(57)【要約】    【課題】  低電圧の加速電圧でイオンビームを加速してもイオンビームが発散しない技術を提供する。    【解決手段】  通常加速状態では、複数の個数ｎ個の加速電極６1〜６nに、高電圧である第一加速電圧Ｖ1を抵抗ラダー７によって分圧した電圧を印加し、イオンビームを高速に加速し、加速集束状態では、上流側の複数の個数ｍ個の加速電圧６1〜６mを上流側加速電極装置６Ａとして、低電圧である第二加速電圧Ｖ2を、抵抗ラダー７の一部によって分圧した電圧を印加すると共に、上流側加速電極装置６Ａの下流側の３個以上の加速電極６m+1〜６m+kをレンズ電極装置６Ｂとし、レンズ電極装置６Ｂのうちの最上流と最下流の電極６m+1、６m+kを接地電位にし、その間の一個又は複数個の加速電極はレンズ電圧ＶLが印加される中央電極６xにする。レンズ電極装置６Ｂによってアインツェルレンズが形成されるから、イオンビームが集束される。【選択図】    図２
2020191266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生成した初期イオンを放出するイオン源装置と、
放出された前記初期イオンの中から所望の質量電荷比を有する初期イオンを選択イオンとして通過させる質量分析装置と、
前記質量分析装置を通過した前記選択イオンから成るイオンビームの飛行速度を加速させる加速装置と、
前記加速された前記イオンビームの飛行方向を変更させるスキャン装置と、
注入対象物が配置され、前記注入対象物に前記イオンビームが照射され、前記選択イオンの元素が前記注入対象物に注入される試料室と、を有し、
前記加速装置には、飛行する前記イオンビームの上流側から下流側に向けて一列に配置された加速電極が設けられ、
最上流に位置する前記加速電極には第一加速電圧が印加され、前記加速電極は上流側から下流側に向けて段階的に小さくされた電位にされる通常加速状態を有するイオン注入装置であって、
前記加速電極のうち、連続して配置された所定個数個の前記加速電極を上流側加速電極装置とし、前記上流側加速電極装置に含まれる前記加速電極のうち最下流の前記加速電極よりも下流側に連続して配置された三個以上の前記加速電極をレンズ電極装置とすると、
前記上流側加速電極装置に含まれる前記加速電極のうち、最上流に位置する前記加速電極には第二加速電圧が印加され、前記上流側加速電極装置に含まれる前記加速電極は段階的に小さくされた電位にされ、前記レンズ電極装置に含まれる前記加速電極のうち最上流に位置する前記加速電極と最下流に位置する前記加速電極とは接地電位にされ、前記最上流に位置する前記加速電極と前記最下流に位置する前記加速電極との間に位置する一個又は連続して配置された複数個の前記加速電極には所定のレンズ電圧が印加される中央電極にされる加速集束状態を有するイオン注入装置。
【請求項２】
前記加速集束状態では、前記レンズ電極装置に含まれる前記加速電極のうち、最上流に位置する前記加速電極と前記中央電極との間と、最下流に位置する前記加速電極と前記中央電極との間とには、それぞれ一乃至複数個の前記加速電極が配置され、
前記レンズ電極装置に含まれる前記加速電極のうち、最上流の前記加速電極を含む連続して配置された複数個の前記加速電極は、下流側から上流側に向けて段階的に小さくされた電位に接続され、最下流の前記加速電極を含む連続して配置された複数個の前記加速電極は、上流側から下流側に向けて段階的に小さくされた電位に接続される請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記通常加速状態で段階的に小さくされた電位に接続される前記加速電極の中には、前記レンズ電極装置よりも下流側に配置された一乃至複数個の前記加速電極が含まれており、
前記加速集束状態では、前記レンズ電極装置よりも下流側に配置された前記加速電極は接地電位に接続される請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記加速電極は等間隔に配置され、
