JPH09147771A - イオン発生装置、イオン照射装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

イオン発生装置、イオン照射装置、及び半導体装置の製造方法

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JPH09147771A
JPH09147771A JP7295768A JP29576895A JPH09147771A JP H09147771 A JPH09147771 A JP H09147771A JP 7295768 A JP7295768 A JP 7295768A JP 29576895 A JP29576895 A JP 29576895A JP H09147771 A JPH09147771 A JP H09147771A
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metal
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篤 村越
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達也 畠中
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恭一 須黒
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定したイオン注入作業を実現するアークチ
ャンバーを備えたイオン発生装置を提供する。 【解決手段】 本発明に係るイオン発生装置は、内部で
プラズマが生成される容器５１と、前記容器５１に設け
られ、前記プラズマによりイオン化するガスを導入する
第１の開口部５２と、前記イオン化により生成されたイ
オンを導出する第２の開口部５３とを備え、前記容器５
１の内壁面に、前記イオン化により生成されるイオンや
ラジカルによる化学的エッチングに対して耐性を有する
金属がコーティングされていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン化すべきガ
ス又は蒸気を導入し、プラズマを起こしてイオンを生成
するイオン発生装置、イオン照射装置、及び半導体装置
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体基板に硼素（Ｂ）や燐
（Ｐ）等の不純物を添加し、ｐｎ接合等を形成する方法
として、イオン注入法が用いられている。このイオン注
入法によれば目標とする場所に添加する不純物の濃度と
深さを精密にコントロールできる。
【０００３】図１２は、従来のイオン照射装置の構成を
示すブロック図であり、以下にその構成を簡単に説明す
る。この装置では、まずイオン源チャンバー１でイオン
が生成され、このイオンは引き出し電極２により引き出
されて、分離電磁石３により質量分析される。続いて、
スリット４により完全に分離された所望のイオンを加速
器５で最終エネルギーまで加速する。そしてビームは四
極レンズにより試料面１２に収束点を持つように収束さ
れ、続いて走査電極７，８により試料面全面に一様に打
ち込み量が分布するように走査される。偏向電極９は、
残留ガスとの衝突から生じる中性粒子を除去するために
イオンビームを曲げて取り出すためのものである。
【０００４】このようなイオン照射装置（イオン発生装
置を含む）の心臓部となるのはイオン源チャンバー１で
ある。イオン源チャンバー１には熱電極を用いたフリー
マン型、バーナス型、及びマグネトロンを用いたマイク
ロ波型がある。
【０００５】フリーマン型の断面構造は図１３に示すよ
うな構造で、棒状フィラメント２２より熱電子を放出さ
せプラズマを起こして、電磁石２１によるフィラメント
２２に平行な磁界と、フィラメント電流によって生じる
回転磁界とを発生させ、及びリフレクタ２５の作用によ
ってイオン源チャンバー２３内で電子を複雑に運動させ
ることによりイオン化効率を高めている。生成されたイ
オンは、チャンバ２３のスリットを通してフィラメント
２２と直角の方向に引き出される。
【０００６】一方、バーナス型の断面構造は図１４に示
すような構造で、Ｍｏを主成分とするアークチャンバー
３１に、タングステンフィラメント３７及び対向電極３
４を設置している。ここに、ＢＦ3 ガスをガスライン３
２から供給する。タングステンフィラメント３７から熱
電子を放出させ、アークチャンバー内に導入されたＢＦ
3 ガスを放電させてイオン化させる。
【０００７】一方、マイクロ波型の断面構造は図１５に
示すような構造で、マグネトロン４１で発生したマイク
ロ波を用いて、放電箱４３内でプラズマを発生させる。
フィラメントを用いていないことから、反応性のガスを
用いても寿命が短くなることはなく、また、フィラメン
