(57)【要約】【課題】  ベーパライザを用いたイオン注入において、十分なアルミニウムイオンビーム量を得ることができる方法を提供する。【解決手段】  ＡｌＦ３（フッ化アルミニウム）を一旦蒸気化した後、再度加熱することによって、出口領域で凝固していたＡｌＦ３が蒸気としてイオン化室へ導かれた後、イオン化され、従来よりも十分増加したアルミニウムイオンビームとして引き出すことが可能となる。ＡｌＣｌ３（塩化アルミニウム）を蒸気化する際には、一旦蒸気化した後、冷却することによって、ＡｌＣｌ３を制御可能な状態でイオン化室へ導くことができるようになり、アルミニウムイオンビームを引き出すことが可能となる。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパントのフッ化物を加熱して蒸発させた後、イオン化室へ供給する前に再加熱したイオンを注入することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】
ドーパントのフッ化物を加熱してイオン注入する際、フッ化物通路穴径の最小の場所が、イオン化室導入部であることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項３】
ドーパントのフッ化物を加熱してイオン注入する際、加熱領域をモリブデン、あるいは、タングステン、あるいは、チタン、あるいは、タンタル、あるいは、それらの合金で構成した請求項１または請求項２記載のイオン注入方法。
【請求項４】
ドーパントの塩化物を加熱して蒸発させた後、イオン化室へ供給する前に冷却したイオンを注入することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項５】
イオン注入のためのベーパライザにおいて、ベーパライザ出口領域の昇華物質が通過する穴を多孔質材で塞いで、固体材料を蒸気化するルツボ領域を加熱し、蒸気化した固体材料を上記多孔質材を通過させイオン化室に導入し、プラズマを生成させることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項６】
イオン化促進ガスがキセノン（Ｘｅ）である請求項１乃至５のいずれか記載のイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン源用ベーパライザを用いたイオン注入方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Si（珪素）やSiC（炭化珪素）などの半導体製品製造工程では、半導体基板表面にＰ型半導体領域を形成するために、アルミニウムをドーピングする。このアルミニウムドーピングには、高精度にアルミニウムの分布量を制御できるイオン注入装置を用いることが多い。
【０００３】
イオン注入装置は、注入物質をイオン化するためのイオン化室と、イオン化した注入物質を所望のエネルギーにする加速チャンバと、加速されたイオンビームあるいは半導体基板をスキャンして所望のドーズ量を注入するチャンバとから構成される。イオン注入装置でアルミニウムを半導体基板表面に注入するには、はじめにアルミニウムをイオン化する必要がある。イオン化するには、アルミニウム或いはアルミニウム化合物をイオン化室内へ導入しなければならない。注入物質のイオン化室への導入が、ガス状態で実施できれば、安定かつ効率的にイオン化することを可能とする。高効率なイオン化は、そのまま高効率なイオン注入を意味する。
【０００４】
アルミニウム或いはアルミニウム化合物は、室温ではガス状態ではないが、トリメチルアルミニウムのように室温で液体状態の物質は存在する。トリメチルアルミニウムを窒素やアルゴンなどのキャリアガスでバブリングすることで、ガス状態でイオン化室へ導入することが可能である。このように液体状態の物質を導入する技術の一例として、特開２００１−１６８０５４がある。
【０００５】
