JPH07211279A

JPH07211279A - イオン注入装置

Info

Publication number: JPH07211279A
Application number: JP6000538A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Miyoshi; 均三好; Masao Sogawa; 政雄十川
Original assignee: Renesas Semiconductor Engineering Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Renesas Semiconductor Engineering Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-01-07
Filing date: 1994-01-07
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】低エネルギーにより注入を行うイオン注入装
置において、イオンビームの広がりを抑え、面内均一性
の向上を図るとともに、イオン電流を低下させることな
くエネルギーコンタミネーションを低減する。【構成】イオンを発生するイオン源１と、上記イオン
源からイオンを引き出し加速する引出電極部３と、磁界
を加えることにより所望のイオンを選択する分析マグネ
ット部６と、イオンを減速する減速管１３と、イオンが
照射されるターゲットを保持するエンドステーション１
０とを備え、上記ターゲットの電位が接地電位よりも高
く、かつ、上記引出電極部の電位が上記ターゲットの電
位よりも高いイオン注入装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造の
ために用いられるイオン注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、トラン
ジスタのソース、ドレイン電極等の不純物領域を半導体
基板の内部に形成するためにヒ素等のイオンを注入する
イオン注入技術が使われる。このイオン注入は、高電圧
（例えば30kV程度）を引出電圧として印加してイオン源
からイオンを引出し、このイオンのビームを走査し固定
されたターゲットの所定の部分に注入することにより行
うか、あるいは逆にイオンのビームを固定しターゲット
を走査することにより所定の部分に注入することにより
行う。

【０００３】ところで、素子の微細化に伴い、半導体基
板上に微細なソース・ドレインパターンを形成する必要
が生じてきた。このような微細なパターン（電極）を形
成するには浅い拡散層が要求されるが、高電圧により加
速した高いエネルギーをもつビームでは半導体基板の深
部にイオンが打ち込まれるため形成が困難であった。こ
のため、従来のイオン注入装置よりも低い加速電圧によ
りイオンを加速し、この低いエネルギーをもつイオンに
より浅い不純物領域を形成することが行われる。

【０００４】従来、この種の低いエネルギーをもつイオ
ンを注入する方法として、次のような２種類の方法があ
った。第１の方法は、バリヤブル方式といって比較的低
い電圧（例えば3kV程度）を引出電源により印加し、所
要の低いエネルギーを与えてイオンを引き出す方法であ
る。第２の方法は、減速方式といって、引出電源により
高電圧を印加し、必要とするよりも大きなエネルギーを
もつイオンを引き出した後、減速電源により加速管で所
定の必要なエネルギーまで減速させる方法である。以
下、それぞれの方式について説明する。

【０００５】バリアブル方式による従来のイオン注入装
置の概略の構成を図４に示す。図４は、イオン注入装置
の引出電圧を印加する部分とイオンを注入する対象であ
るターゲット（ウエハー）の部分との間を示している。

【０００６】同図において、１はヒ素、リン、ボロン等
のドーパントイオンを供給するイオン源、２は引き出し
電圧が印加されるイオン源１を絶縁する絶縁物（ブッシ
ング）、３はイオン源１からイオンを効率よく引き出す
ための引出電極部、４はイオン源においてガス又は固体
蒸気を放電によって高密度プラズマ状態にする高電圧部
電源・ガス供給部、５はプラズマ中のイオンを引き出す
ための高電圧を発生する引出電源、６は電磁石により磁
界の強さを設定することにより所望の不純物イオンのみ
を選択する分析マグネット部、７はイオン源１〜分析マ
グネット部６を収納するとともに、これらを高電位に保
つ高電圧架台である。８は必要に応じてイオンをさらに
加速する加速管、９は固定されたターゲット上に対しイ
オンビームを均一に照射するために加速管８により加速
されたイオンビームを静電走査により走査する走査電極
部、１０は走査電極部９からのイオンビームをターゲッ
トに照射するために、図示しないターゲット（ウエハ
ー）を内部に収納し、保持するエンドステーションであ
る。１５は高電圧架台７を絶縁する絶縁物（インシュレ
ータ）、１６ａ、１６ｂは走査電極部９及びエンドステ
ーション１０を接地電位（ＧＮＤ電位）にするための接
地線、２２は加速電圧を加速管８に供給する加速電源で
ある。

