(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
約０．１％〜１０％の範囲にわたるレベルでのジボラン（Ｂ２Ｈ６）、約５％〜１５％の範囲にわたるＨ２を含み、且つ残部が三フッ化ホウ素（ＢＦ３）であるホウ素含有ドーパント・ガス組成物であって、前記Ｂ２Ｈ６が、活性ホウ素イオンの発生及び注入中に利用されるイオン・ソースの動作アーク電圧で、前記ＢＦ３のイオン化断面積よりも大きいイオン化断面積を有するように選択される、ホウ素含有ドーパント・ガス組成物を含み、
前記ホウ素含有ドーパント・ガス組成物が、ＢＦ３から発生されるビーム電流と比較して、ホウ素イオン・ビーム電流を増加させ、イオン・ソース寿命を長くする、
ドーパント・ガス組成物。
【請求項２】
前記Ｂ２Ｈ６が約２％〜５％であり、前記Ｈ２が約５％〜１０％の範囲にわたるレベルであり、前記残部がＢＦ３である、請求項１に記載のドーパント・ガス組成物。
【請求項３】
前記Ｂ２Ｈ６、前記Ｈ２及び残部のＢＦ３が、シングル貯蔵部及び配送ソースから供給される、請求項１に記載のドーパント組成物。
【請求項４】
前記Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３が、前記イオン・ソースのチャンバ内で前記ホウ素含有ドーパント組成物を作り出すために別々の貯蔵部及び配送ソースに供給される、請求項１に記載のドーパント組成物。
【請求項５】
前記ホウ素含有ガス組成物が、不活性ガスの欠如によって特徴付けられる、請求項１に記載のドーパント組成物。
【請求項６】
ホウ素イオン注入中に高めたビーム電流を供給するためのシステムであって、
アーク・チャンバ壁によって一部が画定されたイオン・ソース装置であり、前記チャンバは、少なくとも一部が前記チャンバ壁内に配置されたホウ素イオン・ソースを備える、イオン・ソース装置と、
前記イオン・ソース装置と流体連通する１つ又は複数の供給容器であり、ホウ素含有ドーパント・ガス組成物を貯蔵し、前記組成物が、約０．１％〜１０％の範囲にわたるレベルでのＢ２Ｈ６、約５％〜１５％の範囲にわたるＨ２を含み、且つ残部がＢＦ３であり、前記Ｂ２Ｈ６が、活性ホウ素イオンの発生及び注入中に利用されるイオン・ソースの動作アーク電圧で、前記ＢＦ３のイオン化断面積よりも大きいイオン化断面積を有するように選択される、１つ又は複数の供給容器と、
前記１つ又は複数の供給容器に対応する１つ又は複数の供給物供給ラインであり、前記１つ又は複数の供給容器から前記チャンバ中へと前記壁を通って延びる、１つ又は複数の供給物供給ラインとを備え、
前記１つ又は複数の容器が、前記供給物供給ラインを通り且つ前記イオン・ソース装置中へと前記ホウ素含有ドーパント組成物を分配し、これにより前記ホウ素含有組成物をイオン化させ、これにより活性ホウ素イオンを発生させることを可能にするように構成され、
前記活性ホウ素イオンが、ＢＦ３から単独で発生されるビーム電流と比較して高いビーム電流を生成する、
システム。
【請求項７】
前記Ｂ２Ｈ６が約２％〜５％であり、前記Ｈ２が約５％〜１０％の範囲にわたるレベルであり、前記残部がＢＦ３である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
第１の供給容器及び第２の供給容器が、ガス・キットの一部として設けられ、前記第１の供給容器が、Ｈ２との組合せでＢ２Ｈ６を含み、前記第２の供給容器が、ＢＦ３を含み、前記第１の供給容器及び前記第２の供給容器の各々が、前記チャンバ内でホウ素含有ドーパント組成物を生成するために制御された流量で前記イオン・ソース・チャンバへ、それぞれＢ２Ｈ６、Ｈ２及びＢＦ３を分配し、前記Ｂ２Ｈ６が約２％〜５％であり、前記Ｈ２が約５％〜１０％の範囲にわたるレベルであり、前記残部がＢＦ３である、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記ガス・キットが、前記第１の供給容器から第１の流量で前記Ｂ２Ｈ６及び前記Ｈ２の流れを調節するための第１の流量制御装置を備え、前記キットが、前記第２の供給容器から第２の流量で前記ＢＦ３の流れを調節するための第２の流量制御装置をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
シングル供給容器では、前記ホウ素含有ドーパント・ガス組成物が事前に混合され、さらに前記供給容器が、低大気圧貯蔵及び配送容器である、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
ホウ素イオン注入中のイオン・ビーム電流の品質を向上させるための方法であって、
約０．１％〜１０％の範囲にわたるレベルでのＢ２Ｈ６、約５％〜１５％の範囲にわたるＨ２、及びＢＦ３として残部を含むホウ素含有ドーパント組成物を用意するステップと、
イオン・ソース・チャンバ中へと前記ホウ素含有ドーパント組成物を導入するステップと、
前記Ｂ２Ｈ６が前記ＢＦ３のイオン化断面積よりも大きいイオン化断面積を有する所定の動作アーク電圧で前記Ｂ２Ｈ６及び前記ＢＦ３をイオン化させるステップと、
活性ホウ素イオンを発生させるステップと、
ＢＦ３から単独で発生されるビーム電流と比較して長いソース寿命を有する高いビーム電流を生成するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記ホウ素含有ドーパント組成物が、不活性ガスの欠如によって特徴付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の供給容器及び第２の供給容器が、ガス・キットの一部として設けられ、前記第１の供給容器が、Ｈ２との組合せでＢ２Ｈ６を含み、前記第２の供給容器が、ＢＦ３を含み、前記チャンバ内で前記ホウ素含有ドーパント組成物を生成するために並行流方式又は逐次流方式で制御された流量で前記イオン・ソース・チャンバへ、前記第１の容器がＢ２Ｈ６及びＨ２を分配し、前記第２の容器が前記ＢＦ３を分配する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記所定の動作アーク電圧が、約８０Ｖ〜１２０Ｖの範囲にわたる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
シングル供給容器が、前記チャンバ中へと前記ホウ素含有ドーパント組成物を分配する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記Ｂ２Ｈ６と前記ＢＦ３の少なくとも一方が、同位体を濃縮されている、請求項１に記載のドーパント・ガス組成物。
【請求項１７】
