JP2008124432A - Mask for ion implantation, method and apparatus for ion implantation using the same - Google Patents

Mask for ion implantation, method and apparatus for ion implantation using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion implantation mask which can form an impurity diffusion region in a predetermined region of a semiconductor substrate at a predetermined ion concentration and an ion implantation mask which can form an insular region or a plurality of implantation regions of different ion concentrations in a single ion implantation as well. <P>SOLUTION: A stencil mask for implanting ions into one or more regions of a semiconductor substrate from an ion source. A mask opening pattern, in which two or more openings and masked parts are aligned, is formed in the stencil mask. The openings and masked parts are arranged so that ion concentration of the semiconductor substrate after thermal diffusion can be approximately uniform. The opening pattern of the mask is shaped in an island. A plurality of mask opening patterns having the openings and masked parts of different area ratios are formed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体基板の所定位置にイオン注入する際に用いられるイオン注入用マスクと、これを使用するイオン注入方法およびイオン注入装置に関し、特にイオン注入用マスクの開口部に特徴を有するものである。   The present invention relates to an ion implantation mask used when ions are implanted into a predetermined position of a semiconductor substrate, an ion implantation method and an ion implantation apparatus using the mask, and particularly has a feature in an opening of the ion implantation mask. is there.

半導体基板の所定領域に不純物を導入する方法としてイオン注入法がある。イオン注入の際にフォトレジストを用いないでイオン注入できれば、フォトレジストの塗布工程、露光工程、現像工程、イオン注入後のフォトレジストの除去工程、半導体基板の洗浄工程などが省略でき、製造工程の短縮が実現できる。
このようなレジストレスイオン注入法として、特許文献1がある。特許文献1は、半導体基板上に半導体基板とは分離して位置決めされたステンシルマスクの開口部にイオンを通過させて半導体基板にイオン注入し、その後、熱処理を行うことにより、不純物拡散層を形成する方法を開示している。この特許文献1により、レジスト塗布、プリべーク、露光、ポストべーク、レジスト除去等の諸工程を削減することができる。
As a method for introducing impurities into a predetermined region of a semiconductor substrate, there is an ion implantation method. If ion implantation can be performed without using a photoresist during ion implantation, a photoresist coating process, an exposure process, a development process, a photoresist removal process after ion implantation, a semiconductor substrate cleaning process, and the like can be omitted. Shortening can be realized.
There exists patent document 1 as such a resistless ion implantation method. Patent Document 1 discloses that an impurity diffusion layer is formed by passing ions through an opening of a stencil mask positioned separately from a semiconductor substrate on a semiconductor substrate and implanting ions into the semiconductor substrate, and then performing a heat treatment. The method of doing is disclosed. According to Patent Document 1, various processes such as resist coating, pre-baking, exposure, post-baking, and resist removal can be reduced.

上記ステンシルマスクは、シリコン板のようにイオンが不透過な基板に透孔を形成して、この透孔より半導体基板にイオン注入するので、半導体基板に島状のパターンを形成することは困難である。即ち、ステンシルマスクの透孔の中に、イオン注入遮断領域を保持しなければならないが、透孔の中にイオン注入遮断領域を保持するための保持部分が必要になる。したがって、保持部分がイオン注入の際の影となり、正確には島状のパターンを形成することができない。
そのため、従来は例えば、図12(a)に示すように島の半分を形成する第1のマスク51と、図12(b)に示すように島の他の半分を形成する第2のマスク52を用い、2枚のマスクを切り替え、同一条件で半導体基板53に2回イオン注入を行なうことにより島状のイオン注入領域を形成している。
あるいは、特許文献2に開示されているように、島状の注入遮断領域をイオン注入の際に波長限界となる支持部によって支持する必要がある。
The stencil mask forms a through-hole in a substrate that is impermeable to ions, such as a silicon plate, and ions are implanted into the semiconductor substrate through the through-hole. Therefore, it is difficult to form an island pattern on the semiconductor substrate. is there. That is, the ion implantation blocking region must be held in the through hole of the stencil mask, but a holding portion for holding the ion implantation blocking region in the through hole is required. Therefore, the holding portion becomes a shadow at the time of ion implantation, and an island-like pattern cannot be formed accurately.
Therefore, conventionally, for example, as shown in FIG. 12A, a first mask 51 that forms a half of an island, and a second mask 52 that forms the other half of an island as shown in FIG. The island-shaped ion implantation region is formed by switching two masks and performing ion implantation twice into the semiconductor substrate 53 under the same conditions.
Alternatively, as disclosed in Patent Document 2, it is necessary to support the island-shaped implantation blocking region by a support portion that becomes a wavelength limit at the time of ion implantation.

また半導体基板に不純物濃度の異なる拡散層を形成し、異なる閾値をもつウエルを形成する場合、図13(a)に示すように、第1の半導体基板領域55aに第1の不純物濃度でイオン注入する第1のステンシルマスク56で第1のイオン注入を行い、次に図13(b)に示すように、第2の半導体基板領域55bに第2の不純物濃度でイオン注入する第2のステンシルマスク57で第2のイオン注入を行う。このように、ステンシルマスクを複数枚切り替え、異なる注入条件で複数回イオン注入を行っている。
または特許文献3に開示されているように、真空チャンバー内で複数のステンシルマスクから特定のマスクを選択し、また複数のドーパントイオンから特定のドーパントイオンを選択し、所定の領域に所定のイオン種を注入する操作を繰り返す方法がある。
特開昭62−262421号公報 特開2003−109889号公報 特開平8−213339号公報
When diffusion layers having different impurity concentrations are formed in a semiconductor substrate and wells having different thresholds are formed, ion implantation is performed in the first semiconductor substrate region 55a at the first impurity concentration as shown in FIG. First ion implantation is performed with the first stencil mask 56, and then, as shown in FIG. 13B, the second stencil mask is implanted with the second impurity concentration into the second semiconductor substrate region 55b. At 57, a second ion implantation is performed. In this way, a plurality of stencil masks are switched, and ion implantation is performed a plurality of times under different implantation conditions.
Alternatively, as disclosed in Patent Document 3, a specific mask is selected from a plurality of stencil masks in a vacuum chamber, a specific dopant ion is selected from a plurality of dopant ions, and a predetermined ion species is set in a predetermined region. There is a method of repeating the operation of injecting.
Japanese Patent Laid-Open No. 62-262421 JP 2003-109889 A JP-A-8-213339

