JPH01211840A - イオン注入方法およびイオン注入装置 - Google Patents
イオン注入方法およびイオン注入装置Info
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- JPH01211840A JPH01211840A JP63035096A JP3509688A JPH01211840A JP H01211840 A JPH01211840 A JP H01211840A JP 63035096 A JP63035096 A JP 63035096A JP 3509688 A JP3509688 A JP 3509688A JP H01211840 A JPH01211840 A JP H01211840A
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分IP)
この発明は、半導体素子製造におけろマイクロビームに
よるイオン注入方法およびイオン注入装置に関するもの
である。
よるイオン注入方法およびイオン注入装置に関するもの
である。
(従来の技術)
半導体素子の高集積化に伴い、パターン幅がサブミクロ
ンに狭まる傾向にある。マイクロイオンビーム技術はサ
ブミクロンドライプロセス、例えばイオンビームリソグ
ラフィ、マスクレスイオン打込み、イオンビーム微細加
工に応用される技術であり、現在その開発研究が盛んに
行われている。
ンに狭まる傾向にある。マイクロイオンビーム技術はサ
ブミクロンドライプロセス、例えばイオンビームリソグ
ラフィ、マスクレスイオン打込み、イオンビーム微細加
工に応用される技術であり、現在その開発研究が盛んに
行われている。
マイクロイオンビームを得るためには、所望のイオン種
を放出する高輝度のイオン源が必要とされろ。そのため
に、シリコン新デバイスに関する調査研究報告書1[(
59−M−222)昭和59年3月社団法人日本電子工
業振興協会P134〜141に開示される液体金属イオ
ン源や電界電離イオンが開発されている。
を放出する高輝度のイオン源が必要とされろ。そのため
に、シリコン新デバイスに関する調査研究報告書1[(
59−M−222)昭和59年3月社団法人日本電子工
業振興協会P134〜141に開示される液体金属イオ
ン源や電界電離イオンが開発されている。
上記のイオン源は集束イオンビーム(FocusedJ
on、 Beam;以下FIBという)装置に搭載し、
FIB装置内のコンデンサレンズ、ウィーンフィルター
型質量分析語、対物しンス、ビーム走査系等を経て、目
的とされるイオン種を集束させて注入することができる
。
on、 Beam;以下FIBという)装置に搭載し、
FIB装置内のコンデンサレンズ、ウィーンフィルター
型質量分析語、対物しンス、ビーム走査系等を経て、目
的とされるイオン種を集束させて注入することができる
。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、上記構成のFIB装置を用いても、放出
したイオンの空間電荷効果によりそのエネルギー幅が数
eV程度に広がり、それ故静電レンズを用いてもビーム
径を0.1μmφ以下にすることが困難であった。
したイオンの空間電荷効果によりそのエネルギー幅が数
eV程度に広がり、それ故静電レンズを用いてもビーム
径を0.1μmφ以下にすることが困難であった。
また、上記のFIB装置構成では、イオンの集束化のた
めイオンの加速電圧を数+keV以上にする必要があり
、それ故、このように加速されたイオンが基板に照射す
ることで基板にダメージが発生することが問題となって
いた。
めイオンの加速電圧を数+keV以上にする必要があり
、それ故、このように加速されたイオンが基板に照射す
ることで基板にダメージが発生することが問題となって
いた。
この発明は以上述べたイオンビーム径の広がりを除去し
、かつイオン照射による基板の損傷を低減化することを
目的とする。
、かつイオン照射による基板の損傷を低減化することを
目的とする。
(課題を解決するための手段)
この発明は、走査トンネル類’da ill (S c
a n n i n gTunneling Mic
roscopy;以下STMという)構成を用い、かつ
37M用のエミッタ部分に、イオンを発生させるための
ガスを導入するようにしたものである。
a n n i n gTunneling Mic
roscopy;以下STMという)構成を用い、かつ
37M用のエミッタ部分に、イオンを発生させるための
ガスを導入するようにしたものである。
(作 用)
上記のようなこの発明においては、通常のSTM構成で
トンネル電流により被イオン注入基板のイオン注入位置
を確認する。その後、STMのエミッタ部分に、注入イ
オンを発生させるためのガスを導入し、電界T1m過程
によりイオン化し、所望のイオンを放出させ、前記基板
にイオンを注入する。
トンネル電流により被イオン注入基板のイオン注入位置
を確認する。その後、STMのエミッタ部分に、注入イ
