JP2002134060A

JP2002134060A - イオン注入装置

Info

Publication number: JP2002134060A
Application number: JP2000330827A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Wada; 隆宏和田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン注入時の低エネルギーコンタミネーショ
ンを有効に除去する。【解決手段】イオンソース部１より出射したイオンビー
ムが質量分析部２を通過することによって特定のイオン
種が選択され、選択されたイオンビームが加速部３によ
って加速されて所定の注入エネルギーとなされた状態
で、エンドステーション部６に置かれた半導体基体１１
の面上に到達することで、半導体基体へのイオン注入が
行われる。この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２２が設け
られる。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、イオンビームが半導体基体内に注入される。コンタ
ミネーションの基体内部への注入を阻止できるから、薄
いゲート酸化膜の場合でもこの酸化膜を透過してコンタ
ミネーションが注入されるおそれがなくなり、酸化膜の
耐圧低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、イオン注入装置
に関する。詳しくは、半導体基体に注入されるイオンビ
ームの進入経路上に、注入イオンビーム中に含まれる低
エネルギーコンタミネーションを除去する除去手段を設
けることで、低エネルギーコンタミネーションが半導体
基体中に注入されるのを効率よく除去して、デバイス構
造のシュリンク化に対応できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基体（ウェハー）中に不純物元素
を注入してＰＮ接合を形成したりするときに使用する不
純物注入装置としてイオン注入装置が知られている。こ
のうち、特に中エネルギー（１０〜４００ｋｅＶ程度）
のイオン注入装置としては、図５に示す構造のものがよ
く知られている。

【０００３】この例で示すイオン注入装置１０は枚葉式
のイオン注入装置であって、図５のようにイオンソース
部１、質量分析部２、加速部３、Ｑレンズ部４、スキャ
ン部５およびエンドステーション部（Ｅ／Ｓ部）６で構
成されている。エンドステーション部６内には、枚葉式
であるため不純物を注入すべき１枚のウェハー１１が収
めれられている。

【０００４】イオンソース部１には、図示はしないが周
知のようにイオン源と、このイオン源を駆動する電源な
どが設けられており、イオン源から飛び出した（出射し
た）イオンビームは質量分析部２に設けられたマグネッ
トの作用で、目的とするイオン種が選択される。

【０００５】選択されたイオンビームは加速管で構成さ
れた加速部３によって加速されるが、このときイオンビ
ームのウェハー１１への注入すべき深さと注入量が、加
速部３に印加する加速電圧などによって制御される。例
えばイオンビームに加えるエネルギーが１５０ｋｅＶと
なるように制御される。加速されたイオンビームはＱレ
ンズ部４で収束され、収束されたイオンビームはさらに
スキャン部５においてＸ軸方向にスキャンされる。ウェ
ハー１１への均一な注入を行うため、エンドステーショ
ン部６に載置されたウェハー１１もＹ軸方向へのスキャ
ンが行われ、この相互スキャニングによって均一なイオ
ン注入を達成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年のデバ
イス構造のシュリンク（縮小化）に伴って、ウェハー１
１へのイオン注入の深さも次第に浅くなってきている。
これに伴って特にゲートしきい値電圧を調整するための
不純物をウェハー１１内に注入するときに使用される酸
化膜（例えばＳiＯ2膜）の厚みも薄くなる傾向にある。

【０００７】この酸化膜の厚みが薄くなると、注入イオ
ンビーム中に含まれる低エネルギーのコンタミネーショ
ン（不純物）も同時にウェハー１１内に注入されること
があり、この不純物の注入によるゲート酸化膜の耐圧低
下が問題となってきている。

【０００８】ここで、図５のようにイオンビームは加速
部３，Ｑレンズ部４、スキャン部５などを通過してから
ウェハー１１の置かれているエンドステーション部６ま
で到達する。

【０００９】その間イオンビームの一部は中心部から外
れ、外れた一部のイオンビームが加速部３やＱレンズ部
４などの金属内壁（ビームライン側壁）に衝突する。こ
のビームライン側壁へのイオンビームのスパッタリング
によって、ビームライン構造物の組成物質であるアルミ
ニウム、タングステン、モリブデンなどの金属イオンが
飛散する。これらの金属イオンは、本来の注入用イオン
ビームに対しては不純物（コンタミネーション）であ
り、しかもその注入エネルギーは低い。

