(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入装置ととにも用いられるイオン源であって、前記イオン源は、
変換されたフィードガスを受け取るためのイオン化チャンバを有し、前記イオン化チャンバは、前記変換されたフィードガスのイオンを引出すための引出し開口を備え、
前記イオン源はさらに、ハイドライドフィードガスの源を受け入れるためのガスフィード入口と、
変換されたフィードガスを画定する単一のステップにおいて前記ハイドライドフィードガスを有用な四量体または二量体に変換するように構成される、前記ハイドライドフィードガスのための前記ガスフィード入口に流体連通するガス反応チャンバと、
前記イオン化チャンバ内の前記変換されたフィードガスをイオン化し、関心イオンを前記引出し開口から引出すイオン化システムと、を有する、イオン源。
【請求項２】
ガスフィード材料を異なる分子種または原子種に変換するための方法であって、前記方法は、
（ａ）ソースガスを受け取るステップと、
（ｂ）前記ソースガスの温度の関数として、所定の分子種または原子種を生成するように、前記ソースガスを均一に加熱、および前記ソースガスに適用される温度を所定の温度に制御するステップと、
を有する方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、さらに、（ｃ）前記ソースガスを触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを加熱された触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを加熱されていない触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、耐熱性材料の存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、ガラスの存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、所定の温度まで上昇させた金属の存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、所定の温度まで上昇させた金属の存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、所定の温度まで上昇させたＷ（タングステン）の存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、所定の温度まで上昇させたＴａ（タンタル）の存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、所定の温度まで上昇させたＭｏ（モリブデン）の存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、所定の温度まで上昇させたステンレス鋼の存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、所定の温度まで上昇させたセラミックの存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記ソースガスを、所定の温度まで上昇させたボロン窒化物の存在下で触媒材料と反応させるステップを有する、方法。
【請求項１６】
ガス反応チャンバであって、前記ガス反応チャンバは、
フィードガスの外部ソースを受け入れるガスフィード入口を備える環状排気チャンバと、
前記排気チャンバを受け入れるように構成される環状フローチャネリング装置と、を有し、前記環状フローチャネリング装置は、前記ガスフィード入口と流体連通するガス分配プレナムを形成し、前記環状フローチャネリング装置は、前記フローチャネリング装置の外径と前記排気チャンバの内径との間にフローチャネルが形成されるように構成され、前記環状フローチャネリング装置は、前記フローチャネルと流体連通する長手ボアを含み、
前記ガス反応チャンバはさらに、前記長手ボアに流体連通し、イオン化チャンバと流体連通するように構成される、ノズルと、
前記フローチャネルを加熱するための熱源と、を有する、ガス反応チャンバ。
【請求項１７】
ガス反応チャンバであって、前記ガス反応チャンバは、
フィードガスの外部ソースを受け入れる導管と、
前記導管をフィードガスの外部ソースに連結させる入口バルブと、
前記導管をイオン源に連結させる出口バルブと、
