JPH05258710A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオンビームを効率よく引き出すこと。 【構成】 電子生成室内にて放電ガスをプラズマ化し、
このプラズマ中の電子をイオン生成室内の原料ガスに衝
突させてプラズマＰを発生させるイオン源装置を用い、
このイオン源装置が装着されるソースチャンバの外側に
ロ字形のコア部材５を配置し、その上下中央部の突起部
にコイルを巻装して電磁石ＭＡ、ＭＢを形成する。そし
て予め電源部６により励磁電流を調整して、注入すべき
イオンのビーム電流の電流が最大となる磁場の強さを調
べておき、イオンの種類に応じて磁場ＢＺの強さを最適
値に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおい
て、半導体ウエハに不純物をイオンとして注入するため
には、一般にイオン源から引き出されたイオンを質量分
析マグネット及び加速管を通した後静電偏光板により、
Ｘ、Ｙ方向に走査して、所定のパターンで半導体ウエハ
に注入するイオン注入装置が用いられている。このよう
なイオン注入装置のイオン源装置としては、図７に示す
ようにアークチャンバ１内に、当該チャンバ１の一部を
なすアノード電極１１と当該チャンバ１を貫通する棒状
のフィラメント１２とを設け、アノード電極１１及びフ
ィラメント１２間に電圧Ｖを印加すると共にアークチャ
ンバ１内に図示しないガス導入口から原料ガスを導入し
てプラズマ化し、このプラズマＰから図示しない引き出
し電極により引き出し口１ａを介してイオンを引き出す
フリーマン型の装置が一般に知られている。

【０００３】そしてプラズマＰをトラップして高密度化
するために、アークチャンバ１の外部に断面コ字形のコ
ア１３を配置してその両端部をアークチャンバ１の上下
両面と夫々対向させると共に、コア部材１３の中央部に
コイル１４を巻装し、アークチャンバ１内に磁場を形成
している。プラズマＰはフィラメント１２を囲むように
発生するが、このように磁場を形成することによりフィ
ラメント１２のまわりに偏平化されて高密度化され、大
きなイオンビームを引き出すことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来ではアー
クチャンバ１内の磁場の強さを例えば１５０ガウス程度
に常に一定化し、一連のイオン注入処理を行っている。
一方半導体デバイスの種類や層の種類に応じて、注入す
べきイオンの種類、即ちイオンの元素の種類や価数も異
なるが、磁場の強さなどのプロセス条件とイオンの種類
との関連についてはあまり着眼されていなかったため、
全般的にイオンの引き出し効率が低く、また例えば磁場
の強さを一定にしていたため、ある種のイオンについて
は引き出し効率が可成り低いという問題点があった。

【０００５】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、高い効率でイオンを引き出
すことの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】本発明は、磁場を形成し
たプラズマ発生室内に原料ガスを導入してプラズマ化
し、このプラズマからイオンビームを引き出すイオン注
入装置において、注入すべきイオンの種類に応じて磁場
の強さを設定することを特徴とする。

【０００７】

【作用】プラズマ室内にて原料ガスがプラズマ化する
と、このプラズマは磁場によりトラップされて締め付け
られ、これによりラーマ半径が小さな高密度化されたプ
ラズマとなる。

【０００８】そしてイオンの種類毎に、イオン化エネル
ギーが異なるため、注入すべきイオンを効率よく引き出
すことのできる、プラズマの持つエネルギーも異なり、
このため磁場の強さの最適値も異なる。そこで予めこの
最適値を調べておいて、イオンの種類に応じて磁場の強
さを設定することにより効率よくイオンを引き出すこと
ができる。この場合例えばプラズマをプラズマ室のイオ
ン引き出し口に接近させておけば、プラズマの膨らみの
程度を変えてもプラズマの外面がイオン引き出し口に接
するかあるいは極めて接近するため、プラズマからイオ
ン引き出し口に至るまでのイオンの拡散による移動を抑
えることができるので、この拡散による効率の低下のお
それはなくなる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す図である。同図
において２はイオン源装置であり、導電路を兼用する支
柱３１や中間プレート３２などを介して円形状のバック
プレート３に固定されている。このバックプレート３は
真空容器をなすソースチャンバ４の蓋体をなすものであ
り、ソースチャンバ４に装着されることによって、イオ
ン源装置２がソースチャンバ４内に設置される。

