ionized using Xe (xenon), which is a rare gas other than halogen, having a mass number close to that of iodine, that is, a sputtering yield substantially equal to that of halogen.
【００４９】その結果、Ｇｅ、Ｂの単独イオンで数百μ
Ａ、ＧｅＢ、ＧｅＢ2 の３族４族分子イオンで数十μＡ
程度しか得られなかった。これは、材料板３０から十分
な量の３族４族分子を導出するためには、スパッタリン
グ効果のみならず、ハロゲンによるエッチング反応が必
要であることを示してる。As a result, a single ion of Ge or B
A, GeB, GeB 2 group ionic energy of several tens μA
Only a degree was obtained. This indicates that not only a sputtering effect but also an etching reaction with halogen is necessary to derive a sufficient amount of Group 3 and Group 4 molecules from the material plate 30.
【００５０】一方、図４に示した従来のイオン源アーク
チャンバーに、ガス導入口５６からＢＦ3 、ＧｅＦ4 ガ
スをそれぞれ１ｓｃｃｍの流量で導入してイオン化を行
った場合には、Ｇｅ、Ｂの単独イオン、およびＧｅＦ、
ＧｅＦ2 、ＢＦ、ＢＦ2 といった分子イオンは得られる
ものの、ＧｅＢ、ＧｅＢ2 といった３族４族分子のイオ
ンの存在は確認できなかった。このようにＢＦ3 、Ｇｅ
Ｆ4 ガスを用いてイオン化を行う限り、ＧｅＢ、ＧｅＢ
2 等のイオンの生成は極めて困難である。On the other hand, when BF 3 and GeF 4 gases were introduced into the conventional ion source arc chamber shown in FIG. A single ion, and GeF,
Although molecular ions such as GeF 2 , BF and BF 2 were obtained, the presence of ions of Group III and Group IV molecules such as GeB and GeB 2 could not be confirmed. Thus, BF 3 , Ge
As long as ionization is performed using F 4 gas, GeB, GeB
It is extremely difficult to generate ions of second magnitude.
【００５１】これに対して本実施形態のように、材料板
３０をアークチャンバー内壁面に設置し、ハロゲンガス
のスパッタリング効果およびエッチング反応を利用すれ
ば、イオン注入に必要な十分な量の３族元素と４族元素
からなる分子イオンを容易に生成することが可能とな
る。On the other hand, if the material plate 30 is placed on the inner wall surface of the arc chamber and the sputtering effect of the halogen gas and the etching reaction are used as in the present embodiment, a sufficient amount of the third group necessary for ion implantation can be obtained. It is possible to easily generate a molecular ion composed of the element and the group 4 element.
【００５２】また、ＧｅＢ、ＧｅＢ2 等の分子のイオン
をｎ型Ｓｉ基板等の試料に注入することにより、同じ加
速電圧でも、より浅い領域にＢ等のイオンを導入するこ
とが可能になる。Further, by injecting molecular ions such as GeB and GeB 2 into a sample such as an n-type Si substrate, it becomes possible to introduce ions such as B into a shallower region even with the same acceleration voltage.
【００５３】例えば、単体Ｂで１ｋｅＶ相当の注入を行
うためには、ＧｅＢでは約７．７ｋｅＶ、ＧｅＢ2 では
約８．７ｋｅＶと、比較的高い加速電圧でイオン注入す
ることができる。For example, in order to perform the implantation of 1 keV corresponding to the single substance B, the ion implantation can be performed at a relatively high acceleration voltage of about 7.7 keV for GeB and about 8.7 keV for GeB 2 .
【００５４】また、ＧｅＢ、ＧｅＢ2 といった分子を用
いた場合、軽元素であるＢと同時に重元素であるＧｅの
イオン注入が可能となり、単独のイオン注入でアモルフ
ァス層を形成できる。When molecules such as GeB and GeB 2 are used, ion implantation of heavy element Ge can be performed simultaneously with light element B, and an amorphous layer can be formed by single ion implantation.
【００５５】また、イオン種としてＧｅＢ2 イオンを使
用することにより、Ｂの単独のイオンを使用する場合に
比べて、イオンの輸送量を１／２にでき、注入時間を短
くできる。その結果、イオン注入工程のスループットを
高めることができる。Further, by using GeB 2 ions as the ion species, the amount of ions transported can be reduced by half and the implantation time can be shortened as compared with the case where a single ion of B is used. As a result, the throughput of the ion implantation step can be increased.
