(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを処理する方法であって、
コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップであって、前記コンディショニングガスは所望のドーパント種を含む水素化物及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは希ガス、４族元素の水素化物又は前記所望のドーパント種と反対導電性の種の水素化物を含み、導入されるガスの全量の１０％〜４０％が前記コンディショニング共ガスである、ステップと、
前記コンディショニングガス及び前記コンディショニング共ガスを前記チャンバ内でイオン化して前記チャンバの壁上に被覆を形成するステップと、
前記被覆が形成された後に前記チャンバ内に導入されるガスを変更し、フッ素と前記所望のドーパント種を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、
前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、
前記イオンが質量分析なしで前記ワークピースに注入されるように前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記所望のドーパント種はホウ素を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記コンディショニング共ガスは４族元素の水素化物を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記コンディショニング共ガスは５族元素の水素化物を含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記コンディショニング共ガスは希ガスを含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
ワークピースを処理する方法であって、
コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップであって、前記コンディショニングガスはボラン及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは４族又は５族元素の水素化物を含んでいる、ステップと、
前記チャンバの壁上にボランと前記４族又は５族元素よりなる被覆を形成するステップと、
前記被覆が形成された後に前記チャンバ内にフッ素とホウ素を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、
前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、
前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップと、
を備える方法。
【請求項７】
前記イオンは質量分析なしで前記ワークピースに注入される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記フィードガスと一緒に希釈ガスを前記チャンバ内に導入し、前記希釈ガスは４族又は５族元素の水素化物を含み、前記方法は更に前記希釈ガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップを備える、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記被覆は前記コンディショニングガスと前記コンディショニング共ガスを前記チャンバ内でイオン化することによって形成される、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
ワークピースを処理する方法であって、
イオン源のチャンバの壁をホウ素と４族元素又は５族元素で被覆するためにコンディショニングプロセスをイオン源のチャンバに実行するステップと、
前記壁上に被覆が形成された後に注入プロセスを実行するステップと、を備え、
前記注入プロセスにおいて、フッ素とホウ素を含むフィードガスをイオン化してイオンを生成し、前記イオンを前記チャンバから抽出し、前記ワークピースに向け加速し、前記イオンを質量分析なしで前記ワークピースに注入する、
方法。
【請求項１１】
