JP6412573B2 - How to process a workpiece - Google Patents

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Description

本願は2013年7月18日に出願された米国仮特許出願第61/847,776号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。   This application claims priority from US Provisional Patent Application No. 61 / 847,776, filed July 18, 2013, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

本開示の実施形態はイオン注入システムにおけるイオンビームの品質を向上させる方法、より詳しくはホウ素イオンビームの品質を向上させる方法に関する。   Embodiments of the present disclosure relate to a method for improving the quality of an ion beam in an ion implantation system, and more particularly to a method for improving the quality of a boron ion beam.

半導体ワークピースには所望の導電性を生成するためにドーパント種が注入されることが多い。例えば、太陽電池にはエミッタ領域を生成するためにドーパント種が注入され得る。この注入は多種多様のメカニズムを用いて実行し得る。一実施形態では、イオン源が使用される。このイオン源はソースガスをイオン化するチャンバを含み得る。これらのソースガスからのイオンは一以上の電極を用いてチャンバの開口から抽出され得る。これらの抽出イオンはワークピースへ向けられ、太陽電池を形成するためにワークピースに注入される。   Semiconductor workpieces are often implanted with dopant species to produce the desired conductivity. For example, a solar cell can be implanted with dopant species to create an emitter region. This injection can be performed using a wide variety of mechanisms. In one embodiment, an ion source is used. The ion source may include a chamber that ionizes the source gas. Ions from these source gases can be extracted from the chamber opening using one or more electrodes. These extracted ions are directed to the workpiece and injected into the workpiece to form a solar cell.

プロセス効率を高め、コストを下げるために、いくつかの実施形態では、イオン源から抽出されたイオンは質量分析なしで直接ワークピースに向けて加速されている。言い換えれば、イオン源で生成されたイオンは加速されて直接ワークピースに注入されている。質量分析器はイオンビームから望ましくない種を除去するために使用される。質量分析器の除去は、イオン源から抽出されたすべてのイオンがワークピースに注入されることを意味する。従って、その場合にはイオン源内で生成され得る望ましくない種もワークピースに注入される。   To increase process efficiency and reduce costs, in some embodiments, ions extracted from the ion source are accelerated directly toward the workpiece without mass analysis. In other words, ions generated by the ion source are accelerated and directly injected into the workpiece. Mass analyzers are used to remove unwanted species from the ion beam. Removal of the mass analyzer means that all ions extracted from the ion source are injected into the workpiece. Thus, in that case, undesirable species that may be generated in the ion source are also injected into the workpiece.

この現象は、ソースガスがハロゲンベースの化合物、例えばフッ化物であるとき、最も顕著である。フッ素イオン及びニュートラル(準安定状態又は励起状態)はイオン源の内面と反応し、望ましくないイオン、例えばケイ素、酸素、炭素、アルミニウム、及び不純物元素として存在する重金属を開放し得る。   This phenomenon is most noticeable when the source gas is a halogen-based compound, such as a fluoride. Fluorine ions and neutrals (metastable or excited states) can react with the inner surface of the ion source and release undesirable ions such as silicon, oxygen, carbon, aluminum, and heavy metals present as impurity elements.

従って、特にハロゲンベースのソースガスを使用する実施形態のためにビームの品質を向上させる方法が有益である。   Thus, a method for improving beam quality is particularly beneficial for embodiments using halogen-based source gases.

ワークピースの処理方法が開示され、その方法はイオンチャンバを最初に所望のドーパント種と他の種で被覆する。このコンディショニングプロセスに続いて、フッ素と所望のドーパント種を含むフィードガスをチャンバに導入し、イオン化する。その後、チャンバからイオンを抽出し、ワークピースに向けて加速し、最初に質量分析しないでワークピースに注入する。コンディショニングプロセス中に使用する他の種は3族、4族又は5族元素とし得る。所望のドーパント種はホウ素とし得る。   A method of processing a workpiece is disclosed, which method first coats an ion chamber with a desired dopant species and other species. Following this conditioning process, a feed gas containing fluorine and the desired dopant species is introduced into the chamber and ionized. Thereafter, ions are extracted from the chamber, accelerated toward the workpiece, and first injected into the workpiece without mass analysis. Other species used during the conditioning process may be Group 3, 4 or 5 elements. The desired dopant species can be boron.

一実施形態では、ワークピースの処理方法が開示される。その方法は、コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップを備え、前記コンディショニングガスは所望のドーパント種を含む水素化物及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは4族元素の水素化物又は所望のドーパント種の反対導電性を有する種の水素化物を含み、導入されるガスの全量の10%〜40%が前記コンディショニング共ガスであり、更に、前記コンディショニングガス及び前記コンディショニング共ガスを前記チャンバ内でイオン化して前記チャンバの壁上に被覆を形成するステップと、前記被覆が形成された後に前記チャンバ内に導入されるガスを変更し、フッ素と前記所望のドーパント種を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、前記イオンが質量分析なしで前記ワークピースに注入されるように前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップとを備える。   In one embodiment, a method for processing a workpiece is disclosed. The method comprises introducing a conditioning gas into a chamber of an ion source, wherein the conditioning gas includes a hydride containing a desired dopant species and a conditioning cogas, the conditioning cogas comprising a hydride of a Group 4 element or 10% to 40% of the total amount of gas introduced comprises a hydride of the species having the opposite conductivity of the desired dopant species, and the conditioning gas and the conditioning cogas are fed into the chamber Forming a coating on the wall of the chamber by ionizing within, changing a gas introduced into the chamber after the coating is formed, and supplying a feed gas containing fluorine and the desired dopant species Introducing into the chamber; and Generating ions in the chamber and extracting the ions from the chamber and accelerating towards the workpiece so that the ions are injected into the workpiece without mass analysis. .

第2の実施形態では、ワークピースの処理方法が開示される。その方法は、コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップを備え、前記コンディショニングガスはボラン及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは4族又は5族元素の水素化物を含み、更に、前記チャンバの壁上にボランと前記4族又は5族元素よりなる被覆を形成するステップと、前記被覆が形成された後に前記チャンバ内にフッ素とホウ素を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップと、を備える。   In the second embodiment, a workpiece processing method is disclosed. The method comprises introducing a conditioning gas into a chamber of an ion source, wherein the conditioning gas includes borane and a conditioning co-gas, the conditioning co-gas includes a hydride of a group 4 or group 5 element, and Forming a coating of borane and the Group 4 or Group 5 element on the wall of the chamber; and introducing a feed gas containing fluorine and boron into the chamber after the coating is formed. And ionizing the feed gas in the chamber to generate ions, and extracting the ions from the chamber and accelerating them toward the workpiece.

