JP2022514242A - 非タングステン材料を有するフッ素イオン注入システムおよび使用方法 - Google Patents
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Abstract
対象への注入のためのフッ素イオン種を発生させるために使用されるフッ素ガス源と、１種または複数の非タングステン材料（グラファイト、炭化物、フッ化物、窒化物、酸化物、セラミック）を含むアークチャンバとを含む、フッ素イオン注入のためのシステムおよび方法を記載する。システムにより、システム運転中のフッ化タングステンの形成が最小化し、これによって、供給源寿命が延長され、システム性能の改善が促進する。さらに、システムは、水素および／またはヒドリドガス源を含んでもよく、これらのガスをフッ素ガスと一緒に使用して、供給源耐用期間および／またはビーム電流を改善することができる。【選択図】図４
Description
本開示は、ハロゲンサイクルを制御し、性能を強化し、システム寿命を延長するために、非タングステン材料を利用する、フッ素イオン注入システムおよび方法に関する。
フッ素共注入は、先進半導体デバイス製造において、欠陥エンジニアリング、シャロージャンクションの形成、および材料改質のために使用される。フッ素注入のための一般的な設定は、フッ化物ドーパント源ガスをイオン源に供給して、解離副生成物の１つとしてフッ素（Ｆ）を提供することを含む。
しかしながら、従来のフッ素インプラントプロセスは、一般に、注入されるフッ素イオンのタイプとフッ素イオン注入の特異性とに関して、例えばフッ素イオン注入深さに関して制限される。さらに、フッ素含有化合物の分解時に発生されるイオン性種も、望ましくないことに、フッ素と共注入されうる。
また、フッ素含有供給ガスの使用は、イオン源性能、供給源寿命、インプラント用具の生産能力、および用具所有コストに悪影響を及ぼしうる、ハロゲンサイクルを生じる。幅広い潜在的用途を考慮すると、フッ素イオンビーム性能を改善することについて、当技術分野における様々な課題が残されている。
本発明は、イオン注入プロセスにおいて、フッ素イオン性種を基板に注入するためのシステムおよび方法に関する。システムは、アークチャンバ内に非タングステン材料を含み、その結果、他の方法ではフッ化物ガスとタングステンチャンバ材料との反応から生じる、システム運転中のフッ化タングステンの形成が最小化される。このように、望ましくないタングステンまたはフッ化タングステンコーティングを最小化できることによって、供給源寿命が延長され、システム性能の改善が促進する。さらに、システムは、水素および／またはヒドリドガス源を含んでもよく、これらのガスをフッ素ガスと一緒に使用して、供給源耐用期間および／またはビーム電流を改善することができる。
一態様では、本発明は、フッ素イオン種を基板に注入するためのシステムであって、フッ素化合物を含むガス源を含み、フッ素化合物がイオン化された場合、少なくとも１種のフッ素イオン種を発生させることができる、システムを提供する。システムはまた、１種または複数の（非タングステン）材料、グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有材料、窒化物含有材料、酸化物含有材料、またはセラミックから形成されるアークチャンバを含む。例示的な態様では、これらの非タングステン材料は、アークチャンバライナーまたはアークチャンバピース上に、非傾斜であっても、表面傾斜処理または表面コーティングされてもよい。
別の態様では、本発明はまた、１種または複数のフッ素イオン種を基板に注入するための方法であって、ここに記載するシステムを準備するステップであり、基板がプロセスチャンバに存在するステップ、および次いで、１種または複数のフッ素イオン種を基板に注入するように、システムを運転するステップを含む、方法を提供する。
フッ素イオン種は、Ｆ２などのもの、およびフッ素との結合を形成することができる１つまたは複数の元素を有する様々な他の化合物を含めた、１種または複数のフッ素含有化合物から発生させることができる。
本発明のシステムおよび方法はまた、以下の特性：水素もしくはヒドリド含有ガス源、酸素含有ガス源、および／または不活性ガス源のうちの１種または複数を含むことができる。一部の実施形態では、フッ素含有ガスは、水素含有ガス、酸素含有ガス、および／または不活性ガスのうちの１種または複数と、個別に共流動する。一部の実施形態では、フッ素含有ガス、水素含有ガス、酸素含有ガス、および／または不活性ガスのうちの２種以上が、ガスシリンダーパッケージ中で予備混合状態にある。一部の実施形態では、フッ素含有ガス、水素含有ガス、酸素含有ガス、および／または不活性ガスのうちの２種以上が、一緒に共流動される。フッ素化合物とは異なるこれらのガスのうちの１種または複数の使用によって、インプラントビーム電流、供給源寿命の性能、または両方を改善することができる。
