(57)【要約】【課題】  構成が簡単で、小型で、安価なイオン注入装置を提供する。【解決手段】  処理室１１内には、酸素マイナスイオンラジカルを含有するマイナスイオンソースＳがセットされる。ホットプレート４１は、セットされたマイナスイオンソースＳを加熱し、高圧電源１２、加熱されたマイナスイオンソースＳに電界を印加する。これにより、マイナスイオンソースＳから酸素マイナスイオンラジカルが取り出され、単色性の高いイオンビームが生成される。生成されたイオンビームは、静電レンズ２１によって収束され、後段加速器２２によって加速され、四重極レンズ２３によって整形されて、処理室３１内に配置された半導体ウエハＷ上に照射される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板にイオンを注入することにより、該被処理基板の内部に酸化層を形成するイオン注入装置であって、
酸素マイナスイオンラジカルを前記イオンとして、前記被処理基板に注入する、
ことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記イオン注入装置は、
前記イオンのビームを生成するビーム生成手段と、
前記ビーム生成手段が生成する前記ビームを、前記被処理基板上まで真っ直ぐに導いて照射するビーム照射手段と、
から構成される、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】
前記ビーム照射手段は、
前記ビームを収束する収束レンズと、
前記イオンを加速して所定エネルギーのビームを生成する加速器と、
前記ビームを整形する四重極レンズと、から構成され、
前記収束レンズ、前記加速器、および、前記四重極レンズの中心軸は、一直線に並んでいる、
ことを特徴とする請求項２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記ビーム生成手段は、
酸素マイナスイオンラジカルを含有するマイナスイオンソースを加熱する加熱手段と、
前記加熱手段によって加熱される前記マイナスイオンソースに電界を印加し、該マイナスイオンソースに含有されている前記酸素マイナスイオンラジカルを取り出すことにより、前記ビームを生成する電界印加手段と、
から構成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記マイナスイオンソースを２５０〜１０００℃に加熱する、ことを特徴とする請求項４に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記電界印加手段は、前記マイナスイオンソースに、１００〜１００００Ｖ／ｃｍの電界を印加する、ことを特徴とする請求項４または５に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記マイナスイオンソースは、12CaO・7Al2O3である、ことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
被処理基板にイオンを注入することにより、該被処理基板の内部に酸化層を形成するイオン注入方法であって、
酸素マイナスイオンラジカルを前記イオンとして、前記被処理基板に注入する工程を備える、
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、被処理基板にイオンを注入する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板に酸素のイオンを注入することにより、シリコン基板の表面から所定深さの位置に埋込酸化層を形成する技術がある。
【０００３】
従来、埋込酸化層を形成するために、マイクロ波イオン源を用いてイオンビームを発生させ、質量分離器で酸素のプラスイオン（１６Ｏ＋）のビームを選別し、半導体ウエハに照射することにより、上記埋込酸化層を形成している（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】吉川昭  他「ＳＩＯＭＸ用大電流酸素イオン注入装置」日立評論  Vol. 81, No. 10, p. 657 (1999-10)、（６５８頁、右欄−６５９頁、左欄）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記したマイクロ波イオン源を用いる方法では、生成されたイオンビームの中から酸素イオンのビームを選別するために、質量分離器等を設置しなければならず、装置全体が巨大になる。
