イオン注入システムおよび方法
例えば、Ｂ２Ｆ４またはその他のＢＦ３の代替物といったホウ素ソース材料を使用して、アークチャンバ熱生成によるドーパントガスの加熱および分解を抑制するために、ドーパントガス供給ラインにおいてドーパントガスの冷却を提供する、イオン注入システムシステムおよび方法。イオン注入システムの効率的な動作を達成するために、多様なアークチャンバ熱管理構成が、プラズマ特性の変形、特定の流れ構成、洗浄プロセス、電力管理、平衡シフト、抽出光学系の最適化、流路における堆積の検出およびソース寿命最適化と共に記載される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本明細書では、以下のＲｏｂｅｒｔ Ｋａｉｍらによる２００９年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６１／２５５，０９７号「ＢＯＲＯＮ ＩＯＮ ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」、Ｅｄｗａｒｄ Ｊｏｎｅｓらによる２０１０年６月２５日出願の米国仮特許出願第６１／３５８，５１４号「ＡＣＴＩＶＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＦＯＲ ＩＯＮ ＩＭＰＬＡＮＴ ＧＡＳ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＳＹＥＴＥＭ」およびＥｄｗａｒｄ Ｊｏｎｅｓらによる２０１０年５月２７日出願の米国仮特許出願第６１／３４９，２０２号「ＡＣＴＩＶＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＦＯＲ ＩＯＮ ＩＭＰＬＡＮＴ ＧＡＳ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＳＹＥＴＥＭ」の米国仮特許出願の優先権の利益が３５ＵＳＣ１１９（ｅ）に基づき主張される。これらの米国仮特許出願第６１／２５５，０９７号、第６１／３５８，５１４号および第６１／３４９，２０２号の全ての開示は、その全体において全ての目的のため参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002] 本開示は、イオン注入システムおよびプロセスと、性能に予測外の利点をもたらす該システムの熱管理と、四フッ化二ホウ素（Ｂ２Ｆ４）を使用するイオン注入プロセスおよびシステムと、例えば集積回路などのマイクロ電子デバイスおよび半導体製品の製造に一般に使用されるようなホウ素イオン注入装置および方法と、に関する。
【０００３】
[0003] イオン注入は、集積回路製作において、制御された量のドーパント不純物を半導体ウェハに正確に導入するために使用されており、マイクロ電子デバイス／半導体の製造に重要なプロセスである。
【０００４】
[0004] このような注入システムにおいて、イオン源は、ドーパント源ガスの所望のドーパント元素をイオン化する。イオン源は、ドーパント源ガス（一般に「供給原料ガス」とも呼ばれる）で充填された真空チャンバに電子を導入することによりイオンを生成する。注入種を生成するために使用される供給原料ガスは、ＢＦ３、Ｂ１０Ｈ１４、Ｂ１２Ｈ２２、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＰＦ５、ＡｓＦ５、Ｈ２Ｓｅ、Ｎ２、Ａｒ、ＧｅＦ４、ＳｉＦ４、Ｏ２、Ｈ２およびＧｅＨ４を含むがこれらに限定されない。ガス中における電子とドーパント原子および分子との衝突によって、陽および陰のドーパントイオンを含むイオン化プラズマの生成が得られる。
【０００５】
[0005] 得られたイオンは、所望のエネルギのイオンビームの形態でソースから抽出される。抽出は、適切に形成された抽出電極に高電圧を印加することによって達成され、抽出電極は、抽出されたビームの通過のためのアパーチャを包含する。抽出されたビームはアパーチャを通過し、平行イオンビームとしてイオン源を出て、基板に向かって加速される。
【０００６】
[0006] イオンビームは、半導体ウェハなどの基板にドーパント元素を注入するために、基板の表面に衝突する。ビームのイオンは、基板の表面に浸透して、比導電率といった所望のドープされた特性の領域を形成する。注入されたドーパント原子は、その後アニーリングにより活性化されることができ、電気的に活性なドープ領域を形成する。注入されたイオン種は、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｎ、Ａｒ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＯおよびＨをさまざまに含む。ホウ素は、特に広く使用される注入種である。
【０００７】
[0007] マイクロ電子デバイスの標準的な製造には多数の注入ステップが存在しうる。ウェハサイズの増大、限界寸法の減少および回路の複雑性の増大は、より良いプロセス制御、低エネルギでの高いビーム電流の伝送、注入装置の平均故障間隔（ＭＴＢＦ）の減少という点でイオン注入ツールにますます大きな要求を課す。
【０００８】
［0008］ イオン注入システムの経済的な動作には、システムのダウンタイムが最小になること、および、注入動作のためのイオン種の生成を行うために効率的にイオン源が動作すること、が必要となる。
【０００９】
[0009] 三フッ化ホウ素（ＢＦ３）は、従来、マイクロ電子デバイス構造のホウ素ドーピングの標準的なソースである。しかしながら、アルシン（Ａｓ−Ｈ＝２７４ｋＪ／ｍｏｌ）やホスフィン（Ｐ−Ｈ＝２９７ｋＪ／ｍｏｌ）などのイオン注入に使用される他のドーパント種と比較すると、ＢＦ３はＢ−Ｆ結合を破壊するために相当量のエネルギ（７５７ｋＪ／ｍｏｌ）を必要とするため問題がある。その結果、ホウ素を注入する際にはイオン源が高いアーク電圧で動作しなくてはならない。高いアーク電圧はしかしながら、イオン源領域において高温のフィラメントまたはカソードに衝突する高エネルギのイオンを生成し、カソードのスパッタ腐食および不具合に寄与する。
【００１０】
[0010] イオン注入機に供給されたＢＦ３ドーパントの８０％が、そのまま排気されうると報告されており、これはＢＦ３がイオン化されていないか、または、イオン化されていたとしても初期のイオン化から得られるフラグメントが再結合されたことを示唆する。それゆえ、高アーク電圧におけるＢＦ３の低イオン化は、ホウ素イオン注入にとって効率についての重大な問題点である。
【００１１】
[0011] さらに、注入装置のイオン源領域で発生するイオン化反応は、注入動作におけるイオン源のアクティブな動作の間に、生成されたか、そうでなければ存在する、イオン化／分解種のかなりの堆積を伴いうる。
【００１２】
[0012] その結果、注入装置のイオン源領域における不揮発性の種の最小の堆積で、注入機のＭＴＢＦ、プロセス効率および動作寿命の向上を達成するために、マイクロ電子デバイス構造のホウ素ドーピングで使用するための代替的なホウ素含有ドーパント前駆体および改良されたプロセスおよびシステムが当業界で必要とされている。
【発明の概要】
【００１３】
[0013] 本開示はイオン注入システムおよび方法に関する。
【００１４】
[0014] 一態様では、本開示は、アークチャンバを有し、当該アークチャンバ内のガスをイオン化するイオン源と、
ドーパントガス源と、
ドーパントガス源からアークチャンバにドーパントガスを導入するドーパントガス供給ラインと、
ドーパントガス供給ラインに関連付けられた冷却構造であって、ドーパントガス供給ライン内のドーパントガスを冷却して、それによってアークチャンバの動作中に生成された熱によるドーパントガスの加熱および該熱から生じるドーパントガスの分解を抑制する冷却構造と、を備えるイオン注入システムに関する。
【００１５】
[0015] 別の態様では、本開示は、ドーパントガスのイオン化を引き起こす条件化でドーパントガス源からイオン源のアークチャンバまでドーパントガスを通過させる工程と、アークチャンバへの進入に先立ってドーパントガスを冷却して、それによってアークチャンバの動作中に生成された熱によるドーパントガスの加熱および該熱から生じるドーパントガスの分解を抑制する工程と、を備える、基板にイオンを注入する方法に関する。
【００１６】
[0016] さらに別の態様では、本開示は、注入のためのホウ素イオンを生成するために四フッ化二ホウ素を使用するイオン注入システムを操作する方法であって、該方法は、該イオン注入システムのイオン源チャンバへの四フッ化二ホウ素の進入に先立って、四フッ化二ホウ素に対する熱交換関係でイオン源冷却液供給部から冷却液を流す工程を備える方法に関する。
【００１７】
[0017] さらなる態様では、本開示は、ホウ素イオン注入のための注入装置であって、気体状のホウ素源供給部と、該供給部から気体状のホウ素源を受け取り、該気体状のホウ素源をイオン化して基板に注入するためのイオンホウ素種を形成するイオン源と、を備え、気体状のホウ素源は、Ｂ２Ｆ４、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆから選択される少なくとも１つのホウ素化合物を含む、注入装置に関する。
【００１８】
[0018] 本開示の別の態様は、気体状のホウ素源をイオン源においてイオン化してイオンホウ素種を形成し、基板に注入するためのイオンホウ素種を形成する工程を備え、気体状のホウ素源は、Ｂ２Ｆ４、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆから選択される少なくとも１つのホウ素化合物を含む、イオン注入方法に関する。
【００１９】
[0019] 本開示のさらなる態様は、イオン注入装置のための固体堆積モニタ制御システムであって、イオン注入装置の動作においてドーパント源材料に由来する固体の堆積を許容する流路が関連付けられたイオン源を有し、該固体堆積モニタ制御システムは、流路においてドーパント源材料からの固体堆積の蓄積を検出して堆積を示す出力を提供するモニタリング装置と、モニタリング装置の出力に応答して、イオン注入装置の動作を調節して、イオン注入装置の後続の動作においてドーパント源材料からの固体堆積の堆積を防止するか、低減させるかまたは逆にする制御アセンブリと、を含む、固体堆積モニタ制御システムに関する。
【００２０】
[0020] 本開示のさらに別の態様は、イオン注入システムの固体堆積を抑制する方法であって、イオン注入システムの動作においてドーパント源材料に由来する固体の堆積を許容する流路が関連付けられたイオン源を有しており、該方法は、流路におけるドーパント源材料からの固体堆積の堆積を監視して、堆積に応答して堆積を示す出力を生成する工程と、イオン注入システムの動作をそれに応じて調節して、イオン注入システムの後続の動作においてドーパント源材料からの固体堆積の蓄積を防止するか、低減するかまたは逆にする工程と、を含む、方法に関する。
【００２１】
[0021] 本開示のその他の態様、構成および実施形態が、以下の記載および添付の特許請求の範囲からより明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】[0022] アークチャンバを含むイオン注入システムであって、アークチャンバは、チャンバ内でドーパント源ガスをイオン化するためにアークチャンバにドーパント源ガスを供給するガス供給ラインを有するイオン注入システムの概略図である。
【図２】[0023] 図１のイオン注入システムのアークチャンバにおけるプラズマの生成を図式的に示す図１のイオン注入システムの断面図である。
【図３】[0024] 図２のシステムに関連して調節されるガス供給ラインの能動冷却を提供するためのガス供給ラインを有する図１のイオン注入システムのアークチャンバにおけるプラズマの生成を概略的に示す図１のイオン注入システムの断面図である。
【図４】[0025] イオン源の冷却水出口から、ドーパントガス源の冷却のために設けられたヒートシンク（この図では図示せず）の入口にイオン源冷却水を流すためのジャンパ線が設けられたイオン源装置の斜視図である。
【図５】[0026] ドーパント源ガス供給通路に機械的に固定され、ドーパント源ガスを冷却するためにヒートシンク本体を流れる冷却水を有するヒートシンク装置の斜視図である。
【図６】[0027] イオン源装置に流れるドーパント源ガスを冷却するためのドーパント源ガス供給通路に機械的に固定されたヒートシンク装置を有するイオン源装置の斜視図である。
【図７】[0028] ヒートシンク装置が取り付けられた図６のイオン源装置の詳細を示す分解組立斜視図である。
【図８】[0029] 図５〜７に多様に示されるイオン源装置とヒートシンク装置とを備えるイオン源アセンブリの断面斜視図である。
【図９】[0030] 図５〜８に多様に示されるイオン源装置とヒートシンク装置とを備えるイオン源アセンブリの動作データを、時間関数として、温度を摂氏で、除去された熱をワットで示すグラフである。
【図１０】[0031] ＢＦ３プラズマを使用したホウ素注入の簡略化した反応行列の概略図である。
【図１１】[0032] 水素添加物を使用したＢＦ３プラズマの簡略化した反応行列の概略図である。
【図１２】[0033] 図示されたイオン注入チャンバにおいて基板のイオン注入ドーピングのために供給されるガスを収容する貯蔵分配容器を有するイオン注入プロセスシステムの概略図である。
【図１３】[0034] イオン注入システムのイオン源の断面図である。
【図１４】[0035] イオン注入システムのイオン源に関連付けられた流路の閉鎖を抑制するために有用に使用されうる堆積モニタ制御システムの概略図である。
【図１５】[0036] イオン注入システムの別のイオン源の概略図である。
【図１６】[0037] イオン源チャンバの表面からホウ素残留物を取り除くためにＮＦ３を使用した洗浄動作についての経過時間（分）の関数としての、ビーム電流（ｍＡ）のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[0038] 本開示は、イオン注入システムおよび方法に関する。
【００２４】
[0039] 本開示は、イオン源および全体的なイオン注入動作の性能が、イオン源のアークチャンバの直前にドーパントガスの冷却を組み込むことによって驚くほど増強されることができるという発見に基づいている。この発見の驚くべき特徴は、イオン化プロセスがイオン種の形成のために相当量のエネルギをドーパントガスに与えようとすること、および、それゆえドーパントガスが本質的にイオン化およびプラズマ形成動作のために予熱されるように、イオン化動作中に生成された熱をドーパントガス供給ラインに伝搬させることが有益な構成とされている従来の慣習であるという事実からもたらされる。
【００２５】
[0040] しかしながら、この認識に反して、例えば四フッ化二ホウ素といった特定のドーパントガスの場合には、この熱伝搬は、ドーパントガスの有害な分解、およびその結果生じるガス供給ラインの閉塞が発生する。したがって、先行技術のアプローチとは対照的に、ドーパントガス供給ラインを流れるドーパントガスの冷却を行うためにドーパントガス供給ラインの冷却を使用することで、ドーパントガスの有害な分解、およびその結果生じるアークチャンバへのガス供給ラインの閉塞が発生することなく、かかる四フッ化二ホウ素のドーパントガスの使用において高い性能効率がもたらされることが分かった。
【００２６】
[0041] このように、本開示は、
アークチャンバを有し、当該アークチャンバ内のガスをイオン化するイオン源と、
ドーパントガス源と、
ドーパントガス源からアークチャンバにドーパントガスを導入するためのドーパントガス供給ラインと、
ドーパントガス供給ラインに関連付けられた冷却構造であって、ドーパントガス供給ライン内のドーパントガスを冷却し、それによってアークチャンバの動作中に生成された熱によるドーパントガスの加熱および該熱から生じるドーパントガスの分解を抑制する冷却構造と、を備えるイオン注入システムを意図する。
【００２７】
[0042] 冷却構造は、例えば、水またはグリコール／水の水溶液もしくはその他の適切な熱伝達冷却媒体などの適切な冷却液が流れうる冷却ジャケット形式の、ドーパントガス供給ラインおよびこれを流れるドーパントガスを冷却する冷却通路を有することができる。
【００２８】
[0043] この目的のため、ドーパントガス供給ラインは、その遠位端においてドーパントガスをアークチャンバに放出するよう配置されてよく、冷却通路はドーパントガス供給ラインの遠位端部分に配置される。
【００２９】
[0044] 本開示は、一実施形態では、イオン源のための水冷却アセンブリであって、ドーパントガス供給ラインに関連付けられた冷却通路に動作可能に結合された水冷却アセンブリが、冷却水のソースとして使用され、ドーパントガス供給ラインおよびこれを流れるドーパントガスを冷却するよう冷却通路に水を流す、総合的な構成を意図する。
【００３０】
[0045] ドーパントガス源は、任意の適切なタイプのものであることができるが、多様な特定の構成において有利には、例えば、１つまたは２つ以上の調整装置を有しうる内部調整器アセンブリの設定点によって設定された圧力で、ドーパントガスの分配を提供する内部に設置された調整器を含むタイプの調圧ガス貯蔵分配容器を備える。このようなタイプの調圧容器は、ＶＡＣという商標のもと米国コネティカット州ダンベリーのＡＴＭＩ社から市販されている。
【００３１】
[0046] 例えば、上述した調圧ガス貯蔵分配容器であるドーパントガス源容器は、任意の適切なタイプのドーパントガスを収容しうる。一実施形態では、ドーパントガスは、四フッ化二ホウ素などのホウ素ドーパントガスを備えてよい。四フッ化二ホウ素（Ｂ２Ｆ４）がドーパントガスとして使用される場合、冷却構造は、ドーパント供給ガスラインにおける四フッ化二ホウ素の温度を７００℃未満に維持するよう動作可能に構成されてよい。
【００３２】
[0047]別の態様における開示は、それゆえ、ドーパントガスのイオン化を引き起こす条件化でドーパントガス源からイオン源のアークチャンバまでドーパントガスを通過させる工程と、アークチャンバの動作中に生成される熱によるドーパントガスの加熱および該熱から生じるドーパントガスの分解を抑制するために、アークチャンバへの進入前に、ドーパントガスを冷却する工程と、を備える、基板にイオンを注入する方法を意図する。
【００３３】
[0048] 冷却は、ドーパントガス供給ラインおよびこれを流れるドーパントガスを冷却する冷却通路に冷却媒体を流す工程を有してよい。上述したとおり、イオン源は、水冷却アセンブリに配列されてよく、水冷却アセンブリからの水は、ドーパントガス供給ラインおよびこれを流れるドーパントガスを冷却するために冷却通路を流れることができる。ドーパントガスは、例えば、四フッ化二ホウ素のホウ素ドーパントガスを収容する調圧ガス貯蔵分配容器から提供されてよく、冷却は、アークチャンバに流れる四フッ化二ホウ素の温度を７００℃より低く維持するように行われうる。
【００３４】
[0049] さらに別の態様では、本開示は、注入のためのホウ素イオンを生成するために四フッ化二ホウ素を使用するイオン注入システムを操作する方法であって、該方法は、該イオン注入システムのイオン源チャンバへの四フッ化二ホウ素の進入に先だって、四フッ化二ホウ素と熱交換関係でイオン源冷却液供給部から冷却液を流す工程を備える方法に関する。このような方法はまた、流路の閉塞およびイオン注入システムの望ましくないダウンタイムを引き起こしうる分解が起き易い他のドーパント源ガスを使用するイオン注入システムの動作効率を増強するために使用されうる。
【００３５】
[0050] このように本開示の冷却アプローチは、イオン源の既存の冷却能力（脱イオン水）を使用してドーパントガス供給ラインおよびアークチャンバの周辺領域の能動冷却を行う間に、イオン注入において使用されるときに四フッ化二ホウ素またはその他の分解し易いガス（decomposition-susceptible gas）の分解を防止するための方法を提供する。ドーパントガス供給ラインを冷却することにより、ドーパントガスがアークチャンバに進入する前にドーパントガスの加熱を低減することができる。
【００３６】
[0051] 図１は、アークチャンバ１２を有するイオン注入システム１０であって、アークチャンバ１２は、チャンバ内でドーパント源ガスをイオン化するためにアークチャンバにドーパント源ガスを供給するガス供給ライン１４を有する、イオン注入システム１０の概略図である。
【００３７】
[0052] 図２は、図１のイオン注入システム１０のアークチャンバ１２におけるプラズマ１６の生成を概略的に示す断面図である。ドーパントガスは、矢印Ａによって示される方向でガス供給ライン１４へ流され、ドーパントガス供給ライン１４は、供給ラインおよびアークチャンバに入るガスの熱状態の質を判定するためにモニタリング関係でドーパントガス供給ライン１４に固定されたモニタリング熱電対ＴＣ１およびＴＣ２を有する。
【００３８】
[0053] 図３は、図２のシステムに関連して調節されるガス供給ライン１４の能動冷却を提供するガス供給ライン１４を有する図１のイオン注入システム１０のアークチャンバ１２におけるプラズマ１６の生成を概略的に示す図１のイオン注入システム１０の断面図である。特にガス供給ライン１４には、矢印Ｂで示される方向に冷却媒体が流れる冷却液通路２０が関連付けられている。モニタリング熱電対ＴＣ１およびＴＣ２は、供給ラインとアークチャンバに入るガスとの熱状態の質を判定するためにモニタリング関係でドーパントガス供給ラインに固定されている。
【００３９】
[0054] ガス供給ラインおよびアークチャンバにおける分解または閉塞する固体副産物の堆積が避けられるように、冷却液通路は、ドーパントガス供給ラインにおける冷却ジャケットとして構成されうるか、または、ガス供給ラインと外接するかこれとかみ合う通路を有しうるか、もしくは、ドーパントガスに冷却を提供するのに効果的なその他の熱交換または冷却液の素子、アレイもしくはアセンブリを有してよい。
【００４０】
[0055] それゆえ、本開示の冷却機構が、ドーパントガスの必要な冷却を行うのに適切な態様で実装されかつ動作されることができること、および、冷却機構がさらにイオン源のための熱管理制御システムと一体化されることができるため、冷却液の流量および他の動作パラメータを、Ｂ２Ｆ４といったドーパント源ガスを用いた効果的なイオン注入のために適切に設定することができ、そうでなければＢ２Ｆ４はイオン注入の用途には適さない、ことが理解されるだろう。本開示の冷却機構は、広範に多様なタイプのイオン注入システムを用いて使用されることができ、例えば、アルシン、ホスフィンなどを含む相応に多様なドーパント源ガスを使用する。
【００４１】
[0056] 特定の一実施形態では、０．１８インチ（０．４５７２ｃｍ）の内径を有し、Ｂ２Ｆ４を収容するＶＡＣ（登録商標）ソース容器から４〜６フィート（１２１．９２ｃｍ〜１８２．８８ｃｍ）の長さを有し、ドーパントガスが２〜３標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の流量でアークチャンバへ流れるドーパントガス供給ラインにアークチャンバは結合された。図３に示す構成が使用され、ＴＣ１がドーパントガス供給ラインにおいてアークチャンバからおよそ０．４インチ（１．０１６ｃｍ）であり、ＴＣ２が該ガス供給ラインにおいてアークチャンバからおよそ１．４インチ（３．５５６ｃｍ）であった。冷却が実施されていない場合と、水冷却が使用された場合について結果データが生成された。データは以下の表１に示され、７００℃よりも大いに低い温度で分解することなくＢ２Ｆ４を送達することについての図３の構成の有効性を証明する。
【表１】
【００４２】
[0057] 図４〜８は、イオン源装置に供給されるドーパント源ガスの冷却を行うためのイオン源装置に固定されたヒートシンク装置を含む、本開示の多様な追加的な実装を示す。
【００４３】
[0058] 図４は、イオン源の冷却水出口から、ドーパントガス源の冷却のために設けられたヒートシンク（この図では図示せず）の入口にイオン源冷却水を流すためのジャンパ線４２が設けられたイオン源装置４０の斜視図である。それゆえ本構成は、イオン源装置のアークチャンバおよびその他の構成要素の冷却のために使用される、イオン源装置からの既存の冷却水供給を使用し、それによりドーパント源ガスの冷却専用の追加的な冷却能力をイオン注入システムに提供する。
【００４４】
