JP6730457B2 - 窒素イオン注入においてイオン源性能を改善するためのフッ素化組成物 - Google Patents

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Description

本開示は、一般に、窒素イオン注入に関する。より具体的には、本開示は、様々な態様において、窒素イオン注入においてイオン源性能を改善するためのフッ素化組成物、このようなフッ素化組成物を利用してイオン源性能を改善する方法、並びに窒素イオン注入システムで用いるガス供給装置及びキットに関する。
イオン注入は、マイクロエレクトロニクス及び半導体製品の製造において広く使用されているプロセスであり、制御された量のドーパント不純物を半導体ウェーハなどの基板に正確に導入するために用いられる。
このような用途に用いられるイオン注入システムでは、典型的にはイオン源が、所望のドーパント元素ガスをイオン化するために用いられ、イオンは、所望のエネルギーのイオンビームの形態でイオン源から引き出される。イオン注入システムでは、熱電極を用い、電気アークによって作動するフリーマン及びベルナスタイプ、マグネトロンを使用するマイクロ波タイプ、間接加熱陰極（ＩＨＣ）源、並びにＲＦプラズマ源を含む様々なタイプのイオン源が使用されている。なお、これらのすべては、典型的には真空中で動作する。イオン注入システムに使用されるドーパントは、非常に様々なタイプのものであり、とりわけ、ヒ素、リン、ホウ素、酸素、窒素、テルル、炭素、及びセレンを含む。イオン注入ツールは、多種多様なドーパント種の注入のために継続的に使用されてもよく、このとき、このツールは、異なるドーパント種を注入するために連続的に動作されるが、これに対応して動作状態及び化学反応は変化する。
何れのシステムにおいても、イオン源は、ドーパントガス（一般に「原料ガス」と呼ばれる）で満たされた真空アークチャンバ（以下、「チャンバ」）に電子を導入することによってイオンを生成する。ドーパントガス中の原子及び分子との電子の衝突により、ドーパント正イオン及びドーパント陰イオンからなるイオン化プラズマが生成される。負バイアス又は正バイアスを有する引き出し電極はそれぞれ、正イオン又は陰イオンが、所望の導電率の領域を形成するためにターゲット材料に向けて加速される平行イオンビームとしてアパーチャを通過することを可能にする。
予防保守（ＰＭ）の頻度及び時間は、イオン注入ツールの性能要因の１つである。一般的な目的として、ツールのＰＭの頻度及び時間は低減しなければならない。最も多くの保守を必要とするイオン注入ツールの部品は、イオン源、引き出し電極及び高電圧絶縁体、並びにツールに関連する真空システムのポンプ及び真空ラインを含む。さらに、イオン源のフィラメントは定期的に交換される。
理想的には、アークチャンバに投入された原料分子は、アークチャンバ自体又はイオン注入機の他の構成要素との実質的な相互作用なしにイオン化され断片化される。実際には、原料ガスのイオン化及び断片化は、アークチャンバ構成要素のエッチング又はスパッタリング、アークチャンバ表面への堆積、アークチャンバ壁材料の再分布などの望ましくない結果をもたらし得る。これらの結果は、イオンビームの不安定性の一因となり、最終的にはイオン源の早期故障の原因となり得る。原料ガス及びそのイオン化生成物の残留物も、イオン源絶縁体又は引き出し電極の表面などの、イオン注入ツールの高電圧構成要素上に堆積した場合、高電圧エネルギースパークの原因となり得る。このようなスパークは、ビームの不安定性の別の一因であり、これらのスパークによって放出されるエネルギーは、繊細な電子部品に損傷を与え、設備故障の増加及び平均故障間隔（ＭＴＢＦ）の低下をもたらし得る。
絶縁表面上への固体の過剰な堆積に起因する電気的短絡は、「グリッチ」として知られており、イオン注入システムにおける効率的なイオン注入の達成にとって非常に不都合である。
イオン注入動作に使用されるドーパントの特定のタイプにかかわらず、原料ガスが効率的に処理されること、イオン種の注入が効果的かつ経済的に行われること、及び注入ツールの生産性が可能な限り高くなるように保守要求を最小化し、システム構成要素の故障前の平均時間を最大化して注入装置を動作させることを保証するという一般的な目的がある。
集積回路及び他のマイクロエレクトロニクス製品の製造において遭遇する特定のグリッチ問題は、窒素イオン注入に関連する。窒素（Ｎ＋）の注入に利用されたイオン注入ツールが、その後、ヒ素（Ａｓ＋）又はリン（Ｐ＋）を注入する動作に切り替えられたときに、ツールは、深刻なグリッチを生じやすい。このようなグリッチのメカニズムは、完全には解明されていないが、イオン源絶縁体上への導電性の窒化タングステン（ＷＮｘ）の堆積に関わると推測される。
窒素イオン注入に続いてヒ素又はリンイオン注入が行われることに関連するこのような深刻なグリッチに対処し、これを最小限に抑えるための従来の努力は不十分であった。例えば、イオン注入ツールにおいて最初の窒素イオン注入とそれに続くヒ素又はリンイオン注入との間にホウ素原料ガスを処理する、すなわちイオン化する中間の短時間（例えば、５分間の長さ）の工程を行うことにより、グリッチ挙動が減衰し得ることが確認されているが、これは、ツールの動作状態のリセット及びツールのその他の適用可能な処理シーケンスの中断を必要とする。
したがって、イオン注入ツールの不都合なグリッチ挙動を抑制するために、計画された一連のイオン注入動作の中断の必要性を回避する効果的でコスト効率が良い予防的手法によって、イオン注入ツールが窒素イオン注入からグリッチを生じやすい他のイオン注入動作、例えばヒ素イオン注入又はリンイオン注入などに切り替えられるときに生じる、イオン注入ツールの深刻なグリッチを防止することは非常に好適である。
本開示は、窒素イオン注入に続いて、ヒ素又はリンイオン種の注入などの、グリッチを生じやすい別のイオン注入動作が行われる場合に深刻なグリッチの発生を回避する、窒素イオン注入を実施するための組成物、方法、及び装置に関する。
様々な態様において、本発明は、窒素ドーパントガス（Ｎ２）と、フッ素及び／又は酸素源を含むグリッチ抑制ガスとを含む窒素イオン注入組成物に関する。理論に縛られることを望むものではないが、フッ素及び／又は酸素は、例えば窒化物を形成する、窒素とイオン源の内部との反応を阻害することができ、これにより、グリッチに関連する堆積物の形成を緩和することができると考えられる。
