JPH11288682A - Doping device and doping processing method - Google Patents

Doping device and doping processing method

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JPH11288682A
JPH11288682A JP11052862A JP5286299A JPH11288682A JP H11288682 A JPH11288682 A JP H11288682A JP 11052862 A JP11052862 A JP 11052862A JP 5286299 A JP5286299 A JP 5286299A JP H11288682 A JPH11288682 A JP H11288682A
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ions
doping
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舜平 山崎
Toshiji Hamaya
敏次 浜谷
Koichiro Tanaka
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To require only lengthwise directional uniformity for plasma, and process a substrate having the large area by forming a cross section of an ion flow in a linear or rectangular shape, and vertically moving a doping object material in the lengthwise direction of the ion flow at the time of doping. SOLUTION: An ion source accelerator 13 of an ion doping device generates an ion flow having a cross section of a linear or rectangular shape. A substrate holder 17 has a mechanism of moving while doping is performed. The length of the shorter one side of the substrate is equal to or smaller than the lengthwise directional length of a plasma space 4, and there is no restriction factor on the size of the other one side except for the size of a doping chamber. That is, a shape of the ion source accelerator 13 (L1 ×L2 ) is not restricted by a shape of the doping chamber 15 and a doping object material 17. Since a cross-sectional shape of the ion flow is a liner or rectangular shape, (L1 <L2 ) is realized.

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、半導体集積回路等
を作製する際に使用されるドーピング装置およびドーピ
ング処理方法に関するものである。特に本発明は大面積
基板を処理する目的に好ましい構成を有するイオンドー
ピング装置およびドーピング処理方法に関する。例え
ば、一部もしくは全部が非晶質成分からなる半導体材
料、あるいは、実質的に真性な多結晶の半導体材料に対
して、イオンビームを照射することによって、該半導体
材料に不純物を付与するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a doping apparatus and a doping method used for manufacturing a semiconductor integrated circuit or the like. In particular, the present invention relates to an ion doping apparatus and a doping method having a preferable configuration for processing a large-area substrate. For example, an impurity is imparted to a semiconductor material which is partially or entirely composed of an amorphous component or is irradiated with an ion beam on a substantially intrinsic polycrystalline semiconductor material. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路等の作製において、半導
体中にN型やP型の不純物領域を形成する場合に、N型
やP型の導電型を呈せしめる不純物(N型不純物/P型
不純物)イオンを高い電圧で加速して、照射・注入する
方法が知られている。特に、イオンの質量と電荷比を分
離する方法はイオン注入法と呼ばれ、半導体集積回路を
作製する際に、広く用いられている。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor integrated circuits and the like, when an N-type or P-type impurity region is formed in a semiconductor, an impurity (N-type impurity / P-type impurity) exhibiting N-type or P-type conductivity is used. A method of irradiating and implanting ions by accelerating ions at a high voltage is known. In particular, a method of separating the mass and charge ratio of ions is called an ion implantation method, and is widely used when manufacturing a semiconductor integrated circuit.

【0003】それ以外にも、N/P型不純物を有するプ
ラズマを発生させ、このプラズマ中のイオンを高い電圧
によって加速し、イオン流として半導体中に注入する方
法が知られている。この方法は、イオンドーピング法も
しくはプラズマドーピング法と呼ばれる。
Another known method is to generate plasma having N / P type impurities, accelerate ions in the plasma by a high voltage, and implant the ions into a semiconductor as an ion stream. This method is called an ion doping method or a plasma doping method.

【0004】イオンドーピング法によるドーピング装置
の構造は、イオン注入法によるドーピング装置に比較し
て簡単である。例えば、P型不純物として硼素を注入す
る場合には、硼素化合物であるジボラン(B2 6 )等
の気体において、RF放電その他の方法によって、プラ
ズマを発生させ、これに高い電圧をかけて、硼素を有す
るイオンを引き出して、半導体中に照射する。プラズマ
を発生させるために気相放電をおこなうので、ドーピン
グ装置内の真空度は比較的高い。
The structure of a doping apparatus using an ion doping method is simpler than that of a doping apparatus using an ion implantation method. For example, when boron is implanted as a P-type impurity, plasma is generated by RF discharge or another method in a gas such as diborane (B 2 H 6 ), which is a boron compound, and a high voltage is applied to the plasma. Ions containing boron are extracted and irradiated into the semiconductor. Since a gas-phase discharge is performed to generate plasma, the degree of vacuum in the doping apparatus is relatively high.

【0005】現在、比較的大面積の基板に対して均一に
不純物を添加するにはイオンドーピング装置が使用され
ることが多い。イオンドーピング装置は質量分離をおこ
なわず、大面積のイオンビームが比較的容易に得られる
ためである。一方、イオン注入装置は質量分離をおこな
う必要があるため、ビームの一様性を保ったまま、ビー
ム面積を大きくすることは難しい。よって、イオン注入
装置は、大面積基板には不適当である。
At present, an ion doping apparatus is often used to uniformly add impurities to a substrate having a relatively large area. This is because the ion doping apparatus does not perform mass separation, and a large-area ion beam can be obtained relatively easily. On the other hand, since the ion implantation apparatus needs to perform mass separation, it is difficult to increase the beam area while maintaining the uniformity of the beam. Therefore, the ion implantation apparatus is not suitable for a large-area substrate.

【0006】近年、半導体素子プロセスの低温化に関し
て盛んに研究が進められている。その大きな理由は、安
価なガラス等の絶縁基板上に半導体素子を形成する必要
が生じたからである。その他にも素子の微小化や素子の
多層化に伴う要請もある。
In recent years, research has been actively conducted on lowering the temperature of semiconductor device processes. The major reason is that a semiconductor element needs to be formed on an insulated substrate such as inexpensive glass. In addition, there is a demand accompanying miniaturization of elements and multilayering of elements.

【0007】ガラス等の絶縁基板は、従来高温プロセス
で使われている石英基板と比較して加工性に富み、大面
積化が容易で、なおかつ、安価である等、様々なメリッ
トがある。しかしながら、基板の大面積化に伴い、従来
の高温プロセスとは性質の異なる装置を開発しなければ
ならないなど、技術的に越えなければならない困難が多
々生じて来ていることも事実である。
An insulating substrate made of glass or the like has various merits, such as being more workable than a quartz substrate conventionally used in a high-temperature process, being easy to increase in area, and being inexpensive. However, with the increase in the area of the substrate, it is a fact that many difficulties have to be overcome technically, such as the need to develop an apparatus having different properties from the conventional high-temperature process.

【0008】大面積基板を処理する必要のあるアクティ
ブマトリクス型液晶ディスプレー等の作製においては、
イオン注入法は、この点で不利であり、その欠点を補う
という目的で、イオンドーピング法について研究開発が
おこなわれている。
In the production of an active matrix type liquid crystal display or the like that needs to process a large area substrate,
The ion implantation method is disadvantageous in this respect, and research and development on the ion doping method are being conducted for the purpose of compensating for the disadvantages.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のイオンドーピン
グ装置の概要を図1および図2に示す。図1は主として
イオン源およびイオンの加速装置の概要を示す。また、
図2はイオンドーピング装置全体の構造を示す。まず、
図1にしたがって説明する。イオンはプラズマ空間4に
おいて発生する。
FIG. 1 and FIG. 2 show an outline of a conventional ion doping apparatus. FIG. 1 mainly shows an outline of an ion source and an ion accelerator. Also,
FIG. 2 shows the structure of the entire ion doping apparatus. First,
This will be described with reference to FIG. Ions are generated in the plasma space 4.

【0010】すなわち、電極3と網状電極6との間に高
周波電源1およびマッチングボックス2によって高周波
電力を印加することで、減圧されたプラズマ空間4にプ
ラズマを生じさせる。プラズマを発生させる初期には水
素等を雰囲気に導入し、プラズマが安定した後には、ド
ーピングガスであるジボランやホスフィン(PH3 )を
導入する。
That is, high-frequency power is applied between the electrode 3 and the mesh electrode 6 by the high-frequency power supply 1 and the matching box 2 to generate plasma in the decompressed plasma space 4. At the initial stage of plasma generation, hydrogen or the like is introduced into the atmosphere, and after the plasma is stabilized, doping gas such as diborane or phosphine (PH 3 ) is introduced.

【0011】電極3とチャンバーの外壁(網状電極6と
同電位)は絶縁体5によって絶縁される。このようにし
て発生したプラズマからイオン流が取り出されるが、そ
れには、引き出し電極10および引き出し電源8が用い
られる。このようにして引き出されたイオン流は抑制電
極11および抑制電源9によって形状を整えられた後、
加速電極12および加速電源7によって必要とするエネ
ルギーまで加速される。
The electrode 3 and the outer wall of the chamber (the same potential as the mesh electrode 6) are insulated by an insulator 5. The ion flow is extracted from the plasma generated in this way, and for this, the extraction electrode 10 and the extraction power supply 8 are used. After the ion current thus extracted is shaped by the suppression electrode 11 and the suppression power supply 9,
The required energy is accelerated by the acceleration electrode 12 and the acceleration power supply 7.

【0012】次に図2(A)について説明する。イオン
ドーピング装置は大きく分けて、イオン源・加速装置1
3、ドーピング室15、電源装置14、ガスボックス1
9、排気装置20よりなる。図2では、イオン源・加速
装置は、図1のものを横に置いてある。すなわち、図2
では、イオン流は左から右に流れる(図1では上から下
に流れる)。電源装置14は主としてイオンの発生・加
速に用いられる電源を集約したもので、図1の高周波電
源1、マッチングボックス2、加速電源7、引き出し電
源8、抑制電源9を含む。
Next, FIG. 2A will be described. Ion doping equipment can be broadly divided into ion source / accelerator 1
3, doping chamber 15, power supply 14, gas box 1
9, the exhaust device 20. In FIG. 2, the ion source / accelerator shown in FIG. 1 is set aside. That is, FIG.
Then, the ion current flows from left to right (from top to bottom in FIG. 1). The power supply device 14 mainly integrates power supplies used for generating and accelerating ions, and includes the high-frequency power supply 1, the matching box 2, the acceleration power supply 7, the extraction power supply 8, and the suppression power supply 9 in FIG.

【0013】ドーピング室15には基板ホルダー17が
設けられ、被ドーピング材16がその上に設置される。
基板ホルダーは一般にイオン流と平行な軸にそって回転
できるように設計される。イオン源・加速装置13とド
ーピング室15は排気装置20によって排気される。も
ちろん、イオン源・加速装置13とドーピング室15と
が独立の排気装置によって排気されてもよい。
A substrate holder 17 is provided in the doping chamber 15, and a material 16 to be doped is placed thereon.
The substrate holder is generally designed to be able to rotate along an axis parallel to the ion flow. The ion source / accelerator 13 and the doping chamber 15 are exhausted by the exhaust device 20. Of course, the ion source / accelerator 13 and the doping chamber 15 may be evacuated by independent exhaust devices.

【0014】ガスボックス19からはガスライン18を
経由して、ドーピング室15にドーピングガスが送られ
る。図2の装置ではイオン源・加速装置13と被ドーピ
ング材16の間にガス供給口が設けられているが、イオ
ン源のプラズマ空間4の近傍に設けることも可能であ
る。ドーピングガスは水素等で希釈して用いられるのが
一般的である。
A doping gas is sent from the gas box 19 to the doping chamber 15 via the gas line 18. Although the gas supply port is provided between the ion source / accelerator 13 and the material 16 to be doped in the apparatus shown in FIG. 2, it may be provided near the plasma space 4 of the ion source. The doping gas is generally used after being diluted with hydrogen or the like.

【0015】従来のイオンドーピング装置では、処理で
きる基板(被ドーピング材)の面積はイオン源13にお
けるプラズマ空間4の断面積と等しいかそれ以下であっ
た。これはドーピングの均一性によって要求された条件
である。図2(B)は、イオン流に垂直な断面の様子を
示す。すなわち、イオン源・加速装置13はL1 および
2 という大きさであるが、ドーピング室15および被
ドーピング材17はその中におさまる程度の大きさであ
る。そして、L1 とL2 は同程度の大きさである。
In the conventional ion doping apparatus, the area of the substrate (material to be doped) that can be processed is equal to or smaller than the cross-sectional area of the plasma space 4 in the ion source 13. This is a condition required by doping uniformity. FIG. 2B illustrates a cross section perpendicular to the ion flow. That is, the size of the ion source / accelerator 13 is L 1 and L 2 , but the doping chamber 15 and the material to be doped 17 are small enough to fit therein. Then, L 1 and L 2 are of the same order of magnitude.

