(57)【要約】ガス希釈によりイオン源の性能を向上さえ寿命を延長する技術を開示する。１つの特定好適例では、この技術を、ガス希釈によるイオン注入装置内のイオン源の性能を向上させ寿命を延長する方法として実現することができる。この方法は、所定量のドーパントガスをイオン源チャンバ内に放出するステップと、所定量の希釈ガスをこのイオン源チャンバ内に放出するステップとを具えることができる。この希釈ガスは、ドーパントガスを希釈するためのキセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物で構成されて、イオン源の性能を向上させ寿命を延長することができる。
2010517304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入装置内のイオン源の性能を向上させ寿命を延長する方法において、
所定量のドーパントガスをイオン源チャンバ内に放出するステップと；
所定量の希釈ガスを前記イオン源チャンバ内に放出するステップとを具え、
前記希釈ガスが前記ドーパントガスを希釈して、前記イオン源の性能を向上させ前記イオン源の寿命を延長し、前記希釈ガスが、キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物で構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ドーパントガスがフッ素含有ガスであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ドーパントガスがハロゲン含有ガスであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物が、前記イオン源チャンバ内に入る前に導管内で事前混合された混合物であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物が、前記イオン源チャンバ内に入る前に希釈ガス源内で事前混合された混合物であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物が、前記イオン源チャンバ内で混合された混合物であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物が、約７０％のキセノン及び約３０％の水素で構成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記希釈ガスが、前記イオン源チャンバ内の総ガス量の約１０％〜約４０％を構成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記希釈ガスが、前記イオン源チャンバ内の総ガス量の約２０％を構成し、前記ドーパントガスが、前記イオン源チャンバ内の総ガス量の約８０％を構成することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
イオン注入装置内のイオン源の性能を向上させ寿命を延長する装置において、
所定量のドーパントガスをドーパントガス源からイオン源チャンバ内に放出するドーパントガスコントローラと；
所定量の第１希釈ガスを第１希釈ガス源から前記イオン源チャンバ内に放出する第１希釈ガスコントローラとを具え、
前記第１希釈ガスが、前記ドーパントガスを希釈して、前記イオン源の性能を向上させ前記イオン源の寿命を延長し、前記第１希釈ガスが、キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物で構成されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記ドーパントガスがフッ素含有ガスであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ドーパントガスがハロゲン含有ガスであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物が、前記イオン源チャンバ内に入る前に前記第１希釈ガス源内で事前混合された混合物であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物が、約７０％のキセノン及び約３０％の水素で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１希釈ガスが、前記イオン源チャンバ内の総ガス量の約１０％〜約４０％を構成することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１希釈ガスが、前記イオン源チャンバ内の総ガス量の約２０％を構成し、前記ドーパントガスが、前記イオン源チャンバ内の総ガス量の約８０％を構成することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
