KR102569236B1 - 게르마늄 이온 빔 및 아르곤 이온 빔을 생성하는 방법들 - Google Patents
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Abstract
특정 이온 빔들, 그리고 특히 게르마늄 및 아르곤에 대한 빔 전류를 개선하기 위한 방법이 개시된다. 제 2 가스로서 아르곤의 사용은 게르만의 이온화를 개선하여 할로겐의 사용 없이 충분한 빔 전류의 게르마늄 이온 빔의 형성을 가능하게 한다는 것이 나타났다. 추가적으로, 제 2 가스로서 게르만의 사용이 아르곤 이온 빔의 빔 전류를 개선하는 것으로 나타났다.
Description
본 개시의 실시예들은 이온 주입 시스템에서 생산성을 향상시키기 위한 방법들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 게르마늄 이온 빔 및 아르곤 이온 빔을 생성하는 방법들에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조는 복수의 개별적이고 복잡한 프로세스들을 수반한다. 하나의 이러한 프로세스는, 재료가 작업물로부터 제거되는 에칭 프로세스일 수 있다. 다른 프로세스는, 재료가 작업물 상에 증착되는 증착 프로세스일 수 있다. 또 다른 프로세스는, 이온들이 작업물 내로 주입되는 이온 주입 프로세스일 수 있다.
이온 소스는 전통적으로, 그 후에 이러한 프로세스들을 수행하기 위해 사용되는 이온들을 생성하기 위해 사용된다. 이온 소스는, 이온 소스의 챔버 내에 또는 근처에 배치되는 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC), 버나스 소스, 용량 결합 플라즈마 소스, 라디오 주파수(radio frequency; RF) 플라즈마 소스 또는 유도 결합 소스를 사용할 수 있다. 가스 튜브는 이온 소스 챔버에 희망되는 공급 가스를 공급하기 위하여 이온 소스와 유체 연통한다. 공급 가스는 임의의 적절한 종, 전형적으로 III 족 또는 V 족 원소일 수 있다.
그러나, 게르마늄이 반도체 디바이스 제조 프로세스들, 특히 저 에너지, 고 도우즈 애플리케이션에서 점점 더 많이 사용된다. 현재, 게르마늄 테트라플루오르화물(GeF4)가 주요 도펀트 가스로서 사용되며, 일부 희석 가스, 예컨대 크세논 이수소화물(XeH2) 또는 CH3F가 할로겐 사이클을 감소시키고 이온 소스의 수명을 유지하기 위해 사용된다.
추가적으로, 아르곤이 또한 정밀 재료 엔지니어링(precision materials engineering; PME), 선택적 영역 프로세싱(selective area processing; SAP) 및 3D 디바이스들에 대한 방향성 에칭과 같은 다양한 애플리케이션들에 대하여 점점 더 많이 사용되고 탐색되고 있다. 이러한 애플리케이션들은 전형적으로 초고 도우즈를 사용한다.
그러나, 할로겐 가스의 사용 없이 충분한 빔 전류를 갖는 게르마늄 이온 빔의 형성은 난제였다. 추가로, 충분한 빔 전류를 갖는 아르곤 이온 빔의 생성이 또한 어려웠다.
따라서, 특히 할로겐 종의 사용 없이 게르마늄 및 아르곤 이온 빔들의 빔 전류를 개선하는 방법이 유익할 것이다.
특정 이온 빔들, 그리고 특히 게르마늄 및 아르곤에 대한 빔 전류를 개선하기 위한 방법이 개시된다. 제 2 가스로서 아르곤의 사용은 게르만의 이온화를 개선하여 할로겐의 사용 없이 충분한 빔 전류의 게르마늄 이온 빔의 형성을 가능하게 한다는 것이 나타났다. 추가적으로, 제 2 가스로서 게르만의 사용이 아르곤 이온 빔의 빔 전류를 개선하는 것으로 나타났다.
일 실시예에 따르면, 게르마늄 이온 빔을 생성하는 방법이 개선된다. 방법은, 이온 소스 내로 게르만 및 아르곤을 도입하는 단계; 플라즈마를 형성하기 위해 게르만 및 아르곤을 이온화하는 단계; 및 게르마늄 이온 빔을 형성하기 위해 이온 소스로부터 게르마늄 이온들을 추출하는 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 어떠한 할로겐 가스들도 이온 소스 내로 도입되지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 아르곤의 흐름 레이트는 0.5 내지 2.0 sccm 사이이다. 특정 실시예들에 있어서, 아르곤의 흐름 레이트는 0.7 내지 1.0 sccm 사이이다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 간접 가열식 캐소드 이온 소스를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 이온 소스는 RF 이온 소스를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 이온 소스는 버나스 소스, 용량 결합 플라즈마 소스, 유도 결합 소스, 또는 마이크로파 결합 플라즈마 소스를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 아르곤의 흐름 레이트는, 게르마늄 빔 전류 대 이온 소스에 인가되는 총 전력의 비율로서 정의되는 이온 소스의 효율은 kW 당 4 mA보다 더 커지게 하는 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 아르곤의 흐름 레이트는, 추출 전류로 나눈 이온 소스의 효율로서 정의되는 이온 소스의 정규화된 효율이 0.1보다 더 커지게 하는 것이다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 빔-라인 주입 시스템의 컴포넌트이다.