前記導管内に配置される、前記フィードガスとの反応させるため触媒材料と、を有する、ガス反応チャンバ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のガス反応チャンバであって、さらに、前記導管内のフィードガスを加熱するための熱源を含む、ガス反応チャンバ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のガス反応チャンバであって、前記触媒および熱源は、前記熱源が加熱されるように構成される、ガス反応チャンバ。
【請求項２０】
請求項１８に記載のガス反応チャンバであって、前記触媒および熱源は、前記熱源が加熱されないように構成される、ガス反応チャンバ。
【請求項２１】
請求項１に記載のイオン源であって、前記ハイドライドフィードガスは、ＡｓＨ３である、イオン源。
【請求項２２】
請求項１に記載のイオン源であって、前記ハイドライドフィードガスは、ＰＨ３である、イオン源。
【請求項２３】
請求項１に記載のイオン源であって、前記四量体は、Ａｓ４である、イオン源。
【請求項２４】
請求項１に記載のイオン源であって、前記四量体は、Ｐ４である、イオン源。
【請求項２５】
請求項１７に記載のガス反応チャンバであって、前記導管は、１つ以上の触媒材料から形成される、ガス反応チャンバ。
【請求項２６】
請求項１７に記載のガス反応チャンバであって、さらに触媒ライニング材料を有し、前記導管は、少なくとも部分的に前記触媒材料でライニングされる、ガス反応チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、半導体のイオン注入に用いるためのイオン源を供給するガス反応チャンバに関し、より具体的には、ガス状材料をイオン生成のための特定のガス供給材料に変換する、ガス反応チャンバに関し、たとえば分子ガス材料を他の分子種または原子種に変換する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２００８年１月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／０２２５６２号の優先権および利益を主張し、この出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
[０００３]イオン注入は、集積回路（ＩＣ）の製造技術を可能にする重要技術である。論理ＩＣおよびメモリＩＣの製造において、たとえばシリコンおよびＧａＡｓウェハから形成される基板にイオンが注入され、トランジスタ接合が形成される。ｐｎ接合のウェル領域にドープするためにもイオンが注入される。イオンのエネルギーを変化させることにより、イオンの基板への注入深さを制御することができ、それにより、イオン注入により導入されるドーパントの濃度を三次元で制御することができる。ドーパント濃度は、トランジスタの電気的性質を制御し、それゆえＩＣの性能を制御する。
【０００３】
[０００４]ドーパント材料として用いられる多くの異なる電気的に活性な材料が知られており、たとえば、Ａｓ、Ｂ、Ｐ、Ｉｎ、Ｓｂ、ＢｉおよびＧａなどが含まれる。これらの多くの材料は、ガスの形態で入手でき、たとえば、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＢＦ３、およびＳｂＦ５などである。
【０００４】
[０００５]公知のイオン注入は、ドーパントを含むフィード材料をイオン化する製造装置であり、これは、関心ドーパントイオンを引き出し；ドーパントイオンを所望のエネルギーまで加速し；望まない種をフィルターし；関心ドーパントイオンをウェハに輸送する。所望の注入プロファイルを達成するために、与えられる注入プロセスのために以下の変数が制御される。
・ドーパント供給材料（たとえば、ＢＦ３ガスなど）
・ドーパントイオン（たとえば、Ｂ＋）
・イオンエネルギー（たとえば、５ｋｅＶ）
・イオンビームの化学純度（たとえば、＜１％不純物）
・イオンビームのエネルギー純度（たとえば、＜２％ＦＷＨＭ）
・注入中のイオン量、温度、角度均一性
［０００６］イオン注入技術において重要な領域はイオン源である。市販のイオン源の「標準的」な技術、すなわち「改良ベルナス型（Enhanced Bernas）」イオン源がよく知られている。このタイプのイオン源は、一般に高電流、高エネルギー、および中電流イオン注入装置で用いられる。イオン源は、たとえば、冷却水、熱電対、ドーパントガスフィード、Ｎ２冷却ガス、および電力のための真空フィードスルーを収容しうる取り付けフランジを通して、イオン注入装置の真空システムに取り付けられる。フィードガスは、ソースアークチャンバ内に供給され、ここで、ガスは分解されおよびまたはイオン化されてドーパントイオンが形成される。
【０００５】
