DE19929278A1 - Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen und Implantierungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen umfaßt folgende Schritte: es wird ein Plasma erzeugt, welches Wasserstoff enthält. Negative Wasserstoffionen werden in dem Plasma erzeugt. Ein elektrisches Feld wird zwischen dem Plasma und einem Substrat ausgebildet. Negative Wasserstoffionen von dem Plasma werden unter Verwendung des elektrischen Feldes so beschleunigt, daß negative Wasserstoffionen in vorbestimmter Tiefe in einem Substrat implantiert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Implantieren von Wasserstoffionen bis zu einer vorbestimmten Tiefe in den Gesamtkörper eines Substrats, das aus einem Halbleiter wie beispielsweise Si, einem Isoliermaterial aus SiC, Glas oder Kunststoff oder Metall besteht, und betrifft eine Implantierungseinrichtung.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Der Zweck des Implantierens von Wasserstoffionen wird in zwei Zwecke unterteilt. Einer der Zwecke besteht darin, eine schwachporöse Schicht (eine Schicht mit Hohlräumen) in dem Substrat durch Implantierung von Wasserstoffionen auszubilden, um das Substrat zu schneiden. Ein weiterer Zweck besteht in der Verbesserung der physikalischen Eigenschaften eines gewünschten Gegenstands. Nunmehr werden die verschiedenen Zwecke der Implantierung von Wasserstoffionen beschrieben.

[1. Implantierung von Wasserstoffionen zum Zweck der Herstellung eines SOI-Substrats]

Ein SOI-Substrat (SOI: Silizium auf einem Isolator) ist ein Substrat, welches Einkristall-Si auf einer Isolierschicht aufweist. Ein Teil der SOI-Substrate weist ein dickes Isoliersubstrat auf, auf welchem Si vorgesehen ist (ein Si/Isoliersubstrat). Es ist beispielsweise eine Anordnung bekannt, bei welcher ein dünner Si-Film auf Saphir ausgebildet wird. Das Heterowachstum auf unterschiedlichen Kristallen wird allerdings durch häufige Kristallfehler beeinträchtigt. Es kann keine Spaltung eingesetzt werden, und daher lassen sich die Kosten nicht verringern. Daher weist der Hauptanteil der SOI-Substrate eine Dreischichtanordnung auf, wobei der Gesamtkörper aus Si besteht, und eine dünne Isolierschicht und Einkristall-Si vorgesehen sind (ein Si/Isolierschicht/Si-Substrat). Die Isolierschicht besteht aus SiO₂. Die Dreischichtanordnung ist daher (Si/SiO₂/Si-Substrat).

Der Si-Wafer ist ein kostengünstiger Wafer, und es lassen sich derartige Wafer einfach erhalten, die eine hohe Qualität aufweisen. Da das SOI-Substrat einen Aufbau aufweist, bei welchem Si auf Si ausgebildet wird, ist die Gitterkonstante gleich, und ist die Anzahl an Fehlstellen gering. Da eine Spaltung vorhanden ist, läßt sich die Trennung des Geräts einfach durchführen. Um das voranstehend erwähnte Substrat herzustellen wird durch Implantieren von Wasserstoffionen eine innere poröse Schicht ausgebildet. Dann wird ein weiterer Si-Wafer verbunden, um einen Schneidvorgang an der porösen Schicht durchzuführen, und wird die Oberfläche poliert, so daß der SOI hergestellt ist. Das voranstehende Verfahren wird nachstehend noch erläutert.

[2. Implantierung von Wasserstoffionen zur Herstellung eines Ein­ kristall-Si/Glassubstrats]

Ein Substrat für eine Flüssigkristalleinrichtung weist mehrere Dünnfilmtransistoren auf, die auf amorphem Silizium (a-Si) auf einer Glasplatte hergestellt sind. Obwohl die voranstehend erwähnte Anordnung den Hauptschnitt des voranstehenden geschilderten Substrats darstellt, ist die Beweglichkeit der Träger von a-Si zu gering, als daß ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit erreicht werden könnte. Substrate für Flüssigkristalleinrichtungen jener Art, die momentan die höchste Leistung aufweisen, weisen einen dünnen polykristallinen Siliziumfilm (p-Si) auf, der auf einem Glassubstrat vorgesehen ist. Da die Mobilität der Elektronen besser ist als bei a-Si, wird ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb erzielt. Die voranstehende Anordnung wurde beispielsweise vorgeschlagen in

• (1) Technischer Bericht der Sharp Corporation "Low-Temperature Polysilicon TFT-LCD", Vol. 69, Seite 64 (1997), verfaßt von Takashi Itoga, Masataka Ito und Horoshi Takato.

Mit der voranstehend geschilderten Vorgehensweise wurde jedoch kein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt. Das polykristalline Silizium weist zahlreiche Korngrenzen auf, die dazu führen, daß häufig eine Streuung von Elektronen auftritt. Verglichen mit Einkristall-Si ist die Mobilität der Elektronen nicht zufriedenstellend. Da zahlreiche Korngrenzenniveaus in der Korngrenze des Polysiliziums vorhanden sind, werden Elektronen gestreut. Daher wurde der Versuch unternommen, durch Implantierung von Wasserstoffionenstrahlen die Korngrenzenniveaus zu verringern. Beispielsweise wurde

• (2) ein Vorschlag in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 8-97432 unternommen, mit dem Titel "Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmhalbleitereinrichtung", eingereicht von Nobuaki Suzuki. Aus der voranstehend genannten Veröffentlichung geht hervor, daß dann, wenn eine Wärmebehandlung durch Implantierung von Wasserstoffionen durchgeführt wird, der Wasserstoff das Si in den Korngrenzen absättigt. Daher können die Niveaus verringert werden, und wird daher die Mobilität erhöht.

Über die geringe Beweglichkeit hinaus weist der polykristalline dünne Si-Film allerdings eine weitere Schwierigkeit auf. Da elektrische Ströme leicht entlang der Korngrenze des polykristallinen Si fließen, fließt ein hoher Kriechstrom zwischen der Source und dem Drain. Daher ist ein komplizierter LDD-Aufbau erforderlich. Dies führt dazu, daß das SOG (System auf Glas), welches als idealer Kristall angesehen wurde, keine Möglichkeit zur Verwirklichung aufweist. Das SOI wird so eingesetzt, daß Wasserstoff in Si implantiert wird, um eine poröse Schicht auszubilden, die mit einer Glasplatte verbunden wird. Dann wird ein Si-Substrat von der porösen Schicht abgeschnitten, um den dünnen Einkristall-Si-Film mit dem Glassubstrat zu verbinden. Da das Substrat statt aus Si aus Glas hergestellt ist, kann ein Zwischenraumschneidverfahren eingesetzt werden, welches ähnlich ist wie das Verfahren zur Herstellung von SOI. Daher kann auch ein Verfahren eingesetzt werden, bei welchem Wasserstoff in einen Si-Wafer implantiert wird, um eine schwache Schicht auszubilden, die mit einer Glasplatte verbunden werden soll. Dann wird die Si-Schicht dünn abgetrennt, so daß die Einkristall-Si/Oxid/Glasschicht-Anordnung hergestellt wird.

[3. Abänderung von Solarzellen]

Momentan werden hauptsächlich monokristallines Silizium, polykristallines Silizium, amorphes Silizium und dergleichen in einer Solarzelle verwendet, welche Silizium für elektrische Energie verwendet. Das amorphe Silizium ist billig, jedoch ist sein photoelektrischer Umwandlungswirkungsgrad gering (etwa 8%). Andererseits kann der photoelektrische Umwandlungswirkungsgrad des monokristallinen und polykristallinen Siliziums 15 bis 20% betragen. Daher wird hauptsächlich letzteres eingesetzt.

Die Solarzelle aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium wird geschnitten, ähnlich wie ein Halbleitersubstrat. Daher sollte die Dicke der Solarzelle aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium 500 µm bis 600 µm pro einzelner Platte betragen. Der Hauptanteil der Platte ist Abfall. Um den photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad von 15 bis 20% zu erreichen, ist es ausreichend, daß die Dicke einige µm bis 20 µm beträgt. Daher wird das Zwischenraumschneidverfahren mittels Wasserstoffionenimplantierung eingesetzt. Es gibt folgende zwei Verfahren.

• (1) Wasserstoffatome werden bis zu einer Tiefe von einigen µm implantiert, durch die Beschleunigungsenergie von einigen hundert KeV bis einigen MeV, um das Zwischenraumschneiden durchzuführen.
• (2) Wasserstoffatome werden bis zu einer Tiefe von einigen zehn nm bis einigen µm implantiert, um das Zwischenraumschneiden durchzuführen. Die unzureichende Filmdicke wird durch Epitaxiewachstum vor oder nach dem Zwischenraumschneiden ausgeglichen.

[4. Implantieren von Wasserstoffionen in SiC]

Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein ähnliches Zwischenraumschneidverfahren zur Herstellung eines dünnen SiC-Films verwendet wird. SiC ist ein Halbleiter, der hohen Temperaturen widerstehen kann, und für andere Zwecke verwendet werden kann. Es wurde ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen SiC-Films vorgeschlagen, unter Einsatz eines ähnlichen Verfahrens wie jenes zur Herstellung von SOI, durch Ausbildung einer porösen Schicht, in welche Wasserstoffionen implantiert wurden, und mit Durchführung einer Delaminierung.

• (4) "Thin-Film Delamination by Implanting H⁺ and Application of Thin-Film Delamination to SiC", frühere Arbeit für zugehörige Vorträge der 45. verwandten Vereinigung, 29a-K-2, Seite 803 (1998). Selbstverständlich wurde bislang noch kein Substrat mit ausreichender Qualität hergestellt. Daher wurde kein Gerät erzielt. Allerdings wurden verschiedene gedankliche Vorschläge gemacht.

Bekanntlich hat das Substrat mit Si auf einem Isolator (ein sogenanntes SOI-Substrat), bei welchem eine Einkristall-Si-Halbleiterschicht auf einem Isoliermaterial vorgesehen ist, verschiedene Vorteile, beispielsweise die Erzielung einer Integration mit hoher Dichte und die Fähigkeit, ein Hochgeschwindigkeitsgerät herzustellen, verglichen mit einem üblichen Si-Substrat. Daher wurden erhebliche Forschungsanstrengungen und Entwicklungen an mehreren Orten durchgeführt. Die voranstehenden Vorteile wurden beispielsweise in folgenden Dokumenten beschrieben.

• (5) Spezielle Ausgabe: "Single-crystal silicon on non-single-crystal insulators"; herausgegeben von G.W. Cullen, Journal of Crystal Growth, Vol. 63, No. 3, Seiten 429-590 (1983).

Zwei Verfahren sind zur Herstellung des SOI-Substrats verfügbar. Eines der Verfahren ist ein Verfahren (SIMOX) zur Ausbildung einer Siliziumoxidschicht durch direktes Implantieren von Sauerstoffionen. Ein weiteres Verfahren ist ein Verbindungsherstellungsverfahren, welches als Zwischenraumschneidverfahren und intelligentes Schneidverfahren bezeichnet wird, mittels Implantierung von Wasserstoffionen. Da die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Implantieren von Wasserstoffionen in den Wafer betrifft, kann das intelligente Schneidverfahren verbessert werden.

Ein Verfahren zur Herstellung des SOI-Substrats durch das intelligente Schneidverfahren wurde beispielsweise beschrieben im

• (6) "Smart-Cut: A new silicon on insulator material technology based on hydrogen implantation and wafer bonding"; Jpn. J Appl. Phys Vol 36 (1997), Seiten 1636-1641. Zahlreiche andere Dokumente wurden veröffentlicht. Die Verfahren werden nachstehend kurz beschrieben. Die Oberfläche eines ersten Si-Substrats wird oxidiert, so daß ein SiO₂-Film ausgebildet wird. Dann werden Wasserstoffionen mit etwa 100 keV mit 1×10¹⁴/cm² oder mehr implantiert. Daher wird eine poröse Schicht mit starker Porösität in einer Tiefe von etwa 0,2 µm bis etwa 0,5 µm ausgebildet. Dann wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, so daß die Beschädigung der Oberflächen-Si-Schicht, die durch die Implantierung hervorgerufen wurde, ausgeglichen wird. Dann wird das erste Si-Substrat verbunden. Die Isolierschicht kann für einen zweiten Si-Wafer vorgesehen werden. Dann läßt man eine Scherkraft in Vertikalrichtung einwirken, so daß das erste Substrat an der porösen Schicht geschnitten wird. Dann wird die Oberfläche poliert, so daß das SOI-Substrat hergestellt ist.

Das Gas, welches eingespritzt werden muß, kann ein Edelgas oder Stickstoffgas sein, als Alternative zum Wasserstoffgas. Das Wasserstoffgas stellt das bevorzugteste Gas dar. Der Grund hierfür besteht darin, daß Wasserstoff mit kleiner Masse tief implantiert werden kann. Darüber hinaus beschädigt Wasserstoff die Oberfläche der Si-Schicht nicht wesentlich.

Das üblichste Verfahren zum Implantieren von Wasserstoffionen ist ein Verfahren unter Verwendung einer Ionenimplantierungseinrichtung zum Implantieren von Verunreinigungen aus B oder P. Fig. 1 zeigt ein Verfahren zum Implantieren von Wasserstoffionen unter Verwendung einer typischen Ionenimplantierungseinrichtung.

Die Anregung eines Plasmas wird unter Verwendung eines thermischen Heizfadens, von Mikrowellen oder Hochfrequenz durchgeführt. Daher wird eine Einrichtung verwendet, die die Anregung des Heizfadens verwendet. Eine Kammer 1, die einen Druck aufweist, der auf das Vakuumniveau verringert werden kann, ist mit einem Heizfaden 2 versehen. Ein Anschluß des Heizfadens 2 ist über ein Isolierteil 5 nach außen geführt. Eine Heizfadengleichspannungsversorgungsquelle 3 ist an die beiden Enden der Anschlußklemme angeschlossen. Die Kammer 1 weist eine Gaseinlaßöffnung 4 auf, um die Zufuhr von Wasserstoffgas zu gestatten. Eine Lichtbogenstromversorgungsquelle 6 (Vak) ist zwischen die Kammer 1 und den Heizfaden 2 geschaltet. Eine Beschleunigungsstromversorgungsquelle 7 (Vacc) ist zwischen die negative Elektrode der Lichtbogenstromversorgungsquelle 6 und Masse geschaltet. Das Potential der Kammer 1 beträgt Vacc + Vak.

Drei Elektroden, die jeweils mit einem Loch versehen sind, sind an der Außenseite einer Auslaßöffnung 8 der Kammer 1 vorgesehen, so daß die Achsen der Öffnungsabschnitte gemeinsame Abschnitte darstellen. Diese Elektroden sind eine Beschleunigungselektrode 9, eine Verzögerungselektrode 10 und eine Masseelektrode 11. Die positive Elektrode der Beschleunigungsstromversorgungsquelle 7 ist mit der Beschleunigungselektrode 9 über einen Widerstand 13 verbunden. Eine Verzögerungsstromversorgungsquelle 12 ist an die Verzögerungsstromversorgungsquelle 10 angeschlossen. Ein Viertel­ kreis-Lichtbogenmassentrennmagnet 14 ist an einer Verlängerung der Kammerauslaßöffnung 8 und den Elektroden 9, 10 und 11 angeordnet. Ein Ionenstrom 15, der von der Kammer 1 ausgesandt wird, wird in den Massentrennmagnet 14 über die Einlaßöffnung 16 eingelassen, so daß sich infolge des Magnetfeldes eine gekrümmte Bahn ergibt. Dann wird der Ionenstrahl 15 aus einer Auslaßöffnung 17 ausgestoßen. Da die Bahn entsprechend der Masse und Energie eingestellt wurde, können atomare Ionen H⁺ durch eine zentrale Bahn 26 hindurchgehen, so daß sie durch eine Schlitzplatte 18 hindurchgehen. Andererseits tritt bei aus zwei Atomen bestehendem H₂⁺ eine exzentrische Bahn 27 auf, und erfolgt dann eine Kollision mit der Wand des Massentrennmagneten 14 und des Schlitzes. Die Ionen H₂⁺ aus zwei Atomen verschwinden daher. Einfach positive Wasserstoffatomionen H⁺ können durch die Schlitzplatte 18 hindurchgehen, und werden dann in Querrichtung durch einen Abtastmechanismus 22 gescannt, der aus gegenüberliegenden Elektroden 19 und 20 und einer einstellbaren Stromversorgungsquelle 21 besteht. Ein Abtaststrahl 23 wird in einen Si-Wafer 24 injiziert, der auf eine Aufnahmevorrichtung 25 aufgesetzt ist.

In dem Wasserstoffplasma werden mehrere Arten positiver Ionen erzeugt. Wenn mehrere Arten positiver Wasserstoffionen implantiert werden, werden in unerwünschter Weise mehrere Schichten ausgebildet, in welche Wasserstoff implantiert ist. Daher muß nur eine Art positiver Wasserstoffionen ausgewählt und implantiert werden. Um die selektive Implantierung durchzuführen, muß eine Massentrennung durchgeführt werden. Zur Durchführung der Massentrennung kann der Durchmesser des Strahls verringert werden. Daher ist ein Strahl erforderlich, der wesentlich dünner ist als der Durchmesser des Wafers. Da jeder Strahl einen kleineren Durchmesser aufweist als der Wafer können die Strahlen nicht auf einmal in die gesamte Oberfläche des Wafers injiziert werden. Daher ist ein Abtastmechanismus zum Verschwenken des Strahls erforderlich. Das Vorhandensein der Massentrennungsanordnung und des Abtastmechanismus führt zu verschiedenen Problemen.