【００５６】また、Ｇｅで予め基板をアモルファス化し
た後にＢを注入するプリアモルファス化法では、２工程
必要であるが、ＧｅＢ、ＧｅＢ2 では１回のイオン注入
でアモルファス層を形成できるために、１工程に短縮す
ることが可能となる。これもスループットの向上に繋が
る。The pre-amorphization method of implanting B after preliminarily amorphizing the substrate with Ge requires two steps. However, GeB and GeB 2 can form an amorphous layer by one ion implantation. This can be reduced to one process. This also leads to an improvement in throughput.
【００５７】次にフリーマン型イオン源を用いた場合に
ついて説明する。基本的な構成は、図５に示した従来型
のフリーマン型イオン源アークチャンバーの構成と同様
である。すなわち、図３に示すように、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４２を介して
リフレクター４３が設けてあり、この対向するリフレク
ター４３間に棒状のフィラメント４４が設けてある。そ
して、ガス導入口４５からはＢＦ3 ガスが導入され、フ
ロントスリット４６に設けられたイオン引き出し口４７
からイオンが取り出される。Next, the case where a Freeman type ion source is used will be described. The basic configuration is the same as the configuration of the conventional Freeman-type ion source arc chamber shown in FIG. That is, as shown in FIG. 3, reflectors 43 are provided on opposing surfaces of the arc chamber 41 via insulating support portions 42, respectively, and a rod-shaped filament 44 is provided between the opposing reflectors 43. Then, BF 3 gas is introduced from the gas introduction port 45, and the ion extraction port 47 provided in the front slit 46 is provided.
Ions are extracted from the
【００５８】本実施形態におけるイオン発生装置では、
図２に示した例と同様、アークチャンバー４１の内壁に
沿ってスリット４８を設け、このスリット４８に３族元
素と４族元素からなる物質を含む材料板４９を着脱自在
に保持している。そして、フィラメント４４から熱電子
を放出させてプラズマを発生させ、ガス導入口４５から
ＢＦ3 ガスを導入し、イオン引き出し口４７からイオン
を取り出すようにしている。このとき、電磁石５０によ
り熱電子とＢＦ3 ガスとの衝突確率を高める。In the ion generator according to the present embodiment,
As in the example shown in FIG. 2, a slit 48 is provided along the inner wall of the arc chamber 41, and a material plate 49 containing a substance consisting of a Group 3 element and a Group 4 element is detachably held in the slit 48. Then, thermal electrons are emitted from the filament 44 to generate plasma, BF 3 gas is introduced from the gas inlet 45, and ions are extracted from the ion outlet 47. At this time, the electromagnet 50 increases the probability of collision between the thermoelectrons and the BF 3 gas.
【００５９】材料板４９は、アークチャンバー４１の内
壁面上の少なくとも一部に設置されていればよいが、よ
り好ましくは一対のリフレクター４３が取り付けられて
いる一対の対向面、およびイオン引き出し口４７が設け
られたフロントスリット４６以外の３つの内壁面の少な
くとも一つ以上の面上に設置する。The material plate 49 may be provided on at least a part of the inner wall surface of the arc chamber 41. More preferably, the material plate 49 has a pair of opposing surfaces on which the pair of reflectors 43 are mounted, and the ion extraction port 47. Are provided on at least one or more surfaces of three inner wall surfaces other than the front slit 46 provided with.
【００６０】また、材料板４９の構成材料は、３族元素
と４族元素とからなる化合物、または３族元素と４族元
素を含んだ化合物が用いられる。Further, as a constituent material of the material plate 49, a compound comprising a Group 3 element and a Group 4 element or a compound containing a Group 3 element and a Group 4 element is used.
【００６１】以下、材料板４９の構成材料にＧｅＢ2 を
用い、これをモリブデンからなるアークチャンバー４１
の内壁の一対の側面および底面の３面に設置した場合に
ついて説明する。Hereinafter, GeB 2 is used as a constituent material of the material plate 49, and this is used as an arc chamber 41 made of molybdenum.
The case where the device is installed on a pair of side surfaces and a bottom surface of the inner wall will be described.
