JPH0311541A - イオン注入装置 - 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】 「発明の１」的コ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体製造プロセス等に用いられるイオン注
入装置に関する。

（従来の技術） イオン注入装置は、被処理物に対して不純物イオンを導
入するために近年広く用いられている。

このイオン注入装置は、注入量、深さ等を高精度で制御
できるので、特に半導体ウェハへの不純物導入に際して
は必要不可欠な装置となりつつある。

一般に、イオン注入技術は正に電離したイオンを加速し
てウェハ内に不純物をドーピングする技術として用いら
れるために、ウェハに加速された正イオンが衝突する過
程で、ウェハから電子がたたき出されたり、絶縁体部分
に正電荷の蓄積が起きるなどウェハ表面が正に帯電しや
すくなっている。そのために、半導体素子の絶縁体部分
が静電破壊を起し、これら半導体ウェハの歩留りの低下
の原因となっている。

従って、このようなイオン注入装置では、イオン注入に
伴うウェハの帯電を防止しなければならず、その一つに
第２図に示すエレクトロン照射システムの方法がある。

同図において、ドープされる正イオン１１は、イオンビ
ーム導入管］２を通ってディスク１４上にあるウェハ１
６に照射される。このときフィラメント１８に電流を流
して熱電子（以下−次電子と称する）を発生させ、−吹
型子加速電圧２０によって加速して、−吹型子線２２と
してイオンビーム導入管］２の対向する内壁面に衝突さ
せ、エネルギーの低い電子（以下二次電子と称する）を
放出させる。

この二次電子を正に帯電するウェハ１６上に（」（給す
ることによって、ウェハ１６が正に帯電することが防止
される。

（発明が解決しようとする課題） 上記のようなエレクトロン照射システム方法においては
、二次電子をイオンビーム１］。内に取込ませることて
ウェハ１６上に輸送し、この結果ウェハ１６上での正電
荷を中和させることによって、ウェハ１６が正に帯電す
ることが防止される。

しかしながら、イオンビーム１１が照射されないウェハ
１６上に二次電子が到達した場合には、この領域のウェ
ハ１６上ではかえって負電荷か蓄積されることになって
しまい、ウエノ＼］６の上記領域が負に帯電してしまう
ことかある。

このような現象は下記の場合に発生ずる。すなわち、イ
オンビーム］１の口径かウェハ］６の表面積に比べて極
めて小さいため、第３図に示すように多数枚のウェハ］
６を載置する前記ディスク１４を回転させ、かつ、前記
イオンビーム導入管］２をディスク］４の回転半径方向
に沿って長手状に形成し、この長手状のイオンビーム導
入管１２内で所定矩形断面の前記イオンビーム１１を同
図の矢印方向に走査してイオン注入動作を行うものにあ
っては、長手状の前記イオンビーム導入管］２の全域に
わたって電子ビーム照射部３４を設けて、その全域で二
次電子を発生するように構成している。この場合には、
ある瞬間をみると前記イオンビーム導入管］２内の所定
のエリアにのみイオンビーム］］が存在し、これ以外の
領域ではイオンビーム１１が全く照射されない状態とな
る。

従って、このようにイオンビーム１１が照射されていな
い領域にあっては、上記のようなウェハ１６上での負の
帯電か実施されることになってしまう。ここで、負の帯
電は、目標物に、負の電圧をもたらすので、さらに帯電
しようとする電子に反発力を与える。このため、電圧が
、この電子の持つエネルギーより低くなる（絶対値は大
きくなる）と、この電子は、帯電することができなくな
る。

こうして、帯電量は、エネルギーの大きい電子が、大量
にあるときは、帯電圧が大きく下がるまて増太し、逆に
、小さいエネルギーの電子が大量にあるときは、帯電量
も小さくなるという性質のものである。

また、仮に、イオンビームか、被処理物全面に照射され
ているとした場合においても、電子の濃度が非常に高く
なれば、過剰電子により、被処理物が、負に帯電するこ
とになる。帯電の度合については、電子のエネルギーと
の関連において、前記と同様である。

負の帯電が、起こりやすいケースとしては、次のような
場合かある。それは、装置を長く使っていると、絶縁物
による汚れが、電子ビーム照射部３４に膜として形成さ
れるため、これにより、この部分が、負に帯電して、こ
こから発生する二次電子のポテンシャルエネルギーか大
きくなり、被処理物に大量の高エネルギー電子が、供給
される場合である。

そこで、本発明の目的とするところは、被処理物の絶縁
膜上において正イオンによる被処理物の正帯電、及び電
子過剰による被処理物の負帯電の双方を防止し、被処理
物の正、負帯電に伴う双方の静電破壊を防止できるイオ
ン注入装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、イオン源から発生した正イオンを高電圧加速
させて、被処理物へイオン注入を行い、かつ、上記被処
理物近傍にある壁の一部に設けた電子照射部より、電子
を上記被処理物に供給し、被処理物表面上の正電荷蓄積
を防止したイオン注入装置において、上記被処理物に負
電圧を印加して、被処理物に、大量の電子が、何首する
ことを防止したことを特徴とする。

（作　用） 本発明のイオン注入装置では、被処理物に負電圧を印加
した状態で、該被処理物に電子を供給しながらイオンビ
ームを照射する。

したがって、被処理物に電子を供給することにより、絶
縁膜の正電荷の蓄積による破壊を防止することかできる
とともに、被処理物に印加された負電圧の作用により、
被処理物に過剰に電子が供給されることを防止すること
かでき、絶縁膜の負電荷の蓄積による劣化を防止するこ
とかできる。