Ein Verfahren unter Verwendung der Ionenimplantierungseinrichtung zur Durchführung der Massentrennung, der Abtastung und der Implantierung eines Wasserstoffionenstrahls ist ähnlich wie bei einer herkömmlichen Implantierungseinrichtung für Verunreinigungsionen. Wie sich einfach abschätzen läßt, ist die Einrichtung eine teure und komplizierte Einrichtung. Da ein Magnet mit großer Höhe vorgesehen werden muß, ist eine große Fläche für die Installierung erforderlich. Da für die Implantierung eine Abtastung unter Verwendung des Strahls durchgeführt werden muß, ist für jeden Wafer eine sehr lange Bearbeitungszeit erforderlich. Daher ist die Durchsatzrate zu gering, um die Kosten für jedes SOI-Substrat zu verringern. Die voranstehende Tatsache ist ein Grund dafür, warum die SOI-Substrate, von denen bekannt ist, daß sie Vorteile aufweisen, nicht häufig eingesetzt werden.

Vor einigen Jahren wurde ein weiteres Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein Substrat einem Wasserstoffplasma ausgesetzt wird, und negative Impulsspannungen periodisch an das Substrat angelegt werden, um so Wasserstoffionen in die gesamte Oberfläche des Substrats zu implantieren. Das voranstehende Verfahren wurde in folgendem Dokument beschrieben.

• (7) "Ion-cut silicon-on-insulating fabrication with plasma immersion ion implantation": herausgegeben von Xiang Lu S. Sundar Kumar lyer et al, Appl. Phys. Lett. 71 (19), 1997.

Fig. 9 zeigt das voranstehend geschilderte Verfahren. Wasserstoffgas wird in eine Plasmakammer 22 über eine Rohmaterialgaseinlaßöffnung 202 eingegeben. Von einem (nicht dargestellten) Magnetron erzeugte Mikrowellen 204, die über ein Wellenleiterrohr 203 übertragen werden, werden in die Plasmakammer 200 geliefert.

Ein Si-Wafer 207 wird auf einen Aufnehmer 208 in der Plasmakammer 200 aufgesetzt. Der Aufnehmer 208 ist durch eine Welle 209 gehaltert. Die Welle 209 wird durch eine negative Vorspannungsquelle 220 negativ vorgespannt. Der Wafer 207 wird in Kontakt mit dem Plasma 206 gebracht. Wenn der Wafer negativ vorgespannt ist, werden positive Wasserstoffionen H⁺ und H₂⁺ auf einmal in die gesamte Oberfläche des Wafers implantiert.

Das voranstehende Verfahren benötigt nicht die Massentrennung, und daher kann die Anordnung vereinfacht werden. Die voranstehende Tatsache führt zu keinem Vorteil. Da der Massentrennmechanismus nicht vorgesehen ist, werden sämtliche positiven Ionen H₂⁺ und H⁺ in dem Plasma in unerwünschter Weise in den Wafer eingeführt. Dies führt dazu, daß in unerwünschter Weise zwei poröse Schichten ausgebildet werden, die jeweils eine hohe Porösität aufweisen. In diesem Fall kann ein intelligentes Schneiden des Wafers nicht zufriedenstellend durchgeführt werden. Da sich die Masse des Moleküls (H₂) und des Atoms (H) voneinander um einen Faktor zwei unterscheiden, werden leichte H⁺-Ionen tief implantiert, etwa auf das doppelte der Tiefe, in welche die schweren H₂⁺-Ionen implantiert werden, wenn dieselbe Beschleunigungsenergie eingesetzt wird. Eine erste Schicht wird durch H₂⁺ gebildet, wogegen eine poröse Schicht, die eine zweite Schicht ist, durch H⁺ gebildet wird.

Ein Schneiden an der zweiten Schicht, die durch die atomaren Ionen H⁺ ausgebildet wird, muß vermieden werden. Der Grund hierfür besteht darin, daß die erste Schicht auf dem SOI-Substrat verbleibt, wenn das SOI-Substrat durch Verbindung mit einem anderen Wafer hergestellt wird. Wenn eine Abtrennung der Gesamtoberfläche der ersten Schicht (der aus H₂+ bestehenden porösen Schicht) näher an der Oberfläche zugelassen wird, tritt kein Problem auf. Wenn ein Abschnitt vorhanden ist, der an der zweiten Schicht abgeschnitten wurde, tritt ein Oberflächendefekt auf, was zu einer beträchtlichen Verringerung der Herstellungsausbeute führt.

In dem voranstehend erwähnten Dokument wird das voranstehend geschilderte Problem dadurch überwunden, daß der Zustand des Plasmas gesteuert wird, durch Optimieren der Gasflußrate und der zugeführten elektrischen Energie, so daß das Verhältnis der positiven Ionen in dem Plasma folgendermaßen ausgebildet wird: H₂⁺/H⁺ = 90 : 10. Daher wird H₂⁺ in höherem Anteil implantiert. Da die Menge der atomaren Ionen H⁺ klein ist, wird die Dicke der ersten Schicht verringert. Daher wird ein Kunstgriff eingesetzt, um zu veranlassen, daß die Abtrennung einfach an der ersten Schicht auftritt.

Ein vollständiges Entfernen von H⁺ kann jedoch nicht durchgeführt werden. Daher besteht die Befürchtung, daß eine Abtrennung an der zweiten Schicht auftritt. Das herkömmliche Verfahren kann nicht entweder die Molekülionen oder die atomaren Ionen in dem Plasma mit einer solchen Priorität erzeugen, daß die anderen Ionen vernachlässigt werden können. Wenn ein Plasmaparameter selbst in geringem Ausmaß geändert wird, besteht die Befürchtung, daß das Verhältnis der positiven Ionen H₂⁺ zu H⁺ geändert wird. Insbesondere besteht die deutliche Befürchtung, daß die Sicherheit der Herstellungseinrichtung nicht sichergestellt werden kann.

Wenn Molekülionen H₂⁺ vorzugsweise implantiert werden, um die poröse Schicht auszubilden, so erfordert H₂⁺ eine Spannung, die etwa das Zweifache der für H⁺ erforderlichen Spannung darstellt, für die Implantierung bis zu einer erforderlichen Tiefe. Das Ausmaß der technischen Schwierigkeiten für die Stromversorgungsquelle zum Anlegen der Plasmaspannung wird daher erhöht. Darüber hinaus steigen auch die Kosten an. Aus diesem Grund ist der Massentrennmechanismus erforderlich.

Ein kritisches Problem bei dem ersten Verfahren stellt die Tatsache dar, daß die Massentrennung erforderlich ist. In dem Plasma umfassen wie voranstehend geschildert die Arten der positiven Wasserstoffionen H⁺ und H₂⁺. Wenn allein nur ein Typ implantiert wird, wird die poröse Schicht in unerwünschter Weise als Mehrfachschichtanordnung ausgebildet. Um nur eine Art des Ionenstrahls auszuwählen, ist die in Fig. 1 gezeigte Ionenimplantierungseinrichtung mit dem Massentrennsystem versehen. Da ein großer Magnet erforderlich ist, können die Abmessungen und die Kosten der Einrichtung nicht verringert werden. Da die Masse des dicken Strahls nicht gesputtert werden kann, wird der Durchmesser des Ionenstrahls verringert. Da der Durchmesser des Ionenstrahls verringert ist, können Ionen nicht gleichzeitig in die Gesamtoberfläche des Wafers implantiert werden. Daher muß ein Abtastmechanismus vorgesehen werden, damit die Gesamtoberfläche des Wafers durch den Strahl abgetastet wird.

Mit dem Verfahren (sh. Fig. 9), bei welchem das Substrat dem Wasserstoffplasma ausgesetzt wird, und eine negative Plasmaspannung an das Substrat angelegt wird, um Wasserstoffionen zu implantieren, wird versucht, das voranstehende Problem durch Steuern der Plasmaparameter zu lösen. Allerdings stellt das voranstehend genannte Verfahren ein unvollständiges Verfahren dar. Es muß daher das Problem gelöst werden, daß mehrere Arten positiver Wasserstoffionen implantiert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein erster Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Einrichtung zum Implantieren von Wasserstoffionen in ein Halbleitersubstrat, ein Isoliersubstrat oder ein Metallsubstrat, auf solche Weise, daß die aus Wasserstoff erzeugten Ionen auf einen Typ beschränkt sind.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung zum Implantieren von Wasserstoffionen auf solche Weise, daß der Typ der erzeugten Ionen auf einen Typ beschränkt ist, das Erfordernis ausgeschaltet werden kann, die Massentrennung durchzuführen, und die Kosten und die erforderliche Installationsfläche verringert werden können.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung zum Implantieren von Wasserstoffionen, bei welcher eine Abtastung nicht erforderlich ist, da Ionen auf einen Typ beschränkt sind, und daher eine hohe Durchsatzrate erzielt wird.

Wie voranstehend geschildert umfassen positive Wasserstoffionen mehrere Typen, beispielsweise H⁺ und H₂⁺. Daher kann nur eine Art an Ionen nicht einfach in einem Anteil von 80% oder höher erzeugt werden. Wenn die Massentrennung durchgeführt wird, können die Abmessungen und die Kosten der Einrichtung nicht verringert werden. Noch schlimmer ist, daß die Durchsatzrate in nicht zufriedenstellender Weise niedrig ist. Daher verwendet die vorliegende Erfindung nicht das voranstehend erwähnte Verfahren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen folgende Schritte: Erzeugen eines Plasmas, welches Wasserstoff enthält; Erzeugung negativer Wasserstoffionen in dem Plasma; Ausbildung eines elektrischen Feldes zwischen dem Plasma und einem Substrat; und Beschleunigung negativer Wasserstoffionen aus dem Plasma unter Verwendung des elektrischen Feldes so, daß negative Wasserstoffionen in eine vorbestimmte Tiefe des Substrats implantiert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Einrichtung zum Implantieren negativer Wasserstoffionen auf: eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas, welches Wasserstoff enthält;
eine Erzeugungsvorrichtung für negative Wasserstoffionen zum Erzeugen von negativen Wasserstoffionen in dem Plasma; und eine Ausbildungsvorrichtung für ein elektrisches Feld zum Ausbilden eines elektrischen Feldes zwischen dem Plasma und einem Substrat; wobei negative Wasserstoffionen aus dem Plasma unter Verwendung des elektrischen Feldes so beschleunigt werden, daß negative Wasserstoffionen in einer vorbestimmten Tiefe in ein Substrat implantiert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den beigefügten Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht, die eine herkömmliche Einrichtung zum Implantieren positiver Wasserstoffionen in einem Si-Wafer zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die so aufgebaut ist, daß ein Wasserstoffplasma durch Anregung unter Verwendung von Hochfrequenz erzeugt wird, und eine positive Vorspannung in einem Zeitraum angelegt wird, in welchem negative Ionen zeitweilig erhöht vorhanden sind, nachdem die Zufuhr von Hochfrequenzenergie unterbrochen wurde, um so negative Wasserstoffionen in einen Si-Wafer zu implantieren;

Fig. 3A und 3B Diagramme, welche die Signalform von Impulsen zeigen, um den Zeitpunkt zu erläutern, an welchem Hochfrequenzenergie geliefert wird, sowie den Zeitpunkt, an welchem eine positive Vorspannung an den Wafer angelegt wird, bei der in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsform;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei welcher ein Magnetfeld in einem Zwischenabschnitt einer Kammer durch ein ECR-Plasmaverfahren erzeugt wird, und elektrische Ströme an leitfähige Stangen geliefert werden, um das Plasma in zwei Abschnitte aufzuteilen, um den Wirkungsgrad der Erzeugung negativer Ionen zu erhöhen, um so negative Wasserstoffionen in den Wafer zu implantieren;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, bei welcher ein Magnetfeld in einem Zwischenabschnitt einer Kammer durch ein ECR-Plasmaverfahren erzeugt wird, und elektrische Ströme an leitfähige Stangen geliefert werden, um das Plasma in zwei Abschnitte zu unterteilen, damit der Wirkungsgrad zur Erzeugung negativer Ionen verbessert wird, um so negative Wasserstoffionen in den Wafer zu implantieren;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer Einrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform, welche das ECR-Plasmaverfahren dazu verwendet, negative Wasserstoffionen in den Wafer zu implantieren;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform, die so ausgebildet ist, daß sie eine Quelle für negative Ionen des Sputtertyps dazu verwendet, negative Wasserstoffionen in den Wafer zu implantieren;

Fig. 8 eine Darstellung eines Vorgangs zur Herstellung eines SOI-Substrats durch Implantierung negativer Wasserstoffionen in ein Si-Substrat zur Ausbildung einer porösen Schicht aus Wasserstoff, gefolgt von Anhaftenlassen anderen Si, um Si aus der porösen Schicht zu entfernen;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Verfahrens zum Implantieren positiver Wasserstoffionen auf einmal in der Gesamtoberfläche;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht einer Einrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform zur Erzeugung eines Magnetfelds in einem Zwischenabschnitt einer Kammer unter Verwendung eines elektrischen Stroms leitfähiger Stangen durch ein ECR-Plasmaverfahren, um Plasma in zwei Abschnitte aufzuteilen, damit das Verhältnis verbessert wird, bei welchem negative Ionen erzeugt werden, so daß ein negativer Ionenstrahl durch das Abziehelektrodensystem abgezogen wird, um so negative Wasserstoffionen in einen Wafer zu implantieren;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht einer Einrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform, die so ausgebildet ist, daß das ECR-Plasmaverfahren zur Ausbildung eines Magnetfeldes in einem Zwischenabschnitt einer Kammer verwendet wird, unter Verwendung eines Magnetfeldes, welches von Permanentmagneten erzeugt wird, um das Plasma in zwei Abschnitte zu unterteilen, um so das Verhältnis zu verbessern, mit welchem negative Ionen erzeugt werden, so daß ein negativer Ionenstrahl durch das Abziehelektrodensystem abgezogen wird, um so negative Wasserstoffionen in einen Wafer zu implantieren; und

Fig. 12 eine Querschnittsansicht einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung einer Quelle negativer Ionen des Sputtertyps unter Verwendung von Cs, um negative Wasserstoffionen in einen Wafer zu implantieren; und

Fig. 13 eine Querschnittsansicht einer Einrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung eines Wasserstoffplasmas mittels Durchführung einer Anregung unter Verwendung von Mikrowellen und der resonanten Absorption von Mikrowellen unter Verwendung eines Magnetfeldes, welches durch eine Spule erzeugt wird, so daß das Einführen von Elektronen von einer Mikrowellenquelle zeitweilig unterbrochen wird, eine Spannung an ein Abziehelektrodensystem in einem Zeitraum angelegt wird, in welchem der Anteil negativer Ionen nach der Unterbrechung erhöht wurde, um so einen negativen Ionenstrahl abzuziehen, damit negative Wasserstoffionen in einen Si-Wafer implantiert werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im einzelnen beschrieben.

Bei der vorliegenden Erfindung werden negative Wasserstoffionen H⁻ statt positiver Ionen verwendet. Nur H⁻ ist ein stabiles negatives Wasserstoffion. Wenn negative Molekülionen wie etwa H₂⁻ erzeugt werden, haben diese eine kurze Lebensdauer von einigen ns bis zu einigen zehn ns. Die voranstehend genannten Ionen dissoziieren daher schnell in H und H⁻. Daher sind die negativen Wasserstoffionen H⁻-Ionen in einem Verhältnis von 100%. Die Monopolstellung von H⁻ bei negativen Wasserstoffionen wurde beispielsweise in folgendem Dokument beschrieben:

• (8) "Ion Source Engineering", geschrieben von Junzo Ishikawa, veröffentlicht von Ionics, Seiten 34 bis 35.

Die vorliegende Erfindung nutzt den signifikanten Monopolanteil von H⁻ bei negativen Ionen. Ein Substrat aus Si, ein dielektrisches Substrat, oder ein aus Glas hergestelltes Substrat, die bearbeitet werden sollen, wird in einer Plasmakammer angeordnet, um in Kontakt mit dem Plasma gebracht zu werden. Dann wird eine positive Spannung gepulst an das zu behandelnde Substrat und die Aufnahmevorrichtung angelegt, so daß atomare negative Wasserstoffionen H⁻ zusammen in das Substrat implantiert werden. Das Substrat wird vorher in Berührung mit dem Plasma gebracht, und dann werden Wasserstoffionen zusammen in den Gesamtkörper des Substrats implantiert. Eine dünne diskontinuierliche Potentialschicht, die als Hülle bezeichnet wird, ist zwischen dem Plasma und dem Substrat vorhanden. Die Beschleunigungsspannung wird an die Hülle angelegt, so daß H⁻-Ionen beschleunigt werden.

Da andere negative Wasserstoffionen nicht vorhanden sind, ist die Massentrennung nicht erforderlich. Da das Substrat in der Plasmakammer angeordnet wird, und das Substrat in Kontakt mit dem Plasma gebracht wird, kann eine Strahlabtastung nicht durchgeführt werden, und ist auch nicht erforderlich. Da eine kollektive Implantierung durchgeführt wird, kann ein hoher Durchsatz erzielt werden. Die voranstehenden Tatsachen stellen wesentliche Bestandteile der vorliegenden Erfindung dar.

Da nur atomare und einwertige Ionen H⁻ bei den negativen Wasserstoffionen vorhanden sind, ist eine Massentrennung nicht erforderlich. Daher wird kein großer und schwerer Massentrennmagnet benötigt. Daher können die Abmessungen der Einrichtung verringert werden, und kann die zur Installierung der Einrichtung erforderliche Fläche verringert werden. Da kein Magnet benötigt wird, läßt sich eine Verringerung der Kosten erzielen.