イオン注入装置内のイオン源の性能を向上させ寿命を延長する装置において、
所定量のドーパントガスをドーパントガス源からイオン源チャンバ内に放出するドーパントガスコントローラと；
所定量の第１希釈ガスを第１希釈ガス源から前記イオン源チャンバ内に放出する第１希釈ガスコントローラと
所定量の第２希釈ガスを第２希釈ガス源から前記イオン源チャンバ内に放出する第２希釈ガスコントローラとを具え、
前記第１希釈ガスが、前記ドーパントガスを希釈して、前記イオン源の性能を向上させ前記イオン源の寿命を延長し、前記第１希釈ガスがキセノン含有ガスで構成され、
前記第２希釈ガスが、前記ドーパントガスを希釈して、前記イオン源の性能を向上させ前記イオン源の寿命を延長し、前記第２希釈ガスが水素含有ガスで構成されることを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記第１希釈ガス及び前記第２希釈ガスが、前記イオン源チャンバ内に入る前に導管内で事前混合された混合物であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１希釈ガス及び前記第２希釈ガスが、前記イオン源チャンバ内で混合された混合物であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１希釈ガス及び前記第２希釈ガスが、約７０％のキセノン及び約３０％の水素で構成される希釈ガスの組合せを形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記希釈ガスの組合せが、前記イオン源チャンバ内の総ガス量の約１０％〜約４０％を構成することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記希釈ガスの組合せが、前記イオン源チャンバ内の総ガス量の約２０％を構成し、前記ドーパントガスが、前記イオン源チャンバ内の総ガス量の約８０％を構成することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
イオン注入装置内のイオン源の性能を向上させ寿命を延長するシステムにおいて、このシステムが、
ドーパントガスコントローラと、１つ以上の希釈ガスコントローラと、イオン源チャンバとを有するイオン源を具え、
前記ドーパントガスコントローラが、所定量のドーパントガスをドーパントガス源から前記イオン源チャンバ内に放出し；、
前記１つ以上の希釈ガスコントローラが、所定量の希釈ガスを１つ以上の希釈ガス源から前記イオン源チャンバ内に放出し；
前記希釈ガスが、少なくともキセノン含有ガス及び水素含有ガスで構成され、前記ドーパントガスを希釈して、前記イオン源の性能を向上させ寿命を延長することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、半導体製造装置に関するものであり、特に、ガス希釈によりイオン源の性能を向上させ寿命を延長する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入（打ち込み）は、高エネルギーイオンを基板に直接衝突させることによって基板内に化学種を堆積させる処理である。半導体製造では、イオン注入装置は主に、ターゲット材料の導電性の種類及びレベルを変化させるドーピング処理に使用される。集積回路（IC）基板及びその薄膜構造における精密なドーピングプロファイルが、適切なＩＣの性能にとって決定的であることが多い。所望のドーピングプロフィールを達成するために、１つ以上のイオン種を異なるドーズ量及び異なるエネルギーレベルで注入することができる。
【０００３】
図１に、従来技術のイオン注入システム１００を示す。大部分のイオン注入システムにとって一般的であるように、システム１００は高真空環境内に収容されている。イオン注入システム１００は、イオン源１０２、及びイオンビーム１０が通過する複合的な一連の構成要素を具えることができる。これら一連の構成要素は、例えば、抽出マニピュレータ１０４、フィルタ磁石１０６、加減速カラム（列）１０８、分析磁石１１０、回転質量スリット１１２、スキャナ１１４、及び修正磁石１１６を含むことができる。光ビームを操作する一連の光学レンズと全く同様に、イオン注入装置の構成要素は、イオンビーム１０を目標ステーション１２０に向ける前にフィルタ処理して集束させることができる。
【０００４】
