JPH09259779A - イオン源およびそれを用いたイオン注入装置 - Google Patents
イオン源およびそれを用いたイオン注入装置Info
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- JPH09259779A JPH09259779A JP8761296A JP8761296A JPH09259779A JP H09259779 A JPH09259779 A JP H09259779A JP 8761296 A JP8761296 A JP 8761296A JP 8761296 A JP8761296 A JP 8761296A JP H09259779 A JPH09259779 A JP H09259779A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 イオン源から引き出すイオンビーム中に重金
属イオンが含まれるのを抑制して、分析マグネットの省
略または小型・軽量化を可能にしたイオン源およびそれ
を用いたイオン注入装置を提供する。 【解決手段】 このイオン注入装置は、イオン源２から
引き出したイオンビーム２８を、分析マグネットを通す
ことなくそのままシリコン基板４０に入射させるように
している。イオン源２は、ガス３６が導入されそれを高
周波放電によって電離させてプラズマ１４を生成するプ
ラズマ室１０と、このプラズマ１４からイオンビーム２
８を引き出す引出し電極系２０とを備えている。プラズ
マ１０の内壁をシリコンまたはカーボンから成る被覆材
３８で覆っている。かつ、引出し電極系２０内の最プラ
ズマ側の第１電極２１の少なくともプラズマ１４側の面
をシリコンまたはカーボンで構成している。
属イオンが含まれるのを抑制して、分析マグネットの省
略または小型・軽量化を可能にしたイオン源およびそれ
を用いたイオン注入装置を提供する。 【解決手段】 このイオン注入装置は、イオン源２から
引き出したイオンビーム２８を、分析マグネットを通す
ことなくそのままシリコン基板４０に入射させるように
している。イオン源２は、ガス３６が導入されそれを高
周波放電によって電離させてプラズマ１４を生成するプ
ラズマ室１０と、このプラズマ１４からイオンビーム２
８を引き出す引出し電極系２０とを備えている。プラズ
マ１０の内壁をシリコンまたはカーボンから成る被覆材
３８で覆っている。かつ、引出し電極系２０内の最プラ
ズマ側の第１電極２１の少なくともプラズマ１４側の面
をシリコンまたはカーボンで構成している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高周波放電（マ
イクロ波放電およびＥＣＲ放電を含む）によってプラズ
マを生成させるイオン源およびそれを用いたイオン注入
装置に関し、より具体的には、イオン源から引き出すイ
オンビーム中に重金属イオンが含まれるのを抑制して、
分析マグネットの省略または小型・軽量化を可能にする
手段に関する。
イクロ波放電およびＥＣＲ放電を含む）によってプラズ
マを生成させるイオン源およびそれを用いたイオン注入
装置に関し、より具体的には、イオン源から引き出すイ
オンビーム中に重金属イオンが含まれるのを抑制して、
分析マグネットの省略または小型・軽量化を可能にする
手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば半導体デバイス製造用のイオン注
入装置は、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａs ）等
の元素のイオンビームを基板（通常はシリコン基板）に
照射するものであり、それによって、シリコン基板上の
所定の場所に所定量のホウ素、リン、ヒ素等を注入し
て、ｐ形またはｎ形半導体を形成して、トランジスタ等
の半導体デバイスを形成している。
入装置は、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａs ）等
の元素のイオンビームを基板（通常はシリコン基板）に
照射するものであり、それによって、シリコン基板上の
所定の場所に所定量のホウ素、リン、ヒ素等を注入し
て、ｐ形またはｎ形半導体を形成して、トランジスタ等
の半導体デバイスを形成している。
【０００３】その場合、イオン源から引き出したイオン
ビーム中には、所望の元素以外の不純物イオン、典型的
には重金属イオンが含まれているため、これがシリコン
基板に注入されるのを防止するために、通常は、イオン
源から引き出したイオンビームを高分解能の分析マグネ
ット（質量分離マグネットとも呼ばれる）を通過させて
重金属イオンを分離し、所望のイオンのみをシリコン基
板に注入するようにしている。上記重金属イオンとして
は、例えば、イオン源のプラズマ室を構成するステンレ
スに含まれる鉄（Ｆe ）やクロム（Ｃr ）、引出し電極
を構成するモリブデン（Ｍo ）、フィラメントを構成す
るタングステン（Ｗ）等がある。
ビーム中には、所望の元素以外の不純物イオン、典型的
には重金属イオンが含まれているため、これがシリコン
基板に注入されるのを防止するために、通常は、イオン
源から引き出したイオンビームを高分解能の分析マグネ
ット（質量分離マグネットとも呼ばれる）を通過させて
重金属イオンを分離し、所望のイオンのみをシリコン基
板に注入するようにしている。上記重金属イオンとして
は、例えば、イオン源のプラズマ室を構成するステンレ
スに含まれる鉄（Ｆe ）やクロム（Ｃr ）、引出し電極
を構成するモリブデン（Ｍo ）、フィラメントを構成す
るタングステン（Ｗ）等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように分析マグ
ネットを用いる場合は、所望のイオンと同一軌道を取る
重金属イオンを分離することができないという問題があ
