JP2004519070A - イオン注入システム及び制御方法 - Google Patents

Abstract

イオン化チャンバー（８０，１７５）の出口開口部（４６，１７６）に近接の直進電子の衝撃イオン化により、例えば、二量体又はデカボランのガス又は蒸気をイオン化することによる高輝度イオンビームのイオン注入である。好ましくは、実質的なイオン密度を作り、イオンの横向きの運動エネルギーを０．７ｅＶ以下に制限する状態が維持され、開口部に近接したイオン化空間の幅が開口部の幅の約３倍以下の幅に制限され、開口部が著しく長く、磁場が防止又は制限され、イオンビームの低ノイズが維持され、イオン化チャンバー内がアーク放電の形成を防止する状態に維持されている。図（２０）のバッチインプランター又は連続的なインプランター等のイオンビーム光学器械により、イオン供給源からのイオンはターゲット表面に移動され、好都合にも、幾つかの場合には、クラスターのイオンビームを使用して加速／減速ビームラインと共に注入される。また、電子銃の構成、電子及びイオン化チャンバーのためのリボン状の供給源の構成が開示されている。半導体デバイス、例えば、ＣＭＯＳデバイスのドレイン拡張部の特徴の形成、及びフラットパネルのドーピングが示されている。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明はイオン供給源、注入に関し、より詳細には、高輝度で低エミッタンスのイオン供給源、加速／減速移動システム及び改善したイオン供給源の構成を有するイオン注入に関する。
【０００２】
（背景）
ここにインコーポレイテッドバイリファレンスされた以下の特許出願は、本発明の背景を説明している。発明者がＴｈｏｍａｓ Ｎ． Ｈｏｒｓｋｙで、２００１年２月７日に出願された、イオン注入のためのイオン供給源という名称の仮特許出願Ｎｏ．６０／２６７，２６０、発明者がＴｈｏｍａｓ Ｎ． Ｈｏｒｓｋｙで、２０００年１２月１９日に出願された、イオン注入という名称の仮特許出願Ｎｏ．６０／２５７，３２２、発明者がＴｈｏｍａｓ Ｎ． Ｈｏｒｓｋｙで、２０００年１２月１３日に出願された、イオン注入のイオン供給源、システム及び方法という名称のＰＣＴ出願Ｎｏ．ＵＳ００／３３７８６、及び２０００年１１月３０日に出願された、同じリファレンスを有するものである。米国の目的のために参照した特許は、１９９９年１２月１３日に出願され、現在は消滅している米国仮出願６０／１７０，４７３の一部継続出願である。
【０００３】
背景：イオン注入
イオン注入は、２０年以上の間、半導体デバイス製造における重要な技術であり、現在、トランジスター、特に、メモリー及び論理チップ等のＣＭＯＳデバイスのためのｐ−ｎ接合を製造するために使用されている。トランジスター、例えば、シリコン基板を製造するために要求されるドーパントエレメント（例えば、^７５Ａｓ，^１１Ｂ，^１１５Ｉｎ，^３１Ｐ，又は^１２１Ｓｂ）を含む正荷電されたイオンを作ることにより、イオンインプランターはトランジスター構造に導入されたエネルギー（したがって、注入深さ）とイオン電流（したがって、線量）の両方を選択的に制御可能である。イオンインプランターは伝統的に約５０ｍｍまでの長さのリボン状のビームを発生するイオン供給源を使用し、これらのビームは基板に移動され、要求した線量及び線量の均一性は、基板におけるリボンの電磁走査、ビームにおける基板の機械走査、又はその両方により達成される。
【０００４】
チップ製造における３００ｍｍ直径のシリコン基板の最近の出現により、これらの大きい基板を使用するときにウェーハのスループットを増大させるため、従来のイオンインプランター設計で今まで可能であった以上のより大きい範囲のリボンの製造についての関心が強くなってきている。イオン電流は伸びるリボン状のビームの減少した空間電荷破裂のためインプランタービームラインを通って移動可能であるので、高いリボン状のビームは高い線量率を可能にする。これらの新しいインプランター設計の多くはまた連続的な（一度で一枚）の処理チャンバーを組み込んでおり、それは高い傾斜能力を提供する（例えば、通常、基板から６０度まで）。イオンビームは、通常、ウェーハにおいて電磁気的に走査され、直交方向で機械的に走査され、線量の均一性を保証する。注入の線量の均一性及び反復性の仕様に合致するため、イオンビームは優れた角度及び空間の均一性を有していなければならない（例えば、ウェーハへのビームの１度未満の角度の均一性）。これらの特徴を有するビームの生産はインプランターのビームの移動の光学器械に厳しい制約を課し、大エミッタンスのプラズマベースのイオン供給源の使用はビームの直径の増大及びビームの角度発散を生じさせ、ビームライン内の開口部によるビームのぼかしのため移動中にビーム損失を発生させる。現在、低エネルギー（２ｋｅＶ未満）での高電流のイオンビームの発生は、ウェーハのスループットが（例えば、最先端のＣＭＯＳ処理におけるソース及びドレイン構造の生成において）一定の低エネルギー注入にとって容認できないほど低くなるように、連続的なインプランターにおいて問題がある。特に、低ビームエネルギーにおいて、（回転盤に取付けられた多数のウェーハを処理する）バッチインプランターにとって、同様の移動の問題が存在する。
【０００５】
ほとんど収差のないビームの移動光学器械を設計することは可能であり、それにも拘らず、ビーム特性（空間範囲及び角度発散）は大部分はイオン供給源のエミッタンス特性により決定される（すなわち、インプランター光学器械が焦点を合わせ、イオン供給源から放射されるビームを制御可能な範囲を決定するイオン抽出でのビーム特性）。現在、使用されているアーク放電のプラズマ源は乏しいエミッタンスを有し、そのため、イオンインプランターの能力を制限し、十分に焦点の合った、視準された、制御可能なイオンビームを作る。
【０００６】
背景―イオン注入源
インプランター産業の標準的なイオン供給源の技術は、エンハンストバーナス（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｂｅｒｎａｓ）源である。図１に示されているように、これは、反射型結合構造を組み込んだアーク放電源であり、（ドーパント供給ガスが存在する）イオン化チャンバーに入れられた熱フィラメントの陰極は磁場により閉じ込められた熱電子を放出し、チャンバーの対抗端部に配置された対陰極から反射される。したがって、電子は陰極と対陰極との間に螺旋状の軌道を実行し、（１０^１２イオン／ｃｍ^２のオーダで）高密度のプラズマを発生する。このいわゆる「プラズマ柱」はイオン抽出開口溝に平行であり、ビーム形成光学器械によりイオンが抽出される。高密度プラズマを発生させ、１０Ａと同じ高さの放電電流を維持することにより、エンハンストバーナス源はＢＦ_３等の堅く結合した分子種を効率的に解離させる。しかし、この供給源のエミッタンスは以下のプラズマ関連の影響のため大きい。
【０００７】
１）プラズマ電位（通常、約５Ｖ）はイオンに速度の任意の成分を導入し、抽出されたイオンの角度分散ｓを直接増大させる。
２）プラズマ内のイオン及び電子の温度は１０，０００Ｋに到達可能であり、（１）に加える熱の速度を導入し、また、（マクスウェル−ボルツマン分布により）イオンに数ｅＶのエネルギーの発散を導入し、ビームに色収差を示させる。
３）プラズマのイオン間に拡散するクーロンはイオンエネルギーに追加の非熱発散を導入する。
４）高抽出電流密度は望ましくないイオン（すなわち、ＢＦ_３プラズマ中のＢＦ^＋，ＢＦ_２ ^＋，Ｆ⁻等のフラグメント）の支配により必要とされ、抽出での空間電荷力を増大させ、エミッタンスの増加を引き起こす。
５）すべてのアーク放電源の作用のために要求される強磁場の存在はビームの偏向を発生させ、したがって、特に、低ビームエネルギーにおいて、抽出されたイオンビームのさらなるエミッタンスの増加を引き起こす。
６）プラズマにある高周波数ノイズは、ビーム電流及びビーム電位での周波数の変動としてビームに伝搬される。この時間で変化するビーム電位は、通常、（正のビーム電位によりトラップされる）ビームを旋回する低エネルギーの電子の非常に安定又は急でさえある損失を引き起こし、イオンビームの空間電荷破裂に導くため、ビームプラズマの電荷補償を維持するのを困難にさせる。
７）イオン抽出開口部は、プラズマ柱の著しい伸びを必要とするため、例えば、７５ｍｍ（通常の長さは２０ｍｍと５０ｍｍの間にある）を超えて著しく伸びることはできない。陰極と対陰極との間隔が大きい場合、バーナス源は不安定となり、大きい陰極と対陰極の間隔は、安定したプラズマを維持するために、より高い放電電流を要求し、電力消費を増加させる。
【０００８】
背景―イオンの加速
従来の設計のイオンインプランターは、数ｋｅＶ以下のエネルギーで低エネルギーのホウ素の不十分な伝搬を示し、これらのホウ素のビーム電流は小さ過ぎて、０．１８ミクロン以下の設計基準を使用する半導体チップの製造には経済的ではない結果を生じていた。計画に長く掛かり、過去の数年以内の主要な機器市場に導入された次の世代のインプランターは異なる原理のイオン光学器械を組み込んでおり、この低エネルギーの伝搬問題を解決しようとしている。低エネルギーでのビーム伝搬を支配する、イオン間の空間電荷の反発の影響を阻止するため、いわゆる「ディセル」（すなわち、減速）のアプローチが開発され、所望の注入エネルギーより高いエネルギーでインプランターを介してイオンビームを抽出させると共に移動させ、空間電荷効果がそれ程不利益にならないようになっており、それはビームラインの終わりだが、ウェーハターゲットから上流に減速段階を導入し、イオンがウェーハターゲットに近づくとイオンを所望の注入エネルギーまで減少させることによる。例えば、イオンビームは２ｋｅＶで抽出されると共に移動可能であるが、イオンがウェーハに到達する前に５００ｅＶに減速され、従来の、減速のない設計のビームラインの空間電荷の限定ビームで達成可能なより非常に高いビーム電流を達成する。不幸にも、減速を用いるこの方法はその生産価値を損なう重要な問題を依然として有している。イオンビームはウェーハまで減速レンズを通過するので、イオンビームは大部分は空間的に不均一となり、イオンはウェーハ表面に対して広い分配入射角で基板に強い衝撃を与え、いわゆる潜在的なチャネリング効果を有する。減速ビームの空間的及び角度の線量の均一さは通常、従来の減速のないイオン注入より非常に悪い。これは均一な線量の達成を困難にさせ、コスト及びスループットに影響を与える他の手段をとる必要性を与える。問題に妥協することは、通常、イオンインプランターがウェーハの平面又はその後ろでイオンビームの一部分のみをサンプリングするので、イオンビームの著しく不均一な輪郭が正確な注入の線量計を非常に妨害するということである。線量計は所望の範囲内に注入度合いを制御するために使用される。したがって、加速／減速注入システムのビームでのイオン電流の非常に発散し、不均一な分配の部分的なサンプリングにより作られた線量計での精度の問題もまた、注入の精度、注入システムの主要コスト、ウェーハの品質、及びシステムのスループットに影響を与える。
【０００９】
浅薄な低エネルギーの注入のための別のかなり異なるアプローチが提案されている（が、現在の生産では実施されていない）。それは減速段階を有しない従来のインプランターにおける（関連のドーパント原子のクラスターを有する）分子のイオンビームを使用するものである。デカボランはそのような分子材料の一例である。
【００１０】
チップの製造業者は、現在、２００ｍｍ基板で達成可能な以上に製造コストの削減をするため、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）メモリー及び論理チップを製造するための３００ｍｍ直径のシリコン基板に移っている。ウェーハ寸法のそのような移行は大口径のウェーハを処理するための新しい半導体製造機械で占められた新しい工場を作ることが要求されるが、ダイ当りの可能性あるコスト削減は２つのうちのほぼ１つの要素である。したがって、これらの設備のための数十億米国ドルの支出は、低コストの製造、そして、最終的には、必需品と最先端の半導体チップの両方の大量生産のために巨大な競合的利点を可能にすると期待されている。そのようなコスト削減は、製造ツール（製造設備のツール）のウェーハユニットのスループットが３００ｍｍにとって想定される程度において２００ｍｍと同じ場合には十分実現可能である。不幸にも、非常に浅い（且つ非常に高密度の）半導体接合部を製造するためのイオン注入の場合、最新の加速／減速インプランターでさえ、それらのウェーハのスループットにおいて線量率を制限され続け、大ウェーハの使用による半導体ダイの生産性の増大は本質的にはほとんど又はまったくないようになっている。これはチップ製造にとって潜在的に困難な状況であり、多数のインプランターがそれらの減少した出力を埋め合わせするために生産されなければならない場合、大きいウェーハの外形の使用により要求されるダイ当りの潜在的なコスト削減はこれらの重要な注入を実行するコストの増大のため実現不可能である（主要機器、製造ツールのスペース、メンテナンスコスト等のさらなる出資）。
【００１１】
背景：イオンドーピング
過去の１０年以上、注入システムはフラットパネルディスプレイが製造されてから非常に大口径の基板のイオン注入のために発達してきた。これらの「イオンドーピング」システムは長いリボン状のイオンビームをガラスまたは石英基板に伝え、それは、通常、不変のイオンビームを横切って機械的に走査される。基板の寸法は１メートルと同じ大きさにすることができるので、イオンビームは同様に一定のドーピングを保証するのに十分長くなければならない（通常、基板より広い）。そのように長いリボン状のビームを生成するため、大容量の「バケット」源が使用される。矩形又は円筒状の外形のバケット源は、尖った磁場の生成によりプラズマを閉じ込めるため磁気制限を与える永久磁石のアレイにより取り囲まれたチャンバーである。プラズマはＲＦ出力をプラズマに結合する１以上のＲＦアンテナにより生成される。抽出レンズは大口径の供給源からリボン状のビームを形成する。
【００１２】
イオンドーピングシステムの寸法のため、質量分析は使用されず、そのため、バケット源で作られたすべてのイオン種は基板に運ばれ、注入される。これはイオン注入深さの変化、及び望ましくない種の注入を含む多くの処理に関連する問題を作り出す。バケット源はまた、特に、それらの大きいイオン化空間内において沈積の蓄積を受けやすく、そのため、ｎ型ドーパントとｐ型ドーパン間のひどい相互汚染の可能性は専用のイオンドーピングシステムの使用を必要とする。ユーザはｐ型（例えば、ジボランガスからのホウ素）のための１つのツール及びｎ型（例えば、ホスフィンガスからの燐）ドーパントのための第２の完全なツールを購入しなければならない。この要求は、システム間の基板の移動がさらなるウェーハ処理段階と基板の大気への露出の増加を必要とするため、顧客の主要機器コストを２倍にするだけでなく、生産歩留りの減少の危険性を実質的に増大させる。
【００１３】
したがって、従来技術のバケット源の技術は以下の制限を受けている。
（１）大きな設置面積（幅、高さ及び長さ）
（２）高程度の費用及び複雑さ
（３）非常に大きい壁面領域及び大量の供給源によるイオン供給源の壁に対する（Ｂ_２Ｈ_６供給ガスからの）Ｂ及び（ＰＨ_３供給ガスからの）Ｐの損失による低イオン生産効率
（４）（３）に関連したイオン供給源内の沈積の急速な蓄積に関連した汚染及び粒子問題と、生産歩留りの減少
（５）注入処理制御の不足及び付随したデバイス特性の低下を引き起こす、基板に注入される多くの望ましくないイオンの生産。例えば、Ｂ_２Ｈ_ｘ ^＋と同様にＨ^＋及びＢＨ_ｘ ^＋のかなりの留分は、通常、ホウ素、ｐ型ドーパントを注入するために使用されるＢ_２Ｈ_６プラズマで作られる。
（６）基板に伝えられる全体のイオン電流は基板の過熱を防止するために一定の制限値以下に保持されなければならないので、注入処理の間のＨ^＋（（５）の結果）の大電流の注入は達成可能な線量率及びそれ故のスループットを制限する。
【００１４】
（概要）
１つの特徴では、本発明は、ガス又は蒸気の分子であって、注入可能な種を含む分子をイオン化することにより軸に沿って延びる高輝度のイオンビームを作ることによるイオン抽出方法を供給する。その方法は、制限された出口開口部を有するイオン化チャンバーを供給し、一次電子による直進電子の衝撃イオン化によりイオンがイオン化チャンバーの外部に抽出される抽出領域内の圧力より実質的に高い圧力でガス又は蒸気をイオン化チャンバーに供給し、イオンの横向きの運動エネルギーを約０．７ｅＶ以下に制限する状態を維持しながら、開口部においてガス又は蒸気の分子から少なくとも約１０^１０ｃｍ^−３の密度までのイオンを作る方法で、イオン化チャンバーの出口開口部に近い領域でガス又は蒸気をイオン化し、イオン密度が形成される開口部の近くのイオン化空間の幅が出口開口部の対応する幅の約３倍以下の幅に制限され、抽出システムにより、イオン化チャンバー内の状態はアーク放電の形成を防止するように維持され、出口開口部を介してイオン化チャンバ内に形成されたイオンを開口部の下流の抽出領域に抽出し、その後、イオンビーム光学器械により、ターゲット表面にビームを移動させ、移動したイオンビームのイオンをターゲットに注入することを含んでいる。
