(57)【要約】【課題】ドーピング深さを広く可変する。【解決手段】プラズマ室１１と、プラズマ室１１に接続する導波管２１と、引出し電極３１、３２、３３とを設け、直流アーク放電、導波管からのマイクロ波ＭＷの一方または双方によって生成するプラズマＰからのイオンをイオン引出口１１ｂからイオンビームＩb として放出させる。【選択図】図１
2006107974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントを組み込み、原料ガスを導入するプラズマ室と、長辺側を前記プラズマ室の軸方向にして前記プラズマ室の周側面に接続する断面長方形の導波管と、該導波管と相対向する前記プラズマ室のイオン引出口に付設する引出し電極とを備えてなり、前記プラズマ室は、直流アーク放電、前記導波管からのマイクロ波の一方または双方を選択して原料ガスをプラズマ化し、プラズマからのイオンを前記イオン引出口からイオンビームとして放出することを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記プラズマ室には、前記導波管からのマイクロ波に対する電子サイクロトロン共鳴磁界の数分の１の磁界を軸方向に加えることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項３】
磁界を１０〜３０ｍＴに設定することを特徴とする請求項２記載のイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板に対するドーパントのドーピング深さを広く可変することができるイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
超ＬＳＩなどの半導体デバイスを量産するとき、ドーパントのドーピング深さを変えるために、単原子イオンと分子イオンとを切り換えて基板に注入することができるイオン源が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
このものは、マイクロ波電力を投入して原料ガスをプラズマ化し、ドーピング用のイオンを放出するマイクロ波イオン源において、プラズマを生成するプラズマ室の容積を機械的に可変することにより、たとえばＢＦ3 の原料ガスを使用してＢＦ2+またはＢ+ を選択して放出させることができる。なお、プラズマ室の容積は、プラズマ室の相対向する２壁面を逆方向に平行移動させ、または、プラズマ室に内蔵する可動部材を平行移動または回転移動させて変化させる。
【特許文献１】特開２００４−１５２７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる従来技術によるときは、プラズマ室は、その容積を機械的に可変するから、構造が複雑になるばかりでなく、可動部材を組み込むことにより内部の作動雰囲気を損うおそれがある上、マイクロ波イオン源であるため、プラズマ生成用の電子エネルギが高くなく、極深ドーピング用のＢ++の発生が困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、プラズマの生成手段を直流アーク放電、マイクロ波の一方または双方に切り換えることによって、放出するイオンの種類を電気的に選択し、ドーピング深さを広く可変することができるイオン源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、フィラメントを組み込み、原料ガスを導入するプラズマ室と、長辺側をプラズマ室の軸方向にしてプラズマ室の周側面に接続する断面長方形の導波管と、導波管と相対向するプラズマ室のイオン引出口に付設する引出し電極とを備えてなり、プラズマ室は、直流アーク放電、導波管からのマイクロ波の一方または双方を選択して原料ガスをプラズマ化し、プラズマからのイオンをイオン引出口からイオンビームとして放出することをその要旨とする。
【０００７】
なお、プラズマ室には、導波管からのマイクロ波に対する電子サイクロトロン共鳴磁界の数分の１の磁界を軸方向に加えることができ、磁界を１０〜３０ｍＴに設定することができる。
【発明の効果】
【０００８】
