(57)【要約】【課題】金属材料をイオン注入する場合であっても、寿命が長く、高濃度のイオン注入を行うことが可能なイオンソースヘッド及びそれを用いたイオン注入装置を提供する。【解決手段】本発明のイオンソースヘッド２００は、アークチャンバ２０２と、両端部がアークチャンバ２０２外に露出するようにアークチャンバ２０２内に配置されたフィラメント２０４と、フィラメント２０４の端部と電気的に接続するフィラメント電極２０６と、フィラメント電極２０６の少なくとも一部を覆う位置に配置された絶縁体２１４とを備える。【選択図】図２
2011082013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークチャンバと、
両端部が前記アークチャンバ外に露出するように前記アークチャンバ内に配置されたフィラメントと、
前記フィラメントの端部と電気的に接続するフィラメント電極と、
前記フィラメント電極の少なくとも一部を覆う位置に配置された絶縁体とを備えるイオンソースヘッド。
【請求項２】
前記絶縁体が、前記フィラメント電極のうち、前記フィラメント電極と前記アークチャンバとが近接している部分を覆うように配置されている、請求項１に記載のイオンソースヘッド。
【請求項３】
前記フィラメント電極を固定するフランジをさらに備え、
前記絶縁体が、前記フィラメント電極のうち、前記フィラメント電極と前記アークチャンバとが近接している部分から、前記フランジと固定されている部分までを覆うように配置されている、請求項２に記載のイオンソースヘッド。
【請求項４】
金属を気化させるための固体気化器と、
前記固体気化器と前記アークチャンバとを接続するガス管とをさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載のイオンソースヘッド。
【請求項５】
請求項１記載のイオンソースヘッドを有するイオンソース部と、
前記イオンソース部で発生したイオンを質量別に選別する質量分析器と、
前記質量分析器で選別された前記イオンを加速する加速器と、
前記加速器で加速された前記イオンを半導体基板に照射するイオン注入室とを備えるイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体装置の製造過程において、半導体基板に不純物拡散層を形成するためにイオン注入を行うイオン注入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスでは、半導体装置として必要な半導体特性を得るために、半導体基板に不純物を導入することが多い。半導体基板に不純物を導入する際には、イオン注入装置を用いて不純物をイオン状態にし、不純物イオンを半導体基板に注入している（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
図５は従来のイオン装置の構成を示す概略図である。従来のイオン注入装置５００は、内部でイオンを発生させ、発生したイオンを外部に放出するイオンソース部５０２と、イオンソース部５０２で発生したイオンの中から必要なイオンを質量別に選別し、分離する質量分析器５０４と、質量分析器５０４で選別されたイオンを加速してイオンビームにする加速器５０６と、ウエハを保持し、イオンビームをウエハに照射してウエハ内にイオンを注入するイオン注入室５０８とを有する。
【０００４】
従来のイオン注入装置のイオンソース部５０２では、イオンを発生させる際、アーク放電が発生しているアークチャンバ内に不純物ガスを導入し、アーク放電を利用して不純物ガスをプラズマ状態にすることにより、アークチャンバ内でイオンを発生させている。
【０００５】
図６は、従来のイオン注入装置５００のイオンソース部５０２内に設置されるイオンソースヘッド６００の構成を示す側面図であり、図７は、従来のイオンソースヘッド６００におけるアークチャンバ６０２周辺部の構成を示す断面図である。
【０００６】
従来のイオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッド６００は、アークチャンバ６０２と、フィラメント６０４と、２本のフィラメント電極６０６と、固体気化器６０８と、フランジ６１０とを備えている。
【０００７】
アークチャンバ６０２は、棒状のフィラメント６０４が装着される容器状のチャンバ本体７００と、蓋部７０２とから構成される。フィラメント６０４は、アークチャンバ６０２の互いに対向する側面に設けられた開口部を通してアークチャンバ６０２内に挿入される。アークチャンバ６０２の開口部において、アークチャンバ６０２の側面とフィラメント６０４が接触しないように、フィラメント６０４を覆うように絶縁体６１２が設けられている。２本のフィラメント電極６０６は各々フランジ６１０に固定され、フランジ６１０に固定された側と反対側の端部において、フィラメント６０４の端部と各々接続されている。また、アークチャンバ６０２とフィラメント電極６０６とが接触しないように、アークチャンバ６０２とフィラメント電極６０６との間に絶縁体６１４が配置されている。
