プラズマを用いたイオン注入装置
【課題】 二次電子によって発生するウェハーの汚染を防止できるプラズマを用いたイオン注入装置を提供する。また、ＲＦ電界によってチェンバー内で発生するアーク放電を低減できるプラズマを用いたイオン注入装置を提供する。さらに、広い圧力条件で安定的なプラズマの生成を可能にし、薄い接合深さを維持しながら、多量のイオンをウェハーに注入するのに適したプラズマを生成できるプラズマを用いたイオン注入装置を提供する。
【解決手段】 プラズマ発生ユニットと、該プラズマ発生ユニットから生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入ユニットと、該イオン注入ユニットに設けられ、帯電現象を防止するために接地された伝導体と、を含んでプラズマを用いたイオン注入装置を構成する。
【解決手段】 プラズマ発生ユニットと、該プラズマ発生ユニットから生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入ユニットと、該イオン注入ユニットに設けられ、帯電現象を防止するために接地された伝導体と、を含んでプラズマを用いたイオン注入装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置に関するもので、より詳しくは、プラズマを用いたイオン注入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入（イオンインプランテーション）技術は、ドーピングしようとする不純物物質をイオン化させた後、加速させることで、高い運動エネルギーを有する不純物原子をウェハーの表面に強制に注入させる技術である。
【０００３】
上記のようなイオン注入技術は、半導体製造工程に活用される。すなわち、半導体製造工程におけるイオン注入工程は、不純物をイオン粒子状に加速させた後、回路パターンに連結されたウェハーの部分に浸透させることで、電子素子の特性を生成する工程である。このような半導体製造工程におけるイオン注入工程は、従来のイオンビームを用いたイオン注入装置によって行われた。
【０００４】
上記のような従来のイオンビームを用いたイオン注入装置は、一般的に、イオン発生源、加速装置、高真空装置を備えているが、装備が複雑であり、体積が大きく、高価の装置によって製造費用が上昇するという問題点があった。
【０００５】
また、最近は、高集積の半導体素子が広く開発されているが、この半導体素子には、半導体単位素子の線幅が漸次狭くなるにつれて、より薄い接合深さ（ジャンクションデプス）が要求される。また、半導体素子の動作速度を向上させるために、より多量のイオン注入が必要となる。したがって、薄い接合深さを実現するために、低いエネルギーのイオンを用いるべきであるが、従来のイオンビームを用いたイオン注入装置においては、イオンエネルギーが低くなると、各イオン間の相互反発力によって発生するイオンビームの発散現象が増加し、イオン注入効率が低下するという問題点があった。すなわち、従来のイオンビームを用いたイオン注入装置においては、上記のような高集積の半導体を製造するためのイオン注入工程の要求条件を満足させる場合、工程特性が低下し、生産性が著しく低下するという問題点があった。
【０００６】
上記のような従来のイオンビームを用いたイオン注入技術における問題点を克服するために、プラズマを用いたイオン注入技術が開発された。
【０００７】
プラズマを用いたイオン注入技術は、注入しようとする物質を気体状態で導入してプラズマを形成した後、処理しようとする素材に高電圧のパルスを印加することで、プラズマ中の陽イオンを素材の表面に衝突させて注入させる技術である。
【０００８】
素材に印加された高電圧パルスによって素材の周囲にプラズマシースが形成され、各イオンは、プラズマシースの境界に垂直な方向に素材の表面に入射される。このとき、素材の表面に入射された各イオンが、高い運動エネルギーで素材の表面に浸透することで、イオン注入が行われるようになる。
【０００９】
プラズマを用いたイオン注入技術は、従来のイオンビームを用いたイオン注入技術と異なって、線形的な処理技法でないため、処理する素材をステッピングまたは回転する必要なしに、プラズマシースの大きさのみを制御することで、素材の表面に均一なイオン注入層を形成し、その結果、処理速度を大いに向上できる。また、プラズマを用いたイオン注入装置には、装備の構造が非常に単純であり、その大きさが相対的に小さく、価格が低廉であるという長所もある。
【００１０】
図１は、従来のプラズマを用いたイオン注入装置の一例を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、従来のプラズマを用いたイオン注入装置は、その内部にプラズマ形成空間が設けられた円筒状の反応チェンバー１と、この反応チェンバー１の下部に設けられ、基板、例えば、ウェハーＷを支持する支持台２と、反応チェンバー１の上部カバー３に設けられる絶縁体ウィンドウ４と、この絶縁体ウィンドウ４の上部に設けられ、反応チェンバー１の内部にプラズマを生成させるためにＲＦ電源に連結されたコイルアンテナ５と、支持台２の背面に設けられ、支持台２に載置されたウェハーＷに注入されるイオンのエネルギーを正確に調節するために、高電圧パルスをウェハーＷに印加する高電圧電源部６と、を含んで構成される。
【００１２】
反応チェンバー１の側壁には、反応ガスを反応チェンバー１の内部に注入するためのガス注入口１ａが形成されている。また、反応チェンバー１の底壁には、真空ポンプ７に連結される真空吸入口１ｂが形成されており、反応チェンバー１の内部は、真空吸入口１ｂを通して真空ポンプ７によって真空状態になる。
【００１３】
上記のような従来のプラズマを用いたイオン注入装置は、コイルアンテナ５を通して流れるＲＦ電流によって磁場が発生し、この磁場の時間による変化に基づいて反応チェンバー１の内部に電場が誘導される。これと同時に、反応ガスがガス注入口１ａを通して反応チェンバー１の内部に流入し、誘導電場によって加速された各電子の衝突過程を通して反応ガスをイオン化させることで、反応チェンバー１内にプラズマを生成する。
【００１４】
上記のように形成されたプラズマの各イオンは、ウェハーＷに印加された高電圧のパルスによってウェハーＷの表面に入射される。また、この入射される各イオンが高い運動エネルギーでウェハーの表面に浸透することで、イオン注入が行われるようになる。
【００１５】
このとき、ウェハーＷに印加された高電圧パルスによって強く加速されたプラズマのイオンは、ウェハーＷ及び反応チェンバー１の内壁と衝突しながら二次電子を多く発生させる。この二次電子が、ウェハーＷの周囲に形成された強い電場を有するプラズマシース領域で加速され、反応チェンバー１の上部に設けられた絶縁体ウィンドウ４を帯電させることで、絶縁体ウィンドウ４は高い陰電位を帯びるようになる。一般的に、従来のプラズマを用いたイオン注入装置において、約５ｋＶの高電圧パルスによって帯電される絶縁体ウィンドウ４の電位は、約１〜２ｋＶになる。
【００１６】
上記のような高い陰電位を帯びる絶縁体ウィンドウ４は、周囲に分布したプラズマの各イオンを強く引き付けながら絶縁体ウィンドウ４のスパッタリングを誘発する。その結果、スパッタリングによって形成された副産物が、反応チェンバー１の内壁とウェハーＷの表面を汚染させるという問題点があった。
【００１７】
また、従来のプラズマを用いたイオン注入装置の反応チェンバー１は、単純な円筒状の構造となっており、コイルアンテナ５を通して流れるＲＦ電流によってＲＦ電界が反応チェンバー１に形成される。その結果、ＲＦ電界によって、反応チェンバー１にアーク放電（ａｒｃｉｎｇ）が発生するという問題点があった。
【００１８】
また、ＲＦ電源を用いてプラズマを生成する場合、高い電子温度を有する高密度のプラズマが発生するが、高い電子温度を有するプラズマは、（注入ガスの解離を促進させることで）相対的に（質量の）軽いイオンの生成を促進させる。このように相対的に軽いイオンがウェハーの表面に注入されると、各イオンがウェハーに深く浸透することで深い接合深さが形成される。そのため、高い電子温度を有するプラズマは、薄い接合深さが要求される高集積半導体素子のイオン注入には適切でないという問題点があった。また、従来のプラズマを用いたイオン注入装置は、過度に高い密度を有するプラズマの各イオンがウェハーに直接衝突することで、ウェハーに損傷を与えるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、二次電子によって発生するウェハーの汚染を防止できるプラズマを用いたイオン注入装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、ＲＦ電界によってチェンバー内で発生するアーク放電を低減できるプラズマを用いたイオン注入装置を提供することにある。
【００２１】
本発明の更に他の目的は、広い圧力条件で安定的なプラズマの生成を可能にし、薄い接合深さを維持しながら、多量のイオンをウェハーに注入するのに適したプラズマを生成できるプラズマを用いたイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の目的を達成するための本発明は、プラズマ発生ユニットと、該プラズマ発生ユニットで生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入ユニットと、該イオン注入ユニットに設けられ、帯電現象を防止するために接地された伝導体と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、前記プラズマ発生ユニットは、プラズマが生成される空間を形成する１チェンバーと、該第１チェンバーの一側に設けられてプラズマを発生するコイルアンテナと、該コイルアンテナにエネルギーを供給するパワー供給部と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
