KR100514174B1 - 이온빔 조사방법 및 관련방법 및 장치 - Google Patents

이온빔 조사방법 및 관련방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온빔조사시의 기판표면의 대전(帶電)을 더욱 작게 억제하는 것을 그 과제로 한다. 이를 해결하기 위한 수단으로 기판(2)에 이온빔(14)을 조사하여 이온주입 등의 처리를 실시할 때 플라즈마 발생장치(20)로부터 방출시킨 플라즈마(30)를 기판(2) 근방에 공급하고, 이온빔조사에 따른 기판표면의 대전을 억제한다. 그 때 기판(2)에 조사되는 이온빔(14)의 빔전류를 IB, 플라즈마 발생장치(20)로부터 방출되는 플라즈마(30)안의 이온의 량을 나타내는 전류를 II, 동 플라즈마(30)안의 전자량 나타내는 전자전류를 IE로 했을 때 IE/IB로 나타내는 비율을 1.8이상으로 유지하고 또한 II/IE로 나타내는 비율을 0.07이상 0.7이하로 유지한다.

Description

이온빔 조사방법 및 관련방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR IRRADIATING AND ION BEAM, AND RELATED METHOD AND DEVICE THEREOF}
본 발명은 기판에 이온빔을 조사하여 이온주입 등의 처리를 실시하는 이온빔 조사방법 및 그 장치 및 반도체 기판에 이온빔조사를 행하여 반도체 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 이온빔 조사시의 기판표면의 대전(차지업-charge up)을 억제하는 수단에 관한다.
도 6에 종래의 이온빔 조사장치의 일예를 옆쪽에서 보아 도시한다. 또한 기판(2)과 이온빔(14)과의 관계는 도 2의 평면도도 참조로 한다.
이 이온빔 조사장치는 도시하지 않은 이온원으로부터 인출되고 또한 필요에 따라 질량분리, 가속 등이 행해진 스팟(spot)모양의 이온빔(14)을 전계 또는 자계에 의해 X방향(예를들면 수평방향. 이하 동일)으로 왕복주사하면서 홀더(16)에 고정된 기판(예를들면 반도체 기판)(2)에 조사하고 이 기판(2)에 이온주입 등의 처리를 실시하도록 구성된다.
기판(2) 및 홀더(16)는 홀더구동장치(18)에 의해 상기 X방향과 실질적으로 직교하는 Y방향(예를들면 수직방향. 이하 동일)으로 기계적으로 왕복주사된다. 이와 이온빔(14)의 상기 주사와의 협동(하이브리드 스캔)에 의해 기판(2)의 전면에 균일하게 이온빔조사가 행해지도록 하고 있다.
상기 기판(2) 및 홀더(16)의 상류측 근방에는 플라즈마(30)를 발생시켜 그것을 기판(2) 근방에 공급하고, 이온빔(14)의 조사에 따른 기판(2) 표면의 대전을 억제하는 플라즈마 발생장치(20)가 배치된다.
이 플라즈마 발생장치(20)는 플라즈마 생성용기(22)내에 도입된 가스(예를들면 크세논 가스)(24)를 열전자 방출용의 필라멘트(26)와 양극겸용의 플라즈마 생성용기(22) 사이의 아크방전에 의해 전리시켜 플라즈마(30)를 생성하는 것이다. 플라즈마 생성용기(22)의 주위에는 플라즈마(30)의 생성, 유지 및 도출용의 자계를 발생시키는 자기코일(28)이 배치된다.
필라멘트(26)에는 직류의 필라멘트전원(32)으로부터 가열용의 필라멘트전압 VF(예를들면 5V정도)가 인가된다. 필라멘트(26)의 양극측단과 플라즈마 생성용기(22) 사이에는 직류의 아크전원(34)으로부터 아크방전용의 아크전압 VA(예를들면 10V정도)가 인가된다.
또한 이 예에서는 플라즈마 발생장치(20)로부터 기판(2) 상류측 근방에 걸친 영역을 둘러싸도록 통모양의 리플렉터(reflector)전극(38)이 배치된다. 이 리플렉터전극(38)에는 직류의 리플렉터전원(40)으로부터 예를들면 -5V정도의 마이너스전압이 인가된다. 따라서 이 리플렉터전극(38)은 플라즈마 발생장치(20)로부터 방출된 플라즈마(30)안의 전자를 중앙부로(즉 이온빔(14)의 경로부근으로) 되미는 역할을 한다.
