JPH03155616A - イオン注入方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板に不純物イオンを注入する方法に
関する。

〔従来の技術〕

ＧａＡｓ１Ｃ等の半導体装置を製造するプロセスにおい
て、半導体基板にＳｔ　　等の不純物イオンを注入して
導電層を形成することが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体基板に不純物イオンを注入する場合、イオンビー
ムの方向と半導体基板の結晶方向との相対関係がある関
係になると、注入イオンのチャネリング現象が起こるこ
とが知られている。このチャネリング現象が起こると、
注入イオンが所望の深さ以上に半導体基板内に入り込ん
でしまい、所望の注入深さ分布（プロファイル）が得ら
れなかったり、注入イオン活性化後に所望の不純物キャ
リア濃度分布が得られなくなったりする。

また、イオンビーム照射手段の特性が照射方向によりば
らついたり、ビームカレントにばらつきがある場合があ
る。このような場合には、これらのばらつきが直接基板
上の注入濃度のばらつきとして現れてしまう。

そこで、上述の事情に鑑み、イオン注入の面内均一性を
向上させることを目的としている。

（３題を解決するための手段〕 上述の目的を達成するため、本発明によるイオン注入方
法においては、半導体基板を所定の回転中心軸のまわり
に回転させながらこれに不純物イオンを注入することと
し、半導体基板の不純物イオンが注入される注入面を該
所定の回転中心軸に対して注入面内の所定方向において
所定角度傾斜させ、この所定方向における所定角度の傾
斜状態を維持したまま注入面を所定の回転中心軸のまわ
りに振れ回りさせることを特徴としている。

〔作用〕

このようにすることにより、半導体基板が回転中心軸の
まわりに一定の振れ回りをするようになるが、不純物イ
オンは注入面内の全ての点に対して常に所定の方向から
所定角度で注入される。したがって、振れ回りをしても
不純物イオンが注入面全体について常にチャネリングの
生じない方向から注入される。ここで、イオンビーム照
射手段に例えば偏向方向に依存した特性のばらつきがあ
っても、半導体基板を回転させることにより、注入濃度
のばらつきが抑制される。また放射状に飛散するような
イオン源で、半導体基板全面力５同時に注入される場合
にも、イオン流の方向ばらつきがあっても、基板の振れ
回りによりキャンセルされて注入濃度が面内で均一にな
る。

さらに、該所定の方向を含め、これと注入面内において
半導体基板の結晶構造が等価な方向の数で注入面に注入
される不純物イオンの全注入量を等分し、その等分量を
注入面に対して注入する毎に注入面の傾斜する方向を該
等価な方向に順次変えることにより、不純物イオンの注
入条件が注入面全体について等価となる。

また、閃亜鉛鉱形の結晶構造を有する半導体基板に不純
物イオンを注入する場合に、閃亜鉛鉱形結晶の（１００
）面を注入面とし、注入面が所定の回転中心軸に対して
傾斜する方向を注入面内の＜０１１＞方向と２０度ない
し４０度の範囲内で交差する方向とし、注入面が所定の
回転中心軸に対して傾斜する角度をこの回転中心軸に垂
直な面から５度ないし１５度の範囲内とすることにより
、閃亜鉛鉱形の結晶構造を有する半導体基板に高い面内
均一性をもって不純物イオンを注入することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について第１図〜第３図を参照し
つつ、説明する。

第１図は本発明によるイオン注入方法が適用される装置
の概略を示した図である。図示した装置においては、半
導体基板１はステージ２に担持されるようになっており
、ステージ２は回転軸３に支持されている。ステージ２
は回転軸３に対して揺動自在に支持され、傾きの角度を
自由に設定できるようになっている。したがって、これ
が担持する半導体基板１の不純物イオンが注入される注
入面１ａを、回転軸３の中心軸に対して所望の角度で傾
斜させることができ、この状態を保持することができる
ようになっている。これにより、回転軸３が回転すると
、その傾斜角度を維持したままステージ２及びこれに担
持された半導体基板１の注入面１ａが回転軸３のまわり
に振れ回りをすることとなる。

また、ステージ２には、これが担持した半導体基板１を
その注入面ｌａ内において回転させる回転機構（図示せ
ず）が設けられている。したがって、注入面１ａ内の任
意の方向を回転軸３に対する最大傾斜方向７に一致させ
ることができるようになっている。

不純物イオンの注入面１ａに対する注入は、回転軸３の
中心軸の延長線上に据え付けられたイオンビーム照射手
段５から半導体基板１の注入面１ａに対してイオンビー
ム６を照射することにより行われる。

