JPH06295699A - イオン打込み装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板主面内の不純物濃度を均一に形成
する。 【構成】 真空室に配置された保持板６に装着された半
導体基板４にイオンを照射した際に、前記半導体基板４
に吸収された電荷と、前記半導体基板４から放出される
二次電子７とを測定して、イオンビーム３の照射量を制
御する手段と、前記二次電子７を外部に漏れないように
するエレクトロンサプレッサ９と、前記二次電子７を捕
獲するファラディカップ８とを有するイオン打込み装置
において、前記エレクトロンサプレッサ９と、前記ファ
ラディカップ８とを加熱する。前記保持板６と、前記フ
ァラディカップ８との間に、低温部１４を設ける。この
結果、半導体基板主面内の不純物濃度を均一に形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造におけ
るイオン打込み装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板内に半導体領域を形成する手
段の一つとして、イオン打込み法がある。イオン打込み
装置は、ガス導入系（ガスボトル、ガスボックス、ガス
導入配管）と、イオン発生系（フリーマン形イオン源や
マイクロ波形イオン源、引出し電極）と、質量分析系
（分析マグネット、ウェーブガイド、分析スリット）
と、加速系（加速管）と、偏向系（偏向電極）と、収束
系（静電電極レンズや磁界レンズ等）と、ファラディカ
ップ系（エレクトロンサプレッサ、ファラディカップ）
と、試料保持系（保持板）とを有し、前記ガス導入系か
ら前記イオン発生系に不純物原子を主体とする原料ガス
を導入し、前記イオン発生系で不純物原子をイオン化
し、前記質量分析系で所望のイオンのみを選択し、加速
系で該イオンに電界をかけて加速し、偏向系及び収束系
で偏向、収束し、方向性の整ったイオンの流れ、所謂イ
オンビームを半導体基板に照射し、半導体基板に不純物
原子を注入する装置である。

【０００３】また、イオンビームの電流量は、イオン化
された前記不純物原子の持つ電荷が、前記不純物原子の
注入された半導体基板から、前記保持板を通し、電流計
に流れることで測定される。イオンビームの電流量は、
この測定値をもとに一定に制御されている。また、電流
量は、前記半導体基板から放出される二次電子も含めて
測定する必要がある。そこで、二次電子を捕らえるた
め、前記ファラディカップが設けられ、該ファラディカ
ップは前記保持板に電気的に接続されている。また、前
記半導体基板から放出した前記二次電子を前記ファラデ
ィカップ及び前記保持板側に押し戻すため、マイナスの
電圧（例えば−１０００Ｖ）を印加したバイアスリング
（二次電子を外部に漏らさないために、電場を利用した
エレクトロンサプレッサの一種）が設けられている。

【０００４】また、イオン打込み装置で半導体基板主面
の一部の領域に選択的に不純物原子を注入するには、半
導体基板主面にフォトレジストを塗布し、リソグラフィ
技術により、不純物原子を注入したい領域のフォトレジ
ストを開口し、不純物原子をイオン打込みし、フォトレ
ジストを取り除くことで、選択的に不純物を注入してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は、前記従来技術を検討した結果、以下のような問題
点を見いだした。

【０００６】従来、イオン打込み装置において、半導体
基板主面の一部の領域に選択的に不純物原子を注入する
場合には、ホトレジストをマスクとして不純物を注入し
ている。しかし、このような手法では、以下に記載する
理由によって、半導体基板主面内の不純物濃度が不均一
となるおそれがあることが判明した。すなわち、ホトレ
ジストは有機溶剤にレジスト樹脂を混合している物質で
あるため、イオン打込み装置内で、前記ホトレジストか
ら有機ガスが放出し、該有機ガスの成分である水素、酸
素、炭素からなる固形物が前記ファラディカップ及び前
記バイアスリングに付着する。このため、絶縁物である
該固形物が前記ファラディカップの表面を覆うと、前記
二次電子を前記ファラディカップで捕らえることができ
なくなり、正確なビーム電流を測定し難い。この結果、
該ビーム電流を正確に制御し難い。また、付着した固形
物が突発的に剥がれ、該固形物が前記ファラディカップ
と前記バイアスリングの間に落ちると、前記バイアスリ
ングに負の高電圧が印加されているため、剥がれ落ちた
固形物を介して前記ファラディカップとの間に放電が起
こる。このため、前記ファラディカップに電荷が流れ込
み、前記ビーム電流の計測値が乱れる。この結果、前記
ビーム電流を正確に制御し難い。また、イオンビーム
は、前記偏向系により半導体基板主面上を走査されてい
るので、前述のようにビーム電流を正確に制御し難い
と、半導体基板主面内の不純物濃度を均一に形成し難
い。

