JP3414380B2 - イオンビーム照射方法ならびに関連の方法および装置 - Google Patents
イオンビーム照射方法ならびに関連の方法および装置Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
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-
- H—ELECTRICITY
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-
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、基板にイオンビ
ームを照射してイオン注入等の処理を施すイオンビーム
照射方法およびその装置、ならびに、半導体基板にイオ
ンビーム照射を行って半導体デバイスを製造する方法に
関し、より具体的には、イオンビーム照射の際の基板表
面の帯電（チャージアップ）を抑制する手段に関する。
ームを照射してイオン注入等の処理を施すイオンビーム
照射方法およびその装置、ならびに、半導体基板にイオ
ンビーム照射を行って半導体デバイスを製造する方法に
関し、より具体的には、イオンビーム照射の際の基板表
面の帯電（チャージアップ）を抑制する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、従来のイオンビーム照射装置の
一例を側方から見て示す。なお、基板２とイオンビーム
１４との関係は、図２の平面図も参照するものとする。
一例を側方から見て示す。なお、基板２とイオンビーム
１４との関係は、図２の平面図も参照するものとする。
【０００３】このイオンビーム照射装置は、図示しない
イオン源から引き出され、かつ必要に応じて質量分離、
加速等の行われたスポット状のイオンビーム１４を、電
界または磁界によってＸ方向（例えば水平方向。以下同
じ）に往復走査しながら、ホルダ１６に保持された基板
（例えば半導体基板）２に照射して、当該基板２にイオ
ン注入等の処理を施すよう構成されている。
イオン源から引き出され、かつ必要に応じて質量分離、
加速等の行われたスポット状のイオンビーム１４を、電
界または磁界によってＸ方向（例えば水平方向。以下同
じ）に往復走査しながら、ホルダ１６に保持された基板
（例えば半導体基板）２に照射して、当該基板２にイオ
ン注入等の処理を施すよう構成されている。
【０００４】基板２およびホルダ１６は、ホルダ駆動装
置１８によって、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向
（例えば垂直方向。以下同じ）に機械的に往復走査され
る。これと、イオンビーム１４の前記走査との協働（ハ
イブリッドスキャン）によって、基板２の全面に均一に
イオンビーム照射が行われるようにしている。
置１８によって、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向
（例えば垂直方向。以下同じ）に機械的に往復走査され
る。これと、イオンビーム１４の前記走査との協働（ハ
イブリッドスキャン）によって、基板２の全面に均一に
イオンビーム照射が行われるようにしている。
【０００５】上記基板２およびホルダ１６の上流側近傍
には、プラズマ３０を発生させてそれを基板２の近傍に
供給して、イオンビーム１４の照射に伴う基板２の表面
の帯電を抑制するプラズマ発生装置２０が設けられてい
る。
には、プラズマ３０を発生させてそれを基板２の近傍に
供給して、イオンビーム１４の照射に伴う基板２の表面
の帯電を抑制するプラズマ発生装置２０が設けられてい
る。
【０００６】このプラズマ発生装置２０は、プラズマ生
成容器２２内に導入されたガス（例えばキセノンガス）
２４を、熱電子放出用のフィラメント２６と陽極兼用の
プラズマ生成容器２２との間のアーク放電によって電離
させてプラズマ３０を生成するものである。プラズマ生
成容器２２の周囲には、プラズマ３０の生成、維持およ
び導出用の磁界を発生させる磁気コイル２８が設けられ
ている。
成容器２２内に導入されたガス（例えばキセノンガス）
２４を、熱電子放出用のフィラメント２６と陽極兼用の
プラズマ生成容器２２との間のアーク放電によって電離
させてプラズマ３０を生成するものである。プラズマ生
成容器２２の周囲には、プラズマ３０の生成、維持およ
び導出用の磁界を発生させる磁気コイル２８が設けられ
ている。
【０００７】フィラメント２６には、直流のフィラメン
ト電源３２から加熱用のフィラメント電圧ＶF （例えば
５Ｖ程度）が印加される。フィラメント２６の正極側端
とプラズマ生成容器２２との間には、直流のアーク電源
３４からアーク放電用のアーク電圧ＶA （例えば１０Ｖ
程度）が印加される。
ト電源３２から加熱用のフィラメント電圧ＶF （例えば
５Ｖ程度）が印加される。フィラメント２６の正極側端
とプラズマ生成容器２２との間には、直流のアーク電源
３４からアーク放電用のアーク電圧ＶA （例えば１０Ｖ
程度）が印加される。
【０００８】更にこの例では、プラズマ発生装置２０か
ら基板２の上流側近傍にかけての領域を囲むように、筒
状のリフレクタ電極３８が設けられている。このリフレ
クタ電極３８には、直流のリフレクタ電源４０から例え
ば−５Ｖ程度の負電圧が印加される。従ってこのリフレ
クタ電極３８は、プラズマ発生装置２０から放出された
プラズマ３０中の電子を中央部へ（即ちイオンビーム１
４の経路付近へ）押し戻す働きをする。
ら基板２の上流側近傍にかけての領域を囲むように、筒
状のリフレクタ電極３８が設けられている。このリフレ
クタ電極３８には、直流のリフレクタ電源４０から例え
ば−５Ｖ程度の負電圧が印加される。従ってこのリフレ
クタ電極３８は、プラズマ発生装置２０から放出された
プラズマ３０中の電子を中央部へ（即ちイオンビーム１
４の経路付近へ）押し戻す働きをする。
【０００９】フィラメント電源３２とアーク電源３４と
の接続部３３とグラウンド間には電流計３６が接続され