【００６２】この場合、ガス導入口４５からＢＦ3 ガス
をアークチャンバー４１内に導入するとともに、フィラ
メント４４から熱電子を放出させると、ＢＦ3 ガスによ
るスパッタリング効果およびＦガスによるエッチング反
応により、材料板４９（ＧｅＢ2 ）からＧｅおよびＢの
単体、ならびにＧｅＢおよびＧｅＢ2 の分子が導出さ
れ、これらは放電によりイオン化される。発生したイオ
ンのうち分離電磁石によりＢイオンのみを取り出し、加
速電圧１ｋｅＶで試料（Ｓｉ）へのイオン注入を行っ
た。In this case, when the BF 3 gas is introduced into the arc chamber 41 from the gas inlet 45 and thermions are emitted from the filament 44, the sputtering effect by the BF 3 gas and the etching reaction by the F gas cause the material plate to be heated. From 49 (GeB 2 ), simple substances of Ge and B and molecules of GeB and GeB 2 are derived, and these are ionized by discharge. Of the generated ions, only B ions were extracted by a separation electromagnet, and ions were implanted into the sample (Si) at an acceleration voltage of 1 keV.
【００６３】図５に示した従来のイオン発生装置では、
加速電圧１ｋｅＶにおける単体Ｂのビーム電流は約２０
０μＡであった。In the conventional ion generator shown in FIG.
The beam current of the simple substance B at an acceleration voltage of 1 keV is about 20
It was 0 μA.
【００６４】これに対して図３に示した本実施形態のイ
オン発生装置を用いれば、加速電圧１ｋｅＶにおける単
体Ｂのビーム電流量は約６００μＡと、従来のビーム電
流の３倍近い電流量が得られた。On the other hand, if the ion generator of this embodiment shown in FIG. 3 is used, the beam current amount of the single element B at an acceleration voltage of 1 keV is about 600 μA, which is almost three times the conventional beam current. Was done.
【００６５】このようにアークチャンバー４１の内壁に
材料板４９を設置することにより、低加速イオン注入に
対するイオンビーム電流量を多くすることができ、注入
時間（照射時間）を短くできる。その結果、イオン注入
工程のスループットを高めることができる。By providing the material plate 49 on the inner wall of the arc chamber 41 in this manner, the amount of ion beam current for low-acceleration ion implantation can be increased, and the implantation time (irradiation time) can be shortened. As a result, the throughput of the ion implantation step can be increased.
【００６６】以上説明した本発明のイオン注入装置は、
例えばＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン拡散層を
形成するのに有効である。この場合、Ｓｉ基板の表面に
ゲート電極、またはゲート電極およびゲート側壁絶縁膜
をマスクにしてＢを含んだイオンを本発明のイオン注入
装置を用いて導入することにより、低抵抗かつ浅いｐ型
ソース・ドレイン拡散層を形成することができる。特
に、Ｂを含んだイオンとしてＧｅＢ2 のような分子のイ
オンを導入することにより、イオン輸送量（ドーズ）
も、単体Ｂイオン注入時のドーズ量（イオン個数）の半
分にすることが可能となり、実効的な注入時間を極めて
容易に短縮することが可能となる。The ion implantation apparatus of the present invention described above
For example, it is effective for forming a source / drain diffusion layer of a MOS transistor. In this case, a low-resistance and shallow p-type source is introduced by introducing ions containing B into the surface of the Si substrate using the gate electrode or the gate electrode and the gate sidewall insulating film as a mask by using the ion implantation apparatus of the present invention. -A drain diffusion layer can be formed. In particular, by introducing ions of molecules such as GeB 2 as ions containing B, the ion transport amount (dose) can be increased.
Also, the dose (number of ions) at the time of implanting single B ions can be reduced to half, and the effective implantation time can be extremely easily reduced.
【００６７】以上説明した実施形態では、材料板として
ＧｅＢ2 を用いて説明したが、その他の３族と４族から
なる化合物を用いても良い。In the embodiment described above, GeB 2 is used as the material plate, but other compounds of Group 3 and Group 4 may be used.
【００６８】また、以上説明した実施形態では、導入す
るガスとしてＩ、ＢＦ3 を用いて説明したが、その他の
ハロゲン単体のガス、かつ単体のガスまたは蒸気である
必要はなく、ハロゲンを含んだガスまたは蒸気を用いる
ことができる。また、フィラメントやアークチャンバー
には、タングステン、モリブデン、グラファイト以外の
材料を用いることも可能である。Further, in the above-described embodiment, the description has been made using I and BF 3 as the gas to be introduced. However, it is not necessary that the gas be a single halogen gas or a single gas or vapor. Gas or steam can be used. Further, materials other than tungsten, molybdenum, and graphite can be used for the filament and the arc chamber.
【００６９】さらに、以上説明した実施形態では、フリ
ーマン型およびバーナス型のイオン源アークチャンバー
を用いる方式に本発明を適用する場合について説明した
が、その他の方式にも本発明は適用することができる。Further, in the embodiment described above, the case where the present invention is applied to a system using a Freeman type and a Bernus type ion source arc chamber has been described. However, the present invention can be applied to other systems. .
