(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソースチャンバー（１）で発生したイオンを、少なくともアナライザー（３）と加速管（２，４）とドーズカウンタ（８）を通して半導体ウェハ（７）に照射してイオン注入を行うイオン注入機において、
ソースヘッド（６）とソースチャンバー（１）の内壁との間に、遮蔽部材（１０）を配置するとともに、前記遮蔽部材（１０）の内壁を反応生成物脱落抑制膜（１１）でコーティングしたことを特徴とするイオン注入機。
【請求項２】
前記遮蔽部材（１０）を冷却するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項３】
ソースチャンバー（１）で発生したイオンを、少なくともアナライザー（３）と加速管（２，４）とドーズカウンタ（８）を通して半導体ウェハ（７）に照射してイオン注入を行うイオン注入機において、
イオンが通過する通路（１５）にクリーニングガスを導入するようにし、前記クリーニングガスの導入によるクリーニング中は真空形成用ポンプ以外の排気専用のポンプ（１４）を駆動するようにしたことを特徴とするイオン注入機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はイオン注入機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造技術の一つとしてイオン注入がある。イオン注入はイオン注入機で加工を行っており、その一例を図７，８に示す。ソースチャンバー５０と前段加速管５１とアナライザー５２と後段加速管５３とドーズカウンタ（ファラデー）５４を備えている。そして、ソースチャンバー５０で発生したイオンは、前段加速管５１→アナライザー５２→後段加速管５３→ドーズカウンタ（ファラデー）５４→半導体ウェハ５５へと通過していく。このイオン通過過程において、イオン種の種類に関係なく反応生成物（イオン種の酸化物等）６０がイオン通路の内壁に付着・堆積し、この堆積した反応生成物６０が剥がれ落ちてパーティクルとなってウェハ５５に付着してしまう。ウェハ５５でのイオン注入予定箇所にパーティクルが付着した場合にはこの箇所にイオンが打ち込まれなくなる。また、ドーズカウンタ５４でのイオン通路の内壁に反応生成物６０ａが付着・堆積した場合に、その堆積した反応生成物（堆積物）６０ａに電荷が蓄積されて起こる放電によりドーズカウンタ５４の計測値に誤差が生じてしまい目的のドーズ量を得るためのイオン注入を行うことができないという問題が発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、反応生成物の堆積を抑制し、メンテナンスを軽減することができるようにすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前述の問題は反応生成物がイオン通路の内壁に堆積することが原因であるという点に着目し、以下のようにした。
【０００６】
請求項１に記載のイオン注入機においては、ソースヘッドとソースチャンバーの内壁との間に、遮蔽部材を配置するとともに、遮蔽部材の内壁を反応生成物脱落抑制膜でコーティングしたことを特徴としている。よって、イオン通過過程において反応生成物（イオン種の酸化物等）がイオン通路の内壁に堆積しようとするが、ソースヘッドとソースチャンバーの内壁との間に配置した遮蔽部材によりイオン通路の内壁での反応生成物の堆積が抑制され、メンテナンスを軽減することができるようになる。また、反応生成物脱落抑制膜により、遮蔽部材の内壁に堆積した反応生成物が剥がれ落ちることを抑制することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載のように、遮蔽部材を冷却すると、遮蔽部材の内壁に反応生成物が堆積しやすくなり、イオン通路の内壁への堆積をより抑制することができる。
【０００９】
請求項３に記載のイオン注入機においては、イオンが通過する通路にクリーニングガスを導入するようにし、クリーニングガスの導入によるクリーニング中は真空形成用ポンプ以外の排気専用のポンプを駆動するようにしたことを特徴としている。よって、イオン通過過程において反応生成物（イオン種の酸化物等）がイオン通路の内壁に堆積しようとするが、クリーニングガスにて内壁に堆積した反応生成物を除去することによりイオン通路の内壁での反応生成物の堆積が抑制され、メンテナンスを軽減することができるようになる。また、クリーニング中は真空形成用ポンプ以外の排気専用のポンプを駆動することにより、実用上好ましいものとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図１に、本実施の形態におけるイオン注入機の概略構成図（平面図）を示す。