他方、ＡｌＣｌ３（三塩化アルミニウム）またはＡｌＦ３（三フッ化アルミニウム）のようなアルミニウム化合物は加熱によって昇華する。このような固体を加熱昇華させる装置はベーパライザと呼ばれている。ベーパライザによって注入所望材料をガス状態でイオン化室内へ導入してイオン化する方法は、比較的実現することが容易なため実用上重要である。その一例として、特開２０１０−２７２２２８がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６８０５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７２２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したトリメチルアルミニウムのように室温で液体状態の物質をイオン化室へ導入する場合、装置内部の排気系を含めたあらゆる場所にトリメチルアルミニウムは液体状態となって蓄積する。装置メンテナンスなどの機会に、液体状態のトリメチルアルミニウムが大気に触れると発火する。このような危険があるため、製品製造現場では敬遠する傾向がある。このような危険を避けるという観点から、昇華性のアルミニウム化合物固体であるＡｌＦ３は優れている。室温の空気中で安定であり、装置内部に付着しても安全上問題は無く、装置メンテナンス頻度を高めることもなく極端な装置稼働率低下は生じない。しかし、ＡｌＦ３をベーパライザにより昇華する方法において従来法では十分なイオンビーム量を得ることができないという問題があった。
【０００８】
図2は従来のベーパライザを模式的に表した断面図である。図中1はイオン化室である。イオン化室1内にて、ガスをイオン化するためのカソードやフィラメント等のパーツは省略した。フィラメントに通電し発生した熱電子と配管８を用いて導入されたイオン化促進ガスにより、イオン化室1内ではプラズマを発生させることができる。ベーパライザのヒーター３に通電して、ベーパライザのルツボ2を約1000℃に加熱する。昇温するとＡｌＦ３  6は昇華して、ガス化する。小穴の開いたノズル支持4でガスの経路を狭めることで、ベーパライザ内にガスを充満させ、イオン化室1内のイオン化促進ガスの圧力とのバランスで、ベーパライザ内を一定の圧力に保ち、安定した一定のガス量を供給できるようになっている。ベーパライザ内のガスは、イオン化室への導入ノズル5を経て、イオン化室1へ到達し、ＡｌＦ３はイオン化される。しかし、ノズル支持4やノズル5に触れるとＡｌＦ３の多くはその場で凝固してしまう。これは、従来のベーパライザが1000℃に加熱することを前提に設計・製造されていないためである。従来のベーパライザは500℃以下の温度で昇華できる砒素や燐などを対象にしていた。このため、イオン化室1内へ導入されるＡｌＦ３の量は少なく、ＡｌＦ３をイオン化しても十分なイオンビーム量を得ることができなという課題があった。
【０００９】
本発明の第一の目的は、イオン化室1内へ導入されるＡｌＦ３の量を増やし、十分なアルミニウムイオンビーム量を得ることができる方法を提供することである。
【００１０】
一方、昇華性のアルミニウム化合物固体として、ＡｌＦ３以外に、ＡｌＣｌ３がある。ＡｌＣｌ３は、空気中に放置すると潮解性を現し、その取り扱いが容易ではない。ＡｌＣｌ３をベーパライザで昇華させ、イオンビームを取得すると、装置内部にＡｌＣｌ３が付着・蓄積する。装置を大気開放してメンテナンスする際、蓄積したＡｌＣｌ３は、潮解性を示し、安全上好ましいものではない。このため、装置内部のメンテナンス頻度を高める必要があり、装置稼働率を低下させることになる。しかし、ＡｌＣｌ３はＡｌＦ３に比べると昇華温度が低く、ベーパライザ内ノズル支持4やノズル5での凝固は生じず、イオンビーム量を得やすいことから安全管理を十分行った上での利用が望まれる。イオン化室1でのイオン化促進ガスのイオン化に伴う温度上昇によって、ノズル5を伝わって、ベーパライザは昇温する。この昇温により、昇華温度が低いＡｌＣｌ３の昇華が促進され、ベーパライザを加熱しなくともイオン化室へ導入されてしまう等、ベーパライザ温度でイオンビーム量を制御することが容易ではないという課題もあった。
【００１１】
本発明の第二の目的は、イオン化室1内へ導入されるＡｌＣｌ３の量を制御し、十分なアルミニウムイオンビーム量を得ることができる方法を提供することである。
【００１２】
さらに、昇華性のアルミニウム化合物固体をベーパライザにより昇温する方法においては、図2に示したように、配管８を用いてイオン化室1内へイオン化促進ガスを導入する。本ガスとして最もよく利用されているのはＡｒ（アルゴン）である。Ａｒが用いられる理由は、安全性が高く、他材料との反応性が低い不活性ガスであり、イオン化促進機能を有するからである。しかし、Ａｒを用いて、アルミニウムの2価イオンを注入する際、アルミニウムイオンビームの中にＡｒの３価イオンが混入して、アルミニウムの実効注入量が減少するという課題もあった。
