JPH0782830B2 - Charge neutralizer - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体基板に正電荷イオンビームを照射する際に、半導
体基板の周囲に、これとほぼ面一の表面をもつ絶縁リン
グを設け、これの電位を略ゼロとするように電子供給源
を制御して帯電をなくし、イオン注入分布を均一化し、
絶縁膜破壊を防止する。DETAILED DESCRIPTION [Overview] When a semiconductor substrate is irradiated with a positively charged ion beam, an insulating ring having a surface substantially flush with the semiconductor substrate is provided around the semiconductor substrate, and the potential of the insulating ring is set to substantially zero. Control the electron source to eliminate the charge and make the ion implantation distribution uniform.
Prevents insulation film breakdown.
本発明は正電荷イオンを用いるイオンビーム装置に係わ
り、詳細には、半導体基板に照射するイオンビームを照
射する際の帯電防止の電荷中和装置の構造に関する。The present invention relates to an ion beam device using positively charged ions, and more particularly, to a structure of a charge neutralizing device for preventing electrification when an ion beam is applied to a semiconductor substrate.
半導体装置の形成において、半導体基板に正電荷イオン
ビームを照射する工程は、必ずといってよい程用いられ
ている。即ち、シリコン（Si）半導体装置の形成におい
ては、PN接合の形成のための不純物イオン注入等によく
使用される。In forming a semiconductor device, the step of irradiating a semiconductor substrate with a positively charged ion beam is almost always used. That is, in forming a silicon (Si) semiconductor device, it is often used for impurity ion implantation for forming a PN junction.
Ｎ型不純物としては砒素（As+）イオン、燐（P+）イオ
ン、Ｐ型不純物としてはボロン（B+）イオン等の正のイ
オンがSi基板に注入されるが、このときSi基板の表面に
は、通常シリコン酸化物（SiO2）や、レジスト等の絶縁
膜があり、この絶縁膜が正に帯電し、その帯電量が大き
いときは、下部に形成されている半完成の素子を破壊す
ることがある。Positive ions such as arsenic (As + ) ions and phosphorus (P + ) ions as N-type impurities and boron (B + ) ions as P-type impurities are implanted into the Si substrate. At this time, the surface of the Si substrate is implanted. In general, there is an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ) or resist. When this insulating film is positively charged and the amount of charge is large, the semi-finished device formed below is destroyed. I have something to do.
このため、Si基板表面が正に帯電するのを防止するた
め、Si基板表面に電子を供給して、正の電荷を中和する
“電荷中和装置”として、従来、 エレクトロンシャワー式、負電位電極式のものがある
が、これらはSi基板への電子供給が、Si基板表面の微妙
な帯電状況に対して即応する方式でないため、中和用電
子供給に過不足を生じ、充分その目的を達していないも
のであった。For this reason, in order to prevent the Si substrate surface from being positively charged, as a "charge neutralizer" that supplies electrons to the Si substrate surface to neutralize the positive charges, the electron shower type, negative potential There is an electrode type, but since these methods do not respond to the delicate charging conditions on the Si substrate surface by supplying electrons to the Si substrate, the electron supply for neutralization may have excess or deficiency, and its purpose is sufficient. It had not reached.
本発明は、中和用電子供給に過不足が殆どない電荷中和
装置を提供しようとするものである。The present invention is intended to provide a charge neutralization device in which there is almost no excess or deficiency in the supply of electrons for neutralization.
第２図は従来例（１）における電荷中和装置の模式図で
ある。FIG. 2 is a schematic diagram of a charge neutralizing device in the conventional example (1).
この図のものは、イオンビームを使用する装置の一つで
あるイオン注入装置で、エレクトロンシャワー式の電荷
中和装置をもつものである。The one shown in this figure is an ion implanter which is one of the devices using an ion beam and has an electron shower type charge neutralizing device.
この図において、１は半導体基板、例えばSi基板で、電
流計５を経て接地された金属製の基板保持台10の上に載
置されており、ビーム状に集束された正の電荷（＋）を
もつ加速イオンがSi基板１の表面に、走査しながら注入
される。In this figure, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate, for example, a Si substrate, which is placed on a metal substrate holder 10 which is grounded via an ammeter 5 and has a positive electric charge (+) focused in a beam shape. Accelerated ions having X are implanted into the surface of the Si substrate 1 while scanning.