［０００７］フィードガスはしばしば通常条件でガス状態の材料である。いくつかの場合、ガスフィードは、熱い固体材料から引き出される。このような場合、ガスフィードシステムは、イオン化のためにイオン源チャンバに導入するガスに変換される固体供給材料の種類に応じて蒸発装置またはオーブンを含む。典型的には、蒸発装置またはオーブン（以下「蒸発装置」とする）が設けられ、ここで、Ａｓ、Ｓｂ２Ｏ３、Ｂ１８Ｈ２２、Ｂ１０Ｈ１４、Ｃ１４Ｈ１４、Ｃ１６Ｈ１０、およびＰのような固体供給材料が蒸発させられる。
【０００６】
［０００８］本技術分野で知られている一例において、オーブン、ガスフィード、および冷却ラインは、冷却される機械加工されたアルミニウムブロック内に収容される。水冷却は、１００℃から８００℃で運転される蒸発装置が動作しているときに、アルミニウムブロックの温度上昇を制限するために必要とされ、また、ソースが動作しているときにアークチャンバによる放射加熱を打ち消すために必要とされる。アークチャンバは、アルミニウムブロックに、熱接触が少ない状態で取り付けられる。
【０００７】
［０００９］伝統的には、ベルナス型イオン源がイオン注入装置において用いられてきた。ベルナス型イオン源は、熱プラズマまたはアーク放電源として知られており、典型的には、電子エミッタ、裸のフィラメントカソードまたは間接加熱カソードを備える。このタイプのソースは、磁場に閉じ込められるプラズマを生成する。最近、クラスター注入イオン源が装置の市場に導入された。これらのクラスターイオン源は、ベルナス型のイオン源とは異なり、これらは「クラスター」を生成するように設計され、または、ドーパント原子を分子形態に集合させるように設計され、Ａｓｎ＋、Ｐｎ＋、ＣｎＨｍ、またはＢｎＨｍ＋の形態のイオンを含む。ここでｎおよびｍは、ｍ，ｎ≧１の整数である。このようなイオン化クラスターは、基板の表面のより近くに単量体（ｎ＝１、ｍ＝０）のものに比べて高い容量で注入することができる。それゆえ、クラスターイオン源は、たとえば、６５ｎｍ、４５ｎｍ、または３２ｎｍ世代のトランジスタ装置のような極浅ｐ−ｎトランジスタ接合の形成にとって大きな関心事である。たとえば、クラスター注入方法およびクラスターイオン源は、米国特許第６４５２３３８号明細書、第６６８６５９５号明細書、第６７４４２１４号明細書、および第７１０７９２９号明細書に詳細に説明されており、これらの特許文献は参照により本明細書に組み込まれる。これらのクラスターイオン源は、イオンビームを生成するためにイオン源の投入されるフィードガスの親分子を保存する（または、たとえば、Ｃ１４Ｈ１４をＣ７Ｈ７に変換するような、異なる種を用いる）。半導体装置を製造するときに、Ａｓ４＋、Ｐ４＋、またはＰ７＋をイオン注入のための注入材料として用いることは、出願人に譲渡された米国特許出願第６０／８５６９９４号明細書に開示されており、この特許出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。注入に用いる他の材料は、ＣｎＨｍおよびＡｓ７を含むことができる。
【０００８】
［００１０］上述の特許文献のもののような従来技術において開示される蒸発装置は、デカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）、Ｃ１４Ｈ１４、Ｃ１６Ｈ１０、Ｂ１８Ｈ２２およびＴＭＩ（トリメチルインジウム）のような、室温において比較的高い蒸気圧を備える固体材料を蒸発させるのに適しており、これらは１００℃付近の温度で蒸発する。ベルナス型イオン源に関連する従来のオーブンは、典型的には、１００℃より高い温度で動作し、たとえば供給材料をイオン源に導入されるガスへ変換するために１００℃から８００℃で動作する。
【０００９】
［００１１］公知の従来技術において、半導体製造目的に関連するガス状の関心供給材料は限られているが、ガス状材料はイオン源チャンバに直接的に導入されることがある。ヒ素およびリンのような供給材料に関して、ガス状、たとえばハイドライドは、単量体原子注入目的での使用のために入手可能である。しかし、四量体ビームは、半導体製造設備の動作効率に関して関心ごとであり、プロセスへ利益を与えうる。現在において、Ａｓ４、Ｐ４などのような四量体は、標準的なベルナス型のイオン減において形成するのが困難である。
【００１０】
［００１２］ベルナス型イオン源において供給材料として用いられるＡｓＨ３およびＰＨ３のようなガス状の供給材料の場合、イオン化チャンバ内でドーパント分子の単量体が得られ、四量体分子の形成は抑制されることが知られている。四量体の形成に関して、これはイオン化チャンバの壁に堆積した金属Ａｓ（またはＰ）から形成され得る。チャンバ壁は、オーブンで用いられる通常の温度３５０℃−４００℃に比べて、非常に熱いまたは冷たい傾向にあり、それゆえ、たとえばＡｓ４またはＰ４のような四量体分子の、あまり豊富なまたは繰り返し可能な源ではない。
