JPH06150872A - イオン注入方法及びイオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオンビームを試料に注入する際に、試料の
帯電防止を高精度に行うことができるようにする。 【構成】 矢印ａ方向へ回転及び矢印ｂ方向へ往復動さ
れる回転円板７にウエハ６を載置し、回転円板７の往復
動の方向に沿って平行にかつイオンビーム８の直上に設
置されたフィラメント１５と、複数のバイアス電圧印加
用のコイル１６と、これら各コイル１６へのバイアス電
圧を独立して制御する電圧制御部１８とを設ける。回転
円板７の往復動方向に関するイオンビーム８の電荷密度
分布に応じて、各コイル１６に印加するバイアス電圧を
制御し、ウエハ６に供給する電子１７の密度分布を制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造にお
いて、ウエハ等の試料に各種の不純物イオンを注入する
ためのイオン注入方法及びイオン注入装置に係り、特
に、試料の帯電防止機能を有するイオン注入方法及びイ
オン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入法は、拡散現象を利用する不
純物拡散法とは異なり、イオン源で発生した不純物イオ
ンを高電界によって加速し、そのとき得られる運動エネ
ルギを利用して試料内に不純物を注入する方法である。

【０００３】このようなイオン注入法を行うための一般
的なイオン注入装置の概略構成を図４を参照して説明す
る。図４において、１はイオン源、２は引出し電極、３
はイオンビームアナライザ、４は加速器、５はＸ方向ス
キャン５ａ及びＹ方向スキャン５ｂからなる走査系、６
は試料としてのウエハである。

【０００４】このイオン注入装置では、引出し電極２に
よってイオン源１から引き出された不純物イオンは、イ
オンビームアナライザ３及び加速器４を経た後、走査系
５によって方向制御されて、ウエハ６に対するイオンビ
ーム８として所定方向に注入されるようになっている。

【０００５】上記イオン注入装置においては、正電荷を
帯びた不純物イオンであるＡｓ⁺ イオン、Ｐ⁺ イオン又
はＢ⁺ イオン等を高濃度でウエハ６に注入すると、ウエ
ハ６の表面に正電荷が帯電してしまい、特にＭＩＳ型半
導体装置の製造において、この帯電はウエハ６の表面に
形成された絶縁膜を破壊する等、半導体装置の信頼性及
び歩留りを大きく低下させる原因となっている。

【０００６】このため、負の電荷をもつ電子を不純物イ
オンと同時にウエハ６に供給して、ウエハ６が正に帯電
することを防止する必要がある。

【０００７】そこで従来は、図４に示すように、イオン
ビーム８をウエハ６に注入するのと同時に、バイアス電
圧を印加したコイル９によってフィラメント１０から熱
電子（１次電子）１２を引き出し、これを金属板１１に
照射し、この金属板１１より発生する２次電子１３をウ
エハ６の全体に供給するようにしている。

【０００８】更には、図５に示すように、イオンビーム
８をウエハ６に注入するのと同時に、フィラメント１０
の後方からアルゴンガス等の不活性ガス１４を流して、
フィラメント１０から発生する熱電子１２を効率よくウ
エハ６の全体に供給するようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のイオン注入装置では、ウエハ６の寸法よりも小
さくかつ電荷密度分布を有するイオンビーム８に対し
て、このイオンビーム８の電荷を中和するための電子１
２又は１３をウエハ６の全体に供給しているため、ウエ
ハ６が全体として電気的に中性化されていても、主にイ
オンビーム８が照射されている部分は正に帯電し、イオ
ンビーム８が照射されていない部分は、供給される電子
のために負に帯電する。

【００１０】このように、ウエハ６の表面において、局
所的に正電荷と負電荷の供給量が異なるため、ウエハ６
の局所的な帯電が生じ、ウエハ６の表面に形成された絶
縁膜の破壊等を招き、半導体装置の信頼性及び歩留りを
大きく低下させるという問題があった。

【００１１】そこで本発明は、イオンビームを試料に注
入する際に、試料の帯電防止を高精度に行うことができ
るイオン注入方法及びイオン注入装置を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、イオンビームを試料に注入すると同時
に、電子を上記試料に供給するようにしたイオン注入方
法において、上記試料上における上記イオンビームの電
荷密度分布に対応して、上記電子の密度分布を制御して
上記試料に供給するようにしたものである。

