JP2011523764A - 水素化ホウ素を半導体ウェハに注入する場合の該半導体ウェハにおける粒子の制御 - Google Patents

Abstract

イオン注入の間の粒子汚染を低減させるための方法は、イオンビームを介してワークピースにイオンを注入するための注入システムであって、１つ以上の部材が任意の真空下であり、該１つ以上の部材上には１つ以上の第一状態の汚染物質が堆積されている注入システムを設けるステップを含む。気体を注入システムに導入することによって、該気体が１つ以上の汚染物質の少なくとも一部と反応し、該反応において、１つ以上の汚染物質の少なくとも一部が第二状態に変化する。１つ以上の第二状態の汚染物質の少なくとも一部は、１つ以上の部材上に堆積した状態で残留し、１つ以上のワークピース上に粒子汚染を引き起こさない。

Description

発明の詳細な説明

〔関連出願の参照〕
本願は、ＵＳ仮出願番号６１／０５７，４８５（出願日：２００８年５月３０日、発明の名称：水素化ホウ素を半導体ウェハに注入する場合の該半導体ウェハにおける粒子の制御）の優先権を主張および利益を享受するものであり、その全文は参照によって本願に含まれる。

〔発明の分野〕
本発明は、概してイオン注入システムに関するものであり、より詳しくは、イオン注入システムにおける粒子汚染を制御するためのシステムおよび方法に関するものである。

〔発明の背景〕
半導体素子および他の製品の製造において、イオン注入システムは、ドーパント素子として知られる不純物を半導体ウェハ、表示パネル、または他のワークピースに注入するために用いられる。従来のイオン注入システムまたはイオン注入器は、ｎ型またはｐ型ドープ領域の生成、あるいはワークピースへの不活性化層の形成のために、イオンビームによってワークピースを処理する。半導体をドーピングするためにイオン注入システムを使用する場合、選択されたイオン種を注入して、所望の外因性材料を生成する。例えば、アンチモン、ヒ素、またはリンなどの原料から生成されたイオンを注入することによって、ｎ型の外因性材料ウェハが得られる。あるいは、ホウ素、ガリウム、またはインジウムなどの材料から生成されたイオンを注入することによって、半導体ウェハにおいてｐ型の外因性材料部分が生成される。

従来のイオン注入システムは、所望のドーパント素子をイオン化するイオン源を含んでおり、このドーパント素子は、その後所定のエネルギーのイオンビームを形成するために加速される。イオンビームは、ワークピースにドーパント素子を注入するためにワークピース表面に照射される。イオンビームのエネルギーイオンがワークピース表面を貫通するので、これらのイオンはワークピース材料の結晶格子の中に埋め込まれることによって所望の導電性領域を形成する。注入プロセスは、一般的には高真空プロセスチャンバにおいて実施される。これにより、残留気体分子との衝突によるイオンビームの分散を回避すると共に、浮遊微粒子によるワークピース汚染の危険性を最小限に抑えることができる。

イオンドーズおよびイオンエネルギーは、イオン注入を規定するために一般的に使用される２つの変数である。イオンドーズは、所定の半導体材料のための注入イオンの濃度に関連する。一般的に、高電流注入器（主に１０ミリアンペア（ｍＡ）よりも大きいイオンビーム電流を処理可能なもの）が高ドーズ注入に用いられ、中電流注入器（主に約１ｍＡビーム電流までを処理可能なもの）がより低いドーズ注入に用いられる。イオンエネルギーは、半導体素子における接合の深さを制御するために使用される。イオンビームを構成するイオンのエネルギーは、注入イオンの深さの度合いを決定する。半導体素子においてレトログレードウェルを形成するためなどに使用される高エネルギープロセスは、数百万電子ボルト（ＭｅＶ）にも上るエネルギーの注入を必要とする。一方、浅い接合においては、１０００電子ボルト（ｋｅＶ）未満のエネルギーを必要とするだけである。

近年の傾向として半導体素子の小型化が進んでいることから、低エネルギーで高ビーム電流を分配可能なイオン源を備えた注入器が求められている。高ビーム電流により必要な用量レベルが供給される一方、低エネルギーレベルにより浅い注入が可能となる。相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）装置におけるソース／ドレイン接合には、例えばこのような高電流、低エネルギーの使用が望まれる。

固体からイオン化のための原子を得るための一般的なイオン源は、１対の気化装置およびイオン化室をそれぞれ備えている。気化装置の各々にはるつぼが設けられており、るつぼには固体元素または化合物が配置され、該るつぼは固体原料を蒸発させるために加熱コイルによって加熱される。蒸発した原料はノズルを通過するか、あるいは圧縮気体がイオン化室に直接供給される。ここで、熱電子的に電子を放出するように加熱されたアークチャンバフィラメントによって、気体／気化原料がイオン化される。

従来のイオン源は、圧縮気体源から直接得られるイオン化ドーパント気体、または蒸発した固体から間接的に得られるイオン化ドーパント気体を使用する。一般的なイオン源の元素は、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、またはヒ素（Ａｓ）である。これら元素のほとんどが固体および気体で一般的に用いられているが、ホウ素の場合は、ほとんどが三フッ化ホウ素（ＢＦ_３）などの気体で用いられている。

三フッ化ホウ素を注入する場合、一価のホウ素（Ｂ^＋）イオンを含むプラズマが生成される。十分に高ドーズのホウ素を生成して基板に注入することは、ビームのエネルギーレベルを考慮しない場合、通常は問題にならない。しかし、低エネルギーを使用する場合では、ホウ素イオンのビームは「ビームブローアップ」と呼ばれる状態に陥る。これは、イオンビーム内で同じ電荷を帯びた電子が互いに反発しあう傾向を指す。このような相互反発により、イオンビームの移動の間に該イオンビームの直径が広がり、ビームラインにおける複数の開口部によってビームの口径食をもたらす。結果、ビームエネルギーが低減するため、ビームの伝播を大幅に低減させる。

