KR20090127366A

KR20090127366A - 반도체 디바이스용 극저 접합 형성 방법

Info

Publication number: KR20090127366A
Application number: KR1020097022578A
Authority: KR
Inventors: 로버트 카임; 호세 아이 아르노; 제임스 에이 다이츠
Original assignee: 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-12-10
Also published as: WO2008121620A1; TWI393175B; TW200903596A

Abstract

반도체 기판에 도핑 구역을 형성하는 제1 방법은 카르보란 클러스터 분자를 반도체 기판에 주입하여 도핑 구역을 형성하는 제1 주입 단계를 수행하는 것을 포함한다. 얕은 접합 구역을 갖는 반도체 디바이스를 제조하는 제2 방법은 컨테이너에 제1 가스와 제2 가스를 공급하는 것을 포함한다. 제1 가스는 제1 도펀트를 포함하고, 제2 가스 제2 도펀트를 포함한다. 제2 방법은 또한 이온을 이용하여 반도체 기판에 제1 도펀트와 제2 도펀트를 주입하는 것을 포함한다. 이온 소스는 제1 도펀트 주입 단계와 제2 도펀트 주입 단계 사이에 꺼지지 않는다.

Description

반도체 디바이스용 극저 접합 형성 방법{METHOD OF FORMING ULTRA-SHALLOW JUNCTIONS FOR SEMICONDUCTOR DEVICES}

본 발명은 일반적으로는 집적 회로와 같은 반도체 디바이스 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 그러한 반도체 디바이스를 위한 극저 접합 형성(ultra-shallow junction)에 관한 것이다.

PMOS 타입 반도체 디바이스에서, 반도체 기판은 붕소 이온에 의해 도핑되거나 붕소 이온이 주입되어 극저 접합(예컨대, 집적 회로 트랜지스터 등을 위한 소스 또는 드레인 접합)을 형성한다. 종래의 붕소 도핑 과정에서, 붕소 이온은 우선 비교적 낮은 주입 에너지로 주입되고, 그 후 접합을 형성하기 위해 이온이 열어닐링에 의해 전기적으로 활성화된다.

그러한 접합을 형성하는 데 있어서 붕소 이온의 사용과 관련된 한가지 문제점은 이온이 후속하는 어닐링 단계에서 반도체 기판에서 바람직하지 않은 부위로 확산- 반도체 디바이스의 성능에 불리할 수 있음 -될 수 있다는 것이다. 붕소 이온의 주입중에 형성되는 결정 결함은 적어도 부분적으로 이러한 확산 현상에 원인이 있다.

바람직하지 않은 붕소 확산의 크기를 감소시키는 한가지 방법은 열어닐링 단 계 이전에 불소 이온을 주입하는 것을 포함한다. 주입된 불소 이온은 유리하게는 붕소 이온 주입중에 형성된 규소 격자 결함을 안정화하도록 작용하고, 이에 따라 열 어닐링시에 붕소 이온 확산을 감소시킬 수 있고 기판에 보다 얕은 접합이 형성되게 한다. 붕소의 확산은 반도체 기판에 탄소 이온과 불소 이온 모두를 개별적으로 주입하는 것에 의해 훨씬 더 감소될 수 있다는 것 역시 제안되었다.

불소 이온 및/또는 탄소 이온의 주입은 보다 얕은 접합이 형성되게 할 수 있는 한편, 복수의 주입종(implantation species)의 이용은 제조 공정의 효율에 악영향을 끼칠 수 있다. 예컨대, 종래의 접합 형성은 단지 단일 주입 단계(예컨대 붕소 이온의 주입 단계)를 필요로 하지만, 다른 종이 주입되는 공정은 추가의 별도의 주입 단계를 필요로 한다. 붕소, 탄소 및 불소가 기판에 주입되어야 하는 경우, 3개의 별도의 주입이 요구될 수 있다. 이들 주입 사이에, 이온 주입 장치(implanter)의 다른 구성 요소와 자석은 주입되는 종의 상이한 질량에 맞게 재조절될 수 있다. 추가로, 현재의 이온 소스 기술에 있어서, 각각의 주입은 상이한 소스 공급 재료를 필요로 할 수 있는데, 이것은 주입들 사이에, 소스가 정지되고 이전 공급 재료를 펌핑하며, 새로운 공급 재료를 도입하고 소스를 재시작하는 비교적 시간 소모적인 순서가 뒤따라야 한다는 것을 의미한다.

본 발명의 예시적인 실시예는 카르보란 클러스터 분자를 반도체 기판에 주입하여 도핑 구역을 형성하는 제1 주입 단계를 수행하는 것을 포함하는, 반도체 기판에 도핑 구역을 형성하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 예시적인 실시예는 반도체 기판을 유지하는 단(段)과 도핑된 구역을 형성하도록 반도체 기판에 카르보란 클러스터 분자를 주입하는 수단을 포함하는, 반도체 기판에 도핑 구역을 형성하는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 다른 예시적인 실시예는 컨테이너에 제1 가스와 제2 가스를 공급하는 것을 포함하는, 얕은 접합 구역을 갖는 반도체 디바이스 제조 방법에 관한 것이다. 제1 가스는 제1 도펀트를 포함하고, 제2 가스는 제2 도펀트를 포함한다, 반도체 디바이스 제조 방법은 또한 이온을 이용하여 반도체 기판에 제1 도펀트와 제2 도펀트를 주입하는 것을 포함한다. 이온 소스는 제1 도펀트 주입 단계와 제2 도펀트 주입 단계 사이에 꺼지지 않는다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 반도체 디바이스를 제조하는 장치의 구성 요소를 도시한 개략적인 다이어그램이다.

도 2는 예시적인 실시예에 따라 반도체 기판에 얕은 접합을 형성하는 방법에 있어서의 단계를 보여주는 흐름도이다.

도 3은 예시적인 실시예에 따른 반도체 기판의 일부의 단면도이다.

도 4는 제1 도펀트 주입 단계를 보여주는, 도 3에 도시한 반도체 기판의 일부의 단면도이다.

도 5는 제2 도펀트 주입 단계를 보여주는, 도 4에 도시한 반도체 기판의 일부의 단면도이다.

도 6은 제3 도펀트 주입 단계를 보여주는, 도 5에 도시한 반도체 기판의 일 부의 단면도이다.

도 7은 다른 예시적인 실시예에 따라 반도체 기판에 얕은 접합을 형성하는 방법에 있어서의 단계를 보여주는 흐름도이다.

도 8은 예시적인 실시예에 따른 반도체 기판의 일부의 측면도이다.

도 9는 도펀트 주입 단계를 보여주는, 도 8에 도시한 반도체 기판의 일부의 단면도이다.

도 10 내지 도 12는 반도체 기판에 완전한 클러스터 분자를 이송하도록 구성된 이온 소스의 다양한 구성 요소를 보여주는 도면이다.

