KR20160146860A - 가스 확산 디바이스를 처리하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부품에 불순물을 주입하기 위한 방법에 관한 것이다. 부품은 가스 진입 오리피스(2) 및 다수의 구멍들을 구비한 방출 표면(3)을 가지는 중공체(1) 형태를 하는 샤워 꼭지 형태의 가스 확산 디바이스이며, 주입이 방출 표면에서 일어난다.

Description

가스 확산 디바이스를 처리하는 방법{METHOD FOR INSTALLING A GAS DIFFUSION DEVICE}

본 발명은 가스 확산 디바이스에 불순물을 주입하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 분야는 플라즈마 수단에 의해 부품들을 처리하는 분야이다. 이러한 것은 예를 들어 소위 플라즈마 강화 화학 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PEVCD) 기계에 적용한다. 이러한 것은 또한 예를 들어 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE)에 적용한다. 이러한 것은 머리글자 PIII 또는 용어 "플라즈마 도핑" 에서 알려진 플라즈마 침투 이온 주입(plasma immersion ion implantation)을 위한 특정 기계에 또한 적용한다. 이러한 기계들은 가스 진입 오리피스 및 다수의 극소 구멍(miniscule hole)들을 구비하는 방출 표면(ejection surface)을 구비하는 중공체 형태를 하는 샤워 꼭지 형태의 가스 확산 디바이스를 가진다. 처리를 위한 부품을 향하여 배열된 이러한 디바이스는 상기 부품 위에서 가스의 균일한 유동을 얻는데 기여한다.

예로써, 처리를 위한 부품들은 마이크로 전자 공학에서 사용하기 위한 실리콘 웨이퍼, 또는 실제로 평탄 스크린들을 제작하는데 사용하기 위한 기판들일 수 있다.

당해 분야에서 널리 사용되는 다양한 종류의 증착은 아래에 설명된다:

ㆍ테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)로부터 실리콘 산화물을 증착;

ㆍ실리콘 질화물을 증착; 및

ㆍ시레인(silane)으로부터 또는 디클로로실란(dichlorosilane)으로부터 실리콘 증착.

이러한 증착을 만들 때, 증착이 또한 가스 확산 디바이스의 방출 표면상에서도 일어난다는 것을 알았다. 이러한 점은 상기 방출 표면에 있는 구멍들이 점차적으로 폐색되는 것으로 이어지고, 그 결과, 가스의 유동, 특정 입자들의 분리 및 기판으로의 낙하의 균일성을 저하시키고, 증착 속도를 변경한다.

이러한 문제를 개선하기 위하여, 방출 표면상에 나타난 원치않는 증착을 에칭하는, 종래의 NF₃와 같은, 붕소 함유 플라즈마의 수단에 의해 규칙적으로 적소에 세정이 수행된다. 이러한 에칭은 대체로 알루미늄 또는 실리콘의 합금으로 만들어지는 가스 확산 디바이스의 재료에 해로움이 없는 것은 아니다. 디바이스는 화학적 에칭을 겪고, 이에 의해 그 표면을 저하시키고, 가능하게 그 형상, 특히 방출 표면에 존재하는 구멍들의 크기를 변경한다. 이러한 현상의 결과로서, 가스 확산 디바이스는 오직 비교적 제한된 횟수만 세정될 수 있어 그 초기 특성을 보존한다. 그 후, 디바이스는 폐기될 필요가 있다.

그러므로, 보다 긴 수명을 주기 위해 가스 확산 디바이스를 보호하는 것이 공지되어 있다. 이러한 목적을 위하여, 티타늄 질화물이 방출 표면상에 증착된다. 이러한 해결책은 많은 제한을 갖는다:

ㆍ디바이스를 설계할 때 증착 두께를 고려할 필요가 있으며;

ㆍ증착의 균일성이 방출 표면에 있는 구멍들에서 매우 양호할 필요가 있으며;

ㆍ여러 회 세정된 후에 증착이 손상되었으면, 가스 확산 디바이스를 재활용하는 것이 실제로 불가능하다.

그러므로, 본 발명의 목적은 샤워 꼭지 형태의 가스 확산 디바이스의 수명이 상당히 증가되는 것을 가능하게 하는 해결책을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 부품에 불순물을 주입하는 방법은, 상기 부품이 가스 진입 오리피스 및 다수의 구멍들을 구비한 방출 표면을 가지는 중공체 형태를 하는 샤워 꼭지 형태의 가스 확산 디바이스이며, 주입은 상기 방출 표면에서 일어나는 것을 특징으로 한다.

상기 방출 표면을 도핑하는 것은 에칭에 견디는 그 능력이 상당히 증가되는 것을 가능하게 한다.

유익하게, 상기 주입은 플라즈마 침투 모드에서 수행된다.

제1 선택에 있어서, 상기 디바이스는 알루미늄으로 만들어지고, 상기 도핑제는 바람직하게 질소이다.

제2 선택에 있어서, 상기 디바이스는 실리콘으로 만들어지고, 상기 도핑제는 질소 또는 붕소일 수 있다.

본 발명의 추가의 특징에 따라서, 주입 동안, 가속 전압은 10 ㎸ 내지 100 kV의 범위에 놓인다.

바람직하게, 가속 전압은 10 kV 내지 30 kV의 범위에 놓인다.

바람직한 실시예에서, 주입된 투여량은 평방 센티미터당(/㎠) 2×10¹⁷ 내지 2×10¹⁸/㎠의 범위에 놓인다.