ており、プラズマ発生装置２０からプラズマ３０を放出
することに伴ってプラズマ発生装置２０とグラウンドと
の間に流れるプラズマ放出電流ＩP を、この電流計３６
によって計測することができる。
の接続部３３とグラウンド間には電流計３６が接続され
ており、プラズマ発生装置２０からプラズマ３０を放出
することに伴ってプラズマ発生装置２０とグラウンドと
の間に流れるプラズマ放出電流ＩP を、この電流計３６
によって計測することができる。
【００１０】基板２にイオンビーム１４を照射すると、
そのままでは、イオンビーム１４の正電荷によって、基
板２の表面が正に帯電する。特に、当該表面が絶縁物の
場合は帯電しやすい。このイオンビーム照射の際に上記
のようにして基板２の近傍にプラズマ３０を供給する
と、当該プラズマ３０中の電子が、正に帯電している基
板表面に引き込まれて正電荷を中和する。正電荷が中和
されれば、基板２への電子の引き込みは自動的に止ま
る。このようにして、イオンビーム照射に伴う基板表面
の正帯電を抑制することができる。
そのままでは、イオンビーム１４の正電荷によって、基
板２の表面が正に帯電する。特に、当該表面が絶縁物の
場合は帯電しやすい。このイオンビーム照射の際に上記
のようにして基板２の近傍にプラズマ３０を供給する
と、当該プラズマ３０中の電子が、正に帯電している基
板表面に引き込まれて正電荷を中和する。正電荷が中和
されれば、基板２への電子の引き込みは自動的に止ま
る。このようにして、イオンビーム照射に伴う基板表面
の正帯電を抑制することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなプラズマ
発生装置２０を設けることによって、イオンビーム照射
に伴う基板表面の帯電をある程度は抑制することができ
るけれども、完全に抑制することは困難である。
発生装置２０を設けることによって、イオンビーム照射
に伴う基板表面の帯電をある程度は抑制することができ
るけれども、完全に抑制することは困難である。
【００１２】これは、プラズマ発生装置２０から放出さ
れるプラズマ３０中の電子は、例えば図７に示すよう
な、マクスウェル・ボルツマン分布と呼ばれるエネルギ
ー分布を有しており、２〜３ｅＶ程度のところにピーク
を持つけれども、それよりも遙かに高い（例えば１０〜
２０ｅＶ程度以上の）エネルギーを持つ電子も含まれて
おり、このような高いエネルギーの電子が基板２に供給
され、この電子によって基板２に逆に負の帯電を惹き起
こすからである。このような高いエネルギーの電子が基
板２に供給されると、そのままでは、基板表面の帯電電
圧は、当該電子のエネルギーに相当する電圧まで上昇す
る。
れるプラズマ３０中の電子は、例えば図７に示すよう
な、マクスウェル・ボルツマン分布と呼ばれるエネルギ
ー分布を有しており、２〜３ｅＶ程度のところにピーク
を持つけれども、それよりも遙かに高い（例えば１０〜
２０ｅＶ程度以上の）エネルギーを持つ電子も含まれて
おり、このような高いエネルギーの電子が基板２に供給
され、この電子によって基板２に逆に負の帯電を惹き起
こすからである。このような高いエネルギーの電子が基
板２に供給されると、そのままでは、基板表面の帯電電
圧は、当該電子のエネルギーに相当する電圧まで上昇す
る。
【００１３】このような理由で、従来は、基板表面の帯
電を十分に抑制することができなかった。例えば、基板
表面の帯電電圧を１０〜１２Ｖ程度にまで抑制するのが
限界であった。
電を十分に抑制することができなかった。例えば、基板
表面の帯電電圧を１０〜１２Ｖ程度にまで抑制するのが
限界であった。
【００１４】しかし、近年、このような基板表面の帯電
をより抑制して、基板表面の帯電電圧をより低くしたい
という要望が強くなっている。
をより抑制して、基板表面の帯電電圧をより低くしたい
という要望が強くなっている。
【００１５】例えば、上記のようなイオンビーム照射に
よるイオン注入によって半導体デバイスを製造する場
合、近年は半導体デバイスの微細化が進んでいるので、
絶縁破壊防止のために、イオン注入の際の帯電電圧を６
Ｖ程度以下に抑えたいという要望がある。
よるイオン注入によって半導体デバイスを製造する場
合、近年は半導体デバイスの微細化が進んでいるので、
絶縁破壊防止のために、イオン注入の際の帯電電圧を６
Ｖ程度以下に抑えたいという要望がある。
【００１６】これを図８に示すような半導体デバイス１
２を製造する場合を例に詳述する。この半導体デバイス
１２は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、より具体的
にはＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ形電界効果トランジスタ）の
例である。このような半導体デバイス１２を製造する場
合、前述した基板２として半導体基板（例えばシリコン
基板）２を用い、その表面の所定領域にゲート酸化膜４
および分離用酸化膜６を形成し、ゲート酸化膜４の表面
にゲート電極８を形成しておく。
２を製造する場合を例に詳述する。この半導体デバイス
１２は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、より具体的
にはＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ形電界効果トランジスタ）の
例である。このような半導体デバイス１２を製造する場
合、前述した基板２として半導体基板（例えばシリコン
基板）２を用い、その表面の所定領域にゲート酸化膜４
および分離用酸化膜６を形成し、ゲート酸化膜４の表面
にゲート電極８を形成しておく。
【００１７】このような半導体基板２に、イオンビーム
１４を照射して、ドーパントイオン（例えばホウ素、リ
ン、ヒ素等）を注入する。これによって、半導体基板２
の表層部であってゲート電極８およびゲート酸化膜４の
両側に、二つの不純物注入層１０が形成される。この不
