KR102219501B1 - 작업물 내로 프로세싱 종을 주입하는 방법 및 작업물 내로 도펀트를 주입하는 방법, 및 작업물을 프로세싱하기 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
할로겐-기반 소스 가스의 이온 빔 품질을 개선하는 장치 및 방법들이 개시된다. 예상외로, 아르곤 또는 네온과 같은 비활성 가스를 이온 소스 챔버로 도입하는 것이 오염물질들 및 할로겐-함유 이온들의 양을 감소시키면서 희망되는 이온 종의 퍼센트를 증가시킬 수 있다. 이는 특히 모든 이온들이 작업물 내로 주입되는 비-질량분석형 주입들에서 유익하다. 일 실시예에 있어서, 프로세싱 종 및 할로겐을 포함하는 제 1 소스 가스가 이온 소스 챔버 내로 도입되며, 수소화물을 포함하는 제 2 소스 가스 및 비활성 가스를 포함하는 제 3 소스 가스가 또한 도입된다. 이러한 3개의 소스 가스들의 조합은, 제 3 소스 가스가 사용되지 않았을 경우 발생하였을 것보다 순수 프로세싱 종 이온들의 더 높은 퍼센트를 갖는 이온 빔을 생성한다.
Description
실시예들은 이온 주입 시스템에서 이온 빔 품질을 개선하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 코-가스(co-gas)를 사용함으로써 붕소 이온 빔 품질을 개선하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
반도체 작업물들은 보통 희망되는 전도성을 생성하기 위하여 도펀트 종으로 주입된다. 예를 들어, 솔라 셀들은 방출기 영역을 생성하기 위하여 도펀트 종으로 주입될 수 있다. 이러한 주입은 여러 가지의 상이한 메커니즘들을 사용하여 이루어질 수 있다. 일 실시예에 있어, 이온 소스가 사용된다.
프로세스 효율성을 개선하고 비용을 낮추기 위한 노력에 있어서, 일부 실시예들에 있어, 이온 소스로부터 추출된 이온들이 어떠한 질량 분석도 없이 직접적으로 작업물을 향해 가속된다. 다시 말해서, 이온 소스 내에서 생성된 이온들이 가속되고 작업물 내로 직접적으로 주입된다. 질량 분석기는 이온 빔으로부터 희망되지 않는 종을 제거하기 위해 사용된다. 질량 분석기의 제거는, 이온 소스로부터 추출된 모든 이온들이 작업물 내로 주입될 것임을 의미한다. 결과적으로, 그러면 이온 소스 내에서 또한 생성될 수 있는 희망되지 않는 이온들이 작업물 내로 주입된다.
이러한 현상은, 소스 가스가 할로겐-기반 화합물, 예컨대 불화물일 때 가장 두드러질 수 있다. (준안정성 또는 여기된) 중성입자들 및 불소 이온들이 이온 소스의 내부 표면들과 반응할 수 있으며, 이는 원치 않는 이온들, 예컨대 불순물 원소들로서 존재하는 실리콘, 산소, 탄소, 및 알루미늄 및 중 금속들을 릴리즈(release)한다. 추가적으로, 할로겐 이온들이 또한 작업물 내로 주입될 수 있다.
따라서, 빔 품질을 개선하는 장치 및 방법, 특히 할로겐 기반 소스 가스들이 이용되는 실시예들에 대한 빔 품질을 개선하는 장치 및 방법이 유익할 것이다.
할로겐-기반 소스 가스의 이온 빔 품질을 개선하는 장치 및 방법들이 개시된다. 예상외로, 아르곤 또는 네온과 같은 비활성 가스를 이온 소스 챔버로 도입하는 것이 오염물질들 및 할로겐-함유 이온들의 양을 감소시키면서 희망되는 이온 종의 퍼센트를 증가시킬 수 있다. 이는 특히 모든 이온들이 작업물 내로 주입되는 비-질량분석형 주입들에서 유익하다. 일 실시예에 있어서, 프로세싱 종 및 할로겐을 포함하는 제 1 소스 가스가 이온 소스 챔버 내로 도입되며, 수소화물을 포함하는 제 2 소스 가스 및 비활성 가스를 포함하는 제 3 소스 가스가 또한 도입된다. 이러한 3개의 소스 가스들의 조합은, 제 3 소스 가스가 사용되지 않았을 경우 발생하였을 것보다 순수 프로세싱 종 이온들의 더 높은 퍼센트를 갖는 이온 빔을 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어, 작업물 내로 도펀트를 주입하는 방법이 개시된다. 방법은, 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 챔버 내의 프로세싱 종 및 불소(fluorine)를 포함하는 제 1 소스 가스, 및 네온을 활성화시키는 단계; 및 플라즈마로부터 이온들을 추출하고 이온들을 작업물을 향해 보내는 단계로서, 모든 프로세싱 종-함유 이온들의 퍼센트로서 플라즈마로부터 추출되는 순수 프로세싱 종 이온들의 양은 네온이 사용되지 않을 때의 기준선에 비해 적어도 5%만큼 증가하는, 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 모든 프로세싱 종-함유 이온들의 퍼센트로서 플라즈마로부터 추출되는 순수 프로세싱 종 이온들의 양은 기준선에 비하여 적어도 10%만큼 증가한다. 특정 실시예들에 있어서, 플라즈마로부터 추출되는 불소 이온들 대 프로세싱 종 이온들의 비율은 기준선에 비하여 적어도 5%만큼 감소된다. 특정 실시예들에 있어서, 순수 프로세싱 종 이온들의 빔 전류는 기준선에 비하여 적어도 10%만큼 증가한다.
다른 실시예에 있어, 작업물 내로 도펀트를 주입하는 방법이 개시된다. 방법은, 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 챔버 내에서 도펀트 및 불소를 포함하는 제 1 소스 가스, 게르마늄 및 실리콘 중 적어도 하나 및 수소를 포함하는 제 2 소스 가스, 및 네온을 활성화시키는 단계; 및 질량 분석을 사용하지 않고 플라즈마로부터의 이온들을 작업물을 향해 가속하는 단계로서, 도입되는 가스의 총 체적의 20% 내지 90% 사이가 네온을 포함하며, 플라즈마로부터 추출되는 이온들의 조성은 네온의 도입에 의해 영향을 받는, 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 도입되는 가스의 총 체적의 25% 내지 50% 사이가 네온을 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 도펀트는 붕소를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 작업물을 프로세싱하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 챔버 벽들에 의해 획정(define)되는 챔버를 갖는 이온 소스로서, 이온 소스는 챔버 내에 플라즈마를 생성하는, 이온 소스; 챔버와 연통하며, 프로세싱 종 및 불소를 포함하는 제 1 소스 가스 컨테이너; 챔버와 연통하며, 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 하나와 수소를 포함하는 제 2 소스 가스 컨테이너; 챔버와 연통하며, 네온을 포함하는 제 3 소스 가스 컨테이너; 및 작업물을 홀딩(hold)하기 위한 작업물 지지부를 포함하며, 장치는 모든 프로세싱 종-함유 이온들의 퍼센트로서 플라즈마로부터 추출되는 순수 프로세싱 종 이온들의 양을 네온이 사용되지 않을 때의 기준선에 비해 적어도 5%만큼 증가시키기에 충분한 양의 네온을 챔버 내로 도입하도록 구성된다. 특정 실시예들에 있어서, 도펀트는 붕소를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 플라즈마로부터의 이온들은 질량 분석되지 않고 작업물을 향해 보내진다. 특정 실시예들에 있어서, 챔버로 도입되는 가스의 총 양의 20-90% 사이가 네온을 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 네온의 양은 기준선에 비하여 적어도 10%만큼 순수 프로세싱 종 이온들의 빔 전류를 증가시키기에 충분하다.
본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로서 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1a 내지 도 1c는 상이한 실시예들에 따른 작업물 프로세싱 시스템들을 도시한다.
도 2a는 아르곤 가스 농도의 함수로서의 이온 빔 전류의 대표적인 그래프이다.
도 2b는 아르곤 가스 농도의 함수로서의 이온 빔 전류의 제 2 그래프이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 주입 시스템을 도시한다.
