KR100198235B1 - 이온주입장치, 이온주입방법 및 반도체장치 - Google Patents

이온주입장치, 이온주입방법 및 반도체장치 Download PDF

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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
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Abstract

이온발생용기5내에는 특정가스 성분을 포함하는 원료가스를 충족시키는 것이 가능하다.
이 이온발생용기5내에 레이저 발진기1에 의해 레이저를 조사하는 것이 가능하다.
이 이온발생용기5내에 조사된 광에 의하여 특정가스 성분이 다광자 흡수에 의해 선택적으로 여기되어 이온을 발생한다.
이것에 의해 웨이퍼 주입시의 반도체 기판의 대미지를 억제함과 함께 스루풋 등의 처리능력을 향상시키는 것이 가능하다.

Description

이온주입장치, 이온주입방법 및 반도체장치
제1도는 본발명의 실시예에 있어서 이온주입장치의 구성을 표시하는 모식도.
제2도는 본발명의 실시예에 있어서 이온주입방법의 공정을 표시하는 플로도.
제3도는 BF3가스의 적외흡수 스펙트르를 표시하는 그래프.
제4도는 랜베르트비어(Lanbert beer)의 법측을 표시하는 모식도.
제5도는 본 발명의 이온 주입에 의하여 제조되는 반도체 장치의 일예를 개략적으로 표시하는 단면도.
제6도는 레이저 발진기에 케미컬 레이저를 사용한 경우의 이온주입장치의 구성을 표시하는 모식도.
제7도는 질량 분석기 및 가속기를 생략한 경우의 이온주입장치의 구성을 표시하는 모식도.
제8도는 종래의 이온주입장치의 구성을 표시하는 모식도.
제9도는 종래의 이온주입방법의 공정을 표시하는 플로도.
[산업상의 이용분야]
본 발명은 이온주입장치 및 이온주입방법에 관하여 보다 특정적으로는 가스를 이온화하고, 그의 이온을 장치내에 배치된 웨이퍼에 주입하는 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것이다.
또 본 발명은, 반도체 장치에 관한 것이고, 보다 특정적으로는 웨이퍼에 이온을 주입하는 것에 의하여 얻어진 반도체 장치에 관한 것이다.
[종래의 기술]
우선 종래의 이온주입장치 및 이온주입방법에 관하여 설명한다.
제8도는 종래의 이온주입장치의 구성을 표시하는 도면이다.
또 제9도는, 종래의 이온주입방법의 공정을 표시하는 플로도이다.
우선 제8도를 참조하여, 종래의 이온주입장치는 이온근원과 인출전극 209a,209b와 질량분석기 211와, 가속기 213과 진공챔버 215를 가지고 있다. 이온 근원은 이온발생용기 205와 1쌍의 전극 201a, 201b을 가지고 있다. 이온발생용기 205내에는, 대향하도록 1쌍의 전극 201a,201b이 배치되어 있다.
또 이 1쌍의 전극 201a와 201b의 사이에는, 전원 201c에 의해 전위차가 제공된다.
또 이온발생용기 205에는, 반응가스를 내부에 도입하기 위한 가스 도입로 205a와, 반응가스를 내부에서 배출하기 위한 가스배기로 205b가 설치되어 있다.
인출전극 209a,209b은 이온 발생용기 205내로 발생한 이온을 인출하기 위하여 설치되어 있다.
이 인출전극 209a와 209b의 사이에는, 전원 209c에 의하여 전위차가 제공된다.
질량분석기211은 자장의 강도를 변하는 것에 의해, 인출전극 209a,209b에 의해 인출된 이온중 목적으로 하는 이온을 선별하는 역할을 이루고 있다.
가속기 213는 이온을 가속시켜, 소정속도로 진공챔버 215내에 침입시키는 역할을 이루고 있다.
진공챔버 215내에는 이온이 주입되어야 할 웨이퍼 20가 재치되어 있다.
다음에, 상술의 이온주입장치에 있어서 이온주입방법에 관하여 설명한다.
제8도와 제9도를 참조하여 우선 이온발생용기 205내에 가스도입로 205a에서 가스 혹은 증기가 도입된다(스텝 231).
전극 201a, 201b에 전원 201c에 의하여 전위차가 제공된다(스텝 232).
이것에 의해, 아크 방전을 소생시켜, 가스가 이온화한다(스텝 233).
인출전극 209a,209b에 전원 209c에 의하여 전위차가 제공된다.
이것에 의하여, 이온발생용기 205내의 이온이, 화살표에 표시하는 방향으로 인출된다(스텝 234).
이 인출된 이온중 목적으로 하는 이온만이 질량분석기 211에 의해 선별된다 (스텝 235).
목적으로 하는 이온이 가속기 213에 의하여 소정속도에 가속된다(스텝 236).
이와같이 목적으로 하는 이온은, 경로 R에 따라 소정속도에 가속된 후, 진공챔버 215내에 재치된 기판 20에 주입된다(스텝 237).
이와같이 하여 종래의 이온주입장치 및 주입방법에 의하여, 웨이퍼 20중에 이온을 주입하는 것이 가능하다.
상기와 같은 종래의 이온주입장치 및 이온주입방법에는 이하의 (1)∼(6)의 문제점이 있다.
이하 그의 문제점에 관하여 상세히 설명한다.
(1) P형 반도체 기판에 있어서는, 리크전류의 방지를 고려하여 P형의 레트로 그레이데드 웰이 형성되는 경우가 있다.
이 레트로 그레이데드 웰은 일반으로 기판에 B(보론)을 이온주입하는 것으로 형성된다.
