KR101747473B1 - 이온 주입 시스템 및 방법 - Google Patents

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샤라드 엔 예다브
잉 탕
베리 루이스 챔버스
로버트 카임
조셉 디 스위니
올레그 바일
펭 조우
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

이온 주입 시스템 및 방법은, 예를 들어, B2F4 또는 BF3에 대한 다른 대안물과 같은 붕소 소스 재료들을 사용하여 아크 챔버 열 발생에 의한 도펀트 가스의 가열 및 분해를 방지하기 위해 도펀트 가스 공급 라인에서 도펀트 가스의 냉각을 제공한다. 이온 주입 시스템의 효율적인 동작을 달성하기 위해 다양한 아크 챔버 열 관리 장치 뿐만 아니라 플라즈마 특성, 특정 흐름 장치, 세정 공정, 전력 관리, 평형 시프팅, 추출 광학의 최적화, 흐름 통로에서의 퇴적물의 검출, 및 소스 수명 최적화의 변경물이 설명된다.

Description

이온 주입 시스템 및 방법{ION IMPLANTATION SYSTEM AND METHOD}
관련된 출원에 대한 교차-참고( cross - reference )
"붕소 이온 주입 장치 및 방법{BORON ION IMPLANTATION APPARATUS AND METHOD}"에 대해 Robert Kaim 등의 이름으로 2009년 10월 27일 출원된 미국 가특허 출원 제 61/255,097 호; "이온 주입 가스 반송 시스템을 위한 액티브 냉각(ACTIVE COOLING FOR ION IMPLANT GAS DELIVERY SYSTEM)"에 대해 Edward Jones 등의 이름으로 2010년 6월 25일 출원된 미국 가특허 출원 제 61/358,514 호; 및 "이온 주입 가스 반송 시스템을 위한 액티브 냉각(ACTIVE COOLING FOR ION IMPLANT GAS DELIVERY SYSTEM)"에 대해 Edward Jones 등의 이름으로 2010년 5월 27일 출원된 미국 가특허출원 제 61/349,202 호의 우선권의 이익이 35 USC 119(e) 하에서 이에 의해 주장된다. 상기 미국 가특허 출원 제 61/255,097 호, 제 61/358,514 호 및 제 61/349,202 호 모두의 개시 내용은 그들 각각의 전체가 참조로 여기에 포함된다.
본 개시 내용은 이온 주입 시스템들 및 공정들, 및 성능에서 예상치 못한 이점들을 제공하는 이러한 시스템들의 열 관리뿐만 아니라 사불화이붕소(B2F4)를 사용하는 이온 주입 공정들 및 시스템들, 및 일반적으로, 예를 들어, 집적 회로와 같은 마이크로전자 디바이스들 및 반도체 제품들의 제조에서 사용되는 바와 같은 붕소 이온 주입 장치 및 방법에 관한 것이다.
이온 주입은 제어된 양의 도펀트 불순물들을 반도체 웨이퍼들로 정확하게 도입하기 위해 집적 회로 제조에서 사용되고, 마이크로전자/반도체 제조에서 매우 중요한 공정이다.
이러한 이온 주입 시스템들에서, 이온 소스가 도펀트 소스 가스의 원하는 도펀트 원소를 이온화한다. 이온 소스는 도펀트 소스 가스("공급원료 가스"로서 일반적으로 칭함)로 채워진 진공 챔버에 전자들을 도입함으로써 이온을 발생시킨다. 주입 종을 발생시키기 위해 사용된 공급원료 가스들은, BF3, B10H14, B12H22, PH3, AsH3, PF5, AsF5, H2Se, N2, Ar, GeF4, SiF4, 02, H2, 및 GeH4을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 가스에서 도펀트 원자들 및 분자들과 전자들의 충돌들은 양 및 음 도펀트 이온로 이루어진 이온화된 플라즈마의 생성을 발생시킨다.
결과적인 이온이 원하는 에너지의 이온 빔의 형태로 소스로부터 추출된다. 추출은 추출된 빔의 통과를 위한 개구를 포함하는 적절한 형상의 추출 전극들 양단에 고전압을 인가함으로써 달성된다. 추출된 빔은 개구를 통해 시준된 이온 빔으로서 이온 소스 외부로 통과하고, 이것은 기판을 향해 가속된다.
이온 빔은 도펀트 원소를 기판에 주입하기 위해 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면상에 부딪친다. 빔의 이온은 기판의 표면을 관통하여 원하는 도핑 특성, 예를 들어, 특정한 도전성의 영역을 형성한다. 그 후, 주입된 도펀트 원자들이 전기적 활성 도핑 영역을 형성하기 위해 어닐링함으로써 활성화될 수 있다. 주입된 이온 종은 B, P, As, Se, N, Ar, Ge, Si, O, 및 H를 다양하게 포함한다. 붕소가 특히 광범위하게 사용된 주입 종이다.
마이크로전자 디바이스의 통상의 제조에는 다수의 주입 단계들이 있다. 웨이퍼 사이즈들의 증가, 임계 치수들의 감소, 및 회로 복잡도의 증대는, 양호한 공정 제어, 더 낮은 에너지에서 높은 빔 전류의 전달, 및 주입 장치의 실패들 사이의 평균 시간(MTBF)에서의 감소에 관하여, 주입 툴들에 더욱더 큰 요구들을 한다.
이온 주입 시스템의 경제적 동작은, 시스템의 정지시간(downtime)이 최소화되고, 이온 소스가 주입 동작을 위해 이온 종의 발생을 효율적으로 실행하도록 동작하는 것을 요구한다.
3불화 붕소(BF3)가 통상적으로, 마이크로전자 디바이스 구조들의 붕소 도핑의 표준 소스이었다. 그러나, BF3는 아르신(As-H=274kJ mole-1) 및 포스핀(P-H=297kJ mole-1)과 같은 이온 주입에서 사용된 다른 도펀트 종에 비하여, B-F 결합(757kJ mole-1)을 파괴하는데 상당한 양의 에너지를 요구한다는 점에서 문제가 있다. 그 결과, 이온 소스들은 붕소를 주입할 때 높은 아크 전압들에서 동작해야 한다. 그러나, 높은 아크 전압들은 이온 소스 영역에서 열 필라멘트(hot filament) 또는 캐소드에 충격을 주는 높은 에너지를 생성하고, 이것은 캐소드의 고장 및 스퍼터 부식에 기여한다.
이온 주입기에 공급된 BF3 도펀트의 80%가 원래대로(intact) 배출된다는 것이 보고되었고, 이것은 BF3가 이온화되지 않거나, 이온화된 경우에는, 초기 이온화로부터 발생한 파편들이 재결합되었다는 것을 의미한다. 따라서, 높은 아크 전압들에서의 BF3의 낮은 이온화가 붕소 이온 주입에 대한 중요한 문제이다.
또한, 주입기 장치의 이온 소스 영역에서 발생하는 이온화 반응들은 주입 동작에서 이온 소스의 활성 동작 동안 발생되거나 그렇지 않으면 존재하는 이온화/분해 종의 상당한 퇴적을 수반할 수도 있다.
그 결과, 주입기 장치의 이온 소스 영역에서 비휘발성 종의 축적(build-up)을 최소화하면서, 증가된 MTBF, 공정 효율성 및 주입기의 동작 수명을 달성하기 위해, 마이크로전자 디바이스 구조들의 붕소 도핑에서 사용하기 위한 대안의 붕소 함유 도펀트 프로커서(procursors), 및 개선된 공정들 및 시스템들이 당업계에 필요하다.
본 개시 내용은 이온 주입 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
일 양태에서, 본 개시 내용은 이온 주입 시스템에 관한 것으로,
가스를 이온화하도록 구성된 아크 챔버를 포함하는 이온 소스;
도펀트 가스 소스;
도펀트 가스 소스로부터 아크 챔버로 도펀트 가스를 도입하는 도펀트 가스 공급 라인; 및
도펀트 가스 공급 라인과 연관되고, 도펀트 가스 공급 라인에서 도펀트 가스를 냉각하여, 아크 챔버의 동작에서 발생된 열에 의한 도펀트 가스의 가열, 및 이러한 열로부터 발생한 도펀트 가스의 분해를 방지하도록 구성된 냉각 구조를 포함한다.
다른 양태에서, 본 개시 내용은 기판에 이온을 주입하는 방법에 관한 것으로, 도펀트 가스의 이온화를 생성하는 조건하에서, 도펀트 가스의 소스로부터 이온 소스의 아크 챔버로 도펀트 가스를 통과시키는 단계, 및 아크 챔버로의 진입 이전에 도펀트 가스를 냉각하여, 아크 챔버의 동작에서 발생된 열에 의해 도펀트 가스의 가열, 및 이러한 열로부터 발생한 도펀트 가스의 분해를 방지하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 개시 내용은 주입을 위해 붕소 이온을 발생시키도록 사불화이붕소를 활용하는 이온 주입 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것으로, 이 방법은, 상기 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버로 사불화이붕소의 진입 이전에 열 교환 관계에서 이온 소스 냉각제 공급부로부터 상기 사불화이붕소로 냉각제를 흐르게 하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 본 개시 내용은 붕소 이온 주입을 위한 이온 주입 장치에 관한 것으로, 가스의 붕소 소스 공급부, 및 상기 공급부로부터 가스의 붕소 소스를 수용하고 상기 가스의 붕소 소스를 이온화하여 기판에 주입을 위한 이온 붕소 종을 형성하도록 구성된 이온 소스를 포함하고, 가스의 붕소 소스는 B2F4, B2H6, B5H9, B3F5, BHF2, 및 BH2F로부터 선택된 적어도 하나의 붕소 화합물을 포함한다.
본 개시 내용의 다른 양태는 이온 주입 방법에 관한 것으로, 이온 소스에서 가스의 붕소 소스를 이온화하여 이온 붕소 종을 형성하여 기판에 주입을 위한 이온 붕소 종을 형성하는 단계를 포함하고, 가스의 붕소 소스는 B2F4, B2H6, B5H9, B3F5, BHF2, 및 BH2F로부터 선택된 적어도 하나의 붕소 화합물을 포함한다.
본 개시 내용의 다른 양태는 이온 주입 장치의 동작에서 도펀트 소스 재료로부터 유래하는 고체들의 퇴적에 영향을 받기 쉬운 흐름 통로와 연관된 이온 소스를 포함하는 이온 주입 장치에 대한 고체 퇴적 모니터링 및 제어 시스템에 관한 것으로, 이러한 고체 퇴적 모니터링 및 제어 시스템은,
흐름 통로에서의 도펀트 소스 재료로부터 퇴적 고체들의 축적을 나타내는 출력을 검출하고 제공하도록 구성된 모니터링 디바이스; 및
이온 주입 장치의 후속 동작에서 도펀트 소스 재료로부터의 퇴적 고체들의 축적을 방지하고, 감소시키거나 역으로 하기 위해 이온 주입 장치의 동작을 조정하도록 모니터링 디바이스의 상기 출력에 응답하는 제어 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 고체 퇴적을 방지하는 방법에 관한 것으로, 이온 주입 시스템은 이온 주입 시스템의 동작에서 도펀트 소스 재료로부터 유래하는 고체들의 퇴적에 영향을 받기 쉬운 흐름 경로와 연관된 이온 소스를 포함하고, 이러한 방법은,
흐름 경로에서 도펀트 소스 재료로부터의 퇴적 고체들의 축적을 나타내는 출력을 모니터링하고 그에 반응하여 발생시키는 단계; 및
이온 주입 시스템의 후속 동작에서 도펀트 소스 재료로부터의 증착 고체들의 상기 축적을 방지하고, 감소시키거나 역으로 하기 위해 이온 주입 시스템의 동작을 그에 반응하여 조정하는 단계를 포함한다.
본 개시 내용의 다른 양태들, 특징들 및 실시예들은 아래의 설명 및 첨부한 청구범위로부터 더욱 완벽하게 명백할 것이다.
도 1은 챔버에서 이온화를 위해 아크 챔버에 도펀트 소스 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 갖는 아크 챔버를 포함하는 이온 주입 시스템의 개략도이다.
도 2는 이러한 시스템의 아크 챔버에서 플라즈마의 발생을 개략적으로 도시하는 도 1의 이온 주입 시스템의 단면도이다.
도 3은 이러한 시스템의 아크 챔버에서 플라즈마의 발생을 개략적으로 도시하는 도 1의 이온 주입 시스템의 단면도이고, 가스 공급 라인이 이러한 라인의 활성 냉각을 제공하기 위해 도 2의 시스템과 관련하여 변경된다.
도 4는 이온 소스의 냉각제 아웃렛으로부터 도펀트 소스 가스의 냉각을 위해 제공된 열 싱크(열 싱크는 이 도면에 도시되지 않음)의 인렛으로 이온 소스 냉각제를 흐르게 하기 위해 점퍼 라인이 제공되는 이온 소스 장치의 사시도이다.
도 5는 도펀트 소스 가스 공급 통로에 기계적으로 고정되는 열 싱크 장치의 사시도이고, 냉각제가 도펀트 소스 가스를 냉각시키기 위해 열 싱크 바디를 통해 흐른다.
도 6은 이온 소스 장치로 흐르는 도펀트 소스 가스의 냉각을 위해 도펀트 소스 가스 공급 통로에 기계적으로 고정된 열 싱크 장치를 갖는 이온 소스 장치의 사시도이다.
도 7은 열 싱크 장치가 설치되어 있는 도 6의 이온 소스 장치의 상세를 도시하는 분해 사시도이다.
도 8은 도 5 내지 도 7에 다양하게 도시된 이온 소스 장치 및 열 싱크 장치를 포함하는 이온 소스 어셈블리의 단면 사시도이다.
도 9는 도 5 내지 도 8에 다양하게 도시된 이온 소스 장치 및 열 싱크 장치를 포함하는 이온 소스 어셈블리에 대한 동작 데이터를 도시하는, 시간의 함수로서 섭씨 단위의 온도, 및 와트 단위의 제거된 열의 그래프이다.
도 10은 BF3 플라즈마를 활용하는 붕소 주입에 대한 단순화된 반응 매트릭스의 개략도이다.
도 11은 수소 첨가물을 활용하는 BF3 플라즈마의 단순화된 반응 매트릭스의 개략도이다.
도 12는 예시된 이온 주입 챔버에서의 기판의 이온 주입 도핑 동안 공급되는 가스를 함유하는 저장 및 분배 용기를 포함하는 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 13은 이온 주입 시스템의 이온 소스의 단면도이다.