第3の実施形態では、ワークピースの処理方法が開示され、その方法は、イオン源のチャンバの壁をホウ素と4族元素又は5族元素で被覆するためにコンディショニングプロセスをイオン源のチャンバに実行するステップと、前記壁上に被覆が形成された後に注入プロセスを実行するステップとを備え、前記注入プロセスにおいて、フッ素とホウ素を含むフィードガスをイオン化してイオンを生成し、前記イオンを前記チャンバから抽出し、前記ワークピースに向け加速し、前記イオンを質量分析なしで前記ワークピースに注入する。いくつかの実施形態では、前記コンディショニングプロセスは、ボランと前記4族元素又は5族元素の水素化物を含むコンディショニング共ガスとを含むコンディショニングガスをイオン化するステップを備える。いくつかの他の実施形態では、前記コンディショニング共ガスはホスフィン(PH)、アルシン(AsH)、ゲルマン(GeH)又はシラン(SiH)とし得る。 In a third embodiment, a method of processing a workpiece is disclosed that performs a conditioning process on the ion source chamber to coat the walls of the ion source chamber with boron and a Group 4 or Group 5 element. And performing an implantation process after a coating is formed on the wall, wherein in the implantation process, a feed gas comprising fluorine and boron is ionized to generate ions, and the ions are introduced into the chamber. And is accelerated toward the workpiece, and the ions are injected into the workpiece without mass spectrometry. In some embodiments, the conditioning process comprises ionizing a conditioning gas comprising borane and a conditioning cogas comprising a hydride of the Group 4 element or Group 5 element. In some other embodiments, the conditioning co-gas can be phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 4 ), germane (GeH 4 ), or silane (SiH 4 ).

本開示のよりよい理解のために、参照することにより本明細書に組み込まれる添付の図面を参照されたい。   For a better understanding of the present disclosure, please refer to the accompanying drawings, which are incorporated herein by reference.

異なる実施形態の一つの注入システムを示す。1 shows one injection system of different embodiments. 異なる実施形態の他の一つの注入システムを示す。Fig. 5 shows another injection system of a different embodiment. 異なる実施形態の更に他の一つの注入システムを示す。Fig. 4 shows yet another injection system of a different embodiment. ドーパント電流と汚染レベルを希釈ガス濃度の関数として示すグラフである。Figure 5 is a graph showing dopant current and contamination level as a function of dilution gas concentration. (A)、(B)は2つの異なるコンディショニングプロセスを用いた場合の全ビーム電流に対する汚染物質の比率を示すグラフである。(A) and (B) are graphs showing the ratio of contaminants to total beam current when two different conditioning processes are used. (A)、(B)は2つのコンディショニングプロセスの相違を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the difference of two conditioning processes.

上述したように、ハロゲンベースの種、例えばフッ化物、のイオン化はイオン源の内面から解放される粒子をワークピースに注入し得る。これらの汚染物質は、アルミニウム、炭素、窒素、酸素、ケイ素、ハロゲンベースの化合物、及び他の望ましくない種(不純物元素として存在する重金属等)を含み得る。自由ハロゲンイオンに起因する損傷に対処する一つの方法は注入中に第2のソースガスを導入するというものである。   As mentioned above, ionization of halogen-based species, such as fluoride, can inject particles released from the inner surface of the ion source into the workpiece. These contaminants may include aluminum, carbon, nitrogen, oxygen, silicon, halogen-based compounds, and other undesirable species (such as heavy metals present as impurity elements). One way to deal with damage due to free halogen ions is to introduce a second source gas during implantation.

図1A−1Cはイオン源100のチャンバ105に第2のソースガスを導入し得る様々な実施形態を示す。これらの図の各々において、イオン源100はいくつかのプラズマチャンバ壁107で画成されたチャンバ105を含み、このチャンバはグラファイト又は他の適切な材料で構成し得る。このチャンバ105にはソースガスコンテナ170内に格納された一以上のソースガスがガス注入口110を経て供給され得る。このソースガスはRFアンテナ120又は他の機構によって励起され得る。RFアンテナ120はRFアンテナ120に電力を供給するRF電源(図示せず)と電気的に連通する。RFアンテナ120とイオン源100の内部との間に誘電体窓125、例えば石英窓又はアルミナ窓を配置し得る。イオン源100はイオンが通過し得る開口140も含む。チャンバ105内から正の荷電粒子を開口140を通してワークピース160に向け抽出するために、開口140の外に配置された抽出(引き出し)電極に負電圧が供給される。いくつかの実施形態では、開口140はイオン源100の誘電体窓125の側と反対側に配置される。チャンバ105から抽出されたイオンはイオンビーム180に形成され、ワークピース160に向けられる。上述したように、イオンがワークピース160に衝突する前にイオンをフィルタ処理する質量分析器は使用しない。図1Aに示す一つの特定の実施形態では、第2のソースガスが第2のガスコンテナ175内に格納され、第2のガス注入口111を経てチャンバ105に導入され得る。図1Bに示す他の実施形態では、第2のソースガスが第2のガスコンテナ176内に格納され、第1のソースガスで使用される同じガス注入口110を経てチャンバ105に導入され得る。図1Cに示す更に他の実施形態では、第2のソースガスが第1のソースガスと単一のガスコンテナ178内で混合され得る。この混合ガスはガス注入口110を経てチャンバ105内に導入され得る。   1A-1C illustrate various embodiments in which a second source gas can be introduced into the chamber 105 of the ion source 100. FIG. In each of these figures, the ion source 100 includes a chamber 105 defined by a number of plasma chamber walls 107, which may be composed of graphite or other suitable material. One or more source gases stored in the source gas container 170 may be supplied to the chamber 105 via the gas inlet 110. This source gas may be excited by the RF antenna 120 or other mechanism. The RF antenna 120 is in electrical communication with an RF power source (not shown) that supplies power to the RF antenna 120. A dielectric window 125 such as a quartz window or an alumina window may be disposed between the RF antenna 120 and the inside of the ion source 100. The ion source 100 also includes an opening 140 through which ions can pass. In order to extract positively charged particles from within the chamber 105 through the opening 140 toward the workpiece 160, a negative voltage is supplied to an extraction (extraction) electrode disposed outside the opening 140. In some embodiments, the opening 140 is located on the opposite side of the ion source 100 from the dielectric window 125 side. Ions extracted from the chamber 105 are formed into an ion beam 180 and directed to the workpiece 160. As described above, a mass analyzer that filters ions before they strike the workpiece 160 is not used. In one particular embodiment shown in FIG. 1A, a second source gas can be stored in the second gas container 175 and introduced into the chamber 105 via the second gas inlet 111. In another embodiment shown in FIG. 1B, a second source gas may be stored in the second gas container 176 and introduced into the chamber 105 via the same gas inlet 110 used for the first source gas. In yet another embodiment shown in FIG. 1C, the second source gas may be mixed with the first source gas in a single gas container 178. This mixed gas can be introduced into the chamber 105 via the gas inlet 110.

これらの実施形態のいずれにおいても、第1のソースガス及び第2のソースガスはチャンバ105に同時に導入しても、順次に導入してもよい。   In any of these embodiments, the first source gas and the second source gas may be introduced into the chamber 105 simultaneously or sequentially.

第1のソースガスはフィードガスとも称され、ホウ素等のドーパントをフッ素と組み合わせて含むことができる。従って、フィードガスはDF又はDの形態のものとすることができ、ここでDはドーパント原子を表し、ホウ素、ガリウム、燐又は砒素、又は3族元素又は5族元素とし得る。第2のソースガスは希釈ガスとも称され、XH又はXの化学式を有する分子とすることができ、ここでHは水素である。Xはドーパント種、例えば上述した元素のいずれかとし得る。代わりに、Xはワークピース160の導電性に影響を与えない原子としてもよい。例えば、ワークピース160がシリコンよりなる場合には、Xは4族の元素、例えばケイ素及びガリウムとしてもよい。 The first source gas is also called a feed gas and can contain a dopant such as boron in combination with fluorine. Thus, the feed gas may be in the form of DF n or D m F n , where D represents a dopant atom and may be boron, gallium, phosphorus or arsenic, or a group 3 or group 5 element. The second source gas is also referred to as a diluent gas, it can be a molecule having the chemical formula of XH n or X m H n, where H is hydrogen. X can be a dopant species, such as any of the elements described above. Alternatively, X may be an atom that does not affect the conductivity of the workpiece 160. For example, when the workpiece 160 is made of silicon, X may be a group 4 element such as silicon and gallium.