２はSi基板１の前方にあって、これを包むようにカバー
する前面、後面の抜けた四角な箱で、ファラデーカップ
と呼ばれるもので、アルミニウムまたはカーボン製であ
る。A square box 2 is located in front of the Si substrate 1 and covers the Si substrate 1 so as to wrap the Si substrate 1. The box is called a Faraday cup and is made of aluminum or carbon.
このファラデーカップ２は電気的に基板保持台10に接続
されており、正電荷イオン注入時に半導体基板１または
基板保持台10より発生する二次電子を、このファラデー
カップ２で捕捉して、電流計５に流さないようにし、正
確に正電荷イオン注入分のみ電流計５で読み取れるよう
にするものである。The Faraday cup 2 is electrically connected to the substrate holder 10, and secondary electrons generated from the semiconductor substrate 1 or the substrate holder 10 at the time of positively charged ion implantation are captured by the Faraday cup 2 to obtain an ammeter. The current is not flown to the positive electrode 5, and only the positively charged ion implantation amount can be accurately read by the ammeter 5.
このファラデーカップ２の前には負電位のサプレッサ４
を設けて二次電子が確実にファラデーカップ２に捕捉さ
れ、前方に迷い出さないようにする。またサプレッサ４
の前には、接地電位のマスク３を設けて、正電荷イオン
ビームが負電位のサプレッサ４に照射されることを防止
する。In front of this Faraday cup 2 a negative potential suppressor 4
Is provided so that the secondary electrons are reliably captured by the Faraday cup 2 so as not to get lost in the forward direction. Suppressor 4
Before the above, a mask 3 of ground potential is provided to prevent the positively charged ion beam from irradiating the suppressor 4 of negative potential.
この状態でSi基板１に正電荷のイオン注入を行うと、Si
基板１の表面の絶縁膜に帯電し、素子を破損する危険性
がある。If positively charged ions are implanted into the Si substrate 1 in this state, Si
There is a risk that the insulating film on the surface of the substrate 1 is charged and the element is damaged.
従って、このように帯電することを防止する一つの方式
として、エレクトロンシャワー式電荷中和装置がある。Therefore, there is an electron shower type charge neutralization device as one method for preventing such charging.
これは、ファラデーカップ２の側壁の一部に開口を設
け、この開口より電子供給源６としてのフィラメントで
発生した熱電子を加速して供給し、この電子はファラデ
ーカップ２の内部を横切って開口と反対側のファラデー
カップ２の対向面に当たり、ここから二次電子を放出せ
しめる。This is because an opening is provided in a part of the side wall of the Faraday cup 2 and the thermoelectrons generated in the filament as the electron supply source 6 are accelerated and supplied from the opening, and the electrons are opened across the inside of the Faraday cup 2. It hits the facing surface of the Faraday cup 2 on the opposite side, and secondary electrons are emitted from here.
ここで発生した二次電子の一部はSi基板１に入るので、
これにより、Si基板１の表面に蓄積している正電荷を中
和しようとするものである。Since some of the secondary electrons generated here enter the Si substrate 1,
As a result, the positive charge accumulated on the surface of the Si substrate 1 is neutralized.
第３図は従来例（２）における電荷中和装置の模式図で
ある。FIG. 3 is a schematic diagram of a charge neutralizing device in the conventional example (2).
この図のものは、イオン注入装置に負電位電極式電荷中
和装置をもつものである。In this figure, the ion implanter has a negative potential electrode type charge neutralizer.
この図において、第２図と同じ名称のものは同じ符号で
示す。In this figure, the same names as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals.
この図において、マスク３、サプレッサ４、ファラデー
カップ２、Si基板１、基板保持台10および電流計５より
なるイオンビーム照射部は大体第２図におけるものと同
じである。In this figure, the ion beam irradiation unit comprising the mask 3, suppressor 4, Faraday cup 2, Si substrate 1, substrate holder 10 and ammeter 5 is almost the same as that in FIG.
この方式の電荷中和装置は、ファラデーカップ２の内部
に、これと絶縁してアルミニウムまたはカーボン製の、
内側縁の形状がリング状の板状負電位電極を設け、これ
を電子供給源６とするものである。This type of charge neutralization device is made of aluminum or carbon inside the Faraday cup 2 and insulated from it.
A plate-shaped negative potential electrode whose inner edge is ring-shaped is provided, and this is used as the electron supply source 6.
この負電位電極６はファラデーカップ２および基板保持
台10に対して負電位となるように設定する。The negative potential electrode 6 is set to have a negative potential with respect to the Faraday cup 2 and the substrate holder 10.