る。即ち、分析マグネットを通過するときのイオンの旋
回半径Ｒは、数１で表される。ここで、Ｂは分析マグネ
ットにおける磁束密度、ｍはイオンの質量、ｑはイオン
の電荷、Ｖはイオンの加速電圧である。
ネットを用いる場合は、所望のイオンと同一軌道を取る
重金属イオンを分離することができないという問題があ
る。即ち、分析マグネットを通過するときのイオンの旋
回半径Ｒは、数１で表される。ここで、Ｂは分析マグネ
ットにおける磁束密度、ｍはイオンの質量、ｑはイオン
の電荷、Ｖはイオンの加速電圧である。
【０００５】
【数１】Ｒ＝Ｂ-1√（２ｍＶ／ｑ）
【０００６】この数１から分かるように、ｍ／ｑが同一
となるイオンを分離することはできない。例えば、所望
のイオンがＢＦ2 + （ｍ／ｑ＝４９／１＝４９）の場
合、イオン源の電極にモリブデンを用いていると、それ
から生じる２価電離イオンＭo2+ （ｍ／ｑ＝９８／２＝
４９）を分離することができない。従ってこれが、シリ
コン基板に不本意に注入されてしまい、半導体デバイス
の特性を悪化させる等の不具合を惹き起こす。
となるイオンを分離することはできない。例えば、所望
のイオンがＢＦ2 + （ｍ／ｑ＝４９／１＝４９）の場
合、イオン源の電極にモリブデンを用いていると、それ
から生じる２価電離イオンＭo2+ （ｍ／ｑ＝９８／２＝
４９）を分離することができない。従ってこれが、シリ
コン基板に不本意に注入されてしまい、半導体デバイス
の特性を悪化させる等の不具合を惹き起こす。
【０００７】また、従来は、どのような重金属イオンを
も分離できるようにするために、例えば上記比ｍ／ｑが
１違う重金属イオンをも分離することができるようにす
るために、高分解能の分析マグネットを用いていたが、
そのような高分解能の分析マグネットは、大型、大重量
かつ高価であるという問題がある。従ってこのような分
析マグネットを組み込んだイオン注入装置も、大型、大
重量かつ高価になる。
も分離できるようにするために、例えば上記比ｍ／ｑが
１違う重金属イオンをも分離することができるようにす
るために、高分解能の分析マグネットを用いていたが、
そのような高分解能の分析マグネットは、大型、大重量
かつ高価であるという問題がある。従ってこのような分
析マグネットを組み込んだイオン注入装置も、大型、大
重量かつ高価になる。
【０００８】しかも近年は、シリコン基板サイズが、８
インチから１２インチ等へと大型化しているが、対象と
する基板サイズが大きくなると、それに応じてイオンビ
ームサイズを大きくしなければならず、そのような大き
なイオンビームを質量分離する分析マグネットも大型化
しなければならないので、上記問題は一層深刻になる。
インチから１２インチ等へと大型化しているが、対象と
する基板サイズが大きくなると、それに応じてイオンビ
ームサイズを大きくしなければならず、そのような大き
なイオンビームを質量分離する分析マグネットも大型化
しなければならないので、上記問題は一層深刻になる。
【０００９】そこでこの発明は、イオン源から引き出す
イオンビーム中に重金属イオンが含まれるのを抑制し
て、分析マグネットの省略または小型・軽量化を可能に
したイオン源およびそれを用いたイオン注入装置を提供
することを主たる目的とする。
イオンビーム中に重金属イオンが含まれるのを抑制し
て、分析マグネットの省略または小型・軽量化を可能に
したイオン源およびそれを用いたイオン注入装置を提供
することを主たる目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明のイオン源は、
ガスが導入されそれを高周波放電によって電離させてプ
ラズマを生成するプラズマ室と、このプラズマ室の出口
付近に設けられていて前記プラズマから電界の作用でイ
オンビームを引き出す引出し電極系とを備え、前記プラ
ズマ室の内壁をシリコンまたはカーボンから成る被覆材
で覆い、かつ前記引出し電極系を構成する電極の内の最
プラズマ側の第１電極の少なくともプラズマ側の面をシ
リコンまたはカーボンで構成したことを特徴とする。
ガスが導入されそれを高周波放電によって電離させてプ
ラズマを生成するプラズマ室と、このプラズマ室の出口
付近に設けられていて前記プラズマから電界の作用でイ
オンビームを引き出す引出し電極系とを備え、前記プラ
ズマ室の内壁をシリコンまたはカーボンから成る被覆材
で覆い、かつ前記引出し電極系を構成する電極の内の最
プラズマ側の第１電極の少なくともプラズマ側の面をシ
リコンまたはカーボンで構成したことを特徴とする。
【００１１】この発明のイオン注入装置は、上記イオン
源を備えていて、当該イオン源から引き出したイオンビ
ームを分析マグネットを通すことなくそのままシリコン
基板に入射させるように構成していることを特徴とす
る。
源を備えていて、当該イオン源から引き出したイオンビ
ームを分析マグネットを通すことなくそのままシリコン
基板に入射させるように構成していることを特徴とす
る。
【００１２】上記イオン源によれば、プラズマ室の内壁
をシリコンまたはカーボンから成る被覆材で覆っている
ので、プラズマ室を構成する材料がプラズマによってス
パッタされて当該材料中の重金属がプラズマ中に混入す
るのを防止することができる。
をシリコンまたはカーボンから成る被覆材で覆っている
ので、プラズマ室を構成する材料がプラズマによってス
パッタされて当該材料中の重金属がプラズマ中に混入す
るのを防止することができる。
【００１３】また、最プラズマ側の第１電極の少なくと
もプラズマ側の面をシリコンまたはカーボンで構成して
いるので、当該面がプラズマによってスパッタされても
重金属がプラズマ中に混入しない。
もプラズマ側の面をシリコンまたはカーボンで構成して
いるので、当該面がプラズマによってスパッタされても
重金属がプラズマ中に混入しない。
【００１４】更に、プラズマ室では高周波放電によって
