(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2017-502503(P2017-502503A)
(43)【公表日】2017年1月19日
(54)【発明の名称】イオン注入生産性向上方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/265 20060101AFI20161222BHJP
H01J 37/317 20060101ALI20161222BHJP
【FI】
H01L21/265 F
H01J37/317 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-533661(P2016-533661)
(86)(22)【出願日】2014年11月6日
(85)【翻訳文提出日】2016年6月27日
(86)【国際出願番号】US2014064211
(87)【国際公開番号】WO2015080843
(87)【国際公開日】20150604
(31)【優先権主張番号】14/090,001
(32)【優先日】2013年11月26日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】500239188
【氏名又は名称】ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】100161148
【弁理士】
【氏名又は名称】福尾 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100134577
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 雅章
(72)【発明者】
【氏名】ピーター エフ. クルンクジ
(72)【発明者】
【氏名】ボン−ウォン クー
(72)【発明者】
【氏名】ジョン エイ. フロンティエロ
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアム ティー. リーヴァイ
(72)【発明者】
【氏名】クリストファー ジェイ. リーヴィット
(72)【発明者】
【氏名】ティモシー ジェイ. ミラー
(72)【発明者】
【氏名】ヴィクラム エム. ボスル
(72)【発明者】
【氏名】ジョン ダブリュー. グラフ
(72)【発明者】
【氏名】ニコラス ピー. ティー. ベイトマン
【テーマコード(参考)】
5C034
【Fターム(参考)】
5C034CC01
(57)【要約】
ワークピースの処理方法が開示され、その方法はイオンチャンバを最初に所望のドーパント種と他の種で被覆する。このコンディショニングプロセスに続いて、フッ素と所望のドーパント種を含むフィードガスをチャンバに導入し、イオン化する。その後、チャンバからイオンを抽出し、ワークピースに向けて加速し、最初に質量分析しないでワークピースに注入する。コンディショニングプロセス中に使用する前記他の種は3族、4族又は5族元素とし得る。所望のドーパント種はホウ素とし得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークピースを処理する方法であって、
コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップであって、前記コンディショニングガスは所望のドーパント種を含む水素化物及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは希ガス、4族元素の水素化物又は前記所望のドーパント種と反対導電性の種の水素化物を含み、導入されるガスの全量の10%〜40%が前記コンディショニング共ガスである、ステップと、
前記コンディショニングガス及び前記コンディショニング共ガスを前記チャンバ内でイオン化して前記チャンバの壁上に被覆を形成するステップと、
前記被覆が形成された後に前記チャンバ内に導入されるガスを変更し、フッ素と前記所望のドーパント種を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、
前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、
前記イオンが質量分析なしで前記ワークピースに注入されるように前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップと、
を備える方法。
【請求項2】
前記所望のドーパント種はホウ素を含む、請求項1記載の方法。
【請求項3】
前記コンディショニング共ガスは4族元素の水素化物を含む、請求項2記載の方法。
【請求項4】
前記コンディショニング共ガスは5族元素の水素化物を含む、請求項2記載の方法。
【請求項5】
前記コンディショニング共ガスは希ガスを含む、請求項2記載の方法。