純物注入層１０は、例えば、ドーパントイオンとしてホ
ウ素を注入した場合はｐ形になり、リンまたはヒ素を注
入した場合はｎ形になる。半導体基板２が例えばｎ形の
場合、ｐ形の不純物注入層１０を形成することによって
ｐｎ接合が形成され、一方の不純物注入層１０がソー
ス、他方の不純物注入層１０がドレインとなり、半導体
デバイス１２として、ｐチャネル形ＭＯＳＦＥＴが形成
される。半導体基板２が例えばｐ形の場合、ｎ形の不純
物注入層１０を形成することによってｐｎ接合が形成さ
れ、半導体デバイス１２として、ｎチャネル形ＭＯＳＦ
ＥＴが形成される。このような半導体デバイス１２が、
半導体基板２の表面に多数形成される。
１４を照射して、ドーパントイオン（例えばホウ素、リ
ン、ヒ素等）を注入する。これによって、半導体基板２
の表層部であってゲート電極８およびゲート酸化膜４の
両側に、二つの不純物注入層１０が形成される。この不
純物注入層１０は、例えば、ドーパントイオンとしてホ
ウ素を注入した場合はｐ形になり、リンまたはヒ素を注
入した場合はｎ形になる。半導体基板２が例えばｎ形の
場合、ｐ形の不純物注入層１０を形成することによって
ｐｎ接合が形成され、一方の不純物注入層１０がソー
ス、他方の不純物注入層１０がドレインとなり、半導体
デバイス１２として、ｐチャネル形ＭＯＳＦＥＴが形成
される。半導体基板２が例えばｐ形の場合、ｎ形の不純
物注入層１０を形成することによってｐｎ接合が形成さ
れ、半導体デバイス１２として、ｎチャネル形ＭＯＳＦ
ＥＴが形成される。このような半導体デバイス１２が、
半導体基板２の表面に多数形成される。
【００１８】上記イオンビーム１４の照射の際に、前述
したような理由から、ゲート電極８の表面に電荷が蓄積
され、その帯電電圧がゲート酸化膜４の耐圧以上になる
と、ゲート酸化膜４は絶縁破壊を起こし、その半導体デ
バイス１２は壊れて欠陥となる。
したような理由から、ゲート電極８の表面に電荷が蓄積
され、その帯電電圧がゲート酸化膜４の耐圧以上になる
と、ゲート酸化膜４は絶縁破壊を起こし、その半導体デ
バイス１２は壊れて欠陥となる。
【００１９】近年は、この１個の半導体デバイス１２の
寸法Ｌが０．１μｍ程度に微細化し、それに伴ってゲー
ト酸化膜４の厚さが４ｎｍ程度に薄くなってその耐圧は
６Ｖ程度になっているので、イオンビーム１４の照射中
のゲート電極８の帯電電圧は６Ｖ程度以下に抑える必要
がある。これは、前述したように、従来の技術では困難
であった。
寸法Ｌが０．１μｍ程度に微細化し、それに伴ってゲー
ト酸化膜４の厚さが４ｎｍ程度に薄くなってその耐圧は
６Ｖ程度になっているので、イオンビーム１４の照射中
のゲート電極８の帯電電圧は６Ｖ程度以下に抑える必要
がある。これは、前述したように、従来の技術では困難
であった。
【００２０】そこでこの発明は、イオンビーム照射の際
の基板表面の帯電をより小さく抑制することを主たる目
的とする。
の基板表面の帯電をより小さく抑制することを主たる目
的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】この発明に係るイオンビ
ーム照射方法は、基板にイオンビームを照射して処理を
施す際に、プラズマ発生装置から放出させたプラズマを
基板の近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う基板表
面の帯電を抑制するイオンビーム照射方法において、前
記基板に照射されるイオンビームのビーム電流Ｉ B を計
測し、かつ前記プラズマ発生装置から放出されるプラズ
マ中のイオンの量を表すイオン電流Ｉ I と同プラズマ中
の電子の量を表す電子電流Ｉ E とをそれぞれ計測し、更
に、ＩE／ＩB で表される比率を１．８以上に保ち、か
つＩI ／ＩE で表される比率を０．０７以上０．７以下
に保つことを特徴としている。
ーム照射方法は、基板にイオンビームを照射して処理を
施す際に、プラズマ発生装置から放出させたプラズマを
基板の近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う基板表
面の帯電を抑制するイオンビーム照射方法において、前
記基板に照射されるイオンビームのビーム電流Ｉ B を計
測し、かつ前記プラズマ発生装置から放出されるプラズ
マ中のイオンの量を表すイオン電流Ｉ I と同プラズマ中
の電子の量を表す電子電流Ｉ E とをそれぞれ計測し、更
に、ＩE／ＩB で表される比率を１．８以上に保ち、か
つＩI ／ＩE で表される比率を０．０７以上０．７以下
に保つことを特徴としている。
【００２２】本願の発明者達は、種々実験を重ねた結
果、次のことを見い出した。
果、次のことを見い出した。
【００２３】即ち、イオンビーム照射に伴う基板表面の
帯電を効果的に抑制するためには、プラズマ発生装置か
ら放出するプラズマ中に含まれる電子の量を、基板に照
射されるイオンビームの量よりもある程度多くする必要
がある。
帯電を効果的に抑制するためには、プラズマ発生装置か
ら放出するプラズマ中に含まれる電子の量を、基板に照
射されるイオンビームの量よりもある程度多くする必要
がある。
【００２４】また、プラズマ発生装置から放出するプラ
ズマ中に前述したようにエネルギーの高い電子が含まれ
ていても、同プラズマ中に含まれるイオン（正イオン。
以下同じ）の割合を適度に高くすることによって、この
イオンによって基板表面において負電荷をうまく中和す
ることができ、基板表面の実効的な帯電電圧を下げるこ
とができる。
ズマ中に前述したようにエネルギーの高い電子が含まれ
ていても、同プラズマ中に含まれるイオン（正イオン。
以下同じ）の割合を適度に高くすることによって、この
イオンによって基板表面において負電荷をうまく中和す
ることができ、基板表面の実効的な帯電電圧を下げるこ
とができる。
【００２５】上記２条件を総合した結果、基板にイオン
ビームを照射するときに、上記比率ＩE ／ＩB を１．８
以上に保ち、かつ上記比率ＩI ／ＩE を０．０７以上
