JP2003188110A - Doping method and ion implantation apparatus - Google Patents

Doping method and ion implantation apparatus

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JP2003188110A
JP2003188110A JP2001382189A JP2001382189A JP2003188110A JP 2003188110 A JP2003188110 A JP 2003188110A JP 2001382189 A JP2001382189 A JP 2001382189A JP 2001382189 A JP2001382189 A JP 2001382189A JP 2003188110 A JP2003188110 A JP 2003188110A
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JP
Japan
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ions
ion
substrate
mass
ion implantation
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JP2001382189A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Yokota
勝弘 横田
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Osaka Industrial Promotion Organization
Original Assignee
Osaka Industrial Promotion Organization
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a doping method and ion implantation apparatus which can form a shallow p-type layer or n-type layer. <P>SOLUTION: The apparatus is equipped with 1st and 2nd ion sources 11a and 11b, a 1st mass separator 13a which performs mass separation of ions drawn out of the 1st ion source 11a, a 2nd mass separator 13b which performs mass separation of ions drawn out of the 2nd ion source 11b, and an introducing means of introducing the ions separated by the 1st and 2nd mass separator 13a and 13b into a substrate 20. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、シリコン基板にド
ーピングを行う方法、およびイオン注入装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for doping a silicon substrate and an ion implantation apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子や半導体集積回路を製造する
場合、半導体基板に不純物イオンを注入してp形層やn
形層を形成する技術が重要となる。次世代の超大規模集
積回路では、従来の接合に比べてより浅い接合の形成が
必要とされる。現在、シリコン基板に浅い接合を形成す
るための技術として、一般的には、低エネルギーイオン
注入法と短時間熱処理技術とを組み合わせた技術が用い
られている。
2. Description of the Related Art When manufacturing a semiconductor element or a semiconductor integrated circuit, impurity ions are implanted into a semiconductor substrate to p-type layer or n-type.
The technique for forming the shaping layer is important. Next-generation ultra-large scale integrated circuits require the formation of shallower junctions than conventional junctions. Currently, as a technique for forming a shallow junction on a silicon substrate, a technique combining a low energy ion implantation method and a short-time heat treatment technique is generally used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、不純物
イオン注入時には、シリコン基板に高密度で格子欠陥が
導入される。このうち、格子間シリコンは、イオン注入
されたボロンと反応してボロンの拡散速度を増加させ、
また、シリコン空孔格子は、イオン注入されたヒ素の拡
散速度を増加させる(W.K. Holkerら、Ap
pl. Phys. 4,125(1974))。した
がって、浅いp形層またはn形層を形成するために低エ
ネルギーイオン注入法で不純物をシリコン基板に注入し
ても、目的とする浅いp形層またはn形層を形成するこ
とが難しい。
However, at the time of impurity ion implantation, lattice defects are introduced into the silicon substrate at a high density. Among them, interstitial silicon reacts with ion-implanted boron to increase the diffusion rate of boron,
Silicon vacancy lattices also increase the diffusion rate of ion-implanted arsenic (W. K. Holker et al., Ap.
pl. Phys. 4,125 (1974)). Therefore, even if impurities are implanted into the silicon substrate by the low energy ion implantation method to form the shallow p-type layer or the n-type layer, it is difficult to form the target shallow p-type layer or the n-type layer.

【0004】上記の状況に鑑み、本発明は、従来の方法
よりも浅いp形層またはn形層を形成することができる
ドーピング方法、およびイオン注入装置を提供すること
を目的とする。
In view of the above situation, it is an object of the present invention to provide a doping method and an ion implantation apparatus capable of forming a p-type layer or an n-type layer shallower than the conventional method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のドーピング方法は、シリコン基板にドーピ
ングを行う方法であって、100℃以下の温度のシリコ
ン基板に、0.1keV〜15keVの範囲内のエネル
ギーで不純物イオンを注入し0.01keV〜4keV
の範囲内のエネルギーで水素イオンを注入する第1の工
程と、前記シリコン基板を600℃〜900℃の範囲内
の温度で熱処理する第2の工程とを含むことを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the doping method of the present invention is a method of doping a silicon substrate, wherein a silicon substrate at a temperature of 100 ° C. or lower is 0.1 keV to 15 keV. Impurity ions are implanted with an energy within the range of 0.01 keV to 4 keV
And a second step of heat-treating the silicon substrate at a temperature in the range of 600 ° C to 900 ° C.

