JPH09115850A - Method and device for implanting ion - Google Patents

Method and device for implanting ion

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JPH09115850A
JPH09115850A JP7272494A JP27249495A JPH09115850A JP H09115850 A JPH09115850 A JP H09115850A JP 7272494 A JP7272494 A JP 7272494A JP 27249495 A JP27249495 A JP 27249495A JP H09115850 A JPH09115850 A JP H09115850A
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JP
Japan
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impurity ions
impurity
ion
ions
chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7272494A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norio Nakamura
典生 中村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH09115850A publication Critical patent/JPH09115850A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide ion implanting method and device which simultaneously form a plurality of impurity areas that have different impurity concentrations. SOLUTION: Ions discharged from an ion source 1 are accelerated at a primary accelerating part 6, and only impurity ions with a prescribed weight are selected by a weight analyzing magnet 3. Electrons emitted from a heated filament 13 are permitted to collide with rare gas to obtain low-speed electrons. The electrons are injected to the ion beam so that they may be electrically combined with part of the impurity ions. Then, the impurity ions which are not combined with the electrons are further accelerated or decelerated by an accelerating part 7, and implanted to the wafer together with the electrically neutral impurity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において、ウェハ等のイオン注入対象(ターゲッ
ト)に不純物イオンを注入するイオン注入方法及びイオ
ン注入装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation method and an ion implantation apparatus for implanting impurity ions into an ion implantation target such as a wafer in a semiconductor device manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は従来のイオン注入装置を示す模式
図である。真空チャンバ42はL字状に屈曲した形状を
しており、この真空チャンバ42の一方の側にはイオン
源41が配設され、他方の側にはウェハ搭載部45が設
けられている。ウェハ搭載部45内にはウェハ取付台4
7が配設されており、このウェハ取付台47にイオン注
入すべきウェハを取付けるようになっている。このウェ
ハ取付台47は、電流計48を介して接地に接続されて
いる。
2. Description of the Related Art FIG. 4 is a schematic view showing a conventional ion implantation apparatus. The vacuum chamber 42 is bent into an L shape, the ion source 41 is provided on one side of the vacuum chamber 42, and the wafer mounting portion 45 is provided on the other side. The wafer mount 4 is provided in the wafer mounting portion 45.
7 is provided, and a wafer to be ion-implanted is mounted on the wafer mount 47. The wafer mount 47 is connected to the ground via an ammeter 48.

【0003】また、チャンバ42の屈曲部分には、質量
分析磁石(アナライザーマグネット)43が配設されて
いる。この質量分析磁石43はチャンバ42内に磁界を
発生させ、後述するように、磁界によりイオン源41か
ら放出されたイオンのうち所望の質量の不純物イオンを
選別する。質量分析磁石43とウェハ搭載部45との間
には加速部44が設けられている。この加速部44は、
加速部44が配設された部分のチャンバ軸方向に高電圧
による電界を発生し、この電界によりイオンを加速する
ものである。
A mass analysis magnet (analyzer magnet) 43 is arranged at the bent portion of the chamber 42. The mass analysis magnet 43 generates a magnetic field in the chamber 42, and selects, as will be described later, impurity ions having a desired mass from ions emitted from the ion source 41 by the magnetic field. An accelerating unit 44 is provided between the mass analysis magnet 43 and the wafer mounting unit 45. This acceleration unit 44
An electric field is generated by a high voltage in the axial direction of the chamber where the accelerating unit 44 is arranged, and the electric field accelerates the ions.

【0004】なお、チャンバ42内には、イオンビーム
の収束等を行うレンズ(図示せず)及びイオンビームを
偏向するスキャナ(図示せず)が設けられており、ウェ
ハの任意の位置にイオンを注入することができるように
なっている。また、ウェハ取付部47がイオンビームに
垂直な平面上を移動できるようにしたものもある。この
ように構成されたイオン注入装置において、イオン源4
1から放出された不純物イオンは質量分析磁石43によ
り形成された磁界により進行方向が曲げられる。この場
合に、不純物イオンの曲がる割合は不純物イオンの質量
に関係する。従って、磁界の強さを調整することによ
り、特定の質量の不純物イオンのみをウェハ搭載部45
に向かう方向に取り出し、他のイオンを除去することが
できる。
A lens (not shown) for converging the ion beam and a scanner (not shown) for deflecting the ion beam are provided in the chamber 42 so that the ion can be placed at an arbitrary position on the wafer. Can be injected. There is also a wafer mounting part 47 that can move on a plane perpendicular to the ion beam. In the ion implantation apparatus configured as described above, the ion source 4
The traveling direction of the impurity ions emitted from 1 is bent by the magnetic field formed by the mass analysis magnet 43. In this case, the bending ratio of the impurity ions is related to the mass of the impurity ions. Therefore, by adjusting the strength of the magnetic field, only the impurity ions of a specific mass are transferred to the wafer mounting portion 45.
The other ions can be removed by taking out in the direction toward.