前記通常加速状態では、隣接する前記加速電極は抵抗値が等しい抵抗装置に接続されて隣接する前記加速電極間の電界の大きさは等しくされた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記加速集束状態での前記上流側加速電極装置に含まれ、隣接する前記加速電極間の電界の大きさと、前記通常加速状態に於ける隣接する前記加速電極間の電界の大きさとは等しくされた請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のイオン注入装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のイオン注入装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
半導体の前記注入対象物に、前記通常加速状態と前記加速集束状態とで、異なる深さの不純物注入層を形成する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置の技術分野に係り、特に、イオンビームを発散させないイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入装置は注入対象物の表面下に所望元素を注入する装置であり、主として半導体基板にドーパントを注入して半導体素子を形成するために用いられている。
【０００３】
所望の元素を注入するために、イオン源装置の中でイオン化ガスを電離させ、色々な元素のイオンを含む初期イオンを生成し、初期イオンを質量分析機に導入し、初期イオンの中から、注入目的元素のイオンの質量電荷比に応じた選択イオンを通過させイオンビームとして加速装置に入射させる。
【０００４】
加速装置の中では、加速電圧が印加された加速電極によってイオンビームを加速させ、試料室内の注入対象物に照射して、イオンビームの加速された速度に応じた深さに選択イオンを注入する。
【０００５】
このとき、同じ元素のイオンでも、一価イオンと多価イオンとでは、同じ速度に加速させる電圧が異なっており、同じ速度に加速させるためには一価イオンは価数が小さいことから、多価イオンよりも大きな加速電圧を必要とする。
【０００６】
つまり、多価イオンを加速するためには、一価イオンに比べて比較的小さい加速電圧で済むという利点があるが、同じ電流値のイオンビームを注入対象物に注入するときには、一価イオンの方が多価イオンよりも多くの元素を注入できる（イオン源内部に於ける存在確率が一価イオンの方が高い）ため、多価イオンを注入するときには、注入時間が長くなる。
【０００７】
また、高電圧を用いて発生させた強電界中にイオンビームを飛行させるとイオンビームは集束されるが、低電圧を用いて発生させた弱い電界中にイオンビームを飛行させると、イオンビームが発散し、注入効率が悪化するという問題がある。
【０００８】
このような発散は、イオンの注入深さを浅くするために低電圧を用いて弱い電界を形成した場合に発生しやすく、所望数の元素を注入させるために長時間を要することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平１−１６０７００号公報
【特許文献２】特開平４−１０９５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記従来技術の問題を解決するために創作されたものであり、強い電界と比較的弱い電界の両方で、高効率のイオン注入を行うことができるイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明は、生成した初期イオンを放出するイオン源装置と、放出された前記初期イオンの中から所望の質量電荷比を有する初期イオンを選択イオンとして通過させる質量分析装置と、前記質量分析装置を通過した前記選択イオンから成るイオンビームの飛行速度を加速させる加速装置と、前記加速された前記イオンビームの飛行方向を変更させるスキャン装置と、注入対象物が配置され、前記注入対象物に前記イオンビームが照射され、前記選択イオンの元素が前記注入対象物に注入される試料室と、を有し、前記加速装置には、飛行する前記イオンビームの上流側から下流側に向けて一列に配置された加速電極が設けられ、最上流に位置する前記加速電極には第一加速電圧が印加され、前記加速電極は上流側から下流側に向けて段階的に小さくされた電位にされる通常加速状態を有するイオン注入装置であって、前記加速電極のうち、連続して配置された所定個数個の前記加速電極を上流側加速電極装置とし、前記上流側加速電極装置に含まれる前記加速電極のうち最下流の前記加速電極よりも下流側に連続して配置された三個以上の前記加速電極をレンズ電極装置とすると、前記上流側加速電極装置に含まれる前記加速電極のうち、最上流に位置する前記加速電極には第二加速電圧が印加され、前記上流側加速電極装置に含まれる前記加速電極は段階的に小さくされた電位にされ、前記レンズ電極装置に含まれる前記加速電極のうち最上流に位置する前記加速電極と最下流に位置する前記加速電極とは接地電位にされ、前記最上流に位置する前記加速電極と前記最下流に位置する前記加速電極との間に位置する一個又は連続して配置された複数個の前記加速電極には所定のレンズ電圧が印加される中央電極にされる加速集束状態を有するイオン注入装置である。
