JP7144610B2 - イオン注入の生産性向上のためのＧｅＨ４／Ａｒプラズマ化学 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、イオン注入システムの生産性を高める方法、より詳細には、ゲルマニウム及びアルゴンイオンビームのビーム電流を改善する方法に関する。

半導体デバイスの製造は、複数の個別の複雑なプロセスを包含している。このようなプロセスの１つは、材料がワークピースから除去されるエッチングプロセスでありうる。別のプロセスは、材料がワークピース上に堆積される堆積プロセスでありうる。さらに別のプロセスは、イオンがワークピースに注入されるイオン注入プロセスでありうる。

イオン源は、伝統的には、イオンを生成するために用いられ、これが、その後、これらのプロセスを実行するために用いられる。イオン源には、該イオン源のチャンバ内又はその近傍に配置された、間接加熱カソード（ＩＨＣ）、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、高周波（ＲＦ）プラズマ源、又は誘導結合源を利用することができる。ガス管は、所望の供給ガスをイオン源チャンバに供給するために、イオン源と流体連結している。供給ガスは、任意の適切な種、典型的には第３族又は第５族の元素でありうる。

しかしながら、ゲルマニウムは、半導体デバイスの製造プロセス、とりわけ低エネルギー、高用量の用途において、ますます使用されている。現在、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ_４）が主なドーパントガスとして用いられており、ハロゲンサイクルを減らし、イオン源の寿命を維持するために、二水素化キセノン（ＸｅＨ_２）又はＣＨ_３Ｆなどの希釈ガスが用いられている。

加えて、アルゴンもまた、精密材料工学（ＰＭＥ）、選択領域処理（ＳＡＰ）、及び３Ｄデバイスのための方向性エッチングなど、さまざまな用途でますます使用及び調査されている。これらの用途は通常、超高用量を利用する。

しかしながら、ハロゲンガスを使用せずに十分なビーム電流を有するゲルマニウムイオンビームの形成は困難であった。さらには、十分なビーム電流を伴うアルゴンイオンビームの生成もまた、とらえどころのないものであった。

したがって、特にハロゲン種を使用せずに、ゲルマニウム及びアルゴンイオンビームのビーム電流を改善する方法は、有益であろう。

ある特定のイオンビーム、特にゲルマニウム及びアルゴンのイオンビームのビーム電流を改善する方法が開示される。第２のガスとしてアルゴンを使用すると、ゲルマンのイオン化を改善し、ハロゲンを使用することなく、十分なビーム電流のゲルマニウムイオンビームの形成を可能にすることが示されている。加えて、第２のガスとしてゲルマンを使用すると、アルゴンイオンビームのビーム電流を改善することが示されている。

一実施形態によれば、ゲルマニウムイオンビームを生成する方法が開示される。該方法は、ゲルマン及びアルゴンをイオン源に導入すること；ゲルマン及びアルゴンをイオン化してプラズマを形成すること；並びに、イオン源からゲルマニウムイオンを抽出してゲルマニウムイオンビームを形成することを含む。ある特定の実施形態では、ハロゲンガスはイオン源に導入されない。幾つかの実施形態では、アルゴンの流量は、０．５から２．０ｓｃｃｍの間である。ある特定の実施形態では、アルゴンの流量は、０．７から１．０ｓｃｃｍの間である。ある特定の実施形態では、イオン源は、間接的に加熱されたカソードイオン源を含む。幾つかの実施形態では、イオン源は、ＲＦイオン源を含む。他の実施形態では、イオン源は、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、誘導結合源、又はマイクロ波結合プラズマ源を含む。ある特定の実施形態では、アルゴンの流量は、イオン源に適用される総電力に対するゲルマニウムビーム電流の比率として定義されるイオン源の効率が、１ｋＷあたり４ｍＡを超えるようなものである。幾つかの実施形態では、アルゴンの流量は、イオン源の効率を抽出電流で割った商として定義されるイオン源の正規化された効率が、０．１を超えるようなものである。ある特定の実施形態では、イオン源は、ビームライン注入システムの構成要素である。

別の実施形態によれば、アルゴンイオンビームを生成する方法が開示される。該方法は、ゲルマン及びアルゴンをイオン源に導入すること；ゲルマン及びアルゴンをイオン化してプラズマを形成すること；並びに、イオン源からアルゴンイオンを抽出してアルゴンイオンビームを形成することを含み、ここで、ゲルマンの流量は、０．３５から１．００ｓｃｃｍの間である。ある特定の実施形態では、イオン源は、間接的に加熱されたカソードイオン源を含む。幾つかの実施形態では、イオン源は、ＲＦイオン源を含む。他の実施形態では、イオン源は、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、誘導結合源、又はマイクロ波結合プラズマ源を含む。ある特定の実施形態では、ハロゲンガスは、イオン源に導入されない。ある特定の実施形態では、イオン源は、ビームライン注入システムの構成要素である。

