JPS5816747B2 - ion implanter - Google Patents

ion implanter

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JPS5816747B2
JPS5816747B2 JP52129271A JP12927177A JPS5816747B2 JP S5816747 B2 JPS5816747 B2 JP S5816747B2 JP 52129271 A JP52129271 A JP 52129271A JP 12927177 A JP12927177 A JP 12927177A JP S5816747 B2 JPS5816747 B2 JP S5816747B2
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ion beam
semiconductor
ion
sea urchin
ion implantation
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JP52129271A
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大村八通
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はイオン注入装置に係り、特に大面積のターゲ
ットの広い範囲にわたって均一な深さでイオンを注入し
得るようにしたイオン注入装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion implantation apparatus, and more particularly to an ion implantation apparatus capable of implanting ions to a uniform depth over a wide range of a large-area target.

最近、半導体工業の分野でイオン注入法が盛んに用いら
れている。
Recently, ion implantation has been widely used in the semiconductor industry.

イオン注入装置としては、イオン発生源から導出される
イオンビームの直径がせいぜい数mmφ程度であるため
、これを直径50〜100++mφ程度の半導体ウニ/
S面に均一に照射する必要上から従来より次のような方
式がとられている。
As an ion implanter, since the diameter of the ion beam derived from the ion source is about several mmφ at most, it is necessary to use a semiconductor urchin/
Due to the need to uniformly irradiate the S plane, the following method has conventionally been used.

(1)イオンビームを静電的にX、Y方向に偏向走査さ
せ、半導体ウェハの表面にイオンビームを一様に描写さ
せる方式、(2)イオンピームラ走査せず、代りに半導
体ウェハをX、Y方向に走査する方式、(3)イオンビ
ームをX方向またはY方向のいずれか一方にのみ走査し
、他方には半導体ウニ・・を移動する方式。
(1) A method in which the ion beam is electrostatically deflected and scanned in the X and Y directions to uniformly describe the ion beam on the surface of the semiconductor wafer, (2) A method in which the ion beam is not unevenly scanned and the semiconductor wafer is instead scanned in the X and Y directions. (3) A method in which the ion beam is scanned only in either the X direction or the Y direction, and a semiconductor sea urchin is moved in the other direction.

これらのうち、(2)の方式はイオンビームの時間的安
定性を前提としたもので、注入量の精度が問題となる場
合は、通常(1)または(3)の方式が用いられる。
Among these, the method (2) is based on the premise of temporal stability of the ion beam, and when the accuracy of the implantation amount is a problem, the method (1) or (3) is usually used.

しかし、(1) t (3)の方式は(2)の方式に比
べてイオン注入量の一様性が改善されるとはいえ、一様
性が保証される半導体ウェハの大きさは30mmφ程度
が限度である。
However, although the method (1) and (3) improves the uniformity of the ion implantation amount compared to the method (2), the size of the semiconductor wafer that guarantees uniformity is about 30 mmφ. is the limit.

これ以上、半導体ウェハが大きくなると、イオン注入に
よる不純物ドープ層の深さがウニ・・周辺部で浅くなり
、そのウェハから多数のチップを切り出した場合に、中
心部と周辺部とで特性が大幅にずれる、といった問題が
生じる。
If the semiconductor wafer becomes larger than this, the depth of the impurity doped layer due to ion implantation will become shallower at the periphery, and when many chips are cut from the wafer, the characteristics will be significantly different between the center and the periphery. This may cause problems such as misalignment.

殊に、薄い酸化膜を通してイオン注入を行う場合、ウニ
・・周辺部での基板への不純物ドープ量が著しく少なく
なる。
In particular, when ion implantation is performed through a thin oxide film, the amount of impurity doped into the substrate in the periphery of the sea urchin is significantly reduced.

これは、偏向走査されたイオンビームがウェハ周辺部に
入射する場合、ウェハ表面に対して垂直方向から大きく
傾斜する結果、ウェハ中でのイオンの飛程が浅くなるた
めである。
This is because when a deflected and scanned ion beam is incident on the wafer peripheral area, the ion beam is tilted significantly from the perpendicular direction with respect to the wafer surface, and as a result, the range of the ions within the wafer becomes shallow.