前記コンディショニングプロセスは、ボランと前記４族元素又は５族元素の水素化物を含むコンディショニング共ガスとを含むコンディショニングガスを前記チャンバ内でイオン化するステップを備える、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記コンディショニング共ガスはホスフィン又はアルシンを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記コンディショニング共ガスはゲルマン又はシランを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記抽出されたイオンはイオンビームを形成し、前記方法は更に、前記イオンビーム内の汚染物質の割合が所定の閾値を超える場合に前記コンディショニングプロセスを繰り返すステップを備える請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２０１３年７月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／８４７，７７６号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示の実施形態はイオン注入システムにおけるイオンビームの品質を向上させる方法、より詳しくはホウ素イオンビームの品質を向上させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体ワークピースには所望の導電性を生成するためにドーパント種が注入されることが多い。例えば、太陽電池にはエミッタ領域を生成するためにドーパント種が注入され得る。この注入は多種多様のメカニズムを用いて実行し得る。一実施形態では、イオン源が使用される。このイオン源はソースガスをイオン化するチャンバを含み得る。これらのソースガスからのイオンは一以上の電極を用いてチャンバの開口から抽出され得る。これらの抽出イオンはワークピースへ向けられ、太陽電池を形成するためにワークピースに注入される。
【０００４】
プロセス効率を高め、コストを下げるために、いくつかの実施形態では、イオン源から抽出されたイオンは質量分析なしで直接ワークピースに向けて加速されている。言い換えれば、イオン源で生成されたイオンは加速されて直接ワークピースに注入されている。質量分析器はイオンビームから望ましくない種を除去するために使用される。質量分析器の除去は、イオン源から抽出されたすべ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。従って、その場合にはイオン源内で生成され得る望ましくない種もワークピースに注入される。
【０００５】
この現象は、ソースガスがハロゲンベースの化合物、例えばフッ化物であるとき、最も顕著である。フッ素イオン及びニュートラル（準安定状態又は励起状態）はイオン源の内面と反応し、望ましくないイオン、例えばケイ素、酸素、炭素、アルミニウム、及び不純物元素として存在する重金属を開放し得る。
【０００６】
従って、特にハロゲンベースのソースガスを使用する実施形態のためにビームの品質を向上させる方法が有益である。
【発明の概要】
【０００７】
ワークピースの処理方法が開示され、その方法はイオンチャンバを最初に所望のドーパント種と他の種で被覆する。このコンディショニングプロセスに続いて、フッ素と所望のドーパント種を含むフィードガスをチャンバに導入し、イオン化する。その後、チャンバからイオンを抽出し、ワークピースに向けて加速し、最初に質量分析しないでワークピースに注入する。コンディショニングプロセス中に使用する他の種は３族、４族又は５族元素とし得る。所望のドーパント種はホウ素とし得る。
【０００８】
一実施形態では、ワークピースの処理方法が開示される。その方法は、コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップを備え、前記コンディショニングガスは所望のドーパント種を含む水素化物及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは４族元素の水素化物又は所望のドーパント種の反対導電性を有する種の水素化物を含み、導入されるガスの全量の１０％〜４０％が前記コンディショニング共ガスであり、更に、前記コンディショニングガス及び前記コンディショニング共ガスを前記チャンバ内でイオン化して前記チャンバの壁上に被覆を形成するステップと、前記被覆が形成された後に前記チャンバ内に導入されるガスを変更し、フッ素と前記所望のドーパント種を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、前記イオンが質量分析なしで前記ワークピースに注入されるように前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップとを備える。
