KR102194518B1 - 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물 - Google Patents

수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.99 부피%의 양의 수소를 함유한다. 또한, 상기 도판트 소스 가스 조성물의 사용 방법 및 이에 대한 관련 장치가 기재된다.

Description

수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물
본 발명은, 이온 주입(ion implantation)에 사용하기 위한 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스(source) 가스 조성물 및 관련 방법 및 장치에 관한 것이다.
관련 출원의 상호 참조
본원은, 2016년 3월 28일에 출원된 미국 가특허출원 제 62/314241 호(명칭: "수소화된 동위원소-풍부한 BF3 도펀트 소스 가스 조성물")의 우선권을 주장하며, 이는 전체가 본원에 참고로 인용된다.
이온 주입은 마이크로전자/반도체 제조 동안 반도체 웨이퍼에 제어된 양의 도펀트 불순물을 정확하게 도입하기 위해 집적 회로 제조에 사용된다. 이러한 주입 시스템에서, 이온 소스는 원하는 도펀트 원소 가스를 이온화하고, 이온은 원하는 에너지의 이온 빔의 형태로 소스로부터 추출된다. 추출은, 추출된 빔을 통과시키기 위한 개구(aperture)를 포함하는, 적절한 형상의 추출 전극에 고전압을 인가함으로써 달성된다. 그 다음, 반도체 웨이퍼와 같은 작업편의 표면에 도펀트 요소를 주입시키기 위해 이온 빔을 보낸다(direct). 빔의 이온은 작업편의 표면을 관통하여 원하는 전도성 영역을 형성한다.
열 전극을 사용하고 전기 아크에 의해 전력이 공급되는 프리맨(Freeman) 및 베르나스(Bernas) 유형을 사용하는 마이크로웨이브 유형, 마그네트론, 간접 가열식 캐쏘드(IHC) 소스 및 RF 플라즈마 소스를 비롯한 몇 가지 유형의 이온 소스가 이온 주입 시스템에 사용되고, 이들 모두는 전형적으로 진공 상태에서 작동한다. 임의의 시스템에서, 이온 소스는, 도펀트 가스(일반적으로 "공급원료(feedstock) 가스"라고 함)로 채워진 진공 아크 챔버(이후, "챔버")에 전자를 도입함으로써 이온을 생성한다. 도펀트 가스 내의 원자 및 분자와 전자의 충돌은, 양이온 및 음이온 도펀트 이온으로 구성된 이온화된 플라즈마를 생성시킨다. 음성 또는 양성 바이어스(bias)를 갖는 추출 전극은 양성 또는 음성 이온이 타겟 재료를 향해 가속되는 시준된(collimated) 이온 빔으로서 개구를 통과하도록 각각 허용할 것이다.
많은 이온 주입 공정에서, 붕소는 집적 회로 장치의 제조에 주입된다. 붕소는 일반적으로 삼불화 붕소와 같은 공급 원료 가스로부터 주입된다.
텅스텐은 일반적으로, 이온 주입 시스템에서 필라멘트 소자 및 다른 캐쏘드 구조체를 위한 구성 재료로서 사용된다. 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에서 그러한 물질을 사용하는 것에 대한 지속적인 문제는, 텅스텐 손실의 문제이며, 이는 캐쏘드 구조체의 필라멘트 씨닝(filament thinning) 또는 소위 "펀치 스루 (punch through)"를 야기할 수 있으며, 이는 재-금속화 또는 캐쏘드 구조체의 교체를 요구한다. 극단적인 경우에, 캐쏘드로부터의 텅스텐의 스퍼터링은, 그러한 재-금속화 또는 교체가 필요하기 전에 이온 소스의 작동 수명을 매우 짧아지게 할 수 있다. 캐쏘드로부터의 텅스텐 손실은, 이온 소스 챔버 표면상의 원치 않는 텅스텐의 증착 및 시스템에서 생성된 이온빔에 대한 원치 않는 텅스텐 빔 기여와 관련된다. 따라서, 텅스텐 손실은 이온빔 불안정성의 원인이 될 수 있으며, 결국 이온 소스의 조기 파손을 초래할 수 있다.
본 발명은, 이온 주입에 사용하기 위한 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물 및 관련 방법 및 장치에 관한 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물에 관한 것으로서, 이는 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.99 부피%의 양의 수소를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물에 관한 것으로서, 이는 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 99 % 초과량으로 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 양의 수소를 포함한다.
추가의 양태에서, 본 발명은 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물에 관한 것으로서, 이는 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.99 부피%의 양의 수소로 본질적으로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 수소는, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.5 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2.5 내지 6.25 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 3 내지 6 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 4 내지 6 부피% 범위, 또는 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있고, 상기 특정 양 또는 사용된 상기 양의 범위는 특정 적용례에 대해 원하는 수준의 작동 성능 또는 향상을 달성시키도록 선택될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 본원에 개시된 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 붕소 도펀트 가스 조성물 공급 패키지에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 본원에 개시된 다양한 실시양태에 따라 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 이온화하여 붕소-함유 이온성 주입 종을 생성하는 단계, 및 상기 붕소-함유 주입 종을 상기 기판에 주입하는 단계를 포함하는, 붕소-주입된 기판을 형성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 본원에 개시된 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 도입하는 단계, 및 상기 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 상기 이온 소스 챔버에서 이온화하여, 붕소 이온 주입을 위한 붕소-함유 주입 종을 생성시키는 단계를 포함하는, 붕소 이온 주입 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 본원에 기재된 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 보유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 붕소 도펀트 가스 공급 패키지로부터 붕소 도펀트 가스 조성물을 이온 주입 시스템으로 유동시키는 것을 포함하는, 이온 주입 시스템의 작동을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 텅스텐 캐쏘드를 갖는 붕소 이온 주입 시스템에서 텅스텐 캐쏘드 부식(erosion)을 감소시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 본원에 기재된 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 이온화에 의해 시스템 내에 붕소 이온 주입을 위한 붕소 이온 주입 종을 생성시키는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는, 붕소 이온 주입 시스템에서의 사용을 위해, 본원에 기재된 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 포함하는 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 공급하는 것을 포함하는, 붕소 이온 주입 시스템의 작동 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
추가의 양태에서, 본 발명은, 본원에 기재된 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 포함하는 붕소 도펀트 소스 가스 조성물로부터 붕소 이온 주입 시스템에서 붕소 주입 종을 생성시키는 것을 포함하는, 붕소 이온 주입 시스템의 작동 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
추가 양태에서 본 발명은, 캐쏘드를 포함하는 붕소 도핑 이온 주입 시스템의 빔 안정성 및 이온 소스 수명을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 붕소 도핑 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 도입하는 단계, 상기 붕소 도핑 이온 주입 시스템을 작동시켜 상기 이온 소스 챔버 내에서 상기 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 이온화시키고, 붕소 도펀트 종의 빔을 생성시켜, 이를 이온 주입 시스템 내의 기판으로 보내어 이온 주입 시스템 내의 기판을 붕소 도펀트 종으로 붕소 도핑시키는 단계를 포함하고, 이때 상기 도펀트 소스 가스 조성물은 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.99 부피%의 양의 수소를 포함하고, 빔 전류의 감소는 8 % 미만이다. 보다 구체적으로는, 수소는, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.5 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2.5 내지 6.25 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 3 내지 6 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 4 내지 6 부피% 범위, 또는 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있고, 상기 특정 양 또는 사용된 상기 양의 범위는 특정 적용례에 대해 원하는 수준의 작동 성능 또는 향상을 달성시키도록 선택될 수 있음을 이해할 것이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은, (a) 제 1 가스 공급 패키지로부터의 11B-동위원소-풍부한 삼불화 붕소 및 (b) 제 2 가스 공급 패키지로부터의 수소 가스를, (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.99 부피%의 양의 수소를 포함하는 이온 소스 챔버 내 도펀트 소스 가스 조성물을 구성하는 상기 삼불화 붕소 및 수소의 상대적 비로, 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버로 공-유동시키는 것을 포함하는, 이온 주입 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 수소는, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.5 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2.5 내지 6.25 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 3 내지 6 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 4 내지 6 부피% 범위, 또는 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있고, 상기 특정 양 또는 사용된 상기 양의 범위는 특정 적용례에 대해 원하는 수준의 작동 성능 또는 향상을 달성시키도록 선택될 수 있음을 이해할 것이다.
전술한 요약은 본 발명에 고유한 혁신적인 특징의 일부를 이해를 용이하게 하기 위해 제공되며, 완전한 설명을 의도하는 것은 아니다. 전체 명세서, 청구범위, 도면 및 요약서를 전체적으로 취함으로써 본 발명에 대한 완전한 이해를 얻을 수 있다.