この発明は上記した点に鑑みてなされたもので、イオン
ビームを偏向走査して大面積のターゲット、例えば半導
体ウニ・・にイオン注入を行う場合に、広い範囲にわた
って均一な深さでドーピングできるようにしたイオン注
入装置を提供するものである。
This invention was made in view of the above-mentioned points, and it is possible to perform ion implantation at a uniform depth over a wide range when performing ion implantation into a large area target, such as a semiconductor sea urchin, by deflecting and scanning an ion beam. The present invention provides an ion implantation device with the following features.

即ち、この発明では、イオンビームを偏向走査するに当
って、偏向角に応じてターゲットに対する相対的加速エ
ネルギーを制御する手段を備え、イオンビームがターゲ
ットに対して斜め方面から入射することによるイオン注
入層の垂直方向深さの減少を補償するようにしたことを
特徴としている。
That is, in the present invention, when the ion beam is deflected and scanned, a means is provided to control the relative acceleration energy to the target according to the deflection angle, and the ion implantation is performed by making the ion beam incident on the target from an oblique direction. It is characterized in that it compensates for the decrease in the vertical depth of the layer.

以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図は前段および後段加速の場合の一実施例の概略構成を
示すもので、1は半導体ウニ・・、2は偏向電極群、3
は電極群2に鋸歯状波に近い重圧を与える偏向電圧発生
器であり、イオンビーム4をホモおよび垂直方向に偏向
走査して半導体ウェハ1表面にイオン注入を行うように
なっている。
The figure shows a schematic configuration of an embodiment in the case of front-stage and rear-stage acceleration, in which 1 is a semiconductor sea urchin, 2 is a deflection electrode group, and 3
is a deflection voltage generator which applies a heavy pressure close to a sawtooth wave to the electrode group 2, and implants ions into the surface of the semiconductor wafer 1 by deflecting and scanning the ion beam 4 in the homogeneous and vertical directions.

通常のイオン注入装置がそうであるように、単結晶のチ
ャンネリング現象を避けるため半導体つ工・・1は偏向
走査してないときのイオンビーム方向に対して数度傾け
て保持している。
As in a normal ion implantation device, the semiconductor tool 1 is held at an angle of several degrees with respect to the direction of the ion beam when not deflecting and scanning, in order to avoid the single crystal channeling phenomenon.

従って、偏向走査の中心Oと半導体ウニ・・1の中心α
を結ぶ直線は半導体ウニ・・1に垂直ではなく、垂線は
点Aと交わる。
Therefore, the center O of the deflection scan and the center α of the semiconductor sea urchin...1
The straight line connecting them is not perpendicular to the semiconductor urchin...1, and the perpendicular line intersects with point A.

い捷イオンビーム4が点Bに照射されているとして直線
OAとOBのなす角をθとする。
Assuming that point B is irradiated with the refractory ion beam 4, the angle formed by straight lines OA and OB is assumed to be θ.

この発明では、このような状態において、イオンビーム
4の半導体ウニ・・1に対する相対的加速エネルギーが
E/cosθとなるように制御する。
In this invention, in such a state, the relative acceleration energy of the ion beam 4 with respect to the semiconductor sea urchin 1 is controlled to be E/cos θ.

ことに、Eはイオンビーム4が点Aに照射されるときの
半導体ウニ・・1に対する相対的加速エネルギーである
In particular, E is the relative acceleration energy with respect to the semiconductor sea urchin .1 when the ion beam 4 is irradiated onto the point A.

この加速エネルギーの制御は、偏向電極群2に入る前の
前段加速電圧を一定として後段加速電圧発生器5により
行う。
This acceleration energy is controlled by the rear acceleration voltage generator 5 while keeping the front acceleration voltage before entering the deflection electrode group 2 constant.

即ち、偏向電圧発生器3から角度θに対応する信号を得
て後段加速電圧発生器5に送り、後段加速電圧発生器5
は角度θに応じて半導体ウニ・・1の電位を(cos#
−E)に設定するようになっている。
That is, a signal corresponding to the angle θ is obtained from the deflection voltage generator 3 and sent to the subsequent acceleration voltage generator 5.
is the potential of the semiconductor sea urchin...1 according to the angle θ (cos #
-E).

