JP5458700B2

JP5458700B2 - Ion implantation method

Info

Publication number: JP5458700B2
Application number: JP2009156469A
Authority: JP
Inventors: 幹典小國; 章徳鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: JP2011014333A

Description

本発明は、イオン注入方法に関し、特に、イオン源で引出電圧をかけて引き出したイオンのうち目的とするイオンのみを選別する質量分析を１回のみ行ない、ビームラインにてイオンビームの整形及び走査をし、加速管にて加速電圧をかけてエンドステーションにて被処理体にイオン注入するイオン注入方法に関するものである。 The present invention relates to an ion implantation method, and in particular, mass spectrometry for selecting only target ions out of ions extracted by applying an extraction voltage with an ion source is performed only once, and shaping and scanning of the ion beam with a beam line. The present invention relates to an ion implantation method in which an acceleration voltage is applied to an object to be processed at an end station by applying an acceleration voltage to an acceleration tube.

半導体に不純物イオンを導入する方法として、イオン注入装置を用いたイオン注入がある。イオン注入に用いられるイオン注入装置は、イオン源で引出電圧をかけて引き出したイオンのうち目的とするイオンのみを選別する質量分析を行ない、ビームラインにてイオンビームの整形及び走査をし、加速管にて加速電圧をかけてエンドステーションにて被処理体にイオン注入を行なう。 As a method for introducing impurity ions into a semiconductor, there is ion implantation using an ion implantation apparatus. An ion implantation apparatus used for ion implantation performs mass analysis for selecting only target ions out of ions extracted by applying an extraction voltage with an ion source, shaping and scanning the ion beam at the beam line, and accelerating it. An acceleration voltage is applied to the tube, and ions are implanted into the object to be processed at the end station.

イオン注入処理において、ビーム電流を多くとれて処理時間を短くできる１価イオンを用いて注入を行なうのが一般的である。２価イオンや３価イオンを用いてイオン注入を行なう場合、１価イオンでの注入と同じ深さにイオンを注入するために、２価イオンを用いる場合は１価イオンの２分の１の電圧（引出電圧＋加速電圧）、３価イオンを用いる場合は３分の１の電圧（引出電圧＋加速電圧）で注入できることが知られている。イオン注入装置において、引出電圧及び加速電圧には性能上の上限があるので、イオンをより深く注入する場合には、２価イオンや３価イオンが用いられる。 In the ion implantation process, it is common to perform the implantation using monovalent ions that can increase the beam current and shorten the processing time. When ion implantation is performed using divalent ions or trivalent ions, in order to implant ions at the same depth as the implantation with monovalent ions, when using divalent ions, one half of monovalent ions is used. It is known that when a voltage (extraction voltage + acceleration voltage) and trivalent ions are used, implantation can be performed with a third voltage (extraction voltage + acceleration voltage). In the ion implantation apparatus, the extraction voltage and the acceleration voltage have upper limits in performance, and therefore, when ions are implanted deeper, divalent ions or trivalent ions are used.

質量分析を１回のみ行なうイオン注入装置では、質量分析後のビームライン真空度が低いとイオンが中性化されて加速電圧で十分に加速されずに低エネルギーで注入され、一部のイオンが浅く注入されてしまう不具合が発生することがある。この不具合はエネルギーコンタミネーションと呼ばれる。 In an ion implantation apparatus that performs mass analysis only once, if the degree of vacuum of the beam line after mass analysis is low, ions are neutralized and are not accelerated sufficiently by the acceleration voltage, and are implanted at low energy, and some ions are injected. There may be a problem that the injection is shallow. This defect is called energy contamination.

例えば、ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧を調整するためにゲート絶縁膜を介して半導体層にイオンを注入する際にエネルギーコンタミネーションが発生すると、低エネルギーで注入されたイオンがゲート絶縁膜に留まり、ＭＯＳトランジスタの使用時においてゲート絶縁膜に注入されたイオンに起因してゲート絶縁膜破壊が発生することがある。 For example, if energy contamination occurs when ions are implanted into the semiconductor layer through the gate insulating film in order to adjust the threshold voltage of the MOS transistor, the ions implanted with low energy remain in the gate insulating film, When the MOS transistor is used, the gate insulating film may be broken due to ions implanted into the gate insulating film.

