JP2017120755A - ホウ素イオン注入中のイオン・ビーム電流及びパフォーマンスを向上させるためのホウ素含有ドーパント組成物、システム及びこれらの使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】好ましい態様では、ホウ素イオン注入プロセスは、濃度の特定の範囲でB2H6、11BF3及びH2を利用することを含む。B2H6は、活性水素イオン種の発生及び注入中に利用されるイオン・ソースの動作アーク電圧においてBF3のイオン化断面積よりも大きいイオン化断面積を有するように選択される。水素は、高いレベルのB2H6がFイオンを捕捉することを減少させずにBF3中へと導入されることを可能にする。活性ホウ素イオンは、従来のホウ素前駆物質材料から発生されるビーム電流と比較したときにイオン・ソースの劣化を招くことなくビーム電流レベルを維持する又は増加させることによって特徴付けられる改善されたビーム電流を生成する。
【選択図】図4
Description
イオン化テストを、11BF3単独のドーパント・ガス組成物から引き出されたイオン・ビームのイオン・ビーム・パフォーマンスを評価するために実行した(すなわち、図5においてサンプル「A」と示した)。チャンバの内部を、らせん状フィラメント及びらせん状フィラメントの軸に垂直に置かれたアノードを含むように組み立てられたイオン・ソースから構成した。基板プレートを、アノードの前に設置し、イオン化プロセス中にアノードを静止して保った。11BF3を、イオン・ソース・チャンバ中へと導入した。電圧をイオン・ソースに印加して、11BF3をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。測定したビーム電流を、図5に示す。
イオン化テストを、11BF3+Xe/H2からなるチャンバ内のドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流を評価するために実行した(すなわち、図5においてサンプル「B」と示した)。比較例1において基準テストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。11BF3を、別個のソースとしてチャンバ中へと導入し、そして希釈剤キセノン/水素を、イオン・ソース・チャンバ中へともう1つのソースから導入した。11BF3及びキセノン/水素を、チャンバ内で2.25%Xe+12.75%H2+85%11BF3のドーパント・ガス組成物を生成するために必要な量で導入した。
イオン化テストを、97.5%11BF3+2.5%B2H6の混合物からなるチャンバ内のドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流を評価するために実行した(すなわち、図5においてサンプル「C」と示した)。純粋な11BF3を、1つのソースから流し、そして5%B2H6−11BF3の混合物を、もう1つのソースから流した。97.5%11BF3+2.5%B2H6を含む組成物を形成するために、構成成分をチャンバ中へと導入した。比較例1及び比較例2においてテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。
イオン化テストを、95%11BF3+5%B2H6の混合物からなるチャンバ内のドーパント・ガス組成物から得られるイオン・ビーム電流を評価するために実行した(すなわち、図5においてサンプル「D」と示した)。他の比較例においてテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。ドーパント・ガス組成物を、事前に混合し、シングル・ソースからチャンバ中へと導入した。
イオン化テストを、11BF3だけのドーパント・ガス組成物から引き出されたイオン・ビームのイオン・ビーム・パフォーマンスを評価するために実行した(すなわち、図6においてサンプル「A」と示した)。チャンバの内部を、らせん状フィラメント及びらせん状フィラメントの軸に垂直に置かれたアノードを含むように組み立てられたイオン・ソースから構成した。基板プレートを、アノードの前に設置して、イオン化プロセス中にアノードを静止したままに保った。11BF3を、イオン・ソース・チャンバ中へと導入した。電圧をイオン・ソースに100Vで印加して、11BF3をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。測定したビーム電流を、「A」として図6に示し、基準を表し、これに対してすべての他のテストを評価した。