一態様では、本開示は、窒素イオン注入に続いて、グリッチを生じやすい別のイオン注入動作が行われる場合にイオン注入システムにおけるグリッチを防止するための窒素イオン注入組成物であって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物に関する。
別の態様では、本開示は、窒素イオン注入に続いてヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われる場合にイオン注入システムにおけるグリッチを防止するための窒素イオン注入組成物であって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物に関する。
様々な態様において、本発明は、窒素ドーパントガス（Ｎ２）と、フッ素及び／又は酸素源を含むグリッチ抑制ガスとをイオン注入システムに送達するためのガス供給パッケージ及びキットに関する。
さらに別の態様では、本開示は、イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給パッケージであって、本明細書に様々に記載されているような窒素イオン注入組成物を含むガス貯蔵分配容器を備えるガス供給パッケージに関する。
さらなる態様では、本開示は、イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給キットであって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵分配容器と、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスを含む第２のガス貯蔵分配容器とを備えるガス供給キットに関する。
別の態様では、本開示は、イオン注入システムにおけるグリッチを防止する目的での、本明細書に様々に記載されているようなイオン注入組成物、ガス供給パッケージ、又はガス供給キットの使用であって、イオン注入システムにおける窒素イオン注入動作に続いて、グリッチを生じやすい別のイオン注入動作、例えばヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われる使用に関する。イオン注入システムは、窒化物を形成しやすい材料、例えばタングステンを含む内部を有してもよい。
本開示のさらなる態様は、窒素イオン注入のためのガスを供給する方法であって、パッケージされた形態においてこのようなガスをイオン注入システムに送達する工程であって、このパッケージされた形態が、（ｉ）ガス供給パッケージであって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物を、パッケージされたガス混合物として含むガス貯蔵分配容器を備えるガス供給パッケージと、（ｉｉ）イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給キットであって、該ガス供給キットが、窒素（Ｎ２）ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵分配容器と、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスを含む第２のガス貯蔵分配容器とを備え、任意選択的に、ガス供給キットが、第３のガス貯蔵分配容器内に、又は第１のガス貯蔵分配容器及び第２のガス貯蔵分配容器のうちの１つ以上の内に水素含有ガス、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスをさらに含むガス供給キットとの何れか一方を備える工程を含む方法に関する。
本開示のさらなる態様は、イオン注入システムにおけるグリッチを防止する方法であって、イオン注入システムにおける窒素イオン注入動作に続いて、グリッチを生じやすい別のイオン注入動作、例えばヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われ、この方法が、窒素イオン注入動作のための窒素注入種を生成するために、本明細書に様々に記載されているような窒素イオン注入組成物をイオン化する工程を含む方法に関する。
別の態様では、本開示は、窒素イオン注入方法であって、窒素イオン注入種を生成するために、本明細書に様々に記載されているような窒素イオン注入組成物をイオン化する工程と、窒素イオン注入種を基板に注入する工程であって、例えば、この注入工程が、窒素イオン注入種のビームを基板に向けることを含む工程とを含む窒素イオン注入方法に関する。
本開示の他の態様、特徴、及び実施態様は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになる。
窒素ドーパント源材料が基板に窒素を注入するためのイオン注入機に供給される、本開示による動作モードを示す、イオン注入システムの概略図である。 本発明の一実施態様に従って純粋なＮ２の供給並びにＮ２及びＢＦ３の混合供給を使用してイオン源から得られたビームスペクトルを比較している。
本開示は、窒素イオン注入システム、方法、及び組成物に関する。適切には、窒素イオン注入、システム、方法、及び組成物は、窒素イオンを含む注入可能イオン、窒素イオンを半分超含む注入可能イオン、又は本質的に窒素イオンからなる注入可能イオンを提供するように構成され得る。
様々な態様において、本開示は、窒素イオン注入が行われる窒素イオン注入システムにおいてイオン源性能を改善するためのフッ素化又は有酸素組成物、このようなフッ素化又は有酸素組成物を利用してイオン源性能を改善する方法、並びに窒素イオン注入システムで用いるガス供給装置及びキットに関する。
一態様では、本開示は、窒素イオン注入に続いて、グリッチを生じやすい別のイオン注入動作が行われる場合にイオン注入システムにおけるグリッチを防止するための窒素イオン注入組成物であって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物に関する。
本開示の組成物、方法、及び装置は、窒素イオン注入に続いてヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われるイオン注入動作を参照して本明細書に例示的に記載されているが、本開示のこのような組成物、方法、及び装置は、窒素イオン注入に続いて行われるイオン注入動作が、このようなイオン注入動作の順番においてグリッチを生じやすい任意のイオン注入動作にも同様に適用可能であることを理解されたい。ヒ素イオン注入及びリンイオン注入に加えて、グリッチを生じやすいこのような後続のイオン注入動作は、様々な実施形態において、ホウ素イオン注入、炭素イオン注入、ケイ素イオン注入などを含んでもよい。