【0006】上記ドーピング方法では、前記不純物イオ
ンが、ボロン、リン、ヒ素、およびこれらの水素化合物
から選ばれる少なくとも1つのイオンであってもよい。
In the above doping method, the impurity ions may be at least one ion selected from boron, phosphorus, arsenic and hydrogen compounds thereof.

【0007】また、本発明のイオン注入装置は、基板に
イオンを注入するためのイオン注入装置であって、第1
および第2のイオン源と、前記第1のイオン源から引き
出されたイオンの質量分離を行う第1の質量分離器と、
前記第2のイオン源から引き出されたイオンの質量分離
を行う第2の質量分離器と、前記第1および第2の質量
分離器で分離されたイオンを前記基板に導入するための
導入手段とを備えることを特徴とする。
The ion implanter of the present invention is an ion implanter for implanting ions into a substrate.
And a second ion source, and a first mass separator that performs mass separation of the ions extracted from the first ion source,
A second mass separator for mass-separating the ions extracted from the second ion source; and an introducing means for introducing the ions separated by the first and second mass separators into the substrate. It is characterized by including.

【0008】上記イオン注入装置では、前記基板が配置
されるステージをさらに備え、前記基板に注入されたイ
オンの量を測定するために前記ステージに接続された第
1の測定手段と、前記第1のイオン源から引き出された
イオンの量を測定するための第2の測定手段と、前記第
2のイオン源から引き出されたイオンの量を測定するた
めの第3の測定手段とをさらに備えてもよい。
The above ion implantation apparatus further comprises a stage on which the substrate is arranged, and a first measuring means connected to the stage for measuring the amount of ions implanted in the substrate, and the first measuring means. Further comprising second measuring means for measuring the amount of ions extracted from the second ion source, and third measuring means for measuring the amount of ions extracted from the second ion source. Good.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】(実施形態1)実施形態1では、本発明の
ドーピング方法について説明する。
(Embodiment 1) In Embodiment 1, a doping method of the present invention will be described.

【0011】実施形態1の方法では、まず、100℃以
下の温度のシリコン基板に0.1keV〜15keVの
範囲内(より好ましくは、0.1keV〜5keVの範
囲内)のエネルギーで不純物イオンを注入し、0.01
keV〜4keVの範囲内(より好ましくは、0.01
keV〜1keVの範囲内)のエネルギーで水素イオン
を注入する(第1の工程)。このとき、不純物イオンの
注入エネルギーの方が、水素イオンの注入エネルギーよ
りも大きいことが好ましい。不純物イオンとしては、ボ
ロン、リン、ヒ素、およびこれらの水素化物から選ばれ
る少なくとも1つのイオンを用いることができる。上記
の水素化物としては、たとえば、B26、PH3、As
3などが挙げられる。シリコン基板の温度は、室温程
度(たとえば25℃以下)の低温でもよい。不純物イオ
ンと水素イオンとは、同時に注入してもよいし、別々に
注入してもよい。
In the method of the first embodiment, first, impurity ions are implanted into a silicon substrate at a temperature of 100 ° C. or lower at an energy within a range of 0.1 keV to 15 keV (more preferably within a range of 0.1 keV to 5 keV). Then 0.01
Within the range of keV to 4 keV (more preferably 0.01
Hydrogen ions are implanted at an energy of keV to 1 keV) (first step). At this time, the implantation energy of the impurity ions is preferably larger than the implantation energy of the hydrogen ions. As the impurity ions, at least one ion selected from boron, phosphorus, arsenic, and hydrides thereof can be used. Examples of the above-mentioned hydride include B 2 H 6 , PH 3 and As.
H 3 and the like can be mentioned. The temperature of the silicon substrate may be as low as room temperature (for example, 25 ° C. or lower). Impurity ions and hydrogen ions may be injected simultaneously or separately.

【0012】次に、イオンが注入されたシリコン基板
を、600℃〜900℃の範囲内の温度で熱処理する
(第2の工程)。熱処理の時間については特に限定はな
いが、たとえば20分間〜100分間程度である。熱処
理は、常圧で不活性ガス雰囲気中で行うことが好まし
い。第2の工程の熱処理によって、注入されたイオンが
活性化されるとともに、イオン注入の際に発生した格子
欠陥が消滅してシリコン結晶が回復される。
Next, the ion-implanted silicon substrate is heat-treated at a temperature in the range of 600 ° C. to 900 ° C. (second step). The heat treatment time is not particularly limited, but is, for example, about 20 minutes to 100 minutes. The heat treatment is preferably carried out at normal pressure in an inert gas atmosphere. By the heat treatment of the second step, the implanted ions are activated, and the lattice defects generated during the ion implantation disappear to recover the silicon crystal.