【0016】したがって、基板がより大きくなるとプラ
ズマ空間4はさらに大きくなることが要求される。しか
も、プラズマは2次元的に均一であることが要求され
る。しかしながら、プラズマ空間は無限に大きくするこ
とは困難である。なぜなら、プラズマの発生が均一でな
くなるからである。これは主として分子の平均自由工程
がプラズマ空間の断面に比較して十分に小さくなるため
である。このため、プラズマ空間の1辺の長さをを0.
6m以上とすることは困難である。
Therefore, as the size of the substrate increases, the size of the plasma space 4 must be further increased. Moreover, the plasma is required to be two-dimensionally uniform. However, it is difficult to make the plasma space infinitely large. This is because the generation of plasma is not uniform. This is mainly because the mean free path of molecules is sufficiently smaller than the cross section of the plasma space. Therefore, the length of one side of the plasma space is set to 0.
It is difficult to make it 6 m or more.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明においては、イオ
ン流の断面を線状もしくは長方形とし、かつ、ドーピン
グ中に被ドーピング材を、イオン流の長尺方向に垂直
(すなわち、短尺方向)に移動させることを特徴とす
る。かくすることにより、プラズマは長尺方向の均一性
が要求されるのみとなり、大面積の基板の処理が可能と
なる。プラズマの長尺方向の均一性のみが問題となり、
2次元的な均一性が問題とならないのは、被ドーピング
材の任意の部分に着目すると、イオン照射が走査により
おこなわれるためである。
According to the present invention, the cross section of the ion flow is made linear or rectangular, and the material to be doped is perpendicular to the longitudinal direction of the ion flow (ie, in the short direction) during doping. It is characterized by being moved. In this way, the plasma only needs to be uniform in the longitudinal direction, and a large-area substrate can be processed. Only the uniformity in the long direction of the plasma becomes a problem,
The reason why the two-dimensional uniformity does not matter is that, when focusing on an arbitrary portion of the material to be doped, ion irradiation is performed by scanning.

【0018】本発明では、原理的には基板の1辺の長さ
はプラズマの長さによって制約されるものの、他の1辺
の長さにはドーピング室の大きさ以外の制約要因がな
い。放電空間の幅が十分に狭ければ、長尺方向の均一性
が2m程度保たれたプラズマは容易に発生できる。もち
ろん、そのときのイオンビームの幅はセンチメートルオ
ーダーでもよい。
In the present invention, in principle, the length of one side of the substrate is limited by the length of the plasma, but the length of the other side has no limiting factor other than the size of the doping chamber. If the width of the discharge space is sufficiently small, plasma having uniformity in the longitudinal direction of about 2 m can be easily generated. Of course, the width of the ion beam at that time may be on the order of centimeters.

【0019】したがって、このような線状イオンドーピ
ング装置は、大面積基板、あるいは、多数の基板を同時
に処理するのに適している。例えば、最大2m×xmの
基板に比較的用意にドーピングをおこなうことができ
る。xはドーピング装置の大きさにより決定される。
Therefore, such a linear ion doping apparatus is suitable for processing a large area substrate or a large number of substrates simultaneously. For example, doping can be performed relatively easily on a substrate having a maximum size of 2 m × xm. x is determined by the size of the doping device.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図3(A)に本発明の実施形態の
概念を示す。本発明のイオンドーピング装置も従来と同
様、イオン源・加速装置13、ドーピング室15、電源
装置14、ガスボックス19、排気装置20よりなる。
しかしながら、従来のものとは異なって、イオン源・加
速装置13では、断面が線状もしくは長方形となるイオ
ン流を発生する。さらに、基板ホルダー17がドーピン
グ中に移動するような機構を備えている。イオン流の長
尺方向は図の紙面に垂直な方向である。
FIG. 3A shows the concept of an embodiment of the present invention. The ion doping apparatus of the present invention also includes an ion source / accelerator 13, a doping chamber 15, a power supply 14, a gas box 19, and an exhaust device 20, as in the prior art.
However, unlike the conventional one, the ion source / accelerator 13 generates an ion current having a linear or rectangular cross section. Further, a mechanism is provided so that the substrate holder 17 moves during doping. The long direction of the ion flow is a direction perpendicular to the plane of the drawing.

【0021】本発明のイオンドーピング装置では、処理
できる基板(被ドーピング材)の形状はイオン源13に
おけるプラズマ空間4の断面の形状とは関係がない。た
だし、基板の短い方の1辺の長さはプラズマ空間4の長
尺方向の長さと等しいかそれ以下であることが要求され
る。基板の他の1辺の大きさについては、ドーピング室
の大きさ以外には制約要因がない。
In the ion doping apparatus of the present invention, the shape of the substrate (material to be doped) that can be processed is not related to the shape of the cross section of the plasma space 4 in the ion source 13. However, the length of one shorter side of the substrate is required to be equal to or less than the length of the plasma space 4 in the longitudinal direction. The size of the other side of the substrate has no limiting factor other than the size of the doping chamber.

【0022】図3(B)は、イオン流に垂直な断面の様
子を示す。すなわち、イオン源・加速装置13(L1 ×
2 )の形状は、ドーピング室15および被ドーピング
材17の形状に制約されない。イオン流の断面の形状が
線状もしくは長方形であるのでL1 <L2 (=イオン流
の断面の長尺方向の長さ)である。
FIG. 3B shows a cross section perpendicular to the ion flow. That is, the ion source / accelerator 13 (L 1 ×
The shape of L 2 ) is not limited by the shapes of the doping chamber 15 and the material 17 to be doped. Since the cross-sectional shape of the ion flow is linear or rectangular, L 1 <L 2 (= the length of the cross-section of the ion flow in the longitudinal direction).

【0023】イオン流が長尺方向に均一であるのみで、
短尺方向の均一性を問われないということは、短尺方向
にイオン強度、イオン種の分布があっても差し支えない
ということであり、このことはイオン流から特定の軽イ
オン(例えば、H+ 、H2 +等)を除去する上で有効で
ある。イオンの分離には磁気的な作用をイオン流に及ぼ
す必要があったが、その際には、必ず、必要な重いイオ
ンの分布にも影響を与えた。
Only when the ion flow is uniform in the longitudinal direction,
The fact that the uniformity in the short direction is not required means that there is no problem even if the ion intensity and the ion species distribution are present in the short direction, which means that specific light ions (for example, H + , H 2 + ). Separation of the ions required a magnetic effect on the ion flow, which necessarily affected the required heavy ion distribution.

【0024】従来のイオンドーピング装置では2次元で
の均一性が要求されたので、実質的にイオンを分離する
ことは不可能である。しかしながら、本発明では実施例
2に示すように簡単に分離することが可能である。
In the conventional ion doping apparatus, since two-dimensional uniformity is required, it is impossible to substantially separate ions. However, in the present invention, separation can be easily performed as shown in the second embodiment.

【0025】また、イオン流が長尺方向に均一であるの
みで、短尺方向の均一性を問われないということは、イ
オン流を加速・減速する電極の構造にも有利である。従
来のイオンドーピング装置では電極には網状もしくは多
孔のものが用いられたが、このような電極では、一部の
イオンが電極本体に衝突するので、そのことによる電極
の劣化、あるいは電極構成物質の飛散・スパッタリング
が問題となる。
The fact that the ion flow is only uniform in the longitudinal direction and that the uniformity in the short direction is not required is advantageous for the structure of the electrode for accelerating and decelerating the ion flow. In a conventional ion doping apparatus, a mesh or porous electrode was used as an electrode.However, in such an electrode, some ions collide with the electrode body. Scattering / sputtering becomes a problem.

【0026】これに対し、本発明では、実施例1に示す
ように、簡単な形状の電極で、かつ、イオン流から離れ
た位置に設けられるため、上記の問題は解決される。
On the other hand, in the present invention, as shown in the first embodiment, since the electrodes are provided in a simple shape and at a position away from the ion flow, the above problem is solved.

【0027】なお、従来の半導体製造技術では、イオン
注入技術が知られているが、その際にはイオン流を電磁
的に偏向させて、固定した基板に走査するという技術が
知られている。しかしながら、そのような方法は、本発
明のようにさまざまな質量/電荷比を有するイオンを同
時にドーピングする場合には適切でなく、本発明のよう
にイオン流は固定とし、基板を移動させる方が好まし
い。
In the conventional semiconductor manufacturing technology, an ion implantation technology is known. In this case, a technology is known in which an ion current is electromagnetically deflected to scan a fixed substrate. However, such a method is not appropriate when simultaneously doping ions having various mass / charge ratios as in the present invention, and it is better to fix the ion flow and move the substrate as in the present invention. preferable.

【0028】なぜならば、電磁的なイオン流の偏向技術
では、重いイオンに比較して、軽いイオンの方がはるか
に偏向されやすく、したがって、均一に走査することが
できないからである。わずかに質量数は1つ異なるだけ
でも、分布が生じるので、本発明の目的とするイオンド
ーピング技術に適用することは好ましくない。このよう
な電磁的な偏向技術の用いることができるのは、単一イ
オン種のみをドーピングする場合に限られる。
This is because, in the ion beam deflection technique, light ions are much more likely to be deflected than heavy ions, and therefore cannot be scanned uniformly. Even a slight difference in the mass number results in a distribution, so that it is not preferable to apply the present invention to the ion doping technique aimed at. Such an electromagnetic deflection technique can be used only when doping only a single ion species.

【0029】本発明のイオンドーピング装置には、従来
のイオン技術において公知であるイオン集束装置やイオ
ン質量分離装置を付加してもよい。
The ion doping apparatus of the present invention may be provided with an ion focusing apparatus or an ion mass separation apparatus known in the conventional ion technology.

【0030】さらに、本発明のような線状イオンドーピ
ング技術において、イオンの質量分離が容易であるとい
う特徴は、その後のアニール処理においても有利となる
場合がある。一般にイオンドーピングをおこなうと、イ
オンの被照射物への入射に伴う被照射物の原子格子の損
傷や結晶格子の非晶質化等が生じる。また、ドーパント
は、ただ半導体材料に打ち込むだけではキャリアとして
働かない。これらの不都合を解消するためのいくつかの
工程が、ドーピング後に必要である。
Further, in the linear ion doping technique as in the present invention, the feature that mass separation of ions is easy may be advantageous in a subsequent annealing treatment. In general, when ion doping is performed, damage of an atomic lattice of an object to be irradiated and amorphization of a crystal lattice are caused due to incidence of ions on the object to be irradiated. Also, the dopant does not act as a carrier merely by being implanted into the semiconductor material. Several steps are needed after doping to eliminate these disadvantages.

【0031】上記工程で、最も一般的な方法は熱アニー
ルあるいは光アニールである。これらのアニールにより
ドーパントを半導体材料格子に結合させることができ
る。ただし、光アニールの場合には、その光が前記格子
損傷箇所等に届かなければならない。
In the above steps, the most common method is thermal annealing or optical annealing. These anneals can couple the dopant to the semiconductor material lattice. However, in the case of light annealing, the light must reach the above-mentioned lattice damage portion.

【0032】また、前記アニールで解消仕切れない準位
(不結合手)を消すための、水素を添加する工程もかな
り一般的に行われている。該工程を以下水素化と呼ぶ。
水素は350℃程度の温度で容易に半導体材料内に進入
し、上記準位を消す働きをする。
In addition, a process of adding hydrogen for eliminating a level (a dangling bond) that cannot be eliminated by the annealing is quite generally performed. This step is hereinafter referred to as hydrogenation.
Hydrogen easily enters the semiconductor material at a temperature of about 350 ° C. and functions to eliminate the above level.

