JP3458396B2 - イオン注入装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
イオン注入装置および半導体装置の製造方法Info
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、イオン注入装置およ
び半導体装置の製造方法に関し、特に高エネルギーを得
るために多価イオンビームを用いたイオン注入装置およ
び半導体装置の製造方法に係わる。
び半導体装置の製造方法に関し、特に高エネルギーを得
るために多価イオンビームを用いたイオン注入装置およ
び半導体装置の製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
デバイスの微細化に伴い、イオン注入工程でのプロセス
ニーズは厳しさを増しつつある。特に、ソース・ドレイ
ンの浅い接合形成がイオン注入プロセスのキーテクノロ
ジーの一つとなり、その対応方法として質量数の大きな
分子イオン（ＢＦ2 +など）を用いたプロセスが多く利用
されている。また一方では、ＭＯＳ工程でのα線対策、
バイポーラ工程での埋め込みコレクタ形成など、高エネ
ルギー（２００ｋｅＶ〜）での注入プロセスも開発が盛
んであり、多価イオン利用によるエネルギー増大を図っ
ている。この際、装置の大きさやコストを考えた時、加
速電圧部は〜２５０ｋｅＶとし多価イオンビームを用い
るケースが多い。こうした多価イオンや分子イオンを用
いた注入プロセスでは、同一イオン種または同一ドーパ
ントで異なったエネルギーを持つものがウェハに注入さ
れるという問題（エネルギーコンタミネーション）があ
る。このエネルギーコンタミネーションの存在により、
浅い接合や深い埋め込み層形成時に所望のプロファイル
を得ることができず、ドーズ量と注入深さが大幅に変化
するという問題が生じている。例えば２価のリンイオン
を具体例として説明すると、エネルギーコンタミネーシ
ョンの主要因は、Ｐ2+＋Ａ→Ｐ + ＋Ａ + やＰ2 +→Ｐ+＋Ｐ
であり、これはフラグメントの２次衝突において発生す
る。イオン注入装置内でのＰ+の発生状態は、図２に示
す通りである。なお、同図中１はアナライザマグネッ
ト、２はビームフィルタを示している。この時発生した
Ｐ+は主ビームＰ2+と別のＳｉ基板中飛程分布やビーム
スキャン量１／２からくる面内分布等のトラブルを発生
させる。現在では、ビーム系の到達真空度をなるべく上
げ、ウェハからのアウトガスを除去するため、イオン注
入装置の終端側の排気能力を上げた上で状況把握のため
にエネルギーコンタミネーション量を測定している。そ
して、このエネルギーコンタミネーション量が増加した
時は、装置にインターロックがかかり作業を停止させて
いる。図３は、このようなイオン注入装置の側面説明図
である。この装置は、ソースガスが導入されるイオンソ
ース部１１と、ソースガスを励起するアークフィラメン
トを備えた励起部１２を有し、励起されたイオンは、ア
ナライザマグネット１３，分析スリット１４，ビームフ
ィルター１５，対向四極ダブレット１６，ビームスキャ
ン用電極１７，ドリフトチャンバ１９，レンズマグネッ
ト２０，加速カラム２１を経てウェハプレート２４に到
達する。このウェハプレート２４が設けられたチャンバ
はゲートバルブ２３を介して設けられたクライオポンプ
２２により真空度を上げウェハからのアウトガスが除去
される。そして、ウェハプレート２４の近傍に配設され
たファラデーカップ２５により、二価ビーム電流と一価
ビーム電流の両方を測定し、次いでビームスキャン用電
極１７の電圧を変えて、一価イオンビームだけを測定
し、この測定値に基づいて以下の式を用いて一価イオン
と二価イオンの比率を計算することができる。
デバイスの微細化に伴い、イオン注入工程でのプロセス
ニーズは厳しさを増しつつある。特に、ソース・ドレイ
ンの浅い接合形成がイオン注入プロセスのキーテクノロ
ジーの一つとなり、その対応方法として質量数の大きな
分子イオン（ＢＦ2 +など）を用いたプロセスが多く利用
されている。また一方では、ＭＯＳ工程でのα線対策、
バイポーラ工程での埋め込みコレクタ形成など、高エネ
ルギー（２００ｋｅＶ〜）での注入プロセスも開発が盛
んであり、多価イオン利用によるエネルギー増大を図っ
ている。この際、装置の大きさやコストを考えた時、加
速電圧部は〜２５０ｋｅＶとし多価イオンビームを用い
るケースが多い。こうした多価イオンや分子イオンを用
いた注入プロセスでは、同一イオン種または同一ドーパ
ントで異なったエネルギーを持つものがウェハに注入さ
