(57)【要約】イコサボラン（Ｂ２０ＨＸ）、トリアンタボラン（Ｂ３０ＨＸ）、サランタボラン（Ｂ４０ＨＸ）（高位ボランと総称する）のイオンを加工物に注入する方法であって、（ｉ）イオン源（５０）内でデカボランを気化およびイオン化してプラズマを形成し、（ｉｉ）プラズマ中の高位ボランのイオンをイオン源開口部（１２６）を通じて引き出してイオンビームを形成し、（ｉｉｉ）イコサボランイオン（Ｂ２０ＨＸ＋）、または他の高位ボランのイオンの１つが質量分析磁石（１２７）を通過できるようにしてイオンビームを質量分離し、（ｉｖ）イコサボランイオン（Ｂ２０ＨＸ＋）、または他の高位ボランのイオンの１つを加工物に注入する、各工程を備え、デカボランを気化およびイオン化する工程は、（ｉ）気化器（５１）内でデカボランを気化し、（ｉｉ）気化されたデカボランをイオン化器（５３）内でイオン化する、各ステップを備えている。
2004528703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高位ボランのイオンを加工物に注入する方法であって、
（ｉ）イオン源（５０）内でデカボランを気化およびイオン化し、プラズマを生成する工程と、
（ｉｉ）前記プラズマ中の前記高位ボランのイオンをイオン源開口部（１２６）を通じて引き出し、イオンビームを形成する工程と、
（ｉｉｉ）選択された前記高位ボランのイオンが質量分析磁石（１２７）を通過できるようにして前記イオンビームを質量分離する工程と、
（ｉｖ）前記選択された高位ボランのイオンを前記加工物に注入する工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記イオン源（５０）内でデカボランを気化およびイオン化する工程は、（ａ）気化器（５１）内でデカボランを気化するステップと、（ｂ）前記気化されたデカボランを、イオン化器（５３）内でイオン化するステップとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高位ボランは、イコサボラン（Ｂ２０ＨＸ）、トリアンタボラン（Ｂ３０ＨＸ）、およびサランタボラン（Ｂ４０ＨＸ）を含み、前記選択された高位ボランのイオンは、イコサボランイオン（Ｂ２０ＨＸ＋）であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記高位ボランは、イコサボラン（Ｂ２０ＨＸ）、トリアンタボラン（Ｂ３０ＨＸ）、およびサランタボラン（Ｂ４０ＨＸ）を含み、前記選択された高位ボランのイオンは、トリアンタボランイオン（Ｂ３０ＨＸ＋）であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記高位ボランは、イコサボラン（Ｂ２０ＨＸ）、トリアンタボラン（Ｂ３０ＨＸ）、およびサランタボラン（Ｂ４０ＨＸ）を含み、前記選択された高位ボランのイオンは、サランタボランイオン（Ｂ４０ＨＸ＋）であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記イオン化器（５３）はイオン化処理室（１０８）を備え、
さらに、前記気化されたデカボランを、イオン化するステップの間に、前記イオン化処理室（１０８）の壁（１２８）を積極的に冷却するステップを備えていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記イオン化処理室の壁（１２８）を冷却するステップは、前記壁を３５０℃よりも低い温度に維持し、前記気化されたデカボランの分子の解離を防止することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記壁の前記温度は、３００℃から３５０℃の間に維持されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記イオン源開口部（１２６）は、平方センチメートル当たり１ミリアンペア（ｍＡ／ｃｍ２）より小さな電流密度で、１００〜５００マイクロアンペア（μＡ）の間の集束イオンビーム電流を与えるような寸法を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記プラズマは、前記イオン化処理室（１０８）内で１０１０／ｃｍ３オーダーの密度を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連する特許および特許出願）