言い換えれば、フィードガスはBF又はBとし得るが、希釈ガスは、例えばPH,SiH,NH,GeH,B、又はAsHとし得る。このリストは使用し得るいくつかの可能な種を示す。他のフィードガス種及び希釈ガス種も可能であることは当然である。 In other words, the feed gas can be BF 3 or B 2 F 4 , while the diluent gas can be, for example, PH 3 , SiH 4 , NH 3 , GeH 4 , B 2 H 6 , or AsH 3 . This list shows some possible species that can be used. Of course, other feed gas and dilution gas species are possible.

フィードガスを希釈ガスと混合することによって、フッ素イオンの悪影響が低減され得る。例えば、如何なる特定の理論にも限定されずに、水素の導入は誘電体窓125の上に被膜又は被覆を生成し得る。これは誘電体窓125の保護に役立ち、抽出されたイオンビーム180に混入される、誘電体窓125から発生する汚染物質の量を低減する。加えて、希釈ガスは別の汚染源になり得るプラズマチャンバ壁107の内面を被覆し得る。この被覆はフッ素イオンとプラズマチャンバ壁107の内面との相互作用を低減し、生成される汚染物質量を低減し得る。   By mixing the feed gas with the diluent gas, the adverse effects of fluorine ions can be reduced. For example, without being limited to any particular theory, the introduction of hydrogen can produce a coating or coating on the dielectric window 125. This helps protect the dielectric window 125 and reduces the amount of contaminants generated from the dielectric window 125 that are incorporated into the extracted ion beam 180. In addition, the dilution gas can coat the inner surface of the plasma chamber wall 107, which can be another source of contamination. This coating can reduce the interaction between the fluorine ions and the inner surface of the plasma chamber wall 107 and can reduce the amount of contaminants produced.

希釈ガスの導入は汚染物質の生成及びこれらの汚染物質のイオンビーム内への混入を低減し得る。逆に、多量の希釈ガスの導入はイオンビームに使用されるドーパントイオンの生成に悪影響を与え得る。例えば、過剰量の希釈ガスの導入はイオン源で生成されるドーパントビーム電流を低減し得る。加えて、水素を含有する過剰量の希釈ガスはエッチングを生起し、追加の汚染を生じ得る。水素はいくつかの材料をエッチングすることが知られている。例えば、水素はグラファイト壁と反応し、CHガスを生成し得る。 The introduction of a diluent gas can reduce the generation of contaminants and the incorporation of these contaminants into the ion beam. Conversely, the introduction of a large amount of diluent gas can adversely affect the production of dopant ions used in the ion beam. For example, the introduction of an excessive amount of diluent gas can reduce the dopant beam current generated in the ion source. In addition, an excessive amount of dilution gas containing hydrogen can cause etching and cause additional contamination. Hydrogen is known to etch several materials. For example, hydrogen can react with graphite walls to produce CH x gas.

意外なことに、汚染の低減は希釈ガス濃度の増加と比例して減少しないことが確かめられた。言い換えれば、希釈ガス量が所定の閾値以上に増加すると、汚染電流対ドーパント電流の比が実際に増加する。これは、所定の閾値以上では、プラズマチャンバ壁107の内面上の追加の被膜がフッ素に対する追加の保護を殆ど又は全くもたらさないという事実に起因し得る。加えて、プラズマパラメータ、例えば高いプラズマ電圧が高い希釈ガス割合とともに変化し、希釈ガスイオンによるチャンバ壁の追加のスパッタリングを引き起こし得る。加えて、高い希釈ガス割合は壁材料のエッチングを引き起こし、汚染を追加し得る。チャンバ壁の追加のスパッタリングは汚染レベルの増加をもたらし得る。従って、ドーパント電流が希釈ガス濃度の関数として減少するとともに、汚染濃度が所定の閾値後に一定のままであるか増加する場合、イオンビーム内の汚染物質の割合は必然的に増加する。   Surprisingly, it was confirmed that the reduction in contamination did not decrease in proportion to the increase in dilution gas concentration. In other words, when the amount of dilution gas increases above a predetermined threshold, the ratio of contamination current to dopant current actually increases. This may be due to the fact that above a predetermined threshold, the additional coating on the inner surface of the plasma chamber wall 107 provides little or no additional protection against fluorine. In addition, plasma parameters, such as high plasma voltage, can change with a high dilution gas rate and cause additional sputtering of the chamber walls by dilution gas ions. In addition, high dilution gas rates can cause wall material etching and add contamination. Additional sputtering of the chamber walls can result in increased contamination levels. Thus, as the dopant current decreases as a function of dilution gas concentration, and the contamination concentration remains constant or increases after a predetermined threshold, the proportion of contaminants in the ion beam necessarily increases.

図2は、希釈ガス濃度がドーパントビーム電流とイオンビーム内の汚染物質対ドーパントの比率の両方に及ぼす影響を示す代表的なグラフを示す。上述したように、汚染物質は、ケイ素、窒素、酸素、水素、アルミニウム、炭素、炭素化合物、フッ素、フッ素化合物、又は他の非ドーパント種などのイオン種とし得る。   FIG. 2 shows a representative graph showing the effect of dilution gas concentration on both the dopant beam current and the contaminant to dopant ratio in the ion beam. As noted above, the contaminant may be an ionic species such as silicon, nitrogen, oxygen, hydrogen, aluminum, carbon, carbon compounds, fluorine, fluorine compounds, or other non-dopant species.

図2に示すように、棒グラフで表されるドーパント電流は希釈ガスが存在しないとき最大である。ドーパント電流は、本例ではGeHである希釈ガスの濃度が増加するにつれてほぼ直線的に減少する。このグラフはドーパント電流と希釈ガス濃度との間の特定の関係を示すが、この関係は使用する試験条件に特有であり得る。例えば、異なる希釈ガス、異なるRF電力レベル、又はプラズマチャンバ内の異なる圧力(又は流量)は異なる結果を生じ得る。従って、この棒グラフはドーパント電流と希釈ガス濃度との間の一般的傾向を表すことを意図している。 As shown in FIG. 2, the dopant current represented by the bar graph is maximum when no diluent gas is present. Dopant current decreases almost linearly as the concentration of the diluent gas is GeH 4 increases in this example. Although this graph shows a specific relationship between dopant current and dilution gas concentration, this relationship may be specific to the test conditions used. For example, different dilution gases, different RF power levels, or different pressures (or flow rates) in the plasma chamber can produce different results. This bar graph is therefore intended to represent a general trend between dopant current and diluent gas concentration.

