JPH05144408A - Atomic beam implantation device - Google Patents

Atomic beam implantation device

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JPH05144408A
JPH05144408A JP3306302A JP30630291A JPH05144408A JP H05144408 A JPH05144408 A JP H05144408A JP 3306302 A JP3306302 A JP 3306302A JP 30630291 A JP30630291 A JP 30630291A JP H05144408 A JPH05144408 A JP H05144408A
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ion
atomic beam
atomic
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Kazutoshi Nagai
一敏 長井
Kanichi Ito
寛一 伊藤
Mutsumi Nishifuji
睦 西藤
Yoshio Hatada
芳夫 畑田
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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Abstract

PURPOSE:To prevent the occurrence of an elemental dielectric breakdown at the time when dopant is implanted into a semiconductor wafer by using non- chargeable beams, by detecting secondary ions released or emitted through impinging of a fixed target by electron beams before the performance of ion impingement by high-speed atomic beams, and controlling an atomic beam source on the basis of a dose obtained through the detection of the obtained secondary ions. CONSTITUTION:A high-speed electron beam measuring means 22 is moved to a position in front of a disk 4 before the implantation of a dopant, so that a high-speed atomic beam 23 released from a high-speed atomic beam source 21 may be received by the means 22 via an inlet opening 24 thereof. As regards, a solid target 31, a surface-forming substance thereof is sputtered by the incident atomic beams 23. Thereafter, by using a mass analyzer 32, emitted secondary ions of the sputtered substances are analyzed, and calculation is made of a dose of the atomic beams 23 incident upon the target 31. Dopant is implanted into a wafer 3 in accordance with the calculated dose.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は原子線注入装置に関し、
更に詳述すれば、高速原子線を使用して半導体ウェーハ
ーにドーパントを注入する原子線注入装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an atomic beam implanter,
More specifically, the present invention relates to an atomic beam implanter for implanting a dopant into a semiconductor wafer using a high speed atomic beam.

【0002】[0002]

【従来技術】半導体工業において、半導体ウェーハーに
微量のリン、砒素などのドーパントをドーピングして、
ウェーハーの表面をp型半導体あるいはn型半導体にす
るプロセスは必須である。従来技術におけるドーパント
の注入方法としては、熱拡散法、イオン注入法などが提
唱されているが、現在では注入量あるいは注入するドー
パント分布を精密に制御できることからイオン注入法が
主流となりつつある。図9は、このイオン注入法に使用
するイオン注入装置の一例を示した構成図である。図
中、1はイオン源、2は質量分離装置、3は半導体ウェ
ーハー、4は前記ウェーハー3を搭載したディスク、5
はファラデーカップ、6はイオンビームを夫々示してい
る。前記ファラデーカップ5は可動式であって、ビーム
照射されるディスク4の前面に移動可能に設けられてい
る。更に、上記各構成要素は図示しない真空容器内に配
置されている。
2. Description of the Related Art In the semiconductor industry, a semiconductor wafer is doped with a small amount of a dopant such as phosphorus or arsenic,
The process of making the surface of the wafer a p-type semiconductor or an n-type semiconductor is essential. A thermal diffusion method, an ion implantation method, and the like have been proposed as a dopant implantation method in the related art, but at present, the ion implantation method is becoming the mainstream because the implantation amount or the dopant distribution to be implanted can be precisely controlled. FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of an ion implantation apparatus used in this ion implantation method. In the figure, 1 is an ion source, 2 is a mass separation device, 3 is a semiconductor wafer, 4 is a disk on which the wafer 3 is mounted, 5
Indicates a Faraday cup, and 6 indicates an ion beam. The Faraday cup 5 is movable and is movably provided on the front surface of the disk 4 irradiated with the beam. Further, each of the above components is arranged in a vacuum container (not shown).

