JP2002343735A

JP2002343735A - イオン注入機

Info

Publication number: JP2002343735A
Application number: JP2001142920A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Todoroki; 正和轟木; Katsuhiro Ono; 勝浩大野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2002-11-29
Anticipated expiration: 2021-05-14
Also published as: JP4649773B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反応生成物の堆積を抑制し、メンテナンスを軽
減することができるようにする。【解決手段】イオン注入機は、ソースチャンバー１と前
段加速管２とアナライザー３と後段加速管４とイオン注
入室５を備えている。ソースチャンバー１で発生したイ
オンは、アナライザー３と加速管２，４とドーズカウン
タ８を通して半導体ウェハ７に照射されイオン注入が行
われる。イオンが通過する通路１５の内壁には反応生成
物付着抑制膜９がコーティングされている。反応生成物
付着抑制膜９はセラミックの膜またはシリコンの膜であ
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機に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造技術の一つとしてイオ
ン注入がある。イオン注入はイオン注入機で加工を行っ
ており、その一例を図７，８に示す。ソースチャンバー
５０と前段加速管５１とアナライザー５２と後段加速管
５３とドーズカウンタ（ファラデー）５４を備えてい
る。そして、ソースチャンバー５０で発生したイオン
は、前段加速管５１→アナライザー５２→後段加速管５
３→ドーズカウンタ（ファラデー）５４→半導体ウェハ
５５へと通過していく。このイオン通過過程において、
イオン種の種類に関係なく反応生成物（イオン種の酸化
物等）６０がイオン通路の内壁に付着・堆積し、この堆
積した反応生成物６０が剥がれ落ちてパーティクルとな
ってウェハ５５に付着してしまう。ウェハ５５でのイオ
ン注入予定箇所にパーティクルが付着した場合にはこの
箇所にイオンが打ち込まれなくなる。また、ドーズカウ
ンタ５４でのイオン通路の内壁に反応生成物６０ａが付
着・堆積した場合に、その堆積した反応生成物（堆積
物）６０ａに電荷が蓄積されて起こる放電によりドーズ
カウンタ５４の計測値に誤差が生じてしまい目的のドー
ズ量を得るためのイオン注入を行うことができないとい
う問題が発生する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下になされたものであり、その目的は、反応生成物
の堆積を抑制し、メンテナンスを軽減することができる
ようにすることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の問題は反応生成物
がイオン通路の内壁に堆積することが原因であるという
点に着目し、以下のようにした。

【０００５】請求項１に記載のイオン注入機において
は、イオンが通過する通路の内壁を反応生成物付着抑制
膜でコーティングしたことを特徴としている。よって、
イオン通過過程において反応生成物（イオン種の酸化物
等）がイオン通路の内壁に堆積しようとするが、反応生
成物付着抑制膜をコーティングした通路の内壁において
は反応生成物の堆積が抑制され、メンテナンスを軽減す
ることができるようになる。

【０００６】また、請求項２に記載のように、反応生成
物付着抑制膜としてセラミックの膜またはシリコンの膜
を用いるとよい。請求項３に記載のイオン注入機におい
ては、ソースヘッドとソースチャンバーの内壁との間
に、遮蔽部材を配置したことを特徴としている。よっ
て、イオン通過過程において反応生成物（イオン種の酸
化物等）がイオン通路の内壁に堆積しようとするが、ソ
ースヘッドとソースチャンバーの内壁との間に配置した
遮蔽部材によりイオン通路の内壁での反応生成物の堆積
が抑制され、メンテナンスを軽減することができるよう
になる。

【０００７】ここで、請求項４に記載のように、遮蔽部
材の内壁を反応生成物脱落抑制膜でコーティングする
と、遮蔽部材の内壁に堆積した反応生成物が剥がれ落ち
るのを抑制することができる。

【０００８】また、請求項５に記載のように、遮蔽部材
を冷却すると、遮蔽部材の内壁に反応生成物が堆積しや
すくなり、イオン通路の内壁への堆積をより抑制するこ
とができる。

【０００９】請求項６に記載のイオン注入機において
は、イオンが通過する通路にクリーニングガスを導入す
るようにしたことを特徴としている。よって、イオン通
過過程において反応生成物（イオン種の酸化物等）がイ
オン通路の内壁に堆積しようとするが、クリーニングガ
スにて内壁に堆積した反応生成物を除去することにより
イオン通路の内壁での反応生成物の堆積が抑制され、メ
ンテナンスを軽減することができるようになる。

