JPH05315276A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多くの構造のデバイスに対応できる特殊な注
入が、ハード面の装置の変更をすることなく、ソフト面
の変更のみにおいて実現でき、通常プロセス中への導入
を容易にする。 【構成】 直方体の４方向を構成している各辺４、５、
６、７の内の一つの辺４に対して、その辺４の下に入り
込む方向にイオンビーム８のイオン注入を行なう。傾斜
イオン注入は基板３が傾斜して取り付けられている。基
板３の回転は、機械制御によって実現されている。機械
制御は計算機からの指令によって行なわれる。計算機に
は、基板３の回転角度、停止位置、イオン注入角度、ド
ーズ量が入力される。機械制御には計算機から回転角度
と停止位置の情報が送られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微細な構造を有する超Ｌ
ＳＩの製造方法に必要なイオン注入装置の機構に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、イオン注入は、トレンチ構造やゲ
ート電極の下部の不純物分布を制御するのに用いられて
いる。また、高信頼性を持つＭＯＳ素子を形成するゲー
トオーバーラップ構造を形成するために回転イオン注入
や回転ステップイオン注入が行われている。

【０００３】イオン注入装置の持っている機能を図６を
用いて説明する。イオンの注入ビーム１に対してウェー
ハ２を真空中において回転する機構を持っている。ただ
しこの回転は連続回転あるいは４ステップ回転法であ
る。４ステップ回転法とは、回転を停止した状態で注入
し、注入後に回転角９０゜だけ回転させ、再び停止して
ウェーハ２上に形成されたパターンの周囲に４回ステッ
プ注入し、ウェーハ２に均一にドーピングする方法であ
る。このとき、各注入条件が同じ条件で行なわれる。

【０００４】しかしながら、超ＬＳＩ素子の構造が複雑
化すると、ウェーハ２上に形成されたパターンの周囲全
てに均一にイオン注入するだけでは、所望の特性を持つ
微細な素子の形成ができなくなってきた。

【０００５】例えば微細な固体撮像素子のフォトダイオ
ード部を形成する際、読み出しゲート電極の存在する辺
に他の辺と同様のイオン注入を施すと、特性への悪影響
がある。このために上記従来の回転イオン注入において
は、回転角９０°で４回ウェーハ２を回転させていた
が、上記特性への悪影響を避けるためには、その４回の
回転の内、３回はイオン注入角度が同じで、他の１回は
イオン注入角度を異ならすか、あるいは他の１回はイオ
ン注入ドーズ量を異ならせたイオン注入を行なうか、あ
るいはイオン注入を行わないなどの方法を用いる必要が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のイオン注入
装置では、より多くの角度、すなわち回転イオン注入の
際に回転角が３０゜や６０゜とできたり、その他の１回
のイオン注入を１度に行うことのできる機構を持つイオ
ン注入装置が必要である。このようなイオン注入を現在
のイオン注入装置で実現しようとすると、数回のイオン
注入を行い、各イオン注入毎に条件設定を行うことにな
る。このため非常に工程のコストが高くなる。またウェ
ーハの取扱い上パーティクルが生じやすいなどの欠点が
ある。また工程が複雑化してプロセスミスが生じやすい
など多くの欠点を持つ。このような理由から、良品歩留
りの低下を招き、製造レベルでの実用化は困難であると
いう課題がある。

【０００７】本発明は上記の欠点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、注入装置の枚葉式の一枚の一回の
イオン注入時に何種類かのパラメータ、特に回転角と注
入角度、それと各ステップにおいて試料内での不純物の
２次元における分布が非対称となるような注入条件に
て、任意に多くの注入パラメータの条件を設定できるプ
ログラム機能を付加することによって様々な複雑な機能
を有するイオン注入装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のイオン注入装置は、基板と、前記基板を傾
斜させて第１のイオン注入を行う第１の工程と、その後
前記基板をステップ回転させ第２のイオン注入を行う第
２の工程と、前記第１、２の工程を繰り返し、複数回の
前記ステップ回転のイオン注入の各々のイオン注入条件
が任意に設定されている。

