JP2015512558A - イオン注入システム及び基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
基板を処理する技術を、イオン源チャンバを有するイオン源を具えたイオン注入システムで実現することができる。このイオン源チャンバは、イオン発生領域を規定する壁面、及び抽出開口を有し、この抽出開口を通して、イオン発生領域内のイオンを抽出する。抽出システムは、イオン源の下流の、抽出開口の付近に配置される。原料源は、第１原料を収容する第１源、第２原料を収容する第２源、及び第１及び第２導管を具え、第１導管を、第１源及びイオン源チャンバと連通させて、第１源からの第１原料をイオン源チャンバに供給することができ、第２導管を第２源と連通させることができる。イオン源チャンバの外側の第１領域は、第２源からの第２原料を第１領域に供給する。
Description
優先権
本願は、米国特許仮出願第６１／６１７９０４号、２０１１年３月３０日出願、発明の名称”techniques For Improving The Performance And Extending The Lifetime Of An Ion Source”の非仮出願であり、この仮出願に基づいて優先権を主張する。米国特許仮出願第６１／６１７９０４号は、その全文を参照する形で本明細書に含める。
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分野
本発明は、一般に、基板を処理する技術に関するものであり、特に、改良型イオン源によるイオン注入を用いて基板を処理する技術に関するものである。
本発明は、一般に、基板を処理する技術に関するものであり、特に、改良型イオン源によるイオン注入を用いて基板を処理する技術に関するものである。
背景
イオン注入プロセスは、とりわけ、電気及び光学デバイスの製造において用いられる。イオン注入プロセスは、不純物またはドーパントを注入して、基板の１つ以上の特性を変更するために用いられる。集積回路（ＩＣ）の製造では、この基板をシリコン基板とすることができ、このプロセスを用いて、基板の電気特性を変更することができる。太陽電池の製造では、このプロセスを用いて、基板の光学及び／または電気特性を変更することができる。基板に注入される不純物またはドーパントが、最終的なデバイスの性能に悪影響を与え得るので、精密かつ均一な注入プロファイルが望まれる。
イオン注入プロセスは、とりわけ、電気及び光学デバイスの製造において用いられる。イオン注入プロセスは、不純物またはドーパントを注入して、基板の１つ以上の特性を変更するために用いられる。集積回路（ＩＣ）の製造では、この基板をシリコン基板とすることができ、このプロセスを用いて、基板の電気特性を変更することができる。太陽電池の製造では、このプロセスを用いて、基板の光学及び／または電気特性を変更することができる。基板に注入される不純物またはドーパントが、最終的なデバイスの性能に悪影響を与え得るので、精密かつ均一な注入プロファイルが望まれる。
図１を参照すれば、不純物またはドーパントを注入するために使用することのできる従来の傍熱カソード（ＩＨＣ：indirectly heated cathode）イオン源１００、及び従来のイオン注入システムの抽出システム１１２が示されている。図１に示すように、代表的なＩＨＣイオン源１００は、イオン発生領域を規定する１つ以上の導体チャンバ壁１０２ａを具えたイオン源チャンバ１０２を含む。イオン源チャンバ１０２は、抽出開口１０２ｂも含む。イオン源チャンバ１０２の一方の側に、カソード１０６及びフィラメント１０８が存在することができる。カソード１０８の反対側に、反射電極１１０が存在することができる。
供給原料を収容する供給源１１４を、イオン源チャンバ１０２に結合することができる。供給原料は、所望の注入種（例えばドーパント種）を含有することができる。
イオン源チャンバ１０２の抽出開口１０２ｂの付近に、抽出システム１１２が存在することができる。抽出システム１１２は、抽出開口１０２ｂの直前に配置された抑制電極１１２ａ、及び接地電極１１２ｂを具えることができる。抑制電極１１２ａは、抑制電源１１６ａに電気結合されるのに対し、接地電極１１２ｂは、抽出電源１１６ａに電気結合することができる。抑制電極１１２ａ及び接地電極１１２ｂの各々は、イオン源チャンバ１０２からのイオン２０の抽出のために、抽出開口１０２ｂと整列した開口を有する。
動作中には、供給源１１０からの供給原料が、イオン源チャンバ１０２内に導入される。電源（図示せず）に結合することのできるフィラメント１０８が活性化される。フィラメント１０８に供給される電流が、フィラメント１０８を加熱して、熱電子放出を生じさせる。他の電源（図示せず）に結合することのできるカソード１０６には、ずっと高い電位でバイアスをかけることができる。フィラメント１０８から放出される電子は、カソード１０６に向かって加速されて、カソード１０６を加熱する。加熱されたカソード１０６は、これに応答して、イオン源領域１０４に向けて電子を放出することができる。チャンバ壁１０２ａも、カソード１０６に対してバイアスをかけることができ、これにより、電子が高エネルギーに加速されてイオン発生領域１０４内に入る。磁界源磁石（図示せず）が、磁界Ｂをイオン発生領域１０４内に生成して、エネルギーを有する電子を閉じ込めることができ、イオン源チャンバ１０２の他方の端にある反射電極１１０に、カソード１０６と同一または同様のバイアスをかけて、エネルギーを有する電子を反射させることができる。
