JP2616423B2 - Ion implanter - Google Patents

Ion implanter

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JP2616423B2
JP2616423B2 JP5342447A JP34244793A JP2616423B2 JP 2616423 B2 JP2616423 B2 JP 2616423B2 JP 5342447 A JP5342447 A JP 5342447A JP 34244793 A JP34244793 A JP 34244793A JP 2616423 B2 JP2616423 B2 JP 2616423B2
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ion
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ion beam
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の帯電を防
止する電荷中和機構を有するイオン注入装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implanter having a charge neutralizing mechanism for preventing a semiconductor substrate from being charged.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、従来の電荷中和機構を有するイ
オン注入装置の模式図である(特開昭63−4024
3)。これは負電位電極式電荷中和装置を持つイオン注
入装置である。この図6において、(7)は半導体基板
で電流計(16)を経て接地された金属性の基板保持台
(8)の上に載置されており、ビーム状に集束された正
の電荷(+)をもつ加速イオンが半導体基板(7)の表
面に、走査しながら注入される。基板保持台(8)にお
いて、半導体基板(7)の周囲を取り囲み、且つ半導体
基板(7)の表面と略同一高さの面となる、アルミニウ
ム或いはカーボン製の、基板保持台(8)および半導体
基板(7)と絶縁された絶縁リング(12)が設置され
ている。この絶縁リング(12)と基板保持台(8)と
の間には、高入力インピーダンスの電位計(15)が接
続され、絶縁リング(12)と基板保持台(8)との間
の電位を計測出来るようになっている。この電位計(1
5)により、半導体基板(7)表面の電位に相当する絶
縁リング(12)の電位の状態を把握し、制御装置(1
4)により、電子供給源である負電位電極(6)に印加
される電圧を制御して、負電位電極(6)から放出され
る2次電子量を変えて、半導体基板(7)表面の電位を
ゼロにしている。また、この図中(10)はマスク、
(11)はサプレッサ、(13)はファラデーカップで
ある。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a schematic view of a conventional ion implanter having a charge neutralizing mechanism (Japanese Patent Laid-Open No. 63-4024).
3). This is an ion implanter having a negative potential electrode type charge neutralizer. In FIG. 6, reference numeral (7) denotes a semiconductor substrate mounted on a metal substrate holder (8) grounded via an ammeter (16), and a positive charge ( Accelerated ions having (+) are implanted into the surface of the semiconductor substrate (7) while scanning. In the substrate holder (8), a substrate holder (8) and a semiconductor made of aluminum or carbon, which surround the periphery of the semiconductor substrate (7) and have substantially the same height as the surface of the semiconductor substrate (7). An insulating ring (12) insulated from the substrate (7) is provided. A high input impedance electrometer (15) is connected between the insulating ring (12) and the substrate holder (8), and the potential between the insulating ring (12) and the substrate holder (8) is adjusted. It can be measured. This electrometer (1
According to 5), the state of the potential of the insulating ring (12) corresponding to the potential of the surface of the semiconductor substrate (7) is grasped, and the control device (1)
