KR101124686B1 - 전하효과를 제한하는 이온 주입기 전원공급장치 - Google Patents

전하효과를 제한하는 이온 주입기 전원공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기층 지지판(PPS)과 접지(E) 사이에 있는 전기 생성기(SOU)와 기층 지지판(PPS)과 접지(E) 사이에 있는 바이패스 브랜치 내의 커패시터(CDS)를 포함하는 이온 주입기 전원공급장치에 관한 것이다. 커패시터(CDS)는 5nF 이하의 커패시턴스를 갖는다. 본 발명은 또한 상기 전원공급장치를 포함하는 이온 주입기에 관한 것이다.
전기 생성기, 커패시터, 전원공급장치, 이온 주입기

Description

전하효과를 제한하는 이온 주입기 전원공급장치{ION IMPLANTER POWER SUPPLY WHICH IS INTENDED TO LIMIT THE LOADING EFFECT}
본 발명은 전하효과를 제한하도록 설계된 이온 주입기 전원공급장치에 관한 것이다.
본 발명의 분야는 플라즈마 담금 모드에서 작동하는 이온 주입기이다. 따라서, 기층에 이온을 주입하는 것은, 기층을 향해 플라즈마로부터 이온을 가속시킬 수 있는 전기장을 생성하기 위해, 플라즈마에 기층을 담그는 것과 수십 볼트에서 수십 킬로볼트(보통 100 kV 이하)인 음 전압으로 바이어스 시키는 것을 구성되어 있다.
이온이 침투하는 깊이는 가속 에너지에 의해 결정된다. 우선 기층에 가해지는 전압에 따라 달라지고, 그 다음으로는 이온과 기층의 각 성질에 따라 달라진다. 주입된 원자의 농도는 제곱 센티미터당 이농의 수로 표현되는 1회분의 양(dose)에 따라 달라지고 또한 주입 깊이에 따라 달라진다.
플라즈마 물리학과 관련된 이유로, 전압이 가해지고 나서 몇몇 나노 초(second) 후에 기층 주변에서 외장(sheath)이 생성된다. 기층 쪽으로 이온을 가속하는 것을 초래하는 전위차는 이 외장을 가로질러 발견되는 차이값이다.
시간 함수로서 이 외장의 성장은 아래와 같은 칠드-랑뮈에 법칙(Child-Langmuir law)을 충족시킨다:
Figure 112007004149661-pct00001
여기에서,
jc = 전류밀도
ε0 = 자유공간의 투과도
e = 이온 전하
M = 이온 질량
V0 = 외장을 통한 전위차
s = 외장의 두께
전류밀도가 단위 시간당 외장의 경계를 통과하는 전하와 동일하다는 것을 규정함으로써, ds/dt는 다음과 같은 경계를 나타낸다:
Figure 112007004149661-pct00002
이 표현에서 so는 다음과 같이 주어진다:
Figure 112007004149661-pct00003
uo=(2eVo/M) 이라는 것은 이온 특유의 속도이고 no는 플라즈마의 밀도이다.
외장의 두께는 주로 가해지는 전압과 플라즈마의 밀도와 이온의 질량과 관련된다.
주입 전류를 조절하는 플라즈마의 등가 임피던스는 외장 두께의 제곱에 직접 비례한다.
따라서 외장이 더 커지게 될 때 주입 전류는 매우 빨리 감소한다.
일정 시간이 경과한 후, 다시 초기화할 필요가 있다. 실제로 이것은 외장이 엔클로저(enclosure)의 벽에 도달하여 주입 메커니즘을 정지시킬 때 필수적이라는 것이 알려졌다.
시스템을 다시 초기화하기 위해서, 플라즈마가 계속 불타게 유지하는 동안 거의 모든 주입 제조자가 기층으로부터 높은 전압을 끊는다. 따라서 고 전압 펄스를 생성하는 펄스 생성기를 구비하는 것이 필요하다.
또한, 주입은 가속 에너지가 가능한 한 안정될 것을 요구하고, 그 결과 다음과 같은 내용을 만족시키는 것이 적당하다:
● 1 마이크로 초(㎲) 이하의 상승 및 하강 시간;
● 펄스가 지속되는 동안 안정적인 고 전압;
● 1 암페어(A) 내지 300 암페어(A)의 매우 높은 순간 전류;
● 플라즈마에서 아크를 수용하는 능력.
