JP3099819B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置及
びイオン注入方法に関するものである。特には、イオン
発生源からイオンを引き出す経路に汚れが付着するのを
抑制することにより装置稼働率を向上させたイオン注入
装置及びイオン注入方法に関するものである。
びイオン注入方法に関するものである。特には、イオン
発生源からイオンを引き出す経路に汚れが付着するのを
抑制することにより装置稼働率を向上させたイオン注入
装置及びイオン注入方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来のイオン注入装置を示す模
式図である。このイオン注入装置は、イオン化が行われ
るイオンソース３１及びボンベボックス３５等から構成
されている。イオンソース３１の内側にはアークチャン
バー３２とベーパーライザー３３が設けられており、イ
オンソース３１外側のボンベボックス３５の内側にはＡ
ｒ等の不活性ガスボンベ８２及び原料ガスボンベ８１が
設置されている。
式図である。このイオン注入装置は、イオン化が行われ
るイオンソース３１及びボンベボックス３５等から構成
されている。イオンソース３１の内側にはアークチャン
バー３２とベーパーライザー３３が設けられており、イ
オンソース３１外側のボンベボックス３５の内側にはＡ
ｒ等の不活性ガスボンベ８２及び原料ガスボンベ８１が
設置されている。
【０００３】次に動作について説明する。
【０００４】アークチャンバー３２内へのガスの供給方
法としては、２つの方法が主に用いられている。１つ
は、イオンソース３１内に設置したベーパーライザー３
３の内部に充填した固体原料をヒーター（図示せず）に
よって気化させてアークチャンバー３２に供給する方法
である。他の１つは、外部のボンベボックス３５内に設
置した原料ガスボンベ８１をガス導入管３４に接続され
た電磁弁６３、６４、マスフローコントローラー（流量
調節器）７２を介してアークチャンバー３２内に供給す
る方法である。
法としては、２つの方法が主に用いられている。１つ
は、イオンソース３１内に設置したベーパーライザー３
３の内部に充填した固体原料をヒーター（図示せず）に
よって気化させてアークチャンバー３２に供給する方法
である。他の１つは、外部のボンベボックス３５内に設
置した原料ガスボンベ８１をガス導入管３４に接続され
た電磁弁６３、６４、マスフローコントローラー（流量
調節器）７２を介してアークチャンバー３２内に供給す
る方法である。
【０００５】このようにしてアークチャンバー３２内に
供給されたイオンソースガスは、アークチャンバー３２
内のフィラメント（図示せず）から発生した電子の衝突
によりイオン化される。このイオンは引き出し電極（図
示せず）により引出され、加速電極（図示せず）にてイ
オンが加速され、次いで質量分析器（図示せず）で所望
のイオンが選択され、そのイオンがウェーハに注入され
る。
供給されたイオンソースガスは、アークチャンバー３２
内のフィラメント（図示せず）から発生した電子の衝突
によりイオン化される。このイオンは引き出し電極（図
示せず）により引出され、加速電極（図示せず）にてイ
オンが加速され、次いで質量分析器（図示せず）で所望
のイオンが選択され、そのイオンがウェーハに注入され
る。
【０００６】ところで、上記イオン注入装置では、定期
的にアークチャンバー３２をはじめとしてイオン注入装
置内部のイオンビーム軌道の真空チャンバー内壁をクリ
ーニングして装置内部の導電性の固体（汚れ）を取り除
く必要がある。この具体的な方法としては、イオン注入
の生産作業を一旦中止し、専用に設けたアルゴンガス導
入系統（不活性ガスボンベ８２、電磁弁６１，６２、マ
スフローコントローラー７１）からイオン発生源にアル
ゴンガスを導入し、それをイオン化して付着物をスパッ
タリングにより除去する方法がある。また、別の方法に
は、イオン注入装置の真空を破り長時間かけて分解クリ
ーニングをして除去する方法がある。
的にアークチャンバー３２をはじめとしてイオン注入装
置内部のイオンビーム軌道の真空チャンバー内壁をクリ
ーニングして装置内部の導電性の固体（汚れ）を取り除
く必要がある。この具体的な方法としては、イオン注入
の生産作業を一旦中止し、専用に設けたアルゴンガス導
入系統（不活性ガスボンベ８２、電磁弁６１，６２、マ
スフローコントローラー７１）からイオン発生源にアル
ゴンガスを導入し、それをイオン化して付着物をスパッ
タリングにより除去する方法がある。また、別の方法に
は、イオン注入装置の真空を破り長時間かけて分解クリ
ーニングをして除去する方法がある。
【０００７】このようにクリーニングをしなければなら
ない理由は以下の通りである。
ない理由は以下の通りである。
【０００８】イオン注入装置における高電圧印加部位で
の放電を防ぎ、装置故障を事前に防ぐためである。ま
た、ベーパーライザー３３で固体原料を気化させて使用
する場合にアークチャンバー３２内にアークを発生し易
くするためである。また、アークチャンバー３２、アー
クチャンバー内のフィラメント、引き出し電極を中空に
浮かせるための絶縁碍子に導電性の被膜が付着してしま
う。すると、フィラメントが絶縁破壊を起し不安定にな
り更に異常放電に至り、希望するイオンの加速ができな
くなる。その結果、イオン注入が中断したり、適切なイ
オン注入が行われないことによって半導体装置の特性を
変化させることとなる。したがって、イオン注入装置内
部におけるイオンビーム軌道の真空チャンバー内壁を定
期的にクリーニングする必要がある。
の放電を防ぎ、装置故障を事前に防ぐためである。ま
た、ベーパーライザー３３で固体原料を気化させて使用
する場合にアークチャンバー３２内にアークを発生し易
くするためである。また、アークチャンバー３２、アー
クチャンバー内のフィラメント、引き出し電極を中空に
浮かせるための絶縁碍子に導電性の被膜が付着してしま