本発明と共通の譲受人に譲渡された、以下の米国特許および特許出願は、それらが完全に記載されているものとして、参考文献として本明細書に含まれる。上記米国特許および特許出願は、“デカボラン気化器”と称するホースキーに付与された米国特許第６１０７６３４号と、“デカボランイオン源”と称する、１９９９年１０月１１日に出願された米国特許出願第０９／４１６１５９号である。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に半導体の注入処理に関し、より詳細には、イコサボラン（ｉｃｏｓａｂｏｒａｎｅ）、トリアンタボラン（ｔｒｉａｎｔａｂｏｒａｎｅ）、およびサランタボラン（ｓａｒａｎｔａｂｏｒａｎｅ）のイオンを半導体に注入するための方法およびシステムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
半導体のような加工物に不純物を添加するために使用される、従来のイオン注入システムは、所望のドーパント元素をイオン化するイオン源を備え、イオン化されたドーパント元素は、次に加速されて規定のエネルギーのイオンビームを形成する。このイオンビームは、加工物の表面へと向けられ、加工物にドーパント元素を注入するものである。イオンビーム中の高エネルギーイオンは、加工物の表面内に侵入し、加工物材料の結晶格子中に埋め込まれて、所望の導電率の領域を形成する。この注入処理は、通常、高真空の処理室内で実施され、残留ガス分子との衝突によるイオンビームの分散を防止し、浮遊粒子による加工物の汚染の危険性を最小限に抑えるものである。
【０００４】
イオンの線量およびエネルギーは、特定のイオン種に対する注入工程を規定するために用いられる２つの重要な変数である。イオン線量は、所定の半導体材料に対して注入されたイオンの濃度に関連する。通常は、高線量の注入処理には高電流注入装置（一般に、１０ミリアンペア（ｍＡ）を超えるイオンビーム電流）が使用され、それよりも低い線量の用途に対しては、中電流注入装置（一般に、約 １ｍＡまでのビーム電流が可能）が使用される。
【０００５】
イオンエネルギーは、半導体デバイス中の接合深さを制御するために使用される。イオンビームを形成するイオンのエネルギーによって、イオンの注入深度が決定される。半導体デバイス中にレトログレード・ウエル（ｒｅｔｒｏｇｒａｄｅ ｗｅｌｌ）を形成するために使用されるような高エネルギー処理では、最大で数百万電子ボルト（ＭｅＶ）での注入処理が必要となり、一方、浅い接合に対しては、１ キロ電子ボルト（ｋｅＶ）を下回るエネルギーしか必要としない場合もある。さらに、極浅接合（ｕｌｔｒａ−ｓｈａｌｌｏｗ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）では、２５０ 電子ボルト（ｅＶ）程度の低エネルギーが必要になる可能性がある。
【０００６】
半導体デバイスがますます微細化するにつれて、より高いビーム電流をより低いエネルギーで連続的に供給するイオン源を備えた注入装置が必要とされている。ビーム電流が高くなることによって、必要な線量レベルが与えられ、一方、エネルギーレベルが低くなることによって、浅い注入が可能になる。たとえば、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイスのソース／ドレイン接合において、そのような高電流かつ低エネルギーの適用が必要である。
【０００７】
従来のイオン源は、イオン化可能なドーパントガスを使用し、このガスは、圧縮ガス源から直接的に得るか、もしくは固体を気化することによって間接的に得ている。典型的なイオン源元素は、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびヒ素（Ａｓ）である。これらのイオン源元素の大部分は、固体および気体の両方の形態でよく用いられるが、ホウ素は例外である。ホウ素は、ほとんどの場合には、たとえば三フッ化ホウ素（ＢＦ３）のような気体として供給され、そうでない場合にはデカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）のような固体（微紛状）状態の化合物として供給される。
