JPS6282639A - 集束イオンビ−ム装置 - Google Patents
集束イオンビ−ム装置Info
- Publication number
- JPS6282639A JPS6282639A JP22236485A JP22236485A JPS6282639A JP S6282639 A JPS6282639 A JP S6282639A JP 22236485 A JP22236485 A JP 22236485A JP 22236485 A JP22236485 A JP 22236485A JP S6282639 A JPS6282639 A JP S6282639A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- ion beam
- light source
- voltage
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は半導体装置の製造工程に利用されるイオン注入
装置に関するものである。
装置に関するものである。
〈従来の技術〉
半導体装置は、各種電子機器の制御等に広く利用される
に伴って次第に複雑で高い機能が要求されるようにな勺
、半導体基板に形成される素子は微細で且つ高密度にな
っている。
に伴って次第に複雑で高い機能が要求されるようにな勺
、半導体基板に形成される素子は微細で且つ高密度にな
っている。
このような超ＬＳＩを製造する工程では、極めて微細な
限られた領域に不純物を導入する必要性がしばしば生じ
る。特に最近の製造工程では、標準的な工程を終えた半
導体基板に対して、基板内に形成されたＭＯＳ ）ラン
ジスタのゲート下チャネル部へ周辺の状態を変えること
なく不純物を高エネルギでイオン注入し、この不純物導
入によってしきい値電圧Ｖｔｈを変えることが行われて
いる。
限られた領域に不純物を導入する必要性がしばしば生じ
る。特に最近の製造工程では、標準的な工程を終えた半
導体基板に対して、基板内に形成されたＭＯＳ ）ラン
ジスタのゲート下チャネル部へ周辺の状態を変えること
なく不純物を高エネルギでイオン注入し、この不純物導
入によってしきい値電圧Ｖｔｈを変えることが行われて
いる。
またＦＲＯＭにおけるプログラムの書換えや、新たに信
号を書込む場合、或いはシリコン基板の内部に電極を有
するＳＩＴやＰＢＴなどにおける埋込電極を形成す宕に
高エネルギイオン注入が採用されている。
号を書込む場合、或いはシリコン基板の内部に電極を有
するＳＩＴやＰＢＴなどにおける埋込電極を形成す宕に
高エネルギイオン注入が採用されている。
〈発明が解決しようとする問題点〉
しかし上記従来の高エネルギイオン注入方式では、イオ
ンビームが非集束タイプであるため照射領域が広い範囲
に及び、半導体基板の選択された領域に不純物を注入し
ようとすれば、注入領域を除いて半導体基板表面を適凸
なマスク材で被わねばならない。実際の製造工程では、
イオンビームに対して最適のマスク材を得ることが非常
に困難であシ、特に高エネルギのイオンビーム注入に対
してはかなシ厚いマスクが必要になるが、このような厚
いマスク材で被った場合には微細加工が難かしくなシ、
加工精度が低下するという欠点は避けられなかった。ま
たマスク材を被着、パターニング及び剥離するための手
間も必要になり、工程が複雑になるという欠点があった
。
ンビームが非集束タイプであるため照射領域が広い範囲
に及び、半導体基板の選択された領域に不純物を注入し
ようとすれば、注入領域を除いて半導体基板表面を適凸
なマスク材で被わねばならない。実際の製造工程では、
イオンビームに対して最適のマスク材を得ることが非常
に困難であシ、特に高エネルギのイオンビーム注入に対
してはかなシ厚いマスクが必要になるが、このような厚
いマスク材で被った場合には微細加工が難かしくなシ、
加工精度が低下するという欠点は避けられなかった。ま
たマスク材を被着、パターニング及び剥離するための手
間も必要になり、工程が複雑になるという欠点があった
。
く問題点を解決するための手段〉
上記従来のイオン注入装置における欠点を除去し、半導
体基板をマスクレスの状態に保ったまま不純物を導入す
ることができるイオン注入装置を提供する。
体基板をマスクレスの状態に保ったまま不純物を導入す
ることができるイオン注入装置を提供する。
本発明は、点光源から放射されたイオンビームを、従来
装置で用いられている加速電圧（＞ ２００ＫＶ）よシ
充分に高い４００ＫＶ以上の電圧を印加した電極間を通
過させて加速し、同時に放射されたビームを集束するこ
とによって半導体基板にイオン注入するための高エネル
ギをもったイオンビームを作シ出す装置である。
装置で用いられている加速電圧（＞ ２００ＫＶ）よシ
充分に高い４００ＫＶ以上の電圧を印加した電極間を通
過させて加速し、同時に放射されたビームを集束するこ
とによって半導体基板にイオン注入するための高エネル
