JPS62296357A

JPS62296357A - イオン注入装置の電荷中和装置

Info

Publication number: JPS62296357A
Application number: JP13819486A
Authority: JP
Inventors: Haruhisa Mori; 森　治久; Kunihiko Wada; 邦彦和田; Takashi Igarashi; 崇五十嵐
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-06-16
Filing date: 1986-06-16
Publication date: 1987-12-23

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】３、発明の詳細な説明〔概　要〕所定の電子電流以上かつ所定のエネルギ以下の電子によ
りイオンを中和するため、比較的高電圧で電子源から所
定の電子電流を有し、高エネルギの電子を引き出し、該
引出された電子を所定のエネルギ以下に減速するように
した、イオン注入装置の電荷中和装置である。

〔産業上の利用分野〕

本発明はイオン注入装置に関するものであり、より特定
的にはイオン注入装置内の加速段を介して加速されたイ
オンを電気的に中和するための電荷中和装置を有するイ
オン注入装置に関する。

本発明の電荷中和装置を有するイオン注入装置は、半導
体ウェハにイオンを注入するのに用いられる。

〔従来の技術〕

イオン注入装置は、イオン発生源からイオン引出電極を
介してイオンを引出し、質量アナライザを介して所望の
質量のイオン、例えばボロンを抽出し、さらにイオン注
入に必要なエネルギを与えるため加速段で加速される。

加速されたイオンがターゲットディスク上に装着された
ウェハに注入される。ここで、ＶＬＳ　ＩのＣＭＯ５化
が迅速に進む中で、プロセスの簡便化のためのレジスト
マスクイオン注入の使用が増え、さらにゲート酸化膜の
薄層化、イオンビーム電流量の増大化により、イオン注
入電荷によるウェハの絶縁膜の破壊が生ずる。か＼る絶
縁膜破壊に伴うチップ歩留りの低下を防止すべく、加速
イオンをウェハに注入する直前で中和するための電荷中
和装置く又は電子シャワー装置）が知られている（例え
ば、電子材料、１９８４年別冊、第６５〜６６頁）。

従来の電荷中和装置の構成図を第３図に示す。

電荷中和装置１′は加速イオンＩＯＮが射出される加速
段（図示せず）とイオン注入が行なわれるウェハ２との
間に設けられている。ウェハ２はターゲットディスク３
に装着され回転されながら加速イオンＩＯＮが注入され
るようになっている。

電荷中和装置１′は、ウェハ３に注入されるイオンを電
流計４で計測するためのファラディケージ（又はファラ
ディカップ）１９を用いている。ファラディケージ１９
に電源１３を接続しファラディケージを電子引出電極と
して用い、電源およびフィラメントから成る電子発生源
１１からの熱電子ｅ−を引き出す。引出された電子をフ
ァラディケージの一部に設けた開口からイオンビーム流
中に射出させ、正電荷のイオンと負電荷の電子との相互
作用とでウェハ２に注入するイオンを電気的に中和する
。ウェハ２の表面は入射イオンのみでは正に帯電される
が、上述の熱電子又は熱電子がファラディケージ対向面
に衝突して生ずる二次電子により中和されることにより
酸化膜の破壊が防止される。

尚、マスク２１は加速イオンがサプレッサ電極２２等、
注入ターゲット以外の部分に照射され悪影響を与えるの
を防ぐためのものである。またサブレフサ２２は、イオ
ン注入されることによりウェハ２から叩き出され得る電
子ｅ１により電流計４が恰もビーム電流が流れたとして
計測してしまうことを防止するため、電源２３を図示の
極性に接続し、ウェハ側に追い返すものである。

ここで中和のための熱電子ｅ−の電子電流Ｉ０は、中和
をするために成る程度大きくなければならない。一般に
電子電流！、は、空間電荷領域において、電源１３の電
圧■１とすると次式で表わされる。

