JPH09288981A - Ion beam extracting method - Google Patents

Ion beam extracting method

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JPH09288981A
JPH09288981A JP8127958A JP12795896A JPH09288981A JP H09288981 A JPH09288981 A JP H09288981A JP 8127958 A JP8127958 A JP 8127958A JP 12795896 A JP12795896 A JP 12795896A JP H09288981 A JPH09288981 A JP H09288981A
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JP
Japan
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plasma
diborane
electrode
ion
ions
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Application number
JP8127958A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Sakai
滋樹 酒井
Masato Takahashi
正人 高橋
Masayasu Tanjiyou
正安 丹上
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To extract an ion beam, having about 100% diborane ion from a high-frequency ion source, by extracting the ion beam with sheath electrode voltage, between a high-frequency electrode and plasma, made in a given range. SOLUTION: When plasma 14 is produced in the plasma chamber 10 of a high-frequency ion source 2, the plasma 14 has positive electric potential constantly to a high-frequency electrode 6 and a plasma chamber vessel 4. By this sheath voltage V1 , an electron in the peripheral part of the plasma 14, is accelerated toward the plasma 14 side, to collide with a hydrogen-dilluted diborane gas led into the plasma chamber 10. Here, the energy of the electron, colliding with the hydrogen-dilluted diborane gas, can be made within a range of 4-12eV, by making sheath voltage V1 within 4-12V, thereby extracting an ion beam 28, having nearly 100% of the diborane ion from the high-frequency ion source 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体基
板への不純物注入等に用いられるものであって、高周波
イオン源からイオンビームを引き出す、より具体的には
ジボランイオンがほぼ100%のイオンビームを引き出
す方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used, for example, for implanting impurities into a semiconductor substrate, and extracts an ion beam from a high-frequency ion source, and more specifically, an ion beam in which diborane ions are almost 100%. Regarding how to pull out.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばシリコン基板の所定領域にホウ素
(B)を注入して、トランジスタのP形領域を形成する
ことが行われている。このホウ素の注入には、通常、ホ
ウ素の水素化合物であるジボランイオンB2n + (n=
0〜6)が用いられる。
2. Description of the Related Art For example, boron (B) is implanted into a predetermined region of a silicon substrate to form a P-type region of a transistor. For this boron implantation, diborane ion B 2 H n + (n =
0-6) are used.

【0003】ジボランは、100%濃度のガスであると
自己分解してしまうので、通常は水素ガスによって希釈
を行っている。ちなみに現在の技術では、20%(即ち
ジボラン20%、水素80%)よりジボラン濃度の高い
希釈は困難であると言われている。
Since diborane self-decomposes when it is a gas having a concentration of 100%, it is usually diluted with hydrogen gas. By the way, it is said that it is difficult to dilute the diborane concentration higher than 20% (that is, 20% diborane and 80% hydrogen) with the current technology.

【0004】水素希釈のジボランガスをイオン源内に導
入してプラズマを生成すると、そのプラズマ中には、通
常は、水素イオンH+ 、モノマーのボランイオンBHn
+ (n=0〜3)およびダイマーのジボランイオンB2
n + (n=0〜6)が発生する。
When plasma is generated by introducing diborane gas diluted with hydrogen into an ion source, hydrogen ions H + and monomer borane ions BH n are usually contained in the plasma.
+ (N = 0 to 3) and dimer diborane ion B 2
H n + (n = 0 to 6) is generated.

【0005】基板にイオン注入を行う場合、水素が注入
されても、後工程の熱拡散工程で水素は基板表面から抜
け出す。従って、水素が注入されても、トランジスタの
特性に問題はないが、イオンビーム中に水素イオンが含
まれると、目的とするホウ素イオンと同時に余計な水素
イオンが注入され、注入量は通常は注入ビーム電流で計
測されるため、水素イオンも注入量として計測され、従
って必要なホウ素イオンの注入量が減る。
In the case of implanting ions into the substrate, even if hydrogen is implanted, the hydrogen will escape from the substrate surface in the thermal diffusion process as a post process. Therefore, even if hydrogen is implanted, there is no problem in transistor characteristics, but if hydrogen ions are included in the ion beam, extra hydrogen ions are implanted at the same time as the target boron ions, and the implantation amount is usually Since it is measured by the beam current, hydrogen ions are also measured as the implantation amount, and thus the required implantation amount of boron ions is reduced.