플라즈마 담금 모드에서 이온 주입은 몇가지 단점을 일으킨다.
첫째, 펄스화된 고 전압 전원공급장치는 매우 비싸고, 대부분 약하고, 주입의 품질에 직접적으로 영향을 가한다.
둘째, 엔클로저 내에 플라즈마가 연속적으로 존재하는 것은 다음과 같은 바람직하지 않은 부차적인 효과를 일으킨다:
● 입자 생성;
● 기층에 전달된 열;
● 엔클로저가 공격을 받아, 처리되는 부품의 금속 오염의 위험을 일으킨다;
● 충전 효과가 생성되고, 이는 마이크로전자 장치에서 곤란할 수 있다.
이러한 부차적인 효과를 줄이기 위해, 공급자 배리언(Varian)은 플라즈마 도핑(PLAD)이라 불리는 펄스화된 플라즈마 프로세스를 제안하였다. 이 프로세스는 표면 및 코팅 기술(Surface and Coatings Technology), 제156번(2002), 엘세비어 사이언스 비.브이.(Elsevier Science B.V.)에 의해 발행된 "플라즈마에 기초한 이온 주입(PBII-2001)에 대한 여섯번째 국제 워크샵의 회보, 그르노블, 프랑스, 2001년 6월 25일-28일"이라는 간행물의 두 논문에 기재되어 있다.
● 에스.비. 펠크(S.B. Felch) 등등, "매우 얕은 접합을 제작하기 위한 플라즈마 도핑", 페이지 229-236
● 디. 레노블(D. Lenoble) 등등, "플라즈마 도핑으로 개선된 트랜지스터의 제작", 페이지 262-266
또한 이 방법은 고 전압 펄스를 갖는 기층을 바이어스하는 것으로 구성되어 있다. 그러나, 기층 및 접하여 위치된 접지전극 사이에서 생성되는 전기장에 의해 플라즈마는 펄스화될 수 있다. 기층 주변의 전기장 라인은 이온이 가속되고 주입될 수 있게 만든다. 이 방법에서, 펄스화된 플라즈마는 앞서 언급한 부차적인 효과의 일부를 피할 수 있게 만들지만, 고 전압 펄스화된 생성기를 사용하는 것과 관련된 제약사항이 여전히 존재한다. 또한, 플라즈마의 성질은 바이어스 전압과 분리될 수 없다. 결과적으로, 장치는 용도가 많지 않다: 좁은 범위의 가속 전압을 제공하고, 플라즈마를 형성하는데 도움이 되지 않는 유형의 것을 주입하는 것이 항상 어렵다.
다른 접근방법을 이용하면, 미국특허 제5 558 718호는 펄스 소스를 갖는 이온을 주입하는 방법과 장치를 개시하고 있다. 이온 주입장치는 고 전압 펄스 생성기를 갖고 있지 않다. 이온 주입장치는 펄스화된 플라즈마 소스와, 타겟을 바이어스 하기 위해 일정한 전압을 전달하는 전류 생성기를 이용한다.
높은 전류를 필요로하는 큰 타겟을 이용할 때, 타겟에 가해지는 전압은 주입 단계에서 가능한 한 안정적인 것이 중요하기 때문에 높은 커패시턴스의 커패시터와 직렬 저항이 제공되는 바이패스 브랜치는 전력 생성기에 병렬로 연결된다.
첫째, 주입에 의해 생성되는 이온의 큰 플럭스는 기층의 절연 영역에 축적되는 양의 전하에 이르게 되고(표면 산화물, 표면에서의 절연 침전물, 사진석판 수지와 같은 침전 중합체,...), 이 현상은 마이크로전자공학 분야에서 매우 중대한 것이다. 기층의 전도 영역과 절연 영역의 전위차가 임계값에 도달하면, 기층을 국부 적으로 파괴하게 되는 전기 아크가 발생된다.
강한 전기장이 없는 위치에 기층이 위치될 때, 종래의 소위 "고-전류" 주입기에서 전하의 축적과 관련된 문제점이 해결되었다. 이러한 상황에서, 주입된 이온 플럭스에 의해 유발된 양의 전하를 중성화시키기 위해 전자총을 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은 음의 고전압을 가지고 기층이 바이어스되는 경우에는 적용될 수 없다. 또한, 전자총은 금속 오염을 초래할 수도 있다.