이 B에는, 아래의 표에 표시함과 같이 질량수 10과 11의 동위체인10B와11B가 존재한다.
* 스루 풋은 동일 가스 유량의 경우를 표시함.
역시 스루 풋의 시간은 주입량에 의하여 다르므로, 위의 표에는 예컨데, B 주입의 스루 풋이 3분의 경우의 B 주입의 경우의 스루풋을 표시한다.
B는 B에 비교하여 가볍기 때문에, B를 반도체 기판에 이온 주입하는 경우보다도 주입 에네르기를 약 9% 낮게하는 것이 가능하다.
이때문에, B의 이온주입에는, B의 이온주입에 비교하여 반도체 기판에 제공하는 대미지 및 금속오염을 약 9% 감소시키는 것이 가능하다.
그러나, B의 천연 존재율은 B의 천연 존재율(81%)의 약 4분의1 정도의 19%이다.
이때문에 B 주입시에 사용하는 원료가스 BF3중에도 통상, 이 존재비율로 B 와 B가 혼재하고 있다.
그런고로, 이 원료가스 BF를 사용한 종래의 이온주입장치 및 이온주입방법에 의한 이온주입에는, B의 빔 전류치는 B의 1/4정도로 되어, 처리능력이 저하한다는 문제점이 있다.
요컨데, 반도체 기판에 제공하는 대미지를 억제함과 함께 처리능력의 향상을 도모하는 것은, 종래의 이온주입장치 및 이온주입방법에는 할 수 없다는 문제점이 있다.
또 이온주입에 의한 대미지가 억제된 B 주입영역(예컨데 레트로 그레이데드웰)을 가지는 반도체 장치는 종래 얻어져 있지 않았다.
(2) 또 종래의 이온주입장치 및 이온주입방법에는, 아크방전에 의해 가스를 이온화 시키고 있다.
이 경우, 가스성분을 구성하는 전 분자 및 원자가 이온화된다.
요컨데, 목적으로 하는 성분만이 아니라, 다른 성분이 이온화되어 버린다.
이 때문에, 목적의 성분만을 이온화하는 경우에 비교하여 이온화를 위한 에네르기가 많이 필요로 되어, 에네르기의 로스가 크게 된다는 문제점이 있다.
(3) 또 종래의 이온주입장치 및 이온주입방법에는 아크방전에 의해 가스를 이온화시키기 위해, 이온발생용기 205내에 전극 201a, 201b을 배치할 필요가 있다.
이 전극 201a,201b은 통상, 카본에서 되어 있다.
이때문에, 아크방전시의 스패터에 의해, 이온발생용기 205의 내벽 등에 카본이 부착하여 버린다.
그런고로, 부착한 카본을 제거할 필요가 생겨 메인티넌스의 노력이 크게된다는 문제점이 있다.
(4) 또 전극 201a,201b이 이온발생용기 205내에 배치되어, 또 이온인출을 위한 이온인출전극 209a,209b도 이온발생용기 205내에 배치된다.
이 때문에, 이온발생용기 205내에 다수의 전극이 배치되는 것으로 되어, 각 전극이 상호 제약을 받는 것으로 된다.
그런고로, 각 전극간의 조건 설정 및 배치설정이 곤란한 것으로 된다는 문제점이 있다.
(5) 종래의 이온장치 및 이온주입방법에는, 아크방전에 의해 가스의 전 분자 및 원자가 이온화된다.
이 때문에, 인출전극 209a,209b에 의한 이온인출시에 복수의 이온이 인출되는 경우가 생긴다.
이와 같은 경우에, 목적으로 하는 이온만을 선별하기 위하여 질량분석기 211가 설치되어 있다.
요컨데, 질량분석기 211에 의하여, 목적으로 하는 이온만이 경로R에 따라 웨이퍼 20에 주입되어, 그 이외의 이온은 경로 R1,R2에 따라 장치내벽 S, S에 충돌하게 된다.
이온이 장치 내벽에 충돌하는 것에 의해 스패터링이 생기고, 이것에 의해 오염등이 생긴다.
이 오염에 의해, 반도체 기판에 형성된 디바이스에 리크 등의 악영향이 생긴다는 문제점이 있다.
(6) 또, 상술과 같이 종래의 이온주입장치 및 이온주입방법에는, 인출전극 209a, 209b에 의해 복수의 이온이 인출되는 경우가 있기 때문에, 이온을 선별하는 질량분석기 211가 필수로 된다.
따라서, 질량분석기 211를 설치하고 있는 분만장치가 복잡화 대형화한다는 문제점이 있다.
[발명의 개요]
본 발명의 1의 목적은 웨이퍼 주입시의 반도체 기판의 대미지를 억제함과 함께, 스루 풋 등의 처리능력을 향상시키는 것이다.
또 본 발명의 다른 목적은 이온화의 에네르기 로스를 작게하는 것이다.
또 본 발명의 더 다른 목적은 이온발생용기 내에 있어서 조건 설정 및 배치설정을 용이하게 하는 것이다.
또 본 발명의 더 다른 목적은, 오염을 적게하고, 양호한 특성을 가지는 디바이스를 얻는 것이다.
또 본 발명의 더 다른 목적은 이온주입장치의 소형화를 도모하는 것이다.
본 발명의 이온주입장치는, 가스를 이온화하고, 그의 이온을 장치내에 재치된 웨이퍼에 주입하는 이온주입장치에 있어서, 이온발생용기와, 광 발생수단을 구비하고 있다.