このような構成とすれば、半導体ウニ・・1が大面積で
あって、例えば表面に薄い酸化膜が被覆されていて、こ
の酸化膜を通してイオン注入を行う場合であっても、半
導体ウニ・・1の中心部から周辺部まで均一な深さの不
純物ドープ層を形成することができる。
With such a configuration, even if the semiconductor urchin 1 has a large area and is coated with a thin oxide film on its surface, and ions are implanted through this oxide film, the semiconductor urchin 1 can be easily implanted. It is possible to form an impurity doped layer with a uniform depth from the center to the periphery.

この構成により、均一性のよいイオン注入が可能となる
理由は次のように考えられる。
The reason why this configuration enables ion implantation with good uniformity is considered as follows.

同一加速エネルギーで、イオンビームを半導体ウニ・・
に垂直に照射する場合と垂直方向から角度θだけ傾けて
照射する場合とでは、半導体ウェハ中での表面から測っ
たイオンの飛程は前者に対して後者の場合cosθ倍に
減じる。
With the same acceleration energy, the ion beam is transferred to the semiconductor sea urchin...
In the case of irradiation perpendicular to , and the case of irradiation at an angle θ from the perpendicular direction, the range of ions measured from the surface in the semiconductor wafer is reduced by a factor of cos θ in the latter case.

従って、この飛程が半導体ウニ・・表面の酸化膜厚程度
の場合には、半導体ウェハにドープされる不純物が非常
に少なくなってしまう。
Therefore, if this range is about the same as the thickness of the oxide film on the surface of a semiconductor wafer, the amount of impurities doped into the semiconductor wafer will be extremely small.

実施例のように、イオンビームの相対的加速エネルギー
を、イオンビームが半導体ウニ・・に対して垂直方向の
場合に1として角度θ傾いた場合に1/cosθ倍とす
ることでイオン注入の均一性が得られるのは、加速エネ
ルギーのある範囲で考えると、加速エネルギーに対して
イオンビームの入射方向の飛程が大略比例するからであ
る。
As in the example, the relative acceleration energy of the ion beam is set to 1 when the ion beam is perpendicular to the semiconductor urchin, and multiplied by 1/cos θ when the ion beam is tilted at an angle θ, thereby achieving uniform ion implantation. The reason why this property is obtained is that when considering a certain range of acceleration energy, the range of the ion beam in the incident direction is approximately proportional to the acceleration energy.

従って、半導体ウニ・・の周辺でのイオンのウニ・・中
への飛程のCOSθ倍の減少が加速エネルギーの1/c
osθの増加によって補償され、深さ方向の飛程かウェ
ハ全面で一定に保たれることになる。
Therefore, the reduction in the range of ions around the semiconductor sea urchin into the sea urchin by a factor of COSθ is 1/c of the acceleration energy.
This is compensated by the increase in osθ, and the range in the depth direction is kept constant over the entire wafer.

実験テークによりこの発明の効果を明らかにする。The effects of this invention will be clarified through experiments.

直径100朋φ、比抵抗的20Ω−CrfLのP型Si
ウェハを用い、これに約1000人のゲート酸化膜をつ
け、偏向電極群から1m離れた位置で図の直線OO′に
直交させてウエノ・を保持して、ボロンイオンを30K
Vで6 X 1011/crti照射し、多結晶シリコ
ンゲートおよびソース、ドレインを形成してnチャンネ
ルMO8+−ランジスタを作った。
P-type Si with a diameter of 100mm and a resistivity of 20Ω-CrfL
Using a wafer, attach a gate oxide film of about 1,000 layers to it, hold Ueno at a position 1 m away from the deflection electrode group and perpendicular to the straight line OO' in the figure, and heat boron ions at 30K.
A polycrystalline silicon gate, source, and drain were formed by irradiating 6×10 11 /crti with V to fabricate an n-channel MO8+− transistor.

イオンビームは一定の加速電圧の下でラスク走査を行っ
た。
The ion beam was subjected to rask scanning under a constant acceleration voltage.