前記Ｂ２Ｈ６と前記ＢＦ３の少なくとも一方が、同位体を濃縮されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記Ｂ２Ｈ６と前記ＢＦ３の少なくとも一方が、同位体を濃縮されている、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素イオン注入プロセスの改善、そして特にビーム電流を高めるためのホウ素含有ドーパント組成物、システム及びこれらの使用方法の独特の組合せに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、半導体／マイクロエレクトロニック製造において重要なプロセスである。イオン注入プロセスは、半導体ウェハ中へとドーパント不純物を導入するために集積回路製造において使用される。所望のドーパント不純物が、半導体ウェハ中へと導入されて、所望の深さのところにドープした領域を形成する。ドーパント不純物は、半導体ウェハ材料と結合するように選択され、電気的なキャリアを作り出し、これによって半導体ウェハ材料の電気的導電性を変える。導入されたドーパント不純物の濃度が、ドープした領域の電気的導電性を決定する。半導体デバイスとして全体として機能するトランジスタ構造、アイソレーション構造及び他の電子的構造を形成するために、多くの不純物領域が作られる必要がある。
【０００３】
ドーパント不純物は、一般にソース・ドーパント・ガスから誘導されるイオンである。イオン・ソース・フィラメントが、ドーパント・ガス・ソースを様々なドーパント・イオン種へとイオン化させるために使用される。イオンは、イオン・チャンバ内にプラズマ環境を作る。イオンは、決められたイオン・ビームの形でイオン・チャンバからその後引き出される。得られたイオン・ビームは、典型的にはビーム電流によって特徴付けられる。一般的に言って、ビーム電流が大きいほど、ウェハなどの所与の被加工物中への注入のためにより多くのドーパント・イオン種を利用可能にすることができる。このようにして、ドーパント・イオン種のより大きな注入ドーズ量を、ソース・ドーパント・ガスの所与の流量に対して実現することができる。得られたイオン・ビームを、質量分析器／フィルタを通して輸送することができ、次いで、半導体ウェハなどの被加工物の表面へ輸送することができる。ビームの所望のドーパント・イオン種は、半導体ウェハの表面に侵入して、所望の電気的特性及び／又は物理的特性を有する、ある深さのドープ領域を形成する。
【０００４】
ホウ素注入は、ドープ領域の電気的特性を変更するために半導体産業において広く使用されてきており、ドープ領域の物理的特性を調整するために、所望の領域が不純物をドープされる他の用途における利用が、最近広がっている。デバイス製造中のホウ素注入ステップの使用が増加することは、Ｂ＋ビーム電流を高めること（すなわち、イオン・ソース寿命を短縮せずに発生されるビーム電流の維持又は増加）を提供できるＢイオンの注入のためのプロセスの改善に関する必要性を求めてられている。「Ｂイオン」、「Ｂイオン種」、「Ｂイオン・ドーパント種」及び「Ｂ＋イオン」という用語を、本明細書において及び特許明細書全体を通して互換的に使用することを理解されたい。高めたＢ＋ビーム電流でＢイオンを注入する能力は、エンド・ユーザが大きな装置スループットで増加するホウ素注入ステップを実行し、生産性の向上を得ることを可能にするであろう。
【０００５】
三フッ化ホウ素（ＢＦ３）は、ホウ素注入のために半導体産業において典型的に利用されるドーパント・ガス・ソースである。しかしながら、ＢＦ３は、Ｂ＋イオンを生成する能力に限界があり、これによって、今日の用途によって現在要求されるより大きなビームを実現する能力に限界があることが証明されている。Ｂ＋イオンの発生を増加させるために、エンド・ユーザは、様々なプロセス・パラメータを変更することができる。例えば、エンド・ユーザは、当業界ではイオン・ソースの動作アーク電圧とも呼ばれる、イオン・ソースへ入力されるエネルギーを増加させることができる。或いは、引き出し電流を増加させることができる。さらに、イオン・ソース・チャンバ中へと導入されるＢＦ３の流量を増加させることができる。しかしながら、イオン注入チャンバの動作におけるこのような変更は、イオン・ソース構成部品に有害な影響をもたらすことがあり、イオン・ソース寿命並びにその長期にわたる動作中に安定なＢ＋イオン・ビームを発生させるイオン・ソースの効率を低下させることがある。安定なＢ＋イオン・ビームは、一様なビーム・プロファイル及びビーム電流出力のビーム・グリッチ又は低下によって引き起こされることがある、中断のない所望のビーム電流のＢ＋ビームの連続的な供給により規定される。例えば、典型的なイオン注入プロセス中にはアーク・チャンバの壁の温度が上昇するので、ＢＦ３から放出される活性フッ素は、タングステン・チャンバ壁をより速くエッチングし腐食することがあり、これはカソードをＷ含有堆積物の堆積の増加に対してさらに影響を受けやすくすることがある。Ｗ含有堆積物は、プラズマを維持し且つＢ＋イオンを発生させるために必要なしきい値数の電子を発生させるイオン・ソースの能力を低下させる。加えて、より多くの活性フッ素イオンは、いわゆる有害な「ハロゲン・サイクル」を大きくするために利用され、これによってイオン・ソース・チャンバ壁及び他のチャンバ構成部品の化学的腐食の増加が生じることがある。したがって、ＢＦ３のイオン化を増加させる試みの際により高いエネルギー・レベルでイオン・ソース・チャンバを動作させることは、より短いイオン・ソース寿命の可能性を有し、これによってこのモードの動作を望ましくないものにする。加えて、ＢＦ３の大きな流量は、より多くの活性フッ素イオンを生成する傾向があり、これがイオン・ソース・チャンバ壁の化学的腐食及びアーク放電をもたらす高電圧構成部品上に望ましくない堆積を引き起こす。これらのプロセス変更は、イオン・ソース寿命を短くする傾向があり、これによってこのようなモードの動作を望ましくないものにする。
【０００６】
現在のところ、イオン・ソース・チャンバ構成部品に損傷を与えずにＢ＋イオンのビーム電流を維持する又は増加させる実行可能な技術がない。したがって、イオン・ソース寿命を損なわずに所望のホウ素イオン種のビーム電流を高めるために、組成物、システム、及びこれらを使用する方法を開発するという未だ満足されていない必要が残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，９３７，８９５号
【特許文献２】米国特許第６，０４５，１１５号
【特許文献３】米国特許第６，００７，６０９号
【特許文献４】米国特許第７，７０８，０２８号
【特許文献５】米国特許第７，９０５，２４７号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ビーム電流の増加及びイオン・ソース寿命の延長を含む、イオン・ソース・パフォーマンスを向上させるための組成物、システム及びこれらの使用方法に一部は関する。ドーパント・ガスの組成が、出願人により見出され、ビーム電流を高める能力に著しい影響を有する。
【０００９】
第１の態様では、ドーパント・ガス組成物を提供する。組成物は、約０．１％〜１０％の範囲にわたるレベルでのジボラン（Ｂ２Ｈ６）、約５％〜１５％の範囲にわたるＨ２を含み、且つ残部が三フッ化ホウ素（ＢＦ３）であるホウ素含有ドーパント・ガス組成物を含む。Ｂ２Ｈ６は、活性ホウ素イオンの発生及び注入中に利用されるイオン・ソースの動作アーク電圧で、前記ＢＦ３のイオン化断面積よりも大きいイオン化断面積を有するように選択される。ホウ素含有ドーパント・ガス組成物は、ＢＦ３から発生されるビーム電流と比較して、ホウ素イオン・ビーム電流を増加させ、イオン・ソース寿命を長くする。
【００１０】
