JPH02155148A - イオン源 - 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） この発明は、Ｓｉ半導体、化合物半導体等の基板や、金
属、絶縁物等の基板にイオンを注入するイオン注入装置
のイオン源に関するものである。

（従来の技術） 従来のイオン源は第３図に示されているが、このイオン
源は、一般に、フリーマン型イオンと称されている。同
図において、プラズマ生成室ｌには、ガス導入口２と、
スリット状をしたイオン引出口３とが設けられている。

また、プラズマ生成室ｌ内には棒状のフィラメント４が
設けられている。更に、プラズマ生成室ｌには金属蒸気
発生炉５が連接され、プラズマ生成室ｌのガス導入口２
と、金属蒸気発生炉５のガス吐出口６とが繋がっている
。

なお、図において、７は加熱用ヒータ、８は金属又は金
属化合物の固体蒸発物質、９は金属又は金属化合物など
のガス、ｌＯはフィラメント４に接続された加熱用電源
、１１はフィラメント４に接続された放電用電源、１２
は加熱用ヒータ７に接続された加熱用電源、１３は高圧
引出電源、１４は絶縁変圧器、１５はイオンビーム、１
６は金属蒸気発生炉５にキャリヤガスを導入するキャリ
ヤガス導入配管である。

上記のような装置において、加熱用ヒータ７で金属蒸気
発生炉５を加熱すると、金属蒸気発生炉５内の金属又は
金属化合物の固体蒸発物質は蒸発してガスになり、その
ガスはキャリヤガスと共に金属蒸気発生炉５のガス吐出
口６及びプラズマ生成室ｌのガス導入口２を通って、プ
ラズマ生成室ｌ内に導入されるようになる。その場合、
プラズマ生成室１の壁と、フィラメント４との間に電圧
を印加していれば、放電が起こり、キャリヤガスが放電
を維持する役割を果たしながら、蒸発した固体蒸発物質
のガスとキャリヤガスとは共に励起又は電離し、プラズ
マ生成室ｌ内にプラズマが発生するようになる。そして
、プラズマ中のイオンがイオンビーム１５としてイオン
引出口３より引出されるようになる。

そこで、例えば、Ｔａイオンを得るため、固体蒸発物質
としてＴａＣ１５（融点２２１℃）、キャリヤガスとし
て不活性ガスであるＡｒガスを用いた場合、プラズマ生
成室１内では、ＴａＣｌ５ガス及びそのクラッキングガ
スと、Ａｒガスとのプラズマが発生する。そのため、Ｔ
ａＣｌ５ガス及びＴａを含むクラブキングガスはＴａの
金属イオンを発生させ、このＴａの金属イオンは電離し
た他のＡｒイオンなどと共にイオンビーム１５として、
イオン引出口３より引出されるようになる。

（発明が解決しようとする課題） 従来のイオン源は上記のような構成をしているため、金
属イオンのイオンビームを得る場合、次のような問題点
をもっている。

（１）金属蒸気発生炉５の最高加熱温度が約７００℃と
低いため、蒸気圧の低いＴａ、Ｔｉ等の金属を固体蒸発
物質として用いることができない。

（２）固体蒸発物質として金属化合物を用いた場合、化
学量論的な蒸発が行なわれないで、易蒸発成分、例えば
、Ｃ１２が優先的に蒸発して、所要とする金属を含んだ
化合物ガスが少ししか蒸発せず、大量の金属イオンのイ
オンビームを得ることが難しい場合がある。

この発明は上記のような従来のもののもつ問題点を解決
して、金属イオン、特に高融点金属のイオンビームを大
量に発生することのできるイオン源を提供することを目
的としている。

（課題を解決するための手段） この発明は、上記のような構成をしたイオン源において
、プラズマ生成室内に、従来のフィラメントの他に金属
フィラメントを追加して配設し、この金属フィラメント
とプラズマ生成室との間に、金属フィラメントが負電圧
になるように電圧を印加して、プラズマ中のイオンによ
り金属フィラメントをスパッタリング又はエツチングし
、金属フィラメントのイオンを発生させ、この金属フィ
ラメントのイオンも上記イオン引出口より引出すことを
特徴とするものである。

（作用） この発明は、従来のフィラメントとプラズマ生成室との
間に電圧を印加することにより、プラズマ生成室内に導
入されたガスによるプラズマが発生し、そのプラズマ中
のイオン及びラジカル（励起活性種）が金属フィラメン
トをスパッタリング又はエツチングして、金属フィラメ
ントのイオンが大量に発生し、イオン引出口より金属フ
ィラメントのイオンビームが引き出されるようになる。

（実施例） 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図はこの発明の実施例を示しており、プラズマ生成
室ｌには、Ａｒガス等の放電用ガスを導入するガス導入
口２と、スリット状をしたイオン引出口３とが設けられ
ている。また、プラズマ生成室１には棒状フィラメント
４の他に金属フィラメント２１が追加して設けられてい
る。金属フィラメント２１には、これを負電圧に印加す
るバイアス電源２２が接続され−Ｃいる。

なお、図において、１０はフィラメント４に接続された
加熱用電源、１１はフィラメント４に接続された放電用
電源、１３は高圧引出電源、１４は絶縁変圧器、１５は
イオンビームである。

