JP2684475B2 - Atomic beam injector - Google Patents

Atomic beam injector

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JP2684475B2
JP2684475B2 JP3306301A JP30630191A JP2684475B2 JP 2684475 B2 JP2684475 B2 JP 2684475B2 JP 3306301 A JP3306301 A JP 3306301A JP 30630191 A JP30630191 A JP 30630191A JP 2684475 B2 JP2684475 B2 JP 2684475B2
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Japan
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atomic beam
atomic
dose
counter
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Inventor
一敏 長井
睦 西藤
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株式会社 荏原製作所
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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】本発明は原子線注入装置に関し、
更に詳述すれば、高速原子線を使用して半導体ウェーハ
ーにドーパントを注入する原子線注入装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an atomic beam implanter,
More specifically, the present invention relates to an atomic beam implanter for implanting a dopant into a semiconductor wafer using a high speed atomic beam.

【0002】[0002]

【従来技術】半導体工業において、半導体ウェーハーに
微量のリン、砒素などの不純物(ドーパント)をドーピ
ングして、ウェーハーの表面をp型半導体あるいはn型
半導体にするプロセスは必須である。従来技術における
ドーパントの注入方法としては、熱拡散法、イオン注入
法などが提唱されているが、現在では注入量あるいは注
入するドーパント分布を精密に制御できることからイオ
ン注入法が主流となりつつある。図8は、このイオン注
入法に使用するイオン注入装置の一例を示した構成図で
ある。図中、1はイオン源、2は質量分離装置、3は半
導体ウェーハー、4は前記ウェーハー3を搭載したディ
スク、5はファラデーカップ、6はイオンビームを夫々
示している。前記ファラデーカップ5は可動式であっ
て、ビーム照射されるディスク4の前面に移動可能に設
けられている。更に、上記各構成要素は図示しない真空
容器内に配置されている。
2. Description of the Related Art In the semiconductor industry, a process of doping a semiconductor wafer with a small amount of impurities (dopants) such as phosphorus and arsenic to make the surface of the wafer a p-type semiconductor or an n-type semiconductor is essential. A thermal diffusion method, an ion implantation method, and the like have been proposed as a dopant implantation method in the related art. At present, however, the ion implantation method is becoming the mainstream because the implantation amount or the dopant distribution to be implanted can be precisely controlled. FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of an ion implantation apparatus used in this ion implantation method. In the figure, 1 is an ion source, 2 is a mass separation device, 3 is a semiconductor wafer, 4 is a disk on which the wafer 3 is mounted, 5 is a Faraday cup, and 6 is an ion beam. The Faraday cup 5 is movable and is movably provided on the front surface of the disk 4 irradiated with a beam. Further, each of the above components is arranged in a vacuum container (not shown).

