JP2001332207A

JP2001332207A - イオンドーピング装置

Info

Publication number: JP2001332207A
Application number: JP2000154751A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Shibata; 田充柴; Takeshi Kashiro; 代雄嘉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】任意の二つ以上のドーズ量制御範囲を持つこ
とのできるイオンドーピング装置を提供する。【解決手段】イオンを生成するイオン生成室（１０
１）と、イオン生成室で生成されたイオンを被ドーピン
グ材に注入するイオンドーピング室（１０９）と、イオ
ン生成室とイオンドーピング室との間に設けられ、イオ
ン生成室で生成されたイオンを引き出し、引き出された
イオンを加速するイオン引出、加速手段（１０６，１０
８）と、イオン引出、加速手段のイオン生成室室側に設
けられ、２列以上の開口列を有する第１のイオンビーム
電流制御ユニット（１０４）と、第１のイオンビーム電
流制御ユニットの少なくとも一つの開口列を遮蔽可能と
する第２のイオンビーム電流制御ユニット（１０５）と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオンのドーズ量を
制御するイオンドーピング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】イオン
ドーピングとは、イオン生成室で生成されたイオン種を
質量分離せずに、例えば、４００ｍｍ×５００ｍｍ角の
ガラス等の基板に高速で注入する技術である。従来、ガ
ラス等の基板へ注入するイオンのドーズ量は、生成され
るイオンビームの照射時間によって制御するのが一般的
であった。このため、原料ガスとなるドーパントガスの
濃度によって制御範囲が決められることが多かった。

【０００３】薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Tr
ansistor）等の製造においては、半導体層にイオン濃度
の異なる領域、すなわち、ドーズ量の異なる領域を形成
する必要がある。しかるに、イオン濃度の違いに応じて
装置台数を増やすことは難しく、むしろ、装置コスト削
減のために装置台数を減らすことが必須となる。

【０００４】そこで、例えば、１台の装置で異なる原料
ガスを使用すると、イオン生成室に残った原料ガスと次
に使おうとする原料ガスとが混じるため、それらのガス
から生成されたイオン種を質量分離をせずに全て打ち込
むとすれば、所定のイオンを所定量だけドーズすること
が難しかった。

【０００５】また、同一の原料ガスを使用したとして
も、１台の装置でイオン照射時間及びイオン引出電圧に
よりドーズ量の切り替えを行おうとすると、イオンビー
ム電流の制御範囲に限界があるため、イオンドーズ量が
大きく異なるようなイオン注入を必要とする場合には、
ドーズ量に応じて装置の台数を増やさなければならなか
った。

【０００６】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、少なくとも二つのドーズ量制御範囲を持つこと
のできるイオンドーピング装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、イオンを生成
するイオン生成室と、イオン生成室で生成されたイオン
を被ドーピング材に注入するイオンドーピング室と、イ
オン生成室とイオンドーピング室との間に設けられ、イ
オン生成室で生成されたイオンを引き出し、引き出され
たイオンを加速するイオン引出、加速手段と、イオン引
出、加速手段のイオン生成室室側に設けられ、２列以上
の開口列を有する第１のイオンビーム電流制御ユニット
と、第１のイオンビーム電流制御ユニットの少なくとも
一つの開口列を遮蔽可能とする第２のイオンビーム電流
制御ユニットと、を備えたイオンドーピング装置であ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。

【０００９】図１は本発明に係るイオンドーピング装置
の概略構成図であり、図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は
このイオンドーピング装置を構成するイオンビーム電流
制御ユニットの開閉状態及び詳細な構成を示す平面図、
断面図及び部分拡大平面図であり、図３（ａ）及び
（ｂ）は同じくその開閉状態を示す平面図及び断面図で
ある。