다른 실시예에 따르면, 아르곤을 생성하는 방법이 개시된다. 방법은, 이온 소스 내로 게르만 및 아르곤을 도입하는 단계; 플라즈마를 형성하기 위해 게르만 및 아르곤을 이온화하는 단계; 및 아르곤 이온 빔을 형성하기 위해 이온 소스로부터 아르곤 이온들을 추출하는 단계로서, 게르만의 흐름 레이트는 0.35 내지 1.00 sccm 사이인, 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 간접 가열식 캐소드 이온 소스를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 이온 소스는 RF 이온 소스를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 이온 소스는 버나스 소스, 용량 결합 플라즈마 소스, 유도 결합 소스, 또는 마이크로파 결합 플라즈마 소스를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 어떠한 할로겐 가스들도 이온 소스 내로 도입되지 않는다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 빔-라인 주입 시스템의 컴포넌트이다.
다른 실시예에 따르면, 아르곤을 생성하는 방법이 개시된다. 방법은, 이온 소스 내로 게르만 및 아르곤을 도입하는 단계; 플라즈마를 형성하기 위해 게르만 및 아르곤을 이온화하는 단계; 및 아르곤 이온 빔을 형성하기 위해 이온 소스로부터 아르곤 이온들을 추출하는 단계로서, 게르만의 흐름 레이트는, 아르곤 이온 빔의 빔 전류가 동일한 추출 전류에서 게르만의 사용 없이 생성된 아르곤 이온 빔에 비하여 적어도 10% 증가되게 하는 것인, 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 게르만의 흐름 레이트는, 아르곤 이온 빔의 빔 전류가 동일한 추출 전류에서 게르만의 사용 없이 생성된 아르곤 이온 빔에 비하여 적어도 15% 증가되게 하는 것이다. 특정 실시예들에 있어서, 어떠한 할로겐 가스들도 이온 소스 내로 도입되지 않는다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 빔-라인 주입 시스템의 컴포넌트이다.
본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로서 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은, 특정 실시예들에서 사용될 수 있는 간접 가열식 캐소드(IHC) 이온 소스를 도시한다.
도 2는, 특정 실시예들에 있어서 RF 이온 소스로서 사용될 수 있는 플라즈마 챔버를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는, 적어도 2개의 가스들이 이온 소스 내로 도입되는 것을 가능하게 하는 상이한 구성들을 도시한다.
도 4는, 일 실시예에 따른 도 1 또는 도 2의 이온 소스를 이용할 수 있는 빔라인 주입 시스템을 도시한다.
도 5는, 아르곤 흐름 레이트의 함수로서 게르마늄 빔 전류, 바이어스 전력 및 아크 전력을 도시하는 대표적인 그래프이다.
도 6a는, 일 실시예에 따른 아르곤 흐름 레이트의 함수로서, 이온 소스 효율로서 지칭되는, 게르마늄 빔 전류 대 소스 전력의 비율을 도시한다.
도 6b는, 일 실시예에 따른 아르곤 흐름 레이트의 함수로서 정규화된 이온 소스 효율을 도시한다.
도 7은, 일정한 아르곤 흐름 레이트에서 게르만 흐름의 함수로서 게르마늄 이온 빔 전류를 도시한다.
도 8은 게르만 흐름 레이트의 함수로서 아르곤 이온 빔 전류를 도시한다.
도 1은, 특정 실시예들에서 사용될 수 있는 간접 가열식 캐소드(IHC) 이온 소스를 도시한다.
도 2는, 특정 실시예들에 있어서 RF 이온 소스로서 사용될 수 있는 플라즈마 챔버를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는, 적어도 2개의 가스들이 이온 소스 내로 도입되는 것을 가능하게 하는 상이한 구성들을 도시한다.
도 4는, 일 실시예에 따른 도 1 또는 도 2의 이온 소스를 이용할 수 있는 빔라인 주입 시스템을 도시한다.
도 5는, 아르곤 흐름 레이트의 함수로서 게르마늄 빔 전류, 바이어스 전력 및 아크 전력을 도시하는 대표적인 그래프이다.
도 6a는, 일 실시예에 따른 아르곤 흐름 레이트의 함수로서, 이온 소스 효율로서 지칭되는, 게르마늄 빔 전류 대 소스 전력의 비율을 도시한다.
도 6b는, 일 실시예에 따른 아르곤 흐름 레이트의 함수로서 정규화된 이온 소스 효율을 도시한다.
도 7은, 일정한 아르곤 흐름 레이트에서 게르만 흐름의 함수로서 게르마늄 이온 빔 전류를 도시한다.
도 8은 게르만 흐름 레이트의 함수로서 아르곤 이온 빔 전류를 도시한다.
도 1은 본 개시의 특정 실시예들에서 사용될 수 있는 IHC 이온 소스(10)를 도시한다. IHC 이온 소스(10)는 2개의 대향되는 단부들 및 이러한 단부들을 연결하는 벽들(101)을 갖는 챔버(100)를 포함한다. 아크 챔버(100)의 벽들(101)은 전기 전도성 재료로 구성될 수 있으며, 서로 전기적으로 연통할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 라이너(liner)가 벽들(101) 중 하나 이상의 근처에 배치될 수 있다. 캐소드(110)는 아크 챔버(100)의 제 1 단부(104)에서 아크 챔버(100) 내에 배치된다. 필라멘트(160)는 캐소드(110) 뒤에 배치된다. 필라멘트(160)는 필라멘트 전원 공급장치(165)와 연통한다. 필라멘트 전원 공급장치(165)는 필라멘트(160)를 통해 전류를 통과시키도록 구성되며, 그 결과 필라멘트(160)가 열이온 전자들을 방출한다. 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115)는 필라멘트(160)를 캐소드(110)에 대하여 네거티브하게 바이어싱하며, 따라서 필라멘트(160)로부터의 이러한 열이온 전자들이 캐소드(110)를 향해 가속되고 이들이 캐소드(110)의 후방 표면에 충돌할 때 캐소드(110)를 가열한다. 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115)는, 필라멘트가, 예를 들어, 캐소드(110)의 전압보다 250-500V 더 네거티브한 전압을 갖도록 필라멘트(160)를 바이어싱할 수 있다. 그러면, 캐소드(110)는 아크 챔버(100) 내로 그것의 전방 표면 상에 열이온 전자들을 방출한다.