According to 4), the voltage applied to the negative potential electrode (6), which is an electron supply source, is controlled to change the amount of secondary electrons emitted from the negative potential electrode (6), thereby changing the amount of secondary electrons on the surface of the semiconductor substrate (7). The potential is set to zero. (10) in this figure is a mask,
(11) is a suppressor, and (13) is a Faraday cup.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の方法は、絶縁リ
ング(12)により、半導体基板(7)表面に相当する
電位をモニターし、電位に対応した中和のための電子を
供給することで半導体基板(7)表面の電位をゼロとし
ている。中和のための電子が供給されたイオンビーム
は、図7(a)(b)のようにイオンビームのまわりを
電子が囲んだ形となる。このため半導体基板表面は、電
子が供給されたイオンビームが通過することにより、図
8のように電位変化する。つまり、最初に電子にさらさ
れ、負の電位になる。次にイオンビームにさらされ、負
から正の電位へと変化し、最後に又電子にさらされてゼ
ロの電位となる。高スループット化のためにビーム電流
がアップすると、図8に示したSi基板表面の電位変化
が大きくなる。このため、イオン注入中に繰り返して行
なわれる走査によって、この大きな電位変化が何度も生
じているうちに、ゲート酸化膜の絶縁破壊等の問題を生
じる。
In the conventional method, a potential corresponding to the surface of the semiconductor substrate (7) is monitored by an insulating ring (12) and electrons for neutralization corresponding to the potential are supplied. The potential on the surface of the semiconductor substrate (7) is set to zero. The ion beam supplied with the electrons for neutralization has a shape in which the electrons are surrounded around the ion beam as shown in FIGS. Therefore, the potential of the surface of the semiconductor substrate changes as shown in FIG. 8 when the ion beam supplied with the electrons passes therethrough. That is, they are first exposed to electrons and have a negative potential. Next, it is exposed to the ion beam, changes from a negative potential to a positive potential, and finally is again exposed to electrons to a zero potential. When the beam current increases for higher throughput, the potential change on the Si substrate surface shown in FIG. 8 increases. Therefore, while this large potential change occurs many times due to repeated scanning during ion implantation, problems such as dielectric breakdown of the gate oxide film occur.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、上記課題を解決するもので、電荷中和機構を有する
イオン注入装置において、所定の間隔を持つ複数のイオ
ンビームを射出する機構を有し、前記所定の間隔を持つ
複数のイオンビームを射出する機構がイオンビームを分
割して複数のイオンビームを形成するものであり、前記
イオンビームを分割する機構が正のバイアスを印加した
コリメーターであることを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An ion implantation apparatus according to the present invention solves the above-mentioned problems. In an ion implantation apparatus having a charge neutralizing mechanism, a mechanism for emitting a plurality of ion beams at predetermined intervals is provided. Wherein the mechanism for emitting a plurality of ion beams having the predetermined interval is for splitting the ion beam to form a plurality of ion beams, and the mechanism for splitting the ion beam is provided with a positively biased core. It is characterized by being a meter.

