JPH07201301A - 不純物注入装置及び不純物注入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不純物注入対象の試料に悪影響を生じさせる
ことなく不純物を正確に注入することができる不純物注
入装置及び不純物注入方法を得る。 【構成】 イオンビーム１６ａの進行方向前方に設けら
れた中性化機構１３は、加速管５により加速された後の
イオンビーム１６ａを進行方向を変更することなく中性
化する。中性化機構１３の次段に設けられた偏向マグネ
ット１４は、中性化機構１３で中性化しなかったプラス
イオンビーム１６ｄやマイナスイオンビーム１６ｅを偏
向して、それぞれ多溝ファラデーカップ１５ａ内及び多
溝ファラデーカップ１５ｂ内に入射させる。 【効果】 中性ビームの照射により、試料に形成された
絶縁物が帯電することがないため、試料に悪影響を生じ
させることなく不純物を正確に注入することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウェーハに不
純物を注入するイオン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のイオン注入装置の構成を示
す模式図である。同図において、１は各種プラブマイオ
ンを生成するイオン源であり、２はイオンの源となる材
料ガスをガス配管３を介して供給するガスボックスであ
る。

【０００３】イオン源１は、例えば、ガスボックス２よ
りガス配管３を通して供給されたガスをイオン化しプラ
スのイオンとする。このイオンは図示しない引き出し電
極によって引き出され、イオンビーム１６として次段の
分析マグネット４内に入る。

【０００４】分析マグネット４は、イオンビーム１６を
質量分析し、注入に必要とされる質量のイオンビーム１
６ａのみ通過させ、必要以上に重いイオンビーム１６ｂ
と、必要以上に軽いイオンビーム１６ｃとを取り除く。

【０００５】分析マグネット４を通過したイオンビーム
１６ａは加速管５に入り、加速管５により、所定の侵入
深さに応じたエネルギーになるように加速される。加速
されたイオンビーム１６ａは、ディスク９上に配置され
た半導体ウェーハ１０に入射される。

【０００６】半導体ウェーハ１０は、イオンビーム１６
ａに対し垂直方向を位置するように設置されたディスク
９上に、複数個（図中２個示す）、円状に配置され、こ
のディスク９はモータ１２により高速回転し、スキャン
用モータ（図示せず）にて、走査される。

【０００７】このため、イオンビーム１６ａが半導体ウ
ェーハ１０に照射されるウェーハ照射期間と、例えばウ
ェーハ交換時のようにウェーハ非照射期間とがある。フ
ァラデーカップ６は、ウェーハ非照射期間において、図
３に示すように、イオンビーム１６ａを直接取り込む位
置に配置されイオンビーム１６ａのビーム電流を測定
し、ウェーハ照射期間においてはイオンビーム１６ａの
通過を妨害しない位置に配置される。

【０００８】カレントインテグレーター７は、ファラデ
ーカップ６を介してビーム電流を計測し、走査コントロ
ーラ８に制御信号を送る。走査コントローラ８はこの制
御信号に基づきスキャン用モータ（図示せず）に指令を
与え、ディスク９上の複数の半導体ウェーハ１０に均一
にイオンビーム１６ａが照射されるようにウェーハ走査
スピードを制御する。

【０００９】図４は、従来のプラズマイオンによるチャ
ージを模式的に示す断面図である。同図に示すように、
半導体ウェーハ１０は、シリコン基板２１、酸化膜２２
及びレジスト２３で構成され、不純物を注入する箇所の
シリコン基板２１の表面が露出していたり、薄い膜、例
えば酸化膜が付いていたりする。

【００１０】前述したように、ディスク９上に配置され
た複数の半導体ウェーハ１０は機械的に高速回転し、走
査されるので、結果的には、イオンビーム１６ａが半導
体ウェーハ１０上全体を走査することになる。

