JPH0577138B2 - - Google Patents
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- JPH0577138B2 JPH0577138B2 JP63308070A JP30807088A JPH0577138B2 JP H0577138 B2 JPH0577138 B2 JP H0577138B2 JP 63308070 A JP63308070 A JP 63308070A JP 30807088 A JP30807088 A JP 30807088A JP H0577138 B2 JPH0577138 B2 JP H0577138B2
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an ion source for an ion implantation device that implants ions into substrates such as Si semiconductors and compound semiconductors, metals, and insulators. .
（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１に
は、ガス導入口２と、スリツ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内には棒状のフイラメント４が設けられてい
る。更に、プラズマ生成室１には金属蒸気発生炉
５が連接され、プラズマ生成室１のガス導入口２
と、金属蒸気発生炉５のガス吐出口６とが繋がつ
ている。(Prior Art) A conventional ion source is shown in FIG. 3, and this ion source is generally referred to as a Freeman type ion source. In the figure, a plasma generation chamber 1 is provided with a gas introduction port 2 and a slit-shaped ion extraction port 3. Further, a rod-shaped filament 4 is provided within the plasma generation chamber 1 . Furthermore, a metal vapor generation furnace 5 is connected to the plasma generation chamber 1, and a gas inlet 2 of the plasma generation chamber 1 is connected to the metal vapor generation furnace 5.
and the gas discharge port 6 of the metal vapor generating furnace 5 are connected.
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、１０はフイラメント４に
接続された加熱用電源、１１はフイラメント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、１
４は絶縁変圧器、１５はイオンビーム、１６は金
属蒸気発生炉５にキヤリヤガスを導入するキヤリ
ヤガス導入配管である。 In the figure, 7 is a heating heater, 8 is a solid evaporated substance of a metal or metal compound, 9 is a gas such as a metal or a metal compound, 10 is a heating power source connected to the filament 4, and 11 is connected to the filament 4. 12 is a heating power source connected to the heating heater 7; 13 is a high voltage draw-out power source;
4 is an insulating transformer, 15 is an ion beam, and 16 is a carrier gas introduction pipe for introducing carrier gas into the metal vapor generating furnace 5.
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、そのガスはキヤリヤガスと共に
金属蒸気発生炉５のガス吐出口６及びプラズマ生
成室１のガス導入口２を通って、プラズマ生成室
１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、フイラメント４との間に電圧
を印加していれば、放電が起こり、キヤリヤガス
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ヤリヤガスとは共に励起
又は電離し、プラズマ生成室１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。 In the above-described apparatus, when the metal vapor generating furnace 5 is heated by the heating heater 7. The solid evaporated substance of the metal or metal compound in the metal vapor generating furnace 5 evaporates into gas, and the gas passes through the gas outlet 6 of the metal vapor generating furnace 5 and the gas inlet 2 of the plasma generation chamber 1 together with the carrier gas. Then, the plasma is introduced into the plasma generation chamber 1. In that case, if a voltage is applied between the wall of the plasma generation chamber 1 and the filament 4, a discharge will occur, and while the carrier gas plays the role of maintaining the discharge, the gas of the evaporated solid vapor and the carrier gas will be generated. Both are excited or ionized, and plasma is generated within the plasma generation chamber 1. Ions in the plasma are then extracted from the ion extraction port 3 as an ion beam 15.
そこで、例えば、Taイオンを得るため、固体
蒸発物質としてTaCl5（融点221℃）、キヤリヤガ
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
ラツキングガスと、Arガスとのプラズマが発生
する。そのため、TaCl5ガス及びTaを含むクラ
ツキングガスは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。 Therefore, for example, in order to obtain Ta ions, if TaCl 5 (melting point 221°C) is used as the solid evaporator and Ar gas, which is an inert gas, is used as the carrier gas,
In the plasma generation chamber 1, a plasma of TaCl 5 gas and its cracking gas and Ar gas is generated. Therefore, the cracking gas containing TaCl 5 gas and Ta generates Ta metal ions, and these Ta metal ions, together with other ionized Ar ions, form the ion beam 15 and are sent to the ion extraction port 3.
It will be more drawn out.
（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つている。(Problems to be Solved by the Invention) Since the conventional ion source has the above-described configuration, it has the following problems when obtaining an ion beam of metal ions.
(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。(1) The maximum heating temperature of the metal steam generating furnace 5 is approximately 700℃
Therefore, metals such as Ta and Ti, which have low vapor pressure, cannot be used as solid evaporation substances.
