JPS6340243A - 電荷中和装置 - 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】 〔概要〕 半導体基板に正電荷イオンビームを照射する際に、半導
体基板の周囲に、これとほば面一の表面をもつ絶縁リン
グを設け、これの電位を略ゼロとするように電子供給源
を制御して帯電をなくし、イオン注入分布を均一化し、
絶縁膜破壊を防止する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は正電荷イオンを用いるイオンビーム装置に係わ
り、詳細には、半導体基板に照射するイオンビームを照
射する際の帯電防止の電荷中和装置の構造に関する。

半導体装置の形成において、半導体基板に正電荷イオン
ビームを照射する工程は、必ずといってよい程用いられ
ている。即ち、シリコン（Ｓｔ）半導体装置の形成にお
いては、ＰＮ接合の形成のための不純物イオン注入等に
よく使用される。

Ｎ型不純物としては砒素（Ａｓ”　）イオン、燐（Ｐ゛
）イオン、Ｐ型不純物としてはボロン（Ｂ゛）イオン等
の正のイオンがＳｉ基板に注入されるが、このときＳｉ
基板の表面には、通常シリコン酸化物（ＳｉＯｚ）や、
レジスト等の絶縁膜があり、この絶縁膜が正に帯電し、
その帯電量が大きいときは、下部に形成されている半完
成の素子を破壊することがある。

このため、Ｓｉ基板表面が正に帯電するのを防止するた
め、Ｓｉ基板表面に電子を供給して、正の電荷を中和す
る“電荷中和装置”として、従来、エレクトロンシャワ
一式、負電位電極式のものがあるが、これらはＳｉ基板
への電子供給が、Ｓｉ基板表面の微妙な帯電状況に対し
て即応する方式でないため、中和用電子供給に過不足を
生じ、充分その目的を達していないものであった。

本発明は、中和用電子供給に過不足が殆どない電荷中和
装置を提供しようとするものである。

〔従来の技術〕

第２図は従来例（１）における電荷中和装置の模式図で
ある。

この図のものは、イオンビームを使用する装置の一つで
あるイオン注入装置で、エレクトロンシャワ一式の電荷
中和装置をもつものである。

この図において、■は半導体基板、例えばＳｉ基板で、
電流計５を経て接地された金属製の基板保持台１０の上
に載置されており、ビーム状に集束された正の電荷（＋
）をもつ加速イオンがＳｔ基板ｌの表面に、走査しなが
ら注入される。

２はＳｉ基板１の前方にあって、これを包むようにカバ
ーする前面、後面の抜けた四角な箱で、ファラデーカッ
プと呼ばれるもので、アルミニウムまたはカーボン類で
ある。

このファラデーカップ２は電気的に基板保持台１０に接
続されており、正電荷イオン注入時に半導体基板１また
は基板保持台ＩＯより発生する二次電子を、このファラ
デーカップ２で捕捉して、電流計５に流さないようにし
、正確に正電荷イオン注入分のみ電流計５で読み取れる
ようにするものである。

このファラデーカップ２の前には負電位のサプレッサ４
を設けて二次電子が確実にファラデーカップ２に捕捉さ
れ、前方に迷い出さないようにする。またサプレッサ４
の前には、接地電位のマスク３を設けて、正電荷イオン
ビームが負電位のサプレッサ４に照射されることを防止
する。

この状態でＳｉ基板１に正電荷のイオン注入を行うと、
Ｓｉ基板ｌの表面の絶縁膜に帯電し、素子を破損する危
険性がある。

従って、このように帯電することを防止する一つの方法
として、エレクトロンシャワ一式電荷中和装置がある。

これは、ファラデーカップ２の側壁の一部に開口を設け
、この開口より電子供給源６としてのフィラメントで発
生した熱電子を加速して供給し、この電子はファラデー
カップ２の内部を横切って開口と反対側のファラデーカ
ップ２の対向面に当たり、ここから二次電子を放出せし
める。