（実施例） 以下、本発明のイオン注入装置を図面を参照して一実施
例について説明する。

図示しないイオン源、質量分析マグネット、加速管等に
より形成されたイオンビーム１を導出するためのビーム
ライン２の終端部には、ファラデーカップ３か設けられ
ており、このファラデーカップ３の終端に円板状に形成
されたディスク４が設けられている。

このディスク４は、被処理物例えば複数の半導体ウェハ
５を環状に配列する如く保持１−ｉＪ能に構成されてお
り、図示しない駆動機）１１４により回転軸６を中心と
して回転ｉＪ能に構成されている。

また、ファラデーカップ３の側部には、スリット状の開
口７か形成されており、この開ロアから対向するファラ
デーカップ３の内壁部に電子を照射する如く電子源８が
設けられている。すなわち、この電子源８は、例えば電
圧Ｖａにより電子を発生させるフィラメンｌ−９と、電
圧Ｖｒによる負の電場により電子を反射するための反射
電極１０等から構成されており、図示点線で示すように
、ファラデーカップ３の内壁に電子を照射してエネルギ
ーの低い２次電子を発生させ、この２次電子をディスク
４に設けられた半導体ウェハ５に供給するよう構成され
ており、イオンビーム１の照射により半導体ウェハ５が
正に帯電することを防止するよう構成されている。

上記構成のイオン注入装置を用いて、この実施例では、
次のようにして、絶縁膜を形成された半導体ウェハ５に
不純物イオンの注入を行う。

すなわち、まず、図示しない開閉機構を開として、例え
ば搬送機１１−１等により、被処理物である絶縁膜を形
成された半導体ウェハ５をディスク４に所定枚数環状列
状に配置する。

この後、ディスク４を介して半導体ウェハ５に例えばマ
イナス数ボルト乃至マイナス百数十ボルト程度の負の電
圧Ｖｄを印加するとともに、電子源８からファラデーカ
ップ３の内壁に電子を照射してエネルギーの低い２次電
子を発生させ、この状態でイオンビーム］を相対的にＸ
およびＹ方向に走査する。そして、ディスク４を例えば
Ｉ０００ｒｐＭ程度の回転数で回転させることにより、
半導体ウェハ５が順次イオンビーム］の照射経路上を通
過するようにして、各半導体ウェハ５にイオンビーム１
を照射する。

この時、ファラデーカップ３内で発生した２次電子は、
正イオンからなるイオンビーム］の周囲に形成される正
電場に引張られるようにしてこのイオンビーム１ととも
に各半導体ウェハ５に供給される。なお、各半導体ウェ
ハ５には、上述したように負の電圧Ｖｄか印加されてい
るので、電子は反発され、半導体ウェハ５のイオンビー
ム１の非照射部位にはほとんど電子が供給されない。ま
た、半導体ウェハ５に印加する負の電圧Ｖｄの値を変更
させることにより、被処理物に到達できる電子の最大エ
ネルギーか変化するので、各半導体ウェハ５に供給され
る電子の星を容易に制御することができる。

したかって、半導体ウェハ５に適正量の電子を供給する
ことができ、イオンビーム１の照射によって蓄積された
正電荷によって半導体ウェハ５に形成された絶縁膜か破
壊されることを防止することができるとともに、半導体
ウェハ５のイオンビム１の非照射部位等に過剰に電子か
供給され、半導体ウェハ５に形成された絶縁膜が負電荷
によって破壊されることを防止することができる。

なお、電子源８に起因するファラデーカップ３内に存在
する２次電子のエネルギーは、第４図に示される如く数
エレクトロンボルト レクトロンボルト程度である。このため、ディスク４を
介して半導体ウェハ５に印加する電圧Ｖｄは、これらの
電子のエネルギーに対応して例えば］０ マイナス数ボルト乃至マイナス百数十ボルト程度に設定
すれば良いが、ファラデーカップ３の〆１１れ具合、イ
オンビームの注入条件等により、Ｖｄの最適な電圧値は
変化するので、この最適電圧値は、実験等により予め求
めておくことか好ましい。

［発明の効果］ 上述のように、本発明のイオン注入装置によれば、正電
荷および負電荷による絶縁膜の破壊を防止することがで
き、従来に較べて大幅に歩留りの向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のイオン注入装置の構成図、
第２図は従来装置図（側面図）、第３図は従来装置図（
ビームのスキャン方向を示す）、第４図は２次電子のエ
ネルギー分布図である。 １・・・・・・イオンビーム、２・・・・・・ビームラ
イン、３・・・・・・ファラデーカップ、４・・・・・
ディスク、５・・・・半導体ウェハ、６・・・・・・回
転軸、７・・・・・・開口、８・・・・・・電子源、９
・・・・・・フィラメント、１０・・・・・・反射電極
。 １

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン源から発生した正イオンを高電圧加速させ
   て、被処理物へイオン注入を行い、かつ、上記被処理物
   近傍にある壁の一部に設けた電子照射部より、電子を上
   記被処理物に供給し、被処理物表面上の正電荷蓄積を防
   止したイオン注入装置において、上記被処理物に負電圧
   を印加して、被処理物に、大量の電子が、付着すること
   を防止したことを特徴とするイオン注入装置。