JPH0378954A

JPH0378954A - イオン源

Info

Publication number: JPH0378954A
Application number: JP1215081A
Authority: JP
Inventors: Genjirou Kawachi; 玄士朗河内; Akio Mimura; 三村　秋男; Yasunori Ono; 康則大野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1989-08-23
Publication date: 1991-04-04

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〕本発明は材料加工用のイオン源に係り、特に長時間の連
続運転においても安定な動作が得られるイオン源の構造
に関する。

〔従来の技術〕

近年、液晶デイスプレィ用薄膜トランジスタや薄膜磁気
ヘッド等の薄膜素子形成のため、大口径のイオン源が用
いられるようになってきている。

これらの素子形成の工程において、特に半導体へのドー
ピングや絶縁膜のエツチング等ではＰ　Ｈｓ　＊Ａ　ｓ
　Ｈａ、　Ｂ　ｚＨｅ、　ＣＦ４などのガスを使用する
。

所望のイオンを得るためにこれらのガスを放電により電
離分解すると、多くの場合真空容器内壁や電極などの表
面に各々のガスに応じた析出物が堆積する。具体的には
ＰＨａの場合はＰが、Ａ　ｓ　Ｈａの場合にはＡｓが、
ＣＦ４の場合にはＣがそれぞれ堆積する。これらの堆積
物は絶縁物であるため、電極表面などに付着すると放電
が不安定になることがある。このため、この種のイオン
源においては定期的な清浄が必要である。

ドライエツチング装置などでは一般的に０２ガスプラズ
マによる真空容器内部のクリーニングが行なわれている
が、直流放電を用いるイオン源の場合は、電極材料が酸
化されるためかえって放電が不安定となり使用できない
。この対策としては、従来、例えばＣＦ４ガスを用いる
場合に特開昭６０−１２９８４７号に記載されているよ
うに、真空容器壁の内側に陽極となる内部チャンバーを
設置し、この内部チャンバーを定期的に取りはずして洗
浄する方法が採られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の従来の方法では内部チャンバーの
交換、洗浄の工程に手間がかかり、装置のメンテナンス
簡略化の点で十分な考慮がなされていない。また、ＰＨ
ａやＡ　ｓ　Ｈｓガスを用いる場合には、付着するＰや
Ａｓは有毒であり、ＣＦ４の場合のように簡単に取りは
ずして洗浄することは、安全上問題がある。上記の従来
技術はこのような半導体ガスを用いる場合の安全上の問
題についても配慮がなされていない。

本発明の目的は、このような問題を解決するために、半
導体用ガス等を用いた時も、真空容器を洗浄することな
く長時間、安定して動作可能なイオン源を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、放電のための陽
極材料を硅素、金属硅化物または硅素膜で表面を覆った
金属のいずれかにより構成し、更に水素またはフッ素プ
ラズマによる洗浄機構を具備したものである。

〔作用〕

ＰＨａなとの反応性ガスを用いて直流放電によりプラズ
マを生成する際、陽極の汚れにより放電が不安定になる
のは、汚れにより電極表面の導電性が損なわれることが
原因である。従って、ＰＨａやＢｚＨｅなどの一般に半
導体へのドーピング用として−用いられるガスを使用す
る場合には、陽極を硅素、金属硅化物または硅素膜を表
面に被着した金属材料を用いれば、ＰやＢなどが表面に
付着しても、これらの元素は硅素中に入り込み導電率を
大きくするため放電の不安定は生じない。また、付着量
が一定量以上となってリンやボロンの不純物の膜が堆積
し始めると導電率は低下するものの、この陽極を真空容
器内で加熱処理することにより表面に付着した不純物は
シリコン内へ拡散し導電率は増加する。従って、陽極材
を真空容器外へ取り出して洗浄する必要がなくなるため
、メンテナンスの簡略化および安全化の向上が達成でき
る。

また、Ｈ２またはＦ２ガスプラズマによるクリニング機
構を設けることにより、陽極材料表面を酸化することな
く付着物のみを除去できるため、陽極を真空容器内に取
り付けたまま洗浄することが可能となり、メンテナンス
の簡略化及び安全性の向上が達成できる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図〜第４図を用いて説明
する。

第１図は本発明の一実施例のイオン源の概略図である。

同図（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である
。本イオン源は、真空容器１と真空容器の周囲に隣り合
う磁極の極性が逆になるように配置された永久磁石２と
、真空容器内へ原料ガスとして例えばＨｚで希釈した１
％のＰＨａガスを供給するためのガス導入口４と、電子
９を放出して原料ガスを電離してプラズマを生成するた
めのタングステンフィラメント３と、生成したプラズマ
からイオンビーム８を引き出すための加速電極５および
減速電極６と、Ｓｉ板からなる陽極１０と、各電極に所
定の電圧を印加するための直流電源２１，２２，２３，
２４とからなる。イオン源全体は絶縁フランジ１２を介
して、真空に排気された処理室１１に接続されている。