【００１０】周知の如く、イオンの注入は、真空室内で
ガス状にした不純物をイオン化し、これを電界で加速
し、ガラス基板等の被ドーピング材の表面に叩き付けて
行われる。図１に示したイオンドーピング装置は、イオ
ンを生成するイオン生成室１０１と、生成されたイオン
を通過させる開口列を有する第１のイオンビーム電流制
御ユニット（以下第１制御ユニットと略記する）１０４
と、イオン生成室１０１と第１制御ユニット１０４との
間に設けられ、ドーズ量の制御範囲を変える第２のイオ
ンビーム電流制御ユニット（以下第２制御ユニットと略
記する）１０５と、引出電圧を印加する引出電極１０６
と、イオンの衝突により発生する２次電子がイオン生成
室１０１へ跳ね返ることを抑制する抑制電極１０７と、
グランド電極１０８と、生成されたイオンが注入される
イオンドーピング室１０９とを備えている。なお、第２
制御ユニット１０５は、これに例えばエアシリンダ等を
接続し、開閉動作を可能とする機能を備えている。

【００１１】これらの構成要素のうち、引出電極１０６
及びグランド電極１０８が本発明のイオン、引出、加速
手段に対応している。

【００１２】イオン生成室１０１において、ガス状の不
純物をガス導入口１０３より導入し、高周波電源１０２
より高周波電力を供給し、プラズマを発生させてイオン
を生成する。イオン生成室１０１で生成されたイオン
は、第２制御ユニット１０５が開の状態においては、引
出電極１０６に電圧を印加すると第１制御ユニット１０
４に形成された開口列より引き出され、また、第２制御
ユニット１０５が閉の状態においては、引出電極１０６
に電圧を印加すると第２制御ユニット１０５にて遮蔽さ
れていない第１制御ユニット１０４の開口列を通して引
き出され、引出電極１０６とグランド電極１０８との間
の電圧にて加速され、イオンビーム１１１を形成する。
また、抑制電極１０７は、基板の表面に叩き付けられて
発生する２次電子の逆流を抑制する。

【００１３】イオンドーピング室１０９には、基板１１
０を矢印Ｘで示した方向に往復移動させることが可能な
基板搬送機構１１２が設けられ、半導体層へのイオンの
注入は、前述のイオンビーム１１１中に、半導体層が積
層された基板１１０を搬送することによって行われる。

【００１４】基板１１０の搬送は、第１制御ユニット１
０４の開口の配列方向と略垂直方向に移動させることに
より行う。基板１１０は、一定の速度で移動させられ、
基板１１０の端部がイオンビーム１１１中を完全に通り
過ぎた後、減速させられる。基板１１０は第１制御ユニ
ット１０４の幅方向に均一なイオンビーム１１１中を一
定の速さで移動させられるので、基板面内に均一にイオ
ンが注入されることになる。基板１１０の搬送速度は、
所望のドーズ量によって異ならせることができる。

【００１５】イオンのドーズ量の制御は、第２制御ユニ
ット１０５の開閉によるイオンビーム電流制御と、ガス
導入口１０３より導入されるガス濃度によるイオンビー
ム中のドーパントイオン比率制御と、イオンビーム基板
１１０の搬送速度により達成される。

【００１６】開口列数の制御は、第２制御ユニット１０
５の開閉による開口列の遮蔽に従う。第２制御ユニット
１０５の開閉によりイオンビーム電流量を制御でき、ま
た、ガス導入口１０３より導入されるガス濃度により、
イオンビーム中のドーパントイオン比率を制御すること
ができ、その結果、薄膜に注入するイオンのドーパント
ビーム電流量つまりドーズ量を制御することができる。

【００１７】また、原料ガスとなるドーパントガス１１
４の流量は、流量制御部１１３により制御され、希釈ガ
ス１１６の流量は流量制御部１１５により制御され、こ
れらドーパントガス１１４と希釈ガス１１６の流量比率
により、ドーパントガス１１４の濃度を制御する。この
結果、イオン生成室１０１内で生成されるドーパントイ
オン比率を制御することが可能となる。