【００１０】このような低エネルギーのコンタミネーシ
ョンも、本来のイオン種であるイオンビームと共にウェ
ハー１１の注入面に到達する。上述したようにデバイス
構造のシュリンクに伴って酸化膜の膜厚が薄くなる傾向
にあるから、低エネルギーのコンタミネーションの場合
でも膜厚が薄いためにこの酸化膜を透過してウェハー１
１中に注入されてしまう。このようなコンタミネーショ
ンがウェハー１１に注入されるとゲート酸化膜の耐圧が
低下する。

【００１１】またこのようなコンタミネーションの注入
が行われると、固体撮像素子として使用されているＣＣ
Ｄ用のウェハーなどである場合には、コンタミネーショ
ン注入部分が丁度結晶欠陥部分と同じようになって、そ
の部分が撮像エリア内であるとこれが白キズとなってし
まう。

【００１２】したがって耐圧を上げたり、白キズの発生
を防止するためには、低エネルギーのコンタミネーショ
ンがウェハーに注入されないようにしなければならな
い。

【００１３】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、イオンビーム中に含まれる低
エネルギーのコンタミネーションを除去できるイオン注
入装置を提案するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１に記載したこの発明に係るイオン注入装置
では、イオンソース部より出射したイオンビームが質量
分析部を通過することによって特定のイオン種が選択さ
れ、選択されたイオンビームが加速部によって加速され
て所定の加速エネルギーとなされた状態で、エンドステ
ーション部に置かれた半導体基体面上に到達すること
で、上記半導体基体へのイオン注入が行われると共に、
このイオンビームの経路上に、低エネルギーのコンタミ
ネーション除去手段が設けられ、この除去手段によって
上記イオンビームに含まれる低エネルギーのコンタミネ
ーションが除去された状態で、上記イオンビームが上記
半導体基体面上に到達するようにしたことを特徴とす
る。

【００１５】この発明では、イオンビームがウェハーに
到達するまでのビーム進入経路上にコンタミネーション
除去手段を配置する。コンタミネーション除去手段とし
ては、膜厚の薄いフィルム（薄膜フィルム）をビーム進
入経路上に置くか、低エネルギーを減速させる減速手段
（減速フィルタ）を置く。

【００１６】薄膜フィルムとしては、イオンビームが加
速部などを通過するときに、一部のイオンビームによる
加速部壁面（内壁面）へのスパッタリングによって飛散
した低エネルギーのコンタミネーションを阻止できるよ
うな膜厚のフィルムを使用する。この薄膜フィルムによ
って低エネルギーのコンタミネーションがウェハーまで
到達するのを阻止できる。

【００１７】また、低エネルギー減速手段は、イオンビ
ームを減速させるような極性（イオンビームと同極性）
に選ばれた電場を形成する。この電場を通過するイオン
ビームのうち低エネルギーのイオンビームをこの電極に
よる電場で大幅に減速させることで、低エネルギーコン
タミネーションがウェハーまで到達しても、酸化膜を透
過してウェハー面内に注入されないようにする。

【００１８】このコンタミネーション除去手段を設ける
ことで、酸化物の膜厚が薄くてもウェハー中にこのコン
タミネーションが注入されるのを効果的に防止できるか
ら、酸化膜の耐圧が向上することになる。

【００１９】低エネルギーコンタミネーション除去手段
を設けると、本来のイオンビームの注入エネルギーも減
少するので、その分加速部に加える加速電圧を高めに設
定する。例えば通常の注入エネルギーが１５０ｋｅＶに
選ばれているとき、除去したいコンタミネーションのエ
ネルギーが２０ｋｅＶであったとすると、２０ｋｅＶ以
下の低エネルギーコンタミネーションを除去するときに
は、本来の注入エネルギーが１７０ｋｅＶ以上になるよ
うに加速電圧を調整すればよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】続いて、この発明に係るイオン注
入装置の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
イオン注入装置としては、ウェハーを１枚ごとに処理す
る枚葉式と、複数枚のウェハーを処理するバッチ式とが
知られている。

【００２１】図１はこの発明に係るイオン注入装置を枚
葉式に適用した場合の実施の形態を示す。この実施の形
態においても、その基本構成は従来の構成を踏襲する。

【００２２】したがって、このイオン注入装置１０も、
イオンソース部１、質量分析部２、加速部３、Ｑレンズ
部４、スキャン部５およびエンドステーション部（Ｅ／
Ｓ部）６で構成される。エンドステーション部６内に
は、枚葉式であるため不純物（選択されたイオン種）を
注入すべき１枚のウェハー１１が収めれられている。