【０００５】
また、イオンを打ち込む際、イオンを打ち込まれた半導体ウエハから二次電子が放出され、半導体ウエハはプラスに帯電する。上記したようにプラスイオンを打ち込む場合は、半導体ウエハのプラス電荷がさらに増加する。
【０００６】
このため、プラスイオンを打ち込んだ領域と打ち込んでいない領域との間では、帯電量が大きく異なり、半導体ウエハ全体における電荷分布が不均一となる。また、高いプラス電位を有する半導体ウエハは、静電気により、パーティクル等を引きつけやすい。このため、半導体ウエハの電荷を中和するための電子ビームを生成する電子源等を設置しなければならず、装置が複雑になる。
【０００７】
また、以上のように質量分離器や電子源等を設置することにより、装置全体のコストが高くなるという問題がある。
【０００８】
従って、本発明は、小型なイオン注入装置、および、小型なイオン注入装置を実現可能なイオン注入方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、構成が簡単なイオン注入装置、および、構成が簡単なイオン注入装置を実現可能なイオン注入方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、安価なイオン注入装置、および、安価なイオン注入装置を実現可能なイオン注入方法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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点にかかるイオン注入装置は、被処理基板にイオンを注入することにより、該被処理基板の内部に酸化層を形成するイオン注入装置であって、酸素マイナスイオンラジカルを前記イオンとして、前記被処理基板に注入する、ことを特徴とする。
【００１２】
前記イオン注入装置は、前記イオンのビームを生成するビーム生成手段と、前記ビーム生成手段が生成する前記ビームを、前記被処理基板上まで真っ直ぐに導いて照射するビーム照射手段と、から構成されてもよい。
【００１３】
前記ビーム照射手段は、前記ビームを収束する収束レンズと、前記イオンを加速して所定エネルギーのビームを生成する加速器と、前記ビームを整形する四重極レンズと、から構成され、前記収束レンズ、前記加速器、および、前記四重極レンズの中心軸は、一直線に並んでいてもよい。
【００１４】
前記ビーム生成手段は、酸素マイナスイオンラジカルを含有するマイナスイオンソースを加熱する加熱手段と、前記加熱手段によって加熱される前記マイナスイオンソースに電界を印加し、該マイナスイオンソースに含有されている前記酸素マイナスイオンラジカルを取り出すことにより、前記ビームを生成する電界印加手段と、から構成されていてもよい。
【００１５】
前記加熱手段は、前記マイナスイオンソースを２５０〜１０００℃に加熱してもよい。
【００１６】
上記加熱温度は、好ましくは４００〜８００℃であり、より好ましくは７００〜８００℃である。
【００１７】
前記電界印加手段は、前記マイナスイオンソースに、１００〜１００００Ｖ／ｃｍの電界を印加してもよい。
【００１８】
上記電界の強さは、好ましくは２００〜５０００Ｖ／ｃｍである。
【００１９】
前記マイナスイオンソースは、12CaO・7Al2O3であってもよい。
【００２０】
本発明の第２の観点にかかるイオン注入方法は、被処理基板にイオンを注入することにより、該被処理基板の内部に酸化層を形成するイオン注入方法であって、酸素マイナスイオンラジカルを前記イオンとして、前記被処理基板に注入する工程を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によって、小型で、構成が簡単な、安価なイオン注入装置およびイオン注入方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態にかかるイオン注入装置について図面を参照して説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態にかかるイオン注入装置は、酸素マイナスイオンラジカル（O-）を被処理基板（半導体ウエハ）に打ち込むことにより、被処理基板の内部に埋込酸化層を形成する。