目標ステーション１２０は、ワークピース（加工片）１２２のような１つ以上のワークピースをイオンビーム１０の経路中に支持し、これにより所望種のイオンがワークピース１２２内に注入される。ワークピース１２２は例えば、イオン注入を必要とする半導体ウエハまたは他の同様の目標物体とすることができる。目標ステーション１２０は、ワークピース１２２を支持するプラテン１２４も含むことができる。プラテン１２４は、静電力または他の同様の力を用いてワークピース１２２を固定することができる。目標ステーション１２０は、ワークピース１２２を所望方向に移動させるためのスキャナ（走査装置）（図示せず）を含むこともできる。目標ステーション１２０は、ワークピース１２２をイオン注入システム１００内に導入し、イオン注入後にワークピース１２２を取り出す自動ワークピース処理要素のような追加的構成要素を含むこともできる。イオン注入システム１００は、種々のサブシステムを制御するコントローラ（図示せず）、及びイオン注入システム１００の構成要素を含むこともできる。イオン注入システム１００は、ドーズ量制御ファラデーカップ１１８、移動ファラデーカップ１２８、設定ファラデーカップ１２６のような複数の測定装置を含むこともできる。これらの装置は、イオンビームの状態を監視して制御するために使用することができる。イオン注入中には、イオンビーム１０が通過する経路全体を真空排気することは、当業者にとって明らかである。
【０００５】
イオン源１０２は、イオン注入システム１００の重要な構成要素である。イオン源１０２は、種々の異なるイオン種及び抽出電圧に対して、安定かつ明確なイオンビーム１０を発生させることを要求される。従って、保守または修理を必要とせずに期間を延長してイオン源１０２を動作させることが望まれる。従って、イオン源１０２の寿命または平均故障間隔（ＭＴＢＦ）が、イオン源１０２の１つの性能基準である。
【０００６】
図２に、イオン注入システム１００内のイオン源１０２の代表的具体例を示す。イオン源１０２は、一般的に高電圧イオン注入装置に使用される、誘導加熱陰極（IHC：Inductively Heated Cathode）イオン源とすることができる。他の種々のイオン源も利用することができる。イオン源１０２は、アークチャンバ２０６を規定するアークチャンバンバ筺体を含む。アークチャンバ筺体２０２も、イオンビーム１０用の抽出開口２０４を含む。陰極（カソード）２０８及び反射（リペラー）電極２１０（または対陰極）をアークチャンバ２０６内に配置することができる。反射電極２１０は電気絶縁することができる。陰極絶縁体２１２は、陰極２０８に対して、陰極２０８をアークチャンバ筺体２０２から電気的かつ熱的に絶縁するように配置することができる。陰極２０８を真空ギャップによって絶縁体２１２から分離して、熱伝導を制御することもできる。フィラメント２１４を、アークチャンバ２０６外の陰極２０８に近接した所に配置して、陰極２０８を加熱することができる。支持ロッド２１６は、陰極２０８及びフィラメント２１４を支持することができる。１つ以上のソース磁石２２０を設けて、アークチャンバ２０６内に、陰極２０８に向かう方向（図２の矢印２２２を参照）に磁界Ｂを発生させることもできる。
【０００７】
接地電極２４０及び抑制電極２４２のような抽出電極構成を、抽出開口２０４の前に配置することができる。接地電極２４０及び抑制電極２４２の各々が、抽出開口２０４と位置合わせした開口を有して、イオン注入システム１００内で用いる明確なイオンビーム１０をアークチャンバ２０６から抽出する。
【０００８】
抽出電源２４８は、接地電極２４０に抽出電圧を供給して、イオンビーム１０をアークチャンバ２０６から抽出することができる。この抽出電圧は、イオンビーム１０の所望エネルギーに応じて調整することができる。抑制電源２４６は、抑制電極２４２にバイアス電圧をかけて、イオンビーム１０中の電子の移動を阻止する。フィラメント電源またはアーク電源のような１つ以上の追加的電源を、イオン注入システム１００に設けることもできる。フィラメント電源（図示せず）は、フィラメント２１４に電流を供給してこれを加熱することができ、これにより電子が発生し、これらの電子は陰極２０８に向けて加速されて陰極２０８を加熱する。アーク電源（図示せず）をアークチャンバ筺体２０２に結合して、陰極２０８が放出する電子を加速して、アークチャンバ２０６内に形成されるプラズマ２０にすることができる。
【０００９】
イオン源コントローラ２５０は、イオン源１０２の制御を与える。例えば、イオン源コントローラ２５０は、イオン源の種々の電源を制御することができ、及び／または、ドーパントガス源２６０からアークチャンバ２０６内へのドーパントガスの流量も制御することができる。イオン源コントローラ２５０は、プログラムされたコントローラまたは特殊目的の専用コントローラとすることができる。一具体例では、イオン源コントローラ２５０をイオン注入システム１００の主制御コンピューターに含める。
