JPH049865B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、半導体装置の製造に使用されるイ
オン注入装置に関し、更に詳細には従来のイオン
注入装置よりも半導体基板等に対する注入不純物
量を精密に制御しうる改良されたイオン注入装置
に関するものである。

［発明の技術的背景］ イオン注入技術は半導体装置の製造において半
導体中への不純物導入技術として広く用いられて
おり、現在の半導体装置製造工程では、いわゆる
中電流イオン注入装置が最も普及している。

第２図は現在最も多く使用されている中電流イ
オン注入装置の構造を示した概略図である。同図
において、１はソースプラズマを発生するイオン
源、２はイオン源からイオンビームを引き出すた
めの引出電極、３は引き出したイオンビームの中
から必要なイオンビームのみを選択する質量分析
器、４は選択したイオンビームを加速するための
加速管、５は加速したイオンビームを集束させる
ための静電集束レンズ、６は集束したイオンビー
ムを垂直方向に走査させるための垂直走査板、７
は該イオンビームを水平方向に走査させるための
水平走査板、８は該イオンビームを試料（たとえ
ば半導体ウエハ）Ｓの面に向けて例えば7゜偏向さ
せることによりそれまでに中性化した該イオンビ
ーム内の中性化粒子（分子や原子）を直進させ分
離するための偏向板、９は該イオンビーム内から
分離された中性化粒子が衝突する遮蔽板である。
遮蔽板９は中性化粒子がビーム管１１の材質より
も中性化粒子の衝突により系に悪影響を及ぼす粒
子を生じない例えばグラフアイト、Alなどの材
質で製作されており、遮蔽板９をビーム管１１に
貼り付けるなどして電気的にイオン注入装置本体
を通して接地されている。また、系全体は図示し
ないクライオポンプや油拡散ポンプによつて高真
空に保持されている。なお、これらの各装置要素
は既によく知られているものであるため、その詳
細については説明を省略する。

［背景技術の問題点］ 前記の如き公知の中電流イオン注入装置を使用
して半導体ウエハ等に不純物のイオン注入を行う
場合、従来は試料Ｓを置いた試料室１２における
イオンの電荷量を測定することにより注入不純物
量を制御していたが、このような注入不純物量の
制御方法によると正確な注入不純物量の制御を行
うことができないという問題点があつた。すなわ
ち、前記の如きイオン注入装置においては、加速
管４から偏向板８までに至る経路で発生した中性
化粒子は分離されるけれども、偏向板８から試料
Ｓまでの経路で発生した中性化粒子はイオンとと
もに試料Ｓに注入されるため、試料室１２におけ
るイオンの電荷量を測定しても、その測定値が実
際の注入不純物量とは一致しないからである。

ちなみに、系内における真空度の変動などの原
因によつては、偏向板８から試料Ｓまでの経路で
イオンの10％が中性化することは珍しいことでは
ない。そして従来のイオン注入装置では、偏向板
までであれ偏向板以降であれ、中性化した粒子量
の測定手段を備えたものはなかつた。

従つて、前記の如き公知のイオン注入装置では
正確な注入量制御を行うことができないため、半
導体装置の製造において各種の層の形成や膜の形
成等の高精度化が不可能であつた。

［発明の目的］ この発明の目的は、前記公知のイオン注入装置
における問題点を解決し、従来の装置よりも高精
度なイオン注入を行うことのできる、改良された
イオン注入装置を提供することである。

［発明の概要］ この発明により改良されたイオン注入装置にお
ける特徴は、質量分析器から偏向板に至るまでの
経路において発生した中性化粒子に対応する二次
電子発生量を電気的に測定することにより、偏向
板から試料に至るまでの次の経路で発生する中性
化粒子の量を推定することができるように構成し
たことである。理論的に、質量分析器３から偏向
板８に至るまでに中性化粒子となるイオンビーム
電流量Ｉは、次の式で表される。

Ｉ＝I₀−₀e−ｌ／Ｌ I₀：イニシヤルのビーム電流量 ｌ：質量分析器から偏向板までの距離 Ｌ：真空度と原子半径から与えられる平均自由行
程 しかし、実際に中性化粒子となるイオンビーム
電流量は、イオン注入装置の装置差によりまた採
用される操作条件により、理論量Ｉとはかなり隔
つている。

