JPH06338283A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構造を容易にし、かつ、ウェハ−の正帯電を適
性に防止する。 【構成】ウェハ−１２は、ディスク１１に保持されてい
る。イオンビ−ム１０は、イオンビ−ム導入管３０を介
してウェハ−１２に照射される。一次電子発生銃３５
は、イオンビ−ム導入管３０の外部に設けられ、一次電
子を発生する。加速電圧１９により、一次電子をウェハ
−周辺のディスクに向けて照射し、二次電子を発生させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスの
イオン注入技術に関するもので、特にウェハ−の帯電を
防止するエレクトロンフラッドガン又はエレクトロンシ
ャワ−に使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入技術とは、正イオンを加速し
てウェハ−の表面に不純物を導入する技術のことであ
る。このため、当該イオン注入技術を用いる場合、ウェ
ハ−の表面に形成されるキャパシタに正電荷が蓄積する
という現象が生じる。この正電荷の蓄積が過剰に進行す
ると、キャパシタを形成する２０［ｎｍ］以下のゲ−ト
酸化膜に絶縁破壊が発生して、半導体素子の不良を引き
起こすことは良く知られている。

【０００３】上記正電荷の蓄積という現象は、一般的に
チャ−ジアップと称されているが、これを防止する技術
の一つにエレクトロンフラッドガン又はエレクトロンシ
ャワ−という技術がある。

【０００４】図３は、チャ−ジアップ防止技術の代表例
であるエレクトロンフラッドガンシステムを示すもので
ある（これについては、Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｍｍ
ｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂ３７／３８ １９８９ ６
０５−６０８ ： Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ，Ａｍ
ｓｔｅｒｄａｍを参照。）。

【０００５】図３において、１０は、ド−ピングしよう
とするイオンのビ−ムである。このビ−ム１０は、ディ
スク１１に保持されているウェハ−１２へ向けて照射さ
れる。１３は、一次熱電子である。この一次熱電子１３
は、加速電圧１４を利用することにより、フィラメント
１５からタ−ゲット１６へ向かって加速される。

【０００６】また、一次熱電子１３がタ−ゲット１６に
照射され、その結果、タ−ゲット１６からは、エネルギ
−が２０［ｅＶ］以下の二次電子１７が発生する。この
二次電子１７を利用することにより、ウェハ−１２上に
島状に存在するキャパシタ（図示せず）への正電荷の蓄
積が防止される。

【０００７】しかしながら、図３に示す技術では、以下
に示すような問題点がある。即ち、一次電子のタ−ゲッ
ト１６からは、初期においては、上述のように、エネル
ギ−が２０［ｅＶ］以下の二次電子１７が発生し、この
二次電子１７がウェハ−１２の近傍に到達する。ところ
が、イオン注入の回数が増加すると（普通は数十回程
度）、高エネルギ−の一次電子（通常は、一次電子の加
速電圧は３００［Ｖ］程度である。）２３がウェハ−１
２の近傍に蓄積するようになる。

【０００８】その理由は、図４に示すように、タ−ゲッ
ト１６の内面に絶縁体２１が付着するためである。タ−
ゲット１６内面に絶縁体２１が付着すると、一次電子の
タ−ゲット１６は、低エネルギ−の二次電子１７を発生
すると共に、高エネルギ−の一次電子２３を蓄積するよ
うになる。このため、ディスク１１とタ−ゲット１６の
間に電位差２２が生じ、高エネルギ−の一次電子１３の
一部２４が、この電位差２２により偏向してディスク１
１に到達する。そして、当該一次電子２４がウェハ−１
２上のキャパシタへの正電荷の蓄積防止に使用されるこ
とになる。