エネルギーコンタミネーションを防止するための対策として、加速電圧で加速後に２回目の質量分析を行ない、引出電圧で引出した後に中性化された低エネルギー成分を除去してエネルギーコンタミネーションを抑制する方法がある（例えば特許文献１，２を参照。）。 As a measure to prevent energy contamination, there is a method to suppress energy contamination by performing a second mass analysis after accelerating with acceleration voltage and removing neutralized low energy components after extraction with extraction voltage. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2.)

他の方法として、多価イオン注入を行なう際に、分析マグネットの下流側に偏向マグネットを追加して荷電変換イオンを除去し、エネルギーコンタミネーションを抑制する方法がある（例えば特許文献３を参照。）。 As another method, there is a method in which, when performing multivalent ion implantation, a deflection magnet is added on the downstream side of the analysis magnet to remove charge conversion ions to suppress energy contamination (see, for example, Patent Document 3). ).

また、エネルギーコンタミネーションを除去するためにイオンビームの経路上に低エネルギーのコンタミネーション除去用の薄膜フィルムを設けて薄膜フィルムによってイオンビームに含まれる低エネルギーのコンタミネーションが阻止された状態でイオン注入を行なう方法もある（例えば特許文献４を参照。）。 In addition, in order to remove energy contamination, a thin film film for removing low energy contamination is provided on the ion beam path, and ion implantation is performed in a state where the low energy contamination contained in the ion beam is blocked by the thin film. There is also a method of performing (see, for example, Patent Document 4).

しかし、従来の方法では、２回の質量分析を行なうために２個の質量分析器が必要であったり、偏向マグネットや薄膜フィルムを追加したりするなど、イオン注入装置の構造が複雑になるという問題があった。 However, in the conventional method, two mass analyzers are required to perform two mass analyses, and the structure of the ion implantation apparatus is complicated, such as adding a deflection magnet or a thin film. There was a problem.

そこで本発明は、１回のみの質量分析で、偏向マグネットや薄膜フィルムを追加しなくても、エネルギーコンタミネーションを低減できるイオン注入方法を提供することを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ion implantation method capable of reducing energy contamination by only one mass analysis without adding a deflection magnet or a thin film.

本発明に係るイオン注入方法は、イオン源で引出電圧をかけて引き出したイオンのうち目的とするイオンのみを選別する質量分析を１回のみ行ない、ビームラインにてイオンビームの整形及び走査をし、加速管にて加速電圧をかけてエンドステーションにて被処理体にイオン注入するイオン注入方法であって、２価イオンを用い、その２価イオンを注入する際の２価用引出電圧及び２価用加速電圧の合計値を、その２価イオンと同一イオン種の１価イオンを注入する際の１価用引出電圧及び１価用加速電圧の合計値の半分の値に設定し、かつ、上記２価用加速電圧を上記１価用加速電圧よりも小さく設定して被処理体へのイオン注入を行なう。 In the ion implantation method according to the present invention, mass analysis for selecting only target ions out of ions extracted by applying an extraction voltage with an ion source is performed only once, and the ion beam is shaped and scanned by a beam line. An ion implantation method in which an acceleration voltage is applied to an object to be processed at an end station by applying an accelerating voltage to an object to be processed, using a divalent ion and a divalent extraction voltage when the divalent ion is implanted and 2 The total value of the valence acceleration voltage is set to half the total value of the monovalent extraction voltage and the monovalent accelerating voltage when the monovalent ions of the same ion species as the divalent ions are implanted; and The bivalent acceleration voltage is set to be smaller than the monovalent acceleration voltage to perform ion implantation to the object to be processed.

