JPH0613018A - イオン注入装置 - Google Patents

イオン注入装置

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JPH0613018A
JPH0613018A JP4196474A JP19647492A JPH0613018A JP H0613018 A JPH0613018 A JP H0613018A JP 4196474 A JP4196474 A JP 4196474A JP 19647492 A JP19647492 A JP 19647492A JP H0613018 A JPH0613018 A JP H0613018A
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ion beam
ion
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Naoki Takayama
直樹 高山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えば半導体ウエハに対して効率のよいイオ
ン注入を行うこと。 【構成】 イオン源31の出口側にイオン引き出し電極
32を配置し、イオンビームの下流側に順次、質量分析
器5、スリット部6、加速管7を配置し、ここから出る
イオンビームの照射領域にウエハWを設定する。引き出
し電極32よりも若干イオンビームの下流側位置に、イ
オンビームに臨むようにプラズマ発生装置4を配置す
る。従ってプラズマ発生装置4にて発生したプラズマ中
の電子がイオンビームの正電荷に引き寄せられ、イオン
ビーム内には電子と正のイオンとが混在するため正のイ
オンの反発力が小さくなって、イオンビームの発散が抑
えられる。

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】イオン注入技術は、イオン源で発生する
不純物イオンを高電界で加速し、その運動エネルギーを
利用して機械的に半導体ウエハ内に不純物を導入する方
法であり、ウエハ内に導入された不純物の総量を電荷量
として精度よく測定できる点で非常に有効な方法であ
る。
【0003】従来このようなイオン注入は、例えば図4
に示す装置を用いて行われている。即ちイオン源1内に
てガスや固体の蒸気をプラズマ化し、このプラズマ内の
正イオンを引出し電極11により所定のエネルギーで引
き出した後、質量分析器12によりイオンビームに対し
て質量分析を行って所望のイオンを分離し、更に分解ス
リット13によりイオン分離を完全に行う。そして分離
された所望のイオンのイオンビームを加速管14を通し
て最終エネルギーまで加速した後ウエハWに照射し、以
てウエハWの表面に所望の不純物を導入する。
【0004】また例えばウエハWの前面側(イオン源1
側)にファラデーカップ15を配置しておくことによ
り、イオンビーム電流を測定することができるが、この
電流値はウエハWに打ち込まれた不純物の量に対応する
ため、この電流を測定することで不純物の導入量を制御
でき、例えば20mAの電流値(ファラデーカップ15
に流れる電流検出値)を得るためにイオン源1からのイ
オンの引き出し電圧(エネルギー)を100kV程度の
大きさに設定している。
【0005】ところでDRAMが4Mから16M、32
M、64Mへと大容量化しつつあるように、デバイスが
増々高集積化する傾向にあり、このためウエハ内に不純
物を非常に浅く打ち込まなければならない場合もある。
従来この場合には加速管14における電圧を、加速する
ときとは逆の電圧に設定して、この中を通るイオンビー
ムを減速してイオンのエネルギーを低くし、これにより
イオンを浅く打ち込むようにしていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらイオンビ
ームが通過する通路は、真空雰囲気とはいっても、完全
な真空ではなく例えば5×10-6Torr程度の圧力の
ガス分子が存在し、このためイオンビームの一部がこの
ガス分子と衝突して中性化される。そして中性化された
粒子は減速電圧によっては減速されないので、大きな運
動エネルギーのままウエハ内に打ち込まれ、この結果不
純物粒子の一部が予定よりも深くウエハ内に打ち込まれ