れるという問題（エネルギーコンタミネーション）があ
る。このエネルギーコンタミネーションの存在により、
浅い接合や深い埋め込み層形成時に所望のプロファイル
を得ることができず、ドーズ量と注入深さが大幅に変化
するという問題が生じている。例えば２価のリンイオン
を具体例として説明すると、エネルギーコンタミネーシ
ョンの主要因は、Ｐ2+＋Ａ→Ｐ + ＋Ａ + やＰ2 +→Ｐ+＋Ｐ
であり、これはフラグメントの２次衝突において発生す
る。イオン注入装置内でのＰ+の発生状態は、図２に示
す通りである。なお、同図中１はアナライザマグネッ
ト、２はビームフィルタを示している。この時発生した
Ｐ+は主ビームＰ2+と別のＳｉ基板中飛程分布やビーム
スキャン量１／２からくる面内分布等のトラブルを発生
させる。現在では、ビーム系の到達真空度をなるべく上
げ、ウェハからのアウトガスを除去するため、イオン注
入装置の終端側の排気能力を上げた上で状況把握のため
にエネルギーコンタミネーション量を測定している。そ
して、このエネルギーコンタミネーション量が増加した
時は、装置にインターロックがかかり作業を停止させて
いる。図３は、このようなイオン注入装置の側面説明図
である。この装置は、ソースガスが導入されるイオンソ
ース部１１と、ソースガスを励起するアークフィラメン
トを備えた励起部１２を有し、励起されたイオンは、ア
ナライザマグネット１３，分析スリット１４，ビームフ
ィルター１５，対向四極ダブレット１６，ビームスキャ
ン用電極１７，ドリフトチャンバ１９，レンズマグネッ
ト２０，加速カラム２１を経てウェハプレート２４に到
達する。このウェハプレート２４が設けられたチャンバ
はゲートバルブ２３を介して設けられたクライオポンプ
２２により真空度を上げウェハからのアウトガスが除去
される。そして、ウェハプレート２４の近傍に配設され
たファラデーカップ２５により、二価ビーム電流と一価
ビーム電流の両方を測定し、次いでビームスキャン用電
極１７の電圧を変えて、一価イオンビームだけを測定
し、この測定値に基づいて以下の式を用いて一価イオン
と二価イオンの比率を計算することができる。
【０００３】ＥＣ（エネルギーコンタミネーション）＝
Ｐ+／Ｐ++＝２×Ｉ+／（Ｉ++−Ｉ+）このＥＣ量に応じ
て装置にインターロックがかかり作業を停止するように
なっている。しかしながら、エネルギーコンタミネーシ
ョン量が増加した時点で作業を停止させるのみでは、エ
ネルギーコンタミネーションの実質的な解決にはなら
ず、この量を制御し得るイオン注入装置の実現が望まれ
ている。
Ｐ+／Ｐ++＝２×Ｉ+／（Ｉ++−Ｉ+）このＥＣ量に応じ
て装置にインターロックがかかり作業を停止するように
なっている。しかしながら、エネルギーコンタミネーシ
ョン量が増加した時点で作業を停止させるのみでは、エ
ネルギーコンタミネーションの実質的な解決にはなら
ず、この量を制御し得るイオン注入装置の実現が望まれ
ている。
【０００４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、本発明の目的は、エネルギーコンタミネー
ション量を低下させるイオン注入装置および半導体装置
の製造方法を得んとするものである。
のであって、本発明の目的は、エネルギーコンタミネー
ション量を低下させるイオン注入装置および半導体装置
の製造方法を得んとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板に対するイオン注入を行う間に該注入イオンとは異
なるイオンの電荷を検出する検出手段（例えば図１に示
すように、注入イオンとは異なるイオンのみを検出でき
る位置に配置される検出手段）と、（基板に対するイオ
ン注入を行う間に）該検出手段の検出結果に応じてビー
ム電流量を制御する制御手段とを有することを、その解
決手段としている。
基板に対するイオン注入を行う間に該注入イオンとは異
なるイオンの電荷を検出する検出手段（例えば図１に示
すように、注入イオンとは異なるイオンのみを検出でき
る位置に配置される検出手段）と、（基板に対するイオ
ン注入を行う間に）該検出手段の検出結果に応じてビー
ム電流量を制御する制御手段とを有することを、その解
決手段としている。
【０００６】請求項２記載の発明は、上記制御手段は、
フィラメント電流を制御することを特徴としている。
フィラメント電流を制御することを特徴としている。
【０００７】請求項３記載の発明は、基板に対するイオ
ン注入を行う間に該注入イオンとは異なるイオンの電荷
を検出する検出手段（例えば図１に示すように、注入イ
オンとは異なるイオンのみを検出できる位置に配置され