【０００９】
第２の実施形態では、ワークピースの処理方法が開示される。その方法は、コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップを備え、前記コンディショニングガスはボラン及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは４族又は５族元素の水素化物を含み、更に、前記チャンバの壁上にボランと前記４族又は５族元素よりなる被覆を形成するステップと、前記被覆が形成された後に前記チャンバ内にフッ素とホウ素を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップと、を備える。
【００１０】
第３の実施形態では、ワークピースの処理方法が開示され、その方法は、イオン源のチャンバの壁をホウ素と４族元素又は５族元素で被覆するためにコンディショニングプロセスをイオン源のチャンバに実行するステップと、前記壁上に被覆が形成された後に注入プロセスを実行するステップとを備え、前記注入プロセスにおいて、フッ素とホウ素を含むフィードガスをイオン化してイオンを生成し、前記イオンを前記チャンバから抽出し、前記ワークピースに向け加速し、前記イオンを質量分析なしで前記ワークピースに注入する。いくつかの実施形態では、前記コンディショニングプロセスは、ボランと前記４族元素又は５族元素の水素化物を含むコンディショニング共ガスとを含むコンディショニングガスをイオン化するステップを備える。いくつかの他の実施形態では、前記コンディショニング共ガスはホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ４）、ゲルマン（ＧｅＨ４）又はシラン（ＳｉＨ４）とし得る。
【００１１】
本開示のよりよい理解のために、参照することにより本明細書に組み込まれる添付の図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】異なる実施形態の一つの注入システムを示す。
【図１Ｂ】異なる実施形態の他の一つの注入システムを示す。
【図１Ｃ】異なる実施形態の更に他の一つの注入システムを示す。
【図２】ドーパント電流と汚染レベルを希釈ガス濃度の関数として示すグラフである。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は２つの異なるコンディショニングプロセスを用いた場合の全ビーム電流に対する汚染物質の比率を示すグラフである。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は２つのコンディショニングプロセスの相違を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述したように、ハロゲンベースの種、例えばフッ化物、のイオン化はイオン源の内面から解放される粒子をワークピースに注入し得る。これらの汚染物質は、アルミニウム、炭素、窒素、酸素、ケイ素、ハロゲンベースの化合物、及び他の望ましくない種（不純物元素として存在する重金属等）を含み得る。自由ハロゲンイオンに起因する損傷に対処する一つの方法は注入中に第２のソースガスを導入するというものである。
【００１４】
図１Ａ−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し得る様々な実施形態を示す。これらの図の各々において、イオン源１００はいくつかのプラズマチャンバ壁１０７で画成されたチャンバ１０５を含み、このチャンバはグラファイト又は他の適切な材料で構成し得る。このチャンバ１０５にはソースガスコンテナ１７０内に格納された一以上のソースガスがガス注入口１１０を経て供給され得る。このソースガスはＲＦアンテナ１２０又は他の機構によって励起され得る。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）と電気的に連通する。ＲＦアンテナ１２０とイオン源１００の内部との間に誘電体窓１２５、例えば石英窓又はアルミナ窓を配置し得る。イオン源１００はイオンが通過し得る開口１４０も含む。チャンバ１０５内から正の荷電粒子を開口１４０を通してワークピース１６０に向け抽出するために、開口１４０の外に配置された抽出（引き出し）電極に負電圧が供給される。いくつかの実施形態では、開口１４０はイオン源１００の誘電体窓１２５の側と反対側に配置される。チャンバ１０５から抽出されたイオンはイオンビーム１８０に形成され、ワークピース１６０に向けられる。上述したように、イオンがワークピース１６０に衝突する前にイオンをフィルタ処理する質量分析器は使用しない。図１Ａに示す一つの特定の実施形態では、第２のソースガスが第２のガスコンテナ１７５内に格納され、第２のガス注入口１１１を経てチャンバ１０５に導入され得る。図１Ｂに示す他の実施形態では、第２のソースガスが第２のガスコンテナ１７６内に格納され、第１のソースガスで使用される同じガス注入口１１０を経てチャンバ１０５に導入され得る。図１Ｃに示す更に他の実施形態では、第２のソースガスが第１のソースガスと単一のガスコンテナ１７８内で混合され得る。この混合ガスはガス注入口１１０を経てチャンバ１０５内に導入され得る。
