KR102138400B1 - 이온 주입 조성물, 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
도판트 종의 주입을 위한 이온 주입 조성물, 시스템 및 방법이 기술되어 있다. 특정의 셀레늄 도판트 공급원 조성물뿐 아니라 공법 전이(recipe transition), 빔 안정성, 공급원 수명, 빔 균일성, 빔 전류, 및 소유자의 비용과 같은 주입 시스템 특성에서 이점을 달성하기 위한 공-유동 기체의 용도가 기술되어 있다.
Description
본 발명은 이온 주입 시스템 및 방법, 및 이온 주입용 조성물에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 임시 특허 출원 제 61/773,135 호 (출원일: 2013년 3월 5일, 출원인 명의: 빌 올레그(Oleg Byl) 등, 발명의 명칭: "이온 주입 조성물, 시스템 및 방법")를 우선권으로 주장한다. 미국 임시 특허 출원 제 61/773,135 호의 개시내용 전체를 본원에 참고로 인용한다.
이온 주입은 마이크로전자 및 반도체 제품의 제조에서 널리 사용되는 공정이며, 반도체 웨이퍼와 같은 기재 내로 제어된 양의 도판트 불순물을 정확하게 도입하는데 사용되고 있다.
그러한 용도에 사용되는 이온 주입 시스템에서, 전형적으로, 원하는 도판트 원소 기체를 이온화하는데 이온 공급원이 사용되며, 상기 공급원으로부터 원하는 에너지의 이온 빔의 형태로서 이온들이 추출된다. 열전극을 사용하고 전기적 아크에 의해 파워가 공급되는 프리맨 앤드 버나스(Freman and Bernas) 유형, 마그네트론을 사용하는 마이크로파 유형, 간접 가열식 캐쏘드(IHC) 공급원, 및 RF 플라즈마 공급원(이들 모두 전형적으로 진공에서 작동된다)을 비롯한 다양한 유형의 이온 공급원이 이온 주입 시스템에 사용된다.
임의의 시스템에서 상기 이온 공급원은, 도판트 기체(통상 "공급물(feedstock) 기체"로 지칭됨)로 충전된 진공 아크 챔버(이후로는, "챔버")내로 전자를 도입함으로써 이온을 생성한다. 도판트 기체 내의 원자 및 분자에 전자를 충돌(collision)시키는 것은, 양성 및 음성 도판트 이온으로 이루어지는 이온화된 플라즈마의 생성을 야기한다. 음성 또는 양성 바이어스에 의한 전극의 추출은 각각, 상기 양성 또는 음성 이온들이 개구부를 시준된(collimated) 이온 빔으로서 통과하게 하며, 이는 타겟 물질 쪽으로 가속화되어 원하는 전도도의 영역을 형성한다.
예방적 보수(PM))의 빈도수 및 기간이 이온 주입 장비의 하나의 성능 인자이다. 일반적인 경향으로서 상기 장비 PM의 빈도수 및 기간은 감소되어야 한다. 대부분의 보수를 필요로 하는 상기 이온 주입기 장비 부분은 이온 공급원을 포함하며, 이는 일반적으로, 조작 조건, 즉 추출 전극 및 고 전압 절연체(수천 시간의 조작 후 보통 세정됨); 상기 장비과 결합된 진공 시스템의 펌프 및 진공 라인에 따라 대략 50 내지 300 시간 후에 제공된다. 추가적으로, 이온 공급원의 필라멘트는 정기적으로 대체된다.
이상적으로, 아크 챔버내로 투입된 공급물 분자는, 아크 챔버 자체 또는 이온 주입기의 임의의 다른 컴포넌트와 실질적으로 상호작용하지 않고 이온화되고 분절화된다. 실제로, 공급물 기체 이온화 및 분절화는, 아크 챔버 컴포넌트 에칭 또는 스퍼터링, 아크 챔버 표면 상의 침착, 아크 챔버 벽 물질의 재분포 등과 같은 원치않는 영향을 야기할 수 있다. 이러한 영향은 이온 빔 불안정성에 기여하고 결국은 이온 공급원의 조기 불량을 야기할 수 있다. 공급물 기체 및 이의 이온화 생성물의 잔류물은, 이온 주입기 장비의 고 전압 컴포넌트, 예컨대 공급원 절연체 또는 추출 전극의 표면 상에 침착될 때, 또한 에너지가 많은 고 전압 스파킹(sparking)을 야기할 수 있다. 그러한 스파크는 빔 불안정에 대한 또다른 기여 요인이며, 이 스파크에 의해 방출된 에너지는 민감성 전자 컴포넌트에 손상을 가하여 증가된 장비 고장 및 불량한 평균 무고장 시간(MTBF)을 초래한다.
공급물 기체 또는 공-유동(co-flow) 기체(공-유동 기체는, 공급물 기체와의 혼합물로 또는 공급물 기체가 흐르는 관과 별도의 유동관에서 주입기의 이온화 챔버로 공급되는, 공급물 기체와 함께 주입기로 동시에 유동되는 기체이다)로서의 하이드라이드 기체의 높은 %가 흐르는 이온 주입기에서, 이온 공급원 불량 모드는 전형적으로 (i) 캐쏘드의 소위 "펀치-쓰루(punch-through)"를 야기하는, 캐쏘드의 과도한 스퍼터링, (ii) 전기적 단락 또는 "고장(glitching)"을 야기하는 고형물(solid)의 과도한 침착 및 절연 표면, (iii) 상이한 전기적 전위의 두 컴포넌트 간의 단락을 야기하는 고형물 축적(buildup), 및 (iv) 이온 빔 전류의 손실을 야기하는 전자 방출 효율의 손실을 초래하는 캐쏘드 상의 고형물 축적을 포함한다.
마이크로전자 및 반도체 장치가 점점 더 소형화됨에 따라, 상응하게 더 낮은 에너지로 전도되어 얕은 주입 영역을 제공하도록 이온 주입이 흔히 필요하며, 그러한 저-에너지 작동은 더 높은 비용 및 감소된 장비 생산성의 단점을 수반한다.
이온 주입 시스템에 사용된 도판트는 매우 다양한 유형을 가지며, 특히 비소, 인, 붕소, 산소, 질소, 텔루륨, 탄소 및 셀레늄을 포함한다. 셀레늄은 예를 들면 수많은 이온 주입 용도, 예를 들면 비소화 갈륨(GaAs) 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 장치, 인화 인듐(InP) 장치, 및 실리카 유리 중의 양자 점의 제조에서 도판트로 사용된다.
이온 주입 조작에 사용되는 도판트의 특정 유형과 상관없이, 공급물 기체가 효율적으로 가공되고, 이온 종의 주입이 효과적이고 경제적인 방식으로 수행되고, 유지 필요성이 최소화되고 시스템 컴포넌트의 평균 무고장 시간이 최대화되어 주입 장비 생산성이 가능한 한 높도록 주입기 장치가 운전되는 것을 보장하는 것이 공통 목적이다.
본원은 이온 주입 조성물, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하나의 양태에서, 본원은, 도판트 종으로서 셀레늄을 포함하는 공급물 기체로부터 셀레늄을 주입하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 공급물 기체를, 이온 공급원 불량 모드인 (i) 캐쏘드의 스퍼터링, (ii) 절연 표면 상의 고형물의 침착, (iii) 상이한 전기적 전위의 두 컴포넌트 간의 단락을 야기하는 고형물 축적, 및 (iv) 캐쏘드 상의 고형물 축적 중 하나 이상을 방지하는데 효과적인 공-유동 기체와 함께 주입기로 유동시키는 것을 포함하며, 임의적으로, 이때 상기 도판트 종은 그의 하나 이상의 동위원소가 자연적인 존재비(natural abundance)보다 동위원소적으로 더 풍부하다(isotropically enriched).
다른 양태에서, 본원은, 기재에 셀레늄을 이온 주입하는 방법으로서, 상기 방법은, 셀레늄-함유 공급물 기체를 이온화하여 셀레늄-함유 이온 종을 형성하고, 상기 셀레늄-함유 이온 종으로부터의 셀레늄 이온을 상기 기재에 주입하는 것을 포함하며, 이때 셀레늄-함유 공급물 기체는 폴리셀레나이드를 포함한다.
