(57)【要約】【課題】ホウ素イオン注入中のビーム電流を改善するための新規な組成物、システム及び方法を提供すること。【解決手段】好ましい態様では、ホウ素イオン注入プロセスは、濃度の特定の範囲でＢ２Ｈ６、１１ＢＦ３及びＨ２を利用することを含む。Ｂ２Ｈ６は、活性水素イオン種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において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。水素は、高いレベルのＢ２Ｈ６がＦイオンを捕捉することを減少させずにＢＦ３中へと導入されることを可能にする。活性ホウ素イオンは、従来のホウ素前駆物質材料から発生されるビーム電流と比較したときにイオン・ソースの劣化を招くことなくビーム電流レベルを維持する又は増加させることによって特徴付けられる改善されたビーム電流を生成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン・ソースを動作させる方法であって、
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、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体１１での三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含む組成物を用意するステップであり、さらに、前記組成物が、高次ボランの実質的な欠如によって特徴付けられ、一般的な化学式ＢｘＨｙによって表され、ここでｘが３以上であり、ｙが７以上である、用意するステップと、
約０．５〜５ｓｃｃｍの範囲にわたる流量で前記イオン・ソース中へと前記組成物を導入するステップと、
１１０Ｖ以下であるアーク電圧で動作させるステップと、
１１Ｂイオンを生成するために前記組成物をイオン化させるステップと、
ビーム電流を発生させるステップと、
前記１１Ｂイオンを基板中へと注入するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記ビーム電流は、１１ＢＦ３がドーパント・ガスとして単独で使用されるときに、ホウ素質量同位体１１で同位体を濃縮したＢＦ３（１１ＢＦ３）を用いて発生されるビーム電流よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１００時間以上のソース寿命にわたり前記イオン・ソースを動作させながら、グリッチ率が毎分２グリッチ以下であるように前記イオン・ソースを動作させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記イオン・ソースへの前記アーク電圧は、１１ＢＦ３がドーパント・ガスとして単独で使用されるときに、１１ＢＦ３で作られるアーク電圧よりも約５〜１０％小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
１００時間以上のソース寿命にわたり約８〜１３ｍＡであり、前記アーク電圧が８０〜１１０Ｖの間に設定された状態で前記ソース寿命期間中に毎分１グリッチ未満の平均グリッチ率を有するビーム電流を発生させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記流量が、約３〜４ｓｃｃｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記グリッチ率が、前記ソース寿命期間中に毎分１グリッチ以下である、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記同位体を濃縮した三フッ化ホウ素が１１ＢＦ３であり、前記１１Ｂイオンが実質的に１１ＢＦ３から誘導される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
イオン・ソースを動作させる方法であって、
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、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体１１での三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含む組成物を用意するステップと、
前記イオン・ソース中へと前記組成物を導入するステップと、
ドーパント・ガスとして単独で使用されるときに、１１ＢＦ３に対して利用される対応する電力よりも小さい電力で動作させるステップと、
１１Ｂイオンを生成するために前記組成物をイオン化させるステップと、
ドーパント・ガスとして単独で１１ＢＦ３を使用するときに生成されるビーム電流と実質的に同じ又はこれよりも大きいビーム電流を発生させるステップと、
必要なドーズ量を実現するために被加工物中へと前記１１Ｂイオンを注入するステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記イオン・ソースの寿命が、前記ドーパント・ガスとして単独で使用されるときの前記１１ＢＦ３のソース寿命よりも少なくとも５０％長く、前記ビーム電流が、前記ドーパント・ガスとして前記１１ＢＦ３を単独で使用して生成される前記ビーム電流よりも大きい、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電力が、前記ビーム電流を発生させるために前記ドーパント・ガスとして前記１１ＢＦ３だけを使用するときの電力よりも低いレベルで動作され、前記ビーム電流が前記ドーパント・ガスとして１１ＢＦ３を単独で使用して生成される前記ビーム電流よりも大きい、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記電力が、前記ビーム電流を発生させるために１１ＢＦ３を単独で使用するときに使用されるアーク電流と比較して小さいアーク電流で動作させることによって設定され、前記ビーム電流が、前記ドーパント・ガスとして前記１１ＢＦ３を単独で使用して生成される前記ビーム電流と実質的に同じである、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記被加工物が、注入された実質的に１１Ｂイオンの所定のドーズ量を含み、さらに、前記被加工物は、前記１１ＢＦ３が前記ドーパント・ガスとして単独で使用されるときに発生するＷ系汚染物と比較してＷ系汚染物の少なくとも４０％少ない量を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記ドーパント・ガスとして単独で前記１１ＢＦ３を使用するときのソース寿命と比較して少なくとも５０％長いソース寿命にわたり前記イオン・ソースを動作させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記電力が、前記ドーパント・ガスとして単独で前記１１ＢＦ３を使用するときの電力よりも５〜１０％低いレベルで動作される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