【００１５】
これらの実施形態のいずれにおいても、第１のソースガス及び第２のソースガスはチャンバ１０５に同時に導入しても、順次に導入してもよい。
【００１６】
第１のソースガスはフィードガスとも称され、ホウ素等のドーパントをフッ素と組み合わせて含むことができる。従って、フィードガスはＤＦｎ又はＤｍＦｎの形態のものとすることができ、ここでＤはドーパント原子を表し、ホウ素、ガリウム、燐又は砒素、又は３族元素又は５族元素とし得る。第２のソースガスは希釈ガスとも称され、ＸＨｎ又はＸｍＨｎの化学式を有する分子とすることができ、ここでＨは水素である。Ｘはドーパント種、例えば上述した元素のいずれかとし得る。代わりに、Ｘはワークピース１６０の導電性に影響を与えない原子としてもよい。例えば、ワークピース１６０がシリコンよりなる場合には、Ｘは４族の元素、例えばケイ素及びガリウムとしてもよい。
【００１７】
言い換えれば、フィードガスはＢＦ３又はＢ２Ｆ４とし得るが、希釈ガスは、例えばＰＨ３，ＳｉＨ４，ＮＨ３，ＧｅＨ４，Ｂ２Ｈ６、又はＡｓＨ３とし得る。このリストは使用し得るいくつかの可能な種を示す。他のフィードガス種及び希釈ガス種も可能であることは当然である。
【００１８】
フィードガスを希釈ガスと混合することによって、フッ素イオンの悪影響が低減され得る。例えば、如何なる特定の理論にも限定されずに、水素の導入は誘電体窓１２５の上に被膜又は被覆を生成し得る。これは誘電体窓１２５の保護に役立ち、抽出されたイオンビーム１８０に混入される、誘電体窓１２５から発生する汚染物質の量を低減する。加えて、希釈ガスは別の汚染源になり得るプラズマチャンバ壁１０７の内面を被覆し得る。この被覆はフッ素イオンとプラズマチャンバ壁１０７の内面との相互作用を低減し、生成される汚染物質量を低減し得る。
【００１９】
希釈ガスの導入は汚染物質の生成及びこれらの汚染物質のイオンビーム内への混入を低減し得る。逆に、多量の希釈ガスの導入はイオンビームに使用されるドーパントイオンの生成に悪影響を与え得る。例えば、過剰量の希釈ガスの導入はイオン源で生成されるドーパントビーム電流を低減し得る。加えて、水素を含有する過剰量の希釈ガスはエッチングを生起し、追加の汚染を生じ得る。水素はいくつかの材料をエッチングすることが知られている。例えば、水素はグラファイト壁と反応し、ＣＨｘガスを生成し得る。
【００２０】
意外なことに、汚染の低減は希釈ガス濃度の増加と比例して減少しないことが確かめられた。言い換えれば、希釈ガス量が所定の閾値以上に増加すると、汚染電流対ドーパント電流の比が実際に増加する。これは、所定の閾値以上では、プラズマチャンバ壁１０７の内面上の追加の被膜がフッ素に対する追加の保護を殆ど又は全くもたらさないという事実に起因し得る。加えて、プラズマパラメータ、例えば高いプラズマ電圧が高い希釈ガス割合とともに変化し、希釈ガスイオンによるチャンバ壁の追加のスパッタリングを引き起こし得る。加えて、高い希釈ガス割合は壁材料のエッチングを引き起こし、汚染を追加し得る。チャンバ壁の追加のスパッタリングは汚染レベルの増加をもたらし得る。従って、ドーパント電流が希釈ガス濃度の関数として減少するとともに、汚染濃度が所定の閾値後に一定のままであるか増加する場合、イオンビーム内の汚染物質の割合は必然的に増加する。
【００２１】
図２は、希釈ガス濃度がドーパントビーム電流とイオンビーム内の汚染物質対ドーパントの比率の両方に及ぼす影響を示す代表的なグラフを示す。上述したように、汚染物質は、ケイ素、窒素、酸素、水素、アルミニウム、炭素、炭素化合物、フッ素、フッ素化合物、又は他の非ドーパント種などのイオン種とし得る。
【００２２】
図２に示すように、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最大である。ドーパント電流は、本例ではＧｅＨ４である希釈ガスの濃度が増加するにつれてほぼ直線的に減少する。このグラフはドーパント電流と希釈ガス濃度との間の特定の関係を示すが、この関係は使用する試験条件に特有であり得る。例えば、異なる希釈ガス、異なるＲＦ電力レベル、又はプラズマチャンバ内の異なる圧力（又は流量）は異なる結果を生じ得る。従って、こ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傾向を表すことを意図している。
