(57)【要約】励起したおよび／または原子状態のガスの注入を利用するイオン源を開示する。イオンビームに適用する場合、ソースガスはそのまま使用して従来どおり供給する。代替的にまたは付加的に、ソースガスをイオン源チャンバに導入する前にリモートプラズマ源を通過させることにより変質させることができる。これにより励起中性種、重イオン、準安定分子、または多価イオンを生成することができる。他の実施形態において、複数のガスを用い、１つ以上のガスがリモートプラズマ源を通過するようにする。特定の実施形態においては、複数のガスをイオン源チャンバへ供給する前に単一のプラズマ源において混合する。プラズマ浸漬に適用する場合、１つ以上の追加ガス注入箇所を介して、プラズマをプロセスチャンバに注入する。これら注入箇所により、プロセスチャンバの外部におけるリモートプラズマ源で生成した追加プラズマの流入が可能になる。【選択図】図５
2012511104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源であって、
ａ．イオン源チャンバを画定し、分子が１つ以上の入口から進入するイオンチャンバハウジングと、
ｂ．リモートプラズマ発生器に連通するガス源と、
ｃ．前記入口の１つに連通する出口をもつ前記リモートプラズマ発生器と、
を備え、前記リモートプラズマ発生器は、前記ガス源から供給されたガスを、前記イオンチャンバに送給する前に変質状態に変換する発生器とした、
イオン源。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン源であって、さらに、前記ガス源を前記入口の１つに接続するバイパスバルブを備えた、イオン源。
【請求項３】
請求項１に記載のイオン源であって、さらに、第２のプラズマ発生器に連通する第２のガス源を備え、前記第２のプラズマ発生器は前記入口の１つに接続する出口を有し、前記第２のプラズマ発生器は前記第２のガス源によって供給されるガスを、前記イオンチャンバに送給する前に変質状態に変換する、イオン源。
【請求項４】
請求項３に記載のイオン源であって、さらに、前記第２のガス源を前記入口の１つに接続するバイパスバルブを備えた、イオン源。
【請求項５】
請求項１に記載のイオン源であって、さらに、前記リモートプラズマ発生器に連通する第２のガス源を備えた、イオン源。
【請求項６】
請求項１に記載のイオン源であって、前記リモートプラズマ発生器は、マイクロ波プラズマ源、ヘリコン源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、容量結合プラズマ源、中空陰極（ＨＣ）源、およびフィラメント型プラズマ源からなる群から選択した、イオン源。
【請求項７】
請求項１に記載のイオン源であって、前記リモートプラズマ発生器は、傍熱陰極を具える副チャンバを有する構成とした、イオン源。
【請求項８】
請求項７に記載のイオン源であって、前記副チャンバは、ハウジングを有し、前記副チャンバハウジングの上面は前記イオンチャンバハウジングの底面とした、イオン源。
【請求項９】
請求項８に記載のイオン源であって、前記副チャンバの上面は、開孔を有し、変質した分子が前記開孔から前記イオンチャンバハウジングに通過する、イオン源。
【請求項１０】
請求項９に記載のイオン源であって、磁場を用いて前記イオン源チャンバ内にイオンを閉じ込め、副チャンバが前記磁場を利用する、イオン源。
【請求項１１】
請求項９に記載のイオン源であって、前記副チャンバ内の圧力は、前記イオン源チャンバ内の圧力よりも高いものとした、イオン源。
【請求項１２】
イオン源からの特定のイオン種におけるイオン電流出力を改善する方法において、
ａ．イオン源であって、
i．イオン源チャンバを画定し、分子が１つ以上の入口から進入するイオンチャンバと、
ii．リモートプラズマ発生器に連通するガス源と、
iii．前記入口の１つに連通する出口を具える前記リモートプラズマ発生器と、
を備え、前記リモートプラズマ発生器は前記ガス源から供給されたガスを、前記イオンチャンバに送給する前に変質状態に変換する、該イオン源を準備するステップと、
ｂ．前記リモートプラズマ発生器を励磁して、前記イオン源に送給すべき変質された分子を生成するステップと
を有する方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記リモートプラズマ発生器を前記イオン源よりも高い圧力で動作させ、より重い中性種を生成する方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記特定のイオン種がより重いイオン種を含む方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法であって、前記リモートプラズマ発生器を前記イオン源よりも高い電力で動作させ、より多くの励起され、また解離された中性種を生成する方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記特定のイオン種が単原子イオン種および多価イオン種をも含む方法。
【請求項１７】
プラズマ処理装置内の中性分子とプラズマの両方の均一性を改善する方法において、