本開示は、フッ素イオン注入に、ならびに様々な態様において、複数のフッ素イオン性種を発生させるフッ素化合物が使用される方法およびシステムに関し、システムは、所定のフッ素化合物の流速、所定のアーク電力、および所定の供給源磁場を提供するために運転される。この運転条件では、所望のフッ素イオン種に最適化され、ひいては、基板への注入を対象とすることができる、ビーム電流が提供される。
本開示の方法は、イオン注入のためのイオン源装置を使用して実行することができる。ここに記載するフッ素注入方法のために、任意のタイプのイオン注入システムを使用することができる。グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有材料、窒化物含有材料、酸化物含有材料、またはセラミックを含む１種または複数の材料から形成される、アークチャンバを含むシステム。これらの材料がチャンバに存在すると、タングステンに置き換わることができ、ビーム電流および供給源寿命を含めたＦ＋インプラント性能を改善することができる。特に、これらの材料によって、注入プロセス中に形成されるフッ化タングステンの量を低減することができる。
これらの非タングステン材料（グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有、窒化物含有、酸化物含有材料、またはセラミック）のうちの１種または複数が、アークチャンバライナーまたはアークチャンバピースのうちの１つまたは複数の、すべてまたは一部に存在してもよい。
非タングステン材料の１種または複数を、アークチャンバの構造材料に組み込むことができる。例えば、アークチャンバ材料は、グラファイト含有、炭化物含有、フッ化物含有、窒化物含有、もしくは酸化物含有材料による、またはセラミックによる、「表面傾斜処理」（例えば「吹き込み」）をすることができる。いくつかの実施の形態では、表面傾斜処理は、所望の非タングステン材料（グラファイト、炭化物等）を、金属表面に適用し、次いで、表面を加熱して、非タングステン材料をアークチャンバの金属中に組み込むことによって達成される。非タングステン材料が、構造体の表面に高密度で存在することとなり、保護バリアを提供することができる。表面傾斜処理は、アークチャンバの表面（内側）のすべてにわたることも、一部にわたることもできる。
あるいは、アークチャンバを非傾斜とするが、他の方法で改質して、所望の非タングステン材料とアークチャンバの材料とを連結させることもできる。例えば、別の改質のモードでは、所望の非タングステン材料（グラファイト、炭化物等）を、アークチャンバの金属表面のすべてまたは一部に表面コーティングする。表面コーティングにおいて、非タングステン材料は、金属表面にコーティング層を形成するが、必ずしも金属中に組み込まれるわけではない。コーティング層は、多様な技法のうちの１つ、例えば、熱を使用して非タングステン材料をコーティングすること、圧力を使用してコーティングすることによって、またはスパッタコーティングによって、形成することができる。コーティング層は、所望の厚さ、例えば１ナノメートル～５ミリメートルのものであってよい。表面コーティングは、アークチャンバの表面（内側）のすべてにわたることも、一部にわたることもできる。
なおも別の実施形態として、システムは、イオン源チャンバに配置された非タングステン材料を含む構造部材、例えば非タングステンライナー、または他のイオン源チャンバの構造部品を含むことができる。ライナーは、２つの反対側にある主表面と、これらの間の厚さとを有する構造の、扁平な、例えば平面的なピースであってもよい。ライナーは、長方形の、曲がった（例えば円形の）、角のある、またはそれ以外の形状であってもよい。ライナーは取り外し可能であってもよく、これは、イオン源チャンバの内部空間へのライナーの挿入および取り外しができることを意味する。他の場合において、ライナーが固定的であり、チャンバから取り外し不能であってもよい。挿入可能なライナーは、ここに記載するグラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有材料、窒化物含有材料、酸化物含有材料、またはセラミックのうちのいずれか１種または複数から形成することができる。
様々なタイプの非タングステン材料を、アークチャンバを改質するために使用することができる。例えば、グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有、窒化物含有、酸化物含有材料、またはセラミックは、グラファイト（Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、ホウ化タングステン（ＷＢ、Ｗ２Ｂ、ＷＢ２、ＷＢ４）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ、Ｂ１２Ｃ３）、炭化カルシウム（ＣａＣ２）、炭化アルミニウム（Ａｌ４Ｃ３）、炭化マグネシウム（Ｍｇ２Ｃ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化ガリウム（ＧａＦ３）、フッ化インジウム（ＩｎＦ３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タングステンランタンオキシド（ＷＬａ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる群から選択される。