【００１３】
本発明の第三の目的は、アルミニウムの2価イオンの実効注入量が減少しないようなイオン化促進ガスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記第一の課題を解決し、本発明の第一の目的を達成するために、ノズル支持4やノズル5を昇温させる機構を設ける。これにより、ベーパライザのルツボ2内で昇華したＡｌＦ３がノズル支持4やノズル5に触れて凝固する量を減少制御させることが可能となり、イオン化室1内へ導入されるＡｌＦ３の量が増加し、十分なアルミニウムイオンビーム量を得ることができる。
【００１５】
上記第一の目的を達成するために昇温させる機構としての第一の手段は、ルツボ2を加熱するヒータに加え昇温ヒータをノズル支持4やノズル5近傍に設置することで加熱することである。
【００１６】
上記第一の目的を達成するために昇温させる機構としての第二の手段は、従来はルツボ2のみを加熱していたが、これにかわってベーパライザ全体を加熱できるようにすることである。そのために、ベーパライザ周囲に反射板を設置しルツボを加熱したときの輻射熱を反射板で反射させることでベーパライザ全体を加熱すれば目的を達成できる。
【００１７】
上記第一の目的を達成するための第三の手段は、凝固する場所を減少させることである。ノズル支持4やノズル5などのように、蒸気化したＡｌＦ３が通過するための経路の断面積が小さいと、蒸気化したＡｌＦ３が冷却面に接触する機会が多い。これに対して、蒸気化したＡｌＦ３が通過するための経路の断面積を大きくすると、蒸気化したＡｌＦ３が冷却面に接触する機会が減少する。すなわち、蒸気化したＡｌＦ３の凝固する場所が減少し、イオン化室へ導かれるＡｌＦ３の量が増加することで、目的を達成できる。
【００１８】
上記昇温させる機構を設けると、新たな課題が発生する場合がある。それを以下に述べる。ベーパライザ出口領域の詳細を図５に示す。ルツボにＡｌＦ３を詰める操作を繰り返し実施するために、ノズル５、ノズル支持４、ノズル押さえ１２は脱着可能とする必要がある。と同時に、昇温状態でノズル５を固定するために、ノズル支持４やノズル押さえ１２をベーパライザ内壁に作った溝に嵌め込む構造になっている。ＡｌＦ３をベーパライザで加熱する場合、1000℃程度に昇温する必要がある。従来、ベーパライザを構成する材料はステンレスだった。ステンレスを約1000℃に昇温したり室温に戻したりというサイクルを繰り返すと、変形が生じる。ルツボ領域は少々変形しても重要な問題にはならないが、図５に示したベーパライザ出口領域においては、わずかな変形が発生しただけで、ノズル５、ノズル支持４、ノズル押さえ１２が脱着不可能となってしまい、繰り返し使用する上で問題となる。更に、真空中でステンレスが加熱されることで、Fe（鉄）がわずかながらイオン化室1内に導入され、イオン化される。イオン化されたFeの成分として、質量数54の2価イオンFe++が存在する。この2価イオンFe++は、質量数27のアルミニウム1価イオンAl+と区別することができないため、汚染物質として注入されてしまう。Feが注入されることによって、アルミニウムの注入量が制御できない状態で減少する可能性がある。
【００１９】
この新たに生じた課題を解決する手段は、ベーパライザのルツボ、ベーパライザの出口領域を1000℃程度では変形することなく、同時に、蒸気化せず汚染イオン混入が生じない高融点金属材料で構成することである。
【００２０】
上記第二の課題を解決し、本発明の第二の目的を達成するために、ノズル支持4やノズル5を降温させる機構を設ける。これにより、アークチャンバからの熱伝導による温度上昇は遮断される。ベーパライザを加熱することによってのみＡｌＣｌ３を昇華させイオン化室へ導くことが可能になる。すなわち、アルミニウムイオンビーム量の制御が可能となり、十分なアルミニウムイオンビーム量を得ることができる。
【００２１】
上記第二の課題を解決し、本発明の第二の目的を達成するための第二の手段は、昇華したＡｌＣｌ３の通り道であるノズル支持4の穴やノズル5の穴を多孔質材料で塞ぐことである。これにより、ＡｌＣｌ３が通過し辛くなる。ベーパライザで加熱昇華して圧力が上昇したＡｌＣｌ３のみ多孔質材料を通り抜け、イオン化室へ導かれる。すなわち、アルミニウムイオンビーム量の制御が可能となり、十分なアルミニウムイオンビーム量を得ることができる。