이온발생용기는, 특정가스성분을 포함하는 원료가스로, 내부를 충족시키는 것이 가능하다.
광발생수단은, 특정가스성분의 흡수파장과 실질적으로 동일한 파장을 가지는 광을 발생시켜, 광을 이온발생용기의 내부에 조사하도록 배치되어 있다.
이 이온발생 용기내에 조사된 광에 의하여 특정가스성분만이 광자흡수에 의해 선택적으로 여기되어 이온을 발생한다.
본 발명의 이온주입방법은 가스를 이온하하고, 그의 이온을 장치내에 배치된 웨이퍼에 주입하는 이온주입방법에 있어서, 이하의 공정을 구비하고 있다.
우선, 이온발생용기의 내부가 특정가스 성분을 포함하는 원료가스에 의하여 충족된다.
그리고 광발생수단에 의해, 특정가스 성분의 흡수파장과 실질적으로 동일한 파장을 가지는 광이 발생하게 된다.
그리고 이 광을 이온발생용기의 내부에 조사하여, 특정가스 성분만이 광자흡수에 의해 여기되어 이온을 발생한다.
그리고 이온이 웨이퍼에 주입된다.
상술의 본 발명의 이온주입장치 및 이온주입방법에는 광자흡수에 의한 광여기에 의하여 특정가스 성분만을 이온화하는 것이 가능하다.
이 때문에, 예컨데 B와 B가 가스중에 혼재하고 있어도, B만을 선택적으로 이온화시키는 것이 가능하다.
또, 이 광여기에 의하면, 아크방전에 비교하여 격단으로 큰 에네르기를 가지는 전자빔을 얻는 것이 가능하다.
그런고로, B를 주입하는 것으로, 웨이퍼의 대미지를 적게 가능함과 함께, 강력한 전자빔이 되는 것으로 처리능력을 향상하는 것이 가능하다.
또, 특정의 가스 성분만을 이온화 할수 있기 때문에, 불요한 원자, 분자를 이온화시키는 에네르기가 불요로 된다.
이 때문에, 에네르기의 로스가 적게되어, 에네르기 효율이 좋게 된다.
또, 아크방전과 같이 이온발생용기내에 전극을 배치할 필요는 없다.
이 때문에, 이온발생용기내에 카본등이 부착하는 것은 없고, 메인 티넌스의 노력의 생력화를 도모하는 것이 가능하다.
또, 이온발생용기내에 아크방전용의 전극을 설치할 필요가 없기 때문에, 아크 방전용의 전극과 이온인출용 전극의 상호의 제약을 고려할 필요는 없어진다.
이 때문에, 인출 전극등의 조건설정 및 배치설정이 용이케 된다.
본 발명의 바람직한 1의 국면에 따른 이온주입장치는 반사수단을 더 구비하고 있다.
이 반사수단은 이온발생 용기의 내벽의 서로 대향하는 면에 장치되어 있다. 이온 발생용기내에 조사된 광은 반사수단에 의해 다중반사 되도록 반사 수단과 광 발생장치가 배치되어 있다.
본 발명의 바람직한 1의 국면에 따른 이온주입방법에는, 이온발생용기의 내벽의 서로 대향하는 면에 반사수단이 장치되어 있다.
이온을 발생시키는 공정은 이온발생용기의 내부에 조사된 광이 반사수단에 의해 다중 반사되는 공정을 가지고 있다.
상술의 본 발명의 바람직한 1의 국면에 따른 이온주입장치 및 이온주입방법에는 이온발생용기내에 있어서, 광이 다중 반사하도록 반사수단이 설치되어 있다.
요컨데, 반사수단에 의해 광이 이온발생 용기내의 대향하는 내벽간을 복수회 왕복한다.
이것에 의해, 광자 흡수시키는데 필요한 광의 경로장(소위 흡수광로장)을 확보하는 것이 가능하다.
이 때문에, 이온발생 용기의 치수를 크게하는 것 없이, 흡수광로장을 확보되기 때문에, 특정가스 성분을 효율좋게 이온화하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 다른 국면에 따른 이온주입장치는, 이온 발생용기내에서 이온을 인출하기 위한 인출전극을 더 구비하고 있다.
본 발명의 바람직한 다른 국면에 따른 이온주입장치는, 광자흡수에 의하여 특정가스성분만을 이온화하는 것이 가능함으로, 이온을 이온발생용기에서 인출한 후에 선별할 필요가 없다.
따라서, 목적으로 하는 이온을 선별하기 위한 질량분석기가 불요로 된다. 또, 인출전극에 의하여 이온인출시의 속도를 조정하는 것도 가능하다. 이 때문에, 이온을 소정속도에 가속하기 위한 가속기가 불요로 된다. 따라서, 장치의 간략화 및 소형화를 도모하는 것이 가능하다.
또 질량분석기가 불요로 있음으로, 불요한 이온이 질량분석기에 의해, 장치 내벽에 충돌되는 것이 억제된다.
따라서, 이온이 장치 내벽에 충돌하는 것으로 스패터 되는 것도 억제되어, 그것에 의한 먼지의 발생도 방지된다.
따라서, 리크특성 등의 양호한 디바이스를 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 다른 국면에 따른 이온주입장치는, 이온발생용기는 특정가스 성분을 생성할때에 생기는 광을 이온발생용기의 내부에 조사한다.
본 발명의 바람직한 다른 국면에 따른 이온주입장치는, 광발생수단에 의해 발생되는 광은, 특정가스 성분을 생성할 때에 생기는 광이다.