【0003】このイオン注入装置は、イオン源1が、半
導体ウェーハー3に注入すべきドーパントをイオン化し
かつ加速して、イオンビーム6を放出する。このイオン
ビーム6は質量分離装置2を通過する間に不純物が分離
され、ディスク4上のウェーハー3の表面を衝撃する。
その際、イオンビーム6の運動エネルギーが非常に大で
あるため、イオン状のドーパントはウェーハー3の内部
に侵入し、p型あるいはn型の半導体ウェーハーを作製
する。このような半導体ウェーハーでは、ドーパントが
常に一定量だけ注入されることが重要である。そこで、
従来技術では、ドーパントの注入開始に先立ってディス
ク直前にファラデーカップ5を移動させ、このファラデ
ーカップ5でイオンビーム6を受けてビームの電気量を
計測し、流入するイオンビーム6が所定の量となるよう
にイオン源1をコントロールする。次いで前記ファラデ
ーカップ5を再度移動してイオンビーム6の進路から退
避させた後、イオン注入を開始してイオンビーム6を衝
撃することにより、ドーパントの注入量が安定化されて
いる。
In this ion implanter, an ion source 1 ionizes and accelerates a dopant to be implanted in a semiconductor wafer 3 to emit an ion beam 6. Impurities are separated from the ion beam 6 while passing through the mass separation device 2, and bombard the surface of the wafer 3 on the disk 4.
At that time, since the kinetic energy of the ion beam 6 is very large, the ionic dopant penetrates into the inside of the wafer 3 to form a p-type or n-type semiconductor wafer. In such a semiconductor wafer, it is important that the dopant is always implanted in a constant amount. Therefore,
In the conventional technique, the Faraday cup 5 is moved immediately before the disk before starting the dopant injection, the ion beam 6 is received by the Faraday cup 5 and the electric quantity of the beam is measured. The ion source 1 is controlled so that Next, the Faraday cup 5 is moved again to retract from the path of the ion beam 6, and then ion implantation is started to bombard the ion beam 6 to stabilize the implantation amount of the dopant.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
法では、イオンビーム6が荷電性であるため、イオンが
ウェーハー3に侵入した際、ウェーハーに予め形成した
素子の絶縁構造がイオン電荷の帯電および/または放電
により、絶縁破壊されることがある。またイオンビーム
電流が発生するジュール熱により、素子内配線を破壊す
ることがある。従って、従来技術では、これらトラブル
によって素子製造の歩留りは著しく低下している。本発
明は、上記実情に鑑みなされたものであり、帯電/放電
あるいはジュール熱による素子の破壊を防ぐため、非荷
電性のビームを使用してドーパントの注入を行う原子線
注入装置を提供することを目的とするものである。
However, in such a conventional method, since the ion beam 6 is charged, when the ions enter the wafer 3, the insulating structure of the element previously formed on the wafer is charged with ionic charges. Dielectric breakdown may occur due to discharge and / or discharge. Moreover, the Joule heat generated by the ion beam current may destroy the wiring in the element. Therefore, in the prior art, the yield of element manufacturing is significantly reduced due to these troubles. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an atomic beam implanting apparatus for implanting a dopant by using an uncharged beam in order to prevent destruction of an element due to charging / discharging or Joule heat. The purpose is.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、少
なくとも電気的に中性な原子状または分子状のドーパン
トを発生する高速原子線源と、高速原子線が打込まれる
半導体ウェーハーを搭載するディスクと、ディスク前面
へ移動可能に設けられかつ入射する高速原子線によって
衝撃される固体ターゲットおよび該固定ターゲットから
放出される二次イオンを検出しその強度から前記高速原
子線の線量を計測する質量分析計を有する高速原子線計
数装置とからなり、前記高速原子線源が前記高速原子線
計数装置の計測する高速原子線の線量に基づいて制御さ
れることを特徴とする原子線注入装置により達成され
る。また、本発明の上記目的は、少なくとも電気的に中
性な原子状または分子状のドーパントを発生する高速原
子線源と、高速原子線が打込まれる半導体ウェーハーを
搭載すると共に、前記半導体ウェーハーを除く領域に前
記高速原子線を透過するスリットが設けられかつ回転可
能なディスクと、ディスク背後に配置され前記スリット
を透過した前記高速原子線によって衝撃される固体ター
ゲットおよび該固定ターゲットから放出される二次イオ
ンを検出しその強度から前記高速原子線の線量を計測す
る質量分析計を有する高速原子線計数装置とからなり、
前記高速原子線源が前記高速原子線計数装置の計測する
高速原子線の線量に基づいて制御されることを特徴とす
る原子線注入装置により達成される。
The above object of the present invention is to mount a fast atom beam source for generating at least an electrically neutral atomic or molecular dopant, and a semiconductor wafer on which a fast atom beam is implanted. Disk, a solid target movably provided in front of the disk and impacted by an incident fast atom beam, and secondary ions emitted from the fixed target are detected, and the dose of the fast atom beam is measured from the intensity thereof. A high-speed atomic beam counting device having a mass spectrometer, wherein the high-speed atomic beam source is controlled based on the dose of the high-speed atomic beam measured by the high-speed atomic beam counting device To be achieved. Further, the above object of the present invention is to mount a semiconductor wafer on which a high-speed atomic beam source for generating at least an electrically neutral atomic or molecular dopant and a high-speed atomic beam are mounted, A rotatable disc provided with a slit for transmitting the high-speed atom beam in a region other than the solid disc, a solid target disposed behind the disc and impacted by the high-speed atom beam transmitted through the slit, and a fixed target. A high-speed atomic beam counter having a mass spectrometer for detecting the secondary ion and measuring the dose of the high-speed atomic beam from the intensity thereof,
It is achieved by an atomic beam implanting device characterized in that the high-speed atomic beam source is controlled based on a dose of the high-speed atomic beam measured by the high-speed atomic beam counting device.