オンを発生させるためのガスを導入し、電界T1m過程
によりイオン化し、所望のイオンを放出させ、前記基板
にイオンを注入する。
(実 施 例)
以下この発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
1図および第2図はこの発明の一実施例を説明するため
の図で、第1図はイオン注入装置全体の概略構成図、第
2図はエミッタ部分の拡大図である。
1図および第2図はこの発明の一実施例を説明するため
の図で、第1図はイオン注入装置全体の概略構成図、第
2図はエミッタ部分の拡大図である。
第1図において、1は試料台、2はその上の被イオン注
入基板としてのSi基板である。3はSTMおよびイオ
ン源用のエミッタで、その上下方向の動きを検出するた
めの圧電素子(アクチュエータ)4とともに37M走査
のための支持台5に保持される。
入基板としてのSi基板である。3はSTMおよびイオ
ン源用のエミッタで、その上下方向の動きを検出するた
めの圧電素子(アクチュエータ)4とともに37M走査
のための支持台5に保持される。
6はトンネル電流発生のためのDC電源、7はイオンの
電界電離および加速のためのDC電源で、この2つのD
C電源6,7は切り替えスイッチ8で切換えられて前記
試料台1(その上の基板2)とエミッタ3rRに接続さ
れる。9ば前記DCM源6゜7と試料台1間に接続され
た抵抗、10はトンネル電流の制御および微小電圧を増
幅するための増幅器で、この増幅器10は一方の入力を
基準電圧Vrefとして前記抵抗9の試料台1側の一端
と圧電素子4間に接続される。また、11はドーパント
ガス導入管で、先端が第2図に示すようにエミッタ3の
先端の位置にあり、このエミッタ3の先端まで所望のド
ーパントガスを導入できるように設けられている。なお
、エミッタ3は0,3mφのW(タングステン)を使用
して、先端は電解研磨により1μmφ以下の径に加工さ
れている。
電界電離および加速のためのDC電源で、この2つのD
C電源6,7は切り替えスイッチ8で切換えられて前記
試料台1(その上の基板2)とエミッタ3rRに接続さ
れる。9ば前記DCM源6゜7と試料台1間に接続され
た抵抗、10はトンネル電流の制御および微小電圧を増
幅するための増幅器で、この増幅器10は一方の入力を
基準電圧Vrefとして前記抵抗9の試料台1側の一端
と圧電素子4間に接続される。また、11はドーパント
ガス導入管で、先端が第2図に示すようにエミッタ3の
先端の位置にあり、このエミッタ3の先端まで所望のド
ーパントガスを導入できるように設けられている。なお
、エミッタ3は0,3mφのW(タングステン)を使用
して、先端は電解研磨により1μmφ以下の径に加工さ
れている。
このような装置によりSi基板2に対してイオン注入を
行う方法を次に説明する。その場合は、まず最初に、S
TM構成を用いてイオン注入位置の確認作業を行う。イ
オン注入位置の確認作業としては、最初に、STM用エ
ミッタ3を基板2にlnm程度の距離まで近づける。次
に、電源6を用いて、基板2に対してエミッタ3の電位
が負電位になるようにする。次に、エミッタ3と基板2
の間に1 mV〜1vの電圧をM源6により印加する。
行う方法を次に説明する。その場合は、まず最初に、S
TM構成を用いてイオン注入位置の確認作業を行う。イ
オン注入位置の確認作業としては、最初に、STM用エ
ミッタ3を基板2にlnm程度の距離まで近づける。次
に、電源6を用いて、基板2に対してエミッタ3の電位
が負電位になるようにする。次に、エミッタ3と基板2
の間に1 mV〜1vの電圧をM源6により印加する。
この状態でエミッタ3と基板2の間に流れるトンネル電
流は1〜10 nA程度となる。その後、トンネルTi
流を一定に保ちながら、支持台5によりエミッタ3を基
板表面に沿って走査する。このとき、例えばエミッタ3
が基板2の表面上の白部分に来ると、エミッタ3と基板
2との間隔が狭くなるのでトンネル電流は増加する。こ
の状態ではトンネル電流が元のTi流値に戻る位置まで
エミッタ3を上げる。逆に凹部骨ではトンネル電流が減
少するのでエミッタ3を下げろ。このエミッタ3の上下
方向の動きを圧電素子4で電圧変化としてとり出し増幅
器10により電圧増幅し、例えばCRT等により画像化
する。通常エミッタ3の走査は基板面内のXY方向にわ
たって行う。
流は1〜10 nA程度となる。その後、トンネルTi
流を一定に保ちながら、支持台5によりエミッタ3を基
板表面に沿って走査する。このとき、例えばエミッタ3
が基板2の表面上の白部分に来ると、エミッタ3と基板
2との間隔が狭くなるのでトンネル電流は増加する。こ
の状態ではトンネル電流が元のTi流値に戻る位置まで
エミッタ3を上げる。逆に凹部骨ではトンネル電流が減
少するのでエミッタ3を下げろ。このエミッタ3の上下
方向の動きを圧電素子4で電圧変化としてとり出し増幅
器10により電圧増幅し、例えばCRT等により画像化
する。通常エミッタ3の走査は基板面内のXY方向にわ
たって行う。
このようにしてイオン注入すべき位置を確認した後、所