상술의 본 발명의 바람직한 다른 국면에 따른 이온주입장치 및 이온주입방법에는 특정가스 성분의 생성시에 생기는 광을 특정가스성분에 조사하고 있다.
이 특정가스성분의 생성시에 생기는 파장은 동일특정가스성분의 해리시에 흡수하는 광의 파장과 동일하다.
이 때문에, 이 특정가스 성분의 생성시에 생기는 광을 조사하는 것으로서 효율좋게 이온화를 일으키게 하는 것이 가능하다.
본 발명의 반도체 장치는, 웨이퍼에 이온을 주입하는 것에 의하여 얻어진 반도체 장치에 있어서, 반도체 기판과, 반도체 기판내에 형성된 B에서되는 불순물 영역을 구비하고 있다.
본 발명의 반도체 장치에는, B가 주입되어 있기 때문에, 대미지의 적은 반도체 장치를 얻는 것이 가능하다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 도면에 의거하여 설명한다.
(1) 이온주입장치
제1도를 참조하여, 본 실시예의 이온주입장치는, 이온근원과, 인출전극 9a,9b과, 질량분석기 11와, 가속기13와, 진공챔버 15를 가지고 있다.
이온근원은 레이저 발진기1와, 광학미러 또는 회절격자에서되는 광학계3와 쌍을 이루는 미러에서되는 다중반사계7를 가지고 있다.
레이저발진기1는, 예컨데 CO레이저를 발진하는 역할을 이루고 있다.
광학미러 및 회절격자3는, 레이저를 이온발생용기5내에 조사하는 역할을 이루고 있다.
이온발생용기5는 그의 내부에 가스를 충전하는 것이 가능하다.
이 가스는 이온발생용기5에 설치된 가스도입구5a에서 도입되어, 가스 배기구 5b에서 배기된다.
다중반사계7는, 쌍을 이루는 미러에서 되어 있어, 이 미러는 이온발생용기5의 대향하는 벽면에 장치되어 있다.
역시 레이저는 이온발생용기5에 설치된 창부에서 이온발생용기5내에 조사된다.
인출전극9a,9b은 발생한 이온을 이온발생용기5내에서 인출하는 역할을 이루고 있다.
질량분석기11는 인출된 이온중에서, 목적으로 하는 이온을 선별하는 역할을 이루고 있다.
가속기13는, 선별된 이온을 가속하여, 소정속도로 진공챔버내에 침입시키는 역할을 이루고 있다.
진공챔버15내에는, 이온이 주입되어야 할 웨이퍼20가 재치되어 있다.
(2) 이온주입방법.
다음에, 제1도에 표시하는 이온주입장치를 사용한 본 발명의 실시예에 있어서 이온주입방법에 관하여 설명한다.
제1도와 제2도를 참조하여, 우선 이온발생용기5내의 진공도가 예컨데, 10 Torr 이하로 된다.
이후, 가스 도입구5a에서 이온발생용기5내에, 예컨데 BF가스가 고속으로 도입된다(스텝 31).
BF가스를 고속으로 도입하는 것은 BF가스를 냉각하여 흡수대를 갖추게 하기 때문이다.
레이저 발진기1에 의해, 예컨데 CO레이저가 발생된다(스텝32).
이 레이저가 광학미러 및 희절격자3에 의하여 이온발생용기5내에 창(도시않음)을 통하여 조사된다.(스텝33).
이 레이저는 발생용기5내에 있어서 1쌍의 미러 7간을 다중 반사한다.
즉, 레이저는 1쌍의 미러7간을 복수회 왕복한다.
이 레이저 광의 다중반사에 의해, 레이저 광이 이온발생용기5내의 BF가스에 광자흡수(공명흡수)되어, BF가 이온화된다(스텝34).
이것에 의해 B의 이온이 얻게된다.
또 B의 이온이외에, 예컨데 BF, BF, BF, F의 이온도 얻게된다.
이후 인출전극 9a,9b에 전원9c에 의하여 소정의 전위차가 제공된다.
이 인출전위는 예컨데 30KeV 정도이다.
이것에 의해, 이온발생용기5내의 이온이 인출된다(스텝35).
인출된 이온은, 질량분석기11에 의하여 선별된다(스텝36).
요컨데, B의 이온만이 경로 R에 따라 웨이퍼 20에 달한다.
그 이외의 이온은 경로 R, R에 따라 장치내벽에 충돌하게 된다.
본 실시예의 경우는, BF, BF, BF, F의 이온이 목적으로 하는 B의 이온보다도 무겁기 때문에, 경로 R에 따라 장치 내벽에 충돌하는 것으로 된다.
다음에, 경로 R에 따라 진행하는 B의 이온은 가속기13에 의하여 소정속도에 가속된다(스텝37).
그리고 소정속도에 가속된 B의 이온은, 진공챔버15내에 재치된 웨이퍼20에 주입된다(스텝38).
본 실시예의 이온주입방법에 의하면, 이와같이하여, 웨이퍼20에 이온이 주입된다.
다음에, 본 실시예에 있어서 이온발생의 원리인 적외다광자흡수분해(IRMPD : Infra-Red Photon Multi Decomposition)에 관하여 설명한다.
제3도에는 종축이 투과율이고, 횡축이 파수(wavenumber)이다.
제3도를 참조하여, 실선은 천연에 존재하는 BF가스의 적외선 흡수스펙트르를 표시하고 1점 쇄선 및 2점 쇄선은 각각 B와 BF가 단체의 경우의 적외선 흡수스펙트르를 표시하고 있다.
