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JP3244883B2 - Ion implantation method - Google Patents

Ion implantation method

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JP3244883B2
JP3244883B2 JP22619093A JP22619093A JP3244883B2 JP 3244883 B2 JP3244883 B2 JP 3244883B2 JP 22619093 A JP22619093 A JP 22619093A JP 22619093 A JP22619093 A JP 22619093A JP 3244883 B2 JP3244883 B2 JP 3244883B2
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Japan
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ion
ions
implanted
sputter
implantation
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太 高橋
充裕 富田
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Toshiba Corp
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Publication date
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体材料のシ
リコン基板にイオンビームを照射し、所定の元素を注入
するためのイオン注入法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation method for irradiating, for example, a silicon substrate made of a semiconductor material with an ion beam to implant a predetermined element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、イオン源材料を高電圧、高周波、
マイクロ波等によりプラズマ化し、発生するイオンを集
束しイオン加速管などを用いて特定のエネルギを与えて
ビーム化したイオンを被処理体としての試料表面に照射
し、注入するイオン注入法が知られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, high voltage, high frequency,
2. Description of the Related Art There is known an ion implantation method in which a plasma is generated by a microwave or the like, ions generated are focused, a specific energy is given to the surface of a sample as an object to be processed by using an ion accelerating tube or the like, and the beam is irradiated. .

【0003】例えば、硼素(B)をシリコン(Si)系
半導体の極表面にイオン注入する場合の方法としては、
短時間で均一に硼素を注入するために、原料ガス(BF
3 )を高電圧、高周波或いはマイクロ波等によりプラズ
マ化し、発生するBF2 及び、BFイオンビームを試料
表面に照射、注入するようにしていた。この場合、硼素
と同時に不純物として弗素(F)も材料中に注入され、
その特性に大きく影響を与えることとなっていた。
For example, as a method of implanting boron (B) into the extreme surface of a silicon (Si) -based semiconductor,
In order to inject boron uniformly in a short time, the material gas (BF
3 ) is made into plasma by high voltage, high frequency or microwave, etc., and BF 2 and BF ion beam generated are irradiated and injected into the sample surface. In this case, fluorine (F) is also implanted into the material as an impurity at the same time as boron.
That would have a significant effect on its properties.

【0004】また、このような不純物の問題を克服する
ために、硼素のみが極表面に注入されるように、注入イ
オンのエネルギを数KeVまで低くすることが行われ
る。この場合、注入イオンを試料表面の注入領域に均等
に注入することが困難となるため、面内での材料特性の
不均一化を招来するところとなった。また、不純物の問
題及び面内の不均一化を克服するために、通常のイオン
注入装置を用いてB2 等の分子イオンの注入も行われ
る。この場合、発生するイオンの絶対量が極めて少量な
ため、注入に要する時間が極端に長くなり、実際的では
ない。
In order to overcome such a problem of impurities, the energy of implanted ions is reduced to several KeV so that only boron is implanted into the pole surface. In this case, it becomes difficult to uniformly implant the implanted ions into the implanted region on the surface of the sample, which results in inhomogeneous material characteristics in the plane. Further, in order to overcome the problem of impurities and non-uniformity in the plane, implantation of molecular ions such as B 2 is performed using a usual ion implantation apparatus. In this case, since the absolute amount of generated ions is extremely small, the time required for implantation becomes extremely long, which is not practical.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の注入法にあっては注入対象となる材料の極表面にイオ
ンを注入する際に、不要な元素の含有、注入領域での注
入の不均一化、注入時間の長時間化等の問題を避けるこ
とは出来なかった。
As described above, in the conventional implantation method, when ions are implanted into the extreme surface of the material to be implanted, unnecessary elements are contained and the implantation in the implantation region is not performed. Problems such as non-uniformity and long injection time could not be avoided.

【0006】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、注入対象材料の極表面へのイオン注入の際の不要な
元素の混入を防ぎ、かつ注入領域での注入の均一化を計
り、さらに注入時間を短縮することのできるイオン注入
法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is intended to prevent unnecessary elements from being mixed at the time of ion implantation into the extreme surface of a material to be implanted and to make the implantation uniform in the implantation region. It is another object of the present invention to provide an ion implantation method capable of shortening the implantation time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、イオン源からイオンを発生し、このイオンを
ビーム化して被処理体に照射し、被処理体に所定の元素
を注入するイオン注入法において、前記イオン源は前記
被処理体を構成する材料に含まれる成分元素と前記所定
の元素とを構成元素とすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is to generate ions from an ion source, convert the ions into a beam, irradiate the object, and implant a predetermined element into the object. In the ion implantation method, the ion source includes a constituent element and a predetermined element included in a material forming the object to be processed as constituent elements.