【００１８】図２（ａ）は一例として７つの開口列１１
〜１７を有する第１制御ユニット１０４と第２制御ユニ
ット１０５との関係を示す平面図であり、図２（ｂ）は
そのＡ−Ａ矢視断面図である。この場合、第２制御ユニ
ット１０５が第１制御ユニット１０４の開口列を一つも
遮蔽しない位置に配置される。図２（ｃ）は第１制御ユ
ニット１０４の開口列の部分拡大平面図であり、開口列
間のピッチｄは３０ｍｍであり、開口列の長手方向中央
部の各開口は、縦寸法ａが１０ｍｍ、横寸法ｂが２ｍｍ
の長方形で、開口縁部間の幅ｃは１ｍｍである。そし
て、両端部の開口率を中央部の開口率に比べて４〜１０
％、例えば５％高くしている。これはイオン生成室１０
１内に設けられる高周波電源１０２が第１及び第２制御
ユニット１０４，１０５の長軸方向に略等間隔に３個の
コイルを備えていることを前提としたものである。これ
によって、第１制御ユニット１０４及び第２制御ユニッ
ト１０５から引き出すイオンビーム電流は中央部と両端
部でほぼ同等となるので、各制御ユニットの長軸方向と
平行な基板断面内で濃度が均一なイオンビームを得るこ
とができる。なお、開口の形状は長方形等、特定のもの
に限定する必要はなく、開口率を確保できる範囲で任意
のものを選択することができる。

【００１９】図３（ａ）は図２に示した第１制御ユニッ
ト１０４の７つの開口列のうち、第２制御ユニット１０
５が１つの開口列を残して他を遮蔽する場合の第１制御
ユニット１０４と第２制御ユニット１０５の関係を示す
平面図であり、図３（ｂ）はそのＢ−Ｂ矢視断面図であ
る。ここでは、第２制御ユニット１０５が閉じ、一つの
開口列１４のみが開いた状態を示している。

【００２０】このようにして、第２制御ユニット１０５
の開閉により、開口列数が制御される。

【００２１】以上説明したように、イオンのドーズ量
は、各制御ユニットに形成される開口列数と、ドーパン
トガス濃度と、基板搬送速度により制御できるので、ド
ーズ量の制御範囲を拡げることができる。また、制御ユ
ニットに形成される開口の開口率を開口列内で異ならせ
ることで、均一なイオンビーム量を得ることが可能とな
る。

【００２２】本実施形態は、イオンドープ工程におい
て、異なるドーズ量でイオンを打ち込むに当たり、特
に、高ドーズから低ドーズに、あるいは、低ドーズから
高ドーズに切り替えるような工程で有効である。

【００２３】なおまた、上記実施形態では、第２制御ユ
ニット１０５の開閉により、第１制御ユニット１０４の
開口列を７列と１列の２種類に切り替えたが、第１制御
ユニットに形成する開口列数及び第２制御ユニットによ
って遮蔽される開口列数、すなわち、イオンを通過させ
得る開口列数は適宜変更することができる。

【００２４】

【実施例】以下に、イオンドーピング条件について具体
的に説明する。ここで使用する装置はＢイオンドーピン
グ装置１台と、Ｐイオンドーピング装置１台である。こ
のうち、Ｂイオンドーピング装置の第１制御ユニット
は、図２（ｃ）を用いて説明した開口１０が並んだ７列
の開口列を備え、第２制御ユニット１０５は１列の開口
列を残し、他の６列の開口列を遮蔽できる構成のものを
用いる。また、Ｐイオンドーピング装置の第１制御ユニ
ット１０４は、図２（ｃ）を用いて説明した開口１０が
並んだ３列の開口列を備え、第２制御ユニット１０５は
２列の開口列を残し、その他１列の開口列を遮蔽するこ
とが可能な構成のものを用いる。

【００２５】（条件１）ドーパントガスとしてＢ₂Ｈ₆を
Ｈ₂で希釈したＢ₂Ｈ₆／Ｈ₂を用いて、ｐチャネルＴＦＴ
のイオンドープを行い、低ドーズの５×１０¹¹／ｃｍ²
から高ドーズ状態である１×１０¹⁵／ｃｍ²に切り替え
る。

【００２６】次に、第２制御ユニットを閉じ、開口列を
１列としてドーパントガスＢ₂Ｈ₆／Ｈ₂を濃度１０％と
し、流量が２００ｃｃとなるようにイオン生成室１０１
に導入し、１００Ｗの高周波電力を供給し、ドーパント
ガスプラズマを発生させる。

【００２７】このプラズマ放電にて生成されたイオン
を、第１制御ユニットの開口を通過させ、引出電圧１ｋ
Ｖ、加速電圧５９ｋＶ、抑制電圧３ｋＶを印加して引出
し、イオンビームを形成する。