デカボラン（Ｂ_１０Ｈ_１４）は、ホウ素注入のための最適な供給材料源となる化合物である。これは、気化およびイオン化させたときに、各デカボラン分子（Ｂ_１０Ｈ_１４）が１０ホウ素原子からなる分子イオンを供給することができるからである。このようなイオン源は、デカボラン分子イオンビームが単原子ホウ素イオンビームの１０倍のホウ素ドーズをユニットごとに注入することができるので、浅い接合を生成するために使用される高ドーズ／低エネルギー注入プロセスに特に適している。さらに、ワークピースの表面において、デカボラン分子が元のビームエネルギーの約１０分の１のエネルギーを持つホウ素原子に分解されるので、ビームは線量当量単原子ホウ素イオンビームのエネルギーの１０倍で輸送され得る。この特性によって、低エネルギーイオンビーム輸送による分子イオンビームの伝送喪失を回避することができる。

イオン注入システム１０の一例を図１に示す。図１に示すイオン注入システム１０は、ターミナル１２、ビームラインアセンブリ１４、およびエンドステーション１６を有する。ターミナル１２は、電源２２から電力供給されるイオン源２０を有しており、該ターミナルはデカボラン分子イオンビーム２４を生成し、ビームラインアセンブリ１４を介して、最終的にはエンドステーション１６まで照射するように構成されている。ビームラインアセンブリ１４は、例えば、ビームガイド２６、およびそれに連結された質量分析器２８を備えている。ビームラインアセンブリ１４内においては、ビームガイド２６の出口における開口部３０を介してエンドステーション１６に設けられたワークピース３２（例えば、半導体ウェハ、または表示パネルなど）まで、適当な電荷質量比を持つイオンのみを通過させるような双極子磁場が確立されている。

しかし、デカボラン分子イオンをワークピース３２に注入しているうちに、様々な汚染物質（図示せず）が主にデカボラン分子イオンビーム２４から生み出され、開口部３０およびビーム経路に沿って設けられたファラデー３６などの様々な部材３４に衝突し、付着または堆積する。様々な部材３４とイオンとの衝突により、例えばビーム経路に沿って配置された他の表面３８にもさらに汚染物質（図示せず）が跳ね飛ぶ可能性がある。しかし、デカボランイオン源を用いた場合、デカボラン分子の分離および所望の親イオンＢ_１０Ｈ_Ｘ ^＋のフラグメンテーションが生じ、略大粒子がイオン注入システム１０内の様々な部材３４および表面３８に素早く堆積するのに伴い、独自の粒子汚染問題が引き起こされている。

従来では、様々な部材を取り出し、洗浄し、元に戻すことによって部材３４および表面３８を手動洗浄し、イオン注入システムから汚染物質を除去していた。このような洗浄は、一般的にイオン注入システムの定期メンテナンスの間にオペレータが実施する。手動洗浄は、オペレータの労働時間および労働力という面だけでなく、メンテナンスにかかる休止時間が増大することからイオン注入システム１０の効率性および収量が低下するという面においても概して高コストである。

代替案として、汚染物質とエッチングガスとの化学反応を利用して汚染物質を除去するために、反応性の高いハロゲン化物またはフッ素ガスなどのエッチングガスをイオン注入システム１０に注入する方法がある。しかし、この解決策では、一般的にイオン注入器１０内の気体を変更する必要がある。具体的には、ワークピース３０にイオンを注入するために使用する原料気体をイオン注入器から除去し、エッチングガスを用いて汚染物質を除去し、さらにエッチングガスを注入器から除去した後、他のワークピースを処理するために再び材料源の気体を導入する必要がある。このようなエッチングガスは汚染物質の一部、またはすべてを除去することができる可能性があるが、エッチングガスの使用では気体の導入時間だけでなく、エッチングガスが汚染物質と反応およびエッチングするための時間、ならびにエッチングが完了した際にイオン注入システムからエッチングガスを除去するための時間が必要であり、極めて長い時間を要する。したがって、このようなエッチングガスの使用はイオン注入システム１０の効率性を低減させ、イオン注入器のスループットを低減させる可能性がある。

したがって、本発明の目的は、イオン分子ビームラインアセンブリにおける粒子汚染を時間効率よく充分に低減させることができ、効率的な汚染の軽減が促され、ワークピースへの高いスループットおよび高信頼性をもつイオン分子注入が達成される方法および装置を提供することにある。

〔発明の要約〕
本発明は、分子イオン注入システムにおける粒子汚染を低減させるための方法を提供することによって従来技術の制限を克服するものであり、汚染物質をイオン注入システムから必ずしも除去するのではなく、変化させることを特徴としている。本発明の形態の基本的な理解を助けるために、本発明の要約を以下に説明する。本要約は、本発明の包括的な概要ではない。本要約は、本発明の要点、または重要な要素を特定しようとするものではなく、本発明の範囲を規定しようとするものでもない。本要約は、後に記載するより詳細な説明の前書きとして簡単な形で本発明の構想のいくつかを提示しようとするものである。

本発明は、イオン注入システムにおける汚染物質を変化させるための気体を用いてイオン注入システムにおける粒子汚染を低減するための装置および方法の提供を主な目的とする。上記の方法は、分子イオンビームなどのイオンビームを介して１つ以上のワークピースにイオンを注入するためのイオン注入システムを設けるステップを含んでいる。イオンビームは、例えばデカボランまたはオクタデカボランなどの水素化ホウ素を含んでいる。イオン注入システムは、例えば任意の真空下において１つ以上の部材を備えており、該システムにおいて１つ以上の部材上には、イオンビームの形成に関連する１つ以上の汚染物質が堆積されており、この１つ以上の汚染物質は通常第一状態である。

本発明によると、水蒸気を含む気体は、イオン注入システムに選択的に導入され、該気体は１つ以上の汚染物質の少なくとも一部と反応する。そして、１つ以上の汚染物質の少なくとも一部が第二状態に変化する。例えば、デカボラン汚染物質は、１つ以上のホウ酸およびジボランガスに変化する。