Da die Massentrennung nicht erforderlich ist, kann das Erfordernis der Ausbildung eines dünnen Ionenstrahls ausgeschaltet werden. Das Substrat wird direkt in dem Plasma angebracht, so daß das Substrat vorher in Kontakt mit dem Plasma tritt. Dann wird eine positive Spannung pulsierend angelegt, um negative Wasserstoffionen in das Substrat zu implantieren. Da die Strahlabtastung nicht durchgeführt wird, können die Kosten der Einrichtung entsprechend dem Abtastmechanismus verringert werden. Da der Abtastmechanismus nicht benötigt wird, ist daher keine Abtastentfernung erforderlich, und kann die Fläche verringert werden, die zur Installierung der Einrichtung benötigt wird. Da die Implantierung der Ionen auf einmal durchgeführt werden kann, kann die Zeit wesentlich verkürzt werden, die zur Beendigung des Implantierungsvorgangs benötigt wird. Dies führt dazu, daß der Durchsatz wesentlich verbessert werden kann. Darüber hinaus können die Kosten zur Herstellung eines SiSOI-Substrats durch das Zwischenraumschneidverfahren verringert werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung, welche den negativen Wasserstoffionenstrahl verwendet, ein Problem hat. Es muß nämlich ein Verfahren zur Erzeugung negativer Wasserstoffionen in großer Menge erzielt werden. Der Grund dafür, daß sämtliche herkömmlichen Vorgehensweisen positive Wasserstoffionen eingesetzt haben, die implantiert werden sollen, besteht darin, daß sich positive Ionen einfach erzeugen lassen. Die negativen Ionen können nicht einfach erzeugt werden. Da die Bedingung vorhanden ist, daß insgesamt elektrische Neutralität herrscht, ist die Anzahl an positiven Ionen = der Anzahl an Elektronen + der Anzahl an negativen Ionen. In dem Plasma ist die Anzahl negativer Ionen immer kleiner als jene der positiven Ionen. Da sowohl die negativen Ionen als auch die Elektronen negativ geladene Teilchen darstellen, tritt die Schwierigkeit auf, daß auch Elektronen ausgestoßen werden, wenn negative Ionen ausgestoßen werden, wenn die Ionenquelle in den negativen Zustand versetzt wird. Wenn Elektronen in das Substrat implantiert werden, werden die erforderlichen Ionenströme verschwendet. Darüber hinaus tritt die Schwierigkeit auf, daß das Substrat in unerwünschter Weise durch die Elektronen erwärmt wird. Ein Hauptanteil der Ionenimplantierungseinrichtungen verwendet positive Ionen, da positive Ionen einfach erzeugt werden können, und eine Mischung mit Elektronen verhindert werden kann.

Das Problem der Schwierigkeit der Erzeugung negativer Ionen kann durch einige Kunstgriffe gelöst werden. Einer der Kunstgriffe ist ein Verfahren zum schnellen Quenchen von Elektronen, während der Neutralzustand in dem Plasma aufrechterhalten wird, um so zeitweilig den Anteil negativer Ionen zu erhöhen. Wenn die Umwandlung in einwertige Ionen durchgeführt wird, ist die Anzahl an Elektronen + die Anzahl an negativen Ionen = der Anzahl an positiven Ionen. Wenn daher die Anzahl an Elektronen zeitweilig näher an Null herangebracht wird, kann die Anzahl der negativen Ionen näher an die Anzahl der positiven Ionen herangeführt werden. Wenn eine Plasmaanregungsvorrichtung unterbrochen wird, wenn das Plasma eingeschaltet ist, werden die Temperaturen der Elektronen schnell abgesenkt. Der Anteil niederenergetischer Ionen steigt daher an.

Die niederenergetischen Elektronen weisen große Streuquerschnitte auf und stoßen leicht mit neutralen Atomen und Molekülen zusammen. Das niederenergetische Elektron, welches mit dem neutralen Wasserstoffatom zusammengestoßen ist, wird durch das neutrale Wasserstoffatom eingefangen, so daß das niederenergetische Elektron dazu führt, daß sich einwertiges H⁻ ergibt. Der Stoß mit dem neutralen Wasserstoffmolekül führt zur Aufspaltung des Moleküls in zwei Atome, welche Ladungen aufweisen. Daher werden ein neutrales Atom und ein negatives Ion H⁻ erzeugt. Wenn wie voranstehend geschildert das Plasma gequencht wird, sinkt die Anzahl an Elektronen schnell ab, und die Anzahl an negativen Ionen schnell an.

Selbstverständlich tritt das voranstehend geschilderte Phänomen nur zeitweilig auf. Danach sinken die Anzahlen sowohl der positiven Ionen als auch der negativen Ionen ab. In dem voranstehend erwähnten kurzen Zeitraum wird eine Vorspannung an das Substrat (den Wafer) und die Aufnahmevorrichtung angelegt, um negative Ionen in den Wafer zu implantieren.

Da die Implantation in dem kurzen Zeitraum durchgeführt wird, muß sie wiederholt werden. Daher wird das Plasma pulsierend ein/ausgeschaltet, und dann wird die positive Vorspannung pulsierend an den Wafer und die Aufnahmevorrichtung nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung angelegt. Obwohl die Anzahl an pro Operation implantierten Ionen gering ist, kann die erforderliche Dosis infolge der wiederholten Implantierungsoperationen erzielt werden. Das voranstehende Verfahren wird vorläufig als "positives Impulsverfahren nach dem Ausschalten" bezeichnet.

Über das positive Impulsverfahren nach dem Ausschalten hinaus ist ein weiteres Verfahren zur Erzeugung negativer Ionen mit hoher Dichte bekannt. Elektronen in dem Plasma weisen hohe Temperaturen und eine hohe Energie von einigen zehn eV auf. Daher tritt eine Verbindung mit neutralen Atomen nicht leicht auf. Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit weisen Energien von etwa 0,1 eV bis etwa 0,01 eV auf, und können sich einfach mit neutralen Atomen verbinden, so daß negative Ionen erzeugt werden. Daher weist das voranstehend erwähnte Verfahren den Schritt auf, die Elektronenenergie auf etwa 0,1 eV oder weniger zu verringern, um die Querschnitte für den Stoß und die Verbindung mit neutralen Atomen und neutralen Molekülen zu vergrößern. Das voranstehende Verfahren wird als "Energiefilterverfahren" bezeichnet. Das voranstehende Verfahren stellt ein Verfahren zur Erhöhung der Dichte negativer Ionen unter Berücksichtigung der Zeit und des Raums zur Aufnahme negativer Ionen dar. Das voranstehende Verfahren kann gleichzeitig mit dem positiven Impulsverfahren nach Abschaltung eingesetzt werden.

Ein Verfahren zur Erzeugung negativer Ionen nutzt die Tatsache, daß Cs eine niedrige Austrittsarbeit aufweist. Das voranstehende Verfahren ist ein bekanntes Verfahren. Man läßt daher Cs vorher an einem positiv vorgespannten Target anhaften, und dann läßt man neutrale Atome und Moleküle mit Cs zusammenstoßen. Daher werden Cs-Atome zu den neutralen Atomen und Molekülen bewegt, so daß negative Ionen erzeugt werden. Obwohl Cs in ein positives Ion umgewandelt wird, kehrt Cs in den neutralen Zustand zurück, da Elektronen von dem Target übertragen werden. Das voranstehende Verfahren nutzt die Tatsache aus, daß Cs leicht Elektronen freigibt (eine niedrige Austrittsarbeit aufweist). Es wird darauf hingewiesen, daß Cs durch Rb ersetzt werden kann. Das voranstehende Verfahren kann zusammen mit dem positiven Impulsverfahren nach der Abschaltung eingesetzt werden.

Das Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas umfaßt mehrere Verfahren, nämlich die Bogenentladung unter Verwendung eines Heizfadens, eine Hochfrequenzentladung zwischen parallelen und ebenen Elektronen, eine Gleichspannungsentladung, eine Mikrowellenentladung und die Erzeugung negativer Ionen mittels Sputtern. Es gibt ebenso viele Ionenquellen wie die voranstehend geschilderten Anregungsvorrichtungen. Die vorliegende Erfindung kann bei jeder der Quellen eingesetzt werden, die mit dem positiven Impulsverfahren nach Abschaltung arbeiten.

Obwohl Wasserstoffgas das geeignetste Rohmaterial für das Gas darstellt, ist das Rohmaterialgas hierauf nicht beschränkt. Als Alternative kann Wasserstoff zusammen mit einem Edelgas eingesetzt werden. Beispiele für das Edelgas sind Heliumgas und Argongas. Die voranstehend angegebenen Gase sind im Plasmazustand stabil, und gestatten die Erzeugung negativer Wasserstoffionen, wenn das Edelgas und Wasserstoff zusammenstoßen. Daher kann die Dichte an negativen Ionen noch weiter erhöht werden.

Als Alternative kann Gas eines Typs eingesetzt werden, welches Wasserstoff enthält, beispielsweise SiH₄ oder CH₄, um als Rohmaterialgas zu dienen. Wenn SiH₄ verwendet wird, werden Si_xH_y-Ionen zusätzlich zu H⁻ erzeugt. Die zusätzlichen Ionen, welche sehr schwere Ionen darstellen, werden einfach an Orten in der Nähe der Oberfläche des Substrats implantiert. Daher können die voranstehend genannten Ionen einfach durch Polieren entfernt werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine positive Spannung an einen Wafer angelegt, der in Berührung mit dem Plasma gebracht wird, gefolgt vom Implantieren negativer Wasserstoffionen H⁻ in ein Si-Substrat, ein Glassubstrat oder ein dielektrisches Substrat. Da der Hauptanteil negativer Wasserstoffionen in dem Plasma aus H⁻ besteht, ist die Massentrennung nicht erforderlich. Da das Erfordernis, den Durchmesser des Strahls zum Zwecke der Durchführung der Massentrennung zu verringern, ausgeschaltet ist, ist keine Abtasteinrichtung erforderlich. Daher kann die Einrichtung vereinfacht werden, läßt sich eine Verringerung der Abmessungen erzielen, und kann der Durchsatz verbessert werden. Als nächstes wird ein Verfahren zur Erzeugung negativer Ionen beschrieben, die sich nicht einfach erzeugen lassen.

[1, Positives Impulsverfahren nach der Abschaltung] (Negatives Ionenstrahlverfahren nach der Abschaltung)

Das Einschalten des Plasmas wird gepulst durchgeführt. Unmittelbar nach Abschaltung des Plasmas wird eine positive Spannung an das Substrat (den Wafer) gepulst angelegt, so daß negative Ionen implantiert werden (das Verfahren ist ein Verfahren zum Einschalten des Plasmas auf gepulste Weise, wobei eine vorbestimmte Spannung an ein führendes Elektrodensystem unmittelbar nach Abschalten des Plasmas angelegt wird, so daß negative Ionen implantiert werden).

Wenn eine Plasmaerzeugungsvorrichtung eingeschaltet wird, wird in einer Plasmaerzeugungskammer ein Plasma erzeugt, welches Wasserstoff enthält. Dann wird die Plasmaerzeugungsvorrichtung abgeschaltet. Daher wird die Temperatur der Elektronen in dem Plasma schnell von einigen zehn eV auf 5 bis 7 eV abgesenkt, innerhalb einiger µsec Andererseits ändern sich in dem voranstehend genannten Zeitraum die Dichten der Elektronen und der positiven und negativen Ionen nicht wesentlich. In dem Plasma überwiegen nunmehr niederenergetische Elektronen. Da bei Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit und Wasserstoffmolekülen eine dissoziative Adhäsion auftritt, kann die Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung negativer Wasserstoffionen schnell erhöht werden. Die voranstehend genannte Tatsache läßt sich einfach durch folgende Ausdrücke ausdrücken: "e⁻ + H₂ → H⁻ + H" und "e⁻ + H → H⁻". Da die voranstehend genannte Adhäsion stattfindet, wird die Dichte neutraler Atome schnell erhöht, unmittelbar nach dem Abschalten der Plasmaerzeugungsvorrichtung. Wenn ein Zeitraum von 20 µsec bis 30 µsec vergangen ist, werden Elektronen, die leichte Substanzen darstellen, schnell verteilt und daher gequencht. Daher wird die Dichte verringert. Positive und negative Ionen, die eine große Masse aufweisen, werden nicht wesentlich gequencht. Daher wird ein außergewöhnliches Plasma erzeugt (welches im wesentlichen keine Elektronen enthält), welches eine beträchtliche Elektronendichte aufweist, und in welchem die positiven und negativen Ionen das Plasma aufrechterhalten. Das voranstehend geschilderte Phänomen wurde beispielsweise in folgendem Dokument beschrieben.

• (9) "Pulse Modulated Plasma", Seiji Samukawa, Applied Physics, Vol. 66, Ausgabe No. 6, Seiten 550-558 (1997).
• (10) M.B. Hopkins, M. Bacal & W.G. Graham, "Enhanced volume production of negative ions in the post discharge of a multicusp hydrogen discharge", J. Appl. Phys. 70 (4), Seiten 2009-2014 (1991)".

In dem Dokument (9) wurde ein Plasma aus Chlor und Argon beschrieben. In dem Dokument (10) wurden Ergebnisse der Untersuchung eines Wasserstoffplasmas beschrieben. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung verwendet die voranstehend geschilderte Vorgehensweise in verfeinerter Ausführung. Ein Zustand mit hoher Dichte an negativen Ionen wird in einem kurzen Zeitraum nach dem Ausschalten des Plasmas erzielt. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Schritt vorgesehen, eine positive Impulsspannung an das Substrat, also die Aufnahmevorrichtung, zu jenem Zeitpunkt anzulegen, wenn das außergewöhnliche Plasma (Anzahl an positiven Ionen = Anzahl an negativen Ionen) ausgebildet wird. Dies führt dazu, daß negative Wasserstoffionen (H⁻) in die gesamte Oberfläche des Si-Substrats implantiert werden.

[2. Energiefilterverfahren]

Die Plasmakammer ist in zwei Kammern unterteilt. Rohmaterialgas wird in eine erste Plasmakammer eingegeben, um angeregt zu werden, so daß ein Plasma erzeugt wird. In der zweiten Plasmakammer sind ein Wafer und eine Aufnahmevorrichtung vorgesehen. Ein Energiefilter, welches durch ein Magnetfeld erzielt wird, ist zwischen den beiden Plasmakammern vorgesehen. In der ersten Plasmakammer wird eine starke Plasmaerzeugung durchgeführt, so daß die Elektronen hohe Energien aufweisen. Das Energiefilter verhindert das Eindringen von Elektronen mit hoher Energie. In der zweiten Plasmakammer ist eine große Anzahl niederenergetischer Elektronen vorhanden. Die niederenergetischen Elektronen weisen große Querschnitte für den Stoß und die Verbindung mit neutralen Molekülen und Atomen auf. Die niederenergetischen Elektronen verbinden sich mit neutralen Atomen, so daß neutrale Atome in negative Ionen H⁻ umgewandelt werden. Nachdem die Menge an niederenergetischen Elektronen wie voranstehend geschildert verringert wurde, werden niederenergetische Elektronen von der ersten Plasmakammer aus zugeführt. Das Energiefilter ist in Bezug auf die Elektronenenergie selektiv. Es wird darauf hingewiesen, daß der freie Durchgang neutraler Atome und Moleküle zugelassen wird. Dies wird dadurch erzielt, daß ein Magnetfeld ausgebildet wird, welches eine Stärke von einigen zehn Gauss aufweist. Das voranstehend geschilderte Magnetfeld kann dadurch ausgebildet werden, daß Permanentmagnete einander gegenüberliegend angeordnet werden. Als Alternative hierzu kann das Magnetfeld dadurch ausgebildet werden, daß elektrische Ströme durch mehrere parallele leitende Stäbe hindurchgeleitet werden.

[3. Cs-Verfahren]

Das Cs-Verfahren stellt ein Verfahren dar, welches in weitem Ausmaß dazu eingesetzt wurde, als Quelle negativer Ionen zu dienen. Wenn Cs an der Oberfläche eines Metallmaterials absorbiert wird, hat Cs die Auswirkung, die Austrittsarbeit der Oberfläche des Metallmaterials zu verringern. Da die Austrittsarbeit verringert wird, wird eine einfache Freigabe von Elektronen erzielt. Wenn das Metallmaterial negativ vorgespannt wird, dient das Metallmaterial als Material zum Ausstoß von Elektronen. Wasserstoffmoleküle und positive Wasserstoffionen stoßen mit Cs zusammen, und Elektronen werden in Wasserstoffmolekülen usw. zugeführt. Daher werden negative Wasserstoffionen erzeugt. Cs im Festkörperzustand ist in der Verdampfungsquelle aufgenommen, und dann wird Cs erhitzt und verdampft, um in die Oberfläche des Metallmaterials eingegeben zu werden. Als Alternative zu Cs können Rubidium Rb, Kalium K oder Barium Ba verwendet werden.

[Ausführungsform 1 (Nutzung der Erhöhung negativer Ionen unmittelbar nach dem Abschalten des Plasmas)]

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nunmehr eine erste Ausführungsform beschrieben. Eine Kammer 30 mit einer Rohmaterialgaseinlaßöffnung 29 ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas durch Anregung unter Verwendung von Hochfrequenz. Eine Aufnehmerelektrode 31 ist in dem unteren Abschnitt der Kammer 30 vorgesehen, während eine gegenüberliegende Elektrode 32 in dem oberen Abschnitt vorgesehen ist. Die Aufnehmerelektrode 31 wird durch eine Welle 33 gehaltert. Die Welle 33 ist gegenüber der Kammer 30 durch ein Isolierteil 34 isoliert. Eine gegenüberliegende Elektrode 32 aus parallelen und ebenen Elektroden 31 und 33 ist über eine elektrische Leitung 37 mit einer Hochfrequenzversorgungsquelle 41 von 13,56 MHz verbunden, über einen Anpassungskasten 38, eine elektrische Leitung 39 und einen ersten Schalter 40. Die Hochfrequenzversorgungsquelle 41 wird durch eine erste Triggerschaltung 45 so getriggert, daß sie periodisch ein- und ausgeschaltet wird.

Ein Siliziumsubstrat 58 wird auf der Aufnehmerelektrode 31 aus den parallelen und ebenen Elektroden 31 und 32 angebracht. Eine Welle 33, die mit der Aufnehmerelektrode 31 verbunden ist, wird durch die Kammer 30 über das Isolierteil 34 gehaltert Die Welle 33 ist mit der positiven Elektrode einer positiven Vorspannungsquelle 44 über eine elektrische Leitung 42 und einen zweiten Schalter 43 verbunden. Es wird darauf hingewiesen, daß es sich bei der voranstehend angegebenen Stromversorgungsquelle um die positive Vorspannungsquelle handelt, also nicht um die negative Vorspannungsquelle. Der zweite Schalter 43 wird periodisch durch eine zweite Triggerschaltung 46 ein- und ausgeschaltet.