ここで発生した二次電子の一部はＳｉ基板１に入るので
、これにより、Ｓｉ基板１の表面に蓄積している正電荷
を中和しようとするものである。

第３図は従来例（２）における電荷中和装置の模式図で
ある。

この図のものは、イオン注入装置に負電位電極式電荷中
和装置をもつものである。

この図において、第２図と同じ名称のものは同じ符号で
示す。

この図において、マスク３、サプレッサ４、ファラデー
カップ２、Ｓｉ基板１、基板保持台１０および電流計５
よりなるイオンビーム照射部は大体第２図におけるもの
と同じである。

この方式の電荷中和装置は、ファラデーカップ２の内部
に、これと絶縁してアルミニウムまたはカーボン類の、
内側縁の形状がリング状の板状負電位電極を設け、これ
を電子供給源６とするものである。

この負電位電極６はファラデーカップ２および基板保持
台１０に対して負電位となるように設定する。

正電荷のイオンビームは偏向走査されているが、このな
かの一部のイオンが負電位電極６にあたり、ここから二
次電子が放出され、その一部がＳｉ基板１に入るので、
これにより、Ｓｉ基板１の帯電を防止しようとするもの
である。

上記に示した、エレクトロンシャワ一式および負電位電
極式の電荷中和装置は、Ｓｉ基板１の帯電量と二次電子
供給量の間に自動調整機構がないため、その構造その他
で、その帯電状況が微妙に変わるＳｉ基板１の帯電を完
全な中和状態とすることが出来ず、時としては、供給電
子過剰となり、逆に負に帯電させ、注入イオン分布不良
や、絶縁膜破壊を引き起こすことがあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のイオンビーム装置の電荷中和装置は、Ｓｔ基板へ
の電子供給が、Ｓｉ基板表面の微妙な帯電状況に対して
即応するすることが出来ず、ために、中和用電子供給に
過不足を生じ、注入イオン分布不良、絶縁膜破壊を生じ
ている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点の解決は、正の電荷イオンビームを半導体基
板（１）に照射する装置において、基板保持台（１０）
に載置された前記半導体基板（１）の周囲にあって、且
つその表面が、前記半導体基板（１）の表面と略同一平
面となるような絶縁リング（１１）を備え、 この絶縁リング（１１）は基板保持台（１０）および半
導体基板（１）より絶縁されており、且つその電位を接
地電位となるように、電子供給源（６）の電子放出を制
御する機構を備えてなる本発明によるイオンビーム装置
により達成される。

特に、前記電子放出を制御する機構を高入力インピーダ
ンス電位計（１２）　、およびこれに接続され電子供給
源（６）の電子放出を制御する制御装置（１３）とを含
んでなる電荷中和装置とすることにより、本発明は容易
に実施することができる。

〔作用〕

半導体基板に正電荷イオンビームを照射する際に、半導
体基板の周囲に、これとほぼ面一の表面をもつ絶縁リン
グを設け、これの電位を略ゼロとするように電子供給源
を制御するので、半導体基板へのイオン注入分布を均一
にし、且つ帯電による絶縁膜破壊を防止することができ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明における電荷中和装置の模式図で、（ａ
）は構成図、（ｂ）は構造斜視図である。

これらの図において、第２図と同じ名称のものは同じ符
号で示す。

第１図（ａ）におけるものは、第３図の従来例（２）の
負電位電極式電荷中和装置に本発明を適用したものであ
る。　従って、改善変更箇所について、以下に説明する
。

基板保持台１０において、Ｓｉ基板１を、その表面に載
置したとき、Ｓｉ基板１の周囲を取り囲み、且つＳｉ基
板１の表面と略同−高さの面となる、アルミニウム或い
はカーボン製の、基板保持台１０およびＳｉ基板ｌと絶
縁された絶縁リング１１を設ける。

