JP2522217B2 - イオン注入により生じたシリコン結晶欠陥の抑制方法 - Google Patents
イオン注入により生じたシリコン結晶欠陥の抑制方法Info
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- JP2522217B2 JP2522217B2 JP2407878A JP40787890A JP2522217B2 JP 2522217 B2 JP2522217 B2 JP 2522217B2 JP 2407878 A JP2407878 A JP 2407878A JP 40787890 A JP40787890 A JP 40787890A JP 2522217 B2 JP2522217 B2 JP 2522217B2
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- ions
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は半導体装置の製造方法
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】 イオン注入エネルギは従来では２００
keＶ以下であるが、近年２００keＶを超える高エネルギ
イオン注入が新デバイス構造を作製する手段として注目
されている。しかし、２００keＶ以下のエネルギでは発
生しなかった高エネルギのイオン注入に伴う１μｍ以上
の深層部の結晶欠陥は、実デバイスに適用する際に大き
な障害となりつつある。たとえば、Ｂ+を加速すること
により１．０MeＶの高エネルギにし、ドーズ量２×１０
14個／ｃｍ2 をシリコン基板に注入し、その後、９００
℃で２０分の熱処理を行う。この場合の結晶欠陥の発生
状態の断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を図３に示
す。この場合のＢ+ の注入深さは１．８μｍであり、そ
の付近に線状およびループ状の結晶欠陥が多数発生して
いる。
keＶ以下であるが、近年２００keＶを超える高エネルギ
イオン注入が新デバイス構造を作製する手段として注目
されている。しかし、２００keＶ以下のエネルギでは発
生しなかった高エネルギのイオン注入に伴う１μｍ以上
の深層部の結晶欠陥は、実デバイスに適用する際に大き
な障害となりつつある。たとえば、Ｂ+を加速すること
により１．０MeＶの高エネルギにし、ドーズ量２×１０
14個／ｃｍ2 をシリコン基板に注入し、その後、９００
℃で２０分の熱処理を行う。この場合の結晶欠陥の発生
状態の断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を図３に示
す。この場合のＢ+ の注入深さは１．８μｍであり、そ
の付近に線状およびループ状の結晶欠陥が多数発生して
いる。
【０００３】そこで、この障害の対策として、種々の方
法が試みられている。その中でＷ．Ｘ．Ｌｕらの方法
（Appl.Phys.Lett.55(18)1838 〜1840) は、Ｂ+ を加速
することにより１．０MeＶの高エネルギにし、ドーズ量
２×１０14個／ｃｍ2 をシリコン基板に注入し、その
後、Ｓｉ+ を加速することにより１４０keＶのエネルギ
にし、ドーズ量１×１０13個／ｃｍ2 を注入し、その
後、９００℃で２０分の熱処理を行うものである。この
場合の結晶欠陥の発生状態のＴＥＭの写真を図４に示
す。この場合、Ｂ+ の注入時にはその注入深さ１．８μ
ｍの付近に線状およびループ状の結晶欠陥が発生する
が、次工程のＳｉ+ の注入および続く熱処理の過程で、
その深層部の結晶欠陥がＳｉ+ 注入による表面の結晶欠
陥に吸い込まれる結果、１．８μｍの付近での結晶欠陥
はかなり抑制される。
法が試みられている。その中でＷ．Ｘ．Ｌｕらの方法
（Appl.Phys.Lett.55(18)1838 〜1840) は、Ｂ+ を加速
することにより１．０MeＶの高エネルギにし、ドーズ量
２×１０14個／ｃｍ2 をシリコン基板に注入し、その
後、Ｓｉ+ を加速することにより１４０keＶのエネルギ
にし、ドーズ量１×１０13個／ｃｍ2 を注入し、その
後、９００℃で２０分の熱処理を行うものである。この
