JP3202002B2 - 不純物の導入装置及び不純物の導入方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不純物の導入装置
及び不純物の導入方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＶＬＳＩデバイスの高集積化微細化に伴
い、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜も薄膜化の一途
をたどっている。ゲート絶縁膜の膜厚としては、０．５
μｍデバイスでは１０ｎｍ程度であったが、０．２５μ
ｍデバイスでは５ｎｍ程度である。このように薄膜化し
たゲート絶縁膜においては、ゲート電極へのイオン注入
に起因するチャージアップ損傷に対して極めて敏感にな
ってきている。

【０００３】また、ウェハサイズの大口径化に対応する
ため及びスループットの向上を図るため、イオン注入装
置においては最大ビーム電流が増加してきている。この
ため、イオン注入時におけるビーム電流密度の増加に伴
って発生する、イオンビームに起因する正のチャージア
ップを抑制するべく、電子供給システムにおける電子の
供給能力の向上も要求されるようになってきた。

【０００４】図１０は、従来の不純物導入装置の断面構
造を示しており、基板保持台１０に保持されているウェ
ハ１１と対向するようにガイドチューブ１２が設けら
れ、該ガイドチューブ１２には第１の電圧供給源１３か
らチューブバイアスが印加されている。図示しないイオ
ンビーム発生手段において発生したイオンビーム１４
は、ガイドチューブ１２の内部を右側から左側に向かっ
て進行した後、ウェハ１１の表面に照射される。

【０００５】ガイドチューブ１２の側方にはアークチャ
ンバー１６が設けられ、該アクチャンバー１６の内部に
はフィラメント１７が設けられている。フィラメント１
７の両端部には第２の電圧供給源１８からフィラメント
電圧が印加され、フィラメント１７の一端部とアークチ
ャンバー１６との間には第３の電圧供給源１９からアー
ク電圧が印加され、アークチャンバー１６には電流供給
源２０からアーク電流が印加される。

【０００６】アークチャンバー１６の内部には、ガス導
入部２１から例えばＡｒガスが導入される。アークチャ
ンバー１６の内部に例えばＡｒガスを導入すると共に、
アークチャンバー１６及びフィラメント１７にそれぞれ
所定の電圧を印加すると、アークチャンバー１６の内部
にプラズマが発生し、発生したプラズマに含まれる電子
は、或るエネルギー分布を持ってガイドチューブ１２の
内部に供給される。

【０００７】以上説明した、ガイドチューブ１２，第１
の電圧供給源１３、アークチャンバー１６、フィラメン
ト１７、第２の電圧供給源１８、第３の電圧供給源１
９、電流供給源２０及びガス導入部２１によって、ウェ
ハ１１に照射される電子を供給する電子供給システム２
２が構成されており、アークチャンバー１６からガイド
チューブ１２の内部に供給された電子２３は、正極性の
イオンビーム１４に引き寄せられてイオンビーム１４の
周辺に分布すると共に、イオンビーム１４と一緒にウェ
ハ１１に照射される。また、イオンビーム１４の周辺に
取り込まれなかった電子も、ガイドチューブ１２とウェ
ハ１１との間に生じる電界によりウェハ１１に引き寄せ
られ、ウェハ１１に照射される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、本件発明者
らが、前記従来の不純物の導入装置を用いて、ウェハ１
１に形成されているゲート電極にイオン注入を行なった
ところ、ゲート酸化膜の膜厚が小さくなるにつれて、ゲ
ート酸化膜の破壊率が高くなるという問題に直面した。

【０００９】図１１（ａ）及び（ｂ）は、前記従来の不
純物の導入装置を用いて、アンテナ効果を有するＭＯＳ
トランジスタのゲート電極にイオン注入を行なったとき
のゲート酸化膜の膜厚と破壊率との関係を示している。
ここに、アンテナ効果とは、ゲート電極の面積を実際の
トランジスタに形成されるゲート電極の面積よりも大き
くすると、イオンの電荷及び電子がゲート酸化膜に与え
る電気的影響が実際よりも大きくなる現象を意味する。
尚、図１１（ａ）は、ｐ型の半導体基板にイオン注入を
行なった場合を示し、図１１（ｂ）は、ｎ型の半導体基
板にイオン注入を行なった場合を示している。この場
合、イオン注入の条件は、イオン種：Ａｓ ⁺ 、イオンの
加速エネルギー：２０ｋｅＶ、イオンの注入量：５×１
０¹⁵／ｃｍ ² 、ビーム電流量：１０ｍＡである。また、
ＭＯＳトランジスタの構造としては、ゲート絶縁膜の面
積は１×１０^-6ｍｍ² であり、ゲート電極の面積は１×
１０ ^-1ｍｍ² であり、アンテナ比は１×１０⁵ である。