第２の態様では、ホウ素イオン注入中に高めたビーム電流を供給するためのシステムを提供する。イオン・ソース装置が設けられる。装置は、アーク・チャンバ壁によって一部が画定され、チャンバは、少なくとも一部がチャンバ壁内に配置されたホウ素イオン・ソースを備える。前記イオン・ソース装置と流体連通する１つ又は複数の供給容器が設けられる。容器は、ホウ素含有ドーパント・ガス組成物を貯蔵する。組成物は、約０．１％〜１０％の範囲にわたるレベルでのＢ２Ｈ６、約５％〜１５％の範囲にわたるＨ２、及びＢＦ３である残部を含む。Ｂ２Ｈ６は、活性ホウ素イオンの発生及び注入中に利用されるイオン・ソースの動作アーク電圧で、前記ＢＦ３のイオン化断面積よりも大きいイオン化断面積を有するように選択される。１つ又は複数の供給容器に対応する１つ又は複数の供給物供給ラインが設けられ、これによって、前記供給ラインが１つ又は複数の供給容器からチャンバ中へと壁を通って延びている。１つ又は複数の容器は、前記供給物供給ラインを通り且つ前記イオン・ソース装置中へと前記ホウ素含有ドーパント組成物を分配し、これによりホウ素含有組成物をイオン化させ、これにより活性ホウ素イオンを生成することを可能にするように構成される。活性ホウ素イオンは、ＢＦ３から単独で発生されるビーム電流と比較して高いビーム電流を生成する。
【００１１】
第３の態様では、ホウ素イオン注入中にイオン・ビーム電流の品質を向上させるための方法を提供する。ホウ素含有ドーパント組成物は、約０．１％〜１０％の範囲にわたるレベルでのＢ２Ｈ６、約５％〜１５％の範囲にわたるＨ２、及びＢＦ３である残部を含む。ホウ素含有ドーパント組成物は、イオン・ソース・チャンバ中へと導入される。Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３は、前記Ｂ２Ｈ６が前記ＢＦ３のイオン化断面積よりも大きいイオン化断面積を有する所定の動作アーク電圧でイオン化される。活性ホウ素イオンが発生される。ＢＦ３から単独で発生されるビーム電流と比較して長いソース寿命を有するとして特徴付けられる高いビーム電流が生成される。
【００１２】
発明の目的及び長所は、添付の図とともに発明の好ましい実施例の下記の詳細な説明からより良く理解されるであろう。図では、類似の番号は、全体を通して同じ特徴を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】様々なエネルギー・レベルにおけるＢ２Ｈ６及びＢＦ３についてのイオン化断面積をプロットした図である。
【図２】本発明のドーパント・ガス組成物の様々な配送方式を示す図である。
【図３】発明の原理を組み込んでいるイオン・ソースを示す図である。
【図４】ホウ素注入システム内の図３のイオン注入装置を示す図である。
【図５】本発明のドーパント・ガス組成物のビーム電流レベルの他のタイプのホウ素系ドーパント・ガス材料との比較の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の様々な要素の関係及び機能は、下記の詳細な説明によってより良く理解される。詳細な説明は、開示の範囲内であるとして、様々な並べ替え及び組合せで特徴、態様及び実施例を考慮する。開示を、したがって、これらの具体的な特徴、態様、及び実施例のこのような組合せ及び並べ替えのうちのいずれか、又はこれらのうちの選択した１つ又は複数を備える、これから構成される又は本質的に構成されるとして特定することができる。
【００１５】
この明細書において及び特許明細書全体を通して使用されるように「Ｂイオン」は、ホウ素又は基板中への注入のために適したＢ＋などのホウ素含有正イオンを含む様々なホウ素イオン・ドーパント種を意味する。
【００１６】
この明細書において使用されるように、別なふうに示されない限り、すべての濃度は、混合物としての組成物の全体積に基づく体積パーセント（「ｖｏｌ％」）として表される。
【００１７】
この明細書において及び特許明細書全体を通して使用されるように「減少する」は、本発明のドーパント組成物を利用するＢ＋イオンを注入するためのイオン注入ソースを動作させるときに、イオン注入プロセスの作業中の短縮、抑制及び／又は遅延を意味するものとする。
【００１８】
１つの態様では本開示は、ＢＦ３などの従来のホウ素ドーパント・ソースと比較してホウ素ビーム電流を増加させるための、ある濃度範囲内の新規なホウ素含有ドーパント組成物に加えて対応するシステム及びその使用方法に関する。「イオン化断面積」は、原子又は分子がイオン・ソースから放出された電子と衝突するときにイオン化が生じるであろう確率（面積の単位で測定される）として定義される。本明細書において説明されるような本発明のドーパント・ガス組成物は、イオン・ソース寿命を損なわずに従来のホウ素ドーパント・ソース材料と比較してイオン・ソースのパフォーマンスを向上させる。イオン・ソース・パフォーマンスは、ビーム電流の安定性、ソース寿命及びビーム・グリッチングの程度を含む鍵となるパフォーマンス尺度を考慮に入れる。本明細書において使用されるように「ビーム・グリッチング」は、ビーム電流の瞬間的な低下をもたらすことがある電圧放電を呼ぶ。開示が、様々な実施例で並びに発明の様々な態様及び特徴を参照して本明細書において述べられる。
【００１９】
本発明は、選択的なイオン化条件下で、Ｂ２Ｈ６、ＢＦ３及び水素成分の特定の組成濃度範囲がイオン・ビーム電流を高めることを可能にし、これによって、イオン・ソースに障害を生じさせずに又は劣化させずにビーム電流を増加させることができる。このようにして、ソース寿命の短縮を引き起こす許容できないレベルまで堆積物を蓄積させずに、ホウ素イオン・ビーム電流の増加が可能である。
【００２０】
ホウ素ドーパント・ガス組成物は、ホウ素イオン注入において典型的に利用されている他の従来のソース・ドーパント・ガスに比して長い期間にわたるビーム電流の増加を可能にする。ドーパント組成物は、特定の濃度範囲で含有されるジボラン（Ｂ２Ｈ６）、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）及び水素（Ｈ２）の構成成分を含む。一実施例では、組成物は、０．１％〜１０％の範囲にわたるＢ２Ｈ６、約５％〜１５％の範囲にわたるＨ２及び残りのＢＦ３を含む。好ましい実施例では、組成物は、０．１％〜５％の範囲にわたるＢ２Ｈ６、約５％〜１０％の範囲にわたるＨ２及び残りのＢＦ３を含む。さらに好ましい実施例では、組成物は、２％〜５％の範囲にわたるＢ２Ｈ６、約５％〜１０％の範囲にわたるＨ２及び残りのＢＦ３を含む。好ましい実施例では、約３％のＢ２Ｈ６、約５％のＨ２及び残りのＢＦ３を含む。
【００２１】
組成物の構成成分のいずれかは、その自然の存在量超えた同位体を濃縮し得ることを理解されたい。「同位体を濃縮した」という用語は、ドーパント・ガスがその自然に生じる同位体分布とは異なる質量同位体の分布を含有し、これによって、質量同位体のうちの１つが、自然に生じるレベルの存在よりも高い濃縮レベルを有することを意味する。例として、９９％１１ＢＦ３（すなわち、この明細書において及び特許明細書全体を通して使用されるような１１ＢＦ３）は、９９％の濃縮度で質量同位体１１Ｂを含有する同位体を濃縮したドーパント・ガス又は濃縮したドーパント・ガスを呼ぶ、ところが、自然に生じるＢＦ３は、８０％の自然存在量レベルで質量同位体１１Ｂを含有する。したがって、９９％１１ＢＦ３は、Ｂを１９％濃縮される。加えて、本発明のドーパント組成物が、構成成分のうちの１つ又は複数の２つ以上の同位体形態を含有することができることを理解されたい。例えば、Ｂ２Ｈ６は、Ｂ１１及びＢ１０の各々がそれらの自然存在量又は濃縮率で存在する量で存在することがある。
