JP5684860B2 - 炭素注入中のイオン源寿命を延長し、イオン源性能を向上するための組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、その一部は、イオン源の寿命を延長し、イオン源の性能を向上するための組成物に関する。利用するドーパントガスの組成は、イオン装置中の堆積物の蓄積を低減し、イオン源の性能を向上させる能力に顕著な影響を及ぼすことが見出された。
本願明細書においては、全ての濃度は体積パーセンテージとして表す。図1に関し、本発明の基本概念に従った例示的なイオン源装置100を示す。図1に描かれるイオン源装置100は、ドーパントガス混合物のためのイオン化源として働く間接加熱カソード(IHC)115を含む種々の部品を有する。本発明においては、これ以外のタイプの、例えばフリーマン型イオン源、ベルナス型イオン源及びRFプラズマイオン源を含む本技術分野で公知のイオン源を使用することができる点は理解されるべきである。図1のイオン源装置100は、半導体基材中に注入する炭素イオンを生成するために好ましく使用される。後に説明するように、本発明は、装置100の表面上への炭素系及び酸化物系堆積の量を顕著に低減することにより、従来の炭素ドーパント注入システムに比較して、イオン源の寿命を延長することを可能にする。本願明細書で使用する場合の用語「炭素系堆積物」は、元素状炭素、タングステンカーバイド、及びその他の炭素を含む堆積物を包含する。本願明細書で使用する場合の用語「酸化物系堆積物」は、例えば酸化タングステン(WOx)などの種々のイオンチャンバー部品の酸化生成物を包含する。更に、本発明は好都合なことに、装置100の表面上での元素状タングステン(W)の再成長を排除する。加えて、イオン源の総合性能が、炭素イオン注入用に生成した従来のイオンビーム源に比較して、ビームグリッチ率の低減及びビーム電流の均一化という点において改良される。
CO2から成る、炭素イオンのビームを生成するためのドーパントガスの能力を評価するためにイオン化試験を実施した。イオン化チャンバー内のWOx堆積物の蓄積により、短い運転継続時間の後にイオン化プロセスを中止せざるを得なかった。図2は、イオン源チャンバー内に配置された基材上に生成した堆積物を示しており、イオン化チャンバー内に生成した堆積物の程度を表している。基材板上の堆積物を、本技術分野で公知のX線分光分析の手法により分析した。WOx堆積物は本来的に薄片状を呈していた。過度に残渣が生成したこと及びイオン源の寿命が短かったことは、CO2プラズマの酸化的性質に起因し、この酸化的性質がイオン源チャンバー内のタングステン(W)部品の酸化を起こし、酸化タングステン(WOx)堆積物を生成した。
純粋なCOから成る、炭素イオンのビームを生成するためのドーパントガスの能力を評価するためにイオン化試験を実施した。WOx堆積物は検出されなかったが、純粋なCOをドーパントガス源として利用することは、イオン源運転時、重度の炭素(C)堆積物及びタングステンカーバイド(WC)堆積物の生成を起こすことが観察された(図3)。堆積物をX線分光分析により分析した。観察されたC及びWC堆積物がイオンビームのグリッチを引き起こし、それがイオン化プロセスの間のビーム電流の不安定化を起こしたために、イオン化プロセスを中止せざるを得なかった。C堆積物はCOのプラズマ分解の結果であり、WC堆積物はCO及びそのプラズマ分解生成物とタングステンチャンバー部品との相互作用の結果であると考えられる。C/WC堆積物の効果はWOxと同様であり、結果としてCO系ドーパントガスは、CO2系ドーパントガス混合物と同様にイオン源の寿命が短いという懸念をもった。
CO及び体積基準で10%のCF4から成るドーパントガスの、炭素イオンのビームを生成するための能力を評価するために、上記の試験を実施したのと同一のイオン源チャンバーを利用してイオン化試験を実施した。基材板の周囲の堆積物のより明色の輪状の部分によって示されるように、基材板の表面に沿って観察された堆積物の量は、純粋なCO又はCO2系ドーパントガスを利用した場合に生成した堆積物よりも実質的に少なかった。CO+10%CF4を利用することにより、酸化物堆積物、炭素堆積物、タングステンカーバイド堆積物又は酸化タングステン堆積物の何れも顕著な蓄積を起こさないことが観察された(図4)。X線分光分析による堆積物の分析により多少の炭素堆積が示されたが、イオンビームのグリッチが起こる程度ではなかった。
ベースラインを確定すること及び比較例2で得られた結果を確認することを目的として、COから成りCF4を含まない、炭素イオンのビームを生成するためのドーパントガスの能力を評価するためにイオン化試験を実施した。利用したイオン源装置は図1に示すものと同様のものであった。COドーパントガスをイオン源装置に導入した。電圧をイオン源IHCに印加してCOをイオン化した。図5に示すように、イオン化プロセスの間、抑制電極の表面に沿って多量のC及びWC堆積物が観察された。
