JPH03173424A - イオン注入装置及びイオン注入方法 - 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】 ［概要］ イオン注入装置及びイオン注入方法に関し。

微小領域へ位置合わせ精度よくイオン注入を行うための
装置と方法の提供を目的とし。

注入する元素を含む針状のイオン源と、該イオン源を基
板に対して相対的に移動させるアクチュエータと、該イ
オン源と該基板に電圧を印加して。

該イオン源の先端部と該基板間にトンネル電流及びイオ
ン流を生じる電源と、該先端部と該基板間に流れるトン
ネル電流を監視して、該基板面の凹凸とその位置を知る
監視装置とを有するイオン注入装置により構成する。

また、上記のイオン注入装置を使用して、該イオン源を
該基板に対して相対的に上で移動しながらトンネル電流
を監視して、該基板面の凹みとその位置を検出した後、
該基板のイオン注入を行う位置と該イオン源の先端部を
対向させ、該先端部に強電界を発生させて該先端部の原
子をイオン化し、該基板に注入するイオン注入方法によ
り構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明はイオン注入装置及びイオン注入方法に関する。

半導体装置の微細化に伴い、微小領域へのイオン注入が
行われている。

（従来の技術〕 従来のイオン注入方法では、ビーム径が大きいため微小
領域にイオン注入う行う時には、微細パターンを形成し
たレジスト等のマスク材を用いる必要があった。

また、ビーム径をしぼることができる液体金属イオン源
を用いる場合でも、収束させたイオンビームの径が数百
Å以上であるため、それ以下の領域へのイオン注入はで
きなかった。

さらに、注入領域の１００Å以下の位置合わせ精度を実
現することは極めて困難であった。

（発明が解決しようとする課題〕 本発明は、１００Å以下の注入領域へも位置合わせ精度
よくイオン注入を行うためのイオン注入装置及びイオン
注入方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明のイオン注入装置の構成図であり、１は
イオン源、２はｉｔ反、３はアクチュエータ、４は電源
、５は監視装置を表す。

上記課題は、注入する元素を含む針状のイオン′ａ１と
、該イオン＃１を基板２に対して相対的に移動させるア
クチュエータ３と、該イオン源１と該基板２に電圧を印
加して、該イオン源１の先端部と該基板２間にトンネル
電流及びイオン流を生じる電源４と、該先端部と該基板
２間に流れるトンネル電流を監視して、該基板２面の凹
凸とその位置を知る監視装置５とををするイオン注入装
置によって解決される。

また、上記のイオン注入装置を使用して、該イオン源１
を該基板２に対して相対的に移動しながらトンネル電流
を監視して、該基板２面の凹みとその位置を検出した後
、該基板２のイオン注入を行う位置と該イオン源１の先
端部を対向させ、該先端部に強電界を発生させて該先端
部の原子をイオン化し、該基板２に注入するイオン注入
方法によって解決される。

〔作用〕

本発明では、注入する元素を含む針状のイオン源ｌの先
端部を基板２に近づけていき、その先端部と基板２間に
電圧を印加してトンネル電流を流す。イオン源１の先端
部を基板上で走査すれば基板２面の凹凸に応じて、トン
ネル電流が変化するので、そのトンネル電流像を監視し
て基板２に形成された位置あわせ用の凹みを検出するこ
とができる。その凹みを基準にしてアクチュエータ３に
より、イオン注入を行う基板位置とイオン源１の先端部
を対向させる。

その状態で高い電圧を印加して先端部に強い電界を発生
させる。

第２図はイオン注入状態を説明するための図である。先
端部から出た電気力線は基板２にほぼ垂直に入射する。

強い電界により先端部の原子はイオン化し、電気力線に
沿って移動し、基板２に注入され、イオン注入領域が形
成される。

イオン注入領域の面積や深さは、先端部の角度。

先端部と基板２間の距離、印加する電圧によって８周整
することができる。

〔実施例］ 第１図は本発明のイオン注入装置の構成図であり、１は
イオン源、２は基十反、３はアクチュエータ、４は電源
、５は監視装置を表す。

以下、実施例について説明する。

イオン源１は注入する元素を含む先端部が針状に尖った
例えばタングステン（Ｗ）であり、アクチュエータ３に
固定されている。また、基板２をアクチュエータ３にと
りつけて移動させ、イオン源１は固定する構造も可能で
ある。要はイオン源１と基板２が相対的に移動可能であ
ればよい。

