JP2859479B2 - ボロンイオンを生成するためのイオン源 - Google Patents
ボロンイオンを生成するためのイオン源Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/04—Ion sources; Ion guns using reflex discharge, e.g. Penning ion sources
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
- H01J2237/317—Processing objects on a microscale
- H01J2237/31701—Ion implantation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はボロンイオンを生成す
るためのイオン源に関する。
るためのイオン源に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオン源は、イオン加速装置において用
いられるもので、所望の物質（原子）をイオン化するも
のである。該イオンはイオン加速装置において電場等を
用いて加速される。工業用のイオン加速装置の一つに半
導体製造用イオン加速装置があり、この装置においては
シリコンウエハ上のＰＮ接合形成のために、ホウ素（ボ
ロンＢ）やリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）或いはアンチモニ
（Ｓｂ）等の各種のイオンがイオン源により生成される
ように構成されている。これらのうち、Ｐ接合の形成に
使用できるのはボロンのみであるが、ボロンの融点は２
３００度Ｃと非常に高いために蒸気発生が困難であり、
そのため主としてＢＦ3や希にＢＣｌ3がイオン源に供給
される物質として使用されている。
いられるもので、所望の物質（原子）をイオン化するも
のである。該イオンはイオン加速装置において電場等を
用いて加速される。工業用のイオン加速装置の一つに半
導体製造用イオン加速装置があり、この装置においては
シリコンウエハ上のＰＮ接合形成のために、ホウ素（ボ
ロンＢ）やリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）或いはアンチモニ
（Ｓｂ）等の各種のイオンがイオン源により生成される
ように構成されている。これらのうち、Ｐ接合の形成に
使用できるのはボロンのみであるが、ボロンの融点は２
３００度Ｃと非常に高いために蒸気発生が困難であり、
そのため主としてＢＦ3や希にＢＣｌ3がイオン源に供給
される物質として使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにイ
オン源に分子状の物質が供給されると、目的とするＢ+
以外にもＦ+、ＢＦ+、ＢＦ+ 2等のイオン種が形成され、
目的とするイオンの生成効率が悪くなる欠点があった。
この欠点を除くためにはＢＦ3等の分子の解離効率を高
める方法が考えられるが、この場合にはプラズマ温度を
高める必要があり、そのためにフィラメント電源やアノ
ード電源及び冷却システムに大型のものが必要となり、
装置が大型化し高価になる問題があった。また放電など
が頻繁に起こるようになり、イオン源動作が不安定にな
る欠点があった。本発明はこれらの欠点を解決すること
を目的とする。
オン源に分子状の物質が供給されると、目的とするＢ+
以外にもＦ+、ＢＦ+、ＢＦ+ 2等のイオン種が形成され、
目的とするイオンの生成効率が悪くなる欠点があった。
この欠点を除くためにはＢＦ3等の分子の解離効率を高
める方法が考えられるが、この場合にはプラズマ温度を
高める必要があり、そのためにフィラメント電源やアノ
ード電源及び冷却システムに大型のものが必要となり、
装置が大型化し高価になる問題があった。また放電など
が頻繁に起こるようになり、イオン源動作が不安定にな
る欠点があった。本発明はこれらの欠点を解決すること
を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のボロンイオンを生成するためのイオン源は、
ボロンを含むイオン化ガスを収納するチャンバと、該チ
ャンバ内に熱電子を放出するフィラメントと、アノード
と、前記熱電子を加速し、イオン化ガスと衝突させてプ
ラズマを発生させる手段と、前記チャンバ内の適宜位置