別の実施形態によれば、アルゴンイオンビームを生成する方法が開示される。該方法は、ゲルマン及びアルゴンをイオン源に導入すること；ゲルマン及びアルゴンをイオン化してプラズマを形成すること；並びに、イオン源からアルゴンイオンを抽出してアルゴンイオンビームを形成することを含み、ここで、ゲルマンの流量は、アルゴンイオンビームのビーム電流が、同じ抽出電流でゲルマンを使用せずに生成されたアルゴンイオンビームと比較して少なくとも１０％増加するようなものである。ある特定の実施形態では、ゲルマンの流量は、アルゴンビームのビーム電流が、同じ抽出電流でゲルマンを使用せずに生成されたアルゴンビームと比較して少なくとも１５％増加するようなものである。ある特定の実施形態では、ハロゲンガスはイオン源に導入されない。ある特定の実施形態では、イオン源は、ビームライン注入システムの構成要素である。

本開示をよりよく理解するために、参照することによって本明細書に組み込まれる、添付の図面を参照する。

ある特定の実施形態で使用することができる間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源を示す図 ある特定の実施形態でＲＦイオン源として使用することができるプラズマチャンバを示す図 少なくとも２つのガスをイオン源に導入できるようにする構成を示す図 少なくとも２つのガスをイオン源に導入できるようにする別の構成を示す図 少なくとも２つのガスをイオン源に導入できるようにするさらに別の構成を示す図 一実施形態による、図１又は図２のイオン源を使用することができるビームライン注入システムを示す図 アルゴン流量の関数としてのゲルマニウムビーム電流、バイアス電力、及びアーク電力を示す代表的なグラフ 一実施形態による、アルゴン流量の関数としての、イオン源効率と呼ばれる、ソース電力に対するゲルマニウムビーム電流の比率を示すグラフ 一実施形態によるアルゴン流量の関数としての正規化されたイオン源効率を示すグラフ 一定のアルゴン流量でのゲルマン流量の関数としてのゲルマニウムイオンビーム電流を示すグラフ ゲルマン流量の関数としてのアルゴンイオンビーム電流を示すグラフ

図１は、本開示のある特定の実施形態で使用することができるＩＨＣイオン源１０を示している。ＩＨＣイオン源１０は、２つの対向する端部と、これらの端部に接続する壁１０１とを備えたアークチャンバ１００を含む。アークチャンバ１００の壁１０１は、導電性材料で構成することができ、互いに電気的に連結することができる。幾つかの実施形態では、ライナは、壁１０１の１つ以上に近接して配置することができる。カソード１１０は、アークチャンバ１００の第１の端部１０４で該アークチャンバ１００に配置される。フィラメント１６０はカソード１１０の後ろに配置される。フィラメント１６０は、フィラメント電源１６５と連結している。フィラメント電源１６５は、フィラメント１６０が熱電子を放出するように、フィラメント１６０に電流を流すように構成される。カソードバイアス電源１１５は、フィラメント１６０をカソード１１０に対して負にバイアスするため、これらの熱電子は、フィラメント１６０からカソード１１０に向かって加速され、カソード１１０の裏面に衝突するときにカソード１１０を加熱する。カソードバイアス電源１１５は、例えば、カソード１１０の電圧よりも負の２５０から５００Ｖの間の電圧を有するように、フィラメント１６０にバイアスをかけることができる。次に、カソード１１０は、その前面において熱電子をアークチャンバ１００に放出する。

したがって、フィラメント電源１６５は、フィラメント１６０に電流を供給する。カソードバイアス電源１１５は、フィラメント１６０にバイアスをかけて、それがカソード１１０よりも負になるようにし、その結果、電子は、フィラメント１６０からカソード１１０の方へと引き付けられる。ある特定の実施形態では、カソード１１０は、アーク電源１１１などによって、アークチャンバ１００に対してバイアスをかけることができる。他の実施形態では、カソード１１０は、アークチャンバ１００の壁１０１と同じ電圧になるように、アークチャンバ１００に電気的に接続することができる。これらの実施形態では、アーク電源１１１は使用しなくてもよく、カソード１１０は、アークチャンバ１００の壁１０１に電気的に接続されうる。ある特定の実施形態では、アークチャンバ１００は、電気的接地に接続される。

第１の端部１０４とは反対側の第２の端部１０５には、リペラ１２０を配置することができる。リペラ１２０は、リペラバイアス電源１２３によって、アークチャンバ１００に対してバイアスをかけることができる。他の実施形態では、リペラ１２０は、アークチャンバ１００の壁１０１と同じ電圧になるように、アークチャンバ１００に電気的に接続することができる。これらの実施形態では、リペラバイアス電源１２３は使用しなくてもよく、リペラ１２０は、アークチャンバ１００の壁１０１に電気的に接続されうる。さらに他の実施形態では、リペラ１２０は用いられない。