【００１０】ここで、請求項７に記載のように、クリー
ニング中は真空形成用ポンプ以外の排気専用のポンプを
駆動すると、実用上好ましいものとなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。図１に、本実施の形態
におけるイオン注入機の概略構成図（平面図）を示す。
また、図２にはイオン注入機の斜視図を示す。ただし、
図２においては図１で符号５に示す部材は省略した。

【００１２】イオン注入機は、ソースチャンバー１と前
段加速管２とアナライザー３と後段加速管４とイオン注
入室５を備えている。ソースチャンバー１にはソースヘ
ッド６が差し込まれており、ソースヘッド６から材料ガ
スがソースチャンバー１に導入される。ソースチャンバ
ー１で発生したイオンは前段加速管２において加速され
る。この加速されたイオンはアナライザー３において選
別され、目的のイオンが後段加速管４に送られる。後段
加速管４でイオンが加速されてイオン注入室５に送られ
る。

【００１３】イオン注入室５において、半導体ウェハ７
が配置されるとともに、半導体ウェハ７へのイオンビー
ム形成路にはドーズカウンタ（ファラデー）８が配置さ
れている。このドーズカウンタ（ファラデー）８により
ドーズ量が計測される。

【００１４】このように、ソースチャンバー１で発生し
たイオンが、少なくともアナライザー３と加速管２，４
とドーズカウンタ８を通して半導体ウェハ７に照射され
てイオン注入が行われる。なお、イオン通路は図示しな
い真空ポンプを用いて真空にされている。

【００１５】ここで、本実施形態においては、反応生成
物の堆積を抑制するとともにメンテナンスの簡易化を図
る目的で次の（i），（ii），（iii）の工夫をしてい
る。なお、ここでの反応生成物とは、例えばイオン種が
真空中の不純物と反応して生成したものであり、具体的
には例えばイオン種がリンならば酸化リン、また、イオ
ン種がボロンならば酸化ボロンである。

【００１６】まず、（i）として、イオンが通過する通
路１５（図１参照）の内壁を反応生成物付着抑制膜９で
コーティングしている。この反応生成物付着抑制膜９は
セラミックの膜またはシリコンの膜である。詳しくは、
ソースチャンバー１、アナライザー３、加速管２，４の
内壁にセラミック膜のコーティングまたはシリコン膜の
コーティングを施している。この膜９は反応生成物が付
着して堆積するのを抑制するとともにイオンが浸透する
のを防止する機能を有する。

【００１７】このようにして、（i）においては、イオ
ン通過過程において反応生成物（イオン種の酸化物等）
がイオン通路の内壁に堆積しようとするが、反応生成物
付着抑制膜９をコーティングした通路の内壁においては
反応生成物の堆積が抑制される。これにより、堆積した
反応生成物が剥がれ落ちてパーティクルとなってウェハ
に付着することを起こしにくくすることができる。ま
た、反応生成物の堆積を抑制できるので、手作業にてイ
オン通路の内壁に堆積した反応生成物を取り除く作業
（装置メンテナンス）の周期を長くすることができ、メ
ンテナンスを軽減することができる。また、膜９によ
り、イオン経路を構成する部材へのイオンの浸透を抑制
することができ、これにより、イオンが浸透し当該イオ
ンが再びイオン経路に戻ってウェハに達するという不具
合を防止することができる。

【００１８】また、（ii）として、ソースヘッド６とソ
ースチャンバー１の内壁との間に、遮蔽部材（シールド
部材）１０を配置している。遮蔽部材１０は、図２に示
すように、箱型をなし、ステンレス鋼板材よりなる。こ
の遮蔽部材１０は、容易に交換できるようになってお
り、遮蔽部材１０の内壁に反応生成物が所定量堆積する
と交換される。また、図１に示すごとく、この遮蔽部材
１０の内壁は反応生成物脱落抑制膜１１でコーティング
されている。反応生成物脱落抑制膜１１として、アルミ
薄膜を用いている。さらに、遮蔽部材１０の外側のジャ
ケット部１２に冷却液を通過させることにより遮蔽部材
１０を冷却するようにしている。このように遮蔽部材１
０を冷却すると、イオン種が真空中の不純物と反応して
遮蔽部材１０に付着する際に冷えていることより動きに
くくなり付着しやすくなる。このようにして、ソースチ
ャンバー１の内壁への堆積を抑制するために遮蔽部材１
０を取り付け、さらに、遮蔽部材１０にコーティングを
施し反応生成物が剥がれ落ちるのを防ぐとともに、遮蔽
部材１０を冷却し反応生成物の吸着効率を上げるように
している。