また、前記イオン注入ユニットは、前記プラズマ発生ユニットに生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入空間を形成する第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含むことを特徴とする。
【００２５】
また、前記パワー供給部は、ＲＦパワーを供給することを特徴とする。
【００２６】
また、前記電源部は、高電圧パルスを試料に印加することを特徴とする。
【００２７】
また、前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定高さを有して環状に形成されることを特徴とする。
【００２８】
また、前記第２チェンバーは、円筒状に形成されることを特徴とする。
【００２９】
また、前記第１チェンバーは、絶縁体によって形成されることを特徴とする。
【００３０】
また、前記第２チェンバーには、プラズマが前記第１チェンバーから第２チェンバーに拡散されるように、前記第１チェンバーの下側に対応する流入口が形成されることを特徴とする。
【００３１】
また、前記イオン注入ユニットは、試料を装着するための載置台を含み、前記伝導体は、前記載置台と対向して設けられることを特徴とする。
【００３２】
また、前記伝導体は、Ｓｉによって形成されることを特徴とする。
【００３３】
また、前記第１チェンバーには、第１ガス注入口が形成され、前記第２チェンバーには、第２ガス注入口が形成されることを特徴とする。
【００３４】
そして、本発明は、プラズマが形成される第１チェンバーと、該第１チェンバーからプラズマを拡散させるための流入口が形成され、プラズマのイオンを試料に注入するための第２チェンバーと、前記第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、前記第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含むことを特徴とする。
【００３５】
また、前記コイルアンテナには、ＲＦパワーが供給され、前記電源部は、高電圧パルスを試料に印加することを特徴とする。
【００３６】
また、前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定高さを有して環状に形成され、前記第２チェンバーは、円筒状に形成されることを特徴とする。
【００３７】
また、前記流入口は、前記第１チェンバーの下側が前記第２チェンバーに開放されるように、環状に形成されることを特徴とする。
【００３８】
また、前記第２チェンバーは、帯電現象を防止するために接地された伝導体を含み、前記伝導体は、Ｓｉによって形成されることを特徴とする。
【００３９】
また、前記第２チェンバーは、試料を装着する載置台を含み、前記伝導体は、前記載置台に装着された試料と対向して設けられることを特徴とする。
【００４０】
また、前記第１チェンバーには、第１ガス注入口が形成され、前記第２チェンバーには、第２ガス注入口が形成されることを特徴とする。
【００４１】
また、本発明は、プラズマが形成される第１チェンバーと、該第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、前記第１チェンバーからプラズマを拡散させるための流入口が形成され、載置台に装着される試料にプラズマのイオンを注入するための第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、前記試料との対向位置に接地されて設けられた伝導体と、を含むことを特徴とする。
【００４２】
また、本発明は、プラズマが形成される環状の第１チェンバーと、該第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、前記第１チェンバーから拡散されたプラズマのイオンを試料に注入するための第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含み、前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定幅を有して環状に形成され、前記第２チェンバーと互いに連通されることを特徴とする。
【００４３】
また、本発明は、プラズマが形成される上部チェンバーと、該上部チェンバーで形成されたプラズマのイオンを試料に注入するための下部チェンバーと、を含み、前記上部チェンバーは、前記下部チェンバーの上面に設けられ、プラズマが前記下部チェンバーに拡散されるように前記下部チェンバーと連通されることを特徴とする。
【００４４】
また、前記上部チェンバーは、プラズマを発生させるための電界が前記下部チェンバーに伝播されないように、前記下部チェンバー内のアーク放電を抑制するように構成されることを特徴とする。
【００４５】
また、本発明は、前記上部チェンバーを取り囲んで設けられ、前記上部チェンバーにプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、前記試料の汚染を防止するために、前記下部チェンバーの内部及び前記試料の上部に設けられる伝導体プレートと、をさらに含むことを特徴とする。
【００４６】
また、本発明は、前記上部チェンバーの上面に設けられ、前記上部チェンバーにプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、前記試料の汚染を防止するために、前記下部チェンバーの内部及び前記試料の上部に設けられる伝導体プレートと、をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置は、ウェハーとの対向位置に接地された伝導体を設けることで、二次電子及びプラズマの各イオンのスパッタリングによって発生するウェハーの汚染を防止できるという効果がある。
【００４８】
また、本発明は、第２チェンバーにＲＦ電界が伝播されないので、イオン注入工程時に第２チェンバー内で発生するアーク放電を低減できるという効果がある。
【００４９】
また、本発明は、第１チェンバーが環状を有して形成されるので、広い領域の圧力条件で安定的なプラズマ発生が可能であり、第２チェンバーの内部に拡散されたプラズマが低い電子温度及び適正なプラズマ密度を有するので、イオン注入工程、特に、薄い接合深さのイオン注入工程に適したプラズマを提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の好適な実施の形態を、添付の図面に基づいて詳しく説明する。
【００５１】
図２は、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す断面図で、図３は、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す切開斜視図である。
【００５２】
プラズマを用いたイオン注入装置は、注入しようとする物質を気体状態で反応チェンバーに導入してプラズマを形成した後、ウェハーに高電圧パルスを印加することで、プラズマ中の陽イオンをウェハーの表面に衝突させて注入させる半導体製造装置である。
【００５３】
本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置１０は、図１及び図２に示すように、プラズマを形成するために設けられるプラズマ発生ユニット３０と、プラズマ発生ユニット３０で形成されたプラズマを拡散させることで、プラズマ中の陽イオンをウェハーＷに注入するイオン注入工程が行われるイオン注入ユニット２０と、を含んで構成される。
【００５４】
プラズマ発生ユニット３０は、プラズマが生成される空間を形成する第１チェンバー３５と、第１チェンバー３５の上部に設けられ、プラズマを第１チェンバー３５に誘導するコイルアンテナ３４と、コイルアンテナ３４にエネルギーを供給するパワー供給部３７と、を含んで構成される。
【００５５】
第１チェンバー３５は、その内部にプラズマ形成空間を形成するために、円筒体の外周面を形成する外側絶縁体３２と、円筒体の内周面を形成する内側絶縁体３３と、外側絶縁体３２と内側絶縁体３３との間の円筒体上部を覆う絶縁プレート３３と、から構成される。したがって、第１チェンバー３５は、下部が開放された形態をなし、全体的に所定高さを有して環状に形成される。このとき、第１チェンバー３５は、幅が約４ｃｍで、高さが約７．５ｃｍであることが好ましい。
【００５６】
また、外側絶縁体３２の一側には、プラズマ生成のための放電過程を円滑にする反応ガスを、第１チェンバー３５の内部に注入するための第１ガス注入口３６が形成される。この第１ガス注入口３６は、内側絶縁体３３に位置することもあり、設計によって設置高さが変化される。
【００５７】
絶縁プレート３３の上部には、円状または螺旋状にコイルが複数回巻かれたコイルアンテナ３４が設置される。このコイルアンテナ３４は、 第１チェンバー３５の内部に注入された反応ガスのイオン化を通して、プラズマを生成させるための電場を誘導する。コイルアンテナ３４には、ＲＦパワーをコイルアンテナ３４に供給するためのパワー供給部３７が連結される。このとき、パワー供給部３７から供給されるＲＦパワーの振動数は、約２ＭＨｚであることが好ましい。したがって、コイルアンテナ３４をなす各コイルにＲＦ電流が流れることで、アンペアの右ねじの法則によって磁場が発生し、この磁場の時間による変化によって、第１チェンバー３５の内部には、ファラデー電磁気誘導法則による円周方向への電場が誘導される。誘導電場が反応ガス内で電子を加速させ、この電子が第１ガス注入口３６を通して第１チェンバー３５の内部に流入した反応ガスをイオン化させることで、プラズマが生成される。