イオン発生領域１０４内では、エネルギーを有する電子が供給原料と相互作用して供給原料をイオン化して、とりわけ、所望種（例えば所望のドーパントまたは不純物）のイオン２０を含むプラズマ１０を生成することができる。プラズマ１０は、不所望なイオンまたは供給原料の残留物も含み得る。
抽出電源１１６ｂは、イオン源チャンバ１０２からのイオンビーム２０の抽出のための抽出電圧を、接地電極１１２ｂに供給することができる。抽出電圧は、イオンビーム２０の所望エネルギーに応じて調整することができる。抑制電源１１６ａは、抑制電極１１２ａにバイアスをかけて、イオンビーム２０内の電子の移動を抑制することができる。
最適な性能を有するデバイスを製造するためには、一般に、高いビーム電流（即ち、所望イオンの高い濃度またはドーズ量）を有する均一なイオンビームで基板を処理することが望ましい。さらに、低いビームグリッチ率を有するイオンビームで基板に注入することが望ましい。グリッチは、イオン注入動作中のビーム品質の急激な劣化として定義される。注入プロセスがグリッチによって中断または悪影響されれば、基板が悪影響を受けることがあり、さらには使用不能になる可能性がある。低いビーム電流は、基板内への適切な注入ドーズ量を達成するのに必要な時間を増加させることがある。それと同時に、不均一なビーム及び／または高いグリッチ率が、不均一なドーパント・プロファイルを生じさせ得る。従来のＩＨＣイオン源を有するイオン注入システムにおいて観測されるこうした欠陥は、処理能力を低下させること、及び／または、デバイスの製造コストを増加させることがある。
上記の欠陥は、とりわけ、イオン源チャンバ１０２の内壁、抽出開口１０２ｂ、及び抽出電極１１２の上に形成される膜または堆積物によって生じ得る。上述したように、イオン発生領域１０４内に発生するプラズマ１０は、高い反応性のイオン、及び供給原料の他の残留物を含む。こうしたイオン及び残留物は、イオン源チャンバ１００内の物質をエッチング、スパッタリングするか、さもなければ、これらの物質と反応し得る。エッチングされた物質が凝集して、イオン源チャンバ壁１０２ａ、抽出開口１０２ｂ、及び抽出電極１１２上に膜または堆積物を形成し得る。これらの膜または堆積物が抽出開口１０２ｂを詰まらせて、イオンビーム２０の異なる領域内に異なるドーズ量を有する不均一なイオンビーム２０を生じさせ得る。これに加えて、抽出されたイオンビーム２０が低いビーム電流を有することがある。一部の場合には、膜または堆積物が導電性であり、微小／大規模なアーク放電を発生し得る点孤点をもたらし得る。
こうした欠陥のあるイオンビーム２０の比率を減少させる１つの方法は、イオン源１００を周期的に新たな／清浄なイオン源１００に置き換えることである。しかし、イオン源１００の置き換えは、イオン源１００及びイオン源１００に取り付けられた真空ポンプシステムの全体を電源遮断することを必要とする。さらに、イオン源１０２を手作業で置き換えなければならない。さらに、イオン源１００を清浄にすることのできる工程は、労働集約的な工程である。従って、イオン源１００の頻繁な置き換えは、イオン注入プロセスの効率を低下させ得る。
先進的な電子及び太陽電池デバイスを製造するためのより高いビーム電流の必要性が増加するに連れて、より大量の供給原料が、イオン源チャンバ１００内に導入されてイオン化される。その結果、欠陥のあるビームが、イオン注入プロセス中により高い比率で観測される。従来のＩＨＣイオン源は、性能が低く寿命が短いことがあり、従来のＩＨＣイオン源を含むシステムにおいて基板を処理することは、最適ではないことがある。
以上のことを考慮すれば、新たな技術を提供することが望ましく、必要である。
基板を処理する技術を開示する。１つの好適例では、こうした技術を、基板を処理するイオン注入システムで実現することができる。このイオン注入システムは：イオン源チャンバを具えたイオン源であって、このイオン源チャンバは、イオン発生領域を規定するイオン源チャンバ壁、及び抽出開口を含み、この抽出開口を通して、イオン発生領域内で発生したイオンが抽出されるイオン源と；このイオン源の下流の、上記抽出開口の付近に配置された抽出システムと；第１原料を収容する第１源、第２原料を収容する第２源、及び第１及び第２導管を具えた原料源とを具え、第１導管は、第１源及びイオン源チャンバと導通して、第１源からの第１原料をイオン源チャンバに供給することができ、第２導管は、第２源、及びイオン源チャンバの外側にある第１領域と導通して、第２源からの第２原料を第１領域に供給することができる。
この特別な好適例の他の態様によれば、上記第１領域を、上記イオン源の下流の、上記イオン源と基板との間に配置することができる。
この特別な好適例のさらに他の態様によれば、上記第１領域が上記抽出開口に近接している。
この特別な好適例の他の態様によれば、上記抽出システムは、抑制電極、及びこの抑制電極の下流に配置された接地電極を具えることができる。
この特別な好適例の他の態様によれば、上記第１領域を、上記抽出開口と上記抑制電極との間に配置することができる。
この特別な好適例のさらに他の態様によれば、上記第１領域を、上記接地電極と上記抑制電極との間に配置することができる。
この特別な好適例の他の態様によれば、上記第１領域を、上記抑制電極の下流に配置することができる。
この特別な好適例のさらに他の態様によれば、上記第１原料を、Ｂ（ホウ素）含有原料とすることができ、上記第２原料を、Ｐ（リン）含有原料またはＡｓ（ヒ素）含有原料の一方とすることができる。
この特別な好適例のさらに他の態様によれば、上記第１原料を、ＢＦ3及びＢ2Ｆ4の一方とすることができ、上記第２原料を、ＰＦ3及びＰＨ3の一方とすることができる。