【００２３】
曲線３００は、イオンビーム内の特定の汚染物質対ドーパントの比率として定義されるビーム不純度の測定値を示し、汚染物質は上で特定したもののうちの一つであり得る。予想どおり、ビーム不純度は希釈ガス濃度が０％から１０％に増加するにつれて減少する。上述したように、これは希釈ガス内の水素の被覆作用に起因し得る。希釈ガス内の他の種が被覆作用を成すようにしてもよい。例えば、ＧｅＨ４の場合には、水素分子は軽いため、急速に非出される。しかしながら、ＧｅＨ４は水素が付着した重い分子であるため、輸送に長い時間がかかり、チャンバ表面と反応しそれらの表面を被覆する確率が高くなる。例えば、ＧｅＨ４のような組成を有する化合物は壁を被覆し、壁材料をフッ素エッチングから保護し得る。しかしながら、意外なことに、ビーム不純度は、希釈ガス濃度が約３０％に達するまで比較的平坦のままである。言い換えれば、より多量の希釈ガスの導入にもかかわらず、ドーパントの量に対する汚染物質の量は比較的一定のままである。約５％から３０％までの範囲を通して、ビーム不純度は約１％以下である。驚いたことに、希釈ガス濃度が３０％を超えて増加すると、ビーム不純度はかなり劇的に増加し、ガス混合物が６０％希釈ガスである場合に５％を超えるレベルに達する。ビーム不純度は希釈ガスの濃度が５％から３０％の間のとき最小にすることができる。
【００２４】
図１Ａ〜１Ｃは必要なイオンを生成するためにＲＦアンテナ１２０及びＲＦ電源を有するイオン源を使用する。しかしながら、ＩＨＣ、中空陰極、ヘリコン、及びマイクロ波イオン源などの他のタイプのイオン源を使用してもよいこと当然である。例えば、いくつかの実施形態では電子の熱イオン放射を生じさせるために熱を使用する間接加熱陰極（ＩＨＣ）を使用してもよい。
【００２５】
上に述べたように、２つのソースガスを用いてビーム不純度を低減した抽出イオンビーム１８０を生成することができる。第１のソースガス、即ちフィードガス、はホウ素とフッ素の両方を含む種、例えばＢＦ３又はＢ２Ｆ４とすることができる。第２のソースガス、即ち希釈ガス、は水素とケイ素又はゲルマニウムの何れかを含む種、例えばシラン（ＳｉＨ４）又はゲルマン（ＧｅＨ４）とすることができる。これらの２つのソースガスはイオン源１００のチャンバ１０５内に同時に又は順次に導入され、そこでイオン化される。イオン源はＲＦアンテナ１２０により発生されるＲＦエネルギーを利用することができる。別の実施形態では、イオン源はＩＨＣを用いた電子の熱イオン放射を利用してもよい。ガスをイオン化する他の方法をイオン源で使用してもよい。これらの２つのソースガスは、全ガス量の５％〜３０％（容量％）が希釈ガスで、残りがフィードガスとなるように導入することができる。両ソースガスからのイオンが開口１４０から電極１３０，１５０によって抽出され、ワークピース１６０へ向け加速され、ワークピース１６０に注入される。先に記載したように、これらのイオンは質量分析されない。つまり、抽出されたイオンはすべてワークピース１６０内に注入される。
【００２６】
別の例では、希釈ガスは反対導電性のドーパントを含むことができる。例えば、第１のソースガス、即ちフィードガス、はホウ素とフッ素の両方を含む種、例えばＢＦ３又はＢ２Ｆ４とすることができる。第２のソースガス、即ち希釈ガス、は水素と燐、窒素又は砒素等の５族元素とを含む種とすることができる。
【００２７】
上記の開示は、希釈ガスは全ガス量の約５％〜３０％の範囲とする旨記載している。しかし、いくつかの実施形態では、この範囲は相違する。例えば、いくつかの実施形態では、希釈ガス濃度は１０％に至るまで、例えば１−１０％、２−１０％、３−１０％又は５−１０％とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は１５％に至るまで、例えば１−１５％、２−１５％、３−１５％、５-１５％又は７−１５％とすることができる。別の実施形態では、希釈濃度は２０％に至るまで、例えば２−２０％、３−２０％、５−２０％、７−２０％又は１０−２０％とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は３０％に至るまで、例えば３−３０％、５−３０％、７−３０％、１０−３０％又は１５−３０％とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は４０％に至るまで、例えば３−４０％、５−４０％、７−４０％、１０−４０％、１５−４０％又は２０−４０％とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は５０％に至るまで、例えば５−５０％、７−５０％、１０−５０％、１５−５０％、２０−５０％又は２５−５０％とすることができる。最後に、別の実施形態では、希釈ガス濃度は６０％に至るまで、例えば５−６０％、７−６０％、１０−６０％、１５−６０％、２０−６０％、２５−６０％又は３０−６０％とすることができる。
