JPH04225520A - Method of suppressing silicon crystal defect caused by ion implantation - Google Patents
Method of suppressing silicon crystal defect caused by ion implantationInfo
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】 本発明は半導体装置の製造方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
【0002】0002
【従来の技術】 イオン注入エネルギは従来では20
0keV以下であるが、近年200keVを超える高エ
ネルギイオン注入が新デバイス構造を作製する手段とし
て注目されている。しかし、200keV以下のエネル
ギでは発生しなかった高エネルギのイオン注入に伴う1
μm以上の深層部の結晶欠陥は、実デバイスに適用する
際に大きな障害となりつつある。たとえば、B+を加速
することにより1.0MeVの高エネルギにし、ドーズ
量2×1014個/cm2 をシリコン基板に注入し、
その後、900℃で20分の熱処理を行う。この場合の
結晶欠陥の発生状態の断面透過型電子顕微鏡(TEM)
写真を図3に示す。この場合のB+ の注入深さは1.
8μmであり、その付近に線状およびループ状の結晶欠
陥が多数発生している。[Prior art] Conventionally, the ion implantation energy was 20
Although it is below 0 keV, high-energy ion implantation exceeding 200 keV has recently attracted attention as a means of manufacturing new device structures. However, 1
Crystal defects deep within μm or more are becoming a major obstacle when applied to actual devices. For example, by accelerating B+ to a high energy of 1.0 MeV and implanting it into a silicon substrate at a dose of 2 x 1014 particles/cm2,
Thereafter, heat treatment is performed at 900° C. for 20 minutes. Cross-sectional transmission electron microscope (TEM) of the state of occurrence of crystal defects in this case
A photograph is shown in Figure 3. The implantation depth of B+ in this case is 1.
The diameter is 8 μm, and many linear and loop-shaped crystal defects occur in the vicinity thereof.
【0003】そこで、この障害の対策として、種々の方
法が試みられている。その中でW.X.Luらの方法(
Appl.Phys.Lett.55(18)1838
〜1840) は、B+ を加速することにより1.
0MeVの高エネルギにし、ドーズ量2×1014個/
cm2 をシリコン基板に注入し、その後、Si+ を
加速することにより140keVのエネルギにし、ドー
ズ量1×1013個/cm2 を注入し、その後、90
0℃で20分の熱処理を行うものである。この場合の結
晶欠陥の発生状態のTEMの写真を図4に示す。この場
合、B+ の注入時にはその注入深さ1.8μmの付近
に線状およびループ状の結晶欠陥が発生するが、次工程
のSi+ の注入および続く熱処理の過程で、その深層
部の結晶欠陥がSi+ 注入による表面の結晶欠陥に吸
い込まれる結果、1.8μmの付近での結晶欠陥はかな
り抑制される。[0003] Various methods have therefore been attempted as countermeasures against this problem. Among them, W. X. The method of Lu et al.
Appl. Phys. Lett. 55(18)1838
~1840) is 1. by accelerating B+.
Set to high energy of 0 MeV and dose amount 2 x 1014 pieces/
cm2 into a silicon substrate, then accelerate Si+ to an energy of 140 keV, implant a dose of 1 x 1013 atoms/cm2, and then
Heat treatment is performed at 0° C. for 20 minutes. A TEM photograph of the state in which crystal defects occur in this case is shown in FIG. In this case, when B+ is implanted, linear and loop-shaped crystal defects are generated near the implantation depth of 1.8 μm, but during the next process of Si+ implantation and subsequent heat treatment, the crystal defects in the deep layer are removed. As a result of Si+ being sucked into surface crystal defects by implantation, crystal defects in the vicinity of 1.8 μm are considerably suppressed.
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】 ところが、W.X
.Luらの方法では、図4から明らかなように表面付近
において結晶欠陥が発生している。すなわち、この方法
では、深層部における結晶欠陥は抑制されるものの、表
面層にSi+の注入による結晶欠陥が残留してしまうと
いう問題がある。ここで、結晶欠陥がシリコン基板表面
近傍に発生することは、リーク電流の増大等をもたらし
、デバイス特性上きわめて有害である。[Problem to be solved by the invention] However, W. X
.. In the method of Lu et al., crystal defects occur near the surface, as is clear from FIG. That is, although this method suppresses crystal defects in the deep layer, there is a problem in that crystal defects caused by Si+ implantation remain in the surface layer. Here, the occurrence of crystal defects near the surface of the silicon substrate causes an increase in leakage current, etc., which is extremely harmful to device characteristics.