【0033】いずれにせよ、これらのドーピング後の工
程を設けることは、工程数を増やし、コストやスループ
ットの面でよくない。熱アニールと水素化をドーピング
時に同時にやってしまうことにより、あるいは、それら
の工程の一部をドーピング時におこなうことにより、ア
ニール工程・水素化工程の省略もしくは処理時間の短
縮、ないしは処理温度等の低減等を図ることができる。
In any case, providing these post-doping steps increases the number of steps and is not favorable in terms of cost and throughput. Omit the annealing and hydrogenation steps, shorten the processing time, or reduce the processing temperature by performing thermal annealing and hydrogenation at the same time as doping, or by performing part of those steps during doping. Etc. can be achieved.

【0034】水素とドーパントを同時に半導体材料に添
加することは比較的容易である。すなわち、水素で希釈
したドーパントを水素ごとイオン化して、ドーピングを
すればよい。例えば、水素で希釈した、フォスフィン
(PH3 )を用いて図1や図2に示すドーピング装置で
イオンの注入をおこなえば、燐を含むイオン(例えば、
PH3 + やPH2 + 等)と同時に水素イオン(例えば、
2 + やH+ )も注入される。
It is relatively easy to simultaneously add hydrogen and a dopant to a semiconductor material. That is, doping may be performed by ionizing the hydrogen-diluted dopant together with the hydrogen. For example, if ions are implanted with phosphine (PH 3 ) diluted with hydrogen using the doping apparatus shown in FIGS. 1 and 2, phosphorus-containing ions (for example,
Hydrogen ions (eg, PH 3 + and PH 2 + )
H 2 + and H + ) are also implanted.

【0035】しかしながら、水素は、燐・硼素等のドー
パントを含むイオンに対してあまりにも軽く、加速され
やすいため基板奥深くまで入ってしまう。一方、ドーパ
ントを含むイオンは比較的浅い部分にとどまるので、該
水素がドーパント起因の欠陥を修復するには、熱アニー
ル等で水素を移動させなければならない。
However, hydrogen is too light for ions containing dopants such as phosphorus and boron and is easily accelerated, so that it enters deep into the substrate. On the other hand, ions containing a dopant remain in a relatively shallow portion, so that the hydrogen must be moved by thermal annealing or the like in order for the hydrogen to repair a defect caused by the dopant.

【0036】ところで、線状イオンビームを用いると、
上述のように、質量分離器をイオン流の途中において所
望のイオンのみ基板に照射することが可能となる。この
思想をより発展させると、以下のような新規なドーピン
グ方法も可能となる。すなわち、異なる質量のイオンを
分離したのち、それぞれを異なる電圧で加速し、これら
のビームを半導体材料に照射することにより、これらの
イオンをほぼ同じ深さに打ち込むというドーピング方法
である。
By the way, if a linear ion beam is used,
As described above, it becomes possible to irradiate the substrate only with desired ions in the middle of the ion flow with the mass separator. If this idea is further developed, the following new doping method will be possible. That is, a doping method in which ions having different masses are separated, then accelerated at different voltages, and these beams are irradiated to a semiconductor material so that these ions are implanted at substantially the same depth.

【0037】例えば、水素を主成分とするイオン(軽イ
オン)と、ドーパントを含むイオン(重イオン)に分離
し、後者のみを加速することにより、前者と後者の侵入
深さをほぼ同じとすることにより、前者の存在によっ
て、ドーパントに対するアニール工程や水素化工程の一
部もしくは全部を同時におこなうことが可能となる。
For example, by separating into ions mainly containing hydrogen (light ions) and ions containing dopants (heavy ions) and accelerating only the latter, the penetration depth of the former and the latter is made substantially the same. This makes it possible to simultaneously perform a part or all of the annealing step and the hydrogenation step for the dopant due to the presence of the former.

【0038】すなわち、水素イオンビームの半導体材料
への入射速度を、ドーパントを含むイオンビームの半導
体材料への入射速度に近づけることにより、半導体膜中
での水素の分布とドーパントの分布が近づく。このと
き、イオンの入射エネルギー(衝突により熱エネルギー
に転化する)と、水素の供給により、ドーパントが直ち
に活性化される。この効果により、後のドーパント活性
化工程が不要となる。
That is, by making the incident speed of the hydrogen ion beam to the semiconductor material close to the incident speed of the ion beam containing the dopant to the semiconductor material, the distribution of hydrogen and the distribution of the dopant in the semiconductor film become closer. At this time, the dopant is immediately activated by the incident energy of the ions (converted to thermal energy by collision) and the supply of hydrogen. This effect eliminates the need for a subsequent dopant activation step.

【0039】侵入深さを調整するためにはそれぞれのイ
オンビームの入射角を変えてもよい。すなわち、入射角
が小さいと侵入深さも小さくなる。入射角の変更には磁
気的・電気的効果を用いればよい。あまりに入射角が小
さいと、基板にイオンが入らず反射してしまう。入射角
は40゜以上あればまず問題はない。
In order to adjust the penetration depth, the angle of incidence of each ion beam may be changed. That is, if the incident angle is small, the penetration depth is also small. The angle of incidence may be changed by using a magnetic or electrical effect. If the incident angle is too small, ions will not enter the substrate and will be reflected. There is no problem if the incident angle is 40 ° or more.

【0040】上記の目的には、質量分離装置は、イオン
ビーム発生装置と加速装置の間に設けられるとよい。ま
た、質量分離のためには、イオンビームの長尺方向に平
行な磁場を該イオンビームに印加する装置を用いればよ
い。半導体材料に対しては、先にドーパントを含むイオ
ンが注入された後に、水素を主成分とするイオンが注入
されるようにしてもよいし、その逆となるようにしても
よい。
For the above purpose, the mass separation device is preferably provided between the ion beam generator and the accelerator. For mass separation, an apparatus that applies a magnetic field parallel to the long direction of the ion beam to the ion beam may be used. For a semiconductor material, ions containing a dopant may be implanted first, and then ions containing hydrogen as a main component may be implanted, or vice versa.

【0041】本発明のイオンドーピング装置と線状レー
ザー光を利用するレーザーアニール装置を同一チャンバ
ー内に設けることも有効である。すなわち、本発明が線
状イオン流により基板を走査しつつドーピングする工程
を特色とすることと、他の発明である線状レーザー光を
用いたレーザーアニール法が、同様な機構を必要とする
こと、および、両装置を用いる工程が連続することに着
目すれば、両者を別個の装置とするより、同一の装置に
組み込むことは非常に効果的である。
It is also effective to provide the ion doping apparatus of the present invention and a laser annealing apparatus using linear laser light in the same chamber. That is, the present invention is characterized by the step of doping while scanning the substrate with the linear ion current, and the laser annealing method using linear laser light, which is another invention, requires a similar mechanism. If attention is paid to the fact that the steps using both devices are continuous, it is very effective to incorporate them into the same device, rather than using both devices as separate devices.

【0042】例えば、特開平7−283151号には、
多チャンバー真空処理装置において、イオンドーピング
チャンバーとレーザーアニールチャンバーとを有するも
のが開示されている。従来のイオンドーピング装置は面
状の断面を有するイオン流の一括照射を基本とし、場合
によっては、基板を回転させる必要があっったので、イ
オンドーピングチャンバーとレーザーアニールチャンバ
ーとを一体化させるという思想はなかった。
For example, JP-A-7-283151 discloses that
A multi-chamber vacuum processing apparatus having an ion doping chamber and a laser annealing chamber is disclosed. Conventional ion doping equipment is based on the simultaneous irradiation of an ion stream having a planar cross section. In some cases, the substrate must be rotated, so the idea of integrating the ion doping chamber and the laser annealing chamber is considered. There was no.

【0043】しかしながら、本発明のように、イオンド
ーピング装置も線状レーザーアニール装置と同様な搬送
機構によって基板を移動しつつドーピングをおこなうと
いう場合には、イオンドーピングチャンバーとレーザー
アニールチャンバーを別に設ける必要はなく、むしろ、
一体化した方が量産性の面で有利である。すなわち、イ
オン流の断面の長手方向とレーザー光の断面の長手方向
とを平行に配置し、この間を基板を、上記方向に垂直に
移動させればよい。かくすることによりイオンドーピン
グ工程とレーザーアニール工程を連続的におこなえる。
However, in the case where the ion doping apparatus performs the doping while moving the substrate by the same transport mechanism as the linear laser annealing apparatus as in the present invention, it is necessary to provide an ion doping chamber and a laser annealing chamber separately. But rather,
The integration is advantageous in terms of mass productivity. That is, the longitudinal direction of the cross section of the ion flow and the longitudinal direction of the cross section of the laser beam may be arranged in parallel, and the substrate may be moved vertically between them. By doing so, the ion doping step and the laser annealing step can be performed continuously.

【0044】線状イオン処理装置に線状レーザーアニー
ル装置を組み合わせることは、2つの工程を同時におこ
なうことによる工程数の短縮の効果に加えて、基板の汚
染の可能性を低減する効果をも有する。
The combination of the linear ion annealing apparatus and the linear laser annealing apparatus has an effect of reducing the number of steps by simultaneously performing the two steps and an effect of reducing the possibility of contamination of the substrate. .

【0045】さらに、本発明のイオンドーピング装置を
用いると以下のような特色を有するドーピング処理をお
こなうことが可能となる。すなわち、本発明によるドー
ピング処理方法の第1は、線状のイオンビームを発生す
る過程と、該イオンビームを質量分離し、少なくとも2
つのイオンビームに分離する過程と、前記イオンビーム
をそれぞれ異なる電圧で加速する過程と、前記イオンビ
ームをそれぞれ異なる角度で基板に照射する過程とを有
する。
Further, by using the ion doping apparatus of the present invention, it is possible to perform a doping process having the following features. That is, the first of the doping method according to the present invention is a step of generating a linear ion beam and separating the ion beam by mass,
Separating the ion beam into two ion beams, accelerating the ion beam with different voltages, and irradiating the substrate with the ion beams at different angles.

【0046】本発明によるドーピング処理方法の第2
は、線状のイオンビームを発生する過程と、該イオンビ
ームを少なくとも2種類のイオンビームに質量分離する
過程と、前記イオンビームの一つを他の一つとは異なる
加速電圧で加速する過程と、前記線状に加工されたイオ
ンビームの線方向と概略直角方向に基板を移動させつ
つ、前記イオンビームの少なくとも二つを照射すること
を特徴とする。
Second Method of Doping Process According to the Present Invention
Generating a linear ion beam, mass separating the ion beam into at least two types of ion beams, and accelerating one of the ion beams at an acceleration voltage different from the other. And irradiating at least two of the ion beams while moving the substrate in a direction substantially perpendicular to the line direction of the linearly processed ion beam.

【0047】本発明によるドーピング処理方法の第3
は、水素を含む線状のイオンビームを発生する過程と、
該イオンビームを水素を主成分とするものと、そうでな
いものとに質量分離する過程と、前記イオンビームのう
ち、水素を主成分とするイオンビームおよびそうでない
ものに、それぞれのイオンビームの基板への侵入深さが
概略等しくなるようなエネルギー、入射角度等を付与す
る過程と、前記線状に加工されたイオンビームの線方向
と概略直角方向に基板を移動させつつ、前記イオンビー
ムを照射することを特徴とする。以下に実施例を示し、
より詳細に本発明を説明する。
The third of the doping method according to the present invention
Is a process of generating a linear ion beam containing hydrogen,
A step of mass-separating the ion beam into a hydrogen-based ion beam and a non-hydrogen-based ion beam; Applying energy, incident angle, etc., so that the penetration depth into the ion beam becomes substantially equal, and irradiating the ion beam while moving the substrate in a direction substantially perpendicular to the line direction of the linearly processed ion beam. It is characterized by doing. Examples are shown below,
The present invention will be described in more detail.

【0048】[0048]

【実施例】〔実施例1〕 図4に本実施例を示す。図4
(A)は本実施例のイオン源・加速装置の構成の概略を
示し、図4(B)は本実施例のイオン源・加速装置の電
極の概略の形状を示す。まず、図4(A)にしたがって
説明する。
[Embodiment 1] FIG. 4 shows this embodiment. FIG.
4A shows a schematic configuration of the ion source / accelerator of the present embodiment, and FIG. 4B shows a schematic shape of an electrode of the ion source / accelerator of the present embodiment. First, a description will be given with reference to FIG.