【００２３】イオンソース部１より出たイオンビームは
質量分析部２を通過することで、特定のイオン種が選択
される。つまり、この質量分析部２に設けられたマグネ
ットに所定の電流を流して磁界を発生させることで、特
定の質量を持った目的のイオン種を選択することができ
る。

【００２４】選択されたイオンビームは加速部３によっ
て所定の注入エネルギーとなるように加速される。注入
エネルギーはどのような深さのＰＮ接合を得るかなどに
よって異なる。

【００２５】例えばＭＯＳ用のウェハーであって、薄い
ゲート酸化膜が生成されたものでは、注入エネルギーと
しては通常１５０〜２００ｋｅＶ程度のエネルギーを必
要とする。したがってそのような場合には、ウェハー１
１の注入面上でこのようなエネルギーをもって到達（衝
突）するように、加速部３に印加する加速電圧を選ん
で、イオンビームを加速する。

【００２６】加速されたイオンビームはＱレンズ部４で
収束され、収束されたイオンビームはさらにスキャン部
５においてＸ軸方向にスキャンされる。ウェハー１１へ
の均一な注入を行うため、エンドステーション部６に載
置されたウェハー１１もＹ軸方向へのスキャンが行わ
れ、この相互スキャニングによって均一なイオン注入が
行われる。

【００２７】このように構成されたイオン注入装置１０
にあっては、加速部３を始めとしてＱレンズ部４および
スキャン部５などは何れも金属部材で構成されている。
一方、イオンビームが加速部３，Ｑレンズ部４、スキャ
ン部５などを通過するとき、収束しきれなかったイオン
ビームの一部がこれら部材の内壁面（ビームライン壁
面）に衝突する。このイオンビームによるビームライン
壁面への衝突（スパッタリング）によって、ビームライ
ン壁面の金属組成物のイオン（アルミニウム、タングス
テン、モリブデンなどの金属イオン）がビームライン壁
面の内部に飛散する。

【００２８】この飛散した金属イオンは、本来の注入用
イオンとは異なるものであるから、本来のイオンビーム
からするとコンタミネーション（不純物）となる。また
このコンタミネーションはスパッタリングによって発生
したものであるから、その注入エネルギーは低く、一般
的には２０ｋｅＶ以下である。この低エネルギーコンタ
ミネーションも本来のイオンビームの中に含まれた状態
でエンドステーション部６まで到達してしまう。

【００２９】この発明ではこの低エネルギーのコンタミ
ネーションに対する除去手段が設けられる。この実施の
形態においては、低エネルギーのコンタミネーション除
去手段２０として薄膜フィルム２２が使用される。薄膜
フィルム２２を使用する場合にはこの除去手段２０はエ
ンドステーション部６内に配置される。この例では、ウ
ェハー１１のイオン注入面に接近した位置に配置されて
いる。

【００３０】薄膜フィルム２２として、この実施の形態
ではウェハー１１の直径を含む幅を有したロール状のフ
ィルムが使用され、これが供給リール２４ａと巻き取り
リール２４ｂとの間に巻き付けられている。これら一対
のリール２４ａ、２４ｂ若しくは巻き取りリール２４ｂ
は外部からの指令で所定注入回数ごとに駆動されて、イ
オンビームが当たるフィルム面が刷新される。

【００３１】薄膜フィルム２２としては、イオンビーム
が加速部などを通過するときに、一部のイオンビームに
よる加速部壁面（内壁面）へのスパッタリングによって
飛散した低エネルギーのコンタミネーションを除去でき
るような膜厚のフィルムを使用する。具体的には、その
厚みが１０〜５０ｎｍ程度となされた高分子フィルムが
使用される。

【００３２】したがって、イオンビーム中に含まれる低
エネルギーのコンタミネーションはこの薄膜フィルム２
２によってその通過が阻止されるので、低エネルギーの
コンタミネーションがウェハー１１まで到達するのを阻
止できる。また、低エネルギーのコンタミネーションの
一部がこの薄膜フィルム２２を通過したとしても、この
薄膜フィルム２２によってその注入エネルギーは相当減
衰される。その結果、ウェハー１１に形成された酸化膜
が非常に薄いものであっても、この酸化膜を透過して低
エネルギーのコンタミネーションがウェハー１１内に注
入されるおそれはない。

