JPH11283931A - Ion implantation method - Google Patents

Ion implantation method

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JPH11283931A
JPH11283931A JP10083229A JP8322998A JPH11283931A JP H11283931 A JPH11283931 A JP H11283931A JP 10083229 A JP10083229 A JP 10083229A JP 8322998 A JP8322998 A JP 8322998A JP H11283931 A JPH11283931 A JP H11283931A
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JP
Japan
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substrate
ion
wave
ion implantation
generated
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Application number
JP10083229A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Ihara
茂男 井原
Satoshi Ito
智 伊藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To repair the defects produced by ion implantation in an early stage, and at the same time, to limit the position of an impurity to a shallow depth from the surface. SOLUTION: In the ion implantation method, the probability of an impurity being moved nearer to the surface of a substrate and defects being repaired is improved, by locally raising the temperature of the substrate by reflecting shock waves generated in the substrate by means of an acoustic wave reflecting plate 3006 in such a way that the position of ions is measured by means of a detector 3009, when ion implantation is performed by using cluster ions and the information is transmitted to an acoustic wave reflecting mobile device 3010, and then a mobile plate 3005 and the reflection plate 3006 are moved to the prescribed positions.

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】本発明は半導体のイオン打ち
込みを用いた浅接合化プロセス方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shallow junction process using ion implantation of a semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSFETの高集積化・高速化のため
の素子形成技術として、ゲート絶縁膜の薄膜化とソース
・ドレイン拡散相の浅接合化が問題となる。この場合、
イオン打ち込みによって、不純物層を形成することが行
われる。ところが、イオン打ち込み時に、表面の深いと
ころの欠陥が誘起され、欠陥によって不純物の拡散が助
長され、不純物層が表面の浅いところにできにくくな
り、浅接合化を阻む要因となっている。
2. Description of the Related Art As element formation techniques for high integration and high speed of MOSFETs, there are problems in thinning the gate insulating film and making the source / drain diffusion phases shallow. in this case,
An impurity layer is formed by ion implantation. However, at the time of ion implantation, defects at a deep portion of the surface are induced, and the diffusion of impurities is promoted by the defects, so that it is difficult to form an impurity layer at a shallow portion of the surface, which is a factor preventing a shallow junction.

【0003】イオン打ち込み時の欠陥の誘起を少なくす
るために、注入イオンを1keV以下の低エネルギにす
ることが一般に考えられている。このために、イオンの
印加電圧を下げる必要があるが、イオンインプランター
の低電圧化に限界があり、荷電イオンに単原子ではなく
原子クラスタを用いることが考えられている。クラスタ
イオンを用いることにより、同じ印加電圧で、単原子あ
たりの実効的なイオンの注入エネルギを1keV以下に
容易に下げることができる。
In order to reduce the induction of defects at the time of ion implantation, it is generally considered to reduce the energy of implanted ions to 1 keV or less. For this reason, it is necessary to reduce the applied voltage of ions, but there is a limit to the reduction in voltage of the ion implanter, and it has been considered to use atom clusters instead of single atoms for charged ions. By using cluster ions, the effective ion implantation energy per single atom can be easily reduced to 1 keV or less at the same applied voltage.