かかる発明の構成によるときは、プラズマ室は、フィラメントからの熱電子を利用する直流アーク放電を選択すると、直流放電型イオン源として作動させることができ、原料ガスをプラズマ化するプラズマ生成用の電子エネルギがアーク電圧相当の数１０〜１００eV程度となり、ＢＦ3 の原料ガスを使用して、Ｂ+ を主体とし、Ｂ++を含むイオンをイオンビームとして放出することができる。また、導波管からのマイクロ波を選択すると、マイクロ波イオン源として作動させることができ、電子エネルギ（電子温度）が１〜５０eV程度となり、ＢＦ2+やＢ+ の放出に適する。さらに、これらの両者を同時に選択すると、最大１５０eV程度の高い電子エネルギを実現し、特にＢ++を大量に放出することができる。プラズマを生成するための電子は、アーク電圧に加えて、導波管の短辺方向に発生するマイクロ波の電界によっても加速され、全体として十分大きな電子エネルギに加速することができるからである。
【０００９】
すなわち、この発明は、直流アーク放電、マイクロ波の一方または双方を電気的に選択することにより、数nmオーダの極浅ドーピング用のＢＦ2+から、数１００nmオーダの極深ドーピング用のＢ++までの各種のイオンを切り換えてそれぞれ大量にイオン注入することができ、ドーピング深さを広く可変することができる。また、プラズマ室は、機械的な可動部材を含まないため、それに伴う諸問題を生じるおそれが全くない。
【００１０】
なお、プラズマ室は、縦長の円筒形ないし近似円筒形や、断面正方形または近似正方形の角筒形などとし、トロコイド運動を利用してプラズマ生成用の電子を閉じ込め、高密度のプラズマを安定に発生させるために、軸方向に磁界を加えるものとする。ただし、磁界は、マイクロ波に対する電子サイクロトロン共鳴磁界の数分の１とし、１０〜３０ｍＴ（１００〜３００ガウス）に設定することが好ましい。マイクロ波イオン源は、電子サイクロトロン共鳴磁界の数分の１程度の小さい磁界を加えることにより、ＢＦ2+の放出特性にピークがあることが新たに判明したからである。また、このような磁界は、直流放電型イオン源として作動させるときにプラズマ室に加える磁界とほぼ同等であり、したがって、直流アーク放電、マイクロ波の一方または双方を選択するすべての作動モードに対し、磁界形成用の電磁石を共通に使用することができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
イオン源は、プラズマ室１１と、プラズマ室１１に付設する導波管２１、引出し電極３１、３２、３３とを備えてなる（図１、図２）。
【００１３】
プラズマ室１１は、縦長の近似円筒形に形成されている。プラズマ室１１の周側面には、たとえば石英板のようなシール板１５を介して閉じるマイクロ波ＭＷの導入口１１ａと、引出し電極３１を装着する縦長のイオン引出口１１ｂとが相対向するようにして開口されている。導波管２１は、図示しないマイクロ波発振器からのマイクロ波ＭＷを伝送する断面長方形の導波管であって、フランジ２１ａを介し、長辺側をプラズマ室１１の軸方向にして導入口１１ａに接続されている。そこで、マイクロ波ＭＷの導入口１１ａは、導波管２１に適合する縦長に形成されている。
【００１４】
プラズマ室１１には、フィラメント１２、電子リフレクタ１３、アンチカソード１４が組み込まれている。電子リフレクタ１３は、プラズマ室１１の上部に組み込むフィラメント１２と一体にして、絶縁材１２ａを介してプラズマ室１１から絶縁されて支持されている。また、アンチカソード１４は、絶縁材１４ａを介してプラズマ室１１から絶縁され、プラズマ室１１の下部において、上部のフィラメント１２、電子リフレクタ１３と対向するようにして配置されている。なお、プラズマ室１１には、原料ガスを導入する配管１６が接続されており、図示しない電磁石により、フィラメント１２、電子リフレクタ１３とアンチカソード１４とを結ぶ軸方向の磁界Ｂを加えることができる。
【００１５】
引出し電極３１、３２、３３には、それぞれプラズマ室１１のイオン引出口１１ｂに対応するスリット３１ａ、３２ａ、３３ａが形成されている。引出し電極３１は、イオン引出口１１ｂに直接装着されており、引出し電極３２、３３は、それぞれ図示しない円筒状の絶縁材を介し、引出し電極３１から適切な間隔を隔てて配置されている。ただし、引出し電極３１、３２、３３を支持する絶縁材は、プラズマ室１１の導波管２１を接続する側に付設する図示しないベースフランジとともに、プラズマ室１１、引出し電極３１、３２、３３を一体にシールするものとする。
【００１６】