１１０Ｖよりも低いアーク電圧でホウ素注入を実行するように構成されたイオン・ソース装置であって、前記イオン・ソースが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、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体１１での三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含む組成物の約０．５〜５ｓｃｃｍを受けることに適応し、イオン・ソース装置がイオン・ソース寿命期間中の毎分約２グリッチ以下の平均グリッチ率によって特徴付けられ、イオン・ソース装置が、少なくとも１００時間のイオン・ソース寿命によって特徴付けられる、イオン・ソース装置。
【請求項１７】
前記組成物を含む低大気圧配送パッケージをさらに備え、前記低大気圧配送パッケージがイオン・ソース装置と流体連通する、請求項１６に記載のイオン・ソース装置。
【請求項１８】
前記アーク電圧が前記イオン・ソース寿命を短縮せずに低くされるにつれて、１１Ｂイオンのより大きなビーム電流を発生させることが可能である、請求項１６に記載のイオン・ソース装置。
【請求項１９】
注入エンド・ステーションと、
前記注入エンド・ステーション内の被加工物と、
所定の１１Ｂドーズ量を実現するために１１Ｂイオンの注入を受ける前記被加工物であって、前記１１Ｂドーズが、前記ドーパント・ガスとして単独であるときに１１ＢＦ３から発生されるＷ系汚染物と比較してＷ系汚染物の少なくとも５０％少ない量を有する、前記被加工物と
をさらに備える、請求項１８に記載のイオン・ソース装置。
【請求項２０】
Ｂイオンを注入するためのイオン・ソースを動作させる方法であって、
２％〜５％の範囲にわたるレベルでのＢ２Ｈ６、約５％〜１０％の範囲にわたるＨ２、及びホウ素質量同位体１１で同位体を濃縮した残りの三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含む組成物を用意するステップと、
８０〜１００Ｖの間のアーク電圧で前記イオン・ソースを動作させるステップと、
前記組成物の気化の欠如によって特徴付けられるイオン・ソースに直接、０．５〜５ｓｃｃｍの間の範囲にわたる流量で前記組成物を導入するステップと、
１１Ｂイオンを生成するために前記組成物をイオン化させるステップと、
約８〜１３ｍＡの間のビーム電流を発生させるステップと、
２００時間以上のソース寿命にわたり、前記ソース寿命期間中に毎分１グリッチ未満の平均グリッチ率を有する前記イオン・ソースを動作させるステップと
を含む方法。
【請求項２１】
前記Ｂ２Ｈ６が、その同位体のいずれかの自然存在量レベルを上回って同位体を濃縮される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記１１Ｂイオンが、１１ＢＦ３から実質的に誘導される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
キセノン及びアルゴンから構成される群から選択される不活性ガスを用いずに前記イオン・ソースを動作させ、これによって前記ビーム電流の低下を回避するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
イオン注入プロセスにおける使用のためのホウ素含有ドーパント組成物であって、
０．１％〜１０％のＢ２Ｈ６、約５％〜１５％の範囲にわたるＨ２、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体１１での三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含むソース供給源内のホウ素含有ドーパント・ガス混合物であり、さらに、前記ソース供給源内の前記混合物が、１０，０００ｐｐｍ以下の高次ボランによって特徴付けられる、ホウ素含有ドーパント・ガス混合物
を含む、ホウ素含有ドーパント組成物。
【請求項２５】
キセノン又はアルゴンの実質的な又は完全な欠如によって特徴付けられる、請求項２４に記載のホウ素含有ドーパント組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１４年３月３日に出願した米国特許仮出願第６１／９４７，０６４号からの優先権を主張している２０１５年３月２日に出願した米国特許出願第１４／６３５，４１３号の一部の継続出願であり、その開示は、あらゆる目的のために、それぞれ全体として参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、ホウ素イオン注入プロセスの改善、そして特にソース寿命を劣化させず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】
【０００３】
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。導入する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。
【０００４】
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。
【０００５】
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、ドープ領域のある種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活性イオン」、「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ができ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。
【０００６】
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、イオン注入パフォーマンスに関する基準として使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際のイオン・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＋イオン・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（Ｗ）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（すなわち、イオン・ソース・チャンバのソース・フィラメント）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、必要なビーム電流を生成するために必要な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、必要なビーム電流を生成するために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。