예시적인 실시예에 따르면, 얕은 도핑 구역은 (예컨대, 반도체 디바이스를 위한 얕은 접합을 생성하기 위해) 복수 개의 도펀트종을 반도체 기판에 동시 주입하는 것에 의해 반도체 기판에 형성된다. 제1 실시예에 따르면, 복수의 소스 가스가 우선, 이온 주입 장치에 커플링되어 있는 컨테이너에서 혼합된 다음, 각각의 도펀트가 이온 소스를 퍼지할 필요 없이- 다른 예시적인 실시예에 따르면, 이온 소스는 하나 이상의 주입 단계 사이에서 퍼지될 수 있음 - 연속하여 주입된다. 예시적인 제2 실시예에 따르면, 각각의 도펀트종은 반도체 기판에 직접 주입되는 단일 분자로 포함된다. 후자의 실시예에서, 주입 파라메터는 다양한 종이 적절한 깊이와 부위에 주입되도록 선택된다.

아래에서 설명하는 예시적인 실시예는 종래의 방법보다 효율적이고 덜 노동 집약적인, 반도체 디바이스를 위한 극저 접합을 형성하는 유리한 방법을 제공한다. 예시적인 특정 실시예에 따르면, 그러한 극저 접합을 형성하는 방법은 주입 장비를 정지시키고, 이전에 주입된 소스 가스의 이온 소스를 퍼지할 필요 없이 주입 단계가 진행되게 한다(다른 예시적인 실시예에 따르면, 이온 소스는 바람직하다면 하나 이상의 주입 단계 사이에서 퍼지될 수 있음). 다른 특정 예시적인 실시예에 따르면, 복수의 종이 동시에 반도체 기판에 주입되는 방법이 제공된다. 본 개시물을 검토하는 이들에게 명백하겠지만 이들 유리한 특징 또는 다른 유리한 특징 중 어느 하나 또는 그 이상을 활용하는 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 반도체 디바이스 제조 장치(10)를 보여주는 개략도이다. 반도체 디바이스 제조 장치(10)는 특히 이온 소스(60)와, 이 이온 소스(60)에 소스 가스를 분배하는 가스 박스(50), 그리고 이온 빔(64)을 하나 이상의 반도체 기판 또는 웨이퍼(200)로 지향시키는 자석(40)을 포함한다. 기판(200)은 공정 중에 챔버(30) 내의 플랫폼(32)(예컨대, 지지체, 단, 서셉터 등) 또는 다른 구조체 상에 제공된다.

이온 주입 장치는 현재 공지되어 있는 임의의 적절한 이온 주입 장치일 수도 있고, 반도체 제조 설비에서 사용하기 위해 향후 개발되는 것일 수도 있다. 그러한 이온 주입 장치의 예는 매사추세츠주 글로스터에 소재하는 Varian Semiconductor Equipment Associates, 매사추세츠주 비벌리에 소재하는 Axcelis Technologies 및 캘리포니아주 산타클라라에 소재하는 Applied Materials Inc.로부터 입수 가능하다.

가스 박스(50) 내에, 고압 가스를 저장하고, 이 고압 가스를 이송 라인(62) 을 통해 이온 소스(60)로 이송하도록 구성된 컨테이터(52)(예컨대, 베셀, 가스 탱크, 실린더 등)가 있다. 예컨대 예시적인 실시예에 따르면, 컨테이너(52)는 베셀의 주본체 단면에 대해 단면적이 감소된 네크(neck)를 지닌 긴 주요 본체부를 지닌 종래의 고압 가스 실린더이다. 컨테이너는 밸브(수동 또는 자동)를 포함하는 밸브 헤드 조립체와 (예컨대, 매니폴드 장치의) 관련 압력 및 유량 제어 요소를 포함할 수 있다. 컨테이너(52)는 또한 압력 조절기 및/또는 이온 소스(60)로의 소스 가스의 이송 및 소스 가스의 저장을 용이하게 하는 다른 특징부를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 컨테이너(52)는 미국 특허 제6,101,816호, 제6,343,476호 및 제6,089,027호- 참고에 의해 전체 개시물이 본원에 포함됨 -에 설명되어 있는 것과 유사한 진공 작동 실린더(Vacuum Actuated Cylinder; VCA)와 같은 유체 저장 및 분배 장치이다. 예시적인 실시예에 따르면, 유체 저장 및 이송 장치는 활성 가스가 물리적 흡착제 상에 흡착 유지되고, 용기로부터 활성 가스의 분배를 위해 물리적 흡착제로부터 선택적으로 탈착되는, 미국 특허 제5,518,528호(대기압 미만 압력 활성 가스 저장 및 분배 베셀)에 설명되어 있고, 미국 코네티컷주 댄버리에 소재하는 ATMI, Inc.가 SDS라는 상품명으로 시판하고 있는 것과 같은 장치 일 수 있다. 다른 실시예에서, 순수 활성 유체 소스는 조절기 셋포인트에 의해 결정되는 압력으로 활성 가스를 분배하기 위해 내부에 배치되는 조절기 요소를 특징으로 하는, Lung Wang 등의 명의의 미국 특허 제6,089,027호에 설명되어 있고, 코네티컷주 댄버리에 소재하는 ATMI, Inc.가 VAC라는 상품명으로 시판중인 타입의 가스 저장 및 분배 베셀로 구성된다. 미국 특허 제5,704,965호, 미국 특허 제 6,743,278호 및 미국 특허 제7,172,646호에 설명되는 있는 것과 같은 장치를 포함- 반드시 이것으로 제한되는 것은 아님 -하는 다른 유체 저장 및 이송 장치 또한 사용될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 디바이스(52)는 본 명세서에서 설명하는 소스 가스나 재료의 저장 및 이송에 적절한 임의의 디자인 또는 구성을 가질 수 있다(예컨대, 디바이스는 가스 저장 및 분배 베셀 또는 사용을 위해 희석할 순수 활성 가스를 유지하는 컨테이너일 수 있음).

유체 저장 및 이송 장치는 대안으로서, 예컨대 공급 구조, 재료 또는 작동에 있어서 임의의 적절한 방식으로 이루어지거나 및/또는 구성될 수 있다. 예컨대, 활성 유체 소스는 미국 특허 제5,518,528호에 설명되어 있는 타입의 고상의 물리적 흡착제를 주성분으로 하는 패키지를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 활성 유체는 액체 용액으로부터 유리될 수도 있고, 원위치 생성기(in situ generator)에 의해 생성될 수도 있으며, 발명의 명칭이 "Reactive Liquid Based Gas Storage and Delivery System"이고 2004년 10월에 공개된 미국 특허 공개 공보 제2004/0206241호에 설명되어 있는 바와 같이 반응 액체로부터 생성될 수도 있고, 반응 고체로부터 얻을 수도 있으며, 증발성 또는 승화성 고체로부터 얻을 수도 있다. 일반적으로, 임의의 적절한 활성 유체 소스 또는 활성 유체 공급부를 사용할 수 있다. 특정 실시예에서, 활성 유체 소스는 발명의 명칭이 "High Capacity Gas Storage and Dispensing System"이고 1999년 6월 29일자로 발행된 미국 특허 제5,916,245호에 설명되어 있는 바와 같은 유지 구조를 포함한다.

적절한 용매에 용해되는 액체 전구체 및/또는 고체 전구체는 CVD, ALD 또는 RVD 증발기 유닛으로의 전구체의 액체 이송 및/또는 직접 주입을 가능하게 한다. VLSI 디바이스의 CVD, ALD 또는 RVD 경화(metallization) 동안에 재생력을 달성하기 위한 정확하고 정밀한 이송률은 체적 측정을 통해 얻을 수 있다. ATMF's ProE Vap(미국 코네티컷주 댄버리에 소재하는 ATMI)와 같은 특별히 구성된 디바이스를 통한 고체 전구체의 이송은 CVD 또는 ALD 리액터로의 고체 전구체의 고도로 효과적인 이송을 가능하게 한다.