도 4a는 네온 가스 농도의 함수로서의 이온 빔 전류의 대표적인 그래프이다.
도 4b는 네온 가스 농도의 함수로서의 이온 빔 전류의 제 2 그래프이다.
도 5는 작업물 프로세싱 시스템의 다른 실시예이다.
도 6은 작업물 프로세싱 시스템의 또 다른 실시예이다.
도 1a 내지 도 1c는 상이한 실시예들에 따른 작업물 프로세싱 시스템들을 도시한다.
도 2a는 아르곤 가스 농도의 함수로서의 이온 빔 전류의 대표적인 그래프이다.
도 2b는 아르곤 가스 농도의 함수로서의 이온 빔 전류의 제 2 그래프이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 주입 시스템을 도시한다.
도 4a는 네온 가스 농도의 함수로서의 이온 빔 전류의 대표적인 그래프이다.
도 4b는 네온 가스 농도의 함수로서의 이온 빔 전류의 제 2 그래프이다.
도 5는 작업물 프로세싱 시스템의 다른 실시예이다.
도 6은 작업물 프로세싱 시스템의 또 다른 실시예이다.
이상에서 설명된 바와 같이, 불화물들과 같은 할로겐-기반 종의 이온화는 이온 소스의 내부 표면들로부터 릴리즈되는 입자들이 작업물 내로 주입되게 하는 것을 초래할 수 있다. 이러한 오염물질들은, 알루미늄, 탄소, 산소, 실리콘, 불소-기반 화합물들, 및 (불순물 원소들로서 존재하는 중 금속들을 포함하는) 다른 원치 않는 종을 포함할 수 있다. 자유 할로겐 이온들에 의해 초래되는 손상을 해결하기 위한 하나의 접근방식은 추가적인 소스 가스들을 도입하는 것일 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 다수의 소스 가스들이 이온 소스로 도입될 수 있는 작업물 프로세싱 시스템의 다양한 실시예들을 도시한다. 이러한 도면들 각각에서, 이온 소스(100)가 존재한다. 이러한 이온 소스(100)는 흑연 또는 다른 적절한 재료로 구성될 수 있는 플라즈마 챔버 벽들(107)에 의해 획정되는 챔버(105)를 포함한다. 이러한 플라즈마 챔버(105)에, 제 1 소스 가스 컨테이너(170)와 같은 하나 이상의 소스 가스 컨테이너 내에 저장된 하나 이상의 소스 가스들이 가스 주입구(110)를 통해 공급될 수 있다. 이러한 소스 가스는 RF 안테나(120) 또는 플라즈마를 생성하기 위한 다른 메커니즘에 의해 활성화될 수 있다. RF 안테나(120)는, RF 안테나(120)에 전력을 공급하는 RF 전원 공급장치(미도시)와 전기적으로 연통한다. 석영 또는 알루미나 윈도우(window)와 같은 유전체 윈도우(125)는 RF 안테나(120)와 챔버(105)의 내부 사이에 배치될 수 있다. 챔버(105)는 또한 이온들이 통과할 수 있는 개구(140)를 포함한다. 챔버(105) 내의 플라즈마로부터 개구(140)를 통해 그리고 작업물 지지부(165) 상에 배치될 수 있는 작업물(160)을 향해 포지티브하게(positively) 대전된 이온들을 이온 빔(180) 형태로 추출하기 위하여 네거티브(negative) 전압이 개구(140) 외부에 배치된 추출 억제 전극(130)에 인가된다. 접지 전극(150)이 또한 이용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 개구(140)는 유전체 윈도우(125)를 포함하는 측(side)에 대향되는 챔버(105)의 측 상에 위치된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 제 2 소스 가스가 제 2 가스 컨테이너(171) 내에 저장되며, 제 2 가스 주입구(111)를 통해 챔버(105)로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 제 3 가스 컨테이너(172) 내에 저장되며, 제 3 가스 주입구(112)를 통해 챔버(105)로 도입될 수 있다. 도 1b에 도시된 다른 실시예에 있어, 제 2 소스 가스는 제 2 소스 가스 컨테이너(171)에 저장될 수 있으며, 제 3 소스 가스가 제 3 소스 가스 컨테이너(172)에 저장될 수 있다. 제 2 소스 가스 및 제 3 소스 가스 둘 모두가 제 1 소스 가스에 의해 사용되는 동일한 가스 주입구(110)를 통해 챔버(105)로 도입될 수 있다. 도 1c에 도시된 또 다른 실시예에 있어, 제 2 소스 가스 및 제 3 소스 가스는 단일 가스 컨테이너(178) 내에서 제 1 소스 가스와 혼합될 수 있다. 그런 다음 가스들의 이러한 혼합물이 가스 주입구(110)를 통해 챔버(105)로 도입된다.
이러한 실시예들 중 임의의 실시예에 있어, 제 1 소스 가스, 제 2 소스 가스 및 제 3 소스 가스는 동시에 또는 순차적으로 챔버(105)로 도입될 수 있다. 이러한 도면들이 3가지의 상이한 소스 가스들의 사용을 도시하지만, 본 개시는 임의의 특정한 수에 한정되지 않는다. 이러한 도면들은 다수의 소스 가스들이 챔버(105)로 도입될 수 있는 다양한 실시예들을 도시하는 것을 의도한다. 그러나, 다른 실시예들이 또한 가능하며 본 개시의 범위 내에 속한다.
도 1a 내지 도 1c는 작업물 프로세싱 시스템의 실시예들을 도시한다. 그러나, 본 개시가 이러한 실시예들에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 도 5는 빔 라인 주입기(500)일 수 있는 작업물 프로세싱 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 빔 라인 주입기(500)는 소스 가스들이 도입되는 이온 소스(510)를 포함한다. 이온 소스(510)는 이를 통해 이온들이 추출될 수 있는 개구를 갖는 챔버를 포함할 수 있다. 제 1 소스 가스는 제 1 소스 가스 컨테이너(170) 내에 저장될 수 있으며, 제 2 소스 가스는 제 2 소스 가스 컨테이너(171) 내에 저장될 수 있고, 제 3 소스 가스는 제 3 소스 가스 컨테이너(172) 내에 저장될 수 있다. 이러한 소스 가스들은 가스 주입구(110)를 통해 이온 소스(510)로 도입될 수 있다. 물론, 이러한 소스 가스들은 도 1a 및 도 1c에 도시된 것들과 같이 다른 방식들로 도입될 수도 있다.
이온 소스(510)는 소스 가스들을 플라즈마로 활성화시킴으로써 이온들을 생성한다. 특정 실시예들에 있어서, 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC)가 사용될 수 있지만, 플라즈마를 생성하기 위하여 다른 메커니즘들이 사용될 수도 있다. 그런 다음 플라즈마로부터의 이온들은 이온 빔(180)으로서 이온 소스(510) 내의 개구를 통해 가속된다. 그런 다음, 이러한 이온 빔(180)은 이온 빔(180)을 조작하는 빔 라인 컴포넌트들(520)의 세트를 향해 보내진다. 예를 들어, 빔 라인 컴포넌트들(520)은 이온 빔(180)으로부터의 이온들을 가속하거나, 감속하거나 또는 리다이렉트(redirect)할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 빔 라인 컴포넌트들(520)은 질량 분석기를 포함할 수 있다. 질량 분석기는 원치 않는 종이 작업물(160)에 충돌하기 이전에 이온 빔(180)으로부터 원치 않는 종을 제거하기 위하여 사용될 수 있다. 작업물(160)은 작업물 지지부(165) 상에 배치될 수 있다.
