マルチモードイオン源を提供する方法
マルチモードイオン源を提供する技術を開示する。本発明のある例示的態様においては、例えば、第１モードがアーク放電モードであり、第２モードがＲＦモードであるという複数モードで動作するイオン源を含むイオン注入装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半導体製造装置に関し、特に、マルチモードイオン源を提供する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、励起したイオンを直接基板に衝突させることにより、化学種を基板に堆積させるプロセスである。半導体製造では、イオン注入装置は、主に、ターゲット材料の種類及び導電性レベルを変えるドーピングプロセスのために使用される。適切なＩＣ性能を得るには、集積回路（ＩＣ）基板及び薄膜構造において、正確なドーピングプロファイルを得ることが重要である。所望のドーピングプロファイルを達成するには、１つ以上のイオン種を、異なるドーズ量及び異なるエネルギーレベルで注入させればよい。
【０００３】
図１は、従来のイオン注入システム１００を示したものである。イオン注入システム１００は、イオン源１０２及びイオンビーム１０が通過する一連の部品を備える。一連の部品には、例えば、抽出操作部１０４、フィルターマグネット１０６、加速又は減速管１０８、アナライザーマグネット１１０、回転質量スリット１１２、スキャナ１１４及び補正マグネット１１６を含む。光線を操作する一連の光学レンズ群のように、イオン注入装置の部品は、イオンビーム１０をフィルターし、焦点を合わせた後、ビームをターゲットの（ウェハ面１２に位置する）ウェハ１２０に向かわせることができる。ドーズ量制御ファラデーカップ１１８、移動ファラデーカップ１２４、セットアップファラデーカップ１２２のような複数の計測機器を使用して、イオンビーム状態を監視及び制御してもよい。
【０００４】
イオン源１０２は、イオン注入システム１００において重要な部品である。イオン源１０２は、様々な種類のイオン種及び様々な取り出し電圧に対応し、安定した信頼性のあるイオンビーム１０を生成することを要求される。
【０００５】
図２は、イオン注入システム１００に使用されるイオン源２００の典型的な実施形態を示したものである。イオン源２００は、誘導加熱陰極（ＩＨＣ）イオン源であってもよく、このようなイオン源は、多くの場合、高電流イオン注入装置で使用される。イオン源２００は、導電チャンバ壁２１４を備えるアークチャンバ２０２を含む。アークチャンバ２０２の一方の端には、タングステンフィラメント２０４を有する陰極２０６が設けられている。タングステンフィラメント２０４は、大電流を供給可能な第１電源２０８と連結されている。大電流により、タングステンフィラメント２０４が熱せられ、熱電子放出が起こる。第２電源２１０により、タングステンフィラメント２０４よりも非常に高い電位へと陰極２０６をバイアスして、放出された電子が陰極２０６に向かって加速されることにより、陰極を加熱するようにしてもよい。陰極２０６が熱せられると、陰極２０６からアークチャンバ２０２へと熱電子が放出される。第３の電源２１２により、陰極２０６に対してチャンバ壁２１４をバイアスして、電子が高いエネルギーでアークチャンバに向かって加速されるようにしてもよい。ソースマグネット（図示せず）は、アークチャンバ２０２内に磁場Ｂを作り出し、エネルギー電子をそこに閉じ込め、アークチャンバ２０２の他方の端に設けられた反射電極２１６が、陰極２０６と同じ又は同様な電位でバイアスされて、エネルギー電子を弾くようにしてもよい。ガス源２１８は、注入種の前駆体（例えば、ＡｓＨ４、ＰＨ４、ＢＦ３、ＧｅＦ４）をアークチャンバ２０２に供給してもよい。エネルギー電子は、注入種の前駆体と相互作用して、プラズマ２０を生成する。次いで、引き出し電極（図示せず）によりプラズマ２０からイオン２２を引き出し開口２２０を通じて抽出して、イオン注入装置１００で使用するイオンを生成する。
【０００６】
従来のイオン注入装置において存在する問題として、相対的に高い注入エネルギー（例えば、数十ｋＶ）で効率的に動作するよう設計されている典型的なイオン注入装置は、低いエネルギー（例えば、数ｋＶ）では効率的に機能しない場合があることが挙げられる。例えば、低いエネルギーのドーパントビームを利用するアプリケーションとして、ＣＭＯＳ（相補型・金属酸化膜半導体）製造において、非常に浅い（ｕｌｔｒａ‐ｓｈａｌｌｏｗ）トランジスタ接合を形成する場合が挙げられる。特に、シリコンウェハに、ｐ型ドーパントである低エネルギーボロンを注入する工程が重要となる。
【０００７】
低いエネルギーの場合に起こる非効率性は、多くの場合、空間電荷制限に起因する。Ｃｈｉｌｄ−Ｌａｎｇｍｕｉｒ則、Ｊ〜（Ｚ／Ａ）１／２Ｖ３／２／ｄ２によれば、ビームを占める空間電荷の電流密度に制限があることが示されている。ここで、ビームの電流密度制限Ｊの大きさは、電荷質量比（Ｚ／Ａ）の平方根、及び抽出電位Ｖの２分の３乗に比例する。したがって、ビームのエネルギー（例えば、抽出電位Ｖ）が低い場合は、高いエネルギーで同種の抽出を行った場合と比較して、イオン電流密度が低くなる。
【０００８】
例えば、低いエネルギービームにおける空間電荷は、ビームラインに沿ってイオンが進むに従い、ビームの断面積（"プロファイル"）を大きくする傾向がある（"ビームブローアップ"）。イオン注入装置の伝送光学系に設計されたプロファイルを超えるビームプロファイルとなってしまった場合、口径食によるビーム損失が生じる。例えば、５００ｅＶの輸送エネルギーでは、従来のイオン注入装置では、一般的に、効率的に商品を製造するために必要とされる適切なボロンのビーム電流を輸送することができなかった。低いイオン注入ドーズ率のために、ウェハ処理量が低く抑えられてしまっていた。
【０００９】
低いエネルギービームの空間電荷制限の問題を解決する１つの方法として、必要とされるドーパントを分子の形で注入することが挙げられる。例えば、本明細書に援用によりその内容が組み込まれる米国特許出願明細書１１／５０４，３５５号及び１１／３４２，１８３号明細書では、分子イオン注入の方法が記載されており、特にＣ２Ｂ１０Ｈ１２（カルボラン）から生成されたＣ２Ｂ１０ＨＸイオンの注入について記載されている。分子イオン注入では、高い抽出エネルギーを利用することが可能となり、低いエネルギーの原子イオン注入で得られるのと等価な注入深さを達成できる。高い分子抽出エネルギーと、等価な原子注入深さとの間の関係は、Ｅｍｏｌｅｃｕｌｅ＝（分子質量／原子質量）×Ｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔと表すことができ、ここでＥｍｏｌｅｃｕｌｅは分子イオンのエネルギー、Ｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔは、原子イオンのみを使用した場合の所望の注入深さを達成するのに必要な注入エネルギーである。例えば、エネルギーＥで原子のＢ＋イオンのイオン電流Ｉを注入するのに替えて、カルボニル分子イオン（Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２＋）を、およそ１３×Ｅのエネルギー及び０．１０×Ｉのイオン電流で注入させてもよい。通常、両者の方法において、得られる注入深さ及びドーパント濃度（ドーズ量）は同等となり、分子注入技術の方が潜在的な利点を有する。例えば、カルボランイオンの輸送エネルギーは、等価のドーズ量のボロンイオンのおよそ１３倍であり、カルボランの電流は、ボロン電流の１０分の１であることから、単原子ボロン注入の場合と比較して、空間電荷力が実質的に低減される。
【００１０】