本発明のイオン注入方法で注入した２価イオンの注入深さは、その２価イオンと同一イオン種の１価イオンを上記１価用注入条件で注入した場合と同じになる。
本発明のイオン注入方法において、２価用加速電圧をより低く設定するために、２価用加速電圧を０ＫＶに設定してもよい。
本発明のイオン注入方法において、イオン源で引き出したイオンのうち質量分析により目的とするイオンのみを引き出した後に行なう、イオンビームの整形、走査、加速の処理順序について特に制限はなく、どの順序に行なってもよい。好ましくは、整形、走査、加速の順序、又は加速、整形、走査の順序である。 The implantation depth of the divalent ions implanted by the ion implantation method of the present invention is the same as when monovalent ions of the same ion species as the divalent ions are implanted under the above monovalent implantation conditions.
In the ion implantation method of the present invention, the bivalent acceleration voltage may be set to 0 KV in order to set the bivalent acceleration voltage lower.
In the ion implantation method of the present invention, there is no particular limitation on the order of ion beam shaping, scanning, and acceleration performed after extracting only the target ions by mass spectrometry out of the ions extracted by the ion source. You may do it. Preferred is the order of shaping, scanning and acceleration, or the order of acceleration, shaping and scanning.

本発明のイオン注入方法において、上記２価用引出電圧の値は上記１価用引出電圧の値と同じである例を挙げることができる。ただし、本発明は、２価用引出電圧の値が１価用引出電圧の値と同じである条件に限定されるものではない。 In the ion implantation method of the present invention, an example in which the value of the bivalent extraction voltage is the same as the value of the monovalent extraction voltage can be given. However, the present invention is not limited to the condition that the value of the bivalent extraction voltage is the same as the value of the monovalent extraction voltage.

本発明のイオン注入方法の一例は、上記被処理体は半導体層表面にゲート絶縁膜が形成された半導体ウェハであり、イオン注入の対象処理は、その半導体ウェハに形成されるＭＯＳトランジスタのしきい値電圧を調整するために上記ゲート絶縁膜を介して上記半導体層にイオンを注入するためのイオン注入である。ここで半導体層の語には、半導体基板、エピタキシャル成長層が含まれる。本発明のイオン注入方法が適用される対象処理はこれに限定されるものではない。 In an example of the ion implantation method of the present invention, the object to be processed is a semiconductor wafer having a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor layer, and the target process of ion implantation is a threshold of a MOS transistor formed on the semiconductor wafer. Ion implantation for implanting ions into the semiconductor layer through the gate insulating film in order to adjust the value voltage. Here, the term “semiconductor layer” includes a semiconductor substrate and an epitaxial growth layer. The target process to which the ion implantation method of the present invention is applied is not limited to this.

本発明のイオン注入方法では、２価イオンを用いるようにした。そして、その２価イオンを注入する際の２価用引出電圧及び２価用加速電圧の合計値を、その２価イオンと同一イオン種の１価イオンを注入する際の１価用引出電圧及び１価用加速電圧の合計値の半分の値に設定し、かつ、上記２価用加速電圧を上記１価用加速電圧よりも小さく設定するようにした。 In the ion implantation method of the present invention, divalent ions are used. Then, the total value of the divalent extraction voltage and the divalent acceleration voltage when the divalent ions are implanted is the monovalent extraction voltage when the monovalent ions of the same ion species as the divalent ions are implanted, and The bivalent acceleration voltage was set to be half the total value of the monovalent acceleration voltage, and the bivalent acceleration voltage was set smaller than the monovalent acceleration voltage.

エネルギーコンタミネーションは質量分析後の加速電圧が高いほど影響が大きいため、２価イオンを用い、加速電圧を低く設定することにより、エネルギーコンタミネーションを低減できる。さらに、本発明のイオン注入方法は、イオン注入装置として２つの質量分析器を備えたものや、偏向マグネットや薄膜フィルムを追加したものを用いなくても、質量分析処理が１回のみのイオン注入装置を用いて実現できるので、イオン注入装置にかかるコストの上昇を招くことはない。 Since energy contamination has a larger influence as the acceleration voltage after mass analysis is higher, energy contamination can be reduced by using divalent ions and setting the acceleration voltage low. Furthermore, the ion implantation method of the present invention can perform ion implantation with only one mass analysis process without using two mass analyzers as an ion implanter or a device having a deflection magnet or a thin film added. Since this can be realized using an apparatus, the cost of the ion implantation apparatus is not increased.