다른 양태에서, 본원은, 기재에 셀레늄을 이온 주입하는 방법으로서, 상기 방법은, 셀레늄-함유 공급물 기체를 이온화하여 셀레늄-함유 이온 종을 형성하고, 상기 셀레늄-함유 이온 종으로부터의 셀레늄 이온을 상기 기재에 주입하는 것을 포함하며, 이때 셀레늄-함유 공급물 기체는, 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한, 원소형 셀레늄, 수소 셀레나이드, 유기셀레늄 화합물, 셀레늄 할라이드, 및 폴리셀레나이드의 형태 중 하나 이상으로 셀레늄 도판트 종을 포함한다.
본원의 추가의 양태는, 이온화 챔버를 포함하는 이온 주입기, 및 상기 이온화 챔버에 공급 관계로 결합되어 거기에 공급물 기체를 전달하는 공급물 기체 공급 패키지를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것이며, 이때 상기 시스템은 본 개시내용에 따른 방법을 수행하도록 구성되고 배열된다.
본원의 추가의 다른 양태는, (i) (A) 원소형 셀레늄, (B) 수소 셀레나이드, (C) 유기셀레늄 화합물, (D) 셀레늄 할라이드, (E) 폴리셀레나이드, 및 (F) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한, 상기 (A) 내지 (E) 중 하나 이상의 형태 중 하나 이상을 포함하는 셀레늄 도판트 종 및 (ii) 공-유동 기체를 포함하는, 도판트 종 및 공-유동 기체 조성물에 관한 것이다.
본원의 또 하나의 추가의 다른 양태는, (i) 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질을 보유하는 제1 기체 저장 및 분배 용기, 및 (ii) 공-유동 기체를 보유하는 제2 기체 저장 및 분배 용기를 포함하는, 이온 주입 시스템용 기체 공급 키트에 관한 것으로서, 상기 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질은, (A) 원소형 셀레늄, (B) 수소 셀레나이드, (C) 유기셀레늄 화합물, (D) 셀레늄 할라이드, (E) 폴리셀레나이드, 및 (F) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 상기 (A) 내지 (E) 중 하나 이상의 형태 중 하나 이상을 포함하는 셀레늄 도판트 종을 포함한다.
본원의 또 다른 추가의 다른 양태는, 이온 주입 시스템의 작동을 향상시키는 방법으로서, 이 방법은 이온 주입 시스템에 사용하기 위해 (i) 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질을 보유하는 제1 기체 저장 및 분배 용기, 및 (ii) 공-유동 기체를 보유하는 제2 기체 저장 및 분배 용기를 제공하는 것을 포함하며, 이때 상기 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질은, (A) 원소형 셀레늄, (B) 수소 셀레나이드, (C) 유기셀레늄 화합물, (D) 셀레늄 할라이드, (E) 폴리셀레나이드, 및 (F) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 상기 (A) 내지 (E) 중 하나 이상의 형태 중 하나 이상을 포함하는 셀레늄 도판트 종을 포함한다.
본원의 또 다른 추가의 다른 양태는, 이온 주입용 공급물 공급 패키지에 관한 것으로서, 상기 패키지는, (A) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 원소형 셀레늄, (B) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 수소 셀레나이드, (C) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 셀레늄 할라이드, (D) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 유기셀레늄 화합물, 및 (E) 폴리셀레나이드(임의적으로 상기 폴리셀레나이드는 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 더 풍부하다)로 이루어진 군 중에서 선택된 셀레늄 도판트 종을 보유하는 저장 및 분배 용기를 포함한다.
본 개시내용의 다른 태양, 특징 및 실시양태는 이후 상세한 설명 및 첨부 특허청구범위로부터 더욱 자명해질 것이다.
도 1은, 기재에 셀레늄을 주입하기 위한 이온 주입기에 셀레늄 도판트 공급원 물질이 공급되는 본 발명에 따른 조작 모드를 예시하는 이온 주입 시스템의 개략도이다.
본원은 이온 주입 시스템, 방법 및 조성물에 관한 것이다.
본원에서 사용되고 첨부된 청구범위에서 기재된 단수 형태는 달리 명백하게 문맥이 명시하지 않는 한 복수 형태를 포함한다.
본원에서 화합물의 유기 잔기 및 유기 화합물 자체는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있으며, 예를 들면 원소 C, H 및 임의적으로 헤테로원자, 예를 들면 O, N, Si 등을 포함할 수 있다. 본원에서 그러한 잔기 및 유기 화합물은 임의의 적합한 탄소 수, 예를 들면 C1-C12 또는 그 이상을 다른 원소와 화학양론적 비율로 가질 수 있다.
본원에 사용된 탄소 수 범위, 예를 들면 C1-C12의 확인은, 구성성분 탄소 수 잔기 각각을 그러한 범위로 포함하여, 그 언급된 범위 내의 각각의 개재 탄소 수 및 임의의 다른 언급되거나 개재되는 탄소 수 값이 포괄되는 것으로 의도되며, 추가로, 명시된 탄소 수 범위 내의 부분 탄소 수 범위가 본 발명의 범위 내의 더 좁은 탄소 수 범위에 독립적으로 포함될 수 있고, 하나의 탄소수 또는 탄소수들이 구체적으로 배제되는 탄소 수 범위가 본 발명에 포함되며, 명시된 범위의 탄소 수 한계치 중 하나 또는 둘다가 배제된 부분 범위 또한 본 발명에 포함되는 것으로 이해된다. 따라서, C1-C12 알킬은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실 및 도데실을 포함하고, 그러한 유형의 직쇄 뿐아니라 분지된 기를 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 치환체 잔기에 광범위하게 적용가능한 탄소 수 범위, 예를 들면 C1-C12의 확인은, 본 발명의 특정 실시양태에서는, 추가로 제한될 탄소 수 범위가, 치환체 잔기의 더 넓은 규격 내의 탄소 수 범위를 갖는 잔기의 부분 그룹으로서 가능하게 하는 것으로 이해되어야 한다. 예로써, 탄소 수 범위, 예를 들면 C1-C12 알킬은 본 발명의 특정 실시양태에서는, 부분 범위, 예를 들면 C1-C4 알킬, C2-C8 알킬, C2-C4 알킬, C3-C5 알킬, 또는 상기 넓은 탄소 수 범위 내의 다른 임의의 부분 범위를 포함하는 것으로 더 제한적으로 명시될 수 있다.
본원의 화합물은, 본원에 설명된 그의 다양한 상세 내용 및 예시와 관련하여, 특정 치환체, 기, 잔기 또는 구조를 배제하는 단서 또는 제한에 의해 특정 실시양태로 추가로 명시될 수 있다. 따라서, 본원은, 제한적으로 정의된 조성물, 예를 들면 Ri가 C1-C12 알킬이되 단, Rj가 실릴인 경우 Ri는 C4 알킬이 아닌 조성물을 포함한다.
본 개시내용은 주로, 도판트 종으로서 셀레늄을 포함하는 공급물 기체로부터 셀레늄을 주입하는 방법에 관한 것이지만, 본원에 기술된 방법 및 장치는, 다른 도판트 종, 예를 들면 비소, 게르마늄, 텔루륨, 인 등을 포함하는 공급물 기체로부터 도판트 종을 주입하는데 상응하는 이점을 위해 사용될 수도 있음을 인식할 것이다.
본 개시 내용의 일반적인 실시에서, 공급물 기체는, 하이드라이드 화합물, 할라이드 화합물, 또는 유기공급원 화합물 또는 착체 형태로, 예를 들면 도판트 공급원 종으로서 셀레늄의 경우 유기셀레늄 화합물 또는 착체로서, 도판트 종을 포함할 수 있다. 그러한 유기공급원 화합물 또는 착체의 유기 잔기는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있으며, 예를 들면 유기 치환체의 전술된 내용처럼, C1-C12 오가노, 예를 들면 C1-C12 알킬을 포함할 수 있다. 유기셀레늄 화합물은 식 R'SeR''(여기서, R' 및 R''는 독립적으로 수소, 할라이드, 알킬, 알콕시 또는 질소-함유 작용기를 포함할 수 있음)의 것일 수 있으며, 셀레놀(R'SeH), 셀레닐 할라이드(R'SeX, 여기서 X는 할로(불소, 염소, 브롬 및 요오드)임), 및 셀렌옥사이드(R'O-SeR'')를 포함한다.
본 개시내용은 도판트 종으로서 셀레늄을 포함하는 공급물 기체로부터 셀레늄을 주입하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 공급물 기체를, 이온 공급원 불량 모드인 (i) 캐쏘드의 스퍼터링, (ii) 절연 표면 상의 고형물의 침착, (iii) 상이한 전기적 전위의 두 컴포넌트 간의 단락을 야기하는 고형물 축적, 및 (iv) 캐쏘드 상의 고형물 축적 중 하나 이상을 방지하는데 효과적인 공-유동 기체와 함께 주입기로 유동시키는 것을 포함하며, 임의적으로, 이때 상기 도판트 종은 그의 하나 이상의 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 더 풍부하다.
