JPH0745231A - イオン注入方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン注入において、電子シャワー装置の電
子照射によることなく、イオンビーム照射に伴なう半導
体基板表面の正帯電を緩和し、半導体基板の静電破壊を
防止する。 【構成】 Ｐ，Ａｓ，Ｂ等の不純物イオンを加速し、イ
オンビーム１を生成するイオン源と、このイオンビーム
１を再加速する電極部２と、このイオンビーム１を照射
されてイオン注入がなされるウェハ３を搭載するウェハ
搭載用パドル４と、このパドル４をこのイオンビーム１
に対して垂直方向（図中矢印Ａ方向）に往復動させるパ
ドル駆動部を備えたイオン注入装置において、ウェハ３
の表面よりも電極２寄りにイオンビーム１が通過する中
心孔を設けたドーナツ状の正帯電防止電極５を配設し、
この正帯電防止電極５に電源６からの電圧を印加するこ
とにより、ウェハ３の表面に電子を引き寄せるような電
場を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種半導体デバイスを製
造する際に、半導体基板内に不純物を注入するイオン注
入方法および装置に関し、詳細には、Ａｓ，Ｐ，Ｂ等の
不純物をイオン化し、これを高電圧で加速して半導体基
板に打ち込む方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ等の半導体を製造する際には、まず
デバイスウェハ（一般にはシリコン結晶からなる基板）
にＡｓ，Ｐ，Ｂ等の不純物を導入し、このウェハの表面
付近にＰ型層もしくはｎ型層を形成する。

【０００３】このように不純物を半導体中に導入した場
合、半導体の深さ方向に不純物の濃度分布が形成され
る。

【０００４】この不純物の濃度分布はデバイスの素子特
性を決定する上で重要な要因となるため、所望の素子特
性を実現する上でこの濃度分布を高精度で制御すること
が必要となる。

【０００５】特に、近年広く用いられている超ＬＳＩを
構成する微細な素子を製造する上ではこの濃度分布を極
めて高精度で制御することが重要である。

【０００６】この濃度分布を極めて高精度で制御する技
術としてイオン注入法が知られており、イオン注入法を
実施するための装置としてイオン注入装置が知られてい
る。

【０００７】すなわち、イオン注入法とはＡｓ，Ｐ，Ｂ
等の不純物をイオン化し、これを高電圧で加速して半導
体基板内に打ち込むことによりドナーもしくはアクセプ
タとなる不純物を半導体内に導入する方法である。この
イオン注入法では、イオンビームの加速電圧をコントロ
ールすることによって上記不純物の打込深さを、またイ
オン電流の大きさをコントロールすることによって上記
不純物の量を各々制御することができるため、半導体深
さ方向の不純物の濃度を所望の分布とすることが容易で
ある。特に、上記イオン電流の大きさを直接測定するこ
とが可能であるから、この測定値をフィードバックする
ことにより上記濃度分布を高精度で制御することができ
る。

【０００８】このように、イオン注入法は半導体内の不
純物の濃度分布を高精度で制御することができるという
大きな利点を有するが、一方で、半導体にイオンが衝突
する際に、その衝撃で半導体の表面から２次電子がたた
き出され、これにより半導体表面が正に帯電して半導体
デバイスが破壊されるおそれがあるという欠点も有して
いる。

【０００９】そこで従来、半導体表面の正帯電を防止
し、半導体デバイスの破壊を防止するため、半導体表面
に、イオンを照射するのと同時に電子シャワー装置から
の電子を照射し、これによって上記半導体表面が正に帯
電するのを防止するようにしたものが知られている。

【００１０】すなわち、この電子シャワー技術を付加し
たイオン注入法は、イオンビーム照射により半導体表面
から放出された電子の電荷量を、電子シャワー装置から
の電子により補充することによって半導体表面に生じた
正の電荷を緩和するようにしており、これによって半導
体デバイスの帯電に起因する静電破壊を防止することが
できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオン
注入法に上述した電子シャワー技術を適用した場合には
以下のような種々の問題が発生する。

【００１２】すなわち、イオンビーム電流量、注入イオ
ン種、注入角度、注入加速電圧、およびイオンビーム形
状等の注入条件によって、さらにはイオン注入がなされ
る半導体基板の種類によって、正帯電を打ち消すために
最適となる電子シャワー量が変化することから、これら
の注入条件および半導体基板の種類毎に、最適となる電
子シャワー量を求め、この電子シャワー量となるように
電子シャワー装置の条件を設定しなければならず測定デ
ータの整理および装置の操作が繁雑である。