첨부된 도면과 관련한 다양한 예시적인 실시양태에 대한 다음의 설명을 고려하여 본 발명이 보다 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은, 압력-조절식 유체 저장 및 분배 용기를 포함하는 유체 공급 패키지의 개략적인 단면도로서, 여기서 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 수소화된 농축 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물이 상기 조성물의 저장 및 분배를 위해 제공될 수 있다.
도 2는, 본 발명에 따른 작동 모드를 예시하는 이온 주입 시스템의 개략도로서, 여기서 본 발명의 수소화된 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물은 기판에 붕소를 주입하기 위해 이온 주입기에 공급된다.
도 3은, 분당 2.75 표준 입방 센티미터(sccm)의 동위원소-풍부한 BF3 유속을 갖는 이온 주입 장치의 이온 챔버로 유동되는 수소/삼불화 붕소 공-유동 비 (0 내지 0.6의 부피 H2/부피 BF3)의 함수로서의 B+ 빔 전류의 그래프이며, 이는 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물의 빔 성능을 보여준다.
도 4는, (i) 단지 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF의 유동, (ii) 낮은 H2/11BF3 부피비의, 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3와 수소의 공-유동, 및 (iii) 높은 H2/11BF3 부피비의, 수소의 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3와 수소의 공-유동에 대해 도시된, 170-300AMU 범위의 W+ 및 WFx+ (x = 1, 2, 3, 4, 5 및 6) 이온에 대한 빔 전류 값을 나타내는 인셋 스펙트럼 세그멘트(inset spectrum segment)에 의해 B+, F+, HF+, BF+, BF2+ 및 W++ 이온에 대한 빔 전류 값을 보여주는 원자 질량 단위(AMU) 값의 함수로서 밀리암페어(milliamp) 단위의 빔 전류의 빔 스펙트럼 비교 그래프이다.
도 5는, 0 내지 0.6의 H2/11BF3 부피비의 함수로서 밀리암페어로 나타낸 F+, HF+, W+ 및 WF+ 빔 전류의 그래프로서, 여기서 각각의 이온 종에 대한 데이터는 F+에 대해서는 다이아몬드 기호 (◆) , HF+에 대해서는 원형 점 기호 (●), W+에 대해서는 사각형 기호 (■), WF+에 대해서는 삼각형 기호 (▲)로 표시된다. 이러한 데이터를 생성하기 위해 사용된 삼불화 붕소는 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3이었다.
도 6은, 0 내지 0.6의 H2/11BF3 부피비의 함수로서 밀리암페어로 나타낸, F+, HF+, W+ 및 WF+ 빔 전류의 대응하는 정규화된 그래프로서, 여기서 x는 H2/BF3 비에 대한 계수이고, F+, HF+, W+ 및 WF+ 빔 전류는 B+ 빔 전류로 정규화되었으며, 이때 각각의 이온 종에 대한 데이터는 F+에 대해서는 다이아몬드 기호 (◆) , HF+에 대해서는 원형 점 기호 (●), W+에 대해서는 사각형 기호 (■), WF+에 대해서는 삼각형 기호 (▲)로 표시된다.
도 7은, 170-300AMU 범위의 W+ 및 WFx+ (x = 1, 2, 3, 4, 5 및 6) 이온에 대한 빔 전류 값을 나타내는 인셋 스펙트럼 세그멘트에 의해 B+, F+, HF+, BF+, BF2+ 및 W++ 이온에 대한 빔 전류 값을 보여주는 원자 질량 단위(AMU) 값의 함수로서 밀리암페어 단위의 빔 전류의 빔 스펙트럼 비교 그래프로서, 여기서 이온 주입 시스템은, 두 경우 모두에서 비-수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여, 제 1 수행에서 B+ 이온 주입 종에 대해 조정(tuning)되었고, 제 2 수행에서 BF2+ 이온 주입 종에 대해 조정되었다.
도 8은, 170-300AMU 범위의 W+ 및 WFx+ (x = 1, 2, 3, 4, 5 및 6) 이온에 대한 빔 전류 값을 나타내는 인셋 스펙트럼 세그멘트에 의해 B+, F+, HF+, BF+, BF2+ 및 W++ 이온에 대한 빔 전류 값을 보여주는 원자 질량 단위(AMU) 값의 함수로서 밀리암페어 단위의 빔 전류의 빔 스펙트럼 비교 그래프로서, 여기서 이온 주입 시스템은, 제 1 수행에서 비-수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여 B+ 이온 주입 종에 대해 조정되었고(녹색 스펙트럼), 제 2 수행에서 제 2 수행에서 수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여 BF2+ 이온 주입 종에 대해 조정되었다(적색 스펙트럼; 0.05의 최적화된 H2/11BF3 부피비).
도 9는, 170-300AMU 범위의 W+ 및 WFx+ (x = 1, 2, 3, 4, 5 및 6) 이온에 대한 빔 전류 값을 나타내는 인셋 스펙트럼 세그멘트에 의해 B+, F+, HF+, BF+, BF2+ 및 W++ 이온에 대한 빔 전류 값을 보여주는 원자 질량 단위(AMU) 값의 함수로서 밀리암페어 단위의 빔 전류의 빔 스펙트럼 비교 그래프로서, 여기서 이온 주입 시스템은, 제 1 수행에서 비-수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여 B+ 이온 주입 종에 대해 조정되었고(녹색 스펙트럼), 제 2 수행에서 제 2 수행에서 수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여 BF2+ 이온 주입 종에 대해 조정되었다(적색 스펙트럼; 0.05의 최적화된 H2/11BF3 부피비).
도 10은, 주입 이온이 B+인 수소 가스의 부피 퍼센트에 대해 플로팅된 시간당 캐쏘드 중량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 주입 이온이 B+인 수소 가스의 부피 퍼센트에 대해 플로팅된 시간당 안티-캐쏘드 질량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 주입 이온이 BF2+인 수소 가스의 부피 퍼센트에 대해 플로팅된 시간당 캐쏘드 중량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은, 주입 이온이 BF2+인 수소 가스의 부피 퍼센트에 대해 플로팅된 시간당 안티-캐쏘드 질량 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명은, 다양한 변형 및 대안적인 형태에 적용될 수 있지만, 그 세부사항은 도면에서 예로서 도시되고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 기재된 특정의 예시적인 실시양태에 본 발명의 양태를 한정하려는 의도는 아니라는 것을 이해해야 한다. 반대로, 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 변경, 등가물 및 대안을 포함하는 것으로 의도된다.
다음의 상세한 설명은 도면을 참조하여 읽혀져야 하며, 상이한 도면에서 유사한 요소에는 동일한 번호가 매겨져 있다. 상세한 설명 및 도면(반드시 축척된 것은 아님)은 예시적인 실시양태를 도시하며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 도시된 예시적인 실시양태는 단지 예로서 의도된다. 임의의 예시적인 실시양태의 선택된 특징은, 명확하게 달리 언급되지 않는 한 추가의 실시양태에 통합될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 단수 형태는, 문맥에 달리 명시되지 않는 한 복수 대상을 포함한다.
본원에서 사용되는, 유체 저장 및 분배 용기에 관한 "압력-조절식"이라는 용어는, 이러한 용기가, 상기 용기의 내부 용적부 및/또는 상기 용기의 밸브 헤드 내에 배치된 적어도 하나의 압력 조절기 장치, 설정 압력 밸브 또는 진공/압력 활성화 체크 밸브를 갖는다는 것을 의미하고, 이때 각각의 압력 조절 장치는, 상기 압력 조절 장치의 바로 하류의 유체 유동 경로에서의 유체 압력에 반응하고, 상기 압력 조절기 장치의 상류의 보다 높은 유체 압력에 대한 특정한 하류 감압 조건에서 개방되어 유체 유동을 가능게 하고, 이런 개방 이후에 상기 압력 조절기 장치로부터 배출된 유체의 압력을 특정 또는 "설정 점" 압력 수준으로 유지하도록 작동하도록 개조된다.
본 발명은, 기판에 주입하기 위한 이온성 붕소 화학 종을 생성시키기 위한 이온 주입에 유용성을 갖는, 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물 및 관련 방법 및 장치에 관한 것으로, 이때 고효율 이온 주입은 반도체 장치, 평면 패널 디스플레이 및 태양광 패널과 같은 제품의 제조에서 수행된다. 본 발명의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 조성물은 텅스텐 및 불화 텅스텐 이온성 종을 포함하는 원하지 않는 빔 성분의 양을 실질적으로 감소시키면서, 높은 붕소 이온 빔 전류가 유지되도록 하여 캐쏘드의 수명을 연장시킬 수 있게 함으로써 동위원소-풍부한 삼불화 붕소의 사용에 의해 얻어지는 고효율을 향상시키고, 예를 들어 캐쏘드 재-금속화 및 교체와 관련하여 이온 주입 장비에 의해 요구되는 유지 보수(maintenance)를 감소시킨다.