【０００７】
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】
【０００８】
【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】
【０００９】
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。出願人により見出された特定の方式で動作させるときのドーパント・ガスの組成が、ビーム電流を高める能力に著しい影響を有する。
【００１０】
第１の態様では、イオン・ソースを動作させる方法は、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、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体１１での三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含む組成物を用意するステップであり、さらに、前記組成物が、高次ボランの実質的な欠如によって特徴付けられ、一般的な化学式ＢｘＨｙによって表され、ここでｘが３以上であり、ｙが７以上である、用意するステップと、約０．５〜５ｓｃｃｍの範囲にわたる流量でイオン・ソース中へと組成物を導入するステップと、１１０Ｖ以下であるアーク電圧で動作させるステップと、１１Ｂイオンを生成するために前記組成物をイオン化させるステップと、ビーム電流を発生させるステップと、前記１１Ｂイオンを基板中へと注入するステップとを含む。
【００１１】
第２の態様では、イオン・ソースを動作させる方法は、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、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体１１での三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含む組成物を用意するステップと、イオン・ソース中へと組成物を導入するステップと、ドーパント・ガスとして単独で使用されるときに、１１ＢＦ３に対して利用される対応する電力よりも小さい電力で動作させるステップと、１１Ｂイオンを生成するために前記組成物をイオン化させるステップと、ドーパント・ガスとして単独で１１ＢＦ３を使用するときに生成されるビーム電流と実質的に同じ又はこれよりも大きいビーム電流を発生させるステップと、必要なドーズ量を実現するために被加工物中へと前記１１Ｂイオンを注入するステップとを含む。
【００１２】
第３の態様では、イオン・ソース装置は、１１０Ｖよりも低いアーク電圧でホウ素注入を実行するように構成され、前記イオン・ソースが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、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体１１での三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含む組成物の約０．５〜５ｓｃｃｍを受けることに適応し、イオン・ソース装置がイオン・ソース寿命期間中の毎分約２グリッチ以下の平均グリッチ率によって特徴付けられ、イオン・ソース装置が、少なくとも１００時間のイオン・ソース寿命によってさらに特徴付けられる。
【００１３】
第４の態様では、Ｂイオンを注入するためのイオン・ソースを動作させる方法は、２％〜５％の範囲にわたるレベルでのＢ２Ｈ６、約５％〜１０％の範囲にわたるＨ２、及びホウ素質量同位体１１で同位体を濃縮した残りの三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含む組成物を用意するステップと、８０〜１００Ｖの間のアーク電圧でイオン・ソースを動作させるステップと、組成物を気化させることの欠如によって特徴付けられるイオン・ソースに直接、０．５〜５ｓｃｃｍの間の範囲にわたる流量で組成物を導入するステップと、１１Ｂイオンを生成するために組成物をイオン化させるステップと、約８〜１３ｍＡの間のビーム電流を発生させるステップと、２００時間以上のソース寿命にわたり、前記ソース寿命期間中に毎分１グリッチよりも低い平均グリッチ率を有するイオン・ソースを動作させるステップとを含む。
【００１４】
第５の態様では、イオン注入プロセスにおける使用のためのホウ素含有ドーパント組成物は、０．１％〜１０％のＢ２Ｈ６、約５％〜１５％の範囲にわたるＨ２、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体１１での三フッ化ホウ素（１１ＢＦ３）を含むソース供給源内のホウ素含有ドーパント・ガス混合物であって、さらに、ソース供給源内の前記混合物が、１０，０００ｐｐｍ以下の高次ボランによって特徴付けられる、ホウ素含有ドーパント・ガス混合物を含む。
【００１５】
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、同様の番号は、全体を通して同じ特徴を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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。
【図６】本発明のドーパント・ガス組成物のビーム電流レベル及び電力レベルの他のタイプのホウ素系ドーパント・ガスとの棒グラフ比較の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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してもよい。
【００１８】
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」及び「活性Ｂイオン」は、互換的に使用されることがあり、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。
【００１９】
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、組成混合物の全体積に基づく体積パーセント（「ｖｏｌ％」）として表される。
【００２０】