【００２２】
本発明のドーパント・ガス組成物は、Ｂ２Ｈ６のイオン化断面積がＢＦ３のイオン化断面積よりも大きい特定の動作状態でイオン注入プロセスにおいて利用される。このようにして、Ｂ＋イオンの発生が改善される。図１を参照して、Ｂ２Ｈ６は、約８０Ｖ〜１００Ｖ、より好ましくは約７０〜１２０Ｖの選択した動作アーク電圧でＢＦ３よりも大きなイオン化断面積を示す。この選択した動作状態内では、出願人は、Ｂ２Ｈ６が様々なホウ素含有イオン種を発生させるより高い確率を有することを観測した。Ｂ２Ｈ６から誘導されたホウ素含有イオン種の存在は、イオン・ソースのソース・フィラメント（すなわち、カソード）を劣化させずに、より大きなＢ＋ビーム電流をもたらすＢＦ３のイオン化プロセスを増加させる。正味の効果は、イオン・ビーム・パフォーマンスの向上である。イオン・ビーム・パフォーマンスのこの向上は、Ｂ２Ｈ６及びＨ２についての所定の濃度範囲内で示される。Ｂ２Ｈ６は、約０．１％〜１０％内、好ましくは約１〜５％、より好ましくは約２〜５％、そして最も好ましくは約３％であり、水素濃度は、約５％〜１５％の間、好ましくは約５％〜１０％、そして最も好ましくは約５％であり、残りがＢＦ３であることを伴う。
【００２３】
本発明は、Ｂ２Ｈ６のイオン化断面積がＢＦ３のイオン化断面積よりも大きくない状態でイオン注入プロセスを作業することが、ＢＦ３のイオン化の向上を生じさせなくてもよいこと認識している。結果として、Ｂ＋ビーム電流の増加が、観測されないことがある。
【００２４】
Ｂ２Ｈ６の量は、有害な効果を回避するために、０．１％より低くなく、１０％よりも高くてはならない。具体的に、Ｂ２Ｈ６は、ハロゲン・サイクル効果を減少させる最小濃度レベルで又はそれ以上に存在しなければならず、その結果、カソード・フィラメント重量増加速度が減少する。Ｂ２Ｈ６が０．１％よりも低いレベルで存在するときには、不十分なビーム電流の増加が、ハロゲン・サイクルのせいで許容できない大きいカソード重量の増加とともに観測されることがある。
【００２５】
０．１％の下限のところに又はその上にＢ２Ｈ６を維持することに加えて、Ｂ２Ｈ６は、上限を超えるべきではない。ＢＦ３へのＢ２Ｈ６の添加は、チャンバ中へと導入されるフッ素分子の添加が増加しないにも拘らず、Ｂ２Ｈ６が２．５％に近づくに過ぎないレベルであるときにＦ＋イオンの生成を増加させることが、驚くことに観測された。実際例に示されるように、２．５％Ｂ２Ｈ６及び９７．５％ＢＦ３の混合物の添加がＢＦ３−Ｘｅ−Ｈ２の混合物と比較してハロゲン・サイクルを減少させることが観測された一方で、２．５％Ｂ２Ｈ６及び９７．５％ＢＦ３の混合物は、ＢＦ３−Ｘｅ−Ｈ２と比較してイオン・ソースのアノード領域での予想しない急速な重量減少を引き起こした。本明細書及び特許明細書全体を通して使用されるように「アノード領域」という用語は、イオン・チャンバ壁の最も熱い領域を意味する。予想しない重量減少は、Ｂ２Ｈ６が２．５％以上に近づくレベルで存在するときに、Ｆ＋イオンの生成の増加の結果として生じていることがある。いずれかの特定の理論に捉われずに、Ｂ２Ｈ６がイオン・ソース内でイオン化して、それぞれＨ及びＢｘＨｙ種のラジカル及びイオンを含有する様々な分解物を生成すると考えられている。Ｈ及びＢｘＨｙ種の両者は、Ｆイオン捕捉剤としての役割を演じることが出願人によって見出されている。ＢｘＨｙイオン及びラジカルは、Ｈイオン及びラジカルよりも著しくかさばっており、その結果、Ｈイオンを含む軽い種と比較してプラズマ相内でよりゆっくりと移動する傾向を有することがある。結果として、ＢｘＨｙは、アーク・チャンバ内のすべての場所に容易には移動しないことがあり、これによって、そのＦイオン捕捉効果を低下させる。チャンバのすべての領域へと分散できないＢｘＨｙイオン種の能力は、チャンバ構成部品の表面からエッチングで出たＷがハロゲン・サイクルから得られるフッ素の量の増加を介して望ましくない場所に再堆積することがあるので、イオン・ソースの動作に甚だしい影響を及ぼすことがある。結果は、高電圧アーク放電の傾向の増加である。ＢｘＨｙイオン種がはっきりと認識できる量でイオン・チャンバ内のある領域を占めることができないことがあるために、又はチャンバ内のある領域からまったくなくなることがあるために、Ｆイオン・エッチングが、様々なＢｘＨｙイオン種による低いＦイオン捕捉の結果として増加することがあり、これによって、イオン・ソース寿命を短くさせる活性Ｆイオンの可用性の増加をもたらす。
【００２６】
ホウ素注入中のＦイオン捕捉の低下を克服するための手法は、ＢＦ３への希釈剤ガス混合物の添加を含んできた。例えば、ＸｅとＨ２のガス混合物を並行して流すことが、利用されてきている。しかしながら、Ｆイオンの捕捉の増加は、ＢＦ３と比較してより小さいビーム電流という代償を払ってのみ実現されてきている。
【００２７】
本発明は、Ｂ２Ｈ６へのＨ２の制御された添加、及びＢＦ３が、ＢＦ３及びＢ２Ｈ６を利用するときのＦイオン捕捉の欠点を克服し、これによってイオン・ソース寿命を短縮せずにより多くのＢ２Ｈ６をＢＦ３に添加することを可能にすることを見出した。知られていず且つ十分に理解されていない機構に関して、Ｈ２は、約５％〜１５％の間の特定の濃度範囲内で、好ましくは、約５％〜１０％、そしてより好ましくは約５％で添加されたときに、イオン・ソース寿命を長くするように見える。本発明の規定の量で添加されたときには、Ｈ２は、チャンバ構成部品をエッチングすることができる活性フッ素イオンの可用性を低下させることができる。結果として、実際例に示されるように、アノード領域の重量減少が少なく、カソード・フィラメントの重量増加が少ない。Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３への制御した量でのＨ２の添加は、イオン注入プロセス中にチャンバ内に蓄積するＦイオンを増加させずに増加したＢイオン・ビーム電流を作り出すために、より大きな割合のＢ２Ｈ６が利用されることを可能にする。実際例に示されるように、ＢＦ３だけ（比較例１）と比べて、本発明の好ましい組成物（実例１及び実例２）は、カソードの重量増加を減少させ、アーク・チャンバ壁のエッチングを減少させた状態で、１５％大きなビーム電流を実現するために約５％に至るまでのＨ２を取り込む。このようにして、本発明は、ホウ素イオン電流を増加させつつ、イオン・ソース寿命をやはり長くすることができ、本発明が現れるまでその両者は、相互に排他的である競合的なパフォーマンス尺度と一般に考えられていた。
【００２８】
