(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースにドーパントを注入する方法であって、
イオン源のチャンバ内に供給ガス及び希釈ガスを導入するステップであって、該供給ガスが、第３族元素又は第５族元素を含むドーパントとフッ化物とを含む分子を含み、該希釈ガスが、水素とゲルマニウムとを含む分子、又は水素と前記ドーパントとは反対の導電性を有する化学種とを含む分子を含み、導入されるガスの総体積の３％〜４０％が前記希釈ガスを含む、ステップと、
前記チャンバ内の前記供給ガス及び前記希釈ガスをイオン化するステップと、
前記チャンバからイオンを引き出し、該イオンを前記ワークピースに向けて加速するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記希釈ガスは、水素とゲルマニウムとを含む分子を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ドーパントは、第３族元素を含み、前記希釈ガスは、水素と第５族元素とを含有する分子を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第３族元素はホウ素を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第５族元素は、リン又はヒ素を含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ドーパントはホウ素を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
引き出された前記イオンは、質量分析を経ずに前記ワークピースに注入される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記導入されるガスの総体積の３〜２０％は、前記希釈ガスを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ワークピースにホウ素を注入する方法であって、
イオン源のチャンバ内に供給ガス及び希釈ガスを導入するステップであって、該供給ガスが、ホウ素とフッ素とを含有する分子を含み、該希釈ガスが、水素と第５族元素とを含有する分子を含み、導入されるガスの総体積の３％〜２０％が前記希釈ガスを含む、ステップと、
前記チャンバ内の前記供給ガス及び前記希釈ガスをイオン化するステップと、
前記チャンバからイオンを引き出し、該イオンを前記ワークピースに向けて加速するステップと、を含み、
引き出された前記イオンは、質量分析を経ずに前記ワークピースに注入される方法。
【請求項１０】
前記供給ガスはＢＦ３又はＢ２Ｆ４を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記希釈ガスはＰＨ３又はＡｓＨ３を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
ワークピースにホウ素を注入する方法であって、
イオン源のチャンバ内に供給ガス及び希釈ガスを導入するステップであって、該供給ガスが、ホウ素とフッ素とを含有する分子を含み、該希釈ガスが、水素とゲルマニウムとを含有する分子を含み、導入されるガスの総体積の１０％〜２０％が前記希釈ガスを含む、ステップと、
前記チャンバ内の前記供給ガス及び前記希釈ガスをイオン化するステップと、
前記チャンバからイオンを引き出し、該イオンを前記ワークピースに向けて加速するステップと、を含み、
引き出された前記イオンは、質量分析を経ずに前記ワークピースに注入され、
ゲルマニウムは前記チャンバの壁を被覆する方法。
【請求項１３】
前記供給ガスはＢＦ３を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記供給ガスはＢ２Ｆ４を含む請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１３年７月１８日に出願した米国仮特許出願第６１／８４７，７７６号の優先権を主張する。この米国仮特許出願の内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明の諸実施形態は、イオン注入システムのイオンビーム品質、より詳細にはホウ素イオンビーム品質を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体ワークピースにドーパント種を注入して所望の導電性を与えることがよく行われている。例えば、ドーパント種の注入により太陽電池のエミッタ領域を形成することができる。かかる注入は様々なメカニズムを使用して達成可能である。一実施態様ではイオン源が使用される。かかるイオン源としては、ソースガスのイオン化を行うチャンバが挙げられる。このようなソースガスに由来するイオンは、１つ又は複数の電極を使用してチャンバの開口から引き出すことができる。引き出されたイオンはワークピースに向けて誘導され、ワークピースに注入され、これにより太陽電池が形成される。
