JP2002008579A - イオン注入装置及びイオン注入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一の不純物を異なる深さにイオン注入する
場合に、作業が煩雑とならず、スループット良く処理を
行うこと。 【解決手段】 不純物ガス源１から不純物ガスをイオン
源２に導入し、不純物ガスをイオン化させる。イオン源
２に接続された引出し電源３により、質量分析器４にイ
オンを引出す。質量分析器４で分離された不純物イオン
は、第１加速器５において１０ｋＶに加速され、ビーム
中性化部７から放出された電子により一部が中性化され
る。中性化された不純物及びイオンが第２加速器８を通
過する際に、イオンだけが１２０ｋＶに加速され、中性
化された不純物は加速されない。１５０ｋＶで加速され
たイオンと３０ｋＶで加速されたイオンでない不純物と
が第２加速器８から出て行き、ウエハ処理室１１に入
り、載置台１２に載置されたウエハＷに打ち込まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
スにおいて使用されるイオン注入装置及びイオン注入方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて、シリコン
基板や各種の膜にｐ型又はｎ型の不純物拡散層を形成す
るために、従来より、ｐ型不純物又はｎ型不純物をシリ
コン基板や各種の膜に導入するイオン注入装置が用いら
れている。

【０００３】このイオン注入装置においては、被処理体
である半導体ウエハ（以下、ウエハと省略する）に注入
する不純物源（不純物ガス）をイオン化させ、イオン化
した不純物を加速してウエハに照射することにより、ウ
エハの所定の部位にイオン注入する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体製造プロセスに
おけるイオン注入工程では、単一のレジストマスクを用
いて同一の不純物を異なる深さに注入する場合がある。
この場合、１回の処理レシピでは１つの加速電圧のイオ
ン注入しか行うことができないので、加速電圧の異なる
イオン注入を１回の処理レシピで行うことはできない。

【０００５】したがって、単一のマスクで同一の不純物
を異なる深さにイオン注入する場合には、異なる加速電
圧が設定された装置でそれぞれイオン注入を行うか（第
１方法）、加速管を複数搭載し且つイオンビームを分割
する機構を有するイオン注入装置を用い、２回のイオン
注入を行うか（第２方法）、加速電圧の可変システムを
有するイオン注入装置を用い、１つの装置で加速電圧を
設定し直して２回イオン注入を行う必要がある（第３方
法）。

【０００６】しかしながら、いずれの方法でも、イオン
注入を加速電圧毎に複数回行う必要があり、プロセスに
おいてスループットが悪くなる。つまり、第１方法で
は、異なる加速電圧が設定された装置でそれぞれイオン
注入を行うため、装置毎に真空引きを行う必要があり、
作業が面倒になり、スループットも非常に悪い。第２方
法では、加速管を複数有するため、装置が非常に大型化
し、クリーンルームのスペース効率が悪くなる。第３方
法では、加速電圧を変化させるのに時間がかかるため、
スループットの低下を招く。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、同一の不純物を異なる深さにイオン注入する場合
に、作業が煩雑とならず、スループット良く処理を行う
ことができるイオン注入装置及びイオン注入方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理体に対
して不純物のイオンビームを照射してイオン注入を行う
装置であって、イオン化した不純物のうちイオン注入す
る不純物を分離する分離手段と、分離した不純物を第１
の加速電圧で加速する第１加速手段と、前記第１の加速
電圧で加速された不純物の一部を中性化する中性化手段
と、中性化されておらず前記第１の加速電圧で加速され
た不純物を第２の加速電圧で加速する第２加速手段と、
加速された不純物を打ち込むことができる位置に配置さ
れ、前記被処理体を載置する載置手段と、を具備し、前
記第１の加速電圧で加速された中性化された不純物と前
記第１及び第２の加速電圧で加速された不純物とを前記
被処理体に同時に打ち込むことを特徴とするイオン注入
装置を提供する。

【０００９】この構成によれば、イオン化した不純物を
第１の加速電圧で加速し、その不純物の一部を中性化し
た後に、中性化されておらず第１の加速電圧で加速され
た不純物を第２の加速電圧で加速し、第１の加速電圧で
加速された中性化された不純物と第１及び第２の加速電
圧で加速された不純物とを被処理体に同時に打ち込むの
で、同一の不純物を異なる深さにイオン注入する場合
に、作業が煩雑とならず、スループット良く処理を行う
ことができる。

