KR20170048517A - 향상된 소스 기술을 이용한 인 또는 비소 이온 주입 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고체 도판트 인 및 비소 소스 및 고차 인 또는 비소 주입 소스 물질의 사용을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 다양한 실시에서, 고체 인-포함 또는 비소-포함 물질은 이량체 또는 사량체 주입 종의 생성을 위해 이온 소스 챔버에 제공된다. 다른 실시에서, 이온 주입은, 기상 인-포함 또는 비소-포함 물질을 분해하여 이온 주입을 위한 기체 상 이량체 및 사량체를 형성하는 반응기의 사용에 의해 증가된다.
Description
본 발명은 인 또는 비소의 이온 주입에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 고체 도판트 소스 및 고차(higher order) 인 또는 비소 주입 소스 물질의 사용을 위한 향상된 소스 기술, 및 관련 방법 및 기구에 관한 것이다.
구체적 양태에서, 본 발명은 상응하는 인 및 비소 클러스터 이온(이량체 및 사량체 포함)의 생성을 위한, 이량체 및 사량체를 비롯한 As 및 P 클러스터 분자의 형성에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 기체 혼합물, 예컨대 (i) PH3 및 PF3, (ii) PH3 및 PF5, (iii) PFx 및 H2, 및 (iv) PFx, PH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가지며, 예컨대 3 내지 5의 값을 가짐), 및 상응하는 As계 기체 혼합물의, 소스 수명을 연장시키기 위한 용도에 관한 것이다. 상이한 공급 용기들로부터 프리-믹스 형태로 이온 주입기로 공급되거나 또는 공-유동식으로(as co-flowed) 주입기로 공급되는 이러한 기체 혼합물을 사용하여 이온 주입을 위한 단량체, 이량체, 및 사량체 빔의 빔 전류의 개선을 성취하고 주입기의 개선된 소스 수명을 수득할 수 있으며, 그 이유는, 상기 기체 혼합물은, 단지 하이드라이드 소스 종(AsH3 또는 PH3)만으로 수행하는 경우 주입기 내에서 형성되는 비소 또는 인의 침착물을 최소화하고, 또한 단지 불소화된 소스 종(PF3, PF5, AsF3, or AsF5)만으로 수행하는 경우 일어날 할로겐 영향을 최소화하기 때문이다.
관련 출원에 대한 상호-참조
35 USC 119 하에 올레그(Oleg Byl) 등의 2014년 9월 1일 출원된 미국 가특허출원 제62/044,409호(명칭: PHOSPHORUS OR ARSENIC ION IMPLANTATION UTILIZING ENHANCED SOURCE TECHNIQUES)의 우선권을 주장한다. 모든 목적에서, 미국 가특허출원 제62/044,409호의 전체 개시내용을 본원에 참고로 인용한다.
이온 주입 분야, 예를 들면, 반도체 소자 제조 분야에서, 주입 공정의 효율 개선에 관심이 지속되고 있다. 인 및 비소는 통상적으로 사용되는 도판트 종이다.
통상적 실시에서, 도판트 종에 대한 소스 화합물은 기체, 액체, 또는 고체 형태로 제공된다. 소스 화합물은, 기체 상이 아니면, 고체 형태 또는 액체 형태 소스 화합물로부터 승화 또는 증기화 기술에 의해 휘발화될 수 있다. 그 후, 생성된 도판트 기체는, 플라즈마 함침(immersion) 이온 주입 공정과 같이 직접적으로, 또는 전극 어레이에 의해 이온 종을 분리시켜, 빔 라인 구조체를 통해 가속화되고 기판 상으로 부딪혀 기판에서의 이온 주입을 실시하는 목적 유형의 이온을 함유하는 이온 빔의 형성에 의해 이온화 처리되어 기판에서 주입을 위한 이온 종을 형성한다.
많은 경우, 이온 주입에 사용되는 도판트 소스 화합물은, 이온화되어 주입용 이온 종을 구성하는 원자에서 일원자성(monoatomic)이다. 제공, 저장 및 가공되어야만 되는 도판트 소스 화합물의 체적의 관점으로부터, 이온화되어, 주입을 위해 이온되는 종을 구성하는 원자에서 다원자성인 도판트 소스 화합물을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 다원자성 도판트 소스 화합물을 사용함에 의해, 도판트 소스 화합물의 단위 체적 당 수득가능한 도판트 이온의 양은 단원자성 도판트 소스 화합물에 비해 실질적으로 증가될 수 있고, 이때 소스 화합물 중의 도판트 원자 수를 증가시키는 것이 일반적으로 더욱 바람직하다. 따라서, 고차 도판트 소스 화합물(소스 화합물 분자 당 보다 많은 수의 도판트 원자)은 저차 도판트 소스 화합물(소스 화합물 분자 당 보다 적은 수의 도판트 원자)에 비해 전형적으로 바람직하다.
본 발명은 인 또는 비소의 이온 주입에 관한 것이다.
하나의 양태에서, 본 발명은, 고체 인-포함 또는 비소-포함 물질로 제조되거나 또는 고체 인-포함 또는 비소-포함 물질이 침착된 하나 이상의 벽으로 경계지어진 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은
이온 소스(source) 챔버를 포함하는 이온 주입기; 및
기상 인 또는 비소 도판트 전구체 물질을 수용하여 이로부터 기상 다원자성 인 또는 기상 다원자성 비소를 형성하도록 구성된 반응기
를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것으로서, 이때
상기 반응기는, 기체 상 물질을 이온 소스 챔버로 전달하여 그 내부에서 이온화하여 이온 주입기에서 기판에 주입하기 위한 주입 종을 형성하도록 배열된 유동 회로망으로 구성되거나 그와 유체 연통식으로 커플링된다.
추가의 양태에서, 본 발명은
이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기;
상기 이온 소스 챔버로 인-포함 또는 비소-포함 기체 상 전구체를 분배하도록 구성된, 인-포함 또는 비소-포함 기체 상 전구체의 공급원; 및
상기 공급원으로부터 상기 이온 소스 챔버로 분배된 전구체로부터 유도되는 이온 소스 챔버 내의 고체 다원자성 인 또는 비소를 침착 및 축적시키는 조건 하에서의 제 1 작동 상, 및 이온 주입을 위해 상기 침착된 고체 다원자성 인 또는 비소로부터 이량체 또는 사량체를 포함하는 증기를 생성하는 조건 하에서의 제 2 작동 상으로 상기 이온 소스 챔버를 작동하도록 구성된 모니터링 및 제어 어셈블리
를 포함하는, 이온 주입 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 양태는
이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기;
기상 인 또는 비소 전구체 화합물을 함유하는 하나 이상의 소스 용기를 포함하며, 상기 이온 주입기에서 사용하기 위해 상기 전구체 화합물을 분배하도록 구성되는, 도판트 소스 물질 공급 어셈블리; 및
분배된 기상 인 또는 비소 전구체 화합물을 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 물질로 전환시키고, 상기 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 물질을 이온 소스 챔버에서 사용하기 위해 제공하여 이로부터 인 또는 비소 주입 종을 생성하도록 구성된, 전환 어셈블리
를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는
이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기; 및
상기 이온 주입기에 기체들의 혼합물을 공급하도록 배열된 하나 이상의 기체 공급 용기를 포함하는 기체 공급 어셈블리
를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 이때 상기 기체들의 혼합물은 하기 (i) 내지 (viii) 중 하나를 포함한다:
(i) PH3 및 PF3(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임); (ii) PH3 및 PF5(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임); (iii) PFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); (iv) PFx, PH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐); (v) AsH3 및 AsF3(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임); (vi) AsH3 및 AsF5(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임); (vii) AsFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); 및 (viii) AsFx, AsH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐).
본 발명의 추가의 양태는, 본원에서 다양하게 기재된 바와 같은 본 발명의 이온 주입 시스템의 사용을 포함하는, 이온 주입 방법에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 양태는 하기 (i) 내지 (viii)로부터 선택되는 기체 혼합물을 이온 주입기의 이온 소스 챔버에 전달하는 것을 포함하는, 이온 주입기의 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다:
(i) PH3 및 PF3(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임); (ii) PH3 및 PF5(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임); (iii) PFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); (iv) PFx, PH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐); (v) AsH3 및 AsF3(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임); (vi) AsH3 및 AsF5(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임); (vii) AsFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); 및 (viii) AsFx, AsH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐).
본 발명의 다른 양태, 특징 및 실시양태는 하기의 발명의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 더욱 더 명확해질 것이다.
도 1은, 본 발명의 하나의 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 또 다른 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 추가의 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 4는, 도판트 소스 기체 공급 라인과 열 전달 관계에 있는, 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 5는, 도판트 소스 기체 공급 라인을 가열하기 위해 작동식으로 위치된 열 전달 부재와 함께 배열된, 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 6은, 이온 주입 공정 시스템의 이온 소스 챔버로 가는 도판트 소스 기체 공급 라인에 위치되어 다원자성 인(phosphorous) 또는 비소 도판트 종을 생성하는 도판트 소스 기체 반응기이다.
도 2는, 본 발명의 또 다른 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 추가의 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 4는, 도판트 소스 기체 공급 라인과 열 전달 관계에 있는, 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 5는, 도판트 소스 기체 공급 라인을 가열하기 위해 작동식으로 위치된 열 전달 부재와 함께 배열된, 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 6은, 이온 주입 공정 시스템의 이온 소스 챔버로 가는 도판트 소스 기체 공급 라인에 위치되어 다원자성 인(phosphorous) 또는 비소 도판트 종을 생성하는 도판트 소스 기체 반응기이다.
본 발명은 인 또는 비소의 이온 주입에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 고체 도판트 소스 및 고차(higher order) 인 또는 비소 주입 소스 물질의 사용을 위한 향상된 소스 기술, 및 관련 방법 및 기구에 관한 것이다.
문맥상 달리 명백히 나타내지 않는 한 단수 형태는 복수의 대상물을 포함한다.