【００２２】
上記第三の課題を解決し、本発明の第三の目的を達成する上で、安全性確保を優先し、Ａｒ以外の希ガスを候補として試みた結果、昇華性のアルミニウム化合物固体をベーパライザにより昇温する方法においては、イオン化室1内へ導入するイオン化促進ガスとしてＸｅ（キセノン）を用いることを特徴とする方法を提供できる。希ガス中では、Ｘｅが最適となる理由を以下に述べる。
【００２３】
Ａｒ以外の不活性ガスのひとつであるＫｒ（クリプトン）は、質量数80,82の３価イオン混入によって、アルミニウム１価イオンの実効注入量が減少するため、昇華性のアルミニウム化合物固体をベーパライザにより昇温する方法におけるイオン化促進ガスとしては不適切である。Ne（ネオン）は、質量数20,22の2価イオンがアルミニウムと同じアクセプタの働きをするＢ（ホウ素）と同一の軌道を取る。一般にイオン注入装置はアクセプタとして、アルミニウムだけではなくＢも注入する。その際、イオン注入装置内のＮｅ残留ガスの存在が、Ｂの実効注入量を減少させることになる。このため、Ｎｅガスは、アルミニウム含有昇華性固体をベーパライザにより昇温する方法におけるイオン化促進ガスとしては不適切である。He（ヘリウム）は、イオン化室に導入してもチャンバ内に留まる時間が極めて短く、イオン化しづらい。昇華性のアルミニウム化合物固体をベーパライザにより昇温する方法において、イオン化促進ガスとしての機能は低く、不適切である。Ｒｎ（ラドン）は、放射性ガスであり、人体への安全上の取り扱いが容易ではないため、イオン化促進ガスとしては不適切である。Ｘｅは、アルミニウムやＢなどの実効注入量が減少するような質量数の同位体が存在しない。イオン化し易く、イオン化促進ガスとして最適であることから、昇華性のアルミニウム化合物固体をベーパライザにより昇温する方法においては、Ｘｅはイオン化促進ガスとして適切である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、十分なアルミニウムイオンビーム量を得ることができる。これによってアルミニウムイオン注入プロセスのスループットを高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１のベーパライザ断面模式図である。
【図２】従来のベーパライザ断面模式図である。
【図３】実施例２のベーパライザ断面模式図である。
【図４】実施例５のベーパライザ断面模式図である。
【図５】各実施例のベーパライザ出口領域の拡大断面模式図である。
【図６】実施例３のベーパライザ断面模式図である。
【図７】実施例３のベーパライザ断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２６】
図１は、実施例１のベーパライザを模式的に表した断面図である。ルツボ2内のイオン化するための固体材料ＡｌＦ３  6はヒーター３で加熱され、昇華する。昇華してガス状態となったＡｌＦ３は、ノズル支持4に達する。ノズル支持4には小穴が開いており、ガスの流通経路を狭めることで、ベーパライザ内にガスを充満させ、安定した一定のガス量をノズル５を通して供給できるようになっている。
【００２７】
本図には表記していないが、イオン化室1内には、カソードあるいはフィラメントがあり、熱電子を発生してガスをイオン化しプラズマを形成できる機構が設けられている。フィラメントに通電し、イオン化促進ガスを配管８で導入すると、イオン化室1内では、プラズマが発生する。
【００２８】
ヒーター7は電力を供給して昇温されている。このヒーター7によって、ノズル支持4やノズル５は加熱されているため、ヒーター3を加熱して昇華したＡlＦ３ガスは従来技術のように凝固しない。
【００２９】
ＡｌＦ３が昇華するよりも高い一定温度にヒーター3を設定すると、配管８を用いてイオン化室1へ導入されたイオン化促進ガスがノズルからベーパライザ中へ流入してくる圧力よりも、ベーパライザ内に充満している昇華したＡｌＦ３ガスの圧力が上昇する。すると、ＡｌＦ３ガスはノズル5を通り抜け、イオン化室1へ到達する。このとき、ヒーター3を一定温度に保ったままヒーター7のみの温度調整によって、イオン化室1へ到達するＡｌＦ３ガス量を増減できる。