【0006】また、本発明の上記目的は、イオン源およ
び該イオン源が放出するイオンビーム中の不純物を除去
する質量分離装置を含むと共に、前記イオンビームのイ
オン電荷を中和するイオン中和器を有してなる高速原子
線源と、高速原子線が打込まれる半導体ウェーハーを搭
載するディスクと、ディスク前面へ移動可能に設けられ
かつ入射する高速原子線によって衝撃される固体ターゲ
ットおよび該固定ターゲットから放出される二次イオン
を検出しその強度から前記高速原子線の線量を計測する
質量分析計を有する高速原子線計数装置とからなり、前
記高速原子線源が前記高速原子線計数装置の計測する高
速原子線の線量に基づいて制御されることを特徴とする
原子線注入装置により達成される。また、本発明の上記
目的は、イオン源および該イオン源が放出するイオンビ
ーム中の不純物を除去する質量分離装置を含むと共に、
前記イオンビームのイオン電荷を中和するイオン中和器
を有してなる高速原子線源と、高速原子線が打込まれる
半導体ウェーハーを搭載すると共に、前記半導体ウェー
ハーを除く領域に前記高速原子線を透過するスリットが
設けられかつ回転可能なディスクと、ディスク背後に配
置され前記スリットを透過した前記高速原子線によって
衝撃される固体ターゲットおよび該固定ターゲットから
放出される二次イオンを検出しその強度から前記高速原
子線の線量を計測する質量分析計を有する高速原子線計
数装置とからなり、前記高速原子線源が前記高速原子線
計数装置の計測する高速原子線の線量に基づいて制御さ
れることを特徴とする原子線注入装置により達成され
る。
Further, the above object of the present invention includes an ion source and a mass separator for removing impurities in the ion beam emitted by the ion source, and an ion neutralizer for neutralizing the ionic charge of the ion beam. Fast atomic beam source, a disk on which a semiconductor wafer on which a high speed atomic beam is implanted is mounted, a solid target movably provided on the front surface of the disk and bombarded by an incident high speed atomic beam, and the fixed target And a high-speed atom beam counter having a mass spectrometer for measuring the dose of the high-speed atom beam from the intensity of secondary ions emitted from the high-speed atom beam source, the high-speed atom beam source measuring the high-speed atom beam counter. It is achieved by an atomic beam implanter characterized by being controlled on the basis of the dose of the fast atom beam. Further, the above-mentioned object of the present invention includes a mass separation device for removing impurities in an ion beam emitted from the ion source and the ion source, and
A fast atom beam source having an ion neutralizer for neutralizing the ionic charge of the ion beam, and a semiconductor wafer on which a fast atom beam is implanted are mounted, and the fast atom beam is provided in an area excluding the semiconductor wafer. A slit having a slit for transmitting the light, a rotatable disc, a solid target placed behind the disc and impacted by the fast atom beam transmitted through the slit, and secondary ions emitted from the fixed target are detected to detect the intensity thereof. From a high-speed atom beam counter having a mass spectrometer for measuring the dose of the high-speed atom beam, and the high-speed atom beam source is controlled based on the dose of the high-speed atom beam measured by the high-speed atom beam counter. It is achieved by the atomic beam implanter characterized by the above.

【0007】[0007]

【作用】電気的に中性な高速原子線を用いてドーパント
注入を行うことにより、イオン電荷の帯電あるいは放電
等に起因した素子の絶縁破壊が阻止できる。又、注入に
先立って、高速原子線計数装置が原子線の線量を計測
し、その計測結果に基づいて高速原子線源を制御するこ
とにより、打込むドーパントの注入量を精密に制御でき
る。
By performing the dopant implantation using an electrically neutral high-speed atom beam, it is possible to prevent the dielectric breakdown of the element due to the charging or discharging of ionic charges. Further, prior to the implantation, the high-speed atomic beam counter measures the dose of the atomic beam and controls the high-speed atomic beam source based on the measurement result, whereby the implantation amount of the dopant to be implanted can be precisely controlled.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明による原子線注入装置の実施例
を図面により詳説する。図1は、本発明の第1の原子線
注入装置の構成を説明する概略図で、図2は図1の装置
に適用される高速原子線計数装置の構成図を夫々示して
いる。なお、以下に示す各実施例において、図9の従来
装置と同一機能および作用を有する構成については同一
符号を用いてある。図1において、この原子線注入装置
は、リンあるいは砒素等のドーパントを電気的に中性な
高速原子線23として加速し、かつ放出する高速原子線
源21と、前記高速原子線23が打込まれる半導体ウェ
ーハー3を搭載可能にしたディスク4と、図示しない移
動機構を有した高速原子線計数装置22とから構成され
ている。前記高速原子線計数装置22は、その移動機構
によって、前記高速原子線源21と前記ディスク4との
間において前記原子線源21と対面するディスク前面の
直前位置へ、挿入可能又は該位置から退避可能に設けら
れている。また、前記高速原子線源21は、図1には示
していないが、後述する質量分析計32の測定結果がフ
ィードバックされている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an atomic beam implanter according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the configuration of the first atomic beam implanting apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of a high-speed atomic beam counting apparatus applied to the apparatus of FIG. 1, respectively. In each of the following embodiments, the same reference numerals are used for the configurations having the same functions and actions as those of the conventional device shown in FIG. In FIG. 1, this atomic beam implanter implants a fast atom beam source 21 that accelerates and emits an electrically neutral fast atom beam 23 with a dopant such as phosphorus or arsenic, and the fast atom beam 23. Disk 4 on which the semiconductor wafer 3 can be mounted, and a high-speed atomic beam counting device 22 having a moving mechanism (not shown). The high-speed atomic beam counting device 22 can be inserted into or retracted from the position immediately before the disk front surface facing the atomic beam source 21 between the high-speed atomic beam source 21 and the disk 4 by its moving mechanism. It is possible. Although not shown in FIG. 1, the fast atom beam source 21 is fed back with the measurement result of a mass spectrometer 32 described later.