도 14는 이온 주입 시스템의 이온 소스와 연관된 흐름 통로의 폐색(occlusion)을 방지하기 위해 유용하게 이용될 수도 있는 퇴적 모니터링 및 제어 시스템의 개략도이다.
도 15는 이온 주입 시스템의 다른 이온 소스의 개략도이다.
도 16은 이온 소스 챔버의 표면들로부터 붕소 잔류물을 제거하기 위해 NF3를 사용하는 세정 동작에 대한 경과 시간(min)의 함수로서 빔 전류(mA)의 그래프이다.
본 개시 내용은 이온 주입 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
본 개시 내용은 이온 소스의 성능 및 전체 이온 주입기 동작이 이온 소스의 아크 챔버 직전에 도펀트 가스의 냉각을 포함함으로써 놀랍게도 강화될 수 있다는 발견에 기초한다. 이러한 발견의 놀라운 특징은, 이온화 공정이 이온 종의 형성을 위해 도펀트 가스에 실질적인 에너지를 전달하려 한다는 사실로부터 유래하고, 따라서, 인지된 유용한 장치로서, 도펀트 가스가 이온화 및 플라즈마 형성 동작을 위해 본질적으로 사전가열되도록 이온화 동작에서 발생된 열을 도펀트 가스 공급 라인을 통해 전파하는 것이 관례이었다.
그러나, 이러한 인식에도 불구하고, 예를 들어, 사불화이붕소와 같은 특정한 도펀트 가스들의 경우에서, 이러한 열 전파가 도펀트 가스의 유해한 분해 및 가스 공급 라인의 결과적인 막힘을 발생시킨다는 것이 발견되었다. 따라서, 종래 기술의 접근방식과 반대로, 이러한 라인을 통해 흐르는 도펀트 가스의 냉각을 실시하기 위한 도펀트 가스 공급 라인의 냉각의 활용은, 도펀트 가스의 유해한 분해 및 아크 챔버에 대한 도펀트 가스 공급 라인의 결과적인 막힘을 발생시키지 않고, 사불화이붕소와 같은 도펀트 가스들의 사용에서 높은 성능 효율을 제공하는 것으로 발견되었다.
따라서, 본 개시 내용은 이온 주입 시스템을 고려하는 것으로서,
가스를 그 내부에서 이온화하기 위해 구성된 아크 챔버를 포함하는 이온 소스;
도펀트 가스 소스;
도펀트 가스 소스로부터 아크 챔버로 도펀트 가스를 도입하는 도펀트 가스 공급 라인; 및
도펀트 가스 공급 라인과 연관되고, 도펀트 가스 공급 라인에서 도펀트 가스를 냉각하여, 아크 챔버의 동작에서 발생된 열에 의한 도펀트 가스의 가열, 및 이러한 열로부터 발생하는 도펀트 가스의 분해를 방지하도록 구성된 냉각 구조를 포함한다.
냉각 구조는 적절한 냉각제, 예를 들어, 물 또는 글리콜/수용액, 또는 다른 적절한 열 전달 냉각제 매체를 흐를 수도 있는 냉각 재킷 형태인, 도펀트 가스 공급 라인 및 그것을 통해 흐르는 도펀트 가스를 냉각시키도록 구성된 냉각 통로를 포함할 수 있다.
이러한 목적을 위해, 도펀트 가스 공급 라인은 도펀트 가스를 아크 챔버로 방출하기 위해 말단부에 구성될 수도 있고, 냉각 통로는 도펀트 가스 공급 라인의 말단부에 위치된다.
본 개시 내용은 일 실시예에서, 이온 소스에 대한 수냉각 어셈블리가 물을 냉각하는 소스로서 이용되는 통합 장치를 고려하고, 수냉각 어셈블리는 도펀트 가스 공급 라인 및 그것을 통해 흐르는 도펀트 가스를 냉각하기 위해 냉각 통로를 통해 물을 흐르게 하도록 도펀트 가스 공급 라인과 연관된 냉각 통로에 동작적으로 커플링된다.
도펀트 가스 소스는 임의의 적절한 타입일 수 있지만, 바람직하게는, 다양한 특정한 장치들에서, 하나, 2개 이상의 조정기 디바이스들을 포함할 수도 있는 내부 조정기 어셈블리의 설정 포인트에 의해 설정된 압력에서 도펀트 가스의 분배를 제공하기 위한 내부 배치된 조정기를 포함하는 타입의 압력-조정 가스 저장 및 분배 용기를 포함한다. 이러한 타입의 압력-조정 용기들은 VAC라는 상표로 ATMI, Inc., Danbury, CT, USA로부터 상업적으로 입수가능하다.
도펀트 가스 소스 용기, 예를 들어, 상기 언급한 압력-조정 가스 저장 및 분배 용기는 임의의 적절한 타입의 도펀트 가스를 함유할 수도 있다. 일 실시예에서, 도펀트 가스는 사불화이붕소와 같은 붕소 도펀트 가스를 포함할 수도 있다. 사불화이붕소(B2F4)가 도펀트 가스로서 이용될 때, 냉각 구조는 도펀트 공급 가스 라인에서의 사불화이붕소의 온도를 700℃ 아래로 유지하도록 동작적으로 구성될 수도 있다.
따라서, 본 개시 내용은 다른 양태에서, 기판에 이온을 주입하는 방법을 고려하는 것으로서, 도펀트 가스의 이온화를 발생시키는 조건하에서, 도펀트 가스의 소스로부터 이온 소스의 아크 챔버로 도펀트 가스를 통과시키는 단계, 및 아크 챔버로의 진입 이전에 도펀트 가스를 냉각하여 아크 챔버의 동작에서 발생된 열에 의한 도펀트 가스의 가열 및 이러한 열로부터 발생하는 도펀트 가스의 분해를 방지하는 단계를 포함한다.
냉각은, 도펀트 가스 공급 라인 및 그를 통해 흐르는 도펀트 가스를 냉각시키도록 구성된 냉각 통로를 통해 냉각제 매체를 흐르게 하는 단계를 포함할 수도 있다. 언급한 바와 같이, 이온 소스는 수냉각 어셈블리와 구성될 수도 있고, 수 냉각 어셈블리로부터의 물은 도펀트 가스 공급 라인 및 그를 통해 흐르는 도펀트 가스를 냉각시키기 위해 냉각 통로를 통해 흐를 수 있다. 도펀트 가스는 붕소 도펀트 가스, 예를 들어, 사불화이붕소를 함유하는 압력-조정 가스 저장 및 분배 용기로부터 제공될 수도 있고, 냉각은 아크 챔버로 흐르는 사불화이붕소의 온도를 700℃ 아래로 유지하도록 실시될 수도 있다.
본 개시 내용은 다른 양태에서, 주입을 위한 붕소 이온을 발생시키기 위해 사불화이붕소를 이용하는 이온 주입 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 상기 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 진입하기 이전에 열 교환 관계에서의 이온 소스 냉각제 공급부로부터 상기 사불화이붕소로 냉각제를 흐르게 하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 이온 주입 시스템의 흐름 통로의 막힘 및 원치않은 정지시간을 발생시킬 수도 있는 분해(decomposition)에 영향을 받기 쉬운 다른 도펀트 소스 가스들을 활용하여 이온 주입 시스템의 동작 효율을 강화시키기 위해 이용될 수도 있다.
따라서, 본 개시 내용의 냉각 접근방식은 도펀트 가스 공급 라인 및 아크 챔버의 주변 영역을 활동적으로 냉각시키기 위해 이온 소스의 기존의 냉각 능력(탈이온수)을 사용하면서, 이온 주입을 위해 사용될 때, 사불화이붕소, 또는 다른 분해 민감형 가스의 분해를 방지하기 위한 방식을 제공한다. 이에 의해, 도펀트 가스 공급 라인의 냉각은 아크 챔버로의 진입 이전에 도펀트 가스의 가열을 감소시킨다.
도 1은 챔버에서의 이온화를 위해 아크 챔버에 도펀트 소스 가스를 공급하는 가스 공급 라인(14)을 갖는 아크 챔버(12)를 포함하는, 이온 주입 시스템(10)의 개략도이다.
도 2는 이러한 시스템의 아크 챔버(12)에서의 플라즈마(16)의 발생을 개략적으로 도시하는 도 1의 이온 주입 시스템(10)의 단면도이다. 도펀트 가스는 공급 라인 및 아크 챔버로 진입하는 가스의 열 상태의 품질을 결정하기 위해 모니터링 관계에서 모니터링 열전대들(TC1 및 TC2)이 고정된 도펀트 가스 공급 라인(14)으로 화살표(A)에 의해 표시된 방향에서 흐른다.
도 3은 이러한 시스템의 아크 챔버(12)에서 플라즈마(16)의 발생을 개략적으로 도시하는 도 1의 이온 주입 시스템(10)의 단면도이고, 가스 공급 라인(14)이 이러한 라인의 능동 냉각을 제공하기 위해 도 2의 시스템에 관하여 변경된다. 구체적으로는, 가스 공급 라인(14)은 냉각 매체가 화살표(B)에 의해 표시된 방향에서 흐르는 냉각 통로(20)와 연관된다. 모니터링 열전대들(TC1 및 TC2)은 공급 라인 및 아크 챔버에 진입하는 가스의 열 상태의 품질을 결정하기 위해 도펀트 가스 공급 라인에 모니터링 관계에서 고정된다.
냉각제 통로는 도펀트 가스 공급 라인상에서 냉각 재킷으로서 구성될 수도 있거나, 가스 공급 라인을 에워싸거나 가스 공급 라인과 서로 맞물린 통로를 포함할 수도 있거나, 가스 공급 라인 및 아크 챔버에서 막힘 고체 부산물의 분해 및 퇴적이 회피되도록 도펀트 가스에 냉각을 제공하는데 효과적인 다른 열교환 또는 냉각제 엘리먼트들, 어레이들 또는 어셈블리들을 포함할 수도 있다.
따라서, 본 개시 내용의 냉각 장치는 도펀트 가스의 필수 냉각을 실시하기 위해 임의의 적절한 방식으로 구현되고 동작될 수도 있고, 냉각 장치는 이온 소스에 대한 열 관리 제어 시스템과 또한 통합될 수도 있어서, 냉각제의 유량 및 다른 동작 파라미터들이 이온 주입 사용을 위해 적합하지 않은 B2F4와 같은 도펀트 소스 가스들을 이용한 유효 이온 주입을 위해 적절하게 설정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 개시 내용의 냉각 장치는 예를 들어, 아르신, 포스핀 등을 포함하는 대응하게 변하는 도펀트 소스 가스들을 활용하여, 광범위하게 변하는 타입의 이온 주입 시스템들과 활용될 수 있다.
하나의 특정 실시예에서, 아크 챔버는 0.18 인치의 내경, 및 B2F4를 함유하는 VAC® 소스 용기로부터 4 내지 6피트의 길이를 갖는 도펀트 가스 공급 라인과 커플링되고, 도펀트 가스는 2 내지 3의 분 당 표준 입방 센티미터(sccm)의 유량으로 아크 챔버로 흐른다. 도 3에 도시된 장치는, TC1이 도펀트 가스 공급 라인에서 아크 챔버로부터 대략 0.4 인치이고, TC2가 이러한 가스 공급 라인에서 아크 챔버로부터 대략 1.4인치인 경우에 이용된다. 결과적인 데이터가 어떠한 냉각도 구현되지 않고, 수냉각이 이용되는 상황에 대해 발생된다. 데이터가 아래의 표 1에 나타나고,
표 1
Figure 112012042245699-pct00001
700℃ 보다 현저하게 낮은 온도에서 분해없이 B2F4의 전달을 위한 도 3의 장치의 유효성을 설명한다.
도 4 내지 도 8은 이온 소스 장치에 공급된 도펀트 소스 가스의 냉각을 실시하기 위해 이온 소스 장치에 고정된 열 싱크 장치를 수반하는 본 개시 내용의 다양한 추가의 구현을 도시한다.
도 4는 점퍼 라인(42)이 도펀트 소스 가스의 냉각을 위해 제공된 열 싱크(열 싱크는 이 도면에 미도시)의 인렛으로 이온 소스의 냉각제 아웃렛으로부터 이온 소스 냉각제를 흐르게 하도록 제공되는 이온 소스 장치(40)의 사시도이다. 따라서, 이러한 장치는 이온 소스 장치의 다른 컴포넌트 및 아크 챔버의 냉각을 위해 활용되는 이온 소스 장치로부터의 기존의 냉각제 공급을 활용하여, 도펀트 소스 가스를 냉각하는데 전용되는 이온 주입 시스템에서 추가의 냉각 능력을 제공한다.
도 5는 이하 더욱 완전하게 도시된 바와 같은, 도펀트 소스 가스 공급 통로에 기계적으로 고정되는 열 싱크 장치(50)의 사시도이고, 냉각제는 도펀트 소스 가스를 냉각시키기 위해 냉각제 흐름 라인(60 및 62)에 의해 열 싱크 바디(52)를 통해 흐른다. 따라서, 열 싱크 바디는 냉각제가 열 싱크 바디 및 열 싱크 바디를 통과하는 다른 통로 내에서 흐르는 도펀트 소스 가스의 냉각을 실시하기 위해 이하 설명하는 바와 같이 흐르는 열 싱크 바디를 통과하는 하나 이상의 내부 통로를 포함한다. 열 싱크 바디에는 도 8과 관련하여 설명하는 바와 같은 도펀트 소스 가스 공급 통로 구조에 대한 열 싱크 바디의 기계적 고정을 허용하는 협력 패스너 엘리먼트들로서, 소켓 헤드 캡 스크류(56) 및 텍스트 유닛(58)이 제공된다. 냉각제 흐름 라인(60 및 62)은 도 4에 관한 선행 논의로부터 이해되는 바와 같이, 이온 소스 냉각제 흐름 회로와 커플링될 수 있다. 일 실시예에서, 이온 주입 시스템은 냉각제가 순환되는 이온 소스 냉각류 회로를 포함하고, 냉각류 회로는 적어도 하나의 통로를 통한 냉각제의 흐름을 위해 열 싱크 바디에 냉각제 공급 관계로 커플링된다.