一部の実施形態では、グラファイト含有材料、炭化物含有材料、またはセラミックは、ＰＬＳ（１０ミクロングラファイト）、ＤＦＰ（５ミクロングラファイト）、ＤＦＰ３－２（緻密化グラファイト）、ＳＣＦ（硬質グラファイト）、ＳＣＦ－ＰＹＣ（熱分解炭素コーティングを有する硬質５ミクロングラファイト）、ＳＣＦ－ＩＦ（熱分解炭素が含浸した硬質５ミクロングラファイト）、ＺＥＥ（硬質１ミクロングラファイト）、ＺＥＥ－ＰＹＣ（熱分解炭素コーティングを有する硬質１ミクロングラファイト）、ＺＥＥ－ＩＦ（熱分解炭素が含浸した硬質１ミクロングラファイト）、ＳＵＰＥＲＳｉＣ、ＳＵＰＥＲＳｉＣ－ＧＳ（ＳｉＣ複合層を有するグラファイト）、またはこれらの材料のうちの任意の２種以上の組み合わせであってもよい。
本開示のシステムにおいて、アークチャンバは、側壁、底部、および上部を含めた内側表面によって画定される内側を含んでもよく、内側表面のすべてまたは一部は、グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有材料、窒化物含有材料、酸化物含有材料、またはセラミックを含み、前記側壁は、カソード側および反カソード側における側壁を含む。
ここで図面を参照すると、図１は、フッ素含有ガスをアークチャンバに供給するためのガス供給ライン１４を有し、チャンバ内のフッ素含有ガスをイオン化するためのアークチャンバ１２を含む、イオン注入システム１０の略図である。したがって、アークチャンバ１２は、グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有材料、窒化物含有材料、酸化物含有材料、またはセラミックを含み、注入プロセス中に形成されるフッ化タングステンの量を低減するイオン源チャンバを提供する。
図２は、図１のシステムのアークチャンバ１２における、プラズマ１６の発生を模式的に示す、図１のイオン注入システム１０の断面図である。フッ素含有ガスは、供給ラインとアークチャンバに入るガスとの熱状態の質を判定するための監視の関係で、固定された監視熱電対ＴＣ１およびＴＣ２を有するフッ素含有ガス供給ライン１４に、矢印Ａによって指示される方向に流れ込むが、これは、イオン注入システムについての熱管理システムの使用に関して望ましいこともある。
図３は、イオン源装置７０と、システムの熱管理のための任意選択のヒートシンク装置５０とを含む、イオン源アセンブリの断面における斜視図である。この断面図は、フッ素含有ガス供給ライン７２が、ガス供給プラグ内のガス流路８４、およびイオン源と連結されたガスブッシング内のガス流路８６に結合していることを示す。
図３に示すイオン源装置はベース８０を含み、ベース８０は、グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有材料、窒化物含有材料、酸化物含有材料、またはセラミックによって、コーティングまたは改質することができる。ベース８０は、開口部８２を中に含むことができる。
図４は、反応物質ガスを収容している、貯蔵および投入容器３０２を含む、イオンインプラントプロセスシステム３００の略図であり、反応物質ガスは、イオン源チャンバにおけるフッ素含有ガスとのｉｎ ｓｉｔｕ反応のために補給され、図示されるイオンインプラントチャンバ３０１において、基板３２８のイオン注入のためのフッ素イオン性種を発生させる。
貯蔵および投入容器３０２は、フッ素ガスを収容する内部容積を囲んでいる容器壁３０６を含む。
容器は、ガスのみを収容するように手配された内部容積を有する、従来タイプのガスシリンダーであってもよく、あるいは容器が、反応物質ガスについての吸着親和性を有し、投入条件下では、容器から放出するための共反応物質源ガスが脱着可能な、吸着剤材料を含有してもよい。
貯蔵および投入容器３０２は、放出ライン３１２とガス流連通においてつながったバルブヘッド３０８を含む。圧力センサ３１０は、質量流量制御装置３１４と一緒に、ライン３１２に配置される。他の監視およびセンシング部品がラインにつながり、制御手段、例えば、アクチュエータ、フィードバックおよびコンピュータ制御システム、サイクルタイマー等と接続されてもよい。
イオンインプラントチャンバ３０１はイオン化装置３１６を含有し、イオン化装置３１６は、イオン化装置チャンバにおいて、またはイオン化装置チャンバと共同して提供されるドーパント源反応物質に反応性である、ライン３１２から放出されたフッ素含有ガスを受け取り、フッ素イオン性種を発生させ、フッ素イオン性種は、イオン化装置チャンバにおいて、イオン化条件下でイオンビーム３０５を生成する。イオンビーム３０５は、必要なイオンを選択して不要なイオンを拒絶する、質量分析装置ユニット３２２を通過する。
選択されたイオンは、加速電極アレイ３２４を、次いで偏向電極３２６を通過する。結果として収束したイオンビームは、さらにはスピンドル３３２に取り付けられた回転式収容器３３０上に配置された、基板要素３２８に衝突し、イオン注入生成物として、ドーピングされた（ガリウムドーピング）基板を形成する。
