KR20080042912A - 대안적인 불화 붕소 전구체를 이용한 붕소 이온 주입 방법,및 주입을 위한 대형 수소화붕소의 형성 방법 - Google Patents

대안적인 불화 붕소 전구체를 이용한 붕소 이온 주입 방법,및 주입을 위한 대형 수소화붕소의 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 삼불화 붕소보다 더 쉽게 분열되는 불화 붕소 함유 도펀트종을 이용하여 붕소 함유 이온을 주입하는 방법에 관한 것이다. 또한, 삼불화 붕소보다 더 쉽게 분열되는 불화 붕소 함유 도펀트종을 이용하여 붕소 함유 이온을 주입하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 삼불화 붕소 전구체를 공급하기 위한 시스템, 수소화붕소 전구체의 형성 방법 및 수소화붕소 전구체의 공급 방법을 개시하고 있다. 본 발명의 일실시예에서, 클러스터 붕소 주입을 위해서, 집적 회로와 같은 반도체 제품을 제조하기 위해서 수소화붕소 전구체가 생성된다.

Description

대안적인 불화 붕소 전구체를 이용한 붕소 이온 주입 방법, 및 주입을 위한 대형 수소화붕소의 형성 방법{BORON ION IMPLANTATION USING ALTERNATIVE FLUORINATED BORON PRECURSORS, AND FORMATION OF LARGE BORON HYDRIDES FOR IMPLANTATION}
본 발명은, 개선된 붕소 주입 방법, 특히 삼불화 붕소보다 더 쉽게 분열되는 불화 붕소 함유 도펀트종을 이용하여 붕소 함유 이온을 주입하는 방법, 및 이에 이용되는 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 수소화붕소 전구체의 공급 방법, 수소화붕소 전구체의 형성 방법 및 수소화붕소 전구체 소스에 관한 것이다.
이온 주입은, 제어된 양의 도펀트 불순물(예컨대, 붕소)을 마이크로전자 디바이스 웨이퍼 안으로 정확하게 도입하기 위해서 집적 회로 제조에서 이용되고 마이크로전자/반도체 제조에 중요한 공정이다. 이러한 주입 시스템에서, 이온 소스가 소망의 도펀트 성분 가스("공급 원료")를 이온화하고, 그 이온이 소망의 에너지의 이온 빔 형태로 소스로부터 추출된다. 추출된 빔의 통과를 위한 구멍을 포함하는 적절한 형상의 추출 전극에 걸쳐 고전압을 인가함으로써 추출이 이루어진다. 이때, 이온 빔은 마이크로전자 디바이스 웨이퍼와 같은 공작물의 표면에 향하는데, 이는 공작물에 도펀트 불순물을 주입하고 소망의 전도 영역을 형성하기 위함이다. 이때, 주입된 도펀트 원자는, 전기적 활성 도핑 영역을 형성하기 위해서 어닐링에 의해 활성화된다.
현재, 종래의 디바이스의 제조에는 약 10 내지 15의 주입 단계가 존재한다. 웨이퍼 크기의 증가, 임계 치수의 감소, 및 회로 집적도의 증가는, 더 양호한 공정 제어, 저에너지의 높은 빔 전류 공급, 및 평균 무고장 시간(MTBF; mean time between failures)의 감소와 관련하여 이온 주입 툴에 더 큰 요구를 하게 한다.
삼불화 붕소(BF3)는 전통적으로 붕소 도펀트 불순물의 원료였다. 그러나, BF3는, 이온 주입에 통상적으로 이용되는 다른 도펀트종들(예컨대, As-H = 274 kJ mole-1 및 P-H = 297 KJ mole-1)과 비교하여 B-F 결합을 깨기 위해서 상당한 양의 에너지(757 KJ mole-1)를 요구한다는 문제점을 갖고 있다. 결과적으로, 붕소를 주입할 때 이온 소스는 높은 아크 전압에서 작동해야 한다. 높은 아크 전압은, 이온 소스 영역에서 고온의 필라멘트 또는 캐소드에 충격을 가하여, 캐소드의 스퍼터 부식 및 고장의 원인이 되는 고에너지 이온을 생성한다.
종래에 이온 주입기에 공급되는 BF3 도펀트의 80%가 그대로 배출되었음이 보고된바 있어, 그 BF3가 이온화되지 않았거나 이온화되었더라면 그 파편들이 재결합되었던 것으로 여겨진다. 명백하게, 높은 아크 전압에서의 BF3의 저이온화는 이미 매우 비효율적인 공정을 더 악화시킨다.
따라서, MTBF, 공정의 효율 및 툴의 수명을 증가시키고 이온 소스 영역에서 의 비휘발성 종의 축적을 감소시키도록 붕소 원소 가스로서의 이용을 위해 대안적인 붕소 함유 도펀트 전구체를 제공하는 것이 계속적으로 요구된다.
붕소 클러스터 주입은, 삼불화 붕소를 이용한 주입에 필요한 것보다 더 낮은 에너지 레벨에서 이온 주입 효율을 증가시키기 위한 방법이다. 통상적인 붕소 클러스터 주입 방법은, 데카보란(B10) 및 옥타데카보란(B18) 수소화붕소 전구체를 이용한다. 이러한 전구체는 상온에서 고체이고 비교적 낮은 증기 압력을 갖는다. 이러한 전구체의 이용은, 멀리 떨어진 컨테이너로부터 전구체 재료를 승화시키고 그 결과적인 증기가 유체 흐름 라인을 따라 클러스터 주입을 위한 반도체 툴로 이송하는 것을 수반한다. 이러한 공정은, 불충분한 재료 흐름 및 응결이라는 잠재적인 부작용을 포함하고 있다. 이러한 부작용을 없애기 위해서, 고체 원료를 함유하는 용기는 일정하고 정확한 온도로 가열되어야 한다. 불필요한 응결을 막기 위해서, 툴로 인도하는 라인은 열선(heat trace)이 마련될 필요가 있다.
전구체로서 데카보란 및 옥타데카보란을 이용한 붕소 클러스터 주입은, 이하에서 명시된 부가적인 문제를 포함한다:
- 고체 컨테이너 및 이송 라인에 열선을 마련하는 것은 값비싸고, 성가시며, 이온 주입기에서 실행하기에는 어렵고, 개장(retrofit)하기 어려우며 실수하기 쉽다;
- 불균일한 열 부하는 냉점(cold spot)에서의 응결을 야기할 수 있고, 이는 막힘 또는 불균질한 유량을 야기할 수 있다;
- 고체 재료에 가해진 과도한 열은 분해를 야기할 수 있고, 이는 불순물 및 불균질한 유량을 야기한다;
- 승화된 재료의 유량은 증발기 상의 가용 표면적에 의존한다. 시간이 경과하여, 고체가 고갈되고 재결정화됨에 따라, 증발기의 표면적이 감소하고, 이는 충전된 증발기의 수명에 걸쳐 유량을 떨어뜨린다;
- 툴에서의 재료의 양을 계측하는 것은 매우 어렵고 증기압에만 기초한다;
- 툴로의 재료의 공급을 제어하는 것은 어렵고 값비싸다;
- 데카보란 및 옥타데카보란 재료는 값비싸다; 그리고
- 주입기 내에 열선을 갖는 이송 라인의 설치에 관한 문제점을 최소화하기 위해 흔히 행해지는, 이온 소스에 인접한 증발기의 설치는, 안전성 및 규정과 관련한 우려를 야기할 수 있는 위험한 행위이다.
따라서, 당업계에서는 종래의 붕소 함유 이온 주입 방법과 비교할 때, 주입용 장비로의 전구체 이동을 쉽게 하고 붕소 이온 주입을 증가시킬 수 있도록, 클러스터 붕소 주입을 위한 전구체를 주입용 장비로 공급하는 개선된 방법을 비롯하여, 클러스터 붕소 주입을 위한 새로운 시스템, 방법 및 전구체를 필요로 하고 있다.
본 발명은, 삼불화 붕소보다 더 쉽게 분열되는 붕소 함유 도펀트종을 이용하여 붕소 함유 이온을 주입하는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은, 삼불화 붕소보다 더 쉽게 분열되는 붕소 함유 도펀트종을 이용하여 효율성, MTBF 및 이온 소스 설비의 수명을 개선하는 것에 관한 것이다.