[0059] 図５は、これ以降より詳細に示されるドーパント源ガス供給通路に機械的に固定され、ドーパント源ガスを冷却するために冷却液流線６０および６２によってヒートシンク本体５２を流れる冷却水を有するヒートシンク５０の斜視図である。このように、これ以降記載するように、ヒートシンク本体およびヒートシンク本体を通る他の通路を流れるドーパント源ガスの冷却を行うために、ヒートシンク本体は、冷却液がヒートシンク本体を通って流れる1つ以上の内部通路を含む。これ以降図８と関連して記載するとおり、ヒートシンク本体のドーパント源ガス供給通路構造への機械的固定を可能にする協働固定具として、ヒートシンク本体には、穴付き押さえねじ５６およびテキストナット５８が備えられている。冷却液流線６０および６２は、図４に関する上述の記載から理解されるとおり、イオン源冷却水流れ回路と結合することができる。
【００４５】
[0060] 図６は、ガス供給ライン７２においてイオン源装置に流れるドーパント源ガスを冷却するためのドーパント源ガス供給通路に機械的に固定されたヒートシンク装置７４を有するイオン源装置７０の斜視図である。
【００４６】
[0061] 図７は、ライン７２においてイオン源装置に流れるドーパント源ガスを冷却するためにヒートシンク装置７４が取り付けられた図６のイオン源装置７０の分解組斜視図であり、イオン源装置およびヒートシンク装置を有するイオン源アセンブリの詳細を示す。
【００４７】
[0062] 図８は、イオン源装置７０とヒートシンク装置５０とを備えるイオン源アセンブリの断面斜視図である。この断面図は、ガス供給プラグにおけるガス流路８４と、イオン源に関連付けられたガスブッシングにおけるガス流路８６とに連結するドーパント源ガス供給ライン７２を示す。ガス流路８４および８６は、本開示の一実施形態ではおよそ０．２５〜０．３７５インチ（０．６３５ｃｍ〜０．９５２５ｃｍ）であってよく、このような通路の内径は、例示する装置において使用される従来のものよりも大きい。このようなサイズの大きなガス流路は、ドーパント源ガスが分解しやすく、その結果ガス流路の閉塞が生じうる場合に便利に使用される。このような分解し易いドーパント源ガスは、四フッ化二ホウ素を含む。結果として、図８に示すサイズの大きなガス流路構成は、イオン源装置の保守イベント間の期間を延長することができる。
【００４８】
[0063] 図８に示すイオン源装置は、開口８２を有するように変形されたベースライナー８０を有しており、この変形は、分解し易いドーパント源ガスが使用される場合に、改善されたイオン源動作寿命を提供することがわかっている。
【００４９】
[0064] サイズの大きなドーパント源ガス供給通路を有する、ヒートシンク装置が取り付けられたイオン源装置と、イオン源のベースライナーにガスフロー開口を提供することとにより、ヒートシンク装置、ベースライナー開口およびサイズの大きなドーパント源ガス供給通路を支持する対応のイオン源装置と比較して、四フッ化二ホウ素といったドーパント源ガスの延長した動作寿命を有する高い効率のイオン源構成が提供される。
【００５０】
[0065] ヒートシンク装置はその他の多様な形式をとることができ、ドーパント源ガス流線に機械的に固定される代わりに、ヒートシンク装置は、ドーパント源ガス流線に溶接、半田付けまたはろう付けされることができるか、または、イオン化条件にさらされる前に早期に分解されないようにドーパント源ガスの温度を低減するために、ヒートシンク装置は、ガス流線を辿る冷却水の形式をとるか、もしくはその他の交換または熱伝達冷却構成および方法が使用されうることが理解できるだろう。
【００５１】
[0066] 図９は、図５〜８に多様に示されるイオン源装置とヒートシンク装置とを備えるイオン源アセンブリの動作データを時間関数として、温度を摂氏で、除去された熱をワットで示すグラフである。図９に示すデータは、Ｂ２Ｆ４をドーパント源ガスとして、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の供給通路に１．６標準立方センチメートル毎分の流量でイオン源装置に流して、冷却水を毎分３Ｌの流量でヒートシンク装置のヒートシンク本体に流して得られた。データは、多くの顕熱がドーパント源ガス流から取り除かれ、それにより改良されたイオン源システム動作にとって効果的に冷却されることを示す。
【００５２】
[0067] ここで、ドーパント源材料、装置および方法に関して詳細にホウ素のイオン注入について考慮すると、ＢＦ３は、ホウ素注入のための最も一般的に使用される前駆体である。ホスホラス、アルシンおよびシリコンといったその他の元素の注入のために使用される前駆体とは違い、ＢＦ３は、強いＢ−Ｆ結合のためプラズマ条件化でＢ＋イオンを生成する効率が高くない。
【００５３】
[0068] 図１０は、ＢＦ３プラズマの簡略した反応行列を示し、ＢＦ３がドーパント源材料として使用された場合のイオン注入機のプラズマアークチャンバにおける種および反応を示す。前駆体ＢＦ３のイオン化と共に反応が開始するので、ＢＦ３の安定性が、異なるイオンと中性分子と濃度に影響を与えることが理解されるだろう。にもかかわらず、電子の衝撃を伴う高温かつイオン化条件下では、異なる種の分布は、化学反応および解離および／または電子イオン化および再結合の条件下において、関与する全ての種の安定性およびそれらの平衡状態によって最終的に決定される。それゆえ、異なる前駆体でも類似のイオン分布が存在しうる。
【００５４】
[0069] 上述の反応行列において、反応平衡をＢ＋の方へシフトするために１つ以上の添加物を使用することができる。例えば、ＢＦ３がドーパント源として使用される場合、少量の水素および／またはメタンをＢＦ３と共に注入機に流すことができる。このような三フッ化ホウ素ドーパント源に導入された水素、メタンまたは水素／メタン混合物は、プラズマにおいて水素を生成し、この水素は極めて安定なＨＦを形成するフッ素原子を捕捉する。したがって、本システムは、主にＨＦ、Ｂおよび対応するイオンを含むプラズマにシフトする。このような反応システムが図１１に示され、ＢＦ３プラズマの行列における反応は水素添加物と共に示されている。
【００５５】
[0070] 本開示は、ホウ素のイオン注入のための多様な装置構造およびプロセス方法に関する。多様な実施形態および態様が特定の実装において多様に開示されているが、多様な異なる実施形態または態様の多数の特徴のうち１つ以上が別の特徴と組み合わされて本開示の更なる適用において変形または複合の装置およびプロセス方法をなしうることが理解されるだろう。
【００５６】
[0071] 開示の多様な態様が、ホウ素のイオン注入のためのホウ素前駆体材料としてのＢ２Ｆ４の特定の使用にかかる一方で、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆといったホウ素ソースを含む、その他のホウ素ソース材料が本開示の広範な実施において使用されてよい。
【００５７】
[0072] 一態様では、本開示は、アークチャンバ温度変形（temperature modification）に関する。特定の条件下では、Ｂ２Ｆ４は、アークチャンバに通じるガスラインにおいて、かつ、ガスが分散されるアークチャンバ内において熱分解しうる。この熱分解は悪影響を引き起こす。例えば、ホウ素固体の堆積が引き起こされ、これによりイオン源寿命が短くなりかつ／またはＢ＋、ＢＦ２＋などのビーム電流性能が低くなる。分解およびその結果生じる固体堆積はガスの流れを抑制または完全に閉塞しうる。堆積の位置は、アークチャンバ前のソースチューブ内においてガスがアークチャンバに供給されるソースチューブの出口および／またはソースチューブアウトレットと、ライナーを有するアークチャンバにおけるアークチャンバライナーとの間の間隙でありうる。
【００５８】
[0073] 本開示は、ソースチューブがアークチャンバに連結する領域の温度を低減することによって、このような不具合を解決することを意図する。このような領域は、ソースチューブの最後の数インチ、例えば、５〜１０ｃｍ、ソースチューブがアークチャンバと嵌合する実際の位置および／またはソースチューブが嵌合する位置の近傍のアークチャンバ内を含む。このような状態で温度を低減することは、Ｂ２Ｆ４の熱分解率を低減し、これによりホウ素堆積を低減することができる。
【００５９】
[0074] この目的で、温度の低減を多様な態様で行うことができる。
【００６０】
[0075] 温度低減の一方法は、アークチャンバが低いアーク電圧および電流で稼働するようなアークチャンバの電力管理を含む。
【００６１】
[0076] 温度低減は、アークチャンバの効率を増大させることによって達成することができる。これは、カソードなどの構成要素をより効率的な電子放出を達成するように変形することによって達成されることができる。この目的のためにはより小さなカソードを使用することが望ましいことがある。より効率的なアークチャンバはより少ないエネルギを要し、それゆえ、その他の要因が一定であれば、アークチャンバ体の温度が全体的により低くなる。これにより、ソースチューブの温度、ソースチューブとアークチャンバとの境界面の温度、および境界面近傍のアークチャンバ温度を低減する。
【００６２】
[0077] 温度を低減する更なるアプローチとして、アークチャンバからのより効果的な熱伝達が行われることができる。ほとんどの熱が、放射熱伝達によって放散するので、熱放散率を増加させるために多様なアプローチが実施されることができる。例えば大きなアークチャンバを作ること、より壁の厚いアークチャンバを（内部寸法を変えずに）作ること、またはフィン、ロッドなどといった熱放散表面を加えることによって例えば、アークチャンバの表面を増大することができる。
【００６３】
[0078] アークチャンバからの熱伝達効率を増強することはまた、所与のアークチャンバ電力レベルのためにアークチャンバの外壁の温度を増加することによって達成することができる。このような外壁温度の増加は、高い伝導性の構造材を使用してアークチャンバの伝導性を最大化し、かつ構造における熱接触抵抗を最小化することにより行われることができる。例えば、単一片のタングステンまたはモリブデン製のアークチャンバを使用することができる。
【００６４】
[0079] このように、本開示は、アークチャンバの供給チューブまたはラインもしくはその他の構成要素における堆積および閉塞を防ぐかまたは最小化する熱／温度管理を含みうるアークチャンバの熱変形（thermal modification）を意図する。代替的には、分解を阻止するためにコーティング材料が塗布されうるか、または同じ目的を達成するために供給チューブがシールドされうる。ノズルに関連付けられた伝導性ドレーンを最小化するために、照射ロードが最小化されてもよく、かつ、ノズルにおける照射性ドレーンが行われることができる。
【００６５】
[0080] さらに別のアークチャンバ温度変形として、例えば、高温の領域を流れるより速い流れを使用することによって、アークチャンバにおける滞留時間を高温の領域において低減することができる。
【００６６】
[0081] アークチャンバからのより効果的な熱伝達はまた、従来の構造材よりも高い放射率の材料でアークチャンバの外面を塗装する（coat）か、包むか（warp）または覆う（cover）ことによって達成することができる。
【００６７】
[0082] 第１の材料とは異なる放射率を有する第２のまたは２つ以上の追加的な構造材を使用して、１つ以上の材料からアークチャンバを構成することによって、アークチャンバはまた熱特性において増強されることができる。第２のまたは追加的な材料の量は、ソースチューブまたはアークチャンバのインレットにおけるドーパントガスの熱分解を十分に低減または除去するのに十分な量だけアークチャンバの温度が低減されるように選択される。
【００６８】
[0083] 例えば、アークチャンバの壁のうち２つは、典型的なアークチャンバ温度において、０．７〜０．８の放射率を有するグラファイトから製作され、アークチャンバのその他の４つの壁は、およそ０．１〜０．２の放射率を有するタングステンから製作されうる。一実施形態では、ドーパントガス供給チューブが連結される壁は、グラファイトから製造され、これは、該材料の高い放射率が、該壁の構造材としてより低い放射率の材料が使用される場合よりもアークチャンバの温度を低くするからである。別の実施形態では、アークチャンバの２つ以上の壁がグラファイトまたはその他の高放射率材料から形成される。特定の実施形態では、全ての壁（上、下、横、前および後）がグラファイトまたはその他の高放射率材料から製作される。
【００６９】
[0084] アークチャンバは、反応、熱サイクルなどといったその他の方法で放射率を増大するために変形されてよい。アークチャンバから熱を取り除くための熱伝達効率はまた、例えば、ソースハウジングまたはソースハウジングの構成要素に放射される表面の温度を低減することによって達成されうる。このような構成要素の温度は、例えば、空気、水といった冷却流体を使用する能動または受動冷却によって低減することができる。
【００７０】
[0085] 放射冷却を最適化することに加えて、またはこれに代えて、アークチャンバは強制対流によって冷却されることができる。この目的上、水、空気などといった冷却剤が、アークチャンバの周りまたはこれを通過して（例えば、溝を介して）流されることができる。このような構成の冷却液は、それゆえアークチャンバの温度を最小化する役割を果たす。
【００７１】
[0086] 更なるアプローチとしては、接触領域を増加することおよび／または表面仕上げを改善することおよび／または支持の伝導性を増加することによりアークチャンバとソースハウジングとの間の接触抵抗を低減することによってアークチャンバからの熱伝達は増加されることができる。
【００７２】
[0087] ソースチューブ、ソースチューブ境界面およびソースチューブ近傍のアークチャンバ内の近接領域のより良い温度制御は大いに有益となる。例えば、非熱伝導性アダプタを、アークチャンバの境界面へのソースチューブにおいて使用することができる。このようなアダプタは、ソースチューブの温度を最小化し、かつかかる領域での温度勾配を増加させるのに役立つ。
【００７３】
[0088] アークチャンバ境界面へのソースチューブにおいて同軸のアダプタを使用することは、より良い温度制御を達成するためにも採用されることができる。このような同軸のアダプタは、アークチャンバに入るまでに供給ガスの温度をさらに低減し、これはチューブの内側がアークチャンバと熱的に接触せず、かつチューブの外側がチューブ内部を放射から遮蔽するのに役立つためである。
【００７４】
[0089] アークチャンバ境界面へのガス源チューブ近傍のアークチャンバの部分は、異なる、熱伝導性の少ないおよび／または高い放射率の材料であるように変形されうる。このような方策は、境界面における温度を低減するのを助ける。
【００７５】
[0090] アークチャンバ境界面へのガス源チューブ近傍のアークチャンバの部分は、放射シールドを含むよう変形されうる。シールドは、アークチャンバ境界面においてソースチューブへの放射熱伝達を低減する。
【００７６】
[0091] さらなる変形として、ガスチューブは、チューブの長さに沿った熱伝達を最小化されるように低い熱伝導性を有する材料から構成されてよい。代替的には、ガスチューブは、（アークチャンバに近い）チューブの高温端から、（アークチャンバから離れた）チューブの低温端への熱伝導が最大化されるように高い熱伝導性を有する材料から構成されうる。
【００７７】
[0092] アークチャンバからのより効率的な熱伝達を達成するための熱変形の別のアプローチは、例えば、３／８インチ（０．９５２５ｃｍ）以上の直径を有する、好適な寸法の小さい円筒形突起を含有するようにアークチャンバを変形することを伴う。一実施形態でのソースチューブアダプタは、このような突起に連結される。この構成により、ソースチューブ／アークチャンバの境界面の温度が、突起の長さのため低減されることが可能になり、かつ突起自体において分子流機構が発達することが可能になる。これにより突起は冷／温境界面となり、かかる領域での堆積は、分子流の結果として発生する壁衝突の数が低減されることによって低減する。
【００７８】
[0093] さらなる熱変形は、ソースチューブ内における、例えば、Ｂ２Ｆ４であるホウ素ソースガスの滞留時間ｔ（＝Ｖ／Ｑ、ここでＶ＝ソースチューブの体積であり、Ｑ＝ホウ素ソースガスの体積流量である）を減少することを伴う。こういった滞留時間の減少は、温度を低減する方法と併用してまたは単独の変形で達成されることができる。滞留時間を減少することで、ソースチューブ内またはソースチューブ／アークチャンバの境界面領域内で発生しうる熱分解の範囲を縮小する。
【００７９】
[0094] 滞留時間は、例えば、全体の流量を増加するために希釈ガスを追加することなどの多様な方法で減少することができる。流量の増加が、結果として生じる圧力増加よりも大きな割合である限り、滞留時間は減少する。希釈ガスは任意の好適な種類のガスであり、例えば、希ガス、不活性ガス、ＢＦ３、Ｈ２、ＣＨ４、ＮＨ３などを含みうる。
【００８０】
[0095] より小さな直径のシールドされた（同軸の）チューブを使用して、絶縁アダプタに移行する前のアークチャンバに近づくより低温の領域における流速が増加すること、またはチューブの直径を増大させることによって、滞留時間を減少することができる。
【００８１】
[0096] 質量の連続の式（the Continuity of Mass equation）ｐｌ＊ｖｌ＊Ａ１＝ｐ２＊Ｖ２＊Ａ２に従う、流速増加を可能にする形状寸法、真空コンダクタンスまたはポンプ機能の変形は、アークチャンバへのガスフローの滞留時間を低減する。ただし、Ａ２（位置２の断面面積）およびｐ２（位置２における密度）は、ｖ２＞ｖ１となるように変化する。
【００８２】
[0097] 更なる変形では、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）よりも大きな直径といった、好適な寸法の大きな直径のチューブ／アダプタを使用することで、望ましくない分解種の堆積に対処することができる。しばらくの間は堆積が起こりうるが、温度が十分に低減されると、ホウ素残留物が自己絶縁材料として働き、堆積が次第に止まるため、通路の完全な閉鎖を形成するには長い時間がかかるか、またはまったく閉鎖されないことがある。このような堆積処理は、アークチャンバに流れるかまたはライナーを通るガスのために複数のインレットを設けて、１つのポートが閉塞した場合でもガスが流れ続けるようにすることを伴う。
【００８３】
[0098] 別の実装では、本開示は、アークチャンバ製作に通常用いられる構造材とは異なる材料を使用することと、Ｂ２Ｆ４またはその他の特定のホウ素ソース材料のためにアーク電圧を最適化することと、電子挙動を最適化することと、Ｂ２Ｆ４またはその他の特定のホウ素ソース材料のためのビーム透過を最適化することと、Ｂ２Ｆ４またはその他の特定のホウ素ソース材料の分別（fractionation）を最適化すること、のうち１つ以上を含みうる、アークチャンバの変形を意図する。このような態様で、アークチャンバは、顕著な作用効果を達成するよう構築かつ構成されうる。
【００８４】
[0099] 本開示の別の態様は、磁石の使用によるか、またはホウ素ソース動作パラメータの調整または最適化による、プラズマ特性の変形に関する。この点、Ｂ２Ｆ４またはその他の特定のホウ素ソース材料についてのアーク電圧の最適化が、増強技術として使用されることができる。プラズマにおける電子エネルギ分布は、アーク電圧の低減により低減することができる。Ｂ２Ｆ４に関連付けられた結合エネルギが低いため、ＢＦ３に比べてより低いアーク電圧がＢ２Ｆ４と使用されることができる。このような低いアーク電圧レベルに付随する低いカソードスパッタリングがイオン源の寿命を改善するというその他の利点も低いアーク電圧は有する。
【００８５】
[0100] アーク電力（アーク電圧×アーク電流）は、例えば、Ｂ２Ｆ４であるホウ素ソースガスのために最適化することができる。特定のホウ素ソース材料の選択に関して、Ｂ２Ｆ４は、ＢＦ３に比べて低電力動作が達成されるのを可能にし、これは、プラズマ不安定性が少なく、アーク発生する高電圧が少ないため、ソース寿命、およびソース安定性に関する利点を有する。
【００８６】
[0101] イオン源動作パラメータに関して、注入機のための高い性能での動作についてプラズマ特性を変形するためにソース調整および最適化技術が使用されることができる。
【００８７】
[0102] 別の実施形態では、イオン注入システムにおける作用効果を達成するために、希釈剤、反応剤および／または洗浄剤を共に流出させること（co-bleed）または共に流すこと（co-flow）が採用されることができる。例えば、希釈剤、反応剤および／または洗浄剤は、ホウ素と反応するためまたはホウ素堆積を軽減するために使用されうる。これは、ホウ素の堆積、または活性プロセスの間にイオン源にホウ素ソース材料が流れる前にアークチャンバに堆積するドーパント材料の除去／洗浄を伴いうるか、アークチャンバ、ガスラインまたはイオン源のその他の部分における金属またはその他の材料のエッチングおよび堆積を伴いうる。
【００８８】
[0103] 反応剤または洗浄剤が、例えば、Ｂ２Ｆ４であるソース材料の使用から発生するガスラインにおけるＢ２Ｆ４分解および堆積の蓄積に対処するために使用されうる。
【００８９】
[0104] Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、ＢＦ３などのといったホウ素含有の希釈剤、反応剤および／または洗浄剤が使用されうる。ＸｅＦ２、Ａｒ，Ｎ２、ＸｅとＨ２の混合物、ＣＨ４、ＮＨ３などといった不活性またはその他の好適な希釈材料を有する希釈供給ガスが使用されうる。代替的には、アークチャンバへの送達の前に予め混合された混合物が単一のパッケージから送達されるか、または材料が個別の送達ラインを介してアークチャンバへ個別に送達されるシステム／ハードウェア実装が使用されうる。
【００９０】
[0105] 本開示の別の態様は、洗浄およびＢ２Ｆ４またはその分子イオンもしくは原子イオンの注入を同時にまたは連続して行うためにＢ２Ｆ４および洗浄剤の連続してまたは同時に流すことを伴いうる洗浄プロセスに関する。
【００９１】
[0106] 例えば、Ｂ２Ｆ４またはＢ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２またはＢＨ２Ｆといった他の分子と、１つ以上の洗浄剤との並流がイオン注入の中に使用されることができる。
【００９２】
[0107] 代替的には、Ｂ２Ｆ４またはかかる他の分子と、固体ホウ素とガス相のホウ素との間の平衡状態を気相のホウ素に向かってシフトすることができる作用物質とが装置を共に流れる（co-flowed）ことができる。Ｂ２Ｆ４と反応しないフッ素含有ガスがこのような作用物質の役割を果たすことができる。このように本開示は、例えば、ガス相のＢ＋といった所望のイオン種に向かって平衡をシフトさせることの使用を意図する。
【００９３】
[0108] Ｂ２Ｆ４または上述の分子もしくはこれらの組合せを使用するイオン注入ステップの間のイオン源の順次の洗浄が、洗浄剤ガスが継続的にまたはパルス状に装置に流れるよう使用されることができる。
【００９４】
[0109] 別の態様の開示は、特定の供給材料、分子および分子の組合せの使用およびこれを注入するための方法に関し、該方法は、Ｂ２Ｆ４、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆといったソース材料の１つ以上を使用する。かかる材料は、Ｂ＋またはＦ＋といった原子イオンの注入に使用されうる。かかる材料は、ＢＦ＋、ＢＦ２＋、Ｂ２Ｆ４＋、Ｂ２Ｆ３＋、Ｂ２Ｆ２＋などといった供給分子の断片化（fragmentation）または断片再結合によって形成される分子イオンの注入に使用されうる。
【００９５】
[0110] 上述のホウ素ソース材料は、従来のイオン注入、プラズマ浸漬またはパルスプラズマドーピングイオン注入などといった例えばイオンまたはプラズマイオン注入プロセスにおいて、従来のビームラインまたはプラズマ（例えば、ＰＬＡＤまたはＰＩＩＩ）イオン注入ツールおける原子または分子イオン注入に使用することができる。
【００９６】
[0111] 上述のホウ素ソース材料は、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）技術を使用するホウ素注入に使用することができる。ＧＣＩＢの生成には、ソース材料の中性クラスタへの凝塊形成、クラスタのイオン化およびターゲットへ向かう途中での逐次の加速および質量選択を伴う。凝塊形成は、Ｎ２、Ａｒなどといった非ドーパントを使用することで促進されうる。