【００７０】（第２の実施形態）図７は、本発明の第２
の実施形態に係るｐｎ接合の形成方法を示す工程断面図
である。(Second Embodiment) FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating a method for forming a pn junction according to the embodiment.
【００７１】まず、図７（ａ）に示すように、ｎ型シリ
コン基板８１の表面に対してＧａ（ｐ型ドーパント）の
イオン注入を行う。図中、８２は基板表面のＧａが注入
されたアモルファス状態の領域（第１の領域）を示して
いる。ここでのイオン注入条件は、加速電圧：１．５Ｋ
ｅＶ、注入ドーズ量：５×１０14ｃｍ-2である。First, as shown in FIG. 7A, ion implantation of Ga (p-type dopant) is performed on the surface of the n-type silicon substrate 81. In the figure, reference numeral 82 denotes an amorphous region (first region) into which Ga has been implanted on the substrate surface. The ion implantation conditions here are as follows: acceleration voltage: 1.5K
eV, implantation dose: 5 × 10 14 cm −2 .
【００７２】次に図７（ｂ）に示すように、ｎ型シリコ
ン基板８１の表面に対してＢＦ2 のイオン注入を行う。
このときのイオン注入は、同図（ｂ）および図８に示す
ように、ＢＦ2 が注入されたアモルファス状態の第２の
領域８３内に第１の領域８２が含まれ、かつＧａの不純
物濃度がＢＦ2 の不純物濃度よりも低くなるようにす
る。これらの要件を満たすために、ここでのイオン注入
条件は、イオン種：ＢＦ 2 、加速電圧：０．９ＫｅＶ、
注入ドーズ量：１×１０15ｃｍ-2である。なお、ＢＦ2
の代わりにＢのイオン注入を行っても良い。Next, as shown in FIG.
BF on the surface of the substrate 81TwoIs performed.
The ion implantation at this time is shown in FIG.
Like, BFTwoIs injected into the second amorphous state.
The first region 82 is included in the region 83 and the impurity of Ga
BF concentrationTwoLower than the impurity concentration of
You. Ion implantation here to meet these requirements
Conditions are ion species: BF Two, Acceleration voltage: 0.9 KeV,
Injection dose: 1 × 1015cm-2It is. In addition, BFTwo
Alternatively, B ion implantation may be performed.
【００７３】最後に、図７（ｃ）に示すように、１０秒
のＲＴＰ（Rapid Thermal Process）により、Ｇａおよ
びＢＦ2 の不純物の活性化を行い、ｎ型シリコン基板８
１の表面にｐ型拡散層８４を形成し、浅いｐｎ接合が完
成する。[0073] Finally, as shown in FIG. 7 (c), by a 10 second RTP (Rapid Thermal Process), performed to activate the impurity of Ga and BF 2, n-type silicon substrate 8
A p-type diffusion layer 84 is formed on the surface of No. 1 to complete a shallow pn junction.
【００７４】図９は、ｐ型拡散層８４（Ga PAI（Pre-Am
orphous Implantation））のシート抵抗の熱処理温度依
存性を示す図である。図には、比較例として、第１の領
域をＧｅのイオン注入で形成した場合（Ge PAI）および
第２の領域を形成せずに単独のＢＦ2 のイオン注入で形
成した場合（No PAI）のそれぞれのｐ型拡散層のシート
抵抗の熱処理温度依存性も示してある。図から、ｐ型拡
散層８４のシート抵抗はどの熱処理温度でも比較例のそ
れらよりも低いことが分かる。FIG. 9 shows a p-type diffusion layer 84 (Ga PAI (Pre-Am
FIG. 3 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of sheet resistance in orphous implantation). The figure shows, as comparative examples, a case where the first region is formed by ion implantation of Ge (Ge PAI) and a case where the second region is formed by ion implantation of BF 2 alone without forming the second region (No PAI). The heat treatment temperature dependence of the sheet resistance of each p-type diffusion layer is also shown. The figure shows that the sheet resistance of the p-type diffusion layer 84 is lower than those of the comparative example at any heat treatment temperature.