この結果、トランジスタのしきい値電圧はウニ・・中心
部で+167Vであり、端付近では+1.60Vであっ
た。
As a result, the threshold voltage of the transistor was +167V at the center of the sea urchin, and +1.60V near the edges.

同様のウニ・・を直線OO′に対して7°傾けて保持し
、同様のイオン注入を行ってnチャンネルMOSトラン
ジスタを作った結果、しきい値電圧はウェハ中心部で+
1.66V、走査の中心から最も遠い端付近で+1.5
0Vであった。
As a result of holding a similar sea urchin at an angle of 7° with respect to the straight line OO' and performing similar ion implantation to create an n-channel MOS transistor, the threshold voltage was ++ at the center of the wafer.
1.66V, +1.5 near the farthest edge from the center of the scan
It was 0V.

次に、図の実施例の装置を使用して同様のウェハに同様
のnチャンネルMOSトランジスタラ作った場合、(1
)直線OO′に直交させてウェハを保持したときには、
しきい値はウニ・・全面にわたって+1.66〜+1.
68Vに収まり、(2)直線oo’に対して7°傾けて
ウニ・・を保持したときには、しきい値はウェハ全面に
わたって+1.65〜+1.67Vに収まった。
Next, if a similar n-channel MOS transistor is fabricated on a similar wafer using the apparatus of the embodiment shown in the figure, (1
) When the wafer is held perpendicular to the straight line OO',
The threshold value is sea urchin... +1.66 to +1 over the entire surface.
(2) When the sea urchin .

なお、実施例ではイオンビーム4の半導体ウニ・・1に
対する相対的加速エネルギーを、前段での加速エネルギ
ーを一定に保ち、後段で加速電圧発生器5によりウニ・
・1の電位を制御することで、全体として角度θに応じ
て変化させるようにした。
In the embodiment, the relative acceleration energy of the ion beam 4 with respect to the semiconductor sea urchin 1 is kept constant at the front stage, and the acceleration voltage generator 5 is used at the rear stage to accelerate the relative acceleration energy of the ion beam 4 to the semiconductor sea urchin 1.
- By controlling the potential of 1, the overall potential is changed according to the angle θ.

しかし、相対的加速エネルギーが1/cosθとなるよ
うに前段加速電圧を制御してもよいことは当然である。
However, it goes without saying that the pre-stage acceleration voltage may be controlled so that the relative acceleration energy becomes 1/cos θ.

ただし、この場合、イオンビームをウニ・・上のある位
置に照射するだめの偏向電圧の太きさが実施例とは異な
ってくる。
However, in this case, the thickness of the deflection voltage required to irradiate the ion beam to a certain position on the sea urchin is different from that in the embodiment.

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

図はこの発明に係るイオン注入装置の一例の要部構成を
示すものである。 1・・・・・・半導体ウニ・・(ターゲット)、2・・
・・・・偏向電極群、3・・・・・・偏向電圧発生器、
4・・・・・・イオンビーム、5・・・・・・後段加速
電圧発生器。
The figure shows a main part configuration of an example of an ion implantation apparatus according to the present invention. 1... Semiconductor sea urchin... (target), 2...
... Deflection electrode group, 3... Deflection voltage generator,
4... Ion beam, 5... Post-acceleration voltage generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 イオンビームを偏向走査してターゲツト面の所定範
囲にイオン注入を行う装置において、イオンビームが走
査の中心点よりターゲツト面に下した垂線からθだけ偏
向されたときのターゲットに対する相対的加速エネルギ
ーが、上記イオンビームが上記垂線上にあるときのそれ
に対して1/r:osθとなるように、イオンビームの
ターゲットに対する相対的加速エネルギーを制御する手
段を備え、上記ターゲットに注入されるイオンの注入深
さを均一化することを特徴とするイオン注入装置。
1. In a device that implants ions into a predetermined range of a target surface by deflection-scanning an ion beam, the relative acceleration energy with respect to the target when the ion beam is deflected by θ from the perpendicular to the target surface from the center point of scanning is , comprising means for controlling relative acceleration energy of the ion beam to the target so that the ion beam is 1/r:osθ with respect to that when the ion beam is on the perpendicular line, and the ion implantation to be implanted into the target; An ion implantation device characterized by uniform depth.
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