カソード１１０及びリペラ１２０はそれぞれ、金属又はグラファイトなどの導電性材料でできている。

ある特定の実施形態では、アークチャンバ１００内に磁場が生成される。この磁場は、電子を一方向に沿って閉じ込めることを目的としている。磁場は、典型的には、第１の端部１０４から第２の端部１０５まで壁１０１に平行に走る。例えば、電子は、カソード１１０からリペラ１２０への方向（すなわち、ｙ方向）に平行なカラムに閉じ込められうる。したがって、電子はｙ方向に移動する電磁力を経験しない。しかしながら、他の方向への電子の移動は、電磁力を経験する可能性がある。

抽出口１４０が、抽出プレート１０３と呼ばれるアークチャンバ１００の片側に配置される。図１では、抽出口１４０は、Ｙ－Ｚ平面に平行な（ページに垂直な）側面上に配置される。さらには、ＩＨＣイオン源１０はまた、イオン化される一又は複数のガスをアークチャンバ１００に導入することができるガス入り口１０６も備えている。電子は、一又は複数のガスと衝突してプラズマ１５０を形成する。

ある特定の実施形態では、第１の電極及び第２の電極は、該第１の電極及び第２の電極が抽出プレート１０３に隣接する壁上のアークチャンバ１００内になるように、アークチャンバ１００のそれぞれの対向する壁１０１上に配置されうる。第１の電極及び第２の電極は各々、それぞれの電源によってバイアスされうる。ある特定の実施形態では、第１の電極及び第２の電極は、共通の電源と連結していてもよい。しかしながら、他の実施形態では、ＩＨＣイオン源１０の出力を調整するための最大限の柔軟性及び能力を可能にするために、第１の電極は第１の電極電源と連結することができ、第２の電極は第２の電極電源と連結することができる。

ある特定の実施形態では、コントローラ１８０を使用して、ＩＨＣイオン源１０を制御することができる。コントローラ１８０は、処理ユニット及びストレージ要素を含みうる。ストレージ要素は、半導体メモリ（すなわち、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ ＲＡＭ、ＤＲＡＭなど）、磁気メモリ（すなわち、ディスクドライブ）、又は光学メモリ（すなわち、ＣＤ ＲＯＭ）などの任意の適切な非一時的メモリデバイスでありうる。ストレージ要素は、コントローラ１８０内の処理ユニットによって実行されると、イオン注入装置が本明細書に記載される機能を実行することを可能にする命令を含めるように、使用することができる。

図２は、ある特定の実施形態で用いられうる高周波（ＲＦ）イオン源２００を示している。この実施形態では、ＲＦイオン源２００は、グラファイト又は別の適切な材料から構築されうる、幾つかの壁２０７によって画成されるチャンバ２０５を含む。このチャンバ２０５には、ガス入り口１０６を介して１つ以上のソースガスが供給されうる。このソースガスには、ＲＦアンテナ２２０又は別の機構によってエネルギーを与えることができる。ＲＦアンテナ２２０は、該ＲＦアンテナ２２０に電力を供給するＲＦ電源（図示せず）と電気的に連結する。石英又はアルミナ窓などの誘電体窓２２５は、ＲＦアンテナ２２０とチャンバ２０５の内部との間に配置することができる。ＲＦイオン源２００はまた、イオンが通過することができる開孔２４０も含む。負の電圧が、開孔２４０の外側に配置された抽出抑制電極２３０に印加されて、正に帯電したイオンを、チャンバ２０５内から開孔２４０を通ってワークピースに向かって抽出する。接地電極２５０も使用することができる。幾つかの実施形態では、開孔２４０は、誘電体窓２２５を含む側面とは反対側のＲＦイオン源２００の側面に配置される。チャンバ２０５から抽出されたイオンは、イオンビーム２８０へと形成され、これがワークピースに向けられる。

ある特定の実施形態では、コントローラ１８０を使用して、ＲＦイオン源２００を制御することができる。

イオン源は、図１～２に示されるものに限定されない。他の実施形態では、イオン源には、該イオン源のチャンバ内又はその近傍に配置された、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、誘導結合源、又はマイクロ波結合プラズマ源を利用することができる。

上記のように、ガスは、ガス入り口１０６を介してイオン源に入る。本開示では、少なくとも２つのガス、ゲルマンなどのゲルマニウムベースのガス、及びアルゴンがイオン源に導入される。水素などの追加のガスもまた使用することができる。

これらのガスは、複数の構成でイオン源に接続することができる。図３Ａでは、第１のソースガスは、第１のガス容器１７０に貯蔵され、ガス入り口１０６を通してチャンバに導入することができる。第２のソースガスは、第２のガス容器１７５に貯蔵され、第２のガス入り口１０６ａを通してアークチャンバ１００に導入することができる。図３Ｂに示される別の実施形態では、第２のソースガスは、第２のガス容器１７６に貯蔵され、第１のソースガスが使用する同じガス入り口１０６を通してチャンバに導入することができる。図３Ｃに示されるさらに別の実施形態では、第２のソースガスは、単一のガス容器１７８内で第１のソースガスと混合することができる。次に、このガスの混合物は、ガス入り口１０６を通してチャンバに導入される。