イオンインプラントチャンバ３０１のそれぞれのセクションは、それぞれポンプ３２０、３４２、および３４６によって、ライン３１８、３４０、および３４４を通じて排気される。
本開示の方法では、イオン化してフッ素含有イオン性種にすることができる、１種または複数のフッ素化合物が使用される。フッ素イオン、特に２個以上のフッ素原子を有するフッ素イオンを注入するための例示的な方法は、整理番号ＥＮＴ０１８８／Ｐ１ （Ｅ０００２０２）を有する、本出願と同時出願された「フッ素イオン注入方法およびシステム」と題する米国特許仮出願に記載されており、その開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
フッ素化合物の１つのタイプは、式ＱｘＦｙを有する化合物によって表される。ＱｘＦｙにおいて、Ｑは、フッ素（Ｆ）との結合を形成することができる元素であり、ｘおよびｙは両方、１以上の整数である。実施形態では、ｘは１～３の範囲内の整数であり、かつｙは１～８の範囲内の整数であり、実施形態では、ｘは１または２であり、かつｙは１～６の範囲内の整数である。いくつかの式ＱｘＦｙの化合物について、ｙはｘに等しく、例えば、ｙとｘとが両方１である。いくつかの式ＱｘＦｙの化合物について、ｙはｘよりも大きい。例えば、ｙはｘの２倍であり、ｙはｘの３倍であり、ｙはｘの４倍であり、ｙはｘの５倍であり、またはｙはｘの６倍である。いくつかの式ＱｘＦｙの化合物について、ｙは１＋ｘであり、ｙは２＋ｘであり、ｙは３＋ｘであり、ｙは４＋ｘであり、またはｙは５＋ｘである。
例えばここに記載する条件を使用したイオン化の際、式ＱｘＦｙを有する化合物は、式ＱｕＦｖ
＋、Ｆ＋、およびＦ２
＋の化合物を含めたフッ素イオン性種を発生させることができる。ｕとｖとは両方整数であり、式ＱｘＦｙのｘおよびｙに関して記載することができ、式中、ｘはｕ以上の整数であり、かつｕは１以上の整数であり、ｙはｖ以上の整数であり、かつｖは１以上の整数である。したがって、式ＱｕＦｖ
＋のイオン性種について、ｕとｖとは両方、１以上の整数である。実施形態では、ｕは１～３の範囲内の整数であり、かつｖは１～８の範囲内の整数であり、実施形態では、ｕは１または２であり、かつｖは１～６の範囲内の整数である。いくつかの式ＱｕＦｖ
＋のイオン性種について、ｕはｖに等しく、例えば、ｕとｖとが両方１である。いくつかの式ＱｕＦｖ
＋のイオン性種について、ｖはｕよりも大きい。例えば、ｖはｕの２倍であり、ｖはｕの３倍であり、ｖはｕの４倍であり、ｖはｕの５倍であり、またはｖはｕの６倍である。いくつかの式ＱｕＦｖ
＋のイオン性種について、ｖは１＋ｕ、ｖは２＋ｕ、ｖは３＋ｕ、ｖは４＋ｕ、またはｖは５＋ｕである。
ケイ素とフッ素とを含有する化合物の例としては、式ＳｉＦ４およびＳｉ２Ｆ６を有するものが挙げられ、これらはイオン化されて、Ｆ＋、Ｆ２
＋、ＳｉＦ＋、ＳｉＦ２
＋、ＳｉＦ３
＋、ＳｉＦ４
＋、Ｓｉ２Ｆ＋、Ｓｉ２Ｆ２
＋、Ｓｉ２Ｆ３
＋、Ｓｉ２Ｆ４
＋、Ｓｉ２Ｆ５
＋、およびＳｉ２Ｆ６
＋からなる群から選択されるイオン性種を含めた、フッ素イオン性種を発生させることができる。好ましい態様では、ＳｉＦ４はイオン化されて、Ｆ＋、ＳｉＦ＋、ＳｉＦ２
＋、ＳｉＦ３
＋、およびＳｉＦ４
＋からなる群から選択される、２つ以上の種を発生させる。
ホウ素とフッ素とを含有する化合物の例としては、式ＢＦ３およびＢ２Ｆ４の化合物が挙げられ、これらはイオン化されて、Ｆ＋、Ｆ２
＋、ＢＦ＋、ＢＦ２
＋、ＢＦ３
＋、Ｂ２Ｆ＋、Ｂ２Ｆ２
＋、Ｂ２Ｆ３
＋、およびＢ２Ｆ４
＋からなる群から選択されるイオン性種を含めた、フッ素イオン性種を発生させることができる。好ましい態様では、ＢＦ３はイオン化されて、Ｆ＋、ＢＦ＋、ＢＦ２
＋、およびＢＦ３
＋からなる群から選択される、２つ以上の種を発生させる。
ゲルマニウムとフッ素とを含有する化合物の例としては、式ＧｅＦ４およびＧｅ２Ｆ６の化合物が挙げられ、これらはイオン化されて、Ｆ＋、Ｆ２
＋、ＧｅＦ＋、ＧｅＦ２
＋、ＧｅＦ３
＋、ＧｅＦ４
＋、Ｇｅ２Ｆ＋、Ｇｅ２Ｆ２
＋、Ｇｅ２Ｆ３
＋、Ｇｅ２Ｆ４
＋、Ｇｅ２Ｆ５
＋、およびＧｅ２Ｆ６
＋からなる群から選択されるイオン性種を含めた、フッ素イオン性種を発生させることができる。好ましい態様では、ＧｅＦ４はイオン化されて、Ｆ＋、ＧｅＦ＋、ＧｅＦ２
＋、ＧｅＦ３
＋、およびＧｅＦ４
＋からなる群から選択される、２つ以上の種を発生させる。
リンとフッ素とを含有する化合物の例としては、式ＰＦ３およびＰＦ５の化合物が挙げられ、これらはイオン化されて、Ｆ＋、Ｆ２
＋、ならびにＰＦ＋、ＰＦ２
＋、ＰＦ３
＋、ＰＦ４
＋、およびＰＦ５
＋からなる群から選択されるイオン性種を含めた、フッ素イオン性種を発生させることができる。
ヒ素とフッ素とを含有する化合物の例としては、式ＡｓＦ３およびＡｓＦ５の化合物が挙げられ、これらはイオン化されて、Ｆ＋、Ｆ２
＋、ならびにＡｓＦ＋、ＡｓＦ２
＋、ＡｓＦ３
