JPH04296016A - イオン注入装置 - Google Patents
イオン注入装置Info
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- JPH04296016A JPH04296016A JP6062291A JP6062291A JPH04296016A JP H04296016 A JPH04296016 A JP H04296016A JP 6062291 A JP6062291 A JP 6062291A JP 6062291 A JP6062291 A JP 6062291A JP H04296016 A JPH04296016 A JP H04296016A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【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。
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。
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、図
３に示すようなステンレス鋼やＡｌ等からなり、かつ高
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、収束系８に
より基板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４を通り、この電
界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が残留ガスに衝
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９により１０°程度はずす。そしてエ
ンドステーション５内に装着された基板６の全面に均一
に高エネルギーイオンが注入される。また、注入された
イオン数は、エンドステーション５に接続された電流積
分器１０により正確に計測する。
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、図
３に示すようなステンレス鋼やＡｌ等からなり、かつ高
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、収束系８に
より基板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４を通り、この電
界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が残留ガスに衝
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９により１０°程度はずす。そしてエ
ンドステーション５内に装着された基板６の全面に均一
に高エネルギーイオンが注入される。また、注入された
イオン数は、エンドステーション５に接続された電流積
分器１０により正確に計測する。
【０００４】なお、イオンビーム７の径路は、すべて１
０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空に真空排気されている。そ
のため、導波管２１等を含む真空系部品はほとんどがス
テンレス鋼からなっているが、電界等を印加するための
電極や収束系８等の電極は炭素から形成されている。
０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空に真空排気されている。そ
のため、導波管２１等を含む真空系部品はほとんどがス
テンレス鋼からなっているが、電界等を印加するための
電極や収束系８等の電極は炭素から形成されている。
【０００５】
【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を高エネルギー
で加速し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。もしステンレス鋼の成分であ
るＦｅ， Ｃｒなどの成分が注入されれば、重金属汚染
となり、注入された半導体基板を用いた素子の漏れ電流
を著しく増大させるほか、拡散炉等、この後に続くプロ
セスの設備を汚染させるなど致命的な問題となる。しか
しながら、従来の構造の装置では、例えば導波管２１は
通常ステンレス鋼で構成され、イオンビーム７の通過路
は、２０〜３０ｍｍの高さで幅５０〜１００ｍｍ の矩
形である。この中を集束されたビーム （高さ約１５ｍ
ｍ， 幅約１０ｍｍ） が通過するが、導波管２１内で
は集束されないためビームは広がり、導波管壁に衝突し
ながら進行する。このため壁面のステンレス鋼材質がス
パッタされ、さらにイオン化されてＦｅ＋ ， Ｃｒ＋
などのイオンが形成される。これらのイオンは質量分
析系２で通常は除去されるが、エネルギーが所望の不純
物イオンよりも小さく、質量が大きい場合には