【0008】[0008]

【作用】本発明のイオン注入法は、イオン源の構成元素
を被処理体を構成する材料に含まれる成分元素と注入し
ようとする所定の元素とすることにより、当該イオン源
をイオンビーム化して、被処理体に当該所定の元素を注
入した際に、不要な元素の混入を防ぎ得る。
According to the ion implantation method of the present invention, the ion source is converted into an ion beam by converting the constituent elements of the ion source into the predetermined elements to be implanted with the constituent elements contained in the material forming the object to be processed. In addition, when the predetermined element is injected into the object, unnecessary elements can be prevented from being mixed.

【0009】[0009]

【実施例】まず、本発明の概要を説明する。すなわち、
本発明は材料表面に不純物を注入するイオン注入法にお
いて、例えば注入対象材料の主成分元素と注入元素を構
成元素とするイオン源材料を用いて注入対象材料の主成
分元素と注入元素を構成元素とする分子ビームを照射す
ることを特徴とするものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an outline of the present invention will be described. That is,
The present invention relates to an ion implantation method in which an impurity is implanted into a material surface, for example, by using an ion source material having a main component element of the implantation target material and the implantation element as a constituent element, and converting the main component element and the implantation element of the implantation target material to It is characterized by irradiating a molecular beam as follows.

【0010】このイオン発生法としてはスパッタイオン
法及び、高周波、マイクロ波、高電圧等の気体のイオン
化法が用いられる。またスパッタイオン注入法では、ス
パッタイオンとして、そのスパッタイオンエネルギが2
KeV〜20KeVのO2 +イオン、O- イオン、Cs
+ イオンまたは、F2 + イオン等が用いられる。気体イ
オン源では各種イオン化法が用いられる。
As the ion generation method, a sputter ion method and a gas ionization method of high frequency, microwave, high voltage or the like are used. In the sputter ion implantation method, the sputter ion energy is 2 sputter ions.
KeV to 20 KeV O 2 + ion, O ion, Cs
+ Ions or F 2 + ions are used. Various ionization methods are used in a gas ion source.

【0011】イオン源としては注入対象材料の主成分元
素と注入元素を構成元素とする材料(気体)を用い、注
入イオンに注入対象材料の主成分元素と注入元素を構成
元素とする分子ビームを用いる。また、分子イオンの原
子数は、好ましくは1〜150の範囲とする。また、分
子イオンによっては分子イオンの発生効率を増加するた
めイオン源材料の存在する雰囲気中のO2 濃度、また
は、F2 濃度、その他のガス濃度を1×10-2Torr
〜1×10-9Torrにする。発生するイオンのエネル
ギは1KeV〜530KeVである。
As the ion source, a material (gas) containing the main component element of the material to be implanted and the implanted element as a constituent element is used, and a molecular beam containing the main component element of the material to be implanted and the implanted element as a constituent element is used as the implanted ions. Used. The number of atoms of the molecular ions is preferably in the range of 1 to 150. Further, in order to increase the generation efficiency of the molecular ions depending on the molecular ions, the O 2 concentration, the F 2 concentration, and other gas concentrations in the atmosphere where the ion source material exists are set to 1 × 10 −2 Torr.
11 × 10 −9 Torr. The energy of the generated ions is 1 KeV to 530 KeV.