【請求項6】
ワークピースを処理する方法であって、
コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップであって、前記コンディショニングガスはボラン及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは4族又は5族元素の水素化物を含んでいる、ステップと、
前記チャンバの壁上にボランと前記4族又は5族元素よりなる被覆を形成するステップと、
前記被覆が形成された後に前記チャンバ内にフッ素とホウ素を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、
前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、
前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップと、
を備える方法。
【請求項7】
前記イオンは質量分析なしで前記ワークピースに注入される、請求項6記載の方法。
【請求項8】
前記フィードガスと一緒に希釈ガスを前記チャンバ内に導入し、前記希釈ガスは4族又は5族元素の水素化物を含み、前記方法は更に前記希釈ガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップを備える、請求項6記載の方法。
【請求項9】
前記被覆は前記コンディショニングガスと前記コンディショニング共ガスを前記チャンバ内でイオン化することによって形成される、請求項6記載の方法。
【請求項10】
ワークピースを処理する方法であって、
前記チャンバの壁をホウ素と4族元素又は5族元素で被覆するためにコンディショニングプロセスをイオン源のチャンバに実行するステップと、
前記壁上に被覆が形成された後に注入プロセスを実行するステップと、を備え、
前記注入プロセスにおいて、フッ素とホウ素を含むフィードガスをイオン化してイオンを生成し、前記イオンを前記チャンバから抽出し、前記ワークピースに向け加速し、前記イオンを質量分析なしで前記ワークピースに注入する、
方法。
【請求項11】
前記コンディショニングプロセスは、ボランと前記4族元素又は5族元素の水素化物を含むコンディショニング共ガスとを含むコンディショニングガスを前記チャンバ内でイオン化するステップを備える、請求項10記載の方法。
【請求項12】
前記コンディショニング共ガスはホスフィン(PH3)又はアルシン(AsH4)を含む、請求項11記載の方法。
【請求項13】
前記コンディショニング共ガスはゲルマン(GeH4)又はシラン(SiH4)を含む、請求項11記載の方法。
【請求項14】
前記抽出されたイオンはイオンビームを形成し、前記方法は更に、前記イオンビーム内の汚染物質の割合が所定の閾値を超える場合に前記コンディショニングプロセスを繰り返すステップを備える、請求項10記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は2013年7月18日に出願された米国仮特許出願第61/847,776号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示の実施形態はイオン注入システムにおけるイオンビームの品質を向上させる方法、より詳しくはホウ素イオンビームの品質を向上させる方法に関する。
【背景技術】
【0003】
半導体ワークピースには所望の導電性を生成するためにドーパント種が注入されることが多い。例えば、太陽電池にはエミッタ領域を生成するためにドーパント種が注入され得る。この注入は多種多様のメカニズムを用いて実行し得る。一実施形態では、イオン源が使用される。このイオン源はソースガスをイオン化するチャンバを含み得る。これらのソースガスからのイオンは一以上の電極を用いてチャンバの開口から抽出され得る。これらの抽出イオンはワークピースへ向けられ、太陽電池を形成するためにワークピースに注入される。
【0004】
プロセス効率を高め、コストを下げるために、いくつかの実施形態では、イオン源から抽出されたイオンは質量分析なしで直接ワークピースに向けて加速されている。言い換えれば、イオン源で生成されたイオンは加速されて直接ワークピースに注入されている。質量分析器はイオンビームから望ましくない種を除去するために使用される。質量分析器の除去は、イオン源から抽出されたすべてのイオンがワークピースに注入されることを意味する。従って、その場合にはイオン源内で生成され得る望ましくない種もワークピースに注入される。
【0005】
この現象は、ソースガスがハロゲンベースの化合物、例えばフッ化物であるとき、最も顕著である。フッ素イオン及びニュートラル(準安定状態又は励起状態)はイオン源の内面と反応し、望ましくないイオン、例えばケイ素、酸素、炭素、アルミニウム、及び不純物元素として存在する重金属を開放し得る。