【００１１】
［００１３］現在、四量体分子を生成するための最も一般的な源は蒸発オーブンとして知られており、これは固体ヒ素（Ａｓ）または固体リン（Ｐ）を３５０℃−４００℃で処理する。この方法の主要な不十分な点は多く、以下のとおりである。
・オーブンに投入するときの有毒材料または可燃性材料の取扱いに関する要求。
・材料の加熱時間はたは冷却時間が遅く、システム全体の応答性および装置の処理量に影響を与える。
・システムの再現性のなさ、つまり、同じ動作圧を達成するのにしばしば異なる温度が必要とされること。これは、オーブン内の供給材料の供給が時間経過し、固体供給材料の表面の性質（たとえば、酸化層）に依存して、あるいは、予測できない時間においてトラップされているガスの容積が解放されるので、圧力が短時間で変化し得るからである。
・真空表面上への不揮発性、有毒、または可燃性金属の堆積。これは、チャンバへ導入するときに洗浄が必要な場合に動作時間に影響を与える。
・容易に制御できないこと。すなわち、イオン源チャンバへの四量体材料の流れを容易に開始および終了できないことである。
【００１２】
［００１４］分子ビームエピタキシー（Molecular beam epitaxy, MBE）が知られている、これは、ガス状ハイドライドを供給材料として用いる。たとえば、Calawa, A.R.によるApplied Physics Letters  (1981), 38(9), p701-703；Shiralagi, K.T.によるJ. Vac. Sci. Technol. A(1992) 10(1), p46-50；Panish, M.B.によるProg. Crystal Growth and Charact. (1986) 12, p1-28；C. Lohe およびC.D. Kohlによる、「Dimer and Tetramer Formation in an AsH3 Cracker Studied by Calibrated Quadrupole Mass Spectometry」、J. Vac. Sci. Techno. B7(2) Mar/Apr 1998；およびVeecoによる「Gas Crackers」、Compound Semiconductor, MBE Operations, St. Paul, MN, USAを参照されたい。
【００１３】
［００１５］このようなシステムにおいて、ガス状のハイドライドが供給材料としてい用いられる。関心ある分子種および原子種を生成するために、「クラッカー」は、ガスハイドライド材料を様々な分子種および原子種に「クラッキング」するものとして知られている。このような「クラッカー」は、オーブンまたは炉として知られており、これは８００°Ｋから１３００°Ｋの温度範囲で動作し、様々な分子種または原子種を生成するガスハイドライドを加熱し、固体Ａｓ材料の場合、様々な分子種または原子種はＨ２、Ａｓ４、Ａｓ２、Ａｓ、ＡｓＨ、およびＡｓＨ３を含む。
【００１４】
［００１６］ガス供給材料（ＡｓＨ３およびＰＨ３）の場合、主に単量体がイオン化チャンバ内で得られ、四量体分子の形成は抑えられる。これに関し、壁に堆積した金属Ａｓ（またはＰ）から、四量体が形成されうる。チャンバ壁は、オーブンで使用される通常の温度である３５０℃−４００℃に比べて、非常に熱いまたは冷たい傾向にあり、それゆえ、この壁は、十分な量のまた再現性のある四量体分子（Ａｓ４またはＰ４）のソースではない。現在、最も一般的な四量体分子のソースは固体オーブンであり、Ａｓまたはリンの塊を３５０℃−４００℃で処理する。
【００１５】
［００１７］この方法の主要な不十分な点は多く、以下のとおりである。オーブンに投入するときの有毒材料または可燃性材料の取扱いに関する要求。材料の加熱時間はたは冷却時間が遅く、システム全体の応答性および装置の処理量に影響を与える。システムの再現性のなさ、つまり、同じ動作圧を達成するのにしばしば異なる温度が必要とされること。これは、オーブン内の供給材料の供給が時間経過し、固体供給材料の表面の性質（たとえば、酸化層）に依存して、あるいは、予測できない時間においてトラップされているガスの容積が解放されるので、圧力が短時間で変化し得るからである。次に、真空表面上への不揮発性、有毒、または可燃性金属の堆積。これは、チャンバへ導入するときに洗浄が必要な場合に動作時間に影響を与える。次に、容易に制御できないこと。すなわち、イオン源チャンバへの四量体材料の流れを容易に開始および終了できないことである。
【００１６】