도 6은 이온 소스 장치로 가스 공급 라인(72) 내에서 흐르는 도펀트 소스 가스의 냉각을 위해 도펀트 소스 가스 공급 통로에 기계적으로 고정된 열 싱크 장치(74)를 갖는 이온 소스 장치(70)의 사시도이다.
도 7은 열 싱크 장치(74)가 라인(72)에서 이온 소스 장치로 흐르는 도펀트 소스 가스의 냉각을 위해 설치되는 도 6의 이온 소스 장치(70)의 분해 사시도이고, 이온 소스 장치 및 열 싱크 장치를 포함하는 이온 소스 어셈블리의 상세를 도시한다.
도 8은 이온 소스 장치(70) 및 열 싱크 장치(50)를 포함하는 이온 소스 어셈블리의 단면 사시도이다. 이러한 단면도는 가스 공급 플러그에서 가스 흐름 통로(84) 및 이온 소스와 연관된 가스 부싱(bushing)에서의 가스 흐름 통로(86)에 연결하는 도펀트 소스 가스 공급 라인(72)을 도시한다. 가스 흐름 통로(84 및 86)는 본 개시 내용의 일 실시예에서 대략 0.25 내지 0.375 인치일 수도 있고, 이러한 통로 내경은 예시된 장치에서 종래에 사용된 것보다 크다. 이러한 오버사이즈 가스 흐름 통로는, 도펀트 소스 가스가 가스 흐름 통로의 막힘을 발생시킬 수도 있는 분해에 영향을 받기 쉬울 때 유용하게 이용된다. 이러한 분해에 영향받기 쉬운 도펀트 소스 가스들은 사불화이붕소를 포함한다. 그 결과, 도 8에 도시된 오버사이즈 가스 흐름 통로 장치는 이온 소스 장치에 대한 유지보수 이벤트들 사이에서 연장된 수명을 가능하게 한다.
도 8에 도시된 이온 소스 장치는 그 내부에 구멍(82)을 포함하도록 변경되는 베이스 라이너(80)를 포함하고, 이러한 변경은 분해에 영향받기 쉬운 도펀트 소스 가스들이 활용될 때 개선된 이온 소스 동작 수명을 제공하는 것으로 발견되었다.
오버사이즈 도펀트 소스 가스 공급 통로, 및 이온 소스의 베이스 라이너에서의 가스 흐름 구멍의 제공과 함께, 열 싱크 장치가 설치된 이온 소스 장치는, 열 싱크 장치, 베이스 라이너 구멍 및 오버사이즈 도펀트 소스 가스 공급 통로를 백킹하는(backing) 대응하는 이온 소스 장치와의 관계에서, 사불화이붕소와 같은 도펀트 소스 가스들에 대한 연장된 동작 수명을 갖는 고율 이온 소스 구성을 제공한다.
열 싱크 장치가 다양한 다른 형태들을 취할 수도 있고, 도펀트 소스 가스 흐름 라인에 기계적으로 고정되는 대신에, 열 싱크 장치가 도펀트 소스 가스 흐름 라인에 용접, 땝납, 접합될 수도 있거나, 열 싱크 강치가 가스 흐름 라인의 냉각제 트레이싱의 형태를 취할 수도 있거나, 다른 교환 또는 열 전달 냉각 구조들 및 방법들이 도펀트 소스 가스의 온도를 감소시키기 위해 이용될 수도 있어서, 이온화 조건들에 영향을 받기 이전에 이르게 분해되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
도 9는 도 5 내지 도 8에 다양하게 도시된 이온 소스 장치 및 열 싱크 장치를 포함하는 이온 소스 어셈블리에 대한 동작 데이터를 도시하는, 시간의 함수로서 섭씨 단위의 온도, 및 와트 단위의 제거된 열의 그래프이다. 도 9에 도시된 데이터는 0.25 인치 공급 통로를 통해 1.6의 분 당 표준 입방 센티미터의 레이트(rate)로 이온 소스 장치로 흐르는 도펀트 소스 가스로서 B2F4로 발생되고, 냉각제는 분 당 3L의 유량을 갖는 열 싱크 장치의 열 싱크 바디를 통해 흐른다. 데이터는, 상당히 민감한 열이 도펀트 소스 가스 스트림으로부터 제거되어, 개선된 이온 소스 시스템 동작을 위해 효율적으로 냉각된다는 것을 나타낸다.
이제, 도펀트 소스 재료들, 장치 및 방법에 관하여, 붕소의 이온 주입에 대해 더욱 상세하게 말하면, BF3가 붕소 주입을 위해 가장 일반적으로 사용된 프리커서이다. 인, 비소 및 실리콘과 같은 다른 원소들의 주입에 이용된 프리커서들과 다르게, BF3은 강한 B-F 결합으로 인해, 플라즈마 조건하에서 B+ 이온을 생성하는데 매우 효율적이지는 않다.
도 10은 BF3이 도펀트 소스 재료로서 사용될 때 이온 주입기의 플라즈마 아크 챔버에 수반되는 종 및 반응들을 예시하는 BF3 플라즈마의 단순한 반응 매트릭스를 도시한다. 반응이 프리커서 BF3의 이온화로 시작하기 때문에, BF3 안정성이 상이한 이온 및 중성 분자들의 농도에 영향을 미친다는 것이 명백하다. 그럼에도 불구하고, 전자들의 충격을 수반하는 상승된 온도 및 이온화 조건하에서, 상이한 종의 분포가 수반된 모든 종들의 안정성 및 화학적 반응의 조건하에서 그들 사이의 평형 및 해리 및/또는 전자 이온화 및 재결합에 의해 결국 결정된다. 따라서, 이온의 유사한 분포들이 상이한 프리커서들로 존재할 수도 있다.
상술한 반응 매트릭스에서, 하나 이상의 첨가물들이 반응 평형을 B+를 향해 시프트하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, BF3이 도펀트 소스로서 사용될 때, 소량의 수소 및/또는 메탄이 주입기로 BF3와 함께 흐를 수 있다. 이러한 3불화 붕소 도펀트 소스로 도입된 수소, 메탄, 또는 수소/메탄 혼합물은 지나치게 안정한 HF를 형성하기 위해 불소 원자들을 캡처한다. 따라서, 시스템은 주로 HF, B 및 대응하는 이온을 함유하는 플라즈마로 시프트할 것이다. 이러한 반응 시스템이 도 11에 도시되어 있고, BF3 플라즈마의 매트릭스에서의 반응은 수소 첨가물들로 나타난다.
본 개시 내용은 붕소의 이온 주입을 위한 다양한 장치 구성 및 공정 방법들에 관한 것이다. 다양한 실시예들 및 양태들이 특정한 구현들에서 다양하게 개시되지만, 다양한 다른 실시예들 또는 양태들의 다중의 특징들 중 하나 이상이 본 개시 내용의 다른 애플리케이션들에서, 변경 또는 합성 장치 또는 공정 방법을 구성하기 위해 서로 결합될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
본 개시 내용의 다양한 양태들은 붕소의 이온 주입을 위한 붕소 프리커서 재료로서 B2F4의 특정한 활용에 관한 것이지만, B2H6, B5H9, B3F5, BHF2 및 BH2F와 같은 붕소 소스들을 포함하는 다른 붕소 소스 재료들이 본 개시 내용의 폭넓은 실시에서 이용될 수도 있다.
일 양태에서, 본 개시 내용은 아크 챔버 온도 변경에 관한 것이다. 특정한 조건들하에서, B2F4는 아크 챔버까지 이르는 가스 라인에서 및 가스가 확산되는 아크 챔버내에서 열 분해할 수 있다. 이러한 열 분해는 역효과를 수반한다. 예를 들어, 붕소 고체들의 퇴적이 발생할 수도 있고, 이것은 B+, BF2+ 등의 불량한 이온 소스 수명 및/또는 불량한 빔 전류 성능을 초래할 수 있다. 분해 및 고체들의 퇴적은 가스의 흐름을 완벽하게 제한하거나 차단할 수 있다. 퇴적의 위치는 가스 튜브의 출구에서 아크 챔버 이전에 소스 튜브 이내일 수 있고, 가스는 아크 챔버 및/또는 소스 튜브 아웃렛과 라이너들을 갖는 아크 챔버들에서의 아크 챔버 라이너 사이의 갭에 공급된다.
본 개시 내용은 소스 튜브가 아크 챔버에 연결되는 영역의 온도를 감소시킴으로써, 이러한 결함들의 해결법을 고려한다. 이러한 영역은 소스 튜브의 최종 수 인치, 예를 들어, 5 내지 10cm를 포함하고, 소스 튜브가 아크 챔버에 결합하고/하거나 아크 챔버내의 실제 위치는 소스 튜브가 결합하는 위치 근처이다. 이러한 환경들에서의 온도의 감소는 B2F4의 열 분해의 레이트를 감소시키고, 이것은 결국 감소된 붕소 퇴적을 발생시킨다.
이러한 목적을 위해, 온도의 감소는 다양한 방식으로 실시될 수 있다.
온도 감소의 일 방법은 더 낮은 아크 전압 및 전류에서 동작하도록 아크 챔버의 전력 관리를 수반한다.
온도 감소는 아크 챔버의 증가된 효율에 의해 달성될 수 있다. 이것은 더욱 효율적인 전자 방출을 달성하기 위해 캐소드와 같은 컴포넌트들을 변경함으로써 수행될 수 있다. 이러한 목적을 위해 더 작은 캐소드들을 활용하는 것이 바람직할 수도 있다. 더욱 효율적인 아크 챔버는 작은 에너지를 요구하고, 따라서 모든 다른 팩터들이 일정하고, 더 낮은 전체 아크 챔버 바디 온도가 달성될 수 있다. 그 결과, 이것은 소스 튜브의 온도, 소스 튜브-아크 챔버 인터페이스, 및 인터페이스 근처의 아크 챔버 온도를 감소시킨다.
온도를 감소시키기 위한 다른 접근방식으로서, 아크 챔버로부터의 더욱 효율적인 열 전달이 실시될 수 있다. 대부분의 열이 복사 열 전달에 의해 소산되기 때문에, 열 소산의 레이트를 증가시키기 위해 다양한 접근방식들이 구현될 수 있다. 예를 들어, 아크 챔버의 표면은 예를 들어, (내부 치수들을 변경하지 않고) 아크 챔버를 더 크게 하고, 아크 챔버의 벽을 더 두껍게 함으로써, 또는 핀, 로드 등과 같은 열 소산 표면들을 추가함으로써 증가될 수 있다.
아크 챔버로부터의 강화된 열 전달 효율이 소정의 아크 챔버 전력 레벨에 대해, 아크 챔버의 외벽 온도를 증가시킴으로써 또한 달성될 수 있다. 외벽 온도의 이러한 증가는 고도전율 재료들의 구성을 사용을 통해 아크 챔버 도전율을 최대화하고, 구조에서의 임의의 열 접촉 저항의 최소화에 의해 실시될 수 있다. 예를 들어, 단일 피스의 텅스텐 또는 몰리브덴 아크 챔버가 이용될 수 있다.
따라서, 본 개시 내용은 아크 챔버의 공급 튜브들 또는 라인들 또는 다른 컴포넌트들에서 퇴적 및 막힘을 방지하거나 최소화하기 위해 열/온도 관리를 포함할 수도 있는 아크 챔버 열 변경물들을 고려한다. 다르게는, 코팅 재료들이 분해를 억제하기 위해 도포될 수도 있거나, 공급 튜브가 동일한 목적을 실시하도록 차폐될 수도 있다. 조사 부하가 최소화될 수도 있고, 노즐상의 조사 드레인이 노즐과 연관된 도전성 드레인을 최소화하기 위해 실시될 수 있다.
또 다른 아크 챔버 온도 변경으로서, 아크 챔버에서의 체류 시간이 예를 들어, 고온의 영역을 통한 더 높은 흐름을 사용함으로써 고온의 영역들에서 감소될 수 있다.
아크 챔버로부터의 더욱 효율적인 열 전달은, 기존의 재료들의 구성 보다 높은 방사율의 재료로 아크 챔버의 외표면을 코팅, 랩핑 또는 커버함으로써 또한 달성될 수 있다.
아크 챔버는 또한 하나 보다 많은 재료로부터 아크 챔버를 구성함으로써 열 특성이 강화될 수 있고, 여기서, 제 1 재료와는 상이한 방사율을 갖는 제 2 또는 2개 보다 많은 추가의 재료들의 구성이 활용된다. 제 2 또는 추가의 재료(들)의 양은 소스 튜브에서 또는 아크 챔버의 인렛에서 도펀트 가스의 열 분해를 현저하게 감소시키거나 제거하는 충분한 양만큼 아크 챔버의 온도를 감소시키도록 선택된다.
예를 들어, 아크 챔버의 벽들 중 2개는 0.7 내지 0.8의 방사율(emissivity)을 갖는 그라파이트로 제조될 수도 있고, 아크 챔버의 다른 4개의 벽들은 통상의 아크 챔버 온도들에서 대략 0.1 내지 0.2의 방사율을 갖는 텅스텐으로 제조될 수도 있다. 일 실시예에서, 도펀트 가스 공급 튜브가 연결되는 벽은, 이러한 재료의 더 높은 방사율이 더 낮은 방사율 재료가 이러한 벽의 구성의 재료로서 사용되는 경우 보다 낮은 아크 챔버의 온도를 유도하기 때문에 그라파이트로 제조된다. 다른 실시예에서, 아크 챔버의 2개 이상의 벽들은 그라파이트 또는 다른 고 방사율 재료로 형성된다. 특정한 실시예에서, 모든 벽들(상부, 바닥, 측면들, 정면 및 이면)은 그라파이트 또는 다른 고 방사율 재료로 제조된다.
아크 챔버는 예를 들어, 반응, 열 사이클링 등에 의해 방사율을 증가시키기 위해 다른 방식들로 변경될 수도 있다. 아크 챔버로부터 열을 제거하기 위한 열 전달 효율은 또한, 예를 들어, 소스 하우징 또는 소스 하우징의 컴포넌트에 조사되는 표면의 온도를 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 이들 컴포넌트들의 온도는 예를 들어, 공기, 물 등과 같은 냉각 유체를 사용하여 능동 또는 수동 냉각함으로써 감소될 수 있다.
조사 냉각의 최적화에 부가하여 또는 대신하여, 아크 챔버는 강제 대류에 의해 냉각될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 물, 공기 등과 같은 냉각제가 아크 챔버 주위에 또는 아크 챔버를 통해 (예를 들어, 홈들을 통해) 흐를 수 있다. 이에 의해, 이러한 장치에서의 냉각제는 아크 챔버 온도를 최소화하도록 기능한다.
