JP2001312974A - Ion extraction electrode system and ion implantation device - Google Patents

Ion extraction electrode system and ion implantation device

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JP2001312974A
JP2001312974A JP2000127998A JP2000127998A JP2001312974A JP 2001312974 A JP2001312974 A JP 2001312974A JP 2000127998 A JP2000127998 A JP 2000127998A JP 2000127998 A JP2000127998 A JP 2000127998A JP 2001312974 A JP2001312974 A JP 2001312974A
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JP
Japan
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ion
extraction electrode
electrode
silicon
substrate
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Application number
JP2000127998A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Goto
圭一 後藤
Makoto Kawai
信 川合
Kazuyoshi Tamura
和義 田村
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion extraction electrode system and an ion implantation device for ensuring prevention of contamination during implanting impurities in a semiconductor substrate, even if it is used for a long time, permitting precise implantation of the impurities in a desired amount, and facilitating maintenance. SOLUTION: The ion extraction electrode system 3 comprises an ion generating chamber, a drawing electrode located adjacent to the ion-generating chamber, and a ground electrode adjacent to the extraction electrode, at least the extraction electrode 3b and the ground electrode 3c formed of semiconductive materials. For example, when the impurities are implanted into a silicon substrate, at least the extraction electrode and the ground electrode are made of silicon.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビームを用
いるイオンビーム処理装置、特に、半導体デバイス用の
イオン注入装置及びイオン注入装置に用いるイオン引き
出し用電極系に関する。
The present invention relates to an ion beam processing apparatus using an ion beam, and more particularly to an ion implantation apparatus for a semiconductor device and an ion extraction electrode system used in the ion implantation apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子を作製するに際し、半導体基
板に不純物をドーピングする技術としてイオン注入法が
知られている。イオン注入法は、ドーピングしたい物質
をイオンビームとして基板に打ち込む方法であり、不純
物を基板表面から拡散させる熱拡散法と比較して、不純
物注入量の精密制御や回路パターンの精度が向上するな
どの利点を有するため、半導体素子に要求される特性が
年々高度になるにつれて中心的な技術になってきてい
る。
2. Description of the Related Art In manufacturing a semiconductor device, an ion implantation method is known as a technique for doping a semiconductor substrate with impurities. The ion implantation method is a method in which a substance to be doped is implanted into a substrate as an ion beam.Compared with the thermal diffusion method in which impurities are diffused from the surface of the substrate, precise control of the impurity implantation amount and the accuracy of a circuit pattern are improved. Due to its advantages, the technology required for semiconductor devices has become a central technology as the characteristics thereof have become more advanced year by year.

【0003】図1はイオン注入装置の一例の概略を示し
ている。図1に示すように、イオン引き出し電極系3に
よりイオン源2から引き出されたイオンは、真空状態の
装置内部において質量分析器4に導かれ、ここで分析ス
リット5を通過させて必要なイオンのみを得る。分析さ
れたイオンは加速管6に入り、集束レンズ7によってシ
ャープなビーム20に整形され、走査電極8によって垂
直及び水平に走査される。このようにイオンビーム20
が装置1内を進行する際、装置内部の残留ガスと衝突し
て中性粒子が生成され、イオン注入の均一性を悪化させ
るため、走査電極8に電圧をかけてイオンビーム20の
進行方向が数度曲げられ、さらにマスク9、ファラデー
カップ10を通って、基板11に到達する構造となって
いる。
FIG. 1 schematically shows an example of an ion implantation apparatus. As shown in FIG. 1, ions extracted from the ion source 2 by the ion extraction electrode system 3 are guided to the mass spectrometer 4 inside the apparatus in a vacuum state. Get. The analyzed ions enter the acceleration tube 6, are shaped into a sharp beam 20 by the focusing lens 7, and are scanned vertically and horizontally by the scanning electrode 8. Thus, the ion beam 20
When traveling through the apparatus 1, neutral particles are generated by colliding with the residual gas inside the apparatus, and the uniformity of ion implantation is deteriorated. It is bent several times, and further reaches the substrate 11 through the mask 9 and the Faraday cup 10.

【0004】イオンビームを発生するイオン源には様々
な方式があるが、通常この種の装置では、アーク放電な
どにより、注入する物質をプラズマ状態にし、そこから
イオンを静電的に引き出す方式が用いられている。
There are various types of ion sources for generating an ion beam. In this type of apparatus, a method is generally used in which a substance to be implanted is made into a plasma state by arc discharge or the like, and ions are electrostatically extracted therefrom. Used.

【0005】このようにイオンを静電的に引き出すイオ
ン引き出し電極系は、一般的に図2のように通常3枚の
電極から構成される。第1電極はイオン生成室(アーク
チャンバ)3aを兼ねており、所定の間隔を置いて第2
電極(引き出し電極)3b、第3電極(接地電極)3c
が順次設置されている。例えば、引き出し電極3bと接
地電極3cには、通常、図3に表されるように引き出さ
れたイオンが通る貫通孔14が中心部に設けられている
か、あるいは図4に示されるように複数の貫通孔14が
所定の間隔を置いて設けられている。
The ion extraction electrode system for electrostatically extracting ions as described above generally comprises three electrodes as shown in FIG. The first electrode also serves as an ion generation chamber (arc chamber) 3a, and the second electrode is provided at a predetermined interval.
Electrode (lead electrode) 3b, third electrode (ground electrode) 3c
Are sequentially installed. For example, the extraction electrode 3b and the ground electrode 3c are usually provided with a through hole 14 at the center through which the extracted ions pass as shown in FIG. 3, or a plurality of holes as shown in FIG. Through holes 14 are provided at predetermined intervals.