【００１３】また、本発明は、イオン源で発生させたイ
オンビームを試料に注入すると同時に、電子供給手段に
より電子を上記試料に供給するように構成したイオン注
入装置において、上記電子供給手段を、上記試料上にお
ける上記イオンビームの電荷密度分布に対応して上記電
子の密度分布を制御する電子供給制御手段によって構成
したものである。

【００１４】さらに、本発明は、イオン源で発生させた
イオンビームを試料に注入すると同時に、電子供給手段
により電子を上記試料に供給するように構成したイオン
注入装置において、上記試料を回転及び径方向へ往復動
される回転板に載置するように構成し、上記電子供給手
段を、上記回転板の往復動の方向に沿って設けられ、か
つ、その往復動の方向における上記イオンビームの電荷
密度分布に対応して上記電子の密度分布を制御する電子
供給制御手段によって構成したものである。

【００１５】なお、上記電子供給制御手段が、電子を発
生するフィラメントと、このフィラメントから上記電子
を引き出すための複数のバイアス電圧印加用のコイル
と、これら各コイルに印加するバイアス電圧を独立して
制御する電圧制御部とからなるとよい。

【００１６】また、上記電子供給制御手段が、電子を発
生するフィラメントと、このフィラメントから上記電子
を引き出すためのバイアス電圧印加用のコイルと、上記
フィラメント及びコイルと並設された複数の不活性ガス
供給部と、これら各ガス供給部から噴出させる不活性ガ
スの流量を独立して制御するガス制御部とからなるとよ
い。

【００１７】

【作用】上記のように構成された本発明によれば、試料
に供給される電子の密度分布が、イオンビームの電荷密
度分布に対応して制御されるので、正イオンの供給が多
い箇所は電子が多く供給され、正イオンの供給が少ない
箇所は電子が少なく供給される。このため、試料の全体
に亘って、局所的な帯電が高精度に抑制される。

【００１８】

【実施例】以下、図１〜図３に基づき、従来例と同一部
材には同一符号を用いて、本発明を適用したイオン注入
方法及び装置の実施例を説明する。

【００１９】図１及び図２は第１実施例を示すものであ
り、図１は装置の全体の概略構成図、図２は装置の電子
供給制御手段を示す要部の概略構成図である。

【００２０】図１に示すように、このイオン注入装置の
イオンビーム注入室においては、ウエハ６を載置する回
転円板７がその回転軸７ａを中心として例えば矢印ａ方
向へ回転され、かつ回転軸７ａの往復動により回転円板
７が径方向（矢印ｂ方向）へ水平に往復動されるように
構成されており、この回転円板７上に載置された複数の
ウエハ６の全面がイオンビーム８に均一にさらされる、
いわゆる機械的走査方式が用いられている。この方式に
おいて、回転円板７の回転速度は５００ｒｐｍ〜１６０
０ｒｐｍ程度であり、回転円板７の往復速度は数ｃｍ／
ｍｉｎ〜１０数ｃｍ／ｍｉｎである。

【００２１】上記の場合、回転円板７の回転方向に関し
ては、ウエハ６の走査速度が速いため、イオンビーム８
の電荷密度分布による局所的な帯電は生じにくい。従っ
て、走査速度の遅い往復動方向に関するイオンビーム８
の電荷密度分布に対して、供給する電子の密度分布を揃
えればよい。このため、イオンビーム８の電荷密度分布
に対応して電子の密度分布を制御する電子供給制御手段
を、回転円板７の往復動方向に沿って配置した。

【００２２】図２に示すように、本実施例の電子供給制
御手段は、回転円板７の往復動の方向（矢印ｂ方向）に
沿って平行にかつイオンビーム８の直上に設置されたフ
ィラメント１５と、このフィラメント１５から電子１７
を引き出すために複数に分割されたバイアス電圧印加用
のコイル１６と、これら各コイル１６に印加するバイア
ス電圧を独立して制御する電圧制御部１８とによって構
成されている。

【００２３】上記のように構成された電子供給制御手段
を備えたイオン注入装置によれば、電圧制御部１８によ
り比較的高いバイアス電圧を印加したコイル１６部分の
フィラメント１５からは多量の電子１７が供給され、比
較的低いバイアス電圧を印加したコイル１６部分のフィ
ラメント１５からは少量の電子１７が供給されることに
なる。これによって、回転円板７の往復動方向に関する
イオンビーム８の電荷密度分布に応じて、ウエハ６に供
給する電子１７の密度分布を制御することができる。従
って、ウエハ６の全体に亘って局所的な帯電を精度よく
防止することができる。