このようなイオン注入装置を用い、本発明によるイオン
注入方法により半導体基板にイオン注入を行う場合、ま
ず、ステージ２に半導体基板１を担持させ、ステージ２
を所定の角度に傾けることにより、半導体基板１の注入
面１ａを回転軸３に対して所定角度だけ傾斜させ、回転
軸３に対する傾斜角θを決定する（θ調整）。そして、
このときの回転軸３に対する最大傾斜方向７に対して半
導体基板１の結晶が所定の方向を向くように、半導体基
板１を注入面ｌａ内において回転させ（φ調整）、固定
する。例えば、（０１１）面にオリエンテーションフラ
ット９が形成されている半導体基板１をステージ２上に
固定する場合、オリエンテーションフラット９に垂直な
く０１１＞方向と注入面１ａの最大傾斜方向とが所定角
φで交差する位置に固定する。

このように半導体基板１をステージ２上に固定した後、
回転軸３を回転させ半導体基板１の注入面１ａを回転軸
３のまわりに振れ回りさせ、不純物イオンを注入面１ａ
に対して注入する。不純物イオンの注入は、通常はイオ
ンビーム照射手段５から照射されるイオンビーム６を、
回転軸３と垂直な面内でＸ−Ｙ方向に走査することによ
り行う。

このように注入面１ａを回転中心軸のまわりに振れ回り
させることにより、注入面１ａに垂直な法！１１８は回
転軸３の中心軸のまわりに歳差運動をすることとなり、
注入面１ａの任意の点についてみると、その点の結晶構
造に対して常に一定の方向から不純物イオンが注入され
るようになる。したがって、傾斜角θ及び注入面１ａの
最大傾斜方向からの回転角φを適当に定めることにより
、不純物イオンが注入面１ａ全体についてチャネリング
の生じない方向から注入されるようになり、注入プロフ
ァイル（深さ方向における不純物濃度分布）の均一性が
向上する。また、半導体基板１を回転させごこととして
いるので、イオンビーム照射手段５に特性のばらつきが
あっても、注入濃度のばらつきを抑制でき、少なくとも
、半導体基板１の中心から周辺に向かって同心円状に均
一な注入が期待できる。

なお、より均一な注入プロファイルを得るには、回転軸
３の回転速度（すなわち、半導体基板１の回転速度）を
イオンビーム６の走査速度に比べ非常に遅くするか、あ
るいは、ＩＩ！期のイオンビーム走査毎に適当なステッ
プ角度ずつ回転軸３を回転させるようにすることが好ま
しい。

上述したようなイオン注入方法を用いることにより、注
入イオンのチャネリングを防止して注入プロファイルを
均一化することができ、また、イオンビーム照射手段５
に特性のばらつき、例えば走査偏向する方向に依存した
イオンビームカレントの揺らぎなどがあっても、注入濃
度のばらつきを抑制できる。しかしながら、以下のよう
な問題が残る。すなわち、第２図に示したように、半導
体基板１の中心Ｃ点では不純物イオンの入射角が常にθ
となるが、注入面１ａ上の最大傾斜方向において中心か
ら等距離に離間したＡ点とＢ点について観察すると、Ａ
点における入射角は傾斜角θよりも常に大きくなり、Ｂ
点における入射角は傾斜角θよりも常に小さくなってい
る。注入面ｌａ上の各点の入射角は不純物イオンの注入
中は常に一定であり変化することがないので、Ａ点とＢ
点とでは注入角度の相違により注入プロファイルが微妙
に相違することになる。

そこで、更に、本発明によるイオン注入方法においては
、注入面１ａに結晶構造の面内対称性が認められる場合
、すなわち、注入面内に結晶構造が等価な方向が存在す
る場合には、その注入面内に存在する等価な方向の数で
注入面１ａに注入される不純物イオンの全注入量を等分
し、この等分された不純物イオンの量（等分量）ずつの
注入を注入面１ａに対して行うこととしている。この際
、等分量の注入毎に、注入面１ａが回転軸３に対して傾
斜する方向を最初に注入が行われたときの注入面１ａの
最大傾斜方向と等価な方向に順次変えていくようにする
。例えば、半導体基板１が１８０度の面内対称性を有す
る場合には、不純物イオンの全注入量を２等分する。そ
して、第３図（ａ）に示したように、上述したθ調整及
びφ調整を行い、その条件下で半導体基板１を回転中心
軸のまわりに振れ回りさせながら、チャネリングを防止
して該等分量（全注入量の半分）の注入を行う。この注
入の後、半導体基板１をステージ２上で１８０度回転さ
せる。したがって、第３図（ｂ）に示したように、傾斜
角はθのまま回転角がφ＋１８０°となる。そして、こ
の条件下で残りの等分量（全注入量の内の残りの半分）
をやはり回転中心軸のまわりに振れ回りさせながら注入
面１ａに注入して不純物イオンの注入を完了する。

