JPH04336421A - イオン注入装置用帯電中和装置 - 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】この発明は、シリコンウェハ等の
基板に不純物イオンをドープするイオン注入装置に関し
、特にウェハの帯電あるいは帯電破壊を防止するための
イオン注入装置用帯電中和装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は例えばＮｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔ
ｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈａｄｓ　ｉｎ　Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｂ３７／３８巻（１９
８９年）４９２頁に示されたような従来のイオン注入装
置用帯電中和装置の概略構成図を示す。図において、１
は例えば、タングステン・フィラメントからなる金属フ
ィラメント、２はこの金属フィラメント１に接続された
フィラメント電源、３は金属フィラメント１から放出さ
れた熱電子を加速するためのバイアス電源、４は金属フ
ィラメント１から放出された熱電子を反射する電子反射
板、５は電子反射板４で反射される負の電子、６は軸６
ａを回転中心とする回転ディスク、７はこの回転ディス
ク６上に固定された半導体ウェハ、８は上記回転ディス
ク６を格納するイオン注入室、９はビームチャンバ、１
０は上記ウェハ７に注入される正の不純物イオンである
。

【０００３】次に動作について説明する。回転ディスク
６に取り付けられたウェハ７に正の不純物イオン１０が
照射されると、通常、ウェハ７の表面にはフォトレジス
ト膜や酸化膜等の極薄の絶縁膜が予め塗布あるいは形成
されているため、それらの絶縁膜上に正イオン１０が蓄
積して帯電し、絶縁破壊まで到る場合がある。この絶縁
破壊は、ＬＳＩ回路パターンに損傷を与え、ＬＳＩ製造
の歩留り低下を招く。これを防止するため、帯電したウ
ェハ７の表面及び不純物イオン１０に、金属フィラメン
ト１より発生する負の電子５を当てることにより帯電の
中和化を図っている。金属フィラメント１にフィラメン
ト電源２より電流を流し、金属フィラメント１を加熱す
ることにより熱電子５を発生させる。この熱電子５をバ
イアス電源３により数１００Ｖで電子反射板４に向けて
加速する。加速された電子５が電子反射板４に衝突する
と、数ｅＶから数１０ｅＶの２次電子５が発生する。こ
のとき、上記電子反射板４は、回転ディスク６に搭載さ
れたウェハ７の方向を向いており、発生した２次電子５
はウェハ７に注がれる。これにより不純物イオン１０が
照射されることにより正に帯電したウェハ７上の電荷を
中和する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のイオン注入装置
用帯電中和装置は以上のように構成されているので、ウ
ェハ７の表面に加速電圧程度の高エネルギー（数１００
ｅＶ）を持ち、電子反射板４で反射された負の電子５が
直接当たり、ウェハ７上で負帯電領域を生じる。また、
この負帯電によりウェハ７上の絶縁膜が帯電破壊すると
いう問題点があった。

【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、高エネルギー電子によるウェハ
７上の負帯電及び帯電破壊を防止できるイオン注入装置
用帯電中和装置を得ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るイオン注
入装置用帯電中和装置は、半導体製造における不純物を
半導体ウェハ中にドープするイオン注入装置において、
上記半導体ウェハを収納するイオン注入室内に、半導体
ウェハの搭載された回転ディスクに対向してプラズマを
発生させる放電手段と、この放電手段に水素ガスを供給
するガス供給手段と、イオン注入室内の圧力を保持する
ための排気手段とを備え、不純物イオンを半導体ウェハ
に注入する前に、上記放電手段によりプラズマを発生さ
せ、上記半導体ウェハにプラズマを照射することを特徴
とする。