プラズマ室１１内のフィラメント１２は、図示しない外部の電源によって加熱することができる。また、フィラメント１２、電子リフレクタ１３とプラズマ室１１との間には、アーク放電用の電源Ｅ1 が接続され、プラズマ室１１は、電源Ｅ2 を介し、引出し電極３１とともに対地電圧がたとえば＋１００kV程度に保持されている。なお、アンチカソード１４は、図示しない外部のリード線を介し、フィラメント１２、電子リフレクタ１３と同電位に保持されている。一方、引出し電極３２は、電源Ｅ3 を介し、対地電圧がたとえば−１kV程度に保持され、引出し電極３３は、直接接地されている。
【００１７】
プラズマ室１１の軸方向に数１０ｍＴの磁界Ｂを加え、フィラメント１２を加熱して、アーク放電用の電源Ｅ1 を作動させ、配管１６を介してたとえばＢＦ3 の原料ガスをプラズマ室１１に導入すると、フィラメント１２からの熱電子を利用して原料ガスをプラズマ化し、プラズマ室１１内に直流アーク放電を生じて、プラズマ室１１内に安定な高密度のプラズマＰを生成することができる。なお、このとき、熱電子は、電子リフレクタ１３、アンチカソード１４の間で反転しながら保持され、したがって、プラズマ室１１は、いわゆるＢｅｒｎａｓ型の直流放電型イオン源として作動する。プラズマＰからのイオンは、引出し電極３１、３２間の加速用電界、引出し電極３２、３３間の減速用電界を介し、イオン引出口１１ｂ、引出し電極３１、３２、３３のスリット３１ａ、３２ａ、３３ａを通して外部にイオンビームＩb として放出される。ただし、このときのイオンは、Ｂ+ が大部分であり、少量のＢ++を含む。
【００１８】
一方、フィラメント１２の加熱を停止し、アーク放電用の電源Ｅ1 を停止させ、導波管２１に接続するマイクロ波発振器を作動させると、プラズマ室１１内の原料ガスに導波管２１からのマイクロ波ＭＷを投入して原料ガスをプラズマ化し、プラズマ室１１をマイクロ波イオン源として作動させることができる。すなわち、イオン引出口１１ｂ、引出し電極３１、３２、３３のスリット３１ａ、３２ａ、３３ａを介し、ＢＦ2+、Ｂ+ を主とするイオンビームＩb を引き出すことができる。ただし、このとき、プラズマ室１１の軸方向に加える磁界Ｂを適切に設定すると、ＢＦ2+の放出量を特に多くすることができる。マイクロ波イオン源は、２．４５GHz のマイクロ波ＭＷに対する電子サイクロトロン共鳴磁界Ｂo ＝８７．５ｍＴの数分の１相当の磁界Ｂ＝１０〜３０ｍＴを加えることにより、放出するＢＦ2+のイオンビームＩb に顕著なピークを生じるからである（図３）。
【００１９】
また、フィラメント１２を加熱して、アーク放電用の電源Ｅ1 を作動させ、マイクロ波発振器を併せて作動させると、プラズマ室１１は、直流放電型イオン源、マイクロ波イオン源の両者を併用するイオン源として動作し、主としてＢ++のイオンを大量に放出することができる。プラズマ室１１内のプラズマ生成用の電子は、アーク電圧と、磁界Ｂとによるトロコイド運動に加えて、マイクロ波ＭＷの投入によっても加速され、Ｂ++を放出させるに十分な運動エネルギを獲得することができるからである。すなわち、このときのイオンビームＩb は、単に直流放電型イオン源として作動させる場合に比して、格段に大きくすることができる。
【００２０】
以上の説明において、プラズマ室１１は、Ｂｅｒｎａｓ型に代えて、Ｆｒｅｅｍａｎ型、ＰＩＧ型などの他の型式の直流放電型イオン源として構成してもよい。ただし、プラズマ室１１の軸方向に加える磁界Ｂは、マイクロ波イオン源として作動させるときの磁界Ｂ＝１０〜３０ｍＴを含み、すべての作動モードに対して共通の電磁石を使用して実現することが好ましい。
【００２１】
また、この発明において、原料ガスは、必要なドーパントの種類に応じて、ＢＦ3 以外の各種を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】全体構成分解斜視図
【図２】全体構成縦断面説明図
【図３】動作説明線図
【符号の説明】
【００２３】
Ｐ…プラズマ
Ｂ…磁界
ＭＷ…マイクロ波
Ｉb …イオンビーム
１１…プラズマ室
１１ｂ…イオン引出口
１２…フィラメント
２１…導波管
３１、３２、３３…引出し電極
特許出願人          学校法人  金沢工業大学
代理人  弁理士              松  田  忠  秋
【図１】
2006107974.tif 000003
【図２】
2006107974.tif 000004
【図３】
2006107974.tif 000005