KR20200098716A

KR20200098716A - 주입 빔 및 소스 수명 성능 개선을 위한 탄소 도판트 기체 및 동축류

Info

Publication number: KR20200098716A
Application number: KR1020207022916A
Authority: KR
Inventors: 올레그 바일; 에드워드 에이 스텀; 잉 탕; 샤라드 엔 예다브; 조셉 디 스위니; 스티븐 지 서기; 배리 루이스 챔버스
Original assignee: 엔테그리스, 아이엔씨.
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2020-08-20
Also published as: SG11201404872SA; US20180211839A1; EP2815424A4; KR20210070400A; EP2815424A1; CN108565198A; US20160020102A1; EP2815424B1; CN104272433A; WO2013122986A8; US9960042B2; EP3267470A2; TW201338022A; TWI632598B; EP3267470A3; CN104272433B; US10354877B2; KR20140133571A; WO2013122986A1; KR20220025123A

Abstract

탄소 도판스 소스 물질을 사용하여 탄소 도핑을 수행하는 이온 주입 공정 및 시스템이 기재된다. 이러한 탄소 도핑을 위하여 탄소 도판트 소스 물질을 포함하는 다양한 기체 혼합물뿐만 아니라 기체의 동축류 조합이 기재된다. 탄소 도판트 소스 물질중 동일 반응계 내 세정제의 제공뿐만 아니라 탄소 도판트 소스 기체, 하이드라이드 기체, 플루오라이드 기체, 불활성 기체, 옥사이드 기체 및 다른 기체의 특정 조합도 기재된다.

Description

주입 빔 및 소스 수명 성능 개선을 위한 탄소 도판트 기체 및 동축류{CARBON DOPANT GAS AND CO-FLOW FOR IMPLANT BEAM AND SOURCE LIFE PERFORMANCE IMPROVEMENT}

본 발명은 이온 주입 방법 및 시스템, 더욱 구체적으로는 이러한 방법 및 시스템에서의 탄소 이온 주입을 위한 탄소 소스(source) 물질에 관한 것이다.

관련 출원에 대한 교차-참조

본원은, 미국 특허법 제119조 하에, 2012년 2월 14일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/598,817 호 및 2012년 4월 17일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/625,571 호에 대한 우선권을 주장한다. 미국 특허 가출원 제 61/598,817 호 및 제 61/625,571 호의 개시내용은 개별적으로 본원에 참고로 인용된다.

이온 주입은 제어되는 양의 도판트 불순물을 반도체 웨이퍼에 정확하게 도입하기 위하여 집적 회로 제작에 이용되며, 미소전자/반도체 제조 공정중 하나이다. 이러한 주입 시스템에서는, 이온 소스가 목적하는 도판트 원소 기체로 이온화되고, 이온은 목적하는 에너지의 이온 빔의 형태로 소스로부터 추출된다. 적합한 형상의 추출 전극을 가로질러 높은 전압을 인가함으로써 추출을 달성하는데, 이들 추출 전극은 추출된 빔을 통과시키기 위한 구멍을 갖는다. 이어, 제조중인 물품(workpiece)에 도판트 원소를 주입하기 위하여, 반도체 웨이퍼 같은 제조중인 물품의 표면에 이온 빔이 닿게 한다. 빔의 이온은 제조중인 물품의 표면에 침투하여 목적하는 전도율의 영역을 형성한다.

모두 전형적으로 진공에서 작동되는, 열전전극(thermoelectrode)을 사용하고 전기 아크에 의해 동력을 공급받는 프리맨(Freeman) 및 버나스(Bernas) 유형, 마그네트론을 사용하는 극초단파 유형, 간접 가열되는 캐쏘드(IHC) 소스 및 RF 플라즈마 소스를 비롯한 몇 가지 유형의 이온 소스를 이온 주입 시스템에 사용한다. 어느 시스템에서나, 이온 소스는 도판트 기체("공급원료 기체"라고 통상적으로 일컬어짐)로 채워진 진공 아크 챔버(이후 "챔버") 내로 전자를 도입함으로써 이온을 발생시킨다. 도판트 기체중의 원자 및 분자와 전자의 충돌은 양의 도판트 이온 및 음의 도판트 이온으로 구성되는 이온화된 플라즈마를 생성시킨다. 부 바이어스 또는 정 바이어스를 갖는 추출 전극은 각각 양이온 또는 음이온이 시준화된(collimated) 이온 빔으로서 구멍을 통해 통과하도록 하며, 이 빔은 표적 물질을 향해 가속화된다.