本開示は、特定の態様では、窒素イオン注入に続いてヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われる場合にイオン注入システムにおけるグリッチを防止するための窒素イオン注入組成物であって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガス、例えば、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物に関する。
グリッチ抑制ガスは、グリッチ抑制に有効な任意の適切な量で、すなわち、窒素イオン注入に続いて、グリッチを生じやすい別のイオン注入動作、例えばヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われるときに窒素イオン注入組成物がイオン注入システムにおけるグリッチを防止することを可能にするのに有効な任意の適切な量で、窒素イオン注入組成物中に存在してもよく、これにより、この窒素イオン注入組成物の場合、グリッチ抑制ガスを含まない対応する組成物に比べてグリッチの発生が低減される。
実際問題として、窒素イオン注入組成物がイオン注入に利用されるのだから、窒素（Ｎ２）ドーパントガスが、好適には、窒素イオン注入組成物の半分超、すなわち５０体積パーセント（体積％）超を構成し、窒素（Ｎ２）ドーパントガス、グリッチ抑制ガス、及び任意選択の水素含有ガス（存在する場合）の体積パーセントは合計で１００体積パーセントである。しかしながら、本開示は、窒素（Ｎ２）ドーパントガスが窒素イオン注入組成物の体積の半分未満として存在し、グリッチ抑制ガスが窒素イオン注入組成物の体積の半分超で存在する実施態様を企図していることが認められよう。しかしながら、ほとんどの用途では、窒素（Ｎ２）ドーパントガスが、窒素イオン注入組成物の半分超を構成する。
特定の実施態様では、グリッチ抑制ガスは、窒素イオン注入組成物の１体積％から４９体積％であり得る量で、窒素イオン注入組成物中に存在し得る。他の実施態様では、グリッチ抑制ガスは、窒素イオン注入組成物の５体積％から４５体積％であり得る量で、窒素イオン注入組成物中に存在し得る。さらに他の実施態様では、グリッチ抑制ガスは、下端点の体積％値が１、２、３、４、５、６、８、１０、１２、１５、１８、２０、２２、２５、２８、３０、３２、３４、３５、３７、３８、４０の何れかであり、かつ上端点の体積％値が下端点の値よりも大きくて、４、５、６、８、１０、１２、１５、１８、２０、２２、２５、２８、３０、３２、３４、３５、３７、３８、４０、４２、４４、４５、４７、４８、及び４９の何れかである範囲の量で、窒素イオン注入組成物中に存在し得る。したがって、窒素イオン注入組成物については、２から４体積％若しくは２０から４０体積％若しくは１５から３７％などの範囲又は前述の端点の値によって定義された順列の中から選択され得る任意の他の範囲が企図されている。
様々な実施態様において、窒素イオン注入組成物は、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２からなる群から選択される１種類以上を含むフッ素化合物グリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガス、例えば、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスとを含むことができる。様々な実施態様において、窒素イオン注入組成物は、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、１種類以上の選択されたＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、並びにＸｅＦ２を含むフッ素化合物グリッチ抑制ガスとを含むことができる。さらに特定の実施態様では、窒素イオン注入組成物は、任意選択的に水素含有ガスと混合された、互いに混合された窒素（Ｎ２）ドーパントガス及びＮＦ３を含むことができる。
さらなる実施態様では、窒素イオン注入組成物は、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、グリッチ抑制有酸素（酸素含有）ガスであって、例えば、ＣＯＦ２、ＯＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、及びＯ３からなる群から選択される少なくとも１種類を含むグリッチ抑制有酸素（酸素含有）ガスと、任意選択的に水素含有ガス、例えば、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスとを含むことができる。特定の実施態様では、窒素イオン注入組成物は、Ｎ２及びＯ２を含むことができる。
グリッチ抑制ガスがフッ化水素（ＨＦ）を含む場合、任意選択の水素含有ガスを含む対応する窒素イオン注入組成物は、フッ化水素以外の水素含有ガスを含むことが理解されよう。
本明細書に開示されている窒素イオン注入組成物又は他のガス組成物の何れにおいても、これらの組成物は、明確に記載されているガス成分を含むものとして様々に広く開示されているが、代替的に、このような明確に記載されているガス成分からなっていてもよいし、本質的に、このような明確に記載されているガス成分からなっていてもよい。