본 발명의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 조성물은 다양한 실시양태에서, 본 명세서에 다양하게 개시된 삼불화 붕소 및 수소 성분을 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 이들로 이루어질 수 있다. 성분, 부품 또는 서브어셈블리를 포함하는 것으로 기술된 본원에 개시된 임의의 조성물, 방법 및 장치에서, 그러한 조성물, 방법 및 장치의 다른 실시양태는, 적용가능하게 이러한 성분, 부품 또는 어셈블리로 이루어지거나, 이들로 본질적으로 이루어진 상태로 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
일 실시양태에서, 본 발명은 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물에 관한 것으로서, 이는 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.99 부피%의 양의 수소를 포함한다.
본 발명의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 다양한 실시양태에서, 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소는, 80.1%, 85%, 88%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5%, 99.9%, 99.99%, 99.995%, 및 99.999%로 이루어진 군으로부터 선택된 풍부 수준을 초과하여 동위원소 풍부할 수 있다.
본 발명의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 다른 실시양태에서, 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소는, 81 내지 85 %, 85 내지 90 %, 90 내지 95 %, 95 내지 99 % 및 95 내지 100 %로 이루어진 군으로부터 선택된 범위에서의 풍부 수준에서 동위원소 풍부할 수 있다
본 발명의 다양한 실시양태에서, 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소는 100 % 동위원소 풍부하다.
한 양태에서, 본 발명은 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물에 관한 것으로서, 이는 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 99 % 초과량으로 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 양의 수소를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물에 관한 것으로서, 이는 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.99 부피%의 양의 수소로 본질적으로 이루어진다.
전술한 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 다양한 실시양태에서, 수소는, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.5 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2.5 내지 6.25 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 3 내지 6 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 4 내지 6 부피% 범위, 또는 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있고, 상기 특정 양 또는 사용된 상기 범위는 특정 적용례에 대해 원하는 수준의 작동 성능 또는 향상을 달성하도록 선택될 수 있음이 이해된다.
본 발명의 추가의 양태는, 본원에 개시된 본 발명의 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 보유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 붕소 도펀트 가스 조성물 공급 패키지에 관한 것이다.
이러한 공급 패키지는, 상기 가스 저장 및 분배 용기가 내부형 압력-조절식 가스 저장 및 분배 용기를 포함하여 구성될 수 있으며, 예를 들어 상기 내부형 압력-조절식 가스 저장 및 분배 용기는, 패키지의 분배 작용에서 가스가 유동하는, 내부에 배치된 일련의 가스 압력 조절기(예를 들어, 아대기압에서 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 분배하기 위해 사용될 수 있음)를 포함할 수 있다. 다르게는, 내부형 압력-조절식 가스 저장 및 분배 용기는 대기압 내지 초대기압, 예를 들어 대기압 내지 200 psig (1.38 메가파스칼(MPa)) 범위, 또는 저 초대기압 범위, 예를 들어, 10 psig (0.069 MPa) 내지 200 psig (1.38 MPa) 또는 다른 실시양태에서 50 psig (0.0345 MPa) 내지 150 psig (1.034 MPa)에서의 적절한 압력 수준에서 도펀트 소스 가스 조성물을 전달하도록 구성될 수 있다.
본 발명은, 본 명세서에 다양하게 기술된 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 이온화하여 붕소-함유 이온성 주입 종을 생성하는 단계 및 이러한 붕소-함유 주입 종을 기판에 주입하는 단계를 포함하는 붕소-주입된 기판을 형성하는 방법을 추가로 고려한다. 붕소-함유 이온성 주입 종은 임의의 적합한 유형일 수 있으며, 예를 들어 B+, B++, B+++, BF2+, BF2++ 또는 임의의 다른 유리한 붕소 주입 종을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는, 다양하게 본원에 기재된 본 발명에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 도입하는 단계, 및 상기 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을, 붕소 이온 주입을 위한 붕소-함유 주입 종을 발생시키기 위해 이온 소스 챔버에서 이온화하는 단계를 포함하는 붕소 이온 주입 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 붕소-함유 주입 종의 빔을 생성하는 단계, 및 내부에 붕소-함유 주입 종을 주입하기 위해 상기 빔을 기판으로 보내는 단계를 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 방법은, 기판에 이온 주입을 위해 붕소-함유 주입 종에 기판을 노출시키는 것을 포함할 수 있으며, 이때 이러한 노출은 임의의 적절한 공정 또는 기술, 예컨대 플라즈마-보조 이온 주입, 질량 분석기에 의한 빔라인 주입, 질량 분석기를 사용하지 않는 빔라인 주입, 플라즈마 침지 등을 포함한다.
상술한 방법은, 반도체 제품, 평면-패널 디스플레이 제품 및 태양광 패널 제품으로 이루어진 군에서 선택된 제품의 제조 방법에서 수행될 수 있다.
추가 양태에서 본 발명은, 이온 주입 시스템에서의 사용을 위해, 본원에 개시된 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 보유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 붕소 도펀트 가스 조성물 공급 패키지를 제공하는 것을 포함하는, 이온 주입 시스템의 작동을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 텅스텐 캐쏘드를 갖는 붕소 이온 주입 시스템에서 텅스텐 캐쏘드 부식을 감소시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 본원에 개시된 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 이온화에 의해 상기 시스템에서 붕소 이온 주입을 위한 붕소 주입 종을 생성하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는, 붕소 이온 주입 시스템에서의 사용을 위해 본원에 개시된 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 포함하는 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 공급하는 것을 포함하는, 붕소 이온 주입 시스템의 작동 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
추가의 양태에서, 본 발명은, 붕소 이온 주입 시스템에서 본원에 개시된 다양한 실시양태에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 포함하는 붕소 도펀트 소스 가스 조성물로부터 붕소 주입 종을 생성시키는 것을 포함하는, 붕소 이온 주입 시스템의 작동 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 붕소의 이온 주입을 위한 수소/풍부화된 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 고려하며, 여기서 상기 조성물은, F+, W+ 및 WFx+ 빔 성분의 생성이 놀라울 정도로 효과적으로 감소되면서 빔 전류 감소가 매우 낮은 수준, 예를 들어, 붕소 이온 빔 전류의 0 % 내지 8 % 감소 범위로 유지되는 조성 범위로서 2 내지 6.99 부피%의 수소를 함유한다. 붕소 이온 빔 전류의 감소는, 수소 부재 하에서의 붕소 이온 빔 전류에 대해 선택된 양으로 수소가 도펀트 가스에 존재할 때의 붕소 이온 빔 전류를 비교함으로써 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 조성물은, 텅스텐 및 불화 텅스텐 이온성 종을 포함하는 원하지 않는 빔 성분의 양을 실질적으로 감소시키면서 높은 붕소 이온 빔 전류를 유지시켜, 캐쏘드의 소스 수명을 상당히 연장시킬 수 있어서, 동위원소-풍부한 삼불화 붕소를 사용함으로써 얻어지는 고효율을 향상시키고, 예를 들어 캐쏘드 재-금속화 및 교체와 관련하여 이온 주입 장치에 의해 요구되는 유지 보수를 대폭 감소시킬 수 있다.
또 다른 양태에서 본 발명은, 캐쏘드를 포함하는 붕소 도핑 이온 주입 시스템의 빔 안정성 및 이온 소스 수명을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 붕소 도핑 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 도입하는 단계, 상기 붕소 도핑 이온 주입 시스템을 작동시켜 상기 이온 소스 챔버 내에서 상기 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 이온화시키고, 붕소 도펀트 종의 빔을 생성시켜, 이를 이온 주입 시스템 내의 기판으로 보내어 이온 주입 시스템 내의 기판을 붕소 도펀트 종으로 붕소 도핑시키는 단계를 포함하고, 이때 상기 도펀트 소스 가스 조성물은 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.99 부피%의 양의 수소를 포함하고, 이때, 그러한 작동 동안 캐쏘드의 중량 변화(성장 또는 손실)는 다른 수소 농도와 관련하여 최소화된다. 이러한 방법에서, 이온 소스 챔버는 텅스텐을 포함하는 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 캐쏘드는 텅스텐 필라멘트를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 바이어스 전력 및 필라멘트 전류의 변화를 최소화한다. 따라서, 수소의 존재 없이 동위원소-풍부한 삼불화 붕소를 이용하여 달성할 수 있는 것보다 안정한 빔 조건 및 보다 긴 소스 수명에 대한 이점을 제공할 것이다. 일부 실시양태에서, 수소는 전술된 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물 중에, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.5 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2.5 내지 6.25 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 3 내지 6 부피% 범위, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 4 내지 6 부피% 범위, 또는 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 양으로 존재할 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 압력-조절식 유체 저장 및 분배 용기를 포함하는 예시적인 유체 공급 패키지 (200)의 개략적인 단면도로서, 여기서 본 발명의 수소화된 농축 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물이 조성물의 저장 및 분배를 위해 제공될 수 있다. 루핑 왕(Luping Wang) 등에게 허여된 미국 특허 제 6,101,816 호, 6,089,027 호 및 제 6,343,476 호에 기재되고 상표 VAC로 엔테그리스 인코포레이티드(미국 메사추세츠주 빌레리카 소재)로부터 시판되는 가스 공급 용기가 하나의 예이고, 이때 하나 이상의 가스 압력 조절기는 가스 공급 용기의 내부 용적부에 배치되어, 저압 소스 가스 조성물이 이온 주입을 위한 이온성 종을 생성하기 위해 사용되는 이온 주입과 같은 적용례를 위해, 저압, 예를 들어, 아대기압에서 대응하는 저압에서 작동되는 장치에서 가스의 분배를 제공할 수 있다.