【0004】従来の素子形成技術としてB+ からBF2 +
イオンを用いたイオン注入技術の低エネルギ化が検討さ
れている。国際デバイス会議(Technical Digest of In
ternational Electron Device Meeting、1996、San Die
go, CA (IEEE1996).pp.435.)では、注入イオンビーム
のボロン密度を高くし、さらにクラスタ原子を大きくす
る目的で、デカボランB1014 + イオンの利用を実験的
に検討していることが報告されている。しかし、従来に
おいてはこのクラスタを用いる以外に、イオン打ち込み
時に生じる表面の深いところの欠陥を少なくする方法に
ついては、検討されていなかった。
As a conventional device forming technique, B + to BF 2 +
Low energy ion implantation technology using ions is being studied. International Device Conference (Technical Digest of In)
ternational Electron Device Meeting, 1996, San Die
go, CA (IEEE1996) .pp.435. ) Reports that the use of decaborane B 10 F 14 + ions is experimentally studied for the purpose of increasing the boron density of the implanted ion beam and further increasing the cluster atoms. However, conventionally, other than the use of the cluster, no method has been studied for reducing defects at a deep portion of the surface which occur at the time of ion implantation.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、ク
ラスタを用いたイオン打ち込み時に、表面の深いところ
の欠陥をできるだけ早期に有効に修復し、MOSFET
の高集積化・高速化のための浅接合化を進める。
SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, when implanting ions using a cluster, a defect deep in the surface can be effectively repaired as early as possible, and the MOSFET can be repaired.
Shallow junctions for high integration and high speed.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】イオン打ち込み時に表面
の深いところに誘起された欠陥は、結晶格子から原子が
抜け出たことによって生じるものが大部分である。そこ
で、本発明おいては、原子がもとの結晶格子を組む位置
に移動しやすいように、局所的に結晶格子の温度を上昇
させる。温度上昇が局所的にしかもイオン打ち込み時に
生成された欠陥付近で起こるように、イオン打ち込み時
に発生するショックウエーブを利用する。そのためにク
ラスタイオンの衝突位置を計測し、その位置情報を移動
可能な反射板を衝突位置の真裏に位置させる移動装置に
伝達する手段を設ける。それによってイオン打ち込み時
に欠陥とほぼ同時に生成された球対称のショックウエー
ブを結晶基板の裏で反射させ、表面の深い位置で生成さ
れた欠陥に対して、原子がもとの結晶格子を組みやすい
ように局所的に結晶格子の温度を上昇させることができ
る。
Most of the defects induced deep in the surface during ion implantation are caused by the escape of atoms from the crystal lattice. Therefore, in the present invention, the temperature of the crystal lattice is locally increased so that the atoms can easily move to the position where the original crystal lattice is formed. A shock wave generated at the time of ion implantation is used so that the temperature rise occurs locally and near a defect generated at the time of ion implantation. For this purpose, there is provided a means for measuring the collision position of the cluster ions and transmitting the position information to a moving device for positioning a movable reflector directly behind the collision position. As a result, the spherically symmetric shock wave generated almost simultaneously with the defect at the time of ion implantation is reflected on the back of the crystal substrate, so that atoms can easily form the original crystal lattice for the defect generated at a deep position on the surface. The temperature of the crystal lattice can be locally increased.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、半導体で用いられるシリコ
ンを基板とし、不純物として例えばボロンを打ち込む場
合を例に本発明の一実施例を説明する。さらにイオン打
ち込みのためのイオンインプランターの加速電圧を、現
行の加速イオンインプランターで最も多く用いられる約
5keVとした場合について述べる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below, taking as an example the case where silicon used as a semiconductor is used as a substrate and, for example, boron is implanted as an impurity. Further, a case will be described in which the acceleration voltage of the ion implanter for ion implantation is set to about 5 keV, which is the most frequently used in the current accelerated ion implanter.

【0008】図1に本発明の一実施例のイオン打ち込み
装置の概略を示す。図において3001は真空装置、300
7はチェンバーである。イオンソース3002から印加
され飛び出してきたイオンクラスタ3003は基板30
04に打ち込まれ、不純物層を形成する。このとき表面
の深いところの欠陥(図示せず)が誘起される。この欠
陥によって不純物の拡散が助長され、不純物層が表面の
浅いところにできにくくなり、浅接合化を阻む原因とな
っているので、欠陥をすみやかに消去する必要がある。
FIG. 1 schematically shows an ion implantation apparatus according to one embodiment of the present invention. In the figure, 3001 is a vacuum device, 300
7 is a chamber. The ion cluster 3003 applied from the ion source 3002 and jumping out is
04 to form an impurity layer. At this time, a defect (not shown) deep in the surface is induced. This defect promotes the diffusion of impurities and makes it difficult to form an impurity layer at a shallow surface, which hinders a shallow junction. Therefore, it is necessary to immediately erase the defect.

【0009】まず、入射イオンクラスタの衝突位置を検
出する手段について述べる。
First, means for detecting the collision position of the incident ion cluster will be described.

【0010】x軸方向の検出器DX3008およびy軸
方向の検出器DY3009によってイオンクラスタ30
03が基板3004のどこの座標に衝突したのかを測定
する。検出器DX3008およびDY3009の基板表
面からの高さ位置によって、z軸の位置が決定できる。
検出器の例としては、レーザビームを用いた光電効果に
よりイオンクラスタ3003の位置を割り出すことがで
きる。ショックウエーブの反射は高精度でなくてよいの
で、検出器で用いるレーザービームの本数は少なくてよ
い。さらにイオンクラスタ3003が大きくなればなる
ほど、検出対象物が大きくなるので検出器で用いるレー
ザービームの本数は少なくてすむ。
An ion cluster 30 is formed by a detector DX3008 in the x-axis direction and a detector DY3009 in the y-axis direction.
03 is measured at which coordinates on the substrate 3004. The position of the z-axis can be determined by the height position of the detectors DX3008 and DY3009 from the substrate surface.
As an example of the detector, the position of the ion cluster 3003 can be determined by a photoelectric effect using a laser beam. Since the reflection of the shock wave need not be highly accurate, the number of laser beams used in the detector may be small. Furthermore, the larger the ion cluster 3003, the larger the object to be detected. Therefore, the number of laser beams used in the detector can be reduced.

