JPH03216945A - Ion implanter - Google Patents

Ion implanter

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Publication number
JPH03216945A
JPH03216945A JP2011930A JP1193090A JPH03216945A JP H03216945 A JPH03216945 A JP H03216945A JP 2011930 A JP2011930 A JP 2011930A JP 1193090 A JP1193090 A JP 1193090A JP H03216945 A JPH03216945 A JP H03216945A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
ion beam
charge
ion
ion implantation
Prior art date
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Pending
Application number
JP2011930A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Shiratake
茂 白竹
Shintaro Matsuda
信太郎 松田
Hirohisa Yamamoto
裕久 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH03216945A publication Critical patent/JPH03216945A/en
Pending legal-status Critical Current

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業1の利用分野〕 この発明は、半導体基板に不純物層を形成する際に用い
られるイオン注入装置に間するものである. 〔従来の技術〕 第4図は従来のイオン注入装置の概略系統側面図であり
、この図において、(1)はイオン源部を示し、イオン
源部(1)は、アーク放電によって高密度プラズマを生
成するイオン源(2)と、このイオン源(2)を静電的
に引き出し加速する引き出し電極(3)とで構成されて
いる。(4)はイオン源部(1)から放射されたイオン
ビーム(5)を必要なドーパントイオンの質量を分析す
る磁場偏向型の質量分析器、(6)は買量分析H(4〉
で分析されたイオンビーム(5)の形状を整える成形ス
リッl・、(7)は成形スリット(6)で整えられたイ
オンビーム(5)から必要とするドーパントイオンを選
択するための分析スリット、(8)は分析スリット(7
)で分析されたイオンビーム(5)を電荷中和させる電
荷中和器で、電荷中和器(8)は、電子銃(9)と、こ
の電子銃(9)のビームを受けビーム電流を計測するフ
ァラデーゲージ(10)とから構成されている.(11
)は電荷中和器(8)を通り抜けるイオンビーム(5)
を補集するビームキャッチャー、(12》は電荷中和器
(8)とビームキャッチャー(1l)との間に介在され
たディスク、(13)は前記ディスク(12》に定置さ
れた半導体基板を示す。この半導体基板(13》にイオ
ン注入を行う際は通常パターンが形成される. バターニングされた半導体基板(13)の一例を第5図
に示す。第5図において、半導体基板(13)は、例え
ばP導電型であり、この半導体基板(13)の主面上に
形成された薄い絶縁膜(21)、この薄い絶縁膜(21
)上に形成されたゲー1− TL極(22)、薄い絶縁
膜(2l)を挟んで形成された厚い絶縁膜《2o》で椹
成され、この状態でゲート電極(22)の両側にイオン
注入によってソース トレインとなる不純物領域を形成
しようとするものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application in Industry 1] The present invention relates to an ion implantation device used for forming an impurity layer on a semiconductor substrate. [Prior Art] Fig. 4 is a schematic side view of a conventional ion implantation device. It consists of an ion source (2) that generates ions, and an extraction electrode (3) that electrostatically extracts and accelerates the ion source (2). (4) is a magnetic field deflection type mass analyzer that analyzes the mass of the necessary dopant ions in the ion beam (5) emitted from the ion source section (1), and (6) is a purchase quantity analysis H (4).
A shaping slit (7) is used to adjust the shape of the ion beam (5) analyzed by the shaping slit (6), and an analysis slit (7) is used to select the required dopant ions from the ion beam (5) shaped by the shaping slit (6). (8) is the analytical slit (7
) is a charge neutralizer that neutralizes the charge of the ion beam (5) analyzed by the electron gun (9). It consists of a Faraday gauge (10) for measurement. (11
) is the ion beam (5) passing through the charge neutralizer (8)
(12) is a disk interposed between the charge neutralizer (8) and the beam catcher (1l), and (13) is a semiconductor substrate placed on the disk (12). When ion implantation is performed on this semiconductor substrate (13), a pattern is usually formed. An example of a patterned semiconductor substrate (13) is shown in Fig. 5. In Fig. 5, the semiconductor substrate (13) is For example, the thin insulating film (21) is of P conductivity type and is formed on the main surface of this semiconductor substrate (13).
) is formed on the gate electrode (22), and a thick insulating film (2o) is formed with a thin insulating film (2l) in between, and in this state, ions are formed on both sides of the gate electrode (22). The idea is to use implantation to form an impurity region that will become a source train.