【0005】[0005]

【作用】本発明においては、複数のイオンビームを射出
する機構がイオンビームを分割して複数のイオンビーム
を形成するものであり、かつイオンビームを分割する機
構が正のバイアスを印加したコリメーターで複数本のイ
オンビームで注入することにより、1本1本のビーム電
流値は、1本のイオンビームで注入する場合より下げる
ことができるものである。従ってイオンビームが半導体
基板上を通過した時の半導体基板上の電位変化を小さく
することができ、ゲート酸化膜の絶縁破壊等の問題を防
止できるものである。
In the present invention, the mechanism for emitting a plurality of ion beams is to split the ion beam to form a plurality of ion beams, and the mechanism for splitting the ion beam is a collimator to which a positive bias is applied. By implanting with a plurality of ion beams, the beam current value of each beam can be reduced as compared with the case of implanting with one ion beam. Therefore, a change in potential on the semiconductor substrate when the ion beam passes over the semiconductor substrate can be reduced, and problems such as dielectric breakdown of the gate oxide film can be prevented.

【0006】まず、参考例について図面を参照して説明
する。図1は参考例である電荷中和機構を有するイオン
注入装置の概略図である。図1に示すように、このイオ
ン注入装置は、半導体基板(7)は電流計(16)を経
て接地された金属性の基板保持台(8)の上に載置され
ており、ビーム状に集束された正の電荷(+)をもつ加
速イオンが半導体基板(7)の表面に、走査しながら注
入される。基板保持台(8)において、半導体基板
(7)の周囲を取り囲み、且つ半導体基板(7)の表面
と略同一高さの面となる、アルミニウム或いはカーボン
製の、基板保持台(8)および半導体基板(7)と絶縁
された絶縁リング(12)が設置されている。この絶縁
リング(12)と基板保持台(8)との間には、高入力
インピーダンスの電位計(15)が接続され、絶縁リン
グ(12)と基板保持台(8)との間の電位を計測出来
るようになっている。この電位計(15)により、半導
体基板(7)表面の電位に相当する絶縁リング(12)
の電位の状態を把握し、制御装置(14)により、電子
供給源である負電位電極(6)に印加される電圧を制御
して、負電位電極(6)から放出される2次電子量を変
えて、半導体基板(7)表面の電位をゼロにしているも
のである。
First, a reference example will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of an ion implantation apparatus having a charge neutralization mechanism as a reference example. As shown in FIG. 1, in this ion implantation apparatus, a semiconductor substrate (7) is placed on a metal substrate holder (8) that is grounded via an ammeter (16), and has a beam shape. Focused accelerating ions having positive charges (+) are injected into the surface of the semiconductor substrate (7) while scanning. In the substrate holder (8), a substrate holder (8) and a semiconductor made of aluminum or carbon, which surround the periphery of the semiconductor substrate (7) and have substantially the same height as the surface of the semiconductor substrate (7). An insulating ring (12) insulated from the substrate (7) is provided. A high input impedance electrometer (15) is connected between the insulating ring (12) and the substrate holder (8), and the potential between the insulating ring (12) and the substrate holder (8) is adjusted. It can be measured. By means of the electrometer (15), an insulating ring (12) corresponding to the potential of the surface of the semiconductor substrate (7)
The state of the potential of the electron is grasped, and the voltage applied to the negative potential electrode (6), which is an electron supply source, is controlled by the controller (14) to control the amount of secondary electrons emitted from the negative potential electrode (6). Is changed to zero the potential on the surface of the semiconductor substrate (7).

【0007】図1の参考例の装置は、接地されたコリメ
ーター(9)をマスク(10)の前方に設置している。
なお、この図中(11)はサプレッサ、(13)はファ
ラデーカップである。コリメーター(9)の平面図を図
2に示す。直径4mmの円形の抜けの部分が5cmづつ
間隔をあけて格子状に配置されている。コリメーター
(9)の厚さは5cmである。基板からコリメーター
(9)までの距離は20cmである。入射してきたイオ
ンビームは、このコリメーター(9)により複数のイオ
ンビームに分割された後、電子供給源(6)から供給さ
れた電子と共に半導体基板(7)に注入される。コリメ
ーター(9)を通過したビームは、完全な直線成分のみ
ではなく、コリメーター(9)の抜けの部分のアスペク
ト比が12.5であるので、ビームが広がり、基板に到
達する時には、直径3.6cmのイオンビームとなる。
半導体基板(7)に到達する時のイオンビームは、図3
のような形状となる。図3(a)はビームの平面図であ
り、図3(b)は(a)図のA−B断面図である。
The apparatus of the reference example shown in FIG. 1 has a grounded collimator (9) installed in front of a mask (10).
In this figure, (11) is a suppressor, and (13) is a Faraday cup. FIG. 2 shows a plan view of the collimator (9). Circular holes with a diameter of 4 mm are arranged in a grid at intervals of 5 cm. The thickness of the collimator (9) is 5 cm. The distance from the substrate to the collimator (9) is 20 cm. The incident ion beam is split into a plurality of ion beams by the collimator (9), and then injected into the semiconductor substrate (7) together with the electrons supplied from the electron supply source (6). The beam that has passed through the collimator (9) is not only a perfectly linear component, but also has an aspect ratio of 12.5 through the collimator (9). It becomes an ion beam of 3.6 cm.
The ion beam reaching the semiconductor substrate (7) is shown in FIG.
The shape is as follows. FIG. 3A is a plan view of the beam, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a line AB in FIG.