【0003】このイオン注入装置は、イオン源1が、半
導体ウェーハー3に注入すべきドーパントをイオン化し
かつ加速して、イオンビーム6を放出する。このイオン
ビーム6は質量分離装置2を通過する間に不純物が分離
され、ディスク4上のウェーハー3の表面を衝撃する。
その際、イオンビーム6の運動エネルギーが非常に大で
あるため、イオン状のドーパントはウェーハー3の内部
に侵入し、p型あるいはn型の半導体ウェーハーを作製
する。このような半導体ウェーハーでは、ドーパントが
常に一定量だけ注入されることが重要である。そこで、
従来技術では、ドーパントの注入開始に先立ってディス
ク直前にファラデーカップ5を移動させ、このファラデ
ーカップ5でイオンビーム6を受けてビームの電気量を
計測し、流入するイオンビーム6が所定の量となるよう
にイオン源1をコントロールする。次いで前記ファラデ
ーカップ5を再度移動してイオンビーム6の進路から退
避させた後、イオン注入を開始してイオンビーム6を衝
撃することにより、ドーパントの注入量を安定化させて
いる。
In this ion implanter, an ion source 1 ionizes and accelerates a dopant to be implanted in a semiconductor wafer 3 to emit an ion beam 6. Impurities are separated from the ion beam 6 while passing through the mass separation device 2, and bombard the surface of the wafer 3 on the disk 4.
At that time, since the kinetic energy of the ion beam 6 is very large, the ionic dopant penetrates into the inside of the wafer 3 to form a p-type or n-type semiconductor wafer. In such a semiconductor wafer, it is important that the dopant is always implanted in a constant amount. Therefore,
In the conventional technique, the Faraday cup 5 is moved immediately before the disk before the start of the dopant injection, the ion beam 6 is received by the Faraday cup 5, and the electric quantity of the beam is measured. The ion source 1 is controlled so that Next, the Faraday cup 5 is moved again to retract from the path of the ion beam 6, and then ion implantation is started to bombard the ion beam 6 to stabilize the dose of the dopant.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
法では、イオンビーム6が荷電性であるため、イオンが
ウェーハー3に侵入した際、ウェーハーに予め形成した
素子の絶縁構造がイオン電荷の帯電および/または放電
により、絶縁破壊されることがある。またイオンビーム
電流が発生するジュール熱により、素子内配線を破壊す
ることがある。従って、従来技術では、これらトラブル
によって素子製造の歩留りは著しく低下している。本発
明は、上記実情に鑑みなされたものであり、帯電/放電
あるいはジュール熱による素子の破壊を防ぐため、非荷
電性のビームを使用してドーパントの注入を行う原子線
注入装置を提供することを目的とするものである。
However, in such a conventional method, since the ion beam 6 is charged, when the ions enter the wafer 3, the insulating structure of the element previously formed on the wafer is charged with ionic charges. Dielectric breakdown may occur due to discharge and / or discharge. Moreover, the Joule heat generated by the ion beam current may destroy the wiring in the element. Therefore, in the prior art, the yield of element manufacturing is significantly reduced due to these troubles. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an atomic beam implanting apparatus for implanting a dopant using an uncharged beam in order to prevent destruction of an element due to charging / discharging or Joule heat. The purpose is.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、少
なくとも電気的に中性な原子状または分子状のドーパン
トを発生する高速原子線源と、高速原子線が打込まれる
半導体ウェーハーを保持するディスクと、高速原子線の
線量を計測する高速原子線計数装置とを有し、前記高速
原子線計数装置が計測する原子線の線量を前記高速原子
線源にフィードバックしてドーパントの注入量が制御さ
れる原子線注入装置により達成される。
The above object of the present invention is to hold a fast atom beam source for generating at least an electrically neutral atomic or molecular dopant, and a semiconductor wafer to which a fast atom beam is implanted. And a high-speed atom beam counter for measuring the dose of the high-speed atom beam, and the dose of the dopant injected by feeding back the dose of the atom beam measured by the high-speed atom beam counter to the high-speed atom beam source. Achieved by a controlled atomic beam implanter.

【0006】[0006]

【作用】電気的に中性な高速原子線を用いてドーパント
注入を行うことにより、イオン電荷の帯電あるいは放電
等に起因した素子の絶縁破壊が阻止できる。又、注入に
先立って、高速原子線計数装置が原子線の線量を計測
し、その計測結果に基づいて高速原子線源を制御するこ
とにより、打込むドーパントの注入量を精密に制御でき
る。
By performing the dopant implantation using an electrically neutral high-speed atomic beam, it is possible to prevent the dielectric breakdown of the element due to the charging or discharging of ionic charges. Further, prior to the implantation, the high-speed atomic beam counter measures the dose of the atomic beam and controls the high-speed atomic beam source based on the measurement result, whereby the implantation amount of the dopant to be implanted can be precisely controlled.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明による原子線注入装置の実施例
を図面により詳説する。図1は、本発明の一実施例によ
る原子線注入装置の構成を説明する概略図で、図2は図
1の装置に適用される高速原子線計数装置の構成図を夫
々示している。なお、以下に示す各実施例において、図
8の従来装置と同一機能および作用を有する構成につい
ては同一符号を用いてある。図1において、この原子線
注入装置は、リンあるいは砒素等のドーパントを電気的
に中性な高速原子線23として加速し、かつ放出する高
速原子線源21と、前記高速原子線23が打込まれる半
導体ウェーハー3を搭載可能にしたディスク4と、図示
しない移動機構を有した高速原子線計数装置22とから
構成されている。前記高速原子線計数装置22は、その
移動機構によって、前記高速原子線源21と前記ディス
ク4との間において前記原子線源と対面するディスク前
面の直前位置へ、挿入可能又は該位置から退避可能に設
けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an atomic beam implanter according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the configuration of an atomic beam implanting apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of a high speed atomic beam counting apparatus applied to the apparatus of FIG. 1, respectively. In each of the following embodiments, the same symbols are used for the configurations having the same functions and actions as those of the conventional device of FIG. In FIG. 1, this atom beam implanter implants a fast atom beam source 21 that accelerates and emits an electrically neutral fast atom beam 23 with a dopant such as phosphorus or arsenic, and the fast atom beam 23. Disk 4 on which the semiconductor wafer 3 can be mounted, and a high-speed atomic beam counting device 22 having a moving mechanism (not shown). The high-speed atomic beam counting device 22 can be inserted into or retracted from the position immediately before the disk front surface facing the atomic beam source between the high-speed atomic beam source 21 and the disk 4 by its moving mechanism. It is provided in.

