JPH0945631A - 半導体製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板の帯電量のばらつきを防止してチ
ャージアップを防止して歩留り良く半導体を製造し得る
ようにする。 【構成】 イオン発生器により発生されたイオンビーム
Ｂはガンチューブ１によってウエハＷに向けて案内され
る。ガンチューブ１にはプラズマにより中和電子を発生
させるプラズマチャンバー４が設けられ、プラズマチャ
ンバー４内からイオンビームＢに向けて中和電子が引き
出される。中和電子の量は引き出し電極１１によって制
御される。ウエハＷの帯電量はチャージセンサ１３によ
って検出され、このチャージセンサ１３からの信号に基
づいて引き出し電極１１に制御信号が送られて、ウエハ
Ｗの帯電量が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板に不純物を導
入するためにイオン注入して半導体を製造する半導体製
造技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板に不純物をドーピングするこ
とによってＰ型またはＮ型の半導体を形成しており、半
導体基板中に不純物を導入する方法としては、イオン注
入法つまりイオンの打ち込み法が主流となっている。イ
オン注入法は、不純物をイオン化、加速化して基板中に
運動エネルギーで注入する方法である。

【０００３】イオン注入装置はイオン発生部を有し、こ
の中で打ち込む目的の不純物のイオンが作られる。ボロ
ンの場合には三フッ化ボロン（ＢＦ₃)、リンの場合には
フォスフィン（ＰＨ₃)、砒素の場合にはアルシン（Ａｓ
Ｈ₃)などのガスを流量制御して導入し、放電によりこれ
をイオン化している。発生したイオンは加速、分離の過
程を経て打ち込み部に導入される。イオンは引き出され
た後かなり細いビームに収束されて加速エネルギーが与
えられて、半導体基板に到達する。

【０００４】ビーム電流を増大すると、処理時間の短縮
や生産性の向上を図ることができるが、素子寸法の微細
化にともないチャージアップによる絶縁膜の破壊および
劣化を促進するという負の側面がある。そのため、大電
流化に当たっては、チャージアップ対策が必須となって
いる。チャージアップ現象を緩和する方法としては、帯
電を中和するために低エネルギーの電子を供給するエレ
クトロンシャワー方法が採用されている。

【０００５】このようなイオン注入装置に関しては、た
とえば工業調査会発行、「１９９１年版超ＬＳＩ製造・
試験装置」平成２年１０月２０日発行、Ｐ４１〜Ｐ４６
に記載されている。

【０００６】また、チャージアップ防止用のエレクトロ
ンシャワー生成器を有するイオン注入技術としては、た
とえば、特開平３−２６１０６０号公報に記載されるも
のがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者
は、イオン打ち込みにより帯電した半導体基板を中和す
るようにしたイオン注入技術について検討した。以下
は、本発明者によって検討された技術であり、その概要
は次のとおりである。

【０００８】すなわち、プラズマを利用してこれにより
発生した電子により半導体基板を中和する技術が開発さ
れており、プラズマフラットガンシステムを有するイオ
ン注入技術にあっては、１０^-3Ｐａ程度の圧力状態に設
定されたプラズマフラットガンチャンバー内に不活性ガ
スを導入し、このチャンバー内のフィラメントに電流を
供給することによりプラズマを発生させている。プラズ
マにより発生した電子を利用して、これを帯電した半導
体基板を中和するようにしている。

【０００９】中和電子はイオンビームあるいは半導体基
板の正電荷によりプラズマチャンバー外へ引き寄せられ
ることになり、半導体基板の帯電が防止される。

【００１０】しかしながら、このような方式では、イオ
ンビームによって中和電子の引き出される量が設定され
るので、製品化される半導体基板の種類やイオンの打ち
込み工程によって半導体基板の帯電量を相違させること
が必要となる場合には、半導体基板の帯電量にばらつき
が発生することがあり、半導体基板に正電荷が溜まりチ
ャージアップ不良を発生させることが判明した。チャー
ジアップ不良が発生すると、半導体の製造歩留りが低下
することになる。

【００１１】本発明の目的は、半導体基板の帯電量のば
らつきを防止してチャージアップを防止して歩留り良く
半導体を製造し得るようにすることにある。

【００１２】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１４】すなわち、本発明の半導体製造方法は、ガ
ンチューブにより案内されるイオンを半導体基板に照射
し、プラズマチャンバー内で発生した電子をイオンに向
けて引き出すとともに、引き出される電子を制御して半
導体基板の帯電量を一定に制御するようにしたことを特
徴とする。

