JP2011082013A

JP2011082013A - Ion source head and ion implantation device using the same

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Publication number: JP2011082013A
Application number: JP2009233285A
Authority: JP
Inventors: Akira Ikegami; 亮池上
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-04-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion source head which has a long service life, even in ion implantation of metal material and carries out ion implantation of high concentration, and to provide an ion implantation device which uses the ion source head. <P>SOLUTION: The ion source head 200 includes an arc chamber 202, a filament 204 arranged inside the arc chamber 202 so that both end sections are exposed to outside the arc chamber 202, a filament electrode 206 electrically connected to an end section of the filament 204, and an insulator 214 arranged in a position covering at least one portion of the filament electrode 206. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、半導体装置の製造過程において、半導体基板に不純物拡散層を形成するためにイオン注入を行うイオン注入装置に関するものである。 The present invention relates to an ion implantation apparatus that performs ion implantation to form an impurity diffusion layer in a semiconductor substrate, for example, in the process of manufacturing a semiconductor device.

半導体製造プロセスでは、半導体装置として必要な半導体特性を得るために、半導体基板に不純物を導入することが多い。半導体基板に不純物を導入する際には、イオン注入装置を用いて不純物をイオン状態にし、不純物イオンを半導体基板に注入している（例えば、特許文献１及び２参照）。 In a semiconductor manufacturing process, impurities are often introduced into a semiconductor substrate in order to obtain semiconductor characteristics necessary for a semiconductor device. When introducing an impurity into a semiconductor substrate, the ion is implanted into the semiconductor substrate using an ion implantation apparatus, and impurity ions are implanted into the semiconductor substrate (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

図５は従来のイオン装置の構成を示す概略図である。従来のイオン注入装置５００は、内部でイオンを発生させ、発生したイオンを外部に放出するイオンソース部５０２と、イオンソース部５０２で発生したイオンの中から必要なイオンを質量別に選別し、分離する質量分析器５０４と、質量分析器５０４で選別されたイオンを加速してイオンビームにする加速器５０６と、ウエハを保持し、イオンビームをウエハに照射してウエハ内にイオンを注入するイオン注入室５０８とを有する。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional ion apparatus. The conventional ion implantation apparatus 500 generates ions inside and discharges the generated ions to the outside, and selects necessary ions from the ions generated in the ion source unit 502 by mass and separates them. A mass analyzer 504 that accelerates ions selected by the mass analyzer 504 into an ion beam, and an ion implantation that implants ions into the wafer by holding the wafer and irradiating the wafer with the ion beam A chamber 508.

従来のイオン注入装置のイオンソース部５０２では、イオンを発生させる際、アーク放電が発生しているアークチャンバ内に不純物ガスを導入し、アーク放電を利用して不純物ガスをプラズマ状態にすることにより、アークチャンバ内でイオンを発生させている。 In the ion source unit 502 of the conventional ion implantation apparatus, when ions are generated, an impurity gas is introduced into an arc chamber where arc discharge is generated, and the impurity gas is made into a plasma state by using the arc discharge. , Ions are generated in the arc chamber.

図６は、従来のイオン注入装置５００のイオンソース部５０２内に設置されるイオンソースヘッド６００の構成を示す側面図であり、図７は、従来のイオンソースヘッド６００におけるアークチャンバ６０２周辺部の構成を示す断面図である。 FIG. 6 is a side view showing a configuration of an ion source head 600 installed in an ion source unit 502 of a conventional ion implantation apparatus 500, and FIG. It is sectional drawing which shows a structure.

従来のイオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッド６００は、アークチャンバ６０２と、フィラメント６０４と、２本のフィラメント電極６０６と、固体気化器６０８と、フランジ６１０とを備えている。 An ion source head 600 installed in an ion source portion of a conventional ion implantation apparatus includes an arc chamber 602, a filament 604, two filament electrodes 606, a solid vaporizer 608, and a flange 610.