本発明は、前記加速集束状態では、前記レンズ電極装置に含まれる前記加速電極のうち、最上流に位置する前記加速電極と前記中央電極との間と、最下流に位置する前記加速電極と前記中央電極との間とには、それぞれ一乃至複数個の前記加速電極が配置され、前記レンズ電極装置に含まれる前記加速電極のうち、最上流の前記加速電極を含む連続して配置された複数個の前記加速電極は、下流側から上流側に向けて段階的に小さくされた電位に接続され、最下流の前記加速電極を含む連続して配置された複数個の前記加速電極は、上流側から下流側に向けて段階的に小さくされた電位に接続されるイオン注入装置である。
本発明は、前記通常加速状態で段階的に小さくされた電位に接続される前記加速電極の中には、前記レンズ電極装置よりも下流側に配置された一乃至複数個の前記加速電極が含まれており、前記加速集束状態では、前記レンズ電極装置よりも下流側に配置された前記加速電極は接地電位に接続されるイオン注入装置である。
本発明は、前記加速電極は等間隔に配置され、前記通常加速状態では、隣接する前記加速電極は抵抗値が等しい抵抗装置に接続されて隣接する前記加速電極間の電界の大きさは等しくされたイオン注入装置である。
本発明は、前記加速集束状態での前記上流側加速電極装置に含まれ、隣接する前記加速電極間の電界の大きさと、前記通常加速状態に於ける隣接する前記加速電極間の電界の大きさとは等しくされたイオン注入装置である。
本発明は、上記記載のイオン注入装置を用いた半導体装置の製造方法であって、半導体の前記注入対象物に、前記通常加速状態と前記加速集束状態とで、異なる深さの不純物注入層を形成する半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
低い加速電圧で加速しても、イオンビームを集束させることができるので、イオンの注入効率が低下しない。
【００１３】
高速のイオンビームと低速のイオンビームを生成することができるから、注入深さを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願発明のイオン注入装置の一例の全体図
【図２】加速装置の第一例を説明するための図
【図３】加速装置の第二例を説明するための図
【図４】加速装置の第三例を説明するための図
【図５】円筒電極を中央電極に設けた場合の例
【図６】円筒電極を接地電位に接続される加速電極に設けた場合の例
【図７】本発明のイオン注入装置で製造する半導体装置の一例
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１の符号２は本発明のイオン注入装置であり、イオン源装置４２と、質量分析装置４３と、ビーム整形装置４４と、加速装置４５と、スキャン装置４６と、平行化装置４７と、試料室装置４８とを有し、各装置４２〜４８はこの順序で接続されている。
【００１６】
イオン注入装置２には、一台乃至複数台の真空排気装置３３、３１が接続されており、各装置４２〜４８は真空排気され、内部に真空雰囲気が形成された後、継続して真空排気されている。
【００１７】
イオン源装置４２にはイオン化装置３２とガス源３５とが接続されており、ガス源３５からイオン源装置４２に供給されるイオン化用ガスはイオン化装置３２から供給される電力又は電磁波などによってイオン化され、異なる元素のイオンや注入目的の元素の一価イオンや多価イオン等、異なる質量電荷比のイオンを含む初期イオンが生成される。
【００１８】
初期イオンはイオン源装置４２から引き出され、質量分析装置４３の内部に導入される。
【００１９】
質量分析装置４３の内部には電界や磁界が形成されており、質量分析装置４３の内部に導入された初期イオンのうち、質量分析装置４３に設定された質量電荷比のイオンが選択イオンとして質量分析装置４３を通過し、イオンビームとなってビーム整形装置４４に入射する。
