JPH0361303B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体集積回路製造工程の中で、基
板上に形成した酸化膜等の絶縁物及び絶縁物上の
抵抗体に、イオンビームを照射する工程に於て、
電荷蓄積による電位上昇によつて、該絶縁物が絶
縁破壊を起こし、不良を生じることを防ぐため
に、イオンビーム照射により蓄積された電荷を中
和する機構を備えたイオン注入装置に関するもの
である。

イオン注入技術は不純物導入技術として、制御
性、再現性に優れ、半導体集積回路の製造工程に
広く用いられている。しかし不純物を荷電粒子に
電離して、電界で加速し基板に注入するため、基
板での電荷蓄積による電位上昇が問題であつた。
例えばMOS集積回路製造工程でのゲート電極を
マスクとしたソース・ドレイン電極形成工程にお
いては、このような電位上昇によりゲート電極下
のゲート酸化膜がイオン注入時に絶縁破壊を起こ
し、ゲートリーク・ゲート耐圧低下等の原因とな
るので問題である。特に、近年、集積回路の微細
化、高密度化が進み、ゲート酸化膜が薄膜化する
につれて大きな問題となつてきた。このような電
位上昇を防止する方法としては、従来、熱電子を
用いてイオンビームを中性化する方法、熱電子に
よる電子シヤワーを基板に当てる方法等が提案さ
れている。しかし、熱電子を用いる方法は、フイ
ラメントを加熱して電子を発生させるので、フイ
ラメントからの汚染不純物の蒸発、アウトガスに
よる真空度の低下、および熱輻射による基板温度
の上昇といつた種々の問題を生じる。このため一
般に汚染に敏感であるため、クリーンルーム等の
クリーンな環境で製造されている半導体集積回路
等の製造に適用することは不可能であつた。特
に、MOS集積回路は半導体素子の中でも汚染に
敏感であり、またゲート膜が薄く絶縁耐圧が低い
等のため、イオンビーム照射による電位上昇に対
するクリーンで有効な中和手法の開発が待たれて
いた。

本発明は、イオンビーム照射によつて基板の帯
電を起こさせず、かつクリーンで効果的なイオン
注入装置を提供することを目的とする。

このため本発明はフイラメントからの熱電子に
かえて、イオンビーム照射により発生する二次電
子を用いて、イオン注入時の電荷蓄積を中和し、
電位上昇を防ぐようにしたものである。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図はイオンビームを電界により走査するイ
オン注入装置での本発明の一実施例を説明するた
めのエンドステーシヨンの側面図であり、１は基
板支持体、２は基板、３は筒状構造体、４は電流
計、５はマスク、６はサブレツシヨン電極、７は
電極、８は電極ささえ、９は電源である。基板２
を支える基板支持体１と筒状構造体３から成るフ
アラデー箱に、第１図の左方よりイオンビームが
入射される。従来入射されるイオンの数は、フア
ラデー箱に流れる電流を電流計４で測定し、その
値を積分することにより求められてきた。この場
合、基板２にイオンを均一に注入するために、イ
オンビームはマスク５の前方で、マスク５に当た
るまで走査装置により水平及び垂直方向に走査さ
れる。また、イオンビームによりフアラデー箱内
で発生する二次電子が、フアラデー箱の外へ飛び
出して注入量の測定がずれるのを防ぐために、マ
スク５と筒状構造体３の間に、負にバイアスされ
たサプレツシヨン電極６が設けられていた。本発
明では、更にフアラデー箱内に、電極７を基板２
の周辺部に設ける。この電極７は絶縁物でできた
電極ささえ８で固定されており、電源９によつて
負にバイアスできるようになつている。以上のよ
うに構成されているので、イオンビームが走査に
より、電極７に当たると、零又は負にバイアスさ
れた電極７から発生した二次電子が、イオンビー
ムの照射によつて正に帯電した基板２に向かつて
流れるため、基板２の帯電が中和される。イオン
ビームが入射すると、電極７又は基板２の照射部
位からは、入射したイオンの数よりも多く二次電
子が発生するが、電極７を負にバイアスすると、
この二次電子は基板に戻されるため、基板の帯電
防止の効果は顕著となる。負にバイアスした電極
７は、イオンビームが直接当たらなくても、基板
支持体１あるいは２から発生した二次電子を基板
２の方へ戻して中和する効果がある。このため、
蓄積電荷の中和が有効に行なわれる。従来のイオ
ン注入装置では、打込み量がずれるのを防ぐ目的
で二次電子を戻すためにサプレツシヨン電極６を
設けてあるが、これでは基板からの距離が遠く、
帯電防止には不充分である。本発明では、基板２
近傍に電極７を設置しているので、二次電子は、
蓄積電荷中和に有効に作用する。しかも、本発明
では熱電子ではなく、イオンビームによつて発生
する二次電子を用いているので、フイラメントが
不用であり、フイラメントからの汚染不純物の蒸
発、真空度の低下、基板の加熱等の種々の問題は
発生しない。電極７へのバイアスは、フアラデー
箱の中で行なつており、イオンの注入量は電流計
４に流れる電流を測定し積分することにより求ま
る。更に、イオンビームの量が増えると二次電子
の量も増えるので、熱電子の場合のように、イオ
ンビームの量に応じて熱電子を増やすような機構
は特に必要ないので、実際に使う上でも簡単であ
るという利点がある。