【０００８】
デカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）は、ホウ素注入のための優れた供給材料源となり得るものである。各デカボラン分子（Ｂ１０Ｈ１４）は、気化されてイオン化されたときに、１０個のホウ素原子からなる分子イオンを供給することができるからである。デカボラン分子のイオンビームは、単原子ホウ素のイオンビームに対して、単位電流当たり１０倍のホウ素線量を注入することができるため、このようなイオン源材料は、浅い接合を形成するための高線量／低エネルギーの注入処理に特に適している。さらに、デカボラン分子は、加工物の表面において、元のビームエネルギーのおよそ１／１０のエネルギーを有する１０個の個別のホウ素原子に分解するため、線量が等価な単原子ホウ素ビームに対して、１０倍のエネルギーでビームを輸送することができる。（一価に荷電されたデカボラン分子（Ｂ１０ＨＸ＋）中の個々のホウ素原子は、電圧Ｖで加速された場合、それぞれ１／１０ｅＶのエネルギーを有し、したがって、イオンビームを、必要なエネルギーの１０倍のエネルギーで引き出すことができる。）この特徴によって、分子イオンビームでは、低エネルギーイオンビームの輸送によって通常発生する伝達損失を回避することができる。
【０００９】
最近の処理技術およびイオン源の改善によって、将来、デカボラン注入の生産適用のために十分となり得るイオンビーム電流の発生が可能になった。そのような改善にとって重要なのはイオン源の冷却機構であり、それによって、デカボラン分子の解離、および所望の親分子イオン（Ｂ１０ＨＸ＋）のボラン破片やホウ素原子への断片化を防止するものである。さらに、米国特許第６１０７６３４号明細書に開示されているような、公知のデカボランイオン源では、プラズマ自体がそのような解離および断片化を引き起こすことを防止するために、低密度プラズマが維持されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、半導体における将来の極浅接合では、２５０ｅＶ程度の低エネルギーにおけるホウ素注入が必要になる可能性がある。そのような低エネルギーでは、イオンビーム電流密度は必然的に低減する。最新のデカボラン注入技術を使用しても、同等レベルのイオンビーム電流に対して注入線量を増大できない限り、半導体における注入処理の生産効率は低下する。さらに、注入される個々のホウ素原子のエネルギーレベルを増大させることなく、イオンビームのエネルギー輸送レベルを増大させることが望ましい。したがって、これらが本発明の目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イコサボラン（Ｂ２０ＨＸ）、トリアンタボラン（Ｂ３０ＨＸ）、およびサランタボラン（Ｂ４０ＨＸ）のイオンを加工物に注入する方法を提供するものである。この方法は、（ｉ）イオン源（５０）内でデカボランを気化およびイオン化し、プラズマを形成する工程と、（ｉｉ）プラズマ中のイコサボラン、トリアンタボラン、およびサランタボラン（これらを、“高位ボラン（ｈｉｇｈｅｒ−ｏｒｄｅｒ ｂｏｒａｎｅ）”と総称する）のイオンをイオン源開口部（１２６）を通じて引き出し、イオンビームを形成する工程と、（ｉｉｉ）イコサボランイオン（Ｂ２０ＨＸ＋）、または他の高位ボランのイオンの１つが質量分析磁石（１２７）を通過できるようにしてイオンビームを質量分離する工程と、（ｉｖ）イコサボランイオン（Ｂ２０ＨＸ＋）、または他の高位ボランのイオンの１つを加工物に注入する工程とを備えている。デカボランを気化およびイオン化する工程は、（ｉ）気化器（５１）内でデカボランを気化するステップと、（ｉｉ）気化されたデカボランを、イオン化器（５３）内でイオン化するステップとを備えている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、図１〜図３を参照すると、まず図１には、本発明に従って構成されたイオン源５０が示されており、このイオン源は、気化器５１とイオン化器５３を備えている。気化器５１は、非反応性であってかつ熱伝導性の昇華器（ｓｕｂｌｉｍａｔｏｒ）、すなわちるつぼ５２と、熱媒体の貯留室５４と、熱媒体のポンプ５５と、温度制御装置５６と、質量流制御器６０とを備えている。イオン化器５３の詳細は、図３に示されている。るつぼ５２は、イオン化器５３から遠くに離れて配置され、石英またはステンレス鋼からなる供給管６２によって、イオン化器に接続されている。本実施形態では、供給管６２は、そのほぼ全長に渡って、単一内室型の環状外部シース９０に囲まれている。