【0005】この質量分析磁石43により選別された特
定の質量の不純物イオンは、次に、加速部44により加
速される。この不純物イオンをウェハ取付台47に取付
けたウェハに注入することにより、ウェハに不純物領域
を形成することができる。この場合に、ウェハに注入さ
れた不純物イオンによる電荷はウェハ取付台47から電
流計48を通って接地に流れるので、電流計48の値に
基づいてウェハに注入された不純物イオンの量を知るこ
とができる。また、加速部44による不純物イオンの加
速を調整することにより、不純物の注入深さを調整する
ことができる。
The impurity ions of a specific mass selected by the mass analysis magnet 43 are then accelerated by the acceleration unit 44. By implanting this impurity ion into the wafer mounted on the wafer mount 47, an impurity region can be formed in the wafer. In this case, the charge due to the impurity ions implanted into the wafer flows from the wafer mount 47 through the ammeter 48 to the ground, so the amount of the impurity ions implanted into the wafer should be known based on the value of the ammeter 48. You can Further, the implantation depth of impurities can be adjusted by adjusting the acceleration of the impurity ions by the acceleration unit 44.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のイオン注入装置においては、加速部44でイオ
ンに付与するエネルギーにより不純物の注入深さが決定
されるので、例えば図5に示すように、ウェハ51上に
形成されたレジスト52の開口部を介してウェハ51の
表面の浅い部分に高濃度不純物層53を形成し、深い部
分に低濃度不純物層54を形成する場合に、使用するマ
スク(レジスト52)が共通であるにも拘らず、イオン
注入を複数回実施する必要が有り、煩雑であるという問
題点がある。
However, in the above-described conventional ion implantation apparatus, the implantation depth of the impurities is determined by the energy applied to the ions in the accelerating portion 44, so that, for example, as shown in FIG. A mask used when the high-concentration impurity layer 53 is formed in the shallow portion of the surface of the wafer 51 and the low-concentration impurity layer 54 is formed in the deep portion through the opening of the resist 52 formed on the wafer 51 ( Although the resist 52) is common, it is necessary to carry out the ion implantation a plurality of times, which is complicated.

【0007】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、不純物濃度が異なる複数の不純
物領域を同時に形成することができるイオン注入方法及
びイオン注入装置を提供することを目的とするものであ
る。
The present invention was created in view of the above-mentioned problems of the conventional example, and provides an ion implantation method and an ion implantation apparatus capable of simultaneously forming a plurality of impurity regions having different impurity concentrations. The purpose is.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記した課題は、イオン
源から放出された不純物イオンに電界を加えて前記不純
物イオンを加速し、加速された不純物イオンのビームに
電子を注入して不純物の一部を電気的に中性化し、その
後不純物イオンに電界を加えて該不純物イオンの速度を
変え、前記中性化した不純物とともにイオン注入対象に
注入することを特徴とするイオン注入方法により解決す
る。
Means for Solving the Problems The above-mentioned problems are solved by applying an electric field to impurity ions emitted from an ion source to accelerate the impurity ions, and injecting electrons into the accelerated impurity ion beam to remove impurities. This is solved by an ion implantation method characterized in that the portion is electrically neutralized, an electric field is then applied to the impurity ions to change the speed of the impurity ions, and the impurities are ion-implanted with the neutralized impurities.