ａ．プラズマ処理装置であって、
i．内部に配置したワークピースを有するチャンバと、
ii．分子が前記チャンバ内に進入する複数の入口と、
iii．前記分子をプラズマに変換するよう構成したプラズマ発生器と、
iv．リモートプラズマ発生器に連通するガス源と、
v．前記複数の入口の１つに連通する出口を有する前記リモートプラズマ発生器と、
を備えた、該プラズマ処理装置を準備するステップと、
ｂ．前記リモートプラズマ発生器を励磁して、前記複数の注口の１つに送給すべき変質された分子を生成するステップと、
を有する方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、さらに、前記複数注口のそれぞれに送給すべき前記変質された分子の流れを調整するステップを有し、これにより前記チャンバ内の中性種およびイオン種の両方の均一性を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
イオン注入装置は、半導体ウェハの製造において一般的に利用されている。イオン源を使用して、荷電イオンのビームを生成し、このビームをその後ウェハに照射する。イオンがウェハに当たると、衝突した領域に電荷が付与される。この電荷により、ウェハの特定の領域を適切に「ドープする」ことが可能になる。ドープ領域の形態がウェハの機能性を規定し、また導電性配線を使用することによりこれらのウェハを複合回路に変えることができる。
【背景技術】
【０００２】
図１に、代表的なイオン注入装置１のブロック図を示す。電源２は必要なエネルギーをイオン源３に供給し、イオンの発生を可能にする。イオン源３は所望の種のイオンを発生させる。ある実施形態においては、これらの種は単原子とし、高エネルギーを注入するのに最適である。別の実施形態において、これらの種は分子とし、低エネルギーを注入するのに好適である。イオン源３は、イオンが通過できる開孔を有する。これらイオンは電極４によって開孔に誘引され、また開孔を透過させられる。これらイオンはビーム９５を形成し、質量分析器６を通過する。分析開孔を有する質量分析器６を用いてイオンビームから不要な成分を取り除き、結果として所望のエネルギーおよび質量特性をもつイオンビームが分析開孔を通過する。所望の種のイオンはその後、１つ以上の電極を有することができる減速ステージ８を通過する。この減速ステージにおける出力は発散イオンビームである。
【０００３】
補正用磁石１３は、発散イオンビームを偏向して、ほぼ平行な軌道を有するビームレットの集合体にする。好ましくは、補正用磁石１３は、電磁コイルと、ギャップを形成するよう互いに離して配置した磁極片とを備え、ギャップ内をイオンのビームレットが通過する。コイルを励磁してギャップ内に磁場を作り出し、印加する磁場の強度および方向にしたがってイオンのビームレットが偏向される。電磁コイルを流れる電流を変化させることによって磁場を調整する。代案として、他の構造、例えば平行化レンズを利用して、この機能を実行することもできる。
【０００４】
角度偏向器としての補正用磁石１３に続いて、帯状のビームはワークピースを標的とする。ある実施形態においては、第２の減速ステージ１１を追加してもよい。ワークピースは、ワークピース支持体１５に取り付ける。ワークピース支持体１５は、多様な注入用途向けに様々な運動の自由度をもたせる。
【０００５】
図２を参照すると、イオン注入装置１に組み込むことができる、従来のイオン源を示す。図２に示すイオン源は、イオン源チャンバ１４を画定するチャンバハウジング１０を有することができる。チャンバハウジング１０の一方の側面には、イオンが通過する抽出開孔１２を設ける。ある実施形態においては、この開孔はホールであるが、高電流注入などの他の用途においては、この開孔は、溝孔又は複数のホールによる集合体とする。
【０００６】
陰極２０はイオン源チャンバ１４の一方の端部に配置する。フィラメント３０は、イオンチャンバの外部で陰極２０の近傍に設置する。反射電極６０はイオン源チャンバ１４の反対側の端部に配置する。
【０００７】
フィラメント３０はフィラメント供給電圧５４により付勢する。フィラメント３０を流れる電流はフィラメントを十分に加熱し（例えば２０００℃超）、熱電子を生成する。バイアス供給電圧５２を用いて、フィラメント３０より実質的に高い電圧で陰極２０にバイアスを印加する。この大きい電圧差の効果により、フィラメントから放出される熱電子が陰極に向けて加速される。これらの電子が陰極に衝突すると、陰極はたいてい２０００℃を超えるほどの温度まで大幅に加熱される。傍熱陰極（ＩＨＣ：indirectly heated cathode）と称される陰極は、その後熱電子をイオン源チャンバ１４に放出する。
【０００８】
アーク電源５０を用いて、陰極と比較して高い電圧でイオンチャンバハウジング１０にバイアスを印加する。アーク電源は一般的に、陰極２０よりもおよそ５０〜１００ボルト高い電圧でハウジング１０にバイアスを印加する。この電圧差により、陰極２０から放出された電子がハウジング１０に向けて加速される。
【０００９】