일 태양에서, 본 발명은,
붕소 함유 이온을 생성하기 위해 이온화 조건하에서 진공 챔버 내의 기화된 붕소 함유 도펀트종을 이온화하는 단계; 및
붕소 함유 이온을 디바이스 기판으로 주입하기 위해 전기장을 통해 붕소 함유 이온을 가속하는 단계
를 포함하고, 붕소 함유 도펀트종은 본질적으로 BF3 이외의 종으로 이루어진 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법에 관한 것이다.
또 다른 실시예에 있어서, 붕소 함유 도펀트종은, 붕소 함유 도펀트종의 전체 중량을 기초로 20 wt% 미만, 바람직하게는 10 wt% 미만, 더 바람직하게는 5 wt% 미만의 BF3를 함유하며, 훨씬 더 바람직하게는 붕소 함유 도펀트종은 실질적으로 BF3를 함유하지 않는다. 가장 바람직하게는 붕소 함유 도펀트종에는 삼불화 붕소가 전혀 없다.
또 다른 태양에서, 본 발명은,
붕소 함유 이온을 생성하기 위해 이온화 조건하에서 진공 챔버 내의 기화된 불화 붕소 도펀트종을 이온화하는 단계; 및
붕소 함유 이온을 디바이스 기판으로 주입하기 위해 전기장을 통해 붕소 함유 이온을 가속하는 단계
를 포함하고, 불화 붕소 도펀트종은 B2F4, B(BF2)3CO, BF2CH3, BF2CF3, BF2Cl, BFCl2, BF(CH3)2, NOBF4, NH4BF4, H2BF7, H2B2F6, H4B4F10, H2BFO2, H2B2F2O3, H2B2F2O6, H2B2F4O2, H3BF2O2, H4BF3O2, H4BF3O3, B8F12, B10F12, 및 (F2B)3BCO로 이루어진 군에서 선택된 화합물을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 붕소 함유 도펀트종을 포함하고, 붕소 함유 이온 주입에 유용한 조성물 또는 반응물에 관한 것이다. 일 실시예에 있어서, 그러한 조성물 또는 반응물은 본질적으로 BF3 이외의 종으로 이루어진다. 또 다른 실시예에 있어서, 붕소 함유 도펀트종은, 붕소 함유 도펀트종의 전체 중량을 기초로 20 wt% 미만, 바람직하게는 10 wt% 미만, 더 바람직하게는 5 wt% 미만의 BF3를 함유하며, 훨씬 더 바람직하게는 붕소 함유 도펀트종은 실질적으로 BF3를 함유하지 않는다. 가장 바람직하게는 붕소 함유 도펀트종에는 삼불화 붕소가 전혀 없다. 또 다른 실시예에 있어서, 조성물 또는 반응물은 700 kJ/mol 미만, 바람직하게는 650 kJ/mol 미만, 훨씬 더 바람직하게는 600 kJ/mol 미만의 에너지에서 쉽게 분열되는 붕소 함유 도펀트종을 포함한다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 불화 붕소 도펀트종은 B2F4, B(BF2)3CO, BF2CH3, BF2CF3, BF2Cl, BFCl2, BF(CH3)2, NOBF4, NH4BF4, H2BF7, H2B2F6, H4B4F10, H2BFO2, H2B2F2O3, H2B2F2O6, H2B2F4O2, H3BF2O2, H4BF3O2, H4BF3O3, B8F12, B10F12, 및 (F2B)3BCO로 이루어진 군에서 선택된 붕소 함유 화합물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양은, 재료를 이온 주입 소스에 공급하는데 사용하기에 적합한 저장 및 공급 용기에 관한 것으로서, 상기 용기는 본 발명에 따른 붕소 함유 도펀트종을 포함한다. 일실시예에 있어서, 용기는 실린더이다. 또 다른 실시예에 있어서, 용기는 대기압 이하 압력의 용기이고, 이는 그 전체 개시 내용이 참조로서 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제 5,518,528 호; 미국 특허 제 5,704,965 호; 미국 특허 제 5,704,967 호; 미국 특허 제 5,935,305 호; 미국 특허 제 6,406,519 호; 미국 특허 제 6,204,180 호; 미국 특허 제 5,837,027 호; 미국 특허 제 6,743,278 호; 미국 특허 제 6,089,027 호; 미국 특허 제 6,101,816 호; 미국 특허 제 6,343,476 호; 미국 특허 제 6,660,063 호; 미국 특허 제 6,592,653 호; 미국 특허 제 6,132,492 호; 미국 특허 제 5,851,270 호; 미국 특허 제 5,916,245 호; 미국 특허 제 5,761,910 호; 미국 특허 제 6,083,298 호; 미국 특허 제 6,592,653 호; 및 미국 특허 제 5,707,424 호에 개시한 바와 같은 대기압 이하 압력의 용기이다. 바람직한 용기는, 한정하는 것은 아니지만, (미국 코네티컷주 덴버리 소재의 ATMI, Inc.에서 입수 가능한) SDS® 및 VAC® 공급 용기를 포함한다. 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 용기는, 그 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제 6,868,869 호; 미국 특허 제 6,740,586 호; 미국 특허출원번호 10/201,518; 미국 특허출원번호 10/858,509; 미국 특허출원번호 10/625,179; 미국 특허출원번호 10/028,743; 미국 가특허출원번호 60/662,515; 및 미국 가특허출원번호 60/662,396에 개시한 바와 같은 앰풀(ampoule)이다.
또 다른 태양에서, 본 발명은, 붕소 함유 이온을 생성하기 위해 이온화 조건하에서 진공 챔버 내의 기화된 불화 붕소 도펀트종을 이온화하는 단계와, 붕소 함유 이온을 디바이스 기판에 주입하기 위해 전기장을 통해 붕소 함유 이온을 가속하는 단계 및 선택적으로 상기 마이크로전자 디바이스를 상기 디바이스 기판과 조립하는 단계를 포함하고, 불화 붕소 도펀트종은 본질적으로 BF3 이외의 종으로 이루어진 것인 마이크로전자 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 바람직하게는, 붕소 함유 도펀트종은 실질적으로 BF3를 함유하지 않고, 가장 바람직하게는 붕소 함유 도펀트종에는 삼불화 붕소가 전혀 없다.
본 발명의 또 다른 태양은, 본 명세서에 설명된 방법 및 조성물을 이용하고, 선택적으로, 마이크로전자 디바이스를 제품에 편입하여 제조된, 개선된 마이크로전자 디바이스 및 이를 포함하는 제품에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 수소화붕소 전구체의 형성 방법 및 수소화붕소 전구체의 공급 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 클러스터 붕소 주입을 위해서 붕소 함유 가스로부터 생성된 수소화붕소 전구체에 관한 것이다. 더하여, 본 발명은 수소화붕소 전구체의 소스에 관한 것이다.
일 태양에서, 본 발명은 클러스터 붕소 주입을 위해서 수소화붕소 전구체를 형성하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 붕소 함유 가스를 제공하는 단계 및 붕소 함유 가스가 고차의 붕소 함유 클러스터로 전환되도록 유도하는 단계를 포함한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 클러스터 붕소 주입을 위해서 수소화붕소 전구체를 공급하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 붕소 함유 가스를 제공하는 단계, 붕소 함유 가스가 고차의 붕소 함유 클러스터로 전환되도록 유도하는 단계 및 고차의 붕소 함유 클러스터를 클러스터 붕소 주입용 툴에 공급하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 툴에 인접한 리액터 내에서 전환이 실시된다. 또 다른 실시예에서, 리액터는 툴 내에 존재한다.
부가적인 태양에서, 본 발명은,
붕소 함유 가스 소스;
상기 붕소 함유 가스 소스로부터의 붕소 함유 소스가 고차의 붕소 함유 클러스터로 전환되도록 유도하는 리액터;
붕소 함유 가스 소스 및 리액터를 서로 연결하는 흐름 회로; 및
선택적으로 상기 흐름 회로 내의 질량 또는 압력 제어기
를 포함하는 수소화붕소 전구체 소스에 관한 것이다.