この特別な好適例の追加的態様によれば、上記第１原料を、Ｐ含有原料及びＡｓ含有原料の一方とすることができ、上記第２原料を、Ｂ含有原料とすることができる。
この特別な好適例のさらに他の態様によれば、上記第１原料を、ＰＦ3及びＰＨ3の一方とすることができ、上記第２原料を、ＢＦ3及びＢ2Ｆ4の一方とすることができる。
この特別な好適例の他の態様によれば、上記イオン注入システムが、上記抽出システムと上記基板との間に配置された１つ以上のビームライン構成要素をさらに具えることができ、この１つ以上のビームライン構成要素は、当該ビームライン構成要素を通過するイオンを質量分析することができる。
この特別な好適例のさらに他の態様によれば、上記イオン注入システムが、それぞれ上記イオン源チャンバ内及び上記第１領域内に導入される上記第１原料及び上記第２原料を制御するように構成された、少なくとも１つのコントローラをさらに具えることができる。
他の好適例によれば、上記技術を、基板を処理する方法として実現することができ、この方法は：供給原料をイオン源チャンバ内でイオン化して供給原料のイオンを発生するステップと；これらの供給原料のイオンを、上記イオン源チャンバから、このイオン源チャンバの抽出開口を通して抽出するステップと；希釈剤を、上記イオン源チャンバの外側の、上記抽出開口の付近に供給するステップと；上記供給原料のイオンを、上記基板に注入するステップとを含む。
この特別な好適例の他の態様によれば、上記供給原料のイオンを注入するステップが、上記希釈剤のイオンを注入せずに、上記供給原料のイオンを注入することを含むことができる。
この特別な好適例の他の態様によれば、上記供給原料及び上記希釈剤を、Ｂ含有原料、Ｐ含有原料、及びＡｓ含有原料から成るグループから選定することができる。
この特別な好適例の追加的態様によれば、上記供給原料が、ＢＦ3及びＢ2Ｆ4の一方であり、上記希釈剤が、ＰＨ3及びＡｓＨ3の一方である。
以下、本発明を、添付する図面に示す好適な実施形態を参照しながら、より詳細に説明する。以下では、好適な実施形態を参照しながら本発明を説明するが、本発明はそれらの実施形態に限定されないことは明らかである。本明細書の教示に接した当業者は、本明細書に記載する本発明の範囲内に入り、本発明が大きな有用性を有する、追加的な実現、変更、及び実施形態、並びに他の利用分野を認識する。
本発明のより十分な理解を促進するために、ここで、添付する図面を参照し、これらの図面では、同様な要素は同様の番号で参照する。これらの図面は、本発明を限定するものと考えるべきものではなく、好適例を意図しているに過ぎない。
ここでは、基板を処理するための改良された技術のいくつかの実施形態を開示する。明瞭かつ簡略にするために、本開示は、ＩＨＣイオン源またはＲＦ（radio frequency：無線周波数）イオン源を有するイオン注入システムを用いて基板を処理する技術に焦点を当てる。しかし、本発明は、ベルナス（Bernas）イオン源またはマイクロ波イオン源を含む他の種類のイオン源を有するシステムにも全く同様に適用可能であることは、通常の当業者の認める所である。
これに加えて、本発明は、シリコン（Ｓｉ）基板上へのｐ型またはｎ型ドーピングを実行する技術に焦点を当てる。本発明はこれらに限定されないことは、通常の当業者の認める所である。
図２を参照すれば、本発明の一実施形態によるイオン注入システム２００の簡略化したブロック図が示されている。イオン注入システム２００は、所望種のイオン３０を発生するイオン源１００を具えることができる。イオン源１００の下流に、抽出システム１１２が存在することができる。イオン３０を指向させる基板２３２は、抽出システムの下流に配置することができる。必須ではないが、イオン注入システム２００は、１つ以上のビームライン構成要素２２２を含むことができ、これらは、イオン３０を集束、フィルタリング、さもなければ操作して、所望の特性（例えば、所望のイオン種、ビーム電流、ビームエネルギー、注入角度、等）を有するイオンビームにすることができる。ビームライン構成要素（図示せず）の例は、質量分析磁石、加速／減速段（図示せず）、及び補正磁石（図示せず）を含むことができる。質量分析磁石を、特定の磁界を有するように構成して、所望の質量対電荷比を有するイオンのみが、この分析器を通って進むことができるようにする。このため、この質量分析器は、所望の注入種のイオンと不所望なイオンとを分離して、所望の注入種のイオンのみを、基板２２２に向けて選択的に指向させることができる。その間に、補正磁石にエネルギーを供給して、加えられる磁界の強度及び方向に応じてイオンビームを偏向させて、所望のサイズ及び方向を有するビームを供給することができる。
イオン注入システム２００は、イオン源に結合された原料源（図示せず）を含むこともできる。以下に詳細に説明するように、この原料源は、供給原料及び／または希釈剤を収容することができる。原料源からイオン源２０２内に供給される供給原料は、とりわけ、所望注入種のイオンに変換することができる。
図３Ａ〜３Ｃを参照すれば、本発明のいくつかの実施形態によるいくつかの好適なイオン源３０２ａ〜３０２ｃが示されている。図３Ａ〜３Ｃに示すイオン源３０２ａ〜３０２ｃの各々は、図２に示すイオン源２０２とすることができる。明瞭かつ簡略にするために、図３Ａ〜３Ｃに示すイオン源３０２ａ〜３０２ｃは、図１に示すイオン源１００及び図２に示すイオン注入システム２００内のいくつかの構成要素を内蔵する。このため、イオン源３０２ａ〜３０２ｃは、図１及び図２と関係付けて理解すべきである。同じ構成要素の詳細な説明は省略することがある。
