JP6250677B2 - シリコン含有ドーパント組成、シリコン・イオン注入中にイオン・ビーム電流及び性能を改善するために同組成を用いるシステム及び方法 - Google Patents
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Description
SiF4のみ(すなわち希釈されていないもの)のドーパント・ガス組成から導出したイオン・ビームのイオン・ビーム性能を評価するためにイオン化テストを行なった。チャンバの内部は、ヘリカル・フィラメントと、ヘリカル・フィラメントの軸に対して垂直に置かれたアノードとを含むように構築されたイオン源からなるものであった。イオン化プロセス中にアノードを静止させておくように、アノードの前に基板を位置決めした。イオン源チャンバの中にSiF4を導入した。イオン源に電圧を印加し、SiF4をイオン化して、シリコン・イオンを生成した。測定されたビーム電流を図3に示す。ビーム電流は、イオン注入に用いることができる明確なシリコン・イオン・ビームを生成する目的に対して許容できるものと見なされた。しかしながら、表1に示されるように、0.02gm/hrの顕著なフィラメント増量が観測され、且つ測定された。テストを通じて、フィラメント上に様々なW含有堆積物が蓄積して電子放出効率が低下し、原料ガスのイオン化が不十分になって、最終的にはビーム電流の損失をもたらし、テストを中断しなければならなかった。これらの結果は、Si+ドーパント源として単独でSiF4を利用することに伴う典型的な問題であると考えられた。
SiF4と、全体のガス混合物の20vol%のキセノン/水素の希釈ガス混合物との混合物からなる、シリコンベースのドーパント・ガス組成から得られたイオン・ビーム電流を評価し、併せて特定の期間にわたるイオン化の過程を通じてイオン源の性能を評価するために、イオン化テストを行なった。比較例1のベースラインのSiF4テストを行なったときと同一のイオン源チャンバを利用した。SiF4と希釈剤のキセノン/水素とを個別の供給源からイオン源チャンバの中に導入して、チャンバ内で所望のドーパント・ガス組成を生成した。イオン源に電圧を印加し、SiF4をイオン化して、シリコン・イオンを生成した。図3のケースBに示されるように、ビーム電流を、SiF4のみを利用して生成したものよりも約10%小さくするように測定して求めた。ビーム電流を、比較例1からのSiF4のビーム電流に対して正規化したものを図3に示す。表1に示すように、フィラメントの増量は0.0017gm/hrであった。堆積物によるフィラメントの増量が比較例1からのSiF4のものより少なく、ハロゲンサイクルを維持し、したがって、さらなるタングステン・チャンバ構成要素をエッチングし得る活性Fイオンが、より少ないことを示している。その結果、ハロゲンサイクルは比較例1のものに対して低減された。生じたビーム・グリッチは、比較例1のものよりも少なかった。しかしながら、キセノン/水素の希釈剤によるハロゲンサイクル及びW含有堆積物の低減は、単独でSiF4を利用したときよりもビーム電流が小さくなる(図3)という犠牲を払ったものである。これらの結果は、希釈ガスを用いる従来型のシリコン・ドーパント・ガス前駆物質を示すものであった。
SiF4と、SiH4との混合物からなる、シリコンベースのドーパント・ガス組成から得られたイオン・ビーム電流を評価し、併せて特定の期間にわたるイオン化の過程を通じてイオン源の性能を評価するために、イオン化テストを行なった。混合物の濃度は、50vol%のSiF4及び50vol%のSiH4であった。比較例1及び2のテストを行なったときと同一のイオン源チャンバを利用した。SiF4とSiH4の混合物を個別の供給源からイオン源チャンバの中に導入して、チャンバ内で所望のドーパント・ガス組成を生成した。濃度測定値を得て、目標の濃度が達成されたことを確認した。イオン源に電圧を印加し、ドーパント・ガス混合物をイオン化して、シリコン・イオンを生成した。図3のケースCに示されるように、測定されたビーム電流を、SiF4のビーム電流に対して正規化した。測定されたビーム電流は、比較例2の、SiF4と希釈剤のキセノン/水素混合物とを利用したとき生成されたものよりも大きかったが、比較例1の、SiF4のみ利用したとき生成されたビーム電流を下回るものであった。この結果は、SiH4が、イオン源に入力される実質的にすべての動作エネルギー・レベルにおいてSiF4よりも低いイオン化定数を有することを示す図4を参照することにより、少なくとも部分的には説明され得る。そのため、SiH4とSiF4の衝突に由来する活性の低いシリコン・イオンが生成されたわけである。SiH4のイオン化断面積がSiF4のものよりも小さいので、SiF4が衝突してイオン化する正味の可能性が低下することにより、シリコン・イオン・ビーム電流が全体的に低下する。表1に示されるように、0.0025gm/hrのフィラメントの減量があった。イオン・チャンバ内のSiF4及びSiH4の対応するプラスのイオン種によって起こり得るフィラメントの物理的スパッタリングの結果として、フィラメントの薄化が観測された。したがって、50vol%のSiF4と50vol%のSiH4ドーパント・ガス混合物は、過度のイオン源フィラメント薄化のために早期故障をもたらす可能性があるとの結論に至った。