典型的にはチャンバ外に位置する磁極８６を用いて、方向６２に磁場を生ずると好ましい。磁場の効果は、磁力線内に放出電子を閉じ込めることにある。陰極と反射電極の間に静電気的に閉じ込められた放出電子は、ソース磁力線に沿って渦巻き線状に運動し、これにより効果的にバックグラウンドガスをイオン化し、イオンを形成する（図３に示すように）。
【００１０】
蒸気またはガス源４０を用いて、原子または分子をイオン源チャンバ１４内に供給する。分子は、不活性ガス（アルゴンまたは水素のような）、酸素含有ガス（酸素および二酸化炭素のような）、窒素含有ガス（窒素または三フッ化窒素のような）、および他のドーパント含有ガス（ジボラン、三フッ化ホウ素、または五フッ化ヒ素のような）を含む、ただしこれに制限されない多様な種とすることができる。これらのバックグラウンドガスは電子衝撃によってイオン化され、これによりプラズマ８０を形成する。
【００１１】
陰極２０に対向するチャンバ１４の対極端部において、反射電極６０に陰極２０と同じ電圧までバイアスを印加することが好ましい。これにより放出電子を陰極２０と反射電極６０の間に静電気的に閉じ込める。イオン源チャンバ１４の両端にこれらの構造を用いることにより、放出電子とバックグラウンドガスの相互作用が最大限に高め、高密度プラズマを発生する。
【００１２】
図３は、図２に示すイオン源を別描写で示す。ソース磁石８６はイオンチャンバの両端にわたって磁場６２を生ずる。陰極２０および反射電極６０は同じ電位に保たれ、バックグラウンドガスと衝突してプラズマ８０を発生させる電子を効果的に閉じ込める。電極セット９０にバイアスを印加し、イオンを抽出開孔１２に誘引し、抽出開孔内を通過するよう誘引する。これら引き出されたイオンはイオンビーム９５を形成し、上述のように使用する。
【００１３】
イオン注入システムの別の実施形態におけるプラズマ浸漬を図４に示す。プラズマドーピング装置１００は、密閉した容積１０３を画定するプロセスチャンバ１０２を有する。プラテン１３４をプロセスチャンバ１０２内に配置し、ワークピース１３８を支持する。一例としては、ワークピース１３８は、例えば直径３００ミリメートル（ｍｍ）のシリコンウエハのようなディスク形状をもつ半導体ウェハとする。このワークピース１３８は、静電力または機械力により、プラテン１３４の平坦面にクランプすることができる。一実施形態においては、プラテン１３４には、ワークピース１３８に連結するための導電ピン（図示せず）を設けることができる。
【００１４】
ガス源１０４は、質量流制御装置１０６を介して、プロセスチャンバ１０２の内部容積１０３にドーパントガスを供給する。ガスバッフル１７０は、プロセスチャンバ１０２内に配置し、ガス源１０４からのガスを均一に供給する。圧力計１０８は、プロセスチャンバ１０２内の圧力を測定する。真空ポンプ１１２は、プロセスチャンバ１０２内の排気口１１０を介して、プロセスチャンバ１０２から排気を排出する。排気バルブ１１４は、排気口１１０を通る排気量を制御する。
【００１５】
プラズマドーピング装置１００には、さらにガス圧力制御装置１１６を設け、このガス圧力制御装置１１６を質量流制御装置１０６、圧力計１０８、および排気バルブ１１４に電気的に接続する。ガス圧力制御装置１１６は、圧力計１０８に応答するフィードバックループ内において、排気バルブ１１４で排気量を制御する、又は質量流制御装置１０６でプロセスガスの流量を制御することにより、プロセスチャンバ１０２内を所望の圧力に維持するように構成することができる。
【００１６】
プロセスチャンバ１０２にはチャンバ頂部１１８を設け、このチャンバ頂部１１８は、誘電材料で形成し、かつほぼ水平方向に延びる第１区域１２０を有することができる。チャンバ頂部１１８には、さらに、誘電材料で形成し、かつ第１区域１２０から高くほぼ垂直方向に延びる第２区域１２２を設ける。チャンバ頂部１１８には、さらに、導電性および伝熱性のある材料で形成し、かつほぼ第２区域１２２を横切って水平方向に延びる蓋１２４を設ける。
【００１７】
プラズマドーピング装置は、さらに、プロセスチャンバ１０２内にプラズマ１４０を発生するよう構成した発生源１０１を設けることができる。発生源１０１は、電源、例えばＲＦ源１５０を含んでもよく、平面アンテナ１２６および螺旋状アンテナ１４６のいずれか一方または両方にＲＦ電力を供給してプラズマ１４０を発生させる。ＲＦ源１５０の出力インピーダンスをＲＦアンテナ１２６，１４６のインピーダンスにマッチさせるインピーダンスマッチングネットワークにより、ＲＦ源１５０をＲＦアンテナ１２６，１４６に結合することができるが、これはＲＦ源１５０からＲＦアンテナ１２６，１４６へ送られるパワーを最大にするために行う。
【００１８】
プラズマドーピング装置１００には、さらに、プラテン１３４に電気的に接続したバイアス電源１４８を設けることができる。バイアス電源１４８は、パルスオン期間およびパルスオフ期間を有するパルスプラテン信号を供給するように構成し、プラテン１３４、ひいてはワークピース１３８にバイアスを印加し、パルスオフ期間中ではなく、パルスオン期間中にプラズマ１４０からワークピース１３８へ向けてイオンを加速する。バイアス電源１４８は、ＤＣ電源またはＲＦ電源とすることができる。
【００１９】