도 6은 본 개시와 함께 사용될 수 있는 또 다른 작업물 프로세싱 장치를 도시한다. 이러한 작업물 프로세싱 장치(600)는 플라즈마 챔버 벽들(607)에 의해 획정되는 챔버(605)를 포함한다. 도 1b와 유사하게, 챔버(605)는 가스 주입구(110)를 통해 제 1 소스 가스 컨테이너(170), 제 2 소스 가스 컨테이너(171) 및 제 3 소스 가스 컨테이너(172)와 연통할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 소스 가스들은 도 1a 또는 도 1c에 도시된 바와 같이 구성될 수도 있다. 추가로, 도 1b와 유사하게, 장치는 그 위에 배치된 RF 안테나(620)를 갖는 유전체 윈도우(625)를 포함할 수 있다. 도 1b와 유사하게, RF 안테나는 챔버(605) 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 사용된다. 물론, 다른 플라즈마 생성기들이 또한 사용될 수도 있다. 이러한 작업물 프로세싱 장치(600)에서, 작업물(160)은 챔버(605) 내에 배치된다. 플래튼(610)이 작업물(160)을 홀딩하기 위하여 사용된다. 특정 실시예들에 있어서, 플래튼(610)은 플라즈마로부터의 이온들을 이온 빔(180)의 형태로 작업물(160)을 향해 가속하기 위하여 바이어싱될 수 있다.
공급 가스로도 지칭되는 제 1 소스 가스는 불소와 결합된 붕소와 같은 도펀트를 포함할 수 있다. 따라서, 공급 가스는 DFn 또는 DmFn의 형태일 수 있으며, 여기에서 D는 도펀트 원자를 나타내고, 이는 붕소, 갈륨, 인, 비소, 또는 다른 3 족 또는 5 족 원소일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 제 1 소스 가스는 불소와 함께 프로세싱 종을 포함할 수 있다. 따라서, 본 개시의 전체에 걸쳐 용어 "도펀트"가 사용되지만, 도펀트들이 아닐 수 있는 사용될 수 있는 다른 프로세싱 종이 존재한다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 제 1 소스 가스는 프로세싱 종 및 불소를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 프로세싱 종은 도펀트이다.
제 2 소스 가스는 XHn 또는 XmHn의 화학식을 갖는 분자일 수 있으며, 여기에서 H는 수소이다. X는 이상에서 설명된 것들 중 임의의 것과 같은 도펀트 종일 수 있다. 대안적으로, X는 또한 작업물(160)의 전도성에 영향을 주지 않는 원자일 수 있다. 예를 들어, 작업물(160)이 실리콘을 포함하는 경우, X는 실리콘 및 게르마늄과 같은 4 족 원소일 수 있다. 제 3 소스 가스는 비활성 가스, 예컨대 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤 및 크세논일 수 있다.
다시 말해서, 제 1 소스 가스는 BF3 또는 B2F4일 수 있으며, 반면 제 2 소스 가스는, 예를 들어, PH3, SiH4, NH3, GeH4, B2H6, 또는 AsH3일 수 있다. 이러한 실시예들의 각각에 있어서, 제 3 소스 가스는 비활성 가스, 예컨대 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤 또는 크세논일 수 있다. 이러한 목록은 사용될 수 있는 가능한 종을 나타낸다. 다른 종들이 또한 가능하다는 것이 이해될 것이다.
제 1 소스 가스와 제 2 소스 가스를 결합함으로써, 불소 이온들의 유해한 효과들이 감소될 수 있다. 예를 들어, 임의의 특정 이론에 한정되지 않고, 수소의 도입이 유전체 윈도우(125) 상에 필름 또는 코팅을 생성할 수 있다. 이는 유전체 윈도우(125)를 보호하는데 기여하며, 이는 추출되는 이온 빔(180) 내에 포함되는 유전체 윈도우(125)로부터 기인하는 오염물질들의 양을 감소시킨다. 이에 더하여, 제 2 소스 가스는, 오염물질들의 다른 소스일 수 있는 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들을 코팅할 수 있다. 이러한 코팅은 불소 이온들과 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들 사이의 상호작용을 감소시킬 수 있으며, 이는 생성되는 오염물질들의 양을 감소시킨다.
제 2 소스 가스의 도입은, 오염물질들의 생성 및 이러한 오염물질들의 이온 빔(180) 내로의 포함을 감소시킬 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에 있어서, 제 1 소스 가스 및 제 2 소스 가스를 사용하여 생성된 결과적인 이온 빔이 충분한 양의 희망되는 이온들을 포함하지 않을 수 있다.
도 2a는, 이러한 실시예에서 제 3 소스 가스로서 기여하는 아르곤의 양을 변화시키면서 제 1 소스 가스로서 BF3 및 제 2 소스 가스로서 GeH4를 사용하여 이온 소스에 의해 생성된 이온 종을 도시하는 복수의 막대 그래프들을 도시한다. 이러한 막대 그래프들의 각각에서, RF 전력은 8kW였으며, BF3 및 GeH4의 결합된 흐름 레이트는 18 sccm였다. 따라서, BF3 대 GeH4의 비율이 9:1로 일정하게 유지되었다.
막대 그래프들의 각각에서, 이온 소스(100)가 붕소 이온들(즉, B+)뿐만 아니라 BFx + 이온들을 형성하기 위하여 BF3을 이온화하는 것이 보여질 수 있으며, 여기에서 BFx는 BF, BF2 및 BF3을 포함한다. 추가적으로, 불소 이온들이 생성된다. 마지막으로, 제 2 소스 가스의 성분들일 수 있거나 또는 불순물들일 수 있는 복수의 다른 이온 종들이 또한 생성된다.
이상에서 설명된 바와 같이, 제 2 소스 가스의 도입은 이온 빔 내로 도입되는 오염물질들의 양을 감소시킬 수 있다. 이상에서 언급된 바와 같이, 이는 이온 빔이 질량 분석 없이 작업물을 주입하기 위하여 사용될 때 중요할 수 있다.
막대 그래프(250)는 아르곤이 도입되지 않는 이온 빔의 조성을 보여주며, 이는 또한 기준선으로서 지칭된다. 라인(200)에서 보여지는 바와 같이, 이러한 구성에서, 이온 빔 내의 이온들의 거의 69%가 도펀트-함유 이온들이며, 이러한 예에 있어서, 도펀트는 붕소이다. 이러한 메트릭(metric)은 붕소 분율(fraction) 또는 도펀트 분율로서 지칭된다. 그러나, 도펀트-함유 이온들 중 다수는 또한 예컨대 BF+, BF2 + 및 BF3 +의 형태의 불화물을 포함한다. 실제로, 라인(210)에 도시된 바와 같이, 도펀트-함유 이온들 중 단지 약 45%만이 순수 도펀트(즉, B+)이다. 이러한 비율은 붕소 순도 퍼센트 또는 도펀트 순도 퍼센트로서 지칭된다. 다른 실시예들에 있어서, 이러한 비율은 프로세싱 종 순도 퍼센트로서 지칭될 수 있다. 마지막으로, 이온 빔 중 69%가 붕소를 함유하지만, 이온들 중 아주 많은 퍼센트가 불소를 또한 포함한다. 실제로, 라인(220)은 이온 빔(180)의 부분으로서 추출되는 불소 이온들 대 도펀트 이온들의 비율을 보여준다. 이러한 비율에서 사용되는 불소 이온들은 추출되는 불소 이온들의 전부의 측정치이다. 다시 말해서, 이는 순수 불소 이온들(Fx +)뿐만 아니라 다른 종, 예컨대 BFx +를 포함하는 이온들을 포함한다. 각각의 불소 이온이 개별적으로 카운트되며; 따라서, 예를 들어, BF2 +는 2개의 불소 이온들로서 카운트된다. 도펀트 이온들의 수가 동일한 방식으로 계산된다. 라인(220)은 실제로 붕소 이온들보다 더 많은 불소 이온들이 존재한다는 것을 보여준다. 이러한 메트릭은 F/B 비율로서 지칭된다.