以上のように、ステンシルマスクは、イオンの透過部分と不透過部分によって半導体基板に選択的にイオン注入するものであるので、イオン透過部分のイオン濃度はイオン源のドーズ量によって制御される。そのため、イオン濃度の異なる領域を形成するためにはイオン源のドーズ量を変えてイオン注入操作を行う必要がある。
また上記のように島状のパターンを形成する場合は、2枚のマスクを切り替え、同一条件で2回イオン注入しなければならない。あるいは、島状の注入遮断領域を、イオン注入の波長限界となる支持部によって支持するようなマスクを作成する必要がある。
また半導体基板に濃度の異なる複数の不純物拡散層を形成する場合は、複数のステンシルマスクを切り替え、異なる注入条件で複数回イオン注入を行わなければならない。
以上のように、従来技術は、イオン注入の際に種々制約があり、工程数が多い。
As described above, since the stencil mask selectively implants ions into the semiconductor substrate through the ion transmission and non-transmission parts, the ion concentration in the ion transmission part is controlled by the dose of the ion source. Therefore, in order to form regions having different ion concentrations, it is necessary to perform an ion implantation operation by changing the dose amount of the ion source.
Further, when forming an island pattern as described above, it is necessary to switch between two masks and perform ion implantation twice under the same conditions. Alternatively, it is necessary to create a mask that supports the island-shaped implantation blocking region by a support portion that becomes the wavelength limit of ion implantation.
When a plurality of impurity diffusion layers having different concentrations are formed on a semiconductor substrate, it is necessary to switch a plurality of stencil masks and perform ion implantation a plurality of times under different implantation conditions.
As described above, the conventional technique has various restrictions in ion implantation and has a large number of processes.

本発明は以上のような問題に鑑み、半導体基板の所定領域に所望のイオン濃度で不純物拡散領域を形成することができるイオン注入マスクを提供するものである。またこのイオン注入マスクを使用したイオン注入方法およびイオン注入装置を提供するものである。
また本発明は、1回のイオン注入操作で島状のパターンを形成することができるイオン注入マスクを提供するものである。
更に本発明は、1回のイオン注入操作で異なる濃度の注入領域を形成することができるイオン注入マスクを提供するものである。
In view of the above problems, the present invention provides an ion implantation mask capable of forming an impurity diffusion region with a desired ion concentration in a predetermined region of a semiconductor substrate. The present invention also provides an ion implantation method and an ion implantation apparatus using the ion implantation mask.
The present invention also provides an ion implantation mask capable of forming an island pattern by a single ion implantation operation.
Furthermore, the present invention provides an ion implantation mask capable of forming implantation regions having different concentrations by a single ion implantation operation.

本発明は、上記課題を解決するために、イオン源と半導体基板の間に配置されるイオン注入用ステンシルマスクは、開口部と遮蔽部を複数並べて開口パターンが形成され、前記開口部と遮蔽部は半導体基板の熱拡散後のイオン濃度がそれぞれ略均一になるように面積割合を設定したイオン注入用マスクである。これにより、半導体基板の所定位置に所望のイオン濃度の不純物拡散領域を形成することができる。従って、任意形状にイオン注入領域を形成することができる。   In order to solve the above problems, the present invention provides an ion implantation stencil mask disposed between an ion source and a semiconductor substrate, wherein an opening pattern is formed by arranging a plurality of openings and shielding portions, and the openings and shielding portions are formed. Is an ion implantation mask in which the area ratio is set so that the ion concentration after thermal diffusion of the semiconductor substrate becomes substantially uniform. Thus, an impurity diffusion region having a desired ion concentration can be formed at a predetermined position on the semiconductor substrate. Accordingly, the ion implantation region can be formed in an arbitrary shape.

ここで、前記面積割合は、半導体基板のイオン濃度がそれぞれ略均一になる熱拡散条件に基づいて決定するとよい。この場合、熱拡散条件は熱拡散温度と熱拡散時間、またはいずれか一つである。
また前記面積割合は、半導体基板のイオン濃度がそれぞれ略均一になる注入条件に基づいて決定するとよい。この場合、注入条件は、ドーズ量、イオン種および注入エネルギー、またはこれらのいずれか1つ以上である。
Here, the area ratio may be determined based on thermal diffusion conditions in which the ion concentrations of the semiconductor substrate are substantially uniform. In this case, the thermal diffusion conditions are the thermal diffusion temperature and the thermal diffusion time, or one of them.
The area ratio may be determined based on implantation conditions that make the ion concentration of the semiconductor substrate substantially uniform. In this case, the implantation condition is a dose amount, ion species and implantation energy, or any one or more of these.

また、本発明のイオン注入用マスクは、1つの開口部と、この開口部に隣接する1つの遮蔽部が、長方形、三角形、六角形、菱形または台形を形成することが好ましい。これにより、種々の形状によりマスクの開口パターンを形成することができる。
また、前記マスクの開口パターンが島状であることが好ましい。これにより、1枚のマスクを使用して、1回のイオン注入操作で、島状のパターンを形成することができる。
また、開口パターンを複数備え、複数の開口パターンが互いに異なる面積割合を有する開口部と遮蔽部よりなることが好ましい。これにより、1枚のマスクを使用して、1回のイオン注入操作で、異なるイオン濃度の注入領域を形成することができる。
In the ion implantation mask of the present invention, it is preferable that one opening and one shielding part adjacent to the opening form a rectangle, a triangle, a hexagon, a rhombus, or a trapezoid. Thereby, the opening pattern of a mask can be formed with various shapes.
Moreover, it is preferable that the opening pattern of the mask has an island shape. Thereby, an island-like pattern can be formed by one ion implantation operation using one mask.
Further, it is preferable that a plurality of opening patterns are provided, and the plurality of opening patterns include an opening portion and a shielding portion having different area ratios. As a result, implantation regions having different ion concentrations can be formed by one ion implantation operation using a single mask.

また、本発明は別の観点によれば、イオン注入方法であり、上記いずれかのイオン注入用マスクを用いて半導体基板にイオン注入するものである。これにより半導体基板の所定位置に所望のイオン濃度の不純物拡散領域を形成する方法を実現し、1枚のマスクを使用して、1回のイオン注入操作で、島状の注入遮断領域を形成し、または異なるイオン濃度の注入領域を形成することができることができる。
また、本発明は上記のイオン注入用マスクを備えるイオン注入装置である。
According to another aspect of the present invention, there is provided an ion implantation method in which ions are implanted into a semiconductor substrate using any one of the above ion implantation masks. As a result, a method of forming an impurity diffusion region having a desired ion concentration at a predetermined position on the semiconductor substrate is realized, and an island-shaped implantation blocking region is formed by one ion implantation operation using one mask. Alternatively, implantation regions with different ion concentrations can be formed.
Moreover, this invention is an ion implantation apparatus provided with said mask for ion implantation.

本発明によれば、半導体基板の所定位置に所望のイオン濃度で不純物拡散領域を形成することができ、任意形状にイオン注入領域を形成することができる。また、1枚のイオン注入用マスクを使用して1回のイオン注入操作で半導体基板に島状のイオン注入パターンを形成することができる。また、1枚のイオン注入用マスクを使用して1回のイオン注入操作で異なるイオン濃度の注入領域を形成することができる。   According to the present invention, an impurity diffusion region can be formed at a predetermined position on a semiconductor substrate with a desired ion concentration, and an ion implantation region can be formed in an arbitrary shape. Further, an island-like ion implantation pattern can be formed on the semiconductor substrate by one ion implantation operation using one ion implantation mask. In addition, implantation regions having different ion concentrations can be formed by one ion implantation operation using one ion implantation mask.