従来のイオン注入装置は、上記のように横成され、半導
体基板(13)はディスク(12)に定置され、ディス
ク〈12)は通称メカニカルスキャン方式と称される運
動をし、第4図矢印Aのように所定回転数で回転される
と共に第4図矢印Bのように並行運動がなされてイオン
注入が行われる.即ち、イオン源(1)から放射された
イオンビーム(5)は引き出し電極(3)で所望の加速
エネルギーで引き出される.加速されたイオンビーム(
5)は、質量分析3(4) 、成形スリット(6)およ
び分析スリッl〜(7)で必要なドーバントイオンを選
択し、形状を整えターゲットである半導体基板(13)
へ導かれる.この場合ソース・ドレインをN導電型に形
成すべく、イオンビーム(5)は,例えばボロン、リン
、ヒ素等のイオンビームとなっている。このイオンビー
ム(5)が半導体基板(13)へ導かれるのであるが、
1mA 以上のビーム電流で直接イオン注入すると、チ
ャージアップにより半導体基板(13)の薄い絶縁膜の
破壊(通称絶縁破壊)や静電破壊が生じ、このために半
導体基板(13)にイオンビーム(5)が当たる直前に
荷電中和器(8)を設けられる。
A conventional ion implantation apparatus is constructed horizontally as described above, and the semiconductor substrate (13) is placed on the disk (12), and the disk (12) moves in what is commonly called a mechanical scan method, as shown by the arrow in FIG. Ion implantation is performed by rotating at a predetermined rotational speed as shown at A and parallel movement as shown by arrow B in Figure 4. That is, the ion beam (5) emitted from the ion source (1) is extracted with a desired acceleration energy by the extraction electrode (3). Accelerated ion beam (
5) Selects necessary dopant ions using mass spectrometry 3 (4), shaping slit (6), and analysis slits (7), and prepares the shape of the target semiconductor substrate (13).
You will be guided to. In this case, the ion beam (5) is, for example, an ion beam of boron, phosphorus, arsenic, etc. in order to form the source/drain to be of N conductivity type. This ion beam (5) is guided to the semiconductor substrate (13),
When ions are directly implanted with a beam current of 1 mA or more, charge-up causes breakdown of the thin insulating film of the semiconductor substrate (13) (commonly known as dielectric breakdown) and electrostatic breakdown. ) is provided with a charge neutralizer (8) immediately before it hits.

この電荷中和器(8)の作動原理を第6図に示す。The operating principle of this charge neutralizer (8) is shown in FIG.

第6図に示すように、電荷中和器(8)の作用は、電了
銃(9)から放出される一次電子を300V程度の電界
で加速し、電子銃(9)に対面するファラデーゲージ(
10》に照射して二次電子(23)を発生させこの二次
電子(23)を半導体基板(13)に供給して半導体基
板(13)のゲート電極(22)上に蓄積された正電荷
を中和し、ゲート絶縁膜となる薄い絶縁膜(21)の絶
縁破壊およびゲート電極の静電破壊を防止する。
As shown in Figure 6, the action of the charge neutralizer (8) is to accelerate the primary electrons emitted from the electron gun (9) with an electric field of about 300V, and to (
10》 to generate secondary electrons (23), and supply the secondary electrons (23) to the semiconductor substrate (13) to generate positive charges accumulated on the gate electrode (22) of the semiconductor substrate (13). This prevents dielectric breakdown of the thin insulating film (21) serving as the gate insulating film and electrostatic breakdown of the gate electrode.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記のような従来のイオン注入装置では、電子銃(9》
から放出された一次電子の照射によりファラデーゲージ
(10)の表面から発生する二次電子(23)によって
ゲート電極(22)上に蓄積された正電荷を中和するも
のであるが、一次電子の一部もファラデーゲージ(10
)の反射により半導体基板(13)に到達するために、
半導体基板(13)を負にチャージアップさせ、負電荷
による絶縁破壊を起こし、また絶縁破壊に至らずともゲ
ート絶縁11Q (22)を劣化させるという間組点が
あった。
In the conventional ion implanter as described above, an electron gun (9)
The positive charge accumulated on the gate electrode (22) is neutralized by the secondary electrons (23) generated from the surface of the Faraday gauge (10) by the irradiation of the primary electrons emitted from the Faraday gauge (10). Some of them are Faraday gauge (10
) to reach the semiconductor substrate (13) by reflection of
There was a point where the semiconductor substrate (13) was negatively charged up, causing dielectric breakdown due to the negative charge, and even though dielectric breakdown did not occur, the gate insulation 11Q (22) was deteriorated.