Die Zeitpunkteinstellschaltung 47 schaltet die erste und zweite Triggerschaltung 45 bzw. 46 mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt, ein bzw. aus. Der erste Schalter zum Einschalten des Plasmas wird gepulst mit einem kurzen Zeitraum ein- und ausgeschaltet. Unmittelbar danach wird der zweite Schalter 43 zum Anlegen der positiven Vorspannung an die Aufnehmerelektrode 31 und den Wafer 58 in einem kurzen Zeitraum ein- und ausgeschaltet. Dies hat folgende Gründe.

Wasserstoffgas wird in die Plasmaerzeugungskammer 30 eingelassen. Die erste Triggerschaltung 45 schaltet den ersten Schalter 40 ein (erster Übergang 48 des Impulses). Hochfrequenzenergie wird an die gegenüberliegende Elektrode 32 und die Aufnehmerelektrode 31 angelegt. Daher entsteht eine Glimmentladung zwischen den Elektroden, so daß ein Wasserstoffplasma erzeugt wird. Elektronen weisen eine kinetische Energie von einigen zehn eV auf. Der voranstehende Zustand ist ein Zustand, in welchem das Plasma eingeschaltet wurde, wenn die Hochfrequenzleistung 49 eingeschaltet wurde, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist.

Wenn die erste Triggerschaltung 45 ausgeschaltet wurde (Abfall 50), wird der erste Schalter 40 ausgeschaltet. Daher wird mit dem Quenchen des Plasmas begonnen. Die Temperaturen der Elektronen werden verringert, was dazu führt, daß hochenergetische Elektronen, jeweils mit einigen zehn eV, in dem Plasma schnell innerhalb einiger µsec gequencht werden. Gleichzeitig verlieren die Elektronen Energie, so daß ihre Energie auf einige eV absinkt. Wenn die Energie niedrig ist, ist die Geschwindigkeit gering, und daher wird der Streuquerschnitt in Bezug auf Wasserstoffatome wesentlich vergrößert. Daher treten leicht Stöße mit Wasserstoff auf. Die niederenergetischen Elektronen können sich dissoziativ an Wasserstoffmoleküle anhängen, so daß H⁻ erzeugt wird. Daher steigt nach Ausschalten der Triggerschaltung 45 bei 50 die Dichte an H⁻ schnell an. Wenn der Gasdruck erhöht wird, und die zugeführten Mikrowellenleistung erhöht wird, um das elektrische Feld zu erhöhen, werden bevorzugt H⁻-Ionen erzeugt. Dies führt dazu, daß der Hauptanteil an negativen Ionen einatomige und einwertige H⁻-Ionen werden. Die Dichte von H⁻ weist einen Spitzenwert im Bereich von 10 µsec bis 100 msec auf, obwohl dies nicht allgemein gilt, da dies vom Plasmabehälter und den Erzeugungsbedingungen abhängt. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Anzahl an negativen Ionen soweit erhöht, daß sie der Anzahl an positiven Ionen entspricht. Nachfolgende Stöße mit der Wandoberfläche und dergleichen führen dazu, daß H⁻ allmählich abnimmt.

In dem Zeitraum von dem Zeitpunkt, an welchem die erste Triggerschaltung 45 abgeschaltet wurde, bis zum Zeitpunkt, an welchem diese abgeschaltet wurde, wird bevorzugt die Elektronendichte extrem abgesenkt. Im Zeitraum von dem Zeitpunkt, an welchem die erste Triggerschaltung 45 ausgeschaltet wurde (51), bis zu dem Zeitpunkt, an welchem sie nach Ablauf von 10 µsec abgeschaltet wurde, wird die zweite Triggerschaltung 46 eingeschaltet (53). In einem Zeitraum, in welchem die zweite Triggerschaltung 46 eingeschaltet ist (54), wird eine positive Vorspannung von 20 kV bis 220 kV gepulst an das Si-Substrat angelegt. Der Wafer wird mit einer positiven Vorspannung versorgt, so daß negative Ionen in dem Plasma 57 an den Wafer 58 angezogen und in tiefe Abschnitte des Wafers beschleunigt werden. Da die Ausbreitung des Plasmas 57 größer ist als die Abmessungen des Wafers 58, werden negative Wasserstoffionen gleichmäßig in die Gesamtoberfläche implantiert. Daher ist keine Abtastung erforderlich. Obwohl die negativen Ionen abnehmen, wird die positive Vorspannung schnell abgeschaltet (erster Übergang 55). Daher kann eine Zeitverschwendung verhindert werden.

Der nächste Vorgang zum Einschalten des Plasmas (der erste Übergang 48) wird verhindert, so daß Plasma erzeugt wird. Dann wird das Plasma gequencht, so daß die Konzentration an negativen Ionen ansteigt, und dann wird die positive Vorspannung angelegt (erster Übergang 53). Die voranstehenden Operationen werden wiederholt, so daß das Implantieren negativer Ionen H⁻ in kleiner Menge in dem Wafer wiederholt wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Halbleiterschalter dazu verwendet, als die Schalter 40 und 43 zu dienen. Im voranstehenden Fall wurde der Einsatz eines Tastverhältnisses von 1% und eine Wiederholungsfrequenz von einigen Hz bis einigen 10 kHz bestätigt. Es wird darauf hingewiesen, daß ein Thyratron oder dergleichen als Schaltvorrichtung verwendet werden kann.

Ein wesentlicher Anteil bei der ersten Ausführungsform besteht darin, daß das Plasma ein- und ausgeschaltet wird, und H⁻-Ionen in großer Menge in einem Zeitraum erzeugt werden, in welchem das Plasma ausgeschaltet ist, und eine positive Vorspannung zum geeigneten Zeitpunkt angelegt wird, um H⁻-Ionen in das Si-Substrat zu implantieren. Der Effekt, daß der Anteil negativer Ionen ansteigt, unmittelbar nachdem das Plasma ausgeschaltet wurde, wird daher gezielt eingesetzt.

Obwohl eine Hochfrequenzanregungseinrichtung verwendet wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung kann ein Mikrowellenplasma oder Gleichspannungsentladungsplasma statt des Hochfrequenzplasmas aufweisen. Auf jeden Fall wird eine positive Vorspannung an den Wafer zu jenem Zeitpunkt angelegt, an welchem der Anteil negativer Ionen erhöht wurde, unmittelbar nachdem die Plasmaerzeugungsvorrichtung ausgeschaltet wurde, während der Operation des periodischen Ein/Ausschaltens der Plasmaerzeugungsvorrichtung.

[Zweite Ausführungsform (Durchlaß niederenergetischer Elektronen durch Energiefilter)]

Es gibt verschiedene Verfahren, die negative Wasserstoffionen in großer Menge erzeugen können. Insbesondere wurden mehrere Ergebnisse dabei erzielt, eine Quelle für negative Wasserstoffionen für eine Neutralteilcheninjektionseinrichtung (NBI: Neutralstrahlinjektion) bei der Entwicklung der Kernfusion zu entwickeln. Eine zweite Ausführungsform verwendet das voranstehend geschilderte Verfahren. Der Aufbau und der Betrieb der Quelle für negative Wasserstoffionen wurden in folgendem Dokument beschrieben.

• (11) "Ion Source Engineering", geschrieben von Junzo Ishikawa, veröffentlicht von Ionics, Seiten 486-492.

Wasserstoffgas wird in eine Plasmakammer eingelassen, und dann wird ein Wärmeheizfaden, der in der Plasmakammer angeordnet ist, mit Energie versorgt und aufgeheizt, um thermische Elektronen zu erzeugen. Eine Gleichspannung von etwa 40 V bis 100 V wird so eingesetzt, daß der Wärmeheizfaden die negative Elektrode darstellt, und die Wand der Plasmakammer die positive Elektrode. Dann wird eine Gleichspannungsentladung hervorgerufen, so daß ein Wasserstoffplasma erzeugt wird. Permanentmagneten sind an der Außenseite der Plasmaerzeugungskammer so angeordnet, daß die Süd- und Nordpole abwechselnd angeordnet sind. Ein Multipolmagnetfeld (Cusp-Magnetfeld) wird erzeugt, um das Plasma wirksam festzuhalten.

Die Plasmakammer ist in eine erste Plasmakammer und eine zweite Plasmakammer durch das Magnetfeld unterteilt. Wenn elektrische Ströme durch mehrere parallele leitfähige Stangen fließen, bildet sich ein schwaches Magnetfeld von einigen zehn Gauss aus. Die voranstehende Anordnung wird als "Energiefilter" bezeichnet. Das Energiefilter verhindert das Einlassen einer großen Menge hochenergetischer Elektronen mit einigen zehn eV, die in der ersten Plasmakammer erzeugt werden, in die zweite Plasmakammer.

In der zweiten Plasmakammer wird ein Plasma erzeugt, welches niederenergetische Elektronen von etwa 1 eV bis etwa 0,1 eV in großer Menge enthält. Das dissoziative Anlagern von Elektronen an Wasserstoffmoleküle führt dazu, daß H⁻ in großer Menge erzeugt wird.

Fig. 4 zeigt die zweite Ausführungsform im einzelnen. Das Energiefilter erhöht den Anteil niederenergetischer Elektronen, um die Erzeugung negativer Ionen zu erhöhen. Obwohl nunmehr eine Wärmeheizfaden-Plasmaerzeugungseinrichtung als Beispiel beschrieben wird, kann die vorliegende Erfindung auch bei einem anderen Anregungsverfahren eingesetzt werden. Eine Plasmakammer 61 weist eine Gaseinlaßöffnung und eine Gasauslaßöffnung (nicht gezeigt) auf. Durch die Einlaßöffnung wird Wasserstoffgas, Argongas oder dergleichen eingelassen. Ein Heizfaden 64 geht durch eine Einführungsklemme 62 hindurch, so daß er mit einer Heizfadenstromversorgungsquelle 65 verbunden ist. Eine Lichtbogenstromversorgungsquelle 66 und ein erster Schalter 67 sind zwischen dem Heizfaden 64 und der Plasmakammer 61 angeordnet. Der Heizfaden 64 wird erhitzt, so daß er thermische Elektronen abgibt. Die thermischen Elektronen fließen zur Wand der Plasmakammer 61 hin, so daß eine Lichtbogenentladung auftritt. Infolge der Lichtbogenentladung wird das Gas angeregt, und daher ein Plasma erzeugt.

Mehrere parallele leitfähige Stangen 69 sind in einem mittleren Abschnitt der Plasmakammer 61 angeordnet. Elektrische Ströme fließen in derselben Richtung. Daher wird um die leitfähigen Stangen 69 herum ein Magnetfeld von einigen 10 Gauss bis etwa 100 Gauss ausgebildet. Hochenergetische Elektronen können nicht durch die Sperre in Form des schwachen Magnetfeldes hindurchgehen. Niederenergetische Elektronen können die voranstehend genannte Sperre durchdringen. Daher dient das durch die leitfähigen Stangen 59 ausgebildete Magnetfeld als Energiefilter, welches den selektiven Durchgang der niederenergetischen Elektronen gestattet.

Die Plasmakammer 61 ist in einen oberen und einen unteren Abschnitt durch die leitfähigen Stangen 69 unterteilt. Der obere Abschnitt ist ein Abschnitt zum Anregen von Wasserstoff durch den Heizfaden, wobei der obere Abschnitt als erste Plasmakammer 68 bezeichnet wird. Der untere Abschnitt ist ein Abschnitt zur Erzeugung negativer Ionen, wobei der untere Abschnitt als zweite Plasmakammer 70 bezeichnet wird. Ein Aufnehmer 73, auf welchem ein Wafer 72 angebracht wurde, ist in der zweiten Plasmakammer 70 angeordnet. Der Aufnehmer 73 ist mit einer externen Schaltung über eine Welle 74 verbunden. Die Welle 74 ist an einen zweiten Schalter 67 und eine positive Vorspannungsquelle 77 angeschlossen. Die Zeitpunkteinstelleinheit 78 schaltet den ersten Schalter 67 und den zweiten Schalter 76 pulsierend ein und aus, bei Zeitpunkten, die in den Fig. 3A und 3B gezeigt sind.

Die positive Vorspannung wird so festgelegt, daß sie das Implantieren von Wasserstoff in einen Si-Wafer gestattet. Normalerweise werden etwa 20 keV bis etwa 200 keV dazu eingesetzt, die Tiefe der Implantierung festzulegen. Die Zeitpunkteinstellschaltung 78 schaltet den zweiten Schalter 76 ein und aus. Wenn der zweite Schalter 76 ausgeschaltet wurde, ist der Wafer auf eine positive Spannung vorgespannt. Daher werden negative Wasserstoffionen tief implantiert. Da der Wafer in dem ausgebreiteten Plasma angeordnet ist, können negative Wasserstoffionen auf einmal in der gesamten Oberfläche implantiert werden. Da das Plasma eine große Fläche aufweist, sind eine Massentrennung und eine Strahlabtastung nicht erforderlich.

Mehrere Permanentmagneten 71 sind auf der Außenwand in dem unteren Abschnitt der Plasmakammer 61 so angeordnet, daß die Süd- und Nordpole benachbarter Magneten abwechselnd umgekehrt sind. Die benachbarten Magneten erzeugten ein Cusp-Magnetfeld, so daß der Effekt erzielt wird, daß geladene Teilchen in dem Zentrumsabschnitt der Plasmakammer festgehalten werden.

Nunmehr wird der Betrieb erläutert. Wasserstoffgas wird durch die Gaseinlaßöffnung eingegeben. Der Heizfaden führt zum Ausstoßen thermischer Elektronen, so daß eine Bogenentladung auftritt. Dies führt dazu, daß das Gas angeregt wird, so daß ein Plasma erzeugt wird. Das Plasma enthält positive Ionen, Elektronen, neutrale Atome und Moleküle. Es ist eine Große Menge an Elektronen vorhanden, dagegen eine kleine Menge an negativen Ionen. Die Elektronen weisen eine hohe Energie von etwa 10 eV auf. Da es sich bei den Elektronen um Elektronen mit hoher Geschwindigkeit handelt, treten kaum Stöße mit neutralen Atomen auf.

Ein Magnetfeld B (einige 10 Gauss bis 100 Gauss), das durch die leitfähigen Stangen 69 ausgebildet wird, ist in dem Grenzbereich zwischen der ersten Plasmakammer 68 und der zweiten Plasmakammer 70 vorhanden. Geladene Teilchen, insbesondere Elektronen mit hoher Geschwindigkeit, können nicht durch die Sperre in Form des Magnetfeldes hindurchgehen. Neutrale Atome und Moleküle können durch das Magnetfeld B hindurchgehen. Selbst leichte Elektronen eines Typs mit niedriger Energie (etwa 1 eV oder weniger) können durch das Magnetfeld B der leitfähigen Stange 69 hindurchgehen. Niederenergetische Elektronen werden durch das Magnetfeld eingefangen, so daß sie Zyklotronbewegungen durchführen. Dann werden die niederenergetischen Elektronen von dem Einfluß des Magnetfeldes befreit.

Da niederenergetische Elektronen in der zweiten Plasmakammer 70 vorhanden sind, lagern sich die niederenergetischen Elektronen dissoziativ an neutrale Wasserstoffmoleküle an. Dies führt dazu, daß negative Wasserstoffionen erzeugt werden. Der Hauptanteil der niederenergetischen Elektronen kann sich an die neutralen Atome und Moleküle anlagern, so daß die niederenergetischen Elektronen gequencht werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Dichte an negativen Ionen maximal erhöht. Zu diesem Zeitpunkt wird die positive Vorspannung an den Wafer 72 und den Aufnehmer 73 angelegt, so daß negative Ionen durch elektrostatische Kräfte stark angezogen werden.

Bei der zweiten Ausführungsform wird Wasserstoffgas nur der ersten Plasmakammer 68 zugeführt. Die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Im allgemeinen kann der Wirkungsgrad der Erzeugung negativer Ionen mit steigendem Druck an Wasserstoffgas erhöht werden. Um den Wirkungsgrad der Erzeugung negativer Ionen zu verbessern, kann Wasserstoffgas auch der zweiten Plasmakammer 70 zugeführt werden. Die Zufuhr an Wasserstoffgas zur ersten Plasmakammer kann gesperrt werden, und nur die Zufuhr von Wasserstoffgas zur zweiten Plasmakammer 70 zugelassen werden.

Wenn die positive Vorspannung bei 56 abgeschaltet wird, ist der Wafer positiven Ionen ausgesetzt. Der voranstehend genannte Zustand führt zu keinerlei Problemen. Der einfache Kontakt der positiven Ionen führt nicht dazu, daß sie in den Wafer eindringen können. Bei der vorliegenden Ausführungsform erregt die Zeitpunkteinstellschaltung 78 das Plasma intermittierend. Nachdem ein kurzer Zeitraum seit dem Moment verstrichen ist, an welchem das Plasma abgeschaltet wurde, wird die positive Spannung gepulst an den Wafer 72 angelegt. Wenn die Dichte an negativen Ionen erhöht wurde, wird der Wafer mit der positiven Spannung vorgespannt, so daß negative Ionen wirksam in den Wafer implantiert werden.

