JP2643763B2

JP2643763B2 - イオン打込み方法

Info

Publication number: JP2643763B2
Application number: JP8964593A
Authority: JP
Inventors: 俊陸田谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-04-16
Filing date: 1993-04-16
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH0676775A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸発炉に装填された試
料を蒸発させて、これをイオン化して打込むイオン打込
み方法に係り、特に、半導体製造工程におけるイオン打
込みに好適なイオン打込み方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程では、半導体基
板にイオンを打込む工程を含んでいる。すなわち、半導
体を製造するには、試料をイオン化し、引き出し、半導
体基板に打込む工程を含む。この工程において、例え
ば、イオン種によっては、常温では固体あるいは液体の
試料を用いることがある。このような打込みでは、ま
ず、試料を加熱して、試料の蒸気を発生させ、その後、
この蒸気をイオン化し、引き出し半導体基板に打込む。
この技術について、具体的なイオン打込装置を例として
説明する。イオン打込装置、特に、１０ｍＡ級の大電流
のイオン打込装置では、イオン源としてフィラメントを
用いる場合には、その消耗が激しいという問題があるた
めに、フィラメントから発生する熱電子によるイオン源
の代わりに、マイクロ波の高周波電界によるプラズマ放
電を利用したイオン源が用いられている。

【０００３】図４に、従来のマイクロ波放電型イオン源
の概略断面図を示す。

【０００４】マグネトロン８によって発生されたマイク
ロ波１３は、チョークフランジ１４を通して、高電圧加
速電極１０に導かれ、イオン化箱２に達する。

【０００５】イオン化箱２には、励磁コイル１２によっ
て磁界が磁界が印加されると共に、ガス導入パイプ９よ
り原料ガスが供給される。その結果、イオン化箱２内に
プラズマが点火され、これによって前記原料ガスがイオ
ン化される。

【０００６】さらに、接地電位に近い引出電圧のかかっ
た引出電極１５によって、イオンビーム７が引出され、
例えばイオン打込みに利用される。

【０００７】この場合、良く知られているように、イオ
ン種によっては、常温では固体（または液体）の試料
（たとえば、Ａｌ+ ，Ｇａ+ ，Ｐ+ ，Ａｓ+ ，Ｓｂ+
等）が用いられることがある。

【０００８】これらの固体または液体試料をイオン化す
るために、図４に示したような従来のイオン源では、図
中の蒸発炉１内に固体（または液体）試料３を装填し、
ヒータ４で加熱して気化させ、得られた気化ガスを第２
のガス導入パイプ１１によりイオン化箱２に導入してイ
オン化させていた。

【０００９】また、図５は従来のフィラメント加熱型イ
オン源の要部断面図である。なお、同図において図４と
同一の符号は、同一または同等部分をあらわしている。

【００１０】内部に固体または液体試料３を装填される
ように構成された蒸発炉１は、その周囲に配設されたヒ
ータ４によって加熱される。加熱の温度は熱電対等の温
度計１８によって監視され、所定値に制御・保持され
る。

【００１１】固体または液体試料３が蒸発すると、その
気化ガスは、ガス導入パイプ１１を通してイオン化箱２
内に導かれる。前記イオン化箱２内には、フィラメント
１９が張設されている。前記フィラメント１９に通電し
てこれを加熱すると、熱電子２０がイオン化箱２内に放
出され、これが前記気化ガスと衝突してイオンを発生す
る。

【００１２】図５においては、図の簡単化のために図示
は省略しているが、イオン化箱２には外部から磁場が印
加されて、熱電子２０に回転力を与え、気化ガスとの衝
突確率を上げるようにしている。

【００１３】前述のようにして発生したイオンは、引出
電極（図示せず）によって引出され、イオンビーム７と
なる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
１つの蒸発炉を用いて、半導体基板にイオンを打込んで
いた。

【００１５】１つの蒸発炉を用いたイオン打込みでは、
例えば、異なるイオン種（例えば、Ａｓイオン，Ｐイオ
ン）の試料を同時に装填できないので、異なるイオンを
連続して打込むことができない。

