KR20140023938A - 비소 및 인의 클러스터 이온 주입 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도펀트 소스 조성물을 이온화하여 도펀트 이온을 형성시킨 다음, 생성되는 도펀트 이온을 기판내에 주입하는 이온 주입 방법에 관한 것이다. 도펀트 소스 조성물은, 도핑된 제품, 예를 들면, 마이크로전자 디바이스를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 또는 전구체 구조물의 제조시에 P- 및/또는 As-도핑을 달성하기 위한 클러스터 인 또는 클러스터 비소 화합물을 포함한다.
Description
본 발명은 이온 주입 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 그 방법에 효과적인 도펀트 조성물을 사용하는 비소 및 인의 클러스터 이온 주입 방법에 관한 것이다.
이온 주입 분야에 있어서, 예를 들면 반도체 디바이스의 제조시에, 이온주입 공정(implant process)의 효율성을 향상시키는데 관심이 지속되고 있다. 비소와 인은 통상적으로 사용되고 있는 도펀트 종(dopant species)이다.
관례적으로, 도펀트 종을 위한 소스 화합물(source compound)은 가스상 형태로 제공된다. 소스 화합물은, 가스상으로 존재하지 않을 경우, 고체 또는 액체 형태의 소스 화합물로부터 승화 또는 증발 기술에 의해 휘발시킬 수 있다. 이어서, 생성되는 도펀트 가스를 이온화시켜 전극 어레이에 의해 분리되어 원하는 유형의 이온을 함유하는 이온빔을 형성하는 이온성 종을 형성시킨다. 이온빔내의 이온은 빔라인 구조(beamline structure)를 통하여 가속되고 기판상에 충돌하여 기판내에 이온이 주입된다.
이러한 이온 주입에 사용되는 소스 화합물과 관련하여, 이러한 화합물은 특별한 기준을 충족해야만 한다. 첫 번째로, 이러한 화합물은 가스상 형태이거나 또는 가스상 형태로 증발될 수 있어야 하며, 생성되는 가스상 화합물은 적절한 수송 특성을 가짐으로써 라인을 통하여 조기 분해, 응축, 또는 가스상 소스 화합물을 이온 주입 용도에 부적합하게 만드는 기타 다른 부작용 없이 이온 주입기의 이온 소스로 전달될 수 있어야 한다. 두 번째로, 이러한 화합물은 이온화가 가능하여 주입에 적합한 이온성 종을 형성해야만 한다. 이온은 그들의 질량 대 전하 비율을 토대로 하여 주입을 위해 선택되기 때문에, 소스 화합물은 이온화가 가능하여 추출에 의해 분리될 수 있는 원하는 이온성 종을 형성하고, 전극을 집중시켜 원치 않는 이온으로 오염되지 않은 원하는 이온성 종의 빔을 형성하여야 한다. 세 번째로, 이러한 화합물은 이온 소스 진공 챔버내에서의 처리 과정하에서 적합한 전압 조건을 포함한 적절한 공정 조건에서 이온화가능해야 한다. 네 번째로, 이러한 화합물은 주입에 충분한 양의 원하는 이온성 종을 제공해야 한다.
많은 경우에, 도펀트 소스 화합물은 원자가 이온화되어 주입을 위한 이온성 종을 구성하는 단원자성 화합물이다. 제공되고, 저장되고, 가공되어야 하는 도펀트 소스 화합물의 부피의 관점에서, 그것은 원자가 이온화되어 주입을 위한 이온화된 종을 구성하는 다원자성 화합물인 도펀트 소스 화합물을 사용하는 것이 훨씬 바람직하다. 다원자성 도펀트 소스 화합물을 사용함으로써, 도펀트 소스 화합물의 단위 부피당 얻을 수 있는 도펀트 이온의 양은 실질적으로 단원자성 도펀트 소스 화합물 이상으로 증가될 수 있으며, 일반적으로는 소스 화합물내의 도펀트 원자의 수가 증가하는 것이 더 바람직하다.