他の形態によると、イオン注入システムはその後取り除かれ、第二状態にある１つ以上の汚染物質の少なくとも一部が１つ以上の部材上に堆積した状態で残留する。例えば、ホウ酸は１つ以上の部材上に残留するが、ジボランガスはイオン注入システムから取り除かれ得る。ホウ酸は、例えば１つ以上のワークピース上に粒子汚染を引き起こさない。

例えば、１つ以上のワークピースにイオンを注入する間に、水蒸気を含む気体をイオン注入システムに連続して流入させてもよい。または、処理ロットあるいはシステムメンテナンスの間などの非生産時間に、気体をイオン注入システムに選択的に流入させてもよい。

前述およびそれに関連する目的を達成するために、本発明は、以下に完全に説明された特徴、特に請求項において指摘された特徴を備えている。以下の説明および添付の図面は、図示された本発明の特定の詳細な実施形態を説明するものである。しかし、これらの実施形態は、本発明の原理を採用する様々な方法のうちのいくつかを明示するものである。本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、以下の本発明の詳細な説明を、図面を参照しながら理解することで明らかとなるであろう。

〔図面の簡単な説明〕
図１は、従来のイオン注入システムを示す平面図である。

図２は、本発明の一形態に係るイオン注入システムの一例を示すシステムレベルのブロック図である。

図３は、本発明の他の形態に係るイオン注入装置の一例を示す平面図である。

図４は、本発明の他の形態に係る、１つ以上のワークピースにイオンを注入する間に生じる粒子汚染を低減させるための方法の一例を示すブロック図である。

〔発明の詳細な説明〕
本発明は、１つ以上のワークピースにイオンを注入する間の粒子汚染を低減させるための方法および装置の提供を目的としている。より詳しくは、水蒸気を含む非エッチングガスを、水素化ホウ素化学反応によりイオンを生成することができる水素化ホウ素イオン注入システムに注入する方法の提供を目的とする。該方法において、汚染物質をイオン注入システムから除去するのではなく、変化させる。本発明は、図面を参照して説明され、全文を通して同様の部材番号は同様の部材を表すために使用される。これらの形態についての説明は単なる例であり、限定的な意味で捉えるべきではないことを理解されたい。以下では、解説を目的として、本発明をよく理解するための様々な具体的な詳説を記載している。しかし、当業者であれば、これらの具体的な詳説がなくとも本発明を実施できることは明らかである。

本発明をよりよく理解するために、図２に、一例としてのイオン注入システム１００のブロック図を示す。この一例のイオン注入システムは、本発明に係る１つ以上の形態の実施に適する。システム１００は、イオン注入装置１０１を備えている。該イオン注入装置１０１は、イオンビーム経路Ｐに沿って移動可能である一定量のイオンを生成するためのイオン源１０２を備えており、これによってワークピース１０４（例えば、半導体ウェハ、または表示パネルなど）にイオンを注入するためのイオンビーム１０３が規定される。イオン源１０２は、例えばプラズマチャンバ１０５、プロセスガス源１０６、および電源１０８を一般的に備えている。該イオン源では、電源からの電力により、プラズマチャンバ内のプロセスガスから正の電荷を帯びたイオンが生成される。プロセスガス源１０６は、イオン化ガス、気化固体源料、または予め気化された種などの原料を備えていてもよい。ワークピース１０４へのｎ型注入を行う場合は、原料は、例えばホウ素、ガリウム、またはインジウムを含んでいてもよい。ｐ型注入を行う場合は、原料は、例えばヒ素、リン、またはアンチモンを含んでいてもよい。

イオン源１０２は、イオン源１０２に連結された引出しアセンブリ１０９をさらに備えており、引出しアセンブリ１０９に引出し電圧Ｖ_{Ｅｘｔｒａｃｔ}を印加することによって、電荷を帯びたイオンがイオン源から引出される。引出し電源１１０は、引出し電圧Ｖ_{Ｅｘｔｒａｃｔ}を供給可能であり、該引出し電源１１０において引出し電圧をさらに調節してもよい。ビームラインアセンブリ１１２は、イオン源１０２の下流に設けられており、電荷を帯びたイオンを受け取る。ビームラインアセンブリ１１２は、イオンビーム１０３を構成可能および成形可能な部材を１つ以上備えている。このような部材は、例えばビームガイド１１６、質量分析器１１８、および開口部１２０などである。

質量分析器１１８は、例えば磁石（図示せず）などの磁界生成部材をさらに備えており、イオンビーム１０３を横切る磁界を供給することによって、イオンの電荷質量比に応じて変化する軌道でイオンビームからイオンを偏向させる。例えば、磁界を通って移動するイオンは、所望の電荷質量比をもつ個々のイオンをビーム経路Ｐに沿って照射すると共に、好ましくない電荷質量比をもつイオンをビーム経路から遠ざけるように偏向させる力を受ける。一度質量分析器１１８を通過すると、イオンビーム１０３は開口部１２０を介して照射される。該イオンビームは、ワークピース１０４に注入するための簡明なビームを生成するように限定されている。

イオン注入システム１００は、ワークピース１０４が配置されるエンドステーション１２４をさらに備えている。集積回路デバイス、表示パネルおよび他の製品の製造において、ワークピース１０４の全面に渡って均一にドーパント種を注入することが一般的に望ましい。したがって、イオン注入装置１０１は、単一のワークピース１０４にイオンを注入するように構成されていてもよく（例えば、「枚葉式」イオン注入器）、該イオン注入装置１０１において、ワークピースはエンドステーション１２４内に配置されたペデスタルまたはチャック（図示せず）上に配置されている。または、イオン注入装置１０１は、複数のワークピース１０４にイオンを注入するように構成されていてもよく（例えば、「バッチ式」イオン注入器）、該イオン注入装置１０１において、エンドステーション１２４が備えた回転するプラター（図示せず）上に複数のワークピースがイオンビーム１０３に対して平行に移動される。イオン源からイオンを引出すと共に、それらを１つ以上のワークピースに注入するように動作可能なあらゆるイオン注入装置が、本発明の範囲内にあると考えられることに留意されたい。