正電荷のイオンビームは偏向走査されているが、このな
かの一部のイオンが負電位電極６にあたり、ここから二
次電子が放出され、その一部がSi基板１に入るので、こ
れにより、Si基板１の帯電を防止しようとするものであ
る。Although the positively charged ion beam is deflected and scanned, some of the ions hit the negative potential electrode 6, secondary electrons are emitted from this, and some of them enter the Si substrate 1. It is intended to prevent the Si substrate 1 from being charged.
上記に示した、エレクトロンシャワー式および負電位電
極式の電荷中和装置は、Si基板１の帯電量と二次電子供
給量の間に自動調整機構がないため、その構造その他
で、その帯電状況が微妙に変わるSi基板１の帯電を完全
な中和状態とすることが出来ず、時としては、供給電子
過剰となり、逆に負に帯電させ、注入イオン分布不良
や、絶縁膜破壊を引き起こすことがあった。The electron shower type and negative potential electrode type charge neutralizers described above do not have an automatic adjustment mechanism between the charge amount of the Si substrate 1 and the secondary electron supply amount. It is not possible to completely neutralize the charging of the Si substrate 1 that changes subtly, and sometimes there is an excess of supplied electrons, which conversely causes negative charging, resulting in poor implantation ion distribution and insulation film breakdown. was there.
従来のイオンビーム装置の電荷中和装置は、Si基板への
電子供給が、Si基板表面の微妙な帯電状況に対して即応
するすることが出来ず、ために、中和用電子供給に過不
足を生じ、注入イオン分布不良、絶縁膜破壊を生じてい
る。In the conventional charge neutralizer of the ion beam device, the electron supply to the Si substrate cannot immediately respond to the delicate charging state of the Si substrate surface, and therefore the supply of electrons for neutralization is excessive or insufficient. Occurs, resulting in poor distribution of implanted ions and breakdown of the insulating film.
上記問題点の解決は、正の電荷イオンビームを半導体基
板（１）に照射する装置において、 基板保持台（10）に載置された前記半導体基板（１）の
周囲にあって、且つその表面が、前記半導体基板（１）
の表面と略同一平面となるような絶縁リング（11）を備
え、 この絶縁リング（11）は基板保持台（10）および半導体
基板（１）より絶縁されており、且つその電位を接地電
位となるように、電子供給源（６）の電子放出を制御す
る機構を備えてなる本発明によるイオンビーム装置によ
り達成される。In order to solve the above-mentioned problems, in a device for irradiating a semiconductor substrate (1) with a positive charged ion beam, the semiconductor substrate (1) placed on a substrate holder (10) is surrounded by the surface of the semiconductor substrate (1). Is the semiconductor substrate (1)
An insulating ring (11) that is substantially flush with the surface of the substrate. The insulating ring (11) is insulated from the substrate holder (10) and the semiconductor substrate (1), and its potential is set to the ground potential. Thus, it is achieved by an ion beam device according to the invention comprising a mechanism for controlling the electron emission of an electron source (6).
特に、前記電子放出を制御する機構を高入力インピーダ
ンス電位計（12）、およびこれに接続され電子供給源
（６）の電子放出を制御する制御装置（13）とを含んで
なる電荷中和装置とすることにより、本発明は容易に実
施することができる。In particular, a charge neutralizing device comprising a mechanism for controlling the electron emission, a high input impedance electrometer (12), and a controller (13) connected to the device for controlling the electron emission of an electron supply source (6). By so doing, the present invention can be easily implemented.
半導体基板に正電荷イオンビームを照射する際に、半導
体基板の周囲に、これとほぼ面一の表面をもつ絶縁リン
グを設け、これの電位を略ゼロとするように電子供給源
を制御するので、半導体基板へのイオン注入分布を均一
にし、且つ帯電による絶縁膜破壊を防止することができ
る。When irradiating the semiconductor substrate with a positively charged ion beam, an insulating ring having a surface substantially flush with the semiconductor substrate is provided around the semiconductor substrate, and the electron supply source is controlled so that the potential of the insulating ring becomes substantially zero. Further, it is possible to make the distribution of ion implantation into the semiconductor substrate uniform and prevent breakdown of the insulating film due to charging.
第１図は本発明における電荷中和装置の模式図で、
（ａ）は構成図、（ｂ）は構造斜視図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a charge neutralizing device according to the present invention.