う。すると、フィラメントが絶縁破壊を起し不安定にな
り更に異常放電に至り、希望するイオンの加速ができな
くなる。その結果、イオン注入が中断したり、適切なイ
オン注入が行われないことによって半導体装置の特性を
変化させることとなる。したがって、イオン注入装置内
部におけるイオンビーム軌道の真空チャンバー内壁を定
期的にクリーニングする必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のイオン注入
装置では、上述したようにイオン注入の生産作業の合間
に一旦作業を中止し、メンテナンス作業として不活性ガ
スイオンによるクリーニングを行う必要がある。このた
め、クリーニング作業時間により装置稼働率が低下し、
生産効率が著しく低下するという問題がある。
装置では、上述したようにイオン注入の生産作業の合間
に一旦作業を中止し、メンテナンス作業として不活性ガ
スイオンによるクリーニングを行う必要がある。このた
め、クリーニング作業時間により装置稼働率が低下し、
生産効率が著しく低下するという問題がある。
【００１０】一方、特開平３−１６３７３５号公報のよ
うに、Ｏ，Ｃ，ＣＯのイオンソースガスによってイオン
導入経路の内壁が酸化されることや炭素で汚染されるこ
とを防止するため、このイオンソースガスに２０〜８０
vol％の不活性なアルゴンを混合することによりイオン
注入を行いながら装置内部をクリーニングする方法があ
る。しかし、上記従来のイオン注入方法には、この特開
平３−１６３７３５号公報に記載されているアルゴンを
混合する方法が以下の理由により適用できない。
うに、Ｏ，Ｃ，ＣＯのイオンソースガスによってイオン
導入経路の内壁が酸化されることや炭素で汚染されるこ
とを防止するため、このイオンソースガスに２０〜８０
vol％の不活性なアルゴンを混合することによりイオン
注入を行いながら装置内部をクリーニングする方法があ
る。しかし、上記従来のイオン注入方法には、この特開
平３−１６３７３５号公報に記載されているアルゴンを
混合する方法が以下の理由により適用できない。
【００１１】上記従来のイオン注入方法では、不純物の
イオンソースガスとして三弗化ホウ素ＢＦ3、ホスフィ
ンＰＨ3、アルシンＡｓＨ3などを水素などの活性なガス
で希釈したガスを使用している。このガスを用いるイオ
ン注入の場合に、該ガスに２０〜８０vol％のアルゴン
を混合するのは、アルゴンの混合割合が大きすぎる。こ
のため、三弗化ホウ素、ホスフィン、アルシンなどのイ
オン注入では、目的のイオンの集率が減少しイオン注入
の処理能力を著しく低下させてしまうからである。
イオンソースガスとして三弗化ホウ素ＢＦ3、ホスフィ
ンＰＨ3、アルシンＡｓＨ3などを水素などの活性なガス
で希釈したガスを使用している。このガスを用いるイオ
ン注入の場合に、該ガスに２０〜８０vol％のアルゴン
を混合するのは、アルゴンの混合割合が大きすぎる。こ
のため、三弗化ホウ素、ホスフィン、アルシンなどのイ
オン注入では、目的のイオンの集率が減少しイオン注入
の処理能力を著しく低下させてしまうからである。
【００１２】このような事情から、ホウ素、ホスフィ
ン、アルシンなどの所望する不純物のイオン注入を行う
と同時に、イオン注入経路の内壁に導電性被膜が付着す
るのを防止、除去することができ、更に目的のイオン電
流の集率を向上させることができるイオン注入方法が求
められている。また、高電圧印可部位での放電要因を減
少させることで半導体装置の特性を安定させること、イ
オン注入を停止させて行なう導電性の付着物除去作業の
頻度を減少させることにより、半導体装置の品質の安定
と生産性の向上を実現することが求められている。
ン、アルシンなどの所望する不純物のイオン注入を行う
と同時に、イオン注入経路の内壁に導電性被膜が付着す
るのを防止、除去することができ、更に目的のイオン電
流の集率を向上させることができるイオン注入方法が求
められている。また、高電圧印可部位での放電要因を減
少させることで半導体装置の特性を安定させること、イ
オン注入を停止させて行なう導電性の付着物除去作業の
頻度を減少させることにより、半導体装置の品質の安定
と生産性の向上を実現することが求められている。
【００１３】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、イオン発生源からイオン
を引き出す経路に汚れが付着するのを抑制することによ
り装置稼働率を向上させたイオン注入装置及びイオン注
入方法を提供することにある。
れたものであり、その目的は、イオン発生源からイオン
を引き出す経路に汚れが付着するのを抑制することによ
り装置稼働率を向上させたイオン注入装置及びイオン注
入方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板
へのイオン注入工程を有する半導体装置の製造方法であ
って、前記イオン注入工程において、前記半導体基板へ
注入されるイオンの原料ガスに、２０Vol％以下の不活
性ガスを添加することを特徴とする。
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板
へのイオン注入工程を有する半導体装置の製造方法であ
って、前記イオン注入工程において、前記半導体基板へ
注入されるイオンの原料ガスに、２０Vol％以下の不活
性ガスを添加することを特徴とする。
【００１５】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、半導体基板へのイオン注入工程を有する半導体装置
の製造方法であって、前記イオン注入工程において、前
記半導体基板へ注入されるイオンの原料ガスに、２０Vo
l％以下の不活性ガスがあらかじめ添加されている混合
ガスを用いることを特徴とする。また、不活性ガスの混
合割合は１０Vo1％以下がより好ましい。
は、半導体基板へのイオン注入工程を有する半導体装置
の製造方法であって、前記イオン注入工程において、前