ト材料からのアルカリ金属汚染がない等の特徴がある。
しかし、この装置では、イオンと共に金属がチャンバか
ら取り出され、引き出し電極４４表面に吸着し、所望の
電圧を印加できなくなったり、また、試料に到達して汚
染が生じる場合がある。
【０００８】このような問題を解決するために、Ｍｏか
らなるチャンバの内壁に炭素（Ｃ）を塗布するイオン源
が試作された。上記装置で用いるガスは、ＢＦ3 、ＰＦ
3 等が従来用いられてきた。これらのガスがチャンバ内
でイオン化されて、試料のソース・ドレイン領域用のイ
オン注入に用いられてきた。
【０００９】また、他にも化合物半導体装置では、Ｓｉ
のイオン注入が行われている。この場合には、ＳｉＦ4
がソースガスとして用いられている。さらに、これらに
加えて、近年では、試料である半導体基板の非結質化等
の目的で、Ｇｅイオンのイオン注入が研究されている。
このＧｅのイオン注入では主としてＧｅＨ4 （ゲルマ
ン）ガスが用いられてきたが、酸素と激しい反応を起こ
し、装置の安全上問題となることが明らかになってい
る。そこで、最近はＧｅＦ4 がソースガスとして用いら
れている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記フリーマン型の装
置を長時間使用した際には、フィラメントが高抵抗化
し、最終的には断線し、イオン生成が不可能となってし
まう。また、絶縁支持部材が絶縁すべきフィラメントと
チャンバーが導通し、放電が起こらなくなってしまうと
いう問題があった。
【００１１】上記バーナス型の装置においては、ＢＦ3
のイオン化によって形成されるフッ素イオン、ラジカル
等の影響によって、アークチャンバー内壁のＭｏがエッ
チングされて、Ｍｏが脱離してしまう。この脱離したＭ
ｏが、タングステンフィラメント３７及び対向電極３４
に吸着し、熱反応によってＭｏが成長し、ＷとＭｏが合
金化してしまう。この場合には、フィラメントのＷとＭ
ｏが合金化してしまった領域からは、熱電子の放出が妨
げられ、フィラメント表面にＭｏが付着していない領域
のみにおいて、熱電子の供給が行われるようになり、局
所的にＷフィラメント３７の消耗が激しくなり、最終的
にはＷフィラメント３７が断線してしまう。
【００１２】約２０時間の使用によりフィラメントが断
線する様子を図１６を用いて説明する。図１６（ａ）で
は未使用のＷフィラメント、（ｂ）では３日間使用後の
Ｗフィラメント表面、（ｃ）ではフィラメントが断線し
ている領域における、形態観察と組成分析した結果であ
る。図１６（ｂ）に示す３日間使用後フィラメントが断
線していない領域においては、異物が見られる。この異
物は、タングステンフィラメント上にＭｏが付着し、Ｗ
フィラメントとＭｏが合金化したものであることが組成
分析した結果からわかる。一方、フィラメントが断線し
た領域においては、異物は見られずＷフィラメントが細
線化している様子がよくわかる。なお、異物が形成され
ている領域における組成比は、Ｗ：Ｍｏ＝２６ｗｔ％：
７４ｗｔ％と異物の主成分がＭｏであるのに対し、Ｗフ
ィラメントが断線している領域では、Ｗ：Ｍｏ＝８７ｗ
ｔ％：１３ｗｔ％となっている。
【００１３】上記マイクロ波型の装置に関して試作され
たイオン源においては、表面のＣがフィラメント等に吸
着したり、試料の汚染源となるという問題があった。上
記の各種方式による従来の装置は、フィラメントの断線
や絶縁支持部材の絶縁不良等が多発し、装置の短寿命化
の要因となり、半導体基板に対する汚染等も招いてい
た。
【００１４】本発明はこの点に鑑みてなされたもので、
装置の短寿命化や、試料の汚染を防止することが可能な
イオン発生装置，イオン照射装置，及び半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
を検討した結果、以下に示す見解に至った。チャンバ内
の被処理基板近傍にのみ密度の高いプラズマを発生させ
るエッチング装置では、Ｍｏの化学的エッチングが起こ
るが、イオン発生装置のようにチャンバの内壁が晒され
るプラズマの密度の低いものでは、イオンやラジカルと
の反応により内壁をエッチングする現象が起こることは
比較的少ない現象と思われていた。しかし、化学的な反
応性のエッチングによる問題の可能性を検討するため、
以下の測定を行った。
【００１６】まず、チャンバ内をＮｂによりコーティン
グしたイオン発生装置にＧｅＦ4 ガスを導入し、３０時
間使用した。この場合のフィラメントの表面観察図は、
従来技術の説明で使用した図１６（ａ）の左に示すもの
と同様である。すなわち、Ｗ表面は他の物質が付着する
ことなく、表面でのＮｂとの反応は起こっていないこと
がわかる。
【００１７】また、フィラメントへの入射エネルギーと
吸収波数を測定した表面分析の結果（図１６（ａ）の
右）に示すように、Ｗに反応する入射エネルギー８．４