다른 접근방식으로서, 아크 챔버로부터의 열 전달은 아크 챔버와 소스 하우징 사이의 접촉 저항을 감소시킴으로써, 접촉 면적을 증가시키고/시키거나 표면 마감을 개선함으로써, 및/또는 서포트들의 도전율을 증가시킴으로써 증가될 수 있다.
소스 튜브, 소스 튜브 인터페이스 및 소스 튜브 근처의 아크 챔버내의 중간 영역의 더 양호한 온도 제어가 상당히 유익할 수 있다. 예를 들어, 열 비도전성 어댑터가 아크 챔버 인터페이스에 대한 소스 튜브에서 사용될 수 있다. 이러한 어댑터는 소스 튜브의 온도를 최소화하고, 그 영역에서 온도 기울기를 증가시키는 것을 돕는다.
아크 챔버 인터페이스에 대한 소스 튜브에서 동축 어댑터를 사용하는 것은, 더 양호한 온도 제어를 달성하기 위해 또한 이용될 수 있다. 이러한 동축 어댑터는, 내측 튜브가 아크 챔버와 열 접촉하지 않고, 외측 튜브가 조사로부터 내측 튜브를 차폐하는 것을 돕기 때문에, 아크 챔버에 진입할 때까지 공급 가스의 온도를 더 최소화시킨다.
아크 챔버 인터페이스에 대한 가스 소스 튜브 근처의 아크 챔버의 섹션은, 상이하고, 열적으로 덜 도전성이고/이거나 더 높은 방사율의 재료이도록 변경될 수 있다. 이러한 수단은 인터페이스에서 온도를 감소시키는 것을 돕는다.
아크 챔버 인터페이스에 대한 가스 소스 튜브 근처의 아크 챔버의 섹션은 조사 차폐를 포함하도록 변경될 수도 있다. 차폐는 아크 챔버 인터페이스에서 소스 튜브에 대한 조사 열 전달을 감소시킨다.
다른 변경으로서, 가스 튜브는 낮은 열 도전율을 갖는 재료로부터 구성될 수도 있어서, 튜브의 길이에 따른 열 전달이 최소화된다. 다르게는, 가스 튜브는 높은 열 도전율을 갖는 재료로부터 구성될 수도 있어서, (아크 챔버 근처의) 튜브의 핫 단부로부터 (아크 챔버로부터 멀리 떨어진) 튜브의 콜드 단부로의 열 전달이 최대화된다.
아크 챔버로부터 더욱 효율적인 열 전달을 달성하기 위한 열 변경에 대한 다른 접근방식은, 예를 들어, 3/8 인치(.9525cm) 이상의 직경을 갖는 적절한 사이즈의 작은 원통형 돌출부들을 갖도록 아크 챔버를 변경하는 것을 수반한다. 일 실시예에서의 소스 튜브 어댑터는 이러한 돌출부에 연결된다. 이러한 장치는 돌출부의 길이로 인해, 소스 튜브/아크 챔버 인터페이스 온도가 감소되는 것을 가능하게 하고, 분자 유동 영역(flow regime)이 돌출부 자체에서 나타나는 것을 가능하게 한다. 이에 의해, 돌출부는 콜드/핫 인터페이스가 되고, 이러한 영역에서의 퇴적은 분자 흐름의 결과로서 발생하는 감소된 수의 벽 충돌들로 인해 감소될 것이다.
다른 열 변경은 소스 튜브내의 붕소 소스 가스, 예를 들어, B2F4의 체류 시간 τ(=V/Q, 여기서, V=소스 튜브의 체적 및 Q=붕소 소스 가스의 체적 유동율)의 감소를 수반한다. 이러한 체류 시간의 감소는 온도를 감소시키기 위한 방법들과 협력하여, 또는 스탠드 얼론(stand alone) 변경으로서 달성될 수 있다. 체류 시간의 감소는 소스 튜브 내 또는 소스 튜브-아크 챔버 인터페이스 영역내에서 발생할 수 있는 열 분해의 범위를 감소시킨다.
체류 시간은 예를 들어, 전체 유량을 증가시키기 위해 희석 가스를 첨가함으로써 다양한 방식들로 감소될 수 있다. 유량이 결과적인 압력 증가 보다 큰 퍼센티지 만큼 증가되는 한은, 체류 시간은 감소한다. 희석 가스는 임의의 적절한 타입일 수 있고, 예를 들어, 비활성 가스, 불활성 가스, BF3, H2, CH4, NH3 등을 포함할 수도 있다.
체류 시간은 또한 절연 어댑터로 천이하기 이전에 아크 챔버에 접근하는 냉각기 영역에서의 속도를 증가시키기 위해 작은 직경의 차폐(동축) 튜브를 사용하거나, 또는 튜브의 직경을 증가시킴으로써 감소될 수 있다.
질량 연속 방정식
Figure 112012042245699-pct00003
Figure 112012042245699-pct00004
(여기서, A2(위치 2의 단면적) 및
Figure 112012042245699-pct00005
(위치 2에서의 밀도)는 v2>v1을 보장하기 위해 변경됨)에 따라 속도 증가를 가능하게 하는 지오메트리, 진공 컨덕턴스, 또는 펌핑 능력에 대한 임의의 변경이 아크 챔버에 대한 가스 흐름의 체류 시간을 감소시킨다.
다른 변경에서, 원치않는 분해 종의 퇴적은 0.25인치(0.635cm) 보다 큰 직경과 같은 적절한 치수들의 큰 직경 튜브/어댑터를 사용함으로써 관리될 수 있다. 퇴적은 일부 기간 동안 발생할 수 있지만, 통로의 완벽한 폐색을 형성할 정도로 오래 걸리고/걸리거나, 붕소 잔류물이 자체 절연 재료로서 작용하고 온도가 충분하게 감소되면 구축을 결국 중지하기 때문에 결코 차단되지 않을 수도 있다. 이러한 퇴적 관리는 아크 챔버로 또는 라이너를 통해 흐를 가스에 대한 다중의 인렛의 제공을 수반할 수도 있어서, 하나의 포트가 차단되면, 가스는 계속 흐를 수 있다.
다른 구현에서, 본 개시 내용은 아크 챔버 제조를 위해 일반적으로 이용되는 것과 상이한 재료의 구성의 활용; B2F4 또는 다른 특정한 붕소 소스 재료에 대한 아크 전압의 최적화; 전자 행동 최적화; B2F4 또는 다른 붕소 소스 재료에 대한 빔 투과의 최적화; 및 B2F4 또는 다른 특정 붕소 소스 재료의 분류의 최적화 중 하나 이상을 포함할 수도 있는 아크 챔버 변경들을 고려한다. 이러한 방식으로, 아크 챔버는 상당한 동작 이점들을 달성하도록 구성 및 구성될 수도 있다.
본 개시 내용의 다른 양태는 자석들의 사용, 또는 붕소 소스 동작 파라미터들의 조정 또는 최적화에 의한 플라즈마 특성들의 변경에 관한 것이다. 이에 관하여, B2F4 또는 다른 특정한 붕소 소스 재료에 대한 아크 전압의 최적화가 강화 기법으로서 이용될 수 있다. 플라즈마에서의 전자 에너지 분포는 아크 전압을 낮춤으로써 낮아질 수 있다. 더 낮은 아크 전압은 B2F4와 연관된 더 낮은 결합 에너지 때문에 BF3와 비교하여 B2F4와 사용될 수 있다. 더 낮은 아크 전압은, 이러한 더 낮은 아크 전압을 수반하는 더 낮은 캐소드 스퍼터링이 이온 소스 수명을 개선시킬 수 있다는 점에서 다른 이점들을 갖는다.
아크 전력(아크 전압 × 아크 전류)은 붕소 소스, 예를 들어, B2F4에 대해 최적화될 수도 있다. 특정한 붕소 소스 재료의 선택에 관하여, B2F4은 BF3에 비교하여, 더 낮은 전력 동작이 달성되게 할 수 있고, 이것은 결국, 플라즈마 불안정성이 적고, 고전압 아킹이 적기 때문에 소스 수명 및 소스 안정성에 대해 이점들을 갖는다.
이온 소스 동작 파라미터들에 관하여, 소스 튜닝 및 최적화 기법들은 주입기의 고성능 동작에 대한 플라즈마 성능을 변경하기 위해 이용될 수 있다.
다른 실시예에서, 희석액, 반응물 및/또는 세정제의 동시-유출 또는 동시-흐름은 이온 주입 시스템에서 동작 이점들을 달성하기 위해 이용될 수도 있다. 예를 들어, 희석액, 반응물 및/또는 세정제는 붕소와 반응하도록, 또는 붕소 퇴적을 완화하도록 이용될 수도 있다. 이것은 활성 프로세싱 동안 이온 소스로 붕소 소스 재료가 흐르기 이전에 아크 챔버에 퇴적되는 도펀트 재료들의 제거/세정, 또는 붕소 최적을 수반할 수도 있거나, 아크 챔버, 가스 라인, 또는 이온 소스의 다른 부분들에서 금속 또는 다른 재료의 에칭 및 퇴적을 수반할 수도 있다.
반응물 및 세정제는 예를 들어, 이러한 소스 재료의 사용으로부터 발생하는 가스 라인에서 퇴적물의 B2F4 분해 및 축적을 다루기 위해 이용될 수도 있다.
B2H6, B5H9, BF3 등과 같은 붕소 함유 희석액, 반응물 및/또는 세정제가 이용될 수도 있다. XeF2, Ar, N2, Xe와 H2의 혼합물, CH4, NH3 등과 같은 불활성 또는 다른 적절한 희석액 재료를 갖는 희석 공급 가스가 이용될 수도 있다. 다르게는, 혼합물들이 단일 패키지로부터 전달되고, 아크 챔버로 전달 이전에 사전 혼합되거나, 재료들이 개별 전달 라인들을 통해 아크 챔버로 개별적으로 전달되는 시스템/하드웨어 구현이 이용될 수도 있다.
본 개시 내용의 다른 양태는 B2F4의 순차적 또는 연속 흐름을 수반할 수도 있는 세정 공정, 및 B2F4, 또는 분자 이온 또는 그것의 원자 이온의 세정 및 주입을 연속적으로 또는 순차적으로 수행하기 위한 세정제에 관한 것이다.
예를 들어, B2F4, 또는 B2H6, B5H9, B3F5, BHF2, 또는 BH2F와 같은 다른 분자들, 및 하나 이상의 세정제의 연속 흐름이 이온 주입 동안 이용될 수 있다.
다르게는, B2F4 또는 이러한 다른 분자들, 및 고체 붕소와 가스상의 붕소 사이의 평형을 가스상의 붕소로 시프트할 수 있는 에이전트가 장치를 통해 공동으로 흐를 수 있다. B2F4와 반응하지 않는 불소 함유 가스들이 이러한 에이전트들로서 작용할 수 있다. 따라서 본 개시 내용은 가스상(phase)에서 원하는 이온 종, 예를 들어, B+로 시프트하는 평형의 활용을 고려한다.
B2F4 또는 상기 언급한 분자들 또는 이들의 조성물들을 사용하는 이온 주입 단계들 사이의 이온 소스의 순차적 세정이 장치를 통해 연속적으로 또는 펄스식으로 세정제 가스를 흐르게 하도록 이용될 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시 내용은 특정한 공급 재료들, 분자들 및 분자 조성물들의 사용, 및 B2F4, B2H6, B5H9, B3F5, BHF2, 및 BH2F와 같은 소스 재료들 중 하나 이상을 사용하여 동일한 것을 주입하는 방법들에 관한 것이다. 이러한 재료들은 B+ 또는 F+와 같은 원자 이온의 주입을 위해 이용될 수도 있다. 이러한 재료들은 공급 분자들의 단편화 또는 BF+, BF2 +, B2F4 +, B2F3+, B2F2+ 등과 같은 단편 재결합에 의해 형성된 분자의 주입을 위해 이용될 수도 있다.
상술한 붕소 소스 재료들은 종래의 빔 라인 또는 플라즈마(예를 들어, PLAD 또는 PIII) 이온 주입 툴들, 예를 들어, 종래의 이온 주입, 플라즈마 침지 또는 펄스-플라즈마 도핑 이온 주입 등과 같은 이온 또는 플라즈마 이온 주입 공정들에서 원자 또는 분자 이온 주입을 위해 사용될 수 있다.
상술한 붕소 소스 재료들은 또한 가스 클러스터 이온 빔(GCIB) 기술들을 사용하는 붕소 주입을 위해 사용될 수 있다. GCIB의 생성은 중성 클러스터들로의 소스 재료의 응집, 클러스터들의 이온화, 및 타겟팅하는 도중의 후속 가속화 및 질량 선택을 수반한다. 응집은 N2, Ar 등과 같은 넌-도펀트들의 사용에 의해 용이해 질 수도 있다.
나타낸 바와 같이, 붕소 소스 재료로서 B2F4의 이점은, BF3가 소스 재료로서 사용될 때 보다 주입기가 더 낮은 전력에서 동작하는 것을 허용한다는 것이다.
다른 양태에서, 본 개시 내용은 더 높은 B+ 부분(fraction)에 대한 추출 광학의 최적화, 또는 B2F4에 대한 추출 또는 빔 광학의 최적화를 고려한다. BF3 플라즈마로부터 B+를 추출할 때, 추출 영역에서의 공간 전하는 수반된 단편들의 높은 빔 전류 및 높은 질량으로 인해 매우 높다. 높은 빔 전류에 관하여, 추출된 전류는 B+ 전류 보다 3배 클 수 있는 F+, BF+, BF2+ 등을 포함하는 모든 이온의 합이다. 공간 전하는 빔 전류에 비례하고, 더 높은 B+ 부분으로, 추출 영역에서의 총 전류가 감소될 수 있다. 수반된 단편들의 높은 질량에 관하여, 평균 질량은 11 보다 크다. 공간 전하는 (질량)^1/2에 비례한다. 더 높은 B+ 부분으로, 평균 질량이 감소된다.
따라서, 추출 갭에서의 공간 전하는 B2F4로 감소될 수 있다. 감소된 공간 전하는 이온 소스의 바로 하류에서 추출 광학의 상이한 최적화가 달성되게 할 수 있다. 더 큰 추출 갭(더 낮은 전계)이 허용가능하다. 이것은 높은 전압 아킹을 감소시키는데 바람직하다. 추출 개구의 적절한 설계가 빔 품질 및 안정성을 강화하기 위해 또한 활용될 수 있다.