イオン化室1内において、イオン化促進ガスによりプラズマを発生させている場合、本プラズマ中に混入したＡｌＦ３ガスはイオン化され、アルミニウムイオンビームとして引き出される。そして、加速・スキャンされた後、サンプルに注入される。このとき、アルミニウムイオンビームの量は従来技術に比べ、顕著に増加しており、イオン注入時間は短縮され、スループットを高めることができる。
従来技術では、ノズル支持4やノズル５は、ルツボ２からの熱伝導やイオン化室1における高温プラズマからの熱伝導により長い時間をかけ自然にわずかながら昇温することで少量のＡｌＦ３ガスが、イオン化室1内へ供給されていた。このため、アルミニウムイオンビームの量が一定値に到達するまでに時間を要していた。本実施例によれば、アルミニウムイオンビームの量が安定するまでの時間を大幅に短縮できる。このこともまたアルミニウムイオン注入プロセスのスループットを高める要因となっている。
また、イオン注入終了時に、ヒーター3の電源を切った後、ヒーター7の加熱を続けることで、ノズル支持4やノズル５は加熱され続ける。するとベーパライザ冷却時のＡｌＦ３の凝固がなくなるので、ＡｌＦ３の入れ替えの際、ノズル支持4やノズル５の固着がなくスムーズに取り外し、取り付けが可能になる。
【実施例２】
【００３０】
同様に、図３は、実施例２のベーパライザを模式的に表した断面図である。ルツボ2内のイオン化するための固体材料ＡｌＦ３  6はヒーター3で加熱され、昇華する。昇華してガス状態となったＡｌＦ３は、ノズル支持4に達する。ノズル支持4には小穴が開いており、ガスの流通経路を狭めることで、ベーパライザ内にガスを充満させ、安定した一定のガス量をノズル５を通して供給できるようになっている。
【００３１】
本図には表記していないが、イオン化室1内には、カソードあるいはフィラメントがあり、熱電子を発生してガスをイオン化しプラズマを形成できる機構が設けられている。配管８を用いて導入されたイオン化促進ガスによって、イオン化室1内では、プラズマが発生する。
【００３２】
ヒーター3からの熱伝導のみならず、内面が鏡面仕上げされた円筒状反射板９が、ヒーター3の輻射熱を反射することで、ノズル支持4やノズル５は加熱される。このため、ＡｌＦ３は従来技術のように凝固しない。
【００３３】
配管８を用いてイオン化室1へ導入されたイオン化促進ガスがノズルからベーパライザ中へ流入してくる圧力よりも、ベーパライザ内に充満している昇華したＡｌＦ３ガスの圧力が上昇すると、ＡｌＦ３ガスはノズル5を通り抜け、イオン化室1へ到達する。イオン化室1内において、イオン化促進ガスによりプラズマを発生させている場合、本プラズマ中に混入したＡｌＦ３ガスはイオン化され、アルミニウムイオンビームとして引き出される。そして、加速・スキャンされた後、サンプルに注入される。このとき、アルミニウムイオンビームの量は従来技術に比べ、増加しており、イオン注入時間は短縮され、スループットを高めることができる。従来技術では、ノズル支持4やノズル５は、ルツボ２からの熱伝導やイオン化室1における高温プラズマからの熱伝導により長い時間をかけ自然にわずかながら昇温することで少量のＡｌＦ３ガスが、イオン化室1内へ供給されていた。このため、アルミニウムイオンビームの量が安定するまでに時間を要していた。本実施例によれば、アルミニウムイオンビームの量が一定値に達するまでの時間を短縮できる。
【００３４】
尚、本実施例にて用いた反射板９は、石英筒の外側にNi（ニッケル）を蒸着し、内面が鏡面状態となっている。本反射板９は、円筒形状だけでなく、５角柱、六角柱、などの多角柱形状であっても良い。
【００３５】
また、反射板９は、Ni（ニッケル）を20％以上含有した円筒状耐熱性ステンレスあるいはＮｉ合金の内面を鏡面仕上げしたものであっても、同様の効果がある。耐熱性ステンレスの形状は、円筒形状だけでなく、５角柱、六角柱、などの多角柱形状であっても良い。Ni（ニッケル）含有量が低いステンレスでは、熱とイオン生成時に発生するガスによって、使用中に、表面が変色し、輻射熱の反射量が著しく低下してしまう。この反射量低下によりノズル支持4やノズル５が十分に加熱できなくなり、イオン化室1内へ供給されるＡｌＦ３ガス量が減少し、アルミニウムイオンビームの量が低下してしまう。また、内面を鏡面仕上げしていない場合も、輻射熱の反射量が少ないため、ノズル支持4やノズル５が十分に加熱できず、十分なＡｌＦ３ガスがイオン化室1内へ供給されない。このため、アルミニウムイオンビームの量は少ない。