【００１０】
ドーパントガス源２６０は、ガス流量制御装置２６６を介して所定量のドーパントガスをアークチャンバ２０６内に注入することができる。ドーパントガス供給源２６０は、所望のドーパント元素を含む特定のドーパントガスを提供することができる。例えば、これらのドーパント要素は、ホウ素（Ｂ）、ゲルマニウム（Ｇe）、リン（Ｐ）、またはシリコン（Ｓi）を含むことができ、そして、三フッ化ホウ素（ＢＦ3）、四フッ化ゲルマニウム（ＧeＦ4）、三フッ化リン（ＰＦ3）、または四フッ化ケイ素（ＳiＦ4）のようなフッ素含有ガスとして供給することができる。アルゴン（Ａr）、キセノン（Ｘe）等を含む不活性ガスのような他の種々のドーパントガス及び／またはドーパント元素も利用することができる。
【００１１】
イオン源の故障の一般的原因は、延長したイオン注入処理中に、一部の材料が陰極表面上に堆積することである。これらの堆積した材料は、陰極表面からのソースイオンの熱電子放射率を低下させがちである。その結果、所望のアーク電流を得ることができず、通常のイオン源の動作を維持するためにイオン源１０２を交換しなければならないことがある。その結果、イオン源１０２の性能劣化及び短い寿命が、イオン注入システム１００の生産性を大幅に低減する。
【００１２】
上述した問題は、これに限らないが特にゲルマニウムイオン注入にとって重大である。ゲルマニウムイオン注入は、シリコンウエハをプレアモルファス化してチャネリング効果を防止するために、半導体産業において広く用いられている。プレアモルファス化するためのゲルマニウムイオン注入の需要は、将来の半導体デバイス製造において大幅に増加するものと見込まれている。ゲルマニウムイオンビーム用の最も一般的なソースガスの１つは四フッ化ゲルマニウム（ＧeＦ4）であり、その安定な化学特性及びコストパフォーマンス（費用対効果）による。しかし、ＧeＦ4ドーパントガスで動作させる間に、非常に短いイオン源の寿命が観測された。
【００１３】
ゲルマニウムイオン注入において使用されるイオン源の短い寿命は、ＧeＦ4分子の化学的解離の結果として過剰な自由フッ素原子がアークチャンバ２０６内に存在することに起因し得る。具体的には、アークチャンバ筐体２０２の材料が、これらの自由フッ素原子との化学反応によりエッチング除去され得る。アークチャンバ筺体２０２の材料は最終的に陰極２０８の表面に堆積して、陰極２０８の表面からの電子放射の劣化を生じさせ得る。
【００１４】
なお、ゲルマニウムイオン注入の問題を以上で説明してきたが、三フッ化ホウ素（ＢＦ3）、三フッ化リン（ＰＦ3）、及び四フッ化ケイ素（ＳiＦ4）のような他のフッ素含有ドーパントガスも、こうした材料が陰極２０８上に堆積した結果として、イオン源の性能及び寿命に悪影響する同様の問題を有する。アルゴン、キセノン等のような不活性ガスはドーパントガスとして使用することができるが、不活性ガスを使用することは、たとえそれがフッ素を含まなくても、低減されたビーム電流を不可避的に生じさせる。その結果、イオン源の性能及び寿命はさらに大きく低下する。
【００１５】
イオン源の故障の他の一般的原因は、陰極材の剥離（またはスパッタリング）によって生じる。例えば、陰極２０８からの金属材料（例えばタングステン（Ｗ）、モリブテン（Ｍo）等）は、陰極２０８に向けて加速するアークチャンバ２０６内のプラズマ２０からのイオンと反応する傾向がある。スパッタリングはプラズマ２０内の最も重いイオンに支配されるので、イオン質量が増加すると共にスパッタリング効果が悪化し得る。実際に、材料の連続的なスパッタリングは陰極２０８を「薄く」して、最終的に陰極２０８内に開口または孔を生じさせ得る。従って、イオン源１０２の性能及び寿命は、ゲルマニウム（Ｇe）、ヒ素（Ａs）、キセノン（Ｘe）等のような重元素を含むドーパントガスを利用する際に大幅に低下し、ホウ素（Ｂ）や炭素（Ｃ）のような軽元素とは対照的である。これらの悪影響は、水素化物（例えばＡsＨ3、ＰＨ3、ＣＨ4等）、不活性ガス（Ａr、Ｘe等）、あるいはその混合物を所望の注入種として使用する際に特に顕著である。
【００１６】
以上の観点から、イオン源の性能を向上させイオン源の寿命を延長して上述した欠点及び短所を克服する技術を提供することが望まれる。
【発明の概要】
【００１７】
ガス希釈によりイオン源の性能を向上させ寿命を延長する技術を開示する。１つの特定の好適例では、この技術は、ガス希釈によりイオン注入装置内のイオン源の性能及び寿命を向上させる方法として実現することができる。この方法は、所定量のドーパントガスをイオン源チャンバ内に放出するステップと、所定量の希釈ガスをイオン源チャンバ内に放出するステップとを具えることができる。この希釈ガスは、ドーパントガスを希釈するためのキセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物で構成されて、イオン源の性能を向上させイオン源の寿命を延長することができる。