【００１３】また一般に、半導体表面上で電子シャワー
が照射される領域はイオンビームが照射される領域より
も広範囲となっているためイオンビームの照射領域の外
側には電子シャワーのみが照射される領域が存在し、こ
の領域は負に帯電することになる。特に、イオンビーム
量が多いときには、これに応じて正帯電を防止するため
の電子シャワー量も多いことから、上記電子シャワーの
みが照射される領域の負帯電量は大きくなり半導体デバ
イスが破壊されるおそれがある。

【００１４】さらに、電子シャワーを効率的に発生させ
るために電子シャワー装置内にＡｒ等のガスを導入する
場合も多く、このような場合にはこの電子シャワー装置
からリークしたＡｒ等のガスによりイオン注入装置内の
真空度が劣化するおそれがある。

【００１５】このように、電子シャワー技術は種々の問
題を有しているため、上述したような半導体基板表面の
正帯電を緩和し得る代替技術が要求されていた。

【００１６】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、電子シャワー装置からの電子照射によることな
く、イオンビーム照射に伴なう半導体基板表面の正帯電
を緩和し、この半導体基板の静電破壊を防止し得るイオ
ン注入方法および装置を提供することを目的とするもの
である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願発明によるイオン注
入方法および装置は、イオン注入のためのイオンビーム
を半導体基板に照射したときにこの基板から放出される
２次電子、さらにはこのイオンビーム中に存在する電子
を、この基板表面の近傍に生成した電場によりこの基板
表面に引き寄せて、この基板に負電荷を与えることを特
徴とするものである。

【００１８】すなわち本願発明のイオン注入方法は、半
導体基板の表面にイオンビームを照射して該半導体基板
の内部に所望のイオンを注入するイオン注入方法におい
て、該イオンビームを該半導体基板の表面に照射すると
同時に、該イオンビームの照射により該半導体基板から
放出された２次電子および該イオンビーム中に存在する
電子を該半導体基板の表面に引き寄せる電場を該表面近
傍に生成することを特徴とするものである。

【００１９】また、本願発明のイオン注入装置は、半導
体基板の表面にイオンビームを照射して該半導体基板の
内部に所望のイオンを注入するイオン注入装置におい
て、該イオンビームの照射により該半導体基板から放出
された２次電子および該イオンビーム中に存在する電子
を該半導体基板の表面に引き寄せる電場を該表面近傍に
生成する電場生成手段を備えたことを特徴とするもので
ある。

【００２０】ここで、上記「照射すると同時」とは上記
イオンビームの照射時刻と磁場の生成時刻が完全に一致
することまでは必要とされず、このイオンビーム照射に
よる半導体基板の正帯電が基板を破壊する大きさとなる
前に磁場を生成することを意味する。

【００２１】

【作用】上述した本願発明のイオン注入方法および装置
によれば、イオンビーム照射により半導体基板から放出
される２次電子やイオンビーム中に含まれる電子を、こ
の基板の表面近傍に生成した電場によりこの基板表面に
引き寄せて、この基板表面に負電荷を与えるようにして
いるから、イオンビーム照射による正の帯電量を緩和す
ることができ半導体基板の静電破壊を防止できる。

【００２２】したがって電子シャワー装置が必ずしも必
要とされないことから、従来電子シャワー装置を使用し
た場合に生じていた種々の問題を解決することができ
る。

【００２３】特に、上記半導体基板表面に引き戻される
２次電子の電荷量は、この基板から放出される２次電子
の電荷量の増加に伴なって増加することとなり、また、
イオンビーム中に存在する電子の電荷量も略イオンビー
ム電流量に比例して変化することとなるから、電子シャ
ワー装置を用いた場合に必要であった、各種の注入条件
や半導体基板の種類に応じて装置の条件を設定するとい
う繁雑な操作を不要とすることができる。

【００２４】また、半導体基板のイオンビーム照射領域
の外部領域において電子シャワーのみが照射されて負帯
電が発生することにより生じる半導体基板の静電破壊を
防止することができるとともに、電子シャワー装置内に
封入されているＡｒガス等がリークすることにより生じ
るイオン注入装置内の真空度の劣化を防止することがで
きる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００２６】図１は本発明の実施例に係るイオン注入装
置の一部を示す概略図である。すなわち、この装置は
Ｐ，Ａｓ，Ｂ等の不純物イオンを加速し、イオンビーム
１を生成するイオン源（図示せず）と、このイオンビー
ム１を再加速する電極部２と、このイオンビーム１を照
射されてイオン注入がなされるウェハ３を搭載し、保持
するウェハ搭載用パドル４と、このパドル４をこのイオ
ンビーム１に対して垂直方向（図中矢印Ａ方向）に往復
動させるパドル駆動部（図示せず）を有している。