記半導体基板へ注入されるイオンの原料ガスに、２０Vo
l％以下の不活性ガスがあらかじめ添加されている混合
ガスを用いることを特徴とする。また、不活性ガスの混
合割合は１０Vo1％以下がより好ましい。
【００１６】上記の半導体装置の製造方法では、半導体
基板へ注入されるイオンの原料ガスに２０Vo1％以下の
不活性ガスを混合した混合ガスを用いることにより、イ
オン発生源において前記不活性ガスも熱電子の衝撃によ
りプラズマ状態となり、前記原料ガスと共にイオン化さ
れる。その結果、イオン発生源で発生したイオンを基板
に注入するためのイオンの経路に付着した付着物（導電
性の固体）を、不活性ガスのイオンのスパッタリングに
よるクリーニング効果によって除去し、抑制することが
できる。
基板へ注入されるイオンの原料ガスに２０Vo1％以下の
不活性ガスを混合した混合ガスを用いることにより、イ
オン発生源において前記不活性ガスも熱電子の衝撃によ
りプラズマ状態となり、前記原料ガスと共にイオン化さ
れる。その結果、イオン発生源で発生したイオンを基板
に注入するためのイオンの経路に付着した付着物（導電
性の固体）を、不活性ガスのイオンのスパッタリングに
よるクリーニング効果によって除去し、抑制することが
できる。
【００１７】また、前記原料ガスと前記不活性ガスを別
系統から流入させて混合させることにより、原料ガス又
は不活性ガスを供給する量を調整することにより混合濃
度を２０Vo1％以下の範囲で任意に変化させることが可
能となる。
系統から流入させて混合させることにより、原料ガス又
は不活性ガスを供給する量を調整することにより混合濃
度を２０Vo1％以下の範囲で任意に変化させることが可
能となる。
【００１８】さらに、本発明に係る半導体装置の製造方
法は、前記原料ガスはBF３、PH３、ASH３、GeF４、及び
SiF４のうちのいずれかを有するガスであることを特徴
とする。
法は、前記原料ガスはBF３、PH３、ASH３、GeF４、及び
SiF４のうちのいずれかを有するガスであることを特徴
とする。
【００１９】あるいは、本発明に係る半導体装置の製造
方法は、ベーパーライザーに充填した固体原料を気化さ
せ、前記固体原料が気化した気化ガスをアークチャンバ
ー内に供給してイオン化し、電界で加速したのち所望す
るイオンを選択して半導体基板に注入するイオン注入工
程を有する半導体装置の製造方法において、前記アーク
チャンバー内に、前記気化ガスと同時に２０Vol％以下
の不活性ガスを供給してイオン化することを特徴とす
る。
方法は、ベーパーライザーに充填した固体原料を気化さ
せ、前記固体原料が気化した気化ガスをアークチャンバ
ー内に供給してイオン化し、電界で加速したのち所望す
るイオンを選択して半導体基板に注入するイオン注入工
程を有する半導体装置の製造方法において、前記アーク
チャンバー内に、前記気化ガスと同時に２０Vol％以下
の不活性ガスを供給してイオン化することを特徴とす
る。
【００２０】そして、上記の半導体装置の製造方法は、
固体原料を気化させて使用する場合においても同様の効
果を得るため、アークチャンバー内に固体原料からの気
化ガスとともに所定量の不活性ガスを導入するようにし
たものである。
固体原料を気化させて使用する場合においても同様の効
果を得るため、アークチャンバー内に固体原料からの気
化ガスとともに所定量の不活性ガスを導入するようにし
たものである。
【００２１】さらには、本発明に係る半導体装置の製造
方法において、前記不活性ガスはアルゴンであることを
特徴とする。
方法において、前記不活性ガスはアルゴンであることを
特徴とする。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
施の形態を説明する。
【００２８】図１は、本発明の第１の実施の形態による
イオン注入装置を示す模式図である。
イオン注入装置を示す模式図である。
【００２９】図１に示すように、このイオン注入装置
は、アークチャンバー５内に電界及び磁界をかけ、フィ
ラメント７より発生する熱電子とガス導入管４より導入
するイオンソースガスにより、プラズマを生成してい
る。
は、アークチャンバー５内に電界及び磁界をかけ、フィ
ラメント７より発生する熱電子とガス導入管４より導入
するイオンソースガスにより、プラズマを生成してい
る。
【００３０】アルゴン等の不活性ガスボンベ２は電磁弁
１６、マスフローコントローラー３を介してガス導入管
４に接続されている。三弗化ホウ素（ＢＦ3）のイオン
ソースガスボンベ１ａは電磁弁１６、マスフローコント
ローラー３を介してガス導入管４に接続されている。水
素ベースのホスフィンのイオンソースガスボンベ（ＰＨ
3／Ｈ2）１ｂは電磁弁１６、マスフローコントローラー
３を介してガス導入管４に接続されている。このときの
イオンソースガスボンベ１ｂにおけるＰＨ3の混合比は
１５〜５０％である。アルシンのイオンソースガスボン
ベ（ＡｓＨ3／Ｈ2）１ｃは電磁弁１６、マスフローコン
トローラー３を介してガス導入管４に接続されている。
このときのイオンソースガスボンベ１ｃにおけるＡｓＨ
3の混合比は約１５％である。ガス導入管４はアークチ
ャンバー５に接続されている。つまり、三弗化ホウ素に
２０Vo1％以下のアルゴンを混合した混合ガス、ホスフ
ィンに２０Vo1％以下のアルゴンを混合した混合ガス、
又は、アルシンに２０Vo1％以下のアルゴンを混合した
混合ガスそれぞれが、ガス導入管４を通してアークチャ
ンバー５に導入される構成になっている。また、ガス導
入管４内において三弗化ホウ素、ホスフィン又はアルシ
ンにアルゴンを混合する際は、マスフローコントローラ
ー１６によりアルゴンの流量が２０Vo1％以下となるよ
うに調節される。
１６、マスフローコントローラー３を介してガス導入管
４に接続されている。三弗化ホウ素（ＢＦ3）のイオン
ソースガスボンベ１ａは電磁弁１６、マスフローコント
ローラー３を介してガス導入管４に接続されている。水