상기 방법에서, 공급물 기체는 도판트 종의 하이드라이드를 포함할 수 있다. 공급물 기체는, 주입기에 공-유동 기체와의 혼합물로 유동될 수도 있고, 또는 달리, 공급물 기체 및 공-유동 기체는 별도의 기체 유동 관에서 주입기로 유동될 수도 있다.
하나의 실시양태에서, 상기 공-유동 기체는, H2, PH3, AsH3, CH4, GeH4, SiH4, H2Se, NH3, F2, XeF2, BF3, SF6, GeF4, SiF4, SeF4, SeF6, NF3, N2F4, HF, WF6, MoF6, Ar, Ne, Kr, Xe, He, N2, O2, O3, H2O2, H2O, Cl2, HCl, COF2, CH2O, C2F4H2, PF3, PF5, CF4, CF3H, CF2H2, CFH3, B2F4, CO, CO2, 식 XyFz 의 화합물(이때, X는 F와 화학양론적 비율의 임의의 원소이고, y ≥1, 및 z ≥ 1임), 비활성 기체, 식 CaOxHyFz (여기서, a ≥0, x ≥ 0, y ≥0, 및 z ≥ 1임)의 기상 화합물, 식 CxFyHz (여기서, x ≥ 0, y > 0, 및 z ≥ 0임)의 기상 화합물, 및 불소-함유 기체로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 기체 종을 포함한다.
특정 실시양태에서, 상기 공-유동 기체는, 캐쏘드의 스퍼터링을 방지하기에 효과적이도록 선택될 수 있다. 상기 공-유동 기체는 불소-함유 기체, 예를 들면 F2, XeF2, 및 NF3로 이루어진 군 중에서 선택된 불소-함유 기체를 포함할 수 있다. 달리, 상기 공-유동 기체는 염소-함유 기체, 또는 다른 할로겐-함유 기체를 포함할 수 있다.
상기 공급물 기체는, 예를 들면 셀레늄 도판트 종을, 예를 들면 원소형 셀레늄, 수소 셀레나이드, 유기셀레늄 화합물, 셀레늄 할라이드, 및 폴리셀레나이드, 및 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 전술된 형태 중 하나 이상의 형태로 포함할 수 있다. 상기 셀레늄 도판트 종이 유기셀레늄 화합물을 포함하는 경우, 그러한 유기셀레늄 화합물은 식 R2Se(이때 각각의 R는 독립적으로 H 또는 C1-C12 알킬이고, 하나 이상의 R은 C1-C12 알킬임)의 형태의 것일 수 있다. 상기 공급물 기체가 폴리셀레나이드를 셀레늄 도판트 종으로서 포함하는 경우, 폴리셀레나이드는 식 Sen(이때 n은 2 내지 8임)의 것일 수 있다. 동위원소적으로 풍부한 셀레늄 도판트 종이 사용되는 경우, 공급물 기체는 그러한 도판트 종을 하나 이상의 셀레늄 동위원소, 예를 들면 74Se, 76Se, 77Se, 78Se, 80Se, 및 82Se 중 하나 이상이 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한, 원소형 셀레늄, 수소 셀레나이드, 유기셀레늄 화합물, 셀레늄 할라이드, 및 폴리셀레나이드 중 하나 이상의 형태로 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 동위원소적으로 풍부한 셀레늄 동위원소는 80Se가 자연존재비보다 동위원소적으로 더 풍부하다.
전술된 방법은 기재에 도판트 종을 주입하는데 사용될 수 있다. 상기 기재는 웨이퍼(wafer) 기재 또는 반도체 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양전지 판 장치, LED 장치 및 수퍼캐패시터 장치로 이루어진 군 중에서 선택된 장치의 전구체 장치 구조물을 포함할 수 있다.
상기 도판트 종은 임의의 적합한 방법, 예를 들면 빔 라인 이온 주입 또는 플라즈마 함침 이온 주입에 의한 기재 내로의 도판트 종의 주입에 의해 주입될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 이온 주입 방법은, 하기로 이루어진 군 중에서 선택된 기체 조합물을 포함하는 셀레늄 도판트 종 및 공-유동 기체를 이용할 수 있다:
H2Se + H2
H2Se + H2 + XeF2
H2Se + CH4
H2Se + CO
H2Se + COF2
H2Se + COF2 + O2 + H2
H2Se + SeF4
H2Se + SeF6
H2Se + NF3
H2Se + XeF2
H2Se + F2.
추가의 양태에서, 본원은, 기재에 셀레늄을 이온 주입하는 방법으로서, 상기 방법은, 셀레늄-함유 공급물 기체를 이온화하여 셀레늄-함유 이온 종을 형성하고, 상기 셀레늄-함유 이온 종으로부터의 셀레늄 이온을 상기 기재에 주입하는 것을 포함하며, 이때 셀레늄-함유 공급물 기체는 폴리셀레나이드를 포함한다. 상기 방법에서, 폴리셀레나이드는 식 Sen(이때 n은 2 내지 8임)의 것일 수 있다.
본원의 다른 양태는 기재에 셀레늄을 이온 주입하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, 셀레늄-함유 공급물 기체를 이온화하여 셀레늄-함유 이온 종을 형성하고, 상기 셀레늄-함유 이온 종으로부터의 셀레늄 이온을 상기 기재에 주입하는 것을 포함하며, 이때 셀레늄-함유 공급물 기체는, 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한, 원소형 셀레늄, 수소 셀레나이드, 유기셀레늄 화합물, 셀레늄 할라이드, 및 폴리셀레나이드의 형태 중 하나 이상으로 셀레늄 도판트 종을 포함한다. 그러한 방법에서 동위원소적으로 풍부한 셀레늄 동위원소는, 상기 자연적인 존재비의 동위원소로서 74Se, 76Se, 77Se, 78Se, 80Se, 및 82Se 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들면 80Se를 그러한 동위원소로 포함할 수 있다.
본원은, 이온화 챔버를 포함하는 이온 주입기, 및 상기 이온화 챔버에 공급 관계로 결합되어 거기에 공급물 기체를 전달하는 공급물 기체 공급 패키지를 포함하는 이온 주입 시스템를 포함하며, 이때 상기 시스템은 본 개시내용에 따른 방법을 수행하도록 구성되고 배열된다.
추가의 다른 양태에서 본원은, (i) (A) 원소형 셀레늄, (B) 수소 셀레나이드, (C) 유기셀레늄 화합물, (D) 셀레늄 할라이드, (E) 폴리셀레나이드, 및 (F) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 상기 (A) 내지 (E) 중 하나 이상의 형태 중 하나 이상을 포함하는 셀레늄 도판트 종 및 (ii) 공-유동 기체를 포함하는, 도판트 종 및 공-유동 기체 조성물에 관한 것이다.
그러한 조성물에서, 셀레늄 도판트 종은 74Se, 76Se, 77Se, 78Se, 80Se, 및 82Se 중 하나 이상, 예를 들면 80Se이 자연존재비보다 동위원소적으로 더 풍부할 수 있다.
특정 실시양태에서, 도판트 종 및 공-유동 기체 조성물은 하기 조합 중 임의의 것을 포함할 수 있다:
H2Se + H2
H2Se + H2 + XeF2
H2Se + CH4
H2Se + CO
H2Se + COF2
H2Se + COF2 + O2 + H2
H2Se + SeF4
H2Se + SeF6
H2Se + NF3
H2Se + XeF2
H2Se + F2.
도판트 종 및 공-유동 기체 조성물은 H2, PH3, AsH3, CH4, GeH4, SiH4, H2Se, NH3, F2, XeF2, BF3, SF6, GeF4, SiF4, SeF4, SeF6, NF3, N2F4, HF, WF6, MoF6, Ar, Ne, Kr, Xe, He, N2, O2, O3, H2O2, H2O, Cl2, HCl, COF2, CH2O, C2F4H2, PF3, PF5, CF4, CF3H, CF2H2, CFH3, B2F4, CO, CO2, 식 XyFz 의 화합물(이때, X는 F와 화학양론적 비율의 임의의 원소이고, y ≥1, 및 z ≥ 1임), 비활성 기체, 식 CaOxHyFz (여기서, a ≥0, x ≥ 0, y ≥0, 및 z ≥ 1임)의 기상 화합물, 식 CxFyHz (여기서, x ≥ 0, y > 0, 및 z ≥ 0임)의 기상 화합물, 및 불소-함유 기체로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 공-유동 기체를 포함할 수 있다:.