本発明のイオン注入方法において、２価用引出電圧の値は１価用引出電圧の値と同じであるようにすれば、例えば１価用引出電圧がイオン注入装置の最大引出電圧である場合に、２価用引出電圧をそのイオン注入装置の最大引出電圧に設定して、２価用加速電圧をより低く設定できる。 In the ion implantation method of the present invention, if the value of the bivalent extraction voltage is the same as the value of the monovalent extraction voltage, for example, when the monovalent extraction voltage is the maximum extraction voltage of the ion implantation apparatus. By setting the bivalent extraction voltage to the maximum extraction voltage of the ion implanter, the bivalent acceleration voltage can be set lower.

本発明のイオン注入方法の一例は、被処理体は半導体層表面にゲート絶縁膜が形成された半導体ウェハであり、イオン注入の対象処理は、その半導体ウェハに形成されるＭＯＳトランジスタのしきい値電圧を調整するためにゲート絶縁膜を介して半導体層にイオンを注入するためのイオン注入である。本発明のイオン注入方法によれば、エネルギーコンタミネーションを低減できるので、エネルギーコンタミネーションに起因してイオンがゲート絶縁膜に留まるのを防止して、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜破壊を防止できる。さらに、イオン注入装置にかかるコストを上昇させることなくエネルギーコンタミネーションを低減できるので、半導体装置の製造コストの上昇を抑制できる。 An example of the ion implantation method of the present invention is a semiconductor wafer in which a gate insulating film is formed on the surface of a semiconductor layer as an object to be processed, and a target process of ion implantation is a threshold value of a MOS transistor formed on the semiconductor wafer. This is ion implantation for implanting ions into the semiconductor layer through the gate insulating film in order to adjust the voltage. According to the ion implantation method of the present invention, since energy contamination can be reduced, it is possible to prevent ions from staying in the gate insulating film due to energy contamination and to prevent the gate insulating film of the MOS transistor from being broken. Furthermore, since energy contamination can be reduced without increasing the cost of the ion implantation apparatus, an increase in the manufacturing cost of the semiconductor device can be suppressed.

本発明のイオン注入方法の一実施例で用いるイオン注入装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the ion implantation apparatus used with one Example of the ion implantation method of this invention. 実施例１，２及び比較例１のゲート酸化膜耐圧評価結果を示す図である。It is a figure which shows the gate oxide film pressure | voltage resistant evaluation result of Example 1, 2 and the comparative example 1. FIG. 比較例２のゲート酸化膜耐圧評価結果を示す図である。FIG. 10 is a view showing a gate oxide film breakdown voltage evaluation result of Comparative Example 2.

図１は、本発明のイオン注入方法の一実施例で用いるイオン注入装置の一例を示す概略構成図である。
イオン注入装置は、イオン源１、質量分析器２、ビームライン３、加速管４及びエンドステーション５を備えている。イオン源１は、注入する元素をイオン化し、発生したイオンに引出電圧をかけてイオンビームとして引き出す。質量分析器２は、イオン源１から引き出されたイオンビームのうち目的とするイオンだけを選別する。ビームライン３は、質量分析器２からのイオンビームの整形及び走査を行なう。加速管４は、ビームラインに加速電圧をかけてビームラインを最終的な注入エネルギーまで加速する。エンドステーション５は、被処理体、例えば半導体ウェハを保持する。エンドステーション５で被処理体にイオンが注入される。イオン源１からエンドステーション５までのイオンビームの軌道はすべて真空状態にされる。このイオン注入装置では質量分析器２によりイオンビームに対して１回のみの質量分析を行なう。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an ion implantation apparatus used in an embodiment of the ion implantation method of the present invention.
The ion implantation apparatus includes an ion source 1, a mass analyzer 2, a beam line 3, an acceleration tube 4, and an end station 5. The ion source 1 ionizes an element to be implanted, applies an extraction voltage to the generated ions, and extracts the ions as an ion beam. The mass analyzer 2 selects only target ions from the ion beam extracted from the ion source 1. The beam line 3 performs shaping and scanning of the ion beam from the mass analyzer 2. The acceleration tube 4 applies an acceleration voltage to the beam line to accelerate the beam line to the final implantation energy. The end station 5 holds an object to be processed, for example, a semiconductor wafer. At the end station 5, ions are implanted into the object to be processed. All the trajectories of the ion beam from the ion source 1 to the end station 5 are evacuated. In this ion implantation apparatus, the mass analyzer 2 performs mass analysis only once for the ion beam.

