JPH04160748A - イオン注入装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路の一製造工程における不純物注
入に用いられるイオン注入装置に関し、特にイオンビー
ムを中性化させ試料の帯電を中和させるための機構に関
する。

〔従来の技術〕

周知のごとくイオン注入装置は、半導体集積回路の一製
造工程において用いられ、ウェハにホウ素、リン、ヒ素
などの不純物原子をイオン化してこれに高いエネルギを
与えて打込むものである。

そのため、イオン注入装置は第３図に示すように構成さ
れている。

イオン源系１において生成したイオンを引き出し加速系
２においてウェハ５の所定侵入深さに応じたエネルギに
なるように加速して質量分析系３に入れ、所要の運動エ
ネルギと質量をもったイオンのみを分析マグネット１］
、によって磁界をかけてイオンビーム６を取り出したの
ち、試料系４においてこのイオンビーム６をウェハ５の
大きさに応じて走査しながら打ち込む。この走査方式と
してはディスク１５を機械的に走査する方法が一般的に
よく知られている。

ところが近年、このようなイオン注入装置において、ウ
ェハに打込まれた正イオンによるウェハ表面に高い帯電
電圧が生じ、これによって既にウェハに生成せしめた厚
さ５ｏ−Ｌ２００Ａ程度の絶縁膜に１０　Ｍ　Ｖ　／　
Ｃｌ１１を越える電界がかかり、絶縁膜が破壊する不具
合が発生している。

この問題に対し、従来においては第３図の試料系４にお
いて第４図に示すように、ウェハ５の近くに打ち込むイ
オンビーム６と直角方向に電子ジャワ発生用のフィラメ
ント７などを設置して、フィラメント７から放出される
１次電子８を対向しているニュートラルカップ９に衝突
させ、２次電子１０を発生させる。こうして供給される
２次電子１０をゼオ注入中のウェハ５に直接当てるか、
または、２次電子１０をイオンビーム６によってウェハ
５にできる静電ポテンシャルでウェハ５へ導くことによ
−）て、ウェハ５の表面の正の帯電を中和する方法が知
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のウェハ表面の正の帯電を中和する方法に
おける問題点を、第４図を用いて説明する。

まず、電子ジャワによって発生させる２次電子１０をウ
ェハ５に直接当てる方法については、この２次電子１０
がウェハ５に広く分散して当たり、イオンビーム６が照
射されていない部分にも多量の２次電子１０が供給され
てその部分に大きな負帯電を生じ、第６図に示すように
絶縁耐圧が低下し絶縁膜破壊が発生するという問題があ
った。

一方、２次電子１０をイオンビーム６によりウェハ５に
できる静電ポテンシャルによってウェハ５へ導く方法に
おいては、ウェハ５がある程度以上に正に帯電しないと
２次電子１０がウェハ５へ導かれないため、実際にはウ
ェハ５の表面の帯電を絶縁膜破壊が発生しないように抑
制することができないという問題があった。

また、上記２つの方法とも、イオンビームそのものを中
性化することができないため、イオン注入条件に応じた
電子ジャワ条件をその都度模索せねばならず、電子ジャ
ワの制御が困難であるという欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のイオン注入装置は、電子発生源と、この電子発
生源より発生させた電子ビームを加速するための加速部
と、加速された電子ビームをイオンビームと同一方向へ
偏向させるための偏向部と、偏向した電子ビームをイオ
ンビームに重ね合せるための導入部とを含んで構成され
る。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の構成図である。

イオン源系１において生成したイオンを引き出し加速系
２においてウェハ５の所定の侵入深さに応じたエネルギ
になるよう加速して、質量分析系３に入れる。質量分析
系３では、分析マグネット１１の作る磁場によって所要
の運動エネルギと質量をもったイオンのみを所要のイオ
ンビーム６として取り出す、ここで、あらかじめイオン
ビーム６と同方向にほぼ同じエネルギに加速させた電子
ビーム１２をイオンビーム６に導入部１７において重ね
合わせることによってイオンビーム６そのものを中性化
させることができる。この電子ビーム１２は、次のよう
にして得る。電子発生源であるフィラメント１３は電流
を通ずることにより高温となり熱電子を発生する。この
熱電子を電子加速装置１４においてイオンビーム６と同
じエネルギにまで加速させて、磁界発生装置１６の作る
磁場によって導入部１７においてはイオンビーム６とほ
ぼ同方向になるようにして電子ビーム１２を導入部１７
へ送り込む０本実施例では、磁界発生装置１６を用いて
電子ビーム１２をイオンビーム６とほぼ同方向に偏向さ
せるが、これは、電界によっても同じ作用が得られるの
は周知の事実である。

このように構成することにより導入部１７においてイオ
ンビーム６は中性化されるため、ウェハ５に中性化され
た不純物原子をドーピングさせることができる。このた
め第５図に示すように絶縁耐圧を向上させることができ
た。

第２図は本発明の第２の実施例の構成図である。

イオン源系１．加速系２によって得るイオンビーム６と
、フィラメント１３と電子加速装置１４６によって得る
電子ビーム１２とを、同じ磁場を与える磁界発生装置１
６Ａに通して導入部１７に送り込むことによって、導入
部１７でイオンビーム６に電子ビーム１２を重ね合わせ
てイオンビーム６を中性化させる。この実施例では磁界
発生装置が一つで良いので、第１の実施例に比べて小型
化できる利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、電子ビームをイオンビー
ムに重ね合わせイオンビームそのものを中性化させるこ
とにより、イオン注入によってウェハ表面が帯電するこ
とがなくなるため、絶縁膜の耐圧を大幅に向上させるこ
とができるという効果がある。さらに、イオンビームを
中性化させる条件は、イオンビーム電流と同じ電流分だ
けの電子ビームを得るように制御すればよいので、イオ
ンビーム中性化制御は容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１及び第２の実施例の構
成図、第３図は従来のイオン注入装置の構成図、第４図
は従来のイオン注入装置の試料系に設けられているウェ
ハ帯電防止装置の概略図、第５図及び第６図は本発明の
実施例及び従来のイオン注入装置の効果を説明するため
の絶縁耐圧と破壊頻度との関係を示す図である。 １・・・イオン源系、２・・・加速系、３・・・質量分
析系、４・・・試料系、５・・・ウェハ、６・・・イオ
ンビーム、７・・・フィラメント、８・・・１次電子、
９・・・ニュートラルカップ、１０・・・２次電子、１
１・・・分析マグネット、１２・・・電子ビーム、１３
・・・フィラメント、１４・・・電子加速装置、１５・
・・ディスク、１６・・・磁界発生装置、１７・・・導
入部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電子発生源と、この電子発生源より発生させた電子ビ
   ームを加速するための加速部と、加速された電子ビーム
   をイオンビームと同一方向へ偏向させるための偏向部と
   、偏向した電子ビームをイオンビームに重ね合せるため
   の導入部とを含むことを特徴とするイオン注入装置。