曲線300は、イオンビーム内の特定の汚染物質対ドーパントの比率として定義されるビーム不純度の測定値を示し、汚染物質は上で特定したもののうちの一つであり得る。予想どおり、ビーム不純度は希釈ガス濃度が0%から10%に増加するにつれて減少する。上述したように、これは希釈ガス内の水素の被覆作用に起因し得る。希釈ガス内の他の種が被覆作用を成すようにしてもよい。例えば、GeHの場合には、水素分子は軽いため、急速に非出される。しかしながら、GeHは水素が付着した重い分子であるため、輸送に長い時間がかかり、チャンバ表面と反応しそれらの表面を被覆する確率が高くなる。例えば、GeHのような組成を有する化合物は壁を被覆し、壁材料をフッ素エッチングから保護し得る。しかしながら、意外なことに、ビーム不純度は、希釈ガス濃度が約30%に達するまで比較的平坦のままである。言い換えれば、より多量の希釈ガスの導入にもかかわらず、ドーパントの量に対する汚染物質の量は比較的一定のままである。約5%から30%までの範囲を通して、ビーム不純度は約1%以下である。驚いたことに、希釈ガス濃度が30%を超えて増加すると、ビーム不純度はかなり劇的に増加し、ガス混合物が60%希釈ガスである場合に5%を超えるレベルに達する。ビーム不純度は希釈ガスの濃度が5%から30%の間のとき最小にすることができる。 Curve 300 shows a measurement of beam impurity, defined as a specific contaminant to dopant ratio in the ion beam, where the contaminant can be one of those specified above. As expected, beam impurity decreases as the dilution gas concentration increases from 0% to 10%. As mentioned above, this can be attributed to the covering action of hydrogen in the dilution gas. Other species in the dilution gas may provide a coating action. For example, in the case of GeH 4 , the hydrogen molecules are light and are therefore rapidly released. However, since GeH 4 is a heavy molecule with attached hydrogen, it takes a long time to transport and increases the probability of reacting with and coating the chamber surfaces. For example, a compound having a composition such as GeH 4 may coat the wall and protect the wall material from fluorine etching. Surprisingly, however, the beam impurity remains relatively flat until the dilution gas concentration reaches about 30%. In other words, despite the introduction of a larger amount of diluent gas, the amount of contaminant relative to the amount of dopant remains relatively constant. Through the range of about 5% to 30%, the beam impurity is about 1% or less. Surprisingly, as the dilution gas concentration increases above 30%, the beam impurity increases fairly dramatically, reaching levels above 5% when the gas mixture is a 60% dilution gas. Beam impurity can be minimized when the concentration of diluent gas is between 5% and 30%.

図1A〜1Cは必要なイオンを生成するためにRFアンテナ120及びRF電源を有するイオン源を使用する。しかしながら、IHC、中空陰極、ヘリコン、及びマイクロ波イオン源などの他のタイプのイオン源を使用してもよいこと当然である。例えば、いくつかの実施形態では電子の熱イオン放射を生じさせるために熱を使用する間接加熱陰極(IHC)を使用してもよい。   1A-1C use an ion source with an RF antenna 120 and an RF power source to generate the required ions. However, it will be appreciated that other types of ion sources such as IHC, hollow cathode, helicon, and microwave ion sources may be used. For example, in some embodiments, an indirectly heated cathode (IHC) that uses heat to produce thermionic emission of electrons may be used.

上に述べたように、2つのソースガスを用いてビーム不純度を低減した抽出イオンビーム180を生成することができる。第1のソースガス、即ちフィードガス、はホウ素とフッ素の両方を含む種、例えばBF又はBとすることができる。第2のソースガス、即ち希釈ガス、は水素とケイ素又はゲルマニウムの何れかを含む種、例えばシラン(SiH)又はゲルマン(GeH)とすることができる。これらの2つのソースガスはイオン源100のチャンバ105内に同時に又は順次に導入され、そこでイオン化される。イオン源はRFアンテナ120により発生されるRFエネルギーを利用することができる。別の実施形態では、イオン源はIHCを用いた電子の熱イオン放射を利用してもよい。ガスをイオン化する他の方法をイオン源で使用してもよい。これらの2つのソースガスは、全ガス量の5%〜30%(容量%)が希釈ガスで、残りがフィードガスとなるように導入することができる。両ソースガスからのイオンが開口140から電極130,150によって抽出され、ワークピース160へ向け加速され、ワークピース160に注入される。先に記載したように、これらのイオンは質量分析されない。つまり、抽出されたイオンはすべてワークピース160内に注入される。 As described above, an extracted ion beam 180 with reduced beam impurity can be generated using two source gases. The first source gas, or feed gas, can be a species containing both boron and fluorine, such as BF 3 or B 2 F 4 . The second source gas, ie the diluent gas, can be a species containing either hydrogen and silicon or germanium, such as silane (SiH 4 ) or germane (GeH 4 ). These two source gases are introduced simultaneously or sequentially into the chamber 105 of the ion source 100 where they are ionized. The ion source can utilize RF energy generated by the RF antenna 120. In another embodiment, the ion source may utilize thermal thermionic emission of electrons using IHC. Other methods of ionizing the gas may be used with the ion source. These two source gases can be introduced so that 5% to 30% (volume%) of the total gas amount is a dilution gas and the rest is a feed gas. Ions from both source gases are extracted from the opening 140 by the electrodes 130 and 150, accelerated toward the workpiece 160, and injected into the workpiece 160. As described above, these ions are not mass analyzed. That is, all the extracted ions are implanted into the workpiece 160.

別の例では、希釈ガスは反対導電性のドーパントを含むことができる。例えば、第1のソースガス、即ちフィードガス、はホウ素とフッ素の両方を含む種、例えばBF又はBとすることができる。第2のソースガス、即ち希釈ガス、は水素と燐、窒素又は砒素等の5族元素とを含む種とすることができる。 In another example, the diluent gas can include a dopant of opposite conductivity. For example, the first source gas, or feed gas, can be a species containing both boron and fluorine, such as BF 3 or B 2 F 4 . The second source gas, i.e. the dilution gas, can be a species comprising hydrogen and a Group 5 element such as phosphorus, nitrogen or arsenic.

上記の開示は、希釈ガスは全ガス量の約5%〜30%の範囲とする旨記載している。しかし、いくつかの実施形態では、この範囲は相違する。例えば、いくつかの実施形態では、希釈ガス濃度は10%に至るまで、例えば1−10%、2−10%、3−10%又は5−10%とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は15%に至るまで、例えば1−15%、2−15%、3−15%、5-15%又は7−15%とすることができる。別の実施形態では、希釈濃度は20%に至るまで、例えば2−20%、3−20%、5−20%、7−20%又は10−20%とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は30%に至るまで、例えば3−30%、5−30%、7−30%、10−30%又は15−30%とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は40%に至るまで、例えば3−40%、5−40%、7−40%、10−40%、15−40%又は20−40%とすることができる。別の実施形態では、希釈ガス濃度は50%に至るまで、例えば5−50%、7−50%、10−50%、15−50%、20−50%又は25−50%とすることができる。最後に、別の実施形態では、希釈ガス濃度は60%に至るまで、例えば5−60%、7−60%、10−60%、15−60%、20−60%、25−60%又は30−60%とすることができる。   The above disclosure states that the diluent gas ranges from about 5% to 30% of the total gas volume. However, in some embodiments, this range is different. For example, in some embodiments, the dilution gas concentration can be up to 10%, such as 1-10%, 2-10%, 3-10%, or 5-10%. In another embodiment, the dilution gas concentration can be up to 15%, for example 1-15%, 2-15%, 3-15%, 5-15% or 7-15%. In another embodiment, the dilution concentration can be up to 20%, for example 2-20%, 3-20%, 5-20%, 7-20% or 10-20%. In another embodiment, the dilution gas concentration can be up to 30%, such as 3-30%, 5-30%, 7-30%, 10-30%, or 15-30%. In another embodiment, the dilution gas concentration may be up to 40%, for example 3-40%, 5-40%, 7-40%, 10-40%, 15-40% or 20-40%. it can. In another embodiment, the dilution gas concentration may be up to 50%, for example 5-50%, 7-50%, 10-50%, 15-50%, 20-50% or 25-50%. it can. Finally, in another embodiment, the dilution gas concentration is up to 60%, eg 5-60%, 7-60%, 10-60%, 15-60%, 20-60%, 25-60% or It can be 30-60%.