図３Ａ〜３Ｃに示すように、イオン源２０２ａ〜２０２ｃは、とりわけ、イオン源チャンバ１０２を具えることができる。イオン源チャンバ１０２は、原料源３１０に結合することができる。本発明では、原料源３１０が、供給原料をイオン源チャンバ１０２内に供給する供給源３１２ａを具えることができる。原料源３１０は、希釈剤をイオン源チャンバ１０２内に供給する希釈剤源３１２ｂを具えることもできる。図では、単一の原料源３１２ａ及び単一の希釈剤源３１２ｂを図示しているが、本発明は、追加的な原料源及び／または追加的な希釈剤源を排除しない。本発明は、供給原料及び希釈剤を同時に、単一のコンテナ内に供給して、イオン源チャンバ１０２内に供給するシナリオを排除しないことは、通常の当業者の認める所である。
本発明では、供給源３１２ａ内の供給原料及び希釈剤源３１２ｂ内の希釈剤が、気体または蒸気の形態であることが好ましいことがある。しかし、一部の供給原料並びに希釈剤は、固形、液状、または他の形態とすることができる。液状または固形の場合、気化器（図示せず）を、供給源３１２ａまたは希釈剤源３１２の付近に設けることができる。気化器は、固形／液状の供給原料及び／または希釈剤を、こうした形態に変換することができる。イオン源チャンバ１０２内に導入される供給原料及び希釈剤の量を制御するために、１つ以上のコントローラ３１４ａ及び３１４ｂを随意的に設けることができる。
一実施形態では、図３Ａに示すように、供給原料及び希釈剤を、個別の供給源３１２ａ及び希釈剤源３１２ｂ内に別個に収容することができる。そして、供給原料及び希釈剤を第１導管３１６内で事前混合して、イオン源チャンバ１０２内に一緒に供給することができる。他の実施形態では、図３Ｂに示すように、供給源３１２ａからの供給原料を、第１導管３１８ａを通して希釈剤源３１２ｂ内に供給することができる。供給原料及び希釈剤は、第２導管３１８ｂを通してイオン源チャンバ１０２内に供給することができる。その代わりに、希釈剤源３１２ｂからの希釈剤を、供給源３１２ａ内に供給することができる。さらに他の実施形態では、供給原料と希釈剤との混合物を収容する単一源を設けて、供給原料及び希釈剤を同時に、イオン源チャンバ１０２内に供給することができる。一実施形態では、図３Ｃに示すように、供給原料及び希釈剤を、別個の導管３１６ａ及び３１６ｂを通して、イオン源チャンバ１０２内に供給することもできる。
本発明では、種々の供給原料を使用することができる。一部の実施形態では、供給原料が２つ以上の種を含むことができ、その少なくとも一方は、基板２３２内に注入される注入種（または第１供給種）とすることができる。基板及び用途に応じて、異なる注入種を用いることができる。本発明では、注入種を、第１３族〜第１６族に見出される多価の種とすることができる。ここで、多価の種とは、周期表の第１族〜第１７族に見出される２つ以上の一価の原子またはイオン（例えばＨまたはハロゲン種）と結合して、ＸＹnで表される分子を安定した状態に形成することのできる種を称する。記号Ｘは多価の種を表すことができ、記号Ｙは一価の種を表すことができる。シリコン（Ｓｉ）基板のｐ型ドーピング用には、供給原料中の注入種は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びタリウム（Ｔｌ）のような、周期表の第１３族内の１つ以上の種とすることができる。シリコン（Ｓｉ）基板のｎ型ドーピング用には、これらの注入種は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、イオウ（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及びテルル（Ｔｅ）のような、周期表中の第１５族及び／または第１６族の種とすることができる。
他の族の種を用いることもできる。チッ化ゲルマニウム（ＧａＮ）またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板のような化合物半導体基板に注入するに当たり、例えば、炭素（Ｃ）、Ｓｉ、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｎ）、及び鉛（Ｐｂ）のような、周期表中の第１４族の種を、注入種として用いることができる。その一方で、種Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、及びＰｂ、あるいはチッ素（Ｎ）または酸素（Ｏ）の注入種を用いて、他の基板または標的の化学的及び／または機械的性質を変更することができる。
一部の実施形態では、供給原料が、少なくとも１つの第２供給種を含有することができ、第２供給種は、上記注入種と異なることができる。Ｓｉ基板のｐ型ドーピングの例では、供給原料中の第２供給種を、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、及び水素（Ｈ）種のうちの１つとすることが好ましいことがある。他の実施形態では、第２供給種を、他の何らかの種とすることができる。本発明では、第２供給種を一価または多価の種とすることができる。