유체 공급 패키지 (200)는 용기의 내부 용적부 (218)를 공동으로 둘러싸는 원통형 측벽 (214) 및 플로어 (216)를 포함하는 유체 저장 및 분배 용기 (212)를 포함한다. 측벽 및 플로어는 보관 및 분배 용도로 용기에서 유지되는 압력 수준에 적절한, 임의의 적합한 제조 물질, 예컨대 금속, 가스-불투과성 플라스틱, 섬유-수지 복합 재료 등의 적절한 재료로 형성될 수 있다.
그의 상부 단부 (220)에서, 용기는, 목부 (221)의 내 측벽 (223)에 의해 구속된 포트 개구 (222)를 한정하는 목부 (221)를 특징으로 한다. 내 측벽 (223)은, 밸브 바디 (226)를 포함하는 밸브 헤드 (225)와 쓰레딩(threading)되거나, 다르게는 결합가능하게 맞물리도록 상보적으로 구성될 수 있고, 상기 밸브 바디 (226)는 상보적으로 쓰레딩되거나, 다르게는 이러한 맞물림(engagement)을 위해 구성될 수 있다.
이와 같은 방식으로, 밸브 헤드 (225)는, 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 원하는 저장 조건에서 내부 용적부 (218)에 보유하기 위해 누설-밀폐(leak-tight) 방식으로 용기 (212)와 맞물린다.
밸브 헤드 바디 (226)에는 용기 (212)로부터 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 분배를 위한 중앙 수직 통로 (228)가 형성되어 있다. 중앙 수직 통로 (228)는, 도시된 바와 같이 유체 배출 포트 (229)의 유체 배출 통로 (230)와 연통한다.
밸브 헤드 바디는 밸브의 선택적 수동 또는 자동 개방 또는 폐쇄를 위해 밸브 액추에이터 (238)(핸드 휠 또는 공압 액추에이터)와 결합되는 밸브 요소 (227)를 포함한다. 이러한 방식으로, 밸브 액추에이터가 개방되어 중앙 수직 통로 (228)를 통해 유체 배출 포트 (229)로 가스를 유동시킬 수 있거나, 또는 다르게는, 밸브 액추에이터를 물리적으로 폐쇄하여, 분배 작동 중에 중앙 수직 통로 (228)로부터 유체 배출 포트 (229)로의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 유동을 중단시킬 수 있다.
따라서, 밸브 액추에이터는 수동 액추에이터, 공압 액추에이터, 전기기계 액추에이터 등 또는 밸브 헤드 내의 밸브를 개폐하기 위한 임의의 다른 적합한 장치와 같은 다양한 적합한 유형 중 임의의 것일 수 있다.
따라서, 밸브 요소 (227)는, 조절기의 하류에 배치되어, 상기 용기로부터 분배된 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물이 밸브 요소 (227)를 포함하는 유동 제어 밸브를 통해 유동하기 전에 조절기를 통해 유동한다.
밸브 헤드 바디 (226)는 또한 그 상단에서 충전 포트 (234)와 연통하도록 형성된 충전 통로 (232)를 포함한다. 충전 포트 (234)는, 충전 포트 캡 (236)에 의해 캡핑된 상태로 도 1에 도시되어 있으며, 용기를 채우고 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 저장 및 분배를 위한 사용에 위치될 때에 오염이나 손상으로부터 충전 포트를 보호한다.
그 하단에서의 충전 통로는, 도시된 바와 같이 그 바닥면에서 밸브 헤드 바디 (226)를 나간다. 충전 포트 (234)가 용기에 함유되는 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 소스와 결합될 때, 가스는 충전 통로를 통해 용기 (212)의 내부 용적부 (218)로 유동할 수 있다.
상부 입자 필터 (239)를 내부에 포함하는 연장관 (240)이 밸브 헤드 바디 (226)의 하단부에 결합된다. 상부 조절기 (242)는 연장관 (240)의 단부에 장착된다. 상부 조절기 (242)는, 임의의 적합한 방식으로 예를 들어 연장관의 하단부에 내부 쓰레딩을 제공함에 의해 연장관 하단에 고정되며, 여기서 조절기 (242)는 쓰레딩식으로 맞물릴 수 있다.
대안적으로, 상부 조절기는 압축 피팅(compression fitting) 또는 다른 누설-밀폐 진공 및 압력 피팅에 의해 연장관의 하단부에 결합되거나, 예를 들어 용접, 브레이징(brazing), 솔더링(soldering), 용융-결합에 의해, 또는 적절한 기계적 결합 수단 및/또는 방법 등에 의해 결합될 수 있다.
상부 조절기 (242)는, 도시된 바와 같이 하부 조절기 (260)와 직렬 관계로 배치된다. 이러한 목적을 위해, 상부 및 하부 조절기는 상부 조절기 (242)의 하부 연장 부 상에 쓰레딩을 포함하는 상보적인 쓰레딩, 및 하부 조절기 (260)의 상부 연장 부와 결합가능하게 맞물릴 수 있는 쓰레딩에 의해 서로 쓰레딩식으로 맞물릴 수 있다.
대안적으로, 상부 및 하부 조절기는 예를 들어 결합 또는 피팅 수단, 접착 결합, 용접, 브레이징, 솔더링 등과 같은 임의의 적절한 방식으로 서로 결합될 수 있거나, 상부 및 하부 조절기는 이중 조절기 어셈블리의 구성 요소로서 일체로 구성될 수 있다.
이의 하단부에서, 하부 조절기 (260)는 고효율 입자 필터 (246)에 결합된다.
고효율 입자 필터 (246)는, 장치의 작동에서 조절기 및 밸브를 통해 유동하는 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물에 존재할 수 있는 미립자 또는 다른 오염 종으로부터 조절기 요소 및 밸브 요소 (227)의 오염을 방지하는 역할을 한다.
도 1에 도시된 실시양태는 또한, 추가 미립자 제거 능력을 제공하고 분배된 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스의 고순도를 보장하기 위해 연장관 (240)에 배치된 고효율 입자 필터 (239)를 갖는다.
바람직하게는, 조절기는 그것과 직렬 흐름 관계에 있는 적어도 하나의 입자 필터를 갖는다. 바람직하게는, 도 1의 실시양태에 도시된 바와 같이, 시스템은 용기 내부 용적부 (218)로부터 유체 배출 포트 (229)로의 유체 유동 경로에서, 조절기(들)의 하류에 있는 입자 필터뿐만 아니라 조절기(들)의 상류에 있는 입자 필터를 포함한다.
따라서, 도 1의 실시양태의 밸브 헤드 (225)는 2-포트(하나의 포트는 가스 충진 포트 (234)이고 다른 포트는 가스 배출 포트 (229)임) 밸브 헤드 어셈블리를 제공한다.
도 1의 실시양태의 압력 조절기는, 각각 포펫-보유(poppet-retaining) 웨이퍼와 결합된 다이어프램 요소를 포함하는 유형의 것이다. 이어서, 웨이퍼는 출구 유체 압력을 정밀하게 제어하는 압력 감지 어셈블리의 일부로서 포펫 요소의 스템(stem)에 연결된다. 출구 압력이 설정 점 위로 약간 증가하면 압력 감지 어셈블리가 수축되고, 출구 압력이 약간 감소하면 압력 감지 어셈블리가 확장된다. 수축 또는 확장은 정밀 압력 제어를 제공하기 위해 포펫 요소를 변환하는(translate) 역할을 한다. 압력 감지 어셈블리는 유체 저장 및 분배 시스템의 주어진 적용례에 대해 사전 설정되거나 설정된 설정 점을 갖는다.
