JPS6223452B2 - - Google Patents
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- JPS6223452B2 JPS6223452B2 JP54042209A JP4220979A JPS6223452B2 JP S6223452 B2 JPS6223452 B2 JP S6223452B2 JP 54042209 A JP54042209 A JP 54042209A JP 4220979 A JP4220979 A JP 4220979A JP S6223452 B2 JPS6223452 B2 JP S6223452B2
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P30/00—Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices
- H10P30/20—Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、有機感光膜をイオン注入の遮蔽マス
クとして用い、半導体基板内へ不純物イオンを注
入するにあたり、有機感光膜の硬化の進行により
放出されるガスと注入イオンとの衝突によつて発
生する中性粒子によつてもたらされるイオン注入
量の検出誤差を排除することのできるイオン注入
方法に関する。Detailed Description of the Invention The present invention uses an organic photosensitive film as a shielding mask for ion implantation, and when implanting impurity ions into a semiconductor substrate, the gas released as the organic photosensitive film progresses and the implanted ions are combined. The present invention relates to an ion implantation method that can eliminate errors in detecting the amount of ion implantation caused by neutral particles generated by collisions of particles.
有機感光膜は、これの半導体基板への形成が容
易であるとともに、選択的な窓穿けも容易であ
り、半導体基板内へ不純物イオンを選定するため
の遮蔽マスクとして広く用いられている。しかし
ながら、上記の利点を有する反面、高濃度イオン
注入のための遮蔽マスクとして用いた場合、イオ
ン注入によつて硬化が進み、多量のガスを発生し
た真空室内の真空度を低下させること、さらに、
発生したガスと注入イオンとの衝突により中性粒
子が発生しイオン注入量の制御精度を低下させる
ことなどの不都合を招く。ところで、かかる中性
粒子の発生量については、理化学研究所半導体研
究室、応用物理学会応用電子物性分料会ならびに
日本学術振興会第132電荷ビーム委員会主催で昭
和53年2月14日・15日の両日にわたり開催された
第9回シンポジウム、「イオン注入とサブミクロ
ン加工」の第51頁〜第54頁“イオン注入時の雰囲
気効果”の中ですでに論じられている。すなわち
真空室内に、水素(H)、ネオン(Ne)、アルゴ
ン(Ar)などのガスを導入し、その真空度とイ
オンビーム電流の減少率から中性粒子の発生量が
推定され、第1図に示す値となつていることが示
されている。 Organic photosensitive films are easy to form on semiconductor substrates and can also be selectively punched, and are widely used as shielding masks for selectively introducing impurity ions into semiconductor substrates. However, although it has the above advantages, when used as a shielding mask for high-concentration ion implantation, ion implantation progresses hardening and reduces the degree of vacuum in the vacuum chamber where a large amount of gas is generated.
Neutral particles are generated due to the collision between the generated gas and the implanted ions, resulting in inconveniences such as a decrease in the control accuracy of the ion implantation amount. By the way, regarding the amount of such neutral particles generated, a report was published on February 14 and 15, 1971, sponsored by the RIKEN Semiconductor Laboratory, the Japan Society of Applied Physics, and the 132nd Charge Beam Committee of the Japan Society for the Promotion of Science. This was already discussed in the 9th Symposium on ``Ion Implantation and Submicron Processing,'' held on both days, on pages 51 to 54, ``Atmosphere Effects During Ion Implantation.'' In other words, gases such as hydrogen (H), neon (Ne), and argon (Ar) are introduced into a vacuum chamber, and the amount of neutral particles generated is estimated from the degree of vacuum and the rate of decrease in ion beam current, as shown in Figure 1. It is shown that the value is as shown in .