【００１０】図１１（ａ）及び（ｂ）において、横軸は
ゲート酸化膜の膜厚（Gate Oxide Thickness）を示し、
縦軸はアンテナ効果を有し且つゲート酸化膜の耐圧が８
ＭＶ／ｃｍ以下であるＭＯＳトランジスタの破壊率（Pe
rcentage Of Breakdown ）を示している。また、図１１
（ａ）及び（ｂ）は、電子供給システムによる電子の供
給量（Electron Flux ）を変化させた場合の結果も示し
ており、電子の供給量（0.5 、1.0 、1.5 、2.0 ）は、
標準条件における電子の供給量を１と規格化して示して
いる。 図１１（ａ）及び（ｂ）から、電子供給システ
ム２２により供給される電子２３の供給量が同じでも、
ゲート酸化膜の膜厚が小さくなるに伴って、ゲート酸化
膜の破壊率が大きくなることが分かる。

【００１１】前記に鑑み、本発明は、ゲート絶縁膜の膜
厚が小さくなっても、ゲート絶縁膜の破壊率が大きくな
らないようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る不純物の導入装置は、半導体基板又は
半導体基板上に形成された膜からなる被処理物に、電荷
を持つ不純物を導入する不純物導入手段と、被処理物に
不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供給する電子
供給手段と、電子供給手段により供給される電子の最大
エネルギーを所定値以下に制御する制御手段とを備えて
いる。

【００１３】本発明の不純物の導入装置によると、電子
供給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定
値以下に制御する制御手段を備えているため、被処理物
又は該被処理物が形成されている半導体基板における負
のチャージアップが防止される。

【００１４】本発明の不純物の導入装置において、不純
物導入手段は、不純物としてイオンを注入する手段であ
ることが好ましい。

【００１５】本発明の不純物の導入装置において、半導
体基板には、ｔ（ｎｍ）の膜厚を持つ絶縁膜が形成され
ており、所定値は２ｔ（ｅＶ）であることが好ましい。

【００１６】本発明の不純物の導入装置は、電子供給手
段により供給される電子のエネルギーを測定するエネル
ギー測定手段をさらに備えていることが好ましい。

【００１７】この場合、エネルギー測定手段は、電子供
給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定す
る手段を有していることが好ましい。

【００１８】また、エネルギー測定手段は、測定した電
子のエネルギーに基づき、制御手段に、電子供給手段に
より供給される電子の最大エネルギーを所定値以下に制
御させることが好ましい。

【００１９】本発明に係る不純物の導入方法は、半導体
基板又は半導体基板上に形成された膜からなる被処理物
に、電荷を持つ不純物を導入する不純物導入工程と、被
処理物に、不純物が持つ電荷を打ち消すための電子を供
給する電子供給工程とを備え、電子供給工程は、供給す
る電子の最大エネルギーを所定値以下に制御する工程を
含む。

【００２０】本発明の不純物の導入方法によると、電子
供給工程は、供給する電子の最大エネルギーを所定値以
下に制御する工程を含むため、被処理物又は該被処理物
が形成されている半導体基板における負のチャージアッ
プが防止される。

【００２１】本発明の不純物の導入方法において、不純
物導入工程は、不純物としてイオンを注入する工程を含
むことが好ましい。

【００２２】本発明の不純物の導入方法において、半導
体基板には、ｔ（ｎｍ）の膜厚を持つ絶縁膜が形成され
ており、所定値は２ｔ（ｅＶ）であることが好ましい。

【００２３】本発明に不純物の導入方法は、電子供給工
程において供給される電子のエネルギーを測定するエネ
ルギー測定工程をさらに備えていることが好ましい。

【００２４】この場合、エネルギー測定工程は、電子供
給工程において供給される電子の最大エネルギーを測定
する工程を含むことが好ましい。

【００２５】また、エネルギー測定工程は、測定した電
子のエネルギーに基づき、電子供給工程において供給さ
れる電子の最大エネルギーを所定値以下に制御する工程
を含むことが好ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
不純物の導入装置について図１を参照しながら説明す
る。一実施形態に係る不純物導入装置は、基板保持台１
００に保持されているウェハ１０１に不純物を導入する
装置である。不純物導入装置が備える電子供給システム
の種類は問わないが、ここでは、プラズマから発生した
電子をイオンビームの軌道上に照射するシステム（Plas
ma Flood System ）を備えている場合について説明す
る。

【００２７】図１に示すように、基板保持台１００に保
持されているウェハ１０１と対向するようにガイドチュ
ーブ１０２が設けられ、ガイドチューブ１０２には、該
ガイドチューブ１０２にチューブバイアス電圧を可変的
に供給する第１の電圧供給源１０３が接続されており、
該第１の電圧供給源１０３から供給されるチューブバイ
アス電圧の大きさは、チューブバイアスコントローラ１
０４により制御される。

【００２８】ガイドチューブ１０２の側方にはアークチ
ャンバー１０５が設けられ、該アクチャンバー１０５の
内部にはフィラメント１０６が設けられている。フィラ
メント１０６の両端部には第２の電圧供給源１０７から
フィラメント電圧が印加され、フィラメント１０６の一
端部とアークチャンバー１０５との間には第３の電圧供
給源１０８からアーク電圧が印加される。

【００２９】アークチャンバー１０５には、該アークチ
ャンバー１０５にアーク電流を可変的に印加する電流供
給源１０９が接続されており、該電流供給源１０９から
供給されるアーク電流の電流量は、アーク電流コントロ
ーラ１１０により制御される。