【0009】前記高速原子線計数装置22は、図2に示
すように、前記高速原子線23が導入される導入口24
を有する構造体からなり、その内部に、固体ターゲット
31および質量分析計32を配置して構成されている。
前記固体ターゲット31は入射する高速原子線23によ
って衝撃されるように配置されている。
As shown in FIG. 2, the high-speed atomic beam counting device 22 has an inlet 24 through which the high-speed atomic beam 23 is introduced.
And a solid target 31 and a mass spectrometer 32 are arranged inside the structure.
The solid target 31 is arranged so as to be bombarded by the incident fast atom beam 23.

【0010】次に上記構成の原子線注入装置の動作につ
いて説明すると、この注入装置は、ドーパントの注入に
先立って前記高速原子線計数装置22が前記ディスク4
前面へ移動される。前記高速原子線計数装置22は、高
速原子線源21が放出する高速原子線23をその導入口
24を介して受ける。その結果、前記固体ターゲット3
1は入射する前記高速原子線23によってその表面構成
物質がスパッタする。前記質量分析計32はスパッタし
たものの内、イオン状態で放出されたもの(二次イオ
ン)を検出しかつ分析する。これにより、前記ターゲッ
ト31のスパッタされた物質の量、ひいては前記ターゲ
ット31に入射した高速原子線23の線量が算出され
る。
Next, the operation of the atomic beam implanter having the above-mentioned structure will be described. In this implanter, the high-speed atomic beam counter 22 is used for the disk 4 before the dopant is implanted.
Moved to the front. The fast atom beam counter 22 receives the fast atom beam 23 emitted by the fast atom beam source 21 through its inlet port 24. As a result, the solid target 3
In No. 1, the surface constituent substance is sputtered by the incident fast atom beam 23. The mass spectrometer 32 detects and analyzes the sputtered substances (secondary ions) emitted in an ionic state. Thereby, the amount of the sputtered substance on the target 31, and thus the dose of the fast atom beam 23 incident on the target 31 is calculated.

【0011】一般に高速原子線で叩かれる固体表面から
の二次イオン放出現象は、高速のイオンビーム衝撃によ
る二次イオン放出と全く同一であると見做すことができ
るから、予め線量が分かったイオンビームでターゲット
31を衝撃して二次イオンの放出量を較正しておけば、
二次イオンの量から高速原子線23の線量を測定するこ
とができ、更にこの測定結果を高速原子線源21にフィ
ードバックすることにより、高速原子線23の量を常時
一定にするように制御できる。高速原子線23が線量を
一定にするように制御されると、その後、前記計数装置
22は前記ディスク4の直前から退避される。そして、
リン、砒素等のドーパントが電気的に中性な高速原子線
23として前記高速原子線源21から放出され、この原
子線23が前記ディスク4に搭載されたウェーハー3を
衝撃する。これによりドーパントはウェーハー内部に注
入される。
Generally, the secondary ion emission phenomenon from a solid surface hit by a high-speed atomic beam can be considered to be exactly the same as the secondary ion emission by a high-speed ion beam bombardment. If the target 31 is bombarded with an ion beam to calibrate the emission amount of secondary ions,
The dose of the fast atom beam 23 can be measured from the amount of secondary ions, and by feeding back the measurement result to the fast atom beam source 21, it is possible to control the amount of the fast atom beam 23 to be always constant. .. When the fast atom beam 23 is controlled to keep the dose constant, then the counting device 22 is retracted from immediately before the disk 4. And
A dopant such as phosphorus or arsenic is emitted from the fast atom beam source 21 as an electrically neutral fast atom beam 23, which bombards the wafer 3 mounted on the disk 4. As a result, the dopant is injected inside the wafer.

【0012】図3は、本発明による第2の原子線注入装
置の構成を示している。なお、この実施例に使用する高
速原子線計数装置は、移動機構を有しないで固定配置さ
れる点を除けば先の図2に示したものと同一であり、従
って、本実施例では同一符号を用いてこの計数装置の説
明は省略する。この原子線注入装置は、リンあるいは砒
素等のドーパントを電気的に中性な高速原子線23とし
て加速しかつ放出する高速原子線源21と、前記高速原
子線23が打込まれる半導体ウェーハー3を搭載可能に
しかつ回転可能に設けられたディスク14と、高速原子
線計数装置22とから構成されている。前記ディスク1
4は、図4にその正面図を示すとおり、複数の半導体ウ
ェーハー3が搭載された領域を除く流域に、前記高速原
子線23が透過されるスリット7を適宜数だけ設けて構
成されている。本実施例では直径方向に二本のスリット
7が設けられている。前記ディスク14の背後には、前
記ディスク14を透過した高速原子線が流入されること
により、この原子線の線量を計測する前記高速原子線計
数装置22が固定配置されている。
FIG. 3 shows the configuration of a second atomic beam implanter according to the present invention. The high-speed atomic beam counter used in this embodiment is the same as that shown in FIG. 2 except that it is fixedly arranged without a moving mechanism. Therefore, in this embodiment, the same reference numerals are used. The description of this counting device will be omitted using. This atomic beam implanter includes a high-speed atomic beam source 21 that accelerates and emits a dopant such as phosphorus or arsenic as an electrically neutral high-speed atomic beam 23, and a semiconductor wafer 3 into which the high-speed atomic beam 23 is implanted. It is composed of a disk 14 which can be mounted and is rotatable, and a high-speed atomic beam counting device 22. Disc 1
As shown in the front view of FIG. 4, 4 is provided with an appropriate number of slits 7 through which the high-speed atomic beam 23 is transmitted, in a basin other than a region where a plurality of semiconductor wafers 3 are mounted. In this embodiment, two slits 7 are provided in the diameter direction. Behind the disk 14, the high-speed atomic beam counting device 22 is fixedly arranged to measure the dose of the atomic beam by inflowing the high-speed atomic beam that has passed through the disk 14.