以上の説明は、ワークピースに注入するイオンを生成するために使用されるプラズマを生成するためにフィードガスとともに希釈ガスを使用する方法について詳述している。しかしながら、この方法に加えて又は代わりに、他の技術を使用することもできる。   The above description details how to use a dilution gas with a feed gas to generate a plasma that is used to generate ions that are implanted into the workpiece. However, other techniques can be used in addition to or instead of this method.

例えば、一実施形態では、イオン源100のチャンバ壁107の内面を注入プロセス前にコンディショニングすることができる。コンディショニングは、これらのプラズマチャンバ壁107の内面に材料を被覆するプロセスである。この材料はプラズマチャンバ壁107をハロゲンの悪影響から保護するように作用し、プラズマチャンバ壁107からエッチングされ、抽出イオンビームに導入される汚染物質の量を減少させる。   For example, in one embodiment, the inner surface of the chamber wall 107 of the ion source 100 can be conditioned prior to the implantation process. Conditioning is the process of coating the inner surface of these plasma chamber walls 107 with material. This material acts to protect the plasma chamber wall 107 from the adverse effects of halogens and reduces the amount of contaminants that are etched from the plasma chamber wall 107 and introduced into the extracted ion beam.

コンディショニングはいくつかの方法で実行し得る。第1の実施形態では、コンディショニングはイオン注入と同様に実行される。言い換えれば、RFアンテナ120又は他のプラズマ発生器からのエネルギーを用いてチャンバ105内でプラズマが発生される。そのプラズマからのイオンはその後電極130,150へのバイアス電圧の印加によってチャンバ105から抽出される。この時間中に、抽出されないプラズマからのイオンがチャンバ105のプラズマチャンバ壁107及び誘電体窓125の上に堆積され得る。   Conditioning can be performed in several ways. In the first embodiment, conditioning is performed in the same manner as ion implantation. In other words, plasma is generated in the chamber 105 using energy from the RF antenna 120 or other plasma generator. Ions from the plasma are then extracted from the chamber 105 by applying a bias voltage to the electrodes 130,150. During this time, ions from the unextracted plasma can be deposited on the plasma chamber wall 107 and dielectric window 125 of the chamber 105.

第2の実施形態では、バイアス電圧が電極130,150に印加されない。このようにすると、プラズマ及びイオンはチャンバ105内に留まる。この場合も、プラズマからのイオンがチャンバ105のプラズマチャンバ壁107上に堆積され得る。   In the second embodiment, a bias voltage is not applied to the electrodes 130 and 150. In this way, the plasma and ions remain in the chamber 105. Again, ions from the plasma can be deposited on the plasma chamber wall 107 of the chamber 105.

いずれの実施形態でも、このプラズマの発生はイオンを生成し、その一部分がプラズマチャンバ壁107の内面に付着し、それらの表面上に被膜を生成する。このコンディショニングプロセスは約60分間実行し得るが、この時間量はこの開示内容で限定されない。他の実施形態では、このコンディショニングプラズマは所定の厚さの被膜が生成されるまで実行することができる。   In either embodiment, this plasma generation produces ions, a portion of which adheres to the inner surface of the plasma chamber wall 107 and produces a coating on those surfaces. Although this conditioning process may run for about 60 minutes, this amount of time is not limited by this disclosure. In other embodiments, the conditioning plasma can be run until a coating of a predetermined thickness is produced.

いくつかの実施形態では、所望のドーパント種を含む水素化物がプラズマチャンバ壁107をコンディショニングするために使用される。所望のドーパント種は次の注入プロセス中に使用されるドーパントとすることができる。言い換えれば、フィードガスが注入プロセス中にワークピースに注入すべくホウ素を含むシナリオでは、コンディショニングプロセス中にボランをコンディショニングガスとして使用することができる。このボランは、ジボラン(B)、ペンタボラン(B)、デカボラン(B1014)又は任意の他のボランとすることができる。異なるドーパントを注入する場合には、異なる水素化物をコンディショニングガスとして使用することができる。 In some embodiments, a hydride containing the desired dopant species is used to condition the plasma chamber wall 107. The desired dopant species can be the dopant used during the subsequent implantation process. In other words, in scenarios where the feed gas includes boron to be injected into the workpiece during the injection process, borane can be used as the conditioning gas during the conditioning process. The borane can be diborane (B 2 H 6 ), pentaborane (B 5 H 9 ), decaborane (B 10 H 14 ), or any other borane. Different hydrides can be used as the conditioning gas when different dopants are implanted.

更に、コンディショニング共ガス(co−gas)をこの水素化物とともに使用することができる。いくつかの実施形態では、コンディショニング共ガスは希ガス、例えばヘリウム、アルゴン、クリプトン又はキセノンとすることができる。他の実施形態では、コンディショニング共ガスは、4族元素を含む水素化物、例えば水素化ケイ素(シランSiH)又は水素化ゲルマニウム(即ちゲルマンGeH)とし得るが、これらに限定されない。更に他の実施形態では、コンディショニング共ガスは所望のドーパントと反対導電性の種を含む水素化物とすることができる。言い換えれば、フィードガスがホウ素を含む場合には、5族元素を含む水素化物をコンディショニング共ガスとして使用することができる。コンディショニング共ガスは、このシナリオでは、ホスフィン(PH)又はアルシン(AsH)とすることができる。 In addition, a conditioning co-gas can be used with the hydride. In some embodiments, the conditioning co-gas can be a noble gas, such as helium, argon, krypton, or xenon. In other embodiments, the conditioning co-gas can be, but is not limited to, a hydride comprising a Group 4 element, such as silicon hydride (silane SiH 4 ) or germanium hydride (ie, germane GeH 4 ). In yet other embodiments, the conditioning co-gas can be a hydride comprising a species that is oppositely conductive to the desired dopant. In other words, when the feed gas contains boron, a hydride containing a Group 5 element can be used as a conditioning co-gas. The conditioning co-gas can be phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ) in this scenario.

共ガスの含有量は変化させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、コンディショニング共ガスはチャンバ105内に導入される全ガスの10−40%とすることができる。他の実施形態では、コンディショニング共ガスは全ガスの20−40%とすることができる。更に他の実施形態では、コンディショニング共ガスはコンディショニングプロセス中に導入される全ガスの約30%とすることができる。   The content of the co-gas can be changed. For example, in some embodiments, the conditioning co-gas can be 10-40% of the total gas introduced into the chamber 105. In other embodiments, the conditioning co-gas can be 20-40% of the total gas. In still other embodiments, the conditioning co-gas can be about 30% of the total gas introduced during the conditioning process.