본 발명의 첫 번째 목적은 펄스 플라즈마 모드에서 작동하는 주입기 내에서 전하효과를 제한하는 것이다.
이러한 첫 번째 목적에 대한 응답으로, 이온 주입기 전원공급장치는 기층-캐리어 트레이와 접지 사이에 배치된 전기 생성기를 포함하고, 또한 기층-캐리어 트레이와 접지 사이에 연결된 병렬 브랜치 내에 커패시터를 포함한다; 또한, 커패시터는 5 나노 패럿(nF) 이하의 커패시턴스를 제공한다.
전원공급장치는 따라서 전하효과를 제한하기 위한 식으로 제작된다. 커패시터(CDS)는 낮은 값의 커패시턴스를 제공하고, 따라서 방전하는 동안 터미널을 가로지르는 전압은 점차 0이 되는 경향이 있다.
둘째로, 전원 생성기는 매우 큰 에너지를 소모한다. 이온화되는 타겟의 체적에 적응될 수 있도록 설계되어야 하고, 병렬 브랜치의 시정수는 플라즈마 소스에 의해 전달되는 펄스의 지속시간보다 커야 한다.
본 발명의 두 번째 목적은 따라서 이러한 상황을 개선하는 것이다.
이러한 두 번째 목적에 대한 응답으로, 병렬 브랜치는 커패시터만 포함한다.
상기 언급한 제약사항으로 존재하는 저항은 생략된다.
첫 번째 실시예에서, 생성기는 전압 생성기이고, 전압 생성기는 직렬로 연결된 부하 임피던스를 포함한다.
이 부하 임피던스는 바람직하게 200 킬로옴(kΩ) 내지 2000 kΩ 의 저항이다.
바람직하게, 생성기에 의해 전달되는 전압은 -100 V 내지 -10,000 V이다.
전원 공급기의 두 번째 실시예에서, 생성기는 전류 생성기이다.
바람직하게, 생성기에 의해 전달되는 전압은 -100V 내지 -100,000 V이다.
본 발명은 바람직하게 앞서 언급한 전원 공급기와 펄스 플라즈마 소스를 포함하는 이온 주입기에 적용되고, 상기 주입기는 펄스 플라즈마 소스에 의해 방출되는 플라즈마 펄스의 지속시간이 20 ㎲ 내지 5000 ㎲이 되는 것을 보장하는 수단을 포함한다.
전원 공급기의 생성기가 전류 생성기인 경우, 플라즈마 펄스가 지속되는 동안 생성기를 제안하는 수단을 주입기가 포함하는 것이 바람직하다.
채택되는 생성기의 유형이 어떠하든, 부가적인 특성에 의해, 플라즈마의 전기적 임피던스(Zp)는 30 kΩ 내지 300 kΩ이고, 작용 압력은 5x10-3 밀리바(mbar) 이하이다.
또한, 커패시터의 커패시턴스(C)와, 펄스 플라즈마 소스에 의해 생성되는 플서의 지속시간(tp)과, 플라즈마의 임피던스와, 역 전압(Vinv)과, 생성기에 의해 전달되는 전원공급 전압(Vps)은 아래의 식에 의해 관련된다:
C/tp < -1/(Zp.ln(Vinv/Vps)
바람직하게, 기층-캐리어 트레이는 축에 대해 회전될 수 있다.
또한, 기층-캐리어 트레이와 펄스 플라즈마 소스는 이들의 축 사이에서 조절될 수 있는 오프셋을 제공한다.
본 발명은 예로서 주어진 실시예에 대한 아래의 설명과 첨부된 도면을 참고하여 아래에 보다 상세히 설명된다.
도 1은 주입기의 수직 단면도.
도 2는 기층-캐리어 트레이용 전원공급장치의 제1변형예를 나타내는 도면.
도 3은 트레이용 전원공급장치의 제2변형예를 나타내는 도면.
하나 이상의 도면에 제공되는 구성요소는 동일한 도면부호가 주어진다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이온 주입기는 진공 엔클로서(ENV)의 내외부에 배열된 다수의 구성요소를 포함하고 있다. 마이크로 전자 장치에 대해서, 철, 크롬, 니켈, 코발트와 같은 금속요소에 의한 오염을 제한하는 것이 바람직하다면 알루미늄 합금으로 제조된 엔클로저를 사용하는 것이 권장된다. 또한 실리콘이나 실리콘 카바이드로 코팅하는 것을 사용할 수도 있다.