【0049】長方形状の断面を有するプラズマ空間24
では、プラズマ発生電極23、26に高周波電源21よ
り高周波電力を印加して、プラズマが発生する。このプ
ラズマは引き出し電極30および引き出し電源28によ
って引き出され、さらに抑制電極31、抑制電源29に
よって形状・分布を整えた後、加速電極32、加速電源
27によって、必要とするエネルギーまで加速される。
なお、プラズマの長尺方向の均一性が十分であれば、抑
制電極31は設けなくてもよい。
The plasma space 24 having a rectangular cross section
Then, high-frequency power is applied from the high-frequency power source 21 to the plasma generating electrodes 23 and 26 to generate plasma. This plasma is extracted by the extraction electrode 30 and the extraction power supply 28, and after the shape and distribution are adjusted by the suppression electrode 31 and the suppression power supply 29, the plasma is accelerated to the required energy by the acceleration electrode 32 and the acceleration power supply 27.
If the uniformity of the plasma in the longitudinal direction is sufficient, the suppression electrode 31 may not be provided.

【0050】プラズマ発生電極23、26、引き出し電
極30、抑制電極31、加速電極32の形状は、図4
(B)に示される。すなわち、引き出し電極30、抑制
電極31、加速電極32は空洞型であり、イオン流はそ
の中央部を流れる。したがって、イオンが電極と衝突す
ることがない。
The shapes of the plasma generation electrodes 23 and 26, the extraction electrode 30, the suppression electrode 31, and the acceleration electrode 32 are shown in FIG.
It is shown in (B). That is, the extraction electrode 30, the suppression electrode 31, and the acceleration electrode 32 are of a hollow type, and the ion current flows through the central portion. Therefore, the ions do not collide with the electrodes.

【0051】本実施例ではプラズマ発生用電極23と2
6の間隔を1〜10cm、長さを50〜150cm、引
き出し電極30、抑制電極31、加速電極32の空洞部
の断面の短尺方向の長さを1〜15cm、長尺方向の長
さを50〜170cmとするとよい。
In this embodiment, the plasma generating electrodes 23 and 2
6, the interval is 1 to 10 cm, the length is 50 to 150 cm, the cross-section of the cavity of the extraction electrode 30, the suppression electrode 31, and the acceleration electrode 32 is 1 to 15 cm in the short direction, and 50 in the long direction. It is good to be ~ 170cm.

【0052】なお、イオンドーピング装置全体の構成は
図3で示されたものと同様にするとよい。本実施例で
は、イオンの質量分離がおこなわれずに導入されるの
で、例えば、ドーピングガスとして、水素で希釈したホ
スフィンを用いた場合には、重いイオン(PH3 + 、P
2 + 等)も軽いイオン(例えば、H+ 、H2 + 等)も
同じ面密度で導入される。同様なことは硼素やアンチモ
ンの注入においても生じる。
The configuration of the entire ion doping apparatus may be the same as that shown in FIG. In this embodiment, since ions are introduced without being subjected to mass separation, for example, when phosphine diluted with hydrogen is used as a doping gas, heavy ions (PH 3 + , P 3
Both H 2 + and light ions (eg, H + , H 2 +, etc.) are introduced with the same areal density. The same occurs with boron or antimony implantation.

【0053】このことは、再結晶化の際に低温で結晶化
するという利点がある。すなわち、材料中のSi−H結
合同士が、水素分子を離脱するような縮合過程を経て、
Si−Si結合を形成するためである。この点で、積極
的に水素分子の注入を防止するという実施例2もしくは
3と異なる。
This has the advantage that crystallization is performed at a low temperature during recrystallization. That is, the Si-H bonds in the material undergo a condensation process of releasing hydrogen molecules,
This is for forming a Si-Si bond. This is different from the second or third embodiment in which the injection of hydrogen molecules is positively prevented.

【0054】ただし、本実施例では、イオンの質量や半
径によって進入深さが異なるという面に注意しなければ
ならない。一般に軽い水素系イオンははるかに深い部分
に集中する。この点を改善する実施例は後述する。(実
施例5〜7)
However, in this embodiment, attention must be paid to the fact that the penetration depth varies depending on the mass and radius of the ions. Generally, light hydrogen-based ions are concentrated in a much deeper part. An embodiment for improving this point will be described later. (Examples 5 to 7)

【0055】〔実施例2〕 本実施例は、実施例1で示
したイオンドーピング装置のイオン源・イオン加速装置
において、質量分離装置を設けた例を示す。本実施例を
図5を用いて説明する。図5(A)は本実施例のイオン
源・加速装置の構成の概略を示す。まず、図5(A)に
したがって説明する。長方形状の断面を有するプラズマ
空間24では、プラズマ発生電極23、26に高周波電
源21より高周波電力を印加して、プラズマが発生す
る。
[Embodiment 2] This embodiment shows an example in which a mass separator is provided in the ion source / ion accelerator of the ion doping apparatus shown in Embodiment 1. This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5A schematically shows the configuration of the ion source / accelerator of the present embodiment. First, a description will be given with reference to FIG. In the plasma space 24 having a rectangular cross section, high frequency power is applied to the plasma generating electrodes 23 and 26 from the high frequency power supply 21 to generate plasma.

【0056】このプラズマは引き出し電極30および引
き出し電源28によって引き出され、加速電源27によ
って加速される。次に、イオン流は互いに逆方向の磁場
34、35および、その間のスリット36を通過する。
磁場34によって、イオンは横向きの力を受け、このた
め、軽いイオン(例えば、H+ 、H2 + 等、図の点線)
は重いイオン(例えば、BH3 + 、BH2 + 、P
3 + 、PH2 + 等、図の細線)より左側に曲げられ、
スリット36を通過することができない。すなわち、ス
リット36は質量分離用に設けられたものである。
This plasma is extracted by the extraction electrode 30 and the extraction power supply 28 and accelerated by the acceleration power supply 27. Next, the ion flow passes through magnetic fields 34 and 35 in opposite directions and a slit 36 therebetween.
Due to the magnetic field 34, the ions are subjected to a lateral force, so that light ions (eg, H + , H 2 +, etc., dotted lines in the figure)
Are heavy ions (eg, BH 3 + , BH 2 + , P
H 3 + , PH 2 +, etc.
It cannot pass through the slit 36. That is, the slit 36 is provided for mass separation.

【0057】図5(B)には、スリットに進入する前の
イオンの分布の概念図を示す。縦軸はイオン密度(イオ
ン強度)であり、横軸はイオン流の断面の短尺方向であ
る。イオンはプラズマの分布を反映し、ガウス分布に近
い形状であるが、磁場34によって、軽いイオンが左に
移動する。図5(C)には、スリットを通過した後のイ
オンの分布を示す。スリット36によって、イオン流の
うち、左側の軽いイオンのピークが削られる。この結
果、イオン流の質量分離をおこなうことができる。
FIG. 5B shows a conceptual diagram of the distribution of ions before entering the slit. The vertical axis is the ion density (ion intensity), and the horizontal axis is the short direction of the cross section of the ion flow. The ions reflect the distribution of the plasma and have a shape close to a Gaussian distribution, but light ions move to the left by the magnetic field 34. FIG. 5C shows the distribution of ions after passing through the slit. The slit 36 cuts the light ion peak on the left side of the ion flow. As a result, mass separation of the ion flow can be performed.

【0058】なお、スリット36を通過したイオン流
も、その短尺方向の分布は磁場34の影響を強く受けて
おり、プラズマ空間での分布とは異なるが、上述したよ
うに、イオン流を移動してドーピングするために何ら問
題はない。
Although the distribution of the ion flow passing through the slit 36 in the short direction is strongly influenced by the magnetic field 34 and is different from the distribution in the plasma space, the ion flow moves as described above. There is no problem for doping.

【0059】スリット36を通過したイオン流は、磁場
34とは逆向きの磁場35によって、右向きの力を受
け、軌道が修正される。イオンが磁場34で受ける力と
磁場35で受ける力は、向きが逆で大きさが等しいの
で、結局、イオン流は以前の流れと並行になる。
The ion flow passing through the slit 36 receives a rightward force by a magnetic field 35 opposite to the magnetic field 34, and the trajectory is corrected. Since the force received by the magnetic field 34 and the force received by the magnetic field 35 are opposite in direction and equal in magnitude, the ion current eventually becomes parallel to the previous flow.

【0060】その後、抑制電極31、抑制電源29によ
って形状・分布を整えた後、加速電極32、加速電源3
3によって、必要とするエネルギーまで加速される。な
お、プラズマの長尺方向の均一性が十分であれば、抑制
電極31は設けなくてもよい。また、本実施例のような
磁場を印加する装置およびスリットは抑制電極と加速電
極の間でも、また、加速電極と被ドーピング材の間に置
かれてもよい。
Thereafter, after the shape and distribution are adjusted by the suppression electrode 31 and the suppression power supply 29, the acceleration electrode 32 and the acceleration power supply 3 are adjusted.
3 accelerates to the required energy. If the uniformity of the plasma in the longitudinal direction is sufficient, the suppression electrode 31 may not be provided. Further, the device for applying a magnetic field and the slit as in this embodiment may be placed between the suppression electrode and the acceleration electrode or between the acceleration electrode and the material to be doped.

【0061】本実施例のように、軽い水素系イオンを除
去する場合には、実施例1で述べたような再結晶化にお
ける水素離脱縮合反応が起こりにくい。この問題を解決
するには、目的とする不純物のドーピング工程の前もし
くは後に、同程度の深さになるような水素のみのドーピ
ングをおこなえばよい。
When light hydrogen-based ions are removed as in this embodiment, the hydrogen elimination-condensation reaction in the recrystallization as described in Embodiment 1 does not easily occur. In order to solve this problem, doping with only hydrogen may be performed before or after the step of doping with the target impurity so as to have the same depth.

【0062】〔実施例3〕 本実施例は、簡易型の質量
分析装置を有するイオンドーピング装置のイオン源・イ
オン加速装置において、イオン流の集束装置を設けた例
を示す。本実施例を図6を用いて説明する。図6(A)
は本実施例のイオン源・加速装置の構成の概略を示す。
まず、図6(A)および同図(B)にしたがって説明す
る。なお、図6(A)は、イオン流の断面の長手方向よ
り見た図を、また、図6(B)は、イオン流の断面の長
手方向に垂直な面より見た図を示す。
[Embodiment 3] This embodiment shows an example in which an ion source / ion accelerator of an ion doping apparatus having a simple mass spectrometer is provided with an ion current focusing device. This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 (A)
1 schematically shows the configuration of the ion source / accelerator of the present embodiment.
First, a description will be given with reference to FIGS. 6A and 6B. Note that FIG. 6A is a view as viewed from the longitudinal direction of the cross section of the ion flow, and FIG. 6B is a view as viewed from a plane perpendicular to the longitudinal direction of the cross section of the ion flow.

【0063】本実施例のイオン源は、実施例1や同2と
は異なり、誘導励起型のプラズマ発生方法を採用する。
その目的のためにガスライン58の一部に石英管を使用
し、その周囲を誘導コイル43を巻きつける。コイル4
3は高周波電源41に接続される。なお、コイルの一端
は接地される。実施例1や同2ではイオンの下流で接地
した。これに対し、本実施例ではイオン流の上流で接地
する。
Unlike the first and second embodiments, the ion source of this embodiment employs an inductively excited plasma generation method.
For that purpose, a quartz tube is used as a part of the gas line 58, and the induction coil 43 is wound around the quartz tube. Coil 4
3 is connected to the high frequency power supply 41. Note that one end of the coil is grounded. In Examples 1 and 2, grounding was performed downstream of the ions. On the other hand, in this embodiment, grounding is performed upstream of the ion flow.

【0064】このようにすることのメリットは、特に細
管での誘導励起のような場合にはガスライン58を接地
準位近辺で使用できることである。ガスラインを実施例
1や同2のようにイオンの中流に設ける場合には、ガス
ラインの電位はそれほど問題ならないが、本実施例のよ
うな装置においてイオンの下流を接地した場合には、ガ
スライン近辺は100kVにも達する高電位となり、ガ
ス配管やガズボンベに導電性の材料を使用するので、ガ
スボックス等までも厳重に絶縁する必要がある。
The advantage of this is that the gas line 58 can be used near the ground level, especially in the case of inductive excitation in a thin tube. When the gas line is provided in the middle flow of the ions as in the first and second embodiments, the potential of the gas line does not matter so much. Since the potential near the line is as high as 100 kV and a conductive material is used for gas pipes and gas cylinders, it is necessary to strictly insulate even gas boxes and the like.