【００２０】
ビーム整形装置４４にはイオン用のレンズが設けられておりビーム整形装置４４に入射したイオンビームは整形され、加速装置４５に入射する。
【００２１】
加速装置４５は真空槽４１を有しており、真空槽４１の内部には主電極装置６が配置されている。
【００２２】
図２に示すように、主電極装置６は複数個数であるｎ個の加速電極６1〜６n(図２ではｎ＝２２)を有している。
【００２３】
各加速電極６1〜６nはそれぞれ板状電極であり、各加速電極６1〜６nの中央には貫通孔１５1〜１５nが設けられた環状形形状になっている。ここでは環状形形状の外周と内周とは円形形状の円環にされており、各加速電極６1〜６nは外周の中心と内周の中心とが一致されている。
【００２４】
各加速電極６1〜６nは互いに平行にされ、加速装置４５の中を飛行するイオンビームの上流側から下流側に向けて一列に配置されており、各加速電極６1〜６nの中心は、加速装置４５に入射するイオンビームの光軸上に位置するように配置されている。
【００２５】
この例では、各加速電極６1〜６nの間隔は、同一の電極間距離Ｗに配置されている。
【００２６】
真空槽４１の外部には切替回路４が配置されている。
【００２７】
切替回路４は電源装置５を有しており、電源装置５には、それぞれ加速用電源５1とレンズ用電源５2とが設けられている。
【００２８】
＜通常加速状態＞
イオンビームを高速に加速する運転では、各加速電極６1〜６nの電位を、次に説明する通常加速状態にする。
【００２９】
通常加速状態では、隣接する加速電極６1〜６nの間は一個の抵抗装置７1〜７n-1によってそれぞれ電気的に接続されている。
【００３０】
この場合、各抵抗装置７1〜７n-1は一列に直列接続されていることになり、直列接続された抵抗装置７1〜７n-1によって抵抗ラダー７が構成されている。抵抗装置７1〜７n-1の個数は、加速電極６1〜６nの個数ｎ個よりも一個少ない個数(ｎ−１)である。
【００３１】
加速電極６1〜６nのうち、最上流に位置する加速電極６1は加速用電源５1に電気的に接続され、最下流に位置する加速電極６nは接地電位に接続されており、通常加速状態では、最上流の加速電極６1には加速用電源５1が出力する第一加速電圧Ｖ1(Ｖ)が印加されている。
【００３２】
なお、選択イオンは陽イオン、第一加速電圧Ｖ1と後述する第二加速電圧Ｖ2とは正電圧である。
【００３３】
抵抗ラダー７により、第一加速電圧Ｖ1は直列接続された抵抗装置７1〜７n-1によって分圧されており、ここでは抵抗装置７1〜７n-1の抵抗値は等しくされていることから、隣接する加速電極６1〜６n間の電位差Ｖd1は、等しくＶ1／(ｎ−１)の大きさになっており、また、上述したように、加速電極６1〜６n間の間隔である電極間距離Ｗは一定値にされているから、隣接する加速電極６1〜６n間の電界Ｅa1は、等しい値のＶ1／((ｎ−１)×Ｗ)になる(Ｅa1＝Ｖ1／((ｎ−１)×Ｗ))。
【００３４】
そして、複数の個数ｎ個の加速電極６1〜６nの中の最上流を１番目とすると、ｐ番目の一個の加速電極６p(１≦ｐ≦ｎ)の電位Ｖpは、Ｖ1×(ｎ−ｐ)／(ｎ−１)の値(Ｖ)になる(Ｖp＝Ｖ1×(ｎ−ｐ)／(ｎ−１))。
【００３５】
従って、各加速電極６1〜６nは、上流側から下流側に向けて、段階的に小さくされた電位になっている。
【００３６】
加速装置４５に入射したイオンビームに含まれる選択イオンは光軸に沿って、飛行し、通常加速状態では、各加速電極６1〜６nの貫通孔１５1〜１５nを通過する度に全部の加速電極６1〜６nの間の電界Ｅa1によって加速されてスキャン装置４６に入射する。
【００３７】
スキャン装置４６の内部では、入射したイオンビームは飛行方向が変更され、スキャン装置４６を通過した後、平行化装置４７に入射し、平行化装置４７の内部で、入射したイオンビームが湾曲され、飛行方向が変更されたイオンビームは光軸同士が平行にされて試料室装置４８の内部に入射し、照射位置が移動されながら注入対象物１０の表面に照射され、イオンビームの速度に応じた深さで、選択イオンは注入対象物１０の内部に注入される。
【００３８】
大きな電圧で加速された選択イオンは、小さな電圧で加速された選択イオンよりも深い位置に注入される。
【００３９】