【００１５】
本発明のこの特徴の変形は以下の特徴を１つ以上有していてもよい。イオン化チャンバー内の状態はプラズマの形成を防止するように維持されている。抽出によるイオンビームの輝度は約１ｍＡ−ｃｍ^−２−ｄｅｇ^−２×（Ｅ_０／Ｅ）以上であり、Ｅはビームエネルギーで、Ｅ_０＝１０ｋｅＶである。少なくとも１ｍＡ／ｃｍ^２のイオン電流密度のため、１２０ａｍｕのイオン質量のためでさえ、抽出によるビームのｘエミッタンスは約７０ｍｍ−ｍｒａｄ×（Ｅ_０／Ｅ）^１／２（Ｅはビームエネルギーで、Ｅ_０＝１０ｋｅＶ）以下である。出口開口部から抽出されたイオン流のビームノイズは１％以下に維持される。イオン化チャンバーにある磁場の強度は７０ガウス以下である。イオン化チャンバーにある磁場の強度は２０ガウス以下である。イオン化チャンバーにある磁場は実質的にはない。抽出領域にある磁場は約２０ガウス以下の場の強さを有している。ガス又は蒸気の消費は１０ｓｃｃｍ以下に維持されている。一次電子はイオン化チャンバーの外部に発生した直進ビームの電子光学器械によりイオン化チャンバーに導入される。イオン化される分子はそれぞれ、注入可能な種の少なくとも２個の原子を含み又はそれらから構成されている。
【００１６】
別の特徴では、本発明は、出口開口部を有するイオン化チャンバーを供給することにより軸に沿って延びる高輝度のイオンビームをつくり、ガス又は蒸気の分子をイオンチャンバーに供給し、イオン化される各分子が注入可能な種の少なくとも２個の原子を含むか又はそれらから構成され、約１ｍＡ−ｃｍ^−２−ｄｅｇ^−２×（Ｅ_０／Ｅ）以上であり、Ｅはビームエネルギーで、Ｅ_０＝１０ｋｅＶである抽出による輝度と、少なくとも１ｍＡ／ｃｍ^２のイオン電流密度のため、１２０ａｍｕのイオン質量のためでさえ、約７０ｍｍ−ｍｒａｄ×（Ｅ_０／Ｅ）^１／２（Ｅはビームエネルギーで、Ｅ_０＝１０ｋｅＶ）以下であるｘエミッタンスとを有するビームを抽出により作る状態の下、分子をイオン化すると共に前記分子から形成されたイオンを抽出し、その後、イオンビーム光学器械によりターゲット表面にビームを送り、送られたイオンビームのイオンをターゲットに注入することを含むイオン注入方法を提供する。
【００１７】
本発明のこの又は他の変形は以下の１以上の特徴を有していてもよい。分子は二量体である。分子はデカボランを含んでいる。その方法は、軸に対して約１度以下のターゲットとの接触で低角度発散を高輝度イオンビームに持たせる方法で行われる。送られたイオンビームのイオンをターゲットに注入する段階はターゲットにおいてトランジスター構造のドレイン拡張領域を高輝度で低発散のビームに形成させるために使用され、トランジスター構造はソース、ゲート及びドレインを有している。ターゲットはさらに井戸ドーパントを備え、トランジスター構造のゲートは０．２０ｕｍ又はそれ以下のゲート長を有し、ドレイン拡張部は横の接合端部でゲートと交差し、ドレイン拡張部は３ｎｍ／ｄｅｃａｄｅ以下の側階段部を有し、側階段部は側部範囲として定義され、横接合端部において注入された種の空間集中の１０年の変化を達成するために要求され、接合端部は注入イオンの空間集中と井戸ドーパントが等しい領域として定義される。ドレイン拡張部は２ｎｍ／ｄｅｃａｄｅ以下の側階段部を有している。高輝度で低角度発散ビームのイオンはゲートの対抗端部で注入され、ゲートの下方にチャネルを鋭く規定する。ゲートの下方にチャネルを鋭く規定することはチャネルの長さを鋭く規定する。
【００１８】
別の特徴では、本発明は所望の低注入エネルギーでターゲット基板に注入するためのイオン注入システムであって、（注入される所望の種の原子のクラスターを有する分子に基づいて）分子イオンを作るためのイオン供給源と、所望の注入エネルギーより実質的に大きい移動エネルギーにイオンを加速させる加速段階と、ターゲット基板の前に、イオンのエネルギーを所望の注入エネルギーまで降下させるための減速段階とを含んでいる。
【００１９】
本発明のこの特徴の変形は以下の特徴の１つ以上を有していてもよい。イオン供給源は制御されたエネルギーで電子のビームを作るための電子銃を含み、直進電子衝撃イオン化により分子をイオン化するようになっている。電子のエネルギーは約２０ｅＶと５００ｅＶの間である。銃はイオンチャンバーに対して電子ビームをビームダンプまでチャンバーを通過させるように配置されている。長く伸びたイオン化チャンバーは相応じて長い溝型の抽出開口部を有し、開口部の次の電子光学器械は、ビームがアナライザーに入る前に、抽出開口部の対応する長さに対して、合成ビームの輪郭の長さを減少させるように構成されている。電子光学器械は望遠鏡を備えている。イオン化チャンバーの抽出開口部は長さが約６インチ程度である。イオン注入システムはバッチ作業用に構成され、１組のウェーハはビームに対して移動するキャリヤーに取付けられ、走査を実行する。イオン注入システムは連続的はイオンインプランターとして構成されている。イオン供給源はイオン供給源のイオン化チャンバーと一体化された蒸発器と、蒸発器の温度のための温度制御システムとを有している。電子ビームが向けられるイオン化チャンバーの電子銃とビームダンプはそれぞれイオン化チャンバーから断熱されている。イオン供給源はデカボラン源であり、与えられる電子は約５０と１０００ｅＶの間の電子エネルギーのビーム作るように構成されている。イオン供給源はＡｓ_２ ^＋イオン源である。イオン供給源はＰ_２ ^＋イオン源である。イオン供給源はＢ_２ ^＋イオン源である。イオン供給源はＩｎ_２ ^＋イオン源である。イオン供給源はＳｂ_２ ^＋イオン源である。
【００２０】
別の特徴では、本発明は本発明の他の特徴のいずれかのイオン注入システムの使用によりイオン注入を行う方法を提供する。
【００２１】
別の特徴では、本発明はターゲット基板に所望の注入エネルギーでイオンのイオン注入の方法を提供する。その方法は、注入される所望の種の原子のクラスターを有する分子に基づいて分子イオンを形成し、実質的に注入エネルギー以上のエネルギーにイオンを加速すると共にイオンを移動させ、基板への注入の前に、イオンを注入エネルギーまで減速することを含んでいる。
【００２２】
本発明のこの特徴の変形は以下の特徴の１つ以上を含んでいてもよい。イオンはデカボランである。イオンはＰ_２ ^＋イオンである。イオンはＢ_２ ^＋イオンである。イオンはＩｎ_２ ^＋イオンである。イオンはＳｂ_２ ^＋イオンである。
【００２３】
別の特徴では、本発明は、イオン抽出システムを有するイオンインプランターと、商用イオン電流レベルのイオンをイオン抽出システムに供給可能なイオン供給源であって、イオン化空間を囲む壁いより規定されたイオン化チャンバーを含み、前記壁の１つは前記抽出システムにより前記イオン化空間からイオン電流を抽出可能なように寸法を決められ、配置された、長さ及び幅の抽出開口部を規定するイオン供給源と、イオン化チャンバーを通る軸に沿って一次電子の直進ビームを放出するイオン化チャンバーに対して構成され、寸法を決められ、配置された電子銃と、直進ビームを受け取るように電子銃と整列され、電子ビーム銃のエミッター電圧に関して実質的に正の電圧に維持されるビームダンプであって、前記一次電子のビーム路の軸が開口部にほぼ近接する方向に伸び、電子ビームは開口部の幅とほぼ同じか又は大きい抽出開口部の幅方向に対応する方向に広がりを有するビームダンプと、を含むイオン注入システムを提供する。
【００２４】
本発明のこの特徴の変形は以下の特徴を１つ以上有していてもよい。イオン注入システムはさらにイオン化空間に蒸気を導入するように配置された蒸発器を含んでいる。イオン注入システムはさらにガス供給源からのガスをイオン化空間に導入するためのガス路を含んでいる。イオン注入システムはさらに一次電子と関連してエネルギーの制御を可能にする制御システムを含んでおり、電子銃からの一次電子との衝突により主に個々の蒸気又はガスの分子をイオン化する。蒸気はデカボランを含んでいる。直進ビームはリボン状のイオンビームである。リボン状のビームはイオン抽出開口部の長さより短い範囲にある。リボン状のビームはイオン抽出開口部より長い。リボン状のビームはイオン抽出開口部の長さとほぼ同じ長さである。開口部の長さはターゲット基板の長さ又は幅と少なくとも同じ長さである。
【００２５】
他の特徴では、本発明は所定の寸法の拡張パネルを照射する方法を提供し、その方法は、本発明の他の特徴のいずれかのイオン注入システムによりリボン状のイオンビームを発生し、リボン状のイオンビームを拡張パネルの表面に向けることを含んでいる。
【００２６】
本発明のこの特徴の変形は以下の特徴を１つ以上有していてもよい。拡張パネルはフラットパネルであり、その方法は実質的に全体パネル表面に渡りフラットパネルを照射することを含んでいる。作られたリボン状のイオンビームは不変であり、フラットパネルはパネルのイオンドーピングを行うビームを機械的に走査する。リボン状ビームの長さは走査方向に直交するフラットパネルの基板の寸法より長い。
【００２７】
イオン注入のための電子ビームのイオン供給源の利点
１つの特徴では、本発明は従来のイオン注入源と関連する上述した問題を減少又は排除する。開示された解決法は、非常に低エミッタンスのイオン供給源となり、理想的には次世代のイオンインプランターの要求に適している、以下の特徴を有している。
１）プラズマがなく、それ故にプラズマ電位がない。
２）イオン密度が低く（１０^１１ｃｍ^−２又はそれ以下のオーダ）、イオン間での発散クーロンを減少させ、結果として生じるイオンエネルギーを無視できる程度に発散させる。
３）ガス分子は直進電子衝撃イオン化によりイオン化され、中立のガス分子とほぼ等しい、すなわち、＜＜１ｅＶの熱エネルギーを有す「冷」イオンとなる。これは非常に単色性のイオン供給源となり、抽出イオンビームでの低角度発散を可能にする。
４）電子衝撃エネルギーを調整することにより、関心のドーパントイオンの高割合が生産可能であり、空間電荷効果を最小にする。
５）通常、アーク放電で解離される分子イオンは高度に保存される。例えば、ホスフィン（ＰＨ_３）供給ガスを使用して、高割合のＰＨ_３ ^＋イオンが製造可能である（例えば、全体抽出電流の５０％）。別の例として、デカボラン（Ｂ_１０Ｈ_１４）はデカボランイオンＢ_１０Ｈ_ｘ ^＋の大留分（＞７０％）を作るために使用可能である。このイオンは非常に低い（＜１ｋｅＶ）エネルギーでホウ素を注入するために非常に重要であり、その使用は注入したホウ素の線量率を非常に増大可能である。エンハンストバーンズ源のようなプラズマを基にしたイオン供給源は、プラズマ効果及び高い壁温度がデカボラン分子の解離及びそれに続く損失を引き起こすので、デカボランイオンを作ることができない。
６）磁場は要求されない。
７）アーク放電源で観察される高周波ノイズがなく、ビームプラズマの低エネルギー電子により非常に高い程度の空間電荷補償に保つ。
８）イオン抽出開口部の寸法は、例えば、１２ｍｍから３００ｍｍ又はそれ以上の広い範囲に渡り計測可能である。これにより、より大きい抽出電流を与え、次世代のイオンインプランター設計との適合性を向上させる。事実、この特徴は以前のイオン供給源の設計ではできなかったイオンインプランターの設計を可能にする。
【００２８】
加速／減速イオン注入の利点
本発明の１つの特徴によれば、種が注入されるときの加速／減速イオン注入と分子イオンとの新規な組合せにより、低エネルギーのイオン注入ための低エネルギービーム電流と高品質と高生産率において非常な増加を得るための技術を提供する。この組合せにより、加速／減速イオン注入システムに固有として見られる前述した不均一性及び線量測定問題を緩和する状態を実現する。
【００２９】
そのようなシステムでの分子イオン注入において、イオンビームは関心のドーパントの複数の原子（例えば、Ｂ，Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ又はＩｎ）を含む合成物から形成され、従来の単量体（すなわち、単一原子）のイオン注入で可能なより浅い注入分布及びより高い効率の線量率の両方を生み出す。エネルギーＥでの単量体Ｂ^＋イオンのイオン電流Ｉを注入することよりむしろ低エネルギーのホウ素注入に適用される重要な例として、デカボラン分子イオンＢ_１０Ｈ_ｘ ^＋はエネルギー１０×Ｅで０．１０×Ｉのイオン電流で注入される。この例を拡張すると、５ｋｅＶで１ｍＡのＢ_１０Ｈ_ｘ ^＋イオンビームは５００ｅＶで１０ｍＡのＢ^＋イオンビームと同等の処理である。これらの２つの方法の結果として生じる注入深さとドーパント集中（線量）は同等であると示されるが、デカボランの注入技術は重要な利点を有している。デカボランイオンの移動エネルギー（質量×速度^２）は線量の同等のホウ素イオンの１０倍であり、イオン電流はホウ素電流の１０分の１であり、ビームの破裂及び結果として生じるビーム損失に責を有する空間電荷力は単原子のホウ素注入に対して非常に減少される。上述したように、このアプローチは従来の（すなわち、減速しない）イオンインプランターの有用なホウ素の線量率を増加させるために提案されている。１つの特徴では、私の貢献は、加速／減速イオン注入の分子（クラスター）イオンの特殊な使用であり、予想しない利点を実現する。本発明の好適な実施例によると、デカボランイオンは加速／減速イオンインプランターで使用され、今までは当業者に認められていなかった有用なホウ素の線量率の大きな増加を得、注入の前に単量体のホウ素イオンを減速するのに固有のウェーハのビームの分布特性の実質的な低下を防止する。また、本発明によれば、他の重要な分子のドーパントは同様の効果を達成可能である。改善の説明は以下の理由に基づいている。
【００３０】
ビームの移動段階と同様に従来の（すなわち、減速のない）イオンビームインプランターの初期のイオンの抽出段階の達成可能なビーム電流に空間電荷効果が制限を課すことは周知である。イオン抽出段階を考えると、分子の注入により可能な相対的な向上は、チャイルド・ラングミュア限界、すなわち、イオンインプランターの抽出光学器械により利用可能な最大空間電荷限界イオンの電流密度を調査することにより定量化可能である。この限界は幾分インプランター光学器械の設計に依存するが、以下のように実用的に近似されると認められる。
【数１】

Ｊ_ｍａｘはｍＡ／ｃｍ^２であり、Ｑはイオン電荷状態であり、Ａはａｍｕでのイオン質量であり、ＵはｋＶでの抽出電圧であり、ｄはｃｍでのギャップ幅である。実際に、多くのイオンインプランターで使用される静電抽出光学器械はこの限界に近づくように作られることができる。式（１）の拡張により、単原子注入に対する分子注入の場合の空間電荷限界の容易さを定量化する以下の良さの指数Δは、
【数２】

として表される。
【００３１】
Δは、質量ｍ_ｎの分子合成物を注入し、加速電位Ｕ_Ｉでの質量ｍ_Ｉの原子の単原子注入に対する加速電位Ｕ_ｎでの関心のドーパントのｎ原子を含むことにより達成される線量率（原子／秒）の相対的向上である。Ｕ_Ｉが調節され、単量体注入と同じ基板への注入深さを与える場合には、式（２）は、
【数３】

に単純化される。
【００３２】
したがって、１００のうちの１つの要素まで、線量率の増加は、従来の（減速のない）システムでのイオン抽出においてホウ素の代わりにデカボランを用いることにより達成可能である。
【００３３】
加速／減速注入システムの減速段階は問題に非常に関連のある抽出段階の抽出光学器械の作動に類似点を有していることを私は理解しており、両方が短距離において強い集束場を使用する。式（１）は減速段階のため十分な有効性を有し、分子イオン及び単量体イオンでその性能の比較を可能にすることを私は理解している。したがって、式（３）は減速段階を評価するためにも使用可能であることも私は理解している。この分析モードを使用すると、例えば、従来の加速／減速インプランターは、説明した著しい不均一性と線量測定問題にも拘らず、５００ｅＶの注入エネルギーでウェーハに対して約２ｍＡまでのホウ素単量体を送りことができるが、加速／減速イオンインプランターにおいてホウ素単量体の代わりにデカボラン（Ｂ_１０Ｈ_ｘ ^＋）を新しく使用することにより、私の上記引用した特許出願に記載された技術を使用することによる価値ある生産システムで可能とされ、同じ線量率は５ｋｅＶで０．２ｍＡのデカボランを注入することにより達成可能である。これは減速段階でのそのような程度まで空間電荷に対する感度を減少させ、減速及び注入の不均一性により起こるビーム分布の有用な低下、角度の完全性、及び加速／減速システムの線量測定が非常に改善される。
【００３４】