も重要な課題は、必要とするイオンだけを高エネルギー
で加速し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。もしステンレス鋼の成分であ
るＦｅ， Ｃｒなどの成分が注入されれば、重金属汚染
となり、注入された半導体基板を用いた素子の漏れ電流
を著しく増大させるほか、拡散炉等、この後に続くプロ
セスの設備を汚染させるなど致命的な問題となる。しか
しながら、従来の構造の装置では、例えば導波管２１は
通常ステンレス鋼で構成され、イオンビーム７の通過路
は、２０〜３０ｍｍの高さで幅５０〜１００ｍｍ の矩
形である。この中を集束されたビーム （高さ約１５ｍ
ｍ， 幅約１０ｍｍ） が通過するが、導波管２１内で
は集束されないためビームは広がり、導波管壁に衝突し
ながら進行する。このため壁面のステンレス鋼材質がス
パッタされ、さらにイオン化されてＦｅ＋ ， Ｃｒ＋
などのイオンが形成される。これらのイオンは質量分
析系２で通常は除去されるが、エネルギーが所望の不純
物イオンよりも小さく、質量が大きい場合には
【０００
６】
６】
【数１】
の関係から同一の軌道半径をとり得るし、また質量分析
後に主イオンビームと同一方向にスパッタアウトされて
イオン化された不要イオンも所望イオンと共に後段へ引
き出されるため、特に導波管２１交換後等は大量のＦｅ
＋ やＣｒ＋ などのイオンがウエーハへ注入されると
いう重大な問題がある。
後に主イオンビームと同一方向にスパッタアウトされて
イオン化された不要イオンも所望イオンと共に後段へ引
き出されるため、特に導波管２１交換後等は大量のＦｅ
＋ やＣｒ＋ などのイオンがウエーハへ注入されると
いう重大な問題がある。
【０００７】また、ウエーハ６への注入が行われるエン
ドステーション５についても、通常ステンレス鋼， 炭
素， Ａｌ， Ｃｕなどの材質の部品で構成されている
が、ウエーハ６もしくはその外周部で反跳したイオンが
これらの部品に衝突して素材をスパッタし、ウエーハ表
面に付着させる結果、ノックオン現象によってウエーハ
内に注入されるという問題も発生している。
ドステーション５についても、通常ステンレス鋼， 炭
素， Ａｌ， Ｃｕなどの材質の部品で構成されている
が、ウエーハ６もしくはその外周部で反跳したイオンが
これらの部品に衝突して素材をスパッタし、ウエーハ表
面に付着させる結果、ノックオン現象によってウエーハ
内に注入されるという問題も発生している。
【０００８】本発明の目的は、エネルギーイオンの衝突
によって部品の構成材質であるステンレス鋼等の成分で
あるＦｅ， Ｃｒ， Ａｌなど、周期律表１Ｂ〜５Ｂの
重金属がスパッタされウエーハ内へ注入される、いわゆ
る重金属汚染の生じないイオン注入装置を提供すること
にある。
によって部品の構成材質であるステンレス鋼等の成分で
あるＦｅ， Ｃｒ， Ａｌなど、周期律表１Ｂ〜５Ｂの
重金属がスパッタされウエーハ内へ注入される、いわゆ
る重金属汚染の生じないイオン注入装置を提供すること
にある。
【０００９】
【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、本発明のイオン注入装置は、イオン源からイオン
の注入される基体に至る径路にある部材の少なくとも表
面が非金属材料からなるものとする。そして部材が金属
材料よりなる母体を有するものである場合、そのイオン
の径路に露出する表面が非金属膜で覆われることが有効
である。そのような部材としては、導波管あるいはイオ
ンの注入される基体支持部がある。また非金属材料が半
導体であることが効果的である。
めに、本発明のイオン注入装置は、イオン源からイオン
の注入される基体に至る径路にある部材の少なくとも表
面が非金属材料からなるものとする。そして部材が金属
材料よりなる母体を有するものである場合、そのイオン
の径路に露出する表面が非金属膜で覆われることが有効
である。そのような部材としては、導波管あるいはイオ
ンの注入される基体支持部がある。また非金属材料が半
導体であることが効果的である。
【００１０】
【作用】導波管あるいはイオンの注入される基体支持部
のようにイオンの径路にあり、イオンが接触する可能性
のある部材の表面が非金属材料からなることにより、そ
れらの面からの重金属元素のスパッタが防止され、重金
属汚染が生じない。さらに、非金属材料が半導体である
ときは表面の帯電も防止される。
のようにイオンの径路にあり、イオンが接触する可能性
のある部材の表面が非金属材料からなることにより、そ
れらの面からの重金属元素のスパッタが防止され、重金
属汚染が生じない。さらに、非金属材料が半導体である
ときは表面の帯電も防止される。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例のイオン注入装置に
用いられる導波管２１を示す。この導波管２１の基体は
、従来のイオン注入装置同様ステンレス鋼あるいはＡｌ