【００３０】基板保持台１００には、ウェハ１０１に照
射される電子のエネルギー及び供給量を検出する電子パ
ラメータ検出手段１１１が設けられている。電子パラメ
ータ検出手段１１１は、基板保持台１００ひいてはウェ
ハ１０１に、電圧値を変化させながら電圧を印加する電
圧可変電源１１２と、基板保持台１００ひいてはウェハ
１０１に流れる電流量を検出する電流計１１３と、電圧
可変電源１１２から供給される電圧値及び電流計１１３
が検出する電流量に基づいて、電圧可変電源１１２から
供給される電圧値を制御するウェハ電圧コントローラ１
１４とからなる。

【００３１】アークチャンバー１０５の内部には、ガス
導入部１１６から例えばＡｒガスが導入される。アーク
チャンバー１０５の内部に例えばＡｒガスを導入すると
共に、アークチャンバー１０５及びフィラメント１０６
にそれぞれ所定の電圧を印加すると、アークチャンバー
１０５の内部にプラズマが発生し、発生したプラズマに
含まれる電子は、或るエネルギー分布を持ってガイドチ
ューブ１０２の内部に供給される。

【００３２】以上説明した、ガイドチューブ１０２、第
１の電圧供給源１０３、チューブバイアスコントローラ
１０４、アークチャンバー１０５、フィラメント１０
６、第２の電圧供給源１０７、第３の電圧供給源１０
８、電流供給源１０９、アーク電流コントローラ１１
０、電子パラメータ検出手段１１１及びガス導入部１１
６によって、電子供給システム１１７が構成されてお
り、アークチャンバー１０５からガイドチューブ１０２
の内部に供給された電子１１８は、正極性のイオンビー
ム１１９に引き寄せられイオンビーム１１９と一緒にウ
ェハ１０１に照射されると共に、イオンビーム１１９の
周辺に取り込まれなかった電子も、ガイドチューブ１０
２とウェハ１０１との間に生じる電界によりウェハ１０
１に引き寄せられ、ウェハ１０１に照射される。

【００３３】ところで、アークチャンバー１０５とフィ
ラメント１０６との間を流れるアーク電流が増加する
と、アークチャンバー１０５の内部に発生するプラズマ
の密度が高くなって、ガイドチューブ１０２に供給され
る電子１１８の量も多くなる。また、ガイドチューブ１
０２に印加されるチューブバイアス電圧を高くすると、
ガイドチューブ１０２に供給される電子１１８のエネル
ギー分布は高エネルギー側にシフトする。

【００３４】図２（ａ）はアーク電流を変化させた場合
における電子のエネルギー分布を示し、図２（ａ）にお
いて、横軸は電子のエネルギー（Electron Enery）を表
わし、縦軸は電子の供給量（Electron Flux ）を表わし
ている。また、矢印Ａはアーク電流が０．５Ａのときの
電子エネルギーの最大値を示し、矢印Ｂはアーク電流が
１Ａのときの電子エネルギーの最大値を示し、矢印Ｃは
アーク電流が２Ａのときの電子エネルギーの最大値を示
している。このように考えられる理由は、矢印Ａ、Ｂ、
Ｃよりも右側の領域はノイズであると考えられるからで
ある。

【００３５】また、図２（ｂ）はチューブバイアス電圧
を変化させた場合における電子のエネルギー分布を示
し、図２（ｂ）において、横軸は電子のエネルギーを表
わし、縦軸は電子の供給量を表わしている。また、矢印
Ａはチューブバイアス電圧が０Ｖのときの電子エネルギ
ーの最大値を示し、矢印Ｂはチューブバイアス電圧が−
５Ｖのときの電子エネルギーの最大値を示し、矢印Ｃは
チューブバイアス電圧が−１０Ｖのときの電子エネルギ
ーの最大値を示している。このように考える理由は、矢
印Ａ、Ｂ、Ｃよりも右側の領域はノイズであると考えら
れるからである。

【００３６】図２（ａ）から分かるように、アーク電流
が増加すると、電子の総供給量は増加すると共に電子エ
ネルギーの最大値は高エネルギー側にシフトする。ま
た、図２（ｂ）から分かるように、チューブバイアス電
圧が低減（０Ｖよりも−１０Ｖの方が低いとする。）す
ると、電子のエネルギーの最大値は高エネルギー側にシ
フトする。

【００３７】従って、アーク電流量及びチューブバイア
ス電圧を変化させると、ウェハに照射される電子のエネ
ルギーの最大値及び電子の総供給量を変化させることが
できる。

【００３８】ここで、電子供給システム１１７により供
給される電子のエネルギー及び供給量を測定する方法に
ついて、図３を参照しながら説明する。

【００３９】電流計１１３は、イオンビーム１１９から
ウェハ１０１に注入される電子の量と、アークチャンバ
ー１０５からガイドチューブ１１８に供給された後、ウ
ェハ１０１に導入される電子の量との合計量を測定す
る。

【００４０】電圧可変電源１１２から基板保持台１００
に印加される印加電圧を高くしていくと、該印加電圧よ
りも低いエネルギーを持つ電子は基板保持台１００に到
達することができないため、電流計１１３が測定する電
流量は低減する。