【００１１】したがって、半導体ウェーハ１０が図４で
示すような構成の場合、レジスト２３が形成されている
箇所では、レジスト２３にイオンビーム１６ａが照射さ
れ、レジスト２３が形成されていない開孔部では、シリ
コン基板２１の不純物注入層２４にイオンビーム１６ａ
が照射される。

【００１２】不純物注入層２４に注入されたイオンビー
ム１６ａ中のプラスイオン１８は、電荷が図示しないＧ
ＮＤ領域等から抜けるため、速やかに中性化され中性イ
オン１９に変化する。なお、本明細書中において、イオ
ンが中性化されたものを「中性イオン」と称する。

【００１３】一方、レジスト２３あるいはシリコン基板
２１の表面に形成される酸化膜２２等の絶縁物は、イオ
ンビーム１６ａ中のプラスイオン１８が注入されるにつ
れ、注入されたイオンの数だけ電荷がたまり帯電する。
レジスト２３等の半導体ウェーハ１０の表面の一部が帯
電すると、イオンビーム１６ａが偏向され形状が歪み均
一性が悪くなってしまうため、精度良く不純物の注入を
行うことができないという問題点があった。

【００１４】加えて、シリコン基板２１の表面に形成さ
れる酸化膜等の膜厚の薄い絶縁物が放電により静電破壊
されてしまうという問題点があった。この問題点は、半
導体ウェーハ１０上に形成される半導体素子の微細化が
進むにつれ、絶縁物も微細化されるため顕著になる。

【００１５】上記した半導体ウェーハ１０のプラス帯電
による悪影響を回避すべく、エレクトロンシャワー部１
１より電子２０を照射して半導体ウェーハ１０のプラス
帯電を緩和する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来のイオン注入装置
等の不純物注入装置は以上のように構成されており、半
導体ウェーハ１０上に形成される半導体素子の微細化
や、イオンビームのビーム電流量の増大に伴い、半導体
ウェーハ１０の表面の絶縁物に電荷がチャージされる
と、ビームの均一性の悪化による不純物注入精度の悪化
や、絶縁物自体が静電破壊されてしまう等の悪影響が生
じる。

【００１７】上記悪影響を抑制するためには、ビーム電
流量の抑制、あるいはエレクトロンシャワー部１１によ
る電子シャワーの供給が必要となる。しかしながら、前
者はビーム電流量を増大する傾向にある昨今においては
実現性が乏しく、後者は常に正確にイオンを中和できる
ように電子シャワーの供給を制御するのが困難であり、
例えば、電子の供給が必要以上に多いとマイナスにチャ
ージされていまうという不具合が生じてしまう。

【００１８】この発明は上記問題点を解決するためにな
されたもので、ビーム電流量が増大し、不純物注入対象
の試料上に形成される絶縁物が微細化しても、絶縁物の
静電破壊等の悪影響を生じさせることなく不純物を正確
に試料に注入することができる不純物注入装置及び不純
物注入方法を得ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる請求項
１記載の不純物注入装置は、不純物イオンを打ち込むべ
き試料を搭載した試料搭載手段と、イオンを生成するイ
オン生成手段と、前記イオン生成手段で生成されたイオ
ンビームを加速するイオン加速手段と、加速された前記
イオンビームを中性化し中性ビームに変換するイオン中
性化手段とを備えて構成される。

【００２０】前記イオン中性化手段の第１の態様とし
て、請求項２記載の不純物注入装置のように、前記イオ
ンビームが内部を通過可能な位置に配置され、前記内部
に前電荷変換効率が前記不純物より高い気体状態の物質
を収納した高電荷変換効率物質収納体を備えてもよい。

【００２１】前記イオン中性化手段の第２の態様とし
て、請求項３記載の不純物注入装置のように、前記イオ
ンビームは正の電位をもつイオンビームである場合、各
々が前記イオンビームの進行方向の周囲に配置され、前
記イオンビームに向けて熱電子を供給する複数の熱電子
供給手段を備えてもよい。