０．７以下に保つことによって、基板表面の帯電を小さ
く抑えて、基板表面の帯電電圧を低くすることができ
る。これによって、例えば、基板表面の帯電電圧を６Ｖ
以下に抑えることも可能になる。
ビームを照射するときに、上記比率ＩE ／ＩB を１．８
以上に保ち、かつ上記比率ＩI ／ＩE を０．０７以上
０．７以下に保つことによって、基板表面の帯電を小さ
く抑えて、基板表面の帯電電圧を低くすることができ
る。これによって、例えば、基板表面の帯電電圧を６Ｖ
以下に抑えることも可能になる。
【００２６】上記比率ＩE ／ＩB が１．８よりも小さい
と、基板に供給される電子の量が少な過ぎるため、基板
表面は正に帯電する。従ってこれは好ましくない。
と、基板に供給される電子の量が少な過ぎるため、基板
表面は正に帯電する。従ってこれは好ましくない。
【００２７】上記比率ＩI ／ＩE が０．０７よりも小さ
いと、基板に供給される電子の量が多くなり過ぎて、基
板表面は負に帯電する。反対に、上記比率ＩI ／ＩE が
０．７よりも大きいと、基板に供給されるイオンの量が
多くなり過ぎて、基板表面は正に帯電する。従っていず
れも好ましくない。
いと、基板に供給される電子の量が多くなり過ぎて、基
板表面は負に帯電する。反対に、上記比率ＩI ／ＩE が
０．７よりも大きいと、基板に供給されるイオンの量が
多くなり過ぎて、基板表面は正に帯電する。従っていず
れも好ましくない。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオンビ
ーム照射方法等を実施するイオンビーム照射装置の一例
を示す概略側面図である。図２は、図１の装置の基板周
りの概略平面図である。図６に示した従来例と同一また
は相当する部分には同一符号を付し、以下においては当
該従来例との相違点を主に説明する。
ーム照射方法等を実施するイオンビーム照射装置の一例
を示す概略側面図である。図２は、図１の装置の基板周
りの概略平面図である。図６に示した従来例と同一また
は相当する部分には同一符号を付し、以下においては当
該従来例との相違点を主に説明する。
【００２９】まず、図１を参照して、このイオンビーム
照射装置では、前記プラズマ発生装置２０のプラズマ生
成容器２２とグラウンドとの間に、直流の引出し電源５
８を介して、前記電流計３６を接続している。この引出
し電源５８は、出力電圧の大きさおよび極性が可変であ
り、この引出し電源５８からプラズマ生成容器２２に、
正または負の引出し電圧ＶE を印加することができる。
照射装置では、前記プラズマ発生装置２０のプラズマ生
成容器２２とグラウンドとの間に、直流の引出し電源５
８を介して、前記電流計３６を接続している。この引出
し電源５８は、出力電圧の大きさおよび極性が可変であ
り、この引出し電源５８からプラズマ生成容器２２に、
正または負の引出し電圧ＶE を印加することができる。
【００３０】この引出し電源５８から出力する引出し電
圧ＶE の大きさおよび極性によって、プラズマ発生装置
２０から放出されるプラズマ３０中のイオンの量および
電子の量を制御することができる。例えば、引出し電圧
ＶE を正にすると、プラズマ生成容器２２は正電位にな
るので、プラズマ生成容器２２からイオンが放出されや
すくなり（逆に電子は放出されにくくなり）、プラズマ
３０中のイオンの量は増加する。この引出し電圧ＶE を
正側に大きくするとより増加する。反対に、引出し電圧
ＶE を負にすると、プラズマ生成容器２２は負電位にな
るので、プラズマ生成容器２２から電子が放出されやす
くなり（逆にイオンは放出されにくくなり）、プラズマ
３０中の電子の量は増加する。この引出し電圧ＶE を負
側に大きくするとより増加する。
圧ＶE の大きさおよび極性によって、プラズマ発生装置
２０から放出されるプラズマ３０中のイオンの量および
電子の量を制御することができる。例えば、引出し電圧
ＶE を正にすると、プラズマ生成容器２２は正電位にな
るので、プラズマ生成容器２２からイオンが放出されや
すくなり（逆に電子は放出されにくくなり）、プラズマ
３０中のイオンの量は増加する。この引出し電圧ＶE を
正側に大きくするとより増加する。反対に、引出し電圧
ＶE を負にすると、プラズマ生成容器２２は負電位にな
るので、プラズマ生成容器２２から電子が放出されやす
くなり（逆にイオンは放出されにくくなり）、プラズマ
３０中の電子の量は増加する。この引出し電圧ＶE を負
側に大きくするとより増加する。
【００３１】なお、前記電流計３６で計測されるプラズ
マ放出電流ＩP は、放出されるプラズマ３０中のイオン
の量と電子の量との差に相当する電流である。
マ放出電流ＩP は、放出されるプラズマ３０中のイオン
の量と電子の量との差に相当する電流である。
【００３２】プラズマ発生装置２０から放出されるプラ
ズマ３０中のイオンの量および電子の量は、この例で
は、図２に示すように、基板２の近傍であってプラズマ
発生装置２０から放出されたプラズマ３０が入射する位
置に設けられたエネルギーアナライザ４４によって計測
することができる。
ズマ３０中のイオンの量および電子の量は、この例で
は、図２に示すように、基板２の近傍であってプラズマ
発生装置２０から放出されたプラズマ３０が入射する位
置に設けられたエネルギーアナライザ４４によって計測
することができる。
【００３３】このエネルギーアナライザ４４は、多孔の
接地電極４６の背後に多孔の反射電極４８を設け、その
背後に板状のコレクタ電極５０を設けた構造をしてい
る。反射電極４８には、出力電圧の大きさおよび極性が
可変の反射電源５２から正または負の反射電圧ＶR が印
加される。コレクタ電極５０にプラズマ３０中のイオン
または電子が入射することによって当該コレクタ電極５
０に流れるコレクタ電流ＩC は、電流計５４によって計
測される。
接地電極４６の背後に多孔の反射電極４８を設け、その
背後に板状のコレクタ電極５０を設けた構造をしてい
る。反射電極４８には、出力電圧の大きさおよび極性が
可変の反射電源５２から正または負の反射電圧ＶR が印