プラズマドーピング装置１００には、さらに、プラテン１３４の周りに配置した遮蔽リング１９４を設けることができる。当技術分野で周知のように、遮蔽リング１９４にバイアスを印加し、ワークピース１３８の端縁近傍における、注入されたイオンの分布の均一性を改善することができる。１つ以上のファラデーセンサ、例えば環状ファラデーセンサ１９９を遮蔽リング１９４内に配置して、イオンビーム電流を感知することもできる。
【００２０】
プラズマドーピング装置１００には、さらに、コントローラ１５６およびユーザーインタフェース装置１５８を設けることができる。コントローラ１５６は、所望の入力／出力機能を実行するようプログラムした、汎用コンピュータまたは汎用コンピュータのネットワークとする、又はそれを設けることができる。コントローラ１５６は、さらに他の電子回路または電子コンポーネント、例えば特定用途向け集積回路、他の結線接続による、またはプログラム可能な電子機器、個別素子回路等を含みうる。コントローラ１５６は、通信機器、データ記憶装置、およびソフトウェアとすることができる。明確に例示するため、コントローラ１５６は、電源１４８への出力信号のみを供給し、ファラデーセンサ１９９から入力信号を受信するものとして図示する。当業者は、コントローラ１５６が、プラズマドーピング装置１００の他のコンポーネントへ出力信号を供給し、同コンポーネントから入力信号を受信しうることを認識できるであろう。ユーザーインタフェース装置１５８は、タッチスクリーン、キーボード、ユーザーポインティングデバイス、ディスプレイ、プリンタ等の機器とすることができ、これによりユーザーが、コントローラ１５６を介して、コマンドおよび／またはデータを入力する、および／またはプラズマドーピング装置をモニタすることができるようになる。
【００２１】
動作にあたり、ガス源１０４は、注入するための所望のドーパントを含む主要なドーパントガスをワークピース１３８に供給する。ガス圧力制御装置１１６は、主要なドーパントガスをプロセスチャンバ１０２に供給する流量を調整する。発生源１０１は、プロセスチャンバ１０２内にプラズマ１４０を発生するように構成する。発生源１０１は、コントローラ１５６により制御することができる。プラズマ１４０を発生させるために、ＲＦ源１５０は、ＲＦアンテナ１２６，１４６の少なくとも一方のＲＦ電流を共振させ、振動磁場を生ずる。振動磁場は、プロセスチャンバ１０２内にＲＦ電流を誘導する。プロセスチャンバ１０２内のＲＦ電流は、主要なドーパントガスを励起しイオン化して、プラズマ１４０を発生させる。
【００２２】
バイアス電源１４８は、プラテン１３４、ひいてはワークピース１３８にバイアスを印加してパルスプラテン信号を供給し、パルスプラテン信号のパルスオン期間に、プラズマ１４０からワークピース１３８へ向けてイオンを加速する。パルスプラテン信号の周波数および／またはパルスのデューティサイクルは、所望のドーズ率を得るよう選択することができる。パルスプラテン信号の振幅は、所望のエネルギーを生ずるよう選択することができる。他のすべてのパラメータが等しい場合、エネルギーが大きいほど、より深く注入される。
【００２３】
なお、いずれの方法においても、後にウェハに注入するイオンの生成に用いるチャンバにガスを供給する。従来、これらのガスとしては、水素、アルゴン、酸素、窒素などの元素ガス、または以下に限定されないが、他の分子、例えば二酸化炭素、三フッ化窒素、ジボラン、三フッ化リン、三フッ化ホウ素、もしくは五フッ化ヒ素がある。
【００２４】
上述したように、これらガスをイオン化し、注入するための所望のイオンを生成する。イオン源に適用するには、特定のイオン種の生成量を最大限に増やすために、ソースガス流、アーク電流、イオン源材料、壁部温度、その他を含む種々の変数を制御する必要がある。同様に、プラズマ注入に適用するには、種々の因子を用いて均一な荷電種をウェハ領域上に発生させる。因子、例えば、ソースアンテナの設計、圧力、出力、ターゲットバイアス電圧、壁部／ターゲット温度、その他は、所望のイオン分布を得るために変更される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
十分に活用されていない一要因として、流入するソースガスの特性を制御することがある。上述したように、用途によって異なる種類のガスが用いられているが、一旦ガスを選択した後には、ソースガスに他の変更は加えていない。ソースガスの特性を変化させることによりイオン種の組成およびその空間分布を制御することは有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
従来技術の問題は本発明によって解決することができ、本明細書はガスおよび／または原子ガスの注入を用いるイオン源を説明する。イオンビームを使用する場合、ソースガスはそのまま使用して従来どおり供給する。代替的にまたは付加的に、ソースガスをイオン源チャンバに導入する前にリモートプラズマ源を通過させることにより変質させることができる。これにより特定の原子イオンの発生に有利なソース状態をもたらす励起中性種、重イオン、準安定分子、または多価イオンを生成することができる。他の実施形態において、複数のガスを用い、１つ以上のガスがリモートプラズマ源を通るようにする。特定の実施形態においては、複数のガスをイオン源チャンバへ供給する前に単一のプラズマ源において組み合わせる。