【００１３】
るつぼ５２は、キャビティー６６を囲む収容部６４を備え、この収容部は、イオン源材料６８を収容するものである。収容部は、好ましくは、ステンレス鋼、黒鉛、石英、または窒化ホウ素のような、適切な非反応性（不活性）の材料からなり、デカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）のようなイオン源材料を十分な量だけ保持可能なものである。
【００１４】
デカボランは、昇華によって気化し、この昇華処理は、貯留室５４に収容された熱媒体７０を使用して、収容部６４の壁を加熱することによって実施される。デカボランは、通常、微粉体として供給され、室温での蒸気圧は ０．１トル（Ｔｏｒｒ）、１００℃での蒸気圧は １９トルである。完全に気化したデカボラン蒸気は、供給管６２を通じてるつぼ５２を出て、質量流制御器６０に入る。質量流制御器は、蒸気の流量を制御し、それによって、所定の量のデカボラン蒸気をイオン化器５３に供給するものである。
【００１５】
本発明の第２の実施形態では、上記構成の代りに、供給管６２は細管として備えられ、シース９０は同軸二重内室型のシースとして備えられており、このシースは、内部シース９０Ａと、内部シースを囲む外部シース９０Ｂとを有するものである（図２参照）。熱媒体は、細管６２に隣接して配置された内部シース９０Ａ中に圧送され、内部シース９０Ａの半径方向外側に配置された外部シース９０Ｂから汲み出される。この第２の実施形態では、質量流制御器６０は、加熱遮断弁（図示せず）に置き換えられて供給管とイオン化器の接続部に配置され、質量流量の増減は、貯留室５４の温度を直接変動させることによって調整される。
【００１６】
イオン化器５３の詳細を、図３に示す。イオン化器５３は、ほぼ円筒形の胴体９６と、ほぼ環状の底部、すなわち取付けフランジ９８とを備え、好適には両者共にアルミニウムからなるものである。アルミニウムの胴体９６は、入口１０２に通じる流入側冷却通路１００、および出口１０６を介して胴体９６から出る流出側冷却通路１０４を使用して冷却される。冷媒は、水、もしくは熱容量の大きな任意の適切な流体とすることができる。流入側および流出側の冷却通路は、連続した通路を定め、そこに水が流れることによってイオン化器の胴体９６が冷却される。図３には、この通路の断片的な一部分のみが破線で示されているが、この通路は、任意の既知の構成をとって胴体外周部の近辺および周囲に延在するものであってもよく、それによって胴体全体を確実かつ効果的に冷却するものである。
【００１７】
胴体９６を冷却することによって、イオン化処理室１０８の温度が、イオン化処理室内のデカボランの十分に高い圧力に適合するものであることが保証される。イオン化器５３は、イオン化デカボラン分子の解離および断片化を防止するために、十分な低温（３５０℃より低い温度、好適には ３００℃から ３５０℃の間）を維持する必要があることが発見されている。
【００１８】
図３に戻って参照すると、イオン化器の胴体９６の境界内には、環状シース９０によって囲まれた供給管６２が、イオン化処理室１０８をその終端として延在している。イオン化処理室内には、熱陰極１００と対陰極すなわち反射電極１１２が備えられている。熱陰極１１０は、モリブデンの円筒体１１６に囲まれたタングステンの熱フィラメント１１４を備え、タングステンのエンドキャップ１１８が被せられている。熱フィラメント１１４には、電力用電流導入端子１２０、１２２を通じてエネルギーが供給され、これらの電流導入端子は、アルミニウムの胴体９６との電気的絶縁性を保ってそこを貫通するものである。反射電極１１２も、熱伝導性であってかつ電気的に絶縁性の材料（たとえば、サファイアなど）によって、胴体９６から電気的に絶縁され、また冷却されたイオン化処理室１０７に物理的に連結されている。
【００１９】