【0006】従って、余計な水素イオンの分、注入時間
を長くするか、イオンビームのビーム電流を大きくする
必要が出てくる。前者はスループット(単位時間当たり
の基板の処理能力)の低下に、後者は基板への熱入力の
増大につながり、いずれも好ましくない。
Therefore, it becomes necessary to lengthen the implantation time or increase the beam current of the ion beam by the amount of extra hydrogen ions. The former leads to a decrease in throughput (processing ability of the substrate per unit time), and the latter leads to an increase in heat input to the substrate, both of which are not preferable.

【0007】一方、ホウ素原子に水素が付いた分子状の
イオン(即ち前述したボランイオンおよびジボランイオ
ン)を注入しても、ホウ素に付いている水素は後工程の
熱拡散工程で基板表面から抜け出すので、トランジスタ
の特性に問題はない。また、分子状のイオンであればそ
のホウ素と水素が一つの固まりとして注入量として計測
されるため、必要なホウ素の注入量が減ることはなく、
従って上記のように余計に注入する必要はない。
On the other hand, even if molecular ions having hydrogen attached to a boron atom (that is, the above-mentioned borane ion and diborane ion) are implanted, the hydrogen attached to the boron escapes from the surface of the substrate in the thermal diffusion step as a post step. Therefore, there is no problem in the characteristics of the transistor. Also, if it is a molecular ion, the boron and hydrogen are measured as an injection amount as one lump, so the required injection amount of boron does not decrease,
Therefore, it is not necessary to inject extra as described above.

【0008】ボランイオンは一つのホウ素、ジボランイ
オンは二つのホウ素を含むため、同じ注入量を実現する
場合、ジボランイオンを注入する方が、ボランイオンに
比べて注入電流が1/2で済むという利点がある。
Since the borane ion contains one boron and the diborane ion contains two boron, the injection current of diborane ion is half that of borane ion when the same implantation amount is realized. There are advantages.

【0009】また、LSIの高集積化に伴い、一つのト
ランジスタサイズが小さくなり、そのPN接合の深さも
浅くなる傾向にある。例えば、現在の16MbitのD
RAMでは、接合の深さが100nm程度であり、それ
を実現するのにホウ素イオンを10keV程度のエネル
ギーで注入している。今後更に集積化が進むと、接合の
深さは50nm程度になると予想され、その場合はホウ
素イオンは3keV程度のエネルギーで注入する必要が
ある。
Further, with the high integration of LSIs, the size of one transistor tends to become smaller and the depth of its PN junction tends to become shallower. For example, the current 16Mbit D
In a RAM, the junction depth is about 100 nm, and boron ions are implanted at an energy of about 10 keV to achieve this. It is expected that the junction depth will be about 50 nm with further integration in the future, and in that case, it is necessary to implant boron ions with energy of about 3 keV.

【0010】イオンを電気的に加速して輸送するとき、
イオンビームはそれが持つ空間電荷効果によって発散し
ようとする。加速電圧が低いほど、この空間電荷効果の
影響が大きくなり、イオンビームの輸送が困難になる。
ジボランイオンはボランイオンに対して約2倍の質量数
を持つので、ジボランの注入飛程をボランのそれと同じ
にするには、2倍の加速電圧が必要になる。例えば、前
述した50nm程度の注入深さを実現するためには、ボ
ランイオンの場合は3keV程度の、ジボランイオンの
場合はその倍の6keV程度の加速エネルギーを用いる
ことになる。従ってジボランイオンの方が、空間電荷効
果の影響を受けにくく輸送しやすい。
When ions are electrically accelerated and transported,
The ion beam tends to diverge due to its space charge effect. The lower the accelerating voltage, the greater the effect of this space charge effect, and the more difficult it becomes to transport the ion beam.
Since the diborane ion has a mass number about twice that of the borane ion, a double acceleration voltage is required to make the injection range of diborane the same as that of borane. For example, in order to realize the implantation depth of about 50 nm, the acceleration energy of about 3 keV is used for borane ions, and about 6 keV, which is twice that for diborane ions. Therefore, diborane ions are less affected by the space charge effect and are easier to transport.