しかしながら、ＩＨＣイオン源１０２を使用した従来のイオン注入では、大きな分子イオンの生成は相対的に非効率なものとなっている。例えば、Ｂ＋イオンを生成するために、従来のイオン源でＢＦ３ガスが一般的に使用されるのに対して、カルボランイオンＣ２Ｂ１０ＨＸ＋を生成するためには、カルボラン（Ｃ２Ｂ１０Ｈ１４）を使用しなければならない。カルボランは、２０℃で１Ｔｏｒｒという大きな蒸気圧を有し、１００℃で融解し、７５０℃で分解する固体の物質である。効率的にＣ２Ｂ１０ＨＸ＋を生成するためには、カルボランを１００℃未満で気化させなければならず、気化した分子の大部分が分解されてしまうのを防ぐため、局所環境（チャンバ壁及びチャンバ部品）が７５０℃未満であるイオン源において操作しなければならない。しかしながら、ＩＨＣ源の動作温度は、一般的には、チャンバ本体から加熱されたボタン陰極に渡って、８００℃から２３００℃に達する。このような温度は、ＢＦ３の熱解離及びそれに続くＢ＋イオン生成に必要となる温度であり、高い動作温度で容易に解離可能なカルボランイオンの生成に適さない。加えて、このように非常に高温な環境下では、ＩＨＣイオン源の寿命及び性能を縮めてしまう。その結果、ＩＨＣイオン源の性能低下及び短命化は、イオン注入装置の生産性を大幅に下げてしまう。
【００１１】
さらに、イオン源気化器は、通常、カルボランに必要とされる低い温度では、気化器が受けるイオン源からの放射加熱により、安定して動作することができない。例えば、カルボランの蒸気が気化器の加熱された表面と作用して、分解された蒸気から堆積物が発生し、この堆積物により気化器のフィードラインが容易に詰まってしまうということがある。このように、従来のイオン源は、カルボランイオン注入には適さなかった。
【００１２】
上述のように、現在のイオン源技術に関連して、解決すべき問題が存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
マルチモードイオン源を提供する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のある例示的態様においては、例えば、第１モードがアーク放電モードであり、第２モードがＲＦモードであるという複数モードで動作するイオン源を含むイオン注入装置を提供する。
【００１５】
この例示的態様の他の側面によれば、装置は、複数のモードを切り替えるスイッチをさらに含んでもよい。この例示的態様の他の側面によれば、装置は、ＲＦモードにおいてイオン源を動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路をさらに含んでもよい。
【００１６】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成してもよい。
【００１７】
この例示的態様の他の側面によれば、装置は、陰極、反射電極及びさらなる電極面積を提供するための第１付加電極をさらに含んでもよい。
【００１８】
この例示的態様のさらなる側面によれば、装置は、陰極、反射電極、さらなる電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極をさらに含んでもよい。
【００１９】
本発明の別の例示的態様においては、例えば、第１の動作モードがアーク放電モードであり、第２の動作モードがＲＦモードであるといった複数の動作モードをサポートするチャンバを含むマルチモードイオン源を提供する。
【００２０】
この例示的態様の他の側面によれば、マルチモードイオン源は、複数のモードを切り替えるスイッチをさらに含んでもよい。
【００２１】
この例示的態様の他の側面によれば、マルチモードイオン源は、ＲＦモードにおいてイオン源を動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路をさらに含んでもよい。
【００２２】
この例示的態様の他の側面によれば、マルチモードイオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成してもよい。
【００２３】
この例示的態様の他の側面によれば、マルチモードイオン源は、陰極、反射電極及びさらなる電極面積を提供するための第１付加電極をさらに含んでもよい。
【００２４】
この例示的態様のさらなる側面によれば、マルチモードイオン源は、陰極、反射電極、さらなる電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極をさらに含んでもよい。
【００２５】
本発明の別の例示的態様においては、アーク放電モードに基づくイオン源の第１動作モードを提供する段階と、ＲＦモードに基づくイオン源の第２動作モードを提供する段階と、第１動作モードと第２動作モードとを少なくとも１つのスイッチを使用して切り替える段階とを備える複数モードにおけるイオン注入方法を提供する。
【００２６】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、複数のモードを切り替えるスイッチを含んでもよい。
【００２７】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、ＲＦモードにおいてイオン源を動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路をさらに含んでもよい。
【００２８】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成してもよい。
【００２９】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、陰極、反射電極及びさらなる電極面積を提供するための第１付加電極をさらに含んでもよい。
【００３０】
この例示的態様のさらなる側面によれば、マルチモードイオン源は、陰極、反射電極、さらなる電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極をさらに含んでもよい。
【００３１】
添付の図面に示される例示的実施形態を参照して、本発明の開示をより詳細に記載する。本開示が、例示的実施形態を参照して以下に記載されるが、本開示はこれらに限定されない。また、本明細書の教示に基づいて、追加の実装形態、改良及び実施形態、若しくは他の分野での利用が考え得ることは当業者にとって明らかである。また、これらについても、本明細書に記載される本発明の開示の範囲に含まれ、有効であることは明らかである。
【００３２】
本開示のより詳細な理解を助けるために、添付の図面を参照するが、図面において同様な要素には、同一の参照を付している。これら添付の図面は、例示することのみを目的としており、本開示を限定することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のイオン注入システムを示した図である。
【図２】従来のイオン源を示した図である。
【図３】本開示の実施形態に係るマルチモードイオン源を示した図である。
【図４Ａ】本開示の別の実施形態に係るマルチモードイオン源を示した図である。
【図４Ｂ】本開示の別の実施形態に係るマルチモードイオン源を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本開示の実施形態は、従来のイオン源の技術と比較してより大きな分子イオン注入、改善されたイオン源性能及び寿命を提供可能なマルチモードイオン源を提供することにより、上述の技術を改良したものである。また、本開示の実施形態では、様々な例示的なイオン源構成を提供する。
【００３５】
