KR20020083934A - 이온빔 조사장치 및 이 장치용 플라즈마 점화방법 - Google Patents
이온빔 조사장치 및 이 장치용 플라즈마 점화방법 Download PDFInfo
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Abstract
기판의 대전억제용의 고주파 방전형의 플라즈마 발생장치에 있어서 간단하고 또한 금속오염 등의 제문제를 야기하지 않으며 게다가 확실하게 플라즈마를 점화할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
이를 해결하기 위한 수단으로 플라즈마 발생장치(10)에 있어서 플라즈마(16)를 점화할 때 이온빔(2)을 주사시켜 두고 또한 직류전원(36)으로부터 플라즈마 생성용기(12)에 그라운드에 대해 정전압을 인가하며, 플라즈마 생성용기(12)로부터 이온빔(2)의 경로에 유출한 플라즈마 생성용 가스(18)와 이온빔(2)과의 충돌에 의해 발생하는 2차 전자(40)를 이 정전압에 의해 플라즈마 생성용기(12)안에 인입하고, 이 2차 전자(40)를 트리거로 하여 플라즈마(16)를 점화한다.
Description
본 발명은 기판에 이온빔을 조사하여 이온주입 등의 처리를 실시하는 이온빔 조사장치 및 그 운전방법 및 반도체 기판에 이온빔 조사에 의한 이온주입을 행하여 반도체 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 이온빔 조사시의 기판표면의 대전(차지업 : charge-up)을 억제하는 수단에 관한 것이다.
이온주입에 의한 반도체 디바이스의 제조 등에 있어서 이온빔조사시의 기판표면의 대전을 작게 억제하는 것이 중요하며, 그 수단의 하나로서 플라즈마 발생장치로부터 방출시킨 플라즈마를 기판의 상류측 근방에 공급하여 이 플라즈마 안의 전자를 이온빔조사에 따른 정전하의 중화에 이용하는 기술이 종래부터 제안되고 있다. 이 기술은 필라멘트로부터 방출시킨 1차전자나 그것을 물체에 대해 방출하는 2차 전자를 이용하는 기술에 비해 저에너지의 전자를 기판에 공급할 수 있기 때문에 기판의 부(負)대전을 작게할 수 있다는 유리한 점을 갖고 있다.
이와같은 플라즈마 발생장치의 하나로 플라즈마 생성용기내에 도입한 플라즈마 생성용 가스를 고주파 방전에 의해 전리시켜 플라즈마를 생성하는 고주파 방전형의 것이 있다. 이 기술은 필라멘트를 이용하여 방전을 일으키는 타입에 비해 (a)수명이 길다 (b) 가스압을 낮게 하여 운전할 수 있기 때문에 처리실내의 진공도 저하가 적다 라는 등의 이점을 갖고 있다.
상기와 같은 플라즈마 생성에 고주파 방전에 이용하는 고주파 방전형의 플라즈마 생성장치의 문제로서 플라즈마의 점화를 들 수 있다.
고주파 방전형의 플라즈마 발생장치는 통상 플라즈마 생성용기내에 고주파를 도입하는 안테나 등의 전극(용량결합의 경우) 또는 코일(유도결합의 경우)을 구비하고 있다. 또 통상은 플라즈마 생성용기 내에 플라즈마의 생성 및 유지용의 자계가 인가된다.
이 경우 플라즈마가 점화하기 위해서는 플라즈마 생성용기 내에 트리거용으로 최소한 한개의 전자가 존재할 필요가 있다. 이 전자는 고주파 경계에 의해 가속되고 플라즈마 생성용 가스의 원자나 분자와 충돌하여 그것을 이온화하며 그것에 의해 방출된 전자가 순차 다른 원자나 분자를 이온화함으로써 어느 시점에서 한꺼번에 플라즈마가 생성된다. 즉 플라즈마가 점화한다.
일반적으로 이 최초의 전자는 우주로부터 날아오는 고에너지 입자선이 가스를 전리함으로써 생성한다고 생각된다. 그러나 가스 충돌에 의해 고에너지입자 빔이 생성하는 전자의 수는 예를들면 필라멘트로부터 방출되는 열전자(이는 통상 수 mA임)에 비하면 압도적으로 적고 따라서 단순히 플라즈마 생성용기내에 고주파를 도입하는 것 만으로는 플라즈마의 확실한 점화는 어렵다.
따라서 고주파 플라즈마의 확실한 점화를 위해 종래는 통상 다음과 같은 방법을 채용하고 있다.
(1) 플라즈마 생성용기 내에 방전갭을 배치하는 데 있어서 이에 고전압을 인가하여 방전을 일으키게 하여 이 방전에 의해 다량의 전자를 발생시켜 플라즈마를 점화한다.
(2) 플라즈마 생성용기 내에 고에너지 밀도의 레이저광을 도입하고, 이 레이저광으로 플라즈마 생성용 가스를 직접 열전리시킴으로써 플라즈마를 점화한다.
그러나 상기 (1)의 방법의 경우는 플라즈마 생성용기 내에 금속부가 노출한 방전갭 전극을 최소한 하나 배치할 필요가 있고 또한 이에 고전압을 인가하기 위한 고전압 전원도 필요하게 되므로 구성이 복잡하게 된다. 나아가서는 장치의 원가상승을 초래한다.