素ベースのホスフィンのイオンソースガスボンベ（ＰＨ
3／Ｈ2）１ｂは電磁弁１６、マスフローコントローラー
３を介してガス導入管４に接続されている。このときの
イオンソースガスボンベ１ｂにおけるＰＨ3の混合比は
１５〜５０％である。アルシンのイオンソースガスボン
ベ（ＡｓＨ3／Ｈ2）１ｃは電磁弁１６、マスフローコン
トローラー３を介してガス導入管４に接続されている。
このときのイオンソースガスボンベ１ｃにおけるＡｓＨ
3の混合比は約１５％である。ガス導入管４はアークチ
ャンバー５に接続されている。つまり、三弗化ホウ素に
２０Vo1％以下のアルゴンを混合した混合ガス、ホスフ
ィンに２０Vo1％以下のアルゴンを混合した混合ガス、
又は、アルシンに２０Vo1％以下のアルゴンを混合した
混合ガスそれぞれが、ガス導入管４を通してアークチャ
ンバー５に導入される構成になっている。また、ガス導
入管４内において三弗化ホウ素、ホスフィン又はアルシ
ンにアルゴンを混合する際は、マスフローコントローラ
ー１６によりアルゴンの流量が２０Vo1％以下となるよ
うに調節される。
【００３１】アークチャンバー５内にはフィラメント７
が配置されており、アークチャンバー５の外側には電磁
石６が配置されている。したがって、アークチャンバー
５内に導入されたイオンソースガスは、真空中で電流を
流したフィラメント７から発生する熱電子と、電磁石６
の磁場と、アークチャンバー５とフィラメント７にかけ
られた電界によりプラズマ状態８となりイオン化する。
が配置されており、アークチャンバー５の外側には電磁
石６が配置されている。したがって、アークチャンバー
５内に導入されたイオンソースガスは、真空中で電流を
流したフィラメント７から発生する熱電子と、電磁石６
の磁場と、アークチャンバー５とフィラメント７にかけ
られた電界によりプラズマ状態８となりイオン化する。
【００３２】アークチャンバー５から発生したイオンが
引き出されたイオン電流１０が通過する軌道に沿って順
に引き出し電極９、質量分析器１１、イオン加速器１
３、イオン走査部１４、半導体基板１５が配置されてい
る。
引き出されたイオン電流１０が通過する軌道に沿って順
に引き出し電極９、質量分析器１１、イオン加速器１
３、イオン走査部１４、半導体基板１５が配置されてい
る。
【００３３】すなわち、発生したイオンを引き出すため
の引き出し電極９はアークチャンバー５のスリットに対
向する位置に設置されている。この引き出し電極９に負
の電位を印加することにより該スリットを介して発生し
た全てのイオン電流１０が引き出される。
の引き出し電極９はアークチャンバー５のスリットに対
向する位置に設置されている。この引き出し電極９に負
の電位を印加することにより該スリットを介して発生し
た全てのイオン電流１０が引き出される。
【００３４】このように引き出されたイオン電流１０か
ら所定のイオンのみを抽出するための磁場による質量分
析器１１が引き出し電極９に対向する位置に設置されて
いる。この質量分析器１１の中をイオン電流１０が通過
することにより、所定のイオンのみが注出され、アルゴ
ンイオンを含む分離されたその他のイオン１２は質量分
析器１１内で消滅する。
ら所定のイオンのみを抽出するための磁場による質量分
析器１１が引き出し電極９に対向する位置に設置されて
いる。この質量分析器１１の中をイオン電流１０が通過
することにより、所定のイオンのみが注出され、アルゴ
ンイオンを含む分離されたその他のイオン１２は質量分
析器１１内で消滅する。
【００３５】質量分析器１１における抽出されたイオン
の出口に対向する位置にイオン加速部１３が配置されて
おり、その隣りにはイオン走査部１４が配置されてい
る。イオン走査部１４におけるイオンの出口に対向する
位置には半導体基板１５が載置されている。したがっ
て、質量分析器１１で抽出されたイオンは、イオン加速
部１３において所定の加速エネルギーを与えられ、イオ
ン走査部１４を経て半導体基板１５へ均一に注入され
る。
の出口に対向する位置にイオン加速部１３が配置されて
おり、その隣りにはイオン走査部１４が配置されてい
る。イオン走査部１４におけるイオンの出口に対向する
位置には半導体基板１５が載置されている。したがっ
て、質量分析器１１で抽出されたイオンは、イオン加速
部１３において所定の加速エネルギーを与えられ、イオ
ン走査部１４を経て半導体基板１５へ均一に注入され
る。
【００３６】上記第１の実施の形態によれば、三弗化ホ
ウ素、ホスフィン及びアルシンのうちのいずれかにアル
ゴンの体積比が２０Vo1％以下になるようにマスフロー
コントローラーを制御し、得られた混合ガスをアークチ
ャンバー５に導入してイオン注入を行う。このため、こ
のようにイオンソースガスに混合したアルゴンは、イオ
ン発生源で所定のイオンやその他のイオンと同時にイオ
ン化され、引き出し電極９によって引き出される。その
過程で、イオンソースガス又はそれがイオン化されたイ
オンが堆積することによってアークチャンバー５や引き
出し電極９周辺のスリット、絶縁物などに付着している
導電膜を、アルゴンでスパッタリングしながら他のイオ
ンの付着防止と除去を行なう。このようにイオン注入を
行うと同時に不活性ガスイオンによるクリーニングも行
うことができるため、従来のイオン注入装置のようにイ
オン注入作業を一旦停止してクリーニング作業を行わな
くても、イオンを引き出す引き出し電極９での異常放電
の発生がなくなり、安定した電圧でイオンを供給でき
る。更にイオンの加速エネルギーが安定するため、半導
体装置の特性も安定させることができる。その結果、半
導体装置の品質も向上させることができる。したがっ
て、クリーニング作業時間による装置稼働率の低下を防
止でき、従来のイオン注入装置に比べて生産効率を向上
させることができる。なお、アークチャンバー５で発生
したアルゴンイオンは、その後質量分析器１１内で分離
されるため、半導体基板１５に導入されるのは所定のイ
オンだけとなりアルゴンは半導体装置の基板には到達し