【0011】ここで、イオン衝突の様子について若干述
べる。イオンクラスタが基板に衝突する様子を調べるた
めに、分子動力学法によってシミュレーションを行っ
た。イオンインプランターの加速電圧を現行の加速イオ
ンインプランターで最も用いられる約5keV低エネル
ギのクラスタイオン注入のシミュレーションを行うと
き、低エネルギのため相互作用で作用しあっている原子
あるいはイオンの多体の多重衝突を扱わねばならない。
このような場合には、分子動力学は極めて有効である。
分子動力学では原子それぞれに作用する力を原子配置か
ら計算し、原子の時間発展を求めるので、相互作用で作
用しあっている原子あるいはイオンの多体の多重衝突を
自然な形で取り扱えるからである。
Here, the state of ion collision will be described a little. In order to investigate how the ion clusters collide with the substrate, a simulation was performed by the molecular dynamics method. When the acceleration voltage of the ion implanter is simulated for the cluster ion implantation of about 5 keV and low energy which is most used in the current acceleration ion implanter, the many energy of the atoms or ions interacting with each other due to the low energy is simulated. Multiple collisions must be handled.
In such a case, molecular dynamics is extremely effective.
In molecular dynamics, the force acting on each atom is calculated from the atomic arrangement and the time evolution of the atom is calculated, so that multiple collisions of atoms or ions interacting with each other can be handled in a natural way. is there.

【0012】本願発明者のシミュレーションでは、シリ
コン結晶を精度よく再現し、最もよく使われるStilling
er−Weber ポテンシャルを採用した。このポテンシャル
では2つの原子と原子の間の距離だけに依存する2体力
ポテンシャルでは、ダイヤモンド結晶の原子配置を正し
く再現できないので、隣り合った3つの原子の間の角度
依存性も取り入れている。
In the simulation of the present inventor, the silicon crystal is accurately reproduced, and the most frequently used stilling is used.
The er-Weber potential was adopted. With this potential, a two-body potential, which depends only on the distance between two atoms, cannot correctly reproduce the atomic arrangement of the diamond crystal. Therefore, the angle dependence between three adjacent atoms is also taken into account.

【0013】イオンクラスタの注入過程では、単原子の
イオン打ち込みの場合にみられる固体の内部で進行する
衝突過程と大きく異なり、衝突の影響は表面で極めて大
きい。衝突により基板表面全体が大きくへこんで、また
もとに戻るといったマクロな振る舞いをする。入射イオ
ンは衝突のエネルギが大きいため、分解し、基板の浅い
部分に分布する。
In the process of implanting ion clusters, the effect of the collision is extremely large on the surface, which is significantly different from the collision process that proceeds inside a solid as observed in the case of ion implantation of a single atom. The macro behavior that the whole substrate surface is greatly dented by collision and returns to its original state. The incident ions are decomposed and distributed to a shallow portion of the substrate because of high collision energy.

【0014】単原子のイオン打ち込みの場合には不純物
イオンと基板内の原子とが次々と衝突して、さらに衝突
された原子が同じように次々と他の基板内の原子と衝突
するという2つの原子あるいはイオンがペアを作って衝
突をおこすカスケード散乱が支配的になる。ところが、
クラスタイオン衝突時には、クラスタ内の原子のほとん
どは、ほぼ同時に基板の原子と衝突してカスケード散乱
よりもさらに複雑な多体運動あるいは協調運動をする。
In the case of ion implantation of a single atom, the impurity ions and the atoms in the substrate collide one after another, and the collided atoms collide with the atoms in another substrate in the same manner. Cascade scattering, in which atoms or ions form pairs and collide, becomes dominant. However,
At the time of cluster ion collision, most of the atoms in the cluster collide with the atoms of the substrate almost at the same time, and perform more complex multibody motion or cooperative motion than cascade scattering.

【0015】さらに、クラスタ原子数をかえたときの変
化についてシミュレーションにより調べた結果を述べ
る。
Further, the result of a simulation of the change when the number of cluster atoms is changed will be described.

【0016】クラスタ原子を構成する原子の数Ncを
1,8,20,90と変えたときの衝突では、Ncが大
きくなるにつれ、基板全体が大きくへこんで、またもと
に戻るといったマクロな振る舞いが大きくなる。イオン
衝突の衝撃が表面の浅い部分で起こるので、欠陥の生成
は表面付近で極めて大きい。
In a collision when the number Nc of atoms constituting the cluster atoms is changed to 1, 8, 20, and 90, a macro behavior in which the whole substrate is greatly dented and returned to its original position as Nc increases. Becomes larger. Since the impact of the ion collision occurs at a shallow part of the surface, the generation of defects is extremely large near the surface.

【0017】Nc=1,8,20,90と変えたとき、
イオンクラスタの原子の数が多いほど欠陥の位置は浅く
なる。従って、イオンクラスタの原子の数を多くする
と、欠陥は表面の深いところよりも浅いところで存在し
やすくなる。ただし、表面付近の浅いところでの欠陥生
成が多いことは、現状では表面近傍では後に表面処理を
して削ることが多いので、プロセス上は問題にはならな
い。逆に言えば、イオンクラスタの原子の数を多くする
と、表面の浅いところの欠陥生成が多くなり、マクロな
振る舞いが大きくなることによって、表面の深いところ
の欠陥生成が抑制される。
When Nc = 1, 8, 20, and 90,
As the number of atoms in the ion cluster increases, the position of the defect becomes shallower. Therefore, when the number of atoms in the ion cluster is increased, the defects are more likely to exist at a shallower position than at a deeper position on the surface. However, the fact that many defects are generated near the surface at a shallow level does not pose a problem in the process because, at present, near the surface is often subjected to surface treatment and shaving. Conversely, when the number of atoms in the ion cluster is increased, the number of defects generated at a shallow portion of the surface increases, and the macroscopic behavior increases, thereby suppressing the generation of defects at a deep portion of the surface.

