JPH01274350A - イオン注入方法及びその装置 - 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、半導体の製造において半導体ウェハにイオン
を注入する方法及びその装置に関する。

〈従来の技術〉 半導体ウェハ（以下単にウェハと呼ぶ）にイオンビーム
を照射してイオンを注入する場合、そのウェハの表面に
電荷が残留して蓄積する。この電荷は、ウェハの基板へ
放電する際にそのウェハの表面に形成された半導体の絶
縁膜を部分的に破壊したり、この電荷によって発生する
電場が上記イオンビームな偏向させてウェハへの均一な
イオン注入を妨げるといった不都合を起こす。従ってイ
オン注入においては、このウェハの表面に残留して蓄積
する電荷を取除くことか必要である。

その為に従来は１例えば第２図の概略構成図で示す様な
イオン注入装置が用いられている（特開昭５７−８７０
５６）。この図に基づいて、従来のイオン注入方法とそ
の装置について説明する。

図で示す様にこのイオン注入装置は、導電性のウェハデ
ィスク５１のホルダ５２にウェハＷを装着し、該ウェハ
Ｗに、Ｂ　”、Ａ　ｓ　”、Ｐ　”、Ｓ　ｂ＋等の正イ
オン５３ａから成るイオンビーム５３を照射してイオン
注入を行うものである。イオン注入の際、上述の如くウ
ェハＷの表面Ｗａに残留する正電荷５４を逃がす為に、
ウェハディスク５１を接地している。

しかしウェハＷの表面Ｗａには、半導体を形成する為の
Ｓ　Ｉ　Ｏｚ　ｒ感光性樹脂等の絶縁性材料。

単結晶或は多結晶シリコン等の半導電性材料か存在する
ことから、ウェハディスク５１を接地するたけては残留
する正電荷５４を充分に除去することば不可能である。

そこで上記正電荷５４を電子によって中性化すべく、イ
オンビーム５３の近傍に熱電子発生源であるフィラメン
ト５５と、二次電子発生用のターゲット５ｂと、上記フ
ィラメント５５からの熱電子である一次電子５７を上記
ターゲット５６の方向へ引出す電子引出し電極５８とを
配設している。これにより、イオンビーム５３中を横切
らせたフィラメント５５からの一次電子５７をターゲッ
ト５６に衝突させて二次電子５９を発生させる。これら
−、二二次主電子７．５９から成る電子６０は、イオン
ビーム５３の発生する電場に束縛されることによってビ
ーム５３に捕獲され、ビーム５３の空間電荷を全体とし
て中性化する様な状態で、ビーム５３に沿って螺線を描
く様に、正イオン５３ａと共にウェハＷの方へ走行する
。この様にターゲット５６からの二次電子５９を利用し
た構成とするのは、イオンビーム５３の空間電荷を中性
化するだけの量の電子を、フィラメント５５より放出し
た一次電子５７から捕獲することが困難な為である。つ
まり電子の捕獲量を増大させるには、電子の運動エネル
ギーを低減させればよいが、上記フィラメント５５より
放出される一次電子５７の運動エネルギーを充分に低減
させることは技術的に困難である。

ウェハＷに到達した正イオン５３ａは、ウェハＷ内に侵
入し、その際、上述の如く表面Ｗａに正電荷５４が残留
する。そして正イオン５３ａと共にウェハＷに到達した
電子６０は、表面Ｗａにおいて移動することにより上記
正電荷５４と衝突して、該正電荷５４を中性化すること
になる。

又上記イオンビーム５３は、正イオン５３ａどうしの反
発によってビーム径が下流に行くほど拡大する。ビーム
径か拡大すると、それだけ電子６０との衝突断面積が縮
小することになり、捕獲する電子６０の縫が減少してし
まう。これを防止する為、電子発生源５５とターゲット
５６との上流側にアパーチャ６１を設けている。

〈発明か解決しようとする課題〉 この種のイオン注入方′法では、イオンビーム５３の中
性化に充分な二次電子５９を発生させる為に、ターゲッ
ト５６に衝突させる一次電子５７として５０〜４００　
ｍＡの電流分の電子を必要とする。そしてこれだけの一
次電子５７を熱電子として発生させるには、フィラメン
ト５５にｌ〜ＩＯＡの電流を流して加熱しなければなら
ない。この時のフィラメント５５の温度は１００〜１０
００℃に達する。フィラメント５５は、Ｗ（タングステ
ン）、Ｍｏ（モリブデン）。