【0009】また、第2に、上述した課題は、真空チャ
ンバと、不純物イオンを発生し前記真空チャンバ内に放
出するイオン源と、このイオン源から放出された不純物
イオンに電界を加えて加速する第1の加速手段と、この
第1の加速手段により加速された不純物イオンのビーム
に電子を供給する電子供給手段と、該電子供給手段より
もイオン進行方向の前方に設けられ、不純物イオンに電
界を加えて該不純物イオンを更に加速又は減速する第2
の加速手段とを有することを特徴とするイオン注入装置
により解決する。
Secondly, the above-mentioned problems are accelerating by applying a vacuum chamber, an ion source for generating impurity ions and discharging them into the vacuum chamber, and an electric field applied to the impurity ions discharged from this ion source. A first accelerating means, an electron supplying means for supplying electrons to the beam of impurity ions accelerated by the first accelerating means, and an electron electric field provided in front of the electron supplying means in the ion advancing direction. Second to further accelerate or decelerate the impurity ions by adding
And an accelerating means for the ion implantation device.

【0010】本発明においては、第1の加速手段により
加速された不純物イオンのビームに電子を注入して、不
純物の一部を電気的に中性化する。この電気的に中性の
不純物は、第2の加速手段で加速されることなく、イオ
ン注入対象に注入される。一方、電子と結合しなかった
不純物イオンは、第2の加速手段で更に加速又は減速さ
れて、前記中性の不純物とは異なるエネルギーで前記イ
オン注入対象に注入される。これにより、イオン注入対
象に、相互に異なる深さで複数の不純物領域を同時に形
成することができる。
In the present invention, electrons are injected into the beam of impurity ions accelerated by the first accelerating means to electrically neutralize a part of the impurities. This electrically neutral impurity is implanted into the ion implantation target without being accelerated by the second accelerating means. On the other hand, the impurity ions that have not been combined with the electrons are further accelerated or decelerated by the second accelerating means, and are injected into the ion implantation target with energy different from that of the neutral impurities. Accordingly, it is possible to simultaneously form a plurality of impurity regions at different depths in the ion implantation target.

【0011】なお、イオンビームに注入する電子の速度
が遅いほど電子と不純物イオンとが結合しやすくなる。
このため、電子発生装置から放出される電子の速度が速
い場合は、電子を希ガスと衝突させて、電子の速度を低
下させることが好ましい。
It should be noted that the slower the speed of the electrons injected into the ion beam, the easier the electrons and the impurity ions are to combine.
Therefore, when the velocity of the electrons emitted from the electron generator is high, it is preferable to collide the electrons with the rare gas to reduce the velocity of the electrons.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。 (第1の形態)図1は本発明の第1の形態に係るイオン
注入装置を示す模式図である。真空チャンバ2はL字状
に屈曲しており、この真空チャンバ2の一端側にはイオ
ン源1が配設され、他端側にはウェハ搭載部5が設けら
れている。また、チャンバ2の屈曲部分には質量分析磁
石3が設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic view showing an ion implantation apparatus according to the first embodiment of the present invention. The vacuum chamber 2 is bent in an L shape, the ion source 1 is provided at one end of the vacuum chamber 2, and the wafer mounting portion 5 is provided at the other end. A mass analysis magnet 3 is provided in the bent portion of the chamber 2.

【0013】イオン源1は、例えばハロゲン化物などの
ガスをプラズマ状態にして、イオン化した不純物を真空
チャンバ2内に放出する。質量分析磁石3はチャンバ2
内に磁界を発生し、後述するように、この磁界により所
定の質量の不純物イオンのみを選別する。また、ウェハ
搭載部5内にはウェハ取付台17が配設されており、こ
のウェハ取付台17にイオン注入すべきウェハを取付け
るようになっている。このウェハ取付台17は、電流計
18を介して接地に接続されている。
The ion source 1 puts a gas such as a halide into a plasma state and emits ionized impurities into the vacuum chamber 2. Mass analysis magnet 3 is chamber 2
A magnetic field is generated therein, and as will be described later, this magnetic field selects only impurity ions having a predetermined mass. Further, a wafer mount 17 is arranged in the wafer mounting portion 5, and a wafer to be ion-implanted is mounted on the wafer mount 17. The wafer mount 17 is connected to the ground via an ammeter 18.

【0014】イオン源1と質量分析磁石3との間には前
段加速部6が設けられており、質量分析磁石3とウェハ
搭載部5との間には後段加速部7が設けられている。こ
れらの加速部6,7は、いずれもその加速部6,7が配
設された部分のチャンバ軸方向に高電圧による電界を発
生し、この電界によりイオンを加速又は減速するもので
ある。
A pre-stage acceleration section 6 is provided between the ion source 1 and the mass analysis magnet 3, and a post-stage acceleration section 7 is provided between the mass analysis magnet 3 and the wafer mounting section 5. Each of these accelerating units 6 and 7 generates an electric field due to a high voltage in the chamber axial direction of the portion where the accelerating units 6 and 7 are arranged, and the electric fields accelerate or decelerate the ions.