상기 도판트 종 및 공-유동 기체 조성물 중의 상기 공-유동 기체는, 캐쏘드의 스퍼터링을 방지하기에 효과적일 수 있도록 선택될 수 있으며, 다양한 실시양태에서, 불소-함유 기체, 예를 들면 F2, XeF2, 및 NF3, 염소-함유 기체, 또는 다른 할로겐-함유 기체를 포함할 수 있다.
도판트 종 및 공-유동 기체 조성물의 하나의 실시양태에서, 상기 공-유동 기체는 H2, PH3, AsH3, CH4, GeH4, SiH4, 및 NH3로 이루어진 군 중에서 선택된다. 그러한 조성물의 또 하나의 실시양태에서, 상기 공-유동 기체는 F2, XeF2, BF3, SF6, GeF4, SiF4, SeF4, SeF6, NF3, HF, WF6, 및 MoF6로 이루어진 군 중에서 선택된다. 그러한 조성물의 또 하나의 실시양태에서, 상기 공-유동 기체는 Ne, Kr, Xe, 및 He로 이루어진 군 중에서 선택된다. 그러한 조성물의 추가의 실시양태에서, 상기 공-유동 기체는 O2, O3, H2O2, 및 H2O로 이루어진 군 중에서 선택된다. 그러한 조성물의 추가의 다른 실시양태에서, 상기 공-유동 기체는 Cl2, F2, N2, XeF2, 및 HCl로 이루어진 군 중에서 선택된다. 그러한 조성물의 추가의 실시양태에서, 상기 공-유동 기체는 F2, COF2, CF4, MoF6, B2F4, SeF4, SeF6, NF3, N2F4, XeF2, BF3, SF6, GeF4, SiF4, WF6, 식 XyFz 의 화합물(이때, X는 F와 화학양론적 비율의 임의의 원소이고, y ≥1, 및 z ≥ 1임), 식 CaOxHyFz (여기서, a ≥0, x ≥ 0, y ≥0, 및 z ≥ 1임)의 화합물, 및 식 CxFyHz (여기서, x ≥ 0, y > 0, 및 z ≥ 0임)의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다.
본원은 또 하나의 양태에서, (i) 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질을 보유하는 제1 기체 저장 및 분배 용기, 및 (ii) 공-유동 기체를 보유하는 제2 기체 저장 및 분배 용기를 포함하는, 이온 주입 시스템용 기체 공급 키트에 관한 것으로서, 이때 상기 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질은, (A) 원소형 셀레늄, (B) 수소 셀레나이드, (C) 유기셀레늄 화합물, (D) 셀레늄 할라이드, (E) 폴리셀레나이드, 및 (F) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 상기 (A) 내지 (E) 중 하나 이상의 형태 중 하나 이상을 포함하는 셀레늄 도판트 종을 포함한다.
그러한 기체 공급 키트의 하나의 실시양태에서, 제1 및 제2 기체 저장 및 분배 용기 중 하나 이상은, 셀레늄 도판트 종이 흡착되고 분배 조건하에서 셀레늄 도판트 종이 탈착되는 흡수제 매질을 함유하는 용기를 포함할 수 있다. 그러한 기체 공급 키트의 또 하나의 실시양태에서, 제1 및 제2 기체 저장 및 분배 용기 중 하나 이상은, 용기의 내부 공간에 하나 이상의 압력 조절기를 포함하는 내부적으로 압력-조절되는 용기를 포함한다. 그러한 기체 공급 키트의 또 하나의 실시양태에서, 제1 및 제2 기체 저장 및 분배 용기 중 하나 이상은, 가역적 화학 반응에 의해 셀레늄 도판트 종이 저장되는 이온성 액체 저장 매질을 함유하는 용기를 포함한다.
본원은 또 다른 추가의 다른 양태에서, 이온 주입 시스템의 작동을 향상시키는 방법으로서, 이 방법은 이온 주입 시스템에 사용하기 위해 (i) 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질을 보유하는 제1 기체 저장 및 분배 용기, 및 (ii) 공-유동 기체를 보유하는 제2 기체 저장 및 분배 용기를 제공하는 것을 포함하며, 이때 상기 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질은, (A) 원소형 셀레늄, (B) 수소 셀레나이드, (C) 유기셀레늄 화합물, (D) 셀레늄 할라이드, (E) 폴리셀레나이드, 및 (F) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 상기 (A) 내지 (E) 중 하나 이상의 형태 중 하나 이상을 포함하는 셀레늄 도판트 종을 포함한다.
상기 작동을 향상시키는 것이, 그러한 공-유동 기체 없는 이온 주입기의 상응하는 조작에 비해 공법 전이(recipe transition), 빔 안정성, 공급원 수명, 빔 균일성, 빔 전류, 및 소유자의 비용 중 하나 이상 면에서 상기 이온 주입 시스템의 향상된 작동 특성을 포함하는, 그러한 방법이 수행된다. 상기 방법은, 제1 및 제2 기체 저장 및 분배 용기 중 하나 이상으로서, 셀레늄 도판트 종이 흡착되고 분배 조건하에서 셀레늄 도판트 종이 탈착되는 흡수제 매질을 함유하는 용기를 이용하여 구성될 수 있다. 달리, 상기 방법은, 상기 제1 및 제2 기체 저장 및 분배 용기 중 하나 이상이, 용기의 내부 공간에 하나 이상의 압력 조절기를 포함하는 내부적으로 압력-조절되는 용기를 포함하거나 또는 이온성 액체 저장 및 분배 용기를 포함하도록 하여 수행될 수 있다.
본원의 또 다른 추가의 다른 양태는, 이온 주입용 공급물 공급 패키지에 관한 것으로서, 상기 패키지는, (A) 폴리셀레나이드, (B) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 원소형 셀레늄, (C) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 수소 셀레나이드, (D) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 유기셀레늄 화합물, 및 (E) 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 폴리셀레나이드로 이루어진 군 중에서 선택된 셀레늄 도판트 종을 보유하는 저장 및 분배 용기를 포함한다.
상기 공급물 공급 패키지에서, 상기 저장 및 분배 용기는 (i) 셀레늄 도판트 종이 흡착되고 분배 조건하에서 셀레늄 도판트 종이 탈착되는 흡수제 매질, (ii) 셀레늄 도판트 종을 위한 이온성 액체 저장 매질, 및 (iii) 용기로부터의 셀레늄 도판트 종의 분배를 압력 조절하도록 구성된, 용기의 내부 공간 내의 하나 이상의 압력 조절기 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 공급물 공급 패키지는, 셀레늄 도판트 종 및 공-유동 기체가 상기 저장 및 분배 용기에서 함께 혼합되도록 제공될 수 있다.
따라서, 다양한 특정 실시양태에서, 본원은, 셀레늄, 비소, 게르마늄, 텔루륨, 인 등과 같은 도판트 종을 포함하는 공급물 기체, 예를 들면 하이드라이드 공급물 기체로부터 도판트 종을 주입하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 여기서는 상기 공급물 기체를 공-유동 기체와 함께 주입기로 유동시키며, 상기 공-유동 기체는 이온 공급원 불량 모드인 (i) 캐쏘드의 소위 "펀치-쓰루"를 야기하는, 캐쏘드의 과도한 스퍼터링, (ii) 전기적 단락 또는 "고장"을 야기하는 고형물의 과도한 침착 및 절연 표면, (iii) 상이한 전기적 전위의 두 컴포넌트 간의 단락을 야기하는 고형물 축적, 및 (iv) 캐쏘드 상의 고형물 축적, 예를 들면 이온 빔 전류의 손실을 야기하는 전자 방출 효율의 손실을 초래하는 고형물 축적 중 하나 이상을 방지하는데 효과적이고, 이때, 임의적으로, 상기 도판트 종은 그의 하나 이상의 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 더 풍부하다.
상기 언급된 불량 모드 (i) 내지 (iv)를 각각 고려하여, 상기 공-유동 기체는 공급물 기체와 조합되어 그러한 모드를 극복하도록 선택될 수 있다.