本発明は、イオン源から半導体基板にイオン注入するためのステンシルマスクであって、このステンシルマスクのマスク開口パターンを開口部と遮蔽部を複数並べて形成し、開口部と遮蔽部が半導体基板の熱拡散後のイオン濃度がそれぞれ略均一になるように設定した面積割合を有するイオン注入用マスクである。
本発明のイオン注入用マスクは、通常のイオン注入装置に用いられるものである。このようなイオン注入装置1は、図1に示すように、イオン生成するためのイオン源2と、不要なイオンを除去し、所望のイオンを取り出すための質量分離器3と、ドーパントイオンのみを通過させるアパーチュア4と、イオンを集束させるための集束レンズ5と、半導体基板6に所定のイオン注入パターンを形成するためのマスク7と、集束レンズ8と、アパーチュア9と、投影レンズ10と、半導体基板6を保持するためのステージ11などから構成される。このようなイオン注入装置は周知であり、本発明のイオン注入マスクは、図1に示したイオン注入装置以外のイオン注入装置にも利用することができる。
The present invention is a stencil mask for implanting ions from an ion source into a semiconductor substrate. The mask opening pattern of the stencil mask is formed by arranging a plurality of openings and shielding portions, and the openings and shielding portions are the heat of the semiconductor substrate. This is an ion implantation mask having an area ratio set so that ion concentrations after diffusion are substantially uniform.
The ion implantation mask of the present invention is used for a normal ion implantation apparatus. As shown in FIG. 1, such an ion implantation apparatus 1 includes an ion source 2 for generating ions, a mass separator 3 for removing unnecessary ions and taking out desired ions, and only dopant ions. Aperture 4 to pass through, a focusing lens 5 for focusing ions, a mask 7 for forming a predetermined ion implantation pattern in the semiconductor substrate 6, a focusing lens 8, an aperture 9, a projection lens 10, and a semiconductor The stage 11 is configured to hold the substrate 6. Such an ion implantation apparatus is well known, and the ion implantation mask of the present invention can be used for an ion implantation apparatus other than the ion implantation apparatus shown in FIG.

本発明のイオン注入用マスクは、例えばシリコン板、ステンレススチール板あるいは石英ガラス板に形成したクロムよりなり、そのマスク開口パターンを開口部と遮蔽部を複数並べて形成したイオン注入用マスクである。本発明は特に、開口部と遮蔽部が半導体基板の熱拡散後のイオン濃度がそれぞれ略均一になるように設定した面積割合を有するものである。本発明の基本的概念を以下に説明する。
図2は、本発明のイオン注入用マスクに開口パターンを形成する開口部小領域20を1つ示す。開口部小領域20は第1の領域21と第2の領域22とからなり、第1の領域21はイオンを透過する開口部を形成し、第2の遮蔽22はイオンの透過を遮断する遮蔽部を形成する。この第1の領域21と第2の領域22からなる開口部小領域20を複数隙間なく並べて配置し、イオン注入用マスクにマスク開口パターンを任意形状に形成する。イオン注入用マスクは、このようなマスク開口パターンを複数備える。
The ion implantation mask of the present invention is an ion implantation mask made of, for example, chromium formed on a silicon plate, a stainless steel plate, or a quartz glass plate, and formed by arranging a plurality of mask opening patterns with openings and shielding portions. In the present invention, in particular, the opening portion and the shielding portion have an area ratio set so that the ion concentration after thermal diffusion of the semiconductor substrate is substantially uniform. The basic concept of the present invention will be described below.
FIG. 2 shows one small opening 20 for forming an opening pattern in the ion implantation mask of the present invention. The opening small region 20 includes a first region 21 and a second region 22, the first region 21 forms an opening through which ions are transmitted, and the second shield 22 is a shield that blocks transmission of ions. Forming part. A plurality of small openings 20 composed of the first region 21 and the second region 22 are arranged side by side without any gap, and a mask opening pattern is formed in an arbitrary shape in the ion implantation mask. The ion implantation mask includes a plurality of such mask opening patterns.

長方形の開口部小領域20の幅方向寸法A(1.0μm)に対し、イオン遮断部となる第2の領域22の幅方向寸法Bを、0μm、0.2μm、0.4μm、0.5μm、0.8μmの5種類設定した。
イオン遮断部を形成する第2の領域22の幅方向寸法Bが0μmの開口部小領域20は、イオン遮断部を形成する第2の領域がなく、イオン透過部を形成する第1の領域21のみのであり、従って、この開口部小領域20の開口率は100%である。この場合、第1の領域21と第2の領域22の面積割合は1対0である。
同様にイオン遮断部を形成する第2の領域22の幅方向寸法Bが0.2μmの開口部小領域20は開口率が80%である。この場合、第1の領域21と第2の領域22の面積割合は1対4である。
第2の領域の幅方向寸法Bが0.4μmの開口部小領域は開口率が60%であり、第1の領域21と第2の領域22の面積割合は3対2である。
第2の領域の幅方向寸法Bが0.6μmの開口部小領域は開口率が40%であり、第1の領域21と第2の領域22の面積割合は2対3である。
第2の領域の幅方向寸法Bが0.8μmの開口部小領域は開口率が20%であり、第1の領域21と第2の領域22の面積割合は1対4である。
The width direction dimension B of the second region 22 serving as the ion blocking part is set to 0 μm, 0.2 μm, 0.4 μm, and 0.5 μm, with respect to the width direction dimension A (1.0 μm) of the rectangular small opening 20 region. 5 types of 0.8 μm were set.
The opening small region 20 in which the width direction dimension B of the second region 22 forming the ion blocking portion is 0 μm does not include the second region forming the ion blocking portion, and the first region 21 forming the ion transmitting portion. Therefore, the aperture ratio of the small opening region 20 is 100%. In this case, the area ratio of the first region 21 and the second region 22 is 1 to 0.
Similarly, the aperture small region 20 in which the width direction dimension B of the second region 22 forming the ion blocking portion is 0.2 μm has an aperture ratio of 80%. In this case, the area ratio of the first region 21 and the second region 22 is 1: 4.
The aperture small area in which the width direction dimension B of the second area is 0.4 μm has an aperture ratio of 60%, and the area ratio of the first area 21 and the second area 22 is 3 to 2.
The aperture small area where the width direction dimension B of the second area is 0.6 μm has an aperture ratio of 40%, and the area ratio of the first area 21 and the second area 22 is 2 to 3.
The aperture small area where the width direction dimension B of the second area is 0.8 μm has an aperture ratio of 20%, and the area ratio of the first area 21 and the second area 22 is 1: 4.