【0006】不純物を基板に打ち込む際には、アークチ
ャンバ3aには正電圧、引き出し電極3bには負電圧が
それぞれ印加され、その電位差が引き出し電圧となりイ
オンが加速される。また、接地電極3cと引き出し電極
3bの電位差が減速電圧となり、ここでイオンは減速さ
れる。イオンを減速させるのは、イオンビームにより生
じたビームプラズマ等から、電子がアークチャンバ側へ
逆流するのを防ぐためである。
When impurities are implanted into the substrate, a positive voltage is applied to the arc chamber 3a and a negative voltage is applied to the extraction electrode 3b, and the potential difference becomes the extraction voltage to accelerate ions. Further, the potential difference between the ground electrode 3c and the extraction electrode 3b becomes a deceleration voltage, and the ions are decelerated here. The reason why the ions are decelerated is to prevent electrons from flowing back to the arc chamber side from beam plasma or the like generated by the ion beam.

【0007】このようにして引き出されたイオンが、所
定の条件によって基板に打ち込まれる。そして、打ち込
むイオンを精密に制御することにより、所望の特性を有
した半導体素子の作製が可能となる。
The ions thus extracted are implanted into the substrate under predetermined conditions. By precisely controlling the ions to be implanted, a semiconductor element having desired characteristics can be manufactured.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このようなイオン注入
装置等のイオンビーム処理装置は、一般にアークチャン
バはステンレス(SUS)やモリブデン、引き出し電極
と接地電極はグラファイトで作製されているものが多
い。しかし、イオン生成室でプラズマ化されたイオンを
引き出してイオンビームとする際に、イオン引き出し電
極系を構成する各電極がビームにより損傷を受け、これ
によってFe、Cr等の本来不要な金属イオンやグラフ
ァイトが発生し、基板11に混入して金属汚染(コンタ
ミネーション)を引き起こしてしまうという問題があ
る。
In many ion beam processing apparatuses such as the ion implantation apparatus, the arc chamber is generally made of stainless steel (SUS) or molybdenum, and the extraction electrode and the ground electrode are often made of graphite. However, when ions converted into plasma in the ion generation chamber are extracted to form an ion beam, each electrode constituting the ion extraction electrode system is damaged by the beam, and thereby, unnecessary metal ions such as Fe and Cr, There is a problem that graphite is generated and mixed into the substrate 11 to cause metal contamination (contamination).

【0009】また、従来はこのようにイオンビームによ
って各電極が損傷を受けたり、汚れが付着してしまった
場合には、クリーニングを行うか部品を交換するといっ
たメンテナンスが必要であり、装置の稼動率をダウンさ
せる要因となっていた。
Conventionally, when each electrode is damaged or contaminated by an ion beam as described above, maintenance such as cleaning or replacement of parts is required, and operation of the apparatus is required. This was a factor that reduced the rate.

【0010】このような問題に対し、特開平9−259
779号公報は、プラズマ室(イオン生成室)の内壁を
シリコンまたはカーボンからなる被覆材で覆うと共に、
引き出し電極(第2電極)の少なくともプラズマ側の面
をシリコンまたはカーボンで構成した電極系を開示して
いる。
To solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-259
No. 779 discloses that the inner wall of a plasma chamber (ion generation chamber) is covered with a coating material made of silicon or carbon,
An electrode system in which at least the plasma side surface of the extraction electrode (second electrode) is made of silicon or carbon is disclosed.

【0011】特開平9−259779号公報に開示され
ている電極系では、第1電極の一部がシリコンまたはカ
ーボンからなるため、重金属イオンは発生しにくいもの
の、例えば従来のグラファイト製の電極表面にシリコン
膜を被覆させても、長く使用しているとシリコン膜が剥
離し、さらにはグラファイトも損傷されて、その微粒子
が装置の他の部分や基板に付着して汚染を生じるおそれ
がある。また、イオン引き出し電極系はイオンビームに
より損傷を受け易く、引き出し電極だけでなく接地電極
にも損傷が及ぶため、特に使用回数が増加するにつれて
基板のコンタミネーションが大きくなって、所望の特性
が得られなくなるという問題もある。
In the electrode system disclosed in JP-A-9-259779, since a part of the first electrode is made of silicon or carbon, heavy metal ions are hardly generated. Even if the silicon film is coated, if used for a long time, the silicon film may be peeled off, and the graphite may be damaged, and the fine particles may adhere to other parts of the apparatus or the substrate, thereby causing contamination. In addition, the ion extraction electrode system is easily damaged by the ion beam and damages not only the extraction electrode but also the ground electrode. Therefore, as the number of times of use increases, the contamination of the substrate increases, and desired characteristics can be obtained. There is also a problem that it cannot be done.