또한 플라즈마 점화후 이 방전갭 전극이 플라즈마에 폭로되어 스퍼터링되므로 스퍼터입자(금속입자)가 기판에 까지 도달하여 기판의 금속오염을 초래한다.
또 방전에 의해 서지전압이 발생하므로 이것이 예를들면 이온빔 조사장치에서의 저 전압의 제어기기에 악영향을 미칠 염려도 있다.
상기 (2)의 방법의 경우는 레이저 광원 및 그것으로부터의 레이저광을 플라즈마 생성용기내로 도입하기 위한 레이저광 투과용 창이 필요하게 되므로 구성이 복잡하게 된다. 나아가서는 장치의 원가상승을 초래한다.
또한 상기 레이저광 투과용 창에는 플라즈마 생성에 의해 발생하는 퇴적물이 부착하고, 이것이 레이저광을 차단하게 되면 점화가 불가능하여 메인터넌스를 빈번히 행해야 하므로 유지보수가 복잡하게 된다.
그래서 본 발명은 상기와 같은 기판의 대전억제용의 고주파 방전형의 플라즈마 발생장치에 있어서 간단하고 또한 상기와 같은 금속오염 등의 제문제를 야기하지 않으며 또한 확실하게 플라즈마를 점화할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 주 목적으로 하고 있다.
도 1은 본 발명에 관한 이온빔 조사장치의 일 예를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 이온빔 조사장치의 운전방법의 일예를 도시하는 플로우챠트.
도 3은 반도체 디바이스의 일 예를 확대하여 도시하는 개략 단면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
2: 이온빔4: 기판(반도체 기판)
8: 진공용기10: 플라즈마 발생장치
12: 플라즈마 생성용기16: 플라즈마
18: 플라즈마 생성용 가스22: 고주파 전원
36: 직류전원40: 2차 전자
60: 반도체 디바이스
본 발명에 관한 운전방법은 상기 플라즈마 발생장치 근방 또는 옆에서 플라즈마를 점화할 때 상기 이온빔을 주사시켜 두고 또한 상기 플라즈마 생성용기에 그라운드에 대해 정전압을 인가하며, 상기 플라즈마 생성용기로부터 상기 이온빔의 경로에 유출한 상기 플라즈마 생성용 가스와 상기 이온빔과의 충돌에 의해 발생하는 2차 전자를 이 정전압에 의해 상기 플라즈마 생성용기안으로 끌어넣고 이 인입한 2차 전자를 트리거로 하여 상기 플라즈마 생성용기안에 있어 플라즈마를 점화하는 것을 특징으로 하고 있다
이 운전방법에 의하면 플라즈마 생성용기안에 플라즈마를 확실하게 점화하는 데 필요한 양의 2차 전자를 인입할 수 있기 때문에 플라즈마 발생장치에 있어서 확실하게 플라즈마를 점화할 수 있다.
또한 이 운전방법은 기판을 처리하기 위해 원래 존재하는 이온빔을 2차 전자발생 나아가서는 플라즈마점화에 유효하게 이용하는 것으로 이것과 플라즈마 생성용기에 정전압을 인가하는 것으로 플라즈마 점화를 행할 수 있기 때문에 매우 간단하여 복잡한 수단을 필요로 하지 않는다. 또한 상술과 같은 금속오염, 서지발생전압, 메인터넌스의 복잡함이라는 문제를 야기하는 경우도 없다.
본 발명에 관한 이온빔 조사장치의 하나는 상기 플라즈마 생성용기에 그라운드에 대해 정전압을 인가하고, 상기 플라즈마 생성용기로부터 상기 이온빔의 경로에 유출한 상기 플라즈마 생성용 가스와 상기 이온빔과의 충돌에 의해 발생하는 2차 전자를 이 정전압에 의해 상기 플라즈마 생성용기내로 끌어넣어 이 끌어넣은 2차 전자를 트리거로 하여 상기 플라즈마 생성용기내에 있어서 플라즈마를 점화하는직류전원을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 이온빔 조사장치에 의하면 플라즈마 생성용기내에 플라즈마를 확실하게 점화하는 데 필요한 양의 2차 전자를 인입할 수 있기 때문에 플라즈마 발생장치에 있어서 확실하게 플라즈마를 점화할 수 있다.
또한 이 이온빔 조사장치는 기판을 처리하기 위해 원래 존재하는 이온빔을 2차 전자발생 나아가서는 플라즈마 점화에 유효하게 이용하는 것으로 그 외의 플라즈마 점화를 위해 필요한 수단은 플라즈마 생성용기에 정전압을 인가하는 직류전원뿐이므로 매우 간단하여 복잡한 수단을 필요로 하지 않는다. 또한 상술과 같은 금속오염, 서지전압발생, 메인터넌스의 복잡함이라는 문제를 야기하는 경우도 없다.