［００１８］原子ヒ素を生成するために、４０７号特許が開示するシステムは、２ステッププロセスを用い、これは、蒸発オーブン、および所望の原子種を得るための原子生成器を含む「クラッカー」を含む。より具体的にはヒ素原子は２ステップで生成される。第１ステップにおいて、昇華装置が固体ヒ素を蒸発させ、ヒ素四量体および／または二量体のヒ素分子ビームを生成する。分子ビーム源は、随意選択で、Ａｓ４からＡｓ２を生成するクラッカーを含むことができる。第２ステップにおいて、分子ビームは加熱要素の表面に衝突し、（termed an atomizer,）原子ヒ素を含む出力ビームを生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
［００１９］４０７号特許が開示するシステムは、いくつかの欠点がある。たとえば、２ステップを必要とするということである。このシステムはまた、クラッカーに加えて蒸発装置を必要とし、ガス状ハイドライド材料に用いるには不適当である。
【００１８】
［００２０］したがって、ガス状ハイドライドに用いるシステムにおいて、別な蒸発オーブンを必要とせずに単一のステップで達成できる、四量体ソース材料を生成する必要がある。これは、ガス状ハイドライドを様々な分子種および原子種に変換する従来技術の方法に関連する問題を克服する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
［００２１］簡単にいえば、本発明はガス反応チャンバを含むイオン源に関する。本発明はまた、供給材料をガス反応チャンバに供給することにより、ガス状供給材料を四量体、二量体、他の分子種または原子種に変換する方法を含み、ここで、供給材料は適切なガス種に変換され、イオン源に供給されてイオン化される。より具体的には、ガス反応チャンバは、ＡｓＨ３またはＰＨ３のようなハイドライドおよび他の供給材料をガス形態で受け入れ、イオン注入で用いるための様々な分子種および原子種を生成するように構成される。本発明の一実施形態において、ガスは加熱されて、生成される分子種または原子種の比較的正確な制御を提供する。本発明の代替実施形態において、ガス反応チャンバは、供給ガスを注入に必要な異なるソースガス種に変換するために触媒表面を用い、たとえば、ハイドライドを四量体分子に変換する。本発明の他の実施形態において、ガス反応チャンバは、触媒反応または熱力学反応または熱分解反応（ここでは触媒反応）が、適切な材料の存在化で生じるように構成される。適切な材料はガラスまたは金属を含み、また、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、ステンレス鋼、セラミック、ボロン窒化物、または適切な温度まで上昇する他の耐熱性金属などである。
【００２０】
［００２２］本発明は従来技術に対して様々な利益をもたらす。たとえば、本発明により、ガス状供給材料は、一般的な技術で安全にまた簡単に処理でき、たとえば、ガスシリンダーのような安全な運搬システムにより処理できる。本発明はまた、従来技術に関連する問題を解決する。供給ガスが取り除かれるときにイオン源ガスの供給が停止されるので、応答性のある開始および終了時間を提供する。ガス供給速度に依存するので運搬速度の再現性もよい。また、供給材料のソース材料へのオンデマンドの変換（たとえばハイドライドから四量体への変換）により、固体のゆっくりとした加熱および冷却よりも、イオン化チャンバおよび真空システム内の固体材料の形成が少なくなる。 
【００２１】
［００２３］本発明のこれらの利点および他の利点は、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照することにより容易に理解できるであろう。添付図面は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】蒸発装置を含む従来のイオン源の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるガス反応チャンバと従来のオーブン供給イオン化チャンバを示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態によるイオンおよびガス反応チャンバの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［００２７］本発明は、ガス反応チャンバまたは容器を含むイオン源に関する。ガス反応チャンバは、たとえばＡｓＨ３またはＰＨ３のようなハイドライド供給材料をガス形態で受け取るように構成され、イオン注入に用いられる様々な分子種および原子種を生成する。より詳細には、ガス反応チャンバは、別個の蒸発オーブンを必要とせずに単一のステップで、ハイドライドのような（たとえばＡｓＨ３またはＰＨ３）フィード供給ガスを、注入のための四量体（Ａｓ４またはＰ４）、二量体、または他の所望の単量体または分子種に変換する。