【００２４】
上記イオン注入装置は、図１に示すように、酸素のマイナスイオンビームを生成するイオンソース部１と、イオンソース部１で生成されたイオンビームを導くビームライン部２と、処理対象の半導体ウエハＷが配置されるエンドステーション部３と、イオンソース部１、ビームライン部２、および、エンドステーション部３の動作を制御する制御装置４と、から構成される。
【００２５】
イオンソース部１は、処理室（イオンビーム生成室）１１と、高圧電源１２と、原料ガス供給装置１３と、ガス排気装置１４と、から構成され、酸素マイナスイオンラジカルを発生させ、酸素のマイナスイオンビームを生成する。
【００２６】
酸素マイナスイオンラジカルは、例えば12CaO・7Al2O3から構成されるマイナスイオンソースＳから発生させることができる。酸素マイナスイオンラジカルは、12CaO・7Al2O3のAlO4四面体が重合して形成するケージ内に閉じこめられており、後述するように、マイナスイオンソースＳを所定温度に加熱して所定の強さの電界を印加することによって取り出される。
【００２７】
処理室１１は、例えばアルミニウム等から形成された処理チャンバである。処理室１１の壁には、マイナスイオンソースＳにマイナスイオンを補充するための原料ガスを処理室１１内に導入するための原料ガス供給管１１ａと、処理室１１内のガスを排気するためのガス排気管１１ｂと、が設置されている。
【００２８】
また、マイナスイオンは、壁にぶつかったり、他の化学種と結びついたりして、その活性を失っていく。このため、処理室１１の内壁は、マイナスイオンと反応しにくいフルオロカーボン（特にＰＴＦＥ；四フッ化エチレン樹脂）、または、テフロン（登録商標）等から形成される。さらに、処理室１１は、マイナスイオンを引きつけないように、処理中は、接地されている、または、マイナスの電位に保持されている。
【００２９】
処理室１１の内部には、ホットプレート４１と、接触電極４２と、クランプ４３と、電極支持部材４４と、引出電極４５と、が設置されている。
【００３０】
ホットプレート４１は、処理室１１内の側壁上に設置されている。ホットプレート４１は、処理室１１内に配置されるマイナスイオンソースＳを後述する所定温度に加熱する。ホットプレート４１の内部には、上記した原料ガス供給管１１ａが貫通しており、原料ガス供給管１１ａを介して供給される原料ガスは、ホットプレート４１の表面から噴出される。
【００３１】
接触電極４２は、マイナスイオンソースＳに貼り付けた状態で製造され、その表面がビームライン部２内を通るイオンビームの進行方向に垂直となるように、ホットプレート４１上に配置される。接触電極４２は、ホットプレート４１の表面から噴出する原料ガスを通す大きさの貫通した空隙のある多孔質とし、原料ガスとマイナスイオンソースＳと接触電極４２の三相界面を有するように製造する。接触電極４２の製造方法としては、例えば、微粉末を膜状に成型し焼結させたもの、もしくはスパッタリングや蒸着によって膜を堆積させる方法がある。
【００３２】
また、原料ガスとの接触面積を増やすため、接触電極４２は、例えば図２に示すように、複数の開口４２ａを有する網状に形成してもよい。接触電極４２は、電界を印加するための高圧電源１２の陰極と電気的に接続されている。
【００３３】
接触電極４２に使用可能な物質としては、（１）ジルコニア系の物質、（２）セリア系の物質、（３）ペロブスカイト型（ABO3）複酸化物にドープしたもの、（４）酸化雰囲気で安定な金属などのイオン導電性の高い物質がある。
【００３４】
上記（１）に該当する物質としては、例えば、YSZ（８mol%Y2O3-ZrO2：イットリア安定化ジルコニア）、SSZ（１０mol%Sc2O3-１mol%Al2O3-ZrO2：スカンジア安定化ジルコニア）などが挙げられる。
【００３５】
上記（２）に該当する物質としては、例えばGDC（２０mol%GdO1.5-CeO2：ガドリニウム含有セリア）、SDC（２０mol%SmO1.5-CeO2：サマリウム含有セリア）などが挙げられる。なお、これら以外に、YO1.5、GaO1.5、NbO2.5などをドープしたものでも良い。
