JPH05190134A

JPH05190134A - イオン注入装置およびその注入方法

Info

Publication number: JPH05190134A
Application number: JP4006309A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Shiratake; 茂白竹; Hirohisa Yamamoto; 裕久山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1993-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】電子発生手段をプラズマとして電子の発生量
を高め、半導体基板に形成された正のポテンシャルによ
って電子を引き出し、イオン注入により帯電した半導体
基板を中和し、絶縁膜の静電破壊を防止し、信頼性の高
い半導体装置を得る。【構成】電子発生手段である電荷中和器１４Ａは、熱
電子放出型のプラズマ源で半導体基板７に近接して設け
られている。電荷中和器１４Ａはフィラメント１９とア
ークチャンバー２０とガス導入管２１とから構成され、
高密度プラズマの生成が可能である。イオンビーム３の
照射により、帯電した半導体基板７は、電荷中和器１４
Ａを通過するとき、自らの正のポテンシャルで電荷中和
器１４Ａから電子を引き出し、正の帯電を緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体プロセスにお
いて半導体基板に不純物層を形成する際に用いられるイ
オン注入装置およびその注入方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板に不純物層を形成する方法の
１つとしてイオン注入法がある。図５は従来のイオン注
入装置を示す概略構成の断面図である。このようなイオ
ン注入装置を用いて次のようにして半導体基板にイオン
注入が行われる。

【０００３】まず、イオン源１にドーパントガスを供給
してアーク放電を行うことにより、高密度プラズマを生
成する。次に引き出し電極２とイオン源１との間に高電
圧（一般には２０〜８０ＫｅＶ）を印加し、イオン源１
よりイオンを引き出すと同時に所望のエネルギを与え、
イオンビーム３とする。

【０００４】一定のエネルギを与えられたイオンビーム
３から質量分析器４で磁場偏向され、その磁束密度，エ
ネルギおよび質量分析器４の曲率半径で決まる所定の質
量と電荷とを持つイオンが選択される。

【０００５】次いでイオンビーム３は、分析スリット５
を通過し、分解能を高めてターゲットである注入室６内
に配置された半導体基板７に照射される。このとき、半
導体基板７はサセプタ８に複数枚配置されている。ま
た、半導体基板７の全面にわたり均一にイオン注入する
ため、サセプタ８はイオン注入中に矢印Ａ方向に回転お
よび矢印Ｂ方向に並進運動するように駆動される。

【０００６】このように構成されるイオン注入装置にお
いて、イオン注入が行われる際、半導体基板７上には、
通常、既にパターンが形成されている。パターニングさ
れた半導体基板７の一例を図６に要部拡大断面図で示
す。同図において、半導体基板７が例えばＰ導電型で半
導体基板７の主面には膜圧の厚いフィールド絶縁膜９が
選択的に形成されている。フィールド絶縁膜９に挟まれ
た活性領域にはゲート絶縁膜となる薄い絶縁膜１０が形
成されており、この絶縁膜１０上にはゲート電極１１が
形成されている。なお、絶縁膜１０はデバイスの小型化
に伴い、薄膜化されている。

【０００７】また、通常、ＣＭＯＳトランジスタを形成
する場合、図６に示すようにフォトレジスト１２で例え
ばｐチャネル領域１３をマスクする。この場合、ｎチャ
ネル領域のソース・ドレインをＮ導電型にすべくイオン
注入を行う。イオンビーム３は例えば燐，砒素などのイ
オンビーム（正イオン）とする。

【０００８】このように絶縁膜９，１０およびフォトレ
ジスト１２で半導体基板７上を覆われた状態でイオン注
入を行うと、半導体基板７の表面が正に帯電し、非常に
薄膜化の進んだ絶縁膜１０において、絶縁破壊が起こる
可能性が大となる。