図1のイオン源装置100においてCOを使用する時のベースラインを確定した後、CO+5%CF4であるドーパントガス混合物を用いてイオン化試験を実施した。ドーパントガス混合物のイオン化の間、図6aに示すように、抑制電極の表面に沿って比較的少量の炭素系堆積物(C及びWC)が観察された。図6bに示すように、反射電極表面に沿ってウィスカー様の構造は存在しないことから明白なように、反射電極に沿ってW再成長はほとんど観察されなかった。
CO及び体積基準にて10%CF4から成る炭素イオンのビームを生成するためのドーパントガスの能力を評価するために、図1のイオンビーム装置を利用してイオン化試験を実施した。ドーパントガス混合物のイオン化の間、図7aに示すように、抑制電極の表面に沿って比較的少量の炭素系堆積物(C及びWC)が観察された。C及びWC堆積物の量は図6aのそれに匹敵した。図7bに示すように、反射電極表面に沿って若干のWウィスカー様構造が観察された。
ドーパントガス混合物としてCO+15%CF4を利用して別のイオン化試験を行った。抑制電極表面に沿ったC及びWC堆積物の量を図8aに示す。観察されたC及びWC堆積物の量は、例5においてCO+5%CF4をイオン化した時及び例6においてCO+10%CF4をイオン化した時のそれに匹敵した。しかし、図8bに示すように、反射電極表面に沿って観察されたW再成長の量は、以前の試験に比較して顕著に多かった。
102 ドーパントガス混合物、炭素ドーパントガス混合物
112 イオン源チャンバー、アークチャンバー
115 間接加熱カソード(IHC)
116 反射電極
119 抑制電極
120 外側電極
121 イオンビーム
Claims (15)
- 一酸化炭素及び1種以上の、式CxFy(式中x≧1及びy≧1である)で表される炭素を伴うフッ素含有ガスを含むイオン源装置内ドーパントガス混合物を含み、前記混合物は追加的な酸素の不存在を特徴とし、
前記炭素を伴うフッ素含有ガスが、前記ガス混合物の体積を基準として約1〜20体積パーセント(体積%)の有効量で存在し、
前記ドーパントガス混合物が炭素イオンを放出し、炭素注入中の炭素系堆積物及び酸化物系堆積物を低減するのに十分な条件下に炭素ビームを生成する
炭素注入システム用ガス組成物。 - 前記炭素を伴うフッ素含有ガスの少なくとも1種が、前記ガス混合物の体積を基準として約3〜15体積%の有効量で存在する、請求項1に記載のガス組成物。
- 前記炭素を伴うフッ素含有ガスの少なくとも1種が、前記ガス混合物の体積を基準として約5〜10体積%の有効量で存在する、請求項1に記載のガス組成物。
- 前記1種以上の炭素を伴うフッ素含有ガスが、C2F6、CF4、C4F8、C2F4及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項1に記載のガス組成物。
- 前記1種以上の炭素を伴うフッ素含有ガスが、前記ガス混合物の体積を基準として約3〜10体積%の有効量のCF4である、請求項1に記載のガス組成物。
- 前記炭素を伴うフッ素含有ガスが、前記ガス混合物の体積を基準として約3〜10体積%の有効量のC2F6である、請求項1に記載のガス組成物。
- 前記炭素を伴うフッ素含有ガスが、前記ガス混合物の体積を基準として約5〜10体積%の有効量のC 2 F 6 である、請求項1に記載のガス組成物。
- 前記炭素を伴うフッ素含有ガスが、C 2 F 6 、CF 4 、C 4 F 8 、C 2 F 4 及びそれらの混合物からなる群より選択され、更にフッ素含有ガスが、前記ガス混合物の体積を基準として約3〜15体積%の有効量で含まれている、請求項1に記載のガス組成物。
- x=1〜6でありy=1〜10である、請求項1に記載のガス組成物。
- 一酸化炭素である第1炭素系種、及び式C x F y (式中x≧1及びy≧1である)で表される炭素を伴うフッ素含有ガスである第2炭素系種を含むイオン源装置内ドーパントガス混合物を含み、第1及び第2炭素系種がそれぞれ、前記第1炭素系種及び前記第2炭素系種の少なくとも一部をイオン化して炭素イオンを生成するのに有効な量で含まれ、前記混合物は追加的な酸素の不存在を特徴とし、
前記ドーパントガス混合物が炭素イオンを放出し、炭素注入中の炭素系堆積物及び酸化物系堆積物を低減するのに十分な条件下に炭素ビームを生成する
炭素注入用ガス組成物。 - 前記炭素を伴う第2炭素系種が、前記ガス混合物の体積を基準として約1〜20体積パーセント(体積%)の有効量で存在する、請求項10に記載のガス組成物。
- 更に水素を含む、請求項10に記載のガス組成物。
- 前記第2炭素系種が、C 2 F 6 、CF 4 、C 4 F 8 、C 2 F 4 及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項10に記載のガス組成物。
- 前記第2炭素系種が、前記ガス混合物の体積を基準として約3〜10体積%の有効量のCF 4 である、請求項10に記載のガス組成物。
- フッ素の少なくとも一部が前記第2炭素系種からイオン化する、請求項10に記載のガス組成物。
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