본 발명은, 본 발명의 특징, 양태 및 실시양태와 관련하여 본원에 다양하게 개시된 바와 같이, 구체적인 구현양태에서 상기 특징, 양태 및 실시양태의 일부 또는 전부뿐만 아니라 본 발명의 다양한 추가적인 구현양태를 구성하도록 집합된 이들의 요소 및 구성요소를 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 또는 이들로 본질적으로 이루어지는 것으로 구성될 수 있다. 본 발명은 본 발명의 다양한 특징 및 양태에 관하여 본원에 다양한 실시양태로 개시된다. 본 발명은 이러한 특징, 양태 및 실시양태의 다양한 변형 및 조합이 본 발명의 범주 내에 드는 것으로 고려한다. 따라서, 본 발명은 이들 특정 특징, 양태 및 실시양태, 또는 이들 중 선택된 것(들)의 임의의 조합 및 변형을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 또는 이들로 본질적으로 이루어지는 것으로 구체화된다.
본 발명의 화합물, 조성물, 특징, 단계 및 방법은 본원에 개시된 이들의 다양한 사양 및 예시와 관련하여, 적용가능하다면, 특정 치환기, 동위원소, 잔기, 구조, 성분, 특징, 단계 또는 조건을 배제하는 단서 또는 한정에 의해 특정 실시양태로 더 구체화된다.
본 발명의 이온 주입 시스템 및 방법은, 본 발명의 도판트 소스 조성물 및 방법을 사용하지 않은 상응하는 이온 주입 시스템 및 방법에 대해 향상된 이온 소스 수명을 달성한다.
도면을 참고하면, 도 1은 본 발명의 하나의 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도로서, 여기서 본 발명의 인 및 비소 주입 방법이 수행된다.
이온 주입 공정 시스템(300)은, 예시된 이온 주입 챔버(301)에서 기판(328)의 이온 주입 도핑을 위해 공급되는 도판트 기체를 보유하는 내부 공간을 갖는 저장 및 분배 용기(302)를 포함한다. 저장 및 분배 용기는, 도판트 기체가 기체의 저장을 위해 물리적으로 흡착되는 흡수 매질을 함유하는 유형의 것일 수 있으며, 이때 상기 기체는 상기 용기로부터 배출되기 위해, 분배 조건 하에, 상기 흡수 매질로부터 탈착된다. 흡수 매질은 고체-상 탄소 흡착 물질일 수 있다. 이러한 유형의 흡수제-기반 용기는 SDS 및 SAGE 상표명으로 엔테그리스 인코포레이티드(미국 메사추세츠주 빌레리카 소재)로부터 상업적으로 입수가능하다. 다르게는, 상기 용기는 용기 내부 공간 내에 하나 이상의 압력 조절기를 함유하는 내부 압력-조절 유형의 것일 수 있다. 이러한 압력-조절형 용기는 VAC 상표명으로 엔테그리스 인코포레이티드(미국 메사추세츠주 빌레리카 소재)로부터 상업적으로 입수가능하다. 다르게는, 상기 용기는, 예를 들면 상기 용기 및/또는 이의 내용물의 가열에 의해 휘발되어 증기화 또는 승화 생성물로서 도판트 기체를 생성하는 고체 형태의 도판트 소스 물질을 함유할 수 있다. 이러한 유형의 고체 전달 용기는 프로에바프(ProEvap) 상표명으로 엔테그리스 인코포레이티드(미국 메사추세츠주 빌레리카 소재)로부터 상업적으로 입수가능하다.
도 1에서, 저장 및 분배 용기(302)는, 흡착된 상태, 유리 기체 상태 또는 액화된 기체 상태로 도판트 기체를 보유하는 내부 용적을 둘러싸는(enclosing) 실린더형 용기 벽(304)을 포함한다.
저장 및 분배 용기(302)는, 혼합 챔버(360)(임의적임)를 갖는, 분배 라인(372)을 통해 기체 유동 연통식으로 커플링되며, 후에 배출 라인(312)으로 연결되는 밸브 헤드(308)을 포함한다. 압력 센서(310)는 물질(mass) 유동 제어기(314)와 함께 라인(312)에 배치될 수 있고; 다른 임의적 모니터링 및 감지 구성요소가 상기 라인에 커플링되고, 제어 수단, 예컨대 액추에이터(actuator), 피드백 및 컴퓨터 제어 시스템, 사이클 타이머 등과 접속될 수 있다.
또한, 혼합 챔버(360)는, 사용되는 경우, 기체 공급 라인(370)과 유동 연통식으로 연결될 수 있고, 이는 보충적 기체 공급 용기(362 및 364)에 연결되고, 이들 각각은 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 이는 전술된 용기(302)에 대해 동일하거나 상이한 유형의 것일 수 있다. 용기(362)는 예컨대 희석제 기체를 함유하고, 도판트 기체 혼합물이 제조될 수 있도록 배열된 용기(364)는, 예컨대 희석제 기체 및/또는 공-종 기체와 함께 도판트 기체를 함유하는 공-종(co-species) 기체를 함유할 수 있다.
보충 용기(supplemental vessel)(362)는, 후에 보충 용기 공급 라인(366)과 커플링되는 밸브 헤드(380)가 고정되는 주 컨테이너 부분과 함께 형성된다. 유사한 방식으로, 보충 용기(364)는 밸브 헤드(382)가 고정되는 주 컨테이너 부분과 함께 형성된다. 밸브 헤드(382)는 보충 용기 공급 라인(368)과 커플링된다. 이러한 배열에 의한 공급 라인(366 및 368)은 희석제 및/또는 공-종 기체(들)을 혼합 챔버(360)로 전달하여 주입기의 이온 소스로의 경로에 희석제 및/또는 공-종 기체(들)을 함유하는 도판트 기체 혼합물을 제공한다. 이러한 목적을 위해, 보충 용기 공급 라인(366 및 368), 및 분배 라인(372)은, 상기 용기로부터 분배되는 물질들의 유동 또는 다른 특징을 수동식으로 또는 자동식으로 제어하기에 적합한 밸브, 제어기 및/또는 센서가 구비될 수 있고, 이러한 밸브, 제어기 및/또는 센서는 임의의 적합한 방식으로 상응하는 공급/분배 라인과 커플링 또는 연결될 수 있다.
이러한 밸브는, 중앙 처리 유닛(CPU)에 작동적으로 연결되는 밸브 액추에이터와 후에 커플링될 수 있다. CPU는 전술된 제어기 및/또는 센서와 신호 교류 관계적으로 커플링되고, 서로에 대해 속도, 조건 및 각각의 용기로부터 분배되는 유체의 양을 제어하도록 프로그램식으로 배열될 수 있어서, 라인(312)에서의 혼합 챔버(360)로부터 유동되는 도판트 기체 혼합물이 이온 주입 작업을 수행하기 위해 목적하는 조성, 온도, 압력 및 유속을 가질 수 있게 한다.
예시된 시스템(300)에서, 이온 주입 챔버(301)는, 라인(312)로부터 분배된 도판트 기체 혼합물을 수용하여 이온 빔(305)을 생성하는 이온 소스(316)을 포함한다. 이온 빔(305)은, 필요한 이온을 선택하고, 선택되지 않은 이온은 거부하는 물질 분석기 유닛(322)을 관통한다.
선택된 이온은 가속 전극 어레이(324), 이후 편향(deflection) 전극(326)을 관통한다. 생성된 집속(focused) 이온 빔은 스핀들(332) 상에 배치된 회전식 홀더(330) 상에 배치된 기판 요소(328)에 충돌한다. 도판트 이온의 이온 빔은, 요망되는 바와 같이 기판을 도핑시켜 도핑된 구조체를 형성하기 위해 사용된다.
이온 주입 챔버(301)의 개별 영역들은 펌프(320, 342 및 346)에 의해 각각 라인(318, 340 및 344)을 통해 배기된다.
도 1에 도시된 유형의 이온 주입 시스템은, 이후 더욱 상세히 기재되는 바와 같이, 본 발명에 따른 인 또는 비소 주입에 사용될 수 있다.
현재의 이온 주입 실시에서, 예비-비정질화(amorphization) 주입(PAI)이 기본 반도체 제조 기술로서 통상적으로 이용되며, 여기서 초기 주입 단계는, 후속 주입 단계에서 채널링(channeling)이 방지되도록 기판 물질의 결정질 구조를 의도적으로 파괴하기 위해 이용된다. 게르마늄이 예비-비정질화 주입 종으로서 종종 사용된다. 그러나, 게르마늄의 손상 및 결합 특징부의 양을 제한하기 위해 게르마늄의 대체재가 요구되어, 최종 반도체 제조 생성물의 소자 특성이 영향을 덜 받게 된다.
본 발명에 따라, 다원자성 인 및 비소 주입 종은, PAI 적용에서, 예를 들면, P2+ 또는 As2+의 이량체 빔 또는 P4+ 또는 As4+의 사량체 빔으로 사용될 수 있다. 이량체 빔 또는 사량체 빔에서 사용될 수 있다. 직간접적으로 가열된 고온 필라멘트 이온 소스를 사용한 이량체 빔 또는 사량체 빔 생성 및 이량체 또는 사량체 빔 수율은 소스 플라즈마 조건, 이량체 또는 사량체 생성의 효율, 및 보존 효과(retainment effect)에 의해 상당히 영향받을 수 있다. 하나의 양태에서 본 발명은 인-포함 또는 비소-포함 물질로 제조되거나 또는 인-포함 또는 비소-포함 물질이 침착된 하나 이상의 벽으로 경계지어진, 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기를 포함하는 이온 주입 시스템의 제공을 고려한다.
인의 경우 이온 소스 챔버 벽은 고체 인 또는 인(phosphorous) 화합물 또는 착체로 형성되거나 코팅되어 인 단량체(P+) 또는 인 이량체(P2+) 또는 인 사량체(P4+) 주입 종을 생성할 수 있다. 이에 의해, 이온 소스 챔버에서 생성되는 소스 플라즈마에서의 이량체 이온 집단에 친향적인 인-풍부 환경이 제공된다. 고체 인 또는 인-포함 대체 물질을 이온 소스 챔버 벽 제조 물질로서 사용하여, 인-풍부 소스가 인 이량체의 제공을 위해 제공된다. 이에 의해 이온 주입 시스템은 이량체 주입을 위해 고안된 장치로서 제공된다. 이러한 이온 주입 시스템은, 이온 주입 시스템의 개선된 이량체 빔 성능을 촉진시키는 캐리어 기체 조성물로서 이온 소스 챔버로의 캐리어 기체, 예컨대 하이드라이드 기체, 플루오라이드 기체, 또는 하이드라이드 및 플루오라이드 기체의 혼합물의 유동에 의해 작동될 수 있다.