ｋｅＶにおいて吸収がみられ、Ｎｂに対する入射エネル
ギー２．３ｋｅＶにおいて吸収がみられないことから
も、表面での反応は起こっていないことがわかる。
【００１８】これは、本発明者らが着眼した、Ｆ等のハ
ロゲンと内壁材料との化学反応という点をハロゲンとの
化合物の蒸気圧が低く、融点の高いＮｂを選択すること
により解決されたものである。
【００１９】これに対し、図１７（ａ）は、チャンバが
Ｍｏからなる従来のフリーマン型イオン源において、Ｇ
ｅＦ4 ガスを導入して、約２０時間使用したフィラメン
トの断面観察図であるが、フィラメントの表面にＭｏが
吸着し、熱反応により成長していることがわかる。ま
た、図１７（ｂ）に示すフィラメントの表面観察図のＭ
ｏの粒１００、及び、図１７（ｃ）に示す入射光のエネ
ルギーに対する吸収波数の測定による分析結果からも、
Ｍｏの成長が判かる。
【００２０】このＭｏの成長は、プラズマ中のフッ素イ
オン、ラジカルとの化学的反応により内壁のＭｏがエッ
チングされ、内壁より脱離し、フィラメントに吸着する
ことに起因していたと思われる。
【００２１】さらに、本発明者らが、鋭意検討を進めて
至った見解を以下に示す。つまり、試料にＢイオンを注
入するために、チャンバにＢＦ3 ガスを導入する際に
は、従来装置のチャンバを用いた場合、上述したような
チャンバ内壁におけるＭｏの脱離現象がＧｅＦ4 場合ほ
ど激しくはないが発生することを明らかにした。
【００２２】例えば、ＢＦ3 ガスを用いたチャンバ内の
フィラメントの寿命が約３カ月であったのに対し、Ｇｅ
Ｆ4 ガスを用いたチャンバ内のフィラメントの寿命は約
３週間であった。
【００２３】また、ＢＦ3 ガス等を用いた場合、脱離が
起こるので、上述したフィラメントや絶縁支持部への吸
着による寿命の短命化の問題や、脱離したＭｏがチャン
バ外へ取り出され、試料を汚染する問題が生じることが
判明した。ＧｅＦ4 ガス等を用いた場合に問題が著しく
なることも判明した。
【００２４】このように、ＧｅＦ4 ガスを用いた場合に
問題が著しくなったのは、ＧｅＦ4の性質のよるとの見
解に至った。つまり、１分子から生成可能な１イオンに
対して、ＢＦ3 からはＦラジカルやＦイオンが３つ生成
され、ＧｅＦ4 からは４つ生成される。このため、ＢＦ
3 よりもＧｅＦ4 の場合において多量のＦラジカル及び
Ｆイオンが生成され、これらが多数のＭｏ等と反応し
て、寿命の短命化を加速していたと考えられる。この理
論はＳｉＦ4 についても適用されると思われる。
【００２５】さらに、他の理由として、ＧｅＦ4 とＢＦ
3 のイオン化効率の差によると思われる。つまり、Ｇｅ
の電気陰性度は１．８であり、Ｆの電気陰性度は４．０
で、その差は２．２である。これに対し、Ｂの電気陰性
度は２であるからＦの電気陰性度との差は２である。電
気陰性度の差が大きいものほどイオン化効率は大きいた
め、ＧｅＦ4 の方が分離しやすく、ラジカルやイオンの
Ｆを発生しやすい性質を持っているため、チャンバ内で
の反応性のハロゲンを多数生成したものと考えられる。
この理論は電気陰性度が１．８のＳｉについても適用で
きると考えられる。
【００２６】一方、問題性がＧｅＦ4 と比べて小さいと
いえども、ＰＦ3 についても同様の問題が生じており、
この問題が化学的エッチングに着目して、内壁材料を上
述のように選択することで、解決できることも実験の結
果から明らかとなった。このように、脱離が激しく起こ
ることから、上述したフィラメントや絶縁支持部材への
吸着による寿命の短命化の問題や、脱離したＭｏがチャ
ンバ外へ取り出され、試料を汚染する問題は、ＢＦ3 ガ
ス等よりも顕著になることが判明した。Ｇｅイオンの生
成に用いた装置であって、Ｎｂをチャンバ内壁にコーテ
ィングした装置を３０時間使用した後のフィラメントの
表面観察図、及びフィラメントへの入射エネルギーと吸
収波数の測定による表面分析の結果は、先に説明した図
１６（ａ）と同様であり、内壁材料の脱離及びフィラメ
ントへの吸着を防止することができた。内壁材料の脱離
が防止されることにより、絶縁支持部材への付着による
絶縁不良や、チャンバ外に取り出され、試料へ到達し、
汚染源となることも防ぐことが可能となった。
【００２７】さらに、チャンバの構造として、絶縁支持
部材７６（図９）はプラズマ生成領域から隔離してお
り、直接プラズマに露出されにくいものとなるように工
夫した。これにより、長期間の使用によるフィラメント
自身の脱離等によって、絶縁支持部材にフィラメント材
が付着することを防げる。
【００２８】このようなことから、従来技術による絶縁
支持部材２６（図１３）は、上述のようにプラズマに晒
され、長時間使用した結果、チャンバ内壁やフィラメン
ト２２自身等を構成する金属材料の脱離等により絶縁支
持部材２６の表面付着が生じ、そのため、やはり絶縁不
良が発生していたものと考えられる。