[Dritte Ausführungsform (Niederenergetische Elektronen werden durch das Energiefilter durchgelassen)]

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist so aufgebaut, daß das Energiefilter aus Permanentmagneten 81 bis 84 besteht, welche die leitfähigen Stangen ersetzen. Zusätzlich zu dem Permanentmagneten 71 zur Ausbildung des Cusp-Magnetfeldes sind Permanentmagneten 81 bis 84, die in dieselbe Richtung weisen, in mittlerer Höhe der Plasmakammer 61 angeordnet. Flußdichten B, die in eine Richtung weisen, werden zwischen den Permanentmagneten 81 und 82 und zwischen den Permanentmagneten 83 und 84 erzeugt. Die Flußdichte unterbricht Elektronen mit hoher Geschwindigkeit, also dient als das Energiefilter. Daher können dieselben Auswirkungen erhalten werden wie bei einer Anordnung, bei welcher elektrische Ströme durch die in Fig. 4 gezeigten leitfähigen Stangen geleitet werden. Der Permanentmagnet 71, der in dem oberen Abschnitt angeordnet ist, erzeugt ein Cusp-Magnetfeld. Der Aufbau, bei welcher der Wafer 72 intermittierend mit einer positiven elektrischen Spannung vorgespannt wird, so daß negative Ionen implantiert werden, ist ähnlich wie bei der voranstehenden Ausführungsform. Da negative Ionen auf einmal in die Gesamtoberfläche implantiert werden, sind eine Massentrennung und eine Strahlabtastung nicht erforderlich.

[Vierte Ausführungsform (ECR-Plasmaeinrichtung)]

Die Fig. 4 und 5 zeigen die Wärmeheizfadenplasmaeinrichtungen. Fig. 6 zeigt eine ECR-Mikrowellenplasmaeinrichtung, welche ein vertikales Magnetfeld verwendet, das durch eine ECR-Spule erzeugt wird, statt des Cusp-Magnetfeldes, welches den Festhaltevorgang durchführt.

Von einem Magnetron 85 erzeugte Mikrowellen 87 werden in einem Wellenleiterrohr 86 übertragen. Die Mikrowellen 87 gehen durch ein Fenster 88 aus einem dielektrischen Material hindurch. Die Plasmakammer 89 weist eine Gaseinlaßöffnung (nicht gezeigt) und eine Gasauslaßöffnung (nicht gezeigt) auf, und verwendet die Mikrowellen zur Anregung des Gases in ein Plasma. Eine Spule 90 ist um die Plasmakammer 89 herum vorgesehen. Die Spule 90 erzeugt ein vertikales Magnetfeld 92 im Plasma 91 in der Plasmakammer 89. Elektronen führen Zyklotronbewegungen infolge des Magnetfeldes der Spule durch. In einem Bereich, in welchem die Zyklotronfrequenz und die Mikrowellenfrequenz gleich sind, tritt eine resonante Absorption (ECR) der Mikrowellen auf. Daher wird die Dichte des Plasmas erhöht. Ein Wafer 94, der von einem Aufnehmer 93 gehaltert wird, ist in der Plasmakammer 89 angeordnet. Das Plasma 91 und die Gesamtoberfläche des Wafers 94 werden in Berührung miteinander gebracht. Ein Schalter 97 und eine positive Vorspannungsquelle 98 sind mit dem Aufnehmer 93 verbunden. Eine Zeitpunkteinstellschaltung 99 schaltet den Schalter 97 periodisch ein/aus. Nach einer geeigneten Zeitverzögerung wird auch mit demselben Zeittakt das Magnetron 95 ein/ausgeschaltet, wie in den Figuren. 3A und 3B gezeigt ist.

Das Magnetron 85 wird gepulst betrieben. In Reaktion hierauf wird das Plasma eingeschaltet. Nachdem das Plasma gequencht wurde, wird die Dichte an negativen Ionen erhöht. Synchron hierzu werden der Wafer 94 und der Aufnehmer 93 auf positives Potential vorgespannt. Dies führt dazu, daß negative Wasserstoffionen H⁻ in den Si-Wafer implantiert werden. Da die Gesamtoberfläche in Berührung mit dem Plasma gebracht wird, können auf einmal negative Wasserstoffionen in die Gesamtoberfläche implantiert werden. Da nur negative Ionen eines einzigen Typs erzeugt werden, ist die Massentrennung nicht erforderlich. Da der Durchmesser des Strahls nicht verringert wird, ist der Abtastmechanismus nicht erforderlich.

[Fünfte Ausführungsform]

Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird eine Quelle für negative Ionen des Sputtertyps unter Verwendung von Cäsium verwendet. Die Quelle für negative Ionen des Sputtertyps unter Verwendung von Cäsium wurde beispielsweise in folgendem Dokument beschrieben.

• (12) "Characteristic for Extracting Oxygen and Fluorine Negative Ions from RF Plasma Sputtering Type Negative Heavy Ion Source", Tetsuo Tomioka, Hiroshi Tuji, Yoshitaka Toyoda, Yasuhito Goto und Junzo Ishikawa, Proc. BEAMS 1995, Toyko, Seiten 191-194.

Ein leitfähiges Target 101 ist in dem oberen Abschnitt einer Plasmaerzeugungskammer 100 angeordnet. Eine Welle des Target 101 geht durch ein Isolierteil 102 hindurch, so daß sie nach außen gelangt, und mit einer negativen Vorspannungsquelle 103 verbunden ist. Ein Rohmaterialgas wird durch eine Gaseinlaßöffnung 104 zugeführt. Eine Hochfrequenzspule 105 mit mehreren Windungen ist in der Plasmaerzeugungskammer 100 angeordnet. Der Anschluß der Hochfrequenzspule 105 geht durch ein Isolierteil 106 hindurch, so daß er nach außen führt. Ein Ende der Anschlußklemme geht durch einen Anpassungskasten 107 und einen ersten Schalter 108 hindurch, und ist an eine Hochfrequenzversorgungsquelle 109 angeschlossen. Ein Ende der Hochfrequenzversorgungsquelle 109 ist an Masse gelegt. Das andere Ende der Hochfrequenzspule 105 liegt an Masse. Ein Aufnehmer 110 und ein Wafer 111 sind in dem unteren Abschnitt der Plasmaerzeugungskammer 100 angeordnet. Eine Welle 112 geht durch ein Isolierteil 113 so hindurch, daß sie nach außen gelangt. Die Welle 112, der Aufnehmer 110 und der Wafer 111 sind an einen zweiten Schalter 114 und an eine positive Vorspannungsquelle 115 angeschlossen. Die positive Vorspannungsquelle 115 liefert Beschleunigungsenergie von 20 keV bis 220 keV an Wasserstoffionen. Eine Zeitpunkteinstellschaltung 116 schaltet den ersten und zweiten Schalter 108 und 114 pulsierend ein und aus, zu den in den Fig. 3A und 3B gezeigten Zeitpunkten.

Ein Ofen 117 ist an der Außenseite der Plasmaerzeugungskammer 100 angeordnet. Cäsium Cs 118 ist in dem Ofen 117 enthalten. Eine um den Ofen herum vorgesehene Heizvorrichtung 119 kann den Ofen erhitzen. Ein Rohr 120 ist auf dem Ofen 117 vorgesehen. Eine Düse 121, die an dem Vorderende des Rohrs angeordnet ist, ist so angeordnet, daß sie der unteren Oberfläche des Targets 101 gegenüberliegt. Wenn Cs durch die Heizvorrichtung 119 erhitzt wird, wird Dampf erzeugt, der so aus der Düse 121 ausgestoßen wird, daß er an der Oberfläche des Targets 101 anhaften kann. Eine Gasauslaßöffnung ist stromabwärts der Abzugselektroden vorgesehen, so daß der Innendruck auf Vakuum verringert werden kann. Nachstehend wird der Betriebsablauf der voranstehend geschilderten Anordnung geschildert.

Eine negative Spannung von etwa 300 V bis 800 V wurde an das Target 102 angelegt. Cäsiumdampf wird so mit dem Ofen 117 erzeugt, daß er sich an das Target 101 anlegen kann. Ein Mischgas aus einem Sputtergas wie Argon Ar, Xenon Xe und dergleichen sowie Wasserstoffgas wird die Plasmaerzeugungskammer 100 eingelassen. Ein Teil der Wasserstoffmoleküle wird an der Oberfläche der Cäsiumschicht des Targets absorbiert. Der erste Schalter 108 wird geschlossen, so daß Hochfrequenzspannung an die Hochfrequenzspule 105 angelegt wird. Die Hochfrequenz führt zu einer Vertikalschwingung der Elektronen in dem Gas, so daß sie mit Atomen zusammenstoßen, und diese durch die Elektronen ionisiert werden. Daher kann ein Plasma aus der Gasmischung (Xe + H) erzeugt werden. Das Plasma stellt eine Ansammlung von Elektronen, positiven Ionen, neutralen Radikalen und neutralen Molekülen dar.

Da die negative Spannung an das Target 101 angelegt wurde, werden positive Ionen, beispielsweise Xe⁺ des Inertgases der Mischung an das Target angezogen. Positive Ionen des Inertgases stoßen mit Wasserstoffmolekülen des Target zusammen, so daß das Target gesputtert wird. Die Wasserstoffmoleküle entfernen Elektronen von Cs ab, und zerlegen sich, so daß Wasserstoffmoleküle in einatomige negative Ionen H⁻ umgewandelt werden. Da Cs eingesetzt wird, kann die Dichte an negativen Ionen vergrößert werden. Obwohl die negativen Wasserstoffionen erzeugt werden können, setzt die vorliegende Erfindung den Kunstgriff ein, der bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Die Zeitpunkteinstellschaltung spannt den Wafer 111 auf positive Spannung unmittelbar nach der Zufuhr elektrischer Energie an die Hochfrequenzwicklung auf gepulste Weise vor.

Wenn Hochfrequenz an die Hochfrequenzspule 105 geliefert wird, führt die Hochfrequenz zu einer starken Bewegung von Elektronen, so daß das Plasma erzeugt wird. Wenn die Hochfrequenzzufuhr unterbrochen wird, verlieren die Elektronen ihre kinetische Energie. Daher wird die Wahrscheinlichkeit für Stöße mit neutralen Wasserstoffmolekülen erhöht. Ein Hauptanteil von Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit verbindet sich mit neutralem Wasserstoff, so daß dieser in negative Ionen umgewandelt wird. Insbesondere ermöglicht die Einstellung der Menge an Cs, die hinzugefügt werden muß, bevorzugt die Erzeugung von H⁻ durchzuführen. Zu diesem Zeitpunkt wird die positive Vorspannung an den Wafer angelegt, so daß negative Ionen wirksam in den Wafer implantiert werden können.

Das voranstehend geschilderte Verfahren weist die Schwierigkeit auf, daß das Cs auf dem Si-Substrat, oder das Cs, welches in kurzer Entfernung implantiert wurde, entfernt werden muß. Allerdings läßt sich der Vorteil erzielen, daß der Wirkungsgrad der Erzeugung negativer Ionen verbessert werden kann. Negative Wasserstoffionen werden nicht in das Substrat (den Si-Wafer) während der Unterbrechung der Entladung (51) gemäß Fig. 3A und 3B) implantiert. Da das Plasma insgesamt den Neutralzustand beibehält, stoßen positive Ionen mit der Wand und dergleichen der Plasmaerzeugungskammer zusammen. Die positiven Ionen stoßen mit dem Target zusammen, welches mit Cäsium bedeckt ist, so daß die Dichte an negativen Ionen weiter erhöht wird. Da Elektronen von der negativen Vorspannungsquelle 103 geliefert werden, können die negativen Ionen mit hoher Dichte erzeugt werden.

Fig. 8 zeigt einen Vorgang gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem negative Wasserstoffionen in das Si-Substrat implantiert werden, um einen porösen Film auszubilden, der aus Wasserstoff besteht. Dann läßt man andere Si-Ionen an dem porösen Film anhaften, um Si abzutrennen, so daß ein SOI-Substrat hergestellt wird. Kurz gefaßt wird (1) die Oberfläche eines ersten Si-Substrats oxidiert, so daß ein SiO₂-Film ausgebildet wird. Dann werden (2) negative Wasserstoffionen implantiert, so daß die poröse Schicht ausgebildet wird, die eine hohe Porösität aufweist. Dann wird (3) eine Wärmebehandlung durchgeführt, so daß Beschädigungen der Oberflächen-Si-Schicht beseitigt werden, die von dem Implantierungsvorgang herrühren. Dann wird (4) das erste Si-Substrat verbunden. Daraufhin läßt man (5) eine Schneidkraft in Vertikalrichtung einwirken, so daß das erste Substrat an der porösen Schicht abgeschnitten wird. Dann wird (6) die Oberfläche poliert. Auf diese Weise kann das SOI-Substrat hergestellt werden.

Negative Wasserstoffionen werden in ein Substrat implantiert, welches aus einem Halbleiter, einem Metall oder einem Isoliermaterial besteht, so daß Wasserstoff in einer vorbestimmten Tiefe vergraben wird. Da die Ionen in einem Zustand implantiert werden, in welchem der Gesamtkörper des Substrats, das aus dem Halbleiter, Metall oder dem Isoliermaterial besteht, in Kontakt mit dem Plasma steht, können Ionen zusammen in der gesamten Oberfläche des Substrats implantiert werden. Nur H⁻ unter den negativen Wasserstoffionen können bevorzugt durch Einstellung der Plasmaparameter erzeugt werden. Wenn die positive Plasmavorspannung periodisch an das Substrat angelegt wird, kann nur H⁻ stabil in kurzer Zeit und der gewünschten Menge implantiert werden. Das Erfordernis der Bereitstellung des Massentrennsystems kann ausgeschaltet werden. Da eine große Einrichtung zur Durchführung der Massentrennung nicht erforderlich ist, können die Kosten für die Einrichtung verringert werden. Weiterhin kann die Fläche verringert werden, die zur Installierung der Einrichtung erforderlich ist. Da die Massentrennung nicht durchgeführt wird, kann das Erfordernis der Verringerung des Durchmessers des Strahls ausgeschaltet werden. Darüber hinaus ist keine Abtastung erforderlich. Da eine kollektive Implantierung ohne Durchführung einer Abtastung durchgeführt wird, kann der Durchsatz erhöht werden.

Weiterhin wird die Plasmaerzeugungsvorrichtung periodisch ein/ausgeschaltet, um ein positiv vorgespanntes Plasma an das Substrat in einem Zeitraum anzulegen, in welchem die Plasmaerzeugungsvorrichtung abgeschaltet ist. Eine Überhitzung des Substrats kann verhindert werden, die durch übermäßige Bestrahlung mit Elektronen hervorgerufen wird, sowie eine Vergrößerung der Kapazität der Plasmavorspannungsquelle. Daher kann eine kostengünstige, stabile Ionenimplantierungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, die eine kleine Installationsfläche benötigt.

[Sechste Ausführungsform (Durchlassen niederenergetischer Elektronen durch Energiefilter)]

Es gibt mehrere Verfahren, die in großer Menge negative Wasserstoffionen erzeugen können. Insbesondere wurden mehrere Ergebnisse bei der Entwicklung einer Quelle für negative Wasserstoffionen für eine Neutralteilcheninjektionseinrichtung (NBI: Neutralstrahlinjektion) bei der Entwicklung der Kernfusion erhalten. Eine sechste Ausführungsform verwendet die voranstehend geschilderte Vorgehensweise. Der Aufbau und der Betrieb der Quelle für negative Wasserstoffionen wurden in dem folgenden Dokument beschrieben.

• (11) "Ion Source Engineering", geschrieben von Junzo Ishikawa, veröffentlicht von Ionics, Seiten 486-492.

Wasserstoffgas wird in eine Plasmakammer eingegeben, und dann wird ein Wärmeheizfaden, der in der Plasmakammer angeordnet ist, mit Strom versorgt und erhitzt, um thermische Elektronen zu erzeugen. Eine Gleichspannung von etwa 40 V bis etwa 100 V wird so eingesetzt, daß der Wärmeheizfaden die negative Elektrode darstellt, und die Wand der Plasmakammer die positive Elektrode. Dann wird eine Gleichspannungsentladung hervorgerufen, so daß ein Wasserstoffplasma erzeugt wird. Permanentmagneten sind an der Außenseite der Plasmaerzeugungskammer so angeordnet, daß die Süd- und Nordpole abwechselnd angeordnet sind. Ein Mehrpolmagnetfeld (Cusp-Magnetfeld) wird so ausgebildet, daß das Plasma wirksam festgehalten wird.

Die Plasmakammer wird durch das Magnetfeld in eine erste Plasmakammer und eine zweiten P 38801 00070 552 001000280000000200012000285913869000040 0002019929278 00004 38682lasmakammer unterteilt. Wenn elektrische Ströme durch mehrere parallele leitfähige Stangen fließen, bildet sich ein schwaches Magnetfeld von einigen zehn Gauss aus. Die voranstehenden Anordnung wird als "Energiefilter" bezeichnet. Das Energiefilter verhindert, daß eine große Menge hochenergetischer Elektronen von einigen zehn eV, die in der ersten Plasmakammer erzeugt werden, in die zweite Plasmakammer hineingelangen.

In der zweiten Plasmakammer wird ein Plasma erzeugt, welches in großer Menge niederenergetische Elektronen von etwa 1 eV bis etwa 0,1 eV enthält. Die dissoziative Adhäsion von Elektronen an Wasserstoffmoleküle führt dazu, daß H⁻ in großer Menge erzeugt wird.

Wenn Spannung mit der dargestellt Polarität an ein poröses Elektrodensystem angelegt wird, welches zwischen der zweiten Plasmakammer und dem Si-Substrat angeordnet ist, wird der negative Wasserstoffionenstrahl abgezogen. Dem negativen Wasserstoffionenstrahl wird eine Energie von etwa 10 keV bis 100 keV verliehen, so daß der negative Wasserstoffionenstrahl in der erforderlichen Tiefe implantiert wird. Zumindest eine der porösen Elektroden ist mit einer Magnetfelderzeugungsvorrichtung versehen, um einen Elektronenstrahl zu entfernen, der mit dem negativen Ionenstrahl vermischt ist und abgezogen wird, durch Ausbildung eines schwachen Magnetfeldes von einigen zehn Gauss bis einigen hundert Gauss in dem Strahlabzugsraum.