이온 소스 챔버에서의 이러한 인 소스 물질의 제공에 의해, 인 이량체 또는 사량체 주입 종은 PAI 작업에서 또는 다른 인 주입 적용에서 사용될 수 있다.
인 주입과 관련된 전술된 논의는, 비소-포함 물질로 제조되거나 비소-포함 물질이 침착된 하나 이상의 벽으로 경계지어진, 이온 소스 챔버에 의해 마찬가지로 비소 주입에 적용가능하다.
도 2는, 상기 논의된 인 또는 비소 주입에서, 또는 다르게는, 본 발명의 넓은 실시에서의 인 또는 비소 주입에서 유용하게 사용될 수 있는 하나의 실시양태에 따른 간접 가열식 캐쏘드(IHC) 이온 소스의 단면형 정면도이다. 도 2는, 아크 챔버 및 관련 구성요소를 도시한다. 이러한 유형의 이온 소스는 마시에조브스키(Maciejowski) 등의 미국 특허 제7,138,768호에 더욱 상세히 기재되어 있다.
이러한 IHC 이온 소스에서, 추출 어퍼쳐(extraction aperture)(1012)를 갖는 아크 챔버 하우징(1010)은 인-포함 또는 비소-포함 물질로 제조되거나 또는 인-포함 또는 비소-포함 물질이 침착된 벽으로 경계지어진 아크 챔버(1014)를 한정한다. 캐쏘드(1020) 및 리펠러(repeller) 전극(1022)은 아크 챔버(1014) 내에 위치된다. 캐쏘드(1020)에 근접한 아크 챔버(1014) 외부에 위치된 필라멘트(1030)는 캐쏘드의 가열을 생성한다. 캐리어 기체는, 기체 소스(1035)로 가는 기체 공급 라인(1038)에 의해 커플링된 기체 주입구(1034)를 통해 아크 챔버(1014)로 제공될 수 있다. 기체 소스(1035)는, 캐리어 기체를 아크 챔버(1014)로 공급하기 위해, 하이드라이드 기체, 플루오라이드 기체, 또는 하이드라이드 및 플루오라이드 기체 혼합물을 함유하는 공급 용기(들) 또는 다른 소스 구조체를 포함할 수 있다. 하이드라이드 기체는 수소, 수소 플루오라이드, 또는 다른 기상 하이드라이드 화합물을 포함할 수 있다. 플루오라이드 기체는 불소, 수소 플루오라이드, 또는 다른 기상 플루오라이드 화합물을 포함할 수 있다. 상기 캐리어 기체는 공-유동 기체, 희석제, 세정(cleaning) 기체, 또는 다른 기상 구성성분을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 상기 캐리어 기체는 기상 인 화합물, 예컨대 포스핀, 인(phosphorus) 트라이플루오라이드, 포스포러스(phosphorous) 테트라플루오라이드, 또는 이들 중 2개 이상의 혼합물을 포함한다.
도 2의 시스템에서, 아크 파워 서플라이는 아크 챔버 하우징(1010)에 연결된 양극 단자(positive terminal) 및 캐쏘드(1020)에 연결된 음극 단자(negative terminal)를 갖는다. 리펠러 전극(1022)은 부유형(floating)일 수 있거나, 아크 파워 서플라이의 음극 단자에 연결될 수 있다. 아크 파워 서플라이는 25 암페어에서 100 볼트의 정격을 가질 수 있고, 약 70 볼트에서 작동될 수 있다. 아크 파워 서플라이는 캐쏘드(1020)에 의해 방출된 전자를 아크 챔버(1014) 내의 플라즈마로 가속시킨다.
바이어스 파워 서플라이는 캐쏘드(1020)에 연결된 양극 단자 및 필라멘트(1030)에 연결된 음극 단자를 갖는다. 바이어스 파워 서플라이는 4 암페어에서 600 볼트의 정격을 갖고, 약 2.5 암페어의 전류 및 약 350 볼트의 전압에서 작동될 수 있다. 바이어스 파워 서플라이는, 필라멘트(1030)에 의해 방출된 전자를 캐쏘드(1020)로 가속시켜 캐쏘드(1020)의 가열을 생성한다.
필라멘트 파워 서플라이는 필라멘트(1030)에 연결된 출력 터미널을 갖는다. 필라멘트 파워 서플라이는 200 암페어에서 6 볼트의 정격을 가질 수 있고, 약 140 내지 170 암페어의 필라멘트 전류에서 작동될 수 있다. 필라멘트 파워 서플라이는, 필라멘트(1030)의 가열을 생성하고, 이는 이후 캐쏘드(1020)의 가열을 위해 캐쏘드(1020)로 가속되는 전자를 생성한다.
소스 자석은 아크 챔버(1014) 내부에 자기장을 생성한다. 전형적으로, 소스 자석은 아크 챔버(1014)의 반대하는 말단에서 극(pole)을 포함한다. 자기장의 방향은 이온 소스의 작동에 영향을 주지 않으면서 전환될 수 있다. 소스 자석은 자석 파워 서플라이에 연결되고, 이는 60 암페어에서 20 볼트의 정격을 가질 수 있다. 자기장은 캐쏘드(1020)에 의해 방출된 전자와 아크 챔버(1014) 내의 플라즈마 사이의 증가된 상호작용을 생성한다.
다양한 파워 서플라이의 전압 및 전류 정격 및 작동 전압 및 전류는 단지 예시로서 주어진 것임을 이해할 것이다.
추출 전극 및 억제(suppression) 전극은 추출 어퍼쳐(1012)의 전면에 적합하게 위치된다. 추출 전극 및 억제 전극은 각각 매우-미세한(well-defined) 이온 빔의 추출을 위해 추출 어퍼쳐(1012)에 의해 정렬되는 어퍼쳐를 갖는다. 추출 전극 및 억제 전극은 개별 파워 서플라이에 연결된다.
이온 소스 제어기는 격리 회로(isolation circuit)를 통한 이온 소스의 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시양태에서, 격리 기능을 수행하기 위한 회로망이 파워 서플라이에 설치될 수 있다. 이온 소스 제어기는 프로그램형 제어기 또는 고안된 특별 목적용 제어기일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 이온 소스 제어기는 이온 주입기의 주 제어 컴퓨터로 통합된다.
이온 소스가 작동 중인 경우, 필라멘트(1030)는 열이온 방출 온도(이는 약 2200℃일 수 있음)로 필라멘트 전류에 의해 저항식으로 가열된다.
필라멘트(1030)에 의해 방출된 전자는 필라멘트(1030)와 캐쏘드(1020) 사이의 바이어스 전압에 의해 가속된다. 캐쏘드(1020)는, 전자 폭격(electron bombardment)에 의해 열이온 방출 온도로 가열된다. 캐쏘드(1020)에 의해 방출된 전자는 아크 전압에 의해 가속되고, 아크 챔버(1014) 내부의 기체 소스로부터 기체 분자를 이온화시켜 플라즈마 방전을 생성한다. 아크 챔버(1014) 내부의 전자는 자기장에 의한 나선형 궤적(trajectories)을 따르도록 유도된다. 리펠러 전극(1022)은 입사 전자의 결과로서 음 전하를 축적하고, 결과적으로 전자를 아크 챔버(1014)를 통해 돌아가게 전자를 밀어내기에 충분한 음 전하를 가져서 추가의 이온화 충돌을 생성한다.
리펠러 전극(1022)을 전도성 지지 부재(support member)(1170)에 의해 아크 챔버 베이스에 설치된다. 캐쏘드(1020)는 아크 챔버 하우징(1010)의 하나의 단부에서의 개구에 설치되지만, 아크 챔버 하우징(1010)과 물리적으로 접촉하지는 않는다. 바람직하게는, 캐쏘드(1020)와 아크 챔버 하우징(1010) 사이의 갭은 약 0.050 인치이다.
캐쏘드(1020)와 아크 챔버 하우징(1010) 사이에 갭이 존재한다. 필라멘트(1030)의 가열 루프는 컵형 캐버티(cavity)(1240) 내부에 위치되고, 아크 챔버(1014)로부터 필라멘트(1030)로의 플라즈마의 이동이 최소화된다.
이온 소스는 쉴드(1400)를 추가로 포함할 수 있다. 쉴드(1400)는 캐쏘드(1020) 및 필라멘트(1030)에 근접한 아크 챔버(1014) 외부의 영역(1402)을 실질적으로 둘러 싼다. 쉴드(1400)의 기능은 캐쏘드(1020) 및 필라멘트(1030) 부근에서 전자 및 플라즈마에 대한 장벽을 형성하는 것이다. 쉴드(1400)는 전자 및 플라즈마에 대한 장벽을 형성한다는 의미에서 영역(1402)를 실질적으로 둘러 싸지만, 영역(1402)를 밀봉하지는 않는다.
쉴드(1400)는 박스형 구조를 가질 수 있고, 내화 금속으로 제조될 수 있다. 쉴드(1400)는 상부 벽(1412)를 포함한다. 상이한 쉴드 구조(configuration)가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 쉴드(1400)는 평면형 주 벽을 가질 수 있고, 스탠드오프(standoff)를 사용하여 필라멘트 클램프에 설치될 수 있다. 또한, 쉴드(1400)는 이온 소스의 또 다른 요소에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시에서 사용되는 이온 소스는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있고, 간접 가열식 캐쏘드(IHC) 이온 소스에 대안적으로, 상기 이온 소스는 버나스(Bernas) 소스, 마이크로파 소스, 라디오 주파수(RF) 소스, 또는 다른 유형의 이온 소스일 수 있다.