１、　ＯＣＶ、　’Ｊｅｔ　　　　　　・・・（１）空
間電荷領域をこえた温度制限領域においては、■１の増
加によっても１．ははソ′一定となる。従って、電子電
流Ｉ、を大きくするには、電源１３の電圧■１も大きく
しなければならず、通常、空間電荷領域をこえた温度制
限領域における■１とする。代表的にはＶ＋＝５０〜５
００■である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら電圧■１を大きくすると、熱電子ｅ−のエ
ネルギも大きくなる。その結果として、充分大きなエネ
ルギが付与された熱電子はファラディケージ内の領域Ｃ
でイオンと中和して消滅せず、ファラディケージの対向
する内壁に射突する。

この射突によりファラディケージの内壁から二次電子ｅ
２が叩き出される。この時、低エネルギの二次電子ｅ２
のみでな（、充分大きなエネルギを持った反跳電子も発
生し、これがウェハに射突し、ウェハを損傷させるとい
う問題に遭遇している。

すなわち、イオンを中和するには充分な電子電流を必要
とし、そのためにはそれに見合った高い電圧■、を印加
しなければならず、高い電圧Ｖ。

を印加すると過剰なエネルギを熱電子に付与してしまう
という二律背反する問題に遭遇している。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述の問題を解決し、イオン中和に充分な電
子電流を有すると共に必要以上のエネルギが付与されな
い熱電子を用いてイオン中和を行う電荷中和装置を実現
することを目的とする。

本発明の上記目的は、電子源、該電子源から所定の電子
電流の電子流が得られるように比較的高電圧で電子を引
出す電子引出系、該電子引出系から引出された電子を所
定のエネルギ以下に減速させ中和すべきイオン流中に射
出させる電子減速系、を具備する、イオン注入装置の電
荷中和装置により達成される。

〔作　用〕

電子引出系によりイオン中和に充分な所定の電子電流の
熱電子を引出し、該熱電子を電子減速系で減速させウェ
ハを損傷させない程度の所定のエネルギ以下にする。

〔実施例〕

本発明の実施例の電荷中和装置を第１図に示す。

図において、電荷中和装置１は、熱電子を発生させるフ
ィラメントおよびフィラメント用電源から成る電子発生
源１１、引出電極１２と引出電源１３とで構成される電
子引出系、および、ファラディカップ１６および減速電
源１５とで構成される電子減速系１４を有している。マ
スク２１、サプレッサ２２およびサプレッサ電源２３は
第３図のものと同様である。同様にウェハ２、ディスク
３およびイオン電流測定用電流計４も前述と同様である
。

第１図の動作について述べる。

電子発生ｒＡ１１から熱電子ｅ−が発生され、電子引出
系により所定の電子電流Ｉ８の熱電子が引出される。電
子電流■。を得るに必要な引出電源１３の電圧Ｖ、に応
じたエネルギＥＩが熱電子ｅ−に付与される。核熱電子
が引出電極１２の開口を通過すると、電子減速系１４に
より減速され、ファラディカップ１６の開口Ｂを通過し
た熱電子は、電子電流■、の大きさはそのま＼で、エネ
ルギＥ。

より低く、電源１５の電圧■２に応じたエネルギＥ２と
なる。この熱電子がファラディカップ１６内の領域Ｃに
おいて、マスク２１、サブレフサ２２を通過したイオン
ＩＯＮのビーム中に取り込まれ、ウェハ上の正電荷を中
和する。熱電子の電子電ＫＩｅはイオンを中和するに充
分な値であると共に、そのエネルギＥ２は、ウェハに損
傷を与えない程度のものとする。

より具体的に述べると、イオンを中和するに必要な電子
電流■８は、例えば３０ｍＡ以上、エネルギＥｔは５０
ｅＶ以下が好適である。このため引出電圧Ｖ、は、前述
の如く引出電源Ｖ、によりＩｏが規定される空間電荷領
域をこえた温度制限領域、すなわち電子発生源１１のフ
ィラメントから発生される熱電子、換言すれば１！、が
引出電圧■１の増大に拘らずはり一定となる領域におけ
る電圧■１、例えば】００■以上とする。これにより■
。

