JPH03230467A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体製造プロセスに用いられる製造装置
に関し、特に半導体基板に不純物層を形成する際に用い
られるイオン注入装置の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体基板に不純物層を形成する方法として、イオン注
入法があり、第３図を用いてこの装置の中でも大電流イ
オン注入機と呼ばれ、注入方法がメカニカルスキャン方
式であるイオン注入装置の一例を示す、このイオン注入
装置１は、大きく３つの部分、すなわち、イオン源２．
ビームライン部３．エンドステーション部４に分けられ
る。

上記イオン源部２は、アーク放電によって高密度プラズ
マを生成するイオン源５と、所望のイオンを静電的に引
き出し、加速する引き出し電極系６とで構成されている
。また、ビームライン部３は、上記イオン源部２より出
射されたイオンビーム７から必要なドーパントイオンの
みを選択する磁場偏向型の質量分析器８と、イオンビー
ム７の形状を整える整形スリット９や、分析マグネット
の焦点に位置し、必要とするドーパントイオンを選択す
るための分析スリット１０とから構成されている。そし
てエンドステーション部４は、ビーム電流を計測するフ
ァラデーゲージ１１．ファラデーゲージ１１を通過する
イオンビーム７を補集するビームキャッチャ−１２，半
導体基板１３を載置しイオンビーム７に対し、均一に注
入されるようスキャンするディスク１４．　さらに電荷
中和器の心臓部となる電子銃１５とから構成されている
。

以下このように構成されたイオン注入装置ｌにおけるイ
オン注入動作について説明する。

まず、イオン源５に必要なドーパントガスあるいは固体
蒸気を用い、高密度プラズマを生成する。

ついで、引き出し電極系６でイオンを引き出すと同時に
、これに所望の加速エネルギーを与える。

加速されたイオンビーム７は、質量分析器８で必要なド
ーパントイオンに選択され、整形スリット９や分析スリ
ット１０でイオンビームの形状を整えられ、ターゲット
へ導かれる。一方、基板１３はディスク１４に載置され
た状態で搬送されてきて、所定位置に載置される。この
とき、通常、基板１３は複数枚載置されている。

次に、初期位置にあったディスク１４が図示Ａのように
所定回転数で回転し、並進運動Ｂが行われる。このよう
な方式をメカニカルスキャン方式と呼び、これにより複
数の基Ｖｉ１３の全面にイオン注入が行われる。なお、
上記並進運動Ｂは、注入均一性を良くするため複数回行
われる。

ところで、このイオン注入が行われる際、基板１３上に
は、通常、すでにパターンが形成されている。このパタ
ーニングされたものの一例を第４図に示す。同図は、基
板１３が例えばＰ導電型であり、この基板１３の主面上
に厚いフィールド絶縁膜２０が形成され、これら絶縁膜
２０に挟まれた活性領域の一部にゲート絶縁膜となる薄
い絶縁膜２１が形成され、この薄い酸化膜２１上にゲー
ト電極２２が形成されている。さらにこの状態でゲート
電極２２の両側の基板１３上にソース・ドレインとなる
不純物領域を上記イオン注入装置１を用いて形成しよう
とするものである。この場合ソース・ドレインをＮ導電
型に形成すべく、イオンビーム７は、例えばリン、ヒ素
等のイオンビームとなっている。

このように絶縁膜上にイオン注入を行う場合、特に１ｍ
Ａ以上のビーム電流でイオン注入する際には、ゲート絶
縁膜２１の絶縁破壊が発生する可能性が大となる。この
絶縁破壊を防止するために、従来は第５図に示すような
電荷中和器が用いられている。

この電荷中和器の作用は電子銃１５から放出される一次
電子を３００Ｖ程度の電界で加速し対面するファラデー
ゲージ１１に照射し、二次電子２３を発生させる。この
二次電子２３の一部が基板１３に供給され、ゲート電極
２２上に蓄積された正電荷を中和する。このようにして
、ゲート絶縁膜２１の絶縁破壊を防止することができる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のイオン注入装置は、以上のように構成されており
、電子銃１５から放出した一次電子の照射によりファラ
デーゲージ１１表面から発生する二次電子２３を用い、
ゲート電極２２上に蓄積された正電荷の中和を行ってい
るが、電子銃１５から放出された一次電子の一部がファ
ラデーゲージ１１の経時変化等による反射不良のために
、高いエネルギー状態のまま基板１３に到達することが
ある。このため、３００ｅＶのエネルギーをもつ高速電
子が基板１３を負にチャージアップさせ、負電荷による
絶縁破壊を起こし、また絶縁破壊に至らずとも、ゲート
絶縁膜２２を劣化させるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ゲート絶縁膜の絶縁破壊や劣化を確実に防止
できるイオン注入装置を提供することを目的としている
。

［問題を解決するための手段］ この発明に係るイオン注入装置は、電荷中和器とディス
クとの間に、ファラデーゲージ内部のイオンビームの進
行方向に対し、垂直となるような磁場を形成する磁気フ
ィルタを設け、電子銃から供給される高エネルギー成分
の電子を磁気フィルタ効果により取り除き、ターゲット
基板上に低エネルギーな電子成分のみを照射するように
したものである。