アークチャンバ６０２は、棒状のフィラメント６０４が装着される容器状のチャンバ本体７００と、蓋部７０２とから構成される。フィラメント６０４は、アークチャンバ６０２の互いに対向する側面に設けられた開口部を通してアークチャンバ６０２内に挿入される。アークチャンバ６０２の開口部において、アークチャンバ６０２の側面とフィラメント６０４が接触しないように、フィラメント６０４を覆うように絶縁体６１２が設けられている。２本のフィラメント電極６０６は各々フランジ６１０に固定され、フランジ６１０に固定された側と反対側の端部において、フィラメント６０４の端部と各々接続されている。また、アークチャンバ６０２とフィラメント電極６０６とが接触しないように、アークチャンバ６０２とフィラメント電極６０６との間に絶縁体６１４が配置されている。 The arc chamber 602 includes a container-like chamber body 700 to which a rod-like filament 604 is attached and a lid 702. The filament 604 is inserted into the arc chamber 602 through openings provided on opposite sides of the arc chamber 602. In the opening of the arc chamber 602, an insulator 612 is provided so as to cover the filament 604 so that the side surface of the arc chamber 602 does not contact the filament 604. The two filament electrodes 606 are each fixed to the flange 610 and connected to the end of the filament 604 at the end opposite to the side fixed to the flange 610. Further, an insulator 614 is disposed between the arc chamber 602 and the filament electrode 606 so that the arc chamber 602 and the filament electrode 606 do not contact each other.

固体気化器６０８はフランジ６１０に固定され、固体気化器６０８内とアークチャンバ６０２内とはガス管６１６により接続されている。 The solid vaporizer 608 is fixed to a flange 610, and the solid vaporizer 608 and the arc chamber 602 are connected by a gas pipe 616.

固体気化器６０８内では、固体気化器６０８内に保持された固体不純物が加熱されることにより気化し、不純物ガスが発生する。発生した不純物ガスは、ガス管６１６を通してアークチャンバ６０２内に供給される。イオンソース部５０２内において、イオンソースヘッド６００は真空状態に維持されている。フィラメント電源からフィラメント電極６０６を介してフィラメント６０４に電流を流すことにより、フィラメント６０４で熱電子が発生し、続いてアーク放電が発生して、アークチャンバ６０２内がプラズマ状態となる。これによりアークチャンバ６０２内で発生した不純物イオンは、アークチャンバ６０２の蓋部７０２に設けられたスリット７０４を通してアークチャンバ６０２の外部に引き出される。引き出された不純物イオンは質量分析器５０４において質量別に選別される。選別された不純物イオンは、加速器５０６により加速され、イオン注入室５０８内に保持されたウエハに照射される。 In the solid vaporizer 608, the solid impurities held in the solid vaporizer 608 are heated to vaporize to generate impurity gas. The generated impurity gas is supplied into the arc chamber 602 through the gas pipe 616. In the ion source unit 502, the ion source head 600 is maintained in a vacuum state. By supplying a current from the filament power source to the filament 604 via the filament electrode 606, thermoelectrons are generated in the filament 604, and then arc discharge is generated, and the arc chamber 602 is in a plasma state. Thereby, impurity ions generated in the arc chamber 602 are drawn out of the arc chamber 602 through the slit 704 provided in the lid portion 702 of the arc chamber 602. The extracted impurity ions are sorted by mass in the mass analyzer 504. The selected impurity ions are accelerated by the accelerator 506 and irradiated onto the wafer held in the ion implantation chamber 508.

特開２００７−１１５７０４号公報JP 2007-115704 A 特開平６−３４９４３１号公報JP-A-6-349431

従来、半導体製造プロセスにおいて、不純物として絶縁性の物質が用いられてきたが、最近、化合物半導体を用いた半導体デバイスを作成するために、金属材料を半導体内にイオン注入することが求められている。 Conventionally, an insulating material has been used as an impurity in a semiconductor manufacturing process. Recently, in order to create a semiconductor device using a compound semiconductor, it is required to ion-implant a metal material into the semiconductor. .

しかし、上記従来の構造では、イオンビーム源となる金属がアークチャンバ６０２内においてプラズマ分解されイオン化された時に、その金属イオンが、フィラメント電極６０６とアークチャンバ６０２とを絶縁する絶縁体６１４に付着する。これにより、短時間でイオンソースヘッド６００の絶縁性が低下したり、アーク電流がリークし高濃度のイオン注入ができないという問題点があった。 However, in the above-described conventional structure, when a metal serving as an ion beam source is plasma-decomposed and ionized in the arc chamber 602, the metal ion adheres to the insulator 614 that insulates the filament electrode 606 and the arc chamber 602. . As a result, there are problems that the insulation of the ion source head 600 is lowered in a short time, or that the arc current leaks and high concentration ion implantation cannot be performed.

