KR100428619B1 - 기판내에저선량의이온을주입하는방법및장치 - Google Patents

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KR100428619B1 KR10-1998-0027779A KR19980027779A KR100428619B1 KR 100428619 B1 KR100428619 B1 KR 100428619B1 KR 19980027779 A KR19980027779 A KR 19980027779A KR 100428619 B1 KR100428619 B1 KR 100428619B1
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Abstract

본 발명은, 기판(S)에 노블(noble) 희석 가스 및 특정의 도펀트 가스를 이온화하여 주입하기 위한 이온원(12)을 사용하는 이온 주입 시스템을 제공한다. 본 발명의 노블 희석 가스는, 도펀트 가스, 또는 이온원(12)의 이온실(24)의 벽을 피막하는 도펀트 잔류물과 반응하지 않음으로써, 이온원이 정확하고, 안정된 저 선량(low dose)의 이온 주입에 사용되도록 한다. 또한, 노블 희석 가스는, 도전율 변경 이온 또는 불순물을 기판(S) 내에 도입하지 않는다. 결과적으로, 기판에 주입되는 도펀트 이온의 선량은, 특히, 저 선량의 적용에서 정확하게 제어될 수 있다.

Description

기판 내에 저 선량의 이온을 주입하는 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM OF IMPLANTING LOW DOSES OF IONS INTO A SUBSTRATE}
본 발명은, 이온을 발생시키는 이온원 및, 이온을 기판에 주입하는 이온 주입 시스템에 관한 것으로써, 특히, 저 선량(doses)의 이온을 기판에 주입하는 것을 용이하게 하는 이온 주입 시스템에 관한 것이다.
이온 주입법은, 반도체 웨이퍼 또는 박막을 글라스(glass) 기판 상에 증착하는 것과 같이, 도전성-변경 도펀트(불순물)를, 제어 또한 신속한 방법으로 도입하기 위한, 상업적으로 인정된 표준 기술이 되었다. 종래의 이온 주입 시스템은, 원하는 불순물 원소를 이온화하는 이온원을 포함하고, 이 불순물 원소를 가속화시켜, 규정 에너지의 이온 빔을 형성한다. 이 빔은 기판의 표면으로 지향된다. 통상적으로, 이온 빔의 활성 이온은, 기판의 대부분에 침투하여, 재료의 결정 격자(格子) 내에 매입(埋入)되어 원하는 도전성의 영역을 형성한다. 이러한 이온 주입 공정은, 통상적으로, 가공물(workpiece) 취급 조립체, 가공물 치지 조립체 및 이온원을 내장(內藏)하는 고 진공의 기밀(氣密) 처리실에서 행해진다. 이러한 고 진공의 환경에 의해, 가스 분자와의 충돌에 의한 이온 빔의 분산이 방지되고, 또한 공기로 전달되는 미립자에 의한 기판의 오염 위험이 최소화된다.
이온원에서, 포스핀(phosphine) 또는 붕소 등의 도펀트 가스 및, 통상적으로 질소 또는 수소인 희석(稀釋) 가스는 활성화된 음극에 의해 이온화되어 플라즈마를 형성한다. 이 플라즈마는, 이온원을 통해 적절한 전극에 의해 가속화되어, 이온 빔을 형성하고, 이 이온 빔은 이온 주입 시스템의 주입실 내에 도입된다. 이온 빔 내에 존재하는 이온은 기판 상에 충돌하여 기판 내에 주입된다.
종래의 이온원 및 이온 주입 시스템의 결점은, 도펀트 가스가 통상적으로 이온원의 이온실 벽을 잔류물로 피막하는 것이다. 이온원의 플라즈마실에 희석 가스가 도입될 때, 잔류물의 피막과 반응하여, 불순물을 형성하고, 이 불순물은 희석 가스내의 도펀트 가스의 유효 농도를 증가시킨다. 플라즈마내로의 이러한 제어되지 않은 도펀트의 배출(release)에 의해, 저 선량의 이온 주입을 제어하는 것이 방해를 받는다. 주입실로의 불순물의 도입을 방지하는 하나의 방법은, 이온원을 매번 사용한 후에, 이온원의 벽으로부터 잔류물을 세정하는 것이다. 그러나, 이 방법은,이온원의 작업 시간의 상당한 손실을 초래하여, 이온 주입 시스템에서의 처리량을 감소시키므로, 비실용적이다.