【００２８】
以上の説明は、ワークピースに注入するイオンを生成するために使用されるプラズマを生成するためにフィードガスとともに希釈ガスを使用する方法について詳述している。しかしながら、この方法に加えて又は代わりに、他の技術を使用することもできる。
【００２９】
例えば、一実施形態では、イオン源１００のチャンバ壁１０７の内面を注入プロセス前にコンディショニングすることができる。コンディショニングは、これらのプラズマチャンバ壁１０７の内面に材料を被覆するプロセスである。この材料はプラズマチャンバ壁１０７をハロゲンの悪影響から保護するように作用し、プラズマチャンバ壁１０７からエッチングされ、抽出イオンビームに導入される汚染物質の量を減少させる。
【００３０】
コンディショニングはいくつかの方法で実行し得る。第１の実施形態では、コンディショニングはイオン注入と同様に実行される。言い換えれば、ＲＦアンテナ１２０又は他のプラズマ発生器からのエネルギーを用いてチャンバ１０５内でプラズマが発生される。そのプラズマからのイオンはその後電極１３０，１５０へのバイアス電圧の印加によってチャンバ１０５から抽出される。この時間中に、抽出されないプラズマからのイオンがチャンバ１０５のプラズマチャンバ壁１０７及び誘電体窓１２５の上に堆積され得る。
【００３１】
第２の実施形態では、バイアス電圧が電極１３０，１５０に印加されない。このようにすると、プラズマ及びイオンはチャンバ１０５内に留まる。この場合も、プラズマからのイオンがチャンバ１０５のプラズマチャンバ壁１０７上に堆積され得る。
【００３２】
いずれの実施形態でも、このプラズマの発生はイオンを生成し、その一部分がプラズマチャンバ壁１０７の内面に付着し、それらの表面上に被膜を生成する。このコンディショニングプロセスは約６０分間実行し得るが、この時間量はこの開示内容で限定されない。他の実施形態では、このコンディショニングプラズマは所定の厚さの被膜が生成されるまで実行することができる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、所望のドーパント種を含む水素化物がプラズマチャンバ壁１０７をコンディショニングするために使用される。所望のドーパント種は次の注入プロセス中に使用されるドーパントとすることができる。言い換えれば、フィードガスが注入プロセス中にワークピースに注入すべくホウ素を含むシナリオでは、コンディショニングプロセス中にボランをコンディショニングガスとして使用することができる。このボランは、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、ペンタボラン（Ｂ５Ｈ９）、デカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）又は任意の他のボランとすることができる。異なるドーパントを注入する場合には、異なる水素化物をコンディショニングガスとして使用することができる。
【００３４】
更に、コンディショニング共ガス（ｃｏ−ｇａｓ）をこの水素化物とともに使用することができる。いくつかの実施形態では、コンディショニング共ガスは希ガス、例えばヘリウム、アルゴン、クリプトン又はキセノンとすることができる。他の実施形態では、コンディショニング共ガスは、４族元素を含む水素化物、例えば水素化ケイ素（シランＳｉＨ４）又は水素化ゲルマニウム（即ちゲルマンＧｅＨ４）とし得るが、これらに限定されない。更に他の実施形態では、コンディショニング共ガスは所望のドーパントと反対導電性の種を含む水素化物とすることができる。言い換えれば、フィードガスがホウ素を含む場合には、５族元素を含む水素化物をコンディショニング共ガスとして使用することができる。コンディショニング共ガスは、このシナリオでは、ホスフィン（ＰＨ３）又はアルシン（ＡｓＨ３）とすることができる。
【００３５】
共ガスの含有量は変化させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、コンディショニング共ガスはチャンバ１０５内に導入される全ガスの１０−４０％とすることができる。他の実施形態では、コンディショニング共ガスは全ガスの２０−４０％とすることができる。更に他の実施形態では、コンディショニング共ガスはコンディショニングプロセス中に導入される全ガスの約３０％とすることができる。