【０００９】この絶縁破壊を防止する手段の１つとして
電荷中和器１４が一般的に用いられている。図７は電荷
中和器１４の動作を説明する概略構成図である。同図に
おいて、電荷中和器１４は、電子銃１５ａのフィラメン
ト１５ｂから放出される一次電子１６を３００Ｖ程度の
電界で加速し、対向するファラデーケージ１７に照射し
て二次電子１８を発生させる。この二次電子１８をイオ
ン注入中の半導体基板７に供給することにより、正イオ
ンによって帯電した半導体基板７を電気的に中和させて
いる。

【００１０】この電荷中和器１４を用いてイオン注入を
行うと、一次電子１６の一部が反跳電子として３００ｅ
Ｖ程度のエネルギを持ったまま、半導体基板７上に到達
する。この反跳一次電子はイオンビーム３と正帯電した
半導体基板７の持つ正のポテンシャルを越えて半導体基
板７の電気的に中性な部分に到達し、負の帯電を起こ
す。つまりイオンビーム３は半導体基板７上を走査する
ように移動するため、半導体基板７の微小領域で帯電現
象を観測すると、正，負の帯電を繰り返すことになる。

【００１１】このように電荷中和器１４を用いてイオン
注入を行うと、正，負帯電を繰り返し、電気的に中和を
維持することが困難であり、非常に薄膜化の進んだ絶縁
膜１０が絶縁破壊を起こす可能性は大きいままである。

【００１２】この現象は、絶縁膜１０の面積が大きい程
顕著であり、例えば電気容量を大きくするため、絶縁膜
１０の面積を大きくせざるを得ないＭＯＳキャパシタで
の可能性は電荷中和器１４を用いた方が大となる。ま
た、反跳電子の量は、ファラデーケージ１７の汚れの影
響で例えばファラデーケージ１７に絶縁性の不純物被膜
が形成されると、表面が帯電するため、制御性が悪い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来のイオン注入装置
は、以上のように構成されているので、デバイスの微細
化などに伴い、イオン注入により発生する帯電により絶
縁膜が絶縁破壊を起こし、半導体装置の歩留まりの低下
および信頼性の低下を引き起こすという問題があった。
また、電荷中和器を用いても高いエネルギを持った一次
電子成分が半導体基板を負帯電させ、問題を解決するに
は不十分であった。さらに帯電を起こさないようにイオ
ン注入を行おうとすると、イオン注入に長時間を要し、
半導体装置の生産性を低下させるという問題もあった。

【００１４】したがってこの発明は、前述した従来の課
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
低エネルギの電子を高効率に発生させるとともにこの低
エネルギ電子を直接半導体基板に照射し、イオン注入に
より帯電した半導体基板を中和することができるイオン
注入装置および注入方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためにこの発明に係わるイオン注入装置は、半導体基
板に近接して配置されるとともにこの半導体基板表面に
電子を供給する電子発生手段を備えたものでる。また、
電子発生手段と半導体基板のサセプタとの間に直流バイ
アスを加えることにより、電子発生手段から電子を引き
出し、半導体基板の帯電状態に応じて電圧を制御するよ
うにしたものである。

【００１６】

【作用】この発明に係わるイオン注入装置においては、
電子発生手段により電子を発生させ、これを半導体基板
表面に近接させることにより、正帯電した半導体基板に
効率良くかつ低エネルギで電子を収容し、半導体基板の
正帯電を中和する。また、この発明に係わるイオン注入
方法は、電子発生手段から半導体基板に向かう電界を形
成し、半導体基板の帯電状態に応じて電圧を制御してイ
オン注入を行うものである。

【００１７】

【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を詳細
に説明する。図１はこの発明によるイオン注入装置の一
実施例による構成を示す要部概略断面図であり、前述の
図と同一部分には同一符号を付してある。同図におい
て、半導体基板７に近接して電荷中和器１４Ａが配置さ
れている。すなわち図２に図１のＣ−Ｃ線の断面図で示
すようにファラデーケージ１７内でイオンビーム３が照
射された半導体基板７がその直後に電荷中和器１４Ａと
近接配置するようになっている。

【００１８】このように構成されたイオン注入装置にお
いては、半導体基板７における電荷の中和作用を除いて
従来装置と同様であるので、その詳細な説明は省略す
る。図１において、電荷中和器１４Ａは、フィラメント
１９とアークチャンバー２０とガス導入管２１とから構
成され、低圧のアーク放電でプラズマを生成するプラズ
マ源となっている。