따라서, 전형적으로는 고차 도펀트 소스 화합물(higher order dopant source compound)(소스 화합물 분자당 도펀트 원자의 수가 더 많은 화합물)이 저차 도펀트 소스 화합물(lower order dopant source compound)(소스 화합물 분자당 도펀트 원자의 수가 더 적은 화합물)보다 더 바람직하다. 이러한 상관관계적 맥락에서, 다른 통상적인 소스 화합물에 비해 훨씬 더 많은 수의 도펀트 원자를 가진 도펀트 소스 화합물은 소위 "클러스터(cluster)" 화합물이라 지칭되며, "클러스터"란 용어는 더 많은 수의 도펀트 원자, 예를 들면, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개 10개 또는 그 이상의 도펀트 원자가 관심이 있는 특정 화합물내에 존재한다는 사실을 지칭한다.
상기에서 논의된 바와 같이, 인 또는 비소와 같은 이온성 종을 위한 도펀트 소스 화합물에 상당한 관심이 있으며, 이때 이러한 소스 화합물은 도펀트 종, 예를 들면, 2개 이상의 인 원자를 함유하는 인 소스 화합물, 및 2개 이상의 비소 원자를 함유하는 비소 소스 화합물의 하나 초과의 원자를 함유한다.
본 발명은 이온 주입에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다수의 비소 또는 인 원자를 함유하는 도펀트 소스 화합물을 사용하는 비소 및 인의 이온 주입에 관한 것이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 예를 들면, C1-C12 알킬에 있어서의 탄소번호 범위의 식별은 언급된 범위내에서의 각각의 사이에 있는 탄소수 및 특정의 언급되거나 사이에 있는 탄소수 값이 포함되도록 그러한 범위내의 각 성분의 탄소수 잔기를 포함한다는 것을 의미하되, 본 발명의 범주내에서, 명시된 탄소수 범위내의 탄소수의 서브-범위(sub-range)가 독립적으로는 더 작은 탄소수 범위에 포함될 수 있으며, 구체적으로는 탄소수 또는 탄소수들을 제외한 탄소수의 범위가 본 발명에 포함되며 명시된 탄소수 한계 중의 하나 또는 모두를 제외한 서브-범위도 또한 본 발명에 포함되는 것으로 생각된다. 따라서, C1-C12 알킬은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실 및 도데실을 포함하되, 그러한 타입의 직쇄 뿐만 아니라 측쇄를 포함한다는 것을 의미한다. 따라서, 치환 잔기에 광범위하게 적용할 수 있는 탄소수 범위, 예를 들면, C1-C12 의 식별은, 본 발명의 특정 실시태양의 경우에는, 더 광범위한 치환 잔기의 설명내의 탄소수 범위를 갖는 잔기의 서브-그룹과 같은 더 제한된 탄소수 범위일 수 있을 것이라 생각된다. 일례로서, 탄소수 범위, 예를 들면, C1-C12 알킬은, 본 발명의 특정 실시태양에서는, C1-C4 알킬, C2-C8 알킬, C2-C4 알킬, C3-C5 알킬, 또는 광범위한 탄소수 범위내의 특정의 다른 서브-범위로 보다 제한적으로 명시될 수 있다. 달리 말하면, 탄소수 범위는 선택 그룹의 번호중의 특정한 하나가 선택될 수 있는 선택 그룹, 순차적인 탄소수 서브-범위, 또는 이러한 선택 그룹내의 특정 탄소수 종과 같이 이러한 범위를 적용하는 치환기, 잔기 또는 화합물에 대하여 그러한 범위내의 각각의 탄소수 종을 단정적으로 설명하는 것으로 간주된다.