図３Ａ～３Ｂの実施形態では、第１のソースガス及び第２のソースガスは、同時に又は連続してチャンバに導入されうる。

ある特定の実施形態では、１つ以上のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１７７を使用して、イオン源に導入される各ガスの量を調節することができる。ＭＦＣ１７７は、利用する各ガスの適切な量を決定するコントローラ１８０と連結することができる。

ある特定の実施形態では、ワークピースは、図１の抽出口１４０又は図２の開孔２４０の近傍など、イオン源の開口部に近接して配置することができる。ある特定の実施形態では、イオン源チャンバの外側に１つ以上の電極が存在してよく、図２に示すように、イオン源内からイオンを引き付ける。他の実施形態では、イオン源は、イオン注入装置の一部であってもよい。

図４は、図１に示されるＩＨＣイオン源１０又は図２に示されるＲＦイオン源２００を利用する代表的なイオン注入装置４５０を示している。リボンイオンビーム１が抑制電極４６０及び接地電極４７０を通過した後、リボンイオンビーム１は質量分析計４００に入る。分析スリット４０１を有する質量分析計４００は、リボンイオンビーム１から不要な成分を除去するために使用され、結果として、分析スリット４０１を通過する所望のエネルギー及び質量特性を有するリボンイオンビーム１をもたらす。次に、所望の種のイオンは、１つ以上の電極を含みうる第１の減速ステージ４１０を通過する。第１の減速ステージ４１０の出力は、発散するイオンビームでありうる。

修正用磁石４２０は、発散するイオンビームを、実質的に平行な軌道を有する一組の個々のビームレットへと偏向させるように適合される。修正用磁石４２０は、イオンビームレットが通過する間隙を形成するように離間された磁気コイル及び磁極片を備えることができる。磁気コイルは、間隙内に磁場を生成するようにエネルギーを与えられ、印加された磁場の強度及び方向に従ってイオンビームレットを偏向させる。磁場は、磁気コイルを通る電流を変化させることによって調整される。あるいは、平行化レンズなどの他の構造を利用して、この機能を実行することもできる。

ある特定の実施形態では、修正用磁石４２０はまた、リボンイオンビーム１の均一性を改善するために用いられる他の構成要素を備えていてもよい。例えば、四重極磁石、複数のロッド、及びエネルギー純度モジュールを使用して、リボンイオンビーム１を操作し、その均一性及び角度を改善しようとしてもよい。これらの構成要素は、個々のイオンビームレットの平行性を維持しつつ、ビーム電流をその全長にわたってほぼ均一にするようにリボンイオンビーム１を操作する。

修正用磁石４２０に続いて、リボンイオンビーム１は、ワークピースに向けられる。幾つかの実施形態では、第２の減速ステージ４３０は、ワークピースと修正用磁石４２０との間に追加することができる。

さらには、コントローラ４４５は、イオン注入装置４５に配置することができる。幾つかの実施形態では、このコントローラ４４５は、コントローラ１８０と同じでありうる。他の実施形態では、２つのコントローラを利用することができる。コントローラ４４５は、処理ユニット及びストレージ要素を含みうる。ストレージ要素は、半導体メモリ（すなわち、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ ＲＡＭ、ＤＲＡＭなど）、磁気メモリ（すなわち、ディスクドライブ）、又は光学メモリ（すなわち、ＣＤ ＲＯＭ）などの任意の適切な非一時的メモリデバイスでありうる。ストレージ要素は、コントローラ４４５内の処理ユニットによって実行されると、イオン注入装置が本明細書に記載される機能を実行することを可能にする命令を含めるように使用することができる。

上記のように、ある特定の実施形態では、ゲルマニウムイオンを含むイオンビームを生成することが望ましい。これは伝統的に、イオン源のソースガスとして四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ_４）を使用して行われる。しかしながら、ハロゲンを含むソースガスは、イオン源に悪影響を与える可能性がある。具体的には、ハロゲンはイオン源中の金属をエッチングし、それらの寿命を短くする可能性がある。

以前は、イオン源のソースガスとしてゲルマン（ＧｅＨ_４）を利用する試みがなされてきた。しかしながら、結果として得られるビーム電流は、ＧｅＦ_４をソースガスとして使用したときに生成されるビーム電流よりも大幅に低くなる。

しかしながら、意外なことに、第２のソースガスとしてアルゴンを使用すると、ゲルマンを第１のソースガスとして使用する場合に、ビーム電流が大幅に増加することが見出された。第１及び第２のソースガスは、図３Ａ～３Ｃに示される構成のいずれかを使用してイオン源に導入することができる。さらには、それらは順次又は同時に導入することができる。