크기의 달리하는 원자로 되어 있는 분자는 반드시 어느 특정의 파장에 대하여 광의 흡수대를 가진다.
천연에 존재하는 BF가스는 약10㎛(=1000cm )부근의 적외영역에 분자흡수계수의 큰 흡수대를 가지는 것이 알려져 있다.
또, B는 BF보다 낮은 파장의 흡수대를 가지고 있다.
이 경우에 있어서, 화살표 A로 표시하는 파장을 가지는 광을 조사하면, B는 광을 흡수하지만 BF는 대부분 광을 흡수하지 않는다.
요컨데, 화살표 A의 파장(코히런트광)에 대하여, BF는 투과율이 높고 투명으로 있기 때문에, 광을 흡수하지 않는다.
B는 투과율이 낮기때문에 광을 흡수하고 선택적으로 여기된다.
이것에 의해, 동위체중 1개의 원소만을 선택적으로 여기하여 이온화하는 것이 가능하다.
역시 동위체 중 1개의 원소만을 선택적으로 여기하는 것이 가능한 것은 CO레이저의 발진파장(9.4㎛과 10.2㎛대)과 BF가스의 신축진동의 흡수파장(1000cm )이 겹치기 때문이다.
상기의흡수는 적외영역의파장의 광의 흡수로 있기 때문에 1광자만 흡수시켰음으로, 원자는 진동여기할뿐이다.
그러나, B는에 선택적으로 ∼1000 광자를 순간적(수μ초간)으로 흡수시키면, B만이 단번에 이온화한다.
역시 자색광의 경우에는 특정가스 성분을 1광자로 광여기에 의해 이온화하는 것도 가능하다.
또 광의 흡수량은, 제4도에 표시하는 Lanbert-bee의 법측으로 결정한다.
제4도를 참조하여, 입사광의 강도 Io와 투과광의 강도 I의 비 I/Io는
[수1]
I/Io = exp 로 나타내게 된다.
역시 기호 1,C,ε는 각각 흡수광로장, 농도(압력) 및 분자흡수 계수를 표시하고 있다.
이와 같은 적외다광자흡수분해의 원리에 의거하여 얻어지는 전자빔의 에네르기 치는 이하와 같이 구해진다.
우선 파장 10㎛에서의 1광자의 에네르기는 2x10 J이다.
또 B(보론)의 해리 에네르기가 약 1.33 x 10 J로 있기 때문에, B를 이온화 시키기 위하여는, 약 667광자 흡수하는 것이 필요하다.
여기에서 1KWCO레이저는, 약 5 x 10 광자/초의 에네르기를 방출한다. 따라서, 이 레이저의 에네르기 전체의 0.1%가 흡수되었다고 하면, 800mA(1A=6.3 x 10 전자 x 초)상당의 에네르기를 가지는 전자빔이 얻게 되는 것으로 된다.
종래의 아크 방전에 의해 얻게되는 전자빔의 에네르기가 50mA 정도로 있기 때문에, 1KWCO레이저에 의해 충분한 전자빔의 출력이 얻게되어 있는 것이 알게된다.
이와같이, 전자빔의 에네르기 크기 때문에, 이온을 다량으로 만드는 것이 되어 웨이퍼중에 이온을 주입하는 처리시간을 단축하는 것이 가능케 된다.
이상 설명한 바와같이, 본 실시예의 이온주입장치 및 이온주입방법에는, 광자흡수에 의한 광여기에 의하여 특정가스성분( BF)만을 이온화하는 것이 가능하다.
이 때문에, B와 B가 가스중에 혼재하고 있어도, B만을 선택적으로 이온화시키는 것이 가능하다.
또, 이 광여기에 의하면 아크 방전에 비교하여 격단으로 큰 에네르기를 가지는 전자빔을 얻는 것이 가능하다.
이와같이 B에 비교하여 질량의 작은 B만을 강력한 전자빔 에네르기로 주입되기 때문에, 웨이퍼의 대미지를 적게할수 있는 것과 함께, 처리능력을 향상하는 것이 가능하다.
또, 특정의 가스성분 ( BF)만을 선택적으로 이온화할 수 있기 때문에, 예컨데 BF와 같이 불요한 분자 혹은 원자를 이온화시키는 에네르기는 불요로 된다.
이 때문에, 에네르기의 로스는 적게되어, 에네르기효율이 양호로 된다.
또 번 실시예에는 제8도에 표시하는 종래 예와 같이, 아크 방전을 사용하지 않음으로, 이온발생용기 205내에 전극 201a,201b을 배치할 필요는 없다. 이 때문에, 본 실시예에는 제1도에 표시하는 이온발생용기5내에 있어서 아크방전시의 스패터에 의해 전극에서 카본이 생기는 것은 없다.
이 때문에, 카본 등이 이온발생용기5내에 부착하는 것은 없다.
그런고로, 이 부착한 카본을 제거한다고 한 메인티넌스의 노력을 생력화하는 것이 가능하다.
또 본 실시예에는, 상술한 바와같이 이온발생용기5내에 아크방전용의 전극을 설치할 필요가 없기 때문에, 아크방전용의 전극과 이온인출용 전극 9a,9b의 상호의 제약을 고려할 필요는 없게 된다.
이 때문에, 인출용 전극 9a,9b의 이온인출의 조건의 설정 및 배치의 설정이 용이케 된다.
또, 제1도에 표시함과 같이, 이온발생용기5의 대향하는 내벽에는 다중반사계를 구성하는 반사수단7이 설치되어 있다.