【００２７】上記電極部２はイオンビーム１の軸を中心
とする円板状に形成され、その中央部にはイオンビーム
１を通過させる矩形状の透孔が形成されている。

【００２８】イオンビーム１をウェハ３に照射すると、
イオンビーム１を構成する不純物イオンがウェハ３内に
たたき込まれ、不純物はこのウェハ３の表面から所定の
深さを最大濃度点としてその深さ方向に所定の濃度分布
を有するように形成される。これにより、ウェハ３の表
面層は導入される不純物の種類に応じ、Ｐ型層あるいは
ｎ型層に形成される。

【００２９】本実施例のイオン注入装置は一度に多数枚
のウェハ３を装填して処理するバッチ方式を採用してお
り、イオンビーム１の照射方向からみた平面図である図
２に示す如く、多数個のパドル４が回転板４Ｃの回りに
取り付けられている。すなわち、このパドル４はウェハ
３を載設する載設台４Ａとこの載設台４Ａを回転板４Ｃ
に連結するアーム部４Ｂとからなっており、各載設台４
Ａは回転板４Ｃの回転軸を中心とする円周上に、略等間
隔に配設される。

【００３０】回転板４Ｃは、図中矢印Ａ方向に低速（例
えば数cm／sec ）で往復動しながら図中矢印Ｂ方向に高
速（例えば1000rpm 以上）で回転するよう前述したパド
ル駆動部により駆動され、これにより各載設台４Ａおよ
びウェハ３は往復動しながら、回転板４Ｃの回転軸を中
心として高速で回転することになる。

【００３１】イオンビーム１の照射位置は固定されてお
り、このイオンビーム１に対し複数枚のウェハ３が上述
した如く往復動かつ回転動することにより各ウェハ３上
にイオンビーム１が均一に走査されることとなる。ま
た、上記イオンビーム１のイオン電流は例えば３〜12ｍ
Ａ程度とされ、またイオンの加速電圧は例えば10〜120
ｋＶとされる。

【００３２】ところで、本発明装置の主たる特徴は、イ
オン照射により正に帯電したウェハ３の表面に、この正
電荷を緩和し得る、電子を引き寄せるための電場を発生
する電場生成手段を設けたことにある。本実施例装置に
おいては、図１に示す如く、ウェハ３の表面よりも電極
２寄りにイオンビーム１が通過する中心孔を設けたドー
ナツ状の正帯電防止電極５を配設し、この正帯電防止電
極５に電源６からの電圧を印加することによって電場生
成手段を構成している。なお、ウェハ３を搭載するパド
ル４は接地されており、上記正帯電防止電極５とこのパ
ドル４との電位差によりウェハ３の表面付近に電場が形
成される。

【００３３】すなわち、この電場生成手段により発生さ
れる電気力線は正帯電防止電極５の中心孔をウェハ３か
ら電極２方向に通過するように形成されるので、イオン
ビームが照射されているウェハ３を下方から上方に貫く
ことになる。したがって、図３に示すように、電場方向
はウェハ３の表面から電極２に向かう方向となる。

【００３４】ウェハ３の表面近傍にこのような電場が形
成されると、このウェハ３の表面近傍に存在している電
子はウェハ３の表面に引き寄せられる。

【００３５】本実施例装置では、上記イオンビーム１の
照射開始のタイミングに合わせて上記正帯電防止電極５
に電圧を印加し、上記電場を形成するようにしている。

【００３６】イオン注入法においては、イオンビーム照
射によりウェハ３から２次電子が放出され、このことが
主な原因となってウェハ３の上記表面が正に帯電し易く
なるが、本実施例装置のように、上記電場によってこの
放出された２次電子11およびイオンビーム１中に浮遊し
ている電子12をウェハ３の表面に引き寄せるようにすれ
ば、これらの電子11，12が有する負の電荷によってこの
表面の正の帯電を緩和することができる。

【００３７】また、上記放出された２次電子の数と、こ
の２次電子のうちウェハ３に引き戻される電子の数は正
の相関関係を有し、上記正帯電防止電極５の印加電圧に
よってその相関係数が定まるので、他のイオン注入条件
やウェハ３を構成する材料の種類等に応じて正帯電防止
用の電子照射条件を変化させる繁雑さがなく、正帯電防
止操作が容易である。

【００３８】なお、イオンビーム１中の電子は、上述し
たように負電荷を供給する上でウェハ３に引き戻される
２次電子の補助として使用されるものであり、正帯電防
止電極５の印加電圧をコントロールして、ウェハ３に引
き寄せるこのイオンビーム１中の電子の数を調整するこ
とにより、ウェハ３の表面の正電荷を略相殺することが
可能である。このイオンビーム１中の電子の数は略ビー
ム電流の大きさにのみ比例すると考えてよいので、上記
印加電圧のコントロールは容易であり、この面からも正
帯電防止操作が容易となる。