【0012】例えば、シリコン基板極表面に硼素を注入
するためのスパッタイオン注入法として、初期真空度を
1×10-5〜1×10-12 Torrとする。スパッタイ
オンにスパッタイオンエネルギ1〜20KeVの
2 + ,O- ,Cs+ 、その他のイオンを用い、イオン
源にSiB4 等のシリコンと硼素からなる粉末を焼結、
若しくはその他の方法により固体化したものを用い、イ
オン源表面の酸素等のガス分圧を1×10-2〜1×10
-9Torrにする。また発生するSiB+ 等のシリコン
と硼素からなる分子イオンにイオン加速管により1〜5
30KeVの電圧をかけ静電レンズによりイオンビーム
の直径を0.1μm〜1000mm程度に絞り、ラスタ
をかけ試料表面を走査し、試料表面に注入する。
For example, as a sputter ion implantation method for implanting boron into the surface of a silicon substrate, the initial degree of vacuum is set to 1 × 10 -5 to 1 × 10 -12 Torr. O 2 + sputter ion energy 1~20KeV the sputter ion, O -, Cs +, with other ions, sintering a powder consisting of silicon and boron 4 such SiB the ion source,
Alternatively, using a solidified material by another method, the partial pressure of gas such as oxygen on the surface of the ion source is set to 1 × 10 −2 to 1 × 10 2
-9 Torr. In addition, a molecular ion consisting of silicon and boron, such as SiB +, which is generated, is ion-accelerated by 1 to 5 with an ion accelerator.
A voltage of 30 KeV is applied, the diameter of the ion beam is reduced to about 0.1 μm to 1000 mm by an electrostatic lens, rastering is performed, the surface of the sample is scanned, and the surface is injected.

【0013】この方法により1×1015原子/cm2
入するのに10分程度の時間を要した。また、シリコン
と硼素以外の元素は認められなかった。注入イオンとし
て他にSiB2 + ,Si2 + ,SiB3 + ,Si3
+ 等のシリコンと硼素からなる分子イオンが適用でき
る。
It took about 10 minutes to implant 1 × 10 15 atoms / cm 2 by this method. No elements other than silicon and boron were found. Other implanted ions include SiB 2 + , Si 2 B + , SiB 3 + , and Si 3 B
Molecular ions composed of silicon and boron such as + can be applied.

【0014】ステンレス基板極表面に窒素を注入するた
めのスパッタイオン注入法の場合、初期真空度を1×1
-5〜1×10-12 Torrとする。スパッタイオンに
スパッタイオンエネルギ1〜20KeVのO2 + 、その
他のイオンを用い、イオン源にFe2 Nの粉末を焼結し
たものを用い、イオン源表面の酸素等のガス分圧を1×
10-2〜1×10-9Torrとする。発生するFe2
+ 等の鉄(Fe)と窒素からなる分子イオンをイオン加
速管により1KeV〜530KeVの電圧をかけ、静電
レンズによりイオンビームの直径を0.1μm〜100
0mm程度に絞り、ラスタをかけ試料表面に注入する。
注入イオンとして他に、FeN2 + ,Fe2 + ,Fe
3 + ,Fe3 + 、その他の分子イオンを用いること
も出来る。
In the case of the sputter ion implantation method for implanting nitrogen into the surface of the stainless steel substrate, the initial vacuum degree is 1 × 1
0 -5 to 1 × 10 -12 Torr. O 2 + having a sputter ion energy of 1 to 20 KeV and other ions are used as sputter ions, and a sintered material of Fe 2 N powder is used as an ion source. The partial pressure of gas such as oxygen on the surface of the ion source is 1 ×.
10 −2 to 1 × 10 −9 Torr. Generated Fe 2 N
+ Molecular ions composed of iron (Fe) and nitrogen, such as applying a voltage of 1KeV~530KeV by ion accelerating tube, 0.1Myuemu~100 the diameter of the ion beam by an electrostatic lens
It is squeezed to about 0 mm, rastered and injected into the sample surface.
Other than the implanted ions, FeN 2 + , Fe 2 N + , Fe
N 3 + , Fe 3 N + , and other molecular ions can also be used.

【0015】GaAs基板中にBeをイオン注入するイ
オン注入法においては、初期真空度を1×10-5〜1×
10-12 Torrとする。スパッタイオン源にBeとG
aAsの焼結体を用いてスパッタイオンに加速電圧1〜
20KeVのCs+ 等を用い、スパッタイオン源表面の
フッ素等のガス分圧を1×10-2〜1×10-9Torr
とする。発生するGa2 Be等のGa及び、AsとBe
からなる分子イオンをイオン加速管により1〜530K
eVの電圧をかけ、静電レンズによりイオンビームの直
径を0.1μm〜1000mm程度に絞り、ラスタをか
け試料表面に注入する。
In the ion implantation method of implanting Be into a GaAs substrate, the initial degree of vacuum is 1 × 10 −5 to 1 ×.
10 -12 Torr. Be and G for sputter ion source
Acceleration voltage of 1 to 3
The gas partial pressure of fluorine or the like on the surface of the sputter ion source is set to 1 × 10 −2 to 1 × 10 −9 Torr by using 20 KeV Cs + or the like.
And Ga such as Ga 2 Be generated and As and Be
From 1 to 530K by ion accelerator
A voltage of eV is applied, the diameter of the ion beam is reduced to about 0.1 μm to 1000 mm by an electrostatic lens, rasterized and injected into the sample surface.