【０００４】
プロセスの効率化と低コスト化を図るために、いくつかの実施態様では、イオン源から引き出されたイオンが質量分析を経ずに直接ワークピースに向けて加速される。換言すると、イオン源で生成されたイオンは、加速されるとワークピースに直接注入される。質量分析器は、イオンビームから望ましくない化学種を取り除くのに使用されるものである。質量分析器を設けないということは、イオン源から引き出される全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。したがって、その場合にはイオン源内部で生成され得る望ましくないイオンもワークピースに注入されることになる。
【０００５】
この現象は、ソースガスがフッ化物等のハロゲン系化合物である場合に最も顕著となる可能性がある。フッ素イオン及び中性種（準安定又は励起状態）がイオン源の内面と反応することでケイ素や酸素、炭素、アルミニウム等の望ましくないイオンが放出され、不純物元素として重金属が形成される可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、特にハロゲン系ソースガスを利用する実施態様のビーム品質を改善する方法を提供することが有益であるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
イオン注入機のイオンビーム品質を改善する方法を開示する。一部のイオン注入システムでは、イオン源に由来する汚染物質が所望のイオンと共に引き出され、これによりワークピースに汚染物質が導入される。このような汚染物質はイオン源チャンバ内の不純物であることもある。この問題は、引き出しイオンビームの質量分析を行わない場合に悪化するが、所望の供給ガスがハロゲンを含む場合には更に深刻化する。イオン源チャンバ内に希釈ガスを導入することによりチャンバ内面上のハロゲンの悪影響を軽減することができ、引き出されるイオンビーム中の汚染物質を減少させることができる。いくつかの実施態様において、希釈ガスはゲルマン又はシランであってもよい。
【０００８】
一実施態様では、ワークピースにドーパントを注入する方法を開示する。本方法は、イオン源のチャンバ内に供給ガス及び希釈ガスを導入するステップであって、供給ガスが、第３族元素又は第５族元素を含むドーパントとフッ化物とを含む分子を含み、希釈ガスが、水素と第４族元素とを含む分子、又は水素とドーパントとは反対の導電性を有する化学種とを含む分子を含み、導入されるガスの総体積の３％〜４０％が希釈ガスを含み、総体積の残りが供給ガスを含む、ステップと、チャンバ内の供給ガス及び希釈ガスをイオン化するステップと、チャンバからイオンを引き出し、イオンをワークピースに向けて加速するステップとを含む。
【０００９】
他の実施態様では、ワークピースにホウ素を注入する方法を開示する。本方法は、イオン源のチャンバ内に供給ガス及び希釈ガスを導入するステップであって、供給ガスが、ホウ素とフッ素とを含有する分子を含み、該希釈ガスが、水素と第Ｖ族とを含有する分子を含み、導入されるガスの総体積の３％〜２０％が希釈ガスを含み、総体積の残りが供給ガスを含む、ステップと、チャンバ内の供給ガス及び希釈ガスをイオン化するステップと、チャンバからイオンを引き出し、イオンをワークピースに向けて加速するステップとを含み、引き出されたイオンは、質量分析を経ずにワークピースに注入される。
【００１０】
他の実施態様では、ワークピースにホウ素を注入する方法を開示する。本方法は、イオン源のチャンバ内に供給ガス及び希釈ガスを導入するステップであって、供給ガスが、ホウ素とフッ素とを含有する分子を含み、希釈ガスが、水素とゲルマニウムとを含有する分子を含み、導入されるガスの総体積の１０％〜２０％が希釈ガスを含み、総体積の残りが供給ガスを含む、ステップと、チャンバ内の供給ガス及び希釈ガスをイオン化するステップと、チャンバからイオンを引き出し、イオンをワークピースに向けて加速するステップとを含み、引き出されたイオンは、質量分析を経ずにワークピースに注入される。