好ましい実施例では、水素、Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３の独創的な混合物は、例えば、アルゴン又はキセノンなどの、他の不活性ガスの欠如によって特徴付けられる。他の不活性ガスを、ホウ素のイオン化を助けるために水素、Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３の独創的な混合物に添加することを必要としなくてもよいことが、観察されてきている。したがって、好ましい実施例では、本発明のホウ素含有組成物は、キセノン又はアルゴンなどの、他の不活性ガスを具体的に排除する。実際例に示されるように、他の不活性ガスの欠如によって特徴付けられる、水素、Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３の独創的な混合物が、ＢＦ３＋Ｘｅ＋Ｈ２の混合物と比較してほぼ３０％ビーム電流を増加させた（比較例２）ことを、出願人は見出した。
【００２９】
図２ａ、図２ｂ及び図２ｃに示したような数多くの供給源構成を、本発明の組成物を作り出すために採用することができる。好ましい実施例では、図２ａに示したように、種を、シングル・ソースに貯蔵し、配送することができる。具体的に、図２ａは、本発明のガス組成物が、シングル・ソース貯蔵容器２１０から供給されたことを示し、貯蔵容器２１０中では、組成物が本発明の濃度レベルに事前に混合される。シングル・ソース貯蔵容器を、任意のタイプの容器を使用して貯蔵し、配送することができる。好ましい実施例では、低大気圧Ｕｐｔｉｍｅ（登録商標）配送パッケージを、全体が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第５，９３７，８９５号、米国特許第６，０４５，１１５号、米国特許第６，００７，６０９号、米国特許第７，７０８，０２８号、及び米国特許第７，９０５，２４７号に記載されているように利用することができる。低大気圧配送装置は、装置内で加圧した状態でドーパント混合物を維持しつつ、高圧シリンダに典型的に付随するリーク又は致命的な破裂の発達のリスクを最小にする又は排除するように設計される。装置は、低大気圧状態が排出流路に沿って実現されると、下流プロセスにドーパント混合物の制御された流れを可能にするように真空作動される。
【００３０】
本発明の構成成分がシングル・ソースから供給されるときに、本発明にしたがって規定の量での水素の存在は、Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３の混合物の分解を減少させることができ、一般的な化学式ＢｘＨｙによって表される高次ボランを生成する、ここで、ｘは２よりも大きい。高次ボランのいくつかの実例は、Ｂ３Ｈ９、Ｂ５Ｈ９、Ｂ４Ｈ１０又はＢ１０Ｈ１８を含むことができる。加えて、２０から−３０℃まで、より好ましくは２０から４℃までの範囲内などの、雰囲気条件よりも低い温度で内容物を貯蔵することによって、化学的安定性をさらに高めることができる。
【００３１】
或いは、種の各々を逐次的に流すことによって又は並行して流すことによって、本発明のドーパント組成物をイオン・ソース・チャンバ内で作り出すことができる。図２ｂは、ガス組成物の制御された流れを供給するために、流量制御装置２１２及び２１４を使用することができ、各貯蔵容器からの所望の流れを、イオン・ソース・チャンバ１１２へと導入する前に配送ラインにおいて事前に混合することができることを示す。貯蔵容器のうちの１つは、純粋な形で構成成分ガスのうちの１つを収容することができる。例えば、貯蔵容器２１０は、純粋なＢＦ３を収容し、貯蔵容器２１３は、Ｂ２Ｈ６及び事前に混合されるＨ２の所望の組成物を収容する。さらに別の構成では、図２ｃは、本発明のドーパント・ガス組成物を作り出すために、貯蔵容器２１０及び２１３からの流れをイオン・ソース・チャンバ１１２に別々に導入することができる。
【００３２】
いずれかの適切なイオン注入装置を、本発明で利用することができる。図３を参照して、代表的なイオン注入装置３００が、本発明の濃度範囲でＢ２Ｈ６、ＢＦ３及びＨ２のホウ素含有ドーパント組成物から誘導されるＢイオンを注入するために示される。図３に描かれたイオン・ソース装置３００は、間接的に加熱されたカソード（ＩＨＣ: indirectly heated cathode）３１５を含む様々な構成部品を有し、このイオン・ソース装置は、本発明のホウ素含有ドーパント・ガス組成物をその対応するホウ素活性イオンへとイオン化するためのイオン・ソースとして働くことができる。本発明のドーパント・ガス組成物は、例えば、フリーマン・ソース、バーナス・ソース及びＲＦプラズマ・ソースを含む、本技術において知られた他のタイプのイオン・ソースに適していることを理解されたい。
【００３３】
図３のイオン・ソース装置３００を、半導体基板中へとホウ素イオンを注入するためのイオン・ビームを生成するために使用することができる。ホウ素イオンは、ＢＦ３から単独で発生されるビーム電流と比較してより大きなホウ素イオン・ビーム電流を発生させる方式でＢ２Ｈ６及びＢＦ３のイオン化から発生される。いずれかの特定の理論に捉われずに、ホウ素含有ドーパント組成物の特定の組成範囲の下で、且つイオン・ソース装置３００の注意深く選択した動作条件下で、ＢＦ３及びＢ２Ｈ６は、増加し且つ高めたビーム電流を生成する増加した量のＢ活性イオンを発生させるイオン化機構を作り出す相乗的な方式で相互に作用することが、考えられている。本明細書において使用するように「Ｂ活性イオン」は、注入のために利用可能である一般的な化学式Ｂ＋を有するホウ素イオンを意味する。
【００３４】
本発明において開示したドーパント・ガス組成物は、イオン・ソース装置３００の動作期間中にソース・カソード３１５の重量変化の最小の割合に少なくとも一部は基づいて、従来のホウ素ドーパント・イオン注入システムと比較してイオン・ソース・カソード３１５寿命が長くなることを好ましくは可能にする。正味の結果は、早すぎる故障に会わないイオン・ソース・カソード３１５であり、これによってソース・カソード３１５が長期にわたり動作可能なままであり、スループットを増加させることを可能にする。このようにして、本発明は、１１ＢＦ３から単独で発生されるビーム電流に比べてホウ素イオン・ビーム電流を維持する又は増加させる一方で、１１ＢＦ３などの従来の前駆物質材料を利用して以前に可能であるものよりは長い期間にわたりソース・フィラメント３１５の完全な状態を同時に維持することができる独特のホウ素含有ドーパント・ガス組成物を持っている。
【００３５】
図３のイオン・ソース装置３００を依然として参照して、ホウ素含有ドーパント・ガス組成物の流れ３０２は、ＢＦ３、Ｂ２Ｈ６及びＨ２を含み、アーク・チャンバ壁３１１を通って延びるガス供給ラインを介してイオン・ソース・チャンバ３１２中へと導入される所定の比率で含有される１つの流れとして好ましくは配送される。ソース・チャンバ３１２内部のホウ素含有ドーパント・ガス組成物３０３は、ＩＨＣ３１５に極めて近接して設置されたタングステン系フィラメント３１４を抵抗加熱するために電力供給源（図示せず）から所定の電圧を印加することによってイオン化を受ける。フィラメント３１４を、ＩＨＣ３１５に対して負にバイアスすることができる。電流は、電力供給源を介してフィラメント３１４に印加されて、フィラメント３１４を抵抗加熱する。絶縁物３１８が、カソード３１５をアーク・チャンバ壁３１１から電気的に絶縁するために設けられる。
【００３６】