따라서, 필라멘트 전원 공급장치(165)는 필라멘트(160)로 전류를 공급한다. 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115)는 필라멘트가 캐소드(110)보다 더 네거티브하게 되도록 필라멘트(160)를 바이어싱하며, 그 결과 전자들이 필라멘트(160)로부터 캐소드(110)를 향해 끌어당겨진다. 특정 실시예들에 있어서, 캐소드(110)는, 예컨대 아크 전원 공급장치(111)에 의해 아크 챔버(100)에 대해 바이어싱될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 캐소드(110)는, 아크 챔버(100)의 벽들(101)과 동일한 전위에 있도록 아크 챔버(100)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 아크 전원 공급장치(111)가 이용되지 않을 수 있으며, 캐소드(110)는 아크 챔버(100)의 벽들(101)에 전기적으로 연결될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 아크 챔버(100)는 전기적 접지에 연결된다.
반사 전극(120)은 제 1 단부(104)에 대향되는 제 2 단부(105) 상에 배치될 수 있다. 반사 전극(120)은 반사 전극 바이어스 전원 공급장치(123)에 의해 아크 챔버(100)에 대해 바이어싱될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 반사 전극(120)은, 아크 챔버(100)의 벽들(101)과 동일한 전위에 있도록 아크 챔버(100)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 반사 전극 바이어스 전원 공급장치(123)가 이용되지 않을 수 있으며, 반사 전극(120)은 아크 챔버(100)의 벽들(101)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 반사 전극(120)이 이용되지 않는다.
캐소드(110) 및 반사 전극(120)은 각기 금속 또는 흑연과 같은 전기 전도성 재료로 만들어진다.
특정 실시예들에 있어서, 자기장이 챔버(100) 내에 생성된다. 이러한 자기장은 전자들을 일 방향을 따라서 국한시키도록 의도된다. 자기장은 전형적으로 제 1 단부(104)로부터 제 2 단부(105)까지 벽들(101)에 평행하게 이어진다. 예를 들어, 전자들은 캐소드(110)로부터 반사 전극(120)까지의 방향(즉, y 방향)에 평행한 컬럼 내에 국한될 수 있다. 따라서, 전자들은 y 방향으로 움직이기 위한 임의의 전자기력을 경험하지 않는다. 그러나, 다른 방향들에서의 전자들의 움직임은 전자기력을 경험할 수 있다.
추출 플레이트(103)로 지칭되는 챔버(100)의 하나의 측면 상에는 추출 개구(140)가 존재할 수 있다. 도 1에서, 추출 개구(140)는 (페이지에 수직인) Y-Z 평면에 평행한 측면 상에 배치된다. 추가로, IHC 이온 소스(10)는, 이를 통해 이온화될 가스 또는 가스들이 아크 챔버(100)로 도입되는 가스 입구(106)를 또한 포함한다. 전자들은 가스 또는 가스들과 충돌하여 플라즈마(150)를 형성한다.
특정 실시예들에 있어서, 제 1 전극 및 제 2 전극은 아크 챔버(100)의 개별적인 대향되는 벽들(101) 상에 배치될 수 있으며, 그 결과 제 1 전극 및 제 2 전극은 추출 플레이트(103)에 인접한 벽들 상에서 아크 챔버(100) 내에 존재한다. 제 1 전극 및 제 2 전극은 각기 개별적인 전원 공급장치에 의해 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 제 1 전극 및 제 2 전극은 공통 전원 공급장치와 연통할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, IHC 이온 소스(10)의 출력을 튜닝(tune)하기 위한 최대 유연성 및 능력을 가능하게 하기 위하여, 제 1 전극은 제 1 전극 전원 공급장치와 연통할 수 있으며, 제 2 전극은 제 2 전극 전원 공급장치와 연통할 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 제어기(180)는 IHC 이온 소스(10)를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 제어기(180)는 프로세싱 유닛 및 저장 엘리먼트를 포함할 수 있다. 저장 엘리먼트는 임의의 적절한 비-일시적인 메모리 디바이스, 예컨대 반도체 메모리(즉, RAM, ROM, EEPROM, 플래시 RAM, DRAM, 등), 자기 메모리(즉, 디스크 드라이브들), 또는 광학적 메모리(즉, CD ROM들)일 수 있다. 저장 엘리먼트는 명령어들을 포함하기 위하여 사용될 수 있으며, 명령어들은 제어기(180) 내의 프로세싱 유닛에 의해 실행될 때 본원에서 설명되는 기능들을 수행하는 것을 가능하게 한다.