図５は、アルゴン流量の関数としてのゲルマニウムビーム電流のグラフを示している。この実験の条件は次のとおりである。ゲルマンの流量は５．４６ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）であり、抽出電流は４０ｍＡに設定され、ビームエネルギーは２０ｋｅＶに設定される。この試験は、図１に示されるＩＨＣイオン源１０を使用して行われた。

イオン源に導入されるアルゴンの量は、０．３ｓｃｃｍから２．０ｓｃｃｍへと変化した。アルゴン流量が０．２５ｓｃｃｍ未満の場合には、ゲルマニウムイオンビームを生成できなかったことがわかった。図５は、これらの各値における、ゲルマニウムビーム電流５００、バイアス電力５０１、及びアーク電力５０２を示している。バイアス電力は、カソードバイアス電源１１５によって印加される電力であり、アーク電力は、アーク電源１１１によって供給される電力である。左側の縦軸は、これら２つの電力値の合計である、ＩＨＣイオン源１０が使用する合計電力を示している。右側の縦軸は、ゲルマニウムビーム電流５００の大きさを示している。

意外なことに、ゲルマニウムビーム電流５００のピーク値が存在することに留意されたい。このピークは、約０．８ｓｃｃｍのアルゴンに相当する。この試験は、２０ｋＶの抽出電圧及び４０ｍＡの抽出電流を使用して行われたことに留意されたい。ピーク値は、抽出された電流及びビームエネルギーによって異なりうる。アルゴン流量の値を増加させると、ゲルマニウムビーム電流５００は実際に減少する。特定の理論に拘束されはしないが、アルゴンの導入により、イオン源がより効果的に動作し、ゲルマン分子と電子、並びにアルゴン原子、イオン、及び準安定状態との間でより多くの衝突が発生すると考えられる。しかしながら、アルゴンの量が増加すると、アルゴン原子、イオン、及び準安定状態の間の衝突が増加し、その結果、より多くのアルゴンビーム電流をもたらす。抽出電流が４０ｍＡに固定されていたため、アルゴンビーム電流が増加すると、結果的にゲルマニウムビーム電流が減少する。言い換えれば、ゲルマニウムビーム電流は、Ａｒ＋／Ｇｅ＋比がある特定の閾値を超えて増加すると、減少する。

図６Ａは、アルゴン流量の関数としてのソース電力（キロワット）に対するゲルマニウムビーム電流（ｍＡ）の比率を示している。図５に由来するデータが、このグラフの生成に使用される。ソース電力に対するゲルマニウムビーム電流の比率は、イオン源の効率の尺度である。アルゴンの流れが約０．７ｓｃｃｍに増加すると、この比率は最大値に達することに留意されたい。これは、イオン源がこの範囲で最も効率的に動作していることを示している。イオン源は、０．７ｓｃｃｍを超える流量では０．３ｓｃｃｍの流量の２倍を超える効率があることにも留意されたい。したがって、アルゴンを使用すると、イオン源の効率が、総ソース電力１キロワットあたり４ｍＡを超える値へと向上しうる。図６Ｂは、アルゴン流量の関数として、イオン源効率を抽出電流で割った商として定義される、正規化されたイオン源効率を示している。上記の図では、抽出電流は４０ｍＡに設定した。したがって、このグラフの値は、図６Ａに示されている値を４０ｍＡで割った値に等しくなる。図６Ｂのグラフは、抽出電流に関してデータを正規化するために使用することができる。アルゴンの流量が増加すると、ゲルマニウムビーム電流（ｍＡ）を総ソース電力（キロワット）で除算し、抽出電流（ｍＡ）で除算したものとして定義されるこの計量が増加することに留意されたい。正規化されたイオン源効率の値は、約０．７ｓｃｃｍを超えるアルゴン流量値において、０．１を超える。図６Ｂに示されるように、アルゴン流量が増加し続けると、正規化されたイオン源効率が低下することに留意されたい。したがって、アルゴン流量には上限があり、それを超えると、正規化されたイオン源効率は０．１を下回る。

したがって、０．５から２．０ｓｃｃｍの間の範囲などの所定の量のアルゴンが、イオン源においてより効果的なプラズマを生成することが可能でありうる。ある特定の実施形態では、所定の量のアルゴンは、０．７から１．０ｓｃｃｍの間でありうる。加えて、このイオンビームの生成に必要とされるバイアス電力５０１及びアーク電力５０２は、実際、より低いアルゴン流量において必要とされるバイアス電力５０１及びアーク電力５０２よりもはるかに低い。言い換えれば、カソードバイアス電源１１５によって提供される電力及びアーク電源１１１によって提供される電力は、アルゴンの流量が所定の範囲内にある場合に、より少なく、結果的に、より大きいゲルマニウムビーム電流５００をもたらす。さらには、バイアス電力５０１及びアーク電力５０２は、アルゴン流量のレベルがますます高くなるにつれて減少し続けるが、ゲルマニウムビーム電流５００もまた減少することに留意されたい。

