JPH01241737A - 酸素イオンビーム発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコン半導体基盤中に酸化層として絶縁層
を埋め込むための酸素イオンビーム発生装置に関する。

〔従来の技術と課題〕

シリコン半導体基盤に酸素イオンを注入して絶縁層を内
部に埋め込んだ、所謂Ｓ　Ｉ　Ｍ　ＯＸ　（Ｓｅｐａｒ
ｔｉｏｎ　ｂｙ　ＩＭｐｌａｎｔｅｄ　ＯＸｙｇｅｎ）
は、ＣＭＯ３型Ｏ３を高集積化した場合のラッチアップ
対策や、高耐圧デバイス用に注目されている。このＳＩ
ＭＯＸの製造にはジュオピガトロン（Ｄｕｏｐｉｇａｔ
ｒｏｎ）と呼ばれる装置が用いられる（日経マイクロデ
バイセズ１９８７年３月号ｐ８１−９５、特にｐ９２−
９５）。この装置によれば、１００ｍＡの酸素イオンビ
ームが得られるので、従来のイオン注入装置に比べてス
ループットが高く、１０分の１以下に処理時間を短縮で
きる。

ジュオピガトロンのイオン源は、レニウムのホットフィ
ラメントにＡｒなど希ガスを導入して希ガスによるプラ
ズマを放電させる第１室と、希ガスによるプラズマから
高密度の電子ビームを取り出して、Ｏｆガスに衝突させ
て酸素プラズマを生成する第２室よりなり、この第２室
より酸素イオンを引き出す。ところが酸素のような、フ
ィラメントにとって反応性の強いガスを扱う場合は、フ
ィラメントが消耗しやすいという問題がある。前記した
ように、イオン源を二室に分けてもレニウムのフィラメ
ントは希ガスイオンによるスパッタで消耗し、寿命は４
０時間であり、実用上まだ不十分である。また、従来の
イオン注入装置は、加速エネルギーが１５０から２００
ｋｅＶであり、従って、シリコン半導体基盤内部に酸素
を埋め込んだ場合、表面のシリコン層が０．１μｍ程度
で薄いという問題点がある。このために、従来はＳＩＭ
ＯＸの上に、０．２〜０．３μｍのシリコンのエピタキ
シャル成長をさせていた。

本発明は、上述した問題点を解決し、エピタキシャル成
長させることなく、任意の厚さの単結晶シリコン層を有
するＳＩＭＯＸを製造するに適した酸素イオンビーム発
生装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は表面にセシウム蒸気を吸着させたターゲットを
、プラスに帯電した希ガスによるプラズマ内にさらし、
該ターゲットをマイナスに帯電させてスパッタすること
によって負イオンビームを発生させるイオンビーム発生
装置において、該ターゲットは非電気絶縁性の金属酸化
物を主成分とすることによって負の酸素イオンビームを
引き出し可能としたシリコン基盤内部に酸化層形成のた
めの酸素イオンビーム発生装置である。

本発明で用いる金属酸化物ターゲットは、非電気絶縁性
でなければならず、周期率表１ｂ、２ｂおよび３ｂ族の
第４周期から第５周期、および４族から８族の第４から
第６周期の元素から選ばれた少なくとも１種以上の元素
の酸化物が望ましく、とくに、Ｔｉ　、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ
、Ｆｅ、Ｃｏ。

Ｎｉ　、Ｃｕ、Ｚｎなどの酸化物が望ましい。第１図に
示すように、酸化物ターゲット１の形状はスパッタで放
出したイオンがイオン源の開口部５を通って、引き出し
電極２１の方向に飛ぶように凹面形をしていることが好
ましい。また、負の電圧がかかるように外部電源１０に
接続されている。

熱陰極３は、Ｗ、Ｌａ　Ｂ、などを使用することができ
る。これらの熱陰極の材料は、一般には酸素ガスと反応
しやすいが、本発明に用いるイオン源では、酸素イオン
ビームの軌道から外れたところに熱陰極を配設できるの
で、熱陰極の酸化消耗は極めて少ない。プラズマを形成
するための希ガスは、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどであり、ス
パッタ効率を高めるために、質量の大きな元素が望まし
い。

イオン源本体の外容器８は、プラズマに対して陽極であ
り、かつプラズマを閉じ込めるために、多数のサマリウ
ム、コバルトなどの磁石７を張り付けている。セシウム
の入ったボンベをイオン源本体に接続し、該ボンベは外
部ヒーター等で加熱することにより、セシウム蒸気をイ
オン源内に導入し、酸化物ターゲット１の表面に吸着さ
せる。

吸着したセシウムは、仕事関数が低いので、ターゲット
からスパッタされた粒子に電子を与え、負イオンになっ
て放出される。セシウムの吸着量は、ボンベに付属され
ているヒーターで調節できる。

イオン源と引き出し電極２１の間に電位差を与えること
により、イオンビームを引き出すことが出来るが、同時
に引き出される電子をトラップするために、途中に磁場
を設ける。第２図および第４図に示す質量分析器１７を
通して、金属やカーボンなどの不純物イオンを取り除き
、負のｌ＆Ｑイオンのみをさらに加速して、試料室に置
かれたシリコン基盤１８に負の酸素イオンを注入する。