【0008】前記高速原子線計数装置22は、図2に示
すように、前記高速原子線23が導入される導入口24
を有する構造体からなり、その内部に、固体ターゲット
31および振動子型膜厚計32を配置して構成されてい
る。前記固体ターゲット31は入射する高速原子線23
によって衝撃されるように、また前記振動子型膜厚計3
2はスパッタ粒子が表面に付着されるように夫々が配置
されており、前記振動子型膜厚計32はスパッタ粒子の
付着によって生じる共振周波数の変化量からその付着量
を測定する。前記高速原子線源21は、図1には示して
いないが、前記振動子型膜厚計32の測定結果がフィー
ドバックされており、その構成は、例えば特願平3-3860
7 号において本出願人が既に提案したものを用いること
ができる。即ち、この高速原子線源は、互いに対向配置
した板状陽極および板状陰極の前記陽極側から反応ガス
を導入すると共に、低い放電電圧下で実施するプラズマ
放電により生成されるガスイオンを高速原子線に変換し
てこの原子線を前記陰極に設けられた放出孔から放出す
る。
As shown in FIG. 2, the high-speed atomic beam counting device 22 has an inlet 24 through which the high-speed atomic beam 23 is introduced.
And a solid-state target 31 and a vibrator-type film thickness meter 32 are arranged inside the structure. The solid target 31 is an incident fast atom beam 23.
So as to be impacted by the vibrator type film thickness meter 3
Reference numerals 2 are arranged so that the sputtered particles adhere to the surface thereof, and the vibrator-type film thickness meter 32 measures the adhered amount from the change amount of the resonance frequency caused by the adhered sputtered particles. Although not shown in FIG. 1, the high-speed atomic beam source 21 is fed back with the measurement result of the vibrator-type film thickness meter 32, and the configuration thereof is, for example, Japanese Patent Application No. 3860/1990.
In No. 7, the one already proposed by the applicant can be used. That is, this fast atom beam source introduces a reaction gas from the anode side of a plate-shaped anode and a plate-shaped cathode which are arranged to face each other, and gas ions generated by plasma discharge performed under a low discharge voltage are fast-atomized. After being converted into a line, the atomic beam is emitted from the emission hole provided in the cathode.

【0009】次に上記構成の原子線注入装置の動作につ
いて説明すると、この注入装置は、ドーパントの注入に
先立って前記高速原子線計数装置22が前記ディスク4
前面へ移動される。前記高速原子線計数装置22は、高
速原子線源21が放出する高速原子線23をその導入口
24を介して受ける。その結果、前記固体ターゲット3
1は入射される前記高速原子線23によってその表面構
成物質がスパッタされ、スパッタ粒子は前記振動子型膜
厚計32の表面に蓄積する。前記振動子型膜厚計32は
蓄積したスパッタ粒子によって振動数が変化し、これに
より、前記ターゲット31のスパッタされた物質の量、
ひいては前記ターゲット31に入射した高速原子線23
の線量を算出する。
Next, the operation of the atomic beam implanter having the above-described structure will be described. In this implanter, the high-speed atomic beam counter 22 is used for the disk 4 before the dopant is implanted.
Moved to the front. The fast atom beam counter 22 receives the fast atom beam 23 emitted by the fast atom beam source 21 through its inlet 24. As a result, the solid target 3
The surface constituent substance of No. 1 is sputtered by the incident high-speed atomic beam 23, and the sputtered particles are accumulated on the surface of the vibrator-type film thickness meter 32. The frequency of the vibrator-type film thickness meter 32 changes due to the accumulated sputtered particles, which causes the amount of the sputtered substance on the target 31 to be
As a result, the fast atom beam 23 incident on the target 31
Calculate the dose of