【００３６】
上記（３）に該当する物質としては、(La,Sr)MnO3：マンガン酸ランタン−ストロンチウム置換、(La,Sr)(Co,Ni,Fe)O3：コバルト酸ランタン−ストロンチウム置換、ニッケル置換、鉄置換、(La,Sr)(Ga,Mg)O3：ガリウム酸ランタン、ランタンガレート−ストロンチウム置換、マグネシウム置換、(La,Sr)(Cr,Ti,Co)O3：クロム酸ランタン−ストロンチウム置換、チタン置換、コバルト置換、La2/3(Ti0.95Al0.05)O3：チタン酸ランタン−アルミ置換などが挙げられる。なお、ランタンを別のランタノイド（La〜Eu、１２配位のイオン半径が比較的大きいもの）（例えば、Sm0.5Sr0.5CoO3など）に置き換えたものでも良い。
【００３７】
上記（４）に該当する物質としては、Pt、Au、Ag、Pdなどが挙げられる。なお、処理温度が比較的低い場合には、他の金属を接触電極４２として使用することもできる。
【００３８】
クランプ４３は、接触電極４２およびマイナスイオンソースＳを、ホットプレート４１上に固定すると共に、原料ガスが接触電極４２とホットプレート４１の隙間から流れ出ることを防止する。
電極支持部材４４は、その一端が処理室１１の壁に固定されている。電極支持部材４４は、引出電極４５を、接触電極４２に対向するように支持する。
【００３９】
引出電極４５は、マイナスイオンソースＳから取り出されたマイナスイオンが通過可能な形状に形成された電極である。例えば、引出電極４５は、網状に形成された金属電極またはセラミック電極あるいはそれらの複合材料で構成される。また、例えば、円板状で中心部に穴を持つ形状でもよい。なお、引出電極４５に使用可能な金属としては、耐酸化性を有するPtやAuなどがある。
【００４０】
また、処理室１１には、ホットプレート４１（即ち、ホットプレート４１によって加熱されるマイナスイオンソースＳ）の温度を測定する温度計４６と、処理室１１内の圧力を測定する圧力計４７が設置されている。
【００４１】
高圧電源１２は、その陰極がホットプレート４１内を通る配線を介して接触電極４２に接続され、その陽極が電極支持部材４４内を通る配線を介して引出電極４５に接続されている。高圧電源１２は、接触電極４２と引出電極４５との間に所定の大きさの電圧を印加することにより、マイナスイオンソースＳに、後述する強さの電界を印加する。これにより、所定温度に加熱されたマイナスイオンソースＳからマイナスイオンが取り出される。
【００４２】
原料ガス供給装置１３は、原料ガス供給管１１ａを介して処理室１１に接続される。原料ガス供給装置１３は、マイナスイオンが取り出されたマイナスイオンソースＳに新たなマイナスイオンを補充するための原料ガス（酸素ガス、または、酸素ガスと不活性ガスの混合ガス）を、原料ガス供給管１１ａを介して処理室１１内に供給する。
【００４３】
原料ガス供給装置１３によって供給される原料ガスは、原料ガス供給管１１ａを介して、ホットプレート４１の表面から噴出し、接触電極４２の背面上に供給される。そして、供給された原料ガスは、接触電極４２を介してマイナスイオンソースＳと接触電極４２と原料ガスとの三相界面に供給される。
【００４４】
また、原料ガス供給装置１３は、接触電極４２の背面側におけるガスの全圧および原料（酸素）の分圧が、マイナスイオンソースＳの引出電極４５側におけるガスの全圧および原料の分圧と等しいかまたは少し高くなるように、原料ガスを供給する。この分圧差によりマイナスイオンソースＳ中の目的イオンの濃度勾配を作り、マイナスイオンを引き出しやすくする。
【００４５】
ガス排気装置１４は、排気ポンプ等を備え、ガス排気管１１ｂを介して処理室１１に接続される。ガス排気装置１４は、処理室１１内のガスを排気し、処理室１１内の圧力を、イオン注入が行われるエンドステーション部３内の圧力と同程度の圧力（具体的には、１０−５〜１０−６Pa）に設定する。
【００４６】
ビームライン部２は、静電レンズ２１と、後段加速器２２と、四重極レンズ２３と、から構成され、イオンソース部１で生成されたイオンビームを、エンドステーション部３に導く。
【００４７】