전구체의 형태, 예컨대 고체나 액체 형태에 따라, 바람직한 전구체 저장 및 분배 패키지는 발명의 명칭이 "SYSTEM FOR DELIVERY OF REAGENTS FROM SOLID SOURCES THEREOF"이고 Paul J. Marganski 등의 명의로 출원된 미국 가특허 출원 제60/662,515호(WO 2006/101767)에 설명되어 있는 것과, 미국 특허 제518,528호, 미국 특허 제5,704,965호, 미국 특허 제5,704,967호, 미국 특허 제5,707,424호, 미국 특허 제6,101,816호, 미국 특허 제6,089,027호, 미국 특허 출원 공보 제2004/0206241호, 미국 특허 제6,921,062호, 미국 특허 출원 제10/858,509호(공보 제2005/0006799호), 및 미국 특허 출원 제10/022,298호에 다양하게 설명되어 있는 저장 및 분배 장치를 포함하며, 이들 특허는 각각 참고에 의해 전체가 본원에 포함된다.

이온 소스에는 반도체 기판에 주입되는 원소를 포함하는 소스 가스가 공급된다. 이온 소스는 인가되는 전기 에너지를 이용하여 소스 가스의 구성물(예컨대, B⁺, F^-)로부터 생성되는 이온을 포함하는 플라즈마를 형성한다. 그 후, 이온은 챔 버(30)에 포함된 타켓(예컨대, 반도체 기판)을 향해 가속된다. 기판 내로의 침투 깊이는 이온 에너지, 이온종 타입 및 기판의 성분을 포함하는 복수 개의 요인에 의해 결정된다.

도 2는 예시적인 실시예에 따라 반도체 기판에 얕은 접합을 형성하는 방법(100)에 있어서의 단계를 보여주는 흐름도이다. 도 3 내지 도 6은 다양한 도펀트 주입 단계를 보여주는, 반도체 기판의 일부의 단면도이다.

단계 110에 따르면, 반도체 기판 또는 웨이퍼(200)(예컨대, 도 3에 예시함)가 이온 주입 장치[예컨대, 도 1에 도시한 이온 주입 장치(20)]의 챔버(360)에 마련된다. 기판(200)은 예시적인 실시예에 따라 실리콘 웨이퍼 형태로 마련될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 기판은 실리콘-게르마늄(Si-Ge)이나 갈륨 비소(GaAS)와 같은 다른 적절한 반도체 재료를 포함할 수 있다. 추가로, 기판은 BOX(Buried Oxide)층 등을 포함하는 다른 층 및/또는 재료를 포함할 수 있다. 이온 소스는 또한 다른 예시적인 실시예에 따라 복수의 기판(예컨대, 웨이퍼)이 챔버 내에 제공되게 하도록 조정될 수 있다.

방법(100)의 단계 115에서, 소스 가스가 적절한 컨테이너[예컨대, 도 1에 도시한 바와 같은 컨테이너(52)]에 유입된다. 예시적인 실시예에 따르면, 소스 가스는 컨테이너에 직접 공급된다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 2개 이상의 도펀트 전구체가 혼합 챔버로 흘러들어갈 수 있고, 미국 특허 제6,909,973호, 미국 특허 제7,058,519호, 미국 특허 제7,063,097호, 및 미국 특허 제6,772,781호에 설명되어 있는 것과 같은 혼합/계측 시스템을 사용하여 이온 소스에 공급되기 전에 선 택적으로 상기 도펀트 전구체의 농도를 모니터링할 수 있다.

소스 가스는 이루어야 할 소망하는 주입에 기초하여 선택될 수 있다. 예컨대, 붕소, 탄소 및 불소 이온을 기판에 주입해야 할 특정 예시적인 실시예에 따르면, CH₄에 대한 BF₃의 부분압이 대략 10 : 1 내지 1 : 4가 되도록 BF₃ 및 CH₄ 가스가 컨테이너(52)에 유입될 수 있다(BF₃ 가스는 붕소와 불소 원자를 제공하고, CH₄ 가스는 탄소 원자를 제공함). 다른 실시예에 따르면, 소망하는 주입 특성에 따라 다른 적절한 비율을 사용할 수도 있다.

다양한 예시적인 실시예에 따르면, 임의의 다양한 가스 조합을 사용할 수 있다. 붕소, 탄소 및 불소 이온을 기판에 주입해야 할 다른 특정 예시적인 실시예에 따르면, 삼염화붕소(BCl₃)와 같은 붕소 함유 가스와 탄화불소(예컨대, C_xF_y, 1 ≤ x ≤ 6이고 4 ≤ y ≤ 14)가 컨테이너에서 혼합될 수 있다. 붕소 도펀트종을 제공하는 데 사용 가능한 다른 가능한 소스 가스는 보란(예컨대, B_xH_y, 2 ≤ x ≤ 18이고 6 ≤ y ≤ 22 ) 및 그 유도체와, 보로하이드로플루오라이드(borohydrofluoride)(예컨대, B_xH_yF_z, 1 ≤ x ≤ 18, l ≤ y ≤ 22, 및 1 ≤ z ≤ 26)와, 보로카르보하이드로플루오라이드(borocarbohydrofluoride)(예컨대, B_wC_xH_yF_z, 1 ≤ w ≤ 18, 0 ≤ x ≤ 12, 0 ≤ y ≤ 36, 및 0 ≤ z ≤ 14) 및 그 유도체와, 불화붕소 및 그 유도체와, B₂F₄, 그리고 (BF₂)₃BR(R은 PH₃, CF₃ 및CO로부터 선택됨)을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 예컨대 미국 특허 출원 제 11/041,558호(공보 제 2005/0163693호)- 개시물이 참고에 의해 본 명세서에 포함됨-에 설명되어 있는 바와 같은, 화학식이 B_xH_y(5 ≤ x ≤ 96, y ≤ x + 8)인 대형 수소화붕소 클러스터도 사용할 수 있다.

탄소 및/또는 불소 도펀트종을 제공하는 데 사용 가능한 다른 가능한 소스 가스는 탄화수소(예컨대, C_xH_y, 1 ≤ x ≤ 10, 4 ≤ y ≤ 30) 및 그 유도체와, 플루오로하이드로카본(예컨대, C_xH_yF_z, 1 ≤ x ≤ 5, l ≤ y ≤ 20, 및 1 ≤ z ≤ 20) 및 그 유도체와, 할로겐간 화합물종(예컨대, R_yF_z, 여기서 R은 염소, 브롬 또는 요오드이고, 1 ≤ x ≤ 4, 1 ≤ y ≤ 10) 및 NF₃를 포함한다. 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 다른 도펀트종(예컨대, 비소, 인, 인듐 및 안티몬)을 제공하기 위해 본 명세서에서 설명한 것 이외의 소스 가스를 사용할 수 있다는 것 역시 이해해야 한다. 특정 도펀트와 소스 가스는 컨테이너에 있는 가스 혼합물의 화학적 안정성 및 이온 소스 성능 및 수명에 대한 그 영향을 포함하는 다양한 요인 중 임의의 것에 기초하여 선택할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 임의의 적절한 개수의 소스 가스를 사용할 수 있다. 예컨대, 3개 이상의 상이한 소스 가스가 컨테이너에 제공될 수 있다(예컨대, 탄소 소스 가스, 불소 소스 가스 및 붕소나 다른 도펀트 소스 가스가 동일한 컨테이너에 포함될 수 있음). 다른 실시예에 따르면, 모든 도펀트는 단일 소스 가스[예컨대, (BF₂)₃BCF₃]로 제공될 수 있다.