【０００９】また、上記目的を達成するために、本発明
のイオン注入装置は、基板と、前記基板を傾斜させて、
かつ連続的に回転させてイオン注入を行うに当り、前記
回転中の任意の角度範囲で、前記基板が前記イオン注入
によるイオンの照射を停止させる。

【００１０】

【作用】枚葉式イオン注入装置において一枚の注入中の
一連の注入時において複数回のステップ回転の注入にお
いて各ステップでの注入条件（注入ドーズ、加速エネル
ギー、注入角度、アジマス角度）を任意に設定する機構
を持たせ、また連続回転装置に関してある回転角の範囲
の間のみイオンビームを停止する構造であることにより
任意の場所でイオン注入プロファイルを非対称の形状と
することができる。

【００１１】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１の模式図を用い
て説明を行う。

【００１２】基板３内にイオンが打ち込まれる凹部があ
る。凹部は立体的に描いており、直方体の形状をしてい
る。凹部は、打ち込み場所のマスクの開口部であるとも
言える。

【００１３】直方体の４方向を構成している各辺４、
５、６、７の内の一つの辺４に対してその辺４の下に入
り込む方向にイオンビーム８のイオン注入を行なう。こ
れを傾斜イオン注入と言う。この傾斜イオン注入の機構
について図２に示す。基板３が傾斜して取り付けられて
いる。基板３の回転は、機械制御によって実現されてい
る。機械制御は計算機からの指令によって行なわれる。
計算機には、基板３の回転角度、停止位置、イオン注入
角度、ドーズ量が入力される。機械制御には計算機から
回転角度と停止位置の情報が送られる。また、計算機は
イオン注入のイオン１１の制御を行なう電気制御につな
がっている。ここには計算機のイオン注入角度とドーズ
量が送られ電気制御している。

【００１４】このようなシステムは、基板３を傾斜させ
て枚葉式イオン注入装置にセットし、一枚の基板３をイ
オン注入するに当り、一連のイオン注入時において複数
回のステップ回転の注入を行なう。この時、各ステップ
での注入条件（注入ドーズ、加速エネルギー、注入角
度、アジマス角度）を任意に設定することができる。

【００１５】すなわちｎ回ステップの注入を行う場合
に、各ステップの回転角が３６０゜／ｎの角度に設定さ
れてしまうのではなく、任意の角度の設定ができ、その
角度で合計ｎ回のイオン注入を行なうことができる。

【００１６】次に、これらのシステムを用いて、基板３
を傾斜したままで９０°回転させる。これによって辺５
のマスク下に入り込むイオンビーム９がイオン注入され
る。

【００１７】またこの後基板３を傾斜したまま９０°回
転して、次の辺６のマスク下に入り込むイオンビーム１
０によりイオン注入を行う。

【００１８】この方法を用いてイオン注入を行なった時
の半導体装置の断面形状を図３と図４に示す。

【００１９】図３は図１の辺４と辺６に平行な面の断面
である。また図４は図１の辺５と辺７に平行な面の断面
を示す。

【００２０】基板１２上の所定位置にイオン注入のマス
ク１３が形成されている。この試料を用いて上記イオン
注入を行なう。

【００２１】これより辺７の下部においてのみ、イオン
がマスク下への入り込みが少なくなっている。このよう
に以上説明した方法を用いると微細なパターンを持つ半
導体装置を形成する際に、良好な結果を得ることができ
る。

【００２２】その他の方法としてあるステップにおける
イオン注入角度のパラメータのみを変化させ、例えば、
注入角度を０°とすることでマスク下に入り込む方向の
イオン注入が非対称な構造を形成させることができる。