なお、上記したマイナスイオンソースＳから生成されるイオンビームは単色性が高いので、目的のイオンを選別するための質量分離器等を設ける必要がない。これにより、静電レンズ２１、後段加速器２２、および、四重極レンズ２３は、それぞれの中心軸が一直線に並ぶように設置することができる。
【００４８】
静電レンズ２１は、イオンソース部１で生成されたイオンビームを収束する。
後段加速器２２は、マイナスイオンを加速して、所定エネルギーのイオンビームを生成する。なお、後段加速器２２の加速によって得られるイオンビームのエネルギーは、マイナスイオンを打ち込む対象である被処理基板（半導体ウエハＷ）の材質や、埋込酸化層を形成する深さ等に応じて設定される。
【００４９】
例えば、半導体ウエハＷの表面から２４０nmの位置に埋込酸化層（酸素濃度の最も高い部分）を形成する場合、加速エネルギーは１００keVに設定される。また、表面から４００nmの位置に埋込酸化層を形成する場合、加速エネルギーは１８０keVに設定される。
四重極レンズ２３は、イオンビームの断面積および断面形状を、半導体ウエハＷのイオンを打ち込む領域に合ったものに調整する。
【００５０】
エンドステーション部３は、処理室（イオン注入室）３１と、ガス排気装置３２と、から構成され、半導体ウエハＷにイオンを注入する。
処理室３１は、例えばアルミニウム等から形成された処理チャンバである。処理室３１には、基板ホルダ５１と、基板加熱ヒータ５２と、圧力計５３と、が設置されている。
【００５１】
基板ホルダ５１は、複数の半導体ウエハＷを保持する。基板ホルダ５１は、回転モータ等を備え、例えば回転することにより、イオン注入を行う注入位置に各半導体ウエハＷを順次配置する。また、基板ホルダ５１は、注入位置に配置した半導体ウエハＷの配置位置を、ウエハ載置面５１ａに沿った方向に変化させる移動機構を備え、半導体ウエハＷの配置位置を変化させることにより、イオンを注入する領域全体にイオンビームを照射する。
【００５２】
基板加熱ヒータ５２は、上記注入位置とは別の加熱位置に、基板ホルダ５１上の半導体ウエハＷに対向するように設置されている。基板加熱ヒータ５２は、注入される酸素マイナスイオンラジカルによる半導体ウエハＷの結晶欠陥を極力少なくするため、半導体ウエハＷを所定温度（例えば、４５０〜５５０℃）に加熱する。
【００５３】
圧力計５３は、処理室３１内の圧力を測定するために設けられている。
ガス排気装置３２は、排気ポンプ等を備え、ガス排気管３１ａを介して処理室３１に接続される。ガス排気装置３２は、処理室３１内のガスを排気し、処理室３１内の圧力を所定の圧力に設定する。具体的には、不純物イオンを排除し、イオン注入がスムーズに行われるようにするため、ガス排気装置３２は、処理室３１内の圧力を１０−５Pa未満に設定する。
【００５４】
制御装置４は、マイクロコンピュータ等から構成され、所定のイオン注入処理を実行するためのプログラムを記憶している。制御装置４は、記憶しているプログラムに従ってイオンソース部１、ビームライン部２、および、エンドステーション部３の動作を制御し、半導体ウエハＷの所定領域に酸素マイナスイオンラジカルを注入する。なお、制御装置４の詳しい動作については後述する。
【００５５】
次に、ホットプレート４１が加熱するマイナスイオンソースＳの温度、および、高圧電源１２が印加する電圧の大きさについて説明する。
マイナスイオンソースＳ内のマイナスイオンは、マイナスイオンソースＳを加熱して電界を印加することにより取り出される。この際、マイナスイオンソースＳの温度が２５０℃より低いと、マイナスイオンソースＳ中のマイナスイオンが活性化しないため、マイナスイオンを取り出すのが困難になる。一方、マイナスイオンソースＳの温度が１０００℃を越えると、活性化されたマイナスイオンが異常発生し、マイナスイオンソースＳが変性するおそれがある。また、加熱温度が８００℃より高いと、処理室１１内に設置されるホットプレート４１や電極などに、高い耐熱性を有する特殊なセラミックや金属等を用いなければならなくなる。
【００５６】