【００２２】前記イオン中性化手段の第３の態様とし
て、請求項４記載の不純物注入装置のように、前記イオ
ンビームが内部を通過可能な位置に配置され、前記内部
に低真空状態の空間を有する低真空空間収納体を備えて
もよい。

【００２３】望ましくは、請求項５記載の不純物注入装
置のように、前記イオン中性化手段で中性化されなかっ
たイオンビームを偏向するイオンビーム偏向手段をさら
に備えてもよい。

【００２４】望ましくは、請求項６記載の不純物注入装
置のように、前記試料搭載手段は、前記中性ビームに対
し前記試料を垂直方向に移動する移動機構を有し、前記
イオン生成手段で生成されたイオンビームを測定する第
１のイオンビーム電流測定手段と、前記イオンビーム偏
向手段で偏向されたイオンビーム電流を測定する第２の
イオンビーム電流測定手段と、前記第１及び第２のビー
ム電流測定手段それぞれで測定されるイオンビーム電流
値に基づき、前記中性ビームのビーム電流である中性ビ
ーム電流を求め、該中性ビーム電流に基づき、前記試料
搭載手段の前記移動機構を制御する制御手段とをさらに
備えてもよい。

【００２５】この発明にかかる請求項７記載の不純物注
入方法は、請求項１記載の不純物注入装置を用い前記中
性ビームを照射して、不純物注入対象の試料に不純物を
注入する。

【００２６】

【作用】この発明における請求項１ないし請求項６記載
の不純物注入装置のイオン中性化手段は、加速されたイ
オンビームを中性化し中性ビームに変換するため、試料
に形成されたレジスト等の絶縁物が帯電することはな
い。

【００２７】イオン中性化手段の第１の態様として、請
求項２記載の不純物注入装置のように、イオンビームが
内部を通過可能な位置に配置され、内部に前電荷変換効
率が不純物より高い気体状態の高電荷変換効率物質を収
納した高電荷変換効率物質収納体を備えることにより、
高電荷変換効率物質をイオン化し、イオンビーム中のイ
オンを中性化することができる。

【００２８】イオン中性化手段の第２の態様として、請
求項３記載の不純物注入装置のように、イオンビームは
正の電位をもつイオンビームである場合、各々がイオン
ビームの進行方向の周囲に配置され、イオンビームに向
けて熱電子を供給する複数の熱電子供給手段を備えるこ
とにより、熱電子の供給によりイオンビーム中の正イオ
ンを中性化することができる。

【００２９】イオン中性化手段の第３の態様として、請
求項４記載の不純物注入装置のように、イオンビームが
内部を通過可能な位置に配置され、内部に低真空状態の
空間を有する低真空空間収納体を備えることにより、低
真空空間中の原子と衝突させてイオンビーム中のイオン
を中性化することができる。

【００３０】

【実施例】図１はこの発明の一実施例であるイオン注入
装置の構成を示す説明図である。なお、符号１〜５の構
成及び動作については、図３で示した従来例と同様であ
るため、説明は省略する。

【００３１】同図に示すように、イオンビーム１６ａの
進行方向において、加速管５の前方にファラデーカップ
６が設けられ、その前方に中性化機構１３が設けられ
る。

【００３２】加速管５により加速された直後のイオンビ
ーム１６ａは中性化機構１３中を通過する。そして、イ
オンビーム１６ａは、中性化機構１３の通過中に、進行
方向が変更されることなく中性化されて中性ビーム１７
に変換される。

【００３３】図５は中性化機構１３の第１の構成例を示
す説明図である。第１の構成例は、電荷変換効率の高い
物質であるＭｇの雰囲気中にイオンビーム１６ａを通過
させて中性化する手法を用いている。なお、ここでいう
電荷変換効率が高いとは、最低限、イオンビーム１６ａ
中のイオン化されたＢ（ボロン）等の不純物より、電荷
変換効率が高いことを意味する。