【0015】質量分析磁石3と後段加速部7との間には
電子発生装置10が設けられている。この電子発生装置
10は、副チャンバ11と、この副チャンバ11内の空
間と真空チャンバ2内の空間とを接続する連通部12
と、副チャンバ11内に配設されたフィラメント13
と、このフィラメント13に電力を供給する電源14
と、電源14とフィラメント13との間に接続された電
力調整部15とにより構成されている。また、副チャン
バ11には、ガス供給口19が設けられており、このガ
ス供給口19を介して副チャンバ11内にHe又はAr
等の希ガスが供給されるようになっている。
An electron generator 10 is provided between the mass analysis magnet 3 and the post-stage acceleration unit 7. The electron generator 10 includes a sub chamber 11 and a communication part 12 that connects the space inside the sub chamber 11 and the space inside the vacuum chamber 2.
And the filament 13 arranged in the sub chamber 11.
And a power supply 14 for supplying power to this filament 13.
And a power adjustment unit 15 connected between the power source 14 and the filament 13. Further, the sub chamber 11 is provided with a gas supply port 19, and He or Ar is supplied into the sub chamber 11 through the gas supply port 19.
Noble gas such as is supplied.

【0016】フィラメント13の高電位側は副チャンバ
11の筐体に電気的に接続されており、このフィラメン
ト13の高電位側と接地との間には電流計16が接続さ
れている。また、真空チャンバ2には、連通部12の近
傍にクライオポンプ20が配設されている。なお、真空
チャンバ2内には、イオンビームの収束を行うレンズ
(図示せず)及びイオンビームを偏向するスキャナ(図
示せず)が設けられており、また、ウェハ取付台17
は、取付台駆動機構(図示せず)により、イオンビーム
に垂直な平面上を移動可能になっている。これらのレン
ズ、スキャナ及び取付台駆動機構により、イオンビーム
をウェハの任意の位置に注入することができるようにな
っている。
The high potential side of the filament 13 is electrically connected to the housing of the sub chamber 11, and an ammeter 16 is connected between the high potential side of the filament 13 and the ground. Further, in the vacuum chamber 2, a cryopump 20 is arranged near the communication section 12. A lens (not shown) for focusing the ion beam and a scanner (not shown) for deflecting the ion beam are provided in the vacuum chamber 2, and the wafer mount 17 is also provided.
Can be moved on a plane perpendicular to the ion beam by a mount drive mechanism (not shown). An ion beam can be injected to an arbitrary position on the wafer by these lens, scanner, and mounting base drive mechanism.

【0017】以下、上述のように構成されたイオン注入
装置を使用した本発明に係るイオン注入方法について説
明する。まず、チャンバ2内を真空ポンプ(図示せず)
により排気し、チャンバ2内の真空度を約10-5Torrに
する。そして、イオン源1に例えばBF3 ガスを導入
し、このガスをプラズマ状態にしてイオンを発生させ
る。このイオンは、前段加速部6により所定のエネルギ
ーまで加速される。ここでは、前段加速部6により、イ
オンが約50keVのエネルギーに加速されたとする。
The ion implantation method according to the present invention using the ion implantation apparatus constructed as described above will be described below. First, a vacuum pump (not shown) inside the chamber 2
Then, the chamber 2 is evacuated, and the vacuum degree in the chamber 2 is adjusted to about 10 −5 Torr. Then, for example, BF 3 gas is introduced into the ion source 1, and this gas is put into a plasma state to generate ions. The ions are accelerated to a predetermined energy by the pre-accelerator 6. Here, it is assumed that the pre-stage acceleration unit 6 accelerates the ions to an energy of about 50 keV.

【0018】加速されたイオンは、質量分析磁石3によ
る磁界により進行方向が曲げられる。この場合に、磁界
により曲げられる割合は不純物イオンの質量に関係す
る。従って、磁界の強さを調整することにより、所望の
不純物イオンのみをウェハ搭載部5に向かう方向に取り
出すことができる。ここでは、エネルギーが約50ke
VのBF2 + イオンのみをウェハ搭載部5に向かう方向
に取り出したとする。
The direction of travel of the accelerated ions is bent by the magnetic field generated by the mass analysis magnet 3. In this case, the rate of bending by the magnetic field is related to the mass of the impurity ions. Therefore, by adjusting the strength of the magnetic field, only desired impurity ions can be extracted in the direction toward the wafer mounting portion 5. Here, the energy is about 50 ke
It is assumed that only BF 2 + ions of V are taken out in the direction toward the wafer mounting portion 5.