【0012】また、グラファイトに起因したカーボンが
目的の不純物とともにシリコン基板に注入された場合、
重金属が注入されることに比べれば支障は少ないもの
の、特に精密な制御が要求される近年のイオン注入処理
に対してはコンタミネーションの防止、あるいは不純物
注入量の精密な制御が十分でない場合があるとともに、
デバイス特性にも悪影響を及ぼすことになる。さらに、
ゲルマニウムやGaP等からなる他の半導体基板にイオ
ン注入処理を行う場合に関しては全く考慮されていない
という問題もある。
When carbon caused by graphite is injected into a silicon substrate together with a target impurity,
Although there are few problems compared to heavy metal implantation, prevention of contamination or precise control of impurity implantation amount may not be sufficient for recent ion implantation processes that require particularly precise control. With
This will also adversely affect device characteristics. further,
There is also a problem that no consideration is given to the case of performing ion implantation on another semiconductor substrate made of germanium, GaP, or the like.

【0013】したがって本発明では、半導体基板に不純
物を打ち込む際、長期間使用してもコンタミネーション
を確実に防止するとともに、不純物を所望量で精密に打
ち込むことができ、また、メンテナンスが容易なイオン
引き出し電極系及びイオン注入装置を提供することを目
的とする。
Therefore, according to the present invention, when implanting impurities into a semiconductor substrate, contamination can be reliably prevented even when used for a long period of time, and impurities can be implanted precisely in a desired amount. An object is to provide an extraction electrode system and an ion implantation apparatus.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、イオン生成室と、該イオン生成室
に隣接する引き出し電極と、該引き出し電極に隣接する
接地電極から構成されるイオン引き出し電極系であっ
て、少なくとも前記引き出し電極と接地電極の材質が、
半導体材料からなることを特徴とするイオン引き出し電
極系が提供される(請求項1)。具体的には、前記半導
体材料として、シリコン、ゲルマニウム、GaP、In
PまたはGaAsとすることができる(請求項2)。
According to the present invention, there is provided, in accordance with the present invention, an ion generating chamber, an extraction electrode adjacent to the ion generation chamber, and a ground electrode adjacent to the extraction electrode. In an ion extraction electrode system, at least the material of the extraction electrode and the ground electrode,
There is provided an ion extraction electrode system comprising a semiconductor material (claim 1). Specifically, as the semiconductor material, silicon, germanium, GaP, In
It can be P or GaAs (claim 2).

【0015】イオン引き出し電極系によりイオンを引き
出してシリコンまたはGaP等からなる半導体基板に所
望量の不純物を打ち込む際、少なくとも引き出し電極と
接地電極が処理する半導体基板と同種の材料からなるイ
オン引出し電極系を用いれば、これらの電極が損傷を受
けても半導体基板と同種のイオンが発生するため、長期
間使用してもコンタミネーションを確実に防ぐことがで
きると共に、所望量の不純物を精密にコントロールして
打ち込むことができる。
When ions are extracted by an ion extraction electrode system and a desired amount of impurities are implanted into a semiconductor substrate made of silicon or GaP, at least the extraction electrode and the ground electrode are made of an ion extraction electrode system made of the same material as the semiconductor substrate to be processed. If these electrodes are used, even if these electrodes are damaged, ions of the same type as the semiconductor substrate will be generated, so that contamination can be reliably prevented even when used for a long time, and the desired amount of impurities can be precisely controlled. Can be driven.

【0016】この場合、半導体材料に不純物がドーピン
グされていることが好ましく(請求項3)、具体的に
は、前記ドーピングされている不純物として、O、P、
As、Sb、BまたはAlが挙げられる(請求項4)。
In this case, it is preferable that the semiconductor material is doped with impurities (claim 3). Specifically, the semiconductor material may be O, P,
As, Sb, B or Al is mentioned (claim 4).

【0017】このように不純物がドーピングされている
半導体材料からなる引き出し電極と接地電極とすれば、
たとえこれらの電極が損傷を受けた場合であっても、基
板の材質と同種のイオンと共に基板に打ち込まれる不純
物と同種のイオンが発生するに過ぎないため、微細なレ
ベルでコンタミネーションを防ぐことができると共に、
所望量の不純物を極めて厳密にコントロールして打ち込
むことができる。
With the extraction electrode and the ground electrode made of the semiconductor material doped with the impurities as described above,
Even if these electrodes are damaged, only ions of the same type as the impurities implanted into the substrate are generated together with ions of the same type as the material of the substrate, so contamination at a fine level can be prevented. While you can
The desired amount of impurities can be implanted with very strict control.

【0018】例えば、ボロン(B)をシリコン基板に打
ち込む際、ボロンがドーピングされているシリコンから
なる引き出し電極と接地電極、つまり処理される基板と
同じ材質である電極を選択してイオン注入を行えば、イ
オン源からイオンビームの一部がこれらの電極を損傷し
ても、そこから発生するイオンはシリコンと微量のボロ
ンとなる。したがって、コンタミネーションとなること
が無い上、ボロンの打ち込み量を厳密に調整することが
できる。
For example, when boron (B) is implanted into a silicon substrate, an extraction electrode and a ground electrode made of silicon doped with boron, that is, an electrode made of the same material as the substrate to be processed are selected and ion implantation is performed. For example, even if a part of the ion beam from the ion source damages these electrodes, the ions generated therefrom become silicon and a trace amount of boron. Therefore, there is no contamination, and the amount of boron implanted can be strictly adjusted.