アルゴン流量０．８ｓｃｃｍ及びゲルマニウム流量５．４８ｓｃｃｍを使用して生成された抽出イオンビームの組成を決定するために、試験を行った。この試験では、ゲルマニウムがＧｅ^＋、Ｇｅ^＋＋、及びＧｅ_２ ^＋として抽出されることが判明した。アルゴンは、Ａｒ^＋及びＡｒ^＋＋として抽出される。他のピークは検出されなかった。これは、イオン源自体は、ゲルマンとアルゴンのイオン化の影響を受けないことを示唆している。例えば、ＧｅＦ_４がイオン化されると、タングステンベースのイオンに対応するピークもイオンビームに見られる。

さらには、この所定の量のアルゴン流量は、ゲルマニウムの流量とは無関係でありうる。例えば、図７は、ゲルマニウムのビーム電流をゲルマン流量の関数として示しており、アルゴンの流量は０．８ｓｃｃｍに固定されている。他の動作条件は次のとおりである。抽出電流は６０ｍＡに設定され、最終ビームエネルギーは１０ｋｅＶに設定される。ゲルマニウムビーム電流７００は、ゲルマン流量の増加とともに増加し続けることに留意されたい。さらには、アーク電力とバイアス電力の合計を含む総ソース電力は、ゲルマン流量が増加するにつれて実際に減少する。

したがって、ゲルマンに所定の量のアルゴンを加えることによってゲルマニウムビーム電流を増加させる方法が開示される。ある特定の実施形態では、これらのガスは、ＩＨＣイオン源１０に導入される。他の実施形態では、ガスはＲＦイオン源２００に導入される。ある特定の実施形態では、ハロゲンガスはイオン源に導入されない。これは、イオン源の寿命を延ばすのに役立つ。ある特定の実施形態では、イオン源は、ビームラインイオン注入システムの構成要素でありうる。導入されるアルゴンの量は変動してよく、０．５ｓｃｃｍから２．０ｓｃｃｍの間でありうる。他の実施形態では、アルゴンの量は、０．７から１．０ｓｃｃｍの間でありうる。導入されるゲルマンの量は、ＩＨＣイオン源のでは、１．２ｓｃｃｍから１７．３ｓｃｃｍの間でありうる。ＲＦイオン源では、最大ゲルマン流量は、約３０ｓｃｃｍの高さでありうる。さらには、ある特定の実施形態では、アルゴン流量の量は、イオン源の効率が、ソース電力１キロワット当たり４ｍＡを超える、又はゲルマニウムビーム電流よりも大きくなるようなものである。ある特定の実施形態では、アルゴン流量の量は、正規化されたイオン源効率が０．１を超えるようなものである。

ある特定の実施形態では、チャンバにゲルマン及びアルゴンを導入するイオン源が開示されており、アルゴンの量は、ＩＨＣイオン源では０．５ｓｃｃｍから２．０ｓｃｃｍの間である。ある特定の実施形態では、アルゴンの量は、０．７から１．０ｓｃｃｍの間である。図２に示されるようなＲＦイオン源では、アルゴン流量は、０．５から約３．０ｓｃｃｍの間でありうる。マスフローコントローラを使用して、チャンバに導入されるゲルマン及びアルゴンの量を調節することができる。ある特定の実施形態では、イオン源はＩＨＣイオン源である。他の実施形態では、イオン源は、ＲＦイオン源を含む。

上記のように、精密材料工学（ＰＭＥ）、選択領域処理（ＳＡＰ）及び方向性エッチングなどのプロセスに起因して、アルゴンの使用も増加している。アルゴンビーム電流を増加させるいかなる技術も有益であろう。

一試験では、アルゴンを含むイオン源にゲルマンを導入すると、実際にアルゴンビーム電流が増加することが判明した。図８は、縦軸がアルゴンビーム電流を表し、横軸が図１のＩＨＣイオン源１０に導入されたゲルマンの量を表すグラフを示している。抽出電流は６０ｍＡに設定され、ビームエネルギーは２０ｋｅＶであった。加えて、アルゴンの流量を２．５ｓｃｃｍに設定した。ラインはアルゴンビーム電流８００を表している。ゲルマンの流量が増加しても、これらのパラメータのいずれも変化しなかった。