【００２７】
プラズマ浸漬での適用において、１つ以上の追加ガス注入箇所を介して、プラズマをプロセスチャンバに注入する。これらの注入箇所により、プロセスチャンバの外部におけるリモートプラズマ源で生成した追加分子の流入を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】代表的な高電流イオン注入手段のブロック図を示す図。
【図２】イオンビームに適用する従来のイオン源を示す図。
【図３】図２に示す従来のイオン源の主要なコンポーネントを示す図。
【図４】プラズマ浸漬装置を示す図。
【図５】イオンビームに適用するガス注入装置の第１実施形態を示す図。
【図６】イオンビームに適用するガス注入装置の第２実施形態を示す図。
【図７】イオンビームに適用するガス注入装置の第３実施形態を示す図。
【図８】イオンビームに適用するガス注入装置の第４実施形態を示す図。
【図９】プラズマ浸漬装置に適用するガス注入装置の実施形態を示す図。
【図１０】図９に示すガス注入装置の第２説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図５は、イオンビームに適用するガス注入装置の第１の実施形態を示す。従来、ガス源４０はソースチャンバ１４に直接流体連通させる。一方、図５は、本発明による第１実施形態によるガス注入装置のコンポーネントを示す。本実施形態において、ガス源４０は質量流制御装置（ＭＦＣ：mass flow controller）２２０に接続することができる。ＭＦＣはガス源４０からのガス流を所望流量に調整する機能をもつ。ＭＦＣの出力口は、調節可能なバイパスバルブ２１０およびリモートプラズマ源２００に流体連通させる。調節可能なバイパスバルブ２１０およびリモートプラズマ源２００からの出力は、その後合流し、ソースチャンバ１４に流体連通させる。
【００３０】
リモートプラズマ源２００は任意の適切なタイプとすることができる。ただし、高密度プラズマおよび／または励起中性種の生成能力に関して広範な動作領域をもつ発生源が望ましい。ある実施形態では、１０−６〜１０−１ｔｏｒｒの圧力で動作可能とし、高密度、高電荷イオン種および／または高励起中性種を生成するマイクロ波プラズマ源（電子サイクロトロン共鳴型）を用いる。第２の実施形態では、ＭＫＳインスツルメント社製のＡＳＴＲＯＮ（登録商標）などのマイクロ波プラズマ源を用いるが、同プラズマ源は１０−１トール〜大気圧の圧力で動作可能にし、再結合または励起した中性種を生成する。他の実施形態において、第２の傍熱陰極（ＩＨＣ）イオン源を用いて重い中性種およびイオン種を生成し、その後イオン源１４に供給する。他の実施形態において、ヘリコン源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：inductively-coupled plasma）源、容量結合プラズマ源、中空陰極（ＨＣ：hollow-cathode）源、またはフィラメント型プラズマ源を用いることができる。「リモートプラズマ源」という用語は、分子を変質状態に変化させうるすべての装置を包含するよう意図される。変質状態はプラズマだけでなくイオン、励起中性種、および準安定分子を含む。周知の通り、イオンは、ＢＦ２＋のように、単に、電荷を伴う原子または分子である。励起中性種とは、依然として電荷的に中性である原子または分子を指す。ただし、これらの原子または分子は、励起エネルギー状態の１つ以上の電子をもつ。最後に、準安定分子とは、Ｂ２Ｆ４またはＢ４Ｆ５などの生成可能な分子構造を指す。ただし、これらの分子は長期間こうした構造を維持せずともよく、より一般的な分子構造に再結合または分解する可能性が高い。これらの変質した状態、すなわちプラズマ、イオン、励起中性種、および準安定分子のいずれもが対象となる。そのため、リモートプラズマ発生器が実際にその出力としてプラズマを生成することは必要条件ではない。
【００３１】
リモートプラズマ源２００を動作させるとき、ソースガス４０からの分子がＭＦＣ２２０を通過し、プラズマ源に入る。リモートプラズマ源の種類およびその動作パラメータに基づいて、ソースガスを変質させることができる。ある特定の場合においては、ソースガスを作用させて励起中性種、準安定分子、またはイオン性分子を生成する。他の場合では、ソースガスが原子種および／またはより小さい分子種に再結合する。さらに別の実施形態においては、ソースガスが結合して重分子または準安定分子が発生する。
【００３２】
特定のイオン種の最大引き出し電流が必要とされる場合、ソースチャンバ１４における特定のイオンの濃度を最適化（または最大化）するよう、ソースガスの注入を調整することができる。一例として、リモートプラズマ源を低圧力かつ高電圧で動作させる場合、励起中性種の生成が促進される。励起中性種をソースチャンバ１４に導入すると、単原子イオンおよび／または多価イオンの生成が増進され、その結果、単原子イオン電流および／または多価イオン電流が増加する。
【００３３】