【００３４】図５に示すように、内部をイオンビーム１
６ａが通過可能な位置に円筒体３０を配置し、円筒体３
０の内部に固体のＭｇを入れておき、円筒体３０の底部
外周に設けられたヒーター３１により、円筒体３０内部
のＭｇを４００℃位にあたためることにより、Ｍｇを気
化し円筒体３０の内部をＭｇ雰囲気化している。

【００３５】そして、イオンビーム１６ａを、図中の左
側の入射口３から通過させて円筒体３０の内部に入射さ
せると、円筒体３０の内部において、Ｍｇがイオン化
し、反対にイオンビーム１６ａはＭｇから電子をもらっ
て中性化するという、電子の授受が行なわれ、その結
果、イオンビーム１６ａ中のイオン、例えばＢ⁺ は中性
化されＢとなり、最終的に中性ビーム１７として図中右
側の出射口３３から出射される。しかしながら、電子を
多く受け取りＢ^- となる物も一部発生する。

【００３６】図６は、中性化機構１３の第２の構成例を
示す説明図である。第２の構成例は、イオンビーム１６
ａの外周より強制的に電子を供給し、イオンを中性化す
る手法を用いている。

【００３７】図６に示すように、各々が開口部を有し内
部にフィラメント２９を備えた４個の電子供給ボックス
２８が、イオンビーム１６ａの通過経路の一部において
その開口部がイオンビーム１６ａの回りを囲むように上
下左右にそれぞれ配置されている。そして、各電子供給
ボックス２８のフィラメント２９に電流を流すことによ
り、フィラメント２９から供給される熱電子が、電子供
給ボックス２８の開口部から正の電位をもつイオンビー
ム１６ａに向けて照射されることにより、イオンビーム
１６ａ中のＢ⁺ 等のイオンを中性化する。なお、４個の
電子供給ボックス２８が、イオンビーム１６ａの通過経
路の回りを囲むように上下左右にそれぞれ配置されてい
るため、熱電子が関係のない方向に照射されることはな
い。

【００３８】なお、図６の構成では、電子供給ボックス
２８の個数が４個になっているが、電子供給ボックス２
８の数を増やして円筒形に近づけたほうが前述した中性
化効果が大きくなり、また、各電子供給ボックス２８内
に備えるフィラメント２９の数を増やしても中性化効果
が増す。

【００３９】また、電子供給ボックス２８内部でプラズ
マ（Ａｒ（アルゴン）ガス等を使用する）を発生させる
ことにより、電子をイオンビーム１６ａに供給すること
もできる。なお、第２の構成例も第１の構成例同様、電
子の供給が多すぎると、マイナスとなるイオンも発生す
る。

【００４０】図７は、中性化機構１３の第３の構成例を
示す説明図である。第３の構成例は、イオンビーム１６
ａの輸送途上の一部において例えばＡｒ（アルゴン）ガ
スを流し真空状態を少し悪化させた局所的な低真空空間
を作り、イオンを低真空空間のＡｒ等の原子と衝突させ
ることにより、イオンを中性化させる手法を用いてい
る。

【００４１】図７に示すように、内部をイオンビーム１
６ａが通過可能な位置に円筒体３４を配置し、円筒体３
４の上部の導入口３７より所定の流量に制御されたＡｒ
を均一良く導入し、円筒体３４の内部の真空値を少し悪
くした低真空状態に設定している。

【００４２】そして、低真空状態の円筒体３４の内部に
イオンビーム１６ａを入射口３５から円筒体３０の内部
に入射させると、イオンビーム１６ａ中のイオンが低真
空状態の空間の原子と衝突することにより中性化され、
中性ビーム１７として出射口３６より出射される。

【００４３】図１に戻って、中性化機構１３の次段に
は、イオンビーム偏向用の偏向マグネット１４が配置さ
れ、さらに偏向マグネット１４の次段には、イオンビー
ム測定用の多溝ファラデーカップ１５ａ及び１５ｂが設
けられる。