최근의 주입 기술의 방향에 관해서, 보다 작은 노드 크기에 대한 경향에 의해 인 및 비소의 초박형 정션(ultra-shallow junction) 주입의 개발을 위해 지속적으로 노력하고 있다. 이후, 이에 의해 이량체 또는 사량체 빔 전류(예를 들면 P4+, P2+, As4+, As2+)의 개선 필요성이 생긴다. 일반적으로, 인 또는 비소, 예컨대 원소 인 또는 원소 비소의 고체 소스를 사용하는 것은 우수한 이량체 및 사량체 빔 전류를 제공할 수 있는데, 이는 이들 물질이 전형적으로 고체 상에서 As4 및 P4의 형태로 존재하기 때문이고, 이때 생성된 증기는 또한 사량체 형태를 갖는다. 그러나, 고체 소스는 다양한 단점, 예컨대 고체 소스 인 및 비소 물질의 증기화에 필요한 높은 온도에서 밸브 및 물질 유동 제어기(MFC)의 사용 불가능성에 기인한 불량한 유동 제어를 갖는다. 또한, 빔 전류에서의 변화가 요망되는 경우, 고체 소스 기화기의 작동 온도가 변화되어야 하고, 이는 도판트 소스들 사이에서의 스위칭에 대한 장시간 래그(long time lag)를 종종 포함하는데, 이는, 하나의 기화기는, 또 다른 기화기가 목적하는 온도로 가열되는 동안, 냉각되어야 하기 때문이다. 또한, 특히, 기화기가 여전히 뜨거운 경우에 교체하는 동안에, 고체 인 및 비소 물질을 다루는 것과 관련한 상당한 위험성이 존재한다. 또한, 인 및 비소 고체가 기화기의 작동 동안 사용됨에 따라, 빔 전류가 변할 수 있는데, 이는 상기 고체가 증발됨에 따라 열 전달 면적에서의 변화에 기인한다. 또한, 기화기의 사용 동안, 일반적으로, 기화기 내의 인 및 비소 고체의 잔류 인벤토리(inventory)를 결정하는 것은 어렵다.
전술된 난점은, 본 발명의 또 다른 양태에서, 이온 소스(source) 챔버를 포함하는 이온 주입기; 및 기상 인 또는 비소 도판트 전구체 물질을 수용하여 이로부터 기상 다원자성 인 또는 기상 다원자성 비소(예컨대 기상 이량체 또는 기상 사량체 인, 또는 기상 이량체 또는 기상 사량체 비소의 형태)을 형성하도록 구성된 반응기를 포함하되, 이때 상기 반응기는, 기체 상 물질을 이온 소스 챔버로 전달하여 그 내부에서 이온화하여 이온 주입기에서 기판에 주입하기 위한 주입 종을 형성하도록 배열된 유동 회로망으로 구성되거나 그와 유체 연통식으로 커플링되는, 이온 주입 시스템의 제공에 의해 해결된다.
예컨대, 상기 반응기는, 인 하이드라이드(포스핀) 또는 비소 하이드라이드(아르신) 도판트 전구체 물질을 분해하여 상응하는 고체 원소 인 또는 비소 및 수소를 형성하여 기상 다원자성 인 또는 기상 다원자성 비소, 예를 들면, 기체 상 이량체 또는 사량체 물질을 생성하도록 구성 및 작동될 수 있다.
또 다른 변형에서, 상기 반응기는, 기체 상 As 또는 P 분자 소스 물질, 예컨대 기상 형태의 아르신 또는 포스핀 또는 다른 비소 또는 인 화합물을 수용하여, 이를, 기체 상(g)으로 존재할 것이며, As(g), P(g), 또는 고차 As 또는 P 기체 상 종, 예컨대 As4(g) 또는 P4(g)의 형태의 것일 수 있는 As 또는 P로 전환하도록 배열될 수 있다.
추가의 변형에서, 상기 반응기는, 도판트 전구체 물질, 예컨대 하이드라이드 또는 플루오라이드 화합물을 수용하도록 구성될 수 있고, 상기 도판트 전구체 물질을 분해하여 반응기 내부에서 축적 모드로 고체 비소 또는 인을 형성하도록, 사전결정된 양의 고체 원소 비소 또는 인이 축적된 후에 반응기가 높은 온도로 가열되어 상기 고체 원소 비소 또는 인을 증기화시켜 다원자 형태의 기상 비소 또는 인, 예를 들면, 이량체 또는 사량체 형태를 수득하도록 작동될 수 있다.
또 다른 변형에서, 상기 반응기는, 화합물 형태의 도판트 전구체 물질, 예컨대 (아르신 또는 포스핀) 하이드라이드 화합물을 수용한 후, 분해하여 다원자성, 예를 들면, 이량체 또는 사량체 형태의 증기 상 비소 또는 인을 형성하고, 상기 반응기로부터 주입기의 이온 소스 챔버로 연속적으로 유동되도록 배열될 수 있다.
따라서, 상기 반응기는, 상기 이온 주입 시스템의 기체 전달 라인과 유동 연통식으로 배열되고, 여기서 기상 인 또는 비소 도판트 전구체 물질, 예컨대 포스핀 또는 아르신 기체가 공급 용기 또는 이의 다른 소스로부터 반응기로 유동되도록 배열된다.
상기 반응기는, 포스핀 또는 아르신이 목적하는 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 생성물을 형성하는 제조 공정에서 반응을 일으키기에 충분히 높은 온도에서 유지된다. 목적하는 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 생성물은, 이온 소스 챔버로 가는 기체 전달 라인(들)을 통해 반응기로 유동된다. 반응기와 이온 소스 챔버 사이의 기체 전달 라인 및 반응기의 온도는 상기 이온 소스 챔버의 상류의 기상 사량체의 농축을 방지하기에 적합한 수준에서 유지된다.
반응기는, 유입되는 포스핀 또는 아르신 도판트 전구체 기체, 또는 다른 인 또는 비소 도판트 전구체 기체의 사전결정된 정도의 반응을 수행하도록 설계될 수 있다. 상기 반응기는 임의의 적합한 크기 및 형태일 수 있고, 예컨대 실린더형, 직사각형, 정사각형 또는 다른 단면 형태의 것일 수 있다. 일부 실시양태에서 반응기는 이온 소스 챔버로 가는 기체 전달 라인의 영역을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 이는 상기 반응기의 상류 및 하류에서 기체 전달 라인에 대해 동심형으로(concentrically) 배열될 수 있다. 일반적으로, 인 또는 비소 소스 기체를 분해하고 증기 상 사량체를 생성하기에 효과적인 반응기의 임의의 적합한 설계가 사용될 수 있다. 반응기는 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면, 반응기 내부의 또는 반응기와 열 접촉되는 저항식 가열 요소, 본응기의 복사 가열, 반응기의 전도 가열, 반응기의 대류 가열, 또는 인 또는 비소 소스 기체를 분해하여 목적하는 원소 인 또는 비소 생성물을 생성하는데 필요한 온도를 제공하기에 효과적인 임의의 다른 배열 및 열 전달 방식에 의해 가열될 수 있다.
반응기는, 상기 반응기를 포함하는 이온 주입 시스템의 작동에 사용되는 인 또는 비소 소스 기체의 유속에서 인 또는 비소 소스 기체의 목적하는 분해 정도를 수득하는 체류 시간을 제공하도록 적절하게 사이징될 수 있다. 실시양태에서, 반응기는, 반응기를 통해 유동되는 소스 기체로의 향상된 열 전달 및/또는 이의 체류 시간을 제공하는 내부 매질 또는 성분으로 제조될 수 있다. 이러한 내부 매질 또는 성분은, 예컨대 배플, 베인, 스크류 요소, 또는 반응기에서 연정된 기체 유동 경로 및 반응기를 통해 유동하는 기체의 가열을 위해 연장된 열 전달 표면을 제공하는 다른 유동 지시 부재를 포함할 수 있다. 내부 매질 또는 성분은, 추가적으로 또는 대안적으로, 패킹 매질 또는 성분, 예컨대 비드, 금속 포움, 유리 울(glass wool) 등을 포함할 수 있고, 이들은 구불구불한(tortuous) 유동 경로 및 열 전달 향상을 제공한다.
다른 실시양태에서, 반응기는, 이온 주입 시스템의 아크 챔버 주변을 래핑하는 튜브의 형태로 제공되어 상기 튜브 및 내부의 기체 내용물의 가열을 수행할 수 있거나, 또는 반응기는, 플라즈마에 직접 노출되지 않는 아크 챔버의 내부 공간에 배치된 채널의 형태로 제공되어, 예를 들면 목적하는 사량체가 아크 챔버의 채널에서 동일 반응계 내에서 형성되고, 상기 채널로부터 챔버의 내부 용적으로 배출될 수 있다.
이온 소스 챔버에 도판트 전구체 기체를 전달하는 유동 회로망에서 사용되는 경우, 반응기는 이러한 회로망의 물질 유동 제어기(MFC)의 상류 또는 하류에 위치될 수 있다. 상기 반응기는 하나의 도판트 전구체 기체에 대해 고안될 수 있거나, 모든 기체가 이온 소스 챔버로 유동되는 공통 라인에 위치될 수 있다. 전술된 바와 같이, 증기 상 원소 인 또는 비소 종은 반응기와 이온 소스 챔버 사이에서 응축되지 않는 것이 필수적이다. 이는 상응하는 유동 회로망의 적절한 온도 제어에 의해 성취될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 증기 상 사량체의 응축을 방지하는 필수 온도는, 이온 소스 챔버로부터 1.25 cm 내지 30.5 cm(0.5 내지 12 인치)의 길이에서 이온 소스 챔버로 가는 기체 전달 소스 튜브를 전도식으로 가열하여 수용될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 열 전달 부재, 예컨대 적합한 금속, 바람직하게는 고 전도성 금속, 예컨대 W, Ni, Cu, Mo, Au, Al 등으로 제조된 금속 클램쉘(clamshell)을 기체 전달 소스 튜브 주변에 위치하되, 이때 상기 클램쉘의 하나의 단부는 이온 소스 챔버와 접촉되어 소스 튜브를 통해 상류에서 가열이 수행될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 기체 전달 소스 튜브는 저항식 가열 요소에 의해 가열될 수 있거나, 또는 상기 튜브는, 전술된 바와 같이, 상기 이온 소스 챔버 주변으로 래핑될 수 있다.