【００２８】これにより、ビーム電流５μＡ／ｃｍ、ド
ーパント比率１０％、中性子化粒子比率５０％で１μＡ
／ｃｍのドーパントビームが得られる。この条件のもと
で基板を速度２５０ｍｍ／ｓｅｃで移動させてイオンを
注入し、面内のビーム均一性を５％として、５×１０¹¹
／ｃｍ²のイオンを注入するのに４．５秒を要した。

【００２９】次に、高ドーズに切り替えるため、第２制
御ユニットを開き、開口列を７列として、ドーパントガ
スを４０％とし流量４０ｃｃｍとなるように、イオン生
成室１０１に導入し、５０Ｗの高周波電力を供給し、ド
ーパントガスプラズマを発生させる。このプラズマ放電
にて生成されたイオンを、各開口列を通過させ、引出電
圧１ｋＶ、加速電圧５９ｋＶ、抑制電圧３ｋＶを印加し
て引出し、イオンビームを形成する。

【００３０】これにより、ビーム電流６００μＡ／ｃ
ｍ、ドーパント比率５０％、中性子化比率５０％で、６
００μＡ／ｃｍのドーパントビームが得られる。この条
件のもとで基板を速度７０ｍｍ／ｓｅｃで移動させてイ
オンを注入し、面内のビーム均一性を５％として、２×
１０¹⁵／ｃｍ²のイオン注入するのにビーム照射時間を
３０秒要した。

【００３１】また、低ドーズから高ドーズへのドーズ量
の切替えには、プラズマの安定化のため２０分を要し
た。

【００３２】（条件２）ドーパントガスとしてＰＨ₃を
Ｈ₂で希釈したＰＨ₃／Ｈ₂を用いて、ｎチャネルＴＦＴ
のイオンドープを行い、低ドーズの１×１０¹³／ｃｍ²
から高ドーズ状態である１×１０¹⁵／ｃｍ²に切り替え
る。

【００３３】次に、第２制御ユニットを閉じ、開口列を
２列としてドーパントガスＰＨ₃／Ｈ₂を濃度５％とし、
流量が２０ｃｃｍとなるようにイオン生成室１０１に導
入し、４００Ｗの高周波電力を供給し、ドーパントガス
プラズマを発生させる。

【００３４】このプラズマ放電にて生成されたイオン
を、開口を通過させ、引出電圧１ｋＶ、加速電圧５９ｋ
Ｖ、抑制電圧３ｋＶを印加して引出し、イオンビームを
形成する。

【００３５】これにより、ビーム電流１００μＡ／ｃ
ｍ、ドーパント比率３０％、中性子化粒子比率２０％で
３８μＡ／ｃｍのドーパントビームが得られる。この条
件のもとで基板を速度４７０ｍｍ／ｓｅｃで移動させて
イオンを注入し、面内のビーム均一性を５％として、１
×１０¹³／ｃｍ²のイオン注入するのにビーム照射時間
を３．０秒要した。

【００３６】次に、高ドーズに切り替えるため、第２制
御ユニットを開き、開口列を３列として、ドーパントガ
スを２０％とし流量４０ｃｃｍとなるように、イオン生
成室１０１に導入し、４００Ｗの高周波電力を供給し、
ドーパントガスプラズマを発生させる。このプラズマ放
電にて生成されたイオンを、開口を通過させ、引出電圧
１ｋＶ、加速電圧５９ｋＶ、抑制電圧３ｋＶを印加して
引出し、イオンビームを形成する。

【００３７】これにより、ビーム電流１０００μＡ／ｃ
ｍ、ドーパント比率５０％、中性子化比率３０％で、７
１５μＡ／ｃｍのドーパントビームが得られる。この条
件のもとで基板を速度１８０ｍｍ／ｓｅｃで移動させて
イオンを注入し、面内のビーム均一性は５％で、１×１
０¹⁵／ｃｍ²のイオン注入にビーム照射時間を１２秒要
した。

【００３８】また、低ドーズから高ドーズへのドーズ量
の切替えには、プラズマの安定化のため２０分を要し
た。

【００３９】さらに、上述のドーズ量の切替えは、いず
れも低ドーズから高ドーズであったが、高ドーズから低
ドーズへの切替えを行った場合、イオン生成室１０１内
を安定化させるため、イオン生成室１０１内に希釈ガス
であるＨ₂を導入してプラズマ放電を発生させ、希釈ガ
スによるクリーニングを行う必要があり、３０分を要し
た。