【0018】アニール時の拡散の増大は表面より深い欠
陥によって多く引き起こされ、デバイス特性に影響をあ
たえるのでこの結果はデバイス作製上は好ましい結果と
なっている。以上から、デバイス設計上は好ましくはな
い深い表面での欠陥形成は、クラスタイオンのイオン打
ち込みでは抑えられている。
This result is favorable in device fabrication because the increase in diffusion during annealing is often caused by defects deeper than the surface and affects the device characteristics. As described above, defect formation on a deep surface, which is not preferable in device design, is suppressed by ion implantation of cluster ions.

【0019】クラスタイオン衝突によって生じるショッ
クウエーブとその反射について述べる。図2および図3
では、イオンの衝突した点以下の実験では観測できない
領域の物理現象を可視化するために、結晶固体を仮想的
に切断した切り口で表示した。図2の614は衝突のエ
ネルギが大きいため分解した入射イオンである。図2に
示すように、局所的な温度分布を可視化した結果、単原
子イオンのイオン打ち込みでは見られなかった、原子数
個分の厚みをもったz軸の下向きの速度を持つショック
ウェーブ615が形成され、内部へ伝播されることが分
かった。ショックウェーブの形成はNc=8のときはは
っきりせず、Nc=20およびNc=90の順に顕著に
なる。Nc=90の場合でもショックウェーブの通った
後に、欠陥は形成されなかった。このことは、ショック
ウエーブは、欠陥位置にある原子を移動させるには十分
であるが、安定な格子を形成している原子を欠陥位置に
おくほどのエネルギはないことを示している。
The shock wave generated by cluster ion collision and its reflection will be described. 2 and 3
Then, in order to visualize the physical phenomena in the region that cannot be observed in the experiment below the point where the ions collided, the crystalline solid was displayed at the cut section virtually cut. In FIG. 2, reference numeral 614 denotes an incident ion decomposed due to high collision energy. As shown in FIG. 2, as a result of visualizing the local temperature distribution, a shock wave 615 having a z-axis downward velocity with a thickness of several atoms, which was not observed by ion implantation of a single atom ion, was formed. And was found to be propagated inside. The formation of a shock wave is not clear when Nc = 8, but becomes more pronounced in the order of Nc = 20 and Nc = 90. Even when Nc = 90, no defect was formed after the shock wave passed. This indicates that the shockwave is sufficient to move the atoms at the defect location, but does not have enough energy to place the atoms forming the stable lattice at the defect location.

【0020】基板の原子の速度は、平均として基板の温
度がもともと常温300Kになるように設定したが、N
c=20のとき基板の下に温度が更に低い原子層を設
け、反射板を設定した。図3に示すように、その結果、
ショックウエーブ615は反射板617で反射され、図
3の616のようにz軸の上向きの速度をもつショック
ウエーブに変化する。それによって面付近での局所的な
温度上昇を引き起すことが可能になる。
The speed of the atoms of the substrate is set so that the temperature of the substrate is originally 300 K at normal temperature.
When c = 20, an atomic layer having a lower temperature was provided below the substrate, and a reflector was set. As shown in FIG.
The shock wave 615 is reflected by the reflection plate 617, and changes into a shock wave having an upward velocity in the z-axis as indicated by 616 in FIG. This makes it possible to cause a local temperature rise near the surface.

【0021】図4に示すように、衝突点直下での原子の
z軸方向の座標を用いた詳しい原子の位置の時間変化の
解析結果より、ショックウェーブは縱波の音波で約9k
m/sの速度を持ち、8.43km/s という実験値に
ほぼ等しい。図4では温度の低い領域と高い領域との境
目で反射されるショックウエーブの進行方向を波線にそ
って矢印で示した。
As shown in FIG. 4, from the detailed analysis result of the time change of the position of the atom using the z-axis coordinate of the atom immediately below the collision point, the shock wave is about 9 k
It has a speed of m / s and is almost equal to the experimental value of 8.43 km / s. In FIG. 4, the traveling direction of the shock wave reflected at the boundary between the low temperature region and the high temperature region is indicated by an arrow along a wavy line.