【００１９】この（ii）により、イオン通過過程におい
て反応生成物（イオン種の酸化物等）がイオン通路の内
壁に堆積しようとするが、ソースヘッド６とソースチャ
ンバー１の内壁との間に配置した遮蔽部材１０によりイ
オン通路の内壁での反応生成物の堆積が抑制され、手作
業にてイオン通路の内壁に堆積した反応生成物を取り除
く作業（装置メンテナンス）の周期を長くすることがで
き、メンテナンスを軽減することができる。また、遮蔽
部材１０を交換するだけでよいので装置メンテナンスの
簡易化を図ることができる。さらに、遮蔽部材１０の内
壁を反応生成物脱落抑制膜１１でコーティングすること
により、遮蔽部材１０の内壁に堆積した反応生成物が剥
がれ落ちるのを抑制することができる。さらに、遮蔽部
材１０を冷却することにより、遮蔽部材１０の内壁に反
応生成物が堆積しやすくなり、イオン通路の内壁への堆
積をより抑制することができる。

【００２０】なお、遮蔽部材１０の材質としてアルミを
用いてもよい。また、（iii）として、図１に示すよう
に、ソースヘッド６からクリーニングガス（エッチング
ガス）を導入できるようにするとともに、後段加速管４
とイオン注入室５との間にイオン通路形成部材１３を挿
入し、このイオン通路形成部材１３に排気ポンプ１４を
設置している。このように、イオンが通過する通路にク
リーニングガスを導入するようにしている。クリーニン
グガスとしては、例えば、塩素系ガスやフッ素系ガス
（例えば、ＷＦ₆）を挙げることができる。なお、イオ
ン通路形成部材１３を介して排気ポンプ１４をイオン通
路に接続したのは、加速管４は電極を有し絶縁材料にて
側壁を構成しているために金属よりなる排気ポンプを加
速管４に直接設置することができないためである。ま
た、クリーニングを行う時には排気系統をクリーニング
用排気ポンプ１４に切り替えて、クリーニング中は真空
形成用ポンプ以外の排気専用のポンプ１４を駆動する。
このようにして、エッチングガスを導入し、ソースチャ
ンバー１の内部において遮蔽部材１０で保護できない領
域及びアナライザー３、加速管２，４をクリーニングす
る。

【００２１】この（iii）により、イオン通過過程にお
いて反応生成物（イオン種の酸化物等）がイオン通路の
内壁に堆積しようとするが、クリーニングガスにて内壁
に堆積した反応生成物を除去することによりイオン通路
の内壁での反応生成物の堆積が抑制され、手作業にてイ
オン通路の内壁に堆積した反応生成物を取り除く作業
（装置メンテナンス）の周期を長くすることができ、メ
ンテナンスを軽減することができる。また、クリーニン
グガスを流すだけでよいので反応生成物の除去は容易で
ある。

【００２２】次に、図１，２に示すイオン注入機を用い
てイオンを基板に打ち込む例を、図３，４，５，６を用
いて説明する。図３に示すように、シリコン基板２０の
表層部にＮウェル層２１が形成されるとともにＮウェル
層２１の上にゲート酸化膜２２を介してゲート電極２３
が形成されている。さらに、Ｎウェル層２１の表層部に
Ｐ⁺ソース領域２４とＰ⁺ドレイン領域２５が形成されて
いる。ここで、ゲート電極２３の下方におけるＮウェル
層２１の表層部には閾値補正用のＰ⁺領域２６とＰ^-領域
２７，２８が形成されている。閾値補正用の拡散領域２
６，２７，２８を形成する際に、図１，２に示すイオン
注入機を用いるとよい。なお、図３において、ゲート電
極２３の側面にはサイドウォール２９，３０を形成して
いる。

【００２３】閾値補正工程を詳しく説明する。まず、シ
リコン基板２０の表層部にＮウェル層２１を形成した後
において、図４に示すように、Ｐ⁺領域２６を形成すべ
くインジウム（Ｉｎ⁺）を打ち込む。そして、図５に示
すように、ゲート酸化膜２２を介してゲート電極２３を
形成した後、Ｐ^-領域２７，２８を形成すべく斜めの方
向からインジウム（Ｉｎ⁺）を打ち込む。