도시된 바와 같이, 내부에 유동 제어 장치 (268)를 포함하는 가스 배출 라인 (266)이 배출 포트 (229)와 결합된다. 이런 배치에 의해, 가스 배출 라인 내의 유동 제어 장치는, 저장 및 분배 용기로부터의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물이 상류 (하부) 조절기 (260)를 통해, 이어서 하류 (상부) 조절기 (242)를 통해 배출 포트 (229)에 대한 밸브 헤드로 유동될 때에 유체 저장 및 분배 패키지 (200)의 분배 모드에서 개방되어 용기 (212)로부터 (예를 들어, 반도체 제조 플랜트, 평면-패널 디스플레이 제조 플랜트, 태양광 패널 제조 플랜트, 또는 이온 주입 장치가 기판 입자의 도핑을 위해 붕소용으로 배치되는 다른 공정 설비에서) 관련된 이온 주입 공정 설비 (270)로 가스를 유동시킨다. 유동 제어 장치 (268)는 임의의 적절한 유형일 수 있으며, 다양한 실시양태에서 질량 유동 제어기를 포함할 수 있다.
이러한 방식으로 분배된 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물은 조절기 (242)의 설정 점에 의해 결정되는 압력에서 존재할 것이다.
도 1의 실시양태에서 조절기 (260) 및 조절기 (242)의 각각의 설정 점은 특정의 바람직한 붕소 이온 주입 최종 적용례를 수용하기 위해 임의의 적절한 값으로 선택되거나 미리 설정될 수 있다.
예를 들어, 하부 (상류) 조절기 (260)는 약 20 psig 내지 약 2500 psig 범위의 설정 점을 가질 수 있다. 상부 (하류) 조절기 (242)는 하부 (상류) 조절기 (260)의 압력 설정 점보다 높은 설정 점, 예를 들어 약 1 torr 내지 2500 psig의 범위를 가질 수 있다.
예시적인 일 실시양태에서, 하부 (상류) 조절기 (260)는 약 100 psig 내지 약 1500 psig 범위인 설정 점 압력 값을 가지며, 상부 (하류) 조절기 (242)는 약 1 torr 내지 2500 psig의 범위의 설정 점 압력 값을 가지며, 이때 상기 하부 (상류) 압력 설정 점은 상기 상부 (하류) 조절기의 설정 점보다 높다.
직렬 조절기 어셈블리에서 조절기의 설정 점은, 도 1에 도시된 바와 같은 2-조절기 어셈블리에서, 서로에 대해 임의의 적절한 비율로 설정될 수 있지만, 바람직한 실시에서의 상류 조절기는 유리하게는 하류 조절기의 설정 점 값(동일한 측정 압력 단위로 측정)의 두 배 이상인 압력 설정 점을 갖는다.
도 1의 실시양태에서, 하부 및 상부 조정기는 어느 한 단부에 미립자 필터를 갖는 조절기 어셈블리를 형성하도록 서로 동축으로 정렬된다. 이러한 배열의 결과로서, 용기 (212)로부터 분배 된 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물은 매우 높은 순도를 갖는다.
추가의 변형으로서, 미립자 필터는 분배될 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물에 존재하는 불순물 종(예를 들어, 용기 내의 가스의 반응 또는 분해로부터 유도된 분해 생성물)에 대해 선택적인 화학 흡착제로 코팅되거나 함침될 수 있다. 이러한 방식으로, 미립자 필터를 통해 유동하는 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물은 분배될 때 유동 경로를 따라 그 위치에서 정제된다.
도 1에 도시된 유형의 유체 저장 및 분배 시스템의 예시적인 일 실시양태에서, 용기 (212)는 3AA 2015 DOT 2.2 리터 실린더이다. 고효율 입자 필터 (246)는, 0.003 미크론 직경까지의 입자를 99.9999999 % 초과로 제거할 수 있는, 316L VAR/전기연마된 스테인리스 스틸 또는 니켈의 하우징 내에서 소결된 금속 여과 매질을 갖는 모트 코포레이션(Mott Corporation) (코네티컷주 파밍턴)에서 시판중인 가스쉴드(GasShield)TM 펜타(PENTA)TM 사용 시점(point-of-use) 유체 필터이다. 고효율 입자 필터 (239)는 모트 코포레이션 (코네티컷주 파밍턴)에서 시판중인 모드 스탠다드 6610-1/4 인라인 필터이다. 조절기는 HF 시리즈 스웨이지록(Swagelok)® 압력 조절기이며, 이때 상부 (하류) 조절기 (242)는 100 Torr 내지 100 psig 범위의 설정 압력을 가지며, 하부 (상류) 조절기 (260)는 100 psig 내지 1500 psig 범위의 설정 압력을 갖고, 이때 상기 (하류) 조정기 (260)의 설정 점 압력은 상부 (하류) 조정기 (242)의 설정 점 압력의 2 배 이상이다. 특정 실시양태에서, 상부 (하류) 조절기는 (242)는 100 psig의 입구 압력 및 500 torr의 출구 압력을 가질 수 있고, 하부 (상류) 조절기 (260)는 1500 psig의 입구 압력 및 100 psig의 출구 압력을 가질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 작동 모드를 예시하는 이온 주입 시스템의 개략도로서, 여기서 본 발명의 수소화된 풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물은 기판에 붕소를 주입하기 위해 이온 주입기에 공급된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 주입 시스템 (10)은 주입기에 가스를 전달하기 위해 가스 공급 패키지 (14, 16 및 18)에 대해 수용 관계로 배치된 이온 주입기 (12)를 포함한다.
가스 공급 패키지 (14)는, 가스를 함유하는 용기를 포함한다. 일부 경우, 용기는, 가스 공급 라인 (44)에 결합된 배출 포트 (24)를 갖는 밸브 헤드 어셈블리 (22)를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리 (22)는, 밸브 헤드 어셈블리 내의 밸브를 수동으로 조정하기 위한 핸드 휠 (38)이 구비되어, 필요에 따라, 용기 (20)에 함유된 가스의 분배 또는 다르게는 폐쇄 저장을 수행하기 위해 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치에서 동일하게(same) 변환된다. 핸드 휠 (38)의 제공 대신에, 가스 공급 패키지 (14)에는, 패키지의 밸브 헤드 어셈블리 내의 밸브를 적절한 개방 또는 폐쇄 위치로 변환시키기 위한 솔레노이드 또는 공기 밸브 액추에이터와 같은 자동 밸브 액추에이터가 제공될 수 있다.
가스는, 가스 공급 패키지 (16 및 18)에도 포함될 수 있으며, 가스 공급 패키지 (14)와 유사한 방식으로 각각 구성된다. 가스 공급 패키지 (16)는, 핸드 휠 (40)이 연결된 밸브 헤드 어셈블리 (28)가 구비된 용기 (26) 또는 다르게는 밸드 헤드 어셈블리 내의 밸브용 액추에이터를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리 (28)는 가스 공급 라인 (52)이 연결된 배출 포트 (30)을 포함한다. 유사하게, 가스 공급 패키지 (18)는 핸드 휠 (42)이 결합되는 밸브 헤드 어셈블리 (34)가 구비된 용기 (32) 또는 밸브 헤드 어셈블리 (34) 내의 밸브의 작동(actuation)을 위한 대응하는 액추에이터를 포함한다. 상기 밸브 헤드 어셈블리 (34)는 또한 가스 배출 라인 (60)에 결합된 배출 포트 (36)를 포함한다.
도시된 배치에서, 가스 공급 패키지 (14, 16, 및 18) 중 적어도 하나는, 본 발명의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을, 이온 주입기 (12)에 이런 가스 조성물의 순차적 공급을 위해 함유한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 가스 공급 패키지 중 하나, 예를 들어, 가스 공급 패키지 (14)는 수소를 함유할 수 있고, 다른 가스 공급 패키지, 예컨대 가스 공급 패키지 (16)는 동위원소-풍부한 삼불화 붕소를 함유할 수 있어서 각각의 가스 공급 라인 (44 및 52)에서 조성물의 수소 및 삼불화 붕소 성분을 혼합 챔버로 유동시킴으로써 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 사용 시점에서 구성할 수 있게 한다. 그러한 배치 내의 가스 공급 패키지 (18)는 추가적인 동위원소-풍부한 삼불화 붕소를 함유할 수 있으므로, 두 가스 공급 패키지 (16 및 18)는 동위원소-풍부한 BF3를 제공하고, 이로써 가스 공급 패키지 (16)가 삼불화 붕소의 인벤토리(inventory)가 소진될 때, 가스 공급 패키지 (16)의 밸브 헤드 내의 밸브가 폐쇄되고, 가스 공급 패키지 (18)의 밸브 헤드 내의 밸브의 개방 시에 동위원소-풍부한 삼불화 붕소의 활성 분배가 가스 공급 패키지 (18)로 스위칭될 수 있다. 이러한 배치는, 동위원소-풍부한 삼불화 붕소에 수소 가스가 소량으로 첨가된, 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물 중의 상대적 비를 수용한다.
따라서, 본 발명은, (a) 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 함유하는 제 1 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 붕소 도펀트 가스 조성물 공급 패키지 및 (b) 수소 가스 공급 패키지를 포함하는 도펀트 소스 가스 조성물 공급 키트를 고려하며, 이때 상기 수소 가스 공급 패키지는 수소 가스를 함유하는 제 2 가스 저장 및 분배 용기를 포함한다.