【0022】ショックウエーブの反射によって以下の効
果が期待できる。衝突時に生成された欠陥は、運動エネ
ルギを失って、移動のための活性化エネルギの値(1e
V程度)より小さくなると、もはや拡散できなくなり、
安定位置あるいは準安定位置の周りで振動することによ
って生じる。衝突時に生成された欠陥の分布を図5〜図
7の613で示す。しかし、衝突時に生成された欠陥、
すなわち準安定位置である欠陥位置に位置する原子は、
ショックウェーブによる表面付近での局所的な温度上昇
により運動エネルギを得る。これにより、欠陥位置に位
置する原子は移動のための活性化エネルギの値(1eV
程度)をもつことができ、拡散が可能となり、より安定
な位置へと移動できることになる。すなわち結晶の欠陥
の数が減少する。このことは、チャネリングによって生
じた欠陥やイオンの深い位置にある不純物や欠陥にとっ
て欠陥は修復され、不純物は上向きになり都合がよい。
z軸の上向きの速度をもつショックウエーブによって、
不純物イオンの移動もより表面に近い方へと移動するか
らである。このことは浅接合にとって好都合である。
The following effects can be expected by the reflection of the shock wave. The defect created during the collision loses kinetic energy and the value of the activation energy for movement (1e
V), it can no longer diffuse,
Occurs by vibrating around a stable or metastable position. The distribution of defects generated at the time of the collision is shown by 613 in FIGS. However, the defects created during the collision,
That is, the atom located at the defect position which is a metastable position
Kinetic energy is obtained by a local temperature rise near the surface due to the shock wave. As a result, the atom located at the defect position has an activation energy value (1 eV) for movement.
Degree), diffusion becomes possible, and it is possible to move to a more stable position. That is, the number of crystal defects is reduced. This means that defects or defects at a deep position of ions or defects caused by channeling are repaired and the impurities are turned upward, which is convenient.
By the shock wave with the upward speed of the z axis,
This is because the impurity ions also move closer to the surface. This is advantageous for shallow junctions.

【0023】以上のシミュレーションの結果から明らか
なように、ショックウエーブは反射板で反射でき、不純
物を表面に近く移動させ、さらに欠陥を修復させる確率
を高めることができる。反射板としては、ピエゾの特質
を持つ材料あるいは、基板よりも低温である基板とおな
じ材料を用いる。エネルギ散逸により基板全体の温度を
あげるよりは、反射によって表面近くでの局所温度を上
昇させたほうが、系全体として欠陥を増やさずに表面付
近の局所的な欠陥の修復が可能になる。
As is apparent from the results of the above simulation, the shock wave can be reflected by the reflector, and the probability of moving impurities closer to the surface and repairing the defect can be increased. As the reflector, a material having the characteristic of piezo or the same material as that of the substrate having a lower temperature than the substrate is used. Increasing the local temperature near the surface by reflection makes it possible to repair local defects near the surface without increasing defects as a whole system, rather than raising the temperature of the entire substrate by energy dissipation.

【0024】その効果を高めるため、図1に示すよう
に、基板と同じ材料で同じ結晶構造を持つ可動板300
5を基板にあてがう。基板が薄い場合に厚みを与え制御
のための時間を稼いだり、または単純な平面板ではな
く、図5に示すように表面付近で反射された音波が表面
近傍で焦点を結ぶように曲率半径を調整した反射板61
7を内蔵することによって、ショックウエーブの形で伝
わる音波を有効に反射する。図5ではショックウエーブ
を反射板700で反射させ、結晶の深いある一点で集約
した場合を示す。
In order to enhance the effect, as shown in FIG. 1, a movable plate 300 having the same material and the same crystal structure as the substrate is used.
5 is applied to the substrate. If the substrate is thin, give it a thickness to gain time for control, or increase the radius of curvature so that the sound wave reflected near the surface focuses near the surface as shown in FIG. 5 instead of a simple flat plate. Adjusted reflector 61
By incorporating 7, sound waves transmitted in the form of shock waves are effectively reflected. FIG. 5 shows a case where the shock wave is reflected by the reflector 700 and concentrated at one point deep in the crystal.

【0025】イオンクラスタの衝突によって生じたショ
ックウエーブは、球面波からかなりずれた形をしてい
る。そのままだとエネルギは発散しやすい。そこで、図
1(または図8)の可動板3005の中に、図6に示す
ように、ショックウエーブが伝わる波の速さが基板およ
び可動板よりも遅い材料をレンズ900のかたちで挿入
する。この波のレンズでは、外面と内面とで曲率の異な
る形状にして、ショックウエーブである音波700(進
んだ時刻での波800)が、レンズの厚さで伝わる速度
が異なることを利用して縱波の音波であるショックウエ
ーブの形を変化できるように設計できる。それにより、
波を図6の1000の形に変えて伝播させることができ
る。
The shock wave generated by the collision of the ion cluster has a shape considerably deviated from the spherical wave. The energy is easy to diverge if left untouched. Therefore, as shown in FIG. 6, a material whose shock wave propagates at a speed lower than that of the substrate and the movable plate is inserted into the movable plate 3005 of FIG. 1 (or FIG. 8) in the form of a lens 900. In this wave lens, the outer surface and the inner surface have different curvatures, and the sound wave 700 as a shock wave (the wave 800 at the advanced time) is transmitted by the thickness of the lens. It can be designed so that the shape of the shock wave, which is sound waves, can be changed. Thereby,
Waves can be propagated in the form of 1000 in FIG.