加される。コレクタ電極５０にプラズマ３０中のイオン
または電子が入射することによって当該コレクタ電極５
０に流れるコレクタ電流ＩC は、電流計５４によって計
測される。
【００３４】この反射電圧ＶR とコレクタ電流ＩC との
関係の一例を図３に示す。反射電圧ＶR を負側に大きく
するほど、その負電位によってプラズマ３０からエネル
ギーアナライザ４４内に引き込まれるイオンが多くな
り、反射電圧ＶR がある程度（例えば−４０Ｖ）になる
とコレクタ電流ＩC は飽和する。このときのコレクタ電
流ＩC は、プラズマ３０中に含まれるイオンの量を表し
ており、これを飽和イオン電流、略してイオン電流と呼
ぶ。これが前述したイオン電流ＩI である。
関係の一例を図３に示す。反射電圧ＶR を負側に大きく
するほど、その負電位によってプラズマ３０からエネル
ギーアナライザ４４内に引き込まれるイオンが多くな
り、反射電圧ＶR がある程度（例えば−４０Ｖ）になる
とコレクタ電流ＩC は飽和する。このときのコレクタ電
流ＩC は、プラズマ３０中に含まれるイオンの量を表し
ており、これを飽和イオン電流、略してイオン電流と呼
ぶ。これが前述したイオン電流ＩI である。
【００３５】反対に、反射電圧ＶR を正側に大きくする
ほど、その正電位によってプラズマ３０からエネルギー
アナライザ４４内に引き込まれる電子が多くなり、反射
電圧ＶR がある程度（例えば＋４０Ｖ）になるとコレク
タ電流ＩC は飽和する。このときのコレクタ電流Ｉ
C は、プラズマ３０中に含まれる電子の量を表してお
り、これを飽和電子電流、略して電子電流と呼ぶ。これ
が前述した電子電流ＩE である。
ほど、その正電位によってプラズマ３０からエネルギー
アナライザ４４内に引き込まれる電子が多くなり、反射
電圧ＶR がある程度（例えば＋４０Ｖ）になるとコレク
タ電流ＩC は飽和する。このときのコレクタ電流Ｉ
C は、プラズマ３０中に含まれる電子の量を表してお
り、これを飽和電子電流、略して電子電流と呼ぶ。これ
が前述した電子電流ＩE である。
【００３６】このようにして、プラズマ発生装置２０か
ら放出されるプラズマ３０中のイオンの量、より具体的
にはそれを表すイオン電流ＩI と、同プラズマ３０中の
電子の量、より具体的にはそれを表す電子電流ＩE と
を、それぞれ定量的に計測することができる。
ら放出されるプラズマ３０中のイオンの量、より具体的
にはそれを表すイオン電流ＩI と、同プラズマ３０中の
電子の量、より具体的にはそれを表す電子電流ＩE と
を、それぞれ定量的に計測することができる。
【００３７】基板２に照射されるイオンビーム１４のイ
オンビーム電流ＩB は、この例では、図２に示すよう
に、プラズマ発生装置２０の上流側近傍であって、Ｘ方
向に走査されたイオンビーム１４が入射する位置に設け
られたファラデーカップ５６によって計測することがで
きる。
オンビーム電流ＩB は、この例では、図２に示すよう
に、プラズマ発生装置２０の上流側近傍であって、Ｘ方
向に走査されたイオンビーム１４が入射する位置に設け
られたファラデーカップ５６によって計測することがで
きる。
【００３８】上記のような手段によって、イオンビーム
電流ＩB に対するイオン電流ＩE の比率ＩE ／ＩB およ
び電子電流ＩE に対するイオン電流ＩI の比率ＩI ／Ｉ
E を種々に変えて、基板２の表面の帯電状況を測定し
た。
電流ＩB に対するイオン電流ＩE の比率ＩE ／ＩB およ
び電子電流ＩE に対するイオン電流ＩI の比率ＩI ／Ｉ
E を種々に変えて、基板２の表面の帯電状況を測定し
た。
【００３９】この帯電状況は、半導体基板の表面に、試
験用の半導体素子を多数形成して成るテストエレメント
グループ（TEST ELEMENT GROUP。略してＴＥＧ）を用
い、それを前記基板２の代わりにホルダ１６に取り付け
て、それにイオンビーム１４を照射すると共にプラズマ
３０を供給して、当該ＴＥＧの生存率（即ち正常に残っ
ている素子の割合）を測定することによって行った。こ
のときの条件は、イオンビーム１４として７０ｋｅＶの
エネルギーのリン（Ｐ）イオンを用い、そのイオンビー
ム電流ＩB を１ｍＡとして、ＴＥＧにドーズ量５×１０
14ｃｍ-2でイオン注入を行った。ＴＥＧ構成素子の耐圧
は６Ｖである。この測定結果の一例を図４に示す。
験用の半導体素子を多数形成して成るテストエレメント
グループ（TEST ELEMENT GROUP。略してＴＥＧ）を用
い、それを前記基板２の代わりにホルダ１６に取り付け
て、それにイオンビーム１４を照射すると共にプラズマ
３０を供給して、当該ＴＥＧの生存率（即ち正常に残っ
ている素子の割合）を測定することによって行った。こ
のときの条件は、イオンビーム１４として７０ｋｅＶの
エネルギーのリン（Ｐ）イオンを用い、そのイオンビー
ム電流ＩB を１ｍＡとして、ＴＥＧにドーズ量５×１０
14ｃｍ-2でイオン注入を行った。ＴＥＧ構成素子の耐圧
は６Ｖである。この測定結果の一例を図４に示す。
【００４０】この図４に示すように、上記比率ＩE ／Ｉ
B を１．８以上にし、かつ上記比率ＩI ／ＩE を０．０
７以上０．７以下にすることによって、ＴＥＧの生存率
を１００％にすることができた。図４中の１００％の線
上および当該線で囲まれた領域が、生存率１００％であ
る。安全を見るならば、上記比率ＩE ／ＩB を２．０以
上にし、かつ上記ＩI ／ＩE を０．０８以上０．６以下
にしても良い。それによって、ＴＥＧの生存率を確実に
１００％にすることができる。
B を１．８以上にし、かつ上記比率ＩI ／ＩE を０．０
７以上０．７以下にすることによって、ＴＥＧの生存率
を１００％にすることができた。図４中の１００％の線
上および当該線で囲まれた領域が、生存率１００％であ
る。安全を見るならば、上記比率ＩE ／ＩB を２．０以
上にし、かつ上記ＩI ／ＩE を０．０８以上０．６以下
にしても良い。それによって、ＴＥＧの生存率を確実に
１００％にすることができる。
