JPH02172152A - イオン打込み装置 - 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〕 本発明は半導体ウェハーに不純物を導入するためのイオ
ン打込み装置に係り、特にＩＱ１１〜１０１８ケ／ｄの
広範囲の打込み量制御の可能な装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のイオン打込み装置用イオン源は、特開昭６２−５
８５５６号に記載のように１ないし２系統の試料ガス供
給系がプラズマ発生部に接続されており、１系統１ガス
種が原則であった。また、複数の試料ガス供給系接続の
目的は、プラズマ発生部内のガス種の分布を制御してイ
オン源を長時間、安定に動作させることであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に磁場中のマイクロ波放電を用いたイオン源（以下
、マイクロ波イオン源と称す）は、フィラメントのよう
な電子の発生源がなく、マイクロ波放電で発生した電子
を使ってプラズマを維持している。そのため、供給する
試料ガスの量が少なくなると電子の発生量も少なくなり
、低ガス圧中ではプラズマを維持しにくいという特性を
もっている。一方、イオン打込み装置で打込み量がＩＱ
ｌ　１〜１０１２ケ／ｄの打込みを行なう場合、打込み
均一性を確保するために１０μ八以下の打込みイオン電
流が要求され、１０１３〜１０１８ケ／ａＩの打込みに
対しては、生産性を確保するため１０ｍＡ程度の打込み
イオン電流が要求される。上記従来技術によるマイクロ
波イオン源は容易にｍＡ級の大電流イオンビームを引出
せるという特長を持っている反面、低ガス圧中での安定
動作に対する配慮がされておらず、１０μ八以下のイオ
ンビーム引出しが困難という問題があった。

本発明の目的は、１μＡ〜１０ｍＡの打込みイオン電流
を容易に安定に得られるイオン打込み装置を実現するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、打込みイオン種を含む試料ガスと打込みイ
オン種を含まないキャリアガスを同時に、あるいは混合
ガスとして、プラズマ発生部に供給可能な構成にすると
ともに、イオン源の動作条件に合わせてキャリアガス供
給量を自動的に制御するシステムを採用することにより
達成される。

〔作用〕

マイクロ波イオン源の安定動作のための最低試料ガス圧
力は装置構成で若干異なるが、仮にイオン源部の真空度
を」り定している部分で３　Ｘ　１０”−３Ｐａとする
。一般に１００μＡ〜１０ｍＡの打込みイオンを得る時
の試料ガス圧力は３　Ｘ　１０−３Ｐ　ａ以上必要なの
で、この時はキャリアガスの供給量を零にする。そして
打込みイオン電流を１００μ八以下にするために試料ガ
ス供給量を絞り、イオン源部の真空度が３　Ｘ　１０−
３Ｐ　ａ以下になる場合は自動的にキャリアガスの供給
を行ない３×１０−”Ｐａを確保するよう動作する。こ
れにより打込みイオン電流を少なくするために試料ガス
の供給量を絞っても、打込みイオンに関係のないキャリ
アガスを補充することによりプラズマ発生部のガス圧力
を確保することができるため、プラズマを消滅させるこ
となく安定な打込みイオン電流を得ることができる。

キャリアガスは試料ガスやイオン源構成材料との反応性
がなく、放電によって生じるイオンが、質量分離後に打
込みイオンと完全に分離されるものにする必要がある。

シリコン半導体を対象としたイオン打込み装置の場合、
ＡｒやＮ２が良い。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。第２図はイオン打込み装置の全体構成を示す図
で、第１図はその中のイオン源部詳細を示す図である。

まず最初に第２図によりイオン打込み装置全体の構成を
説明する。イオン打込み装置は基本的にはイオン源２１
．質量分離器２２、打込み室２３．ビームライン２４，
２５゜真空排気系２６．電源制御系２７で構成される。

イオン源２１から引出されたイオンビーム３１はビーム
ライン２４内を通り、質量分離器２２で打込まれるイオ
ン３２だけが諸室の角度変更されてビームライン２５内
を通過し、打込み室２３内に到達して半導体ウェハー等
に打込まれる。真空排気系２６はイオンが通過する部分
を真空にするためのもので、電源制御系２７はイオン源
２１や打込み室２３等の各構成部品の動作を制御するた
めのものである。第１図に示したイオン源はマイクロ波
イオン源である。本実施例によるマイクロ波イオン源は
、マイクロ波発生器１．導波管２ａ。