窒素イオン注入組成物は、窒素イオン注入組成物を含むガス供給パッケージから供給されるガス混合物として、窒素イオン注入組成物が使用されるイオン注入システムのイオン源チャンバに送達されてもよい。あるいは、窒素イオン注入組成物を構成する、ガス混合物のそれぞれのガス成分は、別々のガス供給パッケージであって、それぞれが１種類以上であるがすべての種類より少ない種類の成分を含む別々のガス供給パッケージから供給されてもよく、したがって、別々のガス供給パッケージから供給されるガスは、ガス流の共流としてイオン源チャンバ内で一緒に混合される別々のガス流として、イオン注入システムのイオン源チャンバに供給されてもよい。したがって、窒素イオン注入動作は、好適には、イオン注入システムのイオン源チャンバに導入されるか、又はこのイオン源チャンバで形成される窒素イオン注入組成物を用いて行われる。あるいは、別々のガス供給パッケージは、イオン源チャンバの上流の流れ回路に導入されるガスを供給し、これにより、それぞれのガス流が、ガス流回路で互いに混合され、窒素イオン注入組成物のガス混合物としてイオン源チャンバに送達されてもよい。さらなる代替案として、別々のガス供給パッケージは、イオン源チャンバの上流でガス混合物として窒素イオン注入組成物を生成するために、流れラインを介して混合チャンバ又は他の組み合わせデバイス若しくは構造にガスを供給し、ガス混合物放出ラインにより、生成された混合物が、イオン注入システムのイオン源チャンバに運ばれてもよい。
したがって、窒素イオン注入組成物のそれぞれの成分が別々に送達されるイオン源チャンバにおいて、又は混合物である窒素イオン注入組成物の、これを含むガス供給パッケージからの送達を含む様々な流れ手法において、又は陰イオン注入システムのイオン源チャンバの上流におけるガス混合によって窒素イオン注入組成物を形成することにおいて、窒素ドーパントガスと前述の補助ガスとを組み合わせることで完全な柔軟性が得られる。
したがって、本開示の窒素イオン注入組成物は、窒素イオン注入の後で、Ｎ＋注入からＡｓ＋及び／又はＰ＋注入動作に切り替える前の中間の調節又は調整工程を回避することを可能にして、プロセス効率を高めるという利点を提供する。さらに、Ｎ２Ｆ４及びＮ２ガス混合物又はＮ２Ｏ及びＮ２ガス混合物などの特定の窒素含有組成物は、イオン注入システムのフィラメント及び／又は他の構成要素のタングステンと窒素との反応から生じるＷＮｘの蓄積を防止するために、またＮ＋ビーム電流を増加させるために使用され得る。このような場合、補助ガスは、全体の窒素の量を減少させず、さらには、そのより高いイオン化断面積及びより低いイオン化エネルギーのためにＮ２よりも多いＮ＋に寄与する。
したがって、フッ化物／Ｎ２組成物は、本開示に従ってＷＮｘ層の蓄積を防止するために使用され得る。このような組成物中のフッ化物含有量は、比較的低いが、ＷＮｘ形成を不十分な程度で中断させるほどには低くなくてもよく、有害なＷＦｘ輸送現象、すなわちハロゲンサイクルを引き起こすほどには高くなくてもよい。ＮＦ３は、比較的安全な補助ガスとして、フッ素のみを導入するため、好ましい補助ガス種である。他のフッ素化ガス（ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、並びにＸｅＦ２）は、パッケージの安全性（ＣＦ４、ＳＦ６）又はプロセス効率（ＧｅＦ４、Ｆ２、ＨＦ）を高めるためにＮ２と共に使用され得る。酸化組成物でも同様の効果を得ることができる。ＷＯｘは、導電性であるが、高温では安定性が低い。単純なＯ２／Ｎ２組成物は、Ｎ２と同じ安全性だけでなく、グリッチを低減するさらなる利点を得るために用いられ得る。先の解説に記載したように、Ｎ２及び補助ガスは、単一のガス供給容器内に共にパッケージされてもよいし、２つの別々のガス供給容器から共に流されてもよい。前述の解説にも反映されているように、１種類以上の水素含有ガスが、イオン源状態をさらに平衡させるための補助ガスとして含まれてもよい。水素含有ガスは、任意の適切な特性のものであってもよく、例えば、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４などを含んでもよい。
様々な実施態様において、本開示は、窒素イオン注入から、ヒ素及び／又はリンのイオン注入などの、グリッチを生じやすい後続のイオン注入動作への移行において起こり得る他の動作を企図している。これらの動作は、イオン注入システムのライン及びチャンバから潜在的な汚染物質を除去するために、このような連続イオン注入動作の間にシステムを通してパージガスを流すことを含んでもよい。パージガスは、プラズマを形成するためにイオン化せずに、アルゴンなどの不活性ガス、又は三フッ化ホウ素などのガスを含んでもよい。さらなる又は代替的な動作として、他の実施態様では、窒素汚染物質に対して選択的な吸着剤などの浄化又はスクラバ材料が、流れ回路内、例えば、窒素イオン注入ガスをイオン注入システムに送達するために用いられるマニホルド又は流れライン内の窒素イオン注入ガスを浄化するために用いられてもよい。さらに又はあるいは、様々な実施態様において、流れ回路のガスマニホルドが、例えば、その後のグリッチ挙動の一因となり得る水又は他の汚染物質をそこから除去するために窒素ガスによってパージされてもよい。
本開示は、さらなる態様において、イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給パッケージであって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガス、例えば、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物を、パッケージされたガス混合物として含むガス貯蔵分配容器を備えるガス供給パッケージに関する。
本開示は、さらなる態様において、イオン注入で用いるパッケージされたガス混合物に関する。ガス供給パッケージは、単一の供給容器から提供され得る共にパッケージされた混合物である。パッケージされたガス混合物は、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガス、例えば、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスとを含む窒素ガス混合物を、パッケージされたガス混合物として含むガス貯蔵分配容器を含む。
別の態様では、本開示は、イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給キットであって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵分配容器と、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスを含む第２のガス貯蔵分配容器とを備えるガス供給キットに関する。任意選択的に、ガス供給キットは、水素含有ガス、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスを第３のガス貯蔵分配容器内にさらに含んでもよい。あるいは、水素含有ガスは、ガス供給キットにおいて第１のガス貯蔵分配容器内で窒素（Ｎ２）ドーパントガスと混合されて提供されてもよく、及び／又は水素含有ガスは、ガス供給キットにおいて第２のガス貯蔵分配容器内でグリッチ抑制ガスと混合されて提供されてもよい。