필라멘트전원(32)과 아크전원(34)과의 접속부(33)와 그라운드 사이에는 전류계(36)가 접속되고 플라즈마 발생장치(20)로부터 플라즈마(30)를 방출함에 따라 플라즈마 발생장치(20)와 그라운드 사이에 흐르는 플라즈마 방출전류 IP를 이 전류계(36)에 의해 계측할 수 있다.
기판(2)에 이온빔(14)을 조사하면 그상태에서는 이온빔(14)의 플러스전하에 의해 기판(2)의 표면이 플러스로 대전한다. 특히 이 표면이 절연물인 경우는 대전하기 쉽다. 이 이온빔 조사시에 상기와 같이 하여 기판(2) 근방에 플라즈마(30)를 공급하면 이 플라즈마(30)안의 전자가 플러스로 대전하고 있는 기판표면으로 인입되어 플러스전하를 중화한다. 플러스전하가 중화되면 기판(2)으로의 전자의 인입은 자동적으로 멈춘다. 이와같이 하여 이온빔조사에 따른 기판표면의 플러스대전을 억제할 수 있다.
상기와 같은 플라즈마 발생장치(20)를 배치함으로써 이온빔조사에 따른 기판표면의 대전을 어느 정도는 억제할 수 있지만 완전하게 억제하는 것은 곤란하다.
이는 플라즈마 발생장치(20)로부터 방출되는 플라즈마(30)안의 전자는 예를들면 도 7과 같은 맥스웰·볼츠만(Maxwell-Boltzmann)분포라 불리우는 에너지분포를 갖고 있고 2~3eV정도인 곳에 피크를 갖지만 그보다도 훨씬 높은(예를들면 10~20eV정도 이상의) 에너지를 갖는 전자도 포함하고 있어 이와같은 높은 에너지의 전자가 기판(2)에 공급되고 이 전자에 의해 기판(2)에 역으로 마이너스 대전을 야기하기 때문이다. 이와같은 높은 에너지의 전자가 기판(2)에 공급되면 그상태에서는 기판표면의 대전전압은 이 전자 에너지에 상당하는 전압까지 상승한다.
이와같은 이유로 종래는 기판표면의 대전을 충분히 억제할 수 없었다. 예를들면 기판표면의 대전전압을 10~12V정도까지 억제하는 것이 한계였었다.
그러나 최근 이와같은 기판표면의 대전을 더욱 억제하고 기판표면의 대전전압을 더욱 낮게하고자하는 요구가 강해지고 있다.
예를들면 상기와 같은 이온빔조사에 의한 이온주입에 의해 반도체 디바이스를 제조할 경우 최근은 반도체 디바이스의 미세화가 진행되고 있기 때문에 절연파괴방지를 위해 이온주입시의 대전전압을 6V정도 이하로 억제하고자 하는 요구가 있다.
이를 도 8에 도시하는 반도체 디바이스(12)를 제조할 경우를 예로 상세하게 설명한다. 이 반도체 디바이스(12)는 FET(전계효과 트랜지스터), 보다 구체적으로는 MOSFET(MOS형 전계효과 트랜지스터)의 예이다. 이와같은 반도체 디바이스(12)를 제조할 경우, 상술한 기판(2)으로서 반도체 기판(예를들면 실리콘 기판)(2)을 이용하고, 그 표면의 소정영역에 게이트산화막(4) 및 분리용 산화막(6)을 형성하며, 게이트 산화막(4)의 표면에 게이트전극(8)을 형성해 둔다.
이와같은 반도체 기판(2)에 이온빔(14)을 조사하고, 도펀트(dopant) 이온(예를들면 붕소, 인, 비소 등)을 주입한다. 이에 따라 반도체 기판(2)의 표층부로서 게이트 전극(8) 및 게이트 산화막(4)의 양측에 2개의 불순물 주입층(10)이 형성된다. 이 불순물 주입층(10)은 예를들면 도팬트 이온으로서 붕소를 주입한 경우는 p형이 되고, 인 또는 비소를 주입한 경우는 n형이 된다. 반도체 기판(2)이 예를들면 n형인 경우, p형의 불순물 주입층(10)을 형성함으로써 pn접합이 형성되고, 한쪽의 불순물 주입층(10)이 소스, 다른쪽의 불순물 주입층(10)이 드레인이 되어 반도체 디바이스(12)로서 p채널형 MOSFET가 형성된다. 반도체 기판(2)이 예를들면 p형의 경우, n형의 불순물 주입층(10)을 형성함으로써 pn접합이 형성되고 반도체 디바이스(12)로서 n채널형 MOSFET가 형성된다. 이와같은 반도체 디바이스(12)가 반도체 기판(2)의 표면에 다수 형성된다.