場合の結晶欠陥の発生状態のＴＥＭの写真を図４に示
す。この場合、Ｂ+ の注入時にはその注入深さ１．８μ
ｍの付近に線状およびループ状の結晶欠陥が発生する
が、次工程のＳｉ+ の注入および続く熱処理の過程で、
その深層部の結晶欠陥がＳｉ+ 注入による表面の結晶欠
陥に吸い込まれる結果、１．８μｍの付近での結晶欠陥
はかなり抑制される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 ところが、Ｗ．Ｘ．
Ｌｕらの方法では、図４から明らかなように表面付近に
おいて結晶欠陥が発生している。すなわち、この方法で
は、深層部における結晶欠陥は抑制されるものの、表面
層にＳｉ+の注入による結晶欠陥が残留してしまうとい
う問題がある。ここで、結晶欠陥がシリコン基板表面近
傍に発生することは、リーク電流の増大等をもたらし、
デバイス特性上きわめて有害である。
Ｌｕらの方法では、図４から明らかなように表面付近に
おいて結晶欠陥が発生している。すなわち、この方法で
は、深層部における結晶欠陥は抑制されるものの、表面
層にＳｉ+の注入による結晶欠陥が残留してしまうとい
う問題がある。ここで、結晶欠陥がシリコン基板表面近
傍に発生することは、リーク電流の増大等をもたらし、
デバイス特性上きわめて有害である。
【０００５】本発明の目的は、高エネルギ注入に伴う深
層部の結晶欠陥を抑制し、しかもデバイス構造上重要な
表面層にはほとんど結晶欠陥を生じないような結晶欠陥
の抑制する方法を提供することにある。
層部の結晶欠陥を抑制し、しかもデバイス構造上重要な
表面層にはほとんど結晶欠陥を生じないような結晶欠陥
の抑制する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 本発明のイオン注入に
より生じたシリコン結晶欠陥の抑制方法は、不純物元素
をイオン化した後、加速して２００keＶを超える高エネ
ルギにしてシリコン基板上に注入し、その後シリコンイ
オンを上記不純物元素イオンの注入深さより深くなるエ
ネルギにして上記シリコン基板に注入した後、その基板
に熱処理を施すことによって特徴付けられる。
より生じたシリコン結晶欠陥の抑制方法は、不純物元素
をイオン化した後、加速して２００keＶを超える高エネ
ルギにしてシリコン基板上に注入し、その後シリコンイ
オンを上記不純物元素イオンの注入深さより深くなるエ
ネルギにして上記シリコン基板に注入した後、その基板
に熱処理を施すことによって特徴付けられる。
【０００７】
【作用】 不純物イオンを加速して２００keＶを超える
高エネルギにして半導体基板上に注入することにより所
定の深層部に生じた結晶欠陥は、その後シリコンイオン
を上記不純物元素イオンの注入深さより深くなるエネル
ギにして注入することにより、上記の結晶欠陥深さより
も深層部に至らせ、その状態で熱処理を施すことによ
り、当初の結晶欠陥深さよりも深いＳｉ+ による欠陥に
吸い込まれることで、Ｗ．Ｘ．Ｌｕらの方法と同様に結
晶欠陥は抑制される。しかも基板表面層には注入イオン
が存在しないので、結晶欠陥は生じない。なお、打ち込
まれたシリコンイオンは熱処理を行うことによりまった
く同質であるシリコン基板の格子位置を占めることが予
想され、デバイス特性に悪影響を及ぼすことはない。
高エネルギにして半導体基板上に注入することにより所
定の深層部に生じた結晶欠陥は、その後シリコンイオン
を上記不純物元素イオンの注入深さより深くなるエネル
ギにして注入することにより、上記の結晶欠陥深さより
も深層部に至らせ、その状態で熱処理を施すことによ
り、当初の結晶欠陥深さよりも深いＳｉ+ による欠陥に
吸い込まれることで、Ｗ．Ｘ．Ｌｕらの方法と同様に結
晶欠陥は抑制される。しかも基板表面層には注入イオン
が存在しないので、結晶欠陥は生じない。なお、打ち込
まれたシリコンイオンは熱処理を行うことによりまった
く同質であるシリコン基板の格子位置を占めることが予
想され、デバイス特性に悪影響を及ぼすことはない。
【０００８】
【実施例】 図１に本発明実施例を実施するために用い
る高エネルギイオン注入装置の全体構成図を示す。本装
置はイオンを発生させる入射部１、イオンを加速させる
加速部２、およびイオンを注入を行う照射部の３つの部