【００９７】
[0112] 示されたとおり、ホウ素ソース材料としてのＢ２Ｆ４の利点は、ＢＦ３がソース材料として使用されたときより低い電力で注入機が動作することを可能にすることである。
【００９８】
[0113] 更なる態様では、本開示は、より高いＢ＋留分（fraction）の抽出光学系の最適化またはＢ２Ｆ４の抽出またはビーム光学系の最適化を意図する。ＢＦ３プラズマから最大限Ｂ＋を抽出するとき、高いビーム電流および高い断片質量が含まれるため抽出領域における空間電荷は非常に高い。高ビーム電流に関して、抽出された電流は、Ｆ＋、ＢＦ＋、ＢＦ２＋などを含む全てのイオンの合計であり、Ｂ＋電流の３倍よりも大きくなることができる。空間電荷は、ビーム電流に比例し、Ｂ＋留分が高いと、抽出領域における総電流は低減されることができる。含まれる高い断片質量に関して、平均質量は１１よりも大きい。空間電荷は、（質量）^１／２に比例する。Ｂ＋留分が高いと、平均質量は低減する。
【００９９】
[0114] したがって、抽出間隙における空間電荷は、Ｂ２Ｆ４を用いて低減することができる。低減した空間電荷により、イオン源のすぐ下流の抽出光学系の異なる最適化が達成できる。より大きな抽出間隙（より低い電界）が許容できる。これは、高電圧アーク放電を低減するのに有利である。抽出アパーチャの適切な設計はまた、ビームの質および安定性を増強するために使用することができる。
【０１００】
[0115] 本開示の多様な適用において、有害事象の発生を防止または最小限にするために、ソース寿命最適化が使用されることができる。例えば、潜在的なアークチャンバまたはイオン源障害モードが、このようなソース寿命最適化によって克服または回避されることができる。材料の適切な割合および／または動作状態（例えば、プラズマ特性）が、ハロゲンをリサイクルする努力を行うために選択されることができ、かつ動作状態および材料の割合は、並行流出（co-bleed）構成も使用することができる。
【０１０１】
[0116] 本開示の多様な態様および実施形態が、多様なイオン注入システムに実装され実施されることができる。
【０１０２】
[0117] 図１２は、図示されたイオン注入チャンバ３０１において基板３２８のイオン注入ドーピングのために供給されるＢ２Ｆ４ガスを保持する貯蔵分配容器３０２を含むイオン注入プロセスシステム３００の図式的描写図である。
【０１０３】
[0118] 貯蔵分配容器３０２は、Ｂ２Ｆ４ガスを保持する内部容積を囲む容器壁３０６を備える。
【０１０４】
[0119] 容器は、ガスのみを保持するよう構成された内部容積を有する従来型のガスシリンダーであることができ、代替的には、容器は、ドーパント源ガスが分配条件下で容器から放出されるために脱着することができる、ドーパント源ガスについての収着親和力を有する収着剤材料を収容してもよい。
【０１０５】
[0120] 貯蔵分配容器３０２は、放出ライン３１２と、ガスフロー連通状態で結合するバルブヘッド３０８と、を有している。圧力センサ３１０が流量制御装置３１４と共にライン３１２に配置される。その他のモニタおよびセンサ構成要素が該ラインに結合され、アクチュエータ、フィードバックおよびコンピュータ制御システム、サイクルタイマといった制御手段と連動しうる。
【０１０６】
[0121] イオン注入チャンバ３０１は、ライン３１２から分配されたＢ２Ｆ４ガスを受け、かつイオンビーム３０５を生成するイオンビーム生成機またはイオン化装置３１６を含む。イオンビーム３０５は、必要とされるイオンを選択し、選択されないイオンを拒絶する質量分析器ユニット３２２を通過する。
【０１０７】
[0122] 選択されたイオンは、加速電極アレイ３２４、それから偏光電極３２６を通過する。結果として得られる集束イオンビームは、スピンドル３３２に搭載される回転可能なホルダ３３０に配置された基板素子３２８に衝突する。Ｂ＋イオンのイオンビームが、所望のｐ−ドープ構造を形成するために基板をｐ−ドープするために使用される。
【０１０８】
[0123] イオン注入チャンバ３０１のそれぞれの部分が、それぞれポンプ３２０、３４２および３４６によってそれぞれライン３１８、３４０および３４４を通って排気される。
【０１０９】
[0124] 図１３は、図１２に示すタイプのイオン注入システムにおいて有利に使用されうるようなイオン注入システムのイオン源の断面図であり、より詳しくはＭ．Ａ．Ｇｒａｆらの２０００年１０月２４日発行の米国特許第６，１３５，１２８号明細書に記載される。
【０１１０】
[0125] イオン源１１２は、プラズマチャンバ１２２を画定するハウジングとイオン抽出アセンブリとを備える。プラズマチャンバ１２２内でイオンを生成するためにイオン化可能なドーパントガスにエネルギが付与される。通常は陽イオンが生成されるが、本開示は陰イオンがソースによって生成されるシステムに適用可能である。陽イオンは、プラズマチャンバ１２２におけるスリットを介して、複数の電極１４２を備えるイオン抽出アセンブリ１２４によって抽出される。それゆえ、イオン抽出アセンブリは、プラズマチャンバから陽イオンのビームを、抽出アパーチャプレート１４６を介して抽出し、かつ、抽出したイオンを質量分析磁石（図１３に図示せず）に向けて加速するよう機能する。
【０１１１】
[0126] イオン化可能なドーパントガスは、イオン化可能なドーパントガスのソース１６６から流され、流量制御装置１６８を中に含む導管１７０を介してプラズマチャンバ１２２に注入される。ソース１６６は、例えばＳＤＳの商標のもとＡＴＭＩ社（米国コネティカット州ダンベリー）から市販されているタイプの収着剤ベースのガスの貯蓄供給容器と、例えばＶＡＣの商標のもとＡＴＭＩ社（米国コネティカット州ダンベリー）から市販されているタイプの内部ガス圧調節装置を含む調圧容器と、を有しており、または固体ドーパント源材料が使用される場合は、ソース１６６は、たとえばＰｒｏＥ−Ｖａｐの商標のもとＡＴＭＩ社（米国コネティカット州ダンベリー）から市販されているタイプの固体ソース容器を有してよい。プラズマチャンバ１２２は、チャンバ内部におけるイオン化ゾーン４２０を境界する導電性のチャンバ壁４１２、４１４、４１６を有する。側壁４１４は、プラズマチャンバ１２２の中心軸４１５に対して円対称である。分解マグネットに面する伝導性壁４１６は、プラズマチャンバ支持体４２２に連結される。壁４１６は、イオンがプラズマチャンバ１２２を出て、その後、離間して配置されて電気的に隔離された複数の抽出電極１２４の下流の位置でイオンビームを形成するために結合することを可能にする複数の開口を有するアパーチャプレート１４６を支持する。アパーチャプレート１４６は、離間して配置された抽出電極１４２における同様に構成された複数のアパーチャと一致する特定のパタンで配置された多数の開口を有している。このようなアパーチャは図１３にのみ示されている。
【０１１２】
[0127] 金属アンテナ４３０は、プラズマチャンバ１２２にエネルギを放出するためにチャンバ内部にさらされる金属表面４３２を有する。プラズマチャンバ１２２の外部にある電源４３４が、金属アンテナ４３０を、例えば、およそ１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）の無線周波数（ＲＦ）信号といった適切な特性のＲＦ信号で通電して、プラズマチャンバ１２２内でイオン化電界を引き起こすよう金属アンテナにおいて交流電流を発生させる。アンテナの電力は、例えば、約５００〜３０００ワット（Ｗ）の電力といった、特定のイオン化動作に適した適切な大きさでありうる。ソースチャンバにおける圧力は、例えば、およそ１〜１０ミリトルであり、そのため、ソース１１２は、低圧力、高密度の誘導ソースとして機能することができる。プラズマチャンバ１２２は、アンテナ４３０とアパーチャプレート１４６との間のチャンバ内部の領域に延在する磁気フィルタアセンブリ４４０を有してもよい。
【０１１３】
[0128] アンテナ４３０は、着脱可能な支持プレート４５０によってプラズマチャンバ１２２内に配置されることが可能である。支持プレート４５０は、アンテナが通って延びる円形カットアウト４５２を有する位置で側壁４１４によって支持される。アンテナ４３０のための支持プレート４５０は、チャンバ壁４１４におけるカットアウト４５２に嵌合するようなサイズである一方で、アンテナ４３０のさらされたＵ字型金属部４３２をイオン化ゾーン４２０内に配置する。
【０１１４】
[0129] 支持プレート４５０は、２つの真空圧力フィッティング４５６を収容する２つの貫通した通路を画定する。アンテナ４３０の細長脚部４５７がフィッティングを通って押されると、エンドキャップ４５８がフィッティングにねじ込まれてフィッティング４５６と脚部４５７との間の接触領域を密閉する。アンテナ４３０は、放射放出領域において好ましくはＵ字型であり、例えば、アルミニウムから構成されうる。チューブは、圧力フィッティング４５６を通過するような寸法の外径を有する。使用中アンテナは周囲の熱を吸収する。この熱を放散するために冷却液がチューブの中心を通る。
【０１１５】
[0130] プレート４５０は、プラズマチャンバの内部にさらされたほぼ平らな表面４６０を有し、チャンバ内部の外方を向く平行な外面４６２を有している。プレート４５０のフランジ部４６４は、壁４１４のカットアウトを囲み、コネクタ４７２によって壁４１４に取付けられた環状磁石４７０を覆う。支持プレート４５０に取り付けられた強磁性のインサート４７４が、磁石４７０に嵌合して、それによりプレート４５０がカットアウト４５２内に配置され、強磁性のインサート４７４および磁石４７０が互いに引き合いプレート４５０を、アンテナ４３０がチャンバ内部に延在した状態で、所定の位置に固定する。
【０１１６】
[0131] イオン源の動作中、熱が生成され、この熱は壁４１２、４１４、４１６、４１８によって吸収される。吸収された熱は、壁を通って通路に水を巡回させてためのフィッティング４７６を通して導入され、第２の出口フィッティング（図示せず）によってチャンバから離れる冷却液によって、チャンバ１２２から取り除かれることができる。この構成により、壁の温度は、１００℃より低い温度で維持され、イオン源１２２が冷温壁イオン源として機能することができる。
【０１１７】
[0132] 支持プレート４５０近傍のアンテナ４３０の領域は、とりわけ、イオン注入動作の間にスパッタされた材料によるコーティングを受け易い。このようなスパッタリングの影響を最小化するために、２つのシールド４８０が、支持プレート４５０にアルミニウムのアンテナが挿入される前にアルミニウムアンテナを覆うことができる。これらのシールドは、好ましくはアルミニウムから構成され、シールドとアンテナ４３０のさらされたアルミニウムの外面との間に摩擦嵌合によって定位置に維持される。
【０１１８】
[0133] イオン源１１２の動作中、イオン化ゾーン４２０を境界する内壁４１２、４１４および４１６にドーパント元素の堆積が形成されうる。本開示は、通常動作条件下でイオン源１１２が動作される間にソースガスと同時に共ガス（co-gas）または洗浄ガスを流すことを意図する。洗浄ガス源４８２および対応する流量制御装置４８４が設けられ、流量制御装置４８４の洗浄ガス出力は、プラズマチャンバ１２２に送達される前に導管１７０における流量制御装置１６８のソースガス出力に結合されている。代替的には、ソースガスおよび洗浄ガスは、プラズマチャンバに別々に送達されてもよい。
【０１１９】
[0134] ソース１６６が、ドーパント源ガスを、洗浄材料および／または希釈剤、平衡方向指定材料、反応剤、冷却液といったその他の材料と組み合わせて含みうることが理解できるだろう。代替的には、ソース４８２は、洗浄材料を、希釈剤、平衡方向指定材料、反応剤、冷却液などのその他の材料の任意の１つ以上と組み合わせて包含してよい。このような補助材料は、ソース容器の任意の好適な構成および／またはその他の供給装置構成要素を使用して、イオン源および／または関連流れ回路に供給されうる。
【０１２０】
[0135] このように、洗浄材料、例えば、洗浄ガスは、イオン源チャンバへのドーパント源材料と洗浄材料とを共に流す（co-flow）ため、ドーパント源材料を供給するソース容器と同一または異なるソース容器から供給されてよい。
【０１２１】
[0136] ドーパントガスと洗浄ガスとのイオン源を通る並行流によって、洗浄ガスの工程内使用を介して個別の洗浄工程が回避される。「工程内」とは、イオン注入機が通常の生産動作下にある間に洗浄工程が発生することを意味する。
【０１２２】
[0137] 洗浄蒸気の並行流を有するこのような工程内洗浄は、とりわけイオン源の特に高温の領域において、注入ドーパント蒸気またはその他のイオン源供給材料の熱分解による堆積を効果的に取り除くために使用されることができる。一例としては、Ｂ＋イオンビームを生成するためのＢ２Ｆ４の使用中、ドーパント材料をイオン源に供給するガスチューブにおいて堆積が発生しうる。このような堆積は、イオン源アークチャンバに取付けられる部分であるチューブの高温端に集中し、Ｂ２Ｆ４の熱分解から生じて固形ホウ素または一般式ＢｘＦｙのより高いフッ化ホウ素を形成する。ここでｘ＜ｙ／２である。これらの堆積は、積層し最後にはイオン源の故障を引き起こすため、深刻な動作事象の発生を引き起こす。
【０１２３】
[0138] 本開示は、その多様な実施形態において、イオン源および関連流路における堆積材料の量を抑制し最小化する追加的な方法であって、洗浄ガスの使用と組み合わせてまたはこれの代替として使用することができる方法を提供する。
【０１２４】
[0139] このような一態様では、チューブの機械的設計は、アークチャンバからガス供給チューブへの温度熱伝達（伝導および放射）を最小化するよう変形され、それにより、チューブの温度を最小化し、その結果熱分解を最小化する。
【０１２５】
[0140] 別の態様では、洗浄蒸気がＢ２Ｆ４ガスと共にイオン源に並行に流される。洗浄蒸気は、分解によって形成された固体堆積と反応し、固体堆積を排出することができる蒸気に変換し、それにより、イオン源の早期故障を回避する。洗浄蒸気は、ドーパント蒸気の分解温度とほぼ同じ温度で堆積材料と反応する任意の材料であることができる。好ましい洗浄蒸気は、ＸｅＦ２およびＮＦ３といった反応性フッ化物を含むがこれらに限定されない。洗浄およびドーパント蒸気の相対的な流量は、それぞれの蒸気について好適な並行流条件を確立するよう本明細書の開示に基づき当分野の技術範囲内の実証的またはその他の手段で有利に決定される。
【０１２６】
[0141] この目的上、好適な洗浄蒸気は、ドーパント蒸気と、イオン源のインサイチュの洗浄に効果的な洗浄蒸気とを組み合わせた流れを提供するために、特定の熱分解ドーパント蒸気のために容易に選択されることができる。
【０１２７】
[0142] 図１４は、イオン注入システム５００のイオン源５４４に関連付けられた流路の閉鎖を抑制するよう便利に使用されうる堆積モニタ制御システムの概略図である。
【０１２８】
[0143] 図示するとおり、イオン注入システム５００は、流れ制御バルブ５２４を中に含む分配ライン５１８に結合された、ドーパント源シリンダ５１２と、流れ制御バルブ５２６を中に含む分配ライン５２０に結合された洗浄流体シリンダ５１４と、流れ制御バルブ５２８を中に含む分配ライン５２２に結合された希釈流体シリンダ５１６とを含むガス供給シリンダが配置されるガスボックス５１０を有している。
【０１２９】
[0144] バルブ５２４、５２６および５２８は、それぞれ信号伝送ライン５３０、５３６および５３４によって中央制御装置（ＣＰＵ）に連結されており、ＣＰＵは、サイクルタイムプログラムまたはＣＰＵによってモニタリングされるプロセス状況および／または構成要素に応じてバルブ調節を提供するＣＰＵのその他の信号生成能力に応答して、特定の程度でそれぞれのバルブを開閉するよう動作することができる。
【０１３０】
[0145] それぞれのシリンダに結合された分配ライン５１８、５２０および５２２は、混合チャンバ５３２で終端するため、ドーパント源、洗浄流体および希釈流体のそれぞれの複数は、所望の場合、選択的に互いに混合されることができる。代替的には、単一のシリンダがその内容物をチャンバ５３２に分配して、これから圧力変換機５４０と流量制御装置（ＭＦＣ）５４２とを中に含む供給ラインへ、それからイオン源イオン源５４４へと流れるように構成されることができる。イオン源イオン源５４４は、中のドーパント源をイオン化し、イオン注入チャンバ５４６に伝達されるイオンビームを生成するようイオン化動作のために構成される。イオン注入チャンバ５４６は、中に搭載された半導体またはその他のマイクロ電子装置基板に選択されたイオン化ドーパント種を注入するために該基板を包含している。
【０１３１】
[0146] 図示されたシステムでは、イオン源への供給ラインにおける圧力変換機５４０は、ＣＰＵに信号伝送関係で、信号伝送ライン５３８によって結合されている。電量制御装置も、ＣＰＵに信号伝送関係で、信号伝送ラインによって結合されている。この圧力変換機の構成により、供給ラインにおける圧力と相関性のある信号が生成され、モニタリングの目的のためライン５３８においてＣＰＵに伝送される。
【０１３２】
[0147] ドーパント源材料がイオン源へ流れる間、ドーパント材料が、供給ラインにおいて、例えば、イオン源からの該ライン中の熱伝搬によって分解し、かつ、積層した固体堆積による供給ラインにおける伝導性が低減した結果、堆積材料の降着が、供給ラインにおける圧力の増加を引き起こす場合、結果として得られる圧力増加は、圧力変換機５４０によって感知され、信号伝送ライン５３８においてＣＰＵに伝送されることができる。
【０１３３】
[0148] これに応答してＣＰＵは、供給ラインにおける堆積の初期的な閉鎖作用を軽減する措置を開始することができる。例えば、ＣＰＵは、流れ制御バルブ５２６を信号伝送ライン５３６において該バルブに送られた制御信号によって開くことによってシリンダ５１４から供給ラインに洗浄流体を流すことができる。代替的には、イオン源へのアーク電力を低減することができる。さらに別の代替案として、ドーパント源の滞留時間は、ドーパント源の流量を増加させること、信号伝送ライン５３０においてバルブ５２４に伝送された制御信号によりバルブ５２４を開くこと、および／または、体積流量の全体的な増加によって流れ回路およびイオン源イオン源におけるドーパント源滞留時間が低減されるように洗浄流体および／または希釈流体を加えること、によって低減されることができる。
【０１３４】
[0149] この態様で、圧力変換機およびＣＰＵによってもたらされた圧力モニタリングは、システムに早期の堆積を検出する能力と、これに応じてシステムにおけるそのような固体堆積を抑制するためにシステムを調整する能力を可能にする。
【０１３５】
[0150] ドーパント源に由来する固体の堆積はまた、システムにおいて流量制御装置５４２によって検出されることができる。堆積はシステム動作中に発生するので、所定の流量を維持するために、流量制御装置におけるバルブ位置がより広い範囲に開く。このような流量制御装置のバルブ位置は典型的に、流量制御装置からの電圧出力として使用可能であり、かかる電圧出力は、関連信号伝送ラインにおいてモニタリング信号としてＣＰＵに伝送される。
【０１３６】
[0151] ドーパント源材料に由来する堆積固体の進行性の積層に起因する流量制御装置のバルブ位置の開きの増加に応答して、ＣＰＵは、イオン源への供給ラインの圧力変換機によるモニタリングに関連して上述した救済措置と同一の措置を発動することができる。
【０１３７】
[0152] このように本開示は、一態様において、イオン源供給ラインまたはその他のイオン源に関連付けられた通路における固体堆積に相関する出力を提供する圧力モニタリング装置を提供して、固体蓄積を抑制するよう救済措置をとることができるように閉塞がもうすぐ形成されることを早期に警告することを意図する。
【０１３８】
[0153] 図１５は、イオン注入システムの別のイオン源の概略図である。
【０１３９】
[0154] 図１５は、本開示の実施において有用に使用されうる実施形態に従う間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源の断面立面図であり、アークチャンバおよび関連構成要素を示す。このようなタイプのイオン源は、Ｍａｃｉｅｊｏｗｓｋｉらの米国特許第７，１３８，７６８号明細書により詳細に記載される。
【０１４０】
[0155] このＩＨＣイオン源では、抽出アパーチャ１０１２を有するアークチャンバハウジング１０１０がアークチャンバ１０１４を画定する。カソード１０２０およびリペラー電極１０２２がアークチャンバ１０１４内に配置される。カソード１０２０に非常に近接してアークチャンバ１０１４の外部に配置されるフィラメント１０３０は、カソードの加熱を引き起こす。イオン化されるガスは、ガス源からアークチャンバ１０１４へガスインレット１０３４を通して提供される。図示されない別の構成では、アークチャンバ１０１４は、アークチャンバ１０１４内でイオン化される材料を蒸発させる蒸発器に結合されてよい。
【０１４１】
[0156] アーク電源は、アークチャンバハウジング１０１０に連結される陽端子と、カソード１０２０に連結される陰端子と、を有する。リペラー電極１０２２は、フロートであるかまたはアーク電源の陰端子に結合されることができる。アーク電源は、２５アンペアで１００ボルトの定格を有し、約７０ボルトで動作しうる。アーク電源は、カソード１０２０によって放出された電子をアークチャンバ１０１４におけるプラズマに加速する。
【０１４２】
[0157] 陽端子を有するバイアス電源は、カソード１０２０と、フィラメント１０３０に連結された陰端子とに連結される。バイアス電源は、４アンペアで６００ボルトの定格を有し、約２．５アンペアの電流および約３５０ボルトの電圧で動作しうる。バイアス電源は、カソード１０２０の加熱を引き起こすために、フィラメント１０３０によって放出された電子をカソード１０２０に加速する。
【０１４３】
[0158] フィラメント電源は、フィラメント１０３０に連結された出力端子を有する。フィラメント電源は、２００アンペアで６ボルトの定格を有し、約１４０〜１７０アンペアのフィラメント電流で動作しうる。フィラメント電源は、フィラメント１０３０の加熱を引き起こし、これは次いでカソード１０２０の加熱のためにカソード１０２０に向かって加速される電子を生成する。
【０１４４】
[0159] ソース磁石は、アークチャンバ１０１４内に磁界を生成する。典型的には、ソース磁石は、アークチャンバ１０１４の両端に極を有する。磁界の方向は、イオン源の動作に影響を与えることなく反転されうる。ソース磁石は、６０アンペアにおいて２０ボルトの定格を有しうる磁石電源に連結される。磁界は、カソード１０２０によって放出された電子とアークチャンバ１０１４におけるプラズマとの間の相互作用の増加を引き起こす。
【０１４５】
[0160] 多様な電源の電圧および電流定格ならびに動作電圧および電流は、例示目的のみに記載されていることが理解できよう。
【０１４６】
[0161] 抽出電極および抑制電極は、抽出アパーチャ１０１２の前に好適に配置される。抽出電極および抑制電極のそれぞれが、明確に画定されたイオンビームを抽出するための抽出アパーチャ１０１２と一致するアパーチャを有する。抽出電極および抑制電極はそれぞれの電源に連結される。
【０１４７】
[0162] イオン源制御装置は、分離回路を介してイオン源の制御を提供するために使用することができる。他の実施形態では、分離機能を果たす回路が電源に組み込まれうる。イオン源制御装置は、プログラムによる制御装置であるかまたは特殊用途専用の制御装置でありうる。一実施形態では、イオン源制御装置がイオン注入機のメイン制御コンピュータに組み込まれている。
【０１４８】
[0163] イオン源が動作しているとき、フィラメント１０３０はフィラメント電流によって、およそ２２００℃でありうる熱イオン放出温度まで抵抗加熱される。
【０１４９】
[0164] フィラメント１０３０から放出された電子は、フィラメント１０３０とカソード１０２０との間のバイアス電圧ＶＢによって加速され、カソード１０２０に衝突し加熱する。カソード１０２０は、電子衝撃により熱イオン放出温度まで加熱される。カソード１０２０によって放出された電子は、アーク電圧によって加速され、アークチャンバ１０１４内のガス源からのガス分子をイオン化してプラズマ放出を引き起こす。アークチャンバ１０１４内の電子は、磁界によってらせん状の軌道に流される。リペラー電極１０２２は、入射電子の結果として負の電荷を蓄積し、最終的にはアークチャンバ１０１４を介して電子をはね返すために十分な負の電荷を有し、さらなるイオン化衝突を引き起こす。