【0006】
従って、特にハロゲンベースのソースガスを使用する実施形態のためにビームの品質を向上させる方法が有益である。
【発明の概要】
【0007】
ワークピースの処理方法が開示され、その方法はイオンチャンバを最初に所望のドーパント種と他の種で被覆する。このコンディショニングプロセスに続いて、フッ素と所望のドーパント種を含むフィードガスをチャンバに導入し、イオン化する。その後、チャンバからイオンを抽出し、ワークピースに向けて加速し、最初に質量分析しないでワークピースに注入する。コンディショニングプロセス中に使用する他の種は3族、4族又は5族元素とし得る。所望のドーパント種はホウ素とし得る。
【0008】
一実施形態では、ワークピースの処理方法が開示される。その方法は、コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップを備え、前記コンディショニングガスは所望のドーパント種を含む水素化物及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは4族元素の水素化物又は所望のドーパント種の反対導電性を有する種の水素化物を含み、導入されるガスの全量の10%〜40%が前記コンディショニング共ガスであり、更に、前記コンディショニングガス及び前記コンディショニング共ガスを前記チャンバ内でイオン化して前記チャンバの壁上に被覆を形成するステップと、前記被覆が形成された後に前記チャンバ内に導入されるガスを変更し、フッ素と前記所望のドーパント種を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、前記イオンが質量分析なしで前記ワークピースに注入されるように前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップとを備える。
【0009】
第2の実施形態では、ワークピースの処理方法が開示される。その方法は、コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップを備え、前記コンディショニングガスはボラン及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは4族又は5族元素の水素化物を含み、更に、前記チャンバの壁上にボランと前記4族又は5族元素よりなる被覆を形成するステップと、前記被覆が形成された後に前記チャンバ内にフッ素とホウ素を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップと、を備える。
【0010】
第3の実施形態では、ワークピースの処理方法が開示され、その方法は、イオン源のチャンバの壁をホウ素と4族元素又は5族元素で被覆するためにコンディショニングプロセスをイオン源のチャンバに実行するステップと、前記壁上に被覆が形成された後に注入プロセスを実行するステップとを備え、前記注入プロセスにおいて、フッ素とホウ素を含むフィードガスをイオン化してイオンを生成し、前記イオンを前記チャンバから抽出し、前記ワークピースに向け加速し、前記イオンを質量分析なしで前記ワークピースに注入する。いくつかの実施形態では、前記コンディショニングプロセスは、ボランと前記4族元素又は5族元素の水素化物を含むコンディショニング共ガスとを含むコンディショニングガスをイオン化するステップを備える。いくつかの他の実施形態では、前記コンディショニング共ガスはホスフィン(PH
3)、アルシン(AsH
4)、ゲルマン(GeH
4)又はシラン(SiH
4)とし得る。
【0011】
本開示のよりよい理解のために、参照することにより本明細書に組み込まれる添付の図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1A】異なる実施形態の一つの注入システムを示す。
【
図1B】異なる実施形態の他の一つの注入システムを示す。
【
図1C】異なる実施形態の更に他の一つの注入システムを示す。
【
図2】ドーパント電流と汚染レベルを希釈ガス濃度の関数として示すグラフである。
【
図3】(A)、(B)は2つの異なるコンディショニングプロセスを用いた場合の全ビーム電流に対する汚染物質の比率を示すグラフである。
【
図4】(A)、(B)は2つのコンディショニングプロセスの相違を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
上述したように、ハロゲンベースの種、例えばフッ化物、のイオン化はイオン源の内面から解放される粒子をワークピースに注入し得る。これらの汚染物質は、アルミニウム、炭素、窒素、酸素、ケイ素、ハロゲンベースの化合物、及び他の望ましくない種(不純物元素として存在する重金属等)を含み得る。自由ハロゲンイオンに起因する損傷に対処する一つの方法は注入中に第2のソースガスを導入するというものである。