【００１６】異なるイオン種の打込みを行なう場合に
は、イオンを発生させた後、蒸発炉（イオン源）が冷却
するのを待って、真空を破り、他のイオン種の試料を装
填して再び真空を引き、さらに蒸発炉を昇温しなければ
ならなかった。また、同種のイオンの打込みを行なう場
合にも、所望量のイオンの打込みが終了しないうちに、
蒸発炉の試料がなくなってしまうと、同様の操作によ
り、試料の再装填を行なわなければならなかった。その
ため、作業効率及び稼働率の低下が問題となっていた。

【００１７】本発明の目的は、このような問題を解決
し、作業効率及び稼働率の向上が可能なイオン打込み方
法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明では、イオンを半導体基板に打込み半導体
基板に物理的に異なる層を形成する工程におけるイオン
打込み方法において、第１の蒸発炉及び第２の蒸発炉に
それぞれ第１の試料及び第２の試料を装填し、その後、
まず、前記第１の試料を加熱するためのヒ−タを通電す
ることにより前記第１の試料の蒸気を発生し、共通のイ
オン化箱に導き、イオン化し、引き出し、半導体基板に
第１の打込みを行い、さらにその後、前記第２の試料を
加熱するためのヒータを通電することにより前記第２の
試料の蒸気を発生し、前記共通のイオン化箱に導き、イ
オン化し、引き出し、半導体基板に第２の打込みを行う
ように構成した。

【００１９】

【作用】上記の構成によれば、第１の試料を加熱するヒ
−タの通電により、第１の試料の蒸気を発生し、これに
より、半導体基板にイオンを打込み、引続き、第２の試
料を加熱するヒ−タの通電により、第２の試料の蒸気を
発生し、これにより、半導体基板にイオンを打込む。こ
のように、半導体基板に対して、イオン源を冷却した
り、あるいは、真空を破ったりせずに、引続き、半導体
基板へイオンを打込め、そのため、作業効率及び稼働率
の向上が可能となる。

【００２０】

【実施例】本発明をマイクロ波放電型イオン源に適用し
た実施例の要部構造の断面図を図１に示す。なお、同図
中図４と同一の符号は、同一または同等部分をあらわし
ている。

【００２１】図からも明らかなように、イオン源の中心
部には、マイクロ波を伝播する絶縁物１６のつまった導
波管部があるので、本発明による複数の蒸発炉１Ａ，１
Ｂ等は、前記導波管部の周辺に設置される。そして、こ
れらの蒸発炉１Ａ，１Ｂの構造は、全く同じであっても
よい。

【００２２】図１のイオン源のフランジ部１７の平面図
（フランジ部１７を、図１の左方向から見た平面図）を
図２に示す。この図において、１７はイオン源のフラン
ジ部、２２はマイクロ波導波管開口部、２３，２４，２
５，２６は、前記導波管開口部２２の周辺に設けられた
複数（図示例では、４個）の固体または液体用蒸発炉１
Ａ，１Ｂ……の取付用開口である。

【００２３】通常の半導体製造に用いられるイオン打込
装置では、しばしば砒素とリンが固体試料として用いら
れる。その理由は、ガス試料としての、ＡｓＨ₃やＰＨ
₃が有害ガスであるからであり、安全上、固体試料が使
われるのである。

【００２４】このような場合、本発明のように、複数の
蒸発炉を設備しておき、例えば図２の蒸発炉取付用開口
２３，２５をリン用に、また残りの２つの蒸発炉取付用
開口２４，２６を砒素用に設定しておけば、一方の蒸発
炉が空になっても、他方の蒸発炉を昇温することによ
り、連続して同種のイオン打込みが可能になる。

【００２５】また、異なる２種類の試料をそれぞれの蒸
発炉に装填しておけば例えばリンイオンの打込みが終了
した後、砒素イオンを打込みたい場合も、連続運転がで
きるので、製造能率とイオン打込装置の稼働率を格段に
向上することができる。

【００２６】この発明は、フィラメント加熱型イオン源
に対しても容易に適用することができる。その概要を、
図３に断面図で示す。

【００２７】なお、同図において、図１および図５と同
一の符号は、同一または同等部分をあらわしている。

【００２８】イオン化箱２は、イオン化箱支柱１８によ
って、筒状の絶縁碍子２１内の所定位置に支持される。
前記イオン化箱支柱１８はイオン源フランジ１７に固植
され、またイオン源フランジ１７は絶縁碍子２１の端部
に気密に接合される。