(A) is a block diagram and (b) is a structural perspective view.
これらの図において、第２図と同じ名称のものは同じ符
号で示す。In these figures, the same names as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals.
第１図（ａ）におけるものは、第３図の従来例（２）の
負電位電極式電荷中和装置に本発明を適用したものであ
る。従って、改善変更箇所について、以下に説明する。In FIG. 1 (a), the present invention is applied to the negative potential electrode type charge neutralizing device of the conventional example (2) in FIG. Therefore, the modified points will be described below.
基板保持台10において、Si基板１を、その表面に載置し
たとき、Si基板１の周囲を取り囲み、且つSi基板１の表
面と略同一高さの面となる、アルミニウム或いはカーボ
ン製の、基板保持台10およびSi基板１と絶縁された絶縁
リング11を設ける。A substrate made of aluminum or carbon that surrounds the periphery of the Si substrate 1 and is approximately flush with the surface of the Si substrate 1 when the Si substrate 1 is placed on the surface of the substrate holding table 10. An insulating ring 11 is provided which is insulated from the holding table 10 and the Si substrate 1.
イオン注入する際のSi基板１の表面には、レジスト、Si
O2膜の絶縁膜がマスクとして形成されており、この絶縁
膜に帯電を生じ絶縁膜マスクのないところはSi基板１の
Siを通して電荷が逃げ帯電を生じない。これに対し、絶
縁リング11は、Si基板１のレジストやSiO2膜の絶縁膜に
比べれば、遥かに厚い絶縁層で保持するので、帯電に関
しては、より厳しい状況に作られている。この絶縁リン
グ11をモニターにする。On the surface of the Si substrate 1 during ion implantation, a resist, Si
An insulating film of O 2 film is formed as a mask, and the insulating film is charged on the Si substrate 1 where there is no insulating film mask.
Charge escapes through Si and does not cause electrification. On the other hand, since the insulating ring 11 is held by a much thicker insulating layer than the resist of the Si substrate 1 and the insulating film of the SiO 2 film, the insulating ring 11 is made to be in a more severe condition with respect to charging. This insulating ring 11 is used as a monitor.
また、この絶縁リング11と基板保持台10との間には、高
入力インピーダンスの電位計12、例えば、振動容量型電
位計が接続され、絶縁リング11と基板保持台10との間の
電位を計測出来るようになっている。電位計12は入力イ
ンピーダンスが高いため、計測することによる変化を余
り来すことなく絶縁リング11の電位を測定出来る。Further, a high input impedance electrometer 12, for example, a vibrating capacitance type electrometer is connected between the insulating ring 11 and the substrate holder 10, and the potential between the insulating ring 11 and the substrate holder 10 is set. It can be measured. Since the electrometer 12 has a high input impedance, the electric potential of the insulating ring 11 can be measured without causing much change due to measurement.
この電位計12の計測された電位は制御装置13に出力さ
れ、ここで、増幅されたのち、負電位電極６に印加され
る電圧を制御して、負電位電極６から放出される二次電
子量を変えることが出来る。The measured potential of the electrometer 12 is output to the control device 13, where the secondary electron emitted from the negative potential electrode 6 is controlled by controlling the voltage applied to the negative potential electrode 6 after being amplified. You can change the amount.
これにより、その帯電の状況を、Si基板１の表面におけ
る帯電の状況になるようにした絶縁リング11の電位を、
常に“ゼロ”となるように制御すれば、Si基板１の電位
も略ゼロとなし得る。即ち、Si基板の表面の帯電を殆
ど、ゼロとすることが出来るので、帯電による障害をな
くすることが出来る。As a result, the potential of the insulating ring 11 that has been set to the charged state on the surface of the Si substrate 1 is
The potential of the Si substrate 1 can be made substantially zero by controlling so as to always be “zero”. That is, since the surface of the Si substrate can be charged to almost zero, obstacles due to the charging can be eliminated.
第１図（ｂ）は（ａ）に示した本発明の電荷中和装置の
構造斜視図で、各構成部品の関係位置をわかり易くした
ものである。FIG. 1 (b) is a structural perspective view of the charge neutralizing device of the present invention shown in FIG. 1 (a), and makes it easy to understand the relative position of each component.
上記例では電位計として、振動容量型電位計としたが、
これをFET入力型電位計としても同様な、良好な結果を
得ることが出来る。In the above example, the electrometer is a vibration capacitance type electrometer,
Even if this is used as a FET input type electrometer, similar good results can be obtained.