【００４１】このような結果が得られるのは、比率ＩE
／ＩB およびＩI ／ＩE を上記範囲内に保つことによっ
て、前述したように、基板表面の帯電を小さく抑えて、
基板表面の帯電電圧を低くすることができたからであ
る。即ちこの例では、基板表面の帯電電圧を、ＴＥＧ構
成素子の耐圧である６Ｖ以下に抑えることができた。
／ＩB およびＩI ／ＩE を上記範囲内に保つことによっ
て、前述したように、基板表面の帯電を小さく抑えて、
基板表面の帯電電圧を低くすることができたからであ
る。即ちこの例では、基板表面の帯電電圧を、ＴＥＧ構
成素子の耐圧である６Ｖ以下に抑えることができた。
【００４２】上記比率ＩE ／ＩB および比率ＩI ／ＩE
を上記範囲内に保つ機能を有する制御手段を設けても良
い。そのようにすれば、装置運転の省力化または自動化
を図ることができる。この例では、上記引出し電源５８
およびそれを制御する演算制御装置６０が当該制御手段
を構成している。
を上記範囲内に保つ機能を有する制御手段を設けても良
い。そのようにすれば、装置運転の省力化または自動化
を図ることができる。この例では、上記引出し電源５８
およびそれを制御する演算制御装置６０が当該制御手段
を構成している。
【００４３】演算制御装置６０は、上記反射電源５２か
ら出力する反射電圧ＶR を図３に示した電流が飽和する
値、例えば、−４０Ｖおよび＋４０Ｖに制御して、それ
ぞれのときのコレクタ電流ＩC に基づいて前記イオン電
流ＩI および電子電流ＩE を計測する。イオン電流ＩI
および電子電流ＩE が計測できるのは前述のとおりであ
る。
ら出力する反射電圧ＶR を図３に示した電流が飽和する
値、例えば、−４０Ｖおよび＋４０Ｖに制御して、それ
ぞれのときのコレクタ電流ＩC に基づいて前記イオン電
流ＩI および電子電流ＩE を計測する。イオン電流ＩI
および電子電流ＩE が計測できるのは前述のとおりであ
る。
【００４４】更に演算制御装置６０は、ファラデーカッ
プ５６で計測するイオンビーム１４のイオンビーム電流
ＩB を取り込む。そしてこれらに基づいて、演算制御装
置６０は、上記比率ＩE ／ＩB およびＩI ／ＩE を演算
すると共に、それらが上記範囲内に入るように、引出し
電源５８から出力する引出し電圧ＶE を制御する。この
引出し電圧ＶE によってプラズマ３０中のイオンと電子
との割合を制御することができるのは前述のとおりであ
る。
プ５６で計測するイオンビーム１４のイオンビーム電流
ＩB を取り込む。そしてこれらに基づいて、演算制御装
置６０は、上記比率ＩE ／ＩB およびＩI ／ＩE を演算
すると共に、それらが上記範囲内に入るように、引出し
電源５８から出力する引出し電圧ＶE を制御する。この
引出し電圧ＶE によってプラズマ３０中のイオンと電子
との割合を制御することができるのは前述のとおりであ
る。
【００４５】図５に示す実施例の装置によって、上記比
率ＩE ／ＩB およびＩI ／ＩE を上記範囲内に入れるこ
ともできる。この装置は、上記のような引出し電源５８
は設けておらず、その代わりに、フィラメント電源３２
の接続（向き）を図６の従来例とは反対にしたものであ
る。即ちこの例では、フィラメント電源３２の負極とア
ーク電源３４の負極とを接続部３３で接続し、当該接続
部３３を電流計３６を介して接地している。但し、電流
計３６を設けるか否かは任意である。また、図２に示し
た自動制御用のエネルギーアナライザ４４、ファラデー
カップ５６および演算制御装置６０等を設けるか否かも
任意である。
率ＩE ／ＩB およびＩI ／ＩE を上記範囲内に入れるこ
ともできる。この装置は、上記のような引出し電源５８
は設けておらず、その代わりに、フィラメント電源３２
の接続（向き）を図６の従来例とは反対にしたものであ
る。即ちこの例では、フィラメント電源３２の負極とア
ーク電源３４の負極とを接続部３３で接続し、当該接続
部３３を電流計３６を介して接地している。但し、電流
計３６を設けるか否かは任意である。また、図２に示し
た自動制御用のエネルギーアナライザ４４、ファラデー
カップ５６および演算制御装置６０等を設けるか否かも
任意である。
【００４６】図５の例のように接続すると、プラズマ発
生装置２０から放出されるプラズマ３０中のイオンの量
を図６の従来例の場合よりも多くすることができる。こ
れを詳述すると、プラズマ発生装置２０のフィラメント
２６とプラズマ生成容器２２との間で前述したアーク放
電を生じさせるためには、両者間に一定以上の電位差が
必要である。図６に示した従来例では、この電位差が最
大になるのは、フィラメント２６の負極側端であり、こ
の電位差はフィラメント電圧ＶF とアーク電圧ＶA との
和（ＶF ＋ＶA ）になる。例えば、前述したようにフィ
ラメント電圧Ｖ F を５Ｖ、アーク電圧ＶA を１０Ｖにす
ると、当該電位差は１５Ｖになる。
生装置２０から放出されるプラズマ３０中のイオンの量
を図６の従来例の場合よりも多くすることができる。こ
れを詳述すると、プラズマ発生装置２０のフィラメント
２６とプラズマ生成容器２２との間で前述したアーク放
電を生じさせるためには、両者間に一定以上の電位差が
必要である。図６に示した従来例では、この電位差が最
大になるのは、フィラメント２６の負極側端であり、こ
の電位差はフィラメント電圧ＶF とアーク電圧ＶA との
和（ＶF ＋ＶA ）になる。例えば、前述したようにフィ
ラメント電圧Ｖ F を５Ｖ、アーク電圧ＶA を１０Ｖにす
ると、当該電位差は１５Ｖになる。
【００４７】これに対して図５の例では、上記電位差が
最大になるのは、フィラメント２６の負極側端であるけ
れども、この電位差はアーク電圧ＶA と同じである。従
って、この電位差を従来例と同じ１５Ｖにするとすれ
ば、アーク電圧ＶA を１５Ｖにすることができる。フィ
ラメント電圧ＶF は、例えば従来例と同じ５Ｖで良い。
このようにすれば、図５の例と図６の従来例とは、プラ
ズマ生成容器２２内におけるアーク放電の条件、ひいて
はプラズマ３０を生成する条件は同じになる。