【００４０】以上のように、本実施例では、ドーズ量の
切替えを制御ユニットに形成する開口の開口列数と、ド
ーパントガス濃度と、基板移動速度で制御するため、つ
まり、ドーパントイオンビーム量で制御するため、広範
囲のドーズ量範囲に対応させることが可能となる。

【００４１】また、制御ユニットに形成された開口の開
口率を、開口列の中央部と両端部とで異ならせること
で、望ましくは両端部において５％大きく開口すること
で、端の部分でもほぼ同量のイオンが通過でき、制御ユ
ニットの長軸方向で均一なイオンビームが得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明によれば、少なくとも二つのドーズ量制御範囲を持
つことができるため、１台の装置にて複数工程の処理が
可能となり、これによって、投資設備の生産性を先行技
術と比較して格段に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオンドーピング装置の一実施形
態を、その主要部を縦断面で示した概略構成図。

【図２】図１に示したイオンドーピング装置を構成する
第１のイオンビーム電流制御ユニットの構成を示す平面
図及びＡ−Ａ矢視縦面図。

【図３】図１に示したイオンドーピング装置を構成する
第２のイオンビーム電流制御ユニットの構成を示す平面
図及びＢ−Ｂ矢視縦面図。

【符号の説明】

１０１イオン生成室１０２高周波電源１０３ガス導入口１０４第１のイオンビーム電流制御ユニット（第１制
御ユニット）１０５第１のイオンビーム電流制御ユニット（第２制
御ユニット）１０６引出電極１０７抑制電極１０８グランド電極１０９イオンドーピング室１１０基板（被イオンドーピング材）１１１イオンビーム１１２基板搬送機構１１３流量制御部１１４ドーパントガス１１５流量制御部１１６希釈ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 37/08 Ｈ０１Ｊ 37/08 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンを生成するイオン生成室と、前記イオン生成室で生成された前記イオンを被ドーピン
グ材に注入するイオンドーピング室と、前記イオン生成室と前記イオンドーピング室との間に設
けられ、前記イオン生成室で生成された前記イオンを引
き出し、引き出されたイオンを加速するイオン引出、加
速手段と、前記イオン引出、加速手段の前記イオン生成室室側に設
けられ、２列以上の開口列を有する第１のイオンビーム
電流制御ユニットと、前記第１のイオンビーム電流制御ユニットの少なくとも
一つの開口列を遮蔽可能とする第２のイオンビーム電流
制御ユニットと、を備えたイオンドーピング装置。
【請求項２】前記第１のイオンビーム電流制御ユニット
は、前記イオンドーピング室との対向面が縦長の形状を
有し、その長軸に沿って前記開口列が形成されると共
に、前記開口列が短軸方向に２列以上形成された請求項
１に記載のイオンドーピング装置。
【請求項３】前記イオン生成室は、前記第１及び第２の
イオンビーム電流制御ユニットの長軸方向に略等間隔で
離隔配置された３個のコイルを有する高周波電源を備
え、前記第１のイオンビーム電流制御ユニットの開口列
のうち、両端部の開口の開口率を中央部の開口の開口率
よりも４〜１０％高くした請求項１に記載のイオンドー
ピング装置。
【請求項４】前記第２のイオンビーム電流制御ユニット
は、前記第１のイオンビーム電流制御ユニットの開口列
数を複数段に切り替える請求項１に記載のイオンドーピ
ング装置。
【請求項５】前記イオン生成室に導入するガス濃度を２
種類以上に切り替える手段を有する請求項１に記載のイ
オンドーピング装置。
【請求項６】前記イオンドーピング室は、前記イオンが
注入される被ドーピング材を搬送する搬送手段を備えた
請求項１に記載のイオンドーピング装置。
【請求項７】前記搬送手段は前記被ドーピング材を前記
開口列の列方向と直交する方向に搬送する請求項６に記
載のイオンドーピング装置。
【請求項８】前記第１のイオンビーム電流制御ユニット
の開口列の各開口は略一直線上に配置されてなる請求項
１に記載のイオンドーピング装置。