【００５８】
上記のような環状の第１チェンバー３５は、従来の円筒状の反応チェンバーに比べて、広い領域の圧力条件で安定的なプラズマ発生が可能である
イオン注入ユニット２０は、プラズマ発生ユニット３０に生成されたプラズマのイオンがウェハーＷに注入されるイオン注入空間を形成する第２チェンバー２８と、第２チェンバー２８内のウェハーＷに高電圧電源を供給する電源部２７と、を含む。
【００５９】
第２チェンバー２８は、円筒状の本体部２１と、本体部２１の上部周縁を覆う上部カバー２２と、本体部２１の下部を覆う下部カバー２４と、を含んで、第２チェンバー２８の内部にイオン注入空間を形成する。
【００６０】
第２チェンバー２８の内部は、真空状態で維持される。このために、第２チェンバー２８の下部カバー２４には、真空ポンプ２５に連結される真空吸入口２４ａが形成され、本体部２１には、イオン注入工程のための工程ガスを第２チェンバー２８に注入するための第２ガス注入口２１ａが形成される。
【００６１】
また、下部カバー２４の中央側には、ウェハーＷを支持するために設けられる載置台２６が形成される。また、載置台２６と対向する上部カバー２２の中央側には、円板状の伝導体２３が設けられ、この伝導体２３は、二次電子による帯電及びプラズマのイオンによるスパッタリングによって不純物がウェハーなどを汚染させる現象を防止する。このとき、伝導体２３は、帯電現象を防止するために接地Ｇによって接地され、一例としてＳｉを備えている。また、ウェハーの二次電子が伝導体２３に向かうように、伝導体２３の半径は、載置台２６に装着されたウェハーの半径より大きくすることが好ましい。
【００６２】
上記のように伝導体２３が接地Ｇによって接地されることで、ウェハーから発生した二次電子による伝導体２３の帯電現象が防止され、その結果、伝導体２３のイオンによるスパッタリングによって発生するチェンバーの壁やウェハーの汚染現象を防止できるという効果がある。
【００６３】
上部カバー２２と伝導体２３との間の空間には、第１チェンバー３５で形成されたプラズマを第２チェンバー２８に拡散させるための流入口２９が形成されるが、この流入口２９によって、第１チェンバー３５の開放された下側と第２チェンバー２８とが連通される。
【００６４】
また、載置台２６に装着されたウェハーに高電圧パルスを印加するために、電源部２７が載置台２６の一側に連結される。この電源部２７から発生する高電圧パルスによって、第１チェンバー３５で形成された後、流入口２９を通して第２チェンバー２８に拡散されたプラズマの陽イオンが加速されることで、載置台２６に装着されたウェハーＷにイオンが注入される。
【００６５】
上記のような本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置１０の構成により、環状の第１チェンバー３５で高密度の誘導結合プラズマが発生し、このプラズマは、イオン注入工程が行われる円筒状の第２チェンバー２８に拡散される。このとき、第１チェンバー３５が環状で、これに対応する流入口２９も環状であるので、第２チェンバー２８に拡散されたプラズマがウェハーＷ上に均一に分布される。そして、電源部２７からウェハーＷに印加された高電圧パルスによって高いエネルギーで加速されたイオンがウェハーＷの表面に衝突し、イオンがウェハーに注入される方式でイオン注入工程が行われる。
【００６６】
本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置１０において、環状の狭い幅を有する第１チェンバー３５で生成された後、円筒状の第２チェンバー２８に拡散されるプラズマの放電特性は、従来の円筒状の反応チェンバーで生成されたプラズマの放電特性とは異なった特徴を示す。
【００６７】
特に、低圧（１０ｍＴｏｒｒ以下）の放電条件で、第１チェンバー３５と第２チェンバー２８のプラズマは、電子温度（Ｔｅ）、プラズマ密度（Ｎｐ）、プラズマポテンシャル（Ｖｐ）などの主要因子において明確な差を示す。
【００６８】
図４は、図２のＺ−Ｚ’軸に沿う電子温度測定結果を示すグラフで、図５は、図２のＺ−Ｚ’軸に沿うプラズマポテンシャル測定結果を示すグラフで、図６は、図２のＺ−Ｚ’軸に沿うプラズマ密度測定結果を示すグラフである。
【００６９】
図４〜図６は、ラングミュアプローブを用いて、０．８〜１０ｍＴｏｒｒの圧力範囲でＡｒプラズマの各主要因子を測定した結果を示している。図４〜図６に示すように、第１チェンバー３５で形成されたプラズマは、高い電子温度（Ｔｅ＝４−１３ｅＶ）、高いプラズマ密度（Ｎｐ＝２〜１２ １０１１ｃｍ３）、高いプラズマポテンシャル（Ｖｐ＝２０−５０Ｖ）を示すことが分かる。特に、図４〜図６に示した任意の圧力において、第１チェンバー３５の電子温度及びプラズマポテンシャルは、常に第２チェンバー２８の電子温度及びプラズマポテンシャルより非常に高く、第１チェンバー３５から第２チェンバー２８に行くほど、プラズマの電子温度及びプラズマポテンシャルが低くなることが分かる。
【００７０】
図７は、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置のプラズマ密度の電算シミュレーション結果を示す図で、図８は、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置のプラズマ電子温度の電算シミュレーション結果を示す図である。
【００７１】
図７及び図８は、３ｍＴｏｒｒの圧力条件で、Ａｒガスを用いた放電シミュレーション結果を示している。図７及び図８によると、プラズマ密度及びプラズマ電子温度の分布が、図４及び図６に示した実験結果と類似していることが分かる。
【００７２】
図４〜図８に基づく説明から分かるように、第１チェンバー３５の内部に非常に高い電子温度及び高密度を有するプラズマが生成されても、プラズマの特性は、第２チェンバー２８への拡散過程を通して変わり、低い電子温度及び適正な密度を有するプラズマが第２チェンバー２８内に均一に分布される。このように低い電子温度を有するプラズマは、工程ガス（例えばＢＦ３）の解離とイオン化を適切に誘発し、その結果、イオン注入工程に必要な重いイオン（ＢＦ２＋）の生成を、他の軽いイオン（ＢＦ＋及びＢ＋）の生成よりより促進させる。したがって、重いイオンがウェハーに衝突しながらイオン注入が行われるため、薄い接合深さのイオン注入を実現することができる。また、環状の第１チェンバーには、広い領域の圧力条件（０．５〜１００ｍＴｏｒｒ）で安定的なプラズマ発生が可能であるため、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置は、イオン注入に適したプラズマを生成させることができる。
【００７３】
また、上記のようなプラズマを用いたイオン注入工程に適したプラズマの生成は、第１チェンバー３５に放電過程を円滑にする不活性ガス（例えばＡｒ）を注入し、第１チェンバー３５にプラズマを発生させ、第２チェンバー２８に工程ガス（例えばＢＦ３）を別途に注入する方式を通してより効果的に行われる。
【００７４】
また、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置１０において、パワー供給部３７から印加するＲＦパワーによるＲＦ電界は、上部の第１チェンバー３５に集中し、下部の第２チェンバー２８に伝播されにくい構造であるため、イオン注入工程時、第２チェンバー２８から発生するアーク放電問題を減少させることができる。
【００７５】
上記のような本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置は、半導体製造工程のうち、ウェハーにイオンを注入する工程のみならず、試料の表面処理が必要な多様な工程、すなわち、フィルムの表面処理、静電気防止包装材の停電処理などに適用可能である。
【００７６】
以下、本発明の他の実施形態に係るプラズマを用いたイオン注入装置に対して説明する。ここで、上記の実施形態と同一の構成要素には同一の図面符号を付与し、それに対する説明を省略する。
【００７７】
図９は、本発明の他の実施形態に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す断面図である。
【００７８】
本発明の他の実施形態に係るプラズマを用いたイオン注入装置は、図９に示すように、 ＲＦパワーを印加するために、内側絶縁体３１、外側絶縁体３２及び絶縁プレート３３の外部を取り囲む形態で設けられたコイルアンテナ３４を含み、このコイルアンテナ３４は、内側絶縁体３１、外側絶縁体３２及び絶縁プレート３３によって形成される。また、外側絶縁体３２の半径は、本体部２１の半径と同一に構成される。図９には、外側絶縁体３２が本体部２１の上部カバー２２に結合される場合を示したが、これに限定されることはない。また、外側絶縁体３２が本体部２１に直接結合されることで、本発明のプラズマを用いたイオン注入装置１１の本体部２１の上部カバー２２を省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】従来のプラズマを用いたイオン注入装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す断面図である。
【図３】本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す切開斜視図である。
【図４】図２のＺ−Ｚ’軸に沿う電子温度測定結果を示すグラフである。
【図５】図２のＺ−Ｚ’軸に沿うプラズマポテンシャル測定結果を示すグラフである。