【００２９】また、従来のマイクロ波型イオン源におい
ても、チャンバは、電離したイオンやラジカルがプラズ
マに晒されるＭｏ内壁を化学反応によりエッチングし、
エッチングにより脱離したＭｏがイオンと共にチャンバ
から取り出され、引き出し電極４４表面に吸着し、所望
の電圧を印加できなくなったり、また、試料に到達して
汚染が生じていたものと考えられる。
【００３０】このような原因の解明のものに、本発明
は、上記手段をとり、生成されるイオンやラジカルとの
反応による金属材料のエッチングを抑制するものとし
た。よって、脱離した金属材料のフィラメントや引き出
し電極への吸着、及び、試料の汚染を防ぐことが可能と
なる。
【００３１】よって、本発明は、ガスとしてハロゲン化
物を導入する場合に特に効果を発揮する。本発明に係る
イオン発生装置は、内部でプラズマが生成される容器
と、前記容器に設けられ、前記プラズマによりイオン化
するガスを導入する第１の開口部と、前記イオン化によ
り生成されたイオンを導出する第２の開口部とを備え、
前記容器の内壁は、前記イオン化により生成されるイオ
ンやラジカルによる化学的エッチングに対して耐性を有
する金属で形成されていることを特徴とする。
【００３２】また、前記ガスは、ハロゲンを含む化合物
からなることが望ましい。前記ガスとしてはＧｅＦ4 ，
ＳｉＦ4 ，ＢＦ3 ，ＰＦ3 ，ＡｓＦ3 である場合に特に
効果を発揮する。中でもＳｉＦ4 ，ＧｅＦ4 については
その効果が著しい。
【００３３】また、前記容器には、熱電子を放出するこ
とにより前記プラズマを生成するフィラメントが設けら
れる。そして、このフィラメントの表面は、イオン化に
より生成されるイオンやラジカルによる化学的エッチン
グに対して耐性を有する金属で形成されていることが望
ましい。
【００３４】前記容器の内壁は前記金属でコーティング
されていてもよい。また、容器の内壁材料としての金属
材料とハロゲンとの化合物の蒸気圧が、フィラメント材
料とハロゲンとの化合物の蒸気圧よりも低いことが望ま
しい。
【００３５】金属材料の融点は、前記容器内が達する温
度よりも高温であることが望ましい。このような金属材
料としては、具体的には、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｐｔのうちの少なくとも１つを主成分
とすること、より好ましくは、Ｖ，Ｎｂ，ＴａのＶａ族
元素のうち少なくとも一つを主成分とすることが望まし
い。
【００３６】また、前記金属材料で容器内壁を形成する
場合には、前記容器と前記金属との間には、当該容器を
構成する材料がその金属表面上にしみ出るのを防止する
バリアメタルが設けられていることが望ましい。この場
合、Ｔｉ／ＴｉＮをバリアメタルとして形成することが
望ましい。また、さらに容器内壁の表面には窒化物がコ
ーティングされていることが望ましい。この窒化物は、
前記金属材料の最表面を窒化することにより形成しても
よい。
【００３７】イオン発生装置の容器がＭｏを含み、Ｆガ
スが用いられる場合には、金属材料とフッ素との化合物
の蒸気圧がＭｏＦ6 のそれよりも低いことが望ましい。
また、イオン発生装置には、フィラメントを支持する支
持絶縁体がさらに備えられ、その支持絶縁体はプラズマ
の生成領域から隔離して設けられていることが望まし
い。また、前記支持絶縁体と前記フィラメントとの間に
はスペーサが設けられ、前記フィラメント若しくは前記
容器の内壁若しくはその両方と前記スペーサとの間に間
隔を形成することによって、前記支持絶縁体が前記プラ
ズマの生成領域から隔離して設けられていることが望ま
しい。
【００３８】上述のイオン発生装置はフリーマン型また
はバーナス型イオン発生装置であることが望ましい。上
記の金属材料に関しては、電気的なアーク放電を起こし
てイオンを生成するイオン源、特にプラズマに曝される
領域をフッ素を含んだプラズマに対して耐性のある貴金
属もしくは遷移金属を用いることが望ましい。こうする
ことにより、フィラメントへの逆スパッタリングや、ア
ノード支持絶縁体の絶縁不良を抑制し、イオン源の寿命
を長期化させると共に、安定したイオン注入作業が実現
できる。
【００３９】また、本発明に係るイオン照射装置は、内
部でプラズマが生成される容器と、前記容器に設けられ
前記プラズマによりイオン化するガスを導入する第１の
開口部と、前記イオン化により生成されたイオンを導出
する第２の開口部とを備え、前記容器の内壁が、前記イ
オン化により生成されるイオンやラジカルによる化学的
エッチングに対して耐性を有する金属で形成されている
イオン発生部と、前記イオン発生部外に設けられ、前記
第２の開口部から導出されるイオンが照射されるように
試料が内部に設置された試料室とを備えたことを特徴と
する。
【００４０】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、第１の容器内にガスを導入する工程と、前記第１の