プラズマを生成するので、即ちフィラメントを用いてい
ないので、フィラメントがプラズマによってスパッタさ
れて当該フィラメント構成の重金属がプラズマ中に混入
するのを防止することができる。
プラズマを生成するので、即ちフィラメントを用いてい
ないので、フィラメントがプラズマによってスパッタさ
れて当該フィラメント構成の重金属がプラズマ中に混入
するのを防止することができる。
【００１５】これらの結果、プラズマ室内のプラズマ中
に重金属成分が含まれるのを抑制することができ、ひい
ては当該イオン源から引き出すイオンビーム中に重金属
イオンが含まれるのを抑制することができる。
に重金属成分が含まれるのを抑制することができ、ひい
ては当該イオン源から引き出すイオンビーム中に重金属
イオンが含まれるのを抑制することができる。
【００１６】但し、上記のように構成した結果、当該イ
オン源から引き出すイオンビーム中には、シリコンイオ
ンまたは炭素イオンが含まれる場合があるけれども、注
入対象物は通常はシリコン基板であるので、それに同じ
元素（シリコン）が注入されても支障はない。
オン源から引き出すイオンビーム中には、シリコンイオ
ンまたは炭素イオンが含まれる場合があるけれども、注
入対象物は通常はシリコン基板であるので、それに同じ
元素（シリコン）が注入されても支障はない。
【００１７】また、シリコン基板には、元々その製造過
程で炭素が若干ではあるけれども含まれているので、し
かも炭素はシリコンと同じ４Ｂ族元素であるので、そこ
に炭素イオンが少し位注入されても支障はない。
程で炭素が若干ではあるけれども含まれているので、し
かも炭素はシリコンと同じ４Ｂ族元素であるので、そこ
に炭素イオンが少し位注入されても支障はない。
【００１８】以上の結果、上記イオン源によれば、分析
マグネットを省略したり、高分解能を要しないので分析
マグネットを小型・軽量化したりすることが可能にな
る。
マグネットを省略したり、高分解能を要しないので分析
マグネットを小型・軽量化したりすることが可能にな
る。
【００１９】また、上記イオン注入装置によれば、上記
のようなイオン源を備えていて、分析マグネットを用い
ることなく重金属イオンがシリコン基板に注入されるの
を防止することができるので、分析マグネットが不要で
あり、従って当該イオン注入装置の小型化、軽量化およ
び低コスト化を図ることができる。
のようなイオン源を備えていて、分析マグネットを用い
ることなく重金属イオンがシリコン基板に注入されるの
を防止することができるので、分析マグネットが不要で
あり、従って当該イオン注入装置の小型化、軽量化およ
び低コスト化を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン源
を備えたイオン注入装置の一例を示す断面図である。
を備えたイオン注入装置の一例を示す断面図である。
【００２１】このイオン注入装置は、分析マグネットを
備えておらず、イオン源２から引き出したイオンビーム
２８を、分析マグネットを通すことなくそのまま、ホル
ダ４２上のシリコン基板４０に入射させて、シリコン基
板４０にイオン注入を行うように構成されている。ホル
ダ４２は、シリコン基板４０を１枚保持するものでも良
いし、シリコン基板４０を複数枚保持するウェーハディ
スクでも良い。
備えておらず、イオン源２から引き出したイオンビーム
２８を、分析マグネットを通すことなくそのまま、ホル
ダ４２上のシリコン基板４０に入射させて、シリコン基
板４０にイオン注入を行うように構成されている。ホル
ダ４２は、シリコン基板４０を１枚保持するものでも良
いし、シリコン基板４０を複数枚保持するウェーハディ
スクでも良い。
【００２２】イオン源２は、この例では高周波イオン源
であり、所望のガス３６が導入されそれを高周波放電に
よって電離させてプラズマ１４を生成するプラズマ室１
０と、このプラズマ室１０の出口付近に設けられていて
プラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２８を引き
出す引出し電極系２０とを備えている。
であり、所望のガス３６が導入されそれを高周波放電に
よって電離させてプラズマ１４を生成するプラズマ室１
０と、このプラズマ室１０の出口付近に設けられていて
プラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２８を引き
出す引出し電極系２０とを備えている。
【００２３】ガス３６は、必要とするイオン種に応じて
選ばれる。例えば、必要とするイオン種がホウ素イオン
の場合は、水素希釈のジボラン（例えば１０％Ｂ2Ｈ6
／Ｈ2）、必要とするイオン種がリンイオンの場合は、
水素希釈のホスフィン（例えば１０％ＰＨ3 ／Ｈ2 ）等
である。
選ばれる。例えば、必要とするイオン種がホウ素イオン
の場合は、水素希釈のジボラン（例えば１０％Ｂ2Ｈ6
／Ｈ2）、必要とするイオン種がリンイオンの場合は、
水素希釈のホスフィン（例えば１０％ＰＨ3 ／Ｈ2 ）等
である。
【００２４】プラズマ室１０は、筒状（例えば円筒状）
のプラズマ室容器４と、その背面部（引出し電極系２０
に対向する部分）の開口部を絶縁碍子８を介して蓋をす
る板状の高周波電極６とで構成されている。絶縁碍子８
は、例えばアルミナから成る。
のプラズマ室容器４と、その背面部（引出し電極系２０
に対向する部分）の開口部を絶縁碍子８を介して蓋をす
る板状の高周波電極６とで構成されている。絶縁碍子８
は、例えばアルミナから成る。
【００２５】この例ではプラズマ室容器４が一方の高周
波電極を兼ねており、このプラズマ室容器４と高周波電
極６との間に整合回路１８を介して高周波電源１６か
ら、例えば１３．５６ＭＨｚ、あるいは１００ＭＨｚ等
の周波数の高周波電力が供給される。それによって、高
周波電極６とプラズマ室容器４間で高周波放電が生じて
ガス３６が電離されて上記プラズマ１４が作られる。