SiF4と、50vol%のSi2H6との混合物からなる、シリコンベースのドーパント・ガス組成から得られたイオン・ビーム電流を評価し、併せて特定の期間にわたるイオン化の過程を通じてイオン源の性能を評価するために、イオン化テストを行なった。比較例1、2、3のテストを行なったときと同一のイオン源チャンバを利用した。シリコンベースのドーパント・ガス組成を、個別のSiF4供給源及びSi2H6供給源によってチャンバの中に導入し、イオン源チャンバの上流のフロー・ラインの中で混合した。濃度測定値を得て、目標の濃度が達成されたことを確認した。イオン源に電圧を印加し、ドーパント・ガス組成をイオン化して、シリコン・イオンを生成した。ビーム電流を測定して、SiF4のビーム電流に対して正規化した。図3のケースFは、得られたビーム電流がSiF4のもの(比較例1)を約10%下回ることを示す。フィラメントの減量は0.0023gm/hrの割合であった。20時間にわたる連続運転の後で、図5Bに示されるように、イオン源アーク・チャンバの表面に沿って、顕著なSi含有堆積物が観測された。堆積物のそのような蓄積は、イオン源の、運転中のビーム不安定性と、最終的な早期故障との原因となった。したがって、このガス組成はSi注入操作用には望ましくないとの結論に至った。
SiF4と、80vol%のSi2H6からなる、シリコンベースのドーパント・ガス組成から得られたイオン・ビーム電流を評価し、併せて特定の期間にわたるイオン化の過程を通じてイオン源の性能を評価するために、イオン化テストを行なった。シリコンベースのドーパント・ガス組成を、個別のSiF4供給源及びSi2H6供給源によってチャンバの中に導入し、イオン源チャンバの上流のフロー・ラインの中で混合した。比較例1、2、3及び4のテストを行なったときと同一のイオン源チャンバを利用した。あらかじめ混合してあるシリコンベースのドーパント・ガス組成を、チャンバの中に導入した。濃度測定値を得て、目標の濃度が達成されたことを確認した。イオン源に電圧を印加し、ドーパント・ガス組成をイオン化して、シリコン・イオンを生成した。ビーム電流を測定して、SiF4のビーム電流に対して正規化した。80%のSi2H6と残部SiF4の混合物の測定されたSi+ビーム電流は、比較例1の希釈されていないSiF4ベースラインの場合と比べて、かなり小さいものであった。図3のケースGは、ビーム電流がSiF4のもの(比較例1)を60%超下回ることを示す。さらに、運転中にイオン・ビームが不安定性を示し、最終的にはイオン源の早期故障の原因となった。フィラメントの減量は、以下で表1に示されるように−0.0025gm/hrの割合であった。図5Aは、20時間にわたる連続運転の後に、望ましくない量のSi含有堆積物がアーク・チャンバの表面に沿って観測されたことを示す。したがって、このSi含有ドーパント・ガス組成はSiイオン注入操作用には望ましくないとの結論に至った。
SiF4と、2.5vol%のSi2H6との混合物からなる、シリコンベースのドーパント・ガス組成から得られたイオン・ビーム電流を評価し、併せて特定の期間にわたるイオン化の過程を通じてイオン源の性能を評価するために、イオン化テストを行なった。比較例1、2、3、4及び5のテストを行なったときと同一のイオン源チャンバを利用した。純粋なSiF4の流れが、5%のSi2H6/SiF4混合物を希釈して2.5のvol% Si2H6を生成するように、5%のSi2H6/SiF4混合物と純粋なSiF4の流れを、選択された流速でチャンバ内に並行して流すことにより、シリコンベースのドーパント・ガス組成を生成した。目標の2.5vol%のSi2H6が生成されたことを確認するために濃度測定を行なった。イオン源に電圧を印加し、シリコンベースのドーパント・ガス組成をイオン化して、シリコン・イオンを生成した。ビーム電流を測定して、SiF4のビーム電流に対して正規化した。図3のケースEに示されるようなビーム電流が求められ、SiF4を利用したとき生成されたビーム電流を上回るものであった。表1に示されるように、−0.0009gm/hrのフィラメントの減量があった。シリコンベースのドーパント組成がもたらしたフィラメントの重量変化は、すべてのテストのうちで最小量であった。さらに、図5Cは、アーク・チャンバの表面に沿って堆積物が実質的に観測されなかったことを示す。したがって、SiF4と2.5vol%のSi2H6のドーパント・ガス組成は、SiF4よりも大きいビーム電流を生成することができる一方で、供給源フィラメント上のWベースの堆積物をかなり低減する上に、フィラメントの物理的スパッタリングも防止するとの結論に至った。