電子は、カソード３１５によって放出される。放出された電子は、ホウ素含有ドーパント組成物３０３分子のＢ２Ｈ６及びＢＦ３を加速しそしてイオン化して、チャンバ３１２内にプラズマ環境を生成する。リペラ(repeller)電極３１６は、負電荷を蓄積して、ホウ素含有ドーパント組成物３０３分子のイオン化を持続させるために電子を反射して戻し、これによって、アーク・チャンバ３１２内にプラズマ環境を維持する。リペラ電極３１６は、好ましくは、ＩＨＣ３１５に対して実質的に直径上で対向して構成されて、チャンバ３１２内のドーパント・ガス組成物３０３のイオン化を維持する。アーク・チャンバ壁３１１は、引き出しアパーチャ３１７を含み、これを通り、外形が明確なイオン・ビーム３２１がアーク・チャンバ３１２の外へ引き出される。引き出しシステムは、引き出しアパーチャ３１７の前に設置された引き出し電極３２０及び抑制電極３１９を含む。引き出し電極３２０及び抑制電極３１９の両者は、ホウ素イオン注入のために使用することができる外形が明確なイオン・ビーム３２１の引き出し用の引き出しアパーチャ３１７と位置を合わせられたそれぞれのアパーチャを有する。
【００３７】
ホウ素含有ドーパント組成物３０３のイオン化は、Ｂ２Ｈ６、ＢＦ３及びＨ２の構成成分の各々、並びにいずれかのそれらの対応するイオン種の相乗作用から様々なイオン化された種の発生を引き起こすことができる。選択した動作アーク電圧における構成成分の対応するイオン化断面積（図１）によって、及びイオン・チャンバ３１２へと導入されるホウ素含有ドーパント組成物の構成成分の各々の相対的な量を制御することによって、イオン・ソース装置３００内のＢ２Ｈ６及びＢＦ３の相乗作用を都合よく可能にするアーク電圧の選択を含む、十分な動作条件下で、ビーム電流の増加を、従来のホウ素ドーパント構成物と比較して長い期間にわたって生成しそして維持する。
【００３８】
Ｗ含有堆積物の形成の減少は、ＩＨＣ３１５のより熱い表面上へのＷ含有堆積物の少ない拡散及び分解に言い換えられる。したがって、イオン・ソース装置３００の動作中のＩＨＣ３１５の重量増加の速度は、チャンバのアノード領域における重量減少の速度と同様に実質的に減少する。最終結果は、ビーム・グリッチングの少ない頻度又は排除であり、これによって、ビーム安定性を高くし、イオン・ソース装置３００の動作寿命を延長する。
【００３９】
図４は、イオン注入システム４００中へと組み込まれた図３のイオン・ソース装置３００を示す。図３のイオン・ソース装置３００の要素のすべてが図４中に組み込まれることが、当業者には認識されるはずである。結果として、図４に示したイオン・ソース装置３００の要素及び特徴は、図３に示した要素及び特徴に関連して理解されるはずである。
【００４０】
図４は、ドーパント・ガス組成物をドーパント・ガス・ボックス４０１から供給することができることを示す。ドーパント・ガス組成物を、所望の配合組成でガス・ボックス４０１内のシングル供給容器中に事前に混合された組成物として供給することができる。或いは、構成成分の各々、Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３を、ガス・キットの一部として別々の分配容器中に供給することができ、これらのガスは、次いで、ガス・キットの一部と考えることができる対応する流量制御装置を利用して制御された流量で、連続的に又は半連続的に、並行して流される又は逐次的に流されるように、ガス・ボックス４０１を、構成し配置することができる。水素を、Ｂ２Ｈ６と事前に混合することができる。ＢＦ３及びＢ２Ｈ６−Ｈ２の流量は、制御され、イオン・ソース装置４００の方に向けられて、好ましい濃度範囲で所望のホウ素含有ドーパント・ガス組成物を作り出す。このようなドーパント・ガス組成物を、ソース・チャンバ４００への入口及び／又はその中のいずれかで生成することができる。個々の構成成分が混合する場所は、イオン・ソース装置４００の上流又は装置４００のチャンバ４１２内のいずれかに存在することができる。
【００４１】
図４を依然として参照して、ホウ素含有ドーパント組成物は、事前に混合されたシングル・ソースとして、又は装置３００へと並行して流される方式又は逐次的に流される方式のいずれかで直ぐ上に説明した方式でＢＦ３及びＢ２Ｈ６−Ｈ２の個々の種としてボックス４０１からイオン・ソース装置４００中へと導入される。電圧を、チャンバ３１２（図３）へとエネルギーを導入するための手段としてイオン・ソース・フィラメント３１４に印加して、装置３００の選択されたアーク電圧を発生して、ホウ素含有ドーパント・ガス組成物をイオン化し、そして注入のために利用可能な活性ホウ素イオンの十分な濃度を生成する。好ましくは、イオン・ソース３１４に入力されるエネルギー（すなわち、アーク電圧）は、約８０Ｖ〜１２０Ｖの範囲内に維持され、その結果、相乗的な方式で独創的なドーパント組成物の構成成分及びこれらの対応するイオン種の相互作用を可能にして、増加した量の活性Ｂ＋イオンを発生させるイオン化機構を作り出す。チャンバ３１２内に結果としてのプラズマ環境が生成される。イオン・ビーム引き出しシステム４０１は、引き出し電極３２０及び抑制電極１１９を含み、これらの電極は図３に示したようにホウ素含有ドーパント供給システムの一部を形成し、ホウ素イオン注入のために使用される外形が明確なイオン・ビーム３２１の引き出し用に構成される。ビーム３２１を、任意選択の質量分析器／フィルタ４０５を通して輸送することができて、注入されるべきホウ素イオン種を他の種から選択し、磁気的に捕える。具体的には、目的の活性ホウ素イオンだけがプロセス・チャンバ又はエンド・ステーション４１０へと前方に進むことを可能にするように、質量分析器／フィルタ４０５が配置される。次いで、ホウ素イオン・ビーム４０７は、必要に応じて加速／減速ユニット４０６によって加速する／減速することができ、次いで、被加工物４０９中への活性ホウ素イオンの注入のためのエンド・ステーション４１０内に設置されたウェハ又はターゲット被加工物４０９の表面へと輸送する。ビームの活性ホウ素イオンは、被加工物４０９の表面と衝突し、所望の深さのところに侵入して、所望の電気的特性及び物理的特性を有する領域を形成する。この発明のプロセス及び技術を採用することによって、イオン・ソース寿命の低下を招くことなく、従来のホウ素イオン・ドーパント・システムよりも、システム４００内に含まれるイオン・ソース装置３００のビーム電流を著しく増加させることができる。したがって、本発明は、ホウ素イオン注入産業における発展を表し、これは他のプロセス利点の中で、イオン・ソース装置３００のスループットを増加させる。
【００４２】
ホウ素イオン注入プロセス４００の構造及び設計における多くの変形を、本発明の様々な実施例において採用することができることに留意されたい。さらにその上、構成及び設計の詳細は、これらがイオン・ソース装置３００及び対応する注入プロセス４００において使用されるホウ素含有ドーパント組成物に関する限り、本発明のパフォーマンスには重要ではない。
【００４３】
加えて、イオン・ソース装置３００は、フリーマン型及びベルナス型ソース、間接加熱カソード・ソース及びＲＦプラズマ・ソースなどの、商用のイオン注入装置において一般的に使用されるイオン・ソースのいずれかを含むことができる。圧力、フィラメント電流、アーク電圧を含むイオン・ソース動作パラメータは、Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３を含むホウ素含有ドーパント・ガス組成物の所望のイオン化を実現するように調整され、その結果、選択されたパラメータの下で、Ｂ２Ｈ６は、ＢＦ３と比較してより大きなイオン化断面積を持ち、これにより、本発明の原理にしたがって活性ホウ素イオンのイオン化及び発生を増進する。