【実施例３】
【００３６】
図６および図７は、実施例３のベーパライザを模式的に表した断面図である。ルツボ2内のイオン化するための固体材料ＡｌＦ３  6はヒーター3で加熱され、昇華する。昇華してガス状態となったＡｌＦ3は、ノズル13を通してイオン化室1内に供給できるようになっている。ノズル13は、図2に示した従来のノズル5とは異なり、その穴径は、イオン化室側よりもベーパライザ側の方が大きい。図2に示した従来のノズル5のように、昇華したＡｌＦ３ガスの流通経路を急激に狭めることはしない。これによって、昇華したＡｌＦ３ガスの凝固量が減少する。このため、イオン化室1内へ供給されるＡｌＦ３ガスの量が増加する。流通経路の穴径が大きいほど凝固量は減少する。一方、イオン化室1への導入穴を大きくしすぎるとプラズマをイオン化室1内に閉じ込めておけなくなるので、流通経路の穴径は、イオン化室1導入部で狭くする必要がある。イオン化室1導入部で最小径となり、他の流通経路は、それよりも大きくすることで、イオン化室1内へ供給されるＡｌＦ３ガスの量を増加させることができる。
【００３７】
本図には表記していないが、イオン化室1内には、カソードあるいはフィラメントがあり、熱電子を発生してガスをイオン化しプラズマを形成できる機構が設けられている。配管８を用いて導入されたイオン化促進ガスによって、イオン化室1内では、プラズマが発生する。
【００３８】
イオン化室1内へ供給されるＡｌＦ３ガスの量が増加することで、発生するプラズマ中のアルミニウムイオンの量は増加し、アルミニウムイオンビームの量が増加する。イオン注入時間は短縮し、スループットを高めることができる。
【実施例４】
【００３９】
上記、実施例1および実施例２において、従来の構成材料であるステンレスの場合、昇降温による熱履歴のため、ベーパライザ出口領域にわずかな変形が生じる。このため、図５に示したノズル支持やノズル押えの脱着が困難になっていた。
【００４０】
本実施例では、ルツボ領域、並びに、ベーパライザ出口領域をステンレスからモリブデンへ変更した。これにより、1000℃程度の昇降温による熱履歴では全く変形が生じなくなった。このため、図５に示したノズル支持4やノズル押え12の脱着はスムーズなまま、何度でも繰り返し使用可能となった。
【００４１】
また、Fe（鉄）含有材料であるステンレスを真空中で1000℃程度に保つと、Feがイオン化室1へ汚染物質として導入される懸念があった。質量数54のFeの２価イオンは、質量数27のアルミニウムの1価イオンと同一の軌道を通るため、アルミニウムの実効的注入ドーズ量を減少させると同時に、Feがギャップステートとなり、SiCデバイスの特性を劣化させることとなる。ベーパライザ材質をステンレスからモリブデンへ変更することで、Fe汚染の懸念は完全になくなる。
【００４２】
尚、ルツボ領域、並びに、ベーパライザ出口領域の材料は、モリブデンのみならず、タングステン、あるいは、チタン、あるいは、タンタル、あるいは、それらの合金で構成しても、1000℃程度の昇降温による熱履歴では全く変形せず、何度でも繰り返し使用可能という効果をえることが可能である。同時に、Fe汚染の懸念は完全になくなるという効果もある。
【実施例５】
【００４３】
図4は、実施例５のベーパライザを模式的に表した断面図である。本図には表記していないが、イオン化室1内には、カソードあるいはフィラメントがあり、熱電子を発生してガスをイオン化しプラズマを形成できる機構が設けられている。配管８を用いて導入されたイオン化促進ガスによって、イオン化室1内では、プラズマが発生している。プラズマが発生すると、イオン化室1は昇温し、その熱がノズル5を伝わってノズル支持4さらにはベーパライザ全体を温めることとなる。この熱によって、ＡｌＣｌ３は昇華温度に達してしまっていた。但し、実施例1,2で述べたＡｌＦ３は全く昇華温度にはならない。
【００４４】
このため、ＡｌＣｌ３を用いたイオン注入は制御不能だったが、図4に示したパイプ10中に室温の窒素あるいはアルゴンを流すと、その領域が冷却され、イオン化室1内でのプラズマ発生によってベーパライザ全体が加熱されることはなくなる。すなわち、ＡｌＣｌ３を昇華させるのはヒーター3による加熱となり、制御された状態下で、イオン化室1へＡｌＣｌ３を導入できる。
【００４５】