ない。従って、従来の半導体装置の特性が変化すること
なく、同じ特性を維持できる。
ウ素、ホスフィン及びアルシンのうちのいずれかにアル
ゴンの体積比が２０Vo1％以下になるようにマスフロー
コントローラーを制御し、得られた混合ガスをアークチ
ャンバー５に導入してイオン注入を行う。このため、こ
のようにイオンソースガスに混合したアルゴンは、イオ
ン発生源で所定のイオンやその他のイオンと同時にイオ
ン化され、引き出し電極９によって引き出される。その
過程で、イオンソースガス又はそれがイオン化されたイ
オンが堆積することによってアークチャンバー５や引き
出し電極９周辺のスリット、絶縁物などに付着している
導電膜を、アルゴンでスパッタリングしながら他のイオ
ンの付着防止と除去を行なう。このようにイオン注入を
行うと同時に不活性ガスイオンによるクリーニングも行
うことができるため、従来のイオン注入装置のようにイ
オン注入作業を一旦停止してクリーニング作業を行わな
くても、イオンを引き出す引き出し電極９での異常放電
の発生がなくなり、安定した電圧でイオンを供給でき
る。更にイオンの加速エネルギーが安定するため、半導
体装置の特性も安定させることができる。その結果、半
導体装置の品質も向上させることができる。したがっ
て、クリーニング作業時間による装置稼働率の低下を防
止でき、従来のイオン注入装置に比べて生産効率を向上
させることができる。なお、アークチャンバー５で発生
したアルゴンイオンは、その後質量分析器１１内で分離
されるため、半導体基板１５に導入されるのは所定のイ
オンだけとなりアルゴンは半導体装置の基板には到達し
ない。従って、従来の半導体装置の特性が変化すること
なく、同じ特性を維持できる。
【００３７】また、三弗化ホウ素等のイオンソースガス
に混合するアルゴンなどの不活性ガスの比率を２０Vo1
％以下としているのは、２０Vo1％以下で十分クリーニ
ング効果を有することを確認したからである。
に混合するアルゴンなどの不活性ガスの比率を２０Vo1
％以下としているのは、２０Vo1％以下で十分クリーニ
ング効果を有することを確認したからである。
【００３８】図２は、三弗化ホウ素ＢＦ3にアルゴンを
混合した混合ガスをイオンソースガスとして図１に示す
イオン注入装置に用いた場合、及び、ホスフィンにアル
ゴンを混合した混合ガスをイオンソースガスとして図１
に示すイオン注入装置に用いた場合それぞれにおけるア
ルゴン混合割合とイオン電流量との関係を示すグラフで
ある。この図において縦軸は、アルゴンを含まないイオ
ンソースガスにより得られるイオン電流量を１とした場
合、それと比較した混合ガスにより得られる電流量の割
合である。
混合した混合ガスをイオンソースガスとして図１に示す
イオン注入装置に用いた場合、及び、ホスフィンにアル
ゴンを混合した混合ガスをイオンソースガスとして図１
に示すイオン注入装置に用いた場合それぞれにおけるア
ルゴン混合割合とイオン電流量との関係を示すグラフで
ある。この図において縦軸は、アルゴンを含まないイオ
ンソースガスにより得られるイオン電流量を１とした場
合、それと比較した混合ガスにより得られる電流量の割
合である。
【００３９】図２に示す通り、アルゴン混合割合が２０
Vo1％を超える混合ガスでは、所定のイオンの集率が混
合しない場合（混合割合０Vo1％）と比較して約半分以
下となってしまう。このため、アルゴン混合割合が２０
Vo1％を超える混合ガスを用いると、アルゴンイオンに
よるクリーニングを行うことはできるが、イオン注入時
間が増大し逆に生産効率を低下させてしまうことにな
る。したがって、アルゴン混合割合が２０Vo1％以下で
あれば、十分に所定イオンの集率を確保しながらアルゴ
ンのクリーニング効果を発揮させることができる。ま
た、より好ましくは、アルゴンの混合割合が１０Vo1％
以下である。
Vo1％を超える混合ガスでは、所定のイオンの集率が混
合しない場合（混合割合０Vo1％）と比較して約半分以
下となってしまう。このため、アルゴン混合割合が２０
Vo1％を超える混合ガスを用いると、アルゴンイオンに
よるクリーニングを行うことはできるが、イオン注入時
間が増大し逆に生産効率を低下させてしまうことにな
る。したがって、アルゴン混合割合が２０Vo1％以下で
あれば、十分に所定イオンの集率を確保しながらアルゴ
ンのクリーニング効果を発揮させることができる。ま
た、より好ましくは、アルゴンの混合割合が１０Vo1％
以下である。
【００４０】尚、上記第1の実施の形態では、アルゴン
などの不活性ガスを用いているが、必ずしも不活性ガス
に限らず、スパッタリング効果が期待できる元素であれ
ば他の元素を用いることも可能である。
などの不活性ガスを用いているが、必ずしも不活性ガス
に限らず、スパッタリング効果が期待できる元素であれ
ば他の元素を用いることも可能である。
【００４１】また、イオンソースガスとしてＢＦ3、Ｐ
Ｈ3又はＡｓＨ3を用いているが、他のイオンソースガス
を用いることも可能であり、例えばＧｅＦ4又はＳｉＦ4
を用いることも可能である。
Ｈ3又はＡｓＨ3を用いているが、他のイオンソースガス
を用いることも可能であり、例えばＧｅＦ4又はＳｉＦ4
を用いることも可能である。
【００４２】また、本実施の形態では、イオン注入装置
においてアルゴン等の不活性ガスボンベ２及びイオンソ
ースガスボンベ１ａ〜１ｃを別々に準備し、不活性ガス
ボンベ２から単独のアルゴンガスをマスフローコントロ
ーラー３により流量を制御しながら引き出すと共に、イ
オンソースガスボンベから単独のイオンソースガスをマ
スフローコントローラー３により流量を制御しながら引
き出し、両者をアークチャンバー５直前のガス導入管４
内で混合させているが、これに限らず他の混合方法によ
って混合することも可能である。例えば、あらかじめア
ルゴンガスを２０Vo1％以下で混合させたイオンソース
ガスを入れたガスボンベを準備し、このガスボンベをイ
オン注入装置に配置することも可能である。この場合