【００４１】従って、基板保持台１００に印加される印
加電圧を所定の間隔で高くしながら、電流計１１３に流
れる電流量を測定する。つまり、所定の印加電圧値と対
応する電流量を測定する。そして、所定の印加電圧値と
対応する電流量から、所定のエネルギー範囲と対応する
電子の量を算出することができる。

【００４２】図４（ａ）は、イオン注入条件として、イ
オン種：Ａｓ⁺ 、イオンの加速エネルギー：２０ｋｅ
Ｖ、ビーム電流量：１０ｍＡ、アーク電流量：１Ａを用
いて、チューブバイアス電圧を変化させながらイオン注
入を行なったときの電子のエネルギー（Electron Energ
y ）と電子の供給量（Electron Flux ）との関係を示し
ている。また、図４（ｂ）は、イオン注入条件として、
イオン種：Ａｓ⁺ 、イオンの注入エネルギー：２０ｋｅ
Ｖ、ビーム電流量：１０ｍＡ、チューブバイアス電圧
値：０Ｖを用いて、アーク電流量を変化させながらイオ
ン注入を行なったときの電子のエネルギーと電子の供給
量との関係を示している。

【００４３】図４（ａ）から分かるように、チューブバ
イアス電圧が低くなるに伴って、ピークエネルギー（電
子の供給量が最大となる電子エネルギー：縦軸の値が最
大となるときの電子のエネルギー）及び供給される電子
のエネルギーの最大値（エネルギー分布のグラフと横軸
との交点）は、いずれも高エネルギー側にシフトしてい
る。また、ピークエネルギーのときの電子の供給量はチ
ューブバイアス電圧が−５Ｖのときに最も高くなるが、
供給される電子の総量（電子量の積分値）はほぼ一定で
ある。

【００４４】図４（ｂ）から分かるように、アーク電流
量が高くなるに伴って、最大エネルギー及び電子の総供
給量はいずれも増加する。

【００４５】以下、アーク電流量及びチューブバイアス
電圧を変化させて、ウェハに照射される電子のエネルギ
ーの最大値及び電子の総供給量を変化させながら、アン
テナ効果を有するＭＯＳトランジスタのゲート電極に不
純物をイオン注入したときのゲート酸化膜の破壊率につ
いて検討する。イオン注入の条件としては、イオン種：
Ａｓ⁺ 、イオンの加速エネルギー：２０ｋｅＶ、イオン
の注入量：５×１０¹⁵／ｃｍ² 、ビーム電流量：１０ｍ
Ａである。また、イオン注入に用いたアンテナ効果を有
するＭＯＳトランジスタとしては、基板がｐ型及びｎ型
であり、ゲート絶縁膜の面積は１×１０^-6ｍｍ² であ
り、ゲート電極の面積は１×１０^-1ｍｍ²であり、アン
テナ比は１×１０⁵ である。

【００４６】図５（ａ）は、ｐ型の半導体基板上に形成
された５．０ｎｍの膜厚を有するゲート酸化膜に、チュ
ーブバイアス電圧：０Ｖ、ビーム電流：１０ｍＡの条件
で、アーク電流を変化させながらイオン注入を行なった
ときのアーク電流（Arc Current ）とゲート酸化膜の破
壊率（Percentage Of Breakdown ）との関係を示してい
る。また、図５（ｂ）は、ｎ型の半導体基板上に形成さ
れた５．０ｎｍの膜厚を有するゲート酸化膜に、チュー
ブバイアス電圧：０Ｖ、ビーム電流：１０ｍＡの条件
で、アーク電流を変化させながらイオン注入を行なった
ときのアーク電流とゲート酸化膜の破壊率との関係を示
している。

【００４７】図５（ａ）及び（ｂ）から分かるように、
アーク電流が増加するに伴って、ゲート酸化膜の破壊率
が高くなっている。従って、この特性と、前述したアー
ク電流が増加すると、電子の総供給量が増加すると共に
電子のエネルギーの最大値が高エネルギー側にシフトす
るという特性とを合わせて考えると、電子の総供給量が
増加するか又は電子のエネルギーの最大値が高エネルギ
ー側にシフトすると、ゲート酸化膜の破壊率が高くなる
ことが分かる。

【００４８】図６（ａ）は、ｐ型の半導体基板上に形成
された５．０ｎｍの膜厚を有するゲート酸化膜に、アー
ク電流：１Ａ、ビーム電流：１０ｍＡの条件で、チュー
ブバイアス電圧を変化させながらイオン注入を行なった
ときのチューブバイアス（Tube Bias ）とゲート酸化膜
の破壊率（Percentage Of Breakdown ）との関係を示し
ている。また、図６（ｂ）は、ｎ型の半導体基板上に形
成された５．０ｎｍの膜厚を有するゲート酸化膜に、ア
ーク電流：１Ａ、ビーム電流：１０ｍＡの条件で、チュ
ーブバイアス電圧を変化させながらイオン注入を行なっ
たときのチューブバイアスとゲート酸化膜の破壊率との
関係を示している。