수직축(AXT)에 대해 회전할 수 있는 수평면 디스크 형태의 기층-캐리어 트레이(PPS)는 이온이 주입되도록 되어 있는 기층을 수용한다.
엔클로저(ENV)의 바닥부를 통해 제공되는 고 전압 전기 부싱(PET)은 전기적으로 전원공급장치(ALT)를 트레이 수직축(AXT)에 접속시키고, 따라서 기층-캐리어 트레이(PPS)에 접속시킨다.
일반적으로, 기층-캐리어 전원공급장치(ALT)는 직류 전압 생성기(SOU)를 포함하고, 이 직류 전압 생성기의 양극 터미널(positive terminal)은 접지(ground)에 연결된다. 바이패스 브랜치는 상기 직류 전압 생성기와 평행하게 연결되고, 상기 브랜치는 저항(RES)과 직렬로 연결된 커패시터(CDS)로 구성된다.
펌프 수단(PP, PS)은 또한 엔클로저(ENV)의 바닥부에 연결된다. 주요 펌프(PP)는 밸브(VAk)를 갖는 파이프에 의해 엔클로저(ENV)에 연결된 입구와 배기 파이프(EXG)에 의해 대기에 연결된 출구를 갖고 있다. 제2의 펌프(PS)는 밸브(VAi)가 제공되는 파이프를 통해 엔클로저(ENV)에 연결된 입구와 밸브(VAj)가 제공된 파이프를 통해 주요 펌프(PP)의 입구에 연결된 출구를 갖고 있다. 이러한 파이프는 표시되지 않았다.
엔클로저(ENV)의 상부는 수직축(AXP)에 대해 원통형인 소스 바디(CS)를 수용한다. 소스 바디는 석영으로 만들어져 있다. 소스 바디는 감금 코일(BOCi, BOCj)에 의해 우선 외부에서 둘러싸이고, 그 다음으로 외부 주파수(RF) 안테나(ANT)에 의해 둘러싸인다. 안테나는 회전 박스(BAC)를 통해 펄스 RF 소스(ALP)에 전기적으로 연결된다. 플라즈마 형성 가스 입구(ING)는 소스 바디(CS)의 수직축(AXP)에 대해 동축을 이룬다. 이 수직축(AXP)은 주입용 기층(SUB)이 위치되는 기층-캐리어 트레이(PPS)의 표면을 횡단한다.
다음과 같은 형태의 펄스 플라즈마 소스를 사용할 수 있다: 방전(discharge); 유도성 결합 플라즈마(ICP); 헬리콘; 마이크로파; 아크. 이러한 소스는 고 전압의 트레이(PPS)와 접지 전위의 엔클로저(ENV) 사이에서 생성된 전기장이 소스의 펄스 작동을 방해할 수 있는 방전 플라즈마를 점화하지 않게 하기에 충분히 낮은 압력 수준에서 작동하여야 한다.
선택된 소스는 플라즈마 전위를 0에 가깝게 할 수 있어야 한다. 이온 가속 에너지는 플라즈마 전위와 기층 전위의 차이값이다. 가속 에너지는 기층에 가해지는 전압에 의해서만 제어된다. 이 점이 마이크로 전자 장치에 적용되는 500 전자 볼트(eV) 이하로 가속 에너지가 매우 낮아야 할 필요가 있을 때 주요한 사항이 된다.
금속 오염의 수준이 낮아야하는 경우에, 즉 마이크로 전자공학 및 의학 분야에 적용되는 처리 아이템과 같은 경우에, 이 소스는 플라즈마와 접촉시 오염을 일으키는 금속 요소를 제공해서는 안된다. 설명된 실시예에서, 석영 튜브로 구성된 RF 소스는 앞서 기술한 외부 RF 안테나 및 자석 감금 코일(BOCi, BOCj)과 결합된다.
플라즈마-생성하는 것이라면 어떤 것이든 주입될 수 있다. 이것은 N2, O2, He, Ar, BF3, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, C2H4와 같은 기체 전구체와 TiCl4, H2O와 같은 액체 전구체 또는 고체 전구체로부터 실시될 수 있다. 고체 전구체에 있어서, 열 증발 시스템(인(phosphorus)) 또는 중공 음극 아크 시스템을 사용하는 것이 바람직하다.