다수의 이온 주입 시스템에서는, 확산을 억제하는 것으로 알려져 있는 탄소를 표적 물질 내로 주입하여 집적 회로 장치에서 목적하는 효과를 생성시킨다. 탄소는 통상 일산화탄소 또는 이산화탄소 같은 공급원료 기체로부터 주입된다. 일산화탄소 또는 이산화탄소의 사용은 이온 주입기 도구의 플라즈마 소스(아크 챔버) 내에서 금속 표면을 산화시킬 수 있고, 또한 전기 절연체 상에 탄소 잔류물을 침착시킬 수 있다. 이러한 현상은 주입기 도구의 성능을 감소시킴으로써 빈번한 유지 작업을 수행할 필요가 있게 만든다. 산화는 주입 공정에서 비효율성을 야기할 수 있다.

예방용 유지 작업(PM)의 빈도 및 지속기간은 이온 주입 도구의 성능 인자중 하나이다. 일반적인 경향으로서, 도구 PM 빈도 및 지속기간은 감소되어야 한다. 대부분의 유지 작업을 필요로 하는 이온 주입기 도구의 부분은 이온 소스(이는 작업 조건에 따라 약 50 내지 300시간의 작업 후 통상적으로 진행됨), 추출 전극 및 고압 절연체(이들은 통상 수백 시간의 작업 후에 세정됨), 및 도구에 연결된 펌프 및 진공 시스템의 진공 라인을 포함한다. 또한, 이온 소스의 필라멘트는 흔히 규칙적으로 교체된다.

이상적으로는, 아크 챔버 내에 투입된 공급원료 분자는 아크 챔버 자체 또는 이온 주입기의 임의의 다른 구성요소와 실질적인 상호작용 없이 이온화되고 단편화된다. 실제로는, 공급원료 기체 이온화 및 단편화는 챔버 구성요소 에칭 또는 스퍼터링, 아크 챔버 표면 상에서의 침착, 아크 챔버 벽 물질의 재배치 등과 같은 바람직하지 못한 효과를 야기할 수 있다. 구체적으로는, 일산화탄소 또는 이산화탄소 기체의 사용은 챔버 내에서의 탄소 침착을 야기할 수 있다. 이는 이온 빔 불안정성에 기여할 수 있으며, 궁극적으로는 이온 소스의 때이른 고장을 야기할 수 있다. 또한 소스 절연체 또는 추출 전극의 표면 같은 이온 주입기 도구의 고압 구성요소 상에 잔류물이 형성되어, 격렬한 고압 스파크를 야기한다. 이러한 스파크는 빔 불안정성에 기여하는 또 다른 인자이고, 이들 스파크에 의해 방출되는 에너지는 민감한 전자 구성요소에 손상을 주어, 장치 고장을 증가시키고 고장 사이의 평균 시간(MTBF)을 불량하게 할 수 있다.

따라서, 당 업계에서는 상기 결점을 극복하는 새로운 탄소 도판트 소스 물질 및 조성물을 지속적으로 찾고 있다.