【0019】電極の材質としてシリコンを使用する場
合、シリコンの酸素濃度が、5〜30ppmaの範囲に
ある電極とすることができる(請求項5)。上記範囲内
の酸素濃度を有するシリコンは、特に、重金属のゲッタ
リング効果を有するので、たとえイオン生成室等から重
金属イオンが発生しても、引き出し電極あるいは接地電
極内に捕そくして、コンタミネーションを一層効果的に
低減することができる。
When silicon is used as the material of the electrode, the electrode may have an oxygen concentration in the range of 5 to 30 ppma. Silicon having an oxygen concentration within the above range particularly has a gettering effect of heavy metals, so even if heavy metal ions are generated from the ion generation chamber or the like, they are trapped in the extraction electrode or the ground electrode to prevent contamination. It can be more effectively reduced.

【0020】また、前記電極の材質としてシリコンを使
用する場合の該シリコンの比抵抗は、0.001〜50
Ω・cmの範囲にあることが好ましい(請求項6)。イ
オン注入処理されるシリコン基板の多くは、その比抵抗
が上記範囲にあるので、入手が容易であるほか、イオン
注入処理する多くのシリコン基板と同等の性質を有する
ので好ましい。
When silicon is used as the material of the electrode, the specific resistance of the silicon is 0.001 to 50.
It is preferably in the range of Ω · cm (claim 6). Many of the silicon substrates to be subjected to the ion implantation treatment are preferable because they have a specific resistance in the above range, so that they are easily available and have the same properties as many silicon substrates to be subjected to the ion implantation treatment.

【0021】さらに本発明によれば、前記イオン引き出
し電極系を具備しているイオン注入装置も提供される
(請求項7)。また、イオン生成室と、該イオン生成室
に隣接する引き出し電極と、該引き出し電極に隣接する
接地電極から構成されるイオン引き出し電極系によりイ
オンビームを発生させて半導体基板に不純物を打ち込む
イオン注入装置であって、少なくとも前記引き出し電極
と接地電極が、前記半導体基板と同種の材質からなるこ
とを特徴とするイオン注入装置も提供される(請求項
8)。
Further, according to the present invention, there is also provided an ion implantation apparatus provided with the ion extraction electrode system. An ion implantation apparatus for generating an ion beam and implanting impurities into a semiconductor substrate by an ion extraction electrode system including an ion generation chamber, an extraction electrode adjacent to the ion generation chamber, and a ground electrode adjacent to the extraction electrode. An ion implantation apparatus is also provided, wherein at least the extraction electrode and the ground electrode are made of the same material as the semiconductor substrate (claim 8).

【0022】このようにイオン注入装置のイオン引き出
し電極系を構成する引き出し電極と接地電極を、イオン
注入される基板と同種の材質からなるものとすれば、こ
れらの電極がイオンビームにより損傷を受けても、基板
の材質と同種のイオンが発生するだけであるため、処理
される基板へのコンタミネーションを確実に防ぐことが
できると共に、打ち込む不純物注入量を精度良く制御す
ることができる。
If the extraction electrode and the ground electrode constituting the ion extraction electrode system of the ion implantation apparatus are made of the same material as the substrate to be ion-implanted, these electrodes are damaged by the ion beam. However, since only ions of the same type as the material of the substrate are generated, contamination to the substrate to be processed can be reliably prevented, and the amount of implanted impurities can be accurately controlled.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.

【0024】本発明に係るイオン引き出し電極系は、イ
オン生成室と、該イオン生成室に隣接する引き出し電極
と、該引き出し電極に隣接する接地電極から構成されて
おり、少なくとも前記引き出し電極と接地電極の材質
が、半導体材料からなることを特徴としている。具体的
な半導体材料としては、最も一般的なシリコンをはじ
め、ゲルマニウムのような元素半導体、あるいはGa
P、InPまたはGaAsのような化合物半導体を使用
できるが、これらに限定されない。
The ion extraction electrode system according to the present invention comprises an ion generation chamber, an extraction electrode adjacent to the ion generation chamber, and a ground electrode adjacent to the extraction electrode, and at least the extraction electrode and the ground electrode. Is characterized by comprising a semiconductor material. Specific semiconductor materials include the most common silicon, elemental semiconductors such as germanium, and Ga.
Compound semiconductors such as P, InP or GaAs can be used, but are not limited thereto.

【0025】上記のような本発明に係るイオン引き出し
電極系は、電極を構成する半導体材料と同種の材質から
なる基板に不純物を打ち込む際に好適に使用できる。例
えば、シリコン基板にボロンを打ち込む場合には、シリ
コンからなる引き出し電極と接地電極を含むイオン引き
出し電極系を使用することができる。この場合、イオン
生成室から引き出されたイオンビームにより引き出し電
極と接地電極が損傷を受けても、シリコン以外の物質が
イオンビームに混入することもないので、長期間にわた
ってコンタミネーションを確実に防ぐことができる。ま
た、本発明では、引き出し電極も接地電極も半導体材料
で作製されているので、シリコン膜を被覆した場合のよ
うに剥離するような不具合もない。
The ion extraction electrode system according to the present invention as described above can be suitably used when impurities are implanted into a substrate made of the same kind of material as the semiconductor material constituting the electrode. For example, when boron is implanted into a silicon substrate, an ion extraction electrode system including an extraction electrode made of silicon and a ground electrode can be used. In this case, even if the extraction electrode and the ground electrode are damaged by the ion beam extracted from the ion generation chamber, substances other than silicon do not enter the ion beam, so that contamination can be reliably prevented for a long period of time. Can be. Further, in the present invention, since both the extraction electrode and the ground electrode are made of a semiconductor material, there is no problem such as peeling as in the case of covering with a silicon film.