図３は、本開示の実施形態に係るマルチモードイオン源３００を示している。例えば、ある実施形態では、マルチマルチモードイオン源３００は、複数の動作モードを有していてもよい。複数の動作モードには、少なくとも、アーク放電モード（例えば、誘導加熱陰極（ＩＨＣ）モード）及び非アーク放電モード（例えば、高周波数（ＲＦ）モード）が含まれていてもよい。間接モードの動作及び高周波数モード等他の様々な動作モードが含まれていてもよい。図２に示したイオン源２００と同様、図３のマルチモードイオン源３００は、導電チャンバ壁２１４を有するチャンバ２０２を含んでもよい。アークチャンバ２０２の一方の端には、タングステンフィラメント２０４を有する陰極２０６が設けられている。タングステンフィラメント２０４は、大電流を供給可能な第１電源２０８と連結されている。大電流により、タングステンフィラメント２０４が熱せられ、熱電子放出が起こる。第２電源２１０により、タングステンフィラメント２０４よりも非常に高い電位へと陰極２０６をバイアスして、放出された電子が陰極２０６に向かって加速され、陰極を加熱するようにしてもよい。陰極２０６が熱せられると、陰極２０６からアークチャンバ２０２へと熱電子が放出される。第３の電源２１２により、陰極２０６に対してチャンバ壁２１４をバイアスして、電子が高いエネルギーでアークチャンバに向かって加速されるようにしもよい。ソースマグネット（図示せず）は、アークチャンバ２０２内に磁場Ｂを作り出し、エネルギー電子をそこに閉じ込め、また、アークチャンバ２０２の他方の端に設けられた反射電極２１６が、陰極２０６と同じ電位又は同様な電位でバイアスされて、エネルギー電子を弾くようにしてもよい。ガス源２１８は、注入種の前駆体（例えば、ＡｓＨ４、ＰＨ４、ＢＦ３、カルボラン（Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２））をアークチャンバ２０２に供給してもよい。エネルギー電子は、注入種の前駆体と相互作用して、プラズマ２０を生成する。次いで、引き出し電極（図示せず）によりプラズマ２０からイオン２２を引き出し開口２２０を通じて抽出して、イオン注入装置１００で使用するイオンを生成する。
【００３６】
しかしながら、図２に示される例とは異なり、イオン源３００は、もう１つの電源３２２及び整合回路３２４を含む。ある実施形態では、このもう１つの付加電源３２２は、イオン源回路内に設置された高周波数（ＲＦ）電源であってもよい。例えば、ＲＦ電源３２２は、ＩＨＣアークチャンバの電源２１２と並列に設けられていてもよい。また、ＲＦ電源３２２は、ＩＨＣ電源と同じ電源ラック（図示せず）に設けられていてもよい。整合回路３２４は、ＲＦ電源３２２と連結されたＲＦ整合回路であってもよい。ある実施形態では、ＲＦ整合回路３２４は、マルチモードイオン源３００の反射電極２１６（又はフランジ）に相対的に近い位置に配置されてもよい。ＲＦ電源３２２及び整合回路３２４は、さらにＩＨＣ電源２０８、２１０及び２１２と連結されて、スイッチ３２６により、２つのイオン源モードの間で"押しボタン"方式の変換が可能となるようにしてもよい。
【００３７】
ＩＨＣモードのオペレーションでは、例えば、スイッチ３２６が閉じられて、電源２０８、２１０及び２１２を有効状態としてもよい。このようにすることで、マルチモードイオン源３００は、ＩＨＣフィラメント２０４、バイアス（電線／回路）、並びに電源２０８、２１０及び２１２を使用したアークモードイオン源として機能し、典型的なイオン注入を提供することができる。ＩＨＣ電源２０８、２１０及び２１２からのＤＣ電流は、整合回路２３４の高域同調コンデンサによって効率的にブロックされることから、整合回路２３４を、ＩＨＣ電源２０８、２１０及び２１２並びに回路に接続したままでよいことは明らかである。
【００３８】
ＲＦモードの動作では、例えば、マルチモードイオン源３００は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源として動作してもよい。この例では、電源２０８、２１０及び２１２は、マルチモードイオン源３００から切り離される。ある実施形態では、切り離された電源２０８、２１０及び２１２は、エネルギー中継を通じて離れた場所で実現されていてもよい。別の実施形態では、このような切り離しは、１つ以上の局所スイッチ３２６によって実現される。あるいは、他のブロッキング技術を採用してもよい。ＩＨＣ部品が効率的にブロックされ（又は、切り離され）、スイッチ３２６が"開放"状態となると、もう１つの電源３２２が、陰極２０６及び反射電極２１６の双方に接続され、マルチモードイオン源３００は、高度分子イオン注入のＣＣＰ源として機能する。
【００３９】
プラズマパラメータは、ガス源２１８におけるガス流、印加される磁場（図示せず）、印加されるＲＦ電力及び周波数、並びにその他の要素を変更することにより調整可能であることは明らかである。また、パッシェン最小値は、アークチャンバ２０２内が高圧であるときに生じ、その他の場所では、望ましくない"空電"プラズマの生成はマルチモードイオン源３００においてほとんど起こらない。
【００４０】
ＲＦモードで動作するマルチモードイオン源３００から発生するプラズマ密度の範囲は、１ｅ１０から１ｅ１１ｃｍ−３である。例えば、〜１ｅ１１ｃｍ−３といった高い密度では、対応するイオン束は、１２０ａｍｕで０．７５ｍＡ／ｃｍ２となる。Ｃ２Ｂ１０Ｈｘ＋のイオン部分が５０％であると仮定すると、５５ｍｍ×５ｍｍの引き出し開口２２０から１ｍＡのＣ２Ｂ１０Ｈｘ＋イオン電流が発生すると考えられる。
【００４１】
ＲＦ ＣＣＰモードで動作するマルチモードイオン源３００の特定の性質として、プラズマ密度が、印加周波数の２乗に比例する、すなわちｎ〜ω２であることが挙げられる。したがって、高い周波数で動作するほど、大きなイオン束が得られることになる。実装状態では、およそ４０ＭＨｚ以上で動作するＲＦ電源３２２で、およそ１ｅ１１ｃｍ−３の高いプラズマ密度を達成可能であると考えられる。また、ソースマグネット（図示せず）を使用することにより、より高いプラズマ密度を達成可能であると考えられる。本開示の少なくとも１つの実施形態において、潜在的には、マルチモードイオン源３００は、様々な種及び堆積物を減らした最小限の量のソースを使用して、およそ１ｍＡの分子ビーム電流を生成可能である。
【００４２】
図３に示したマルチモードイオン源３００の構成に以外にも、様々な構成が考えられる。例えば、さらなるＲＦ電極を設けてもよい。
【００４３】
図４Ａは、本開示の別の実施形態に係るマルチモードイオン源４００Ａを示した図である。この例において、マルチモードイオン源４００Ａは、第１の付加電極４０２を含んでもよい。陰極２０６及び反射電極２１６と同様、第１の付加電極４０２は、付加電源３２２（例えば、ＲＦ電源）と連結されていてもよい。
【００４４】
図４Ｂは、本開示の別の実施形態に係るマルチモードイオン源４００Ｂを示した図である。この例において、マルチモードイオン源４００Ｂは、第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４を含んでもよい。陰極２０６及び反射電極２１６と同様、第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４は、付加電源３２２（例えば、ＲＦ電源）と連結されていてもよい。
【００４５】
第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４はそれぞれ、既存の電極（陰極２０６及び反射電極２１６）と同様なものであってもよい。しかしながら、ある実施形態では、第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４は、より大きな面積を有していてもよい。その他、様々な幾何的な形状及びサイズを有していてもよい。
【００４６】
マルチモードイオン源４００Ａ、４００Ｂがこれらの付加電極（例えば、第１の付加電極４０２及び／又は第２の付加電極４０４）を有することにより、ＲＦモードで動作する場合に、より広い電極面積がプラズマに暴露することとなる。このように電極面積を大きくすることにより、ソースの体積に対してより大きな印加電力密度を提供でき、また大きな分子ビーム電流を提供可能となる。加えて、引き出し開口２２０の長さ全体に渡って、より均一なプラズマが形成されることとなる。
【００４７】