【００４４】
出願人は、下記の実例でここに論じられるように、本発明のホウ素含有ドーパント・ガス組成物を他のドーパント・ガス材料と比較するためにいくつかの実験を実行した。下記に説明されるすべてのテストに関して、イオン・ソース・フィラメント重量増加又は損失及びアノード重量増加又は重量減少は、本技術において知られるように、テストの前後にイオン・ソース・フィラメントの重量測定を行うことによってそれぞれ測定されたことに留意されたい。アーク電流、アーク電圧、引き出し電圧及びソース圧力のソース・パラメータは、すべての実験に対して同じに維持された。
【００４５】
「比較例１」（１１ＢＦ３）
イオン化テストを、１１ＢＦ３だけのドーパント・ガス組成物から引き出されたイオン・ビームのイオン・ビーム・パフォーマンスを評価するために実行した（すなわち、図５においてサンプル「Ａ」と示した）。チャンバの内部を、らせん状フィラメント及びらせん状フィラメントの軸に垂直に置かれたアノードを含むように組み立てられたイオン・ソースから構成した。基板プレートを、アノードの前に設置し、イオン化プロセス中にアノードを静止して保った。１１ＢＦ３を、イオン・ソース・チャンバ中へと導入した。電圧をイオン・ソースに印加して、１１ＢＦ３をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。測定したビーム電流を、図５に示す。
【００４６】
フィラメントが速い速度で重量を増加し、イオン・ソースの寿命時間に悪影響を及ぼしたことが観測された。加えて、材料が、イオン・ソース中の望ましくない場所に蓄積した。この蓄積した堆積物の大部分は、Ｗから構成された。この蓄積は、イオン・ソース・チャンバ内でのイオン化中に１１ＢＦ３の分解のために形成されたフッ素イオン／ラジカルに起因した。
【００４７】
ビーム電流は、イオン注入のために使用することが可能である明確なホウ素イオン・ビームを発生させる目的に対して許容されると考えられた、そしてしたがって、１．０の値に規格化され、これに対して他のテストが比較されるはずである。しかしながら、２８．５ｍｇ／ｈｒの著しいカソード・フィラメント重量増加率が、表１に示したように観測された。テスト中にフィラメント上の様々なＷ含有堆積物の蓄積は、その熱イオン放出速度を低下させ、テストを中止することが必要になるソース・ガスの不十分なイオン化のためにビーム電流の最終的な損失という結果になった。これらの結果は、Ｂイオン・ドーパント・ソースとして１１ＢＦ３を単独で利用することで遭遇する問題の典型であると考えられた。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
「比較例２」（１１ＢＦ３＋Ｘｅ／Ｈ２）
イオン化テストを、２．２５％Ｘｅ＋１２．７５％Ｈ２＋８５％１１ＢＦ３からなるチャンバ内のドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流を評価するために実行した（すなわち、図５においてサンプル「Ｂ」と示した）。比較例１において基準テストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。１１ＢＦ３を、別個のソースとしてチャンバ中へと導入し、そして希釈剤キセノン／水素を、イオン・ソース・チャンバ中へともう１つのソースから導入した。１１ＢＦ３及びキセノン／水素を、チャンバ内で２．２５％Ｘｅ＋１２．７５％Ｈ２＋８５％１１ＢＦ３のドーパント・ガス組成物を生成するために必要な量で導入した。
【００５０】
電圧をイオン・ソースに印加して、ドーパント組成物をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。ビーム電流を、比較例１からの１１ＢＦ３のビーム電流に対して規格化し、そして図５に示す。サンプルＢについてのビーム電流を、測定し、図５に示したように、１１ＢＦ３だけを利用して生成されたビーム電流よりも約１５％小さくなるように決定した。カソード・フィラメントの１．４３ｍｇ／ｈｒの重量増加の速度及びアノード領域の−０．７５ｍｇ／ｈｒの重量減少の速度が、表１に示したように得られた。堆積物に起因するフィラメントの重量増加の速度は、比較例１からの１１ＢＦ３の重量増加の速度よりも著しく小さく、ハロゲン・サイクルを維持し、且つさらなるタングステン・チャンバ組成物をエッチングするために、より少ない活性Ｆイオンが利用可能であることを示した。結果として、ハロゲン・サイクルは、比較例１のハロゲン・サイクルに比べて減少した。比較例１に比べて、より少ないビーム・グリッチングが生じた。しかしながら、キセノン／水素希釈剤は、１１ＢＦ３を単独で利用するビーム電流よりも小さいビーム電流を発生させることを代償にして（図３）、ハロゲン・サイクル及びＷ含有堆積物を減少させた。これらの結果は、希釈ガス混合物を使用する従来のホウ素含有ドーパント・ガス前駆物質を示した。
【００５１】
「比較例３」（９７．５％１１ＢＦ３＋２．５％Ｂ２Ｈ６）
イオン化テストを、９７．５％１１ＢＦ３＋２．５％Ｂ２Ｈ６の混合物からなるチャンバ内のドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流を評価するために実行した（すなわち、図５においてサンプル「Ｃ」と示した）。純粋な１１ＢＦ３を、１つのソースから流し、そして５％Ｂ２Ｈ６−１１ＢＦ３の混合物を、もう１つのソースから流した。９７．５％１１ＢＦ３＋２．５％Ｂ２Ｈ６を含む組成物を形成するために、構成成分をチャンバ中へと導入した。比較例１及び比較例２においてテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。
【００５２】
電圧をイオン・ソースに印加し、ドーパント混合物をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。ビーム電流を、測定し、図５に示したように、１１ＢＦ３のビーム電流に対して規格化した。ビーム電流を、比較例１又は比較例２のいずれかよりも大きくなるように決定した。しかしながら、カソード・フィラメントの０．３ｍｇ／ｈｒの重量増加の速度が、表１に示したように得られた。加えて、アノード領域における−５．１ｍｇ／ｈｒの重量減少の速度が、得られた。カソード・フィラメントの重量増加の速度及びアノード領域における重量減少の速度は、許容できない短縮されたイオン・ソース寿命を全体として示した。これらの結果は、従来のホウ素含有ドーパント・ガス混合物を示した。
【００５３】
「比較例４」（５％Ｂ２Ｈ６＋９５％１１ＢＦ３）
イオン化テストを、９５％１１ＢＦ３＋５％Ｂ２Ｈ６の混合物からなるチャンバ内のドーパント・ガス組成物から得られるイオン・ビーム電流を評価するために実行した（すなわち、図５においてサンプル「Ｄ」と示した）。比較例１、比較例２及び比較例３においてテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。ドーパント・ガス組成物を、事前に混合し、シングル・ソースからチャンバ中へと導入した。