から成るが、その内壁面をシリコン膜１１が１〜１００
μｍの厚さで被覆されている。このようなＳｉ膜１１
は、例えば蒸発したＳｉをイオン化して電界でひき付け
るイオンプレーティング法により被覆する。しかし、複
雑な形状の場合は、Ｓｉウエーハを真空用の接着剤を用
いて貼り付けてもよい。さらに、導波管２１のイオンビ
ームの径路の外側にある内壁上に炭素板１２が設置され
ており、これにより直進する高イオンエネルギーを吸収
できる。なおＳｉ膜１１の代わりにＧｅ膜を用いてもよ
い。そのほか、イオンの注入される基板材に合わせて半
導体膜の材料を選択できる。
用いられる導波管２１を示す。この導波管２１の基体は
、従来のイオン注入装置同様ステンレス鋼あるいはＡｌ
から成るが、その内壁面をシリコン膜１１が１〜１００
μｍの厚さで被覆されている。このようなＳｉ膜１１
は、例えば蒸発したＳｉをイオン化して電界でひき付け
るイオンプレーティング法により被覆する。しかし、複
雑な形状の場合は、Ｓｉウエーハを真空用の接着剤を用
いて貼り付けてもよい。さらに、導波管２１のイオンビ
ームの径路の外側にある内壁上に炭素板１２が設置され
ており、これにより直進する高イオンエネルギーを吸収
できる。なおＳｉ膜１１の代わりにＧｅ膜を用いてもよ
い。そのほか、イオンの注入される基板材に合わせて半
導体膜の材料を選択できる。
【００１２】図４は本発明の一実施例のイオン注入装置
に用いられる基板支持系を示す。エンドステーション５
内には、例えば４インチ， ５インチ径のウエーハ６を
支持する支持台５１が図２の電流積分器１０に接続され
ファラデーカップ５２内に設置されている。このファラ
デーカップ５２の前段には、ウエーハ６への注入領域を
決めるマスク５３が配置されている。これらの部品５１
， ５２， ５３のイオンビーム７あるいは反跳イオン
が接触するおそれのある面には、斜線を引いて示すよう
にＳｉ膜１１が被覆している。マスク５３は、例えばＣ
ｕを用いて作成され、Ｓｉ膜１１を被覆したものである
。また、図には明示しないが、このマスク５３の後にあ
る電極５４もＳｉ膜で被覆されている。このように被覆
することにより、入射イオンビーム７および反跳イオン
はＳｉ膜に衝突し、Ｓｉ原子をスパッタするが、重金属
元素はスパッタされなくなる。さらに、イオン源１，
加速系３， 走査系４等も可能な限りＳｉ膜で被覆する
ことにより、より高い効果が得られる。
に用いられる基板支持系を示す。エンドステーション５
内には、例えば４インチ， ５インチ径のウエーハ６を
支持する支持台５１が図２の電流積分器１０に接続され
ファラデーカップ５２内に設置されている。このファラ
デーカップ５２の前段には、ウエーハ６への注入領域を
決めるマスク５３が配置されている。これらの部品５１
， ５２， ５３のイオンビーム７あるいは反跳イオン
が接触するおそれのある面には、斜線を引いて示すよう
にＳｉ膜１１が被覆している。マスク５３は、例えばＣ
ｕを用いて作成され、Ｓｉ膜１１を被覆したものである
。また、図には明示しないが、このマスク５３の後にあ
る電極５４もＳｉ膜で被覆されている。このように被覆
することにより、入射イオンビーム７および反跳イオン
はＳｉ膜に衝突し、Ｓｉ原子をスパッタするが、重金属
元素はスパッタされなくなる。さらに、イオン源１，
加速系３， 走査系４等も可能な限りＳｉ膜で被覆する
ことにより、より高い効果が得られる。
【００１３】図５は、バージンウエーハに対して種々の
イオン注入装置を用いて加速電圧１８０ｋｅＶ， 打ち
込み量１０１６／ｃｍ２ の条件でほう素を注入し、Ｉ
ＭＡ分析によりＦｅの表面濃度を測定した結果である。 横軸はウエーハ表面からの深さを示している。線６１は
、従来のステンレス鋼が露出している導波管２１の交換
直後の場合で、Ｆｅの表面濃度が１０１９／ｃｍ２ 台
にも達し、重金属汚染が発生している。これに対し、Ｓ
ｉ膜１１で被覆した導波管２１を使用した線６２で示し
た場合は、約２桁汚染濃度が低下し、表面のＦｅ濃度は
バックグラウンドレベルまで低下し、大きな効果が得ら
れた。さらにエンドステーション５の部品をＳｉ被覆す
ると、線６３で示すように表面のＦｅ濃度はさらに低下
する傾向にあり、双方の効果が裏付けられた。
イオン注入装置を用いて加速電圧１８０ｋｅＶ， 打ち
込み量１０１６／ｃｍ２ の条件でほう素を注入し、Ｉ
ＭＡ分析によりＦｅの表面濃度を測定した結果である。 横軸はウエーハ表面からの深さを示している。線６１は
、従来のステンレス鋼が露出している導波管２１の交換
直後の場合で、Ｆｅの表面濃度が１０１９／ｃｍ２ 台
にも達し、重金属汚染が発生している。これに対し、Ｓ
ｉ膜１１で被覆した導波管２１を使用した線６２で示し
た場合は、約２桁汚染濃度が低下し、表面のＦｅ濃度は
バックグラウンドレベルまで低下し、大きな効果が得ら
れた。さらにエンドステーション５の部品をＳｉ被覆す
ると、線６３で示すように表面のＦｅ濃度はさらに低下