【0005】本発明の目的は、高エネルギ注入に伴う深
層部の結晶欠陥を抑制し、しかもデバイス構造上重要な
表面層にはほとんど結晶欠陥を生じないような結晶欠陥
の抑制する方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a method for suppressing crystal defects in deep layers caused by high-energy implantation, and in which almost no crystal defects occur in the surface layer, which is important for device structure. There is a particular thing.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】 本発明のイオン注入
により生じたシリコン結晶欠陥の抑制方法は、不純物元
素をイオン化した後、加速して200keVを超える高
エネルギにしてシリコン基板上に注入し、その後上記イ
オン注入時と同等以上のエネルギを有するシリコンイオ
ンを上記シリコン基板に注入した後、その基板に熱処理
を施すことによって特徴付けられる。[Means for Solving the Problems] The method of suppressing silicon crystal defects caused by ion implantation of the present invention involves ionizing an impurity element, accelerating it to a high energy exceeding 200 keV, and implanting it onto a silicon substrate. It is characterized by injecting silicon ions having an energy equal to or higher than that of the ion implantation into the silicon substrate, and then subjecting the substrate to heat treatment.
【0007】[0007]
【作用】 不純物イオンを加速して200keVを超
える高エネルギにして半導体基板上に注入することによ
り所定の深層部に生じた結晶欠陥は、その後不純物イオ
ン注入時と同等以上のエネルギでシリコンイオンを注入
して上記の結晶欠陥深さよりも深層部に至らせ、その状
態で熱処理を施すことにより、当初の結晶欠陥深さより
も深いSi+ による欠陥に吸い込まさせることで、W
.X.Luらの方法と同様に結晶欠陥は抑制される。し
かも基板表面層には注入イオンが存在しないので、結晶
欠陥は生じない。なお、打ち込まれたシリコンイオンは
熱処理を行うことによりまったく同質であるシリコン基
板の格子位置を占めることが予想され、デバイス特性に
悪影響を及ぼすことはない。[Operation] Impurity ions are accelerated to a high energy exceeding 200 keV and implanted onto the semiconductor substrate. Crystal defects generated in a predetermined deep layer are then removed by implanting silicon ions with an energy equal to or higher than that used during impurity ion implantation. By making the W
.. X. Similar to the method of Lu et al., crystal defects are suppressed. Moreover, since there are no implanted ions in the substrate surface layer, no crystal defects occur. It is expected that the implanted silicon ions will occupy completely homogeneous lattice positions in the silicon substrate through heat treatment, and will not have any adverse effect on device characteristics.
【0008】[0008]
【実施例】 図1に本発明実施例を実施するために用
いる高エネルギイオン注入装置の全体構成図を示す。本
装置はイオンを発生させる入射部1、イオンを加速させ
る加速部2、およびイオンを注入を行う照射部の3つの
部分から構成される。入射部1は、イオン注入に用いる
イオンを発生させ、RFQ加速器に適合するエネルギお
よびビーム形状にイオンビームを調整してRFQ加速器
に供給する機能をもつ。イオン源1aにおいては原料ガ
スをプラズマ化し、イオンを発生させる。イオン源1a
としては、デュオピガトロン形イオン源を採用しており
、原子イオンが高い生成比で得られている。この他、入
射部はビームの位置方向を修正するためのステアリング
電極、ビーム電流値を計測したりビームを遮断するため
のスリット等から構成されている。入射部1と加速部2
の間に分析マグネット4aが設けられ、分析マグネット
4aでは目的とする質量数をもつイオンのみをRFQ加
速器に入射させるための質量分離が行われる。Embodiment FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a high-energy ion implantation apparatus used to carry out an embodiment of the present invention. This device is composed of three parts: an injection part 1 that generates ions, an acceleration part 2 that accelerates ions, and an irradiation part that implants ions. The injection section 1 has the function of generating ions used for ion implantation, adjusting the ion beam to an energy and beam shape suitable for the RFQ accelerator, and supplying the ion beam to the RFQ accelerator. In the ion source 1a, the source gas is turned into plasma and ions are generated. Ion source 1a
A duopigatron type ion source is used, and atomic ions can be obtained at a high production ratio. In addition, the entrance part is comprised of a steering electrode for correcting the positional direction of the beam, a slit for measuring the beam current value, and for blocking the beam. Injection part 1 and acceleration part 2
An analysis magnet 4a is provided between the two, and the analysis magnet 4a performs mass separation to allow only ions having a target mass number to enter the RFQ accelerator.