동일한 해석과 선택을 원자, 작용기, 이온 또는 잔기의 수, 명시된 범위에 대해서는, 수치 제한(예를 들면, 불균등, 이상, 제한 미만)을 지정하는 화학양론적 계수 및 수치, 뿐만 아니라 광범위한 본 발명의 범주내에서 도펀트 소스, 주입 종, 및 화학적 엔티티(chemical entity)에 적용할 수 있는 특정 형태, 충전 상태 및 조성물에 적용할 수 있다.
하나의 양태에서, 본 발명은 도펀트 소스 조성물을 이온화하여 도펀트 이온을 형성하는 단계, 및 생성되는 도펀트 이온을 기판내에 주입하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법에 관한 것으로, 이때 상기 도펀트 소스 조성물은 하기 (i) 내지 (xiv)로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다:
(i) 일반식 PnHx(여기서, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, x는 2 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 인 수소화물;
(ii) 일반식 AsnHy(여기서, n은 2 내지 5의 값을 갖는 정수이며, y는 2 내지 10의 값을 갖는 정수이다)의 비소 수소화물;
(iii) 인 및 이인(diphosphorus) 할로겐화물 및 옥시할로겐화물;
(iv) 비소 및 이비소(diarsenic) 할로겐화물 및 옥시할로겐화물;
(v) 일반식 PnHxRy(여기서, R은 알킬, 알콕시, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 포스페인;
(vi) 일반식 AsnHxRy(여기서, R은 알킬, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 아르신;
(vii) 일반식 R2P-PR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이포스페인;
(viii) 일반식 R2As-AsR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이아르세인;
(ix) P-P 결합을 가진 생성물 화합물(product compound)의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 인 소스 화합물;
(x) As-As 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 비소 소스 화합물;
(xi) 인 할로겐화물 및 인 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, P-P 결합을 가진 인 소스 화합물;
(xii) 비소 할로겐화물 및 비소 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, As-As 결합을 가진 비소 소스 화합물;
(xiii) 폴리-인 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형화합물(caged compounds); 및
(xiv) 폴리-비소 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형화합물.
다른 양태에서, 본 발명은 상기 조성물 종중의 하나 이상을 포함하는 도펀트 소스 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태, 특징 및 실시태양들은 하기 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 보다 자명해질 것이다.
본 발명은 이온 주입에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비소 및 인 도펀트 소스 조성물에 관한 것이다. 다양한 양태에서, 본 발명은 다수의 비소 원자를 함유하는 비소 도펀트 소스 조성물로부터 유도되는 비소 이온의 이온 주입에 관한 것이다. 다른 양태에서, 본 발명은 다수의 인 원자를 함유하는 인 도펀트 소스 조성물로부터 유도되는 인 이온의 이온 주입에 관한 것이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 본 발명의 화합물과 관련된 용어 "폴리-인(poly-phosphorus)"은 2개 이상의 인 원자를 함유하는 화합물을 의미한다. 본 발명의 화합물과 관련된 용어 "폴리-비소(poly-arsenic)"는 2개 이상의 비소 원자를 함유하는 화합물을 의미한다.
본 발명의 특정의 도펀트 소스 조성물은 하기 조성물들을 포함한다:
(i) 일반식 PnHx(여기서, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, x는 2 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 인 수소화물, 예를 들면, P2F4;
(ii) 일반식 AsnHy(여기서, n은 2 내지 5의 값을 갖는 정수이며, y는 2 내지 10의 값을 갖는 정수이다)의 비소 수소화물, 예를 들면, As2F4;
(iii) 인 및 이인 할로겐화물(혼합 할로겐화물, 예를 들면, P2Cl2F2를 포함함) 및 옥시할로겐화물, 예를 들면, P2I4, POCl3, PF3, 및 P2F4;
(iv) 비소 및 이비소 할로겐화물(혼합 할로겐화물, 예를 들면, As2Cl2F2를 포함함) 및 옥시할로겐화물, 예를 들면, As2I4, AsOCl3, AsF3, 및 As2F4;
(v) 일반식 PnHxRy(여기서, R은 알킬, 알콕시, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면, CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22, 바람직하게는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22, 2 내지 22-x, 또는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 포스페인;
(vi) 일반식 AsnHxRy(여기서, R은 알킬, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면, CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22, 바람직하게는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22, 2 내지 22-x, 또는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 아르신;
(vii) 일반식 R2P-PR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면 CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이포스페인;
(viii) 일반식 R2As-AsR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면 CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이아르세인;
(ix) P-P 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 인 소스 화합물;
(x) As-As 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 비소 소스 화합물;
(xi) 인 할로겐화물 및 인 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, P-P 결합을 가진 인 소스 화합물;
(xii) 비소 할로겐화물 및 비소 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, As-As 결합을 가진 비소 소스 화합물;
(xiii) 폴리-인 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형화합물; 및
(xiv) 폴리-비소 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형화합물.