【0065】本実施例のようにイオンの上流を接地する
ことにより、逆に下流が(負の)高電位となるが、下流
にある物体は外部と連絡するものが少ないので、絶縁は
大して問題とならない。
By grounding the upstream of the ions as in the present embodiment, on the contrary, the downstream has a (negative) high potential. However, since there are few objects downstream that communicate with the outside, insulation is a major problem. Does not.

【0066】誘導コイル43によって生じたプラズマは
加速室44に導入される。加速室への導入口は図6
(B)に示すように、特徴的な形状を有せしめる。ここ
で、細管から大容量の反応室にガスが導入されることに
より、プラズマおよびドーピングガスの圧力・密度は急
激に低下する。
The plasma generated by the induction coil 43 is introduced into the acceleration chamber 44. Fig. 6 shows the inlet to the acceleration chamber
As shown in (B), a characteristic shape is provided. Here, the pressure and density of the plasma and the doping gas are rapidly reduced by introducing the gas from the thin tube into the large-capacity reaction chamber.

【0067】このことは本実施例のようにイオン流を集
束する場合には好ましい。一般に、誘導コイル部分のガ
スライン58の圧力は加速室44の圧力の1/5〜1/
100となるようにすればよい。プラズマを生じさせる
には10-4Torr以上の圧力が必要である。
This is preferable when the ion current is focused as in this embodiment. Generally, the pressure of the gas line 58 in the induction coil portion is 1/5 to 1/1 / the pressure of the acceleration chamber 44.
What is necessary is just to make it 100. In order to generate plasma, a pressure of 10 -4 Torr or more is required.

【0068】しかしながら、圧力の高い空間では気体分
子やイオンの平均自由行程が小さくなり、イオンを高エ
ネルギーに加速する上で不利である。また、本実施例の
ようにイオン流を集束する場合には、イオンの衝突によ
る散乱により、集束度が低下する。
However, in a high pressure space, the mean free path of gas molecules and ions is small, which is disadvantageous in accelerating ions to high energy. In the case where the ion current is focused as in this embodiment, the degree of convergence is reduced due to scattering due to the collision of ions.

【0069】本実施例のように、加速室44の圧力を、
プラズマ源(誘導コイル43の近傍)より大幅に低下さ
せると上記の問題は解決できる。なお、イオン流の集束
効果を有効にするためには、集束装置から被ドーピング
物までの距離が、平均自由行程以下であるような圧力と
することが好ましい。
As in this embodiment, the pressure in the acceleration chamber 44 is
The above problem can be solved by greatly lowering the plasma source (in the vicinity of the induction coil 43). In order to make the focusing effect of the ion flow effective, it is preferable to set the pressure so that the distance from the focusing device to the doping object is equal to or less than the mean free path.

【0070】このようにして加速室に導入されたプラズ
マは引き出し電極50(および引き出し電源48)によ
って引き出され、加速電極52(および加速電源47)
によって加速される。この引き出し電極50と加速電極
52の間にはイオン流の集束用のコイル51を設ける。
コイル51は通常のソレノイドとは異なった形状とす
る。
The plasma thus introduced into the acceleration chamber is extracted by the extraction electrode 50 (and the extraction power supply 48), and is extracted by the acceleration electrode 52 (and the acceleration power supply 47).
Accelerated by A coil 51 for focusing the ion current is provided between the extraction electrode 50 and the acceleration electrode 52.
The coil 51 has a shape different from a normal solenoid.

【0071】すなわち、イオン流を集束させる方向に
は、下流になるほど径を小さくする。一方、それに垂直
な方向では径を変化させない。かくすることにより、イ
オン流を1方向に集束させることができる。コイル51
は同様な形状を有する中空の永久磁石によっても代替で
きる。
That is, in the direction in which the ion stream is focused, the diameter decreases as it goes downstream. On the other hand, the diameter is not changed in a direction perpendicular to the direction. By doing so, the ion flow can be focused in one direction. Coil 51
Can be replaced by a hollow permanent magnet having a similar shape.

【0072】以上は、原理的にはzピンチ法と称される
プラズマ閉じ込めもしくはプラズマ集束技術であるが、
それ以外にも、イオン流の自身の発生する磁場によって
集束させる自己集束法を用いることもできる。その際に
は、多段の加速電極を設け、下流ほど電極径を小さくす
ればよい。また、自己集束法を用いるには、イオン流と
は逆向きに電子流を流すと、電流量が増加し、かつ、イ
オン間の反発が電子により遮蔽される(シールド効果)
ので、より集束する上で効果的である。
The above is a plasma confinement or plasma focusing technique called a z-pinch method in principle.
In addition, a self-focusing method in which the ion stream is focused by a magnetic field generated by the ion stream itself can be used. In this case, a multi-stage accelerating electrode may be provided, and the electrode diameter may be reduced toward the downstream. In addition, when using the self-focusing method, when an electron flow is caused to flow in the opposite direction to the ion flow, the amount of current increases, and repulsion between ions is shielded by the electrons (shield effect).
Therefore, it is effective in focusing more.

【0073】次に、イオン流は互いに逆向きの磁場5
4、55および、その間のスリット56を通過する。磁
場54により、イオンは左向きの力を受ける。このた
め、軽いイオン(図の点線)は重いイオン(図の細線)
より左側に曲げられ、スリット56を通過することがで
きない。このことは実施例2と同じであるが、本実施例
ではイオン流の集束をおこなうため、より顕著な効果が
得られる。
Next, the ion current is applied to the magnetic fields 5 opposite to each other.
4, 55 and the slit 56 therebetween. Due to the magnetic field 54, the ions receive a leftward force. For this reason, light ions (dotted line in the figure) are replaced with heavy ions (thin line in the figure)
It is bent further to the left and cannot pass through the slit 56. This is the same as in the second embodiment, but in this embodiment, since the ion current is focused, a more remarkable effect can be obtained.

【0074】図6(C)には、加速電極52を通過した
イオンの分布の概念図を示す。縦軸はイオン密度(イオ
ン強度)であり、横軸はイオン流の断面の短尺方向であ
る。イオンはプラズマの分布を反映し、ガウス分布に近
い形状であるが、軽いイオンの方が重いイオンよりもよ
り強く集束され、中央に集まる。
FIG. 6C shows a conceptual diagram of the distribution of ions that have passed through the accelerating electrode 52. The vertical axis is the ion density (ion intensity), and the horizontal axis is the short direction of the cross section of the ion flow. The ions reflect the distribution of the plasma and have a shape close to a Gaussian distribution, but lighter ions are more strongly focused and heavier than the heavy ions.

【0075】このような分布のイオン流が磁場54を通
過すると、実施例2と同様に軽いイオンが左に移動す
る。図6(D)は、スリットに進入する前のイオンの分
布の概念図を示す。図6(E)には、スリットを通過し
た後のイオンの分布を示す。スリット56によって、イ
オン流のうち、左側の軽いイオンのピークが削られる。
この結果、イオン流の質量分離をおこなうことができ
る。本実施例で特徴的なことは、軽いイオンはより集積
度が高いため、このスリットによる分離の効果が顕著に
現れる。
When the ion current having such a distribution passes through the magnetic field 54, light ions move to the left as in the second embodiment. FIG. 6D shows a conceptual diagram of the distribution of ions before entering the slit. FIG. 6E shows the distribution of ions after passing through the slit. The slit 56 cuts a light ion peak on the left side of the ion flow.
As a result, mass separation of the ion flow can be performed. A characteristic of this embodiment is that light ions have a higher degree of integration, so that the effect of separation by the slits is remarkably exhibited.

【0076】スリット56を通過したイオン流は、磁場
55によって右向きの力を受け、軌道が修正される。イ
オンが磁場54で受ける力と磁場55で受ける力は、向
きが逆で大きさが等しいので、結局、イオン流は以前の
流れと並行になる。このようにして、線状の断面を有す
るイオン流を得ることができる。
The ion current passing through the slit 56 receives a rightward force by the magnetic field 55, and its trajectory is corrected. Since the force received by the magnetic field 54 and the force received by the magnetic field 55 are opposite in direction and equal in magnitude, the ion flow eventually becomes parallel to the previous flow. In this way, an ion stream having a linear cross section can be obtained.

【0077】〔実施例4〕 本実施例は、本発明のイオ
ンドーピング装置と線状レーザー光を利用するレーザー
アニール装置を同一チャンバー内に設けた装置に関す
る。すなわち、本発明が線状イオン流により基板を走査
しつつドーピングする工程を特色とすることと、他の発
明である線状レーザー光を用いたレーザーアニール法
が、同様な機構を必要とすることに着目したものであ
る。
Embodiment 4 The present embodiment relates to an apparatus in which the ion doping apparatus of the present invention and a laser annealing apparatus using linear laser light are provided in the same chamber. That is, the present invention is characterized by the step of doping while scanning the substrate with the linear ion current, and the laser annealing method using linear laser light, which is another invention, requires a similar mechanism. It pays attention to.

【0078】例えば、特開平7−283151には、多
チャンバー真空処理装置において、イオンドーピングチ
ャンバーとレーザーアニールチャンバーとを有するもの
が開示されている。従来のイオンドーピング装置は面状
の断面を有するイオン流の一括照射を基本とし、場合に
よっては、基板を回転させる必要があっったので、イオ
ンドーピングチャンバーとレーザーアニールチャンバー
とを一体化させるという思想はなかった。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-283151 discloses a multi-chamber vacuum processing apparatus having an ion doping chamber and a laser annealing chamber. Conventional ion doping equipment is based on the simultaneous irradiation of an ion stream having a planar cross section. In some cases, the substrate must be rotated, so the idea of integrating the ion doping chamber and the laser annealing chamber is considered. There was no.

【0079】しかしながら、本発明のように、イオンド
ーピング装置も線状レーザーアニール装置と同様な搬送
機構によって基板を移動しつつドーピングをおこなうと
いう場合には、イオンドーピングチャンバーとレーザー
アニールチャンバーを別に設ける必要はなく、むしろ、
一体化した方が量産性の面で有利である。すなわち、イ
オン流の断面の長手方向とレーザー光の断面の長手方向
とを平行に配置し、この間を基板を、上記方向に垂直に
移動させればよい。かくすることによりイオンドーピン
グ工程とレーザーアニール工程を連続的におこなえる。
However, when the ion doping apparatus performs the doping while moving the substrate by the same transport mechanism as the linear laser annealing apparatus as in the present invention, it is necessary to provide an ion doping chamber and a laser annealing chamber separately. But rather,
The integration is advantageous in terms of mass productivity. That is, the longitudinal direction of the cross section of the ion flow and the longitudinal direction of the cross section of the laser beam may be arranged in parallel, and the substrate may be moved vertically between them. By doing so, the ion doping step and the laser annealing step can be performed continuously.

【0080】本実施例を図7を用いて説明する。図7
(A)は本実施例の装置の断面の概念図であり、また、
図7(B)は本実施例の装置を上(イオン流の導入方向
もしくはレーザー光の導入方向)より見た概念図であ
る。
This embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
(A) is a conceptual diagram of a cross section of the device of the present embodiment,
FIG. 7B is a conceptual diagram of the apparatus of the present embodiment as viewed from above (the direction of introduction of the ion stream or the direction of introduction of the laser beam).

【0081】本発明のイオンドーピング兼レーザーアニ
ール装置は、他の実施例のイオンドーピング装置と同
様、イオン源・加速装置63、ドーピング室65、電源
装置64、ガスボックス69、排気装置70よりなる。
しかしながら、それに加えて、レーザー装置61、光学
系62を有する。また、予備室68も有する。もちろ
ん、ドーピング室65にはレーザー光を導入するための
窓73を設ける。レーザー光導入用の窓73はイオン流
導入のための窓72と平行に設けられる。
The ion doping / laser annealing apparatus of the present invention comprises an ion source / accelerator 63, a doping chamber 65, a power supply unit 64, a gas box 69, and an exhaust unit 70, like the ion doping apparatus of the other embodiments.
However, in addition thereto, a laser device 61 and an optical system 62 are provided. It also has a spare room 68. Of course, the doping chamber 65 is provided with a window 73 for introducing a laser beam. The window 73 for introducing a laser beam is provided in parallel with the window 72 for introducing an ion stream.