반응기에서, 반응은 임의의 적합한 방식, 예를 들면, 반응성 도판트 전구체 기체(예컨대 포스핀 또는 아르신)의 유속을 제어, 반응기의 온도를 제어, 유동 제어 밸브, 유동 제한 오리피스 등의 적절한 사용에 의한 반응기 내부의 압력을 제어함에 의해, 또는 이들의 조합에 의해 제어될 수 있다. 예시적 예로서, 모니터링 및 제어 어셈블리 내의 센서의 적절한 개발에 의해, 사량체의 빔 전류가 모니터링되어 제어기로 전달되는 빔 전류 신호를 생성하고, 이는 이후 이에 응답하여 제어 신호를 전달하여 이러한 목적으로 제공된 적절한 제어식 장치에 의해 유동 및/또는 온도 및/또는 압력을 조절하고, 이때 유동, 온도 및 압력은 모니터링되어 이러한 파라미터의 정밀한 조절을 보장한다.
따라서, 반응기는, 상기 챔버로 가는 다른 기체 공급과는 구별되는, 이온 소스 챔버로 가는 별개의 라인에 위치될 수 있거나, 또는 반응기는 이온 소스 챔버로 가는 단일 공통 라인에 위치되어 이온 소스 챔버로 전달되는 모든 기체가 상기 반응기를 관통할 수 있게 한다. 후자의 경우, 반응기는 멈출 수 있거나, 다른 도판트 종이 반응기를 통해 유동될 때에 내부 온도는 제어식으로 저하될 수 있다.
인 또는 비소 도판트 전구체 기체를 분해하여 기체 상 사량체 종을 형성하기 위한 반응기의 제공은, 인 또는 비소 도판트 전구체 기체가 적합한 소스 용기에 공급될 수 있게 한다. 따라서, 도판트는 인 또는 비소의 고체 형태에 대한 노출 없이 하나의 도판트에서 또 다른 것으로 매우 신속하게 스위칭될 수 있고, 도판트 전구체 인벤토리의 모니터링은 용이하게 달성되는데, 이는, 상기 도판트 전구체가 소스 용기로부터 기체의 압력을 모니터링하는 단순한 방편에 의해 기상 형태(예를 들면, 포스핀 또는 아르신으로서) 존재하기 때문이다. 또한, 도판트 전구체가, 먼저 기상 형태로 공급되기 때문에, 빔 전류는 도판트 전구체(포스핀 또는 아르신 기체)의 유속의 제어를 통해 제어될 수 있다. 기체 상 도판트 전구체가 사용되는 경우, 도판트 전구체 공급 용기의 변경에 필요한 시간은, 고체 기화기가 도판트 전구체를 공급하기 위해 사용되는 경우 고체 기화기의 대체에 필요한 시간보다 훨씬 적은데, 이는 소진된 기화기는 냉각시켜야만 하고, 새로운 기화기는 도판트 전구체로 충전되고, 설치되고, 작동 온도로 가열되어야 하기 때문이다.
따라서, 고체 인 또는 비소 소스 물질 사용의 단점 없이 이들의 이익을 동시적으로 수득하면서 인- 또는 비소-함유 기체를 분해하여 기상 도판트 전구체가 사용될 수 있도록 이온 주입 시스템에 반응기를 제공하는 것은 이온 주입 시스템의 실질적 개선을 달성한다.
전술된 및 후술되는 것들을 비롯한 본원에 기재된 이온 주입 시스템은, 매우 다양한 유형의 것일 수 있고, 예컨대 이온 주입기가 빔 라인 주입기인 이온 주입 시스템, 이온 주입기가 태양광 패널 또는 다른 광전 제품의 제조용으로 구성되는 이온 주입 시스템, 또는 이온 주입기가 다른 유형의 것이거나 다른 이온 주입식 구성요소, 구조체, 어셈블리 또는 다른 제품의 제조용으로 특수하게 구성된 이온 주입 시스템을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 상기 이온 주입 시스템은 반도체 또는 다른 마이크로전자 제품을 제조하거나, n-형 도너 도판트, 예컨대 인이 결정질 규소 태양광 전지의 제조에서 p-n 정션의 형성에 주입되는 광전지를 제조하기 위해 구성될 수 있다.
추가의 양태에서 본 발명은, 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기; 기상 인 또는 비소 전구체 화합물을 함유하는 하나 이상의 소스 용기를 포함하며, 상기 이온 주입기에서 사용하기 위해 상기 전구체 화합물을 분배하도록 구성되는, 도판트 소스 물질 공급 어셈블리; 및 분배된 기상 인 또는 비소 전구체 화합물을 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 물질로 전환시키고, 상기 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 물질을 이온 소스 챔버에서 사용하기 위해 제공하여 이로부터 인 또는 비소 주입 종을 생성하도록 구성된, 전환 어셈블리를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것이다.
이러한 이온 주입 시스템에서, 하나의 실시양태에서 전환 어셈블리는, 상기 분배된 기상 인 또는 비소 전구체 화합물을 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 물질로 열에 의해 전환시키는 반응기를 포함한다.
이러한 이온 주입 시스템의 또 다른 실시양태에서, 전환 어셈블리는, 이러한 공급원 어셈블리로부터 상기 이온 소스 챔버로 분배된 전구체 화합물로부터 유도되는 이온 소스 챔버 내의 고체 다원자성 인 또는 비소를 침착 및 축적시키는 조건 하에서의 제 1 작동 상, 및 이온 주입을 위해 상기 침착된 고체 다원자성 인 또는 비소로부터 이량체 또는 사량체를 포함하는 증기를 생성하는 조건 하에서의 제 2 작동 상으로 상기 이온 소스 챔버를 작동하도록 구성된 모니터링 및 제어 어셈블리를 포함한다.
이러한 이온 주입 시스템에서, 전술된 이온 소스 챔버는 제 1 이온 소스 챔버를 포함할 수 있고, 이때 상기 이온 주입 시스템은 제 2 이온 소스 챔버를 포함하며, 이때, 상기 제 2 이온 소스 챔버는, 상기 공급원으로부터 분배된 전구체를 수용하고 제 1 이온 소스 챔버와 동일한 작동 방식으로 작동하지만, 작동 중에 오프셋되어, 상기 제 2 이온 소스 챔버가 제 1 작동 상으로 작동되는 반면 상기 제 1 이온 소스 챔버는 제 2 작동 상으로 작동되도록, 그리고 상기 제 2 이온 소스 챔버가 제 2 작동 상으로 작동되는 반면 상기 제 1 이온 소스 챔버는 제 1 작동 상으로 작동되도록 구성된다.
따라서, 상기 시스템에는 동일한 주입 장비 내에 2개의 이온 소스에 의해 구현될 수 있으며, 이때 하나는 침착물 축적 모드이고, 다른 것은 주입 모드이거나, 다르게는 모니터링 및 제어 시스템이 2개 이상의 별개의 주입 장비와 함께 사용될 수 있어서, 이들 중 선택된 하나가 제 1 작동 상에 있고, 반면 이들 중 다른 하나는 예들 들면 순환 반복 및 교호적 방식으로 제 2 작동 상에 있으며, 이때 각각의 이온 소스는 연속적안 제 1 및 제 2 작동 상을 진행한다.
또 다른 양태에서 본 발명은, 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기; 및
상기 이온 주입기에 기체들의 혼합물을 공급하도록 배열된 하나 이상의 기체 공급 용기를 포함하는 기체 공급 어셈블리를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 이때 상기 기체들의 혼합물은 하기 (i) 내지 (viii) 중 하나를 포함한다:
(i) PH3 및 PF3(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임); (ii) PH3 및 PF5(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임); (iii) PFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); (iv) PFx, PH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐); (v) AsH3 및 AsF3(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임); (vi) AsH3 및 AsF5(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임); (vii) AsFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); 및 (viii) AsFx, AsH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐). 상기 불활성 기체는, 아르곤, 네온, 질소, 제논, 헬륨, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 불활성 기체를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본원에 다양하게 기재된 이온 주입 시스템의 사용을 포함하는, 이온 주입 방법에 관한 것이다.
또 다른 방법 양태에서, 본 발명은 하기 (i) 내지 (viii)로부터 선택되는 기체 혼합물을 이온 주입기의 이온 소스 챔버에 전달하는 것을 포함하는, 이온 주입기의 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다:
(i) PH3 및 PF3(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임); (ii) PH3 및 PF5(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임); (iii) PFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); (iv) PFx, PH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐); (v) AsH3 및 AsF3(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임); (vi) AsH3 및 AsF5(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임); (vii) AsFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); 및 (viii) AsFx, AsH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐).
도 3은, 기상 인 또는 비소 도판트 전구체의 분해용 반응기를 사용하는 본 발명의 추가 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 3의 시스템에서, 도판트 소스 기체 예컨대 포스핀 또는 아르신을 함유하는 2개의 도판트 소스 기체 용기(402 및 404)가 제공된다. 용기(402, 404)는 분배 챔버(406)에 커플링된다. 이들 용기들은, 용기들 중 하나가 기체를 챔버(406)로 분배하면서, 도판트 소스 기체를 완충 함유하는 다른 것은 준비(standby) 모드에 있도록 통상적으로 배열되며, 이때 상기 용기는 개별 용기의 밸브 헤드 내의 개별 유동 제어 밸브의 적절한 조절에 의해 스위칭될 수 있다. 유동 제어 밸브는, 용기(402 및 404)의 개별 밸브에 적합한 밸브 액추에이터와 커플링된 신호 전달 라인(438 및 440)에 의해 CPU(430)에 작동적으로 연결될 수 있어서, CPU가, 2개의 용기들 중 온-라인된 하나에 의한 분배를 제공하도록 개별 밸브를 제어하게 하며, 이때 다른 용기의 유동 제어 밸브는 폐쇄 조건으로 유지된다. 이에 의해, CPU는, 2개의 용기의 스위칭을 수행할 수 있도록 배열되어, 새롭게 완충된 용기가 이의 유동 제어 밸브의 개방에 의해 분배 모드로 스위칭되고, 소진된 용기가 이전에 개방된 이의 유동 제어 밸브의 폐쇄에 의해 교체(change-out) 모드로 스위칭되도록 한다.