２ｂ、２ｅ、マイクロ波導入フランジ３．プラズク発生
部４．試料ガス導入パイプ５．試料ガスボンベ６、試料
ガス流量制御バルブ７、キャリアガスボンベ８．キャリ
アガス流量制御バルブ９．バルブ制御御電源１０．イオ
ンビーム引出し電極系１１ａ、Ｌｌｂ、ｌｌｃ、ソレノ
イドコイル１２゜絶縁碍子１３で構成される。同図にお
いてマイクロ波発生器１で発生したマイクロ波１１は、
導波’ｆｆ　２　ａ　、　２　ｂ　、　２　ｃ　、マイ
クロ波導入フランジ３を通してプラズマ発生部４に導入
される。さらにプラズマ発生部４の付近にはソレノイド
コイル１２により０．０６〜０．１Ｔ程度の磁場が印加
される。この状態で試料ガス流量制御バルブ７を開いて
試料ガスをプラズマ発生部４に導入すれば、プラズマ発
生部４内に形成されているマイクロ波電界と磁場との相
互作用でプラズマが発生し、イオンビーム引出し電極系
１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃにより上記プラズマからイオン
ビーム３１が引出される。バルブ制御電源１０は、イオ
ン源部の真空計１４で測定した真空度を人力信号として
キャリアガス流量制御バルブ９をコントロールする。

すなわち、イオン源部の真空度が３×１０″″３Ｐａ以
下にならないようキャリアガス流量制御バルブ９を動作
させる。上記真空度が３ＸＬＯ−”Ｐａ以上の場合、キ
ャリアガス流量制御バルブ９は全閉になる。本実施例で
は試料ガスはＢＦ３．ＰＨａ。

ＡｓＨａ等の何れか１つで、キャリアガスにはＡｒを使
用している。

本実施例によれば、イオン源動作時のプラズマ発生部の
ガス圧力を、常にプラズマが安定に維持できる状態に保
つことが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、打込みイオン電流を下げる目的で試料
ガスの供給量を極端に減らした場合、自動的にキャリア
ガスを供給して、イオン源を安定に保ち、逆に多量の試
料ガスを導入して打込みイオン電流を上げた場合、自動
的にキャリアガスの供給を止め打込みイオンの取得効率
を高めることができるので、１μＡ〜１０ｍＡの打込み
イオン電流を容易に安定に得られるイオン打込み装置を
実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例でイオン源部の詳細を示す図、
第２図は本発明の全体構成を示す図である。 １・・・マイクロ波発生部、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・導
波管、３・・・マイクロ波導入フランジ、４・・・プラ
ズマ発生部、Ｓ・・・試料ガス導入パイプ、６・・・試
料ガスボンベ、７・・・試料ガス流量制御バルブ、８・
・・キャリアガスボンベ、９・・・キャリアガス流量制
御バルブ、１０　・−・バルブ制御電源、１１　ａ、　
ｌ　ｌ　ｂ。 １１ｃ・・・イオンビーム引出し電極系、１２・・・ソ
レノイドコイル、１３・・・絶縁碍子、１４・・・イオ
ン源部の真空計、２１・・・イオン源、２２・・・質量
分離器、２３・・・打込み室、２４．２５・・・ビーム
ライン、２６・・真空排気系、２７・・・電源制御系、
３１゜３２・・イオンビーム。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス状試料を放電させてプラズマを作り、このプラ
   ズマからイオンのみを引出すイオン源と、引出された各
   種イオンの中から打込むべきイオンを選択する質量分離
   器と、選択されたイオンを半導体ウェハー等に打込むた
   めの打込み室を備えたイオン打込み装置において、打込
   みイオン種を含む試料ガス供給系の他に、打込みイオン
   種を含まないキャリアガスの供給系を持ち、イオン源動
   作時には、プラズマ発生部への試料ガス供給量がある設
   定値以下にならないよう上記キャリアガス供給系を自動
   的に作動させることを特徴とするイオン打込み装置。 ２、請求項１記載のイオン打込み装置において、イオン
   源が磁場中のマイクロ波放電を使用したことを特徴とす
   るイオン打込み装置。