【００１１】
本発明の理解を助けるために、以下では参照により本明細書に組み込まれる添付図面を参照しながら本発明の説明を行うものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】一実施形態の注入システムを示す図である。
【図１Ｂ】別の実施形態の注入システムを示す図である。
【図１Ｃ】さらに別の実施形態の注入システムを示す図である。
【図２】ドーパント電流及び不純物レベルを希釈ガス濃度の関数として示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述のとおり、フッ化物等のハロゲン系種をイオン化することにより、イオン源の内面から放出された粒子をワークピースに注入することができる。これらの汚染物質としては、アルミニウム、炭素、酸素、ケイ素、フッ素系化合物、及び他の望ましくない化学種（不純物元素として存在する重金属を含む。）が挙げられる。遊離ハロゲンイオンによる悪影響への対処法の１つとして、第２のソースガスを導入することが挙げられる。
【００１４】
図１Ａ〜図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可能な様々な実施形態を示す。これらの各図において、イオン源１００は、グラファイト又は他の好適な材料から構成可能な複数の壁部１０７によって画定されるチャンバ１０５を含む。チャンバ１０５には、ソースガス容器１７０に格納された一種又は複数のソースガスをガス入口１１０から供給することができる。このソースガスは、ＲＦアンテナ１２０又は他の機構によって付勢可能である。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）と電気的に通信する。ＲＦアンテナ１２０とイオン源１００の内部との間に石英窓やアルミナ窓等の誘電体窓１２５を配設してもよい。イオン源１００は、イオンを通過させることが可能な開口１４０も含む。開口１４０の外側に配設された引き出し抑制電極（extraction suppression electrode）１３０に負の電圧を印加すると、チャンバ１０５内から正に帯電したイオンが開口１４０を通じてワークピース１６０に向かって引き出される。接地電極１５０を利用してもよい。いくつかの実施形態において、開口１４０は、イオン源１００の誘電体窓１２５がある側と反対側に位置する。チャンバ１０５から引き出されたイオンは、イオンビーム１８０に形成されてワークピース１６０に向けて誘導される。上述のとおり、ワークピース１６０に衝突する前にイオンをフィルタリングする質量分析器は使用しない。図１Ａに示す特定の一実施形態では、第２のソースガスを第２のガス容器１７５に格納し、第２のガス入口１１１からチャンバ１０５内に導入することができる。図１Ｂに示す別の実施形態では、第２のソースガスを第２のガス容器１７６に格納し、第１のソースガスと共用のガス入口１１０からチャンバ１０５内に導入することができる。また、図１Ｃに示すさらに別の実施形態では、単一のガス容器１７８内で第２のソースガスと第１のソースガスとを混合することもできる。このガス混合物はその後ガス入口１１０からチャンバ１０５内に導入される。
【００１５】
上記のいずれの実施形態においても、第１のソースガス及び第２のソースガスは、チャンバ１０５内に同時導入されても順次導入されてもよい。
【００１６】
第１のソースガスは供給ガスとも呼び、フッ素と組み合わせたホウ素等のドーパントを含んでもよい。したがって、供給ガスは、ＤＦＮ又はＤｍＦｎ［式中、Ｄは、ホウ素、ガリウム、リン、ヒ素、又は他の第３族若しくは第５族元素であってもよいドーパント原子である］の形をとり得る。第２のソースガスは希釈ガスとも呼び、ＸＨｎ又はＸｍＨｎ［式中、Ｈは水素である］の化学式を有する分子であってもよい。Ｘは、例えば上述のドーパント種のいずれかであってもよい。別法として、Ｘは、ワークピース１６０の導電率に影響を及ぼさない原子であってもよい。例えば、ワークピース１６０がシリコンを含む場合、Ｘはシリコン又はゲルマニウム等の第４族元素であってもよい。
【００１７】
換言すると、供給ガスはＢＦ３又はＢ２Ｆ４であってもよく、希釈ガスは例えばＰＨ３、ＳｉＨ４、ＮＨ３、ＧｅＨ４、Ｂ２Ｈ６、又はＡｓＨ３であってもよい。ただし、ここで列挙した化学種は使用可能な選択肢である。他の供給ガス種及び希釈ガス種も可能であることを理解されたい。