【0019】一方、電子発生装置10では、電源14か
ら電力が供給されてフィラメント13が加熱し、この加
熱したフィラメント13から副チャンバ11内に電子が
放出される。この電子は、ガス供給口19から供給され
たHe又はAr等の希ガスと衝突し、低エネルギー(低
速)の2次電子が放出される。そして、この電子は連通
部12を通って真空チャンバ2内に入り、質量分析磁石
3により選別されたBF2 + イオンの一部と電気的に結
合する。BF2 + イオンは、電子と結合することにより
電気的に中性なBF2 となる。チャンバ2内は高真空に
維持されているので、この電気的に中性なBF2 は前段
加速部6により加速された速度を維持したまま、ウェハ
搭載部5に向けて移動する。
On the other hand, in the electron generator 10, electric power is supplied from the power source 14 to heat the filament 13, and the heated filament 13 emits electrons into the sub chamber 11. The electrons collide with a rare gas such as He or Ar supplied from the gas supply port 19 and secondary electrons of low energy (low speed) are emitted. Then, the electrons enter the vacuum chamber 2 through the communication portion 12 and are electrically coupled with a part of the BF 2 + ions selected by the mass analysis magnet 3. The BF 2 + ion becomes an electrically neutral BF 2 by combining with an electron. Since the inside of the chamber 2 is maintained in a high vacuum, the electrically neutral BF 2 moves toward the wafer mounting unit 5 while maintaining the speed accelerated by the pre-accelerating unit 6.

【0020】なお、電力調整部15によりフィラメント
13に印加する電圧を調整することにより、フィラメン
ト13から放出される電子の量、ひいては電気的に中性
な不純物の量を調整することができる。質量分析磁石3
により選別された不純物イオンの一部は、上述の如く電
子発生装置10から放出された電子と結合して電気的に
中性の不純物(BF2 )となるが、電子と結合しなかっ
た不純物イオン(BF2 + )は、後段加速部7により更
に加速又は減速される。ここでは、後段加速部7により
イオンの流れ方向と逆方向に電界を加えて、イオンのエ
ネルギーを25keVまで減少させたとする。
By adjusting the voltage applied to the filament 13 by the power adjusting unit 15, the amount of electrons emitted from the filament 13 and, consequently, the amount of electrically neutral impurities can be adjusted. Mass analysis magnet 3
Some of the impurity ions selected by the above are combined with the electrons emitted from the electron generator 10 as described above to become electrically neutral impurities (BF 2 ), but the impurity ions that are not combined with the electrons (BF 2 + ) is further accelerated or decelerated by the post-acceleration unit 7. Here, it is assumed that the post-acceleration unit 7 applies an electric field in the direction opposite to the ion flow direction to reduce the ion energy to 25 keV.

【0021】このようにして、エネルギーが50keV
の電気的に中性な不純物(BF2 )と、エネルギーが2
5keVの不純物イオン(BF2 + )を同時にウェハに
注入することができる。この場合に、ウェハに注入され
た不純物イオンによる電荷は、電流計18を介して接地
に流れるので、電流計18の指示値に基づいてウェハに
注入されたイオンの量を知ることができる。
In this way, the energy is 50 keV
Of electrically neutral impurities (BF 2 ) and energy of 2
Impurity ions (BF 2 + ) of 5 keV can be simultaneously implanted into the wafer. In this case, the charge due to the impurity ions implanted in the wafer flows to the ground via the ammeter 18, so that the amount of ions implanted in the wafer can be known based on the value indicated by the ammeter 18.

【0022】また、フィラメント13から放出されイオ
ンと結合しなかった電子はチャンバ筐体に吸収される。
そして、フィラメント13から放出されてイオンと結合
した電子に相当する量の電荷が接地から電流計16を介
してフィラメント13、電源14及び電力調整部15に
より構成される回路に流れるので、電流計16の指示値
に基づいて、電気的に中性化したイオンの量を知ること
ができる。
Further, the electrons emitted from the filament 13 and not combined with the ions are absorbed by the chamber housing.
Then, an amount of electric charge corresponding to the electrons emitted from the filament 13 and combined with the ions flows from the ground through the ammeter 16 to the circuit constituted by the filament 13, the power supply 14 and the power adjusting unit 15, so that the ammeter 16 Based on the indicated value of, the amount of electrically neutralized ions can be known.