【0008】[0008]

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図5は本発明の実施例である電荷中和機構を
有するイオン注入装置の模式図である。本発明の図5に
示す実施例において、上記参考例と同様にマスク(1
0)の前方にコリメーター(9)を設置し、イオンビー
ムを分割して注入を行う。コリメーター(9)の円形の
抜け部の大きさ、配置、コリメーター(9)の厚さ及び
基板からコリメーター(9)までの距離は、上記参考例
と同じでものである。コリメーター(9)は、図5のよ
うに正の電位にあり、イオンビームを分割する機構が正
のバイアスを印加したものである。入射してきたイオン
は、コリメーター(9)が正の電位にあるためコリメー
ター(9)と反発しあい、コリメーター(9)を避ける
ような軌道をとる。このためコリメーター(9)に正の
バイアスを、掛けていなかった時には、コリメーター
(9)に衝突していたイオンの一部が、コリメーター
(9)を避け、コリメーター(9)の抜け部を通過出来
るようになる。従って本発明ではコリメーター(9)で
損失するイオンの量を参考例より減らすことができる。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic view of an ion implantation apparatus having a charge neutralizing mechanism according to an embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 5 of the present invention, the mask (1
A collimator (9) is installed in front of 0), and the ion beam is split and implanted. The size and arrangement of the circular hole of the collimator (9), the thickness of the collimator (9), and the distance from the substrate to the collimator (9) are the same as those in the above reference example. The collimator (9) is at a positive potential as shown in FIG. 5, and the mechanism for splitting the ion beam applies a positive bias. The incoming ions repel the collimator (9) because the collimator (9) is at a positive potential, and take an orbit that avoids the collimator (9). Therefore, when a positive bias is not applied to the collimator (9), some of the ions that have collided with the collimator (9) avoid the collimator (9) and pass through the collimator (9). Part can be passed. Therefore, in the present invention, the amount of ions lost in the collimator (9) can be reduced as compared with the reference example.

【0009】Nチャネルトランジスタのソースドレイン
を形成するために、ゲート電極のセルファラインにてA
sを加速エネルギー60KeV、ドース量3E15cm
−2、ビーム電流25mAの条件で従来技術と本発明の
実施例により注入を行った。なお本発明の場合は、分割
した各ビームの電流値の合計を25mAとして注入を行
った。従来技術により注入を行った場合、15%のゲー
ト酸化膜の絶縁破壊が生じたが、本発明により注入を行
った場合には、絶縁破壊は皆無であった。
In order to form the source and drain of an N-channel transistor, A
s acceleration energy 60 KeV, dose 3E15cm
-2 , implantation was performed under the condition of a beam current of 25 mA according to the conventional technique and the example of the present invention. In the case of the present invention, the injection was performed with the total current value of each divided beam being 25 mA. In the case of performing the implantation according to the conventional technique, 15% of the dielectric breakdown of the gate oxide film occurred, but in the case of performing the implantation according to the present invention, there was no dielectric breakdown.