본 발명에 관한 이온빔 조사장치의 다른 하나는 (a) 상기 플라즈마 생성용기에 그라운드에 대해 정전압을 인가하고, 상기 플라즈마 생성용기로부터 상기 이온빔의 경로에 유출한 상기 플라즈마 생성용 가스와 상기 이온빔과의 충돌에 의해 발생하는 2차 전자를 이 정전압에 의해 상기 플라즈마 생성용기안으로 끌어넣어 이 인입한 2차 전자를 트리거로 하여 상기 플라즈마 생성용기내에 있어 플라즈마를 점화하는 것과, (b) 상기 플라즈마 생성용기에 그라운드에 대해 부전압을 인가하여 이 플라즈마 생성용기로부터 방출하는 전자의 양을 제어하는 것을 변환하여 행할 수 있는 직류전원을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 이온빔 조사장치에 의하면 상기 직류전원에 의해 상술과 같은 플라즈마 점화동작뿐만 아니라 플라즈마 점화후에 플라즈마 생성용기로부터 방출하는 전자양의 제어를 행할 수 있다. 그리고 이 방출전자량 제어에 의해 기판표면의 대전을더욱 작게 억제하고, 기판표면의 대전 전압을 더욱 낮게 할 수 있게 된다. 또한 하나의 직류전원을 플라즈마 점화동작과 방출전자량 제어로 겸용할 수 있기 때문에 서로 다른 전원을 배치하는 경우에 비해 더욱 구성의 간소화 및 저원가화를 도모할 수 있다.
본 발명에 관한 반도체 디바이스의 제조방법은 반도체 기판에 이온조사에 의해 이온주입을 행하여 반도체 디바이스를 제조하는 방법에 있어서, 플라즈마 생성용기내에 도입한 플라즈마 생성용 가스를 고주파 방전에 의해 전리시켜 플라즈마를 생성하여 이 플라즈마를 상기 반도체 기판의 상류측 근방에 공급하고, 이온빔조사에 따른 반도체 기판표면의 대전을 억제하는 플라즈마 발생장치를 이용하며, 다음과 같은 단계를 행한다.
A)우선 상기 이온빔을 주사시켜두고 또한 상기 플라즈마 생성용기에 그라운드에 대해 정전압을 인가하며, 상기 플라즈마 생성용기로부터 상기 이온빔의 경로로 유출한 상기 플라즈마 생성용 가스와 상기 이온빔과의 충돌에 의해 발생하는 2차 전자를 이 정전압에 의해 상기 플라즈마 생성용기내로 끌어넣어 이 인입한 2차 전자를 트리거로 하여 상기 플라즈마 생성용기내에 있어서 플라즈마를 점화한다.
B)이어서 상기 플라즈마 생성용기에 그라운드에 대해 부전압을 인가한 상태에서 이 플라즈마 생성용기로부터 플라즈마를 방출시켜 그것을 상기 반도체 기판의 상류측 근방에 공급하여 이온빔조사에 따른 반도체 기판의 대전을 억제하면서 반도체 기판에 이온빔을 조사한다.
이 제조방법에 의하면 플라즈마 발생장치에 있어서 확실하게 플라즈마를 점화할 수 있음과 동시에 플라즈마 점화에 복잡한 수단을 필요로 하지 않는다. 또한 상술과 같은 금속오염, 서지전압발생, 메인터넌스의 복잡함이라는 문제를 야기하는 경우도 없다. 특히 반도체 디바이스의 제조에 있어서는 반도체 기판의 금속오염은 중대한 문제이지만 이를 방지할 수 있기 때문에 반도체 디바이스의 성능향상, 반도체 디바이스제조의 생선성향상을 도모할 수 있다.
또한 반도체 기판에 이온빔을 조사할 때는 플라즈마 생성용기에 부전압을 인가함으로써 플라즈마 생성용기로부터 방출하는 전자의 양의 제어를 행할 수 있기 때문에 반도체 기판의 대전을 더욱 작게 억제하고, 반도체 기판표면의 대전전압을 더욱 낮게할 수 있게 된다. 그 결과 이온빔 조사안의 반도체 디바이스의 절연방지를 방지하고, 반도체 디바이스제조의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또 반도체 디바이스의 미세화에도 대응할 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 이온빔 조사장치의 일 예를 도시하는 단면도이다.
이 이온빔 조사장치는 진공용기(처리실용기)(8)내에 있어서 홀더(6)에 고정된 기판(예를들면 반도체 기판)(4)에 이온빔(2)을 조사하고, 이 기판(4)에 이온주입 등의 처리를 실시하도록 구성된다.
기판(4)의 전면에 균일하게 이온빔(2)을 조사하기 위해 이온빔(2)의 조사시에 이온빔(2) 및 기판(4)의 최소한 한쪽을 주사하는 경우가 있다. 이 예에서는 이온빔(2) 및 기판(4)를 서로 직교하는 X,Y방향으로 각각 주사하도록 하고 있다.
상기 기판(4)의 상류측 근방으로 이온빔(2)의 경로 근처에 고주파 방전에 의해 플라즈마(16)를 발생시켜 그것을 기판(4)의 상류측 근방에 공급하고, 더욱 구체적으로는 기판(4)의 상류측 근방 및 그것을 지나는 이온빔(2)의 근방에 공급하여 이온빔(2)의 조사에 따른 기판(4)의 표면의 대전을 억제하는 고주파 방전형의 플라즈마 발생장치(10)가 배치된다.
이 플라즈마 발생장치(10)는 플라즈마 생성용기(12)안에 도입한 플라즈마 생성용 가스(19)를 안테나(20)로부터 방사되는 고주파에 의한 고주파 방전에 의해 전리시켜 플라즈마(16)를 생성하고, 그것을 플라즈마 생성용기(12)에 배치한 플라즈마 방출공(14)으로부터 방출하여 상기와 같이 공급하는 구조를 하고 있다. 이 방출되는 플라즈마(16)에는 전자와 이온이 포함된다.