【0013】上記構成の原子線注入装置では、ドーパン
トを注入するにあたって、まずディスク14が回転して
前記スリット7を高速原子線23の進入方向に向ける。
このとき高速原子線計数装置22とスリット7とは一直
線上に並ぶように構成されており、スリット7を通過し
た高速原子線23が前記高速原子線計数装置22に流入
する。前記高速原子線計数装置22は、高速原子線23
の線量を既述したように測定し、その測定結果を高速原
子線源21にフィードバックする。続いてディスク14
は再度回転し、前記ウェーハー3を高速原子線23の進
路方向に向ける。これで、前記高速原子線23は前記ウ
ェーハー3を衝撃してウェーハー内部に侵入でき、ドー
パントを注入する。
In the atomic beam implanter having the above-described structure, when implanting the dopant, the disk 14 first rotates to direct the slit 7 in the direction of entry of the high-speed atomic beam 23.
At this time, the high-speed atomic beam counting device 22 and the slit 7 are arranged so as to be aligned on a straight line, and the high-speed atomic beam 23 passing through the slit 7 flows into the high-speed atomic beam counting device 22. The high-speed atomic beam counter 22 includes a high-speed atomic beam 23.
Is measured as described above, and the measurement result is fed back to the fast atom beam source 21. Then disk 14
Rotates again to orient the wafer 3 in the direction of the fast atom beam 23. Then, the high-velocity atomic beam 23 can impact the wafer 3 and penetrate the inside of the wafer to inject the dopant.

【0014】図1および図3により示した各実施例に適
用する高速原子線源としては、本出願人が、例えば特願
平2-226486号において既に提案したものを使用すること
ができる。この提案による高速原子線源は、イオン・電
子の再結合効率を高めることにより、高速原子線の発生
効率を高めたものであり、図5にこの高速原子線源の一
例を示してある。即ち、この高速原子線源100 は、イオ
ンビーム103 を放出するイオン源107 と、前記イオン源
107 が放出するイオンビーム中のイオンと同程度の速度
を持ち、かつ前記イオンビーム103 と同方向の電子ビー
ム123 を放出すると共に、前記イオンビーム103 に前記
電子ビーム123 を混合する機能を有する電子銃(102,12
1)とから構成されている。なお、前記電子銃は、外囲器
127 内に配置されたフィラメント102 と電子加速グリッ
ド121 とで構成されている。上記の如く構成した高速原
子線源100 は、イオン源107 から放出されたイオンビー
ム103 が外囲器127 内に導入されると、このイオンビー
ム103 に向かって収束するように、フィラメント102 で
発生されかつ電子加速グリッド121 で加速される電子ビ
ーム123 が混合される。これによってイオンビーム103
中のイオンは電子ビーム123 中の電子と再結合して原子
に戻る。再結合の際にイオンは運動エネルギーが殆ど変
化しないでそのまま原子に受け継がれ、運動エネルギー
の大きな高速原子線104 を生成し、高速原子線射出孔12
8 を通して前記外囲器127 の外に射出する。そして、こ
の高速原子線源100 は、上記プロセス中、電子ビーム12
3 の速度がイオンビーム103 と同程度になるように調節
されることにより、イオンと電子の再結合断面積を増加
して高速原子線104 の発生効率を向上できたものであ
る。
As the high-speed atomic beam source applied to each of the embodiments shown in FIGS. 1 and 3, it is possible to use the one already proposed by the applicant in Japanese Patent Application No. 2-226486. The fast atom beam source according to this proposal improves the generation efficiency of fast atom beams by increasing the recombination efficiency of ions and electrons, and FIG. 5 shows an example of this fast atom beam source. That is, this high-speed atomic beam source 100 includes an ion source 107 that emits an ion beam 103,
Electrons having the same speed as the ions in the ion beam emitted by 107 and emitting an electron beam 123 in the same direction as the ion beam 103 and having a function of mixing the electron beam 123 with the ion beam 103. Gun (102,12
It consists of 1) and. The electron gun is an envelope.
It is composed of a filament 102 and an electron acceleration grid 121 arranged in 127. The fast atom beam source 100 configured as described above is generated by the filament 102 so that when the ion beam 103 emitted from the ion source 107 is introduced into the envelope 127, the ion beam 103 converges toward the ion beam 103. The electron beam 123 is mixed and accelerated by the electron acceleration grid 121. This allows the ion beam 103
The ions inside recombine with the electrons in the electron beam 123 and return to the atoms. Upon recombination, the ions have almost no change in kinetic energy and are inherited by the atoms as they are, generating a high-speed atomic beam 104 with a large kinetic energy, and the high-speed atomic beam injection hole 12
It is injected through the 8 to the outside of the envelope 127. Then, the fast atomic beam source 100 is operated by the electron beam 12 during the above process.
By adjusting the velocity of 3 to be approximately the same as that of the ion beam 103, the recombination cross section of ions and electrons can be increased and the generation efficiency of the fast atom beam 104 can be improved.