도펀트 잔류물과 희석 가스의 반응에 의해 생성된 불순물은, 통상적으로 고 선량의 적용 시에는 허용될 수 있지만, 저 선량의 이온을 기판에 주입하는 이온원에 대한 요구가 계속해서 증가되어 왔다. 이와 같은 응용에서는, 빔 전류 및 이온의 구성물에 대한 엄격한 제어가 필요하다. 이온 빔의 불순물의 존재에 의해, 기판에 주입되는 이온의 선량을 제어하는 것이 어렵게 된다.
그러므로, 이온원 및 이온 주입 시스템의 기술에서, 저 선량의 이온을 기판에 용이하게 주입하는 필요성이 존재한다. 특히, 일반적으로 "이온원의 히스토리(source history)"로서 공지된 종래 사용의 타입과 관계없이, 또한 잔류물을 제거하기 위해 빈번한 세정을 할 필요없이 이용될 수 있는 이온원은 본 기술 분야에서 상당한 개량의 여지가 있다.
이하, 본 발명은 특정의 바람직한 실시예와 관련하여 설명된다. 그러나, 당업자에 의해 다양한 변경 및 변형이 본 발명의 개념 및 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것은 명백하다. 예를 들어, 본 발명의 바람직한 실시예를 이용하는 각종 시스템의 구성 요소를 사용하는 각종 시스템이 비반응성 희석 가스를 사용하는 데에 이용될 수 있다.
본 발명은 기판에 노블 희석 가스 및 특정의 도펀트 가스를 이온화하여 주입하기 위한 이온원을 사용하는 이온 주입 시스템을 제공한다. 본 발명의 노블 희석가스는, 도펀트 가스, 또는 이온원의 이온실의 벽을 피막하는 도펀트 잔류물과 반응하지 않음으로써, 이온원이 정확하고, 안정된 저 선량의 이온 주입에 사용되도록 한다. 게다가, 노블 희석 가스는, 도전율 변경 이온 또는 불순물을 기판(S)내에 도입하지 않는다. 결과적으로, 기판에 주입되는 도펀트 이온의 선량은, 특히, 저 선량의 적용에서 정확하게 제어될 수 있다.
본 발명은, 도펀트 가스 및, 도펀트 가스와 혼합되는 노블 희석 가스를 이온원의 이온실 내에 도입하여, 도펀트 가스 및 노블 희석 가스를 이온화함으로써, 이온원내의 선택된 가스 혼합물을 이온화하는 상술한 목적 및 기타의 목적을 달성한다. 이온화된 가스는 활성화된 도펀트 및 희석 이온을 형성한다. 그 후, 이온이 기판내에 주입될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 노블(noble) 희석 가스를 사용하는 이온 주입 시스템의 개략적인 블록도.
도 2는 도 1의 이온 주입 시스템에서 희석 가스로서의 헬륨을 이용하여 달성되는 결과의 표시도.
도 3은 횡 좌표의 포스핀(phosphine) 백분율 및 종 좌표의 도펀트 전류를 도시한 도 2의 결과의 도표.
본 발명의 한 양상에 의하면, 노블 희석 이온 및 도펀트 이온은 기판내에 주입된다. 다른 양상에 의하면, 노블 희석 가스는 헬륨이고, 이온원은 이온원의 히스토리에 관계없이 동작된다.
다른 양상에 의하면, 비교적 저 선량의 이온이 기판 내에 주입된다. 여기에 사용된 용어 "저 선량"은, 약 1×1011cm-2와 약 1×1016cm-2간의 범위 내의 도펀트 이온 농도를 갖는 이온 빔을 형성하는 것을 의미한다.
또 다른 양상에 의하면, 이온원은, 기판을 수용하는 크기의 이온 주입실을 가진 이온 주입 하우징에 결합되고, 기판은, 이온원으로부터 이온을 방출하여, 이온을 기판 상에 충돌시킴으로써 이온 주입된다.
본 발명의 기타의 일반적이고 더욱 상세한 목적은 후속하는 도면 및 설명으로부터 명백해진다.
이하, 본 발명을 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.