【０１５０】
[0165] アークチャンバ１０１０は、イオン源本体１１５０およびアークチャンバ基部によって支持される。イオン源本体１１５０の一部であるプレートは、イオン源の真空領域と外部環境との境界を画定する。チューブ１１６０は、アークチャンバ１０１４のガスインレット１０３４とガス源との連結を提供する。
【０１５１】
[0166] リペラー電極１０２２は、伝導性支持部材１１７０および絶縁体１７２によってアークチャンバ基部に搭載される。リペラー電極２２は、絶縁体によってアークチャンバ１０１０から電気的に絶縁される。
【０１５２】
[0167] カソードアセンブリは、カソード１０２０と、フィラメント１０３０と、カソード１０２０およびフィラメント１０３０を固定の空間関係で搭載するためかつカソード１０２０およびフィラメント１０３０に電気的エネルギを伝導するためのクランプアセンブリ１２１０と、を有している。カソード１０２０は、アークチャンバハウジング１０１０の一端における開口に搭載されるが、アークチャンバハウジング１０１０には物理的に接触しない。好ましくは、カソード１０２０およびアークチャンバハウジング１０１０との間の間隙は、およそ０．０５０インチ（０．１２７ｃｍ）である。
【０１５３】
[0168] カソード１０２０とアークチャンバハウジング１０１０との間には間隙がある。フィラメント１０３０の加熱ループは、カップ型空洞１２４０内に位置し、アークチャンバ１０１４からフィラメント１０３０へのプラズマの移動は最小である。
【０１５４】
[0169] イオン源は、シールド１４００をさらに含みうる。シールド１４００は、カソード１０２０およびフィラメント１０３０の近傍のアークチャンバ１０１４の外部の領域１４０２を実質的に囲む。シールド１４００の機能は、カソード１０２０およびフィラメント１０３０の近くに電子およびプラズマへのバリアを形成することである。シールド１４００は、電子およびプラズマへのバリアを形成するという意味で領域１４０２を実質的に囲むが、領域１４０２を密封しない。
【０１５５】
[0170] シールド１４００は、箱状構造を有し、耐熱性の金属から製作されてよい。シールド１４００は、二階層のメイン壁１４１０、上壁１４１２、第１の側壁１４１４および第２の側壁（図示せず）を有している。二階層メイン壁１４１０は、シールド１４００が電気的かつ機械的にフィラメントクランプに連結されることを可能にするが、カソードクランプ１３００からは離間する。異なるシールド構造が使用されうることが理解できるだろう。例えば、シールド１４００は、平坦なメイン壁を有し、スタンドオフを使用してフィラメントクランプに搭載されてもよい。さらにシールド１４００は、イオン源の別の要素に搭載されてもよい。
【０１５６】
[0171] クランプアセンブリ１２１０は、カソードクランプ１３００、フィラメントクランプおよび絶縁体ブロック１３１０を有してよい。カソードクランプ１３００およびフィラメントクランプは、絶縁体ブロック１３１０に対して固定位置に搭載され、互いに電気的に絶縁されている。
【０１５７】
[0172] イオン源は、絶縁体ブロック１３１０とカソード１０２０との間に絶縁体シールド１４６０をさらに有してよい。絶縁体シールド１４６０は、イオン源本体１１５０に取り付けられた耐熱性金属要素でありうる。絶縁体シールド１４６０は、カソードクランプ１３００およびフィラメントクランプからの電気的絶縁を提供するためにカットアウトを有する。絶縁体シールド１４６０は、絶縁体ブロック１３１０に堆積が積層するのを阻止する。そうしなければカソードクランプ１３００およびフィラメントクランプの１つ以上の間に短絡が引き起こされる。
【０１５８】
[0173] 図１６は、イオン源チャンバの表面からホウ素残留物を取り除くためにＮＦ３を使用した洗浄動作についての経過時間（分）の関数としてのビーム電流（ｍＡ）のグラフであり、ＮＦ３蒸気を流すことによってホウ素残留物を取り除くことができることを示す。この試験の動作条件は、１．５ｓｃｃｍのＮＦ３ガスのフローと、１４５Ｗのアーク電力（アーク電圧＝１００ボルト、アーク電流＝１．４５アンペア）と、２０ｍＡのソースビーム電流と、４０ｋＶの抽出電圧とを含んでいた。図１６のグラフの曲線は、時間関数としてのＢＦ２＋、ＢＦ＋およびＢ＋に関するビーム電流曲線を含む。洗浄の証拠は、洗浄ガスがイオン源に流されたときの、これらのビーム電流の劇的な低減から観察できる。洗浄ガスは、効果的にホウ素残留物と反応し、揮発性のフッ化ホウ素を生成し、これはその後アークチャンバプラズマにおいてイオン化して、図１６に示す多様なビーム電流を発生させる。２０ｍＡのソースビーム電流において得られた曲線の３つのセットに加え、アークチャンバの電力が２００Ｗに増大されると、３０ｍＡの関連ソースビーム電流を発生させる更なるＢＦ２＋のデータが見られる。追加的な電力はさらに、洗浄ガスの洗浄効果を増強するのを助ける。
【０１５９】
[0174] この動作例では、ＮＦ３はＢ２Ｆ４と共には流されなかったが、堆積が観察されたＢ２Ｆ４の試験の後に流された。堆積の除去が視覚的に観察され、観察された除去は、ＮＦ３とホウ素堆積との間の反応で生成されたＢＦ３からイオン源において形成されたＢＦ２＋およびＢ＋イオンの分解が含まれた（図１６の左手下側における曲線を参照）。
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本明細書では、以下のＲｏｂｅｒｔ Ｋａｉｍらによる２００９年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６１／２５５，０９７号「ＢＯＲＯＮ ＩＯＮ ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ」、Ｅｄｗａｒｄ Ｊｏｎｅｓらによる２０１０年６月２５日出願の米国仮特許出願第６１／３５８，５１４号「ＡＣＴＩＶＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＦＯＲ ＩＯＮ ＩＭＰＬＡＮＴ ＧＡＳ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＳＹＥＴＥＭ」およびＥｄｗａｒｄ Ｊｏｎｅｓらによる２０１０年５月２７日出願の米国仮特許出願第６１／３４９，２０２号「ＡＣＴＩＶＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＦＯＲ ＩＯＮ ＩＭＰＬＡＮＴ ＧＡＳ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＳＹＥＴＥＭ」の米国仮特許出願の優先権の利益が３５ＵＳＣ１１９（ｅ）に基づき主張される。これらの米国仮特許出願第６１／２５５，０９７号、第６１／３５８，５１４号および第６１／３４９，２０２号の全ての開示は、その全体において全ての目的のため参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002] 本開示は、イオン注入システムおよびプロセスと、性能に予測外の利点をもたらす該システムの熱管理と、四フッ化二ホウ素（Ｂ２Ｆ４）を使用するイオン注入プロセスおよびシステムと、例えば集積回路などのマイクロ電子デバイスおよび半導体製品の製造に一般に使用されるようなホウ素イオン注入装置および方法と、に関する。
【０００３】
[0003] イオン注入は、集積回路製作において、制御された量のドーパント不純物を半導体ウェハに正確に導入するために使用されており、マイクロ電子デバイス／半導体の製造に重要なプロセスである。
【０００４】
[0004] このような注入システムにおいて、イオン源は、ドーパント源ガスの所望のドーパント元素をイオン化する。イオン源は、ドーパント源ガス（一般に「供給原料ガス」とも呼ばれる）で充填された真空チャンバに電子を導入することによりイオンを生成する。注入種を生成するために使用される供給原料ガスは、ＢＦ３、Ｂ１０Ｈ１４、Ｂ１２Ｈ２２、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＰＦ５、ＡｓＦ５、Ｈ２Ｓｅ、Ｎ２、Ａｒ、ＧｅＦ４、ＳｉＦ４、Ｏ２、Ｈ２およびＧｅＨ４を含むがこれらに限定されない。ガス中における電子とドーパント原子および分子との衝突によって、陽および陰のドーパントイオンを含むイオン化プラズマの生成が得られる。
【０００５】
[0005] 得られたイオンは、所望のエネルギのイオンビームの形態でソースから抽出される。抽出は、適切に形成された抽出電極に高電圧を印加することによって達成され、抽出電極は、抽出されたビームの通過のためのアパーチャを包含する。抽出されたビームはアパーチャを通過し、平行イオンビームとしてイオン源を出て、基板に向かって加速される。
【０００６】
[0006] イオンビームは、半導体ウェハなどの基板にドーパント元素を注入するために、基板の表面に衝突する。ビームのイオンは、基板の表面に浸透して、比導電率といった所望のドープされた特性の領域を形成する。注入されたドーパント原子は、その後アニーリングにより活性化されることができ、電気的に活性なドープ領域を形成する。注入されたイオン種は、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｎ、Ａｒ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＯおよびＨをさまざまに含む。ホウ素は、特に広く使用される注入種である。
【０００７】
[0007] マイクロ電子デバイスの標準的な製造には多数の注入ステップが存在しうる。ウェハサイズの増大、限界寸法の減少および回路の複雑性の増大は、より良いプロセス制御、低エネルギでの高いビーム電流の伝送、注入装置の平均故障間隔（ＭＴＢＦ）の減少という点でイオン注入ツールにますます大きな要求を課す。
【０００８】
［0008］ イオン注入システムの経済的な動作には、システムのダウンタイムが最小になること、および、注入動作のためのイオン種の生成を行うために効率的にイオン源が動作すること、が必要となる。
【０００９】
[0009] 三フッ化ホウ素（ＢＦ３）は、従来、マイクロ電子デバイス構造のホウ素ドーピングの標準的なソースである。しかしながら、アルシン（Ａｓ−Ｈ＝２７４ｋＪ／ｍｏｌ）やホスフィン（Ｐ−Ｈ＝２９７ｋＪ／ｍｏｌ）などのイオン注入に使用される他のドーパント種と比較すると、ＢＦ３はＢ−Ｆ結合を破壊するために相当量のエネルギ（７５７ｋＪ／ｍｏｌ）を必要とするため問題がある。その結果、ホウ素を注入する際にはイオン源が高いアーク電圧で動作しなくてはならない。高いアーク電圧はしかしながら、イオン源領域において高温のフィラメントまたはカソードに衝突する高エネルギのイオンを生成し、カソードのスパッタ腐食および不具合に寄与する。
【００１０】
[0010] イオン注入機に供給されたＢＦ３ドーパントの８０％が、そのまま排気されうると報告されており、これはＢＦ３がイオン化されていないか、または、イオン化されていたとしても初期のイオン化から得られるフラグメントが再結合されたことを示唆する。それゆえ、高アーク電圧におけるＢＦ３の低イオン化は、ホウ素イオン注入にとって効率についての重大な問題点である。
【００１１】
[0011] さらに、注入装置のイオン源領域で発生するイオン化反応は、注入動作におけるイオン源のアクティブな動作の間に、生成されたか、そうでなければ存在する、イオン化／分解種のかなりの堆積を伴いうる。
【００１２】
[0012] その結果、注入装置のイオン源領域における不揮発性の種の最小の堆積で、注入機のＭＴＢＦ、プロセス効率および動作寿命の向上を達成するために、マイクロ電子デバイス構造のホウ素ドーピングで使用するための代替的なホウ素含有ドーパント前駆体および改良されたプロセスおよびシステムが当業界で必要とされている。
【発明の概要】
【００１３】
[0013] 本開示はイオン注入システムおよび方法に関する。
【００１４】
[0014] 一態様では、本開示は、アークチャンバを有し、当該アークチャンバ内のガスをイオン化するイオン源と、
ドーパントガス源と、
ドーパントガス源からアークチャンバにドーパントガスを導入するドーパントガス供給ラインと、
ドーパントガス供給ラインに関連付けられた冷却構造であって、ドーパントガス供給ライン内のドーパントガスを冷却して、それによってアークチャンバの動作中に生成された熱によるドーパントガスの加熱および該熱から生じるドーパントガスの分解を抑制する冷却構造と、を備えるイオン注入システムに関する。
【００１５】
[0015] 別の態様では、本開示は、ドーパントガスのイオン化を引き起こす条件化でドーパントガス源からイオン源のアークチャンバまでドーパントガスを通過させる工程と、アークチャンバへの進入に先立ってドーパントガスを冷却して、それによってアークチャンバの動作中に生成された熱によるドーパントガスの加熱および該熱から生じるドーパントガスの分解を抑制する工程と、を備える、基板にイオンを注入する方法に関する。
【００１６】
[0016] さらに別の態様では、本開示は、注入のためのホウ素イオンを生成するために四フッ化二ホウ素を使用するイオン注入システムを操作する方法であって、該方法は、該イオン注入システムのイオン源チャンバへの四フッ化二ホウ素の進入に先立って、四フッ化二ホウ素に対する熱交換関係でイオン源冷却液供給部から冷却液を流す工程を備える方法に関する。
【００１７】
[0017] さらなる態様では、本開示は、ホウ素イオン注入のための注入装置であって、気体状のホウ素源供給部と、該供給部から気体状のホウ素源を受け取り、該気体状のホウ素源をイオン化して基板に注入するためのイオンホウ素種を形成するイオン源と、を備え、気体状のホウ素源は、Ｂ２Ｆ４、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆから選択される少なくとも１つのホウ素化合物を含む、注入装置に関する。
【００１８】
[0018] 本開示の別の態様は、気体状のホウ素源をイオン源においてイオン化してイオンホウ素種を形成し、基板に注入するためのイオンホウ素種を形成する工程を備え、気体状のホウ素源は、Ｂ２Ｆ４、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆから選択される少なくとも１つのホウ素化合物を含む、イオン注入方法に関する。
【００１９】
[0019] 本開示のさらなる態様は、イオン注入装置のための固体堆積モニタ制御システムであって、イオン注入装置の動作においてドーパント源材料に由来する固体の堆積を許容する流路が関連付けられたイオン源を有し、該固体堆積モニタ制御システムは、流路においてドーパント源材料からの固体堆積の蓄積を検出して堆積を示す出力を提供するモニタリング装置と、モニタリング装置の出力に応答して、イオン注入装置の動作を調節して、イオン注入装置の後続の動作においてドーパント源材料からの固体堆積の堆積を防止するか、低減させるかまたは逆にする制御アセンブリと、を含む、固体堆積モニタ制御システムに関する。
【００２０】
[0020] 本開示のさらに別の態様は、イオン注入システムの固体堆積を抑制する方法であって、イオン注入システムの動作においてドーパント源材料に由来する固体の堆積を許容する流路が関連付けられたイオン源を有しており、該方法は、流路におけるドーパント源材料からの固体堆積の堆積を監視して、堆積に応答して堆積を示す出力を生成する工程と、イオン注入システムの動作をそれに応じて調節して、イオン注入システムの後続の動作においてドーパント源材料からの固体堆積の蓄積を防止するか、低減するかまたは逆にする工程と、を含む、方法に関する。
【００２１】
[0021] 本開示のその他の態様、構成および実施形態が、以下の記載および添付の特許請求の範囲からより明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】[0022] アークチャンバを含むイオン注入システムであって、アークチャンバは、チャンバ内でドーパント源ガスをイオン化するためにアークチャンバにドーパント源ガスを供給するガス供給ラインを有するイオン注入システムの概略図である。
【図２】[0023] 図１のイオン注入システムのアークチャンバにおけるプラズマの生成を図式的に示す図１のイオン注入システムの断面図である。
【図３】[0024] 図２のシステムに関連して調節されるガス供給ラインの能動冷却を提供するためのガス供給ラインを有する図１のイオン注入システムのアークチャンバにおけるプラズマの生成を概略的に示す図１のイオン注入システムの断面図である。
【図４】[0025] イオン源の冷却水出口から、ドーパントガス源の冷却のために設けられたヒートシンク（この図では図示せず）の入口にイオン源冷却水を流すためのジャンパ線が設けられたイオン源装置の斜視図である。
【図５】[0026] ドーパント源ガス供給通路に機械的に固定され、ドーパント源ガスを冷却するためにヒートシンク本体を流れる冷却水を有するヒートシンク装置の斜視図である。
【図６】[0027] イオン源装置に流れるドーパント源ガスを冷却するためのドーパント源ガス供給通路に機械的に固定されたヒートシンク装置を有するイオン源装置の斜視図である。
【図７】[0028] ヒートシンク装置が取り付けられた図６のイオン源装置の詳細を示す分解組立斜視図である。
【図８】[0029] 図５〜７に多様に示されるイオン源装置とヒートシンク装置とを備えるイオン源アセンブリの断面斜視図である。
【図９】[0030] 図５〜８に多様に示されるイオン源装置とヒートシンク装置とを備えるイオン源アセンブリの動作データを、時間関数として、温度を摂氏で、除去された熱をワットで示すグラフである。
【図１０】[0031] ＢＦ３プラズマを使用したホウ素注入の簡略化した反応行列の概略図である。
【図１１】[0032] 水素添加物を使用したＢＦ３プラズマの簡略化した反応行列の概略図である。
【図１２】[0033] 図示されたイオン注入チャンバにおいて基板のイオン注入ドーピングのために供給されるガスを収容する貯蔵分配容器を有するイオン注入プロセスシステムの概略図である。
【図１３】[0034] イオン注入システムのイオン源の断面図である。
【図１４】[0035] イオン注入システムのイオン源に関連付けられた流路の閉鎖を抑制するために有用に使用されうる堆積モニタ制御システムの概略図である。
【図１５】[0036] イオン注入システムの別のイオン源の概略図である。
【図１６】[0037] イオン源チャンバの表面からホウ素残留物を取り除くためにＮＦ３を使用した洗浄動作についての経過時間（分）の関数としての、ビーム電流（ｍＡ）のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[0038] 本開示は、イオン注入システムおよび方法に関する。
【００２４】
[0039] 本開示は、イオン源および全体的なイオン注入動作の性能が、イオン源のアークチャンバの直前にドーパントガスの冷却を組み込むことによって驚くほど増強されることができるという発見に基づいている。この発見の驚くべき特徴は、イオン化プロセスがイオン種の形成のために相当量のエネルギをドーパントガスに与えようとすること、および、それゆえドーパントガスが本質的にイオン化およびプラズマ形成動作のために予熱されるように、イオン化動作中に生成された熱をドーパントガス供給ラインに伝搬させることが有益な構成とされている従来の慣習であるという事実からもたらされる。
【００２５】
[0040] しかしながら、この認識に反して、例えば四フッ化二ホウ素といった特定のドーパントガスの場合には、この熱伝搬は、ドーパントガスの有害な分解、およびその結果生じるガス供給ラインの閉塞が発生する。したがって、先行技術のアプローチとは対照的に、ドーパントガス供給ラインを流れるドーパントガスの冷却を行うためにドーパントガス供給ラインの冷却を使用することで、ドーパントガスの有害な分解、およびその結果生じるアークチャンバへのガス供給ラインの閉塞が発生することなく、かかる四フッ化二ホウ素のドーパントガスの使用において高い性能効率がもたらされることが分かった。
【００２６】
[0041] このように、本開示は、
アークチャンバを有し、当該アークチャンバ内のガスをイオン化するイオン源と、
ドーパントガス源と、
ドーパントガス源からアークチャンバにドーパントガスを導入するためのドーパントガス供給ラインと、
ドーパントガス供給ラインに関連付けられた冷却構造であって、ドーパントガス供給ライン内のドーパントガスを冷却し、それによってアークチャンバの動作中に生成された熱によるドーパントガスの加熱および該熱から生じるドーパントガスの分解を抑制する冷却構造と、を備えるイオン注入システムを意図する。
【００２７】
[0042] 冷却構造は、例えば、水またはグリコール／水の水溶液もしくはその他の適切な熱伝達冷却媒体などの適切な冷却液が流れうる冷却ジャケット形式の、ドーパントガス供給ラインおよびこれを流れるドーパントガスを冷却する冷却通路を有することができる。
【００２８】
[0043] この目的のため、ドーパントガス供給ラインは、その遠位端においてドーパントガスをアークチャンバに放出するよう配置されてよく、冷却通路はドーパントガス供給ラインの遠位端部分に配置される。
【００２９】
[0044] 本開示は、一実施形態では、イオン源のための水冷却アセンブリであって、ドーパントガス供給ラインに関連付けられた冷却通路に動作可能に結合された水冷却アセンブリが、冷却水のソースとして使用され、ドーパントガス供給ラインおよびこれを流れるドーパントガスを冷却するよう冷却通路に水を流す、総合的な構成を意図する。
【００３０】
[0045] ドーパントガス源は、任意の適切なタイプのものであることができるが、多様な特定の構成において有利には、例えば、１つまたは２つ以上の調整装置を有しうる内部調整器アセンブリの設定点によって設定された圧力で、ドーパントガスの分配を提供する内部に設置された調整器を含むタイプの調圧ガス貯蔵分配容器を備える。このようなタイプの調圧容器は、ＶＡＣという商標のもと米国コネティカット州ダンベリーのＡＴＭＩ社から市販されている。
【００３１】
[0046] 例えば、上述した調圧ガス貯蔵分配容器であるドーパントガス源容器は、任意の適切なタイプのドーパントガスを収容しうる。一実施形態では、ドーパントガスは、四フッ化二ホウ素などのホウ素ドーパントガスを備えてよい。四フッ化二ホウ素（Ｂ２Ｆ４）がドーパントガスとして使用される場合、冷却構造は、ドーパント供給ガスラインにおける四フッ化二ホウ素の温度を７００℃未満に維持するよう動作可能に構成されてよい。
【００３２】
[0047]別の態様における開示は、それゆえ、ドーパントガスのイオン化を引き起こす条件化でドーパントガス源からイオン源のアークチャンバまでドーパントガスを通過させる工程と、アークチャンバの動作中に生成される熱によるドーパントガスの加熱および該熱から生じるドーパントガスの分解を抑制するために、アークチャンバへの進入前に、ドーパントガスを冷却する工程と、を備える、基板にイオンを注入する方法を意図する。
【００３３】
[0048] 冷却は、ドーパントガス供給ラインおよびこれを流れるドーパントガスを冷却する冷却通路に冷却媒体を流す工程を有してよい。上述したとおり、イオン源は、水冷却アセンブリに配列されてよく、水冷却アセンブリからの水は、ドーパントガス供給ラインおよびこれを流れるドーパントガスを冷却するために冷却通路を流れることができる。ドーパントガスは、例えば、四フッ化二ホウ素のホウ素ドーパントガスを収容する調圧ガス貯蔵分配容器から提供されてよく、冷却は、アークチャンバに流れる四フッ化二ホウ素の温度を７００℃より低く維持するように行われうる。
【００３４】
[0049] さらに別の態様では、本開示は、注入のためのホウ素イオンを生成するために四フッ化二ホウ素を使用するイオン注入システムを操作する方法であって、該方法は、該イオン注入システムのイオン源チャンバへの四フッ化二ホウ素の進入に先だって、四フッ化二ホウ素と熱交換関係でイオン源冷却液供給部から冷却液を流す工程を備える方法に関する。このような方法はまた、流路の閉塞およびイオン注入システムの望ましくないダウンタイムを引き起こしうる分解が起き易い他のドーパント源ガスを使用するイオン注入システムの動作効率を増強するために使用されうる。
【００３５】
[0050] このように本開示の冷却アプローチは、イオン源の既存の冷却能力（脱イオン水）を使用してドーパントガス供給ラインおよびアークチャンバの周辺領域の能動冷却を行う間に、イオン注入において使用されるときに四フッ化二ホウ素またはその他の分解し易いガス（decomposition-susceptible gas）の分解を防止するための方法を提供する。ドーパントガス供給ラインを冷却することにより、ドーパントガスがアークチャンバに進入する前にドーパントガスの加熱を低減することができる。