分から構成される。入射部１は、イオン注入に用いるイ
オンを発生させ、ＲＦＱ加速器に適合するエネルギおよ
びビーム形状にイオンビームを調整してＲＦＱ加速器に
供給する機能をもつ。イオン源１ａにおいては原料ガス
をプラズマ化し、イオンを発生させる。イオン源１ａと
しては、デュオピガトロン形イオン源を採用しており、
原子イオンが高い生成比で得られている。この他、入射
部はビームの位置方向を修正するためのステアリング電
極、ビーム電流値を計測したりビームを遮断するための
スリット等から構成されている。入射部１と加速部２の
間に分析マグネット４ａが設けられ、分析マグネット４
ａでは目的とする質量数をもつイオンのみをＲＦＱ加速
器に入射させるための質量分離が行われる。
る高エネルギイオン注入装置の全体構成図を示す。本装
置はイオンを発生させる入射部１、イオンを加速させる
加速部２、およびイオンを注入を行う照射部の３つの部
分から構成される。入射部１は、イオン注入に用いるイ
オンを発生させ、ＲＦＱ加速器に適合するエネルギおよ
びビーム形状にイオンビームを調整してＲＦＱ加速器に
供給する機能をもつ。イオン源１ａにおいては原料ガス
をプラズマ化し、イオンを発生させる。イオン源１ａと
しては、デュオピガトロン形イオン源を採用しており、
原子イオンが高い生成比で得られている。この他、入射
部はビームの位置方向を修正するためのステアリング電
極、ビーム電流値を計測したりビームを遮断するための
スリット等から構成されている。入射部１と加速部２の
間に分析マグネット４ａが設けられ、分析マグネット４
ａでは目的とする質量数をもつイオンのみをＲＦＱ加速
器に入射させるための質量分離が行われる。
【０００９】加速部２はＲＦＱ加速器、高周波電力をＲ
ＦＱ加速器に供給する電源およびＲＦＱ加速器の電場を
コントロールする制御システム等から構成されている。
加速部２を出射したイオンビームは、分析マグネット４
ｂにより中性ビーム等を除かれ、かつ再びエネルギ分析
されて、照射部３に設けられたエンドステーションに導
かれる。エンドステーションはウェハ５に注入を行うウ
ェハ処理室、ウェハハンドリングを行うウェハ搬送機
室、およびウェハカセットを格納するロードロック室等
から構成されている。なおイオンビームの走査方式は、
メカニカルスキャン方式、すなわち回転ディスク６上に
複数のウェハ５を装着し、その回転ディスク６を高速回
転および並進駆動させるものである。
ＦＱ加速器に供給する電源およびＲＦＱ加速器の電場を
コントロールする制御システム等から構成されている。
加速部２を出射したイオンビームは、分析マグネット４
ｂにより中性ビーム等を除かれ、かつ再びエネルギ分析
されて、照射部３に設けられたエンドステーションに導
かれる。エンドステーションはウェハ５に注入を行うウ
ェハ処理室、ウェハハンドリングを行うウェハ搬送機
室、およびウェハカセットを格納するロードロック室等
から構成されている。なおイオンビームの走査方式は、
メカニカルスキャン方式、すなわち回転ディスク６上に
複数のウェハ５を装着し、その回転ディスク６を高速回
転および並進駆動させるものである。
【００１０】本発明実施例では、以上述べた構成よりな
る高エネルギイオン注入装置が使用される。まず、イオ
ン源１ａにおいて、本発明に使用するＢ+の生成を行
う。Ｂ+ の生成にはＢＦ3 ガスを用いるため、Ｂ+ の原
子イオンの他、ＢＦ+ ，ＢＦ2 + 等の分子イオンも発生
する。したがって、分析マグネット４ａにより質量分離
を行うことにより、Ｂ+ を抽出する。
る高エネルギイオン注入装置が使用される。まず、イオ
ン源１ａにおいて、本発明に使用するＢ+の生成を行
う。Ｂ+ の生成にはＢＦ3 ガスを用いるため、Ｂ+ の原
子イオンの他、ＢＦ+ ，ＢＦ2 + 等の分子イオンも発生
する。したがって、分析マグネット４ａにより質量分離
を行うことにより、Ｂ+ を抽出する。
【００１１】次に、加速部２に配置されたＲＦＱ加速器
により、Ｂ+ を加速することにより１．０MeＶの高エネ
ルギにし、照射部３に導く。次に、照射部３に導かれた
Ｂ+ はドーズ量２×１０14個／ｃｍ2 でウェハ５に注入
される。このＢ+ 注入の深さは、およそ１．８μｍであ
る。その後、上述した装置を使用して、Ｂ+ が注入され