요컨데, 반사수단7에 의해, 광이 이온발생용기5의 대향하는 내벽간을 복수회 왕복한다.
이것에 의해, 광자흡수를 생기게 하는데 필요한 광의 경로장(소위 흡수광로장: 제4도)을 확보하는 것이 가능하다.
이와같이 이온발생용기5의 치수를 크게하는 것 없이, 흡수광로장을 확보할 수 있기 때문에, BF등의 특정가스성분을 효율좋게 이온화시키는 것이 가능하다.
또 광자흡수에 의하여 BF와 같은 특정가스 성분만을 이온화하는 것이 가능하다. 이때문에 BF와 같은 다른 가스성분은 이온화되지 않고, 이온발생 용기5내에 잔류한다.
따라서, 이 이온화하지 않은 다른가스성분이 질량분석기11에 의하여 장치내벽에 충돌하게되는 것은 없다.
따라서, BF등의 이온이 장치내벽에 충돌하는 것으로 스패터되는 것도 억제되어, 그것에 의한 먼지의 발생도 방지된다.
따라서, 리크특성 등의 양호한 디바이스를 얻는 것이 가능하다.
(3) 상기의 이온주입에 의하여 얻어진 반도체 장치
제5도를 참조하여, P형 실리콘 기판51의 표면에는, 활성영역을 분리하도록 소자분리 절연층55이 소망의 형상으로 형성되어 있다.
또 소자분리 절연층55의 하측영역에 접하고, 또한 활성영역하측을 덮으도록 레트로그레이데드 웰 53이 형성되어 있다.
이 레트로 그레이데드 웰53은 B가 주입되어 되는 불순물영역이다.
활성영역에는 예컨데 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 메모리 셀이 형성되어 있다.
이 메모리셀은 nMOS(Metal Oxide Semiconductor)트랜지스터63와 커패시터75를 가지고 있다.
nMOS 트랜지스터63는 1쌍의 소스/드레인 영역 57, 57과 게이트절연층 59과 게이트 전극층61을 가지고 있다.
1쌍의 소스/드레인 영역 57, 57은 P형 실리콘 기판51의 표면에 서로 소정의 거리를 구별하여 형성되어 있다.
게이트 전극층61은 이 1쌍의 소스/드레인 영역 57, 57에 게우게되는 영역상에 게이트 절연층59을 개재하여 형성되어 있다.
역시 1쌍의 소스/드레인 영역 57, 57의 한편은 LDD(Lightly Doped Drain)구조를 가지고 있다.
즉, 한편의 소스/드레인 영역 57은 비교적 저농도의 불순물 영역57a과 비교적 고농도의 불순물 영역57b과의 2층구조에서 되어 있다.
또, 게이트 전극층61의 측면 및 상부표면을 덮도록 절연층65이 형성되어 있다.
또, LDD 구조를 가지는 소스/드레인 영역 57에 접하도록, 또한 절연층65상에 올라 앉도록 비트선67이 형성되어 있다.
이 비트선67을 덮도록 P형 실리콘 기판 51의 표면전면에 절연층69이 형성되어있다.
이 절연층69에는, 다른편의 소스/드레인 영역57에 달하는 콘택트홀69a이 형성되어 있다.
이 콘택트홀 69a을 통하여 다른편의 소스/드레인 영역57에 접하도록 커패시터75가 형성되어 있다.
커패시터75는 스트레이지 노드(하부전극)71와 커피시터유전막(도시 않음)과 셀 플레이트(상부전극)73를 가지고 있다.
스트레이지 노드71는 콘택트홀69a을 통하여 다른편의 소스/드레인 영역57에 전기적으로 접속되도록 또한 절연층69의 상표면상을 연재하도록 형성되어 있다.
셀 플레이트73는 이 스트레이지 노드71상에 커패시터 유전막을 개재하여 형성되어 있다.
이 커패시터75를 덮도록 층간절연층77이 형성되어 있다.
이 층간절연층77의 표면에는 소정의 형상으로 연장하는 제1의 알루미늄 배선층79이 형성되어 있다.
이 제1의알루미늄배선층79을 덮도록 층간 절연층81이 형성되어 있다.
이층간 절연층81의 표면상에는 제2의 알루미늄배선층83이 형성되어 있다.
이와같이, 상술의 이온주입장치 및 이온주입방법에 의해, B에서되는 레트로 그레이데드 웰53이 형성된다.
또, B의 이온주입은, B보다도 P형 실리콘 기판51에 제공하는 대미지를 적게하는 것이 가능하다.
그런고로, 대미지의 저감된 디바이스를 얻는 것이 가능하다.
역시, B와 B는, 화학, 물리 특성은 전혀 동일로 있기 때문에, P형 불순물로서는 동일하게 행동하는 것은 말할것도 없다.
역시 제1도에 있어서는 레이저 발진기1로서, BF의 흡수대에 가까운 파장을 가지는 CO레이저를 사용한 경우에 관하여 설명하였지만, 레이저 발진기는 케미칼 레이저로 있어도 좋다.
(4) 케미칼 레이저를 사용한 경우
제6도를 참조하여, 본 실시예에는, 제1도에 표시하는 구성과 비교하여 레이저 발진기101에 케미칼 레이저가 사용되고 있는 점에서 달리한다.
이 케미칼 레이저101란, 예컨데 B가스와 F가스에서 BF가스를 생성할 때에 생기는 반응광을 꺼내는 것이다.
요컨데, BF의 생성시에 생기는 반응광의 파장과, BF의 해리시에 생기는 반응광의 파장은 동일로 있기 때문에, 이 반응광을 조사하는 것에 의해, 이온발생용기 내에 있어서, 보다 효율적으로 BF가 해리하고, 이온화한다.