【０００９】しかし、偏向してディスク１１に向かう一
次電子２４は、通常、２００［ｅＶ］程度のエネルギ−
を有する。従って、このような高エネルギ−の一次電子
２４が、ウェハ−１２上のキャパシタへの正電荷の蓄積
防止に使用されることになると、当該キャパシタが一次
電子２４のエネルギ−に相当する電圧まで負に帯電する
ことになる。このため、キャパシタを形成する２０［ｎ
ｍ］以下のゲ−ト酸化膜は容易に破壊されてしまう。

【００１０】なお、ディスク１１に到達する電子のエネ
ルギ−が低い場合（例えば、２０［ｅＶ］以下）には、
ウェハ−１２上のキャパシタは、２０［Ｖ］程度の低い
電圧までしか帯電しないため、ゲ−ト酸化膜を破壊する
ことはない（これについては、Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓ
ｔｍｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂ３７／３８ １９８
９ ４９２−４９６： Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ，
Ａｍｓｔｅｒｄａｍを参照。）。

【００１１】そこで、従来、上述のような高エネルギ−
の一次電子によるキャパシタの破壊を防止するため、以
下の技術が開発されている。図５は、当該キャパシタの
破壊を防止する技術の代表例を示すものである。この装
置は、図３の装置に比べて、電子エネルギ−分析器２６
が設けられている点が大きく異なる。この電子エネルギ
−分析器２６は、一次電子の発生源２７から発生する一
次電子２５のうち、２０［ｅＶ］以下の低エネルギ−の
一次電子２９だけを選択し、これをウェハ−１２の近傍
に導入するものである。

【００１２】図５の装置によれば、低エネルギ−の一次
電子２９のみをウェハ−１２の近傍に導入しているた
め、キャパシタは、自ら破壊する程度まで負に帯電する
ことはない。しかし、イオンビ−ム１０電荷量に匹敵す
るだけの十分な電子量（数十ｍＡ）を低エネルギ−の一
次電子２９のみで確保するためには、一次電子発生源２
７で発生する一次電子の量を多くする以外に方法がな
い。なぜなら、金属に電子を数百Ｖで衝突させて得られ
る二次電子の量は、一次電子の３０％程度であるからで
ある。

【００１３】しかし、一次電子を多量に発生させるに
は、一次電子発生源２７を大型化することが必要とな
る。一次電子発生源２７が大型になると、冷却の関係か
ら、当該発生源２７は、ウェハ−１２からある一定の距
離だけ離した位置に設置しなければならない。このた
め、低エネルギ−の一次電子２９をウェハ−近傍に導入
するための開口部２８が、当該ウェハ−から必然的に遠
くなり、一次電子２９がウェハ−に効率よく到達できな
くなる欠点がある。

【００１４】また、ウェハ−近傍の構成要素には、イオ
ン注入によって絶縁体が付着するため、例えばエネルギ
−分析器２６を構成する電極を汚してしまう欠点があ
る。このため、その汚れ具合によっては、当該エネルギ
−分析器２６を調整しなければならない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のイ
オン注入装置では、一次電子のタ−ゲットに絶縁体が付
着することに起因し、ウェハ−上のキャパシタのゲ−ト
酸化膜が破壊するという欠点がある。また、当該キャパ
シタの破壊を防止すべく開発された装置でも、装置の大
型化や絶縁体による汚れなどが生じる欠点がある。

【００１６】本発明は、上記欠点を解決すべくなされた
もので、その目的は、構造が容易で、しかもウェハ−近
傍に多量の低エネルギ−電子を発生でき、当該ウェハ−
の正帯電を適性に防止し得るイオン注入装置を提供する
ことである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のイオン注入装置は、ウェハ−を保持するデ
ィスクと、前記ウェハ−に照射されるイオンビ−ムの通
過路となるイオンビ−ム導入管と、前記イオンビ−ム導
入管の外部に設けられ、一次電子を発生する手段と、前
記一次電子を前記ウェハ−周辺のディスクに向けて照射
し、二次電子を発生させる手段とを備えている。