図４Ｂで示したように、４つのＲＦ電極（例えば、陰極２０６、反射電極２１６、第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４）の閉じ込め効果により、マルチモードイオン源４００Ｂが、中空陰極放電モードで動作可能となる。
【００４８】
第１の付加電極４０２及び／又は第２の付加電極４０４のような容量結合された電極が、負の自己ＤＣバイアスを得てもよい。この負のバイアスにより、プラズマ電子が、放電体積中に閉じ込められ、実質的にイオン化率及びプラズマ密度を高めることができる。
【００４９】
図４Ａ及び図４Ｂのマルチモードイオン源がＲＦモード又は他の高周波数モードで動作しない場合は、第１の付加電極４０２及び／又は第２の付加電極４０４を接地してもよいことは明らかである。
【００５０】
また、本開示の実施形態は、誘導加熱陰極（ＩＨＣ）モード及び高周波数（ＲＦ）モードで動作するマルチモードイオン源を中心に説明されたが、他の様々な動作モードについても提供可能であることは明らかである。動作モードとしては、他のアーク放電、及び非アーク放電動作モードが含まれ、例えば、中空陰極放電モード、マイクロ波プラズマモード、コールドプラズマ陰極モード等が挙げられる。
【００５１】
カルボランを使用した例を説明したが、本開示の実施形態は、他の注入種についても適用可能である。例えば、ジボラン、ペンタボラン、デカボラン、オクタボラン等のガスを使用して、分子イオンビームを生成してもよい。これに加えて、ヒ素、リン、気化ハロゲン化インジウム、ハロゲン化ゲルマニウム（例えば、ＧｅＦ３）、及びハロゲン化ボロン（例えば、ＢＦ３、ＢＣｌ３）のようなガスを使用して、原子及び／又は分子イオンを生成してもよい。
【００５２】
ここに開示した実施形態は、幾つかの動作モードを提供するだけでなく、これらの様々なモードが、付加的なイオン注入のカスタマイズも提供することは明らかである。例えば、１つのマルチモードイオン源を、特定のシーケンス（例えば、特定の注入レシピ）において様々なモードで動作するよう設定してもよい。様々な分子イオン及び／又は原子イオンの使用に加えて、様々な動作モードを利用することにより、特定のユーザーの注入要求に合わせてカスタマイズされたイオン注入シーケンスを提供可能である。その他、様々な実施形態が提供可能である。
【００５３】
本開示の技術範囲は、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されない。本明細書に記載したものに加えて、本開示に対して、明細書の記載及び添付の図面から様々な実施形態及び改良が可能であることは、当業者にとって明らかである。したがって、他の実施形態及び改良についても、本開示の範囲に含まれる。また、本開示が、特定の目的のための特定の環境における特定の実装形態を参照して記載されたが、本開示の教示するところは、これらに限定されず、様々な目的のための複数の環境において有効に実装可能であることは、当業者にとって明らかである。以下に記す特許請求の範囲は、本明細書に記載した本発明の開示の全容及び精神に基づき、解釈されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、半導体製造装置に関し、特に、マルチモードイオン源を提供する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、励起したイオンを直接基板に衝突させることにより、化学種を基板に堆積させるプロセスである。半導体製造では、イオン注入装置は、主に、ターゲット材料の種類及び導電性レベルを変えるドーピングプロセスのために使用される。適切なＩＣ性能を得るには、集積回路（ＩＣ）基板及び薄膜構造において、正確なドーピングプロファイルを得ることが重要である。所望のドーピングプロファイルを達成するには、１つ以上のイオン種を、異なるドーズ量及び異なるエネルギーレベルで注入させればよい。
【０００３】
図１は、従来のイオン注入システム１００を示したものである。イオン注入システム１００は、イオン源１０２及びイオンビーム１０が通過する一連の部品を備える。一連の部品には、例えば、抽出操作部１０４、フィルターマグネット１０６、加速又は減速管１０８、アナライザーマグネット１１０、回転質量スリット１１２、スキャナ１１４及び補正マグネット１１６を含む。光線を操作する一連の光学レンズ群のように、イオン注入装置の部品は、イオンビーム１０をフィルターし、焦点を合わせた後、ビームをターゲットの（ウェハ面１２に位置する）ウェハ１２０に向かわせることができる。ドーズ量制御ファラデーカップ１１８、移動ファラデーカップ１２４、セットアップファラデーカップ１２２のような複数の計測機器を使用して、イオンビーム状態を監視及び制御してもよい。
【０００４】
イオン源１０２は、イオン注入システム１００において重要な部品である。イオン源１０２は、様々な種類のイオン種及び様々な取り出し電圧に対応し、安定した信頼性のあるイオンビーム１０を生成することを要求される。
【０００５】
図２は、イオン注入システム１００に使用されるイオン源２００の典型的な実施形態を示したものである。イオン源２００は、誘導加熱陰極（ＩＨＣ）イオン源であってもよく、このようなイオン源は、多くの場合、高電流イオン注入装置で使用される。イオン源２００は、導電チャンバ壁２１４を備えるアークチャンバ２０２を含む。アークチャンバ２０２の一方の端には、タングステンフィラメント２０４を有する陰極２０６が設けられている。タングステンフィラメント２０４は、大電流を供給可能な第１電源２０８と連結されている。大電流により、タングステンフィラメント２０４が熱せられ、熱電子放出が起こる。第２電源２１０により、タングステンフィラメント２０４よりも非常に高い電位へと陰極２０６をバイアスして、放出された電子が陰極２０６に向かって加速されることにより、陰極を加熱するようにしてもよい。陰極２０６が熱せられると、陰極２０６からアークチャンバ２０２へと熱電子が放出される。第３の電源２１２により、陰極２０６に対してチャンバ壁２１４をバイアスして、電子が高いエネルギーでアークチャンバに向かって加速されるようにしてもよい。ソースマグネット（図示せず）は、アークチャンバ２０２内に磁場Ｂを作り出し、エネルギー電子をそこに閉じ込め、アークチャンバ２０２の他方の端に設けられた反射電極２１６が、陰極２０６と同じ又は同様な電位でバイアスされて、エネルギー電子を弾くようにしてもよい。ガス源２１８は、注入種の前駆体（例えば、ＡｓＨ４、ＰＨ４、ＢＦ３、ＧｅＦ４）をアークチャンバ２０２に供給してもよい。エネルギー電子は、注入種の前駆体と相互作用して、プラズマ２０を生成する。次いで、引き出し電極（図示せず）によりプラズマ２０からイオン２２を引き出し開口２２０を通じて抽出して、イオン注入装置１００で使用するイオンを生成する。
【０００６】
従来のイオン注入装置において存在する問題として、相対的に高い注入エネルギー（例えば、数十ｋＶ）で効率的に動作するよう設計されている典型的なイオン注入装置は、低いエネルギー（例えば、数ｋＶ）では効率的に機能しない場合があることが挙げられる。例えば、低いエネルギーのドーパントビームを利用するアプリケーションとして、ＣＭＯＳ（相補型・金属酸化膜半導体）製造において、非常に浅い（ｕｌｔｒａ‐ｓｈａｌｌｏｗ）トランジスタ接合を形成する場合が挙げられる。特に、シリコンウェハに、ｐ型ドーパントである低エネルギーボロンを注入する工程が重要となる。
【０００７】
低いエネルギーの場合に起こる非効率性は、多くの場合、空間電荷制限に起因する。Ｃｈｉｌｄ−Ｌａｎｇｍｕｉｒ則、Ｊ〜（Ｚ／Ａ）１／２Ｖ３／２／ｄ２によれば、ビームを占める空間電荷の電流密度に制限があることが示されている。ここで、ビームの電流密度制限Ｊの大きさは、電荷質量比（Ｚ／Ａ）の平方根、及び抽出電位Ｖの２分の３乗に比例する。したがって、ビームのエネルギー（例えば、抽出電位Ｖ）が低い場合は、高いエネルギーで同種の抽出を行った場合と比較して、イオン電流密度が低くなる。