【００７５】また、図１０は、ｐ型拡散層８４のホール
移動度の熱処理温度依存性を示す図である。図には、図
９の２つの比較例と同様のイオン注入により形成したｐ
型拡散層（Ge PAI、No PAI）のホール移動度の熱処理温
度依存性も示してある。図から、Ga PAI（本発明）は、
Ge PAIまたはNo PAIの比較例よりも温度依存性が小さ
く、より低い温度（本実施形態の場合は９００℃）でも
結晶性の回復が行われていることが分かる。FIG. 10 is a graph showing the dependence of the hole mobility of the p-type diffusion layer 84 on the heat treatment temperature. In the figure, p formed by the same ion implantation as the two comparative examples in FIG. 9 is shown.
The dependence of the hole mobility of the diffusion layer (Ge PAI, No PAI) on the heat treatment temperature is also shown. From the figure, Ga PAI (the present invention)
It can be seen that the temperature dependence is smaller than that of the comparative example of Ge PAI or No PAI, and the crystallinity is recovered even at a lower temperature (900 ° C. in the case of the present embodiment).
【００７６】また、図１１は、ｐ型拡散層８４中の不純
物の活性化濃度の熱処理温度依存性を示す図である。図
には、図９の２つの比較例と同様のイオン注入により形
成したｐ型拡散層（Ge PAI、No PAI）中の不純物の活性
化濃度の熱処理温度依存性も示してある。図から、本発
明のｐ型拡散層８４（Ga PAI）は、Ge PAIまたはNo PAI
の比較例よりも活性化濃度が高いことが分かる。FIG. 11 is a graph showing the dependence of the activation concentration of impurities in the p-type diffusion layer 84 on the heat treatment temperature. The figure also shows the heat treatment temperature dependence of the activation concentration of impurities in the p-type diffusion layers (Ge PAI, No PAI) formed by the same ion implantation as in the two comparative examples in FIG. As shown in the figure, the p-type diffusion layer 84 (Ga PAI) of the present invention is Ge PAI or No PAI.
It can be seen that the activation concentration is higher than that of Comparative Example.
【００７７】これらの結果が得られた理由としては次の
ようなことが考えられる。まず、本発明の場合、第１の
領域８２が第２の領域８３内に含まれるように、Ｇａお
よびＢＦ2 のイオン注入を行っているので、従来よりも
Ｇａ−Ｂ結合が多く存在するようになり、その結果とし
てＢの電気的活性化が促進されるとともに、Ｂの外方拡
散を抑制されるからである。また、Ｓｉ−Ｂ結合よりも
Ｇａ−Ｂ結合の方が速やかに行われるために、より低い
低温でもｐ型拡散層の結晶性が改善されるからである。The following are conceivable reasons for obtaining these results. First, the case of the present invention, as the first region 82 is included in the second region 83, since the ion implantation is performed of Ga and BF 2, so that there are many Ga-B bond than conventional And, as a result, the electrical activation of B is promoted and the outward diffusion of B is suppressed. Also, since the Ga-B bond is performed more quickly than the Si-B bond, the crystallinity of the p-type diffusion layer is improved even at a lower temperature.
【００７８】上記結果から、本発明によれば、第１の領
域８２を形成するためにｐ型ドーパントであるＢＦ2 を
用いても、第１の領域８２の深さをＢＦ2 のイオン注入
により形成する第２の領域８３の深さよりも浅くするこ
とで、ｐ型拡散層８４の抵抗が低く、かつ接合深さの浅
いｐｎ接合を形成できるようになる。From the above results, according to the present invention, even if BF 2 which is a p-type dopant is used to form the first region 82, the depth of the first region 82 is reduced by ion implantation of BF 2. By making the depth smaller than the depth of the second region 83 to be formed, the resistance of the p-type diffusion layer 84 is low, and a pn junction having a small junction depth can be formed.
【００７９】なお、本実施形態では、ｎ型シリコン基板
８１の表面にｐｎ接合を形成する場合について説明した
が、本発明はｎ型ウェルの表面にｐｎ接合を形成する場
合にも適用できる。In the present embodiment, the case where the pn junction is formed on the surface of the n-type silicon substrate 81 has been described. However, the present invention can be applied to the case where the pn junction is formed on the surface of the n-type well.
【００８０】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施形態では、アークチ
ャンバー内で発生した複数のイオン種のうち所定のイオ
ン種を選択的に試料に注入するイオン注入装置・注入法
を中心にして説明したが、本発明は上記複数のイオン種
をまとめて試料に注入するイオン照射装置・照射法にも
適用できる。イオン照射装置の基本構成は図１のイオン
注入装置から分離電磁石３を省いたものとなる。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the ion implantation apparatus and the implantation method for selectively injecting a predetermined ion species from among a plurality of ion species generated in the arc chamber into a sample have been mainly described. The present invention can also be applied to an ion irradiation apparatus and an irradiation method for collectively implanting ion species into a sample. The basic configuration of the ion irradiation device is the same as the ion implantation device of FIG. 1 except that the separation electromagnet 3 is omitted.