【0026】このとき、レンズの上下の形状を変える機
構(図7の850)を設け、レンズの向きを制御するこ
とにより、結晶のある領域で反射したショックウエーブ
を表面付近で集約させ、局所的に温度を高くできる。レ
ンズの大きさは、イオンクラスタからの縱波の音波がシ
リコンでは9km/sであること、波のひろがりがイオ
ンクラスタの大きさから決まることを考えると、300
nmからミクロンオーダーであればよい。簡単なレンズ
は例えば真空状態の周囲をシリコンで囲むボイドで構成
する。あるいは希ガスを封入したボイドで構成する。
At this time, a mechanism (850 in FIG. 7) for changing the upper and lower shapes of the lens is provided, and by controlling the direction of the lens, the shock waves reflected in a certain area of the crystal are aggregated near the surface, and locally. The temperature can be raised. Considering that the longitudinal wave from the ion cluster is 9 km / s in silicon and the spread of the wave is determined by the size of the ion cluster, the lens size is 300.
It may be on the order of nm to microns. A simple lens is formed of, for example, a void surrounding a vacuum state with silicon. Alternatively, it is composed of a void filled with a rare gas.

【0027】レンズを挿入することによる物理過程を詳
しく述べる。レンズでは波が伝わる速度が遅いために、
ショックウエーブ(図6の800)は、反射板に達する
ときには内向きの球面波(図6の1000)の形をと
る。この波を反射板617で反射すると図7の1050
に示すように外向きの球面波になる。この波がレンズに
あたる前に、可動板の一部であるレンズ部分の上下をひ
っくり返すと、レンズを通過した後で波はさらに球面波
のかたちに近い波のかたち(図7の710)で表面に向
かう。それによって、音波が表面近傍の結晶のある一点
で焦点を結ぶようにでき、効率よく局所的に温度を上昇
させることができる。レンズの上下を変えるには、音速
と基板およびレンズの厚さおよび可動板の構造および材
質データより、ショックウエーブがレンズに到着するタ
イミングを決定でき、可動板のレンズ挿入部分のみ回転
させるロータ部分をタイミングよく回転させることによ
り実現できる。
The physical process of inserting a lens will be described in detail. Since the speed of wave propagation is slow with a lens,
The shock wave (800 in FIG. 6) takes the form of an inward spherical wave (1000 in FIG. 6) when reaching the reflector. When this wave is reflected by the reflector 617, 1050 in FIG.
As shown in FIG. Before this wave hits the lens, if it is turned upside down over the lens part, which is a part of the movable plate, after passing through the lens, the wave will be more like a spherical wave (710 in FIG. 7) on the surface. Heading. As a result, the sound wave can be focused at a certain point of the crystal near the surface, and the temperature can be efficiently increased locally. To change the vertical position of the lens, the timing at which the shock wave arrives at the lens can be determined from the sound speed, the thickness of the substrate and lens, and the structure and material data of the movable plate. It can be realized by rotating well.

【0028】図1の実施例では、イオンの衝突座標デー
タはコントローラ3011に送られ、音波反射板可動装
置3010に伝えられる。音波反射板可動装置3010
の詳細は図8に示す。図1はz軸の正方向が上になる位
置からみた鳥瞰図であるが、図8はz軸の正方向が下に
なる位置すなわち基板を下からからみた鳥瞰図である。
In the embodiment shown in FIG. 1, the collision coordinate data of the ions is sent to the controller 3011 and transmitted to the moving device 3010 of the sound wave reflecting plate. Sound wave reflector moving device 3010
Are shown in FIG. FIG. 1 is a bird's-eye view as viewed from the position where the positive direction of the z-axis is upward, while FIG. 8 is a bird's-eye view as viewed from the position where the positive direction of the z-axis is lower, that is, the substrate from below.

【0029】図8の音波反射板可動装置では、パルス発
生回路とクロック回路および判定回路で同期をとり、イ
オンの衝突座標データおよびあらかじめ与えられた基板
の厚さのデータと可動板のデータをもとに、反射板をお
く最適な位置を割り出す。さらに音波反射板可動装置で
は、反射板をおく最適な位置をX,Y、およびZ軸方向
のサーボおよびドライブ回路に伝え、音波であるショッ
クウエーブが基板に到達する前にショックウエーブを結
晶基板の裏で反射されるべく可動板あるいは反射板を移
動させる。このとき図8の8000および8001に示
したように緩衝機構および金属探針を持たせることによ
り表面でのトンネル電流を計測することにより、反射板
の制御をより高めることができる。あるいは、金属探針
をより積極的に用いて、最適な位置からz軸方向の原子
変位から、必要な分のエネルギをもったエネルギパルス
を発生させ、局所的な温度を上昇させ不純物を表面に近
く移動させ、さらに欠陥を修復させる確率を高めること
ができる。
In the moving device of the sound wave reflecting plate shown in FIG. 8, the pulse generating circuit, the clock circuit and the judging circuit synchronize with each other, and the ion collision coordinate data, the predetermined substrate thickness data and the movable plate data are also stored. At the same time, find the optimal position for placing the reflector. Furthermore, in the acoustic wave reflector moving device, the optimal position for placing the reflector is transmitted to servo and drive circuits in the X, Y, and Z axes, and the shock wave, which is a sound wave, is moved to the back of the crystal substrate before reaching the substrate. The movable plate or reflector is moved to be reflected. At this time, as shown at 8000 and 8001 in FIG. 8, by providing a buffer mechanism and a metal probe, by measuring the tunnel current on the surface, the control of the reflector can be further enhanced. Alternatively, using a metal probe more aggressively, an energy pulse having the necessary energy is generated from the atomic displacement in the z-axis direction from the optimal position, and the local temperature is increased to cause impurities to be deposited on the surface. It can be moved closer and the probability of repairing the defect can be increased.