상기 도펀트 소스 화합물은 주입을 위한 이온을 생성하는 다수의 비소 및/또는 인 조성물을 제공하기 위하여 2가지 이상의 다양한 조합으로 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 본 발명은 또한 동위원소적으로 농축된 형태의 비소 및 인 화합물을 제공함으로써, 이러한 화합물의 이온화로부터 생성하는 비소 및 인 이온이 특정의 예정된 동위원소 조성을 갖는 것도 예상된다.
본 발명의 도펀트 소스 화합물은 가스상 형태로 제공되는 것이 유용하며, 도펀트 소스 화합물이 고체 또는 액체 형태인 경우에는 일차적으로 휘발되거나 증발되어 이온 주입기의 이온 소스 챔버로 전달되어 거기에서 이온화된다. 이어서, 이온화된 도펀트 소스는 추출을 이용하고 전극을 집중시켜 처리하여, 예를 들면, 가속화 컬럼 또는 빔라인 구조를 통해 가속되어 이온을 대량으로 주입하기 위한 기판상에 충돌되는 이온빔을 생성시킬 수 있다. 기판은 실리콘 웨이퍼, 또는 마이크로 전자 디바이스를 제조하는데 유용한 다른 기판일 수 있다.
또한, 빔라인 이온 주입 공정과 다른, 본 발명의 도펀트 소스 화합물을 사용하는 다른 이온 주입 방법이 이용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 도펀트 소스 화합물은 또한 플라즈마 침지 이온 주입(plasma immersion ion implantation), 스퍼터링 이온화 이온 주입(sputtering ionization ion implantation), 플라즈마 소스 이온 주입(plasma source ion implantation), 열적 증발 이온 주입(thermal evaporation ion implantation), 전자빔 증발 이온 주입(electron beam evaporation ion implantation) 및 음극 아크 이온 주입(cathodic arc ion implantation) 공정에 이용될 수도 있다. 본원에서의 개시내용이 주로 빔라인 이온 주입 공정에 관한 것이지만, 본 발명이 그러한 공정으로 국한되는 것이 아니라 그 보다는 차라리 도펀트 소스 조성물을 사용하는 이온 주입에 효과적으로 이용될 수 있는 현재 공지되어 있거나 또는 이후에 발견될 특정의 다른 기술까지 확장되고 그러한 기술을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.
주입을 위한 이온을 생성하기 위하여 이온화시킬 도펀트 소스 가스상 조성물은 이후에는 때때로 도펀트 원료 가스(dopant feedstock gas)라 지칭된다. 도펀트 원료 가스가 제공될 수 있으며, 공정 조건은, 특정 온도 및 압력 수준에 따라, 가스 상태에서 테트라머를 형성하는 인 및 비소의 능력, 및 승온에서 다이머 및 모노머를 형성하는 인 및 비소 화합물의 경향을 이용하도록 사용될 수 있다.