例えば、同時に三フッ化ボロンなどのソースガスをイオン源チャンバに供給する。このガスは傍熱陰極によりイオン化され、ＢＦ２＋、ＢＦ＋、Ｆ＋、ＢｘＦｙ＋、およびＢ＋などの様々なイオン種が生成される。本発明において、ソースガスは、好ましくは高電圧かつ低圧力で動作するリモートプラズマ源に供給する。このリモートプラズマ源はその後、分解された励起中性種、または種々の分解されたイオン種のいずれかを生成する。これらの様々な種を、その後イオン源チャンバ１４に供給する。供給するガスの組成およびエネルギー準位が調整されるため、イオン源の出力も同様に影響を受け、特定種のイオンをさらに多く生成する。この例では、Ｂ＋およびＢＦ＋などの小さいイオン種がさらに生成される。
【００３４】
他の実施形態においては、ダイマー、トライマー、またはテトラマーなどのより重いイオンを生成することが望ましい。リモートプラズマ源は、はるかに高い圧力で動作させることができ、分子が結合してより重い中性種または準安定分子になる。これらの励起された重分子および準安定分子を、その後イオン源チャンバ１４に供給する。
【００３５】
例えば、同時にヒ素およびリンなどのソースガスをイオン源チャンバ１４に供給する。より重い種を生成するために、チャンバは低電圧で動作する必要があり、一般的に出力電流は非常に小さい。一実施形態によると、これらのソースガスはリモートプラズマ源２００に供給することができる。リモートプラズマ源２００は単原子種の生成に用いるよりもはるかに高い圧力で動作し、より重い中性種、例えばＡｓ２、Ａｓ３、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４を生成する。これらのより重い種を、その後イオン源チャンバ１４に供給し、イオン化し、イオンビームとして取り出す。リモートプラズマ源を使用すると、より重い種の濃度が増加するため、得られるイオンビームはより大きい電流をもつ。
【００３６】
上記の説明ではリモートプラズマ源２００の使用を主に説明したが、本発明はこの実施形態に制限されない。調節可能なバイパスバルブ２１０を使用することにより、分子ソースガスおよびリモートプラズマ源２００からの出力を混合することができる。得られた混合物を調整することにより、所望の効果を得られるよう、分子ソースガスおよびリモートプラズマ源の出力の割合を精密に制御することができる。
【００３７】
図６は、図３のイオン源チャンバとともに使用可能なガス注入装置の第２の実施形態を示す。本実施形態において、２種類のソースガスをそれぞれ別の質量流制御装置（ＭＦＣ）３２０，３２５に接続する。これらのＭＦＣ３２０，３２５はそれぞれ対応するリモートプラズマ源３００，３０５および調節可能なバイパスバルブ３１０，３１５に流体接続する。ＭＦＣを使用することにより、それぞれのソースガスの流量を制御することができる。また、調節可能なバイパスバルブを使用することにより、注入される分子ソースガスと変質状態のソースガスの割合を、それぞれのソースガスに応じて変えることができる。さらに、図６に示す構造を複製することによって、２つより多いソースガスを使用することができる。最後に、図６はソースガスＡ、励起ソースガスＡ、ソースガスＢ、および励起ソースガスＢの注入を可能にする、極めて融通性の高い装置を示す。それぞれのソースガスは異なる量で供給することができ、それぞれの流量は他のソースガスの流量とは全く無関係である。なお、図示されたコンポーネントのすべてが必要なわけではない。例えば、ある特定の実施形態では、ソースガスＡのみと、両方の状態のソースガスＢが必要であることが想定される。この場合、リモートプラズマ源３００および調節可能なバイパスバルブ３１０を省略することができる。代替案として、励起状態のソースガスＢのみが必要である場合、調節可能なバイパスバルブ３１５を省略することができる。
【００３８】
ある実施形態においては、２つの別々のソースガスには専用の特化コンポーネントを用いることができる。例えば、１つのソースガス、バイパスバルブ、およびリモートプラズマ源をｎ型ドーパント専用にし、第２のコンポーネント集合をｐ型ドーパント専用にして、潜在的なクロスコンタミネーションを回避し、かつ／あるいは保守性を改善する。
【００３９】
図７は、図３のイオン源チャンバ１４とともに用いると適切な別の実施形態を示す。本実施形態においては、共通リモートプラズマ源３３０を用い、２つのソースガスが単独のプラズマ源に流入する。この２つのソースガス（元素ガスまたは化合物ガス）を、意図的な反応を起させることにより新たな化合物ガスを生成し、その後イオン源チャンバ１４に注入する。
【００４０】
こうすることにより、真空下ならびにソース領域および／またはリモートプラズマ領域の環境下における複数の異なるガスの混合によって生じる所望の分子を生成することができる。つまり、異なるガスを真空環境またはプラズマチャンバに供給し、互いに反応させることにより所望の分子を生成することができる。これらの分子は特定の目的、例えば注入、堆積、またはクリーニングでの使用に有益である。分子の形成は様々な制御メカニズム、例えば磁場、流動、圧力、または電界および／もしくは電気特性、によってプラズマを操作することにより適合させることができ、所望の効果をもたらす。こうして、新たな、または改良された分子の形成を実現し、直接プロセス内で使用することができる。この一例として、２つのソースガスを用いて水素化物およびフッ化物を導入し、これらの結合により一般的な分子の１つであるＨＦ（フッ化水素）を生成することが挙げられる。