단계 120에서, 컨테이너(52)가 이온 주입 장치(30)의 가스 박스(50)에 설치된다. 예시적인 실시예에 따르면, 컨테이너(52)는 이 컨테이너(52)를 이송 라인(62)에 커플링하고, 컨테이너(52)와 이송 라인(62) 간의 유체 밀봉 연결부를 제공하도록 구성되는 특징부(에컨대, 나사형 커넥터 등)를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 도펀트 각각은 연속하여 각각 기판에 주입된다. 소스 가스 모두가 이미 동일한 컨테이너(52)에 포함되어 있기 때문에, 주입 단계들 사이에 이온 소스를 정지시키고, 컨테이너를 퍼지하며, 이온 소스를 재가동할 필요가 없다. 대신에, 소스 플라즈마로부터의 이온이 가속되고 자기 분광계- 질량과 극성에 따라 이온을 선택하는 특정 자기장으로 조정됨 -에 진입한다. 자기 분광계가 선택하는 이온(예컨대, C⁺ 이온)만이 기판으로 지향될 것이다. 제1 주입이 완료되고 나면, 자기 분광계는 플라즈마에 포함되어 있는 제2 타입의 이온 등을 선택하도록 상이한 자기장 강도로 재조정될 것이다.

단계 125에서, 제1 종을 기판에 주입하는 경우에 대한 제1 세트의 주입 파라메터가 선택된다. 이온 주입 장치의 자석과 다른 구성 요소 역시 주입할 도펀트의 소망하는 질량과 에너지를 선택하기에 적절할 수 있게 재조정될 수 있다(예컨대 이온 주입 장치의 가속 전압 및 자기장이 조정될 수 있음). 선택되는 특정 주입 파라메터는 기판에서의 소망하는 농도 및 주입 깊이, 주입할 종, 사용되는 소스 가스 및 다른 요인을 포함하는 많은 요인에 따라 변할 수 있다. 탄소가 주입할 제1 종이고, CH₄ 소스 가스가 컨테이너(52)에 포함되는 예시적인 실시예에 따르면, 주입 에 너지는 대략 10 내지 500 나노미터의 깊이에서 대략 10¹⁴ 내지 10¹⁵ 이온/㎠의 기판에서의 농도를 얻기 위해 1 내지 50 keV값을 갖도록 선택될 수 있다.

도 4에 도시한 단계 130에서, 제1 도펀트가 (화살표 210으로 나타낸 바와 같이) 기판(200)의 상면(202)을 통과하여 소망하는 주입 깊이와 농도로 주입된다. 기판(200)에는 반도체 미세 구조 내에 소망하는 도펀트(예컨대, 탄소 도펀트)를 포함하는 구역 또는 영역(220)이 형성된다. 예시적인 실시예에 따르면, 제1 도펀트는 생성할 극저 접합 깊이보다 깊은 깊이로 주입된다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 제1 도펀트는 생성할 극저 접합의 깊이 이하의 깊이로 주입될 수 있다.

단계 135에서는, 기판에 주입한 제2 종에 대한 주입 파라메터가 선택된다. 이온 주입 장치의 자석과 다른 구성 요소는 또한 주입할 도펀트의 소망하는 질량과 에너지를 선택하기에 적절할 수 있게 재조정될 수 있다(예컨대, 이온 주입 장치의 가속 전압과 자기장을 조정할 수 있음). 이온 소스(60)와 이송 라인(62)이 주입 단계들 사이에서 퍼지되지 않는다는 것이 명백하다. 전술한 바와 같이, 선택되는 특정 주입 파라메터는 요인의 개수에 따라 변할 수 있다. 불소가 주입할 제2 종이고, BF₃ 소스 가스가 컨테이너(52)에 포함되는 예시적인 실시예에 따르면, 주입 에너지는 대략 10 내지 500 나노미터의 깊이에서 대략 10¹⁴ 내지 10¹⁵ 이온/㎠의 기판에서의 농도를 얻기 위해 1 내지 50 keV값을 갖도록 선택될 수 있다.

도 5에 도시한 단계 140에서, 제2 도펀트가 (화살표 212에 의해 나타낸 바와 같이) 기판(200)의 상면(202)을 통과하여 소망하는 주입 깊이와 농도로 주입된다. 기판(200)에는 반도체 미세 구조 내에 소망하는 도펀트(예컨대, 불소 도펀트)를 포함하는 구역 또는 영역(220)이 형성된다. 예시적인 실시예에 따르면, 제2 도펀트는 제1 도펀트의 깊이와 동일한 깊이로 주입되지만, 다른 예시적인 실시예에 따르면 제2 주입 깊이는 제1 주입 깊이보다 깊거나 낮을 수 있다.

탄소와 불소를 제1 도펀트와 제2 도펀트로서 순서대로 각각 주입하는 것으로 설명하였지만, 다른 예시적인 실시예에 따르면 그러한 순서는 역전될 수 있다는 점 역시 유념해야 한다. 추가로, 탄소 및/또는 불소 대신에 또는 그에 추가하여 다른 종을 주입하는 경우, 그러한 주입을 달성하기 위해서 유사한 단계가 수행될 것이다(예컨대, 주입에 대해 선택되는 파라메터는 주입할 종에 따라 변할 수 있음).

단계 145에서, 붕소 이온을 기판에 주입하는 경우에 대한 주입 파라메터가 선택된다. 이온 주입 장치의 자석과 다른 구성 요소는 또한 주입할 도펀트의 질량과 에너지를 선택하기에 적절할 수 있게 재조정될 수 있다(예컨대, 이온 주입 장치의 가속 전압과 자기장을 조정할 수 있음). 이온 소스(60)와 이송 라인(60)이 주입 단계들 사이에서 퍼지되지 않는다는 것이 명백하다. 전술한 바와 같이, 선택되는 특정 주입 파라메터는 요인의 개수에 따라 변할 수 있다. 붕소가 주입할 제3 종이고, BF₃ 소스 가스가 컨테이너(52)에 포함되는 예시적인 실시예에 따르면, 주입 에너지는 대략 5 내지 200 나노미터의 깊이에서 대략 10¹⁴ 내지 10¹⁶ 이온/㎠의 기판에서의 농도를 얻기 위해 대략 0.1 내지 20 keV값을 갖도록 선택될 수 있다.

도 6에 도시한 단계 150에서, 붕소 이온은 (화살표 214로 나타낸 바와 같이) 기판(200)의 상면(202)을 통과하여 소망하는 주입 깊이 및 농도로 주입되어, 도핑된 구역(224)과 접합부(240)를 형성한다. 예시적인 실시예에 따르면, 붕소 이온은 제1 도펀트와 제2 도펀트의 깊이보다 낮은 깊이로 주입되지만, 다른 예시적인 실시예에 따르면 붕소의 주입 깊이는 제1 주입 깊이 및/또는 제2 주입 깊이보다 깊거나 낮을 수 있다. 유리하게는, 주입되는 제1 종과 제2 종(예컨대, 탄소와 불소)은 후속 어닐링 단계(155) 동안에 불소의 확산을 억제하도록 되어 있다.