소스 수명 최적화가 장해 발생을 방지하거나 최소화하기 위해 본 개시 내용의 다양한 애플리케이션들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 잠재적 아크 챔버 또는 이온 소스 실패 모드들이 이러한 소스 수명 최적화에 의해 극복되거나 회피될 수 있다. 재료 및/또는 동작 조건의 적절한 비율(예를 들어, 플라즈마 특성들)이 할로겐 재순환 노력을 관리하기 위해 선택될 수 있고, 동작 조건들 및 재료들의 비율들은 또한 공동 흐름 장치를 또한 활용할 수 있다.
본 개시 내용의 다양한 양태들 및 실시예들은 다양한 이온 주입 시스템들에서 및 다양한 이온 주입 시스템들로 구현될 수 있다.
도 12는 예시된 이온 주입 챔버(301)에서 기판(328)의 이온 주입 도핑을 위해 공급되는 B2F4 가스를 홀딩하는 저장 및 분배 용기(302)를 포함하는 이온 주입 공정 시스템(300)의 개략도이다.
저장 및 분배 용기(302)는 B2F4 가스를 홀딩하는 내부 체적을 둘러싸는 용기 벽(306)을 포함한다.
용기는 내부 체적이 가스만을 홀딩하도록 구성되는 종래의 타입의 가스 실린더일 수도 있거나, 다르게는, 용기는 도펀트 소스 가스에 대한 흡착 친밀도를 갖고, 도펀트 소스 가스가 분배 조건하에서 용기로부터의 배출을 위해 흡수제에서 제거될 수 있는 흡착 재료를 함유할 수도 있다.
저장 및 분배 용기(302)는 배출 라인(312)과 연통하는 가스 흐름에 커플링된 밸브 헤드(308)를 포함한다. 압력 센서(310)가 질량 흐름 제어기(314)와 함께 라인(312)에 배치된다. 다른 모니터링 및 감지 컴포넌트들이 라인과 커플링될 수도 있고, 액추에이터들, 피드백 및 컴퓨터 제어 시스템들, 사이클 타이머들 등과 같은 제어 수단과 인터페이스될 수도 있다.
이온 주입 챔버(301)는 분배된 B2F4 가스를 라인(312)으로부터 수용하고 이온 빔(305)을 발생시키는 이온 빔 발생기 또는 이온화기(316)를 포함한다. 이온 빔(305)은 필요한 이온을 선택하고 선택되지 않은 이온을 거부하는 질량 분석기 유닛(322)을 통과한다.
선택된 이온은 가속 전극 어레이(324) 및 그 후 편향 전극들(326)을 통과한다. 결과적으로 포커싱된 이온 빔은 스핀들(332)상에 차례로 탑재된 회전가능한 홀더(330)상에 배치된 기판 엘리먼트(328)상에 부딪친다. B+ 이온의 이온 빔은 원하는 바와 같이 기판을 p-도핑하여 p-도핑된 기판을 형성하도록 사용된다.
이온 주입 챔버(301)의 각각의 섹션들은 펌프들(320, 342 및 346) 각각에 의해 라인들(318, 340 및 344)을 통해 배기된다.
도 13은 도 12에 도시된 타입의 이온 주입 시스템에서 유용하게 이용될 수도 있고, M.A. Graf 등에 대해 2000년 10월 24일 등록된 미국 특허 6,135,128호에 더욱 완전하게 설명되는 이온 소스의 단면도이다.
이온 소스(112)는 플라즈마 챔버(122)를 규정하는 하우징, 및 이온 추출기 어셈블리를 포함한다. 에너지가 플라즈마 챔버(122)내에서 이온을 생성하기 위해 이온화가능 도펀트 가스로 전달된다. 일반적으로, 본 개시 내용은 음 이온이 소스에 의해 생성되는 시스템들에 적용가능하지만, 양 이온이 생성된다. 양 이온은 복수의 전극들(142)을 포함하는 이온 추출기 어셈블리(124)에 의해 플라즈마 챔버(122)에서의 슬릿을 통해 추출된다. 따라서, 이온 추출기 어셈블리는 추출 개구 플레이트(146)를 통해 플라즈마 챔버로부터 양 이온의 빔을 추출하고, 추출된 이온을 질량 분석 자석(도 13에는 미도시)을 향해 가속하도록 기능한다.
이온화가능 도펀트 가스가 이온화가능 도펀트 가스의 소스(166)로부터 흐르고, 그 내부에 질량 흐름 제어기(168)를 포함하는 도관(170)을 통해 플라즈마 챔버(122)로 주입된다. 소스(166)는 예를 들어, SDS라는 상표로 ATMI, Inc.(Danbury, CT, USA)로부터 상업적으로 입수가능한 타입의 흡착제 기반 가스 저장 및 공급 용기, 예를 들어, VAC라는 상표로 ATMI, Inc.(Danbury, CT, USA)로부터 상업적으로 입수가능한 타입의 내부 가스 압력-조정기를 포함하는 압력-조정 용기를 포함할 수도 있거나, 고체 도펀트 소스 재료가 이용될 때, 소스(166)는 예를 들어, ProE-Vap라는 상표로 ATMI, Inc.(Danbury, CT, USA)로부터 상업적으로 입수가능한 타입의 고체 소스 용기를 포함할 수도 있다. 플라즈마 챔버(122)는 챔버 내부에서 이온화 구역(420)의 경계를 정하는 전기적 도전성 챔버 벽들(412, 414, 416)을 갖는다. 측벽(414)은 플라즈마 챔버(122)의 중심축(415)에 관하여 원형 대칭이다. 분해 자석(resolving magnet)에 대면하는 도전성 벽(416)이 플라즈마 챔버 지지부(422)에 연결된다. 벽(416)은 이온이 플라즈마 챔버(122)를 빠져나가는 것을 허용하고, 그 후, 다중의 이격되고 전기적으로 절연된 추출 전극들(124)로부터 하향의 위치에서 이온 빔을 형성하기 위해 결합하는 것을 허용하는 다중의 구멍들을 갖는 개구 플레이트(146)를 지지한다. 개구 플레이트(146)는 이격된 추출 전극들(142)에서의 유사하게 구성된 개구와 정렬하는 특정한 패턴으로 구성된 다수의 구멍들을 포함한다. 도 13에는 단지 하나의 이러한 개구만이 도시되어 있다.
금속 안테나(430)가 플라즈마 챔버(122)로 에너지를 방출하기 위해 챔버 내부 내에서 노출된 금속 표면(432)을 갖는다. 플라즈마 챔버(122) 외부의 전원(434)은 금속 안테나에서 교류 전류를 셋업하여 플라즈마 챔버(122)내에 이온화 전계를 유도하기 위해, 적절한 특성의 무선 주파수(RF) 신호, 예를 들어, 대략 13.56 메가헤르쯔(MHz)의 무선 주파수(RF) 신호로 금속 안테나(430)에 전원을 공급한다. 안테나의 전력은 특정한 이온화 동작에 적합한 임의의 적절한 크기, 예를 들어, 500 내지 3000 와트(W) 정도의 전력일 수도 있다. 소스 챔버에서의 압력은 예를 들어, 1 내지 10 밀리토르 정도일 수도 있어서, 소스(112)는 저압, 고밀도 유도성 소스로서 기능한다. 플라즈마 챔버(122)는 또한, 안테나(430)와 개구 플레이트(146) 사이에서 챔버 내부의 영역을 통해 연장하는 자기 필터 어셈블리(440)를 포함할 수도 있다.
안테나(430)는 착탈식 지지 플레이트(450)에 의해 플라즈마 챔버(122)내에 포지셔닝될 수 있다. 지지 플레이트(450)는 안테나가 연장하는 원형 컷아웃(452)을 갖는 위치에서 측벽(414)에 의해 지지된다. 안테나(430)에 대한 지지 플레이트(450)는 안테나(430)의 노출된 U-형상의 금속부(432)를 이온화 구역(420)내에 포지셔닝하면서, 챔버 벽(414)에서의 컷아웃(452)내에 피팅되도록 사이징된다.
지지 플레이트(450)는 2개의 진공 압력 피팅들(456)을 수용하는 2개의 관통 통로를 규정한다. 안테나(430)의 긴 레그 세그먼트(457)가 피팅들을 통해 푸쉬된 이후에, 단부 캡들(458)이 피팅들(456)과 레그 세그먼트들(457) 사이의 접촉의 영역을 밀봉하기 위해 피팅들상에 나사로 고정된다. 안테나(430)는 바람직하게는, 그것의 방사 방출 영역에서 U 형상이고, 예를 들어, 알루미늄으로 구성될 수도 있다. 튜브는 압력 피팅들(456)을 통과하도록 치수화된 외부 직경을 갖는다. 사용중에, 안테나는 그것의 주위로부터의 열을 흡수한다. 이러한 열을 소산하기 위해, 냉각제가 튜브의 중심을 통해 보내진다.
플레이트(450)는 플라즈마 챔버의 내부에 노출되는 일반적인 평판 표면(460)을 갖고, 챔버 내부로부터 떨어져 대면하는 평행 외부 표면(462)을 포함한다. 플레이트(450)의 플랜지부(464)가 벽(414)에서의 컷아웃을 둘러싸고 커넥터들(472)에 의해 벽(414)에 부착되는 링 자석(470) 위에 놓인다. 지지 플레이트(450)에 부착된 강자성 인서트(474)가 자석(470) 위에 피팅하여, 플레이트(450)가 컷아웃(452)내에 포지셔닝될 때, 강자성 인서트(474) 및 자석(470)이 챔버 내부로 연장하는 안테나(430)와 플레이트(450)를 제자리에서 고정하기 위해 서로를 끌어당긴다.
이온 소스의 동작 동안, 열이 발생되고, 이러한 열은 벽들(412, 414, 416, 418)에 의해 흡수된다. 흡수된 열은 벽들을 통해 통로로 물을 보내기 위해 피팅(476)을 통해 도입되는 냉각제에 의해 챔버(122)로부터 제거될 수 있고 제 2 출구 피팅(미도시)에 의해 챔버로부터 이격될 수 있다. 이러한 장치에 의해, 벽들의 온도는 100℃ 아래의 온도에서 유지될 수도 있어서, 이온 소스(112)는 콜드 벽 이온 소스로서 기능한다.
지지 플레이트(450) 근처의 안테나(430)의 영역은 특히, 이온 주입기의 동작 동안 스퍼터링된 재료를 이용한 코팅에 영향을 받기 쉽다. 이러한 스퍼터링의 영향을 최소화하기 위해, 2개의 차폐부(480)가 안테나가 지지 플레이트(450)에 삽입되기 이전에 알루미늄 안테나상에 슬립(slipped)될 수 있다. 이들 차폐부는 바람직하게는, 알루미늄으로 구성되고, 차폐부와 안테나(430)의 노출된 알루미늄의 외부 표면 사이의 마찰 끼워맞춤(friction fit)에 의해 제자리에 유지된다.
이온 소스(112)의 동작 동안, 도펀트 원소들의 퇴적물이 이온화 구역(420)의 경계를 정하는 내부 벽들(412, 414 및 416)상에 형성할 수도 있다. 본 개시 내용은 이온 소스(112)가 정상 동작 조건하에서 동작되면서 소스 가스와 동시에 공존-가스 또는 세정 가스를 흐르게 하는 것을 고려한다. 세정 가스 소스(482) 및 대응하는 질량 흐름 제어기(484)가 제공될 수도 있고, 질량 흐름 제어기(484)의 세정 가스 출력은 플라즈마 챔버(122)에 전달되기 이전에 도관(170)에서의 질량 흐름 제어기(168)의 소스 가스 출력과 결합된다. 다르게는, 소스 가스 및 세정 가스는 플라즈마 챔버로 개별적으로 전달될 수도 있다.
소스(166)가 세정 재료 및/또는 희석액, 평형-지향 재료, 반응물, 냉각제 등과 같은 다른 재료들과 결합하여 도펀트 소스 재료를 함유할 수도 있다. 다르게는, 소스(482)는 이러한 다른 재료들, 예를 들어, 희석액, 평형-지향 재료, 반응물, 냉각제 등 중 어느 하나 이상과 결합하여 세정 재료를 함유할 수도 있다. 임의의 이러한 공급 재료들은 소스 용기들 및/또는 다른 공급 장비 컴포넌트들의 임의의 적절한 장치를 사용하여 이온 소스 및/또는 관련 흐름 회로로 공급될 수도 있다.
따라서, 세정 재료, 예를 들어, 세정 가스는 이온 소스 챔버로의 도펀트 소스 재료 및 세정 재료의 공존 흐름을 위해, 도펀트 소스 재료를 공급하는 소스 용기에 관하여 동일하거나 상이한 소스 용기로부터 공급될 수도 있다.
이온 소스를 통한 도펀트 가스와 세정 가스의 공존 흐름에 의해, 세정 가스의 제조 공정(in-process)의 사용을 통해 개별 세정 단계가 회피된다. "제조 공정"에 의해, 세정 공정은 이온 주입기가 정상 생산 동작중에 있는 동안 발생한다는 것이 이해된다.
세정 증기의 공존 흐름을 이용한 이러한 제조 공정 세정은 특히, 이온 소스의 특별하게 뜨거운 영역에서, 주입 도펀트 증기 또는 다른 이온 소스 공급 재료의 열 분해에 기여할 수 있는 퇴적물을 효과적으로 제거하기 위해 사용될 수 있다. 일 예로서, B+ 이온 빔들의 생성을 위한 B2F4의 사용 동안, 퇴적물이 도펀트 재료를 이온 소스에 공급하는 가스 튜브에서 발생할 수도 있다. 이러한 퇴적물은 이온 소스 아크 챔버에 부착하고, 고체 붕소 또는 일반식 BxFy(여기서, x<y/2)의 더 높은 불화 붕소를 형성하기 위해 B2F4의 열 분해를 발생시키는 튜브의 뜨거운 단부에 집중된다. 이들 퇴적물은, 이러한 퇴적물이 축적될 수 있고 이온 소스의 실패를 결과적으로 발생시킬 수 있기 때문에, 심각한 동작 발생을 일으킨다.