【図６】図２のＺ−Ｚ’軸に沿うプラズマ密度測定結果を示すグラフである。
【図７】本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置のプラズマ密度の電算シミュレーション結果を示す図である。
【図８】本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置のプラズマ電子温度の電算シミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
２０ イオン注入ユニット
２１ 本体部
２１ａ 第２ガス注入口
２３ 伝導体
２６ 載置台
２７ 電源部
２８ 第２チェンバー
３０ プラズマ発生ユニット
３２ 外側絶縁体
３３ 絶縁プレート
３４ コイルアンテナ
３５ 第１チェンバー
３６ 第１ガス注入口
３７ パワー供給部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置に関するもので、より詳しくは、プラズマを用いたイオン注入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入（イオンインプランテーション）技術は、ドーピングしようとする不純物物質をイオン化させた後、加速させることで、高い運動エネルギーを有する不純物原子をウェハーの表面に強制に注入させる技術である。
【０００３】
上記のようなイオン注入技術は、半導体製造工程に活用される。すなわち、半導体製造工程におけるイオン注入工程は、不純物をイオン粒子状に加速させた後、回路パターンに連結されたウェハーの部分に浸透させることで、電子素子の特性を生成する工程である。このような半導体製造工程におけるイオン注入工程は、従来のイオンビームを用いたイオン注入装置によって行われた。
【０００４】
上記のような従来のイオンビームを用いたイオン注入装置は、一般的に、イオン発生源、加速装置、高真空装置を備えているが、装備が複雑であり、体積が大きく、高価の装置によって製造費用が上昇するという問題点があった。
【０００５】
また、最近は、高集積の半導体素子が広く開発されているが、この半導体素子には、半導体単位素子の線幅が漸次狭くなるにつれて、より薄い接合深さ（ジャンクションデプス）が要求される。また、半導体素子の動作速度を向上させるために、より多量のイオン注入が必要となる。したがって、薄い接合深さを実現するために、低いエネルギーのイオンを用いるべきであるが、従来のイオンビームを用いたイオン注入装置においては、イオンエネルギーが低くなると、各イオン間の相互反発力によって発生するイオンビームの発散現象が増加し、イオン注入効率が低下するという問題点があった。すなわち、従来のイオンビームを用いたイオン注入装置においては、上記のような高集積の半導体を製造するためのイオン注入工程の要求条件を満足させる場合、工程特性が低下し、生産性が著しく低下するという問題点があった。
【０００６】
上記のような従来のイオンビームを用いたイオン注入技術における問題点を克服するために、プラズマを用いたイオン注入技術が開発された。
【０００７】
プラズマを用いたイオン注入技術は、注入しようとする物質を気体状態で導入してプラズマを形成した後、処理しようとする素材に高電圧のパルスを印加することで、プラズマ中の陽イオンを素材の表面に衝突させて注入させる技術である。
【０００８】
素材に印加された高電圧パルスによって素材の周囲にプラズマシースが形成され、各イオンは、プラズマシースの境界に垂直な方向に素材の表面に入射される。このとき、素材の表面に入射された各イオンが、高い運動エネルギーで素材の表面に浸透することで、イオン注入が行われるようになる。
【０００９】
プラズマを用いたイオン注入技術は、従来のイオンビームを用いたイオン注入技術と異なって、線形的な処理技法でないため、処理する素材をステッピングまたは回転する必要なしに、プラズマシースの大きさのみを制御することで、素材の表面に均一なイオン注入層を形成し、その結果、処理速度を大いに向上できる。また、プラズマを用いたイオン注入装置には、装備の構造が非常に単純であり、その大きさが相対的に小さく、価格が低廉であるという長所もある。
【００１０】
図１は、従来のプラズマを用いたイオン注入装置の一例を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、従来のプラズマを用いたイオン注入装置は、その内部にプラズマ形成空間が設けられた円筒状の反応チェンバー１と、この反応チェンバー１の下部に設けられ、基板、例えば、ウェハーＷを支持する支持台２と、反応チェンバー１の上部カバー３に設けられる絶縁体ウィンドウ４と、この絶縁体ウィンドウ４の上部に設けられ、反応チェンバー１の内部にプラズマを生成させるためにＲＦ電源に連結されたコイルアンテナ５と、支持台２の背面に設けられ、支持台２に載置されたウェハーＷに注入されるイオンのエネルギーを正確に調節するために、高電圧パルスをウェハーＷに印加する高電圧電源部６と、を含んで構成される。
【００１２】
反応チェンバー１の側壁には、反応ガスを反応チェンバー１の内部に注入するためのガス注入口１ａが形成されている。また、反応チェンバー１の底壁には、真空ポンプ７に連結される真空吸入口１ｂが形成されており、反応チェンバー１の内部は、真空吸入口１ｂを通して真空ポンプ７によって真空状態になる。
【００１３】
上記のような従来のプラズマを用いたイオン注入装置は、コイルアンテナ５を通して流れるＲＦ電流によって磁場が発生し、この磁場の時間による変化に基づいて反応チェンバー１の内部に電場が誘導される。これと同時に、反応ガスがガス注入口１ａを通して反応チェンバー１の内部に流入し、誘導電場によって加速された各電子の衝突過程を通して反応ガスをイオン化させることで、反応チェンバー１内にプラズマを生成する。
【００１４】
上記のように形成されたプラズマの各イオンは、ウェハーＷに印加された高電圧のパルスによってウェハーＷの表面に入射される。また、この入射される各イオンが高い運動エネルギーでウェハーの表面に浸透することで、イオン注入が行われるようになる。
【００１５】
このとき、ウェハーＷに印加された高電圧パルスによって強く加速されたプラズマのイオンは、ウェハーＷ及び反応チェンバー１の内壁と衝突しながら二次電子を多く発生させる。この二次電子が、ウェハーＷの周囲に形成された強い電場を有するプラズマシース領域で加速され、反応チェンバー１の上部に設けられた絶縁体ウィンドウ４を帯電させることで、絶縁体ウィンドウ４は高い陰電位を帯びるようになる。一般的に、従来のプラズマを用いたイオン注入装置において、約５ｋＶの高電圧パルスによって帯電される絶縁体ウィンドウ４の電位は、約１〜２ｋＶになる。
【００１６】
上記のような高い陰電位を帯びる絶縁体ウィンドウ４は、周囲に分布したプラズマの各イオンを強く引き付けながら絶縁体ウィンドウ４のスパッタリングを誘発する。その結果、スパッタリングによって形成された副産物が、反応チェンバー１の内壁とウェハーＷの表面を汚染させるという問題点があった。
【００１７】
また、従来のプラズマを用いたイオン注入装置の反応チェンバー１は、単純な円筒状の構造となっており、コイルアンテナ５を通して流れるＲＦ電流によってＲＦ電界が反応チェンバー１に形成される。その結果、ＲＦ電界によって、反応チェンバー１にアーク放電（ａｒｃｉｎｇ）が発生するという問題点があった。
【００１８】
また、ＲＦ電源を用いてプラズマを生成する場合、高い電子温度を有する高密度のプラズマが発生するが、高い電子温度を有するプラズマは、（注入ガスの解離を促進させることで）相対的に（質量の）軽いイオンの生成を促進させる。このように相対的に軽いイオンがウェハーの表面に注入されると、各イオンがウェハーに深く浸透することで深い接合深さが形成される。そのため、高い電子温度を有するプラズマは、薄い接合深さが要求される高集積半導体素子のイオン注入には適切でないという問題点があった。また、従来のプラズマを用いたイオン注入装置は、過度に高い密度を有するプラズマの各イオンがウェハーに直接衝突することで、ウェハーに損傷を与えるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、二次電子によって発生するウェハーの汚染を防止できるプラズマを用いたイオン注入装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、ＲＦ電界によってチェンバー内で発生するアーク放電を低減できるプラズマを用いたイオン注入装置を提供することにある。
【００２１】
本発明の更に他の目的は、広い圧力条件で安定的なプラズマの生成を可能にし、薄い接合深さを維持しながら、多量のイオンをウェハーに注入するのに適したプラズマを生成できるプラズマを用いたイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の目的を達成するための本発明は、プラズマ発生ユニットと、該プラズマ発生ユニットで生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入ユニットと、該イオン注入ユニットに設けられ、帯電現象を防止するために接地された伝導体と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、前記プラズマ発生ユニットは、プラズマが生成される空間を形成する１チェンバーと、該第１チェンバーの一側に設けられてプラズマを発生するコイルアンテナと、該コイルアンテナにエネルギーを供給するパワー供給部と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