【００８１】また、上記実施形態には種々の段階の発明
が含まれており、開示される複数の構成要件における適
宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例え
ば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要
件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で
述べた課題を解決できる場合には、この構成要件が削除
された構成が発明として抽出され得る。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiment, if the problem described in the section of the problem to be solved by the invention can be solved, the configuration in which the components are deleted is Can be extracted as an invention. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【００８２】[0082]
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、ｐ
型拡散層の抵抗が低く、かつ接合深さの浅いｐｎ接合を
形成するために有効なイオン発生装置、イオン照射装
置、イオン発生方法およびイオン注入方法を実現できる
ようになる。As described in detail above, according to the present invention, p
It is possible to realize an ion generator, an ion irradiation device, an ion generation method, and an ion implantation method that are effective for forming a pn junction having a low resistance and a small junction depth of the type diffusion layer.
【図１】イオン注入装置の全体構成を示す模式図FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an ion implantation apparatus.
【図２】第１の実施形態のバーナス型イオン源アークチ
ャンバーの断面構造を示す図FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a burner type ion source arc chamber according to the first embodiment.
【図３】第１の実施形態のフリーマン型イオン源アーク
チャンバーの断面構造を示す図FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a Freeman-type ion source arc chamber according to the first embodiment.
【図４】従来のバーナス型のイオン源アークチャンバー
の断面構造を示す図FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional burner type ion source arc chamber.
【図５】従来のフリーマン型のイオン源アークチャンバ
ーの断面構造を示す図FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional Freeman-type ion source arc chamber.
【図６】従来のマイクロ波型のイオン源アークチャンバ
ーの断面構造を示す図FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional microwave ion source arc chamber.
【図７】本発明の第２の実施形態に係るｐｎ接合の形成
方法を示す工程断面図FIG. 7 is a process sectional view showing the method for forming the pn junction according to the second embodiment of the present invention.
【図８】ＧａおよびＢＦ2 の基板表面における濃度分布
を示す図FIG. 8 is a diagram showing concentration distributions of Ga and BF 2 on a substrate surface.
【図９】本発明（Ga PAI）および比較例（Ge PAI、No P
AI）のｐ型拡散層のシート抵抗の熱処理温度依存性を示
す図FIG. 9 shows the present invention (Ga PAI) and comparative examples (Ge PAI, No P
Diagram showing heat treatment temperature dependence of sheet resistance of p-type diffusion layer of AI)
【図１０】本発明（Ga PAI）および比較例（Ge PAI、No
PAI）のｐ型拡散層のホール移動度の熱処理温度依存性
を示す図FIG. 10 shows the present invention (Ga PAI) and a comparative example (Ge PAI, No.
Diagram showing heat treatment temperature dependence of hole mobility of p-type diffusion layer (PAI)
【図１１】本発明（Ga PAI）および比較例（Ge PAI、No
PAI）のｐ型拡散層の中の不純物の活性化濃度の熱処理
温度依存性を示す図FIG. 11 shows the present invention (Ga PAI) and a comparative example (Ge PAI, No.
FIG. 7 is a graph showing the dependence of the activation concentration of impurities in the p-type diffusion layer of (PAI) on the heat treatment temperature.
【図１２】従来のプリアモルファス化法により得られた
ｐ型拡散層のシート抵抗およびコンタクト抵抗のＧｅイ
オンの加速電圧依存性を示す図FIG. 12 is a diagram showing the acceleration voltage dependence of Ge ions on the sheet resistance and contact resistance of a p-type diffusion layer obtained by a conventional preamorphization method.
【図１３】従来のプリアモルファス化法およびＢＦ2 の
単独のイオン注入方法にて得られたｐ型拡散層のそれぞ
れの不純物の濃度分布を示す図FIG. 13 is a diagram showing a concentration distribution of each impurity in a p-type diffusion layer obtained by a conventional preamorphization method and a single ion implantation method of BF 2 .
【図１４】従来のプリアモルファス化法の問題点を説明
するための図FIG. 14 is a diagram for explaining a problem of a conventional preamorphization method.