この新しい加速／分子イオンの組合せ（分子（クラスター）イオンのビームを使用する加速／減速イオン注入）は、イオン注入で可能な前ではなく、低エネルギーのホウ素の線量率を新しい割合に増加するために使用可能である。例えば、２０ｋｅＶで３ｍＡ以上のデカボランを抽出すること、及び５ｋｅＶまでデカボランイオンを減速する（４：１の減速）と想定し、５００ｅＶの有効な注入エネルギーで３０ｍＡまでの線量率を達成できる。そのような大きく有効なホウ素の線量率は、３００ｍｍ口径の基板のためでさえ、時間当たり２００枚のウェーハ（２００ＷＰＨ）を超える機械的スループットの限界でＰＭＯＳソース／ドレイン拡張部のような高い線量注入を容易に可能にする（参考として、２ｍＡの従来のホウ素は８Ｅ１４の線量で約２５ＷＰＨのウェーハスループットを作る）。後述するように、そのような高いビーム電流はまた、非常に浅い接合部形成にとって新規で重要な処理を可能にするだろう。
【００３５】
そのような加速／減速システムはまた二量体注入のために使用可能である。二量体からなるイオンビーム（通常、今までは、適したイオン注入材料として認められていない）は、私の上記引用した特許出願に与えられた生産価値のある蒸発及びイオン化技術を使用して、他のドーパント種で上述した利点を得るために利用可能である。例えば、ＡＳ_２ ^＋，Ｐ_２ ^＋，Ｂ_２ ^＋，Ｉｎ_２ ^＋，又はＳｂ_２ ^＋のイオンビームが形成可能であり、式（３）の減速段階への有利な適用の私の理解により、デカボラン注入のために以前説明された方法で、最大線量率を増大させ、不均一性及び線量測定問題を減少させ、減速されたビームの４つの改善のうちの１つの要素を与えることができる。下表Ｉａは本発明に適用される二量体注入に適した材料を列挙している。
【００３６】
【表１】
表 Ｉａ

【００３７】
システム及び方法の一部として、そのような二量体の合成物はそれらの融点以下の温度で蒸発し、蒸気は蒸気を含む空間を通過する広い電子ビームの衝突作用により主にイオン化される。
【００３８】
デカボラン等の加速／減速注入のための開示されたシステムの使用は半導体製造において新しい処理を可能にする。本発明の別の特徴は、上述した加速／分子イオン方法及びシステムの組合せを手順において使用することにより、１つ以上の高価な段階が多くの注入手順から排除可能であり、又はそれらのコスト削減、又は注入手順の品質の向上が可能であることの実現である。
【００３９】
例えば、そのようなシステムは一過性増大発散（ＴＥＤ）の改良にとって使用可能である。ＣＭＯＳ製造での非常に浅いｐ−ｎ接合の生成において、ＰＭＯＳソース／ドレイン（Ｓ／Ｄ）構造を形成するために特別の注意が与えられる。ホウ素は、要求した電導率のＳ／Ｄ構造を形成するために十分に高い固体溶解度を有するただ１つのｐ型ドーパントであるが、ホウ素はウェーハを処理するために要求されるアニール（活性化）サイクルの間、シリコン基板に急速に発散するだろう。一過性増大発散（ＴＥＤ）と呼ばれるこの異常なホウ素の発散は、達成可能なパラメータ、特にｐ−ｎ接合の階段部を制限する。ＴＥＤは注入処理の間にシリコンに作られる欠陥により左右（不利益に増加）されると信じられている。
【００４０】
最先端の非常に浅い半導体チップデバイスを製造するときに、製造業者は非常に低いエネルギー（ｋｅＶ以下）のホウ素注入を使用したがり、非常に浅く注入したホウ素の輪郭を形成し、活性化した輪郭がＴＥＤにより決定されるようになっている。ＴＥＤの範囲を減少させるため、低熱のバジットスパイクアニール（すなわち、急速熱アニール又はＲＴＡ）がｋｅＶ以下の注入と関連させて使用され、より浅いｐ−ｎ接合を達成する。ＴＥＤは活性化後にこの低エネルギーで輪郭を支配すると予想されるので、最近、５００ｅＶのホウ素の注入エネルギーがおそらく活性化されたｐ−ｎ接合の深さを最小にするために使用可能な最低のエネルギーのホウ素注入であると提案されている。しかし、ＴＥＤの効果はホウ素の注入深さが減少されたときに幾分直線的に減少するので、私はこの推測は少しも製造で証明されるものではないと考えている。ＴＥＤによるこの有利な「浅さ」効果は、ＴＥＤの間の欠陥のため、露出したシリコン表面が「シンク」又はゲッターとして作用する事実から生じると信じられ、注入がより浅く、ＴＥＤの範囲がより小さくなるようになっている。
【００４１】
不幸にも、ウェーハのスループットはすでに、減速を使用するイオン注入においてでさえ、５００ｅＶのホウ素注入を行うときに遥か機械的限界以下であるから、そして注入エネルギーを５００ｅＶ以下に減少することはウェーハのスループットをさらに劇的に低下させるので、従来のホウ素注入を使用するそのような５００ｅＶ以下の注入は製造で使用されそうにない。勿論、減少したスループットのそのような影響は、新しい機械及び機器のために非常な資本コストを要求する３００ｍｍの製造にとって経済的に非常な有害となる。
【００４２】
しかし、ここに提供した新しいシステム及び方法を使用することにより、非常に浅い注入の商業的に有利なスループットは、ＴＥＤ問題の「浅さ」の改良により達成可能であり、したがって、注入されたデバイスの達成可能な密度及び性能は品質の新管理体制及び寸法の微小化に拡張可能である。
【００４３】
開示された加速／減速システムはまた予め非晶質にする必要性を減少させる。注入されるホウ素の断面深さを制限することを手伝うため、予め非晶質にする（結晶格子の崩壊）注入はしばしば、ホウ素注入に先立って行われ、チャネリングを制限し、したがって、注入深さの断面を増加させる。非晶質化はゲルマニウム又はシリコンビームの高線量の注入により達成される。これは高価な追加処理であり、非常に浅いｐ−ｎ接合の製造のコスト及び複雑さを増大させる。
【００４４】
新しい処理の利点は説明した方法の加速／減速機械においてクラスター分子のドーパントの特殊使用によりこの点で同様に得られることができると私は考えている。すなわち、ホウ素の線量率の向上、より浅い注入及びデバイス性能の向上が達成可能なだけではなく、この新しい分子注入システムの損傷特性は、高価なＧｅ又はＳｉによる予め非晶質化する注入段階の削除を可能にする。デカボランのような高密度のイオンクラスターは非弾性の衝突のためシリコン表面との衝突により局所の結晶構造に損傷を引き起こすことが公知である。（例えば、デカボランの０．５と３ｍＡの間の、本発明で達成可能な）十分に高い線量率で、結果として生じる損傷断面は別々に予め非晶質化するための必要性を除去又は減少可能であり、製造処理におけるこの高価な段階のコストを除去又は減少させる。
【００４５】
したがって、デカボランイオンを使用する加速／減速システムによる生産価値のあるウェーハスループットでのホウ素注入は、１００ｅＶと同じ低さのエネルギーで２００ｍｍと３００ｍｍの両方の基板のために実行可能である。ＴＥＤ効果はこれらの極端に低い注入エネルギーではさらに減少されるが、今まで可能であったより浅いｐ−ｎ接合が製作可能である。
【００４６】
一次電子衝撃による分子イオンを製造するために分子をイオン化することにより、熱に敏感なイオン供給源の材料、特に、固体のデカボラン及び上述した二量体が使用可能である。
【００４７】
非常に長い抽出開口部の近くに向かう電子の広いビームを使用することにより、ビームがビームラインのアナライザーに入る前にビームの寸法を減少させるために望遠鏡の光学器械を使用する。
【００４８】
本発明は、
１）２００ｍｍ及び３００ｍｍウェーハのため、１００ｅＶと１ｋｅＶの間の注入エネルギーでのデカボランエネルギーを使用してホウ素注入のための生産価値のあるウェーハスループット
２）デカボランの高線量率（例えば、秒当り約２×１０^１５と２×１０^１６の間のデカボランイオン）の使用により、高価な予め非晶質化する注入のための必要性を除去又は減少させるのに十分な結晶構造の損傷を引き起こす。
３）（１００ｅＶと５００ｅＶ間のホウ素エネルギーに等価な約１ｋｅＶと５ｋｅＶの間のデカボランエネルギーの間の）非常に低い注入エネルギーを使用することにより、ＴＥＤにより活性化されたホウ素断面を広げることの縮小による非常に浅い接合
４）他のクラスター分子の使用により、新規な二量体材料を含み、他の注入種で同様の有利な結果を達成すること、
を可能にする。
【００４９】
したがって、少ない段階、著しいコスト削減、浅く高密度のｐ−ｎ接合、及び向上したデバイス性能が今まで可能であった以上に達成可能である。
【００５０】
イオンドーピングのための電子ビームイオン供給源の利点
別の特徴では、本発明は上述したバケット源のための置き換えとしてイオンドーピングシステムに実施可能である。開示されたイオンドーピングシステムは以下の利点を提供する。
（１）小さな設置面積―電子ビームのイオン供給源は小容量の供給源であり、一方向にのみ長く、リボン状のビームの所望の長さである。
（２）減少したコスト―その小型サイズのため、本発明は従来より単純で非常に安価である。
（３）高効率―その小さい容量及び減少した表面領域のため、イオン化空間の壁に対する関心のイオンの損失は従来技術に対して実質的に減少される。
（４）向上した処理制御―作られたイオンの高割合は所望のイオンである。これは沈積を減少させ（少ないイオンが最初の場所で作られ、所定のイオンビーム電流を達成し）、関心のドーパントイオンのイオン生産効率を高め、注入処理の制御を非常に向上させる。電子ビームのイオン供給源から作られた大部分のイオンは関心のイオンであるので、注入断面及び線量精度は従来に対して非常に改善される。
（５）高いスループット―本発明はその能力のためスループットを増加させ、従来技術より高いドーパントイオン電流を作る。
（６）軟性イオン化―本発明はデカボランのような分子イオンの有効な生産を可能にし、例えば、ジボランにおけるイオンドーピングの適用でのスループット及び効率において著しい利点を提供する。
【００５１】
小さい設置面積及び複雑さの減少のよる、主要機器コストを減少させ、製作のフロア占有スペースを縮小させ、及びより高い生産歩留りを達成し、本発明はまた、ｐ型ドーパント用に１個、ｎ型ドーパント用に１個の２個のイオン供給源により単一のイオンドーピングシステムを構成させている。単純な２つのスリットの光学器械を使用して、イオンドーピングシステムは、多数の基板を処理しながら、２個のイオン供給源間で切り替え可能である。これは２個の専用システムの高価な機器コストを軽減し、高価な製作フロアスペースを半分にし、従来のイオンドーピングシステムの現在の結果である生産歩留りに対する危険性を減少させる。
【００５２】
（詳細な説明）
以下の用語及び定義は本出願を通して適用する。
横向きの運動エネルギー（Ｅ_Ｔ）：ビームの伝搬方向に対して横向きの運動エネルギー成分、すなわち、抽出の場の方向。Ｅ_Ｔ＝１／２ｍｖ_Ｔ ^２であり、ｖ_Ｔはビーム方向に直交する速度成分である。
ビームノイズ（Ｎ）：１００Ｈｚ以上の周波数の、平均電流レベルの割合としてのビーム電流強度の変動。
【００５３】
エミッタンス（ε）：全エミッタンスεは２つのエミッタンスの積、ε＝ε_ｘε_ｙであり、垂直方向の溝レンズの場合、ε_ｘは（溝幅に沿った）水平方向のエミッタンスであり、ε_ｙは垂直方向のエミッタンスである。レンズ結合構造にとって、ε_ｘ及びε_ｙはビーム伝搬方向に垂直な２つの直交方向に沿って定義されている。エミッタンス成分ｅ_ｉは以下のように定義される。
【数４】

Ｅはビームエネルギーで、Ｅ_０＝１０ｋｅＶである。
【００５４】
α_ｘ及びα_ｙはそれぞれｘ及びｙ方向へのビーム発散の半角であり、Δｘ及びΔｙはそれぞれｘ及びｙ方向のビーム寸法であり、可変のエミッタンスは伝搬方向に沿った同じｚ位置ですべて測定され、ビーム電流の少なくとも７０％を含むように選択される。エミッタンス成分ｅ_ｉはｍｍ−ｍｒａｄ又はｃｍ−ｄｅｇで表わされる。
【００５５】
輝度（Ｂ）：Ｂは全ビームエミッタンスにより割られたビーム電流Ｉである。
Ｂ＝Ｉ／ε_ｘε_ｙ
プラズマは、実質的には電気的に中性のイオン化空間を含む領域として定義され、符号が反対のほぼ等しい電荷密度を与える電子及びイオンを含んでいる。
【００５６】
イオン注入源
添付した図面を参照すると、イオン注入で使用される従来のイオン供給源が図１及び２に示されている。エンハンストバーナス源は、通常、高電流、高エネルギー、及び中電流のイオンインプランターで使用される。イオン供給源ａは取付けフランジｂを介してイオンインプランターの真空システムに取付けられ、それは冷却水のための真空フィードスルー、熱電対、ドーパントガス供給路、Ｎ_２冷却ガス、及び電力を収容する。ドーパントガス供給路ｃはガスがイオン化されるアークチャンバーｄにガスを供給する。また、２個の蒸発器の炉ｅ，ｆが供給され、Ａｓ，Ｓｂ_２Ｏ_３，及びＰのような固体供給材料が蒸発されてもよい。炉、ガス供給路、及び冷却ラインが冷間加工のアルミニウムブロックｇ内に含まれている。１００℃と８００℃の間で動作する蒸発器が作動している間、水冷はアルミニウムブロックｇの温度偏位を制限する必要があり、供給源が作動しているとき、アークチャンバーｄによる放射熱をも打ち消す。アークチャンバーｄはアルミニウムブロックｇに取付けられるが、それとの熱接触が不足している。イオン供給源ａはアーク放電源であり、埋め込まれた熱フィラメントの陰極ｈとアークチャンバーの内壁ｄとの間で連続アーク放電を維持することにより作動することを意味する。このアークは、通常、３００Ｗ以上で放散可能であり、アークチャンバーｄが放射を介してのみ冷却するので、アークチャンバーは動作中、８００℃以上の温度に達することができる。
【００５７】
アークチャンバーｄに導入されたガスは電子電流又はアークとの電子衝撃を通してイオン化され、陰極ｈとアークチャンバーｄとの間で放電する。イオン化効率を増大させるため、一定の磁場ｉは、図２に示されている外部の磁石コイル９０により、陰極ｈと対陰極ｊとを接合する軸に沿って確立され、アーク電子の閉じ込めをする。（アークチャンバーｄ内だが陰極ｈの対抗端部に配置されている）対陰極又はリペラー電極ｊは、通常、陰極ｈと同電位に保持され、陰極ｈの方へ戻り、繰り返し戻る磁場ｉにより閉じ込められたアーク電子を跳ね返すのに有用である。このように閉じ込められた電子の軌道は螺旋形であり、陰極ｈと対陰極ｊの間の円筒状のプラズマ柱を生じる。図２は陰極と対陰極の間の可能な電子軌道を示し、閉じ込める磁場Ｂのため螺旋形である。プラズマ柱内のプラズマ密度は、通常、立法センチメートル当り１０^１２のオーダーで高く、これは電荷交換の相互作用によりプラズマ柱内の中性のイオン化された成分のさらなるイオン化を可能にし、また、抽出したイオンの高電流密度の生産を許容する。陰極ｈは、通常、熱フィラメント又は間接的に加熱された陰極であり、外部電源より加熱されたときに熱電子的に電子を放出する。それ及び対陰極は、通常、イオン化チャンバーｄの電位以下の６０Ｖと１５０Ｖの間の電圧Ｖ_ｃに維持される。高い放電電流Ｄは、１０Ａまでこのアプローチにより得られることができる。一度、アーク放電プラズマが開始されると、プラズマは、（陰極ｈがアークチャンバー内に埋め込まれ、したがって、結果として生じるプラズマと接触するので）陰極ｈの表面近くにシースを作り出す。このシースは高い電場を提供し、アークのための熱電子の電子電流を有効に抽出し、高い放電電流をこの方法により得ることができる。
【００５８】
アークチャンバーで放散された放電電力Ｐは、Ｐ＝ＤＶ_ｃ又は数百ワットである。アークにより放散された熱に加えて、熱陰極ｈはまたアークチャンバーｄの壁に電力を放射する。したがって、アークチャンバーｄはドーパントプラズマのため高温度環境を提供し、それはまた、アークチャンバーｄ内のガス圧力を増大させることにより、及び熱チャンバーの壁でのドーパント材料の凝縮を減少させることにより、冷却環境に対するイオン化効率を増大させる。
【００５９】
固体源の蒸発器の炉ｅ又はｆが使用される場合、蒸発した材料は蒸発器の供給路ｋ及びｌを通ってアークチャンバーｄに、そしてプレナムｍ及びｎに供給される。プレナムはアークチャンバーｄに蒸発材料を発散するのに有用であり、アークチャンバーｄとほぼ同じ温度である。アークチャンバーによる蒸発器の放射熱負荷はまた、通常、約１００℃以下のそれに含まれる固体供給材料のため蒸発器が安定した温度環境を提供するのを防止する。したがって、１００℃を超える温度で両方が蒸発し、８００℃を超える温度（バーナス源の名目上の壁温度）で分解する固体のドーパント供給材料だけがこの方法により蒸発及び導入可能である。
【００６０】
図３は本発明の一実施例を示し、上記引用した特許出願に記載された一定の特徴が供給源の中心軸に沿った外皮切断図に示され、内部の構成部品を見ることができる。外部の蒸発器２８は蒸発器本体３０とるつぼ３１を備え、デカボランのような固体源の供給材料２９が存在する。抵抗ヒータは蒸発器本体３０に埋め込まれ、ウェーハ冷却管２６及び対流ガスの冷却管２７が蒸発器本体３０と密着し、組合せて使用され、室温以上の一定の動作温度をるつぼ３１に供給する。るつぼ３１と温度制御された蒸発器本体３０の間の熱伝導は、るつぼと蒸発器本体の境界３４にガス供給路４１により導入された圧縮ガスにより供給され、蒸発器のハウジングの温度は熱電対を介して監視される。蒸発されたデカボラン又は他の蒸発した材料５０は出口管３９及び加熱ゲート弁１００及び１１０を通り、伝導管３２を通ってイオン化チャンバー４４に供給される。供給源取付けフランジ３６及び供給源ブロック３５はまた蒸発器温度の近く又はそれ以上の温度に制御される温度でもある。