【０００８】
固体気化器６０８はフランジ６１０に固定され、固体気化器６０８内とアークチャンバ６０２内とはガス管６１６により接続されている。
【０００９】
固体気化器６０８内では、固体気化器６０８内に保持された固体不純物が加熱されることにより気化し、不純物ガスが発生する。発生した不純物ガスは、ガス管６１６を通してアークチャンバ６０２内に供給される。イオンソース部５０２内において、イオンソースヘッド６００は真空状態に維持されている。フィラメント電源からフィラメント電極６０６を介してフィラメント６０４に電流を流すことにより、フィラメント６０４で熱電子が発生し、続いてアーク放電が発生して、アークチャンバ６０２内がプラズマ状態となる。これによりアークチャンバ６０２内で発生した不純物イオンは、アークチャンバ６０２の蓋部７０２に設けられたスリット７０４を通してアークチャンバ６０２の外部に引き出される。引き出された不純物イオンは質量分析器５０４において質量別に選別される。選別された不純物イオンは、加速器５０６により加速され、イオン注入室５０８内に保持されたウエハに照射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１１５７０４号公報
【特許文献２】特開平６−３４９４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来、半導体製造プロセスにおいて、不純物として絶縁性の物質が用いられてきたが、最近、化合物半導体を用いた半導体デバイスを作成するために、金属材料を半導体内にイオン注入することが求められている。
【００１２】
しかし、上記従来の構造では、イオンビーム源となる金属がアークチャンバ６０２内においてプラズマ分解されイオン化された時に、その金属イオンが、フィラメント電極６０６とアークチャンバ６０２とを絶縁する絶縁体６１４に付着する。これにより、短時間でイオンソースヘッド６００の絶縁性が低下したり、アーク電流がリークし高濃度のイオン注入ができないという問題点があった。
【００１３】
固体気化器６０８内において、例えば三塩化アルミニウムを昇華させてアークチャンバ６０２内に導入し、アーク放電によりイオン化すると、アルミニウムイオンは正の電荷を帯びており、塩化物イオンは負の電荷を帯びている。
【００１４】
アークチャンバ６０２の密閉性は低いため、アークチャンバ６０２内で生成したイオンはアークチャンバ６０２外に漏れ出す。またイオンビームの引き出し口であるスリット７０４から引き出されたイオンの一部がフィラメント電極６０６側に回り込む。アークチャンバ６０２外に漏れ出したイオンは、それぞれ相反する電荷をもつフィラメント電極６０６に引き寄せられる。このため、アルミニウムイオンが、フィラメント電極６０６とアークチャンバ６０２とを絶縁する絶縁体６１４に容易に付着してしまう。
【００１５】
そこで本発明は上記従来の問題点に鑑み、金属材料をイオン注入する場合であっても、寿命が長く、高濃度のイオン注入を行うことが可能なイオンソースヘッド及びそれを用い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】
【００１６】
上記従来の課題を解決するため、本発明のイオンソースヘッドは、アークチャンバと、両端部が前記アークチャンバ外に露出するように前記アークチャンバ内に配置されたフィラメントと、前記フィラメントの端部と電気的に接続するフィラメント電極と、前記フィラメント電極の少なくとも一部を覆う位置に配置された絶縁体とを備える。
【００１７】
また、本発明のイオン注入装置は、上記イオンソースヘッドを有するイオンソース部と、前記イオンソース部で発生したイオンを質量別に選別する質量分析器と、前記質量分析器で選別された前記イオンを加速する加速器と、前記加速器で加速された前記イオンを半導体基板に照射するイオン注入室とを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のイオンソースヘッド及びイオン注入装置によれば、フィラメント電極とアークチャンバとの間の絶縁性が低下することを抑制することができるので、寿命が長く、高濃度のイオン注入を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るイオン注入装置の構成を示す概略図
【図２】同イオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図
【図３】同イオンソースヘッドにおけるアークチャンバ周辺部の構成を示す断面図
【図４】本発明の他の実施の形態に係るイオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図
【図５】従来のイオン装置の構成を示す概略図
【図６】従来のイオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図