ギをもったイオンビームを作シ出す装置である。
〈実施例〉
第１図は、試料７テージｌに保持された半導体基板２の
所望領域に不純物を導入するだめの高速エネルギ集束イ
オンビーム装置の概要を示す。
所望領域に不純物を導入するだめの高速エネルギ集束イ
オンビーム装置の概要を示す。
イオンビーム放出のための光源３は液体金属イオン源か
らなシ、先端の曲率半径を数千Ａ以下に加工し、表面を
低融点、低蒸気圧の金属又は合金で濡らしたエミッタチ
ップが設置され、該エミッタチップを高温に加熱すると
共に先端部に高電界を印加することによってイオン電流
が導き出される。イオン電流は放出先端が尖鋭に加工さ
れているため点光源状を呈する。半導体基板に注入する
不純物に応じて、上記エミッタチップは必要な金属を含
む合金で形成される。合金成分から必要々不純物のイオ
ンを抽出する場合には、後述するマスフィルタが用いら
れる。
らなシ、先端の曲率半径を数千Ａ以下に加工し、表面を
低融点、低蒸気圧の金属又は合金で濡らしたエミッタチ
ップが設置され、該エミッタチップを高温に加熱すると
共に先端部に高電界を印加することによってイオン電流
が導き出される。イオン電流は放出先端が尖鋭に加工さ
れているため点光源状を呈する。半導体基板に注入する
不純物に応じて、上記エミッタチップは必要な金属を含
む合金で形成される。合金成分から必要々不純物のイオ
ンを抽出する場合には、後述するマスフィルタが用いら
れる。
上記金属を用いたイオン源の他に低温で動作させる電界
電離（ガス）イオン源を用いることもできる。該電界電
離イオン源は、標準状態では気体のＨ２ｒ Ｈｅ、Ｎｅ
、Ａｒ等のガスを使用し、この種のガスを低温に保持さ
れた針状チップの先端に吹き付けて、強電界の雰囲気の
下に蒸発、電離させることによシイオン電流を導き出す
。この方式では低温で動作させるため金属を用いた上記
イオン源よりも１桁以上色収差の少ない良質な光源とな
る。
電離（ガス）イオン源を用いることもできる。該電界電
離イオン源は、標準状態では気体のＨ２ｒ Ｈｅ、Ｎｅ
、Ａｒ等のガスを使用し、この種のガスを低温に保持さ
れた針状チップの先端に吹き付けて、強電界の雰囲気の
下に蒸発、電離させることによシイオン電流を導き出す
。この方式では低温で動作させるため金属を用いた上記
イオン源よりも１桁以上色収差の少ない良質な光源とな
る。
光源３から放射されたイオンビームが半導体基板２に達
する経路に低倍率のイオン光学系４が配置されている。
する経路に低倍率のイオン光学系４が配置されている。
該イオン光学系４はイオンの加速と集束の役目を果すと
共に、質量分離の役目をも（果す。イオン光学系４は高
圧（４００ＫＶ以上）の役目を婦果し、上記イオン源３
から試料ステージ１側に順次配置された、アバーチーｃ
４１．ブランキング用偏向器４２、プランキングストン
バ４３、加速室！Ｍ４４、ＥＸＥ質量分離器４５、集束
レンズ４６及び描画用偏向器４７を含んで構成されてい
る。特に加速室［４４（４００−１０００ＫｅＶ）は加
速作用が静電的に行われるために電極間の耐圧を考慮し
て多段に設けられる。１段当シの耐圧はほぼ５０ＫＶ程
度であるため、例えばＩＭＶの高圧で加速する場合には
２０段の設置が必要になシ、１段は通常数組のギャップ
をもつため、加速管の全長は１ｍ程度となる。
共に、質量分離の役目をも（果す。イオン光学系４は高
圧（４００ＫＶ以上）の役目を婦果し、上記イオン源３
から試料ステージ１側に順次配置された、アバーチーｃ
４１．ブランキング用偏向器４２、プランキングストン
バ４３、加速室！Ｍ４４、ＥＸＥ質量分離器４５、集束
レンズ４６及び描画用偏向器４７を含んで構成されてい
る。特に加速室［４４（４００−１０００ＫｅＶ）は加
速作用が静電的に行われるために電極間の耐圧を考慮し
て多段に設けられる。１段当シの耐圧はほぼ５０ＫＶ程
度であるため、例えばＩＭＶの高圧で加速する場合には
２０段の設置が必要になシ、１段は通常数組のギャップ
をもつため、加速管の全長は１ｍ程度となる。
静電的な加速作用に加えて、上記加速電極４４がもつイ
オンの集束作用を、第２図を用いて１段の電極構造から
なる場合を挙げて説明する。
オンの集束作用を、第２図を用いて１段の電極構造から
なる場合を挙げて説明する。
第２図において、イオン流５が通過する孔６を形成した
電極７，８間に電圧Ｖが印加されているものとする。該
印加電圧によって電極間には破線で示す電気力線が発生
する。電位差Ｖの電属間全加速されながら通過したイオ
ンビームは、孔６の中心軸を通過したイオン５Ｉについ
てはそのまま直進し、Ｔ位差■に相当した加速を受ける
。一方中心軸から離れた位置を通過したイオン５□は、
電気力線から力を受けることになシ、電極空間の前半領
域Ａでは加速と共に中心軸へ向う力を受けて少しずつ向
きを変え々がら速度を増してゆく。
電極７，８間に電圧Ｖが印加されているものとする。該
印加電圧によって電極間には破線で示す電気力線が発生