＜低電圧＞
イオンビームを比較的低速に加速する運転では、各加速電極６1〜６nの電位は、次に説明する加速集束状態に置かれる。
【００４０】
加速電極６1〜６nのうち、隣接する所定個数ｍ個の連続して配置された加速電極を上流側加速電極装置６Ａとし、上流側加速電極装置６Ａの下流側であって上流側加速電極装置６Ａに隣接し、連続して配置された３個以上である複数個数ｋ個の加速電極６m+1〜６m+kをレンズ電極装置６Ｂとする。
【００４１】
ここでは、全部の加速電極６1〜６nの中で最上流に位置する加速電極６1が上流側加速電極装置６Ａの中の最上流の加速電極６1であるものとすると、上流側加速電極装置６Ａには、最上流の加速電極６1からｍ番目の加速電極６mまで、個数ｍ個の加速電極６1〜６mが含まれる(図２ではｍ＝１０)。
【００４２】
なお、加速電極６1〜６nのうち、上流側加速電極装置６Ａよりも上流側に加速電極が配置された場合も本発明に含まれる。
【００４３】
上流側加速電極装置６Ａの中の最上流の加速電極６1からレンズ電極装置６Ｂの中の最上流の加速電極６m+1までの電極間は、通常加速状態のときと同じ抵抗装置７1〜７mによってそれぞれ接続されている。
【００４４】
上流側加速電極装置６Ａの中の最上流に位置する加速電極６1は、加速用電源５1に接続され、加速集束状態では、加速用電源５1から第二加速電圧Ｖ2が出力され、第二加速電圧Ｖ2は最上流の加速電極６1に印加されている。
【００４５】
上述した切替回路４には、レンズ用スイッチ装置８が設けられており、レンズ用スイッチ装置８には、最大で、レンズ電極装置６Ｂに含まれる加速電極６m+1〜６m+kと同数の第一〜第ｋのレンズ用スイッチ素子８1〜８kが設けられている。
【００４６】
レンズ電極装置６Ｂに含まれる加速電極６m+1〜６m+kのうち、最上流に位置する加速電極６m+1は、その加速電極６m+1に接続されたスイッチ素子８1により、通常加速状態のときと同じ抵抗装置７m、７m+1に電気的に接続された状態で、接地電位に電気的に接続される。
【００４７】
上流側加速電極装置６Ａ中の最下流の加速電極６mはＶ2×１／ｍの電位であり、その下流側に隣接し、レンズ電極装置６Ｂの中の最上流に位置する加速電極６m+1の電位は接地電位であり、第二加速電圧Ｖ2は上流側加速電極装置６Ａに含まれる加速電極６1〜６nの個数ｍ個と同数の抵抗装置７1〜７mが直列接続された回路によって分圧されており、上流側加速電極装置６Ａ中の最上流の加速電極６1からレンズ電極装置６Ｂの中の最上流に位置する加速電極６m+1までの加速電極６1〜６m+1のうち、隣接する加速電極６1〜６m+1間の電位差Ｖd2は等しい値のＶ2／ｍとなる(Ｖd2＝Ｖ2／ｍ)。
【００４８】
従って、隣接する加速電極６1〜６m+1間の電界Ｅa2は等しい値のＶ2／(ｍ×Ｗになる(Ｅa2＝Ｖ2／(ｍ×Ｗ))。
【００４９】
また、上流側加速電極装置６Ａに含まれる加速電極６1〜６mのうち、最上流からｒ番目の加速電極６r(１≦ｒ≦ｍ)の電位Ｖrは、Ｖ2×(ｍ−ｒ＋１)／ｍの値(Ｖ)になる(Ｖr＝Ｖ2×(ｍ−ｒ＋１)／ｍ)から、上流側加速電極装置６Ａ中の加速電極６1〜６mは、上流側から下流側に向けて、段階的に小さくなる電位になっている。
【００５０】
なお、通常加速状態での加速電極間の電界Ｅa1が放電が生じない最大電界値であるとすると、加速集束状態での加速電極間の電界Ｅa2の最大値は、通常加速状態での電界Ｅa1の値と等しくなる。従って、第一、第二加速電圧Ｖ1、Ｖ2の上限は、加速電極間の電界の上限によって決まる。
【００５１】
次に、加速集束状態では、レンズ電極装置６Ｂに含まれる加速電極６m+1〜６m+kのうち、少なくとも最下流の加速電極６m+k(図２ではｋ＝３)と最上流の加速電極６m+1とは、レンズ用スイッチ素子８1、８k(８3)によって接地電位に接続されており、レンズ電極装置６Ｂに含まれる加速電極６m+1〜６m+kのうち最上流と最下流の間に位置する一個又は連続した複数個の加速電極６x(１＜ｘ＜ｋ)は、レンズ用電源５2に接続され、レンズ用電源５2が出力するレンズ電圧ＶLが印加される。
【００５２】
レンズ電圧ＶLが印加された一個乃至連続した複数個の加速電極６xを中央電極６xとすると、少なくともレンズ電極装置６Ｂに含まれる最上流の加速電極６m+1と中央電極６xと最下流の加速電極６m+kとによってイオンビームを集束させるアインツェルレンズが形成される。
