(57)【要約】【課題】  イオンの利用効率を低下させること無く、単原子イオンとクラスタ分子イオンとの両方の種類のイオン照射を可能とするイオン注入装置を実現する。【解決手段】  イオン源として、単原子イオンの生成のみを可能とするイオン源１を用い、第１の質量分析器２と第２の質量分析器５との間にガス供給部１１を備える。クラスタ分子イオンを照射する場合には、ガス供給部１１に多原子分子ガスを導入し、イオン源１で生成された単原子イオンとガス供給部１１に導入された多原子分子ガスとの間での電子交換によってクラスタ分子イオンを発生させ、これを第２の質量分析器５で分離して照射する。単原子イオンビームを照射する場合には、ガス供給部１１にガスを導入せずに、イオン源１で生成された単原子イオンを照射する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを生成し、生成されたイオンをイオンビームとして照射するイオン注入装置において、
少なくとも、
単原子イオンを生成するイオン源と、
上記イオン源の下流に設けられる第１の質量分析器と、
上記第１の質量分析器の下流に設けられ、その内部にガスを導入可能なガス供給部と、
上記ガス供給部の下流に設けられる第２の質量分析器とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
上記ガス供給部と上記第２の質量分析器との間に、加減速管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に向けて運動エネルギを持ったイオンを照射するイオン注入装置に関するものであり、特に、通常イオン（Ｂ，Ｐ，Ａｓ）の照射以外にＢ１０Ｈ１４ガスクラスタ分子イオンのイオン照射をも容易とするイオン注入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタ等の半導体装置の製造工程においては、該トランジスタのソース−ドレイン領域を形成するために、シリコン等からなる半導体層に不純物をドープすることが行われる。半導体層に不純物をドープするためには、従来から、イオン注入装置が広く使われている。
【０００３】
まずは、従来のイオン注入装置における一般的構成を示すものとして、特許文献１に記載のイオン注入装置を図２を参照して以下に説明する。
【０００４】
図２に示すイオン注入装置は、イオンビームを生成するイオン源１と、イオンビームを所望の不純物イオンに質量分析する第１の質量分析器２と、イオンビームを加速する加速器３とを有している。
【０００５】
加速器３の後段には、フィルターマグネット４を備えた第２の質量分析器５が配設されて、さらに、第２の質量分析器５を通過するイオンビームの直進方向には、モニターファラデー６がこの順に配設されている。
【０００６】
上記のフィルターマグネット４を備えた第２の質量分析器５は、第１の質量分析器２と同様に磁場を生成することによりイオンビームを偏向させるようになっており、所望のイオンビームのみが第２の質量分析器５の出口部を通過するように磁場強度が調整されるようになっている。また、モニターファラデー６は、第１の質量分析器２から加速器３を介して入射されたイオンビームのビーム電流を検出することによって、第１の質量分析器２により偏向されたイオンビームが正規の経路上を進行していることを確認させるようになっている。
【０００７】
上記の第２の質量分析器５により偏向されたイオンビームの進行方向には、水平スキャナ７が配設されている。これにより、水平スキャナ７を通過するイオンビームは、水平スキャナ７の作用により水平方向に走査されるようになっている。
【０００８】
上記の水平スキャナ７を通過するイオンビームの進行方向には、平行化マグネット８が配設されており、平行化マグネット８は、水平スキャナ７により走査されたイオンビームをウエーハ９方向に偏向させるようになっている。
【０００９】
上記の平行化マグネット８からのイオンビームが照射されるウエーハ９は、エンドステーション１０に設けられており、図示しないクランプ機構により上下動されるようになっている。この上下駆動とイオンビームの水平走査が同時に行われることにより被注入試料への均一なイオン注入が行われるようになっている。
【００１０】
上記イオン注入装置の主な使用目的は、上述したように、半導体装置の製造工程において、シリコン等からなる半導体層に向けて不純物を照射し、該半導体層に不純物を注入することにある。このような半導体製造プロセスにおいて不純物注入を行う際の注入イオンは、通常は、Ｂ＋，Ｂ＋＋，Ｐ＋，Ｐ＋＋，Ｐ＋＋＋，Ａｓ＋，Ａｓ＋＋等の単原子イオンである。
【００１１】
イオンを低エネルギで多量に注入するためには、Ｂ１０Ｈ１４等のガスを利用したクラスタイオンが有利である。しかしながら、このようなガスは分解しやすく、汚れやすい。