【0082】基板66は基板ホルダー67に保持され、
基板ホルダー67は搬送機構71によって、ドーピング
室65を少なくとも1方向に移動する。基板ホルダー6
7にはヒーター等を設けてもよい。イオン流の長尺方向
は図の紙面に垂直な方向である。
The substrate 66 is held by a substrate holder 67,
The substrate holder 67 moves the doping chamber 65 in at least one direction by the transfer mechanism 71. Substrate holder 6
7 may be provided with a heater or the like. The long direction of the ion flow is a direction perpendicular to the plane of the drawing.

【0083】〔実施例5〕 本実施例では、イオン形成
手段をもつ装置と、イオンを加速する手段をもつ装置に
関しては、図4に示す装置と同様な構成のものを用い
る。図8には本実施例で使用するイオンドーピング装置
の概念図を示す。ドーパントガスは高周波電源81より
高周波電力の印加されたプラズマ発生電極82、83に
よりイオン化される。このイオンは引き出し電極84に
より引き出される。
[Embodiment 5] In this embodiment, a device having an ion forming means and a device having an ion accelerating means have the same configuration as the device shown in FIG. FIG. 8 shows a conceptual diagram of an ion doping apparatus used in this embodiment. The dopant gas is ionized by the plasma generating electrodes 82 and 83 to which the high frequency power is applied from the high frequency power supply 81. These ions are extracted by the extraction electrode 84.

【0084】さらに、本実施例のドーピング装置は、イ
オンビームに磁場を加える手段85を備えている。その
結果、軽イオン(水素を主成分とするイオン)は大きく
偏向する。一方、重イオン(ドーパントを含むイオン)
の偏向はわずかである。本実施例の装置では、重イオン
の通過路には抑制電極86、加速電極87を設け、該イ
オンビームが選択的に加速され、基板に照射される。し
かしながら、軽イオンに関しては、通路に加速電極が設
けられていないので、引き出し電極84により加速され
たエネルギーのまま図示しないステージ上の基板88に
照射される。
Further, the doping apparatus of this embodiment is provided with a means 85 for applying a magnetic field to the ion beam. As a result, light ions (ions mainly composed of hydrogen) are largely deflected. On the other hand, heavy ions (ions containing dopants)
Is slightly deflected. In the apparatus of this embodiment, a suppression electrode 86 and an acceleration electrode 87 are provided in the passage of heavy ions, and the ion beam is selectively accelerated and irradiated on the substrate. However, with respect to light ions, since the accelerating electrode is not provided in the passage, the substrate 88 on the stage (not shown) is irradiated with the energy accelerated by the extraction electrode 84.

【0085】本実施例では、イオンビームは滝のように
カーテン状をなして、基板88に照射される。基板全体
にまんべんなくドーパントがゆき渡るように、基板88
を走査させながら、ドーピングを行う。ドーズ量は基板
の走査速度と、イオン電流値で制御する。このときの走
査の方向はドーパントにより形成される該カーテン面に
対して概略垂直とする。
In this embodiment, the substrate 88 is irradiated with the ion beam in a curtain shape like a waterfall. The substrate 88 should be spread over the entire substrate.
While scanning, doping is performed. The dose is controlled by the scanning speed of the substrate and the ion current value. The scanning direction at this time is substantially perpendicular to the curtain surface formed by the dopant.

【0086】本装置が形成するイオンの滝は幅2mであ
る。本装置はリンまたはボロンをドーパントとして、半
導体材料に添加する目的で使用する。上記イオンにはP
y + またはB2Hx + イオンの他に多量のH2 + イオ
ンが含まれている。本実施例では濃度5%程度に水素で
希釈した半導体用PH3 もしくはB2 6 ガスを使用し
た。
The ion waterfall formed by this device is 2 m wide.
You. This device uses phosphorous or boron as a dopant and
Used to add to conductor materials. The above ions are P
Hy +Or B2Hx +A large amount of H besides ionsTwo +Io
Is included. In this embodiment, the concentration is about 5% with hydrogen.
Diluted PH for semiconductorThreeOr BTwoH6Using gas
Was.

【0087】このイオン流に垂直かつイオンのカーテン
面を含む方向に磁場を形成することにより、該イオン流
に対して垂直方向の力を該イオン流に加える。これは、
ローレンツ力と呼ばれるものである。運動方程式 M a =
q v Bから、イオンの上記磁場 Bに起因する加速度 aは
イオン質量 Mに反比例し、イオンの電荷 qに比例するこ
とが容易に判る。なお、磁場入射前のイオン流の方向
の、磁場入射後のイオン速度成分 vはイオンの質量 Mに
依存する。
By forming a magnetic field in a direction perpendicular to the ion stream and including the ion curtain surface, a force in a direction perpendicular to the ion stream is applied to the ion stream. this is,
This is called Lorentz force. Equation of motion M a =
From qv B, it is easy to see that the acceleration a of the ion caused by the magnetic field B is inversely proportional to the ion mass M and proportional to the charge q of the ion. Note that the ion velocity component v after the magnetic field incidence in the direction of the ion flow before the magnetic field incidence depends on the ion mass M.

【0088】本実施例の場合は、加速されるイオンの大
多数が電荷1のものなので、前述の加速度はイオンの質
量のみに依存すると考えて良い。本実施例に使用するガ
スに含まれるイオン、H2 + イオンの分子量は2、PH
y + イオンの分子量は34程度、B2 x + イオンの分
子量は24〜26程度、である。また、上記速度成分v
の質量依存を考慮に入れると、H2 + イオンは、ドーパ
ントを含むイオンと比較して10〜100倍の加速度
を、該イオン流の垂直方向にうけることがわかる。よっ
て、磁場をイオン流に加えることでイオン流の質量分離
ができる。
In the case of this embodiment, since the majority of the ions to be accelerated have one electric charge, it can be considered that the aforementioned acceleration depends only on the mass of the ions. The ion and H 2 + ions contained in the gas used in this embodiment have a molecular weight of 2, PH
The molecular weight of the y + ion is about 34, and the molecular weight of the B 2 H x + ion is about 24 to 26. In addition, the above velocity component v
Taking into account the mass dependence of H 2 + , it can be seen that H 2 + ions are subjected to an acceleration 10 to 100 times that of the ions containing the dopant in the vertical direction of the ion flow. Therefore, mass separation of the ion flow can be performed by applying a magnetic field to the ion flow.

【0089】ドーパントを含むイオン流の向きを殆ど変
えることなく、H2 + イオンの流れのみを適当に変える
には、引き出し電圧を1〜10 k V 程度とし、図8に
示した磁場の方向に0. 1から10テスラ程度、好まし
くは0. 5から2テスラ程度の磁場を加えるとよかっ
た。
In order to appropriately change only the flow of H 2 + ions without changing the direction of the ion flow including the dopant, the extraction voltage should be about 1 to 10 kV and the direction of the magnetic field shown in FIG. It was good to apply a magnetic field of about 0.1 to 10 Tesla, preferably about 0.5 to 2 Tesla.

【0090】磁場を形成する場所は引出電極の直後とす
る。イオンの運動エネルギーがまだ小さいうちにイオン
を曲げれば、少ないエネルギーでイオンを大きく曲げる
ことが可能だからである。引き出し電極84直後で曲げ
られたH2 + イオンは抑制電極86、加速電極87の中
を通過することなくステージ上の基板88に達する。こ
の様にすると、基板入射時のH2 + イオンの速度を抑え
ることができる。
The place where the magnetic field is formed is immediately after the extraction electrode. If the ions are bent while the kinetic energy of the ions is still small, the ions can be greatly bent with a small energy. The H 2 + ions bent immediately after the extraction electrode 84 reach the substrate 88 on the stage without passing through the suppression electrode 86 and the acceleration electrode 87. In this way, the velocity of H 2 + ions at the time of incidence on the substrate can be suppressed.

【0091】基板に達したときのH2 + イオンの入射角
は50゜程度であった。前記角度は、イオンが基板内に
入るのに充分な角度であった。一方、ドーパントを含む
イオン流は上記磁場の影響を殆ど受けることなく、抑制
電極、加速電極の中を通過後、基板に照射された。入射
角はほぼ90°であった。
The angle of incidence of H 2 + ions upon reaching the substrate was about 50 °. The angle was sufficient for ions to enter the substrate. On the other hand, the ion stream containing the dopant was irradiated on the substrate after passing through the suppressing electrode and the accelerating electrode almost without being affected by the magnetic field. The angle of incidence was approximately 90 °.

【0092】上記のイオン加速方法により、H2 + イオ
ンの速度を極力抑え、かつ、ドーパントを所望の深さに
打ち込むことが可能となった。等電界中では、イオンは
軽ければ軽いほど、電荷が高ければ高いほど加速されや
すい。よって、イオン流を質量分離しなければ、イオン
は軽イオンほど高速で基板に打ち込まれる。すなわち、
軽イオンほど基板深く打ち込まれてしまう。
By the above-described ion acceleration method, it has become possible to suppress the velocity of H 2 + ions as much as possible and to implant a dopant to a desired depth. In an isoelectric field, the lighter the ions and the higher the charge, the easier they are to accelerate. Therefore, unless the ion flow is mass-separated, ions are injected into the substrate at a higher speed as light ions. That is,
Lighter ions are implanted deeper into the substrate.

【0093】ところが、本実施例の方法をとると、本実
施例では軽イオンに該当するH2 + イオンの基板入射時
の速度と、重イオンに該当するドーパントを含むイオン
の基板入射時の速度とを、同程度もしくは軽イオンの速
度を重イオンのものよりも遅くできた。
However, when the method of this embodiment is employed, in this embodiment, the velocity of H 2 + ions corresponding to light ions at the time of incidence on the substrate and the velocity of ions including heavy ions corresponding to dopants at the time of incidence on the substrate are considered. And the speed of light ions was comparable or slower than that of heavy ions.

【0094】この様な速度コントロールすることによ
り、H2 + イオンとドーパントを含むイオンの基板中で
の深さ方向の分布を似通わせることができる。この結
果、H2 + イオンのもつ運動エネルギーの解放による熱
を、より直接的にドーパントに作用させることができる
ようになった。該熱は、ドーパントを含むイオンの打ち
込みにより形成された格子欠陥の修復と、ドーパントの
活性化に使われた。さらに、該熱と多量の水素が、格子
の不結合手の終端に使われた。
By controlling such a speed,
HTwo +In the substrate of ions containing ions and dopants
Can be made to resemble each other in the depth direction. This result
Fruit, HTwo +Heat due to release of kinetic energy of ions
Can act on the dopant more directly
It became so. The heat is applied to the ions containing the dopant.
Repair of lattice defects formed by
Used for activation. Furthermore, the heat and a large amount of hydrogen
The end of the disjointed hand was used.

【0095】一般的に言って、ドーピングによるダメー
ジは半導体材料の特性を著しくおとしめるものであるか
ら、何らかの補修を加えなければならない。従来は、熱
を加えたり、光を照射するといったアニール手段で上記
ダメージの回復を図っていた。あるいは、格子欠陥部分
を終端する目的で水素を該ダメージ部分に添加しアニー
ルにより水素を格子欠陥に結合させる手段も効果的であ
った。
Generally speaking, since damage due to doping significantly degrades the properties of a semiconductor material, some repair must be made. Conventionally, the above-mentioned damage has been recovered by annealing means such as applying heat or irradiating light. Alternatively, a means for adding hydrogen to the damaged portion for the purpose of terminating the lattice defect portion and bonding the hydrogen to the lattice defect by annealing was also effective.