Ｓｉ基板のｐ型ドーピング用に好適な供給原料のいくつかの例は、三フッ化ホウ素（ＢＦ3）、四フッ化ジボロン（Ｂ2Ｆ4），ボラン（ＢＨ3）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、カルボラン（Ｃ2Ｂ10Ｈ12）、及びＢ、及びＨとＦの一方または両方を含有する他の原料を含むことができる。上記の例では、Ｂを注入種とすることができるのに対し、Ｈ及び／またはＦは第２供給種とすることができる。Ｓｉ基板のｎ型ドーピング用には、好適な供給原料の例は、ホスフィン（ＰＨ3）、三フッ化リン（ＰＦ3）、アルシン（ヒ化水素、ＡｓＨ3）、三フッ化ヒ素（ＡｓＦ3）、五フッ化ヒ素（ＡｓＦ5）、及びＰとＡｓの一方または両方、及びＨとＦの一方または両方を含有する他の原料とすることができる。こうした例では、Ｐ及び／またはＡｓを注入種とすることができるのに対し、Ｈ及び／またはＦは第２供給種とすることができる。他の基板及び／または他の用途には、他の種を含有する他の供給原料を用いることもできる。こうした他の供給原料の例は、シラン（ＳｉＨ4）、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ4）、ゲルマン（ＧｅＨ4）、及びフッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ4）を含むことができる。上記のリストは網羅的でないことは、通常の当業者の認める所である。Ｓｉ基板ドーピング用途、及び他の用途に使用することのできる他の供給原料が存在し得る。さらに、Ｓｉ基板のドーピング用に上記に挙げた供給原料は、非Ｓｉ基板のドーピング用にも使用することができ、その逆も成り立つ。
本発明では、上記希釈剤は、１つ以上の多様な種を含むこともできる。２つ以上の種が希釈剤中に含まれる場合、第１の種は、第１３族〜第１６族中に見出される多価の種とすることができる。これに加えて、第１希釈剤種は、第１供給種と異ならせることができる。含まれれば、第２希釈剤種も、第１供給種と異ならせることができる。しかし、第２希釈剤種は、第２供給種と同じにすることも異ならせることもできる。例えば、第２供給種がＨであれば、第２希釈剤種はＦとすることができ、その逆も成り立つ。他の例では、第２供給種及び第２希釈剤種を共に、ＨまたはＦとすることができる。
供給原料の例としてＢＦ3を用いれば、本発明の第１希釈剤種は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｔｌ、Ｐｂ、及びＢｉのうちの少なくとも１つとすることができる。種々の種を使用することができるが、好適な第１希釈剤種の例は、Ｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、及びＡｓとすることができる。それと同時に、第２供給種はＨ及び／またはＦとすることができる。こうした希釈剤のいくつかの特定例は、メタン（ＣＨ4）、四フッ化炭素（ＣＦ4）、アンモニア（ＮＨ3）、三フッ化窒素（ＮＦ3）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）、二フッ化酸素（ＯＦ2）、水素化アルミニウム（ＡｌＨ3）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）、シラン（ＳｉＨ4）、四フッ化シリコン（ＳｉＦ4）、ホスフィン（ＰＨ3）、三フッ化リン（ＰＦ3）、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、ジガラン（Ｇａ2Ｈ6）フッ化ガリウム（ＧａＦ3）、ゲルマン（ＧｅＨ4）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ4）、アルシン（ＡｓＨ3）、三フッ化ヒ素（ＡｓＦ3）、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、水素化インジウム（ＩｎＨ3）、フッ化インジウム（ＩｎＦ3）、スタンナン（ＳｎＨ4）、フッ化スズ（ＳｎＦ2）、スチビン（ＳｂＨ3）、フッ化アンチモン（ＳｂＦ3）、テルル化水素（Ｈ2Ｔｅ）、四フッ化テルル（ＴｅＦ4）、タレン（thallene：ＴｌＨ3）、フッ化タリウム（ＴｌＦ）、プルンバン（ＰｂＨ4）、四フッ化鉛（ＰｂＦ4）、ビスムタン（ＢｉＨ3）、及びフッ化ビスマス（ＢｉＦ3）を含むことができる。供給原料の例としてＰＨ3を用いれば、第１希釈剤種の例は、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｔｌ、Ｐｂ、及びＢｉを含むことができるが、Ｂ、Ｃ、及びＳｉが好ましい。それと同時に、第２希釈剤種は、Ｈ及び／またはＦとすることができる。上記リストは網羅的なものではないことは、通常の当業者の認める所である。上記の第１希釈剤種の、他の水素化物またはフッ化物も、同様に適用可能であり得る。
以上に提供する例は、化合物形態の希釈剤を含むが、本発明は、混合物形態の希釈剤を排除するものではない。例えば、一部の実施形態では、希釈剤を、（多価の種を含む）Ｎ2ガスとＨ2ガスの混合物とすることができる。本発明は、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ，Ｓｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｔｌ、ＰＢ、及びＢｉのうち１つ以上のような複数の多価の種を含有する希釈剤を利用するシナリオも排除しない。上記の例は網羅的なものではないことは、通常の当業者の認める所である。いくつかの好適な希釈剤は、室温では固形で存在することができる。こうした希釈剤は、イオン源チャンバ１０２内で気化させるか、気化させて、気体状または液状でイオン源チャンバ１０２内に供給することができる。
再び図３Ａ〜３Ｃを参照すれば、供給原料及び希釈剤を、同時に、あるいは順に、イオン源チャンバ１０２内に導入することができる。供給原料及び希釈剤をイオン化して、とりわけ、供給原料及び希釈剤のイオン及び他の残留物を含むプラズマ２２を形成することができる。次に、抽出システム１１２によって、とりわけ、供給原料及び希釈剤のイオン３０を、イオン源チャンバ１０２から抽出開口１０２ｂを通して抽出する。