【００２４】
［００２８］図１は、本発明とともに用いられる例示的なイオン源の概略図である。このイオン源は、米国特許第７１０７９２９号明細書に詳細に説明されており、この内容は参照により本明細書に組み込まれる。図２は、本発明の一実施形態によるガス反応チャンバ、および、イオン化チャンバに供給する従来の蒸発装置を示す概略図である。図３は、本発明の一実施形態によるイオン源、および代替実施形態によるガス反応チャンバの概略図である。
【００２５】
［００２９］図１を参照すると、参照符号１で全体が示されるイオン源は低温蒸発装置（高温オーブンと対峙される）を含む。蒸発装置２は、環状伝導性ガスケット４を通して蒸発装置バルブ３に取り付けられる。蒸発装置バルブ３は、取付けフランジ７に同様に取り付けられ、取付けフランジ７は、さらなる環状熱伝導ガスケット６および６Ａによりイオン化チャンバ本体５に取り付けられる。これは、熱伝導性素子を介した緊密な接触を通して、蒸発装置・蒸発装置バルブ・およびイオン化チャンバ本体５の間の良好な熱伝導性を確保する。イオン化チャンバ５に取り付けられる取付けフランジ７は、たとえばイオン源１のイオン注入装置の真空ハウジングへの取付けを可能にし、また、イオン源への電力供給のための電気フィードスルー（図示せず）を保持し、また、冷却のための水冷フィードスルー８、９を保持する。出口開口プレート１３は、金属ネジ（図示せず）によりイオン化チャンバ本体５の面に取り付けられる。
【００２６】
［００３０］蒸発装置３が開位置にあるとき、蒸発装置２から蒸発したガスは、蒸発装置バルブ３を通って入口チャネル１５へ流れイオン化チャンバ１６の開放容積に至る。これらのガスは、たとえば、電子源１２から電子ビームダンプ１１に輸送される電子ビームとの相互作用によりイオン化される。イオン化チャンバ１６内で生成されたイオンは、出口開口３７を通ってイオン源１を出る。ここで、イオンは、本技術分野で一般に知られているように、イオン注入装置のイオン光学系により集められて輸送される。
【００２７】
［００３１］蒸発装置２の本体は液体を収容し、たとえば、水槽１７は固体供給材料を含む湯だまりを取り囲む。水槽は１７は、抵抗過熱プレート２０により加熱され、また、熱交換コイル２１により冷却されて、水槽を所望の温度に保つ。熱交換コイル２１は、水入口２２および水出口２３により提供される脱イオン水により冷却される。蒸発装置が稼動しているときに、加熱素子と冷却素子との間の温度差は水の対流混合を提供し、磁気パドル撹拌装置２４は連続的に水槽１７を撹拌する。熱電対２５は連続的に、湯だまり１８の温度を監視し、ＰＩＤ蒸発装置温度コントローラ（図示せず）のための温度フィードバックを提供する。イオン化チャンバ本体５は、アルミニウム、グラファイト、シリコンカーバイド、またはモリブデンから形成され、熱伝導を通して蒸発装置２の温度付近で動作する。低温で蒸発した固体に加えて、イオン源は、ガスフィード２６を通してガスを受け取ることができ、ガスフィード２６は入口チャネル２７によりイオン化チャンバ１６の開放容積内に直接的にガスを供給する。
【００２８】
［００３２］ガス状フィード材料とともに動作させるために、イオン注入装置は、典型的にはガスボトルを用い、これは、イオン注入装置内のガス分配システムに連結される。ガスは、金属製ガス供給ラインを介してイオン源に供給され、ガス供給ラインは、ＶＣＲまたはＶＣＯ取付け具のようなシールされたガス取付け具を通してイオン源１に直接的に連結される。
【００２９】
［００３３］図２は、本発明の一実施形態を示しており、これは、たとえばハイドライドフィードガスから四量体分子を生成することを意図したガス反応チャンバ（またはクラッカー）１００を示している。これは、本技術分野で知られている典型的なオーブンまたは蒸発装置２の隣に配置される。これは一般にデュアル構成、２つのオーブンまたは２つの蒸発装置が垂直に（normally）関連付けられる構成に類似し、ここで、固体材料は加熱されて、イオン源のためのガス／蒸気フィードを提供する。蒸発装置／オーブン２は、固体材料を昇華、すなわち蒸発させるのに用いられ、これは、チャネル１５を通してイオン化チャンバ１６内に至る。ガス反応チャンバ１００は、ガス状ハイドライドのようなガス供給材料のために用いられる。
【００３０】
［００３４］図２に示される実施形態において、ガス反応チャンバ１００は、図示しないイオン源１のイオン化チャンバ１６にフィードするノズル１０２を備える環状排気チャンバ１０１を含む。この実施形態において、ガス反応チャンバ１００は、外部コイル１０３により加熱され、これは外表面に鑞付けすることができる。
