JPH04144049A - 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、イオン注入装置に関する。

【従来の技術】

イオン注入装置においては、不純物をイオン化し、その
イオンを高エネルギーに加速して半導体基板、例えば半
導体ウェーハに打ち込むようにしている。そして、この
場合、イオン注入装置には、そのイオンのビーム電流が
２ｍＡ以下の中電流タイプと、２ｍＡ以上の高電流タイ
プとがあるが、特に高電流タイプでは、イオンを高エネ
ルギーに加速して半導体ウェーハにイオン注入を行うの
で、ウェーハの表面に露出している絶縁膜領域において
は、注入イオンの電荷（正電荷）が帯電、（チャージア
ップ）し、この帯電により生起する表面電荷量か絶縁破
壊電荷量以上になるとウェーハの絶縁膜が破壊されてし
まう。この絶縁破壊不良は、集積度が高くなるにつれ顕
著に現われ、ＩＭ、４Ｍ、１６Ｍ、６４Ｍと開発されて
いるＩＣにおいては、大きな開発課題である。 このため、従来、一般に、イオンの注入と同時に、エレ
クトロンシャワーと呼ばれる電子の照射をウェーハに対
して行なって、正の電荷を中和して、チャージアップを
防止する方法が用いられている。 すなわち、例えばタングステン等からなるフィラメント
陰極に、直接、電流を流して加熱し、このフィラメント
陰極より熱電子（１次電子）を発生させる。そして、フ
ィラメント陰極と対向金属電極壁面との間に例えば３０
０Ｖの加速電圧を印加する。フィラメント陰極から発生
した熱電子は、この加速電圧に応じた速度で加速されて
、対向金属電極の壁面に衝突する。すると、その対向金
属電極の壁面から、例えば第６図に示す２次電子のエネ
ルギー分布図に示すように、１０ｅＶ　（ウェーハを基
準にしたとき）程度の低エネルギーの２次電子が放出さ
れる。放出された２次電子は、半導体ウェーハに入射し
、上記絶縁膜領域にチャージアップした表面電荷を中和
するように働く。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、従来のエレクトロンシャワーは、フィラメン
ト陰極から放出された１次電子をフィラメント陰極と対
向金属電極との間に印加した加速電圧により加速して、
対向金属電極に衝突させて得られる低エネルギーの２次
電子を用いるようにしているので、次のような欠点かあ
る。 ２次電子のエネルギー分布は、第６図に示すように、オ
ージェ電子、回折電子など高いエネルギ（例えば３００
ｅＶ）の成分を含んでいるため、ウェーハの絶縁膜に高
いエネルギーの電子が衝突して負のチャージアップを発
生することがある。 また、イオン注入時、イオンビームにより半導体ウェー
ハの表面の絶縁膜かスパッタされて飛沫となり、イオン
注入室であるファラデーの内壁面に付着して内壁表面上
に絶縁膜か形成される。この絶縁膜のため、このファラ
デーの内壁に負電荷がチャージアップし、フィラメント
陰極の対向金属電極の電位が設定電位から負側に変化し
てしまつ。 このように、対向金属電極の電位が負側に偏倚すると、
発生する２次電子のエネルギーが、第６図で点線で示す
ように高くなってしまう。このため、イオンビームの照
射されていない半導体ウェーハの表面の絶縁膜領域に対
して、この高いエネルギーの電子が衝突して負のチャー
ジアップを発生し、絶縁膜を破壊してしまうことがあっ
た。 さらには、フィラメント陰極からの加速された高エネル
ギーの１次電子か半導体ウェーハ表面に直接入射し、半
導体ウェー７１表面を傷める場合もある。 この発明は、以上の欠点にかんかみ、イオン注入時のチ
ャージアップ防止のためのエレクトロンシャワーを、低
エネルギーの１次電子を用いて行うことにより上記のよ
うな欠点を除去できるようにしたイオン注入装置を提供
しようとすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

この発明は、イオンビームを被注入体に注入するイオン
注入装置において、 前記被注入体に蓄積する電荷を中和するための電子の発
生源として傍熱型陰極を用いたことを特徴とする。

【作用】

傍熱型陰極は、１次電子放出用陰極とは別個の独立のヒ
ータにより、前記陰極が加熱されるものであり、陰極か
ら放出される１次電子のエネルギーは低い。したがって
、この１次電子により被注入体の表面の絶縁膜上の正の
電荷を中和させることにより、絶縁膜の破壊を防止する
ことが可能になる。