以上、5種類の開口部小領域20を用いて、不純物濃度4.9×1015cm-3のP型Si基板3に、リンイオンからなる不純物を注入エネルギー80keV、ドーズ量1.0×1016ions/cm2でイオン注入し、熱拡散後の表面濃度を調べた。
表1〜3は、イオン注入のシミュレーション結果であり、熱拡散後のシリコン基板上での不純物拡散領域の表面濃度を示す。
1000℃で1時間、N2雰囲気で熱拡散した結果は、表1に示すように、開口率80%のとき、開口領域中心部と遮断領域中心部の表面濃度が、ともに1.5×1020/cm3となり略等しく、第1の領域と第2の領域の表面濃度は平坦になる。このようにイオン注入後に熱処理すると、注入によって乱れた原子配列を再配列する作用と、濃度の薄い方向へ原子を拡散させる作用とがあるが、本発明の熱拡散はこの両方の作用により、第1の領域と第2の領域の表面濃度を平坦にすることができる。
なお、各表中の開口領域中心は、第1の領域21の中心部の不純物表面濃度を示す。より詳細は第1の領域を透過してイオン注入され熱拡散後に形成されたイオン注入領域の中心部の不純物表面濃度を示す。
遮断領域中心は、第2の領域22の中心部の不純物表面濃度を示す。より詳細は第1の領域によって注入されたイオンが熱拡散により拡散して形成された半導体基板領域の中心部の不純物表面濃度を示す。
As described above, using the five types of small openings 20, an impurity made of phosphorus ions is implanted into the P-type Si substrate 3 with an impurity concentration of 4.9 × 10 15 cm −3 at an energy of 80 keV and a dose of 1.0 × 10 16. Ions were implanted at ions / cm 2 and the surface concentration after thermal diffusion was examined.
Tables 1 to 3 show simulation results of ion implantation, and show the surface concentration of the impurity diffusion region on the silicon substrate after thermal diffusion.
As shown in Table 1, the result of thermal diffusion at 1000 ° C. for 1 hour in an N 2 atmosphere is that the surface concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region is 1.5 × 10 5 when the aperture ratio is 80%. 20 / cm 3 , which are substantially equal, and the surface concentrations of the first region and the second region are flat. When heat treatment is performed after ion implantation in this way, there are an effect of rearranging the atomic arrangement disturbed by the implantation and an effect of diffusing atoms in the direction of thin concentration. The surface concentration of the first region and the second region can be flattened.
Note that the center of the opening region in each table indicates the impurity surface concentration at the center of the first region 21. More specifically, the impurity surface concentration at the center of the ion implantation region formed after the thermal diffusion is performed by ion implantation through the first region.
The center of the blocking region indicates the impurity surface concentration at the center of the second region 22. More specifically, the impurity surface concentration at the center of the semiconductor substrate region formed by diffusion of ions implanted by the first region by thermal diffusion is shown.

しかし開口率60%以下では、遮断領域中心部の濃度が開口領域中心部の濃度より小さくなり、さらに開口率が小さくなるほどその差は大きくなる。従って開口率60%以下、より詳細には80%未満では、遮断領域中心部の濃度が低くなり、平坦な濃度分布を有する不純物層が形成されないことがわかる。従って、この熱拡散条件では開口率80%以上、即ち、このパターンでは、第2の領域22のパターン寸法Bを0.2μm以下にすると、平坦な不純物層が形成できることがわかる。   However, when the aperture ratio is 60% or less, the concentration at the central portion of the blocking region is smaller than the concentration at the central portion of the aperture region, and the difference increases as the aperture ratio decreases. Therefore, it can be seen that when the aperture ratio is 60% or less, more specifically less than 80%, the concentration in the central portion of the blocking region is low, and an impurity layer having a flat concentration distribution is not formed. Therefore, it can be seen that a flat impurity layer can be formed if the aperture ratio is 80% or more under this thermal diffusion condition, that is, if the pattern dimension B of the second region 22 is 0.2 μm or less in this pattern.

次に表2に示すように、1000℃で2時間、N2雰囲気での熱拡散では、開口率60%で開口領域中心部と遮断領域中心部の表面濃度は1.0×1019/cm3となり略等しい。表2は開口率80%以上でも開口領域中心部と遮断領域中心部の表面濃度が略等しいことを示している。 Next, as shown in Table 2, in the thermal diffusion in an N 2 atmosphere at 1000 ° C. for 2 hours, the surface concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region is 1.0 × 10 19 / cm at an opening ratio of 60%. 3 is almost equal. Table 2 shows that the surface concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region are substantially equal even when the aperture ratio is 80% or more.

しかし開口率40%以下、より詳細には60%未満では、遮断領域中心部の濃度が開口領域中心部の濃度より小さくなり、さらに開口率が小さくなるほどその差は大きくなる。この熱拡散条件では、開口率60%以上、即ち、第2の領域22のパターン寸法Bを0.4μm以下にすると、平坦な不純物層が形成できることがわかる。
更に表3に示すように、1000℃で4時間のN2雰囲気での熱拡散では、開口率40%で開口領域中心部と遮断領域中心部の表面濃度は6.6×1019/cm3となり略等しい。開口率60%、80%でも開口領域中心部と遮断領域中心部の表面濃度は等しい。
However, when the aperture ratio is 40% or less, more specifically less than 60%, the concentration in the central portion of the blocking region is smaller than the concentration in the central portion of the aperture region, and the difference increases as the aperture ratio decreases. Under this thermal diffusion condition, it can be seen that a flat impurity layer can be formed when the aperture ratio is 60% or more, that is, the pattern dimension B of the second region 22 is 0.4 μm or less.
Further, as shown in Table 3, in the thermal diffusion in an N 2 atmosphere at 1000 ° C. for 4 hours, the surface concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region is 6.6 × 10 19 / cm 3 at an aperture ratio of 40%. Is almost equal. Even if the aperture ratio is 60% or 80%, the surface concentration at the center of the opening region is equal to that at the center of the blocking region.

しかし開口率20%以下、より詳細には40%未満では、遮断領域中心部の濃度が開口領域中心部の濃度より小さくなり、さらに開口率が小さくなるほどその差は大きくなる。この熱拡散条件では、開口率40%以上、第2の領域22のパターン寸法Bが0.6μm以下で平坦な不純物層が形成できることがわかる。
以上は、熱拡散条件として、熱拡散時間を変化させた場合であるが、熱拡散温度を変化させた場合も開口率が一定値以上では、開口領域中心と遮断領域中心のイオン濃度が略等しくなる。熱拡散時間と熱拡散温度の両方を変化させることによっても開口領域中心と遮断領域中心のイオン濃度を略等しくすることが可能である。またイオン注入条件として、注入エネルギー、ドーズ量およびイオン種、またはこれらのいずれか1つ以上が異なる場合も、開口領域中心と遮断領域中心のイオン濃度が略等しくなる開口率を求めることができる。また基板条件として、導電型、不純物濃度が異なる場合も、開口領域中心と遮断領域中心のイオン濃度が略等しくなる開口率を求めることができる。
However, when the aperture ratio is 20% or less, more specifically less than 40%, the concentration in the central portion of the blocking region is smaller than the concentration in the central portion of the aperture region, and the difference increases as the aperture ratio decreases. Under this thermal diffusion condition, it can be seen that a flat impurity layer can be formed when the aperture ratio is 40% or more and the pattern dimension B of the second region 22 is 0.6 μm or less.
The above is the case where the thermal diffusion time is changed as the thermal diffusion condition. Even when the thermal diffusion temperature is changed, the ion concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region is substantially equal when the aperture ratio is a certain value or more. Become. By changing both the thermal diffusion time and the thermal diffusion temperature, the ion concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region can be made substantially equal. In addition, as ion implantation conditions, when the implantation energy, the dose amount, and the ion species, or any one or more of these are different, the aperture ratio at which the ion concentrations at the center of the opening region and the center of the blocking region are substantially equal can be obtained. Further, as the substrate conditions, even when the conductivity type and the impurity concentration are different, the aperture ratio at which the ion concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region are substantially equal can be obtained.