【００１０】前記ソースチャンバ４の外側には、当該ソ
ースチャンバ４を囲むようにロ字形のコア部材５が配置
されており、このコア部材５の上下中央には夫々内方側
に突出する突出部５１が互に対向して形成されている。
前記突出部５１には、イオン源装置２内に上下方向の磁
場が形成されるように、コイル５２が巻装されて電磁石
ＭＡ、ＭＢが形成されており、前記コイル５２は、後述
の電源部に接続されている。

【００１１】前記イオン源装置２は、図２に示すよう
に、放電ガスＱＫ例えばアルゴンガスをプラズマ化して
電子を生成するための電子生成室２１と、この電子の衝
突により原料ガスをプラズマ化してイオンを生成するプ
ラズマ発生室としてのイオン生成室２２とを備えてお
り、電子生成室２１及びイオン生成室２２には夫々図示
しない放電ガス供給管及び原料ガス供給管が接続されて
ると共に、電子生成室２１内にはＵ字状の例えばタング
ステンからなるフィラメント２３が設けられている。前
記フィラメント２３の両端には電圧Ｖｆの直流電源が接
続されると共に、フィラメント２３と電極を兼用する電
子生成室２１の壁部との間には電圧Ｖｄの直流電源が接
続されている。

【００１２】前記電子生成室２１は、その下面の孔部２
４を介して、更に電子引き出し電極２５の一部をなす板
状部の多数の透孔２６を通じてイオン生成室２２に連通
しており、電子引き出し電極２５とイオン生成室２２の
側壁部との間には加速電圧ＶＡを印加するための直流電
源が接続されると共に、当該側壁部には、イオン引き出
し用のスリット２７が形成されている。

【００１３】図３は前記イオン生成室２２と電磁石Ｍ
Ａ、ＭＢとの位置関係を模式的に示す図であり、電磁石
ＭＡ、ＭＢは、イオン生成室２２内に上下方向の平行な
磁場ＢＺを形成するように構成されると共に、その磁場
ＢＺの強さは、電磁石ＭＡ、ＭＢに流れる励磁電流（コ
イルに流れる電流）を電源部６により調整することによ
り所定の値に設定される。

【００１４】次に上述実施例の作用について説明する。
先ずバックプレート３をソースチャンバ４に装着してイ
オン源装置２をソースチャンバ４内に設置し、図示しな
いガス供給管を介してイオン源装置２の電子生成室２１
内に放電ガスＱＫ例えばアルゴンガスを導入すると共
に、フィラメント２３の両端間及びフィラメント２３と
電極との間に夫々電圧Ｖｆ、Ｖｄを印加することによっ
てアルゴンガスを放電させる。アルゴンガスのプラズマ
中の電子ｅは、電子引き出し電極２５及びイオン生成室
２２の側壁部間に印加された加速電圧ＶＡによってイオ
ン生成室２２内に引き出される。

【００１５】一方イオン生成室２２内には、図示しない
ガス供給管から原料ガスＱＡが導入され、図３に示すよ
うに前記電子ｅがこの原料ガスに衝突してプラズマが発
生する。そして電磁石ＭＡ、ＭＢにより図２及び図３に
示す方向に形成された磁場により原料ガスのプラズマＰ
がトラップされて締め付けられ、これによりラーマ半径
が小さな高密度化されたプラズマＰとなり、このプラズ
マＰからイオンビームが図示しないイオン引き出し電極
によりスリット２７を通して、ターゲットである半導体
ウエハに走査照射される。

【００１６】ここで前記磁場ＢＺの強さは、ウエハに注
入すべきイオンの種類に応じて最適値に設定されてい
る。この最適値とは、例えば当該イオンのビーム電流値
即ちターゲット側に配置されたファラデーカップにより
計測されたビーム電流値が最大となる磁場強度である。
図４はＢ^＋イオンについてビーム電流値と磁場強度との
関係を調べたグラフであるが、ビーム電流値は、磁場強
度が１５０ガウス付近で最大となっており、磁場強度が
この値となるように電源部６の印加電圧を設定すればよ
い。

【００１７】図５はＢ^＋、Ｂ^２＋、Ｐ^＋などの各種のイ
オンについて、各々のイオンビーム電流値が最大となる
磁場強度を調べた結果であり、本発明の実施例では、予
めこのような関係を調べておいて、注入すべきイオンの
種類に応じて電源部６の印加電圧を調整し、磁場強度を
最適値に設定してイオンビームの引き出しを行う。