【0010】一般に高速原子線で叩かれる固体表面のス
パッタ現象は、高速のイオンビーム衝撃によるスパッタ
と全く同一であると見做すことができるから、予め線量
が分かったイオンビームでターゲット31を衝撃してス
パッタ量を較正しておけば、高速原子線23の線量は測
定することができ、更にこの測定によってウェーハー3
に入射する高速原子線23の量を常時一定にするように
高速原子線源21を制御できる。従って、前記高速原子
線源21はこの測定結果がフィードバックされ、前記ウ
ェーハー3に入射される高速原子線23の線量を常時一
定にするように制御される。その後、前記計数装置22
は前記ディスク4の直前から退避され、高速原子線源2
1が、リン、砒素等のドーパントを電気的に中性な高速
原子線23として放出して前記ディスク4に装着された
ウェーハー3を衝撃する。これによりドーパントはウェ
ーハー内部に注入される。
Generally, it can be considered that the sputtering phenomenon of a solid surface hit by a high-speed atomic beam is exactly the same as the sputtering by a high-speed ion beam bombardment. Therefore, the target 31 is bombarded with an ion beam whose dose is known in advance. Then, if the amount of sputter is calibrated, the dose of the fast atom beam 23 can be measured.
The fast atom beam source 21 can be controlled so that the amount of the fast atom beam 23 incident on is always constant. Therefore, the measurement result is fed back to the fast atom beam source 21, and the dose of the fast atom beam 23 incident on the wafer 3 is controlled to be always constant. Then, the counting device 22
Is evacuated from just before the disk 4, and the fast atom beam source 2
1 emits a dopant such as phosphorus or arsenic as an electrically neutral high-speed atomic beam 23 and bombards the wafer 3 mounted on the disk 4. As a result, the dopant is injected inside the wafer.

【0011】図3は、本発明に適用される高速原子線計
数装置の他の実施例を示す。なお、原子線注入装置は、
この高速原子線計数装置を除いた部分が先の図1と同様
に構成されており、従って、ここではこの高速原子線計
数装置についてのみ説明する。この高速原子線計数装置
40は、図2と略同様な形状の構造体の内部に、入射す
る高速原子線23によって衝撃される固体ターゲット4
1と、二次電子検出手段であり、前記固体ターゲット4
1から放出される二次電子を検出する二次電子収集電極
42とを夫々配置して構成されている。前記ターゲット
41は前記二次電子収集電極42より負の高電位に保た
れている。
FIG. 3 shows another embodiment of the high speed atomic beam counting apparatus applied to the present invention. The atomic beam implanter is
The parts other than the high-speed atomic beam counting device are configured in the same manner as in FIG. 1, and therefore only the high-speed atomic beam counting device will be described here. This high-speed atomic beam counting device 40 is a solid target 4 that is bombarded by a high-speed atomic beam 23 incident on the inside of a structure having a shape similar to that of FIG.
1 and secondary electron detection means, and the solid target 4
The secondary electron collecting electrodes 42 for detecting the secondary electrons emitted from the No. 1 are respectively arranged. The target 41 is kept at a higher negative potential than the secondary electron collecting electrode 42.

【0012】次に、この高速原子線計数装置40の動作
について説明する。前記固体ターゲット41は、高速原
子線23の衝撃を受けて二次電子を放出する。この二次
電子は電位の高い二次電子収集電極42に集められる。
ここで予め線量の分かっているイオンビームで前記ター
ゲット41を衝撃して、前記二次電子収集電極42に流
入する二次電子流を較正しておけば、先の実施例の場合
と同様、高速原子線23の線量を測定することができ
る。このようにして高速原子線23の線量を測定した
後、測定結果は前記高速原子線源21にフィードバック
されて高速原子線23の線量を常時一定にするように制
御する。
Next, the operation of the high speed atomic beam counter 40 will be described. The solid target 41 receives the impact of the fast atom beam 23 and emits secondary electrons. The secondary electrons are collected by the secondary electron collecting electrode 42 having a high electric potential.
Here, if the target 41 is bombarded with an ion beam whose dose is known in advance and the secondary electron flow flowing into the secondary electron collecting electrode 42 is calibrated, high speed is achieved as in the case of the previous embodiment. The dose of the atomic beam 23 can be measured. After measuring the dose of the fast atom beam 23 in this way, the measurement result is fed back to the fast atom beam source 21 and controlled so that the dose of the fast atom beam 23 is always constant.