イオン化テストを、90%11BF3及び10%H2のドーパント・ガス組成物から引き出されたイオン・ビームのイオン・ビーム・パフォーマンスに対するアーク電圧の影響を評価するために実行した(すなわち、図6においてサンプル「F」と示した)。チャンバの内部を、らせん状フィラメント及びらせん状フィラメントの軸に垂直に置かれたアノードを含むように組み立てられたイオン・ソースから構成した。基板プレートを、アノードの前に設置して、イオン化プロセス中にアノードを静止したままに保った。90%11BF3及び10%H2を、イオン・ソース・チャンバ中へと導入した。電圧をイオン・ソースに100Vで印加して、11BF3をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。測定されたビーム電流を、図6に示す。ソース寿命は、図6のサンプル「A」のソース寿命に匹敵した。90%11BF3及び10%H2は、図6に示したように、最小のビーム電流を示した。ビーム電流は、11BF3(「A」)よりもほぼ20%小さく、本発明(組成物「C」、組成物「D」及び組成物「E」)によって生じたビーム電流よりも20%以上小さかった。結果は、組成物「C」、組成物「D」及び組成物「E」中のジボランの前述の量がイオン・パフォーマンスについて持ち得る肯定的な影響を明らかに意味する。
イオン化テストを、11BF3だけのドーパント・ガス組成物から引き出されたイオン・ビームのイオン・ビーム・パフォーマンスへのアーク電圧の影響を評価するために実行した(すなわち、図6においてサンプル「B」と示した)。チャンバの内部を、らせん状フィラメント及びらせん状フィラメントの軸に垂直に置かれたアノードを含むように組み立てられたイオン・ソースから構成した。基板プレートを、アノードの前に設置して、イオン化プロセス中にアノードを静止したままに保った。11BF3を、イオン・ソース・チャンバ中へと導入した。電圧をイオン・ソースに90Vで印加して、11BF3をイオン化させ、ホウ素イオンを生成した。測定されたビーム電流を、「A」に対して規格化して図6に示す。ビーム電流は、従来のホウ素含有ドーパント・ガスで予想されるように、11BF3(「A」)よりも小さかった。
イオン化テストを、5%B2H6+5%H2+90%11BF3からなるチャンバ内のホウ素含有ドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流を評価するために実行した(すなわち、図5においてサンプル「E」と示した)。比較例1〜比較例6のテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。組成物を、シングル配送容器中へと事前に混合し、そこからイオン・ソース・チャンバへと配送した。
イオン化テストを、3%B2H6+5%H2+92%11BF3からなるホウ素含有ドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流を評価するために実行した(すなわち、図5においてサンプル「F」と示した)。比較例1〜比較例6のテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。組成物を、シングル配送容器中へと事前に混合し、そこからイオン・ソース・チャンバへと配送した。
イオン化テストを、3%B2H6+5%H2+92%11BF3からなるチャンバ内のホウ素含有ドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流についてのアーク電圧の影響を評価するために実行した(すなわち、図6においてサンプル「C」と示した)。比較例1〜比較例6のテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。組成物を、シングル配送容器中へと事前に混合し、そこからイオン・ソース・チャンバへと配送した。
イオン化テストを、3%B2H6+5%H2+92%11BF3からなるチャンバ内のホウ素含有ドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流についてのアーク電圧の影響を評価するために実行した(すなわち、図6においてサンプル「D」と示した)。比較例1〜比較例6のテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。組成物を、シングル配送容器中へと事前に混合し、そこからイオン・ソース・チャンバへと配送した。
イオン化テストを、3%B2H6+5%H2+92%11BF3からなるチャンバ内のホウ素含有ドーパント・ガス組成物から得られたイオン・ビーム電流についてのアーク電圧の影響を評価するために実行した(すなわち、図6においてサンプル「E」と示した)。比較例1〜比較例6のテストを実行したときと同じイオン・ソース・チャンバを利用した。組成物を、シングル配送容器中へと事前に混合し、そこからイオン・ソース・チャンバへと配送した。