哄４０ｍＡが得られる。一方、ｖ、＝１０ＶとするとＥ
ｚ＝１０ｅＶとなる。さらに、減速電極としてのファラ
ディカップ１６の開口Ｂの面積は、減速電圧Ｖｔにより
減速された熱電子が開口部近傍に滞留し、空間電荷を生
じさせ電子電流１．を低下させないような充分な大きさ
、例えば開口面積約４００ａｊとする。すなわち減速電
極はエネルギを低下させるばかりでなく電子電流を低下
させない構造でなければならない。減速電極の開口面積
に応じて、引出電極１２の開口面積も規定され、減速電
極のそれと同等程度とする。尚、これらの電極の開口部
はメツシュ構造とすることが熱電子の引出、減速に際し
て安定となり裏通である。ファラディカップの電極間距
離は、例えば５ＩＩＩＩＩ＋である。

以上により、中和に充分な電子電流且つ最小限のエネル
ギの熱電子が得られる。注入イオンにより正に帯電され
たウェハ表面はこれら熱電子により中和され、酸化膜の
破壊は生じない。また、高エネルギの反跳電子は生じ得
ないのでこれによるウェハの破壊も生じない。

上記実施例において、電子電流Ｉ８は電ａＸ３の電圧■
、により規定され、エネルギＥ２は電源１５の電圧■２
により規定され、それぞれ独立に設定し得ることに留意
されたい。すなわち、■。。

Ｅ２は、独立に、Ｖ、、Ｖ２を調整することにより自由
に設定し得るのである。

第２図に本発明の他の実施例と電荷中和装置を示す。第
２図の電荷中和装置は電子減速系１４′の電源１５′と
電子引出系の電源１３とを図示の如（直列に接続したも
のである。同じエネルギＥ２にするためには、電源１３
の電圧■１を１００■とした場合、電ｔ１．１５′の電
圧■２を９０Ｖ、Ｖ、＝１２０　Ｖとすると■ｚ　＝　
ｌｌ０Ｖの如く、相互に連続関係をもって電圧Ｖ、、Ｖ
、を調整する必要がある。

但し、第１図に関連づけて述べた動作原理は同様である
。

〔効　果〕

以上に述べたように本発明によれば、比較的筒車な構成
で、高いエネルギ電子によるウェハの損傷を生じさせず
、照射イオンビームによるウェハ帯電を防止することが
でき、商品質のイオン注入を可能とするイオン注入装置
の電荷中和装置が得られる。

また本発明の電荷中和装置は、中和用電子の電子電流と
エネルギを独立して設定することができ、イオン中和を
容易かつ確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例の電荷中和装置の
構成断面図、第３図は従来の電荷中和装置の構成断面図、である。（符号の説明）１・・・電荷中和装置、　　２・・・ウェハ、３・・・
ターゲットディスク、４・・・電流計、１１・・・電子発生源、　　１２・・・引出電極、１３
・・・引出電源、　　　　１４・・・電子：＄ｉ速系、
１５・・・減速電源、　　　　１６・・・ファラディカ
ップ、２１・・・マスク、　　　　　２２・・・サプレ
ッサ、２３・・・サプレッサ電源。第１図３・・・ターゲットディスク１５・”・減速電源１６・・・ファラディ・力、プ２〕・・・マスク２２・・・サプレッサ２３・・・サブレノナ電ぶ本発明の他の実施例の電荷中和装置の構成断面図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１、電子源、該電子源から所定の電子電流の電子流が得られるように
比較的高電圧で電子を引出す電子引出系、および、該電子引出系から引出された電子を所定のエネルギ以下
に減速させ中和すべきイオン流中に射出させる電子減速
系、を具備する、イオン注入装置の電荷中和装置。２、前記電子引出系が引出電源を有し、前記電子減速系
が前記引出電源と独立な減速電源を有し前記電子の電子
電流と前記減速電子のエネルギとがそれぞれ独立に調節
可能である、特許請求の範囲第１項に記載の電荷中和装
置。３、前記電子減速系が前記電子引出系からの電子を減速
する電極を有し、減速電子が通過する減速電極の開口面
積が、減速電極近傍における空間電荷を生じさせないよ
うな大きさである、特許請求の範囲第２項に記載の電荷
中和装置。４、前記減速電極がファラディカップの一部を構成する
、特許請求の範囲第３項に記載の電荷中和装置。