【００４４】中性化機構１３で中性化された中性ビーム
１７は偏向マグネット１４間を偏向されることなく通過
し、ディスク９上の半導体ウェーハ１０に向けて照射さ
れる。

【００４５】一方、中性化機構１３で中性化されなかっ
たプラスイオンビーム１６ｄやマイナスに変換されてし
まったマイナスイオンビーム１６ｅは、次段の偏向マグ
ネット１４を通過する際に偏向され、プラスイオンビー
ム１６ｄは多溝ファラデーカップ１５ａ内に入射され、
マイナスイオンビーム１６ｅは多溝ファラデーカップ１
５ｂ内に入射される。したがって、これらのイオンビー
ム１６ｄ及び１６ｅが半導体ウェーハ１０に向けて照射
されることはない。

【００４６】多溝ファラデーカップ１５ａ及び１５ｂ
は、カレントインテグレーター７に接続されており、カ
レントインテグレーター７は走査コントローラ８に接続
される。

【００４７】多溝ファラデーカップ１５ａ及び１５ｂ
は、それぞれ偏向マグネット１４で偏向されたプラスイ
オンビーム１６ｄ及びマイナスイオンビーム１６ｅをイ
オン価で分類してビーム電流を計測し、計測結果をカレ
ントインテグレーター７に付与する。

【００４８】半導体ウェーハ１０は、中性ビーム１７に
対し垂直方向を位置するように設置されたディスク９上
に、複数個（図中２個示す）、円状に配置され、このデ
ィスク９はモータ１２により高速回転し、スキャン用モ
ータで走査される。

【００４９】このため、中性ビーム１７が半導体ウェー
ハ１０に照射されるウェーハ照射期間と半導体ウェーハ
が中性ビームの外へ出るオーバースキャン時のウェーハ
非照射期間とが交互に現れる。ファラデーカップ６は、
ウェーハ非照射期間においては、図１に示すように、加
速管５で加速された直後のイオンビーム１６ａを直接取
り込む位置に配置され、中性化機構１３を通過する前の
イオンビーム１６ａのビーム電流をモニタし、ウェーハ
照射期間はイオンビーム１６ａの通過を妨害しない位置
に配置される。なお、オーバースキャンは、半導体ウェ
ーハ面内の均一性を良くするために行われるので、ビー
ム計測のためのオーバースキャンを余分に取っている。

【００５０】カレントインテグレーター７は、ファラデ
ーカップ６で計測した第１のビーム電流と、多溝ファラ
デーカップ１５ａ及び１５ｂで計測した第２のビーム電
流とから、中性ビーム１７のビーム電流を算出し、中性
ビーム１７のビーム電流量に基づく制御信号を走査コン
トローラ８に送る。

【００５１】走査コントローラ８はこの制御信号に基づ
きスキャン用モータ（図示せず）に指令を与え、ディス
ク９上の複数の半導体ウェーハ１０に均一に中性ビーム
１７が照射されるように制御する。

【００５２】また、従来同様、エレクトロンシャワー部
１１を備え、仮に二次電子の放出により、半導体ウェー
ハ１０がプラスに帯電された場合でもこのエレクトロン
シャワー部１１より電子２０を照射して半導体ウェーハ
１０のプラス帯電を緩和することができる。

【００５３】図２は、本実施例のイオン注入装置による
効果を説明する断面図である。同図に示すように、半導
体ウェーハ１０は、シリコン基板２１、酸化膜２２及び
レジスト２３で構成され、不純物を注入する箇所のシリ
コン基板２１の表面が露出していたり、例えば薄い酸化
膜が付いていたりする。

【００５４】ディスク９上の半導体ウェーハ１０は高速
回転しながら機械的に走査されるので、結果的には、中
性ビーム１７が半導体ウェーハ１０上全体を走査するこ
とになる。

