JPS61135037A - イオン照射装置およびイオン照射方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明はイオン照射における放電室内のクリーニング
に関するものである。

従来の技術 従来、イオン照射装置は、その使用目的上、放電室内の
り１７−　ニングについては特に開発されていない。た
とえば、Ｓｔ　基板への不純物を注入するイオン注入装
置等においては質量分析器を有しているため、目的とす
るイオン種のみを引き出し注入する事が出来る上、使用
ガスイオン源も装置固有のものであったため、放電室内
のクリーニングは、一定期間の装置使用後に放電室を解
体して機械的、化学的手段により行う方法のみが用いら
れていた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、質量分析器を有していない小型のイオン
照射装置では、質量分析器を有していないために、イオ
ン源を変更するたびに、前のガスイオンの残留物がプラ
ズマ中に混入してしまい、不純物の導入や薄膜形成途中
でのイオン注入量の制御が困難であった。また、これを
避けるためには、イオン源を変えるたびにイオン源を解
体し、掃除等のメンテナンスを行なう必要があるが、メ
ンテナンスに長時間を要すると同時に、装置が大型化す
るなど、半導体装置の製造等において不都合であった。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、上記問題点を解決するため、イオン照射後、
照射室と別体の放電室内に付着したガス成分と反応する
活性ラジカルを有するプラズマを発生せしめて、付着し
たガス成分を蒸発させるこ作　　用 本発明は上記に述べたように、放電室内に発生せしめた
プラズマにより、放電室内をクリーニングすることから
、放電室を解体する必要がないため、クリーニングが容
易であり、短時間にクリーニングが出来、さらに被照射
物を保持したままで半導体製造におけるイオン照射工程
において極めて好都合となる。

実施例 第１図は本発明で用いられたイオン照射装置の一実施例
である０１は放電室部、２は放電室と分離されたイオン
照射室であり、放電室１内の真空３は放電室１内に形成
されるイオンを引き出し加速する引き出し電極であり、
８は引き出し電源である。５は熱電子を放出しグロー放
電を起こすためのフィラメント、６はフィラメント５に
電流を供給するだめの電源であり、７はアーク放電を起
こすための電源であるｏ　４　（４ａ〜４ｓ）はイオン
源となるガスを放電室１に供給するだめのガスバルブ、
９はウェハ（半導体基板）を保持する試料ホルダである
。１ｏはイオン注入がされるウェハ（半導体基板）、１
１はバルブ、１２は主排気系である。１３はＳｉ蒸発源
、１４は仕切弁である０４ａ、４ｂはクリーニング用ガ
ス導入バルブ、４ＣはＳｉ　　イオン照射用のガス導入
バルブ用、４ｄはボロンイオン注入用のＢＦ４ガス導入
用バルブ、４ｅはリンイオン注入用のＰＨ３ガス導入バ
ルブである。

上記装置により、たとえばボロンイオン注入とＳｉ　の
イオン照射を同時に行うには、最初主排気系１２により
ｌＸ１０　　Ｔｏｒｒまで真空を引き、ガス導入バルブ
４Ｃおよび４ｄを開け８Ｘ１０　　Ｔｏｒｒの真空度に
なるようにＳ　ｉＦ４　およびＢＦ４　ガスを放電室１
内に導入する。フィラメント５に電流を流し、アーク電
圧を加えて放電室１内にプラズマを発生させる。その後
引き出し電極３に３０　ＫＶの電圧を印加し、イオンを
引き出し、加速して照射室２内のウェハ１０にボロンイ
オンの注入を行い、同時にＳｉ　　イオンの照射により
ウエノ・１０表面の改質を行う０なお、このとき照射室
２内にＳｉ蒸発源１３を設け、表面改質と同時にＳｉ　
薄膜を形成してもよい。

たとえば、第２図、第３図に示すように、所定のパター
ンが形成されたＳｔ　ウエノ％１０に、不純物イオン注
入およびｓｉ　イオンを照射する場合の０ＭＯ８への応
用例を説明する。２０はフィールド絶縁膜、２１はゲー
ト酸化膜、２２はゲート電極でたとえばシリコンあるい
はＷ、Ｍｏまたはこれらのシリサイドよりなる高融点金
属ゲート電極である。ゲート電極の周辺には酸化物４ｏ
が形成されている。２３はウェル、２４はゲートパター
ン用レジストパターン、２５はイオン注入、照射用のレ
ジストパターンである。すなわち、第２図の状態におい
て、前述したように１ボロンイオン（Ｂｉ／ｉ）注入と
ｓｉ　　イオン照射を、レジストパターン２４．２５を
マスクとして行う。この工程のＳｉ　　イオン照射によ
り、Ｓｉ　　ウェハ１０のコンタクト部分２６がアモル
ファス状になり、コンタクト部分を高活性化しコンタク
ト抵抗を下げることができる・このとき、ボロンイオン
注入領域（ソース、ドレイン）が形成される。さらに、
このとき、ｓｉ　磁着源１３からＳｉを蒸着させること
により、コンタクト部分に第３図に示すＳｔ　　コンタ
クト柱２７を薄膜状に形成することができる。