Fig. 10 zeigt die sechste Ausführungsform im einzelnen. Das Energiefilter erhöht die Menge an niederenergetischen Elektronen, um die Erzeugung negativer Ionen zu erhöhen. Obwohl eine ECR-Plasmaerzeugungseinrichtung beschrieben wird, kann die vorliegende Erfindung auch bei einem anderen Anregungsverfahren eingesetzt werden. Eine Plasmakammer 361 weist eine Gaseinlaßöffnung 362 auf. Das Magnetron 364 erzeugt Mikrowellen 366. Die Mikrowellen 366 können durch ein Wellenleiterrohr 365 und ein dielektrisches Fenster 379 hindurchgehen, so daß sie in die Plasmakammer 361 eingeführt werden. Eine Spule 367 erzeugt ein Magnetfeld, welches die ECR-Bedingung erfüllt. Bei Mikrowellen von 2,45 GHz wird daher eine Flußdichte von 875 Gauss erzielt. Daher tritt eine Resonanzabsorption der Mikrowellen durch die Elektronen auf.

Die Plasmakammer 361 weist in ihrem mittleren Abschnitt mehrere parallele leitende Stangen 369 auf, die mit elektrischen Strömen in derselben Richtung versorgt werden. Daher bildet sich ein Magnetfeld von 10 Gauss bis einigen zehn Gauss um die leitfähigen Stangen 369 herum aus. Das Magnetfeld wird in Richtung der Umhüllenden ausgebildet. Daher wird eine Magnetflußdichte B in Horizontalrichtung hervorgerufen. Elektronen führen Spiralbewegungen um das horizontale Magnetfeld herum durch. Obwohl die Periode der Spiralbewegungen nicht von der Energie abhängt, ist ihr Radius proportional zum Quadrat der Energie. Da die Faraday-Kraft proportional zur Geschwindigkeit der Elektronen ist, wird die Faraday-Kraft im Falle hochenergetischer Elektronen erhöht. Die hochenergetischen Elektronen können nicht durch eine Sperre hindurchgehen, die durch das schwache Magnetfeld gebildet wird. Niederenergetische Elektronen können durch die genannte Sperre hindurchgehen. Daher wirkt das durch die leitfähigen Stangen 369 ausgebildete Magnetfeld als Energiefilter, welches den selektiven Durchgang nur von niederenergetischen Elektronen zuläßt.

Die Plasmakammer 361 wird in Vertikalrichtung durch die leitfähigen Stangen 369 unterteilt. Ein oberer Abschnitt ist ein Abschnitt für die Resonanzabsorption von Mikrowellen, wobei der obere Abschnitt als erste Plasmakammer 368 bezeichnet wird. Ein unterer Abschnitt ist ein Abschnitt zur Erzeugung negativer Ionen, wobei der untere Abschnitt als zweite Plasmakammer 370 bezeichnet wird. Der untere Abschnitt der zweiten Plasmakammer 370 ist offen. Drei Abzugselektrodensysteme sind unterhalb der Öffnung angeordnet. Die Beschleunigungselektrode 375, die Verzögerungselektrode 376 und die Masseelektrode 377 sind so angeordnet, daß jede von ihnen mehrere Öffnungen zum Abziehen von Ionenstrahlen aufweist. Die voranstehenden Elektroden sind poröse Elektrodenplatten. Um Ionenstrahlen von den porösen Abzugselektrodensystemen 375, 376 und 377 gradlinig abzuziehen, sind Ionenstrahldurchlaßöffnungen an denselben Positionen vorgesehen. Ein Aufnehmer 375, auf welchem ein Si-Wafer 372 angeordnet ist, ist vor der Elektrode angeordnet. Der Aufnehmer 373 wird durch die Welle 374 gehaltert. Die Spannung ist die Massespannung (das Massepotential). Die positive Elektrode der Beschleunigungsspannungsquelle 386 (Vacc) ist geerdet, während deren negative Elektrode mit der Beschleunigungselektrode 375 über einen Widerstand 388 verbunden ist. Die negative Elektrode der Beschleunigungsspannungsquelle 386 ist ebenfalls mit der Plasmakammer 361 verbunden. Eine Spannung von -Vacc wird an die Plasmakammer 61 und die Beschleunigungselektrode 375 angelegt. Eine positive Spannung wird an die Verzögerungselektrode 376 durch die Verzögerungsspannungsquelle 387 angelegt. Das Potential der Masseelektrode 377 ist das Massepotential. Die positiven Ionen werden in der Plasmakammer 361 infolge der Beschleunigungsspannung Vacc festgehalten. Nur die negativen Ionen und die Elektronen können durch die Beschleunigungselektrode 375 hindurchgehen. Die Beschleunigungsenergie der negativen Ionen beträgt q (Vpz + Vacc). Die voranstehende Tatsache dient dazu, eine positive Vorspannung an die Plasmakammer 361 vom Standpunkt des Wafers aus anzulegen.

Die positive Vorspannung Vacc wird auf geeignete Weise entsprechend der Implantationstiefe des Wasserstoffs in den Si-Wafer 372 festgelegt. Die übliche Tiefe ist beispielsweise jene, die durch etwa 10 keV bis etwa 100 keV erzielt wird. Der Strahl aus negativen Ionen H⁻, der von den porösen Abzugselektrodensystemen 375, 376 und 377 ausgesandt wird, die jeweils eine beträchtliche Größe aufweisen, wird in den Si-Wafer 372 implantiert. Da eine breite Verteilung der Öffnungen jeder Elektrode des Abzugselektrodensystems vorhanden ist, ist der Durchmesser des Strahls größer als der Durchmesser des Wafers. Daher können negative Wasserstoffionen H⁻ auf einmal implantiert werden. Kein Strahlabtastmechanismus ist vorhanden. Der Grund dafür, daß eine Abtastung nicht erforderlich ist, besteht darin, daß die Massentrennung nicht erforderlich ist. Da nur ein Typ von negativen Wasserstoffionen erzeugt wird, wird die Massentrennung nicht benötigt.

Mehrere Permanentmagneten 371 zum Festhalten des Plasmas sind auf der Außenwand des unteren Abschnitts der Plasmakammer 61 angeordnet. Die Süd- und Nordpole wechseln sich zwischen benachbarten Magneten ab. Ein Cusp-Magnetfeld wird durch die benachbarten Magneten ausgebildet, so daß geladene Teilchen im Zentrumsabschnitt der Plasmakammer festgehalten werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform regen Mikrowellen das Plasma an. Als Alternative hierzu kann eine Hochfrequenzentladung oder Gleichspannungsentladung zur Erzeugung des Plasmas verwendet werden.

Nunmehr wird der Betriebsablauf beschrieben. Wasserstoffgas wird durch die Einlaßöffnung 362 eingelassen. Die Mikrowellen 66 werden in die Plasmakammer 361 über das dielektrische Fenster 379 eingelassen. Bei den Elektronen tritt eine Resonanzabsorption der Mikrowellen auf, um ein Wasserstoffplasma mit hoher Dichte in der ersten Plasmakammer 368 zu erzeugen. Das Plasma enthält positive Ionen, Elektronen, neutrale Atome und Moleküle. Es ist eine große Menge an Elektronen vorhanden, wogegen die Menge an negativen Ionen gering ist. Die Elektronen weisen eine hohe Energie von etwa 10 eV auf.

Ein Magnetfeld B (einige zehn Gauss bis einhundert Gauss), das durch die leitenden Stangen 369 erzeugt wird, ist an der Grenze zwischen der ersten und zweiten Plasmakammer 368 bzw. 370 vorhanden. Geladene Teilchen, insbesondere Elektronen mit hoher Geschwindigkeit, können durch die voranstehend geschilderte Magnetfeldsperre nicht hindurchgehen. Die neutralen Atome und Moleküle können das Magnetfeld B durchdringen. Selbst Elektronen mit geringem Gewicht jener Art, die eine niedrige Energie aufweisen (etwa 1 eV oder geringer) können durch das Magnetfeld B der leitenden Stangen 369 hindurchdringen. Obwohl die niederenergetischen Elektronen durch das Magnetfeld eingefangen werden, und daher Zyklotronbewegungen durchführen, werden die genannten Elektronen durch den Einfluß des Magnetfeldes entfernt.

Die zweite Plasmakammer 370 erfüllt nicht die ECR-Bedingungen. Daher wird das Plasma nicht weiter verstärkt. Nur Plasma, das von der ersten Plasmakammer 368 aus bewegt wurde, ist in der zweiten Plasmakammer 370 vorhanden. Dies bedeutet, daß die Plasmatemperatur niedrig ist. Hochenergetischer Elektronen sind in kleiner Menge vorhanden, wogegen niederenergetische Elektronen in großer Menge vorhanden sind. Die Energie beträgt etwa 1 eV. Niederenergetische Elektronen lagern sich dissoziativ an den neutralen Wasserstoffmolekülen an. Daher werden negative Wasserstoffionen erzeugt. Ein Hauptanteil niederenergetischer Elektronen legt sich an die neutralen Atome und Moleküle an, und dann werden sie gequencht. Daher ist die Dichte an negativen Ionen hoch. Die negativen Ionenstrahlen werden aus der voranstehend geschilderten zweiten Plasmakammer 370 mit Hilfe der Auswirkung der Beschleunigungselektrode 375 abgezogen. Die Beschleunigungselektrode 375 und die Verzögerungselektrode 376 ziehen negative Ionen und Elektronen an. Die Elektronen wurden verringert, und daher ist das Verhältnis des negativen Ionenstrahls hoch. Die Elektronen, die in die Probe (den Wafer) implantiert werden, führen nicht zu irgendeinem Vorteil. Daher tritt die Schwierigkeit auf, daß das Substrat unerwünscht erwärmt wird. Daher ist es vorzuziehen, daß das Verhältnis der Elektronen gering ist. Daher ist das Energiefilter in mittlerer Höhe in der Plasmakammer 361 angeordnet. Zum Entfernen der Elektronen ist es wirksam, ein Verfahren zur Ausbildung eines schwachen Magnetfeldes in dem Abzugselektrodensystem einzusetzen.

Bei der sechsten Ausführungsform wird Wasserstoffgas nur der ersten Plasmakammer 368 zugeführt. Das Verfahren ist hierauf nicht beschränkt. Allgemein kann der Wirkungsgrad der Erzeugung negativer Ionen erhöht werden, wenn der Druck des Wasserstoffgases hoch ist. Um den Wirkungsgrad der Erzeugung negativer Ionen zu erhöhen ist die Zufuhr von Wasserstoffgas auch zur zweiten Plasmakammer 370 zulässig. Die Zufuhr des Wasserstoffgases zur ersten Plasmakammer kann gesperrt werden, während Wasserstoffgas nur der zweiten Plasmakammer 370 zugeführt wird. Im voranstehenden Fall wird in die erste Plasmakammer nur Edelgas eingelassen. Eine gewisse Gasmenge ist zur Erzeugung des Plasmas erforderlich.

Wie in der Zeichnung dargestellt werden immer Vorspannungen an die Beschleunigungselektrode 375 und die Verzögerungselektrode 376 der Abzugselektrodensysteme angelegt. Alternativ hierzu können Schalter bei der Beschleunigungselektrode, dem Widerstand 388 und den Spannungsquellen 386 und 387 vorhanden sein. Die Schalter werden wiederholt geöffnet bzw. geschlossen, um das Abziehen negativer Ionenstrahlen von dem Plasma durchzuführen. Da eine beträchtliche Zeit zur Erzeugung der negativen Ionen erforderlich ist, wird das Abziehen intermittierend durchgeführt, um die negativen Ionen nachzufüllen, gefolgt von der Durchführung des Abziehens.

Bei der vorliegenden Ausführungsform schwingen die Mikrowellen ständig. Daher wird kein zeitweiliges Quenchen des Plasmas eingesetzt. Es wird darauf hingewiesen, daß das voranstehend geschilderte negative Ionenstrahlverfahren nach der Abschaltung bei dieser Ausführungsform eingesetzt werden kann. Daher kann ein intermittierendes Schwingen eines Magnetrons dazu verwendet werden, das Plasma ein/auszuschalten, entsprechend der Zeitgebersignalform, die in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit während des Ausschaltzeitraums zunehmen, aus denselben Gründen, wie bei der ersten Ausführungsform geschildert wurde. Wenn die Spannung +Vpd an die Beschleunigungselektrode zu den in den Fig. 3A und 3B gezeigten Zeitpunkten angelegt wird, kann der negative Ionenstrahl zu einem Zeitpunkt abgezogen werden, an welchem die Dichte an negativen Ionen erhöht wurde.

[Siebte Ausführungsform (Durchlaß niederenergetischer Elektronen durch ein Energiefilter)]

Fig. 11 zeigt eine siebte Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist so aufgebaut, daß das Energiefilter aus Permanentmagneten 381 bis 384 aufgebaut ist, welche die leitenden Stangen ersetzen. Zusätzlich zu den Permanentmagneten 371 zur Ausbildung des Cusp-Magnetfeldes sind Permanentmagneten 381 bis 384, welche in dieselbe Richtung weisen, in mittlerer Höhe in der Plasmakammer 361 angeordnet. Flußdichten B, die in eine Richtung weisen, werden zwischen den Permanentmagneten 381 und 382 sowie zwischen den Permanentmagneten 383 und 384 erzeugt, die so angeordnet sind, daß sich unterschiedliche Pole gegenüberliegen. Ein schwaches Magnetfeld von einigen zehn bis einhundert Gauss wird benötigt. Die Flußdichte B unterbricht Elektronen mit hoher Geschwindigkeit, also dient als das Energiefilter. Daher kann derselbe Effekt erzielt werden wie jener, der bei einer Anordnung erzielt wird, bei welcher die elektrischen Ströme durch die in Fig. 11 gezeigten leitenden Stangen fließen. Der Permanentmagnet 371, der in dem unteren Abschnitt angeordnet ist, erzeugt ein Cusp-Magnetfeld. Das Abzugselektrodensystem, welches die Beschleunigungselektrode 375, die Verzögerungselektrode 376 und die Masseelektrode 377 aufweist, zieht die negativen Ionen ab. Die voranstehende Anordnung ähnelt jener gemäß der sechsten Ausführungsform. Da negative Ionen in die Gesamtoberfläche auf einmal implantiert werden, sind eine Massentrennung und eine Strahlabtastung nicht erforderlich.

[Achte Ausführungsform]

Fig. 12 zeigt eine achte Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird eine Quelle für negative Ionen des Sputtertyps eingesetzt, welche Cäsium verwendet. Die negative Ionenquelle des Sputtertyps unter Verwendung von Cäsium wurde beispielsweise in folgendem Dokument beschrieben.

• (12) "Characteristic for Extracting Oxygen and Fluorine Negative Ions from RF Plasma Sputtering Type Negative Heavy Ion Source", Tetsuo Tomioka, Hiroshi Tuji, Yoshitaka Toyoda, Yasuhito Goto und Junzo Ishikawa, Proc. BEAMS 1995, Tokyo, Seiten 191-194.

Ein leitendes Target 101 ist in dem oberen Abschnitt einer Plasmaerzeugungskammer 400 angeordnet. Eine Welle des Targets 401 geht durch ein Isolierteil 402 so hindurch, daß sie nach außen gelangt, und mit einer negativen Vorspannungsquelle 403 verbunden ist. Ein Rohmaterialgas (Xe + H₂) wird durch eine Gaseinlaßöffnung 404 geliefert. Eine Hochfrequenzspule 405 mit mehreren Wicklungen ist in der Plasmakammer 400 angeordnet. Der Anschluß der Hochfrequenzspule 405 ist durch eine Isolierung 406 hindurchgeführt, so daß er nach außen führt. Ein Ende des Anschlusses geht durch einen Anpassungskasten 407 hindurch, und ist mit einer Hochfrequenzversorgungsquelle 409 verbunden. Ein Ende der Hochfrequenzversorgungsquelle 409 ist an Masse gelegt. Das andere Ende der Spule 405 liegt an Masse.

Eine große Öffnung ist in dem unteren Abschnitt der Plasmaerzeugungskammer 400 vorgesehen. Ein Abzugselektrodensystem, welches aus drei porösen Platten besteht, ist mit einem Vorderabschnitt verbunden, wobei die porösen Platten eine Beschleunigungselektrode 413, eine Verzögerungselektrode 414 und eine Masseelektrode 415 sind. Daher werden negative Ionen aus der Plasmaerzeugungskammer abgezogen, und beschleunigt. Ein Aufnehmer 410 und ein Wafer 411 sind in einem abgedichteten Raum (die Kammer ist in der Darstellung weggelassen) unterhalb der Abzugselektrodensysteme 413, 414 und 415 angeordnet. Eine Welle 412 weist Massepotential auf. Die Plasmaerzeugungskammer 400 ist auf eine hohe negative Spannung vorgespannt, in Bezug auf Masse, durch eine Beschleunigungsspannungsquelle 412. Der Spannungspegel wird entsprechend der Implantationstiefe negativer Wasserstoffionen in dem Substrat festgelegt, wobei der Pegel etwa 20 kV bis etwa 200 kV beträgt. Es wird beispielsweise eine negative Spannung von 100 kV an die Plasmaerzeugungskammer angelegt. Die negative Elektrode der Beschleunigungsspannungsquelle 422 ist mit der Beschleunigungselektrode 413 über einen Widerstand 424 verbunden. Dieselbe negative Spannung wie bei der Beschleunigungsspannungsquelle 422 ist an die Beschleunigungselektrode 413 angelegt. Eine positive Spannung wird an die Verzögerungselektrode 414 durch die Verzögerungsspannungsquelle 423 angelegt. Die Spannung der Beschleunigungselektrode 413 ist gleich jener der Plasmaerzeugungskammer 400. Daher wird ein Auslaß des positiven Ionenstrahls nach außen verhindert. Nur die negativen Ionen gehen durch die Öffnungen der Beschleunigungselektrode 413 hindurch, so daß sie schnell in einem Raum durch die Verzögerungselektrode 414 beschleunigt werden.