＋、ＡｓＦ４
＋、およびＡｓＦ５
＋からなる群から選択されるイオン性種を含めた、フッ素イオン性種を発生させることができる。
アンチモンとフッ素とを含有する化合物の例としては、式ＳｂＦ５の化合物が挙げられ、これはイオン化されて、Ｆ＋、Ｆ２
＋、ならびにＳｂＦ＋、ＳｂＦ２
＋、ＳｂＦ３
＋、ＳｂＦ４
＋、およびＳｂＦ５
＋からなる群から選択されるイオン性種を含めた、フッ素イオン性種を発生させることができる。
タングステンとフッ素とを含有する化合物の例としては、式がＷＦ６の化合物が挙げられ、これはイオン化されて、Ｆ＋、Ｆ２
＋、ならびにＷＦ＋、ＷＦ２
＋、ＷＦ３
＋、ＷＦ４
＋、ＷＦ５
＋、およびＷＦ６
＋からなる群から選択されるイオン性種を含めた、フッ素イオン性種を発生させることができる。
窒素とフッ素とを含有する化合物の例としては、式ＮＦ３およびＮ２Ｆ４の化合物が挙げられ、フッ素イオン性種には、Ｆ＋、Ｆ２
＋、ＮＦ＋、ＮＦ２
＋、ＮＦ３
＋、Ｎ２Ｆ＋、Ｎ２Ｆ２
＋、Ｎ２Ｆ３
＋、Ｎ２Ｆ４
＋、Ｎ２Ｆ５
＋、およびＮ２Ｆ６
＋からなる群から選択される、２つ以上の種が含まれる。
炭素とフッ素とを含有する化合物の例としては、式ＣＦ４およびＣ２Ｆ６の化合物が挙げられ、フッ素イオン性種には、Ｆ＋、Ｆ２
＋、ＣＦ＋、ＣＦ２
＋、ＣＦ３
＋、ＣＦ４
＋、Ｃ２Ｆ＋、Ｃ２Ｆ２
＋、Ｃ２Ｆ３
＋、Ｃ２Ｆ４
＋、Ｃ２Ｆ５
＋、およびＣ２Ｆ６
＋からなる群から選択される、２つ以上の種が含まれる。
フッ素イオン性種を発生させることができる他のタイプのフッ素含有化合物としては、式ＱｘＲｚＦｙの化合物［式中、ＱおよびＲは、フッ素（Ｆ）との結合を形成することができる元素であり、ｘ、ｚ、およびｙは、１以上の整数である］が挙げられる。実施形態では、Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ａｓ、Ｃ、およびＮからなる群から選択され、Ｒは、ＨおよびＯから選択される。実施形態では、ｘは１～３の範囲内の整数、好ましくは１または２であり、ｚは１～４の範囲内の整数、好ましくは１、２、または３であり、ｙは１～８、好ましくは１～６の範囲内の整数である。
例えばここに記載する条件を使用したイオン化の際、式ＱｘＲｚＦｙを有する化合物は、式ＱｕＲｗＦｖ
＋、Ｆ＋、およびＦ２
＋のものを含めたフッ素イオン性種を発生させることができる。ｕ、ｗ、およびｖのすべては整数であり、式ＱｘＲｚＦｙのｘ、ｚ、およびｙに関して記載することができ、式中、ｘはｕ以上の整数であり、かつｕは１以上の整数であり、ｙはｖ以上の整数であり、かつｖは１以上の整数であり、ｚはｗ以上の整数であり、かつｗは１以上の整数である。したがって、式ＱｕＲｗＦｖ
＋のイオン性種について、ｕ、ｗ、およびｖのすべては、１以上の整数である。好ましくは、ｕは１～３の範囲内の整数、好ましくは１または２であり、ｗは１～４の範囲内の整数、好ましくは１、２、または３であり、ｖは１～８、好ましくは１～６の範囲内の整数である。
式ＱｘＲｚＦｙを有する化合物の例としては、限定するものではないが、ＢＨＦ、ＢＨＦ２、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＨ３Ｆ、Ｓｉ２Ｈ３Ｆ３、Ｓｉ２Ｈ５Ｆ、Ｓｉ２ＨＦ５、ＧｅＨＦ３、ＧｅＨ２Ｆ２、ＧｅＨ３Ｆ、ＰＨＦ２、ＰＨ２Ｆ、ＰＨ３Ｆ２、Ｐ２ＨＦ、ＡｓＨＦ２、ＡｓＨ２Ｆ、ＡｓＨ３Ｆ２、ＣｎＨｘＦ２ｎ＋２－ｘ、ＣｎＨｘＦ２ｎ－ｘ、ＣｎＨｘＦ２ｎ－２－ｘ、ＣＯＦ２、ＮＨＦ２、ＮＨ２Ｆ、ＮＨＦ、およびＮ２Ｈ３Ｆ［式中、ｎは１～３の範囲内の整数であり、ｘは０、１、または２である］などが挙げられる。
フッ素イオン性種を発生させることができる他のタイプのフッ素含有化合物としては、式Ｆｙの化合物が挙げられ、フッ素イオン性種としては、Ｆ＋および式Ｆｖ
＋の化合物が挙げられ、式中、ｙはｖ以上の整数であり、かつｖは１以上の整数である。
本開示の方法はまた、式ＱｘＦｙ、ＱｘＲｚＦｙ、およびＦｙのうちの２種以上のフッ素化合物の混合物の使用を含んでもよい。２種以上の異なるフッ素含有化合物が使用される場合、これらは、独立に注入チャンバに流し込まれてもよく、混合物としてチャンバに流し込まれてもよい。
本開示の方法において、１種または複数のフッ素含有化合物は、注入チャンバに流し込まれて、フッ素イオン性種を発生させる。一部の実施形態では、フッ素イオン性種は、最大数のフッ素原子を有する種（「クラスターイオン」）を含んでもよく、最大数のフッ素原子を有する種が、より少ない数のフッ素原子を有する種のビーム電流よりも大きいビーム電流を有するように、流速、アーク電力、および供給源磁場が選ばれる。
フッ素イオン注入のためのシステムの運転は、アーク電力およびアーク電圧の観点で記載することができる。一部の実施の形態では、システムは、約５Ｗ～約１５００Ｗの範囲内のアーク電力を提供するように運転され、または一部の実施の形態では、アーク電力は、約９０Ｗ～約１０００Ｗの範囲内である。これらの範囲の１つにおけるアーク電力を達成するために、約３０Ｖ～約１５０Ｖの範囲内のアーク電圧において、アーク電力が発生させるようにシステムを運転することができ、またはより詳細には、約６０Ｖ～約１２５Ｖの範囲内である。