레이저 발진기101이외의 구성에 관하여는 제1도에 표시하는 구성과 거의 동일로 있기 때문에, 동이루재에는 동일부호를 붙여, 그의 설명을 생략한다. 역시 레이저 발진기는 상술한 케미칼 레이저 이외라도 좋고, B의 흡수파장과 동일한 파장으로 가지는 광으로 있으면 어떠한 광원의 광을 조사하여도 좋다.
또 B에 한하지 않고, 광여기에 의해, 이온화하게 하는 특정가스성분의흡수파장과 대략 동일한 파장의 광을 조사할 수 있는 광원으로 있으면 레이저 발진기에 사용하는 것이 가능하다.
또 제1도에 있어서는 질량분석기11와 가속기13를 설치한 구성에 관하여 설명하였지만, 적외광자 흡수분해의 원리에 의거하면 질량분석기와 가속기는 생략되어도 좋다.
이하, 그의 구성에 관하여 설명한다.
(5) 질량분석기와 가속기를 생략한 경우
제7도는, 질량분석기와 가속기를 생략한 경우의 구성을 표시하는 모식도이다.
제7도를 참조하여, 본 실시예의 이온주입장치에는, 질량분석기와 가속기가 생략되어 있다.
이 때문에, 이온발생용기5는 웨이퍼20를 재치한 진공챔버15에 직접 접속되어 있다.
역시, 이 이외의 구성에 관하여는 제1도로 표시하는 구성과 거의 동일로 있기 때문에, 동일부재에 관하여는 동일한 부호를 붙여 그의 설명을 생략한다.
광자흡수에 의한 광여기에 의하여, BF과 같은 특정가스 성분만을 이온화 하는 것이 가능함으로, 이온을 이온발생용기5에서 인출한 후에 선별할 필요가 없다.
따라서, 목적으로 하는 이온을 선별하기 위한 질량분석기는 불요로 된다.
또, 인출전극 9a,9b에 의하여 이온인출시의 속도를 조정하는 것도 가능하다.
이때문에, 이온을 소정속도에 가속하기 위한 가속기도 불요로 된다.
따라서, 질량분석기 및 가속기를 생략하여도 특정의 이온을 소정의 속도로 웨이퍼 20에 주입하는 것이 가능하다.
역시, BF의 이온화에 의해, B의 이온만이 아니라, BF, BF BF, F의 이온도 만들게 된다.
이 때문에, 이 B이외의 이온도 웨이퍼에 주입될 두려움이 있다.
그러나, 이들의 이온이 주입되어도 F(불소)원자는, 웨이퍼에 가하게 되는 후 공정에서의 열처리에 의해 용이하게 외방확산하기 때문에, 문제는 없다.
본 실시예에 있어서는, 질량분석기 및 가속기를 생략하였기 때문에, 장치의 간략화 및 소형화를 도모하는 것이 가능하다.
역시 이상의 설명에 있어서는 BF가스중 BF를 여기시키는 방법에 관하여 설명하였지만, BF를 여기하여 이온화시키는 것도 가능하다.
이 경우에는, 레이저 발진기 1, 101를 B의 흡수대에 가까운 파장을 가지는 광을 발생시키는 것을 사용하면 좋다.
또 BF가스중 BF를 이온화시켜, 웨이퍼20에 주입한 경우에는 이온발생용기5내에는, BF가 잔류한다.
이 잔류한 반응부차가스( BF)를 회수하고, 정제하는 것에 의하여, BF를 많이 포함하는 BF의 인리치 가스를 얻는 것이 가능하다.
또, 레이저 발진기에 의해 발생시키는 광의 파장을 변하는 것에 의하여, BF,PF,ASF,ASF,AsF등의 선택정 주입이 가능하다는 것은 말할것도 없다.
또, 제5도에 있어서는 이 이온주입에 의하여 형성되는 불순물 영역으로서 레트로 그레이데드 웰에 관하여 설명하였지만, 이 이외의 불순물 영역을 형성하는 것도 가능하다.
또 소스/드레인 영역등과 같이 얕은 접합을 만드는 경우에는, BF이온이 사용된다.
이 경우, 조사광의 파장을 B의 흡수대에 맞추어, 또한 조사광의 출력을 약하게 짜는 것으로 BF의 이온을 만들어, 저 에네르기로 주입하는 것이 가능하다.
또, 가스 도입구5a는 가스도입구5a에서 도입되는 가스류에 다중반사광이 겹쳐맞도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 이온주입장치 및 이온주입방법에는, 다광자 흡수에 의한 광여기에 의하여 특정가스 성분만을 선택적으로 이온화 하는 것이 가능하다.
또, 이 광여기에 의하면, 아크방전에 비교하여 격단으로 큰 에네르기를 가지는 전자빔을 얻는 것이 가능하다.
그런고로, 이온주입에 있어서 웨이퍼의 대미지를 적게할수 있는 것과 함께, 처리능력을 향상하는 것이 가능하다.
또, 특정의 가스 성분만을 이온화 할수 있기 때문에, 불요한 원자, 분자를 이온화시키는 에네르기가 불요로 된다.
이때문에, 에네르기의 로스는 적게되어, 에네르기 효율이 양호케 된다.
또, 아크방전과 같이 이온발생용기내에 전극을 배치할 필요는 없다.
이 때문에, 이온발생용기내에 카본 등이 부착하는 것은 없고, 카본의 제거 등의 메인티넌스의 노력의 생력화를 도모하는 것이 가능하다.