作動時において、デカボラン蒸気は、供給管６２を通じてイオン化器入口１１９よりイオン化処理室に射出される。電流導入端子１２０と電流導入端子１２２との間に電位差を与えることによって、タングステンのフィラメント１１４に電気的にエネルギーが供給される。フィラメントは電子を放出し、電子はエンドキャップ１１８方向に加速されてそこに衝突する。エンドキャップ１１８は、電子衝突によって十分に加熱されると、今度は、イオン化処理室１０８内に電子を放出し、この電子が気化されたガス分子に衝突して処理室内にイオンが発生する。
【００２０】
このようにして、低密度イオンプラズマが形成され、イオン源開口部１２６を通じて処理室からイオンビームが引き出される。このプラズマには、デカボランイオン（Ｂ１０ＨＸ＋、ただしＸは１４までの整数）、イコサボランイオン（Ｂ２０ＨＸ＋、ただしＸは２８までの整数）、トリアンタボランイオン（Ｂ３０ＨＸ＋、ただしＸは４２までの整数）、およびサランタボランイオン（Ｂ４０ＨＸ＋、ただしＸは５６までの整数）が含まれ、すべてのイオンは加工物に注入可能である。ここで、“イコサボラン（ｉｃｏｓａｂｏｒａｎｅ）”という用語は、Ｂ２０ＨＸ分子、もしくは２個のデカボラン分子のクラスター、またはその両方を含むものである。“トリアンタボラン（ｔｒｉａｎｔａｂｏｒａｎｅ）”という用語は、Ｂ３０ＨＸ分子、もしくは３個のデカボラン分子のクラスター、またはその両方を含むものであり、“サランタボラン（ｓａｒａｎｔａｂｏｒａｎｅ）”という用語は、Ｂ４０ＨＸ分子、もしくは４個のデカボラン分子のクラスター、またはその両方を含むものである。引き出されたイオンビームは、次に、規定の比電荷を有するイオンのみが質量分析磁石１２７を通過できるようにすることによって、質量分離される。処理室１０８内のデカボラン／イコサボランプラズマの低密度性は、部分的には、イオン源中のアーク放電の電力が比較的低く（５０ミリアンペア（ｍＡ）で約 ５ワット（Ｗ））維持されていることによるものである。
【００２１】
イオン化器５３内の低密度プラズマの成分構成を、図４および図５に示す。これらの図は、共に図１に示すイオン源を使用して得られたイオンビームの成分について、原子質量単位（ａｍｕ）に対して電流をプロットした図である。これらの図に示されているように、ピークとして定義可能な個々の部分は、図４においては、デカボラン（Ｂ１０ＨＸ）およびイコサボラン（Ｂ２０ＨＸ）を、図５においては、Ｂ３０ＨＸおよびＢ４０ＨＸを示すものである。図４では、１１７ａｍｕ においてデカボランのピークが現れ、２３６ａｍｕ においてイコサボランのピークが現れている。図５では、およそ ３５０ａｍｕ においてＢ３０ＨＸのピークが現れ、およそ ４７０ａｍｕ においてＢ４０ＨＸのピークが現れている。
【００２２】
イオン注入装置において、図１に示すイオン源５０を使用すると、デカボラン分子全体（１０個のホウ素原子）が加工物に注入される。この分子は、加工物の表面において分裂し、各ホウ素原子のエネルギーは、１０個のホウ素原子群のエネルギーのおよそ１／１０になる（Ｂ１０Ｈ１４の場合）。したがって、所望のホウ素注入エネルギーの１０倍のエネルギーでビームを輸送することができ、大きな伝達損失を生じさせることなく、非常に浅い注入が可能となる。さらに、所定のビーム電流において、単位電流当たり１０倍の線量で加工物を照射することになる。最後に、単位線量当たりの電荷は、単原子ビーム注入の場合の１／１０であるため、所定の線量率に対して、加工物の荷電の問題が大幅に軽減される。
【００２３】
イオン源からイオン源開口部１２６を通じて引き出されたイオンビームの、イコサボラン（Ｂ２０ＨＸ）成分に関しては、このイコサボランは、イオン源５０のイオン化器５３内における、ＨまたはＨ２イオンのデカボランへの照射によって形成されると考えられている。イオン源の特定の条件化では、イオン化器５３内のデカボラン蒸気中に、質量 １３０ａｍｕ から ２４０ａｍｕ にかけて、デカボランと同様なスペクトルを呈して隣接する部分スペクトルが生じる（図４参照）。したがって、イオン源開口部１２６から引き出されたイオンビームには、断片化されたデカボランに加えて、断片化されたデカボランの“二量体（ｄｉｍｅｒ）”（本明細書では、２個のデカボラン分子のクラスター、またはイコサボラン（Ｂ２０ＨＸ）とも呼ばれる）が含まれる。イコサボランイオン（Ｂ２０ＨＸ＋）は、１．６ミリアンペア（ｍＡ）程度の高さのホウ素粒子電流において、ホウ素原子１個当たりのエネルギーを ５００ｅＶよりも低く抑えて注入可能であり、それを ２５０ｅＶ程度の低エネルギーとすることもできる。