一つの特定の例では、ワークピースの注入のためにBF又はBがフィードガスとして使用される。イオン源100のプラズマチャンバ壁107をコンディショニングするために、ジボランをコンディショニング共ガスとともに使用することができる。このコンディショニング共ガスは、例えばヘリウム、アルゴン、クリプトン又はキセノン等の希ガス、SH又はGeH等の4族水素化物、PH又はAsH等の5族水素化物とすることができる。このリストは網羅的でなく、コンディショニングプロセス中にコンディショニング共ガスとして他の分子を使用してもよいことは勿論である。 In one particular example, BF 3 or B 2 F 4 is used as the feed gas for workpiece injection. Diborane can be used with the conditioning co-gas to condition the plasma chamber wall 107 of the ion source 100. This conditioning co-gas can be, for example, a noble gas such as helium, argon, krypton or xenon, a group 4 hydride such as SH 4 or GeH 4, or a group 5 hydride such as PH 3 or AsH 3 . This list is not exhaustive and, of course, other molecules may be used as conditioning co-gas during the conditioning process.

驚いたことに、コンディショニング中におけるコンディショニング共ガスの付加はその後の注入の品質に大きな影響を及ぼす。例えば、一つの試験において、コンディショニングプロセスをコンディショニングガスとしてジボランのみを使用してイオン源に実行した。このコンディショニングは1時間実行した。コンディショニング後に、例えばBのフィードガスを用いて約3kWのRF電力でチャンバ105内にプラズマを生成し、ホウ素ベースのイオンビームでワークピースを注入処理した。更に、注入プロセス中に導入される全ガスの10%はGeHを含む希釈ガスとした。この試験において、10ekVの抽出エネルギーを使用した。ワークピースを注入処理している間、イオンビームの分析を行った。希釈ガスとして10%のGeHを用いたBの注入は2時間に満たない間に汚染物質(全ビーム電流に対する比率)が1%より大きくなることが確かめられた。これは図3の(A)にグラフで示すことができ、曲線400はイオンビーム中の汚染物質の比率を表している。汚染物質は、炭素、窒素、酸素、フッ素、アルミニウム及びこれらの元素の何れかを含む化合物を含むが、これらに限定されない。 Surprisingly, the addition of conditioning co-gas during conditioning has a significant effect on the quality of subsequent injections. For example, in one test, the conditioning process was performed on an ion source using only diborane as the conditioning gas. This conditioning was performed for 1 hour. After conditioning, plasma was generated in chamber 105 with RF power of about 3 kW using, for example, a B 2 F 4 feed gas, and the workpiece was implanted with a boron-based ion beam. Furthermore, 10% of the total gas introduced during the implantation process was a dilution gas containing GeH 4 . In this test, an extraction energy of 10 ekV was used. While the workpiece was being implanted, the ion beam was analyzed. It was confirmed that the contamination (ratio to the total beam current) was greater than 1% while B 2 F 4 implantation using 10% GeH 4 as the diluent gas was less than 2 hours. This can be illustrated graphically in FIG. 3A, where the curve 400 represents the proportion of contaminants in the ion beam. Contaminants include, but are not limited to, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, aluminum and compounds containing any of these elements.

第2の試験において、コンディショニングは、コンディショニングガス(ジボラン)とコンディショニング共ガス(ゲルマン)の組み合わせを用いて実行した。このコンディショニングも1時間実行した。同様に、コンディショニング後に、例えばBのフィードガスを10%のGeH4希釈ガスとともに用いてチャンバ105内にプラズマを生成し、ワークピースをホウ素ベースのイオンビームで注入処理した。ワークピースが注入処理されている間に、イオンビームの分析を実行した。第1の試験結果と異なり、この場合には、9時間の連続処理後も汚染物質のレベルは全ビーム電流の1%未満であった。これは図3の(B)にグラフで示すことができ、曲線410はイオンビーム中の汚染物質の比率を表している。 In the second test, conditioning was performed using a combination of conditioning gas (diborane) and conditioning co-gas (german). This conditioning was also performed for 1 hour. Similarly, after conditioning, a plasma was generated in chamber 105 using, for example, a B 2 F 4 feed gas with a 10% GeH 4 diluent gas, and the workpiece was implanted with a boron-based ion beam. While the workpiece was being implanted, ion beam analysis was performed. Unlike the first test result, in this case the contaminant level was less than 1% of the total beam current even after 9 hours of continuous treatment. This can be illustrated graphically in FIG. 3B, where the curve 410 represents the proportion of contaminants in the ion beam.

動作中、イオン源100のプラズマチャンバ壁107をある材料で被覆するためにコンディショニングサイクルが最初に実行される。上述したように、いくつかの実施形態では、この被覆はチャンバ105内へのボラン、例えばジボラン、を導入することによって生成されるホウ素ベースの材料である。このコンディショニングガスはその後プラズマに励起され、そのプラズマからのイオンがプラズマチャンバ壁107に付着しその壁を被覆する。上述したように、コンディショニングプロセスの厚さ及び品質を向上させるために、ボランとともにコンディショニング共ガスを使用することができる。このコンディショニング共ガスは希ガス、例えばヘリウム、アルゴン、クリプトン又はキセノンとすることができる。他の実施形態では、このコンディショニング共ガスは5族元素を含む水素化物、例えばPH又はAsHとすることができる。他の実施形態では、このコンディショニング共ガスは4族元素を含む水素化物とすることができる。このコンディショニング共ガスはボランと少なくとも部分的に同時に導入することができる。 In operation, a conditioning cycle is first performed to coat the plasma chamber wall 107 of the ion source 100 with a material. As described above, in some embodiments, this coating is a boron-based material that is produced by introducing borane, such as diborane, into the chamber 105. The conditioning gas is then excited into the plasma, and ions from the plasma adhere to the plasma chamber wall 107 and cover the wall. As mentioned above, a conditioning co-gas can be used with borane to improve the thickness and quality of the conditioning process. This conditioning co-gas can be a noble gas such as helium, argon, krypton or xenon. In other embodiments, the conditioning co-gas can be a hydride containing a Group 5 element, such as PH 3 or AsH 3 . In other embodiments, the conditioning co-gas can be a hydride comprising a Group 4 element. This conditioning co-gas can be introduced at least partially simultaneously with borane.

このコンディショニングプロセスはプラズマチャンバ壁107を被覆する働きをするため、プラズマチャンバ壁107内に含まれている不純物及び他の汚染物質はプラズマから分離される。この被覆はコンディショニングガスに含まれているドーパント、例えばホウ素などの3族元素を含む。この被覆はコンディショニング共ガスに存在する分子、例えばゲルマニウム又はケイ素などの4族元素又は燐又は砒素などの5族元素を含むこともできる。十分な厚さの被覆を塗布することができる。コンディショニング処理の持続時間は経過時間に基づくものとし、例えば1時間のコンディショニングサイクルとすることができ、またプラズマチャンバ壁107上に蓄積するにつれて測定される被覆の厚さに基づくものとすることができる。   Because this conditioning process serves to coat the plasma chamber wall 107, impurities and other contaminants contained within the plasma chamber wall 107 are separated from the plasma. This coating contains a dopant contained in the conditioning gas, for example a Group 3 element such as boron. This coating can also contain molecules present in the conditioning co-gas, for example group 4 elements such as germanium or silicon or group 5 elements such as phosphorus or arsenic. A sufficiently thick coating can be applied. The duration of the conditioning process may be based on elapsed time, for example, a one hour conditioning cycle, and may be based on the coating thickness measured as it accumulates on the plasma chamber wall 107. .