다양한 실시태양에 있어서의 본 발명의 이온 주입 공정은 증발된 도펀트 종을 진공 챔버내에서 이온화 조건하에 이온화하여 이온을 생성시키는 단계, 및 생성된 이온을 전기장에 의해 가속시켜 이온을 디바이스 기판내로 주입하는 단계를 포함한다. 디바이스 기판은 실리콘 웨이퍼, 또는 다른 반도체 제조용 기판일 수 있거나, 또는 달리는 평면 패널 디스플레이 제조용 기판, 또는 태양 전지판 제품(solar panel articles) 제조용 기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 도펀트 소스 조성물은 우선적으로는 패키지 형태로 제공될 수 있다. 도펀트 소스 조성물이 표준 조건(25℃, 1 bar 압력)에서 가스상 형태인 경우, 도펀트 소스 조성물은 통상적인 고압 가스 실린더내에 공급될 수 있거나, 또는 에이티엠아이 인코포레이티드(ATMI, Inc.)(미국 코네티컷주 댄버리)사로부터 SDS 란 상품명으로 상업적으로 입수할 수 있는 타입의 용기와 같은 가스 저장 및 분배 용기내에 함유된 적합한 물리적 흡수 매질(physical sorbent medium)상에 흡수된 형태로 공급될 수 있다. 도펀트 소스 조성물이 액체 형태인 경우, 이는 에이티엠아이 인코포레이티드(미국 코네티컷주 댄버리)사로부터 VAC 란 상품명으로 상업적으로 입수할 수 있는 타입의 내장된 가스 압력 조정기(internally disposed gas pressure regulator)가 장착되어 있는 액체 저장 및 가스 분배 용기내에 함유된 바와 같은 패키지 형태로 제공될 수 있다. 도펀트 소스 조성물이 고체 형태의 조성물인 경우, 이는 고체 소스 물질을 가열하여 휘발, 예를 들면 승화시켜 도펀트 원료 가스를 형성시킬 수 있는 증발기 용기(vaporizer vessel)내에 제공될 수 있다. 이러한 타입의 고체 소스 용기는 실질적으로 에이티엠아이 인코포레이티드(미국 코네티컷주 댄버리)사로부터 ProE-Vap 란 상품명으로 입수할 수 있다.
도펀트 소스 공급 용기는 이온 주입기의 가스 상자(gas box)내에 제공될 수 있거나, 또는 주입기 인클로저내의 가스 상자의 외측 또는 주입기 인클로저의 외측에 위치될 수 있거나, 또는 도펀트 원료 가스를 임의의 적합한 방식으로 이온 소스에 공급하도록 정렬될 수 있다.
환원제를 도펀트 소스 화합물과 함께 유동시켜 P-P 또는 As-As 결합을 함유하는 상응하는 반응 생성물 화합물을 형성하는 실시태양에 있어서, 환원제는 흐름선(flowline), 혼합 챔버, 또는 환원제 및 반응을 위한 도펀트 소스 화합물을 혼합하여 반응 생성물 화합물을 형성시키는데 적절한 기타 다른 혼합 장소에서 도펀트 소스 화합물에 도입될 수 있다.