【００５３】
図２は、最上流の加速電極６m+1と中央電極６xと最下流の加速電極６m+kとが一個ずつの場合であり、三個の加速電極６m+1〜６m+3によってアインツェルレンズが形成される。
【００５４】
図３の加速集束状態は、まず、上流側加速電極装置６Ａの中の最上流の加速電極６1からレンズ電極装置６Ｂの中の最上流の加速電極６m+1(ｍ＝９)までの電極間は、通常加速状態のときと同じ抵抗装置７1〜７mによってそれぞれ接続される。
【００５５】
レンズ電極装置６Ｂに含まれる加速電極６m+1〜６m+k(ｋ＝６)のうち、中央位置で隣接する二個の加速電極６x(６12、６13)が中央電極６xとなり、レンズ用スイッチ素子８1〜８kによって、中央電極６xにレンズ電圧ＶLが印加され、中央電極６xの上流側に隣接する二個の加速電極６m+1、６m+2(６10、６11)と、下流側に隣接する二個の加速電極６m+k-1、６m+k(６14、６15)とが接地電位に電気的に接続される。従って、図３のアインツェルレンズは、六個の加速電極６10〜６15によって形成されている。
【００５６】
上流側加速電極装置６Ａの中の加速電極６1〜６mは、配置された順番に段階的に小さくなる電位になっている。
【００５７】
次に、図４の加速集束状態では、先ず、上流側加速電極装置６Ａの中の最上流の加速電極６1からレンズ電極装置６Ｂの中の最上流の加速電極６m+1(ｍ＝９)までの電極間は、通常加速状態のときと同じ抵抗装置７1〜７mによってそれぞれ接続されている。
【００５８】
レンズ電極装置６Ｂに含まれる加速電極６m+1〜６m+k(ｍ＝９、ｋ＝６)のうち、中央位置で隣接する一個乃至複数個（ここでは二個)の加速電極６x(６12、６13)を中央電極６xとし、レンズ電極装置６Ｂの中の中央電極６xよりも上流側の加速電極６m+1〜６m+2と中央電極６xの中の最上流の加速電極６12との中で、隣接する電極間が通常加速状態と同じ抵抗装置７m+1、７m+2によって接続されている。
【００５９】
また、中央電極６xの中の最下流の加速電極６13と、中央電極６xよりも下流側の加速電極６m+k-1〜６m+kとの中で、隣接する電極間が通常加速状態と同じ抵抗装置７m+k-2、７m+k-1によって接続されている。
【００６０】
レンズ電極装置６Ｂの中の最上流の加速電極６m+1と最下流の加速電極６m+kとは接地電位に電気的に接続されており、各中央電極６xにはそれぞれレンズ電圧ＶLが印加されている。
【００６１】
レンズ電極装置６Ｂに含まれる加速電極６m+1〜６m+kの中で、中央電極６xよりも上流側の加速電極６m+1〜６m+2と下流側の加速電極６m+k-1〜６m+kとは、同数の個数ｓとすると、中央電極６xよりも上流側と下流側とで、加速電極間の電位差Ｖd2はＶL／ｓになる。
【００６２】
このように、レンズ電極装置６Ｂに含まれる加速電極６m+1〜６m+kのうち、最上流の加速電極６m+1を含む連続して配置された複数個の加速電極６m+1、６m+2は、下流側から上流側に向けて段階的に小さくされた電位に接続され、最下流の加速電極６m+kを含む連続して配置された複数個の加速電極６m+k-1〜６m+kは、上流側から下流側に向けて段階的に小さくされた電位に接続される。
【００６３】
このアインツェルレンズでは、中央電極６xと接地電位に接続された加速電極６m+1、６m+kの間の加速電圧の個数を増加させることで、レンズ電圧ＶLを高電圧にすることができる。
【００６４】
アインツェルレンズは上記のように構成されており、先ず、加速装置４５に入射したイオンビームに含まれる選択イオンは光軸に沿って飛行し、上流側加速電極装置６Ａに入射する。
【００６５】
入射したイオンビームは、上流側加速電極装置６Ａの中の加速電極６1〜６mとレンズ電極装置６Ｂの中の最上流の加速電極６m+1とによって形成される電界Ｅa2によって、上流側加速電極装置６Ａの中の加速電極６1〜６mの貫通孔１５1〜１５mとレンズ電極装置６Ｂの中の最上流の加速電極６m+1の貫通孔１５m+1とを通過する間に加速され、レンズ電極装置６Ｂに入射する。
【００６６】