【００３６】
一つの特定の例では、ワークピースの注入のためにＢＦ３又はＢ２Ｆ４がフィードガスとして使用される。イオン源１００のプラズマチャンバ壁１０７をコンディショニングするために、ジボランをコンディショニング共ガスとともに使用することができる。このコンディショニング共ガスは、例えばヘリウム、アルゴン、クリプトン又はキセノン等の希ガス、ＳＨ４又はＧｅＨ４等の４族水素化物、ＰＨ３又はＡｓＨ３等の５族水素化物とすることができる。このリストは網羅的でなく、コンディショニングプロセス中にコンディショニング共ガスとして他の分子を使用してもよいことは勿論である。
【００３７】
驚いたことに、コンディショニング中におけるコンディショニング共ガスの付加はその後の注入の品質に大きな影響を及ぼす。例えば、一つの試験において、コンディショニングプロセスをコンディショニングガスとしてジボランのみを使用してイオン源に実行した。このコンディショニングは１時間実行した。コンディショニング後に、例えばＢ２Ｆ４のフィードガスを用いて約３ｋＷのＲＦ電力でチャンバ１０５内にプラズマを生成し、ホウ素ベースのイオンビームでワークピースを注入処理した。更に、注入プロセス中に導入される全ガスの１０％はＧｅＨ４を含む希釈ガスとした。この試験において、１０ｅｋＶの抽出エネルギーを使用した。ワークピースを注入処理している間、イオンビームの分析を行った。希釈ガスとして１０％のＧｅＨ４を用いたＢ２Ｆ４の注入は２時間に満たない間に汚染物質（全ビーム電流に対する比率）が１％より大きくなることが確かめられた。これは図３の（Ａ）にグラフで示すことができ、曲線４００はイオンビーム中の汚染物質の比率を表している。汚染物質は、炭素、窒素、酸素、フッ素、アルミニウム及びこれらの元素の何れかを含む化合物を含むが、これらに限定されない。
【００３８】
第２の試験において、コンディショニングは、コンディショニングガス（ジボラン）とコンディショニング共ガス（ゲルマン）の組み合わせを用いて実行した。このコンディショニングも１時間実行した。同様に、コンディショニング後に、例えばＢ２Ｆ４のフィードガスを１０％のＧｅＨ４希釈ガスとともに用いてチャンバ１０５内にプラズマを生成し、ワークピースをホウ素ベースのイオンビームで注入処理した。ワークピースが注入処理されている間に、イオンビームの分析を実行した。第１の試験結果と異なり、この場合には、９時間の連続処理後も汚染物質のレベルは全ビーム電流の１％未満であった。これは図３の（Ｂ）にグラフで示すことができ、曲線４１０はイオンビーム中の汚染物質の比率を表している。
【００３９】
動作中、イオン源１００のプラズマチャンバ壁１０７をある材料で被覆するためにコンディショニングサイクルが最初に実行される。上述したように、いくつかの実施形態では、この被覆はチャンバ１０５内へのボラン、例えばジボラン、を導入することによって生成されるホウ素ベースの材料である。このコンディショニングガスはその後プラズマに励起され、そのプラズマからのイオンがプラズマチャンバ壁１０７に付着しその壁を被覆する。上述したように、コンディショニングプロセスの厚さ及び品質を向上させるために、ボランとともにコンディショニング共ガスを使用することができる。このコンディショニング共ガスは希ガス、例えばヘリウム、アルゴン、クリプトン又はキセノンとすることができる。他の実施形態では、このコンディショニング共ガスは５族元素を含む水素化物、例えばＰＨ３又はＡｓＨ３とすることができる。他の実施形態では、このコンディショニング共ガスは４族元素を含む水素化物とすることができる。このコンディショニング共ガスはボランと少なくとも部分的に同時に導入することができる。
【００４０】
このコンディショニングプロセスはプラズマチャンバ壁１０７を被覆する働きをするため、プラズマチャンバ壁１０７内に含まれている不純物及び他の汚染物質はプラズマから分離される。この被覆はコンディショニングガスに含まれているドーパント、例えばホウ素などの３族元素を含む。この被覆はコンディショニング共ガスに存在する分子、例えばゲルマニウム又はケイ素などの４族元素又は燐又は砒素などの５族元素を含むこともできる。十分な厚さの被覆を塗布することができる。コンディショニング処理の持続時間は経過時間に基づくものとし、例えば１時間のコンディショニングサイクルとすることができ、またプラズマチャンバ壁１０７上に蓄積するにつれて測定される被覆の厚さに基づくものとすることができる。
【００４１】