【００２９】イオン化箱支柱１８の内部には、ガス導入
パイプ９が、前記イオン化箱２からイオン源フランジ１
７を貫通して外方へ延びるように設けられる。

【００３０】前記イオン化箱支柱１８の周囲には、複数
の蒸発炉１Ａ，１Ｂ……が配設され、それぞれガス導入
パイプ１１Ａ，１１Ｂ……を介して、前記イオン化箱２
に連結される。

【００３１】また、それぞれの蒸発炉１Ａ，１Ｂ……に
は加熱用のヒータ４Ａ，４Ｂ……が設けられ電源に接続
される。

【００３２】図６に、更に詳細な本発明の他の実施例と
して、マイクロ波放電形イオン源における、内磁路形イ
オン源の場合に、２個の蒸発炉を装着した場合を示す。

【００３３】図中の番号は、図１と同一符号は同一物を
示すが、励磁コイル１２は加速電圧が印加されるイオン
化箱２の周囲に装着されているのが特徴である。フラン
ジ１７，加速電極１０，コイルボビン２９，磁極片２８
Ａ，２８Ｂは磁性体材料であり、イオン化箱２に磁界を
導く役目をしている。このように励磁コイルをイオン化
箱の近傍に設置することにより、図１の場合と比べて、
加速電圧が印加されたフランジ１７と励磁コイル間の内
で放電が無くなり、イオン源全体がコンパクトになる利
点がある。

【００３４】蒸発炉１Ａ，１Ｂと導入部１１Ａ，１１Ｂ
の周囲にヒータ４Ａ，４Ｂが巻きつけられて加熱する。

【００３５】蒸発炉のヒータの電源３０への切替えは、
切替スイッチ２７での接点Ａ，Ｂを切替えることにより
実施される。

【００３６】夫々の試料３Ａ，３Ｂの存在する部屋は図
から明らかなごとく連通しており、１つの真空ポンプで
共通に真空引きされている。そして、予め装着された試
料は、ヒータ４Ａ，４Ｂの切替えのみによって行われ
る。このため、試料交換のため改めて真空引きする必要
はなく、単にヒータ４Ａ，４Ｂの切替えで行われるの
で、能率が向上する。

【００３７】なお、それぞれの蒸発炉のヒ−タ電源に対
する選択的切換えは図１から図３については省略されて
いるが、図６と同様に行われるものである。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明の通り、本発明のイオン打込
み方法によれば、蒸発炉に装填された試料を蒸発させ
て、半導体基板にイオンを打込む際に、イオン源を冷却
したり、あるいは、真空を破ったりせずに、引続き、半
導体基板へのイオン打込みができ、そのため、作業効率
及び稼働率の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をマイクロ波放電型イオン源に適用した
第１実施例の要部構造の断面図。

【図２】図１のフランジ部の平面図。

【図３】本発明のフィラメント加熱型のイオン源に適用
した第２実施例の要部断面図。

【図４】従来のマイクロ波放電型イオン源の構造を示す
断面図。

【図５】従来のフィラメント加熱型イオン源の概略断面
図。

【図６】本発明の他の実施例を示す。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ…蒸発炉、２…イオン化箱、３…固体
（または液体）試料、４…ヒータ、７…イオンビーム、
８…マグネトロン、９，１１…ガス導入パイプ、１０…
加速電極、１５…引出電極、１７…フランジ部、１８…
イオン化箱支柱、２２…マイクロ波導波管開口部、２３
〜２６…蒸発炉取付用開口。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンを半導体基板に打込み半導体基板に
物理的に異なる層を形成する工程におけるイオン打込み
方法において、第１の蒸発炉及び第２の蒸発炉にそれぞ
れ第１の試料及び第２の試料を装填し、その後、まず、
前記第１の試料を加熱するためのヒータを通電すること
により前記第１の試料の蒸気を発生し、共通のイオン化
箱に導き、イオン化し、引き出し、半導体基板に第１の
打込みを行い、さらにその後、前記第２の試料を加熱す
るためのヒータを通電することにより前記第２の試料の
蒸気を発生し、前記共通のイオン化箱に導き、イオン化
し、引き出し、半導体基板に第２の打込みを行うことを
特徴とするイオン打込み方法。