レンズ電圧ＶLは、レンズ電圧ＶLによって形成されるレンズ電極装置６Ｂの中の電界が放電を発生させない大きさにされており、レンズ電極装置６Ｂの中の最上流の加速電極６m+1と中央の電極６xとの間の電界と、中央の電極６xとレンズ電極装置６Ｂの中の最下流の加速電極６m+kとによって形成される電界とによって、レンズ電極装置６Ｂの中の最上流の加速電極６m+1の貫通孔１５m+1を通過したイオンビームが、一又は複数個の中央電極６xの貫通孔１５xと最下流の加速電極６m+kの貫通孔１５m+kとを通過する間に集束される。
【００６７】
ところで切替回路４は一般的には大気圧環境に配置されているため、レンズ電圧ＶLが、真空雰囲気中のレンズ電極装置６Ｂの中で放電を発生させない大きさであっても、切替回路４の中の隣接する電流導入端子間で放電を発生させてしまう場合がある。
【００６８】
これへの対策として、電流導入端子間の距離を大きくすると言う手段があるが、電流導入端子間の距離を大きくしたのに伴い、レンズ電極装置６Ｂに含まれる加速電極６m+1〜６m+k間の距離も大きくなるため、電界が弱まるという不都合が発生する。
【００６９】
加速電極６m+1〜６m+k間の距離を大きくしたときにもアインツェルレンズとして機能する電界が得られるように、レンズ電極装置６Ｂ中の加速電極６m+1〜６m+k間の電気的な距離を電流導入端子の距離よりも短くなるようにすれば良い。具体的には図２の二個の接地電位に接続される加速電極６11、６13とレンズ電圧ＶLが印加される中央電極６12との間の電気的距離を、電流導入端子間の物理的距離と比べて短くなるようにすれば良い。
【００７０】
図５は、環状形形状で、その外周と内周とは円形形状で両者の中心とが一致された円環中央電極６12の上流側の表面と下流側の表面とに、中央電極６12の内周と同径の円筒形形状の円筒電極３７ａ、３７ｂを、中心軸線１６が一致するように配置し、溶接等によって、中央電極６12に円筒電極３７ａ、３７ｂを固定させた場合の例である。所謂パイプフランジソケット形状と呼ばれている。
【００７１】
この様な形状とすることで、電流導入端子間距離に比べ、レンズ電極装置６Ｂ中の接地電位に接続される加速電極 (６11、６13)とレンズ電圧ＶLが印加される中央電極６12との間の電気的距離が短くなり、レンズ電極装置６Ｂ中の最大電界強度が大きくなり、アインツェルレンズとしての機能を維持しつつ大気側の放電の発生を防ぐことが出来る。
【００７２】
図６は、接地電位に接続される加速電極６11、６13に円筒電極３７ａ、３７ｂを固定させた場合の例である。
【００７３】
要するに、レンズ電極装置６Ｂ中の電位差のある二個の加速電極のいずれか一方に円筒電極を設ければよい。
【００７４】
レンズ電極装置６Ｂの下流に加速電極が配置されていない場合と配置されている場合の両方が本発明に含まれており、レンズ電極装置６Ｂの下流に加速電極が配置されていない場合は、集束されたイオンビームは、スキャン装置４６に入射する。
【００７５】
レンズ電極装置６Ｂの下流に一乃至複数個の加速電極６m+k+1〜６nが配置されている場合は、下流側スイッチ装置９に設けられたスイッチ素子９1〜９n-m-k-1によって、抵抗ラダー７に代わって接地電位に接続する場合や、抵抗ラダー７に接続した状態を維持する場合がある。抵抗ラダー７に接続した状態を維持する場合は、レンズ電極装置６Ｂの下流側の加速電極６m+k+1〜６nのうち、最上流の加速電極６m+k+1を接地電位に接続する場合も含まれる。
【００７６】
従って、レンズ電極装置６Ｂの下流の加速電極６m+k+1〜６nは電界を形成せず、レンズ電極装置６Ｂによって集束されたイオンビームは、レンズ電極装置６Ｂの下流の加速電極６m+k+1〜６nの貫通孔１５m+k+1〜１５nを発散することなく通過し、スキャン装置４６に入射し、次に平行化装置４７に入射する。
【００７７】
いずれの場合も、イオンビームは通常加速状態と同様にスキャン装置４６と平行化装置４７とを通過して、注入対象物１０の表面に照射され、選択イオンはイオンビームの速度に応じた深さで、注入対象物１０の内部に注入される。
【００７８】
第二加速電圧Ｖ2は、第一加速電圧Ｖ1よりも低電圧であり、比較的低い第二加速電圧Ｖ2で加速された選択イオンは、高電圧で加速された選択イオンよりも浅い位置に注入される。
【００７９】
第二加速電圧Ｖ2は、第一加速電圧Ｖ1よりもイオンビーム集束力は弱いが、第二加速電圧Ｖ2を用いる加速集束状態ではレンズ電極装置６Ｂが形成するアインツェルレンズがイオンビームを集束させるので、イオンビームが発散しない。
【００８０】