상기 이온빔(14)의 조사시에 상술과 같은 이유에서 게이트전극(8)의 표면에 전하가 축적되고 그 대전전압이 게이트 산화막(4)의 내압이상이 되면 게이트 산화막(4)은 절연파괴를 일으키고 그 반도체 디바이스(12)는 무너져 결함이 된다.
최근은 이 하나의 반도체 디바이스(12)의 치수 L이 0.1㎛정도로 미세화하고, 그에 따라 게이트 산화막(4)의 두께가 4nm정도로 얇아져 그 내압은 6V정도가 되므로 이온빔(14)의 조사중의 게이트전극(8)의 대전전압은 6V정도 이하로 억제할 필요가 있다. 이는 상술과 같이 종래의 기술에서는 곤란하였다.
그래서 본 발명은 이온빔 조사시 기판표면의 대전을 더욱 작게 억제하는 것을 주 목적으로 한다.
본 발명에 관한 이온빔 조사방법은 기판에 이온빔을 조사하여 처리할 때 플라즈마 발생장치로부터 방출시킨 플라즈마를 기판 근방에 공급하고, 이온빔 조사에 따른 기판표면의 대전을 억제하는 이온빔 조사방법에 있어서, 상기 기판에 조사되는 이온빔의 빔전류를 IB, 상기 플라즈마 발생장치로터 방출되는 플라즈마안의 이온의 량을 나타내는 이온전류를 II, 동 플라즈마안의 전자량을 나타내는 전자전류를 IE로 했을 때, IE/IB로 나타내는 비율을 1.8이상으로 유지하고 또한 II /IE로 나타내는 비율을 0.07이상 0.7이하로 유지하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면 2개의 비율 (IE/IB 및 II/IE)을 상기 범위에서 유지할 때, 이온빔 조사에 의해 주어지는 기판표면 상의 플러스의 대전을 플라즈마 내의 전자로 효과적으로 중성화할 수 있고, 전자에 의해 야기되는 마이너스의 대전을 플라즈마 내의 이온으로 증성화할 수 있다. 따라서, 기판의 대전을 감소시키고, 기판표면의 대전전압을 줄일 수 있다.
본 출원의 발명자 들은 여러 실험을 거듭한 결과 다음을 발견하였다.
즉 이온빔조사에 따른 기판표면의 대전을 효과적으로 억제하기 위해서는 플라즈마 발생장치로부터 방출하는 플라즈마안에 포함되는 전자량을 기판에 조사되는 이온빔의 양보다도 어느 정도 많게 할 필요가 있다.
또 플라즈마 발생장치로부터 방출하는 플라즈마안에 상술과 같이 에너지가 높은 전자가 포함되어도 동 플라즈마 안에 포함되는 이온(플러스이온, 이하 동일)의 비율을 적절히 높게함으로써 이 이온에 의해 기판표면에 있어서 마이너스전하를 적절히 중화할 수 있고 기판표면의 실효적인 대전전압을 내릴 수 있다.
상기 2조건을 종합한 결과 기판에 이온빔을 조사할 때 상기 비율 IE/IB를 1.8이상으로 유지하고 또한 상기 비율 II/IE를 0.07이상 0.7이하로 유지함으로써 기판표면의 대전을 작게 억제하며, 기판표면의 대전전압을 낮게 할 수 있다. 이에 따라 예를들면 기판표면의 대전전압을 6V이하로 억제할 수도 있게 된다.
상기 비율 IE/IB가 1.8보다도 작으면 기판에 공급되는 전자의 양이 너무 적기 때문에 기판표면은 플러스로 대전한다. 따라서 이는 바람직하지 않다.
상기 비율 II/IE가 0.07보다도 작으면 기판에 공급되는 전자의 양이 너무 많아져 기판표면은 마이너스로 대전한다. 반대로 상기 비율 II/IE가 0.7보다도 크면 기판에 공급되는 이온의 양이 너무 많아져 기판표면은 플러스로 대전한다. 따라서 모두 바람직하지 않다.