は、本実施の形態のように単独での不活性ガスの導入系
統を必要とせずガス経路を簡略化できるため、容易に安
定した混合比のイオンソースガスを提供することができ
る。一方、本実施の形態のように別系統からアルゴンガ
スを混合する場合は２０Vo1％以下でアルゴン濃度を任
意に変更することが容易であるため、イオン電流の集率
とクリーニング効果を適宜制御でき、イオン注入条件や
装置の状況に対応した最適なアルゴン混合比を容易に選
択できる。
においてアルゴン等の不活性ガスボンベ２及びイオンソ
ースガスボンベ１ａ〜１ｃを別々に準備し、不活性ガス
ボンベ２から単独のアルゴンガスをマスフローコントロ
ーラー３により流量を制御しながら引き出すと共に、イ
オンソースガスボンベから単独のイオンソースガスをマ
スフローコントローラー３により流量を制御しながら引
き出し、両者をアークチャンバー５直前のガス導入管４
内で混合させているが、これに限らず他の混合方法によ
って混合することも可能である。例えば、あらかじめア
ルゴンガスを２０Vo1％以下で混合させたイオンソース
ガスを入れたガスボンベを準備し、このガスボンベをイ
オン注入装置に配置することも可能である。この場合
は、本実施の形態のように単独での不活性ガスの導入系
統を必要とせずガス経路を簡略化できるため、容易に安
定した混合比のイオンソースガスを提供することができ
る。一方、本実施の形態のように別系統からアルゴンガ
スを混合する場合は２０Vo1％以下でアルゴン濃度を任
意に変更することが容易であるため、イオン電流の集率
とクリーニング効果を適宜制御でき、イオン注入条件や
装置の状況に対応した最適なアルゴン混合比を容易に選
択できる。
【００４３】図３は、本発明の第２の実施の形態による
イオン注入装置を示す模式図であり、主にイオンソース
とボンベボックス内を示した構成図である。このイオン
注入装置は、ボンベボックス３５内には図５に示す原料
ガスボンベ８１に代り、クリーニング効果をもつ不活性
ガス（アルゴンガス）を所定量添加した原料ガスボンベ
８３を取り付けた構造になっている。
イオン注入装置を示す模式図であり、主にイオンソース
とボンベボックス内を示した構成図である。このイオン
注入装置は、ボンベボックス３５内には図５に示す原料
ガスボンベ８１に代り、クリーニング効果をもつ不活性
ガス（アルゴンガス）を所定量添加した原料ガスボンベ
８３を取り付けた構造になっている。
【００４４】このように構成されたイオン注入装置で
は、従来と同様にイオン注入作業が可能であり、不活性
ガス添加原料ガスボンベ８３からの所定量のガスは電磁
弁６３，６４、マスフローコントローラー７２を介しガ
ス導入管３４によりアークチャンバー３２内に供給され
る。このアークチャンバー３２内では、イオン注入を行
う所望の原料ガスと同時に、あらかじめ２０Vol％以下
に添加されたクリーニング用の不活性ガス（アルゴンガ
ス）の双方がフィラメント（図示せず）から発生した電
子との衝突によりイオン化される。
は、従来と同様にイオン注入作業が可能であり、不活性
ガス添加原料ガスボンベ８３からの所定量のガスは電磁
弁６３，６４、マスフローコントローラー７２を介しガ
ス導入管３４によりアークチャンバー３２内に供給され
る。このアークチャンバー３２内では、イオン注入を行
う所望の原料ガスと同時に、あらかじめ２０Vol％以下
に添加されたクリーニング用の不活性ガス（アルゴンガ
ス）の双方がフィラメント（図示せず）から発生した電
子との衝突によりイオン化される。
【００４５】これらのイオンは、引出し電極（図示せ
ず）で加速され、次いで、質量分析器（図示せず）によ
り所望のイオンのみに分離選択される。このため、クリ
ーニング用に添加してあったガスによるイオンはここで
分離除去され、ウェーハ（半導体基板）へは注入されな
い。したがって、アルゴンイオンは、アークチャンバー
３２から質量分析器までのイオンビーム軌道のクリーニ
ング効果のみを発揮する。そして、質量分析器で選択さ
れた所望のイオンはウェーハに注入される。
ず）で加速され、次いで、質量分析器（図示せず）によ
り所望のイオンのみに分離選択される。このため、クリ
ーニング用に添加してあったガスによるイオンはここで
分離除去され、ウェーハ（半導体基板）へは注入されな
い。したがって、アルゴンイオンは、アークチャンバー
３２から質量分析器までのイオンビーム軌道のクリーニ
ング効果のみを発揮する。そして、質量分析器で選択さ
れた所望のイオンはウェーハに注入される。
【００４６】図４は、質量分析器により分離された不活
性ガス添加原料ガスのイオンビームスペクトラムの一例
を示す図である。ここでは、原料ガスであるＰＨ3に所
定量の不活性ガスＡｒを添加した例を示しているが、こ
こでの所望イオン31Ｐ+とクリーニング用イオン40Ａｒ+
は磁界により分離されているためクリーニング用イオン
である40Ａｒ+がウェーハに注入されることは無い。
性ガス添加原料ガスのイオンビームスペクトラムの一例
を示す図である。ここでは、原料ガスであるＰＨ3に所
定量の不活性ガスＡｒを添加した例を示しているが、こ
こでの所望イオン31Ｐ+とクリーニング用イオン40Ａｒ+
は磁界により分離されているためクリーニング用イオン
である40Ａｒ+がウェーハに注入されることは無い。
【００４７】また、同様に固体原料からの気化ガスを使
用する場合においても、図３に示すアークチャンバー３
２内には、ベーパーライザー３３からの気化ガスととも
に所定量の不活性ガスを不活性ガスボンベ８２より電磁
弁６１、６２、およびマスフローコントローラー７１、
ガス導入管４を介して供給される。このため、この場合
にも同様の作用をする。
用する場合においても、図３に示すアークチャンバー３
２内には、ベーパーライザー３３からの気化ガスととも
に所定量の不活性ガスを不活性ガスボンベ８２より電磁
弁６１、６２、およびマスフローコントローラー７１、
ガス導入管４を介して供給される。このため、この場合
にも同様の作用をする。
【００４８】また、ガスボンベ、ベーパーライザーのい