【０００７】

【作用】この発明におけるイオン注入装置用帯電中和装
置は、照射された水素プラズマ中のＨ＋　イオンが半導
体ウェハ上の絶縁膜を還元作用により低抵抗化すると共
に、イオン注入中にも水素プラズマが照射されるので、
正負の帯電や帯電破壊が生じない。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、図６と同一符号のものは全く同一
なものを示し、説明は省略する。２０はモリブデン、タ
ンタル等の金属からなる円筒カソード、２１はこの円筒
カソード２０に対向して設けられ中央部に孔が開けられ
たアノード、２２は上記円筒カソード２０とアノード２
１との間に印加される電圧を供給する放電電源、２３は
上記円筒カソード２０の周囲に巻かれた円筒カソード２
０を加熱するヒータ、２４はヒータ２３に電力を供給す
るヒータ電源で、これらにより放電機構２５を構成して
いる。２６は上記放電機構２５により生成されたプラズ
マ、２７はプラズマ２６中の水素イオンである。３０は
水素ガスボンベ、３１は水素ガスボンベ３０に取り付け
られたバルブ、３２は上記水素ガスボンベ３０から供給
される水素ガスの流量を調整する流量調整器、３３は水
素ガスをイオン注入室８に供給するガス導入パイプであ
り、これらにより供給機構３４を構成している。また４
０はターボ分子ポンプ等の高真空排気装置、４１はこの
高真空排気装置４０を開閉するバルブで、これらにより
排気機構４２を構成している。５０はイオン注入室８と
ビームチャンバ９とを隔壁するシャッタで、不純物イオ
ン１０をウェハ７に注入する際に開けられる。

【０００９】次に動作について説明する。予めヒータ電
源２４からヒータ２３に電流が流され加熱された円筒カ
ソード２０にガス供給機構３４から水素ガス供給される
。そのときアノード２１に放電電源２２から直流電圧が
印加されていると、供給された水素ガスは円筒カソード
２０とアノード２１との間で放電が発生する。この放電
によって水素プラズマ２６が生じる。水素プラズマ２６
はガス供給機構３４の圧力と、イオン注入室８に取り付
けられた排気機構４２によって生じているイオン注入室
８内の圧力との差によってイオン注入室８側に噴出する
。このときシャッタ５０は閉じられており、回転偏心運
動している回転ディスク６に搭載されたウェハ７に上記
水素プラズマ２６が照射される。

【００１０】ところで、絶縁物に水素プラズマ２６が照
射されると、水素イオンの持つ還元作用により、水素プ
ラズマ２６に曝される絶縁物の表面抵抗率は低下する。 図２はこの例を示したもので、二酸化シリコン（ＳｉＯ
２）を主成分とするガラスに水素プラズマが照射したと
きの表面抵抗率の時間変化である。このようにウェハ７
に水素プラズマが照射されると、ウェハ７上の絶縁膜が
低抵抗化する。従って、ある程度水素プラズマ２６を照
射しウェハ７上の絶縁膜を低抵抗化した後、シャッタ５
０を開く。不純物イオン１０が注入照射されても正電荷
が効率的に回転ディスク６にリークするので、ウェハ７
上の帯電は生じず、また、当然ながらその帯電による絶
縁膜の破壊も生じない。

【００１１】一方、水素プラズマ２６の照射による処理
が不充分な状態で不純物イオン１０が照射されると、ウ
ェハ７は正に帯電する。この場合このウェハ７上の正電
位によって、水素プラズマ２６中の負の電子５がウェハ
７側に引き寄せられ、正に帯電したウェハ７上の電荷を
中和することになる。また、電子５が過剰に供給され、
ウェハ７上に負の帯電領域が生じると、逆に水素プラズ
マ２６中の正の水素イオン２７がウェハ７側に引き寄せ
られ、ウェハ７上の負の帯電も中和される。

【００１２】なお、上記実施例では直流電圧印加による
放電機構２５の例を示したが、放電電源２２が交流電源
（図示していない）であってもよく、上記実施例と同様
の効果を奏する。

【００１３】図３は放電機構２５が高周波電圧印加によ
る場合を示したもので、６０は石英等でできた放電管、
６１はこの放電管６０の周囲に巻き付けられたコイル、
６２はこのコイル６１に印加される電圧を供給する高周
波放電電源である。これによればガス供給機構３４から
供給され、放電管６０に導入された水素ガスは、コイル
６１に印加された高周波電圧により放電が生じ、水素プ
ラズマ２６が発生し、放電管６０の先端に設けられた孔
から噴出し、回転ディスク６に搭載されたウェハ７に照
射される。この図３によれば、図１に示した放電機構２
５のヒータ２３及びヒータ電源２４が不要となる。