주입기를 사용하여 주입하는 방법은 아래와 같은 네 단계 또는 다섯 단계를 주기적으로 반복하는 것을 포함하여 구성된다:
● 방전 전압이 이루어질 때까지 전압 생성기(SOU)에 의해 커패시터(CDS)를 충전하는 단계(플라즈마 소스(ALPL)가 소멸되는 동안);
● 기층의 전압이 방전 전압에 도달할 때 개시되는 플라즈마를 점화하는 단계: 플라즈마의 임피던스가 더 이상 무한하지 않기 때문에, 커패시터(CDS)는 방전됨;
● 주입이 수행되고 외장이 연장되는 커패시터(CDS)를 방전시키는 단계;
● 전 단계가 원하는 시간만큼 지속되는 동안 플라즈마를 소멸시키는 단계: 플라즈마의 임피던스가 다시 무한하고 충전 단계가 반복된다;
● 아무것도 일어나지 않고 따라서 반복 기간이 조절될 수 있게 하는 선택적인 대기 단계
플라즈마 펄스의 기간 동안 지속되는 방전 단계가 진행되는 동안, 이온화된 기체 구름으로 구성된 플라즈마 연장 영역(ZEP)은 소스 바디(CS)와 기층-캐리어 트 레이(PPS) 사이에서 형성된다. 입자가 기층(SUB)에 침투할 수 있게 하는 에너지를 가지고 주입되도록 입자가 기층(SUB)과 충돌한다.
본 발명에서, 기층-캐리어 전원공급장치(ALT)는 충전 효과를 제한하는 방식으로 만들어진다. 이를 위해, 커패시터 방전 단계가 진행되는 동안 기층의 전위가 점차적으로 0에 가까운 값으로 돌아가게 하기 위해 커패시터(CDS)는 작은 값의 커패시턴스를 제공한다.
펄스 플라즈마를 사용하는 것이 충전 효과를 제한하는 역할을 할지라도, 문제는 계속 남아 있고, 특히 (큰 커패시턴스의 커패시터를 사용할 때와 같이) 프로세스가 진행되는 동안 기층의 전위가 음의 값인 경우에 더욱 그러하다.
작은 커패시턴스의 커패시터와 충분한 길이를 갖는 플라즈마 펄스를 사용할 때, 다음과 같은 현상이 발생한다:
● 펄스의 초기 단계에서, 커패시터는 충전되고, 기층의 전위는 커패시터가 충전되는 전압으로 설정되고, 이온은 앞서 기술한 메커니즘에 의해 기층을 향해 가속된다;
● 커패시터의 터미널을 가로지르는 전압은 플라즈마 내로 방전되므로 떨어진다;
● 역 전위로 불리는 특정 전위 이상에서, 절연 영역에 축적된 양의 전하는 우세하게 되고 플라즈마의 전자를 끌어당기는 전기장을 생성한다; 이것은 양의 전하를 중성화시키고 아크의 위험을 제거한다.
중성화는 작용 압력이 낮을 때 특히 효과적이다. 전자의 평균적인 자유 경로 의 길이가 큰 경우에는, 전하효과를 중성화시키기 위해 표면에 도달하는 전자 플럭스는 상당히 크다.
이러한 메커니즘을 확립하는데 필요한 조건은 다음과 같다:
● 커패시터(CDS)의 커패시턴스는 충분히 작다;
● 플라즈마 펄스의 지속시간은 표면에 쌓이는 전하가 아크를 일으키기 전에 역 전위에 도달할 정도로 충분히 크다;
● 충돌의 위험 없이 그리고 엔클로저 내에 있는 이온과 기체 분자와의 재결합할 위험 없이 플라즈마 소스에 의해 생성되는 전자의 평균 자유 경로가 전자를 기층에 도달하게 하기에 작용 압력은 충분히 작다.
예로서, 다음과 같은 매개변수가 채택될 수 있다:
● 커패시터(CDS)는 300 피코 패럿(pF) 내지 5 nF인 커패시턴스(C)를 갖는다;
● 플라즈마 펄스의 지속시간(tp)은 20 ㎲ 내지 5000 ㎲이고, 바람직하게는 20 ㎲ 내지 500 ㎲이다;
● 주입기에서 생성되는 이온 플럭스의 역 전압(Vinv)은 -20V 내지 -200V이다(이 역 전압은 기층의 절연 영역에 저장된 양 전하의 양에 따라 달라진다);
● 펄스에서 생성된 플라즈마의 전기 임피던스(Zp)는 30 kΩ 내지 300 kΩ이다(이 임피던스는 플라즈마 소스의 조절에 따라 달라진다);
● 생성기에 의해 전달되는 전압(Vps)은 -100 V 내지 -10,000 V이고, 바람직 하게는 -100 V 내지 -5000 V이다;
● 주입기 내의 작용 압력은 5x10-3mbar이고, 바람직하게는 2x10-3 mbar이다;
● 플라즈마 펄스 반복 주파수는 1 Hz 내지 500 Hz이다.