【0016】シリコン基板の極表面に硼素を注入するた
めには、イオン注入法において初期真空度を1×10-5
〜1×10-12 Torrとする。イオン源にB2 6
SiH4 及び、O2 の混合ガスを用いて各種ガスイオン
のイオン化法を用いて発生するSi2 Bイオン、その他
の分子イオンをイオン加速管により1〜530KeVの
電圧をかけ静電レンズによりイオンビームの直径を1μ
m〜1000mm程度に絞りラスタをかけ試料表面に注
入する。
In order to implant boron into the extreme surface of the silicon substrate, the initial degree of vacuum is set to 1 × 10 −5 by ion implantation.
11 × 10 −12 Torr. Using a mixed gas of B 2 H 6 , SiH 4, and O 2 as an ion source, Si 2 B ions and other molecular ions generated by ionization of various gas ions are applied to a voltage of 1 to 530 KeV by an ion accelerator. And the diameter of the ion beam is 1μ by the electrostatic lens.
The drawing raster is drawn to about m to 1000 mm, and it is injected into the sample surface.

【0017】本発明による注入分子イオンは質量が通常
の注入イオンに比べ数倍から数十倍重くなるため同じエ
ネルギでは数分の一から数十分の一の深さに注入され
る。例えば、シリコン中に硼素を注入する場合、加速電
圧20KeVで、通常の硼素イオンとBSi2 イオンの
場合、硼素イオンは表面から66nm,BSiイオンの
場合15nmの深さに注入される(図11参照)。
The implanted molecular ions according to the present invention are several times to several tens times heavier than normal implanted ions, so that they are implanted to a depth of several tenths to several tenths at the same energy. For example, when boron is implanted into silicon, at an acceleration voltage of 20 KeV, ordinary boron ions and BSi 2 ions are implanted to a depth of 66 nm from the surface, and BSi ions are implanted to a depth of 15 nm (see FIG. 11). ).

【0018】また、分子イオンの構成元素に不要な元素
がないため優れた特性がえられる。また、イオン源での
2 等のガス分圧をコントロールすることによりイオン
の発生量が飛躍的に増大するため短時間に注入できる。
例えば、スパッタイオン源表面でのO2 分圧が非常に低
いとき(真空度1×10-9)、及び、酸素分圧が適正な
時(真空度1×10-6)ではイオン注入時間が1桁程度
異なる(図12参照)。
In addition, since there is no unnecessary element in the constituent elements of the molecular ion, excellent characteristics can be obtained. In addition, by controlling the partial pressure of gas such as O 2 in the ion source, the amount of generated ions is dramatically increased, so that the ions can be implanted in a short time.
For example, when the O 2 partial pressure on the surface of the sputter ion source is very low (vacuum degree 1 × 10 −9 ) and when the oxygen partial pressure is appropriate (vacuum degree 1 × 10 −6 ), the ion implantation time is short. It differs by about one digit (see FIG. 12).

【0019】以下、本発明に係る一実施例を図面を参照
して説明する。図1は本発明に係るイオン注入装置の構
成を示した断面構成図である。本実施例では、シリコン
基板の極表面に硼素を注入する場合を例に説明する。ま
た、スパッタイオンにスパッタイオンエネルギ15Ke
VのO2 + イオンを用いるものとする。
An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of the ion implantation apparatus according to the present invention. In the present embodiment, a case where boron is implanted into the extreme surface of the silicon substrate will be described as an example. In addition, sputter ion energy of 15 Ke
It is assumed that O 2 + ions of V are used.

【0020】まず、スパッタ部11の内部を初期真空度
1×10-9Torrとする。このスパッタ部11内部
に、SiB4 の粉末を焼結したスパッタイオン源13が
配置され、このときイオン源表面の酸素濃度は5×10
-4Torrである。
First, the interior of the sputtering unit 11 is set to an initial degree of vacuum of 1 × 10 −9 Torr. A sputter ion source 13 obtained by sintering SiB 4 powder is disposed inside the sputter unit 11, and the oxygen concentration on the surface of the ion source is 5 × 10
-4 Torr.