まず、処理室１１とイオン源内部全体を排気装置により
１×１０″″８Ｔｏｒｒ以下の圧力に排気する。

次にＨｚで希釈した１％のＰＨａガスを処理室１１内の
圧力がＩ　Ｘ　１０”−ＢＴｏｒｒとなるように導入す
る。直流電源２１によって電圧を印加してタングステン
フィラメント３に約２ＯＡの電流を流しタングステンフ
ィラメント３を加熱して電子９を放出させる。同時に直
流電源２２により容器壁が正になるように５０Ｖの電圧
を印加すると、放出された熱電子は容器壁に向って加速
され、途中でガス分子を電離させてアークプラズマを生
成する。

しかる後に加速電極５及び減速電極６に直流電源２３．
２４によリソれぞれ１００ＯＶ、−１００Ｖの電圧を印
加して、アークプラズマからイオンビーム８を処理室１
１へ引き出して所定の処理を行なう。本実施例において
は、陽極１０がＳｉ板で構成されているために、長時間
の放電により陽極表面にＰが付着しても、ＰはＳ　ｉ　
１？　ｎ型ドーパントとなり導電率を増大させるため、
陽極表面の導電不良による放電の不安定性は現われず、
長時間にわたって安定した動作が可能となる。

第２図は本発明の第２の実施例のイオン源の概略図であ
る。基本的な構造は第１図の実施例と同様であるが、本
実施例ではＳｉで構成した陽極１０を真空容器１の内部
に設置しかつその外側に加熱ヒータ１３を設けて陽極を
最大４００℃程度に迄加熱できるようにした。陽極を加
熱することにより、蒸気圧の高いＰやＡｓは電極表面に
付着しても直ちに再蒸発するため、陽極表面は汚れにく
くなり第１図に示した実施例より更に安定した動作が維
持できる。

以上２つの実施例では、アークプラズマを発生させるた
めの電子供給源としてタングステンフィラメントからの
熱電子を利用しているが、電子供給源として次に述べる
第３の実施例の如く高周波プラズマあるいはマイクロ波
プラズマを用いても本発明は全く同様に有効である。ま
た陽極材料としてはＳｉ板を用いているが、陽極材料と
してはこれに限らず、Ｍｏシリサイド、Ｗシリサイド等
の金属硅化物材料や、Ｓｉ膜を表面に堆積したＳＵＳや
Ｍｏなどの金属材料を用いても本発明の効果は損なわれ
ることはない。また、原料ガスとしてはＰＨａガスを用
いたが５例えば半導体へのドーピングに本イオン源を用
いる場合であれば、Ａ　ｓ　Ｈａ、　ＢｚＨｅ、　Ｂ　
Ｆａ、　Ｐ　Ｆｓや（ＣＨａ）ａＡＱなどの有機アルミ
ニウムガス、エツチング用としてはＣＦ４などのガスを
用いても本発明は全く同様に有効である。

第３図は本発明の第３の実施例のイオン源の概略図であ
る６本実施例では第１あるいは第２の実施例のフィラメ
ントの代わりに真空容器１と気密を保ちつつ絶縁フラン
ジ３３を介して取り付けられた放電室３６と、高周波電
極３４と高周波電極３４にマツチングボックス３１を介
して接続された高周波電源３２と、電子引き出し電極３
５とからなる電子供給源が用いられている。また真空容
器１及び放電室３６内へはガス導入口４からＦ２で希釈
された１％ＰＨａガス４１の他にクリーニング用として
Ｆ２ガス４２が導入できる構造となっている。

ＰＨｓの使用により放電が不安定となってきた場合、−
時１％ＰＨａガス４１の供給を止めてＨｚガス４２を導
入して放電する。これによりＨ＋イオンあるいはＨラジ
カルを発生し、これらにより電極に付着したＰを揮発性
のＰＨｓとして除去することができる。本実施例によれ
ば、電極洗浄のために容器を大気にさらす必要がないた
め、装置の保守が簡単になり更に、ＡｓＨａなどの特に
危険なガスを用いた場合においては有毒なＡｓを大気中
に曝すことがなく安全である。

尚１本実施例ではクリーニングガスとしてＨｚを用いた
が、Ｆ２ガスを用いても全く同様な効果が得られる。ま
たクリーニングガスとしてはアルゴン等の不活性ガスを
用いることにより物理的スパッタリング効果により器壁
を洗浄することも可能である。また、原料ガスとしては
ＰＨａを用いたがその他、Ａ　ｓ　Ｆ３．　Ｂ２Ｈ８，
Ｂ　Ｐ’ｓ、　Ｐ　Ｆ８などの半導体用のドーピングガ
スやＣＦ４を用いた場合も本発明は有効である。

また、本実施例では電子供給源として高周波放電によっ
て生じるプラズマを用いたが、電子供給源としてはこれ
に限らず、マイクロ波プラズマや第１および第２の実施
例において用いた高融点金属のフィラメントからの熱電
子を用いても本発明は有効である。但し、フィラメント
を用いる場合にはクリーニングガスとしてＦ３を用いる
とフィラメントが急速に消耗するためＦ２を用いること
が望ましい。