する傾向にあり、双方の効果が裏付けられた。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、導波管など、イオンビ
ームの径路に当たる部材の表面には重金属などの基材を
露出させず、半導体膜などの非金属材料よりなる表面が
露出するようにすることにより、イオンビームあるいは
反跳イオンの衝突による重金属元素のスパッタがなくな
り、イオン注入される基体への汚染がなくなってイオン
注入が製造工程に含まれる半導体素子の特性の劣化ある
いは後工程の製造設備の汚染の問題が消滅した。また半
導体膜による被覆で帯電による影響も阻止することがで
きた。
ームの径路に当たる部材の表面には重金属などの基材を
露出させず、半導体膜などの非金属材料よりなる表面が
露出するようにすることにより、イオンビームあるいは
反跳イオンの衝突による重金属元素のスパッタがなくな
り、イオン注入される基体への汚染がなくなってイオン
注入が製造工程に含まれる半導体素子の特性の劣化ある
いは後工程の製造設備の汚染の問題が消滅した。また半
導体膜による被覆で帯電による影響も阻止することがで
きた。
【図１】本発明の一実施例のイオン注入装置に用いられ
る導波管の斜視図
る導波管の斜視図
【図２】本発明の実施されるイオン注入装置の構成図
【
図３】従来の導波管の斜視図
図３】従来の導波管の斜視図
【図４】本発明の一実施例のイオン注入装置の基板支持
系の断面図
系の断面図
【図５】本発明の一実施例および従来例のイオン注入装
置を用いた場合のシリコンウエーハ表面からの深さ方向
におけるＦｅ濃度分布線図
置を用いた場合のシリコンウエーハ表面からの深さ方向
におけるＦｅ濃度分布線図
１ イオン源部
２ 質量分析系
２１ 導波管
２２ 分析用電磁石
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
１１ シリコン膜
Claims (5)
- 【請求項１】イオン源からイオンの注入される基体に至
る径路にある部材の少なくとも表面が非金属材料からな
ることを特徴とするイオン注入装置。 - 【請求項２】部材が金属材料よりなる母体を有するもの
であってそのイオンの径路に露出する表面が非金属膜で
覆われた請求項１記載のイオン注入装置。 - 【請求項３】部材が導波管である請求項２記載のイオン
注入装置。 - 【請求項４】部材がイオンの注入される基体支持部であ
る請求項２記載のイオン注入装置。 - 【請求項５】非金属材料が半導体である請求項１， ２
，３あるいは４記載のイオン注入装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6062291A JPH04296016A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | イオン注入装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6062291A JPH04296016A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | イオン注入装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04296016A true JPH04296016A (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=13147575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6062291A Pending JPH04296016A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | イオン注入装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04296016A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002343735A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-29 | Denso Corp | イオン注入機 |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP6062291A patent/JPH04296016A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002343735A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-29 | Denso Corp | イオン注入機 |
| JP4649773B2 (ja) * | 2001-05-14 | 2011-03-16 | 株式会社デンソー | イオン注入機 |
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