【００１８】
この特定好適例の他の態様によれば、ドーパントガスはフッ素含有ガスまたはハロゲン含有ガスとすることができる。
【００１９】
この特定好適例の他の態様によれば、キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物は、イオン源チャンバ内に入れる前に導管内で事前混合して生成することができる。
【００２０】
この特定好適例の他の態様によれば、キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物は、イオン源チャンバに入れる前に希釈ガス源内で事前混合して生成することができる。
【００２１】
この特定好適例の他の態様によれば、キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物は、イオン源チャンバ内で混合して生成することができる。
【００２２】
この特定好適例の他の態様によれば、キセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物は、約７０％のキセノン及び約３０％の水素で構成することができる。
【００２３】
この特定好適例の他の態様によれば、上記希釈ガスは、イオン源チャンバ内の総ガス量の約１０％〜約４０％を構成する。
【００２４】
この特定好適例の追加的態様によれば、上記希釈ガスは、イオン源チャンバ内の総ガス量の約２０％を構成し、上記ドーパントガスは、イオン源チャンバ内の総ガス量の約８０％を構成する。
【００２５】
他の好適例によれば、この技術は、ガス希釈剤を有するイオン注入装置内のイオン源の性能を向上させ寿命を延長する装置として実現することができる。この装置は、所定量のドーパントガスをドーパントガス源からイオン源チャンバ内に放出するドーパントガスコントローラと、所定量の第１希釈ガスを第１希釈ガス源からイオン源チャンバ内に放出する第１希釈ガスコントローラとを具えることができる。第１希釈ガスは、ドーパントガスを希釈するためのキセノン含有ガスと水素含有ガスの混合物で構成されて、イオン源の性能を向上させイオン源の寿命を延長することができる。
【００２６】
他の好適例によれば、この技術は、イオン注入装置内のイオン源の性能を向上させ寿命を延長する装置として実現することができる。この装置は、所定量のドーパントガスをドーパントガス源からイオン源チャンバ内に放出するドーパントガスコントローラと、所定量の第１希釈ガスを第１希釈ガス源からイオン源チャンバ内に放出する第１希釈ガスコントローラと、所定量の第２希釈ガスを第２希釈ガス源からイオン源チャンバ内に放出する第２希釈ガスコントローラとを具えることができる。ドーパントガスを希釈するための第１希釈ガスをキセノン含有ガスで構成し、第２希釈ガスを水素含有ガスで構成して、イオン源の性能を向上させ寿命を延長することができる。
【００２７】
他の好適例によれば、この技術は、イオン注入装置内のイオン源の性能を向上させ寿命を延長するシステムとして実現することができる。このシステムは、ドーパントガスコントローラと、１つ以上の希釈ガスコントローラと、イオン源チャンバとを具えたイオン源を具えることができる。ドーパントガスコントローラは、所定量のドーパントガスをドーパントガス源からイオン源チャンバ内に放出することができる。１つ以上のガスコントローラは、所定量の希釈ガスを１つ以上の希釈ガス源からイオン源チャンバ内に放出することができる。この希釈ガスは、少なくとも、ドーパントガスを希釈するためのキセノン含有ガス及び水素含有ガスで構成して、イオン源の性能を向上させ寿命を延長することができる。
【００２８】
以下、本発明を、図面に示す好適な実施例を参照してより詳細に説明する。以下では、好適な実施例を参照して本発明を説明しているが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは明らかである。本明細書の教示を読んだ通常の当業者は、追加的な実現、変更、及び実施例、並びに他の利用分野を認識し、これらは本明細書に記載の本発明の範囲内であり、これらに関して本発明は大きな有用性を有し得る。
【００２９】
本開示のより完全な理解を促進するために、以下では図面を参照し、これらの図面では、同様の要素は同じ参照番号で参照する。これらの図面は、本発明を限定するものとして考えるべきではなく、好適例を意図するに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のイオン注入システムを示す図である。