ずれの使用においても不活性ガスＡｒを添加した例にお
いてはアークチャンバー３２内でのアーク発生を起こし
易くする効果がある。
ずれの使用においても不活性ガスＡｒを添加した例にお
いてはアークチャンバー３２内でのアーク発生を起こし
易くする効果がある。
【００４９】このように本実施の形態によれば不活性ガ
ス添加原料ガスボンベ８３を使用することにより、所望
のイオンでのイオン注入作業と同時に装置内部のクリー
ニングが行われ、これまで生産作業とは別に行っていた
不活性イオンによるクリーニング作業時間が不要となり
装置稼動率を向上させることができる。
ス添加原料ガスボンベ８３を使用することにより、所望
のイオンでのイオン注入作業と同時に装置内部のクリー
ニングが行われ、これまで生産作業とは別に行っていた
不活性イオンによるクリーニング作業時間が不要となり
装置稼動率を向上させることができる。
【００５０】また、ベーパーライザー３３等の固体原料
を使用の場合は、不活性ガスボンベ８２から所定量のア
ルゴンガスをアークチャンバー３２内に供給することに
より、同様の作用効果が得られる。また、ガスボンベ、
固体原料のいずれの使用においても不活性ガスにＡｒを
使用した場合は、アークチャンバー内でアークを起こし
易い効果もある。
を使用の場合は、不活性ガスボンベ８２から所定量のア
ルゴンガスをアークチャンバー３２内に供給することに
より、同様の作用効果が得られる。また、ガスボンベ、
固体原料のいずれの使用においても不活性ガスにＡｒを
使用した場合は、アークチャンバー内でアークを起こし
易い効果もある。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
オンソースガスに２０Vo1％以下のアルゴンガスを混合
した混合ガスをイオン発生源に供給する。したがって、
イオン発生源からイオンを引き出す経路に汚れが付着す
るのを抑制することにより装置稼働率を向上させたイオ
ン注入装置及びイオン注入方法を提供することができ
る。
オンソースガスに２０Vo1％以下のアルゴンガスを混合
した混合ガスをイオン発生源に供給する。したがって、
イオン発生源からイオンを引き出す経路に汚れが付着す
るのを抑制することにより装置稼働率を向上させたイオ
ン注入装置及びイオン注入方法を提供することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態によるイオン注入装
置を示す模式図である。
置を示す模式図である。
【図２】図１に示すイオン注入装置に用いたイオンソー
スガスのアルゴン混合割合とイオン電流の集率を示すグ
ラフである。
スガスのアルゴン混合割合とイオン電流の集率を示すグ
ラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるイオン注入装
置を示す模式図である。
置を示す模式図である。
【図４】質量分析器により分離された不活性ガス添加原
料ガスのイオンビームスペクトラムの一例を示す図であ
る。
料ガスのイオンビームスペクトラムの一例を示す図であ
る。
【図５】従来のイオン注入装置を示す模式図である。
１ａ〜１ｃイオンソースガスボンベ ２ アルゴン等の
不活性ガスボンベ ３ マスフローコントローラー ４ ガス導入管 ５ アークチャンバー ６ 電磁石 ７ フィラメント ８ プラズマ領域 ９ 引き出し電極 １０ 引き出された
イオン電流 １１ 質量分析器 １２ アルゴンイオンを含む分離されたその他のイオン １３ イオン加速器 １４ イオン走査
部 １５ 半導体基板 １６ 電磁弁 ３１ イオンソース ３２ アークチャ
ンバー ３３ ベーパーライザー ３４ ガス導入管 ３５ ボンベボックス ６１〜６４ 電磁
弁 ７１，７２ マスフローコントローラー ８１ 原料ガスボンベ ８２ 不活性ガス
ボンベ ８３ 不活性ガス添加原料ガスボンベ
不活性ガスボンベ ３ マスフローコントローラー ４ ガス導入管 ５ アークチャンバー ６ 電磁石 ７ フィラメント ８ プラズマ領域 ９ 引き出し電極 １０ 引き出された
イオン電流 １１ 質量分析器 １２ アルゴンイオンを含む分離されたその他のイオン １３ イオン加速器 １４ イオン走査
部 １５ 半導体基板 １６ 電磁弁 ３１ イオンソース ３２ アークチャ
ンバー ３３ ベーパーライザー ３４ ガス導入管 ３５ ボンベボックス ６１〜６４ 電磁
弁 ７１，７２ マスフローコントローラー ８１ 原料ガスボンベ ８２ 不活性ガス
ボンベ ８３ 不活性ガス添加原料ガスボンベ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−262961（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−196121（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−163735（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/317 H01J 27/02 H01J 37/08 H01L 21/265 603
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板へのイオン注入工程を有する
半導体装置の製造方法であって、 前記イオン注入工程において、前記半導体基板へ注入さ
れるイオンの原料ガスに、２０Vol％以下の不活性ガス
を添加することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 半導体基板へのイオン注入工程を有する
半導体装置の製造方法であって、 前記イオン注入工程において、前記半導体基板へ注入さ
れるイオンの原料ガスに、２０Vol％以下の不活性ガス
があらかじめ添加されている混合ガスを用いることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、前記原料ガス