また、シリコン基盤のさらに深い場所にイオン注入する
必要がある場合は、質量分析器１７を通して、いわゆる
タンデム型の加速器で加速されたイオンをストリッパー
２２を通して正イオンにし、再び加速してさらに高エネ
ルギーを与えてイオン注入するとよい。

〔実施例〕 以下実施例により具体的に説明する。

実施例１ 第１図において、酸化物ターゲット１に第１表の（１１
〜（５）にしめず各酸化物の焼結体をモリブデンのホル
ダー１４で支持し、外部電源１０と接続した。ターゲッ
トの表面以外は、スパッタされないように、絶縁された
石英ガラス２で囲った。熱陰極３は、Ｌａ　Ｂ、の焼結
体をワイヤーカット放電加工機で切り出し、モリブデン
のホルダーで支持し、外部電源１１で直接加熱できるよ
うにした。

ターゲットと対向するイオン源の外容器の一部にイオン
ビームを引き出すための開口部５を設け、外容器の表面
にサマリウム、コバルトの永久磁石７を多数取りつけて
、内部にプラズマを閉じ込めるよにした。イオン源内に
は、導入口４からセシウム蒸気を入れ、ターゲット表面
に吸着させた。

また導入口６よりＸｅを供給した。イオン源の開口部の
近くに絶縁体１５を介して設けた引き出し電極２１とイ
オン源の間に５０ｋＶの電圧をかけ、イオンビームを引
き出し、磁石９で、電子をトラップした。第２図に示す
とおり質量分析器１７で、負のｌｂＯイオンのみ分離し
、１５０ｋＶ加速して、すなむち合計２００ｋＶのエネ
ルギーの負の１６０イオンビームを＜１００＞方位のシ
リコン基盤１８に照射した。

なお、イオンビーム電流は１００ｍＡとし、１、２　Ｘ
　１０１Ｂｉｎｏｓ／ｃａｌドーズした。コノ時、単結
晶層の結晶性を良くするために、基盤を９００℃に加熱
した。その結果、第３図に示すように、表面から０．１
μｍは単結晶シリコン層１９のままで、その下に０．２
μｍの厚さの酸化シリコン［２０が出来た。

実施例２ 第１表の（６）〜Ｑ［ｌｌに示すように金属を酸素ガス
中で加熱し、表面を酸化させたものをターゲットとし、
これをモリブデンのホルダー１４で支持し、外部電源１
０と接続した。そのほかのイオン源の構成は、実施例１
と同じである。イオン源の開口部５の近くに絶縁体を介
して設けた引き出し電極とイオン源の間に５０ｋＶの電
圧をかけ、イオンビームを引き出し、磁石で、電子をト
ラップした。

第４図に示すとおり質量分析器１７を通してカーボンの
ストリッパー２２まで５００ｋＶに加速し、電子を２個
はぎ取って正イオンにし、再び加速して、ビームフィル
ター２３を通して、正の＋６０イオンを合計Ｉ　Ｍ　ｅ
　Ｖのエネルギーで＜１００＞方位のシリコン基盤１８
に照射した。

なお、イオンビーム１００ｍＡを１．２Ｘ１０１８ｉｏ
ｎｓ／ｃ＋ｄドーズした。この時、単結晶層の結晶性を
良くするために、基盤を９００℃に加熱した。

その結果、表面から０．７μｍは単結晶シリコンのまま
で、その下に０．２μｍの厚さの酸化シリコン層が出来
た。

第１表 〔発明の効果〕 本発明の酸素イオンビーム発生装置によれば、酸素ガス
を使うことなく酸素イオンビームを発生できるので、熱
陰極の寿命が長い。また、負の酸素イオンを発生できる
ので、タンデム型を用いて、高エネルギーイオンビーム
が得られる。従って、半導体の深いところに絶縁層を形
成でき、エピタキシャル成長させることなく、表面に厚
い単結晶層を形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の酸素イオンビーム発生装置の要部断面
図である。第２図および第４図は本発明の酸素イオンビ
ーム発生装置の概念図である。第３図は本発明の酸素イ
オンビーム発生装置を用いて製造したシリコン基盤の断
面図である。 符号 １・・・酸化物ターゲット、　　２・・・石英ガラス、
３・・・熱陰極、　　　　　　４・・・導入口、５・・
・開口部、　　　　　　　６・・・導入口、７・・・磁
石、　　　　　　　８・・・外容器、９・・・磁石、　
　　　　　　１０・・・外部電源、１１・・・外部電源
、　　　　　１２・・・アーク電源、１３・・・引き出
し電源、　　　１４・・・ホルダー、１５・・・絶縁体
、　　　　　　１６・・・イオン源、１７・・・質量分
析器、　　　　１８・・・シリコン基盤、１９・・・単
結晶シリコン層、２０・・・酸化シリコン層、詩 ２１・・・引き出し電源、　　　２２　・・・ストリッ
パー、２３・・・ビームフィルター。 特許出願人　電気化学工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、表面にセシウム蒸気を吸着させたターゲットを、プ
   ラスに帯電した希ガスによるプラズマ内にさらし、該タ
   ーゲットをマイナスに帯電させてスパッタすることによ
   って負イオンビームを発生させるイオンビーム発生装置
   において、該ターゲットは非電気絶縁性の金属酸化物を
   主成分とすることによって負の酸素イオンビームを引き
   出し可能としたシリコン基盤内部に酸化層形成のための
   酸素イオンビーム発生装置。