波電極を兼ねており、このプラズマ室容器４と高周波電
極６との間に整合回路１８を介して高周波電源１６か
ら、例えば１３．５６ＭＨｚ、あるいは１００ＭＨｚ等
の周波数の高周波電力が供給される。それによって、高
周波電極６とプラズマ室容器４間で高周波放電が生じて
ガス３６が電離されて上記プラズマ１４が作られる。
【００２６】但し、マイクロ波放電またはＥＣＲ（電子
サイクロトロン共鳴）放電によって、プラズマ室１０内
にプラズマ１４を生成させても良い。これも高周波放電
の一種である。このとき使用するマイクロ波の周波数
は、例えば２．４５ＧＨｚである。
サイクロトロン共鳴）放電によって、プラズマ室１０内
にプラズマ１４を生成させても良い。これも高周波放電
の一種である。このとき使用するマイクロ波の周波数
は、例えば２．４５ＧＨｚである。
【００２７】引出し電極系２０は、１枚以上、通常は複
数枚の電極で構成されている。具体的にはこの例では、
最プラズマ側から下流側に向けて配置された第１電極２
１、第２電極２２、第３電極２３および第４電極２４で
構成されている。２６は絶縁碍子である。各電極２１〜
２４は、この例では複数の孔を有する多孔電極である
が、複数のスリットを有する場合もある。
数枚の電極で構成されている。具体的にはこの例では、
最プラズマ側から下流側に向けて配置された第１電極２
１、第２電極２２、第３電極２３および第４電極２４で
構成されている。２６は絶縁碍子である。各電極２１〜
２４は、この例では複数の孔を有する多孔電極である
が、複数のスリットを有する場合もある。
【００２８】第１電極２１は、引き出すイオンビーム２
８のエネルギーを決める電極であり、加速電源３１から
接地電位を基準にして正の高電圧（加速電圧）が印加さ
れる。第２電極２２は、第１電極２１との間に電位差を
生じさせそれによる電界によってプラズマ１４からイオ
ンビーム２８を引き出す電極であり、引出し電源３２か
ら第１電極２１の電位を基準にして負の電圧（引出し電
圧）が印加される。第３電極２３は、下流側からの電子
の逆流を抑制する電極であり、抑制電源３３から接地電
位を基準にして負の電圧（抑制電圧）が印加される。第
４電極２４は接地されている。
８のエネルギーを決める電極であり、加速電源３１から
接地電位を基準にして正の高電圧（加速電圧）が印加さ
れる。第２電極２２は、第１電極２１との間に電位差を
生じさせそれによる電界によってプラズマ１４からイオ
ンビーム２８を引き出す電極であり、引出し電源３２か
ら第１電極２１の電位を基準にして負の電圧（引出し電
圧）が印加される。第３電極２３は、下流側からの電子
の逆流を抑制する電極であり、抑制電源３３から接地電
位を基準にして負の電圧（抑制電圧）が印加される。第
４電極２４は接地されている。
【００２９】プラズマ室容器４の外周および高周波電極
６の上面には、この例では、プラズマ室１０内にプラズ
マ閉じ込め用の磁場を発生させる複数の永久磁石１２が
配置されている。
６の上面には、この例では、プラズマ室１０内にプラズ
マ閉じ込め用の磁場を発生させる複数の永久磁石１２が
配置されている。
【００３０】しかもこのイオン源２では、上記プラズマ
室１０の内壁を、より具体的にはそれを構成するプラズ
マ室容器４の内壁および高周波電極６の内壁を、シリコ
ン（Ｓi ）またはカーボン（Ｃ）から成る被覆材３８で
覆っている。
室１０の内壁を、より具体的にはそれを構成するプラズ
マ室容器４の内壁および高周波電極６の内壁を、シリコ
ン（Ｓi ）またはカーボン（Ｃ）から成る被覆材３８で
覆っている。
【００３１】この被覆材３８を構成するシリコンは、単
結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンのいず
れでも良いけれども、非晶質シリコンの場合はその製造
過程において重金属が含まれやすいので、単結晶シリコ
ンまたは多結晶シリコンの方が好ましい。
結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンのいず
れでも良いけれども、非晶質シリコンの場合はその製造
過程において重金属が含まれやすいので、単結晶シリコ
ンまたは多結晶シリコンの方が好ましい。
【００３２】また、単結晶シリコンまたは多結晶シリコ
ンで被覆材３８を構成する場合は、それを板状にするこ
とができるので、被覆材３８を例えば板状にしてプラズ
マ室１０の内壁に取り付ければ良い。非晶質シリコンで
被覆材３８を構成する場合は、この被覆材３８を膜にし
てプラズマ室１０の内壁を被覆すれば良い。
ンで被覆材３８を構成する場合は、それを板状にするこ
とができるので、被覆材３８を例えば板状にしてプラズ
マ室１０の内壁に取り付ければ良い。非晶質シリコンで
被覆材３８を構成する場合は、この被覆材３８を膜にし
てプラズマ室１０の内壁を被覆すれば良い。
【００３３】バルク状のカーボンで被覆材３８を構成す
る場合は、それを板状にすることができるので、被覆材
３８を例えば板状にしてプラズマ室１０の内壁に取り付
ければ良い。カーボン膜でこの被覆材３８を構成する場
合は、それでプラズマ室１０の内壁を被覆すれば良い。
いずれにしてもこのカーボンには、重金属をできるだけ
含まない高純度のもの、例えば重金属含有量が１００ｐ
ｐｍ程度以下のものを用いるのが好ましい。
る場合は、それを板状にすることができるので、被覆材
３８を例えば板状にしてプラズマ室１０の内壁に取り付
ければ良い。カーボン膜でこの被覆材３８を構成する場
合は、それでプラズマ室１０の内壁を被覆すれば良い。
いずれにしてもこのカーボンには、重金属をできるだけ
含まない高純度のもの、例えば重金属含有量が１００ｐ
ｐｍ程度以下のものを用いるのが好ましい。
【００３４】更にこのイオン源２では、引出し電極系２
０を構成する電極の内の最プラズマ側の第１電極２１の
少なくともプラズマ１４側の面をシリコンまたはカーボ