도 2는, 특정 실시예들에서 사용될 수 있는 라디오 주파수(RF) 이온 소스(200)를 도시한다. 이러한 실시예에 있어, RF 이온 소스(200)는, 흑연 또는 다른 적절한 재료로 구성될 수 있는 몇몇 벽들(207)에 의해 획정(define)되는 챔버(205)를 포함한다. 이러한 챔버(205)에, 가스 주입구(106)를 통해 하나 이상의 소스 가스들이 공급될 수 있다. 이러한 소스 가스는 RF 안테나(220) 또는 다른 메커니즘에 의해 에너지를 공급받을 수 있다. RF 안테나(220)는, RF 안테나(220)에 전력을 공급하는 RF 전원 공급장치(미도시)와 전기적으로 연통한다. 석영 또는 알루미나 윈도우(window)와 같은 유전체 윈도우(225)는 RF 안테나(220)와 챔버(205)의 내부 사이에 배치될 수 있다. 이온 소스(200)는 또한 이온들이 통과할 수 있는 개구(240)를 포함한다. 네거티브(negative) 전압이, 챔버(205) 내로부터 개구(240)를 통해 그리고 작업물을 향해 포지티브하게(positively) 대전된 이온들을 추출하기 위하여 개구(240) 외부에 배치된 추출 억제 전극(230)에 인가된다. 접지 전극(250)이 또한 이용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 개구(240)는 유전체 윈도우(225)를 포함하는 측면에 대향되는 RF 이온 소스(200)의 측면 상에 위치된다. 챔버(205)로부터 추출되는 이온들이 이온 빔(280)으로 형성되며, 이온 빔은 작업물을 향해 보내진다.
특정 실시예들에 있어서, 제어기(180)는 RF 이온 소스(200)를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
이온 소스는 도 1 내지 도 2에 도시된 것들로 제한되지 않는다. 다른 실시예들에 있어서, 이온 소스는, 이온 소스의 챔버 내에 또는 이에 인접하여 배치된 버나스 소스, 용량 결합 플라즈마 소스, 유도 결합 소스, 또는 마이크로파 결합 플라즈마 소스를 사용할 수 있다.
이상에서 언급된 바와 같이, 가스는 가스 주입구(106)를 통해 이온 소스에 진입한다. 본 개시에 있어서, 게르만과 같은 게르마늄-기반 가스 및 아르곤인 적어도 2개의 가스들이 이온 소스 내로 도입된다. 수소와 같은 추가적인 가스들이 또한 사용될 수 있다.
이러한 가스들은 복수의 구성들로 이온 소스에 연결될 수 있다. 도 3a에서, 제 1 소스 가스는 제 1 가스 컨테이너(170) 내에 저장될 수 있으며, 가스 주입구(106)를 통해 챔버 내로 도입될 수 있다. 제 2 소스 가스가 제 2 가스 컨테이너(175) 내에 저장될 수 있으며, 제 2 가스 주입구(106a)를 통해 아크 챔버(100)로 도입될 수 있다. 도 3b에 도시된 다른 실시예에 있어, 제 2 소스 가스가 제 2 가스 컨테이너(176) 내에 저장될 수 있으며, 제 1 소스 가스에 의해 사용되는 것과 동일한 가스 주입구(106)를 통해 챔버로 도입될 수 있다. 도 3c에 도시된 또 다른 실시예에 있어, 제 2 소스 가스는 단일 가스 컨테이너(178) 내에서 제 1 소스 가스와 혼합될 수 있다. 그런 다음 가스들의 이러한 혼합물이 가스 주입구(106)를 통해 챔버로 도입된다.
도 3a 내지 도 3b의 실시예들에 있어, 제 1 소스 가스 및 제 2 소스 가스는 동시에 또는 순차적으로 챔버로 도입될 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 하나 이상의 질량 흐름 제어기들(mass flow controller; MFC)(177)이 이온 소스로 도입되는 각각의 가스의 양을 조절하기 위해 사용될 수 있다. MFC들(177)은, 사용할 각각의 가스의 적절한 양을 결정하는 제어기(180)와 통신할 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 작업물은 이온 소스 내의 개구부에 인접하여, 예컨대 도 1의 추출 개구(140) 또는 도 2의 개구(240)에 인접하여 배치될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 이온 소스 내에서 이로부터 이온들을 끌어당기기 위해 이온 소스 챔버 외부에 하나 이상의 전극들이 존재할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 이온 소스는 이온 주입기의 부분일 수 있다.
도 4는, 도 1에 도시된 IHC 이온 소스(10) 또는 도 2에 도시된 RF 이온 소스(200)를 사용하는 대표적인 이온 주입기(450)를 도시한다. 리본 이온 빔(1)이 억제 전극(460) 및 접지 전극(470)을 통과한 이후에, 리본 이온 빔(1)은 질량 분석기(400)에 진입한다. 분해 개구(401)를 갖는 질량 분석기(400)는 리본 이온 빔(1)으로부터 원치 않는 컴포넌트들을 제거하기 위해 사용되며, 이는 분해 개구(401)를 통과하는 희망되는 에너지 및 질량 특성들을 갖는 리본 이온 빔(1)을 야기한다. 그런 다음, 희망되는 종의 이온들이, 하나 이상의 전극들을 포함할 수 있는 제 1 감속 스테이지(410)를 통과한다. 제 1 감속 스테이지(410)의 출력은 발산하는 이온 빔일 수 있다.
교정기 자석(420)은 발산 이온 빔을 실질적으로 평행한 궤적들을 갖는 개별적인 빔렛(beamlet)들의 세트로 편향시키도록 적응된다. 교정기 자석(420)은 자기 코일 및, 이를 통해 이온 빔렛들이 통과하는 간극을 형성하기 위해 이격된 자기 폴 피스들을 포함할 수 있다. 자기 코일들에는, 인가되는 자기장의 강도 및 방향에 따라 이온 빔렛들을 편향시키는 자기장을 간극 내에 생성하기 위해 에너지가 공급된다. 자기장은 자기 코일을 통한 전류를 변화시킴으로써 조정된다. 대안적으로, 평행화 렌즈들과 같은 다른 구조체들이 이러한 기능을 수행하기 위해 또한 사용될 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 교정기 자석(420)은 또한 리본 이온 빔(1)의 균일성을 개선하기 위해 사용되는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 4중극자 자석들, 다수의 로드(rod)들 및 에너지 퓨리티(purity) 모듈들은 리본 이온 빔(1)을 조작하여 그것의 균일성 및 각도들을 개선하는 것을 시도하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 컴포넌트들은, 개별적인 이온 빔렛들의 평행성을 유지하면서 그것의 전체 길이에 걸쳐 빔 전류를 거의 균일하게 만들기 위해 리본 이온 빔(1)을 조작한다.