容器内にプラズマを生成することにより前記ガスをイオ
ン化する工程と、前記イオン化により生成されたイオン
を前記第１の容器外に導出する工程と、前記第１の容器
外に導出したイオンを前記第１の容器とは別の第２の容
器に設けられた試料に照射する工程とを備え、前記第１
の容器の内壁の材料として、前記イオン化により生成さ
れるイオンやラジカルによる化学的エッチングに対して
耐性を有する金属を用いたことを特徴とする。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。従来技術におけるＭｏのエッ
チング及び堆積を防止するためには、ハロゲンを含むプ
ラズマに曝される表面の材料をＶａ族（Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ）や貴金属（Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｂ）で覆うか、イオン源
の壁材料そのものをそれらの金属またはそれらの金属を
主成分とする合金で構成することが必要である。イオン
源内部が９００℃以上に高温になる場合には、貴金属よ
りも融点の高いＶａ族金属を用いることが望ましい。以
下の実施形態では、上記観点に基づいて従来の問題を解
決している。
【００４２】（第１実施形態）まず、本発明の第１実施
形態によるバーナス型イオン源（イオン発生装置）の一
例を図１に示す。図１に示されるように、Ｍｏを主成分
とするアークチャンバー５１にＴｉＮ／Ｔｉ（Ｔｉ膜の
上にＴｉＮ膜を堆積する）を各々１００ｎｍ／５０ｎｍ
スパッタした後、ＡｒガスによりＮｂ６０を３μｍスパ
ッタし、続いてＡｒ／Ｎ2 ガス：５０％／５０％の比率
でＮｂＮ６０を１μｍ、スパッタコーティング（６０）
する。
【００４３】ここで、タングステンフィラメント５７を
設置しているが、Ｍｏ製フィラメント支持具５５は、フ
ィラメント台５６，５９との幅を制御した障害壁５８を
設けることにより、アークチャンバー内でのプラズマに
曝されないようにしている。なお、障害壁５８はＭｏ製
であり、ハロゲン化物により脱離することを防止するた
めに、本実施例の図１に示すようにその表面がコーティ
ングされていることが望ましい。
【００４４】ここに、ＢＦ3 ガスをガスライン５２から
供給する。タングステンフィラメント５７から熱電子を
放出させ、アークチャンバー内のＢＦ3 ガスを放電させ
てイオン化させる。
【００４５】次に、通常のイオン源内部の壁構造を図２
に示し、本発明によるイオン源内部の基本的構造を図３
から図８に示す。通常の壁構造は図２に示すように、金
属Ｍｏ６１で出来ている。これに対して、ハロゲン、特
にフッ素に対して化学的に耐性のあるＶａ族金属（Ｖ，
Ｎｂ，Ｔａ）膜６２を図３のようにＭｏ６１の表面に被
覆した構造は内壁Ｍｏを保護するためにＭｏがエッチン
グされることがない。さらに化学的なエッチング速度を
低減する方法として、図４に示すように金属窒化物６３
で覆う方法が有効である。
【００４６】またイオン源内部が１０００℃以上、特に
１５００℃以上に高温になった場合には、Ｖａ族金属と
母体Ｍｏが反応してＶａ族金属の表面にＭｏが滲み出す
ように拡散すると言う問題が生じる。この場合には図５
及び図６に示すように、Ｖａ族金属とＭｏ界面に反応防
止層６４を設けることが有効であり、その候補としてＴ
ｉＮ，ＴａＮ，ＮｂＮを始めとする金属窒化物が挙げら
れる。これらの金属窒化物にはＳｉやＣやＧｅなどの元
素を含ませてより高温まで構造を安定化させても良い。
【００４７】さらに母体であるＭｏ材料と金属窒化物の
間の密着性を良くするために、金属窒化物よりも薄い金
属膜を界面に設置しても良い。金属膜としてはＴｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａなどの金属が密着性を高める
のに有効である。
【００４８】また本発明の実施形態としてＭｏ材料を用
いずにＶａ金属を主成分とする金属材料を図７のように
単体で使ってもよく、またハロゲンによる化学的エッチ
ングを抑制するために、図８に示すように表面を窒化物
６３で覆う方法が非常に有効である。この場合には先程
のＭｏを内壁材料として用いた場合に必要であった反応
防止金属は不要になる。
【００４９】以上説明した第１実施形態によれば、フッ
素等のイオンもしくはラジカルによるアークチャンバー
内でのエッチングなどの反応は起こらずに、タングステ
ンフィラメント５７に異物が付着するような現象は見ら
れずに、Ｗフィラメント５７が全体的に細線化して行
き、最終的に断線する。この場合、Ｗフィラメント５７
の寿命は従来３日であったのに対し、本実施形態では約
２０日間と大幅な高寿命化が成されている。
【００５０】また、上記実施形態によれば、ＢＦ2 + イ