【００３６】
[0051] 図１は、アークチャンバ１２を有するイオン注入システム１０であって、アークチャンバ１２は、チャンバ内でドーパント源ガスをイオン化するためにアークチャンバにドーパント源ガスを供給するガス供給ライン１４を有する、イオン注入システム１０の概略図である。
【００３７】
[0052] 図２は、図１のイオン注入システム１０のアークチャンバ１２におけるプラズマ１６の生成を概略的に示す断面図である。ドーパントガスは、矢印Ａによって示される方向でガス供給ライン１４へ流され、ドーパントガス供給ライン１４は、供給ラインおよびアークチャンバに入るガスの熱状態の質を判定するためにモニタリング関係でドーパントガス供給ライン１４に固定されたモニタリング熱電対ＴＣ１およびＴＣ２を有する。
【００３８】
[0053] 図３は、図２のシステムに関連して調節されるガス供給ライン１４の能動冷却を提供するガス供給ライン１４を有する図１のイオン注入システム１０のアークチャンバ１２におけるプラズマ１６の生成を概略的に示す図１のイオン注入システム１０の断面図である。特にガス供給ライン１４には、矢印Ｂで示される方向に冷却媒体が流れる冷却液通路２０が関連付けられている。モニタリング熱電対ＴＣ１およびＴＣ２は、供給ラインとアークチャンバに入るガスとの熱状態の質を判定するためにモニタリング関係でドーパントガス供給ラインに固定されている。
【００３９】
[0054] ガス供給ラインおよびアークチャンバにおける分解または閉塞する固体副産物の堆積が避けられるように、冷却液通路は、ドーパントガス供給ラインにおける冷却ジャケットとして構成されうるか、または、ガス供給ラインと外接するかこれとかみ合う通路を有しうるか、もしくは、ドーパントガスに冷却を提供するのに効果的なその他の熱交換または冷却液の素子、アレイもしくはアセンブリを有してよい。
【００４０】
[0055] それゆえ、本開示の冷却機構が、ドーパントガスの必要な冷却を行うのに適切な態様で実装されかつ動作されることができること、および、冷却機構がさらにイオン源のための熱管理制御システムと一体化されることができるため、冷却液の流量および他の動作パラメータを、Ｂ２Ｆ４といったドーパント源ガスを用いた効果的なイオン注入のために適切に設定することができ、そうでなければＢ２Ｆ４はイオン注入の用途には適さない、ことが理解されるだろう。本開示の冷却機構は、広範に多様なタイプのイオン注入システムを用いて使用されることができ、例えば、アルシン、ホスフィンなどを含む相応に多様なドーパント源ガスを使用する。
【００４１】
[0056] 特定の一実施形態では、０．１８インチ（０．４５７２ｃｍ）の内径を有し、Ｂ２Ｆ４を収容するＶＡＣ（登録商標）ソース容器から４〜６フィート（１２１．９２ｃｍ〜１８２．８８ｃｍ）の長さを有し、ドーパントガスが２〜３標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の流量でアークチャンバへ流れるドーパントガス供給ラインにアークチャンバは結合された。図３に示す構成が使用され、ＴＣ１がドーパントガス供給ラインにおいてアークチャンバからおよそ０．４インチ（１．０１６ｃｍ）であり、ＴＣ２が該ガス供給ラインにおいてアークチャンバからおよそ１．４インチ（３．５５６ｃｍ）であった。冷却が実施されていない場合と、水冷却が使用された場合について結果データが生成された。データは以下の表１に示され、７００℃よりも大いに低い温度で分解することなくＢ２Ｆ４を送達することについての図３の構成の有効性を証明する。
【表１】
【００４２】
[0057] 図４〜８は、イオン源装置に供給されるドーパント源ガスの冷却を行うためのイオン源装置に固定されたヒートシンク装置を含む、本開示の多様な追加的な実装を示す。
【００４３】
[0058] 図４は、イオン源の冷却水出口から、ドーパントガス源の冷却のために設けられたヒートシンク（この図では図示せず）の入口にイオン源冷却水を流すためのジャンパ線４２が設けられたイオン源装置４０の斜視図である。それゆえ本構成は、イオン源装置のアークチャンバおよびその他の構成要素の冷却のために使用される、イオン源装置からの既存の冷却水供給を使用し、それによりドーパント源ガスの冷却専用の追加的な冷却能力をイオン注入システムに提供する。
【００４４】
[0059] 図５は、これ以降より詳細に示されるドーパント源ガス供給通路に機械的に固定され、ドーパント源ガスを冷却するために冷却液流線６０および６２によってヒートシンク本体５２を流れる冷却水を有するヒートシンク５０の斜視図である。このように、これ以降記載するように、ヒートシンク本体およびヒートシンク本体を通る他の通路を流れるドーパント源ガスの冷却を行うために、ヒートシンク本体は、冷却液がヒートシンク本体を通って流れる1つ以上の内部通路を含む。これ以降図８と関連して記載するとおり、ヒートシンク本体のドーパント源ガス供給通路構造への機械的固定を可能にする協働固定具として、ヒートシンク本体には、穴付き押さえねじ５６およびテキストナット５８が備えられている。冷却液流線６０および６２は、図４に関する上述の記載から理解されるとおり、イオン源冷却水流れ回路と結合することができる。
【００４５】
[0060] 図６は、ガス供給ライン７２においてイオン源装置に流れるドーパント源ガスを冷却するためのドーパント源ガス供給通路に機械的に固定されたヒートシンク装置７４を有するイオン源装置７０の斜視図である。
【００４６】
[0061] 図７は、ライン７２においてイオン源装置に流れるドーパント源ガスを冷却するためにヒートシンク装置７４が取り付けられた図６のイオン源装置７０の分解組斜視図であり、イオン源装置およびヒートシンク装置を有するイオン源アセンブリの詳細を示す。
【００４７】
[0062] 図８は、イオン源装置７０とヒートシンク装置５０とを備えるイオン源アセンブリの断面斜視図である。この断面図は、ガス供給プラグにおけるガス流路８４と、イオン源に関連付けられたガスブッシングにおけるガス流路８６とに連結するドーパント源ガス供給ライン７２を示す。ガス流路８４および８６は、本開示の一実施形態ではおよそ０．２５〜０．３７５インチ（０．６３５ｃｍ〜０．９５２５ｃｍ）であってよく、このような通路の内径は、例示する装置において使用される従来のものよりも大きい。このようなサイズの大きなガス流路は、ドーパント源ガスが分解しやすく、その結果ガス流路の閉塞が生じうる場合に便利に使用される。このような分解し易いドーパント源ガスは、四フッ化二ホウ素を含む。結果として、図８に示すサイズの大きなガス流路構成は、イオン源装置の保守イベント間の期間を延長することができる。
【００４８】
[0063] 図８に示すイオン源装置は、開口８２を有するように変形されたベースライナー８０を有しており、この変形は、分解し易いドーパント源ガスが使用される場合に、改善されたイオン源動作寿命を提供することがわかっている。
【００４９】
[0064] サイズの大きなドーパント源ガス供給通路を有する、ヒートシンク装置が取り付けられたイオン源装置と、イオン源のベースライナーにガスフロー開口を提供することとにより、ヒートシンク装置、ベースライナー開口およびサイズの大きなドーパント源ガス供給通路を支持する対応のイオン源装置と比較して、四フッ化二ホウ素といったドーパント源ガスの延長した動作寿命を有する高い効率のイオン源構成が提供される。
【００５０】
[0065] ヒートシンク装置はその他の多様な形式をとることができ、ドーパント源ガス流線に機械的に固定される代わりに、ヒートシンク装置は、ドーパント源ガス流線に溶接、半田付けまたはろう付けされることができるか、または、イオン化条件にさらされる前に早期に分解されないようにドーパント源ガスの温度を低減するために、ヒートシンク装置は、ガス流線を辿る冷却水の形式をとるか、もしくはその他の交換または熱伝達冷却構成および方法が使用されうることが理解できるだろう。
【００５１】
[0066] 図９は、図５〜８に多様に示されるイオン源装置とヒートシンク装置とを備えるイオン源アセンブリの動作データを時間関数として、温度を摂氏で、除去された熱をワットで示すグラフである。図９に示すデータは、Ｂ２Ｆ４をドーパント源ガスとして、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の供給通路に１．６標準立方センチメートル毎分の流量でイオン源装置に流して、冷却水を毎分３Ｌの流量でヒートシンク装置のヒートシンク本体に流して得られた。データは、多くの顕熱がドーパント源ガス流から取り除かれ、それにより改良されたイオン源システム動作にとって効果的に冷却されることを示す。
【００５２】
[0067] ここで、ドーパント源材料、装置および方法に関して詳細にホウ素のイオン注入について考慮すると、ＢＦ３は、ホウ素注入のための最も一般的に使用される前駆体である。ホスホラス、アルシンおよびシリコンといったその他の元素の注入のために使用される前駆体とは違い、ＢＦ３は、強いＢ−Ｆ結合のためプラズマ条件化でＢ＋イオンを生成する効率が高くない。
【００５３】
[0068] 図１０は、ＢＦ３プラズマの簡略した反応行列を示し、ＢＦ３がドーパント源材料として使用された場合のイオン注入機のプラズマアークチャンバにおける種および反応を示す。前駆体ＢＦ３のイオン化と共に反応が開始するので、ＢＦ３の安定性が、異なるイオンと中性分子と濃度に影響を与えることが理解されるだろう。にもかかわらず、電子の衝撃を伴う高温かつイオン化条件下では、異なる種の分布は、化学反応および解離および／または電子イオン化および再結合の条件下において、関与する全ての種の安定性およびそれらの平衡状態によって最終的に決定される。それゆえ、異なる前駆体でも類似のイオン分布が存在しうる。
【００５４】
[0069] 上述の反応行列において、反応平衡をＢ＋の方へシフトするために１つ以上の添加物を使用することができる。例えば、ＢＦ３がドーパント源として使用される場合、少量の水素および／またはメタンをＢＦ３と共に注入機に流すことができる。このような三フッ化ホウ素ドーパント源に導入された水素、メタンまたは水素／メタン混合物は、プラズマにおいて水素を生成し、この水素は極めて安定なＨＦを形成するフッ素原子を捕捉する。したがって、本システムは、主にＨＦ、Ｂおよび対応するイオンを含むプラズマにシフトする。このような反応システムが図１１に示され、ＢＦ３プラズマの行列における反応は水素添加物と共に示されている。
【００５５】
[0070] 本開示は、ホウ素のイオン注入のための多様な装置構造およびプロセス方法に関する。多様な実施形態および態様が特定の実装において多様に開示されているが、多様な異なる実施形態または態様の多数の特徴のうち１つ以上が別の特徴と組み合わされて本開示の更なる適用において変形または複合の装置およびプロセス方法をなしうることが理解されるだろう。
【００５６】
[0071] 開示の多様な態様が、ホウ素のイオン注入のためのホウ素前駆体材料としてのＢ２Ｆ４の特定の使用にかかる一方で、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆといったホウ素ソースを含む、その他のホウ素ソース材料が本開示の広範な実施において使用されてよい。
【００５７】
[0072] 一態様では、本開示は、アークチャンバ温度変形（temperature modification）に関する。特定の条件下では、Ｂ２Ｆ４は、アークチャンバに通じるガスラインにおいて、かつ、ガスが分散されるアークチャンバ内において熱分解しうる。この熱分解は悪影響を引き起こす。例えば、ホウ素固体の堆積が引き起こされ、これによりイオン源寿命が短くなりかつ／またはＢ＋、ＢＦ２＋などのビーム電流性能が低くなる。分解およびその結果生じる固体堆積はガスの流れを抑制または完全に閉塞しうる。堆積の位置は、アークチャンバ前のソースチューブ内においてガスがアークチャンバに供給されるソースチューブの出口および／またはソースチューブアウトレットと、ライナーを有するアークチャンバにおけるアークチャンバライナーとの間の間隙でありうる。
【００５８】
[0073] 本開示は、ソースチューブがアークチャンバに連結する領域の温度を低減することによって、このような不具合を解決することを意図する。このような領域は、ソースチューブの最後の数インチ、例えば、５〜１０ｃｍ、ソースチューブがアークチャンバと嵌合する実際の位置および／またはソースチューブが嵌合する位置の近傍のアークチャンバ内を含む。このような状態で温度を低減することは、Ｂ２Ｆ４の熱分解率を低減し、これによりホウ素堆積を低減することができる。
【００５９】
[0074] この目的で、温度の低減を多様な態様で行うことができる。
【００６０】
[0075] 温度低減の一方法は、アークチャンバが低いアーク電圧および電流で稼働するようなアークチャンバの電力管理を含む。
【００６１】
[0076] 温度低減は、アークチャンバの効率を増大させることによって達成することができる。これは、カソードなどの構成要素をより効率的な電子放出を達成するように変形することによって達成されることができる。この目的のためにはより小さなカソードを使用することが望ましいことがある。より効率的なアークチャンバはより少ないエネルギを要し、それゆえ、その他の要因が一定であれば、アークチャンバ体の温度が全体的により低くなる。これにより、ソースチューブの温度、ソースチューブとアークチャンバとの境界面の温度、および境界面近傍のアークチャンバ温度を低減する。
【００６２】
[0077] 温度を低減する更なるアプローチとして、アークチャンバからのより効果的な熱伝達が行われることができる。ほとんどの熱が、放射熱伝達によって放散するので、熱放散率を増加させるために多様なアプローチが実施されることができる。例えば大きなアークチャンバを作ること、より壁の厚いアークチャンバを（内部寸法を変えずに）作ること、またはフィン、ロッドなどといった熱放散表面を加えることによって例えば、アークチャンバの表面を増大することができる。
【００６３】
[0078] アークチャンバからの熱伝達効率を増強することはまた、所与のアークチャンバ電力レベルのためにアークチャンバの外壁の温度を増加することによって達成することができる。このような外壁温度の増加は、高い伝導性の構造材を使用してアークチャンバの伝導性を最大化し、かつ構造における熱接触抵抗を最小化することにより行われることができる。例えば、単一片のタングステンまたはモリブデン製のアークチャンバを使用することができる。
【００６４】
[0079] このように、本開示は、アークチャンバの供給チューブまたはラインもしくはその他の構成要素における堆積および閉塞を防ぐかまたは最小化する熱／温度管理を含みうるアークチャンバの熱変形（thermal modification）を意図する。代替的には、分解を阻止するためにコーティング材料が塗布されうるか、または同じ目的を達成するために供給チューブがシールドされうる。ノズルに関連付けられた伝導性ドレーンを最小化するために、照射ロードが最小化されてもよく、かつ、ノズルにおける照射性ドレーンが行われることができる。
【００６５】
[0080] さらに別のアークチャンバ温度変形として、例えば、高温の領域を流れるより速い流れを使用することによって、アークチャンバにおける滞留時間を高温の領域において低減することができる。
【００６６】
[0081] アークチャンバからのより効果的な熱伝達はまた、従来の構造材よりも高い放射率の材料でアークチャンバの外面を塗装する（coat）か、包むか（warp）または覆う（cover）ことによって達成することができる。
【００６７】
[0082] 第１の材料とは異なる放射率を有する第２のまたは２つ以上の追加的な構造材を使用して、１つ以上の材料からアークチャンバを構成することによって、アークチャンバはまた熱特性において増強されることができる。第２のまたは追加的な材料の量は、ソースチューブまたはアークチャンバのインレットにおけるドーパントガスの熱分解を十分に低減または除去するのに十分な量だけアークチャンバの温度が低減されるように選択される。
【００６８】
[0083] 例えば、アークチャンバの壁のうち２つは、典型的なアークチャンバ温度において、０．７〜０．８の放射率を有するグラファイトから製作され、アークチャンバのその他の４つの壁は、およそ０．１〜０．２の放射率を有するタングステンから製作されうる。一実施形態では、ドーパントガス供給チューブが連結される壁は、グラファイトから製造され、これは、該材料の高い放射率が、該壁の構造材としてより低い放射率の材料が使用される場合よりもアークチャンバの温度を低くするからである。別の実施形態では、アークチャンバの２つ以上の壁がグラファイトまたはその他の高放射率材料から形成される。特定の実施形態では、全ての壁（上、下、横、前および後）がグラファイトまたはその他の高放射率材料から製作される。
【００６９】
[0084] アークチャンバは、反応、熱サイクルなどといったその他の方法で放射率を増大するために変形されてよい。アークチャンバから熱を取り除くための熱伝達効率はまた、例えば、ソースハウジングまたはソースハウジングの構成要素に放射される表面の温度を低減することによって達成されうる。このような構成要素の温度は、例えば、空気、水といった冷却流体を使用する能動または受動冷却によって低減することができる。
【００７０】
[0085] 放射冷却を最適化することに加えて、またはこれに代えて、アークチャンバは強制対流によって冷却されることができる。この目的上、水、空気などといった冷却剤が、アークチャンバの周りまたはこれを通過して（例えば、溝を介して）流されることができる。このような構成の冷却液は、それゆえアークチャンバの温度を最小化する役割を果たす。
【００７１】
[0086] 更なるアプローチとしては、接触領域を増加することおよび／または表面仕上げを改善することおよび／または支持の伝導性を増加することによりアークチャンバとソースハウジングとの間の接触抵抗を低減することによってアークチャンバからの熱伝達は増加されることができる。
【００７２】
[0087] ソースチューブ、ソースチューブ境界面およびソースチューブ近傍のアークチャンバ内の近接領域のより良い温度制御は大いに有益となる。例えば、非熱伝導性アダプタを、アークチャンバの境界面へのソースチューブにおいて使用することができる。このようなアダプタは、ソースチューブの温度を最小化し、かつかかる領域での温度勾配を増加させるのに役立つ。
【００７３】
[0088] アークチャンバ境界面へのソースチューブにおいて同軸のアダプタを使用することは、より良い温度制御を達成するためにも採用されることができる。このような同軸のアダプタは、アークチャンバに入るまでに供給ガスの温度をさらに低減し、これはチューブの内側がアークチャンバと熱的に接触せず、かつチューブの外側がチューブ内部を放射から遮蔽するのに役立つためである。
【００７４】
[0089] アークチャンバ境界面へのガス源チューブ近傍のアークチャンバの部分は、異なる、熱伝導性の少ないおよび／または高い放射率の材料であるように変形されうる。このような方策は、境界面における温度を低減するのを助ける。
【００７５】
[0090] アークチャンバ境界面へのガス源チューブ近傍のアークチャンバの部分は、放射シールドを含むよう変形されうる。シールドは、アークチャンバ境界面においてソースチューブへの放射熱伝達を低減する。
【００７６】
[0091] さらなる変形として、ガスチューブは、チューブの長さに沿った熱伝達を最小化されるように低い熱伝導性を有する材料から構成されてよい。代替的には、ガスチューブは、（アークチャンバに近い）チューブの高温端から、（アークチャンバから離れた）チューブの低温端への熱伝導が最大化されるように高い熱伝導性を有する材料から構成されうる。
【００７７】
[0092] アークチャンバからのより効率的な熱伝達を達成するための熱変形の別のアプローチは、例えば、３／８インチ（０．９５２５ｃｍ）以上の直径を有する、好適な寸法の小さい円筒形突起を含有するようにアークチャンバを変形することを伴う。一実施形態でのソースチューブアダプタは、このような突起に連結される。この構成により、ソースチューブ／アークチャンバの境界面の温度が、突起の長さのため低減されることが可能になり、かつ突起自体において分子流機構が発達することが可能になる。これにより突起は冷／温境界面となり、かかる領域での堆積は、分子流の結果として発生する壁衝突の数が低減されることによって低減する。
【００７８】
[0093] さらなる熱変形は、ソースチューブ内における、例えば、Ｂ２Ｆ４であるホウ素ソースガスの滞留時間ｔ（＝Ｖ／Ｑ、ここでＶ＝ソースチューブの体積であり、Ｑ＝ホウ素ソースガスの体積流量である）を減少することを伴う。こういった滞留時間の減少は、温度を低減する方法と併用してまたは単独の変形で達成されることができる。滞留時間を減少することで、ソースチューブ内またはソースチューブ／アークチャンバの境界面領域内で発生しうる熱分解の範囲を縮小する。
【００７９】
[0094] 滞留時間は、例えば、全体の流量を増加するために希釈ガスを追加することなどの多様な方法で減少することができる。流量の増加が、結果として生じる圧力増加よりも大きな割合である限り、滞留時間は減少する。希釈ガスは任意の好適な種類のガスであり、例えば、希ガス、不活性ガス、ＢＦ３、Ｈ２、ＣＨ４、ＮＨ３などを含みうる。
【００８０】
[0095] より小さな直径のシールドされた（同軸の）チューブを使用して、絶縁アダプタに移行する前のアークチャンバに近づくより低温の領域における流速が増加すること、またはチューブの直径を増大させることによって、滞留時間を減少することができる。
【００８１】
[0096] 質量の連続の式（the Continuity of Mass equation）ｐｌ＊ｖｌ＊Ａ１＝ｐ２＊Ｖ２＊Ａ２に従う、流速増加を可能にする形状寸法、真空コンダクタンスまたはポンプ機能の変形は、アークチャンバへのガスフローの滞留時間を低減する。ただし、Ａ２（位置２の断面面積）およびｐ２（位置２における密度）は、ｖ２＞ｖ１となるように変化する。
【００８２】
[0097] 更なる変形では、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）よりも大きな直径といった、好適な寸法の大きな直径のチューブ／アダプタを使用することで、望ましくない分解種の堆積に対処することができる。しばらくの間は堆積が起こりうるが、温度が十分に低減されると、ホウ素残留物が自己絶縁材料として働き、堆積が次第に止まるため、通路の完全な閉鎖を形成するには長い時間がかかるか、またはまったく閉鎖されないことがある。このような堆積処理は、アークチャンバに流れるかまたはライナーを通るガスのために複数のインレットを設けて、１つのポートが閉塞した場合でもガスが流れ続けるようにすることを伴う。
【００８３】
[0098] 別の実装では、本開示は、アークチャンバ製作に通常用いられる構造材とは異なる材料を使用することと、Ｂ２Ｆ４またはその他の特定のホウ素ソース材料のためにアーク電圧を最適化することと、電子挙動を最適化することと、Ｂ２Ｆ４またはその他の特定のホウ素ソース材料のためのビーム透過を最適化することと、Ｂ２Ｆ４またはその他の特定のホウ素ソース材料の分別（fractionation）を最適化すること、のうち１つ以上を含みうる、アークチャンバの変形を意図する。このような態様で、アークチャンバは、顕著な作用効果を達成するよう構築かつ構成されうる。
【００８４】
[0099] 本開示の別の態様は、磁石の使用によるか、またはホウ素ソース動作パラメータの調整または最適化による、プラズマ特性の変形に関する。この点、Ｂ２Ｆ４またはその他の特定のホウ素ソース材料についてのアーク電圧の最適化が、増強技術として使用されることができる。プラズマにおける電子エネルギ分布は、アーク電圧の低減により低減することができる。Ｂ２Ｆ４に関連付けられた結合エネルギが低いため、ＢＦ３に比べてより低いアーク電圧がＢ２Ｆ４と使用されることができる。このような低いアーク電圧レベルに付随する低いカソードスパッタリングがイオン源の寿命を改善するというその他の利点も低いアーク電圧は有する。
【００８５】
[0100] アーク電力（アーク電圧×アーク電流）は、例えば、Ｂ２Ｆ４であるホウ素ソースガスのために最適化することができる。特定のホウ素ソース材料の選択に関して、Ｂ２Ｆ４は、ＢＦ３に比べて低電力動作が達成されるのを可能にし、これは、プラズマ不安定性が少なく、アーク発生する高電圧が少ないため、ソース寿命、およびソース安定性に関する利点を有する。