【0014】
図1A−1Cはイオン源100のチャンバ105に第2のソースガスを導入し得る様々な実施形態を示す。これらの図の各々において、イオン源100はいくつかのプラズマチャンバ壁107で画成されたチャンバ105を含み、このチャンバはグラファイト又は他の適切な材料で構成し得る。このチャンバ105にはソースガスコンテナ170内に格納された一以上のソースガスがガス注入口110を経て供給され得る。このソースガスはRFアンテナ120又は他の機構によって励起され得る。RFアンテナ120はRFアンテナ120に電力を供給するRF電源(図示せず)と電気的に連通する。RFアンテナ120とイオン源100の内部との間に誘電体窓125、例えば石英窓又はアルミナ窓を配置し得る。イオン源100はイオンが通過し得る開口140も含む。チャンバ105内から正の荷電粒子を開口140を通してワークピース160に向け抽出するために、開口140の外に配置された抽出(引き出し)電極に負電圧が供給される。いくつかの実施形態では、開口140はイオン源100の誘電体窓125の側と反対側に配置される。チャンバ105から抽出されたイオンはイオンビーム180に形成され、ワークピース160に向けられる。上述したように、イオンがワークピース160に衝突する前にイオンをフィルタ処理する質量分析器は使用しない。
図1Aに示す一つの特定の実施形態では、第2のソースガスが第2のガスコンテナ175内に格納され、第2のガス注入口111を経てチャンバ105に導入され得る。
図1Bに示す他の実施形態では、第2のソースガスが第2のガスコンテナ176内に格納され、第1のソースガスで使用される同じガス注入口110を経てチャンバ105に導入され得る。
図1Cに示す更に他の実施形態では、第2のソースガスが第1のソースガスと単一のガスコンテナ178内で混合され得る。この混合ガスはガス注入口110を経てチャンバ105内に導入され得る。
【0015】
これらの実施形態のいずれにおいても、第1のソースガス及び第2のソースガスはチャンバ105に同時に導入しても、順次に導入してもよい。
【0016】
第1のソースガスはフィードガスとも称され、ホウ素等のドーパントをフッ素と組み合わせて含むことができる。従って、フィードガスはDF
n又はD
mF
nの形態のものとすることができ、ここでDはドーパント原子を表し、ホウ素、ガリウム、燐又は砒素、又は3族元素又は5族元素とし得る。第2のソースガスは希釈ガスとも称され、XH
n又はX
mH
nの化学式を有する分子とすることができ、ここでHは水素である。Xはドーパント種、例えば上述した元素のいずれかとし得る。代わりに、Xはワークピース160の導電性に影響を与えない原子としてもよい。例えば、ワークピース160がシリコンよりなる場合には、Xは4族の元素、例えばケイ素及びガリウムとしてもよい。
【0017】
言い換えれば、フィードガスはBF
3又はB
2F
4とし得るが、希釈ガスは、例えばPH
3,SiH
4,NH
3,GeH
4,B
2H
6、又はAsH
3とし得る。このリストは使用し得るいくつかの可能な種を示す。他のフィードガス種及び希釈ガス種も可能であることは当然である。
【0018】
フィードガスを希釈ガスと混合することによって、フッ素イオンの悪影響が低減され得る。例えば、如何なる特定の理論にも限定されずに、水素の導入は誘電体窓125の上に被膜又は被覆を生成し得る。これは誘電体窓125の保護に役立ち、抽出されたイオンビーム180に混入される、誘電体窓125から発生する汚染物質の量を低減する。加えて、希釈ガスは別の汚染源になり得るプラズマチャンバ壁107の内面を被覆し得る。この被覆はフッ素イオンとプラズマチャンバ壁107の内面との相互作用を低減し、生成される汚染物質量を低減し得る。
【0019】
希釈ガスの導入は汚染物質の生成及びこれらの汚染物質のイオンビーム内への混入を低減し得る。逆に、多量の希釈ガスの導入はイオンビームに使用されるドーパントイオンの生成に悪影響を与え得る。例えば、過剰量の希釈ガスの導入はイオン源で生成されるドーパントビーム電流を低減し得る。加えて、水素を含有する過剰量の希釈ガスはエッチングを生起し、追加の汚染を生じ得る。水素はいくつかの材料をエッチングすることが知られている。例えば、水素はグラファイト壁と反応し、CH
xガスを生成し得る。
【0020】
意外なことに、汚染の低減は希釈ガス濃度の増加と比例して減少しないことが確かめられた。言い換えれば、希釈ガス量が所定の閾値以上に増加すると、汚染電流対ドーパント電流の比が実際に増加する。これは、所定の閾値以上では、プラズマチャンバ壁107の内面上の追加の被膜がフッ素に対する追加の保護を殆ど又は全くもたらさないという事実に起因し得る。加えて、プラズマパラメータ、例えば高いプラズマ電圧が高い希釈ガス割合とともに変化し、希釈ガスイオンによるチャンバ壁の追加のスパッタリングを引き起こし得る。加えて、高い希釈ガス割合は壁材料のエッチングを引き起こし、汚染を追加し得る。チャンバ壁の追加のスパッタリングは汚染レベルの増加をもたらし得る。従って、ドーパント電流が希釈ガス濃度の関数として減少するとともに、汚染濃度が所定の閾値後に一定のままであるか増加する場合、イオンビーム内の汚染物質の割合は必然的に増加する。