この方法では、Ｓｉ　による表面改質のため、ソース、
ドレイン領域とコンタクト柱２７とのコンタクト抵抗は
極めて低く、アモルファス状にコンタクト柱２７が形成
されるため、グレインバウンダリーがなく、低温度での
熱処理によりコンタクト柱２７を固相成長させて結晶化
ができ、良質なコンタクトが得られる。また、このとき
、ソース。

ドレイン領域２８．２９の活性化が行われる。

次に、後のリンイオン注入のために、前記工程で放電室
１内および引出し電極３、フィラメント５等に付着した
ボロンおよびＳｔ　　を含むガス成分を除去する。すな
わち、前記イオン照射後はガス導入バルブ４Ｃおよび４
ｄを閉じ、プラズマの発生を止めるのであるが、放電室
１内には、不要物が付着している。したがって、この状
態で別のイオン種をウェハ１０に照射する時は、放電室
１内に付着した原子が、プラズマにさらされて再びイオ
ン化するため目的とするイオン種以外のイオンが試料（
ウェハ１ｏ）に照射される。それ故、イオン照射後は、
放電室等に付着した不要ガス成分を除去する必要がある
。

以下、前記不要付着物のクリーニング方法について詳細
に説明する。

次表はイオン照射時と放電室クリーニング時のプラズマ
発生条件の一例を示すものである〇第１図のイオン照射
装置において、イオン照射を行った後、バルブ４を切り
替えすなわちバルブ４Ｃ２４ｄを閉じてバルブ４ａ、４
ｂを開いてＣＦ４と０２ガスを放電室１内に流入させる
。その時の放電室のガス圧は、１０Ｘ１０−５Ｔｏｒｒ
前後であり引き出し電極３の電圧は０または浮遊状態で
ある０その後、フィラメント５に電流を流し放電を起こ
し、放電室１内をプラズマで満たす。放電室１内に形成
されたプラズマはＦ”ラジカルを有するため放電室１内
に付着していたＳｔ　原子と反応して、Ｓ　ｚ　Ｆａを
生成し蒸発する。またボロンも反応してＢＦ４　を生成
し蒸発する。一方、酸素は、ＣＦ４　の分解生成物であ
る炭素をＣＯ２に変えて蒸発させる。以下にその反応式
を示すＯ５Ｌ＋４Ｆ薫→Ｓ　１Ｆ４ Ｂ＋４Ｆ薫→ＢＦ４ Ｃ＋Ｑ　−＋Ｃ０２ そして数分間、放電を起こした後、フィラメント電流を
ゼロにし、ガスバルブ４＆、４ｂを閉じて放電を停止す
る。この際、放電室１を、ヒータ−（図示せず）により
加熱させる事により、蒸発をより促進させる事も出来る
０生成した５ＩＦ４　。

ＢＦ４．ＣＯ２は主排気系１２から排出され、放電室１
内および電極３、フィラメント５等のクリーニングがな
される。

なお、酸素を用いたクリーニングの場合は、フィラメン
ト５が酸化し、フィラメント５の寿命が短くなるため、
クリーニングには放電室１に別のフィラメントを設置し
これを使用するのが望せしい。

しかるのち、バルブ４ｃ、４ｅを開き、Ｓ　Ｉ　Ｆ４お
よびＰＨ３を放電室１内に導入する。前述の工程と同様
に、Ｐウェル２３に、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ
を形成する。すなわち、レジストノくターン３０を形成
し、ＳＬ　イオン照射およびＰ（リン）イオン注入を行
い、またＳＬ蒸着を行うことによ！ＩＩＮ型ソース、ド
レイン領域およびその上にコンタクト柱を形成する。

なお、ボロン、リンのイオン注入と、表面改質のための
ＳＬ　イオン照射は別工程で行ってもよい。

この場合は、適当に前記クリーニングを行えばよい。さ
らに、Ｓｉ　の蒸着による薄膜形成は、必要に応じて実
施すればよいとともに、この工程はイオン注入、照射と
は独立に行ってもよいことは当然である。