【００２４】
イオン注入装置において、図１に示すイオン源５０を使用すると、イコサボランイオン全体（２０個のホウ素原子）が加工物に注入される。このイオンは、加工物の表面において分裂し、各ホウ素原子のエネルギーは、２０個のホウ素原子群のエネルギーおよそ１／２０になる（Ｂ２０ＨＸの場合）。したがって、所望のホウ素注入エネルギーの２０倍のエネルギーでビームを輸送することができ、大きな伝達損失を生じさせることなく、非常に浅い注入が可能となる。さらに、所定のビーム電流において、単位電流当たり２０倍の線量で加工物を照射することになる。最後に、単位線量当たりの電荷は、単原子ビーム注入の場合の１／２０であるため、所定の線量率に対して、加工物の荷電の問題が大幅に軽減される。
【００２５】
周知の技術に従って、質量分析磁石１２７を、特定の範囲内の比電荷を有する粒子のみがそこを通過できるように調整することができる。したがって、質量分析磁石１２７を、デカボラン分子（Ｂ１０Ｈ１４）またはイコサボラン（Ｂ２０ＨＸ）のいずれかが通過できるように調整することも可能である。さらに、質量分析磁石を調整し、イオンビーム中の他の高位ボラン（Ｂ３０ＨＸおよびＢ４０ＨＸ）のいずれかが通過できるようにすることもできる。
【００２６】
陰極１１０によって発生し、処理室内でデカボラン分子、または高位ボランの１つに衝突せず、デカボランイオンやイコサボランイオンを生成しなかった電子は、反射電極１１２に向かって移動する。反射電極は、これらの電子が陰極方向に戻るように偏向させる。反射電極は、好ましくはモリブデンからなり、陰極と同様に、イオン化器９６の胴体９６から電気的に絶縁されている。イオン化処理室１０８の壁１２８は、その場所での接地電位に保持されている。エンドキャップ１１８を含む陰極１１０は、壁１２８の電位よりも約 ５０〜１５０ボルト低い電位に保持され、フィラメント１１４は、エンドキャップ１１８の電位よりも約 ２００〜６００ボルト低い電位に保持されている。フィラメント１１４とエンドキャップ１１８との間のこの大きな電位差によって、フィラメントから放出される電子に高エネルギーが与えられ、その結果、エンドキャップ１１８が十分に加熱されて、イオン化処理室１０８中に熱電子放出をするものである。
【００２７】
イオン源５０は、るつぼ５２の作動温度と共に、供給管６２の温度を制御するための制御機構を備え、デカボラン蒸気は、イオン化器５３へと向かう途中およびイオン化器内においてこの供給管を通過する。熱媒体７０は、貯留室５４内において抵抗体または同様の加熱体８０によって加熱され、熱交換器によって冷却される。温度制御手段は、温度制御装置５６を備え、この温度制御装置は、熱電対９２によって貯留室５４からの温度フィードバックを入力として取得し、以下において詳述するように、貯留室内の熱媒体７０が適切な温度に加熱されるように、加熱体８０へ制御信号を出力する。
【００２８】
熱媒体７０は、鉱油、または熱容量の大きな他の適切な媒体（たとえば、水）からなる。鉱油は、加熱体８０によって ２０℃〜２５０℃の範囲内の温度に加熱され、ポンプ５５によって、るつぼ５２および供給管６２の回りをシース９０を通って循環する。ポンプ５５は、入口８２と出口８４とを備え、同様に貯留室５４も、入口８６と出口８８とを備えている。図２には、るつぼ５２および供給管６２の回りの熱媒体の流動パターンが、時計回りの単一方向のパターンとして示されているが、この流動パターンは、熱媒体が、るつぼ５２および供給管６２の回りを適切に循環する任意のパターンとすることができる。
【００２９】
図１に戻って参照すると、るつぼのキャビティー６６は加圧されており、その結果、気化した（昇華した）デカボランを、るつぼ５２から供給管６２を通じてイオン化処理室１０８に移送し易くなる。キャビティー６６内の圧力が上昇すると、それに応じて材料の移送率も増大する。イオン化処理室は、真空に近い圧力（約 １ミリトル）で作動しているため、るつぼ５２からイオン処理室１０８へ至る供給管６２の全長に沿って、圧力勾配が存在する。つるぼの圧力は、通常は １トル程度である。
