(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビ−ムを引き出すイオン源と、ターゲットにイオン注入を行う注入室と、前記注入室へガスを導入するガス導入部を備えたイオン注入装置であって、
前記注入室へ導入されるガスは、原料ガスと不活性ガスとの混合ガスであり、
前記原料ガスのみを前記注入室へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量をＸａとしたときに、前記混合ガスの総流量が０．９Ｘａ以上且つＸａ以下、且つ、前記原料ガスの流量が０．５Ｘａとなるように設定されていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記原料ガスは、ＰＨ３、若しくは、ＡｓＨ３のいずれかを主体としたガスであることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
イオンビ−ムを引き出すイオン源と、ターゲットにイオン注入を行う注入室と、前記注入室へガスを導入するガス導入部を備えたイオン注入装置であって、
前記注入室へ導入されるガスは、ＢＦ３を主体とした原料ガスと、不活性ガスとの混合ガスであり、
前記原料ガスのみを前記注入室へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量をＸａとしたときに、前記混合ガスの総流量が０．９Ｘａ以上且つＸａ以下、且つ、前記原料ガスの流量が０．５Ｘａとなるように設定されていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のイオン注入装置を用いてターゲットにイオン注入を行うことを特徴とするイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置及びイオン注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板などのターゲットに所定のイオンを注入するイオン注入装置が知られている。イオン注入装置は、イオンビ−ムを引き出すイオン源と、ターゲットにイオン注入を行う注入室と、注入室へ原料ガスを導入するガス導入部を備えている。例えば、このようなイオン注入装置としては、特許文献１、２に示すものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、半導体デバイス製造用のイオン注入装置等に用いられるイオン源が記載されている。そして、このイオン源は、プラズマ生成容器（２）の壁面に設けられた２つのガス導入口（６）と、この各ガス導入口（６）にそれぞれ接続されていて、各ガス導入口（６）を経由して有機金属ガス（２８）及び不活性ガス（３２）をプラズマ生成容器（２）内にそれぞれ導入するガス導入管（２６）、（３０）とを備えている。
【０００４】
特許文献２には、注入するイオンを発生させるアークチャンバー（５）と、該アークチャンバー（５）に接続されたガス導入管（４）と、該ガス導入管（４）にイオンソースガスを供給するイオンソースガスボンベ（１ａ）〜（１ｃ）と、該ガス導入管（４）に、該イオンソースガスに対して２０Ｖｏｌ％以下のアルゴンガスを供給するアルゴンガスボンベ（２）とを備えたイオン注入装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５４０１号公報
【特許文献２】特開２０００−３０６５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、製造コストを削減するために、原料ガスの使用量をできるだけ少なく抑えたいという要望がある。しかしながら、注入室へ導入する原料ガスの流量を減らしてしまうと、プラズマが不安定になりやすく、所望のイオン電流量が得られ難いといった問題がある。
【０００７】
一方で、上記特許文献１では、原料ガスである有機金属ガスとともに不活性ガスをプラズマ生成容器内に導入することで、有機金属ガスの流量を少なくするようにしている。しかし、この特許文献１では、原料ガスに有機金属ガスを使用するがゆえ、この有機金属ガスをプラズマ化することにより発生する強い反応性を持つ活性分子や活性原子によってプラズマ生成容器内のフィラメントや電極などの部品が変質してしまうのを抑えるために、有機金属ガスの流量を少なくして不活性ガスを導入しているのであり、製造コストを削減することを目的としておらず、また、所望のイオン電流量を得るための設定など何ら記載されていなかった。
【０００８】
また、上記特許文献２では、イオン発生源からイオンを引き出す経路に汚れが付着するのを抑制するために、原料ガス（イオンソースガス）にアルゴンガス（不活性ガス）を混合しているが、原料ガスの流量を変えずにさらにアルゴンガスを添加しているため、原料ガスの使用量を減らすことはできず、また、アークチャンバー内の圧力が増加してプラズマが不安定になりやすく、イオン電流量の低下が避けられなかった。