本発明のイオン注入方法の一実施例について説明する。
１価イオンを用い、例えば引出電圧（１価用引出電圧）と加速電圧（１価用加速電圧）の合計値を１００ＫＶに設定してイオン注入する注入条件に対して、この実施例では、その１価イオンと同一イオン種の２価イオンを用い、引出電圧（２価用引出電圧）と加速電圧（２価用加速電圧）の合計値を１価用電圧条件（１価用引出電圧＋１価用加速電圧）の２分の１である５０ＫＶに設定してイオン注入を行なう。このとき、２価用加速電圧を、１価イオンを用いるときの加速電圧（１価用加速電圧）に比べて小さく設定する。２価イオンを１価用電圧条件の２分の１の２価用電圧条件（２価用引出電圧＋２価用加速電圧）で注入することにより、同一イオン種の１価イオンを用いるときの注入深さと同じ深さにイオンを注入できる。
エネルギーコンタミネーションは質量分析後の加速電圧が高いほど影響が大きいので、２価用加速電圧を１価用加速電圧に比べて低く設定することにより、エネルギーコンタミネーションを低減できる。 An embodiment of the ion implantation method of the present invention will be described.
In this embodiment, for the implantation conditions in which monovalent ions are used and, for example, the total value of the extraction voltage (monovalent extraction voltage) and the acceleration voltage (monovalent acceleration voltage) is set to 100 KV, ion implantation is performed. Using divalent ions of the same ion species as the monovalent ions, the total value of the extraction voltage (bivalent extraction voltage) and the acceleration voltage (divalent acceleration voltage) is set to the monovalent voltage condition (monovalent extraction voltage + 1 valence). The ion implantation is performed at 50 KV which is a half of the acceleration voltage for use. At this time, the bivalent acceleration voltage is set smaller than the acceleration voltage when using monovalent ions (monovalent acceleration voltage). Implantation when monovalent ions of the same ion species are used by implanting divalent ions under a bivalent voltage condition (divalent extraction voltage + divalent acceleration voltage) that is half of the monovalent voltage condition. Ions can be implanted at the same depth.
Since energy contamination has a greater effect as the acceleration voltage after mass analysis is higher, energy contamination can be reduced by setting the bivalent acceleration voltage lower than the monovalent acceleration voltage.

本発明のイオン注入方法を評価した結果を以下に説明する。
図１に示した質量分析を１回のみ行なうイオン注入装置を用いた。注入イオン種はヒ素を用いた。注入エネルギーは１００ＫｅＶである。注入量は１.４０×１０¹²ｉｏｎｓ／ｃｍ²である。被処理体は半導体基板（半導体層）表面にシリコン酸化膜が形成された半導体ウェハである。
実施例及び比較例の注入条件を表１に示す。 The results of evaluating the ion implantation method of the present invention will be described below.
An ion implantation apparatus that performs the mass spectrometry shown in FIG. 1 only once was used. Arsenic was used as the implanted ion species. The implantation energy is 100 KeV. The injection amount is 1.40 × 10 ¹² ions / cm ² . The object to be processed is a semiconductor wafer having a silicon oxide film formed on the surface of a semiconductor substrate (semiconductor layer).
The injection conditions for the examples and comparative examples are shown in Table 1.

実施例１，２及び比較例１のイオン注入は図１に示したイオン注入装置で行なった。比較例２のイオン注入は、質量分析を２回行なうイオン注入装置で行なった。実施例１及び比較例１，２で、引出電圧を、用いたイオン注入装置の最大引出電圧（４０ＫＶ）に設定した。実施例１，２で、加速電圧を比較例１よりも低く設定した。 The ion implantation in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was performed with the ion implantation apparatus shown in FIG. The ion implantation of Comparative Example 2 was performed with an ion implantation apparatus that performs mass spectrometry twice. In Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the extraction voltage was set to the maximum extraction voltage (40 KV) of the ion implantation apparatus used. In Examples 1 and 2, the acceleration voltage was set lower than that in Comparative Example 1.