막대 그래프(260)는, 이온 챔버로 도입된 전체 가스 중 약 19%가 제 3 소스 가스인 이온 빔의 조성을 보여주며, 제 3 소스 가스는 이러한 실시예에서 아르곤일 수 있다. 도펀트-함유 이온들(즉, B+ 및 BFx +)의 전체 빔 전류가 약 360 mA에서 거의 변화되지 않은 채로 남아 있다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 이온 빔의 조성에 있어서의 변화가 존재한다. 구체적으로, 라인(200) 상에서 보여지는 바와 같이, 붕소 분율이 약간 감소하였으며, 이는 주로 생성된 추가적인 아르곤 이온들에 기인한다. 그러나, 놀랍게도, 라인(210)에 도시된 바와 같이, 도펀트-함유 이온들의 전체 수에 비한 순수 도펀트 이온들의 퍼센트(붕소 순도 퍼센트 또는 도펀트 순도 퍼센트)는 실제로 증가되었다! 실제로, 순수 붕소 이온들의 빔 전류가 또한 증가되었다. 추가적으로, 라인(220)에 도시된 바와 같이, 이온 빔의 부분으로서 추출되는 불소 이온들 대 붕소 이온들의 비율(즉, F/B 비율)이 또한 약 100%로 예상외로 감소하였다. 추가적으로, 불소 이온들의 빔 전류가 마찬가지로 감소하였다. 다시 말해서, 제 3 소스 가스로서 아르곤의 도입이 결과적인 이온 빔의 조성에 영향을 주었다. 특히, 아르곤의 도입은 붕소-함유 이온들의 전체 수에 비하여 순수 붕소 이온들의 형성을 증가시켰다. 흥미롭게도, 아르곤의 도입이 불소 이온들 대 붕소 이온들의 비율을 또한 감소시켰다. 이상에서 언급된 바와 같이, 질량 분석이 수행되지 않는 실시예들에 있어서, 이러한 변화들이 주입된 작업물의 성능을 개선할 수 있다.
더 많은 퍼센트의 아르곤이 도입됨에 따라 이러한 경향들 중 다수가 계속된다. 막대 그래프(270)는, 챔버(105) 내로 도입된 전체 가스 중 약 32%가 아르곤을 포함하는 이온 빔의 조성을 보여준다. 이러한 농도에서, 붕소-함유 이온들의 빔 전류는 360 mA로부터 약 320 mA로 약간 감소하기 시작한다. 아르곤 이온들의 증가된 수에 기인하여 붕소 분율이 또한 약간 감소하였다. 그러나, 다른 메트릭들은 개선되었다. 특히, 붕소 순도 퍼센트는 실제로 거의 50%까지 증가하였다. 추가적으로, F/B 비율이 약 95%로 감소하였다. 흥미롭게도, 이러한 아르곤 퍼센트에서 붕소-함유 이온들, 불소 이온들 또는 아르곤 이온들을 포함하지 않는 모든 이온들을 포함하는 다른 종의 양이 실제로 감소한다. 불소 이온들의 빔 전류가 또한 약 20 mA 미만으로 감소한다.
막대 그래프(280)는, 챔버(105) 내로 도입된 전체 가스의 약 48%가 아르곤을 포함하는 이온 빔의 조성을 보여준다. 이러한 농도에서, 붕소-함유 이온들의 빔 전류가 다시 320 mA로부터 약 290 mA로 약간 감소한다. 붕소 분율이 또한 아르곤 이온들의 증가된 수에 기인하여 약 60%로 약간 감소하였다. 그러나, 다른 메트릭들이 계속해서 개선되었다. 특히, 붕소 순도 퍼센트는 실제로 약 50%로 증가하였다. 추가적으로, F/B가 약 90%로 감소하였다. 다시, 다른 종의 빔 전류가 마찬가지로 감소하였다. 불소 이온들의 빔 전류가 또한 약 10 mA로 감소한다.
놀랍게도, 약 50%에 이르는 것과 같은 매우 큰 퍼센트의 아르곤의 도입은 여전히 이온 빔 메트릭들 중 다수에 있어서 개선들을 야기한다. 도 2b는 상이한 포맷으로 제공되는 이러한 메트릭들 중 다수를 도시한다. 특히, 붕소-함유 이온들의 총 빔 전류가 라인(290)에서 도시된다. 심지어 아르곤의 양이 챔버(105) 내로 도입된 전체 가스 중 약 47%로 증가할 때에도 전체 붕소-함유 빔 전류는 약 290 mA 이상으로 남아 있다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 아르곤의 양이 약 20%를 초과함에 따라 전체 붕소-함유 빔 전류에서의 감소가 존재한다. 흥미롭게도, 챔버(105) 내로 도입되는 아르곤의 양이 약 20%까지 증가함에 따라 라인(291)에 도시된 순수 붕소-함유 이온들의 빔 전류가 증가한다. 그러나, 아르곤의 더 큰 퍼센트들에서, 순수 붕소-함유 이온들의 빔 전류가 약간 감소한다. 실제로, 순수 붕소 빔 전류는 아르곤이 없을 때 약 160 mA이며, 이는 전체 가스의 약 20%가 아르곤일 때 약 172 mA로 증가한다. 그런 다음, 아르곤 퍼센트가 계속해서 증가함에 따라 순수 붕소 빔 전류는 약 145 mA로 감소한다. F/B 비율은 도 2a에서의 라인(220)과 동일한 라인(292)으로서 도시된다. 이상에서 설명된 바와 같이, F/B 비율은 범위 전체에 걸쳐 아르곤의 양이 증가함에 따라 감소한다. 유사하게, 붕소 분율은 도 2a의 라인(200)과 동일한 라인(293)으로서 도시된다. 마지막으로, 붕소 순도 분율은 라인(294)에 도시되며, 이는 도 2a의 라인(210)과 동일하다. 도 2b는, 챔버(105) 내로 도입되는 아르곤의 퍼센트가 증가할 때, 아르곤의 퍼센트가 약 20%를 초과함에 따라 붕소-함유 이온들의 총 빔 전류(라인(290))가 감소한다는 것을 보여준다. 아르곤의 퍼센트가 약 20%를 초과할 때 순수 붕소의 빔 전류(라인(291))가 또한 감소한다. 그러나, 붕소 순도 분율(라인(294))이 이러한 전체 영역 전체에 걸쳐 증가한다. 추가적으로, 불소 이온들 대 붕소 이온들의 비율(라인(292)로서 도시된 F/B 비율)이 이러한 범위 전체에 걸쳐 감소한다. 마지막으로, 붕소 분율(라인(293))에서의 꾸준한 감소가 존재하지만, 붕소를 함유하는 이온들의 퍼센트는 전체 범위 전체에 걸쳐 약 60% 이상으로 남아 있는다.
다른 비활성 가스들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 아르곤을 사용하는 대신에, 제 3 소스 가스로서 네온이 사용될 수도 있다.
도 4a 내지 도 4b는, 이러한 실시예에서 제 3 소스 가스로서 기여하는 네온의 양을 변화시키면서 제 1 소스 가스로서 BF3 및 제 2 소스 가스로서 GeH4를 사용하여 이온 소스에 의해 생성된 이온 종을 도시하는 복수의 막대 그래프들을 도시한다. 아르곤과 유사하게, 제 3 소스 가스로서 네온의 도입이 이온 빔 조성 및 다른 메트릭들에 대하여 긍정적인 이점을 갖는다. 그러나, 놀랍게도, 여전히 이러한 이점들을 달성하면서 도입될 수 있는 네온의 양은 아르곤에 대한 것보다 훨씬 더 크다. 실제로, 이하에서 더 상세하게 보여지는 바와 같이, 심지어 챔버(105)로 도입되는 전체 가스의 80% 이상이 네온일 때에도 긍정적인 이점들이 달성된다!
이러한 막대 그래프들의 각각에서, RF 전력은 8kW였으며, BF3 및 GeH4의 결합된 흐름 레이트는 18 sccm였다. 따라서, BF3 대 GeH4의 비율이 9:1로 일정하게 유지되었다.
이상에서 설명된 바와 같이, 막대 그래프들의 각각에서, 이온 소스(100)가 붕소 이온들(즉, B+)뿐만 아니라 BFx + 이온들을 형성하기 위하여 BF3을 이온화하는 것이 보여질 수 있으며, 여기에서 BFx는 BF, BF2 및 BF3을 포함한다. 추가적으로, 불소 이온들이 생성된다. 마지막으로, 제 2 소스 가스의 성분들일 수 있거나 또는 불순물들일 수 있는 복수의 다른 이온 종들이 또한 생성된다.