【図７】従来のイオンソースヘッドにおけるアークチャンバ周辺部の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のイオンソースヘッドは、アークチャンバと、両端部が前記アークチャンバ外に露出するように前記アークチャンバ内に配置されたフィラメントと、前記フィラメントの端部と電気的に接続するフィラメント電極と、前記フィラメント電極の少なくとも一部を覆う位置に配置された絶縁体とを備える。
【００２１】
ある実施形態において、前記絶縁体が、前記フィラメント電極のうち、前記フィラメント電極と前記アークチャンバとが近接している部分を覆うように配置されていることが好ましい。
【００２２】
また、ある実施形態において、前記フィラメント電極を固定するフランジをさらに備え、前記絶縁体が、前記フィラメント電極のうち、前記フィラメント電極と前記アークチャンバとが近接している部分から、前記フランジと固定されている部分までを覆うように配置されていてもよい。
【００２３】
また、ある実施形態において、金属を気化させるための固体気化器と、前記固体気化器と前記アークチャンバとを接続するガス管とをさらに備えていてもよい。
【００２４】
絶縁体の材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド等を用いることができる。この中で、絶縁体が酸化アルミニウムにより構成されることが好ましい。
【００２５】
本発明のイオン注入装置は、上記のイオンソースヘッドを有するイオンソース部と、前記イオンソース部で発生したイオンを質量別に選別する質量分析器と、前記質量分析器で選別された前記イオンを加速する加速器と、前記加速器で加速された前記イオンを半導体基板に照射するイオン注入室とを備える。
【００２６】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るイオン注入装置及びイオンソースヘッドについて、図１〜３を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係るイオン注入装置の構成を示す概略図、図２は、同イオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図、図３は、同イオンソースヘッドにおけるアークチャンバ周辺部の構成を示す断面図である。
【００２８】
本実施の形態に係るイオン注入装置１００は、内部でイオンを発生させ、発生したイオンを外部に放出するイオンソース部１０２と、イオンソース部で発生したイオンの中から必要なイオンを質量別に選別し、分離する質量分析器１０４と、質量分析器で選別されたイオンを加速してイオンビームにする加速器１０６と、ウエハを保持し、イオンビームをウエハに照射してウエハ内にイオンを注入するイオン注入室１０８とを有する。
【００２９】
イオン注入装置１００のイオンソース部１０２内に設置されるイオンソースヘッド２００は、アークチャンバ２０２と、フィラメント２０４と、ロッド形状である２本のフィラメント電極２０６と、固体気化器２０８と、フランジ２１０とを備えている。
【００３０】
アークチャンバ２０２は、棒状のフィラメント２０４が装着される容器状のチャンバ本体３００と、蓋部３０２とから構成される。また、チャンバ本体３００及び蓋部３０２は、モリブデンにより作られている。フィラメント２０４は、図３に示すように、絶縁体２１２を介して、アークチャンバ２０２の相対向する側面の中央部に設けられた開口部を貫通するように取り付けられる。絶縁体２１２の材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド等を用いることができる。この中で、絶縁体２１２が酸化アルミニウムにより構成されることが好ましい。
【００３１】
２本のフィラメント電極２０６は各々フランジ２１０に固定され、フランジ２１０に固定された側と反対側の端部において、フィラメント２０４の端部と各々接続されている。２本のフィラメント電極２０６のうち、アークチャンバ２０２との距離が近い部分の周囲は、円筒形状の絶縁体２１４によりそれぞれ覆われている。絶縁体２１４の材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド等を用いることができる。この中で、絶縁体２１４が酸化アルミニウムにより構成されることが好ましい。
【００３２】
固体気化器２０８はフランジ２１０に固定され、固体気化器２０８内とアークチャンバ２０２内とはガス管２１６により接続されている。
【００３３】
固体気化器２０８内では、固体気化器２０８内に保持された固体不純物が加熱されることにより気化し、不純物ガスが発生する。発生した不純物ガスは、ガス管２１６を通してアークチャンバ２０２内に供給される。イオンソース部１０２内において、イオンソースヘッド２００は真空状態に維持されている。フィラメント電源からフィラメント電極２０６を介してフィラメント２０４に電流を流すことにより、フィラメント２０４で熱電子が発生し、続いてアーク放電が発生して、アークチャンバ２０２内がプラズマ状態となる。これによりアークチャンバ２０２内で発生した不純物イオンは、アークチャンバ２０２の蓋部３０２に設けられたスリット３０４を通してアークチャンバ２０２の外部に引き出される。引き出された不純物イオンは質量分析器１０４において質量別に選別される。選別された不純物イオンは、加速器１０６により加速され、イオン注入室１０８内に保持されたウエハに照射される。