【００４１】
複数のガスを添加してチャンバ内の反応状態を操作することにより分子を調整して形成することができるが、そうしなければ、分子は不安定性、毒性、自然発火性、危険性、または他の特性をもつ可能性があり、それによりバルクでの保管および輸送に不都合を生じることがある。そのため、本実施形態において、これらの分子は実際に使用する場所および所望の効果のみのために生成される。
【００４２】
また、上述したように、図７に示すすべてのコンポーネントが必要なわけではない。例えば、ソースガスＡおよびソースガスＢのみを混合した状態で励起させる場合、リモートプラズマ源３００、３０５を別々に設ける必要はない。代替案として、ソースガスの一方の分子状態を注入する必要がない場合、対応するバイパスバルブを省略することができる。
【００４３】
リモートプラズマ源３００，３０５，３３０とソースチャンバ１４との間の経路長は考慮すべき重要な点である。経路が長すぎる場合、準安定種、励起種、または再結合種がイオン源チャンバ１４に入る前に結合してしまう可能性がある。リモートプラズマ源から出る種の再結合を最少にするにはいくつかの技術が用いることができる。特定の実施形態においては、リモートプラズマ源とイオン源チャンバの間の物理的距離を最小にする。他の実施形態においては、局所磁気閉じ込め法式を採用して励磁電子およびイオンをソースチャンバに輸送することができる。さらに別の実施形態において、リモートプラズマ源の出力口に隣接して設けられたオリフィスを用いて異なる動作条件に応じて必要な圧力差を提供する。
【００４４】
図５〜７のガス注入装置は、本来、イオンビーム装置内のイオン源と連携させて用いることを目的とする。したがって、ガス注入装置を用いて、ガスがイオン源チャンバ１４に入る前に変質させる。こうして、注入されたガスは、エネルギー、形態、およびフラグメンテーション（解離）に関して異なる中性状態を呈しうるが、これはイオン源を用いて後に流入するガスをイオン化するためである。
【００４５】
図８はイオンビーム用途に使用する際別の実施形態を示す。本実施形態において、副チャンバ（アンティチャンバ）４００として知られる第２のチャンバを用いてソースガスをイオン源チャンバ１４に入る前に励起させる。１つ以上のガス源４０からのガスが副チャンバ４００に入る。副チャンバ４００は傍熱陰極４２０を有してもよく、その一方の端部にはフィラメント４３０が、その反対側の端部には反射電極４６０を具える。図８は副チャンバの左の端部における反射電極４６０、およびイオン源の右の端部における反射電極６０を示すが、これは必須ではない。例えば、副チャンバの反射電極４６０およびイオン源の反射電極６０は、各チャンバの同じ側の端部にあってもよい。副チャンバおよびイオン源チャンバが図８に示すように整列される場合、電子およびイオンをソースチャンバ１４に閉じ込めるために用いられるのと同じソースマグネット８６を用いて、副チャンバ４００に同じ作用をもたらすことができる。
【００４６】
上述したように、ガスは副チャンバ４００に流入し、励起中性種および若干のイオンを生ずるよう処理される。これらの励起分子はその後、副チャンバ上面の小さい開口またはホール４５０を経てイオン源チャンバ１４に供給される。なお、本実施形態において、副チャンバの上面はイオン源チャンバ１４の底部としても機能する。こうして、励起種、再結合種、および／または重中性種は、副チャンバ４００で処理された後、イオン源チャンバ１４に入る。また、イオン源チャンバ１４および副チャンバ４００内で電場が平行になるため、ソースマグネット８６により生成されるような共通の磁場用いて、電子イオン源の動作に不可欠な電子を両方のチャンバに閉じ込めることができる。
【００４７】
ある実施形態において、副チャンバからイオン源チャンバ１４に通じるホール４５０は極めて狭く、例えば０．５ｍｍである。このため、副チャンバ４００内の圧力はイオン源チャンバ内と著しく異なる。上記のように、リモートプラズマ源を設けることにより、所望の種の形成を最適化することができる。例えば、より重い種および準安定種を生成するには、副チャンバをイオン源チャンバ１４よりもはるかに高い圧力、例えばおよそ１００〜５００ｍＴｏｒｒに保つ。これにより、より重い励起中性種、例えばＰ２およびＰ４を生成することができる。その後チャンバ同士をつなぐ小さいホールを介してこれらの分子をイオン源チャンバ１４に送り、イオン化することができる。
【００４８】
代替案として高電圧および低圧力を用いて単原子種を生成する。例えば、三フッ化ホウ素を副チャンバ４００に供給することができる。副チャンバ４００内の陰極４２０はガスを多様なイオン種および励起中性種に分解する機能をもつ。これらの種はその後イオン源チャンバに供給され、イオンビームとして取り出される前にさらに分解される。ガスを前処理することによって、特定の荷電イオン、例えばＢ＋の濃度が増加し、特定の種用にイオンビーム電流の増加につながる。
【００４９】