막대 그래프(450)는 네온이 도입되지 않는 이온 빔의 조성을 보여주며, 이는 또한 기준선으로서 지칭된다. 라인(400)에서 보여지는 바와 같이, 이러한 구성에서, 이온 빔 내의 이온들의 거의 75%가 도펀트-함유 이온들이며, 이러한 예에 있어서, 도펀트는 붕소이다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이러한 메트릭은 붕소 분율 또는 도펀트 분율로서 지칭된다. 그러나, 도펀트-함유 이온들 중 다수는 또한 예컨대 BF+, BF2 + 및 BF3 +의 형태의 불화물을 포함한다. 실제로, 라인(410)에 도시된 바와 같이, 도펀트-함유 이온들 중 단지 약 41%만이 순수 도펀트(즉, B+)이다. 이러한 비율은 붕소 순도 퍼센트 또는 도펀트 순도 퍼센트로서 지칭된다. 다른 실시예들에 있어서, 이러한 비율은 프로세싱 종 순도 퍼센트로서 지칭될 수 있다. 마지막으로, 이온 빔 중 75%가 붕소를 함유하지만, 이온들 중 아주 많은 퍼센트가 불소를 또한 포함한다. 실제로, 라인(420)은 이온 빔(180)의 부분으로서 추출되는 불소 이온들 대 도펀트 이온들의 비율을 보여준다. 이러한 비율에서 사용되는 불소 이온들은 추출되는 불소 이온들의 전부의 측정치이다. 다시 말해서, 이는 순수 불소 이온들(Fx +)뿐만 아니라 다른 종, 예컨대 BFx +를 포함하는 이온들을 포함한다. 각각의 불소 이온이 개별적으로 카운트되며; 따라서, 예를 들어, BF2 +는 2개의 불소 이온들로서 카운트된다. 도펀트 이온들의 수가 동일한 방식으로 계산된다. 라인(420)은 실제로 붕소 이온들보다 더 많은 불소 이온들이 존재한다는 것을 보여준다. 이러한 메트릭은 F/B 비율로서 지칭된다.
막대 그래프(455)는, 이온 챔버로 도입된 전체 가스 중 약 37.8%가 제 3 소스 가스인 이온 빔의 조성을 보여주며, 제 3 소스 가스는 이러한 실시예에서 네온일 수 있다. 도 4a가 제 3 소스 가스로서 전체 가스의 적어도 37.8%를 사용하는 데이터를 도시하지만, 네온의 퍼센트가 20%만큼 낮을 때에도 긍정적인 이점들이 관찰된다는 것을 주목해야 한다. 도펀트-함유 이온들(즉, B+ 및 BFx +)의 총 빔 전류가 네온이 사용되지 않을 때의 약 420 mA로부터 약 440 mA로 증가하였다는 것을 주목해야 한다. 추가적으로, 이온 빔의 조성에 있어서의 변화가 존재한다. 구체적으로, 라인(400) 상에서 보여지는 바와 같이, 붕소 분율이 약간 감소하였으며, 이는 주로 생성된 추가적인 네온 이온들에 기인한다. 그러나, 놀랍게도, 라인(410)에 도시된 바와 같이, 도펀트-함유 이온들의 전체 수에 비한 순수 도펀트 이온들의 퍼센트(붕소 순도 퍼센트 또는 도펀트 순도 퍼센트)는 실제로 증가되었다! 실제로, 순수 붕소 이온들의 빔 전류가 또한 증가되었다. 추가적으로, 라인(420)에 도시된 바와 같이, 불소 이온들 대 붕소 이온들의 비율(즉, F/B 비율)이 또한 약 105%로 예상외로 감소하였다. 추가적으로, 불소 이온들의 빔 전류가 마찬가지로 감소하였다. 다시 말해서, 제 3 소스 가스로서 네온의 도입이 플라즈마로부터 추출되는 결과적인 이온 빔의 조성에 영향을 주었다. 특히, 네온의 도입은 붕소-함유 이온들의 전체 수에 비하여 순수 붕소 이온들의 형성을 증가시켰다. 흥미롭게도, 네온의 도입이 불소 이온들 대 붕소 이온들의 비율을 또한 감소시켰다. 이상에서 언급된 바와 같이, 질량 분석이 수행되지 않는 실시예들에 있어서, 이러한 변화들이 주입된 작업물의 성능을 개선할 수 있다.
더 많은 퍼센트의 네온이 도입됨에 따라 이러한 경향들이 각각이 계속된다. 막대 그래프(460)는, 챔버(105) 내로 도입된 전체 가스 중 약 54.9%가 네온을 포함하는 이온 빔의 조성을 보여준다. 이러한 농도에서, 붕소-함유 이온들의 빔 전류는 440 mA로부터 약 430 mA로 약간 감소하기 시작한다. 그러나, 붕소-함유 이온들의 빔 전류는 여전히 기준선보다 더 크다. 네온 이온들의 증가된 수에 기인하여 라인(400)으로서 도시된 붕소 분율이 또한 약간 감소하였다. 그러나, 다른 메트릭들은 개선되었다. 특히, 라인(410)에 도시된 붕소 순도 퍼센트는 실제로 거의 50%까지 증가하였다. 추가적으로, 라인(420)에서 도시된 F/B가 약 100%로 감소하였다. 흥미롭게도, 이러한 네온 퍼센트에서 붕소-함유 이온들, 불소 이온들 또는 네온 이온들을 포함하지 않는 모든 이온들을 포함하는 다른 종의 양이 실제로 감소한다. 불소 이온들의 빔 전류가 또한 약 40 mA 미만으로 감소한다.
막대 그래프(465)는, 챔버(105) 내로 도입된 전체 가스 중 약 64.6%가 네온을 포함하는 이온 빔의 조성을 보여준다. 이러한 농도에서, 붕소-함유 이온들의 빔 전류가 다시 430 mA로부터 약 420 mA로 약간 감소한다. 그러나, 붕소-함유 이온들의 빔 전류는 여전히 기준선보다 더 크다. 라인(400)에서 도시된 붕소 분율이 또한 네온 이온들의 증가된 수에 기인하여 약 70%로 약간 감소하였다. 그러나, 다른 메트릭들은 개선되었다. 특히, 라인(410)에서 도시된 붕소 순도 퍼센트는 실제로 약 48%로 증가하였다. 추가적으로, 라인(420)에서 도시된 F/B 비율은 100% 아래로 감소하였다. 다시, 다른 종의 빔 전류가 마찬가지로 감소하였다. 불소 이온들의 빔 전류가 또한 약 20 mA로 상대적으로 일정하게 남아 있는다.
막대 그래프(470)는, 챔버(105) 내로 도입된 전체 가스 중 약 70.9%가 네온을 포함하는 이온 빔의 조성을 보여준다. 이러한 농도에서, 붕소-함유 이온들의 빔 전류는 약 420 mA로 상대적으로 일정하게 남아 있는다. 그러나, 붕소-함유 이온들의 빔 전류는 여전히 기준선보다 더 크게 남아 있는다. 붕소 분율은 네온 이온들의 증가된 수에 기인하여 약 70%로 약간 감소하였다. 그러나, 다른 메트릭들은 개선되었다. 특히, 라인(410)에 도시된 붕소 순도 퍼센트는 실제로 50% 이상으로 증가하였다. 추가적으로, 라인(420)에서 도시된 F/B가 약 95%로 감소하였다. 다시, 다른 종의 빔 전류가 마찬가지로 감소하였다. 불소 이온들의 빔 전류가 또한 약 20 mA으로 상대적으로 일정하게 남아 있는다.
막대 그래프(475)는, 챔버(105) 내로 도입된 전체 가스 중 약 75.3%가 네온을 포함하는 이온 빔의 조성을 보여준다. 이러한 농도에서, 붕소-함유 이온들의 빔 전류는 약 420 mA로 상대적으로 일정하게 남아 있는다. 라인(400)에서 도시된 붕소 분율이 또한 네온 이온들의 증가된 수에 기인하여 70% 아래로 약간 감소하였다. 그러나, 다른 메트릭들은 개선되었다. 특히, 라인(410)에서 도시된 붕소 순도 퍼센트는 실제로 약 52%로 증가하였다. 추가적으로, 라인(420)에서 도시된 F/B가 약 90%로 감소하였다. 다시, 다른 종의 빔 전류가 마찬가지로 감소하였다. 불소 이온들의 빔 전류가 또한 약 15 mA로 약간 감소하였다.