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、イオン・ソース装置及び方法を利用する、例えば、１１Ｂ＋イオン又は１１ＢＦ２＋イオンなどの、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。
【００２１】
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装置及びその使用方法に関する。後述するように、ある濃度範囲内の特定の低次ジボラン種を利用して、ホウ素イオンの増加に全体として寄与せず且つ利用可能なＦイオンを増加させずにＢＦ３のイオン化を増加させる本発明の概念は、先行技術によっては理解されていないＢイオン注入を改善するための直感に反する手法である。「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、イオン・ソース装置及び方法は、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（例えば、ホウ素質量同位元素１１で同位体を濃縮した三フッ化ホウ素、１１ＢＦ３）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」又は「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。ソース寿命期間中の単位時間当たりのグリッチの数又は単位時間当たりのグリッチの平均数として表すことができるグリッチ率は、ソース寿命を定量化するために使用することができる尺度である。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。
【００２２】
一実施例では、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、ソース寿命の劣化又は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。
【００２３】
ホウ素ドーパント・ガス組成物は、１１ＢＦ３などの、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。
【００２４】
ここで及び全体を通して述べた組成物の構成成分のいずれかへの参照が、自然に生じる種及びその同位体を濃縮した種の両者を意味するものであることを理解されたい。例えば、「ＢＦ３」は、その自然に生じる形態のＢＦ３並びにいずれか１０Ｂ又は１１Ｂの、特定の同位体元素での自然の存在量超えた同位体を濃縮した形態のＢＦ３を意味するものとする。限定するように意図する場合には、例として、質量同位体１０での自然の存在量を上回って同位体を濃縮したＢＦ３は、１０ＢＦ３とここで及び全体を通して呼ばれるべきである。例として、質量同位体１１での自然の存在量を上回って同位体を濃縮したＢＦ３は、１１ＢＦ３とここで及び全体を通して呼ばれるべきである。「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は、９９％の濃縮度でホウ素質量同位体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ホウ素質量同位体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したレベルで存在する量で存在することがある。
【００２５】
本発明の原理にしたがえば、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＋イオンなどの、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、残りのＢＦ３を有する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。
【００２６】
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イオンの増加、そして順に、Ｂ＋ビーム電流の増加が、観測されないことがある。
【００２７】
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。
【００２８】
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い出されている。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。結果的に、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。
【００２９】
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。
【００３０】
本発明は、下限と上限との間でＢ２Ｈ６へのＨ２の制御された添加、及び残りの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〜実例５）は、カソードの重量増加を減少させ、アーク・チャンバ壁の重量減少又はエッチングを減少させた状態で、より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。
【００３１】
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、他の不活性ガスの実質的な又は完全な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、ビーム電流を減少させないように、キセノン又はアルゴンなどの、他の不活性ガスを実質的に又は完全に排除する。実際例に示されるように、他の不活性ガスの実質的な又は完全な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、図５）ことを、出願人は見出した。したがって、一実施例では、本発明は、キセノン又はアルゴンを含むがこれらに限定されない不活性ガスを利用しないことによって特徴付けられるイオン・ソースを動作させるための方法に向けられる。
【００３２】
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、それぞれの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。
【００３３】
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よりも大きく、ｙは１以上であり、より好ましくは、ｘは３以上であり、ｙは７以上である。高次ボランのいくつかの実例は、Ｂ３Ｈ７、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てもよい。
【００３４】
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。
【００３５】