このため、ホットプレート４１が加熱するマイナスイオンソースＳの温度は、マイナスイオンソースＳからマイナスイオンを容易に取り出すことが可能である温度、２５０〜１０００℃に設定される。この温度範囲の中でも、一般的な金属などの材質を使用可能な温度、４００〜８００℃に設定されるのが好ましい。さらに、マイナスイオンを取り出す際に印加する電圧を比較的低く抑えるために、７００〜８００℃の範囲内に設定されるのが好ましい。
【００５７】
以上のような好適な温度に加熱されたマイナスイオンソースＳに電界を印加することにより、マイナスイオンソースＳに含有されているマイナスイオンを取り出すことができる。
【００５８】
この際、印加される電界が弱すぎると、処理に必要な量のマイナスイオンを取り出すことができず、一方、強すぎると、必要以上のマイナスイオンが取り出される。
【００５９】
必要以上のマイナスイオンが取り出された場合、目的以外の部分（処理室１１の内壁および引出電極４５等）において生じるマイナスイオンとの反応が、イオン注入処理に影響を与える場合がある。このため、マイナスイオンソースＳに印加する電界の強さは、必要なマイナスイオンの量（電流量）を得ることができる強さに設定される。
【００６０】
また、イオン注入にかかる時間は、電流量が大きいほど短く、電流量が小さいほど長い。また、半導体ウエハＷのイオンを注入する面積が狭いほど短く、広いほど長い。
【００６１】
例えば、高速低電力ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）の製造に使用される低ドーズ量のＳＩＭＯＸ（separation by implanted oxygen）ウエハでは、厚さが１００nmのSiO2層を形成するために、単位面積あたり４．４×１０１７個/cm2の酸素イオンが必要である。
【００６２】
４．４×１０１７個/cm2のドーズ量を得るためには、イオン電流７０mAで約１秒かかる。直径が２００mmの半導体ウエハＷの全面（３１４cm2）に、上記ドーズ量でマイナスイオンを注入するためには、イオン電流７０mAで５．３分かかる。また、直径が３００mm（ウエハ全面の面積が７０７cm2）の場合は、イオン電流７０mAで１１．９分かかる。
【００６３】
さらに、マイナスイオンソースＳから得られる電流量は、マイナスイオンソースＳの材料とその温度、処理室１１内の圧力によって異なる。
例えば、１０−３Paの圧力下で、マイナスイオンソースＳであるC12A7を８００℃に加熱した場合、４０００V/cmの電界を印加することにより、単位面積当たり１０μA/cm2の電流量を得ることができる。この場合、イオンが取り出される面の面積が７８００cm2（直径が１００cmの円板状）であれば、７８mAのイオン電流を得ることができる。
【００６４】
このように、マイナスイオンソースＳに印加される電界の強さ（即ち、高圧電源１２が印加する電圧の大きさ）は、マイナスイオンソースＳの材質や圧力条件などに応じて設定される。
【００６５】
ただし、上記した処理室１１内の圧力範囲（１０−５〜１０−６Pa）において、印加する電界の大きさが１００V/cm未満では、マイナスイオンソースＳからマイナスイオンを取り出すことができない場合があり、また、１００００V/cm以上では、放電が生じる。このため、高圧電源１２が印加する電圧の大きさは、印加する電界の大きさが１００〜１００００V/cm、好ましくは２００〜５０００V/cmの範囲内に収まるように設定される。
【００６６】
次に、上記したプラズマ処理装置の動作について説明する。
マイナスイオンソースＳは、処理室１１内に予めセットされている。半導体ウエハＷは、処理室３１の図示せぬ搬送口から、基板ホルダ５１上に載置される。
【００６７】
制御装置４は、例えばオペレータの処理開始指示に応答して、予め記憶しているプログラムに従ってイオンソース部１、ビームライン部２、および、エンドステーション部３の動作を制御し、以下に示すようにイオン注入処理を行う。
【００６８】
初めに、制御装置４は、圧力計４７の測定結果を用いてガス排気装置１４を制御し、処理室１１内の圧力を所定の圧力（１０−５〜１０−６Pa）に設定する。
また、制御装置４は、圧力計５３の測定結果を用いてガス排気装置３２を制御し、処理室３１内の圧力を所定の圧力（１０−５〜１０−６Pa）に設定する。
【００６９】
なお、ビームライン部２内の圧力も、図示せぬ排気装置、または、ガス排気装置１４，３２によって、所定の圧力（例えば１０−５〜１０−６Pa）に設定される。