도펀트 원료 가스는 아르곤, 제논, 헬륨 또는 기타 다른 캐리어 가스 매질과 같은 캐리어 가스를 사용하여 캐리어 가스 스트림내의 이온 챔버로 유동시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 개시내용은 도펀트 소스 조성물을 이온화하여 도펀트 이온을 형성하는 단계, 및 생성되는 도펀트 이온을 기판내에 주입하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법을 고려하되, 이때 상기 도펀트 소스 조성물은 하기 (i) 내지 (xiv)로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다:
(i) 일반식 PnHx(여기서, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, x는 2 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 인 수소화물, 예를 들면, P2F4;
(ii) 일반식 AsnHy(여기서, n은 2 내지 5의 값을 갖는 정수이며, y는 2 내지 10의 값을 갖는 정수이다)의 비소 수소화물, 예를 들면, As2F4;
(iii) 인 및 이인 할로겐화물(혼합 할로겐화물, 예를 들면, P2Cl2F2를 포함함) 및 옥시할로겐화물, 예를 들면, P2I4, POCl3, PF3, 및 P2F4;
(iv) 비소 및 이비소 할로겐화물(혼합 할로겐화물, 예를 들면, As2Cl2F2를 포함함) 및 옥시할로겐화물, 예를 들면, As2I4, AsOCl3, AsF3, 및 As2F4;
(v) 일반식 PnHxRy(여기서, R은 알킬, 알콕시, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면, CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22, 바람직하게는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22, 2 내지 22-x, 또는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 포스페인;
(vi) 일반식 AsnHxRy(여기서, R은 알킬, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면, CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22, 바람직하게는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22, 2 내지 22-x, 또는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 아르신;
(vii) 일반식 R2P-PR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면 CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이포스페인;
(viii) 일반식 R2As-AsR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면 CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이아르세인;
(ix) P-P 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 인 소스 화합물;
(x) As-As 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 비소 소스 화합물;
(xi) 인 할로겐화물 및 인 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, P-P 결합을 가진 인 소스 화합물;
(xii) 비소 할로겐화물 및 비소 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, As-As 결합을 가진 비소 소스 화합물;
(xiii) 폴리-인 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형화합물; 및
(xiv) 폴리-비소 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형화합물.
이러한 이온 주입 방법의 하나의 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 일반식 PnHx(여기서, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, x는 2 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 인 수소화물, 예를 들면, P2F4로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다.
다른 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 일반식 AsnHy(여기서, n은 2 내지 5의 값을 갖는 정수이며, y는 2 내지 10의 값을 갖는 정수이다)의 비소 수소화물, 예를 들면, As2F4로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다.
추가의 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 인 및 이인 할로겐화물(혼합 할로겐화물, 예를 들면, P2Cl2F2을 포함한다) 및 옥시할로겐화물, 예를 들면, P2I4, POCl3, PF3, 및 P2F4로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다.
또 다른 실시태양에서의 도펀트 소스 조성물은 비소 및 이비소 할로겐화물(혼합 할로겐화물, 예를 들면, As2Cl2F2을 포함한다) 및 옥시할로겐화물, 예를 들면, As2I4, AsOCl3, AsF3, 및 As2F4로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다.
또 다른 실시예에서의 방법은 일반식 PnHxRy(여기서, R은 알킬, 알콕시, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면, CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22, 바람직하게는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22, 2 내지 22-x, 또는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 포스페인으로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는 도펀트 소스 조성물을 사용한다.
상기 방법의 다른 실시예는 일반식 AsnHxRy(여기서, R은 알킬, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면, CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22, 바람직하게는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22, 2 내지 (22-x), 또는 1 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 아르신으로 이루어진 군중에서 선택되는 조성믈을 포함하는 도펀트 소스 조성물의 사용을 포함한다.
또 다른 실시태양에서의 이온 주입 방법은 일반식 R2P-PR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면 CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이포스페인으로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는 도펀트 소스 조성물을 사용한다.
또 다른 실시태양에서의 방법은 일반식 R2As-AsR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기, 예를 들면 CH3, OCH3, N(CH3)2, 등등 중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이아르세인으로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는 도펀트 소스 조성물을 사용한다.
또 다른 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 P-P 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 인 소스 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다.
또 다른 실시태양에서의 도펀트 소스 조성물은 As-As 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 비소 소스 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는 도펀트 소스 조성물의 사용을 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 인 할로겐화물 및 인 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, P-P 결합을 가진 인 소스 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다.
본 발명 방법의 또 다른 실시태양은 비소 할로겐화물 및 비소 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, As-As 결합을 가진 비소 소스 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는 도펀트 소스 조성물의 사용을 포함한다.
또 다른 실시태양에 있어서, 본 발명의 방법은 폴리-인 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는 도펀트 소스 조성물을 사용한다.
본 발명 방법의 또 다른 실시태양은 폴리-비소 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는 도펀트 소스 조성물을 사용한다.