望のドーパントガスを導入してイオン注入を行う。詳し
く説明すると、ガス導入管11でエミッタ3の先端まで
所望のドーパントガスを導入する。ここで、Si基板2
へのイオン注入を可能にするドーパントガスとしては、
P導電型を与丸るドーパント元素としてはBを含むB2
H6(ジボラン)を、またn導電型を与えるドーパント
元素としてばPないしA5を含むPH3(ホスフィン)
ないしはAsH(アルシン)を使用する。この後、電源
切り替えスイッチ8により電源をDCtC電源切り替え
、Si基板2に対し、エミッタ3が正電位になるよう電
圧を印加する。このとき、エミッタ3先端にかかる電界
が10 V/nu以上では電界電離により元素はイオン
化する。即ち、B 、P 、As (nはn≧1の整
数)などのイオンが発生する。そして、そのイオンがS
i基板2に注入されろことになる。
望のドーパントガスを導入してイオン注入を行う。詳し
く説明すると、ガス導入管11でエミッタ3の先端まで
所望のドーパントガスを導入する。ここで、Si基板2
へのイオン注入を可能にするドーパントガスとしては、
P導電型を与丸るドーパント元素としてはBを含むB2
H6(ジボラン)を、またn導電型を与えるドーパント
元素としてばPないしA5を含むPH3(ホスフィン)
ないしはAsH(アルシン)を使用する。この後、電源
切り替えスイッチ8により電源をDCtC電源切り替え
、Si基板2に対し、エミッタ3が正電位になるよう電
圧を印加する。このとき、エミッタ3先端にかかる電界
が10 V/nu以上では電界電離により元素はイオン
化する。即ち、B 、P 、As (nはn≧1の整
数)などのイオンが発生する。そして、そのイオンがS
i基板2に注入されろことになる。
このようにしてイオン注入が行われるが、上記の例では
、エミッタ3と基板2との距離が1〜10na+程度で
あるので、両者間の前記印加電圧としては10〜100
V程度の電圧を印加する。また、エミッタ3と基板2r
IIJの距離が1〜10 nm程度であるという同一理
由により、放出イオンのビーム径は10 nmφ以下に
なる。
、エミッタ3と基板2との距離が1〜10na+程度で
あるので、両者間の前記印加電圧としては10〜100
V程度の電圧を印加する。また、エミッタ3と基板2r
IIJの距離が1〜10 nm程度であるという同一理
由により、放出イオンのビーム径は10 nmφ以下に
なる。
このように、上記方法によれば、STMのエミッタ3部
分で所望のドーパント元素をイオン化し、加速電圧10
〜100vの低エネルギーで基板2にイオン注入するこ
とが可能となる。それ故、注入時に基板2に発生する照
射損傷を極力押えることができる。また、イオンのビー
ム径を10nmφ以下とし得るので、イオン注入精度を
高めることができろ。また、STMの構成で1 nmの
精度で注入位置のi認ができ、また制御できるので、よ
りイオン注入精度を高めることができる。
分で所望のドーパント元素をイオン化し、加速電圧10
〜100vの低エネルギーで基板2にイオン注入するこ
とが可能となる。それ故、注入時に基板2に発生する照
射損傷を極力押えることができる。また、イオンのビー
ム径を10nmφ以下とし得るので、イオン注入精度を
高めることができろ。また、STMの構成で1 nmの
精度で注入位置のi認ができ、また制御できるので、よ
りイオン注入精度を高めることができる。
(発明の効果)
以上詳細に説明したように、この発明によれば、走査ト
ンネル顕微鏡(STM )の構成で注入すべき位置を確
認した後、所望の注入元素を含むガスをSTMのエミッ
タ部分まで導入し、該エミッタ部分で電界電離によりイ
オン化させ加速させて基板に注入するものであるから、
位置決め精度はSTMと同様1 nmとなり、かつ通常
のイオン注入に比べ10〜100 aVの比較的低エネ
ルギーで注入することができて、照射損傷の極めて少な
いイオン注入が可能となり、しかもイオンビーム径も掻
く小さくしてより高精度のイオン注入が可能となる。
ンネル顕微鏡(STM )の構成で注入すべき位置を確
認した後、所望の注入元素を含むガスをSTMのエミッ
タ部分まで導入し、該エミッタ部分で電界電離によりイ
オン化させ加速させて基板に注入するものであるから、
位置決め精度はSTMと同様1 nmとなり、かつ通常
のイオン注入に比べ10〜100 aVの比較的低エネ
ルギーで注入することができて、照射損傷の極めて少な
いイオン注入が可能となり、しかもイオンビーム径も掻
く小さくしてより高精度のイオン注入が可能となる。
第1図および第2図はこの発明のイオン注入方法および
イオン注入装置の一実施例を説明するための図で、第1
図はイオン注入装置全体の概略構成図、第2図はエミッ
タ部分の拡大図である。 1・・・試料台、2・・Si基板、3・・エミッタ、4
・・圧電素子、5・・・支持台、6,7・・・DC電源
、8・・切り替えスイッチ、9・・・抵抗、10・・・
増幅器、11・・・ドーパントガス導入管。 イオン注入装置全体の概略構成図 第1図 工ミンク部分の拡大図 第2 図