【００３１】
［００３５］熱電対１２１を含む制御システムは、公知の温度制御システムにより８００℃より高い温度にガス反応チャンバ１００の温度を制御するのに用いることができる。ガス反応チャンバ１００は、ガス供給入口１０４を含み、これは半導体施設のガス供給部またはガスボトル（図示せず）に連結することができる。ガスフィード入口１０４により分配されたガスは、公知のまた周知のガス制御システムにより制御することができる。
【００３２】
［００３６］排気チャンバ１０１の容積内で、フローチャネリング装置１０５が配置され、これはたとえば円筒形形状に形成される。フローチャネリング装置１０５は、金属、ガラス、または熱分解ボロン窒化物ｐＢＮのようなセラミックなどから形成することができる。フローチャネリング装置１０５が排気チャンバ１０１内に配置されると、環状ガス分配プレナム１２０がガスフィード入口１０４と流体連通するように画定される。排気チャンバ１０１の内径およびフローチャネリング装置１０５の外径は、環状ギャップまたはフローチャネル１０７を形成し、環状ガス分配プレナムからのガスが、排気チャンバ１０１の内側壁の周りで均一に分配されるようにする。
【００３３】
［００３７］図２に示されるように、加熱コイル１０３は、排気チャンバ１０１の外側直径の周りに配置される。これらの加熱コイル１０３は、フローチャネル１０７に均一に分配されるガスを加熱または「クラック」するのに用いられる。ガスはフローチャネル１０７内に均一に分配されるので、ガスは相対的に均一に加熱される。ガスを均一に加熱することで、所望の分子種または原子種だけを含むようにガスの加熱を制御することにより、結果として得られる種を相対的に正確に制御できる。
【００３４】
［００３８］フローチャネリング装置１０５は長手ボア１０６を含み、これはイオン化チャンバ１６内に伸びるノズル１０２に流体連通する。加熱コイルによりガスが加熱されると、ガスは膨張し、排気チャンバ１０１の内側壁１１１と水平ボア１０６との間に形成されるキャビティ１１０内に流れる。加熱されたガスはボア１０６を通って流れ、ノズル１０２を通じてイオン化チャンバ１６に流れる。
【００３５】
［００３９］図２に示されるガス反応チャンバ装置１００の実施形態は、排気チャンバ１０１、フローチャネリング装置１０５、およびノズル１０２を含む。この実施形態は、ガス状ハイドライドのようなガス状供給材料を、他の分子種または原子種に変換するための単一の構成を含み、たとえばハイドライド供給ガスをイオン化のために四量体ガスに変換する。上述のように供給ガスを均一に加熱する他の構成も可能である。
【００３６】
［００４０］従来技術において知られているように、供給ガスを特定の温度に加熱することで、これらのガスを他の分子種または原子種にクラックすることができる。ガスハイドライドのような様々な公知のソースガスを、他の分子種または原子種にクラックするための温度は、本技術分野において一般に知られており、たとえば２００℃から１０００℃である。
【００３７】
［００４１］このように、ガス反応チャンバ１００は、ハイドライドのようなさまざまな分子種、たとえばＡｓＨ３またはＰＨ３、を中間種に分解すなわち「クラック」するように構成され、中間種は触媒材料の存在下で、四量体（Ａｓ４またはＰ４）、二量体（Ａｓ２またはＰ２）、または他の所望の単量体や分子種を形成し、たとえば、別個の蒸発オーブンの使用を必要とせずに単一のステップで注入するためにＢＦ３はＢＦ２および／またはＢを形成する。
【００３８】
［００４２］ＢＦ３、ＳｂＨ３、ＧｅＨ４、ＳｉＨ４等のような他のガス種（ハイドライド以外のガス種を含む）は、他の所望の分子種および原子種を形成するようにガス反応チャンバ１００内で処理しうる。一般に、本発明によるガス反応チャンバ１００は、ガス状供給材料を、典型的にはＡｎＣｍＲｚＨｘの形態のガスを、イオン注入での使用のために他の所望の分子種および原子種に変換する。ここで、ＡはＢ，Ｐ，またはＡｓのようなドーパント原子、Ｃは炭素、Ｒは注入プロセスまたは半導体装置の性能に有害でない原子を含む分子，ラジカル，またはリガンドであり、Ｈは水素であり、ｎ，ｍ，ｘ，およびｚは、ｎ≧２，ｍ≧０，ｘ≧０，ｚ≧０である。
【００３９】
［００４３］本発明の１つの重要な特徴によれば、ガス反応チャンバ１０は、低級ガスを形成するのに用いることができる。たとえば、ガス反応チャンバ１００は、ＢＦ３をさらに低級のＢＦ２、ＢＦ、さらにＢにするのに用いることができる。
【００４０】