【図２】従来のイオン注入システム内の従来のイオン源を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施例による好適なイオン源の構成を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例による好適なイオン源の構成を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施例による好適なイオン源の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例による、異なる条件下でのイオン源の構成要素上の堆積物形成を代表的に例示するグラフ表現である。
【図５】本発明の実施例による、異なる希釈条件下でのイオンビームグリッチ数を代表的に例示するグラフ表現である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施例は、ガス希釈によりイオン源の性能を向上させ寿命を延長する。
【００３２】
図３Ａ〜３Ｃに、本発明の実施例による好適なイオン源の構成２０２ａ〜２０２ｃを示す。図２のすべての要素が図３Ａ〜３Ｃに含まれることは当業者にとって明らかである。結果的に、図３Ａ〜３Ｃのすべての要素は図２の要素に関連付けて理解すべきである。
【００３３】
図３Ａを参照すれば、イオン源２０２ａは１つ以上の希釈ガス源を具え、１つ以上の希釈ガスをアークチャンバ２０６内に放出して、ドーパントガス源２６０からのドーパントガスを希釈する。例えば、キセノンガス源２６２及びこれに関連するガス流量コントローラ２６８は、所定量のキセノンを、導管２８０を通してアークチャンバ２０６内に供給して、ドーパントガス源２６０からのドーパントガスを希釈することができるのに対し、水素ガス源２６４及びこれに関連するガス流量コントローラ２７０は、所定量の水素ガスを、キセノンと一緒に同じ導管２８０を通してアークチャンバ２０６内に供給して、ドーパントガス源２６０からのドーパントガスを希釈することができる。このドーパントガスは、三フッ化ホウ素（ＢＦ3）、四フッ化ゲルマニウム（ＧeＦ4）、四フッ化ケイ素（ＳiＦ4）等のようなフッ素含有ガスを含むことができる。このドーパントガスは、アルゴン（Ａr）、キセノン（Ｘe）のようなハロゲン含有ガスを含むこともできる。他の組合せ及び種々ののドーパントガスも考えられる。例えば、希釈ガスは、アルゴン（Ａr）またはアルゴン含有ガス、キセノン（Ｘe）またはキセノン含有ガス、水素（Ｈ2）または水素含有ガス、フッ素（Ｆ）またはフッ素含有ガスの少なくとも１つ、あるいはこれらの組合せで構成することができる。他の組合せ及び種々の希釈ガスを利用することもできる。
【００３４】
一実施例では、図３Ａに示すように、ドーパントガス及び１つ以上の希釈ガスを、同じ導管２８０を通してアークチャンバ２０６内に供給することができる。従って、１つ以上の希釈ガスを、アークチャンバ２０６に入る前に導管２８０内で事前混合することができる。他の実施例では、図３Ｂに示すように、イオン源２０２ｂにおけるドーパントガス及び１つ以上の希釈ガスを、異なる導管２８０ａ、２８０ｂ、２８０ｃを通してアークチャンバ２０６内に供給することができる。こうした場合には、１つ以上の希釈ガスはアークチャンバ内で混合される。
【００３５】
図３Ａを再び参照すれば、フィラメント２１４を関連する電源によって熱電子放射温度に加熱すると、フィラメント２１４からの電子が陰極２０８に衝突し、これにより陰極２０８も熱電子放射温度に加熱される。陰極２０８が放射する電子は加速されて、ドーパントガス源２６０が供給するドーパントガスのガス分子をアークチャンバ２０６内でイオン化してプラズマ２０を生成する。アークチャンバ２０６内の電子は、磁界Ｂ２２２の螺旋軌跡に追従して電離（イオン化）衝突の数を増加させることができる。反射電極２１０は、負電荷を生成して電子を反射させ、これらの電子はアークチャンバ２０６を通って戻り、電離衝突を生成する。イオン源２０２aの寿命は、ＢＦ3、ＧeＦ4、ＰＦ3、及びＳiＦ4のようなフッ素含有ドーパントガスで動作する際は、プラズマ２０に晒されたアークチャンバの構成要素上の金属成長（例えばタングステン（W）の堆積）によって制限され得る。これらの構成要素は、陰極２０８及び反射電極２１０を含み得る。具体的には、例えばスパッタされるか気化したタングステンは、フッ素と結合してＷＦ6を形成し、このＷＦ6は、アークチャンバの筐体壁よりは高い温度で抽出開口２０４、陰極２０８、及び反射電極２１０よりは低い温度に晒されない限り、ガス形態のままである。その結果、最も熱い表面上で分解するＷＦ6分子は、こうした表面上のタングステン形成を生じさせ得る。従って、キセノン及び水素のような１つ以上の希釈ガスの所定量を、所定量のドーパントガスと共にアークチャンバ２０６内に放出することによって、金属成長またはタングステン形成の速度を減少されることができる。