【００２３】またその他にも、あるステップに対しては
イオン注入ドーズ量を変えて注入することもできる。

【００２４】このように本発明のイオン注入装置の機能
を用いることによって、さまざまな微細な半導体装置に
要求される構造をイオン注入装置の大幅な変更を行う事
なく装置の制御用計算機のソフト上の機能を追加するこ
とによって容易に実現できる。

【００２５】図５に本発明のイオン注入装置を用いて、
固体撮像素子のフォトダイオードに正孔蓄積層の形成を
行う場合について説明する。

【００２６】Ｐ型基板１４にＮ型フォトダイオード層１
５を形成する。次に電荷読み出し領域１６であるＰ型拡
散層を形成する。次にチャンネル領域１７を形成した
後、ＣＣＤの電極領域１８の形成をする。さらに絶縁膜
１９を形成する。そしてフォトダイオード層１５の表面
に正孔蓄積層２０を形成する。この正孔蓄積層２０はボ
ロンイオンビーム２１で、右側の電極領域１８ａのマス
ク下に入り込む方向に注入する。またボロンイオンビー
ム２２は紙面手前あるいは紙面向こう側の辺に入り込む
ように注入する。そして左辺の読み出し部の電極領域１
８ｂに対しては、読み出し特性を改善するために、正孔
蓄積層２０がマスク下に入り込まないようにイオン注入
されている。

【００２７】このような構造を本発明のイオン注入装置
で作製する場合、従来のイオン注入工程と比べて時間が
短くでき、量産段階でも十分に使える実用性の高いイオ
ン注入方法である。

【００２８】第二の発明の方法の実施例として、連続回
転中にある回転角度のある範囲、例えば３６０°の内の
９０°の間にわたって、ビームを停止する機能を付加し
ている。

【００２９】これによって任意の位置に基板が来たとき
に、イオンビームの注入を停止できる。このためマスク
の下にイオンが入り込まないようにした場合に使用され
る。

【００３０】この結果、第一の実施例と同様にイオン注
入領域に非対称なイオン注入分布を持つ半導体装置を作
製することができる。

【００３１】ただしこの場合には、ある辺の一部分のマ
スク下に入り込む注入がなされなくとも、その半導体装
置の特性上問題とならない部分についてのみ使われるこ
とになる。このため第一の実施例において、実現したイ
オン注入の様々な変化をさせることはできないが、イオ
ン注入の処理時間を短縮できる点において有利となる。

【００３２】

【発明の効果】この方法を用いることによって多くの構
造のデバイスに対応できる特殊な注入が、ハード面の装
置の変更をすることなく、ソフト面の変更のみにおいて
実現でき、通常プロセス中に導入が容易に可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための基板斜視図

【図２】本発明のイオン注入装置の機構を説明するため
の図

【図３】本発明のイオン注入装置を用いて形成した固体
撮像素子の工程断面図

【図４】本発明のイオン注入装置を用いて形成した固体
撮像素子の工程断面図

【図５】本発明のイオン注入装置を用いて形成した固体
撮像素子の断面図

【図６】従来のイオン注入装置の機構を説明するための
図

【符号の説明】

３ 基板 ４，５，６，７ 辺 ８，９，１０ イオンビーム

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/317 Ｂ 9172−5Ｅ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、前記基板を傾斜させて第１のイオ
   ン注入を行う第１の工程と、その後前記基板をステップ
   回転させ第２のイオン注入を行う第２の工程と、前記第
   １、２の工程を繰り返し、複数回の前記ステップ回転の
   イオン注入の各々のイオン注入条件が任意に設定されて
   いることを特徴とするイオン注入装置。
2. 【請求項２】前記イオン注入条件が、機械制御と電気制
   御を同時に行なう計算機により設定されていることを特
   徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
3. 【請求項３】基板と、前記基板を傾斜させて、かつ連続
   的に回転させてイオン注入を行うに当り、前記回転中の
   任意の角度範囲で、前記基板が前記イオン注入によるイ
   オンの照射を停止させることを特徴とするイオン注入装
   置。