【0010】このように複数のイオンビームによりイオ
ン注入を行うので、従来と同じスループットで注入する
場合、1本1本のビーム電流は、従来の1本のビームに
て注入した場合のビーム電流を分割した本数で割った値
でよい。従来よりイオンビームが通過した時の半導体基
板表面の電位変化量は、ビーム電流に依存して大きくな
ることが知られているが、本発明では、同じスループッ
トで注入した場合、従来の場合に比べて1本のビーム電
流値が下がっているので、図4に示すように、イオンビ
ームが通過した時の半導体基板(7)表面の電位変化量
は小さくなる。よって従来の大きな電位変化により生じ
ていたゲート酸化膜の絶縁破壊等の問題を防止すること
ができる。
Since the ion implantation is performed by using a plurality of ion beams as described above, when the implantation is performed at the same throughput as the conventional one, the beam current for each one is the same as the beam current when the conventional single beam is implanted. The value may be a value obtained by dividing by the number of divisions. It is conventionally known that the amount of potential change on the surface of a semiconductor substrate when an ion beam passes increases depending on the beam current.However, in the present invention, when implanting at the same throughput, Therefore, as shown in FIG. 4, the amount of potential change on the surface of the semiconductor substrate (7) when the ion beam passes is small, as shown in FIG. Therefore, it is possible to prevent the problem such as the dielectric breakdown of the gate oxide film caused by the conventional large potential change.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上説明したように本発明は所定の間隔
を持つ複数のイオンビームを射出する機構がイオンビー
ムを分割して複数のイオンビームを形成するものであ
り、イオンビームを分割する機構が正のバイアスを印加
したコリメーターで複数本のイオンビームで注入するこ
とにより、1本1本のビーム電流値を1本のイオンビー
ムで注入する場合より下げ、イオンビームが半導体基板
上を通過した時の半導体基板上の電位変化を小さくして
いる。従って、ゲート酸化膜の絶縁破壊等の問題を防止
することができるという効果を奏するものである。
As described above, according to the present invention, the mechanism for emitting a plurality of ion beams having a predetermined interval is to split the ion beam to form a plurality of ion beams. Injects a plurality of ion beams with a collimator to which a positive bias is applied, so that the current value of each beam is lower than that of a single ion beam, and the ion beam passes over the semiconductor substrate. In this case, the potential change on the semiconductor substrate at the time of this is reduced. Therefore, it is possible to prevent a problem such as a dielectric breakdown of the gate oxide film.

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

【図1】参考例の概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a reference example.

【図2】参考例のコリメーターの平面図FIG. 2 is a plan view of a collimator of a reference example.

【図3】参考例の半導体基板に到達する時のイオンビー
ム形状図
FIG. 3 is a diagram showing an ion beam shape when reaching a semiconductor substrate of a reference example;

【図4】イオンビームが半導体基板上を通過した時の半
導体基板表面の電位変化図
FIG. 4 is a diagram showing a potential change on the surface of the semiconductor substrate when the ion beam passes over the semiconductor substrate.

【図5】本発明の実施例の模式図FIG. 5 is a schematic view of an embodiment of the present invention.

【図6】従来例の模式図FIG. 6 is a schematic view of a conventional example.

【図7】従来例における半導体基板に到達する時のイオ
ンビーム形状図
FIG. 7 is a diagram showing an ion beam shape when the ion beam reaches a semiconductor substrate in a conventional example.

【図8】従来例におけるイオンビームが半導体基板上を
通過した時の半導体基板表面の電位変化図
FIG. 8 is a diagram showing a potential change on the surface of a semiconductor substrate when an ion beam passes over the semiconductor substrate in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 電子供給源 7 半導体基板 8 基板保持台 9 コリメーター 10 マスク 11 サプレッサ 12 絶縁リング 13 ファラデーカップ 14 制御装置 15 電位計 16 電流計 Reference Signs List 6 electron supply source 7 semiconductor substrate 8 substrate holder 9 collimator 10 mask 11 suppressor 12 insulating ring 13 Faraday cup 14 control device 15 electrometer 16 ammeter

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電荷中和機構を有するイオン注入装置に
おいて、所定の間隔を持つ複数のイオンビームを射出す
る機構を有し、前記所定の間隔を持つ複数のイオンビー
ムを射出する機構がイオンビームを分割して複数のイオ
ンビームを形成するものであり、前記イオンビームを分
割する機構が正のバイアスを印加したコリメーターであ
ることを特徴とするイオン注入装置。
1. An ion implanter having a charge neutralizing mechanism, comprising: a mechanism for emitting a plurality of ion beams having a predetermined interval, wherein the mechanism for emitting a plurality of ion beams having the predetermined interval is an ion beam. Wherein a plurality of ion beams are formed by dividing the ion beam, and the mechanism for dividing the ion beam is a collimator to which a positive bias is applied.
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