이온 주입 시스템(10)은, 특정의 도펀트 가스 및, 노블 가스, 특히 헬륨 등의 희석 가스를 이온화하는 이온원(12)을 사용한다. 본 발명의 희석가스는, 바람직하게는, 도펀트 가스, 또는 이온원의 이온실의 벽을 피막하는 도펀트 잔류물과 반응하지 않아, 이온원이, 정확하고, 안정된 저 선량의 이온 주입에 사용되도록 한다. 이것은 중요한 특징인데, 그 이유는 고 선량의 이온 주입에서나 저 선량의 이온 주입에서, 이전에 사용되었던 이온원이 통상적으로 저 선량의 이온 주입 적용에서 사용하기 전에 세정되기 때문이다. 본 발명은, 희석 가스로서 노블 가스를 사용하므로, 저 선량의 이온 주입 환경에서 사용하기 전에 이온원을 세정할 필요가 없게 된다.
도 1은, 이온원(12) 및, 이 이온원과 연통하여 통상적으로 이온 주입실(14A) 내에 기판(S)을 장착하는 이온 주입 하우징(14)을 포함하는 이온 주입 시스템(10)을 블록도 형태로 도시한 것이다. 도시된 이온원(12)은, 일반적으로, 선택된 이온을 기판에 주입하기 위해, 기판(S)상에 충돌하는 이온 빔을 방출한다. 일반적인 이온 주입 시스템은, 본 기술 분야에 공지되어 있고, 특히, 오하이오주, 클리브랜드 소재의 이튼 코포레이션으로부터 상업적으로 이용 가능하다. 도시된 이온원은, 선택된 이온을 기판에 주입하는데 사용하기에 적절한 종래의 이온원일 수 있다. 이러한 타입의 이온원은, 오하이오주, 클리브랜드 소재의 이튼 코포레이션의 것이 특징이 있어 이용 가능하다.
도시된 이온원(12)은 표준 구성 요소를 포함할 수 있고, 특히 이온실(24)을 형성하는 표준 하우징(18)을 포함한다. 이온원(12)은, 전기 리드(21) 등의 적절한 전기 접속을 통해 전원(22)에 연결되는 음극 등의 에너자이징(energizing) 전극(20)을 더 포함한다. 이온실(24)은, 유체 도관(30 및 32A-32B) 등의 적절한 유체 네트워크를 통해 도펀트 가스 저장실(26) 및 희석 가스 저장실에 연결된다. 이온원, 전극, 전원 및 유체 네트워크의 상술한 구조는, 본 기술 분야에서 공지되어 있어, 상업적으로 이용 가능하며, 이들의 접속 및 동작은 당업자에게는 명백해진다. 예컨대, 에너자이징 전극(20)은 작동 시에 전원(22)에 의해 활성화된다. 붕소 또는 인(燐) 등의 선택된 도펀트 가스는 도펀트 가스 저장실(26) 내에 수용된다. 이 가스는, 유체 도관(32A 및 30)을 통하여 이온실(24)에 도입되어, 플라즈마를 형성하기 위해 여기(勵起)된 에너자이징 전극에 의해 이온화된다. 이온실에 도입되는 노블 희석 가스 및 도펀트 가스의 양을 조절하기 위해 유체 조절기가 구성될 수 있다.
유사한 방법으로, 희석 가스는, 도펀트 가스를 도입하기 전이나 동시에, 또는 도입한 후, 유체 도관(32B 및 30)에 의해 이온실에 도입된다. 에너자이징 전극(20)은 또한 희석 가스를 이온화하고, 이것은 플라즈마의 부분을 형성한다. 특히, 희석 가스 및 도펀트 가스는 이온실(24)내에서 혼합되고, 에너자이징 전극(20)에 의해 이온화되어, 도펀트 이온 및 희석 가스 이온을 형성한다. 플라즈마 내에존재하는 이들 이온은, 이온원 하우징(18)을 통하여 가속화되고, 이온원의 출력단(出力端)에서 방출되어, 규정된 에너지, 예컨대, 전류 밀도의 이온 빔을 형성한다.
이온원(12)에 의해 발생된 이온 빔은, 이온 주입실(14A)을 형성하는 종래의 이온 주입 하우징(28) 내에 도입된다. 이온 주입되는 적절한 기판(S)은, 예컨대, (도시되지 않은) 공지된 기판 취급(handling) 조립체 등에 의해 이온 주입실(14A)내와, 화살표(30)로 도시되는, 이온원(12)으로부터 발생하는 이온 빔의 경로 내에 배치된다. 이온 빔(30)의 부분을 형성하는 에너지(energetic) 이온은, 기판(S)에 충돌하여, 기판의 체적 내에 침투함으로써, 도전율 변경 도펀트 이온 및 희석 가스 이온을 기판 내에 도입한다.