【0011】以上のように、ホウ素イオンの注入には、
ビーム電流が半分で済み、かつ輸送しやすいので、ジボ
ランイオンを用いる方が好ましい。
As described above, boron ion implantation is
It is preferable to use diborane ions because the beam current is half and easy to transport.

【0012】ジボランイオンと同時にボランイオンが基
板に注入されると、ボランイオンの方が前述したように
より深い位置に注入され、それが接合の深さを決定して
しまうので、注入にはジボランイオンがほぼ100%の
イオンビームが必要である。
When borane ions are implanted into the substrate at the same time as the diborane ions, the borane ions are implanted at a deeper position as described above, which determines the junction depth. However, an ion beam of almost 100% is required.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】高周波イオン源に水素
希釈のジボランガスを導入してイオンビームを引き出す
場合、当該イオン源からジボランイオンがほぼ100%
のイオンビームを引き出すことは従来は困難であった。
When a hydrogen-diluted diborane gas is introduced into a high-frequency ion source to extract an ion beam, almost 100% of the diborane ions are emitted from the ion source.
It has been difficult in the past to extract the ion beam.

【0014】これを詳述すると、高周波イオン源の一例
を図1に示す。この高周波イオン源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1
4を生成するプラズマ室10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。
To explain this in detail, an example of a high frequency ion source is shown in FIG. In this high frequency ion source 2, a gas 36 is introduced and ionized by a high frequency discharge to generate plasma 1
4, a plasma chamber 10 for generating 4 and an extraction electrode system 20 provided near the exit of the plasma chamber 10 for extracting an ion beam 28 from the plasma 14 by the action of an electric field.

【0015】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。
The plasma chamber 10 has a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape).
Plasma chamber container 4 and its rear surface (extracting electrode system 20
The opening of the plate-shaped high-frequency electrode 6 is covered with an insulator 8 interposed therebetween.

【0016】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、直列コンデンサ等を含む整合回路18を
介して高周波電源16から、例えば13.56MHz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。
In this example, the plasma chamber container 4 also serves as one high-frequency electrode, and a high-frequency power source 16 is provided between the plasma chamber container 4 and the high-frequency electrode 6 via a matching circuit 18 including a series capacitor and the like. For example, high frequency power having a frequency of 13.56 MHz is supplied. As a result, a high frequency discharge is generated between the high frequency electrode 6 and the plasma chamber container 4, the gas 36 is ionized, and the plasma 14 is generated.

【0017】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。
The extraction electrode system 20 is composed of one or more electrodes, usually a plurality of electrodes. Specifically, in this example,
The first electrode 2 arranged from the most plasma side toward the downstream side
The first electrode 22, the second electrode 22, the third electrode 23, and the fourth electrode 24 are included. Reference numeral 26 is an insulator. Each electrode 21-
24 is a porous electrode having a plurality of holes in this example, but may have a plurality of slits.

【0018】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。
The first electrode 21 is used for extracting the ion beam 2
8 is an electrode for determining energy, and a positive high voltage (acceleration voltage) is applied from the acceleration power source 31 with reference to the ground potential. The second electrode 22 is an electrode that produces a potential difference between the second electrode 22 and the first electrode 21, and draws the ion beam 28 from the plasma 14 by the electric field generated by the potential difference. The second electrode 22 has a negative potential with respect to the potential of the first electrode 21 from the extraction power source 32. A voltage (drawing voltage) is applied. The third electrode 23 is an electrode that suppresses the backflow of electrons from the downstream side, and a negative voltage (suppression voltage) is applied from the suppression power supply 33 with reference to the ground potential. The fourth electrode 24 is grounded.

【0019】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。
In this example, a plurality of permanent magnets 12 for generating a magnetic field for plasma confinement are arranged on the outer periphery of the plasma chamber container 4 and the upper surface of the high frequency electrode 6.

【0020】このような高周波イオン源2において、そ
のガス36として水素希釈のジボランガスを導入するこ
とによって、ジボランイオンを含むイオンビーム28を
引き出すことができる。
In such a high-frequency ion source 2, by introducing diborane gas diluted with hydrogen as the gas 36, the ion beam 28 containing diborane ions can be extracted.