上記の説明では傍熱陰極（ＩＨＣ）イオン源を副チャンバとして用いているが、副チャンバに他の種類のプラズマ源を用いてもよい。例えば、従来のバーナス型イオン源、中空陰極型源、またはフィラメント型イオン源を用いることができる。他の実施形態においては、前述した他の種類のプラズマ源を用いることができる。
【００５０】
別の実施形態において、プラズマ浸漬を用いたイオン注入を行う。プラズマ浸漬注入にも変質されたソースガス注入を用いる。図４に示すように、ソースガスは容積領域の上部付近の導管を経てプロセスチャンバ１０２に入る。ソースガスはその後アンテナ１２６，１４６によってプラズマに変換され、ウェハ上に拡散する。バッフル１７０は、チャンバ１０２内でプラズマを比較的均一に分散させる機能をもつ。これらの注入用途において、プラズマの均一性および堆積パターンを制御することは、許容される注入均一性を達成するために厳密に行う。しかしながら、プラズマ生成およびプラズマ閉じ込めの非対称性により、ある用途のための目標を達成することが難しくなり、特に低エネルギーを使用する場合には困難である。その上、非対称ポンピングにより、装置にさらなる不均一性が加えられる可能性がある。
【００５１】
この不均一性を補償するために、ガス注入箇所５１０をプロセスチャンバ１０２に付加することができる。図９はいくつかのリモートプラズマ源５００を追加した状態を示す。これらのリモートプラズマ源は、イオンビーム注入装置に関して上述した種類のものとすることができる。各リモートプラズマ源は、例えば中央タンクからソースガスを受け取る。このガスはその後変質されプラズマ、イオン、励起中性種、および準安定分子を生成する。上述したとおり、特定の所望の種に応じて、異なる圧力および電圧レベルを用いて異なる特性を生じることが可能である。これらの変質状態は後にプロセスチャンバ１０２に注入することができる。図９には、４箇所の注入箇所が示される。ただし、これは単なる一実施形態にすぎず、より多い、または少ない注入箇所を設けてもよい。なお、図１０に示すように、注入箇所は、プロセスチャンバ１０２の側面沿いのアンテナ１２６近傍が望ましい。こうして、平面アンテナ１２６により注入ガスをプラズマに励起する効果がもたらされ、ワークピース上の均一性の改善を促進する。特定の実施形態において、各ガス注入箇所への励起ガスの流量は等しく、各リモートプラズマ源５００にかかる電圧のみを調節する。ただし、非対称ガス注入が望ましい場合、ソースガスタンクと各リモートプラズマ源５００の間に質量流制御装置（ＭＦＣ）を配置してもよい。これにより、チャンバ内のプラズマおよび中性種の均一性が改善される。
【００５２】
図９は、注入箇所に直接接続したリモートプラズマ源の出力口を示すが、これは本発明の必要条件ではない。例えば、図５〜７に示す構成のいずれかを図９の装置と関連して用いることができる。すなわち、ソースガスと変質された分子の混合物（図５に示すような）を１つ以上の注入箇所に供給することができる。同様に、２種類のガスとそれらの変質物の混合物（図６に示すような）を１つ以上の注入箇所に供給することもできる。最後に、図７に示す構成を用いて１つ以上の注入箇所にガスを供給することもできる。これらの構成のコンポーネントは各注入箇所に複製することができる。代案として、このようなコンポーネント集合を２つ以上の注入箇所で共用することができる。
【００５３】
図１０に示す別の実施形態において、プロセスチャンバ１０２の上部に位置するガス注入箇所５２０に、リモートプラズマ源５００ｅから分子が供給される。ガスの前処理にリモートプラズマ源を使用して、プラズマ源および／またはプラズマ閉じ込めに起因する根本的な非対称性を補償することができる。リモートプラズマ源５００ｅは注入箇所にガスを供給する。このリモートプラズマ源は適当な装置、例えば上記のようなものでよい。
【００５４】
動作の際、ガス源１０４は１つ以上のガスを１つ以上のリモートプラズマ源５００に供給する。これらのリモートプラズマ源は、上述したようにソースガスを励起する。変質されたガスはその後注入箇所５１０を経由してプラズマチャンバ１０２に供給される。ある実施形態においては、各注入箇所につき異なる流量が必要とされるため、各注入箇所に別々のＭＦＣを用いる。またある実施形態においては、注入箇所に供給する変質されたガスが同種であり、したがって１つのリモートプラズマ源のみを用いてすべての注入箇所にガスを供給し、各位置の流量は単独のＭＦＣによって制御する。他の実施形態において、入箇所に供給する変質されたガスは異なる場合がある。例えば、プラズマチャンバ１０２の外端縁近傍にはより重い種を注入することが望ましいが、それは、これらの種が軽いイオンのように簡単には分散しないためである。その場合、１つより多いリモートプラズマ源５００を用いることができる。
【００５５】
本明細書では上記のように特定の実施形態が開示したが、当業者は多種の変形や変更が可能であることを認識できるであろう。
【００５６】
したがって、本明細書で説明した実施形態は、例示を意図したものであり、限定的なものではない。本発明の精神から逸脱することなく、多様な実施形態を構想することが可能である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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