【００６１】
イオン供給源のガス搬送システムは２個の別々の供給源からイオン化チャンバーに供給する２本の導管を含んでいる。第１は、ガスシリンダーのような圧縮ガス供給源からの小径の低伝導性の経路である。第２は、低温蒸発器からの高伝導性の経路であり、固体材料を蒸発させる。供給源に拘らず、ガス搬送システムはイオン化チャンバーの数ミリトルのガス濃度を維持する。蒸発器は、イオン化チャンバーのガスの安定した濃度を維持するため、固体材料と接触するその表面の厳格な温度制御を維持する。
【００６２】
図３を再度参照すると、蒸発器組立体３０ａは加熱及び冷却本体３０と移動可能なるつぼ３４とを備えている。るつぼへのアクセスは蒸発器の後面で端板２８を取り除くことにより可能とされる。
【００６３】
一度、るつぼが蒸発器から取り除かれると、それはるつぼの端部にエラストマー的に密閉されているそのカバー３４Ｂを取り除き、固体２９に含まれている火床３４ａを持ち上げることにより再装填可能である。
【００６４】
再装填の後、るつぼが本体に挿入され、ガスシールが本体の前端部で穴３９に施される。この穴３９は蒸発ガスのための出口である。るつぼと本体の間の機械的な適合が正確に保たれ、るつぼの温度均一性を達成する。隙間がガス（冷却ガス）で満たされ、２つの表面間の熱移動を促進する。冷却ガスは端板取付け部品２８ａを通って隙間に入る。
【００６５】
温度制御は本体に埋め込まれる抵抗エレメントのＰＩＤ閉ループ制御を使用して行われる。本体材料は非常に熱伝導性を有し、温度の均一性を維持する。小さい熱漏れは本体に意図的に適用され、外部の空気管を使用して制御システムにおいて安定性を作り出す。空気管２７は蒸発器本体の回りを通過し、図示されていない板により覆われる。空気はマニホールドシステム内の管にタクトで送られ、それは蒸発器の端板２８に統合され、僅かに対流性の冷却を供給する。空気は、流れ制御のために使用される計量バルブを過ぎて進行した後、入り口を通って供給される。空気は組立体から建屋の排気管に放出される。
【００６６】
空気冷却に加えて、蒸発器本体を液体冷却するための設備もある。冷却液は本体を通って前後に移動する１ｍ長で６ｍｍ径の穴を通ってダクトで送られる。接続は本体部に取付けられた取付け部品２６を介してなされる。液体冷却は蒸発器組立体を急速冷却し、迅速な点検所要時間を供給し、また、固体種を変化させる。
【００６７】
図４を参照すると、イオン化チャンバー４４は、イオン化チャンバー４４とブロック３５の間の境界３６に導管を通って伝導する圧縮ガスを介してブロック３５と良く熱接触する。ガスシリンダーに保持されるガス材料、例えば、ＰＨ_３のような処理ガスは、ガス供給路３３を通ってイオン化チャンバー４４に供給可能である。通常、イオン化チャンバー４４内のガス圧力は、イオン化チャンバー４４の外部領域がほぼ１×１０^−５トルであると、ほぼ１×１０^−３トルである。図４を参照すると、電子銃４２により作られた電子ビーム１２５は電子ビームの入口開口部４５を通ってイオン化チャンバー４４に入り、イオン抽出開口板８０内に含まれたイオン抽出開口溝４６に平行で極めて接近しているイオン化チャンバー４４を通過し、電子ビームの出口開口部４７を通ってイオン化チャンバー４４を出て、ビームダンプ７０で止められる。ビームダンプ７０は水冷ホルダー１３０を通って水冷され、それは電気的に抵抗性（＞１０ＭΩ−ｃｍ）の消イオン水を運ぶ。ビームダンプは絶縁碍子５６により電気的に絶縁され、ビームダンプ７０により止められたｅビーム電流がＨＶ水のフィードスルー１７０において外部で監視可能なようになっている。イオン抽出開口部８０は、電気的に絶縁され、熱的に伝導性のガスケットにより、イオン化チャンバー４４から電気的に絶縁され、イオン化チャンバー４４に対して負の電位にバイアスされる。イオン抽出開口部８０のこのバイアスは開口部８０の方にイオンを引き寄せる電気ドリフト場を確立し、他の熱イオンにドリフト速度を与え、ドリフト場のないときに可能であるより高い抽出イオン電流を可能にする。イオン供給源の構造のための通常の寸法は、直径７．５ｍｍの円形電子入口開口部４５と、直径１０ｍｍの電子ビーム出口開口部４７と、直径２５ｍｍで６５ｍｍ長の電子銃組立体４２と、高さ６７ｍｍのイオン化チャンバー４４である。銃のハウジング１４２の切欠部４８は陰極を含む電子銃組立体４２の部分を供給源のハウジングの真空環境に露出させ、陰極１４３の運転寿命を延ばす。
【００６８】
電子銃の光学器械は、陰極１４３と、ビーム成形電極１４５と、第１陽極１４７と、焦点電極１４９と、第２陽極１５０と、出口レンズ１５２とから構成されている。このレンズシステムは空間電荷制限電子電流を抽出し、第１陽極１４７と焦点電極１４９と第２陽極１５０と出口レンズ１５２とを有する下流の４エレメントレンズは電子ビームを所望の最終エネルギーに視準すると共に加速する。熱電子は熱陰極１４３により放射され、それは、耐熱性金属又は、例えば、ＬａＢ_６から構成されてもよく、直接又は間接的に加熱されてもよい。電子はピアス結合構造の第１陽極の隙間において加速され、陰極１４３と第１陽極１４７の間に等電位が円錐状ビーム成形電極１４５及び第１陽極により形成され、それは空間電荷効果を可能にすることにより出力電流を最大化する。それらは５ｋｅＶまで抽出可能であり、下流の光学器械により約７０ｅＶと２０００ｅＶの間で可変の最終エネルギーに減速する。
【００６９】
図４ａは電子光学器械の好適な実施例を示しており、第２陽極１５０‘と出口レンズ１５２はピアス結合構造により形成される。このピアス結合構造はレンズ１４５’と１４７‘により規定されるピアス抽出装置１４４の結合構造により変換され、１５０’及び１５２‘の連結により規定されるレンズ１５３が、低エネルギー（例えば、１００ｅＶ又はそれ以下）の、通常視準された電子ビームをイオン化チャンバー４４に導入し、減速レンズとして有効に使用できるようになっている。減速レンズ１５３のための「逆ピアス」結合構造の組合せは空間電荷制限電子ビームを修正するのに役立ち、別の方法で可能なより高く、より視準された低エネルギーの電子束をイオン化チャンバー４４に導入するようになっている。例えば、電子ビームは１ｋｅＶでレンズ１４７’に抽出されてもよく、５００ｅＶでレンズ１５０‘に伝搬し、レンズ１５２’内で１００ｅＶに減速し、ビームが抽出装置１４４において１００ｅＶで抽出された場合より高い電子電流を可能にする。
【００７０】
電子銃の光学器械内、特に、減速レンズ１５３内にある空間電荷力は電子ビーム経路に沿って正のイオンの意図的な生成によりさらに改善可能である。イオンの正の空間電荷は電子の負の空間電荷を補償し、ビーム内の電子間の正味のクーロン反発を減少させ、したがって、ビームの破裂を減少させると共に他の方法で可能なより高い電子電流を可能にする。これは、イオンが重く、ゆっくり動き、それらの水分減少率が低く、イオン生成率がイオン損失率と同様の場合に合理的な電荷バランスが維持可能なので、空間電荷力を減少させるための有効な手段である。電子ビーム経路の点でのイオン生成率はその点でイオン化可能なガスの局所圧力に比例する。例えば、局所ガス圧力を、図４ａに示されたＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４と考える（個々のレンズエレメントと周囲の真空との間のコンダクタンスを調整することにより局所圧力Ｐ_ｉを制御することは可能であることに私は注目している）。さらに、優勢なガス種がデカボラン（Ｂ_１０Ｈ_１４）であり、正のイオンの生成のため大電子衝撃イオン化の断面を有する大きく、重い分子を考える。イオン化チャンバー４４内で、Ｐ１は最高の約１０^−３トルであり、空間電荷補償が非常に有効となるようになっている。これは主なイオン化領域内の電子ビームの一定の伝搬を保証し、イオン抽出開口部４６に近いイオン密度の良好な均一性、したがって、抽出したイオンビームの均一なイオン密度を保証する。Ｐ４は供給源の真空ハウジングの周囲圧力であり（公称１０^−５トル又はそれ以下）、イオン化チャンバー４４内のガスは電子ビームの入口開口部４５’を通って伝搬するので、大きい圧力勾配はこれらの極値の間で安定する。減速レンズ１５３は４５’に近いので、Ｐ２は比較的高く、空間電荷反発は実質的に減少される。領域Ｐ３は陰極１４３’に近く、したがって、Ｐ４に近いＰ３、すなわち、陰極表面に対するデカボラン分子の到達率が陰極表面に沈積可能なデカボラン副生成物の脱着率以下となるのに十分低い圧力に維持されるのが望ましい。これは、ＬａＢ_６のような低温度の陰極及び電界放出陰極にとって特に重要である。一般的に、耐熱性の金属陰極は分解処理ガスの沈積が問題でない十分に高い温度で作動する。
【００７１】
図５は、電子銃エレメント及びイオン供給源に電圧を供給する電源及び専用メータのバイアスをかける機構を示している。図５に使用される符号は以下の意味を有している。
・Ｖ_Ｓ（ソースＶ）：１００ｍＡで正の０〜４０ｋＶ。イオンビームエネルギーを設定し、地面に対してイオン化チャンバーにバイアスをかける。
・Ｖ_Ｃ（陰極Ｖ）：１００ｍＡで負の０〜２ｋＶ。電子イオンビームエネルギーを設定し、イオン化チャンバーに対して陰極にバイアスをかける。
・Ｖ_Ｆ（フィラメントＶ）：５０Ａで０〜５Ｖ。直接又は間接的に加熱された陰極エミッターにヒータ電流を供給する。
・Ｖ_Ｅ（抽出開口部Ｖ）：１００ｍＡで負の０〜２０Ｖ。イオン化チャンバーに対してイオン抽出開口部にバイアスをかける。
・Ｖ_ｌ（陰極シールドＶ）：１０ｍＡで負の０〜５０Ｖ。陰極に対してビーム成形電極にバイアスをかける。
・Ｖ２（陽極Ｖ）：５０ｍＡで正の０〜５ｋｅＶ。陰極に対して第１陽極にバイアスをかける。
・Ｖ３（焦点Ｖ）：１０ｍＡで正の０〜５ｋｅＶ。陰極に対して焦点電極にバイアスをかける。
・Ｖ４（出口レンズＶ）：５０ｍＡで正の０〜２ｋｅＶ。陰極に対して出口レンズにバイアスをかけ、電子ビームが陰極、陽極、焦点、及び出口エレメントからなる四極管を出るエネルギーを決定する。
・Ｖ_Ｄ（ビームダンプＶ）：１００ｍＡで正の０〜２ｋＶ。陰極に対してビームダンプにバイアスをかける。
・Ｍ１：電子銃を出る電子電流を測定する。
・Ｍ２：陰極放出電流を測定する。
・Ｍ３：ビームダンプに到達する電子電流を測定する。
【００７２】
本発明の別の実施例は、１インチ長と３インチ長の間の溝からイオンを抽出するイオン注入システムに特に適している。実施例はイオンの高電流の生成のための有効な設計を提供する（例えば、各ドーパントビームの５ｍＡは達成可能である）。この設計では、イオン抽出溝とほぼ同じ長さのフィラメントは低エネルギー電子の１次元「シート」を供給する。フィラメントは、図６にも示されているように、イオン抽出開口部溝に平行に定位されている。第１の実施例に含まれる電子ビームは要求されない。この結合構造は、１）高電子電流が達成可能であり、２）高電子電流を依然として送りながら低電子注入エネルギーが達成可能であるという２つの非常に重要な利点を有している。２）に対する推論は、約１００ｅＶでのイオン化断面が、例えば、２ｋｅＶより大きい５のうちの１つの要素であるから、非常に重要なイオン電流が達成可能である。３）最終的に、電子は１次元ビームとして抽出され、空間電荷効果を非常に減少させるので、電子ビームが発散するのを抑制するために、磁場は使用されず、磁気の制限は必要ない。
【００７３】
したがって、図６ａはイオン供給源のための簡単な設計を示しており、電子は抽出されたイオンビームと同一方向に沿ってイオン化チャンバーに注入される。長いフィラメント１７０はフィラメント導線１７１及びＤＣ電源１７２を介して加熱され、フィラメントの長さに沿って電子１７３を放出する。フィラメントは、例えば、リボン、又は厚いタングステンワイヤであってもよい。フィラメント１７０は電源１７２によりイオン化チャンバー１７５の電位以下にバイアスされ、電子がイオン化チャンバー１７５の後部に中心を置く矩形の入口溝７４を通って加速されるようになっている。これはダイオードの配置を構成する。この結合構造の平面図は、図６ｂの投影Ｄ−Ｄに示されている。拡大された電子ビームはイオン化チャンバー１７５内のガスをイオン化し、イオンはイオン抽出開口板１７７内のイオン抽出開口部１７６を通って抽出される。その単純さは別として、図６ａの設計の利点は、高電子電流が長いフィラメント１７０により発生され、イオン抽出開口部１７６に沿って均一に焦点に集められることである。したがって、イオン化チャンバー１７５内のガスが通る電子経路長はイオン抽出開口部１７６の長さに沿って同じであるから、作られたイオンビームは一定にすべきである。電子ビームは垂直な次元に伸びているから、空間電荷破裂を受けることがほとんどなく、したがって、小さい円形の電子ビームの場合より高い全電子電流の所定のエネルギーをイオン化チャンバー１７５に送ることができる。
【００７４】
性能を向上するため、長い矩形溝を有する格子電極１７９もまたフィラメント１７０とチャンバー入口開口部１７４の間に挿入可能であり、電子ビームの集束を向上させる。これは三極管構造を構成する。入口開口部１７４でのフィラメントの蒸発及びチャンバー１７５へのタングステン又はレニウムの最後の移動によるイオン化チャンバーの移動金属汚染の可能性を防止するため、フィラメントは離すことができ、イオン化チャンバーにより照準線から蒸発した材料を除去する。
【００７５】
この実施例は図７ａに示されている。フィラメント１７０はイオン化チャンバー１７５から遠く離れており、電子ビームは一連の長い矩形開口部を有するレンズを通って伝搬される。図７ａの概略図は三極管設備を示しており、フィラメント１７０と、ビーム成形電極１７８と、格子電極１７９と、イオン化チャンバー入口開口部１７４はすべて異なる電位に保持されているが、この設備は三極管に限定されず、必要なときにもっとレンズが追加されてもよい。図７ａの電子光学器械及び電子ビーム１７３の伝搬をもっと詳細に示す平面図が図７ｂに示されている。通常の電極電圧は、例えば、Ｖ_Ｓを通るレンズシステムＶ_Ｃが広範囲の電圧及び電子エネルギーにおいて動作可能であり、特定の注入処理に関心のイオンを作るのに性能を最適化しても、陰極電位Ｖ_Ｃ＝−１００Ｖ、ビーム成形電極Ｖ_１＝−１０２Ｖ、格子電位Ｖ_２＝＋１００Ｖ、ソース電位Ｖ_Ｓ＝０（すべての電位はイオン化チャンバー、又はソース電位に対して示されている）、及びイオン抽出電極電位Ｖ_Ｅ＝−５Ｖである。Ｖ_Ｅはイオン抽出開口部１７７でのバイアス電圧であり、図７ｂにも示されているように一定のドリフト場Ｅを確立する。Ｅはイオン化チャンバー内に作られたイオンにドリフト速度を与え、イオン抽出開口板１７７の方に正に電荷されたイオンを引き寄せ、それらは外部の抽出場により有効に抽出可能であり、イオンビームを形成する。イオンは電子ビーム１７３に沿って作られるので、Ｅはイオンに前進運動量を与えがちであり、運動エネルギーのそれらの横向きの成分が、本質的に熱く、すなわち、＜＜１ｅＶの大きさになるようになっている。図８は図７ａ及び７ｂの三極管フィラメントの注入の実施例を示し、図３に示されたものと同様のイオン供給源に組み込まれる。図８はイオン化チャンバー１７５及び三極管２００の詳細を示し、供給源のブロック３５内に含まれる三極管を示している。例えば、低温蒸発器２８、ゲート弁１００及び１１０、取付けフランジ３６及びガス供給路３３等の、図３の他のエレメントは、示されていないが、同様にこの実施例の一部である。しかし、電子銃４２、磁気コイル９０、及びビームダンプ７０は、これらの電子銃関連の構成部品が三極管２００により置き換えられるので、図８の実施例の一部ではない。図８のアプローチの幾つかの更なる利点は、１）（例えば、真空コンダクタンス１９０を通る供給源の真空ハウジング内の周囲の真空にそれを直接さらすことにより）フィラメントは低圧力位置まで離され、フィラメントの寿命を延ばし、２）フィラメントを遠くに離すことはフィラメント材料によりイオン化チャンバーの汚染を防止し、３）レンズシステムは電子ビームの加速／減速移動を容易にし、イオン化チャンバー内で高い電子電流を達成させ、４）フィラメント１７０により作られる放射熱負荷は水冷供給源のアルミニウムブロック３５により大部分で都合よく伝導され、５）電子ビームはイオン抽出開口部に集束するように作られ、高いイオン抽出効率及び小さい横向きの運動量を生じさせる。この最後は、公称の電子軌道が図７ｂのドリフト場Ｅに沿っている事実により、電子衝突により作られるイオンが、本質的に運動エネルギーの、すなわち、＜＜１ｅＶの熱の横向き成分を有するイオン抽出開口部に届くようになっている。６）図７ｂ及び図８の実施例は、低エミッタンスで高輝度のイオン供給源となり、インプランターを通るイオンビーム伝搬の制御を改善させ、従来技術に対して、ウェーハ基板のイオンビームの空間及び角度の均一性を非常に向上させる。
【００７６】