【０００８】
例えば、低いエネルギービームにおける空間電荷は、ビームラインに沿ってイオンが進むに従い、ビームの断面積（"プロファイル"）を大きくする傾向がある（"ビームブローアップ"）。イオン注入装置の伝送光学系に設計されたプロファイルを超えるビームプロファイルとなってしまった場合、口径食によるビーム損失が生じる。例えば、５００ｅＶの輸送エネルギーでは、従来のイオン注入装置では、一般的に、効率的に商品を製造するために必要とされる適切なボロンのビーム電流を輸送することができなかった。低いイオン注入ドーズ率のために、ウェハ処理量が低く抑えられてしまっていた。
【０００９】
低いエネルギービームの空間電荷制限の問題を解決する１つの方法として、必要とされるドーパントを分子の形で注入することが挙げられる。例えば、本明細書に援用によりその内容が組み込まれる米国特許出願明細書１１／５０４，３５５号及び１１／３４２，１８３号明細書では、分子イオン注入の方法が記載されており、特にＣ２Ｂ１０Ｈ１２（カルボラン）から生成されたＣ２Ｂ１０ＨＸイオンの注入について記載されている。分子イオン注入では、高い抽出エネルギーを利用することが可能となり、低いエネルギーの原子イオン注入で得られるのと等価な注入深さを達成できる。高い分子抽出エネルギーと、等価な原子注入深さとの間の関係は、Ｅｍｏｌｅｃｕｌｅ＝（分子質量／原子質量）×Ｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔと表すことができ、ここでＥｍｏｌｅｃｕｌｅは分子イオンのエネルギー、Ｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔは、原子イオンのみを使用した場合の所望の注入深さを達成するのに必要な注入エネルギーである。例えば、エネルギーＥで原子のＢ＋イオンのイオン電流Ｉを注入するのに替えて、カルボニル分子イオン（Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２＋）を、およそ１３×Ｅのエネルギー及び０．１０×Ｉのイオン電流で注入させてもよい。通常、両者の方法において、得られる注入深さ及びドーパント濃度（ドーズ量）は同等となり、分子注入技術の方が潜在的な利点を有する。例えば、カルボランイオンの輸送エネルギーは、等価のドーズ量のボロンイオンのおよそ１３倍であり、カルボランの電流は、ボロン電流の１０分の１であることから、単原子ボロン注入の場合と比較して、空間電荷力が実質的に低減される。
【００１０】
しかしながら、ＩＨＣイオン源１０２を使用した従来のイオン注入では、大きな分子イオンの生成は相対的に非効率なものとなっている。例えば、Ｂ＋イオンを生成するために、従来のイオン源でＢＦ３ガスが一般的に使用されるのに対して、カルボランイオンＣ２Ｂ１０ＨＸ＋を生成するためには、カルボラン（Ｃ２Ｂ１０Ｈ１４）を使用しなければならない。カルボランは、２０℃で１Ｔｏｒｒという大きな蒸気圧を有し、１００℃で融解し、７５０℃で分解する固体の物質である。効率的にＣ２Ｂ１０ＨＸ＋を生成するためには、カルボランを１００℃未満で気化させなければならず、気化した分子の大部分が分解されてしまうのを防ぐため、局所環境（チャンバ壁及びチャンバ部品）が７５０℃未満であるイオン源において操作しなければならない。しかしながら、ＩＨＣ源の動作温度は、一般的には、チャンバ本体から加熱されたボタン陰極に渡って、８００℃から２３００℃に達する。このような温度は、ＢＦ３の熱解離及びそれに続くＢ＋イオン生成に必要となる温度であり、高い動作温度で容易に解離可能なカルボランイオンの生成に適さない。加えて、このように非常に高温な環境下では、ＩＨＣイオン源の寿命及び性能を縮めてしまう。その結果、ＩＨＣイオン源の性能低下及び短命化は、イオン注入装置の生産性を大幅に下げてしまう。
【００１１】
さらに、イオン源気化器は、通常、カルボランに必要とされる低い温度では、気化器が受けるイオン源からの放射加熱により、安定して動作することができない。例えば、カルボランの蒸気が気化器の加熱された表面と作用して、分解された蒸気から堆積物が発生し、この堆積物により気化器のフィードラインが容易に詰まってしまうということがある。このように、従来のイオン源は、カルボランイオン注入には適さなかった。
【００１２】
上述のように、現在のイオン源技術に関連して、解決すべき問題が存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
マルチモードイオン源を提供する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のある例示的態様においては、例えば、第１モードがアーク放電モードであり、第２モードがＲＦモードであるという複数モードで動作するイオン源を含むイオン注入装置を提供する。
【００１５】
この例示的態様の他の側面によれば、装置は、複数のモードを切り替えるスイッチをさらに含んでもよい。この例示的態様の他の側面によれば、装置は、ＲＦモードにおいてイオン源を動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路をさらに含んでもよい。
【００１６】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成してもよい。
【００１７】
この例示的態様の他の側面によれば、装置は、陰極、反射電極及びさらなる電極面積を提供するための第１付加電極をさらに含んでもよい。
【００１８】
この例示的態様のさらなる側面によれば、装置は、陰極、反射電極、さらなる電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極をさらに含んでもよい。
【００１９】
本発明の別の例示的態様においては、例えば、第１の動作モードがアーク放電モードであり、第２の動作モードがＲＦモードであるといった複数の動作モードをサポートするチャンバを含むマルチモードイオン源を提供する。
【００２０】
この例示的態様の他の側面によれば、マルチモードイオン源は、複数のモードを切り替えるスイッチをさらに含んでもよい。
【００２１】
この例示的態様の他の側面によれば、マルチモードイオン源は、ＲＦモードにおいてイオン源を動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路をさらに含んでもよい。
【００２２】
この例示的態様の他の側面によれば、マルチモードイオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成してもよい。
【００２３】
この例示的態様の他の側面によれば、マルチモードイオン源は、陰極、反射電極及びさらなる電極面積を提供するための第１付加電極をさらに含んでもよい。
【００２４】
この例示的態様のさらなる側面によれば、マルチモードイオン源は、陰極、反射電極、さらなる電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極をさらに含んでもよい。
【００２５】
本発明の別の例示的態様においては、アーク放電モードに基づくイオン源の第１動作モードを提供する段階と、ＲＦモードに基づくイオン源の第２動作モードを提供する段階と、第１動作モードと第２動作モードとを少なくとも１つのスイッチを使用して切り替える段階とを備える複数モードにおけるイオン注入方法を提供する。
【００２６】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、複数のモードを切り替えるスイッチを含んでもよい。
【００２７】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、ＲＦモードにおいてイオン源を動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路をさらに含んでもよい。