また、前記イオン注入ユニットは、前記プラズマ発生ユニットに生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入空間を形成する第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含むことを特徴とする。
【００２５】
また、前記パワー供給部は、ＲＦパワーを供給することを特徴とする。
【００２６】
また、前記電源部は、高電圧パルスを試料に印加することを特徴とする。
【００２７】
また、前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定高さを有して環状に形成されることを特徴とする。
【００２８】
また、前記第２チェンバーは、円筒状に形成されることを特徴とする。
【００２９】
また、前記第１チェンバーは、絶縁体によって形成されることを特徴とする。
【００３０】
また、前記第２チェンバーには、プラズマが前記第１チェンバーから第２チェンバーに拡散されるように、前記第１チェンバーの下側に対応する流入口が形成されることを特徴とする。
【００３１】
また、前記イオン注入ユニットは、試料を装着するための載置台を含み、前記伝導体は、前記載置台と対向して設けられることを特徴とする。
【００３２】
また、前記伝導体は、Ｓｉによって形成されることを特徴とする。
【００３３】
また、前記第１チェンバーには、第１ガス注入口が形成され、前記第２チェンバーには、第２ガス注入口が形成されることを特徴とする。
【００３４】
そして、本発明は、プラズマが形成される第１チェンバーと、該第１チェンバーからプラズマを拡散させるための流入口が形成され、プラズマのイオンを試料に注入するための第２チェンバーと、前記第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、前記第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含むことを特徴とする。
【００３５】
また、前記コイルアンテナには、ＲＦパワーが供給され、前記電源部は、高電圧パルスを試料に印加することを特徴とする。
【００３６】
また、前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定高さを有して環状に形成され、前記第２チェンバーは、円筒状に形成されることを特徴とする。
【００３７】
また、前記流入口は、前記第１チェンバーの下側が前記第２チェンバーに開放されるように、環状に形成されることを特徴とする。
【００３８】
また、前記第２チェンバーは、帯電現象を防止するために接地された伝導体を含み、前記伝導体は、Ｓｉによって形成されることを特徴とする。
【００３９】
また、前記第２チェンバーは、試料を装着する載置台を含み、前記伝導体は、前記載置台に装着された試料と対向して設けられることを特徴とする。
【００４０】
また、前記第１チェンバーには、第１ガス注入口が形成され、前記第２チェンバーには、第２ガス注入口が形成されることを特徴とする。
【００４１】
また、本発明は、プラズマが形成される第１チェンバーと、該第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、前記第１チェンバーからプラズマを拡散させるための流入口が形成され、載置台に装着される試料にプラズマのイオンを注入するための第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、前記試料との対向位置に接地されて設けられた伝導体と、を含むことを特徴とする。
【００４２】
また、本発明は、プラズマが形成される環状の第１チェンバーと、該第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、前記第１チェンバーから拡散されたプラズマのイオンを試料に注入するための第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含み、前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定幅を有して環状に形成され、前記第２チェンバーと互いに連通されることを特徴とする。
【００４３】
また、本発明は、プラズマが形成される上部チェンバーと、該上部チェンバーで形成されたプラズマのイオンを試料に注入するための下部チェンバーと、を含み、前記上部チェンバーは、前記下部チェンバーの上面に設けられ、プラズマが前記下部チェンバーに拡散されるように前記下部チェンバーと連通されることを特徴とする。
【００４４】
また、前記上部チェンバーは、プラズマを発生させるための電界が前記下部チェンバーに伝播されないように、前記下部チェンバー内のアーク放電を抑制するように構成されることを特徴とする。
【００４５】
また、本発明は、前記上部チェンバーを取り囲んで設けられ、前記上部チェンバーにプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、前記試料の汚染を防止するために、前記下部チェンバーの内部及び前記試料の上部に設けられる伝導体プレートと、をさらに含むことを特徴とする。
【００４６】
また、本発明は、前記上部チェンバーの上面に設けられ、前記上部チェンバーにプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、前記試料の汚染を防止するために、前記下部チェンバーの内部及び前記試料の上部に設けられる伝導体プレートと、をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置は、ウェハーとの対向位置に接地された伝導体を設けることで、二次電子及びプラズマの各イオンのスパッタリングによって発生するウェハーの汚染を防止できるという効果がある。
【００４８】
また、本発明は、第２チェンバーにＲＦ電界が伝播されないので、イオン注入工程時に第２チェンバー内で発生するアーク放電を低減できるという効果がある。
【００４９】
また、本発明は、第１チェンバーが環状を有して形成されるので、広い領域の圧力条件で安定的なプラズマ発生が可能であり、第２チェンバーの内部に拡散されたプラズマが低い電子温度及び適正なプラズマ密度を有するので、イオン注入工程、特に、薄い接合深さのイオン注入工程に適したプラズマを提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の好適な実施の形態を、添付の図面に基づいて詳しく説明する。
【００５１】
図２は、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す断面図で、図３は、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す切開斜視図である。
【００５２】
プラズマを用いたイオン注入装置は、注入しようとする物質を気体状態で反応チェンバーに導入してプラズマを形成した後、ウェハーに高電圧パルスを印加することで、プラズマ中の陽イオンをウェハーの表面に衝突させて注入させる半導体製造装置である。
【００５３】
本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置１０は、図１及び図２に示すように、プラズマを形成するために設けられるプラズマ発生ユニット３０と、プラズマ発生ユニット３０で形成されたプラズマを拡散させることで、プラズマ中の陽イオンをウェハーＷに注入するイオン注入工程が行われるイオン注入ユニット２０と、を含んで構成される。
【００５４】
プラズマ発生ユニット３０は、プラズマが生成される空間を形成する第１チェンバー３５と、第１チェンバー３５の上部に設けられ、プラズマを第１チェンバー３５に誘導するコイルアンテナ３４と、コイルアンテナ３４にエネルギーを供給するパワー供給部３７と、を含んで構成される。
【００５５】
第１チェンバー３５は、その内部にプラズマ形成空間を形成するために、円筒体の外周面を形成する外側絶縁体３２と、円筒体の内周面を形成する内側絶縁体３３と、外側絶縁体３２と内側絶縁体３３との間の円筒体上部を覆う絶縁プレート３３と、から構成される。したがって、第１チェンバー３５は、下部が開放された形態をなし、全体的に所定高さを有して環状に形成される。このとき、第１チェンバー３５は、幅が約４ｃｍで、高さが約７．５ｃｍであることが好ましい。
【００５６】
また、外側絶縁体３２の一側には、プラズマ生成のための放電過程を円滑にする反応ガスを、第１チェンバー３５の内部に注入するための第１ガス注入口３６が形成される。この第１ガス注入口３６は、内側絶縁体３３に位置することもあり、設計によって設置高さが変化される。
【００５７】
絶縁プレート３３の上部には、円状または螺旋状にコイルが複数回巻かれたコイルアンテナ３４が設置される。このコイルアンテナ３４は、 第１チェンバー３５の内部に注入された反応ガスのイオン化を通して、プラズマを生成させるための電場を誘導する。コイルアンテナ３４には、ＲＦパワーをコイルアンテナ３４に供給するためのパワー供給部３７が連結される。このとき、パワー供給部３７から供給されるＲＦパワーの振動数は、約２ＭＨｚであることが好ましい。したがって、コイルアンテナ３４をなす各コイルにＲＦ電流が流れることで、アンペアの右ねじの法則によって磁場が発生し、この磁場の時間による変化によって、第１チェンバー３５の内部には、ファラデー電磁気誘導法則による円周方向への電場が誘導される。誘導電場が反応ガス内で電子を加速させ、この電子が第１ガス注入口３６を通して第１チェンバー３５の内部に流入した反応ガスをイオン化させることで、プラズマが生成される。
【００５８】
