JPH1097828A - イオン注入方法およびイオン注入装置 - Google Patents
イオン注入方法およびイオン注入装置Info
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- JPH1097828A JPH1097828A JP8251100A JP25110096A JPH1097828A JP H1097828 A JPH1097828 A JP H1097828A JP 8251100 A JP8251100 A JP 8251100A JP 25110096 A JP25110096 A JP 25110096A JP H1097828 A JPH1097828 A JP H1097828A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 イオン注入時に酸化膜の破壊、あるいは半導
体装置特性の劣化が発生する。 【解決手段】 電荷密度測定センサー１２、電荷密度測
定装置１３により得られた電荷密度の測定値は、信号処
理装置１４に入力され、信号処理装置１４は所定の設定
値をもとに測定された値の比較により、一定領域に封じ
込められる電子の総電荷量を所定の値に制御するように
プラズマの発生機構の制御を行う。その結果、半導体基
板に作り込んだ半導体装置のゲート酸化膜の破壊を防止
できる。
体装置特性の劣化が発生する。 【解決手段】 電荷密度測定センサー１２、電荷密度測
定装置１３により得られた電荷密度の測定値は、信号処
理装置１４に入力され、信号処理装置１４は所定の設定
値をもとに測定された値の比較により、一定領域に封じ
込められる電子の総電荷量を所定の値に制御するように
プラズマの発生機構の制御を行う。その結果、半導体基
板に作り込んだ半導体装置のゲート酸化膜の破壊を防止
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置製造に用
いられるイオン注入工程におけるイオン注入方法および
イオン注入装置に関するものである。
いられるイオン注入工程におけるイオン注入方法および
イオン注入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置製造において、イオン注入工
程では、正電荷を持ったイオン高電界で加速し、半導体
基板に打ち込むため、静電荷蓄積によりゲートあるいは
容量酸化膜に高電界が印加されることによる絶縁破壊が
従来から問題となっている。これを解決するためには、
電子を半導体基板上に供給し、正の電荷蓄積を中和する
方法が有効であり、この目的で種々の方式の静電破壊防
止機構が使われてきた。しかし前記の静電破壊防止機構
において電子を発生する際に、負の高電界が半導体基板
に印加されることによる絶縁膜破壊が問題となってお
り、発生する電子の電位をより低く抑えるために、近年
ではプラズマを用いた静電破壊防止機構が用いられてい
る。
程では、正電荷を持ったイオン高電界で加速し、半導体
基板に打ち込むため、静電荷蓄積によりゲートあるいは
容量酸化膜に高電界が印加されることによる絶縁破壊が
従来から問題となっている。これを解決するためには、
電子を半導体基板上に供給し、正の電荷蓄積を中和する
方法が有効であり、この目的で種々の方式の静電破壊防
止機構が使われてきた。しかし前記の静電破壊防止機構
において電子を発生する際に、負の高電界が半導体基板
に印加されることによる絶縁膜破壊が問題となってお
り、発生する電子の電位をより低く抑えるために、近年
ではプラズマを用いた静電破壊防止機構が用いられてい
る。
【０００３】以下に従来のイオン注入方法とイオン注入
装置を図面を参照しながら説明する。
装置を図面を参照しながら説明する。
【０００４】図３は、従来のイオン注入装置において、
プラズマから発生する低エネルギー電子を使用する静電
破壊防止機構の概念図である。
プラズマから発生する低エネルギー電子を使用する静電
破壊防止機構の概念図である。
【０００５】図３において、プラズマを発生する機構
は、不活性ガスの導入管１と、アークチャンバー２と、
熱電子を発生するフィラメント３ａを有する電流発生器