【0009】加速部2はRFQ加速器、高周波電力をR
FQ加速器に供給する電源およびRFQ加速器の電場を
コントロールする制御システム等から構成されている。
加速部2を出射したイオンビームは、分析マグネット4
bにより中性ビーム等を除かれ、かつ再びエネルギ分析
されて、照射部3に設けられたエンドステーションに導
かれる。エンドステーションはウェハ5に注入を行うウ
ェハ処理室、ウェハハンドリングを行うウェハ搬送機室
、およびウェハカセットを格納するロードロック室等か
ら構成されている。なおイオンビームの走査方式は、メ
カニカルスキャン方式、すなわち回転ディスク6上に複
数のウェハ5を装着し、その回転ディスク6を高速回転
および並進駆動させるものである。The acceleration section 2 is an RFQ accelerator, and the high frequency power is R.
It consists of a power supply that supplies the FQ accelerator and a control system that controls the electric field of the RFQ accelerator. The ion beam emitted from the accelerator 2 is transferred to an analysis magnet 4.
Neutral beams and the like are removed by b, the energy is analyzed again, and the beam is guided to the end station provided in the irradiation section 3. The end station is comprised of a wafer processing chamber for implanting wafers 5, a wafer transfer chamber for handling wafers, a load lock chamber for storing wafer cassettes, and the like. The ion beam scanning method is a mechanical scanning method, that is, a plurality of wafers 5 are mounted on a rotating disk 6, and the rotating disk 6 is driven to rotate and translate at high speed.
【0010】本発明実施例では、以上述べた構成よりな
る高エネルギイオン注入装置が使用される。まず、イオ
ン源1aにおいて、本発明に使用するB+の生成を行う
。B+ の生成にはBF3 ガスを用いるため、B+
の原子イオンの他、BF+ ,BF2 + 等の分子イ
オンも発生する。したがって、分析マグネット4aによ
り質量分離を行うことにより、B+ を抽出する。In the embodiment of the present invention, a high-energy ion implantation apparatus having the configuration described above is used. First, B+ used in the present invention is generated in the ion source 1a. Since BF3 gas is used to generate B+, B+
In addition to the atomic ions, molecular ions such as BF+ and BF2+ are also generated. Therefore, B+ is extracted by performing mass separation using the analysis magnet 4a.
【0011】次に、加速部2に配置されたRFQ加速器
により、B+ を加速することにより1.0MeVの高
エネルギにし、照射部3に導く。次に、照射部3に導か
れたB+ はドーズ量2×1014個/cm2 でウェ
ハ5に注入される。このB+ 注入の深さは、およそ1
.8μmである。その後、上述した装置を使用して、B
+ が注入されたウェハ5に対し、Si+ の注入を行
う。すなわち、Si+ を加速することにより2.58
MeVのエネルギにし、ドーズ量1×1013個/cm
2 を注入する。このSi+ 注入の深さは、およそ2
.2μmであり、B+ 注入の深さより深い。Next, an RFQ accelerator placed in the accelerating section 2 accelerates B+ to a high energy of 1.0 MeV, and guides it to the irradiation section 3. Next, the B+ led to the irradiation section 3 is injected into the wafer 5 at a dose of 2×10 14 particles/cm 2 . The depth of this B+ implant is approximately 1
.. It is 8 μm. Then, using the apparatus described above, B
Si + is implanted into the wafer 5 into which + has been implanted. That is, by accelerating Si+, 2.58
The energy is MeV, and the dose is 1 x 1013 pieces/cm.
Inject 2. The depth of this Si+ implantation is approximately 2
.. 2 μm, which is deeper than the depth of the B+ implant.
【0012】その後、900℃で20分の熱処理を行い
、注入イオンの活性化を行う。以上述べた本発明実施例
を実施した時の結晶欠陥の発生状態のTEMの写真を図
2に示す。B+ の注入時に発生する線状およびループ
状の結晶欠陥は、その次工程において注入の深さおよそ
2.2μmのSi+ の注入および続く熱処理の過程で
、1.8μmの深さより深い位置に吸い込まれる結果、
図2に示すように、1.8μmの付近の結晶欠陥はかな
り抑制される。しかも、、W.X.Luらの方法に比べ
、上記結晶欠陥は小さく、また少ない。一方、基板表面
層には、結晶欠陥は発生していない。なお、表面付近の
縞模様はTEM試料作成時のエッチングむらによるもの
であり、結晶欠陥ではない。Thereafter, heat treatment is performed at 900° C. for 20 minutes to activate the implanted ions. FIG. 2 shows a TEM photograph of the state in which crystal defects were generated when the embodiment of the present invention described above was carried out. Linear and loop-shaped crystal defects generated during B+ implantation are sucked into a position deeper than 1.8 μm during the subsequent step of implanting Si+ to a depth of approximately 2.2 μm and subsequent heat treatment. result,
As shown in FIG. 2, crystal defects around 1.8 μm are considerably suppressed. Moreover, W. X. Compared to the method of Lu et al., the crystal defects are smaller and fewer. On the other hand, no crystal defects were generated in the substrate surface layer. Note that the striped pattern near the surface is due to uneven etching during the preparation of the TEM sample, and is not a crystal defect.