도 2에 도시된 시스템의 추가 변형으로서, 각각의 가스 공급 패키지 (14 및 16)는 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 함유할 수 있어서, 그러한 패키지의 온-스트림의 소진 시에 다른 가스 공급 패키지는, 이온 주입기에서의 붕소 도핑 작동의 연속성을 위한 분배 작동으로 스위칭될 수 있어서, 가스 공급 패키지 (18)는 세정(cleaning) 가스를 함유할 수 있다. 이러한 변이 배치에서, 붕소 도핑 작동은 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 가스 공급 패키지 (14 및 16) 각각으로부터 순차적으로 분배시킴으로서 수행될 수 있고, 붕소 도핑 작동이 종결된 후에 상기 패키지는, 가스 공급 패키지 (18)의 밸브가 개방되면서 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 새로운 패키지에 대해 스위칭되어 유동 회로 및 하류 이온 주입기 (12)에 세정 가스를 분배할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 가스 공급 패키지 (18)는, 임의의 적합한 세정 가서, 예를 들어 삼불화 질소, 이불화 제논, 불화 수소, 또는 다른 적절한 세정 가스를 함유할 수 있다.
각각의 가스 공급 패키지로부터의 유동을 제어하기 위해, 각각의 가스 공급 라인 (44, 52, 및 60)에는 유동 제어 밸브 (46, 54, 및 62)가 내부에 각각 제공된다.
유동 제어 밸브 (46)에는, 액추에이터를 CPU (78)에 연결시키는 신호 전송 라인 (50)을 갖는 자동 밸브 액추에이터 (48)가 구비되어, CPU (78)는 신호 전송 라인 (50)에서 제어 신호를 밸브 액추에이터로 전송하여 밸브 (46)의 위치를 조정하여 용기 (20)로부터 혼합 챔버 (68)로의 가스의 유동을 상응하게 제어한다.
유사한 방식으로, 가스 배출 라인 (52)은 신호 전달 라인 (58)에 의해 CPU (78)에 연결되는 밸브 액추에이터 (56)와 결합된 유동 제어 밸브 (54)를 포함한다. 따라서, 가스 배출 라인 (60)의 유동 제어 밸브 (62)에는 신호 전달 라인 (66)에 의해 CPU (78)에 연결된 밸브 액추에이터 (64)가 구비된다.
이러한 방식으로, CPU는 대응하는 용기 (20, 26 및 32)로부터 각각의 가스의 유동을 작동 가능하게 제어할 수 있다.
용기 중 하나로부터의 수소를 이들 용기 중 다른 하나 또는 다른 용기로부터의 동위원소-풍부한 삼불화 붕소와 혼합시키는 경우에서와 같이, 가스가 혼합 챔버 (68)로 동시에 유동되는 경우(공-유동), 혼합 챔버 (68)에서의 혼합 후 생성 가스 조성물은 이후 이온 주입기 (12)로의 통과를 위해 공급 라인 (70)으로 배출된다. 따라서, 본 발명은 이온 주입 시스템을 작동시키는 방법을 고려하며, 여기서 제 1 가스 공급 패키지로부터의 11B-동위원소-풍부한 삼불화 붕소는 제 2 가스 공급 패키지로부터의 수소 가스와 함께, (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 2 내지 6.99 부피%의 양의 수소를 포함하는 이온 소스 챔버 내 도펀트 소스 가스 조성물을 구성하는 상기 삼불화 붕소 및 수소의 상대적 비로 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔보로 공-유동된다.
따라서, 단일 가스 공급 패키지 (14, 16 또는 18)만이 분배 모드로 작동되는 경우, 상응하는 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물은 이후 관련 유동 제어 밸브에 의해 조절됨에 따라 혼합 챔버를 통해 유동되고, 공급 라인 (70)에서 이온 주입 장치로 통과된다.
공급 라인 (70)은, 공급 라인과 연통하는 우회 라인 (72 및 76)으로 구성된 우회 유동 루프 및 가스 분석기 (74)와 결합된다. 따라서, 가스 분석기 (74)는, 공급 라인 (70)에서 주 유동으로부터 부 스트림을 수용하고, 가스 스트림의 농도, 유속 등의 모니터링 신호 상관관계를 반응적으로 생성하고, 분석기 (74)와 CPU (78)를 연결하는 신호 전송 라인에서 모니터링 신호를 전송한다. 이런 방식으로, CPU (78)는 가스 스트림의 농도, 유속 등을 모니터링하는 모니터링 신호를 수신하고, 동일하게 처리하고, 적절하게는, 각각의 밸브 액추에이터 (48, 56 및 64), 또는 이들 중 선택된 것(들)로 전송되는 출력 제어 신호를 반응적으로 생성하여 이온 주입기로의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물의 목적하는 분배 작동을 수행한다. 보조 신호 전송 라인 및 액추에이터가 구비된 가스 분석기 (74) 및 CPU (78)는, 원하는 농도의 수소를 함유하는 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 형성하기 위해 지상(land) 수소 및 동위원소-풍부한 삼불화 붕소에 대해 작동 가능하게 사용될 수 있는 모니터링 및 제어 시스템을 구성한다.
이온 주입기 (12)는, 유출물 라인 (80)에서 유출물 처리 유닛 (82)로 유동되는 유출물을 생성하고, 이는 스크러빙, 촉매 산화 등을 포함하는 비롯한 유출물 처리 작업에 의해 상기 유출물을 처리하여 벤트(vent) 라인 (84)에서 처리 유닛 (82)으로부터 배출되고 추가 처리 또는 다른 처분으로 통과될 수 있는 처리된 가스 배출물을 생성한다.
CPU (78)는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있고, 전술된 바와 같이, 범용 프로그램형 컴퓨터, 특수용 프로그램형 컴퓨터, 프로그램형 논리 제어기, 마이크로프로세서, 또는 모니터링 신호의 신호 처리 및 출력 제어 신호 또는 신호들의 생성에 효과적인 다른 계산 유닛을 다양하게 포함할 수 있다.
따라서, CPU는 2 개 또는 3 개 모두의 소스(14, 16 및 18)로부터의 가스의 동시적 유동을 포함하는 주기적 작동을 수행하도록, 또는 대안적으로, 각각의 가스가 순차적으로 유동하도록 프로그래밍 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 가스 혼합물의 공동 유동, 또는 순차적 가스 유동을 포함하는 임의의 유동 모드가 수용될 수 있다.
따라서, 이온 주입기에서 기판의 붕소 도핑은, 예비 혼합 가스 조성물로서, 또는 사용 시에 별도의 가스 공급 패키지로부터 수소와 풍부화된 삼불화 붕소를 혼합하거나 또는 다른 가스 종과 조합으로 또는 순차적으로 사용하여 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 사용하기 위해 임의의 다양한 방식으로 수행될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물은 도 1에 도시된 이온 주입 시스템의 다양한 구현에서 또는 본 발명에 따른 작동을 위해 상응하게 구성된 이온 주입 시스템에서 수소화물 가스, 불화물 가스, 희가스 가스, 산화물 가스 또는 다른 가스와 함께 다양하게 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
따라서, 본원의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물은, 특정 이온 주입 설비에서 본 발명의 도펀트 소스 가스 조성물의 주어진 구현에서 바람직할 수 있는 바와 같이, 예비 혼합 조성물로서 제공될 수 있거나, 또는 대안적으로, 이런 조성물의 수소 및 삼불화 붕소 성분의 각각의 가스 공급 패키지로부터의 사용 시점에서 구성되는 것으로 이해될 것이다.
이제 도 3을 참조하면, 2.75 표준 입방 센티미터/분 (sccm)의 동위원소-풍부한 BF3 유속으로 이온 주입 장치의 이온 챔버로 유동되는 수소/풍부화된 삼불화 붕소 공-유동 비(0 내지 0.6의 부피 H2/부피 BF3)의 함수로서 밀리암페어 단위의 B+ 빔 전류의 그래프가 도시되어 있으며, 이는 본 발명의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물의 빔 성능을 보여 준다.
도 3에 도시된 데이터를 생성하는데 사용되는 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물 중의 풍부화된 삼불화 붕소 가스는 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3이었다. 이러한 데이터를 생성하기 위해 사용된 이온 주입 장치의 아크 전압은 90 V였고, 이때 소스 빔 전류는 25 mA이고, 추출 전압은 20 kV이었다.