【０００７】次に動作について説明する。高電圧部電源
・ガス供給部４から供給されるガス及び高電圧によりイ
オン源１においてプラズマが生成され、ヒ素、リン、ボ
ロン等のドーパントイオンが生成される。これらドーパ
ントイオンは、引出電源５からイオン源１に印加された
高電圧により、例えば30keVのエネルギーで加速・引き
出され、分析マグネット部６に入射する。分析マグネッ
ト部６において、引出電圧に応じて磁界の強さを変化さ
せ、イオンの軌道半径を変えることにより必要なイオン
だけが選択され、加速管８に入射される。そして、30ke
V以上の高いエネルギー(例えば100keV)が必要な場合
は、さらに加速電源２２により加速管８において必要な
エネルギーをもつように加速された後、走査電極部９に
おいて所定の走査がなされ、エンドステーション１０中
の図示しないターゲットに注入される。

【０００８】ところが、図４に示すバリアブル方式のイ
オン注入装置により低エネルギー注入を行う場合、その
引出電圧は低くなければならないが、そうするとイオン
源１から引き出されるイオンの数は少なくなるとともに
空間を進むイオンのスピードも減少し、実効的なビーム
電流値が減少する。これは、イオンビームが互いに反発
し合うことによりイオンビームが広がり、単位時間当た
りに通過するイオンが少なくなるからである。この少な
いビーム電流のためスループットが悪くなり生産効率が
低下し、さらにイオンビームの広がりによりターゲット
面を均一に照射できなくなることにより特性がばらつ
き、劣化するという問題点があった。

【０００９】そこで、このような問題点を解消するため
に減速方式が用いられる。次に減速方式について説明す
る。この方式において低エネルギー注入を行う場合、減
速電源により所望の電圧（例えば3kV）をイオン源に直
接印加するとともに、通常の加速電源を高電圧架台と分
離し引出電源（例えば30kV）をイオン源に印加する。こ
の減速方式による従来のイオン注入装置の構成の概略を
図５に示す。図５は、図４と同様にイオン注入装置の引
出電圧を印加する部分とイオンを注入する対象であるタ
ーゲットの部分との間の部分を示している。

【００１０】図５において、イオン源１、絶縁材２、引
出電極部３、高電圧部電源・ガス供給部４、引出電源
５、分析マグネット部６、高電圧架台７、加速管８、走
査電極部９、エンドステーション１０、絶縁物１５、接
地線１６ａ、１６ｂ、加速電源２２は、図４のものと同
じである。２１は所望のイオン注入エネルギーを生成す
るための減速電源である。

【００１１】また、図６は、図５に示す減速方式のイオ
ン注入装置の内部の電極配置の概略を示す図であり、７
１はイオン源１の電極、７２、７３は高電圧架台７の電
極、８１は加速管８の電極であり、電極７３、８１は高
電圧架台７と同電位である。１０１はエンドステーショ
ン１０の内部に保持されたターゲットである。

【００１２】また、図７は減速方式のイオン注入装置の
内部の電位を説明するための図である。同図は一例とし
て具体的な電位を記入してあり、イオン注入エネルギー
が3keV、引出電圧（ＥＸＴ）が30kVの場合である。接地
電位（ＧＮＤ）を基準として、電極７１の電位は3kV、
電極７２の電位は-29kV、電極７３の電位は-27kVであ
る。また走査電極部９、エンドステーション１０及びタ
ーゲット１０１は接地されている。

【００１３】接地から電極７１間の電圧はターゲットに
照射されるイオンに最終的に与えられる電圧であり、減
速電源電圧と呼ばれる。また、電極８１と接地（ＧＮ
Ｄ）との間の電圧は引き出されたイオンをさらに加速す
るための電圧であり、加速電圧と呼ばれる。この場合、
ここで減速されることになる。また、電極７１と電極７
３（高電圧架台７）との間の電圧はイオンを引き出すた
めの電圧であり、ＥＸＴ(Extraction)電圧と呼ばれる。
さらに、電極７２に印加される電圧はイオン源１から効
率良くイオンを引き出すための電圧であり、ＳＵＰ(Sup
pression)電圧と呼ばれる。