【0021】このような高周波イオン源2の従来の運転
条件の典型例は表1のとおりであり、このような運転条
件で引き出したイオンビーム28中のジボランイオンの
割合はわずか約2%であり、殆どが水素イオンである。
Typical examples of the conventional operating conditions of such a high-frequency ion source 2 are shown in Table 1, and the proportion of diborane ions in the ion beam 28 extracted under such operating conditions is only about 2%. , Mostly hydrogen ions.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】従って従来は、このような高周波イオン源
2と注入対象物である基板との間に分析マグネット(質
量分離マグネットとも呼ばれる)を設け、この分析マグ
ネットによってイオンビーム28中から所望のジボラン
イオンのみを分離して、それを基板に注入していた。
Therefore, conventionally, an analysis magnet (also called a mass separation magnet) is provided between the high-frequency ion source 2 and the substrate to be implanted, and a desired diborane ion is extracted from the ion beam 28 by the analysis magnet. Only the separated one was injected into the substrate.

【0024】しかしながら、このような分析マグネット
を用いる方法では、分析マグネットおよびそれ用の電源
等が必要であるので、そのぶん高価になると共に、それ
を組み込んだイオン注入装置も大型、大重量かつ高価に
なるという問題がある。
However, the method using such an analysis magnet requires an analysis magnet and a power source for the analysis magnet, so that it is expensive and the ion implantation apparatus incorporating the same is large, heavy and expensive. There is a problem that becomes.

【0025】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。
Moreover, in recent years, the size of the silicon substrate is 8
Although the size has increased from inches to 12 inches, etc., when the target substrate size increases, the ion beam size must be increased accordingly, and the analysis magnet that mass-separates such a large ion beam is also large. The above problem becomes more serious as it has to be realized.

【0026】そこでこの発明は、水素希釈のジボランガ
スを用いる高周波イオン源から、ジボランイオンがほぼ
100%のイオンビームを引き出す方法を提供すること
を主たる目的とする。
Therefore, the main object of the present invention is to provide a method for extracting an ion beam of which diborane ions are almost 100% from a high frequency ion source using hydrogen-diluted diborane gas.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】この発明のイオンビーム
引き出し方法は、前述したような高周波イオン源を用い
て、そのプラズマ室内に水素希釈のジボランガスを導入
し、かつ高周波電極とプラズマとの間のシース電圧を4
〜12Vの範囲にしてイオンビームを引き出すことを特
徴とする。
The ion beam extraction method of the present invention uses the high-frequency ion source as described above to introduce hydrogen-diluted diborane gas into the plasma chamber of the high-frequency ion source and to provide a space between the high-frequency electrode and the plasma. Sheath voltage is 4
It is characterized in that the ion beam is extracted in the range of -12V.

【0028】この方法によれば、高周波イオン源からジ
ボランイオンがほぼ100%のイオンビームを引き出す
ことができる。その理由は次のとおりである。
According to this method, an ion beam having almost 100% diborane ions can be extracted from the high frequency ion source. The reason is as follows.

【0029】ジボランガスB26 に電子を衝突させる
と、通常はジボランイオン、ボランイオンおよび水素イ
オンが発生する。その場合、水素イオンが発生しない唯
一の反応は、ジボランイオンの内でもB25 + (5水素
2ホウ素イオン)を生成する反応の場合であり、これは
次の数1で表される。
When electrons are made to collide with the diborane gas B 2 H 6 , diborane ions, borane ions and hydrogen ions are usually generated. In that case, the only reaction in which hydrogen ions are not generated is a reaction in which B 2 H 5 + (5 hydrogen 2 boron ions) is generated among diborane ions, and this is represented by the following formula 1.

【0030】[0030]

【数1】B26 +e→B25 + +H+2e[Equation 1] B 2 H 6 + e → B 2 H 5 + + H + 2e

【0031】他のジボランイオンB2n + (n=0〜
4,6)、ボランイオンBHn + (n=0〜3)が発生
する反応では、水素イオンも同時に発生する。従って、
電子のエネルギーをうまく選択することによって、上記
数1の反応を優先的に起こさせれば良い。
Other diborane ions B 2 H n + (n = 0 to 0)
4, 6), and in the reaction in which the borane ion BH n + (n = 0 to 3) is generated, hydrogen ion is simultaneously generated. Therefore,
It suffices to preferentially cause the reaction of the above formula 1 by properly selecting the electron energy.