플라즈마 방출공(14)은 한개에 한정되는 것은 아니고 여러개 배치해도 좋다. 예를들면 이 예와 같이 이온빔(2)이 주사되는 경우는 그 주사방향 X에 플라즈마 방출공(14)을 여러개 나열해도 좋다. 또는 플라즈마 방출공(14)을 X방향으로 긴 슬릿모양의 것으로 해도 좋다.
안테나(20)에는 고주파 전원(22)으로부터 임피던스 정합기(24)를 경유하여 고주파가 공급된다. 이 고주파는 예를들면 13.56MHz정도의 고주파라도 좋고, 예를들면 2.45GHz정도의 마이크로파라도 좋다. 즉 이 명세서에서는 고주파는 마이크로파를 포함하는 넓은 개념이다.
안테나(20)는 도시예와 같은 봉모양의 것에 한정되지 않고 루프모양이라도 좋으며, 평판전극모양의 것 등이라도 좋다. 또 안테나 대신에 유도결합용의 코일을 이용하여 플라즈마(16)를 발생시키도록 해도 좋다.
플라즈마 생성용 가스(18)에는 플라즈마 생성용기(12)의 오염방지나 유기물질 발생방지의 관점에서 화학적 반응성에 부족한 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 예를들면 아르곤, 크립톤, 크세논 등의 불활성 가스(희(希) 가스)가 바람직하다.
플라즈마 생성용기(12)내에는 플라즈마(16)의 생성 및 유지를 촉진하는 자계를 인가하는 것이 바람직하다. 이 예에서는 이와같은 자계를 발생시키는 자계발생기의 일예로서 플라즈마 생성용기(12) 둘레에 자기코일(26)을 배치하고 있다. 단 자기코일(26) 대신에 영구자석을 이용해도 좋다. 상기 자계발생기가 발생하는 자계의 방향은 특정방향에 한정되는 것은 아니라도 플라즈마 방출공(14)으로부터 플라즈마(16)를 방출하는 방향(즉 축방향)을 따른 방향이 바람직하다. 그와같이 하면 플라즈마(16)의 방출이 용이하게 됨과 동시에 후술하는 2차 전자(40)의 플라즈마 생성용기(12)안으로의 인입도 용이하게 된다. 상기 자기코일(26)은 이와같은 방향의 자계를 발생한다.
플라즈마 발생용기(12)의 내벽 및 안테나(20)는 플라즈마(16)의 스퍼터링에 의한 금속오염 및 안테나(20)에 그 도전성 스퍼터물이 부착하는 것을 방지하기 위해 이 예와같이 절연물(30)(32)로 피복해 두는 것이 바람직하다.
플라즈마 생성용기(12)는 이 예에서는 절연물(28)을 이용하여 그라운드(접지전위부)로부터 전기적으로 절연하고 있다. 진공용기(8)는 통상은 접지전위에 있다. 그리고 이 플라즈마 생성용기(12)와 그라운드 사이에 직류전원(36)을 접속하고 있다.
이 직류전원(36)은 플라즈마 생성용기(12)안에 있어서 플라즈마(16)를 점화하기 위해 플라즈마 생성용기(12)에 그라운드에 대해 정전압을 인가하는 통상의 직류전원이라도 좋다. 그러나 이 예에서는 플라즈마 생성용기(12)에 그라운드에 대해 정전압과 부전압을 변환하여 인가할 수 있는 직류전원으로 하고 있다. 그 이유는 후술한다. 이와같은 직류전원(36)은 정부(正負) 양 극성의 직류전압을 출력할 수 있는 양극성 전원이라도 좋고, 통상의 단극성의 직류전원과 출력극성 반전용의 스위치회로를 조합한 것이라도 좋다.
이 이온빔 조사장치의 운전방법의 일예를 도 2를 참조하면서 설명한다. 단 이 도 2는 어디까지나 일예로서 이에 한정되는 것은 아니다.
(1) 플라즈마 점화까지의 공정
플라즈마 발생장치(10)에 있어서 플라즈마(16)를 점화할 때는 당연히 플라즈마 생성용기(12)에 플라즈마 생성용 가스(18)를 도입한다(스텝 50). 또한 이온빔(2)을 발생시켜 그것을 도 1과 같이 플라즈마 발생장치(10)의 앞쪽에 주사시켜 둔다(스텝 51). 이 때 중화되지 않은 이온빔(2)이 기판(4)에 조사되는 것을 방지하기 위해 기판(4) 및 홀더(6)를 이온빔(2)에서 퇴피시켜 두는 것이 바람직하다.
플라즈마 생성용기(12)내에 도입된 플라즈마 생성용 가스(18)는 도 1과 같이 그 플라즈마 방출공(14)을 지나 이온빔(2)의 경로로 유출하여 이온빔(2)과 충돌한다. 더욱 구체적으로는 유출한 플라즈마 생성용 가스(18)의 원자 또는 분자에 이온빔(2)을 구성하는 이온이 충돌한다. 이 충돌에 의해 플라즈마 생성용 가스(18)의 일부가 전리를 일으키고 2차 전자(40)가 발생한다. 발생한 2차 전자(40)의 일부는 이온빔(2)을 구성하는 이온에 끌어당겨져 이온빔(2)내로 들어가게 되고 또 일부는 이온빔(2)의 외측에 방출된다. 이는 생성되는 2차 전자(40)가 어느 정도의 운동에너지를 갖고 있기 때문이다.