【0023】なお、副チャンバ11内に供給された希ガ
スは連通部12を介してチャンバ2内に流入するが、副
チャンバ11の容積はチャンバ2の容積に比して十分小
さく設定されており、また副チャンバ11からチャンバ
2内に流入する希ガスの量は連通部12により制限され
るとともに、連通部12の近傍にクライオポンプ20が
配設されているので、希ガスによるチャンバ2内の真空
度の変化を抑制することができる。
The rare gas supplied into the sub-chamber 11 flows into the chamber 2 through the communicating portion 12, but the volume of the sub-chamber 11 is set sufficiently smaller than the volume of the chamber 2. Further, the amount of the rare gas flowing into the chamber 2 from the sub chamber 11 is limited by the communication portion 12, and the cryopump 20 is arranged in the vicinity of the communication portion 12, so that the inside of the chamber 2 caused by the rare gas is reduced. The change in vacuum degree can be suppressed.

【0024】図2は半導体ウェハ21と、このウェハ2
1上に形成されたレジスト22とを示す模式図であり、
レジスト22の所定領域には開口部が設けられている。
ウェハ21に照射された不純物イオン及び電気的に中性
な不純物25は、そのエネルギーに応じた深さでウェハ
21内に注入される。すなわち、エネルギーが50ke
Vの電気的に中性な不純物(BF2 )はウェハ21の比
較的深い部分に注入され、エネルギーが25keVの不
純物イオン(BF2 + )はウェハ21の浅い部分に注入
される。このようにして、例えば不純物濃度が4×10
15atom/cm2 の不純物領域24と、不純物濃度が約1
12atom/cm2 の不純物領域23とを同時に形成する
ことができる。
FIG. 2 shows a semiconductor wafer 21 and this wafer 2.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a resist 22 formed on 1
An opening is provided in a predetermined area of the resist 22.
The impurity ions and the electrically neutral impurities 25 with which the wafer 21 is irradiated are implanted into the wafer 21 at a depth corresponding to the energy thereof. That is, the energy is 50 ke
The electrically neutral impurity of V (BF 2 ) is implanted into a relatively deep portion of the wafer 21, and the impurity ion (BF 2 + ) having an energy of 25 keV is implanted into a shallow portion of the wafer 21. In this way, for example, the impurity concentration is 4 × 10
Impurity region 24 of 15 atom / cm 2 and impurity concentration of about 1
The impurity region 23 of 0 12 atom / cm 2 can be formed at the same time.

【0025】本形態においては、このように不純物濃度
が相互に異なる2つの不純物領域を1回のイオン注入工
程で形成することができる。これにより、半導体装置の
製造工程を簡略化することができて、半導体装置の生産
性が著しく向上するという効果が得られる。図3は本形
態をMOSトランジスタのゲート電極へのドーピングに
適用した例を示す図である。まず、ウェハ31の表面に
フィールド酸化膜32及びゲート酸化膜33を形成し、
ゲート酸化膜33上にポリシリコンからなるゲート電極
34を形成する。
In the present embodiment, such two impurity regions having different impurity concentrations can be formed by one ion implantation step. As a result, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified, and the productivity of the semiconductor device is significantly improved. FIG. 3 is a diagram showing an example in which this embodiment is applied to doping of a gate electrode of a MOS transistor. First, a field oxide film 32 and a gate oxide film 33 are formed on the surface of the wafer 31,
A gate electrode 34 made of polysilicon is formed on the gate oxide film 33.