図２は実施例１，２及び比較例１のゲート酸化膜耐圧評価結果を示す図である。図３は比較例２のゲート酸化膜耐圧評価結果を示す図である。ゲート酸化膜の耐圧の測定は、ゲート酸化膜を介して半導体基板にイオンを注入した後、ゲート酸化膜上にゲート電極を形成したものを用い、ゲート電極に印加するゲート電圧を振って、ゲート電極に流れる電流（ゲート電流）が１μＡ／ｃｍ²（マイクロアンペア／平方センチメートル）以上になったときのゲート電圧を耐圧値とした。図１及び図２において、横軸は耐圧値（Ｖ）、右縦軸は累積故障率Ｆ（％）、左縦軸はＬＮ（−ＬＮ（１−Ｆ））の値（Ｆは累積故障率）を示す。 FIG. 2 is a diagram showing the gate oxide breakdown voltage evaluation results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG. 3 is a diagram showing the gate oxide breakdown voltage evaluation results of Comparative Example 2. The breakdown voltage of the gate oxide film is measured by implanting ions into the semiconductor substrate through the gate oxide film and then forming a gate electrode on the gate oxide film, and changing the gate voltage applied to the gate electrode. The gate voltage when the current flowing through the electrode (gate current) was 1 μA / cm ² (microampere / square centimeter) or more was taken as the withstand voltage value. 1 and 2, the horizontal axis is the withstand voltage value (V), the right vertical axis is the cumulative failure rate F (%), and the left vertical axis is the value of LN (-LN (1-F)) (F is the cumulative failure rate). ).

評価の結果、質量分析を１回のみ行なうイオン注入装置を用いたとき（実施例１，２及び比較例１）のゲート酸化膜耐圧は、比較例１の１価イオン注入によるゲート酸化膜耐圧が最も悪く、実施例１，２の２価イオン注入によるゲート酸化膜耐圧、すなわちエネルギーコンタミネーションは改善されることが分かった。 As a result of the evaluation, the gate oxide film withstand voltage when the ion implantation apparatus that performs mass spectrometry only once (Examples 1 and 2 and Comparative Example 1) is the gate oxide film withstand voltage by the monovalent ion implantation of Comparative Example 1 is the same. It was found that the gate oxide film breakdown voltage, that is, energy contamination by the divalent ion implantation in Examples 1 and 2 was improved worst.

また、実施例１と実施例２を比較すると、加速電圧をより低く設定した実施例１のゲート酸化膜耐圧、すなわちエネルギーコンタミネーションが改善されることが分かった。これは加速電圧をより低く設定することによりエネルギーコンタミネーションを低減できることを意味する。実施例１は、質量分析を１回のみ行なうイオン注入装置を用いているにもかかわらず、質量分析を２回行なうイオン注入装置を用いた比較例２（図３参照）とほぼ同等のエネルギーコンタミネーションの低減を実現できることがわかった。 Further, comparing Example 1 and Example 2, it was found that the gate oxide film breakdown voltage, that is, energy contamination of Example 1 in which the acceleration voltage was set lower was improved. This means that energy contamination can be reduced by setting the acceleration voltage lower. Although Example 1 uses an ion implantation apparatus that performs mass spectrometry only once, energy contamination is almost equivalent to Comparative Example 2 (see FIG. 3) that uses an ion implantation apparatus that performs mass analysis twice. It was found that the reduction of the nation can be realized.

以上の評価結果より、質量分析を１回のみ行なうイオン注入装置で通常１価イオンで注入できる注入エネルギー条件でのイオン注入に対して、２価イオンで加速電圧をより低く設定することにより、エネルギーコンタミネーションを低減できることがわかった。 From the above evaluation results, it is possible to reduce the energy by setting the acceleration voltage to be lower with divalent ions as compared with ion implantation under an implantation energy condition that can be normally implanted with monovalent ions in an ion implantation apparatus that performs mass spectrometry only once. It was found that contamination can be reduced.