【0015】図6は、本発明の第3の原子線注入装置の
構成を示している。この原子線注入装置は、従来例とし
て図9に示したようなイオン源から放出されるイオンビ
ームをイオン中和器に通すことにより、非荷電性の高速
原子線を得ているものであり、このようにして得られた
高速原子線を放出する原子線源を、図1に示した第1の
原子線注入装置の高速原子線源と置き換えたものであ
る。従って、ここではこの高速原子線源についてのみ説
明し、他の部分については説明を省略する。 この高速
原子線源50は、イオン源51および該イオン源51が
放出するイオンビーム中の不純物を除去する質量分離装
置52を含むと共に、前記イオンビーム54のイオン電
荷を中和するイオン中和器53を真空容器55内に配置
して構成されている。上述のイオン源、質量分離装置お
よびイオン中和器は、従来より周知のものを使用するこ
とができるが、特にイオン中和器として、本出願人が、
既に特願平3-92322 号において提案したイオン中和器を
使用することにより、イオン中和を効率よく行うことが
できる。
FIG. 6 shows the configuration of the third atomic beam implanting apparatus of the present invention. This atomic beam implanter obtains an uncharged high-speed atomic beam by passing an ion beam emitted from an ion source as shown in FIG. 9 as a conventional example through an ion neutralizer. The atomic beam source that emits the high-speed atomic beam thus obtained is replaced with the high-speed atomic beam source of the first atomic beam injector shown in FIG. Therefore, only the high-speed atomic beam source will be described here, and description of other parts will be omitted. The fast atom beam source 50 includes an ion source 51 and a mass separator 52 for removing impurities in the ion beam emitted by the ion source 51, and an ion neutralizer for neutralizing the ionic charge of the ion beam 54. 53 is arranged in a vacuum container 55. As the above-mentioned ion source, mass separation device and ion neutralizer, those known in the prior art can be used.
Ion neutralization can be performed efficiently by using the ion neutralizer already proposed in Japanese Patent Application No. 3-92322.

【0016】図7は、このイオン中和器の一例を示して
ある。このイオン中和器53は、一端部にイオンビーム
入射孔209 かつ他端部に高速原子線放出孔210 を有して
両端部が閉鎖される中空容器221 と、チタンまたはマグ
ネシウムまたはアルミニウムの一つから選ばれる金属の
細線またはリボンを捲着した熱フィラメント231 が前記
中空容221 に内蔵されかつ前記イオンビーム入射孔209
および前記高速原子線放出孔210を結ぶ軸線を取り囲ん
で配置される金属蒸気発生源222 とを有して構成されて
おり、このイオン中和器53が、前記イオン源51およ
び前記質量分離装置52と共に、図6に示すように真空
容器55内に配置されて前記高速原子線源50を構成し
ている。そして、前記イオン中和器53は、イオン源か
ら放射されたイオンビーム54がイオンビーム入射孔20
9 を通って中空容器221 内部に入射されると、イオンが
金属蒸気発生源222 によって蒸発された金属ガスの分子
と接触して電荷を失い、高速原子に変換される。そし
て、この高速原子は、高速原子線放出孔210 から高速原
子線23となって放出される。このように金属蒸気中に
イオンビームを入射させ、イオンと金属ガスの分子とを
衝突させることにより、このイオン中和器53は、イオ
ンの中和を効率良く進行できたものである。
FIG. 7 shows an example of this ion neutralizer. The ion neutralizer 53 has a hollow container 221 having an ion beam entrance hole 209 at one end and a fast atom beam emission hole 210 at the other end and both ends closed, and one of titanium, magnesium, or aluminum. A hot filament 231 wound with a thin metal wire or ribbon selected from the above is contained in the hollow volume 221 and the ion beam entrance hole 209
And a metal vapor generation source 222 arranged so as to surround an axis connecting the high-speed atomic beam emission holes 210. The ion neutralizer 53 includes the ion source 51 and the mass separation device 52. In addition, as shown in FIG. 6, the high-speed atomic beam source 50 is configured by being arranged in a vacuum container 55. The ion neutralizer 53 receives the ion beam 54 emitted from the ion source from the ion beam entrance hole 20.
When the ions enter the inside of the hollow container 221 through 9, the ions contact the molecules of the metal gas vaporized by the metal vapor generation source 222 to lose the charge and are converted into fast atoms. Then, these fast atoms are emitted as the fast atom beam 23 from the fast atom beam emission hole 210. In this way, the ion neutralizer 53 can efficiently proceed the neutralization of the ions by making the ion beam enter the metal vapor and causing the ions to collide with the molecules of the metal gas.