교정기 자석(420) 다음에, 리본 이온 빔(1)은 작업물을 향해 목표된다. 일부 실시예들에 있어서, 제 2 감속 스테이지(430)가 작업물과 교정기 자석(420) 사이에 추가될 수 있다.
추가로, 제어기(445)는 이온 주입기(450) 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 이러한 제어기(445)는 제어기(180)와 동일할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 2개의 제어기들이 사용될 수 있다. 제어기(445)는 프로세싱 유닛 및 저장 엘리먼트를 포함할 수 있다. 저장 엘리먼트는 임의의 적절한 비-일시적인 메모리 디바이스, 예컨대 반도체 메모리(즉, RAM, ROM, EEPROM, 플래시 RAM, DRAM, 등), 자기 메모리(즉, 디스크 드라이브들), 또는 광학적 메모리(즉, CD ROM들)일 수 있다. 저장 엘리먼트는 명령어들을 포함하기 위하여 사용될 수 있으며, 명령어들은 제어기(445) 내의 프로세싱 유닛에 의해 실행될 때 본원에서 설명되는 기능들을 수행하는 것을 가능하게 한다.
이상에서 언급된 바와 같이, 특정 실시예들에 있어서, 게르마늄 이온들을 포함하는 이온 빔을 생성하는 것이 바람직하다. 이는 전통적으로, 이온 소스 내의 소스 가스로서 게르마늄 테트라플루오르화물(GeF4)을 사용하여 이루어진다. 그러나, 할로겐을 포함하는 임의의 소스 가스는 이온 소스에 대하여 유해한 효과를 가질 수 있다. 특히, 할로겐은 이온 소스 내의 재료를 에칭할 수 있으며, 이는 그들의 수명을 단축한다.
이전에, 이온 소스 내의 소스 가스로서 게르만(GeH4)을 사용하기 위한 시도들이 이루어졌다. 그러나, 결과적인 빔 전류는 소스 가스로서 GeF4를 사용할 때 생성되는 것보다 상당히 더 낮다.
그러나, 예상외로, 제 2 소스 가스로서 아르곤의 사용이 게르만이 제 1 소스 가스로서 사용될 때 빔 전류를 상당히 증가시킨다는 것이 밝혀졌다. 제 1 및 제 2 소스 가스들은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 구성들 중 임의의 구성을 사용하여 이온 소스 내로 도입될 수 있다. 추가로, 이들은 순차적으로 또는 동시에 도입될 수 있다.
도 5는 아르곤 흐름 레이트의 함수로서 게르마늄 빔 전류의 그래프를 도시한다. 이러한 실험에 대한 조건들은 다음과 같다. 게르만의 흐름 레이트는 5.46 sccm(분 당 표준 입방 센티미터)이었으며, 추출 전류는 40 mA로 설정되고, 빔 에너지는 20keV로 설정된다. 이러한 테스트는 도 1에 도시된 IHC 이온 소스(10)를 사용하여 수행되었다.
이온 소스 내로 도입된 아르곤의 양은 0.3 sccm로부터 2.0 sccm까지 변화되었다. 아르곤 흐름 레이트가 0.25 sccm보다 더 작을 때, 게르마늄 이온 빔의 생성이 가능하지 않다는 것이 밝혀졌다. 도 5는, 이러한 값들의 각각에서의 게르마늄 빔 전류(500), 바이어스 전력(501) 및 아크 전력(502)을 도시한다. 바이어스 전력은 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115)에 의해 인가되는 전력이며, 아크 전력은 아크 전원 공급장치(111)에 의해 공급되는 전력이다. 좌측 수직 축은, 이러한 2개의 전력 값들의 합계인 IHC 이온 소스(10)에 의해 사용되는 총 전력을 도시한다. 우측 수직 축은 게르마늄 빔 전류(500)의 크기를 도시한다.
뜻밖에, 게르마늄 빔 전류(500)의 피크 값이 존재한다는 것을 유의해야 한다. 이러한 피크는 약 0.8 sccm의 아르곤 흐름 레이트에 대응한다. 이러한 테스트가 20kV의 추출 전압 및 40 mA의 추출되는 전류를 사용하여 수행되었음을 유의해야 한다. 피크 값은 상이한 추출되는 전류들 및 빔 에너지들에서 변화할 수 있다. 아르곤 흐름 레이트의 증가된 값들에서, 게르마늄 빔 전류(500)가 실제로 감소한다. 특정 이론에 구애되지 않고, 아르곤의 도입은 이온 소스가 더 효율적으로 동작하는 것을 가능하게 하며 게르만 분자들 및 전자들 및 아르곤 원자들, 이온들 및 준안정물들 사이에서 더 많은 충돌들이 발생하는 것으로 믿어진다. 그러나, 아르곤의 양이 증가함에 따라, 아르곤 원자들, 이온들 및 준안정물들 사이의 충돌들이 증가하여 더 많은 아르곤 빔 전류를 야기한다. 추출 전류가 40 mA로 고정되었기 때문에, 아르곤 빔 전류의 증가는 게르마늄 빔 전류의 감소를 야기하였다. 다시 말해서, 게르마늄 빔 전류는, Ar+/Ge+ 비율이 특정 임계 이상으로 증가함에 따라 감소한다.