この発明は、上記のような問題を解決するためになされ
たもので、ゲート絶縁膜の絶縁破壊や劣化を防止したイ
オン注入装置を提供することを目的とする. 〔課題を解決するための手段〕 この発明に係るイオン注入装置は、イオンビームの照射
によって発生する二次電子をmじ込める閉じ込め手段を
存ずる電荷中和器を備えたものである。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide an ion implantation device that prevents dielectric breakdown and deterioration of the gate insulating film. [Means for Solving the Problems] An ion implantation apparatus according to the present invention is equipped with a charge neutralizer having a confinement means for trapping secondary electrons generated by irradiation with an ion beam.

〔作 用〕[For production]

この発明においては、イオンビームの照射により発生す
る二次電子を電荷閉じ込め手段により■じ込め、閉じ込
めた二次電子を半導体基板に戻させる。
In this invention, secondary electrons generated by ion beam irradiation are trapped by a charge trapping means, and the trapped secondary electrons are returned to the semiconductor substrate.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の実施例について説明する。第1図はこ
の発明の一実施例を示す概略系統側面図、第2図は第1
図の電荷中和器の拡大斜面図、第3図は第2図の電荷中
和器の作用説明図を示し、先に説明した第4図〜第6図
と同一または相当部分は同一符号を付し、その説明は省
略する。
Examples of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic side view showing an embodiment of the present invention, and FIG.
Figure 3 is an enlarged perspective view of the charge neutralizer in Figure 2, and Figure 3 is an explanatory diagram of the operation of the charge neutralizer in Figure 2. The same or equivalent parts as in Figures 4 to 6 described above are designated by the same reference numerals. and the explanation thereof will be omitted.

図において、(30)は電荷中和器を示し、ファラデー
ゲージ(lO)の外周に設けられている。電荷中和H 
(30)は第2図に示すように電荷閉じ込め手段である
複数の永久磁石(3l)をイオンビーム(5)の進路の
まわり、即ち、ファラデーゲージ(10)の外周に所定
の間隔を有して並設したものであり,ファラデーゲージ
(10)の内周囲にイオンビーム(5)の進路に悪影響
を与えない状態で磁気多極磁場(32)を発生するよう
にしたものである。
In the figure, (30) indicates a charge neutralizer, which is provided on the outer periphery of the Faraday gauge (lO). Charge neutralization H
(30) has a plurality of permanent magnets (3l) serving as charge confinement means arranged at predetermined intervals around the path of the ion beam (5), that is, around the outer circumference of the Faraday gauge (10), as shown in FIG. They are arranged in parallel in order to generate a magnetic multipolar magnetic field (32) around the inner periphery of the Faraday gauge (10) without adversely affecting the course of the ion beam (5).

」.記のように横成されたイオン注入装置において、イ
オン源(1)から例えば80KVの加速電圧で不純物層
形成に必要なドーバンドイオン、例えば、ポロン、ヒ素
、リン等のイオンを含んだイオンビーム(5)を引き出
し、質量分析器(4)と分析スリツI・(6)とによっ
て必要なドーバンドイオンのみを選択する。選択された
ドーバンドイオンのイオンビーム(5)は、矢印Aの回
転と矢印Bの並行運動がなされるディスク(12)およ
びこのディスク(l2)に定置された半導体基板(13
)に電荷中和器(:+0)および7アラデーゲージ(1
0)を介して照射され、半導体基板(13)にイオン注
入される。この工程において、第3図に示すように、イ
オンビーム(5)の照射によって半導体基板(13)お
よびディスク(12)か八二次電子(40)が発生する
。発生した二次電子(40)はファラデーゲージ(10
)内に飛び込まれる。飛び込まれた二次電子(40)は
磁気多極磁場(32)によってファラデーゲージ(10
)内に飛び込められる。閉じ込められた二次電子(40
)はサブレッサー?!CF&(図示せず)によりファラ
デーゲージ(10)内部に帰還され、かつファラデーゲ
ージ(10)内の磁気多極磁場(32)による閉じ込め
作用により、その内部に閉じ込まれ、再び半導体基板(
13)に戻り、半導体基板(13)上の正電荷と中和す
る。
”. In the ion implantation apparatus as described above, an ion beam containing dopant ions such as poron, arsenic, phosphorous, etc. ions necessary for forming an impurity layer is emitted from the ion source (1) at an acceleration voltage of 80 KV. (5), and select only the necessary douband ions using the mass spectrometer (4) and analysis slit I/(6). The ion beam (5) of selected douband ions is directed to a disk (12) in which the rotation of arrow A and the parallel movement of arrow B are performed, and a semiconductor substrate (13) placed on this disk (12).
), charge neutralizer (:+0) and 7 Allade gauge (1
0), and ions are implanted into the semiconductor substrate (13). In this step, as shown in FIG. 3, secondary electrons (40) are generated in the semiconductor substrate (13) and the disk (12) by irradiation with the ion beam (5). The generated secondary electrons (40) are measured by a Faraday gauge (10
) to be jumped into. The injected secondary electron (40) is moved by a Faraday gauge (10
) you can jump inside. Trapped secondary electron (40
) is a sublessor? ! It is returned to the interior of the Faraday gauge (10) by the CF & (not shown), and is confined therein by the confinement effect of the magnetic multipolar magnetic field (32) within the Faraday gauge (10), and is returned to the semiconductor substrate (
Returning to step 13), the positive charges on the semiconductor substrate (13) are neutralized.