역 전압(Vinv)의 값은 아크를 저지하기 위해 커패시터(CDS)가 방전되는 동안 도달되는 전위값에 대응한다.
플라즈마의 등가 임피던스의 값(Zp)은 플라즈마의 밀도에 따라 달라지며, 이 밀도는 압력에 따라 달라진다.
플라즈마 펄스가 지속되는 동안 커패시터(CDS)를 재충전하는 전류는 무시할 수 있다고 생각된다. 즉, 전압 생성기(SOU)와 직렬로 연결된 부하 저항(Z)은 매우 높은 저항을 제공한다.
플라즈마 펄스가 지속되는 동안, 바이어스 전압(Vpla)은 이온/전자 플럭스를 뒤집기 위한 전압(Vinv) 보다 더 큰 값으로 돌아갈 필요가 있다:
Vpla > Vinv
이 경우 조건은 다음과 같다:
Vpla = Vps e- tp / zp ?c
플라즈마 펄스의 최소 지속시간(tp)과 커패시턴스(C)의 최대값 사이의 관계는 다음과 같이 주어진다:
C/tp < -1/(Zp?ln(Vinv/Vps)
여기에서 ln은 자연로그를 의미한다.
다라서 긴 지속시간(tp)의 플라즈마 펄스 및/또는 작은 커패시턴스(C)의 커패시터를 찾는 것이 적당하다.
다음의 값을 가지면:
● 이온 플럭스 역 전압(Vinv) = - 60 V;
● 전압 생성기(SOU)에 의해 전달되는 전압 = - 1000 V;
● 플라즈마의 전기 임피던스(Zp) = 100 kΩ;
● 플라즈마 펄스 지속시간(tp) = 100 ㎲;
커패시턴스(C)는 350 pF를 초과하지 않아야 한다.
본 발명은 또한 기층-캐리어 전원공급장치(ALT)의 성능을 더 개선하려고 한다.
도 2를 참고하면, 제1실시예에서, 기층-캐리어 전원공급장치가 직류 전압 생성기(SOU)의 음의 터미널에 연결된 제1터미널을 갖는 부하 임피던스(Z)를 포함하는 트레이 전원공급장치(ALTi)의 형태이다. 부하 임피던스의 제2터미널은 기층-캐리어 트레이(PPS)에 연결되고 커패시터(CDS)의 제1터미널에 연결되며, 커패시터의 제2터미널은 접지에 연결되어 있다.
대개 부하 임피던스(Z)는 커패시터(CDS)를 충전시키기 시작할 때 전류를 제한하는 기능을 하는 저항이다. 또한, 이러한 저항이 플라즈마의 등가 임피던스 보 다 더 큰 경우에는, 또한 커패시터를 방전하는 것이 필요할 때 플라즈마 펄스가 지속되는 동안 커패시터의 재충전을 제한하는 기능을 한다.
100 kΩ에 해당하는 일반적인 플라즈마 임피던스에 대해, 부하 저항은 바람직하게 200 kΩ 내지 2000 kΩ이다. 커패시터(CDS)의 커패시턴스는 플라즈마 펄스의 끝에서 거의 완전히 방전되도록 되어 있다.
이 실시예에서 보통 사용되는 매개변수는 다음과 같다:
● 108 세제곱 센티미터 당 이온(이온/cm3) 내지 1010 이온/cm3 인 플라즈마 밀도;
● 15 ㎲ 내지 500 ㎲인 플라즈마 펄스 지속시간;
● 펄스 반복의 주파수는 1 Hz 내지3 kHz이다;
● 작용 압력은 2x10-4 mbar 내지 5x10-3 mbar이다;
● 사용된 기체: N2, BF3, O2, H2, PH3, AsH3, 또는 Ar;
● 300 kΩ 이상의 저항으로 구성된 부하 저항(Z);
● 500 pF의 커패시턴스(C);
● -100 V 내지 -10,000 V인 바이어스 전압.