イオン注入装置内の圧力が所定圧力になると、制御装置４は、基板加熱ヒータ５２を制御して処理対象の半導体ウエハＷを所定温度に加熱し、基板ホルダ５１を制御して、所定温度に加熱した半導体ウエハＷを注入位置に配置する。
【００７０】
また、制御装置４は、温度計４６の測定結果を用いてホットプレート４１を制御し、ホットプレート４１上に配置されているマイナスイオンソースＳを所定の温度（例えば８００℃）に加熱する。
【００７１】
そして、制御装置４は、原料ガス供給装置１３を制御し、処理室１１内に原料ガスを供給する。この際、制御装置４は、接触電極４２の背面側におけるガスの全圧、および原料の分圧が、マイナスイオンソースＳの引出電極４５側における雰囲気の全圧、および原料の分圧よりも高くなるように原料ガスを供給する。
【００７２】
その後、制御装置４は、静電レンズ２１、後段加速器２２、および、四重極レンズ２３を制御し、イオンビームを収束するための、加速するための、および、整形するための電磁界を発生させる。
【００７３】
そして、制御装置４は、高圧電源１２を制御して、例えば４０００V/cmの電界がマイナスイオンソースＳに印加されるように、接触電極４２と引出電極４５との間に所定の電圧を印加する。これにより、マイナスイオンソースＳ内のマイナスイオンが引き出され、接触電極４２と引出電極４５との間の電位差によって加速され、イオンビームとしてビームライン部２に供給される。
【００７４】
ビームライン部２に供給されたイオンビームは、静電レンズ２１によって収束され、後段加速器２２によって所定のエネルギーまで加速され、四重極レンズ２３によって、その断面積および断面形状が調整され、注入位置に配置された半導体ウエハＷ上に照射される。イオンビームの照射中は、制御装置４は、基板ホルダ５１を制御して、半導体ウエハＷの配置位置を変化させ、半導体ウエハＷの、イオンを注入する領域全体にイオンビームを照射する。
【００７５】
以上のようにして、半導体ウエハＷの所定領域に、酸素マイナスイオンラジカルが注入される。この際、半導体ウエハＷから二次電子が放出され、これにより、半導体ウエハＷがプラスに耐電する。
【００７６】
しかし、以上のようにマイナスイオンを用いることにより、二次電子の放出による帯電が緩和される。これにより、イオンを打ち込んだ領域と打ち込んでいない領域との間での帯電量の差が小さく、半導体ウエハＷ全体における、電荷分布のばらつきが小さい。また、二次電子による帯電がマイナスイオンによって緩和されるため、除電などの処理を行う必要がない。即ち、除電用の電子ビームを生成するための電子源を設ける必要がない。
【００７７】
また、上記したように、マイナスイオンソースＳから生成されるイオンビームは単色性が高いので、目的のイオンを選別するための質量分離器等を設ける必要がない。これにより、イオンソース部１からエンドステーション部３までイオンビームが真っ直ぐ進むように、即ち、静電レンズ２１、後段加速器２２、および、四重極レンズ２３の中心軸が一直線に並ぶように構成することができる。
【００７８】
以上のように、質量分離器や電子源等を設ける必要がないので、イオン注入装置の構成を単純で小型なものとすることができる。また、質量分離器や電子源等を設けない分、装置全体のコストを低く抑えることができる。
【００７９】
なお、上記実施の形態では、処理室１１内に１枚のマイナスイオンソースＳが配置される場合を例として示した。このような、マイナスイオンソースＳは、例えば７８００cm2という大面積を有する。しかし、図３に示すように、大面積のマイナスイオンソースＳを用いる代わりに、例えば２５００cm2程度の小面積を有する複数のマイナスイオンソースＳを並列に並べて使用しても良い。
【００８０】
また、上記したイオンソース部１の構成は、図１に示した構成に限らず、例えば図４（ａ）〜４（ｃ）に示すような構成であってもよい。
具体的には、図４（ａ）に示すように、上記したホットプレート４１の代わりに、被覆ヒータ６２ａを内包する、TaまたはMoから形成される孔開き金属ホットプレート６２ｂが用いられてもよく、温度差を吸収する、中空の金属管６３上にホットプレート６２ｂが設置されてもよい。
【００８１】