【００５５】したがって、半導体ウェーハ１０が図２で
示すような構成の場合、レジスト２３が形成されている
箇所では、レジスト２３に中性ビーム１７が照射され、
レジスト２３が形成されていない開孔部では、シリコン
基板２１の不純物注入層２４に中性ビーム１７が照射さ
れる。

【００５６】レジスト２３及び酸化膜等の絶縁物は、中
性ビーム１７中の中性イオン１９が注入されても帯電す
ることはない。したがって、中性ビーム１７の均一性が
悪くなることがないのはもちろん、半導体ウェーハ１０
上の絶縁物に静電破壊が発生することもない。つまり、
本実施例のイオン注入装置を用いて不純物の注入を行え
ば、試料を帯電させることなく、不純物を正確に試料に
注入することができる。また、二次電子の放出により、
プラスに帯電したとしても、少量の電子を供給すること
で容易に中性化することができる。

【００５７】以下、上記した中性ビーム１７を半導体ウ
ェーハ１０に照射する利点についてさらに詳述する。

【００５８】半導体ウェーハ１０に供給されるイオンの
数をＮ（個）とすると、ウェーハ上に溜まる電荷量はｑ
Ｎ（ｑは電気素量：１．６×１０^-19 ｃ）。またイオン
が入射した領域からは、２次電子と、２次イオンが放出
される。２次電子放出により出て行く電荷量は２次電子
数をＤとすると、−（−ｑＤ）＝ｑＤとなり、一方、２
次イオン放出により出て行く電荷量は、２次イオン数を
Ｍとすると−（ｑＭ）となる。

【００５９】したがって、供給されるイオン数をＮ、出
て行く２次電子数をＤ、出て行く２次イオンの数をＭと
すると、ウェーハ上に溜まる電荷量Ｑ１は、 Ｑ１＝ｑＮ−｛（−ｑＤ）＋ｑＭ｝ ＝ｑ（Ｎ＋Ｄ−Ｍ） となる。

【００６０】ここで、供給されるイオンの数と放出され
る２次電子と２次イオンの和は等しいので、下式の関係
が成立する。

【００６１】Ｎ＝Ｄ＋Ｍ 一方、中性ビーム１７による中性イオンの場合はウェー
ハに溜まる電荷量Ｑ２は、ｑＮ＝０より、下式のように
なる。

【００６２】 Ｑ２＝−｛（−ｑＤ）＋ｑＭ｝＝ｑ（Ｄ−Ｍ） ここで、中性ビーム１７を照射した場合、以下の条件が
成立する。 ａ．放出成分は２次電子，２次イオンが主体である ｂ．放出した２次電子の一部は帯電したウェーハ上に戻
る ｃ．Ｎ＝Ｄ＋Ｍである 一般に固体に１次イオンや中性イオン（中性元素）が入
射した際に放出される２次電荷量は、上記ａ〜ｃの条件
から、 ｑＮ＞＞ｑ（Ｄ−Ｍ） となり、その結果、 Ｑ１＞＞Ｑ２ が成立する。

【００６３】このことから中性ビーム１７を用いれば、
イオンビーム１６を用いた時よりもウェーハに溜まる電
荷量は非常に少なくなり、少量の電子を供給するだけで
容易に帯電を中和することができる効果がある。さらに
帯電量が少ないので電子を供給しなくても均一性良く中
性ビーム１７を注入でき、静電気破壊を防止することが
できる範囲が広がる。

【００６４】また、中性化機構１３で中性化されなかっ
たプラスイオンビーム１６ｄ及びマイナスイオンビーム
１６ｅは偏向マグネット１４により偏向されるため、確
実に中性ビーム１７のみを半導体ウェーハ１０に注入す
ることができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１ないし請求項６記載の不純物注入装置のイオン中性化
手段により、加速されたイオンビームが中性化され中性
ビームに変換されるため、不純物注入対象の試料に形成
されたレジスト等の絶縁物が帯電することはない。ま
た、仮にプラスに帯電したとしても、帯電量が少ないの
で少量の電子の供給で容易に中和できる。