【0013】図4は、本発明に適用される高速原子線計
数装置の更に他の実施例を示している。なお、この実施
例においても、原子線注入装置は、この高速原子線計数
装置を除く他の構成要素が先の実施例と同様、図1の如
く構成されており、従って、ここでもこの原子線注入装
置についてのみ説明する。この高速原子線計数装置50
は、図2と略同様な形状の構造体の内部に、入射する高
速原子線23によって衝撃される固体ターゲット51
と、該固体ターゲット51と接触した温度検出手段であ
る熱電対52とを有して構成されている。そして、この
高速原子線計数装置50は、前記固体ターゲット51が
高速原子線23の衝撃を受けて昇温すると、前記熱電対
52がこの温度を測定する。
FIG. 4 shows still another embodiment of the high speed atomic beam counting apparatus applied to the present invention. Also in this embodiment, the atomic beam implanter is configured as shown in FIG. 1 in the same manner as in the previous embodiment except for this high-speed atomic beam counter, except for the high-speed atomic beam counter. Only the injection device will be described. This high-speed atomic beam counter 50
Is a solid target 51 that is bombarded by an incident high-speed atomic beam 23 inside a structure having a shape similar to that shown in FIG.
And a thermocouple 52 which is a temperature detecting means in contact with the solid target 51. In the fast atom beam counter 50, when the solid target 51 receives the impact of the fast atom beam 23 and rises in temperature, the thermocouple 52 measures this temperature.

【0014】一般に高速原子線で叩かれた固体表面の昇
温現象は、高速のイオンビーム衝撃による昇温と全く同
一であるとされているから、予め線量が分かっているイ
オンビームでターゲット51を衝撃して前記熱電対52
で温度を測定し較正しておけば、昇温から高速原子線2
3の線量を測定することができる。従って、前記高速原
子線源21は、測定した線量をフィードバックして前記
ウェーハー3に入射する高速原子線23の線量を常時一
定にするように制御される。前記計数装置50は流入す
る線量が一定になるように制御されると、図1の実施例
と同様、ディスク前面から退避される。その後、高速原
子線源21は、ドーパントを電気的に中性な高速原子線
23として放出し、ウェーハー3を衝撃する。
Generally, it is said that the temperature rising phenomenon of a solid surface hit by a high-speed atom beam is exactly the same as the temperature rising by a high-speed ion beam bombardment. Impact the thermocouple 52
If the temperature is measured and calibrated by the
A dose of 3 can be measured. Therefore, the fast atom beam source 21 is controlled so that the measured dose is fed back to keep the dose of the fast atom beam 23 incident on the wafer 3 constant. When the inflowing dose is controlled to be constant, the counting device 50 is retracted from the front surface of the disc as in the embodiment of FIG. Then, the fast atom beam source 21 emits the dopant as a fast atom beam 23 which is electrically neutral and bombards the wafer 3.

【0015】図5は、本発明に適用される高速原子線計
数装置の更に他の実施例を示している。この実施例にお
いても、原子線注入装置は高速原子線計数装置を除く他
の構成要素が、図1の実施例と同様に構成されている。
この高速原子線計数装置60は、図2と略同様な形状の
構造体の内部に、熱電子放出フィラメント61とイオン
収集電極63とが電子加速グリッド62を挟んで互いに
対向して配置されている。イオン収集電極63にはイオ
ン電流検出手段である電流計64が接続されている。ま
た、前記電子加速グリッド62は熱電子放出フィラメン
ト61より正の高電位に保たれており、フィラメント6
1が放出した電子を加速する。一方、前記イオン収集電
極63は電子加速グリッド62より負の高電位に保たれ
ている。
FIG. 5 shows still another embodiment of the high speed atomic beam counting apparatus applied to the present invention. Also in this embodiment, the atomic beam implanter is configured in the same manner as the embodiment of FIG. 1 except for the high-speed atomic beam counter.
In the high-speed atomic beam counting apparatus 60, a thermoelectron emission filament 61 and an ion collecting electrode 63 are arranged to face each other with an electron accelerating grid 62 sandwiched inside a structure having a shape similar to that of FIG. . An ammeter 64, which is an ion current detecting means, is connected to the ion collecting electrode 63. The electron acceleration grid 62 is kept at a higher positive potential than the thermionic emission filament 61, and the filament 6
1 accelerates the emitted electrons. On the other hand, the ion collecting electrode 63 is kept at a higher negative potential than the electron acceleration grid 62.