【００３３】上述した薄膜フィルム２２はロール状では
なく、ウェハー１１を含むような大きさに切断された１
枚ごとのフィルムを所定のイオン注入回数ごとに交換し
ながら使用することもできる。

【００３４】図２に示すこの発明に係る他の実施の形態
は、上述した低エネルギーコンタミネーション除去手段
２０として、ビームエネルギーの減速手段（つまり減速
フィルタ）２６を使用した場合である。ビームエネルギ
ー減速手段２６としては、コンタミネーションのイオン
ビームを減速させるような極性（イオンビームと同極
性）に選ばれた電場を形成すればよいので、この場合に
は減速電場形成用の電極が配置される。

【００３５】電場の形成はイオンビームをスキャンする
前が都合がよいので、この実施の形態では図２に示すよ
うにスキャン部５の内部であって、イオンビームがスキ
ャンされない場所に配置される。「＋」印で示す電極２
６としては板状若しくはリング状の電極を使用すること
ができる。

【００３６】この電極２６に所定の電圧を印加してプラ
スの電場を作り、そこを低エネルギーのコンタミネーシ
ョンを含むイオンビームを通過させる。この電場を通過
するとき、全てのイオンビームが減速される。特に、低
エネルギーのコンタミネーションのイオンビームが大き
く減衰される。

【００３７】例えば上述したようにスパッタリングによ
って発生するコンタミネーションが持っている注入エネ
ルギーが２０ｋｅＶ程度であるときには、この注入エネ
ルギーを十分減衰させられるようにするため、それに見
合った減速電圧が電極２６に印加される。

【００３８】このように電極２６に印加した電圧によっ
て形成されたこの電場によって、イオンビームのうち低
エネルギーのイオンビームを大幅に減速させることがで
きるから、低エネルギーコンタミネーションがウェハー
１１のイオン注入面まで到達しても、イオン注入面に形
成された酸化膜を透過して基体中にこのコンタミネーシ
ョンが注入されることはない。

【００３９】低エネルギーコンタミネーションを減衰さ
せる減速手段２６を設けると、本来のイオンビームの注
入エネルギーも減少してしまうので、その分加速部３に
加える加速電圧を高めに設定する。例えば通常の注入エ
ネルギーが１５０ｋｅＶに選ばれているとき、除去した
いコンタミネーションの注入エネルギーが上述したよう
に２０ｋｅＶであったとき、２０ｋｅＶ以下の低エネル
ギーコンタミネーションを大幅に減衰させるには、本来
の注入エネルギーが１７０ｋｅＶ以上になるように加速
電圧を調整すればよい。

【００４０】図３はこの発明に係るさらに他の実施の形
態を示す。この実施の形態はバッチ式のイオン注入装置
に適用した場合である。したがってエンドステーション
部６には図示するようなディスク（円盤）３２が設けら
れ、その円周上に複数のウェハー１１が取り付けられて
いる。

【００４１】また、スキャン部５を通過したイオンビー
ムは、このディスク３２に取り付けられた特定のウェハ
ー、この例ではＹ軸（矢印図示）に位置するウェハー１
１ａ上にイオンビームが到達するように、それぞれの相
対的な位置関係が選ばれている。但し、このバッチ式で
はイオンビームを特にスキャンする必要がないので、ス
キャン部５を省略することもできる。

【００４２】回転円盤３２は所定速度で回転した状態で
Ｙ軸方向（矢印で図示）にもスキャンできるように構成
され、この回転とＹ軸方向へのスキャンンとで、全ウェ
ハー１１へのイオン注入を均一に行うことができる。

【００４３】このイオン注入装置１０において、エンド
ステーション部６内であって、しかもディスク３２と対
向する位置に低エネルギーコンタミネーション用の除去
手段２０が設けられる。図の実施の形態では、薄膜フィ
ルム２２が配置される。薄膜フィルム２２はディスク３
２の中心軸を跨いでその直径方向に延在するように配さ
れる。薄膜フィルム２２は図１に示したのと同じ構成の
ロール状フィルムを使用することができる。したがって
その構成は図１の構成をそのまま利用することができ、
この実施の形態では特定のウェハー、この例では天頂に
あるウェハー１１ａを覆う位置にこのウェハー１１ａを
カバーするように配置されている例を示す。もちろん、
このウェハー１１ａよりも幅狭の薄膜フィルムを使用す
ることもできる。