【0096】ところで、先に述べた通り、質量分離を行
わずに全てのイオンを垂直に入射させると、重イオンの
入射速度Vαと軽イオンの入射速度Vβには、Vα<<
Vβという関係があるので、比較的軽い水素イオンは半
導体膜深くに分布する(図10(B))のに対し、比較
的重いイオンは該膜の浅い部分に分布する(図10
(A))。
By the way, as described above, when all ions are vertically incident without performing mass separation, the incident velocity Vα of heavy ions and the incident velocity Vβ of light ions become Vα <<
Because of the relationship of Vβ, relatively light hydrogen ions are distributed deep in the semiconductor film (FIG. 10B), while relatively heavy ions are distributed in a shallow portion of the film (FIG. 10B).
(A)).

【0097】すなわち、前者の中心深さd2 と後者の中
心深さd1 の間には、d1 <<d2という関係が生じ
る。よって、水素イオンの分布とドーパントによる格子
欠陥の分布にずれが生じ、該水素イオンが該欠陥修復に
効率よく使用されない。
That is, there is a relationship d 1 << d 2 between the former center depth d 2 and the latter center depth d 1 . Therefore, a difference occurs between the distribution of hydrogen ions and the distribution of lattice defects due to the dopant, and the hydrogen ions are not efficiently used for repairing the defects.

【0098】ところが、本実施例に示した方法でイオン
の質量分離を行い、入射速度を概略等しくすると、該水
素イオンの侵入深さ(図10(D))とドーパントの分
布(図10(C))が近づきあるいは一致し、その結果
著しく上記ダメージの修復効果が向上した。前記修復効
果は、該水素イオンの格子欠陥の終端効果と、該水素イ
オンとドーパントを含むイオンとが膜中で運動エネルギ
ーを失うことにより生じる熱アニール効果である。
However, when the mass separation of ions is performed by the method described in this embodiment and the incident speeds are substantially equal, the penetration depth of the hydrogen ions (FIG. 10D) and the distribution of the dopant (FIG. 10C )) Approached or matched, and as a result, the effect of repairing the damage was significantly improved. The repair effect is a terminating effect of lattice defects of the hydrogen ions and a thermal annealing effect caused by the loss of kinetic energy between the hydrogen ions and ions containing a dopant in the film.

【0099】本効果は従来行われてきたドーピング後の
処理(前段に述べたもの)と同程度のものであった。該
効果は、プラズマ中の水素イオンの濃度が高ければ高い
ほど上がるが、スループットを考慮すると該水素イオン
のプラズマ中の濃度は50〜90%が適当であった。
This effect was comparable to that of the post-doping treatment (the one described in the preceding paragraph), which has been conventionally performed. The effect increases as the concentration of hydrogen ions in the plasma increases. However, considering the throughput, the concentration of the hydrogen ions in the plasma is preferably 50 to 90%.

【0100】イオンを照射しながら基板を走査させると
き、本実施例では、最初にH2 + イオンが基板に打ち込
まれてから、PHy + またはB2 x + イオン等のドー
パントを含むイオンが打ち込まれるように、基板走査の
方向を決定した。H2 + イオンは半導体膜を構成する主
な原子と比較して小さくかつ軽いので半導体材料の格子
をあまり壊すことなく、基板に打ち込まれ、該H2 +
オンが失う運動エネルギーにより基板温度が上昇する。
When the substrate is scanned while being irradiated with ions, in this embodiment, first, H 2 + ions are implanted into the substrate, and then ions containing a dopant such as PH y + or B 2 H x + ions are applied. The direction of substrate scanning was determined to be driven. H 2 + ions are smaller and lighter than the main atoms constituting the semiconductor film, so they are implanted into the substrate without significantly breaking the lattice of the semiconductor material, and the substrate temperature rises due to the kinetic energy lost by the H 2 + ions. I do.

【0101】その後、重いドーパントを含むイオンが打
ち込まれる。このときにできる格子欠陥の修復とドーパ
ントの活性化に上昇した基板温度と水素が使われる。か
くして、ドーピングと同時にアニールおよび水素化をお
こなうことができた。
Thereafter, ions containing a heavy dopant are implanted. At this time, the elevated substrate temperature and hydrogen are used for repairing lattice defects and activating the dopant. Thus, annealing and hydrogenation could be performed simultaneously with doping.

【0102】〔実施例6〕 本実施例では、実施例5と
全く同様の装置を用い、基板の走査方向のみ変更した。
すなわち、イオンを照射しながら基板を走査させると
き、まず、PHy + またはB2 x + イオン等のドーパ
ントを含むイオンが基板に打ち込まれてから、H2 +
オンが打ち込まれるように、基板を走査した。
[Embodiment 6] In this embodiment, the same apparatus as in Embodiment 5 was used, and only the scanning direction of the substrate was changed.
That is, when scanning the substrate while irradiating the ions, first, ions including a dopant such as PH y + or B 2 H x + ions are implanted into the substrate, and then the substrate is scanned such that H 2 + ions are implanted. Was scanned.

【0103】重いドーパントを含むイオンは半導体膜を
構成する主な原子と比較して同程度に重いので、半導体
の特性を著しくおとしめるほどの影響を半導体材料の格
子に与える。その後H2 + イオンが基板に打ち込まれ、
該H2 + イオンが失う運動エネルギーにより基板温度が
上昇する。このときの温度と水素の供給により、格子欠
陥を修復し、ドーパントを活性化させる。
The ions containing the heavy dopant are as heavy as the main atoms constituting the semiconductor film, and thus have an effect on the lattice of the semiconductor material that significantly degrades the characteristics of the semiconductor. Then H 2 + ions are implanted into the substrate,
The substrate temperature rises due to the kinetic energy lost by the H 2 + ions. By supplying the temperature and the supply of hydrogen at this time, lattice defects are repaired and the dopant is activated.

【0104】本実施例は実施例5とほぼ同程度の格子欠
陥修復とドーパントの活性化の効果があった。本実施例
は、水素イオンとドーパントを含むイオンとの基板に打
ち込まれる順序が、本発明の諸効果に影響しないことを
示すものである。
This embodiment has almost the same effects of repairing lattice defects and activating dopants as in the fifth embodiment. This example shows that the order of implanting hydrogen ions and ions containing dopant into the substrate does not affect the effects of the present invention.

【0105】〔実施例7〕 図9に本実施例で使用する
イオンドーピング装置の概念図を示す。実施例5、6で
述べたドーピング装置と異なる点は、イオン流に磁場を
加えている領域にさらなる電場を与える手段を有してい
る点である。前記手段も実施例1、2の装置と同様に、
該イオン流の質量分離を可能とする。異なる点は、理想
的には全くドーパントを含むイオンの流れを曲げること
なく質量分離ができる点である。本質量分離器はE×B
分離器と呼ばれる。
Embodiment 7 FIG. 9 is a conceptual diagram of an ion doping apparatus used in this embodiment. A different point from the doping apparatus described in the fifth and sixth embodiments is that the doping apparatus has means for applying a further electric field to a region where a magnetic field is applied to the ion flow. The above-mentioned means is also similar to the devices of the first and second embodiments,
This allows mass separation of the ion stream. The difference is that mass separation can be performed ideally without bending the flow of ions containing the dopant at all. This mass separator is E × B
Called the separator.

【0106】ドーパントガスは高周波電源91より高周
波電力の印加されたプラズマ発生電極92、93により
イオン化される。このイオンは引き出し電極94により
引き出される。
The dopant gas is ionized by the plasma generating electrodes 92 and 93 to which the high frequency power is applied from the high frequency power supply 91. These ions are extracted by the extraction electrode 94.

【0107】さらに、イオンビームに磁場を加える手段
95および電極96により、イオンは質量分離され、軽
イオン(水素を主成分とするイオン)は大きく偏向す
る。一方、重イオン(ドーパントを含むイオン)の偏向
はわずかである。本実施例の装置では、重イオンの通過
路には抑制電極97、加速電極98を設け、該イオンビ
ームが選択的に加速され、基板に照射される。しかしな
がら、軽イオンに関しては、通路に加速電極が設けられ
ていないので、引き出し電極94により加速されたエネ
ルギーのまま図示しないステージ上の基板99に照射さ
れる。
Further, ions are mass-separated by the means 95 for applying a magnetic field to the ion beam and the electrode 96, and light ions (ions mainly composed of hydrogen) are largely deflected. On the other hand, the deflection of heavy ions (ions including dopants) is slight. In the apparatus of this embodiment, a suppression electrode 97 and an acceleration electrode 98 are provided in the passage of heavy ions, and the ion beam is selectively accelerated and irradiated on the substrate. However, with respect to light ions, since the accelerating electrode is not provided in the passage, the substrate 99 on the stage (not shown) is irradiated with the energy accelerated by the extraction electrode 94.

【0108】本実施例でも、イオンは、滝のようにカー
テン状をなして基板99に照射される。基板全体にまん
べんなくドーパントが行き渡るように、基板を走査させ
ながら、ドーピングを行う。ドーズ量は基板の走査速度
と、イオン電流値で制御する。このときの走査の方向は
ドーパントにより形成される該カーテン面に対して概略
垂直とする。
Also in this embodiment, the ions are applied to the substrate 99 in a curtain shape like a waterfall. The doping is performed while scanning the substrate so that the dopant is evenly distributed over the entire substrate. The dose is controlled by the scanning speed of the substrate and the ion current value. The scanning direction at this time is substantially perpendicular to the curtain surface formed by the dopant.

【0109】本装置が形成するイオンの滝は幅2mであ
る。本装置はリンまたはボロンをドーパントとして、半
導体材料に添加する目的で使用する。上記イオンにはP
y + またはB2 x + イオンの他に多量のH2 + イオ
ンが含まれている。本実施例では濃度5%程度に水素で
希釈した半導体用PH3 もしくはB2 6 ガスを使用し
た。
The ion waterfall formed by this device is 2 m wide.
You. This device uses phosphorous or boron as a dopant and
Used to add to conductor materials. The above ions are P
Hy +Or BTwoHx +A large amount of H besides ionsTwo +Io
Is included. In this embodiment, the concentration is about 5% with hydrogen.
Diluted PH for semiconductorThreeOr BTwoH6Using gas
Was.

【0110】このイオン流に垂直かつイオンのカーテン
面を含む方向に磁場を形成することにより、該イオン流
に対して垂直方向の力を該イオン流に加える。これはロ
ーレンツ力と呼ばれるものである。運動方程式 F = q v
B - q E から、イオン流が受ける横向きの力 F がわ
かる。イオン流を曲げないためには Fを0とすればよ
い。
By forming a magnetic field in a direction perpendicular to the ion flow and including the ion curtain surface, a force perpendicular to the ion flow is applied to the ion flow. This is called Lorentz force. Equation of motion F = qv
From B-q E, the lateral force F applied to the ion flow is known. In order not to bend the ion flow, F may be set to 0.

【0111】なお、磁場入射前のイオン流の方向の、磁
場入射後のイオン速度成分v はイオンの質量 Mに依存す
るので、ドーパントを含むイオンの速度v を前述の運動
方程式に代入し、力 Fが0となるように磁場Bと電場E
を調節すればよい。このとき、水素イオンは、ドーパン
トを含むイオンの速度v とは異なる速度を持っているの
で、0でない力 Fを受ける。よって、本装置により、質
量分離ができることが判る。
Since the ion velocity component v after the magnetic field incidence in the direction of the ion flow before the magnetic field incidence depends on the mass M of the ion, the velocity v of the ion including the dopant is substituted into the above-mentioned equation of motion, and the force Magnetic field B and electric field E such that F becomes 0
Can be adjusted. At this time, since the hydrogen ions have a speed different from the speed v of the ions including the dopant, the hydrogen ions receive a non-zero force F. Therefore, it is understood that mass separation can be performed by the present apparatus.

【0112】H2 + イオンの流れを適当に変えるには、
引き出し電圧を1〜10 k V 程度とし、図9に示した
磁場の方向に0. 1から10テスラ程度、好ましくは
0. 5から2テスラ程度の磁場を加えるとよかった。
To properly change the flow of H 2 + ions,
The extraction voltage was set to about 1 to 10 kV, and a magnetic field of about 0.1 to 10 Tesla, preferably about 0.5 to 2 Tesla was preferably applied in the direction of the magnetic field shown in FIG.