イオン注入装置の一実施例を説明するための図で、第1
図はイオン注入装置全体の概略構成図、第2図はエミッ
タ部分の拡大図である。 1・・・試料台、2・・Si基板、3・・エミッタ、4
・・圧電素子、5・・・支持台、6,7・・・DC電源
、8・・切り替えスイッチ、9・・・抵抗、10・・・
増幅器、11・・・ドーパントガス導入管。 イオン注入装置全体の概略構成図 第1図 工ミンク部分の拡大図 第2 図
Claims (2)
- (1)(a)被イオン注入基板のイオン注入位置を走査
トンネル顕微鏡で確認し、その後、 (b)所望の注入元素を含むガスを前記走査トンネル顕
微鏡のエミッタ部分に導入し、該エミッタ部分で前記ガ
スを電界電離過程によりイオン化し、所望のイオンを放
出させ、前記基板に注入させることを特徴とするイオン
注入方法。 - (2)(a)試料台上の被イオン注入基板とエミッタ間
のトンネル電流により前記基板のイオン注入すべき位置
を確認する走査トンネル顕微鏡を有し、かつ、 (b)この走査トンネル顕微鏡の前記エミッタ部分に、
注入イオン発生用ガス導入管の先端を配置したことを特
徴とするイオン注入装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63035096A JPH01211840A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | イオン注入方法およびイオン注入装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63035096A JPH01211840A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | イオン注入方法およびイオン注入装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01211840A true JPH01211840A (ja) | 1989-08-25 |
Family
ID=12432413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63035096A Pending JPH01211840A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | イオン注入方法およびイオン注入装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01211840A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0459392A2 (en) * | 1990-05-30 | 1991-12-04 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for processing a minute portion of a specimen |
US6251755B1 (en) | 1999-04-22 | 2001-06-26 | International Business Machines Corporation | High resolution dopant/impurity incorporation in semiconductors via a scanned atomic force probe |
-
1988
- 1988-02-19 JP JP63035096A patent/JPH01211840A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0459392A2 (en) * | 1990-05-30 | 1991-12-04 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for processing a minute portion of a specimen |
US6251755B1 (en) | 1999-04-22 | 2001-06-26 | International Business Machines Corporation | High resolution dopant/impurity incorporation in semiconductors via a scanned atomic force probe |
US6531379B2 (en) | 1999-04-22 | 2003-03-11 | International Business Machines Corporation | High resolution dopant/impurity incorporation in semiconductors via a scanned atomic force probe |
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