【0026】その後、上述のイオン注入装置及びイオン
注入方法により、ゲート電極34に高濃度で不純物が注
入され、ゲート電極34の下方の基板部分に低濃度でイ
オンが注入されるように、前段及び後段加速部6,7の
加速電圧及びフィラメント13に供給する電力を調整し
てイオン注入を行う。これにより、ゲート電極34に不
純物を高濃度でドープすることができるとともに、ゲー
ト電極34の両側の基板31表面にソース・ドレイン領
域35を形成できる。更に、ゲート電極34の下方の基
板部分及びソース・ドレイン領域35の下方の部分に低
濃度不純物領域36,37を同時に形成することができ
る。
After that, by the above-mentioned ion implantation apparatus and ion implantation method, impurities are implanted into the gate electrode 34 at a high concentration, and ions are implanted at a low concentration into the substrate portion below the gate electrode 34. Ion implantation is performed by adjusting the accelerating voltage of the rear accelerating units 6 and 7 and the electric power supplied to the filament 13. As a result, the gate electrode 34 can be doped with impurities at a high concentration, and the source / drain regions 35 can be formed on the surface of the substrate 31 on both sides of the gate electrode 34. Further, the low-concentration impurity regions 36 and 37 can be simultaneously formed in the substrate portion below the gate electrode 34 and the portion below the source / drain region 35.

【0027】このようにして形成したMOSトランジス
タは、ソース・ドレイン領域35の周囲に低濃度不純物
領域36,37が設けられているので、ソース・ドレイ
ン領域35の縁部での濃度勾配が緩やかになる。 (その他の形態)上述の形態においては、電子発生装置
10及び後段加速部7がいずれも1組の場合について説
明したが、電子発生装置及び後段加速部をイオンの進行
方向に沿って複数組設けることにより、相互に不純物濃
度が異なる3以上の不純物領域を同時に形成することも
できる。
Since the low-concentration impurity regions 36 and 37 are provided around the source / drain region 35 in the MOS transistor thus formed, the concentration gradient at the edge of the source / drain region 35 is gentle. Become. (Other Embodiments) In the above-described embodiment, the case where the electron generator 10 and the post-stage acceleration unit 7 are both one set has been described, but a plurality of sets of the electron generator and the post-stage acceleration unit are provided along the traveling direction of the ions. As a result, three or more impurity regions having different impurity concentrations can be simultaneously formed.

【0028】また、上述の形態においては、後段加速部
7で不純物イオンを減速させることにより、ウェハ表面
の浅い部分に高濃度不純物領域を形成し、深い部分に低
濃度不純物領域を形成する場合について説明したが、例
えば前段加速部6でイオンを25keVに加速し、後段
加速部7で不純物イオンを50keVに加速するように
すれば、ウェハ表面の浅い部分に低濃度不純物領域を形
成し、深い部分に高濃度不純物領域を形成することがで
きる。
Further, in the above embodiment, the case where the high-concentration impurity region is formed in the shallow portion of the wafer surface and the low-concentration impurity region is formed in the deep portion by decelerating the impurity ions in the post-accelerating portion 7 As described above, for example, by accelerating the ions to 25 keV in the pre-accelerating section 6 and accelerating the impurity ions to 50 keV in the post-accelerating section 7, a low-concentration impurity region is formed in a shallow portion of the wafer surface and a deep portion is formed. A high-concentration impurity region can be formed in the.

【0029】更に、上述の実施例においては、副チャン
バ11内に希ガスを供給する場合について説明したが、
希ガスを供給しなくてもよい。しかし、フィラメント1
3から放出される電子の速度は比較的速いため、副チャ
ンバ11内に希ガスを供給しない場合は、電子と不純物
イオンとが結合しにくく、十分な量のイオンを中性化す
ることが困難である。従って、上述の如く、副チャンバ
11内には希ガスを供給し、この希ガスに電子を衝突さ
せて定エネルギーの電子を得ることが好ましい。
Further, in the above embodiment, the case where the rare gas is supplied into the sub chamber 11 has been described.
It is not necessary to supply the rare gas. But filament 1
Since the speed of electrons emitted from No. 3 is relatively high, if no rare gas is supplied into the sub-chamber 11, it is difficult for electrons and impurity ions to combine, and it is difficult to neutralize a sufficient amount of ions. Is. Therefore, as described above, it is preferable to supply a rare gas into the sub chamber 11 and collide electrons with the rare gas to obtain constant energy electrons.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1の加速手段により加速された不純物イオンのビーム
に電子を供給してイオンの一部を電気的に中性化し、残
りの不純物イオンを第2の加速手段により更に加速又は
減速するので、ウェハ等のイオン注入対象に不純物濃度
が相互に異なる複数の層を同時に形成することができ
る。これにより、半導体装置の生産性が向上するという
効果を奏する。
As described above, according to the present invention,
Electrons are supplied to the beam of impurity ions accelerated by the first accelerating means to electrically neutralize a part of the ions, and the remaining impurity ions are further accelerated or decelerated by the second accelerating means. It is possible to simultaneously form a plurality of layers having different impurity concentrations on the target of ion implantation such as. As a result, there is an effect that the productivity of the semiconductor device is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係るイオン注入装置を示
す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明に係るイオン注入装置により不純物領域
を形成した半導体装置を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a semiconductor device having an impurity region formed by the ion implantation device according to the present invention.