また、図２にはイオン注入機の斜視図を示す。ただし、図２においては図１で符号５に示す部材は省略した。
【００１２】
イオン注入機は、ソースチャンバー１と前段加速管２とアナライザー３と後段加速管４とイオン注入室５を備えている。ソースチャンバー１にはソースヘッド６が差し込まれており、ソースヘッド６から材料ガスがソースチャンバー１に導入される。ソースチャンバー１で発生したイオンは前段加速管２において加速される。この加速されたイオンはアナライザー３において選別され、目的のイオンが後段加速管４に送られる。後段加速管４でイオンが加速されてイオン注入室５に送られる。
【００１３】
イオン注入室５において、半導体ウェハ７が配置されるとともに、半導体ウェハ７へのイオンビーム形成路にはドーズカウンタ（ファラデー）８が配置されている。このドーズカウンタ（ファラデー）８によりドーズ量が計測される。
【００１４】
このように、ソースチャンバー１で発生したイオンが、少なくともアナライザー３と加速管２，４とドーズカウンタ８を通して半導体ウェハ７に照射されてイオン注入が行われる。なお、イオン通路は図示しない真空ポンプを用いて真空にされている。
【００１５】
ここで、本実施形態においては、反応生成物の堆積を抑制するとともにメンテナンスの簡易化を図る目的で次の（i），（ii），（iii）の工夫をしている。なお、ここでの反応生成物とは、例えばイオン種が真空中の不純物と反応して生成したものであり、具体的には例えばイオン種がリンならば酸化リン、また、イオン種がボロンならば酸化ボロンである。
【００１６】
まず、（i）として、イオンが通過する通路１５（図１参照）の内壁を反応生成物付着抑制膜９でコーティングしている。この反応生成物付着抑制膜９はセラミックの膜またはシリコンの膜である。詳しくは、ソースチャンバー１、アナライザー３、加速管２，４の内壁にセラミック膜のコーティングまたはシリコン膜のコーティングを施している。この膜９は反応生成物が付着して堆積するのを抑制するとともにイオンが浸透するのを防止する機能を有する。
【００１７】
このようにして、（i）においては、イオン通過過程において反応生成物（イオン種の酸化物等）がイオン通路の内壁に堆積しようとするが、反応生成物付着抑制膜９をコーティングした通路の内壁においては反応生成物の堆積が抑制される。これにより、堆積した反応生成物が剥がれ落ちてパーティクルとなってウェハに付着することを起こしにくくすることができる。また、反応生成物の堆積を抑制できるので、手作業にてイオン通路の内壁に堆積した反応生成物を取り除く作業（装置メンテナンス）の周期を長くすることができ、メンテナンスを軽減することができる。また、膜９により、イオン経路を構成する部材へのイオンの浸透を抑制することができ、これにより、イオンが浸透し当該イオンが再びイオン経路に戻ってウェハに達するという不具合を防止することができる。
【００１８】
また、（ii）として、ソースヘッド６とソースチャンバー１の内壁との間に、遮蔽部材（シールド部材）１０を配置している。遮蔽部材１０は、図２に示すように、箱型をなし、ステンレス鋼板材よりなる。この遮蔽部材１０は、容易に交換できるようになっており、遮蔽部材１０の内壁に反応生成物が所定量堆積すると交換される。また、図１に示すごとく、この遮蔽部材１０の内壁は反応生成物脱落抑制膜１１でコーティングされている。反応生成物脱落抑制膜１１として、アルミ薄膜を用いている。さらに、遮蔽部材１０の外側のジャケット部１２に冷却液を通過させることにより遮蔽部材１０を冷却するようにしている。このように遮蔽部材１０を冷却すると、イオン種が真空中の不純物と反応して遮蔽部材１０に付着する際に冷えていることより動きにくくなり付着しやすくなる。このようにして、ソースチャンバー１の内壁への堆積を抑制するために遮蔽部材１０を取り付け、さらに、遮蔽部材１０にコーティングを施し反応生成物が剥がれ落ちるのを防ぐとともに、遮蔽部材１０を冷却し反応生成物の吸着効率を上げるようにしている。
【００１９】
この（ii）により、イオン通過過程において反応生成物（イオン種の酸化物等）がイオン通路の内壁に堆積しようとするが、ソースヘッド６とソースチャンバー１の内壁との間に配置した遮蔽部材１０によりイオン通路の内壁での反応生成物の堆積が抑制され、手作業にてイオン通路の内壁に堆積した反応生成物を取り除く作業（装置メンテナンス）の周期を長くすることができ、メンテナンスを軽減することができる。また、遮蔽部材１０を交換するだけでよいので装置メンテナンスの簡易化を図ることができる。さらに、遮蔽部材１０の内壁を反応生成物脱落抑制膜１１でコーティングすることにより、遮蔽部材１０の内壁に堆積した反応生成物が剥がれ落ちるのを抑制することができる。さらに、遮蔽部材１０を冷却することにより、遮蔽部材１０の内壁に反応生成物が堆積しやすくなり、イオン通路の内壁への堆積をより抑制することができる。