【0017】図8は、本発明の第4の原子線注入装置の
構成を示している。この原子線注入装置は、図6および
図7で示した高速原子線源を、図2に示した第2の原子
線注入装置の高速原子線源に置き換えたものであり、イ
オン電荷を中和して得られる高速原子線23は、固定配
置したディスク14のスリット7を通過して高速原子線
計数装置22により計測するように構成されている。な
お、この原子線注入装置の動作プロセスは既述したとお
りであるので説明は省略する。
FIG. 8 shows the construction of the fourth atomic beam implanting apparatus of the present invention. This atomic beam implanter replaces the fast atomic beam source shown in FIGS. 6 and 7 with the fast atomic beam source of the second atomic beam implanter shown in FIG. 2, and neutralizes ionic charges. The high-speed atomic beam 23 obtained by passing through the slit 7 of the fixedly arranged disk 14 is measured by the high-speed atomic beam counter 22. The operation process of this atomic beam implanter is as described above, and therefore its explanation is omitted.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上記載したとおり、本発明の原子線注
入装置によれば、イオン打込みする入射ビームを非荷電
性とすることにより、予め半導体ウェーハーに形成した
素子をイオン電荷の帯電および/または放電により絶縁
破壊することがない。特に、入射ビームの非荷電性は、
近年、素子の極端な微細化および素子内配線の細線化に
伴って生じる絶縁耐力の低下による絶縁破壊を完全に防
止できる。また、イオン電流の流入に伴ったジュール熱
による配線部の破壊も、完璧に阻止できて素子の生産歩
留りを大幅に向上できる。
As described above, according to the atomic beam implanting apparatus of the present invention, by making the incident beam for ion implantation non-chargeable, the element previously formed on the semiconductor wafer can be charged with ion charges and / or charged. Dielectric breakdown does not cause dielectric breakdown. In particular, the uncharged nature of the incident beam is
In recent years, it is possible to completely prevent dielectric breakdown due to a decrease in dielectric strength caused by extreme miniaturization of elements and thinning of wiring in the elements. Further, the destruction of the wiring portion due to the Joule heat accompanying the inflow of the ion current can be completely prevented, and the production yield of the element can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の原子線注入装置の概略構成であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration of a first atomic beam implanter of the present invention.

【図2】図1の原子線注入装置に用いる高速原子線計数
装置の構成図である。
2 is a configuration diagram of a high-speed atomic beam counting apparatus used in the atomic beam implanting apparatus of FIG.

【図3】本発明の第2の原子線注入装置の概略構成であ
る。
FIG. 3 is a schematic configuration of a second atomic beam implantation apparatus of the present invention.

【図4】図3の原子線注入装置に用いるディスクの様子
を説明する正面図である。
FIG. 4 is a front view illustrating a state of a disk used in the atomic beam implanting apparatus of FIG.

【図5】本発明に適用できる高速原子線源の一例を示す
構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a fast atom beam source applicable to the present invention.

【図6】本発明の第3の原子線注入装置の概略構成であ
る。
FIG. 6 is a schematic configuration of a third atomic beam implantation apparatus of the present invention.

【図7】図6の原子線注入装置に適用するイオン中和器
の一例を示す構成図である。
7 is a configuration diagram showing an example of an ion neutralizer applied to the atomic beam implanter of FIG.

【図8】本発明の第4の原子線注入装置の概略構成であ
る。
FIG. 8 is a schematic configuration of a fourth atomic beam implantation apparatus of the present invention.

【図9】従来のイオン注入装置の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional ion implantation apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 半導体ウェーハー 4,14 ディスク 7 スリット 21,50 高速原子線源 22 高速原子線計数装置 23 高速原子線 31 固体ターゲット 32 質量分析装置 51 イオン源 52 質量分離装置 53 中和器 54 イオンビーム 55 真空容器 3 Semiconductor Wafer 4,14 Disk 7 Slit 21,50 High Speed Atomic Beam Source 22 High Speed Atomic Beam Counter 23 High Speed Atomic Beam 31 Solid Target 32 Mass Spectrometer 51 Ion Source 52 Mass Separation Device 53 Neutralizer 54 Ion Beam 55 Vacuum Container