【００１４】次に動作について、図５乃至図７を用いて
説明する。高電圧部電源・ガス供給部４から供給される
ガス及び各種電源によりイオン源１においてプラズマが
生成され、ヒ素、リン、ボロン等のドーパントイオンが
生成される。これらドーパントイオンは、引出電源５か
らイオン源１に印加された高電圧、すなわちＥＸＴ(30k
V)により加速・引き出され、分析マグネット部６に入射
される。この時点でイオンは30keV相当のエネルギーを
もっている。

【００１５】分析マグネット部６において、引出電圧に
応じて磁界の強さを変化させ、イオンの軌道半径を変え
ることにより必要なイオンだけが選択され、その後加速
管８に入射される。必要に応じて、さらに加速管８の電
極８１と接地電位にあるＡ点との間において、加速電源
２２の電圧により加速される（図７の例では加速電源２
２は切り離されここで減速されることになる）。

【００１６】つまり、ターゲット１０１に照射するイオ
ンのエネルギーは引出電圧よりはるかに低く、注入する
エネルギーに相当するものでなければならない。そこで
加速管８で加速せずに減速させることが必要となる。す
なわち、図７に示すようにイオンは電極８１と境界Ａと
の間で27kV相当のエネルギーを失う。走査電極部９、エ
ンドステーション１０及びターゲット１０１は接地電位
であり、イオンは加速管８以降加速も減速もされない。
このようにして必要なエネルギー(3kV相当)をもつよう
に調整された後、走査電極部９において所定の走査が行
われ、エンドステーション１０中のターゲット１０１に
注入される。

【００１７】この減速方式によれば、イオンの引き出し
を高電圧であるＥＸＴ電圧(30kV)で行うことができるか
ら前述のバリアブル方式に比べてより多くのイオンを引
き出すことができ、より多くのイオンを照射することが
できる利点がある。しかし、減速方式では、加速管８に
おいて減速しているためイオンビームの幅が広がり、境
界Ａに達しないイオンが生じ、ビーム電流が低下する。
他方、同時に一部のイオンが中性化し、この中性化され
た粒子がＥＸＴ電圧相当のエネルギーをもったままター
ゲットに照射されるというエネルギーコンタミネーショ
ン（Energy Contamination)現象を生じる。この現象が
生じるとターゲットの深部に粒子が打ち込まれ、所望の
浅い電極を形成することができなくなる。さらに、減速
電圧により減速されたイオンは、走査電極部８及びエン
ドステーション１０内部を通過しなければならないが、
この距離が比較的長いため前述のバリアブル方式の場合
と同様にビームが多少広がるという問題もある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来のイオン注入装置
は、上記のような問題点があった。すなわち、 (1)バリアブル方式において、少量のイオンビームしか
得られないとともにビームの広がりが生じ、ターゲット
の面内特性を均一にすることができない。 (2)減速方式においては、(1)のバリアブル方式に比べて
いくらか多くのイオンビームが得られるが十分ではな
く、またビームの広がりによりターゲットの面内特性を
均一にすることができない。さらに、エネルギーコンタ
ミネーションにより所望の注入分布が得られない。

【００１９】この発明は、上記の様な問題点を解決する
為になされたもので、イオンビームの広がりを抑え、面
内均一性の向上を計ると共に、イオン電流を低下させる
ことのなく、エネルギーコンタミネエーションを低減す
るイオン注入装置を提供する事を目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るイオン注
入装置は、イオンを生成するイオン源と、上記イオン源
に引出電圧を加え上記イオンを加速し引き出す引出電極
部と、上記引出電極部から引き出されたイオンから所望
のイオンのみを選択する分析マグネット部と、上記分析
マグネット部で選択されたイオンを減速する減速電極部
と、接地電位よりも高く、かつ、上記引出電極部の電位
よりも低い電位に設定され、上記減速電極部で減速され
たイオンが照射されるターゲットと、上記ターゲットを
保持するエンドステーションとを備えたものである。

【００２１】

【作用】請求項１に係る発明においては、ターゲットが
接地電位よりも高く、かつ、引出電極部の電位よりも低
い電位に設定されることにより、イオンがターゲット近
傍で減速される。