【００２０】
なお、遮蔽部材１０の材質としてアルミを用いてもよい。
また、（iii）として、図１に示すように、ソースヘッド６からクリーニングガス（エッチングガス）を導入できるようにするとともに、後段加速管４とイオン注入室５との間にイオン通路形成部材１３を挿入し、このイオン通路形成部材１３に排気ポンプ１４を設置している。このように、イオンが通過する通路にクリーニングガスを導入するようにしている。クリーニングガスとしては、例えば、塩素系ガスやフッ素系ガス（例えば、ＷＦ6）を挙げることができる。なお、イオン通路形成部材１３を介して排気ポンプ１４をイオン通路に接続したのは、加速管４は電極を有し絶縁材料にて側壁を構成しているために金属よりなる排気ポンプを加速管４に直接設置することができないためである。また、クリーニングを行う時には排気系統をクリーニング用排気ポンプ１４に切り替えて、クリーニング中は真空形成用ポンプ以外の排気専用のポンプ１４を駆動する。このようにして、エッチングガスを導入し、ソースチャンバー１の内部において遮蔽部材１０で保護できない領域及びアナライザー３、加速管２，４をクリーニングする。
【００２１】
この（iii）により、イオン通過過程において反応生成物（イオン種の酸化物等）がイオン通路の内壁に堆積しようとするが、クリーニングガスにて内壁に堆積した反応生成物を除去することによりイオン通路の内壁での反応生成物の堆積が抑制され、手作業にてイオン通路の内壁に堆積した反応生成物を取り除く作業（装置メンテナンス）の周期を長くすることができ、メンテナンスを軽減することができる。また、クリーニングガスを流すだけでよいので反応生成物の除去は容易である。
【００２２】
次に、図１，２に示すイオン注入機を用いてイオンを基板に打ち込む例を、図３，４，５，６を用いて説明する。
図３に示すように、シリコン基板２０の表層部にＮウェル層２１が形成されるとともにＮウェル層２１の上にゲート酸化膜２２を介してゲート電極２３が形成されている。さらに、Ｎウェル層２１の表層部にＰ+ソース領域２４とＰ+ドレイン領域２５が形成されている。ここで、ゲート電極２３の下方におけるＮウェル層２１の表層部には閾値補正用のＰ+領域２６とＰ-領域２７，２８が形成されている。閾値補正用の拡散領域２６，２７，２８を形成する際に、図１，２に示すイオン注入機を用いるとよい。なお、図３において、ゲート電極２３の側面にはサイドウォール２９，３０を形成している。
【００２３】
閾値補正工程を詳しく説明する。
まず、シリコン基板２０の表層部にＮウェル層２１を形成した後において、図４に示すように、Ｐ+領域２６を形成すべくインジウム（Ｉｎ+）を打ち込む。そして、図５に示すように、ゲート酸化膜２２を介してゲート電極２３を形成した後、Ｐ-領域２７，２８を形成すべく斜めの方向からインジウム（Ｉｎ+）を打ち込む。
【００２４】
さらに、図６に示すように、Ｐ+ソース領域２４とＰ+ドレイン領域２５を形成すべくイオン注入を行う。
トランジスタの閾値補正用のイオン注入を低い加速電圧によるボロン（Ｂ+）で行うと、ボロンは軽い元素であり、酸化工程や成膜工程での熱により拡散してしまい目的の閾値電圧Ｖｔを得にくい。これに対し、ボロン（Ｂ+）の約１０倍の質量のインジウム（Ｉｎ+）をイオン種として用いることにより容易に閾値電圧Ｖｔの補正を行うことができる。つまり、同じイオン打ち込み深さにするためにボロン（Ｂ+）の約１０倍の加速電圧での注入となるため、安定したビーム電流を得ることができ注入が安定化する。
【００２５】
なお、前述の（i），（ii），（iii）の構成の全てを採用しなくても少なくとも一つだけでも採用すれば効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるイオン注入機の概略構成図。
【図２】実施の形態におけるイオン注入機の斜視図。
【図３】イオンを基板に打ち込む例を説明するための断面図。
【図４】イオンを基板に打ち込む例を説明するための断面図。
【図５】イオンを基板に打ち込む例を説明するための断面図。
【図６】イオンを基板に打ち込む例を説明するための断面図。
【図７】従来技術を説明するためのイオン注入機の概略構成図。
【図８】従来技術を説明するためのイオン注入機の斜視図。
【符号の説明】
１…ソースチャンバー、２…前段加速管、３…アナライザー、４…後段加速管、５…イオン注入室、６…ソースヘッド、７…半導体ウェハ、８…ドーズカウンタ（ファラデー）、９…反応生成物付着抑制膜、１０…遮蔽部材、１１…反応生成物脱落抑制膜、１３…イオン通路形成部材、１４…排気ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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