３とで構成されている。４はプラズマである。そしてプ
ラズマから発生した電子を封じ込める機構は、プラズマ
を封じ込めるチューブ５と、マグネット６と、直流電源
７とで構成されている。８は、プラズマ４から発生した
低エネルギー電子、９は注入イオンビーム、１０は半導
体装置を作り込んだ基板である。
は、不活性ガスの導入管１と、アークチャンバー２と、
熱電子を発生するフィラメント３ａを有する電流発生器
３とで構成されている。４はプラズマである。そしてプ
ラズマから発生した電子を封じ込める機構は、プラズマ
を封じ込めるチューブ５と、マグネット６と、直流電源
７とで構成されている。８は、プラズマ４から発生した
低エネルギー電子、９は注入イオンビーム、１０は半導
体装置を作り込んだ基板である。
【０００６】不活性ガスとして、例えばアルゴンガス２
［ｃｃ］をガス導入管１を介し、アークチャンバー２の
中に導入する。フィラメント３ａに１００〜２００アン
ペアの直流電流を印加し、発生した熱電子とアルゴンガ
スの衝突によりプラズマ４が形成される。一方、アーク
チャンバー２に近接して導電性のチューブ５があり、チ
ューブ５の外周を囲んだマグネット６とチューブ５に負
の電位を印加する電源７が備えられている。従来におい
ては、チューブ５には、−１０［Ｖ］が印加されてい
る。プラズマ４から発生する電子は、電位差によりチュ
ーブ５の内部に導かれ、封じ込められる。このとき封じ
込められた電子はエネルギーが非常に低く保たれてい
る。イオンビーム照射時に、この低エネルギー電子はイ
オンビームにより基板に蓄積された正電荷が発生する電
界により基板に流入し、基板上の電荷を中和し、酸化膜
の絶縁破壊を防止するものである。
［ｃｃ］をガス導入管１を介し、アークチャンバー２の
中に導入する。フィラメント３ａに１００〜２００アン
ペアの直流電流を印加し、発生した熱電子とアルゴンガ
スの衝突によりプラズマ４が形成される。一方、アーク
チャンバー２に近接して導電性のチューブ５があり、チ
ューブ５の外周を囲んだマグネット６とチューブ５に負
の電位を印加する電源７が備えられている。従来におい
ては、チューブ５には、−１０［Ｖ］が印加されてい
る。プラズマ４から発生する電子は、電位差によりチュ
ーブ５の内部に導かれ、封じ込められる。このとき封じ
込められた電子はエネルギーが非常に低く保たれてい
る。イオンビーム照射時に、この低エネルギー電子はイ
オンビームにより基板に蓄積された正電荷が発生する電
界により基板に流入し、基板上の電荷を中和し、酸化膜
の絶縁破壊を防止するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の方法は、電
子の発生にプラズマを用いることで、半導体装置を作り
込んだ半導体基板に供給する電子の電位を低く抑え、過
剰な負の高電圧印加を防止するというものである。しか
しながら、前記方法を用いた場合においても半導体装置
の微細化によりゲート、容量等の酸化膜が薄膜化するに
したがって、静電破壊あるいはトランジスタ等の装置特
性の劣化が発生してきている。一例として従来方法で
は、ゲート酸化膜厚１０［ｎｍ］、１ゲート面積０.０
１［ｍｍ2］、１半導体装置あたり２［％］のゲート面
積をもつ５０［ｍｍ2］の半導体装置を２００個作り込
んだ半導体基板においては従来方法でゲート酸化膜破壊
率は０.０１［％］以下であるが、ゲート酸化膜厚６
［ｎｍ］の場合、同破壊率は５［％］程度に上昇する。
子の発生にプラズマを用いることで、半導体装置を作り
込んだ半導体基板に供給する電子の電位を低く抑え、過
剰な負の高電圧印加を防止するというものである。しか
しながら、前記方法を用いた場合においても半導体装置
の微細化によりゲート、容量等の酸化膜が薄膜化するに
したがって、静電破壊あるいはトランジスタ等の装置特
性の劣化が発生してきている。一例として従来方法で
は、ゲート酸化膜厚１０［ｎｍ］、１ゲート面積０.０
１［ｍｍ2］、１半導体装置あたり２［％］のゲート面
積をもつ５０［ｍｍ2］の半導体装置を２００個作り込
んだ半導体基板においては従来方法でゲート酸化膜破壊
率は０.０１［％］以下であるが、ゲート酸化膜厚６
［ｎｍ］の場合、同破壊率は５［％］程度に上昇する。