【0026】また、必要に応じて前記半導体材料に不純
物をドーピングすることもできる。ドーピングされる不
純物としては、O、P、As、Sb、BまたはAlを挙
げることができるが、これらに限定されない。
Further, the semiconductor material may be doped with an impurity, if necessary. The impurities to be doped include, but are not limited to, O, P, As, Sb, B or Al.

【0027】上記のような不純物がドーピングされた半
導体材料からなる引き出し電極と接地電極をイオン注入
装置に用いる場合、例えば、シリコン基板にボロンを打
ち込む場合には、イオン注入される半導体基板と同じ材
質となるシリコンにボロンをドープさせた引き出し電極
及び接地電極を用いれば、効果的にコンタミネーション
を防止できる上、シリコン基板に所望量の不純物を正確
に打ち込むことができる。
When an extraction electrode and a ground electrode made of a semiconductor material doped with an impurity as described above are used in an ion implantation apparatus, for example, when boron is implanted into a silicon substrate, the same material as the semiconductor substrate to be ion-implanted is used. By using a lead electrode and a ground electrode obtained by doping boron into silicon, contamination can be effectively prevented and a desired amount of impurities can be accurately implanted into the silicon substrate.

【0028】シリコン製の電極とする場合、シリコン中
の酸素濃度は、5〜30ppmaにすることが好まし
い。酸素がシリコン中にドープされていると、例えばイ
オン生成室等からFe、Cr等の重金属イオンが発生し
たり、その他の汚染源より重金属が発生したとしても、
電極中の酸素によりゲッタリングされて、コンタミネー
ションを一層低減する効果がある。なお、酸素濃度が5
ppma未満であると、ゲッタリング効果が十分得られ
ず、また、30ppmaを超えると酸素析出欠陥が過剰
に発生し、それに起因するパーティクルが増加するおそ
れがあるので、酸素濃度は上記範囲にあることが好まし
い。
When a silicon electrode is used, the oxygen concentration in silicon is preferably 5 to 30 ppma. If oxygen is doped in silicon, for example, heavy metal ions such as Fe and Cr are generated from an ion generation chamber or the like, or even if heavy metals are generated from other contamination sources,
It is gettered by oxygen in the electrode, and has the effect of further reducing contamination. When the oxygen concentration is 5
If it is less than ppma, a sufficient gettering effect cannot be obtained, and if it exceeds 30 ppma, oxygen precipitation defects are excessively generated, and particles resulting therefrom may increase. Therefore, the oxygen concentration is within the above range. Is preferred.

【0029】さらに、本発明に係る電極の材質としてシ
リコンを用いる場合、その比抵抗が、0.001〜50
Ω・cmの範囲にあることが好ましく、特に0.001
〜10Ω・cmであることが好ましい。イオン注入処理
されるシリコン基板の多くは、その比抵抗が上記範囲に
あり、特に0.001〜10Ω・cmの範囲のシリコン
基板は容易に得ることができるのでコスト面で有利であ
る。また、電極を、イオン注入処理するほとんどのシリ
コン基板と材質のみならず、電気的に同等の性質を有す
るものとすれば、より効果的にコンタミネーションを防
ぐことができるとともに、シリコン基板に対する電気的
な影響を最小限に抑えることができる。
Further, when silicon is used as the material of the electrode according to the present invention, its specific resistance is 0.001 to 50.
Ω · cm, preferably 0.001
It is preferably from 10 to 10 Ω · cm. Many of the silicon substrates subjected to the ion implantation treatment have a specific resistance in the above range, and in particular, a silicon substrate in a range of 0.001 to 10 Ω · cm can be easily obtained, which is advantageous in cost. In addition, if the electrode is made of not only the same material as most of the silicon substrate to be subjected to the ion implantation process but also has the same electrical properties, contamination can be prevented more effectively, and the electrical conductivity of the silicon substrate can be reduced. Effects can be minimized.

【0030】本発明に係る引き出し電極と接地電極の作
製方法に関しては、チョクラルスキー法(CZ法)、フ
ローティングゾーン法(FZ法)等の一般的な半導体単
結晶の製造方法により単結晶を製造し、これを所望の形
状に切り出し、さらに例えば図3または図4で表される
ように所定位置に貫通孔14を設けることで各電極とす
ることができる。
With respect to the method of manufacturing the extraction electrode and the ground electrode according to the present invention, a single crystal is manufactured by a general semiconductor single crystal manufacturing method such as the Czochralski method (CZ method) or the floating zone method (FZ method). Then, this is cut into a desired shape, and further, for example, as shown in FIG. 3 or FIG. 4, by providing a through hole 14 at a predetermined position as shown in FIG.