【００１０】本発明のイオン注入装置においては、前記
中性化手段は、電子を放出してイオンを中性化する構成
を採ることが好ましい。

【００１１】本発明のイオン注入装置においては、中性
化された不純物、並びに前記第１及び第２の加速電圧で
加速された不純物のそれぞれのドーズ量を求める算出手
段を具備することが好ましい。

【００１２】本発明のイオン注入装置においては、中性
化された不純物、並びに前記第１及び第２の加速電圧で
加速された不純物の比率に応じて前記中性化手段を制御
する制御手段を具備することが好ましい。

【００１３】この構成によれば、中性化された不純物、
並びに前記第１及び第２の加速電圧で加速された不純物
の比率を所望の範囲に制御することが可能となる。

【００１４】本発明のイオン注入装置においては、前記
載置手段は、複数の被処理体を載置することが可能であ
り、回転可能に構成されている構成を採ることが好まし
い。これにより、複数の被処理体に対して効率良くイオ
ン注入処理を行うことができる。

【００１５】また、本発明は、被処理体に対して不純物
のイオンビームを照射してイオン注入を行う方法であっ
て、イオン化した不純物のうちイオン注入する不純物を
分離する分離工程と、分離した不純物を第１の加速電圧
で加速する第１加速工程と、前記第１の加速電圧で加速
された不純物の一部を中性化する中性化工程と、中性化
されておらず前記第１の加速電圧で加速された不純物を
第２の加速電圧で加速する第２加速工程と、前記第１の
加速電圧で加速された中性化された不純物と前記第１及
び第２の加速電圧で加速された不純物とを前記被処理体
に同時に打ち込む工程と、を具備することを特徴とする
イオン注入方法を提供する。

【００１６】この方法によれば、イオン化した不純物を
第１の加速電圧で加速し、その不純物の一部を中性化し
た後に、中性化されておらず第１の加速電圧で加速され
た不純物を第２の加速電圧で加速し、第１の加速電圧で
加速された中性化された不純物と第１及び第２の加速電
圧で加速された不純物とを被処理体に同時に打ち込むの
で、同一の不純物を異なる深さにイオン注入する場合
に、作業が煩雑とならず、スループット良く処理を行う
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明の一実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示
す図である。

【００１８】図１に示すイオン注入装置においては、ウ
エハに注入する不純物を収容した不純物ガス源１の下流
（不純物ガスの流れにおいて下流）には、イオン源２が
設置されている。このイオン源２において、不純物ガス
をイオン化する。

【００１９】イオン源２には、引出し電源３が電気的に
接続されている。この引出し電源３により、イオン化さ
れた不純物を引き出す。イオン源２の下流には、質量分
析器４が設置されている。この質量分析器４では、ウエ
ハに打ち込む不純物を抽出する。質量分析器４として
は、マグネットなどを用いることができる。

【００２０】質量分析器４の下流には、第１加速器５、
ビーム中性化部７、及び第２加速器８が連通して設けら
れている。第１加速器５及び第２加速器８は、イオン化
された不純物を加速する。ここでは、第１加速器５と第
２加速器８で加速電圧を変えている。第１加速器５及び
第２加速器８には、加速電源６が電気的に接続されてお
り、それぞれの加速器に対して所定の加速電圧が印加さ
れるようになっている。

【００２１】また、ビーム中性化部７では、イオン化さ
れた不純物（イオンビーム）の一部を中性化して、イオ
ンでない状態にする。ビーム中性化部７としては、いわ
ゆるからかさ電子を放出し、その放出した電子を引き出
して（加速させて）、イオンビームの流れに沿って電子
を送り込むＥＦＧ（Electron Flood Gun）や、プラズマ
を立ててフィラメントに電流を流して電子を出すＰＦＧ
（Plasma Flood Gun）などを用いることができる。これ
らの装置により、第１加速器５で加速された全イオンビ
ームのうち一定割合のビームを中性化する。

【００２２】第１加速器５とビーム中性化部７との間、
ビーム中性化部７と第２加速器８との間には、ビーム中
性化部７で放出された電子を閉じ込めて、Ｘ線が外に出
ることを防止するために、バイアスリング１０が取り付
けられている。このバイアスリング１０には、電源が電
気的に接続されている。なお、バイアスリング１０は、
大きくない部材であるため、設置しても装置全体を大型
化することはない。