【0016】この高速原子線計数装置60は、入射する
高速原子線23を、前記フィラメント61で発生しかつ
グリッド62で加速した電子で衝撃してイオン化する。
これで生じたイオンは前記イオン収集電極63に集めら
れる。そこで、この収集電極63で集められたイオン電
流を測定すれば、高速原子線23のうちイオン化したも
のの量が分かる。このようにして、予め高速原子線23
のイオン化効率を測定しておけば、高速原子線23の線
量が測定できる。
The high-speed atomic beam counter 60 bombards the incident high-speed atomic beam 23 with the electrons generated in the filament 61 and accelerated in the grid 62 to be ionized.
The ions thus generated are collected by the ion collecting electrode 63. Therefore, by measuring the ion current collected by the collecting electrode 63, the amount of ionized fast atom beam 23 can be known. In this way, the high-speed atomic beam 23
If the ionization efficiency of is measured, the dose of the fast atom beam 23 can be measured.

【0017】図6は、本発明による原子線注入装置の他
の実施例を示している。この原子線注入装置は、リンあ
るいは砒素等のドーパントを電気的に中性な高速原子線
23として加速しかつ放出する高速原子線源21と、前
記高速原子線23が打込まれる半導体ウェーハー3を搭
載可能にしかつ回転可能に設けられたディスク14と、
高速原子線計数装置71とから構成されている。前記デ
ィスク14は、図7にその正面図を示すとおり、複数の
半導体ウェーハー3が搭載された領域を除く流域に、前
記高速原子線23が透過されるスリット7を適宜数だけ
設けている。本実施例では直径方向に二本設けられてい
る。前記ディスク14の背後には、前記ディスク14を
透過した高速原子線の線量を計測する前記高速原子線計
数装置71が固定配置されている。
FIG. 6 shows another embodiment of the atomic beam implanter according to the present invention. This atomic beam implanting apparatus includes a high-speed atomic beam source 21 that accelerates and emits a dopant such as phosphorus or arsenic as an electrically neutral high-speed atomic beam 23, and a semiconductor wafer 3 into which the high-speed atomic beam 23 is implanted. A disk 14 that is mountable and rotatably provided;
It is composed of a high-speed atomic beam counter 71. As shown in the front view of FIG. 7, the disk 14 is provided with an appropriate number of slits 7 through which the high-speed atomic beam 23 is transmitted, in the basin other than the area where a plurality of semiconductor wafers 3 are mounted. In this embodiment, two are provided in the diameter direction. Behind the disk 14, the high-speed atomic beam counting device 71 for measuring the dose of the high-speed atomic beam transmitted through the disk 14 is fixedly arranged.