【0013】実施形態1のドーピング方法では、第1の
工程において、低温の基板に低エネルギーで不純物イオ
ンと水素イオンとを浅く注入する。そして、第2の工程
において、不純物イオンと水素イオンとがともに注入さ
れたシリコン基板をアニールすることによって、不純物
イオンの拡散速度を増大させることなく不純物イオンを
活性化することができる。このため、実施形態1のドー
ピング方法では、イオン注入時の不純物分布とほとんど
変わらない分布で不純物を半導体中で活性化でき、従来
の方法に比べて浅い接合を形成することができる。
In the doping method of the first embodiment, in the first step, impurity ions and hydrogen ions are shallowly implanted into a low temperature substrate with low energy. Then, in the second step, the impurity ions can be activated without increasing the diffusion rate of the impurity ions by annealing the silicon substrate into which the impurity ions and the hydrogen ions are both implanted. Therefore, according to the doping method of Embodiment 1, the impurities can be activated in the semiconductor with a distribution that is almost the same as the impurity distribution at the time of ion implantation, and a shallow junction can be formed as compared with the conventional method.

【0014】(実施形態2)実施形態2では、本発明の
イオン注入装置について一例を説明する。なお、実施形
態2の説明では、同一の部分については同一の符号を付
して重複する説明を省略する。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, an example of the ion implantation apparatus of the present invention will be described. In the description of the second embodiment, the same parts will be denoted by the same reference symbols and redundant description will be omitted.

【0015】実施形態2のイオン注入装置の一例とし
て、イオン注入装置10の構成を図1に模式的に示す。
図1を参照して、イオン注入装置10は、第1および第
2のイオン源11aおよび11bと、第1および第2の
引き出し・収束器12aおよび12bと、第1および第
2の質量分離器13aおよび13bと、収束器14と、
X−Y方向偏向器15と、基板ステージ16が配置され
たターゲット室17と、第1および第2のビームモニタ
18aおよび18bと、イオンの注入量を測定するため
の測定手段19とを備える。
As an example of the ion implanter of the second embodiment, the structure of the ion implanter 10 is schematically shown in FIG.
Referring to FIG. 1, an ion implanter 10 includes first and second ion sources 11a and 11b, first and second extractor / focusers 12a and 12b, and first and second mass separators. 13a and 13b, a converging device 14,
An XY direction deflector 15, a target chamber 17 in which a substrate stage 16 is arranged, first and second beam monitors 18a and 18b, and a measuring means 19 for measuring the amount of implanted ions are provided.

【0016】イオン注入装置10は、ターボ分子ポンプ
などの排気手段(図示せず)を備え、内部が減圧できる
ようになっている。基板ステージ16上には基板20が
配置されている。基板20は特に限定はないが、一般的
にはシリコン基板などの半導体基板である。
The ion implantation apparatus 10 is provided with an exhaust means (not shown) such as a turbo molecular pump so that the inside pressure can be reduced. A substrate 20 is arranged on the substrate stage 16. The substrate 20 is not particularly limited, but is generally a semiconductor substrate such as a silicon substrate.

【0017】第1および第2のイオン源11aおよび1
1bは、異なるイオン種を生成するためのイオン源であ
る。これらのイオン源の種類は特に限定がなく、たとえ
ば、プラズマ型、カウフマン型、ECRプラズマ型など
のイオン源を用いることができる。
First and second ion sources 11a and 1
1b is an ion source for generating different ion species. The type of these ion sources is not particularly limited, and for example, plasma type, Kauffman type, ECR plasma type ion sources can be used.