オン注入時のＭｏクロスコンタミネーションを防止する
ことが可能となる。Ｍｏの２価イオンでの質量数は（９
８÷２＝４９）ＢＦ2 + イオンと同一となる。従来のＭ
ｏを主成分としたアークチャンバーでは、注入に対して
１０〜１００ｐｐｍ相当のコンタミネーションが発生す
るのに対し、本実施形態を適用した場合にはＭｏの混入
は起こらない。よって、実デバイスにおける電気的特性
に影響を及ぼすことは無く、クリーンなイオン注入工程
が実現できる。
【００５１】（第２実施形態）次に、第２実施形態につ
いて説明する。本発明の第２実施形態によるフリーマン
型イオン源（イオン発生装置）の一例を図９に示す。
【００５２】この第２実施形態では、チャンバ７３はＭ
ｏにより形成され、プラズマに晒される内壁には、Ｎｂ
を塗布する。チャンバのサイズは例えば横７ｃｍ，高さ
４ｃｍ，奥行き４ｃｍである。直径約２ｍｍのフィラメ
ント７２には従来と同様のＷを使用し、フィラメント７
２の両端には電磁石７１を設置する。絶縁支持部材７６
はフィラメント７２とチャンバ７３間の絶縁を図るため
に設けられ、良好にプラズマを発生させるためのもので
ある。イオン源はその一端にガス注入口７７を、これと
は異なる一端にイオン取り出し用のスリット７４を有す
る。
【００５３】このイオン源に、ガス注入口７７よりＧｅ
Ｆ4 ガスを供給し、フィラメント７２から熱電子を放出
させる。そして、チャンバ７３内でＧｅＦ4 ガスを放電
させてイオン化させる。発生したＧｅイオンは、チャン
バ７３のスリット７４を通して棒状フィラメント７２と
直角の方向に引き出され、イオン打ち込み装置等により
試料（図示せず）に打ち込まれる。
【００５４】この第２実施形態では、プラズマに晒され
るチャンバ７３の内壁には、イオン化により発生するフ
ッ素イオンやフッ素ラジカルに対して反応性のないＮｂ
が塗布されている。このため、フッ素イオンやフッ素ラ
ジカルが内壁をエッチングすることはない。
【００５５】よって、内壁から脱離した金属がフィラメ
ント７２や絶縁支持部材７６に吸着することはなく、フ
ィラメント７２の低抵抗化、フィラメント７２とチャン
バ７３の絶縁不良、及び、被処理基板の汚染は防止可能
である。
【００５６】また、リフレクタ（スペーサ）７５は、フ
ィラメント７２に対して垂直方向に伸び、かつ、チャン
バ７３の内壁に沿って延びた構造となっている。スペー
サ７５は、ＭｏやＷ等により形成される。より好ましく
は、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｐｔ等
がスペーサ７５の材料として使用されていることであ
る。
【００５７】そして、絶縁支持部材７６は、チャンバ７
３の外側から取り付けられた状態となっている。これに
より、チャンバ７３とスペーサ７５間において狭い間隔
ａが形成され、絶縁支持部材７６がプラズマに晒される
のを防止している。
【００５８】なお、スペーサ７５が絶縁支持部材７６と
直角をなす内壁側面からフィラメント７２に対して垂直
に伸びる長さをｘとし、その伸びたスペーサ７５とチャ
ンバ７３の内壁との間隔をｙとすれば、ｘ／ｙが１以上
となるような構造とした。
【００５９】このようにすることで、絶縁支持部材７６
が直接プラズマ領域に露出されないことに加えて、活性
なＦイオンやＦラジカルは内壁に衝突してランダムに運
動したり、イオン化の際の分離によりやはりランダムに
直線運動をする。こうしてＦラジカルやＦイオンの侵入
が防がれる。よって、長時間の使用によるフィラメント
自身の脱離によって、絶縁支持部材にフィラメント材が
付着することは防がれる。
【００６０】なお、この第２実施形態では、ｙを２〜３
ｍｍとし、ｘを３〜４ｍｍとする。ｘ／ｙを１以上とす
ることで、隙間が狭くなり、脱離した金属が隙間部分に
付着することによってもショートは起こる可能性があ
る。しかし、この第２実施形態では、金属脱離を防止す
る工夫が施されているので、上記のような問題はない。
【００６１】これらの効果により、本装置の寿命を長い
ものとし、試料の汚染を防ぐことができる。図１０は、
上記フリーマン型イオン源（図９）の別の実施形態を示
す。すなわち、図示のように、スペーサ７５とフィラメ
ント７２とが一体として形成されている。
【００６２】このような構造とすることにより、装置の
構成が簡潔となり、動作中における機構上のトラブルが
発生しにくくなる。また、装置の製作が容易になり、製
造上のコストを低減させることが可能となる。
【００６３】図１１も、同様に、上記フリーマン型イオ
ン源（図９）の別の実施形態を示す。すなわち、図示の
ように、チャンバ７３の内壁のみならず、スペーサ７５
やフィラメント７２の表面にもＮｂが塗布されている。
【００６４】なお、ここで使用する金属はＮｂに限定さ
れず、イオン源の内壁材料として使用されるべき各種金
属のうち少なくとも１つが使用されていればよい。さら