【0032】その結果を図2および図3に示す。両図
は、ジボランガスB26 に電子を衝突させたときのイ
オンの生成量を示すものである。図2から分かるよう
に、電子のエネルギーが12eV以下であるとB25 +
が優先的に生成されるが、12eVを超えるとその他の
ジボランイオンおよびボランイオンが生成され、同時
に、図3に示すように、水素イオンHn + (n=1,
2)も生成される。また、電子のエネルギーが4eV未
満であると、ジボランガスが電離するには不十分であ
り、図2に示すように、どのジボランイオンも生成され
ない。このように、電子のエネルギーを4〜12eVの
範囲にすることによって、ジボランイオンB25 + だけ
を生成することができる。このときに上記数1の反応が
優先的に起こっているものと考えられる。
The results are shown in FIGS. 2 and 3. Both figures show the amount of ions generated when electrons are made to collide with diborane gas B 2 H 6 . As can be seen from FIG. 2, when the electron energy is 12 eV or less, B 2 H 5 +
Is generated preferentially, but when it exceeds 12 eV, other diborane ions and borane ions are generated, and at the same time, as shown in FIG. 3, hydrogen ions H n + (n = 1,
2) is also generated. If the electron energy is less than 4 eV, the diborane gas is insufficient for ionization, and no diborane ion is generated as shown in FIG. Thus, by setting the electron energy in the range of 4 to 12 eV, only diborane ion B 2 H 5 + can be generated. At this time, it is considered that the reaction of the above formula 1 is preferentially occurring.

【0033】図4は水素ガスに電子を衝突させたときの
水素イオンの生成量を示す。この図から分かるように、
電子のエネルギーが20eV以上になると水素イオンの
量が急激に増えている。これは、電子のエネルギーが2
0eV以上になると、希釈に用いる水素ガスが電離して
しまうからである。従って、電子のエネルギーは20e
V未満にする必要がある。
FIG. 4 shows the amount of hydrogen ions produced when electrons collide with hydrogen gas. As you can see from this figure,
When the energy of electrons becomes 20 eV or more, the amount of hydrogen ions increases rapidly. This is because the electron energy is 2
This is because the hydrogen gas used for dilution is ionized at 0 eV or more. Therefore, the electron energy is 20e
It must be less than V.

【0034】以上を総合すると、水素希釈のジボランガ
スに衝突させる電子のエネルギーを4〜12eVの範囲
にすることによって、水素イオンおよびボランイオンを
生成せずに、ジボランイオンB25 + だけをほぼ100
%の割合で生成することができる。これを、この出願の
発明者達は見い出した。
In summary, by setting the energy of the electrons to collide with the hydrogen-diluted diborane gas in the range of 4 to 12 eV, hydrogen ions and borane ions are not generated, and only diborane ions B 2 H 5 + are almost generated. 100
% Can be generated. The inventors of this application have found this.

【0035】このような電子のエネルギーを前述したよ
うな高周波イオン源2において実現する方法は、次のと
おりである。即ち、当該高周波イオン源2のプラズマ室
10でプラズマ14を生成すると、当該プラズマ14中
のイオンと電子の移動度の差によって、プラズマ14は
高周波電極6およびプラズマ室容器4に対して常に正の
電位を取る。従って、高周波電極6とプラズマ14との
間およびプラズマ室容器4とプラズマ14との間に電圧
差ができる。これがシース電圧である。このシース電圧
は、高周波電極6側とプラズマ室容器4側では大きさが
異なり、その面積の4乗に反比例する。通常はプラズマ
室容器4の面積の方が高周波電極6の面積よりも大きい
ことに加えて、プラズマ室容器4側の面積にはそれと同
電位の第1電極21の面積も加わることもあって、プラ
ズマ室容器4側の面積の方が遙かに大きく、従ってプラ
ズマ室容器4側のシース電圧V2 は高周波電極6側のシ
ース電圧V1 に比べて遙かに小さい。従ってシース電圧
2 は無視することができる。
The method of realizing such electron energy in the high frequency ion source 2 as described above is as follows. That is, when the plasma 14 is generated in the plasma chamber 10 of the high frequency ion source 2, the plasma 14 is always positive with respect to the high frequency electrode 6 and the plasma chamber container 4 due to the difference in mobility of ions and electrons in the plasma 14. Take a potential. Therefore, a voltage difference is generated between the high frequency electrode 6 and the plasma 14 and between the plasma chamber container 4 and the plasma 14. This is the sheath voltage. The sheath voltage is different in magnitude between the high frequency electrode 6 side and the plasma chamber container 4 side, and is inversely proportional to the fourth power of the area. Usually, in addition to the area of the plasma chamber container 4 being larger than the area of the high-frequency electrode 6, the area of the plasma chamber container 4 side may include the area of the first electrode 21 having the same potential as the area. The area on the plasma chamber container 4 side is much larger, and therefore the sheath voltage V 2 on the plasma chamber container 4 side is much smaller than the sheath voltage V 1 on the high frequency electrode 6 side. Therefore, the sheath voltage V 2 can be ignored.