【００２８】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成してもよい。
【００２９】
この例示的態様の他の側面によれば、イオン源は、陰極、反射電極及びさらなる電極面積を提供するための第１付加電極をさらに含んでもよい。
【００３０】
この例示的態様のさらなる側面によれば、マルチモードイオン源は、陰極、反射電極、さらなる電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極をさらに含んでもよい。
【００３１】
添付の図面に示される例示的実施形態を参照して、本発明の開示をより詳細に記載する。本開示が、例示的実施形態を参照して以下に記載されるが、本開示はこれらに限定されない。また、本明細書の教示に基づいて、追加の実装形態、改良及び実施形態、若しくは他の分野での利用が考え得ることは当業者にとって明らかである。また、これらについても、本明細書に記載される本発明の開示の範囲に含まれ、有効であることは明らかである。
【００３２】
本開示のより詳細な理解を助けるために、添付の図面を参照するが、図面において同様な要素には、同一の参照を付している。これら添付の図面は、例示することのみを目的としており、本開示を限定することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のイオン注入システムを示した図である。
【図２】従来のイオン源を示した図である。
【図３】本開示の実施形態に係るマルチモードイオン源を示した図である。
【図４Ａ】本開示の別の実施形態に係るマルチモードイオン源を示した図である。
【図４Ｂ】本開示の別の実施形態に係るマルチモードイオン源を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本開示の実施形態は、従来のイオン源の技術と比較してより大きな分子イオン注入、改善されたイオン源性能及び寿命を提供可能なマルチモードイオン源を提供することにより、上述の技術を改良したものである。また、本開示の実施形態では、様々な例示的なイオン源構成を提供する。
【００３５】
図３は、本開示の実施形態に係るマルチモードイオン源３００を示している。例えば、ある実施形態では、マルチマルチモードイオン源３００は、複数の動作モードを有していてもよい。複数の動作モードには、少なくとも、アーク放電モード（例えば、誘導加熱陰極（ＩＨＣ）モード）及び非アーク放電モード（例えば、高周波数（ＲＦ）モード）が含まれていてもよい。間接モードの動作及び高周波数モード等他の様々な動作モードが含まれていてもよい。図２に示したイオン源２００と同様、図３のマルチモードイオン源３００は、導電チャンバ壁２１４を有するチャンバ２０２を含んでもよい。アークチャンバ２０２の一方の端には、タングステンフィラメント２０４を有する陰極２０６が設けられている。タングステンフィラメント２０４は、大電流を供給可能な第１電源２０８と連結されている。大電流により、タングステンフィラメント２０４が熱せられ、熱電子放出が起こる。第２電源２１０により、タングステンフィラメント２０４よりも非常に高い電位へと陰極２０６をバイアスして、放出された電子が陰極２０６に向かって加速され、陰極を加熱するようにしてもよい。陰極２０６が熱せられると、陰極２０６からアークチャンバ２０２へと熱電子が放出される。第３の電源２１２により、陰極２０６に対してチャンバ壁２１４をバイアスして、電子が高いエネルギーでアークチャンバに向かって加速されるようにしもよい。ソースマグネット（図示せず）は、アークチャンバ２０２内に磁場Ｂを作り出し、エネルギー電子をそこに閉じ込め、また、アークチャンバ２０２の他方の端に設けられた反射電極２１６が、陰極２０６と同じ電位又は同様な電位でバイアスされて、エネルギー電子を弾くようにしてもよい。ガス源２１８は、注入種の前駆体（例えば、ＡｓＨ４、ＰＨ４、ＢＦ３、カルボラン（Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２））をアークチャンバ２０２に供給してもよい。エネルギー電子は、注入種の前駆体と相互作用して、プラズマ２０を生成する。次いで、引き出し電極（図示せず）によりプラズマ２０からイオン２２を引き出し開口２２０を通じて抽出して、イオン注入装置１００で使用するイオンを生成する。
【００３６】
しかしながら、図２に示される例とは異なり、イオン源３００は、もう１つの電源３２２及び整合回路３２４を含む。ある実施形態では、このもう１つの付加電源３２２は、イオン源回路内に設置された高周波数（ＲＦ）電源であってもよい。例えば、ＲＦ電源３２２は、ＩＨＣアークチャンバの電源２１２と並列に設けられていてもよい。また、ＲＦ電源３２２は、ＩＨＣ電源と同じ電源ラック（図示せず）に設けられていてもよい。整合回路３２４は、ＲＦ電源３２２と連結されたＲＦ整合回路であってもよい。ある実施形態では、ＲＦ整合回路３２４は、マルチモードイオン源３００の反射電極２１６（又はフランジ）に相対的に近い位置に配置されてもよい。ＲＦ電源３２２及び整合回路３２４は、さらにＩＨＣ電源２０８、２１０及び２１２と連結されて、スイッチ３２６により、２つのイオン源モードの間で"押しボタン"方式の変換が可能となるようにしてもよい。
【００３７】
ＩＨＣモードのオペレーションでは、例えば、スイッチ３２６が閉じられて、電源２０８、２１０及び２１２を有効状態としてもよい。このようにすることで、マルチモードイオン源３００は、ＩＨＣフィラメント２０４、バイアス（電線／回路）、並びに電源２０８、２１０及び２１２を使用したアークモードイオン源として機能し、典型的なイオン注入を提供することができる。ＩＨＣ電源２０８、２１０及び２１２からのＤＣ電流は、整合回路２３４の高域同調コンデンサによって効率的にブロックされることから、整合回路２３４を、ＩＨＣ電源２０８、２１０及び２１２並びに回路に接続したままでよいことは明らかである。
【００３８】
ＲＦモードの動作では、例えば、マルチモードイオン源３００は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源として動作してもよい。この例では、電源２０８、２１０及び２１２は、マルチモードイオン源３００から切り離される。ある実施形態では、切り離された電源２０８、２１０及び２１２は、エネルギー中継を通じて離れた場所で実現されていてもよい。別の実施形態では、このような切り離しは、１つ以上の局所スイッチ３２６によって実現される。あるいは、他のブロッキング技術を採用してもよい。ＩＨＣ部品が効率的にブロックされ（又は、切り離され）、スイッチ３２６が"開放"状態となると、もう１つの電源３２２が、陰極２０６及び反射電極２１６の双方に接続され、マルチモードイオン源３００は、高度分子イオン注入のＣＣＰ源として機能する。
【００３９】
プラズマパラメータは、ガス源２１８におけるガス流、印加される磁場（図示せず）、印加されるＲＦ電力及び周波数、並びにその他の要素を変更することにより調整可能であることは明らかである。また、パッシェン最小値は、アークチャンバ２０２内が高圧であるときに生じ、その他の場所では、望ましくない"空電"プラズマの生成はマルチモードイオン源３００においてほとんど起こらない。
【００４０】
ＲＦモードで動作するマルチモードイオン源３００から発生するプラズマ密度の範囲は、１ｅ１０から１ｅ１１ｃｍ−３である。例えば、〜１ｅ１１ｃｍ−３といった高い密度では、対応するイオン束は、１２０ａｍｕで０．７５ｍＡ／ｃｍ２となる。Ｃ２Ｂ１０Ｈｘ＋のイオン部分が５０％であると仮定すると、５５ｍｍ×５ｍｍの引き出し開口２２０から１ｍＡのＣ２Ｂ１０Ｈｘ＋イオン電流が発生すると考えられる。
【００４１】