【０００８】そこで本発明の目的は、イオン注入時に発
生する酸化膜の破壊、あるいは半導体装置の特性の劣化
という課題を防止するイオン注入方法およびイオン注入
装置を供給することである。
生する酸化膜の破壊、あるいは半導体装置の特性の劣化
という課題を防止するイオン注入方法およびイオン注入
装置を供給することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明のイオン注入方法は、半導体基板に正
電荷をもったイオンを注入する工程において、プラズマ
を発生させ、プラズマから発生した電子を基板近傍の一
定領域に電磁力により封じ込める工程と、所定の量のイ
オンを半導体基板に注入する工程とを備え、前記一定領
域に封じ込められる総電荷量を所定の値に設定するもの
である。また、半導体基板に正電荷をもったイオンを注
入する工程において、プラズマを発生させ、プラズマか
ら発生した電子を基板近傍の一定領域に電磁力により封
じ込める工程と、所定の量のイオンを半導体基板に注入
する工程とを備え、前記一定領域に封じ込められる総電
荷量を所定の値に制御するものである。そして一定領域
に封じ込められる総電荷量を所定の値が、〔当該工程に
ある半導体基板に作り込まれた半導体装置の最大許容電
圧〕×〔当該工程にある半導体基板の総容量〕により算
出された値に基づいて設定されているものである。
るために、本発明のイオン注入方法は、半導体基板に正
電荷をもったイオンを注入する工程において、プラズマ
を発生させ、プラズマから発生した電子を基板近傍の一
定領域に電磁力により封じ込める工程と、所定の量のイ
オンを半導体基板に注入する工程とを備え、前記一定領
域に封じ込められる総電荷量を所定の値に設定するもの
である。また、半導体基板に正電荷をもったイオンを注
入する工程において、プラズマを発生させ、プラズマか
ら発生した電子を基板近傍の一定領域に電磁力により封
じ込める工程と、所定の量のイオンを半導体基板に注入
する工程とを備え、前記一定領域に封じ込められる総電
荷量を所定の値に制御するものである。そして一定領域
に封じ込められる総電荷量を所定の値が、〔当該工程に
ある半導体基板に作り込まれた半導体装置の最大許容電
圧〕×〔当該工程にある半導体基板の総容量〕により算
出された値に基づいて設定されているものである。
【００１０】また本発明のイオン注入装置は、半導体基
板に正電荷をもったイオンを注入する装置において、プ
ラズマを発生する機構と、プラズマから発生した電子を
基板近傍の一定領域に電磁力により封じ込める機構とを
備え、前記一定領域に封じ込められる総電荷量を所定の
値に制御する機構とを備えたものである。また、一定領
域に封じ込められる総電荷量の制御機構が電子密度の検
出機構と検出結果と所定の値との比較に基づいて、プラ
ズマ密度あるいは電子を封じ込める領域の体積を制御す
る機構により構成されるものである。
板に正電荷をもったイオンを注入する装置において、プ
ラズマを発生する機構と、プラズマから発生した電子を
基板近傍の一定領域に電磁力により封じ込める機構とを
備え、前記一定領域に封じ込められる総電荷量を所定の
値に制御する機構とを備えたものである。また、一定領
域に封じ込められる総電荷量の制御機構が電子密度の検
出機構と検出結果と所定の値との比較に基づいて、プラ
ズマ密度あるいは電子を封じ込める領域の体積を制御す
る機構により構成されるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】前記構成の通り、本発明のイオン
注入方法により、静電破壊防止機構の電子を封じ込める
部分の磁界強度、電位、体積を考慮し、プラズマを発生
する機構を制御し、電子を封じ込める部分に封じ込める
総電荷量を１.２×１０-8［Ｃ］を上限、イオンビーム
により基板に蓄積された正電荷を中和するために必要な
電子が不足しないことを下限となるように設定すること
により、半導体基板に作り込んだ半導体装置のゲート酸
化膜破壊を防止できる。
注入方法により、静電破壊防止機構の電子を封じ込める
部分の磁界強度、電位、体積を考慮し、プラズマを発生
する機構を制御し、電子を封じ込める部分に封じ込める