【0018】第1の引き出し・収束器12aは、第1の
イオン源11aで生成されたイオンを、引き出し電極に
電圧を印加することによって引き出し、第1の質量分離
器13aの入り口に収束させる。また、第2の引き出し
・収束器12bは、第2のイオン源11bで生成された
イオンを、引き出し電極に電圧を印加することによって
引き出し、第2の質量分離器13bの入り口に収束させ
る。このとき、第1および第2のビームモニタ18aお
よび18bによって、各イオン源から質量分離器に導入
されたイオンの量がモニタされる。第1および第2の引
き出し・収束器12aおよび12bでは、引き出し電極
の電圧を制御してイオンビームのエネルギーを制御す
る。
The first extractor / focuser 12a extracts the ions generated by the first ion source 11a by applying a voltage to the extraction electrode, and converges the ions at the entrance of the first mass separator 13a. Further, the second extractor / focuser 12b extracts the ions generated by the second ion source 11b by applying a voltage to the extractor electrode, and converges the ions at the entrance of the second mass separator 13b. At this time, the first and second beam monitors 18a and 18b monitor the amount of ions introduced from each ion source into the mass separator. In the first and second extraction / focusing units 12a and 12b, the voltage of the extraction electrode is controlled to control the energy of the ion beam.

【0019】第1および第2の質量分離器13aおよび
13bは、イオン源から導入されたイオンのうち基板2
0に注入すべきイオンを選別し、収束器14に導入す
る。収束器14で収束させられた不純物イオン、水素イ
オン、またはそれらが混合されたイオンは、基板20に
一様にイオン注入を行うため、X−Y方向偏向器15に
導入され、基板20に注入される。収束器14およびX
−Y方向偏向器15は、質量分離器で分離されたイオン
を基板20に導入するための導入手段として機能する。
The first and second mass separators 13a and 13b are used for the substrate 2 among the ions introduced from the ion source.
Ions to be injected into 0 are selected and introduced into the converging unit 14. The impurity ions, hydrogen ions, or mixed ions thereof converged by the concentrator 14 are introduced into the XY deflector 15 and injected into the substrate 20 in order to uniformly implant the ions into the substrate 20. To be done. Focuser 14 and X
The −Y direction deflector 15 functions as an introducing unit for introducing the ions separated by the mass separator into the substrate 20.

【0020】測定手段19は、基板20に注入されたイ
オンの量を測定するための装置である。具体的には、基
板ステージ16に接続された電量計などを用いることが
できる。イオン注入装置10では、第1および第2のビ
ームモニタ18aおよび18bで測定されたビーム強度
を、測定手段19を用いて校正できる。この校正によっ
て、基板20に不純物イオンと水素イオンとを同時に注
入したときでも不純物イオン量と水素イオン量とを個別
に求めることができ、これによって基板20に注入され
るイオンの量を制御できる。
The measuring means 19 is a device for measuring the amount of ions implanted in the substrate 20. Specifically, a coulometer connected to the substrate stage 16 can be used. In the ion implantation apparatus 10, the beam intensities measured by the first and second beam monitors 18a and 18b can be calibrated using the measuring means 19. By this calibration, even when the impurity ions and the hydrogen ions are simultaneously implanted into the substrate 20, the amount of the impurity ions and the amount of the hydrogen ions can be individually obtained, and thus the amount of the ions implanted into the substrate 20 can be controlled.

【0021】なお、基板ステージ16は、基板20を加
熱するためのヒータ、または基板20を冷却するための
冷却装置を備えてもよい。
The substrate stage 16 may include a heater for heating the substrate 20 or a cooling device for cooling the substrate 20.

【0022】イオン注入装置10では、2つのイオン源
と2つの質量分離器とを用いることによって、異なるイ
オン種を同時または個別に基板20に注入することがで
きる。したがって、イオン注入装置10を用いることに
よって、実施形態1で説明した方法、すなわち、不純物
イオンと水素イオンとを低エネルギーでシリコン基板に
注入したのちに熱処理する方法を容易に実施できる。そ
のため、イオン注入装置10を用いることによって、イ
オン注入時の不純物の分布をそれほど変化させることな
く不純物を半導体中で活性化でき、従来の装置に比べて
浅い接合を形成することができる。さらに、イオン注入
装置10は、2つのイオン種を同時に注入できるため、
装置の稼働率が高くなり、半導体装置を低コストに製造
できる。
The ion implanter 10 can implant different ion species into the substrate 20 simultaneously or individually by using two ion sources and two mass separators. Therefore, by using the ion implantation apparatus 10, the method described in the first embodiment, that is, the method of implanting impurity ions and hydrogen ions into the silicon substrate at low energy and then performing the heat treatment can be easily implemented. Therefore, by using the ion implantation apparatus 10, the impurities can be activated in the semiconductor without significantly changing the distribution of the impurities at the time of ion implantation, and a shallow junction can be formed as compared with the conventional apparatus. Furthermore, since the ion implanter 10 can implant two ion species simultaneously,
The operating rate of the device is increased, and the semiconductor device can be manufactured at low cost.