１…イオン源アークチャンバー ２…引き出し電極 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 ２１…アークチャンバー ２２…絶縁支持部 ２３…リフレクター（スペーサー） ２４…フィラメント ２５…対向電極 ２６…ガス導入口 ２７…フロントプレート ２８…イオン引き出し口 ２９…スリット ３０…材料板 ４１…アークチャンバー ４２…絶縁支持部 ４３…リフレクター ４４…フィラメント ４５…ガス導入口 ４６…フロントスリット ４７…イオン引き出し口 ４８…スリット ４９…材料板 ５０…電磁石 ５１…アークチャンバー ５２…絶縁支持部 ５３…リフレクター ５４…フィラメント ５５…対向電極 ５６…ガス導入口 ５７…フロントプレート ５８…イオン引き出し口 ６１…アークチャンバー ６２…絶縁支持部 ６３…リフレクター ６４…フィラメント ６５…電磁石 ６６…ガス導入口 ６７…フロントプレート ６８…イオン引き出し口 ７１…マグネトロン ７２…導波管 ７３…放電箱 ７４…引き出し電極 ８１…ｎ型シリコン基板 ８２…Ｇａがイオン注入された領域（第１の領域） ８３…ＢＦ2 がイオン注入された領域（第２の領域） ８４…ｐ型拡散層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion source arc chamber 2 ... Extraction electrode 3 ... Separation electromagnet 4 ... Slit 5 ... Accelerator 6 ... Quadrupole lens 7, 8 ... Scanning electrode 9 ... Deflection electrode 10 ... Mask 11 ... Earth 21 ... Arc chamber 22 ... Insulating support 23 ... Reflector (spacer) 24 ... Filament 25 ... Counter electrode 26 ... Gas inlet 27 ... Front plate 28 ... Ion extraction port 29 ... Slit 30 ... Material plate 41 ... Arc chamber 42 ... Insulation support part 43 ... Reflector 44 ... Filament 45 ... Gas inlet 46 ... Front slit 47 ... Ion extraction port 48 ... Slit 49 ... Material plate 50 ... Electromagnet 51 ... Arc chamber 52 ... Insulating support 53 ... Reflector 54 ... Filament 55 ... Counter electrode 56 ... Gas inlet 57 ... Front plate 58… Io Outlet 61 ... Arc chamber 62 ... Insulating support 63 ... Reflector 64 ... Filament 65 ... Electromagnet 66 ... Gas inlet 67 ... Front plate 68 ... Ion outlet 71 ... Magnetron 72 ... Waveguide 73 ... Discharge box 74 ... Drawer Electrode 81 n-type silicon substrate 82 region implanted with Ga (first region) 83 region implanted with BF 2 (second region) 84 p-type diffusion layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/265 ６０３ Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｆ (72)発明者 須黒 恭一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 BA02 BA10 BD01 CA10 DE01 GA01 5C030 DE02 5C034 CC01 CC07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/265 603 H01L 21/265 F (72) Inventor Kyoichi Suguro 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term in Toshiba Yokohama Office (Reference) 4K029 AA06 BA02 BA10 BD01 CA10 DE01 GA01 5C030 DE02 5C034 CC01 CC07
Claims (14)
を内部に保持できる容器と、 前記材料板に対して物理的エッチングおよび化学的エッ
チングの作用を有するガスを前記容器の内部に導入する
ガス導入手段と、 前記複数の元素で構成された物質をイオン化するイオン
化手段と、 前記容器内のガスを前記容器外に導出するガス導出手段
とを具備してなることを特徴とするイオン発生装置。1. A container capable of holding a material plate containing a substance composed of a plurality of elements therein, and introducing a gas having an effect of physical etching and chemical etching on the material plate into the container. Ion generating means for ionizing a substance composed of the plurality of elements, and gas deriving means for deriving a gas in the container out of the container. apparatus.
元素と４族元素との化合物であることを特徴とする請求
項１に記載のイオン発生装置。2. The ion generator according to claim 1, wherein the substance composed of the plurality of elements is a compound of a Group 3 element and a Group 4 element.
ングの作用を有するガスは、ハロゲンを含むことを特徴
とする請求項１に記載のイオン発生装置。3. The ion generator according to claim 1, wherein the gas having the effects of the physical etching and the chemical etching contains halogen.
とも一部に保持されていることを特徴とする請求項１に
記載のイオン発生装置。4. The ion generator according to claim 1, wherein the material plate is held on at least a part of an inner wall of the container.
マを発生するプラズマ発生手段を含むことを特徴とする
請求項１に記載のイオン発生装置。5. The ion generator according to claim 1, wherein said ionization means includes plasma generation means for generating plasma in said container.