상기 목적은 기판에 이온빔을 조사하여 처리를 실시하는 본 발명에 따른 이온빔조사장치에 의해서도 실현되며, 본 발명에 따르면, 플라즈마 발생장치로부터 방출된 플라즈마를 기판의 근방에 공급하여 이온빔조사에 의해 기판 표면에서의 대전을 억제하며, 이 장치는 상기 기판에 조사되는 이온빔의 빔전류를 IB, 상기 플라즈마 발생장치로부터 방출되는 플라즈마 내의 이온의 양을 나타내는 이온전류를 II, 동 플라즈마 내의 전자의 양을 나타내는 전자전류를 IE로 했을 때 IE/IB로 나타내는 비율을 1.8이상으로 유지하고 또한 II/IE로 나타내는 비율을 0.07이상 0.7이하로 유지하는 제어수단을 구비한다.
본 발명에 따르면, 장치작동에 필요한 노동력을 절감할 수 있고, 장치작동의 자동화가 가능하게 된다.
상기 목적은 본 발명의 또다른 특징구성인 반도체 디바이스 제조방법으로도 실현된다. 이 제조방법에 따르면, 반도체기판에 이온빔을 조사할 때 플라즈마 발생장치로부터 방출시킨 플라즈마를 반도체 기판의 근방에 공급하고, 이온빔조사에 따른 반도체 기판표면의 대전을 억제하며, 상기 반도체 기판에 조사되는 이온빔의 빔전류를 IB, 상기 플라즈마 발생장치로부터 방출되는 플라즈마안의 이온의 양을 나타내는 이온전류를 II, 동 플라즈마안의 전자의 양을 나타내는 전자전류를 IE로 했을 때 IE/IB로 나타내는 비율을 1.8이상으로 유지하고 또한 II/IE로 나타내는 비율을 0.07이상 0.7이하로 유지하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따라, 기판표면의 대전전하를 줄여서 반도체 디바이스를 제조할 때, 기판표면에 대전전압을 감소시킬 수 있다. 따라서, 이온빔 조사의 처리과정에서 전기적 브레이크 다운을 방지할 수 있고, 반도체 디바이스의 생산력을 향상시킬 수 있다. 또한 이 방법은 반도체 디바이스의 치수감소에도 도모할 수 있다.
다음에, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 이온빔조사방법 등을 실시하는 이온빔 조사장치의 일예를 도시하는 개략측면도이다. 도 2는 도 1 장치의 기판둘레의 개략평면도이다. 도 6에 도시한 종래예와 동일 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 다음에 있어서는 이 종래예와의 차이점을 주로 설명한다.
우선 도 1을 참조하여 이 이온빔 조사장치에서는 상기 플라즈마 발생장치(20)의 플라즈마 생성용기(22)와 그라운드 사이에 직류의 인출전원(58)을 통해 상기 전류계(36)를 접속하고 있다. 이 인출전원(58)은 출력전압의 크기 및 극성이 가변하며 이 인출전원(58)으로부터 플라즈마 생성용기(22)에 플러스 또는 마이너스의 인출전압 VE를 인가할 수 있다.
이 인출전원(58)으로부터 출력하는 인출전압 VE의 크기 및 극성에 의해 플라즈마 발생장치(20)로부터 방출되는 플라즈마(30)안의 이온량 및 전자량을 제어할 수 있다. 예를들면 인출전압 VE을 플러스로 하면 플라즈마 생성용기(22)는 플러스전위가 되므로 플라즈마 생성용기(22)로부터 이온이 방출되기 쉽고(역으로 전자는 방출되기 어려워짐) 플라즈마(30)안의 이온량은 증가한다. 이 인출전압 VE를 플러스측으로 크게하면 더욱 증가한다. 반대로 인출전압 VE를 마이너스로 하면 플라즈마 생성용기(22)는 마이너스전위가 되므로 플라즈마 생성용기(22)로부터 전자가 방출되기 쉬워지고(역으로 이온은 방출되기 어려워짐) 플라즈마(30)안의 이온의 양은 증가한다. 이 인출전압 VE를 플러스측으로 크게하면 플라즈마 내의 이온량이 더욱 증대한다. 반대로 인출전압 VE를 마이너스로 하면 플라즈마 생성용기(22)는 마이너스전위가 되므로 플라즈마 생성용기(22)로부터 전자가 방출되기 쉬워져(역으로 이온은 방출되기 어려워짐) 플라즈마(30)안의 전자의 양은 증가한다. 이 인출전압 VE를 마이너스측으로 크게 하면 플라즈마 내의 전자량이 더욱 증가한다.