第1図は縦軸にビーム電流の減少率(Beam
Reduction Ratio)を横軸に圧力(Pressure)を
とり示した図であり、導入ガスがArガスの場
合、真空度が15×10-5Torrのときのビーム電流
の減少率は約10%、すなわち、中性粒子の発生率
は約10%と大きな値を示している。したがつて、
イオン注入量の制御精度を数%以下とするために
は真空度を10-6Torr以下の高真空度に保たねば
ならない。この値はイオン注入装置の構造により
多少変化するものの定性的には同様のことが言え
る。 Figure 1 shows the beam current reduction rate (Beam
This is a diagram showing the pressure (Pressure) on the horizontal axis, and when the introduced gas is Ar gas, the reduction rate of the beam current when the degree of vacuum is 15 × 10 -5 Torr is about 10%, i.e. , the generation rate of neutral particles is a large value of approximately 10%. Therefore,
In order to control the ion implantation amount with accuracy of several percent or less, the degree of vacuum must be maintained at a high degree of vacuum of 10 -6 Torr or less. Although this value varies somewhat depending on the structure of the ion implantation device, qualitatively the same can be said.
例えば、シリコン基板上に遮蔽マスクとして商
品名OMR83として市販されているフオトレジス
ト膜を1μmの厚さに塗布し、露光、現像処理を
施したのち150℃の温度で30分間にわたるポスト
ベーク処理を施すことによつてイオン注入マスク
を形成したシリコン基板に、燐イオン(P+)を
100KeVで注入し、1×1015cm-2の注入量とする
ため、注入レートを1×1012cm-2・sec-1とした場
合、真空室の真空度は3×10-5Torrとなり、注
入に要する時間は約1000秒となつた。また、上記
と同一の注入マスクが形成されたシリコン基板を
準備し、注入レートを2×1011cm-2・sec-1とした
場合の真空室の真空度は5×10-6Torr以下とな
り注入に要する時間は約5000秒程度となつた。 For example, a photoresist film commercially available under the trade name OMR83 is coated on a silicon substrate to a thickness of 1 μm as a shielding mask, exposed and developed, and then post-baked at a temperature of 150°C for 30 minutes. Phosphorous ions (P + ) are added to a silicon substrate on which an ion implantation mask is formed.
In order to inject at 100KeV with an injection amount of 1×10 15 cm -2 , if the injection rate is 1×10 12 cm -2・sec -1 , the degree of vacuum in the vacuum chamber will be 3×10 -5 Torr. The time required for injection was approximately 1000 seconds. Furthermore, when a silicon substrate with the same implantation mask as above is prepared and the injection rate is set to 2×10 11 cm -2 sec -1 , the degree of vacuum in the vacuum chamber is 5×10 -6 Torr or less. The time required for injection was approximately 5000 seconds.
この例から明らかなように、注入レートを高め
た場合(1×1012cm-2・sec-1)、注入に要する時
間は短くなるが、真空度が低下するところとな
り、中性粒子の発生率が著るしく高くなる不都合
が生じる。一方、注入レートを低くした場合(2
×1011cm-2・sec-1)、中性粒子の発生率が著るし
く低くなるが、注入に要する時間が長くなり、イ
オン注入コストの高謄を招く。 As is clear from this example, when the injection rate is increased (1 × 10 12 cm -2 sec -1 ), the time required for injection becomes shorter, but the degree of vacuum decreases, and neutral particles are generated. This results in the inconvenience that the ratio becomes significantly higher. On the other hand, when the injection rate is lowered (2
×10 11 cm −2 ·sec −1 ), the generation rate of neutral particles is significantly lowered, but the time required for implantation becomes longer, leading to higher ion implantation costs.
本発明は、遮蔽マスクとして有機感光膜を使用
した場合、注入イオンによつて有機感光膜の硬化
が進行する現象に起因して生じる不都合を排除す
ることのできるイオン注入方法を提供するもの
で、本発明の方法の特徴は、半導体基板内へ注入
されても導電性決定に関与しないイオンビームに
より有機感光膜を予め硬化させることによりガス
放出の極めて少ない有機感光膜となし、このの
ち、所定の不純物イオンの注入を高い注入レート
で行い、しかも、このときの真空度を高い真空度
に保つところにある。 The present invention provides an ion implantation method that can eliminate inconveniences caused by the phenomenon in which the organic photosensitive film is cured by implanted ions when the organic photosensitive film is used as a shielding mask. The method of the present invention is characterized by curing the organic photoresist film in advance with an ion beam that does not affect conductivity even if it is injected into the semiconductor substrate, thereby creating an organic photoresist film with extremely low gas release. The purpose of this method is to implant impurity ions at a high injection rate and maintain a high degree of vacuum during this process.