上記のような環状の第１チェンバー３５は、従来の円筒状の反応チェンバーに比べて、広い領域の圧力条件で安定的なプラズマ発生が可能である
イオン注入ユニット２０は、プラズマ発生ユニット３０に生成されたプラズマのイオンがウェハーＷに注入されるイオン注入空間を形成する第２チェンバー２８と、第２チェンバー２８内のウェハーＷに高電圧電源を供給する電源部２７と、を含む。
【００５９】
第２チェンバー２８は、円筒状の本体部２１と、本体部２１の上部周縁を覆う上部カバー２２と、本体部２１の下部を覆う下部カバー２４と、を含んで、第２チェンバー２８の内部にイオン注入空間を形成する。
【００６０】
第２チェンバー２８の内部は、真空状態で維持される。このために、第２チェンバー２８の下部カバー２４には、真空ポンプ２５に連結される真空吸入口２４ａが形成され、本体部２１には、イオン注入工程のための工程ガスを第２チェンバー２８に注入するための第２ガス注入口２１ａが形成される。
【００６１】
また、下部カバー２４の中央側には、ウェハーＷを支持するために設けられる載置台２６が形成される。また、載置台２６と対向する上部カバー２２の中央側には、円板状の伝導体２３が設けられ、この伝導体２３は、二次電子による帯電及びプラズマのイオンによるスパッタリングによって不純物がウェハーなどを汚染させる現象を防止する。このとき、伝導体２３は、帯電現象を防止するために接地Ｇによって接地され、一例としてＳｉを備えている。また、ウェハーの二次電子が伝導体２３に向かうように、伝導体２３の半径は、載置台２６に装着されたウェハーの半径より大きくすることが好ましい。
【００６２】
上記のように伝導体２３が接地Ｇによって接地されることで、ウェハーから発生した二次電子による伝導体２３の帯電現象が防止され、その結果、伝導体２３のイオンによるスパッタリングによって発生するチェンバーの壁やウェハーの汚染現象を防止できるという効果がある。
【００６３】
上部カバー２２と伝導体２３との間の空間には、第１チェンバー３５で形成されたプラズマを第２チェンバー２８に拡散させるための流入口２９が形成されるが、この流入口２９によって、第１チェンバー３５の開放された下側と第２チェンバー２８とが連通される。
【００６４】
また、載置台２６に装着されたウェハーに高電圧パルスを印加するために、電源部２７が載置台２６の一側に連結される。この電源部２７から発生する高電圧パルスによって、第１チェンバー３５で形成された後、流入口２９を通して第２チェンバー２８に拡散されたプラズマの陽イオンが加速されることで、載置台２６に装着されたウェハーＷにイオンが注入される。
【００６５】
上記のような本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置１０の構成により、環状の第１チェンバー３５で高密度の誘導結合プラズマが発生し、このプラズマは、イオン注入工程が行われる円筒状の第２チェンバー２８に拡散される。このとき、第１チェンバー３５が環状で、これに対応する流入口２９も環状であるので、第２チェンバー２８に拡散されたプラズマがウェハーＷ上に均一に分布される。そして、電源部２７からウェハーＷに印加された高電圧パルスによって高いエネルギーで加速されたイオンがウェハーＷの表面に衝突し、イオンがウェハーに注入される方式でイオン注入工程が行われる。
【００６６】
本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置１０において、環状の狭い幅を有する第１チェンバー３５で生成された後、円筒状の第２チェンバー２８に拡散されるプラズマの放電特性は、従来の円筒状の反応チェンバーで生成されたプラズマの放電特性とは異なった特徴を示す。
【００６７】
特に、低圧（１０ｍＴｏｒｒ以下）の放電条件で、第１チェンバー３５と第２チェンバー２８のプラズマは、電子温度（Ｔｅ）、プラズマ密度（Ｎｐ）、プラズマポテンシャル（Ｖｐ）などの主要因子において明確な差を示す。
【００６８】
図４は、図２のＺ−Ｚ’軸に沿う電子温度測定結果を示すグラフで、図５は、図２のＺ−Ｚ’軸に沿うプラズマポテンシャル測定結果を示すグラフで、図６は、図２のＺ−Ｚ’軸に沿うプラズマ密度測定結果を示すグラフである。
【００６９】
図４〜図６は、ラングミュアプローブを用いて、０．８〜１０ｍＴｏｒｒの圧力範囲でＡｒプラズマの各主要因子を測定した結果を示している。図４〜図６に示すように、第１チェンバー３５で形成されたプラズマは、高い電子温度（Ｔｅ＝４−１３ｅＶ）、高いプラズマ密度（Ｎｐ＝２〜１２ １０１１ｃｍ３）、高いプラズマポテンシャル（Ｖｐ＝２０−５０Ｖ）を示すことが分かる。特に、図４〜図６に示した任意の圧力において、第１チェンバー３５の電子温度及びプラズマポテンシャルは、常に第２チェンバー２８の電子温度及びプラズマポテンシャルより非常に高く、第１チェンバー３５から第２チェンバー２８に行くほど、プラズマの電子温度及びプラズマポテンシャルが低くなることが分かる。
【００７０】
図７は、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置のプラズマ密度の電算シミュレーション結果を示す図で、図８は、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置のプラズマ電子温度の電算シミュレーション結果を示す図である。
【００７１】
図７及び図８は、３ｍＴｏｒｒの圧力条件で、Ａｒガスを用いた放電シミュレーション結果を示している。図７及び図８によると、プラズマ密度及びプラズマ電子温度の分布が、図４及び図６に示した実験結果と類似していることが分かる。
【００７２】
図４〜図８に基づく説明から分かるように、第１チェンバー３５の内部に非常に高い電子温度及び高密度を有するプラズマが生成されても、プラズマの特性は、第２チェンバー２８への拡散過程を通して変わり、低い電子温度及び適正な密度を有するプラズマが第２チェンバー２８内に均一に分布される。このように低い電子温度を有するプラズマは、工程ガス（例えばＢＦ３）の解離とイオン化を適切に誘発し、その結果、イオン注入工程に必要な重いイオン（ＢＦ２＋）の生成を、他の軽いイオン（ＢＦ＋及びＢ＋）の生成よりより促進させる。したがって、重いイオンがウェハーに衝突しながらイオン注入が行われるため、薄い接合深さのイオン注入を実現することができる。また、環状の第１チェンバーには、広い領域の圧力条件（０．５〜１００ｍＴｏｒｒ）で安定的なプラズマ発生が可能であるため、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置は、イオン注入に適したプラズマを生成させることができる。
【００７３】
また、上記のようなプラズマを用いたイオン注入工程に適したプラズマの生成は、第１チェンバー３５に放電過程を円滑にする不活性ガス（例えばＡｒ）を注入し、第１チェンバー３５にプラズマを発生させ、第２チェンバー２８に工程ガス（例えばＢＦ３）を別途に注入する方式を通してより効果的に行われる。
【００７４】
また、本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置１０において、パワー供給部３７から印加するＲＦパワーによるＲＦ電界は、上部の第１チェンバー３５に集中し、下部の第２チェンバー２８に伝播されにくい構造であるため、イオン注入工程時、第２チェンバー２８から発生するアーク放電問題を減少させることができる。
【００７５】
上記のような本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置は、半導体製造工程のうち、ウェハーにイオンを注入する工程のみならず、試料の表面処理が必要な多様な工程、すなわち、フィルムの表面処理、静電気防止包装材の停電処理などに適用可能である。
【００７６】
以下、本発明の他の実施形態に係るプラズマを用いたイオン注入装置に対して説明する。ここで、上記の実施形態と同一の構成要素には同一の図面符号を付与し、それに対する説明を省略する。
【００７７】
図９は、本発明の他の実施形態に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す断面図である。
【００７８】
本発明の他の実施形態に係るプラズマを用いたイオン注入装置は、図９に示すように、 ＲＦパワーを印加するために、内側絶縁体３１、外側絶縁体３２及び絶縁プレート３３の外部を取り囲む形態で設けられたコイルアンテナ３４を含み、このコイルアンテナ３４は、内側絶縁体３１、外側絶縁体３２及び絶縁プレート３３によって形成される。また、外側絶縁体３２の半径は、本体部２１の半径と同一に構成される。図９には、外側絶縁体３２が本体部２１の上部カバー２２に結合される場合を示したが、これに限定されることはない。また、外側絶縁体３２が本体部２１に直接結合されることで、本発明のプラズマを用いたイオン注入装置１１の本体部２１の上部カバー２２を省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】従来のプラズマを用いたイオン注入装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す断面図である。
【図３】本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す切開斜視図である。
【図４】図２のＺ−Ｚ’軸に沿う電子温度測定結果を示すグラフである。
【図５】図２のＺ−Ｚ’軸に沿うプラズマポテンシャル測定結果を示すグラフである。
【図６】図２のＺ−Ｚ’軸に沿うプラズマ密度測定結果を示すグラフである。
【図７】本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置のプラズマ密度の電算シミュレーション結果を示す図である。