てしまい、不純物粒子の打ち込み深さにばらつきが生
じ、デバイスに対して所定の特性が得られないという問
題があった。
【0007】一方ウエハへの衝突時におけるイオンの運
動エネルギーを小さくするために、イオン源からのイオ
ンの引き出し電圧を10kV程度と小さくする方法も考
えられるが、イオンビームは正イオンの反発により先に
行く程広がっていくため、例えば引き出し電圧を10k
Vに設定してイオンを低速で打ち込む場合、ファラデー
カップにおける電流検出値は予定の電流値例えば10〜
20mAよりも可成り低い0.5mA程度となってしま
い、効率的なイオン注入を行うことができない。
【0008】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、低エネルギーのイオンビーム
でありながら、被処理体に流れる電流値を大きくするこ
とができ、効率のよいイオン注入を行うことができるイ
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】請求項1の発明はイオン
源から被処理体にイオンビームを照射して当該被処理体
にイオンを注入する装置において、前記イオンビームに
電子を供給して当該イオンビームの電荷を中和するため
の電子供給手段を設けたことを特徴とする。
【0010】請求項2の発明は、イオン源からのイオン
ビームを質量分析器及び加速管を順次通して被処理体に
照射して当該被処理体にイオンを注入する装置におい
て、前記イオンビームに電子を供給して当該イオンビー
ムの電荷を中和するための電子供給手段を、前記イオン
源と加速管との間に設けたことを特徴とする。
【0011】請求項3の発明は、イオン源からのイオン
ビームを加速管及び質量分析器を順次通して被処理体に
照射して当該被処理体にイオンを注入する装置におい
て、前記イオンビームに電子を供給して当該イオンビー
ムの電荷を中和するための電子供給手段を、前記イオン
源と質量分析器との間に設けたことを特徴とする。
【0012】
【作用】電子供給手段として例えばプラズマ発生装置を
用いることができ、この場合イオン源から発せられたイ
オンビームにプラズマ中の電子が引き寄せられ、イオン
ビーム中には正の電荷と負の電荷とが混在することにな
る。この結果イオンビームのビーム断面の電圧分布が平
坦化され、正電荷の反発力が弱まるためイオンビームの
発散が抑えられる。従ってイオン源からのイオンビーム
の引き出しエネルギーを小さくしても、イオンビームの
照射により被処理体に流れる電流を大きくすることがで
きる。
【0013】
【実施例】図1は、本発明の実施例の全体構成を示す構
成図である。図1中2は第1の真空室であり、この真空
室2内には、固体原料を収納して加熱手段により不純物
成分を昇華させるベーパライザ3が外部から着脱自在に
装着されると共に、このベーパライザ3にはイオン源3
1が連結されている。
【0014】前記イオン源31は、例えば棒状のフィラ
メントとアノード電極間に電圧を印加してベーパライザ
3よりの原料ガスをプラズマ化するフリーマン型の装置
や、不活性ガスをプラズマ化してそのプラズマ中の電子
を原料ガスに衝突させる電子励起型の装置などを用いる
ことができる。前記イオン源31の出口側にはイオン引
き出し電極32が配置され、当該引き出し電極32とイ
オン源31の装置本体との間に引き出し電圧を印加する
ことにより前記プラズマ中の正のイオンがイオンビーム
として引き出される。
【0015】前記引き出し電極32のイオンビームの下
流側にはスリット幅を可変できる可変スリット部33が
設けられると共に、引き出し電極32と可変スリット部
33との間には、イオンビームの通路に臨む位置に、イ
オンビームに電子を供給するための電子供給手段例えば
プラズマ発生装置4が配設されている。このプラズマ発
生装置4は、図2に示すように例えばモリブデンなどか
らなるプラズマ発生室41内にタングステンなどからな
るフィラメント42を設け、フィラメント42の両端に
電圧Vfの直流電源を接続すると共にフィラメント42
とプラズマ発生室41の壁部との間に電圧Vdの直流電
源を接続して構成される。プラズマ発生室41には、放
電ガス例えばアルゴンガスやキセノンガス、クリプトン
ガスなどを導入する放電ガス導入口43と、放電ガスの
放電によって、形成されたプラズマ中の電子の引き出し