一例では、イオン注入装置１０１は、イオンビーム１０３の経路Ｐに沿って配置されたバリア１２６をさらに備えている。一例では、バリアは、ビームラインアセンブリ１１２とエンドステーション１２４との間に配置される。バリア１２６は、例えばイオンビーム１０３がエンドステーション１２４に入射するのを選択的に遮断することが可能である。例えば、バリア１２６は、イオンビーム経路Ｐの中およびイオンビーム経路Ｐの外に平行移動および／または回転することが可能である。これによって、イオンビーム１０３のエンドステーション１２４への入射、またはワークピース１０４への衝突が防止されている。あるいは、バリア１２６は、エンドステーション１２４内に配置されており、イオンビーム経路Ｐに沿ってワークピース１０４の下流位置に配置されている。バリア１２６は、イオンビーム１０３を実質的に遮断するため、および／またはイオンビームを分析するための測定機器（例えば、ファラデー）を設けるなど、１つ以上の目的を果たすためのものであってもよい。

イオン注入システム１００は、イオン注入装置１０１を制御可能な制御部１２８をさらに備えている。例えば、制御部１２８は、引出し電源１１０を制御可能であるのと同時に、イオンを生成するための電源１０８も制御可能であり、該制御部１２８によって、イオンビーム経路Ｐが制御される。さらに制御部１２８は、例えば質量分析器１１８に連結された磁界の強度および配向を調節するように動作可能である。他の例では、制御部１２８はイオン注入装置１０１内のワークピース１０４の位置だけでなく、イオンビーム経路Ｐに対するバリア１２６の位置についても制御可能である。制御部１２８は、処理部、コンピュータシステム、および／またはシステム１００の統括制御のためのオペレータ（例えば、オペレータによる入力と連動したコンピュータシステム）を備えていてもよい。

図３を参照すると、図２の装置１０１などのイオン注入装置２００の一例が図示されている。本図では、イオン注入装置の一例をより詳しく示している。また、イオン注入装置２００を一例として示しているが、本発明は高エネルギーシステム、低エネルギーシステム、または他の注入システムなど、様々なタイプのイオン注入装置およびシステムを用いて実施されてもよく、それらすべてのシステムが本発明の範囲内にあるということに留意されたい。

イオン注入システム２００は、例えばターミナル２１２、ビームラインアセンブリ２１４、およびエンドステーション２１６（例えば、これらを合せたプロセスチャンバ）を備えており、イオン注入システムは、１つ以上の真空ポンプ２１８によって真空下に置かれている。ターミナル２１２は、例えば電源２２２から電力が供給されるイオン源２２０と、引出し電源２２６から電力が供給される引出しアセンブリ２２４とを備えている。引出しアセンブリ２２４は、イオン源２２０からイオンを引出し、引出されたイオンビーム２１０をビームラインアセンブリ２１４に供給する。ビームラインアセンブリ２１４と連動する引出しアセンブリ２２４は、例えば所定のエネルギーレベルでイオンを注入するためにエンドステーション２１６の支持部２２９に配置されたワークピース２２８に向けてイオンを照射可能である。

一例では、イオン源２２０は、プラズマチャンバ（図示せず）を備えており、該プラズマチャンバにおいて、加工材料Ｍ_{ｓｏｕｒｃｅ}のイオンが高い陽電位Ｖ_{ｓｏｕｒｃｅ}に加圧される。なお、一般的に陽イオンが生成されるが、本発明はイオン源２２０が陰イオンを生成するシステムにも適用可能であることに留意されたい。引出しアセンブリ２２４は、プラズマ電極２３０および１つ以上の引出し電極２３２をさらに備えており、該プラズマ電極は１つ以上の引出し電極に対してバイアスをかけられているが、イオン源２２０のプラズマに対して浮動している（例えば、接地されたワークピース２２８に対して１２０ｋＶのプラズマ電極）。１つ以上の引出し電極２３２は、例えばプラズマ電極２３０の電圧（例えば０−１００ｋＶの引出し電圧Ｖ_{Ｅｘｔｒａｃｔ}）よりも少ない電圧でバイアスをかけられている。１つ以上の引出し電極２３２が持つプラズマに対する負の相対電位が、イオン源２２０から陽イオンを引出して加速させることが可能な静電界を生成する。例えば、１つ以上の引出し電極２３２は、自身に連結された１つ以上の引出し開口部２３４を有しており、該引出し電極２３２において、正の電荷を帯びたイオンが１つ以上の引出し開口部を介してイオン源２２０から出てイオンビーム２１０を形成する。また、引出されたイオンの速度は、１つ以上の引出し電極に与えられる電位Ｖ_{Ｅｘｔｒａｃｔ}によって決定される。

本発明に係る形態の一例によると、ビームラインアセンブリ２１４は、イオン源２２０の近傍に入り口（例えば、引出し開口部２３４に連結されているもの）と、分解プレート２３６を備えた出口とを有するビームガイド２３５、ならびに質量分析器２３８を備えている。質量分析器２３８は、引出されたイオンビーム２１０を受け取って双極子磁場を形成し、適当な電荷質量比または適当な範囲内の電荷質量を持つイオン（例えば、所望の質量範囲内のイオンを有する質量分析イオンビーム）のみを、エンドステーション２１６内に配置されたワークピース２２８まで通過させる。イオン源２２０における源料のイオン化により、所望の原子量をもつ正の電荷を帯びたイオン種が生成される。しかし、イオン化プロセスは、所望のイオン種に加えて、他の原子量を持つイオンも生成する。適した原子量を超える、または下回る原子量を持つイオンは、注入には適しておらず、不要なイオン種と判断される。質量分析器２３８によって生成された磁界は、イオンビーム２１０のイオンを曲線状に移動させることによって、所望のイオン種の原子量と同じ原子量を持つイオンのみがビーム経路Ｐを横断してエンドステーション２１６に達するように磁界が確立される。