に、フィラメント７２は上記各種金属のうち少なくとも
１つから形成されていてもよい。また、内壁、スペーサ
７５、フィラメント７２に同一種類の金属が使用される
場合、イオン源の製造が容易になり、製造コストを低減
できるようになることが考えられる。
【００６５】なお、内壁、スペーサ７５、フィラメント
７２に別々の種類の金属を使用しても構わない。また、
スペーサ７５とフィラメント７２の両方でなく、スペー
サ７５とフィラメント７２のいずれか一方だけにＮｂが
塗布されていても構わない。
【００６６】このような構造とすることにより、スペー
サやフィラメント自身の脱離をも防ぐことができ、絶縁
不良をより一層起こりにくくし、信頼性を向上させるこ
とができる。
【００６７】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形
して実施することが可能である。例えば、本発明では、
イオン化させるガス、蒸気はＢＦ3 やＧｅＦ4 に限定す
るものではない。また、フィラメントはタングステンに
限定するものではない。
【００６８】また、本発明による手法は特にフィラメン
トを使用するフリーマンイオン源もしくはバーナスイオ
ン源において効果が大きいが、フィラメントを使用する
イオン源に限定するものではなく、イオン化させる方式
を持つ全ての装置に対して適用できる。
【００６９】上記実施形態ではイオン源（イオン発生装
置）について説明したが、本発明は上記イオン発生装置
のほか、イオン照射装置に適用することが可能である。
例えば、上記の如く発生せしめて、イオンを用いて成
膜、エッチングプロセスを行うこともできる。
【００７０】さらに、半導体装置の製造方法及び装置に
適用することも可能である。例えば、半導体基板にＢや
Ｐ等の不純物を添加してＭＯＳ型電界効果トランジスタ
のソース・ドレイン等の不純物拡散層を形成することが
できる。また、Ｇｅイオンをシリコン基板にイオン注入
して、拡散層に対するコンタクト抵抗を低減したり、Ｓ
ＯＩ（Silicon On Insulator）基板に形成されたｎ型の
導電型のＭＯＳ型電界効果トランジスタにおいて、バン
ドギャップの小さな半導体層をソースに形成して、ソー
ス端部にホールが蓄積することによるトランジスタ特性
の劣化を、不純物の混入を防止しつつ容易に抑制するこ
とができる。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
容器の内壁面にイオン化により生成されるイオンやラジ
カルによる化学的エッチングに対して耐性を有する金属
がコーティングされているので、長時間安定したイオン
注入作業が可能となる。
【００７２】また、容器とその容器の内壁にコーティン
グされた金属との間にバリアメタルを設けたり、コーテ
ィングされている金属の表面上に当該金属の窒化物をコ
ーティングしたりすることによって、より一層に長時間
安定したイオン注入作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るバーナス型イオン
源（イオン発生装置）の構成を示す断面図。
【図２】通常の壁構造を示す断面図。
【図３】上記第１実施形態に係る第１の壁構造を示す断
面図。
【図４】上記第１実施形態に係る第２の壁構造を示す断
面図。
【図５】上記第１実施形態に係る第３の壁構造を示す断
面図。
【図６】上記第１実施形態に係る第４の壁構造を示す断
面図。
【図７】上記第１実施形態に係る第５の壁構造を示す断
面図。
【図８】上記第１実施形態に係る第６の壁構造を示す断
面図。
【図９】本発明の第２実施形態に係るフリーマン型イオ
ン源（イオン発生装置）の構成を示す断面図。
【図１０】図９に示すフリーマン型イオン源の別の実施
形態を示す図。
【図１１】図９に示すフリーマン型イオン源の更なる別
の実施形態を示す図。
【図１２】従来のイオン照射装置の構成を示す断面図。
【図１３】従来のフリーマン型イオン源の構成を示す断
面図。
【図１４】従来のバーナス型イオン源の構成を示す断面
図。
【図１５】従来のマイクロ波型イオン源の構成を示す断
面図。
【図１６】従来技術を説明する為のフィラメントの観察
図、及び分析図。
【図１７】従来技術を説明する為のフィラメントの観察
図、及び分析図。
【符号の説明】
１，５１…イオン源チャンバー ２…引き出し電極 ３…分離電磁石 ４…スリット ５…加速器 ６…四極レンズ ７，８…走査電極 ９…偏向電極 １０…マスク １２…試料 ２１，７１…電磁石 ２２，３７，５７，７２…フィラメント ２３，３１，５１，６１，７３…チャンバー ２４，３３，５３，７４…スリット ２５，３８，５８，７５…リフレクタ（スペーサ） ２６，３５，５５，７６…絶縁支持部材 ２７，３２，５２，７７…ガス導入口 ３４，５４…対向電極 ４１…マグネトロン ４２…導波管 ４３…放電箱 ４４…引き出し電極 ６０…コーティング材（Ｔｉ／ＴｉＮ Ｎｂ／ＮｂＮ） ６２…Ｖａ族金属 ６３…金属窒化物 ６４…反応防止金属層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｄ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部でプラズマが生成される容器と、 前記容器に設けられ、前記プラズマによりイオン化する