【図８】本発明に係るプラズマを用いたイオン注入装置のプラズマ電子温度の電算シミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るプラズマを用いたイオン注入装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
２０ イオン注入ユニット
２１ 本体部
２１ａ 第２ガス注入口
２３ 伝導体
２６ 載置台
２７ 電源部
２８ 第２チェンバー
３０ プラズマ発生ユニット
３２ 外側絶縁体
３３ 絶縁プレート
３４ コイルアンテナ
３５ 第１チェンバー
３６ 第１ガス注入口
３７ パワー供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生ユニットと、
該プラズマ発生ユニットで生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入ユニットと、
該イオン注入ユニットに設けられ、帯電現象を防止するために接地された伝導体と、を含むことを特徴とするプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２】
前記プラズマ発生ユニットは、プラズマが生成される空間を形成する第１チェンバーと、該第１チェンバーの一側に設けられてプラズマを発生するコイルアンテナと、該コイルアンテナにエネルギーを供給するパワー供給部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオン注入ユニットは、前記プラズマ発生ユニットに生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入空間を形成する第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項４】
前記パワー供給部は、ＲＦパワーを供給することを特徴とする請求項２に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項５】
前記電源部は、高電圧パルスを試料に印加することを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項６】
前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定高さを有して環状に形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項７】
前記第２チェンバーは、円筒状に形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項８】
前記第１チェンバーは、絶縁体によって形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項９】
前記第２チェンバーには、プラズマが前記第１チェンバーから第２チェンバーに拡散されるように、前記第１チェンバーの下側に対応する流入口が形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１０】
前記イオン注入ユニットは、試料を装着するための載置台を含み、前記伝導体は、前記載置台と対向して設けられることを特徴とする請求項１に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１１】
前記伝導体は、Ｓｉによって形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１２】
前記第１チェンバーには、ガスを注入するための第１ガス注入口が形成されることを特徴とする請求項２に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１３】
前記第２チェンバーには、ガスを注入するための第２ガス注入口が形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１４】
プラズマが形成される第１チェンバーと、
該第１チェンバーからプラズマを拡散させるための流入口が形成され、プラズマのイオンを試料に注入するための第２チェンバーと、
前記第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、
前記第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含むことを特徴とするプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１５】
前記コイルアンテナには、ＲＦパワーが供給されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１６】
前記電源部は、高電圧パルスを試料に印加することを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１７】
前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定高さを有して環状に形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１８】
前記第２チェンバーは、円筒状に形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１９】
前記流入口は、前記第１チェンバーの下側が前記第２チェンバーに開放されるように、環状に形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２０】
前記第２チェンバーは、帯電現象を防止するために接地された伝導体を含むことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２１】
前記第２チェンバーは、試料を装着する載置台を含み、前記伝導体は、前記載置台に装着された試料と対向して設けられることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２２】
前記伝導体は、Ｓｉによって形成されることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２３】
前記第１チェンバーには、ガスを注入するための第１ガス注入口が形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２４】
前記第２チェンバーには、ガスを注入するための第２ガス注入口が形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２５】
プラズマが形成される第１チェンバーと、
該第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、
前記第１チェンバーからプラズマを拡散させるための流入口が形成され、載置台に装着される試料にプラズマのイオンを注入するための第２チェンバーと、
該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、
前記試料との対向位置に接地されて設けられた伝導体と、を含むことを特徴とするプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２６】
プラズマが形成される環状の第１チェンバーと、該第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、前記第１チェンバーから拡散されたプラズマのイオンを試料に注入するための第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含み、前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定幅を有して環状に形成され、前記第２チェンバーと互いに連通されることを特徴とするプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２７】
プラズマが形成される上部チェンバーと、
該上部チェンバーで形成されたプラズマのイオンを試料に注入するための下部チェンバーと、を含み、
前記上部チェンバーは、前記下部チェンバーの上面に設けられ、プラズマが前記下部チェンバーに拡散されるように前記下部チェンバーと連通されることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２８】
前記上部チェンバーは、プラズマを発生させるための電界が前記下部チェンバーに伝播されないように、前記下部チェンバー内のアーク放電を抑制するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載のイオン注入装置。
【請求項２９】
前記上部チェンバーを取り囲んで設けられ、前記上部チェンバーにプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、
前記試料の汚染を防止するために、前記下部チェンバーの内部及び前記試料の上部に設けられる伝導体プレートと、をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載のイオン注入装置。
【請求項３０】
前記上部チェンバーの上面に設けられ、前記上部チェンバーにプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、