도 6a는, 아르곤 흐름 레이트의 함수로서, 게르마늄 빔 전류(mA 단위) 대 소스 전력(킬로와트 단위)의 비율을 도시한다. 도 5로부터의 데이터가 이러한 그래프를 생성하기 위해 사용된다. 게르마늄 빔 전류 대 소스 전력의 비율은 이온 소스의 효율의 측정치이다. 아르곤 흐름 레이트가 약 0.7 sccm까지 증가함에 따라, 이러한 비율이 최대 값에 도달한다는 것을 유의해야 한다. 이는, 이온 소스가 이러한 범위 내에서 가장 효율적으로 동작한다는 것을 나타낸다. 이온 소스는, 0.3 sccm의 흐름 레이트에 있을 때보다 0.7 sccm 이상의 흐름 레이트들에서 2배 이상 더 효율적이라는 것을 또한 유의해야 한다. 따라서, 아르곤의 사용은 총 소스 전력의 1 킬로와트 당 4 mA보다 더 큰 값까지 이온 소스의 효율을 개선할 수 있다. 도 6b는, 아르곤 흐름 레이트의 함수로서, 추출 전류로 나눈 이온 소스 효율로서 정의되는 정규화된 이온 소스 효율을 도시한다. 이상의 도면들에서, 추출 전류는 40 mA로 설정되었다. 따라서, 이러한 그래프의 값들은, 40 mA로 나눈 도 6a에 도시된 값들과 동일하다. 도 6b의 그래프는 추출 전류에 대하여 데이터를 정규화하기 위해 사용될 수 있다. 아르곤의 증가된 흐름 레이트들에서, 총 소스 전력(킬로와트 단위)으로 나눈 게르마늄 빔 전류(mA 단위)로서 정의되는 정규화된 이온 소스 효율이 증가한다는 것을 유의해야 한다. 정규화된 이온 소스 효율의 값이 약 0.7 sccm보다 더 큰 아르곤 흐름 레이트의 값에서 0.1을 초과한다. 아르곤 흐름 레이트가 계속해서 증가함에 따라, 도 6b에 도시된 바와 같이 정규화된 이온 소스 효율이 감소한다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 그 이상에서 정규화된 이온 소스 효율이 0.1 아래로 떨어질 아르곤 흐름 레이트의 상한이 존재한다.
따라서, 0.5 내지 2.0 sccm 사이의 범위와 같은 아르곤의 미리 결정된 양이 이온 소스 내에서 더 효과적인 플라즈마를 생성하는 것이 가능할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 아르곤의 미리 결정된 양은 0.7 내지 1.0 sccm 사이일 수 있다. 추가적으로, 이러한 이온 빔을 생성하기 위해 필요한 바이어스 전력(501) 및 아크 전력(502)은 실제로 아르곤의 더 낮은 흐름 레이트들에서 필요한 바이어스 전력(501) 및 아크 전력(502)보다 훨씬 더 낮다. 다시 말해서, 캐소드 바이어스 전원 공급장치(115)에 의해 제공되는 전력 및 아크 전원 공급장치(111)에 의해 제공되는 전력은 아르곤의 흐름 레이트가 미리 결정된 범위 내에 있을 때 더 작으며, 또한 더 큰 게르마늄 빔 전류(500)를 야기한다. 추가로, 바이어스 전력(501) 및 아크 전력(502)은 아르곤 흐름 레이트의 점점 더 높은 레벨들에서 계속해서 감소하지만, 게르마늄 빔 전류(500)가 또한 감소한다는 것을 유의해야 한다.
0.8 sccm의 아르곤 흐름 레이트 및 5.48 sccm의 게르마늄 흐름 레이트를 사용하여 생성되는 추출 이온 빔의 조성을 결정하기 위한 테스트가 수행되었다. 이러한 테스트에서, 게르마늄은 Ge+, Ge++, 및 Ge2 +으로 추출된다는 것이 결정되었다. 아르곤은 Ar+, 및 Ar++으로 추출된다. 어떤 다른 피크들도 검출되지 않았다. 이는, 이온 소스 자체가 게르만 및 아르곤의 이온화에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 나타낸다. 예를 들어, GeF4가 이온화될 때, 텅스텐-기반 이온들에 대응하는 피크들이 또한 이온 빔에서 보인다.
추가로, 이러한 아르곤 흐름 레이트의 미리 결정된 양은 게르마늄의 흐름 레이트와는 독립적일 수 있다. 예를 들어, 도 7은, 아르곤 흐름 레이트가 0.8 sccm으로 고정된 상태에서, 게르만 흐름의 함수로서 게르마늄 빔 전류를 도시한다. 다른 동작 조건들은 다음과 같다. 추출 전류는 60 mA로 설정되며, 최종 빔 에너지는 10keV로 설정된다. 게르만 흐름 레이트가 증가함에 따라 게르마늄 빔 전류(700)가 계속해서 증가한다는 것을 유의해야 한다. 추가로, 아크 전력 및 바이어스 전력의 합계를 포함하는 총 소스 전력은 실제로 게르만 흐름 레이트가 증가함에 따라 감소한다.