본원은 기재, 예를 들어 반도체 제품, 평면 패널 디스플레이 제품, 또는 태양 전지판 제품에 탄소 이온을 주입하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

한 양태에서, 본 발명은 기재에 탄소를 도핑하도록 구성된 이온 주입기에 탄소 도판트 소스 조성물을 유동시키는 단계; 및 상기 이온 주입기를 작동시켜 탄소 도판트 소스 조성물로부터 탄소 도판트 물질을 발생시키고 탄소 도판트 물질을 기재에 주입하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법에 관한 것이며, 이 때 상기 탄소 도판트 소스 조성물은 CO; CO₂; CF₄; CH₄; COF₂; CH₂O; C₂F₄H₂; C₂H₆; 화학식 C_xF_wO_yH_zCl_vN_u의 화합물; 탄화수소; 알칸(예컨대, CH₄, C₂H₆ 등); 환상 알칸(이환상 및 삼환상 화합물 포함, 예를 들어 C₄H₈, C₅H₁₀ 등); 알켄(예를 들어, C₂H₄, C₃H₆,...C_nH_2n); 환상 알켄(예컨대, C₄H₆, C₅H₈, C_nH_2n _-2); 폴리엔(예컨대, C₄H₈ 등); 환상 폴리엔; 알킨(예를 들어, C₂H₂, C₃H₄, C_nH_2n _-2); 환상 알킨; 아렌(예를 들어, C₆H₆, C₁₀H₈ 등), 및 이들의 유도체; 부분적으로 또는 완전히 할로겐화된 탄화수소(예를 들어, CH₂F₂, CF₄, C₂H₂F₄, C₂H₃F₃, C₆F₆ 등); 화학식 ROH의 알콜(예를 들어, CH₃OH, C₂H₅OH 등); 할로겐화된 알콜(예컨대, FCH₂OH, F₂CHCH₂OH 등); 알데하이드(예를 들어, CH₂O, CH₃COH 등); 에터(예를 들어, CH₃OCH₃ 등); 할로겐화된 에터(예컨대, FCH₂OCH₂F 등); 에스터(예를 들어, HCOOCH₃, CH₃COOCH₃ 등); 할로겐화된 에스터(예를 들어, F₂CHCOOCH₃ 등); 1급 아민(예컨대, CH₃NH₂ 등); 2급 아민(예컨대, (CH₃)₂NH 등); 3급 아민(예를 들어, (CH₃)₃N 등); 할로겐화된 아민(예를 들어, CF₃NH₂, (CFH₂)₃N 등); N-할로겐화된 아민(예를 들어, CH₃NF₂, (CFH₂)₂NF 등); 나이트로(RNO₂) 및 나이트로소(RNO) 알킬 및 할로겐화된 알킬 화합물(예를 들어, CH₃NO₂, CH₃NO, FH₂CNO 등); 탄소 원자의 수가 1개인 할라이드(예를 들어, COCl₂, CHF₃, CH₂F₂, CH₂F₂, CH₃F, F₃C-OH, F₂HC-OH 등); 탄소 원자 2개를 함유하는 할라이드(예컨대, F₃C-COH, F₂HC-COH, H₃C-CH₂F, H₃C-CHF₂, H₃C-CF₃, H₂FC-CFH₂ 등); 및 다수의 탄소 원자를 함유하는 할라이드 및 하이드라이드(예를 들어, C₆H₆, C₆H₅F, C₆H₄F₂, C₆H₃F₃, C₆H₂F₄, C₆HF₅ 등)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 탄소 도판트 소스 물질을 포함하고; 상기 x는 1 이상이고, 상기 w는 0 이상이며, 상기 y는 0 이상이고, 상기 z는 0 이상이며, 상기 v는 0 이상이고, 상기 u는 0 이상이되, 상기 w, y, z, v 및 u중 하나 이상은 0이 아닌 값을 갖고; 상기 R은 유기 잔기이고; 상기 탄소 도판트 소스 물질은 임의적으로는 하나 이상의 동축류(co-flow) 기체와 이온 주입기로 함께 유동되거나 하나 이상의 추가적인 기체와 혼합되어 이온 주입기로 유동되며; 상기 하나 이상의 동축류 기체 또는 하나 이상의 추가적인 기체는 H₂, PH₃, AsH₃, CH₄, GeH₄, SiH₄, NH₃, F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, NF₃, N₂F₄, HF, WF₆, MoF₆, Ar, Ne, Kr, Xe, He, N₂, O₂, O₃, H₂O₂, H₂O, Cl₂, HCl, COF₂, CH₂O, C₂F₄H₂, PF₃, PF₅, CF₄, CF₃H, CF₂H₂, CFH₃, B₂F₄, 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물, 및 플루오르-함유 기체로 이루어진 군으로부터 선택된다.