【００６６】その結果、試料上に形成される絶縁物が微
細化しても、試料上の絶縁物が帯電することによる静電
破壊等の悪影響を生じさせることなく試料に不純物を正
確に注入することができる したがって、請求項７記載の不純物注入方法を用いて中
性ビームを照射すれば、不純物注入対象の試料を帯電さ
せることなく試料に不純物を正確に注入することができ
る。

【００６７】また、請求項５記載の不純物注入装置のイ
オンビーム偏向手段は、イオン中性化手段で中性化され
なかったイオンビームを偏向するため、確実に試料に中
性ビームのみ照射することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例であるイオン注入装置の構
成を示す説明図である。

【図２】図１のイオン注入装置の効果を示す断面図であ
る。

【図３】従来のイオン注入装置の構成を示す説明図であ
る。

【図４】図３のイオン注入装置の問題点を指摘した断面
図である。

【図５】中性化機構の第１の構成例を示す説明図であ
る。

【図６】中性化機構の第２の構成例を示す説明図であ
る。

【図７】中性化機構の第３の構成例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

６ ファラデーカップ ７ カレントインテグレーター ８ 走査コントローラ １３ 中性化機構 １４ 偏向マグネット １５ａ，１５ｂ 多溝ファラデーカップ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年５月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】そして、イオンビーム１６ａを、図中の左
側の入射口３２から通過させて円筒体３０の内部に入射
させると、円筒体３０の内部において、Ｍｇがイオン化
し、反対にイオンビーム１６ａはＭｇから電子をもらっ
て中性化するという、電子の授受が行なわれ、その結
果、イオンビーム１６ａ中のイオン、例えばＢ⁺ は中性
化されＢとなり、最終的に中性ビーム１７として図中右
側の出射口３３から出射される。しかしながら、電子を
多く受け取りＢ^- となる物も一部発生する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】そして、低真空状態の円筒体３４の内部に
イオンビーム１６ａを入射口３５から円筒体３４の内部
に入射させると、イオンビーム１６ａ中のイオンが低真
空状態の空間の原子と衝突することにより中性化され、
中性ビーム１７として出射口３６より出射される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】このため、中性ビーム１７が半導体ウェー
ハ１０に照射されるウェーハ照射期間と半導体ウェーハ
が中性ビームの外へ出るオーバースキャン時のウェーハ
非照射期間とが交互に現れる。ファラデーカップ６は、
オーバースキャン時の中性ビームのウェーハ非照射期間
においては、図１に示すように、加速管５で加速された
直後のイオンビーム１６ａを直接取り込む位置に配置さ
れ、中性化機構１３を通過する前のイオンビーム１６ａ
のビーム電流をモニタし、中性ビームのウェーハ照射期
間はイオンビーム１６ａの通過を妨害しない位置に配置
される。なお、オーバースキャンは、半導体ウェーハ面
内の均一性を良くするために行われるので、ビーム計測
のためのオーバースキャンを余分に取っている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６０】ここで、供給されるイオンの数と放出され
る２次電子と２次イオンの数において、下式の関係が成
立する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】Ｎ≧Ｄ＋Ｍ 一方、中性ビーム１７による中性イオンの場合はウェー
ハに溜まる電荷量Ｑ２は、ｑＮ＝０より、下式のように
なる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】 Ｑ２＝−｛（−ｑＤ）＋ｑＭ｝＝ｑ（Ｄ−Ｍ） ここで、中性ビーム１７を照射した場合、以下の条件が
成立する。 ａ．放出成分は２次電子，２次イオンが主体である ｂ．放出した２次電子の一部は帯電したウェーハ上に戻
る ｃ．Ｎ≧Ｄ＋Ｍである 一般に固体に１次イオンや中性イオン（中性元素）が入