(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、Cl2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。(2) When a metal compound is used as a solid evaporation substance, stoichiometric evaporation does not occur, and easily evaporable components such as Cl 2 evaporate preferentially, resulting in a compound containing the desired metal. Only a small amount of the gas evaporates, and it may be difficult to obtain an ion beam of a large amount of metal ions.
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。 The object of the present invention is to solve the problems of the conventional ones as described above and to provide an ion source that can generate a large amount of metal ions, particularly ion beams of high melting point metals.
（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、従来のフイラメ
ントの他に金属フイラメントを追加して配設し、
この金属フイラメントとプラズマ生成室との間
に、金属フイ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イ
ラメントをスパツタリング又はエツチングし、金
属フイラメントのイオンを発生させ、この金属フ
イ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。(Means for Solving the Problems) The present invention provides an ion source configured as described above, in which a metal filament is additionally disposed in addition to the conventional filament in the plasma generation chamber,
A voltage is applied between the metal filament and the plasma generation chamber so that the metal filament becomes a negative voltage, and the metal filament is sputtered or etched by the ions in the plasma to generate ions of the metal filament. The ion of the filament is also extracted from the ion extraction port.
（作用）
この発明は、従来のフイ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）が金属フイラメントをスパツタリング
又はエツチングして、金属フイラメントのイオン
が大量に発生し、イオン引出口より金属フイラメ
ントのイオンビームが引き出されるようになる。(Function) In this invention, by applying a voltage between a conventional filament and a plasma generation chamber, plasma is generated by a gas introduced into the plasma generation chamber, and ions and radicals (excited active species) in the plasma are generated. ) sputters or etches the metal filament, a large amount of metal filament ions are generated, and an ion beam of the metal filament is extracted from the ion extraction port.
（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。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
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１には、Arガス等の放電用ガスを導
入するガス導入口２と、スリツト状をしたイオン
引出口３とが設けられている。また、プラズマ生
成室１には棒状フイラメント４の他に金属フイラ
メント２１が追加して設けられている。金属フイ
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が接続されている。 FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a plasma generation chamber 1 is provided with a gas introduction port 2 for introducing a discharge gas such as Ar gas, and a slit-shaped ion extraction port 3. ing. Further, in addition to the rod-shaped filament 4, a metal filament 21 is additionally provided in the plasma generation chamber 1. A bias power supply 22 that applies a negative voltage to the metal filament 21 is connected to the metal filament 21 .
なお、図において、１０はフイラメント４に接
続された加熱用電源、１１はフイラメント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。 In the figure, 10 is a heating power supply connected to the filament 4, 11 is a discharge power supply connected to the filament 4, 13 is a high voltage draw-out power supply, and 14 is a heating power supply connected to the filament 4.
is an isolation transformer, and 15 is an ion beam.
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１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１の
壁と棒状フイラメント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によつて、負電圧に印加された金属
フイラメント２１をスパツタリングして、金属フ
イラメント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、金属フイラメント２１に印加
する電力を変化させることによつて可能になる。 In the embodiment configured as described above, Ar gas, which is an inert gas, is introduced into the plasma generation chamber 1 through the gas introduction port 2, and a voltage is applied between the wall of the plasma generation chamber 1 and the rod-shaped filament 4. When applied, a discharge occurs and plasma is generated by Ar gas. The Ar ions in the plasma sputter the metal filament 21 to which a negative voltage is applied by the bias power supply 22, thereby generating a large amount of metal ions in the metal filament 21. After that, these metal ions are transferred to the ion beam 15 along with Ar ions from the ion extraction port 3.
It will be extracted as follows. Note that the amount of metal ions generated can be controlled by changing the electric power applied to the metal filament 21.
上記実施例では、放電用ガスとして不活性ガス
であるAr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、CCl4、SF6等のハロゲン化合
物ガスや、このハロゲン化合物ガスにO2、H2Ｏ
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１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、
金属フイラメント２１は物理的なスパツタリング
以外に化学的なスパツ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
横軸に金属フイ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つたグラフで、金属フイ
ラメント２１としてTa棒、放電用ガスとしてAr
ガスを用いた場合と、金属フイラメント２１とし
てTa棒、放電用ガスとしてArガス、反応性ガス
としてCCl4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Ptotal＝10-4Torrに
し、ArガスとCCl4との混合ガスの圧力PAr＋
CCl4に対するCCl4の分圧PCCl4の比をもつて、
TAイオンビーム電流強度を示しており、○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、△印はその比が0.1のときのTa
イオンビームであり、□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。 In the above embodiment, Ar gas, which is an inert gas, is used as the discharge gas, but a reactive gas may be used instead of or in addition to it. The reactive gas is, for example, a halogen compound gas such as CCl 4 or SF 6 , or a halogen compound gas containing O 2 or H 2 O.