다른 양태에서, 본 발명은 탄소 이온 C_x ⁺(여기에서, x는 1보다 큼) 및 화학식 C_xF_wO_yH_zCl_vN_u ⁺(여기에서, x는 1 이상이고, w, y, z, v 및 u 각각의 값은 0 이상이되, 하나 이상은 0이 아님)의 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소 도판트를 사용하여 기재에 탄소를 클러스터 또는 분자 주입하는 방법에 관한 것이다.

추가적인 양태에서, 본 발명은 탄소 도판트 소스 조성물을 이온화시킴으로써 탄소 도판트 물질을 발생시키고, 탄소 도판트 물질을 기재에 주입함을 포함하는 이온 주입 방법에 관한 것이며, 이 때 상기 탄소 도판트 소스 조성물은 CO; CO₂; CF₄; CH₄; COF₂; CH₂O; C₂F₄H₂; C₂H₆; 화학식 C_xF_wO_yH_zCl_vN_u의 화합물; 탄화수소; 알칸(예컨대, CH₄, C₂H₆ 등); 환상 알칸(이환상 및 삼환상 화합물 포함, 예를 들어 C₄H₈, C₅H₁₀ 등); 알켄(예를 들어, C₂H₄, C₃H₆,...C_nH_2n); 환상 알켄(예컨대, C₄H₆, C₅H₈, C_nH_2n _-2); 폴리엔(예컨대, C₄H₈ 등); 환상 폴리엔; 알킨(예를 들어, C₂H₂, C₃H₄, C_nH_2n _-2); 환상 알킨; 아렌(예를 들어, C₆H₆, C₁₀H₈ 등), 및 이들의 유도체; 부분적으로 또는 완전히 할로겐화된 탄화수소(예를 들어, CH₂F₂, CF₄, C₂H₂F₄, C₂H₃F₃, C₆F₆ 등); 화학식 ROH의 알콜(예를 들어, CH₃OH, C₂H₅OH 등); 할로겐화된 알콜(예컨대, FCH₂OH, F₂CHCH₂OH 등); 알데하이드(예를 들어, CH₂O, CH₃COH 등); 에터(예를 들어, CH₃OCH₃ 등); 할로겐화된 에터(예컨대, FCH₂OCH₂F 등); 에스터(예를 들어, HCOOCH₃, CH₃COOCH₃ 등); 할로겐화된 에스터(예를 들어, F₂CHCOOCH₃ 등); 1급 아민(예컨대, CH₃NH₂ 등); 2급 아민(예컨대, (CH₃)₂NH 등); 3급 아민(예를 들어, (CH₃)₃N 등); 할로겐화된 아민(예를 들어, CF₃NH₂, (CFH₂)₃N 등); N-할로겐화된 아민(예를 들어, CH₃NF₂, (CFH₂)₂NF 등); 나이트로(RNO₂) 및 나이트로소(RNO) 알킬 및 할로겐화된 알킬 화합물(예를 들어, CH₃NO₂, CH₃NO, FH₂CNO 등); 탄소 원자의 수가 1개인 할라이드(예를 들어, COCl₂, CHF₃, CH₂F₂, CH₂F₂, CH₃F, F₃C-OH, F₂HC-OH 등); 탄소 원자 2개를 함유하는 할라이드(예컨대, F₃C-COH, F₂HC-COH, H₃C-CH₂F, H₃C-CHF₂, H₃C-CF₃, H₂FC-CFH₂ 등); 및 다수의 탄소 원자를 함유하는 할라이드 및 하이드라이드(예를 들어, C₆H₆, C₆H₅F, C₆H₄F₂, C₆H₃F₃, C₆H₂F₄, C₆HF₅ 등)로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소 도판트 소스 물질을 포함하고; 상기 x는 1 이상이고, 상기 w는 0 이상이며, 상기 y는 0 이상이고, 상기 z는 0 이상이며, 상기 v는 0 이상이고, 상기 u는 0 이상이되, 상기 w, y, z, v 및 u중 하나 이상은 0이 아닌 값을 갖고; 상기 R은 유기 잔기이고; 상기 탄소 도판트 소스 물질은 하나 이상의 동축류 기체와 발생 단계로 함께 유동되거나 하나 이상의 추가적인 기체와 혼합되어 발생 단계로 유동되며; 상기 하나 이상의 동축류 기체 또는 하나 이상의 추가적인 기체는 H₂, PH₃, AsH₃, CH₄, GeH₄, SiH₄, NH₃, F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, NF₃, N₂F₄, HF, WF₆, MoF₆, Ar, Ne, Kr, Xe, He, N₂, O₂, O₃, H₂O₂, H₂O, Cl₂, HCl, COF₂, CH₂O, C₂F₄H₂, PF₃, PF₅, CF₄, CF₃H, CF₂H₂, CFH₃, B₂F₄, 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물, 및 플루오르-함유 기체로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명의 추가적인 양태는 탄소 도판트 소스 물질을 수용하고, 그로부터 탄소 도판트 물질을 발생시키고, 탄소 도판트 물질을 기재에 주입하도록 구성된 이온 주입기; 및 탄소 도판트 소스 물질을 이온 주입기에 전달하도록 배열된 공급 