【００３６】
例えば、キセノンガスは、陰極２０８及び反射電極２１０のようなプラズマ２０に晒されたアークチャンバの構成要素上のタングステン形成を剥離（またはスパッタ）することができる。これに加えて、水素ガスは、アークチャンバ２０６内の過剰な自由フッ素分子を排除して、ＷＦ6の形成を低減することができる。その結果、キセノン希釈ガスと水素希釈ガスの組合せは、一緒になって、イオン源の性能及び寿命の向上に寄与することができる。一具体例では、アークチャンバ２０６内に放出される水素に対するキセノンの所定比率は、約７０％〜３０％を含むことができる。他の種々の比率も与えることができる。他の具体例では、上記１つ以上の希釈ガスの比率は、アークチャンバ２０６内の総ガス量の約１０％〜４０％を含むことができる。さらに他の具体例では、上記１つ以上の希釈ガスの比率は総ガス量の約２０％を含むことができ、ドーパントガスは約８０％とすることができる。
【００３７】
上記１つ以上の希釈ガスは、ドーパントガスがフッ素含有ドーパントガスではなくハロゲン含有ドーパントガスである際に、タングステン形成を低減することもできることは、当業者にとって明らかである。従って、上記１つ以上の希釈ガスを加えてハロゲン含有ガスを希釈することは、イオン源の向上した性能及びより長い寿命をもたらす。
【００３８】
上記１つ以上の希釈ガスがアルゴン（Ａr）を含むことができることも、当業者にとって明らかである。キセノンほど効率的ではないが、アルゴンも陰極２０８及び反射電極２１０を効果的に剥離（またはスパッタ）して（アルゴン希釈はキセノン以上の希釈を必要とし得るにしても）、イオン源の性能を向上させ寿命を延長することができる。
【００３９】
図３Ｃに、本発明の実施例による好適なイオン源の構成を示す。１つ以上の希釈ガスを別個の希釈ガス源（例えばキセノンガス源２６２及び水素ガス源２６４）から放出する図３Ａ及び３Ｂとは異なり、図３Ｃは、１つ以上の希釈ガス用の１つのガス源３０２を有するイオン源２０２ｃを示す。例えば、希釈ガス源３０２は既にキセノン及び水素の混合物を含み、図３Ａ及び３Ｂに示す２つ以上の別個のガス源２６２、２６４とは対照的である。関連するガス流量コントローラ３０４は、事前混合されたキセノン及び水素の希釈ガスの流量を制御することができる。一具体例では、希釈ガス源３０２は、約７０％のキセノン及び約３０％の水素という所定比率の事前混合されたキセノン及び水素を含むことができる。他の種々の比率も考えられる。ドーパントガス源２６０及びキセノン／水素源３０２の両方からの総ガス量のうち、キセノン／水素希釈ガスは、アークチャンバ２０６内の総ガス量の約１０％〜４０％を構成することができる。一具体例では、キセノン／水素混合物は、総ガス量の約２０％とすることができ、ドーパントガスは約８０％とすることができる。
【００４０】
なお、図３Ａ〜３Ｃを参照して２つの希釈ガスのみを説明しているが、より多数の希釈ガス、希釈ガス源、及び希釈ガス流量コントローラを実現することができることは、通常の当業者にとって明らかである。
【００４１】
図４に、本発明の実施例による、異なる希釈条件下でのイオン源の構成要素（例えば陰極２０８及び反射電極２１０）上の堆積物形成を代表的に例示するグラフ表現を示す。
【００４２】
陰極２０８及び反射電極２１０の重量増をグラム（ｇ）単位で、３つの異なる条件についてグラフ化する。重量増は、陰極２０８及び反射電極２１０上に形成されるタングステン堆積物のような金属堆積物の指標であり得る。比較的大きい重量増は、イオン源の寿命短縮及びイオン性能の低下に直接関係し得る。
【００４３】
例示する３つの条件の各々については、ＧeＦ4がドーパントガスである。第１状態４０２では、使用した希釈ガスはアルゴンである。所定期間にわたる、アルゴンについての結果的な重量増は、陰極２０８については４５グラム、反射電極２１０についてはほぼ１５グラムに達した。第２条件４０４では、使用した希釈ガスはキセノンである。第１条件４０２と同様の期間にわたる、第２条件４０４における重量増は第１条件４０２に比べてより小さい。キセノンを希釈ガスとして用いた際のイオン源の構成要素の重量増は、陰極２０８については約２２グラム、反射電極２１０については約８グラムに達した。しかし、第３条件４０６に示すように、本発明の実施例に合わせたキセノンガスと水素ガスの組合せを１つ以上の希釈ガスとして用いると、第１及び第２条件４０２、４０４と同様の期間にわたる陰極２０８の重量増は約８グラムであり、反射電極２１０の重量増は約２グラムである。従って、図４に例示する３つの条件以外では、最低重量増はキセノン−水素混合希釈ガスから成る１つ以上の希釈ガスで測定された。