別の態様では、本開示は、イオン注入システムにおけるグリッチを防止する目的での、本明細書に様々に記載されているようなイオン注入組成物、ガス供給パッケージ、又はガス供給キットの使用であって、イオン注入システムにおける窒素イオン注入動作に続いて、グリッチを生じやすい別のイオン注入動作、例えばヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われる使用に関する。適切に、イオン注入システム内の１種類以上の窒素含有堆積物、特にＷＮｘ堆積物の蓄積を減少させることによってグリッチを防止することができる。
本開示は、別の態様において、窒素イオン注入のためのガスを供給する方法であって、パッケージされた形態においてこのようなガスをイオン注入システムに送達する工程であって、このパッケージされた形態が、（ｉ）ガス供給パッケージであって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガス、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物を、パッケージされたガス混合物として含むガス貯蔵分配容器を備えるガス供給パッケージと、（ｉｉ）イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給キットであって、該ガス供給キットが、窒素（Ｎ２）ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵分配容器と、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスを含む第２のガス貯蔵分配容器とを備え、任意選択的に、ガス供給キットが、第３のガス貯蔵分配容器内に、又は第１のガス貯蔵分配容器及び第２のガス貯蔵分配容器のうちの１つ以上の内に水素含有ガス、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスをさらに含むガス供給キットとの何れか一方を備える工程を含む方法に関する。
本開示のさらなる態様は、イオン注入システムにおける窒素イオン注入動作に続いて、グリッチを生じやすい別のイオン注入動作、例えばヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われる場合にイオン注入システムにおけるグリッチを防止する方法であって、該方法が、窒素イオン注入動作のための窒素注入種を生成するために窒素イオン注入組成物をイオン化する工程を含み、窒素イオン注入組成物が、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガス、例えば、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスとを含む方法に関する。
次に図面を参照すると、図１は、窒素ドーパント源材料が基板に窒素を注入するためのイオン注入機に供給される、本開示による動作モードを示す、イオン注入システム１０の概略図である。
図１に示すように、注入システム１０は、イオン注入機１２を含み、イオン注入機１２は、本開示の窒素イオン注入組成物又はその成分をイオン注入機に送達するためのガス供給パッケージ１４、１６、及び１８に対して受け入れる関係に配置されている。したがって、ガス供給パッケージ１４、１６、及び１８のそれぞれは、本開示の窒素イオン注入組成物を含むことができ、このため、それぞれは、イオン注入機のイオン源チャンバへの後述の関連する流れ回路を通る流れによってこのような組成物をこのイオン注入機に連続的に提供することができる。
あるいは、ガス供給パッケージ１４、１６、及び１８のそれぞれは、窒素イオン注入組成物の１種類以上であるがすべての種類より少ない種類の成分を含んでもよい。例えば、ガス供給パッケージ１４は、窒素（Ｎ２）ドーパントガスを含むことができ、ガス供給パッケージ１６は、グリッチ抑制ガス、例えば、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むことができ、ガス供給パッケージ１８は、任意選択の水素含有ガスを含むことができ、これにより、これらのガス供給パッケージからのそれぞれのガスは、イオン注入機１２に共に流される。
さらなる選択肢として、任意の他の組み合わせ構成も可能である。例えば、任意選択の水素含有ガスは使用されなくてもよく、その代わりに、ガス供給パッケージ１４及び１６は、窒素（Ｎ２）ドーパントガスを含んでもよく、ガス供給パッケージ１８は、窒素イオン注入組成物の半分未満として供給されるグリッチ抑制ガスを含んでもよく、これにより、最初にガス供給パッケージ１４からイオン注入動作のために窒素（Ｎ２）ドーパントガスが供給されてもよく、ガス供給パッケージ１４内の窒素（Ｎ２）ドーパントガスの残量がなくなったら、イオン注入機に窒素（Ｎ２）ドーパントガスを継続して供給するためにガス供給パッケージ１６を作動させることができ、このようなガス供給パッケージ１４及び１６の何れかから窒素（Ｎ２）ドーパントガスを分配している間に、グリッチ抑制ガスが、ガス供給パッケージ１８からイオン注入機に供給され、これにより、イオン源チャンバは、イオン源チャンバ内で窒素イオン注入組成物を混合して構成するために窒素（Ｎ２）ドーパントガス及びグリッチ抑制ガスを連続的に受け入れる。あるいは、それぞれのガス供給パッケージから分配される窒素（Ｎ２）ドーパントガス及びグリッチ抑制ガスは、イオン注入機の上流の流れ回路又は混合チャンバ若しくは構造で混合されてもよい。
ガス供給パッケージの構造をさらに詳細に検討すると、ガス供給パッケージ１４は、ガス供給ライン４４に接続された放出口２４を有する弁頭アセンブリ２２を含む容器を含む。弁頭アセンブリ２２は、容器２０内に収容されたガスの分配或いはこのガスの密閉貯蔵を行うために所望に応じて全開位置と全閉位置との間で弁頭アセンブリ内の弁を平行移動させるために、この弁を手動で調節するためのハンドホイール３８を備える。