【0030】上記発明では、イオンクラスタの打ち込み
方法において、イオンクラスタの基板との衝突位置を検
出する装置および衝突位置を制御部に伝達する手段と、
基板の裏側に音波反射板を移動させて位置させる可動装
置は単一であったが、これらを複数個の装置にして、基
板の裏側に複数個の音波反射板を移動させてイオンクラ
スタの基板への衝突が次々と起こる場合に発生するイオ
ンクラスタが衝突したときに発生させる複数の縦波の音
波であるショックウエーブを基板の下方で次々と反射さ
せ、より効率的に上方でイオンクラスタが衝突したとき
に発生する表面から深い位置で生成された欠陥に対し
て、原子がもとの結晶格子を組みやすいように局所的に
結晶格子の温度を上昇させ、さらに不純物を表面近傍に
配置させるように移動させることができる。
In the above invention, in the ion cluster implantation method, an apparatus for detecting a collision position of the ion cluster with the substrate and a means for transmitting the collision position to the control unit;
Although there was a single movable device for moving and positioning the sound wave reflecting plate on the back side of the substrate, these were made into a plurality of devices, and the plurality of sound wave reflecting plates were moved to the back side of the substrate to form a substrate for the ion cluster. Shock waves, which are a plurality of longitudinal waves generated when ion clusters collide with each other, are reflected below the substrate one after another, and the ion clusters collide more efficiently above the substrate. For defects generated at a deep position from the surface that sometimes occurs, the temperature of the crystal lattice is locally increased so that atoms can easily form the original crystal lattice, and impurities are arranged near the surface. Can be moved.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、表面の深いところの欠
陥をできるだけ早期に有効に修復が可能となり、欠陥に
より助長される不純物の拡散が抑制されるため、MOS
FETの高集積化・高速化のためのよりいっそうの浅接
合化が可能となる。
According to the present invention, it is possible to effectively repair a defect at a deep portion of the surface as early as possible and to suppress the diffusion of impurities promoted by the defect.
It is possible to further reduce the junction for higher integration and higher speed of the FET.

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

【図1】本発明の一実施例の装置概略図。FIG. 1 is a schematic view of an apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】基板の切断面での欠陥分布とショックウエーブ
の図。
FIG. 2 is a diagram of a defect distribution and a shock wave on a cut surface of a substrate.

【図3】基板の切断面での欠陥分布とショックウエーブ
の反射の図。
FIG. 3 is a diagram showing a defect distribution on a cut surface of a substrate and a reflection of a shock wave.

【図4】衝突後の基板内の(−)z軸方向の原子の変位
の図。
FIG. 4 is a diagram showing displacement of atoms in a (−) z-axis direction in a substrate after collision.

【図5】可動板の切断面と反射板およびショックウエー
ブの反射の図。
FIG. 5 is a diagram of a cut surface of a movable plate, a reflection plate, and a reflection of a shock wave.

【図6】ショックウエーブの波の形の変換、反射前の様
子の概略図。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the state of the wave shape of the shock wave before conversion and reflection.

【図7】ショックウエーブの波の形の変換、反射後の様
子の概略図。
FIG. 7 is a schematic diagram of a state after shock wave conversion and reflection of a shock wave.