막대 그래프(480)는, 챔버(105) 내로 도입된 전체 가스 중 약 83.0%가 네온을 포함하는 이온 빔의 조성을 보여준다. 이러한 농도에서, 붕소-함유 이온들의 빔 전류가 약 410 mA로 약간 감소한다. 라인(400)에서 도시된 붕소 분율이 또한 네온 이온들의 증가된 수에 기인하여 약 68%로 약간 감소하였다. 그러나, 다른 메트릭들은 개선되었다. 특히, 라인(410)에서 도시된 붕소 순도 퍼센트는 실제로 약 56%로 증가하였다. 추가적으로, 라인(420)에서 도시된 F/B가 약 80%로 감소하였다. 다시, 다른 종의 빔 전류가 마찬가지로 감소하였다. 불소 이온들의 빔 전류가 또한 약 15 mA로 약간 감소하였다. 놀랍게도, 심지어 전체 가스의 83%가 네온일 때에도, 네온 이온 빔의 전류는 약 40 mA 미만으로 남아 있는다. 이는 네온은 높은 이온화 에너지에 기인할 수 있다.
놀랍게도, 20 내지 90% 사이와 같은 매우 큰 퍼센트의 네온의 도입은 여전히 이온 빔 메트릭들 중 다수에 있어서 개선들을 야기한다. 이는 아르곤과 대비되며, 여기에서 아르곤의 도입은 특정 퍼센트에 이르기까지는 빔 메트릭들을 개선하였지만 그 다음에는 이러한 메트릭들의 품질을 저하시켰다. 네온의 양이 83% 또는 그 이상만큼 클 수 있다는 사실은 예상하지 못한 결과이다. 도 4b는 상이한 포맷으로 제공되는 이러한 메트릭들 중 다수를 도시한다. 특히, 붕소-함유 이온들의 전체 빔 전류가 라인(490)에서 도시된다. 심지어 네온의 양이 챔버(105) 내로 도입된 전체 가스 중 약 83%로 증가할 때에도 전체 붕소-함유 빔 전류는 약 400 mA 이상으로 남아 있다는 것을 주목해야 한다. 흥미롭게도, 챔버(105) 내로 도입되는 네온의 양이 증가함에 따라, 라인(491)에 도시된 순수 붕소-함유 이온들의 빔 전류가 증가한다. 실제로, 순수 붕소 빔 전류는 네온이 사용되지 않을 때인 기준선에서 약 175 mA이며, 이는 전체 가스의 약 83%가 네온일 때 약 230 mA로 증가한다. 더 구체적으로, 37.8%의 네온이 도입될 때, 순수 붕소 빔 전류는 기준선에 비하여 10%가 넘게 증가한다. 기준선에서, 순수 붕소 빔 전류는 약 175 mA이다. 이는, 37.8%의 네온이 도입될 때 약 195 mA로 증가한다. 네온의 양들이 증가하면서 이러한 경향이 계속된다. 예를 들어, 64.6%의 네온이 도입될 때 기준선에 비하여 순수 붕소 빔 전류에서 15%의 증가가 존재한다. 이러한 증가는 네온이 증가된 레벨들에 대하여 20% 이상이다. F/B 비율은 도 4a에서의 라인(420)과 동일한 라인(492)으로서 도시된다. 이상에서 설명된 바와 같이, F/B 비율은 범위 전체에 걸쳐 네온의 양이 증가함에 따라 감소한다. 특히, 네온이 사용될지 않을 때, 기준선에서 F/B 비율은 112.6%이다. 37.8%의 네온의 도입으로 F/B 비율은 105.7%까지 6%가 넘게 떨어진다. 네온의 양이 증가함에 따라, F/B 비율은 계속해서 떨어진다. 예를 들어, 54.9%의 네온에서, F/B 비율은 기준선에 비하여 거의 10% 더 낮다. 75.3%의 네온에서, F/B 비율은 기준선에 비하여 20%가 넘게 떨어진다. 유사하게, 붕소 분율은 도 4a의 라인(400)과 동일한 라인(493)으로서 도시된다. 마지막으로, 붕소 순도 분율은 라인(494)에 도시되며, 이는 도 4a의 라인(410)과 동일하다. 순수 프로세싱 종 이온들 대 전체 프로세싱 종의 비율을 나타내는 이러한 붕소 순도 분율은 37.8%의 네온이 도입될 때 기준선에 비하여 6% 넘게 증가한다. 54.9%의 네온에서, 붕소 순도 분율은 기준선에 비하여 거의 10% 증가한다. 실제로, 네온 희석의 높은 레벨들에서, 기준선에 비하여 붕소 순도 분율에서의 개선이 20%를 넘는다! 추가적으로, 순수 도펀트 비율로서 지칭되는 전체 이온들의 퍼센트로서의 순수 도펀트 이온들 또는 순수 프로세싱 종 이온들의 수가 또한 더 많은 양의 네온이 도입됨에 따라 증가한다. 이러한 순수 도펀트 비율은 라인(495)에서 도시된다. 예를 들어, 기준선에서, 전체 이온들의 약 31%가 순수 도펀트 이온들이다. 그러나, 37.8%의 네온에서, 순수 도펀트 비율은 32.2%로 약 4%만큼 증가한다. 네온의 더 높은 레벨들에서, 순수 도펀트 이온들의 퍼센트는 기준선에 비하여 10% 또는 그 이상만큼 증가할 수 있다. 도 4b는, 챔버(105) 내로 도입되는 네온의 퍼센트가 증가할 때, 붕소-함유 이온들의 총 빔 전류(라인(490))가 대략적으로 일정하게 남아 있다는 것을 보여준다. 그러나, 순수 붕소의 빔 전류(라인(491)), 붕소 순도 분율(라인(494)), 및 순수 도펀트 비율(라인(495))과 같은 메트릭들은 이러한 전체 범위 전체에 걸쳐 모두 개선된다. 추가적으로, 불소 이온들 대 붕소 이온들의 비율(라인(492)로서 도시된 F/B 비율)이 이러한 범위 전체에 걸쳐 감소하며, 네온의 퍼센트가 약 60%를 초과함에 따라 크게 감소한다. 마지막으로, 붕소 분율(라인(493))에서의 꾸준한 감소가 존재하지만, 붕소를 함유하는 이온들의 퍼센트는 전체 범위 전체에 걸쳐 약 70% 이상으로 남아 있는다.
도 2a 내지 도 2b 및 도 4a 내지 도 4b에 도시된 이러한 예상하지 못한 결과들은 다수의 이점들을 갖는다.
첫 번째로, BF+, BF2 + 및 BF3 +과 같은 더 무거운 도펀트-함유 이온들은 B+와 같은 순수 도펀트 이온들보다 더 얕은 깊이에 주입되는 경향이 있다. 후속 열 처리 동안, 이러한 얕게 주입된 이온들은 작업물 밖으로 확산할 가능성이 더 크다. 다시 말해서, 모든 도펀트-함유 이온들의 전체 빔 전류는 실제로 작업물 내에 주입되고 유지되는 도펀트의 양을 나타내지 않을 수 있다는 것이다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않고, 플라즈마 내의 아르곤 및 네온 준안정 원자(metastable)들은 더 많은 도펀트-함유 이온들을 더 바람직한 순수 도펀트 이온들로 분해할 수 있다고 여겨진다.
두 번째로, 임의의 형태로 불소를 주입하는 것이 유해할 수 있다. 불소 이온들을 주입하는 것은 작업물 내에 결함들을 초래할 수 있으며, 이는 그것의 성능에 영향을 준다. 주입된 불소는 또한 도펀트들이 작업물로부터 밖으로 확산하게끔 할 수도 있다. 불소는 작업물 내로의 도펀트 확산을 지체시키는 것으로 알려져 있으며, 이는 어닐링된(annealed) 도펀트 프로파일을 얕게 만들며, 이는 솔라 셀 애플리케이션들에 대하여 바람직하지 않다.