ガス供給パッケージ１６及び１８は、それぞれガス供給パッケージ１４と同様に構成されている。ガス供給パッケージ１６は、ハンドホイール４０が結合された弁頭アセンブリ２８を備える容器２６を備える。弁頭アセンブリ２８は、ガス供給ライン５２が接続された放出口３０を含む。ガス供給パッケージ１８は、弁頭アセンブリ３４内の弁を動かすためのハンドホイール４２が結合された弁頭アセンブリ３４を備える容器３２を含む。弁頭アセンブリ３４もまた、ガス放出ライン６０に接続された放出口３６を含む。
ガス供給パッケージ１４、１６、及び１８に関して図示したハンドホイール部品の代わりに、このようなパッケージは、電磁弁アクチュエータ、空気弁アクチュエータ、又は他のタイプの弁アクチュエータなどの自動弁アクチュエータを備えてもよく、これらは、それぞれのガス供給パッケージの弁要素を全開位置と全閉位置との間で平行移動させるために作動されてもよい。
図１に示したイオン注入システムでは、ガスを、先に記載したように、任意の変形構成でイオン注入機に供給することができる。したがって、このようなガス供給パッケージの何れかから窒素イオン注入組成物を供給することができるし、そこから窒素イオン注入組成物の様々な成分を供給することができる。
それぞれのガス供給パッケージからのガス流を制御する目的で、それぞれのガス供給ライン４４、５２、及び６０には、それぞれ流量制御弁４６、５４、及び６２がその中に設けられている。
流量制御弁４６は、自動弁アクチュエータ４８を備え、自動弁アクチュエータ４８は、このアクチュエータとＣＰＵ７８とを接続する信号伝送ライン５０を有し、これにより、ＣＰＵ７８は、弁４６の位置を調整して容器２０から混合チャンバ６８へのガスの流量を制御するために信号伝送ライン５０で制御信号を弁アクチュエータに送信することができる。
同様に、ガス放出ライン５２は、弁アクチュエータ５６に結合された流量制御弁５４を含み、さらに弁アクチュエータ５６は、信号伝送ライン５８によってＣＰＵ７８に結合されている。同じく、ガス放出ライン６０の流量制御弁６２は、信号伝送ライン６６によってＣＰＵ７８に結合された弁アクチュエータ６４を備える。
このようにして、ＣＰＵは、対応する容器２０、２６、及び３２からのそれぞれのガスの流量を操作可能に制御することができる。
複数種類のガスが混合チャンバ６８に同時に流される（共に流される）場合、結果として得られるガスは、イオン注入機１２への通路用の供給ライン７０に放出される。
これに対応して、窒素イオン注入組成物をイオン注入機に分配するために、単一のガス供給パッケージ１４、１６、又は１８のみが所定の時間に分配モードで作動される場合、対応する１種類のガスは、関連する流量制御弁によって調整されて、混合チャンバを通って流れ、供給ライン７０においてイオン注入機に送られる。
供給ライン７０は、この供給ライン及びガス分析器７４と連通するバイパスライン７２及び７６を含むバイパス流ループに結合されている。したがって、ガス分析器７４は、供給ライン７０の主流からの側流を受け入れ、ガス流の濃度、流量などと相関する監視信号を応答可能に生成し、分析器７４とＣＰＵ７８とを結合する信号伝送ラインで監視信号を送信する。このようにして、イオン注入機へのガスの所望の分配動作を行うために、ＣＰＵ７８は、ガス分析器７４からの監視信号を受信し、これを処理し、それぞれの弁アクチュエータ４８、５６、及び６４又は必要に応じて選択された、これらのうちの１つ以上に送信される出力制御信号を応答可能に生成する。このようにして、イオン注入機に流される窒素イオン注入組成物の成分の所望の組成混合物を得るために、窒素（Ｎ２）ドーパントガス及びグリッチ抑制ガス（及び窒素イオン注入組成物の成分として存在する場合は水素含有ガス）の相対的比率を制御可能に調節することができる。
イオン注入機１２は、流出物ライン８０において流出物処理ユニット８２に流される流出物を生成し、流出物処理ユニット８２は、処理ユニット８２から通気ライン８４に放出されて、さらなる処理又は他の処置に渡され得る処理ガス流出物を生成するために、スクラビング、触媒酸化などを含む流出物処理動作によって流出物を処理することができる。
ＣＰＵ７８は、任意の適切なタイプのものであってもよく、汎用のプログラム可能なコンピュータ、専用のプログラム可能なコンピュータ、プログラム可能な論理コントローラ、マイクロプロセッサ、又は上述したような監視信号の信号処理及び出力制御信号（一又は複数）の生成に有効な他の計算ユニットを様々に備えることができる。
したがって、ＣＰＵは、ガス供給パッケージ１４、１６、及び１８のうちの２つ又は３つすべてからのガスの併流を含む周期的動作を行うようにプログラム的に構成され得る。したがって、ガスの共流又は混合を含む任意の流れモードに対応することができる。
したがって、本開示は、様々な態様において、窒素イオン注入に続いて、このような窒素イオン注入に続いて行われる場合にグリッチを生じやすいイオン注入動作が行われる場合にイオン注入システムにおけるグリッチを防止するのに有効である窒素イオン注入組成物であって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物に関する。
このような窒素イオン注入組成物において、任意選択の水素含有ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含んでもよい。
上述した窒素イオン注入組成物は、窒素（Ｎ２）ドーパントガスが、窒素イオン注入組成物の５０体積パーセント（体積％）超を構成し、例えば、グリッチ抑制ガスが、窒素イオン注入組成物の２体積％から４９体積％の量で存在するか、又は、グリッチ抑制ガスが、窒素イオン注入組成物の５体積％から４５体積％の量で存在するか、又は、グリッチ抑制ガスが他の量で存在するように構成されてもよい。例えば、グリッチ抑制ガスは、下端点の体積％値が２、３、４、５、６、８、１０、１２、１５、１８、２０、２２、２５、２８、３０、３２、３４、３５、３７、３８、４０の何れかであり、かつ上端点の体積％値が下端点の値よりも大きくて、４、５、６、８、１０、１２、１５、１８、２０、２２、２５、２８、３０、３２、３４、３５、３７、３８、４０、４２、４４、４５、４７、４８、及び４９の何れかである範囲の量で存在してもよい。