【００１２】
特許文献２のイオン源は、図３に示すように、プラズマ発生槽２１と電荷交換槽２２との２槽構造となっている。プラズマ発生槽２１では、磁界中に配置されたフィラメント２３から放出される熱電子により、ガス導入管２４からプラズマ発生槽２内に導入されるガスをイオン化させる。このようにしてプラズマ発生槽２１で生成されるイオンは単原子イオンである。これは、プラズマ発生槽２１内部は高温であるため、多原子分子は解離してしまいクラスタ分子イオンを安定して生成することができないためである。尚、上記プラズマ発生槽２１の構成は、単原子イオンの照射を可能とする通常のイオン注入装置において、イオン源として一般に用いられている構成である。
【００１３】
プラズマ発生槽２１にて生成された単原子イオンは、開口部２５を通って電荷交換槽２２へ送られる。電荷交換槽２２には、クラスタ分子イオンの元となる多原子分子ガス（例えば、）が、ガス導入管２６より導入されている。そして、電荷交換槽２２での電荷交換によって上記単原子イオンが中性化し、電荷交換槽２２内の多原子分子ガスがイオン化してクラスタ分子イオンとなる。
【００１４】
電荷交換槽２２で生成されたクラスタ分子イオンは、開口部２７の外部に設けられた引出電極（図示せず）の電界によってイオン源の外部に引き出される。そして、特許文献２のイオン源を、例えば、特許文献１のイオン源１として用いれば、クラスタ分子イオンの照射を可能とするイオン注入装置が実現できる。
【００１５】
また、特許文献２に記載のイオン源を用いたイオン注入装置では、電荷交換槽２２内に多原子分子ガスを導入せず（すなわち、電荷交換を生じさせず）、プラズマ発生槽２１にて生成された単原子イオンをそのまま外部に引き出せば、単原子イオンを照射することも可能である。
【特許文献１】特開平７−１０５９０１号公報（公開日平成７年４月２１日）
【特許文献２】米国特許第６，５４５，４１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献２に記載のイオン源を用いたイオン注入装置では、単原子イオンの照射を行う場合には、通常のイオン注入装置（すなわち、イオン源が電荷交換槽２２を備えず、プラズマ発生槽２１のみを備える構成）に比べ、イオン源で生成されるイオンの利用効率が著しく低下するといった問題がある。
【００１７】
すなわち、特許文献２に記載のイオン源を用いた構成では、プラズマ発生槽２１と開口部２７の外部に設けられた引出電極との間に電荷交換槽２２が存在する。このため、プラズマ発生槽２１で発生した単原子イオンを、引出電極によってイオン源の外部に引き出すにあたって、引出電極による電界がプラズマ発生槽２１内の単原子イオンに十分に作用せず（イオンを十分に外部に引き出せず）、イオンの利用効率が低下する。
【００１８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、イオンの利用効率を低下させること無く、単原子イオンとクラスタ分子イオンとの両方の種類のイオン照射を可能とするイオン注入装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るイオン注入装置は、上記課題を解決するために、イオンを生成し、生成されたイオンをイオンビームとして照射するイオン注入装置において、少なくとも、単原子イオンを生成するイオン源と、上記イオン源の下流に設けられる第１の質量分析器と、上記第１の質量分析器の下流に設けられ、その内部にガスを導入可能なガス供給部と、上記ガス供給部の下流に設けられる第２の質量分析器とを備えていることを特徴としている。
【００２０】
上記イオン注入装置において、クラスタ分子イオンの照射を行いたい場合には、上記ガス供給部に多原子分子ガスを導入した状態で上記イオン注入装置を動作させる。この場合、上記イオン源によって生成され、上記第１の質量分析器にて他のイオンと分離された単原子イオンは、上記ガス供給部において上記多原子分子と電荷交換され、クラスタ分子イオンを生じる。生じたクラスタ分子イオンは、第２の質量分析器にて他のイオンと分離され、イオンビームとして照射される。
【００２１】
一方、上記イオン注入装置において、単原子イオンの照射を行いたい場合には、上記ガス供給部にガスを導入しない状態で上記イオン注入装置を動作させる。この場合、上記イオン源によって生成され、上記第１の質量分析器にて他のイオンと分離された単原子イオンがイオンビームとして照射される。
【００２２】