尚１本発明のイオン源は、薄膜トランジスタや薄膜磁気
ベツドなどの薄膜素子の加工用のドーピング装置、ミリ
ング装置などに用いるのに適している。第５図は本発明
のイオン源を用いた半導体用ドーピング装置の概略であ
る。

ドーピング室１１０と気密を保ちつつ絶縁フランジ１２
を介して本発明のイオン源１０９が取り付けられている
。原料ガスとしてＦ２が希釈した１％ＰＨｓガス４１を
導入しアーク放電によりアークプラズマ１０８を生成す
る。Ｐを含むイオンビーム８は加速電極５．減速電極６
によりアークプラズマ１０８から引き出され、ドーピン
グ室１１０内に設置した基板１０１に照射される。本発
明のイオン源を用いることにより、長時間にわたり安定
した稼動が可能となるため、生産効率の高いドーピング
装置が実現できる。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように構成されているので以下に
記載されているような効果がある。

即ち、放電のための陽極材料をＳｉ、金属硅化物または
Ｓｉ膜で表面を覆った金属材料で構成されているため長
時間にわたり安定した動作が可能となる。また、Ｈｚま
たはＦ２プラズマを発生してこれにより真空容器内のク
リーニングを行なう機構を具備しているため、真空容器
内を大気に曝すことなしにクリーニングできるため、装
置保守の簡略化が可能となり、更に半導体用のドーピン
グガスを用いた時にも安全な取扱いが達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施例イオン源の
概略図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図
、第２図（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施例のイオン
源の概略図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断
面図、第３図は本発明の第３の実施例のイオン源の概略
図、第４図は本発明のイオン源を用いた半導体用ドーピ
ング装置の概略図である。１・・・真空容器、２・・・永久磁石、３・・・タング
ステンフィラメント、４・・・ガス導入口、５・・・加
速電極、６・・・減速電極、８・・・イオンビーム、１
０・・・陽極、１１・・・処理室、１２・・・絶縁フラ
ンジ、１３・・・加熱ヒータ、２１，２２，２３．２４
・・・直流電源、３１・・・マツチングボックス、３２
・・・高周波電源、３３・・・絶縁フランジ、３４・・
・高周波電極、３５・・・電子引出し電極、３６・・・
放電室、４１・・・１％ＰＨａガス、４２・・・Ｈ２ガ
ス、１０１・・・基板、１０９・・・イオン源、１０８
・・・アークプラズマ、１１０・・・ド第２図（ＯＬ）（ｂ） λ （ω）不３図不４日

Claims

【特許請求の範囲】

１．真空容器内に導入した原料ガスを直流放電により電
離させプラズマを発生する機構と上記プラズマからイオ
ンを引き出すための電極とを有するイオン源において、
直流放電のための陽極材料がＳｉ，金属硅化物またはＳ
ｉ膜で表面を覆つた金属材料のいずれかで構成されてい
ることを特徴とするイオン源。
２．真空容器内に導入した原料ガスを直流放電により電
離させプラズマを発生する機構と、上記プラズマからイ
オンを引き出すための電極とを有するイオン源において
、上記真空容器内において水素，フッ素または不活性ガ
スプラズマを発生してこれにより上記真空容器内のクリ
ーニングを行なう機構を具備したことを特徴とするイオ
ン源。
３．特許請求の範囲第１項または第２項記載のイオン源
において、真空容器内壁が放電のための陽極であること
を特徴とするイオン源。
４．特許請求の範囲第１項または第２項記載のイオン源
において、上記陽極を加熱する機構を具備したことを特
徴とするイオン源。
５．特許請求の範囲第１項または第２項記載のイオン源
において、上記プラズマを真空容器内にほぼ均一に保持
する手段として、磁界又は電界の少なくとも一方を用い
たことを特徴とするイオン源。
６．特許請求の範囲第５項記載のイオン源において、上
記磁界を発生する手段として、多極磁界を用いたことを
特徴とするイオン源。
７．特許請求の範囲第１項または第２項記載のイオン源
において、上記プラズマを発生するために上記真空容器
内に電子を供給する手段として、高融点金属材料に通電
，加熱して放出される熱電子を利用することを特徴とす
るイオン源。
８．特許請求の範囲第１項または第２項記載のイオン源
において、上記プラズマを発生するために上記真空容器
内に電子を供給する手段として、高周波放電あるいはマ
イクロ波放電により発生した第２のプラズマから電子を
引き出し、上記真空容器に供給することを特徴とするイ
オン源。
９．上記真空容器内に水素，フッ素または不活性ガスプ
ラズマを発生させることにより真空容器内壁に付着した
汚染を除去することを特徴とするイオン源の洗浄方法。
１０．特許請求の範囲第１項または第２項記載のイオン
源を用いることを特徴とするイオン注入装置及びイオン
ミリング装置。
１１．特許請求の範囲第１項または第２項記載のイオン
源において、原料ガスとしてＰＨ＿３，Ｂ＿２Ｈ＿６，
ＡｓＨ＿３，ＰＦ＿３，ＢＦ＿３、及び有機アルミニウ
ム系ガス及びこれらの希釈ガスを用いることを特徴とす
るイオン源。