불량 모드 (i), 캐쏘드의 과도한 스퍼터링, 및 캐쏘드가 캐쏘드 물질 손실로 인해 구조적 일체성을 잃는 "펀치-쓰루"에 대한 캐쏘드의 민감성의 경우, 상기 캐쏘드는 전형적으로 텅스텐으로 형성된다. 따라서, 상기 공-유동 기체는, 텅스텐 수송이 이온화 챔버에서 일어나서 캐쏘드 스퍼터로부터의 텅스텐 손실이 캐쏘드 상의 텅스텐의 침착에 의해 반대작용되도록 선택될 수 있다. 그러한 목적을 위해 상기 공-유동 기체는 불소-함유 기체 종, 예를 들면 XeF2, NF3, F2 등일 수 있으며, 이로써 주입기의 이온화 챔버에서 캐쏘드의 스퍼터링에 의해 주위 환경 내로 손실되는 텅스텐이 불소-함유 공-유동 기체로부터의 불소와 반응하여 텅스텐 육불화물 WF6을 형성하고, 이는 이어서 캐쏘드 표면 상에 텅스텐을 침착시켜 캐쏘드로부터의 텅스텐의 휘발 및 손실을 방지할 수 있게 될 것이다.
이 접근법의 예시적인 예는, 셀레늄 공급물 기체, 예를 들면 수소 셀레나이드 또는 원소형 셀레늄 기체를 불소-함유 공-유동 기체, 예를 들면 불소 기체와 함께 주입기로 공-유동시키는 것이다. 상기 불소 기체는 캐쏘드 상에 텅스텐이 다시 침착하는 것을 도울 것이며, 따라서 캐쏘드의 스퍼터링 효과와 반대될 것이다. 추가적으로, 불소 공-유동 기체는, 기체 상태로 상기 이온화 챔버를 통해 스위핑될 휘발성 셀레늄 육불화물 부산물을 형성함으로써, 캐쏘드 상에 셀레늄이 침착되지 못하게 하거나, 캐쏘드 상에 이미 존재하는 임의의 셀레늄 침착물을 세정하는 것을 도울 것이다.
그러한 접근법은 다른 하이드라이드 공급물 기체, 예를 들면 아르신, 포스핀, 또는 게르만(germane)에 대해서도 사용될 수 있다. 또한, 불소-함유 공-유동 기체 대신에, 상기 공 유동 기체는 염소-함유 기체 또는, 주입기의 이온화 챔버에 공급물 기체와 함께 존재할 때 캐쏘드의 스퍼터링 손실을 방지하는데 효과적이고 바람직하게는 또한 도판트 종과 휘발성 종을 형성하여 이것이 캐쏘드 또는 이온화 챔버 또는 다른 주입기 컴포넌트의 다른 표면 상에 침착되는 것을 방지하는데 효과적인 임의의 다른 공-유동 기체를 포함할 수 있다.
상기 공-유동 기체는, 공급물 기체와의 혼합물로 주입기의 이온화 챔버로 유동되거나, 공급물 기체와 별도로, 예를 들면 공급물 기체가 이온화 챔버로 전달되는 유동 라인과 별도의 유동 라인에서, 이온화 챔버로 유동될 수 있다. 예를 들면, 상기 공-유동 기체 및 도판트 기체는 동일한 실린더/용기에 패키지되어 혼합물로서 이온화 챔버로 유동될 수 있다. 또 하나의 대안으로서, 상기 공-유동 기체 및 도판트 기체는 둘 이상의 별도의 실린더에 패키지되어 각각의 유동 제어기를 통해 유동되고 이어서 혼합된 다음 이온화 챔버로 보내질 수 있다. 또 하나의 대안으로서, 상기 공-유동 기체 및 도판트 기체는 별도로 이온화 챔버로 유동될 수 있다.
불량 모드 (ii) 및 (iii) (전기적 단락 또는 "고장"을 야기하는 고형물의 과도한 침착 및 절연 표면, 및/또는 상이한 전기적 전위의 두 컴포넌트 간의 단락을 야기하는 고형물 축적 포함)의 경우, 공-유동 기체는, 침착된 고체를 화학적으로 에칭시켜 휘발성 생성물을 생성하고 이로써 상기 침착물을 이온화 챔버 및 침착물이 침착되는 주입기의 다른 컴포넌트로부터 효과적으로 세정하는 기체이도록 선택된다. 그러한 목적을 위해 상기 공-유동 기체는 불소 함유 기체 또는 다른 할로겐 함유 기체를 포함할 수 있으며, 공급물 기체와의 혼합물로 또는 별도의 유동 라인에서 동시에 상기 주입기의 이온화 챔버(이온 공급원 챔버)로 전달될 수 있다.
잠정적으로는 불소화된 도판트 종의 고 듀티(duty) 사이클 과정과 관련된 과도한 캐쏘드 축적이 일어나는 불량 모드 (iv)의 경우, 하이드라이드 도판트 종이 불활성 기체(바람직하게는 더 중질인 불활성 기체, 예를 들면 아르곤, 제논 또는 크립톤)와 별도로 또는 그와의 혼합물로 유동될 수 있으며, 또한 비교적 높은 아크 전압(예를 들면 80+의 볼트)에서 작동되어 스퍼터링 효율을 개선할 수도 있다.
추가의 양태에서, 본원은 셀레늄의 이온 주입에 관한 것이며, 여기서는 상기 주입을 위해 폴리셀레늄 화합물이 이용된다. 상기 폴리셀레늄 화합물은 식 Sen(이때 n은 2 내지 8임)의 기상 분자 종이며, 이때 기상의 정확한 조성은 온도에 좌우된다. 예를 들면 400℃에서는 Se7, Se6, 및 Se5이 상기 기상의 거의 90%를 구성하고, 반면에 800℃에서는 Se2가 주요한 단일 셀레늄 종이 되고 (기상의 대략 50%), Se 및 Se5가 함께 기상의 약 30%를 구성한다.
본원은 상응하게, 원하는 구성의 셀레늄 클러스터 공급원 기체를 제공하기 위한 폴리셀레늄 조성물의 온도 제어에 관한 것이다. 제1 예에서, 원소형 셀레늄 또는 수소 셀레나이드 또는 다른 셀레나이드 화합물 또는 착체가 폴리셀레늄 화합물 또는 착체를 형성하기 위한 공급원 반응물로서 사용될 수 있다. 수소 셀레나이드는 400℃ 초과의 온도에서 수소(H2) 및 셀레늄(Se)으로 열분해되며, 이는, 1000℃에 가까운 온도에서 작동되는 통상의 이온 주입 장비에서 이온 공급원을 사용할 수 있게 한다. 이온 추출 및 주입 조작을 위해, 관심있는 셀레늄 클러스터 공급원 기체 화합물 또는 착체를 형성하는데 효과적인 온도가 사용된다.
제1 예에서, 원하는 셀레늄 클러스터 공급원 기체 조성물을 형성하는 수소 셀레나이드 또는 다른 셀레나이드 화합물 또는 착체로부터 또는 원소형 셀레늄으로부터 유도되는 셀레늄의 열 조종은 주입기 조작에서 상당한 이점이 성취되게 한다. 이 이점은, 효과적인 이온 빔 전류의 증가 및 얕은 셀레늄 주입을 달성하는 능력을 포함한다.
그러한 셀레늄 클러스터 이온 주입은, 세정 기체, 예를 들면 앞서 기술한 불소-함유 기체의 공-유동을 제공하는 다양한 실시양태에서 효과적으로 수행된다. 상기 세정 기체는, 이온 주입기로 셀레늄 공급물 기체와의 혼합물로 제공될 수 있거나, 또는 상기 셀레늄 공급물 기체와 별도로, 상기 주입기의 이온화 챔버에 동시에 유동될 수 있다.
다른 실시양태에서, 상기 세정 기체는 주기적으로, 예를 들면 세정 조작의 사이클 타임 스케쥴에 따라, 상기 주입기의 이온화 챔버로 유동될 수 있다.
본원의 추가의 양태는 셀레늄의 이온 주입에 관한 것으로서, 이때 셀레늄 함유 공급물 기체는, 선택된 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 더 풍부하다.
수소 셀레나이드가 공급물 기체로서 사용되는 통상적인 셀레늄의 이온 주입에서는, H2Se가 이온 공급원으로 유동되며, 여기서는 H2Se 분자가 이온화되고 분절화되어 Se+ 이온을 형성한다. Se+ 이온은 이어서 상기 공급원으로부터 추출되고, 질량 분석기를 통과하며, 이는 Se 동위원소를 분리하여 하나 이상을 선택하고 이어서 이들을 GaAs와 같은 기재에 주입시킨다. 통상적인 관행은 주입을 위해 80Se를 선택하는 것이며, 그 이유는 이것이 셀레늄의 동위원소 분포의 49.61%를 구성하기 때문이다.