【0021】またスパッタイオン用ガスボックス15と
スパッタイオン電源17がスパッタイオン銃19に接続
され、このスパッタイオン銃19で発生したイオンは、
スパッタイオン加速部21で加速され、スパッタ部11
内部のスパッタイオン源13に向けて射出される。これ
によりスパッタイオン源13からイオンが発生し、質量
分離磁石23でその質量に応じて分離されたSi2 +
イオンは、20KeVが印加されるイオン加速部25で
加速される。その後、静電四重極レンズ27で所定のビ
ーム径、本実施例ではイオンビームの直径が10mm程
度に絞られ、さらにYスキャンプレート29とXスキャ
ンプレート31で偏向され、真空搬送系33に配置され
た試料Sの表面を走査し、イオン注入が行われる。
A sputter ion gas box 15 and a sputter ion power supply 17 are connected to a sputter ion gun 19, and ions generated by the sputter ion gun 19 are
It is accelerated by the sputter ion acceleration unit 21 and
It is emitted toward the internal sputter ion source 13. Thus ions are generated from the sputtering ion source 13, Si 2 separated according to their mass by the mass separation magnet 23 B +
The ions are accelerated by an ion acceleration unit 25 to which 20 KeV is applied. Thereafter, a predetermined beam diameter is reduced by the electrostatic quadrupole lens 27, and in this embodiment, the diameter of the ion beam is reduced to about 10 mm, further deflected by the Y scan plate 29 and the X scan plate 31, and arranged in the vacuum transfer system 33. The surface of the sample S thus scanned is scanned, and ion implantation is performed.

【0022】この方法により1×1015原子/cm2
入するのに10分程度の時間を要した。これは通常の方
法、例えばBF分子イオンを注入する場合の8割程度の
時間である。この方法により作成した試料Sを2次イオ
ン質量分析計(SIMS)により分析した。この様子を
図2に示す。この図2を参照するに、実線で示される硼
素のプロファイルはガウスカーブを描き深さ50nm程
度にピーク位置が得られ、硼素が深さ50nmの所に多
く存在することが判る。なお、深さ0〜10nm辺りに
認められるピークは表面の硼素と弗素に汚れに因るもの
である。また、弗素は深さ10nm以上には存在せず、
またシリコンと硼素以外の元素は認められない。
It took about 10 minutes to implant 1 × 10 15 atoms / cm 2 by this method. This is about 80% of the time when a normal method is used, for example, when BF molecular ions are implanted. The sample S prepared by this method was analyzed by a secondary ion mass spectrometer (SIMS). This is shown in FIG. Referring to FIG. 2, the profile of boron shown by a solid line draws a Gaussian curve, and a peak position is obtained at a depth of about 50 nm. It can be seen that a large amount of boron exists at a depth of 50 nm. The peak observed at a depth of about 0 to 10 nm is caused by contamination of boron and fluorine on the surface. Also, fluorine does not exist at a depth of 10 nm or more,
Elements other than silicon and boron are not recognized.

【0023】また、従来の方法により、BFイオンを注
入したものをSIMSにより分析すると(図3参照)、
硼素のプロファイルはガウスカーブを描くがピーク位置
は80nm程度であり、硼素が深さ80nmの所に、弗
素は60nmの所に多く存在することが判る。また、硼
素と弗素のピークの面積はBF2 になる。
When the BF ion implanted by the conventional method is analyzed by SIMS (see FIG. 3),
The profile of boron draws a Gaussian curve, but the peak position is about 80 nm. It can be seen that boron is present at a depth of 80 nm and fluorine is present at a location of 60 nm. The peak area of boron and fluorine is BF 2 .