ゲルマンなしでは、アルゴンビーム電流８００は２７．２ｍＡと測定され、これはベースライン条件と見なされる。少量のゲルマンを添加することにより、アルゴンビーム電流８００は増加し、ベースラインよりも約１５％大きい値でピークに達した。具体的には、０．４３ｓｃｃｍのゲルマン流量で、アルゴンビーム電流８００は３１．１ｍＡに増加した。興味深いことに、抽出されたイオンビームのスペクトルは、ゲルマニウムの存在を示さなかった。より高いゲルマン流量において、アルゴンビーム電流８００は減少し始めた。特定の理論に拘束されはしないが、特にビーム抽出領域での電荷の中和は、ゲルマンの量の増加とともに増加しうる。さらには、最適な量のゲルマンは、プラズマ電子エネルギー分布などの放電条件を変更し、これがアルゴンイオンの生成を促進すると考えられる。

０．４３ｓｃｃｍが最適値であるように見えたが、一方で、ゲルマンの量が０．３５ｓｃｃｍから１．００ｓｃｃｍの間にあるときに有利な結果が達成されたことに留意されたい。

したがって、所定の量のゲルマンをアルゴンに加えることによってアルゴンビーム電流を増加させる方法が開示される。ある特定の実施形態では、これらのガスは、ＩＨＣイオン源１０に導入される。他の実施形態では、ガスはＲＦイオン源２００に導入される。他の実施形態では、イオン源には、該イオン源のチャンバ内又はその近傍に配置された、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、誘導結合源、又はマイクロ波結合プラズマ源を利用することができる。ある特定の実施形態では、イオン源は、ビームラインイオン注入システムの構成要素でありうる。導入されるゲルマンの量は変動してよく、０．３５ｓｃｃｍから１．００ｓｃｃｍの間でありうる。

ある特定の実施形態では、チャンバにゲルマン及びアルゴンを導入するイオン源が開示されており、ゲルマンの流量は、０．３５ｓｃｃｍから１．００ｓｃｃｍの間である。マスフローコントローラを使用して、チャンバに導入されるゲルマン及びアルゴンの量を調節することができる。ある特定の実施形態では、イオン源はＩＨＣイオン源である。他の実施形態では、イオン源は、ＲＦイオン源を含む。他の実施形態では、イオン源には、該イオン源のチャンバ内又はその近傍に配置された、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、誘導結合源、又はマイクロ波結合プラズマ源を利用することができる。ある特定の実施形態では、ハロゲンガスは、イオン源に導入されない。

別の実施形態では、アルゴンビーム電流が、同じ抽出電流でゲルマンを含まないベースラインと比較して少なくとも１０％増加するように、ゲルマンがイオン源中のアルゴンに添加される。幾つかの実施形態では、増加は、同じ抽出電流で１５％でありうる。

本開示の方法及び装置は多くの利点を有している。まず、上述のように、ゲルマニウムビームの生成はハロゲンを使用せずに行われる。これにより、イオン源の寿命が延びる。よく知られているように、フッ素などのハロゲンは、イオン源の壁だけでなく、ＩＨＣイオン源のカソードもエッチングする可能性がある。イオン源からフッ素を除去する能力は、イオン源の寿命を劇的に延ばす。加えて、ＧｅＦ_４を利用してゲルマニウムイオンビームを生成するシステムでは、ハロゲンサイクルを減らすために、非常に高価な二水素化キセノン（ＸｅＨ_２）などのエキゾチックガス混合物を利用することがよくある。したがって、ゲルマン及びアルゴンの使用は、他の解決策よりも安価でありうる。さらには、ゲルマニウムビーム電流は、ゲルマン流量に比例し、高電流のゲルマニウムイオンビームを抽出可能にする。