본 발명은 예시의 방식으로 첨부 도면을 참조하여 주어진 실시예에 대한 다음의 설명에서 더욱 상세히 나타난다:
도 1은 가스 확산 디바이스의 단면도; 및
도 2는 방출 표면의 도면.

양 도면에서 제공되는 동일한 요소들은 각각의 도면에서 동일한 도면부호로 주어진다.

양 도면을 참조하여, 가스 확산 디바이스는 공지된 방식으로 샤워 헤드의 형태를 한다. 이것은 중공체 내로 가스를 공급하기 위하여 가스 진입 오리피스(2)를 가지는 중공체(1)의 형태를 한다.

중공체(1)는 다수의 극소 구멍(4)들을 구비한 방출 표면(3)을 가진다.

본 발명에서, 방출 표면은 이온 주입의 수단에 의해 불순물이 도핑된다.

도핑은 그 특성을 변경하기 위하여 기본적인 재료에 소량의 불순물을 첨가하는 행위이다. 다시 말하면, 재료를 도핑하는 것은 그 매트릭스 내에서 일부 다른 재료의 원자들을 도입하는 것으로 이루어진다.

도핑 재료의 원자들은 불순물로서 또한 지칭되고, 원자들은 희박상(dilute phase)으로 있으며: 그 농도는 기본적인 재료의 농도와 비교하여 무시할 정도이며, 대략 1/10,000 내지 수 %이다.

제1 선택사양에 있어서, 가스 확산 디바이스는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진다.

이러한 상황 하에서, 도핑은 바람직하게 플라즈마 침투 주입 기술을 사용하여 질소와 함께 수행된다.

상기 기술에서, 디바이스에 주입하는 것은 플라즈마에 디바이스를 잠기게 하고, 그리고 이온들이 디바이스에 주입되도록 디바이스를 향해 플라즈마의 이온들을 가속할 수 있는 전기장을 생성하도록 수십 볼트로부터 수십 킬로볼트(대체로 100 ㎸ 미만)에서 디바이스를 바이어스시키는(biasing) 것에 있다. 이러한 방식으로 주입되는 바와 같은 원자들은 "도판트(dopant)"로서 지칭된다. 바이어스 전압은 대체로 펄싱된다(pulsed).

본 예에서, 이러한 것은 바람직하게 주입되는 방출 표면이다.

질소를 주입하는 것은 알루미늄 질화물을 생성하려는 의도이다. 이러한 질화물의 형성을 촉진하기 위하여, 처리 동안 온도는 비교적 높을 필요가 있지만, 재료의 코어 특성의 저하를 피하도록 너무 높지 않아야 한다. 알루미늄에 대하여, 이러한 온도는 이상적으로 350℃ 내지 450℃의 범위에 놓인다.

가속 전압은 70 나노미터(nm)보다 큰, 이상적으로 100 nm 내지 300 nm의 침투 깊이를 얻도록 유익하게 10 kV 내지 30 kV의 범위에 놓인다.

주입된 투여량은 2×10¹⁷/㎠ 내지 2×10¹⁸/㎠의 범위에 놓여야 한다. 그 결과, 균일하고 양호한 품질의 질소의 층을 생성하기 위해 충분한 질소의 농도가 얻어진다.

임의의 재료를 도핑하기 위한 다른 해결책이 존재한다. 첫 번째로 떠오르는 것은 확산이다. 그럼에도, 확산 기술은 주입을 위해 요구되는 것보다 높은 온도를 요구하기 때문에 알루미늄에 대해 잘 적용되지 않는다. 이러한 것은 가스 확산 디바이스의 저하로 이어진다.

제2 선택사항에 있어서, 가스 확산 디바이스는 실리콘으로 만들어진다.

이러한 상황 하에서, 도핑은 마찬가지로 질소를 사용하여 일어날 수 있으며, 이에 의해, 실리콘 질화물이 형성된다.

도핑은 BF₃ 또는 B₂H₆의 플라즈마를 사용하여 붕소와 함께 또한 수행될 수 있다.

모든 가능한 해결책의 전체 목록을 시도하는 것이 현실적이지 않기 때문에 일부 해결책이 설명된다. 그럼에도, 본 발명은 가스 확산 디바이스의 재료, 특히 그 방출 표면에 관계없이, 도핑제의 특성에 관계없이 적용 가능하다.

상기된 본 발명의 실시예들은 그 구체적인 특성 때문에 선택되었다. 그럼에도, 본 발명에 의해 보호되는 모든 실시예들을 철저하게 열거하는 것은 가능하지 않다. 특히, 설명된 임의의 단계 또는 임의의 수단은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 등가의 단계 또는 수단에 의해 대체될 수 있다.

Claims (9)

1. 부품에 불순물을 주입하는 방법에 있어서,
   상기 부품은, 가스 진입 오리피스(2) 및 다수의 구멍들을 구비한 방출 표면(3)을 가지는 중공체(1) 형태를 갖는 샤워 꼭지 형태의 가스 확산 디바이스이며, 상기 방출 표면에 주입이 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주입은 플라즈마 침투 모드에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 중공체(1)는 알루미늄으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 중공체(1)는 실리콘으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 불순물은 질소 원자들인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 불순물은 붕소 원자들인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   가속 전압은 10 ㎸ 내지 100 kV의 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 가속 전압은 10 kV 내지 30 kV의 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   주입된 투여량은 2×10¹⁷/㎠ 내지 2×10¹⁸/㎠의 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 방법.

Images