以上のように、本発明はイオン注入条件または熱拡散条件により、開口率が一定値以上では、開口領域中心と遮断領域中心のイオン濃度が略等しくなる事実に基づき、開口率を適切に設定して、イオン注入用マスクの開口パターンを形成するものである。
上記説明では、開口領域と遮断領域のイオン濃度が等しくなる開口率を求めたが、デバイスの種類、規格などにより必ずしも開口領域と遮断領域のイオン濃度が等しくなくてもよい場合は、開口領域中心と遮断領域中心のイオン濃度差が許容される範囲の開口率で、第1の領域と第2の領域を形成することができる。
また上記表1〜3のシミュレーション結果は、開口部小領域20の幅方向寸法が1.0μmのイオン注入マスクであるが、開口部小領域20の幅方向寸法が0.1〜10.0μmでもほぼ同様の結果が得られた。更に、表1〜3は、イオン注入後、熱拡散したときの結果を示したが、現実の半導体製造工程では、熱処理工程は複数回あるので、最終的にデバイス完成時に開口領域中心と遮断領域中心の濃度が等しく、あるいは許容される範囲で濃度差がある範囲にあればよい。
以上のように、開口領域中心と遮断領域中心のイオン濃度が等しい開口率および許容される範囲で濃度差がある開口率を含め、本発明では略均一となる開口率または面積割合と言う。
As described above, according to the present invention, the aperture ratio is appropriately set based on the fact that the ion concentration at the center of the open area is substantially equal to that at the center of the shut-off area when the aperture ratio is a certain value or more due to the ion implantation condition or the thermal diffusion condition. Thus, an opening pattern of the ion implantation mask is formed.
In the above description, the aperture ratio at which the ion concentration in the opening region and the blocking region is equal is obtained. However, if the ion concentration in the opening region and the blocking region is not necessarily equal depending on the device type, standard, etc., the center of the opening region is used. The first region and the second region can be formed with an aperture ratio in a range in which the difference in ion concentration at the center of the blocking region is allowed.
Moreover, although the simulation result of the said Tables 1-3 is an ion implantation mask whose width direction dimension of the opening small area | region 20 is 1.0 micrometer, even if the width direction dimension of the opening small area | region 20 is 0.1-10.0 micrometers. Almost similar results were obtained. Further, Tables 1 to 3 show the results when the thermal diffusion is performed after the ion implantation. However, in the actual semiconductor manufacturing process, there are a plurality of heat treatment processes. It is sufficient that the density at the center is equal or within a range where there is a density difference within an allowable range.
As described above, the aperture ratio or the area ratio is substantially uniform in the present invention, including the aperture ratio in which the ion concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region are equal and the aperture ratio having a concentration difference within an allowable range.

また、上記5種類の開口部小領域20と、5%と10%の開口率を有する開口部小領域20の7種類の開口部小領域20を用いて、不純物濃度1×1016cm-3のN型Si基板3に、ホウ素からなる不純物1を注入エネルギー65keV、ドーズ量1×1013ions/cm2でイオン注入をした。即ち図3に示すように、不純物濃度が1.0×1016のN型シリコンウエハー25に、幅方向寸法AとBを有するステンシルマスクを配置した。幅方向寸法は、A=1μm、B=0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.4μm、0.6μm、0.8μmである。その後、1150℃、25時間で熱拡散したときのP型不純物濃度の表面濃度を調べた。
その結果は、表4に示すように開口率20%で開口領域中心部と遮断領域中心部の表面濃度は1.5×1020/cm3となり略等しい。更に、開口率5%以上でも開口領域中心部と遮断領域中心部の表面濃度は、それぞれ等しい。このように、熱拡散が1150℃で25時間のような高温、長時間では、開口率5〜80%の広い範囲で、遮断領域中心部と開口領域中心部の表面濃度が等しくなり、均一で、平坦な不純物層が形成されることがわかる。
表4の場合も、開口領域と遮断領域のイオン濃度が等しくなる開口率を求めたが、必ずしも開口領域中心と遮断領域中心のイオン濃度が等しくなくてもよい場合は、開口領域中心と遮断領域中心のイオン濃度差が所定の範囲で、パターンを形成することができる。
Also, the impurity concentration of 1 × 10 16 cm −3 is obtained by using the seven types of small openings 20 of the five types of small openings 20 and the small openings 20 having the opening ratios of 5% and 10%. The N-type Si substrate 3 was ion-implanted with an impurity 1 made of boron at an implantation energy of 65 keV and a dose of 1 × 10 13 ions / cm 2 . That is, as shown in FIG. 3, a stencil mask having width-direction dimensions A and B was arranged on an N-type silicon wafer 25 having an impurity concentration of 1.0 × 10 16 . The width-direction dimensions are A = 1 μm, B = 0.05 μm, 0.1 μm, 0.2 μm, 0.4 μm, 0.6 μm, and 0.8 μm. Thereafter, the surface concentration of the P-type impurity concentration when the thermal diffusion was performed at 1150 ° C. for 25 hours was examined.
As a result, as shown in Table 4, when the aperture ratio is 20%, the surface concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region is 1.5 × 10 20 / cm 3 , which are substantially equal. Furthermore, even when the aperture ratio is 5% or more, the surface concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region are equal. Thus, at a high temperature such as 25 hours at 1150 ° C. for a long time, the surface concentration at the central portion of the blocking region and the central portion of the opening region are equal and uniform over a wide range of the aperture ratio of 5 to 80%. It can be seen that a flat impurity layer is formed.
Also in the case of Table 4, the aperture ratio at which the ion concentrations in the opening region and the blocking region are equal is obtained. However, if the ion concentrations in the opening region center and the blocking region center are not necessarily equal, A pattern can be formed when the difference in ion concentration at the center is within a predetermined range.