ジボラン自体で又は混合物の一部として貯蔵されるかどうかに拘わらず、イオン注入が悪影響を受けることがある程度まで、ジボランが、高次ボランへと重合することがあることを、出願人は認識している。したがって、本発明の一態様によれば、ジボランは、ｘが３以上でありそしてｙが７以上である化学式ＢｘＨｙによって表される高次ボラン（すなわち、Ｂ３Ｈ７及び／又は高次）の実質的な欠如によって特徴付けられるソース供給源からイオン・ソース・チャンバ中へと導入される。ソース供給源からの高次ボランの実質的な欠如は、好ましくは１０，０００ｐｐｍ（すなわち、１％）以下である。別の一実施例では、ジボランは、ｘが３以上でありそしてｙが７以上である化学式ＢｘＨｙによって表される高次ボラン（すなわち、Ｂ３Ｈ７及び／又は高次）の５０００ｐｐｍ（すなわち、０．５％）以下を有するソース供給源からイオン・ソース・チャンバ中へと導入される。したがって、ソース供給源中の高次ボランの量を制限することによって、ビーム電流及びソース寿命の点でイオン・パフォーマンスを著しく劣化させずに、本発明の方法を利用することができる。さらにその上、ソース供給源中の高次ボランの量を制限することによって、本発明の方法は、高次ボランを含まないイオン・ソースに直接ガス相でＢ２Ｈ６、Ｈ２及びＢＦ３組成物を導入することに向けられ、これによって、このような高次ボランを気化させる必要性を回避して、十分な蒸気圧を発生させる。
【００３６】
ソース供給源は、ジボランだけを含むことができる。或いは、ジボランは、水素及び／又は三フッ化ホウ素を伴うジボランを含むことができる。より好ましくは、ジボランは、規定の濃度範囲の水素及び三フッ化ホウ素を含む混合物の一部として貯蔵され、配送されて、水素がジボラン重合化の開始及びＢＦ３の潜在的な劣化を減少させることを可能にする。
【００３７】
いずれかの適切なイオン注入装置を、本発明で利用してもよい。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）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・ソースとして働かしてもよい。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。
【００３８】
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、ソース寿命期間中により低いグリッチ率又はグリッチ率のない状態で、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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してもよい。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。
【００４１】
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。
【００４２】
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してもよい。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。
【００４３】
Ｗ含有副生成物の形成の減少は、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、構成し配置してもよい。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３００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、チャンバ３１２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３００の上流又は装置３００のチャンバ３１２内のいずれかに存在することができる。
【００４６】
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３００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３１９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的に磁気的に捕える。具体的には、目的の活性ホウ素イオン（例えば、１１Ｂ）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。この際にホウ素イオン・ビーム４０７は、目的の活性ホウ素イオンに外形を明確にされ、これを加速／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（例えば、１１Ｂ）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。
【００４７】
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してもよい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。
【００４８】
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。
【００４９】
本発明は、イオン注入パフォーマンスを著しく向上させるように、特定且つ最適な濃度範囲によって規定されるＢＦ３−Ｂ２Ｈ６−Ｈ２の混合物を利用するための様々な方法を考える。例えば、本発明の一態様では、そして図３及び図４を参照して、ＢＦ３−Ｂ２Ｈ６−Ｈ２の特定の混合物が、イオン・ソース・チャンバ３００に供給される。好ましくは、混合物は、ｘが２よりも大きくそしてｙが６よりも大きい高次ボランＢｘＨｙの実質的な欠如によって特徴付けられ、これによって、十分な蒸気圧を発生させるためにこのような高次ボランを含む混合物を気化させる必要性を回避する。混合物は、ジボラン及び水素の最適な濃度範囲、すなわち、０．１〜１０％Ｂ２Ｈ６、及び５〜１５％Ｈ２を含み、残りの同位体を濃縮した１１ＢＦ３を伴う。混合物は、０．５〜５ｓｃｃｍの流量でイオン・ソース・チャンバ３００に供給される。イオン・ソースの電力は、１１０Ｖ以下に調節される。イオン化は、活性１１Ｂイオンを生成するように生じ、ビーム電流を発生させる。ビーム電流は、イオン・ソース３００からイオン・ビーム引き出し器４０１へと引き出され、質量分析器／フィルタ４０５を通過して、１１Ｂイオンの集束ビームを作り出す。１１Ｂイオンのビームは、次いで加速器／減速器４０６を通過し、そして最終的に注入エンド・ステーション４１０を通り、そこでは、ビームの１１Ｂイオンが特定の深さで基板へと侵入し、注入する。発生されるビーム電流は、ドーパント・ガスとして単独であるときに１１ＢＦ３を用いて生成されるビーム電流よりも好ましくは大きい。もう１つの実例では、発生されるビーム電流は、約８〜１３ｍＡであり、イオン・ソースを、毎分２グリッチ以下の、より好ましくは毎分１グリッチ以下のグリッチ率を生み出すように動作しながら、１００時間以上のソース寿命にわたってイオン・ソース３００を動作させる。