【0031】また、不純物をドーピングした半導体材料
から電極を作製する場合は、これらの電極を構成する半
導体単結晶成長時に不純物をドーピングする通常の方法
を適用できる。すなわち、チョクラルスキー法(CZ
法)等により単結晶を引き上げる際、融液内に所望量の
不純物を添加して単結晶棒を製造し、これを所望の形状
に切り出して電極とすることができる。また、別の作製
方法として、半導体単結晶成長後に不純物をドーピング
することもできる。なお、本発明にかかる電極を構成す
る半導体材料は単結晶に限定されず、多結晶を用いるこ
ともできる。
In the case of manufacturing electrodes from semiconductor materials doped with impurities, a usual method of doping impurities at the time of growing a semiconductor single crystal constituting these electrodes can be applied. That is, the Czochralski method (CZ)
When a single crystal is pulled by a method, etc., a desired amount of impurities are added to the melt to produce a single crystal rod, which can be cut into a desired shape to form an electrode. As another manufacturing method, an impurity can be doped after growing a semiconductor single crystal. Note that the semiconductor material forming the electrode according to the present invention is not limited to a single crystal, and a polycrystal may be used.

【0032】ここで、電極中にドープする不純物として
酸素を選択する場合には、CZ法により単結晶を製造す
るのが好適である。CZ法では通常石英ルツボを用いる
ので、製造される半導体単結晶中に酸素を容易にドープ
することができるし、製造中の石英ルツボの回転数等を
制御することによって正確にドープされる酸素濃度を調
整できるからである。
Here, when oxygen is selected as an impurity to be doped into the electrode, it is preferable to produce a single crystal by the CZ method. Since the quartz crucible is usually used in the CZ method, oxygen can be easily doped into the semiconductor single crystal to be manufactured, and the oxygen concentration accurately doped by controlling the number of rotations of the quartz crucible during the manufacturing can be improved. Is adjusted.

【0033】さらに本発明では、イオン生成室と、該イ
オン生成室に隣接する引き出し電極と、該引き出し電極
に隣接する接地電極から構成されるイオン引き出し電極
系によりイオンビームを発生させて半導体基板に不純物
を打ち込むイオン注入装置であって、少なくとも前記引
き出し電極と接地電極が、前記半導体基板と同種の材質
からなることを特徴とするイオン注入装置が提供され
る。
Further, in the present invention, an ion beam is generated by an ion extraction electrode system including an ion generation chamber, an extraction electrode adjacent to the ion generation chamber, and a ground electrode adjacent to the extraction electrode, and the ion beam is generated on the semiconductor substrate. An ion implantation apparatus for implanting impurities, wherein at least the extraction electrode and the ground electrode are made of the same material as the semiconductor substrate.

【0034】このように不純物が打ち込まれる半導体基
板と同種の材質からなる引出し電極と接地電極を用いて
不純物の注入を行えば、引き出し電極だけでなく、従来
はグラファイト製であった接地電極までイオンビームに
よってスパッタされても、基板と同じ材質の粒子が発生
するに留まり、コンタミネーションを確実に防ぐことが
できる。また、長期間の使用により電極表面が損傷して
も、電極自体が基板と同じ材質でできているため、コン
タミネーションはほとんど発生せず、イオン注入処理を
精密に制御することができる。また、電極に重金属等が
付着することもないのでクリーニングがほとんど必要無
く、メンテナンスが容易となる。その結果、歩留りが向
上し、メンテナンス時間も短縮できるので、稼動率が向
上し、部品交換のコストも低減できる。
If the impurity is implanted by using the extraction electrode and the ground electrode made of the same material as the semiconductor substrate into which the impurity is implanted, not only the extraction electrode but also the ground electrode conventionally made of graphite is ionized. Even if sputtered by a beam, only particles of the same material as the substrate are generated, and contamination can be reliably prevented. Further, even if the electrode surface is damaged due to long-term use, the electrode itself is made of the same material as the substrate, so that contamination hardly occurs and the ion implantation process can be precisely controlled. Further, since no heavy metal or the like adheres to the electrode, cleaning is hardly required, and maintenance is easy. As a result, the yield is improved and the maintenance time can be shortened, so that the operation rate is improved and the cost of replacing parts can be reduced.

【0035】以上、本発明にかかるイオン注入装置で
は、イオン引き出し電極系の少なくとも引き出し電極と
接地電極が、不純物が打ち込まれる基板と同じ半導体材
料からなり、好ましくは、その不純物がドーピングされ
た半導体材料からなるので、微細なレベルでコンタミネ
ーションを防止できる上、長期間にわたって基板に所望
量の不純物を正確に打ち込むことができ、多数の半導体
基板に対して、均一な注入量で不純物を打ち込むことが
できる。なお、引き出し電極と接地電極に加え、イオン
生成室も基板と同じ材質からなるものとし、イオン引き
出し電極系全体を基板と同じ材質からなるものとすれ
ば、コンタミネーションの防止等の効果を一層向上させ
ることができる。
As described above, in the ion implantation apparatus according to the present invention, at least the extraction electrode and the ground electrode of the ion extraction electrode system are made of the same semiconductor material as the substrate on which the impurity is implanted, and preferably, the semiconductor material doped with the impurity. Therefore, contamination can be prevented at a fine level, and a desired amount of impurities can be accurately implanted into a substrate over a long period of time, and impurities can be implanted into a large number of semiconductor substrates with a uniform implantation amount. it can. In addition to the extraction electrode and the ground electrode, the ion generation chamber is made of the same material as the substrate, and if the entire ion extraction electrode system is made of the same material as the substrate, the effect of preventing contamination etc. is further improved. Can be done.