基板２は例えばシリコン基板であり、その表面には位置
合わせ用の凹みが形成される。

アクチュエータ３は１例えば基板面内の直交する２方向
とそれらに垂直な方向の３方向に移動可能な３軸のアク
チュエータであり、微小な距離を精度よく移動させるた
めに９例えばピエゾ素子を用いる。

イオンａ１の先端部と基板２間の距離は、アクチュエー
タ３により調整でき、イオン源１の先端部と基板２にか
かる電圧は電源４により調整できる。イオン源ｌの先端
部と基板２間の距離をトンネル電流が流れるように選択
する。アクチュエータ３により、イオン源ｌを基板２面
に対して走査し、それと同期させて基板２表面のトンネ
ル電流像を監視装置５に表示する。

基板２面の位置合わせ用の凹みの所でトンネル電流は急
激に減少するので、その位置を検出することができる。

次に、アクチュエータ３によりイオン注入を行う基板２
面の位置にイオン源１の先端部を持ってくる。この状態
で先端部の原子をイオン化するのに必要な電圧を印加す
る。先端部の原子はイオン化し、基板２に向かってイオ
ン流を生じ、イオン注入が行われる。

このとき、必要に応じて先端部と基板２間の距離やイオ
ン加速電圧を変化させ、ビーム径や注入深さを調整する
。

タングステンのイオン源１の先端部とシリコン基板２間
の距離を１００人とし、電圧１■を印加してトンネル電
流を発生させ、イオン源１と基板２が相対的に移動し°
ζ基板２面の位置合わせ用の凹みを検出する。

次に、イオン源１の先端部をイオン注入を行う位置に移
動し、　１００　Ｖを印加した。先端部のタングステン
はイオン化し、基板２に約１００人径のタングステン注
入領域が得られた。

なお、アクチュエータ３によりイオン源１を水平方向に
走査して、イオン注入領域を広げることができる。それ
ゆえ、アクチュエータ３の操作により、イオン注入領域
をマスクを用いずに直接。

描画することができる。このようにして、イオン注入領
域の幅を１００Å以下９位置合わせ精度は１０Å以下の
イオン注入を行うことができる。

イオン源１としてタングステン（Ｗ）、ひ素（Ａｓ）　
、はう素（Ｂ）、りん（Ｐ）等は先端部を針状に加工で
きるが、針状の先端部を形成しにくい物質１例えばＧａ
は合金化してＧａＡｓとしてから針状に加工したり、水
素（Ｈ）の場合はＨを吸蔵したＰｄＨ合金を針状に加工
したりすればよい。

また、内部が針状の先端部を有する容器２例えばガラス
容器や窒化ボロン容器に注入する物質を含む気体或いは
液体を充填してもよい。この場合。

物質によって異なる電界電離電圧を有することを利用し
て、先端部に印加する電圧や温度を調節して必要なイオ
ンのみ取り出すようにする。

〔発明の効果〕

以上説明した様に９本発明のイオン注入装置及び方法に
よれば、１００Å以下のイオン注入領域を１０Å以下の
精度で位置合わせを行い、イオン注入を行うことができ
る。

本発明は、サブミクロンの微細パターン形成に寄与する
ところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオン注入装置の構成図。 第２図はイオン注入状態を説明するための図である。 図において。 ｌはイオン源 ２は基板。 ３はアクチュエータであって３軸アクチユエータ。 ４は電源。 ５は監視装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕注入する元素を含む針状のイオン源（１）と、該
   イオン源（１）を基板（２）に対して相対的に移動させ
   るアクチュエータ（３）と、 該イオン源（１）と該基板（２）に電圧を印加して、該
   イオン源（１）の先端部と該基板（２）間にトンネル電
   流及びイオン流を生じる電源（４）と、該先端部と該基
   板（２）間に流れるトンネル電流を監視して、該基板（
   ２）面の凹凸とその位置を知る監視装置（５）と を有することを特徴とするイオン注入装置。 〔２〕請求項１記載のイオン注入装置を使用して、該イ
   オン源（１）を該基板（２）に対して相対的に移動しな
   がらトンネル電流を監視して、該基板（２）面の凹みと
   その位置を検出した後、該基板（２）のイオン注入を行
   う位置と該イオン源（１）の先端部を対向させ、該先端
   部に強電界を発生させて該先端部の原子をイオン化し、
   該基板（２）に注入することを特徴とするイオン注入方
   法。