따라서, 게르만에 아르곤의 미리 결정된 양을 추가함으로써 게르마늄 빔 전류를 증가시키는 방법이 개시된다. 특정 실시예들에 있어서, 이러한 가스들은 IHC 이온 소스(10) 내로 도입된다. 다른 실시예들에 있어서, 가스들은 RF 이온 소스(200) 내로 도입된다. 특정 실시예들에 있어서, 어떠한 할로겐 가스들도 이온 소스 내로 도입되지 않는다. 이는 이온 소스의 수명을 연장시키는데 기여한다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 빔라인 이온 주입 시스템의 컴포넌트일 수 있다. 도입되는 아르곤 흐름 레이트가 변화할 수 있으며, 0.5 sccm 내지 2.0 sccm 사이일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 아르곤 흐름 레이트는 0.7 내지 1.0 sccm 사이일 수 있다. 도입되는 게르만 흐름 레이트는 IHC 이온 소스들에 대하여 1.2 sccm 내지 17.3 sccm 사이일 수 있다. RF 이온 소스들에 대하여, 최대 게르만 흐름 레이트는 약 30 sccm만큼 높을 수 있다. 추가로, 특정 실시예들에 있어서, 아르곤 흐름 레이트의 양은, 이온 소스의 효율이 소스 전력의 킬로와트 당 게르만 빔 전류의 4 mA보다 더 커지게 하는 것이다. 특정 실시예들에 있어서, 아르곤 흐름 레이트의 양은, 정규화된 이온 소스 효율이 0.1보다 더 커지게 하는 것이다.
특정 실시예들에 있어서, 챔버 내로 게르만 및 아르곤을 도입하는 이온 소스가 개시되며, 여기에서 아르곤 흐름 레이트는 IHC 이온 소스들에 대하여 0.5 sccm 내지 2.0 sccm 사이이다. 특정 실시예들에 있어서, 아르곤 흐름 레이트는 0.7 내지 1.0 sccm 사이이다. 도 2에 도시된 것과 같은 RF 이온 소스들에 대하여, 아르곤 흐름 레이트는 0.5 내지 약 3.0 sccm 사이일 수 있다. 질량 흐름 제어기는 챔버 내로 도입되는 게르만 및 아르곤의 양을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 IHC 이온 소스이다. 다른 실시예들에 있어서, 이온 소스는 RF 이온 소스를 포함한다.
이상에서 언급된 바와 같이, 아르곤의 사용이 또한 정밀 재료 엔지니어링(precision materials engineering; PME), 선택적 영역 프로세싱(selective area processing; SAP) 및 방향성 에칭과 같은 프로세스들에 기인하여 증가되었다. 아르곤 빔 전류를 증가시키는 임의의 기술이 유익할 것이다.
하나의 테스트에서, 아르곤과 함께 이온 소스 내로의 게르만의 도입이 실제로 아르곤 빔 전류를 증가시켰다는 것이 밝혀졌다. 도 8은, 수직 축은 아르곤 빔 전류를 나타내며 수평 축은 도 1의 IHC 이온 소스(10) 내로 도입되는 게르만의 양을 나타내는 그래프를 도시한다. 추출 전류는 60 mA로 설정되었으며, 빔 에너지는 20keV로 설정되었다. 추가적으로, 아르곤의 흐름 레이트는 2.5 sccm로 설정되었다. 라인은 아르곤 빔 전류(800)를 나타낸다. 이러한 파라미터들 중 어떤 것도 게르만의 흐름 레이트가 증가함에 따라 변화되지 않았다.
게르만이 없는 상태에서, 아르곤 빔 전류(800)는 27.2 mA로 측정되었으며, 이는 기준선 조건으로 간주되었다. 게르만의 작은 양을 추가함으로써, 아르곤 빔 전류(800)가 증가하였으며, 기준선보다 약 15% 더 큰 값에서 피크를 가졌다. 구체적으로, 0.43 sccm의 게르만 흐름 레이트에서, 아르곤 빔 전류(800)는 31.1 mA로 증가하였다. 흥미롭게도, 추출되는 이온 빔이 스펙트럼은 어떠한 게르마늄의 존재도 보여주지 않았다. 더 높은 게르만 흐름 레이트에서, 아르곤 빔 전류(800)는 감소하기 시작하였다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않고, 전하 중화, 특히 빔 추출 영역에서의 전하 중화가 게르만의 양이 증가함에 따라 증가할 수 있다. 추가로, 게르만의 최적 양은 플라즈마 전자 에너지 분포와 같은 방전 조건들을 수정하며, 이는 아르곤 이온 생성을 증가시키는 것으로 믿어진다.
0.43 sccm이 최적 값으로서 나타났지만, 게르만 흐름 레이트가 0.35 sccm 내지 1.00 sccm 사이였을 때 유익한 결과들이 달성되었다는 것을 유의해야 한다.
따라서, 아르곤에 게르만의 미리 결정된 양을 추가함으로써 아르곤 빔 전류를 증가시키는 방법이 개시된다. 특정 실시예들에 있어서, 이러한 가스들은 IHC 이온 소스(10) 내로 도입된다. 다른 실시예들에 있어서, 가스들은 RF 이온 소스(200) 내로 도입된다. 다른 실시예들에 있어서, 이온 소스는, 이온 소스의 챔버 내에 또는 이에 인접하여 배치된 버나스 소스, 용량 결합 플라즈마 소스, 유도 결합 소스, 또는 마이크로파 결합 플라즈마 소스를 사용할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 빔라인 이온 주입 시스템의 컴포넌트일 수 있다. 도입되는 게르만 흐름 레이트가 변화할 수 있으며, 0.35 sccm 내지 1.00 sccm 사이일 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 챔버 내로 게르만 및 아르곤을 도입하는 이온 소스가 개시되며, 여기에서 게르만의 흐름 레이트는 0.35 sccm 내지 1.00 sccm 사이이다. 질량 흐름 제어기는 챔버 내로 도입되는 게르만 및 아르곤의 양을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스는 IHC 이온 소스이다. 다른 실시예들에 있어서, 이온 소스는 RF 이온 소스를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 이온 소스는, 이온 소스의 챔버 내에 또는 이에 인접하여 배치된 버나스 소스, 용량 결합 플라즈마 소스, 유도 결합 소스, 또는 마이크로파 결합 플라즈마 소스를 사용할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 어떠한 할로겐 가스들도 이온 소스 내로 도입되지 않는다.