【００３４】
本実施の形態に係るイオンソースヘッド２００では、２本のフィラメント電極２０６のうち、アークチャンバ２０２との距離が近い部分の周囲は、絶縁体２１４により覆われている。フィラメント電極２０６のうち絶縁体２１４により周囲を覆われている部分には、アークチャンバ２０２外に漏れ出した金属イオンが電気的に引き寄せられなくなるので、フィラメント電極２０６を覆う絶縁体２１４に金属イオンが付着することが抑制される。
【００３５】
また、フィラメント電極２０６とアークチャンバ２０２とは、従来のように絶縁体を介して接続されてはおらず、空間的に分離されている。このため、フィラメント電極２０６を覆う絶縁体２１４に金属イオンが付着しても、イオンソースヘッド２００の絶縁性は低下せずに維持される。したがって、本実施の形態に係るイオンソースヘッド２００及びイオン注入装置１００は、金属材料をイオン注入する場合であっても、寿命が長く、高濃度のイオン注入を行うことができる。
【００３６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係るイオン注入装置及びイオンソースヘッドについて、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係るイオン注入装置のイオンソース部内に設置されるイオンソースヘッドの構成を示す側面図である。
【００３７】
本実施の形態に係るイオン注入装置は、２本のフィラメント電極４０６のほぼ全体が、円筒形状の絶縁体４１４により周囲を覆われている点で、実施の形態１に係るイオン注入装置１００と異なる。絶縁体４１４の材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ダイヤモンド等を用いることができる。この中で、絶縁体４１４が酸化アルミニウムにより構成されることが好ましい。本実施の形態に係るイオン注入装置における他の構成については実施の形態１に係るイオン注入装置１００と同じであるので、同じ符号を付して説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態に係るイオン注入装置のイオンソースヘッド４００では、２本のフィラメント電極４０６のほぼ全体が絶縁体４１４により周囲を覆われているため、フィラメント電極４０６のほぼ全体について、アークチャンバ４０２外に漏れ出した金属イオンが電気的に引き寄せられなくなる。したがって、実施の形態１に比べて、フィラメント電極４０６を覆う絶縁体４１４に金属イオンが付着することがさらに抑制される。これにより、本実施の形態に係るイオンソースヘッド４００及びイオン注入装置は、金属材料をイオン注入する場合であっても、寿命がさらに長く、さらに高濃度のイオン注入を行うことができる。
【００３９】
なお、上記実施の形態において、フリーマン型のイオン注入装置の例について説明したが、これに限定されない。本発明のイオン注入装置は、バーナス（ベルナス）型等の他の型式のイオン注入装置であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のイオンソースヘッド及びイオン注入装置は、半導体装置の製造過程において不純物イオンのイオン注入により半導体基板に不純物拡散層を形成する工程、特に化合物半導体基板に金属イオンをイオン注入する工程に有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１００，５００    イオン注入装置
１０２，５０２    イオンソース部
１０４，５０４    質量分析器
１０６，５０６    加速器
１０８，５０８    イオン注入室
２００，４００，６００    イオンソースヘッド
２０２，４０２，６０２    アークチャンバ
２０４，６０４    フィラメント
２０６，４０６，６０６    フィラメント電極
２０８，６０８    固体気化器
２１０，６１０    フランジ
２１２，２１４，４１４，６１２，６１４    絶縁体
２１６，６１６    ガス管
３００，７００    チャンバ本体
３０２，７０２    蓋部
３０４，７０４    スリット
【図１】
2011082013.tif 000003
【図２】
2011082013.tif 000004
【図３】
2011082013.tif 000005
【図４】
2011082013.tif 000006
【図５】
2011082013.tif 000007
【図６】
2011082013.tif 000008
【図７】
2011082013.tif 000009