【0021】
図2は、希釈ガス濃度がドーパントビーム電流とイオンビーム内の汚染物質対ドーパントの比率の両方に及ぼす影響を示す代表的なグラフを示す。上述したように、汚染物質は、ケイ素、窒素、酸素、水素、アルミニウム、炭素、炭素化合物、フッ素、フッ素化合物、又は他の非ドーパント種などのイオン種とし得る。
【0022】
図2に示すように、棒グラフで表されるドーパント電流は希釈ガスが存在しないとき最大である。ドーパント電流は、本例ではGeH
4である希釈ガスの濃度が増加するにつれてほぼ直線的に減少する。このグラフはドーパント電流と希釈ガス濃度との間の特定の関係を示すが、この関係は使用する試験条件に特有であり得る。例えば、異なる希釈ガス、異なるRF電力レベル、又はプラズマチャンバ内の異なる圧力(又は流量)は異なる結果を生じ得る。従って、この棒グラフはドーパント電流と希釈ガス濃度との間の一般的傾向を表すことを意図している。
【0023】
曲線300は、イオンビーム内の特定の汚染物質対ドーパントの比率として定義されるビーム不純度の測定値を示し、汚染物質は上で特定したもののうちの一つであり得る。予想どおり、ビーム不純度は希釈ガス濃度が0%から10%に増加するにつれて減少する。上述したように、これは希釈ガス内の水素の被覆作用に起因し得る。希釈ガス内の他の種が被覆作用を成すようにしてもよい。例えば、GeH
4の場合には、水素分子は軽いため、急速に非出される。しかしながら、GeH
4は水素が付着した重い分子であるため、輸送に長い時間がかかり、チャンバ表面と反応しそれらの表面を被覆する確率が高くなる。例えば、GeH
4のような組成を有する化合物は壁を被覆し、壁材料をフッ素エッチングから保護し得る。しかしながら、意外なことに、ビーム不純度は、希釈ガス濃度が約30%に達するまで比較的平坦のままである。言い換えれば、より多量の希釈ガスの導入にもかかわらず、ドーパントの量に対する汚染物質の量は比較的一定のままである。約5%から30%までの範囲を通して、ビーム不純度は約1%以下である。驚いたことに、希釈ガス濃度が30%を超えて増加すると、ビーム不純度はかなり劇的に増加し、ガス混合物が60%希釈ガスである場合に5%を超えるレベルに達する。ビーム不純度は希釈ガスの濃度が5%から30%の間のとき最小にすることができる。
【0024】
図1A〜1Cは必要なイオンを生成するためにRFアンテナ120及びRF電源を有するイオン源を使用する。しかしながら、IHC、中空陰極、ヘリコン、及びマイクロ波イオン源などの他のタイプのイオン源を使用してもよいこと当然である。例えば、いくつかの実施形態では電子の熱イオン放射を生じさせるために熱を使用する間接加熱陰極(IHC)を使用してもよい。
【0025】
上に述べたように、2つのソースガスを用いてビーム不純度を低減した抽出イオンビーム180を生成することができる。第1のソースガス、即ちフィードガス、はホウ素とフッ素の両方を含む種、例えばBF
3又はB
2F
4とすることができる。第2のソースガス、即ち希釈ガス、は水素とケイ素又はゲルマニウムの何れかを含む種、例えばシラン(SiH
4)又はゲルマン(GeH
4)とすることができる。これらの2つのソースガスはイオン源100のチャンバ105内に同時に又は順次に導入され、そこでイオン化される。イオン源はRFアンテナ120により発生されるRFエネルギーを利用することができる。別の実施形態では、イオン源はIHCを用いた電子の熱イオン放射を利用してもよい。ガスをイオン化する他の方法をイオン源で使用してもよい。これらの2つのソースガスは、全ガス量の5%〜30%(容量%)が希釈ガスで、残りがフィードガスとなるように導入することができる。両ソースガスからのイオンが開口140から電極130,150によって抽出され、ワークピース160へ向け加速され、ワークピース160に注入される。先に記載したように、これらのイオンは質量分析されない。つまり、抽出されたイオンはすべてワークピース160内に注入される。
【0026】
別の例では、希釈ガスは反対導電性のドーパントを含むことができる。例えば、第1のソースガス、即ちフィードガス、はホウ素とフッ素の両方を含む種、例えばBF
3又はB
2F
4とすることができる。第2のソースガス、即ち希釈ガス、は水素と燐、窒素又は砒素等の5族元素とを含む種とすることができる。
【0027】