도 3의 데이터는, 단독의 동위원소-풍부한 BF3에 대한 B+ 빔 전류가 약 6.5 mA임을 보여준다. 0.07 이상의 수소/삼불화 붕소 공-유동 비 값에서, 빔 전류는 급격하게 감소한다는 것이 밝혀졌다. 0.02 미만의 수소/삼불화 붕소 공-유동 비는, 이온 주입 시스템의 작동에서 텅스텐 불소 반응 및 텅스텐 침착, 코팅 및 텅스텐의 캐쏘드 성장을 억제하기에 부적절한 수소를 제공한다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은, 붕소의 이온 주입을 위한 수소/풍부화된 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 고려하며, 이때 상기 조성물은, 베이스라인 붕소 이온 빔 전류와 비교할 때, 빔 전류 감소가 매우 낮은 수준, 예를 들어 B+ 빔 전류의 0 % 내지 8 % 감소의 범위로 유지되면서 F+, W+ 및 WFx+ 빔 성분의 생성이 효과적으로 감소되는 조성 범위로서, 약 2 내지 약 6.99 부피%의 수소, 보다 바람직하게는 약 5 부피%의 수소를 함유한다. 따라서, 본 발명의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 조성물은, 텅스텐 및 불화 텅스텐 이온성 종을 포함하는 원하지 않는 빔 성분의 양을 실질적으로 감소시키면서 높은 붕소 이온 빔 전류를 유지시켜 캐쏘드의 소스 수명을 연장시킬 수 있게 하여, 동위원소-풍부한 삼불화 붕소의 사용에 의해 얻어지는 고효율을 향상시키고, 예를 들어 캐쏘드 재-금속화 및 교체와 관련하여 이온 주입 장치에 의해 요구되는 유지 보수를 감소시킨다.
도 4는, (i) 단지 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF의 유동, (ii) 낮은 H2/11BF3 부피비의, 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3와 수소의 공-유동, 및 (iii) 높은 H2/11BF3 부피비의, 수소의 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3와 수소의 공-유동에 대해 도시된, 170-300AMU 범위의 W+ 및 WFx+ (x = 1, 2, 3, 4, 5 및 6) 이온에 대한 빔 전류 값을 나타내는 인셋 스펙트럼 세그멘트에 의해 B+, F+, HF+, BF+, BF2+ 및 W++ 이온에 대한 빔 전류 값을 보여주는 원자 질량 단위(AMU) 값의 함수로서 밀리암페어 단위의 빔 전류의 빔 스펙트럼 비교 그래프이다. 모든 시험 수행에서 실질적으로 순수한 11BF3의 유량은 2.75 sccm이었고, 소스 빔 전류는 25 mA이었고, 이때 아크 전압은 90 V이고, 추출 전압이 20 kV였다.
도 4의 데이터는, 수소 공-유동이, 수소가 없을 때 생성되는 수준보다 낮은 W+ 및 WFx(x = 1, 2, 3, 4, 5 및 6) 빔 스펙트럼 성분의 생성을 유의하게 감소시키는데 효과적이라는 것을 보여준다.
도 5는, 0 내지 0.6의 H2/11BF3 부피비의 함수로서 밀리암페어로 나타낸 F+, HF+, W+ 및 WF+ 빔 전류의 그래프로서, 여기서 각각의 이온 종에 대한 데이터는 F+에 대해서는 다이아몬드 기호 (◆) , HF+에 대해서는 원형 점 기호 (●), W+에 대해서는 사각형 기호 (■), WF+에 대해서는 삼각형 기호 (▲)로 표시된다. 이러한 데이터를 생성하기 위해 사용된 삼불화 붕소는 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3이었다. 이러한 데이터를 생성하기 위해 사용된 삼불화 붕소는 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3이었다.
도 5의 데이터는, F+, W+ 및 WF+ 빔 전류가 수소의 존재에 의해 실질적으로 감소됨을 보여준다. HF+ 빔 전류는, 본 발명의 H2/풍부화된 BF3 도펀트 소스 가스 조성물 중의 2 내지 6.99 부피% H2, 보다 특히 약 5 부피% H2 농도 범위의 매우 낮은 수준으로 유지될 수 있음이 밝혀졌다.
도 6은, 0 내지 0.6의 H2/11BF3 부피비의 함수로서 밀리암페어로 나타낸, F+, HF+, W+ 및 WF+ 빔 전류의 대응하는 정규화된 그래프로서, 여기서 x는 H2/BF3 비에 대한 계수이고, F+, HF+, W+ 및 WF+ 빔 전류는 B+ 빔 전류로 정규화되었으며, 이때 각각의 이온 종에 대한 데이터는 F+에 대해서는 다이아몬드 기호 (◆) , HF+에 대해서는 원형 점 기호 (●), W+에 대해서는 사각형 기호 (■), WF+에 대해서는 삼각형 기호 (▲)로 표시된다.
따라서, 본 발명의 도펀트 소스 가스 조성물은 붕소 주입 종의 높은 빔 전류를 유지하는데 효과적인 균형을 제공하는 동시에, W+ 및 WFx+(x = 1, 2, 3, 4, 5, 및 6) 빔 전류 및 불화 텅스텐 반응을 감소시킨다. 예를 들어, B+ 또는 BF2+와 같은 선택된 붕소 주입 종의 빔 전류의 감소는, 수소 부재 하에 붕소 주입 종 빔 전류에 대해, 수소가 선택된 양으로 도펀트 가스에 존재하는 경우 붕소 주입 종 빔 전류를 비교함으로써 결정될 수 있다. 일부 경우, 붕소 주입 종 빔 전류의 감소는 0 % 내지 10 % 미만; 0 % 내지 9 % 미만; 0 % 내지 8 % 미만; 또는 0 % 내지 약 5 % 미만의 범위일 수 있다. 이러한 균형은 텅스텐의 침착, 코팅 및 텅스텐의 캐쏘드 성장을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 삼불화 붕소/수소 혼합물의 적절한 균형은 또한 스퍼터링으로 인한 캐쏘드의 소위 "펀치 스루(punch through)"를 방지하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 도펀트 소스 가스 조성물은, 이온 주입 시스템이 다양한 붕소 이온성 주입 종의 선택을 위해 "조정"되는 붕소 도핑 어플리케이션에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 다양한 적용례에서, 이온 주입 시스템은 기판의 B+ 도핑을 위해 조정될 수 있다. 다른 적용례에서, 이온 주입 시스템은 기판에서 BF2+ 주입 종의 도핑을 위해 조정될 수 있다. 본 발명의 도펀트 소스 가스 조성물은 다양한 붕소 이온성 주입 종들 중 임의의 것에 대해 조정된 이러한 이온 주입 시스템 중 임의의 것에 유리하게 이용될 수 있다.
이온 주입 시스템이 기판에서 BF2+ 주입 종의 도핑을 위해 조정될 때, 붕소의 이온 주입을 위한 수소화된 풍부화된 삼불화 붕소 가스 조성물, 보다 구체적으로는 수소/풍부화된 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 사용하는 경우, 기판의 B+ 도핑에 대해 관찰된 감소와 관련하여 텅스텐 질량 스펙트럼 피크의 보다 큰 감소가 달성된다는 것이 본 개시의 또 다른 놀라운 양태이고, 이때 상기 조성물은 조성 범위로서 약 2 내지 약 6.99 부피%의 수소, 보다 구체적으로는 약 5 % 부피%의 수소를 함유한다.
120 V 및 3.4 A의 아크 전력, 20 kV의 추출 전압 및 4 sccm의 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3의 유속으로 작동하는 상업용 간접 가열식 캐쏘드 이온 소스를 이용하여 일련의 시험을 수행하였고, 이때 이들 수행은 최적화된 퍼센트로의 수소 첨가와 함께 동일한 기본 유속(4 sccm)의 삼불화 붕소을 이용하여 수소화된 풍부화된 삼불화 붕소를 포함한다. 빔 공정에서, 이온 소스는 아르곤으로 약 20 분간 예비 가온되고, B+ 또는 BF2+의 특정 주입 종 빔은 이온 주입 장치의 소스 자석, 선택된 위치 및 분석기 자석을 최적화함으로써 조정되었다. 생성된 시험 빔은, 빔 안정성을 보장하기 위해 최적화된 조건 하에 11 시간 동안 작동되었고, 질량 스펙트럼을 생성한 다음, 소스를 약 15 분 동안 아르곤으로 후-가온시켰다.
도 7은, 170-300AMU 범위의 W+ 및 WFx+ (x = 1, 2, 3, 4, 5 및 6) 이온에 대한 빔 전류 값을 나타내는 인셋 스펙트럼 세그멘트에 의해 B+, F+, HF+, BF+, BF2+ 및 W++ 이온에 대한 빔 전류 값을 보여주는 원자 질량 단위(AMU) 값의 함수로서 밀리암페어 단위의 빔 전류의 빔 스펙트럼 비교 그래프로서, 여기서 이온 주입 시스템은, 두 경우 모두에서 비-수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여, 제 1 수행에서 B+ 이온 주입 종에 대해 조정되었고, 제 2 수행에서 BF2+ 이온 주입 종에 대해 조정되었다. 그래프에 반영된 바와 같이, 각각의 조정된 설비 시스템에서 불소(F+) 피크 및 텅스텐(W+) 피크에 유의한 변화가 있었다.
