JPS59204231A - イオン注入方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分野 本発明は原子、分子イオンの注入において、電４；｝Ｊ
中和手段を設りてなすイオン注入力肱およＯ装置に関ず
る。

（２）技術の背景 イオン注入技術は半導体装置製造におけるトーピングに
利用され、不純物の量．Ｊｊよひラｊ・イミノの制ｉｉ
ｌｌ１が容易である利点をもっている。イオン注入装置
はｉｕられるイオン電流によってフンクイζ］りされる
か、一般に次のような装置構成をとる。

第１図を参照すると、イオン注入装置は注入する不純物
元素のイオンを生成し引き出ずイオン尚（１、引き出さ
れたイオンに必要／Ｓ工不ル；４−−をｈ−える加速部
２、イオンビーＪ・を収束ずる収東部３、必要なイオン
を選別ずる質量うｊ１ｉｒ部４、イオンヒームをウェハ
７上で均一に操作するだめの操作部５、およびウェハ７
にイオン注入する注入ｊ１κ七６から構成されている。

なお同図に１。いで８はウェハステージを示す。

」二連したイオン注入装置の構成は１例とじて不したも
のであり、装置によってはイオン源１でイオンに必要な
エネルギーを与え°ζ加速部２を除いた構成をとるもの
もあり、他方各部の配列順序においても差がある。

最近のイオン注入装置では、集積回路の高密化によるパ
ターンの微細化に伴って、画濃度ドース量１０１５〜１
０　”　ｃｍ−２）で不純物拡散を行う大電流（数ｍＡ
）型装置が主流になりつつある。ところが上述の如くビ
ーム電流が大きくなると、例えばビームスポット径の増
大および素子の破晴等の問題を生して半導体装置製造に
支障を来すことも錐ａ忍されている。

（３）従来技術と問題点 再ひ第１図を参照すると、イオン源ｌから出たイオンは
、加速部２の薗電圧下で加速され、次いで収束部３でビ
ームとして収束される。このイオンビームは質量分析部
４での強い磁場によってその軌道を曲げられ、必要なイ
オンのみが試料７に打ち込まれる。試料７上のビーム位
置は走査部５によって水平、垂直方向に掃引される。

ところで、例えばＭＯＳ　ｌ−ランシスタのソース・；
・レイン形成や、ハイボーラトフンシスタの埋込み層、
エミッタ形式または菫化映もしくは絶縁膜の形成には、
高濃度イオン注入か必要であり、高濃度イオン注入には
、生産性の面かり数ｍＡのイオン電流が要求されるが、
このような大きな電流値のイオンビームをウェハに照射
した場合絶縁１１Ａを通してイオン注入すると、チャー
ジ”ノ′ノブ現象により絶縁破壊を起す問題かある。

（４）発明の目的 本発明は上記従来の問題点に漏み、チャージアップ現象
を防止することのできるイオン注入力法およびその装置
の提供を目的とする。

（５）発明の構成 そしてこの目的は本発明によれは、イオン注入装置によ
り原子もしくは分子イオンを試料に注入すると同時に、
前記イオン注入領域に電子を注入することを特徴とする
イオン注入力法、および試料に原子もしくは分子イオン
を注入すると同１１（１に、該イオン注入領域に電子を
注入しうる如く電子銃を配設し、かつ試料ステージを掃
引することを特徴とするイオン注入装置を提供すること
によって達成され、また上記電子注入と同時に１もしく
は複数個の熱光源により試料のイオン注入領域を加熱す
ることを特徴とするイオン注入力法および当該１もしく
は複数個の熱光源を配設してなることを特徴とするイオ
ン注入装置を提供するごとによっＣも本発明の目的は達
成される。