【０００７】また、前記放電により前記バイアスリング
と前記ファラディカップを構成する金属（Ａｌ等）が飛
散する。この結果、該金属（Ａｌ等）が、予期せぬ不純
物として、イオンビーム中に混入してしまう。

【０００８】また、本発明者は、前記バイアスリング及
び前記ファラディカップに付着した固形物を、定期的に
クリーニングしている。該クリーニングは、イオン打込
み装置を停止させ、前記バイアスリングと前記ファラデ
ィカップを取り外し、前記固形物を液体ホーミング（研
磨粒を混ぜた液体を吹きつけ固形物を削り取る洗浄方
法）等で取り除き、再び、前記イオン打込み装置に取り
付け、前記イオン打込み装置を起動させている。この結
果、イオン打込み装置の稼働率が低下してしまう。

【０００９】本発明の目的は、イオンビームの電流量
を、正確に制御することが可能なイオン打込み装置を提
供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、イオンビーム中に不
純物が混入しないイオン打込み装置を提供することにあ
る。

【００１１】本発明の他の目的は、半導体基板主面内の
不純物濃度を均一に形成することが可能な技術を提供す
ることにある。

【００１２】本発明の他の目的は、イオン打込み装置の
稼働率を向上することが可能な技術を提供することにあ
る。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１５】真空室に配置された保持板に装着された試
料にイオンを照射した際に、前記試料に吸収された電荷
と、前記試料から放出される二次電子とを測定して、イ
オンビームの照射量を制御する手段と、前記二次電子を
外部に漏れないようにするバイアスリングと、前記二次
電子を捕獲するファラディカップとを有するイオン打込
み装置において、前記バイアスリングと、前記ファラデ
ィカップとを加熱する。もしくは、前記保持板と、前記
ファラディカップとの間に、低温部を設ける。

【００１６】

【作用】上述した手段によれば、本発明のイオン打込み
装置は、前記ファラディカップと前記バイアスリングを
加熱、もしくは、前記保持板と、前記ファラディカップ
との間に低温部を設けるため、前記ホトレジストから放
出したガスの成分である水素、酸素、炭素からなる固形
物が前記ファラディカップ及び前記バイアスリングに付
着しない。このため、絶縁物である該固形物で前記ファ
ラディカップの表面が覆われないので、前記二次電子を
前記ファラディカップで捕らえることができ、正確なビ
ーム電流を測定でき、該ビーム電流を正確に制御でき
る。また、剥がれ落ちた固形物を介して、発生する前記
ファラディカップと前記バイアスリングとの間の放電が
解消されるので、前記ファラディカップに電荷が流れ込
まず、ビーム電流の計測値が乱れないので、ビーム電流
を正確に制御できる。また、前述のようにビーム電流を
正確に制御できるので、半導体基板主面内の不純物濃度
を均一に形成することができる。

【００１７】また、前記放電が発生しないため、前記バ
イアスリングと前記ファラディカップを構成する金属
（Ａｌ等）が飛散することがなく、イオンビーム中に予
期せぬ不純物が混入しない。

【００１８】また、前記バイアスリング及び前記ファラ
ディカップに固形物が付着しないため、前記バイアスリ
ング及び前記ファラディカップを定期的にクリーニング
しなくても良い。この結果、イオン打込み装置の稼働率
が向上できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。 （実施例１）図１は本発明によるイオン打込み装置の一
実施例の概略構成を示す模式構成図である。図１におい
て、１は試料室、２は試料室１内を真空に吸引する真空
ポンプ、３はイオンビーム、４は半導体基板、５は半導
体基板４の主面の一部の領域に選択的に不純物原子を注
入するためのマスクであるホトレジスト、６は半導体基
板４を保持するための保持板、７はイオンビーム３を照
射された半導体基板４及びホトレジスト５から放出され
る二次電子、８は二次電子７を捕獲するためのファラデ
ィカップ、９は電場を利用して、二次電子７をファラデ
ィカップ８に押し戻すためのバイアスリング、１０はホ
トレジストから放出された有機ガス分子、１１は半導体
基板４にイオンビーム３を照射した際に、半導体基板４
に吸収された電荷と、二次電子７とをイオンビーム電流
として測定する電流計、１２は電流計１１で測定した電
流値をもとに、イオンビーム３を制御するイオンビーム
制御部、１３はファラディカップ８及びバイアスリング
９を加熱するためのヒータである。