本発明に係る他の形態例によると、イオン注入装置２００は、自身に回転可能に連結されたバリア２３９を備えており、該バリアはイオンビームの特性の測定、および／またはイオンビーム２１０がエンドステーション２１６に侵入することの実質的な防止のために、イオンビーム２１０の経路Ｐに選択的に交差するように回転可能である。例えば、バリアはビーム経路Ｐに交差するように回転可能なフラグファラデーを備えており、図２の制御部１２８は、イオンビームの特性がイオン注入に充分なものであるかを決定するように動作可能である。上記のような決定がなされた後、制御部１２８は、ワークピース１２４へのイオン注入を妨げないように、ビーム経路Ｐの外にフラグファラデーを移動させるように動作可能である。あるいは、図３のバリア２３９は、エンドステーション２１６に連結されたファラデーカップ（図示せず）を備えることによって、ワークピース２２８が存在しない場合に、イオンビーム２１０をファラデーカップに衝突させることが可能である。

本発明のさらなる他の形態によると、図３のビームガイド２３５の出口における分解プレート２３６は、質量分析器２３８と連動して動作し、所望のイオン種の原子量と近いが同じではない原子量を持つイオンビーム２１０から不要なイオン種を除去する。分解プレート２３６は、例えばガラス体グラファイト、あるいはタングステン、またはタンタルなどの他の材料からなり、１つ以上の細長い開口部２４０を含んでいる。イオンビーム２１０のイオンは、ビームガイド２３５を出るときに該開口部２４０を通過する。分解プレート２３６において、イオンビーム２１０の経路Ｐからのイオンの分散（例えば、Ｐ’として表す）は最小値であり、イオンビームの幅（Ｐ’−Ｐ’）は、イオンビーム２１０が分解開口部２４０を通過する地点において最小である。

上述したように、図３の質量分析器２３８による磁界の強度および配向、ならびにイオン源２２０から引出されたイオンの速度は、図２の制御部によって、所望のイオン種の原子量（あるいは電荷質量比）と同じ原子量を持つイオンのみが所定の所望のビーム経路Ｐを横断してエンドステーション２１６に到達するように設定されている。所望のイオン原子量よりも大きい、または小さい原子量を持つ不要なイオン種は、鋭角に偏向され、図３のビームガイド２３５の筺体２４５に衝突する。

しかし、不要なイオンの原子量が所望のイオン種の原子量に近い場合、不要なイオンの軌道は、所望のビーム経路Ｐからごく僅かに偏向されるだけである。したがって、このような所望のビーム経路Ｐから僅かに偏向した不要なイオンは、分解プレート２３６の上流の対向面２４２と衝突する傾向がある。時間が経つにつれて、分解プレート２３６に衝突する上記のような不要なイオン種が分解プレート上に堆積する傾向がある。

イオン注入装置２００の操作の間に、イオン源２２０からのドーパント材料だけでなく、不要なイオン種、分解アパーチャ２３６またはビームガイド２３５からのスパッタカーボンなどの汚染物質が、イオンビーム２１０の近傍の注入部材２５２の表面２５０に堆積する傾向がある。例えば、分解プレート２３６の上流対向面２４２には、ワークピース２２８へのイオン注入を繰り返した後、汚染物質（図示せず）が堆積する傾向がある。さらに、ワークピース２２８自体からのフォトレジスト材料もイオン注入装置２００の内面に堆積する可能性がある。

分解プレート２３６などの部材２５２の表面２５０への汚染物質の堆積は、注入の間に徐々に剥離することによって、不要な放電および粒子問題を生み出す傾向がある。さらに、ビーム経路Ｐ’の外側端の近傍にある所望のイオンは、分解開口部２４０（図４Ａおよび図４Ｂの分解プレート２３６の上流対向面２４２）の周りに堆積した汚染物質に衝突することによって、該汚染物質を剥離させる。剥離した汚染物質は、ワークピース２２８の表面にさらに移動し、注入によって得られるワークピースに様々な好ましくない影響をもたらす可能性がある。

トランジスタ機構（図示せず）は、ワークピース２２８上に形成される機構のうちの１つである。技術発展に伴い、トランジスタ機構の小型化が進んでいるため、製造されたトランジスタはワークピースの表面の極めて近くに形成される。極浅接合（ＵＳＪ）の形成には、例えば数ＫｅＶから僅か数百ボルトのエネルギーでイオン注入器を動作させる必要がある。しかし、低エネルギーでのイオンビーム輸送は、空間電荷効果によって制限されていることから、製造を制限する。ワークピース２２８の極めて近傍のイオンビームの減速などを行う軽減ツールが用いられてきたが、そのようなツールの使用により、スループットの低下または処理結果への影響をもたらす可能性がある。分子注入を用いることにより、これらの問題のいくつかを解決することができる。例えば、大きな水素化ホウ素分子（例えば、オクタデカボランＢ_１８Ｈ_２２）の加工材料Ｍ_{ｓｏｕｒｃｅ}としての使用は、単分子に含まれる複数のホウ素分子を分配することによってイオン注入器の製造効率を直接的に高めることができる。このとき、水素化ホウ素分子は一価イオンの電荷状態に上昇される。Ｂ_１８Ｈ_２２などの分子を扱うことができるシステムを設計することは、製造面で利点を有する。例えば、出願人を同じくするＵＳ特許第６，９５８，４８１は、分子ビームを生成するためのイオン源システムについて記載している。その内容は、参照によって本願に含まれる。