【００２３】第１加速器５の外側及び第２加速器８の外
側には、磁束電流計９が配置されており、イオンビーム
の電流値を測定するようになっている。この電流値によ
り、イオン全体量、すなわち単位時間当たりのイオン通
過量を求めることができる。

【００２４】第２加速器８の下流には、ウエハ処理室１
１が接続されている。ウエハ処理室１１内には、載置台
１２が設置されており、この載置台１２に被処理体であ
るウエハＷが載置されるようになっている。この載置台
１２は、イオンビームがウエハＷの表面に効率よく打ち
込まれるように、その表面がイオンビームの進行方向に
対してほぼ垂直になるように配置される。

【００２５】載置台１２には、回転軸１２ａが取り付け
られており、回転軸１２ａを中心に回転可能に構成され
ている。また、この載置台１２の回転軸１２ａは、軸方
向に対して垂直な方向（図中の矢印方向）に移動可能に
構成されている。また、載置台１２上には、複数のウエ
ハＷが載置されるようになっている。例えば、載置台１
２上には、１２枚から１３枚程度のウエハＷが載置でき
るようになっており、通常の１ロットである５０枚のウ
エハを４回程度で処理できるようになっている。

【００２６】載置台１２には、電流計１３が電気的に接
続されており、打ち込まれたイオンによる電流値が測定
されるようになっている。この電流計１３と加速電源６
とは、それぞれ比率制御部１４に電気的に接続されてい
る。比率制御部１４では、イオンによる電流値からドー
ズ量が求められる。また、イオンである不純物とイオン
でない不純物との間の比率は、加速電源６での電流値と
電流計１３で測定された電流値とから求められるので、
前記ドーズ量からイオンでない状態の不純物のドーズ量
を求めることができる。

【００２７】次に、上記構成を有するイオン注入装置の
動作について説明する。まず、不純物ガス源１から不純
物ガスをイオン源２に導入し、イオン源２においてフィ
ラメントに電流を流してプラズマをたてて、不純物ガス
をイオン化させる。次いで、イオン源２に接続された引
出し電源３により、例えば２０ｋＶの加速電圧を印加し
てイオンを引出し、質量分析器（マグネット）４にイオ
ンを引き出す。

【００２８】質量分析器４では、所望の不純物だけ分離
する。分離された不純物イオンは、第１加速器５におい
て１０ｋＶに加速され、ビーム中性化部７から放出され
た電子により一部が中性化される。中性化されたイオン
は、イオンの状態でなくなる。この際、バイアスリング
１０に所定の電圧を印加することにより、放出された電
子が外に出て行かないように閉じ込める。

【００２９】第１加速器５の外側、具体的には、第１加
速器５の出口であって、バイアスリング１０の手前に設
置した磁束電流計によりイオン化した不純物の電流値を
測定する。この電流値がイオン全体量（単位時間当りの
イオン通過量）を示すことになる。

【００３０】次いで、中性化された不純物及びイオンが
第２加速器８を通過する際に、イオンだけが１２０ｋＶ
に加速され、中性化された不純物は加速されない。すな
わち、イオンビームの中に電子を放出することにより一
定割合のビームをイオンでない状態とする。このため、
中性化した不純物は、第２加速器８の中に入っても加速
されず、中性化していないイオンビームだけが加速され
る。この時のイオンの加速電圧は、合計１５０ｋＶ（＝
１２０ｋＶ＋１０ｋＶ＋２０ｋＶ）である。

【００３１】したがって、１５０ｋＶで加速されたイオ
ンと３０ｋＶで加速されたイオンでない不純物とが第２
加速器８から出て行き、ウエハ処理室１１に入り、載置
台１２に載置されたウエハＷに打ち込まれる。したがっ
て、中性化された不純物と加速された不純物とが異なる
加速電圧でウエハＷに同時に打ち込まれる。

【００３２】ここで、電流計１３により、打ち込まれた
イオンの電流値が測定される。ただし、イオンでない不
純物については電流値に反映されない。したがって、電
流計によって、加速電圧１５０ｋＶで加速されたイオン
のドーズ量を求めることができる。また、イオンでない
不純物は、加速電源６の電流値と電流計１３の電流値と
から、イオンに対する比率を求めることができるので、
イオンでない不純物についても比例計算によりドーズ量
を計算することができる。