【００５０】
別の一実施例では、０．１〜１０％Ｂ２Ｈ６、５〜１５％Ｈ２、及び残りの同位体を濃縮した１１ＢＦ３を含むＢＦ３−Ｂ２Ｈ６−Ｈ２の特定の混合物を利用するイオン・ソースを動作させるための方法が、提供され、これによって、混合物は、ｘが２よりも大きい高次ボランＢｘＨｙの実質的な欠如によって特徴付けられる。混合物は、３〜４ｓｃｃｍの流量でイオン・ソース・チャンバ３００に供給される。混合物がイオン化されるときには、１００時間以上のソース寿命にわたって８〜１３ｍＡであるビーム電流が発生され、平均グリッチ率は、ソース寿命期間中に毎分１グリッチ未満である。イオン・ソースは、８０Ｖ以上であるが１１０Ｖ以下のアーク電圧に調整される。
【００５１】
別の一実施例では、０．１〜１０％Ｂ２Ｈ６、５〜１５％Ｈ２、及び残りの同位体を濃縮した１１ＢＦ３の特定の濃度範囲でＢＦ３−Ｂ２Ｈ６−Ｈ２の特定の混合物を利用するイオン・ソースを動作させるための方法が、提供される。混合物は、０．５〜５ｓｃｃｍの流量で供給される。イオン・ソースへのアーク電圧は、ドーパント・ガスとして単独で使用されるときに１１ＢＦ３を用いて作られる対応するアーク電圧よりも５〜１０％低い電力レベルに設定される。ビーム電流は、１１ＢＦ３を単独で使用して発生されるビーム電流よりも大きくなるように発生される。ドーパント・ガスとして単独で使用されるときの１１ＢＦ３と比較して、本発明は、ソース寿命を短縮せずにビーム電流を増加させる能力を有し、好ましくはソース寿命を長くすることができる。
【００５２】
さらに、０．１〜１０％Ｂ２Ｈ６、５〜１５％Ｈ２、残りの１１ＢＦ３を伴う特定の混合物は、１１ＢＦ３がドーパント・ガスとして単独で使用されるときに１１ＢＦ３に対して利用される対応する電力よりも低い電力レベルで動作させることを伴う。ドーパント・ガスとして１１ＢＦ３だけを使用して生成されるビーム電流と実質的に同じ又はこれよりも大きいビーム電流が発生される。ビーム電流は、Ｂ活性イオンを含み、これを次いで被加工物中へと注入することができる。ビーム電流及びソース寿命に関連して測定されるたようなイオン・ソース・パフォーマンスは、１１ＢＦ３をもっぱら採用するものなどの従来のＢイオン・プロセスよりも改善される。一実例では、イオン・ソース・パフォーマンスは、少なくとも一部は、ドーパント・ガスとして１１ＢＦ３を単独で使用するプロセスと比較してより大きなビーム電流及び少なくとも５０％長いイオン・ソース寿命で規定される。典型的なＢイオン注入プロセスはより短いイオン・ソース寿命を代償にしてビーム電流の増加に遭遇したので、またその逆も同様であるので、イオン・ビーム及びソース寿命を共に増大する本発明に関する能力は、何らかの明確な機構によっては予想されず、説明することができない。言い換えると、本発明以前には、ビーム電流及びイオン・ソース寿命は、競合する設計考慮事項であり、Ｂイオンを注入するためにイオン・ソースを動作させるときにはさらにそうであった。なぜなら、このようなプロセスは、フッ素イオン及び本明細書において前に説明したいわゆる「ハロゲン・サイクル」を伴い、これは、動作中の堆積物の発生及び蓄積に言い換えられるからである。
【００５３】
０．１〜１０％Ｂ２Ｈ６、５〜１５％Ｈ２、及び残りの同位体を濃縮した１１ＢＦ３の特定の濃度範囲でのＢＦ３−Ｂ２Ｈ６−Ｈ２の混合物が、実質的に１１ＢＦ３から活性１１Ｂイオンのすべてを発生させ、Ｂ２Ｈ６からの無視できる寄与率の活性１１Ｂイオンを伴うことが、出願人によって驚くことに見出されてきている。Ｂ２Ｈ６が自然に発生し、したがって１０Ｂ及び１１Ｂの形態の両者でＢを含むことを考えると、これは予想されないものである。いずれかの理論に捉われずに、０．１〜１０％の特定の濃度範囲でのＢ２Ｈ６が１１ＢＦ３のイオン化を増進して、それ自体を１０Ｂイオン及び１１Ｂイオンへとイオン化させずに注入のために利用できる多くの量の１１Ｂ活性イオンを作り出すことが考えられている。
【００５４】
本発明の方法に対するさらなる利点は、１１ＢＦ３だけを使用して発生される量に比べて少ないタングステン系汚染物（Ｗ系汚染物）が基板（例えば、ウェハ）上に又は中に発生することである。一実例では、ドーパント・ガスとして単独で１１ＢＦ３を使用して発生する量に比べて、Ｗ系汚染物は、Ｂイオンを要求されるドーズ量まで注入するときに少なくとも４０％少ない、好ましくは少なくとも６５％少ない、より好ましくは少なくとも７０％少ない。本発明の方法を、基板間のＷ系汚染物の変動を減少させるようにやはり実行することができる。Ｗ系汚染物を顕著に減少させる能力は、ドーパント・ガスとして１１ＢＦ３を単独で採用するプロセスなどの、従来のプロセスと比べて、プロセス制御を著しく向上させ、歩留まりを増加させることができる。
【００５５】
より大きなビーム電流が本発明の方法を用いて可能であるとは言え、本発明を、ビーム電流が変化しないままであることが必要である特定の事例においてやはり採用することができる。例えば、一態様では、１１ＢＦ３がドーパント・ガスとして単独で使用されるときに以前に得られたものと実質的に同じビーム電流を維持しながらより小さなアーク電流で動作させるある種のホウ素注入レシピにおいて、本発明を採用することができる。アーク電流は、イオン・チャンバ中のプラズマ内のイオンを呼ぶ。フィラメント電流を小さくすること及び／又はイオン・ソースへのバイアス電圧を低くすることのいずれかによって、アーク電流を間接的に小さくすることができる。アーク電圧は、変化しないままである。このようにして、アーク電圧とは反対にアーク電流を小さくすることによって、イオン・ソースへの全体の電力レベルを減少する。より小さなアーク電流を採用するこの方法は、１１Ｂ＋及び１１ＢＦ２＋などの、Ｂイオンについてのある種の低注入エネルギー・レシピにとって有利であり得る。１１Ｂ＋用の高注入エネルギー・レシピなどの、高注入エネルギー・レシピを、より小さなアーク電流ではやり実行することができることを理解されたい。このようにして、本発明は、より小さなアーク電流で実質的に同様のビーム電流を実現する能力を有する。省電力の利点は、より大きなビーム電流条件がある種の注入エネルギー・レシピにとっては必要となるほど、大きくなり得る。
【００５６】