도 8은, 170-300AMU 범위의 W+ 및 WFx+ (x = 1, 2, 3, 4, 5 및 6) 이온에 대한 빔 전류 값을 나타내는 인셋 스펙트럼 세그멘트에 의해 B+, F+, HF+, BF+, BF2+ 및 W++ 이온에 대한 빔 전류 값을 보여주는 원자 질량 단위(AMU) 값의 함수로서 밀리암페어 단위의 빔 전류의 빔 스펙트럼 비교 그래프로서, 여기서 이온 주입 시스템은, 제 1 수행에서 비-수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여 B+ 이온 주입 종에 대해 조정되었고(녹색 스펙트럼), 제 2 수행에서 제 2 수행에서 수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여 BF2+ 이온 주입 종에 대해 조정되었다(적색 스펙트럼; 0.05의 최적화된 H2/11BF3 부피비). 그래프에 반영된 바와 같이, 두 수행에서 유사한 B+ 빔이 생성되었고, 비-수소화된 11BF3 도펀트 가스 소스 조성물의 사용과 비교할 때 수소화된 11BF3 도펀트 가스 소스의 사용에서 W+ 및 WFx+(x = 1,2,3,4,5 및 6) 피크가 감소했다.
도 9는, 170-300AMU 범위의 W+ 및 WFx+ (x = 1, 2, 3, 4, 5 및 6) 이온에 대한 빔 전류 값을 나타내는 인셋 스펙트럼 세그멘트에 의해 B+, F+, HF+, BF+, BF2+ 및 W++ 이온에 대한 빔 전류 값을 보여주는 원자 질량 단위(AMU) 값의 함수로서 밀리암페어 단위의 빔 전류의 빔 스펙트럼 비교 그래프로서, 여기서 이온 주입 시스템은, 제 1 수행에서 비-수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여 B+ 이온 주입 종에 대해 조정되었고(녹색 스펙트럼), 제 2 수행에서 제 2 수행에서 수소화된 실질적으로 순수한 (> 99.95 부피%) 11BF3을 사용하여 BF2+ 이온 주입 종에 대해 조정되었다(적색 스펙트럼; 0.05의 최적화된 H2/11BF3 부피비). 그래프에 반영된 바와 같이, 유사한 B+ 빔이 두 수행에서 생성되었고, W+ 및 WF6 + 피크는 비-수소화된 11BF3 도펀트 가스 소스 조성물의 사용과 비교하여 수소화된 11BF3 도펀트 가스 소스 조성물의 사용에서 유의하게 감소되었다.
도 10, 11, 12 및 13의 각각의 수행에 대한 데이터가 하기 표 1에 제시된다.
표 1
Figure 112018113875356-pct00001
도 10은, 도펀트 가스가 B+인 수소 가스의 부피 퍼센트에 대해 플로팅된 캐쏘드 중량 변화를 도시한 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 5 % H2에서 BF3/H2에 대한 캐쏘드 중량 변화는 0 %에서 13 %로의 캐쏘드 중량 변화 추세를 따르지 않았다. BF3/5 % H2 조성물의 중량 손실은 0 % 또는 13 % 미만의 H2이었다.
도 11은, 도펀트 가스가 B+인, 수소 가스의 부피 퍼센트에 대해 플로팅된 캐쏘드 중량 변화를 도시한 그래프이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 5 % H2에서 BF3/H2에 대한 안티-캐쏘드 중량 변화도 0 %에서 13 %로의 추세를 따르지 않았다. BF3/5 % H2의 중량 손실은 0 %와 거의 동일하였다.
도 12는, 도펀트 가스가 BF2+인 수소 가스의 부피 퍼센트에 대해 플로팅된 캐쏘드 중량 변화를 도시한 그래프이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 5 % H2에서 BF3/H2에 대한 캐쏘드 중량 변화는 0 %에서 13 %로의 캐쏘드 중량 변화 추세를 따르지 않았다.
도 13은, 도펀트 가스가 BF2+인 수소 가스의 부피 퍼센트에 대해 플로팅된 캐쏘드 중량 변화를 도시한 그래프이다. 도 13에 도시된 바와 같이, BF3/5 % H2에 대한 안티-캐쏘드 중량 변화는 0 % H2 조건에 더 가깝고 0 %에서 13 %로의 경향에서 약간 벗어난다.
전술한 데이터로부터, 바이어스 전력은, BF2+ 도펀트 조정에 비해 더 큰 바이어스 전력 변화를 갖는 B+ 도펀트 조정에 의해, 도펀트 소스 가스 조성물 중의 수소에 의해 유의하게 영향을 받는 것으로 나타난다. 캐쏘드 및 안티-캐쏘드 성분의 중량 변화와 관련하여, B+ 도핑에 대해 조정된 이온 주입 시스템에서, 본 발명에 따른 수소화된 11BF3 도펀트 소스 조성물의 사용은, 비-수소화된 11BF3 도펀트 소스 조성물의 사용과 비교 시에 캐쏘드 중량 손실에서 7 %의 변화를 일으켰다. BF2+ 도핑에 대해 조정된 이온 주입 시스템에서, 본 발명에 따라 수소화된 11BF3 도펀트 소스 조성물을 사용하면 4 배 초과의 캐쏘드 중량 손실을 초래한다.
본 발명의 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물의 사용은 상응하는 비-수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 도펀트 소스 가스 조성물보다 더 적은 캐쏘드 중량 손실을 생성함과 동시에 이온 소스에서 더 적은 텅스텐 수송을 제공하는 것은 놀랍고도 유익한 결과이다. 따라서, 본 발명의 도펀트 소스 가스 조성물은 본 기술 분야에서 실질적인 진보를 달성한다.
본 발명이 특정 양태, 특징 및 예시적인 실시양태를 참조하여 본원에 기재되었지만, 본 발명의 유용성은 이에 제한되지 않고, 오히려 본원의 설명에 기초하여, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자체를 제안하는 바와 같이, 다수의 다른 변이, 변형 및 대안적 실시양태로 확장되고 포함한다는 것을 이해할 것이다. 상응하게, 이후에 청구되는 본 발명은, 그 정신 및 범위 내에서 그러한 모든 변이, 변형 및 대안적 실시양태를 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되고 해독되도록 의도된다.

Claims (19)

  1. 수소화된 동위원소-풍부한(isotopically enriched) 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물로서,
    (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량(natural abundance)보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및
    (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 4 내지 6.5 부피%의 양의 수소
    로 필수적으로 구성되는 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    수소가, 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 양으로 존재하는, 조성물.
  7. 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물로서,
    (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 99 % 초과량으로 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및
    (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 양의 수소
    로 필수적으로 구성되는 조성물.
  8. 제 1 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 수소화된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소(BF3) 도펀트 소스 가스 조성물을 보유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 붕소 도펀트 가스 조성물 공급 패키지.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. (a) 제 1 가스 공급 패키지로부터의 11B-동위원소-풍부한 삼불화 붕소 및 (b) 제 2 가스 공급 패키지로부터의 수소 가스를, (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 4 내지 6.5 부피%의 양의 수소로 필수적으로 구성되는 이온 소스 챔버 내 도펀트 소스 가스 조성물을 구성하는 상기 삼불화 붕소 및 수소의 상대적 비로, 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버로 공-유동(co-flow)시키는 것을 포함하는, 이온 주입 시스템을 작동시키는 방법.
  13. 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 붕소 도핑 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 도입하는 단계, 및
    상기 붕소 도핑 이온 주입 시스템을 작동시켜 상기 이온 소스 챔버 내에서 상기 붕소 도펀트 소스 가스 조성물을 이온화시키고, 붕소 도펀트 종의 빔을 생성시켜, 이를 이온 주입 시스템 내의 기판으로 보내어 이온 주입 시스템 내의 기판을 붕소 도펀트 종으로 붕소 도핑시키는 단계
    를 포함하는 방법으로서, 이때
    상기 도펀트 소스 가스 조성물은 (i) 원자 질량 11의 붕소(11B)가 자연 존재량보다 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 (ii) 상기 조성물 중의 삼불화 붕소 및 수소의 총 부피를 기준으로 4 내지 6.5 부피%의 양의 수소로 필수적으로 구성되고,
    상기 작동 동안 캐쏘드의 중량 변화는 다른 수소 농도와 관련하여 최소화되고, 빔 안정성 및 이온 소스 수명은 향상되는, 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 붕소 이온 주입 종의 빔 전류가, 상기 이온 소스 챔버 내에 수소가 존재하지 않는 경우의 상기 붕소 이온 주입 종의 빔 전류와 비교할 때 8 % 미만 감소되는, 방법.
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