【００２０】実施例１のイオン打込み装置の動作は、ガ
ス導入系（図示せず）から、半導体基板４に打込む不純
物原子を主体とする原料ガスをイオン発生系（図示せ
ず）に導入し、イオンを発生させ、所望のイオンのみを
質量分析系で選択し、加速系で該イオンを加速し、偏向
系及び収束系で偏向し、収束し、イオンビーム３とし
て、保持板６に装着された半導体基板４に照射される。

【００２１】イオンビーム３を照射された半導体基板４
からは、二次電子７が放出され、二次電子７は、マイナ
スの電圧が印加されたバイアスリング９による電場に押
し戻され、ファラディカップ８に捕獲され、半導体基板
４に吸収された電荷とともに、電流計１１を流れ、ビー
ム電流量として計測され、その計測値をもとにイオンビ
ーム制御部１２が前記イオン発生系に所定の信号を送
り、イオンビーム３を制御する。

【００２２】次に、実施例１のイオン打込み装置の特徴
部分を説明する。ヒータ１３は電熱線がセラミックで封
止され、電気的に絶縁されている。ヒータ１３は、ファ
ラディカップ８及びバイアスリング９を接触して配置さ
れている。

【００２３】半導体基板４の主面上にマスクとして形成
されたホトレジスト５は、有機溶剤にレジスト樹脂を混
合した物質であるため、有機ガス分子１０を放出する。
有機ガス分子１０は、試料室１内を浮遊し、ファラディ
カップ８やバイアスリング９の表面に吸着しようとす
る。しかし、該表面はヒータ１３で加熱され、高温にな
っているため、有機ガス分子１０は吸着できず、再び、
試料室１内を浮遊し、試料室内を真空に吸引する真空ポ
ンプ２により試料室１外に排出される。

【００２４】以上の説明からわかるように、本実施例に
よれば、ヒータ１３により、ファラディカップ８とバイ
アスリング９を加熱するので、ホトレジスト５から放出
した有機ガスの成分である水素、酸素、炭素からなる固
形物が前記ファラディカップ８及びバイアスリング９に
付着しない。このため、ビーム電流を正確に制御でき
る。また、ビーム電流を正確に制御できるので、半導体
基板主面内の不純物濃度を均一に形成することができ
る。

【００２５】また、バイアスリング９とファラディカッ
プ８との間で放電が発生しないため、バイアスリング９
とファラディカップ８を構成する金属（Ａｌ等）が飛散
することがなく、イオンビーム３中に予期せぬ不純物が
混入しない。

【００２６】また、バイアスリング９及びファラディカ
ップ８に固形物が付着しないため、バイアスリング９及
びファラディカップ８を定期的にクリーニングしなくて
も良い。この結果、イオン打込み装置の稼働率が向上で
きる。

【００２７】（実施例２）図２は本発明によるイオン打
込み装置の一実施例の概略構成を示す模式構成図であ
る。図２において、１は試料室、２は試料室１内を真空
に吸引する真空ポンプ、３はイオンビーム、４は半導体
基板、５は半導体基板４の主面の一部の領域に選択的に
不純物原子を注入するためのマスクであるホトレジス
ト、６は半導体基板４を保持するための保持板、７はイ
オンビームを照射された半導体基板４及びホトレジスト
５から放出される二次電子、８は二次電子７を捕獲する
ためのファラディカップ、９は電場を利用して、二次電
子７をファラディカップ８に押し戻すためのバイアスリ
ング、１０はホトレジストから放出された有機ガス分
子、１１は半導体基板４にイオンビーム３を照射した際
に、半導体基板４に吸収された電荷と、二次電子７とを
イオンビーム電流として測定する電流計、１２は電流計
１１で測定した電流値をもとに、イオンビーム３を制御
するイオンビーム制御部、１４はホトレジストから放出
された有機ガス分子を吸着するための低温部である。

【００２８】実施例２のイオン打込み装置の動作は、ガ
ス導入系（図示せず）から、半導体基板４に打込む不純
物原子を主体とする原料ガスをイオン発生系（図示せ
ず）に導入し、イオンを発生させ、所望のイオンのみを
質量分析系で選択し、加速系で該イオンを加速し、偏向
系及び収束系で偏向し、収束し、イオンビーム３とし
て、保持板６に装着された半導体基板４に照射される。