또 다른 태양에서, 본 발명은, 본 발명의 수소화붕소 전구체 소스 및 수소화붕소 전구체 소스에 흐름 연통 상태로 결합된 마이크로전자 디바이스 제조 툴을 포함하는 마이크로전자 디바이스 제조 설비에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은, 상기 방법에 의해 형성된 클러스터 붕소 종을 사용하여 클러스터 붕소 이온을 주입하는 단계를 포함하는 마이크로전자 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 태양은, 상기 방법에 의해 형성된 클러스터 붕소 종의 이용을 포함하는 클러스터 붕소 이온의 주입 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양, 특징 및 실시예는 이하의 명세서 및 첨부된 청구범위로부터 더 완전하게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소화붕소 전구체 공급 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시에 유용하게 사용될 수 있는 직렬 디보란 농축기(in-line diborane concentrator)의 개략도이다.
도 3은 배출 경로 내에서의 수축에 의해 고압을 생성하여, 내부에서의 붕소 클러스터 형성 반응이 툴 내의 압력보다 더 높은 압력에서 발생하게 되는 고압 리액터의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시에 유용하게 사용될 수 있는 가열식 충전 리액터의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시에 유용하게 사용될 수 있는 동심 관 구조를 갖는 리액터의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 시스템에 이용하기에 적합한 저온/고온 리액터의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 시스템에서 이용하기 위한 복합 온도 가열 리액터의 개략도이다.
도 8은 플라즈마 또는 방전을 이용하고 본 발명의 시스템에서 이용하기에 적합한 리액터의 개략도이다.
본 발명은, 이온 주입기의 효율, MTBF 및 수명을 개선하기 위해 삼불화 붕소보다 더 쉽게 분열되는 대안적인 붕소 함유 전구체를 이용하여 붕소 함유 이온이 풍부한 이온 빔을 생성하는 것에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 클러스터 이온 주입을 위한 수소화 붕소 전구체를 형성하는 방법 및 클러스터 이온 주입에 이용하기 위해 그러한 전구체를 공급하는 방법에 관한 것이다. 더하여, 본 발명은 수소화 붕소 전구체를 위한 소스에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 700 kJ/mol 미만, 바람직하게는 650 kJ/mol 미만, 훨씬 더 바람직하게는 600 kJ/mol 미만의 에너지에서 쉽게 분열되는 붕소 함유 도펀트종을 이용하여 붕소 함유 이온을 주입하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 종을 함유하는 조성물 또는 공급 시스템에 관한 것이다.
여기서 사용된, "이온 소스 영역"은 진공 챔버, 소스 아크 챔버, 소스 인슐레이터, 추출 전극, 억제 전극, 고전압 인슐레이터 및 소스 부싱을 포함한다.
여기서 사용된, "마이크로전자 디바이스"는, 반도체 기판, 플랫 패널 디스플레이, 및 마이크로전자 용례, 집적 회로 용례, 또는 컴퓨터 칩 용례 및 그 패키징에 이용하기 위해 제조된 마이크로전자기계시스템(MEMS)에 상응한다. "마이크로전자 디바이스"라는 용어는 어떤한 식으로든 한정적인 의미를 갖는 것이 아니라 궁극적으로 마이크로전자 디바이스 또는 마이크로전자 어셈블리가 될 임의의 기판을 포함한다.
여기서 사용된, "전구체"는 다른 분자 또는 구조에 선행하는 형태로서 그러한 분자 또는 구조의 원료가 되는 임의의 분자 또는 구조를 포함한다. 상기 "붕소 전구체"는 붕소를 함유하는 것으로, 다양한 주입 방법에서 붕소 이온의 원료로서 이용될 수 있는 전구체이다. 유사하게, "수소화붕소 전구체"는 수소화 붕소를 함유 하는 것으로, 주입에서 붕소 이온의 소스가 될 수 있는 전구체이다.
통상적으로, 실리콘 기판에 p형 영역을 형성하기 위해 붕소 이온(B+)이 주입되지만, 본 명세서에서는 또한, 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 붕소를 함유한 분자 이온을 주입함으로써 얕은 p형 도핑 영역을 갖는 마이크로전자 디바이스를 제조하는 방법도 고려되고 있다. 예컨대, BF2 +와 같은 분자 이온은, BF2 + 이온의 더 높은 추출 에너지에서 낮은 유효 붕소 에너지를 얻기 위해 주입될 수 있다.
붕소 함유 도펀트 화합물의 결합 에너지를 낮추게 되면 이에 수반하여 필요한 아크 전압을 낮추고 나아가서 이온 소스의 수명을 증가시킬 것이라는 점이 본 발명자에 의해 가정되었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는, 종래의 열 캐소드 이온 소스에 의한 100 볼트 미만, 바람직하게는 90 볼트 미만, 더 바람직하게는 80 볼트 미만, 가장 바람직하게는 70 볼트 미만의 아크 전압을 이용하거나 다른 이온 소스에 의한 필적하는 전압을 이용하여 15 % 이상의 높은 이온화 효율로 붕소 함유 도펀트종을 이온화하는 것을 포함하는 붕소 함유 이온의 주입 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 일 태양에서, 본 발명은 붕소 함유 이온을 마이크로전자 디바이스 기판에 주입하는 방법으로서, 상기 방법은 (붕소 함유 전구체 공급 재료가 액체 또는 고체일 때) 기화된 붕소 함유 도펀트종을 생성하기 위해 붕소 함유 전구체 공급 재료를 기화시키는 단계, 붕소 함유 이온을 생성하기 위해 기화된 붕소 함유 도펀트종을 이온화하는 단계, 및 마이크로전자 디바이스 기판에 붕소 함유 이온을 주입하기 위해 전기장을 통해 붕소 함유 이온을 가속하는 단계를 포함하고, 붕소 함유 전구체 공급 재료는 상당한 양의 삼불화 붕소를 함유하지 않는다. 바람직하게는, 붕소 함유 전구체는 불소, 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 할로겐 종을 포함한다. 더 바람직하게는, 붕소 함유 전구체는 불화 붕소 전구체이다. 이하에서 불화 붕소 전구체에 대한 언급은 어떠한 식으로든 한정적인 의미를 갖는 것이 아니라는 점이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 고려되는 붕소 함유 전구체는, B2F4, B(BF2)3CO, BF2CH3, BF2CF3, BF2Cl, BFCl2, BF(CH3)2, NOBF4, NH4BF4, H2BF7, H2B2F6, H4B4F10, H2BFO2, H2B2F2O3, H2B2F2O6, H2B2F4O2, H3BF2O2, H4BF3O2, H4BF3O3, B8F12, B10F12, 및 (F2B)3BCO 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 대안적으로, 전술한 붕소 함유 전구체의 불소 원자는, 부분적으로 또는 전체적으로 다른 할로겐 원자로 대체될 수 있다(예컨대, BCl3, BBr3, B2Cl4 등). 특히 바람직한 실시예에서, 붕소 함유 전구체는, BF3의 B-F 결합을 분열하는데 필요한 것보다 낮은 아크 전압으로 B-B 결합의 균일 분열을 겪는 것으로 기대되는 B2F4를 포함한다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예는, 붕소 함유 전구체의 B-B 결합을 분열시키는 단계를 포함하는 붕소 함유 이온의 주입 방법에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예는, 적어도 하나의 B-B 결합을 갖는 붕소 함유 전구체를 포함하는 조성물 또는 공급 시스템에 관한 것이다.