本発明の別の一実施例では、本明細書において説明した方法にしたがってホウ素注入を実行するように構成されているイオン・ソース装置が、開示される。イオン・ソース装置を、１１０Ｖ未満であるアーク電圧に調整することが可能である。イオン・ソース装置は、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、及び残りの同位体を濃縮した三フッ化ホウ素（ＢＦ３）を含む組成物、並びにｘが２よりも大きく、ｙが６よりも大きい高次ボランＢｘＨｙの欠如によって特徴付けられる組成物の約０．５〜５ｓｃｃｍを受けることに適応したイオン・ソース寿命期間中の毎分約２グリッチ以下の平均グリッチ率によってやはり特徴付けられる。ホウ素組成物は、イオン・ソース装置と流体連通している低大気圧配送パッケージから好ましくは配送される。好ましくは、組成物が十分な気化を必要とする高次ボランの欠如によって特徴付けられるので、組成物は、気化させずにイオン・ソースへと配送される。
【００５７】
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重量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、実験中には変化せずに維持された。何らかの疑義を回避する目的で、図５に「Ａ」〜「Ｆ」として示したすべてのサンプルが、図６に「Ａ」〜「Ｆ」として示した組成物を意味するものではない。正確な組成を、図５及び図６の下に列挙する。
【００５８】
「比較例１」（１１ＢＦ３）
イオン化テストを、１１ＢＦ３単独のドーパント・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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
「比較例２」（１１ＢＦ３＋Ｘｅ／Ｈ２）
イオン化テストを、１１ＢＦ３＋Ｘｅ／Ｈ２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。
【００６２】
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５）、ハロゲン・サイクル及びＷ含有堆積物を減少させた（表１）。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。
【００６３】
「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。
【００６４】
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、これによってより大きなビーム電流が、より短いイオン・ソース寿命を代償にして得られる。
【００６５】
「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）。他の比較例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。
【００６６】
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。
【００６７】
図５のサンプルＤが、許容可能でないとすでに判断された図５のサンプル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。これらの結果は、従来のホウ素含有ドーパント混合物を示し、これによって、より大きなビーム電流が、より短いイオン・ソース寿命を代償にして得られる。
【００６８】
「比較例５」（１００Ｖでの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６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て、イオン化プロセス中にアノードを静止したままに保った。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１００Ｖで印加して、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、「Ａ」として図６に示し、基準を表し、これに対してすべての他のテストを評価した。
【００６９】
「比較例６」（１００Ｖでの９０％１１ＢＦ３＋１０％Ｈ２）
イオン化テストを、９０％１１ＢＦ３及び１０％Ｈ２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・パフォーマンスに対するアーク電圧の影響を評価するために実行した（すなわち、図６においてサンプル「Ｆ」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て、イオン化プロセス中にアノードを静止したままに保った。９０％１１ＢＦ３及び１０％Ｈ２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１００Ｖで印加して、１１ＢＦ３をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。測定されたビーム電流を、図６に示す。ソース寿命は、図６のサンプル「Ａ」のソース寿命に匹敵した。９０％１１ＢＦ３及び１０％Ｈ２は、図６に示したように、最小のビーム電流を示した。ビーム電流は、１１ＢＦ３（「Ａ」）よりもほぼ２０％小さく、本発明（組成物「Ｃ」、組成物「Ｄ」及び組成物「Ｅ」）によって生じたビーム電流よりも２０％以上小さかった。結果は、組成物「Ｃ」、組成物「Ｄ」及び組成物「Ｅ」中のジボランの前述の量がイオン・パフォーマンスについて持ち得る肯定的な影響を明らかに意味する。
【００７０】
「比較例７」（９０Ｖでの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・パフォーマンスへのアーク電圧の影響を評価するために実行した（すなわち、図６においてサンプル「Ｂ」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て、イオン化プロセス中にアノードを静止したままに保った。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９０Ｖで印加して、１１ＢＦ３をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。測定されたビーム電流を、「Ａ」に対して規格化して図６に示す。ビーム電流は、従来のホウ素含有ドーパント・ガスで予想されるように、１１ＢＦ３（「Ａ」）よりも小さかった。
【００７１】
「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６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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、やはり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。
【００７４】