【００８６】
[0101] イオン源動作パラメータに関して、注入機のための高い性能での動作についてプラズマ特性を変形するためにソース調整および最適化技術が使用されることができる。
【００８７】
[0102] 別の実施形態では、イオン注入システムにおける作用効果を達成するために、希釈剤、反応剤および／または洗浄剤を共に流出させること（co-bleed）または共に流すこと（co-flow）が採用されることができる。例えば、希釈剤、反応剤および／または洗浄剤は、ホウ素と反応するためまたはホウ素堆積を軽減するために使用されうる。これは、ホウ素の堆積、または活性プロセスの間にイオン源にホウ素ソース材料が流れる前にアークチャンバに堆積するドーパント材料の除去／洗浄を伴いうるか、アークチャンバ、ガスラインまたはイオン源のその他の部分における金属またはその他の材料のエッチングおよび堆積を伴いうる。
【００８８】
[0103] 反応剤または洗浄剤が、例えば、Ｂ２Ｆ４であるソース材料の使用から発生するガスラインにおけるＢ２Ｆ４分解および堆積の蓄積に対処するために使用されうる。
【００８９】
[0104] Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、ＢＦ３などのといったホウ素含有の希釈剤、反応剤および／または洗浄剤が使用されうる。ＸｅＦ２、Ａｒ，Ｎ２、ＸｅとＨ２の混合物、ＣＨ４、ＮＨ３などといった不活性またはその他の好適な希釈材料を有する希釈供給ガスが使用されうる。代替的には、アークチャンバへの送達の前に予め混合された混合物が単一のパッケージから送達されるか、または材料が個別の送達ラインを介してアークチャンバへ個別に送達されるシステム／ハードウェア実装が使用されうる。
【００９０】
[0105] 本開示の別の態様は、洗浄およびＢ２Ｆ４またはその分子イオンもしくは原子イオンの注入を同時にまたは連続して行うためにＢ２Ｆ４および洗浄剤の連続してまたは同時に流すことを伴いうる洗浄プロセスに関する。
【００９１】
[0106] 例えば、Ｂ２Ｆ４またはＢ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２またはＢＨ２Ｆといった他の分子と、１つ以上の洗浄剤との並流がイオン注入の中に使用されることができる。
【００９２】
[0107] 代替的には、Ｂ２Ｆ４またはかかる他の分子と、固体ホウ素とガス相のホウ素との間の平衡状態を気相のホウ素に向かってシフトすることができる作用物質とが装置を共に流れる（co-flowed）ことができる。Ｂ２Ｆ４と反応しないフッ素含有ガスがこのような作用物質の役割を果たすことができる。このように本開示は、例えば、ガス相のＢ＋といった所望のイオン種に向かって平衡をシフトさせることの使用を意図する。
【００９３】
[0108] Ｂ２Ｆ４または上述の分子もしくはこれらの組合せを使用するイオン注入ステップの間のイオン源の順次の洗浄が、洗浄剤ガスが継続的にまたはパルス状に装置に流れるよう使用されることができる。
【００９４】
[0109] 別の態様の開示は、特定の供給材料、分子および分子の組合せの使用およびこれを注入するための方法に関し、該方法は、Ｂ２Ｆ４、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆといったソース材料の１つ以上を使用する。かかる材料は、Ｂ＋またはＦ＋といった原子イオンの注入に使用されうる。かかる材料は、ＢＦ＋、ＢＦ２＋、Ｂ２Ｆ４＋、Ｂ２Ｆ３＋、Ｂ２Ｆ２＋などといった供給分子の断片化（fragmentation）または断片再結合によって形成される分子イオンの注入に使用されうる。
【００９５】
[0110] 上述のホウ素ソース材料は、従来のイオン注入、プラズマ浸漬またはパルスプラズマドーピングイオン注入などといった例えばイオンまたはプラズマイオン注入プロセスにおいて、従来のビームラインまたはプラズマ（例えば、ＰＬＡＤまたはＰＩＩＩ）イオン注入ツールおける原子または分子イオン注入に使用することができる。
【００９６】
[0111] 上述のホウ素ソース材料は、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）技術を使用するホウ素注入に使用することができる。ＧＣＩＢの生成には、ソース材料の中性クラスタへの凝塊形成、クラスタのイオン化およびターゲットへ向かう途中での逐次の加速および質量選択を伴う。凝塊形成は、Ｎ２、Ａｒなどといった非ドーパントを使用することで促進されうる。
【００９７】
[0112] 示されたとおり、ホウ素ソース材料としてのＢ２Ｆ４の利点は、ＢＦ３がソース材料として使用されたときより低い電力で注入機が動作することを可能にすることである。
【００９８】
[0113] 更なる態様では、本開示は、より高いＢ＋留分（fraction）の抽出光学系の最適化またはＢ２Ｆ４の抽出またはビーム光学系の最適化を意図する。ＢＦ３プラズマから最大限Ｂ＋を抽出するとき、高いビーム電流および高い断片質量が含まれるため抽出領域における空間電荷は非常に高い。高ビーム電流に関して、抽出された電流は、Ｆ＋、ＢＦ＋、ＢＦ２＋などを含む全てのイオンの合計であり、Ｂ＋電流の３倍よりも大きくなることができる。空間電荷は、ビーム電流に比例し、Ｂ＋留分が高いと、抽出領域における総電流は低減されることができる。含まれる高い断片質量に関して、平均質量は１１よりも大きい。空間電荷は、（質量）^１／２に比例する。Ｂ＋留分が高いと、平均質量は低減する。
【００９９】
[0114] したがって、抽出間隙における空間電荷は、Ｂ２Ｆ４を用いて低減することができる。低減した空間電荷により、イオン源のすぐ下流の抽出光学系の異なる最適化が達成できる。より大きな抽出間隙（より低い電界）が許容できる。これは、高電圧アーク放電を低減するのに有利である。抽出アパーチャの適切な設計はまた、ビームの質および安定性を増強するために使用することができる。
【０１００】
[0115] 本開示の多様な適用において、有害事象の発生を防止または最小限にするために、ソース寿命最適化が使用されることができる。例えば、潜在的なアークチャンバまたはイオン源障害モードが、このようなソース寿命最適化によって克服または回避されることができる。材料の適切な割合および／または動作状態（例えば、プラズマ特性）が、ハロゲンをリサイクルする努力を行うために選択されることができ、かつ動作状態および材料の割合は、並行流出（co-bleed）構成も使用することができる。
【０１０１】
[0116] 本開示の多様な態様および実施形態が、多様なイオン注入システムに実装され実施されることができる。
【０１０２】
[0117] 図１２は、図示されたイオン注入チャンバ３０１において基板３２８のイオン注入ドーピングのために供給されるＢ２Ｆ４ガスを保持する貯蔵分配容器３０２を含むイオン注入プロセスシステム３００の図式的描写図である。
【０１０３】
[0118] 貯蔵分配容器３０２は、Ｂ２Ｆ４ガスを保持する内部容積を囲む容器壁３０６を備える。
【０１０４】
[0119] 容器は、ガスのみを保持するよう構成された内部容積を有する従来型のガスシリンダーであることができ、代替的には、容器は、ドーパント源ガスが分配条件下で容器から放出されるために脱着することができる、ドーパント源ガスについての収着親和力を有する収着剤材料を収容してもよい。
【０１０５】
[0120] 貯蔵分配容器３０２は、放出ライン３１２と、ガスフロー連通状態で結合するバルブヘッド３０８と、を有している。圧力センサ３１０が流量制御装置３１４と共にライン３１２に配置される。その他のモニタおよびセンサ構成要素が該ラインに結合され、アクチュエータ、フィードバックおよびコンピュータ制御システム、サイクルタイマといった制御手段と連動しうる。
【０１０６】
[0121] イオン注入チャンバ３０１は、ライン３１２から分配されたＢ２Ｆ４ガスを受け、かつイオンビーム３０５を生成するイオンビーム生成機またはイオン化装置３１６を含む。イオンビーム３０５は、必要とされるイオンを選択し、選択されないイオンを拒絶する質量分析器ユニット３２２を通過する。
【０１０７】
[0122] 選択されたイオンは、加速電極アレイ３２４、それから偏光電極３２６を通過する。結果として得られる集束イオンビームは、スピンドル３３２に搭載される回転可能なホルダ３３０に配置された基板素子３２８に衝突する。Ｂ＋イオンのイオンビームが、所望のｐ−ドープ構造を形成するために基板をｐ−ドープするために使用される。
【０１０８】
[0123] イオン注入チャンバ３０１のそれぞれの部分が、それぞれポンプ３２０、３４２および３４６によってそれぞれライン３１８、３４０および３４４を通って排気される。
【０１０９】
[0124] 図１３は、図１２に示すタイプのイオン注入システムにおいて有利に使用されうるようなイオン注入システムのイオン源の断面図であり、より詳しくはＭ．Ａ．Ｇｒａｆらの２０００年１０月２４日発行の米国特許第６，１３５，１２８号明細書に記載される。
【０１１０】
[0125] イオン源１１２は、プラズマチャンバ１２２を画定するハウジングとイオン抽出アセンブリとを備える。プラズマチャンバ１２２内でイオンを生成するためにイオン化可能なドーパントガスにエネルギが付与される。通常は陽イオンが生成されるが、本開示は陰イオンがソースによって生成されるシステムに適用可能である。陽イオンは、プラズマチャンバ１２２におけるスリットを介して、複数の電極１４２を備えるイオン抽出アセンブリ１２４によって抽出される。それゆえ、イオン抽出アセンブリは、プラズマチャンバから陽イオンのビームを、抽出アパーチャプレート１４６を介して抽出し、かつ、抽出したイオンを質量分析磁石（図１３に図示せず）に向けて加速するよう機能する。
【０１１１】
[0126] イオン化可能なドーパントガスは、イオン化可能なドーパントガスのソース１６６から流され、流量制御装置１６８を中に含む導管１７０を介してプラズマチャンバ１２２に注入される。ソース１６６は、例えばＳＤＳの商標のもとＡＴＭＩ社（米国コネティカット州ダンベリー）から市販されているタイプの収着剤ベースのガスの貯蓄供給容器と、例えばＶＡＣの商標のもとＡＴＭＩ社（米国コネティカット州ダンベリー）から市販されているタイプの内部ガス圧調節装置を含む調圧容器と、を有しており、または固体ドーパント源材料が使用される場合は、ソース１６６は、たとえばＰｒｏＥ−Ｖａｐの商標のもとＡＴＭＩ社（米国コネティカット州ダンベリー）から市販されているタイプの固体ソース容器を有してよい。プラズマチャンバ１２２は、チャンバ内部におけるイオン化ゾーン４２０を境界する導電性のチャンバ壁４１２、４１４、４１６を有する。側壁４１４は、プラズマチャンバ１２２の中心軸４１５に対して円対称である。分解マグネットに面する伝導性壁４１６は、プラズマチャンバ支持体４２２に連結される。壁４１６は、イオンがプラズマチャンバ１２２を出て、その後、離間して配置されて電気的に隔離された複数の抽出電極１２４の下流の位置でイオンビームを形成するために結合することを可能にする複数の開口を有するアパーチャプレート１４６を支持する。アパーチャプレート１４６は、離間して配置された抽出電極１４２における同様に構成された複数のアパーチャと一致する特定のパタンで配置された多数の開口を有している。このようなアパーチャは図１３にのみ示されている。
【０１１２】
[0127] 金属アンテナ４３０は、プラズマチャンバ１２２にエネルギを放出するためにチャンバ内部にさらされる金属表面４３２を有する。プラズマチャンバ１２２の外部にある電源４３４が、金属アンテナ４３０を、例えば、およそ１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）の無線周波数（ＲＦ）信号といった適切な特性のＲＦ信号で通電して、プラズマチャンバ１２２内でイオン化電界を引き起こすよう金属アンテナにおいて交流電流を発生させる。アンテナの電力は、例えば、約５００〜３０００ワット（Ｗ）の電力といった、特定のイオン化動作に適した適切な大きさでありうる。ソースチャンバにおける圧力は、例えば、およそ１〜１０ミリトルであり、そのため、ソース１１２は、低圧力、高密度の誘導ソースとして機能することができる。プラズマチャンバ１２２は、アンテナ４３０とアパーチャプレート１４６との間のチャンバ内部の領域に延在する磁気フィルタアセンブリ４４０を有してもよい。
【０１１３】
[0128] アンテナ４３０は、着脱可能な支持プレート４５０によってプラズマチャンバ１２２内に配置されることが可能である。支持プレート４５０は、アンテナが通って延びる円形カットアウト４５２を有する位置で側壁４１４によって支持される。アンテナ４３０のための支持プレート４５０は、チャンバ壁４１４におけるカットアウト４５２に嵌合するようなサイズである一方で、アンテナ４３０のさらされたＵ字型金属部４３２をイオン化ゾーン４２０内に配置する。
【０１１４】
[0129] 支持プレート４５０は、２つの真空圧力フィッティング４５６を収容する２つの貫通した通路を画定する。アンテナ４３０の細長脚部４５７がフィッティングを通って押されると、エンドキャップ４５８がフィッティングにねじ込まれてフィッティング４５６と脚部４５７との間の接触領域を密閉する。アンテナ４３０は、放射放出領域において好ましくはＵ字型であり、例えば、アルミニウムから構成されうる。チューブは、圧力フィッティング４５６を通過するような寸法の外径を有する。使用中アンテナは周囲の熱を吸収する。この熱を放散するために冷却液がチューブの中心を通る。
【０１１５】
[0130] プレート４５０は、プラズマチャンバの内部にさらされたほぼ平らな表面４６０を有し、チャンバ内部の外方を向く平行な外面４６２を有している。プレート４５０のフランジ部４６４は、壁４１４のカットアウトを囲み、コネクタ４７２によって壁４１４に取付けられた環状磁石４７０を覆う。支持プレート４５０に取り付けられた強磁性のインサート４７４が、磁石４７０に嵌合して、それによりプレート４５０がカットアウト４５２内に配置され、強磁性のインサート４７４および磁石４７０が互いに引き合いプレート４５０を、アンテナ４３０がチャンバ内部に延在した状態で、所定の位置に固定する。
【０１１６】
[0131] イオン源の動作中、熱が生成され、この熱は壁４１２、４１４、４１６、４１８によって吸収される。吸収された熱は、壁を通って通路に水を巡回させてためのフィッティング４７６を通して導入され、第２の出口フィッティング（図示せず）によってチャンバから離れる冷却液によって、チャンバ１２２から取り除かれることができる。この構成により、壁の温度は、１００℃より低い温度で維持され、イオン源１２２が冷温壁イオン源として機能することができる。
【０１１７】
[0132] 支持プレート４５０近傍のアンテナ４３０の領域は、とりわけ、イオン注入動作の間にスパッタされた材料によるコーティングを受け易い。このようなスパッタリングの影響を最小化するために、２つのシールド４８０が、支持プレート４５０にアルミニウムのアンテナが挿入される前にアルミニウムアンテナを覆うことができる。これらのシールドは、好ましくはアルミニウムから構成され、シールドとアンテナ４３０のさらされたアルミニウムの外面との間に摩擦嵌合によって定位置に維持される。
【０１１８】
[0133] イオン源１１２の動作中、イオン化ゾーン４２０を境界する内壁４１２、４１４および４１６にドーパント元素の堆積が形成されうる。本開示は、通常動作条件下でイオン源１１２が動作される間にソースガスと同時に共ガス（co-gas）または洗浄ガスを流すことを意図する。洗浄ガス源４８２および対応する流量制御装置４８４が設けられ、流量制御装置４８４の洗浄ガス出力は、プラズマチャンバ１２２に送達される前に導管１７０における流量制御装置１６８のソースガス出力に結合されている。代替的には、ソースガスおよび洗浄ガスは、プラズマチャンバに別々に送達されてもよい。
【０１１９】
[0134] ソース１６６が、ドーパント源ガスを、洗浄材料および／または希釈剤、平衡方向指定材料、反応剤、冷却液といったその他の材料と組み合わせて含みうることが理解できるだろう。代替的には、ソース４８２は、洗浄材料を、希釈剤、平衡方向指定材料、反応剤、冷却液などのその他の材料の任意の１つ以上と組み合わせて包含してよい。このような補助材料は、ソース容器の任意の好適な構成および／またはその他の供給装置構成要素を使用して、イオン源および／または関連流れ回路に供給されうる。
【０１２０】
[0135] このように、洗浄材料、例えば、洗浄ガスは、イオン源チャンバへのドーパント源材料と洗浄材料とを共に流す（co-flow）ため、ドーパント源材料を供給するソース容器と同一または異なるソース容器から供給されてよい。
【０１２１】
[0136] ドーパントガスと洗浄ガスとのイオン源を通る並行流によって、洗浄ガスの工程内使用を介して個別の洗浄工程が回避される。「工程内」とは、イオン注入機が通常の生産動作下にある間に洗浄工程が発生することを意味する。
【０１２２】
[0137] 洗浄蒸気の並行流を有するこのような工程内洗浄は、とりわけイオン源の特に高温の領域において、注入ドーパント蒸気またはその他のイオン源供給材料の熱分解による堆積を効果的に取り除くために使用されることができる。一例としては、Ｂ＋イオンビームを生成するためのＢ２Ｆ４の使用中、ドーパント材料をイオン源に供給するガスチューブにおいて堆積が発生しうる。このような堆積は、イオン源アークチャンバに取付けられる部分であるチューブの高温端に集中し、Ｂ２Ｆ４の熱分解から生じて固形ホウ素または一般式ＢｘＦｙのより高いフッ化ホウ素を形成する。ここでｘ＜ｙ／２である。これらの堆積は、積層し最後にはイオン源の故障を引き起こすため、深刻な動作事象の発生を引き起こす。
【０１２３】
[0138] 本開示は、その多様な実施形態において、イオン源および関連流路における堆積材料の量を抑制し最小化する追加的な方法であって、洗浄ガスの使用と組み合わせてまたはこれの代替として使用することができる方法を提供する。
【０１２４】
[0139] このような一態様では、チューブの機械的設計は、アークチャンバからガス供給チューブへの温度熱伝達（伝導および放射）を最小化するよう変形され、それにより、チューブの温度を最小化し、その結果熱分解を最小化する。
【０１２５】
[0140] 別の態様では、洗浄蒸気がＢ２Ｆ４ガスと共にイオン源に並行に流される。洗浄蒸気は、分解によって形成された固体堆積と反応し、固体堆積を排出することができる蒸気に変換し、それにより、イオン源の早期故障を回避する。洗浄蒸気は、ドーパント蒸気の分解温度とほぼ同じ温度で堆積材料と反応する任意の材料であることができる。好ましい洗浄蒸気は、ＸｅＦ２およびＮＦ３といった反応性フッ化物を含むがこれらに限定されない。洗浄およびドーパント蒸気の相対的な流量は、それぞれの蒸気について好適な並行流条件を確立するよう本明細書の開示に基づき当分野の技術範囲内の実証的またはその他の手段で有利に決定される。
【０１２６】
[0141] この目的上、好適な洗浄蒸気は、ドーパント蒸気と、イオン源のインサイチュの洗浄に効果的な洗浄蒸気とを組み合わせた流れを提供するために、特定の熱分解ドーパント蒸気のために容易に選択されることができる。
【０１２７】
[0142] 図１４は、イオン注入システム５００のイオン源５４４に関連付けられた流路の閉鎖を抑制するよう便利に使用されうる堆積モニタ制御システムの概略図である。
【０１２８】
[0143] 図示するとおり、イオン注入システム５００は、流れ制御バルブ５２４を中に含む分配ライン５１８に結合された、ドーパント源シリンダ５１２と、流れ制御バルブ５２６を中に含む分配ライン５２０に結合された洗浄流体シリンダ５１４と、流れ制御バルブ５２８を中に含む分配ライン５２２に結合された希釈流体シリンダ５１６とを含むガス供給シリンダが配置されるガスボックス５１０を有している。
【０１２９】
[0144] バルブ５２４、５２６および５２８は、それぞれ信号伝送ライン５３０、５３６および５３４によって中央制御装置（ＣＰＵ）に連結されており、ＣＰＵは、サイクルタイムプログラムまたはＣＰＵによってモニタリングされるプロセス状況および／または構成要素に応じてバルブ調節を提供するＣＰＵのその他の信号生成能力に応答して、特定の程度でそれぞれのバルブを開閉するよう動作することができる。
【０１３０】
[0145] それぞれのシリンダに結合された分配ライン５１８、５２０および５２２は、混合チャンバ５３２で終端するため、ドーパント源、洗浄流体および希釈流体のそれぞれの複数は、所望の場合、選択的に互いに混合されることができる。代替的には、単一のシリンダがその内容物をチャンバ５３２に分配して、これから圧力変換機５４０と流量制御装置（ＭＦＣ）５４２とを中に含む供給ラインへ、それからイオン源イオン源５４４へと流れるように構成されることができる。イオン源イオン源５４４は、中のドーパント源をイオン化し、イオン注入チャンバ５４６に伝達されるイオンビームを生成するようイオン化動作のために構成される。イオン注入チャンバ５４６は、中に搭載された半導体またはその他のマイクロ電子装置基板に選択されたイオン化ドーパント種を注入するために該基板を包含している。
【０１３１】
[0146] 図示されたシステムでは、イオン源への供給ラインにおける圧力変換機５４０は、ＣＰＵに信号伝送関係で、信号伝送ライン５３８によって結合されている。電量制御装置も、ＣＰＵに信号伝送関係で、信号伝送ラインによって結合されている。この圧力変換機の構成により、供給ラインにおける圧力と相関性のある信号が生成され、モニタリングの目的のためライン５３８においてＣＰＵに伝送される。
【０１３２】
[0147] ドーパント源材料がイオン源へ流れる間、ドーパント材料が、供給ラインにおいて、例えば、イオン源からの該ライン中の熱伝搬によって分解し、かつ、積層した固体堆積による供給ラインにおける伝導性が低減した結果、堆積材料の降着が、供給ラインにおける圧力の増加を引き起こす場合、結果として得られる圧力増加は、圧力変換機５４０によって感知され、信号伝送ライン５３８においてＣＰＵに伝送されることができる。
【０１３３】
[0148] これに応答してＣＰＵは、供給ラインにおける堆積の初期的な閉鎖作用を軽減する措置を開始することができる。例えば、ＣＰＵは、流れ制御バルブ５２６を信号伝送ライン５３６において該バルブに送られた制御信号によって開くことによってシリンダ５１４から供給ラインに洗浄流体を流すことができる。代替的には、イオン源へのアーク電力を低減することができる。さらに別の代替案として、ドーパント源の滞留時間は、ドーパント源の流量を増加させること、信号伝送ライン５３０においてバルブ５２４に伝送された制御信号によりバルブ５２４を開くこと、および／または、体積流量の全体的な増加によって流れ回路およびイオン源イオン源におけるドーパント源滞留時間が低減されるように洗浄流体および／または希釈流体を加えること、によって低減されることができる。
【０１３４】
[0149] この態様で、圧力変換機およびＣＰＵによってもたらされた圧力モニタリングは、システムに早期の堆積を検出する能力と、これに応じてシステムにおけるそのような固体堆積を抑制するためにシステムを調整する能力を可能にする。
【０１３５】
[0150] ドーパント源に由来する固体の堆積はまた、システムにおいて流量制御装置５４２によって検出されることができる。堆積はシステム動作中に発生するので、所定の流量を維持するために、流量制御装置におけるバルブ位置がより広い範囲に開く。このような流量制御装置のバルブ位置は典型的に、流量制御装置からの電圧出力として使用可能であり、かかる電圧出力は、関連信号伝送ラインにおいてモニタリング信号としてＣＰＵに伝送される。
【０１３６】
[0151] ドーパント源材料に由来する堆積固体の進行性の積層に起因する流量制御装置のバルブ位置の開きの増加に応答して、ＣＰＵは、イオン源への供給ラインの圧力変換機によるモニタリングに関連して上述した救済措置と同一の措置を発動することができる。
【０１３７】
[0152] このように本開示は、一態様において、イオン源供給ラインまたはその他のイオン源に関連付けられた通路における固体堆積に相関する出力を提供する圧力モニタリング装置を提供して、固体蓄積を抑制するよう救済措置をとることができるように閉塞がもうすぐ形成されることを早期に警告することを意図する。
【０１３８】
[0153] 図１５は、イオン注入システムの別のイオン源の概略図である。
【０１３９】