【００５４】
電圧をイオン・ソースに印加して、ドーパント組成物をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。ビーム電流を、測定し、１１ＢＦ３のビーム電流に対して規格化した。ビーム電流を、比較例１、比較例２及び比較例３よりも大きくなるように決定した。
【００５５】
サンプルＤが、許容可能でないとすでに判断されたサンプルＣのソース寿命と同等の又はさらに悪いソース寿命を示すはずであることが予想されるので、ソース寿命データは、集められなかった。
【００５６】
「実例１」（５％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９０％１１ＢＦ３）
イオン化テストを、５％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９０％１１ＢＦ３からなるチャンバ内のホウ素含有ドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流を評価するために実行した（すなわち、図５においてサンプル「Ｅ」と示した）。比較例１、比較例２、比較例３及び比較例４のテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。組成物を、シングル配送容器中へと事前に混合し、そこからイオン・ソース・チャンバへと配送した。
【００５７】
電圧をイオン・ソースに印加して、ホウ素ドーパント組成物をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。ビーム電流を測定し、１１ＢＦ３のビーム電流（比較例１）に対して規格化した。ビーム電流を、１１ＢＦ３を利用するときに生じるビーム電流よりも大きくなるように決定した。
【００５８】
カソード・フィラメントの−２．５ｍｇ／ｈｒ及びアノード領域での−１．１ｍｇ／ｈｒの重量減少の速度が、表１に示したように得られた。このサンプルは、比較例のいずれよりも小さい重量変化を示した。この組成物は、ビーム電流の増加を生じさせ、イオン・ソース寿命を短縮せずにより大きなビーム電流を持続させた。
【００５９】
「実例２」（３％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９２％１１ＢＦ３）
イオン化テストを、３％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９２％１１ＢＦ３からなるホウ素含有ドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流を評価するために実行した（すなわち、図５においてサンプル「Ｆ」と示した）。比較例１、比較例２、比較例３及び比較例４のテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。組成物を、シングル配送容器中へと事前に混合し、そこからイオン・ソース・チャンバへと配送した。
【００６０】
電圧をイオン・ソースに印加して、ホウ素ドーパント・ガス組成物をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。ビーム電流を測定し、１１ＢＦ３のビーム電流（比較例１）に対して規格化した。ビーム電流を、１１ＢＦ３を利用するときに生成されるビーム電流よりも大きくなるように決定した。
【００６１】
カソード・フィラメントの−０．６ｍｇ／ｈｒ及びアノード領域での−０．９ｍｇ／ｈｒの重量減少の速度が、表１に示したように観測された。これらのソース寿命データ値は、サンプルＦの組成物がイオン・ソース寿命を短縮させずにより大きなビーム電流を持続させることができたことを示す。
【００６２】
実例１及び実例２は、比較例１〜比較例４に比べてイオン・ビームの品質の向上を実証した。本発明は、Ｗ含有チャンバ構成部品のエッチングが、本発明のホウ素含有ドーパント・ガス組成物を使用すると著しく減少することを実証する。堆積物の減少は、ビーム不安定性及び最終的にビーム・グリッチングを減少させる又は排除し、これによってイオン・チャンバのソース寿命期間中のホウ素ビーム電流を高める。さらにその上、先行技術の方法とは異なり、本発明のための組成物、システム及びこれらの使用方法は、イオン・ソース寿命を損なわず、劣化させず又は短縮させずにビーム電流を増加させることができる。発展したイオン・ソースに結合されたホウ素ビーム電流の品質の向上は、スループットを増加させることができ、プロセス被加工物の必要なドーパント・ドーズ量を実現するためのサイクル・タイムを減少させるための機会を提供する。
【００６３】
イオン化の観点から、実例１及び実例２は、やはり本発明の特定のホウ素含有組成物が、イオン・ソースを劣化させずにホウ素活性イオン及び増加したビーム電流を発生させることができることを実証する。特に、選択したアーク電圧動作条件において本発明の好ましい濃度範囲内のＢ２Ｈ６、ＢＦ３及びＨ２の混合物は、相乗方式で互いの相互作用を容易にして、Ｂ２Ｈ６及びＢＦ３を個々にイオン化することから得られる全ホウ素イオンの単純な加算効果に少なくともほぼ等しい増加した量の活性ホウ素イオンを発生させることができるホウ素イオン化機構を作り出す。正味の効果は、従来のホウ素前駆物質材料を利用する従来のシステム及びプロセスと比較してホウ素ビーム電流を高めることである。
【００６４】
加えて、本発明は、堆積物を減少させる目的で、Ｘｅ／Ｈ２などの希釈剤ガス混合物を必要とする従来のホウ素イオン注入システム及び方法の欠点を克服することができる。希釈剤ガス混合物は、イオン・ソース・チャンバ中への単位ガス流当たり得られるホウ素イオンの活性な数を減少させる傾向があり、これによって、スループットを低下させる。したがって、希釈剤ガス混合物を利用する従来のホウ素ドーパント組成物で典型的に遭遇するこのいわゆる「希釈効果」は、本発明がソース寿命を延長させるために希釈剤ガス混合物の組み込みに依存しないので、本発明においては排除される。
【００６５】
本発明は、他のプロセス利点をやはり提供する。例えば、本発明において得ることができるビーム電流の増加は、何らかの追加のガス・スティック（例えば、流量制御装置、圧力モニタ装置、弁及び電子インターフェース）の必要性を排除することができ、これゆえ、追加のガス・スティックを利用することに関係する資本支出における著しい削減を提供する。
【００６６】
何が発明の確かな実施例であると考えられるかを示し、説明している一方で、当然のことながら、形態又は細部における様々な修正及び変更を、発明の精神及び範囲から逸脱せずに容易に行い得ることが理解されるであろう。これゆえ、この発明が本明細書において示し説明した正確な形態及び細部に限定されないし、本明細書中に開示され、以降に特許請求される発明の全体よりも少ないいずれかのものにも限定されないものとする。
【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５】
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