総電荷量を１.２×１０-8［Ｃ］を上限、イオンビーム
により基板に蓄積された正電荷を中和するために必要な
電子が不足しないことを下限となるように設定すること
により、半導体基板に作り込んだ半導体装置のゲート酸
化膜破壊を防止できる。
【００１２】以下、本発明の一実施形態について、図面
を参照しながら説明する。図１は本実施形態のイオン注
入方法を示す概念図である。
を参照しながら説明する。図１は本実施形態のイオン注
入方法を示す概念図である。
【００１３】図１において、１１は電子を封じ込める機
構、１２は前記電子を封じ込める機構に存在する電子の
電荷密度測定センサー、１３は電荷密度測定装置、１４
は信号処理装置、１５はプラズマ発生機構の制御装置、
１６はプラズマを発生する機構である。
構、１２は前記電子を封じ込める機構に存在する電子の
電荷密度測定センサー、１３は電荷密度測定装置、１４
は信号処理装置、１５はプラズマ発生機構の制御装置、
１６はプラズマを発生する機構である。
【００１４】動作としては、電荷密度測定センサー１
２、電荷密度測定装置１３により得られた電荷密度の測
定値は、信号処理装置１４に入力され、信号処理装置１
４は所定の設定値をもとに測定された値の比較により、
一定領域に封じ込められる電子の総電荷量を、所定の値
に制御するようにプラズマの発生機構の制御を行う。本
実施形態のイオン注入方法による半導体基板へのイオン
注入の例を以下に述べる。
２、電荷密度測定装置１３により得られた電荷密度の測
定値は、信号処理装置１４に入力され、信号処理装置１
４は所定の設定値をもとに測定された値の比較により、
一定領域に封じ込められる電子の総電荷量を、所定の値
に制御するようにプラズマの発生機構の制御を行う。本
実施形態のイオン注入方法による半導体基板へのイオン
注入の例を以下に述べる。
【００１５】ゲート酸化膜厚６［ｎｍ］、１ゲート面積
０.０１［ｍｍ2］、１半導体装置あたり２［％］のゲー
ト面積をもつ５０［ｍｍ2］の半導体装置を２００個作
り込んだ半導体基板にイオン注入を行う際に、プラズマ
から発生する低エネルギー電子を用いて静電破壊を防止
する。このとき、この半導体装置のゲート酸化膜の劣化
を起こさない最大許容電圧は８［Ｖ］である。したがっ
て、半導体装置を作り込んだ半導体基板全面に印加して
もよい電荷量は、（数１）に示すような式によって計算
され、１.２×１０-8［Ｃ］となる。
０.０１［ｍｍ2］、１半導体装置あたり２［％］のゲー
ト面積をもつ５０［ｍｍ2］の半導体装置を２００個作
り込んだ半導体基板にイオン注入を行う際に、プラズマ
から発生する低エネルギー電子を用いて静電破壊を防止
する。このとき、この半導体装置のゲート酸化膜の劣化
を起こさない最大許容電圧は８［Ｖ］である。したがっ
て、半導体装置を作り込んだ半導体基板全面に印加して
もよい電荷量は、（数１）に示すような式によって計算
され、１.２×１０-8［Ｃ］となる。
【００１６】
【数１】
【００１７】すなわち、一定領域に封じ込められる総電
荷量を所定の値が、〔当該工程にある半導体基板に作り
込まれた半導体装置の最大許容電圧〕×〔当該工程にあ
る半導体基板の総容量〕により算出された値に基づいて
設定されるものである。
荷量を所定の値が、〔当該工程にある半導体基板に作り
込まれた半導体装置の最大許容電圧〕×〔当該工程にあ
る半導体基板の総容量〕により算出された値に基づいて
設定されるものである。
【００１８】本実施形態では、静電破壊防止機構の電子
を封じ込める部分の磁界強度、電位、体積を考慮し、プ
ラズマを発生する機構を制御し、電子を封じ込める部分
に封じ込める総電荷量を１.２×１０-8［Ｃ］を上限、
イオンビームにより基板に蓄積された正電荷を中和する
ために必要な電子が不足しないことを下限となるように
設定した。このイオン注入方法を使用してイオン注入を
行った結果、前記半導体基板に作り込んだ半導体装置の
ゲート酸化膜破壊は起こらなかった。
を封じ込める部分の磁界強度、電位、体積を考慮し、プ
ラズマを発生する機構を制御し、電子を封じ込める部分
に封じ込める総電荷量を１.２×１０-8［Ｃ］を上限、
イオンビームにより基板に蓄積された正電荷を中和する