【００３０】
るつぼ５２をイオン化処理室１０８から遠く離して配置することによって、るつぼのキャビティー６６内の材料は熱的に絶縁され、イオン化処理室の温度によって影響を及ぼされない、熱的に安定な環境が形成される。したがって、デカボランの昇華工程において、るつぼのキャビティー６６の温度を、イオン化処理室の作動温度とは独立に高精度（１℃以内）に制御することができる。また、加熱された供給管６２を通じてイオン化処理室へ移送する間に、デカボラン蒸気を一定温度に維持することによって、蒸気の凝縮や熱分解も発生しない。
【００３１】
温度制御装置５６は、熱媒体貯留室７０を加熱するための加熱体８０の動作を制御することによって、るつぼ５２と供給管６２の温度を制御する。熱電対は、貯留室７０の温度を検知し、温度フィードバック信号９３を温度制御装置５６に送信する。温度制御装置は、周知の方法でこのフィードバック信号の入力に応答し、貯留室加熱体８０に制御信号９４を出力する。このようにして、固相状態のデカボランおよびデカボラン蒸気にさらされるすべての壁面が、イオン化処理室の位置まで、一様な温度に維持される。
【００３２】
ポンプ５５によってシステム中の熱媒体の循環を制御し、加熱体８０によって熱媒体の温度を制御することによって、イオン源５０の作動温度を、２０℃〜２５０℃程度に（±１℃の精度で）制御することができる。るつぼにおける高精度の温度制御は、供給管のイオン化処理室に最も近い端部と比較してより重要であり、それによって、るつぼの圧力と、その結果としてるつぼからの蒸気流量を制御するものである。
【００３３】
本発明のイオン源を使用するプラズマは、その密度を低く（１０１０／ｃｍ３オーダー）維持してデカボラン／イコサボラン分子の解離を防止するものであるため、従来のサイズのイオン源開口部を使用すると、引き出される全イオンビーム電流が低いものになる。本発明のイオン化器５３における開口部１２６は、同等なビーム電流密度を考慮して、十分なイオンビーム電流出力を確実に得るために十分な大きさに作られている。１ｃｍ２（０．２２ｃｍ×４．５ｃｍ）の開口部によって、加工物において平方センチメートル当たり約 １００マイクロアンペア（μＡ／ｃｍ２）のビーム電流密度が得られ、イオン源から引き出されるビーム電流は、最大で１ｍＡ／ｃｍ２になる。（加工物に供給される実際の集束ビーム電流は、引き出された全ビーム電流の一部のみである。）開口部のサイズを約 ５ｃｍ２にできる注入装置もあり、この場合、加工物において約 ５００μＡのＢ１０ＨＸ＋ビーム電流が発生する。超低エネルギー（ＵＬＥ）注入装置では、さらに大きなサイズの開口部（最大 １３ｃｍ２）が可能である。
【００３４】
以上、デカボランまたはイコサボランを注入するための改善された方法およびシステムの好適な実施形態を記載してきたが、この記載は単に例示としてなされたものであり、本発明は、ここに記載された特定の実施形態には限定されず、添付した請求項およびその均等物によって定められる本発明の範囲から逸脱することなく、上述した記載に関連したさまざまな再構成、修正、代替を実施することが可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の原理に従って構成された、イオン注入装置におけるイオン源の第１の実施形態を示す概略部分断面図である。
【図２】
図１に示すイオン源の別の実施形態における接続管を、図１の２−２切断線に沿って示す断面図である。
【図３】
図１に示すイオン源のイオン化器部分を示す部分断面図である。
【図４】
図１に示すイオン源を使用して得られたイオンビームについて、原子質量単位に対して電流をプロットした図であり、図５と共にイコサボラン、トリアンタボラン、およびサランタボランの成分の存在を示す図である。
【図５】
図１に示すイオン源を使用して得られたイオンビームについて、原子質量単位に対して電流をプロットした図であり、図４と共にイコサボラン、トリアンタボラン、およびサランタボランの成分の存在を示す図である。
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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