に収納され、前記フィラメントを加熱することにより、
ボロンの蒸発を生じさせるに十分な高融点と仕事関数を
有するボロン化合物とを備えたことを特徴とする。
に本発明のボロンイオンを生成するためのイオン源は、
ボロンを含むイオン化ガスを収納するチャンバと、該チ
ャンバ内に熱電子を放出するフィラメントと、アノード
と、前記熱電子を加速し、イオン化ガスと衝突させてプ
ラズマを発生させる手段と、前記チャンバ内の適宜位置
に収納され、前記フィラメントを加熱することにより、
ボロンの蒸発を生じさせるに十分な高融点と仕事関数を
有するボロン化合物とを備えたことを特徴とする。
【０００５】
【作用】チャンバ内にボロン化合物を設けることによ
り、ボロンイオンを増大できる。
り、ボロンイオンを増大できる。
【０００６】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は半導体製造用イオン注入装置に用いられてい
る熱陰極型イオン源の一種である熱陰極ＰＩＧイオン源
に本発明を適用した例を示すものである。
る。図１は半導体製造用イオン注入装置に用いられてい
る熱陰極型イオン源の一種である熱陰極ＰＩＧイオン源
に本発明を適用した例を示すものである。
【０００７】フィラメント１はフィラメント電源１０に
より通電されることにより加熱され、熱電子を放出する
ように構成されている。円筒状のアノード２はアノード
電源３により通常フィラメント１に対して５０ー１５０
Ｖの正電位に保たれている。
より通電されることにより加熱され、熱電子を放出する
ように構成されている。円筒状のアノード２はアノード
電源３により通常フィラメント１に対して５０ー１５０
Ｖの正電位に保たれている。
【０００８】フィラメント１はベース５にフィラメント
インシュレータ１１を介して支持されており、またアノ
ード２は上下に配設された円筒状のアノードインシュレ
ータ１２により支持されている。アノードインシュレー
タ１２の下端は前記ベース５に支持され、またアノード
インシュレータ１２の上端にはイオン引出し電極４が装
着されている。このアノードインシュレータ１２により
アークチェンバ６が形成されるようになっている。該ア
ークチェンバ６にはイオン化物質導入孔７からイオン化
される対象物が導入されるようになっており、この実施
例ではＢＦ3ガスがアークチェンバ６に導入されるよう
になっている。
インシュレータ１１を介して支持されており、またアノ
ード２は上下に配設された円筒状のアノードインシュレ
ータ１２により支持されている。アノードインシュレー
タ１２の下端は前記ベース５に支持され、またアノード
インシュレータ１２の上端にはイオン引出し電極４が装
着されている。このアノードインシュレータ１２により
アークチェンバ６が形成されるようになっている。該ア
ークチェンバ６にはイオン化物質導入孔７からイオン化
される対象物が導入されるようになっており、この実施
例ではＢＦ3ガスがアークチェンバ６に導入されるよう
になっている。
【０００９】フィラメント１から放出された電子はソレ
ノイドコイル１４等によりイオン化物質導入孔７の軸線
方向に掛けられた外部磁界１３によりサイクロトン運動
を行いながらベース５とイオン引出し電極４の間を往復
しつつ、最終的にアノード２に達する。この間放出され
た電子はイオン化物質導入孔７から導入されたＢＦ3ガ
スと衝突してこれをイオン化し、プラズマがアークチェ
ンバ６内に形成される。そして、目的とするイオンを含
む正イオンがイオン引出孔８からビームの形で引き出さ
れるように構成されている。引き出されたビームは以
後、加速され質量分離され、所定の標的まで輸送され
る。
ノイドコイル１４等によりイオン化物質導入孔７の軸線
方向に掛けられた外部磁界１３によりサイクロトン運動
を行いながらベース５とイオン引出し電極４の間を往復
しつつ、最終的にアノード２に達する。この間放出され
た電子はイオン化物質導入孔７から導入されたＢＦ3ガ
スと衝突してこれをイオン化し、プラズマがアークチェ
ンバ６内に形成される。そして、目的とするイオンを含
む正イオンがイオン引出孔８からビームの形で引き出さ
れるように構成されている。引き出されたビームは以
後、加速され質量分離され、所定の標的まで輸送され
る。
【００１０】以上の構成において、図１の実施例ではフ
ィラメントインシュレータ１１、１１のアークチェンバ
６内に突出する端部にポケットを設けて、そこにイオン