희석 가스는, 이온원(12)에 의해 이온화되면, 도펀트 가스와 혼합되어 플라즈마를 형성한다. 플라즈마의 이온화된 희석 가스 부분은, 이온원 내의 적절한 압력을 유지하는데 도움을 주어, 계속 이온 주입을 위해 이온 빔을 안정시킨다. 따라서, 이온원에 의해 발생된 플라즈마의 희석 가스 부분은, 이온원(12)내의 선택된 압력을 유지함으로써, 각종 빔 전류가 발생되도록 한다. 당업자는, 도펀트 가스 및 희석 가스가 이온실 내에서 혼합되거나, 또는 이온원에 도입하기 전에 혼합될 수 있다는 것을 알 것이다.
종래의 이온 주입 시스템의 결점은, 수소 등의 종래의 희석 가스가, 이온원 내부에서 일어나는 이온화 처리 중에, 인 등의 도펀트 가스와 반응할 뿐만 아니라, 이온원의 사용 중에 생성되고, 이온실(24)의 벽(18A)을 피막하는 어떠한 잔류물과도 반응한다는 것이다. 이온원의 벽을 피막하는 잔류물 뿐만 아니라, 수소와 인(통상적으로 이온 주입에 사용되는 가스) 간의 반응에 의해 형성되는 어떠한 반응 종(species)도, 기판(S)내에 계속 주입되는 불순물을 생성한다. 고 선량의 이온 주입의 경우에, 기판에 도입되는 불순물은 일반적으로 허용 범위 내에 있다. 그러나, 저 선량의 이온 주입의 경우에는, 정확도가 극히 중요하여, 어떠한 불순물의 발생은 기판(S)에 주입되는 이온의 특정 선량에 큰 영향을 준다. 또한, 빔 내의 불순물의 존재는, 기판에 주입되는 도펀트 이온의 선량을 정확하게 제어하는 데에 중대한 장애가 된다.
저 선량의 이온 주입 처리 동안에 이온 선량의 정확도를 확보하는 종래 기술 중 하나는, 이온원을 분해하여, 이온원의 이온실 벽을 피막할 수 있는 어떠한 잔류물을 세정하는, 즉, 소스 히스토리를 제거하는 것이다. 이 기술은, 벽 잔류물을 제거함으로써, 희석 가스와 잔류물 간의 반응에 의해 생성되는 모든 불순물의 발생을 제거하지만, 도펀트 가스와 희석 가스 간의 반응에 의해 생성된 불순물을 처리하지는 않는다. 그러므로, 이들 불순물은, 이온 빔의 부분을 형성하여, 기판에 주입되는 불순물의 양을 제어하기가 어렵게 된다. 이러한 제어는, 불순물이 고 선량의 이온 주입에 대한 전체 빔 전류의 백분율을 매우 크게 하므로, 저 선량의 이온 주입 동안에 특히 악화된다.
또한, 이온원을 분해하여 세정하는 것은, 상당한 시간이 걸리고, 이온원이 이온 주입 시스템의 오프-라인(off-line)을 초래하게 되어, 시스템의 전체 처리량에 직접적으로 영향을 미친다. 이것은 일반적으로 바람직하지 않는데, 그 이유는 고 선량 및 저 선량의 이온 주입 처리 모두에 사용될 수 있는 유연한 이온 주입 시스템이 유리하기 때문이다.
도시된 이온 주입 시스템(10)은, 저 선량의 도펀트 이온을 기판(S)에 주입하는 데에 특히 적합하다. 도시된 희석 가스 저장실(28)은, 수소 등의 종래의 희석 가스보다는 오히려 헬륨 등의 불활성 가스를 유체 도관(32B 및 30)에 의해 이온 주입실 내에 도입한다. 노블 희석 가스는 도펀트 가스에 대하여 불활성이므로, 도펀트 가스, 또는 이온원(12)의 이온실의 벽을 피막할 수 있는 잔류물과 실질적으로 반응하지 않는다. 게다가, 노블 희석 가스 및 도펀트 가스를 이온화하여, 이온원으로부터 방출하는 이온 빔은, 도전율 변경 이온 또는 불순물을 기판(S) 내에 도입하지 않는다. 결과적으로, 기판에 주입되는 도펀트 이온의 선량은, 특히 저 선량의 적용 시에 정확하게 제어될 수 있다. 다른 이점은, 시스템의 운용자가 기판에 주입되는 헬륨 이온의 양에 관계할 필요가 없다는 것인데, 그 이유는 이들 이온이 기판의 전기적 특성을 변경시키지 않기 때문이다.