Ein Ofen 417 ist außerhalb der Plasmaerzeugungskammer 400 angeordnet. Cäsium Cs 418 ist in dem Ofen 417 vorhanden. Eine um den Ofen herum angeordnete Heizvorrichtung 419 kann den Ofen erwärmen. Ein Rohr 420 ist auf dem Ofen 417 vorgesehen. Eine Düse 421, die am Vorderende des Rohrs angeordnet ist, ist so angeordnet, daß sie der unteren Oberfläche des Targets 401 gegenüberliegt. Wenn Cs durch die Heizvorrichtung 419 erhitzt wird, wird Dampf erzeugt, der so aus der Düse 421 ausgestoßen wird, daß er an der Oberfläche des Targets 401 anhaften kann. Eine Gasauslaßöffnung 422 ist für die Plasmaerzeugungskammer 400 vorgesehen, um die Verringerung des Innendrucks auf Vakuum zu gestatten.

Nunmehr wird der Betriebsablauf der voranstehend geschilderten Anordnung beschrieben.

Eine negative Spannung von etwa 300 V bis 800 V wurde an das Target 401 angelegt. Cäsiumdampf wird durch den Ofen 417 erzeugt, so daß er an dem Target 401 anhaften kann. Eine Mischung eines Sputtergases aus Argon Ar, Xenon Xe und dergleichen und Wasserstoffgas wird in die Plasmaerzeugungskammer 400 eingelassen. Ein Teil der Wasserstoffmoleküle wird an der Oberfläche der Cäsiumschicht des Targets absorbiert.

Eine Hochfrequenzspannung wird an die Hochfrequenzspule 405 angelegt. Die Hochfrequenz führt zu einer Vertikaloszillation der Elektronen in dem Gas, so daß sie mit Atomen zusammenstoßen, und diese durch die Elektronen ionisiert werden. Daher kann ein Plasma aus der Gasmischung (Xe + H) erzeugt werden. Das Plasma ist eine Ansammlung von Elektronen, positiven Ionen, neutralen Radikalen und neutralen Molekülen.

Da die negative Spannung an das Target 401 angelegt wurde, werden positive Ionen, beispielsweise Xe⁺-Ionen, des Inertgases der erzeugten Mischung an das Target angezogen. Positive Ionen des Inertgases stoßen mit Wasserstoffmolekülen des Targets zusammen, so daß das Target gesputtert wird. Die Wasserstoffmoleküle trennen Elektronen von dem Cs ab, und werden zerlegt, so daß die Wasserstoffmoleküle in einatomige negative Ionen H⁻ umgewandelt werden. Da Cs verwendet wird, kann die Dichte der Wasserstoffionen erhöht werden. Ein H⁻-Ionenstrahl wird von dem Plasma abgezogen, welches negative Wasserstoffionen in hoher Dichte enthält, um hiermit den Wafer 411 zu bestrahlen. Auf diese Weise wird H⁻ in den Wafer in vorbestimmter Tiefe implantiert.

Das voranstehende Verfahren weist die Schwierigkeit auf, daß Cs auf dem Si-Substrat, oder Cs, welches in kurzer Entfernung implantiert wurde, entfernt werden muß. Allerdings läßt sich der Vorteil erzielen, daß der Wirkungsgrad der Erzeugung negativer Ionen erhöht wird. Da die negativen Wasserstoffionen in dem Wafer implantiert werden, kann die Dichte der negativen Ionen in dem Plasma verringert werden. Da das Plasma insgesamt einen neutralen Zustand beibehält, stoßen positive Ionen mit dem Target zusammen, welches mit Cäsium bedeckt ist, so daß die Elektronen von dem Cs entfernt werden, und die Elektronen dem neutralen Wasserstoff zugeführt werden. Daher werden negative Ionen H⁻ neu in einer Menge entsprechend den gequenchten negativen Ionen erzeugt.

Negative Wasserstoffionen mit hoher Dichte können durch ein Verfahren abgesehen von jener Anordnung erzeugt werden, bei welcher die Hochfrequenzspule pulsierend ein- und ausgeschaltet wird. Daher können negative Wasserstoffionen kontinuierlich implantiert werden. Eine Anordnung mit der Sputterquelle für negative Ionen unter Verwendung von Cs führt den intermittierenden Betrieb gepulst ähnlich wie bei der sechsten und siebten Ausführungsform durch. Obwohl Systeme mit drei Abzugselektroden bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform eingesetzt werden, können Systeme mit zwei Abzugselektroden verwendet werden, welche die Beschleunigungselektrode und die Masseelektrode aufweisen.

[Neunte Ausführungsform (Negatives Ionenstrahlverfahren nach der Abschaltung)]

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 eine neunte Ausführungsform beschrieben. Mikrowellen werden der Targetkammer über eine Antenne zugeführt, so daß in der Kammer ein Plasma erzeugt wird. Ein Koaxialkabel 331 ist an eine MP-Kathodenkammer 328 angeschlossen, die eine Rohmaterialgaseinlaßöffnung 329 aufweist. Eine Antenne 332 ist am Vorderende des Koaxialkabels 331 befestigt. In einem (nicht gezeigten) Magnetron erzeugte Mikrowellen werden in dem Koaxialkabel so übertragen, daß sie über die Antenne 332 in die MP-Kathodenkammer 328 eingelassen werden. Wasserstoffgas wird in die Kammer 328 eingelassen.

Eine Magnetfeldanlegungseinheit 333 erzeugt ein vertikales Magnetfeld in der MP-Kathodenkammer 328. Auf diese Weise wird ein Mikrowellen-resonantes Magnetfeld erzeugt. Vom Wasserstoffgas ausgestoßene Elektronen führen eine Resonanzabsorption der Mikrowellen durch. Die Bewegungen der Elektronen werden verstärkt, so daß sie auf den Wasserstoff auftreffen. Auf diese Weise wird ein Wasserstoffplasma erzeugt, welches positive Wasserstoffionen und Elektronen enthält. Ein Edelgas wie beispielsweise Ar oder He kann zugefügt werden. Erfolgt keine Hinzufügung, so werden nur positive Ionen erzeugt, und daher kann der Zweck nicht erreicht werden.

Daher ist eine Hauptentladungskammer 330 neben der MP-Kathodenkammer 328 vorgesehen. Die Hauptentladungskammer 330 weist keine eigene Plasmaanregungsquelle auf. Die Hauptentladungskammer 330 wird mit Wasserstoffplasma gefüllt, welches aus der MP-Kathodenkammer 328 herübergedriftet ist. Mehrere Permanentmagneten 335, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, etwa NS, SN, . . ., sind mit der Außenwand der Hauptentladungskammer 330 verbunden. Daher wird ein Cusp-Magnetfeld in der Kammer erzeugt, um Stöße geladener Teilchen in dem Plasma mit der Wand zu verhindern. Das voranstehend erwähnte Magnetfeld ist ein Cusp-Magnetfeld zum Zusammenhalten des Plasmas. Eine Lichtbogenversorgungsquelle 339 (Vex) ist zwischen der Hauptentladungskammer 330 und der MP-Kathodenkammer 328 vorgesehen. Die Hauptentladungskammer 330 ist durch die positive Spannung Vex vorgespannt. Dies führt dazu, daß Elektronen und negative Ionen von der MP-Kathode in die Hauptentladungskammer 330 über die Elektronenauslaßöffnung 334 eingelassen werden. Elektronen fügen Energie zur Erzeugung des Hauptentladungsplasmas 357 zu. Zusätzlich zu den Elektronen werden positive und negative Wasserstoffionen zur Hauptentladungskammer 330 bewegt. Die Elektronen bewegen sich in dem Raum und treffen auf Wasserstoff auf, so daß sie positive und negative Ionen erzeugen. Wenn die Energie hoch ist, werden Elektronen abgestoßen, und normalerweise positive Ionen erzeugt. Ist die Energie niedrig, so können sie in die Umlaufbahnen von Wasserstoff eindringen, so daß normalerweise negative Ionen erzeugt werden. Die Auswirkungen der Elektronen weisen die voranstehend genannten zwei Aspekte auf.

Wenn die positiven Ionen erzeugt werden, wird die Menge an Elektronen erhöht. Wenn negative Ionen erzeugt werden, wird die Menge an Elektronen verringert. Die Elektronen werden ständig von der MP-Kathode geliefert. Die Elektronen stoßen mit Wasserstoffatomen und -molekülen zusammen, so daß die Elektronen Energie verlieren. Elektronen mit niedrigerer Geschwindigkeit werden an Wasserstoffatome gebunden, so daß manchmal negative Ionen erzeugt werden. Allerdings stößt der Hauptanteil der Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit mit der Wand der Hauptentladungskammer zusammen, und daher wird der Hauptanteil gequencht.

Das Hauptentladungsplasma 357 enthält positive Wasserstoffionen, Elektronen, negative Wasserstoffionen, neutrale Wasserstoffmoleküle und neutrale Atome. Das entgegengesetzte Ende der Hauptentladungskammer 330 ist als Öffnung ausgebildet. Ein Abzugselektrodensystem, welches aus drei porösen Platten besteht, ist vorn an der Öffnung vorgesehen, wobei die drei Platten eine Beschleunigungselektrode 336, eine Verzögerungselektrode 337 und eine Masseelektrode 338 sind. Werden die drei porösen Elektroden zusammen bezeichnet, so werden sie zusammen als "Abzugselektrodensystem" bezeichnet. Einzeln bezeichnet werden die Elektroden als Beschleunigungselektrode, Verzögerungselektrode bzw. Masseelektrode. Die Anordnung ist nicht auf das System mit drei Elektroden beschränkt. Es kann auch ein System mit zwei Elektroden eingesetzt werden. Im voranstehend genannten Fall sind die Beschleunigungselektrode und die Masseelektrode vorgesehen, und ist die Verzögerungselektrode weggelassen. Bei der folgenden Ausführungsform wird das System mit drei Abzugselektroden beschrieben. Das voranstehend genannte Abzugselektrodensystem zieht aus der Hauptentladungskammer 330 negative Ionen als den Strahl ab. Eine Beschleunigungsspannungsquelle 342 ist mit der Beschleunigungselektrode 36 über einen zweiten Schalter 344 und einen Widerstand 341 verbunden. Wenn der zweite Schalter 344 geschlossen wurde, ist die Hauptentladungskammer 330 auf eine hohe negative Spannung vorgespannt. Ihr Ausmaß ist die Differenz zwischen der Beschleunigungsspannung Vacc und der Abzugsspannung Vex (Vacc - Vex). Die Spannung der Beschleunigungselektrode 336 beträgt -Vacc. Die Verzögerungselektrode 337 ist an die Verzögerungsspannungsquelle 343 über einen dritten Schalter 345 angeschlossen so daß eine positive Spannung angelegt wird.

In einem Zustand, in welchem der zweite Schalter 44 und der dritte Schalter 345 geschlossen sind, wird ein negativer Ionenstrahl aus dem Hauptentladungsplasma 357 infolge der Einwirkung von Vacc abgezogen. Wenn der erste Schalter 340 geschlossen ist, werden Elektronen und negative Ionen von der MP-Kathode in die Hauptentladungskammer 30 eingelassen. Daher wird ein Hauptentladungsplasma 357 erzeugt, welches in großer Menge negative Ionen enthält. Selbstverständlich können sämtliche Schalter 340, 344 und 345 geschlossen werden, um ständig negative Ionen abzuziehen, damit negative Wasserstoffionen in den Si-Wafer 358 implantiert werden, entsprechend der Zeitpunkteinstellschaltung 347. Da die positive Vorspannung eingesetzt werden kann, die durch die Verzögerungselektrode 337 hervorgerufen wird, werden nur die negativen Ionen und die Elektronen in den Si-Wafer 358 implantiert. Das Implantieren der Elektronen, die keine Verunreinigungen darstellen, führt nicht zu einem kritischen Problem. Selbstverständlicher ist das ständige Implantieren negativer Ionen zulässig.

Wenn Elektronen und negative Ionen gleichzeitig implantiert werden, wird elektrische Energie entsprechend dem elektrischen Strom für die Elektronen verschwendet. Darüber hinaus kann die Erhitzung, die durch Stöße der Elektronen hervorgerufen wird, nicht vernachlässigt werden. Daher ist eine Erhöhung des Verhältnisses der negativen Ionen erforderlich. Um das Verhältnis zu erhöhen, wird der Anstieg und der Abfall der Dichte negativer Ionen nach dem Abschalten des Plasmas eingesetzt. Um die voranstehend geschilderte Tatsache zu nutzen werden Schalter pulsierend ein/ausgeschaltet, wie dies in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist. Fig. 3A zeigt den Zeitpunkt, an welchem der erste Schalter 340 ein/ausgeschaltet wird, so daß wiederholte Signalformen erzeugt werden, die aus AUS 51, dem ersten Übergang 48, EIN 49, dem Absinken 50 und AUS 51 bestehen. Fig. 3B zeigt eine Signalform des Zeittaktes, mit welchem der zweiten Schalter 344 und der dritte Schalter 345 ein/ausgeschaltet werden, so daß eine derartige Wiederholung durchgeführt wird, die aus AUS 56, dem ersten Übergang 53, EIN 54 und dem Absinken 55 besteht. Es wird darauf hingewiesen, daß die letztgenannte Operation mit einer gewissen Verzögerung durchgeführt wird. Befindet sich der erste Schalter 340 in dem Zustand des Absinkens 50, so wird der Zustand AUS (52) beibehalten. Nach einer gewissen Verzögerung wird der erste Übergang sowohl des ersten als auch dritten Schalters durchgeführt (53). Der voranstehend geschilderte verzögerte EIN/AUS-Betrieb wird unbegrenzt lange wiederholt.

Eine Verzögerungsschaltung 346 steuert die Schaltoperationen der drei Schalter 340, 344 und 345. Wenn der erste Schalter geschlossen ist, wird das Hauptentladungsplasma 357 erzeugt (EIN 49). Wenn der erste Schalter 340 geöffnet ist, wird die Temperatur des Plasmas schnell abgesenkt, und daher verlieren die Elektronen ihre Energie. Obwohl die Elektronen anfangs in dem Plasma eine Energie von etwa 10 eV aufweisen, wird die Energie auf etwa 1 eV bis etwa 0,1 eV in einigen sec verringert, nachdem der erste Schalter 340 geöffnet wurde. Daher werden die Elektronen in Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit umgewandelt. Die Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit weisen große Querschnitte für Stöße und Verbindung auf. Die Elektronen mit niedriger Geschwindigkeit stoßen mit neutralen Wasserstoffatomen zusammen, so daß sie an den neutralen Wasserstoffatomen festgehalten werden können, und so die Wasserstoffatome in negative Ionen umgewandelt werden. Daher wird die Dichte an negativen Ionen auf ein Niveau entsprechend der Dichte der positiven Ionen erhöht. Zu diesem Zeitpunkt 352 werden der zweite und dritte Schalter 344 und 345 geschlossen. Dies führt dazu, daß das Abzugselektrodensystem 336, 337 und 338 den negativen Ionenstrahl abzieht. Da die Dichte an negativen Ionen hoch ist, können nur die negativen Ionen wirksam abgezogen werden. Da die negativen Ionen verbraucht sind, wird die Abzugsspannung abgeschaltet (55). Die bevorzugteste Verzögerungszeit τ vom Absinken 50 des ersten Schalters zum ersten Übergang 53 des zweiten Schalters beträgt etwa zehn µsec Da die Impulsoperation wiederholt wird, muß das Intervall (die Verzögerungszeit) τ zwischen 50 und 53 10 µsec bis zur Ausschaltzeit Toff betragen.

Daher wird die Elektrode negativ nur dann vorgespannt, wenn das Hauptentladungsplasma negative Wasserstoffionen mit hoher Dichte enthält. Daher kann der negative Ionenstrahl abgezogen und in den Wafer implantiert werden. Obwohl der Elektronenstrom unwirksam ist, kann der Elektronenstrom verringert werden, und kann ein negativer Ionenstrahl mit hoher Stromstärke abgezogen werden, wenn das Öffnen/Schließen zu den voranstehend angegebenen Zeitpunkten durchgeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Schalter 340, 344 und 345 Halbleiterschalter. Im voranstehend geschilderten Fall wurde bestätigt, daß ein Tastverhältnis von 1% und eine Wiederholungsfrequenz von einigen Hz bis zu 10 kHz zulässig sind. Ein Thyratron oder dergleichen kann als die Schaltvorrichtung verwendet werden.

Ein wesentlicher Anteil der neunten Ausführungsform besteht darin, daß das Plasma ein/ausgeschaltet wird, um H⁻ in großer Menge zu erzeugen, während jenes Zeitraums, in welchem das Plasma ausgeschaltet ist. Zum geeignetsten Zeitpunkt wird eine vorbestimmte Vorspannung an das Abzugselektrodensystem angelegt, so daß H⁻ in das Si-Substrat implantiert wird. Der Effekt der Erhöhung der Anzahl negativer Ionen unmittelbar nach dem Abschalten des Plasmas wird daher gezielt eingesetzt.

Zwar wurde die Hochfrequenzanregungseinrichtung verwendet, jedoch ist die Einrichtung nicht hierauf beschränkt. Als die Plasmaerzeugungsvorrichtung kann ein Mikrowellenplasma oder ein Gleichspannungsentladungsplasma statt des Hochfrequenzplasmas eingesetzt werden. In jedem Fall wird die Plasmaerzeugungsvorrichtung periodisch ein/ausgeschaltet, und wird die vorbestimmte Vorspannung an das Abzugselektrodensystem zu jenem Zeitpunkt angelegt, zu welchem die Anzahl negativer Ionen zugenommen hat, unmittelbar nachdem die Plasmaerzeugungseinrichtung abgeschaltet wurde. Nunmehr wird eine entgegengesetzte Tatsache beschrieben. Bei der neunten Ausführungsform werden die Erzeugung des Plasmas (der erste Schalter 340) und das Abziehen (der zweite und dritte Schalter) gepulst durchgeführt, um den Strahl nur dann abzuziehen, wenn die Dichte der negativen Wasserstoffionen hoch ist. Das voranstehende Verfahren kann bei den folgenden Ausführungsform eingesetzt werden. Obwohl eine detaillierte Beschreibung entfällt, kann die kontinuierliche Durchführung der Erzeugung des Plasmas und des Abziehens des Strahls wie in Fig. 3 gezeigt bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen eingesetzt werden.