このような注入方法を採った場合、上述したＡ点及びＢ
点について注目すると、どちらの点についても全注入量
の半分が注入面の傾斜角θよりも大きい入射角で注入さ
れると共に、残りの半分が傾斜角θよりも小さい入射角
で注入されこととなり、注入条件が相互に等価となる。

このことから理解されるように、注入面１ａ上の注入プ
ロファイルは最大傾斜方向を変えて注入される各等分量
の注入プロファイルを合成したものとなる。従って、注
入プロファイルの面内均一性がさらに向上する。

なお、半導体基板１が１２０度の面内対称性を有する場
合には、不純物イオンの全注入量を３等分し、この等分
量（全注入量の３分の１）の注入毎に半導体基板１をス
テージ２上で時計方向あるいは反時計方向に１２０度ず
つ回転させ、３分の１ずつの注入を３回行なって注入面
１ａへの不純物イオンの注入を完了するようにすればよ
い。

次に、ＧａＡｓ等の閃亜鉛鉱形の結晶構造を有するイン
ゴットから（１００）面に沿って半導体基板を切り出し
、この半導体基板の（１００）面に対してＳＬ　等の不
純物イオンを注入する場合に、本発明によるイオン注入
方法を適用した例について説明する。この場合には、注
入面１ａの回転中心軸に対する傾斜角θを５〜１５″と
しく５’　＜θ＜１５”）％注入面１ａの最大傾斜方向
７が（０１１）面に形成されたオリエンテーションフラ
ット９に対して垂直なく０１１＞方向と２０〜４０″の
範囲（２０°くφ＜４０＠）で交差するように半導体基
板をステージに固定して不純物イオンの注入を行うと、
注入プロファイルの面内均一性が良好になることが実験
により確かめら゛れた。特に、７°くθ＜１０＠　２７
°くφく３０″の条件下で不純物イオンの注入を行うと
注入プロファイルの面内均一性が非常に良くなることが
確かめられている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるイオン注入方法によ
れば、注入プロファイルの面内均一性が向上する。した
がって、不純物イオンの注入により半導体基板上に形成
される導電層の導電性の均一性が向上する。また、ＦＥ
Ｔ　（電界効果形トランジスタ）の活性層注入に本発明
を適用すると、そのしきい値電圧ｖｔｈの均一性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるイオン注入方法が適用される装置
の概略を示した図、第２図は不純物イオンの入射角度を
説明するための図、第３図は不純物イオンの全注入量を
２等分して注入する場合の傾斜角θおよび回転角φを示
した図である。 １・・・半導体基板、２・・・ステージ、３・・・回転
軸、５・・・イオンビーム照射手段、６・・・イオンビ
ーム、７・・・最大傾斜方向、８・・・法線、９・・・
オリエンテーションフラット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板を所定の回転中心軸のまわりに回転させ
   ながらこれに不純物イオンを注入する方法であって、 前記半導体基板の不純物イオンが注入される注入面は前
   記所定の回転中心軸方向に対して注入面内の所定方向に
   おいて所定角度傾斜しており、この所定方向における所
   定角度の傾斜状態を維持したまま前記注入面は前記所定
   の回転中心軸のまわりを振れ回りすることを特徴とする
   イオン注入方法。 ２、前記注入面内において、前記所定方向を含め、これ
   と前記半導体基板の結晶構造が等価な方向の数で前記注
   入面に注入される不純物イオンの全注入量が等分され、 その等分量が前記注入面に対して注入される毎に前記注
   入面の傾斜する方向が前記等価な方向に順次変えられる
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン注入方法。 ３、前記半導体基板は閃亜鉛鉱形単結晶から切り出され
   、前記注入面は閃亜鉛鉱形結晶の（１００）面であり、
   前記注入面が傾斜する所定方向は前記注入面内において
   その〈０＠１＠＠１＠〉方向と２０度ないし４０度の範
   囲内で交差する方向であり、前記注入面が前記所定の回
   転中心軸に対して傾斜する角度は前記所定の回転中心軸
   に垂直な面から５度ないし１５度の範囲内であることを
   特徴とする請求項１又は２記載のイオン注入方法。