【００１８】さて、従来のフリーマン型のイオン源装置
にあっては、フィラメントを囲むようにプラズマが形成
されるため、プラズマの膨らみを締め付けすぎると、プ
ラズマの外周面が引き出しスリットから離れてしまい、
この場合にはプラズマ中のイオンが拡散により引き出し
スリットに到達することになり、スリットからのイオン
の引き出し効率は非常に悪くなる。このためプラズマを
あまり締め付けることができず、磁場の強さの上限は例
えばせいぜい１５０ガウス程度であり、このため磁場の
強さを制御する意義が薄く、また磁場の強さとイオンの
種類との関連についても着目されていなかった。

【００１９】しかし上述の実施例のイオン源装置の場合
には、磁場強度を制御する意義は非常に大きい。その理
由は次の通りである。即ち電子生成室２１から導入され
た電子を原料ガスに衝突させて形成したプラズマＰであ
り、また孔部２１があらかじめ引き出しスリット２７寄
りに設置されていたり、磁場をかける磁石の位置が引き
出しスリット２７寄りに設置されているため、プラズマ
Ｐを引き出しスリット２７に接近させることができ、従
ってプラズマＰを締め付けて膨らみを小さくしても、プ
ラズマＰの周面を引き出しスリット２７に接してあるい
は非常に接近させて位置させることができ、このためイ
オンビームの光軸偏位が小さくなるからイオンビームの
引き出し効率が高くなる。このようにイオンビームを引
き出すのに磁場の強さを大きくすることは得策ではある
が、目的とするイオンビームを引き出せるとは限らな
い。イオンの種類によってイオン化エネルギーが異なる
ため、最適な磁場の強さも異なってくるのである。。例
えばＢ^＋のイオンを得る場合の最適な磁場よりも磁場の
強さを大きくするとＢ^２＋が多く得られ、結局Ｂ^＋につ
いては引き出し効率が悪くなってしまう。即ち磁場の強
さの最適値は、プラズマの形状やイオン化エネルギーな
どから決定され、このため磁場の強度を制御する意義が
大きいのである。

【００２０】以上の実施例によれば、イオンの種類に応
じて最適な磁場の強さを調べておき、その磁場によって
イオンの引き出しを行っているため、効率よくイオンの
引き出しを行うことができ、イオンの打ち込み時間を短
縮することができるなどの利点がある。

【００２１】そして上述の実施例では、電磁石のコイル
を２つに分割してイオン源装置の上下に対向させている
ため、磁場の平行度を高くすることができ、従ってこの
点からもイオンの引き出し効率を高めることができる
が、本発明では磁場の形成方法については実施例の方法
に限定されるものではなく、例えば従来装置にて説明し
たコ字形のコア部材の中央部にコイルを巻装したもので
あってもよい。

【００２２】更に本発明は、上述実施例のような放電ガ
スのプラズマから引き出した電子を原料ガスに衝突させ
てイオンを引き出すイオン源装置に適用することに限定
されるものではない。

【００２３】上述のイオン源装置２を用いたイオン注入
装置の全体構成の一例を図６に示すと、イオン源装置２
よりのイオンビームの照射路に沿って質量分析用のマグ
ネット７１、可変スリット７２、及び加速管７３が設置
され、更に加速管７３の出口側には電子レンズ７４、Ｙ
方向走査電極７５及びＸ方向走査電極７６が配置され
る。従ってイオンビームは、マグネット７１を通過して
不要な不純物のイオンが除去された後加速管７３で加速
され、走査電極７５、７６にて所定のパターンで走査さ
れた後、ファラデーカップ７７内の半導体ウエハＷに照
射されて所定のイオン注入が行われる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、注入すべきイオンの種
類に応じて磁場の強さを設定しているため、イオンを効
率良く引き出すことができ、省エネルギー化やイオンの
注入処理の時間の短縮化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の外観を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例に係るイオン源装置を示す斜視
図である。

【図３】イオン生成室と電磁石との位置関係を示す説明
図である。

【図４】ビーム電流値と磁場強度との関係を示す特性図
である。

【図５】イオンの種類毎の最適磁場強度を示す特性図で
ある。

【図６】イオン注入装置の全体構成を示す説明図であ
る。

【図７】従来のイオン注入装置を示す断面図である。

【符号の説明】

２ イオン源装置 ２１ 電子生成室 ２２ イオン生成室 ３ バックプレート ４ ソースチャンバ ５ コア部材 ６ 電源部 ＭＡ、ＭＢ 電磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁場を形成したプラズマ発生室内に原料
   ガスを導入してプラズマ化し、このプラズマからイオン
   ビームを引き出すイオン注入装置において、 注入すべきイオンの種類に応じて磁場の強さを設定する
   ことを特徴とするイオン注入装置。