〔作用〕

本発明においては、電荷中和器とディスクとの間に磁気
フィルタを設け、ファラデーゲージを磁気フィルタを有
するタンデム型のものとしたから、磁気フィルタで分割
されたファラデーゲージの上流側では電子銃から放出さ
れる一次電子及び、その−次電子がファラデーゲージに
衝突して発生する二次電子とが存在する状態となり、一
方、ファラデーゲージの下流側では、数ｅＶ程度の低エ
ネルギー成分の電子のみが存在する状態となり、その結
果、適切なエネルギーを有する電子のみが基板に供給さ
れるようになり、ターゲット基板上の正電荷を効率よく
中和でき、基板上の電荷蓄積を防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図について説明する。

なお、従来の説明と重複する部分は、適宜その説明を省
略する。第１図は、この発明の一実施例によるイオン注
入装置３０を示す構成概略図である。図において、第３
図と同一符号は同一または相当部分を示し、３１は電子
銃１５と基板１３との間のファラデーゲージ１１の外周
に設けられた磁気フィルタとしての永久磁石である。

上述のように構成されたイオン注入装置３０を用いて次
のようにしてイオン注入が行われる。まず、イオン源５
より例えば８０ｋＶの加速電圧で、不純物層形成に必要
なドーパントイオン、例えば、ボロン　ヒ素、リン等の
イオンを含んだイオンビーム７を引き出し、質量分析器
８と整形スリット９、分析スリット１０によって必要な
ドーパントイオンのみを選択する。一方、基板１３はデ
ィスク１４に搬送されてきて、所定の位置に載置される
。このとき、通常、基板１３は複数枚載置される。次に
、初期位置にあったディスク１４が図示へのように所定
の回転数で回転し、並進運動Ｂが行われ、複数枚の基板
１３の全面にイオン注入が行われる。

この基ｖｉ１３にイオンビーム７が照射される過程にお
いて、電子銃１５から電子ビームを発生させ、ファラデ
ーゲージ１１に衝突させ、二次電子を発生させる。この
とき、電子銃１５から放出された１次電子の一部は２次
電子とならないまま反射して基板１３に向かうが、磁気
フィルタ３１の作り出す磁界の作用により、低エネルギ
ーの電子の成分３２だけが選択的に下流側の基板１３へ
供給される。このため、基板１３上の正電荷を効果的に
中和することができ、この結果、基板１３上の絶縁膜の
破壊を防止することができる。

なお、上記実施例では、ファラデーゲージ１１の外周部
に磁気フィルタ３１を配置したものを示したが、磁気フ
ィルタ３１の配置はこれに限られるものではなく、電荷
中和器とディスクとの間でファラデーゲージ１１を磁気
的に２分割するようなものであればよい。

また、上記実施例では、磁気フィルタ３１の磁界により
遮られるのは電子銃１５から２次電子にならずそのまま
基板１３に向かう電子のみを取り上げて説明したが、２
次電子の中にも高いエネルギーを有するものもあり、ま
た１次電子の中にも低いエネルギーのものも混在してお
り、実際には、この高いエネルギーを有するものを除去
して低エネルギー電子のみを基板１３に供給することと
なる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係るイオン注入装置によれば
、電荷中和器とディスクとの間に、ファラデーゲージを
磁気的に２分割する磁気フィルタを設け、イオン注入の
際、電荷中和器により発生する一次電子、および二次電
子のうち、低エネルギー成分の電子のみを選択し、基板
側に供給するようにしたので、イオン注入によるゲート
絶縁膜の絶縁破壊を確実に防止でき、信頼性の高い半導
体装置を形成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるイオン注入装置を示
す概略構成図、第２図は第１図の電荷中相持の動作を説
明するためのイオン注入装置の一部拡大図、第３図は従
来技術のイオン注入装置を示す概略構成図、第４図は半
導体基板へのイオン注入を説明するための図、第５図は
従来技術のイオン注入装置における電荷中和時の動作を
説明するためのイオン注入装置の一部拡大図である。 図において、７・・・イオンビーム、１１・・・ファラ
デーゲージ、１３・・・半導体基板、１５・・・電子銃
、２１・・・ゲート絶縁膜、２３・・・二次電子、３１
・・・永久磁石、３２・・・低エネルギーの電子。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）目的のイオンを含んだプラズマガスを発生させる
   イオン源と、 該イオン源から出射されたイオンビームから、所望のド
   ーパントイオンを選択する質量分析器を含むイオンビー
   ム光学系と、 被処理基板を保持するディスクと、 被処理基板の電荷を中和する電荷中和器と、真空排気系
   とを備えたイオン注入装置において、上記ディスクと上
   記電荷中和器との間に、ビーム通路であるファラデーゲ
   ージを２分割するような磁場配位で磁気フィルタを設け
   、 該磁気フィルタにより上記被処理基板に、低エネルギー
   の電子のみを供給するようにしたことを特徴とするイオ
   ン注入装置。