【００２２】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は、イオン注入装置の引出電圧を印加する部
分とイオンを注入する対象であるターゲットの部分との
間の構成を示している。

【００２３】同図において、１はヒ素、リン、ボロン等
のトーパントイオンを供給するイオン源、２はイオン源
１と高電圧架台７とを絶縁する絶縁物（ブッシング）、
３はイオン源１からイオンを効率良く引き出すため高電
圧が印加される引出電極部、４はガス又は固体蒸気を放
電によって高密度プラズマ状態のイオンソースにする高
電圧部電源・ガス供給部、５はプラズマ中のイオンを引
き出すための高電圧を発生する引出電源、６は電磁石に
より磁界の強さを設定することにより所望の不純物イオ
ンのみを選択する分析マグネット部、７はイオン源１〜
分析マグネット部６を収納するとともに、これらを高電
位に保つ高電圧架台である。８は必要に応じてイオンを
さらに加速する加速管であり、通常は加速する必要がな
いので接地電位（ＧＮＤ）である。９は固定されたター
ゲット上に対しイオンビームを均一に照射するために加
速管８を通過したイオンビームを静電偏向により走査す
る走査電極部、１０は走査電極部９からのイオンビーム
をターゲットに照射するために図示しないターゲットを
内部に収納し、保持するエンドステーション、１１はエ
ンドステーション１０に正の電位を与えるための外部電
源、１２はエンドステーション１０をＧＮＤ電位と分離
するための絶縁物、１３はイオンの減速を行う減速管、
１４はエンドステーション１０、絶縁物１２を収納する
架台、１５は高電圧架台７を絶縁する絶縁物、１６は架
台１４をＧＮＤ電位にするための接地線、１７は走査電
極部９に走査電位を与える外部電源である。

【００２４】また、図２はこの実施例１のイオン注入装
置の内部の電極配置の概略を示す図であり、７１はイオ
ン源１の電極、７２、７３は高電圧架台７の電極、８１
は加速管８の電極であり、電極７３、８１は高電圧架台
７と同電位である。１０１はエンドステーション１０の
内部に保持されたターゲット、１３２は減速管１３の電
極である。

【００２５】また、図３はこの実施例１のイオン注入装
置の内部の電位を説明するための図である。同図は一例
として具体的な電位を記入してあり、接地電位（ＧＮ
Ｄ）を基準として、電極７１の電位は30kV、電極７２の
電位は-2kV、電極７３及び電極８１の電位、並びに加速
管８と走査電極部９との境界Ａ及び走査電極部９と減速
管１３との境界Ｃの電位は接地電位（ＧＮＤ）、電極１
３２の電位は27kVである。

【００２６】ターゲット１０１から電極７１間の電圧は
ターゲットに照射されるイオンに最終的に与えられる電
圧であり、注入電圧と呼ばれる。また電極７１に印加さ
れる電圧はイオンを引き出すための電圧であり、ＥＸＴ
(Extraction)電圧と呼ばれる。さらに、電極７３等と電
極７２との間の電圧はイオン源１から効率良くイオンを
引き出すための電圧であり、ＳＵＰ(Suppression)電圧
と呼ばれる。

【００２７】ところで、外部電源１１によりエンドステ
ーション１０に印加する電圧φ₁は、ターゲット１０１
に注入されたイオンがもつエネルギーが上述の注入電圧
相当になる電圧とする。すなわちイオン源１の電位φ₂
としたとき次の式で与えられる。 φ₁＝φ₂−（注入電圧）例えば、イオン源１の電位φ₂を30kV、イオンが必要と
するエネルギーを3kVとしたとき φ₁=３０ＫＶ−３ＫＶ＝２７ＫＶとなる。

【００２８】次に動作について、図１乃至図３を用いて
説明する。高電圧部電源・ガス供給部４から供給される
ガス及び各種電源によりイオン源１においてプラズマが
生成され、ヒ素、リン、ボロン等のドーパントイオンが
生成される。これらドーパントイオンは、引出電源５か
らイオン源１に印加された高電圧、すなわちＥＸＴ(30k
V)電圧により加速・引き出され、分析マグネット部６に
入射される。この時点でイオンは30kV相当のエネルギー
をもっている。