이 때 플라즈마 생성용기(12)에 직류전원(36)으로부터 정전압을 인가해 두면(스텝 52) 이온빔(2)의 외측에 방출된 2차 전자(40)는 이 정전압에 의해 플라즈마 생성용기(12)를 향해 끌어당겨지고(가속되고), 그 일부는 플라즈마 방출공(14)을 거쳐 플라즈마 생성용기(12)안으로 인입된다. 이것이 플라즈마 점화의 트리거전자가 된다. 이는 상술한 우주로부터의 입자선에 의해 자연히 생성되는 전자보다 훨씬 다량의 전자이다.
그 상태에서 플라즈마 생성용기(12)안에 안테나(20)를 경유하여 고주파를 도입하면 상기 인입된 2차 전자(40)가 트리거가 되어 플라즈마(16)는 확실하게 점화한다(스텝 54).
따라서 플라즈마 점화용에 상술과 같은 방전갭을 이용할 필요도 없고, 고에너지밀도의 레이저광을 조사할 필요도 없다. 따라서 그것에 따르는 제문제를 한꺼번에 해소할 수 있다. 즉 플라즈마 점화에 필요한 수단은 플라즈마 생성용기(12)에 최소한 정전압을 인가할 수 있는 직류전원(36)뿐으로, 복잡한 수단을 필요로 하지 않는다. 따라서 장치의 저원가화도 가능하다. 또한 상술과 같은 금속오염, 서지전압발생, 메인터넌스의 복잡함이라는 문제를 야기하는 경우도 없다.
상기 직류전원(36)으로부터 플라즈마 생성용기(12)에 인가하는 정전압은 발생한 2차 전자(40)를 플라즈마 생성용기(12)안에 많이 끌어넣음과 동시에 2차전자(40)를 가속하여 그 에너지를 높이는 작용을 한다. 이 인가전압에 대해 다시 설명하면 플라즈마 생성용기(12)내로 끌어넣는 2차 전자(40)는 어느정도 이상의 에너지를 갖고 있지 않으면 트리거전자로는 되지 않는다. 왜냐하면 플라즈마 생성용 가스(18)를 전리하기 위해서는 그 플라즈마 생성용 가스(18)를 구성하는 원자 또는 분자의 제 1전리에너지 이상의 에너지가 없으면 안되기 때문이다. 따라서 이 플라즈마 생성용 가스(18)를 구성하는 원자의 제 1전리에너지를 E1〔eV〕, 이온빔(2)과의 충돌에 의해 발생한 2차 전자(40)가 원래 갖고 있는 에너지를 E2〔eV〕로 하면 플라즈마 생성용기(12)에 인가하는 정전압은 즉 직류전원(36)의 출력전압 VD〔V〕는 다음 식의 관계를 만족하는 값으로 하는 것이 바람직하다. e는 전자소 양이며, 우변을 이것으로 나눔으로써 에너지를 전압으로 환산하고 있다.
(수학식 1)
VD≥(E1-E2)/e 〔V〕
이에 따라 원래 E2의 에너지를 갖고 있는 2차 전자(40)를 전압 VD에 의해 더욱 가속하고, 제 1전리에너지 E1이상의 에너지로 하여 플라즈마 생성용기(12)안으로 끌어넣을 수 있기 때문에 확실한 플라즈마 점화가 가능하게 된다.
플라즈마 생성용 가스(18)를 구성하는 원자의 제 1전리에너지 E1은 예를들면 아르곤의 경우에서 약 16eV, 크립톤의 경우에서 약 14eV, 크세논의 경우에서 약12eV이다. 또 충돌에 의해 외부로 방출되는 2차 전자(40)가 갖고 있는 에너지 E1은 예를들면 이온빔(2)이 70keV의 인(P+) 이온빔, 플라즈마 생성용 가스(18)가 크세논의 경우 최대 약 8eV정도이다. 따라서 이 경우는 상기 출력전압 VD는 상기 수 1부터 12 - 8 = 4〔V〕이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 실용상 상기 출력전압 VD는 수 1을 만족하는 것 안에서도 어느 정도 높은 것이 바람직하다. 이는 다음의 이유에 의한다.
(a) 일반적으로 전자에 의한 플라즈마 생성용 가스(18)의 전리단면적은 전자에너지가 상기 제 1전리에너지 E1의 2~3배 정도에서 최대가 된다. 따라서 2차 전자(40)의 에너지가 그 주변이 되도록 출력전압 VD를 정하는 것이 바람직하다.
(b) 이온빔(2)과 플라즈마 생성용 가스(18)와의 충돌에 의해 방출되는 2차 전자(40)는 낮은 에너지로 대략 등방적으로 방출된다. 따라서 출력전압 VD가 큰 만큼 플라즈마 생성용기(12)를 향하는 2차 전자(40)의 양을 늘릴 수 있다.
(c) 플라즈마 생성용기(12)에는 통상은 상술과 같이 자계가 인가되고, 그 자계의 방향에 따라서는 2차 전자(40)의 궤도가 편향을 받아 플라즈마 생성용기(12)안에 인입되기 어려워지는 경우가 있다. 그 경우 상기 출력전압 VD를 어느 정도 크게 하여 2차 전자(40)를 플라즈마 생성용기(12)를 향해 강하게 가속하면 자계에 의한 편향의 영향이 적어진다. 또한 이 예와 같이 자계를 플라즈마 방출공(14)으로부터 플라즈마(16)를 방출하는 방향을 따르는 방향으로 인가해 두면 이 자계에 의해 2차 전자(40)를 플라즈마 방출공(14)을 거쳐 플라즈마 생성용기(12)안에 끌어넣기 쉬워지게 되므로 자계는 바람직한 방향으로 작용한다.