【００４９】図６（ａ）及び（ｂ）から分かるように、
チューブバイアス電圧が低くなる（０Ｖよりも−１５Ｖ
の方が低いとする。）に伴って、ゲート酸化膜の破壊率
が高くなっている。従って、この特性と、前述したチュ
ーブバイアス電圧が低くなるに伴って電子のエネルギー
の最大値が高エネルギー側にシフトするという特性とを
合わせて考えると、電子のエネルギーの最大値が高エネ
ルギー側にシフトすると、ゲート酸化膜の破壊率が高く
なることが分かる。

【００５０】従って、図５（ａ）、（ｂ）及び図６
（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明したように、電子の総
供給量が増加するか又は電子のエネルギーの最大値が高
エネルギー側にシフトすると、ゲート酸化膜の破壊率が
高くなることが分かる。

【００５１】以下、電子のエネルギーの最大値とゲート
酸化膜の破壊率との関係について検討する。

【００５２】図７は、ゲート酸化膜の膜厚が３．５ｎｍ
の場合及び５．０ｎｍの場合において、電子供給システ
ムにより供給される電子のエネルギーの最大値（Max El
ectron Energy ）と、ゲート酸化膜の破壊率（Percenta
ge Of Breakdown ）との関係を示している。図７から分
かるように、電子のエネルギーの最大値が高くなるに伴
って、ゲート酸化膜の破壊率が高くなる。また、図７か
ら、ゲート酸化膜の膜厚が５．０ｎｍの場合には、１０
ｅＶのエネルギーを持つ電子が照射されるとゲート酸化
膜が破壊すると共に、ゲート酸化膜の膜厚が３．５ｎｍ
の場合には、７ｅＶのエネルギーを持つ電子が照射され
るとゲート酸化膜が破壊することが分かる。

【００５３】次に、基板がｐ型及びｎ型であり、ゲート
絶縁膜の面積が１×１０^-6ｍｍ² であり、ゲート電極の
面積が１×１０^-1ｍｍ² であり、アンテナ比が１×１０
⁵ であるアンテナ効果を有するＭＯＳトランジスタのゲ
ート酸化膜に対して、ゲート酸化膜の膜厚を変化させな
がら、イオン種：Ａｓ⁺ 、イオンの加速エネルギー：２
０ｋｅＶ、イオンの注入量：５×１０¹⁵／ｃｍ² 、ビー
ム電流：１０ｍＡの条件でイオン注入を行なって、ゲー
ト酸化膜の膜厚と、ゲート酸化膜が破壊する電子のエネ
ルギーの最大値との関係を調べた。

【００５４】図８は、ゲート酸化膜の膜厚（Gate Oxide
Thickness）と、ゲート酸化膜が破壊する電子のエネル
ギーの最大値（Max Electron Energy ）との関係を示し
ており、図８から、エネルギーの最大値が、ほぼ２（ｅ
Ｖ／ｎｍ）×ｔ（ｎｍ）＝２ｔ（ｅＶ）であるときにゲ
ート酸化膜が破壊すること、つまり、２ｔ（ｅＶ）のエ
ネルギーを持つ電子がゲート酸化膜を破壊させることが
分かる。

【００５５】以上の結果より、電子の照射によるゲート
酸化膜の負のチャージアップは、ゲート酸化膜に照射さ
れる電子の最大エネルギーに依存することが分かる。従
って、照射される電子の最大エネルギーを或る所定値以
下に制御すると、ゲート酸化膜のチャージアップを抑制
できることが分かる。

【００５６】以下、電子の供給量とゲート酸化膜の破壊
率との関係について検討する。つまり、電子供給システ
ムにより供給される電子の最大エネルギーを所定値以下
にすると共に、電子の供給量を変化させて、ゲート酸化
膜の破壊状態を調べた。

【００５７】基板がｐ型及びｎ型であり、ゲート絶縁膜
の面積が１×１０^-6ｍｍ² であり、ゲート電極の面積が
１×１０^-1ｍｍ² であり、アンテナ比が１×１０⁵ であ
るアンテナ効果を有するＭＯＳトランジスタのゲート酸
化膜に対して、ゲート酸化膜の膜厚を変化させながら、
イオン種：Ａｓ⁺ 、イオンの加速エネルギー：２０ｋｅ
Ｖ、イオンの注入量：５×１０¹⁵／ｃｍ² 、ビーム電
流：１０ｍＡの条件でイオン注入を行なって、電子の供
給量とゲート酸化膜の破壊率との関係を調べた。

【００５８】図９は、電子の供給量（Electron Flux ）
と、ゲート酸化膜の破壊率（Percentage Of Breakdown
）との関係を示しており、横軸において、0、5、10、1
5、20、25、30は電子の供給量を示し、括弧中の数値
は、ウェハ上における見掛け上の電流量、つまり、電子
供給システムにより供給される電子の供給量とビーム電
流量との合計値（電流量を正の値とすると、電子の供給
量は負の値になるので、実際には、ビーム電流量−電子
の供給量となる。）を示している。図９から、電子の供
給量が少ないとき、つまり電子の供給量が１０ｍＡ以下
のとき（見掛け上の電流量が０ｍＡ以上のとき）には、
ゲート絶縁膜の破壊が起こること、電子の供給量が１０
ｍＡを越えるとき（見掛け上の電流量が０ｍＡよりも小
さいとき）には、ゲート酸化膜の破壊は殆ど起こらない
こと、及び、電子の供給量が３０ｍＡになっても、ゲー
ト酸化膜の破壊は殆ど起こらないことが分かる。