[0154] 図１５は、本開示の実施において有用に使用されうる実施形態に従う間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源の断面立面図であり、アークチャンバおよび関連構成要素を示す。このようなタイプのイオン源は、Ｍａｃｉｅｊｏｗｓｋｉらの米国特許第７，１３８，７６８号明細書により詳細に記載される。
【０１４０】
[0155] このＩＨＣイオン源では、抽出アパーチャ１０１２を有するアークチャンバハウジング１０１０がアークチャンバ１０１４を画定する。カソード１０２０およびリペラー電極１０２２がアークチャンバ１０１４内に配置される。カソード１０２０に非常に近接してアークチャンバ１０１４の外部に配置されるフィラメント１０３０は、カソードの加熱を引き起こす。イオン化されるガスは、ガス源からアークチャンバ１０１４へガスインレット１０３４を通して提供される。図示されない別の構成では、アークチャンバ１０１４は、アークチャンバ１０１４内でイオン化される材料を蒸発させる蒸発器に結合されてよい。
【０１４１】
[0156] アーク電源は、アークチャンバハウジング１０１０に連結される陽端子と、カソード１０２０に連結される陰端子と、を有する。リペラー電極１０２２は、フロートであるかまたはアーク電源の陰端子に結合されることができる。アーク電源は、２５アンペアで１００ボルトの定格を有し、約７０ボルトで動作しうる。アーク電源は、カソード１０２０によって放出された電子をアークチャンバ１０１４におけるプラズマに加速する。
【０１４２】
[0157] 陽端子を有するバイアス電源は、カソード１０２０と、フィラメント１０３０に連結された陰端子とに連結される。バイアス電源は、４アンペアで６００ボルトの定格を有し、約２．５アンペアの電流および約３５０ボルトの電圧で動作しうる。バイアス電源は、カソード１０２０の加熱を引き起こすために、フィラメント１０３０によって放出された電子をカソード１０２０に加速する。
【０１４３】
[0158] フィラメント電源は、フィラメント１０３０に連結された出力端子を有する。フィラメント電源は、２００アンペアで６ボルトの定格を有し、約１４０〜１７０アンペアのフィラメント電流で動作しうる。フィラメント電源は、フィラメント１０３０の加熱を引き起こし、これは次いでカソード１０２０の加熱のためにカソード１０２０に向かって加速される電子を生成する。
【０１４４】
[0159] ソース磁石は、アークチャンバ１０１４内に磁界を生成する。典型的には、ソース磁石は、アークチャンバ１０１４の両端に極を有する。磁界の方向は、イオン源の動作に影響を与えることなく反転されうる。ソース磁石は、６０アンペアにおいて２０ボルトの定格を有しうる磁石電源に連結される。磁界は、カソード１０２０によって放出された電子とアークチャンバ１０１４におけるプラズマとの間の相互作用の増加を引き起こす。
【０１４５】
[0160] 多様な電源の電圧および電流定格ならびに動作電圧および電流は、例示目的のみに記載されていることが理解できよう。
【０１４６】
[0161] 抽出電極および抑制電極は、抽出アパーチャ１０１２の前に好適に配置される。抽出電極および抑制電極のそれぞれが、明確に画定されたイオンビームを抽出するための抽出アパーチャ１０１２と一致するアパーチャを有する。抽出電極および抑制電極はそれぞれの電源に連結される。
【０１４７】
[0162] イオン源制御装置は、分離回路を介してイオン源の制御を提供するために使用することができる。他の実施形態では、分離機能を果たす回路が電源に組み込まれうる。イオン源制御装置は、プログラムによる制御装置であるかまたは特殊用途専用の制御装置でありうる。一実施形態では、イオン源制御装置がイオン注入機のメイン制御コンピュータに組み込まれている。
【０１４８】
[0163] イオン源が動作しているとき、フィラメント１０３０はフィラメント電流によって、およそ２２００℃でありうる熱イオン放出温度まで抵抗加熱される。
【０１４９】
[0164] フィラメント１０３０から放出された電子は、フィラメント１０３０とカソード１０２０との間のバイアス電圧ＶＢによって加速され、カソード１０２０に衝突し加熱する。カソード１０２０は、電子衝撃により熱イオン放出温度まで加熱される。カソード１０２０によって放出された電子は、アーク電圧によって加速され、アークチャンバ１０１４内のガス源からのガス分子をイオン化してプラズマ放出を引き起こす。アークチャンバ１０１４内の電子は、磁界によってらせん状の軌道に流される。リペラー電極１０２２は、入射電子の結果として負の電荷を蓄積し、最終的にはアークチャンバ１０１４を介して電子をはね返すために十分な負の電荷を有し、さらなるイオン化衝突を引き起こす。
【０１５０】
[0165] アークチャンバ１０１０は、イオン源本体１１５０およびアークチャンバ基部によって支持される。イオン源本体１１５０の一部であるプレートは、イオン源の真空領域と外部環境との境界を画定する。チューブ１１６０は、アークチャンバ１０１４のガスインレット１０３４とガス源との連結を提供する。
【０１５１】
[0166] リペラー電極１０２２は、伝導性支持部材１１７０および絶縁体１７２によってアークチャンバ基部に搭載される。リペラー電極２２は、絶縁体によってアークチャンバ１０１０から電気的に絶縁される。
【０１５２】
[0167] カソードアセンブリは、カソード１０２０と、フィラメント１０３０と、カソード１０２０およびフィラメント１０３０を固定の空間関係で搭載するためかつカソード１０２０およびフィラメント１０３０に電気的エネルギを伝導するためのクランプアセンブリ１２１０と、を有している。カソード１０２０は、アークチャンバハウジング１０１０の一端における開口に搭載されるが、アークチャンバハウジング１０１０には物理的に接触しない。好ましくは、カソード１０２０およびアークチャンバハウジング１０１０との間の間隙は、およそ０．０５０インチ（０．１２７ｃｍ）である。
【０１５３】
[0168] カソード１０２０とアークチャンバハウジング１０１０との間には間隙がある。フィラメント１０３０の加熱ループは、カップ型空洞１２４０内に位置し、アークチャンバ１０１４からフィラメント１０３０へのプラズマの移動は最小である。
【０１５４】
[0169] イオン源は、シールド１４００をさらに含みうる。シールド１４００は、カソード１０２０およびフィラメント１０３０の近傍のアークチャンバ１０１４の外部の領域１４０２を実質的に囲む。シールド１４００の機能は、カソード１０２０およびフィラメント１０３０の近くに電子およびプラズマへのバリアを形成することである。シールド１４００は、電子およびプラズマへのバリアを形成するという意味で領域１４０２を実質的に囲むが、領域１４０２を密封しない。
【０１５５】
[0170] シールド１４００は、箱状構造を有し、耐熱性の金属から製作されてよい。シールド１４００は、二階層のメイン壁１４１０、上壁１４１２、第１の側壁１４１４および第２の側壁（図示せず）を有している。二階層メイン壁１４１０は、シールド１４００が電気的かつ機械的にフィラメントクランプに連結されることを可能にするが、カソードクランプ１３００からは離間する。異なるシールド構造が使用されうることが理解できるだろう。例えば、シールド１４００は、平坦なメイン壁を有し、スタンドオフを使用してフィラメントクランプに搭載されてもよい。さらにシールド１４００は、イオン源の別の要素に搭載されてもよい。
【０１５６】
[0171] クランプアセンブリ１２１０は、カソードクランプ１３００、フィラメントクランプおよび絶縁体ブロック１３１０を有してよい。カソードクランプ１３００およびフィラメントクランプは、絶縁体ブロック１３１０に対して固定位置に搭載され、互いに電気的に絶縁されている。
【０１５７】
[0172] イオン源は、絶縁体ブロック１３１０とカソード１０２０との間に絶縁体シールド１４６０をさらに有してよい。絶縁体シールド１４６０は、イオン源本体１１５０に取り付けられた耐熱性金属要素でありうる。絶縁体シールド１４６０は、カソードクランプ１３００およびフィラメントクランプからの電気的絶縁を提供するためにカットアウトを有する。絶縁体シールド１４６０は、絶縁体ブロック１３１０に堆積が積層するのを阻止する。そうしなければカソードクランプ１３００およびフィラメントクランプの１つ以上の間に短絡が引き起こされる。
【０１５８】
[0173] 図１６は、イオン源チャンバの表面からホウ素残留物を取り除くためにＮＦ３を使用した洗浄動作についての経過時間（分）の関数としてのビーム電流（ｍＡ）のグラフであり、ＮＦ３蒸気を流すことによってホウ素残留物を取り除くことができることを示す。この試験の動作条件は、１．５ｓｃｃｍのＮＦ３ガスのフローと、１４５Ｗのアーク電力（アーク電圧＝１００ボルト、アーク電流＝１．４５アンペア）と、２０ｍＡのソースビーム電流と、４０ｋＶの抽出電圧とを含んでいた。図１６のグラフの曲線は、時間関数としてのＢＦ２＋、ＢＦ＋およびＢ＋に関するビーム電流曲線を含む。洗浄の証拠は、洗浄ガスがイオン源に流されたときの、これらのビーム電流の劇的な低減から観察できる。洗浄ガスは、効果的にホウ素残留物と反応し、揮発性のフッ化ホウ素を生成し、これはその後アークチャンバプラズマにおいてイオン化して、図１６に示す多様なビーム電流を発生させる。２０ｍＡのソースビーム電流において得られた曲線の３つのセットに加え、アークチャンバの電力が２００Ｗに増大されると、３０ｍＡの関連ソースビーム電流を発生させる更なるＢＦ２＋のデータが見られる。追加的な電力はさらに、洗浄ガスの洗浄効果を増強するのを助ける。
【０１５９】
[0174] この動作例では、ＮＦ３はＢ２Ｆ４と共には流されなかったが、堆積が観察されたＢ２Ｆ４の試験の後に流された。堆積の除去が視覚的に観察され、観察された除去は、ＮＦ３とホウ素堆積との間の反応で生成されたＢＦ３からイオン源において形成されたＢＦ２＋およびＢ＋イオンの分解が含まれた（図１６の左手下側における曲線を参照）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークチャンバを有し、当該アークチャンバ内のガスをイオン化するイオン源と、
ドーパントガス源と、
前記ドーパントガス源から前記アークチャンバにドーパントガスを導入するためのドーパントガス供給ラインと、
前記ドーパントガス供給ラインに関連付けられた冷却構造であって、前記ドーパントガス供給ライン内のドーパントガスを冷却し、それによって前記アークチャンバの動作中に生成された熱による前記ドーパントガスの加熱および前記熱から生じる前記ドーパントガスの分解を抑制する冷却構造と、を備えるイオン注入システム。
【請求項２】
前記冷却構造は、前記ドーパントガス供給ラインおよび前記ドーパントガス供給ラインを流れるドーパントガスを冷却する冷却通路を有する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
前記ドーパントガス供給ラインは、その遠位端において前記アークチャンバにドーパントガスを放出し、前記冷却通路は、前記ドーパントガス供給ラインの遠位端部分に配置される、請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記イオン源のための水冷却アセンブリをさらに備え、前記水冷却アセンブリは、前記ドーパントガス供給ラインおよび前記ドーパントガス供給ラインを流れるドーパントガスを冷却するために、前記冷却通路に動作可能に結合されて前記冷却通路に水を流す、請求項３に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
前記ドーパントガス源は調圧ガス貯蔵分配容器を備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
前記調圧ガス貯蔵分配容器はホウ素ドーパントガスを収容する、請求項５に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記ホウ素ドーパントガスは四フッ化二ホウ素を含む、請求項６に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
前記冷却構造は、前記ドーパント供給ガスラインにおける四フッ化二ホウ素の温度を７００℃未満に維持するように動作する、請求項７に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
前記冷却構造は、前記ドーパントガスの冷却を行うために冷却液が流れることができる少なくとも１つの通路を有するヒートシンク本体を備え、前記ヒートシンク本体は、前記ドーパントガス供給ラインに機械固定により固定される、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
前記イオン注入システムは、冷却液が循環するイオン源冷却流れ回路を備え、前記流れ回路は、前記少なくとも１つの通路を冷却液が流れるために、前記ヒートシンク本体に冷却液供給関係で結合される、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
前記イオン源は、アークチャンバベースライナーを備え、前記ベースライナーは、前記ドーパントガス供給ラインとガス流連通状態である開口を中に有する、請求項１０に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
洗浄ガス供給部、希釈ガス供給部、および補助材料供給部のうちの少なくとも１つをさらに備え、
前記洗浄ガス供給部が存在する場合、前記イオン源による前記ドーパントガス源からの前記ドーパントガスの受け取りの間、および／または、前記イオン源が前記ドーパントガス源からの前記ドーパントガスを受け取らない場合、前記イオン源は、前記洗浄ガス供給部から洗浄ガスを受け取り、
前記希釈ガス供給部が存在する場合、前記イオン源による前記ドーパントガス源からの前記ドーパントガスの受け取りの間、前記イオン源は、前記希釈ガス供給部から希釈ガスを受け取り、
前記補助材料供給部が存在する場合、前記イオン源による前記ドーパントガス源からの前記ドーパントガスの受け取りの間、前記イオン源は、前記補助材料供給部から補助材料を受け取る、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
前記洗浄ガスが、ＸｅＦ２およびＮＦ３から選択される少なくとも１つのガス種を含み、前記希釈ガスが、ＸｅＦ２、不活性ガス、希ガス、ＢＦ３、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、ＸｅとＨ２との混合物、ＣＨ４およびＮＨ３から選択される少なくとも１つの希釈ガス種を含み、前記補助材料が、イオン化反応平衡をＢ＋に向かってシフトするのに効果的な補助材料、水素、メタン、および、前記アークチャンバ、前記アークチャンバに前記ドーパントガスを流すための前記ドーパントガス供給ラインおよび／または前記アークチャンバと前記ドーパントガス供給ラインとの間の境界面の領域において、分解種の堆積を抑制するのに効果的な材料のうち少なくとも１つを備える、請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
（ｉ）前記アークチャンバ若しくはその外壁、前記ドーパントガス供給ラインまたは前記アークチャンバと前記ドーパントガス供給ラインとの間の境界面の領域における既定の温度を維持してこれらにおける堆積を抑制する制御装置、
（ｉｉ）放射熱伝達により熱を放散する前記アークチャンバ、
（ｉｉｉ）放散拡張面を有する前記アークチャンバ、
（ｉｖ）タングステンまたはモリブデンから形成される構造を備える前記アークチャンバ、
（ｖ）堆積抑制コーティングまたはシールドを備える前記アークチャンバおよび／または前記アークチャンバへの供給チューブ、
（ｖｉ）前記アークチャンバの構造材よりも高い放射率を有する材料で塗装されるか、包まれるか、または覆われた前記アークチャンバ、
（ｖｉｉ）少なくとも２つの構造材から形成され、異なる放射率を有する材料を含む前記アークチャンバ、
（ｖｉｉｉ）前記アークチャンバおよび／またはドーパントガス供給ラインにおける堆積を抑制するプロセス状態を維持するよう構成された制御装置、
（ｉｘ）グラファイト壁および／またはタングステン壁の少なくとも１つを備える前記アークチャンバ、
（ｘ）０．７〜０．８の放射率を有する少なくとも１つの壁を備える前記アークチャンバ、
（ｘｉ）０．１〜０．２の放射率を有する少なくとも１つの壁を備える前記アークチャンバ、
（ｘｉｉ）少なくとも１つのタングステン壁を備える前記アークチャンバ、
（ｘｉｉｉ）前記イオン源の動作中の放射率を制御するよう構成された制御装置、
（ｘｉｘ）冷却器を備える制御装置、
（ｘｘ）前記ドーパントガス供給ラインと前記アークチャンバとの間の非熱伝導性アダプタ、
（ｘｘｉ）前記ドーパントガス供給ラインと前記アークチャンバとの間の同軸アダプタ、
（ｘｘｉｉ）前記ドーパントガス供給ラインと前記アークチャンバとの間のアダプタであって、前記ドーパントガス供給ラインおよび前記アークチャンバのうち少なくとも１つの構造材とは異なる伝導性および／または放射率の材料である、アダプタ、
（ｘｘｉｉｉ）前記ソースチューブとアークチャンバとの間の放射シールド、
（ｘｘｉｖ）前記アークチャンバの構造材よりも低い熱伝導性を有する材料から構成された前記ドーパントガス供給ライン、
（ｘｘｖ）円筒形突起を備え、かつ、前記円筒形突起の１つに連結され、前記突起に分子流機構を提供し、前記ドーパントガス供給ラインと前記アークチャンバとの間のアダプタを選択的に備える前記アークチャンバ、
（ｘｘｖｉ）同軸チューブを備える前記ドーパントガス供給ライン、
（ｘｘｖｉｉ）０．６３５ｃｍより大きい直径を有する前記ドーパントガス供給ライン、および
（ｘｘｖｉｉｉ）ドーパントガスが前記アークチャンバへ流れるための複数のインレット、
から構成される一群から選択される少なくとも１つの構成をさらに備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１５】
前記イオン注入システムの流路が、前記イオン注入システムの動作中に、前記ドーパントガスに由来する固体の堆積が起きやすく、かつ
前記流路において前記ドーパントガスに由来する固体堆積の蓄積を検出して、これを示す出力を提供するモニタリング装置と、
前記モニタリング装置の前記出力に応答して、前記イオン注入システムの動作を調節して、前記イオン注入装置の後続の動作において前記ドーパントガスに由来する前記固体堆積の蓄積を防止するか、低減するかまたは逆にする制御アセンブリと、を備える固体堆積モニタ制御システムをさらに備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１６】
前記固体堆積モニタ制御システムが、
（ｉ）前記流路における圧力をモニタリングするよう構成された圧力変換機を備える前記モニタリング装置、
（ｉｉ）流量制御装置のバルブ位置を示す信号を出力するよう構成された前記流量制御装置を備える前記モニタリング装置であって、前記バルブ位置を画定するバルブが、前記流路における固体蓄積に応答して開き、前記通路を通る所定の流量を維持する、モニタリング装置、
（ｉｉｉ）前記流路を通るドーパントガスの流れを調整するよう動作可能な流れ制御バルブを備える前記制御アセンブリ、
（ｉｖ）前記流路を通る洗浄流体の流れを調整するよう動作可能な流れ制御バルブを備える前記制御アセンブリ、
（ｖ）前記流路を通る希釈流体の流れを調整するよう動作可能な流れ制御バルブを備える前記制御アセンブリ、
（ｖｉ）前記流路および／または前記イオン注入システムの前記イオン源における前記ドーパントガスの滞留時間を調整するよう動作可能な前記制御アセンブリ、
（ｖｉｉ）前記イオン源の前記アークチャンバへの電力入力を調整するよう前記動作可能な制御アセンブリ、
のうち少なくとも１つの構成によって特徴付けられる、請求項１５に記載のイオン注入システム。
【請求項１７】
ドーパントガス源からイオン源のアークチャンバに、前記ドーパントガスのイオン化を引き起こす条件化でドーパントガスを通過させる工程と、前記アークチャンバへの進入に先立って前記ドーパントガスを冷却して、前記アークチャンバの動作中に生成される熱による前記ドーパントガスの加熱および前記熱から生じる前記ドーパントガスの分解を抑制する工程と、を含む、基板にイオンを注入する方法。
【請求項１８】
前記冷却する工程は、前記ドーパントガス供給ラインおよび前記ドーパントガス供給ラインを流れるドーパントガスを冷却する冷却通路に冷却媒体を流す工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ドーパントガス源は調圧ガス貯蔵分配容器を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ドーパントガスは四フッ化二ホウ素を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
（ｉ）前記ホウ素ドーパントガスが四フッ化二ホウ素を含むこと、および前記冷却する工程が、前記アークチャンバに流れる四フッ化二ホウ素の温度を７００℃未満に維持するよう動作させる工程であること、
（ｉｉ）前記ホウ素ドーパントガスが四フッ化二ホウ素を含むこと、および前記冷却する工程が、前記四フッ化二ホウ素が前記アークチャンバに入る前に、イオン源冷却液供給部から冷却液を熱交換関係で前記四フッ化二ホウ素に流す工程を含むこと、
（ｉｉｉ）前記ドーパントガスが、Ｂ２Ｆ４、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆから選択される少なくとも１つのホウ素化合物を含むこと、
（ｉｖ）前記イオン源において前記ドーパントガスのイオン化の間および／または前記ドーパントガスのイオン化が行われていないとき、洗浄ガスで前記イオン源を洗浄すること、
（ｖ）前記イオン化の間に前記イオン源に希釈ガスを導入すること、および
（ｖｉ）前記イオン化の間に前記イオン源に補助材料を導入すること、
のうち少なくとも１つの構成を特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記洗浄ガスが、ＸｅＦ２およびＮＦ３から選択される少なくとも１つのガス種を含み、前記希釈ガスが、ＸｅＦ２、不活性ガス、希ガス、ＢＦ３、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、ＸｅとＨ２との混合物、ＣＨ４およびＮＨ３から選択される少なくとも１つの希釈ガス種を含み、前記補助材料が、イオン化反応平衡をＢ＋に向かってシフトするのに効果的な補助材料、水素、メタン、および、前記アークチャンバ、前記アークチャンバに前記ドーパントガスを流すためのドーパントガス供給ラインおよび／または前記アークチャンバと前記ドーパントガス供給ラインとの間の境界面の領域において、分解種の堆積を抑制するのに効果的な材料のうち少なくとも１つを備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
（ｉ）前記アークチャンバ、ドーパントガス供給ラインまたは前記アークチャンバとドーパントガス供給ラインとの間の境界面の領域における堆積を抑制するためにこれらの既定の温度を維持すること、
（ｉｉ）前記アークチャンバのアーク電圧および電流を制御すること、
（ｉｉｉ）放射熱伝達により前記アークチャンバから熱を放散すること、
（ｉｖ）前記アークチャンバの外壁の温度を制御すること、
（ｖ）前記アークチャンバが、タングステンまたはモリブデンから形成される構造を備えること、
（ｖｉ）前記アークチャンバおよび／またはドーパントガス供給ラインが、堆積抑制コーティングまたはシールドを備えること、
（ｖｉｉ）前記アークチャンバが、前記アークチャンバの構造材よりも高い放射率を有する材料で塗装されるか、包まれるか、または覆われること、
（ｖｉｉｉ）前記アークチャンバが、少なくとも２つの構造材から形成され、異なる放射率を有する材料を含むこと、
（ｉｘ）前記アークチャンバおよび／またはドーパントガス供給ラインにおける堆積を抑制するプロセス状態を維持すること、
（ｘ）前記ホウ素ソースドーパントガスの滞留時間を調整すること、
（ｘｉ）前記ドーパントガスに由来する固体のより大きな堆積が起き易い前記イオン源における領域にいてより短い滞留時間を調整すること、
（ｘｉｉ）前記アークチャンバが、少なくとも１つのグラファイト壁を備えること、
（ｘｉｉｉ）前記アークチャンバが、０．７〜０．８の放射率を有する少なくとも１つの壁を備えること、