固体気化器６０８内において、例えば三塩化アルミニウムを昇華させてアークチャンバ６０２内に導入し、アーク放電によりイオン化すると、アルミニウムイオンは正の電荷を帯びており、塩化物イオンは負の電荷を帯びている。 In the solid vaporizer 608, for example, when aluminum trichloride is sublimated and introduced into the arc chamber 602 and ionized by arc discharge, the aluminum ions are positively charged and the chloride ions are negatively charged. Yes.

アークチャンバ６０２の密閉性は低いため、アークチャンバ６０２内で生成したイオンはアークチャンバ６０２外に漏れ出す。またイオンビームの引き出し口であるスリット７０４から引き出されたイオンの一部がフィラメント電極６０６側に回り込む。アークチャンバ６０２外に漏れ出したイオンは、それぞれ相反する電荷をもつフィラメント電極６０６に引き寄せられる。このため、アルミニウムイオンが、フィラメント電極６０６とアークチャンバ６０２とを絶縁する絶縁体６１４に容易に付着してしまう。 Since the hermeticity of the arc chamber 602 is low, ions generated in the arc chamber 602 leak out of the arc chamber 602. In addition, a part of the ions extracted from the slit 704 which is an ion beam extraction port goes around to the filament electrode 606 side. Ions leaking out of the arc chamber 602 are attracted to the filament electrode 606 having opposite charges. For this reason, aluminum ions easily adhere to the insulator 614 that insulates the filament electrode 606 from the arc chamber 602.

そこで本発明は上記従来の問題点に鑑み、金属材料をイオン注入する場合であっても、寿命が長く、高濃度のイオン注入を行うことが可能なイオンソースヘッド及びそれを用いたイオン注入装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described conventional problems, the present invention provides an ion source head having a long life and capable of performing high-concentration ion implantation even when a metal material is ion-implanted, and an ion implantation apparatus using the ion source head The purpose is to provide.

上記従来の課題を解決するため、本発明のイオンソースヘッドは、アークチャンバと、両端部が前記アークチャンバ外に露出するように前記アークチャンバ内に配置されたフィラメントと、前記フィラメントの端部と電気的に接続するフィラメント電極と、前記フィラメント電極の少なくとも一部を覆う位置に配置された絶縁体とを備える。 In order to solve the above-described conventional problems, an ion source head according to the present invention includes an arc chamber, a filament disposed in the arc chamber such that both ends are exposed to the outside of the arc chamber, and an end of the filament. A filament electrode that is electrically connected; and an insulator disposed at a position that covers at least a portion of the filament electrode.

また、本発明のイオン注入装置は、上記イオンソースヘッドを有するイオンソース部と、前記イオンソース部で発生したイオンを質量別に選別する質量分析器と、前記質量分析器で選別された前記イオンを加速する加速器と、前記加速器で加速された前記イオンを半導体基板に照射するイオン注入室とを備える。 The ion implantation apparatus of the present invention includes an ion source unit having the ion source head, a mass analyzer that sorts ions generated in the ion source unit by mass, and the ions that are sorted by the mass analyzer. An accelerator for accelerating, and an ion implantation chamber for irradiating the semiconductor substrate with the ions accelerated by the accelerator.

本発明のイオンソースヘッド及びイオン注入装置によれば、フィラメント電極とアークチャンバとの間の絶縁性が低下することを抑制することができるので、寿命が長く、高濃度のイオン注入を行うことが可能となる。 According to the ion source head and the ion implantation apparatus of the present invention, it is possible to suppress a decrease in insulation between the filament electrode and the arc chamber, so that the lifetime is long and high concentration ion implantation can be performed. It becomes possible.