더욱 구체예를 들면 플라즈마 생성용기(12)내에 도입하는 크세논 가스(18)의 유량이 0.2ccm, 진공용기(8)내의 진공도가 1.2 X 10-3Pa, 70keV의 P+이온빔(2)의 빔전류가 1mA, 이온빔(2)에서 볼 수 있는 플라즈마 생성용기의 유효면적이 약 10cm2인 경우, 상기 출력전압 VD를 10V로 하면, 2차 전자(40)가 플라즈마 생성용기(12)에 충돌함으로써 직류전원(36)에 흐르는 전류는 50㎂가 되며 이것은 상당히 큰 값이다. 이와같이 플라즈마 생성용기(12)에 정전압을 인가하면 다량의 2차 전자(40)가 플라즈마 생성용기(12)에 끌어당겨지는 것을 알 수 있다. 그 일부가 플라즈마 방출공(14)을 거쳐 플라즈마 생성용기(12)안으로 인입되어 트리거전자가 되고 플라즈마 점화작용을 한다.
(2) 기판처리까지의 공정
상기와 같이 하여 플라즈마 발생장치(10)에 있어서 플라즈마(16)가 점화하면 압력차 등에 의해 자연히 플라즈마 방출공(14)으로부터 진공용기(8)내에 플라즈마(16)가 방출된다(스텝 55). 방출된 플라즈마(16)는 퍼져 기판(4)의 상류측 근방 및 그것을 지나는 이온빔(2)의 근방에 공급된다.
플라즈마 방출공(14)으로부터 플라즈마(16)가 방출된다는 것은 전자와 이온의 양쪽이 방출된다는 것이다. 이 전자는 통상은 저에너지이다. 이 때직류전원(36)의 출력극성을 변환하여 플라즈마 생성용기(12)에 그라운드에 대해 부전압을 인가함으로써(스텝 56) 직류전원(36)의 출력전압 VD는 플라즈마 생성용기(12)로부터 전자를 끌어내는 방향으로 작용하므로 플라즈마 발생장치(10)로부터 방출하는 전자의 양을 제어할 수 있다. 더욱 구체적으로는 직류전원(36)의 출력전압 VD를 조정함으로써 방출하는 전자의 양을 제어할 수 있다.
기판(4)에 이온빔(2)을 조사하여 처리를 실시할 때 상기와 같이 하여 이온빔(2) 및 기판(4)의 근방에 플라즈마(16)를 공급하면 이 플라즈마(16)안의 전자가 이온빔조사에 따라 정으로 대전하고 있는 기판표면에 인입되고 정전하를 중화한다. 플라즈마(16)안의 전자는 빔플라즈마를 형성하는 이온빔(2)에 거둬들여져 기판(4)이 대전하고 있으면 그 전위에 의해 이 빔플라즈마안을 기판(4)측으로 이동하여 정전하를 중화하는 작용도 있다. 기판표면의 정전하가 중화되면 기판(4)으로의 전자의 인입은 자동적으로 멈춘다. 이와같이 하여 이온빔 조사에 따른 기판표면의 대전을 억제할 수 있다(스텝 57).
그 경우 상기와 같이 직류전원(36)으로부터 플라즈마 생성용기(12)에 부전압을 인가하여 방출전자량제어를 행함으로써 기판(4)에 의해 과부족없이 전자를 공급하고, 기판표면의 대전을 더욱 작게 억제하여 기판표면의 대전 전압을 더욱 낮게할 수 있게 된다.
또한 플라즈마점화와 방출전자량제어의 양쪽을 행할 경우, 플라즈마 생성용기(12)에 상기와 같은 정전압을 인가하는 직류전원과 상기와 같은 부전압을 인가하는 직류전원을 별도로 배치해도 좋지만 이 예와 같이 하나의 직류전원(36)을 플라즈마 점화동작과 방출전자량 제어로 겸용함으로써 서로 다른 전원을 배치하는 경우에 비해 보다 구성의 간소화 및 저원가화를 도모할 수 있다.
직류전원(36)으로부터 출력하는 직류전압의 극성의 변환 및 크기는 예를들면 제어기(38)에 의해 제어하도록 해도 좋다.
상기 플라즈마 발생장치(10)는 이온빔(2)에 의해 다가가게 하기 위해 진공용기(8)내에 배치해도 좋다. 또는 진공용기(8)내에 삽입한 통모양 용기내에 배치해도 좋다. 어느것으로 해도 플라즈마 생성용기(12)는 그것에 상술과 같은 전압을 인가하기 위해 그라운드로부터 전기적으로 절연해 둔다.
다음에 이온빔조사에 의한 이온주입에 의해 반도체 디바이스를 제조하는 방법을 도 3과 같은 반도체 디바이스(60)를 제조하는 경우를 예로 설명한다. 이 반도체 디바이스(60)는 FET(전계효과 트랜지스터) 더욱 구체적으로는 MOSFET(MOS형 전계효과 트랜지스터)의 예이다. 이와같은 반도체 디바이스(60)를 제조할 경우, 상술한 기판(4)으로서 반도체 기판(예를들면 실리콘 기판)(4)을 이용하여 그 표면의 소정영역에 게이트산화막(62) 및 분리용 산화막(64)을 형성하고, 게이트 산화막(62)의 표면에 게이트전극(66)을 형성해 둔다.