上記の開示は、希釈ガスは全ガス量の約5%〜30%の範囲とする旨記載している。しかし、いくつかの実施形態では、この範囲は相違する。例えば、いくつかの実施形態では、希釈ガス濃度は10%に至るまで、例えば1−10%、2−10%、3−10%又は5−10%とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は15%に至るまで、例えば1−15%、2−15%、3−15%、5-15%又は7−15%とすることができる。別の実施形態では、希釈濃度は20%に至るまで、例えば2−20%、3−20%、5−20%、7−20%又は10−20%とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は30%に至るまで、例えば3−30%、5−30%、7−30%、10−30%又は15−30%とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は40%に至るまで、例えば3−40%、5−40%、7−40%、10−40%、15−40%又は20−40%とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は50%に至るまで、例えば5−50%、7−50%、10−50%、15−50%、20−50%又は25−50%とすることができる。最後に、別の実施形態では、希釈ガス濃度は60%に至るまで、例えば5−60%、7−60%、10−60%、15−60%、20−60%、25−60%又は30−60%とすることができる。
【0028】
以上の説明は、ワークピースに注入するイオンを生成するために使用されるプラズマを生成するためにフィードガスとともに希釈ガスを使用する方法について詳述している。しかしながら、この方法に加えて又は代わりに、他の技術を使用することもできる。
【0029】
例えば、一実施形態では、イオン源100のチャンバ壁107の内面を注入プロセス前にコンディショニングすることができる。コンディショニングは、これらのプラズマチャンバ壁107の内面に材料を被覆するプロセスである。この材料はプラズマチャンバ壁107をハロゲンの悪影響から保護するように作用し、プラズマチャンバ壁107からエッチングされ、抽出イオンビームに導入される汚染物質の量を減少させる。
【0030】
コンディショニングはいくつかの方法で実行し得る。第1の実施形態では、コンディショニングはイオン注入と同様に実行される。言い換えれば、RFアンテナ120又は他のプラズマ発生器からのエネルギーを用いてチャンバ105内でプラズマが発生される。そのプラズマからのイオンはその後電極130,150へのバイアス電圧の印加によってチャンバ105から抽出される。この時間中に、抽出されないプラズマからのイオンがチャンバ105のプラズマチャンバ壁107及び誘電体窓125の上に堆積され得る。
【0031】
第2の実施形態では、バイアス電圧が電極130,150に印加されない。このようにすると、プラズマ及びイオンはチャンバ105内に留まる。この場合も、プラズマからのイオンがチャンバ105のプラズマチャンバ壁107上に堆積され得る。
【0032】
いずれの実施形態でも、このプラズマの発生はイオンを生成し、その一部分がプラズマチャンバ壁107の内面に付着し、それらの表面上に被膜を生成する。このコンディショニングプロセスは約60分間実行し得るが、この時間量はこの開示内容で限定されない。他の実施形態では、このコンディショニングプラズマは所定の厚さの被膜が生成されるまで実行することができる。
【0033】
いくつかの実施形態では、所望のドーパント種を含む水素化物がプラズマチャンバ壁107をコンディショニングするために使用される。所望のドーパント種は次の注入プロセス中に使用されるドーパントとすることができる。言い換えれば、フィードガスが注入プロセス中にワークピースに注入すべくホウ素を含むシナリオでは、コンディショニングプロセス中にボランをコンディショニングガスとして使用することができる。このボランは、ジボラン(B
2H
6)、ペンタボラン(B
5H
9)、デカボラン(B
10H
14)又は任意の他のボランとすることができる。異なるドーパントを注入する場合には、異なる水素化物をコンディショニングガスとして使用することができる。
【0034】
更に、コンディショニング共ガス(co−gas)をこの水素化物とともに使用することができる。いくつかの実施形態では、コンディショニング共ガスは希ガス、例えばヘリウム、アルゴン、クリプトン又はキセノンとすることができる。他の実施形態では、コンディショニング共ガスは、4族元素を含む水素化物、例えば水素化ケイ素(シランSiH
4)又は水素化ゲルマニウム(即ちゲルマンGeH
4)とし得るが、これらに限定されない。更に他の実施形態では、コンディショニング共ガスは所望のドーパントと反対導電性の種を含む水素化物とすることができる。言い換えれば、フィードガスがホウ素を含む場合には、5族元素を含む水素化物をコンディショニング共ガスとして使用することができる。コンディショニング共ガスは、このシナリオでは、ホスフィン(PH