【００４４】図４はバッチ式のイオン注入装置に、低エ
ネルギーコンタミネーション除去手段としてビームエネ
ルギー減速手段２６を採用したときの実施の形態を示
す。この場合においても図２で説明したように、例えば
スキャン部５の内部に減速手段２６が配される。この減
速手段２６としては、上述例と同じく低エネルギーコン
タミネーションのイオンビームを減衰させるための電場
形成用の電極が使用される。この場合においても、スキ
ャン部５は省略でき、その場合はエンドステーション部
６の前段に減速手段２６を配置すればよい。

【００４５】図３および図４の実施の形態の場合におい
ても、低エネルギーのコンタミネーションを阻止若しく
は大幅に減衰させることができるので、コンタミネーシ
ョンがウェハー１１内に注入されることはない。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明では、イオ
ンビームをウェハーに注入するときに発生する低エネル
ギーのコンタミネーションを除去できるように構成した
ものである。

【００４７】これによれば、ウェハーにイオンビームが
到達する前に低エネルギーのコンタミネーションを阻止
若しくは大幅に減衰させることができるので、コンタミ
ネーションがウェハー内に注入されるおそれはない。

【００４８】そのため、ゲート酸化膜などが非常に薄く
なされたウェハーにイオン注入を行う場合には、このゲ
ート酸化膜を透過して低エネルギーのコンタミネーショ
ンが基体内に注入されることがないので、コンタミネー
ションの注入によって発生するゲート酸化膜の耐圧低下
の問題を解消できる。

【００４９】また、ＣＣＤ用のウェハーとして使用され
る場合には、コンタミネーションのイオンが注入された
領域が撮像領域であるようなときには、その領域を撮像
すると白キズが発生したようになってしまうが、この発
明によればこのコンタミネーションの注入をほぼ確実に
阻止できるから、白キズの発生を防止できる実益を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオン注入装置の第１の実施の
形態を示す要部の構成図である。

【図２】この発明に係るイオン注入装置の第２の実施の
形態を示す要部の構成図である。

【図３】この発明に係るイオン注入装置の第３の実施の
形態を示す要部の構成図である。

【図４】この発明に係るイオン注入装置の第４の実施の
形態を示す要部の構成図である。

【図５】従来のイオン注入装置の構成図である。

【符号の説明】

１０・・・イオン注入装置、１・・・イオンソース部、
２・・・質量分析部、３・・・加速部、４・・・Ｑレン
ズ部、５・・・スキャン部、６・・・エンドステーショ
ン部、１１・・・ウェハー、２０・・・低エネルギーコ
ンタミネーション除去手段、２２・・・薄膜フィルム、
２６・・・ビームエネルギー減速手段（電極）、３２・
・・ディスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンソース部より出射したイオンビー
ムが質量分析部を通過することによって特定のイオン種
が選択され、選択されたイオンビームが加速部によって
加速されて所定の注入エネルギーとなされた状態で、エ
ンドステーション部に置かれた半導体基体面上に到達す
ることで、上記半導体基体へのイオン注入が行われると
共に、このイオンビームの経路上に、低エネルギーのコンタミ
ネーション除去手段が設けられ、この除去手段によって上記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除去された状態で、上
記イオンビームが上記半導体基体面上に注入されるよう
にしたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】上記除去手段として、膜厚の薄いフィル
ムが使用されたことを特徴とする請求項１記載のイオン
注入装置。
【請求項３】上記除去手段としてフィルムが使用され
るときには、上記エンドステーション部に上記除去手段
が配置されたことを特徴とする請求項２記載のイオン注
入装置。
【請求項４】上記フィルムはロール状に巻かれ、所定
回数ごとに上記フィルムが巻き取られることを特徴とす
る請求項２記載のイオン注入装置。
【請求項５】上記除去手段として、ビームエネルギー
減速手段が使用されたことを特徴とする請求項１記載の
イオン注入装置。
【請求項６】上記ビームエネルギー減速手段は、上記
イオンビームと同極性の電圧が印加される電極で構成さ
れたことを特徴とする請求項５記載のイオン注入装置。
【請求項７】上記電圧は、リング状電極であることを
特徴とする請求項６記載のイオン注入装置。
【請求項８】上記除去手段として、ビームエネルギー
減速手段を使用するときには、このビームエネルギー減速手段は上記スキャン部の前段
に配置されることを特徴とする請求項５記載のイオン注
入装置。