上記のような構成をした実施例において、プラズマ生成
室ｌ内に不活性ガスであるＡｒガスをガス導入口２より
導入し、かつプラズマ生成室ｌの壁と棒状フィラメント
４との間に電圧を印加させると、放電が起こり、Ａｒガ
スによるプラズマが発生する。このプラズマ中のＡｒイ
オンは、バイアス電源２２によって、負電圧に印加され
た金属フィラメント２１をスパッタリングして、金属フ
ィラメント２１の金属イオンを大量に発生させるように
なる。その後、この金属イオンは、イオン引出口３より
Ａｒイオンと共にイオンビーム１５として引出されるよ
うになる。　なお、金属イオンの発生量の制御は、金属
フィラメント２１に印加する電力を変化させることによ
って可能になる。

上記実施例では、放電用ガスとして不活性ガスであるΔ
「ガスを使用していたが、その代りあるいはそれと共に
反応性ガスを用いてもよい。反応性ガスは、例えば、Ｃ
Ｃ１，、ＳＦ、等のハロゲン化合物ガスや、このハロゲ
ン化合物ガスにＯ７、Ｈ，Ｏ等の酸化性ガスを添加した
混合ガスである。

反応性ガスを用いた場合、この反応性ガスもプラズマ生
成室ｌ内でイオン化あるいは化学的に励起されて活性化
するため、この活性化したガスにより、金属フィラメン
ト２１は物理的なスパッタリング以外に化学的なスパッ
タリングやエツチング作用を受け、大量の金属イオンが
発生する。第２図は横軸に金属フィラメントの放電電流
をとり、縦軸にイオンビーム電流をとったグラフで、金
属フィラメント２１としてＴａ棒、放電用ガスとしてＡ
ｒガスを用いた場合と、金属フィラメント２１としてＴ
ａ棒、放電用ガスとしてＡｒガス、反応性ガスとしてＣ
Ｃ１，を用いた場合とにおけるＴａイオンビーム電流強
度を示している。即ち、第２図では、プラズマ生成室１
内の全圧Ｐ　ｔｏｔａｌ・ＩＯ−Ｔｏｒｒにし、Ａｒガ
スとＣＣ１，との混合ガスの圧力Ｐ　ＡＴ＋ＣｃＪ　ｉ
に対するＣ　Ｃ（１＋の分圧Ｐ　ｃｃ＋Ｌ＋の比をもっ
て、Ｔａイオンビーム電流強度を示しており、Ｏ印はそ
の比がが０、即ちＡｒガスのみのときのＴａイオンビー
ムであり、Δ印はその比が０１のときのＴａイオンビー
ムであり、目印はその比が０．５のときのＴａイオンビ
ームである。この第２図より、反応性ガスを加えた場合
には、Ａｒガスのみの場合に比べて、４〜５倍のイオン
ビーム電流が得られることがわかる。

（発明の効果） この発明は、プラズマ生成室内に、従来のフィラメント
の他に金属フィラメントを追加して配設し、この金属フ
ィラメントとプラズマ生成室との間に、金属フィラメン
トが負電圧になるように電圧を印加して、プラズマ中の
イオン及びラジカル（励起活性種）により金属フィラメ
ントをスパッタリング又はエツチングし、金属フィラメ
ントのイオンを発生させるようにしているので、金属フ
ィラメントのイオン、特に高融点金属のイオンのイオン
ビームを大量に発生することができる等の効果をもって
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す説明図、第２図は、こ
の発明の実施例において、横軸に金属フィラメントの放
電電流をとり、縦軸にイオンビーム電流をとり、Ｔａイ
オンビーム電流強度を示すグラフである。第３図は従来
のイオン源を示す説明図である。 図中、 ■・・・・・・プラズマ生成室 ２・・・・・・ガス導入口 ３・・・・・・イオン引出口 ４・・・・・・フィラメント ２１・・・・・・金属フィラメント ２２−・・・・・バイアス電源 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示している
。 特許出願人　日本真空技術株式会社 第 図 第 ２図 全蔦入うｙ−〉トの古勅電電埃。 （Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス導入口及びイオン引出口を有するプラズマ生成
   室内にフィラメントを配設し、プラズマ生成室の壁とフ
   ィラメントとの間に電圧を印加して、ガス導入口よりプ
   ラズマ生成室内に導入したガスによるプラズマを発生さ
   せ、プラズマ中のイオンをイオン引出口より引出すイオ
   ン源において、上記プラズマ生成室内に、上記フィラメ
   ントとは別の金属フィラメントを追加して配設し、上記
   プラズマ生成室と金属フィラメントとの間に、金属フィ
   ラメントが負電圧になるように電圧を印加して、上記プ
   ラズマ中のイオンにより金属フィラメントをスパッタリ
   ング又はエッチングし、金属フィラメントのイオンを発
   生させ、この金属フィラメントのイオンも上記イオン引
   出口より引出すことを特徴とするイオン源。 ２、プラズマ生成室内に導入するガスを、不活性ガスと
   反応性ガスとのうちの少なくとも１つのガスにしたこと
   を特徴とする請求項１記載のイオン源。