3)又はアルシン(AsH
3)とすることができる。
【0035】
共ガスの含有量は変化させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、コンディショニング共ガスはチャンバ105内に導入される全ガスの10−40%とすることができる。他の実施形態では、コンディショニング共ガスは全ガスの20−40%とすることができる。更に他の実施形態では、コンディショニング共ガスはコンディショニングプロセス中に導入される全ガスの約30%とすることができる。
【0036】
一つの特定の例では、ワークピースの注入のためにBF
3又はB
2F
4がフィードガスとして使用される。イオン源100のプラズマチャンバ壁107をコンディショニングするために、ジボランをコンディショニング共ガスとともに使用することができる。このコンディショニング共ガスは、例えばヘリウム、アルゴン、クリプトン又はキセノン等の希ガス、SH
4又はGeH
4等の4族水素化物、PH
3又はAsH
3等の5族水素化物とすることができる。このリストは網羅的でなく、コンディショニングプロセス中にコンディショニング共ガスとして他の分子を使用してもよいことは勿論である。
【0037】
驚いたことに、コンディショニング中におけるコンディショニング共ガスの付加はその後の注入の品質に大きな影響を及ぼす。例えば、一つの試験において、コンディショニングプロセスをコンディショニングガスとしてジボランのみを使用してイオン源に実行した。このコンディショニングは1時間実行した。コンディショニング後に、例えばB
2F
4のフィードガスを用いて約3kWのRF電力でチャンバ105内にプラズマを生成し、ホウ素ベースのイオンビームでワークピースを注入処理した。更に、注入プロセス中に導入される全ガスの10%はGeH
4を含む希釈ガスとした。この試験において、10ekVの抽出エネルギーを使用した。ワークピースを注入処理している間、イオンビームの分析を行った。希釈ガスとして10%のGeH
4を用いたB
2F
4の注入は2時間に満たない間に汚染物質(全ビーム電流に対する比率)が1%より大きくなることが確かめられた。これは
図3の(A)にグラフで示すことができ、曲線400はイオンビーム中の汚染物質の比率を表している。汚染物質は、炭素、窒素、酸素、フッ素、アルミニウム及びこれらの元素の何れかを含む化合物を含むが、これらに限定されない。
【0038】
第2の試験において、コンディショニングは、コンディショニングガス(ジボラン)とコンディショニング共ガス(ゲルマン)の組み合わせを用いて実行した。このコンディショニングも1時間実行した。同様に、コンディショニング後に、例えばB
2F
4のフィードガスを10%のGeH4希釈ガスとともに用いてチャンバ105内にプラズマを生成し、ワークピースをホウ素ベースのイオンビームで注入処理した。ワークピースが注入処理されている間に、イオンビームの分析を実行した。第1の試験結果と異なり、この場合には、9時間の連続処理後も汚染物質のレベルは全ビーム電流の1%未満であった。これは
図3の(B)にグラフで示すことができ、曲線410はイオンビーム中の汚染物質の比率を表している。
【0039】
動作中、イオン源100のプラズマチャンバ壁107をある材料で被覆するためにコンディショニングサイクルが最初に実行される。上述したように、いくつかの実施形態では、この被覆はチャンバ105内へのボラン、例えばジボラン、を導入することによって生成されるホウ素ベースの材料である。このコンディショニングガスはその後プラズマに励起され、そのプラズマからのイオンがプラズマチャンバ壁107に付着しその壁を被覆する。上述したように、コンディショニングプロセスの厚さ及び品質を向上させるために、ボランとともにコンディショニング共ガスを使用することができる。このコンディショニング共ガスは希ガス、例えばヘリウム、アルゴン、クリプトン又はキセノンとすることができる。他の実施形態では、このコンディショニング共ガスは5族元素を含む水素化物、例えばPH
3又はAsH
3とすることができる。他の実施形態では、このコンディショニング共ガスは4族元素を含む水素化物とすることができる。このコンディショニング共ガスはボランと少なくとも部分的に同時に導入することができる。
【0040】
このコンディショニングプロセスはプラズマチャンバ壁107を被覆する働きをするため、プラズマチャンバ壁107内に含まれている不純物及び他の汚染物質はプラズマから分離される。この被覆はコンディショニングガスに含まれているドーパント、例えばホウ素などの3族元素を含む。この被覆はコンディショニング共ガスに存在する分子、例えばゲルマニウム又はケイ素などの4族元素又は燐又は砒素などの5族元素を含むこともできる。十分な厚さの被覆を塗布することができる。コンディショニング処理の持続時間は経過時間に基づくものとし、例えば1時間のコンディショニングサイクルとすることができ、またプラズマチャンバ壁107上に蓄積するにつれて測定される被覆の厚さに基づくものとすることができる。