射した際に放出される２次電荷量は、上記ａ〜ｃの条件
から、 ｑＮ＞＞ｑ（Ｄ−Ｍ） となり、その結果、 Ｑ１＞＞Ｑ２ が成立する。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６３】このことから中性ビーム１７を用いれば、
イオンビーム１６を用いた時よりもウェーハに溜まる電
荷量は非常に少なくなり、少量の電子を供給するだけで
容易に帯電を中和することができる効果がある。さらに
帯電量が少ないので電子を供給しなくても均一性良く中
性ビーム１７を注入でき、静電破壊を防止することがで
きる範囲が広がる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６６】その結果、試料上に形成される絶縁物が微
細化しても、試料上の絶縁物が帯電することによる静電
破壊等の悪影響を生じさせることなく試料に不純物を正
確に注入することができる したがって、請求項７記載の不純物注入方法を用いて中
性ビームを照射すれば、不純物注入対象の試料を帯電さ
せることなく試料に不純物を正確に注入することができ
る。また、前記中性ビームは、電気的に中性であるた
め、互いに反発する事がなく、ビームの発散が起こらな
い。したがって、ビームの広がりによる減少がなくな
り、ビーム電流の計測が正確に行える。中性ビームの注
入電流量は、イオン加速手段で加速されたイオンビーム
から、中性化されなかったイオンビームを差し引いた量
となるため、注入されるイオン数、つまり、ドーズカウ
ントが正確に行える。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 武人 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社エル・エス・アイ研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不純物イオンを打ち込むべき試料を搭載
   した試料搭載手段と、 イオンを生成するイオン生成手段と、 前記イオン生成手段で生成されたイオンビームを加速す
   るイオン加速手段と、 加速された前記イオンビームを中性化し中性ビームに変
   換するイオン中性化手段とを備えた不純物注入装置。
2. 【請求項２】 前記イオン中性化手段は、前記イオンビ
   ームが内部を通過可能な位置に配置され、前記内部に前
   電荷変換効率が前記不純物より高い気体状態の物質を収
   納した高電荷変換効率物質収納体を備える請求項１記載
   の不純物注入装置。
3. 【請求項３】 前記イオンビームは正の電位をもつイオ
   ンビームであり、 前記イオン中性化手段は、各々が前記イオンビームの進
   行方向の周囲に配置され、前記イオンビームに向けて熱
   電子を供給する複数の熱電子供給手段を備える請求項１
   記載の不純物注入装置。
4. 【請求項４】 前記イオン中性化手段は、前記イオンビ
   ームが内部を通過可能な位置に配置され、前記内部に低
   真空状態の空間を有する低真空空間収納体を備える請求
   項１記載の不純物注入装置。
5. 【請求項５】 前記イオン中性化手段で中性化されなか
   ったイオンビームを偏向するイオンビーム偏向手段をさ
   らに備える請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記
   載の不純物注入装置。
6. 【請求項６】 前記試料搭載手段は、前記中性ビームに
   対し前記試料を垂直方向に移動する移動機構を有し、 前記イオン生成手段で生成されたイオンビームを測定す
   る第１のイオンビーム電流測定手段と、 前記イオンビーム偏向手段で偏向されたイオンビーム電
   流を測定する第２のイオンビーム電流測定手段と、 前記第１及び第２のビーム電流測定手段それぞれで測定
   されるイオンビーム電流値に基づき、前記中性ビームの
   ビーム電流である中性ビーム電流を求め、該中性ビーム
   電流に基づき、前記試料搭載手段の前記移動機構を制御
   する制御手段とをさらに備える請求項５記載の不純物注
   入装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の不純物注入装置を用い前
   記中性ビームを照射して、不純物注入対象の試料に不純
   物を注入する不純物注入方法。