본원은, 이온 주입을 위한, 하나 이상의 동위원소 종이 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 셀레늄-함유 공급물 기체의 용도를 포함한다. 셀레늄의 자연적인 존재비는 다음과 같다: 74Se = 0.89%, 76Se = 9.37%, 77Se = 7.63%, 78Se = 23.77%, 80Se = 49.61%, 82Se = 8.73% (여기서, %는 원자 중량%임).
본 발명에 따르면 초과 존재비(즉, 자연 존재비 초과)의 셀레늄-함유 공급물 기체는, 주입기 이온화 챔버에서 이온화되는 공급물 기체 중에, 단일 동위원소의 경우 그러한 자연 존재비 수준보다 많고 100% 이하인 양으로 존재하는 그러한 동위원소 종 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다 (이때, 원자 중량%는 공급물 기체 중의 모든 셀레늄 동위원소 종의 총 원자 중량을 기준으로 한 것이며, 공급물 기체 중의 모든 동위원소형 셀레늄 종에 대한 총량은 100 원자 중량%이다).
예를 들면, 80Se가 풍부한 공급물 기체는 다양한 실시양태에서 하한치가 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 98%, 99%, 99.5% 중 어느 것이고 상한치가 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 98%, 99%, 99.5%, 또는 100% 중 어느 것인 농도를 가질 수 있으며, 그러한 상한치 또는 하한치 원자 %중 임의의 것이 변경된 범위, 예를 들면 55 내지 80% 범위, 70 내지 95% 범위, 60 내지 100% 범위를 포함한다. 80Se가 동위원소적으로 많은 공급물 기체가, 기재에 이온 주입하기 위한 이온화 챔버로 도입하는 공급물 기체에 상기 상한치/하한치 값 중 임의의 농도로 그러한 동위원소를 함유할 수 있는 실시양태가 또한 고려된다.
본원은, 둘 이상의 동위원소 종에 대해 초-존재비 특성을 가진, 예를 들면 공급물 기체에 70%의 농도로 존재하는 78Se와 함께 30%의 농도로 존재하는 77Se를 가진 공급물 기체를 포함한다.
다양한 실시양태에서, 본원은, 셀레늄의 상기 동위원소 중 임의의 하나 이상이, 더 낮은 값이 존재비(즉, 74Se = 1%, 76Se = 10%, 77Se = 8%, 78Se = 24%, 80Se = 50%, 82Se = 9%)를 초과하는 그 다음 더 높은 실수이고 단일 동위원소의 경우 100% 이하인 범위의 임의의 농도로 존재하는, 초-존재비 셀레늄-함유 공급물 기체를 고려한다(이때, 공급물 기체가 여러 개의 셀레늄 동위원소를 포함하는 경우, 모든 셀레늄 동위원소의 모든 원자 %의 총량은 100 원자%이다).
특정의 단일 동위원소형 셀레늄 공급물 기체는, 주입기 조작에서 다양한 이점, 예를 들면 증가된 셀레늄 빔 전류로 인한 주입기 장비 생산성의 개선, 평균 무고장 시간 감소 및/또는 예방적 보수 빈도수의 감소, 및 상이한 공급물 도판트 종을 가공하는데 사용되는 주입기의 조작시의 상호-오염 문제의 회피를 달성하는데 유리할 수 있다. 예를 들면, 80Se의 사용은, 주입 시스템에서 다른 실행으로 비소 및 셀레늄 도판트 둘다를 주입하기 위해 주입기가 사용되는 경우, 상호-오염의 발생을 감소시키는데 상당히 유용할 수 있다. 또 하나의 예로서, 고 농도의 82Se, 예를 들면 공급물 기체 셀레늄 함량의 15 내지 100 원자%의 사용은, 82Se의 열 중성자 단면이 76Se 또는 77Se의 단면보다 1000배 더 작기 때문에 매우 유리할 수 있으며, 소위 소프트 에러(soft error)에 민감할 수 있는 마이크로전자 장치의 제조에서 상당히 유리하다.
비-동위원소 풍부 물질에 대한 것과 동일한 형태의 셀레늄용 도판트 공급 물질, 예를 들면 도판트용 공급 물질로서의 금속 셀레늄 또는 수소 셀레나이드 또는 유기금속 셀레늄 전구체(예를 들면, R2Se, 이때 각각의 R은 독립적으로 H 또는 C1-C12 알킬이고, 적어도 하나의 R은 C1-C12 알킬이다)가 사용될 수 있으며, 여기서 셀레늄은 셀레늄 동위원소의 자연 존재비 분포 대신에 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연존재비보다 많다. 본원 개시내용은 주로 이온 주입의 빔 라인 모드에 관한 것이지만, 본원에 기술된 기법 및 접근법은 다른 모드의 이온 주입, 예를 들면 플라즈마 함침 이온 주입에도 적용될 수 있음을 인식할 것이다.
본원의 실시에서 도판트 종이 주입되는 기재는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있으며, 예를 들면 웨이퍼 기재 또는 반도체 제품, 평판 디스플레이 제품, 태양전지 판 제품, LED 제품, 수퍼캐패시터 등의 전구체 장치 구조물을 포함할 수 있다.
동위원소적으로 풍부한 도판트 공급원 기체는 이온 주입기에 공-유동 기체와 함께 제공될 수 있으며, 공-유동 기체는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있고, 예를 들면 할라이드, 하이드라이드, 세정제 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 이온 주입기로 제공되는 공-유동 기체는, 일부 실시양태에서, 공-유동 기체에 동일한 도판트 종이 존재하고/하거나 다른 도판트 종, 예를 들면 다중 주입 종-함유 클러스터 분자가 존재하는 공-유동 도판트 공급원 기체를 포함할 수 있다. 달리, 이온 주입은, 공-유동 기체가 수반되는 공급물 기체에 이어, 상기 공-유동 기체가 이온주입기로 도입되는 동안 내내 제2의 공-유동 기체의 주입기로의 유동을 수행하여, 주입기 장치의 조작이 중단됨이 없이(장치의 이온 선택/추출 컴포넌트는 과도기 중에 적절히 "재순환"될 수 있음), 공-유동 기체의 유동이 연속적이고 제1 공급물 기체에서 제2 공급물 기체로 변환하는 중에 과도적으로 연속적이게 될 수 있다. 그러한 배열에 의해, 이온 주입될 기재의 조작에 효과적 방식으로 공-도판트 종이 주입될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 공-도판트 종은 탄소, 예를 들면 CO; CO2; CF4; CH4; COF2; CH2O; C2F4H2; C2H6 등과 같은 공급원 물질로부터의 탄소를 포함한다.
본 발명의 넓은 실시에서 특정 구현예로 다양한 공-유동 기체가 고려된다. 예를 들면, 공-유동 기체 또는 그의 전구체는 H2, PH3, AsH3, CH4, GeH4, SiH4, H2Se, NH3, F2, XeF2, BF3, SF6, GeF4, SiF4, SeF4, SeF6, NF3, N2F4, HF, WF6, MoF6, Ar, Ne, Kr, Xe, He, N2, O2, O3, H2O2, H2O, Cl2, HCl, COF2, CH2O, C2F4H2, PF3, PF5, CF4, CF3H, CF2H2, CFH3, B2F4, CO, CO2, 식 XyFz 의 화합물(이때, X는 F와 화학양론적 비율의 임의의 원소이고, y ≥1, 및 z ≥ 1임), 비활성 기체, 식 CaOxHyFz (여기서, a ≥0, x ≥ 0, y ≥0, 및 z ≥ 1임)의 기상 화합물, 식 CxFyHz (여기서, x ≥ 0, y > 0, 및 z ≥ 0임)의 기상 화합물, 및 불소-함유 기체로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 공-유동 하이드라이드 기체는 H2, PH3, AsH3, CH4, GeH4, SiH4, 및 NH3을 포함한다.
본원의 공급물 기체와 함께 유용한 예시적인 공-유동 플루오라이드 기체는 F2, XeF2, BF3, SF6, GeF4, SiF4, SeF4, SeF6, NF3, HF, WF6, 및 MoF6을 포함한다.
공-유동 성분으로 사용될 수 있는 비활성 기체는 Ar, Ne, Kr, Xe, 및 He을 포함한다.
산화물 공-유동 성분은 O2, O3, H2O2, 및 H2O을 포함한다.
본 발명의 실시에 공-유동 성분으로 사용될 수 있는 다른 기체는 비제한적으로 Cl2, F2, N2, XeF2, 및 HCl을 포함한다.