（ｘｉｖ）前記アークチャンバが、０．１〜０．２の放射率を有する少なくとも１つの壁を備えること、
（ｘｖ）前記アークチャンバが、少なくとも１つのタングステンおよび／またはグラファイト壁を有すること、
（ｘｖｉ）前記イオン源の動作における放射率を制御すること、
（ｘｖｉｉ）冷却流体を使用して前記冷却することを行うこと、
（ｘｖｉｉｉ）前記冷却することが、強制対流冷却を含むこと、
（ｘｉｘ）前記ドーパントガス供給ラインとアークチャンバとの間に非熱伝導性アダプタを配置すること、
（ｘｘ）前記ドーパントガス供給ラインとアークチャンバとの間に同軸アダプタを配置すること、
（ｘｘｉ）前記ドーパントガス供給ラインとアークチャンバとの間に、前記ドーパントガス供給ラインおよびアークチャンバのうち少なくとも１つの構造材とは異なる伝導性および／または放射率の材料であるアダプタを配置すること、
（ｘｘｉｉ）前記ソースチューブとアークチャンバとの間に放射シールドを配置すること、
（ｘｘｉｉｉ）前記アークチャンバの構造材よりも低い熱伝達性を有する材料から前記ドーパントガス供給ラインを構成すること、
（ｘｘｉｖ）前記アークチャンバが、円筒形突起を備えること、および、前記円筒形突起の１つに連結され、前記突起に分子流機構を提供するよう構成されたアダプタを、前記ドーパントガス供給ラインとアークチャンバとの間に選択的に配置すること、
（ｘｘｖ）前記ドーパントガス供給ラインが、同軸チューブを備えること、
（ｘｘｖｉ）前記ドーパントガス供給ラインが、０．６３５ｃｍより大きい直径を有すること、
(ｘｘｖｉｉ)前記ドーパントガス供給ラインと０．６３５ｃｍより大きい直径を有するアークチャンバとの間にアダプタを配置すること、
（ｘｘｖｉｉｉ）前記ドーパントガスが前記アークチャンバへ流れるために複数のインレットを設けること、および
（ｘｘｉｘ）アーク電圧、電子挙動、ビーム透過および／または前記ドーパントガスの分別を制御すること、
のうち少なくとも１つの構成を特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
イオン注入システムの動作中に、前記ドーパントガスに由来する固体の堆積が起き易い流路を含む前記イオン注入システムにおいて行われる際に、前記方法は、
前記流路において前記ドーパントガスからの固体堆積の蓄積をモニタリングして前記蓄積を示す出力を応答して生成する工程と、
前記イオン注入システムの動作を応答して調節して、前記イオン注入システムの後続の動作において前記ドーパントガスからの前記固体堆積の蓄積を防止するか、低減するか、または逆にする工程と、を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
（ｉ）前記モニタリングする工程が、前記フローパスにおける圧力をモニタリングする工程を含むこと、
（ｉｉ）前記フローパスに流量制御装置を配置すること、および、前記流量制御装置のバルブ位置を示す信号を生成することであって、前記バルブ位置を画定するバルブが、前記流路における固体蓄積に応答して開き、前記フローパスを通る所定の流量を維持する、生成すること、
（ｉｉｉ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記流路を通るドーパントガスの流れを調整する工程を含むこと、
（ｉｖ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記流路を通る洗浄流体の流れを調整する工程を含こと、
（ｖ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記流路を通る希釈流体の流れを調整する工程を含むこと、
（ｖｉ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記フローパスおよび／または前記イオン注入装置の前記イオン源における前記ドーパント源材料の滞留時間を調整する工程を含むこと、および
（ｖｉｉ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記イオン注入システムの前記イオン源の前記アークチャンバへの電力入力を調整する工程を含むこと、
のうち少なくとも１つの構成を特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項１】
アークチャンバを有し、当該アークチャンバ内のガスをイオン化するイオン源と、
ドーパントガス源と、
前記ドーパントガス源から前記アークチャンバにドーパントガスを導入するためのドーパントガス供給ラインと、
前記ドーパントガス供給ラインに関連付けられた冷却構造であって、前記ドーパントガス供給ライン内のドーパントガスを冷却し、それによって前記アークチャンバの動作中に生成された熱による前記ドーパントガスの加熱および前記熱から生じる前記ドーパントガスの分解を抑制する冷却構造と、を備えるイオン注入システム。
【請求項２】
前記冷却構造は、前記ドーパントガス供給ラインおよび前記ドーパントガス供給ラインを流れるドーパントガスを冷却する冷却通路を有する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
前記ドーパントガス供給ラインは、その遠位端において前記アークチャンバにドーパントガスを放出し、前記冷却通路は、前記ドーパントガス供給ラインの遠位端部分に配置される、請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記イオン源のための水冷却アセンブリをさらに備え、前記水冷却アセンブリは、前記ドーパントガス供給ラインおよび前記ドーパントガス供給ラインを流れるドーパントガスを冷却するために、前記冷却通路に動作可能に結合されて前記冷却通路に水を流す、請求項３に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
前記ドーパントガス源は調圧ガス貯蔵分配容器を備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
前記調圧ガス貯蔵分配容器はホウ素ドーパントガスを収容する、請求項５に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記ホウ素ドーパントガスは四フッ化二ホウ素を含む、請求項６に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
前記冷却構造は、前記ドーパント供給ガスラインにおける四フッ化二ホウ素の温度を７００℃未満に維持するように動作する、請求項７に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
前記冷却構造は、前記ドーパントガスの冷却を行うために冷却液が流れることができる少なくとも１つの通路を有するヒートシンク本体を備え、前記ヒートシンク本体は、前記ドーパントガス供給ラインに機械固定により固定される、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
前記イオン注入システムは、冷却液が循環するイオン源冷却流れ回路を備え、前記流れ回路は、前記少なくとも１つの通路を冷却液が流れるために、前記ヒートシンク本体に冷却液供給関係で結合される、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
前記イオン源は、アークチャンバベースライナーを備え、前記ベースライナーは、前記ドーパントガス供給ラインとガス流連通状態である開口を中に有する、請求項１０に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
洗浄ガス供給部、希釈ガス供給部、および補助材料供給部のうちの少なくとも１つをさらに備え、
前記洗浄ガス供給部が存在する場合、前記イオン源による前記ドーパントガス源からの前記ドーパントガスの受け取りの間、および／または、前記イオン源が前記ドーパントガス源からの前記ドーパントガスを受け取らない場合、前記イオン源は、前記洗浄ガス供給部から洗浄ガスを受け取り、
前記希釈ガス供給部が存在する場合、前記イオン源による前記ドーパントガス源からの前記ドーパントガスの受け取りの間、前記イオン源は、前記希釈ガス供給部から希釈ガスを受け取り、
前記補助材料供給部が存在する場合、前記イオン源による前記ドーパントガス源からの前記ドーパントガスの受け取りの間、前記イオン源は、前記補助材料供給部から補助材料を受け取る、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
前記洗浄ガスが、ＸｅＦ２およびＮＦ３から選択される少なくとも１つのガス種を含み、前記希釈ガスが、ＸｅＦ２、不活性ガス、希ガス、ＢＦ３、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、ＸｅとＨ２との混合物、ＣＨ４およびＮＨ３から選択される少なくとも１つの希釈ガス種を含み、前記補助材料が、イオン化反応平衡をＢ＋に向かってシフトするのに効果的な補助材料、水素、メタン、および、前記アークチャンバ、前記アークチャンバに前記ドーパントガスを流すための前記ドーパントガス供給ラインおよび／または前記アークチャンバと前記ドーパントガス供給ラインとの間の境界面の領域において、分解種の堆積を抑制するのに効果的な材料のうち少なくとも１つを備える、請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
（ｉ）前記アークチャンバ若しくはその外壁、前記ドーパントガス供給ラインまたは前記アークチャンバと前記ドーパントガス供給ラインとの間の境界面の領域における既定の温度を維持してこれらにおける堆積を抑制する制御装置、
（ｉｉ）放射熱伝達により熱を放散する前記アークチャンバ、
（ｉｉｉ）放散拡張面を有する前記アークチャンバ、
（ｉｖ）タングステンまたはモリブデンから形成される構造を備える前記アークチャンバ、
（ｖ）堆積抑制コーティングまたはシールドを備える前記アークチャンバおよび／または前記アークチャンバへの供給チューブ、
（ｖｉ）前記アークチャンバの構造材よりも高い放射率を有する材料で塗装されるか、包まれるか、または覆われた前記アークチャンバ、
（ｖｉｉ）少なくとも２つの構造材から形成され、異なる放射率を有する材料を含む前記アークチャンバ、
（ｖｉｉｉ）前記アークチャンバおよび／またはドーパントガス供給ラインにおける堆積を抑制するプロセス状態を維持するよう構成された制御装置、
（ｉｘ）グラファイト壁および／またはタングステン壁の少なくとも１つを備える前記アークチャンバ、
（ｘ）０．７〜０．８の放射率を有する少なくとも１つの壁を備える前記アークチャンバ、
（ｘｉ）０．１〜０．２の放射率を有する少なくとも１つの壁を備える前記アークチャンバ、
（ｘｉｉ）少なくとも１つのタングステン壁を備える前記アークチャンバ、
（ｘｉｉｉ）前記イオン源の動作中の放射率を制御するよう構成された制御装置、
（ｘｉｘ）冷却器を備える制御装置、
（ｘｘ）前記ドーパントガス供給ラインと前記アークチャンバとの間の非熱伝導性アダプタ、
（ｘｘｉ）前記ドーパントガス供給ラインと前記アークチャンバとの間の同軸アダプタ、
（ｘｘｉｉ）前記ドーパントガス供給ラインと前記アークチャンバとの間のアダプタであって、前記ドーパントガス供給ラインおよび前記アークチャンバのうち少なくとも１つの構造材とは異なる伝導性および／または放射率の材料である、アダプタ、
（ｘｘｉｉｉ）前記ソースチューブとアークチャンバとの間の放射シールド、
（ｘｘｉｖ）前記アークチャンバの構造材よりも低い熱伝導性を有する材料から構成された前記ドーパントガス供給ライン、
（ｘｘｖ）円筒形突起を備え、かつ、前記円筒形突起の１つに連結され、前記突起に分子流機構を提供し、前記ドーパントガス供給ラインと前記アークチャンバとの間のアダプタを選択的に備える前記アークチャンバ、
（ｘｘｖｉ）同軸チューブを備える前記ドーパントガス供給ライン、
（ｘｘｖｉｉ）０．６３５ｃｍより大きい直径を有する前記ドーパントガス供給ライン、および
（ｘｘｖｉｉｉ）ドーパントガスが前記アークチャンバへ流れるための複数のインレット、
から構成される一群から選択される少なくとも１つの構成をさらに備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１５】
前記イオン注入システムの流路が、前記イオン注入システムの動作中に、前記ドーパントガスに由来する固体の堆積が起きやすく、かつ
前記流路において前記ドーパントガスに由来する固体堆積の蓄積を検出して、これを示す出力を提供するモニタリング装置と、
前記モニタリング装置の前記出力に応答して、前記イオン注入システムの動作を調節して、前記イオン注入装置の後続の動作において前記ドーパントガスに由来する前記固体堆積の蓄積を防止するか、低減するかまたは逆にする制御アセンブリと、を備える固体堆積モニタ制御システムをさらに備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１６】
前記固体堆積モニタ制御システムが、
（ｉ）前記流路における圧力をモニタリングするよう構成された圧力変換機を備える前記モニタリング装置、
（ｉｉ）流量制御装置のバルブ位置を示す信号を出力するよう構成された前記流量制御装置を備える前記モニタリング装置であって、前記バルブ位置を画定するバルブが、前記流路における固体蓄積に応答して開き、前記通路を通る所定の流量を維持する、モニタリング装置、
（ｉｉｉ）前記流路を通るドーパントガスの流れを調整するよう動作可能な流れ制御バルブを備える前記制御アセンブリ、
（ｉｖ）前記流路を通る洗浄流体の流れを調整するよう動作可能な流れ制御バルブを備える前記制御アセンブリ、
（ｖ）前記流路を通る希釈流体の流れを調整するよう動作可能な流れ制御バルブを備える前記制御アセンブリ、
（ｖｉ）前記流路および／または前記イオン注入システムの前記イオン源における前記ドーパントガスの滞留時間を調整するよう動作可能な前記制御アセンブリ、
（ｖｉｉ）前記イオン源の前記アークチャンバへの電力入力を調整するよう前記動作可能な制御アセンブリ、
のうち少なくとも１つの構成によって特徴付けられる、請求項１５に記載のイオン注入システム。
【請求項１７】
ドーパントガス源からイオン源のアークチャンバに、前記ドーパントガスのイオン化を引き起こす条件化でドーパントガスを通過させる工程と、前記アークチャンバへの進入に先立って前記ドーパントガスを冷却して、前記アークチャンバの動作中に生成される熱による前記ドーパントガスの加熱および前記熱から生じる前記ドーパントガスの分解を抑制する工程と、を含む、基板にイオンを注入する方法。
【請求項１８】
前記冷却する工程は、前記ドーパントガス供給ラインおよび前記ドーパントガス供給ラインを流れるドーパントガスを冷却する冷却通路に冷却媒体を流す工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ドーパントガス源は調圧ガス貯蔵分配容器を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ドーパントガスは四フッ化二ホウ素を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
（ｉ）前記ホウ素ドーパントガスが四フッ化二ホウ素を含むこと、および前記冷却する工程が、前記アークチャンバに流れる四フッ化二ホウ素の温度を７００℃未満に維持するよう動作させる工程であること、
（ｉｉ）前記ホウ素ドーパントガスが四フッ化二ホウ素を含むこと、および前記冷却する工程が、前記四フッ化二ホウ素が前記アークチャンバに入る前に、イオン源冷却液供給部から冷却液を熱交換関係で前記四フッ化二ホウ素に流す工程を含むこと、
（ｉｉｉ）前記ドーパントガスが、Ｂ２Ｆ４、Ｂ２Ｈ６、Ｂ５Ｈ９、Ｂ３Ｆ５、ＢＨＦ２およびＢＨ２Ｆから選択される少なくとも１つのホウ素化合物を含むこと、
（ｉｖ）前記イオン源において前記ドーパントガスのイオン化の間および／または前記ドーパントガスのイオン化が行われていないとき、洗浄ガスで前記イオン源を洗浄すること、
（ｖ）前記イオン化の間に前記イオン源に希釈ガスを導入すること、および
（ｖｉ）前記イオン化の間に前記イオン源に補助材料を導入すること、
のうち少なくとも１つの構成を特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記洗浄ガスが、ＸｅＦ２およびＮＦ３から選択される少なくとも１つのガス種を含み、前記希釈ガスが、ＸｅＦ２、不活性ガス、希ガス、ＢＦ３、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、ＸｅとＨ２との混合物、ＣＨ４およびＮＨ３から選択される少なくとも１つの希釈ガス種を含み、前記補助材料が、イオン化反応平衡をＢ＋に向かってシフトするのに効果的な補助材料、水素、メタン、および、前記アークチャンバ、前記アークチャンバに前記ドーパントガスを流すためのドーパントガス供給ラインおよび／または前記アークチャンバと前記ドーパントガス供給ラインとの間の境界面の領域において、分解種の堆積を抑制するのに効果的な材料のうち少なくとも１つを備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
（ｉ）前記アークチャンバ、ドーパントガス供給ラインまたは前記アークチャンバとドーパントガス供給ラインとの間の境界面の領域における堆積を抑制するためにこれらの既定の温度を維持すること、
（ｉｉ）前記アークチャンバのアーク電圧および電流を制御すること、
（ｉｉｉ）放射熱伝達により前記アークチャンバから熱を放散すること、
（ｉｖ）前記アークチャンバの外壁の温度を制御すること、
（ｖ）前記アークチャンバが、タングステンまたはモリブデンから形成される構造を備えること、
（ｖｉ）前記アークチャンバおよび／またはドーパントガス供給ラインが、堆積抑制コーティングまたはシールドを備えること、
（ｖｉｉ）前記アークチャンバが、前記アークチャンバの構造材よりも高い放射率を有する材料で塗装されるか、包まれるか、または覆われること、
（ｖｉｉｉ）前記アークチャンバが、少なくとも２つの構造材から形成され、異なる放射率を有する材料を含むこと、
（ｉｘ）前記アークチャンバおよび／またはドーパントガス供給ラインにおける堆積を抑制するプロセス状態を維持すること、
（ｘ）前記ホウ素ソースドーパントガスの滞留時間を調整すること、
（ｘｉ）前記ドーパントガスに由来する固体のより大きな堆積が起き易い前記イオン源における領域にいてより短い滞留時間を調整すること、
（ｘｉｉ）前記アークチャンバが、少なくとも１つのグラファイト壁を備えること、
（ｘｉｉｉ）前記アークチャンバが、０．７〜０．８の放射率を有する少なくとも１つの壁を備えること、
（ｘｉｖ）前記アークチャンバが、０．１〜０．２の放射率を有する少なくとも１つの壁を備えること、
（ｘｖ）前記アークチャンバが、少なくとも１つのタングステンおよび／またはグラファイト壁を有すること、
（ｘｖｉ）前記イオン源の動作における放射率を制御すること、
（ｘｖｉｉ）冷却流体を使用して前記冷却することを行うこと、
（ｘｖｉｉｉ）前記冷却することが、強制対流冷却を含むこと、
（ｘｉｘ）前記ドーパントガス供給ラインとアークチャンバとの間に非熱伝導性アダプタを配置すること、
（ｘｘ）前記ドーパントガス供給ラインとアークチャンバとの間に同軸アダプタを配置すること、
（ｘｘｉ）前記ドーパントガス供給ラインとアークチャンバとの間に、前記ドーパントガス供給ラインおよびアークチャンバのうち少なくとも１つの構造材とは異なる伝導性および／または放射率の材料であるアダプタを配置すること、
（ｘｘｉｉ）前記ソースチューブとアークチャンバとの間に放射シールドを配置すること、
（ｘｘｉｉｉ）前記アークチャンバの構造材よりも低い熱伝達性を有する材料から前記ドーパントガス供給ラインを構成すること、
（ｘｘｉｖ）前記アークチャンバが、円筒形突起を備えること、および、前記円筒形突起の１つに連結され、前記突起に分子流機構を提供するよう構成されたアダプタを、前記ドーパントガス供給ラインとアークチャンバとの間に選択的に配置すること、
（ｘｘｖ）前記ドーパントガス供給ラインが、同軸チューブを備えること、
（ｘｘｖｉ）前記ドーパントガス供給ラインが、０．６３５ｃｍより大きい直径を有すること、
(ｘｘｖｉｉ)前記ドーパントガス供給ラインと０．６３５ｃｍより大きい直径を有するアークチャンバとの間にアダプタを配置すること、
（ｘｘｖｉｉｉ）前記ドーパントガスが前記アークチャンバへ流れるために複数のインレットを設けること、および
（ｘｘｉｘ）アーク電圧、電子挙動、ビーム透過および／または前記ドーパントガスの分別を制御すること、
のうち少なくとも１つの構成を特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
イオン注入システムの動作中に、前記ドーパントガスに由来する固体の堆積が起き易い流路を含む前記イオン注入システムにおいて行われる際に、前記方法は、
前記流路において前記ドーパントガスからの固体堆積の蓄積をモニタリングして前記蓄積を示す出力を応答して生成する工程と、
前記イオン注入システムの動作を応答して調節して、前記イオン注入システムの後続の動作において前記ドーパントガスからの前記固体堆積の蓄積を防止するか、低減するか、または逆にする工程と、を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
（ｉ）前記モニタリングする工程が、前記フローパスにおける圧力をモニタリングする工程を含むこと、
（ｉｉ）前記フローパスに流量制御装置を配置すること、および、前記流量制御装置のバルブ位置を示す信号を生成することであって、前記バルブ位置を画定するバルブが、前記流路における固体蓄積に応答して開き、前記フローパスを通る所定の流量を維持する、生成すること、
（ｉｉｉ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記流路を通るドーパントガスの流れを調整する工程を含むこと、
（ｉｖ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記流路を通る洗浄流体の流れを調整する工程を含こと、
（ｖ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記流路を通る希釈流体の流れを調整する工程を含むこと、
（ｖｉ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記フローパスおよび／または前記イオン注入装置の前記イオン源における前記ドーパント源材料の滞留時間を調整する工程を含むこと、および
（ｖｉｉ）前記応答して前記イオン注入システムの動作を調整する工程が、前記イオン注入システムの前記イオン源の前記アークチャンバへの電力入力を調整する工程を含むこと、
のうち少なくとも１つの構成を特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２０１３−５０９００４（Ｐ２０１３−５０９００４Ａ）
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３６９２８（Ｐ２０１２−５３６９２８）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５３９７７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５６５１５
【国際公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５９９００６３５１）アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド (141)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５３９７７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５６５１５
【国際公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５９９００６３５１）アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド (141)
【Ｆターム（参考）】
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