イオン注入システムが、質量分析（図２）をすることができる場合、所望の注入種を選択的に、基板に指向させて注入することができる。それと同時に、注入種以外の種を、注入種から分離して廃棄することができる。ＢＦ3供給原料及びＰＨ3希釈剤を用いたＳｉ基板のｐ型ドーピングの例では、Ｈ、Ｂ、Ｆ、及びＰを含むイオンを質量分析し、Ｂを含むイオンを分離することができる。その後に、Ｂを含むイオンを選択的に、基板２３２に向けて指向させることができる。それと同時に、他のイオンが基板２３２に到達することを防止することが好ましい。
イオン注入システムが質量分析をすることができない場合、注入種及び他の種のイオンも、基板２３２に指向されて注入され得る。一部の場合には、希釈剤種の注入が、注入種の有効ドーズ量の損失を生じさせ得る。Ｓｉ基板のｐ型ドーピングにおいてＢＦ3供給原料及びＰＨ3希釈剤を用いることは、Ｂと共に、ｎ型ドーパントであるＰの注入を生じさせ得る。こうしたｐ型ドーパントとｎ型ドーパントの共注入は、補償によりＢ注入の効果を低減し得る。その結果、Ｂの有効ドーズ量の損失が観測され得る。
しかし、イオン源チャンバ１０２内に供給される希釈剤の量が低ければ（例えば、供給原料及び希釈剤の総体積の５％〜２０％）、この損失を最小にすることができる。これに加えて、選定した希釈剤種が、非常に大きいか非常に小さい質量／径を有すれば、その影響を重大でなくすることができる。上記の例では、Ｐを基板に注入することは、基板の表面付近でより大きくなる注入プロファイルを生じさせ得る。それと同時に、非常に小さい質量／径を有するＢが、より大きい深度の注入を生じさせることができる。さらに、Ｐの活性化温度は、Ｂの活性化温度よりも低くすることができる。このため、Ｓｉ基板の特性全体に対するＰの共注入の影響は、非常に小さくすることができる。この有害な影響は、追加的なＢの注入によって低減することができる。
この影響をさらに低減するためには、基板２３２に対して不活性である第２供給種、及び第１及び第２希釈剤種を選択することが望ましいことがある。Ｓｉ基板のｐ型ドーピングにおける供給原料としてＢＦ3を用いれば、Ｎ2、ＳｉＨ4、ＳｉＦ4、ＧｅＨ4、またはＧｅＦ4を希釈剤として用いることが望ましいことがある。Ｎ、Ｓｉ、及びＧｅ種のイオンは、Ｓｉ基板内に導入されても、基板の電気特性に対する影響を最小にすることができる。それと同時に、基板２３２に注入されるＨ及び／またはＦ種は、注入後プロセス（例えばアニールプロセス）中の拡散によって除去することができる。
本発明では、上述した希釈剤を供給原料と共にイオン化することは、グリッチ率を低減し、イオン源２０２の寿命を延ばすに当たり、大幅な改善をもたらすことができる。特定の理論に束縛されることを望まずに、第２供給種のイオン及び他の残留物が、イオン源チャンバ１０２内の構成要素（例えば、イオン源チャンバ壁１０２ａ、カソード１０６、及び反射電極１０６）と容易に反応して、容易に凝集可能な副産物を形成し得るものと確信される。その結果、膜または堆積物が、イオン源チャンバ壁１０２ａ、抽出電極１０２ｂ、及び抽出システム１１２上に形成され得る。第２供給種のイオン及び他の残留物と容易に反応する希釈剤種のイオン及び他の残留物を導入することによって、第２供給種のイオン及び他の残留物の、イオン源チャンバ１０２内の構成要素との反応を抑制することができるものと確信する。その一方で、希釈剤種のイオン及び他の残留物と第２供給種との反応は、気相の副産物の形成を生じさせることができ、この副産物は、イオン源チャンバ１０２から容易に真空排気することができる。
また、第１希釈種は、イオン源チャンバ１０２内の構成要素からエッチングまたはスパッタリングされた物質と反応して、気相の副産物を形成することができるものと確信される。これらの副産物を除去することによって、第２供給種のイオン及び他の残留物と、イオン源チャンバ１０２内の構成要素との反応、及び凝集して膜及び堆積物を形成し得る物質の形成を抑制することができる。この低減により、ビームグリッチをもたらす微小／大規模なアーク放電を低減することができる。さらに、イオン注入システム１００内のイオン源２０２の寿命を延ばすことができる。
いくつかの実施形態では、グリッチ率の大幅な低減、及びイオン源の寿命の増加が観測された。ＢＦ3のみをイオン化するイオン源と比べて、ＢＦ3、及び小量のＰＨ3（例えば、総体積の３０％以下）のイオン化は、グリッチ率の２０分の１の低減、及びイオン源の寿命の１０倍の増加をもたらした。本開示中に記載した他の希釈剤を用いた後にも、グリッチ率の大幅な低減、及び寿命の大幅な増加が観測された。従って、上述した希釈剤の使用によって、高いビーム電流にもかかわらず、イオン源の性能を大幅に改善することができる。
本発明では、イオン源チャンバ１０２内に導入することのできる供給原料及び希釈剤の量を変化させることができる。一実施形態では、希釈剤の量を、供給原料及び希釈剤の総体積の約５％〜３０％、好適には１０〜１５％にすることができる。本発明は、追加的な量の希釈剤を供給することを排除しないが、追加的な量は好ましくないことがある。過剰な量の希釈剤は、注入種のイオンビーム電流を減少させ得る。
図４Ａ〜４Ｃを参照すれば、本発明のいくつかの実施形態による好適なイオン源４０２ａ〜４０２ｃが示されている。図４Ａ〜４Ｃに例示するイオン源４０２ａ〜４０２ｃの各々は、図２に示すイオン源２０２とすることができる。明瞭かつ簡略にするために、図４Ａ〜４Ｃに示すイオン源４０２ａ〜４０２ｃは、図１及び図３Ａ〜３Ｃに示すイオン源１００及び３０２ａ〜３０２ｃ、及び図２に示すイオン注入システム２００内のいくつかの構成要素を内蔵する。このため、イオン源４０２ａ〜４０２ｃは、図１、図２及び図３Ａ〜３Ｃと関係付けて理解すべきである。同じ構成要素の詳細な説明は提供しない。