また、上記例は電子供給源を負電位電極式のものとした
が、これをエレクトロンシャワー式として、電位計12と
制御装置13で電子加速電圧若しくはフィラメント加熱電
源を制御しても、同様な良好な結果を得ることが出来
る。Further, in the above example, the electron supply source is a negative potential electrode type, but if this is an electron shower type and the electron accelerating voltage or the filament heating power source is controlled by the electrometer 12 and the controller 13, the same good result can be obtained. You can get the results.
今迄のものは、この電荷中和装置を、イオン注入装置に
使用した場合について述べたが、イオンビーム装置で正
の電荷イオンビームを使用する装置、即ち、イオンビー
ムデポジション装置およびイオンビームエッチング装置
にも、勿論適用することが出来る。Up to now, the case where this charge neutralization device is used for the ion implantation device has been described. However, a device using a positively charged ion beam in the ion beam device, that is, an ion beam deposition device and an ion beam etching device. Of course, it can be applied to a device.
以上詳細に説明したように、本発明の電荷中和装置によ
れば、Si基板表面の帯電を殆ど ゼロ とすることがで
きるので、半導体素子の絶縁膜破壊を防止し、注入イオ
ン分布むら等のイオンビーム照射むらもなくすることが
出来る。As described in detail above, according to the charge neutralization apparatus of the present invention, the charge on the surface of the Si substrate can be made almost zero, so that the insulating film of the semiconductor element is prevented from being destroyed, and the unevenness of the implanted ion distribution is prevented. Irregularity of ion beam irradiation can be eliminated.
第１図は本発明における電荷中和装置の模式図で、
（ａ）は構成図、（ｂ）は構造斜視図、 第２図は従来例（１）における電荷中和装置の模式図、 第３図は従来例（２）における電荷中和装置の模式図で
ある。 この図において、 １は半導体基板（Si基板）、 ２はファラデーカップ、 ３はマスク、 ４はサプレッサ、 ５は電流計、 ６は電子供給源、 10は基板保持台、 11は絶縁リング、 12は電位計、 13は制御装置 である。FIG. 1 is a schematic diagram of a charge neutralizing device according to the present invention.
(A) is a configuration diagram, (b) is a structural perspective view, FIG. 2 is a schematic diagram of a charge neutralizing device in a conventional example (1), and FIG. 3 is a schematic diagram of a charge neutralizing device in a conventional example (2). Is. In this figure, 1 is a semiconductor substrate (Si substrate), 2 is a Faraday cup, 3 is a mask, 4 is a suppressor, 5 is an ammeter, 6 is an electron source, 10 is a substrate holder, 11 is an insulating ring, 12 is An electrometer, 13 is a control device.
Claims (2)
に照射する装置において、 基板保持台（10）に載置された前記半導体基板（１）の
周囲にあって、且つその表面が、前記半導体基板（１）
の表面と略同一平面となるような絶縁リング（11）を備
え、 この絶縁リング（11）は基板保持台（10）および半導体
基板（１）より絶縁されており、且つその電位を接地電
位となるように、電子供給源（６）の電子放出を制御す
る機構を備えてなる ことを特徴とする電荷中和装置。1. A semiconductor substrate (1) for applying a positively charged ion beam
In the apparatus for irradiating the substrate, the semiconductor substrate (1) mounted on the substrate holding table (10) is surrounded by the surface of the semiconductor substrate (1).
An insulating ring (11) that is substantially flush with the surface of the substrate. The insulating ring (11) is insulated from the substrate holder (10) and the semiconductor substrate (1), and its potential is set to the ground potential. As described above, the charge neutralization device comprising a mechanism for controlling the electron emission of the electron supply source (6).
ピーダンス電位計（12）、およびこれに接続され電子供
給源（６）の電子放出を制御する制御装置（13）とを含
んでなる ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電荷中和
装置。2. A mechanism for controlling the electron emission comprises a high input impedance electrometer (12) and a controller (13) connected to the high input impedance electrometer for controlling the electron emission of an electron supply source (6). The charge neutralizing device according to claim 1, wherein
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0782830B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2616423B2 (en) * | 1993-12-14 | 1997-06-04 | 日本電気株式会社 | Ion implanter |
-
1986
- 1986-08-05 JP JP61183738A patent/JPH0782830B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6340243A (en) | 1988-02-20 |
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