なお、通常加速状態では、レンズ用スイッチ装置８や下流側スイッチ装置９は、隣接する加速電極６1〜６n間が抵抗装置７1〜７n-1によって接続され、最上流の加速電極６1に第一加速電圧Ｖ1が印加され、最下流の加速電極６nが接地電位にされ、各加速電極６1〜６nに第一加速電圧Ｖ1が抵抗ラダー７によって分圧された電位にされ、上流側から下流側に向けて段階的に小さな電位になるように動作する。
【００８１】
上記加速集束状態では、上流側加速電極装置６Ａの中の最下流の加速電極６mとレンズ電極装置６Ｂの中の最上流の加速電極６m+1との間には加速電極は配置されていなかったが、上流側加速電極装置６Ａに含まれる加速電極６1〜６mが段階的に小さくされた電位にされていれば、加速集束状態で、上流側加速電極装置６Ａの最下流の加速電極６mとレンズ電極装置６Ｂの最上流の加速電極６m+1との間に、接地電位に接続された一個乃至複数個の加速電極が配置されていてもよい。
【００８２】
＜半導体装置の製造＞
図７の符号２０はイオン注入装置２を用いて製造した半導体装置である。
【００８３】
ｎ型とｐ型のうち、いずれか一方を第一型とし、他方を第二型とすると、この半導体装置２０は第一型の半導体基板(ここではＳｉＣ基板)２１上に、第一型のＳｉＣがエピタキシャル成長されたエピタキシャル層２２が形成されて半導体の注入対象物３０が形成されている。
【００８４】
注入対象物の表面にパターニングされたレジスト膜を形成し、試料室装置４８の中に配置し、エピタキシャル層２２の表面に、第二型の不純物を通常加速状態で注入し、低濃度で深い第二型の不純物注入層であるボディ層２３をエピタキシャル層２２の表面に複数個規則的に形成する。
【００８５】
ここで、イオン注入毎にパターニングされたレジスト膜を交換するものとし、各ボディ層２３の内側の中央に、加速集束状態により、第二型の不純物を注入し、浅くて高濃度の第二型の不純物注入層であるオーミック層２５を形成する。
【００８６】
また、加速集束状態で第一型の不純物を注入し、リング状の浅くて高濃度の第一型の不純物注入層であるソース層２４を形成する。ソース層２４の外周とボディ層２３の外周とは離間され、ソース層２４の外周とボディ層２３の外周との間の部分にボディ層２３から成るチャネル領域２９が形成されている。
【００８７】
隣接するボディ層２３の間に露出するエピタキシャル層２２の表面に、パターニングされたゲート絶縁膜２６とゲート絶縁膜２６上のゲート電極膜２７とを形成する。
【００８８】
ゲート絶縁膜２６とゲート電極膜２７とは、ソース層２４上まで伸ばされており、ゲート電極膜２７上とその側面とを覆う層間絶縁膜２８を設け、ソース層２４とオーミック層２５上に、ソース電極膜１９を形成する。
【００８９】
ソース電極膜１９はソース層２４とオーミック層２５とに電気的に接続されており、他方、ゲート電極膜２７とエピタキシャル層２２とは電気的に絶縁されている。
【００９０】
この半導体装置２０を用いる場合は、ソース層２４及びボディ層２３と、半導体基板２１との間にソース・ドレイン電圧を印加し、ゲート電極膜２７にゲート電圧を印加して、チャネル領域２９の表面に第一型である反転層を形成し、ソース層２４とエピタキシャル層２２とを反転層で接続すると、半導体装置２０は導通する。
ゲート電圧の印加を停止すると、半導体装置２０は遮断する。
【００９１】
このような半導体装置２０を製造する際に、イオン注入装置２では、同じ元素のイオンを用い、通常加速状態で深い不純物注入層（ここではボディ層２３)を形成し、加速集束状態で同じ導電型の浅い不純物注入層(ここではオーミック層２５)を形成することができる。
【００９２】
また、異なる元素のイオンを用いれば、異なる導電型で深さが異なる不純物注入層(ここではボディ層２３とオーミック層２５とソース層２４)を形成することができる。
【符号の説明】
【００９３】
２……イオン注入装置
６1〜６n……加速電極
７1〜７n-1……抵抗装置
６Ａ……上流側加速電極装置
６Ｂ……レンズ電極装置
２０……半導体装置
２３……深い不純物注入層
２４，２５……浅い不純物注入層
４２……イオン源装置
４３……質量分析装置
４５……加速装置
４６……スキャン装置
４８……試料室装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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