【0036】この高周波電極6とプラズマ14との間の
シース電圧V1 によって、プラズマ14の周辺部の電子
はプラズマ14側に向けて加速され、プラズマ室10に
導入された水素希釈ジボランガスと衝突する。このとき
の電子の加速電圧、即ちシース電圧V1 が、前述した電
子のエネルギーに相当する。従って、この高周波電極6
とプラズマ14との間のシース電圧V1 を4〜12Vの
範囲にすることによって、水素希釈のジボランガスに衝
突させる電子のエネルギーを4〜12eVの範囲にする
ことができる。それによって、前述したような理由か
ら、高周波イオン源2からジボランイオンがほぼ100
%のイオンビーム28を引き出すことができる。
Due to the sheath voltage V 1 between the high frequency electrode 6 and the plasma 14, the electrons in the peripheral portion of the plasma 14 are accelerated toward the plasma 14 side and collide with the hydrogen-diluted diborane gas introduced into the plasma chamber 10. . The electron acceleration voltage at this time, that is, the sheath voltage V 1 corresponds to the electron energy described above. Therefore, this high-frequency electrode 6
By setting the sheath voltage V 1 between the plasma and the plasma 14 to be in the range of 4 to 12V, the energy of electrons that collide with the hydrogen-diluted diborane gas can be set to be in the range of 4 to 12eV. As a result, due to the above-mentioned reason, almost 100 diborane ions are emitted from the high frequency ion source 2.
% Ion beam 28 can be extracted.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】上述した高周波電極6とプラズマ
14との間のシース電圧V1 は、具体的には、高周波
電源16から高周波イオン源2に(具体的にはその高周
波電極6とプラズマ室容器4間に)供給する高周波電力
の周波数、その高周波投入電力、およびプラズマ室
10内のジボランの分圧によって制御することができ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The sheath voltage V 1 between the high frequency electrode 6 and the plasma 14 described above is, specifically, from the high frequency power source 16 to the high frequency ion source 2 (specifically, the high frequency electrode 6 and the plasma 14). It can be controlled by the frequency of the high-frequency power supplied (between the chamber containers 4), the high-frequency input power thereof, and the partial pressure of diborane in the plasma chamber 10.

【0038】その場合、高周波周波数は、あまり低いと
放電持続が困難であり、あまり高いと高周波が高周波イ
オン源2内に投入できなくなるので、13.56MHz
から500MHzの範囲にするのが好ましい。周波数を
高くするとシース電圧V1 は小さくなる傾向にある。
In this case, if the high frequency is too low, it is difficult to sustain the discharge, and if it is too high, the high frequency cannot be injected into the high frequency ion source 2, and therefore 13.56 MHz.
To 500 MHz is preferable. The sheath voltage V 1 tends to decrease as the frequency increases.

【0039】高周波投入電力は、あまり小さいと放電持
続が困難になり、あまり大きいと高周波イオン源の熱負
荷が過大になって耐えられなくなるので、20Wから8
00Wの範囲が好ましい。投入電力を大きくするとシー
ス電圧V1 は大きくなる傾向にある。
If the high-frequency input power is too small, it becomes difficult to sustain the discharge, and if it is too high, the heat load of the high-frequency ion source becomes too large to withstand.
A range of 00W is preferred. When the input power is increased, the sheath voltage V 1 tends to increase.