本発明の一実施の形態に係るイオン注入装置の構成を示す概略図Schematic which shows the structure of the ion implantation apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 同イオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図Side view showing the configuration of an ion source head installed in the ion source portion of the ion implantation apparatus 同イオンソースヘッドにおけるアークチャンバ周辺部の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the arc chamber periphery part in the ion source head 本発明の他の実施の形態に係るイオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図The side view which shows the structure of the ion source head installed in the ion source part of the ion implantation apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 従来のイオン装置の構成を示す概略図Schematic showing the configuration of a conventional ion device 従来のイオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図Side view showing a configuration of an ion source head installed in an ion source portion of a conventional ion implantation apparatus 従来のイオンソースヘッドにおけるアークチャンバ周辺部の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the arc chamber periphery part in the conventional ion source head

本発明のイオンソースヘッドは、アークチャンバと、両端部が前記アークチャンバ外に露出するように前記アークチャンバ内に配置されたフィラメントと、前記フィラメントの端部と電気的に接続するフィラメント電極と、前記フィラメント電極の少なくとも一部を覆う位置に配置された絶縁体とを備える。 An ion source head according to the present invention includes an arc chamber, a filament disposed in the arc chamber such that both ends are exposed to the outside of the arc chamber, and a filament electrode electrically connected to the end of the filament; And an insulator disposed at a position covering at least a part of the filament electrode.

ある実施形態において、前記絶縁体が、前記フィラメント電極のうち、前記フィラメント電極と前記アークチャンバとが近接している部分を覆うように配置されていることが好ましい。 In one embodiment, it is preferable that the insulator is disposed so as to cover a portion of the filament electrode where the filament electrode and the arc chamber are close to each other.

また、ある実施形態において、前記フィラメント電極を固定するフランジをさらに備え、前記絶縁体が、前記フィラメント電極のうち、前記フィラメント電極と前記アークチャンバとが近接している部分から、前記フランジと固定されている部分までを覆うように配置されていてもよい。 Further, in one embodiment, a flange for fixing the filament electrode is further provided, and the insulator is fixed to the flange from a portion of the filament electrode where the filament electrode and the arc chamber are close to each other. It may be arranged so as to cover up to the part.

また、ある実施形態において、金属を気化させるための固体気化器と、前記固体気化器と前記アークチャンバとを接続するガス管とをさらに備えていてもよい。 In one embodiment, the apparatus may further include a solid vaporizer for vaporizing a metal, and a gas pipe connecting the solid vaporizer and the arc chamber.

絶縁体の材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド等を用いることができる。この中で、絶縁体が酸化アルミニウムにより構成されることが好ましい。 As the insulator material, aluminum oxide, silicon nitride, silicon carbide, diamond, or the like can be used. In this, it is preferable that an insulator is comprised with an aluminum oxide.

本発明のイオン注入装置は、上記のイオンソースヘッドを有するイオンソース部と、前記イオンソース部で発生したイオンを質量別に選別する質量分析器と、前記質量分析器で選別された前記イオンを加速する加速器と、前記加速器で加速された前記イオンを半導体基板に照射するイオン注入室とを備える。 An ion implantation apparatus according to the present invention includes an ion source unit having the above ion source head, a mass analyzer that sorts ions generated in the ion source unit according to mass, and accelerates the ions sorted by the mass analyzer. And an ion implantation chamber for irradiating a semiconductor substrate with the ions accelerated by the accelerator.

以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るイオン注入装置及びイオンソースヘッドについて、図１〜３を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係るイオン注入装置の構成を示す概略図、図２は、同イオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図、図３は、同イオンソースヘッドにおけるアークチャンバ周辺部の構成を示す断面図である。 (Embodiment 1)
An ion implantation apparatus and an ion source head according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of an ion implantation apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a side view showing the configuration of an ion source head installed in the ion source section of the ion implantation apparatus, and FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the arc chamber periphery part in the ion source head.

本実施の形態に係るイオン注入装置１００は、内部でイオンを発生させ、発生したイオンを外部に放出するイオンソース部１０２と、イオンソース部で発生したイオンの中から必要なイオンを質量別に選別し、分離する質量分析器１０４と、質量分析器で選別されたイオンを加速してイオンビームにする加速器１０６と、ウエハを保持し、イオンビームをウエハに照射してウエハ内にイオンを注入するイオン注入室１０８とを有する。 An ion implantation apparatus 100 according to the present embodiment generates ions inside, ion source unit 102 that discharges the generated ions to the outside, and selects necessary ions from ions generated in the ion source unit according to mass. Then, a mass analyzer 104 to be separated, an accelerator 106 that accelerates ions selected by the mass analyzer into an ion beam, a wafer is held, and the wafer is irradiated with the ion beam to inject ions into the wafer. And an ion implantation chamber 108.