다른 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 P2H4, As2H4, P2I4, POCl3, PF3, P2F4, As2I4, AsOCl3, AsF3, 및 As2F4 로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 앞에서 기술된 바와 같은 혼합 할로겐화물, 예를 들면, P2Cl2F2 및 As2Cl2F2 로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함한다.
각각의 상기 화합물들은 개시된 방법의 상응하는 각각의 특정 실시태양에서 도펀트 소스 조성물로서 사용된다.
따라서, 도펀트 소스 조성물은 폴리-비소 화합물, 또는 그와 달리 폴리-인 화합물을 포함할 수 있다.
도펀트 소스 조성물의 이온화는 본원에서의 개시내용에 기초하여 본 기술분야의 범주내에서 특정의 적합한 방식으로 실시될 수 있다. 다양한 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 이온 빔을 형성하는 이온화 조건하에서 이온화된다. 이온 빔은 그것이 기판, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼를 포함하는 기판 또는 마이크로전자 디바이스용 기판을 향하여 가속되도록 구성되고 정렬된다.
다양한 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 자연계에 존재하는 조성 이상으로 동위원소적으로 농축되어 있다.
또 다른 실시태양에서, 도펀트 소스 조성물은 캐리어 가스, 예를 들면, 아르곤, 제논 및 헬륨으로 이루어진 군중에서 선택되는 가스내에서 상기 언급된 이온화를 위한 이온 소스로 유동한다.
다양한 실시태양에서, 본 발명의 도펀트 소스 조성물, 또는 그들의 이온화 생성물은 특정의 하나 이상의 하기의 종들을 배제함으로써 제한될 수 있다.
N-형 클러스터의 경우에는 AsnHx +(여기서, n = 3 또는 4 이며, 0≤x≤n+2 이다), 및 P-형 클러스터의 경우에는 B10Hx + 또는 B10Hx -;
As3Hx + 및 As4Hx +;
PnHx + (여기서, n은 2, 3, 또는 4 이며, 0≤x≤6 이다);
BnHx + (여기서, n은 2, 3, 또는 4 이며, 0≤x≤6 이다); 및
AnHx + 또는 AnRHx+ (여기서, n = 4 이고, x = 0 이고, A = As 또는 P 이며, R은 인을 함유하지 않고 주입 공정에 해롭지 않은 분자이다).
본 발명은 고농도의 인 및 비소 이온을 발생시키기 위하여 클러스터 소스 특성을 가진 다양한 도펀트 소스 화합물 및 공급 가스 조성물의 사용을 고려한다는 것을 알 것이다.
본 발명을 본원에서는 특정 양태, 특징 및 예시적 실시태양을 참조하여 설명하였지만 본 발명의 효용이 그들로 국한되는 것이 아니라 많은 다른 변형, 수정 및 대체 실시태양까지 확장되고 그들을 포함할 것이고, 따라서 본 발명 기술분야의 전문가들은 본원 설명에 기초하여 그들을 제안할 것이라는 사실을 알고 있을 것이다. 그에 따라, 이하에서 청구되는 발명은 본 발명의 정신 및 범주내에서 이러한 변형, 수정 및 대용 실시태양을 모두 포함하는 것으로 광범위하게 이해되고 해석되어야 한다.