도 3을 참고로, 제2실시예에서, 기층-캐리어 전원공급장치는 접지에 연결된 제1터미널을 갖는 직류 생성기, 즉 전류 생성기(SCC)를 포함하는 트레이 전원공급장치(ALTj)의 형태이다. 커패시터(CDS)의 제1터미널은 기층-캐리어 트레이(PPS)에 연결되고 전류 생성기(SCC)의 제2터미널에 연결되고, 제2터미널은 접지에 연결되어 있다.
전류 생성기(SCC)는 플라즈마 펄스가 지속되는 동안 억제되는 것이 바람직하다. 즉 커패시터(CDS)는 펄스가 지속되는 동안 생성기에 의해 전원을 공급받지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전류 생성기(SCC)의 제2터미널을 플라즈마 펄스가 없는 경우에는 (앞서 기술한 것처럼) 커패시터(CDS)의 제1터미널에 또는 플라즈마 펄스가 지속되는 경우에는 저항(도시 안됨)의 제1터미널에 연결시키는 스위치(도시 안됨)를 제공할 수 있고, 저항의 제2터미널은 접지에 연결되어 있다. 바람직하게, 대부분의 초퍼(접촉 단속기) 생성기에 제공되는 억제 모드를 이용할 수 있다.
전류 생성기(SCC)가 억제될 때, 플라즈마 펄스의 최소 지속시간(tp)과 최대 커패시턴스(C) 사이의 관계는 계속 다음의 관계식을 적용한다:
C/tp < -1/(Zp?ln(Vinv/Vps))
이 실시예에서 일반적으로 사용되는 매개변수는 다음과 같다:
● 108 이온/cm3 내지 1010 이온/cm3 인 플라즈마 밀도;
● 15 ㎲ 내지 500 ㎲인 플라즈마 펄스 지속시간;
● 펄스 반복의 주파수는 1 Hz 내지3 kHz이다;
● 작용 압력은 2x10-4 mbar 내지 5x10-3 mbar이다;
● 사용된 기체: BF3, PH3, AsH3, N2, O2, H2, 또는 Ar;
● 500 pF의 커패시턴스(C);
● -100 V 내지 -10 kV인 바이어스 전압.
이 주입기(IMP)를 사용하는 주입 방법은 부하 임피던스(Z)가 없다는 점은 별도로 하고 앞의 방법과 유사하다.
이 실시예에서, 전류 생성기 또는 커패시터 충전기가 직접 사용되고, 커패시터의 터미널을 가로질러 요구되는 전압이 도달되면 충전은 중단된다. 이러한 제2실시예의 이점은 전력 소모 요소가 되며 또한 장치에 대한 결점의 원인이 되는 부하 임피던스(Z)를 제거하는 점에 있다.
따라서, 본 발명은 병렬로 연결된 브랜치와 결합된 생성기에 관한 것이다. 본 발명은 이러한 병렬 브랜치를 단일 커패시터로 제한하는 것으로 구성된다.
요청시, 기층(SUB)이 기층-캐리어 트레이(PPS)에 위치된 후에 주요 펌프(PP)와 제2의 펌프(PS)는 엔클로저(ENV) 내의 요구되는 진공을 달성한다.
펄스 플라즈마 소스는 일반적으로 13.56 메가헤르츠(MHz) ± 10%의 무선 주파수로 전원이 공급된다.
평균 주입 전류는 플라즈마의 밀도와 바이어스 전압과 주파수 및 플라즈마 펄스의 지속시간에 따라 달라진다. 정지된 순간적인 상태에서, 전류는 펄스 반복 기간을 조절함으로써 설정될 수 있다. 50 keV로 주입하기 위해, 전류가 설정될 수 있는 범위는 1 μA 내지 100 mA가 될 수 있다. 500 eV로 주입하기 위해서는, 이 범위가 1 μA 내지 100 mA가 되어야 한다.
기층 전압에 대한 최소값은 우선 플라즈마 점화 시간에 상응하는 방전 시간에 따라 달라지며, 다음으로는 커패시터의 커패시턴스에 따라 달라진다.
최대 기층 전압은 커패시터에서의 충전에 따라 달라진다.
도 1에 도시된 주입기의 또 다른 성질은 기층의 크기가 클 때 균일하게 주입하는 기능을 한다는 것이다.