【0036】[0036]

【実施例】以下、実施例を示して本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。(実施例及び比較例)引き出し電極3bと接地電極
3cをボロンがドープされたP型で比抵抗が5Ω・cm
であるシリコン単結晶より作製し、このシリコン製の引
き出し電極と接地電極を含む、図2のように3枚の電極
で構成されたイオン引き出し電極系を備えたイオン注入
装置と、従来のグラファイト製の両電極を備えたイオン
注入装置をそれぞれ用いて基板へのイオン注入を行い、
不純物注入量の均一性を比較した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. (Examples and Comparative Examples) A lead electrode 3b and a ground electrode 3c are P-type doped with boron and have a specific resistance of 5Ω · cm.
An ion implantation apparatus having an ion extraction electrode system composed of three electrodes as shown in FIG. 2 including a silicon extraction electrode and a ground electrode, and a conventional graphite electrode. Ion implantation into the substrate using an ion implantation apparatus equipped with both electrodes of, respectively,
The uniformity of the impurity implantation amount was compared.

【0037】具体的には、目標値に対する不純物注入量
のバラツキ(%)について、100枚処理毎に1枚の抜
き取り検査を行った。不純物注入量は基板の抵抗を測定
することで換算した。なお、注入した不純物はボロンで
あり、処理される基板は5インチ径のシリコン基板を用
いた。その結果を図5に示す。
More specifically, for each variation (%) of the impurity injection amount with respect to the target value, one sample was inspected for every 100 samples processed. The amount of impurity implantation was converted by measuring the resistance of the substrate. The implanted impurity was boron, and a silicon substrate having a diameter of 5 inches was used as a substrate to be processed. The result is shown in FIG.

【0038】図5によると、従来のグラファイト製の引
き出し電極と接地電極を使用した場合、基板への不純物
注入量は目標値に対してバラツキが大きく、また処理枚
数が2000枚を越える頃からさらにバラツキが大きく
なり、3000枚処理時には約14%になった。これは
グラファイト製の電極が次第に損傷を受け、グラファイ
トがシリコン基板に混入したためと思われる。
According to FIG. 5, when a conventional lead electrode and ground electrode made of graphite are used, the amount of impurity implanted into the substrate has a large variation with respect to a target value. The variation became large and was about 14% when 3000 sheets were processed. This is presumably because the graphite electrode was gradually damaged and the graphite was mixed into the silicon substrate.

【0039】一方、ボロンがドープされたシリコン製の
本発明にかかる引出し電極及び接地電極を使用した場
合、不純物注入量は目標値に近い値でほぼ一定してお
り、3000枚処理後においてもバラツキが大きく変動
することがなかった。したがって、処理枚数が増加して
も、均一な不純物注入が可能であることが分かる。
On the other hand, when the extraction electrode and the ground electrode according to the present invention made of boron-doped silicon are used, the impurity implantation amount is almost constant at a value close to the target value, and varies even after 3,000 sheets are processed. Did not fluctuate significantly. Therefore, it can be seen that even if the number of processed wafers increases, uniform impurity implantation is possible.

【0040】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本
発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的
に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、
いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含され
る。
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and has the same function and effect,
Anything is included in the technical scope of the present invention.

【0041】例えば上記では、主にシリコン基板にイオ
ン注入する場合について本発明を説明したが、それに限
定されず、イオン注入する半導体基板に応じて、また好
ましくは基板に打ち込む不純物に応じて、少なくとも引
き出し電極と接地電極の材質を選択することで、コンタ
ミネーションの防止と同時に不純物注入量の厳密な制御
を行うことができる。
For example, in the above, the present invention has been described mainly for the case of ion implantation into a silicon substrate. However, the present invention is not limited to this, and at least according to the semiconductor substrate to be ion-implanted, and preferably to the impurities to be implanted into the substrate. By selecting the materials of the extraction electrode and the ground electrode, it is possible to prevent contamination and strictly control the impurity injection amount.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明は、シリコン等の半導体材料から
なる引き出し電極と接地電極を備えたイオン引き出し電
極系を提供するものであり、このイオン引き出し電極系
を用いて半導体材料からなる基板に不純物のイオン注入
を行えば、これらの電極が損傷されても基板と同じ半導
体材料が混入されるだけであるので、コンタミネーショ
ンの防止と同時に不純物注入量の厳密な制御を行うこと
ができる。その結果、歩留りが向上し、メンテナンス時
間も短縮できるので、稼動率が向上し、生産性が向上す
るとともに部品交換のコストも低減できる。
According to the present invention, there is provided an ion extraction electrode system provided with an extraction electrode made of a semiconductor material such as silicon and a ground electrode. By performing the ion implantation described above, even if these electrodes are damaged, only the same semiconductor material as that of the substrate is mixed, so that it is possible to prevent contamination and strictly control the amount of impurity implantation. As a result, the yield is improved, and the maintenance time can be shortened, so that the operation rate is improved, the productivity is improved, and the cost of component replacement can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】一般的なイオン注入装置の一例の概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic view of an example of a general ion implantation apparatus.