특정 실시양태에서, 공급물 기체는 이온 주입기에 F2, COF2, CF4, MoF6, B2F4, SeF4, SeF6, NF3, N2F4, XeF2, BF3, SF6, GeF4, SiF4, WF6, 식 XyFz 의 화합물(이때, X는 F와 화학양론적 비율의 임의의 원소이고, y ≥1, 및 z ≥ 1임), 식 CaOxHyFz (여기서, a ≥0, x ≥ 0, y ≥0, 및 z ≥ 1임)의 화합물, 식 CxFyHz (여기서, x ≥ 0, y > 0, 및 z ≥ 0임)의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 플루오로화합물 기체와 혼합물로 및/또는 공-유동 관계로 제공될 수 있다.
특정 양태에서, 본원은 하기 기체를 수반하는 수소 셀레나이드 기체 혼합물 또는 공-유동 배열을 고려한다:
H2Se + H2
H2Se + H2 + XeF2
H2Se + CH4
H2Se + CO
H2Se + COF2
H2Se + COF2 + O2 + H2
H2Se + SeF4
H2Se + SeF6
H2Se + NF3
H2Se + XeF2
H2Se + F2.
본원에 기술된 도판트 공급원 기체는 이온 주입 설비에 공급하기 위해 적절한 형태로 패키지될 수 있으며, 공-유동 기체(들)과 혼합물로 공급될 수도 있고, 또는 패키징된 도판트 공급원 기체 또는 별도로 패키징된 공-유동 기체의 형태로 제공될 수도 있다. 따라서, 본원은, 이온 주입 설비로 공급되어 그러한 설비에서 동시에 사용하기 위한, 패키징된 도판트 공급원 기체 및 패키징된 공-유동 기체를 포함하는 어셈블리를 포함한다. 상기 공-유동 기체는 이온 주입 시스템에 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면 이온 주입기로의 도판트 공급원 기체 유동의 전체 기간 중에, 또는 달리, 이온 주입기로의 도판트 공급원 기체 유동의 단지 일부 기간 중에 도판트 공급원 기체와 병류로(concurrently), 또는 달리, 이온 주입기로의 도판트 공급원 기체의 연속적인 유동 중에 간헐적으로, 또는 달리, 공-유동 기체의 이점이 실현될 수 있는 임의의 방식으로 유동될 수 있다.
본원은 상응하게, (i) 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질을 보유하는 제1 기체 저장 및 분배 용기, 및 (ii) 공-유동 기체를 보유하는 제2 기체 저장 및 분배 용기를 포함하는, 이온 주입 시스템용 기체 공급 키트를 포함한다.
본원은 추가로 이온 주입 시스템의 작동을 향상시키는 방법을 포함하며, 이 방법은 이온 주입 시스템에 사용하기 위해 (i) 공급물 기체 또는 이를 위한 공급원 물질을 보유하는 제1 기체 저장 및 분배 용기, 및 (ii) 공-유동 기체를 보유하는 제2 기체 저장 및 분배 용기를 제공하는 것을 포함한다.
본원 개시내용의 다양한 실시양태에서, 공-유동 기체와 함께 공급물 기체를 제공하는 것은, 그러한 공-유동 기체 없는 이온 주입기의 상응하는 조작에 비해, 공법 전이, 빔 안정성, 공급원 수명, 빔 균일성, 빔 전류, 및 소유자의 비용 중 하나 이상 면에서, 상기 이온 주입기의 작동 특성의 향상에 사용될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 도판트 공급물 및 공-유동 기체의 특정 패키지는, 공급물 기체가 기체의 저장을 위해 물리적으로 흡착되는 흡수제 매질을 포함하는 유형의 저장 및 분배 용기를 포함하며, 이때 상기 기체는 흡수제 매질로부터 분배 조건하에서 탈착되어 용기로부터 방출된다. 상기 흡수제 매질은 고상 탄소 흡착제 물질일 수 있다. 그러한 유형의 흡수제-기반 용기는 ATMI 인코포레이티드(미국 코넥티컷 댄버리 소재)로부터 상품명 SDS 및 SAGE로 상업적으로 입수가능하다. 달리, 상기 용기는, 용기의 내부 공간에 하나 이상의 압력 조절기를 포함하는 내부 압력-조절식 유형의 것일 수 있다. 그러한 압력-조절식 용기는 ATMI 인코포레이티드(미국 코넥티컷 댄버리 소재)로부터 상품명 VAC로 상업적으로 입수가능하다. 또다른 추가의 대안적 양태에서, 상기 용기는, 예를 들면 용기 및/또는 그의 내용물의 가열에 의해, 휘발되어 기화 또는 승화 생성물로서 도판트 기체를 발생시키는 고체 형태로 도판트 공급원 물질을 함유할 수 있다. 그러한 유형의 고체 전달 용기는 ATMI 인코포레이티드(미국 코넥티컷 댄버리 소재)로부터 상품명 ProEvap로 상업적으로 입수가능하다. 기체 또는 기체들을 위한 저장 매질로서 이온성 액체를 함유하는 다른 기체 저장 및 분배 용기가 고려된다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은, 도판트 종을 기재에 주입하기 위한 이온 주입기에 공급물 기체가 공급되는 본원 개시내용에 따른 조작 모드를 예시하는 이온 주입 시스템의 개략도이다.
도 1에 예시된 바와 같이, 주입 시스템(10)은, 공급물 기체 및 공-유동 기체를 주입기로 전달하기 위한 기체 공급 패키지(14, 16 및 18)에 대해 수용 관계로 배열된 이온 주입기(12)를 포함한다.
기체 공급 패키지(14)는, 수소 셀레나이드와 같은 셀레늄-함유 공급물 기체를 함유하는 용기를 포함한다. 상기 용기는, 공급물 기체 공급 라인(44)에 결합된 방출 포트(24)를 가진 밸브 헤드 어셈블리(22)를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리(22)에는, 그 밸브 헤드 어셈블리 내의 밸브의 수동 조절을 위한 핸드 휠(38)이 구비되어 이를 완전 개방된 위치와 완전 폐쇄된 위치 사이에서 원하는 대로 ㅂ바밖바꾸어 용기(20)에 함유된 기체의 분배 또는 달리 폐쇄된 저장을 수행한다.
공-유동 기체는, 공급원(14)과 각각 유사한 방식으로 구성된 공-유동 기체 공급 패키지(16 및 18)에 함유된다. 공-유동 기체 공급 패키지(16)는, 핸드 휠(40)이 결합되어 있는 밸브 헤드 어셈블리(28)가 구비된 용기(26)를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리(28)는, 공-유동 기체 공급 라인(52)이 결합되어 있는 방출 포트(30)를 포함한다.
공-유동 기체 공급 패키지(18)는, 밸브 헤드 어셈블리(34)에서의 밸브의 작동을 위해 핸드 휠(42)이 결합되어 있는 밸브 헤드 어셈블리(34)가 구비된 용기(32)를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리(34)는 또한, 공-유동 기체 방출 라인(60)이 결합되어 있는 방출 포트(36)를 포함한다.
도시된 배열에서, 다양한 용기에 공급된 기체는 상술한 배열에서 변화될 수 있다. 예를 들면, 하나의 도판트 공급원 기체 또는 여러 가지의 도판트 공급원 기체가 공급될 수도 있고, 또는 도판트 기체 또는 기체들 및 비-도판트 공-유동 기체 또는 기체들이 임의의 원하는 조합으로 공급될 수도 있다. 따라서, 예시된 배열은 세 가지의 도판트 공급원 기체, 또는 달리 하나의 도판트 공급원 기체와 두 가지의 공-유동 기체 또는 달리 두 가지의 도판트 공급원 기체와 하나의 공-유동 기체가 선택적으로 분배되어 혼합 챔버(68)로 유동되도록 할 수 있다.
각각의 공급원으로부터의 유동을 제어할 목적으로, 각각의 기체 공급 라인(44, 52, 60)에는 거기에 각각 유동 제어 밸브(46, 54, 및 62)가 제공된다.
유동 제어 밸브(46)에는, 액츄에이터를 CPU(78)에 연결하는 신호 전송 라인(50)을 가진 자동 밸브 액츄에이터(48)가 구비되어 있으며, 이로써 CPU 48은 신호 전송 라인(50)에서의 제어 신호를 밸브 액츄에이터로 보내어 밸브(46)의 위치를 조절하고 상응하게 용기(20)으로부터 혼합 챔버(68)로의 유동을 제어할 수 있다.