図７ｃは図７ｂの三極管と同様の四極管結合構造を示しているが、寸法情報もまた有している。寸法はｍｍで与えられている。四極管は本当のズーム性能を可能にし、レンズシステムの集束特性が最後の電子エネルギーと幾分独立するようになっている。これは、すなわち、高い空間電荷制限電子電流をイオン化領域に送るために減速を使用して、イオン化チャンバー１７５’に入る電子より高いエネルギーで耐熱性フィラメント１７０’から放射された電子の抽出を許容する。代表的なレンズ電圧が表Ａに示されており、４個のレンズ開口の直径（「Ｄ」）の対象距離及び四極管の基準面から６Ｄの画像距離を与える。これらのレンズの調整は３００ｅＶから１００ｅＶの範囲のエネルギーで電子を抽出することによりイオン化領域に１００ｅＶ電子を注入する。これらの調整は、電子がイオン化チャンバーに入ることで１００ｅＶを有していると仮定する。これらのレンズは１次元であるから、それらは溝の長い次元（ｙ方向）にビームを集束又は制限しない。高電流密度で、電子ビームは空間電荷反発によりｙに沿って拡大し、ぼかしを通してビーム損失を生じる。空間電荷反発及びビーム損失は電子衝撃イオン化により正イオンをビーム路に沿って作らせることにより非常に減少可能である。イオンの正の空間電荷は電子の負の空間電荷を補償し、ビーム内の電子間の正味のクーロン反発を減少させ、したがって、ビーム破裂を減少させ、他の方法で可能なより高い電子電流を可能にする。イオン化領域１８１’で作られたイオンが四極管への損失を抽出することを防止するため、レンズエレメント１８０’は常に、イオン化チャンバー電位のＶ_０に対して実質的に正の電位に維持されている。
【００７７】
イオンは重く、ゆっくり動き、それらの水分減少率は低く、イオン生成率がイオン損失率と同様である場合には合理的な電荷バランスが維持可能であるから、ビーム経路の正イオンの生成は空間電荷力を減少させるために有効な手段である。電子ビーム経路の点でのイオン生成率はその点でのイオン化可能なガスの局所圧力に比例する。例えば、局所ガス圧力を、図７ｃに示されたＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４と考える（個々のレンズエレメントと周囲の真空との間のコンダクタンスを調整することにより局所圧力Ｐ_ｉを制御することが可能であることに私は注目している）。さらに、優勢なガス種がデカボラン（Ｂ_１０Ｈ_１４）であり、正のイオンの生成のため大電子衝撃イオン化の断面を有する大きく、重い分子を考える。イオン化チャンバー１７５’内で、Ｐ１は最高の約１０^−３トルであり、空間電荷補償が非常に有効で、理想的には、イオンの電荷密度が電子密度と同じになるようになっている。これは主なイオン化領域内の電子ビームの一定の伝搬を保証し、イオン抽出開口部１７６’に近いイオン密度の良好な均一性、したがって、抽出したイオンビームの均一なイオン密度を保証する。Ｐ４は供給源の真空ハウジングの周囲圧力であり（公称１０^−５トル又はそれ以下）、イオン化チャンバー１７５’内のガスは電子ビームの入口開口部１７４”を通って伝搬するので、大きい圧力勾配はこれらの極値の間で安定する。減速レンズ１５３は４５’に近いので、Ｐ２は比較的高く、空間電荷反発は実質的に減少される。領域Ｐ３は陰極１４３’に近く、したがって、Ｐ４に近いＰ３、すなわち、陰極表面に対するデカボラン分子の到達率が陰極表面に沈積可能なデカボラン副生成物の脱着率以下となるのに十分低い圧力に維持されるのが望ましい。これは、ＬａＢ_６のような低温度の陰極及び電界放出陰極にとって特に重要である。一般的に、耐熱性の金属陰極は分解処理ガスの沈積が問題でない十分に高い温度で作動する。
【００７８】
別の実施例では、図９は最初の２つの実施例の設計及び動作の特徴を組み込んだハイブリッド供給源の平面図を示している。それは図７ｂに類似しているが、（図面の平面に入るところを示している）円形の電子ビームと長いフィラメントエミッターベースの三極管２００からのリボン状の電子ビーム１７３との交差を示している。したがって、この第３の実施例は、軸上に配置された長いフィラメントエミッターと長い電子ビームの両方を有している。図１０はイオン供給源に組み込まれた本実施例の詳細を示しており、それは図３の変形である。図３に示された低温度蒸発器に加えて、図１０はさらに供給源ブロック３５により囲まれた高温度蒸発器２２０を組み込んでいる。蒸発器２１０は供給源ブロック３５内に配置され、それが図３の蒸気導管３２又はガス供給路３３と干渉しないようになっている。蒸気は、図１０に示される、蒸気導管２２５により蒸発器２２０からイオン化チャンバー１７５内の空間に伝導される。この第２の蒸発器２２０の目的は、例えば、元素状態で存在するＰ，Ａｓ及びＳｂ，及びＳｂ_２Ｏ_３及びＩｎＣｌ_３等の固体ドーパント合成物から蒸気を導入することである。したがって、Ｂ_１０Ｈ_１４及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の特定の低温度材料の蒸気と同様に、これらの蒸気及び他の通常使用されている固体ドーパントは、図１０の実施例によりイオン化チャンバー４４に導入可能である。
【００７９】
図９及び１０の実施例の特徴及び利点は、１）高イオンビーム電流を得ることができ、２）抽出開口部近くの高電子密度と結合される磁場の不足、及びドリフト場の方向に沿った経路におけるイオンの生成は、イオンの非常に低いエミッタンス源となり、３）十分な量の固体及びガス供給材料が使用可能であり、２個の蒸発器の結合は異なる注入の間にイオン供給源の点検を必要とすることなく、ｎ型及びｐ型の両方のドーパントを収容可能であり、４）ｅ銃により供給される高エネルギーの電子ビームと関連して、フィラメントにより作られた低エネルギーの電子ビームは、段階的なイオン化処理により多重電荷イオン種の生成を可能にし、多量な単一電荷種が低エネルギービームにより生産され、それは再度高エネルギービームによりイオン化され、多重イオン化種となり、５）幾つかの電子種の電子ビームエネルギーを「調整」する能力は、分子供給種の異なる分解パターンを作り、特定の注入要求にイオンビームの調整を許可するときに大きい柔軟性を図９のイオン供給源に与える。
【００８０】
ドレイン拡張部
ここに説明した技術は、より高い性能のデバイスとなるトランジスターのドレイン拡張部を注入するプロセスに適用されるときに著しい利点を有する。基本的な概念は開示された供給源が低エミッタンスのビームを供給し、順番に横向きの階段部の減少した結合部を作り、それは尺度のある技術でまさに必要とされる方法でトランジスターに高性能を与える。
【００８１】
より階段形の横向き接合を有するトランジスターは幾つかの方法で向上した性能を有するだろう。第１に、結合領域は直列抵抗に成分を与え、より階段形接合部はあまり直列抵抗を与えず、順番にトランジスターの駆動電流及び相互コンダクタンスを増加させる。階段接合部はまた閾値以下の伝導を減少させ、それは電源が減少したときに非常に重要である。この特徴の１つの利点はオフ状態の電流の減少であり、それは全体回路の静電流を減少させ、例えば、電池の寿命を延ばす。改善された閾値以下の特性はまた技術の全体設計においてもっと自由を許容し、静電流を増加させることなく閾値電圧を減少させる。これは（低閾値電圧により改善される）回路性能と（静電流を減少させることより改善される）予備電力の間に直接の交換条件を許容する。これらの特徴は、供給電圧が減少されたとき、それがそれぞれ０．２５ｕｍを超える技術の発生によるように、ますます重要になっている。
【００８２】
イオン注入の電場内で、イオンビームが作られ、衝突ターゲットに移動され、エネルギーのある程度はイオンをターゲット材料に入れさせると共にある深さまで浸透する。これは図１１に概略的に示されている。ターゲットは通常、シリコンウェーハ１であり、トランジスター又は他の構造が製造されている。イオンビーム２はシリコンウェーハ１で定位され、機能的デバイスの生産に寄与する幾つかの特徴のシリコンにイオンを意図的に配置する。イオンは同じ経路に沿ってすべて移動するのではないが、図１の深さ断面５により示されているように、シリコン内の原子を分配させる。通常、深さの断面は、平均浸透深さである投影範囲６と、原子分配深さの変化の測定値である点在値７の２個のパラメータにより特徴付けられる。これらのパラメータは注入プロセスのために使用されるイオンビームの状態に強く依存し、重いイオン又は低エネルギーのそれらは浅い断面を作る。一般的に、イオン注入処理の分析は全体的に平行なイオンビーム２を考え、それは予想した断面、投影範囲及び点在値の直接計算を可能にする。しかし、イオンビームは完全に平行というわけではない。示された平行でないイオン４のように、平行でないビームの部分は常に、幾つか存在する。平行でないイオン４はゼロでない入射角３でシリコン基板に衝突するだろう。一般的に、すべてのイオンビームは、平行でない成分、ビーム状態に強く依存する大きさ、注入機器の詳細、及びインプランターの調整を含んでいる。イオンビームに含まれるいろいろなイオン角度の注入の幾つかは後述される。
【００８３】
イオンビームの平行でない成分を特徴付ける幾つかの方法がある。第１は、ビーム１０が作られ、イオン供給源９を出るとき、エミッタンス８は、図１２に示されているように、ビーム１０の角度分布を特徴付けるように測定可能である。このパラメータはそれが供給源から抽出されているときのビームの全角度分布の測定値であり、通常、立体角によって表される。一度、イオンビームがビームラインの方に移動されると、通常、角度分布を論ずるために使用される用語は発散度１１である。発散度１１はビーム軸に対するビームの最大角度に当てはまる。ビームがターゲットに届くと、ターゲットは特定の処理の影響のためビーム軸に対して傾斜するかもしれないので、各イオンは上述したような入射角を有している。したがって、ビーム発散度１１はビームがターゲットに届いたときに入射角の範囲を生じる。これらの用語及びパラメータは限定しており、ビームは実際に多くの角度で移動するイオンを含み、発散角度の関数としてビーム密度を説明する分布関数があることに注意することが重要である。まだ、多くの以下の説明が最大角度のイオンに関連しているので、これらの用語は有用である。
【００８４】
ここに説明した１つの典型的なイオン注入処理はドレイン拡張部注入である。これは、トランジスターの形成の１ステップである。図３参照。ドレイン拡張部の注入は、それがトランジスターの機能の最も重要な特徴を定義する構造を形成しているので、非常に重要である。第１に、それは自己整列が達成される手段であり、ゲート電極１３とゲート酸化物１２のスタックがパターン化され、よく定義されたゲート端部１４を作る。その特徴はドレイン拡張部を形成する予定のイオンビームをマスクする。ゲートスタックが除去されると、注入部がシリコンに浸透し、ドレイン拡張部１５である注入層を形成するが、ゲートスタックが除去されないと、注入部はゲート電極１６に浸透する。この処理により、ドレイン拡張接合部はゲート電極と整列し、これは良好なトランジスター構造を作り、自己整列ゲートとして公知である。さらに後述するように、平行でないイオン４及び特に、図３に示されたイオンのように、ゲートの下に向けられ、ゲート端部の基部でシリコンに衝突するそれらは、特に重要である。
【００８５】
半導体技術の重要な特徴は一定のスケーリングの要求である。スケーリングは、より多くのトランジスターが所定のシリコン領域に置かれ、機能毎のコストを減少させるようにすべての寸法が減少される処理である。イオン注入にとって、減少する寸法はまたイオン深さの寸法をも減少させるので、結果はイオンエネルギーを減少させる一定の要求であり、これは注入エネルギーを減少させることにより達成される。特に、半導体技術の多くの特徴は、新しい方法、機器及び材料を絶えず開発し、スケーリングの産業界の要求についていかなければならないことであり、イオン注入は含まれる。このスケーリングは十分に進歩し、イオン注入のため主要な問題を作り、スケーリングの要求を満たすのに充分浅い接合部を作るために挑戦している。最も厳しい問題は、使用されるホウ素原子が軽く、シリコンに深く浸透する傾向があるので、ｐ型接合部の形成に関連するものである。特に、ｐ型ドレイン拡張部は、それが最も低いエネルギーのホウ素ビームを使用しているので、最も求められている注入である。低エネルギーで高電流ビームを送るイオンインプランターには根本的な問題があり、低エネルギーのホウ素のビーム電流を改善するために使用される方法は送られるビームの品質、特にその発散度に逆効果を有することが示されている。
【００８６】
イオン注入がドレイン拡張部を形成するために要求される唯一の段階ではない。さらに、熱処理又はアニール段階が注入原子を電気的に活性化させるために行われなければならない。別の問題は、考える発散効果もあるように、この熱処理が高温度（すなわち、＞９００℃）で行われなければならないことである。発散はそれらの注入された深さ断面からの注入イオンの動きであり、一般的に深く、基板内で横向きである。要求は狭い接合部（実際には、非常に狭い接合部、又はＵＳＪ）を作ることであるから、発散効果は最小にされなければならない。発散時間が最小とされると、さらなる問題もある。一過性増大発散（ＴＥＤ）である。この影響はイオン注入により引き起こされたシリコン結晶への注入損害のため注入層にあるシリコン間質の結果となる。その結果はホウ素発散の強いエンハンスメントとなり、それは短時間だけ続く。しかし、短いアニールサイクルは発散を最小にするために望ましく、ＴＥＤ効果はアニ―ル時間を短縮する必要性を増大させる。発散及びＴＥＤは注入層を深さと横の両方向に動かす。この重要な処理を行うため進歩したアニール機器及び処理の多くの開発があり、接合部を浅くするために開発されたものはまた横向きの階段部を向上させる利点をも供給するだろう。
【００８７】
ホウ素注入エネルギーのスケーリングはホウ素注入のための重大局面を作り出しており、それは低電流送出能力による低生産性である。低イオンエネルギーにおける高イオン電流の必要性があるため、その結果はビームが高空間電荷密度を有する状況であり、それは問題を作り出す。供給源からのビーム抽出では、空間電荷密度は抽出場を補償しがちであり、ビーム電流とエネルギーの間に周知のＥ^３／２の関係を発生させる。この効果は、エネルギーが減少されると劇的に利用可能なビーム電流を減少させる。さらに、移動の間のビームの空間電荷はビームから横向きにイオンを押すクーロン力を作る傾向があり、ビームがビームラインの方に移動されると、「ビーム破裂」及びビーム電流の損失を生じさせる。この効果はまたエネルギーに強く依存し、シリコンウェーハのターゲットに低エネルギーホウ素（ＬＥＢ）イオンビームを送ることが非常に困難な結果となる。
【００８８】
注入産業界によりＬＥＢビーム電流の問題に取り組むために２つのアプローチがあり、その両方はウェーハでもっと発散するビームとなる。第１のアプローチは供給源とシリコンウェーハの間の最小可能距離を有するビームラインを設計することであり、それはより多くのビームをウェーハに到達させる。これらの短いビームラインはまたより開かれた移動経路で作られ、大きいビームがその長さを運ぶことができるようになっている。ビームの発散により、このアプローチはウェーハでビームの高い発散を生じさせる。ＬＥＢイオン電流を増大する第２のアプローチは減速の使用である。このアプローチでは、ビームはより高いエネルギーでウェーハへのほとんどの経路で抽出されると共に移動され、その後、ビームはウェーハの直前で減速され、正確なエネルギーで注入する。このアプローチはまたウェーハでより高い発散度を生じさせ、またウェーハ上のビームにエネルギー汚染を導入する。
【００８９】
図１４ａ及び１４ｂに示されているように、深さ断面の最も重要な部分は接合端部にある。図示されているように、注入されたホウ素層は現存のドーピング濃度と相互作用し、Ｐ／Ｎ接合部を形成する。ゲート端部及びドレイン拡張層が図１４ａに示されており、横方向の切断部が示され（Ａ−Ａ‘１７）、それはシリコン表面の下方でそれに平行である。図１４ｂでは、ドーピング濃度がＡ−Ａ切断部に沿って示されている。ドレイン拡張部の領域では、ホウ素濃度１８が高く、１Ｅ２０ｃｍ−３のオーダであり、対数尺１９で高い値として示されている。ドレイン拡張部のためのＬＥＤ注入の前に、すでに安定したＮ型ドーピングの濃度２０があり、それは燐として示されているが、Ｎ型ドーパントのいずれかの種類であってもよい。重要な特徴は２個のドーピング濃度が等しい地点であり、それは接合端部２１である。その濃度の値は、Ｎ型の濃度がＥ１７−Ｅ１８ｃｍ−３のオーダとなりそうであるので、ここでは非常に低い。したがって、ホウ素濃度１８はまたこの地点でのこの大きさである。接合端部でのホウ素濃度が、少なくとも１００Ｘ、ドレイン拡張部内の濃度より非常に小さいことが示されている。これは、１％のオーダのビームの小さい構成部品が、さらに後述するように、接合端部の決定において非常に影響を及ぼすことがあることを示しているので、重要である。さらに、接合端部での横方向のホウ素断面の傾斜はドレイン接合部の横向きの階段部として定義される。このパラメータは、通常、ｎｍ／ｄｅｃａｄｅの単位、又は断面の横方向の範囲はｎｍで表され、ホウ素濃度の大きさの１つのオーダを上げるのに必要とされる。０．１８ｕｍ技術のためのドレイン横向き階段部の通常の値は１０ｎｍ／ｄｅｃであり、将来のスケーリングのための要求は、＜５ｎｍ／ｄｅｃの目的のそれぞれの発生により減少する。