【0023】なお、本発明のイオン注入装置は、2つの
イオン源と、それに対応した2つの質量分離器と、イオ
ンを基板に導入するための導入手段を備えるものであれ
ばよく、図1のイオン注入装置10の構成に限らず、他
の様々な構成が可能である。以下に、複数の例を説明す
るが、以下の例はイオン注入装置10と同様の効果を奏
する。
The ion implantation apparatus of the present invention may be any apparatus as long as it has two ion sources, two mass separators corresponding thereto, and introducing means for introducing ions into the substrate. Not only the configuration of the ion implantation apparatus 10 but various other configurations are possible. A plurality of examples will be described below, but the following examples have the same effects as the ion implantation device 10.

【0024】(実施形態3)実施形態3では、本発明の
イオン注入装置について他の一例を説明する。実施形態
3のイオン注入装置10aの構成を、図2に模式的に示
す。イオン注入装置10aは、イオン注入装置10と比
較して、減速器21を備える点が異なるため、減速器2
1以外の部分は重複する説明を省略する。減速器21
は、質量分離器で分離されたイオンを減速する装置であ
り、これを用いてイオンを減速することによって、より
浅い接合を形成することが可能となる。
(Embodiment 3) In Embodiment 3, another example of the ion implantation apparatus of the present invention will be described. The configuration of the ion implantation apparatus 10a according to the third embodiment is schematically shown in FIG. The ion implanter 10 a is different from the ion implanter 10 in that the ion implanter 10 a includes a speed reducer 21.
Duplicated description of parts other than 1 will be omitted. Decelerator 21
Is a device for decelerating the ions separated by the mass separator, and by decelerating the ions using the device, it becomes possible to form a shallower junction.

【0025】(実施形態4)実施形態4では、本発明の
イオン注入装置について他の一例を説明する。実施形態
3のイオン注入装置10bの構成を、図3に模式的に示
す。イオン注入装置10bは、イオン注入装置10と比
較して、第1および第2のイオン源11aおよび11
b、第1および第2の引き出し・収束器12aおよび1
2b、第1および第2の質量分離器13aおよび13
b、第1のビームモニタ18aの配置のみが異なるた
め、重複する説明を省略する。
(Embodiment 4) In Embodiment 4, another example of the ion implantation apparatus of the present invention will be described. The configuration of the ion implantation apparatus 10b of the third embodiment is schematically shown in FIG. Compared to the ion implanter 10, the ion implanter 10b includes a first ion source 11a and a second ion source 11a.
b, first and second extractor / convergers 12a and 1
2b, first and second mass separators 13a and 13
b, since only the arrangement of the first beam monitor 18a is different, duplicate description will be omitted.

【0026】イオン注入装置10bでは、第1の質量分
離器13a、第2の質量分離器13b、収束器14、X
−Y方向偏向器15、およびターゲット室17が、この
順序で一列になるように配置されている。そして、第1
の質量分離器13aには第1のイオン源11aが接続さ
れており、第2の質量分離器13bには、第2のイオン
源11bが接続されている。第1のイオン源11aで生
成されたイオンは、第1の引き出し・収束器12aによ
って引き出され、第1の質量分離器13aによって選別
される。同様に、第2のイオン源11bで生成されたイ
オンは、第2の引き出し・収束器12bによって引き出
され、第2の質量分離器13bによって選別される。第
1および第2の質量分離器13aおよび13bに選別さ
れたイオンは、収束器14とX−Y方向偏向器15とを
経て、基板20に注入される。第1のビームモニタ18
aは、図3に示すように第1の質量分離器13aを通過
したイオンをモニタできる位置に配置される。
In the ion implanter 10b, the first mass separator 13a, the second mass separator 13b, the concentrator 14, and X.
The −Y-direction deflector 15 and the target chamber 17 are arranged in this order in a line. And the first
The first ion source 11a is connected to the mass separator 13a, and the second ion source 11b is connected to the second mass separator 13b. The ions generated by the first ion source 11a are extracted by the first extractor / focuser 12a and sorted by the first mass separator 13a. Similarly, the ions generated by the second ion source 11b are extracted by the second extractor / focuser 12b and sorted by the second mass separator 13b. The ions selected by the first and second mass separators 13a and 13b are injected into the substrate 20 via the converging device 14 and the XY direction deflector 15. First beam monitor 18
As shown in FIG. 3, a is located at a position where the ions passing through the first mass separator 13a can be monitored.