또한 상기 전류계(36)로 계측되는 플라즈마 방출전류 IP는 방출되는 플라즈마(30)안의 이온량과 전자량과의 차에 상당하는 전류이다.
플라즈마 발생장치(20)로부터 방출되는 플라즈마(30)안의 이온의 양 및 전자의 양은 이 예에서는 도 2와 같이 기판(2) 근방으로서 플라즈마 발생장치(20)로부터 방출된 플라즈마(30)가 입사하는 위치에 배치된 에너지 애널라이저(44)에 의해 계측할 수 있다.
이 에너지 애널라이저(44)는 다공의 접지전극(46)의 배후에 다공의 반사전극(48)을 배치하고, 그 배후에 판모양의 콜렉터전극(50)을 배치한 구조를 하고 있다. 반사전극(48)에는 출력전압의 크기 및 극성이 가변의 반사전원(52)으로부터 플러스 또는 마이너스의 반사전압 VR이 인가된다. 콜렉터전극(50)에 플라즈마(30)안의 이온 또는 전자가 입사함으로써 이 콜렉터 전극(50)에 흐르는 콜렉터전류 IC는 전류계(54)에 의해 계측된다.
이 반사전압 VR과 콜렉터전류 IC와의 관계의 일예를 도 3에 도시한다. 반사전압 VR을 마이너스측으로 크게하는 만큼 그 플러스전위에 의해 플라즈마(30)로부터 에너지 애널라이저(44)안으로 인입되는 이온이 많아져 반사전압 VR이 어느 정도(예를들면 -40V)가 되면 콜렉터전류 IC는 포화한다. 이 때 콜렉터전류 IC는 플라즈마(30)안에 포함되는 이온의 양을 나타내고 이를 포화이온전류, 약칭하여 이온전류라고 한다. 이것이 상술한 이온전류 II이다.
반대로 반사전압 VR을 플러스측으로 크게하는 만큼 그 플러스전위에 의해 플라즈마(30)로부터 에너지 애널라이저(44)안으로 인입되는 전자가 많아져 반사전압 VR이 어느 정도(예를들면 +40V)가 되면 콜렉터 전류 IC는 포화한다. 이 때 콜렉터 전류 IC는 플라즈마(30)안에 포함되는 전자의 양을 나타내고 이를 포화전자전류 생략하여 전자전류라고 한다. 이것이 상술한 전자전류 IE이다.
이와같이 하여 플라즈마 발생장치(20)로부터 방출되는 플라즈마(30)안의 이온의 양, 더욱 구체적으로는 그것을 나타내는 이온전류 II와, 동 플라즈마(30)안의 전자의 양, 더욱 구체적으로는 그것을 나타내는 전자전류 IE를 각각 정량적으로 계측할 수 있다.
기판(2)에 조사되는 이온빔(14)의 이온빔전류 IB는 이 예에서는 도 2와 같이 플라즈마 발생장치(20)의 상류측 근방으로 X방향으로 주사된 이온빔(14)이 입사하는 위치에 배치된 패러데이 컵(56)에 의해 계측할 수 있다.
상기와 같은 수단에 의해 이온빔전류 IB에 대한 이온전류 IE의 비율 IE/I B 및 전자전류 IE에 대한 이온전류 II의 비율 II/IE를 여러 가지로 바꾸어 기판(2) 표면의 대전상황을 측정했다.
이 대전상황은 반도체 기판의 표면에 시험용의 반도체 소자를 여러개 형성하여 되는 테스트 엘리먼트 그룹(TEST ELEMENT GROUP. 약하여 TEG)을 이용하고 그것을 상기 기판(2)대신에 홀더(16)에 부착하여 그것에 이온빔(14)을 조사함과 동시에 플라즈마(30)를 공급하여 이 TEG의 생존율(즉 정상으로 남아있는 소자의 비율)을 측정함으로써 행하였다. 이 때의 조건은 이온빔(14)으로서 70keV의 에너지의 인(P)이온을 이용하고, 그 이온빔전류 IB를 1mA로 하여 TEG에 도즈량 5 * 1014cm-2로 이온주입을 행하였다. TEG구성소자의 내압은 6V이다. 이 측정결과의 일예를 도 4에 도시한다.