【００５９】このことから、ゲート酸化膜の破壊は、電
子の供給量とは関係がなく、イオンビームの正の電荷に
起因するチャージアップが原因であると考えられる。

【００６０】以上の説明から、(1) ゲート酸化膜のチャ
ージアップはゲート酸化膜に照射される電子の最大エネ
ルギーに依存すること、(2) 電子の最大エネルギーが、
ほぼ２ｔ（ｅＶ）以下であれば、ゲート酸化膜のチャー
ジアップは起こらないこと、(3) ビーム電流を中和する
程度の電子の供給があれば、ゲート酸化膜にチャージア
ップは起こらないこと、及び(4) ゲート酸化膜にチャー
ジアップを起こさせない程度の最大エネルギーを持つ電
子であれば、電子の供給量が増加してもゲート酸化膜に
チャージアップは発生しないことが分かる。

【００６１】従って、電子供給システムのアーク電流及
びガイドチューブのバイアス電圧を調整して、供給電子
の最大エネルギーをゲート酸化膜の膜厚によって決定さ
れる所定値以下に設定することにより、負のチャージア
ップに起因するゲート酸化膜の破壊を抑制することがで
きる。

【００６２】また、実際のデバイスの製造プロセスにお
いては、ゲート酸化膜の膜厚をｔ（ｎｍ）とすると、供
給される電子の最大エネルギーが、２（ｅＶ／ｎｍ）×
ｔ（ｎｍ）＝２ｔ（ｅＶ）程度以下であれば、ゲート酸
化膜は負のチャージアップに起因する破壊を抑制でき
る。

【００６３】ところで、通常のイオン注入装置は、イオ
ン注入が行なわれている間及びイオン注入の前後におけ
る、電子のエネルギー及び電子の供給量を測定する機能
を有していなかった。このため、イオン注入が行なわれ
ているときの電子のエネルギーを知ることができなかっ
た。また、電子のエネルギー及び供給量が分からなかっ
たので、イオン注入装置の状態の変化に起因して起こる
電子の供給量の変化に対応できなかったため、ゲート酸
化膜のチャージアップによる破壊が発生する可能性があ
った。

【００６４】ところが、本実施形態に係る不純物導入装
置によると、電圧可変電源１１２、電流計１１３及びウ
ェハ電圧コントローラ１１４からなる電子パラメータ検
出手段１１１と、第１の電圧供給源１０３から供給され
るチューブバイアス電圧の大きさを制御するチューブバ
イアスコントローラ１０４と、電流供給源１０９から供
給されるアーク電流の電流量を制御するアーク電流コン
トローラ１１０とを備えているため、電子供給システム
により供給される電子の最大エネルギーを所定値以下に
制御できるので、ゲート酸化膜のチャージアップによる
破壊を確実に防止することができる。

【００６５】以下、電子パラメータ検出手段１１１、チ
ューブバイアスコントローラ１０４及びアーク電流コン
トローラ１１０の各動作、並びに、本実施形態による
と、ゲート酸化膜の負のチャージアップによる破壊を確
実に防止できる理由について説明する。

【００６６】まず、イオン注入を行なう前に、イオン注
入を行なうときの注入条件と同じ条件でイオンビーム及
び電子を基板保持台１００に照射する。この場合、電圧
可変電源１１２から印加する印加電圧を上昇していく
と、印加電圧よりも低いエネルギーを持つ電子は基板保
持台１００に到達できないため、電流計１１３が検出す
る電流値は低減していく。そこで、電圧可変電源１１２
から印加する印加電圧を所定間隔で上昇させながら電流
計１１３により電流値を測定することにより、各印加電
圧と対応する電流値を算出し、各印加電圧と対応する電
流値に基づいて各エネルギー範囲の電子の量を算出す
る。また、この際、各エネルギー範囲の電子の量の積分
値を計算することにより電子の総供給量を算出すると共
に、電子のエネルギーの最大値を算出する。

【００６７】次に、電子供給システム１１７により供給
される電子の最大エネルギーが、イオン注入の対象とな
るデバイスのゲート酸化膜の膜厚によって決まる、ゲー
ト酸化膜が破壊される所定のエネルギーよりも高い場合
には、ウェハ電圧コントローラ１１４からチューブバイ
アスコントローラ１０４及びアーク電流コントローラ１
１０に対して制御信号を出力して、第１の電圧供給源１
０３から供給されるチューブバイアス電圧の大きさ及び
電流供給源１０９から供給されるアーク電流の電流値を
低減させる。

【００６８】前記の作業を、電子供給システム１１７に
より供給される電子の最大エネルギーが、所定のエネル
ギー（ゲート酸化膜が破壊されない電子の最大エネルギ
ー）以下になるまで繰り返し行なうことにより、ゲート
酸化膜のチャージアップに起因する破壊を防止する。