イオン注入装置１００のイオンソース部１０２内に設置されるイオンソースヘッド２００は、アークチャンバ２０２と、フィラメント２０４と、ロッド形状である２本のフィラメント電極２０６と、固体気化器２０８と、フランジ２１０とを備えている。 The ion source head 200 installed in the ion source unit 102 of the ion implantation apparatus 100 includes an arc chamber 202, a filament 204, two filament-shaped electrodes 206 in a rod shape, a solid vaporizer 208, a flange 210, It has.

アークチャンバ２０２は、棒状のフィラメント２０４が装着される容器状のチャンバ本体３００と、蓋部３０２とから構成される。また、チャンバ本体３００及び蓋部３０２は、モリブデンにより作られている。フィラメント２０４は、図３に示すように、絶縁体２１２を介して、アークチャンバ２０２の相対向する側面の中央部に設けられた開口部を貫通するように取り付けられる。絶縁体２１２の材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド等を用いることができる。この中で、絶縁体２１２が酸化アルミニウムにより構成されることが好ましい。 The arc chamber 202 includes a container-like chamber body 300 on which a rod-like filament 204 is mounted and a lid portion 302. Moreover, the chamber main body 300 and the lid portion 302 are made of molybdenum. As shown in FIG. 3, the filament 204 is attached through an insulator 212 so as to pass through an opening provided in a central portion of opposite side surfaces of the arc chamber 202. As a material of the insulator 212, aluminum oxide, silicon nitride, silicon carbide, diamond, or the like can be used. Among these, it is preferable that the insulator 212 is made of aluminum oxide.

２本のフィラメント電極２０６は各々フランジ２１０に固定され、フランジ２１０に固定された側と反対側の端部において、フィラメント２０４の端部と各々接続されている。２本のフィラメント電極２０６のうち、アークチャンバ２０２との距離が近い部分の周囲は、円筒形状の絶縁体２１４によりそれぞれ覆われている。絶縁体２１４の材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド等を用いることができる。この中で、絶縁体２１４が酸化アルミニウムにより構成されることが好ましい。 The two filament electrodes 206 are each fixed to the flange 210 and connected to the end of the filament 204 at the end opposite to the side fixed to the flange 210. Of the two filament electrodes 206, the periphery of the portion near the arc chamber 202 is covered with a cylindrical insulator 214. As a material of the insulator 214, aluminum oxide, silicon nitride, silicon carbide, diamond, or the like can be used. Of these, the insulator 214 is preferably made of aluminum oxide.

固体気化器２０８はフランジ２１０に固定され、固体気化器２０８内とアークチャンバ２０２内とはガス管２１６により接続されている。 The solid vaporizer 208 is fixed to the flange 210, and the solid vaporizer 208 and the arc chamber 202 are connected by a gas pipe 216.

固体気化器２０８内では、固体気化器２０８内に保持された固体不純物が加熱されることにより気化し、不純物ガスが発生する。発生した不純物ガスは、ガス管２１６を通してアークチャンバ２０２内に供給される。イオンソース部１０２内において、イオンソースヘッド２００は真空状態に維持されている。フィラメント電源からフィラメント電極２０６を介してフィラメント２０４に電流を流すことにより、フィラメント２０４で熱電子が発生し、続いてアーク放電が発生して、アークチャンバ２０２内がプラズマ状態となる。これによりアークチャンバ２０２内で発生した不純物イオンは、アークチャンバ２０２の蓋部３０２に設けられたスリット３０４を通してアークチャンバ２０２の外部に引き出される。引き出された不純物イオンは質量分析器１０４において質量別に選別される。選別された不純物イオンは、加速器１０６により加速され、イオン注入室１０８内に保持されたウエハに照射される。 In the solid vaporizer 208, the solid impurities held in the solid vaporizer 208 are heated to vaporize to generate impurity gas. The generated impurity gas is supplied into the arc chamber 202 through the gas pipe 216. In the ion source unit 102, the ion source head 200 is maintained in a vacuum state. By supplying a current from the filament power source to the filament 204 via the filament electrode 206, thermoelectrons are generated in the filament 204, and then arc discharge is generated, and the arc chamber 202 enters a plasma state. Thereby, impurity ions generated in the arc chamber 202 are drawn out of the arc chamber 202 through the slits 304 provided in the lid portion 302 of the arc chamber 202. The extracted impurity ions are sorted by mass in the mass analyzer 104. The selected impurity ions are accelerated by the accelerator 106 and irradiated onto the wafer held in the ion implantation chamber 108.