ンで構成している。具体的には、単結晶シリコン、多結
晶シリコンまたはバルク状カーボンでこの第１電極２１
を構成しても良い。あるいは、この第１電極２１をモリ
ブデン等の高融点金属で形成しておいて、そのプラズマ
１４側の面または全面を、非晶質シリコン膜またはカー
ボン膜で被覆しても良い。但し、第１電極２１はプラズ
マ１４のスパッタを受けるので、膜を被覆するよりも、
この第１電極２１自身を、単結晶シリコン、多結晶シリ
コンまたはバルク状カーボンで構成する方が、長寿命に
なるので好ましい。いずれにしてもこの場合もカーボン
には、重金属をできるだけ含まない高純度のもの、例え
ば重金属含有量が１００ｐｐｍ程度以下のものを用いる
のが好ましい。
０を構成する電極の内の最プラズマ側の第１電極２１の
少なくともプラズマ１４側の面をシリコンまたはカーボ
ンで構成している。具体的には、単結晶シリコン、多結
晶シリコンまたはバルク状カーボンでこの第１電極２１
を構成しても良い。あるいは、この第１電極２１をモリ
ブデン等の高融点金属で形成しておいて、そのプラズマ
１４側の面または全面を、非晶質シリコン膜またはカー
ボン膜で被覆しても良い。但し、第１電極２１はプラズ
マ１４のスパッタを受けるので、膜を被覆するよりも、
この第１電極２１自身を、単結晶シリコン、多結晶シリ
コンまたはバルク状カーボンで構成する方が、長寿命に
なるので好ましい。いずれにしてもこの場合もカーボン
には、重金属をできるだけ含まない高純度のもの、例え
ば重金属含有量が１００ｐｐｍ程度以下のものを用いる
のが好ましい。
【００３５】第１電極２１以外の電極、即ち第２電極２
２、第３電極２３および第４電極２４を、第１電極２１
と同様に上記のような構成にするか否かは任意である
が、上記のような構成にすれば、この電極２２〜２４か
らも重金属イオンの放出を抑制することができるので、
イオンビーム２８中に重金属イオンが含まれるのを一層
抑制することができる。例えば、第１電極２１を単結晶
シリコンまたは多結晶シリコンで構成し、その他の電極
２２〜２４を高純度のカーボンで構成しても良い。
２、第３電極２３および第４電極２４を、第１電極２１
と同様に上記のような構成にするか否かは任意である
が、上記のような構成にすれば、この電極２２〜２４か
らも重金属イオンの放出を抑制することができるので、
イオンビーム２８中に重金属イオンが含まれるのを一層
抑制することができる。例えば、第１電極２１を単結晶
シリコンまたは多結晶シリコンで構成し、その他の電極
２２〜２４を高純度のカーボンで構成しても良い。
【００３６】上記イオン源２によれば、プラズマ室１０
の内壁をシリコンまたはカーボンから成る被覆材３８で
覆っているので、プラズマ室１０を構成する材料がプラ
ズマ１４によってスパッタされて当該材料中の重金属が
プラズマ１４中に混入するのを防止することができる。
例えば、プラズマ室容器４や高周波電極６をステンレス
で形成している場合、そのステンレス中の鉄やクロムが
プラズマ１４中に混入するのを防止することができる。
の内壁をシリコンまたはカーボンから成る被覆材３８で
覆っているので、プラズマ室１０を構成する材料がプラ
ズマ１４によってスパッタされて当該材料中の重金属が
プラズマ１４中に混入するのを防止することができる。
例えば、プラズマ室容器４や高周波電極６をステンレス
で形成している場合、そのステンレス中の鉄やクロムが
プラズマ１４中に混入するのを防止することができる。
【００３７】また、最プラズマ側の第１電極２１の少な
くともプラズマ１４側の面をシリコンまたはカーボンで
構成しているので、当該面がプラズマ１４によってスパ
ッタされても重金属がプラズマ１４中に混入しない。例
えば、従来は第１電極２１をモリブデンで構成していた
のでモリブデンがプラズマ中に混入していたのである
が、それを防止することができる。
くともプラズマ１４側の面をシリコンまたはカーボンで
構成しているので、当該面がプラズマ１４によってスパ
ッタされても重金属がプラズマ１４中に混入しない。例
えば、従来は第１電極２１をモリブデンで構成していた
のでモリブデンがプラズマ中に混入していたのである
が、それを防止することができる。
【００３８】更に、プラズマ室１０では高周波放電によ
ってプラズマ１４を生成するので、即ちフィラメントを
用いていないので、フィラメントがプラズマ１４によっ
てスパッタされて当該フィラメント構成の重金属がプラ
ズマ１４中に混入するのを防止することができる。例え
ば、従来はフィラメントの構成元素であるタングステン
がプラズマ中に混入していたのであるが、それを防止す
ることができる。
ってプラズマ１４を生成するので、即ちフィラメントを
用いていないので、フィラメントがプラズマ１４によっ
てスパッタされて当該フィラメント構成の重金属がプラ
ズマ１４中に混入するのを防止することができる。例え
ば、従来はフィラメントの構成元素であるタングステン
がプラズマ中に混入していたのであるが、それを防止す
ることができる。
【００３９】これらの結果、プラズマ室１０内のプラズ
マ１４中に重金属成分が含まれるのを抑制することがで
き、ひいてはイオン源２から引き出すイオンビーム２８
中に重金属イオンが含まれるのを抑制することができ
る。
マ１４中に重金属成分が含まれるのを抑制することがで
き、ひいてはイオン源２から引き出すイオンビーム２８
中に重金属イオンが含まれるのを抑制することができ
る。
【００４０】但し、上記のように構成した結果、イオン
源２から引き出すイオンビーム２８中には、シリコンイ
オンまたは炭素イオンが含まれる場合があるけれども、
注入対象物は通常は、シリコン基板４０であるので、そ
れにそれを構成するのと同じ元素（シリコン）が注入さ
れても支障はない。
源２から引き出すイオンビーム２８中には、シリコンイ
オンまたは炭素イオンが含まれる場合があるけれども、