分子ビームは、相対的に生産性が高いが、その一方で従来の高電流の単一種イオン注入システムに比べると、イオン注入システム２００内の粒子汚染に関して特定の課題を示し得る。例えば、半導体素子の製造に現在使用されている一般的なイオン注入システム（または、イオン注入器とも称する）のほとんどは、イオン化の前に初期ドーパント材料または気体原料として供給される水素化物ガス（例えば、ＰＨ_３またはＡｓＨ_３など）などのイオン源加工材料Ｍ_{ｓｏｕｒｃｅ}などの気体種に依存している。他の一般的な加工材料Ｍ_{ｓｏｕｒｃｅ}の例は、気体ＢＦ_３である。あるいは、水素化ホウ素分子成分の注入に使用されるイオン源加工材料Ｍ_{ｓｏｕｒｃｅ}などを固体で供給してもよい。この場合、固体源料はイオン化のためにイオン源２２０に気体として導入する前に、加熱したるつぼで昇華させる。一般的な昇華温度は、約９０℃〜１５０℃である。しかし、イオン源２２０内でのイオン化プロセスの効率は、たいてい１０％未満であり、残りの気体は引出し開口部２３４またはイオン源２２０のアークスリット（イオン化室とも称される）を介して汲み上げられるので、不要な汚染物質となる。残りの気体が冷却されると、それに付着した残留物質がイオン注入システム２００全体の部材２５２の表面２５０に堆積する。洗浄技術を従来技術に導入し、表面２５０から残留物質を化学的エッチングすることによって、該表面から残留物質を少なくとも部分的に除去し、真空ポンプ２１８によってシステムから汲み出され得る気体を形成する。

例えば、オクタデカボラン（Ｂ_１８Ｈ_２２）分子を用いた場合に採用される従来の洗浄方法の１つは、フッ素原子を生成し、その次に残留物質が連結部材２５２の表面２５０上に凝固しているイオン注入システム２００にフッ素を導入することを含んでいる。したがって、フッ素は、表面２５０から残留物質をエッチングした後、１つ以上の真空ポンプ２１８によってシステム２００から汲み出される。このような洗浄技術は、イオン源２２０の予防保全の間隔を長くするために汚染物質を制御するのにある程度有効であったが、処理の間にワークピース２２８に向かう粒子汚染を制御するのには有効ではなかった。現在までは、システム２００（「真空システム」とも称される）において表面２５０から残留被膜物または粒子汚染物質の剥離および／または除去を典型的な洗浄方法または技術によって実施している。しかし、本発明者らは、イオン注入のための重要なパラメータは、注入が施されるワークピース２２８上に実際に堆積した粒子の数であり、真空システム２００内においてワークピースを汚染しない被膜物および粒子は処理上の問題ではないと理解している。

ワークピース２２８上に粒子が堆積するメカニズムは様々であり、分析が難しい。ワークピース２２８に堆積する、または輸送される粒子の確率は、様々な輸送メカニズムに応じて変化し得る。該輸送メカニズムとは、例えば偏向磁場の有無、粒子の量、大きさおよび位置、基板への粒子または膜の接着性、イオンビーム２１０の存在および近接性、粒子が電荷を帯びる能力、ならびに粒子および／またはワークピースとシステム２００内の他の機械部材との関係などである。粒子汚染を制御しようとする従来の試みは、粒子汚染物質の洗浄および除去によるシステム内の粒子量の減少、ワークピースまたは基板の設計による接着性の向上、またはワークピースへの粒子の移動を低減させるための電磁場の制御に焦点が当てられてきた。

本発明は、これらの試みに加え、実際に粒子の除去に依存することなく、反応処理または変化処理を通して粒子の組成を変化させるという利点がある。例えば、分子注入のための源料Ｍ_{ｓｏｕｒｃｅ}としてオクタデカボラン（Ｂ_１８Ｈ_２２）を用いる場合、継続した水の存在下で固体オクタデカボランは徐々に分解するか、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）、およびジボランガス（Ｂ_２Ｈ_６）および／または他の化合物に変化する。

したがって、本発明においては、水蒸気または水蒸気を含む空気（例えば、所定量の水蒸気または既知の湿度を持つ空気）などの気体を、１つ以上のバルブ２６２を介して気体源２６０によってイオン注入システム２００に導入する。ここで、表面２５０上に堆積した汚染物質または粒子の少なくとも一部が、第一状態（例えば、オクタデカボランまたはデカボランなどの固体水素化ホウ素によって大半が構成されているもの）から第二状態（例えば、ホウ酸およびジボランガス）に変化する。この変化は、本発明者らによって、汚染物質の固定化またはパッシベーションとも称されている。なお、気体源２６０および１つ以上の真空ポンプ２１８は、ターミナル２１２、ビームラインアセンブリ２１４、およびエンドステーション２１６のうちの１つ以上と選択的に流体連通していてもよい。

イオン注入システム２００に導入される気体は、例えばフッ素などのエッチングガスよりも、非エッチングガスを含んでいることが好ましい。生成されるジボランガスは、例えば１つ以上の真空ポンプ２１８によってイオン注入システムまたは真空チャンバ２００から汲み出されてもよく、一方のホウ酸は、イオン注入システム内に残ったままであってもよい。あるいは、ジボランガス（または変化による他の生成物）は、イオン注入システム２００から特に汲み出さずに、システム内に残留させてもよい。このように、本発明においては、表面２５０に残った１つ以上の第二状態の汚染物質の少なくとも一部（例えば、ホウ酸）が、１つ以上のワークピースにおいて粒子汚染を引き起こさないことが分かる。例えば、１つ以上の第二状態の汚染物質の少なくとも一部の大きさまたは接着特性などの機械的性質によって、１つ以上の第二状態の汚染物質の少なくとも一部を、次段階のイオン注入への悪影響を及ぼさずにイオン注入システム２００内に留めることができる。

したがって、本発明においては、上述した１つ以上の輸送機構に関して水素化ホウ素の分解産物が異なる特性を有することから、例えば水蒸気を導入した後に、粒子制御を好適に行うことができる。変化処理を開始するために、気体をイオン注入システム２００の真空チャンバに連続して導入してもよいし、予防保全もしくはアイドル時間などの間のシステムの動作に基づいていてもよい。該システムにおいては、制御部１２８を介して、１つ以上のバルブ２６２および／または気体源２６０の制御がさらに行われてもよい。