따라서, 본 발명의 도시된 이온 주입 시스템(10)은, 종래의 이온 주입 시스템의 상술한 결점을 처리하는 데 있다. 중요하게도, 헬륨 등의 노블 희석 가스를 사용함으로써, 안정되고, 매우 정확한 저 선량의 이온 주입을 할 수 있는 이온 주입 시스템이 제공된다. 이 시스템은, 붕소 또는 인 등의 도펀트 가스와 반응하지 않고, 또한 이온원의 이온실 벽(18A)을 피막하는 잔류물과도 반응하지 않는 노블 희석 가스를 사용함으로써, 상술한 이점을 용이하게 한다. 또한, 노블 희석 가스는 도펀트 가스에 대하여 불활성이므로, 노블 희석 가스로부터 발생된 이온을 주입함으로써, 기판의 도전율이 변경되지 않아, 기판에 적용되는 특정 선량에 영향을 주는 불순물이 생성되지 않는다.
도 2는 노블 희석 가스를 사용하는 이온 주입 시스템(10)의 동작을 설명하는 표를 도시한 것이다. 이 표는, 전원(22)이 에너자이징 전극(20)에 순 순방향(純 順方向; net forward) RF 전력(w)을 공급하는 것을 나타낸다. 샘플치(sample run) 1 내지 9 동안에, 이온실 내로의 헬듐 및 포스핀(PH3)의 흐름(flow)은 변화되고, 분 당 표준 입방 센티미터(sccm; standard cubic centimeters per minute)로 설정되어 있다. 이 표에 기재된 헬륨 및 포스핀의 흐름은 질소 단위(nitrogen unit)로 측정되어 있다. 이온원(12)으로부터 방출하는 이온 빔(30)내에 발생한 포스핀의 농도도 또한 기재되어 있으며, 이온실(24)에 도입되는 포스핀의 양에 비례하여 변화한다. 도펀트 율은, 인 이온 등의 도펀트 이온으로 구성되는 이온 빔(30)의 백분율이다. 80keV로 측정된 이온 빔 전류 밀도는, 전원(22)에 의해 에너자이징 전극(20)에 공급되는 순 순방향 RF 전력에 따라 직접 변화한다. 도펀트 전류는, 도펀트 율과 빔 전류의 곱이고, 또한 표 내에 기재되어 있다.
샘플치 1에 도시된 바와 같이, 도펀트 가스 저장실은, 이온실 내에 어떠한 도펀트도 도입하지 않았고, 노블 희석 가스 저장실은 72.3 SCCM의 헬륨 흐름을 가지고 있다. 그 결과로 생긴 PH3농도 및 도펀트 율은 0％이다. 이 결과는, 이온실(24)내에는 헬륨만이 존재하여, 어떠한 반응 종도 발생하지 않아, 이온실(24)의 벽(18A)을 피막하는 어떠한 잔류물과도 상호-반응하지 않았기 때문에, 중요하다. 결과적으로, 이온원(12)은 기판에 주입될 수도 있는 어떠한 양의 불순물도 생성시키지 않았다. 샘플치 1을 또한 참조하면, 빔 전류 밀도는 센티미터 당 252 마이크로암페어이고, 결과로서 생긴 도펀트 전류는 센티미터당 0 마이크로암페어이다.
도 2의 샘플치 3을 참조하면, 순 순방향 RF 전력은 1248.4 와트이고, 헬륨 흐름은 71.5 SCCM이며, 포스핀 흐름은 0.7 SCCM이다. 도펀트 및 노블 희석 가스의 흐름은, 이온실(24)내에서의 PH3농도를 0.98％로 되게 하였다. 이에 따라, 이온원에 의해 발생된 이온 빔 내의 포스핀 이온의 백분율을 나타내는 도펀트 율은 1.6％이었다. 전원에 의해 공급되는 전력이 적기 때문에, 빔 전류는 약간 낮지만, 도펀트 이온만으로 구성되는 경우의 빔 전류를 나타내는 도펀트 전류는 200 마이크로암페어(이 경우에 총 이온 빔 전류는 실제로 12.5 밀리암페어이지만)이다. 이 샘플치는, 이온원(12)의 이온실(24) 내에 도입되는 도펀트 가스가 상당하는 양의 도펀트 이온을 생성하는 것을 나타낸다. 이들 이온은, 도펀트 전류에만 기여하는데, 그 이유는, 부가적인 불순물이 도펀트 가스와 노블 희석 가스 간의 반응, 또는 노블 희석 가스와 이온실 잔류물 간의 반응의 어떠한 것에 의해 발생되지 않기 때문이다.