チャンバ105に供給されるガスはその後注入プロセス中に使用されるガスに変更される。具体的には、フィードガスが導入される。コンディショニングガスとコンディショニング共ガスはチャンバ105内に導入し続けても、し続けなくてもよい。上述したように、このフィードガスはドーパントとフッ素を含む分子、例えばB又はBとすることができるが、他のガスを用いてもよい。注入プロセスに使用するドーパントはコンディショニングプロセスに関して上述したものと同じにすることができる。更に、希釈ガスも注入プロセス中にチャンバ105に供給することができる。この希釈ガスは3族、4族又は5族元素を含む水素化物、例えばB、GeH、SH、PH、AsHとし得るが、これらに限定されない。上述したように、所望のドーパント種が3族元素であるシナリオでは、希釈ガスは4族又は5族元素を含むものとし得る。いくつかの実施形態では、希釈ガスとコンディショニング共ガスは同じガスとし得る。他の実施形態では、希釈ガスとコンディショニングは同じガスとし得る。更に他の実施形態では、希釈ガスはコンディショニングガスとコンディショニング共ガスの両方をものと含むとし得る。注入ガスはその後プラズマに励起され、電極130にバイアス電圧を印加することによってそのプラズマからイオンが抽出される。抽出されたイオンはその後ワークピースに向けられ、最初に質量分析されずにワークピースに注入される。 The gas supplied to the chamber 105 is then changed to the gas used during the injection process. Specifically, feed gas is introduced. The conditioning gas and the conditioning co-gas may or may not continue to be introduced into the chamber 105. As mentioned above, the feed gas can be a dopant and fluorine containing molecule, such as B 2 F 3 or B 2 F 4 , but other gases may be used. The dopant used for the implantation process can be the same as described above for the conditioning process. Furthermore, a dilution gas can also be supplied to the chamber 105 during the injection process. The diluent gas may be, but is not limited to, a hydride containing a Group 3, 4 or 5 element, such as B 2 H 6 , GeH 4 , SH 4 , PH 3 , AsH 3 . As described above, in scenarios where the desired dopant species is a Group 3 element, the diluent gas may include a Group 4 or Group 5 element. In some embodiments, the diluent gas and the conditioning co-gas can be the same gas. In other embodiments, the dilution gas and the conditioning can be the same gas. In still other embodiments, the dilution gas may include both a conditioning gas and a conditioning co-gas. The implanted gas is then excited into the plasma, and ions are extracted from the plasma by applying a bias voltage to the electrode 130. The extracted ions are then directed to the workpiece and injected into the workpiece without first being mass analyzed.

この注入プロセスは複数のワークピース160に対して使用し、特定の期間に亘って続けてもよく、また抽出されるイオンビーム中の汚染物質のレベルが所定のレベルに達するときに停止してもよい。例えば、この注入プロセスは、汚染物質のレベルが全ビーム電流の約1%に達するまで続けることができるが、他の汚染レベルを選択してもよい。図4の(A)、(B)は2つの異なるコンディショニングプロセスの比較を示す。図4の(A)に示す第1の実施形態では、コンディショニングはコンディショニングガスとしてジボランのみを用いて実行される。コンディショニングは1時間に亘って実行され、その後注入プロセスが開始される。注入プロセスは汚染物質のレベルが所定のレベル、例えば1%に達するときに終了する。図から明らかなように、これは約50%のデューティサイクルをもたらし、チャンバ105のコンディショニングにはワークピースの注入と同量の時間が費やされる。図4の(B)に示す第2の実施形態では、コンディショニングはジボランをコンディショニング共ガス(本例ではゲルマンとすることができる)と一緒に用いて実行される。図3の(B)に示すように、この組み合わせはハロゲンの悪影響に耐え、注入時間を長くすることができる。この特定の例では、コンディショニングプロセスが1時間に亘って実行され、その後注入プロセスが約9時間に亘って実行された。9時間後に、汚染物質のレベルは所定のレベルに等しいかそれより低かった。言い換えれば、この特定の実施形態におけるデューティサイクル(注入実行時間/総使用時間)は約90%である。デューティサイクルのこの差は極めて重要である。別の言い方をすれば、10日の期間において、90%のデューティサイクルでは、注入は216時間に亘って実行される。これに対して、50%のデューティサイクルでは、同じ注入時間を達成するためには18日の期間を必要とする。これは作業効率及び各ワークピースのコストに直接跳ね返る。この例は例示であって、結果は異なるガス及び/又は注入エネルギーの選択によって異なり得る。   This implantation process may be used for a plurality of workpieces 160 and may continue for a specific period of time or may be stopped when the level of contaminant in the extracted ion beam reaches a predetermined level. Good. For example, the implantation process can continue until the contaminant level reaches about 1% of the total beam current, although other contamination levels may be selected. 4A and 4B show a comparison of two different conditioning processes. In the first embodiment shown in FIG. 4A, the conditioning is performed using only diborane as the conditioning gas. Conditioning is performed for 1 hour, after which the infusion process is started. The injection process ends when the contaminant level reaches a predetermined level, for example 1%. As can be seen, this results in a duty cycle of about 50%, and conditioning the chamber 105 spends the same amount of time as workpiece injection. In a second embodiment shown in FIG. 4B, conditioning is performed using diborane with a conditioning co-gas (which can be germane in this example). As shown in FIG. 3B, this combination can withstand the adverse effects of halogens and increase the implantation time. In this particular example, the conditioning process was run for 1 hour, and then the infusion process was run for about 9 hours. After 9 hours, the contaminant level was equal to or lower than the predetermined level. In other words, the duty cycle (injection execution time / total usage time) in this particular embodiment is about 90%. This difference in duty cycle is extremely important. In other words, in a 10 day period, at 90% duty cycle, the infusion is performed over 216 hours. In contrast, at a 50% duty cycle, an 18 day period is required to achieve the same infusion time. This directly reflects work efficiency and the cost of each workpiece. This example is illustrative and results may vary depending on the choice of different gases and / or implantation energies.

質量分析を使用しないイオン注入システムにおいてこれらの様々なガス及び共ガスを使用できることは驚くべきことであり、チャンバ内で生成されるイオンのすべてが最終的にワークピースに注入される。コンディショニングプロセスと注入プロセスの両プロセス中にドーパント種以外の種をワークピースへ悪影響を与えることなく使用できることは予測不能である。   It is surprising that these various gases and co-gas can be used in an ion implantation system that does not use mass spectrometry, and all of the ions generated in the chamber are ultimately injected into the workpiece. It is unpredictable that species other than the dopant species can be used without adversely affecting the workpiece during both the conditioning and implantation processes.