前記試料の汚染を防止するために、前記下部チェンバーの内部及び前記試料の上部に設けられる伝導体プレートと、をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載のイオン注入装置。
【請求項１】
プラズマ発生ユニットと、
該プラズマ発生ユニットで生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入ユニットと、
該イオン注入ユニットに設けられ、帯電現象を防止するために接地された伝導体と、を含むことを特徴とするプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２】
前記プラズマ発生ユニットは、プラズマが生成される空間を形成する第１チェンバーと、該第１チェンバーの一側に設けられてプラズマを発生するコイルアンテナと、該コイルアンテナにエネルギーを供給するパワー供給部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオン注入ユニットは、前記プラズマ発生ユニットに生成されたプラズマのイオンを試料に注入するためのイオン注入空間を形成する第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項４】
前記パワー供給部は、ＲＦパワーを供給することを特徴とする請求項２に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項５】
前記電源部は、高電圧パルスを試料に印加することを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項６】
前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定高さを有して環状に形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項７】
前記第２チェンバーは、円筒状に形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項８】
前記第１チェンバーは、絶縁体によって形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項９】
前記第２チェンバーには、プラズマが前記第１チェンバーから第２チェンバーに拡散されるように、前記第１チェンバーの下側に対応する流入口が形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１０】
前記イオン注入ユニットは、試料を装着するための載置台を含み、前記伝導体は、前記載置台と対向して設けられることを特徴とする請求項１に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１１】
前記伝導体は、Ｓｉによって形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１２】
前記第１チェンバーには、ガスを注入するための第１ガス注入口が形成されることを特徴とする請求項２に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１３】
前記第２チェンバーには、ガスを注入するための第２ガス注入口が形成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１４】
プラズマが形成される第１チェンバーと、
該第１チェンバーからプラズマを拡散させるための流入口が形成され、プラズマのイオンを試料に注入するための第２チェンバーと、
前記第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、
前記第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含むことを特徴とするプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１５】
前記コイルアンテナには、ＲＦパワーが供給されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１６】
前記電源部は、高電圧パルスを試料に印加することを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１７】
前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定高さを有して環状に形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１８】
前記第２チェンバーは、円筒状に形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項１９】
前記流入口は、前記第１チェンバーの下側が前記第２チェンバーに開放されるように、環状に形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２０】
前記第２チェンバーは、帯電現象を防止するために接地された伝導体を含むことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２１】
前記第２チェンバーは、試料を装着する載置台を含み、前記伝導体は、前記載置台に装着された試料と対向して設けられることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２２】
前記伝導体は、Ｓｉによって形成されることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２３】
前記第１チェンバーには、ガスを注入するための第１ガス注入口が形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２４】
前記第２チェンバーには、ガスを注入するための第２ガス注入口が形成されることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２５】
プラズマが形成される第１チェンバーと、
該第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、
前記第１チェンバーからプラズマを拡散させるための流入口が形成され、載置台に装着される試料にプラズマのイオンを注入するための第２チェンバーと、
該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、
前記試料との対向位置に接地されて設けられた伝導体と、を含むことを特徴とするプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２６】
プラズマが形成される環状の第１チェンバーと、該第１チェンバーの内部にプラズマを発生させるためのコイルアンテナと、前記第１チェンバーから拡散されたプラズマのイオンを試料に注入するための第２チェンバーと、該第２チェンバーの試料に高電圧電源を供給する電源部と、を含み、前記第１チェンバーは、前記第２チェンバーの上部周縁に所定幅を有して環状に形成され、前記第２チェンバーと互いに連通されることを特徴とするプラズマを用いたイオン注入装置。
【請求項２７】
プラズマが形成される上部チェンバーと、
該上部チェンバーで形成されたプラズマのイオンを試料に注入するための下部チェンバーと、を含み、
前記上部チェンバーは、前記下部チェンバーの上面に設けられ、プラズマが前記下部チェンバーに拡散されるように前記下部チェンバーと連通されることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２８】
前記上部チェンバーは、プラズマを発生させるための電界が前記下部チェンバーに伝播されないように、前記下部チェンバー内のアーク放電を抑制するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載のイオン注入装置。
【請求項２９】
前記上部チェンバーを取り囲んで設けられ、前記上部チェンバーにプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、
前記試料の汚染を防止するために、前記下部チェンバーの内部及び前記試料の上部に設けられる伝導体プレートと、をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載のイオン注入装置。
【請求項３０】
前記上部チェンバーの上面に設けられ、前記上部チェンバーにプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、
前記試料の汚染を防止するために、前記下部チェンバーの内部及び前記試料の上部に設けられる伝導体プレートと、をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載のイオン注入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２８３６０（Ｐ２００８−２８３６０Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２７０２（Ｐ２００７−１２７０２）
【出願日】平成１９年１月２３日（２００７．１．２３）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２３日（２００７．１．２３）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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