JPH038323A - イオン注入方法およびイオン注入装置 - 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） 本発明は半導体装置製造工程における不純物尋人技術と
しての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〕

大規模集積回路に使用する半導体装置はできるだけ微細
であることが望ましく、かつ個々の特性が良く揃ったも
のが大量に必要とされる。そして、この微細半導体装置
においてはｐ型半導体とｎ型半導体との浅い接合形成が
必要である。また、この半導体はほとんどの場合、結晶
である。このようなターゲットに従来のイオン注入法で
浅い接合を形成する場合、ターゲット基板が結晶であれ
ば結晶軸に沿ってイオンを注入すると、チャネリング現
象、すなわち結晶の規則的な原子列の電気的ポテンシャ
ルにより注入イオンが原子列方向に向かうような運動を
強いられるという効果によりイオンが所望の深さより深
く進入してしまい浅い接合の形成ができない、これに対
し、従来はターゲット表面に対しイオンビームを結晶軸
から傾けてチャネリング現象が起こりにくい方向から注
入する斜めイオン注入技術、ウェハ表面に酸化膜などの
非晶質物質の層を形成したあと、その層ごしにイオンビ
ームを注入してチャネリングを抑制する技術などがある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、チャネリングを抑制するためにイオンビームを
ウェハ表面主結晶軸から傾けて注入する場合、注入され
つるターゲット表面は一般に平坦でなく、多くの場合、
選択的にマスク材料によりバターニングされているので
、イオンビームの入射方向によってはマスク端又はター
ゲット構造段差により影になる部分が生じ、本来同じ注
入分布形状を有するべき構造又は本来対称であるべき構
造が配置パターンにより異なったり、非対称になったり
してしまう。このことは特に特性の揃った非常に多くの
半導体装置を必要とする大規模集積回路を実現すること
ができないという問題を生じる。ターゲット結晶表面に
酸化膜などの非晶質層を形成し、その層ごしにイオンビ
ームを注入する方法は入射角度を表面に垂直にして不均
一性をなしにチャネリングを抑制できるが、非晶質層の
形成が追加工程として必要であり、これにより精密なパ
ターンが崩れたり、また物質によっては清浄表面が汚染
されたりする。さらに注入イオンはこの非晶質層にも取
り込まれ注入イオンドーズ量と注入エネルギーが実効的
に減ってしまい、精密なドーズ量と接合位置の制御上問
題がある。

そこで、本発明の目的はチャネリングによる注入分布の
深さ方向床がりを抑制でき、かつ表面構造に依存した注
入分布のばらつきがなく、また表面に余計な層の形成を
必要としないイオン注入方法およびこの方法を実現した
イオン注入装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明のイオン注入方法は、
結晶構造のターゲット基板へイオン注入するイオン注入
方法において、ターゲット表面に向けて垂直に直進する
主軸方向を含み、該主軸を中心にターゲット表面で入射
角度分布を有するビームを用いてイオン注入を行うもの
である。

また、本発明のイオン注入装置は、平行に方向が揃った
直進するイオンビームの偏向を行う２組の平行平板電極
を互いに向きが異なる位置関係に配列し、さらに、２組
の平行平板電極に連続した無秩序パルス波状電圧を印加
し、ターゲット表面で無秩序な入射角度分布を持つイオ
ンビームを得る手段とを有するものである。

［作用］ 次に本発明の詳細な説明する。第１図（ａ）〜（ｄ）は
本発明のイオン注入方法の概略を従来方法との対比を含
めて示した図である。各図は結晶構造を有するターゲッ
ト基板の深さ方向断面図であり、その表面に入射するイ
オンおよび入射後のイオンの軌跡を示している。第１図
（ａ）に本発明の方法による注入状態を示す。第１図（
ｂ）〜（ｄ）に従来の方法による注入状態を示す。第１
図（ｂ）ではイオンビーム１１はターゲット表面１２に
向けて平行に方向が揃って直進しており、はとんどのイ
オンは結晶原子１３の隙間をチャネリングしてしまう。

第１図（Ｃ）はこれに対し原子列方向からイオンビーム
１１をターゲット結晶原子１３の主軸チャネリングを起
こす臨界角以上に傾けて入射させた場合であるが、この
場合チャネリングする割合は減る。しかし、入射方向が
偏っているため、前記課題で述べたような欠点を有して
いる。第１図（ｄ）は表面に非晶質層１４を設けてビー
ム入射角度の偏りなしに注入した状態を示す。非晶質層
１４中の原子との偶発的な散乱により結晶部に入射する
ときには、原子列方向から外れた入射角度をもつイオン
が存在していることは詳細なコンピュータシミュレーシ
ョンより定性的に確認されている。しかし、この非晶質
層１４の存在により結晶部分に入射するイオンのエネル
ギーと注入量も偶発的に変化してしまい、やはり前記課
題で述べたような欠点を有している。これらに対して第
１図（ａ）に示すように、もしイオンビーム自体が入射
角度分布を有していれば、上記欠点を解決しチャネリン
グをもつとも効果的に抑制することができる。ただし、
その分布は注入面について一様で、注入角度分散はター
ゲット結晶原子１３の主軸チャネリングを起こす臨界角
以上でなければならない。この方法により、イオンは主
結晶軸すなわち主チャネルに入らないように進むものが
増加しチャネリングが抑制できる。また平均的な入射角
度に偏りがないため、構造に依存した注入分布のばらつ
きは本質的に生じない。また、ターゲット表面１２には
いがなる非晶質も必要としない。