앞서 언급된 것처럼, 기층(SUB)은 수직축(AXT)에 대해 회전할 수 있는 디스크 형태인 기층-캐리어 트레이(PPS)에 있다. 회전이 있건 없건, 기층(SUB) 위에서 플라즈마 소스(ALP)의 축(AXP)이 트레이(PPS)의 축(AXT)에 가까이 있으면, 플라즈마 확산은 이 축을 따라서 최대가 될 것이며, 축에 대해 구배(gradient)를 갖는 분포를 제공할 것이다. 기층(SUB)에 주입되는 1회분의 양(dose)은 균일하지 않은 분포를 제공할 것이다.
두 축(AXT, AXP) 사이에 오프셋이 있는 경우에는, 기층-캐리어 트레이(PPS)를 회전시킴으로써 기층(SUB)이 플라즈마 소스의 축(AXP)에 대해 움직일 수 있게 된다. 기층(SUB)에 주입되는 1회분의 양은 균일성이 상당히 개선된 분포를 제공할 것이다.
이 시스템의 효과는 200 mm 의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼에 대해서 입증되었고, 여기서 그 결과로서 비균일성은 500 eV에서 그리고 1015 이온/cm2에서 BF3를 주입할 때 2.5% 이하인 것을 알 수 있었다.
앞서 기술한 본 발명의 실시예는 구체적인 성질을 위해 선택된 것이다. 그러나, 본 발명에 의해 커버되는 모든 실시예를 완전히 열거하는 것은 불가능하다. 특히, 앞서 설명된 수단은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 등가의 수단으로 대체될 수 있다.

Claims (14)

  1. 기층-캐리어 트레이(PPS)와 접지(E) 사이에 위치된 전기 생성기를 포함하고, 상기 기층-캐리어 트레이(PPS)와 접지(E) 사이에 연결된 병렬 브랜치 내에 커패시터(CDS)를 더 포함하는, 이온 주입기용 전원공급장치(ALT, ALTi, ALTj)에 있어서,
    상기 커패시터(CDS)는 5 nF 이하의 커패시턴스를 갖는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 병렬 브랜치는 커패시터(CDS) 만을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기 생성기는 전압 생성기(SOU)이고, 전압 생성기와 직렬로 연결된 부하 임피던스(Z)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부하 임피던스(Z)는 200 kΩ 내지 2000 kΩ의 저항을 제공하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전압 생성기(SOU)에 의해 전달되는 상기 전압은 -100 V 내지-10,000 V인 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기 생성기는 전류 생성기(SCC)인 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전류 생성기(SCC)에 의해 전달되는 전압은 -100 V 내지 -100,000 V 인 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전원공급장치와 펄스 플라즈마 소스(ALP)를 포함하는 이온 주입기에 있어서,
    상기 펄스 플라즈마 소스(ALP)에 의해 방출되는 플라즈마 펄스의 지속시간이 20 ㎲ 내지 5000 ㎲이 되도록 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
  9. 제6항의 전원공급장치와 펄스 플라즈마 소스(ALP)를 포함하는 이온 주입기에 있어서,
    상기 펄스 플라즈마 소스(ALP)에 의해 방출되는 플라즈마 펄스의 지속시간이 20 ㎲ 내지 5000 ㎲이 되도록 하는 수단을 포함하고, 상기 플라즈마 펄스가 지속되는 동안 상기 전류 생성기(SCC)를 억제하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
  10. 제8항에 있어서,
    플라즈마의 전기 임피던스는 30 kΩ 내지 300 kΩ인 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
  11. 제8항에 있어서,
    작용 압력이 5x10-3 mbar 이하인 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 커패시터(CDS)의 커패시턴스(C)와, 상기 펄스 플라즈마 소스(ALP)에 의해 생성되는 펄스의 지속시간(tp)과, 역 전압(Vinv)과, 상기 전기 생성기에 의해 전달되는 전압(Vps)은 공식:
    C/tp < -1/(Zp.ln(Vinv/Vps))
    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 기층-캐리어 트레이(PPS)는 축(AXT)에 대해 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기층-캐리어 트레이(PPS)와 상기 펄스 플라즈마 소스(ALP)는 상기 기층-캐리어 트레이의 축과 상기 펄스 플라즈마 소스의 축 사이에 조절가능한 오프셋을 제공하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
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