【0018】上記構成の原子線注入装置では、ドーパン
トを注入するにあたって、まずディスク14が回転して
前記スリット7を高速原子線23の進入方向に向ける。
このとき高速原子線計数装置71とスリット7とは一直
線上に並ぶように構成されており、スリット7を通過し
た高速原子線23が前記高速原子線計数装置71に流入
する。前記高速原子線計数装置71は、高速原子線23
の線量を測定し、その測定結果を高速原子線源21にフ
ィードバックする。続いてディスク14は再度回転し、
前記ウェーハー3を高速原子線23の進路方向に向け
る。これで、前記高速原子線23は前記ウェーハー3を
衝撃してウェーハー内部に侵入でき、ドーパントを注入
する。なお、前記高速原子線計数装置71は、先の図2
乃至図5に示したものを適宜選択されており、既述した
プロセスに基づいて高速原子線の線量を測定する。
In the atomic beam implanter having the above-described structure, when implanting the dopant, the disk 14 first rotates so that the slit 7 is directed in the direction in which the high speed atomic beam 23 enters.
At this time, the high-speed atomic beam counter 71 and the slit 7 are arranged so as to be aligned, and the high-speed atomic beam 23 that has passed through the slit 7 flows into the high-speed atomic beam counter 71. The high-speed atomic beam counter 71 uses the high-speed atomic beam 23
Is measured and the measurement result is fed back to the fast atom beam source 21. Then the disk 14 rotates again,
The wafer 3 is oriented in the direction of the fast atom beam 23. Then, the high-velocity atomic beam 23 can impact the wafer 3 and penetrate the inside of the wafer to inject the dopant. The high-speed atomic beam counting apparatus 71 is the same as that of FIG.
The one shown in FIG. 5 is appropriately selected, and the dose of the fast atom beam is measured based on the process described above.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上記載したとおり、本発明の原子線注
入装置によれば、イオン打込みする入射ビームを非荷電
性としたことにより、予め半導体ウェーハーに形成した
素子をイオン電荷の帯電および/または放電により絶縁
破壊することがない。特に、入射ビームの非荷電性によ
り、近年、素子の極端な微細化および素子内配線の細線
化に伴って生じる絶縁耐力の低下に起因する絶縁破壊を
完全に阻止できる。また、原子線注入装置は、半導体ウ
ェーハーとは別体に設けられた高速原子線計数装置の固
体ターゲットに、高速原子線を照射してその線量を事前
に計測しかつ制御してから前記半導体ウェーハーを衝撃
しているので、打ち込むドーパントの注入量を精密かつ
安定化させてドーパントの注入を行うことができる。
たイオン電流の流入に伴ったジュール熱による配線部の
破壊も、完璧に阻止して素子の生産歩留りが大幅に向上
できる。
As described above, according to the atomic beam implanting apparatus of the present invention, the incident beam for ion implantation is made non-chargeable, so that the element previously formed on the semiconductor wafer is charged with ion charges and / or charged. Dielectric breakdown does not occur. In particular, due to the non-charging property of the incident beam, it is possible to completely prevent the dielectric breakdown due to the decrease in the dielectric strength caused by the extreme miniaturization of the element and the thinning of the wiring in the element in recent years. Also, the atomic beam implanter is a semiconductor
A high-speed atomic beam counter installed separately from the wafer
Irradiate the target with a high-speed atomic beam to predict its dose in advance.
Impact the semiconductor wafer after measuring and controlling
Therefore, the dose of the dopant to be implanted is precise and
The dopant can be injected with stabilization. Further, the destruction of the wiring portion due to the Joule heat accompanying the inflow of the ion current can be completely prevented, and the production yield of the device can be greatly improved.

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

【図1】本発明の一実施例による原子線注入装置の概略
構成である。
FIG. 1 is a schematic configuration of an atomic beam implanter according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の原子線注入装置に用いる高速原子線計数
装置の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a high-speed atomic beam counter used in the atomic beam injector of FIG.

【図3】図1の原子線注入装置に用いる、他の実施例に
よる高速原子線計数装置の構成図である。
3 is a configuration diagram of a high-speed atomic beam counter according to another embodiment used in the atomic beam implanter of FIG.

【図4】図1の原子線注入装置に用いる、更に他の実施
例による高速原子線計数装置の構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a high-speed atomic beam counting apparatus according to still another embodiment used in the atomic beam implanting apparatus of FIG.

【図5】図1の原子線注入装置に用いる、更に他の実施
例による高速原子線計数装置の構成図である。
5 is a configuration diagram of a high speed atomic beam counting apparatus according to still another embodiment used in the atomic beam implanting apparatus of FIG.

【図6】本発明の他の実施例による原子線注入装置の概
略構成である。
FIG. 6 is a schematic configuration of an atomic beam implanter according to another embodiment of the present invention.

【図7】図6の原子線注入装置に用いるディスクの様子
を説明する正面図である。
FIG. 7 is a front view illustrating a state of a disk used in the atomic beam implanting apparatus of FIG.