【0027】(実施形態5)実施形態5では、本発明の
イオン注入装置について他の一例を説明する。実施形態
5のイオン注入装置10cの構成を、図4に模式的に示
す。イオン注入装置10cは、イオン注入装置10bと
比較して、減速器21を備える点のみが異なるため、減
速器21以外の部分は重複する説明を省略する。減速器
21は、質量分離器で分離されたイオンを減速する装置
であり、これを用いてイオンを減速することによって、
より浅い接合を形成することが可能となる。
(Fifth Embodiment) In a fifth embodiment, another example of the ion implantation apparatus of the present invention will be described. The configuration of the ion implantation apparatus 10c of the fifth embodiment is schematically shown in FIG. The ion implanter 10c is different from the ion implanter 10b only in that the ion implanter 10c is provided with a speed reducer 21, and therefore, the description other than that other than the speed reducer 21 will be omitted. The decelerator 21 is a device that decelerates the ions separated by the mass separator, and by decelerating the ions using the device,
It becomes possible to form a shallower junction.

【0028】[0028]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0029】(実施例1)実施例1では、実施形態1の
ドーピング方法でシリコン基板にボロンをドーピングし
た一例について説明する。
Example 1 In Example 1, an example of doping the silicon substrate with boron by the doping method of Embodiment 1 will be described.

【0030】まず、シリコン基板に室温(25℃程度)
で、不純物イオン(B25 +。注入エネルギー:10k
eV)と水素イオン(H3+。注入エネルギー3.33k
eV)とを注入した。不純物イオンは、ジボランをイオ
ン化することによって生成させた。その後、イオンが注
入された複数のシリコン基板について、700℃、80
0℃または900℃のアニール温度で30分間熱処理を
行った。このようにして、注入したボロンを活性化した
シリコン基板を得た。
First, room temperature (about 25 ° C.) is applied to a silicon substrate.
And impurity ions (B 2 H 5 + . Implantation energy: 10 k
eV) and hydrogen ions (H 3+ . Implantation energy 3.33k
eV) was injected. Impurity ions were generated by ionizing diborane. After that, with respect to the plurality of silicon substrates into which the ions have been implanted, 700 ° C., 80
Heat treatment was performed at an annealing temperature of 0 ° C. or 900 ° C. for 30 minutes. In this way, a silicon substrate in which the implanted boron was activated was obtained.

【0031】一方、比較例として、水素イオンを注入せ
ずにボロンイオン(B+)のみをシリコン基板に注入
し、上記と同様の熱処理条件で熱処理を行った。このよ
うにして、注入したボロンを活性化した比較例のシリコ
ン基板を得た。
On the other hand, as a comparative example, only boron ions (B + ) were implanted into a silicon substrate without implanting hydrogen ions, and heat treatment was performed under the same heat treatment conditions as above. In this way, a silicon substrate of a comparative example in which the implanted boron was activated was obtained.

【0032】イオン注入直後および熱処理後の上記シリ
コン基板について、二次イオン質量分析法(SIMS)
によって、表面からの距離とボロン原子密度との関係を
測定した。測定結果を図5に示す。なお、図5には、B
25 +とH3+とを注入した場合の水素原子の原子密度分
布(縦軸は、ボロン原子密度と同じ)についても示す。
Secondary ion mass spectrometry (SIMS) was performed on the silicon substrate immediately after ion implantation and after heat treatment.
The relationship between the distance from the surface and the boron atom density was measured by. The measurement result is shown in FIG. In addition, in FIG.
The atomic density distribution of hydrogen atoms when 2 H 5 + and H 3 + are injected (the vertical axis is the same as the boron atom density) is also shown.

【0033】図5から明らかなように、B25 +イオン
と水素イオンとを注入したシリコン基板では、同じアニ
ール温度で熱処理した比較例のシリコン基板に比べて、
ボロンの分布がかなり浅くなっていた。B25 +イオン
と水素イオンとを注入したシリコン基板では、800℃
で熱処理しても、ボロンの分布はイオン注入直後の分布
からあまり変化がなかった。このように、実施例1の方
法によって浅い接合を形成することができた。
As is clear from FIG. 5, the silicon substrate in which B 2 H 5 + ions and hydrogen ions were implanted was compared with the silicon substrate of the comparative example which was heat-treated at the same annealing temperature.
The distribution of boron was quite shallow. 800 ° C. for a silicon substrate in which B 2 H 5 + ions and hydrogen ions are implanted
The distribution of boron did not change much from the distribution immediately after ion implantation even after the heat treatment. Thus, the shallow junction could be formed by the method of Example 1.