【００１８】

【作用】上記構成によれば、一次電子を発生する手段は
イオンビ−ム導入管の外部に設けられ、かつ、そのタ−
ゲットにはウェハ−の周辺のディスクが利用されてい
る。これにより、ウェハ−の近傍に多量の二次電子を発
生させることができ、ウェハ−の正帯電を適正に防止す
ることができる。しかも、エネルギ−分析器を特別に設
ける必要もなく、構造が簡単である。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の一実施
例について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例
に係わるイオン注入装置を示している。また、図２は、
イオンビ−ム照射時のウェハ−近傍の様子を示してい
る。図１及び図２において、３５は、イオンビ−ム導入
管３０の外部に設けられた一次電子発生銃である。この
一次電子発生銃３０は、ディスク１１及びこれに搭載さ
れたウェハ−１２の方向を向いて配置されている。しか
し、当該一次電子発生銃３０から発生される一次電子１
３は、直接ウェハ−１２に照射されないように、一次電
子発生銃３０の照準は、当該ウェハ−１２周辺のディス
ク１１に設定されている。

【００２０】そして、一次電子発生銃３０のフィラメン
ト１４から発生した電子１３は、電圧源１９を利用する
ことにより、アルミニウム製のディスク１１へ照射され
る。その結果、一次電子１３はディスク１１に衝突し、
衝突点からウェハ−１２近傍へ多量の二次電子３１を繰
り出す。

【００２１】このような構成であれば、二次電子３１が
ウェハ−１２の極近くに発生するため、ウェハ−１２上
に蓄積した正電荷３２を速やかに中和することが可能と
なる。また、従来のように、エネルギ−分析器などの装
置を設置する必要がないため、構造が簡単で、しかも効
率よく低エネルギ−電子を発生及び利用できる。

【００２２】さらに、一次電子１３が照射されるウェハ
−１２の周辺部では、常に、イオンビ−ム１０の照射を
受けるようにすれば（イオンビ−ムをウェハ−が存在す
る領域よりも多めに走査させる；オ−バ−スキャン）、
その表面に絶縁体が付着することもない。このため、二
次電子３１のエネルギ−分布は、常に一定した再現性の
よいものが得られる。

【００２３】一方、一次電子１３の反射電子は、その性
格上、入射してきた方向、即ち一次電子発生銃３０の方
向へ戻る確率が大きいため、ウェハ−１２へ向かう成分
は少なく、過剰に負帯電することもない。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のイオン
注入装置によれば、次のような効果を奏する。即ち、一
次電子発生銃がイオンビ−ム導入管の外部に設けられ、
そのタ−ゲットにウェハ−を保持するディスクを利用す
ることにより、ウェハ−の近傍に多量の二次電子を発生
させる、という機構を採用している。

【００２５】このため、従来のように、特にエネルギ−
分析器を設ける必要もなく、構造が簡単であり、しかも
低エネルギ−の一次電子を多量にウェハ−近傍に供給で
き、ウェハ−の正帯電を適正に防止し得るイオン注入装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるイオン注入装置を示
す断面図。

【図２】一次電子照射時のウェハ−近傍の様子を示す
図。

【図３】従来のイオン注入装置を示す断面図。

【図４】タ−ゲット内部に付着する絶縁体を示す図。

【図５】従来のイオン注入装置を示す断面図。

【符号の説明】

１０ …イオンビ−ム、 １１ …ディスク、 １２ …ウェハ−、 １３ …一次電子、 １４ …フィラメント、 １９ …電圧源、 ３０ …イオンビ−ム導入管、 ３１ …二次電子、 ３２ …正電荷、 ３５ …一次電子発生銃。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハ−を保持するディスクと、前記ウ
   ェハ−に照射されるイオンビ−ムの通過路となるイオン
   ビ−ム導入管と、前記イオンビ−ム導入管の外部に設け
   られ、一次電子を発生する手段と、前記一次電子を前記
   ウェハ−周辺のディスクに向けて照射し、二次電子を発
   生させる手段とを具備することを特徴とするイオン注入
   装置。