【図2】イオン引き出し電極系の部分拡大断面図であ
る。
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of an ion extraction electrode system.

【図3】引き出し電極(第2電極)の一例の概略正面図
である。
FIG. 3 is a schematic front view of an example of an extraction electrode (second electrode).

【図4】引き出し電極(第2電極)の他の一例の概略正
面図である。
FIG. 4 is a schematic front view of another example of the extraction electrode (second electrode).

【図5】シリコン基板中の不純物注入量のバラツキを示
すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a variation in an impurity implantation amount in a silicon substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…イオン注入装置、 2…イオン源、 3…イオン引
き出し電極系、 3a…イオン生成室(アークチャン
バ、第1電極)、 3b…引き出し電極(第2電極)、
3c…接地電極(第3電極)、 4…質量分析器、
5…分析スリット、 6…加速管、 7…集束レンズ、
8…走査電極、 9…マスク、 10…ファラデーカ
ップ、 11…基板、 14…貫通孔、 20…イオン
ビーム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion implantation apparatus, 2 ... Ion source, 3 ... Ion extraction electrode system, 3a ... Ion generation chamber (arc chamber, 1st electrode) 3b ... Extraction electrode (2nd electrode)
3c: ground electrode (third electrode) 4: mass spectrometer
5: analysis slit, 6: acceleration tube, 7: focusing lens,
Reference numeral 8 denotes a scanning electrode, 9 denotes a mask, 10 denotes a Faraday cup, 11 denotes a substrate, 14 denotes a through hole, and 20 denotes an ion beam.

フロントページの続き (72)発明者 田村 和義 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越化 学工業株式会社群馬事業所内 Fターム(参考) 4K029 AA06 BD01 CA10 DE04 5C030 DD10 DE04 DG09 5C034 CC01 Continued on the front page (72) Inventor Kazuyoshi Tamura 2-13-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma F-term (reference) 4G029 AA06 BD01 CA10 DE04 5C030 DD10 DE04 DG09 5C034 CC01

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン生成室と、該イオン生成室に隣接
する引き出し電極と、該引き出し電極に隣接する接地電
極から構成されるイオン引き出し電極系であって、少な
くとも前記引き出し電極と接地電極の材質が、半導体材
料からなることを特徴とするイオン引き出し電極系。
1. An ion extraction electrode system comprising an ion generation chamber, an extraction electrode adjacent to the ion generation chamber, and a ground electrode adjacent to the extraction electrode, wherein at least a material of the extraction electrode and the ground electrode Wherein the electrode is made of a semiconductor material.
【請求項2】 前記半導体材料が、シリコン、ゲルマニ
ウム、GaP、InPまたはGaAsであることを特徴
とする請求項1に記載のイオン引き出し電極系。
2. The ion extraction electrode system according to claim 1, wherein the semiconductor material is silicon, germanium, GaP, InP or GaAs.
【請求項3】 前記半導体材料に不純物がドーピングさ
れていることを特徴とする請求項1または請求項2に記
載のイオン引き出し電極系。
3. The ion extraction electrode system according to claim 1, wherein the semiconductor material is doped with an impurity.
【請求項4】 前記ドーピングされている不純物が、
O、P、As、Sb、BまたはAlであることを特徴と
する請求項3に記載のイオン引き出し電極系。
4. The method according to claim 1, wherein the doped impurities are:
The ion extraction electrode system according to claim 3, wherein the ion extraction electrode system is O, P, As, Sb, B or Al.
【請求項5】 前記半導体材料がシリコンであって、該
シリコンの酸素濃度が、5〜30ppmaの範囲にある
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1
項に記載のイオン引き出し電極系。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor material is silicon, and the oxygen concentration of the silicon is in a range of 5 to 30 ppma.
Item 14. An ion extraction electrode system according to Item.
【請求項6】 前記半導体材料がシリコンであって、該
シリコンの比抵抗が、0.001〜50Ω・cmの範囲
にあることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいず
れか1項に記載のイオン引き出し電極系。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor material is silicon, and a specific resistance of the silicon is in a range of 0.001 to 50 Ω · cm. An ion extraction electrode system as described.
【請求項7】 前記請求項1ないし請求項6のいずれか
1項に記載のイオン引き出し電極系を具備していること
を特徴とするイオン注入装置。
7. An ion implantation apparatus comprising the ion extraction electrode system according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】 イオン生成室と、該イオン生成室に隣接
する引き出し電極と、該引き出し電極に隣接する接地電
極から構成されるイオン引き出し電極系によりイオンビ
ームを発生させて半導体基板に不純物を打ち込むイオン
注入装置であって、少なくとも前記引き出し電極と接地
電極が、前記半導体基板と同種の材質からなることを特
徴とするイオン注入装置。
8. An ion beam is generated by an ion extraction electrode system including an ion generation chamber, an extraction electrode adjacent to the ion generation chamber, and a ground electrode adjacent to the extraction electrode, and the semiconductor substrate is implanted with impurities. An ion implantation apparatus, wherein at least the extraction electrode and the ground electrode are made of the same material as the semiconductor substrate.
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