【0034】(実施例2)実施例2では、実施形態1の
ドーピング方法でシリコン基板にボロンをドーピングし
た一例について説明する。
Example 2 In Example 2, an example of doping the silicon substrate with boron by the doping method of Embodiment 1 will be described.

【0035】まず、シリコン基板に室温(25℃程度)
で、ボロンイオン(B+)と水素イオン(H3+)とを注
入した。ボロンイオンのドーズ量は5×1015cm-2
し、注入エネルギーは10keVとした。また、水素イ
オンのドーズ量は6×1015cm-2とし、注入エネルギ
ーは2keVとした。その後、イオンが注入された複数
のシリコン基板について、700℃、800℃または9
00℃のアニール温度で30分間熱処理を行った。この
ようにして、注入したボロンを活性化したシリコン基板
を得た。
First, room temperature (about 25 ° C.) is applied to a silicon substrate.
Then, boron ions (B + ) and hydrogen ions (H 3+ ) were implanted. The dose amount of boron ions was 5 × 10 15 cm −2 , and the implantation energy was 10 keV. Further, the dose amount of hydrogen ions was 6 × 10 15 cm −2 , and the implantation energy was 2 keV. After that, regarding the plurality of silicon substrates into which the ions are implanted, 700 ° C., 800 ° C. or 9
Heat treatment was performed at an annealing temperature of 00 ° C. for 30 minutes. In this way, a silicon substrate in which the implanted boron was activated was obtained.

【0036】一方、比較例として、水素イオンを注入せ
ずにボロンイオン(B+)のみをシリコン基板に注入
し、上記と同様の熱処理条件で熱処理を行った。このよ
うにして、注入したボロンを活性化した比較例のシリコ
ン基板を得た。
On the other hand, as a comparative example, only boron ions (B + ) were implanted into a silicon substrate without implanting hydrogen ions, and heat treatment was performed under the same heat treatment conditions as described above. In this way, a silicon substrate of a comparative example in which the implanted boron was activated was obtained.

【0037】イオン注入直後および熱処理後の上記シリ
コン基板について、二次イオン質量分析法(SIMS)
によって、表面からの距離とボロン原子密度との関係を
測定した。測定結果を図6に示す。
Secondary ion mass spectrometry (SIMS) was performed on the silicon substrate immediately after ion implantation and after heat treatment.
The relationship between the distance from the surface and the boron atom density was measured by. The measurement result is shown in FIG.

【0038】図6から明らかなように、ボロンイオンと
水素イオンとを注入したシリコン基板では、同じアニー
ル温度で熱処理した比較例のシリコン基板に比べて、ボ
ロンの分布がかなり浅くなっていた。ボロンイオンと水
素イオンとを注入したシリコン基板では、800℃で熱
処理しても、ボロンの分布はイオン注入直後の分布から
あまり変化がなかった。このように、実施例2の方法に
よって浅い接合を形成することができた。
As is clear from FIG. 6, the distribution of boron was considerably shallower in the silicon substrate in which boron ions and hydrogen ions were implanted, as compared with the silicon substrate of the comparative example which was heat-treated at the same annealing temperature. In the silicon substrate in which boron ions and hydrogen ions were implanted, the distribution of boron did not change much from the distribution immediately after the ion implantation even when heat-treated at 800 ° C. Thus, the shallow junction could be formed by the method of Example 2.

【0039】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用する
ことができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to examples, the present invention is not limited to the above embodiments and can be applied to other embodiments based on the technical idea of the present invention. .

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のドーピン
グ方法によれば、従来の方法と比較して浅いp形層また
はn形層を形成することができる。
As described above, according to the doping method of the present invention, a shallow p-type layer or n-type layer can be formed as compared with the conventional method.

【0041】また、本発明のイオン注入装置によれば、
異なるイオン種を交互または同時に基板に注入すること
ができるため、本発明のドーピング方法を容易かつ低コ
ストに実施できる。
According to the ion implantation apparatus of the present invention,
Since different ion species can be injected into the substrate alternately or simultaneously, the doping method of the present invention can be easily and inexpensively carried out.