분배 챔버(406)로부터, 분배된 도판트 소스 기체가 압력 센서(410)를 포함하는 분배 라인(408)으로 유동한다. 압력 센서는 신호 전달 라인(436)에 의해 CPU(430)와 신호 전달 관계로 연결된다. 분배 라인(408) 내의 분배된 도판트 소스 기체는 물질 유동 제어기(412)를 통해 유동하여, CPU(430)에 의해 조정될 수 있는 물질 유동 제어기의 설정에 의해 결정된 유속으로 배출되고, 이는 이러한 목적을 위한 제어 신호를 신호 전달 라인(434)의 물질 유동 제어기(412)로 전달하도록 배열된다. 그 후 분배된 도판트 소스 기체는 반응기(416)로 도입된다. 반응기는, 화살표 Q로 표시된 바와 같이 가열되며, 이는 적합한 소스(예를 들면, 임의의 적절한 가열 방식, 예컨대 전도성, 복사성, 대류성 또는 다른 가열 모드에 의해 적합한 승온으로 반응기를 가열하도록 구성된 가열기)로부터 반응기로의 열 전달을 나타낸다).
반응기에서, 도판트 소스 기체는 분해되어 원소 인, 또는 원소 비소를 형성하며, 적용가능한 경우, 이후 상기 원소 물질은 후속 주입용 이량체 또는 사량체 기체 상 물질을 형성한다. 그 후 이량체 또는 사량체 기체 상 물질은 분배 라인(408)의 하류 부분을 통해 이온 주입기(420)로 유동된다. 이량체 또는 사량체 기체 상 물질의 응축을 방지하기 위해, 분배 라인(408)은 가열기(418)에 의해 이러한 응축을 방지하는 적절한 온도로 가열된다. 가열기(418)는 임의의 적합한 가열 기구 또는 장치를 포함할 수 있고, 예컨대 전기 저항 가열 코일로 구성될 수 있다. 이온 주입기(420)에서, 이량체 또는 사량체 기체 상 물질은, 이온화되어 이후에 기판(미도시됨)에 주입되는 주입 종을 형성하기 위해 이온 소스 챔버를 통과한다.
도 3의 시스템은 또한 추가의 기체, 예를 들면, 희석제, 세정 기체, 캐리어 기체, 공-유동 기체 등을 이온 주입기(420)로 공급하는 기체 공급 용기(422 및 424)를 포함한다. 용기(402 및 404)에 대해 전술된 배열과 유사한 방식으로 CPU(430)는 각각 용기(424 및 422)의 유동 제어 밸브 액추에이터로 가는 신호 전달 라인(442 및 444)에 커플링된다. 용기(422)로부터의 기체는 라인(446)에서 분배 챔버(426)로 분배되고, 이는 용기(424)로부터 라인(448)에서 동시에 또는 순차적으로 개별 기체를 수용할 수 있다. 분배 챔버(426)로부터, 기체는 이온 주입기(420)로 가는 물질 유동 제어기(428)를 포함하는 공급 라인(450)으로 유동된다. CPU(430)는 신호 전달 라인(432)에 의해 물질 유동 제어기(428)로 신호 전달 관계로 커플링된다.
전술된 배열에 의해, CPU(430)는, 신호 전달 라인(436)의 압력 센서(410)으로부터 분배된 도판트 소스 기체 압력의 압력 감지 신호 지시자를 수용하고, CPU는 이온 주입 시스템의 작동을 위해 기체 용기(402, 404, 424, 및 422)의 물질 유동 제어기(412 및 428) 및 유동 제어 밸브의 설정을 응답식으로 또는 독립적으로 조절하도록 구성된다. CPU는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있고, 이온 주입 시스템의 모니터링 및 제어 어셈블리의 적절한 센서, 신호 전달 라인 등을 갖는 구성요소로서 예컨대 마이크로프로세서, 프로그램식 로직(logic) 제어기, 특수용 프로그램식 컴퓨터, 또는 이온 주입 시스템의 모니터링 및 제어를 위해 구성 및 작동되는 다른 중앙 처리 유닛을 포함할 수 있다. 구체적으로 도시되지는 않았지만, CPU는 가열기(418)의 출력을 모니터링 및/또는 제어하여 이온 주입기(420)로 공급되는 기체 상 물질로서의 이량체 또는 사량체 도판트 물질의 요망되는 생성 및 유지를 보장하도록 배열 및 구성될 수 있다.
대안적 이온 주입 공정 시스템 배열이 사용될 수 있음을 인정할 것이다. 예컨대, 기체 공급 용기는, 각각, 고안된 물질 유동 제어기를 포함하는 라인으로 기체를 분배하도록 배열될 수 있고, 이때 개별 기체 라인은 물질 유동 제어기의 하류에서 이온 소스 챔버로 가는 단일 기체 유동 라인으로 합쳐진다. 기상 포스핀 또는 아르신 도판트 소스 화합물을 고차 다원자성 기상 도판트 물질로의 전환을 위한 반응기는 이온 소스 챔버로 가는 이러한 단일 기체 유동 라인에 위치될 수 있다. 개별 기체는 또한 이온 소스로 개별적으로 유동될 수 있거나, 도판트, 캐리어 기체, 세정 기체, 공-종 기체 등의 다중 기체 유동 스트림들 중 별도의 하나의 것들이, 본 발명의 방법 및 기구의 주어진 적용에서 필수적이거나 바람직할 수 있는 경우, 임의의 다양한 순열(permutation)로 합쳐질 수 있어서, 이러한 기체 스트림들의 일부가 이온 소스 챔버의 상류에서 합쳐지는 반면, 다른 것들은 혼합 또는 조합 없이 이온 소스 챔버로 직접 유동된다. 기체 공급 용기에는 액추에이터블(actuatable) 밸브 대신에 수동식 밸브가 구비될 수 있고, 이때 액추에이터블 유동 제어 밸브는 개별 기체 공급 용기로부터 하류에 위치된다.
도 4는, 도판트 소스 기체 공급 라인(604)과 열 전달 관계에 있는, 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입 공정 시스템(600)의 개략도이다. 이온 소스 챔버(600)는 주입기(602)의 구성요소로서 배열된다. 이러한 실시양태에서, 도판트 소스 기체 공급 라인(604)은 근부 단부(proximal end)(608)로부터 이온 소스 챔버(600) 주위를 나선형으로 래핑하고, 이는 연속적으로 이온 소스를 둘러싸고, 이온 소스 챔버의 표면을 따라 축상으로 연장되는 라인 부분에서 및 이온 소스 챔버(600)의 내부 공간과 기체 유동 연통식으로 교류하는 원부 단부(distal end)(606)에서 종결된다.
이러한 배열에서 도판트 소스 기체 공급 라인(604)은 이온 소스 챔버(600)에 의해 가열되고, 이는 작동 시에 승온에 있다. 이러한 방식으로, 공급 라인(604)이 예를 들면, 포스핀 또는 아르신 분해 및 이량체/사량체 형성용 반응기로서 배열되는 경우, 도판트 소스 기체 공급 라인(604)이 기상 이량체 또는 사량체 인 또는 비소 물질이 형성되는 온도로 가열된다. 다르게는, 이러한 기상 이량체 또는 사량체 물질이 라인(604)의 근부 단부(608)의 상류에서 반응기에서 형성되는 경우, 라인(604)은 라인(604)을 통해 이온 소스 챔버(600)로 유동되는 이량체 또는 사량체 물질의 응축을 방지하도록 간략하게 가열된다.
도 4의 기구는, 추가의 기체, 예를 들면, 희석제 기체, 캐리어 기체, 세정 기체, 공-유동 기체 등의 이온 소스 챔버(600)로 동시에, 사전에 또는 사후에 유동되는 기체 공급 라인(610)을 추가로 포함한다.
도 5는, 주입기(602)의 일부를 구성하고, 도판트 소스 기체 공급 라인(704)을 가열하도록 작동적으로 배치된 열 전달 부재(700)와 함께 배열된, 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입 공정 시스템(600)의 개략도이다. 이러한 배열에 의해, 작동 시 이온 소스 챔버(600)에 의해 생성된 열은 기체 공급 라인(704)으로 열 전달 부재(700)에 의해 전도식으로 전달되어 라인(704)의 이온 소스 챔버로 유동하는 도판트 소스 물질의 응축이 일어나지 않게 한다.
도 6은, 이온 주입 공정 시스템의 이온 소스 챔버로 가는 도판트 소스 기체 공급 라인에 위치된, 다원자성 주입 종을 생성하기 위한 도판트 소스 기체 반응기의 개략도이다. 반응기는, 내부에서 분해되어 이후에 주입을 위한 인 또는 비소 이량체 또는 사량체 물질을 생성하는 원소 인 또는 비소를 형성하는 인-포함 또는 비소-포함 기상 도판트 소스 물질을 수용하도록 개조된다. 상기 반응기는, 화살표 A로 지시되는 바와 같이 반응기의 내부 공간으로 도입되는 인-포함 또는 비소-포함 기상 도판트 소스 물질을 수용하기 위한 주입구(802)를 갖는 하우징(800)을 포함한다. 열 입력(heat input) Q는, 적합한 열원에 의해 반응기로 전달되고, 이는 전도식, 대류식, 복사식 또는 다른 가열기 유형일 수 있다.
반응기에서 생성된 이량체 또는 사량체 물질은 화살표 B로 지시되는 방향으로 배출구(804)에서 배출된다.