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、イオン電流量の低下を抑えつつ、原料ガスの使用量を低減させることが可能なイオン注入装置及びイオン注入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、イオンビ−ムを引き出すイオン源と、ターゲットにイオン注入を行う注入室と、前記注入室へガスを導入するガス導入部を備えたイオン注入装置であって、前記注入室へ導入されるガスは、原料ガスと不活性ガスとの混合ガスであり、前記原料ガスのみを前記注入室へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量をＸａとしたときに、前記混合ガスの総流量が０．９Ｘａ以上且つＸａ以下、且つ、前記原料ガスの流量が０．５Ｘａとなるように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、イオンビ−ムを引き出すイオン源と、ターゲットにイオン注入を行う注入室と、前記注入室へガスを導入するガス導入部を備えたイオン注入装置であって、前記注入室へ導入されるガスは、ＢＦ３を主体とした原料ガスと、不活性ガスとの混合ガスであり、前記原料ガスのみを前記注入室へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量をＸａとしたときに、前記混合ガスの総流量が０．９Ｘａ以上且つＸａ以下、且つ、前記原料ガスの流量が０．５Ｘａとなるように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明では、ガス導入部により注入室へ導入されるガスは、原料ガスと不活性ガスとの混合ガスとなっている。そして、原料ガスのみを注入室へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量をＸａとしたときに、混合ガスの総流量が０．９Ｘａ以上且つＸａ以下、且つ、原料ガスの流量が０．５Ｘａとなるように設定されている。
【００１３】
本発明者が鋭意研究した結果、原料ガスのみを注入室へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）を基準として、混合ガスの総流量及び原料ガスの流量を適切に設定することで、イオン電流量の低下を抑えることができることを見いだした。すなわち、原料ガスの流量を少なくするとプラズマが不安定になってイオン電流量が低下しやすくなるが、混合ガスの総流量が０．９Ｘａ以上且つＸａ以下、且つ、原料ガスの流量が０．５Ｘａとなるように設定することで、注入室内の圧力の低下が抑えられ、プラズマが安定しやすくなり、原料ガスの使用量を所定量よりも減少させた場合でもイオン電流量の低下を抑えることができる（すなわち、イオン電流量の低下を抑えつつ、原料ガスの使用量を低減させることが可能となる。）。
【００１４】
請求項２の発明では、原料ガスに、ＰＨ３、若しくは、ＡｓＨ３のいずれかを主体としたガスを用いるようにしている。
このように、一般的に、シリコンなどの半導体の不純物導入に用いられるＰＨ３、若しくは、ＡｓＨ３を用いることで、より汎用性を高めることができる。
【００１５】
請求項３の発明では、注入室へ導入されるガスは、ＢＦ３を主体とした原料ガスと、不活性ガスとの混合ガスとなっている。そして、原料ガスのみを注入室へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量をＸａとしたときに、混合ガスの総流量が０．９Ｘａ以上且つＸａ以下、且つ、原料ガスの流量が０．５Ｘａとなるように設定されている。原料ガスの流量を少なくするとプラズマが不安定になってイオン電流量が低下しやすくなるが、混合ガスの総流量が０．９Ｘａ以上且つＸａ以下、且つ、原料ガスの流量が０．５Ｘａとなるように設定することで、注入室内の圧力の低下が抑えられ、プラズマが安定しやすくなり、原料ガスの使用量を所定量よりも減少させた場合でもイオン電流量の低下を抑えることができる（すなわち、イオン電流量の低下を抑えつつ、原料ガスの使用量を低減させることが可能となる。）。さらに、一般的に、シリコンなどの半導体の不純物導入に用いられるＢＦ３を用いることで、より汎用性を高めることができる。
【００１８】
請求項４のイオン注入方法では、上記いずれかのイオン注入装置を用いてターゲットにイオン注入を行うことで、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、第１実施形態に係るイオン注入装置の構成概要を示す説明図である。
【図２】図２は、原料ガスにＰＨ３を用いた場合のイオン電流量とガス流量の関係を説明する説明図である。
【図３】図３は、原料ガスにＢＦ３を用いた場合のイオン電流量とガス流量の関係を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
以下、本発明のイオン注入装置及びイオン注入方法を詳細に説明する。
なお、図１は、第１実施形態に係るイオン注入装置の構成概要を示す説明図である。図２は、原料ガスにＰＨ３を用いた場合のイオン電流量とガス流量の関係を説明する説明図である。図３は、原料ガスにＢＦ３を用いた場合のイオン電流量とガス流量の関係を説明する説明図である。
【００２１】