【００１９】このとき、電荷中和器１４Ａには、Ａｒ，
Ｘｅなどの希ガスが導入され、低電圧でアーク放電が可
能となっており、さらに半導体基板７の表面に接するよ
うに電子供給口の開孔が設けられている。そしてイオン
照射され正に帯電した半導体基板７が電荷中和器１４Ａ
を通過するとき、半導体基板７の正のポテンシャルによ
って電荷中和器１４Ａから電子が引き出され、この正の
帯電を緩和する。

【００２０】なお、前述した実施例においては、電荷中
和器１４Ａは、熱電子放出型のプラズマ源とした場合に
ついて説明したが、高周波放電型のプラズマ源で構成し
ても良い。図３はこの発明の他の実施例によるイオン注
入装置の構成を示す要部概略断面図である。同図におい
ては、電荷中和器２２には高周波放電型のプラズマ源が
設けられている。

【００２１】図４はイオン注入方法の一実施例を説明す
るイオン注入装置の要部概略断面図である。同図におい
て、電荷中和器１４Ａとサセプタ８との間に電圧値の制
御可能な直流電源２３を接続し、直流バイアスを加えて
電荷中和器１４Ａからサセプタ８に向かう電界を形成
し、電子を効率良く引き出し、中和効果を高めることが
できる。

【００２２】

【発明の効果】以上、説明したようにこの発明によるイ
オン注入装置によれば、半導体基板表面に近接して配置
されるとともに半導体基板に電子を供給する電子発生手
段を備えたことにより、正に帯電した半導体基板のポテ
ンシャルで電子が引き出され、半導体基板上に形成され
た絶縁膜上の帯電を効率良く中和することができるの
で、絶縁膜の静電破壊を防止でき、信頼性の高い半導体
装置を得ることができるという極めて優れた効果が得ら
れる。また、この発明によるイオン注入方法によれば、
イオン源からイオンを引き出してイオンビームを形成
し、このイオンビームを半導体基板に注入する際に電子
発生手段で発生した電子を、電子発生手段と半導体基板
のサセプタとの間に直流バイアスを加え、電子発生手段
から電子を引き出すので、半導体基板の帯電量に応じて
電圧を制御でき、中和効果を高めることできるという極
めて優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるイオン注入装置の一実施例によ
る構成を示す要部概略断面図である。

【図２】図１のＣ−Ｃ線の断面図である。

【図３】この発明によるイオン注入装置の他の実施例に
よる構成を示す要部概略断面図である。

【図４】この発明によるイオン注入方法の一実施例を説
明するイオン注入装置の要部概略断面図である。

【図５】従来のイオン注入装置の構成を示す要部概略断
面図である。

【図６】半導体基板上に形成された絶縁膜の帯電状態を
示す要部拡大断面図である。

【図７】従来のイオン注入装置における電荷中和器の動
作を説明する要部概略断面図である。

【符号の説明】

３イオンビーム６注入室７半導体基板８サセプタ１４Ａ電荷中和器１７ファラデーケージ１８二次電子１９フィラメント２０アークチャンバー２１ガス導入管２２電荷中和器２３直流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン源からイオンを引き出してイオン
ビームを形成し、このイオンビームを半導体基板に注入
するイオン注入装置において、前記半導体基板に近接し
かつ前記半導体基板表面に電子供給口を対向させたプラ
ズマ源を有する電子発生手段を備えたことを特徴とする
イオン注入装置。
【請求項２】イオン源からイオンを引き出してイオン
ビームを形成し、このイオンビームを半導体基板に注入
するイオン注入装置において、前記半導体基板に近接し
かつ前記半導体基板表面に電子供給口を対向させたプラ
ズマ源を有する電子発生手段を備え、前記半導体基板に
イオンビームを注入する際に前記電子発生手段と半導体
基板のサセプタとの間に直流バイアスを印加させること
を特徴とするイオン注入方法。