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 37/317 Z 9172−5E 49/26 7135−5E H01L 21/265 H05H 3/02 9014−2G (72)発明者 畑田 芳夫 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株 式会社荏原総合研究所内Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI Technical display location H01J 37/317 Z 9172-5E 49/26 7135-5E H01L 21/265 H05H 3/02 9014-2G (72) Inventor Yoshio Hatada 4-2-1 Motofujisawa, Fujisawa, Kanagawa Prefecture Ebara Research Institute, Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも電気的に中性な原子状または
分子状のドーパントを発生する高速原子線源と、高速原
子線が打込まれる半導体ウェーハーを搭載するディスク
と、ディスク前面へ移動可能に設けられかつ入射する高
速原子線によって衝撃される固体ターゲットおよび該固
定ターゲットから放出される二次イオンを検出しその強
度から前記高速原子線の線量を計測する質量分析計を有
する高速原子線計数装置とからなり、前記高速原子線源
が前記高速原子線計数装置の計測する高速原子線の線量
に基づいて制御されることを特徴とする原子線注入装
置。
1. A high-speed atomic beam source for generating at least an electrically neutral atomic or molecular dopant, a disk on which a semiconductor wafer on which a high-speed atomic beam is implanted is mounted, and a movably arranged front surface of the disk. And a fast atom beam counter having a mass spectrometer for detecting a secondary ion emitted from the fixed target bombarded by an incident fast atom beam and the secondary target emitted from the fixed target, and measuring the dose of the fast atom beam from its intensity. The atomic beam implantation apparatus is characterized in that the fast atomic beam source is controlled based on a dose of the fast atomic beam measured by the fast atomic beam counter.
【請求項2】 少なくとも電気的に中性な原子状または
分子状のドーパントを発生する高速原子線源と、高速原
子線が打込まれる半導体ウェーハーを搭載すると共に、
前記半導体ウェーハーを除く領域に前記高速原子線を透
過するスリットが設けられかつ回転可能なディスクと、
ディスク背後に配置され前記スリットを透過した前記高
速原子線によって衝撃される固体ターゲットおよび該固
定ターゲットから放出される二次イオンを検出しその強
度から前記高速原子線の線量を計測する質量分析計を有
する高速原子線計数装置とからなり、前記高速原子線源
が前記高速原子線計数装置の計測する高速原子線の線量
に基づいて制御されることを特徴とする原子線注入装
置。
2. A high-speed atomic beam source for generating at least an electrically neutral atomic or molecular dopant, and a semiconductor wafer on which a high-speed atomic beam is implanted are mounted,
A rotatable disk provided with a slit for transmitting the high-speed atomic beam in an area excluding the semiconductor wafer,
A mass spectrometer, which is arranged behind a disk, detects secondary ions emitted from the solid target bombarded by the high-speed atomic beam that has passed through the slit and the fixed target, and measures the dose of the high-speed atomic beam from the intensity thereof. A high-speed atomic beam counting device having, wherein the high-speed atomic beam source is controlled based on a dose of the high-speed atomic beam measured by the high-speed atomic beam counting device.
【請求項3】 イオン源および該イオン源が放出するイ
オンビーム中の不純物を除去する質量分離装置を含むと
共に、前記イオンビームのイオン電荷を中和するイオン
中和器を有してなる高速原子線源と、高速原子線が打込
まれる半導体ウェーハーを搭載するディスクと、ディス
ク前面へ移動可能に設けられかつ入射する高速原子線に
よって衝撃される固体ターゲットおよび該固定ターゲッ
トから放出される二次イオンを検出しその強度から前記
高速原子線の線量を計測する質量分析計を有する高速原
子線計数装置とからなり、前記高速原子線源が前記高速
原子線計数装置の計測する高速原子線の線量に基づいて
制御されることを特徴とする原子線注入装置。
3. A fast atom comprising an ion source and a mass separator for removing impurities in the ion beam emitted by the ion source, and an ion neutralizer for neutralizing the ionic charge of the ion beam. A radiation source, a disk on which a semiconductor wafer is bombarded with a high-speed atomic beam, a solid target movably provided on the front surface of the disk and bombarded by a high-speed atomic beam incident thereon, and secondary ions emitted from the fixed target. And a high-speed atom beam counter having a mass spectrometer for measuring the dose of the high-speed atom beam from its intensity, wherein the high-speed atom beam source measures the dose of the high-speed atom beam measured by the high-speed atom beam counter. An atomic beam implanter characterized by being controlled based on the above.
【請求項4】 イオン源および該イオン源が放出するイ
オンビーム中の不純物を除去する質量分離装置を含むと
共に、前記イオンビームのイオン電荷を中和するイオン
中和器を有してなる高速原子線源と、高速原子線が打込
まれる半導体ウェーハーを搭載すると共に、前記半導体
ウェーハーを除く領域に前記高速原子線を透過するスリ
ットが設けられかつ回転可能なディスクと、ディスク背
後に配置され前記スリットを透過した前記高速原子線に
よって衝撃される固体ターゲットおよび該固定ターゲッ
トから放出される二次イオンを検出しその強度から前記
高速原子線の線量を計測する質量分析計を有する高速原
子線計数装置とからなり、前記高速原子線源が前記高速
原子線計数装置の計測する高速原子線の線量に基づいて
制御されることを特徴とする原子線注入装置。
4. A fast atom comprising an ion source and a mass separation device for removing impurities in the ion beam emitted by the ion source, and having an ion neutralizer for neutralizing the ionic charge of the ion beam. A radiation source and a semiconductor wafer on which a high-speed atom beam is to be mounted are mounted, and a slit which is provided with a slit for transmitting the high-speed atom beam in a region excluding the semiconductor wafer and is rotatable, and the slit arranged behind the disc And a fast atom beam counter having a mass spectrometer for detecting secondary ions emitted from the solid target bombarded by the fast atom beam that has passed through the fixed target, and measuring the dose of the fast atom beam from the intensity thereof. The fast atom beam source is controlled based on the dose of the fast atom beam measured by the fast atom beam counter. Atomic beam injector to collect.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113498245A (en) * 2020-04-08 2021-10-12 西北核技术研究院 Neutral gas target unit suitable for negative hydrogen particle beams and system design method
GB2619948A (en) * 2022-06-22 2023-12-27 Fusion Reactors Ltd Neutral beam injection apparatus and method

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