    ガスを導入する第１の開口部と、 前記イオン化により生成されたイオンを導出する第２の
    開口部とを備え、 前記容器の内壁面は、前記イオン化により生成されるイ
    オンやラジカルによる化学的エッチングに対して耐性を
    有する金属で形成されていることを特徴とするイオン発
    生装置。
  2. 【請求項２】前記ガスはハロゲンを含む化合物からなる
    ことを特徴とする請求項１記載のイオン発生装置。
  3. 【請求項３】前記容器に設けられ、熱電子を放出するこ
    とにより前記プラズマを生成するフィラメントをさらに
    備えたことを特徴とする請求項１記載のイオン発生装
    置。
  4. 【請求項４】前記フィラメントの表面は、前記イオン化
    により生成されるイオンやラジカルによる化学的エッチ
    ングに対して耐性を有する金属で形成されていることを
    特徴とする請求項３記載のイオン発生装置。
  5. 【請求項５】前記フィラメントを支持する支持絶縁体を
    さらに備え、前記支持絶縁体は前記プラズマの生成領域
    から隔離して設けられたことを特徴とする請求項３記載
    のイオン発生装置。
  6. 【請求項６】前記支持絶縁体と前記フィラメントとの間
    にはスペーサが設けられ、前記フィラメント若しくは前
    記容器の内壁若しくはその両方と前記スペーサとの間に
    間隔を形成することによって、前記支持絶縁体が前記プ
    ラズマの生成領域から隔離して設けられたことを特徴と
    する請求項５記載のイオン発生装置。
  7. 【請求項７】前記金属とハロゲンとの化合物の蒸気圧
    が、前記フィラメント材料とハロゲンとの化合物の蒸気
    圧よりも低いことを特徴とする請求項３記載のイオン発
    生装置。
  8. 【請求項８】前記金属はＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｔｉ，
    Ｚｒ，Ｈｆ，Ｐｔのうちの少なくとも１つを主成分とす
    ることを特徴とする請求項１記載のイオン発生装置。
  9. 【請求項９】前記容器はモリブデン（Ｍｏ）を含み、前
    記ガスはフッ素（Ｆ）を含んでいることを特徴とする請
    求項１記載のイオン発生装置。
  10. 【請求項１０】前記金属とフッ素との化合物の蒸気圧が
    ＭｏＦ6 のそれよりも低いことを特徴とする請求項９記
    載のイオン発生装置。
  11. 【請求項１１】前記容器と前記金属との間に、当該容器
    を構成する材料がその金属表面上にしみ出るのを防ぐバ
    リアメタルが設けられていることを特徴とする請求項１
    記載のイオン発生装置。
  12. 【請求項１２】前記金属の表面上には当該金属の窒化物
    がコーティングされていることを特徴とする請求項１記
    載のイオン発生装置。
  13. 【請求項１３】内部でプラズマが生成される容器と、前
    記容器に設けられ前記プラズマによりイオン化するガス
    を導入する第１の開口部と、前記イオン化により生成さ
    れたイオンを導出する第２の開口部とを備え、前記容器
    の内壁が、前記イオン化により生成されるイオンやラジ
    カルによる化学的エッチングに対して耐性を有する金属
    で形成されているイオン発生部と、 前記イオン発生部外に設けられ、前記第２の開口部から
    導出されるイオンが照射されるように試料が内部に設置
    された試料室とを備えたことを特徴とするイオン照射装
    置。
  14. 【請求項１４】第１の容器内にガスを導入する工程と、 前記第１の容器内にプラズマを生成することにより前記
    ガスをイオン化する工程と、 前記イオン化により生成されたイオンを前記第１の容器
    外に導出する工程と、 前記第１の容器外に導出したイオンを前記第１の容器と
    は別の第２の容器に設けられた試料に照射する工程とを
    備え、 前記第１の容器の内壁の材料として、前記イオン化によ
    り生成されるイオンやラジカルによる化学的エッチング
    に対して耐性を有する金属を用いたことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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