最大になるのは、フィラメント２６の負極側端であるけ
れども、この電位差はアーク電圧ＶA と同じである。従
って、この電位差を従来例と同じ１５Ｖにするとすれ
ば、アーク電圧ＶA を１５Ｖにすることができる。フィ
ラメント電圧ＶF は、例えば従来例と同じ５Ｖで良い。
このようにすれば、図５の例と図６の従来例とは、プラ
ズマ生成容器２２内におけるアーク放電の条件、ひいて
はプラズマ３０を生成する条件は同じになる。
【００４８】ところが、プラズマ生成容器２２の電位を
見ると、当該電位はアーク電圧ＶAで決まり、図６の従
来例では＋１０Ｖであるのに対して、図５の例では＋１
５Ｖである。図１の例のところで説明したように、プラ
ズマ生成容器２２の電位が正に高い方がプラズマ生成容
器２２からイオンが放出されやすくなり（逆に電子は放
出されにくくなり）、プラズマ３０中のイオンの量は増
加する。これによって上記比率ＩI ／ＩE を、図６の従
来例による場合よりも大きくすることが可能になり、そ
れを上記範囲内に入れることが可能になる。
見ると、当該電位はアーク電圧ＶAで決まり、図６の従
来例では＋１０Ｖであるのに対して、図５の例では＋１
５Ｖである。図１の例のところで説明したように、プラ
ズマ生成容器２２の電位が正に高い方がプラズマ生成容
器２２からイオンが放出されやすくなり（逆に電子は放
出されにくくなり）、プラズマ３０中のイオンの量は増
加する。これによって上記比率ＩI ／ＩE を、図６の従
来例による場合よりも大きくすることが可能になり、そ
れを上記範囲内に入れることが可能になる。
【００４９】ちなみに、図６の従来例で単にアーク電圧
ＶA を１５Ｖにすると、フィラメント２６とプラズマ生
成容器２２との間の電位差が大きくなり（フィラメント
電圧ＶF が５Ｖの場合は最大で２０Ｖになる）、それに
伴ってフィラメント２６から放出される熱電子のエネル
ギーも高くなり、このような高エネルギーの電子がプラ
ズマ３０中に含まれて基板２に到達するようになり、基
板表面の負の帯電電圧を大きくするという問題が生じ
る。図５の例ではそのような問題は生じない。
ＶA を１５Ｖにすると、フィラメント２６とプラズマ生
成容器２２との間の電位差が大きくなり（フィラメント
電圧ＶF が５Ｖの場合は最大で２０Ｖになる）、それに
伴ってフィラメント２６から放出される熱電子のエネル
ギーも高くなり、このような高エネルギーの電子がプラ
ズマ３０中に含まれて基板２に到達するようになり、基
板表面の負の帯電電圧を大きくするという問題が生じ
る。図５の例ではそのような問題は生じない。
【００５０】ところで、この発明に係る上記方法は、基
板２として半導体基板を用いてそれにイオンビーム１４
を照射して半導体デバイスを製造する方法に好適であ
る。半導体デバイスの製造方法の例は、図８を参照して
先に説明したとおりであり、そのイオンビーム１４の照
射の際に、プラズマ発生装置２０から放出させたプラズ
マ３０を半導体基板の近傍に供給し、その際の上記比率
ＩE ／ＩB およびＩI ／ＩE を上記範囲内に保てば良
い。
板２として半導体基板を用いてそれにイオンビーム１４
を照射して半導体デバイスを製造する方法に好適であ
る。半導体デバイスの製造方法の例は、図８を参照して
先に説明したとおりであり、そのイオンビーム１４の照
射の際に、プラズマ発生装置２０から放出させたプラズ
マ３０を半導体基板の近傍に供給し、その際の上記比率
ＩE ／ＩB およびＩI ／ＩE を上記範囲内に保てば良
い。
【００５１】これによって、上述した理由から、半導体
基板表面の帯電を小さく抑えて、基板表面の帯電電圧を
低くすることができる。例えば、イオンビーム１４の照
射中の前述したゲート電極８の帯電電圧を低く抑えるこ
とができるので、イオンビーム照射中の半導体デバイス
１２の絶縁破壊を防止して、半導体デバイス製造の歩留
まりを向上させることができる。例えば、前述したよう
に、ゲート電極８の帯電電圧を６Ｖ以下に抑えることも
可能であるので、半導体デバイスの微細化にも十分に対
応することができる。
基板表面の帯電を小さく抑えて、基板表面の帯電電圧を
低くすることができる。例えば、イオンビーム１４の照
射中の前述したゲート電極８の帯電電圧を低く抑えるこ
とができるので、イオンビーム照射中の半導体デバイス
１２の絶縁破壊を防止して、半導体デバイス製造の歩留
まりを向上させることができる。例えば、前述したよう
に、ゲート電極８の帯電電圧を６Ｖ以下に抑えることも
可能であるので、半導体デバイスの微細化にも十分に対
応することができる。
【００５２】なお、前述したリフレクタ電極３８および
リフレクタ電源４０は、プラズマ３０中の電子を効果的
に利用する上で設けるのが好ましいけれども、必須のも
のではない。要は、上記二つの比率を上記範囲内に保つ
ことができれば良いからである。
リフレクタ電源４０は、プラズマ３０中の電子を効果的
に利用する上で設けるのが好ましいけれども、必須のも
のではない。要は、上記二つの比率を上記範囲内に保つ
ことができれば良いからである。
【００５３】
【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。
るので、次のような効果を奏する。
【００５４】請求項１記載の発明によれば、上記ビーム
電流Ｉ B 、イオン電流Ｉ I および電子電流Ｉ E をそれぞ
れ計測し、かつ上記二つの比率Ｉ E ／Ｉ B およびＩ I ／
Ｉ E を上記範囲内に保つことによって、イオンビーム照
射に伴う基板表面の正電荷を、プラズマ発生装置から放
出させるプラズマ中の電子によって効果的に中和するこ
とができると共に、当該電子による負帯電を同プラズマ
中のイオンによってうまく中和することができるので、
基板表面の帯電を小さく抑えて、基板表面の帯電電圧を
低くすることができる。
電流Ｉ B 、イオン電流Ｉ I および電子電流Ｉ E をそれぞ
れ計測し、かつ上記二つの比率Ｉ E ／Ｉ B およびＩ I ／
Ｉ E を上記範囲内に保つことによって、イオンビーム照