【００１８】
供給ガスと希釈ガスを組み合わせることによりフッ素イオンの悪影響を軽減することができる。例えば、特定の理論に縛られるものではないが、水素を導入することにより誘電体窓１２５上にフィルム又はコーティングを形成してもよい。このことは誘電体窓１２５を保護するのに役立つため、引き出されるイオンビーム１８０に含まれる、誘電体窓１２５を出所とする汚染物質の量が減少することになる。また、希釈ガスは、別の汚染物質源となり得るチャンバ壁１０７の内面を被覆することができる。この被覆によりフッ素イオンとチャンバ壁１０７の内面との間の相互作用が減少するため、生成汚染物質量を減少させることができる。
【００１９】
希釈ガスの導入により、汚染物質の生成及びイオンビームへの混入を抑制することができる。一方、希釈ガスを多量に導入すると、イオンビームで使用されるドーパントイオンの生成に悪影響が及ぶおそれがある。例えば、希釈ガスを過剰に導入すると、イオン源によって生成されるドーパントビーム電流が減少する可能性がある。
【００２０】
意外なことに、汚染物質は希釈ガス濃度の増加に比例して減少するわけではないことが判明した。換言すると、希釈ガスの量が一定の閾値を超えると、ドーパント電流に対する汚染物質電流の比が実際に増加する。これは、一定の閾値を超えたところでチャンバ壁１０７の内面上にコーティングを追加してもフッ素イオンに対する保護は殆ど又は全く改善されないことに起因し得る。また、希釈ガスの割合が高まると高プラズマ電位等のプラズマパラメータが変化し、その結果、希釈ガスイオンによるチャンバ壁１０７の付加的なスパッタリングが引き起こされる可能性がある。チャンバ壁１０７の付加的なスパッタリングは汚染レベルの増加を招くおそれがある。したがって、ドーパント電流が希釈ガス濃度に応じて減少し、且つ汚染物質濃度が一定のままである又は特定の閾値を超えたところで増加に転じる場合、イオンビーム中の汚染物質の割合は必然的に高まることになる。
【００２１】
図２は、ドーパントビーム電流と、イオンビーム中のドーパントと比較した汚染物質の百分率とに対する、希釈ガス濃度の影響を示す代表的なグラフである。上述のとおり、汚染物質は、ケイ素、酸素、水素、アルミニウム、炭素、炭素系化合物、フッ素、フッ素系化合物、又は他の非ドーパント種を含むイオン種であってもよい。
【００２２】
図２から分かるように、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に最大となる。本例ではＧｅＨ４である希釈ガスの濃度が増加するにつれて、ドーパント電流はほぼ線形に減少している。このグラフはドーパント電流と希釈ガス濃度の特定の関係を示しているが、この関係は使用される試験条件に応じて異なる可能性があることに留意されたい。例えば、プラズマチャンバ内部の希釈ガス、ＲＦ電力レベル、又は圧力（若しくは流量）が異なれば、結果も異なる可能性がある。したがって、図示の棒グラフは、ドーパント電流と希釈ガス濃度との間の一般的な傾向を表すものとする。
【００２３】
線３００は、ビーム不純物の測定値を示す。この測定値は、上述した化学種のうちの一種又は複数であり得る汚染物質の、イオンビーム中のドーパントに対する百分率として定義される。予想どおり、希釈ガス濃度が０％から１０％まで増加する範囲では、ビーム不純物の減少が確認される。上述したように、このことは希釈ガス中の水素のコーティング作用に起因するものと思われる。場合によっては、希釈ガス中の他の化学種がコーティング作用に影響していることも考えられる。例えばＧｅＨ４の場合、水素分子は軽いため迅速に圧送することができる。しかしながら、ＧｅＨ４は水素が結合した重い分子であり、したがって輸送時間が長くなる可能性があり、チャンバ表面と反応して該表面を被覆する可能性が高い。
【００２４】
しかしながら、意外なことに、ビーム不純物は希釈ガス濃度が約３０％に達するまでは比較的フラットに推移している。換言すると、希釈ガスの導入量が増加しているにも関わらず、ドーパント量に対する汚染物質量は相対的に一定である。約５％〜３０％の範囲にわたって、ビーム不純物は約１％未満である。驚くべきことに、希釈ガス濃度が約３０％を超えるとビーム不純物が劇的に増加し、ガス混合物が６０％希釈ガスである場合は５％を超えるレベルに達する。ビーム不純物は、希釈ガス濃度が５％〜３０％のときに最小となり得る。
【００２５】