【図3】本発明をMOSトランジスタのゲート電極への
ドーピングに適用した例を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example in which the present invention is applied to doping of a gate electrode of a MOS transistor.

【図4】従来のイオン注入装置を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing a conventional ion implantation device.

【図5】従来の問題点を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional problem.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,41 イオン源 2,42 真空チャンバ 3,43 質量分析磁石 5,45 ウェハ搭載部 6,7,44 加速部 10 電子発生装置 11 副チャンバ 13 フィラメント 16,18,48 電流計 17,47 ウェハ取付台 19 ガス供給口 21,31,51 ウェハ 22,52 レジスト 1,41 Ion source 2,42 Vacuum chamber 3,43 Mass analysis magnet 5,45 Wafer mounting part 6,7,44 Accelerating part 10 Electron generator 11 Sub chamber 13 Filament 16,18,48 Ammeter 17,47 Wafer mounting Table 19 Gas supply port 21, 31, 51 Wafer 22, 52 Resist

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン源から放出された不純物イオンに
電界を加えて前記不純物イオンを加速し、 加速された不純物イオンのビームに電子を注入して不純
物の一部を電気的に中性化し、 その後不純物イオンに電界を加えて該不純物イオンの速
度を変え、前記中性化した不純物とともにイオン注入対
象に注入することを特徴とするイオン注入方法。
1. An electric field is applied to impurity ions emitted from an ion source to accelerate the impurity ions, and electrons are injected into a beam of the accelerated impurity ions to electrically neutralize a part of the impurities, After that, an electric field is applied to the impurity ions to change the speed of the impurity ions, and the impurities are ion-implanted together with the neutralized impurities into an ion implantation target.
【請求項2】 真空チャンバと、 不純物イオンを発生し前記真空チャンバ内に放出するイ
オン源と、 このイオン源から放出された不純物イオンに電界を加え
て加速する第1の加速手段と、 この第1の加速手段により加速された不純物イオンのビ
ームに電子を供給する電子供給手段と、 該電子供給手段よりもイオン進行方向の前方に設けら
れ、不純物イオンに電界を加えて該不純物イオンを更に
加速又は減速する第2の加速手段とを有することを特徴
とするイオン注入装置。
2. A vacuum chamber, an ion source for generating impurity ions and discharging them into the vacuum chamber, a first accelerating means for accelerating the impurity ions emitted from the ion source by applying an electric field thereto, 1. An electron supply unit for supplying electrons to the beam of impurity ions accelerated by the first acceleration unit, and an electron supply unit provided in front of the electron supply unit in the ion advancing direction to further accelerate the impurity ions by applying an electric field to the impurity ions. Alternatively, an ion implantation device having a second accelerating means for decelerating.
【請求項3】 前記電子供給手段は、 前記真空チャンバ内の空間に連通した空間を有する副チ
ャンバと、この副チャンバ内に配設された電子発生手段
と、前記副チャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給手
段とにより構成されていることを特徴とする請求項2に
記載のイオン注入装置。
3. The electron supply means supplies a sub-chamber having a space communicating with the space in the vacuum chamber, an electron generating means arranged in the sub-chamber, and a rare gas supplied to the sub-chamber. 3. The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein the ion implantation apparatus is configured by a rare gas supply unit that operates.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999001885A1 (en) * 1997-07-03 1999-01-14 Applied Materials, Inc. Electron flood apparatus for neutralising charge build up on a substrate during ion implantation
KR20000023162A (en) * 1998-09-16 2000-04-25 포만 제프리 엘 METHOD TO OPERATE GeF4 GAS IN HOT CATHODE DISCHARGE ION SOURCES
US6177679B1 (en) 1998-04-13 2001-01-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Ion implanter with impurity interceptor which removes undesired impurities from the ion beam
KR100392039B1 (en) * 1999-02-22 2003-07-22 가부시끼가이샤 도시바 Ion implantation method and ion implantation equipment

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