なお、この実施例では、電荷中和器(30)として12
極の磁気多極磁場(32)を発生させるため、ファラデ
ーゲージ(10)の外周に12個の永久磁石(31)を
使用した例を示したが、この数に限定されるものでなく
、また永久磁石(31)を電磁石に置換もしくは他の手
段で磁気多極磁場(32)を形成してもよい。
In this embodiment, the charge neutralizer (30) is 12
An example is shown in which 12 permanent magnets (31) are used around the outer circumference of the Faraday gauge (10) in order to generate a magnetic multipolar magnetic field (32), but the number is not limited to this number. The permanent magnet (31) may be replaced with an electromagnet or the magnetic multipolar field (32) may be formed by other means.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明のイオン注入装置によれば、イ
オン注入の際に半導体基板またはディスクから発生する
二次電子を磁気多極磁場を形成したファラデーゲージ内
に閉じ込め再度半導体基板に戻すようにした電荷中和器
を備えたことにより、従来の二次電子を生成する電子銃
を必要とすることなくゲート絶縁膜の絶縁破壊、静電破
壊が防止されるという効果がある。
As described above, according to the ion implantation apparatus of the present invention, secondary electrons generated from a semiconductor substrate or a disk during ion implantation are trapped in a Faraday gauge that forms a magnetic multipolar magnetic field and returned to the semiconductor substrate again. The provision of the charge neutralizer has the effect of preventing dielectric breakdown and electrostatic breakdown of the gate insulating film without requiring a conventional electron gun for generating secondary electrons.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の−実施例を示すイオン注入装置の概
略系統側面図、第2図は第1図に示す荷電中和器の拡大
斜面図、第3図は第2図の荷電中和器の作用説明図、第
4図は従来のイオン注入装置の一例を示す概略系統側面
図、第5図は第4図の半導体基板を説明するための説明
図、第6図は第4図の荷電中和器の作用説明図てある。 図において、(5)はイオンビ−l\、(13)は土導
体基板、(30)は電荷中和器、(31)は永久磁石、
(32)は磁気多極磁場、(40)は二次電子を示す。 なお、各図中,同一符号は同一又は相当部分を示す。
Fig. 1 is a schematic side view of an ion implanter showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an enlarged perspective view of the charge neutralizer shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a charge neutralizer shown in Fig. 2. FIG. 4 is a schematic side view showing an example of a conventional ion implantation device, FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the semiconductor substrate shown in FIG. 4, and FIG. This is a diagram explaining the operation of the charge neutralizer. In the figure, (5) is an ion beam, (13) is a soil conductor substrate, (30) is a charge neutralizer, (31) is a permanent magnet,
(32) indicates a magnetic multipolar magnetic field, and (40) indicates a secondary electron. In each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 半導体基板にイオンビームを照射して不純物層を形成す
るイオン注入装置において、前記半導体基板の前面に設
けられ前記イオンビームの照射によって発生する二次電
子を閉じ込める電荷閉じ込め手段を有する電荷中和器を
備え、前記電荷閉じ込め手段は前記イオンビーム進路の
周りを複数の磁石で取り囲みイオンビームの進路に影響
を与えない範囲に磁気多極磁場を形成してなることを特
徴とするイオン注入装置。
In an ion implantation apparatus that forms an impurity layer by irradiating a semiconductor substrate with an ion beam, a charge neutralizer is provided on the front surface of the semiconductor substrate and has a charge confinement means for confining secondary electrons generated by the ion beam irradiation. An ion implantation apparatus, wherein the charge confinement means surrounds the ion beam path with a plurality of magnets to form a multipole magnetic field in a range that does not affect the ion beam path.
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