【００１４】図４は放電機構２５がマイクロ波電圧印加
による場合を示したもので、６３は放電管６０の周囲に
取り付けられた電磁石、６４はマイクロ波電源、６５は
このマイクロ波電源６４から発せられるマイクロ波を放
電管６０に供給する導波管である。ガス供給機構３４か
ら供給された放電管６０に導入された水素ガスは、マイ
クロ波電源６４から導波管６５を通して供給されたマイ
クロ波により放電が発生し、水素プラズマ２６が生じる
。このとき電磁石６３がなくても放電は生じるが、電磁
石６３により発生する磁界があり、特にその磁界強度が
８７５ガウスであれば、放電のためのイオン化効率が高
くなり、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）放電が生ず
る。このようにして発生した水素プラズマ２６が、回転
ディスク６に搭載されたウェハ７に照射される。この図
４によれば図１や図３に示した放電機構２５の場合より
も高真空で水素プラズマ２６を作ることができる。

【００１５】ところで、上述した各実施例においては、
イオン注入室８に取り付けられた放電機構２５により発
生した水素プラズマ２６を、予め不純物イオン１０をウ
ェハ７に注入する前に、ウェハ７に照射し、ウェハ７上
の絶縁膜を低抵抗化し、不純物イオン１０を注入してい
るときの帯電を防止する例を示した。図５には放電機構
２５をビームチャンバ９に取り付け、不純物イオン１０
をウェハ７に照射注入しているときの帯電を防止する場
合を示している。不純物イオン１０が照射されると、ウ
ェハ７は正に帯電する。このウェハ７上の正電位によっ
て、水素プラズマ２６中の電子５がウェハ７側に引き寄
せられ、正に帯電したウェハ７上の電荷を中和すること
になる。また、電子５が過剰に供給され、ウェハ７上に
負の帯電領域が生じると、逆に水素プラズマ２６中の正
の水素イオン２７がウェハ７側に引き寄せられ、ウェハ
７上の負の帯電も中和される。

【００１６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、イオン
注入装置内に水素プラズマを発生する放電手段を設けた
ので、水素プラズマをウェハに照射することにより水素
イオンの還元作用のためにウェハ上の絶縁膜が低抵抗化
すると共に、イオン注入にも水素プラズマが照射される
ので、正帯電は勿論のこと負帯電による絶縁破壊も生じ
ない。従って、信頼性の高い半導体デバイスを供給でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す概略構成図である。

【図２】絶縁物に水素プラズマが照射された時の表面抵
抗率と時間の関係を示す特性図である。

【図３】この発明の他の実施例を示す概略構成図である
。

【図４】この発明の他の実施例を示す概略構成図である
。

【図５】この発明の他の実施例を示す概略構成図である
。

【図６】従来のイオン注入装置用帯電中和装置の概略構
成図である。

【符号の説明】

５　　電子 ６　　回転ディスク ７　　半導体ウェハ ８　　イオン注入室 １０　　不純物イオン ２５　　放電機構（放電手段） ２６　　プラズマ ２７　　水素イオン ３４　　ガス救急機構（ガス供給手段）４０　　高真空
排気装置 ４１　　バルブ ４２　　排気機構（排気手段） ５０　　シャッタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体製造における不純物を半導体ウ
   ェハ中にドープするイオン注入装置において、上記半導
   体ウェハを収納するイオン注入室内に、半導体ウェハの
   搭載された回転ディスクに対向してプラズマを発生させ
   る放電手段と、この放電手段に水素ガスを供給するガス
   供給手段と、上記イオン注入室内の圧力を保持するため
   の排気手段とを備え、不純物イオンを半導体ウェハに注
   入する前に、上記放電手段によりプラズマを発生させ、
   上記半導体ウェハにプラズマを照射することを特徴とす
   るイオン注入装置用帯電中和装置。