【００９０】
本発明のような低発散ビームは、ドレイン拡張部を形成するために使用するとき、ドレイン拡張部の横向きの階段部を改善し、より高い性能のトランジスターを生じさせる。減少した横方向の浸透と減少した横方向の点在の２つの機構がこの利点に寄与する。
【００９１】
第１の構成である、横方向の浸透は非常に幾何学的である。図１３を参照すると、低発散度のビームは入って来るすべてのイオンをゲート端部下方からドレイン拡張領域内に配置し、それは望まれる。発散性ビームは平行でない入って来るイオンを有し、我々は、図１３に示されているように正確に配置されたこれらの平行でないイオンに特に関心があり、イオンがシリコン基板に浸透する地点はゲート端部１４の基部で右側である。平均して、このイオンはＸにより印をつけられた位置で静止するようになり、それはドレイン拡張部のホウ素原子の一次分配から横方向に置き換えられる。発散ビーム内で入射角の分配があるので、結果はゲート端部の下方の断面の横方向の拡張となる。これは横方向の傾斜接合部を作り、それは低発散ビームにより作られるものほど階段形でない。上述したように、接合端部の濃度はドレイン拡張部の最高濃度より非常に低いので、高発散度を有し、横方向に拡張部を著しく拡張するために小部分（１％）かかるだけである。さらに、通常、ビーム内で角度の分配があり、高い角度がより低い強度を有し、また、横方向の傾斜接合に寄与する。低発散ビームでの改善度の評価のため、我々は垂直接合端部への深さの入射角の正弦倍の横方向の移動を予測可能である。我々が我々の発散ビームのために７度を使用した場合、横方向の移動は接合深さの１２％となり、標準的な予測によれば、横方向の接合が接合深さの７０％である。これは垂直接合深さの８２％に横方向の接合部を配置するであろうから、発散ビームは（この効果のため）低発散ビームより１７％以上拡張した接合部を作った。
【００９２】
ビーム発散及び横方向の接合部形成により含まれる第２の機構は、横方向の点在である。シリコンターゲットが一定の同質媒体でなく、むしろ、間の空間で規則的なパターンで配置された個々の原子を有する結晶格子であるから、点在が発生する。入って来るイオンは、直接シリコン原子に当り、視射角でシリコン原子に当たるか、又は完全にシリコン原子を逃すかのいずれかであってもよい。この統計的処理はいろいろ入って来るホウ素イオンのための状態を分配させる。点在は、通常、深さ断面の垂直変化として考えられているが、我々の今の場合のようなマスクされた端部はまた横方向の点在を含んでいる。重要な要素は、横方向の点在が入射角に依存し、発散イオンが横方向の点在をもっと作ることである。この現象のより詳細な説明のため、読者は、Ｎａｋａｇａｗａ，Ｈａｄａ及びＴｈｏｍｅのＩＩＴ’９８の文献の７６７ページを参照されたい。この文献からの図の１つは図１５として再生されており、入射角θ及びイオンエネルギーの関数として横方向の点在の計算結果を示している。垂直に対する横の点在の７０％の標準的な予測がかなり水平線の破線で示されており、それはゼロ入射角を仮定するとして明確に示されている。データ点は各種入射角及びエネルギーのためであるが、７度の角度で入射するイオンが従来モデルの横方向の点在の少なくとも２倍を有するらしいことが分かる。また、その影響は高い角度ほど大きいため、分配は横方向に広がることをも示しており、それは接合部の階段形を維持する要求のまさに反対である。
【００９３】
今、図１６ａ及び１６ｂを参照すると、これらの影響の相対的大きさを数字で予測するため、これらの影響を同じ条件に分解するモデルが構成される。そのモデルの第１段階は近似をすることにより変数を減少させることであり、垂直接合深さ（Ｒ_ｐ）は投影範囲に垂直な点在（ΔＲ_ｐ）の２倍を加えたもの等しいか、又は、
【数５】

である。
【００９４】
これは、その関係がすでに表されているので、垂直な点在により横方向の接合位置の式を可能にする。
【００９５】
低発散の横方向の接合端部はこのモデルによる横方向の点在の２倍の位置で発生する。我々は、横方向の点在が垂直の点在の０．７倍であることをすでに知っているから、横方向の接合端部がゲート端部内の１．４ΔＲ_ｐで発生する。今、発散ビームの場合は２つの条件を含み、それは横方向の接合端部を作るために追加される。第１の条件は、横方向の点在が通常の入射の場合の２倍であるので、この分配が２．８ΔＲ_ｐとなることである。第２の条件は、接合深さの１２％であった幾何学的な影響であり、それは今、０．４８ΔＲ_ｐである。これを他の条件に加えることはゲート端部内部の位置３．２８ΔＲ_ｐで起こる横方向の接合端部を作り、又は横方向で２．３倍拡張される。横方向の階段はまた同様の割合により改善される。これは、低エミッタンスのソースを有することから直接生じる劇的な利点である。
【００９６】
ＭＯＳトランジスターと関連する別の重要なパラメータはチャネル長である。チャネル長はソースとドレインの間、すなわち、ソースの横方向の接合端部とドレインとの間の距離である。今までの説明はトランジスターのドレイン側に集中していたが、ドレインが形成されるのと同時にソースを形成するゲートの他の側に別の領域がある。それはチャネル長を決定するソース及びドレインの横方向の拡張部であることに注目することは重要である。注入断面は、注入パラメータにより決定され、その最も重要なものは、種及びエネルギーであるが、傾斜、ねじれ、マスク端部、及びビーム発散もある。再度、ビームエミッタンスがビーム発散を決定し、したがって、トランジスター形成に衝撃を有する。ゲートスタックの下に浸透するイオンビームは少なくなっているから、チャネル長は低発散ビームにとってより長くなることは明らかである。一般的に、チャネル長が長くなることは利点ではないが、低発散の場合は理想的な状況に近いトランジスターを作り、チャネル長はゲート長と同じになる。
【００９７】
この場合のため、高発散ビームの問題は発散度が常に同じではないことである。これは、ビーム調整及び設定による自然変化のため、著しい発散度でのビーム状態のための自然の結果である。ビームの一部はそれがそこに達したときに基板で有する空間位置と角度の間に直接の関係があるので、その変化は、ビームが開口部と交差したときはいつでも、幾つかのビームが失われ、発散包絡線の一部も失われる。例えば、開口部に集中されたビーム配置と、開口部がビームの一部を取り除くという２つの条件を設定する。集中された場合には、発散はまた集中されるので、ビームは公称角度プラス又はマイナス同一量、例えば、＋／−５度でウェーハと交差する。第２の場合には、ビーム端部が開口部により取り除かれ、また角度が著しく広がり、それは一方側から取られるだけである。そのため、この場合には、基板の角度は非対称の発散の公称角度、例えば、＋２／−５度となるかもしれない。今、発散が削減される側がトランジスターチャネルの端部を規定する側であった場合、我々は高角度イオンを除去することにより接合部断面を変更し、イオンはゲート端部の下まで浸透しないので、もっと長くなるようになっている。チャネル長のこの変化は非常に望ましくなく、低エミッタンスのビームはこの変化をこうむらないだろう。説明された変化は標準的であり、近代機器の自動化の結果であることを示している。今日の生産ツールでは、自動ルーチンがビームの状態を安定させ、規定段階のシーケンスを行い、ビームの状態を安定させると共に最適化する。このシステムは常に同一のビーム条件に達するものではないのが通常であり、そのタスクは要求に一致したビームを作ることであり、調整問題の解決策は常に多数ある。これらの調整の解決策はビーム自体で異なる発散度を作り、中心を外れたビーム、又は異常な状態を有する必要はなく、可変の発散度によりビームを作り出す。
【００９８】
低エミッタンスのイオンビームの別の利点は、最短チャネルが最悪の場合の状態でのみ起こるような設計を有することよりむしろ、チャネル長が一定して小さくなるように処理を設計する能力であろう。回路の性能はチャネル長に直接接続されているから、一定の短いチャネルを作る能力は直接、高い性能を実現させ、すべての他の処理段階は変更されない。
【００９９】
ドレインとソース電圧がチャネルが短すぎて維持できないため、又は短いチャネル効果により閾値電圧が作動範囲から外れることのいずれかにより、短すぎるチャネルは故障しがちであることに注目されたい。そのため、処理及び回路を設計する過程において、処理変化の標準範囲により作られたチャネル長の分配は、トランジスターの故障がないように（１ｐｐｍの故障率でさえ大きすぎる）、保守的に考えられなければならない。別の方法を述べると、チャネル長の分配はほとんど変化を示しておらず、これは平均チャネル長をより小さく設計させ、追加コストなしでより高い性能となる。
【０１００】
拡張されたリボン状のビーム
現在、従来のイオンインプランターの設計を拡張する大きな興味があり、今までより大きい範囲のリボン状ビームを作る。拡大したリボン状ビームの注入のこの興味は、１）大きい基板、すなわち、３００ｍｍ直径のシリコンウェーハへの最近の産業界全般の動き、２）さらに大きい基板、すなわち、４５０ｍｍ直径のシリコンウェーハが伝統的なＣＭＯＳ及び他のデバイス製造のための生産に入る予想、３）ウェーハのスループットを増大させ、基板における線量の均一性を改善するために、電磁気的に走査され拡張されたリボン状ビームの組み込みから多くの利点を有することのできる連続注入設計の方への最近の産業界全般の動き、の幾つかの要素により生じている。従来のイオン注入では、基板サイズが増大することによりウェーハのスループットは減少しがちであり、基板の領域に反比例し、さらにウェーハのスループットがおおよそ一定に保たれなければ、大領域の基板の使用において固有の予想経済的利点は実現できず、非常に高いイオンビーム電流を送る能力はシリコンデバイス製造の連続的イオン注入の成功にとって重要である。ウェーハに送られるビーム電流（したがって、線量率）はリボン状のビームの長さで計測可能であり、この要求は以下の理由のために従来技術のイオン供給源により妨げられていた。１）従来技術のイオン注入源は（２インチと３インチの間の長さまで）限定された範囲のリボンを作ることだけができ、２）拡大したリボン状のビームがビーム拡大光学器械によりつくられる場合、ビームの電流密度は、大きい基板に送られる全電流が変化しないように、倍率に比例して降下する。
【０１０１】
私が実施例１，２及び３において前に説明した技術を利用することにより、私はイオン供給源から直接抽出されるようなほとんど任意の範囲のリボン状ビームを作ることができる。これは図１７に示されたようなイオン供給源の長さを簡単にスケーリングすることにより達成される。図１７は図４のそれと同様の実施例、すなわち、可変エネルギーの電子ビーム２３５をドーパント含有ガスで充填されたイオン化チャンバー２４０に送る電子銃２３０を示しており、それは水冷のビームダンプ２５０により止められる。電子ビームはイオン抽出開口部２６０に平行及びそれに近接して伝搬し、イオンビームは抽出光学器械により抽出される。任意の外部の磁場Ｂは磁石コイル（図示せず）により供給される。電子ビームの経路に平行に定位された長い磁場の使用は非常に長い経路長においてさえ電子ビーム２３５を閉じ込めるだろう。経路長は図１７に示されているように（ｘ＋ｙ）により与えられ、ｘは電子銃の範囲であり、ｙはイオン化チャンバーの範囲である（ｙはまたほぼイオン抽出開口部の長さ及び抽出されたリボン状のイオンビーム２７０の所望の長さでもある。）。私はイオン化チャンバー２４０の断面を円筒状であると想像し、抽出開口部はシリンダーの平坦面を占めている。
【０１０２】
図１７の設備は、好都合にも、フラットパネルディスプレイのイオンドーピングングのためのイオン供給源として使用可能である。例えば、イオン抽出開口部２６０は８５０ｍｍ長とすることができ、７５０ｍｍの短い長さを有する矩形パネルを注入するリボン状ビームを作り出す。この場合、図１７のイオン化チャンバーの長さｙは８５０ｍｍより長く、例えば、９００ｍｍである。電子銃２３０は高電流で低エネルギーの電子ビーム２３５をイオン化チャンバー２４０に送るように設計されている。通常の仕様は、円筒形レンズの直径＝１インチ、電子ビームエネルギー＝１００ｅＶ（２０ｅＶと２５０ｅＶとの間で調整可能）、最大電子電流＝２００ｍＡ、電子電流のダイナミックレンジ＝４００（すなわち、電子電流は５００μＡと２００ｍＡの間で調整可能）である。電子ビームは一対の磁石コイルにより作られた外部の磁場Ｂにより電子銃とイオン化チャンバーの両方に閉じ込められる。イオン供給源を通る長い電子ビームの経路長のためＢにより電子ビームが十分に閉じ込められると共に視準されることが重要である。低エネルギーの電子ビーム内の空間電荷力のためそれがイオン化チャンバー２４０を伝搬するときに電子ビームの直径の広がりを制限することによりイオン抽出開口部２６０の長さにおいてイオン生産（イオン密度）の良好な均一性を維持するため、５０Ｇと２００Ｇの間の磁束密度が使用される。開口部に沿ったイオン発生の均一性は、イオン化チャンバー２４０内に（約４×１０^−４トルと４×１０^−３トルの間の範囲の典型的な従来技術のイオン供給源の圧力に対する）供給ガスの圧力を減少させることによりさらに改善され、電子のより小さい部分がビームから発散し、例えば、イオン化チャンバーの圧力が１×１０^−４トル又はそれ以下になるようになっている。従来技術のプラズマを基にしたイオン供給源は、プラズマが低圧に維持されることができないから、非常に低い圧力で動作することができないことに我々は注目している。この低圧の動作モードは、大きさの程度以上にイオンドーピングシステムの処理ガスの消費量を減少可能であり、所有者のツールコスト（ＣＯＯ）を著しく減少させる。
【０１０３】
ＣＯＯのさらに劇的な減少が図１８ｂに示されており、それは２つのスリット抽出光学器械６１０を有する２つのイオン供給源システム６００を示している。単一対の大直径の磁石コイル６２０は両方のイオン供給源を取り囲む一定の磁場を供給する。図１８ｂの実施例は、ソース１のｎ型（例えば、燐）材料とソース２のｐ型材料（例えば、ホウ素）とを別々にすることにより、ｎ型とｐ型の両方のドーパントを１つのイオンドーピングツールに注入させる。ソース１及び２は通常、同時には作用しない。所望な場合には、両方のイオン供給源は同じドーパントと同時に作用可能であり、２つのリボン状のビームを作り、注入した線量率を２倍にする。図１８ｂは、ビーム６３０（例えば、ホウ素含有）及びビーム６４０（例えば、燐含有）の、発生される２つのリボン状のイオンビームを示している。
【０１０４】
図１８ｂは図１８ａの２つのイオン供給源を示しており、リボンビーム６６０で矩形パネル６５０をドーピングしている。この示した例では、パネル６５０は走査ステージ６７０に取付けられ、パネル６５０の長手寸法に沿った方向６８０に沿って機械的に走査される。この場合には、イオンビーム６６０はパネルの短い寸法より長くなるように示されている。
【０１０５】
図１９はフラットパネルのドーピングのための一般的なイオンドーピングシステムを示している。パネル６９０は真空カセット７００から処理チャンバー７１０に装填され、９０度回転され、イオンビーム６６０’の前で垂直に走査される。図１８ａ，１８ｂの２つのイオン供給源６００’は概略的にシステムに統合されて示されている。磁石コイル及び機械的フィードスルーの詳細は、明瞭化のために含まれていない。
【０１０６】
イオンドーピングで選択のｐ型供給ガスはジボラン（Ｂ２Ｈ６）及びホウ素トリフロライド（ＢＦ３）である。イオン供給源と基板との間には質量分析がないから、イオン供給源で作られたすべてのイオンは基板に注入される。フッ素は酸化物に有害で、例えば、望ましくない処理の影響を有しているから、これはＢＦ３の使用を問題にさせる。また、供給源のプラズマにはホウ素の３倍のフッ素があるので、多くのＦが注入可能である。Ｂ２Ｈ６の場合には、ほとんどの製造業者は、Ｈ注入から処理の影響があまりないからＢＦ３の方を好み（例えば、Ｈ注入は基板の過熱を引き起こす）、１）過度の分解パターン（作られた多くの異なるイオン、例えば、Ｂ_２Ｈ_ｘ ^＋と同様にＨ^＋及びＢＨ_ｘ ^＋のかなりの小部分）、これはサンプルに注入されたいろいろな有効なホウ素エネルギーのため広い終了範囲の注入となる。２）従来のバケット型ソースでは、作られたほとんどのホウ素含有イオンはイオン供給源チャンバーの壁に堆積されるという事実のため、不十分なビーム電流は低スループットとなる。
【０１０７】