210 貯蔵容器
212 流量制御装置
213 貯蔵容器
214 流量制御装置
300 イオン・ソース装置
302 ホウ素含有ドーパント・ガスの流れ
303 ホウ素含有ドーパント組成物
311 アーク・チャンバ壁
312 アーク・チャンバ
314 イオン・ソース・フィラメント
315 間接加熱カソード
316 リペラ電極
317 引き出しアパーチャ
318 絶縁物
319 抑制電極
320 引き出し電極
321 イオン・ビーム
400 イオン注入システム
401 ガス・ボックス
401 イオン・ビーム引き出しシステム
405 質量分析器/フィルタ
406 加速/減速ユニット
407 ホウ素イオン・ビーム
409 ターゲット被加工物
410 エンド・ステーション
Claims (25)
- イオン・ソースを動作させる方法であって、
約0.1%〜10%の範囲にわたるレベルでのB2H6、約5%〜15%の範囲にわたるH2、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体11での三フッ化ホウ素(11BF3)を含む組成物を用意するステップであり、さらに、前記組成物が、高次ボランの実質的な欠如によって特徴付けられ、一般的な化学式BxHyによって表され、ここでxが3以上であり、yが7以上である、用意するステップと、
約0.5〜5sccmの範囲にわたる流量で前記イオン・ソース中へと前記組成物を導入するステップと、
110V以下であるアーク電圧で動作させるステップと、
11Bイオンを生成するために前記組成物をイオン化させるステップと、
ビーム電流を発生させるステップと、
前記11Bイオンを基板中へと注入するステップと
を含む方法。 - 前記ビーム電流は、11BF3がドーパント・ガスとして単独で使用されるときに、ホウ素質量同位体11で同位体を濃縮したBF3(11BF3)を用いて発生されるビーム電流よりも大きい、請求項1に記載の方法。
- 100時間以上のソース寿命にわたり前記イオン・ソースを動作させながら、グリッチ率が毎分2グリッチ以下であるように前記イオン・ソースを動作させるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記イオン・ソースへの前記アーク電圧は、11BF3がドーパント・ガスとして単独で使用されるときに、11BF3で作られるアーク電圧よりも約5〜10%小さい、請求項1に記載の方法。
- 100時間以上のソース寿命にわたり約8〜13mAであり、前記アーク電圧が80〜110Vの間に設定された状態で前記ソース寿命期間中に毎分1グリッチ未満の平均グリッチ率を有するビーム電流を発生させるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記流量が、約3〜4sccmの間である、請求項1に記載の方法。
- 前記グリッチ率が、前記ソース寿命期間中に毎分1グリッチ以下である、請求項3に記載の方法。
- 前記同位体を濃縮した三フッ化ホウ素が11BF3であり、前記11Bイオンが実質的に11BF3から誘導される、請求項1に記載の方法。
- イオン・ソースを動作させる方法であって、
0.1%〜10%の範囲にわたるレベルでのB2H6、約5%〜15%の範囲にわたるH2、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体11での三フッ化ホウ素(11BF3)を含む組成物を用意するステップと、
前記イオン・ソース中へと前記組成物を導入するステップと、
ドーパント・ガスとして単独で使用されるときに、11BF3に対して利用される対応する電力よりも小さい電力で動作させるステップと、
11Bイオンを生成するために前記組成物をイオン化させるステップと、
ドーパント・ガスとして単独で11BF3を使用するときに生成されるビーム電流と実質的に同じ又はこれよりも大きいビーム電流を発生させるステップと、
必要なドーズ量を実現するために被加工物中へと前記11Bイオンを注入するステップと
を含む方法。 - 前記イオン・ソースの寿命が、前記ドーパント・ガスとして単独で使用されるときの前記11BF3のソース寿命よりも少なくとも50%長く、前記ビーム電流が、前記ドーパント・ガスとして前記11BF3を単独で使用して生成される前記ビーム電流よりも大きい、請求項9に記載の方法。
- 前記電力が、前記ビーム電流を発生させるために前記ドーパント・ガスとして前記11BF3だけを使用するときの電力よりも低いレベルで動作され、前記ビーム電流が前記ドーパント・ガスとして11BF3を単独で使用して生成される前記ビーム電流よりも大きい、請求項9に記載の方法。