（６）発明の実施例 以下、図面により本発明実施例を説明する。

第２図は本発明の詳細な説明するためのイオン注入装置
の概略図で、同図を参照するとガス導入管２２からイオ
ン発生源（例えばチオプラズマ１゛ロン：　ｄｕｏｐｌ
ａｓｍａＬｒｏｎ　）　２３へ注入されたガス（例えば
窒素（Ｎ２）カス）はここでイオン化（Ｎ２゛）され、
同時に例えばＩＯＫνの加速電圧により加速され、スリ
ット２５を通して質量分析部２６に達する。当該分析部
２６では分析マグネット２６ａによる強い磁場の中でイ
オンビーム■ばその方向を１１０度曲けりれる。このと
きイオンの曲げられる角度はイオンの質量と磁場の大き
さに仏存し′Ｃいるため、ソースカスが化合物で与えり
れるとさのように数種の正イオンが同時に生じこいる場
合には、その中から必要とするイオンを選択する′よう
に磁場の強さを制御する。

分析部２６を通過したイオンは、スリット２７を通り、
ビーム電流測疋用のファラフーーカソプ２８を経′（収
束レンズ系２９ａ（印加電圧１０にν）により収束、整
形される。なお上記ファシう一一カソゾ２８υＪイオン
注入時にはヒー広軌辺面からはずされる（（列えば外へ
引き出す）。

収束レンズ系２９ａを通過したイオンビーム１は、ステ
ージ３５に配置されたウェハ３１に照射される。ウェハ
３１面上の照射位置の変更は、圧入室３４内に設番ノら
れたステージ３５の駆！ｌ！ＩＩ装置３３による・シエ
ハＸ３１の移動によって行う　（Ｘ−Ｙスー１−ヤン）
。

このようなビーム固定力式は、ヒームスボノトを絞れる
効果がある。−力、当該イオン注入装置内ば例えば排気
口２４につなかる図ボ・σぬ排気治により、１０−６〜
１Ｏ−１Ｔｏｒｒの圧力に保］、５される。排気は分析
部２６、収束部２９ごとに独立して行う。

なお同図において３０．３２はのぞき窓、２１はイオン
発止用のｊ４１電圧電源ゲーブルを示す。また上記イオ
ンビームのスポットは１５〜３０ｍｍ口に整形する。当
該ビームの整形は図示せぬ例えば整形用スリット　（ア
パーチャ）などによって行う。

閉３図は本発明の詳細な説明するためのイオン注入装置
の配置図で、同図（ａ＋を参照すると、イオン注入装置
４１により注入室４１ｃ内のステージ４４上に配置され
たウェハ４３にイオン注入すると同時に、別個に配設し
た電子銃により上記ウェハ４３のイオン注入領域に電子
を注入すると、当該注入電子により注入イオンの電子；
ηを中和することができ、ナヤーシアノプ防止に効果が
ある。

注入する電子の量は、イオンビームの電荷量に列席して
決定する。イオンビームの電荷量すなわち電流値は、第
２図に示すイオン注入装置に設けられたファラデー９フ
１２日によって測定し、かかる値にｊ心し°（同し電荷
量の電子を注入する。この注入電子量は、通當の技術で
容易に制御でき、従って電子密度を上げるごとによりウ
ェハ加熱を行うごとかできる。なお同図におい′（旧、
〕はイオン源、４１ｂは分析マクネットをボす。また′
重子注入場所は、ビーム固定方式であるのでウェハ４３
」二の注入位置に合ゼで移動する必要がなく、装置の小
型化に効果がある。

第４図は上記電子銃４２の構造の１例を示す概略断面図
で、同図を参照すると、陽極（制御路ｆ）５１、陰極５
２およびヒータ５３からなる電子ヒーム発／）Ｅ源から
出た電子ヒームＥば、加速器５４で加速された後、収束
レンズ５５によって収束され、次いと偏向電極５６で偏
向され所ボの位ｉｄに照射される。

なお電子ビームの工不少キーは、本実施例におい−（０
，１Ｋ　〜２５ＫＶｌ／）範囲でｉ化−（き（電流制Ｍ
ｌｌｌ）　、ヒームのスボソｌ−経は１０ｍｍである。

再び第３図を参照すると、同図（ｂｌは本発明の他の実
施例を説明するためのイオン注入装置＋）Ｍ　Ｈ’；ｌ
（の装置配置図で、同図において同図＋ａｌにあるイオ
ン源および分析マグネットは省略しである。