【００２９】イオンビーム３を照射された半導体基板４
からは、二次電子７が放出され、二次電子７は、マイナ
スの電圧が印加されたバイアスリング９による電場に押
し戻され、ファラディカップ８に捕獲され、半導体基板
４に吸収された電荷とともに、電流計１１を流れ、ビー
ム電流量として計測され、その計測値をもとにイオンビ
ーム制御部１２がガス系及びイオン発生系に所定の信号
を送り、イオンビーム３を制御する。

【００３０】次に、実施例２のイオン打込み装置の特徴
部分を説明する。低温部１４は、保持板６に近い部分に
配置され、内部に冷却水を循環させることにより冷却さ
れている。また、低温部１４は保持板６に電気的に接続
されている。

【００３１】半導体基板４の主面上にマスクとして形成
されたホトレジスト５は、有機溶剤にレジスト樹脂を混
合した物質であるため、有機ガス分子１０を放出する。
該有機ガス分子１０は放出された保持板６に近接して配
置されている低温部１４に吸着される。

【００３２】以上の説明からわかるように、本実施例に
よれば、低温部１４が保持板６の近くに配置されている
ため、ホトレジスト５から放出したガスの成分である水
素、酸素、炭素からなる固形物が前記ファラディカップ
８及び前記バイアスリング９に付着しない。このため、
ビーム電流を正確に制御できる。また、ビーム電流を正
確に制御できるので、半導体基板主面内の不純物濃度を
均一に形成することができる。

【００３３】また、バイアスリング９とファラディカッ
プ８との間で放電が発生しないため、バイアスリング９
とファラディカップ８を構成する金属（Ａｌ等）が飛散
することがなく、イオンビーム３中に予期せぬ不純物が
混入しない。

【００３４】また、バイアスリング９及びファラディカ
ップ８に固形物が付着しないため、バイアスリング９及
びファラディカップ８を定期的にクリーニングしなくて
も良い。この結果、イオン打込み装置の稼働率が向上で
きる。

【００３５】以上、本発明者によってなされた発明を前
記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記
実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲において種々変更可能であることは勿論である。
たとえば、ヒータ１３はファラディカップ８及びバイア
スリング９の内部に埋込まれたものでも良く、低温部１
４を冷却する冷媒は水以外にも、液体窒素等の低温で流
動するものであれば良い。

【００３６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００３７】１．イオンビームの電流量を、正確に制御
することが可能となる。

【００３８】２．不純物が混入していないイオンビーム
を得ることが可能となる。

【００３９】３．半導体基板主面内の不純物濃度を均一
に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイオン打込み装置の一実施例の概
略構成を示す模式構成図、

【図２】本発明の実施例２のイオン打込み装置の概略構
成図。

【符号の説明】

１…試料室、２…真空ポンプ、３…イオンビーム、４…
半導体基板、５…ホトレジスト、６…保持板、７…二次
電子、８…ファラディカップ、９…バイアスリング、１
０…有機ガス分子、１１電流計、１２…イオンビーム制
御部、１３…ヒータ、１４…低温部。

フロントページの続き (72)発明者 平 賢二 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 宮下 利明 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空室に配置された保持板に装着された
   試料にイオンを照射した際に、前記試料に吸収された電
   荷と、前記試料から放出される二次電子とを測定して、
   イオンビームの照射量を制御する手段と、前記二次電子
   を外部に漏れないようにするエレクトロンサプレッサ
   と、前記二次電子を捕獲するファラディカップとを有す
   るイオン打込み装置において、前記エレクトロンサプレ
   ッサと、前記ファラディカップとを加熱する手段を有す
   ることを特徴とするイオン打込み装置。
2. 【請求項２】 真空室に配置された保持板に装着された
   試料にイオンを照射した際に、前記試料に吸収された電
   荷と、前記試料から放出される二次電子とを測定して、
   イオンビームの照射量を制御する手段と、前記二次電子
   を外部に漏れないようにするエレクトロンサプレッサ
   と、前記二次電子を捕獲するファラディカップとを有す
   るイオン打込み装置において、前記保持板と、前記ファ
   ラディカップとの間に、低温部を設けたことを特徴とす
   るイオン打込み装置。