［００４４］本発明のさらなる実施形態において、ガス反応チャンバ装置１００は、随意選択で、触媒材料表面１０８を含むことができ、ここでは、触媒材料表面はフローチャネリング装置１０５の外壁上に配置され、または外壁の一部として配置され、フローチャネル１０７の流れ表面の一部を形成し、ここを通してフィードガスはイオン源チャンバと連通する。代替的に、触媒材料表面は、ガス供給材料が接触する任意の表面を形成しまたは任意の表面の一部とすることができる。他の実施形態において、微細なタングステンＷのメッシュを、フローチャネリング装置１０５内に挿入でき、これはガスが流れることができる都合のよい触媒表面を形成する。また他の実施形態において、金属の薄いシートを、触媒表面１０８を形成するために用いることができる。これらの金属シートは、タングステンＷおよびモリブデンＭｏなどを含むさまざまな金属から形成できる。触媒表面１０８を形成する金属シートは、フローチャネル１０７に適合するように形状つけられる。
【００４１】
［００４５］他の代替実施形態にいおいて、タンタルＴａのような触媒表面１０８の材料は、ボア１０６内に配置することができる。多くの他の材料を用いることができ、また、ステンレス鋼、熱分解ボロン窒化物、グラファイト、耐火性金属および石英、または熱フィラメントのような、触媒材料表面１０８を形成するように、多くの材料を組み合わせることができることを理解されたい。さらに、触媒表面は、メッシュ、固体表面、ワイヤー、および縮れ毛状を含む他の形状で形成することができる。
【００４２】
［００４６］ガス反応チャンバ１００を通るガスの流れは、図２に示されるように構成に対して代替的に構成することができる。たとえば、ガス反応チャンバ１００は、フローチャネル装置１０５を備えずに構成することができる。一実施形態において、加熱コイル１０３は用いられない。バッフルを、ガス反応チャンバ１００内の圧力を制御するために用いることができる。図３は、チャネリング装置１０５が無いガス反応チャンバ１００の概略を示している。このガス反応チャンバ１００は、単純な導管１１０として形成され、導管１１０は、１つまたはそれ以上のバルブ１１１を通して一方の端部でガス供給源１１２に接続され、また他方の端部で、ガスフィード２６およびチャネル２７を介してイオン源１に接続される。導管１１０は、ガス供給部１１２からのフローチャネル１０７を形成する。導管１１０は、上述の触媒材料１０８から形成してもよく、第１材料および触媒材料、および／または触媒材料の組み合わせでもよく、また、導管１１０は、触媒材料１０８をフローチャネル１０７の内側に備えてもよく、または、導管１１０のフローチャネル１０７の一部または全部をライニングしてもよい。
【００４３】
［００４７］ガス反応チャンバ装置１００のさらなる実施形態において、ガス状供給材料は、導管１１０を取り巻く加熱コイル１０３からの熱の存在下において触媒材料表面１０８と相互作用し、ハイドライドまたは他のガス状供給材料を、四量体分子または二量体分子のような他の種に変換する。代替的に、触媒材料自身は、（フィラメントの場合のように）電流により加熱されてもよく、または誘導的に加熱されてもよく、これにより間接的に加熱される触媒と区別して直接的に加熱される材料を提供する。
【００４４】
［００４８］動作において、ガス供給材料は、反応器１００を通して流れてイオン化チャンバ１６に至る。ガス反応チャンバ１００の温度を上昇させるように、加熱コイル１０３にエネルギーが付与され、ガス供給材料、たとえばガス状ハイドライドは、所望の分子種または原子種に変換され、たとえばイオン源１内でイオン化のための四量体分子に変換される。温度監視装置（図示せず）は、上述のように導管の温度の閉ループ制御のために用いられる。
【００４５】
［００４９］本発明の他の実施形態において、ガス反応チャンバ１００は、触媒（または熱分解）反応が、ガラスまたは金属などの適切な材料の存在下で生じるように構成され、この材料は、たとえば、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、ステンレス鋼、セラミック、ボロン窒化物、または他の耐火性金属であり、加熱コイル１０３により適切な温度たとえば６００℃から１０００℃に加熱される。
【００４６】
［００５０］明らかに、本発明の多くの修正形態および変形形態が、上述の技術に照らして可能である。したがって、添付の特許請求の範囲に記載された範囲内において、上述の具体的な実施形態以外の形態でも本発明を実施可能であることを理解されたい。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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