【0013】[0013]
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば不純物イオンを高エネルギにして半導体基板上に注入
することにより深層部に生じた結晶欠陥は、その後不純
物イオン注入時と同等以上のエネルギでシリコンイオン
を半導体基板に注入することにより生じる結晶欠陥によ
り吸い込まれるから、深層部の結晶欠陥は抑制され、し
かも、基板表面層にも結晶欠陥は生じない。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, crystal defects generated in deep layers by implanting impurity ions with high energy into a semiconductor substrate are treated with energy equal to or higher than that during implantation of impurity ions. Since silicon ions are absorbed by crystal defects generated by implanting silicon ions into a semiconductor substrate, crystal defects in deep layers are suppressed, and crystal defects do not occur in the surface layer of the substrate.
【0014】この結果、新構造デバイス開発を容易とし
、半導体製造プロセス分野の新たな展開をもたらすこと
が期待できる。As a result, it is expected that the development of devices with new structures will be facilitated and new developments will be brought about in the field of semiconductor manufacturing processes.
【図1】 本発明実施例で用いる高エネルギイオン注
入装置の全体構成図[Fig. 1] Overall configuration diagram of a high-energy ion implantation device used in an embodiment of the present invention
【図2】 本発明実施例により得られた試料の結晶の
構造のTEM写真[Figure 2] TEM photograph of the crystal structure of the sample obtained in the example of the present invention
【図3】 従来例により得られた試料の結晶の構造の
TEM写真[Figure 3] TEM photograph of the crystal structure of the sample obtained by the conventional example
【図4】 他の従来例により得られた試料の結晶の構
造のTEM写真[Figure 4] TEM photograph of the crystal structure of a sample obtained by another conventional example
1・・・・入射部 1a・・・・イオン源 2・・・・加速部 3・・・・照射部 4a,4b・・・・分析マグネット 5・・・・ウェハ 1...Incidence part 1a...Ion source 2...Acceleration section 3...irradiation part 4a, 4b... Analysis magnet 5...Wafer
Claims (1)
て200keVを超える高エネルギにしてシリコン基板
上に注入し、その後上記イオン注入時と同等以上のエネ
ルギを有するシリコンイオンを上記シリコン基板に注入
した後、その基板に熱処理を施すことを特徴とする、イ
オン注入により生じたシリコン結晶欠陥の抑制方法。Claim 1: After an impurity element is ionized, it is accelerated to a high energy exceeding 200 keV and implanted onto a silicon substrate, and then silicon ions having an energy equal to or higher than that during the ion implantation are implanted into the silicon substrate. A method for suppressing silicon crystal defects caused by ion implantation, the method comprising: thereafter subjecting the substrate to heat treatment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2407878A JP2522217B2 (en) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | Method for suppressing silicon crystal defects caused by ion implantation |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2407878A JP2522217B2 (en) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | Method for suppressing silicon crystal defects caused by ion implantation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04225520A true JPH04225520A (en) | 1992-08-14 |
JP2522217B2 JP2522217B2 (en) | 1996-08-07 |
Family
ID=18517407
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2407878A Expired - Lifetime JP2522217B2 (en) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | Method for suppressing silicon crystal defects caused by ion implantation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2522217B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6632728B2 (en) | 2001-07-16 | 2003-10-14 | Agere Systems Inc. | Increasing the electrical activation of ion-implanted dopants |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5856417A (en) * | 1981-09-30 | 1983-04-04 | Toshiba Corp | Low-temperature activating method for boron ion implanted layer in silicon |
JPS5891630A (en) * | 1981-11-26 | 1983-05-31 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
-
1990
- 1990-12-27 JP JP2407878A patent/JP2522217B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5891630A (en) * | 1981-11-26 | 1983-05-31 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
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US6632728B2 (en) | 2001-07-16 | 2003-10-14 | Agere Systems Inc. | Increasing the electrical activation of ion-implanted dopants |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2522217B2 (en) | 1996-08-07 |
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