【図8】本発明の一実施例の装置および音波反射板可動
装置の概略図。
FIG. 8 is a schematic diagram of an apparatus and a sound wave reflecting plate moving device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3002…イオンソース、3003…クラスタイオン、
3004…シリコン基板、3005…可動板、3006
…音波反射板、3008,3009…ディテクタ、30
10…音波反射板可動装置。
3002 ... Ion source, 3003 ... Cluster ion,
3004: silicon substrate, 3005: movable plate, 3006
... Sound wave reflecting plate, 3008, 3009 ... Detector, 30
10 ... Sound wave reflecting plate movable device.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】イオンクラスタと基板との衝突位置を検出
し、衝突位置を制御部に伝達する手段と、基板の裏側に
音波反射板を移動させて位置させる可動装置を持ち、イ
オンクラスタが衝突したときに発生させる縦波の音波で
あるショックウエーブを基板の下方で反射させ、上方で
イオンクラスタが衝突したときに発生する表面から深い
位置で生成された欠陥に対して、原子がもとの結晶格子
を組みやすいように局所的に結晶格子の温度を上昇さ
せ、さらに不純物を表面近傍に配置させるように移動さ
せることを特徴とするイオン打ち込み方法。
An ion cluster has means for detecting a collision position between an ion cluster and a substrate and transmitting the collision position to a control unit, and a movable device for moving and positioning a sound wave reflecting plate behind the substrate. The shock wave, which is a longitudinal wave of sound generated when the ion beam strikes, is reflected below the substrate. An ion implantation method characterized by locally increasing the temperature of a crystal lattice so as to easily form a lattice and moving the crystal lattice so that impurities are arranged near the surface.
【請求項2】請求項1記載の方法において、基板の材料
と材質と結晶軸を同じにした可動板を用意し、基板が薄
い場合に厚みを与え装置制御や動作のための時間を調節
することを特徴とするイオン打ち込み方法。
2. A method according to claim 1, wherein a movable plate having the same material, material, and crystal axis as the substrate is prepared, and when the substrate is thin, the thickness is given to adjust the time for device control and operation. An ion implantation method characterized in that:
【請求項3】請求項1または2記載の方法において、単
純に平面板ではない面で反射された音波が表面近傍で焦
点を結ぶように曲率半径を調整した反射板を内蔵するこ
とによって、ショックウエーブの形で伝わる音波を結晶
の深いある一点で集約するように反射し、局所温度を極
く一部の部分だけ高くすることを特徴とするイオン打ち
込み方法。
3. A shock wave according to claim 1, further comprising a reflector having a radius of curvature adjusted so that a sound wave reflected by a surface other than a simple flat plate is focused near the surface. An ion implantation method characterized in that a sound wave transmitted in the form of is reflected so as to be concentrated at a certain point deep in the crystal, and the local temperature is raised only in a part of the ion.
【請求項4】請求項1または2記載の方法において、基
板および可動板のショックウエーブが伝わる速さよりも
遅い材料で形成した外面と内面とで曲率の異なるレンズ
を基板下の可動板内に挿入し、レンズの上下の形状を変
える機構を設け、レンズの厚さで波が伝わる速度が異な
ることを利用してショックウエーブの形で伝わる音波を
結晶の深いある一点で集約するように波の形を変換させ
て、波を伝播させ局所温度を極く一部の部分だけ高くす
ることを特徴とするイオン打ち込み方法。
4. A method according to claim 1, wherein a lens having a curvature different between an outer surface and an inner surface formed of a material slower than a speed at which the shock wave of the substrate and the movable plate is transmitted is inserted into the movable plate below the substrate. A mechanism that changes the shape of the upper and lower lenses is used to convert the wave shape so that the sound wave transmitted in the form of a shock wave is concentrated at one point deep in the crystal by using the speed at which the wave is transmitted depending on the thickness of the lens An ion implantation method characterized in that a local temperature is raised only in a very small part by propagating a wave.
【請求項5】請求項1ないし4のいずれか記載の方法に
おいて、イオンクラスタの基板との衝突位置を検出する
複数個の装置と、衝突位置を制御部に伝達する手段と、
基板の裏側に音波反射板を移動させて位置させる複数個
の可動装置をもち、イオンクラスタの基板への衝突が次
々と起こる場合に発生するイオンクラスタが衝突したと
きに発生させる複数の縦波の音波であるショックウエー
ブを基板の下方で次々と反射させ、上方でイオンクラス
タが衝突したときに発生する表面から深い位置で生成さ
れた欠陥に対して、原子がもとの結晶格子を組みやすい
ように局所的に結晶格子の温度を上昇させ、さらに不純
物を表面近傍に配置させるように移動させることを特徴
とするイオン打ち込み方法。
5. The method according to claim 1, wherein a plurality of devices for detecting a collision position of the ion cluster with the substrate, means for transmitting the collision position to the control unit,
It has a plurality of movable devices that move and position the sound wave reflecting plate on the back side of the substrate, and a plurality of longitudinal waves generated when the ion clusters collide are generated when the ion clusters collide with the substrate one after another. Shock waves, which are sound waves, are reflected one after another below the substrate, so that atoms can easily form the original crystal lattice for defects generated deep from the surface that occur when ion clusters collide above. An ion implantation method characterized by locally increasing the temperature of a crystal lattice and moving impurities so as to dispose impurities near a surface.
【請求項6】請求項1ないし5のいずれか記載の方法に
おいて、イオンクラスタが衝突したときに発生させる縦
波の音波であるショックウエーブを基板の下方で反射さ
せると同時に、エネルギパルスを発生させ、上方でイオ
ンクラスタが衝突したときに発生する表面から深い位置
で生成された欠陥に対して、原子がもとの結晶格子を組
みやすいように局所的に結晶格子の温度を上昇させ、さ
らに不純物を表面近傍に配置させるように移動させるこ
とを特徴とするイオン打ち込み方法。
6. The method according to claim 1, wherein a shock wave, which is a longitudinal sound wave generated when the ion cluster collides, is reflected below the substrate, and simultaneously an energy pulse is generated. For defects generated at a deep position from the surface generated when the ion cluster collides above, the temperature of the crystal lattice is locally increased so that atoms can easily form the original crystal lattice, and impurities are further removed. An ion implantation method characterized in that the ion implantation method is moved so as to be arranged near the surface.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196465A (en) * 1999-12-13 2006-07-27 Semequip Inc Ion implantation ion source, system, and method

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