【図8】従来のイオン注入装置の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional ion implantation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 半導体ウェーハー 4,14 ディスク 7 スリット 21 高速原子線源 22,40,50,60 高速原子線計数装置 23 高速原子線 31,51,51 固体ターゲット 32 振動子型膜厚計 42 二次電子収集電極 52 熱電対 61 熱電子放出フィラメント 62 電子加速グリッド 63 イオン収集電極 3 Semiconductor wafer 4, 14 Disk 7 Slit 21 High-speed atomic beam source 22, 40, 50, 60 High-speed atomic beam counter 23 High-speed atomic beam 31, 51, 51 Solid target 32 Transducer type film thickness meter 42 Secondary electron collecting electrode 52 thermocouple 61 thermionic emission filament 62 electron acceleration grid 63 ion collection electrode

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−152848(JP,A) 特開 昭62−40369(JP,A) 特開 平2−276145(JP,A) 特開 平2−249947(JP,A)Continuation of front page (56) Reference JP-A-3-152848 (JP, A) JP-A-62-40369 (JP, A) JP-A-2-276145 (JP, A) JP-A-2-249947 (JP , A)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも電気的に中性な原子状または
分子状のドーパントを発生する高速原子線源と、高速原
子線が打込まれる半導体ウェーハーを搭載するディスク
と、ディスク前面へ移動可能に設けられ前記高速原子線
の線量を計測する高速原子線計数装置とを有し、前記高
速原子線源が前記高速原子線計数装置の計測する高速原
子線の線量に基づいて制御されることを特徴とする原子
線注入装置。
1. A high-speed atomic beam source for generating at least an electrically neutral atomic or molecular dopant, a disk on which a semiconductor wafer on which a high-speed atomic beam is implanted is mounted, and a movably arranged front surface of the disk. And a high-speed atom beam counter for measuring the dose of the high-speed atom beam, wherein the high-speed atom beam source is controlled based on the dose of the high-speed atom beam measured by the high-speed atom beam counter. Atomic beam injector.
【請求項2】 少なくとも電気的に中性な原子状または
分子状のドーパントを発生する高速原子線源と、高速原
子線が打込まれる半導体ウェーハーを搭載すると共に、
前記半導体ウェーハーを除く領域に前記高速原子線を透
過するスリットが設けられかつ回転可能なディスクと、
ディスク背後に配置され前記高速原子線の線量を計測す
る高速原子線計数装置とを有し、前記高速原子線源が前
記高速原子線計数装置の計測する高速原子線の線量に基
づいて制御されることを特徴とする原子線注入装置。
2. A high-speed atomic beam source for generating at least an electrically neutral atomic or molecular dopant, and a semiconductor wafer on which a high-speed atomic beam is implanted are mounted,
A rotatable disk provided with a slit that transmits the high-speed atomic beam in an area excluding the semiconductor wafer,
A high-speed atom beam counter arranged behind the disk for measuring the dose of the high-speed atom beam, and the high-speed atom beam source is controlled based on the dose of the high-speed atom beam measured by the high-speed atom beam counter. An atomic beam implanter characterized by the above.
【請求項3】 前記高速原子線計数装置が、入射する高
速原子線によって衝撃される固体ターゲットと、該固体
ターゲットから放出される二次電子を検出する二次電子
検出手段とからなることを特徴とする請求項1又は2記
載の原子線注入装置。
3. The high-speed atomic beam counter comprises a solid target bombarded by an incident high-speed atomic beam, and secondary electron detection means for detecting secondary electrons emitted from the solid target. The atomic beam implanter according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記高速原子線計数装置が、入射する高
速原子線によって衝撃される固体ターゲットと、該固体
ターゲットの温度上昇を検出する温度検出手段とからな
ることを特徴とする請求項1又は2記載の原子線注入装
置。
4. The high-speed atomic beam counting device comprises a solid target bombarded by an incident high-speed atomic beam, and a temperature detecting means for detecting a temperature rise of the solid target. 2. The atomic beam implanter according to 2.
【請求項5】 前記高速原子線計数装置が、入射する高
速原子線をイオン化するイオン化機構と、イオン化した
イオンの電流を検出するイオン電流検出手段とからなる
ことを特徴とする請求項1又は2記載の原子線注入装
置。
5. The high-speed atomic beam counting apparatus comprises an ionization mechanism for ionizing an incident high-speed atomic beam and an ion current detecting means for detecting a current of ionized ions. The atomic beam implanter described.
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