【0024】次に、図1に示す注入装置を用いてステン
レス中にFeN+ イオンをイオン注入する場合と、同じ
様にして、ステンレス(SUS304)基板極表面に窒
素を注入する場合について説明する。スパッタイオンに
スパッタイオンエネルギ20KeVのO2 + イオンを用
いるものとし、スパッタイオン源13にFe2 Nの粉末
を焼結したものを用いる。まずスパッタ部11の内部を
初期真空度1×10-9Torrとする。このとき、イオ
ン源表面の酸素濃度は7×10-4Torrである。発生
したFe2 + イオンをイオン加速部25により40K
eVの電圧を印加して加速し、静電四重極レンズ27に
よりイオンビームの直径が30mm程度に絞られ、さら
にYスキャンプレート29とXスキャンプレート31で
偏向されて真空搬送系33に配置された試料Sの表面を
走査し、イオン注入が行われる。
Next, a case where nitrogen is implanted into the surface of a stainless (SUS304) substrate in the same manner as the case where FeN + ions are implanted into stainless steel using the implantation apparatus shown in FIG. 1 will be described. O 2 + ions having a sputter ion energy of 20 KeV are used as sputter ions, and a sputter ion source 13 obtained by sintering Fe 2 N powder is used. First, the inside of the sputtering unit 11 is set to an initial degree of vacuum of 1 × 10 −9 Torr. At this time, the oxygen concentration on the ion source surface is 7 × 10 −4 Torr. The generated Fe 2 N + ions are subjected to 40K by the ion accelerator 25.
The ion beam is accelerated by applying a voltage of eV, the diameter of the ion beam is reduced to about 30 mm by the electrostatic quadrupole lens 27, further deflected by the Y scan plate 29 and the X scan plate 31, and arranged in the vacuum transfer system 33. The surface of the sample S is scanned, and ion implantation is performed.

【0025】この方法により1×1017原子/cm2
入するのに1時間程度の時間を要した。これは通常の方
法、例えば窒素イオンを注入する場合の4割程度の時間
である。この方法により作成した試料を2次イオン質量
分析計(SIMS)により分析した。この様子を図4に
示す。図4を参照するに、実線で示される窒素のプロフ
ァイルはガウスカーブを描き深さ5nm程度にピーク位
置が得られ、窒素は深さ5nmの所に多く存在すること
が判る。
It took about one hour to implant 1 × 10 17 atoms / cm 2 by this method. This is about 40% of the time when a normal method is used, for example, when nitrogen ions are implanted. The sample prepared by this method was analyzed by a secondary ion mass spectrometer (SIMS). This is shown in FIG. Referring to FIG. 4, the profile of nitrogen shown by a solid line draws a Gaussian curve, and a peak position is obtained at a depth of about 5 nm. It can be seen that a large amount of nitrogen exists at a depth of 5 nm.

【0026】また、従来の方法により、窒素イオンを注
入したものをSIMSにより分析すると(図5参照)、
窒素のプロファイルはガウスカーブを描くがピーク位置
は60nm程度であり、窒素は深さ60nmの所に多く
存在することが判る。
Further, when nitrogen ions are implanted by a conventional method and analyzed by SIMS (see FIG. 5),
Although the profile of nitrogen draws a Gaussian curve, the peak position is about 60 nm, and it can be seen that nitrogen exists a lot at a depth of 60 nm.

【0027】次に、図1に示す装置を用いて、GaAs
中にGaBe+ イオンを注入する場合を例に説明する。
また、スパッタイオンに加速電圧15KeVのCs+
用いる。まず、スパッタ部11の内部を初期真空度2×
10-9Torrとする。このスパッタ部11内部に、B
eとGaAsの焼結体であるスパッタイオン源13が配
置され、このときスパッタイオン源表面のフッ素濃度は
1×10-6Torrである。発生したGa2 Beイオン
をイオンイオン加速部21により30KeVの電圧をか
け加速し、さらに静電四重極レンズ27によりイオンビ
ームの直径を40mm程度に絞り、ラスタをかけ試料表
面を走査し、GaBe+ イオンを注入する。この方法に
より1×1014原子/cm2 注入するのに15分程度の
時間を要した。
Next, GaAs is formed using the apparatus shown in FIG.
An example in which GaBe + ions are implanted therein will be described.
In addition, Cs + having an acceleration voltage of 15 KeV is used as sputter ions. First, the inside of the sputtering unit 11 is set to an initial vacuum degree of 2 ×
10 -9 Torr. In the inside of the sputtering unit 11, B
A sputter ion source 13, which is a sintered body of e and GaAs, is provided. At this time, the fluorine concentration on the surface of the sputter ion source is 1 × 10 −6 Torr. The generated Ga 2 Be ions are accelerated by applying a voltage of 30 KeV by the ion-ion accelerating unit 21, the diameter of the ion beam is reduced to about 40 mm by the electrostatic quadrupole lens 27, the sample is scanned with a raster, and the GaBe is scanned. + Ions are implanted. It took about 15 minutes to implant 1 × 10 14 atoms / cm 2 by this method.