また、図４（ｂ）に示すように、ホットプレート４１の代わりに、複数のランプ６４を設置し、ランプ６４の輻射熱によってマイナスイオンソースＳを加熱するようにしてもよい。この場合、接触電極４２とランプ６４との間には、光を透過する石英窓６５が設置される。また、輻射熱をマイナスイオンソースＳに集中させるために、ランプ６４の光を反射する反射板６６等が設置されてもよい。
【００８２】
また、図４（ｃ）に示すように、マイクロ波を発生させるマイクロ波電源６７と、マイクロ波を伝搬させる導波管６８ａおよび円錐石英ガラス（導波管）６８ｂと、を設置し、マイクロ波によってマイナスイオンソースＳを加熱するようにしてもよい。この場合、円錐石英ガラス６８ｂと接触電極４２との間には、マイナスイオンソースＳの全面を均一に加熱するために、高いマイクロ波吸収率と高い熱伝導性を有するSiCやムライト（3Al2O3・2SiO2）等から形成される均熱板６９を設置しても良い。
【００８３】
以上のようにイオンソース部１を構成しても、上記した実施の形態と同様に、マイナスイオンをマイナスイオンソースＳから取り出し、半導体ウエハＷに注入することができる。
【００８４】
また、ビームライン部２に、イオンビームの進行方向を変化させる偏向装置を設けても良い。この場合、制御装置４は、偏向装置を制御し、半導体ウエハＷ上の所定領域をイオンビームで走査しても良い。
【００８５】
また、酸素の同位体が、イオンの注入深さ分布に影響を及ぼす場合がある。このような場合は、酸素同位体を排除するための質量分離器を、後段加速器２２の前に設置しても良い。この際、イオンソース部１からエンドステーション部３までのビーム路を直線に保つためには、Ｅ×Ｂ（電場と直交する磁場）タイプの質量分離器を設けると良い。
【００８６】
また、12CaO・7Al2O3の品質によっては、O-以外のマイナスイオン（例えばOH-等）が取り出される場合がある。このような場合は、イオンソース部１とビームライン部２との間に質量分離器等を設け、単色化、即ちO-イオンの選別を行ってもよい。
【００８７】
また、上記実施の形態では、マイナスイオンソースＳの例として12CaO・7Al2O3を示したが、他のものをマイナスイオンソースＳとして用いることもできる。例えば、カルシウムアルミネート（Ca12Al14O33、マイエナイト、アルミン酸カルシウム）、シリコン置換型マイエナイト（Ca12Al10Si4O35）、マイエナイト型ストロンチウムアルミネート（12SrO・7Al2O3、Sr12Al14O33、アルミン酸ストロンチウム）や、上記した接触電極４２に使用可能な（１）ジルコニア系の物質、（２）セリア系の物質、（３）ペロブスカイト型（ABO3）複酸化物にドープしたものなどを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態にかかるイオン注入装置の構成を示す図である。
【図２】図１のイオン注入装置を構成する接触電極の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるイオン注入装置の他の構成を示す図である。
【図４】図１のイオン注入装置を構成するイオンソース部の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１      イオンソース部
２      ビームライン部
３      エンドステーション部
４      制御装置
１１    処理室
１１ａ  原料ガス供給管
１１ｂ  ガス排気管
１２    高圧電源
１３    原料ガス供給装置
１４    ガス排気装置
２１    静電レンズ
２２    後段加速器
２３    四重極レンズ
３１    処理室
３１ａ  ガス排気管
３２    ガス排気装置
４１    ホットプレート
４２    接触電極
４２ａ  開口
４３    クランプ
４４    電極支持部材
４５    引出電極
４６    温度計
４７    圧力計
５１    基板ホルダ
５２    基板加熱ヒータ
５３    圧力計
【図１】
2005294043.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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