【００３９】また、上記正帯電防止電極５に印加される
電圧は例えば−10Ｖ〜−数100 Ｖの間で適当な値を選択
する。

【００４０】なお、本発明のイオン注入方法および装置
としては上記実施例のものに限られるものではなく、種
々の態様の変更が可能である。

【００４１】例えば、上記実施例においては正帯電を防
止するための電場生成手段として、ウェハ３の表面近傍
に正帯電防止電極５を設けているが、本発明装置の電場
生成手段としてはウェハ３の表面近傍の電子を引き寄せ
ることができるものであればよく、例えば図４に示す如
くウェハ３を載設する導電性のパドル４に正の電圧を印
加し、電場生成手段を構成することも可能である。この
ときのパドル４に印加する電圧としては、例えば上記実
施例における正帯電防止電極５への印加電圧と同程度で
よく、これにより上記実施例と同様の電場がウェハ３の
表面近傍に形成される。

【００４２】また、上述した実施例においては、イオン
ビーム照射のタイミングに合わせて正帯電防止のための
電場を生成するようにしているが、このイオンビーム照
射のタイミングとは関係なく、常時上記電場を形成して
おくことも可能である。

【００４３】また、イオン注入装置内に電子シャワー装
置を設けて電子をウェハ表面に照射し、上述した電場生
成手段によりウェハに引き戻される電子を補助するよう
にすることも可能である。

【００４４】また、上記実施例ではウェハを移動してイ
オンビームを走査する方法を採用しているが、これに代
え、イオンビームをウェハに対して移動せしめてイオン
ビームを走査する方法を採用することも可能である。

【００４５】さらに、装置内に一時に配設するウェハの
個数は上記実施例のものに限られるものではなく、１個
あるいは任意の複数個とすることが可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のイオン
注入方法および装置によれば、半導体基板の表面近傍に
生成した電場により、イオンビーム照射によりたたき出
された２次電子、およびイオンビーム中に存在する電子
を基板表面に引き寄せて半導体基板表面に発生し得る正
電荷を相殺するようにしているから、半導体基板表面の
正帯電を防止でき半導体デバイスの静電破壊を防止する
ことができる。

【００４７】また、本発明の方法および装置によれば、
半導体基板表面が正に帯電する原因となった２次電子放
出に係る２次電子を半導体表面に戻すようにし、また、
その量がイオンビームの大きさにのみ依存するイオンビ
ーム内の電子を半導体表面に引き寄せるようにして半導
体表面の正電荷を緩和する負電荷を与えているので、こ
の負電荷を生成する際に各種のイオン注入条件や半導体
基板の種類を考慮する必要がなく、正帯電防止の操作が
極めて容易となる。

【００４８】また、電子シャワー装置を用いた場合のよ
うに、イオンビーム照射領域の外側において半導体基板
が負帯電を起こしたり、電子シャワー装置で使用される
Ａｒガス等のリークによりイオン注入装置内の真空度が
劣化する等という問題の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るイオン注入装置を示す概
略図

【図２】図１に示す装置のウェハ搭載用のパドルの全体
を示す概略図

【図３】図１に示す装置の作用を説明するための概略図

【図４】図１に示す装置の一部を変更した実施例を示す
概略図

【符号の説明】

１ イオンビーム ２ 電極 ３ ウェハ ４ パドル ５ 正帯電防止電極 ６，７ 電源 11 ２次電子 12 イオンビーム中の電子

フロントページの続き (72)発明者 松永 保彦 千葉県成田市新泉14−３ 野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の表面にイオンビームを照射
   して該半導体基板の内部に所望のイオンを注入するイオ
   ン注入方法において、 前記イオンビームを前記半導体基板の表面に照射すると
   同時に、該イオンビームの照射により該半導体基板から
   放出された２次電子および該イオンビーム中に存在する
   電子を該半導体基板の表面に引き寄せる電場を該表面近
   傍に生成することを特徴とするイオン注入方法。
2. 【請求項２】 半導体基板の表面にイオンビームを照射
   して該半導体基板の内部に所望のイオンを注入するイオ
   ン注入装置において、 前記イオンビームの照射により前記半導体基板から放出
   された２次電子および該イオンビーム中に存在する電子
   を該半導体基板の表面に引き寄せる電場を該表面近傍に
   生成する電場生成手段を備えたことを特徴とするイオン
   注入装置。