る検出手段）と、（基板に対するイオン注入を行う間
に）該検出手段の検出結果に応じてソースガス量を制御
する制御手段とを有することを、解決手段としている。
ン注入を行う間に該注入イオンとは異なるイオンの電荷
を検出する検出手段（例えば図１に示すように、注入イ
オンとは異なるイオンのみを検出できる位置に配置され
る検出手段）と、（基板に対するイオン注入を行う間
に）該検出手段の検出結果に応じてソースガス量を制御
する制御手段とを有することを、解決手段としている。
【０００８】請求項４記載の発明は、上記検出手段の検
出結果に応じてビーム電流と被イオン注入面との相対的
なスキャン速度を制御する手段を備えることを特徴とし
ている。
出結果に応じてビーム電流と被イオン注入面との相対的
なスキャン速度を制御する手段を備えることを特徴とし
ている。
【０００９】請求項５記載の発明は、（基板に対するイ
オン注入を行う間に）注入イオンと異なるイオンの電荷
を検出すると共に、該検出結果に応じてビーム電流量を
制御しながら基板に対するイオン注入を行うことを、解
決手段としている。
オン注入を行う間に）注入イオンと異なるイオンの電荷
を検出すると共に、該検出結果に応じてビーム電流量を
制御しながら基板に対するイオン注入を行うことを、解
決手段としている。
【００１０】
【作用】請求項１記載の発明においては、検出手段が注
入イオンと異なるイオンの電荷を検出した場合、制御手
段がビーム電流量を制御して、エネルギーコンタミネー
ションを一定化あるいは設定しきい値以下に制御する。
このため、Ｓｉ基板中の飛程分布や面内分布等の劣化を
防止できる。
入イオンと異なるイオンの電荷を検出した場合、制御手
段がビーム電流量を制御して、エネルギーコンタミネー
ションを一定化あるいは設定しきい値以下に制御する。
このため、Ｓｉ基板中の飛程分布や面内分布等の劣化を
防止できる。
【００１１】請求項２記載の発明においては、検出手段
の検出結果に基づいて、制御手段によりフィラメント電
流を制御することにより、ビーム電流量が制御され、エ
ネルギーコンタミネーションを一定化あるいは設定しき
い値以下に制御することが可能となる。
の検出結果に基づいて、制御手段によりフィラメント電
流を制御することにより、ビーム電流量が制御され、エ
ネルギーコンタミネーションを一定化あるいは設定しき
い値以下に制御することが可能となる。
【００１２】請求項３記載の発明は、注入イオンと異な
るイオンの電荷を検出した場合、その検出結果に応じて
イオン源となるソースガス量を制御することにより、エ
ネルギーコンタミネーションの発生を抑制することが可
能となる。
るイオンの電荷を検出した場合、その検出結果に応じて
イオン源となるソースガス量を制御することにより、エ
ネルギーコンタミネーションの発生を抑制することが可
能となる。
【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載
の発明に、検出手段の検出結果に応じてビーム電流と被
イオン注入面との相対的なスキャン速度を制御する手段
を備える。このため、ビーム電流によりスキャン速度に
フィードバックをかけるため、スキャンドーズ量を一定
とする。
の発明に、検出手段の検出結果に応じてビーム電流と被
イオン注入面との相対的なスキャン速度を制御する手段
を備える。このため、ビーム電流によりスキャン速度に
フィードバックをかけるため、スキャンドーズ量を一定
とする。
【００１４】請求項５記載の発明は、イオン注入工程に
おいて注入イオンと異なるイオンの電荷を検出した場
合、ビーム電流量を制御して、エネルギーコンタミネー
ションを一定化あるいは設定しきい値以下に制御する。
このため、Ｓｉ基板中の飛程分布や面内分布等の劣化を
防止できる。
おいて注入イオンと異なるイオンの電荷を検出した場
合、ビーム電流量を制御して、エネルギーコンタミネー
ションを一定化あるいは設定しきい値以下に制御する。
このため、Ｓｉ基板中の飛程分布や面内分布等の劣化を
防止できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明に係るイオン注入装置および半
導体装置の製造方法の詳細を図面に示す実施例に基づい
て説明する。
導体装置の製造方法の詳細を図面に示す実施例に基づい
て説明する。
【００１６】本実施例のイオン注入装置は、Ｐ2+のイオ
ン注入を行う装置であり、図１に示すように、ソースガ
スが導入されてイオンを励起させるアークフィラメント
３１と、アナライザマグネット３２と、ビームスキャン
用電極３３と、ファラデーカップ３４と、制御装置３５