본 개시 내용의 다양한 양태들에서, 본 개시 내용은 세정 가스의 사용과 결합하여, 또는 대안으로서 사용될 수 있는 이온 소스 및 관련 흐름 통로에서 증착된 재료의 양을 방지하고 최소화하는 추가의 방법들을 제공한다.
하나의 이러한 양태에서, 튜브의 기계적 설계는 아크 챔버로부터 가스 공급 튜브로의 열적 열 전달(도전성 및 방사성)을 최소화하여, 튜브의 온도를 최소화하고 그 결과 열 분해를 최소화하도록 변경된다.
다른 양태에서, 세정 증기는 B2F4 가스와 함께 이온 소스로 함께 흐른다. 세정 증기는 분해로 인해 형성된 임의의 고체 퇴적물들과 반응하여 이들을 펌프될 수 있는 증기들로 변환하여, 이온 소스의 너무 이른 실패를 회피한다. 세정 증기는 도펀트 증기의 분해 온도와 거의 동일한 온도에서 퇴적된 재료와 반응하는 임의의 재료일 수 있다. 바람직한 세정 증기들은 제한하지 않고, XeF2 및 NF3와 같은 반응성 불화물을 포함한다. 세정 및 도펀트 증기들의 상대적 유량은 바람직하게는, 각각의 증기들에 대한 적절한 공존 흐름 조건을 확립하기 위해, 여기에서의 개시 내용에 기초하여 당해 분야 내의 실험 또는 다른 수단에 의해 결정된다.
이러한 목적을 위한 적절한 세정 증기들은 특정한 열적 분해 도펀트 증기들에 대해 용이하게 선택될 수 있어서 이온 소스의 인-시츄 세정에 효과적인 도펀트 증기와 세정 증기의 결합된 흐름을 제공한다.
도 14는 이온 주입 시스템(500)의 이온 소스(544)와 관련된 흐름 통로의 폐색을 방지하기 위해 유용하게 이용될 수도 있는 퇴적 모니터링 및 제어 시스템의 개략도이다.
도시되어 있는 바와 같이, 이온 주입 시스템(500)은 흐름 제어 밸브(524)를 그 안에 갖는 분배 라인(518)에 커플링된 도펀트 소스 실린더(512), 흐름 제어 밸브(526)를 그 안에 갖는 분배 라인(520)에 커플링된 세정 유체 실린더(514), 및 흐름 제어 밸브(528)를 그 안에 갖는 분배 라인(522)에 커플링된 희석 유체 실린더(516)를 포함하는 가스 공급 실린더들이 배치되는 가스 박스(510)를 포함한다.
밸브들(524, 526, 528)은 신호 송신 라인들(530, 536 및 534) 각각에 의해 중앙 처리 유닛(CPU)에 접속되고, 이에 의해, CPU는 CPU에 의해 모니터링된 공정 조건들에 밸브-조정 응답을 제공하는 사이클 시간 프로그램, 또는 CPU의 다른 신호 생성 능력에 응답하여 특정한 범위로 각각의 밸브들을 개폐하도록 동작할 수 있다.
각각의 실린더들에 커플링된 분배 라인들(518, 520 및 522)은 믹싱 챔버(532)에서 종료하여, 각각의 도펀트 소스, 세정 유체 및 희석 유체 중 다중의 하나들이 원하는 바와 같이 서로 선택적으로 믹싱될 수 있다. 다르게는, 단일 실린더가 그로부터 압력 트랜스듀서(540) 및 질량 흐름 제어기(MFC)(542)를 그 안에 포함하는 공급 라인으로 그리고 따라서 이온 소스(544)로의 흐름을 위해 그것의 내용물을 챔버(532)로 분배하도록 구성될 수도 있다. 이온 소스(544)는 그 안에서 도펀트 소스를 이온화하고, 이온 주입기 챔버(546)로 전송되는 이온 빔을 생성하기 위한 이온화 동작을 위해 구성된다. 이온 주입기 챔버(546)는 기판에서 선택된 이온화 도펀트 종의 주입을 위해 그 안에 탑재된 반도체 또는 다른 마이크로전자 디바이스 기판을 포함한다.
이러한 예시적인 시스템에서, 이온 소스에 대한 공급 라인에서의 압력 트랜스듀서(540)는 신호 송신 라인(538)에 의해 CPU에 신호 송신 관계에서 조인된다. 질량 흐름 제어기가 또한 신호 송신 라인에 의해 CPU에 신호 송신 관계에서 조인된다. 압력 트랜스듀서의 이러한 장치에 의해, 공급 라인에서의 압력에 상관하고, 모니터링을 위해 CPU로 라인(538)에서 송신되는 신호가 생성된다.
이온 소스로의 도펀트 소스 재료의 흐름 동안, 예를 들어, 이온 소스로부터의 이러한 라인에서의 열 전파로 인해, 도펀트 재료가 공급 라인에서 분해하고, 퇴적된 재료의 침착이 고체 퇴적물의 축적으로부터 공급 라인에서의 감소된 컨덕턴스의 결과로서 공급 라인에서의 압력이 증가하게 하면, 결과적인 압력 증가는 압력 트랜스듀서(540)에 의해 감지될 수 있고, 신호 송신 라인(538)에서 CPU로 송신될 수 있다.
그 후, CPU는 공급 라인에서 퇴적물의 초기 폐색 액션을 완화하기 위한 액션을 반응하여 개시할 수 있다. 예를 들어, CPU는 신호 송신 라인(536)에서 밸브로 전송된 제어 신호에 의해 흐름 제어 밸브(526)를 개방함으로써 실린더(514)로부터 공급 라인으로 세정 유체를 흐르게 할 수 있다. 다르게는, 이온 소스에 대한 아크 전력이 감소될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 도펀트 소스의 체류 시간은 도펀트 소스의 유량을 증가시킴으로써, 밸브로 신호 송신 라인(530)에서 송신된 제어 신호에 의한 밸브(524)의 개방에 의해, 및/또는 체적 유량에서의 전체 증가가 흐름 회로 및 이온 소스에서의 도펀트 소스의 체류 시간으로 하여금 감소되게 하도록 세정 유체 및/또는 희석 유체를 첨가함으로써 감소될 수 있다.
이러한 방식으로, 압력 트랜스듀서 및 CPU에 의해 제공된 압력 모니터링은, 시스템에서 이러한 고체 퇴적을 방지하기 위해 시스템을 반응하여 조정하기 위한 용량을, 시스템에서의 초기 온셋 퇴적 검출 능력에 제공한다.
도펀트 소스로부터 유래하는 고체들의 퇴적은 또한 질량 흐름 제어기(542)에 의해 시스템에서 검출될 수 있다. 퇴적이 시스템 동작 동안 발생하기 때문에, 질량 흐름 검출기상의 밸브 위치는 소정의 유량을 유지하기 위해 더 큰 범위로 개방할 것이다. 이러한 질량 흐름 제어기 밸브 위치는 통상적으로 질량 흐름 제어기로부터의 전압 출력으로서 이용가능하고, 이러한 전압 출력은 관련 신호 송신 라인에서 CPU로 모니터링 신호로서 송신된다.
도펀트 소스 재료로부터 유래하는 분해 고체들의 점진적 축적에 기여할 수 있는 질량 흐름 제어기의 더욱더 개방된 밸브 위치에 응답하여, CPU는 이온 소스에 대한 압력 트랜스듀서 모니터링과 관련하여 상술한 바와 동일한 교정 액션을 작동시킬 수 있다.
따라서, 본 개시 내용은 일 양태에서, 고체 축적을 억제하기 위한 교정 액션이 취해질 수 있도록 막힘이 곧 형성될 수도 있다는 조기 경고를 제공하기 위해, 이온 소스와 연관된 이온 소스 공급 라인 또는 다른 통로에서의 고체 퇴적에 상관하는 출력을 제공하는 압력 모니터링 디바이스의 제공을 고려한다.
도 15는 이온 주입 시스템의 다른 이온 소스의 개략도이다.
도 15는 본 개시 내용의 실시에서 유용하게 이용될 수도 있고, 아크 챔버 및 관련 컴포넌트들을 도시하는 일 실시예에 따른 간접적으로 가열된 캐소드(IHC) 이온 소스의 단면 입면도이다. 이러한 타입의 이온 소스는 Maciejowski 등에 대한 미국 특허 7,138,768에 더욱 완전하게 설명되어 있다.
이러한 IHC 이온 소스에서, 추출 개구(1012)를 갖는 아크 챔버 하우징(1010)이 아크 챔버(1014)를 규정한다. 캐소드(1020) 및 반사 전극(1022)은 아크 챔버(1014)내에 위치된다. 캐소드(1020)에 매우 인접한 아크 챔버(1014) 외부에 위치된 필라멘트(1030)가 캐소드의 열을 생성한다. 이온화될 가스가 가스 인렛(1034)을 통해 가스 소스로부터 아크 챔버(1014)로 제공된다. 도시되지 않은 다른 구성에서, 아크 챔버(1014)는 아크 챔버(1014)에서 이온화될 재료를 기화하는 기화기에 커플링될 수도 있다.
아크 전원은 아크 챔버 하우징(1010)에 접속된 양 단자 및 캐소드(1020)에 접속된 음 단자를 갖는다. 반사 전극(1022)은 플로팅일 수 있거나, 아크 전원의 음 단자에 접속될 수 있다. 아크 전원은 25 암페어에서 100 볼트의 정격을 가질 수도 있고 약 70 볼트에서 동작할 수도 있다. 아크 전원은 캐소드(1020)로부터 방출된 전자들을 아크 챔버(1014)에서의 플라즈마로 가속시킨다.
양 단자를 갖는 바이어스 전원이 캐소드(1020)에 접속되고 음 단자가 필라멘트(1030)에 접속된다. 바이어스 전원은 4 암페어에서 600 볼트의 정격을 가질 수도 있고 약 2.5 암페어의 전류 및 약 350 볼트의 전압에서 동작할 수도 있다. 바이어스 전원은 필라멘트(1030)에 의해 방출된 전자들을 캐소드(1020)로 가속하여 캐소드(1020)의 가열을 발생시킨다.
필라멘트 전원은 필라멘트(1030)에 접속된 출력 단자들을 갖는다. 필라멘트 전원은 200 암페어에서 6 볼트의 정격을 가질 수도 있고 약 140 내지 170 암페어의 필라멘트 전류에서 동작할 수도 있다. 필라멘트 전원은 캐소드(1020)의 가열을 위해 캐소드(1020)를 향해 가속되는 전자들을 결국 생성하는 필라멘트(1030)의 가열을 발생시킨다.
소스 자석이 아크 챔버(1014)내에서 자계를 발생시킨다. 통상적으로, 소스 자석은 아크 챔버(1014)의 대향 단부들에서 폴(pole)들을 포함한다. 자계의 방향은 이온 소스의 동작에 영향을 미치지 않고 반전될 수도 있다. 소스 자석은 60 암페어에서 20 볼트의 정격을 가질 수도 있는 자석 전원에 접속된다. 자계는 캐소드(1020)에 의해 방출된 전자들과 아크 챔버(1014)에서의 플라즈마 사이에 증가된 상호작용을 발생시킨다.
전압 및 전류 정격들 및 다양한 전원들의 동작 전압들 및 전류들이 단지 예로서 제공된다는 것이 이해될 것이다.
추출 전극 및 억제 전극은 추출 개구(1012)의 정면에 적합하게 위치된다. 추출 전극 및 억제 전극 각각은 양호하게 정의된 이온 빔의 추출을 위한 추출 개구(1012)와 정렬된 개구를 갖는다. 추출 전극 및 억제 전극은 각각의 전원들에 접속된다.
이온 소스 제어기가 절연 회로를 통해 이온 소스의 제어를 제공하기 위해 활용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 절연 기능을 수행하는 회로가 전원에 구축될 수도 있다. 이온 소스 제어기는 프로그램된 제어기 또는 전용 특수 목적 제어기일 수도 있다. 일 실시예에서, 이온 소스 제어기는 이온 주입기의 메인 제어 컴퓨터로 통합된다.
이온 소스가 동작중일 때, 필라멘트(1030)는 2200℃ 정도일 수도 있는 열전자 방출 온도로 필라멘트 전류에 의해 저항적으로 가열된다.
필라멘트(1030)에 의해 방출된 전자들은 필라멘트(1030)와 캐소드(1020) 사이에서 바이어스 전압(VB)에 의해 가속되고 캐소드(1020)에 충격을 주고 가열한다. 캐소드(1020)는 전자 충격에 의해 열전자 방출 온도로 가열된다. 캐소드(1020)에 의해 방출된 전자들은 아크 전압에 의해 가속되고 아크 챔버(1014)내의 가스 소스로부터의 가스 분자들을 이온화하여 플라즈마 방출을 발생시킨다. 아크 챔버(1014)내의 전자들은 자계에 의해 나선 궤적을 따르게 된다. 반사 전극(1022)은 입사 전자들의 결과로서 음전하를 구축하고, 결과적으로, 아크 챔버(1014)를 통해 전자들을 역으로 반발시키기 위한 충분한 음전하를 가져서, 추가의 이온 충돌들을 발생시킨다.
아크 챔버(1010)는 이온 소스 바디(1150) 및 아크 챔버 베이스에 의해 지지된다. 이온 소스 바디(1150)의 일부인 플레이트가 이온 소스의 진공 영역과 외부 환경 사이의 경계를 규정한다. 튜브(1160)가 아크 챔버(1014)의 가스 인렛(1034)과 가스 소스 사이의 접속을 제공한다.
반사 전극(1022)은 도전성 지지 부재(1170) 및 절연체(172)에 의해 아크 챔버 베이스에 탑재된다. 반사 전극(22)은 절연체에 의해 아크 챔버(1010)로부터 전기적으로 절연된다.
캐소드 어셈블리는 캐소드(1020), 필라멘트(1030) 및 고정된 공간 관계에서 캐소드(1020) 및 필라멘트(1030)를 탑재하고 전기 에너지를 캐소드(1020) 및 필라멘트(1030)로 도전하는 클램프 어셈블리(1210)를 포함한다. 캐소드(1020)는 아크 챔버 하우징(1010)의 일 단부에서 구멍에 탑재되지만, 아크 챔버 하우징(1010)과 물리적으로 접촉하지 않는다. 바람직하게는, 캐소드(1020)와 아크 챔버 하우징(1010) 사이의 갭이 약 0.050 인치 정도이다.