本開示は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本開示の他の様々な実施形態および変更は、前述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態および変更は、本開示の範囲内に含まれるものと意図している。さらに、本開示は、特定の環境における特定の目的のための特定実装の文脈にて本明細書中で説明したが、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものでなく、本開示はいくつかの環境におけるいくつかの目的のために有益に実装し得ることを認識するであろう。従って、以下に記載する請求項は本明細書に記載された本開示の全範囲及び精神に鑑みて解釈されるべきである。 The present disclosure is not to be limited in scope by the specific embodiments described herein. Indeed, in addition to the embodiments set forth herein, various other embodiments and modifications of the disclosure will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description and accompanying drawings. Accordingly, such other embodiments and modifications are intended to be included within the scope of this disclosure. Further, although the present disclosure has been described herein in the context of a specific implementation for a specific purpose in a specific environment, those skilled in the art will not be limited in their usefulness by the present disclosure. Will recognize that it can be beneficially implemented for some purposes in some environments. Accordingly, the claims set forth below should be construed in view of the full scope and spirit of the present disclosure as described herein.

Claims (14)

ワークピースを処理する方法であって、
コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップであって、前記コンディショニングガスは所望のドーパント種を含む水素化物及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは希ガス、4族元素の水素化物又は前記所望のドーパント種と反対導電性の種の水素化物を含み、導入されるガスの全量の10%〜40%が前記コンディショニング共ガスである、ステップと、
前記コンディショニングガス及び前記コンディショニング共ガスを前記チャンバ内でイオン化して前記チャンバの壁上に被覆を形成するステップと、
前記被覆が形成された後に前記チャンバ内に導入されるガスを変更し、フッ素と前記所望のドーパント種を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、
前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、
前記イオンが質量分析なしで前記ワークピースに注入されるように前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップと、
を備える方法。
A method of processing a workpiece, comprising:
Introducing a conditioning gas into the chamber of the ion source, the conditioning gas comprising a hydride containing a desired dopant species and a conditioning co-gas, the conditioning co-gas being a rare gas, a hydride of a group 4 element or Including a hydride of a species having a conductivity opposite to the desired dopant species, wherein 10% to 40% of the total amount of gas introduced is the conditioning co-gas;
Ionizing the conditioning gas and the conditioning co-gas in the chamber to form a coating on the walls of the chamber;
Changing the gas introduced into the chamber after the coating is formed, and introducing a feed gas comprising fluorine and the desired dopant species into the chamber;
Ionizing the feed gas in the chamber to generate ions;
Extracting the ions from the chamber and accelerating towards the workpiece such that the ions are injected into the workpiece without mass spectrometry;
A method comprising:
前記所望のドーパント種はホウ素を含む、請求項1記載の方法。   The method of claim 1, wherein the desired dopant species comprises boron. 前記コンディショニング共ガスは4族元素の水素化物を含む、請求項2記載の方法。   The method of claim 2, wherein the conditioning co-gas comprises a hydride of a Group 4 element. 前記コンディショニング共ガスは5族元素の水素化物を含む、請求項2記載の方法。   The method of claim 2, wherein the conditioning co-gas comprises a hydride of a Group 5 element. 前記コンディショニング共ガスは希ガスを含む、請求項2記載の方法。   The method of claim 2, wherein the conditioning co-gas comprises a noble gas. ワークピースを処理する方法であって、
コンディショニングガスをイオン源のチャンバ内に導入するステップであって、前記コンディショニングガスはボラン及びコンディショニング共ガスを含み、前記コンディショニング共ガスは4族又は5族元素の水素化物を含んでいる、ステップと、
前記チャンバの壁上にボランと前記4族又は5族元素よりなる被覆を形成するステップと、
前記被覆が形成された後に前記チャンバ内にフッ素とホウ素を含むフィードガスを前記チャンバ内に導入するステップと、
前記フィードガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップと、
前記イオンを前記チャンバから抽出し前記ワークピースに向け加速するステップと、
を備える方法。
A method of processing a workpiece, comprising:
Introducing a conditioning gas into a chamber of an ion source, wherein the conditioning gas includes borane and a conditioning co-gas, and the conditioning co-gas includes a hydride of a group 4 or group 5 element;
Forming a coating of borane and the Group 4 or Group 5 element on the wall of the chamber;
Introducing a feed gas comprising fluorine and boron into the chamber after the coating is formed;
Ionizing the feed gas in the chamber to generate ions;
Extracting the ions from the chamber and accelerating towards the workpiece;
A method comprising:
前記イオンは質量分析なしで前記ワークピースに注入される、請求項6記載の方法。   The method of claim 6, wherein the ions are implanted into the workpiece without mass spectrometry. 前記フィードガスと一緒に希釈ガスを前記チャンバ内に導入し、前記希釈ガスは4族又は5族元素の水素化物を含み、前記方法は更に前記希釈ガスを前記チャンバ内でイオン化してイオンを生成するステップを備える、請求項6記載の方法。   A dilution gas is introduced into the chamber along with the feed gas, the dilution gas comprising a hydride of a group 4 or 5 element, and the method further ionizes the dilution gas in the chamber to generate ions. The method of claim 6 comprising the step of: 前記被覆は前記コンディショニングガスと前記コンディショニング共ガスを前記チャンバ内でイオン化することによって形成される、請求項6記載の方法。   The method of claim 6, wherein the coating is formed by ionizing the conditioning gas and the conditioning co-gas in the chamber. ワークピースを処理する方法であって、
イオン源のチャンバの壁をホウ素と4族元素又は5族元素で被覆するためにコンディショニングプロセスをイオン源のチャンバに実行するステップと、
前記壁上に被覆が形成された後に注入プロセスを実行するステップと、を備え、
前記注入プロセスにおいて、フッ素とホウ素を含むフィードガスをイオン化してイオンを生成し、前記イオンを前記チャンバから抽出し、前記ワークピースに向け加速し、前記イオンを質量分析なしで前記ワークピースに注入する、
方法。
A method of processing a workpiece, comprising:
Performing a conditioning process in the ion source chamber to coat the walls of the ion source chamber with boron and a Group 4 or Group 5 element;
Performing an injection process after a coating has been formed on the wall;
In the implantation process, a feed gas containing fluorine and boron is ionized to generate ions, the ions are extracted from the chamber, accelerated toward the workpiece, and the ions are implanted into the workpiece without mass spectrometry To
Method.
前記コンディショニングプロセスは、ボランと前記4族元素又は5族元素の水素化物を含むコンディショニング共ガスとを含むコンディショニングガスを前記チャンバ内でイオン化するステップを備える、請求項10記載の方法。   The method of claim 10, wherein the conditioning process comprises ionizing a conditioning gas comprising borane and a conditioning co-gas comprising a Group 4 or Group 5 element hydride in the chamber. 前記コンディショニング共ガスはホスフィン又はアルシンを含む、請求項11記載の方法。   The method of claim 11, wherein the conditioning co-gas comprises phosphine or arsine. 前記コンディショニング共ガスはゲルマン又はシランを含む、請求項11記載の方法。   The method of claim 11, wherein the conditioning co-gas comprises germane or silane. 前記抽出されたイオンはイオンビームを形成し、前記方法は更に、前記イオンビーム内の汚染物質の割合が所定の閾値を超える場合に前記コンディショニングプロセスを繰り返すステップを備える請求項10記載の方法。   The method of claim 10, wherein the extracted ions form an ion beam, and the method further comprises repeating the conditioning process when a percentage of contaminants in the ion beam exceeds a predetermined threshold.
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