注入対象物は通常は、シリコン基板４０であるので、そ
れにそれを構成するのと同じ元素（シリコン）が注入さ
れても支障はない。
【００４１】また、シリコン基板４０には、通常、元か
らその製造過程で炭素が若干ではあるけれども含まれて
いるので、しかも炭素はシリコンと同じ４Ｂ族元素であ
るので、そこに炭素イオンが少し位注入されても支障は
ない。例えば、単結晶のシリコンを引き上げ法で作ると
きに、通常は１００ｐｐｍ程度のカーボンが含まれる。
らその製造過程で炭素が若干ではあるけれども含まれて
いるので、しかも炭素はシリコンと同じ４Ｂ族元素であ
るので、そこに炭素イオンが少し位注入されても支障は
ない。例えば、単結晶のシリコンを引き上げ法で作ると
きに、通常は１００ｐｐｍ程度のカーボンが含まれる。
【００４２】以上の結果、上記イオン源２によれば、分
析マグネットを省略することが可能になる。あるいは、
分析マグネットを設けるとしてもそれには高分解能を要
しないので、分析マグネットを小型・軽量化および低コ
スト化することが可能になる。
析マグネットを省略することが可能になる。あるいは、
分析マグネットを設けるとしてもそれには高分解能を要
しないので、分析マグネットを小型・軽量化および低コ
スト化することが可能になる。
【００４３】例えば、上記イオン源２ではイオンビーム
２８中に重金属イオンが含まれなくなるので、分析マグ
ネットを設けるとしても、プラズマ室１０に導入するガ
ス３６が電離されることによって生じるイオン種（典型
的には２原子分子イオン、１価電離１原子イオン、２価
電離１原子イオン）の内から所望のイオン種を分離でき
る程度の低分解能の分析マグネットで済むようになる。
より具体的には、ガス３６にＢ2Ｈ6 ／Ｈ2 を用いる場
合、イオン種としては典型的には、Ｂ2Ｈn +（ｎ＝０〜
６）、ＢＨn + （ｎ＝０〜３）、Ｈn + （ｎ＝１〜３）が
生じるので、分析マグネットは、これらから所望のイオ
ン種（例えばＢＨn + ）を分離することができる程度の
低分解能で済むようになる。
２８中に重金属イオンが含まれなくなるので、分析マグ
ネットを設けるとしても、プラズマ室１０に導入するガ
ス３６が電離されることによって生じるイオン種（典型
的には２原子分子イオン、１価電離１原子イオン、２価
電離１原子イオン）の内から所望のイオン種を分離でき
る程度の低分解能の分析マグネットで済むようになる。
より具体的には、ガス３６にＢ2Ｈ6 ／Ｈ2 を用いる場
合、イオン種としては典型的には、Ｂ2Ｈn +（ｎ＝０〜
６）、ＢＨn + （ｎ＝０〜３）、Ｈn + （ｎ＝１〜３）が
生じるので、分析マグネットは、これらから所望のイオ
ン種（例えばＢＨn + ）を分離することができる程度の
低分解能で済むようになる。
【００４４】またこのようなイオン源２を備えた上記イ
オン注入装置によれば、分析マグネットを用いることな
く重金属イオンがシリコン基板４０に注入されるのを防
止することができるので、分析マグネットが不要であ
り、従って当該イオン注入装置の小型化、軽量化および
低コスト化を図ることができる。また、分析マグネット
が不要になると、それに関連する電源および制御系も不
要になって、当該イオン注入装置のシステム構成を一層
簡略化することができるので、装置の信頼性が向上する
と共に、この意味からも低コスト化を図ることができ
る。
オン注入装置によれば、分析マグネットを用いることな
く重金属イオンがシリコン基板４０に注入されるのを防
止することができるので、分析マグネットが不要であ
り、従って当該イオン注入装置の小型化、軽量化および
低コスト化を図ることができる。また、分析マグネット
が不要になると、それに関連する電源および制御系も不
要になって、当該イオン注入装置のシステム構成を一層
簡略化することができるので、装置の信頼性が向上する
と共に、この意味からも低コスト化を図ることができ
る。
【００４５】
【実施例】図１のイオン注入装置において、イオン源２
のステンレス製のプラズマ室１０の内壁を高純度カーボ
ンから成る板状の被覆材３８で覆った。かつ第１電極２
１を単結晶シリコンで製作し、他の電極２２〜２４を高
純度カーボンで製作した。そして、ガス３６として１０
％ＰＨ3 ／Ｈ2 ガスを供給し、高周波電源１６から１０
０ＭＨｚの高周波電力を供給し、引出し電圧（引出し電
源３２の出力電圧）を１０ｋＶとして、イオンビーム２
８を引き出して、それを分析マグネットを通すことなく
そのまま、対向して配置されたシリコン基板４０に注入
した。このようにして注入されたシリコン基板４０に含
まれている典型的な重金属元素Ｃr 、Ｆe 、Ｍo の成分
量を、ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマによる発光分光
分析）によって測定した結果を表１中に実施例として示
す。
のステンレス製のプラズマ室１０の内壁を高純度カーボ
ンから成る板状の被覆材３８で覆った。かつ第１電極２
１を単結晶シリコンで製作し、他の電極２２〜２４を高
純度カーボンで製作した。そして、ガス３６として１０
％ＰＨ3 ／Ｈ2 ガスを供給し、高周波電源１６から１０
０ＭＨｚの高周波電力を供給し、引出し電圧（引出し電
源３２の出力電圧）を１０ｋＶとして、イオンビーム２
８を引き出して、それを分析マグネットを通すことなく
そのまま、対向して配置されたシリコン基板４０に注入
した。このようにして注入されたシリコン基板４０に含
まれている典型的な重金属元素Ｃr 、Ｆe 、Ｍo の成分
量を、ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマによる発光分光
分析）によって測定した結果を表１中に実施例として示
す。
【００４６】同表中の比較例１は、同上のイオン注入装
置において、イオン源２のプラズマ室１０を被覆材３８
で覆わず、かつ電極２１〜２４をモリブデン製とした結