캐소드(1020)와 아크 챔버 하우징(1010) 사이에는 갭이 있다. 필라멘트(1030)의 가열 루프는 컵 형상의 캐비티(1240)내에 위치되고, 아크 챔버(1014)로부터 필라멘트(1030)로의 플라즈마의 이동이 최소이다.
이온 소스는 차폐부(1400)를 더 포함할 수도 있다. 차폐부(1400)는 실질적으로, 캐소드(1020) 및 필라멘트(1030)에 인접한 아크 챔버(1014) 외부의 영역을 둘러싼다. 차폐부(1400)의 기능은 캐소드(1020) 및 필라멘트(1030) 근처의 전자들 및 플라즈마에 대한 배리어를 형성하는 것이다. 차폐부(1400)는 전자들 및 플라즈마에 대한 배리어를 형성한다는 관점에서 영역(1402)을 둘러싸지만, 영역(1402)을 밀봉하지는 않는다.
차폐부(1400)는 박스형 구조를 가질 수도 있고, 내화 금속으로 제조될 수도 있다. 차폐부(1400)는 2-레벨 메인 벽(1410), 상부 벽(1412), 제 1 측벽(1414) 및 제 2 측벽(미도시)을 포함한다. 2-레벨 메인 벽(1410)은 차폐부(1400)가 필라멘트 클램프에 전기적 및 기계적으로 접속되게 하지만, 캐소드 클램프(1300)로부터 이격되게 한다. 상이한 차폐 구성들이 활용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 차폐부(1400)는 평탄한 메인 벽을 가질 수도 있고, 스탠드오프(standoff)를 사용하여 필라멘트 클램프에 탑재될 수도 있다. 또한, 차폐부(1400)는 이온 소스의 다른 엘리먼트에 탑재될 수도 있다.
클램프 어셈블리(1210)는 캐소드 클램프(1300), 필라멘트 클램프, 및 절연체 블록(1310)을 포함할 수도 있다. 캐소드 클램프(1300) 및 필라멘트 클램프들은 고정 위치들에서 절연체 블록(1310)에 탑재되고, 서로로부터 전기적으로 절연된다.
이온 소스는 절연체 블록(1310)과 캐소드(1020) 사이에 절연체 차폐부(1460)를 더 포함할 수도 있다. 절연체 차폐부(1460)는 이온 소스 바디(1150)에 부착된 내화 금속 엘리먼트일 수도 있다. 절연체 차폐부(1460)는 캐소드 클램프(1300) 및 필라멘트 클램프들로부터의 전기적 절연을 제공하기 위한 컷아웃들을 갖는다. 절연체 차폐부(1460)는 하나 이상의 캐소드 클램프(1300)와 필라멘트 클램프들 사이에 단락 회로를 발생시킬 수 있는 절연체 블록(1310)상의 퇴적물의 구축을 방지한다.
도 16은 이온 소스 챔버의 표면들로부터 붕소 잔류물을 제거하기 위해 NF3를 사용하는 세정 동작에 대한 경과 시간(min)의 함수로서 빔 전류(mA)의 그래프이고, 붕소 잔류물이 NF3 증기를 흐르게 함으로써 제거될 수 있다는 것을 나타낸다. 이러한 테스트의 동작 조건은, 1.5 sccm의 NF3 가스 흐름, 145W의 아크 전력(아크 전압=100볼트, 아크 전류=1.45 암페어), 20mA의 소스 빔 전류, 및 40kV의 추출 전압을 포함한다. 도 16의 그래프에서의 곡선들은, 시간의 함수로서, BF2 +, BF+, 및 B+에 대한 빔 전류 곡선들을 포함한다. 세정의 증거가 세정 가스가 이온 소스로 흐를 때 이들 빔 전류에서의 매우 효과적인 감소에 의해 관찰된다. 세정 가스는 붕소 잔류물과 효과적으로 반응하여, 아크 챔버 플라즈마에서 이온화하는 휘발성 불화 붕소를 생성하고, 도 16에 도시된 다양한 빔 전류를 발생시킨다. 소스 빔 전류 20mA에 대해 획득된 커브들의 3개의 세트에 부가하여, 아크 챔버의 전력이 30mA의 관련 소스 빔 전류를 발생시키는 200W로 증가될 때, 추가의 BF2 + 데이터가 도시된다. 추가의 전력은 세정 가스의 세정 유효성을 강화시키는 것을 또한 보조한다.
이러한 동작적인 예에서, NF3는 B2F4와 함께 흐르지 않지만, 퇴적물이 관찰되는 B2F4 테스트 이후에 흐른다. 퇴적물의 제거가 시각적으로 관찰되고, 관찰된 제거는 NF3와 붕소 퇴적물 사이의 반응에 의해 생성된 BF3로부터 이온 소스에서 생성되는 BF2+ 및 B+ 이온의 붕괴(도 16의 하부 좌측부에서의 곡선들을 참조)를 수반한다.

Claims (33)

  1. 이온 주입 시스템에 있어서,
    아크 챔버를 포함하여, 가스를 그 내부에서 이온화하도록 구성된 이온 소스;
    도펀트 가스 소스로서, B2F4, B2H6, B5H9, B3F5, BHF2, 및 BH2F로부터 선택된 적어도 하나의 붕소 화합물을 포함하는 도펀트 가스를 구비하는, 상기 도펀트 가스 소스;
    상기 도펀트 가스 소스로부터 상기 아크 챔버로 상기 도펀트 가스를 흐르게 하는 도펀트 가스 공급 라인; 및
    냉각 통로를 포함하는 냉각 구조체로서, 상기 냉각 통로는 상기 아크 챔버로 진입하기 이전에 상기 도펀트 가스 공급 라인의 원위 단부 내에서, 상기 도펀트 가스 공급 라인 및 상기 도펀트 가스 공급 라인을 통과하여 흐르는 상기 도펀트 가스를 냉각시키도록 구성되어, 상기 아크 챔버의 동작에서 발생된 열에 의한 상기 도펀트 가스의 가열, 및 상기 열로부터 유발되는 상기 도펀트 가스의 분해를 방지하는, 상기 냉각 구조체를 포함하는
    이온 주입 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도펀트 가스 공급 라인은 원위 단부에서 상기 아크 챔버로 도펀트 가스를 방출하도록 구성되고, 상기 냉각 통로는 상기 도펀트 가스 공급 라인의 원위 단부에 위치되는
    이온 주입 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이온 소스에 대한 수냉각 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 수냉각 어셈블리는 상기 냉각 통로를 통해 물을 흐르게 하여, 상기 도펀트 가스 공급 라인 및 상기 도펀트 가스 공급 라인을 통해 흐르는 도펀트 가스를 냉각시키도록 상기 냉각 통로에 작동가능하게 커플링되는
    이온 주입 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도펀트 가스는 사불화이붕소(B2F4)를 포함하고, 상기 냉각 구조체는 상기 도펀트 가스 공급 라인에서의 사불화이붕소의 온도를 700℃ 아래로 유지하도록 동작하는
    이온 주입 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 구조체는 상기 도펀트 가스의 냉각을 실시하기 위해 냉각제가 흐를 수 있는 적어도 하나의 통로를 포함하는 열 싱크 바디를 포함하고,
    상기 열 싱크 바디는 기계적 고정에 의해 상기 도펀트 가스 공급 라인에 고정되도록 구성되고,
    냉각제가 순환되는 이온 소스 냉각류 회로를 포함하고,
    상기 냉각류 회로는 상기 적어도 하나의 통로를 통한 냉각제의 흐름을 위해 상기 열 싱크 바디에 냉각제 공급 관계로 커플링되는
    이온 주입 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    세정 가스 공급부, 희석 가스 공급부, 및 보충 재료 공급부 중 적어도 하나를 더 포함하고,
    상기 세정 가스 공급부가 존재할 때, 상기 도펀트 가스 소스로부터의 상기 도펀트 가스가 상기 이온 소스에 의해 수용되는 동안, 또는 상기 이온 소스가 상기 도펀트 가스 소스로부터 상기 도펀트 가스를 수용하지 않는 경우, 상기 이온 소스는 상기 세정 가스 공급부로부터 세정 가스를 수용하도록 구성되고,
    상기 희석 가스 공급부가 존재할 때, 상기 이온 소스는 상기 도펀트 가스 소스로부터의 상기 도펀트 가스가 상기 이온 소스에 의해 수용되는 동안 상기 희석 가스 공급부로부터 희석 가스를 수용하도록 구성되며,
    상기 보충 재료 공급부가 존재할 때, 상기 이온 소스는 상기 도펀트 가스 소스로부터의 상기 도펀트 가스가 상기 이온 소스에 의해 수용되는 동안 상기 보충 재료 공급부로부터 보충 재료를 수용하도록 구성되는
    이온 주입 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 세정 가스는 XeF2 및 NF3로부터 선택된 적어도 하나의 가스 종을 포함하고; 상기 희석 가스는 XeF2, 불활성 가스(inert gas), 비활성 가스(noble gas), BF3, H2, Ar, N2, Xe와 H2의 혼합물, CH4 및 NH3로부터 선택된 적어도 하나의 희석 가스 종을 포함하며; 상기 보충 재료는 B+를 향해 이온화 반응 평형을 시프트하는데 효과적인 보충 재료, 수소, 메탄, 및 상기 아크 챔버, 상기 아크 챔버로 상기 도펀트 가스를 흐르게 하는 상기 도펀트 가스 공급 라인, 및 상기 아크 챔버와 도펀트 가스 공급 라인 사이의 인터페이스의 영역 중 적어도 하나에서 분해 종의 퇴적을 방지하는데 효과적인 재료 중 적어도 하나를 포함하는
    이온 주입 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    (ⅰ) 제어기가 상기 아크 챔버에서 또는 상기 아크 챔버의 외벽에서, 상기 도펀트 가스 공급 라인에서, 또는 상기 아크 챔버와 도펀트 가스 공급 라인 사이의 인터페이스의 영역에서 퇴적을 방지하기 위해 소정의 온도를 유지하도록 구성되는 것;
    (ⅱ) 상기 아크 챔버가 방사 열 전달에 의해 열을 소산시키도록 구성되는 것;
    (ⅲ) 상기 아크 챔버가 열 소산 연장 표면을 포함하는 것;
    (ⅳ) 상기 아크 챔버가 텅스텐 또는 몰리브덴으로 형성된 구조체를 포함하는 것;
    (ⅴ) 상기 아크 챔버 및 상기 아크 챔버에 대한 공급 튜브 중 적어도 하나가 퇴적 방지 코팅 또는 차폐물을 포함하는 것;
    (ⅵ) 상기 아크 챔버가 상기 아크 챔버의 구성 재료보다 높은 방사율(emissivity) 재료로 코팅되거나, 랩핑되거나 커버되는 것;
    (ⅶ) 상기 아크 챔버가 적어도 2개의 구성 재료로 형성되고, 상이한 방사율을 갖는 재료들을 포함하는 것;
    (ⅷ) 제어기가 상기 아크 챔버 및 도펀트 가스 공급 라인 중 적어도 하나에서 퇴적을 방지하는 공정 조건을 유지하도록 구성되는 것;
    (ⅸ) 상기 아크 챔버가 그라파이트 벽 및 텅스텐 벽 중 적어도 하나를 포함하는 것;
    (ⅹ) 상기 아크 챔버가 0.7 내지 0.8의 방사율을 갖는 적어도 하나의 벽을 포함하는 것;
    (ⅹⅰ) 상기 아크 챔버가 0.1 내지 0.2의 방사율을 갖는 적어도 하나의 벽을 포함하는 것;
    (ⅹⅱ) 상기 아크 챔버가 적어도 하나의 텅스텐 벽을 포함하는 것;
    (ⅹⅲ) 제어기가 상기 이온 소스의 동작에서 방사율을 제어하도록 구성되는 것;
    (ⅹⅰⅹ) 제어기가 냉각기를 포함하는 것;
    (ⅹⅹ) 열적 비전도성 어댑터가 상기 도펀트 가스 공급 라인과 아크 챔버 사이에 배치되는 것;
    (ⅹⅹⅰ) 동축 어댑터가 상기 도펀트 가스 공급 라인과 아크 챔버 사이에 배치되는 것;
    (ⅹⅹⅱ) 상기 도펀트 가스 공급 라인 및 아크 챔버 중 적어도 하나의 구성 재료와는 상이한 도전율 및 방사율 중 적어도 하나를 갖는 어댑터가 상기 도펀트 가스 공급 라인과 아크 챔버 사이에 배치되는 것;
    (ⅹⅹⅲ) 방사 차폐부가 소스 튜브와 아크 챔버 사이에 배치되는 것;
    (ⅹⅹⅳ) 상기 도펀트 가스 공급 라인이 상기 아크 챔버의 구성 재료보다 낮은 열 전도율을 갖는 재료로 구성되는 것;
    (ⅹⅹⅴ) 상기 아크 챔버가 원통형 돌출부들을 포함하고, 선택적으로, 상기 원통형 돌출부들 중 하나에 연결된 어댑터가 상기 도펀트 가스 공급 라인과 아크 챔버 사이에 배치되고, 상기 돌출부에서 분자 유동 영역(flow regime)을 제공하도록 구성되는 것;
    (ⅹⅹⅵ) 상기 도펀트 가스 공급 라인이 동축 튜브를 포함하는 것;
    (ⅹⅹⅶ) 상기 도펀트 가스 공급 라인이 0.635cm 보다 큰 직경을 갖는 것; 및
    (ⅹⅹⅷ) 다중의 인렛이 상기 아크 챔버 내로 도펀트 가스를 흘리는 것으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 특징들 중 적어도 하나를 더 포함하는
    이온 주입 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템의 흐름 통로는 상기 이온 주입 시스템의 동작중에 상기 도펀트 가스로부터 유래하는 고체들의 퇴적에 영향을 받기 쉽고,
    상기 흐름 통로에서 상기 도펀트 가스로부터 유래하는 퇴적 고체들의 축적을 검출하고 이를 나타내는 출력을 제공하도록 구성된 모니터링 디바이스; 및 상기 이온 주입 시스템의 후속 동작중에 상기 도펀트 가스로부터 유래하는 상기 퇴적 고체들의 축적을 방지하고, 감소시키거나 반전시키기 위해, 상기 이온 주입 시스템의 작동을 조정하도록 상기 모니터링 디바이스의 상기 출력에 응답하는 제어 어셈블리를 포함하는 고체 퇴적 모니터링 및 제어 시스템을 더 포함하는
    이온 주입 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고체 퇴적 모니터링 및 제어 시스템은,
    (ⅰ) 상기 모니터링 디바이스가 상기 흐름 통로에서의 압력을 모니터링하도록 구성된 압력 트랜스듀서(pressure transducer)를 포함하는 것;
    (ⅱ) 상기 모니터링 디바이스가 질량 흐름 제어기의 밸브 위치를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 질량 흐름 제어기를 포함하고, 상기 밸브 위치를 규정하는 밸브가 상기 흐름 통로를 통한 소정의 유량을 유지하기 위해 상기 흐름 통로에서의 고체 축적에 응답하여 개방되는 것;
    (ⅲ) 상기 제어 어셈블리가 상기 흐름 통로를 통한 도펀트 가스의 흐름을 조정하도록 동작가능한 흐름 제어 밸브를 포함하는 것;
    (ⅳ) 상기 제어 어셈블리가 상기 흐름 통로를 통한 세정 유체의 흐름을 조정하도록 동작가능한 흐름 제어 밸브를 포함하는 것;
    (ⅴ) 상기 제어 어셈블리가 상기 흐름 통로를 통한 희석 유체의 흐름을 조정하도록 동작가능한 흐름 제어 밸브를 포함하는 것;
    (ⅵ) 상기 제어 어셈블리가 상기 이온 주입 시스템의 상기 이온 소스 및 상기 흐름 통로 중 적어도 하나에서의 상기 도펀트 가스의 체류 시간을 조정하도록 동작가능한 것; 및
    (ⅶ) 상기 제어 어셈블리가 상기 이온 소스의 상기 아크 챔버로의 전력 입력을 조정하도록 동작가능한 것의 특징들 중 적어도 하나를 특징으로 하는
    이온 주입 시스템.