また、放電室１と照射室２間の仕切弁１４は、イオン照
射時は開いておき、クリーニング時にはほぼ閉じた状態
にすればよい。この仕切弁１４は、照射室２が充分に高
真空の場合や半導体基板１０を取り出した状態でクリー
ニングする場合はなくてもよい。なお、前述した実施例
のごとく、基板１０を照射室２内に保持したままでり１
７　　＝ングすると、基板の出し入れの必要がなく単位
時間当シの基板の処理枚数を大きくすることができ、半
導体装置の製造におけるイオン照射工程に好都合である
〇 以上本発明の実施例として、第１図に示すノ・ケラト型
イオン源を用いた場合の放電室内のクリーニング方法に
ついて説明したが、その他のイオン源つまりカウフマン
型、ＥＣＲ型等のあらゆるイオン源にもこのクリーニン
グ方法が実施出来る事は明らかであるＯまた同時に、あ
らゆるイオン種に対しても、プラズマによるクリーニン
グ方法は実施出来る。そしてこのプラズマによるクリー
ニング方法は容易であるために、イオン照射後但ちに行
う事により、放電室内に残留する不要成分がないため付
着物による異常放電が生じない故、本来の装置のメンテ
ナンス期間も長くする事が出来る０ 発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、照射室と分離
した放電室部を解体せずにクリーニングが行えるので容
易であり、１台のイオン照射装置で、多種のイオンを照
射する事が可能となるとともに、装置のメンテナンス期
間も長引かせる事が出来、処理枚数も多くでき、超ＬＳ
Ｉの製造に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で用いられたイオン照射装置の
概略断面図、第２図、第３図は本発明の一実施例の０Ｍ
Ｏ８におけるイオン照射工程断面図である。 １・・−・・・放電室、２・・・・・・照明室、３・・
・・・・引出し電極、４・川・・ガスパルプ、５・・・
・・・フィラメント、６・・・・・・フィラメント電源
、７・・川・アーク電源、８・・・・・・引き出し電源
、９・・・・・・試料ホルダー、１０・・・・・・ウェ
ハ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ／Ｚ、三Ｓスホ 第２図 第３図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィラメント、このフィラメントに電流を供給す
   るための電源、アーク放電を起こすための電源、ガスイ
   オン源を供給するガス導入口とからなるイオン発生放電
   室と、引き出し電源と、この引き出したイオンを照射す
   る前記放電室と分離した照射室と、前記照射室内に被照
   射物を保持する試料台と、イオン照射後に、前記放電室
   内に付着したガス成分を、前記放電室内のガス成分と反
   応する活性ラジカルを有するプラズマを発生せしめて蒸
   発させることにより、放電室内をクリーニングすること
   を特徴とするイオン照射装置。
2. （２）プラズマにより放電室をクリーニング中に、放電
   室を加熱することにより、付着成分の蒸発を促進させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン照
   射装置。
3. （３）第１のガス導入部から照射用の第１のイオンのイ
   オン源となる第１のガスを放電室内に導入し、前記放電
   室と分離した照射室内に設置された被照射物に前記第１
   のイオンを照射する工程と、前記第１のガス導入部を閉
   じ、第２のガス導入部から、前記放電室内に付着した前
   記第１のガス成分と反応する第２のガスを前記放電室に
   導入し、前記放電室内にプラズマを発生させて前記第１
   の成分と第２のガスを反応させ、この反応で生成した生
   成物を前記放電室内から除去する工程と、前記第２のガ
   ス導入部を閉じ、前記第１のガスと異なる照射用の第２
   のイオンのイオン源となる第３のガスを前記放電室内に
   導入し、前記被照射物に前記第２のイオンを照射する工
   程とを備えたことを特徴とするイオン照射方法。
4. （４）被照射物を照射室内に保持した状態でクリーニン
   グすることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のイ
   オン照射方法。
5. （５）プラズマがラジカルを有することを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載のイオン照射方法。
6. （６）生成物の除去に際し、放電室を加熱することを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載のイオン照射方法。
7. （７）第１のガスが不純物イオン源と薄膜形成イオン源
   とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   イオン照射方法。
8. （８）第１のガスがＳｉを含み、第２のガスがＣＦ＿４
   とＯ＿２を含み、生成物がＳｉＦ＿４およびＣＯ＿２で
   ある特許請求の範囲第３項記載のイオン照射方法。
9. （９）イオン照射時と、放電室内クリーニング時のイオ
   ン引き出し電圧を異にすることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載のイオン照射方法。