세 번째로, 아르곤 및/또는 네온의 도입은 오염물질들로도 또한 지칭되는 생성되는 다른 종의 생성을 제한하는 효과를 갖는다. 임의의 특정 이론에 구애되지 않고, 이러한 가스들은 플라즈마를 안정화시켜서 챔버 벽 스퍼터링의 감소를 야기하는 것으로 여겨진다. 그것의 큰 이온화 단면적에 기인하여, 아르곤 및 네온은 상대적으로 쉽게 방출물(discharge)을 이온화하고 안정화시킨다. 이 때문에, 플라즈마는 상대적으로 낮은 플라즈마 전위로 유지되며, 따라서 벽 재료로부터의 이온 스퍼터링이 감소될 수 있다.
네 번째로, 작업물을 주입하는 동안, 아르곤 및/또는 네온 이온들이 작업물의 표면 증착 층을 스퍼터링할 수 있다. 이는 주입 프로세스 동안 증착된 임의의 재료들을 제거하는데 기여할 수 있다. 이러한 재료들 중 일부는 주입 후의 습식 화학 프로세스를 통해 제거하기 어려울 수 있다.
다섯 번째로, 네온의 경우에 있어서, 높은 이온화 에너지는 소수의 네온 이온들이 생성된다는 것을 의미한다. 추가로, 이러한 이온들은 상대적으로 낮은 질량을 가지며, 따라서 작업물에 대한 최소 손상을 초래한다. 따라서, 네온은 부작용 없이 빔 조성을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.
따라서, 감소된 빔 불순물 및 증가된 도펀트 순도를 갖는 이온 빔이 3개의 소스 가스들을 사용함으로써 생성될 수 있다. 제 1 소스 가스, 또는 공급 가스는, BF3 또는 B2F4와 같은 도펀트 및 불소 둘 모두를 함유하는 종일 수 있다. 제 2 소스 가스는, 실란(SiH4) 또는 게르만(GeH4)과 같은 실리콘 또는 게르마늄 중 하나 및 수소를 함유하는 종일 수 있다. 제 3 소스 가스는 아르곤, 네온 또는 다른 비활성 가스일 수 있다. 이러한 3개의 소스 가스들은, 이들이 이온화되는 이온 소스(100)의 챔버(105) 내로 동시에 또는 순차적으로 도입된다. 이온 소스는 RF 안테나(120)에 의해 생성되는 RF 에너지를 사용할 수 있다. 다른 실시예에 있어, 이온 소스는 IHC를 사용하여 전자들의 열이온 방출을 사용할 수 있다. 가스를 이온화하는 다른 방법들이 또한 이온 소스에 의해 사용될 수 있다. 3개의 모든 소스 가스들로부터의 이온들은 작업물(160)을 향해 보내지며, 여기에서 이온들이 작업물(160) 내로 주입된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이러한 이온들은 질량 분석되지 않을 수 있으며, 이는 추출된 모든 이온들이 작업물(160) 내로 주입된다는 것을 의미한다.
다른 예에 있어, 제 2 소스 가스는 반대되는 전도성을 갖는 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 소스 가스, 또는 공급 가스는, BF3 또는 B2F4와 같은 붕소 및 불소 둘 모두를 함유하는 종일 수 있다. 제 2 소스 가스는, 인, 질소 또는 비소와 같은 V 족 원소 및 수소를 함유하는 종일 수 있다.
도 2a 내지 도 2b 및 도 4a 내지 도 4b가 제 1 소스 가스 내의 도펀트로서 붕소가 사용될 때의 결과들을 도시하지만, 본 개시가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 갈륨, 인, 비소 또는 다른 3 족 및 5 족 원소들과 같은 다른 도펀트들이 사용될 수도 있다.
이상의 개시는, 아르곤에 대하여 약 19% 내지 약 48% 및 네온에 대하여 약 20% 내지 90%에 걸친 양으로 제 3 소스 가스가 도입될 수 있다는 것은 논의한다. 그러나, 본 개시가 이러한 범위에 한정되지는 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 15% 내지 약 90%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 아르곤인 다른 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 15% 내지 약 40%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 아르곤인 다른 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 15% 내지 약 50%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 네온인 특정 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 20% 내지 약 90%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 네온인 특정 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 25% 내지 약 60%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 네온인 특정 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 40%가 넘는 양으로, 예컨대 40% 내지 약 90% 사이의 양으로 도입될 수 있다. 추가적으로, 제 1 소스 가스 대 제 2 소스 가스의 비율은 약 9:1일 수 있지만, 다른 비율들이 또한 사용될 수도 있다. 제 1 소스 가스와 제 2 소스 가스의 결합된 흐름 레이트는 10 내지 20 sccm 사이일 수 있다.
이상의 설명이 3개의 소스 가스들의 사용을 개시하지만, 다른 실시예들에 있어서, 2개의 소스 가스들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 이상에서 설명된 바와 같이, 제 1 소스 가스는 DFn 또는 DmFn의 형태일 수 있으며, 여기에서 D는 도펀트(또는 프로세싱 종) 원자를 나타내고, 이는 붕소, 갈륨, 인, 비소, 또는 다른 3 족 또는 5 족 원소일 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 제 2 소스 가스는 사용되지 않는다. 그 대신에, 단지 제 1 소스 가스 및 제 3 소스 가스가 이온 소스(100) 내에서 결합된다. 이러한 실시예에 있어서, 제 1 소스 가스의 흐름 레이트는 10 내지 30 sccm 사이일 수 있다. 제 3 소스 가스가 아르곤인 일 실시예에 있어서, 제 3 소스 가스는 챔버(105)로 도입되는 전체 가스의 15% 내지 40% 사이를 구성할 수 있다. 제 3 소스 가스가 아르곤인 일부 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 15% 내지 약 30%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 아르곤인 다른 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 15% 내지 약 40%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 아르곤인 다른 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 15% 내지 약 50%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 네온인 특정 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 20% 내지 약 90%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 네온인 특정 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 약 25% 내지 약 60%에 걸친 양으로 도입될 수 있다. 제 3 소스 가스가 네온인 특정 실시예들에 있어서, 제 3 소스 가스는 40%가 넘는 양으로, 예컨대 40% 내지 약 90% 사이의 양으로 도입될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, BFx 가스와 함께 아르곤 또는 네온과 같은 제 3 소스 가스의 도입이 결과적인 이온 빔의 조성에 영향을 줄 수 있다. 특히, 붕소 순도 퍼센트가 증가될 수 있으며, 동시에 F/B 비율이 감소할 수 있다. 다시 말해서, 이온 빔의 조성에서의 변화가 제 2 소스 가스의 사용 없이 일어날 수 있다.
도 3은 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 이온 소스(300)는, 사실상 챔버를 제 1 서브-챔버(305a) 및 제 2 서브-챔버(305b)로 분리하는 챔버 내에 배치된 챔버 분리기(390)를 갖는다. 제 1 서브-챔버(305a) 및 제 2 서브-챔버(305b)의 각각은 개별적인 개구(340a, 340b)를 갖는다. 추가적으로, 접지 전극(350) 및 추출 억제 전극(330)이 개구들(340a, 340b)에 대응하는 2개의 개구부들을 갖도록 개조될 수 있다. 앞에서와 같이, 챔버는 유전체 윈도우(125) 및 그 위에 배치된 RF 안테나(120)를 갖는다. 이러한 실시예에 있어서, 제 1 소스 가스는 제 1 소스 가스 컨테이너(170) 내에 저장되며, 가스 주입구(110)를 통해 제 2 서브-챔버(305b) 내로 도입된다. 제 1 소스 가스는 이상에서 설명된 종들 중 임의의 종일 수 있다. 제 2 소스 가스는 제 2 소스 가스 컨테이너(171) 내에 저장되며, 가스 주입구(111)를 통해 제 2 서브-챔버(305b) 내로 도입된다. 제 2 소스 가스는 이상에서 설명된 종들 중 임의의 종일 수 있다. 도 1b와 관련하여 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에 있어서, 제 1 소스 가스 컨테이너(170) 및 제 2 소스 가스 컨테이너(171)는 단일 가스 주입구에 연결될 수 있다. 도 1c에 예시된 또 다른 실시예에 있어, 제 1 및 제 2 소스 가스들은 단일 가스 컨테이너 내에서 혼합될 수도 있다. 추가적으로, 일부 실시예들에 있어서, 이상에서 설명된 바와 같이 제 2 소스 가스가 사용되지 않는다. 이상에서 설명된 바와 같이, 제 1 소스 가스 대 제 2 소스 가스의 비율은 약 9:1일 수 있지만, 다른 비율들이 사용될 수도 있다. 제 1 소스 가스 대 제 2 소스 가스의 결합된 흐름 레이트는 10 내지 20 sccm 사이일 수 있다. 아르곤이 제 3 가스 컨테이너(172) 내에 저장되고, 제 3 가스 주입구(112)를 통해 제 1 서브-챔버(305a)로 도입될 수 있다.