する。電位差Ｖの電属間全加速されながら通過したイオ
ンビームは、孔６の中心軸を通過したイオン５Ｉについ
てはそのまま直進し、Ｔ位差■に相当した加速を受ける
。一方中心軸から離れた位置を通過したイオン５□は、
電気力線から力を受けることになシ、電極空間の前半領
域Ａでは加速と共に中心軸へ向う力を受けて少しずつ向
きを変え々がら速度を増してゆく。
次に電極空間の後半領域Ｂを通過する際には中心軸から
離れる力を受け、進行方向を軸に平行な向きに戻しつつ
加速を受ける。結局入射ビームの径に対して絞られた平
行イオンビームが得られ、半導体基板の所望位置に極め
て細いビーム径をもつ高エネルギイオンビームが照射さ
れる。
離れる力を受け、進行方向を軸に平行な向きに戻しつつ
加速を受ける。結局入射ビームの径に対して絞られた平
行イオンビームが得られ、半導体基板の所望位置に極め
て細いビーム径をもつ高エネルギイオンビームが照射さ
れる。
上記合金或いはガス成分のイオン源から放出されたイオ
ン流に対して、所望イオン種の選択はマス・フィルりが
使われる。次にマス・フィルりの原理を説明する。
ン流に対して、所望イオン種の選択はマス・フィルりが
使われる。次にマス・フィルりの原理を説明する。
力Ｆが働く。
ｄで
Ｆ＝ｅ（Ｅ＋ｖＸＢ）＝ｍ−
ｔ
ここで ＥＪ−Ｂ、 ｖＪＬＥ、ｖｌＢとすると
Ｅ／ｖＸＢ となり、 なる条件を満す荷電粒子はそのまま直進する。
Ｅ／ｖＸＢ となり、 なる条件を満す荷電粒子はそのまま直進する。
印加電圧かＶの場合、
−ｍ ｖ２＝ ｅＶ であることからの条件を満た
すイオンのみが直進し、他のイオンは進行途中で曲げら
れて、所定位置に到達し得ない。
すイオンのみが直進し、他のイオンは進行途中で曲げら
れて、所定位置に到達し得ない。
即ち、精密なイオン光学系に組込むには、目的のイオン
が直進する性質をもつことから、上記マスフィルりを利
用することが望ましい。
が直進する性質をもつことから、上記マスフィルりを利
用することが望ましい。
上述のように極めて微細な径に集束されたイオンビーム
は、半導体装置の製造工程において次のような用途に利
用することができる。
は、半導体装置の製造工程において次のような用途に利
用することができる。
第３図に示す如く、ゲート電極の形成及びソース、ドレ
イン等の拡散が施こされデバイスとしての一応の形態を
備えた半導体基板１１に対して、特性の微調整のためゲ
ート電極１２を貫通して、上記イオンビーム装置によシ
ネ鈍物を注入し、不良品の再生やＲＯＭプログラム内容
を変更する。
イン等の拡散が施こされデバイスとしての一応の形態を
備えた半導体基板１１に対して、特性の微調整のためゲ
ート電極１２を貫通して、上記イオンビーム装置によシ
ネ鈍物を注入し、不良品の再生やＲＯＭプログラム内容
を変更する。
第４図に示す如く、半導体基板２１上のゲート電極２２
のエツジを検出し、エツジから所望の距バイスの一パン
チスμ耐圧の向上を図る。尚上記ゲート電極２２のエツ
ジ検出は、半導体基板上に予め作成したアライメントマ
ーク２４に加速電圧を下げた集束イオンビーム２５を照
射する。゛このとき照射部分から得られる２次電子信号
は、アライメントマーク断面形状の最も勾配の急な部分
においてピークをもつようになシ、マークが検出される
。検出されたマーク位置から高エネルギイオンを注入す
べき所望位置を計算し、また加速電圧も所定電圧まで昇
圧して必要な注入量のイオンを注入して上記領域２３を
形成する。このとき加速電圧は貫通すべき絶縁膜（Ｓｉ
０２）２６やゲート電極（多結晶シリコン）の膜厚及び
半導体基板中への注入深さによシ第５図に示す加速電圧
が選ばれ、イオンビーム装置が作動される。
のエツジを検出し、エツジから所望の距バイスの一パン
チスμ耐圧の向上を図る。尚上記ゲート電極２２のエツ
ジ検出は、半導体基板上に予め作成したアライメントマ
ーク２４に加速電圧を下げた集束イオンビーム２５を照
射する。゛このとき照射部分から得られる２次電子信号
は、アライメントマーク断面形状の最も勾配の急な部分
においてピークをもつようになシ、マークが検出される
。検出されたマーク位置から高エネルギイオンを注入す
べき所望位置を計算し、また加速電圧も所定電圧まで昇
圧して必要な注入量のイオンを注入して上記領域２３を
形成する。このとき加速電圧は貫通すべき絶縁膜（Ｓｉ
０２）２６やゲート電極（多結晶シリコン）の膜厚及び
半導体基板中への注入深さによシ第５図に示す加速電圧
が選ばれ、イオンビーム装置が作動される。
例えば６０００ＡのＳ ｉ０２膜と３０００Ａの多結晶
シリコン膜が積層されたシリコン基板に深さｘｏｏｏＡ
でイオン注入する場合、虻イオンでは約４５０ｋＶ、Ｐ
では約９００ ｋＶに設定される。
シリコン膜が積層されたシリコン基板に深さｘｏｏｏＡ
でイオン注入する場合、虻イオンでは約４５０ｋＶ、Ｐ
では約９００ ｋＶに設定される。
〈効果〉
以上本発明によれば、高エネルギのイオンビームを極め
てビーム径の小さい集束ビームとして得ることができ、