어셈블리를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것이며, 이 때 상기 공급 어셈블리는 CO; CO₂; CF₄; CH₄; COF₂; CH₂O; C₂F₄H₂; C₂H₆; 화학식 C_xF_wO_yH_zCl_vN_u의 화합물; 탄화수소; 알칸(예컨대, CH₄, C₂H₆ 등); 환상 알칸(이환상 및 삼환상 화합물 포함, 예를 들어 C₄H₈, C₅H₁₀ 등); 알켄(예를 들어, C₂H₄, C₃H₆,...C_nH_2n); 환상 알켄(예컨대, C₄H₆, C₅H₈, C_nH_2n _-2); 폴리엔(예컨대, C₄H₈ 등); 환상 폴리엔; 알킨(예를 들어, C₂H₂, C₃H₄, C_nH_2n-2); 환상 알킨; 아렌(예를 들어, C₆H₆, C₁₀H₈ 등), 및 이들의 유도체; 부분적으로 또는 완전히 할로겐화된 탄화수소(예를 들어, CH₂F₂, CF₄, C₂H₂F₄, C₂H₃F₃, C₆F₆ 등); 화학식 ROH의 알콜(예를 들어, CH₃OH, C₂H₅OH 등); 할로겐화된 알콜(예컨대, FCH₂OH, F₂CHCH₂OH 등); 알데하이드(예를 들어, CH₂O, CH₃COH 등); 에터(예를 들어, CH₃OCH₃ 등); 할로겐화된 에터(예컨대, FCH₂OCH₂F 등); 에스터(예를 들어, HCOOCH₃, CH₃COOCH₃ 등); 할로겐화된 에스터(예를 들어, F₂CHCOOCH₃ 등); 1급 아민(예컨대, CH₃NH₂ 등); 2급 아민(예컨대, (CH₃)₂NH 등); 3급 아민(예를 들어, (CH₃)₃N 등); 할로겐화된 아민(예를 들어, CF₃NH₂, (CFH₂)₃N 등); N-할로겐화된 아민(예를 들어, CH₃NF₂, (CFH₂)₂NF 등); 나이트로(RNO₂) 및 나이트로소(RNO) 알킬 및 할로겐화된 알킬 화합물(예를 들어, CH₃NO₂, CH₃NO, FH₂CNO 등); 탄소 원자의 수가 1개인 할라이드(예를 들어, COCl₂, CHF₃, CH₂F₂, CH₂F₂, CH₃F, F₃C-OH, F₂HC-OH 등); 탄소 원자 2개를 함유하는 할라이드(예컨대, F₃C-COH, F₂HC-COH, H₃C-CH₂F, H₃C-CHF₂, H₃C-CF₃, H₂FC-CFH₂ 등); 및 다수의 탄소 원자를 함유하는 할라이드 및 하이드라이드(예를 들어, C₆H₆, C₆H₅F, C₆H₄F₂, C₆H₃F₃, C₆H₂F₄, C₆HF₅ 등)로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소 도판트 소스 물질을 포함하고; 상기 x는 1 이상이고, 상기 w는 0 이상이며, 상기 y는 0 이상이고, 상기 z는 0 이상이며, 상기 v는 0 이상이고, 상기 u는 0 이상이되, 상기 w, y, z, v 및 u중 하나 이상은 0이 아닌 값을 갖고; 상기 R은 유기 잔기이고; 상기 탄소 도판트 소스 물질은 하나 이상의 동축류 기체와 함께 이온 주입기로 유동되거나 하나 이상의 추가적인 기체와 혼합되어 이온 주입기로 유동되며; 상기 하나 이상의 동축류 기체 또는 하나 이상의 추가적인 기체는 H₂, PH₃, AsH₃, CH₄, GeH₄, SiH₄, NH₃, F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, NF₃, N₂F₄, HF, WF₆, MoF₆, Ar, Ne, Kr, Xe, He, N₂, O₂, O₃, H₂O₂, H₂O, Cl₂, HCl, COF₂, CH₂O, C₂F₄H₂, PF₃, PF₅, CF₄, CF₃H, CF₂H₂, CFH₃, B₂F₄, 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물, 및 플루오르-함유 기체로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명의 다른 양태는 (A) 본 발명의 하나 이상의 탄소 도판트 소스 기체(들), 및 (B) 하나 이상의 플루오로 화합물 기체(들), (C) 하나 이상의 불활성 기체(noble gas), (D) 하나 이상의 옥사이드 기체, 및 (E) 다른 기체(예를 들어, N₂, H₂)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 추가적인 기체를 포함하는 기체 조합 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 추가적인 양태는 본 발명의 기체 조합 조성물을 사용하여 기재에 탄소를 도핑함을 포함하는, 기재에 탄소를 이온 주입하는 방법에 관한 것이다. 이러한 기체 유동 조합 조성물은 둘 이상의 상이한 기체 화합물을 함유하고, 임의의 적합한 수의 기체 성분, 예를 들어 2개, 3개 또는 그 이상의 성분을 함유할 수 있다.