とから大略構成されている。なお、他の構成は、図３に
示す従来装置と同様である。
ン注入を行う装置であり、図１に示すように、ソースガ
スが導入されてイオンを励起させるアークフィラメント
３１と、アナライザマグネット３２と、ビームスキャン
用電極３３と、ファラデーカップ３４と、制御装置３５
とから大略構成されている。なお、他の構成は、図３に
示す従来装置と同様である。
【００１７】図１に示すように、Ｐ2+のビームスキャン
量は、Ｐ+の２倍（２α）であるため、Ｐ+のスキャンさ
れる位置にファラデーカップ３４を配置している。この
ように、ファラデーカップ３４を配置することにより、
エネルギーコンタミネーション（ＥＣ）量を知ることが
できる。このＥＣ量の情報が制御装置３５に入力され、
ＥＣ量の情報に基づいて制御装置３５からアークフィラ
メント３１へフィラメント電流の制御信号ａが出力され
ると共に、制御装置３５からビームスキャン用電極３３
にウェハ３６面へのビーム電流のスキャン速度を制御す
る制御信号ｂが出力されるようになっている。アークフ
ィラメント３１へフィラメント電流の制御信号ａが出力
されると、励起されるイオン量が変化し、ビーム電流が
制御される。例えば、ＥＣ量を０．１％と設定して、情
報がこれより多くなると、ビーム電流量をフィラメント
電流にて制御し、０．１％を達成させる制御を行わせ
る。逆に、０．２％と測定された時は、ビーム電流を増
すために、フィラメント電流量を増加させる。
量は、Ｐ+の２倍（２α）であるため、Ｐ+のスキャンさ
れる位置にファラデーカップ３４を配置している。この
ように、ファラデーカップ３４を配置することにより、
エネルギーコンタミネーション（ＥＣ）量を知ることが
できる。このＥＣ量の情報が制御装置３５に入力され、
ＥＣ量の情報に基づいて制御装置３５からアークフィラ
メント３１へフィラメント電流の制御信号ａが出力され
ると共に、制御装置３５からビームスキャン用電極３３
にウェハ３６面へのビーム電流のスキャン速度を制御す
る制御信号ｂが出力されるようになっている。アークフ
ィラメント３１へフィラメント電流の制御信号ａが出力
されると、励起されるイオン量が変化し、ビーム電流が
制御される。例えば、ＥＣ量を０．１％と設定して、情
報がこれより多くなると、ビーム電流量をフィラメント
電流にて制御し、０．１％を達成させる制御を行わせ
る。逆に、０．２％と測定された時は、ビーム電流を増
すために、フィラメント電流量を増加させる。
【００１８】理論的には、エネルギーコンタミネーショ
ンをなくすには、フラグメントの２次衝突をなくすよう
なビームラインを達成すればよい。それには、ビームラ
インで各真空系をクライオポンプで引き、且つウェハ寄
りのアウトガスを十分に排気できたとすると、２次衝突
量を決定するには、ビームラインを流れるフラグメント
量そのものである。即ち、ビーム電流量を増減すること
によりＥＣ量は変化する。
ンをなくすには、フラグメントの２次衝突をなくすよう
なビームラインを達成すればよい。それには、ビームラ
インで各真空系をクライオポンプで引き、且つウェハ寄
りのアウトガスを十分に排気できたとすると、２次衝突
量を決定するには、ビームラインを流れるフラグメント
量そのものである。即ち、ビーム電流量を増減すること
によりＥＣ量は変化する。
【００１９】以上、実施例について説明したが、本発明
は、これに限定されるものではなく、構成の要旨に基づ
いた各種の設計変更が可能である。
は、これに限定されるものではなく、構成の要旨に基づ
いた各種の設計変更が可能である。
【００２０】例えば、上記実施例においては、アークフ
ィラメント３１のフィラメント電流を制御したが、ソー
スガス量を制御する構成としてもよい。なお、固体ソー
スの場合、温度，試料室からビームラインへの導入径等
を制御してもよい。
ィラメント３１のフィラメント電流を制御したが、ソー
スガス量を制御する構成としてもよい。なお、固体ソー
スの場合、温度，試料室からビームラインへの導入径等
を制御してもよい。
【００２１】また、上記実施例においては、ビーム電流
のスキャン速度を制御する構成を有しているが、この構
成を有しなくともエネルギーコンタミネーションを抑制
する作用を有する。
のスキャン速度を制御する構成を有しているが、この構
成を有しなくともエネルギーコンタミネーションを抑制
する作用を有する。
【００２２】さらに、上記実施例においては、検出手段
としてファラデーカップを用いたが、これに限定される
ものではない。
としてファラデーカップを用いたが、これに限定される