유사한 방식으로, 기체 방출 라인(52)는, 신호 전송 라인(58)에 의해 CPU(78)에 결합되어 있는 밸브 액츄에이터(56)과 결합된 유동 제어 밸브(54)를 함유한다. 상응하게, 기체 방출 라인(60)에서의 유동 제어 밸브(62)는, 신호 전송 라인(66)에 의해 CPU(78)에 결합되어 있는 밸브 액츄에이터(64)를 구비하고 있다.
이 방식에서, 상기 CPU는 상응하는 밸브(20, 26, 및 32)로부터 각각의 기체의 유동을 작동 제어할 수 있다.
기체가 혼합 챔버(68)로 유동(공-유동)되는 경우, 생성 기체는 이어서 공급 라인(70)으로 방출되어 이온 주입기(12)로 보내진다.
상응하게, 단지 단일 기체 공급 패키지(14, 16 또는 18)가 주어진 시간에 분배 모드로 작동되면, 관련된 유동 제어 밸브에 의해 조절되는 상응하는 단일 기체가 혼합 챔버를 통해 유동하고, 공급 라인(70)에서 이온 주입기로 보내진다.
공급 라인(70)은, 공급 라인 및 기체 분석기(74)와 연결된 바이패스 라인(72 및 76)을 포함하는 바이패스 유동 루프와 결합되어 있다. 따라서, 기체 분석기(74)는 공급 라인(70)에서 주요 유동으로부터 부 스트림을 수용하고 이에 응답하여 기체 스트림의 농도, 유량 등과 관련있는 모니터링 신호를 발생시키고 분석기(74)와 CPU(78)을 결합하는 신호 전송 라인에서 모니터링 신호를 전송한다. 그러한 방식으로, CPU(78)은 기체 분석기(74)로부터 모니터링 신호를 수용하여 이를 처리하고, 이에 응답하여, 출력 제어 신호를 생성하며, 이는 각각의 밸브 액츄에이터(48, 56 및 64)로 보내지거나 또는 적절하게 그중 하나 또는 복수 개가 선택되어 이온 주입기로의 기체의 원하는 분배 조작을 수행하도록 한다.
이온 주입기(12)는, 유출물 라인(80)에서 유출물 처리 유닛(82)으로 유동되는 유출물을 생성하며, 상기 유닛은 스크러빙, 접촉 산화 등을 비롯한 유출물 처리 조작에 의해 유출물을 처리하여 처리된 기체 유출물을 생성할 수 있으며, 이 유출물은 처리 유닛(82)으로부터 벤트 라인(84)에서 방출되고 추가의 처리 또는 다른 위치로 보내질 수 있다.
상기 CPU(78)는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있으며, 다양하게는 범용 프로그램가능한 컴퓨터, 특수용 프로그램가능한 컴퓨터, 프로그램가능한 로직 제어기, 마이크로프로세서, 또는 상술한 바와 같은 모니터링 신호의 신호 처리 및 출력 제어 신호 또는 신호들의 생성에 효과적인 다른 컴퓨터 유닛을 포함할 수 있다.
따라서, CPU는, 기체 공급 패키지(14, 16 및 18) 중 둘 또는 셋 모두로부터의 기체의 병행 유동을 비롯한 순환적 조작(각각의 기체가 차례로 유동된다)을 수행하도록 프로그램적으로 구성될 수 있다. 따라서, 기체들의 공-유동 또는 혼합물, 또는 순차적인 기체 유동을 수반하는 임의의 유동 모드가 적합할 수 있다.
본 개시내용은 본원에서 특정 양태, 특징 및 예시적 실시양태를 참고로 기술되었지만, 본 개시내용의 유용성은 그렇게 제한적이지 않으며, 오히려, 본 개시내용의 분야에서 당업자들에게 제시되는 바와 같이, 본 개시내용에 기초하여 수많은 다른 변경, 변화 및 대안적 실시양태로 확장되고 이들을 포함하는 것임을 인식할 것이다. 상응하게, 이후 청구되는 바와 같이, 본 발명은 발명의 진의 및 범주 내에 그러한 변경, 변화 및 대안적 실시양태 모두를 포함하는 것으로 광범위하게 간주되고 해석되는 것이다.
Claims (52)
- 셀레늄을 주입하는 방법으로서,
상기 방법은, 공급물 기체(feedstock gas)를, (i) 캐쏘드의 스퍼터링, (ii) 절연 표면 상의 고형물의 침착, (iii) 상이한 전기적 전위의 두 컴포넌트 간의 단락을 야기하는 고형물 축적, 및 (iv) 캐쏘드 상의 고형물 축적의 이온 공급원 불량 모드(failure mode) 중 하나 이상을 방지하는데 효과적인 공-유동 기체(co-flow gas)와 함께 주입기(implanter)로 유동시키는 것을 포함하며, 이때
상기 공급물 기체는, 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 더 풍부한 유기 셀레늄 화합물을 포함하고,
상기 유기 셀레늄 화합물이 화학식 R'SeR"을 갖고, 이때 각각의 R' 및 R"은 독립적으로 수소, 할라이드, 알킬, 알콕시 또는 질소-함유 작용기를 포함할 수 있고,
상기 유기 셀레늄 화합물은 74Se, 76Se, 77Se, 78Se, 80Se, 및 82Se 중 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 더 풍부한 것인, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 공급물 기체가 상기 공-유동 기체와의 혼합물로 상기 주입기로 유동되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 공급물 기체 및 상기 공-유동 기체가 별도의 기체 유동 관(conduit)에서 상기 주입기로 유동되는, 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공-유동 기체가, H2, PH3, AsH3, CH4, GeH4, SiH4, H2Se, NH3, F2, XeF2, BF3, SF6, GeF4, SiF4, SeF4, SeF6, NF3, N2F4, HF, WF6, MoF6, Ar, Ne, Kr, Xe, He, N2, O2, O3, H2O2, H2O, Cl2, HCl, COF2, CH2O, C2F4H2, PF3, PF5, CF4, CF3H, CF2H2, CFH3, B2F4, CO, CO2, 식 XyFz(이때, X는 F와 화학양론적 비율의 임의의 원소이고, y ≥1, 및 z ≥ 1임)의 화합물, 비활성 기체(noble gas), 식 CaOxHyFz (여기서, a ≥0, x ≥ 0, y ≥0, 및 z ≥ 1임)의 기상 화합물, 식 CxFyHz (여기서, x ≥ 0, y > 0, 및 z ≥ 0임)의 기상 화합물, 및 불소-함유 기체로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 기체 종(gas species)을 포함하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공급물 기체 및 공-유동 기체는 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 기체 조합물을 포함하고, 상기 기체 조합물은 하기로 이루어진 군 중에서 선택되는, 방법:
H2Se + CH4
H2Se + CO
H2Se + COF2
H2Se + COF2 + O2 + H2
H2Se + SeF4
H2Se + SeF6
H2Se + NF3
H2Se + F2. - 기재에 셀레늄을 이온 주입하는 방법으로서,
상기 방법은,
셀레늄-함유 공급물 기체를 이온화하여 셀레늄-함유 이온 종을 형성하고,
상기 셀레늄-함유 이온 종으로부터의 셀레늄 이온을 상기 기재에 주입하는 것
을 포함하며, 이때 셀레늄-함유 공급물 기체가 폴리셀레나이드를 포함하는, 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 폴리셀레나이드가 식 Sen(이때 n은 2 내지 8임)을 갖는, 방법. - 유기 셀레늄 화합물 및 공-유동 기체를 포함하는 공급물 기체 조성물로서,
상기 유기 셀레늄 화합물이 화학식 R'SeR"을 갖고, 이때 각각의 R' 및 R"은 독립적으로 수소, 할라이드, 알킬, 알콕시 또는 질소-함유 작용기를 포함할 수 있고,
상기 유기 셀레늄 화합물은 74Se, 76Se, 77Se, 78Se, 80Se, 및 82Se 중 하나 이상의 셀레늄 동위원소가 자연적인 존재비보다 동위원소적으로 풍부한 것인, 공급물 기체 조성물. - 제 8 항에 있어서,
각각의 R' 및 R"은 독립적으로 H 또는 C1-C12 알킬이고, R' 및 R" 중 하나 이상은 C1-C12 알킬인, 공급물 기체 조성물. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 유기 셀레늄 화합물 및 공-유동 기체는 저장 및 분배 용기에서 함께 혼합되는, 공급물 기체 조성물. - 삭제
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