【００６９】この場合、ウェハ電圧コントローラ１１４
が、イオン注入の対象となるデバイスのゲート酸化膜の
膜厚が入力される機能を備えていると、ウェハ電圧コン
トローラ１１４は、チューブバイアスコントローラ１０
４及びアーク電流コントローラ１１０に対して、電子の
最大エネルギーが所定のエネルギー以下になるまで、制
御信号を繰り返し出力することができるので、ゲート酸
化膜のチャージアップに起因する破壊を自動的に防止す
ることができる。

【００７０】尚、前記の実施形態においては、イオン注
入条件として、イオン種：Ａｓ⁺ 、イオンの加速エネル
ギー：２０ｋｅＶ、イオンの注入量：５×１０¹⁵／ｃｍ
² 、ビーム電流値：１０ｍＡを採用したが、イオン注入
条件はこれらに限定されるものではなく、イオン種、イ
オンの加速エネルギー、イオンの注入量、ビーム電流値
については、適宜変更可能である。

【００７１】また、前記の実施形態においては、チャー
ジアップによるゲート酸化膜の破壊率を測定するための
デバイスとして、アンテナ効果を有するＭＯＳトランジ
スタを用いたが、ゲート電極を有する構造であれば、ト
ランジスタの構造は限定されるものではない。

【００７２】また、前記の実施形態においては、アーク
電流及びチューブバイアス電圧のパラメータによって、
電子供給システムにより供給される電子のエネルギー及
び供給量を制御できる場合であったが、本発明は、アー
ク電流及びチューブバイアス電圧以外のパラメータによ
って電子供給システムにより供給される電子のエネルギ
ー及び供給量を制御できる場合にも適用できる。

【００７３】また、電子供給システムとしては、プラズ
マから発生した電子をイオンビームの軌道上に照射する
システム以外のものでも、電子のエネルギーを制御する
パラメータをコントロールできる電子供給システムであ
ればよい。

【００７４】

【発明の効果】本発明に係る不純物の導入装置による
と、電子供給手段により供給される電子の最大エネルギ
ーを所定値以下に制御する制御手段を備えているため、
被処理物又は該被処理物が形成されている半導体基板に
おける負のチャージアップを防止することができる。

【００７５】本発明の不純物の導入装置において、不純
物導入手段が、不純物としてイオンを注入する手段であ
ると、イオン注入時における負のチャージアップを防止
することができる。

【００７６】本発明の不純物の導入装置において、半導
体基板にｔ（ｎｍ）の膜厚を持つ絶縁膜が形成されてお
り、所定値が２ｔ（ｅＶ）であると、絶縁膜が負のチャ
ージアップにより破壊される事態を防止することができ
る。

【００７７】本発明の不純物の導入装置がエネルギー測
定手段を備えていると、電子供給手段により供給される
電子のエネルギーを知ることができる。

【００７８】この場合、エネルギー測定手段が、電子供
給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定す
る手段を有していると、電子供給手段により供給される
電子の最大エネルギーを所定値以下に制御することが容
易になる。

【００７９】また、エネルギー測定手段が、測定した電
子のエネルギーに基づき、制御手段に、電子供給手段に
より供給される電子の最大エネルギーを所定値以下に制
御させると、電子供給手段により供給される電子の最大
エネルギーを自動的に所定値以下に制御することができ
る。

【００８０】本発明に係る不純物の導入方法によると、
電子供給工程は、供給する電子の最大エネルギーを所定
値以下に制御する工程を含むため、被処理物又は該被処
理物が形成されている半導体基板における負のチャージ
アップを防止することができる。

【００８１】本発明の不純物の導入方法において、不純
物導入工程が、不純物としてイオンを注入する工程を含
むと、イオン注入工程における負のチャージアップを防
止することができる。

【００８２】本発明の不純物の導入方法において、半導
体基板にｔ（ｎｍ）の膜厚を持つ絶縁膜が形成されてお
り、所定値が２ｔ（ｅＶ）であると、絶縁膜が負のチャ
ージアップにより破壊される事態を防止することができ
る。

【００８３】本発明に不純物の導入方法がエネルギー測
定工程を備えていると、電子供給工程において供給され
る電子のエネルギーを知ることができる。

【００８４】この場合、エネルギー測定工程が、電子供
給工程において供給する電子の最大エネルギーを測定す
る工程を含むと、電子供給工程において供給する電子の
最大エネルギーを所定値以下に制御することが容易にな
る。

【００８５】また、エネルギー測定工程が、測定した電
子のエネルギーに基づき、電子供給手段工程において供
給される電子の最大エネルギーを所定値以下に制御する
工程を含むと、電子供給工程において供給される電子の
最大エネルギーを自動的に所定値以下に制御することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る不純物の導入装置の
全体構成を示す図である。

【図２】（ａ）はアーク電流を変化させた場合における
電子のエネルギー分布を示す特性図であり、（ｂ）はチ
ューブバイアス電圧を変化させた場合における電子のエ
ネルギー分布を示す特性図である。