図４Ａ〜４Ｃに示すように、イオン源４０２ａ〜４０２ｃは、とりわけ、イオン源チャンバ１０２を具えることができる。イオン源チャンバ１０２は、原料源４１０に結合することができる。本発明では、原料源４１０は、供給原料をイオン源チャンバ１０２内に供給する供給源４１２ａを具えることができる。原料源４１０は、希釈剤をイオン源チャンバ１０２内に供給する希釈剤源４１２ｂを具えることもできる。図では、単一の供給源３１２ａ及び単一の希釈剤源３１２ｂを図示しているが、本発明は、追加的な供給源及び追加的な希釈剤源を含めることを排除しない。
図４Ａに示すように、供給原料と希釈剤とを別個に、独立した供給源４１２ａ及び希釈剤源４１２ｂ内に収容することができる。供給源４１２からの供給原料は、第１導管４１６ａを通してイオン源チャンバ１０２内に導入することができる。図３Ａ〜３Ｃに示す実施形態とは異なり、希釈剤は、第２導管４１６ｂを通してイオン源チャンバ１０２の外側に供給することができる。図４Ａに示すように、希釈剤は、イオン源チャンバ１０２の下流の、イオン源チャンバ１０２と抽出システム１１２との間に供給することができる。例えば、希釈剤は、抽出開口１０２ｂの付近、抑制電極１１２ａの付近、あるいはその両方に供給することができる。他の実施形態では、図４Ｂに示すように、希釈剤を、第２導管４１６ｂを通して、抽出システム１１２に、好適には抑制電極１１２ａと接地電極１１２ｂとの間に供給することができる。この実施形態では、希釈剤を、抑制電極１１２ａの開口の付近、接地電極１１２ｂの開口の付近、あるいはその両方に供給することができる。さらに他の実施形態では、図４Ｃに示すように、希釈剤を、第２導管４１６ｂを通して、抽出システム１１２の下流に、好適には接地電極１１２ｂの付近に供給することができる。図には示していないが、希釈剤は、抽出開口１０２ｂ、抑制電極１１２ａの開口、及び／または接地電極１１２ｂの開口に向けて指向させることができることは、通常の当業者の認める所である。
希釈剤をイオン源チャンバ１０２の外側に供給することによって、イオン源チャンバ１０２内で行われる注入種を含むイオンの形成を、グリッチ抑制から切り離すことができ、グリッチ抑制は、イオン源チャンバ１０２の外側の、抽出電極１１２の付近で行うことができる。希釈剤をイオン源チャンバ１０２の外側に導入することによって、注入種のイオン及びその密度が大幅には減少しにくくなる。このため、所定のイオン源パラメータにおける注入種の電流を最大にすることができる。同時に、希釈剤のイオン化を最小にすることができ、希釈剤の流れが、抽出開口及び抽出電極１２の外側における膜または堆積物の形成を抑制することができる。こうして、グリッチを低減することができる。
希釈剤のイオン化を低減することは、質量分析のないイオン注入システムにおいて有利であり得る。希釈剤種のイオン化を低減することによって、希釈剤種の注入も低減することができ、さもなければ、希釈剤種の注入が、注入種の有効ドーズ量を低減することがある。
図５を参照すれば、本発明の他の実施形態による他の好適なイオン源５０２が示されている。図５に例示するイオン源５０２は、図２に示すイオン源２０２とすることができる。明瞭かつ簡略にするために、図５に示すイオン源５０２は、図１、図３Ａ〜３Ｃ、及び図４Ａ〜４Ｃに示すイオン源１００、３０２ａ〜３０２ｃ、及び４０２ａ〜４０２ｃ、及び図２に示すイオン注入システム２００内のいくつかの構成要素を内蔵する。このため、イオン源５０２は、図１、図２、図３Ａ〜３Ｃ、及び図４Ａ〜４Ｃと関連付けて理解すべきである。同じ構成要素の詳細な説明は提供しない。
本実施形態では、イオン源チャンバ１０２が、固体源５２２を内部に収容することができる。イオン源５０２がＩＨＣまたはベルナスイオン源である場合、この固体源は、イオン源チャンバ壁１０２ａの内部に設けることができる。イオン源５０２がＲＦプラズマイオン源である場合、固体源５２２は、イオン発生領域１０４に対面する誘電体窓内に設けることもできる。
本実施形態では、固体源５２２が、供給原料及び希釈剤の一方または両方を収容することができる。供給原料及び希釈剤の一方のみを固体源５２２内に収容する場合、供給原料及び希釈剤の他方は、原料源５２２からイオン源チャンバ１０２内に供給することができる。
図６を参照すれば、本発明の他の実施形態による他の好適なイオン源６０２が示されている。この図には、ＲＦプラズマ／イオン源が示され、このＲＦプラズマ／イオン源は、図２に示すイオン源２０２とすることができる。明瞭かつ簡略にするために、図６に示すイオン源６０２は、図１、図３Ａ〜３Ｃ、図４Ａ〜４Ｃ、及び図５に示すイオン源１００、３０２ａ〜３０２ｃ、４０２ａ〜４０２ｃ、及び５、及び図２に示すイオン注入システム内のいくつかの構成要素を内蔵する。このため、イオン源６０２は、図１、図２、図３Ａ〜３Ｃ、図４Ａ〜４Ｃ、及び図５と関係付けて理解すべきである。同じ構成要素の詳細な説明は提供しない。
図６に示すように、本実施形態のイオン源６０２は、イオン源チャンバ６１２を具えることができる。イオン源チャンバ６１２は、１つ以上の導電チャンバ壁６１２ａ、及びイオン発生領域１０４を規定する誘電体窓６１６を具えることができる。イオン源チャンバ６０２は、抽出開口６１２ｂを含むこともできる。イオン源チャンバ６１２は、原料源５１２に結合することができる。本発明では、原料源５１２を、供給原料及び希釈剤の一方をイオン源チャンバ６０２内に供給する供給源及び希釈剤源の一方とすることができる。原料源５１２からの供給原料または希釈剤は、導管５１６によって供給することができる。図１、図２〜図５に示すイオン源とは異なり、イオン源６０２は、プラズマ２０を発生するためのＲＦプラズマ源６１４を具えている。