- 前記電力が、前記ビーム電流を発生させるために11BF3を単独で使用するときに使用されるアーク電流と比較して小さいアーク電流で動作させることによって設定され、前記ビーム電流が、前記ドーパント・ガスとして前記11BF3を単独で使用して生成される前記ビーム電流と実質的に同じである、請求項9に記載の方法。
- 前記被加工物が、注入された実質的に11Bイオンの所定のドーズ量を含み、さらに、前記被加工物は、前記11BF3が前記ドーパント・ガスとして単独で使用されるときに発生するW系汚染物と比較してW系汚染物の少なくとも40%少ない量を有する、請求項9に記載の方法。
- 前記ドーパント・ガスとして単独で前記11BF3を使用するときのソース寿命と比較して少なくとも50%長いソース寿命にわたり前記イオン・ソースを動作させるステップをさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 前記電力が、前記ドーパント・ガスとして単独で前記11BF3を使用するときの電力よりも5〜10%低いレベルで動作される、請求項11に記載の方法。
- 110Vよりも低いアーク電圧でホウ素注入を実行するように構成されたイオン・ソース装置であって、前記イオン・ソースが0.1%〜10%の範囲にわたるレベルでのB2H6、約5%〜15%の範囲にわたるH2、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体11での三フッ化ホウ素(11BF3)を含む組成物の約0.5〜5sccmを受けることに適応し、イオン・ソース装置がイオン・ソース寿命期間中の毎分約2グリッチ以下の平均グリッチ率によって特徴付けられ、イオン・ソース装置が、少なくとも100時間のイオン・ソース寿命によって特徴付けられる、イオン・ソース装置。
- 前記組成物を含む低大気圧配送パッケージをさらに備え、前記低大気圧配送パッケージがイオン・ソース装置と流体連通する、請求項16に記載のイオン・ソース装置。
- 前記アーク電圧が前記イオン・ソース寿命を短縮せずに低くされるにつれて、11Bイオンのより大きなビーム電流を発生させることが可能である、請求項16に記載のイオン・ソース装置。
- 注入エンド・ステーションと、
前記注入エンド・ステーション内の被加工物と、
所定の11Bドーズ量を実現するために11Bイオンの注入を受ける前記被加工物であって、前記11Bドーズが、前記ドーパント・ガスとして単独であるときに11BF3から発生されるW系汚染物と比較してW系汚染物の少なくとも50%少ない量を有する、前記被加工物と
をさらに備える、請求項18に記載のイオン・ソース装置。 - Bイオンを注入するためのイオン・ソースを動作させる方法であって、
2%〜5%の範囲にわたるレベルでのB2H6、約5%〜10%の範囲にわたるH2、及びホウ素質量同位体11で同位体を濃縮した残りの三フッ化ホウ素(11BF3)を含む組成物を用意するステップと、
80〜100Vの間のアーク電圧で前記イオン・ソースを動作させるステップと、
前記組成物の気化の欠如によって特徴付けられるイオン・ソースに直接、0.5〜5sccmの間の範囲にわたる流量で前記組成物を導入するステップと、
11Bイオンを生成するために前記組成物をイオン化させるステップと、
約8〜13mAの間のビーム電流を発生させるステップと、
200時間以上のソース寿命にわたり、前記ソース寿命期間中に毎分1グリッチ未満の平均グリッチ率を有する前記イオン・ソースを動作させるステップと
を含む方法。 - 前記B2H6が、その同位体のいずれかの自然存在量レベルを上回って同位体を濃縮される、請求項20に記載の方法。
- 前記11Bイオンが、11BF3から実質的に誘導される、請求項20に記載の方法。
- キセノン及びアルゴンから構成される群から選択される不活性ガスを用いずに前記イオン・ソースを動作させ、これによって前記ビーム電流の低下を回避するステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。
- イオン注入プロセスにおける使用のためのホウ素含有ドーパント組成物であって、
0.1%〜10%のB2H6、約5%〜15%の範囲にわたるH2、及び残りの同位体を濃縮したホウ素質量同位体11での三フッ化ホウ素(11BF3)を含むソース供給源内のホウ素含有ドーパント・ガス混合物であり、さらに、前記ソース供給源内の前記混合物が、10,000ppm以下の高次ボランによって特徴付けられる、ホウ素含有ドーパント・ガス混合物
を含む、ホウ素含有ドーパント組成物。 - キセノン又はアルゴンの実質的な又は完全な欠如によって特徴付けられる、請求項24に記載のホウ素含有ドーパント組成物。
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