This is a mixed gas containing oxidizing gases such as When a reactive gas is used, this reactive gas is also ionized or chemically excited and activated within the plasma generation chamber 1, so this activated gas
The metal filament 21 is subjected to chemical sputtering and etching in addition to physical sputtering, and a large amount of metal ions are generated. Figure 2 is a graph in which the horizontal axis shows the discharge current of the metal filament and the vertical axis shows the ion beam current.The metal filament 21 is a Ta rod, and the discharge gas is Ar.
The Ta ion beam current intensity is shown in the case where gas is used, and in the case where Ta rod is used as the metal filament 21, Ar gas is used as the discharge gas, and CCl 4 is used as the reactive gas. That is, in Figure 2,
The total pressure in the plasma generation chamber 1 is set to Ptotal = 10 -4 Torr, and the pressure of the mixed gas of Ar gas and CCl 4 is set to PAr +
With the ratio of partial pressure of CCl 4 to CCl 4 PCCl 4 ,
The TA ion beam current intensity is shown, and the ○ mark is the Ta ion beam when the ratio is 0, that is, only Ar gas, and the △ mark is the Ta ion beam when the ratio is 0.1.
The ion beam is a Ta ion beam when the ratio is 0.5. From FIG. 2, it can be seen that when a reactive gas is added, an ion beam current 4 to 5 times greater can be obtained than when only Ar gas is used.
（発明の効果）
この発明は、プラズマ生成室内に、従来のフイ
ラメントの他に金属フイラメントを追加して配設
し、この金属フイラメントとプラズマ生成室との
間に、金属フイ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）により金属フイラメントをスパツ
タリング又はエツチングし、金属フイラメントの
イオンを発生させるようにしているので、金属フ
イラメントのイオン、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
効果をもつている。(Effects of the Invention) The present invention includes a metal filament additionally disposed in the plasma generation chamber in addition to the conventional filament, and a negative voltage applied to the metal filament between the metal filament and the plasma generation chamber. By applying a voltage to the metal filament, the metal filament is sputtered or etched by ions and radicals (excited active species) in the plasma, and metal filament ions are generated. It has the effect of being able to generate a large amount of ion beam.
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
イ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、１……プラズマ生成室、２……ガス導入
口、３……イオン引出口、４……フイラメント、
２１……金属フイラメント、２２……バイアス電
源、なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を
示している。
Fig. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of the present invention;
The figure is a graph showing the Ta ion beam current intensity in an embodiment of the present invention, with the horizontal axis representing the discharge current of the metal filament and the vertical axis representing the ion beam current. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a conventional ion source. In the figure, 1... plasma generation chamber, 2... gas inlet, 3... ion extraction port, 4... filament,
21...Metal filament, 22...Bias power supply. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
マ生成室内にフイラメントを配設し、プラズマ生
成室の壁とフイ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、上記フイラメント
とは別の金属フイ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イラメントとの間に、
金属フイ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イ
ラメントをスパツタリング又はエツチングし、金
属フイラメントのイオンを発生させ、この金属フ
イ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。[Scope of Claims] 1. A filament is disposed in a plasma generation chamber having a gas inlet and an ion extraction port, and a voltage is applied between the wall of the plasma generation chamber and the filament to cause the plasma generation chamber to flow through the gas inlet. In an ion source in which plasma is generated by a gas introduced into the plasma and ions in the plasma are extracted from an ion extraction port, a metal filament other than the filament is additionally disposed within the plasma generation chamber, and the plasma generation chamber and the metal filament,
Applying a voltage so that the metal filament becomes a negative voltage, sputtering or etching the metal filament with the ions in the plasma to generate metal filament ions, and extracting the metal filament ions from the ion extraction port. An ion source characterized by: 2. The ion source according to claim 1, wherein the gas introduced into the plasma generation chamber is at least one of an inert gas and a reactive gas.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63308070A JPH02155148A (en) | 1988-12-06 | 1988-12-06 | Ion source |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| JPH02155148A JPH02155148A (en) | 1990-06-14 |
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Family
ID=17976517
Family Applications (1)
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| JP63308070A Granted JPH02155148A (en) | 1988-12-06 | 1988-12-06 | Ion source |
Country Status (1)
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- 1988-12-06 JP JP63308070A patent/JPH02155148A/en active Granted
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