바람직하게는, 대안적인 붕소 함유 전구체 종은 약 100 kJ mole-1 내지 약 650 kJ mole-1의 범위, 더 바람직하게는 300 kJ mole-1 내지 약 550 kJ mole-1의 범위에서의 해리 에너지를 필요로 한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은, 붕소 함유 이온을 마이크로전자 디바이스 기판으로 주입하는 방법으로서, 상기 방법은 (붕소 함유 전구체 공급 재료가 액체 또는 고체일 때) 기화된 붕소 함유 도펀트종을 생성하기 위해 붕소 함유 전구체 공급 재료를 기화하는 단계, 붕소 함유 이온을 생성하기 위해 기화된 붕소 함유 도펀트종을 이온화하는 단계, 및 마이크로전자 디바이스 기판으로 붕소 함유 이온을 주입하기 위해 전기장을 통해 붕소 함유 이온을 가속하는 단계를 포함하고, 붕소 함유 전구체 공급 재료는 B2F4, B(BF2)3CO, BF2CH3, BF2CF3, BF2Cl, BFCl2, BF(CH3)2, NOBF4, NH4BF4, H2BF7, H2B2F6, H4B4F10, H2BFO2, H2B2F2O3, H2B2F2O6, H2B2F4O2, H3BF2O2, H4BF3O2, H4BF3O3, B8F12, B10F12, 및 (F2B)3BCO 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 부가적인 붕소 함유 전구체와 삼불화붕소를 포함한다. 대안적으로, 전술한 붕소 함유 전구체의 불소 원자는, 부분적으로 또는 전체적으로 다른 할로겐 원자로 대체될 수 있다(예컨대, BCl3, BBr3, B2Cl4 등).
또 다른 실시예에서, 대안적인 붕소 함유 전구체 종은, 고차의 보란 및 카보란, 즉 CB5H9, C2B4H8, C3B3H7, C4B2H6, 및 C2B3H7과 같은 소형 니도 카보란(nido-carboranes); C2B3H7, CB5H9, C2B4H8, C3B3H7, C4B2H6, C2B7H13과 같은 오픈 케이지 카보 란(open cage carboranes); C2B3H5, C2B4H6, C2B5H7, CB5H7, C2B6H8, C2B7H9, C2B8H10, C2B9H11, C2B10H12와 같은 소형 클로소 카보란(closo-carboranes)을 포함한다. 더하여, 이러한 카보란의 유도체는 불소 소스와 결합하여 카보란의 화학적인 특징(즉, 증기 압력, 독성, 반응성)을 변경하고 최적화하기 위해 이용될 수 있다. 고차의 보란 및 카보란은 할로겐화 붕소 함유 전구체보다 더 안정적인 화합물인 경향이 있고 이온 주입을 위해 더 낮은 아크 전압에서 BxHy 파편을 제공할 수 있다. 선택적으로 그리고 바람직하게, 붕소 함유 전구체 종이 고차의 보란 및/또는 카보란을 포함할 때, 보란 함유 전구체 공급 재료는 적어도 하나의 대안적인 불소 소스(예컨대, F2)를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 대안적인 붕소 함유 전구체는 적어도 하나의 전술한 할로겐화 붕소 함유 전구체 및 고차의 보란 및/또는 카보란을 포함할 수 있고, 선택적으로 불소 소스가 존재할 수 있다.
대안적인 붕소 함유 전구체를 해리시키는데 필요한 아크 전압을 낮추는 것에 더하여, 바람직하게는 대안적인 종은 휘발성 있는 부산물로 해리되고 진공 챔버의 내측 및 이온 소스 영역의 다른 구성 요소를 도금하지 않을 것이다. 또한, 바람직하게는 대안적인 붕소 함유 전구체는 저 탄소 함유량(즉, 분자당 3개 미만, 바람직하게는 2개 미만, 가장 바람직하게는 1개 미만의 탄소 원자)을 갖는데, 이는 탄소 퇴적물이 이온 소스 구성요소의 수명을 단축시키는 경향이 있기 때문이다.
불화 붕소 함유 전구체를 이용하는 이점은 이온 소스 내에서 생성되는 불소 라디칼의 생성을 포함한다는 점인데, 상기 라디칼은 이온 소스 영역의 구성요소의 벽에 퇴적되는 붕소와 반응하고, 이로써 상기 구성요소를 청결하게 유지한다. 이를 위해, 불소 함유 종(예컨대 F2)이 이온화 공정 동안 이온 소스 영역으로 도입될 수 있는데, 이는 불화 붕소 함유 도펀트종이 이온화 중에 충분한 불소 라디칼을 생성하지 않을 때 구성요소 및 챔버 세척 공정을 돕기 위함이다. 불화 붕소 함유 도펀트종과 관련된 불소 함유 종의 양은 당업자에 의해 쉽게 결정된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는, BF3, BCl3, BBr3, B2F4, B2Cl2, B(BF2)3CO, BF2CH3, BF2CF3, BF2Cl, BFCl2, BF(CH3)2, NOBF4, NH4BF4, H2BF7, H2B2F6, H4B4F10, H2BFO2, H2B2F2O3, H2B2F2O6, H2B2F4O2, H3BF2O2, H4BF3O2, H4BF3O3, B8F12, B10F12, (F2B)3BCO, CB5H9, C2B4H8, C3B3H7, C4B2H6, C2B7H13, C2B3H5, C2B4H6, C2B5H7, CB5H7, C2B6H8, C2B7H9, C2B8H10, C2B9H11, C2B10H12와 (Cl2B)3BCO 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 붕소 함유 도펀트종을 포함하는 붕소 함유 전구체와 불소 함유 종(예컨대, F2)을 이용하여 붕소 함유 이온을 주입하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 네온, 아르곤, 크립톤 또는 크세논과 같은 희가스는, 붕소 함유 도펀트종과 함께 혼합될 수 있거나, 대안적으로 진공 챔버에 개별적으로 공급하여 붕소 함유 도펀트종과 혼합하고 이로써 기상 반응 조성물을 형성할 수 있다. 이론적으로 구속되는 것을 의도하지는 않지만, 희가스는 붕소 함유 도펀트종과 충돌할 것이고 더 낮은 아크 전압에서 도펀트종의 해리를 도울 것이 다. 더하여, 붕소 함유 전구체를 희가스와 함께 혼합하는 것은 작업 조건을 더 양호하게 한다. 따라서, 본 발명의 또 다른 태양은 임의의 붕소 함유 전구체(예컨대, BF3 또는 전술한 전구체)를 이용하고 이온화 효율을 증가시키기 위해 희가스를 추가하여 붕소 함유 이온을 주입하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 본 발명의 이러한 태양에 대하여, 붕소 함유 전구체는 BF3이다.
또한, 본 명세서에서는 공급 재료는 본 명세서에 개시된 대안적인 붕소 함유 전구체 외에도 삼불화 붕소를 포함하는 것도 고려된다. 예컨대, 공급 재료는, 공급 재료의 전체 중량을 기초로 약 0.01 중량% 내지 약 90 중량%의 BF3를 포함할 수 있다.
실제로, 액체 및/또는 고체 붕소 함유 전구체 공급 재료는, 당업계에 잘 알려진 기화 방법(예컨대, 감압, 가열 등)을 이용하여 진공 챔버 앞에서 또는 진공 챔버에서 기화되는 한편, 기체 상태의 전구체 공급 재료는 진공 챔버로 직접 도입된다. 이온 소스는, 기체 상태의 도펀트종으로 가득한 진공 챔버 내로 전자를 도입함으로써 이온을 생성한다. 열전극을 이용하고 전기적 아크에 의해 조장되는 Freeman and Bernas 타입, 마그네트론을 이용한 마이크로 웨이브 타입, 간접 가열식 캐소드 소스 및 RF 플라즈마 소스를 비롯한 여러 유형의 이온 소스가 시판중인 이온 주입 시스템에서 통상적으로 이용되며, 그러한 소스들은 모두 통상 진공중에서 작동한다. 기체 상태의 도펀트종과 전자를 충돌시키는 것은 양의 도펀트 이온 및 음의 도펀트 이온으로 이루어진 이온화된 플라즈마의 생성을 야기한다. 음의 바 이어스 또는 양의 바이어스를 갖는 추출 전극은 각각 양이온 또는 음이온이 마이크로전자 디바이스 공작물을 향해 가속되는 시준된 이온 빔으로서 이온 소스로부터 조리개(aperture)를 통과하여 지나게 한다.
클러스터 붕소 주입은, 삼불화 붕소, 디보란 등과 같은 종래의 붕소 전구체를 이용하는 것과 비교하여, 이온 주입의 효율을 증가시킨다. 그러한 공정에서 이용된 주입기는 상기 붕소 전구체를 이용한 종래의 도펀트 공급 공정보다 더 낮은 에너지에서 작동할 수 있다. 클러스터 기술을 이용하는 것은 한번에 다수의 붕소를 공급하게 한다. 본 발명은, 그 다양한 태양에서, 수소화붕소 전구체의 형성 방법, 수소화 붕소 전구체의 소스 및 붕소 클러스터 주입을 위한 수소화붕소 전구체의 공급 방법을 제공한다.