イオン注入装置１０は、原料ガスと不活性ガスの混合ガスを導入するガス導入部１１と、混合ガスをプラズマ化し、引出し電極に電圧を印加することによってイオンビ−ムＩＢとして引き出すイオン源１２と、イオンビームＩＢの通過経路１３と、通過経路１３を排気する排気ポンプ１４と、通過経路１３に設けられ、イオン源１２から引き出されたイオンビームＩＢから特定のイオン種を選別する質量分析マグネット１６と、質量分析マグネット１６から導出されたイオンビームＩＢの一部を遮蔽してイオンビームＩＢを整形する可変アパチャー１７と、質量分析マグネット１６から導出されたイオンビームＩＢを所定のエネルギーとなるように加減速する加減速管１８と、注入イオン数を計測するファラデーカップ１９と、ターゲット（半導体基板３０）を保持、走査し、イオン注入を行う注入室２０と、注入室２０の排気を行う排気ポンプ２１とを備えている。
【００２２】
ガス導入部１１は、原料ガスを供給するガスボトル１１ａ及び不活性ガスを供給するガスボトル１１ｂと、ガスボトル１１ａ、１１ｂに接続されたガス管４０、バルブ４２ａ〜４２ｄ、マスフローコントローラ４４、４５を備えている。ガスボトル１１ａ側のガス経路には、バルブ４２ａ及び４２ｂとマスフローコントローラ４４が設けられており、原料ガスの流量を所望の値に調整できるようになっている。また、ガスボトル１１ｂ側のガス経路には、バルブ４２ｃ及び４２ｄとマスフローコントローラ４５が設けられており、不活性ガスの流量を所望の値に調整できるようになっている。さらに、バルブ４２ｂ及び４２ｄの下流で、原料ガスと不活性ガスとが混合されるようになっている。
【００２３】
イオン注入するイオン種としては、例えば、ホウ素、リン、ヒ素などを用いることができ、原料ガスとしては、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＢＦ３を主体としたガスを用いることができる。また、不活性ガスとしては、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ，Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガスや窒素、及びこれらを混合したガスを用いることができる。
【００２４】
そして、本発明では、原料ガスのみを注入室２０へ導入したときのイオン電流量（イオン収率）が最大となる流量（Ｘａ）（具体的に例えば、２ｃｃ／ｍｉｎ程度）を基準として、原料ガスと不活性ガスとが混合された混合ガスの総流量及び原料ガスの流量を所定の値に設定するようにしている。
【００２５】
具体的に、例えば、原料ガスにＰＨ３、若しくは、ＡｓＨ３のいずれかを主体としたガスを用いた場合、混合ガスの総流量（Ｙａ）が０．７Ｘａ以上、且つ、原料ガスの流量（Ｘｂ）が０．４Ｘａ以上となるように設定する。より具体的には、イオン電流量が最大となる原料ガス流量（Ｘａ）から、所定量の原料ガス流量を減少させた後、混合ガスの総流量が０．７Ｘａ以上となるように不活性ガスを添加する（すなわち、添加された不活性ガス流量＝Ｙａ−Ｘｂ）。
【００２６】
なお、図２は、原料ガスにＰＨ３、不活性ガスにＡｒを用いた場合のイオン電流量とガス流量の関係を示した図である。縦軸はイオン電流量（相対値）であり、横軸はガス流量を示している。そして、白丸（○）は原料ガスのみを流したとき、白三角（△）はイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）から原料ガス流量が０．３Ｘａとなるまで減少させた後不活性ガスを各流量添加して流したとき、白逆三角（▽）はイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）から原料ガス流量が０．４Ｘａとなるまで減少させた後不活性ガスを各流量添加して流したとき、黒三角（▲）はイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）から原料ガス流量が０．５Ｘａとなるまで減少させた後不活性ガスを各流量添加して流したときを示している。原料ガス流量が０．４Ｘａ以上であって、混合ガスの総流量が０．７Ｘａ以上であれば、比較的高いイオン電流量が得られていることが確認できる。すなわち、イオン電流量の低下を抑えつつ、原料ガスの使用量（使用流量）を０．４Ｘａ程度まで減らすことができる。
【００２７】
また、原料ガスにＢＦ３を主体としたガスを用いる場合には、混合ガスの総流量（Ｙａ）が０．７Ｘａ以上、且つ、原料ガスの流量（Ｘｂ）が０．３Ｘａ以上となるように設定する。図３は、原料ガスにＢＦ３、不活性ガスにＡｒを用いた場合のイオン電流量とガス流量の関係を示した図である。縦軸はイオン電流量（相対値）であり、横軸はガス流量を示している。そして、白丸（○）は原料ガスのみを流したとき、白菱形（◇）はイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）から原料ガス流量が０．２Ｘａとなるまで減少させた後不活性ガスを各流量添加して流したとき、白三角（△）はイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）から原料ガス流量が０．３Ｘａとなるまで減少させた後不活性ガスを各流量添加して流したとき、白逆三角（▽）はイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）から原料ガス流量が０．４Ｘａとなるまで減少させた後不活性ガスを各流量添加して流したとき、黒三角（▲）はイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）から原料ガス流量が０．５Ｘａとなるまで減少させた後不活性ガスを各流量添加して流したときを示している。このように、原料ガスにＢＦ３を主体としたガスを用いる場合には、原料ガス流量が０．３Ｘａ以上であって、混合ガスの総流量が０．７Ｘａ以上であれば、比較的高いイオン電流量が得られていることが確認できる。すなわち、イオン電流量の低下を抑えつつ、原料ガスの使用量（使用流量）を０．３Ｘａ程度まで減らすことができる。