射に伴う基板表面の正電荷を、プラズマ発生装置から放
出させるプラズマ中の電子によって効果的に中和するこ
とができると共に、当該電子による負帯電を同プラズマ
中のイオンによってうまく中和することができるので、
基板表面の帯電を小さく抑えて、基板表面の帯電電圧を
低くすることができる。
【００５５】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の前記効果と同様の効果を奏すると共に、装置
運転の省力化または自動化を図ることができる。
載の発明の前記効果と同様の効果を奏すると共に、装置
運転の省力化または自動化を図ることができる。
【００５６】請求項３記載の発明によれば、半導体デバ
イスの製造において、請求項１記載の発明の前記効果と
同様の効果を奏することができる。その結果、イオンビ
ーム照射中の半導体デバイスの絶縁破壊を防止して、半
導体デバイス製造の歩留まりを向上させることができ
る。また、半導体デバイスの微細化にも対応することが
できる。
イスの製造において、請求項１記載の発明の前記効果と
同様の効果を奏することができる。その結果、イオンビ
ーム照射中の半導体デバイスの絶縁破壊を防止して、半
導体デバイス製造の歩留まりを向上させることができ
る。また、半導体デバイスの微細化にも対応することが
できる。
【図１】この発明に係るイオンビーム照射方法等を実施
するイオンビーム照射装置の一例を示す概略側面図であ
る。
するイオンビーム照射装置の一例を示す概略側面図であ
る。
【図２】図１の装置の基板周りの概略平面図である。
【図３】図２中のエネルギーアナライザにおける反射電
圧とコレクタ電流との関係の一例を示す図である。
圧とコレクタ電流との関係の一例を示す図である。
【図４】テストエレメントグループ（ＴＥＧ）を用いて
その生存率を測定した結果の一例を示す図である。
その生存率を測定した結果の一例を示す図である。
【図５】この発明に係るイオンビーム照射方法等を実施
するイオンビーム照射装置の他の例を示す概略側面図で
ある。
するイオンビーム照射装置の他の例を示す概略側面図で
ある。
【図６】従来のイオンビーム照射装置の一例を示す概略
側面図である。
側面図である。
【図７】図１、図５および図６に示したプラズマ発生装
置から放出されるプラズマ中の電子のエネルギー分布の
一例を示す概略図である。
置から放出されるプラズマ中の電子のエネルギー分布の
一例を示す概略図である。
【図８】半導体デバイスの一例を拡大して示す概略断面
図である。
図である。
２ 基板（半導体基板）
１２ 半導体デバイス
１４ イオンビーム
２０ プラズマ発生装置
３０ プラズマ
４４ エネルギーアナライザ
５６ ファラデーカップ
５８ 引出し電源
６０ 演算制御装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｎ
(56)参考文献 特開 平10−64477（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−36739（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−123755（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−93141（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 37/317
C23C 14/48
H01J 37/04
H01J 37/20
H01L 21/265
Claims (3)
- 【請求項１】 基板にイオンビームを照射して処理を施
す際に、プラズマ発生装置から放出させたプラズマを基
板の近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う基板表面
の帯電を抑制するイオンビーム照射方法において、前記
基板に照射されるイオンビームのビーム電流Ｉ B を計測
し、かつ前記プラズマ発生装置から放出されるプラズマ
中のイオンの量を表すイオン電流Ｉ I と同プラズマ中の
電子の量を表す電子電流Ｉ E とをそれぞれ計測し、更
に、ＩE ／ＩB で表される比率を１．８以上に保ち、か
つＩI ／ＩE で表される比率を０．０７以上０．７以下
に保つことを特徴とするイオンビーム照射方法。 - 【請求項２】 基板にイオンビームを照射して処理を施
す装置であって、プラズマ発生装置から放出させたプラ
ズマを基板の近傍に供給して、イオンビーム照射に伴う
基板表面の帯電を抑制する構成のイオンビーム照射装置
において、前記基板に照射されるイオンビームのビーム
電流Ｉ B を計測する手段と、前記プラズマ発生装置から
放出されるプラズマ中のイオンの量を表すイオン電流Ｉ
I と同プラズマ中の電子の量を表す電子電流Ｉ E とをそ
れぞれ計測する手段とを備え、更に、ＩE ／ＩB で表さ
れる比率を１．８以上に保ち、かつＩI ／ＩE で表され
る比率を０．０７以上０．７以下に保つ制御手段を備え
ることを特徴とするイオンビーム照射装置。 - 【請求項３】 半導体基板にイオンビームを照射して半
導体デバイスを製造する際に、プラズマ発生装置から放
出させたプラズマを半導体基板の近傍に供給して、イオ
ンビーム照射に伴う半導体基板表面の帯電を抑制する半
導体デバイスの製造方法において、前記半導体基板に照
射されるイオンビームのビーム電流Ｉ B を計測し、かつ
前記プラズマ発生装置から放出されるプラズマ中のイオ
ンの量を表すイオン電流Ｉ I と同プラズマ中の電子の量
を表す電子電流Ｉ E とをそれぞれ計測し、更に、ＩE ／
ＩB で表される比率を１．８以上に保ち、かつＩI ／Ｉ
Eで表される比率を０．０７以上０．７以下に保つこと
を特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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