수소화붕소 디보란(6)은, 독성, 가연성, 자연 발화성을 갖는 위험한 가스이고 역겨운 냄새를 갖는다. 이는, BH3, B3H7, B4H8 등과 같은 고차의 보란을 형성하면서 상온에서 분해되는 것으로 알려져 있다. 분해 반응은 다음을 포함할 수 있다:
B2H6 → 2BH3;
BH3 + B2H6 → B3H9;
B3H9 → B3H7 + H2;
B3H7 + B2H6 → B4H10 + BH3;
B4H10 ↔ B4H8 + H2; 및
B4H10 ↔ B3H7 + BH3.
높은 분해 속도 때문에, 일반적으로 가스는 30 % 미만의 농도로만 시중에서 입수 가능하다. 본 발명은, 클러스터 붕소 주입에 이용하기 위한 수소화붕소 전구체를 생성하기 위해서 그러한 자연적인 분해 과정 및 고차의 보란의 형성을 이용한다. 바람직하게는, 수소화붕소 전구체의 형성은, 전구체를 이용하는 순간 또는 전구체를 이용하는 순간과 가까운 순간에 실시된다.
일 실시예에서, 본 발명은 압력 제어되거나 흐름 제어된 보란 소스를 제공하고, 이 소스로부터 보란 원료가, 도 1에 도시한 바와 같이 붕소 클러스터 주입용 장비로 흐르게 되는 고차의 붕소 클러스터를 형성하기 위한, 반응을 위한 리액터로 가스 상태로 도입된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터 붕소 공급 공정 시스템(10)의 개략도이다. 붕소 전구체는, 밸브 헤드 어셈블리(14)가 상부에 고정되어 있는 원통형 용기(12) 내에 수용된다. 용기 및 헤드 밸드 어셈블리는 가스 박스(16) 내에 수용되어 있고, 여기서 헤드 밸브 어셈블리는 이송 라인(18)과 결합된다. 가스 박스(16) 외부의 이송 라인(18)은, 붕소 전구체 증기의 흐름을 조정하기 위해서 질량 또는 압력 제어기(20)를 포함한다.
바람직하게는, 원통형 용기(12)는 기체 상태의 붕소 원료를 함유한다.
대안적으로, 덜 바람직하지만, 용기는 고체 상태의 붕소 원료를 함유할 수 있고, 전구체 증기를 형성하기 위해 고체를 휘발시키도록 용기가 가스 박스 내에서 가열된다. 용기는, 임의의 적절한 방식(도 1에 도시되어 있지 않은 가열요소 및/또는 장치), 예컨대 가열 재킷의 이용, 가스 박스 내의 대류 열 이송, 또는 소망하는 양의 붕소 전구체 증기를 생성하기에 적절한 여타의 방식으로 가열될 수 있다.
이송 라인(18)은, 그 하류 말단에서 리액터(22)와 결합하는데, 리액터(22) 내에서 붕소 전구체는 고차의 붕소 종(예컨대, BH3, B3H7, B4H8 등과 같은 고차의 보란)을 생성하는 공정 조건을 따르게 된다. 도시한 바와 같은 리액터(22)는 반도체 툴(24)에 인접하게 위치하고, 고차의 보란이 리액터로부터 툴 내로 직접 흐르도록 리액터는 툴과 유체 공급 관계에 있다.
본 발명의 다양한 태양에서, 리액터는 툴과 분리하여, 툴에 인접하여, 또는 툴 내에 위치할 수 있다. 예컨대 툴은 이온 주입기 유닛 또는 다른 붕소 전구체 유체 이용 툴을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 툴은 마이크로전자 디바이스 제조 툴이다.
바람직한 실시예에서, 보란 원료는 가스이다. 이러한 붕소 함유 가스는 이송이 용이할 것이다. 원료, 즉 보란 함유 가스는, 이용하기에 앞서 당업자에게 알려진 방식으로 저장될 것이다. 이러한 저장 방법은, 한정하고자 하는 것은 아니지만, 순수 가스 형태의 저장 및 수소, 아르곤, 헬륨 또는 질소와 같은 불활성 가스 상태 내에 희석된 형태의 가스 저장을 포함할 수 있다. 전형적인 보란 소스 가스는, 한정되는 것은 아니지만, 디보란 및 펜타보란을 포함한다.
보란 함유 가스는 공급 용기로부터 리액터로 이송되기 때문에, 바람직하게는 도 1에 예시적으로 도시된 질량 또는 압력 제어기(20)와 같은 제어기를 통과한다. 이러한 제어기는, 가스가 리액터로의 이송을 위한 소망하는 상태로 유지되도록 질량 또는 압력을 조절할 수 있다. 이러한 제어는, 고체 재료 및 열선을 갖는 라인을 통한 흐름이 이용되는 종래 방법을 능가하는 이점이 있다. 제어기의 이용은 본 발명에서 필요하지 않지만, 리액터로의 전구체 가스의 소망하는 흐름을 제공하는데 매우 유리하다.
보란 함유 가스에 더하여, 부가적인 반응물(들)이 공급될 수 있다. 이러한 부가적인 반응물들은 가스 소스로부터 리액터로의 이송 라인 임의의 지점에서 첨가될 수 있거나 리액터 자체에 첨가될 수 있다. 이러한 반응물(들)은, 예컨대 반응 속도 또는 반응 효율을 개선하거나 더 복잡한 고차의 붕소 종을 형성하기 위해서 이용될 수 있다. 이러한 반응물의 이용은, 소망의 제품을 형성하기 위해서 수소 대 붕소 비를 최적화할 수 있게 한다. 예컨대, 비휘발성 붕소 폴리머는 클로깅을 발생시키지 않는 재료의 수율을 최대화하는 적절한 H2 혼합물을 이용함으로써 형성되지 않을 수 있다.
디보란이 본 발명에서 이용되는 가스인 경우, 디보란 가스의 농도는 1000 ppm 내지 30 중량%의 범위일 수 있다. 30 %를 초과하는 디보란 가스의 본래 농도는 저장 용기에서 안정적이지 않고 분해될 것이다. 30 %를 초과하는 농도가 리액터에 공급되는 것이 바람직할 때, 리액터로 가스를 이송하는 라인에서 농축기가 이용될 수 있다.
이러한 농축기는 도 2에 도시된 전구체 공급 시스템에 개략적으로 도시되어 있는데, 여기서 공급 라인(30)에서의 희석된 디보란 공급 흐름은 H2 게터/디보란 농축기(32)로 흐르고, 얻어진 농축 디보란이 리액터(34)로 흘러, 리액터로부터 배출 라인(36)으로 배출될 때의 고차의 보란을 생성하게 된다.
30 %를 초과하는 디보란이 필요한 상황에서, 상기 공급 라인에서 H2의 양을 줄이기 위해 농축기가 이용된다. 이러한 수소의 감소는, 예컨대 고차의 보란종으로부터 수소의 제거를 위해 이용되는 수소 선택 투과막을 이용한 삼투 방법 또는 H2 게터를 이용하여 달성될 수 있다.
고차의 보란을 생성하기 위해 본 발명의 실시에서 이용되는 리액터는 얻어진 클러스터를 이용하는 지점 근처에 위치할 수 있다. 그러한 위치는 클러스터를 이용하기 위한 툴에서 떨어져 있거나, 툴에 인접하거나 툴 내에 위치할 수 있다. 리액터 내에서, 2개를 초과하는 붕소를 갖는 붕소 분자의 생산을 야기하는 반응이 유도된다. 다양한 실시예에서 리액터 내의 반응 온도는 상온에서 400 ℃까지의 범위에 있을 수 있고, 다양한 실시예에서 리액터 내의 압력은 진공에서 1000 psi까지의 범위에 있을 수 있다.
