JPH04289651A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩやダイオードな
どの半導体素子製作のために、シリコンあるいはＧａＡ
ｓなどの基板に所望の不純物イオンを高エネルギーで加
速して打ち込むイオン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板に所望の導電型で所望の不純
物濃度をもつ領域を形成するために不純物原子を導入す
るのに用いるイオン打込み法の利点は、基板内に導入さ
れる不純物の総量を電荷量として精度よく、しかもオン
ラインで測定できることにある。図２はイオン注入装置
の構成を示し、所望の不純物を含む気体をイオン化する
イオン源部１、必要なイオンのみを取り出す質量分析系
２、高エネルギーに加速する加速系３、加速されたイオ
ンを半導体基板面に均一に打ち込む　（注入する）ため
の走査系４および基板６を配置する基板支持系　（エン
ドステーション）　５を備えている。

【０００３】この装置を用いてイオンを注入するには、
まず、ＢＦ３　やＡｓＦ３　等の気体をイオン源１に導
入し、１０−５Ｔｏｒｒ前後の真空度で、プラズマ放電
によってＢ＋　やＡｓ＋等のイオンを発生させる。この
イオンを１０〜２００ｋｅＶの前段加速電圧による電界
で加速し、イオンビーム７を質量分析系２に導入する。 質量分析系２は、高真空に保持された　”く”　の字型
の導波管２１と外部から磁界を印加するための分析用電
磁石２２とから成っている。この質量分析系に導入され
たイオンは、磁界のためにイオンの質量および電荷数で
決まる一定の軌道半径で方向が９０°曲げられるため、
任意の磁界強度に設定することにより導波管２１の出口
には必要なイオンだけが到達し、他のイオンは導波管２
１の壁に衝突して消滅する。この選別されたイオンは加
速系３によりさらに２００ｋｅＶ以下の加速電圧による
高電界で加速されて必要なエネルギー強度まで高められ
るか、もしくはそのまま取り出され、基板６の面に収束
点を持つように収束される。次いで、走査電極４１，　
４２により垂直方向および水平方向に交流電界が印加さ
れている走査系を通り、この電圧によって垂直および水
平方向に偏向される。加速系３，　走査系４を通る間に
イオンビーム７が残留ガスと衝突して中性粒子が生ずる
ので、これを除くためにイオンビームを偏向電極４３に
より１０°程度はずす。そしてエンドステーション５内
に装着されたイオンビーム７の全面に均一に高エネルギ
ーイオンが注入される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】イオン注入における最
も重要な課題は、必要とするイオンだけ高いエネルギー
で加速して注入することであり、他の不要イオンの注入
をいかに低減するかにある。しかし、イオンビームが質
量分析系２を通過する場合、軌道半径はイオン質量とイ
オンのエネルギーの積の平方根に比例するので、大きな
軌道半径をとるべき質量が大きいイオンでも、小さなエ
ネルギーを持っていると軌道半径が小さくなって注入さ
れるべきイオンと同軌道を通り、質量分析系２を通過す
ることが起こり得る。例えばほう素をイオン注入する場
合、イオン源１から質量分析系２までのビーム管８の内
壁からスパッタされた小さいエネルギーを持つ鉄などの
不純物元素のイオンが質量分析系を通過し、ウエーハ６
内に注入され得る。このようなウエーハの重金属汚染に
より、製造される半導体素子の特性劣化、例えば漏れ電
流の増大がひき起こされ、あるいは後工程に用いられる
拡散炉，クリーンルーム内の汚染の事態が招かれる。

【０００５】本発明の目的は、上記の問題を解決し、注
入されるべきイオン以外のイオンが質量分析系を通過し
た場合にこれを除去して所期の元素のみを打ち込むこと
ができるイオン注入装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、質量分析系，　加速系，　走査系を通
る径路を介して打ち込まれるべき基体に達する所定のイ
オンのビーム形成のために、前段加速電圧による径路方
向の電界によりイオンが引き出されるイオン源を有する
イオン注入装置において、質量分析系と加速系との間に
所定のイオンの持つエネルギーより低いエネルギー障壁
を備えたものとする。そして、エネルギー障壁は、前段
加速電圧による電界とイオン径路において逆方向で、そ
の電圧以下の電圧による電界であることが有効であり、
その電界形成のために、イオンビームを導くビーム管の
外面に前段加速電圧以下の電圧が印加される二つの電極
を間隔を介して備えることが効果的である。