【００１５】本発明の半導体製造装置は、イオン発生器
により発生したイオンを半導体基板に向けて案内するガ
ンチューブと、ガンチューブに設けられプラズマにより
中和電子を発生させるプラズマチャンバーと、プラズマ
チャンバー内からイオンに向けて引き出される中和電子
の量を制御する引き出し電極とを有することを特徴とす
る。また、本発明の半導体製造装置は、半導体基板の帯
電量を検出するチャージセンサと、このチャージセンサ
からの信号に基づいて引き出し電極に制御信号を送る制
御手段とを有している。この引き出し電極は、プラズマ
チャンバー内あるいはガンチューブ内に設けられる。

【００１６】

【作用】前記半導体製造方法および装置にあっては、プ
ラズマによって発生した電子はイオンに向けて引き出さ
れて、イオンの導入によって帯電された半導体基板を中
和する。引き出される電子の量を制御することによっ
て、半導体基板の帯電量が一定値に保持される。半導体
基板の帯電量をチャージセンサによって検出し、この検
出結果に基づいて電子の量は一定に保持される。これに
より、半導体基板の帯電量のばらつきやチャージアップ
が防止される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施例である半導体製造
装置の要部を示す断面図であり、図２は図１に示された
ディスクの全体を示す斜視図である。

【００１９】図示する半導体製造装置は、ファラディと
も言われるガンチューブ１を有し、このガンチューブ１
には、前記公報に記載されるように、イオン発生器、分
析マグネット、偏向器、加速器などが設けられており、
イオンビームＢを半導体基板であるシリコンのウエハＷ
に照射する。ウエハＷを支持するディスク２は、図２に
示す回転軸３により回転するようになっており、たとえ
ば１０００ｒｐｍ程度の回転数で回転される。このディ
スク２にはこれの同一半径の位置に多数のウエハＷが支
持されるようになっている。

【００２０】ファラディつまりガンチューブ１にはプラ
ズマチャンバー４が設けられており、この中にはプラズ
マフラットガンフィラメント５が取り付けられている。
このフィラメント５にはこれに電流を供給するためにフ
ィラメント電源６が接続されており、プラズマチャンバ
ー４とフィラメント５との間にはこれらに電圧を印加す
るためのガンアーク電源７が接続されている。

【００２１】プラズマチャンバー４にはガス導入管８が
接続されており、このガス導入管８からプラズマチャン
バー４内にはアルゴンガスが供給されるようになってい
る。これにより、プラズマチャンバー４内にＡｒガスを
供給した状態で、フィラメント５に通電し、さらにガン
アーク電源７からの電圧をプラズマチャンバー４とフィ
ラメント５との間にかけることにより、プラズマ放電が
発生する。したがって、プラズマチャンバー４内にはプ
ラズマ放電によって電子が発生する。

【００２２】ガンチューブ１内を案内されてウエハＷに
到達するイオンビームＢは、正の電荷に帯電されてお
り、このイオンビームＢがウエハＷに到達することによ
り、ウエハＷは正の電荷に帯電される。一方、プラズマ
チャンバー４内に発生した電子はイオンビームＢの電荷
に引き寄せられて、プラズマチャンバー４にガンチュー
ブ１に開口して形成された中和電子引き出し孔９からガ
ンチューブ１内に入り込み、ウエハＷを中和する。

【００２３】ガンチューブ１内には中和電子引き出し孔
９に対向して引き出し電極１１が配置されており、この
引き出し電極１１には可変型電源１２が接続されてい
る。ウエハＷの帯電量を検出するためのチャージセンサ
１３がディスク２に対向して配置されており、このチャ
ージセンサ１３により検知されて帯電量は、チャージモ
ニター１４の表示部１４ａに表示されるとともに、チャ
ージセンサ１３の信号はコントローラ１５に送られるよ
うになっている。

【００２４】製造される製品である半導体装置の種類や
処理工程によって、イオンの注入処理がなされるウエハ
Ｗにおける最適な帯電量は相違することになる。つま
り、チャージアップによる絶縁膜の破壊などの発生状況
は、半導体装置の種類や工程によって相違することにな
る。そこで、処理されるウエハＷの種類や処理工程によ
ってコントローラ１５内のメモリーには予め最適な帯電
量の値が設定され記憶されている。

【００２５】したがって、チャージセンサ１３により検
出されたウエハＷの帯電量の信号に基づいて予め設定さ
れた帯電量と検出された帯電量とがコントローラ１５に
より比較され、ウエハＷの帯電量が設定値となるよう
に、可変型電源１２にコントローラ１５から制御信号が
送られる。この制御信号によって、引き出し電極１１は
プラズマチャンバー４からガンチューブ１内に引き出さ
れる中和電子の量が制御され、ウエハＷの帯電量がイオ
ン注入処理の過程で設定値に保持される。