이 도 4에 도시하는 것과 같이 상기 비율 IE/IB를 1.8이상으로 하고 또한 상기 비율 II/IE를 0.07이상 0.7이하로 함으로써 TEG의 생존율을 100%로 할 수 있었다. 도 4안의 100%의 선상 및 이 선으로 둘러싸인 영역이 생존율 100%이다. 안전을 본다면 상기 비율 IE/IB를 2.0이상으로 하고 또한 상기 II/IE를 0.08이상 0.6이하로 해도 좋다. 그것에 따라 TEG의 생존율을 확실하게 100%로 할 수 있다.
이와같은 결과가 얻어지는 것은 비율 IE/IB 및 II/IE를 상기 범위내로 유지함으로써 상술한 것과 같이 기판표면의 대전을 작게 억제하고 기판표면의 대전전압을 낮게할 수 있기 때문이다. 즉 이 예에서는 기판표면의 대전전압을 TEG구성소자의 내압인 6V이하로 억제할 수 있었다.
상기 비율 IE/IB 및 비율 II/IE를 상기 범위내로 유지하는 기능을 갖는 제어수단을 배치해도 좋다. 그와 같이 하면 장치운전의 생략화 또는 자동화를 도모할 수 있다. 이 예에서는 상기 인출전원(58) 및 그것을 제어하는 연산제어장치(60)가 이 제어수단을 구성하고 있다.
연산제어장치(60)는 상기 반사전원(52)으로부터 출력하는 반사전압 VR을 도 3에 도시한 전류가 포화하는 값, 예를들면 -40V 및 +40V로 제어하고 각각 콜렉터IC를 기초로 상기 이온전류 II 및 전자전류 IE를 계측한다. 이온전류 II 및 전자전류 IE가 계측할 수 있는 것은 상술과 같다.
또한 연산제어장치(60)는 패러데이 컵(56)으로 계측하는 이온빔(14)의 이온빔 전류 IB를 거둬들인다. 그리고 이들을 기초로 연산제어장치(60)는 상기 비율 IE/IB 및 II/IE를 연산함과 동시에 그것들이 상기범위내에 들어가도록 인출전원(58)으로부터 출력하는 인출전압 VE를 제어한다. 이 인출전압 VE에 의해 플라즈마(30)안의 이온과 전자와의 비율을 제어할 수 있는 것은 상술한 바와 같다.
도 5에 도시하는 실시예의 장치로서 상기 비율 IE/IB 및 II/IE를 상기 범위내에 넣을 수도 있다. 이 장치는 상기와 같은 인출전원(58)은 배치되지 않고 그 대신에 필라멘트전원(32)의 접속(방향)을 도 6의 종래예와는 반대로 한 것이다. 즉 이 예에서는 필라멘트전원(32)의 마이너스극과 아크전원(34)의 마이너스극을 접속부(33)로 접속하고 이 접속부(33)를 전류계(36)를 통해 접지하고 있다. 단 전류계(36)를 배치할지 않을 지는 임의이다. 또 도 2에 도시한 자동제어용의 에너지 애널라이저(44), 패러데이 컵(56) 및 연산제어장치(60)등을 배치하는 가의 여부를 자유이다.
도 5의 예와 같이 접속하면 플라즈마 발생장치(20)로부터 방출되는 플라즈마(30)안의 이온의 양을 도 6의 종래예의 경우보다도 많게 할 수 있다. 이를 상세하게 설명하면 플라즈마 발생장치(20)의 필라멘트(26)와 플라즈마 생성용기(22) 사이에서 상술한 아크방전을 일으키기 위해서는 양자 사이에 일정이상의 전위차가 필요하다. 도 6에 도시한 종래예에서는 이 전위차가 최대가 되는 것은 필라멘트(26)의 마이너스극측단으로 이 전위차는 필라멘트 전압 VF과 아크전압 VA과의 합(VF + VA)가 된다. 예를들면 상술과 같이 필라멘트 전압 VF 를 5V, 아크전압 VA를 10V로 하면 이 전위차는 15V가 된다.