フッ素イオン注入のためのシステムの運転は、フッ素含有化合物のイオン注入チャンバへの流速の観点でも記載することができる。一部の実施形態では、フッ素含有化合物は、１０ｓｃｃｍ以下の速度においてチャンバに流し込まれ、実施形態では、フッ素含有化合物は、０．２ｓｃｃｍ～６ｓｃｃｍの範囲内の速度において流れる。
一部の特定の実施の形態では、フッ素化合物はＢＦ３であり、フッ素イオン性種は、Ｆ＋、ＢＦ＋、ＢＦ２
＋、およびＢＦ３
＋からなる群から選択される２つ以上の種を含み、アーク電力は３５０Ｗ～１５００Ｗの範囲内であって、これは３０Ｖ～１５０Ｖの範囲内のアーク電圧において発生させたものであり、流速は１．２５ｓｃｃｍ～１．７５ｓｃｃｍの範囲内である。
一部の特定の実施の形態では、フッ素化合物はＳｉＦ４であり、フッ素イオン性種は、Ｆ＋、ＳｉＦ＋、ＳｉＦ２
＋、ＳｉＦ３
＋、およびＳｉＦ４
＋からなる群から選択される２つ以上の種を含み、アーク電力は５０Ｗ～１５００Ｗの範囲内であって、これは３０Ｖ～１５０Ｖの範囲内のアーク電圧において発生させたものであり、流速は１．０ｓｃｃｍ～１．５ｓｃｃｍの範囲内である。
一部の特定の実施の形態では、フッ素化合物はＧｅＦ４であり、フッ素イオン性種は、Ｆ＋、ＧｅＦ＋、ＧｅＦ２
＋、ＧｅＦ３
＋、およびＧｅＦ４
＋からなる群から選択される２つ以上の種を含み、アーク電力は５０Ｗ～１５００Ｗの範囲内であって、これは３０Ｖ～１５０Ｖの範囲内のアーク電圧において発生させたものでありし、流速は０．２ｓｃｃｍ～０．８ｓｃｃｍの範囲内である。
任意選択で、本開示の方法は、フッ素化合物とは異なる（非フッ素化）水素またはヒドリド含有化合物を、イオン注入機に流すことを含むことができる。このような化合物の例としては、限定するものではないが、Ｈ２、Ｂ２Ｈ６、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＧｅＨ４、Ｇｅ２Ｈ６、ＰＨ３、ＡｓＨ３ ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、ＣｘＨｙ［式中、ｘおよびｙは１以上である］、ＮＨ３、およびＮ２Ｈ４などの化合物が挙げられる。例示的な実施の形態では、水素またはヒドリド含有化合物は、０．０５ｓｃｃｍ～１０ｓｃｃｍの速度において、アークチャンバに流れ込む。
任意選択で、本開示の方法は、フッ素化合物とは異なる（非フッ素化）酸素含有化合物を、イオン注入機に流すことを含むことができる。このような化合物の例としては、限定するものではないが、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｎ４Ｏ、Ｎ２Ｏ３、Ｎ２Ｏ４、Ｎ２Ｏ５、およびＮ２Ｏ６などの化合物が挙げられる。
任意選択で、本開示の方法は、不活性ガスをイオン注入機に流すことを含むことができる。不活性ガスの例としては、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンが挙げられる。
実施の形態では、水素もしくはヒドリド含有ガス、酸素含有ガス、または不活性ガスのうちの１種が、フッ素含有ガスと一緒に注入機に流れ、他の実施の形態では、これらのガスのうちの２種が流れ、なおも他の実施の形態では、３種すべてのガスが、フッ素含有化合物と一緒に、注入機に流れる。
２種以上のガスがチャンバに流れる場合、ガスは個別に流れてもよい。あるいは、ガスは混合状態で流れてもよい。例えば、フッ素含有ガス、水素含有ガス、酸素含有ガス、および／または不活性ガスのうちの任意の２種以上が、ガスシリンダーパッケージ中の予備混合物であってもよい。なおも他の実施形態では、２種以上のガスが混合状態にあり、次いで、別のガスが個別にチャンバに流れる。
フッ素含有ガス（ＧｅＦ４）を、タングステンライナーを有するイオン化チャンバと、グラファイトライナーを有するイオン化チャンバとに流し込んだ。１１０Ｖのアーク電圧および２０ｍＡの供給源ビームにおいて、システムを運転した。様々なガス（ＧｅＦ４）流速において、Ｆ＋イオンビーム電流を測定した。試験した各流速において、グラファイトライナーを有するシステムは、タングステンライナーを有するシステムと比較して、より高いＦ＋ビーム電流を提供した。結果を図５に示す。
実施例１に記載したプロセスから得られる、様々なイオン化種のビームスペクトルを決定した。結果は、グラファイトライナーを使用した場合、ＧｅＦ４ビームスペクトルから、有意に低いＷ＋およびＷＦｘ
＋ビームが観察されたことを示している。図６を参照されたい。
フッ素含有ガス（ＢＦ３）を、単独で、または水素ガス（Ｈ２）の存在と共に、イオン化チャンバに流し込んだ。ＢＦ３の流速は１．５ｓｃｃｍであり、１１０Ｖのアーク電圧および２０ｍＡの供給源ビームにおいて、システムを運転した。図７は、次第に上昇するＨ２濃度におけるＦ＋ビーム電流を示し、Ｈ２を最大５０％に上昇させた場合、電流がわずかにしか影響を受けないことを明らかにしている。しかしながら、イオン化種のＢＦ３ビームスペクトルを分析すると、Ｈ２をＢＦ３と混合した場合、Ｗ＋およびＷＦｘ＋ビームにおける有意な低減を示した。図８を参照されたい。