化対象物質である円筒状のＬａＢ６材２１、２１を嵌挿
している。この円筒状のＬａＢ６材２１内をフィラメン
ト１が挿通し、該フィラメント１とＬａＢ６材２１は接
触するように構成されている。また、ＬａＢ６材２１の
頭頂部はアークチェンバ６内に若干突出するように構成
されている。このような構成においてフィラメント１を
２０００度Ｃ以上の高温にすれば、フィラメント１と電
気的及び熱的に接触しているＬａＢ６材２１は、それ自
身が加熱されて熱電子を放出し、フィラメントとして機
能する。この時同時にＬａＢ６材２１の構成材料、即ち
ＬａとＢが蒸発してアークチェンバ６内に取り込まれ
る。その結果ボロンイオン生成効率が飛躍的に高まる。
なお、この実施例ではボロン化合物としてＬａＢ６材２
１を用いているが、これは一例に過ぎず、ＢａＢ６、Ｃ
ａＢ６、ＣｅＢ６、ＳｒＢ６、ＴｈＢ６等のボロン化合
物の１又は２以上を使用することが出来る。またＬａＢ
６のようなボロン化合物は熱陰極に近接させて設け、ボ
ロン化合物を適宜に加熱させるようにすることが望まし
い。なお、ボロン化合物としてはＬａＢ６が最も好まし
い。なぜならば、２０００度Ｃ程度でもＬａＢ６は熱放
射により電子を多量に放出し、またボロン原子を蒸発に
より多量に供出するからである。ＬａＢ６の融点は２２
１０度Ｃであり、その仕事関数はタングステンの４．５
４ｅＶに対して約２．７ｅＶである。
ィラメントインシュレータ１１、１１のアークチェンバ
６内に突出する端部にポケットを設けて、そこにイオン
化対象物質である円筒状のＬａＢ６材２１、２１を嵌挿
している。この円筒状のＬａＢ６材２１内をフィラメン
ト１が挿通し、該フィラメント１とＬａＢ６材２１は接
触するように構成されている。また、ＬａＢ６材２１の
頭頂部はアークチェンバ６内に若干突出するように構成
されている。このような構成においてフィラメント１を
２０００度Ｃ以上の高温にすれば、フィラメント１と電
気的及び熱的に接触しているＬａＢ６材２１は、それ自
身が加熱されて熱電子を放出し、フィラメントとして機
能する。この時同時にＬａＢ６材２１の構成材料、即ち
ＬａとＢが蒸発してアークチェンバ６内に取り込まれ
る。その結果ボロンイオン生成効率が飛躍的に高まる。
なお、この実施例ではボロン化合物としてＬａＢ６材２
１を用いているが、これは一例に過ぎず、ＢａＢ６、Ｃ
ａＢ６、ＣｅＢ６、ＳｒＢ６、ＴｈＢ６等のボロン化合
物の１又は２以上を使用することが出来る。またＬａＢ
６のようなボロン化合物は熱陰極に近接させて設け、ボ
ロン化合物を適宜に加熱させるようにすることが望まし
い。なお、ボロン化合物としてはＬａＢ６が最も好まし
い。なぜならば、２０００度Ｃ程度でもＬａＢ６は熱放
射により電子を多量に放出し、またボロン原子を蒸発に
より多量に供出するからである。ＬａＢ６の融点は２２
１０度Ｃであり、その仕事関数はタングステンの４．５
４ｅＶに対して約２．７ｅＶである。
【００１１】図３と図４にＬａＢ６材２１を設置した場
合と、しない場合の質量スペクトルを示す。図３におい
ては、イオン化物質導入孔７からＢＦ３を導入してＬａ
Ｂ６材２１を設けないで、ボロンを得ようとした時のも
ので、ここではＢＦ３ガスとして１１Ｂエンリッチのも
のが使用されているため１０Ｂと１１Ｂの同位体比が約
１０％：９０％になっている（自然存在比は約２０％：
８０％）。またここで引き出されたイオンはマグネシウ
ム蒸気を通過しているので負イオンになった成分を分折
してる。更にイオン源内部でＢＦ＋やＢＦ＋ ２イオン等
も生成されるので、これらの分子イオンがマグネシウム
蒸気を通過した時に解離して出来るＦ−の顕著なピーク
が２つあらわれている。得られた−Ｂ１１のビーム電流
はイオン源引き出し電圧４０ｋＶ、引き出し電流約２５
ｍＡの場合に約２００μＡである。
合と、しない場合の質量スペクトルを示す。図３におい
ては、イオン化物質導入孔７からＢＦ３を導入してＬａ
Ｂ６材２１を設けないで、ボロンを得ようとした時のも
ので、ここではＢＦ３ガスとして１１Ｂエンリッチのも
のが使用されているため１０Ｂと１１Ｂの同位体比が約
１０％：９０％になっている（自然存在比は約２０％：
８０％）。またここで引き出されたイオンはマグネシウ
ム蒸気を通過しているので負イオンになった成分を分折
してる。更にイオン源内部でＢＦ＋やＢＦ＋ ２イオン等
も生成されるので、これらの分子イオンがマグネシウム
蒸気を通過した時に解離して出来るＦ−の顕著なピーク