マを発生するプラズマ手段として、熱電子を放出するフ
ィラメントを含むことを特徴とする請求項１に記載のイ
オン発生装置。6. The ion generator according to claim 1, wherein said ionization means includes a filament for emitting thermoelectrons as plasma means for generating plasma in said container.
れた物質、請求項３に記載された物理的エッチングおよ
び化学的エッチングの作用を有するガス、請求項４に記
載された材料板、請求項５または請求項６に記載された
イオン化手段のうちの少なくとも２つを含むことを特徴
とする請求項１に記載のイオン発生装置。7. A material composed of a plurality of elements according to claim 2, a gas having an effect of physical etching and chemical etching according to claim 3, and a material plate according to claim 4. The ion generator according to claim 1, further comprising at least two of the ionization means according to any one of claims 5 and 6.
記載のイオン発生装置と、 このイオン発生装置で発生した複数の元素で構成された
物質のイオンを試料に照射する照射手段とを具備してな
ることを特徴とするイオン照射装置。8. An ion generator according to any one of claims 1 to 7, and irradiation means for irradiating a sample with ions of a substance composed of a plurality of elements generated by the ion generator. An ion irradiation apparatus comprising:
に対して、物理的エッチングおよび化学的エッチングの
作用を有するガスを生成する工程と、 前記材料板を前記ガスによって物理的および化学的にエ
ッチングし、前記材料板から前記複数の元素で構成され
た物質を発生させる工程と、 前記複数の元素で構成された物質をイオン化する工程と
を有することを特徴とするイオン発生方法。9. A step of generating a gas having an effect of physical etching and chemical etching on a material plate containing a substance composed of a plurality of elements; An ion generating method, comprising the steps of: performing a specific etching to generate a substance composed of the plurality of elements from the material plate; and ionizing the substance composed of the plurality of elements.
布した第１の領域を、前記３族元素のイオン注入により
形成する第１のイオン注入工程と、 前記半導体基板の表面に、、前記第１の３族元素よりも
質量が軽い第２の３族元素またはその化合物が分布し
た、前記第１の３族元素が分布した第１の領域を含み、
かつ該第１の領域よりも広い、前記第１の３族元素より
も質量が軽い第２の３族元素またはその化合物が分布し
た第２の領域を、前記第２の３族元素またはその化合物
イオン注入により形成する第２のイオン注入工程とを有
することを特徴とするイオン注入方法。10. A first ion implantation step of forming a first region in which a first group III element is distributed on a surface of a semiconductor substrate by ion implantation of the third group element; A first region in which the first group 3 element is distributed, in which a second group 3 element or a compound thereof lighter in mass than the first group 3 element is distributed,
A second region, which is wider than the first region and has a lighter mass than the first group 3 element and in which the second group 3 element or its compound is distributed, is combined with the second group 3 element or its compound And a second ion implantation step formed by ion implantation.
第１の領域内の前記第１の３族元素の濃度が、前記第２
のイオン注入工程における前記第２の領域内の前記第２
の３族元素またはその化合物の濃度よりも低くなるよう
に、前記第１の３族元素のイオン注入、および前記第２
の３族元素またはその化合物のイオン注入を行うことを
特徴とする請求項１０に記載のイオン注入方法。11. The method according to claim 11, wherein the concentration of the first group 3 element in the first region in the first ion implantation step is the second group.
The second region in the second region in the ion implantation step of
Ion implantation of the first Group 3 element and the second Group 3 element so as to be lower than the concentration of the Group 3 element or the compound thereof.
11. The ion implantation method according to claim 10, wherein the ion implantation of a Group 3 element or a compound thereof is performed.
第１の３族元素のドーズ量を、前記第２のイオン注入工
程における前記第２の３族元素またはその化合物のドー
ズ量よりも少なくすることを特徴とする請求項１１に記
載のイオン注入方法。12. A dose of said first group III element in said first ion implantation step is made smaller than a dose of said second group III element or its compound in said second ion implantation step. The ion implantation method according to claim 11, wherein:
第１および第２の領域中の不純物を活性化する熱処理工
程をさらに有することを特徴とする請求項１０ないし１
２にいずれか１項に記載のイオン注入方法。13. The method according to claim 10, further comprising a heat treatment step of activating impurities in said first and second regions after said second ion implantation step.
3. The ion implantation method according to any one of 2.
前記第２の３族元素はＢであることを特徴とする請求項
１０ないし１３のいずれか１項に記載のイオン注入方
法。14. The first Group 3 element is Ga or In,
14. The ion implantation method according to claim 10, wherein the second Group 3 element is B.
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