Negative Wasserstoffionen werden in ein Halbleitersubstrat, ein dielektrisches Substrat oder ein Metallsubstrat implantiert, so daß eine Schicht, die Wasserstoff in großer Menge enthält, in einer vorbestimmten Tiefe ausgebildet werden kann. Wasserstoff wird von dem Plasma durch das Abzugselektrodensystem als der negative Ionenstrahl abgezogen. Da der Durchmesser des Ionenstrahls größer ist als jener des Substrats, ist das gemeinsame Implantieren negativer Wasserstoffionen H⁻ in die Oberfläche des Substrats möglich. Bei den negativen Wasserstoffionen ist nur H⁻ stabil, so daß eine bevorzugte Erzeugung erzielt wird. Wenn eine vorbestimmte Plasmavorspannung periodisch an das Abzugselektrodensystem angelegt wird, kann nur H⁻ stabil in der erforderlichen Menge in kurzer Zeit implantiert werden. Das Massentrennsystem ist nicht erforderlich. Eine Einrichtung mit großen Abmessungen zur Durchführung der Massentrennung ist nicht nötig. Daher können die Kosten der Einrichtung verringert werden. Darüber hinaus kann die zum Installieren der Einrichtung erforderliche Fläche verringert werden. Da die Massentrennung nicht durchgeführt wird, kann das Erfordernis der Verringerung des Durchmessers des Strahls ausgeschaltet werden, und wird keine Abtastung benötigt. Da keine Abtastung durchgeführt wird, und eine gemeinsame Implantierung ermöglicht wird, kann der Durchsatz verbessert werden.

Weiterhin wird die Plasmaerzeugungsvorrichtung periodisch ein/ausgeschaltet, und wird dann eine Spannung an das Abzugselektrodensystem angelegt. Daher können nur die negative Ionen wirksam abgezogen werden. Aus diesem Grund kann eine Überhitzung des Substrats verhindert werden, die durch übermäßige Bestrahlung mit Elektronen hervorgerufen wird, sowie eine Vergrößerung der Kapazität der Versorgungsquelle für das Abzugselektrodensystem. Daher kann eine kostengünstige, stabile Ionenimplantierungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, die eine kleine Installationsfläche benötigt.

Claims (28)

1. Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen mit folgenden Schritten:
Erzeugung eines Plasmas, welches Wasserstoff enthält;
Erzeugung negativer Wasserstoffionen in dem Plasma;
Ausbildung eines elektrischen Feldes zwischen dem Plasma und einem Substrat; und
Beschleunigung negativer Wasserstoffionen von dem Plasma unter Verwendung des elektrischen Feldes so, daß negative Wasserstoffionen in einer vorbestimmten Tiefe in ein Substrat implantiert werden.

2. Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 1, bei welchem ein Substrat oder mehrere der Substrate vorgesehen sind, eine Massentrennung von dem Plasma nicht durchgeführt wird, und negative Wasserstoffionen in der Gesamtoberfläche des einen oder der mehreren Substrate implantiert werden.

3. Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 1, bei welchem das Substrat während oder nach der Implantierung der negativen Wasserstoffionen erwärmt wird, um Leerräume in der vorbestimmten Tiefe auszubilden.

4. Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 1, bei welchem die negativen Wasserstoffionen durch ein Verfahren beschleunigt werden, bei welchem mehrere Abzugselektroden zwischen dem Plasma und dem Substrat angeordnet werden, und eine Spannung so an die mehreren Abzugselektroden angelegt wird, daß ein elektrisches Feld zwischen den Abzugselektroden so ausgebildet wird, daß die negativen Wasserstoffionen durch das elektrische Feld abgezogen werden.

5. Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 4, bei welchem die Plasmaerzeugung periodisch ein/ausgeschaltet wird.

6. Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 1, bei welchem das Substrat dem Plasma ausgesetzt wird, die Plasmaerzeugung periodisch ein/ausgeschaltet wird, eine positive Plasmaspannung an das Substrat in einem Zeitraum annähernd 10 µsec nach dem Zeitpunkt, an welchem die Plasmaerzeugung ausgeschaltet wird, angelegt wird, bis zu einem Zeitpunkt, an welchem die Plasmaerzeugung eingeschaltet wird, so daß ein negativer Ionenstrahl in dem Plasma, welches sich in einem Quenchzustand befindet, so beschleunigt wird, daß er in das Substrat implantiert wird.

7. Einrichtung zum Implantieren negativer Wasserstoffionen, welche aufweist:
eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas, welches Wasserstoff enthält;
eine Erzeugungsvorrichtung für negative Wasserstoffionen zum Erzeugen negativer Wasserstoffionen in dem Plasma; und
eine Erzeugungsvorrichtung für ein elektrisches Feld zum Erzeugen eines elektrischen Feldes zwischen dem Plasma und einem Substrat;
wobei negative Wasserstoffionen von dem Plasma unter Verwendung des elektrischen Feldes so beschleunigt werden, daß negative Wasserstoffionen in einer vorbestimmten Tiefe in ein Substrat implantiert werden.

8. Einrichtung zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 7, bei welcher ein Substrat oder mehrere Substrate angeordnet werden, eine Massentrennung von dem Plasma nicht durchgeführt wird, und negative Wasserstoffionen in der Gesamtoberfläche des einen oder der mehreren Substrate implantiert werden.

9. Einrichtung zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 7, welche weiterhin eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Substrats während des Implantierens oder danach der negativen Wasserstoffionen aufweist, um Leerräume in der vorbestimmten Tiefe zu erzeugen.

10. Einrichtung zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 7, welche weiterhin mehrere Abzugselektroden zwischen dem Plasma und dem Substrat aufweist, welche die negativen Wasserstoffionen beschleunigen;
wobei eine Spannung so an die mehreren Abzugselektroden angelegt wird, daß ein elektrisches Feld bei den Abzugselektroden so erzeugt wird, daß die negativen Wasserstoffionen durch das elektrische Feld abgezogen werden.

11. Einrichtung zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 10, bei welcher die Plasmaerzeugungsvorrichtung periodisch ein/ausgeschaltet wird.

12. Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 7, bei welchem das Substrat dem Plasma ausgesetzt wird, die Plasmaerzeugungsvorrichtung periodisch ein/ausgeschaltet wird, eine positive Plasmaspannung an das Substrat in einem Zeitraum annähernd 10 µsec nach jenem Zeitpunkt angelegt wird, zu welchem die Plasmaerzeugung abgeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, an welchem die Plasmaerzeugung eingeschaltet wird, so daß ein negativer Ionenstrahl in dem Plasma, welches sich in einem Quenchzustand befindet, so beschleunigt wird, daß er in das Substrat implantiert wird.

13. Verfahren zum Implantieren gepulst vorgespannter negativer Wasserstoffionen in einer vorbestimmten Tiefe in ein Substrat, mit folgenden Schritten:
Veranlassen, daß eine Plasmaerzeugungsvorrichtung ein Plasma erzeugt, welches Wasserstoff enthält;
Aussetzen eines Substrats dem Wasserstoffplasma;
Anlegen einer positiven Plasmaspannung an das Substrat, so daß negative Wasserstoffionen, die in dem Plasma enthalten sind, in einer vorbestimmten Tiefe im Substrat implantiert werden.

14. Verfahren zum Implantieren gepulst vorgespannter negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 13, bei welchem ein Magnetfeld zum Einfangen von Elektronen in einem mittleren Abschnitt einer Plasmakammer zur Erzeugung von Plasma vorgesehen ist, die Plasmaerzeugungsvorrichtung ein Plasma in einer ersten Plasmakammer auf einer Seite des Magnetfeldes erzeugt, das Substrat in einer zweiten Plasmakammer angeordnet wird, das Magnetfeld die Bewegung von Elektronen mit hoher Energie in die zweite Plasmakammer verhindert, und Stöße von Elektronen, neutralen Atomen und Molekülen in der zweiten Plasmakammer verstärkt werden, so daß die Konzentration an negativen Wasserstoffionen erhöht wird.

15. Verfahren zum Implantieren gepulst vorgespannter negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 1, bei welchem Cs einer Plasmakammer zugeführt wird, die eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas durch Anlegen von Hochfrequenz an eine Hochfrequenzspule aufweist, Cs auf der Oberfläche eines leitfähigen Targets angeordnet wird, das sich in der Plasmakammer befindet, und eine negativ Spannung an das Target angelegt wird, um das Target mit positiven Ionen zu sputtern, so daß ein Wasserstoffplasma erzeugt wird, welches negative Wasserstoffionen in hoher Konzentration enthält.

16. Verfahren zum Implantieren gepulst vorgespannter negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 1, bei welchem die Plasmaerzeugungsvorrichtung periodisch ein/ausgeschaltet wird, und an das Substrat eine positive Impulsspannung in einem Zeitraum angelegt wird, der vom Ausschalten der Plasmaerzeugungsvorrichtung bis zum erneuten Einschalten der Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Ablauf von 10 µsec reicht.

17. Einrichtung zum Implantieren gepulst vorgespannter negativer Wasserstoffionen, welche aufweist:
eine Plasmakammer, die ein Raum zur Erzeugung eines Plasmas ist, der in den Vakuumzustand versetzt werden kann;
eine Plasmaerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas in der Plasmakammer;
eine Gaseinlaßöffnung zum Einlassen eines Gases, welches Wasserstoffatome enthält, in die Plasmakammer;
eine Gasabsaugeinheit zum Absaugen des Gases aus der Plasmakammer;
einen Aufnehmer, der in der Plasmakammer angeordnet ist, und auf welchem ein Substrat angeordnet wird;
eine positive Vorspannungsquelle zum Anlegen einer positiven Vorspannung an den Aufnehmer;
einen Schalter, der zwischen der positiven Vorspannungsquelle und dem Aufnehmer angeordnet ist; und
einen Mechanismus zum Anlegen einer positiven Vorspannung an das Substrat auf gepulste Weise.

18. Einrichtung zum Implantieren gepulst vorgespannter negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 5, welche weiterhin eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung zur Ausbildung eines Magnetfeldes in der Plasmakammer aufweist, die in der Plasmakammer oder außerhalb der Plasmakammer vorgesehen ist, um die Plasmakammer in zwei Abschnitte zu unterteilen, so daß ein Durchgang von Elektronen mit hoher Energie durch das Magnetfeld verhindert wird; wobei die eine der Plasmakammern das Plasma erzeugt, und der Aufnehmer und das Substrat in der anderen Plasmakammer angeordnet sind.

19. Einrichtung zum Implantieren gepulst vorgespannter negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 17, welche weiterhin ein leitfähiges Target aufweist, das in der Plasmakammer angeordnet ist, die eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas durch Anlegen von Hochfrequenz an eine Hochfrequenzspule aufweist, eine negative Vorspannungsquelle zum Anlegen einer negativen Spannung an das Target, einen Ofen zur Erzeugung eines Dampfes aus Cs, Rb oder K, und eine Düse zum Einlassen von Dampf, der von dem Ofen erzeugt wird, in das Target.

20. Einrichtung zum Implantieren gepulst vorgespannter negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 5, welche weiterhin einen Mechanismus zum Ein/Ausschalten der Plasmaerzeugungsvorrichtung aufweist, und eine Zeitpunkteinstellschaltung zur Festlegung des Zeitpunktes, an welchem die Erzeugung des Plasmas zugelassen/gesperrt wird, und das Anlegen der positiven Vorspannung an den Aufnehmer zugelassen/gesperrt ist;
wobei eine positive Vorspannung an den Aufnehmer angelegt wird, unmittelbar nach dem die Plasmaerzeugungsvorrichtung ausgeschaltet wurde.

21. Verfahren zum Implantieren eines Strahls aus negativen Wasserstoffionen zum Implantieren von Wasserstoffionen in vorbestimmter Tiefe in ein Substrat, mit folgenden Schritten:
Erzeugung eines Plasmas, welches Wasserstoff enthält, in einer Plasmakammer durch eine Plasmaerzeugungsvorrichtung;
Abziehen eines negativen Wasserstoffionenstrahls aus dem Plasma durch ein Abzugselektrodensystem, welches mehrere poröse Elektrodenplatten aufweist, von denen jede eine Porenverteilung in einem Bereich aufweist, der größer ist als der Durchmesser des Substrats; und
Implantieren des negativen Wasserstoffionenstrahls in einer vorbestimmten Tiefe des Substrats.

22. Verfahren zum Implantieren eines Strahls aus negativen Wasserstoffionen nach Anspruch 21, bei welchem ein Magnetfeld zum Einfangen von Elektronen in einem mittleren Abschnitt der Plasmakammer zur Erzeugung des Plasmas vorgesehen ist, das Plasma durch eine Plasmaerzeugungsvorrichtung in einer ersten Plasmakammer erzeugt wird, die auf einer Seite des Magnetfeldes liegt, das Abzugselektrodensystem für einen Öffnungsabschnitt einer zweiten Plasmakammer vorgesehen ist, so daß eine Bewegung von Elektronen mit hoher Energie in die erste Plasmakammer durch das magnetische Feld verhindert wird, Stöße niederenergetischer Elektronen, neutraler Atome und Moleküle in der zweiten Plasmakammer verstärkt werden, um so die Dichte an negativen Ionen zu erhöhen, so daß der negative Wasserstoffionenstrahl aus der zweiten Plasmakammer so abgezogen wird, daß der negative Wasserstoffionenstrahl in das Substrat implantiert wird.

23. Verfahren zum Implantieren eines Strahls aus negativen Wasserstoffionen nach Anspruch 1, bei welchem Cs der Plasmakammer zugeführt wird, welche eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas durch Zufuhr von Hochfrequenz zu einer Hochfrequenzspule aufweist, Cs auf der Oberfläche eines leitfähigen Targets abgelagert wird, das in der Plasmakammer vorgesehen ist, und eine negative Spannung an das Target angelegt wird, so daß das Target mit positiven Ionen gesputtert wird, um so ein Wasserstoffplasma zu erzeugen, welches eine hohe Konzentration an negativen Wasserstoffionen enthält.

24. Verfahren zum Implantieren eines Strahls aus negativen Wasserstoffionen nach Anspruch 1, bei welchem die Plasmaerzeugungsvorrichtung periodisch ein/ausgeschaltet wird, und eine Gleichspannung an das Abzugselektrodensystem in einem Zeitraum von einem Zeitpunkt, zu welchem die Plasmaerzeugungsvorrichtung ausgeschaltet wurde, bis zu einem Zeitpunkt nach Ablauf von 10 µsec, an welchem die Plasmaerzeugungsvorrichtung erneut eingeschaltet wurde, angelegt wird, um so den negativen Wasserstoffionenstrahl abzuziehen.

25. Einrichtung zum Implantieren eines Strahls aus negativen Wasserstoffionen, welche aufweist:
eine Plasmakammer, die ein Raum zur Erzeugung eines Plasmas ist, dessen Druck auf Vakuum verringert werden kann;
eine Plasmaerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung des Plasmas in der Plasmakammer;
eine Gaseinlaßöffnung zum Einlassen eines Gases, welches Wasserstoffatome enthält, in die Plasmakammer;
eine Gasabsaugeinheit zum Absaugen von Gas aus der Plasmakammer;
mehrere Abzugselektrodensysteme, die in einem Öffnungsabschnitt der Plasmakammer angeordnet sind, und jeweils eine poröse Platte aufweisen, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser eines Substrats;
eine Spannungsversorgungsquelle zum Anlegen einer hohen negativen Spannung und einer positiven Spannung an ein Abzugselektrodensystem, um den negativen Ionenstrahl von dem Plasma abzuziehen; und
einen Aufnehmer, der stromabwärts des Abzugselektrodensystems angeordnet ist, und auf welchem ein Halbleitersubstrat, ein Isoliersubstrat oder ein Metallsubstrat angebracht ist.

26. Einrichtung zum Implantieren eines Strahls aus negativen Wasserstoffionen nach Anspruch 25, welche weiterhin aufweist: eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in der Plasmakammer, welche in der Plasmakammer oder außerhalb der Plasmakammer angeordnet ist, um die Plasmakammer in zwei Abschnitte zu unterteilen, so daß ein Durchgang von Elektronen mit hoher Energie durch das Magnetfeld verhindert wird; wobei eine der Plasmakammern das Plasma erzeugt, und der Aufnehmer und das Substrat in der anderen Plasmakammer angeordnet sind.

27. Einrichtung zum Implantieren gepulst vorgespannter negativer Wasserstoffionen nach Anspruch 25, welche weiterhin ein leitfähiges Target aufweist, das in der Plasmakammer vorgesehen ist, die eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas zum Anlegen von Hochfrequenz an eine Hochfrequenzspule aufweist, eine negative Vorspannungsquelle zum Anlegen einer negativen Spannung an das Target, einen Ofen zur Erzeugung eines Dampfes aus Cs, Rb oder K, und eine Düse zum Einlassen von durch den Ofen erzeugtem Dampf in das Target.

28. Einrichtung zum Implantieren eines Strahls aus negativen Wasserstoffionen nach Anspruch 5, welche weiterhin aufweist:
einen Schalter zum Ein/Ausschalten der Plasmaerzeugungsvorrichtung;
einen Schalter zum Ein/Ausschalten der Plasmaerzeugung und einer Gleichspannung, welche dem Abzugselektrodensystem zugeführt wird; und
eine Verzögerungsschaltung zur Festlegung der Beziehung zwischen dem Zeitpunkt, an welchem die Plasmaerzeugungsvorrichtung ein/ausgeschaltet wird und jenem Zeitpunkt, an welchem die Spannung des Abzugselektrodensystems ein/ausgeschaltet wird;
wobei die Gleichspannung dem Abzugselektrodensystem unmittelbar nach dem Abschalten der Plasmaerzeugungsvorrichtung zugeführt wird, um so einen negativen Ionenstrahl abzuziehen.