이와같은 반도체 기판에 이온빔(2)을 조사하고, 도팬트(dopant)이온(예를들면 붕소, 인, 비소 등)을 주입한다. 이에 따라 반도체 기판(4)의 표층부로서 게이트전극(66) 및 게이트 산화막(62)의 양측에 2개의 불순물 주입층(68)이 형성된다. 이 불순물 주입층(68)은 예를들면 도팬트이온으로서 붕소를 주입한 경우는 p형이되고, 인 또는 비소를 주입한 경우는 n형이 된다. 반도체 기판(4)이 예를들면 n형인 경우, p형의 불순물 주입층(68)을 형성함으로써 pn접합이 형성되고, 한쪽의 불순물 주입층(68)이 소스, 다른쪽의 불순물 주입층(68)이 드레인이 되며, 반도체 디바이스(60)로서 p채널형 MOSFET가 형성된다. 반도체 기판(4)이 예를들면 p형의 경우, n형의 불순물 주입층(68)을 형성함으로써 pn접합이 형성되고, 반도체 디바이스(60)로서 n채널형 MOSFET가 형성된다. 이와같은 반도체 디바이스(60)가 반도체 기판(4)의 표면에 여러개 형성된다.
이와같은 이온빔 조사에 의한 반도체 디바이스(60)의 제조시에 플라즈마 발생장치(10)를 이용한 상기 대전억제기술을 이용한다. 이를 요약하여 다시 설명하면 다음과 같다(도 1참조).
즉 우선 이온빔(2)을 주사시켜 두고 또한 플라즈마 생성용기(12)에 그라운드에 대해 직류전원(36)으로부터 정전압을 인가하여 플라즈마 생성용기(12)로부터 이온빔(2)의 경로에 유출한 플라즈마 생성용 가스(18)와 이온빔(2)과의 충돌에 의해 발생하는 2차 전자(40)를 이 정전압에 의해 플라즈마 생성용기(12)내로 끌어넣고, 이 인입한 2차 전자(40)를 트리거로 하여 플라즈마 생성용기(12)안에 있어 플라즈마를 점화한다.
이어서 플라즈마 생성용기(12)에 그라운드에 대해 직류전원(36)으로부터 부전압을 인가한 상태에서 플라즈마 생성용기(12)로부터 플라즈마(16)를 방출시켜 그것을 반도체 기판(4)의 상류측 근방에 공급하고 이온빔조사에 따른 반도체 기판(4)의 대전을 억제하면서 반도체 기판(4)에 이온빔을 조사한다.
이 제조방법에 의하면 상술과 같이 플라즈마 발생장치(10)에 있어서 확실하게 플라즈마(16)를 점화할 수 있음과 동시에 플라즈마 점화에 복잡한 수단을 필요로 하지 않는다. 또한 상술과 같은 금속오염, 서지전압발생, 메인터넌스의 복잡함이라는 문제를 야기하는 경우도 없다. 특히 반도체 디바이스의 제조에 있어서는 반도체 기판의 금속오염은 중대한 문제이지만 이를 방지할 수 있기 때문에 반도체 디바이스의 성능향상, 반도체 디바이스제조의 생산성향상을 도모할 수 있다.
또한 반도체 기판(4)에 이온빔(2)을 조사할 때는 플라즈마 생성용기(12)에 부전압을 인가함으로써 플라즈마 생성용기(12)로부터 방출하는 전자양의 제어를 행할 수 있기 때문에 반도체 기판의 대전을 더욱 작게 억제하고, 반도체 기판표면의 대전전압을 더욱 낮게 할 수 있게 된다. 그 결과 이온빔 조사중의 반도체 디바이스의 절연파괴를 방지하여 반도체 디바이스제조의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또 반도체 디바이스의 미세화가 진행함에 따라 이 디바이스의 절연파괴방지를 위해 이온주입시의 기판표면의 대전전압을 될 수 있으면 낮게 억제할 필요가 있지만 이 제조방법에 의하면 그것이 가능하므로 반도체 디바이스의 미세화에도 대응할 수 있다.
본 발명은 상기와 같이 구성되므로 다음과 같은 효과를 나타낸다.
청구항 1기재의 발명에 의하면 플라즈마 생성용기안에 플라즈마를 확실하게 점화하는 데 필요한 양의 2차 전자를 인입할 수 있기 때문에 플라즈마 발생장치에있어서 확실하게 플라즈마를 점화할 수 있다.
또한 이 운전방법은 기판을 처리하기 위해 원래 존재하는 이온빔을 2차 전자발생 나아가서는 플라즈마점화에 유효하게 이용하는 것으로 이것과 플라즈마 생성용기에 정전압을 인가하는 것으로 플라즈마 점화를 행할 수 있기 때문에 매우 간단하여 복잡한 수단을 필요로 하지 않는다. 또한 상술과 같은 금속오염, 서지발생전압, 메인터넌스의 복잡함이라는 문제를 야기하는 경우도 없다.