【0041】
チャンバ105に供給されるガスはその後注入プロセス中に使用されるガスに変更される。具体的には、フィードガスが導入される。コンディショニングガスとコンディショニング共ガスはチャンバ105内に導入し続けても、し続けなくてもよい。上述したように、このフィードガスはドーパントとフッ素を含む分子、例えばB
2F
3又はB
2F
4とすることができるが、他のガスを用いてもよい。注入プロセスに使用するドーパントはコンディショニングプロセスに関して上述したものと同じにすることができる。更に、希釈ガスも注入プロセス中にチャンバ105に供給することができる。この希釈ガスは3族、4族又は5族元素を含む水素化物、例えばB
2H
6、GeH
4、SH
4、PH
3、AsH
3とし得るが、これらに限定されない。上述したように、所望のドーパント種が3族元素であるシナリオでは、希釈ガスは4族又は5族元素を含むものとし得る。いくつかの実施形態では、希釈ガスとコンディショニング共ガスは同じガスとし得る。他の実施形態では、希釈ガスとコンディショニングは同じガスとし得る。更に他の実施形態では、希釈ガスはコンディショニングガスとコンディショニング共ガスの両方をものと含むとし得る。注入ガスはその後プラズマに励起され、電極130にバイアス電圧を印加することによってそのプラズマからイオンが抽出される。抽出されたイオンはその後ワークピースに向けられ、最初に質量分析されずにワークピースに注入される。
【0042】
この注入プロセスは複数のワークピース160に対して使用し、特定の期間に亘って続けてもよく、また抽出されるイオンビーム中の汚染物質のレベルが所定のレベルに達するときに停止してもよい。例えば、この注入プロセスは、汚染物質のレベルが全ビーム電流の約1%に達するまで続けることができるが、他の汚染レベルを選択してもよい。
図4の(A)、(B)は2つの異なるコンディショニングプロセスの比較を示す。
図4の(A)に示す第1の実施形態では、コンディショニングはコンディショニングガスとしてジボランのみを用いて実行される。コンディショニングは1時間に亘って実行され、その後注入プロセスが開始される。注入プロセスは汚染物質のレベルが所定のレベル、例えば1%に達するときに終了する。図から明らかなように、これは約50%のデューティサイクルをもたらし、チャンバ105のコンディショニングにはワークピースの注入と同量の時間が費やされる。
図4の(B)に示す第2の実施形態では、コンディショニングはジボランをコンディショニング共ガス(本例ではゲルマンとすることができる)と一緒に用いて実行される。
図3の(B)に示すように、この組み合わせはハロゲンの悪影響に耐え、注入時間を長くすることができる。この特定の例では、コンディショニングプロセスが1時間に亘って実行され、その後注入プロセスが約9時間に亘って実行された。9時間後に、汚染物質のレベルは所定のレベルに等しいかそれより低かった。言い換えれば、この特定の実施形態におけるデューティサイクル(注入実行時間/総使用時間)は約90%である。デューティサイクルのこの差は極めて重要である。別の言い方をすれば、10日の期間において、90%のデューティサイクルでは、注入は216時間に亘って実行される。これに対して、50%のデューティサイクルでは、同じ注入時間を達成するためには18日の期間を必要とする。これは作業効率及び各ワークピースのコストに直接跳ね返る。この例は例示であって、結果は異なるガス及び/又は注入エネルギーの選択によって異なり得る。
【0043】
質量分析を使用しないイオン注入システムにおいてこれらの様々なガス及び共ガスを使用できることは驚くべきことであり、チャンバ内で生成されるイオンのすべてが最終的にワークピースに注入される。コンディショニングプロセスと注入プロセスの両プロセス中にドーパント種以外の種をワークピースへ悪影響を与えることなく使用できることは予測不能である。
【0044】
本開示は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本開示の他の様々な実施形態および変更は、前述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態および変更は、本開示の範囲内に含まれるものと意図している。さらに、本開示は、特定の環境における特定の目的のための特定実装の文脈にて本明細書中で説明したが、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものでなく、本開示はいくつかの環境におけるいくつかの目的のために有益に実装し得ることを認識するであろう。従って、以下に記載する請求項は本明細書に記載された本開示の全範囲及び精神に鑑みて解釈されるべきである。
【国際調査報告】