７０％の純粋なＢ１０Ｈ_ｘビームの高い電流が作られ（図１９ａに示されているように、ＮＩＳＴトレース可能なデカボランのスペクトル）、私のイオン供給源の表面領域がバケット源でより小さい大きさのオーダであり、図１７のイオン供給源は高イオン抽出効率を示しているから、図１７のイオン供給源の使用及び供給ガス材料としてのデカボランの代用は、１）及び２）の問題を解決する。最終的な結果は、デカボランを出す図１７のイオン供給源の使用が従来技術より（イオン供給源に蓄積される材料が少ないから）非常に高いスループット、非常に低いＣＯＯ、及び非常に小さい粒子の形成を可能にすることである。
【０１０８】
加速／減速技術
減速されたビームの角度発散度及びその空間範囲の両方が減速後に増大するから、基板と衝突する前にイオンビームの減速を使用するイオンインプランターにおいて、高輝度ビームの生成は非常に重要である。減速後に良好な空間均一性でターゲット基板に小さい角度発散ビームを作るため、初期に低エミッタンスビームが要求される。ビームエミッタンス（２つの直交方向においてビーム直径と角度発散度との積）はエネルギーに反比例するから、上流のビームのエミッタンスは少なくとも減速率に等しい量が基板に所望されるものより小さくなければならない。ビームエミッタンスは常に、一連の開口部の追加により所定値以下に保たれなければならないが、結果として生じるビーム束は容認できないほどに低い。そのため、高輝度イオン供給源の使用が望ましく、輝度はビーム電流をエミッタンスにより割ることにより定義される（すなわち、単位立体角当りの単位領域当りのビーム電流）。輝度は、そのような一連の開口部により変更されず、したがって、有用な性能指数である。
【０１０９】
ドレイン拡張部の生成のような、一定の生成注入は、基板の低角度発散度と低エネルギーイオンの両方を要求し、それは高輝度供給源が使用されない場合にお互いに対して作用する。最終的な結果は、非常に高い注入された線量率がより小さい輝度のビームでより高い輝度のビームで達成されることである。これは高い生産スループット及び低コストデバイスに直接導く。
【０１１０】
単一の電荷だが複数のドーパント原子を含むイオン化されたクラスターの使用は、我々がビーム電流を線量率又は「有効な」ビーム電流で置き換えた場合、特に、高い輝度のビームを可能にする。ｎ原子の１つの電荷クラスターはエネルギーのｎ倍に加速されなければならないから、クラスタービームのエミッタンスは処理の等価な単量体ビームのそれよりｎ倍小さい。線量率はまた電気イオン電流のｎ倍だから、輝度が線量率をエミッタンスで割ったものと定義されるとき、クラスタービームの所定の電流の輝度の全体の増加はｎ^２である。したがって、クラスターのイオンビームを作ることができる高輝度のイオン供給源の使用は、小さい角度発散度、良好な空間均一性、及び高いスループットでよく制御された注入を減速ビームに行わせる技術を可能にする。
【０１１１】
特に、図２０は、上記組み込んだＰＣＴ出願番号ＵＳ００／３３７８６及びより完全にそこに説明した図１と実質的に同じであるが、従来のホウ素注入で使用されているような減速インプランターの一般的な概略図を示している。図２０は伝統的な減速のないインプランターを説明する。例えば、イオン供給源５４８は１次元開口部（すなわち、長い溝）から抽出され、電極５５３により所望の最終注入エネルギーより非常に大きい移動エネルギーに加速されるイオンを作り、イオンの質量電荷比によりビームを横方向に分散する分析器の磁石５４３に注入される。質量分解開口部（溝）５４４は、関心のイオン（予め選択した質量電荷率を有するイオン）だけを、イオンビーム電流を測定するために可変のファラデーに、又は（ファラデーが取り消されたときには）減速電極５５７に、下流に向かって通過させる。減速電極５５７はイオンビームを所望の注入エネルギーに減速し、その後、ウェーハ基板５５５に衝突する。図１の概略図は機械的に回転し、ディスク５４５を走査するバッチ式インプランターを示しているが、原則の一般的なアプローチはまた連続的インプランターで採用可能である。
【０１１２】
イオンビームの幾つかのイオンはインプランターのビームラインの残りのガス分子又は減速電極に達する前のビームの他のイオンとの電荷交換の相互作用を受ける有限の可能性があるので、ほとんどの加速／減速インプランターはまた中性ビームフィルター（図２０には示されていない）又は他のタイプのエネルギーフィルター（例えば、Ｅ×Ｂフィルター、静電気デフレクター、ドッグレッグ等）を組み込み、従来技術で公知なように、所定のエネルギーのイオンだけがウェーハに到達することを確かめる。
【０１１３】
通常、バッチ式の減速インプランターは静止したイオンビームを利用し、回転及び機械的な走査ディスク５４５によりウェーハにおけるビームの走査が遂行されるが、他の実施例は可能である。例えば、本発明は、有利に、ウェーハホルダーが直交方向でゆっくりと機械的走査を行いながら、一方の方向で（静電気走査板、又は指向的な磁場のいずれかにより）迅速な走査を行う（一度に一枚の）連続式インプランターに組み込むことができる。代わりに、静止しているウェーハの２倍の電磁気走査もまた可能である。連続式減速インプランターは、私の知る限りでは、商品化されておらず、そのような設計は、ウェーハホルダー（バッチインプランターでは現在可能ではない）の高い傾斜角（６０度まで）を可能にすると同様に、単一のウェーハ処理を収容することができることにより明らかな利点を有することを私は理解している。高い傾斜の注入は多くの処理において重要となることがあり、例えば、十分な構造の製作のため及びＳ／Ｄ拡張部の断面のための「四極」注入において好適とされる。さらに、より新しいウェーハ製作設備は、バッチ処理により受けた高価な３００ｍｍ処理のウェーハに対する危険性を減少させるため将来の単一ウェーハ処理を採用することが予想される。
【０１１４】
連続注入はバッチ式注入よりビーム輪郭が非常に高度な均一性を要求され、ウェーハにおける注入の良好な均一性を維持し、この要求は２００ｍｍ直径の基板に対して３００ｍｍ直径の基板にとって達成することはより困難となる。私の発明の特徴は連続の高電流ビームラインの注入システムによる加速／減速技術でクラスタービーム注入を結合し、説明したように、ビームの輪郭を改善し、連続のインプランターのために必要とされるビームの輪郭の均一性の要求を満たし、生産を価値あるものにする。
【０１１５】
図２１は本発明で使用されるイオン供給源の一つの好適な実施例を示しており、従来のイオンインプランターの真空ハウジングに取付けられる。このイオン供給源は上記引用したＰＣＴ出願番号ＵＳ００／３３７８６に十分に説明されており、それは図９Ｂとして含まれている。イオン供給源は商業的なイオン注入での使用において現在、イオンがアーク放電又はプラズマによるのではなく、イオン化空間５１６’を通過する強力な一次電子の広い直進ビームによる直進電子衝撃イオン化により作られる点において、従来のイオン供給源とは異なる原理で作動する。このイオン供給源は分子合成物をイオン化するための可能な技術であり、表１ａの二量体含有合成物と同様に、高電流のデカボランイオンを供給する。供給源は、例えば、インジウム水酸化物、トリメチルインジウム、及びデカボランのような低融点を有する固体材料から蒸気を作るための低温度蒸発器５２８を組み込んでおり、また、ＢＦ_３，ＳｂＦ_５，及びＰＦ_３等のもっと通常のインプランターガスと同様に、ＰＨ_３，ＡｓＨ_５，ＧｅＨ_４，Ｂ_２Ｈ_６のようなガスの混合物のイオン化を可能にする。図２１の実施例は９０度曲がっているステージ又は鏡５８７を組み込んだ拡大された電子銃を示しており、現存するイオンインプランターへの更新のための供給源組立体の設置面積を減少し、全量の電子光学機械を電子銃に組み込ませ、電子エネルギーの変更を達成し、選択された分子種のイオン化の必要性に合致しながら空間を節約する。
【０１１６】
図２３はイオン供給源の別の異なる実施例及びその電子銃を示しており、それはまた上記引用した出願に十分に開示されている。電子銃が加速／減速の原理にでそれ自体を作動し、回転ステージを使用しない。図２３は図２１と同様の真空ハウジングの空間に取付けられたイオン供給源を示しているが、ハウジングは率直な電子銃設計に適応させるために変更されている。図２３の実施例はまた１組の磁石コイルを有し、イオン供給源のイオン化空間内に一次電子を閉じ込める。制御可能な可変の電子エネルギーでの高電子電流は電子銃によりイオン化チャンバーに注入可能であり、イオン化空間を通過する電子の大部分はビームダンプ５３６’により止められる（図２２）。
【０１１７】
図２２の実施例では、イオン化チャンバーの長さ及びイオン抽出開口部の対応する長さは非常に拡大され、そのように拡大されたイオン化チャンバーの長さはイオン供給源の連続動作においてほとんど消極的な影響はなく、非常に積極的な利点を有している。この大きい長さはイオン注入で通常使用される従来のバーナス式のアーク放電のイオン供給源と鋭く対照している。これらでは、チャンバー長（及びしたがって陰極とリペラーとの間の隙間）が通常の長さより非常に長く作られている場合に不安定となり、バーナス源を作動するために要求されるアーク電流は劇的に増大する（従来のバーナス源は陰極、約２インチのリペラーの隙間を有し、５Ａのアーク電流に引き上げる）。本発明により、イオン化空間の長さ及びイオン抽出溝の開口部を非常に拡大することにより、従来の実施例より多くのイオン電流が抽出可能である。特殊な光学器械が供給され、開口部から離れてビームが進むときにこのように作られたビームの輪郭の長さを減少するように組み立てられる。このアプローチは図２４に示されている。長いイオン化チャンバー５００は長いイオン抽出開口部５１０を有し、イオンビームは抽出レンズ５２０により抽出されると共に加速される。私は現在、長さが約６インチである抽出開口部５１０を考えており、これは高電流イオンインプランターの従来のアーク放電チャンバーの抽出スリットの長さの３倍である。抽出レンズ５２０は遠くのものを見るのに適した特性を有し、それは２段階の加速レンズであり、第１レンズの第２焦点及び第２レンズの第１焦点はほぼ一致し、望遠鏡の集束を可能にする。レンズ５２０を組み立て、３分の１の縮小を達成することにより、インプランターの分析器の磁石５４０への注入のため良く視準されたビーム軌道５３０を保ちながらイオンビームの高さは実施的に減少される。今まで、高電流インプランターのイオン抽出開口部が単量体ビームの抽出されたビーム電流を増大するように非常に長く作られた場合、空間電荷力はレンズ５２０を適切に機能させず、ビーム軌道５３０はよく視準されず、すなわち、ビームは簡単に破裂するだろうから、そのようなイオンの光学的アプローチは不成功となるだろう。実際、最終的な結果は、従来の２インチの開口部より有用でないビーム電流を分析器の磁石に抽出及び注入することであろう。その理由は、従来の高電流インプランターで使用される従来のバーナスアーク放電源において、５０ｍＡまでのイオン電流（ＢＦ_３プラズマにおいて、約３０％又は１５ｍＡまでのホウ素Ｇ^＋）が２インチ開口部から容易に作ることができるから、ビーム移動は抽出において完全に空間電荷制限されることである。対照的に、本発明のイオン供給源は２インチの開口部から１ｍＡ又はそれ以上のイオン電流を作ることができ、その約７０％はデカボランであり、６インチの開口部からでさえ、約３ｍＡと５ｍＡの間のイオン電流が達成可能なようになっている。この低イオン電流はホウ素を使用する減速インプランターで可能なより非常に高いエネルギーで抽出可能であるから（減速率は任意ではないが、所望のエネルギー汚染、及び移動限界内となり、所望レベルのビーム電流を達成するように選択される）、それは図２４に示された移動が空間電荷制限されないことに続く。したがって、図２４に示されているように本発明のイオン供給源の抽出開口部を長くすることにより、ビーム電流を３倍にし、さらに良好なビームエミッタンス特性を維持することが可能となると予想される。
【０１１８】
電子銃
今、電子銃の構成を説明する導入として、熱陰極からの放射負荷及び伝導熱は陰極の導線とその周囲との間で移動するから、真空環境、特に、個々のレンズエレメントの電子衝撃において、説明されたタイプの熱陰極ベースの電子銃の使用は問題を含み、すべてが重なって、冷貯槽と熱平衡する物体からレンズを絶縁するレンズ設計において、熱放散を重要な問題とすることを認めることは需要である。電気的に絶縁し、熱的に伝導する材料の経路を作り、個々のレンズエレメントから熱を除去する努力はまた、陰極組立体は電子銃から放散される多くの熱を放散するから最も重要であり、電気的に絶縁し、熱的に伝導性の、冷却される熱貯槽への経路の機械的構造は実際には達成困難であり、失敗する傾向があるから、非常に問題を含んでいる。この問題の１つの可能性ある解決策は、それらの周囲と熱平衡にさせるどんな温度に対してもレンズエレメントを浮動させることであるが、このアプローチは問題があり過ぎる。たとえ、１０００℃又はそれ以上の作動温度を容易に維持可能な耐熱性材料からレンズエレメントを作ったとしても、処理ガスとの相互作用はこれを不満足な解決策にする。特に、そのような環境におけるデカボランの使用はレンズエレメントとの接触によりデカボランの亀裂、及び、一般的に、注入処理に有害な粒子を生成するレンズエレメントにホウ素の沈積を発生させ、絶縁体の被覆により電気的短絡を生じさせることがあり、また陰極及びイオン供給源の寿命を著しく減少させることがある。本発明によれば、精密な温度制御設備は、レンズエレメントを囲むほぼ４πステラジアンの範囲を定める冷却体への放射熱の移動及び真空度と、より詳細にはお互い及びイオン供給源自体によりレンズエレメントの正確な登録が可能な熱移動可能なホルダーにより達成される。
【０１１９】
図２５を参照すると、レンズエレメント３００は締め付けホルダー３１０により支持される。ホルダー３１０は締め付け設備を介してレンズ３００をつかむおきな放射面を有する長い矩形断面のアルミニウム棒を備えている。示された実施例では、レンズ３００は、示されていない、発散ツールの挿入を通してクランプの広がりにより穴に挿入される。代わりに、クランプ３１０及び３００は、穴より小さい寸法に縮小するためにレンズ３００を極端に冷却することにより、例えば、液体窒素溶液への浸入及び冷たく縮小直径のレンズ３００のクランプ３１０への挿入により接合され、その後、レンズ３００を室温まで拡大させ、したがって、一緒に組立体を冷間溶接してもよい。レンズエレメント３００のようなレンズエレメントを取付けると共に支持するこれらの手段は、一致した接触表面において有効な熱移動を生じさせ、締め付けホルダー３１０の大表面領域から放射熱の放散を可能にする。アルミニウムホルダー３１０のエミッタンス特性を改善するため、サービスは、アクアダグ（登録商標）等の炭素のコロイド燃料で陽極酸化処理又は被覆されることができる。レンズホルダー３１０とレンズエレメント３００の組立体のさらなる利点は、ホルダー及びレンズエレメントが異なる材料であってもよいことである。例えば、レンズ３００は、化学的に不活性なステンレス鋼又は高温で非常に良好な構造特性を有するモリブデンから構成されてもよい。
【０１２０】
図２６及び２７を参照すると、電子銃は、順番に第１陽極３０、焦点電極３４０、及び出口レンズ３５０があとに続く陰極組立体３２０の、４個の分離した別々のレンズエレメントから構成され、配列の各レンズはホルダー３１０のためにちょうど説明された通常の構造のそれぞれのホルダーにより保持された異なる電位にある。レンズエレメント３５０と、４個の間隔を置いたレンズホルダーの組立体を完全に囲むハウジング３６０のベースとの間に隙間が供給されている。レンズエレメント３２０〜３５０より非常に低い温度に維持されたアルミニウムのハウジング３６０は幾つかのレンズホルダー３７０の間で放射結合を可能にする。これは、前に説明した水冷又は温度制御された供給源ブロックと良好に温度接触してハウジング３６０のベース３６０ａとしっかりと結合することにより達成される。
【０１２１】
ベース３６０ａと温度制御される供給源ブロックとの間の熱的に伝導性のエラストマーシールにより達成される、大接触表面領域と良好な温度結合のため、ハウジング３６０は供給源ブロックの温度と違い過ぎない温度に維持可能である。したがって、温度差は幾つかのレンズホルダー３７０とハウジング３６０の間に維持され、レンズホルダーの広い放射面からの良好な放熱移動を可能にする。さらにその上、放射冷却の使用は電子銃の安定した動作温度を可能にし、それは銃エレメントで放散する出力から多少独立している。この安定性は非常に有効な高温度においてより低温度においてあまり効率が良くない放射冷却の非線形効果による。したがって、組立体は、幾分、自己規制し、電子銃エレメントの一致した作動温度を可能にする。
【０１２２】