口44とが形成されている。
【0016】前記第1の真空室3におけるイオンビーム
の下流側には、質量分析器5、第2の真空室6、加速管
7及び処理室8がこの順に設置されている。前記質量分
析器5は、質量分析用マグネット51により、イオンビ
ームを屈曲通路管52内でその軌道を曲げ、イオンの質
量に応じた曲り方の程度の差を利用して所望のイオンの
みを取り出す働きをする。また質量分析器5にて質量分
析されたイオンビーム中には、互いに質量が近いイオン
が混在している場合もあるため、必要なイオン以外のイ
オンを排除するための分離スリット部61が第2の真空
室6内に設けられている。
【0017】前記加速管7は、イオンビームに加速電圧
を印加してイオンビームを加速する機能を有する。前記
処理室8内には、被処理体であるウエハWを周方向に配
置し、水平な回転軸81により縦に回転可能で、イオン
ビームの照射位置に各ウエハを順次停止させる回転ディ
スク82が設置されており、この回転ディスク82と対
向する位置に、イオンビームを取り囲むようにファラデ
ーカップ83が配設されている。なお図1では回転ディ
スク82の下部を切欠して描いてあり、回転軸81は回
転ディスク82の中心に位置している。このファラデー
カップ83は、イオン注入時に発生する2次電子を外部
に流出しないように閉じ込めてビーム電流を正確に測定
するものである。なお図中Ga、Gbはゲートバルブ、
84はファラデーカップ83側へのイオンビームの照
射、遮断を制御するビームゲートである。
【0018】次に上述実施例の作用について説明する。
先ず真空室2をはじめイオンビームの通路に係わる領域
を例えば5×10-6Torrの真空度まで減圧してお
き、回転ディスク82上に保持されているウエハW(図
1では1枚のみ図示してある)をイオンビームの照射位
置に設定すると共にビームゲート84を閉じておき、引
き出し電極32とイオン源31の装置本体との間に例え
ば5kVの引き出し電圧を印加して、イオン源31から
例えば砒素イオンを含むイオンビームを引き出す。
【0019】一方プラズマ発生装置4のプラズマ発生室
41内にアルゴンガスなどの放電ガスを例えば流量0.
1SCCMで導入して例えば3Vのフィラメント電圧V
f及び20〜30Vの放電電圧Vdを所定の端子間に印
加し、これによりフィラメント42から発生した熱電子
により放電ガスを励起してプラズマを発生させる。プラ
ズマ発生室41の引き出し口44の前にはイオンビーム
IBが形成されているため、プラズマ発生室41内のプ
ラズマ中の電子はイオンビームIBに引き寄せられ、こ
の結果イオンビームIBは、正のイオンと電子とが混在
した状態となる。
【0020】ここでイオンビームのビーム断面における
電荷の分布及び電圧の分布を夫々図3(A)、(B)に
示す。ただし図中横軸はイオンビームの左右方向の位置
を表し、点線、実線は夫々イオンビームに電子を供給し
ない場合、供給する場合に対応する。この結果からわか
るようにイオンビームの電荷分布及び電圧分布は点線で
示すように両端部から急峻に立ち上がっているが、本実
施例のようにイオンビーム中に電子を供給して電荷を中
和することによって前記電荷分布及び電圧分布は平坦化
される。従ってイオンビーム中の正イオンの反発力は小
さくなるからイオンビームの発散が抑えられる。
【0021】そして上述のようにプラズマ発生装置4か
ら電子が供給されたイオンビームは、可変スリット部3
3を通った後質量分析マグネット51により質量分析さ
れて所望のイオンのみが取り出され、更に分離スリット
部61にて、所望のイオンの質量に極めて近い質量のイ
オン(例えばイオン源の内壁からスパッタされた粒子な
どのイオン)が排除される。その後イオンビームは加速
管7にて加速された後回転ディスク82上のウエハW内
に打ち込まれる。そして例えば回転ディスク82側をイ
オンビ−ムと直交する方向に動かすことによってウエハ
Wの表面に所定のパタ−ンで不純物が導入される。なお
ビームゲート84は例えばプラズマ発生装置4内にプラ
ズマが着火した後開かれる。
【0022】このような実施例によれば、イオンビーム
の発散が抑えられるためイオン源の引き出しエネルギー
を小さくしながら、例えば引き出し電極32とイオン源
31の装置本体との間の引き出し電圧を5kV程度に設
定してもウエハWには10〜20mA程度の電流(ファ