구역(222, 224)의 조성은 깊이에 따라 변할 수 있고[예컨대, 구역(224)의 저부에서보다 상부에서 붕소 원자의 농도가 더 높을 수 있음], 주어진 구역에 2가지 이상의 타입의 원소가 있을 수 있다[예컨대, 구역(224)은 내부에 주입된 탄소, 불소, 및 붕소 이온을 포함할 수 있음].

소스 가스 혼합물을 제공하는 한가지 유리한 특징은 이온 소스가 공통 주입 주입 공정 전반에 걸쳐 연속적으로 작동할 수 있다는 점이다. 이것은 소스를 정지시키고, 공급 재료를 변경하며, 소스를 재시작하는 데 필요한 시간을 절약한다. 종과 에너지를 변경하기 위해서, 단지 빔라인 자석과 고전압 전원을 재조정할 필요가 있으며, 이것은 완전한 이온 소스 도펀트 변경보다 훨씬 빠른 공정이다. 복수의 웨이퍼가 대형 회전 디스크 상에 적재되는 일괄식 주입 툴에 있어서, 웨이퍼를 디스크 상에 남겨놓은 상태에서 빔라인 자석과 전원을 재조정한 후, 다음 공통 주입을 즉시 시작하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 방식으로, 웨이퍼를 하역 및 재적재하는 데 필요한 시간을 제거할 수 있다.

예컨대, 2007년 2월 5일자로 출원된 미국 특허 가출원 제60/888,311호와 2005년 10월 21일자로 출원된 국제 특허 출원 제PCT/US2005/038102호- 참고에 의해 전체가 본 명세서에 포함됨 -에 설명되어 있는 바와 같은 원위치 세척 방법을 채용할 수도 있다는 점을 이해해야 한다. 예컨대, 침적물이 이온 빔에서 기판으로 전달되기 전에 충분한 시간 동안 상기 침적물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 XeF₂, XeF₄, XeF₆, NF₃, IF₅, IF₇, SF₆, C₂F₆, F₂, CF₄, KrF₂, Cl₂, HCl, ClF₃, ClO₂, N₂F₄, N₂F₂, N₃F, NFH₂, NH₂F와 같은 가스상 할로겐화물 화합물이나, C₃F₆, C₃F₈, C₄F₈ 및 C₅F₈과 같은 화학식 C_xF_y의 화합물이나, CHF₃, CH₂F₂, CH₃F, C₂HF₅, C₂H₂F₄, C₂H₃F₃, C₂H₄F₂, 및 C₂H₅F와 같은 화학식 C_xH_yF_z의 화합물이나, 화학식 C_xH_yO_z의 화합물이나, COF₂이나, HF, 또는 COCl₂, CCl₄, CHCl₃, CH₂Cl₂, 및 CH₃Cl와 같은 유기 염화물을 사용하는 것에 의해 침적물을 이온 소스로부터 제거할 수 있다. 가스상 할로겐화물과 침적물의 반응을 가능하게 하는 조건은 가스상 할로겐화물이 제거하고자 하는 재료와 화학적으로 반응하는, 온도, 압력, 유량 조성 등의 임의의 적절한 조건을 포함할 수 있다. 채용 가능한 다양한 조건의 예로는 대기 온도, 대기 온도를 넘는 온도, 플라즈마의 존재, 플라즈마 부재, 대기압 미만의 압력 등이 있다. 그러한 가스상 할로겐화물 접촉을 위한 특정 온도는 약 0 ℃ 내지 1000 ℃ 범위일 수 있다. 접촉은 캐리어 가스나 순수한 형태, 또는 다른 세척제, 도펀트 등과의 혼합물로 가스상 할로겐화물을 이송하는 것을 포함할 수 있다. 대기 온도인 침적물과의 화학 반응을 위한 가스상 할로겐화물 작용제는 반응 속도론을 증가시키도록 가열될 수 있다.

세척 성분은 미국 특허 가출원 제60/662,515호 및 미국 특허 가출원 제60/662,396호에 기초한, 발명의 명칭이 "SYSTEM FOR DELIVERY OF REAGENTS FROM SOLID SOURCES"인 국제 특허 출원 제PCT/US06/08530호- 각기 전체 개시물이 참고에 의해 본 명세서에 포함됨 -에 보다 충분히 설명되어 있는 고체 소스 이송 시스템과 같은, XeF₂ 또는 다른 세척제 이송에 특히 적합한 소스로부터 공급될 수 있다. 대안으로서, 세척 성분은 이송 시스템에 포함되는 가스 혼합물로 공급될 수 있다.

도 2 내지 도 6에는 복수의 도펀트가 반도체 기판에 순서대로 주입되는 방법이 예시되어 있지만, 다른 실시예에 따르면 각각의 도펀트종이 기판에 동시에 주입된다. 예컨대, 특정 예시적인 실시예에 따르면 소스 공급 재료는 반도체 기판에 공통으로 주입되는 필요한 종 중 적어도 2종 바람직하게는 종 모두를 포함하는 분자를 이용한다.

도 7은 예시적인 실시예에 따라 반도체 기판에 얕은 접합을 형성하는 방법(300)에 있어서의 단계를 예시하는 흐름도이다. 도 8 및 도 9는 다양한 도펀트 주입 단계를 예시하는, 반도체 기판(400)의 일부의 단면도이다.

단계 310에 따르면, 반도체 기판 또는 웨이퍼(400)(예컨대, 도 8에 예시되어 있음)가 이온 주입 장치의 챔버에 제공된다. 기판(400)은 예시적인 실시예에 따라 실리콘 웨이퍼 형태로 마련될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 기판은 실리콘-게르마늄(Si-Ge) 또는 갈륨 비소(GaAs)와 같은 다른 적절한 반도체 재료를 포함할 수 있다. 추가로, 기판은 BOX층 등을 포함하는 다른 층 및/또는 재료를 포함할 수 있다.

완전한 클러스터 분자를 이송하는 이온 소스의 예시적인 실시예가 도 10 내지 도 12에 예시되어 있다. 예시적인 일실시예에 따르면, 이온 소스는 매사추세츠주 빌러리카에 소재하는 SemEquip Inc.로부터 입수 가능한 ClusterIon^® 이온 소스이다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 다른 타입의 이온 소스 또는 이송 장치를 이용하여 완전한 클러스터 분자를 기판에 이송할 수 있다. 예컨대, 클러스터 분자는 플라즈마 도핑 기술과, 미국 출원 공보 제2005/0287307호에 설명되어 있는 것과 같은 시스템- 이것으로 제한되지 않음 -을 이용하여 기판에 주입될 수 있다.

종래의 이온 소스는 소스 재료의 분자가 해리하여 이온을 형성하는 소스 재료로부터 플라즈마를 생성하는 반면, 예시적인 실시예에 따르면 완전한 클러스터 분자를 기판으로 이송하는 이온 소스는 해리 없이 큰 분자로 이루어진 강력한 이온 빔을 생성하는 대안의 이온화 공정을 이용한다.