잔여 샘플치 4 내지 9는, 헬륨의 양을 감소시키고, 포스핀의 양은 증가시켜서, 이온실(24) 내에 도입한 것이다. 결과적으로 생긴 PH3농도는, 거의 대응하는 부분만큼 증가한다. 이들 샘플치는, 또한 부가적인 불순물이 도펀트 가스와 노블 희석 가스 간의 반응, 또는 노블 희석 가스와 이온실 잔류물 간의 반응의 어떠한 것에 의해 발생되지 않는다는 것을 나타낸다.
노블 희석 가스(헬륨)가 수소로 치환되면, 특히 이온원이 이온실(24)의 벽(18A)을 피막하는 잔류물을 갖는 경우에, 결과로서 생긴 PH3농도는 도 2에 기재된 농도와 현저히 상이하게 나타난다. 특히, 결과로서 생긴 PH3농도는, 표에 기재된 농도 보다 상당히 큰데, 그 이유는, 수소가 이온실(24) 내에 존재하는 가스 상태의 도펀트 뿐만 아니라 이온실 잔류물과도 반응하기 때문이다. 이들 반응은, 이온원(12)에 의해 발생되는 이온 빔의 부분을 형성하는 불순물을 생성한다. 상술한 바와 같이, 이들 불순물은 저 선량의 이온을 기판에 이온 주입하는 것을 방해한다.
도 3은, 도 2의 표에 기재된 도펀트 전류, 및 결과로 생긴 PH3농도의 그래프도로서, 여기서 백분율로 나타낸 PH3희석제가 횡축을 따라 표시되고, 도펀트 전류는 종축을 따라 표시된다. 관련 데이터는 직교 좌표계로 도시되어 있다. 그래프로 명백히 도시한 바와 같이, 이온 빔 내에 존재하는 도펀트 이온의 농도는, 특히, 순 RF 전력이 비교적 좁은 전력 범위 내에 한정되어 있을 때, 도펀트 가스의 농도에 따라 증가한다.
따라서, 본 발명은 상술한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 상술한 목적을 효율적으로 달성하는 것을 알 수 있다. 상기의 구성에서 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 특정의 변경이 이루어질 수도 있기 때문에, 상기 설명에 포함되거나 또는 첨부 도면에 도시된 모든 내용은 설명을 위한 것이며, 제한하려는 것은 아닌 것으로 해석되어야 한다.
또한, 후속하는 청구범위는, 여기에 기재된 본 발명의 모든 일반적이고 특정한 특징, 및 언어의 문제로 인하여 일반적인 특징과 특정한 특징의 중간에 있다고 할 수 있는, 본 발명의 범위의 모든 언급 사항을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
본 발명의 이온 주입 시스템은 노블 희석 가스 및 특정의 도펀트 가스를 이온화하고 또한 기판에 주입하는 이온원을 사용함으로써, 노블 희석 가스가 도펀트 가스, 또는 도펀트 잔류물과 반응하지 않으므로, 기판에 주입되는 도펀트 이온의 선량이, 특히 저 선량의 적용에서 안정되고 정확하게 제어될 수 있는 이온 주입 시스템이 제공된다.

Claims (21)

  1. 이온원 내에서 선택된 가스의 혼합물을 이온화하는 방법에 있어서,
    이온원(12)의 이온실(24) 내에, 도펀트 가스 및, 상기 도펀트 가스와 혼합되고, 상기 선택된 가스에 대해 불활성인 노블 희석 가스를 도입하는 단계 및,
    상기 도펀트 가스 및 상기 노블 희석 가스를 이온화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 혼합물의 이온화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노블 희석 가스를 도입하는 단계가 헬륨을 상기 이온실(24) 내에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 혼합물의 이온화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온실(24)로부터 도펀트 및 희석 가스 이온을 인출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 혼합물의 이온화 방법.