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、上記実施例では、注入イオン種としてヒ素を用いているが、本発明で用いる２価イオンはこれに限定されるものではなく、例えばボロン、リンであってもよい。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible within the range of this invention described in the claim.
For example, although arsenic is used as the implanted ion species in the above embodiment, the divalent ions used in the present invention are not limited to this, and may be, for example, boron or phosphorus.

本発明のイオン注入方法において、エネルギーコンタミネーションをより低減するために、２価加速電圧をより低くすることが好ましい。２価加速電圧は０ＫＶであってもよい。ただし、２価加速電圧を１価加速電圧よりも低く設定すれば、エネルギーコンタミネーションを低減する本発明の効果は得られる。 In the ion implantation method of the present invention, it is preferable to lower the divalent acceleration voltage in order to further reduce energy contamination. The divalent acceleration voltage may be 0 KV. However, if the bivalent acceleration voltage is set lower than the monovalent acceleration voltage, the effect of the present invention for reducing energy contamination can be obtained.

上記実施例では、イオン注入装置として図１に示したものを用いたが、本発明を実現するためのイオン注入装置はこれに限定されるものではなく、質量分析を１回のみ行なうイオン注入装置であれば、本発明を適用できる。例えば、偏向マグネットを追加した特許文献３の装置や、エネルギーコンタミネーション除去用の薄膜フィルムを設けた特許文献４の装置を用いて本発明を実現することも可能である。 In the above embodiment, the ion implantation apparatus shown in FIG. 1 is used. However, the ion implantation apparatus for realizing the present invention is not limited to this, and an ion implantation apparatus that performs mass spectrometry only once. If so, the present invention can be applied. For example, the present invention can be realized using the apparatus of Patent Document 3 to which a deflection magnet is added or the apparatus of Patent Document 4 to which a thin film for removing energy contamination is provided.

本発明は、イオン注入装置を用いて半導体にイオンを注入するイオン注入方法であって、質量分析を１回のみ行なうイオン注入に適用できる。 The present invention is an ion implantation method in which ions are implanted into a semiconductor using an ion implantation apparatus, and can be applied to ion implantation in which mass analysis is performed only once.

１イオン源
２質量分析器
３ビームライン
４加速管
５エンドステーション 1 Ion source 2 Mass analyzer 3 Beam line 4 Accelerating tube 5 End station

特開平１０−２０８６８７号公報JP-A-10-208687 特許第３９４１４３４号公報Japanese Patent No. 3914434 特開平９−４５２７３号公報JP-A-9-45273 特開２００２−１３４０６０号公報JP 2002-134060 A

Claims

Mass analysis is performed only once to select only the target ions out of ions extracted by applying an extraction voltage with the ion source, shaping and scanning the ion beam with the beam line, and applying the acceleration voltage with the accelerator tube In the ion implantation method of implanting ions into the workpiece at the end station,
When ion implantation is performed at a desired implantation depth into a desired object, divalent ions are used, and the total value of the bivalent extraction voltage and the bivalent acceleration voltage when the divalent ions are implanted is expressed as follows: Half of the total value of monovalent extraction voltage and monovalent acceleration voltage when monovalent ions of the same ion species as divalent ions are implanted into the desired object at the same depth as the desired implantation depth . Set the value, set the bivalent extraction voltage to the maximum extraction voltage of the ion source, and set the bivalent acceleration voltage to be smaller than the monovalent acceleration voltage, thereby obtaining the desired object to be processed. An ion implantation method characterized by performing ion implantation on the substrate.

The ion implantation method according to claim 1, wherein a value of the bivalent extraction voltage is the same as a value of the monovalent extraction voltage.

The object to be processed is a semiconductor wafer in which a gate insulating film is formed on the surface of a semiconductor layer, and the target process of ion implantation is performed by adjusting the gate insulation to adjust the threshold voltage of a MOS transistor formed on the semiconductor wafer. The ion implantation method according to claim 1, wherein the ion implantation is for implanting ions into the semiconductor layer through a film.