이에 대해 도 5의 예에서는 상기 전위차가 최대가 되는 것은 필라멘트(26)의 마이너스극측단이지만 이 전위차는 아크전압 VA와 동일하다. 따라서 이 전위차를 종래예와 같이 15V로 하면 아크전압 VA를 15V로 할 수 있다. 필라멘트 전압 VF는 예를들면 종래예와 같이 5V면 된다. 이와같이 하면 도 5의 예와 도 6의 종래예와는 플라즈마 생성용기(22)내에서의 아크방전의 조건 나아가서는 플라즈마(30)를 생성하는 조건은 동일하게 된다.
그러나 플라즈마 생성용기(22)의 전위를 보면 이 전위는 아크전압 VA로 정해지고 도 6의 종래예에서는 +10V인데 대해 도 5의 예에서는 +15V이다. 도 1의 예에서 설명한 것과 같이 플라즈마 생성용기(22)의 전위가 플러스로 높은 쪽이 플라즈마 생성용기(22)로부터 이온이 방출되기 쉬워지고(역으로 전자는 방출되기 어려워짐) 플라즈마(30)안의 이온의 양은 증가한다. 이에 따라 상기 비율 II/IE를 도 6의 종래예에 의한 경우 보다도 크게할 수 있게 되고 그것을 상기 범위내에 넣을 수 있게 된다.
즉 도 6의 종래예에서 단순히 아크전압 VA를 15V로 하면 필라멘트(26)와 플라즈마 생성용기(22) 사이의 전위차가 커지고(필라멘트 전압 VF가 5V의 경우는 최대로 20V가 된다), 그에 따라 필라멘트(26)로부터 방출되는 열전자의 에너지도 높아지며 이와같은 고에너지의 전자가 플라즈마(30)안에 포함되어 기판(2)에 도달하게 되어 기판표면의 마이너스의 대전전압을 크게한다는 문제가 발생한다. 도 5의 예에서는 그와같은 문제는 발생하지 않는다.
그러나 본 발명에 관한 상기 방법은 기판(2)으로서 반도체 기판을 이용하여 그것에 이온빔(14)을 조사하고 반도체 디바이스를 제조하는 방법에 적절하다. 반도체 디바이스의 제조방법의 예는 도 8을 참조하여 먼저 설명한 바와 같으며 그 이온빔(14)의 조사시에 플라즈마 발생장치(20)로부터 방출시킨 플라즈마(30)를 반도체 기판의 근방에 공급하고 그 때의 상기 비율 IE/IB 및 II/IE를 상기 범위내로 유지하면 좋다.
이에 따라 상술한 이유에서 반도체 기판표면의 대전을 작게 억제하고 기판표면의 대전전압을 낮게할 수 있다. 예를들면 이온빔(14)의 조사중의 상술한 게이트전극(8)의 대전전압을 낮게 억제할 수 있기 때문에 이온빔 조사중의 반도체 디바이스(12)의 절연파괴를 방지하고 반도체 디바이스제조의 공정을 향상시킬 수 있다. 예를들면 상술과 같이 게이트 전극(8)의 대전전압을 6V이하로 억제할 수도 있기 때문에 반도체 디바이스의 미세화에도 충분히 대응할 수 있다.
또한 상술한 리플렉터전극(38) 및 리플렉터전원(40)은 플라즈마(30)안의 전자를 효과적으로 이용한 데 배치하는 것이 바람직하지만 필수는 아니다. 요컨데 상기 2개의 비율을 상기 범위내로 유지할 수 있으면 좋기 때문이다.
본 발명은 상기와 같이 구성되므로 다음과 같은 효과를 나타낸다.
첫째, 상기 2개의 비율을 상기 범위내로 유지함으로써 이온빔조사에 따른 기판표면의 플러스전하를 플라즈마 발생장치로부터 방출시키는 플라즈마안의 전자에 의해 효과적으로 중화할 수 있음과 동시에 이 전자에 의한 마이너스대전을 동 플라즈마안의 이온에 의해 적절히 중화할 수 있기 때문에 기판표면의 대전을 작게 억제하고 기판표면의 대전전압을 낮게 할 수 있다.
둘째, 상기 첫번째 효과에 더해 장치운전의 생략화 또는 자동화를 도모할 수 있다.
셋째, 반도체 디바이스의 제조에 있어서, 상기 첫번째 효과외에도 이온빔 조사중의 반도체 디바이스의 절연파괴를 방지하고 반도체 디바이스제조의 공정을 향상시킬 수 있다. 또 반도체 디바이스의 미세화에도 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 이온빔 조사방법 등을 실시하는 이온빔 조사장치의 일 예를 도시하는 개략측면도.