본 발명의 다른 양태는, 탄소 도판트 소스 물질을 F₂, COF₂, CF₄, MoF₆, B₂F₄, NF₃, N₂F₄, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, WF₆, 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 및 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 플루오로 화합물 기체(들)와의 혼합물로 및/또는 이들 기체(들)와 동축류 관계로 이온 주입 공정에 전달하는, 탄소 이온 주입 공정에서 빔 전류를 개선하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 탄소 도판트 소스 물질을 수용하고, 그로부터 탄소 도판트 물질을 발생시키고, 탄소 도판트 물질을 기재에 주입하도록 구성된 이온 주입기; 및 이온 주입기에 탄소 도판트 소스 물질을 전달하도록 배열된 공급 어셈블리를 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것이며, 이 때 상기 탄소 도판트 소스 물질은 F₂, COF₂, CF₄, MoF₆, B₂F₄, NF₃, N₂F₄, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, WF₆, 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 및 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 플루오로 화합물 기체(들)와 혼합물이거나 이들 기체(들)와 동축류 관계이다.

본 발명에 따라 하나 이상의 동축류 기체와 함께 이온 주입기로 유동되거나 하나 이상의 추가적인 기체와 혼합되어 이온 주입기로 유동되는 탄소 도판트 소스 물질을 사용하여, 임의의 이러한 동축류 기체 또는 추가적인 기체 없이 이온 주입기를 상응하게 작동시키는데 비해, 제법 변화, 빔 안정성, 소스 수명, 빔 균일성, 빔 전류 및 소유 비용중 하나 이상의 면에서 이온 주입기의 작동 특징을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 양태, 특징 및 실시양태는 이어지는 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 더욱 충분하게 명백해질 것이다.