そして、上記の構成によれば、クラスタ分子イオンをイオン源にて生成するのではなく、該イオン源との間に第１の質量分析器を介して離して配置されたガス供給部にて生成される。これにより、単原子イオンとクラスタ分子イオンとの両方の種類のイオン照射を可能とするイオン注入装置において、イオン源にて単原子イオンとクラスタ分子イオンとの両方を生成しようとする従来構成に比べ、イオン源からの単原子イオンの引出効率を低下させない。
【００２３】
また、上記イオン注入装置は、上記ガス供給部と上記第２の質量分析器との間に、加減速器が設けられている構成とすることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、ガス供給部で発生したクラスタ分子イオンを、ガス供給部から引き出すために、上記加減速器の発生させる加速電界を利用することができる。これにより、上記イオン注入装置では、ガス供給部からクラスタ分子イオンを引き出すための引出電極を省略できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るイオン注入装置は、以上のように、少なくとも、単原子イオンを生成するイオン源と、上記イオン源の下流に設けられる第１の質量分析器と、上記第１の質量分析器の下流に設けられ、その内部にガスを導入可能なガス供給部と、上記ガス供給部の下流に設けられる第２の質量分析器とを備えている構成である。
【００２６】
それゆえ、イオン源にて単原子イオンとクラスタ分子イオンとの両方を生成しようとする従来構成に比べ、イオン源からの単原子イオンの引出効率を低下させることなく、単原子イオンとクラスタ分子イオンとの両方の種類のイオン照射を可能とするといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すると以下の通りである。先ずは、本実施の形態に係るイオン注入装置の構成を図１に示す。
【００２８】
図１に示すイオン注入装置は、図２に示したイオン注入装置と類似した構成としているため、同一の構成および機能を有する部分については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２９】
本実施の形態に係る上記イオン注入装置において従来構成と異なる点は、第１の質量分析器２と加速器３との間にガス供給部１１が設けられている点にある。このガス供給部１１には、図示しないガス導入管よりガスの導入が可能となっている。
【００３０】
上記イオン注入装置において、単原子イオンの照射を行う場合には、上記ガス導入室にガスを導入することなく該イオン注入装置を動作させる。イオン源１は、プラズマ発生槽のみからなる通常のイオン源（単原子イオンの生成のみを可能とするイオン源）であるため、イオン源１から生成された単原子イオンを効率よく引き出せる。つまり、上記イオン注入装置では、単原子イオンの照射を行う場合には、従来のイオン注入装置と同様の作用によってイオン照射が行われる。
【００３１】
一方、上記イオン注入装置において、クラスタ分子イオンの照射を行う場合には、上記ガス導入室に多原子分子ガスを導入した状態で該イオン注入装置を動作させる。この場合は、イオン源１によって生成された単原子イオン（例えば、Ａｒ＋）が、第１の質量分析器２を通過してガス供給部１１に到達した時点で該ガス供給部１１内での電荷交換が行われ、クラスタ分子イオンが発生する。
【００３２】
ガス供給部１１で発生したクラスタ分子イオンは、発生した時点で運動エネルギを有していないので、これをイオン照射側に引き出す必要がある。図１に示すイオン注入装置では、加速器３がガス供給部１１で発生したクラスタ分子イオンを引き出す作用を有する。すなわち、加速器３は、導電体と絶縁体との多段構造になっており、該加速器３内の発生させられる加速電界によって内部を通過するイオンに所定の運動エネルギを与えるものであるが、この加速電界をガス供給部１１からクラスタ分子イオンを引き出すためにも利用する。この構成により、上記イオン注入装置では、ガス供給部１１からクラスタ分子イオンを引き出すための引出電極を省略できる。また、加速器３は、減速器として作用させることもできる。
【００３３】
ガス供給部１１から引き出されたクラスタ分子イオンは、単原子イオンを照射する場合と同様の作用によって照射される。
【００３４】
以上のように、本実施の形態に係るイオン注入装置は、クラスタ分子イオンの照射を行うにあたってイオン源１においてクラスタ分子イオンを生成するのではなく、イオン源１の後段において、電子交換によってクラスタ分子イオンを生成するためのガス供給部１１を設けている点に特徴を有する。
【００３５】
上記ガス供給部１１は、図１の構成では第１の質量分析器２と加速器３との間に配置されているが、本発明のイオン注入装置においてガス供給部１１の配置位置はこれに限定されない。
【００３６】