幾つかのレンズホルダー３７０はほとんど矩形の輪郭に構成され、重要な表面領域がハウジング３６０の表面と同様に他のレンズエレメントホルダーの隣の面の両方でさらされるようになっている。この配列は２つの機能を果たす。第１の機能は、最高出力の放散が予想される領域（すなわち、陰極組立体３２０を備えた一番上のレンズエレメントと一番下のレンズがレンズ３５０を出る）がハウジング３６０により示された熱貯槽にきわめて接近することにより直接冷却され、図２６に示されたレンズエレメント３３０及び３４０で放散した幾つかの出力はレンズエレメント間で分配され、より一定の動作温度を発生させることである。それにもかかわらず、ホルダーの４側面はハウジングの対抗面に放射的にさらされているので、すべてのレンズエレメントのため冷却されたハウジング３６０にさらされる重要な放射損失領域がある。ホルダーの２側面又はそれより少ない側面が隣接するエレメントにさらされた場合、２側面又はそれ以上の側面は冷却ハウジング３６０にさらされる。
【０１２３】
今、図２５を参照すると、ホルダー３１０の通常の寸法は、長さｌが１７０ｍｍ、幅ｗが２６ｍｍ、そして高さｈが１２ｍｍである。レンズエレメント３００は、通常、１２．５ｍｍの内径及び１６ｍｍの外径を有している。
【０１２４】
今、図２６に戻ると、銃組立体の全体寸法は、長さＬが６インチ、高さＨが３インチ、そして幅Ｗが１．５インチで示されている。フィードスルー３８０は、セラミックのホルダー板３９５によりお互いから電気的に絶縁された３９０により示された金属スプリングを介して個々のレンズエレメントと接触し、それはクリップが幾つかのレンズホルダー３７０に係止されたときにそれらが個々のエレメントに共に電気接触し、またレンズエレメントの整列を維持するために割り出し及び記録を供給するようにクリップを機械的に安定させる。レンズエレメントはさらに、レンズホルダー３７０のそれぞれに個々に穴を円筒形に広げられた幾つかのアルミニウムスペーサー４１０を通過するアルミナ棒４００により同軸となるのを強いられると共に確実にされる。これは両方の電気的絶縁を果たし、またレンズエレメント間の隙間を制御し、３次元での整列を確実にする。
【０１２５】
レンズエレメント３２０，３３０，３４０，３５０及びその後のレンズは、高度の許容差で同軸の関係に維持され、電子ビームの適切な集束を確実にし、収差を制限する。レンズエレメント間に設定される磁場は、特に、レンズシステムの円筒形対称により定義される極の角度座標系（ｚ軸は機械的軸に沿っており、すなわち、その方向は電子ビームの伝搬方向である）、及びこの軸に交差する２次元の空間座標系において、この配列に非常に敏感である。しかし、正しい方向及び電子ビームの集束のために要求される整列の程度は、機械加工の実施の標準的制限値内にあり、整列技術の最も重要なことはアルミナ棒４００、個々のスペーサ４１０、３５０及び幾つかのホルダー３７０を通る両方のレンズエレメント３２０の正確な機械加工により達成される。正確な整列のレンズエレメントの構造は、ビームがイオン化チャンバーの所望の空間を通って正確な方向に伝搬し、またビームがよく規定され、イオン抽出開口部の長手寸法に平行に伝搬することを保証する。したがって、小容量のイオン化領域は、上述したように、イオン抽出開口部に近接して正確に配置され、高輝度で低エミッタンスを達成する。さらに、レンズエレメントの適切な温度制御は全体としてイオン供給源の動作にとって重要であり、通常、イオン化チャンバーを占有し、そのため電子銃領域に浸透する処理ガス又は処理蒸気の凝縮又は分解のいずれかを防止する。過度の分解又は凝縮がレンズエレメントで起きた場合、それはイオン供給源の全体寿命を低下させ、予防的な保守間隔にマイナスの影響を有するであろう。イオン抽出開口部から抽出されたイオンの適切なイオンビーム特性を保証するため、イオン抽出開口部に関してイオン化領域が一定に配置されることは重要である。電子ビームの調整不良又は焦点のボケは、電子ビームの近接した寸法及びしたがって望ましくないイオン抽出開口部の長軸に沿ったイオン化領域の変化を引き起こすだろう。しかし、電子ビームの適切な配列及び電子ビームの適切な集束は、ホルダーのために説明された整列、結合の特徴、及び温度の安定性により達成されるように、イオン化チャンバーで作られたイオンビームが輝き、イオンの横向きのエネルギーが制限され、イオンが主として、開口部の前に、開口部の長軸に沿って一定の密度で配置されて作られることを保証する。イオン抽出開口部から出たときに全電流に比例すると共にイオンのエミッタンスに反比例するイオン供給源から抽出されるイオンビームの輝度は、全電流が一定のままである限りイオン化空間が減少するに連れて高くなる。したがって、説明した設計では、小さいイオン化空間内で良く制御された高密度の電子ビームを達成することにより、イオンの非常に明るい供給源は焦点のぼけた又は調整不良の電子ビームにより作られた発散イオン化領域で得られるより高輝度のイオン供給源が得られる。
【０１２６】
このレンズ及びレンズホルダーの設計により可能な輝度特性は、イオン供給源の輝度が最大化され、加速／減速（加速／減速）タイプのイオンインプランターで使用され、ウェーハの注入性能がイオンビームの輝度に直接比例するときに非常に重要である。すなわち、インプランターにより形成されたデバイスの特性及びインプランターの生産性は、イオンビームの輝度レベルに直接関係する。そのため、この設計は、加速／減速タイプのインプランターのため高輝度ビームを達成させ、したがって、加速／減速設計の性能を向上させる。
【０１２７】
デカボラン又は同様のクラスターを使用し、インプランターのいかなる種類において、特に、加速／減速注入に関して、送られるビームの輝度をさらに増大させる場合には、ここに達成されるように、デカボラン蒸気と接触する電子銃エレメントを含むイオン供給源のすべての部分の優れた温度制御は、イオン供給源の成功にとって重要である。特に、それは高イオン電流を作らせるだろう。それはまた、最後のイオン供給源及び注入において価値のある非常に長寿命で非常に高生産性をも可能にするだろう。特に、デカボランは、それが３５０℃を超える壁温度に遭遇したときにホウ素成分に解離するだろう。分解されたホウ素粒子は陰極及びレンズエレメントに沈積可能である。かなりのホウ素が陰極に沈積された場合、それは陰極の性能を低下させ、イオンの生産性を非常に減少させることがあり、したがって、陰極の寿命を制限する。また、ホウ素成分はレンズエレメントを充電させることができ、電子ビームの制御において低効率となり、したがって、イオン供給源により生成されるイオンビームの輝度を減少させる。そのため、まさに説明した設計により達成されるような良好な温度制御はデカボランの成功した注入、特に、加速／減速の適用にとって重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来のイオン注入のための供給源の概略図である。
【図２】
図１のイオン注入のための従来の供給源の一部分の拡大概略図である。
【図３】
本発明の注入源の概略図であり、内部の構成部品が見られるように供給源の中心軸に沿った外皮切断図を示している。
【図４】
図３のイオン注入源のイオン化チャンバーの拡大概略図である。
【図４ａ】
図３のイオン注入源の電子光学器械の好適な実施例の図４ａの概略図である。
【図５】
図３のイオン注入源に電圧を供給する電源のバイアス機構の概略図である。
【図６ａ】
本発明の注入源のための代わりのイオン化チャンバーの概略側断面図である。
【図６ｂ】
本発明の注入源のための代わりのイオン化チャンバーの概略平面図である。
【図７ａ】
図６のイオン化チャンバーの電子ビームの焦点を改善するための装置の概略斜視図である。
【図７ｂ】
図６のイオン化チャンバーの電子ビームの焦点を改善するための装置の概略平面図である。
【図７ｃ】
図７ａ及び７ｂの装置の寸法付き結合構造の概略図である。
【図８】
図３に示されたものと同様のイオン注入源に組み込まれた図７ａ及び７ｂの装置の概略図である。
【図９】
本発明の代わりのイオン化チャンバーの概略平面図である。
【図１０】
イオン注入源に組み込まれた図９のイオン化チャンバーを示す図３のそれと同様の概略図である。
【図１１】
イオン注入の一般的な概略図である。
【図１２】
イオンビームを放射するイオン供給源の一般的な概略図である。
【図１３】
ターゲット基板のゲートの近くのドレイン拡張部を形成するイオン注入の一般的な概略図である。
【図１４ａ】
以前の燐をドープしたシリコン基板のホウ素のイオン注入により形成されたゲート端部とドレイン拡張部の一般的な概略図である。
【図１４ｂ】
図１４ａの破線ＡＡに沿って切断し、対数尺で描かれたホウ素及び燐のイオン濃度の図である。
【図１５】
ターゲット及びイオン注入エネルギーに対するイオン入射角の近似の関数としてイオン注入の間に示された横方向の点在のグラフである。
【図１６ａ】
通常の入射角のためのイオン注入の間に示された予測される横方向の点在の概略図である。
【図１６ｂ】
７度の平行でない入射角のためのイオン注入の間に示された予測される横方向の点在の概略図である。
【図１７】
拡張したリボン状のビームを作るための本発明の代わりのイオン注入源を示す、図４と同様の図である。
【図１８ａ】
ｎ型とｐ型の両方のドーパントが単一のイオンドーピングツールで注入可能な本発明の２個のイオン供給源システムの概略図である。
【図１８ｂ】
フラットパネル基板にイオンを注入する図１８ａのイオン供給源の概略図である。
【図１９】
図１８ａの設備を組み込み可能なフラットパネルディスプレイのためのドーピングツールの概略図である。
【図１９ａ】
デカボランのための熱分解パターンのグラフである。
【図２０】
一定のビームラインを有し、ウェーハが回転盤に支えられる種類の加速／減速イオン注入システムの側断面図である。
【図２１】
図１に示されているような、予め存在する加速／減速イオン注入システムのイオン供給源のハウジングに組み込まれる、デカボラン等に適したイオン供給源の側面図である。
【図２２】
加速／減速イオン注入システムで使用される、デカボラン等に適した別のイオン供給源の側面図であり、非常に拡大された断面図を有するイオンの初期ビームを作るための非常に長い抽出開口部を特徴とする。
【図２３】
イオン化チャンバーを通過する電子ビームを電磁的に閉じ込めることのできるイオン供給源の、図２と同種の図である。
【図２４】
非常に拡大された断面のイオンビームが抽出されるイオン化チャンバーと結合したイオン光学器械の概略図である。
【図２５】
本発明のレンズとレンズホルダーとの組合せの縮尺のない斜視図である。
【図２６】
図２７の電子銃の縮尺のない断面斜視図である。
【図２７】
本発明の電子銃の縮尺のない斜視図である。

Claims (30)

1. ターゲット基板に二量体イオンを注入するように構成されたイオン注入システムであって、イオン供給源が、
   ガスをイオン化するために囲まれた空間を規定し、イオンビーム軸に沿って二量体イオンを形成するイオン化チャンバーであって、該イオン化チャンバーからイオンを抽出させる出口開口部を有しているイオン化チャンバーと、
   該イオン化チャンバー内でガスをイオン化するため電子を発生させるための電子供給源と、
   前記二量体イオンを第１エネルギーレベルに加速するための加速段階と、
   注入前に前記二量体イオンを第２の低エネルギーレベルに減速するための減速段階と、
   前記イオン化チャンバーにガスを供給するためのガス供給源と、
   を備えていることを特徴とするイオン注入システム。
2. 前記二量体イオンはＡｓ_２ ^＋イオンである請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 前記二量体イオンはＰ_２ ^＋イオンである請求項１に記載のイオン注入システム。
4. 前記二量体イオンはＢ_２ ^＋イオンである請求項１に記載のイオン注入システム。
5. 前記二量体イオンはＩｎ_２ ^＋イオンである請求項１に記載のイオン注入システム。
6. 前記二量体イオンはＳｂ_２ ^＋イオンである請求項１に記載イオン注入システム。
7. 前記電子供給源は電子ビームを発生するように構成され、前記イオン化チャンバーは一対の間隔を置いた電子ビーム開口部により構成され、前記電子供給源は前記イオン化チャンバーの外部に配置されると共に電子ビーム軸を定義する前記間隔を置いた電子ビーム開口部と整列されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
8. 前記電子供給源は電子ビームを発生するように構成され、前記イオン化チャンバーは一対の間隔を置いた電子ビーム開口部により構成され、前記電子供給源は前記電子ビームが前記イオン化チャンバーに入る前に９０度曲がっているステージを通るように前記イオン化チャンバーの外部に配置されると共に電子ビーム軸を定義する前記間隔を置いた前記電子ビーム開口部に整列されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
9. 前記電子ビーム軸は前記イオンビーム軸にほぼ垂直である請求項７に記載のイオン注入システム。
10. 前記電子ビーム軸は前記イオンビーム軸にほぼ垂直である請求項８に記載のイオン注入システム。
11. 前記イオン化チャンバー内に磁場を発生するための磁場源をさらに含み、前記イオン化チャンバー内の前記電子を螺旋状経路に移動させる請求項１に記載のイオン注入システム。
12. 前記電子ビーム開口部の近くの前記イオン化チャンバーの外部に配置され、前記電子ビーム軸に整列されるビームダンプをさらに備えている請求項７に記載のイオン注入システム。
13. 前記電子ビーム開口部の近くの前記イオン化チャンバーの外部に配置され、前記電子ビーム軸に整列されるビームダンプをさらに備えている請求項８に記載のイオン注入システム。
14. 前記電子供給源はエミッター電圧に維持され、前記ビームダンプは前記電子供給源の前記エミッター電圧に対して異なる電圧に維持されている請求項１２に記載のイオン注入システム。
15. 前記電子供給源はエミッター電圧に維持され、前記ビームダンプは前記電子供給源の前記エミッター電圧に対して異なる電圧に維持されている請求項１３に記載のイオン注入システム。
16. 前記出口開口部は溝形状に形成され、リボン状ビームを形成する前記イオンビームとなる請求項１に記載のイオン注入システム。
17. 前記電子供給源は、陰極と、第１の隙間により分けられた第１陽極とを備えている電子加速段階を含んでいる請求項１に記載のイオン注入システム。
18. 前記電子加速段階はピアス結合構造を定義する請求項１７に記載のイオン注入システム。
19. 前記加速段階は、逆ピアス結合構造で構成された減速段階が後に続き、出口レンズを含んでいる請求項１８に記載のイオン注入システム。
20. 供給ガスを受け取るためのガス入口を有する囲まれた空間を規定するイオン化チャンバーと、長短軸を有するリボン状のビームとしてイオンを前記イオン化チャンバーから出させるための細長溝として形成された出口開口部と、
    前記イオン化チャンバーの前記供給ガスをイオン化するため電子を発生するための電子供給源と、
    前記リボン状のビームを加速するための前記細長溝の近くに配置された縮小レンズと、
    を備えていることを特徴とするイオン供給源。
21. 前記縮小レンズは前記リボン状のビームの前記長軸に作用するように構成されている請求項２０に記載のイオン供給源。
22. 前記縮小レンズは２段階レンズである請求項２０に記載のイオン供給源。
23. 前記縮小レンズは望遠鏡である請求項２０に記載のイオン供給源。
24. 供給ガスを受け取るためのガス入口を有する囲まれた空間を規定するイオン化チャンバーと、イオンビーム軸に沿ってリボン状のビームとしてイオンを前記イオン化チャンバーから出させるための細長溝として形成された出口開口部と、
    前記イオン化チャンバーの外部に配置され、前記細長溝の軸に平行に定位された前記フィラメントを発生するためのフィラメントと、
    該フィラメントに電力の供給源を供給するための電源と、
    を備えていることを特徴とするイオン供給源。
25. 前記フィラメントは電導性リボンから形成されている請求項２４に記載のイオン供給源。
26. 前記フィラメントはタングステンワイヤから形成されている請求項２４に記載のイオン供給源。
27. 前記フィラメントから放射された電子は前記イオン化チャンバーに入る前に１以上の溝レンズにより焦点を合わせられる請求項２４に記載のイオン供給源。
28. 供給ガスを受け取るためのガス入口を有する囲まれた空間を規定するイオン化チャンバーと、イオンビーム軸に沿ってイオンビームを規定する前記イオン化チャンバーからイオンを出させるための出口開口部であって、リボン状のビームを発生するための細長溝として形成された出口開口部と、
    前記イオン化チャンバーの前記供給ガスをイオン化するために電子を発生させるための電子供給源と、
    を備えていることを特徴とするイオン供給源。
29. 前記細長溝はフラットパネルディスプレイの製作での使用に適したリボン状のビームを発生させるように構成されている請求項２８に記載のイオン供給源。
30. 前記細長溝は少なくとも８００ｍｍ長である請求項２８に記載のイオン供給源。

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