반응기는, 연장된 열 전달 표면 및/또는 반응기를 통해 유동하는 물질의 체류 시간의 조절을 제공하는 내부 구조체, 구성요소 또는 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 반응기는, 도시된 바와 같이, 연장된 유체 유동 경로를 제공하는 배블(808)을 포함할 수 있다. 추가로, 또는 다르게는, 반응기는 보유 스크린(810 및 814)에 의해 고정식으로 위치되는 베드(bed)에 비드 물질(812)을 포함할 수 있다. 추가로, 또는 다르게는, 반응기는, 도시된 바와 같이, 포라머스 플레이트(foraminous plate)(818)에 의해 반응기의 내부 공간에 고정식으로 위치될 수 있는 섬유질 매트 또는 포움 물질(816)을 포함할 수 있다. 추가로, 또는 다르게는, 반응기는, 반응기를 통해 유동하는 유체에 대한 소용돌이 운동을 부여하는 역할을 하는 나선형 바디(820)를 포함할 수 있다. 반응기는, 반응기에서 목적하는 물질의 가열을 달성하는 역할을 하며 반응기를 통해 유동하는 물질에 적절한 체류 시간을 제공하는 매우 다양한 내부 구성요소 및/또는 물질을 포함할 수 있어서, 이량체 및 사량체 종이 유입된 기상 인-포함 또는 비소-포함 전구체 물질로부터 유리하게 형성될 수 있음을 이해할 것이다.
역사적으로, 고체 인 및 고체 비소는 이온 주입 공정에서 인 및 비소 이온의 생성을 위한 1차 공급 물질로서 사용되었으며, 이때 상기 고체 물질은 가열되어 이온화 및 이온 추출을 위해 이온 소스 챔버로 전달되는 증기를 생성하였다. 인 및 비소 증기는, 이량체로 분해되고, 이들은 승온에서 단량체로 분해되는 사량체(P4 및 As4)로 구성되기 때문에, 고체 인 및 고체 비소가 이량체 및 사량체를 형성하기 위한 이상적 공급 물질이다. 이러한 고체의 사용은 상응하는 단량체(P+ 및 As+)를 생성하는데 보다 편리한 기체 상 전구체, 예컨대 포스핀 및 아르신 때문에 이온 주입 산업분야에서 포기되었고, 고체 인 및 비소 공급 물질 사용으로의 복귀는, 고가의 이온 주입기의 신규 설치 및 이러한 고체 인 및 비소 공급 물질을 수용할 수 있는 새로운 이온 주입 시스템으로의 대체를 요구할 것이다. 포스핀 및 아르신이 특정 조건 하에 이온 주입기 내에서 이량체 및 사량체를 생성하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 이량체 및 사량체는 상업적으로 바람직하지 않을 정도로 낮은 농도도 생성된다.
또 다른 양태에서 본 발명은 이러한 결점을 극복한다. 포스핀 및 아르신이 둘다 승온에서 원소 인 및 비소로 분해되고, 통상의 이온 주입기에서 일어날 공정이, 임의의 고체 원소 인 또는 비소가 (i) 이온 소스 챔버에서의 매우 고온의 결과로서 증발되거나, (ii) 본래의 인 또는 비소 하이드라이드 화합물로부터 유도된 수소와 반응하여, 포스핀 또는 아르신으로서 기체 상으로 되돌아 가거나, (iii) 단량체 이온으로서 이온화되거나, 또는 (iv) 이량체 또는 사량체를 형성하기 전에 이온 소스 챔버로부터 펌핑되어 나오는 것에 의해, 마스킹된다.
이러한 양태에서 본 발명은 통상의 이온 주입 시스템 작동으로부터 기초적 출발을 수행하며, 여기서 이온 소스 챔버는, 사전 결정된 양의 고체 인 또는 고체 비소가 이온 소스 챔버에 침착될 때까지 지속되는 제 1 "축적" 작동 모드에서, 기상 포스핀 또는 아르신을 수용하고, 포스핀 또는 아르신이 분해되어 고체 인 또는 고체 비소를 이온 소스 챔버에 침착시키는 온도를 비롯한 작동 조건에서 작동된다.
이온 소스 챔버가 사전결정된 양의 고체 인 또는 고체 비소로 담지된 이러한 "축적" 작동 모드 후에, 이온 주입 시스템은 1차 "주입" 작동 모드에서 작동된다. 이러한 주입 작동 모드에서, 기상 포스핀 또는 아르신은, 이온 주입을 위해 추출되는 이량체 또는 사량체가 풍부한 증기를 생성하는 축적된 원소 고체의 장점을 취하기 위해 "전환되는" 작동 조건 하에 축적된 원소 인 또는 비소 고체를 함유하는 이온 소스 챔버로 유동된다.
이러한 목적을 위해, 이온 주입 시스템은, 상기 공급원으로부터 상기 이온 소스 챔버로 분배된 전구체로부터 유도되는 이온 소스 챔버 내의 고체 다원자성 인 또는 비소를 침착 및 축적시키는 조건 하에서의 제 1 작동 상, 및 이온 주입을 위해 상기 침착된 고체 다원자성 인 또는 비소로부터 이량체 또는 사량체를 포함하는 증기를 생성하는 조건 하에서의 제 2 작동 상으로 상기 이온 소스 챔버를 작동하도록 구성된 모니터링 및 제어 어셈블리를 포함할 수 있다.
상기 논의된 이온 주입 시스템에서와 같이, 전술된 이온 소스 챔버는, 제 1 이온 소스 챔버를 포함할 수 있고, 이때 상기 이온 주입 시스템은 제 2 이온 소스 챔버를 포함하며, 이때, 상기 제 2 이온 소스 챔버는, 상기 공급원으로부터 분배된 전구체를 수용하고 제 1 이온 소스 챔버와 동일한 작동 방식으로 작동하지만, 작동 중에 오프셋되어, 상기 제 2 이온 소스 챔버가 제 1 작동 상으로 작동되는 반면 상기 제 1 이온 소스 챔버는 제 2 작동 상으로 작동되도록, 그리고 상기 제 2 이온 소스 챔버가 제 2 작동 상으로 작동되는 반면 상기 제 1 이온 소스 챔버는 제 1 작동 상으로 작동되도록 구성된다.
전술된 바와 같이, 따라서 상기 시스템에는, 동일한 주입 장비 내에 2개의 이온 소스에 의해 구현될 수 있으며, 이때 하나는 침착물 축적 모드이고, 다른 것은 주입 모드이거나, 다르게는 모니터링 및 제어 시스템이 2개 이상의 별개의 주입 장비와 함께 사용될 수 있어서, 이들 중 선택된 하나가 제 1 작동 상에 있고, 반면 이들 중 다른 하나는 예들 들면 순환 반복 및 교호적 방식으로 제 2 작동 상에 있으며, 이때 각각의 이온 소스는 연속적안 제 1 및 제 2 작동 상을 진행한다.
따라서, 이러한 순차적 축적/주입 작동은, 이온 주입 시스템의 변형 필요성 또는 통상적으로 사용되는 도판트 전구체 물질의 변경 필요성 없이 고체 원소 인 또는 고체 원소 비소 사용의 장점을 제공한다.
전술된 이온 주입 시스템 작동은, 축적된 고체 원소 인과의 반응하여 주입을 위해 목적하는 이량체 또는 사량체를 생성하기 위해 포스핀과 함께 또는 이를 대체하여 사용되는 인 트라이플루오라이드 및/또는 인 펜타플루오라이드에 의한 인 주입의 경우에서 수행될 수 있다. 마찬가지로, 비소 주입의 경우, 상응하는 비소 플루오로화합물은 축적된 고체 원소 비소와 반응하는 기상 비소-함유 물질로서의 아르신과 함께 또는 이를 대체하여 사용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 다양한 양태 및 실시양태는 인 및 비소 이온 주입에서 실질적 개선이 달성될 수 있게 함을 이해할 것이다.
본 발명을 특정 양태, 특징 및 예시적 실시양태를 참조하여 본원에 개시하였지만, 본 발명의 사용이 그에 제한되지 않고 본원의 기재내용을 기초로 본 발명 분야의 통상의 숙련자에게 시사되는 한 오히려 다수의 다른 변형, 변경 및 다른 실시양태들로 연장되거나 또는 이들을 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 이후의 특허청구범위 발명은 본 발명의 진의 및 범주 내에 드는 이러한 모든 변형, 변경 및 다른 실시양태를 포함하는 것으로 폭넓게 해석되는 것으로 의도된다.