〔実施例］ 以下、本発明の実施例を図により説明する。

第２図は本発明のイオン注入装置の概略を示した図であ
る。第２図において、１はイオン源、２はイオン引出し
加速部、３は質量分離部、４はスリット、５は後段加速
減速部、６は平行平板電極、７は注入されるターゲット
基板、８はイオンビーム、９は無秩序パルス波状交流電
圧発生部を示している。スリット４を通ったイオンビー
ムは平行に方向が揃って直進している。このイオンビー
ムを、互いに平行の位置関係にならないように配置した
２組の平行平板電極６で挾み、かつこれら平行平板電極
６に連続な無秩序パルス波状電圧を別個にかける。ただ
し、この無秩序パルス波状電圧の各パルスの大きさは統
計的にはガウス分布のような分布を持つものとする。こ
の２組の平行平板電極６により、イオンビームは注入中
に無秩序に曲げられるが、平均的には無秩序パルス波状
電圧の振幅分布を反映した入射角度分布を持ったビーム
となる。この装置によりターゲット結晶表面で入射角度
に分布を持ったイオンビームが実現でき、チャネリング
による注入イオン分布の深さ方向法がりを抑制し、かつ
表面形状に依存した分布非対称性、非均一性を生じない
均一なイオン注入が行える。

次にイオン注入方法およびイオン注入装置に関する本発
明の典型的な一実施例を第２図と第３図を参照しながら
説明する。第２図において、７はターゲット結晶である
が、ここではターゲット結晶は清浄表面（１００）面方
位を持ちリンをｌＸｌ０°“ａｍ−”ドープしたｎ型シ
リコン単結晶ウェハとし、これにｐ型ドーパントである
ボロンを加速電圧５ｋｅＶで２Ｘ１０”（至）−”のド
ーズ量を注入しｐｎ接合を作成した。イオンビーム８は
スリット４を通して平行に方向が揃って直進するように
し、その方向はターゲット基板７の表面に垂直とした。

これは従来技術で可能である。このイオンビーム８を挾
むように２組の平行平板電極６を直交するように配置し
、これにランダムノイズジェネレータを内部にもつ無秩
序パルス波状電圧発生部９からの出力をかけた。ビーム
が実効的に広がることによる注入面積の変化を抑えるた
めには、この電極６はターゲット基板７の直前に配置す
るのが望ましい。

平行平板電極６によるイオンビームの偏向角度θには、
近似的に（１）式のような関係がある。

しａｎθ＝旦 ２ｄＥ　　　　　・・・（１） ここで、■は印加電圧、ｄは電極間隔、Ｑは電極長、Ｅ
は加速電圧である。よって、平行平板電極６にかける無
秩序パルス波状交流電圧の平均振幅を調整し、イオンビ
ーム８の入射角度分布の平均分散が１５’になるように
して注入を行った。

第３図は以上のようにして注入したシリコン結晶中の注
入イオン深さ方向分布を示したものである。

第３図（ａ）は本注入方法により得られた注入イオンす
なわち、ボロンの深さ方向濃度分布である。

これに対し第３図（ｂ）には同じ注入イオン、加速電圧
、ドーズ量で典型的な従来法で得られる注入イオンの濃
度分布を示した。第３図（ｂ）で■はただ垂直に注入し
た場合、■は角度にして９°傾けて注入した場合、■は
表面にｌＯｎｍの酸化膜を形成したあとに注入した場合
の注入イオン分布をそれぞれ示したものである。第３図
（ｂ）の■の場合に比べて、他のいずれの方法でも深さ
方向注入分布はチャネリングが抑制され浅い接合が得ら
れている。本注入方法で得られる接合も第３図（ｂ）の
■および■と見かけ上向等であるが、課題で述べた通り
、斜めイオン注入法では表面構造に依存した非対称性が
生じるという欠点があり、酸化膜ごしに注入した場合は
、第３図の■に見られるように注入したイオンの内かな
りの量が酸化膜内に入ってしまい、ドーズ量が異なって
しまっている。それに対し、本発明によれば、本質的に
これらのような問題は生じない。

【発明の効果〕

本発明のイオン注入方法によれば、従来の酸化膜ごしに
注入する方法と同等のチャネリング抑制効果を有し、か
つ、すべての注入イオンは所望のターゲット結晶中に入
り、酸化膜中にその一部を取り込まれることなく注入量
の制御が正確に行えるという従来方法にない効果を有し
ている。

本発明のイオン注入装置によれば、前記イオン注入方法
の特徴であるターゲット結晶表面で入射角度分布を持っ
たイオンビームを簡便に実現することができ、従来の斜
めにイオン注入できるがその角度は固定である装置に比
較して、ターゲット表面の構造に依存した注入分布の非
対称性、不均一性を生ぜず、かつ酸化膜形成工程のよう
に注入されつるターゲットによけいな処理を必要としな
いという実用的に大なる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係るイオン注入方法による注入
状態を示す図、第１図（ｂ）〜（ｄ）は従来のイオン注
入方法による注入状態を示す図、第２図は本発明のイオ
ン注入装置の一実施例を示す図、第３図（ａ）は本発明
のイオン注入方法により得られた注入イオンの深さ方向
濃度分布を示す図、第３図（ｂ）は従来のイオン注入方
法により得られた注入イオンの深さ方向濃度分布を示す
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶構造のターゲット基板へイオン注入するイオ
   ン注入方法において、ターゲット表面に向けて垂直に直
   進する主軸方向を含み、該主軸を中心にターゲット表面
   で入射角度分布を有するビームを用いてイオン注入を行
   うことを特徴とするイオン注入方法。
2. （２）平行に方向が揃った直進するイオンビームの偏向
   を行う２組の平行平板電極を互いに向きが異なる位置関
   係に配列し、さらに、２組の平行平板電極に連続した無
   秩序パルス波状電圧を印加し、ターゲット表面で無秩序
   な入射角度分布を持つイオンビームを得る手段とを有す
   ることを特徴とするイオン注入装置。