Claims (38)
- 하기 (i) 내지 (xiv)로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는 도펀트 소스 조성물을 이온화하여 도펀트 이온을 형성하는 단계, 및 생성되는 도펀트 이온을 기판내에 주입하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법:
(i) 일반식 PnHx(여기서, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, x는 2 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 인 수소화물;
(ii) 일반식 AsnHy(여기서, n은 2 내지 5의 값을 갖는 정수이며, y는 2 내지 10의 값을 갖는 정수이다)의 비소 수소화물;
(iii) 인 및 이인(diphosphorus) 할로겐화물 및 옥시할로겐화물;
(iv) 비소 및 이비소(diarsenic) 할로겐화물 및 옥시할로겐화물;
(v) 일반식 PnHxRy(여기서, R은 알킬, 알콕시, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 포스페인;
(vi) 일반식 AsnHxRy(여기서, R은 알킬, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 아르신;
(vii) 일반식 R2P-PR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이포스페인;
(viii) 일반식 R2As-AsR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1 -6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이아르세인;
(ix) P-P 결합을 가진 생성물 화합물(product compound)의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 인 소스 화합물;
(x) As-As 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 비소 소스 화합물;
(xi) 인 할로겐화물 및 인 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, P-P 결합을 가진 인 소스 화합물;
(xii) 비소 할로겐화물 및 비소 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, As-As 결합을 가진 비소 소스 화합물;
(xiii) 폴리-인 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형 화합물(caged compounds); 및
(xiv) 폴리-비소 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형 화합물. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 일반식 PnHx(여기서, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, x는 2 내지 11의 값을 갖는 정수이다)의 인 수소화물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 일반식 AsnHy(여기서, n은 2 내지 5의 값을 갖는 정수이며, y는 2 내지 10의 값을 갖는 정수이다)의 비소 수소화물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 인 및 이인 할로겐화물(혼합 할로겐화물, 예를 들면, P2Cl2F2를 포함한다) 및 옥시할로겐화물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 비소 및 이비소 할로겐화물 및 옥시할로겐화물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 일반식 PnHxRy(여기서, R은 알킬, 알콕시, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 포스페인로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 일반식 AsnHxRy(여기서, R은 알킬, O, NR, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 선택되고, n은 2 내지 22의 값을 갖는 정수이고, x는 2 내지 22의 값을 갖는 정수이며, y는 1 내지 22의 값을 갖는 정수이다)의 치환된 아르신으로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 일반식 R2P-PR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1-6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이포스페인으로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 일반식 R2As-AsR'2(여기서, R2 및 R'2 는 C1-6 알킬, 아릴, 및 H, C, O 및 N 원자를 함유하는 다른 작용기중에서 각각 독립적으로 선택된다)의 다이아르세인으로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 P-P 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 인 소스 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 As-As 결합을 가진 생성물 화합물의 동일반응계 형성을 유도할 수 있는 환원제와 조합된 비소 소스 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이, 인 할로겐화물 및 인 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, P-P 결합을 가진 인 소스 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이, 비소 할로겐화물 및 비소 수소화물의 반응 생성물로서 생성된, As-As 결합을 가진 비소 소스 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 폴리-인 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 폴리-비소 6- 및 7-원 고리 화합물, 클러스터 할로겐화물 및 케이지형 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 P2H4, As2H4, P2I4, POCl3, PF3, P2F4, As2I4, AsOCl3, AsF3, 및 As2F4로 이루어진 군중에서 선택되는 조성물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 P2H4를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 As2H4를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 P2I4를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 POCl3를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 PF3를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 P2F4를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 As2I4를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 AsOCl3를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 AsF3를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 As2F4를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 P2Cl2F2 및 As2Cl2F2로 이루어진 군중에서 선택되는 화합물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 P2Cl2F2를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 As2Cl2F2를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 폴리-비소 화합물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 폴리-인 화합물을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 이온 빔을 형성하는 이온화 조건하에서 이온화되는, 이온 주입 방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 이온 빔이 상기 기판을 향하여 가속되는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판이 실리콘 웨이퍼를 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판이 마이크로전자 디바이스용 기판을 포함하는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 자연계에 존재하는 조성 이상으로 동위원소적으로 농축되어 있는, 이온 주입 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 도펀트 소스 조성물이 캐리어 가스내에서 상기 이온화를 위한 이온 소스로 유동하는, 이온 주입 방법. - 제 37 항에 있어서,
상기 캐리어 가스가 아르곤, 제논 및 헬륨으로 이루어진 군중에서 선택되는 가스를 포함하는, 이온 주입 방법.
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