이를 위해서, 당업계에서는 본 명세서에 기초한 기술 분야에서 다양한 유형의 리액터가 이용될 수 있다. 붕소 클러스터의 생산을 유도하는 임의의 리액터의 이용은 본 발명의 범위 내에 포함된다. 본 발명의 실시에 유용하게 이용될 수 있는 리액터는, 가열 리액터; 촉매 리액터; 가열 촉매 리액터; UV 램프; 그리고 전기, 마이크로웨이브 또는 고주파 방전이나 또는 플라즈마를 이용한 리액터; 충전 리액터; 다단계 가열 리액터; 열판; 고압 리액터; 및 동심 관형 리액터를 포함하며, 이에 한정되지 않는다. 나열된 유형의 리액터는 상호 배타적인 것이 아니고, 예컨대, 가열 리액터, 충전 리액터, 촉매 리액터(도 4) 또는 다단계 가열식 리액터, 동심 리액터(도 5)는 본 발명의 특정 실시예에서 이용될 수 있다.
본 발명의 실시에 유용하게 이용되는 가열 리액터는 가열된 임의의 리액터를 포함할 수 있다. 이러한 리액터는 가열 벽 리액터, 가열식 충전 리액터, 냉각 벽 리액터, 내부적으로 가열 섹션을 갖는 리액터 및 리액터 체적의 도처에 다단계 온도 기울기를 포함하는 리액터일 수 있다. 가열 리액터는, 열이 반응의 유도에 이용되는 임의의 리액터를 포함한다. 다양한 유형의 가열 리액터는 도 3 내지 도 8에 예시적으로 도시되어 있다.
본 발명의 실시에 유용하게 이용되는 촉매 리액터는, 리액터 내의 반응을 가속하는 임의의 리액터를 포함할 수 있다. 촉매는, 반응에 추가될 수 있거나 리액터 자체의 일체화된 부분일 수 있다. 촉매는, 한정하고자 하는 것은 아니지만, 철, 알루미늄, 구리, 알루미나, 백금, 붕소, 탄소, 탄소 흡착제 및 활성 탄소를 포함할 수 있다. 촉매가 리액터의 일부인 경우, 촉매는 리액터의 구조용 표면에 장착될 수 있고, 비즈 또는 펠릿으로서 리액터 내에 충전될 수 있으며, 또는 리액터는 튜브, 벌집 또는 비딩(beading)과 같이 임의의 공지된 흐름 구성으로 촉매 함침 매체를 포함할 수 있다. 매우 다양한 유형의 촉매 리액터가 이용될 수 있다.
본 발명의 방법 또는 시스템에서 이용하기 위한 고압 리액터는 반응이 고압 에서 발생하게 하는 임의의 리액터를 포함할 수 있다. 고압은 당업자에게 공지된 임의의 방식에 의해 생성될 수 있다. 예컨대, 리액터 내의 압력은 리액터의 출구 영역에서 오리피스 또는 슬릿을 이용함으로써 생성될 수 있으므로, 반도체 툴로의 붕소 함유 클러스터의 공급을 위한 리액터 내에서 압력이 증강된다. 통상적으로, 툴이 이온 주입기일 때, 툴 내의 압력은 진공상태(예컨대, 대기중보다 낮은 압력)일 것이다.
도 3은, 리액터 내의 붕소 클러스터 형성 반응이 툴 내의 압력보다 더 높은 압력에서 일어나도록, 고압력이 배출 경로(44) 내의 압축에 의해 생성되는 고압력 리액터(40)의 개략도이다. 리액터는 입구(42)를 구비하여, 디보란 또는 보란 혼합물이 리액터 내부 체적으로 유입될 수 있고, 그 안에서 리액터 출구로부터 배출된 더 큰 붕소 클러스터를 형성하기 위해 반응할 수 있다. 리액터 도해 내에서, P1 및 T1은 P2 및 T2보다 크다.
본 발명의 방법 또는 시스템에서 이용하기 위한 충전 리액터는 충전 물질을 함유하는 임의의 리액터를 포함할 수 있다. 충전 물질은, 반응이 일어나는 표면 반응을 증가시키거나, 열 이송을 개선시키거나, 촉매 효과를 제공하기 위해서 간편하게 이용될 수 있다. 또한, 충전 물질은, 튜브, 벌집 또는 비딩(beading)과 같이 임의의 공지된 흐름 구성으로 촉매 함침 매체를 포함할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 실시에 유용하게 사용될 수 있는 가열식 충전 리액터(50)의 개략도이다. 리액터는 디보란 또는 보란 혼합물이 리액터 내부 체적으로 유입될 수 있는 입구(60)를 구비한다. 내부 체적(52)은 표면 영역 반응을 향상시키도록 되 어 있거나, 촉매가 충전되고, 배출 라인(56)에서 리액터로부터 배출되는 더 큰 붕소 클러스터를 생산한다.
본 발명에 이용하기 위한 동심 관형 리액터는 다수의 관을 구비하는 임의의 리액터를 포함할 수 있다. 실례가 되는 예가 도 5에 도시되어 있는데, 다양한 가스가 리액터 내의 반응을 위해 혼합되고, 반응은 가열 지역에서 임계점에서 발생한다.
도 5의 리액터(70)는, 리액터의 메인 케이스와 동축을 이루고 있고 그 사이에서 환형 통로를 정하는 내부 동심 관(72)을 포함한다. 환형 통로는, 화살표 B에 의해 표시되는 방향으로 반응물(들)이 들어오는 반응물 공급 입구(74)와 유체 흐름 관계로 연결된다. 내부 동심 관(72)의 출구 말단에서의 이렇게 유입된 반응물(들)은, 화살표 A에 의해 표시되는 방향으로 관(72)안에 흘러들어온 디보란 또는 보란 혼합물과 혼합된다. 열 또는 플라즈마 에너지는 반응 지역(76)에서 혼합되는 각각의 유체 흐름에 도입되고, 출구에서 화살표 C에 의해 표시되는 방향으로 리액터(70)로부터 배출되는 더 큰 붕소 클러스터를 산출한다.
본 발명의 실시에 유용한 다단계 가열 리액터는, 리액터의 일부분에서 다른 부분으로의 온도 변화를 갖는 임의의 리액터를 포함할 수 있다. 이러한 리액터는. 한정되는 것은 아니지만, 저온/고온 리액터, 및 온도 기울기를 갖는 가열 리액터를 포함할 수 있다. 이러한 온도 변화를 이용하는 것은 클러스터 전환 속도의 효율을 최대화하거나 임의의 소망하는 방식으로 반응을 제어할 수 있다. 예컨대, 리액터는 리액터의 출구에서 떨어져서 위치한 가열 지역을 구비할 수 있고, 이로써 그렇지 않았다면 발생할 수 있는 응고를 최소화한다.
도 6은 본 발명의 시스템에서 이용하기에 적합한 저온/고온 리액터(80)의 개략도이다. 리액터(80)는 입구(82)를 포함하고, 이를 통해 디보란 또는 보란 혼합물이 리액터의 내부 체적(83)으로 유입된다. 내부 체적(83)은, 선택적으로 촉매를 포함할 수 있는 가열 지역(84)를 갖는다. 리액터(80)에서 생산된 더 큰 붕소 클러스터는 출구(86)에서 리액터로부터 배출된다.
도 7은 본 발명의 시스템에서 이용하기 위한 다단계 가열 리액터(90)의 개략도이다. 리액터(90)는, 개략적으로 화살표 A에 의해 표시되는 디보란 또는 보란 혼합물의 유입을 위한 입구를 포함한다. 리액터는 다단계 온도 기울기를 특징으로 하는데, 이는 화살표 B에 의해 개략적으로 표시한 바와 같이, 출구에서 리액터로부터 배출되는 더 큰 붕소 클러스터를 생산하는 반응을 수행하기 위함이다.
도 8은 플라즈마나 전기, 마이크로웨이브 또는 고주파 방전을 이용하고 본 발명의 시스템에 이용하기에 적합한 리액터(94)의 개략도이다. 리액터(94)는 내부 체적(97)을 둘러싸고 있고, 리액터 출구(98)로부터 배출된 더 큰 붕소 클러스터를 생산하는 반응을 유도하기 위해서 전기 방전 또는 플라즈마 방전 영역(96)을 갖는 관형 입구 통로(95)가 내부에 연장되어 있다.