アルゴンイオンビームに関しては、イオン源の動作又はイオンビーム組成に影響を与えることなく、アルゴンビーム電流を約１５％増加させることができる。

本開示は、本明細書に記載される特定の実施形態によって範囲を限定されるべきではない。実際、本明細書に記載されたものに加えて、本開示の他のさまざまな実施形態及び修正は、前述の説明及び添付の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及び修正は、本開示の範囲内に入ることが意図されている。さらには、本開示は、特定の目的のための特定の環境における特定の実施の文脈で本明細書に記載されているが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が任意の数の目的のために任意の数の環境で有益に実施されうることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載される本開示の全容及び趣旨を考慮して解釈されるべきである。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
ゲルマニウムイオンビームを生成する方法であって、
ゲルマン及びアルゴンをイオン源に導入すること；
ゲルマン及びアルゴンをイオン化してプラズマを形成すること；並びに
イオン源からゲルマニウムイオンを抽出してゲルマニウムイオンビームを形成すること
を含む、方法。
（態様２）
ハロゲンガスがイオン源に導入されない、態様１に記載の方法。
（態様３）
アルゴンの流量が０．５から２．０ｓｃｃｍの間である、態様１に記載の方法。
（態様４）
アルゴンの流量が０．７から１．０ｓｃｃｍの間である、態様３に記載の方法。
（態様５）
イオン源が、間接的に加熱されたカソードイオン源を含む、態様１に記載の方法。
（態様６）
イオン源が、ＲＦイオン源、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、誘導結合源、又はマイクロ波結合プラズマ源を含む、態様１に記載の方法。
（態様７）
イオン源がビームライン注入システムの構成要素である、態様１に記載の方法。
（態様８）
アルゴンイオンビームを生成する方法であって、
ゲルマン及びアルゴンをイオン源に導入すること；
ゲルマン及びアルゴンをイオン化してプラズマを形成すること；並びに
イオン源からアルゴンイオンを抽出してアルゴンイオンビームを形成することであって、ゲルマンの流量が０．３５から１．００ｓｃｃｍの間である、形成すること
を含む、方法。
（態様９）
イオン源が、間接的に加熱されたカソードイオン源、ＲＦイオン源、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、誘導結合源、又はマイクロ波結合プラズマ源を含む、態様８に記載の方法。
（態様１０）
ハロゲンガスがイオン源に導入されない、態様８に記載の方法。
（態様１１）
イオン源がビームライン注入システムの構成要素である、態様８に記載の方法。
（態様１２）
アルゴンイオンビームを生成する方法であって、
ゲルマン及びアルゴンをイオン源に導入すること；
ゲルマン及びアルゴンをイオン化してプラズマを形成すること；並びに
イオン源からアルゴンイオンを抽出してアルゴンイオンビームを形成することであって、ゲルマンの流量が、アルゴンイオンビームのビーム電流を、同じ抽出電流でゲルマンを使用せずに生成されたアルゴンイオンビームと比較して少なくとも１０％増加する、形成すること
を含む、方法。
（態様１３）
ゲルマンの流量が、アルゴンイオンビームのビーム電流を、同じ抽出電流でゲルマンを使用せずに生成されたアルゴンイオンビームと比較して少なくとも１５％増加する、態様１２に記載の方法。
（態様１４）
ハロゲンガスがイオン源に導入されない、態様１２に記載の方法。
（態様１５）
イオン源がビームライン注入システムの構成要素である、態様１２に記載の方法。

Claims (13)

1. ゲルマニウムイオンビームを生成する方法であって、
   ゲルマン及びアルゴンをイオン源に導入することであって、アルゴンの流量は０．５ｓｃｃｍから２．０ｓｃｃｍの間であり、ゲルマンの流量は５．４６ｓｃｃｍから３０ｓｃｃｍの間であり、ハロゲンガスはイオン源に導入されない、ゲルマン及びアルゴンをイオン源に導入すること；
   ゲルマン及びアルゴンをイオン化してプラズマを形成すること；並びに
   イオン源からゲルマニウムイオンを抽出してゲルマニウムイオンビームを形成すること
   を含む、方法。
2. アルゴンの流量が０．７ｓｃｃｍから１．０ｓｃｃｍの間である、請求項１に記載の方法。
3. イオン源が、間接的に加熱されたカソードイオン源を含む、請求項１に記載の方法。
4. イオン源が、ＲＦイオン源、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、誘導結合源、又はマイクロ波結合プラズマ源を含む、請求項１に記載の方法。
5. イオン源がビームライン注入システムの構成要素である、請求項１に記載の方法。
6. アルゴンイオンビームを生成する方法であって、
   ゲルマン及びアルゴンをイオン源に導入すること；
   ゲルマン及びアルゴンをイオン化してプラズマを形成すること；並びに
   イオン源からアルゴンイオンを抽出してアルゴンイオンビームを形成することであって、ゲルマンの流量が０．３５ｓｃｃｍから１．００ｓｃｃｍの間である、形成すること
   を含む、方法。
7. イオン源が、間接的に加熱されたカソードイオン源、ＲＦイオン源、Ｂｅｒｎａｓ源、容量結合プラズマ源、誘導結合源、又はマイクロ波結合プラズマ源を含む、請求項６に記載の方法。
8. ハロゲンガスがイオン源に導入されない、請求項６に記載の方法。
9. イオン源がビームライン注入システムの構成要素である、請求項６に記載の方法。
10. ゲルマンの流量が、アルゴンイオンビームのビーム電流を、同じパラメータでゲルマンを使用せずに生成されたアルゴンイオンビームと比較して少なくとも１０％増加する、請求項６に記載の方法。
11. ゲルマンの流量が、アルゴンイオンビームのビーム電流を、同じパラメータでゲルマンを使用せずに生成されたアルゴンイオンビームと比較して少なくとも１５％増加する、請求項１０に記載の方法。
12. アルゴンの流量は、イオン源に適用される総電力に対するゲルマニウムビーム電流の比率で定義されるイオン源の効率が、１ｋＷ当たり４ｍＡより大きくなるようなものである、請求項１に記載の方法。
13. アルゴンの流量は、イオン源の効率を抽出電流で割った商として定義されるイオン源の正規化効率が０．１より大きくなるようなものである、請求項１２に記載の方法。
    

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