【0113】磁場を形成する場所は引出電極94の直後
とする。イオンの運動エネルギーがまだ小さいうちにイ
オンを曲げれば、少ないエネルギーでイオンを大きく曲
げることが可能だからである。引き出し電極94直後で
曲げられたH2 + イオンは抑制電極97、加速電極98
の中を通過することなくステージ上の基板に達する。こ
の様にすると、基板入射時のH2 + イオンの速度を抑え
ることができる。
The place where the magnetic field is formed is immediately after the extraction electrode 94. If the ions are bent while the kinetic energy of the ions is still small, the ions can be greatly bent with a small energy. The H 2 + ions bent immediately after the extraction electrode 94 are suppressed by the suppression electrode 97 and the acceleration electrode 98.
Reaches the substrate on the stage without passing through. In this way, the velocity of H 2 + ions at the time of incidence on the substrate can be suppressed.

【0114】基板に達したときのH2 + イオンの入射角
は45゜程度であった。前記角度は、イオンが基板内に
入るのに充分な角度であった。一方、ドーパントを含む
イオン流は上記E×B分離器の影響を殆ど受けることな
く、抑制電極97、加速電極98の中を通過後、基板に
照射された。
The angle of incidence of H 2 + ions upon reaching the substrate was about 45 °. The angle was sufficient for ions to enter the substrate. On the other hand, the ion stream containing the dopant was irradiated on the substrate after passing through the suppression electrode 97 and the acceleration electrode 98 without being substantially affected by the E × B separator.

【0115】上記のイオン加速方法は実施例5、6で示
した方法と同様の効果をもたらした。本実施例の実施例
5、6に勝る点は、ドーパントを含むイオンがほぼまっ
すぐに基板に到達するため引き出し電極94、抑制電極
97、加速電極98を小さくすることができることであ
る。しかし、E×B分離器は構造がやや複雑であるため
設計保守の面で実施例5、6のほうが優れている。な
お、本実施例は実施例5、6で示したような基板の走査
方向によらず、効果的であった。
The above-described ion accelerating method has the same effect as the methods shown in the fifth and sixth embodiments. The advantage of this embodiment over the fifth and sixth embodiments is that the ion including the dopant reaches the substrate almost straight, so that the extraction electrode 94, the suppression electrode 97, and the acceleration electrode 98 can be reduced. However, since the E × B separator has a slightly complicated structure, the fifth and sixth embodiments are superior in terms of design and maintenance. This embodiment is effective regardless of the scanning direction of the substrate as shown in the fifth and sixth embodiments.

【0116】[0116]

【発明の効果】本発明によって、大面積の処理が可能な
イオンドーピング装置が得られる。また、アニール工程
・水素化工程を必要としない、もしくは、それらの工程
の処理時間を短縮し、あるいは、処理温度を低減するこ
とも可能となる。本発明によってもたらされる効果は上
述の通りである。このように本発明は工業上、有益なも
のである。
According to the present invention, an ion doping apparatus capable of processing a large area can be obtained. Further, the annealing step and the hydrogenation step are not required, or the processing time of those steps can be reduced, or the processing temperature can be reduced. The effects provided by the present invention are as described above. Thus, the present invention is industrially useful.

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

【図1】 従来のイオンドーピング装置のイオン源・加
速装置の概略を示す図。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an ion source / accelerator of a conventional ion doping apparatus.

【図2】 従来のイオンドーピング装置の構成の概略を
示す図。
FIG. 2 is a view schematically showing a configuration of a conventional ion doping apparatus.

【図3】 本発明のイオンドーピング装置の構成の概略
を示す図。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an ion doping apparatus of the present invention.

【図4】 実施例1のイオンドーピング装置のイオン源
・加速装置の概略と電極の形状の概略を示す図。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an ion source / accelerator of the ion doping apparatus according to the first embodiment and a schematic shape of an electrode.

【図5】 実施例2のイオンドーピング装置のイオン源
・加速装置の概略と動作原理等を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an outline of an ion source / accelerator of the ion doping apparatus according to the second embodiment, an operation principle, and the like.

【図6】 実施例3のイオンドーピング装置のイオン源
・加速装置の概略と動作原理等を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an outline of an ion source / accelerator of an ion doping apparatus according to a third embodiment, an operation principle, and the like.

【図7】 実施例4のイオンドーピング装置の構成の概
略を示す図。
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a configuration of an ion doping apparatus according to a fourth embodiment.

【図8】 実施例5および6のイオンドーピング装置の
イオン源・加速装置の概略を示す図。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an ion source / accelerator of the ion doping apparatus according to the fifth and sixth embodiments.

【図9】 実施例7のイオンドーピング装置のイオン源
・加速装置の概略を示す図。
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an ion source / accelerator of an ion doping apparatus according to a seventh embodiment.

【図10】 イオンの入射速度と侵入深さの関係を示す
図。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an ion incident velocity and a penetration depth.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21 高周波電源 2 マッチングボックス 3、23 プラズマ発生用電極 4、24 プラズマ空間 5 絶縁体 6、26 プラズマ発生用電極 7、27、33 加速電源 8、28 引き出し電源 9、29 抑制電源 10、30 引き出し電極 11、31 抑制電極 12、32 加速電極 13 イオン源・加速装置 14 電源装置 15 ドーピング室 16 被ドーピング材 17 基板ホルダー 18 ガスライン 19 ガスボックス 20 排気装置 34、35 磁場 36 スリット 1, 21 High frequency power supply 2 Matching box 3, 23 Plasma generation electrode 4, 24 Plasma space 5 Insulator 6, 26 Plasma generation electrode 7, 27, 33 Acceleration power supply 8, 28 Extraction power supply 9, 29 Suppression power supply 10, 30 Extraction electrode 11, 31 Suppression electrode 12, 32 Acceleration electrode 13 Ion source / accelerator 14 Power supply 15 Doping chamber 16 Material to be doped 17 Substrate holder 18 Gas line 19 Gas box 20 Exhaust device 34, 35 Magnetic field 36 Slit

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマを発生するためのプラズマ空間
と、 前記プラズマ空間からイオン流を引き出すための引き出
し電極と、 前記イオン流に磁場を印加する装置と、 スリットと、を有し、 前記スリットを通過したイオン流の断面は線状であるこ
とを特徴とするドーピング装置。
1. A plasma space for generating plasma, an extraction electrode for extracting an ion flow from the plasma space, a device for applying a magnetic field to the ion flow, and a slit. A doping apparatus characterized in that the cross section of the passed ion stream is linear.
【請求項2】 請求項1において、 前記スリットを通過したイオン流を加速するための加速
電極を有することを特徴とするドーピング装置。
2. The doping apparatus according to claim 1, further comprising an accelerating electrode for accelerating an ion flow passing through the slit.
【請求項3】 請求項1又は2において、 前記イオン流の断面の長尺方向に垂直に基板を移動する
手段を有することを特徴とするドーピング装置。
3. The doping apparatus according to claim 1, further comprising: means for moving the substrate in a direction perpendicular to a longitudinal direction of a cross section of the ion flow.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1項において、 前記磁場の大きさは0.1〜10テスラであることを特
徴とするドーピング装置。
4. The doping apparatus according to claim 1, wherein the magnitude of the magnetic field is 0.1 to 10 Tesla.
【請求項5】 ドーパントガスのイオンを含むイオン源
と、 前記イオン源からイオンを引き出し、イオン流を発生す
るための引き出し電極と、 前記イオン流に磁場を印加する装置と、 前記イオン流を加速させる加速電極と、を有し、 前記イオン流の断面は線状であり、前記磁場は前記引き
出し電極と前記加速電極との間に形成されていることを
特徴とするドーピング装置。
5. An ion source containing ions of a dopant gas, an extraction electrode for extracting ions from the ion source and generating an ion current, a device for applying a magnetic field to the ion current, and accelerating the ion current. A doping apparatus, comprising: an accelerating electrode for causing the ion stream to have a linear cross section; and the magnetic field being formed between the extraction electrode and the accelerating electrode.
【請求項6】 ドーパントガスのイオンを含むイオン源
と、 前記イオン源からイオンを引き出し、イオン流を発生す
る引き出し電極と、 前記イオン流を加速させる加速電極と、 前記引き出し電極と加速電圧の間に設けられたコイル
と、を有し、 前記イオン流の断面は線状であることを特徴とするドー
ピング装置。
6. An ion source containing ions of a dopant gas, an extraction electrode for extracting ions from the ion source and generating an ion current, an acceleration electrode for accelerating the ion current, and a voltage between the extraction electrode and an acceleration voltage. And a coil provided in the doping device, wherein a cross section of the ion flow is linear.
【請求項7】 請求項5又は6において、 前記イオン流の断面の長尺方向と垂直に前記基板を移動
する手段を有することを特徴とするドーピング装置。
7. The doping apparatus according to claim 5, further comprising: means for moving the substrate in a direction perpendicular to a longitudinal direction of a cross section of the ion flow.
【請求項8】 請求項5乃至6のいずれか1項におい
て、 前記磁場の大きさは0.1〜10テスラであることを特
徴とするドーピング装置。
8. The doping apparatus according to claim 5, wherein the magnitude of the magnetic field is 0.1 to 10 Tesla.
【請求項9】 プラズマ発生空間において、ドーパント
ガスのプラズマを発生する過程と、 前記プラズマ空間からイオンを引き出し加速して、イオ
ン流を発生する過程と、 前記イオン流から前記ドーパントを含むイオン流を質量
分離する過程と、 前記ドーパントを含むイオン流のみを加速する過程と、
を有し、 前記ドーパントガスのイオンを含むイオン流の断面は線
状であることを特徴とするドーピング処理方法。
9. A process for generating a plasma of a dopant gas in a plasma generation space, a process for extracting and accelerating ions from the plasma space to generate an ion flow, and a process for generating an ion flow containing the dopant from the ion flow. Mass separating; and accelerating only the ion flow containing the dopant;
And a cross section of an ion stream containing ions of the dopant gas is linear.
【請求項10】 請求項9において、 前記イオン流の断面の長尺方向に垂直に基板を移動させ
つつ、前記イオン流を照射することを特徴とするドーピ
ング処理方法。
10. The doping method according to claim 9, wherein the ion stream is irradiated while moving the substrate perpendicularly to a longitudinal direction of a cross section of the ion stream.
【請求項11】 プラズマ発生空間において、水素で希
釈されたドーパントガスのプラズマを発生する過程と、 前記プラズマ空間からイオンを引き出し加速して、イオ
ン流を発生する過程と、 前記イオン流から前記水素のイオンを質量分離し、前記
水素のイオンが分離されたイオン流を加速して、基板に
照射する過程と、 を有し、 前記基板に照射されるイオン流の断面は線状であること
を特徴とするドーピング処理方法。
11. A process for generating a plasma of a dopant gas diluted with hydrogen in a plasma generation space; a process for extracting and accelerating ions from the plasma space to generate an ion flow; Mass-separating the ions of the above, and accelerating the ion stream from which the hydrogen ions have been separated, and irradiating the substrate with the ion stream, wherein the cross section of the ion stream applied to the substrate is linear. Characteristic doping method.
【請求項12】 請求項11において、 前記基板に照射されるイオン流の断面の長尺方向に垂直
に基板を移動させつつ、前記イオン流を照射することを
特徴とするドーピング処理方法。
12. The doping method according to claim 11, wherein the ion stream is irradiated while moving the substrate perpendicularly to a longitudinal direction of a cross section of the ion stream applied to the substrate.
【請求項13】 ドーパントガスのイオンを含む断面が
線状のイオン流を発生する過程と、 前記線状のイオン流の断面の長尺方向に垂直に基板を移
動しつつ、前記線状のイオン流を前記基板に照射する過
程と、 前記線状のイオン流の断面の長尺方向に垂直に前記基板
を移動しつつ、線状のレーザー光を前記基板に照射する
過程と、を有することを特徴とするドーピング処理方
法。
13. A process of generating a linear ion flow in a cross section containing ions of a dopant gas, and moving the substrate in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cross section of the linear ion flow. Irradiating the substrate with a flow, and irradiating the substrate with a linear laser beam while moving the substrate perpendicularly to the longitudinal direction of the cross section of the linear ion flow. Characteristic doping method.
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