또한, 열판(hot plate)이 본 발명의 실시에서 리액터로서 이용될 수 있다. 이러한 리액터에서, 디보란 또는 다른 원료 가스는 표면 유도 반응에 의해서 플래시 반응된다.
일단 형성된 붕소 클러스터는, 클러스터 붕소 주입에 이용하기 위해 툴에 공 급될 수 있다. 리액터로부터 툴로의 공급은 임의의 적절한 방식으로 행해질 수 있다. 리액터가 툴에 인접하거나 툴 내에 있는 경우, 리액터를 빠져나와 툴 안으로 지나가는 클러스터 붕소 흐름에 의해서 쉽게 공급될 수 있다.
따라서, 본 발명은 클러스터 붕소 주입을 위한 수소화붕소 전구체를 형성하는 방법을 고려하고 있고, 이 방법은, 붕소 함유 가스를 리액터에 제공하는 단계 및 붕소 함유 가스를 리액터 내의 고차의 붕소 함유 클러스터로 전환하는 것을 유도하는 단계를 포함한다.
고차의 붕소 종을 형성하기 위한 반응을 겪는 붕소 함유 가스는, 디보란, 펜타보란, 다른 적절한 붕소 원료 반응물 및 이러한 원료 반응물종의 두 가지 이상의 혼합물에서 선택될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 리액터는, 가열 리액터; 촉매 리액터; 가열 촉매 리액터; UV 램프; 전기, 마이크로웨이브 또는 고주파 방전이나 플라즈마를 수용한 리액터; 충전 리액터; 다단계 가열 리액터; 열판; 고압 리액터 및 동심 관형 리액터 중에서 선택된다. 또한, 리액터는 촉매, 예컨대 철, 알루미늄, 구리, 알루미나, 백금, 붕소, 탄소 및 활성 탄소를 포함할 수 있다. 고차의 붕소 함유 클러스터의 유도는, 리액터 내의 붕소 함유 가스를 가열하는 단계, 열 또는 플라즈마 에너지를 리액터 내의 붕소 함유 가스에 제공하는 단계, 다단계 온도 기울기를 리액터 내의 붕소 함유 가스에 제공하는 단계, 상온에서 400 ℃까지의 온도범위 및/또는 진공에서 1000 psi까지의 압력 범위에서 고차의 붕소 함유 클러스터의 유도를 위한 반응을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 반응은, 고차의 붕소 함유 클러스터 를 형성하기에 앞서 또는 형성하는 것과 동시에 리액터에 반응물(들)을 첨가하는 것과 함께 실시될 수 있다.
일 태양에서, 본 발명에서는 클러스터 붕소 주입을 위한 수소화붕소 전구체를 공급하는 방법이 고려되는데, 이 방법은 리액터에 붕소 함유 가스를 제공하는 단계, 리액터 내에서 붕소 함유 가스의 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계 및 고차의 붕소 함유 클러스터를 클러스터 붕소 주입용 툴에 공급하는 단계를 포함한다.
또 다른 태양에서, 본 발명은, 붕소 함유 가스 소스, 리액터, 및 붕소 함유 가스 소스와 리액터를 서로 연결하며, 선택적으로 질량 또는 압력 제어기를 구비하고 있는 이송 라인 또는 기타 흐름 회로를 포함하는 수소화붕소 전구체 소스를 제공한다.
고차의 붕소 종들에 대한 이용 설비로 공급하기 위한 상기 붕소 종들의 형성을 위해 매우 다양한 특정 구성이 이용될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 이용 설비는, 예컨대 주입기, 증착 챔버 등과 같은 마이크로전자 디바이스 제조 툴을 포함하는 임의의 적절한 유형이 될 수 있다.
따라서, 본 발명이 다양한 특정 실시예를 참조로 하여 본 명세서에서 설명되었지만, 본 발명은, 그에 한정되는 것이 아니라 당업자에 의해 인식될 수 있는 바와 같은 다양한 기타 변경예 및 실시예로 확장되어 그들을 포함한다는 점이 인식될 것이다. 따라서, 본 발명은, 다음의 청구범위에 따라 넓게 이해되고 설명되어야 할 것이다.

Claims (67)

  1. 붕소 함유 이온의 주입 방법에 있어서,
    붕소 함유 이온을 생성하기 위해 이온화 조건하에서 진공 챔버 내의 기화된 붕소 함유 도펀트종을 이온화하는 단계; 및
    붕소 함유 이온을 디바이스 기판에 주입하기 위해 전기장을 통해 붕소 함유 이온을 가속하는 단계
    를 포함하고, 붕소 함유 도펀트종은 삼불화 붕소를 함유하지 않는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 붕소 함유 도펀트종은 B2F4, B(BF2)3CO, BF2CH3, BF2CF3, BF2Cl, BFCl2, BF(CH3)2, NOBF4, NH4BF4, H2BF7, H2B2F6, H4B4F10, H2BFO2, H2B2F2O3, H2B2F2O6, H2B2F4O2, H3BF2O2, H4BF3O2, H4BF3O3, B8F12, B10F12, 및 (F2B)3BCO로 이루어진 군에서 선택된 화합물을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 붕소 함유 도펀트종은 B2F4를 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 붕소 함유 도펀트종은 가스를 포함하는 것인 붕소 함 유 이온의 주입 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 붕소 함유 도펀트종은 고체 및 액체로 이루어진 군으로부터 선택된 물리적 상(phase)을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  6. 제5항에 있어서, 기화된 붕소 함유 도펀트종을 생성하기 위해 기화 조건하에서 상기 붕소 함유 도펀트종을 포함하는 공급 재료를 기화하는 단계를 더 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 기화 조건은 압력차에 공급 재료를 노출하는 것을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 기화 조건은 상기 공급 재료를 가열하는 것을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 이온화 조건은 전기적 아크 유도 이온화를 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기판은, 반도체 기판, 플랫 패널 디스플레이, 및 마이크로전자기계시스템(MEMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 물품을 포함하는 것인 붕 소 함유 이온의 주입 방법.
  11. 제1항에 있어서, 붕소 함유 이온의 주입에 이어서 상기 기판을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  12. 제1항에 있어서, 진공 챔버에서 또는 진공 챔버의 상류에서 희가스를 유입하는 단계를 더 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 희가스는 상기 붕소 함유 도펀트종의 이온화를 돕는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 희가스는 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논으로 이루어진 군으로부터 선택된 종을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 붕소 함유 이온은 B+ 및 BF2 +로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  16. 붕소 함유 이온의 주입 방법에 있어서,
    붕소 함유 이온을 생성하기 위해 이온화 조건하에서 진공 챔버 내의 기화된 불화 붕소 도펀트종을 이온화하는 단계; 및
    붕소 함유 이온을 디바이스 기판에 주입하기 위해 전기장을 통해 붕소 함유 이온을 가속하는 단계
    를 포함하고, 상기 불화 붕소 도펀트종은 B2F4, B(BF2)3CO, BF2CH3, BF2CF3, BF2Cl, BFCl2, BF(CH3)2, NOBF4, NH4BF4, H2BF7, H2B2F6, H4B4F10, H2BFO2, H2B2F2O3, H2B2F2O6, H2B2F4O2, H3BF2O2, H4BF3O2, H4BF3O3, B8F12, B10F12, 및 (F2B)3BCO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 화합물을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 불화 붕소 도펀트종은 B2F4를 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 불화 붕소 도펀트종은 가스를 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 불화 붕소 도펀트종은 고체 및 액체로 이루어진 군으로부터 선택된 물리적 상(phase)을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  20. 제19항에 있어서, 기화된 불화 붕소 도펀트종을 생성하기 위해 기화 조건하 에서 상기 불화 붕소 도펀트종을 포함하는 공급 재료를 기화하는 단계를 더 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 기화 조건은 압력차에 공급 재료를 노출하는 것을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 기화 조건은 상기 공급 재료를 가열하는 것을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  23. 제16항에 있어서, 상기 이온화 조건은 전기적 아크 유도 이온화를 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  24. 제16항에 있어서, 상기 기판은, 반도체 기판, 플랫 패널 디스플레이, 및 마이크로전자기계시스템(MEMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 물품을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  25. 제16항에 있어서, 붕소 함유 이온의 주입에 이어서 상기 기판을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  26. 제16항에 있어서, 진공 챔버에서 또는 진공 챔버의 상류에서 희가스를 유입 하는 단계를 더 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 희가스는 상기 불화 붕소 도펀트종의 이온화를 돕는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 희가스는 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논으로 이루어진 군으로부터 선택된 종을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 붕소 함유 이온은 B+ 및 BF2 +로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  30. 제16항에 있어서, 상기 불화 붕소 도펀트종은 BF3를 더 포함하는 것인 붕소 함유 이온의 주입 방법.