【００２６】前記イオン注入装置によってウエハＷに対
してイオンの注入を行うには、複数のウエハＷをディス
ク２に装填して、ディスク２を図示しないモータにより
回転軸３を介して回転させる。一方、フィラメント電源
６およびガンアーク電源７を起動させてプラズマチャン
バー４内に電子を発生させる。この状態で、イオン発生
器からのイオンをウエハＷに照射する。

【００２７】照射によってウエハＷに帯電された正電荷
の量はチャージセンサ１３により検出される。この検出
された帯電量はチャージモニター１４の表示部１４ａに
表示される。処理されるウエハＷの種類や工程に応じて
設定された最適な帯電量は、コントローラ１５の表示部
１５ａに表示される。そして、ウエハＷの帯電量に応じ
て、これが最適となるように引き出し電極１１へ印加さ
せる電圧が設定される。これにより、ウエハＷの帯電量
が設定値に保持されることになり、ウエハＷの帯電量の
ばらつきやチャージアップが防止される。

【００２８】ウエハＷに対してイオンが注入される位置
は、イオンビームＢの偏向量を制御することによってな
され、複数のウエハＷに対して同一の位置にイオンの注
入がなされる。

【００２９】図３は本発明の他の実施例であるイオン注
入装置を示す断面図であり、この図にあっては図１に示
された部材と共通する部材には同一の符号が付されてい
る。

【００３０】この場合には、プラズマチャンバー４内に
引き出し電極１１が配置されており、プラズマチャンバ
ー４内においてプラズマによって発生した電子つまり中
和電子を反発させて、ガンチューブ１内に引き出される
電子の量を制御するようにしている。

【００３１】このように、引き出し電極１１は図１に示
すように、プラズマチャンバー４の内部に配置しても良
く、外部にプラズマチャンバー４に対向させて配置して
も良い。

【００３２】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３３】たとえば、図示するそれぞれの実施例にあ
っては、複数枚の半導体基板つまりウエハＷを同時に処
理するようにしているが、枚葉処理を行う場合にも本発
明を適用することができる。また、図示する半導体装置
製造装置は、ウエハＷに対してイオンを注入するために
具体化されているが、プラズマを利用して中和電子を発
生させる場合であれは、イオンの注入に限られることは
ない。

【００３４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００３５】(1).半導体基板に対してイオンを注入する
際に、イオン注入によって半導体基板の帯電量を一定に
保持することができ、チャージアップが防止される。

【００３６】(2).半導体基板に帯電される正の電荷によ
るチャージアップが防止され、歩留り良く半導体基板を
製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である半導体製造装置を示す
断面図である。

【図２】図１に示されたディスクを示す斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例である半導体製造装置を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ ガンチューブ（ファラディ） ２ ディスク ３ 回転軸 ４ プラズマチャンバー ５ プラズマフラットガンフィラメント ６ フィラメント電源 ７ ガンアーク電源 ８ ガス導入管 ９ 中和電子引き出し孔 １１ 引き出し電極 １２ 可変型電源 １３ チャージセンサ １４ チャージモニター １５ コントローラ（制御手段） Ｗ 半導体基板（ウエハ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガンチューブにより案内されるイオンを
   半導体基板に照射し、プラズマチャンバー内で発生した
   電子を前記イオンに向けて引き出すとともに、引き出さ
   れる電子を制御し、前記半導体基板の帯電量を一定に制
   御するようにしたことを特徴とする半導体製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体製造方法であっ
   て、前記半導体基板の帯電量を検出し、この帯電量に応
   じて前記電子が引き出される量を制御するようにしたこ
   とを特徴とする半導体製造方法。
3. 【請求項３】 イオン発生器により発生したイオンを半
   導体基板に向けて案内するガンチューブと、 前記ガンチューブに設けられ、プラズマにより中和電子
   を発生させるプラズマチャンバーと、 前記プラズマチャンバー内から前記イオンに向けて引き
   出される前記中和電子の量を制御する引き出し電極とを
   有することを特徴とする半導体製造装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体製造装置であっ
   て、前記半導体基板の帯電量を検出するチャージセンサ
   と、このチャージセンサからの信号に基づいて前記引き
   出し電極に制御信号を送る制御手段とを有することを特
   徴とする半導体製造装置。
5. 【請求項５】 請求項３または４記載の半導体製造装置
   であって、前記引き出し電極を前記プラズマチャンバー
   内あるいは前記ガンチューブ内に設けたことを特徴とす
   る半導体製造装置。