イオン注入する際のＳｉ基板１の表面には、レジスト、
ＳｉＯ□膜の絶縁膜がマスクとして形成されており、こ
の絶縁膜に帯電を生じ、絶縁膜マスクのないところはＳ
ｉ基板１のＳｉを通して電荷が逃げ帯電を生じない。こ
れに対し、絶縁リング１１は、Ｓｉ基板ｌのレジストや
Ｓｉ０ｇ膜の絶縁膜に比べれば、溝かに厚い絶縁層で保
持するので、帯電に関しては、より厳しい状況に作られ
ている。この絶縁リング１１をモニターにする。

また、この絶縁リング１１と基板保持台１０との間には
、高人力インピーダンスの電位計１２、例えば、振動容
量型電位計が接続され、絶縁リング１１と基板保持台１
０との間の電位を計測出来るようになっている。電位計
１２は入力インピーダンスが高いため、計測することに
よる変化を余り来すことなく絶縁リング１１の電位を測
定出来る。

この電位計１２の計測された電位は制御装置１３に出力
され、ここで、増幅されたのち、負電位電極６に印加さ
れる電圧を制御して、負電位電極６から放出される二次
電子量を変えることが出来る。

これにより、その帯電の状況を、Ｓｉｉ板１の表面にお
ける帯電の状況になるようにした絶縁リング１１の電位
を、常に“ゼロ”となるように制御すれば、Ｓｉ基板１
の電位も略ゼロとなし得る。即ち、Ｓｉ基板の表面の帯
電を殆ど、ゼロとすることが出来るので、帯電による障
害をなくすることが出来る。

第１図（ｂ）は（ａ）に示した本発明の電荷中和装置の
構造斜視図で、各構成部品の関係位置をわかり易くした
ものである。

上記例では電位計として、振動容量型電位計としたが、
これをＦＥＴ入力型電位計としても同様な、良好な結果
を得ることが出来る。

また、上記例は電子供給源を負電位電極式のものとした
が、これをエレクトロンシャワ一式として、電位計１２
と制御装置１３で電子加速電圧若しくはフィラメント加
熱電源を制御しても、同様な良好な結果を得ることが出
来る。

令名のものは、この電荷中和装置を、イオン注入装置に
使用した場合について述べたが、イオンビーム装置で正
の電荷イオンビームを使用する装置、即ち、イオンビー
ムデポジション装置およびイオンビームエツチング装置
にも、勿論適用することが出来る。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明の電荷中和装置によ
れば、Ｓｉ基板表面の帯電を殆ど　ゼロとすることがで
きるので、半導体素子の絶縁膜破壊を防止し、注入イオ
ン分布むら等のイオンビーム照射むらもなくすることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における電荷中和装置の模式図で、（ａ
）は構成図、（ｂ）は構造斜視図、第２図は従来例（１
）における電荷中和装置の模式図、 第３図は従来例（２）における電荷中和装置の模式図で
ある。 この図において、 １は半導体基板（Ｓｉ基板）、 ２はファラデーカップ、 ３はマスク、 ４はサプレッサ、 ５は電流計、 ６は電子供給源、 １０は基板保持台、 １■は絶縁リング、 １２は電位計、 １３は制御装置 （ム）増生ｙ赳伶仔ネ児〔Ｊ 秤桐岸（Ｈにち１する電荷仲唸−爽厘の漢込汀ヨ阜　１
　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕正の電荷イオンビームを半導体基板（１）に照射
   する装置において、 基板保持台（１０）に載置された前記半導体基板（１）
   の周囲にあって、且つその表面が、前記半導体基板（１
   ）の表面と略同一平面となるような絶縁リング（１１）
   を備え、 この絶縁リング（１１）は基板保持台（１０）および半
   導体基板（１）より絶縁されており、且つその電位を接
   地電位となるように、電子供給源（６）の電子放出を制
   御する機構を備えてなる ことを特徴とする電荷中和装置。 〔２〕前記電子放出を制御する機構が高入力インピーダ
   ンス電位計（１２）、およびこれに接続され電子供給源
   （６）の電子放出を制御する制御装置（１３）とを含ん
   でなる ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電荷中和
   装置。