【０００７】

【作用】打ち込まれるべき所定の元素以外の不純物元素
のイオンが質量分析系を通過するのは、所定の元素のも
つエネルギーより小さいエネルギーを持つ場合である。 従って所定の元素の前段加速電圧による電界によって得
たエネルギーより低いエネルギー障壁を質量分析系の後
に置けば、不純物元素が加速系に入るのが防止され、所
定の元素のみ加速され、打ち込まれるべき基体に達する
。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例のイオン注入装置を
示し、図２の従来装置と同様にイオン源１，質量分析系
２，加速系３，走査系４および基板支持系５を有し、イ
オン源１から引き出されるイオンビーム７はビーム管８
を通って基板支持系５に支持されたシリコン基板６に達
する。図２の装置と異なる点は加速系３の前のビーム管
の外側に電極１１，　１２が間隔を介して巻かれている
ことである。この電極には電源１３により直流電圧を印
加することができる。今、１１Ｂ＋　イオンを基板６に
打ち込もうとして、イオン源１で３３ｋｅＶ　の電圧に
より電界を形成して前段加速した場合、２７Ａｌ＋　は
１３．４ｋｅＶ，５２Ｃｒ＋　は７．０ｋｅＶ，　５６
Ｆｅ＋　は６．５ｅＶ　より小さいエネルギーを持つと
きに、質量分析系２の分析用電磁石２２による磁界で曲
げられたときの軌道半径が小さくなり、導波管２１を通
過するおそれがある。そこで、電極１１，　１２の間に
１８ｋｅＶ　の電圧を印加して、イオン源１におけるイ
オン引き出しのための電界と逆方向の電界、すなわち質
量分析系に近い側を負とする電界を形成すれば、２７Ａ
ｌ＋　，　５２Ｃｒ　＋，　５６Ｆｅ＋　は除去され、
１１Ｂ＋　のみが加速系３に到達し、シリコン基板６に
打ち込まれる。このことは、エンドステーション５に入
るイオンビーム７のスペクトルにＡｌ，　Ｃｒ，　Ｆｅ
のスペクトルが認められないことから確認された。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、イオン注入装置の質量
分析系と加速系の間にエネルギー障壁を設けて、質量分
析系を通過した小さいエネルギーを持つ不純物元素が加
速系に入るのを阻止することにより、所期の元素のみを
打ち込むことができる。そのようなエネルギー障壁はビ
ーム管の外面に設けた電極に加速電界のための印加電圧
より低い電圧を印加することにより生ずる前段加速のた
めの電界と逆方向の電界により形成できるので、既存の
イオン注入装置の簡単な改造で本発明を実施することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のイオン注入装置の構成図

【
図２】従来のイオン注入装置の構成図

【符号の説明】

１　　　　イオン源 ２　　　　質量分析系 ３　　　　加速系 ４　　　　走査系 ５　　　　基板支持系 ６　　　　半導体基板 ７　　　　イオンビーム ８　　　　ビーム管 １１　　　　電極 １２　　　　電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量分析系，　加速系，　走査系を通る径
   路を介して打ち込まれるべき基体に達する所定のイオン
   のビーム形成のために、前段加速電圧による径路方向の
   電界によりイオンが引き出されるイオン源を有するもの
   において、質量分析系と加速系との間に所定のイオンの
   持つエネルギーより低いエネルギー障壁を備えたことを
   特徴とするイオン注入装置。
2. 【請求項２】エネルギー障壁が前段加速電圧による電界
   とイオン径路において逆方向で、その電圧以下の電圧に
   よる電界である請求項１記載のイオン注入装置。
3. 【請求項３】イオンビームを導くビーム管の外面に前段
   加速電圧以下の電圧が印加される二つの電極を間隔を介
   して備える請求項２記載のイオン注入装置。