以下に本発明のイオン注入方法を駆使して相補
型MOS半導体集積回路(C−MOS IC)におけ
るpチヤンネルMOSトランジスタのp型ソース
領域ならびにp型ドレイン領域を形成する場合に
ついて、第2図a〜dを参照して詳しく説明す
る。 Below, the case of forming the p-type source region and p-type drain region of a p-channel MOS transistor in a complementary MOS semiconductor integrated circuit (C-MOS IC) by making full use of the ion implantation method of the present invention is shown in FIGS. This will be explained in detail with reference to d.
第2図aで示すようにn型シリコン基板1の内
部へnチヤンネルMOSトランジスタ形成用のp
型ウエル2を選択的に作り込むとともに、n型シ
リコン基板1の表面上の所定部分にゲート酸化膜
3と多結晶シリコン層4とからなるゲートと、フ
イールド酸化膜5を形成したのち、フオトレジス
ト(商品名OMR83)を1μmの厚さに塗布し、
露光ならびに現像処理を施すことによつてイオン
注入窓6および7をもつフオトレジスト膜(遮蔽
マスク)8を形成する。このようにして形成した
フオトレジスト膜8に対して、こののち、150℃
の温度で30分程度の焼き付け処理を施す。 As shown in FIG. 2a, a p
After selectively forming a type well 2 and forming a gate consisting of a gate oxide film 3 and a polycrystalline silicon layer 4 and a field oxide film 5 on a predetermined portion of the surface of the n-type silicon substrate 1, a photoresist is formed. (Product name: OMR83) to a thickness of 1 μm,
By performing exposure and development processing, a photoresist film (shielding mask) 8 having ion implantation windows 6 and 7 is formed. The photoresist film 8 thus formed was then heated at 150°C.
Bake for about 30 minutes at a temperature of .
次いで、イオン注入窓6および7の中に露呈す
るn型シリコン基板部分へソースならびにドレイ
ン領域形成用のイオン注入を行うべく、シリコン
基板をイオン注入機のターゲツト室内へ配置し、
真空排気する。ところで、本発明の方法では、ソ
ース、ドレイン領域形成用のp型不純物イオンた
とえばボロンイオン(B+)の注入に先だつて、フ
オトレジスト膜8を硬化させるためイオン注入を
行う。このイオン注入処理はフオトレジスト膜を
硬化させるためにのみなされるもので、この処理
で注入されるイオンは導電性決定に関与するもの
であつてはならない。かかるイオン注入にあた
り、本発明ではイオンソースガスとして例えば三
弗化ボロン(BF3)を用い、弗素イオン(F+)を加
速エネルギー50KeV、注入レート2×1012cm-2・
sec-1で約200秒(注入量4×1014cm-2)注入する。 Next, the silicon substrate is placed in the target chamber of the ion implanter in order to perform ion implantation for forming source and drain regions into the n-type silicon substrate portions exposed in the ion implantation windows 6 and 7.
Evacuate. By the way, in the method of the present invention, ion implantation is performed to harden the photoresist film 8 prior to implantation of p-type impurity ions such as boron ions (B + ) for forming source and drain regions. This ion implantation process is performed only to harden the photoresist film, and the ions implanted in this process must not be involved in determining conductivity. For such ion implantation, in the present invention, boron trifluoride (BF 3 ), for example, is used as an ion source gas, and fluorine ions (F + ) are accelerated at an energy of 50 KeV and an implantation rate of 2×10 12 cm -2 .
Inject at sec -1 for about 200 seconds (injection volume 4 x 10 14 cm -2 ).
第2図bは、上記弗素イオン(F+)の注入段階
を示す図であり、弗素イオン(F+)の注入によつ
てフオトレジスト膜8が硬化する。9はこの処理
によつて形成されたイオン注入層である。 FIG. 2b is a diagram showing the step of implanting the fluorine ions (F + ), and the photoresist film 8 is hardened by the implantation of the fluorine ions (F + ). 9 is an ion implantation layer formed by this process.