ものではない。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１〜３および請求項５記載の発明は、エネルギーコンタ
ミネーション量を一定化あるいは設定しきい値以下にす
ることを可能にする効果がある。このため、エネルギー
コンタミネーションの発生を抑制する効果を奏し、浅い
接合や深い埋め込み層の形成においては、所望のプロフ
ァイルが得られる。
１〜３および請求項５記載の発明は、エネルギーコンタ
ミネーション量を一定化あるいは設定しきい値以下にす
ることを可能にする効果がある。このため、エネルギー
コンタミネーションの発生を抑制する効果を奏し、浅い
接合や深い埋め込み層の形成においては、所望のプロフ
ァイルが得られる。
【００２４】請求項４記載の発明は、上記効果に加え
て、面内のスキャンドーズ量を一定にできる効果があ
る。
て、面内のスキャンドーズ量を一定にできる効果があ
る。
【図１】本発明の実施例を示す説明図。
【図２】エネルギーコンタミネーションの発生状態を示
す説明図。
す説明図。
【図３】従来のイオン注入装置の側面説明図。
３１…アークフィラメント
３３…ビームスキャン用電極
３４…ファラデーカップ
３５…制御装置
Claims (5)
- 【請求項１】 基板に対するイオン注入を行う間に該注
入イオンとは異なるイオンの電荷を検出する検出手段
と、 該検出手段の検出結果に応じてビーム電流量を制御する
制御手段とを有することを特徴とするイオン注入装置。 - 【請求項２】 上記制御手段は、フィラメント電流を制
御する請求項１記載のイオン注入装置。 - 【請求項３】 基板に対するイオン注入を行う間に該注
入イオンとは異なるイオンの電荷を検出する検出手段
と、 該検出手段の検出結果に応じてソースガス量を制御する
制御手段とを有することを特徴とするイオン注入装置。 - 【請求項４】 上記検出手段の検出結果に応じてビーム
電流と被イオン注入面との相対的なスキャン速度を制御
する手段を備える請求項１又は請求項２又は請求項３記
載のイオン注入装置。 - 【請求項５】 注入イオンと異なるイオンの電荷を検出
すると共に、該検出結果に応じてビーム電流量を制御し
ながら基板に対するイオン注入を行うことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31802292A JP3458396B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | イオン注入装置および半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31802292A JP3458396B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | イオン注入装置および半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06168697A JPH06168697A (ja) | 1994-06-14 |
| JP3458396B2 true JP3458396B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=18094627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31802292A Expired - Fee Related JP3458396B2 (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | イオン注入装置および半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3458396B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3727047B2 (ja) * | 1999-07-30 | 2005-12-14 | 住友イートンノバ株式会社 | イオン注入装置 |
| CN106469635B (zh) * | 2016-10-08 | 2018-03-06 | 武汉华星光电技术有限公司 | 离子注入装置 |
-
1992
- 1992-11-27 JP JP31802292A patent/JP3458396B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06168697A (ja) | 1994-06-14 |
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