Claims (20)
- フッ素イオン種を基板に注入するためのシステムであって、
フッ素化合物を含むガス源であり、前記フッ素化合物がイオン化された場合に少なくとも１種のフッ素イオン種を発生させることができる、ガス源、および
グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有材料、窒化物含有材料、酸化物含有材料、またはセラミックを含む１種または複数の材料を含む、アークチャンバ
を含む、システム。 - グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有、窒化物含有、酸化物含有材料、またはセラミックを含む前記１種または複数の材料が、アークチャンバライナーまたはアークチャンバピースのうちの１つまたは複数の、すべてまたは一部に存在する、請求項１に記載のシステム。
- グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有、窒化物含有、酸化物含有材料、またはセラミックを含む前記１種または複数の材料が、アークチャンバライナーまたはアークチャンバピース上に、非傾斜であっても、表面傾斜処理または表面コーティングされてもよい、請求項１に記載のシステム。
- 前記グラファイト含有材料、前記炭化物含有材料、フッ化物含有、窒化物含有、酸化物含有材料、または前記セラミックが、グラファイト（Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、ホウ化タングステン（ＷＢ、Ｗ２Ｂ、ＷＢ２、ＷＢ４）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ、Ｂ１２Ｃ３）、炭化カルシウム（ＣａＣ２）、炭化アルミニウム（Ａｌ４Ｃ３）、炭化マグネシウム（Ｍｇ２Ｃ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化ガリウム（ＧａＦ３）、フッ化インジウム（ＩｎＦ３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タングステンランタンオキシド（ＷＬａ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
- 前記グラファイト含有材料、前記炭化物含有材料、または前記セラミックが、１０ミクロングラファイト、５ミクロングラファイト、ＤＦＰ３－緻密化グラファイト、硬質グラファイト、熱分解炭素コーティングを有する硬質５ミクロングラファイト、熱分解炭素が含浸した硬質５ミクロングラファイト、硬質１ミクロングラファイト、熱分解炭素コーティングを有する硬質１ミクロングラファイト、熱分解炭素が含浸した硬質１ミクロングラファイト、ＳｉＣ複合層を有するグラファイト、またはこれらの材料のうちの任意の２種以上の組み合わせであってもよい、請求項１に記載のシステム。
- 前記アークチャンバが、
側壁、底部、および上部を含めた内側表面によって画定される内側を含み、前記内側表面のすべてまたは一部が、前記グラファイト含有材料、前記炭化物含有材料、前記フッ化物含有材料、前記窒化物含有材料、前記酸化物含有材料、または前記セラミックを含み、
前記側壁が、カソード側および反カソード側における側壁を含み、
前記アークチャンバライナーもしくはアークチャンバピースが、グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有、窒化物含有、酸化物含有材料、またはセラミックを損ない（ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ）、非傾斜であっても、表面傾斜処理もしくは表面コーティングされてもよい、
請求項１に記載のシステム。 - （ａ）前記フッ素化合物が、式ＱｘＦｙ［式中、Ｑはフッ素（Ｆ）と結合を形成することができる元素である］を有し、かつ式ＱｕＦｖ ＋、Ｆ＋、およびＦ２ ＋の化合物を含めたフッ素イオン性種を形成することができ、ｘがｕ以上の整数であり、ｕが１以上の整数であり、ｙがｖ以上の整数であり、ｖが１以上の整数である、
（ｂ）前記フッ素化合物が、式ＱｘＲｚＦｙ［式中、ＱおよびＲは、フッ素（Ｆ）と結合を形成することができる元素である］を有し、かつ式ＱｕＲｗＦｖ ＋、Ｆ＋、およびＦ２ ＋の化合物を含めたフッ素イオン性種を形成することができ、ｘがｕ以上の整数であり、ｕが１以上の整数であり、ｙがｖ以上の整数であり、ｖが１以上の整数であり、ｚがｗ以上の整数であり、ｗが１以上の整数である、
（ｃ）前記フッ素化合物が式Ｆｙを有し、前記フッ素イオン性種が式Ｆｖ ＋の化合物を含み、ｙがｖ以上の整数であり、ｖが１以上の整数である、または
（ｄ）式ＱｘＦｙ、ＱｘＲｚＦｙ、およびＦｙの化合物のうちの任意の２種以上の混合物