【0028】これは通常の方法、例えばBeイオンを注
入する場合の6割程度の時間である。この方法により作
成した試料を2次イオン質量分析計(SIMS)により
分析した。この様子を図6に示す。ベリリウム(Be)
のプロファイルはガウスカーブを描き、深さ15nm程
度にピーク位置が得られ、ベリリウムは深さ15nmの
所に多く存在することが判る。
This is about 60% of the time when a normal method is used, for example, when Be ions are implanted. The sample prepared by this method was analyzed by a secondary ion mass spectrometer (SIMS). This is shown in FIG. Beryllium (Be)
Shows a Gaussian curve, a peak position is obtained at a depth of about 15 nm, and it can be seen that a large amount of beryllium exists at a depth of 15 nm.

【0029】従来の方法により、Beイオン注入したも
のをSIMSにより分析すると(図7参照)、Beのプ
ロファイルはガウスカーブを描くがピーク位置は120
nm程度であり、ベリリウムは深さ120nmの所に多
く存在することが判る。
When a Be ion-implanted sample is analyzed by SIMS according to the conventional method (see FIG. 7), the profile of Be draws a Gaussian curve, but the peak position is 120.
nm, and it can be seen that beryllium is often present at a depth of 120 nm.

【0030】次に、図8に示す構成のイオン注入装置を
例に説明する。スパッタ部41の内部に、スパッタイオ
ン源43、スパッタイオン用ガスボックス45、スパッ
タイオン電源47及び質量分離磁石53が配設され、そ
の内部は初期真空度2×10-9Torrとする。スパッ
タイオン用ガスボックス45にはB2 4 とSiH4
びO2 の混合ガスが収容される。
Next, an ion implantation apparatus having the structure shown in FIG. 8 will be described as an example. A sputter ion source 43, a sputter ion gas box 45, a sputter ion power supply 47, and a mass separation magnet 53 are provided inside the sputter section 41, and the inside thereof is set to an initial degree of vacuum of 2 × 10 −9 Torr. The sputter ion gas box 45 contains a mixed gas of B 2 H 4 , SiH 4 and O 2 .

【0031】この混合ガスは、スパッタイオン源43に
導かれ、高電圧電源であるスパッタイオン電源47によ
って高電圧によるガスイオン化が行われる。発生したイ
オンは、質量分離磁石53でSi2 Bイオンが分離され
る。この分離されたSi2 Bイオンは20KeVが印加
されるイオン加速部55で加速される。続いて、加速さ
れたイオンビームは静電四重極レンズ57で所定のビー
ム径、ここでは直径10mm程度に絞られた後、Yスキ
ャンプレート59とXスキャンプレート61で偏向さ
れ、真空搬送系63に配置される試料S、例えばシリコ
ンウェハの所定の位置を走査し、試料表面に注入され
る。
The mixed gas is led to a sputter ion source 43, and gas ionization is performed by a high voltage by a sputter ion power supply 47 which is a high voltage power supply. The generated ions are separated into Si 2 B ions by the mass separation magnet 53. The separated Si 2 B ions are accelerated by an ion acceleration unit 55 to which 20 KeV is applied. Subsequently, the accelerated ion beam is narrowed by an electrostatic quadrupole lens 57 to a predetermined beam diameter, here about 10 mm, and then deflected by a Y scan plate 59 and an X scan plate 61, and the vacuum transfer system 63. , A predetermined position of a silicon wafer, for example, a silicon wafer, is scanned and injected into the surface of the sample.

【0032】この方法により1×1014原子/cm2
入するのに10分程度の時間を要した。これは通常の方
法、例えば硼素イオンの注入の場合の7割程度の時間で
ある。この方法により作成した試料Sを2次イオン質量
分析計(SIMS)により分析した。この様子を図9に
示す。図9を参照するに、実線で示される硼素のプロフ
ァイルはガウスカーブを描き深さ50nm程度にピーク
位置が得られる。
It took about 10 minutes to implant 1 × 10 14 atoms / cm 2 by this method. This is about 70% of the time in a usual method, for example, boron ion implantation. The sample S prepared by this method was analyzed by a secondary ion mass spectrometer (SIMS). This is shown in FIG. Referring to FIG. 9, the profile of boron shown by a solid line draws a Gaussian curve, and a peak position is obtained at a depth of about 50 nm.

