[发明专利]离子束辐射装置以及制造半导体器件的方法

说明书

技术领域

本公开涉及一种离子束辐射装置，该装置利用从离子源提取的离子束(在本说明书中，为正离子束)辐射目标，从而执行离子注入或另一工艺；并且也涉及一种使用该装置制造半导体器件的方法。在执行离子注入的情形下，离子束辐射装置也被称为离子注入器。

背景技术

在离子束辐射装置中，从诸如提高装置的制造能力和减小离子注入深度以应付在目标上所形成的半导体器件的小型化的角度而言，期望有效地传输低能量和大电流的离子束，其中，所述离子束辐射装置利用从离子源提取的离子束来辐射目标，从而执行离子注入或另一工艺。

然而，随着离子束的能量更低和束的电流更大，由于空间电荷所导致的离子束的散射进一步增加，因此，难以有效地传输离子束。作为用于解决该问题的一种技术，在一种已知的技术中，将电子从外部供给至所传输的离子束，并且由这些电子来中和离子束的空间电荷。

在这种情形下，由于诸如通过所供给的电子对目标表面的负充电被抑制的原因，优选地，使用能够生成大量的低能量电子的电子源。

作为一种能够生成大量的低能量电子的电子源，日本专利未审查公开No.2005-26189(0007段至0009，图1)(下文称为专利参考1)公开了一种场发射电子源。即，该公开公开了一种技术，其中，能够生成大量低能量电子的场发射电子源位于目标附近，使得从场发射电子源发射的电子从离子束的侧面，基本垂直地入射在离子束上，并且在离子束辐射处的目标表面的充电(上电)被抑制。

发明内容

虽然在专利参考1中公开了目标表面的充电抑制，和离子束的空间电荷的中和是用于不同目的的技术，但是本发明人设计了将诸如在专利参考1中公开的场发射电子源用于离子束的空间电荷的中和中，并且研究了该应用。

然而，应注意的是，即使当以在专利参考1中公开的技术相同的方式，从场发射电子源发射的电子从离子束的侧面基本垂直地入射在离子束上时，离子束的空间电荷中和的效果，以及因此的离子束散射的抑制也是很小的。

这由于以下原因所致。即使当如上所述地入射电子时，由于电子的动能，以及由于离子束的正束电势而导致的加速，大部分电子被移动穿过离子束或跨过离子束。因此，在离子束中的电子的存在可能性较低。相应地，难以有效地中和离子束的空间电荷。

因此，本发明的目的是提供一种装置，其使用场发射电子源，并且其能够有效地中和离子束的空间电荷，并且有效地抑制由于空间电荷引起的离子束的散射。

本发明的第一方面的离子束辐射装置包括场发射电子源，其中，所述场发射电子源设置在离子束路径的附近，发射电子，并且具有许多微小发射器，其中，所述发射器形成在导电阴极基板上，并具有尖型；和抽取电极，其中，所述抽取电极以形成微小间隙地分别围绕在发射器的尖端的附近，并且所述场发射电子源被设置在一个方向上，沿着该方向，由从电子源10所发射的电子与平行于离子束行进方向的方向所形成的入射角处于-15度至+45度的范围内(离子束的内向方向为“+”，并且其外向方向为“-”)。

当将场发射电子源设置在上述的方向，并且从场发射电子源发射的电子相对于离子束的入射角被设置为上述范围内时，离子束中电子的存在可能性得到提高。结果是，能够有效地中和离子束的空间电荷，并且能够有效地抑制由于空间电荷引起的离子束的散射。

在本发明的第二方面中，入射角是优选地处于从-15度至+30度的范围内。更加优选地，在本发明的第三方面中，入射角处于从基本0度至+15度的范围内。最优选地，在本发明的第四方面中，入射角为基本0度。

在本发明的第五方面中，场发射电子源可以设置在一个方向，沿着该方向将电子朝向离子束的行进方向的下游侧发射。可选地，在本发明的第六方面中，场发射电子源可以设置在一个方向，沿着该方向将电子朝向离子束的行进方向的上游侧发射。

场发射电子源可以处于离子束的路径的一侧。可选地，在本发明的第七方面中，场发射电子源可以设置在离子束的路径的两侧。

在本发明的第八方面中，在处于场发射电子源的位置处的情况下，离子束具有一种形状，在该种形状中，在行进方向X所贯穿的平面中的Y方向上的尺度大于在垂直于Y方向的Z方向上的尺度，优选地，场发射电子源具有在Y方向延伸的形状。

在本发明的第九方面中，当目标是半导体基板，并且通过使用离子束辐射装置利用离子束辐射半导体基板以执行离子注入时，可以在半导体基板上制造多个半导体器件。