도 2는 도 1 장치의 기판주변의 개략 평면도.
도 3은 도 2안의 에너지 애널라이저에서의 반사전압과 콜렉터전류와의 관계의 일예를 도시하는 도면.
도 4는 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)을 이용하여 그 생존율을 측정한 결과의 일예를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 관한 이온빔 조사방법 등을 실시하는 이온빔 조사장치의 다른 예를 도시하는 개략측면도.
도 6은 종래의 이온빔 조사장치의 일예를 도시하는 개략측면도.
도 7은 도 1, 도 5 및 도 6에 도시한 플라즈마 발생장치로부터 방출되는 플라즈마안의 전자에너지 분포의 일예를 도시하는 개략도.
도 8은 반도체 디바이스의 일예를 확대하여 도시하는 개략단면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
2: 기판(반도체 기판) 12: 반도체 디바이스
14: 이온빔 20: 플라즈마 발생장치
30: 플라즈마 44: 에너지 애널라이저
56: 패러데이 컵 58: 인출전원
60: 연산제어장치

Claims (7)

  1. 기판에 이온빔을 조사하여 처리를 실시할 때 플라즈마 발생장치로부터 방출시킨 플라즈마를 기판의 근방에 공급하고 이온빔조사에 따른 기판표면의 대전을 억제하는 이온빔 조사방법으로서,
    상기 기판에 조사되는 이온빔의 빔전류를 IB, 상기 플라즈마 발생장치로부터 방출되는 플라즈마 내의 이온의 양을 나타내는 이온전류를 II, 동 플라즈마 내의 전자의 양을 나타내는 전자전류를 IE로 했을 때 IE/IB로 나타내는 비율을 1.8이상으로 유지하고 또한 II/IE로 나타내는 비율을 0.07 이상 0.7이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사방법.
  2. 제1항에 있어서,
    IE/IB로 나타내는 비율을 2.0이상으로 유지하고 또한 II/IE로 나타내는 비율을 0.08 이상 0.6이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사방법.
  3. 기판에 이온빔을 조사하여 처리를 실시하는 장치로서,
    기판에 이온빔을 발생하여 조사하는 이온빔 발생장치와,
    플라즈마를 발생시켜 기판의 근방에 공급하고, 이온빔 조사에 따른 기판표면의 대전을 억제하는 플라즈마 발생장치와,
    상기 기판에 조사되는 이온빔의 빔전류를 IB, 상기 플라즈마 발생장치로부터 방출되는 플라즈마 내의 이온의 양을 나타내는 이온전류를 II, 동 플라즈마 내의 전자의 양을 나타내는 전자전류를 IE로 했을 때 IE/IB로 나타내는 비율을 1.8이상으로 유지하고 또한 II/IE로 나타내는 비율을 0.07이상 0.7이하로 유지하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어수단은 IE/IB로 나타내는 비율을 2.0이상으로 유지하고 또한 II/I E로 나타내는 비율을 0.08 이상 0.6이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어수단은 플라즈마 발생장치에 대해 선택적으로 플러스 또는 마이너스의 인출전압을 가하기 위한 인출전원과, 플라즈마 발생장치로부터 방출된 이온량 및 전자량을 측정하는 에너지 애널라이저와, 이 에너지 애널라이저로부터의 측정결과에 따라서 인출전원으로부터 가해진 인출전압을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사장치.
  6. 반도체 디바이스 제조방법으로서,
    반도체기판에 이온빔을 조사할 때 플라즈마 발생장치로부터 방출시킨 플라즈마를 반도체 기판의 근방에 공급하고, 이온빔조사에 따른 반도체 기판표면의 대전을 억제하며,
    상기 반도체 기판에 조사되는 이온빔의 빔전류를 IB, 상기 플라즈마 발생장치로부터 방출되는 플라즈마안의 이온의 양을 나타내는 이온전류를 II, 동 플라즈마안의 전자의 양을 나타내는 전자전류를 IE로 했을 때 IE/IB로 나타내는 비율을 1.8이상으로 유지하고 또한 II/IE로 나타내는 비율을 0.07이상 0.7이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    IE/IB로 나타내는 비율을 2.0이상으로 유지하고 또한 II/IE로 나타내는 비율을 0.08 이상 0.6이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조방법.
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