【0040】プラズマ室10内のジボラン分圧は、あま
り高いと引出し電極系において(具体的にはその第1電
極21と第2電極22間において)放電が発生してイオ
ンビーム28の引き出しが困難になり、あまり低いとプ
ラズマ室10内において放電持続が困難になるので、1
×100 Paから1×10-2Paの範囲にするのが好ま
しい。
If the partial pressure of diborane in the plasma chamber 10 is too high, discharge is generated in the extraction electrode system (specifically, between the first electrode 21 and the second electrode 22), and it is difficult to extract the ion beam 28. If it is too low, it becomes difficult to maintain the discharge in the plasma chamber 10.
It is preferably in the range of × 10 0 Pa to 1 × 10 -2 Pa.

【0041】上記シース電圧V1 は、例えば、図1中に
2点鎖線で示すように、高周波電極6とプラズマ室容器
4との間に、高周波阻止用のブロッキングコイル40を
介して電圧計38を接続することによって、測定するこ
とができる。その場合、測定される電圧にはプラズマ室
容器4側のシース電圧V2 も含まれることになるが、こ
れは前述したように高周波電極6側のシース電圧V1
比べれば十分に小さいので、無視することができる。
The sheath voltage V 1 is measured, for example, by a voltmeter 38 between a high frequency electrode 6 and the plasma chamber container 4 via a high frequency blocking coil 40, as indicated by a two-dot chain line in FIG. Can be measured by connecting. In that case, the measured voltage also includes the sheath voltage V 2 on the plasma chamber container 4 side, which is sufficiently smaller than the sheath voltage V 1 on the high frequency electrode 6 side as described above. Can be ignored.

【0042】図1に示した高周波イオン源2において、
上記高周波周波数、高周波投入電力およびジボラン分圧
を変化させたときの、シース電圧V1 、引き出されるイ
オンビーム28中のジボランイオンB25 + の割合およ
び総合評価を表2および表3に示す。表2は表3に続く
ものである。総合評価は、B25 + の割合が100%の
場合を○印、それ以外を×印で示した。
In the high frequency ion source 2 shown in FIG.
Tables 2 and 3 show the sheath voltage V 1 , the ratio of the diborane ions B 2 H 5 + in the extracted ion beam 28, and the overall evaluation when the high frequency, the high frequency input power, and the diborane partial pressure were changed. . Table 2 is a continuation of Table 3. In the comprehensive evaluation, the case where the proportion of B 2 H 5 + was 100% was indicated by a circle, and the other cases were indicated by a cross.

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】[0044]

【表3】 [Table 3]

【0045】この表から分かるように、シース電圧V1
が前述した4〜12Vの範囲にあるとき、ジボランイオ
ンB25 + がほぼ100%のイオンビーム28を引き出
すことができる。
As can be seen from this table, the sheath voltage V 1
Is in the range of 4 to 12 V described above, the ion beam 28 in which the diborane ions B 2 H 5 + are almost 100% can be extracted.

【0046】ちなみに従来は、高周波電極6とプラズマ
14との間のシース電圧V1 の大きさを制御するという
考えはなかった。従って、先に表1に示した従来の典型
的な運転条件では、そのシース電圧V1 を調べてみる
と、表2の第1行に示すように、150Vという非常に
大きな値になっていた。それゆえ、前述したように、水
素イオンの生成が多く、B25 + の割合は約2%しかな
かった。
Incidentally, conventionally, there was no idea to control the magnitude of the sheath voltage V 1 between the high frequency electrode 6 and the plasma 14. Therefore, when the sheath voltage V 1 was examined under the conventional typical operating conditions shown in Table 1 above, it was a very large value of 150 V as shown in the first row of Table 2. . Therefore, as described above, many hydrogen ions were produced, and the proportion of B 2 H 5 + was only about 2%.