果を示す。この場合も、分析マグネットは用いていな
い。比較例２は、比較例１のイオン源から引き出したイ
オンビームを、高分解能の分析マグネットを通して質量
分離した後にシリコン基板４０に注入した結果を示す。
置において、イオン源２のプラズマ室１０を被覆材３８
で覆わず、かつ電極２１〜２４をモリブデン製とした結
果を示す。この場合も、分析マグネットは用いていな
い。比較例２は、比較例１のイオン源から引き出したイ
オンビームを、高分解能の分析マグネットを通して質量
分離した後にシリコン基板４０に注入した結果を示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】この表から分かるように、実施例では、分
析マグネットなしで、比較例２と、即ち分析マグネット
を有する従来のイオン注入装置と同程度に少ない金属コ
ンタミ量を実現することができた。
析マグネットなしで、比較例２と、即ち分析マグネット
を有する従来のイオン注入装置と同程度に少ない金属コ
ンタミ量を実現することができた。
【００４９】ところで、第１電極２１を上記実施例のよ
うに単結晶シリコンで製作した場合、その表面抵抗が高
いと、プラズマ１４から流入する電子電流によって電極
表面の電位分布が偏るため、イオンビーム２８のビーム
電流密度分布が均一でなくなる。特に引出し電圧が低く
なるとその影響が大きくなる。また、第１電極２１から
引き出すイオンビームの発散角が場所によって異なるよ
うになるため、その下流側の電極２２〜２４にイオンビ
ームが当たりやすくなり、電極間の放電の原因になる。
そこで単結晶シリコン電極の表面抵抗とビーム電流密度
分布等との関係を測定した結果を次に説明する。
うに単結晶シリコンで製作した場合、その表面抵抗が高
いと、プラズマ１４から流入する電子電流によって電極
表面の電位分布が偏るため、イオンビーム２８のビーム
電流密度分布が均一でなくなる。特に引出し電圧が低く
なるとその影響が大きくなる。また、第１電極２１から
引き出すイオンビームの発散角が場所によって異なるよ
うになるため、その下流側の電極２２〜２４にイオンビ
ームが当たりやすくなり、電極間の放電の原因になる。
そこで単結晶シリコン電極の表面抵抗とビーム電流密度
分布等との関係を測定した結果を次に説明する。
【００５０】即ち、第１電極２１に、アンチモン（Ｓb
）をドープした表面抵抗０．０１Ω／□の単結晶シリ
コンを用い、ガス３６として１０％Ｂ2Ｈ6 ／Ｈ2 ガス
を２０ｃｃｍプラズマ室１０に導入して、プラズマ室１
０に高周波電源１６から１００ＭＨｚ、２００Ｗの高周
波電力を供給したとき、引出し電圧５ｋＶにて電流密度
１ｍＡ／ｃｍ2 のホウ素イオンビームを得ることができ
た。また、第１電極２１に用いる単結晶シリコンの表面
抵抗を２０Ω／□以下にすると、第１電極２１の電極面
上での電位分布が０．５Ｖ以下となり、１２インチのシ
リコン基板４０上でのビーム電流密度分布は±５％以下
となり、許容範囲内に収まった。２０Ω／□より大きい
表面抵抗では、上記ビーム電流密度分布が±５％より大
きくなり、許容範囲を超えた。
）をドープした表面抵抗０．０１Ω／□の単結晶シリ
コンを用い、ガス３６として１０％Ｂ2Ｈ6 ／Ｈ2 ガス
を２０ｃｃｍプラズマ室１０に導入して、プラズマ室１
０に高周波電源１６から１００ＭＨｚ、２００Ｗの高周
波電力を供給したとき、引出し電圧５ｋＶにて電流密度
１ｍＡ／ｃｍ2 のホウ素イオンビームを得ることができ
た。また、第１電極２１に用いる単結晶シリコンの表面
抵抗を２０Ω／□以下にすると、第１電極２１の電極面
上での電位分布が０．５Ｖ以下となり、１２インチのシ
リコン基板４０上でのビーム電流密度分布は±５％以下
となり、許容範囲内に収まった。２０Ω／□より大きい
表面抵抗では、上記ビーム電流密度分布が±５％より大
きくなり、許容範囲を超えた。
【００５１】以上の結果から、第１電極２１を単結晶シ
リコン電極とする場合は、その表面抵抗を２０Ω／□以
下に、より具体的には２０Ω／□〜０．０１Ω／□にす
るのが好ましいと言える。
リコン電極とする場合は、その表面抵抗を２０Ω／□以
下に、より具体的には２０Ω／□〜０．０１Ω／□にす
るのが好ましいと言える。
【００５２】
【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。
るので、次のような効果を奏する。
【００５３】請求項１記載のイオン源によれば、プラズ
マ室の内壁をシリコンまたはカーボンから成る被覆材で
覆っているので、プラズマ室を構成する材料がプラズマ
によってスパッタされて当該材料中の重金属がプラズマ
中に混入するのを防止することができる。また、最プラ
ズマ側の第１電極の少なくともプラズマ側の面をシリコ
ンまたはカーボンで構成しているので、当該面がプラズ
マによってスパッタされても重金属がプラズマ中に混入
しない。更に、プラズマ室では高周波放電によってプラ
ズマを生成するので、即ちフィラメントを用いていない
ので、フィラメントがプラズマによってスパッタされて
当該フィラメント構成の重金属がプラズマ中に混入する
のを防止することができる。これらの結果、プラズマ室
内のプラズマ中に重金属成分が含まれるのを抑制するこ
とができ、ひいては当該イオン源から引き出すイオンビ
ーム中に重金属イオンが含まれるのを抑制することがで
きる。その結果、このイオン源によれば、分析マグネッ
トを省略することが可能になる。あるいは、分析マグネ
ットを設けるとしてもそれには高分解能を要しないの
で、分析マグネットを小型・軽量化および低コスト化す
ることが可能になる。
マ室の内壁をシリコンまたはカーボンから成る被覆材で
覆っているので、プラズマ室を構成する材料がプラズマ
によってスパッタされて当該材料中の重金属がプラズマ
中に混入するのを防止することができる。また、最プラ
ズマ側の第１電極の少なくともプラズマ側の面をシリコ