클러스터 분자의 다양한 성분은 전자에 의해 함께 유지된다. 결합 전자는 기판(예컨대, 제1의 복수 개의 원자층)에 진입하는 즉시, 기판에 있는 원자와의 상호 작용으로 인해 제거되고, 성분은 개별 원자로서 기판으로 이동한다(예컨대, 일반 화학식이 1,2-C₂B_1OH₁₂인 o-카르보란의 경우, 분자는 기판 표면에 충돌하고, 즉시 각기 고유 에너지를 갖는 24개의 별개의 원자로 분리됨).

클러스터 이온 소스를 이용하여 다양한 장점을 얻을 수 있다. 예컨대, 주입 공정은 종래의 주입 공정보다 훨씬 높은 에너지를 이용하며(예컨대, 총 에너지량은 분자의 개별 성분 각각을 기판에 주입하는 데 필요한 에너지의 총계에 의해 계산됨), 주입할 클러스터 분자에 포함되는 도펀트종의 개수에 비례하게 선량률(dose rate)을 증가시킨다. 추가로, 빔 감속이 필요하지 많으며, 이것은 종래의 이온 주입 공정에 관련된 에너지 오염과 빔 발산 문제를 감소시키거나 제거한다.

방법(300)의 단계 320에서, 클러스터 분자는 적절한 컨테이너[예컨대, 도 1에 도시한 바와 같은 컨테이너(52)]에 제공된다. 예시적인 일실시예에 따르면, 클러스터 분자는 주입할 도펀트종 모두를 포함한다(예컨대, 클러스터 분자는 보로-플루오로-카본 분자임). 다른 예시적인 실시예에 따르면, 클러스터 분자는 주입할 도펀트종의 서브셋(subset)을 포함한다(예컨대, 탄소, 불소 및 붕소를 주입하는 경우, 클러스터 분자는 카르보란 클러스터 분자일 수 있으며, 클러스터 분자 주입 단계 이전이나 이후에 별도로 불소가 주입됨).

유리하게는, 클러스터 분자에 포함되는 도펀트종 모두는 동시에 기판에 주입된다. 단계 330에서, 클러스터 분자에 대한 주입 파라메터가 선택된다. 클러스터 분자에 있는 원자 각각의 주입 에너지는 원자의 질량과 속도의 제곱에 비례한다. 클러스터 분자는 기판의 표면을 향하기 때문에, 전체 분자와 전체 분자의 성분 원소 각각은 동일한 속도로 이동한다. 따라서, 클러스터 분자에 있는 개별 원자 각각에 관련된 클러스터 분자의 총 에너지 비율은 클러스터 분자에 있는 원자의 질량비에 비례할 것이다. 성분 원자 각각에 대한 소망하는 주입 에너지를 알고 있는 경우, 클러스터 분자는 적절한 원자의 질량비를 갖도록 선택될 수 있다. 예컨대, 불소(¹⁹F) 원자의 주입 에너지가 대략 1.9 keV이고, 붕소(¹¹B) 원자의 주입 에너지가 대략 1.1 keV인 것이 요망되는 경우, BF₃과 같은, 총 주입 에너지가 6.8 keV인 분자가 이용될 수 있다.

도 9에 도시한 단계 340에서, 클러스터 분자는 분자의 성분이 소망하는 주입 깊이와 농도로 주입되도록 (화살표 410으로 나타낸 바와 같이) 기판(400)의 상면(402)을 통과하여 주입된다. 도 9에 예시한 바와 같이, 각기 상이한 조성을 갖는 3개의 개별 구역(422, 424, 426)이 가판에 형성된다. 예컨대, 예시적인 실시예에 따르면, 구역(422)은 불소 이온이 주입된 구역을 나타낼 수 있고, 구역(424)은 탄소 이온이 주입된 구역을 나타낼 수 있으며, 구역(426)은 붕소 이온이 주입된 구역(즉, 극저 접합 구역)을 나타낼 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 각각의 구역(422, 424, 426)은 동시에 형성된다. 다른 실시예에 따르면, 구역 중 하나는 다른 2개의 구역 이전에 형성된다[예컨대, 구역(422)은 불소 이온으로 도핑되고, 그 후 구역(424, 426)은 탄소 원자와 붕소 원자 모두를 포함하는 클러스터 분자를 주입하는 것에 의해 동시 형성됨]. 유리하게는, 어떠한 주입된 도펀트종(예컨대, 불소와 탄소)는 후속 어닐링 단계(350) 동안에 붕소 확산을 억제하는 작용을 할 수 있다.

구역(422, 424, 426)의 조성은 깊이에 따라 변할 수 있고[예컨대, 구역(426)의 저부에서보다 구역의 상부에서 붕소 원자의 농도가 클 수 있음], 주어진 구역에 2개 이상의 타입의 원자가 있을 수 있다[예컨대, 구역(426)은 내부에 주입된 탄소, 불소 및 붕소 이온을 포함할 수 있음)는 점을 이해해야 한다.

예시적인 일실시예에 따르면, 단지 한가지 타입의 클러스터 분자가 기판에 주입된다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 2가지 이상의 클러스터 분자가 동일한 기판에 주입되어 기판에 소망하는 도펀트 프로파일을 제공할 수 있다. 추가로, 한가지 이상의 타입의 클러스 분자가 기판에 주입되는 경우에 다른 도펀트종 역시 별도의 단계에 주입되어, 기판에 상이한 도펀트종을 첨가하거나 및/또는 클러스터 분자에 의해 제공되는 도펀트를 추가할 수 있다(예컨대, CH₃ 가스는 기판에 대한 탄소 도핑을 제공하거나 및/또는 클러스터 분자에 의해 제공되는 탄소 도핑을 보충하는 소스로서 사용될 수 있음).

사용되는 특정 타입의 클러스터 분자는 상업적 이용 가능성, 사용의 용이함, 분자 조성 및 다른 관련 요인을 포함하는 다양한 요인 중 임의의 것에 기초하여 선택될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에 따르면, 클러스터 분자는 가스상 형태[예컨대, BF₂CH₃; 1,5-C₂B₃H₅ 및 하나 이상의 수소 원자 대신에 1개 내지 4개의 탄소 원자를 지닌 작용기(예컨대, -CH₃)를 포함하는 그 유도체], 액체 형태[예컨대, 작용기, 1-C₂H₅, 1-CH(CH₃)₂, 및 -B-nC₃H₇ 중 하나 이상을 포함하는 것과 같은, 실온에서 액체인 o-카르보란(1,2-C₂B_1OH₁₂) 유도체], 또는 고체 형태[예컨대, o-카르보란(1,2-C₂B_1OH₁₂)와 같은 카르보란 분자]일 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 클러스터 분자는 1,7-C₂B₆H₈[단독이거나 1,7-(CH₃)₂ 작용기를 가짐]; 1,7-C₂B₇H₉[단독 이거나 1,7-(CH₃)₂ 작용기를 가짐], 또는 1,6-C₂B₉H_1O[단독이거나 1,6-(CH₃)₂ 작용기를 가짐]일 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 클러스터 분자는 붕산 또는 트리메틸 보레이트(TriMethyl Borate; TMB)[일례는 일반 화학식 B-(O-CH₃)₃를 가짐]와 같은 단순한 유기 붕소 분자로서 제공될 수 있다. 그러한 분자는 통상적으로 분자당 1개의 붕소 원자를 포함하며, C-B 및 C-O-B 결합종을 포함한다. 몇몇 분자는 용이하게 이용 가능하고, 비교적 저렴하지만, 어떠한 어플리케이션에서는 그러한 분자가 극저 접합에 대한 소망하는 특징을 달성하기 위한 적절한 붕소 성분을 제공할 수 없다. 그러한 분자의 예로는 BF₂CH₃, CBO₂H₅, 및 C₂BO₂H₈가 있다.