ＲＦ ＣＣＰモードで動作するマルチモードイオン源３００の特定の性質として、プラズマ密度が、印加周波数の２乗に比例する、すなわちｎ〜ω２であることが挙げられる。したがって、高い周波数で動作するほど、大きなイオン束が得られることになる。実装状態では、およそ４０ＭＨｚ以上で動作するＲＦ電源３２２で、およそ１ｅ１１ｃｍ−３の高いプラズマ密度を達成可能であると考えられる。また、ソースマグネット（図示せず）を使用することにより、より高いプラズマ密度を達成可能であると考えられる。本開示の少なくとも１つの実施形態において、潜在的には、マルチモードイオン源３００は、様々な種及び堆積物を減らした最小限の量のソースを使用して、およそ１ｍＡの分子ビーム電流を生成可能である。
【００４２】
図３に示したマルチモードイオン源３００の構成に以外にも、様々な構成が考えられる。例えば、さらなるＲＦ電極を設けてもよい。
【００４３】
図４Ａは、本開示の別の実施形態に係るマルチモードイオン源４００Ａを示した図である。この例において、マルチモードイオン源４００Ａは、第１の付加電極４０２を含んでもよい。陰極２０６及び反射電極２１６と同様、第１の付加電極４０２は、付加電源３２２（例えば、ＲＦ電源）と連結されていてもよい。
【００４４】
図４Ｂは、本開示の別の実施形態に係るマルチモードイオン源４００Ｂを示した図である。この例において、マルチモードイオン源４００Ｂは、第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４を含んでもよい。陰極２０６及び反射電極２１６と同様、第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４は、付加電源３２２（例えば、ＲＦ電源）と連結されていてもよい。
【００４５】
第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４はそれぞれ、既存の電極（陰極２０６及び反射電極２１６）と同様なものであってもよい。しかしながら、ある実施形態では、第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４は、より大きな面積を有していてもよい。その他、様々な幾何的な形状及びサイズを有していてもよい。
【００４６】
マルチモードイオン源４００Ａ、４００Ｂがこれらの付加電極（例えば、第１の付加電極４０２及び／又は第２の付加電極４０４）を有することにより、ＲＦモードで動作する場合に、より広い電極面積がプラズマに暴露することとなる。このように電極面積を大きくすることにより、ソースの体積に対してより大きな印加電力密度を提供でき、また大きな分子ビーム電流を提供可能となる。加えて、引き出し開口２２０の長さ全体に渡って、より均一なプラズマが形成されることとなる。
【００４７】
図４Ｂで示したように、４つのＲＦ電極（例えば、陰極２０６、反射電極２１６、第１の付加電極４０２及び第２の付加電極４０４）の閉じ込め効果により、マルチモードイオン源４００Ｂが、中空陰極放電モードで動作可能となる。
【００４８】
第１の付加電極４０２及び／又は第２の付加電極４０４のような容量結合された電極が、負の自己ＤＣバイアスを得てもよい。この負のバイアスにより、プラズマ電子が、放電体積中に閉じ込められ、実質的にイオン化率及びプラズマ密度を高めることができる。
【００４９】
図４Ａ及び図４Ｂのマルチモードイオン源がＲＦモード又は他の高周波数モードで動作しない場合は、第１の付加電極４０２及び／又は第２の付加電極４０４を接地してもよいことは明らかである。
【００５０】
また、本開示の実施形態は、誘導加熱陰極（ＩＨＣ）モード及び高周波数（ＲＦ）モードで動作するマルチモードイオン源を中心に説明されたが、他の様々な動作モードについても提供可能であることは明らかである。動作モードとしては、他のアーク放電、及び非アーク放電動作モードが含まれ、例えば、中空陰極放電モード、マイクロ波プラズマモード、コールドプラズマ陰極モード等が挙げられる。
【００５１】
カルボランを使用した例を説明したが、本開示の実施形態は、他の注入種についても適用可能である。例えば、ジボラン、ペンタボラン、デカボラン、オクタボラン等のガスを使用して、分子イオンビームを生成してもよい。これに加えて、ヒ素、リン、気化ハロゲン化インジウム、ハロゲン化ゲルマニウム（例えば、ＧｅＦ３）、及びハロゲン化ボロン（例えば、ＢＦ３、ＢＣｌ３）のようなガスを使用して、原子及び／又は分子イオンを生成してもよい。
【００５２】
ここに開示した実施形態は、幾つかの動作モードを提供するだけでなく、これらの様々なモードが、付加的なイオン注入のカスタマイズも提供することは明らかである。例えば、１つのマルチモードイオン源を、特定のシーケンス（例えば、特定の注入レシピ）において様々なモードで動作するよう設定してもよい。様々な分子イオン及び／又は原子イオンの使用に加えて、様々な動作モードを利用することにより、特定のユーザーの注入要求に合わせてカスタマイズされたイオン注入シーケンスを提供可能である。その他、様々な実施形態が提供可能である。
【００５３】
本開示の技術範囲は、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されない。本明細書に記載したものに加えて、本開示に対して、明細書の記載及び添付の図面から様々な実施形態及び改良が可能であることは、当業者にとって明らかである。したがって、他の実施形態及び改良についても、本開示の範囲に含まれる。また、本開示が、特定の目的のための特定の環境における特定の実装形態を参照して記載されたが、本開示の教示するところは、これらに限定されず、様々な目的のための複数の環境において有効に実装可能であることは、当業者にとって明らかである。以下に記す特許請求の範囲は、本明細書に記載した本発明の開示の全容及び精神に基づき、解釈されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のモードがアーク放電モードであり、第２のモードがＲＦモードである複数のモードで動作するイオン源を備えるイオン注入装置。
【請求項２】
前記複数のモードを切り替えるスイッチをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記イオン源を前記ＲＦモードで動作させるためのＲＦ電源と、ＲＦ整合回路とをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記イオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタデカボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極とをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極とをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
第１の動作モードがアーク放電モードであり、第２の動作モードがＲＦモードである複数の動作モードをサポートするチャンバを備えるマルチモードイオン源。
【請求項８】
前記複数の動作モードを切り替えるスイッチをさらに備える請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項９】
前記マルチモードイオン源を前記ＲＦモードで動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路をさらに備える請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項１０】
ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成する請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項１１】