請求項１に記載のシステム。 - 前記フッ素化合物が、Ｆ２、ＢＦ３、ＢＨＦ、ＢＨＦ２、Ｂ２Ｆ４、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｆ６、ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ２、ＳｉＨ３Ｆ、Ｓｉ２Ｈ３Ｆ３、Ｓｉ２Ｈ５Ｆ、Ｓｉ２ＨＦ５、ＧｅＦ４、Ｇｅ２Ｆ４、Ｇｅ２Ｆ６、ＧｅＨＦ３、ＧｅＨ２Ｆ２、ＧｅＨ３Ｆ、ＰＦ３、ＰＦ５、ＰＨＦ２、ＰＨ２Ｆ、ＰＨ３Ｆ２、Ｐ２ＨＦ、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＡｓＨＦ２、ＡｓＨ２Ｆ、ＡｓＨ３Ｆ２、ＳｂＦ３、ＳｂＦ５、ＸｅＦ２、ＸｅＦ４、ＸｅＦ６、ＷＦ６、ＭｏＦ６、ＣｎＦ２ｎ＋２、ＣｎＦ２ｎ、ＣｎＦ２ｎ－２、ＣｎＨｘＦ２ｎ＋２－ｘ、ＣｎＨｘＦ２ｎ－ｘ、ＣｎＨｘＦ２ｎ－２－ｘ、ＣＯＦ２、ＳＦ６、ＳＦ４、ＳｅＦ６、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、ＮＨＦ２、ＮＨ２Ｆ、ＮＨＦ、Ｎ２Ｈ３Ｆ、およびＨＦ［式中、ｎは１～３の範囲内の整数であり、ｘは０、１、または２である］からなる群から選択される、請求項７に記載のシステム。
- Ｈ２、Ｂ２Ｈ６、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＧｅＨ４、Ｇｅ２Ｈ６、ＰＨ３、ＡｓＨ３ ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、ＣｘＨｙ［式中、ｘおよびｙは１以上である］、ＮＨ３、およびＮ２Ｈ４からなる群から選択される、水素またはヒドリド含有ガス源をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
- Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｎ４Ｏ、Ｎ２Ｏ３、Ｎ２Ｏ４、Ｎ２Ｏ５、およびＮ２Ｏ６からなる群から選択される酸素含有ガス源をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
- 窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンからなる群から選択される不活性ガス源をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
- １種または複数のフッ素イオン種を基板に注入するための方法であって、
フッ素化合物を含むガス源を含むシステムを準備することであり、前記フッ素化合物がイオン化された場合、少なくとも１種のフッ素イオン種を発生させることができ、アークチャンバが、グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有材料、窒化物含有材料、酸化物含有材料、またはセラミックを含む１種または複数の材料を含む、システムを準備すること、および
前記１種または複数のフッ素イオン種を前記基板に注入するように、前記システムを運転すること
を含み、
基板がプロセスチャンバに存在する、
方法。 - 前記システムが、タングステンのアークチャンバライナーとアークチャンバピースとを含み、前記システムを運転することが、フッ化タングステンが発生させ、前記１種または複数の材料が、グラファイト含有材料、炭化物含有材料、フッ化物含有、窒化物含有、酸化物含有材料、またはセラミックを含み、これが、前記アークチャンバにおけるフッ化タングステンの形成を低減し、かつフッ素イオン種ビーム電流を改善し、供給源寿命を改善し、または両方である、請求項１２に記載の方法。
- 前記フッ素化合物を、前記アークチャンバに、所定の流速において流し込むこと、
所定のアーク電力および供給源磁場において、前記フッ素化合物から前記フッ素イオン性種を発生させることであって、前記フッ素イオン性種が、基板注入のための所望のフッ素イオン性種を含む、前記フッ素イオン性種を発生させること
を含み、
前記流速、アーク電力、および供給源磁場が、前記所望のフッ素イオン性種に最適化されたビーム電流を提供するように選ばれる、
請求項１２に記載の方法。 - 前記フッ素イオン性種がＦ＋イオンを含む、請求項１２に記載の方法。
- 前記所望のフッ素イオン性種が、選択されたエネルギーによって、前記選ばれた流速、アーク電力、および供給源磁場を使用して、所望の深さにおいて前記基板に注入される、請求項１４に記載の方法。
- 前記アーク電力が５Ｗ～１５００Ｗの範囲内である、請求項１４に記載の方法。
- 前記アーク電力を、３０Ｖ～１５０Ｖの範囲内のアーク電圧において発生させる、請求項１４に記載の方法。
- 前記流速が、０．２ｓｃｃｍ～１０ｓｃｃｍの範囲内である、請求項１４に記載の方法。
- 水素またはヒドリド含有ガスを、０．０５ｓｃｃｍ～１０ｓｃｃｍの速度においてアークチャンバに流すことをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
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