ンまたはカーボンで構成しているので、当該面がプラズ
マによってスパッタされても重金属がプラズマ中に混入
しない。更に、プラズマ室では高周波放電によってプラ
ズマを生成するので、即ちフィラメントを用いていない
ので、フィラメントがプラズマによってスパッタされて
当該フィラメント構成の重金属がプラズマ中に混入する
のを防止することができる。これらの結果、プラズマ室
内のプラズマ中に重金属成分が含まれるのを抑制するこ
とができ、ひいては当該イオン源から引き出すイオンビ
ーム中に重金属イオンが含まれるのを抑制することがで
きる。その結果、このイオン源によれば、分析マグネッ
トを省略することが可能になる。あるいは、分析マグネ
ットを設けるとしてもそれには高分解能を要しないの
で、分析マグネットを小型・軽量化および低コスト化す
ることが可能になる。
【００５４】請求項２記載のイオン注入装置によれば、
請求項１記載のイオン源を備えていて、分析マグネット
を用いることなく重金属イオンがシリコン基板に注入さ
れるのを防止することができるので、分析マグネットが
不要であり、従って当該イオン注入装置の小型化、軽量
化および低コスト化を図ることができる。また、分析マ
グネットが不要になると、それに関連する電源および制
御系も不要になって、当該イオン注入装置のシステム構
成を一層簡略化することができるので、装置の信頼性が
向上すると共に、この意味からも低コスト化を図ること
ができる。
請求項１記載のイオン源を備えていて、分析マグネット
を用いることなく重金属イオンがシリコン基板に注入さ
れるのを防止することができるので、分析マグネットが
不要であり、従って当該イオン注入装置の小型化、軽量
化および低コスト化を図ることができる。また、分析マ
グネットが不要になると、それに関連する電源および制
御系も不要になって、当該イオン注入装置のシステム構
成を一層簡略化することができるので、装置の信頼性が
向上すると共に、この意味からも低コスト化を図ること
ができる。
【図１】この発明に係るイオン源を備えたイオン注入装
置の一例を示す断面図である。
置の一例を示す断面図である。
２ イオン源 １０ プラズマ室 １４ プラズマ １６ 高周波電源 ２０ 引出し電極系 ２１ 第１電極 ２８ イオンビーム ３８ 被覆材 ４０ シリコン基板
Claims (2)
- 【請求項１】 ガスが導入されそれを高周波放電によっ
て電離させてプラズマを生成するプラズマ室と、このプ
ラズマ室の出口付近に設けられていて前記プラズマから
電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系とを
備え、前記プラズマ室の内壁をシリコンまたはカーボン
から成る被覆材で覆い、かつ前記引出し電極系を構成す
る電極の内の最プラズマ側の第１電極の少なくともプラ
ズマ側の面をシリコンまたはカーボンで構成したことを
特徴とするイオン源。 - 【請求項２】 請求項１記載のイオン源を備えていて、
当該イオン源から引き出したイオンビームを分析マグネ
ットを通すことなくそのままシリコン基板に入射させる
ように構成していることを特徴とするイオン注入装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8761296A JPH09259779A (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | イオン源およびそれを用いたイオン注入装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8761296A JPH09259779A (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | イオン源およびそれを用いたイオン注入装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09259779A true JPH09259779A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13919808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8761296A Pending JPH09259779A (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | イオン源およびそれを用いたイオン注入装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09259779A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1027565A (ja) * | 1996-07-11 | 1998-01-27 | Nissin Electric Co Ltd | イオン照射装置 |
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| WO2014170935A1 (ja) * | 2013-04-19 | 2014-10-23 | キヤノンアネルバ株式会社 | イオンビーム処理装置、電極アセンブリ及び電極アセンブリの洗浄方法 |
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| KR20220146314A (ko) | 2021-04-23 | 2022-11-01 | 닛신 이온기기 가부시기가이샤 | 이온원 |
-
1996
- 1996-03-15 JP JP8761296A patent/JPH09259779A/ja active Pending
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