ラデーカップ83に流れる電流)を流すことができ、効
率のよいイオンの打ち込みを行うことができる。そして
イオンのエネルギーを小さくしながらウエハW内に大き
な電流で不純物を導入できるので、不純物の浅い打ち込
みを行う場合、打ち込み深さが均一であり、かつ効率の
よいイオンの打ち込みを行うことができるので非常に有
効である。
【0023】以上の実施例では、電子供給装置は、イオ
ン源31の出口付近に配置されているが、この位置に限
らずイオン源31と加速管7(加速管7内も含む)との
間であれば任意の位置に設けることができる。
【0024】また本発明は加速管7が質量分析器5の前
側(イオンビ−ムの上流側)に設置されているイオン注
入装置に適用してもよく、この場合には電子供給装置は
イオン源31と質量分析器5(質量分析器5内も含む)
との間に設ければ同様の効果を得ることができる。
【0025】そしてまた本発明は、加速管7を設けない
装置や、ファラデーカップ83が回転ディスク82の裏
側に配置されている装置についても適用することがで
き、更にまた1枚づつ処理室8内にウエハを導入する装
置についても適用できるし、ウエハ以外の被処理体にイ
オンを注入する場合にも適用できる。
【0026】以上において本発明は、砒素のイオン注入
を行う場合に限らず、リンやボロンなどを注入する場合
にも適用することができるし、また不純物のイオンを得
るためには、ベーパライザを用いる代りに原料ガスを直
接イオン源内に導入してもよい。
【0027】なお電子供給装置としては、プラズマ発生
装置4に限らずイオンビームに電子を供給できるもので
あればよい。
【0028】
【発明の効果】本発明によればイオン源から引き出され
たイオンビームに電子を供給してビーム断面の電圧分布
を平坦化するようにしているため、イオンビームの発散
を抑えることができ、被処理体に対して効率のよいイオ
ン注入を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の全体構成を示す構成図であ
る。
【図2】本発明の実施例の作用を説明するための概略斜
視図である。
【図3】本発明の実施例と比較例とに係わるイオンビー
ムの電荷分布および電圧分布を示す特性図である。
【図4】従来のイオン注入装置を示す構成図である。
【符号の説明】
31 イオン源 32 引き出し電極 4 プラズマ発生装置 41 プラズマ発生室 42 フィラメント 5 質量分析器 7 加速管 83 ファラデーカップ W ウエハ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン源から被処理体にイオンビームを
    照射して当該被処理体にイオンを注入する装置におい
    て、 前記イオンビームに電子を供給して当該イオンビームの
    電荷を中和するための電子供給手段を設けたことを特徴
    とするイオン注入装置。
  2. 【請求項2】 イオン源からのイオンビームを質量分析
    器及び加速管を順次通して被処理体に照射して当該被処
    理体にイオンを注入する装置において、 前記イオンビームに電子を供給して当該イオンビームの
    電荷を中和するための電子供給手段を、前記イオン源と
    加速管との間に設けたことを特徴とするイオン注入装
    置。
  3. 【請求項3】 イオン源からのイオンビームを加速管及
    び質量分析器を順次通して被処理体に照射して当該被処
    理体にイオンを注入する装置において、 前記イオンビームに電子を供給して当該イオンビームの
    電荷を中和するための電子供給手段を、前記イオン源と
    質量分析器との間に設けたことを特徴とするイオン注入
    装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002255518A (ja) * 2001-02-28 2002-09-11 Japan Atom Energy Res Inst イオン注入法による同位元素選択的原子内包フラーレンの製造方法
KR20160077679A (ko) 2014-12-24 2016-07-04 주식회사 포스코 판재 정렬장치

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