たウェハ５に対し、Ｓｉ+ の注入を行う。すなわち、Ｓ
ｉ+ を加速することにより２．５８MeＶのエネルギに
し、ドーズ量１×１０13個／ｃｍ2 を注入する。このＳ
ｉ+ 注入の深さは、およそ２．２μｍであり、Ｂ+ 注入
の深さより深い。
により、Ｂ+ を加速することにより１．０MeＶの高エネ
ルギにし、照射部３に導く。次に、照射部３に導かれた
Ｂ+ はドーズ量２×１０14個／ｃｍ2 でウェハ５に注入
される。このＢ+ 注入の深さは、およそ１．８μｍであ
る。その後、上述した装置を使用して、Ｂ+ が注入され
たウェハ５に対し、Ｓｉ+ の注入を行う。すなわち、Ｓ
ｉ+ を加速することにより２．５８MeＶのエネルギに
し、ドーズ量１×１０13個／ｃｍ2 を注入する。このＳ
ｉ+ 注入の深さは、およそ２．２μｍであり、Ｂ+ 注入
の深さより深い。
【００１２】その後、９００℃で２０分の熱処理を行
い、注入イオンの活性化を行う。以上述べた本発明実施
例を実施した時の結晶欠陥の発生状態のＴＥＭの写真を
図２に示す。Ｂ+ の注入時に発生する線状およびループ
状の結晶欠陥は、その次工程において注入の深さおよそ
２．２μｍのＳｉ+ の注入および続く熱処理の過程で、
１．８μｍの深さより深い位置に吸い込まれる結果、図
２に示すように、１．８μｍの付近の結晶欠陥はかなり
抑制される。しかも、、Ｗ．Ｘ．Ｌｕらの方法に比べ、
上記結晶欠陥は小さく、また少ない。一方、基板表面層
には、結晶欠陥は発生していない。なお、表面付近の縞
模様はＴＥＭ試料作成時のエッチングむらによるもので
あり、結晶欠陥ではない。
い、注入イオンの活性化を行う。以上述べた本発明実施
例を実施した時の結晶欠陥の発生状態のＴＥＭの写真を
図２に示す。Ｂ+ の注入時に発生する線状およびループ
状の結晶欠陥は、その次工程において注入の深さおよそ
２．２μｍのＳｉ+ の注入および続く熱処理の過程で、
１．８μｍの深さより深い位置に吸い込まれる結果、図
２に示すように、１．８μｍの付近の結晶欠陥はかなり
抑制される。しかも、、Ｗ．Ｘ．Ｌｕらの方法に比べ、
上記結晶欠陥は小さく、また少ない。一方、基板表面層
には、結晶欠陥は発生していない。なお、表面付近の縞
模様はＴＥＭ試料作成時のエッチングむらによるもので
あり、結晶欠陥ではない。
【００１３】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれば
不純物イオンを高エネルギにして半導体基板上に注入す
ることにより深層部に生じた結晶欠陥は、その後シリコ
ンイオンを上記不純物元素イオンの注入深さより深くな
るエネルギにして注入することにより生じる結晶欠陥に
より吸い込まれるから、深層部の結晶欠陥は抑制され、
しかも、基板表面層にも結晶欠陥は生じない。この結
果、新構造デバイス開発を容易とし、半導体製造プロセ
ス分野の新たな展開をもたらすことが期待できる。
不純物イオンを高エネルギにして半導体基板上に注入す
ることにより深層部に生じた結晶欠陥は、その後シリコ
ンイオンを上記不純物元素イオンの注入深さより深くな
るエネルギにして注入することにより生じる結晶欠陥に
より吸い込まれるから、深層部の結晶欠陥は抑制され、
しかも、基板表面層にも結晶欠陥は生じない。この結
果、新構造デバイス開発を容易とし、半導体製造プロセ
ス分野の新たな展開をもたらすことが期待できる。
【００１４】この結果、新構造デバイス開発を容易と
し、半導体製造プロセス分野の新たな展開をもたらすこ
とが期待できる。
し、半導体製造プロセス分野の新たな展開をもたらすこ
とが期待できる。
【図１】 本発明実施例で用いる高エネルギイオン注入
装置の全体構成図
装置の全体構成図
【図２】 本発明実施例により得られた試料の結晶の構
造のＴＥＭ写真
造のＴＥＭ写真
【図３】 従来例により得られた試料の結晶の構造のＴ
ＥＭ写真
ＥＭ写真
【図４】 他の従来例により得られた試料の結晶の構造
のＴＥＭ写真
のＴＥＭ写真