所望位置に不純物を簡単な操作で導入することができ、
半導体基板はマスクレスで加工することができ、工程を
簡略にすることができる。また鮮細な加工ができるため
素子の特性調整が容易になり、半導体装置の特性を向上
させることができる。
てビーム径の小さい集束ビームとして得ることができ、
所望位置に不純物を簡単な操作で導入することができ、
半導体基板はマスクレスで加工することができ、工程を
簡略にすることができる。また鮮細な加工ができるため
素子の特性調整が容易になり、半導体装置の特性を向上
させることができる。
第１図は本発明による一実施例を示す装置の模型図、第
２図は同装置のイオンビーム集束原理を説明する図、第
３図及び第４図は同装置の利用形態を示す半導体基板断
面図、第５図は同装置設定するイオン注入エネルギを説
明する飛程−イオンエネルギ関係図である。 ２：半導体基板 ３：液体金属イオン源４４：加速を極 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）１駄ｒ才
、ψデー１１床〉にをンと−４１を１第１ 図 （ｔ：／と−を集束＊ｊＯ−う給−引の第２（１２１ （１，／住人＋尊傳基板ＨＤ 第３図 ７４図 Ｌ８８Ｅｇ＠ｉＦ、（−：ｃるＰＲＯＪＥＣ７ＥＤ Ｒ
ＩＪＮＧＥ第５図
２図は同装置のイオンビーム集束原理を説明する図、第
３図及び第４図は同装置の利用形態を示す半導体基板断
面図、第５図は同装置設定するイオン注入エネルギを説
明する飛程−イオンエネルギ関係図である。 ２：半導体基板 ３：液体金属イオン源４４：加速を極 代理人 弁理士 福 士 愛 彦（他２名）１駄ｒ才
、ψデー１１床〉にをンと−４１を１第１ 図 （ｔ：／と−を集束＊ｊＯ−う給−引の第２（１２１ （１，／住人＋尊傳基板ＨＤ 第３図 ７４図 Ｌ８８Ｅｇ＠ｉＦ、（−：ｃるＰＲＯＪＥＣ７ＥＤ Ｒ
ＩＪＮＧＥ第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、マスクレスの半導体基板に対して表面から所望深さ
の位置に不純物を注入する装置であって、イオンビーム
を放射する光源と、 該放射イオンビームを静電的に加速し且つ電気的に集束
する電極とを備えてなることを特徴とする集束イオンビ
ーム装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22236485A JPS6282639A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 集束イオンビ−ム装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22236485A JPS6282639A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 集束イオンビ−ム装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6282639A true JPS6282639A (ja) | 1987-04-16 |
Family
ID=16781185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22236485A Pending JPS6282639A (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 集束イオンビ−ム装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6282639A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8003958B2 (en) | 1996-05-15 | 2011-08-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus and method for doping |
-
1985
- 1985-10-04 JP JP22236485A patent/JPS6282639A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8003958B2 (en) | 1996-05-15 | 2011-08-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus and method for doping |
| US8344336B2 (en) | 1996-05-15 | 2013-01-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus and method for doping |
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