  4. 기판 내에 이온을 주입하는 방법에 있어서,
    도펀트 가스 및, 상기 도펀트 가스에 대해 불활성인 노블 희석 가스를 이온원(12)의 이온실(24) 내에 도입하는 단계,
    이온실(24) 내에서 상기 도펀트 가스를 상기 노블 희석 가스와 혼합하는 단계,
    이온실(24) 내에 배치된 상기 도펀트 가스 및 상기 노블 희석 가스를 이온화하여 도펀트 가스 이온 및 희석 가스 이온을 형성하는 단계 및,
    이온을 기판(S)에 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 노블 희석 가스를 도입하는 단계는 헬륨을 이온실(24) 내에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 주입 단계는 저 소량의 도펀트 가스 이온을 기판(S)에 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 주입 단계 전에, 주입 하우징(14)의 주입실(14A) 내에 기판을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    이온원의 히스토리에 관계없이 이온원을 동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 이온원(12)은 상기 도펀트 가스 이온 및 상기 노블 희석 가스 이온을 포함하는 빔 전류를 발생시키고, 상기 주입 단계가 1×1011cm-2및 약 1×1016cm-2사이의 범위에서 도펀트 가스 이온을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
  10. 기판에 저 선량의 이온을 주입하는 방법에 있어서,
    도펀트 가스 및, 상기 도펀트 가스에 대해 불활성인 노블 희석 가스를 이온원(12)의 이온실(24) 내에 도입하여 혼합하는 단계,
    상기 도펀트 가스 및 상기 노블 희석 가스를 이온화하여, 각각으로부터 이온을 발생시키기 단계 및,
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노블 희석 가스를 도입하는 단계는 헬륨을 이온실(24) 내에 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저 선량의 이온 주입 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 주입 단계는 이온원(12)으로부터 이온을 방출하고, 이온을 기판(S)에 충돌시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 전 선량의 이온 주입 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 주입 단계 전에, 주입 하우징(14)의 주입실(14A) 내에 기판(S)을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저 선량의 이온 주입 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    이온원의 히스토리에 관계없이 이온원(12)을 동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저 선량의 이온 주입 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 이온원은 상기 도펀트 가스 이온 및 상기 노블 희석 가스 이온을 포함하는 빔 전류를 발생시키고, 상기 주입 단계가 1×1011cm-2및 약 1×1016cm-2사이의 범위에서 도펀트 가스 이온을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저 선량의 이온 주입 방법.
  16. 저 선량의 이온을 기판에 주입하는 이온 주입 장치에 있어서,
    이온실(24)를 가진 이온원(12),
    상기 이온원(12)에 결합되고, 기판(S)을 수용하는 크기로 된 주입실(14A)을 가진 주입 하우징(14),
    노블 희석 가스 및 도펀트 가스를 포함하는 하나 이상의 유체 저장실(26,28),
    상기 도펀트 가스 및, 상기 도펀트 가스와 혼합하는 상기 노블 희석 가스를 상기 이온실(24) 내에 도입하는 가스 도입 수단(30,32A,32B),
    에너자이징 이온을 형성하기 위해, 상기 도펀트 가스 및 상기 희석 가스가 상기 이온실(24) 내에 배치될 시에 이온화하는 수단(20),
    기판이 상기 주입실(14A) 내에서 이온의 경로 내에 배치될 시에, 상기 기판 내에 에너자이징 도펀트 가스 이온 및 희석 가스 이온의 저 선량을 주입하는 수단 및,
    이온 주입 동안에 상기 도펀트 가스 이온과 다른 도전율 변경 불순물을 기판에 도입하지 않고, 상기 저 선량의 이온 주입을 달성하도록 상기 노블 희석 가스와 함께 상기 도펀트 가스 이온의 선량을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 노블 희석 가스는 헬륨으로 구성된 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 가스 도입 수단은 상기 이온원(12) 및, 가스를 운송하기 위한 유체 저장실(26 또는 28)에 연결되어 있는 유체 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 이온화 수단(20)은 상기 이온원(12) 및, 전력을 전극에 공급하는 전원(22)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 주입 수단은 저 선량의 도펀트 이온을 기판(S)에 주입하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 노블 희석 가스는 도펀트 가스와 반응하지 않음으로써, 비교적 저 선량의 이온이 기판(S) 내에 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
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