１・・・・入射部 １ａ・・・・イオン源 ２・・・・加速部 ３・・・・照射部 ４ａ，４ｂ・・・・分析マグネット ５・・・・ウェハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西本 尚弘 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式 会社島津製作所三条工場内 (56)参考文献 特開 昭58−56417（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−91630（ＪＰ，Ａ) ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ Ｌ ＥＴＴＥＲＳ 55（18）Ｐ．1838〜1840
Claims (1)
- 【請求項１】 不純物元素をイオン化した後、加速して
２００keＶを超える高エネルギにしてシリコン基板上に
注入し、その後シリコンイオンを上記不純物元素イオン
の注入深さより深くなるエネルギにして上記シリコン基
板に注入した後、その基板に熱処理を施すことを特徴と
する、イオン注入により生じたシリコン結晶欠陥の抑制
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2407878A JP2522217B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | イオン注入により生じたシリコン結晶欠陥の抑制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2407878A JP2522217B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | イオン注入により生じたシリコン結晶欠陥の抑制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04225520A JPH04225520A (ja) | 1992-08-14 |
| JP2522217B2 true JP2522217B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=18517407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2407878A Expired - Lifetime JP2522217B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | イオン注入により生じたシリコン結晶欠陥の抑制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2522217B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6632728B2 (en) | 2001-07-16 | 2003-10-14 | Agere Systems Inc. | Increasing the electrical activation of ion-implanted dopants |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5856417A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-04 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS5891630A (ja) * | 1981-11-26 | 1983-05-31 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1990
- 1990-12-27 JP JP2407878A patent/JP2522217B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＡＰＰＬＩＥＤＰＨＹＳＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳ５５（１８）Ｐ．１８３８〜１８４０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04225520A (ja) | 1992-08-14 |
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