  13. 기판에 이온을 주입하는 방법에 있어서,
    도펀트 가스의 이온화를 발생시키는 조건하에서, 상기 도펀트 가스의 소스로부터 이온 소스의 아크 챔버로 상기 도펀트 가스를 통과시키는 단계, 및
    상기 아크 챔버의 동작중에 발생된 열에 의한 상기 도펀트 가스의 가열, 및 상기 열로부터 유발되는 상기 도펀트 가스의 분해를 방지하기 위해, 상기 아크 챔버로의 진입 이전에 상기 도펀트 가스를 냉각하는 단계를 포함하고,
    (ⅰ) 상기 도펀트 가스가 사불화이붕소를 포함하고, 상기 냉각하는 단계는 상기 아크 챔버로 유동되는 사불화이붕소의 온도를 700℃ 아래로 유지하도록 동작하는 것;
    (ⅱ) 상기 도펀트 가스가 사불화이붕소를 포함하고, 상기 냉각하는 단계는 상기 사불화이붕소가 상기 아크 챔버로 진입하기 이전에 상기 사불화이붕소에 대해 열교환 관계에 있는 이온 소스 냉각제 공급부로부터 냉각제를 흐르게 하는 단계를 포함하는 것;
    (ⅲ) 상기 도펀트 가스는 B2F4, B2H6, B5H9, B3F5, BHF2, 및 BH2F로부터 선택된 적어도 하나의 붕소 화합물을 포함하는 것;
    (ⅳ) 상기 도펀트 가스의 이온화 동안 또는 상기 도펀트 가스의 이온화가 상기 이온 소스에서 수행되지 않는 경우, 상기 이온 소스를 세정 가스로 세정하는 것;
    (ⅴ) 상기 이온화 동안 상기 이온 소스에 희석 가스를 도입하는 것; 및
    (ⅵ) 상기 이온화 동안 상기 이온 소스에 보충 재료를 도입하는 것의 특징들 (i) 내지 (vi) 중 적어도 하나를 특징으로 하는
    이온 주입 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는, 도펀트 가스 공급 라인 및 상기 도펀트 가스 공급 라인을 통해 흐르는 도펀트 가스를 냉각시키도록 구성된 냉각 통로를 통해 냉각 매체를 흐르게 하는 단계를 포함하는
    이온 주입 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 도펀트 가스는 사불화이붕소를 포함하는
    이온 주입 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 도펀트 가스는 B2F4, B2H6, B5H9, B3F5, BHF2, 및 BH2F로부터 선택된 적어도 하나의 붕소 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는
    이온 주입 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 세정 가스는 XeF2 및 NF3로부터 선택된 적어도 하나의 가스 종을 포함하고; 상기 희석 가스는 XeF2, 불활성 가스, 비활성 가스, BF3, H2, Ar, N2, 및 Xe와 H2의 혼합물, CH4 및 NH3로부터 선택된 적어도 하나의 희석 가스 종을 포함하며; 상기 보충 재료는 B+를 향해 이온화 반응 평형을 시프트하는데 효과적인 보충 재료, 수소, 메탄, 및 상기 아크 챔버, 상기 아크 챔버로 상기 도펀트 가스를 흐르게 하는 상기 도펀트 가스 공급 라인, 및 상기 아크 챔버와 상기 도펀트 가스 공급 라인 사이의 인터페이스의 영역 중 적어도 하나에서 분해 종의 퇴적을 방지하는데 효과적인 재료 중 적어도 하나를 포함하는
    이온 주입 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    (ⅰ) 상기 아크 챔버, 도펀트 가스 공급 라인, 또는 상기 아크 챔버와 도펀트 가스 공급 라인 사이의 인터페이스의 영역에서, 퇴적을 방지하기 위해 소정의 온도를 유지하는 것;
    (ⅱ) 상기 아크 챔버의 아크 전압 및 전류를 제어하는 것;
    (ⅲ) 방사 열 전달에 의해 상기 아크 챔버로부터 열을 소산시키는 것;
    (ⅳ) 상기 아크 챔버의 외벽 온도를 제어하는 것;
    (ⅴ) 상기 아크 챔버가 텅스텐 또는 몰리브덴으로 형성된 구조체를 포함하는 것;
    (ⅵ) 상기 아크 챔버 및 도펀트 가스 공급 라인 중 적어도 하나가 퇴적 방지 코팅 또는 차폐물을 포함하는 것;
    (ⅶ) 상기 아크 챔버가 상기 아크 챔버의 구성 재료보다 높은 방사율 재료로 코팅되거나, 랩핑되거나 커버되는 것;
    (ⅷ) 상기 아크 챔버가 적어도 2개의 구성 재료로 형성되고, 상이한 방사율을 갖는 재료들을 포함하는 것;
    (ⅸ) 상기 아크 챔버 및 도펀트 가스 공급 라인 중 적어도 하나에서 퇴적을 방지하는 공정 조건들을 유지하는 것;
    (ⅹ) 붕소 소스 도펀트 가스의 체류 시간을 제어하는 것;
    (ⅹⅰ) 상기 도펀트 가스로부터 유래하는 고체들의 더 많은 퇴적에 영향을 받기 쉬운 상기 이온 소스의 영역들에서 더 짧은 체류 시간을 갖게 하는 것;
    (ⅹⅱ) 상기 아크 챔버가 적어도 하나의 그라파이트 벽을 포함하는 것;
    (ⅹⅲ) 상기 아크 챔버가 0.7 내지 0.8의 방사율을 갖는 적어도 하나의 벽을 포함하는 것;
    (ⅹⅳ) 상기 아크 챔버가 0.1 내지 0.2의 방사율을 갖는 적어도 하나의 벽을 포함하는 것;
    (ⅹⅴ) 상기 아크 챔버가 텅스텐 및 그라파이트 벽 중 적어도 하나를 갖는 것;
    (ⅹⅵ) 상기 이온 소스의 동작중에 방사율을 제어하는 것;
    (ⅹⅶ) 냉각제 유체를 사용하여 상기 냉각 단계를 실시하는 것;
    (ⅹⅷ) 상기 냉각 단계는 강제 대류 냉각을 포함하는 것;
    (ⅹⅸ) 상기 도펀트 가스 공급 라인과 아크 챔버 사이에 열적 비전도성 어댑터를 배치하는 것;
    (ⅹⅹ) 상기 도펀트 가스 공급 라인과 아크 챔버 사이에 동축 어댑터를 배치하는 것;
    (ⅹⅹⅰ) 상기 도펀트 가스 공급 라인 및 아크 챔버 중 적어도 하나의 구성 재료와 상이한 도전율 및 방사율 중 적어도 하나를 갖는 어댑터를 상기 도펀트 가스 공급 라인과 아크 챔버 사이에 배치하는 것;
    (ⅹⅹⅱ) 소스 튜브와 아크 챔버 사이에 방사 차폐부를 배치하는 것;
    (ⅹⅹⅲ) 상기 아크 챔버의 구성 재료보다 낮은 열 전도율을 갖는 재료의 상기 도펀트 가스 공급 라인을 구성하는 것;
    (ⅹⅹⅳ) 상기 아크 챔버가 원통형 돌출부들을 포함하고, 선택적으로, 상기 원통형 돌출부 중 하나에 연결되고 상기 돌출부에서 분자 유동 영역을 제공하도록 구성되는 어댑터를, 상기 도펀트 가스 공급 라인과 아크 챔버 사이에 배치하는 것;
    (ⅹⅹⅴ) 상기 도펀트 가스 공급 라인이 동축 튜브를 포함하는 것;
    (ⅹⅹⅵ) 상기 도펀트 가스 공급 라인이 0.635cm 보다 큰 직경을 갖는 것;
    (ⅹⅹⅶ) 0.635cm 보다 큰 직경을 갖는 어댑터를 상기 도펀트 가스 공급 라인과 아크 챔버 사이에 배치하는 것;
    (ⅹⅹⅷ) 상기 아크 챔버로의 상기 도펀트 가스의 흐름을 위한 다중의 인렛들을 제공하는 것; 및
    (ⅹⅹⅸ) 아크 전압, 전자 거동, 빔 투과, 및 상기 도펀트 가스의 부분 분리(fractionation) 중 적어도 하나를 제어하는 것의 특징들 중 적어도 하나를 특징으로 하는
    이온 주입 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    이온 주입 시스템의 동작중에 상기 도펀트 가스로부터 유래하는 고체들의 퇴적에 영향을 받기 쉬운 흐름 경로를 포함하는 상기 이온 주입 시스템에서 실시될 때, 상기 방법은,
    상기 흐름 경로에서의 상기 도펀트 가스로부터 퇴적 고체들의 축적을 모니터링하고 이를 나타내는 출력을 응답하여 발생시키는 단계; 및
    상기 이온 주입 시스템의 후속 동작중에 상기 도펀트 가스로부터의 상기 퇴적 고체들의 축적을 방지, 감소 또는 반전시키도록 상기 이온 주입 시스템의 동작을 응답하여 조정하는 단계를 포함하는
    이온 주입 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    (ⅰ) 상기 모니터링하는 단계는 상기 흐름 경로에서의 압력을 모니터링하는 단계를 포함하는 것;
    (ⅱ) 상기 흐름 경로에 질량 흐름 제어기를 배치하며, 상기 질량 흐름 제어기의 밸브 위치를 나타내는 신호를 발생시키고, 상기 밸브 위치를 규정하는 밸브는 상기 흐름 경로를 통한 소정의 유량을 유지하기 위해 상기 흐름 경로에서의 고체 축적에 응답하여 개방되는 것;
    (ⅲ) 상기 이온 주입 시스템의 동작을 응답하여 조정하는 단계는 상기 흐름 경로를 통한 도펀트 가스의 흐름을 조정하는 단계를 포함하는 것;
    (ⅳ) 상기 이온 주입 시스템의 동작을 응답하여 조정하는 단계는 상기 흐름 경로를 통한 세정 유체의 흐름을 조정하는 단계를 포함하는 것;
    (ⅴ) 상기 이온 주입 시스템의 동작을 응답하여 조정하는 단계는 상기 흐름 경로를 통한 희석 유체의 흐름을 조정하는 단계를 포함하는 것;
    (ⅵ) 상기 이온 주입 시스템의 동작을 응답하여 조정하는 단계는 이온 주입 장치의 상기 이온 소스 및 상기 흐름 경로 중 적어도 하나 내의 도펀트 소스 재료의 체류 시간을 조정하는 단계를 포함하는 것; 및
    (ⅶ) 상기 이온 주입 시스템의 동작을 응답하여 조정하는 단계는 상기 이온 주입 시스템의 상기 이온 소스의 상기 아크 챔버로의 전력 입력을 조정하는 단계를 포함하는 것의 특징들 중 적어도 하나를 특징으로 하는
    이온 주입 방법.
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  33. 이온 주입 시스템에 있어서,
    아크 챔버를 포함하여, 가스를 그 내부에서 이온화하도록 구성된 이온 소스;
    도펀트 가스 소스;
    상기 도펀트 가스 소스로부터 상기 아크 챔버로 도펀트 가스를 도입하는 도펀트 가스 공급 라인; 및
    상기 도펀트 가스 공급 라인과 연관되고, 상기 도펀트 가스 공급 라인 내의 도펀트 가스를 냉각하여, 상기 아크 챔버의 동작에서 발생된 열에 의한 상기 도펀트 가스의 가열, 및 상기 열로부터 유발되는 상기 도펀트 가스의 분해를 방지하도록 구성된 냉각 구조체를 포함하고,
    상기 이온 주입 시스템은 세정 가스 공급부, 희석 가스 공급부, 및 보충 재료 공급부 중 적어도 하나를 더 포함하고,
    상기 세정 가스 공급부가 존재할 때, 상기 도펀트 가스 소스로부터의 상기 도펀트 가스가 상기 이온 소스에 의해 수용되는 동안, 또는 상기 이온 소스가 상기 도펀트 가스 소스로부터 상기 도펀트 가스를 수용하지 않는 경우, 상기 이온 소스는 상기 세정 가스 공급부로부터 세정 가스를 수용하도록 구성되고,
    상기 희석 가스 공급부가 존재할 때, 상기 이온 소스는 상기 도펀트 가스 소스로부터의 상기 도펀트 가스가 상기 이온 소스에 의해 수용되는 동안 상기 희석 가스 공급부로부터 희석 가스를 수용하도록 구성되며,
    상기 보충 재료 공급부가 존재할 때, 상기 이온 소스는 상기 도펀트 가스 소스로부터의 상기 도펀트 가스가 상기 이온 소스에 의해 수용되는 동안 상기 보충 재료 공급부로부터 보충 재료를 수용하도록 구성되는
    이온 주입 시스템.
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