本実施の形態に係るイオンソースヘッド２００では、２本のフィラメント電極２０６のうち、アークチャンバ２０２との距離が近い部分の周囲は、絶縁体２１４により覆われている。フィラメント電極２０６のうち絶縁体２１４により周囲を覆われている部分には、アークチャンバ２０２外に漏れ出した金属イオンが電気的に引き寄せられなくなるので、フィラメント電極２０６を覆う絶縁体２１４に金属イオンが付着することが抑制される。 In the ion source head 200 according to the present embodiment, the periphery of the portion of the two filament electrodes 206 that is close to the arc chamber 202 is covered with an insulator 214. Since the metal ions leaking out of the arc chamber 202 are not attracted electrically to the portion of the filament electrode 206 that is covered with the insulator 214, the metal ions are not attracted to the insulator 214 that covers the filament electrode 206. Adhesion is suppressed.

また、フィラメント電極２０６とアークチャンバ２０２とは、従来のように絶縁体を介して接続されてはおらず、空間的に分離されている。このため、フィラメント電極２０６を覆う絶縁体２１４に金属イオンが付着しても、イオンソースヘッド２００の絶縁性は低下せずに維持される。したがって、本実施の形態に係るイオンソースヘッド２００及びイオン注入装置１００は、金属材料をイオン注入する場合であっても、寿命が長く、高濃度のイオン注入を行うことができる。 Further, the filament electrode 206 and the arc chamber 202 are not connected via an insulator as in the prior art, but are spatially separated. For this reason, even if a metal ion adheres to the insulator 214 covering the filament electrode 206, the insulation of the ion source head 200 is maintained without deteriorating. Therefore, the ion source head 200 and the ion implantation apparatus 100 according to this embodiment have a long lifetime and can perform high concentration ion implantation even when a metal material is ion implanted.

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係るイオン注入装置及びイオンソースヘッドについて、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係るイオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図である。 (Embodiment 2)
Next, an ion implantation apparatus and an ion source head according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a side view showing the configuration of the ion source head installed in the ion source portion of the ion implantation apparatus according to the present embodiment.

本実施の形態に係るイオン注入装置は、２本のフィラメント電極４０６のほぼ全体が、円筒形状の絶縁体４１４により周囲を覆われている点で、実施の形態１に係るイオン注入装置１００と異なる。絶縁体４１４の材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド等を用いることができる。この中で、絶縁体４１４が酸化アルミニウムにより構成されることが好ましい。本実施の形態に係るイオン注入装置における他の構成については実施の形態１に係るイオン注入装置１００と同じであるので、同じ符号を付して説明を省略する。 The ion implantation apparatus according to the present embodiment is different from the ion implantation apparatus 100 according to Embodiment 1 in that almost the entire two filament electrodes 406 are covered with a cylindrical insulator 414. . As a material of the insulator 414, aluminum oxide, silicon nitride, silicon carbide, diamond, or the like can be used. In this, it is preferable that the insulator 414 is comprised with aluminum oxide. Since other configurations in the ion implantation apparatus according to the present embodiment are the same as those in the ion implantation apparatus 100 according to the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

本実施の形態に係るイオン注入装置のイオンソースヘッド４００では、２本のフィラメント電極４０６のほぼ全体が絶縁体４１４により周囲を覆われているため、フィラメント電極４０６のほぼ全体について、アークチャンバ４０２外に漏れ出した金属イオンが電気的に引き寄せられなくなる。したがって、実施の形態１に比べて、フィラメント電極４０６を覆う絶縁体４１４に金属イオンが付着することがさらに抑制される。これにより、本実施の形態に係るイオンソースヘッド４００及びイオン注入装置は、金属材料をイオン注入する場合であっても、寿命がさらに長く、さらに高濃度のイオン注入を行うことができる。 In the ion source head 400 of the ion implantation apparatus according to the present embodiment, since almost the entire two filament electrodes 406 are covered with the insulator 414, almost the entire filament electrode 406 is out of the arc chamber 402. The metal ions leaked into the surface cannot be attracted electrically. Therefore, compared with Embodiment 1, it is further suppressed that metal ions adhere to the insulator 414 covering the filament electrode 406. As a result, the ion source head 400 and the ion implantation apparatus according to the present embodiment have a longer lifetime and can perform ion implantation at a higher concentration even when a metal material is ion implanted.