図4は、表4をグラフにして示す図であり、上記7種類の開口率を有する開口部小領域を使用して、イオン注入後熱拡散したときの開口領域中心部と遮断領域中心部の表面濃度の変化を調べた結果である。ただし、開口領域中心部の表面濃度と遮断領域中心部の表面濃度が等しく、基板上の不純物濃度が均一であって濃度の凹凸のないことを条件とした。即ち、表1〜4において、開口領域中心部と遮断領域中心部の不純物濃度が略一定になる範囲を示すグラフである。
図4から、線aで示した1150℃、25時間の熱拡散では、開口率20%の開口部小領域の場合に、開口率が100%の開口部小領域のときの表面濃度に対して40%程度まで低下できることが分かった。さらに開口率5%の開口部小領域の場合に、開口率が100%の開口小領域のときの表面濃度に対して30%程度まで低下できることが分った。
また線bで示した1000℃、4時間および線cで示した1000℃、2時間の熱拡散では、開口率60%の開口部小領域場合に、開口率が100%の開口部小領域のときの表面濃度に対して30%程度まで低下できることが分かった。また線dで示した1000℃、1時間熱拡散では、開口率80%の開口部小領域の場合に、開口率が100%の開口部小領域のときの表面濃度に対して30%程度まで低下できることが分かった。
FIG. 4 is a diagram showing Table 4 as a graph. Using the small aperture regions having the above seven types of aperture ratios, the central region of the open region and the central region of the blocking region when thermal diffusion is performed after ion implantation. It is the result of examining the change of the surface concentration. However, the condition is that the surface concentration at the center of the opening region is equal to the surface concentration at the center of the blocking region, the impurity concentration on the substrate is uniform, and there is no unevenness in concentration. That is, in Tables 1 to 4, it is a graph showing a range in which the impurity concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region is substantially constant.
From FIG. 4, in the thermal diffusion at 1150 ° C. for 25 hours indicated by the line a, in the case of the small opening area with the opening ratio of 20%, the surface concentration when the opening ratio is 100%. It was found that it can be reduced to about 40%. Furthermore, it has been found that in the case of an aperture small region with an aperture ratio of 5%, the surface density can be reduced to about 30% with respect to the surface concentration when the aperture ratio is 100%.
Further, in the case of thermal diffusion at 1000 ° C. for 4 hours indicated by the line b and 1000 ° C. for 2 hours indicated by the line c, in the case of the opening small region having the opening ratio of 60%, the opening small region having the opening ratio of 100% It was found that the surface concentration can be lowered to about 30%. Further, in the case of the thermal diffusion at 1000 ° C. for 1 hour indicated by the line d, in the case of the small aperture region with an aperture ratio of 80%, the surface concentration is about 30% with respect to the surface concentration in the small aperture region with an aperture ratio of 100%. It was found that it could be reduced.

本発明は、以上のようにイオン注入後の熱拡散条件により、ある開口率のとき開口領域中心と、遮断領域中心のイオン濃度が略等しくなる事実に基づき、イオン注入マスクの開口パターンを、イオン注入後に熱拡散したとき、イオン濃度が略均一になる開口率となる遮断部と開口部を有する開口部小領域により形成するものである。
そして、この開口部小領域を連続させることにより、下記実施形態1ではイオン注入マスク開口パターンを島状に形成して、島状のパターンを形成するものである。また下記実施形態2は異なる濃度の注入領域を形成するものである。この実施形態の外に、第1の領域と第2の領域からなる開口部小領域を並べてイオン注入用開口部を任意形状に形成することにより、半導体基板上に任意形状のイオン注入領域を形成することができる。またその任意形状の不純物濃度を部分的に異ならせることができる。
The present invention is based on the fact that the ion concentration at the center of the opening region and the center of the blocking region becomes substantially equal at a certain opening ratio due to the thermal diffusion conditions after ion implantation as described above. When the thermal diffusion is performed after the implantation, it is formed by a blocking portion having an opening ratio at which the ion concentration becomes substantially uniform and an opening small region having the opening.
Then, by making this small opening region continuous, in the first embodiment, an ion implantation mask opening pattern is formed in an island shape, thereby forming an island shape pattern. In the second embodiment, implantation regions having different concentrations are formed. In addition to this embodiment, an ion implantation opening having an arbitrary shape is formed on a semiconductor substrate by forming an opening for ion implantation in an arbitrary shape by arranging an opening small region composed of a first region and a second region. can do. Moreover, the impurity concentration of the arbitrary shape can be partially varied.

(実施形態1)
図5は、P型、(111)面、基板抵抗15Ωcmのシリコンウエハ31に、アンチモンからなる不純物32をエネルギー40keV、ドーズ量2.60E15ions/cm2でイオン注入し、1200℃、180分の熱処理を行い、N型、シート抵抗1Ωcmのエピタキシャル層を厚さ3μm形成した基板を示す。この基板に、バイポーラトランジスタ製造プロセスにより、ディープコレクタを形成するため、本発明のイオン注入用マスク30を用いる場合を説明する。図5(a)は、シリコンウエハ31に島状のイオン注入パターン30aを有するステンシルイオン注入用マスク30を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 5 shows a P-type silicon wafer 31 having a (111) plane and a substrate resistance of 15 Ωcm, and an impurity 32 made of antimony is ion-implanted at an energy of 40 keV and a dose of 2.60 E15ions / cm 2 , and heat treatment at 1200 ° C. for 180 minutes. And shows a substrate on which an N-type epitaxial layer having a sheet resistance of 1 Ωcm and a thickness of 3 μm is formed. A case will be described in which the ion implantation mask 30 of the present invention is used to form a deep collector on this substrate by a bipolar transistor manufacturing process. FIG. 5A shows a stencil ion implantation mask 30 having island-shaped ion implantation patterns 30 a on a silicon wafer 31.

図6は、ステンシルイオン注入用マスク30の一部平面拡大図を示し、図2に示した第1の領域21と第2の領域22からなる開口部小領域20を連続させて、環状の開口パターン25を形成する。ここで、開口部小領域20に対する第1の領域21または第2の領域22の開口率は、表1〜3に示されるように、ある基板条件、イオン注入条件と熱拡散条件のとき表面濃度が一致するように設定する。あるいは許容される範囲の開口部に設定する。
このイオン注入条件により、イオン注入を行い、図5(b)に示すように、島状のイオン注入パターン34を形成する。その後、上記設定された条件により熱拡散処理を実施し、環状の不純物拡散層35を形成する(図5(c))。その後、エミッタ、ベースを形成し、メタル配線を形成することにより、コレクタ飽和電圧0.2VのNPN型のバイポーラトランジスタを形成する。
図5(d)は、図5(c)のA−A線断面の不純物濃度を示す。図5(e)は、図5(c)のB−B線断面の不純物濃度を示す。
FIG. 6 is a partially enlarged plan view of the stencil ion implantation mask 30, and the annular small region 20 composed of the first region 21 and the second region 22 shown in FIG. A pattern 25 is formed. Here, as shown in Tables 1 to 3, the aperture ratio of the first region 21 or the second region 22 with respect to the opening small region 20 is the surface concentration under certain substrate conditions, ion implantation conditions, and thermal diffusion conditions. Set to match. Alternatively, the opening is set within an allowable range.
Under this ion implantation condition, ion implantation is performed to form an island-shaped ion implantation pattern 34 as shown in FIG. Thereafter, a thermal diffusion process is performed under the set conditions to form an annular impurity diffusion layer 35 (FIG. 5C). Thereafter, an emitter and a base are formed, and a metal wiring is formed, thereby forming an NPN bipolar transistor having a collector saturation voltage of 0.2V.
FIG.5 (d) shows the impurity concentration of the AA line cross section of FIG.5 (c). FIG. 5E shows the impurity concentration in the cross section along the line BB in FIG.