チャンバ１０５に供給されるガスはその後注入プロセス中に使用されるガスに変更される。具体的には、フィードガスが導入される。コンディショニングガスとコンディショニング共ガスはチャンバ１０５内に導入し続けても、し続けなくてもよい。上述したように、このフィードガスはドーパントとフッ素を含む分子、例えばＢ２Ｆ３又はＢ２Ｆ４とすることができるが、他のガスを用いてもよい。注入プロセスに使用するドーパントはコンディショニングプロセスに関して上述したものと同じにすることができる。更に、希釈ガスも注入プロセス中にチャンバ１０５に供給することができる。この希釈ガスは３族、４族又は５族元素を含む水素化物、例えばＢ２Ｈ６、ＧｅＨ４、ＳＨ４、ＰＨ３、ＡｓＨ３とし得るが、これらに限定されない。上述したように、所望のドーパント種が３族元素であるシナリオでは、希釈ガスは４族又は５族元素を含むものとし得る。いくつかの実施形態では、希釈ガスとコンディショニング共ガスは同じガスとし得る。他の実施形態では、希釈ガスとコンディショニングは同じガスとし得る。更に他の実施形態では、希釈ガスはコンディショニングガスとコンディショニング共ガスの両方をものと含むとし得る。注入ガスはその後プラズマに励起され、電極１３０にバイアス電圧を印加することによってそのプラズマからイオンが抽出される。抽出されたイオンはその後ワークピースに向けられ、最初に質量分析されずにワークピースに注入される。
【００４２】
この注入プロセスは複数のワークピース１６０に対して使用し、特定の期間に亘って続けてもよく、また抽出されるイオンビーム中の汚染物質のレベルが所定のレベルに達するときに停止してもよい。例えば、この注入プロセスは、汚染物質のレベルが全ビーム電流の約１％に達するまで続けることができるが、他の汚染レベルを選択してもよい。図４の（Ａ）、（Ｂ）は２つの異なるコンディショニングプロセスの比較を示す。図４の（Ａ）に示す第１の実施形態では、コンディショニングはコンディショニングガスとしてジボランのみを用いて実行される。コンディショニングは１時間に亘って実行され、その後注入プロセスが開始される。注入プロセスは汚染物質のレベルが所定のレベル、例えば１％に達するときに終了する。図から明らかなように、これは約５０％のデューティサイクルをもたらし、チャンバ１０５のコンディショニングにはワークピースの注入と同量の時間が費やされる。図４の（Ｂ）に示す第２の実施形態では、コンディショニングはジボランをコンディショニング共ガス（本例ではゲルマンとすることができる）と一緒に用いて実行される。図３の（Ｂ）に示すように、この組み合わせはハロゲンの悪影響に耐え、注入時間を長くすることができる。この特定の例では、コンディショニングプロセスが１時間に亘って実行され、その後注入プロセスが約９時間に亘って実行された。９時間後に、汚染物質のレベルは所定のレベルに等しいかそれより低かった。言い換えれば、この特定の実施形態におけるデューティサイクル（注入実行時間／総使用時間）は約９０％である。デューティサイクルのこの差は極めて重要である。別の言い方をすれば、１０日の期間において、９０％のデューティサイクルでは、注入は２１６時間に亘って実行される。これに対して、５０％のデューティサイクルでは、同じ注入時間を達成するためには１８日の期間を必要とする。これは作業効率及び各ワークピースのコストに直接跳ね返る。この例は例示であって、結果は異なるガス及び／又は注入エネルギーの選択によって異なり得る。
【００４３】
質量分析を使用しないイオン注入システムにおいてこれらの様々なガス及び共ガスを使用できることは驚くべきことであり、チャンバ内で生成されるイオンのすべてが最終的にワークピースに注入される。コンディショニングプロセスと注入プロセスの両プロセス中にドーパント種以外の種をワークピースへ悪影響を与えることなく使用できることは予測不能である。
【００４４】
本開示は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本開示の他の様々な実施形態および変更は、前述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態および変更は、本開示の範囲内に含まれるものと意図している。さらに、本開示は、特定の環境における特定の目的のための特定実装の文脈にて本明細書中で説明したが、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものでなく、本開示はいくつかの環境におけるいくつかの目的のために有益に実装し得ることを認識するであろう。従って、以下に記載する請求項は本明細書に記載された本開示の全範囲及び精神に鑑みて解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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