다른 실시예에 있어서, 게르만은, 아르곤 빔 전류가 동일한 추출 전류에서 게르만이 없는 기준선에 비해 적어도 10% 증가하도록 이온 소스 내에서 아르곤에 추가된다. 일부 실시예들에 있어서, 증가는 동일한 추출 전류에서 15%일 수 있다.
본 개시의 방법들 및 장치는 다수의 장점들을 갖는다. 첫째, 이상에서 설명된 바와 같이, 게르마늄 이온 빔의 생성이 할로겐들의 사용 없이 발생한다. 이는 이온 소스의 수명을 증가시킨다. 잘 알려진 바와 같이, 불소와 같은 할로겐들은 이온 소스의 벽들뿐만 아니라 IHC 이온 소스의 캐소드를 에칭할 수 있다. 이온 소스로부터 불소를 제거하는 능력을 이온 소스의 수명을 극적으로 연장한다. 추가적으로, 게르마늄 이온 빔들을 생성하기 위해 GeF4를 사용하는 시스템들은 흔히 할로겐 사이클을 감소시키기 위해 매우 비싼 크세논 이수소화물(XeH2)과 같은 신종 가스 혼합물들을 사용한다. 따라서, 게르만 및 아르곤의 사용이 다른 해법들보다 덜 비쌀 수 있다. 추가로, 게르마늄 빔 전류는 게르만 흐름 레이트에 비례하며, 이는 고 전류 게르마늄 이온 빔들이 추출되는 것을 가능하게 한다.
아르곤 이온 빔들에 대하여, 아르곤 빔 전류는, 이온 빔 조성 또는 이온 소스의 동작에 영향을 주지 않고 약 15%만큼 증가될 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 (15)
- 게르마늄 이온 빔을 생성하는 방법으로서,
이온 소스 내로 게르만 및 아르곤을 도입하는 단계로서, 상기 아르곤의 흐름 레이트는 0.5 내지 2.0 sccm 사이이고, 게르만의 흐름 레이트는 5.46 sccm 내지 30 sccm 사이이며, 어떠한 할로겐 가스들도 상기 이온 소스 내로 도입되지 않는, 단계;
플라즈마를 형성하기 위해 상기 게르만 및 아르곤을 이온화하는 단계; 및
상기 게르마늄 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스로부터 게르마늄 이온들을 추출하는 단계를 포함하며,
상기 아르곤의 흐름 레이트는, 게르마늄 빔 전류 대 상기 이온 소스에 인가되는 총 전력의 비율로서 정의되는 상기 이온 소스의 효율이 kW당 4 mA보다 더 크도록 선택되는, 방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 아르곤의 흐름 레이트는 0.7 내지 1.0 sccm 사이인, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온 소스는 간접 가열식 캐소드 이온 소스를 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온 소스는 RF 이온 소스, 버나스 소스, 용량 결합 플라즈마 소스, 유도 결합 소스, 또는 마이크로파 결합 플라즈마 소스를 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온 소스는 빔-라인 주입 시스템의 컴포넌트인, 방법.
- 아르곤 이온 빔을 생성하는 방법으로서,
이온 소스 내로 게르만 및 아르곤을 도입하는 단계로서, 어떠한 할로겐 가스들도 상기 이온 소스 내로 도입되지 않는, 단계;
플라즈마를 형성하기 위해 상기 게르만 및 아르곤을 이온화하는 단계; 및
상기 아르곤 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스로부터 아르곤 이온들을 추출하는 단계로서, 아르곤의 흐름 레이트는 게르만의 흐름 레이트의 2배보다 더 크고, 게르만의 흐름 레이트는 0.35 내지 1.00 sccm 사이인, 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 이온 소스는 간접 가열식 캐소드 이온 소스, RF 이온 소스, 버나스 소스, 용량 결합 플라즈마 소스, 유도 결합 소스, 또는 마이크로파 결합 플라즈마 소스를 포함하는, 방법.
- 삭제
- 청구항 8에 있어서,
상기 이온 소스는 빔-라인 주입 시스템의 컴포넌트인, 방법.
- 아르곤 이온 빔을 생성하는 방법으로서,
이온 소스 내로 게르만 및 아르곤을 도입하는 단계로서, 어떠한 할로겐 가스들도 상기 이온 소스 내로 도입되지 않는, 단계;
플라즈마를 형성하기 위해 상기 게르만 및 아르곤을 이온화하는 단계; 및
상기 아르곤 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 소스로부터 아르곤 이온들을 추출하는 단계로서, 아르곤의 흐름 레이트는 게르만의 흐름 레이트의 2배보다 더 크고, 게르만의 흐름 레이트는, 상기 아르곤 이온 빔의 빔 전류가 동일한 추출 전류에서 게르만의 사용 없이 생성된 아르곤 이온 빔에 비하여 적어도 10% 증가되게 하는 것인, 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 게르만의 흐름 레이트는, 상기 아르곤 이온 빔의 빔 전류가 동일한 추출 전류에서 게르만의 사용 없이 생성된 상기 아르곤 이온 빔에 비하여 적어도 15% 증가되게 하는 것인, 방법.
- 삭제
- 청구항 12에 있어서,
상기 이온 소스는 빔-라인 주입 시스템의 컴포넌트인, 방법.
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