図6に示した開口部小領域20は、長方形により第1の領域21と、第2の領域22を形成したが、開口部小領域20の形状は、図7(a)に示すように菱形、図7(b)に示すように六角形であってもよい。そして、このような形状の開口部小領域20に、第1の領域21a、21bと、第2の遮断領域22a,22bの境界線を、図7(a)または図7(b)に示すように直線的に形成する。その外に、第1の領域と第2の領域の境界線を斜線、曲線、波形のように任意形状に形成してもよい。この外に開口部小領域20は、三角形や台形のようにパターンを連続的に隙間なく配置することができれば、どのような形状であってもかまわない。
実施形態1は、図5、図6に示すように島状のイオン注入パターンを示したが、本発明は島状のイオン注入パターンに限らず、長方形、円形、楕円形、三角形、多角形、円形、楕円形、その他曲面形およびこれらの形状を組合わせたような任意の形状のマスク開口パターンを形成することが可能であり、従って任意形状のイオン注入領域を形成することができる。
The opening small area 20 shown in FIG. 6 has a first area 21 and a second area 22 formed by a rectangle, but the shape of the opening small area 20 is a rhombus as shown in FIG. As shown in FIG. 7B, it may be hexagonal. Then, the boundary line between the first regions 21a and 21b and the second blocking regions 22a and 22b is shown in FIG. 7A or FIG. 7B in the opening small region 20 having such a shape. It forms in a straight line. In addition, the boundary line between the first region and the second region may be formed in an arbitrary shape such as a diagonal line, a curve, or a waveform. In addition to this, the opening small region 20 may have any shape as long as the pattern can be continuously arranged without a gap like a triangle or a trapezoid.
Although Embodiment 1 showed island-like ion implantation patterns as shown in FIGS. 5 and 6, the present invention is not limited to island-like ion implantation patterns, and is rectangular, circular, elliptical, triangular, polygonal, It is possible to form a mask opening pattern having an arbitrary shape such as a circular shape, an elliptical shape, other curved surface shapes, or a combination of these shapes, and thus an ion implantation region having an arbitrary shape can be formed.

(実施形態2)
N型半導体基板に不純物濃度の異なる拡散層を形成する場合について、説明する。
図8は製造工程を示し、不純物濃度1×1016cm-3のN型Si基板41に、本発明のステンシルイオン注入用マスク42を用いてイオン注入した(図8(a))。イオン注入用マスク42の左半分42lは、図9(a)に示すように開口部小領域の開口率が60%のイオン注入用マスクである。イオン注入用マスク42の右半分42rは、図9(b)に示すように開口部小領域の開口率が20%のパターンである。
上記ステンシルイオン注入用マスク42を使用して、ホウ素からなる不純物1を注入エネルギー65keV、ドーズ量1×1013ions/cm2でイオン注入をした(図8(b))。その後、1150℃、25時間の熱拡散したとき(図8(c))、P型不純物濃度の表面濃度は、表4に示すように、右半分42rの不純物拡散層43rでは表面濃度が2.4×1016/cm3となり、左半分42lの不純物拡散層43lでは表面濃度が1.5×1016/cm3となった。この不純物濃度分布を(図8(d))に示す。
(Embodiment 2)
A case where diffusion layers having different impurity concentrations are formed on an N-type semiconductor substrate will be described.
FIG. 8 shows a manufacturing process. Ions were implanted into an N-type Si substrate 41 having an impurity concentration of 1 × 10 16 cm −3 using the stencil ion implantation mask 42 of the present invention (FIG. 8A). The left half 42l of the ion implantation mask 42 is an ion implantation mask in which the aperture ratio of the small opening area is 60% as shown in FIG. The right half 42r of the ion implantation mask 42 has a pattern in which the aperture ratio of the small opening portion is 20% as shown in FIG. 9B.
Using the stencil ion implantation mask 42, the boron impurity 1 was ion-implanted with an implantation energy of 65 keV and a dose of 1 × 10 13 ions / cm 2 (FIG. 8B). Thereafter, when thermal diffusion is performed at 1150 ° C. for 25 hours (FIG. 8C), as shown in Table 4, the surface concentration of the impurity diffusion layer 43r in the right half 42r is 2.3. 4 × 10 16 / cm 3 , and the surface concentration of the impurity diffusion layer 43 l in the left half 42 l was 1.5 × 10 16 / cm 3 . This impurity concentration distribution is shown in FIG. 8 (d).

上記のようにして、濃度の異なる2つの不純物拡散層43r及び43lを形成したMOSトランジスタのウエルに、それぞれ周知技術により、素子分離のための電気絶縁膜5000Åを拡散炉で形成し、チャンネル部へホウ素からなる不純物を注入エネルギー35keV、ドーズ量2.90E12 ions/cm2でイオン注入し、ゲート酸化膜160Åを拡散炉で形成し、ゲート電極メタル配線の工程を行うことにより、不純物拡散層43rに閾値電圧(VTH)が0.8(V)、不純物拡散層43lに閾値電圧(VTH)が0.6(V)と異なる2種類のN型MOSトランジスタを形成することが出来た。 In the well of the MOS transistor in which the two impurity diffusion layers 43r and 43l having different concentrations as described above are formed as described above, an electric insulating film 5000Å for element isolation is formed in a diffusion furnace by a well-known technique, and the channel portion is formed. Impurities made of boron are ion-implanted with an implantation energy of 35 keV and a dose of 2.90E12 ions / cm 2 , a gate oxide film 160 Å is formed in a diffusion furnace, and a gate electrode metal wiring process is performed, thereby forming an impurity diffusion layer 43r. Two types of N-type MOS transistors having a threshold voltage (VTH) of 0.8 (V) and a threshold voltage (VTH) of 0.6 (V) could be formed in the impurity diffusion layer 43l.