「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６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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
「実例３」（１００Ｖでの３％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９２％１１ＢＦ３）
イオン化テストを、３％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９２％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・ビーム電流についてのアーク電圧の影響を評価するために実行した（すなわち、図６においてサンプル「Ｃ」と示した）。比較例１〜比較例６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。
【００７９】
電圧を、イオン・ソースに１００Ｖで印加して、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、図６における１１ＢＦ３のビーム電流（「Ａ」、比較例５）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。ソース寿命は、ビーム電流の増加の結果として代償にはされなかった。
【００８０】
「実例４」（９０Ｖでの３％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９２％１１ＢＦ３）
イオン化テストを、３％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９２％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・ビーム電流についてのアーク電圧の影響を評価するために実行した（すなわち、図６においてサンプル「Ｄ」と示した）。比較例１〜比較例６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。
【００８１】
電圧をイオン・ソースに９０Ｖで印加して、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、図６における１１ＢＦ３のビーム電流（比較例５の「Ａ」）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。特に重要なもののうち、アーク電圧が１００Ｖ（実例３のサンプル「Ｃ」）から９０Ｖ（実例４のサンプル「Ｄ」）に低下したときに、ビーム電流が実際に増加したことを、予想せずに見出した。実際に、「Ｄ」が、図６においてテストした組成物の最大のビーム電流を示した。アーク電圧の低下が、１１ＢＦ３を用いて示された従来のガスに対するビーム電流の減少を導いたので（図６の「Ａ」及び「Ｂ」）、これは直感的でない結果であった。最小の重量変化がカソード・フィラメント及びアノード領域のところで観測されたので、ソース寿命は、ビーム電流の増加の結果として代償にはされなかった、これによって、より高いビーム電流でソース寿命を維持する能力を示している。
【００８２】
「実例５」（１１０Ｖでの３％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９２％１１ＢＦ３）
イオン化テストを、３％Ｂ２Ｈ６＋５％Ｈ２＋９２％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・ビーム電流についてのアーク電圧の影響を評価するために実行した（すなわち、図６においてサンプル「Ｅ」と示した）。比較例１〜比較例６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。
【００８３】
電圧をイオン・ソースに１１０Ｖで印加して、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、図６における１１ＢＦ３のビーム電流（比較例５）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。ビーム電流は、「Ｃ」（１００Ｖ）よりも小さく、そして「Ｄ」（９０Ｖ）よりもさらに小さく、アーク電圧の低下がより大きなビーム電流を結果としてもたらす本発明の予想しない振る舞いをさらに確認した。最小の重量変化がカソード・フィラメント及びアノード領域のところで観測されたので、ソース寿命は、ビーム電流の増加の結果として代償にはされなかった、これによって、より大きなビーム電流においてソース寿命を維持する能力を示している。
【００８４】
従来の１１ＢＦ３のパフォーマンスに比べてソース寿命を途絶させずに、Ｂ２Ｈ６が、ＢＦ３よりも大きなイオン化断面積を有するエネルギー・レベルにおいてより小さな電力レベルでより大きなビーム電流を発生させる本発明の能力は、新規な大発見である。本発明の出現の前には、ビーム電流の増加は、電力の増加を必要とした。そして、さらに、本発明の出現の前には、より大きなビーム電流が、ソース寿命の短縮の代償を払って得られ、したがって、競合する設計考慮事項として見られてきていた。
【００８５】
イオン化の観点から、実例１〜実例５は、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方法と比較してホウ素ビーム電流を高めることである。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
【表１】
2017120755.tif 000003
【符号の説明】
【００９０】
１１２  イオン・ソース・チャンバ
２１０  貯蔵容器
２１２  流量制御装置
２１３  貯蔵容器
２１４  流量制御装置
３００  イオン・ソース装置
３０２  ホウ素含有ドーパント・ガスの流れ
３０３  ホウ素含有ドーパント組成物
３１１  アーク・チャンバ壁
３１２  アーク・チャンバ
３１４  イオン・ソース・フィラメント
３１５  間接加熱カソード
３１６  リペラ電極
３１７  引き出しアパーチャ
３１８  絶縁物
３１９  抑制電極
３２０  引き出し電極
３２１  イオン・ビーム
４００  イオン注入システム
４０１  ガス・ボックス
４０１  イオン・ビーム引き出しシステム
４０５  質量分析器／フィルタ
４０６  加速／減速ユニット
４０７  ホウ素イオン・ビーム
４０９  ターゲット被加工物
４１０  エンド・ステーション
【図１】
2017120755.tif 000004
【図２】
2017120755.tif 000005
【図３】
2017120755.tif 000006
【図４】
2017120755.tif 000007
【図５】
2017120755.tif 000008
【図６】
2017120755.tif 000009