이러한 실시예에 있어서, 아르곤 이온 빔(380a)이 개구(340a)를 통해 추출된다. 동시에, 도펀트 이온 빔(380b)이 개구(340b)를 통해 추출된다. 이러한 도펀트 이온 빔(380b)은 붕소-함유 이온들뿐만 아니라 불소 이온들 및 다른 이온 종을 함유한다.
도 3에서, 아르곤 이온 빔(380a) 및 도펀트 이온 빔(380b)이 서로 평행하며, 따라서 이들은 상이한 위치들에서 작업물(160)에 충돌한다. 이러한 실시예에 있어서, 작업물은 화살표(370)에 의해 표시되는 방향으로 스캐닝된다. 이러한 방식으로, 작업물(160) 상의 각각의 위치는 먼저 도펀트 이온 빔(380b)에 의해 주입되고, 그런 다음 아르곤 이온 빔(380a)에 의해 충돌된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 아르곤 이온 빔(380a)은 도펀트 이온 빔(380b)의 주입 동안 증착된 증착 층 재료를 작업물(160)의 표면으로부터 스퍼터링하는데 기여할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 아르곤 주입은 습식 화학 작용(wet chemistry)을 사용하여 제거하기 재료를 어려운 표면 증착 층으로부터 제거할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 아르곤 이온 빔(380a) 및 도펀트 이온 빔(380b)은, 이들이 작업물(160) 상의 위치에 동시에 충돌하도록 보내지거나 또는 포커싱된다. 이러한 실시예에 있어서, 작업물(160)은 임의의 방향으로 스캐닝될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 2개의 주입들이 순차적일 수 있으며, 그 결과 전체 작업물(160)이 도펀트 이온 빔(380b)에 의해 주입된다. 이후의 시점에, 아르곤 이온 빔(380a)이 작업물(160)을 향해 보내진다.
도 3과 관련되고 본원에서 설명된 실시예들의 각각에 있어서, 주입들은 질량 분석 없이 수행될 수 있으며, 그 결과 추출된 이온들 전부가 작업물에 충돌한다.
도 3의 실시예가 아르곤을 사용하는 것을 설명하였지만, 네온과 같은 다른 가스들이 동일한 효과를 달성하기 위하여 아르곤을 대체할 수 있는 것이 가능하다.
추가로, 본원에 개시된 실시예들이 제 3 소스 가스로서 아르곤 및 네온의 사용을 설명하지만, 본 개시가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이상에서 언급된 바와 같이, 헬륨, 크립톤 및 크세논과 같은 다른 비활성 가스들이 또한 제 3 소스 가스로서 사용될 수도 있다. 대안적으로, 비활성 가스들의 조합이 제 3 소스 가스로서 역할할 수도 있다.
추가적으로, 본원에 개시된 실시예들은, 도펀트와 같은 프로세싱 종이 작업물(160) 내로 주입되는 주입 프로세스를 설명한다. 그러나, 본 개시가 이러한 실시예에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 본원에서 설명된 소스 가스들의 조합들을 사용하는 다른 프로세스들이 작업물 상에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 증착 또는 에칭 프로세스들이 또한 개시된 소스 가스들의 조합을 사용하여 작업물 상에서 수행될 수 있다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.
Claims (13)
- 작업물 내로 프로세싱 종을 주입하는 방법으로서,
챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 챔버 내에서 프로세싱 종 및 불소를 포함하는 제 1 소스 가스, 실리콘과 게르마늄 중 적어도 하나 및 수소를 포함하는 제 2 소스 가스, 및 네온을 활성화시키는 단계; 및
상기 플라즈마로부터 이온들을 추출하고 상기 이온들을 상기 작업물을 향해 보내는 단계로서, 모든 프로세싱 종-함유 이온들의 퍼센트로서 상기 플라즈마로부터 추출되는 순수 프로세싱 종 이온들의 양은 네온이 사용되지 않을 때의 기준선에 비해 적어도 5%만큼 증가하는, 단계를 포함하며,
상기 플라즈마로부터 추출되는 불소 이온들 대 상기 순수 프로세싱 종 이온들의 비율은 상기 기준선에 비하여 적어도 5%만큼 감소되는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온들은 질량 분석 없이 상기 작업물을 향해 보내지는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
모든 프로세싱 종-함유 이온들의 퍼센트로서 상기 플라즈마로부터 추출되는 순수 프로세싱 종 이온들의 양은 상기 기준선에 비하여 적어도 10%만큼 증가하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
순수 프로세싱 종 이온들의 빔 전류는 상기 기준선에 비하여 적어도 10%만큼 증가하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
네온은 상기 챔버 내로 도입되는 전체 가스의 20-90% 사이를 구성하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 소스 가스는 BF3 또는 B2F4를 포함하는, 방법.
- 작업물 내로 도펀트를 주입하는 방법으로서,
챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 챔버 내에서 도펀트 및 불소를 포함하는 제 1 소스 가스, 게르마늄 및 실리콘 중 적어도 하나 및 수소를 포함하는 제 2 소스 가스, 및 네온을 활성화시키는 단계; 및
질량 분석을 사용하지 않으면서 상기 플라즈마로부터의 이온들을 작업물을 향해 가속하는 단계를 포함하며,
도입되는 가스의 총 체적의 20% 내지 90% 사이가 네온을 포함하고, 순수 프로세싱 종 이온들의 빔 전류는 네온이 사용되지 않을 때의 기준선에 비하여 적어도 10%만큼 증가하며, 상기 플라즈마로부터 추출되는 불소 이온들 대 상기 순수 프로세싱 종 이온들의 비율은 상기 기준선에 비하여 적어도 5%만큼 감소되는, 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 도입되는 가스의 총 체적의 25% 내지 50% 사이가 네온을 포함하는, 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 도펀트는 붕소를 포함하는, 방법.
- 작업물을 프로세싱하기 위한 장치로서,
챔버 벽들에 의해 획정(define)된 챔버를 갖는 이온 소스로서, 상기 이온 소스는 상기 챔버 내에 플라즈마를 생성하는, 상기 이온 소스;
상기 챔버와 연통하며, 프로세싱 종 및 불소를 포함하는 제 1 소스 가스 컨테이너;
상기 챔버와 연통하며, 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 하나 및 수소를 포함하는 제 2 소스 가스 컨테이너;
상기 챔버와 연통하며, 네온을 포함하는 제 3 소스 가스 컨테이너; 및
상기 작업물을 홀딩(hold)하기 위한 작업물 지지부를 포함하며,
상기 장치는 모든 프로세싱 종-함유 이온들의 퍼센트로서 상기 플라즈마로부터 추출되는 순수 프로세싱 종 이온들의 양을 네온이 사용되지 않을 때의 기준선에 비해 적어도 5%만큼 증가시키기에 충분한 양의 네온을 상기 챔버 내로 도입하도록 구성되고, 상기 플라즈마로부터 추출되는 불소 이온들 대 상기 순수 프로세싱 종 이온들의 비율은 상기 기준선에 비하여 적어도 5%만큼 감소되는, 장치.
- 청구항 10에 있어서,
상기 프로세싱 종은 붕소를 포함하는, 장치.
- 청구항 10에 있어서,
상기 플라즈마로부터의 이온들은 질량 분석되지 않고 상기 작업물을 향해 보내지는, 장치.
- 청구항 10에 있어서,
상기 챔버로 도입되는 가스의 총 양의 20-90% 사이가 네온을 포함하는, 장치.
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