【0047】なお、図1に示した高周波イオン源2はあ
くまでも一例であり、その引出し電極系20の構成、そ
れ用の電源の構成、永久磁石12の配置、整合回路18
の構成等は、先に説明したもの以外でも良い。その場合
でも勿論、この発明の上述したようなイオンビーム引き
出し方法を適用することができる。
The high-frequency ion source 2 shown in FIG. 1 is merely an example, and the structure of the extraction electrode system 20, the structure of the power supply for it, the arrangement of the permanent magnets 12, and the matching circuit 18 are shown.
The configuration and the like may be other than those described above. Even in that case, of course, the above-described ion beam extraction method of the present invention can be applied.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、高周波
電極とプラズマとの間のシース電圧を4〜12Vの範囲
にしてイオンビームを引き出すことによって、水素希釈
のジボランガスを用いる高周波イオン源から、ジボラン
イオンがほぼ100%のイオンビームを引き出すことが
できる。
As described above, according to the present invention, by extracting the ion beam with the sheath voltage between the high-frequency electrode and the plasma in the range of 4 to 12 V, the high-frequency ion source using diborane gas diluted with hydrogen can be used. , An ion beam with almost 100% diborane ions can be extracted.

【0049】その結果、分析マグネットおよびそれ用の
電源等を省略することが可能になり、そのぶん安価にな
ると共に、このようなイオンビーム引き出し方法を用い
る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。しかもこのような効果は、基板サイ
ズの大型化に対応してイオンビームサイズを大きくする
場合は、一層顕著になる。
As a result, it is possible to omit the analysis magnet and the power supply for the analysis magnet, which is reasonably inexpensive, and the ion implantation apparatus using such an ion beam extraction method can be made compact, lightweight, and low in cost. Cost can be reduced. Moreover, such an effect becomes more remarkable when the ion beam size is increased corresponding to the increase in the substrate size.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】高周波イオン源の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a high frequency ion source.

【図2】ジボランガスに電子を衝突させたときの、電子
のエネルギーに対するホウ素含有イオンの生成量を示す
グラフである。
FIG. 2 is a graph showing the amount of boron-containing ions generated with respect to the energy of electrons when the electrons are made to collide with diborane gas.

【図3】ジボランガスに電子を衝突させたときの、電子
のエネルギーに対する水素イオンの生成量を示すグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing the production amount of hydrogen ions with respect to the energy of electrons when the electrons are made to collide with diborane gas.

【図4】水素ガスに電子を衝突させたときの、電子のエ
ネルギーに対する水素イオンの生成量を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing the production amount of hydrogen ions with respect to the energy of electrons when the electrons are made to collide with hydrogen gas.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 高周波イオン源 4 プラズマ室容器 6 高周波電極 10 プラズマ室 14 プラズマ 16 高周波電源 18 整合回路 20 引出し電極系 28 イオンビーム 36 ガス 2 high frequency ion source 4 plasma chamber container 6 high frequency electrode 10 plasma chamber 14 plasma 16 high frequency power supply 18 matching circuit 20 extraction electrode system 28 ion beam 36 gas

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 筒状のプラズマ室容器と、その背面部の
開口部を絶縁碍子を介して蓋をする高周波電極とを有し
ていてこれらの内側にプラズマ室が形成されており、こ
の高周波電極とプラズマ室容器間に高周波電力を供給し
て高周波放電によって、プラズマ室内に導入されたガス
を電離させてプラズマ室内にプラズマを生成し、このプ
ラズマから引出し電極系によってイオンビームを引き出
す構成の高周波イオン源を用いて、そのプラズマ室内に
水素希釈のジボランガスを導入し、かつ高周波電極とプ
ラズマとの間のシース電圧を4〜12Vの範囲にしてイ
オンビームを引き出すことを特徴とするイオンビーム引
き出し方法。
1. A plasma chamber container having a cylindrical shape, and a high-frequency electrode having an opening at a rear surface portion thereof covered with an insulator, and a plasma chamber is formed inside the high-frequency electrode. High-frequency electric power is supplied between the electrode and the plasma chamber container to generate a plasma in the plasma chamber by ionizing the gas introduced into the plasma chamber by the high-frequency discharge. A method for extracting an ion beam, which comprises using an ion source to introduce hydrogen-diluted diborane gas into the plasma chamber and extracting the ion beam with a sheath voltage between the high frequency electrode and the plasma being in the range of 4 to 12V. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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