【実施例】

以下、この発明によるイオン注入装置の一実施例を図を
参照しなから説明する。 第４図はイオン注入装置の全体の概要を示すもので、イ
オン源２から引き出されたイオン１は、加速管３により
必要とするエネルギーの一部が与えられたのち、質量分
析器４に入り、目的とする質量のイオンだけが選別され
る。そして、この選別されたイオン１か、加速管５によ
りエネルギーが追加された後、ファラデーと呼ばれるイ
オン注入室６に入り、半導体ウェーハの回転載置台であ
るディスク１０の半導体ウェーハに注入される。 このイオン注入室６は、半導体ウェーハの表面にイオン
が打ち込まれたときに発生する２次電子が外部に流れ出
してしまわないように閉し込めるためのものである。す
なわち、２次電子が外部に流れてしまうと、イオン注入
量を計測する際に電位が変化して正確な注入量が計測て
きないためである。 第５図は、このディスク１０を、イオンの進入方向から
見た正面図である。 すなわち、ディスク１０は、円盤状の形状を有し、その
イオン注入側の面の、中心から半径方向に等しい位置に
は、複数個例えば８個の半導体つ工−ハ保持部１４が、
等しい角間隔て配置され、この半導体ウェーハ保持部１
４には、イオンの注入される被注入体の例としての円盤
状の半導体つ工−ハ２０がそれぞれ保持・固定されてい
る。 そして、ディスク１０は、矢印１８て示すように、その
中心軸１１を中心としてスピンモータ１２により、高回
転速度、例えば１１０００ｒｐの回転速度で回転させら
れる。 また、ディスク１０は、矢印１９て示すように、スキャ
ンモータ１３により例えば上下方向に往復直線運動させ
られ、イオンビームが半導体ウェーハ表面上を走査する
ようにされている。 したがって、イオンビームは、８個の半導体つ工−ハ２
０に対して、かつ、半導体ウェーハ２０のそれぞれの表
面全体に対して、はぼ均一に照射される。 そして、イオン注入室としてのファラデー６は、ディス
ク１０の所定の回転角位置において、保持部１４に支持
された半導体ウニ　”２０に対向するように設けられる
。このイオン注入室６は、中空の筒状の金属で構成され
、この筒内を加速されたイオンビームが通り、このイオ
ンビームが半導体ウェーハの表面に照射される。そして
、後述するように、このイオン注入室６にはエレクトロ
ンシャワー装置か設けられている。 エレクトロンシャワー装置は、第１図のように構成され
る。 すなわち、イオン注入室６は、例えばアルミニューム等
の金属によって、筒状に構成されている。 このイオン注入室６は、電位的には相対的に例えば接地
電位に近い電位とされている。また、ディスク１０上の
ウェーハ２０も相対的に例えば、ディスク１０を介して
電気的に接地電位に近い電位となっている。 そして、イオン注入室６の壁部の一部に上記中和用電子
発生源として傍熱型陰極３０が設けられる。この例の場
合、この傍熱型陰極３０は、第２図に示すように、例え
ばタングステンからなり、長さ例えば２５０　ｍｍ、直
径か４〜６龍程度の円筒状陰極３１と、この円筒状陰極
３１内の中心線位置に設けられたヒータ３２とからなる
。ヒータ３２の位置は、円筒状陰極３１内の中心線位置
より偏倚しても勿論よい。ヒータ３２は、陰極３１に接
触しなければよい。 このヒータ３２は、例えばセラミックからなる棒に例え
ばタングステンからなる線材をコイル状に巻き付けたも
ので構成されている。この例の場合には、円筒状陰極３
１及びヒータ３２の長手方向の長さは、例えば２５０關
とされているか、陰極３１の長手方向の熱電子放出分布
を均一にするため、ヒータ３２の方が長くしてもよい。 また、陰極３１の電子放出面は、筒状に限らず、円板状
でもよい。 そして、円筒状陰極３１には、イオン注入室６に対して
、したがって、半導体ウェーハ２０に対して、例えば−
１０Ｖのバイアス電圧−Ｅ、が印加される。一方、ヒー
タ３２の線材の両端間には、例えば４０Ｖ程度の電圧Ｅ
２が印加されて、２０００℃程度にヒータ３２が加熱さ
れる。そして、このヒータ３２からの熱により、円筒状