【００２４】次に、図３は第２実施例におけるイオン注
入装置の電子供給制御手段を示す要部の概略構成図であ
る。この第２実施例においては、上記と同様に設置され
たフィラメント１５と、バイアス電圧印加用のコイル１
９と、これらフィラメント１５及びコイル１９と並行に
設置された複数の不活性ガス供給部２０（この例では噴
射ノズル）と、これら各ガス供給部２０より噴出される
不活性ガス２１（例えばアルゴンガス等）の流量を独立
して制御するガス制御部２２とが設けられている。この
構成においては、ガス制御部２２により比較的大きい流
量の不活性ガス２１を受けたフィラメント１５からは多
量の電子１７が供給され、比較的小さい流量の不活性ガ
ス２１を受けたフィラメント１５からは少量の電子１７
が供給されることになり、前述と同様にして電子１７の
密度分布を制御することができる。

【００２５】なお、上記各実施例において、電子１７の
密度分布制御は、イオンビーム８の電荷密度を計測する
例えばビームプロファイラー（図示せず）と連動させて
自動的に行う。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
オンビームの電荷密度分布に対応させて、試料の帯電防
止のための電子をその密度分布を制御して供給すること
により、試料の高精度な電気的中性化が可能となり、こ
の種の試料を用いた半導体装置の信頼性及び歩留りを大
幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるイオン注入装置の
全体の概略構成図である。

【図２】上記装置の電子供給制御手段を示す要部の概略
構成図である。

【図３】本発明の第２実施例におけるイオン注入装置の
電子供給制御手段を示す要部の概略構成図である。

【図４】従来のイオン注入装置の全体の概略構成図であ
る。

【図５】従来のイオン注入装置の別の電子供給手段を示
す要部の概略構成図である。

【符号の説明】

１ イオン源 ６ ウエハ ７ 回転円板 ８ イオンビーム １５ フィラメント １６ コイル １７ 電子 １８ 電圧制御部 １９ コイル ２０ 不活性ガス供給部 ２１ 不活性ガス ２２ ガス制御部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンビームを試料に注入すると同時
   に、電子を上記試料に供給するようにしたイオン注入方
   法において、 上記試料上における上記イオンビームの電荷密度分布に
   対応して、上記電子の密度分布を制御して上記試料に供
   給するようにしたことを特徴とするイオン注入方法。
2. 【請求項２】 イオン源で発生させたイオンビームを試
   料に注入すると同時に、電子供給手段により電子を上記
   試料に供給するように構成したイオン注入装置におい
   て、 上記電子供給手段を、上記試料上における上記イオンビ
   ームの電荷密度分布に対応して上記電子の密度分布を制
   御する電子供給制御手段によって構成したことを特徴と
   するイオン注入装置。
3. 【請求項３】 イオン源で発生させたイオンビームを試
   料に注入すると同時に、電子供給手段により電子を上記
   試料に供給するように構成したイオン注入装置におい
   て、 上記試料を回転及び径方向へ往復動される回転板に載置
   するように構成し、 上記電子供給手段を、上記回転板の往復動の方向に沿っ
   て設けられ、かつ、その往復動の方向における上記イオ
   ンビームの電荷密度分布に対応して上記電子の密度分布
   を制御する電子供給制御手段によって構成したことを特
   徴とするイオン注入装置。
4. 【請求項４】 上記電子供給制御手段が、電子を発生す
   るフィラメントと、このフィラメントから上記電子を引
   き出すための複数のバイアス電圧印加用のコイルと、こ
   れら各コイルに印加するバイアス電圧を独立して制御す
   る電圧制御部とからなることを特徴とする請求項２又は
   ３記載のイオン注入装置。
5. 【請求項５】 上記電子供給制御手段が、電子を発生す
   るフィラメントと、このフィラメントから上記電子を引
   き出すためのバイアス電圧印加用のコイルと、上記フィ
   ラメント及びコイルと並設された複数の不活性ガス供給
   部と、これら各ガス供給部から噴出させる不活性ガスの
   流量を独立して制御するガス制御部とからなることを特
   徴とする請求項２又は３記載のイオン注入装置。