はBF３、PH３、ASH３、GeF４、及びSiF４のうちのいず
れかを有するガスであることを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項４】 ベーパーライザーに充填した固体原料を
気化させ、前記固体原料が気化した気化ガスをアークチ
ャンバー内に供給してイオン化し、電界で加速したのち
所望するイオンを選択して半導体基板に注入するイオン
注入工程を有する半導体装置の製造方法において、 前記アークチャンバー内に、前記気化ガスと同時に２０
Vol％以下の不活性ガスを供給してイオン化することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかにおいて、前
記不活性ガスはアルゴンであることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10276221A JP3099819B2 (ja) | 1997-11-28 | 1998-09-29 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32808197 | 1997-11-28 | ||
| JP9-328081 | 1998-04-06 | ||
| JP10-93691 | 1998-04-06 | ||
| JP9369198 | 1998-04-06 | ||
| JP10276221A JP3099819B2 (ja) | 1997-11-28 | 1998-09-29 | 半導体装置の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000078663A Division JP3769444B2 (ja) | 1997-11-28 | 2000-03-21 | イオン注入装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11354068A JPH11354068A (ja) | 1999-12-24 |
| JP3099819B2 true JP3099819B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=27307360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10276221A Expired - Fee Related JP3099819B2 (ja) | 1997-11-28 | 1998-09-29 | 半導体装置の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| KR20050034731A (ko) * | 2002-08-02 | 2005-04-14 | 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. | 희석 가스 스퍼터링에 의한 플라즈마 증착 표면층의 제거 |
| US20070178678A1 (en) * | 2006-01-28 | 2007-08-02 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Methods of implanting ions and ion sources used for same |
| US7586109B2 (en) * | 2007-01-25 | 2009-09-08 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Technique for improving the performance and extending the lifetime of an ion source with gas dilution |
| US7655931B2 (en) * | 2007-03-29 | 2010-02-02 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for improving the performance and extending the lifetime of an ion source with gas mixing |
| KR20110005683A (ko) | 2008-02-11 | 2011-01-18 | 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드 | 반도체 가공 시스템에서의 이온 공급원 세정법 |
| US8003959B2 (en) * | 2009-06-26 | 2011-08-23 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ion source cleaning end point detection |
| TWI582836B (zh) * | 2010-02-26 | 2017-05-11 | 恩特葛瑞斯股份有限公司 | 用以增進離子植入系統中之離子源的壽命及性能之方法與設備 |
| US8604418B2 (en) * | 2010-04-06 | 2013-12-10 | Axcelis Technologies, Inc. | In-vacuum beam defining aperture cleaning for particle reduction |
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1998
- 1998-09-29 JP JP10276221A patent/JP3099819B2/ja not_active Expired - Fee Related
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