【図３】電子供給システムにより供給される電子のエネ
ルギー及び供給量を測定する方法を説明する図である。

【図４】（ａ）はチューブバイアス電圧を変化させなが
らイオン注入を行なったときの電子のエネルギーと電子
の供給量との関係を示す特性図であり、（ｂ）はアーク
電流量を変化させながらイオン注入を行なったときの電
子のエネルギーと電子の供給量との関係を示す特性図で
ある。

【図５】（ａ）はアーク電流を変化させながらイオン注
入を行なったときのアーク電流量とゲート酸化膜の破壊
率との関係を示す特性図であり、（ｂ）はアーク電流量
を変化させながらイオン注入を行なったときのアーク電
流量とゲート酸化膜の破壊率との関係を示す特性図であ
る。

【図６】（ａ）はチューブバイアス電圧を変化させなが
らｐ型の半導体基板にイオン注入を行なったときのチュ
ーブバイアス電圧とゲート酸化膜の破壊率との関係を示
す特性図であり、（ｂ）はチューブバイアス電圧を変化
させながらｎ型の半導体基板にイオン注入を行なったと
きのチューブバイアス電圧とゲート酸化膜の破壊率との
関係を示す特性図である。

【図７】電子供給システムにより供給される電子のエネ
ルギーの最大値と、ゲート酸化膜の破壊率との関係を示
す特性図である。

【図８】ゲート酸化膜の膜厚と、ゲート酸化膜が破壊す
る電子のエネルギーの最大値との関係を示す特性図であ
る。

【図９】電子の供給量と、ゲート酸化膜の破壊率との関
係を示す特性図である。

【図１０】従来の不純物導入装置の全体構成を示す図で
ある。

【図１１】（ａ）はｐ型の半導体基板にイオン注入を行
なったときのゲート絶縁膜の膜厚と破壊率との関係を示
す特性図であり、（ｂ）はｎ型の半導体基板にイオン注
入を行なったときのゲート絶縁膜の膜厚と破壊率との関
係を示す特性図である。

【符号の説明】

１００ 基板保持台 １０１ ウェハ １０２ ガイドチューブ １０３ 第１の電圧供給源 １０４ チューブバイアスコントローラ １０５ アークチャンバー １０６ フィラメント １０７ 第２の電圧供給源 １０８ 第３の電圧供給源 １０９ 電流供給源 １１０ アーク電流コントローラ １１１ 電子パラメータ検出手段 １１２ 電圧可変電源 １１３ 電流計 １１４ ウェハ電圧コントローラ １１６ ガス導入部 １１７ 電子供給システム １１８ 電子 １１９ イオンビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−320508（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−325724（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−14548（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/317

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に膜厚ｔ（ｎｍ）の絶縁膜
   を介して形成された膜からなる被処理物に、電荷を持つ
   不純物を導入する不純物導入手段と、 前記被処理物に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すため
   の電子を供給する電子供給手段と、 前記電子供給手段により供給される電子の最大エネルギ
   ーを０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制
   御する制御手段とを備えていることを特徴とする不純物
   の導入装置。
2. 【請求項２】 前記不純物導入手段は、前記不純物とし
   てイオンを注入する手段であることを特徴とする請求項
   １に記載の不純物の導入装置。
3. 【請求項３】 前記電子供給手段により供給される電子
   のエネルギーを測定するエネルギー測定手段をさらに備
   えていることを特徴とする請求項１に記載の不純物の導
   入装置。
4. 【請求項４】 前記エネルギー測定手段は、前記電子供
   給手段により供給される電子の最大エネルギーを測定す
   る手段を有していることを特徴とする請求項３に記載の
   不純物の導入装置。
5. 【請求項５】 前記エネルギー測定手段は、測定した電
   子のエネルギーに基づき、前記制御手段に、前記電子供
   給手段により供給される電子の最大エネルギーを所定値
   以下に制御させることを特徴とする請求項３に記載の不
   純物の導入装置。
6. 【請求項６】 半導体基板上に膜厚ｔ（ｎｍ）の絶縁膜
   を介して形成された膜からなる被処理物に、電荷を持つ
   不純物を導入する不純物導入工程と、 前記被処理物に、前記不純物が持つ電荷を打ち消すため
   の電子を供給する電子供給工程とを備え、 前記電子供給工程は、供給する電子の最大エネルギーを
   ０（ｅＶ）よりも大きく且つ２ｔ（ｅＶ）以下に制御す
   る工程を含むことを特徴とする不純物の導入方法。
7. 【請求項７】 前記不純物導入工程は、前記不純物とし
   てイオンを注入する工程を含むことを特徴とする請求項
   ６に記載の不純物の導入方法。
8. 【請求項８】 前記電子供給工程において供給される電
   子のエネルギーを測定するエネルギー測定工程をさらに
   備えていることを特徴とする請求項６に記載の不純物の
   導入方法。
9. 【請求項９】 前記エネルギー測定工程は、前記電子供
   給工程において供給される電子の最大エネルギーを測定
   する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の不純
   物の導入方法。
10. 【請求項１０】 前記エネルギー測定工程は、測定した
    電子のエネルギーに基づき、前記電子供給工程において
    供給される電子の最大エネルギーを所定値以下に制御す
    る工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の不純物
    の導入装置。