또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 예컨대 미국 특허 출원 제11/041,558호(공보 제2005/0163693호)- 개시물이 참고에 의해 본 명세서에 포함됨 -에 설명되어 있는 바와 같은, 화학식이 B_xH_y(5 ≤ x ≤ 96, y ≤ x + 8)인 것과 같은 수소화붕소(예컨대, B₁₈H₂₂)를 사용할 수 있다.

트리메틸 보레이트 타입의 클러스터 분자가 실리콘 기판에 주입되는 예시적인 실시예에 따르면, 클러스터 분자의 주입 에너지는 대략 1 내지 100 keV의 값을 갖도록 선택될 수 있다. 이러한 클러스터 주입은 대략 0.115 keV 내지 11.5 keV의 등가의 탄소 주입 에너지와, 대략 0.106 keV 내지 10.6 keV의 등가의 붕소 주입 에너지를 초래할 것이며, 주입된 탄소 원자의 선량은 주입된 붕소 원자의 선량의 3배 보다 클 것이다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 클러스터 분자는 일반 화학식이 C_xB_yH_z인 카르보란 형태로 제공될 수 있다. 그러한 클러스터 분자는 비교적 안정적이고, 용이하게 이용 가능하며, 각각의 분자에 비교적 함량이 낮은 탄소를 포함한다. 그러한 분자의 예로는 미주리주 세인트 루이스에 소재하는 Sigma-Aldrich와 매사추세츠주 뉴베리포트에 소재하는 Strem Chemicals, Inc.가 시판중인 O-카르보란과 그 유도체가 있다. 다른 예로는 체코 공화국에 소재하는 Katchem S.R.O.가 시판중인 p-카르보란 및 m-카르보란과 그 유도체가 있다.

일반 화학식이 1,2-C₂B_1OH₁₂인 클러스터 분자가 실리콘 기판에 주입되는 예시적인 실시예에 따르면, 주입 에너지는 대략 0.082 내지 8.2 ekV의 기판에 있어서의 유효 탄소 에너지와 대략 0.075 내지 7.5 ekV의 기판에 있어서의 유효 붕소 에너지를 얻기 위해 대략 1 내지 100 keV값을 갖도록 선택될 수 있으며, 주입되는 붕소 원자의 선량은 주입되는 탄소 원자의 선량의 5배보다 클 것이다. 클러스터 분자에 포함되는 수소는 기판에 주입하자마자 빠져나간다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 클러스터 분자는 일반적으로 종래의 카르보란보다 낮은 융점을 특징으로 하는 카르보란 유도체 형태로 제공될 수 있다. 그러한 클러스터 분자는 전술한 것과 유사한 주 카르보란 구조(예컨대, o-카르보란, 1,2-C₂B_1OH₁₂)와, 또한 수소 원자 대신에 결합되는 하나 이상의 치환기를 포함한다[예컨대, 유도체는 탄소, 붕소 및 불소 원자 각각이 클러스터 분자에 존재하도록 CF₃가 수소 원자 중 하나 이상과 치환될 수 있는 불소 첨가 유도체(Fluorinated derivative)일 수 있음]. 다른 가능한 치환기로는 불화물(-F_x)과 C₆H₄F가 있다(예컨대, C₂B_1OH₁₂F_1O 또는 m-카르보란이나 p-카르보란의 불소 첨가 유도체). 특정 예시적인 실시예에 따르면, 일반 화학식이 o-카르보란, 1-m-C₆H₄F이고 융점이 대략 68 ℃인 카르보란 유도체를 이용할 수 있다. 본 개시물을 검토해보면 용이하게 이해하겠지만, 다양한 예시적인 실시예에 따라 비교적 많은 조합이 가능하며, 이러한 조합은 본 개시물의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 클러스터 분자는 소분자 카르보란(예컨대, 1,5-C₂B₃H₅, 1,2-C₂B₄H₆, 1,2-C₂B₅H₇ 및 1,2-C₂B₈H₁₀) 형태로 제공될 수 있다. 일반 화학식이 1,5-C₂B₃H₅인 클러스터 분자가 실리콘 기판에 주입되는 예시적인 실시예에 따르면, 주입 에너지는 대략 0.19 내지 19 keV의 기판에 있어서의 유효 탄소 에너지와 대략 0.18 내지 18 ekV의 기판에 있어서의 유효 붕소 에너지를 얻기 위해 대략 1 내지 100 keV값을 갖도록 선택될 수 있으며, 주입되는 붕소 원자의 선량은 주입되는 탄소 원자의 선량의 1.5배보다 클 것이다.

본 개시물을 검토해보면 클러스터 분자를 이용하는 한가지 장점은 공통 주입의 몇몇 또는 모두가 단일 주입으로 달성된다는 것임을 이해할 것이다. 주입 단계를 제거하는 것에 의해, 순차적인 도핑 방법에 비해 생산성과 효율성이 향상될 수 있다.

추가로, 각각의 종의 유효 주입 에너지는 클러스터의 분자량에 대한 종의 원자량의 비율만큼 감소된다. 이것은 분자에 대한 보다 높은 추출 에너지로 얕은 접합을 형성하는 데 있어서 중요한 매우 낮은 유효 주입 에너지를 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 높은 추출 에너지는 보다 높은 추출빔 전류에 대해서 유리하고, 이에 따라 생산성을 더 향상시킨다.

본 개시물을 검토해보면 다양한 예시적인 실시예에 따른 전술한 방법이 종래의 주입 방법에 비해 다양한 장점을 제공한다는 점을 이해할 것이다. 예컨대, 본 명세서에서 설명한 방법은 보다 효율적이고 보다 덜 노동 집약적인 복수의 주입종의 주입을 제공하는데, 그 이유는 주입 단계들 사이에 이온 소스를 정지시키고, 배기하며, 재시작할 필요가 없기 때문이다. 본 명세서에서 설명한 다양한 도펀트종의 주입은 붕소가 주입되는 기판에서의 바람직하지 않은 붕소 확산을 감소시키거나 제거하는 효과적인 방식을 제공할 수 있다(본 명세서에서 설명한 방법과 종은 또한 인과 같은 다른 주입 도펀트종의 바람직하지 않은 확산을 감소시키거나 제거하는 데에서 그 용도를 찾을 수 있음).