気体を連続して導入する例では、ドーズシフトなどの他の処理の影響を生じさせないように、流速を充分に低くしてもよい。なお、一例では、汚染物質が変化した状態であっても、汚染物質の大半（５０％以上）がイオン注入システム内に残留することに留意されたい。また、気体源２６０は水を含む他の気体を含んでいてもよく、それらすべての気体が本発明の範囲内とされることにも留意されたい。さらに、イオン注入システム２００における気体の導入による残留水素化ホウ素汚染物質の固定化またはパッシベーションは、複数の形状の水素化ホウ素に適用できることにも留意されたい。他の水素化ホウ素としては、例えばＢ_１０Ｈ_１４、Ｂ_１８Ｈ_２２、Ｂ_２０Ｈ_２４、ならびにＣ_２Ｂ_１０Ｈ_１２などのカルボランが含まれるが、これに限定されるわけではない。したがって、本発明は、概して、１０＜ｎ＜１００、かつ、０≦ｘ≦ｎ＋４の場合に、Ｂ_ｎＨ_ｘ ^＋、かつ、Ｂ_ｎＨ_ｘ ⁻を用いたイオン注入システム、および３つの元素を備えた分子Ｑ_ｎＢ_ｎＨ_ｘを用いたシステムに適用することができる。分子Ｑ_ｎＢ_ｎＨ_ｘの元素Ｑは付加元素であり、そのような元素の例は、Ｃ_２Ｂ_１０Ｈ_１２である。

したがって、本発明の他の形態によると、図４は、水素化ホウ素分子（例えば、オクタデカボラン）のイオン注入などによって生じる、イオン注入システムにおける粒子汚染を低減させるための方法３００を示す。方法の一例を一連の動作または事象として図示および記載しているが、本発明は図示された動作または事象の順序に限定されないことを理解されたい。本発明においては、いくつかのステップを異なる順序で、および／または、図示されたものとは異なる他のステップと同時に行ってもよい。さらに、図示したステップのすべてが、必ずしも本発明に従った方法を実施する必要があるわけではない。加えて、本書に図示および記載されたシステム、および図示されていない他のシステムと連動して方法を実施してもよいことを理解されたい。

図４に示すように、方法３００は、動作３０５においてイオン注入システムを設けるステップから始まる。該方法において、イオン注入システムは、図２および図３のイオン注入システム１００または２００などのように、イオンビームを介して１つ以上のワークピースにイオンを注入するように構成されている。１つの具体例では、イオン注入システムは、様々な形態の水素化ホウ素を１つ以上のワークピースに注入するように構成されている。イオン注入システムは、任意の真空下において１つ以上の部材を備えている。該１つ以上の部材には、イオンビームの形成に関連する１つ以上の汚染物質が部材上に配置されている。初期段階では、１つ以上の汚染物質は主に第一状態である。

動作３１０では、イオン注入システムに気体を導入または放出することによって、該気体と１つ以上の汚染物質の少なくとも一部とを反応させる。気体は、例えば水蒸気からなる非エッチングガス、または水蒸気を含む非エッチングガスを含む。したがって、気体は１つ以上の汚染物質の少なくとも一部を第二状態に変化させる。第二状態は、例えばホウ酸およびジボランガスの１つ以上を含んでいてもよい。

動作３１５では、イオン注入システムは取り除かれる。この際、１つ以上の第二状態の汚染物質の少なくとも一部が、１つ以上の部材上に堆積したままであり、１つ以上の第二状態の汚染物質が１つ以上のワークピース上で粒子汚染を引き起こさないことが好ましい。例えば、ホウ酸は１つ以上の部材に残留していてもよいが、その一方で１つ以上の真空ポンプを介してジボランガスが除去される。

動作３１０における気体の注入は、連続的（動作３１５における排気と同時に行うなど）、または順番に行ってもよい。例えば連続して行う場合は、１つ以上のワークピースの処理に大きな影響を及ぼさないように気体の流れを制御することができる。

水素化ホウ素分子（例えばＢ_１８Ｈ_２２オクタデカボラン分子）は、水素化ホウ素またはホウ素クラスタを扱うのに適したあらゆるイオン注入装置を用いて注入してもよい。例えば、ＵＳ特許第６，０１３，３３２； ６，１０７，６３４； ６，２８８，４０３； ６９５８，４８１； ６，４５２，３３８； ７，１８５，６０２；および６，０１３，３３２などに記載されたイオン注入装置を用いてもよい。特定のイオン注入装置によって生成されるイオンビームをスポットビームによる機械的走査に用いてもよく、該走査において、ワークピースはスポットビーム、リボンビーム、または電磁的もしくは静電的走査ビームの特性に応じて走査される。スポットビームに応じて走査する場合は、ワークピースは特定の直径の略円形断面を持つ固定のスポットビームに対して直交する二次元上を機械的に走査される。リボンビームに応じて走査する場合は、ワークピースは自身を横断する一方向に固定され、その方向に対して直交する方向にワークピースは機械的に走査される。該リボンビームは、幅／高さのアスペクト比が高くてもよいし、少なくともワークピースと同じ幅を持つものであってもよい。電磁的もしくは静電的走査ビームに応じて走査する場合は、ワークピースは自身を横断する直交方向に機械的に走査される。イオン注入装置の一例は、Ａｘｃｅｌｉｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ製のＯＰＴＩＭＡ ＨＤ（ＴＭ）イオン注入装置であり、この装置はスポットビームによる二次元機械的走査を行うように構成されている。

本発明は、特定の好適な実施形態に関して図示および説明しているが、当業者が本明細書および添付の図面を読んで理解すれば、同等の代替案および変形を想定することができる。特に、様々な機能を実施する部材（アセンブリ、装置、および回路など）に関して、これらの部材を表すのに使用している用語（「手段」という用語を含む）は、別に明示されない限りは、上記部材の特定の機能を行う（すなわち、機能的に同等である）あらゆる部材を指す。したがって、本発明の実施例に開示した部材であって、該実施例に示した機能を持つ部材と構造的に異なっていたとしても、上記の部材に含まれ得る。さらに、本発明に係る特定の機能について、複数の実施例のうちの１つのみに開示している場合でも、そのような機能を他の実施例の１つ以上の機能と組み合わせてもよい。これは、あらゆる既定の効果または特定の効果を奏するのに望ましく、好適である。