本実施形態では、固体源６２２を、イオン源チャンバ壁６１２ａ上、及び／または誘電体窓６１６上に設けることができる。本実施形態では、固体源６２２は、供給原料及び希釈剤の一方または両方を収容することができる。それと同時に、供給原料及び希釈剤の他方は、原料源５１２からイオン源チャンバ１０２内に供給することができる。
本明細書では、基板を処理する改良された技術のいくつかの実施形態を開示している。本発明の実施形態は、１つ以上の希釈剤ガスを導入してビームライン・イオン注入システム内のイオン源の性能及び寿命を改善することに指向しているが、他の実現も同様に提供することができることは明らかである。実際に、本明細書に開示するものに加えて、本発明に対する変更の他の種々の実施形態は、以上の説明及び添付した図面より、通常の当業者にとって明らかである。従って、こうした他の実施形態及び変形は、本発明の範囲内に入ることを意図している。さらに、本明細書では、本発明を、特定目的での特定環境における特定の実現に関連して説明しているが、その有用性は、これらの実現に限定されず、本発明は、任意数の目的で任意数の環境において有益に実現することができることは、通常の当業者の認める所である。
Claims (15)
- 基板を処理するイオン注入システムにおいて、
イオン源チャンバを具えたイオン源であって、このイオン源チャンバは、イオン発生領域を規定するイオン源チャンバ壁、及び抽出開口を含み、この抽出開口を通して、イオン発生領域内で発生したイオンが抽出されるイオン源と；
前記イオン源の下流の、前記抽出開口の付近に配置された抽出システムと；
第１原料を収容する第１源、第２原料を収容する第２源、及び第１導管と第２導管を具えた原料源とを具え、
前記第１導管は、前記第１源及び前記イオン源チャンバと連通して、前記第１源からの前記第１原料を前記イオン源チャンバに供給し、前記第２導管は、前記第２源、及び前記イオン源チャンバの外側にある第１領域と連通して、前記第２源からの前記第２原料を前記第１領域に供給することを特徴とするイオン注入システム。 - 前記第１領域が、前記イオン源の下流の、前記イオン源と前記基板との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
- 前記第１領域が、前記抽出開口に近接していることを特徴とする請求項２に記載のイオン注入システム。
- 前記抽出システムが、抑制電極、及びこの抑制電極の下流に配置された接地電極を具えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
- 前記第１領域が、前記抽出開口と前記抑制電極との間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のイオン注入システム。
- 前記第１領域が、前記接地電極と前記抑制電極との間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のイオン注入システム。
- 前記第１領域が、前記抑制電極の下流に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のイオン注入システム。
- 前記第１原料が、Ｂ含有原料であり、前記第２原料が、Ｐ含有原料及びＡｓ含有原料の一方であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
- 前記第１原料が、ＢＦ3及びＢ2Ｆ4の一方であり、前記第２原料が、ＰＦ3及びＰＨ3の一方であることを特徴とする請求項８に記載のイオン注入システム。
- 前記第１原料が、Ｐ含有原料及びＡｓ含有原料の一方であり、前記第２原料が、Ｂ含有原料であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
- 前記第１原料が、ＰＦ3及びＰＨ3の一方であり、前記第２原料が、ＢＦ3及びＢ2Ｆ4の一方であることを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入システム。
- 基板を処理する方法において、
供給原料を、イオン源チャンバ内でイオン化して、前記供給原料のイオンを発生するステップと；
前記供給原料のイオンを、前記イオン源チャンバから、当該イオン源チャンバの抽出開口を通して抽出するステップと；
希釈剤を、前記イオン源チャンバの外側の、前記抽出開口の付近に供給するステップと；
前記供給原料のイオンを前記基板に注入するステップと
を含むことを特徴とする基板処理方法。 - 前記供給原料のイオンを注入するステップが、前記希釈剤のイオンを注入せずに、前記供給原料のイオンを注入することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記供給原料及び前記希釈剤を、Ｂ含有原料、Ｐ含有原料、及びＡｓ含有原料から成るグループから選定することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記供給原料が、ＢＦ3及びＢ2Ｆ4の一方であり、前記希釈剤が、ＰＨ3及びＡｓＨ3の一方であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
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