広く上述されているような窒素イオン注入組成物の特定の実施形態では、グリッチ抑制ガスは、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含んでもよい。様々な実施態様におけるグリッチ抑制ガスは、ＮＦ３を含んでもよい。他の実施態様では、グリッチ抑制ガスは、有酸素ガス、例えばＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、及びＯ３からなる群から選択される少なくとも１種類を含んでもよい。特定の実施態様では、有酸素ガスはＯ２を含んでもよい。
本開示の別の態様は、窒素イオン注入に続いてヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われる場合にイオン注入システムにおけるグリッチを防止するための窒素イオン注入組成物であって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物に関する。
本開示は、イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給パッケージであって、本明細書に様々に記載されているような窒素イオン注入組成物を含むガス貯蔵分配容器を備えるガス供給パッケージを企図している。
別の態様では、本開示は、イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給キットであって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵分配容器と、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスを含む第２のガス貯蔵分配容器とを備えるガス供給キットに関する。
このようなガス供給キットは、水素含有ガス、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスを含む第３のガス供給容器をさらに備えてもよい。
上述したガス供給キットは、第１のガス貯蔵分配容器内に窒素（Ｎ２）ドーパントガスと混合された水素含有ガスをさらに含んでもよいし、或いは、第２のガス貯蔵分配容器内にグリッチ抑制ガスと混合された水素含有ガスをさらに含んでもよい。
ガス供給キットは、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、並びにＸｅＦ２からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスを有するように構成されてもよい。
さらなる態様では、本開示は、窒素イオン注入のためのガスを供給する方法であって、パッケージされた形態においてこのようなガスをイオン注入システムに送達する工程であって、このパッケージされた形態が、（ｉ）ガス供給パッケージであって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスと、任意選択的に水素含有ガスとを含む窒素イオン注入組成物を、パッケージされたガス混合物として含むガス貯蔵分配容器を備えるガス供給パッケージと、（ｉｉ）イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給キットであって、該ガス供給キットが、窒素（Ｎ２）ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵分配容器と、ＮＦ３、Ｎ２Ｆ４、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＷＦ６、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、ＣＦ４及びＣｘＦｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他のフッ素化炭化水素、ＳＦ６、ＨＦ、ＣＯＦ２、ＯＦ２、ＢＦ３、Ｂ２Ｆ４、ＧｅＦ４、ＸｅＦ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、並びにＯ３からなる群から選択される１種類以上を含むグリッチ抑制ガスを含む第２のガス貯蔵分配容器とを備え、任意選択的に、ガス供給キットが、第３のガス貯蔵分配容器内に、又は第１のガス貯蔵分配容器及び第２のガス貯蔵分配容器のうちの１つ以上の内に水素含有ガス、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含む水素含有ガスをさらに含むガス供給キットとの何れか一方を備える工程を含む方法に関する。
ガス供給パッケージ（ｉ）又はガス供給キット（ｉｉ）における水素含有ガスは、様々な実施態様において、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ、ＣＨ４及びＣｘＨｙ（ｘ≧１、ｙ≧１）という一般式の他の炭化水素、並びにＧｅＨ４からなる群から選択される１種類以上を含んでもよい。
本開示は、さらなる態様において、イオン注入システムにおけるグリッチを防止する方法であって、イオン注入システムにおける窒素イオン注入動作に続いて、グリッチを生じやすいイオン注入動作、例えばヒ素イオン注入及び／又はリンイオン注入が行われ、この方法が、窒素イオン注入動作のための窒素注入種を生成するために、本明細書に様々に記載されているような窒素イオン注入組成物をイオン化する工程を含む方法に関する。
本開示のさらなる態様は、窒素イオン注入方法であって、窒素イオン注入種を生成するために、本明細書に様々に記載されているような窒素イオン注入組成物をイオン化する工程と、窒素イオン注入種を基板に注入する工程であって、例えば、この注入工程が、窒素イオン注入種のビームを基板に向けることを含む工程とを含む窒素イオン注入方法に関する。
したがって、本開示の窒素イオン注入組成物を用いたイオン注入機の動作は、窒素イオン注入に続いて、グリッチを生じやすいイオン注入動作、例えばヒ素及び／又はリンイオン注入が行われるイオン注入動作においてグリッチを防止するのに有効であることが理解されよう。グリッチ挙動の抑制は、結果的に、動作効率、平均故障間隔、及びイオン注入機の生産性を増加させ、イオン注入機の保守要求を低減し、窒素イオン注入と、グリッチを生じやすい後続のイオン注入動作との間の、イオン注入機における過渡的なＢ＋イオン化処理の必要性を除去する。
次に、本発明の様々な実施態様を、以下の非限定的な実施例を参照してさらに記載する。
実施例１
イオン注入機の間接的に加熱された陰極イオン源へのＢＦ３とＮ２の同時供給の、Ｎ＋ビーム電流への影響を調べた。イオン源は、タングステンライナを備えていた。