本発明のイオン注入装置において、ガス供給部は、イオン源で発生されるイオン（通常、イオン源では所望のイオン以外の不要なイオンも発生する）から所望のイオンを分離するための第１の質量分析器よりも後段に配置される。すなわち、図１の構成に当てはめれば、ガス供給部１１は第１の質量分析器２の後段に配置される。
【００３７】
このように、ガス供給部１１は、第１の質量分析器２の後段に配置することで、イオン源１との間に第１の質量分析器２を介在させて設けられることになる。このため、イオン源１で発生する熱はガス供給部１１に伝わりにくく、ガス供給部１１に導入される多原子分子ガスが熱によって解離することを防止でき、クラスタ分子イオンをより安定して生成することができる。
【００３８】
また、ガス供給部１１に導入される多原子分子ガスに、他のガスとの反応性の強いガスを用いた場合に生じる不具合を防止できる。これを具体的に説明すると以下の通りである。
【００３９】
クラスタ分子イオンを生成する場合に使用が考えられる多原子分子ガスとしては、Ｂ１０Ｈ１４（デカボラン）が挙げられる。一方、半導体プロセスにおいて一般に用いられる単原子イオンとの一つとしてＢ＋が挙げられる。このＢ＋を発生させるためにイオン源１にて用いられるガスは、通常はＢＦ３である。
【００４０】
ここで、図３の構成のイオン源を用いて、Ｂ１０Ｈ１４を用いてクラスタ分子イオン（Ｂ１０Ｈ１４＋）を生成する運転を行い、その後、ＢＦ３を用いてＢ＋を生成する運転を行う場合を考える。この場合、Ｂ＋を生成する時点では、電荷交換槽２２のＢ１０Ｈ１４は排気されているが、イオン源の構成としてＢ１０Ｈ１４を完全に排気することは難しく、幾分かのＢ１０Ｈ１４が残留ガスとして生じている。また、Ｂ＋を生成するためにプラズマ発生槽２１に導入されるＢＦ３についても、このＢＦ３が電荷交換槽２２に進入することを防止することは不可能である。このため、図３の構成のイオン源では、その内部でＢ１０Ｈ１４とＢＦ３とが反応しフッ酸が生じる。フッ酸は腐食性の強い酸であり、イオン源の寿命に多大な悪影響を及ぼす。
【００４１】
これに対し、本実施の形態に係るイオン注入装置では、Ｂ１０Ｈ１４を用いてクラスタ分子イオン（Ｂ１０Ｈ１４＋）を生成する運転と、ＢＦ３を用いてＢ＋を生成する運転とを連続して行ったとしても、Ｂ１０Ｈ１４が導入されるガス供給部１１と、ＢＦ３が導入されるイオン源１とは、間に第１の質量分析器２を介在させて離れて配置されているため、これらのガスが交じり合って反応することは殆ど無く、上記不具合を回避できる。
【００４２】
また、本発明のイオン注入装置において、ガス供給部は、第２の質量分析器よりも前段に配置される。すなわち、図１の構成に当てはめれば、ガス供給部１１は第２の質量分析器５の後段に配置される。これは、以下の理由による。
【００４３】
すなわち、ガス供給部１１は、第１の質量分析器２を通過してきた単原子イオンを該ガス供給部１１内の多原子分子に衝突させ、電荷交換を生じさせてクラスタ分子イオンを発生させるが、ここで発生するイオンは所望のクラスタ分子イオンのみではない。このため、上記イオン注入装置では、ガス供給部１１の後段に第２の質量分析器５を配置することで、所望のクラスタ分子イオンのみを分離するようになっている。
【００４４】
また、ガス供給部１１と加速器３との配置関係については、図１に示すように、加速器３の前段にガス供給部１１を配置することが好適である。すなわち、上述したように、加速器３の前段にガス供給部１１を配置することで、ガス供給部１１からのクラスタ分子イオンの引き出しに、加速器３の加速電界を用いることができ、イオン注入装置の構成が簡素化できると共に、照射されるクラスタ分子イオンの運動エネルギを加速器３によって精度良く制御できる。
【００４５】
但し、本発明はこれに限定されるものではなく、加速器３の後段にガス供給部１１を配置しても良い。この場合は、ガス供給部１１からクラスタ分子イオンを引き出すための引出電極が必要とされる。また、この場合、照射されるクラスタ分子イオンの運動エネルギは、上記引出電極における引出電界によっても制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、イオン注入装置の要部構成を示す図である。
【図２】従来のイオン注入装置の要部構成を示す図である。
【図３】クラスタ分子イオンの生成を可能とする、従来のイオン源を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    イオン源
２    第１の質量分析器
３    加速器（加減速管）
５    第２の質量分析器
１１    ガス供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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