このようにしてフオトレジスト層8を硬化させ
たのち、次いで、第2図cで示すようにボロンイ
オン(B+)の注入を行いイオン注入層10および
11を形成する。このとき、注入条件を、加速エ
ネルギー50KeV、注入レート1×1012cm-2・sec-1
とし、注入量1×1015cm-2の注入を行うのに要し
た時間は約1000秒である。なお、このイオン注入
では、注入中の真空度を5×10-6Torr以下に保
つことができ、中性粒子ビームの発生が数パーセ
ント以下に抑えられ正確なイオン注入がなされ
る。 After the photoresist layer 8 is cured in this manner, boron ions (B + ) are implanted to form ion implantation layers 10 and 11, as shown in FIG. 2c. At this time, the injection conditions were as follows: acceleration energy 50KeV, injection rate 1×10 12 cm -2 sec -1
The time required to perform injection with an injection volume of 1×10 15 cm −2 was approximately 1000 seconds. Note that in this ion implantation, the degree of vacuum during implantation can be maintained at 5×10 -6 Torr or less, and the generation of neutral particle beams can be suppressed to a few percent or less, resulting in accurate ion implantation.
かかる本発明の方法では、イオン注入が2度行
われ、第1回目が弗素イオン(F+)、第2回目が
ボロンイオン(B+)であるため、この切り換れが
必要である。弗素イオン(F+)とボロンイオン
(B+)の切り換えは第1回目のイオン注入のため
のイオンソースガスとして三弗化ボロン(BF3)
を用いているため、イオン注入機の質量分析用マ
グネツト電流を変えることにより容易にこれを行
うことができる。 In the method of the present invention, ion implantation is performed twice, the first time being fluorine ions (F + ) and the second time being boron ions (B + ), so this switching is necessary. Switching between fluorine ions (F + ) and boron ions (B + ) uses boron trifluoride (BF 3 ) as the ion source gas for the first ion implantation.
This can be easily done by changing the mass spectrometry magnet current of the ion implanter.
ところで、本発明の方法では、2回のイオン注
入に要する時間が1200秒となるが、この時間は通
常の方法すなわち、ボロンイオン(B+)のみを注
入する方法の下で、注入レートを2×1011cm-2・
sec-1としたときの所要時間約5000秒の1/4程度で
あり、処理時間の著るしい短縮がはかれている。 By the way, in the method of the present invention, the time required for two ion implantations is 1200 seconds, but this time is longer than the usual method, that is, the method of implanting only boron ions (B + ), when the implantation rate is reduced to 2. ×10 11 cm -2・
This is approximately 1/4 of the required time of approximately 5000 seconds when sec -1 , which is a significant reduction in processing time.
以上の工程を経てボロンイオン(B+)の注入層
10と11が形成されたn型シリコン基板上のフ
オトレジスト膜8を、次いで、酸素プラズマ法等
によつて除去することによつて第2図dの状態を
得、最後に、注入されたボロンイオン(B+)を活
性化するためのアニールならびに拡散のための加
熱処理を施すことにより、第2図eで示すように
p型のソース領域12とドレイン領域13が形成
される。 The photoresist film 8 on the n-type silicon substrate, on which the boron ion (B + ) implanted layers 10 and 11 have been formed through the above steps, is then removed by an oxygen plasma method or the like to remove the second layer. The state shown in Figure 2 is obtained, and finally, by performing annealing to activate the implanted boron ions ( B Region 12 and drain region 13 are formed.
なお、以上例示した本発明の方法によると、ソ
ース領域12とドレイン領域13中に弗素イオン
(F+)が2×1014cm-2程度注入されるが、弗素イオ
ン(F+)はシリコン基板中では活性化されず、し
かも、弗素イオン(F+)の注入による注入欠陥は
アニールによつて除去されるため、完成した半導
体装置の諸特性への影響は階無に近い。 According to the method of the present invention exemplified above, fluorine ions (F + ) are implanted into the source region 12 and drain region 13 at approximately 2×10 14 cm −2 , but the fluorine ions (F + ) are implanted into the silicon substrate. Since defects caused by fluorine ion (F + ) implantation are removed by annealing, their influence on the characteristics of the completed semiconductor device is negligible.