Claims (51)
- 이온 소스(source) 챔버를 포함하는 이온 주입기; 및
기상(gaseous) 인 또는 비소 도판트 전구체 물질을 수용하여 이로부터 기상 다원자성 인 또는 기상 다원자성 비소를 형성하도록 구성된 반응기
를 포함하는 이온 주입 시스템으로서, 이때
상기 반응기는, 기체 상 물질을 이온 소스 챔버로 전달하여 그 내부에서 이온화하여 이온 주입기에서 기판에 주입하기 위한 주입 종을 형성하도록 배열된 유동 회로망(flow circuitry)으로 구성되거나 그와 유체 연통식으로 커플링되는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 유동 회로망에 분배되도록 배열된 기상 인 또는 비소 도판트 전구체 물질의 공급원을 추가로 포함하는 이온 주입 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 기상 인 또는 비소 도판트 전구체 물질의 공급원이 기상 인 도판트 전구체 물질의 공급원을 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 기상 인 또는 비소 도판트 전구체 물질의 공급원이 기상 비소 도판트 전구체 물질의 공급원을 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기가, 유동되는 기상 물질의 향상된 열 전달 및/또는 체류 시간 조정을 위한 내부 매질 또는 성분을 함유하는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기가 상기 유동 회로망의 일부로 구성되는, 이온 주입 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 유동 회로망의 일부가 튜브를 포함하며, 이 튜브는 상기 이온 소스 챔버 주위로 래핑되어(wrapped) 튜브 및 내부의 기체 내용물의 가열을 수행하는, 이온 주입 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 유동 회로망의 일부가, 상기 이온 소스 챔버의 내부 공간 내로 배출하는 이온 소스 챔버의 내부 공간에 배치된 채널을 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기가 상기 유동 회로망과 유체 연통되는, 이온 주입 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 반응기가, 상기 유동 회로망 내의 물질(mass) 유동 제어기의 상류에 위치되는, 이온 주입 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 반응기가, 상기 유동 회로망 내의 물질 유동 제어기의 하류에 위치되는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
가열기 내부의 기체 상 사량체 종의 응축 온도를 초과하는 온도로 상기 유동 회로망을 가열하도록 구성된 가열기를 추가로 포함하는 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 이온 소스 챔버로부터 상기 유동 회로망으로 열을 전달하도록 배열된 열 전달 부재(member)를 추가로 포함하는 이온 주입 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 열 전달 부재가 W, Ni, Cu, Mo, Au, Al, 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
빔 전류 또는 빔 전류에 영향을 주는 공정 조건을 모니터링하고, 이에 응답하여 시스템 내의 유속, 온도, 및 압력 중 하나 이상을 조절하여 사전결정된 빔 전류를 제공하도록 구성된 모니터링 및 제어 어셈블리를 추가로 포함하는 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기가 기상 이량체 또는 기상 사량체 인, 또는 기상 이량체 또는 기상 사량체 비소의 형태의 기상 다원자성 인 또는 기상 다원자성 비소를 생성하도록 구성된, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기가, 인 하이드라이드 또는 비소 하이드라이드 도판트 전구체 물질을 분해하여 상응하는 고체 원소 인 또는 비소 및 수소를 형성하여 기상 다원자성 인 또는 기상 다원자성 비소를 기체 상 이량체 또는 사량체 물질로서 생성하도록 구성되는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기가, 기체 상 As 또는 P 분자 소스 물질을 수용하여 이를 기체 상 As 또는 P로 전환시키도록 구성된, 이온 주입 시스템. - 제 18 항에 있어서,
상기 기체 상 As 또는 P가 As4 또는 P4를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기가, 도판트 전구체 물질을 수용하고 그 개방형 전구체 물질을 분해하여 반응기 내에서 축적 모드로 고체 비소 또는 고체 인을 형성하고, 사전결정된 양의 고체 원소 비소 또는 인이 축적된 후 고체 원소 비소 또는 인을 증기화시켜 다원자 형태의 기상 비소 또는 인을 수득하도록 구성되는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기가, 화합물 형태의 도판트 전구체 물질을 수용하고 이를 분해하여 상기 반응기로부터 상기 이온 주입기의 이온 소스 챔버로 연속적으로 유동되는 다원자 형태의 증기 상 비소 또는 인을 형성하도록 구성되는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 이온 주입기가 빔 라인 주입기인, 이온 주입 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 이온 주입기가 태양광 패널 제조용으로 구성된, 이온 주입 시스템. - 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기;
상기 이온 소스 챔버로 인-포함 또는 비소-포함 기체 상 전구체를 분배하도록 구성된, 인-포함 또는 비소-포함 기체 상 전구체의 공급원; 및
상기 공급원으로부터 상기 이온 소스 챔버로 분배된 전구체로부터 유도되는 이온 소스 챔버 내의 고체 다원자성 인 또는 비소를 침착 및 축적시키는 조건 하에서의 제 1 작동 상(phase), 및 이온 주입을 위해 상기 침착된 고체 다원자성 인 또는 비소로부터 이량체 또는 사량체를 포함하는 증기를 생성하는 조건 하에서의 제 2 작동 상으로 상기 이온 소스 챔버를 작동하도록 구성된 모니터링 및 제어 어셈블리
를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 24 항에 있어서,
상기 이온 소스 챔버가 제 1 이온 소스 챔버를 포함하고, 상기 이온 주입 시스템이 제 2 이온 소스 챔버를 포함하며,
이때, 상기 제 2 이온 소스 챔버는, 상기 공급원으로부터 분배된 전구체를 수용하고 제 1 이온 소스 챔버와 동일한 작동 방식으로 작동하지만, 작동 중에 오프셋되어, 상기 제 2 이온 소스 챔버가 제 1 작동 상으로 작동되는 반면 상기 제 1 이온 소스 챔버는 제 2 작동 상으로 작동되도록, 그리고 상기 제 2 이온 소스 챔버가 제 2 작동 상으로 작동되는 반면 상기 제 1 이온 소스 챔버는 제 1 작동 상으로 작동되도록 구성되는, 이온 주입 시스템. - 제 24 항에 있어서,
상기 이온 주입기가 빔 라인 주입기인, 이온 주입 시스템. - 제 24 항에 있어서,
상기 이온 주입기가 태양광 패널의 제조용으로 구성되는, 이온 주입 시스템. - 제 24 항에 있어서,
상기 인-포함 또는 비소-포함 기체 상 전구체의 공급원이 인-포함 기체 상 전구체의 공급원을 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 24 항에 있어서,
상기 인-포함 또는 비소-포함 기체 상 전구체의 공급원이 비소-포함 기체 상 전구체의 공급원을 포함하는, 이온 주입 시스템. - 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기;
기상 인 또는 비소 전구체 화합물을 함유하는 하나 이상의 소스 용기를 포함하며, 상기 이온 주입기에서 사용하기 위해 상기 전구체 화합물을 분배하도록 구성되는, 도판트 소스 물질 공급 어셈블리; 및
분배된 기상 인 또는 비소 전구체 화합물을 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 물질로 전환시키고, 상기 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 물질을 이온 소스 챔버에서 사용하기 위해 제공하여 이로부터 인 또는 비소 주입 종을 생성하도록 구성된, 전환 어셈블리
를 포함하는 이온 주입 시스템. - 제 30 항에 있어서,
상기 전환 어셈블리가, 상기 분배된 기상 인 또는 비소 전구체 화합물을 기상 다원자성 원소 인 또는 비소 물질로 열에 의해 전환시키는 반응기를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 30 항에 있어서,
상기 전환 어셈블리가,
상기 공급원으로부터 상기 이온 소스 챔버로 분배된 전구체로부터 유도되는 이온 소스 챔버 내의 고체 다원자성 인 또는 비소를 침착 및 축적시키는 조건 하에서의 제 1 작동 상, 및 이온 주입을 위해 상기 침착된 고체 다원자성 인 또는 비소로부터 이량체 또는 사량체를 포함하는 증기를 생성하는 조건 하에서의 제 2 작동 상으로 상기 이온 소스 챔버를 작동하도록 구성된 모니터링 및 제어 어셈블리
를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 32 항에 있어서,
상기 이온 소스 챔버가 제 1 이온 소스 챔버를 포함하고, 상기 이온 주입 시스템이 제 2 이온 소스 챔버를 포함하며,
이때, 상기 제 2 이온 소스 챔버는, 상기 공급원으로부터 분배된 전구체를 수용하고 제 1 이온 소스 챔버와 동일한 작동 방식으로 작동하지만, 작동 중에 오프셋되어, 상기 제 2 이온 소스 챔버가 제 1 작동 상으로 작동되는 반면 상기 제 1 이온 소스 챔버는 제 2 작동 상으로 작동되도록, 그리고 상기 제 2 이온 소스 챔버가 제 2 작동 상으로 작동되는 반면 상기 제 1 이온 소스 챔버는 제 1 작동 상으로 작동되도록 구성되는, 이온 주입 시스템. - 제 30 항에 있어서,
상기 이온 주입기가 빔 라인 주입기인, 이온 주입 시스템. - 제 30 항에 있어서,
상기 이온 주입기가 태양광 패널의 제조용으로 구성되는, 이온 주입 시스템. - 이온 소스 챔버를 포함하는 이온 주입기; 및
상기 이온 주입기에 기체들의 혼합물을 공급하도록 배열된 하나 이상의 기체 공급 용기를 포함하는 기체 공급 어셈블리
를 포함하는 이온 주입 시스템으로서, 이때
상기 기체들의 혼합물이 하기 (i) 내지 (viii) 중 하나를 포함하는, 이온 주입 시스템:
(i) PH3 및 PF3(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임);
(ii) PH3 및 PF5(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임);
(iii) PFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임);
(iv) PFx, PH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐);
(v) AsH3 및 AsF3(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임);
(vi) AsH3 및 AsF5(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임);
(vii) AsFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); 및
(viii) AsFx, AsH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐). - 제 36 항에 있어서,
x가 3 내지 5의 값을 갖는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
PFx가 PF5를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
상기 기체들의 혼합물이 (i) PH3 및 PF3를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
상기 기체들의 혼합물이 (ii) PH3 및 PF5를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
상기 기체들의 혼합물이 (iii) PFx 및 H2를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
상기 기체들의 혼합물이 (iv) PFx, PH3, H2, 및 불활성 기체를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 42 항에 있어서,
상기 불활성 기체가, 아르곤, 네온, 질소, 제논, 헬륨, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 불활성 기체를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
AsFx가 AsF5를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
상기 기체들의 혼합물이 (v) AsH3 및 AsF3를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
상기 기체들의 혼합물이 (vi) AsH3 및 AsF5를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
상기 기체들의 혼합물이 (vii) AsFx 및 H2를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 36 항에 있어서,
상기 기체들의 혼합물이 (viii) PFx, PH3, H2, 및 불활성 기체를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 48 항에 있어서,
상기 불활성 기체가, 아르곤, 네온, 질소, 제논, 헬륨, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 불활성 기체를 포함하는, 이온 주입 시스템. - 제 1 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 따른 이온 주입 시스템의 사용을 포함하는, 이온 주입 방법.
- 하기 (i) 내지 (viii)로부터 선택되는 기체 혼합물을 이온 주입기의 이온 소스 챔버에 전달하는 것을 포함하는, 이온 주입기의 성능을 향상시키는 방법:
(i) PH3 및 PF3(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임);
(ii) PH3 및 PF5(이때 PH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임);
(iii) PFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임);
(iv) PFx, PH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐);
(v) AsH3 및 AsF3(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 40체적% 내지 60체적% 범위임);
(vi) AsH3 및 AsF5(이때 AsH3의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 내지 75체적% 범위임);
(vii) AsFx 및 H2(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 갖고, H2의 농도는, 기체들의 혼합물의 총 체적을 기준으로 50체적% 이하임); 및
(viii) AsFx, AsH3, H2, 및 불활성 기체(이때 x는 임의의 화학양론적으로 허용가능한 값을 가짐).
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