Ｔａ（タンタル）等の高融点金属によって形成されてい
るが、上記温度に加熱された際には金属蒸気が発生する
。

上記従来のイオン注入方法及びその装置では、このフィ
ラメント５５から発生した金属蒸気が拡散してイオンビ
ーム５３中に進入する。そしてビーム５３の正イオンＳ
３ａと衝突することによりビーム５３と同方向の運動エ
ネルギーを得、よって金属蒸気は正イオン５３ａと共に
ウェハＷに注入されることになる。即ちウェハＷに不要
の金属が注入されることになり、ウェハＷの表面Ｗａに
形成する半導体集積回路装置の性ず先に重大な悪影響が
及ぼされるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決し、熱電子発生源から発生
する金属蒸気を半導体ウェハに注入させることのないイ
オン注入方法及びその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〉 上記目的を達成する為に、本発明のイオン注入方法では
、一次電子の生成に伴って熱電子発生源から発生する金
属蒸気を除去した後、一次電子をターゲットに衝突させ
る。

又その為の本発明のイオン注入装置では、熱電子発生源
を、接地したシールド板で包囲するとともに、該シール
ド板に、イオンビームから離反する方向へ開口した電子
放出孔を設け、該シールド板の電子放出孔の前方には、
正電圧を印加した電子引出し電極を設け、且つ上記シー
ルド板の近傍には、上記シールド板の電子放出孔を通っ
て放出された一次電子をターゲットの方向へ偏向させる
偏向磁石を設けている。

〈作用〉 上記イオン注入方法では、一次電子の発生に伴って熱電
子発生源から発生した金属蒸気は、拡散せず、よってイ
オンビームへ混入することもない。

又上記イオン注入装置では、上記金属蒸気のうち、イオ
ンビームの方向へ運動するものはシールド板によって遮
蔽される。一方シールド板の電子放出孔から出た金属蒸
気は、正電圧の印加された電子引出し電極の反発を受け
る為に該電極を貫通することはない。

〈実施例〉 以下、第１図に基づいて本発明のイオン注入方法及びそ
の装置の一実施例を説明する。

第１図は、本発明に係るイオン注入装置の要部側断面概
略図で、Ｂ　”、Ａ　ｓ　”、Ｐ　”、Ｓ　ｂ＋等の正
イオン１ａから成るイオンビーム１を中性化すべく該ビ
ームｌに電子ｅｌ、ｅ２を捕獲させる部分の構成を示し
ている。

図で示す様に、イオンビームｌの近傍に該ビーム１を挟
む様にして、熱電子発生源、例えばタングステン酸のフ
ィラメント２と、二次電子発生用のターゲット３とが設
けられている。このフィラメント２とターゲット３は、
共に一つの支持部材４に絶縁石５，６を介して支持され
ており、フィラメント２には直流電源Ｅ１によって直流
電流が流され、ターゲット３には直流電源Ｅ２によって
正電圧か印加されている。

ところで本発明のイオン注入方法の特徴は、上記熱電子
発生源であるフィラメント２による一次電子ｅ１の生成
に伴ってそのフィラメント２から発生する金属蒸気を除
去し、その後、一次電子ｅ、をターゲット３に衝突させ
る点にある。その為、本発明のイオン注入装置では次の
様な構成を採っている。

即ち上記フィラメント２は、接地されたステンレス製の
シールド板７で包囲され、このシールド板７の下方つま
りイオンビームｌから最も離れた位置には、該ビームｌ
から離反する方向へ開口した電子放出孔８か設けられて
いる。そして上記フィラメント２は、この電子放出孔８
の方へ向けて配置されている。

上記シールド板７の電子放出孔８の前方（この場合には
下方）には、直流電源Ｅ３によって正電圧の印加された
電子引出し電極９が、上記支持部材４に絶縁石１０を介
して支持された状態で配設されている。この電子引出し
電極９は、電子が貫通し得る様に、例えば格子状に形成
されている。

更に上記シールド板７の近傍、例えばシールド板７の電
子放出孔８の側方には、偏向磁石１１がシールド板７に
支持された状態で配設されている。この偏向磁石１１と
しては、発生する磁界の強度を任意に設定し得る電磁石
が望ましい。