図１Ａ〜図１Ｃでは、ＲＦアンテナ１２０及びＲＦ電源を有するイオン源を利用して必要なイオンが生成される。しかしながら、他のイオン源も使用可能であることが理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態では、熱を使用して電子の熱電子放出を生じさせる傍熱陰極（indirectly heated cathode：ＩＨＣ）を使用してもよい。他のイオン源もまた本開示の範囲に含まれる。
【００２６】
このように、ビーム不純物が低減された引き出しイオンビーム１８０は、二種のソースガスを使用して形成可能である。第１のソースガス、即ち供給ガスは、ＢＦ３やＢ２Ｆ４のようにホウ素とフッ素の両方を含有する化学種であってもよい。第２のソースガス、即ち希釈ガスは、水素と、シリコン又はゲルマニウム、例えばシラン（ＳｉＨ４）又はゲルマン（ＧｅＨ４）とを含む化学種であってもよい。これら二種のソースガスは、イオン源１００のチャンバ１０５内に同時導入又は順次導入され、該チャンバ内でイオン化される。イオン源は、ＲＦアンテナ１２０によって生成されるＲＦエネルギーを使用してもよい。別の実施形態において、イオン源はＩＨＣを用いた電子の熱電子放出を利用してもよい。イオン源は、他のガスイオン化方法を使用してもよい。これら二種のソースガスは、全ガスの５％〜３０％（体積％）は希釈ガス、残りは供給ガスとなるように導入してもよい。両ソースガスに由来するイオンはそれぞれ電極１３０、１５０を使用して開口１４０から引き出され、ワークピース１６０に向けて加速され、ワークピース１６０に注入される。先述したように、これらのイオンの質量分析を行わなくてもよいということは、全ての引き出されたイオンがワークピース１６０に注入されることを意味する。
【００２７】
別の例において、希釈ガスは反対の導電性を有するドーパントを含んでもよい。例えば、第１のソースガス、即ち供給ガスは、ＢＦ３やＢ２Ｆ４のようにホウ素とフッ素の両方を含有する化学種であってもよい。第２のソースガス、即ち希釈ガスは、水素と、リン、窒素、ヒ素等の第Ｖ族元素とを含む化学種であってもよい。
【００２８】
上記の説明では、ガスの総体積の約５％〜３０％を希釈ガス範囲とする場合について論じた。しかしながら、いくつかの実施形態ではこの範囲は異なることもある。例えば、いくつかの実施形態では、希釈ガス濃度を１〜１０％、２〜１０％、３〜１０％、５〜１０％等の範囲とし、上限を１０％としてもよい。別の実施形態では、希釈ガス濃度を１〜１５％、２〜１５％、３〜１５％、５〜１５％、７〜１５％等の範囲とし、上限を１５％としてもよい。別の実施形態では、希釈ガス濃度を２〜２０％、３〜２０％、５〜２０％、７〜２０％、１０〜２０％等の範囲とし、上限を２０％としてもよい。別の実施形態では、希釈ガス濃度を３〜３０％、５〜３０％、７〜３０％、１０〜３０％、１５％〜３０％等の範囲とし、上限を３０％としてもよい。別の実施形態では、希釈ガス濃度を３〜４０％、５〜４０％、７〜４０％、１０〜４０％、１５〜４０％、２０〜４０％等の範囲とし、上限を４０％としてもよい。別の実施形態では、希釈ガス濃度を５〜５０％、７〜５０％、１０〜５０％、１５〜５０％、２０〜５０％、２５〜５０％等の範囲とし、上限を５０％としてもよい。最後に、別の実施形態では、希釈ガス濃度を５〜６０％、７〜６０％、１０〜６０％、１５〜６０％、２０〜６０％、２５％〜６０％、３０〜６０％の範囲とし、上限を６０％としてもよい。
【００２９】
本発明の範囲は、本明細書に開示する特定の実施形態に限定されるものではない。実際、上記の説明及び添付図面を参照すれば、本明細書に開示したものだけでなく本発明の他の様々な実施形態及び修正形態が当業者には理解されるであろう。したがって、そのような他の実施形態及び修正形態も本発明の範囲に含まれるものとする。さらに、上記では本発明を特定の目的、特定の環境下で実施する文脈で説明してきたが、当業者なら本発明の有用性が開示の文脈に限定されないこと、本発明が任意の目的、任意の環境下で有利に実施可能であることを理解するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書に記載される発明の範囲及び趣旨に鑑みて解釈すべきである。
【図１Ａ】
0006577947.tif 000002
【図１Ｂ】
0006577947.tif 000003
【図１Ｃ】
0006577947.tif 000004
【図２】
0006577947.tif 000005