が２つあらわれている。得られた−Ｂ１１のビーム電流
はイオン源引き出し電圧４０ｋＶ、引き出し電流約２５
ｍＡの場合に約２００μＡである。
【００１２】一方図４はＬａＢ6材２１を設置して図３
の場合とほぼ同一条件でイオン源を動作させた場合の質
量スペクトルを示している。この場合10Ｂと11Ｂの同位
体比は約１５％：８５％であり、アークチェンバ６内に
設置されたＬａＢ6材２１からボロン（10Ｂ及び11Ｂ）
がプラズマ中に取り込まれていることが分かる。なぜな
らば、ＬａＢ6に含まれるボロンは自然の同位体存在比
を持っているからである。また分子イオンＢＦ+、ＢＦ+
2が解離して生じる-Ｆの量が顕著に減少しており、アー
クチェンバ６内において放出電子量の増加により電子衝
突頻度が増大し、プラズマ内での分子イオンが減少して
いることも明かです。このような効果により、得られた
11Ｂ-のビーム電流は３００μＡ以上となっており、約
５０％以上のビーム電流増加効果が確認された。
の場合とほぼ同一条件でイオン源を動作させた場合の質
量スペクトルを示している。この場合10Ｂと11Ｂの同位
体比は約１５％：８５％であり、アークチェンバ６内に
設置されたＬａＢ6材２１からボロン（10Ｂ及び11Ｂ）
がプラズマ中に取り込まれていることが分かる。なぜな
らば、ＬａＢ6に含まれるボロンは自然の同位体存在比
を持っているからである。また分子イオンＢＦ+、ＢＦ+
2が解離して生じる-Ｆの量が顕著に減少しており、アー
クチェンバ６内において放出電子量の増加により電子衝
突頻度が増大し、プラズマ内での分子イオンが減少して
いることも明かです。このような効果により、得られた
11Ｂ-のビーム電流は３００μＡ以上となっており、約
５０％以上のビーム電流増加効果が確認された。
【００１３】なお、図１に示す実施例ではＬａＢ6材２
１をフィラメント１の周囲にフィラメント１と接触させ
て設けたが、これに限定されるものではなくアークチェ
ンバ６内の適宜の位置に設けることも可能である。図２
の実施例では、ＬａＢ6材２１に加えて更に円筒状のア
ノード２の内周に円筒状のＬａＢ6材２２を設け、プラ
ズマ中への物質の供給を促進し、ビーム増大効果を更に
高めている。
１をフィラメント１の周囲にフィラメント１と接触させ
て設けたが、これに限定されるものではなくアークチェ
ンバ６内の適宜の位置に設けることも可能である。図２
の実施例では、ＬａＢ6材２１に加えて更に円筒状のア
ノード２の内周に円筒状のＬａＢ6材２２を設け、プラ
ズマ中への物質の供給を促進し、ビーム増大効果を更に
高めている。
【００１４】
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明のボロンイオ
ンを生成するためのイオン源は、ボロンを含むイオン化
ガスを収納するチャンバと、該チャンバ内に熱電子を放
出するフィラメントと、アノードと、前記熱電子を加速
し、イオン化ガスと衝突させてプラズマを発生させる手
段と、前記チャンバ内の適宜位置に収納され、前記フィ
ラメントを加熱することにより、ボロンの蒸発を生じさ
せるための高融点で低仕事関数のボロン化合物とを備え
ているため、ボロンイオン生成効率を増大でき、しかも
装置の大型化や付加的な電源などを用いる必要がない。
ンを生成するためのイオン源は、ボロンを含むイオン化
ガスを収納するチャンバと、該チャンバ内に熱電子を放
出するフィラメントと、アノードと、前記熱電子を加速
し、イオン化ガスと衝突させてプラズマを発生させる手
段と、前記チャンバ内の適宜位置に収納され、前記フィ
ラメントを加熱することにより、ボロンの蒸発を生じさ
せるための高融点で低仕事関数のボロン化合物とを備え
ているため、ボロンイオン生成効率を増大でき、しかも
装置の大型化や付加的な電源などを用いる必要がない。
【図１】本発明の一実施例を示す概略断面図。
【図２】本発明の他の実施例を示す概略断面図。
【図３】従来装置を使用した場合の質量スペクトルを示
すグラフ。
すグラフ。
【図４】本発明の一実施例を使用した場合の質量スペク
トルを示すグラフ。
トルを示すグラフ。
１：フィラメント、２：アノード、３：アノード電源、
４：イオン引出し電極、５：ベース、６：アークチェン
バ、７：イオン化物質導入孔、８：イオン引出孔、９：
引出電源、１０：フィラメント電源、１１：フィラメン
トインシュレータ、１２：アノードインシュレータ、１
３：外部磁界、１４：ソレノイドコイル、２１：ＬａＢ