陰極３１が加熱され、この陰極３１より、熱電子（１次
電子）が放出される。この１次電子は、陰極３１が１０
Ｖにバイアスされているので、１０ｅＶの低エネルギー
電子である。 この傍熱型陰極３０と、イオンビーム３３との間には、
例えばタングステンからなるメツシュ電極３４が設けら
れる。この例の場合、円筒状陰極３１とメツシュ電極３
４との間の距離は、ＩＣ１＋ｍとされている。このメツ
シュ電極３４には、例えば５００〜１００ＯＶ程度の電
圧Ｅ３が印加される。陰極３１から放出された１次電子
は、このメツシュ電極３４により加速されて、このメツ
シュ電極からイオン注入室６内のイオンビーム３３に向
かって出て行くが、メツシュ電極３４を通った後は、加
速電圧が存在しなくなるので、徐々に減速する。そして
、この減速した低エネルギーの１次電子が、イオンビー
ム３３及び半導体ウエーハ２０の表面に入射し、半導体
ウェーハ２０表面の絶縁膜上に正の電荷が蓄積されない
ように、電荷を中和するように働く。 この場合、１次電子のエネルギーは低いので、直接ウェ
ーハの表面に、この１次電子が入射してもマイナスのチ
ャージアップによりデバイスを壊すことはない。また、
イオン注入室６の金属壁を対向電極として１次電子を衝
突させて２次電子を発生させるものではないので、イオ
ンビームにより半導体ウェーハの表面の絶縁膜がスパッ
タされて飛沫となり、これが、この対向電極面に絶縁膜
として付着しても、電荷中和用の１次電子のエネルギー
には変化を与えない。したがって、常に低エネルギーの
電子により、半導体ウェーハ表面の絶縁膜上の正電荷の
中和を行うことかできるので、中和用の電子により逆に
半導体ウェーハ表面の絶縁膜領域を負にチャージアップ
してしまうことを防止することができる。 低エネルギーの１次電子を得るために、傍熱型ではなく
、従来と同様のフィラメント陰極を用いることも考えら
れる。すなわち、フィラメント陰極に対し、−１０ｖ程
度のバイアスを掛けた状態で、このフィラメント陰極に
電流を流して加熱し、熱電子を放出させる方法である。 しかしながら、この方法では、フィラメント陰極のバイ
アス電圧は、低くても、このフィラメント陰極を加熱す
るための電流を流すために、例えば４０Ｖ程度の電圧を
このフィラメント陰極の両端に印加する必要かあり、放
出される１次電子のエネルギーは、その印加電圧の分だ
けバイアス電圧より高くなってしまう。 これに対し、傍熱型陰極の場合には、陰極には電流は流
す必要がないので、印加したバイアス電圧のみて定まる
低エネルギーの１次電子が確実に得られる。 なお、傍熱型陰極３０の構成は、第２図のような構成に
限られるものでないことはいうまでもなく、例えば陰極
３１は、第３図に示すように、半円筒型の形状のものを
用いることができる。 また、この発明は、半導体ウェーハに限らず種々の被注
入体に適用可能である。

【発明の効果】

以上説明したように、この発明によれば、傍熱型陰極か
ら得た低エネルギーの１次電子により、被注入体表面の
絶縁膜領域に蓄積する電荷を中和するようにしているの
で、負のチャージアップを生じさせるようなことはなく
、安定、かつ正確な中和作用をさせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明によるイオン注入装置の要部の一実
施例を示す図、第２図は、傍熱型陰極の一例を示す図、
第３図は、傍熱型陰極の他の例を示す図、第４図は、イ
オン注入装置の全体の概要を示す図、第５図は、その一
部を示す図、第６図は、２次電子のエネルギー分布を示
す図である。 ６；イオン注入室 ２０；半導体ウェーハ ３０：傍熱型陰極 ３１；円筒状陰極 ３２；ヒータ ３３；イオンビーム ３４　； メ ツシュ電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　イオンビームを被注入体に注入するイオン注入装置に
   おいて、 前記被注入体に蓄積する電荷を中和するための電子の発
   生源として傍熱型陰極を用いたことを特徴とするイオン
   注入装置。