【００２８】
さらに、図２及び図３から、混合ガスの総流量は、原料ガスのみを注入室２０へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）と近いほど、イオン電流量の低下をより抑制できることがわかる。そのため、混合ガスの総流量は、０．９Ｘａ以上であることが好ましく、また、１．１Ｘａ以下であることが好ましい。
そして、このように規定した流量で原料ガスと不活性ガスとを混合した混合ガスを、注入室２０へ導入し、半導体基板３０にイオン注入を行うことができる。
【００２９】
以上説明したように、本第１実施形態に係るイオン注入装置１０によれば、ガス導入部１１により注入室２０へ導入されるガスは、原料ガスと不活性ガスとの混合ガスとなっている。そして、原料ガスのみを注入室２０へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量をＸａとしたときに、混合ガスの総流量が０．７Ｘａ以上、且つ、原料ガスの流量が０．４Ｘａ以上となるように設定されている。
【００３０】
このように、原料ガスのみを注入室２０へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）と略同程度以上（０．７Ｘａ以上）となるように混合ガスの総流量を設定することで、プラズマを安定化でき、イオン電流量の低下を抑えることができる。
また、原料ガスの流量を少なくするとプラズマが不安定になってイオン電流量が低下しやすくなるが、このように、混合ガスの総流量が０．７Ｘａ以上、且つ、原料ガスの流量が０．４Ｘａ以上となるように設定すれば、原料ガスの使用量を所定量よりも減少させた場合でもイオン電流量の低下を抑えることができる（すなわち、イオン電流量の低下を抑えつつ、原料ガスの使用量を低減させることが可能となる。）。
【００３１】
また、一般的に、シリコンなどの半導体の不純物導入に用いられるＰＨ３、若しくは、ＡｓＨ３を原料ガスに用いることで、より汎用性を高めることができる。
【００３２】
また、注入室２０へ導入されるガスは、ＢＦ３を主体とした原料ガスと、不活性ガスとの混合ガスでもよく、この場合、原料ガスのみを注入室２０へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量をＸａとしたときに、混合ガスの総流量が０．７Ｘａ以上、且つ、原料ガスの流量が０．３Ｘａ以上となるように設定されている。
【００３３】
このように、原料ガスのみを注入室２０へ導入したときのイオン電流量が最大となる流量（Ｘａ）と略同程度以上（０．７Ｘａ以上）となるように混合ガスの総流量を設定することで、プラズマを安定化でき、イオン電流量の低下を抑えることができる。また、原料ガスの流量を少なくするとプラズマが不安定になってイオン電流量が低下しやすくなるが、混合ガスの総流量が０．７Ｘａ以上、且つ、原料ガスの流量が０．３Ｘａ以上となるように設定することで、原料ガスの使用量を所定量よりも減少させた場合でもイオン電流量の低下を抑えることができる（すなわち、イオン電流量の低下を抑えつつ、原料ガスの使用量を低減させることが可能となる。）。さらに、一般的に、シリコンなどの半導体の不純物導入に用いられるＢＦ３を用いることで、より汎用性を高めることができる。
【００３４】
また、混合ガスの総流量が０．９Ｘａ以上となるようにしている。
このように、混合ガスの総流量を０．９Ｘａ以上とすることで、注入室２０内の圧力の低下が抑えられ、プラズマが安定しやすくなり、イオン電流量の低下をより抑制できる。
【００３５】
また、混合ガスの総流量が１．１Ｘａ以下となるようにしている。
このように、混合ガスの総流量を１．１Ｘａ以下とすることで、注入室２０内の圧力の増加が抑えられ、プラズマが安定しやすくなり、イオン電流量の低下をより抑制できる。
【００３６】
［他の実施形態］
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３７】
上記実施形態では、原料ガスを供給するガスボトル１１ａと不活性ガスを供給するガスボトル１１ｂとをそれぞれ設けた構成としたが、これらガスボトル１１ａ、１１ｂを用いる代りに、原料ガスと不活性ガスとが所定割合であらかじめ混合されたガスボトルを用いることもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…イオン注入装置
１１…ガス導入部
１１ａ、１１ｂ…ガスボトル
１２…イオン源
１３…通過経路
１６…質量分析マグネット
１７…可変アパチャー
１８…加減速管
２０…注入室
３０…半導体基板（ターゲット）
４０…ガス管
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ…バルブ
４４、４５…マスフローコントローラ
ＩＢ…イオンビーム
【図１】
0005780122.tif 000002
【図２】
0005780122.tif 000003
【図３】
0005780122.tif 000004