この偏向磁石１１の上方には、直流電源Ｅ４によって正
電圧の印加された電子加速電極１２か。

シールド板７に絶縁石１３を介して支持された状態て配
設されている。この電子加速電極１２は、電子が貫通し
得る様に、例えば格子状に形成されている。

又上記支持部材４の中央部には、イオンビームｌのビー
ム径の拡大を抑える為のアパーチャ１４が絶縁石１５を
介して取付けられている。このアバーチャ１４には、直
流電源Ｅ５によって負電圧が印加されている。

そして上記フィラメント２にｌ〜ＩＯＡの電流を流して
加熱し、熱電子である一次電子ｅ１を発生させる。しか
も電子引出し電極９に、１００〜１０００Ｖの正電圧を
印加して、上記一次電子ｅ、をシールド板７の電子放出
孔８を通して引出す。つまりフィラメント２から発生す
る一次電子ｅ１を、イオンビーム１から離反させる方向
へ放出させる。

上記一次電子ｅ１の発生に伴ってフィラメント２から金
属蒸気が発生するが、その金属蒸気のうち、イオンビー
ムｌの方向へ運動するものは、シールド板７によって遮
蔽される。又シールド板７の電子放出孔８から出た金属
蒸気は、正電圧の印加された電子引出し電極９の反発を
受ける為に該電極９を貫通することはない。これは、蒸
発するフィラメント２の構成金属が熱電子放出によって
陽イオン化されている為である。従ってフィラメント２
から発生した金属蒸気が拡散してイオンビームｌへ混入
することはない。

この様に金属蒸気を除去した後、偏向磁石１１に５０〜
５００ｇａｕｓｓの磁界を発生させることにより、上記
電子引出し電極９を貫通した一次電子ｅ１の運動方向な
略１８０度偏向させるとともに、電子加速電極１２に１
００〜１００ＯＶの正電圧を印加して、一次電子ｅ、を
ターゲット３の方向へ加速し、衝突させる。

ターゲット３には１０〜１００ＯＶの正電圧を印加して
おき、該ターゲット３に上記一次電子ｅ、を衝突させる
ことによって二次電子ｅ２を発生させる。この二次電子
ｅ２及び上記一次電子ｅ、をイオンビーム１に捕獲させ
ることにより、図示しない半導体クエへに向かって走行
するビーム１の空間電荷を全体として中性化させる。

〈発明の効果〉 以上述べた様に、本発明のイオン注入方法及びその装置
によれば、フィラメントから発生する金属蒸気を正イオ
ンと共に半導体ウェハに注入させるということか防止さ
れ、よってウェハ上に、より高性使な半導体集積回路装
置を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るイオン注入装置の要部側断面概
略図、 第２図は、従来のイオン注入装置の概略構成図である。 ■・・・イオンビーム、　　　ｌａ・・・正イオン。 ２・・・フィラメント（熱電子発生源）。 ３・・・ターゲット、　　７・・・シールド板。 ８・・・電子放出孔、　９・・・電子引出し電極。 １１・・・偏向磁石、　　ｅＩ・・・一次電子。 ｅ２・・・二次電子。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社１、事件の表示 昭和６３年特許願第１０１４２３号 ２、発明の名称 イオン注入方法及びその装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住所（〒１０５）　　東京都港区虎ノ門１丁目７番１２
号名称（０２９）沖電気工業株式会社 代表者　　　　　　取締役社長　　小　杉　信　光４、
代　　理　　人 住　所（〒１０８）　　東京都港区芝浦４丁目１０番３
号５、補正の対象

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱電子発生源から発生させた一次電子をターゲッ
   トに衝突させて二次電子を発生させ、該二次電子を捕獲
   させた正電荷のイオンビームを半導体ウェハへ照射して
   イオン注入を行う方法において、 前記一次電子の生成に伴って前記熱電子発生源から発生
   する金属蒸気を除去した後、前記一次電子を前記ターゲ
   ットに衝突させることを特徴とするイオン注入方法。
2. （２）熱電子発生源から発生させた一次電子をターゲッ
   トに衝突させて二次電子を発生させ、該二次電子を捕獲
   させた正電荷のイオンビームを半導体ウェハへ照射して
   イオン注入を行う装置において、 前記熱電子発生源を、接地したシールド板で包囲すると
   ともに、該シールド板に、前記イオンビームから離反す
   る方向へ開口した電子放出孔を設け、 該シールド板の電子放出孔の前方には、正電圧を印加し
   た電子引出し電極を設け、 且つ前記シールド板の近傍には、前記シールド板の電子
   放出孔を通って放出された一次電子を前記ターゲットの
   方向へ偏向させる偏向磁石を設けたことを特徴とするイ
   オン注入装置。