なお、上記実施の形態において、フリーマン型のイオン注入装置の例について説明したが、これに限定されない。本発明のイオン注入装置は、バーナス（ベルナス）型等の他の型式のイオン注入装置であってもよい。 In the above embodiment, an example of a Freeman ion implantation apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this. The ion implanter of the present invention may be another type of ion implanter such as a Bernas type.

本発明のイオンソースヘッド及びイオン注入装置は、半導体装置の製造過程において不純物イオンのイオン注入により半導体基板に不純物拡散層を形成する工程、特に化合物半導体基板に金属イオンをイオン注入する工程に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The ion source head and the ion implantation apparatus of the present invention are useful in a process of forming an impurity diffusion layer in a semiconductor substrate by ion implantation of impurity ions in the manufacturing process of a semiconductor device, particularly in a process of ion implantation of metal ions into a compound semiconductor substrate. is there.

１００，５００イオン注入装置
１０２，５０２イオンソース部
１０４，５０４質量分析器
１０６，５０６加速器
１０８，５０８イオン注入室
２００，４００，６００イオンソースヘッド
２０２，４０２，６０２アークチャンバ
２０４，６０４フィラメント
２０６，４０６，６０６フィラメント電極
２０８，６０８固体気化器
２１０，６１０フランジ
２１２，２１４，４１４，６１２，６１４絶縁体
２１６，６１６ガス管
３００，７００チャンバ本体
３０２，７０２蓋部
３０４，７０４スリット 100,500 Ion implantation apparatus 102,502 Ion source unit 104,504 Mass analyzer 106,506 Accelerator 108,508 Ion implantation chamber 200,400,600 Ion source head 202,402,602 Arc chamber 204,604 Filament 206,406 , 606 Filament electrode 208, 608 Solid vaporizer 210, 610 Flange 212, 214, 414, 612, 614 Insulator 216, 616 Gas pipe 300, 700 Chamber body 302, 702 Lid 304, 704 Slit

Claims

アークチャンバと、
両端部が前記アークチャンバ外に露出するように前記アークチャンバ内に配置されたフィラメントと、
前記フィラメントの端部と電気的に接続するフィラメント電極と、
前記フィラメント電極の少なくとも一部を覆う位置に配置された絶縁体とを備えるイオンソースヘッド。 An arc chamber;
A filament disposed in the arc chamber such that both ends are exposed to the outside of the arc chamber;
A filament electrode electrically connected to an end of the filament;
An ion source head comprising: an insulator disposed at a position covering at least a part of the filament electrode.

前記絶縁体が、前記フィラメント電極のうち、前記フィラメント電極と前記アークチャンバとが近接している部分を覆うように配置されている、請求項１に記載のイオンソースヘッド。 The ion source head according to claim 1, wherein the insulator is disposed so as to cover a portion of the filament electrode where the filament electrode and the arc chamber are close to each other.

前記フィラメント電極を固定するフランジをさらに備え、
前記絶縁体が、前記フィラメント電極のうち、前記フィラメント電極と前記アークチャンバとが近接している部分から、前記フランジと固定されている部分までを覆うように配置されている、請求項２に記載のイオンソースヘッド。 A flange for fixing the filament electrode;
The said insulator is arrange | positioned so that it may cover from the part which the said filament electrode and the said arc chamber adjoin among the said filament electrodes to the part fixed to the said flange. Ion source head.

金属を気化させるための固体気化器と、
前記固体気化器と前記アークチャンバとを接続するガス管とをさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載のイオンソースヘッド。 A solid vaporizer for vaporizing the metal;
The ion source head according to claim 1, further comprising a gas pipe connecting the solid vaporizer and the arc chamber.

請求項１記載のイオンソースヘッドを有するイオンソース部と、
前記イオンソース部で発生したイオンを質量別に選別する質量分析器と、
前記質量分析器で選別された前記イオンを加速する加速器と、
前記加速器で加速された前記イオンを半導体基板に照射するイオン注入室とを備えるイオン注入装置。 An ion source unit comprising the ion source head according to claim 1;
A mass analyzer that sorts ions generated in the ion source by mass;
An accelerator for accelerating the ions selected by the mass analyzer;
An ion implantation apparatus comprising: an ion implantation chamber that irradiates a semiconductor substrate with the ions accelerated by the accelerator.