【００４４】
図５に、本発明の実施例による、異なる希釈条件下でのイオンビームのグリッチ数を代表的に例示するグラフ表現を示す。イオンビーム１０のビーム電流の中断を「グリッチ」と称することができる。結果として、イオン源の性能及び寿命を増加させるためには、グリッチ率を最小化することが望まれる。プロット５０２は、上記１つ以上の希釈ガスがキセノンのみである際の、約３０分間のグリッチ数の増加を示す。プロット５０４は、本発明の実施例に合わせて、上記１つ以上の希釈ガスがキセノン−水素混合希釈ガスを含む際のグリッチ数を図示する。このグラフ表現では、キセノン−水素混合希釈ガスを有するプロット５０４におけるグリッチ数は、キセノンのみの希釈ガスを有する５０２よりずっと少ない。
【００４５】
なお、本発明の実施例は、従来のイオン注入システム内のイオン源の性能及び寿命を向上させるために１つ以上の希釈ガスを導入することに指向しているが、他の実現も同様に提供することができる。例えば、１つ以上の希釈ガスを導入する技術は、グロー放電プラズマドーピング（ＧＤ−ＰＬＡＤ：Glow Discharge Plasma Doping）または無線周波数プラズマドーピング（ＲＦ−ＰＬＡＤ）システムのようなプラズマベースのイオン注入システムに適用することができる。他の種々の実現も提供することができる。
【００４６】
イオン注入システム内のイオン源の性能及び寿命を向上させることに加えて、イオン注入中に１つ以上の希釈ガスを使用する本発明の技術は、さらなる利点を有し得る。例えば、イオン源の使用におけるより高い効率を達成することができる、というのは、本発明の改善された希釈ガス技術を用いて、従来のイオン注入技術に関連する無効、非効率、及び冗長なステップによる過剰な時間及びコストを低減及び／または解消することができるからである。
【００４７】
従って、本発明の実施例は、ガス希釈を用いて、イオン注入システム内のイオン源の性能向上及び寿命延長を提供して、従来のイオン注入方法及びシステムの用途を拡大することができる。
【００４８】
本発明は、本明細書で説明した特定実施例によってその範囲を限定されない。実際に、本明細書で説明した実施例に加えて、本発明の他の種々の実施例及び変形は、以上の説明及び図面より通常の当業者にとって明らかである。従って、こうした他の実施例及び変形は、本発明の範囲に入るものと意図する。さらに、本発明は、本明細書では特定目的の特定環境における特定実施例との関連で説明してきたが、本発明の有用性はこれらの実施例に限定されず、本発明は、任意数の目的で任意数の環境において有益に実現することができることは、当業者の認める所である。従って、請求項は、本明細書で説明した本発明の範囲全体を考慮して解釈すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月25日(2009.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図３Ａを参照すれば、イオン源２０２ａは１つ以上の希釈ガス源を具え、１つ以上の希釈ガスをアークチャンバ２０６内に放出して、ドーパントガス源２６０からのドーパントガスを希釈する。例えば、キセノンガス源２６２及びこれに関連するガス流量コントローラ２６８は、所定量のキセノンを、導管２８０を通してアークチャンバ２０６内に供給して、ドーパントガス源２６０からのドーパントガスを希釈することができるのに対し、水素ガス源２６４及びこれに関連するガス流量コントローラ２７０は、所定量の水素ガスを、キセノンと一緒に同じ導管２８０を通してアークチャンバ２０６内に供給して、ドーパントガス源２６０からのドーパントガスを希釈することができる。このドーパントガスは、三フッ化ホウ素（ＢＦ3）、四フッ化ゲルマニウム（ＧeＦ4）、四フッ化ケイ素（ＳiＦ4）等のようなフッ素含有ガスを含むことができる。このドーパントガスは、アルゴン（Ａr）、キセノン（Ｘe）のような不活性ガスを含むこともできる。他の組合せ及び種々ののドーパントガスも考えられる。例えば、希釈ガスは、アルゴン（Ａr）またはアルゴン含有ガス、キセノン（Ｘe）またはキセノン含有ガス、水素（Ｈ2）または水素含有ガス、フッ素（Ｆ）またはフッ素含有ガスの少なくとも１つ、あるいはこれらの組合せで構成することができる。他の組合せ及び種々の希釈ガスを利用することもできる。
【国際調査報告】
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