従来のイオン注入システムを示す平面図である。 本発明の一形態に係るイオン注入システムの一例を示すシステムレベルのブロック図である。 本発明の他の形態に係るイオン注入装置の一例を示す平面図である。 本発明の他の形態に係る、１つ以上のワークピースにイオンを注入する間に生じる粒子汚染を低減させるための方法の一例を示すブロック図である。

Claims (23)

1. １つ以上のワークピースにイオンを注入する間の粒子汚染を低減するための方法であって、
   イオンビームを介して上記１つ以上のワークピースに上記イオンを注入するためのイオン注入システムであって、任意の真空下で１つ以上の部材を有し、上記１つ以上の部材上には上記イオンビームの形成に関連する１つ以上の汚染物質が堆積し、上記１つ以上の汚染物質が第一状態である上記イオン注入システムを設けるステップと、
   上記イオン注入システムに気体を注入するステップであって、上記気体が上記１つ以上の汚染物質の少なくとも一部と反応し、該反応において上記１つ以上の汚染物質の少なくとも一部を第二状態に変化させ、上記第二状態の上記１つ以上の汚染物質の少なくとも一部が上記１つ以上の部材上に堆積した状態で残留し、上記第二状態の上記１つ以上の汚染物質の少なくとも一部が上記１つ以上のワークピースにおける上記粒子汚染を好適に低減させるステップとを備えていることを特徴とする方法。
2. 上記気体は、水蒸気を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 上記気体は、空気を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 上記空気は、所定量の水蒸気を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 上記１つ以上の部材は、上記イオン注入システムのファラデー、開口部、および側壁のうち、いずれかを１つ以上含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 上記イオンビームを介して上記１つ以上のワークピースに上記イオンを注入するステップをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 上記イオンビームは、分子イオンビームを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 上記分子イオンビームは、水素化ホウ素を含んでいることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 上記分子イオンビームは、デカボランまたはオクタデカボランを含んでいることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 上記イオン注入システムに上記気体を注入するステップは、真空下において、上記気体を上記イオン注入システムに連続して送り込むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 上記イオン注入システムに注入する上記気体の流速を制御するステップをさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 上記イオン注入システムに上記気体を注入するステップは、上記イオン注入システムと気体源との間で流体連通した１つ以上のバルブを開放することを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 上記イオンビームは、カルボネートを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 上記第二状態の上記１つ以上の汚染物質の少なくとも一部は、ホウ酸およびジボランガスのうち、いずれかを１つ以上含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 上記イオン注入システムを取り除いた後、上記１つ以上の汚染物質の大半が上記イオン注入システム内に残留することを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. 少なくとも水素化ホウ素成分をイオン化可能なイオン源と、
    水素化ホウ素イオン源を備えたターミナル、上記イオン源によって生成されたイオンのビームを輸送するビームラインアセンブリ、およびエンドステーションのうち、いずれかを１つ以上含み、かつ、上記イオンを注入するための上記イオンのビームを受信するためのワークピースを収容するプロセスチャンバと、
    上記プロセスチャンバと選択的に流体連通する真空源と、
    少なくとも水蒸気を含む気体を供給し、上記プロセスチャンバと選択的に流体連通する気体源と、
    上記気体源から上記プロセスチャンバに上記気体を選択的に送り、上記気体源および上記真空源のそれぞれを制御することによって上記プロセスチャンバを選択的に取り除くことが可能な制御部とを備え、
    上記プロセスチャンバ内において、上記気体と水素化ホウ素との相互作用によって、水素化ホウ素汚染物質を軽減可能であることを特徴とするイオン注入システム。
17. 上記プロセスチャンバと上記気体源との間に設けられた１つ以上のバルブをさらに備え、
    上記制御部は、上記１つ以上のバルブを制御することによって、上記プロセスチャンバへの上記気体の流れを制御することを特徴とする請求項１６に記載のイオン注入システム。
18. 上記水素化ホウ素イオン源の成分は、デカボランまたはオクタデカボランを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載のイオン注入システム。
19. １つ以上のワークピースにイオンを注入する間の粒子汚染を低減するための方法であって、
    水素化ホウ素イオンビームを介して上記１つ以上のワークピースに上記イオンを注入するイオン注入システムであって、任意の真空下において１つ以上の部材を有し、上記１つ以上の部材上には上記水素化ホウ素イオンビームの形成に関連する１つ以上の水素化ホウ素汚染物質が堆積している上記イオン注入システムを設けるステップと、
    上記イオン注入システムに気体を注入するステップであって、上記気体が水蒸気を含み、上記気体が上記１つ以上の水素化ホウ素汚染物質の少なくとも一部と反応し、該反応において上記１つ以上の水素化ホウ素汚染物質の少なくとも一部をホウ酸およびジボランガスに変化させ、上記ホウ酸およびジボランガスの１つ以上が、次に上記イオンを上記１つ以上のワークピースに注入する間に上記イオン注入システム内において維持するステップとを備えていることを特徴とする方法。
20. 上記１つ以上のワークピースに水素化ホウ素イオンを注入するステップをさらに備え、
    上記気体が、上記水素化ホウ素イオンの注入と同時に注入されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
21. 上記気体は、所定量の水蒸気を有する空気を含んでいることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
22. 上記水素化ホウ素イオンビームは、分子デカボランイオンビームまたはオクタデカボランイオンビームを含んでいることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
23. 上記イオン注入システムから上記ジボランガスを取り除くステップをさらに備え、該ステップにおいて、上記ホウ酸が上記１つ以上の部材上に堆積した状態で残留することを特徴とする請求項１８に記載の方法。

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