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極とをさらに備える請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項１２】
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極とをさらに備える請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項１３】
複数の動作モードを有するイオン注入方法であって、
アーク放電モードに基づくイオン源の第１動作モードを提供する段階と、
ＲＦモードに基づく前記イオン源の第２動作モードを提供する段階と、
前記第１動作モードと前記第２動作モードとを少なくとも１つのスイッチを使用して切り替える段階と
を備えるイオン注入方法。
【請求項１４】
前記イオン源は、前記複数の動作モードを切り替えるスイッチを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記イオン源は、前記イオン源を前記ＲＦモードで動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路を有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記イオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタデカボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成する請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記イオン源は、
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極とを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記イオン源は、
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極とを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１】
第１のモードがアーク放電モードであり、第２のモードがＲＦモードである複数のモードで動作するイオン源を備えるイオン注入装置。
【請求項２】
前記複数のモードを切り替えるスイッチをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記イオン源を前記ＲＦモードで動作させるためのＲＦ電源と、ＲＦ整合回路とをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記イオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタデカボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極とをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極とをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
第１の動作モードがアーク放電モードであり、第２の動作モードがＲＦモードである複数の動作モードをサポートするチャンバを備えるマルチモードイオン源。
【請求項８】
前記複数の動作モードを切り替えるスイッチをさらに備える請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項９】
前記マルチモードイオン源を前記ＲＦモードで動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路をさらに備える請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項１０】
ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成する請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項１１】
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極とをさらに備える請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項１２】
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極とをさらに備える請求項７に記載のマルチモードイオン源。
【請求項１３】
複数の動作モードを有するイオン注入方法であって、
アーク放電モードに基づくイオン源の第１動作モードを提供する段階と、
ＲＦモードに基づく前記イオン源の第２動作モードを提供する段階と、
前記第１動作モードと前記第２動作モードとを少なくとも１つのスイッチを使用して切り替える段階と
を備えるイオン注入方法。
【請求項１４】
前記イオン源は、前記複数の動作モードを切り替えるスイッチを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記イオン源は、前記イオン源を前記ＲＦモードで動作させるためのＲＦ電源及びＲＦ整合回路を有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記イオン源は、ジボラン、ペンタボラン、カルボラン、オクタデカボラン、デカボラン、ボロン、ヒ素、リン、インジウム、ゲルマニウム及び炭素のうちの少なくとも１つをベースとしてプラズマを生成する請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記イオン源は、
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極とを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記イオン源は、
陰極と、
反射電極と、
より大きな電極面積を提供するための第１付加電極及び第２付加電極とを有する請求項１３に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【公表番号】特表２０１１−５２５０３６（Ｐ２０１１−５２５０３６Ａ）
【公表日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１３６２４（Ｐ２０１１−５１３６２４）
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４６７０１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５２１２７
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５００３２４７５０）バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド (88)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４６７０１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５２１２７
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５００３２４７５０）バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド (88)
【Ｆターム（参考）】
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