또, 이온발생용기 내에 아크방전용의 전극을 설치할 필요가 없기 때문에, 아크 방전용의 전극과 이온인출용 전극의 상호의 제약을 고려할 필요는 없게 된다.
이때문에, 인출용 전극 등의 조건설정 및 배치설정이 용이케 된다.
본 발명의 바람직한 1의 국면에 따른 이온주입장치 및 이온주입방법에는 이온발생용기내에 있어서 광이 다중반사하도록 반사수단이 설치되어 있다.
이것에 의해, 다광자흡수를 생기게 하는데 필요한 광의 경로장을 확보하는 것이 가능하다.
이 때문에, 특정가스성분을 효율좋게 이온화 하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 다른 국면에 따른 이온주입장치에는, 다 광자흡수에 의하여, 특정가스 성분만을 이온화 하는 것이 가능하기 때문에, 이온을 이온발생용기에서 인출한 후에 선별할 필요는 없다.
따라서, 목적으로 하는 이온을 선별하기 위한 질량분석기는 불요로 된다.
또, 인출 전극에 의하여 이온인출시의 속도를 조정하는 것도 가능하다.
이 때문에, 이온을 소정속도에 가속하기 위한 가속기도 불요로 된다.
따라서, 장치의 간략화 및 소형화를 도모하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 더 다른 국면에 따른 이온주입장치에는, 다광자흡수에 의하여 특정가스 성분만을 이온화 하는 것이 가능하기 때문에, 이온을 질량분석기로 선별할 필요는 없다.
따라서, 불요한 이온이 질량분석기에 의해 장치내벽에 충돌되는 것이 억제된다.
따라서, 이온이 장치내벽에 충돌하는 것으로 스패터되는 것도 억제되어, 그것에 의한 먼지의 발생도 방지된다.
따라서 리크특성 등의 양호한 디바이스를 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 더 다른 국면에 따른 이온주입장치에는, 특정가스 성분의 생성시에 생기는 광을 특정가스 성분에 조사하고 있다.
이 특정가스 성분의 생성시에 생기는 광의 파장은 특정가스 성분의 해리시에 흡수하는 광의 파장과 동일하다.
이 때문에, 이 생성시에 생기는 광을 특정가스 성분에 조사하는 것으로 보다 효율좋게 이온화를 행하게 하는 것이 가능하다.
본 발명의 반도체 장치에는 B가 주입되어 있기 때문에, 대미지의 적은 반도체 장치를 얻는 것이 가능하다.

Claims (11)

  1. 가스를 이온화하고, 그의 이온을 장치내에 재치된 웨이퍼에 주입하는 이온주입장치에 있어서, 특정가스를 포함하는 원료 가스로 내부를 충족시키는 것이 가능한 이온발생용기와, 상기 특정가스의 흡수파장과 실질적으로 동일한 파장을 가지는 광을 발생시켜, 상기 광을 상기 이온발생 용기의 내부에 조사하도록 배치된 광발생수단을 구비하고, 상기 이온발생 용기내에 조사된 광에 의하여, 상기 특정가스만이 광자 흡수에 의해 선택적으로 여기되어 이온을 발생 시키는 이온주입장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이온발생 용기의 내벽의 서로 대항하는 면에 장치된 반사수단을 더 구비하고, 상기 이온발생 용기내에 조사된 광이 상기 반사수단에 의해 다중 반사되도록, 상기 반사수단과 상기 광 발생장치가 배치되어 있는 이온주입장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이온발생 용기내에서 상기 이온을 인출하기 위한 인출 전극을 더 구비하는 이온주입장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 인출전극에 의하여 인출된 상기 이온을 선별하고, 특정의 이온만을 상기 웨이퍼에 주입하는 질량분석기를 더 구비하는 이온주입장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 질량분석기에 의하여 선별된 상기 특정이온을 소정속도까지 가속시키는 가속기를 더 구비하는 이온주입장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이온발생용기는 상기 특정가스를 생성할 때에 생기는 광을 상기 이온발생용기의 조사하는 이온주입장치.
  7. 가스를 이온화하고, 그의 이온을 장치내에 재치된 웨이퍼에 주입하는 이온주입방법에 있어서, 이온발생용기의 내부를 특정가스를 포함하는 원료가스로 충족시키는 공정과, 광 발생수단에 의해, 상기 특정가스의 흡수파장과 실질적으로 동일한 파장을 가지는 광을 발생시키는 공정과, 상기 광을 상기 이온발생용기의 내부에 조사하여, 상기 특정가스만을 광자흡수에 의해 선택적으로 여기시켜 이온을 생기게 하는 공정과, 상기 이온을 상기 웨이퍼에 주입하는 공정을 구비한 이온주입방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이온발생 용기의 내벽의 서로 대향하는 면에는, 반사수단이 장치되어 있어, 상기 이온을 생기게 하는 공정은, 상기 이온발생 용기의 내부에 조사된 상기 광이 상기 반사수단에 의해 다중 반사되는 공정을 가지는 이온주입방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 광 발생수단에 의해 발생되는 상기 광은, 상기 특정가스를 생성할 때에 생기는 광인 이온주입방법.
  10. 웨이퍼에 이온을 주입하는 것에 의하여 얻게된 반도체 장치에 있어서, 반도체 기판(51)과, 상기 반도체 기판내에 형성된10B에서 되는 불순물영역(53)을 구비한 반도체 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 불순물 영역(53)은 레트로 그레이데드 웰인 반도체 장치.
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