  31. 반응 조성물으로서,
    B2F4, B(BF2)3CO, BF2CH3, NOBF4, NH4BF4, H2BF7, H2B2F6, H4B4F10, H2BFO2, H2B2F2O3, H2B2F2O6, H2B2F4O2, H3BF2O2, H4BF3O2, H4BF3O3, B8F12, B10F12, 및 (F2B)3BCO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불화 붕소 도펀트종을 포 함하고, 기판에 붕소 이온을 주입하기 위한 소스로서 이용하기에 적합한 것인 반응 조성물.
  32. 제31항에 있어서, 상기 조성물은 실질적으로 삼불화 붕소를 함유하지 않는 것인 반응 조성물.
  33. 제31항에 있어서, 희가스를 더 포함하는 것인 반응 조성물.
  34. 제31항에 있어서, BF3를 더 포함하는 것인 반응 조성물.
  35. 붕소 함유 도펀트종 및 희가스를 포함하는 것인 기상 반응 조성물.
  36. 기상 반응 조성물으로서,
    BF3, B2F4, B(BF2)3CO, BF2CH3, BF2CF3, BF2Cl, BFCl2, BF(CH3)2, NOBF4, NH4BF4, H2BF7, H2B2F6, H4B4F10, H2BFO2, H2B2F2O3, H2B2F2O6, H2B2F4O2, H3BF2O2, H4BF3O2, H4BF3O3, B8F12, B10F12, 및 (F2B)3BCO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불화 붕소 도펀트종; 및
    희가스
    를 포함하고, 마이크로전자 디바이스 기판에 붕소 함유 이온을 주입하기 위 한 원료로서 이용하기에 적합한 것인 기상 반응 조성물.
  37. 클러스터 붕소 주입을 위한 수소화붕소 전구체의 형성 방법으로서,
    a) 붕소 함유 가스를 제공하는 단계; 및
    b) 붕소 함유 가스의 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계
    를 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  38. 제37항에 있어서, 붕소 함유 가스는 디보란 및 펜타보란으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  39. 제37항에 있어서, 상기 붕소 함유 가스의 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는 리액터에서 실행되고, 상기 리액터는, 가열 리액터; 촉매 리액터; 가열 촉매 리액터; UV 램프; 전기, 마이크로웨이브, 또는 고주파 방전이나 플라즈마를 수용하는 리액터; 충전 리액터; 다단계 가열 리액터; 열판; 고압 리액터; 및 동심 관형 리액터로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  40. 제37항에 있어서, 상기 붕소 함유 가스의 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는 리액터에서 실행되고, 상기 리액터는 내부에 촉매를 더 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 촉매는 철, 알루미늄, 구리, 알루미나, 백금, 붕소, 탄소, 및 활성 탄소로 이루어진 군에서 선택된 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  42. 제37항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는, 붕소 함유 가스를 가열하는 단계를 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  43. 제37항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는, 열 또는 플라즈마 에너지를 리액터 내의 붕소 함유 가스에 제공하는 단계를 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  44. 제37항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는, 다단계 온도 기울기를 리액터 내의 붕소 함유 가스에 제공하는 단계를 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  45. 제37항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는, 상온 내지 400℃의 온도 범위에서 실시되는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  46. 제37항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는, 진공 내지 1000 psi의 압력 범위에서 실시되는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  47. 제37항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계에 앞서 또는 이와 동시에 반응물을 첨가하는 단계를 더 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  48. 클러스터 붕소 주입을 위한 수소화붕소 전구체의 공급 방법으로서,
    a) 붕소 함유 가스를 제공하는 단계;
    b) 붕소 함유 가스의 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계; 및
    c) 고차의 붕소 함유 클러스터를 클러스터 붕소 주입을 위한 툴로 공급하는 단계
    를 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 붕소 함유 가스는 디보란 및 펜타보란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  50. 제48항에 있어서, 상기 전환은 상기 툴에 인접하여 위치하는 리액터 내에서 실시되는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  51. 제48항에 있어서, 상기 전환은 상기 툴 내에 위치한 리액터 내에서 실시되는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  52. 제48항에 있어서, 상기 전환은, 가열 리액터; 촉매 리액터; 가열 촉매 리액터; UV 램프; 전기, 마이크로웨이브, 또는 고주파 방전이나 플라즈마를 수용하는 리액터; 충전 리액터; 다단계 가열 리액터; 열판; 고압 리액터; 및 동심 관형 리액터로 이루어진 군으로부터 선택되는 리액터 내에서 실시되는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  53. 제48항에 있어서, 상기 전환은 촉매를 수용한 리액터 내에서 실시되는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  54. 제53항에 있어서, 상기 촉매는 철, 알루미늄, 구리, 알루미나, 백금, 붕소, 탄소, 및 활성 탄소로 이루어진 군에서 선택되는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  55. 제48항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단 계는, 붕소 함유 가스를 가열하는 단계를 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  56. 제48항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는, 열 또는 플라즈마 에너지를 붕소 함유 가스에 제공하는 단계를 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  57. 제48항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는, 다단계 온도 기울기를 붕소 함유 가스에 제공하는 단계를 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  58. 제48항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는, 상온 내지 400℃의 온도 범위에서 실시되는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  59. 제48항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단계는, 진공 내지 1000 psi의 압력 범위에서 실시되는 것인 수소화붕소 전구체의 공급 방법.
  60. 제48항에 있어서, 상기 고차의 붕소 함유 클러스터로의 전환을 유도하는 단 계에 앞서 또는 이와 동시에 반응물을 첨가하는 단계를 더 포함하는 것인 수소화붕소 전구체의 형성 방법.
  61. 수소화붕소 전구체 소스로서,
    a) 붕소 함유 가스 소스;
    b) 상기 붕소 함유 가스 소스로부터의 붕소 함유 가스가 고차의 붕소 함유 클러스터로 전환되도록 유도하기에 적합한 리액터;
    c) 붕소 함유 가스 소스 및 리액터를 서로 연결하는 흐름 회로; 및
    d) 선택적으로 상기 흐름 회로 내의 질량 또는 압력 제어기
    를 포함하는 수소화붕소 전구체 소스.
  62. 제61항에 있어서, 상기 붕소 함유 가스 소스는 디보란을 포함하는 것인 수소화붕소 전구체 소스.
  63. 제61항에 있어서, 상기 붕소 함유 가스 소스는 보란 혼합물을 포함하는 것인 수소화붕소 전구체 소스.
  64. 제61항에 따른 수소화붕소 전구체 소스 및 수소화붕소 전구체 소스에 흐름 연통 관계로 결합된 마이크로전자 디바이스 제조 툴을 포함하는 것인 마이크로전자 디바이스 제조 설비.
  65. 제64항에 있어서, 상기 제조 툴은 이온 주입기를 포함하는 것인 마이크로전자 디바이스 제조 설비.
  66. 제48항의 방법에 의해 형성된 클러스터 붕소 종을 사용하여 클러스터 붕소 이온을 주입하는 단계를 포함하는 것인 마이크로전자 디바이스 제조 방법.
  67. 제48항의 방법에 의해 형성된 클러스터 붕소 종의 이용을 포함하는 것인 클러스터 붕소 이온의 주입 방법.
KR1020087007729A 2005-08-30 2006-08-30 대안적인 불화 붕소 전구체를 이용한 붕소 이온 주입 방법,및 주입을 위한 대형 수소화붕소의 형성 방법 KR101297917B1 (ko)

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