ために必要な電子が不足しないことを下限となるように
設定した。このイオン注入方法を使用してイオン注入を
行った結果、前記半導体基板に作り込んだ半導体装置の
ゲート酸化膜破壊は起こらなかった。
【００１９】ここで、この上限を設定した根拠を図２を
用いて説明する。図２は、イオン注入時の半導体装置の
模式図（図２（ａ））と、その時の等価回路図（図２
（ｂ））である。
用いて説明する。図２は、イオン注入時の半導体装置の
模式図（図２（ａ））と、その時の等価回路図（図２
（ｂ））である。
【００２０】図２（ａ）において、１７は封じ込められ
た電荷、１８は半導体基板上の全てのゲート酸化膜部
分、１９は封じ込められた電荷の端部とゲート酸化膜の
表面との間に形成される可動電荷の希薄な部分、２０は
接地された半導体基板である。この構成を等価回路図で
表わすと図２（ｂ）となる。図２（ｂ）において、２１
は封じ込められた電荷の端部とゲート酸化膜の表面との
間に形成される可動電荷の希薄な部分に相当するコンデ
ンサ、２２は半導体基板上の全てのゲート酸化膜部分に
相当するコンデンサ、２３は封じ込められた電荷が印加
されている端子である。この時全てのゲート酸化膜で構
成されたコンデンサの接地側、すなわちゲート酸化膜と
半導体基板との界面に端子に印加された電荷と同量の相
対する電荷が誘起され、ゲート酸化膜両端でＶ＝Ｑ／Ｃ
で計算される電圧が生じる。したがって、本実施形態に
おいて、この電荷が１.２×１０-8［Ｃ］を上限とすれ
ば、この電圧は、８（Ｖ）以下となり、半導体装置のゲ
ート酸化膜の劣化、破壊を起こさない。
た電荷、１８は半導体基板上の全てのゲート酸化膜部
分、１９は封じ込められた電荷の端部とゲート酸化膜の
表面との間に形成される可動電荷の希薄な部分、２０は
接地された半導体基板である。この構成を等価回路図で
表わすと図２（ｂ）となる。図２（ｂ）において、２１
は封じ込められた電荷の端部とゲート酸化膜の表面との
間に形成される可動電荷の希薄な部分に相当するコンデ
ンサ、２２は半導体基板上の全てのゲート酸化膜部分に
相当するコンデンサ、２３は封じ込められた電荷が印加
されている端子である。この時全てのゲート酸化膜で構
成されたコンデンサの接地側、すなわちゲート酸化膜と
半導体基板との界面に端子に印加された電荷と同量の相
対する電荷が誘起され、ゲート酸化膜両端でＶ＝Ｑ／Ｃ
で計算される電圧が生じる。したがって、本実施形態に
おいて、この電荷が１.２×１０-8［Ｃ］を上限とすれ
ば、この電圧は、８（Ｖ）以下となり、半導体装置のゲ
ート酸化膜の劣化、破壊を起こさない。
【００２１】なお、本実施形態では、プラズマを発生す
る機構を制御し、電子を封じ込める領域の電荷量を所定
の値に設定したが、電子を封じ込める領域の体積、電子
を封じ込める装置の磁界強度、電位を制御しても同様の
結果を得ることができる。
る機構を制御し、電子を封じ込める領域の電荷量を所定
の値に設定したが、電子を封じ込める領域の体積、電子
を封じ込める装置の磁界強度、電位を制御しても同様の
結果を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上、本発明のイオン注入方法によれ
ば、生産する半導体装置の極薄酸化膜などの絶縁膜の破
壊あるいは半導体装置特性の劣化を防止することが出来
るため、微細な半導体装置製造においてその歩留を著し
く改善出来る。
ば、生産する半導体装置の極薄酸化膜などの絶縁膜の破
壊あるいは半導体装置特性の劣化を防止することが出来
るため、微細な半導体装置製造においてその歩留を著し
く改善出来る。
【図１】本発明の一実施形態のイオン注入方法を示す概
念図
念図
【図２】本発明の一実施形態のイオン注入方法を示す図
【図３】従来のイオン注入方法を示す概念図
【符号の説明】 １ 不活性ガスの導入管 ２ アークチャンバー ３ 電流発生器 ４ プラズマ ５ チューブ ６ マグネット ７ 直流電源 ８ プラズマから発生した低エネルギー電子 ９ 注入イオンビーム １０ 半導体装置を作り込んだ基板 １１ 電子を封じ込める機構 １２ 電荷密度測定センサー １３ 電荷密度測定装置 １４ 信号処理装置 １５ プラズマ発生機構の制御装置 １６ プラズマを発生する機構 １７ 封じ込められた電荷 １８ 半導体基板上の全てのゲート酸化膜部分 １９ 可動電荷の希薄な部分 ２０ 半導体基板 ２１ コンデンサ ２２ コンデンサ ２３ 端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｎ
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板に正電荷をもったイオンを注
入する工程において、プラズマを発生させ、プラズマか
ら発生した電子を基板近傍の一定領域に電磁力により封
じ込める工程と、所定の量のイオンを半導体基板に注入
する工程とを備え、前記一定領域に封じ込められる総電
荷量を所定の値に設定することを特徴とするイオン注入
方法。 - 【請求項２】 半導体基板に正電荷をもったイオンを注
入する工程において、プラズマを発生させ、プラズマか
ら発生した電子を基板近傍の一定領域に電磁力により封
じ込める工程と、所定の量のイオンを半導体基板に注入
する工程とを備え、前記一定領域に封じ込められる総電
荷量を所定の値に制御することを特徴とするイオン注入
方法。 - 【請求項３】 一定領域に封じ込められる総電荷量を所
定の値が、〔当該工程にある半導体基板に作り込まれた
半導体装置の最大許容電圧〕×〔当該工程にある半導体
基板の総容量〕により算出された値に基づいて設定され
ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
のイオン注入方法。 - 【請求項４】 半導体基板に正電荷をもったイオンを注
入する装置において、プラズマを発生する機構と、プラ
ズマから発生した電子を基板近傍の一定領域に電磁力に
より封じ込める機構とを備え、前記一定領域に封じ込め
られる総電荷量を所定の値に制御する機構とを備えたこ
とを特徴とするイオン注入装置。 - 【請求項５】 一定領域に封じ込められる総電荷量の制
御機構が電子密度の検出機構と検出結果と所定の値との
比較に基づいて、プラズマ密度あるいは電子を封じ込め
る領域の体積を制御する機構により構成されることを特
徴とする請求項４に記載のイオン注入装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25110096A JP3296206B2 (ja) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | イオン注入方法およびイオン注入装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25110096A JP3296206B2 (ja) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | イオン注入方法およびイオン注入装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1097828A true JPH1097828A (ja) | 1998-04-14 |
| JP3296206B2 JP3296206B2 (ja) | 2002-06-24 |
Family
ID=17217651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25110096A Expired - Fee Related JP3296206B2 (ja) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | イオン注入方法およびイオン注入装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3296206B2 (ja) |
-
1996
- 1996-09-24 JP JP25110096A patent/JP3296206B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP3296206B2 (ja) | 2002-06-24 |
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