【００３３】また、イオンとイオンでない不純物との量
を比率制御部１４に送り、イオンとイオンでない不純物
との量の比率が所望の比率になっていなければ、ビーム
中性化部７の電子放出量を調整することにより、すなわ
ち、イオンでない不純物の比率を大きくする場合には、
電子放出量を多くし、イオンでない不純物の比率を小さ
くする場合には、電子放出量を少なくすることにより、
正確に異なる加速電圧でのイオン注入を同時に行うこと
ができる。

【００３４】上記のようにして一つのウエハＷにイオン
注入を行った後に、回転軸１２ａを中心に載置台１２を
回転して次のウエハＷを照射位置に移動する。その後、
次のウエハＷに対して上記と同様にして異なる加速電圧
でのイオン注入を同時に行う。本発明のイオン注入装置
では、載置台の機構については限定がなく、例えば、載
置台が水平移動するだけでイオン注入が走査できる、い
わゆるハイブリッドの装置についても適用することがで
きる。

【００３５】このように本発明のイオン注入装置では、
異なる加速電圧でのイオン注入を同時に行うことができ
るので、同一の不純物を異なる深さにイオン注入する場
合に、作業が煩雑とならず、スループット良く処理を行
うことができる。

【００３６】本発明は上記実施の形態に限定されず種々
変更して実施することが可能である。例えば、各部材の
材質、寸法、加速電圧などについては上記実施の形態に
限定されず種々変更することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
オン化した不純物を第１の加速電圧で加速し、その不純
物の一部を中性化した後に、中性化されておらず第１の
加速電圧で加速された不純物を第２の加速電圧で加速
し、第１の加速電圧で加速された中性化された不純物と
第１及び第２の加速電圧で加速された不純物とを被処理
体に同時に打ち込むので、同一の不純物を異なる深さに
イオン注入する場合に、作業が煩雑とならず、スループ
ット良く処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るイオン注入装置の
概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１…不純物ガス源 ２…イオン源 ３…引出し電源 ４…質量分析器 ５…第１加速器 ６…加速電源 ７…ビーム中性化部 ８…第２加速器 ９…磁束電流計 １０…バイアスリング １１…ウエハ処理室 １２…載置台 １２ａ…回転軸 １３…電流計 １４…比率制御部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体に対して不純物のイオンビーム
   を照射してイオン注入を行う装置であって、 イオン化した不純物のうちイオン注入する不純物を分離
   する分離手段と、 分離した不純物を第１の加速電圧で加速する第１加速手
   段と、 前記第１の加速電圧で加速された不純物の一部を中性化
   する中性化手段と、 中性化されておらず前記第１の加速電圧で加速された不
   純物を第２の加速電圧で加速する第２加速手段と、 加速された不純物を打ち込むことができる位置に配置さ
   れ、前記被処理体を載置する載置手段と、を具備し、 前記第１の加速電圧で加速された中性化された不純物と
   前記第１及び第２の加速電圧で加速された不純物とを前
   記被処理体に同時に打ち込むことを特徴とするイオン注
   入装置。
2. 【請求項２】 前記中性化手段は、電子を放出してイオ
   ンを中性化することを特徴とする請求項１記載のイオン
   注入装置。
3. 【請求項３】 中性化された不純物、並びに前記第１及
   び第２の加速電圧で加速された不純物のそれぞれのドー
   ズ量を求める算出手段を具備することを特徴とする請求
   項１記載のイオン注入装置。
4. 【請求項４】 中性化された不純物、並びに前記第１及
   び第２の加速電圧で加速された不純物の比率に応じて前
   記中性化手段を制御する制御手段を具備することを特徴
   とする請求項１記載のイオン注入装置。
5. 【請求項５】 前記載置手段は、複数の被処理体を載置
   することが可能であり、回転可能に構成されていること
   を特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
6. 【請求項６】 被処理体に対して不純物のイオンビーム
   を照射してイオン注入を行う方法であって、 イオン化した不純物のうちイオン注入する不純物を分離
   する分離工程と、 分離した不純物を第１の加速電圧で加速する第１加速工
   程と、 前記第１の加速電圧で加速された不純物の一部を中性化
   する中性化工程と、 中性化されておらず前記第１の加速電圧で加速された不
   純物を第２の加速電圧で加速する第２加速工程と、 前記第１の加速電圧で加速された中性化された不純物と
   前記第１及び第２の加速電圧で加速された不純物とを前
   記被処理体に同時に打ち込む工程と、を具備することを
   特徴とするイオン注入方法。