以上説明してきたところから明らかなように、
本発明のイオン注入方法によればイオン注入の遮
蔽マスクとして有機感光膜を用いた場合にこの膜
から放出されるガスによつて引き起される真空度
の低下あるいは中性粒子の発生などの不都合が排
除され、イオン注入量の制御精度の向上ならびに
イオン注入時間の短縮などの効果が奏される。 As is clear from what has been explained above,
According to the ion implantation method of the present invention, when an organic photosensitive film is used as a shielding mask for ion implantation, there are disadvantages such as a decrease in the degree of vacuum caused by the gas released from the film or the generation of neutral particles. is eliminated, and effects such as improved control accuracy of ion implantation amount and shortened ion implantation time are achieved.
なお、以上説明した例では、フオトレジスト膜
を硬化させるためのイオンとして弗素イオン
(F+)を示したが、これにかえてシリコンイオン
(Si+)、塩素イオン(Cl+)、酸素イオン(O+)あ
るいは窒素イオン(N+)など基板に対して不活性
であつて、しかも、微少量では特性に影響を及ぼ
すことのない種類のイオンを使用することができ
る。 In the example explained above, fluorine ions (F + ) were shown as ions for curing the photoresist film, but silicon ions (Si + ), chlorine ions (Cl + ), and oxygen ions ( It is possible to use ions such as O + ) or nitrogen ions (N + ) that are inert to the substrate and do not affect the properties in minute amounts.
第1図はイオン注入時の雰囲気効果を説明する
ための図、第2図a〜eは本発明のイオン注入方
法によりC−MOSICのp型ソース領域およびp
型ドレイン領域を形成する過程を示す図である。
1……n型シリコン基板、2……p型ウエル、
3……ゲート酸化膜、4……多結シリコン層、5
……フイールド酸化膜、6,7……イオン注入用
の窓、8……フオトレジスト膜、9……フオトレ
ジスト膜硬化用のイオン注入層、10,11……
ボロンイオンの注入層、12……p型ソース領
域、13……p型ドレイン領域。
FIG. 1 is a diagram for explaining the atmosphere effect during ion implantation, and FIGS. 2 a to 2 e show the p-type source region and p-type
It is a figure which shows the process of forming a type|mold drain region. 1...n-type silicon substrate, 2...p-type well,
3... Gate oxide film, 4... Polycrystalline silicon layer, 5
... Field oxide film, 6, 7 ... Window for ion implantation, 8 ... Photoresist film, 9 ... Ion implantation layer for curing photoresist film, 10, 11 ...
Boron ion implantation layer, 12... p-type source region, 13... p-type drain region.
Claims (1)
有機感光膜を形成し、同有機感光膜に覆われるこ
とのない半導体基板内へ所定導電型の不純物をイ
オン注入するにあたり、同イオン注入に先だつ
て、前記有機感光膜内へ半導体基板の導電型決定
に関与しない不純物イオンを注入して前記有機感
光膜を硬化させ、ガス放出の少ない有機被膜に変
換したのち、同有機感光膜をマスクとして前記半
導体基板内へ前記所定導電型の不純物をイオン注
入することを特徴とするイオン注入方法。1. When forming an organic photoresist film that serves as an ion implantation shielding mask on a semiconductor substrate and ion-implanting impurities of a predetermined conductivity type into the semiconductor substrate that is not covered by the organic photoresist film, prior to the ion implantation, Impurity ions that are not involved in determining the conductivity type of the semiconductor substrate are implanted into the organic photoresist film to cure the organic photoresist film and convert it into an organic film that releases less gas. An ion implantation method comprising ion-implanting the impurity of the predetermined conductivity type into the interior.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4220979A JPS55134929A (en) | 1979-04-06 | 1979-04-06 | Ion implantation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4220979A JPS55134929A (en) | 1979-04-06 | 1979-04-06 | Ion implantation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55134929A JPS55134929A (en) | 1980-10-21 |
| JPS6223452B2 true JPS6223452B2 (en) | 1987-05-22 |
Family
ID=12629622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4220979A Granted JPS55134929A (en) | 1979-04-06 | 1979-04-06 | Ion implantation |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS55134929A (en) |
Families Citing this family (5)
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-
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- 1979-04-06 JP JP4220979A patent/JPS55134929A/en active Granted
Also Published As
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| JPS55134929A (en) | 1980-10-21 |
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