図10は2つの開口率が異なる開口部小領域を示し、図10(a)は開口率が100%の開口部小領域45と、開口率が20%の開口部小領域46を示す。
図10(b)は、3つの開口率が異なる開口部小領域を示し、開口率が100%の開口部小領域47と、開口率が20%の開口部小領域48と、開口率が60%の開口部小領域49を示す。
図11は、図9と図10に示した開口部小領域42l、42rと45〜49を全て備えるイオン注入用マスクを示す。実際のイオン注入用マスクは、このような各種開口率を有する開口部が複雑な形状に形成され、このようなイオン注入用マスクを使用することにより、一度のイオン注入工程により半導体基板に島状のイオン注入パターンと、不純物濃度が異なる領域を同時に形成することができる。さらには、島状の開口部の一部を部分的に不純物濃度を異ならせることができる。
FIG. 10 shows two small opening areas with different opening ratios, and FIG. 10A shows an opening small area 45 with an opening ratio of 100% and an opening small area 46 with an opening ratio of 20%.
FIG. 10B shows three aperture small regions having different aperture ratios, an aperture small region 47 having an aperture ratio of 100%, an aperture small region 48 having an aperture ratio of 20%, and an aperture ratio of 60. % Opening subregion 49.
FIG. 11 shows an ion implantation mask including all of the small openings 42l and 42r and 45 to 49 shown in FIGS. In an actual ion implantation mask, openings having various aperture ratios are formed in a complicated shape. By using such an ion implantation mask, an island shape is formed on a semiconductor substrate by a single ion implantation process. It is possible to simultaneously form regions having different impurity concentrations and the ion implantation pattern. Furthermore, the impurity concentration can be partially changed in part of the island-shaped opening.

イオン注入装置の概略構成図を示す。The schematic block diagram of an ion implantation apparatus is shown. 第1のパターン領域と第2のパターン領域を有する開口部小領域の説明図を示す。An explanatory view of an opening small area which has the 1st pattern field and the 2nd pattern field is shown. ウエハーとステンシルマスクの配置の配置図を示す。The arrangement plan of arrangement of a wafer and a stencil mask is shown. 開口率と注入遮断領域中心部の表面濃度の関係を、熱処理条件をパラメータとする特性図を示す。The relationship between the aperture ratio and the surface concentration at the center of the injection blocking region is shown by a characteristic diagram using the heat treatment condition as a parameter. 実施形態1のイオン注入の工程図を示す。FIG. 3 shows a process diagram of ion implantation in the first embodiment. 第1のパターン領域と第2のパターン領域を有する開口部小領域の拡大図を示す。The enlarged view of the opening part small area | region which has a 1st pattern area | region and a 2nd pattern area | region is shown. 開口部小領域の他の形状図を示す。The other shape figure of an opening part small area | region is shown. 実施形態2のイオン注入の工程図を示す。FIG. 6 shows a process diagram of ion implantation in the second embodiment. 実施形態2に使用されるイオン注入用マスクの拡大図を示す。The enlarged view of the mask for ion implantation used for Embodiment 2 is shown. 実施形態2に使用されるイオン注入用マスクの他の形状図を示す。The other shape figure of the mask for ion implantation used for Embodiment 2 is shown. 注入遮断領域と開口領域の形状を変化させたパターンの説明図を示す。An explanatory view of the pattern which changed the shape of an injection interception field and an opening field is shown. 従来のイオン注入の工程図を示す。A process diagram of conventional ion implantation is shown. 従来のイオン注入の工程図を示す。A process diagram of conventional ion implantation is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 イオン注入装置
2 イオン源
6 半導体基板
7,30 マスク
20 開口部小領域
21 第1のパターン領域
22 第2のパターン領域
30a 島状のパターン
35 不純物拡散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion implantation apparatus 2 Ion source 6 Semiconductor substrate 7,30 Mask 20 Small opening area | region 21 1st pattern area 22 2nd pattern area 30a Island-like pattern 35 Impurity diffusion layer

Claims (10)

イオン源と半導体基板の間に配置されるイオン注入用ステンシルマスクは、開口部と遮蔽部を複数並べて開口パターンが形成され、前記開口部と遮蔽部は半導体基板の熱拡散後のイオン濃度がそれぞれ略均一になるように面積割合を設定したことを特徴とするイオン注入用マスク。   An ion implantation stencil mask arranged between an ion source and a semiconductor substrate has an opening pattern formed by arranging a plurality of openings and shielding portions, and the opening portions and shielding portions each have an ion concentration after thermal diffusion of the semiconductor substrate. An ion implantation mask characterized in that an area ratio is set to be substantially uniform. 前記面積割合は、半導体基板のイオン濃度がそれぞれ略均一になる熱拡散条件に基づいて決定されることを特徴とする請求項1に記載のイオン注入用マスク。   2. The ion implantation mask according to claim 1, wherein the area ratio is determined based on a thermal diffusion condition in which an ion concentration of the semiconductor substrate is substantially uniform. 前記熱拡散条件は、熱拡散温度と熱拡散時間、またはいずれか一つであることを特徴とする請求項2に記載のイオン注入用マスク。   The ion implantation mask according to claim 2, wherein the thermal diffusion condition is a thermal diffusion temperature and a thermal diffusion time, or one of them. 前記面積割合は、半導体基板のイオン濃度がそれぞれ略均一になる注入条件に基づいて決定されることを特徴とする請求項1に記載のイオン注入用マスク。   2. The ion implantation mask according to claim 1, wherein the area ratio is determined based on implantation conditions in which the ion concentrations of the semiconductor substrate are substantially uniform. 前記注入条件は、ドーズ量、イオン種および注入エネルギー、またはこれらのいずれか1つ以上であることを特徴とする請求項4に記載のイオン注入用マスク。   The ion implantation mask according to claim 4, wherein the implantation condition is a dose amount, ion species and implantation energy, or any one or more thereof. 前記1つの開口部と、この開口部に隣接する1つの遮蔽部は、長方形、三角形、六角形、菱形または台形を形成することを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載のイオン注入用マスク。   The said one opening part and one shielding part adjacent to this opening part form a rectangle, a triangle, a hexagon, a rhombus, or a trapezoid, The one of Claim 1-5 characterized by the above-mentioned. Ion implantation mask. 前記開口パターンは、島状であることを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載のイオン注入用マスク。   7. The ion implantation mask according to claim 1, wherein the opening pattern has an island shape. 前記ステンシルマスクは、前記開口パターンを複数備え、複数の開口パターンが互いに異なる面積割合を有する開口部と遮蔽部よりなることを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載のイオン注入用マスク。   8. The ion according to claim 1, wherein the stencil mask includes a plurality of the opening patterns, and the plurality of opening patterns include an opening portion and a shielding portion having different area ratios. Injection mask. 請求項1から8までのいずれか1項に記載のマスクを用いて半導体基板にイオン注入することを特徴とするイオン注入方法。   An ion implantation method comprising implanting ions into a semiconductor substrate using the mask according to any one of claims 1 to 8. 請求項1から8までのいずれか1項に記載のイオン注入用マスクを備えることを特徴とするイオン注入装置。   An ion implantation apparatus comprising the ion implantation mask according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017228785A (en) * 2017-08-10 2017-12-28 東芝メモリ株式会社 Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor manufacturing device

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