도 1은 기재에 탄소를 주입하기 위하여 탄소 도판트 소스 물질을 이온 주입기로 공급하는 본 발명에 따른 작업 모드를 예시하는 이온 주입 시스템의 개략도이다.
도 2는 50mA의 소스 빔 전류에서 NF₃ 동축류 속도(표준 입방센티미터/분(sccm))의 함수로서 플롯팅된 탄소 도판트 물질 빔 전류(C+ 빔, 밀리암페어)의 그래프이다.
도 3은 30mA의 소스 빔 전류에서 NF₃ 동축류 속도(표준 입방센티미터/분(sccm))의 함수로서 플롯팅된 탄소 도판트 물질 빔 전류(C+ 빔, 밀리암페어)의 그래프이다.

본 발명은 탄소 도판트 소스 물질 및 조성물을 포함하는, 기재에 탄소를 주입하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수형은 문맥상 명백하게 달리 해석되지 않는 한 복수 인용물을 포함한다.

본원의 화합물의 유기 잔기 및 유기 화합물 자체는 임의의 적합한 유형일 수 있고, 예를 들어 원소 C, H 및 임의적으로는 헤테로원자(예컨대, O, N, Si 등)를 포함할 수 있다. 본 발명의 이러한 잔기 및 유기 화합물은 그 안의 다른 원소와 화학량론적 비의 임의의 적합한 탄소 수, 예를 들어 C₁-C₁₂, 또는 그 이상을 가질 수 있다.

본원에 사용되는 탄소 수 범위(예컨대, C₁-C₁₂)의 표시는 이러한 범위 내의 구성 탄소 수의 잔기 각각을 포함하여, 언급된 그 범위 내에서 그 사이의 각각의 탄소 수 및 임의의 다른 언급되거나 그 사이에 속하는 탄소 수 값이 포괄되도록 하며, 명시된 탄소 수 범위 내의 더 작은 탄소 수 범위가 본 발명의 영역 내에서 더 작은 탄소 수 범위에 독립적으로 포함될 수 있는 것으로, 또한 특정 탄소 수 또는 수들을 특별히 배제하는 탄소 수의 범위가 본 발명에 포함되는 것으로, 또한 명시된 범위의 탄소 수 한계치중 하나 또는 둘 다를 배제하는 더 작은 범위도 본 발명에 포함되는 것으로 이해된다. 따라서, C₁-C₁₂ 알킬은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실 및 도데실을 포함하고자 한다(직쇄뿐만 아니라 이러한 유형의 분지된 기 포함). 따라서, 치환기 잔기에 넓게 적용될 수 있는 탄소 수 범위의 표시, 예를 들어 C₁-C₁₂는 본 발명의 구체적인 실시양태에서 탄소 수 범위가 치환기 잔기의 더 넓은 규정 내에 속하는 탄소 수 범위를 갖는 잔기의 더 작은 군으로서 추가로 제한될 수 있도록 함을 알아야 한다. 예로서, 탄소 수 범위, 예를 들어 C₁-C₁₂ 알킬은 더 제한되게 명시되어, 본 발명의 구체적인 실시양태에서 C₁-C₄ 알킬, C₂-C₈ 알킬, C₂-C₄ 알킬, C₃-C₅ 알킬 또는 넓은 탄소 수 범위 내의 임의의 다른 더 작은 범위 같은 더 작은 범위를 포괄할 수 있다.

본원에 기재되는 다양한 명시 사항 및 예시와 관련하여 구체적인 치환기, 기, 잔기 또는 구조를 배제하는 단서조항 또는 제한에 의해 본 발명의 화합물을 구체적인 실시양태에서 추가로 명시할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 제한적으로 한정된 조성물, 예를 들어 Rⁱ가 C₁-C₁₂ 알킬이나 단 R^j가 실릴인 경우 Rⁱ가 C₄ 알킬이 아닌 조성물을 고려한다.