同図を参照すると、電子銃４２を配設し゛（ウェハ４３
に電子を注入すると同時に、例えばハロゲンランプもし
くはタングステンランプなどの熱光源４４を配置してウ
ェハ４３を照射する。かかる熱光源４４の配置によりイ
オン注入温度の制御ができる。　　′かかる温度制御は
主として熱光源４４に具備されている鏡（図示せず）の
焦点距離および照射距離をｊ周面）するごとにより行う
。

また熱光源４４を複数個配置し、各光源のスボ・ノド幅
を調節することにより、ウェハ４３上に温度分布を形成
することかできる。例えば３つの熱光源を配設し、各光
源のスポット幅を第５図に示す如く３段階の異なる大き
さに調節し、各スポット６１（直径１５ｍｍψ）　、　
６２　（３０ｎ＋ｍφ）　、　６３　（５０ｍｍψ）を
重ねると、中心か最も高温で次いで外側へ向かう　（ス
ポットの重なりがすくなくなる）につれて温度が低くな
る温度分布を実現でき、高精度なウェハ加熱かできる。

すなわち、中心のイオン注入領域の周辺部を予備加熱す
ることかできるため、熱によりウェハ内に発生ずる歪応
力を緩和でき、ウェハに与える障害を少なくできる効果
かある。

なお熱光源として、上記ランプ以外Ｇこレーザ光源を使
用しても本発明の効果を崩なうものではない。

また上記実施例の如く、本発明におい°（はｔ」二人領
域およびその近辺のみを加メ；ハすることかできるため
、イオン注入装置の小型化に効果かある。

（７）発明の効果 以」二詳細に説明した如＜　Ａ＜発明によれは、イオン
注入におい゛（チャージアップ現象の防止により大電流
注入ができ、同時に試料加熱か容易に行え、また装置形
状が小型化された４１７１人ツノ法および装置を提供す
ることが−（さるため、半導体装置の佳産性および信頼
性向上に効果大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオン注入装置の概略図、第２図は本発
明におけるイオン注入装置６：の概略図、第３図は本発
明実施例を説明するためのイオンｈ二人におりる装置配
置を示す図、第４図は電子銃の構造を示す概略図、第５
図は本発明実施例を説明するだめの熱光源の照射スポッ
トの〕１〉伏糾合−已を示す図である。 １＋４１ａ−イオン源、２−加速部、３１２９　”−成
虫）ｔｌり、４．２６一−質量分彷部、５　走庁部、６
−注入室、７−試料、８．３５．４４ステージ、２１−
１じＪ′市圧電源ゲーソル、２２−ガス導入管、２３−
　イオン発生源、２４−排気口、２５，２７−スリット
、２６ａ、４１ｂ−−分析マグ不ソｈ、２８フアラデー
カツプ、２９ａ−収束レンス７′１′ぐ、３０．３２−
のぞき窓、３１．４３−　ウェハ、３３−駆動装置、３
４，４１．ｃ−注入室、４１〜イオン注入装置、４２−
電子銃、４４ 熱光源、５１−陽極、５２−陰極、５３ヒータ、５４−
加速器、５５−収束レンス、５６−偏向７は極、６１，
６２．６３−スポット、１−−イオン発生源、Ｅ−電了
−ヒーム第３図 （ａ） 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン注入装置により原子もしくは分子イオンを
   試Ｈに注入すると同時に、前記イオン注入領域に電子を
   注入することを特徴とするイオン注入方法。
2. （２）上記電子注入と同時に１もしくは複数個の熱光源
   により試料を加熱することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のイオン注入方法。
3. （３）試料に原子もしくは分子イオンを注入すると同時
   に、該イオン注入領域に電子を注入しうる如く電子銃を
   配設し、かつ試料ステージを掃引することを特徴とする
   イオン注入装置。
4. （４）前記電子銃とともに１もしくは複数個の熱光源を
   、試料を加熱しうる如く配設し”ζなることを特徴とす
   る特許 入装置。