本発明のイオン注入装置の構成においては、遮
蔽板９をイオン注入装置本体と絶縁して別に接地
し、遮蔽板９における二次電子放出（これは遮蔽
板９に衝突する中性化粒子によつて該遮蔽板９の
面から二次電子が発生する現象）による電流の測
定装置（もしくは回路）を該遮蔽板９の接地回路
に接続し、これにより、質量分析器から偏向板に
至る経路で実際に中性粒子となるイオンビーム電
流量I_tを換算する。

そこで、そのイオン注入装置、その操作条件に
おける補正項αを、 I_t＝α・Ｉ から求め、次に、偏向板９から試料Ｓまでの経路
において、実際に中性粒子となるビーム電流量I_s
を、補正項αにより補正した次式により推定す
る。

I_s＝α（I_t−I_tｅ−l_s／L_s） I_t：偏向板の箇所におけるイニシヤルのビーム電
流量 l_s：偏向板から試料までの距離 L_s：真空度と原子半径から与えられる平均自由行
程 そのように、本発明のイオン注入装置において
は、中性化して試料に注入され、注入量のカウン
トミスを発生させる中性原子及び中性分子の量が
推定されるから、試料に対する不純物注入量の補
正が可能になる。

［発明の実施例］ 第１図は本発明のイオン注入装置における要部
構造の概略と該装置における作動を説明するため
の概略図であり、同図において第２図と同一の符
号で表示された部分は従来のイオン注入装置の部
分と同一である。

第１図に示した本発明のイオン注入装置におい
ては、遮蔽板９の接地回路９ａに二次電子発生量
測定装置１０を接続したことを特徴とするもので
ある。

遮蔽板９は一般的に金属板を設置した構成とな
つており、従つて、これに分子や原子もしくは電
子の粒子が衝突すると二次電子放出が起こり、そ
の結果、その接地回路９には大地へ向かう微弱電
流ｉが発生する。本発明ではこの二次電子放出に
よる電流測定装置（二次電子発生量測定装置１
０）を遮蔽板９の接地回路９ａに接続し、更に該
測定装置１０をイオン注入装置の制御装置の電気
的に接続した。従つて、偏向板までの経路で発生
した中性化粒子の量を電気的に測定することがで
き、その結果、偏向板以降発生し試料Ｓに注入さ
れる中性化粒子の量を精密に推定できるととも
に、イオン注入装置の制御装置でイオン注入の停
止や補正をすることにより不純物注入量を正確に
制御することができる。

なお、第１図において矢印Ｎで表示されている
のは中性化粒子の流れを示し、矢印Ｊで表示され
ているのは試料Ｓに注入されるイオンの流れを示
している。また、e^-は遮蔽板９において生じた二
次電子を表している。

［発明の効果］ 以上に説明したところから明らかであるよう
に、この発明によれば、従来のイオン注入装置に
くらべて正確なイオン注入を行うことのできる改
良されたイオン注入装置が得られ、その結果、半
導体装置の製造において、より高精度の素子形成
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置における発明の要部を概略
的に示すとともに本発明装置におけるイオン等の
粒子の流れを示した概略図、第２図は従来の中電
流イオン注入装置の概略図である。 １……イオン源、２……引出し電極、３……質
量分析器、４……加速コイル、５……静電集束レ
ンズ、６……垂直走査板、７……水平走査板、８
……偏向板、９……遮蔽板、９ａ……接地回路、
１０……二次電子発生量測定装置、１１……ビー
ム管、１２……試料室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン源で発生したイオンを引き出す引出し
   電極、引き出したイオンの中から必要なイオンを
   選択する質量分析系、選択したイオンを加速させ
   る加速系、加速したイオンを集束させる集束系、
   集束したイオンビームが試料面を走査するように
   制御する走査系、該イオンビーム内から中性化し
   た粒子を分離するとともに該イオンビームを試料
   面に偏向させる偏向系、該イオンビーム内から分
   離された中性化粒子が衝突する遮蔽板、及び偏向
   した該イオンビームが試料に注入される試料室を
   具備しているイオン注入装置において、 該遮蔽板をイオン注入装置本体と絶縁して別に
   接地するとともに、該中性化粒子が該遮蔽板に衝
   突した時に該遮蔽板から発生する二次電子発生量
   を測定するための二次電子発生測定装置を該遮蔽
   板の接地回路に設けたことを特徴とするイオン注
   入装置。