본 명세서에 있어서 화학 소량체(chemical moiety)에 관한 설명에서 소정값의 범위가 주어지는 경우, 설명된 범위 사이에 있는 숫자와 값이나 임의의 다른 설명된 값은 상기 범위에 속하는 것으로 이해해야 한다. 예컨대, 본 명세서에 있어서 대응하는 화학 소량체에 관한 설명에서 탄소수의 범위가 주어지는 경우, 이 범위 사이에 있는 각각의 탄소수와 탄소수값 또는 임의의 다른 설명된 값은 본 개시물의 범위에 속하는 것으로 이해해야 하며, 예컨대 C1-C6 알킬은 메틸(Cl), 에 틸(C2), 프로필(C3), 부틸(C4), 펜틸(C5) 및 헥실(C6)을 포함하는 것으로 이해해야 하며, 화학 소량체는 임의의 구조의 것, 예컨대 직쇄 또는 분기형일 수 있으며, 또한 본 발명의 범위 내에서 명기된 탄소수 범위 내의 하위 탄소수 범위는 보다 작은 탄소수 범위에 독립적으로 포함될 수 있고, 특별히 탄소수(들)를 제외한 탄소수 범위가 본 발명에 포함되고, 특정 범위의 탄소수 한계값 중 어느 하나 또는 양자를 제외한 하위 범위 역시 본 발명에 포함된다는 것 이해해야 한다.

본 명세서에서 설명한 다양한 예시적인 실시예는 단지 예시적인 것이라는 점에 유념하는 것 역시 중요하다. 본 개시물에서는 단지 몇몇 실시예만을 상세히 설명하였지만, 본 개시물을 검토하는 당업자라면 기본적으로 청구 범위에 기술하는 대상의 장점과 신규한 교시로부터 벗어나는 일 없이 많은 수정이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 임의의 공정 또는 방법의 단계의 순서나 차례는 다른 예시적인 실시예에 따라 변하거나 순서가 다시 정해질 수 있다. 첨부된 청구 범위에 설명한 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어나는 일 없이 다양한 예시적인 실시예의 설계, 작동 조건 및 구성에 있어서 다른 대체, 수정, 변경 및 생략이 이루어질 수 있다.

Claims

반도체 기판에 도핑 구역을 형성하는 방법으로서,

카르보란 클러스터 분자를 반도체 기판에 주입하여 도핑 구역을 형성하는 제1 주입 단계를 수행하는 것을 포함하는 도핑 구역 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 카르보란 클러스터 분자는 일반 화학식이 1,2-C₂B_1OH₁₂인 o-카르보란 분자인 것인 도핑 구역 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 카르보란 클러스터 분자는 1,5-C₂B₃H₅, 1,2-C₂B₄H₆, 1,2-C₂B₅H₇ 및 1,2-C₂B₈H₁₀으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 도핑 구역 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 카르보란 클러스터 분자는 o-카르보란 유도체인 것인 도핑 구역 형성 방법.
제4항에 있어서, 상기 o-카르보란 유도체는 불소 첨가 카르보란 유도체(fluorinated carborane derivative)를 포함하는 것인 도핑 구역 형성 방법.
제1항에 있어서, 도펀트종을 반도체 기판에 주입하는 제2 주입 단계를 수행하는 것을 더 포함하는 도핑 구역 형성 방법.
제6항에 있어서, 상기 도펀트종은 붕소 또는 탄소가 아닌 것인 도핑 구역 형성 방법.
제6항에 있어서, 상기 도펀트종은 탄소를 포함하는 것인 도핑 구역 형성 방법.
제6항에 있어서, 상기 도펀트종은 붕소를 포함하는 것인 도핑 구역 형성 방법.
제6항에 있어서, 상기 제2 주입 단계는 제1 주입 단계에서 주입하는 카르보란 클러스터 분자와는 상이한 클러스터 분자를 기판에 주입하는 것을 포함하는 것인 도핑 구역 형성 방법.
제1항에 있어서, 제1 도펀트와 제2 도펀트 중 적어도 하나를 활성화하기 위한 어닐링을 더 포함하는 도핑 구역 형성 방법.
반도체 기판에 도핑 구역을 형성하는 장치로서,

반도체 기판을 유지하는 단(段)과, 도핑 구역을 형성하기 위해 카르보란 클러스터 분자를 반도체 기판에 주입하는 수단을 포함하는 도핑 구역 형성 장치.
제12항에 있어서, 상기 카르보란 클러스터 분자는 일반 화학식이 1,2-C₂B_1OH₁₂인 o-카르보란 분자인 것인 도핑 구역 형성 장치.
제12항에 있어서, 상기 카르보란 클러스터 분자는 1,5-C₂B₃H₅, 1,2-C₂B₄H₆, 1,2-C₂B₅H₇ 및 1,2-C₂B₈H₁₀으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 도핑 구역 형성 장치.
제12항에 있어서, 상기 카르보란 클러스터 분자는 o-카르보란 유도체인 것인 도핑 구역 형성 장치.
얕은 접합 구역을 갖는 반도체 디바이스를 제조하는 방법으로서,

제1 도펀트를 포함하는 제1 가스와 제2 도펀트를 포함하는 제2 가스를 컨테이너에 공급하는 단계와,

이온 소스를 이용하여 제1 도펀트를 반도체 기판에 주입하는 단계, 그리고

이온 소스를 이용하여 제2 도펀트를 반도체 기판에 주입하는 단계

를 포함하며, 상기 이온 소스는 제1 도펀트 주입 단계와 제2 도펀트 주입 단 계 사이에서 꺼지지 않는 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제1 가스와 제2 가스 중 적어도 하나는 CH₃인 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제1 가스와 제2 가스 중 적어도 하나는 BF₃인 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 이온 소스를 이용하여 제2 도펀트를 주입한 후, 제3 도펀트를 반도체 기판에 주입하는 단계를 더 포함하고, 상기 이온 소스는 제2 도펀트 주입 단계와 제3 도펀트 주입 단계 사이에 꺼지지 않는 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 제3 도펀트는 제1 가스와 제2 가스 중 적어도 하나에 포함되는 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 제1 도펀트는 탄소이고, 상기 제2 도펀트는 불소이며, 상기 제3 도펀트는 붕소인 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 제3 도펀트는 제1 도펀트와 제2 도펀트 중 적어도 하나보다 얕은 깊이로 주입되는 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제16항에 있어서, 컨테이너에 제1 가스 및 제2 가스와 함께 제3 가스를 제공하는 단계를 더 포함하는 반도체 디바이스 제조 방법.
제23항에 있어서, 상기 제1 가스는 탄소 소스 가스이고, 상기 제2 가스는 불소 소스 가스이며, 상기 제3 가스는 붕소 소스 가스인 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제23항에 있어서, 상기 제1 가스, 제2 가스 및 제3 가스 중 적어도 하나는 인, 비소, 인듐 및 안티몬으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 도펀트종을 위한 소스로서 작용하는 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제1 도펀트는 탄소이고, 상기 제2 도펀트는 붕소인 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제1 도펀트는 불소이고, 상기 제2 도펀트는 붕소인 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제1 도펀트와 제2 도펀트 중 하나는 불소이고, 상기 제1 도펀트와 제2 도펀트 중 나머지 하나는 붕소인 것인 반도체 디바이스 제조 방법.
제16항에 있어서, 얕은 접합을 형성하기 위해 상기 제1 도펀트와 제2 도펀트 중 적어도 하나를 활성화시키기 위한 어닐링을 더 포함하고, 상기 제1 도펀트와 제2 도펀트 중 적어도 하나는 붕소 확산을 억제하는 작용을 하는 것인 반도체 디바이스 제조 방법.