イオン化室1内において、イオン化促進ガスによりプラズマを発生させている場合、本プラズマ中に導入されたＡｌＣｌ３ガスはイオン化され、アルミニウムイオンビームとして引き出される。そして、加速・スキャンされた後、サンプルに注入される。
【実施例６】
【００４６】
図4に示したベーパライザにおいて、ルツボ2内の固体材料6として、ＡｌＦ３を設置する。パイプ10中に室温の窒素あるいはアルゴンを流しながら、ヒーター3を加熱し、固体材料6を昇華させる。パイプ10中の冷却ガスによって、昇華した材料6は、ノズル支持4やノズル5の穴を塞ぐように多孔質材として、凝固する。こうして穴の中に凝固したノズル支持4やノズル5を用いて、図2あるいは図4に示したベーパライザを再構成する。このとき、ルツボ2内の固体材料6は、ＡｌＣｌ３である。固体材料6は、ヒーター3で加熱され、昇華する。多孔質の詰まったノズル支持4やノズル5によってＡｌＣｌ３の圧力が上昇する。圧力上昇したＡｌＣｌ３ガスは多孔質を通過し、配管８を用いて導入されたイオン化促進ガスによって、プラズマが発生しているイオン化室1内へ導入される。ＡｌＣｌ３は、イオン化して、アルミニウムイオンビームとして引き出され、加速・スキャンされた後、サンプルに注入される。
【００４７】
上述した多孔質材としては、ＡｌＦ３だけではなく、昇華温度がＡｌＣｌ３よりも十分高温の物質であれば良い。Ｉｎ２Ｏ３、あるいは、Ｓｂ２Ｏ３でも、ノズル支持4やノズル5の穴を塞ぐように多孔質材として、凝固する。こうして穴の中に凝固したノズル支持4やノズル5を用いても、ＡｌＣｌ３を制御してイオン化室1内へ導くことが可能であり、イオン化して、アルミニウムイオンビームとして引き出し、加速・スキャンした後、サンプルに注入できる。
【実施例７】
【００４８】
図１に示したように、配管８を用いてイオン化室1内へイオン化促進ガスを導入する。従来のベーパラーザにおいて、イオン化促進ガスとして利用されていたのは、アルゴンガスだった。Ａｒを用いて、アルミニウムの2価イオンを注入する際、アルミニウム2価イオンビームの中にアルゴンの3価イオンが混入して、アルミニウムの実効注入量が減少するという問題があった。これは、イオン注入装置にて判別すべき質量数として、アルミニウムの2価イオンは13.5であるのに対して、アルゴンの3価イオンは13.3と近接していることが原因だった。
【００４９】
イオン注入装置内部の複雑な部品類の消耗をできるだけ少なくし、汚さず、かつ安全に利用できるという観点から、イオン化促進ガスとしては希ガスが好ましい。そこで、Ａｒ以外の希ガスを試みた。
【００５０】
クリプトンは、質量数80,82の3価イオンとして、質量数26.7、27.3が、アルミニウム1価イオンビーム中に混入し、実効注入量が減少することから、不適切と判断した。
【００５１】
ネオンは、質量数20,22の2価イオンがアルミニウムと同じアクセプタの働きをするホウ素と同一の軌道を取る。一般的なイオン注入装置の使い方としては、アルミニウムイオン注入専用ではなく、アクセプタイオン注入装置として、ホウ素も注入する。その際、イオン注入装置内のネオン残留ガスの存在が、ホウ素の実効注入量を減少させることになることから、ネオンは不適切と判断した。
【００５２】
ヘリウムは、イオン化室に導入してもチャンバ内に留まる時間が極めて短く、イオン化しづらい。イオン化促進ガスとしての機能は低く、不適切と判断した。
【００５３】
ラドンは、放射性ガスであり、人体への安全上の取り扱いが容易ではないため、イオン化促進ガスとしては不適切と判断した。
【００５４】
キセノンは、アルミニウムやホウ素などの実効注入量が減少するような質量数の同位体が存在しない。イオン化し易く、イオン化促進ガスとして適切である。
【００５５】
以上の実験結果より、アルミニウムやホウ素のイオン注入において、イオン化促進ガスに利用できる希ガスはキセノンが最適であることが判明した。
【符号の説明】
【００５６】
１  イオン化室
２  ルツボ
３  ヒーター
４  ノズル支持
５  ノズル
６  ＡｌＦ3
７  ヒーター
８  配管
９  反射板
１０  冷却管
１１  ＡｌＣｌ３ 
１２  ノズル押え
１３  ノズル
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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