様々な流量での純粋なＮ２の供給によって得られたＮ＋ビーム電流を表１に示す。
様々な流量でのＮ２及び１０体積％のＢＦ３の同時供給供給によって得られたＮ＋ビーム電流を表２に示す。
試験を異なる日に行ったため、上記の結果は通常ソースの日差変動（ｎｏｒｍａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｄａｙ ｔｏ ｄａｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）の影響を受けている。両方の供給によって同等のＮ＋ビーム電流を得た。Ｎ２／ＢＦ３（１０％のＢＦ３）混合ガスによって、約３＋ｓｃｃｍのわずかに低い流量で最も高いビーム電流を得た。
実施例２
イオン注入機の間接的に加熱された陰極イオン源へのＢＦ３とＮ２の同時供給の、ビームスペクトルへの影響を調べた。イオン源は、タングステンライナを備えていた。
純粋なＮ２の供給（０％のＢＦ３）、Ｎ２及び１０体積％のＢＦ３の同時供給（１０％のＢＦ３）、並びにＮ２及び２５体積％のＢＦ３の同時供給（２５％のＢＦ３）によって得られたビームスペクトルを図２に示す。
ＢＦ３とＮ２の同時供給は、純粋なＮ２の供給では得られないＮＦ＋及びＷＦＸ ＋種の形成をもたらした。理論に縛られることを望むものではないが、フッ化物ガスのフッ素は、反応を起こして、窒化タングステンの形成をもたらす、窒素及びタングステンの反応を阻害することができると推測される。この阻害は、気相で、タングステン表面におけるＮ及びＷの反応中に、又は窒化タングステンが表面上に形成された後に起こり得る。全体として、窒化タングステンの形成は減少する。ビームスペクトルにおけるＮＦ＋のピークは、Ｎ及びＦの反応を示している。前述したように、窒化タングステンの形成を減少させることは、グリッチを低減するという観点から望ましいものである。
本開示は、特定の態様、特徴、及び例示的な実施態様を参照して本明細書に記載されているが、本開示の有用性は、これにより限定されるものではなく、本明細書の説明に基づいて、本開示の当業者に示唆される多くの他の変形例、修正例、及び代替実施態様を包含することが理解されよう。これに対応して、以下に特許請求される開示は、その精神及び範囲内にそのようなすべての変形例、修正例、及び代替実施態様を含むものとして広く解釈され理解されることを意図する。
本明細書の説明及び特許請求の範囲を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」という語並びにこれらの語の変化形、例えば「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、「含むがこれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」を意味し、他の構成要素、整数、又は工程を排除しない。さらに、単数形は、特に断らない限り、複数形を包含し、特に、不定冠詞が使用されている場合、この記述は、特に断らない限り、単数だけでなく複数をも企図しているものとして理解されるべきである。
本発明の各態様の好ましい特徴は、他の態様の何れかと関連して記載されている場合がある。本願の範囲内において、特許請求の範囲並びに／又は説明及び図面に記載された様々な態様、実施態様、実施例、及び代替案並びに特にこれらの個々の特徴は、単独で又は任意の組み合わせにおいて理解されてもよいことが明確に意図されている。すなわち、すべての実施態様及び／又は任意の実施態様の特徴は、これらの特徴が不整合にならない限り、任意の方法及び／又は組み合わせで組み合わせることができる。

Claims (6)

  1. 窒素イオン注入に続いて、前記窒素イオン注入に続いて行われる場合にグリッチを生じやすい別のイオン注入動作が行われる場合にイオン注入システムにおけるグリッチを防止するための窒素イオン注入組成物であって、前記窒素イオン注入組成物が、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３を含むグリッチ抑制ガスとを含み、前記グリッチ抑制ガスが、窒素イオン注入組成物中に２体積％から１５体積％の量で存在し、前記イオン注入システムが、窒素イオン注入に続いて、グリッチを生じやすい別のイオン注入動作が行われる場合に前記窒素イオン注入組成物がグリッチを抑制するように構成される窒素イオン注入組成物。
  2. 前記グリッチ抑制ガスが、前記窒素イオン注入組成物の2体積％から8体積％の量で存在する、請求項１に記載の窒素イオン注入組成物。
  3. イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給パッケージであって、請求項１に記載の前記窒素イオン注入組成物を含むガス貯蔵分配容器を備えるガス供給パッケージ。
  4. 窒素イオン注入のためのガスを供給する方法であって、
    パッケージされた形態において前記ガスをイオン注入システムに送達する工程であって、前記パッケージされた形態が、
    （ｉ）ガス供給パッケージであって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスと、ＮＦ３を含むグリッチ抑制ガスとを含む窒素イオン注入組成物を含むガス貯蔵分配容器を備えるガス供給パッケージであって、前記グリッチ抑制ガスが、窒素イオン注入組成物中に２体積％から１５体積％の量で存在する、ガス供給パッケージと、
    （ｉｉ）イオン注入システムに窒素イオン注入組成物を供給するためのガス供給キットであって、窒素（Ｎ２）ドーパントガスを含む第１のガス貯蔵分配容器と、ＮＦ３を含むグリッチ抑制ガスを含む第２のガス貯蔵分配容器とを備えるガス供給キットと
    の少なくとも一方を備える工程と、
    前記窒素（Ｎ２）ドーパントガス及び前記グリッチ抑制ガスを用いて窒素イオン注入プロセスを行う工程と、
    グリッチを生じやすいドーパントガスを用いて第２のイオン注入プロセスを行う工程とを含み、それによって前記グリッチが抑制される、
    方法。
  5. 前記組成物中のＮＦ３ ガスの量が、２体積％から８体積％の範囲内である、請求項１に記載の窒素イオン注入組成物。
  6. 前記組成物中のＮＦ３ ガスの量が、５体積％である、請求項１に記載の窒素イオン注入組成物。
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