또한 본 발명에 의하면, 직류전원이 상술한 플라즈마 점화동작 뿐만아니라 플라즈마 점화 이후 플라즈마 생성용기로부터 보내지는 전자량도 제어할 수 있다. 보내지는 전자량을 제어하여 기판표면에서의 차지 업을 억제하고, 기판표면의 차지전압도 더욱 줄일 수 있다. 또한 한개의 직류전원을 플라즈마 점화제어와 보내진 전자량 제어에 모두 사용할 수도 있다. 따라서 제어에 다중 전원을 필요로 하는 경우와 비교해 볼 때 구조가 단순해지고 제조비용이 감소된다.
또한 플라즈마 발생장치에 있어서 확실하게 플라즈마를 점화할 수 있음과 동시에 플라즈마 점화에 복잡한 수단을 필요로 하지 않는다. 또한 상술과 같은 금속오염, 서지전압발생, 메인터넌스의 복잡함이라는 문제를 야기하는 경우도 없다. 특히 반도체 디바이스의 제조에 있어서는 반도체 기판의 금속오염은 중대한 문제이지만 이를 방지할 수 있기 때문에 반도체 디바이스의 성능향상, 반도체 디바이스제조의 생선성향상을 도모할 수 있다.
또한 반도체 기판에 이온빔을 조사할 때는 플라즈마 생성용기에 부전압을 인가함으로써 플라즈마 생성용기로부터 방출하는 전자의 양의 제어를 행할 수 있기때문에 반도체 기판의 대전을 더욱 작게 억제하고, 반도체 기판표면의 대전전압을 더욱 낮게할 수 있게 된다. 그 결과 이온빔 조사안의 반도체 디바이스의 절연방지를 방지하고, 반도체 디바이스제조의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또 반도체 디바이스의 미세화에도 대응할 수 있다.
Claims (6)
- 기판에 이온빔을 주사하여 처리를 실시하는 이온빔 조사장치로서,이온빔이 이온생성용 가스와 충돌할 때 2차전자를 발생시시키는 진공실과;이 진공실에 연결된 플라즈마 발생장치를; 구비하며, 이 플라즈마 발생장치는:고주파방전을 발생시키는 고주파방전 발생기와;이온생성용 가스를 플라즈마 발생장치로 도입하는 이온생성용 가스 도입기와;상기 플라즈마 발생장치와 그라운드 사이에 접속된 직류전원을; 구비하고,직류전원은 플라즈마 발생장치에 정(正)전압을 인가하여 2차전자를 플라즈마 발생장치로 도입하도록 하며, 고주파방전발생기가 진공실로 고주파를 도입할 때 2차전지가 진공실에서 발생될 때 도입된 2차전지는 점화 트리거로서 플라즈마 발생기에서 플라즈마를 점화하는 것을 특징으로 하는 이온빔조사장치.
- 제1항에 있어서,직류전원은 플라즈마 발생장치에 정전압V을 인가하여 각 2차전자에 에너지를 부여하고, 플라즈마 생성용 가스에 포함된 원자 또는 분자의 제1이온화 에너지E1과 각 2차전자의 에너지E2에 의해 정의되는 정전압은 다음식V > (E1 - E2)/e[V] 를 만족하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
- 제1항에 있어서,2차전자가 플라즈마를 점화한 후, 직류전원은 스위칭에 의해 플라즈마에서 전자량을 제어하여 플라즈마 발생장치에 부전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
- 이온빔 조사장치의 운전방법으로서,(a) 이온빔이 진공실에서 이동할 때, 직류전원에 의해 플라즈마 발생기로 정전압을 인가하는 단계와;(b) 정전압에 의해 진공실로부터 플라즈마 발생장치로 2차전지를 인도하며, 여기서 2차전지는 정전압에 의해 플라즈마 발생장치에서 진공실로 흘러나온 플라즈마 생성용 가스와 이온빔을 충돌시켜 생성시키는 단계와;(c) 고주파발생기가 고주파를 인도할 때 점화 트리거로서의 2차전지에 의해 플라즈마를 점화하는 단계와;(d) 기판에 이온빔을 조사하는 단계와;(e) 기판에 플라즈마를 조사하는 동안 기판의 대전을 억제하기 위해 기판으로 플라즈마를 인가하는 단계를:구비하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치의 운전방법.
- 제4항에 있어서,(f) 이온 빔이 기판에 조사되는 동안 플라즈마의 양을 제어하기 위해 스위칭으로 직류전원에 의해 플라즈마 발생장치에 부전압을 인가하는 단계를;더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치의 운전방법.
- 반도체 기판에 이온조사에 의해 이온주입을 행하는 반도체 디바이스를 제조 방법으로서,(a) 이온빔이 진공실에서 이동할 때, 직류전원에 의해 플라즈마 발생기로 정전압을 인가하는 단계와;(b) 정전압에 의해 진공실로부터 플라즈마 발생장치로 2차전지를 인도하며, 여기서 2차전지는 정전압에 의해 플라즈마 발생장치에서 진공실로 흘러나온 플라즈마 생성용 가스와 이온빔을 충돌시켜 생성시키는 단계와;(c) 고주파발생기가 플라즈마 발생장치에 고주파를 인도할 때 점화 트리거로서의 2차전지에 의해 플라즈마를 점화하고, 반도체기판에 이온빔을 조사하는 단계와;(d) 반도체기판에 플라즈마를 조사하는 동안 기판의 대전을 억제하기 위해반도체기판으로 플라즈마를 공급하는 단계를:구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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