SiF4と、5vol%のSi2H6との混合物からなる、シリコンベースのドーパント・ガス組成から得られたイオン・ビーム電流を評価し、併せて特定の期間にわたるイオン化の過程を通じてイオン源の性能を評価するために、イオン化テストを行なった。比較例1、2、3及び実例1のテストを行なったときと同一のイオン源チャンバを利用した。個別の供給源からシリコンベースのドーパント・ガス組成を導入し、チャンバの上流であらかじめ混合した。目標の5vol%のSi2H6が生成されたことを確認するために濃度測定を行なった。イオン源に電圧を印加し、ドーパント・ガス組成をイオン化して、シリコン・イオンを生成した。ビーム電流を測定して、SiF4のビーム電流に対して正規化した。図3のケースDに示されるようなビーム電流が求められ、テストしたすべてのドーパント・ガス組成の中で最大のものであった。フィラメントの増量又は侵食の結果としての早期のビーム・グリッチは生じなかった。表1に示されるように、−0.0012gm/hrのフィラメントの減量があった。フィラメントの重量変化は、比較例1〜3のすべてよりも少なく、実例1の重量変化と同等であった。テストを通じて、堆積物は観測されなかった。実例1のSiF4+2.5vol%のSi2H6のものをわずかに上回る重量低減があったが、この重量低減によるビームの不安定化はなかった。したがって、SiF4と5vol%のSi2H6のドーパント・ガス組成は、SiF4のみを利用したものよりも大きいビーム電流を生成することができる一方で、供給源フィラメント上のWベースの堆積物及び物理的スパッタリングをかなり低減するとの結論に至った。
Claims (10)
- 第1のシリコンベースの種及び第2のシリコンベースの種からなるシリコンベースのドーパント・ガス組成であって、第1のシリコンベース種がSiF4であり、第2のシリコンベース種が全体組成の2.5vol%から5vol%のSi2H6であるシリコンベースのドーパント・ガス組成。
- 請求項1に記載のシリコンベースのドーパント・ガス組成を用いてイオン・ビーム電流を生成するシステム。
- アーク・チャンバの壁によって部分的に画定されたイオン源装置であって、前記チャンバが、前記チャンバ壁内に少なくとも部分的に配設されたシリコン・イオン源を備える、イオン源装置と、
前記イオン源装置と流体連通した1つ又は複数の供給容器であって、SiF4及びSi2H6を含むシリコンベースのドーパント・ガス組成を貯蔵する、供給容器と、
前記1つ又は複数の供給容器に対応する1つ又は複数の供給ラインであって、前記1つ又は複数の供給容器から、前記アーク・チャンバ壁を通って前記アーク・チャンバへと延在する供給ラインとを備え、
前記1つ又は複数の供給容器が、前記シリコンベースのドーパント組成を、前記供給ラインを通して前記イオン源装置へと分配するように構成されている、請求項2に記載のシステム。 - 第1の供給容器及び第2の供給容器が、ガス・キットの一部分として用意され、前記第1の供給容器がSiF4を含み、前記第2の供給容器がSi2H6を含み、前記第1の供給容器がSiF4を、前記第2の供給容器がSi2H6を、それぞれ前記イオン源チャンバに、制御された流速で分配して、前記チャンバ内で、SiF4及び2.5vol%から5vol%のSi2H6を含むシリコン含有ドーパント組成を生成する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ガス・キットが、第1の供給容器からのSiF4の流れを第1の流速で調節するための第1の流れコントローラを備え、前記ガス・キットが、第2の供給容器からのSi2H6の流れを第2の流速で調節するための第2の流れコントローラをさらに備える請求項4に記載のシステム。
- 単一の供給容器に、シリコンベースのドーパント・ガス組成があらかじめ混合されており、さらに、前記供給容器が準大気圧で貯蔵して配送する容器である請求項3に記載のシステム。
- 請求項1に記載のシリコンベースのドーパント・ガス組成を用いてイオン・ビーム電流を生成する方法。
- SiF4を選択するステップと、
Si2H6を選択するステップと、
前記SiF4及びSi2H6を、1つ又は複数の供給容器に供給するステップと、
前記SiF4及び前記Si2H6を、前記1つ又は複数の供給容器からイオン源装置へと流すステップと、
前記SiF4をイオン化するステップと、
活性シリコン・イオンを生成するステップと、
を含む請求項7に記載の方法。 - 第1の供給容器及び第2の供給容器が、ガス・キットの一部分として用意され、前記第1の供給容器がSiF4を含み、前記第2の供給容器がSi2H6を含み、前記第1の供給容器がSiF4を、前記第2の供給容器がSi2H6を、それぞれ前記イオン源チャンバに、並行して流す又は順次流すようにして、制御された流速で分配して、前記チャンバ内で、SiF4及び2.5vol%から5vol%のSi2H6を含むシリコン含有ドーパント組成を生成する、請求項8に記載の方法。
- 前記所定の動作アーク電圧の範囲が約80V〜120Vである請求項8に記載の方法。
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