第２図は基板支持体１の正面図である。基板２
の周辺に１mm程度のすき間を設けて電極７が配置
してある。電極７が基板２の端からすき間がある
のは、基板２の端から基板支持体１へ、基板表面
を伝わつてイオン注入時の電荷が逃げやすくする
ためである。電極７を設けずに、基板支持体１を
負にバイアスするのは筒状構造体３の電位が基板
２の表面の電位よりも高くなり、二次電子は筒状
構造体３へ多く供給され、基板２の電荷を十分に
は中和できない。

以上第１図、第２図はイオンビームを、フアラ
デー箱の前方で電界により走査して基板２に注入
するイオン注入装置について述べたが、イオンビ
ームに対して基板支持体１を動かし、イオンビー
ムが基板面を走査するメカニカルスキヤン方式の
イオン注入装置についても、基板２周辺部に電極
７を設けることにより、同じように蓄積された電
荷を二次電子により中和することができる。

第３図は、イオンビームを電界で走査しないで
基板支持体１を回転しながら矢印方向に往復運動
するメカニカルスキヤン方式のイオン注入装置で
の本発明の一実施例でのエンドステーシヨンの側
面図であり、１０は格子状電極である。フアラデ
ー箱内の基板２の前面に格子状電極１０が、絶縁
体の電極ささえ８によつて筒状構造体３に固体さ
れている。イオンビームはマスク５を通つて筒状
構造体３内に入り、格子状電極１０に照射され
る。この格子状電極１０に照射されたイオンビー
ムにより二次電子が発生する。この二次電子は、
イオンビームを中性化したり、基板２へ直接照射
されることにより、基板２表面の電位を中和す
る。更に、この格子状電極１０を負にバイアスす
ると、基板２表面から出た二次電子を基板２へ押
し戻す働きが加わるので、基板２表面の電位を中
和する効果が強まる。

第４図は筒状構造体３をイオンビーム入射方向
から見た図である。マスク５の穴の大きさはイオ
ンビームの径より小さくなつている。格子状電極
１０はストライプ状でもよいし、穴あきの電極で
あつても良い。基板支持体１が回転しながら矢印
方向に往復運動する等のメカニカルスキヤンを行
なつているので、格子状電極１０を基板２の前面
に設けても均一なイオン注入が行なえる。また、
注入量は格子状電極の開口率、すなわちマスク５
の穴の面積に対する格子状電極１０のすき間の面
積の比をかけることにより、電流計４に流れる電
流値を積分して求まる。

第５図は本発明による他の一実施例を説明する
ためのエンドステーシヨンの側面図であり、１１
は電源である。電源１１により筒状構造体３は基
板支持体１に対し負にバイアスされている。この
電位は、サプレツシヨン電極６の電位と基板支持
体１の電位の中間の値にする。このような構成に
なつているので、イオン注入時に基板２から発生
した二次電子は筒状構造体３が負にバイアスされ
ているので、基板２へ押し戻され、基板２表面の
電位を中和する。従来のサプレツシヨン電極６も
二次電子を戻すが、距離が遠いので、ほとんどは
筒状構造体３に流れて、基板２の表面の電位を中
和する効果がなかつた。本発明では筒状構造体３
を負にバイアスしているので有効に二次電子を基
板２へ戻すことが可能であり、電荷中和の効果が
顕著である。イオンの注入量は、筒状構造体３及
び基板支持体１から成るフアラデー箱に流れる電
流を電流計４で測定し、積分することにより求ま
る。

以上説明したように、本発明は、イオンビーム
による二次電子を用いており、フイラメントから
の熱電子を用いていないので、フイラメントから
蒸発する汚染不純物により基板が汚染されること
がなく、クリーンなイオン注入装置を提供でき、
かつ真空度の低下、基板の加熱等の問題も生じな
い。そして、二次電子を基板に供給する電極が基
板とほぼ同一平面内に位置しているので、基板か
ら飛び出した二次電子は、ターゲツト表面の真上
に十分大きな二次電子の雲を用意して基板の帯電
を中和できる。よつて、電荷の蓄積による電位上
昇に起因する基板上に形成された物質の絶縁破壊
を防ぐことができる。構造的にも、電極を基板と
同一平面内に配置すればよいので、簡単である。
また、基板支持体の電位の方が二次電子を基板に
供給する電極の電位よりも高いので、イオンビー
ム照射によつて電極から飛び出した二次電子は帯
電した基板に向かつて、効果的に吸収され、基板
の帯電を有効に中和する。更に、基板がイオンビ
ームに直接照射される位置であつて、基板と同一
面に設けてあるので、イオンビームの強さに比例
して、発生する二次電子量が自動的に増加するた
め、二次電子量の調整をする等の手間がかからな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例の側面図、第２
図は第１図の基板支持体の正面図、第３図は本発
明装置の他の実施例の側面図、第４図は筒状構造
体をイオンビーム入射方向から見た図、第５図は
本発明装置の他の実施例の側面図である。 １……基板支持体、２……基板、３……筒状構
造体、４……電流計、５……マスク、６……サプ
レツシヨン電極、７……電極、８……電極ささ
え、９……電源、１０……格子状電極、１１……
電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオンビームの入射口の反対側に絶縁耐圧の
   低い半導体素子を有する基板を支える基板支持体
   と、筒状構造体から成るフアラデー箱を有するイ
   オン注入装置において、該基板支持体と該筒状構
   造体から絶縁された構造を有し、フアラデー箱内
   の基板周辺でイオンビームが直接照射される位置
   であつて、該基板とほぼ同一平面内に、負にバイ
   アスされた電極を配置し、前記基板支持体は、該
   電極より高い電位であることを特徴とするイオン
   注入装置。 ２ 前記筒状構造体は、前記基板支持体より低い
   電位で負にバイアスされた筒状構造体であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン
   注入装置。