【００２４】さらに、図６に示すように、Ｐ⁺ソース領
域２４とＰ⁺ドレイン領域２５を形成すべくイオン注入
を行う。トランジスタの閾値補正用のイオン注入を低い
加速電圧によるボロン（Ｂ⁺）で行うと、ボロンは軽い
元素であり、酸化工程や成膜工程での熱により拡散して
しまい目的の閾値電圧Ｖｔを得にくい。これに対し、ボ
ロン（Ｂ⁺）の約１０倍の質量のインジウム（Ｉｎ⁺）を
イオン種として用いることにより容易に閾値電圧Ｖｔの
補正を行うことができる。つまり、同じイオン打ち込み
深さにするためにボロン（Ｂ⁺）の約１０倍の加速電圧
での注入となるため、安定したビーム電流を得ることが
でき注入が安定化する。

【００２５】なお、前述の（i），（ii），（iii）の構
成の全てを採用しなくても少なくとも一つだけでも採用
すれば効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態におけるイオン注入機の概略構成
図。

【図２】実施の形態におけるイオン注入機の斜視図。

【図３】イオンを基板に打ち込む例を説明するための断
面図。

【図４】イオンを基板に打ち込む例を説明するための断
面図。

【図５】イオンを基板に打ち込む例を説明するための断
面図。

【図６】イオンを基板に打ち込む例を説明するための断
面図。

【図７】従来技術を説明するためのイオン注入機の概略
構成図。

【図８】従来技術を説明するためのイオン注入機の斜視
図。

【符号の説明】

１…ソースチャンバー、２…前段加速管、３…アナライ
ザー、４…後段加速管、５…イオン注入室、６…ソース
ヘッド、７…半導体ウェハ、８…ドーズカウンタ（ファ
ラデー）、９…反応生成物付着抑制膜、１０…遮蔽部
材、１１…反応生成物脱落抑制膜、１３…イオン通路形
成部材、１４…排気ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 14/48 Ｃ２３Ｃ 14/48 ＺＨ０１Ｊ 27/02 Ｈ０１Ｊ 27/02 37/04 37/04 Ｚ 37/08 37/08 37/16 37/16 37/18 37/18 37/317 37/317 ＺＦターム(参考） 4G075 AA24 AA52 BA08 BC08 BC10 BD14 CA12 CA39 CA62 DA02 EB01 EB21 EB22 EC06 EC09 EE03 FA11 FB01 FB02 FB04 FC20 4K029 AA06 BA10 CA10 DA09 DE03 5C030 BB09 DE01 DE05 5C033 KK01 KK09 5C034 CC01 CC02 CC03 CC16 CC19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ソースチャンバー（１）で発生したイオ
ンを、少なくともアナライザー（３）と加速管（２，
４）とドーズカウンタ（８）を通して半導体ウェハ
（７）に照射してイオン注入を行うイオン注入機におい
て、イオンが通過する通路（１５）の内壁を反応生成物付着
抑制膜（９）でコーティングしたことを特徴とするイオ
ン注入機。
【請求項２】前記反応生成物付着抑制膜（９）はセラ
ミックの膜またはシリコンの膜であることを特徴とする
請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項３】ソースチャンバー（１）で発生したイオ
ンを、少なくともアナライザー（３）と加速管（２，
４）とドーズカウンタ（８）を通して半導体ウェハ
（７）に照射してイオン注入を行うイオン注入機におい
て、ソースヘッド（６）とソースチャンバー（１）の内壁と
の間に、遮蔽部材（１０）を配置したことを特徴とする
イオン注入機。
【請求項４】前記遮蔽部材（１０）の内壁を反応生成
物脱落抑制膜（１１）でコーティングしたことを特徴と
する請求項３に記載のイオン注入機。
【請求項５】前記遮蔽部材（１０）を冷却するように
したことを特徴とする請求項３に記載のイオン注入機。
【請求項６】ソースチャンバー（１）で発生したイオ
ンを、少なくともアナライザー（３）と加速管（２，
４）とドーズカウンタ（８）を通して半導体ウェハ
（７）に照射してイオン注入を行うイオン注入機におい
て、イオンが通過する通路（１５）にクリーニングガスを導
入するようにしたことを特徴とするイオン注入機。
【請求項７】クリーニング中は真空形成用ポンプ以外
の排気専用のポンプ（１４）を駆動するようにしたこと
を特徴とする請求項６に記載のイオン注入機。