【００２９】分析マグネット部６において、引出電圧に
応じて磁界の強さを変化させ、イオンの軌道半径を変え
ることにより必要なイオンだけが選択され、加速管８に
入射される。通常は加速管８において加速されずイオン
は30keVのエネルギーを保っている。つまり、イオンが
加速管８を通過した時点でＥＸＴ電圧による30keV相当
のエネルギーをもっている。

【００３０】次に、イオンは走査電極部９に入り、外部
電源１７からの電圧に基づきターゲットの表面を均一に
照射するように所定の走査を受ける。走査電極部９の電
位は接地電位（ＧＮＤ）であるから、イオンは走査電極
部９において加速も減速もされないが、従来例の場合に
比較して非常に高い運動エネルギー30kVを保ちつつ走査
電極部９を通過する。

【００３１】ところで、ターゲット１０１に照射するイ
オンのエネルギーはこれよりはるかに低く、注入エネル
ギー＝10kVに相当するものでなければならない。そこで
減速管１３において減速する。すなわち、減速管１３の
電極１３２には外部電源１１によりエンドステーション
１０と同じ電位であるφ₁＝20kVが与えられる。したが
って、減速管１３において外部電源１１による外部電源
電圧（減速電圧）だけイオンは減速される。そして、こ
の状態でイオンはエンドステーション１０に入る。

【００３２】すなわち、減速管１３においてイオンはφ
₁相当の運動エネルギーを失い減速され、27kV相当の運
動エネルギーを失う。したがって、ターゲット１０１に
照射されるイオンは、注入電圧に相当するエネルギー
(φ₂−φ₁＝3keV)をもつことになる。

【００３３】このような構成をとることにより引出電圧
（ＥＸＴ）を高くすることができ、イオンの数も多くビ
ーム電流を大きくとることができるとともに、走査電極
部９を高エネルギー状態で通過するので、ビームの広が
りを抑えることができる。

【００３４】また、減速管１３によりエンドステーショ
ン１０の近傍で減速するために、イオンビームを多く得
ることができる。したがって結果としてエネルギーコン
タミネーション現象は少なくなり、ほとんど影響を受け
ない。したがって、ターゲットに対し安定してドープが
行うことができ、歩留まりが向上する。

【００３５】なお、この実施例の説明においてターゲッ
ト１０１を固定した状態とし、走査電極部９においてイ
オンビームを偏向することにより均一なドーピングを行
っていたが、これに限らず、イオンビームを偏向せず逆
にターゲット１０１を走査するようにしてもよいのはい
うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ター
ゲットの電位を接地電位よりも高く、かつ、引出電極部
の電位をターゲットの電位よりも高くしたので、引き出
し電圧が高くなりイオンの数が多くなるとともに、ター
ゲットの近傍でイオンが減速されるのでビーム電流を低
下させずにビームの広がりを抑え、ターゲット面内の特
性を均一にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による実施例１のイオン注入装置の構
成図である。

【図２】この発明による実施例１のイオン注入装置の電
極の配置図である。

【図３】この発明による実施例１のイオン注入装置の動
作原理を説明するための図である。

【図４】従来のバリアブル方式によるイオン注入装置の
構成図である。

【図５】従来の減速方式によるイオン注入装置の構成図
である。

【図６】従来の減速方式によるイオン注入装置の電極の
配置図である。

【図７】従来の減速方式によるイオン注入装置の動作原
理を説明するための図である。

【符号の説明】

１イオン源２絶縁物（ブッシング）３引出電極部４高電圧部電源・ガス供給部５引出電源６分析マグネット部７高電圧架台８加速管９走査電極部１０エンドステーション１１外部電源１２絶縁物（インシュレータ）１３減速管１４架台１５絶縁物（インシュレータ）１６接地線１７外部電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンを生成するイオン源と、上記イオ
ン源に引出電圧を加え上記イオンを加速し引き出す引出
電極部と、上記引出電極部から引き出されたイオンから
所望のイオンのみを選択する分析マグネット部と、上記
分析マグネット部で選択されたイオンを減速する減速電
極部と、接地電位よりも高く、かつ、上記引出電極部の
電位よりも低い電位に設定され、上記減速電極部で減速
されたイオンが照射されるターゲットと、上記ターゲッ
トを保持するエンドステーションとを備えたイオン注入
装置。