【0033】従来の方法により、BF2 イオンを注入し
たものをSIMSにより分析すると(図10参照)、硼
素のプロファイルはガウスカーブを描くがピーク位置は
80nm程度であった。また、不純物として弗素も検出
された。
When the BF 2 ions implanted by the conventional method were analyzed by SIMS (see FIG. 10), the profile of boron showed a Gaussian curve, but the peak position was about 80 nm. Fluorine was also detected as an impurity.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上、説明したように本発明のイオン注
入法は、被処理体の極表面へのイオン注入の際の不要な
元素の混入を防ぎ、かつ注入時間を短縮することができ
る。
As described above, according to the ion implantation method of the present invention, unnecessary elements can be prevented from being mixed at the time of ion implantation into the extremely surface of the object to be processed, and the implantation time can be shortened.

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

【図1】シリコン中にイオンを注入するためのイオン注
入装置の構成を説明するための構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a configuration of an ion implantation apparatus for implanting ions into silicon.

【図2】Si2 + イオン注入時のSIMSプロファイ
ルを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a SIMS profile at the time of Si 2 B + ion implantation.

【図3】BF+ イオン注入時のSIMSプロファイルを
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a SIMS profile at the time of BF + ion implantation.

【図4】FeN+ イオン注入時のSIMSプロファイル
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a SIMS profile during FeN + ion implantation.

【図5】N+ イオン注入時のSIMSプロファイルを示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a SIMS profile at the time of N + ion implantation.

【図6】Ga2 Be+ イオン注入時のSIMSプロファ
イルを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a SIMS profile at the time of Ga 2 Be + ion implantation.

【図7】Be+ イオン注入時のSIMSプロファイルを
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a SIMS profile at the time of Be + ion implantation.

【図8】シリコン中にイオンを注入するためのイオン注
入装置の構成を示す構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of an ion implantation apparatus for implanting ions into silicon.

【図9】Si2 + イオン注入時のSIMSプロファイ
ルを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a SIMS profile at the time of Si 2 B + ion implantation.

【図10】BF2 + イオン注入時のSIMSプロファイ
ルを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a SIMS profile at the time of BF 2 + ion implantation.

【図11】硼素プロファイルを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a boron profile.

【図12】O2 の分圧と注入時間の関係を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the partial pressure of O 2 and the injection time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,41 スパッタ部 13,43 スパッタイオン源 15,45 スパッタイオン用ガスボックス 17,47 スパッタイオン電源 19 スパッタイオン銃 21 スパッタイオン加速部 23,53 質量分離磁石 25,55 イオン加速部 27,57 静電四重極レンズ 29,59 Yスキャンプレート 31,61 Xスキャンプレート 33,63 真空搬送系 S 試料 11, 41 Sputter section 13, 43 Sputter ion source 15, 45 Sputter ion gas box 17, 47 Sputter ion power supply 19 Sputter ion gun 21 Sputter ion accelerating section 23, 53 Mass separation magnet 25, 55 Ion accelerating section 27, 57 Static Electric quadrupole lens 29,59 Y scan plate 31,61 X scan plate 33,63 Vacuum transfer system S sample

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−163431(JP,A) 特開 平4−358074(JP,A) 特開 昭62−100933(JP,A) 特開 昭59−149643(JP,A) 特開 平3−209721(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/265 H01L 21/265 603 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-6-163431 (JP, A) JP-A-4-358074 (JP, A) JP-A-62-1100933 (JP, A) JP-A-59-1988 149643 (JP, A) JP-A-3-209721 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/265 H01L 21/265 603

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イオン源からイオンを発生し、このイオ
ンをビーム化して被処理体に照射し、被処理体に所定の
元素を注入するイオン注入法において、 前記イオン源は前記被処理体を構成する材料に含まれる
成分元素と前記所定の元素とを構成元素とすることを特
徴とするイオン注入法。
In an ion implantation method in which ions are generated from an ion source, the ions are formed into a beam, and irradiating the object to be processed, and a predetermined element is implanted into the object to be processed, An ion implantation method, wherein a component element contained in a constituent material and the predetermined element are set as constituent elements.
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