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

【図1】 本発明のイオン注入装置について一例の構成
を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of an ion implantation device of the present invention.

【図2】 本発明のイオン注入装置について他の一例の
構成を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of another example of the ion implantation apparatus of the present invention.

【図3】 本発明のイオン注入装置についてその他の一
例の構成を模式的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of another example of the ion implantation apparatus of the present invention.

【図4】 本発明のイオン注入装置についてさらにその
他の一例の構成を模式的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of still another example of the ion implantation apparatus of the present invention.

【図5】 本発明のドーピング方法を用いてドーピング
を行ったシリコン基板のSIMSによる測定結果の一例
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a measurement result by SIMS of a silicon substrate which is doped by using the doping method of the present invention.

【図6】 本発明のドーピング方法を用いてドーピング
を行ったシリコン基板のSIMSによる測定結果の他の
一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing another example of measurement results by SIMS of a silicon substrate that is doped by using the doping method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、10a、10b、10c イオン注入装置 11a 第1のイオン源 11b 第2のイオン源 12a 第1の引き出し・収束器 12b 第2の引き出し・収束器 13a 第1の質量分離器 13b 第2の質量分離器 14 収束器(導入手段) 15 X−Y方向偏向器(導入手段) 16 基板ステージ 17 ターゲット室 18a 第1のビームモニタ(測定手段) 18b 第2のビームモニタ(測定手段) 19 測定手段 20 基板 21 減速器 10, 10a, 10b, 10c Ion implanter 11a First ion source 11b Second ion source 12a First drawer / focuser 12b Second drawer / focuser 13a First mass separator 13b Second mass separator 14 Concentrator (introduction means) 15 X-Y direction deflector (introducing means) 16 substrate stage 17 Target room 18a First beam monitor (measuring means) 18b Second beam monitor (measuring means) 19 Measuring means 20 substrates 21 Reducer

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) H01J 37/317 H01L 21/265 F Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01J 37/317 H01L 21/265 F

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板にドーピングを行う方法で
あって、 100℃以下の温度のシリコン基板に、0.1keV〜
15keVの範囲内のエネルギーで不純物イオンを注入
し0.01keV〜4keVの範囲内のエネルギーで水
素イオンを注入する第1の工程と、 前記シリコン基板を600℃〜900℃の範囲内の温度
で熱処理する第2の工程とを含むことを特徴とするドー
ピング方法。
1. A method for doping a silicon substrate, the method comprising:
A first step of implanting impurity ions at an energy in the range of 15 keV and hydrogen ions at an energy in the range of 0.01 keV to 4 keV; and heat treating the silicon substrate at a temperature in the range of 600 to 900 ° C. And a second step of carrying out the doping method.
【請求項2】 前記不純物イオンが、ボロン、リン、ヒ
素、およびこれらの水素化合物から選ばれる少なくとも
1つのイオンである請求項1に記載のドーピング方法。
2. The doping method according to claim 1, wherein the impurity ions are at least one ion selected from boron, phosphorus, arsenic, and hydrogen compounds thereof.
【請求項3】 基板にイオンを注入するためのイオン注
入装置であって、 第1および第2のイオン源と、 前記第1のイオン源から引き出されたイオンの質量分離
を行う第1の質量分離器と、 前記第2のイオン源から引き出されたイオンの質量分離
を行う第2の質量分離器と、 前記第1および第2の質量分離器で分離されたイオンを
前記基板に導入するための導入手段とを備えることを特
徴とするイオン注入装置。
3. An ion implanter for implanting ions into a substrate, comprising first and second ion sources, and a first mass for mass-separating the ions extracted from the first ion source. A separator, a second mass separator that performs mass separation of the ions extracted from the second ion source, and to introduce the ions separated by the first and second mass separators into the substrate An ion implantation apparatus comprising:
【請求項4】 前記基板が配置されるステージをさらに
備え、 前記基板に注入されたイオンの量を測定するために前記
ステージに接続された第1の測定手段と、 前記第1のイオン源から引き出されたイオンの量を測定
するための第2の測定手段と、 前記第2のイオン源から引き出されたイオンの量を測定
するための第3の測定手段とをさらに備える請求項3に
記載のイオン注入装置。
4. A first measuring means connected to the stage for measuring the amount of ions implanted in the substrate, further comprising: a stage on which the substrate is arranged; The third measuring means for measuring the amount of extracted ions, and the third measuring means for measuring the amount of ions extracted from the second ion source. Ion implanter.
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