6材、２２：ＬａＢ6材。
４：イオン引出し電極、５：ベース、６：アークチェン
バ、７：イオン化物質導入孔、８：イオン引出孔、９：
引出電源、１０：フィラメント電源、１１：フィラメン
トインシュレータ、１２：アノードインシュレータ、１
３：外部磁界、１４：ソレノイドコイル、２１：ＬａＢ
6材、２２：ＬａＢ6材。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−129200（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−107539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−30250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−19942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−149643（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−143125（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−102154（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−29149（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08
Claims (7)
- 【請求項１】 ボロンを含むイオン化ガスを収納するチ
ャンバと、 該チャンバ内に熱電子を放出するフィラメントと、 アノードと、 前記熱電子を加速し、イオン化ガスと衝突させてプラズ
マを発生させる手段と、 前記チャンバ内の適宜位置に収納され、前記フィラメン
トを加熱することにより、ボロンの蒸発を生じさせるに
十分な高融点と仕事関数を有するボロン化合物と、 を備えたことを特徴とするボロンイオンを生成するため
のイオン源。 - 【請求項２】 前記ボロン化合物が前記フィラメントに
接触している、 請 求項１のボロンイオンを生成するためのイオン源。 - 【請求項３】 前記ボロン化合物がアノードに装着さ
れ、該アノードがボロン化合物加熱のために前記フィラ
メントに近接している、 請 求項１のボロンイオンを生成するためのイオン源。 - 【請求項４】 前記ボロン化合物が下記グループの中の
少なくとも１つである、 請 求項１のボロンイオンを生成するためのイオン源。Ｌ
ａＢ6、ＢａＢ6、ＣａＢ6、ＣｅＢ6、ＳｒＢ6、ＴｈＢ6 - 【請求項５】 前記ボロン化合物がＬａＢ6である、 請求項４のボロンイオンを生成するためのイオン源。
- 【請求項６】 ボロンを含有するイオン化ガスを収納す
るチャンバと、 フィラメントと、 該フィラメントに電流を流し、フィラメントを十分に熱
して熱電子を放出させる手段と、 アノードと、 前記フィラメントとアノード間に電場を掛け、これによ
りフィラメントからの電子をアノードに向けて加速する
手段と、 前記フィラメントとアノード間の範囲に磁場を掛け、こ
れにより前記アノードに向かう電子の走行路を長くし、
該電子による前記ガスのイオン化を行わせて前記チャン
バ内にプラズマを発生させる手段と、 ボロンを含有する正イオンを前記チャンバから引き抜く
手段と、を有し； 前記チャンバの所定位置に、ボロン化合物を含み且つ加
熱によりボロンの蒸発をさせるのに十分な高融点で低仕
事関数の物質を装着し、これによりイオン量、特にボロ
ンイオン量を増大させる、 ことを特徴とするボロンイオンを生成するためのイオン
源。 - 【請求項７】 フィラメントと、イオン引き出し電極
と、アークチャンバを形成するアノード及びベースとを
有し、前記ベースがフィラメントが挿通するフィラメン
トインシュレータを備えたボロンイオンを生成するため
のイオン源において、 前記フィラメントにＬａＢ6を熱的及び電気的に接触さ
せて設け、 該ＬａＢ6からボロンを気化させ、前記アークチャンバ
からのボロンイオンビーム流を高めるに十分な熱電子を
該ＬａＢ6から放出させるように、前記フィラメントの
稼働温度を高くする、 ことを特徴とするボロンイオンを生成するためのイオン
源。
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