본 발명은 다양한 유형의 탄소 도판트 소스 물질을 사용하는 이온 주입에 관한 것이다. 본 발명은 하기 탄소 도판트 소스 물질의 사용을 고려한다: CO; CO₂; CF₄; CH₄; COF₂; CH₂O; C₂F₄H₂; C₂H₆; 화학식 C_xF_wO_yH_zCl_vN_u(여기에서, x는 1 이상이고, w는 0 이상이며, y는 0 이상이고, z는 0 이상이며, v는 0 이상이고, u는 0 이상이되, w, y, z, v 및 u중 하나 이상은 0이 아닌 값을 가짐)의 화합물; 탄화수소; 알칸(CH₄, C₂H₆ 등); 환상 알칸(이환상 및 삼환상 화합물 포함, C₄H₈, C₅H₁₀ 등); 알켄(C₂H₄, C₃H₆,...C_nH_2n); 환상 알켄(C₄H₆, C₅H₈, C_nH_2n _-2); 폴리엔(C₄H₈ 등); 환상 폴리엔; 알킨(C₂H₂, C₃H₄, C_nH_2n _-2); 환상 알킨; 아렌(C₆H₆, C₁₀H₈ 등), 및 이들의 유도체; 부분적으로 또는 완전히 할로겐화된 탄화수소(CH₂F₂, CF₄, C₂H₂F₄, C₂H₃F₃, C₆F₆ 등); 화학식 ROH(여기에서, R은 유기 잔기임)의 알콜(CH₃OH, C₂H₅OH 등); 할로겐화된 알콜(FCH₂OH, F₂CHCH₂OH 등); 알데하이드(CH₂O, CH₃COH 등); 에터(CH₃OCH₃ 등); 할로겐화된 에터(FCH₂OCH₂F 등); 에스터(HCOOCH₃, CH₃COOCH₃ 등); 할로겐화된 에스터(F₂CHCOOCH₃ 등); 1급 아민(CH₃NH₂ 등); 2급 아민((CH₃)₂NH 등); 3급 아민((CH₃)₃N 등); 할로겐화된 아민(CF₃NH₂, (CFH₂)₃N 등); N-할로겐화된 아민(CH₃NF₂, (CFH₂)₂NF 등); 나이트로(RNO₂) 및 나이트로소(RNO) 알킬 및 할로겐화된 알킬 화합물(CH₃NO₂, CH₃NO, FH₂CNO); 탄소 원자의 수가 1개인 할라이드(COCl₂, CHF₃, CH₂F₂, CH₂F₂, CH₃F, F₃C-OH, F₂HC-OH 등); 탄소 원자 2개를 함유하는 할라이드(F₃C-COH, F₂HC-COH, H₃C-CH₂F, H₃C-CHF₂, H₃C-CF₃, H₂FC-CFH₂ 등); 및 다수의 탄소 원자를 함유하는 할라이드 및 하이드라이드(C₆H₆, C₆H₅F, C₆H₄F₂, C₆H₃F₃, C₆H₂F₄, C₆HF₅ 등).

상기 탄소 도판트 소스 물질은 순수한(neat) 형태로, 또는 상이한 탄소 도판트 물질의 혼합물로(예를 들어, 기체 혼합물로서) 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 동축류 기체와 함께 이러한 유형의 탄소 도판트 소스 물질을 사용함을 고려한다. 본 발명의 탄소 도판트 소스 물질과 함께 사용되는 이러한 동축류 기체는 하이드라이드, 플루오라이드, 불활성 기체, 옥사이드 기체 및 다른 기체를 포함한다.

다양한 실시양태에서, 탄소 도판트 소스 물질은 하나 이상의 동축류 기체와 함께 이온 주입기로 유동되거나 하나 이상의 추가적인 기체와의 혼합물로 이온 주입기로 유동되며, 이 때 상기 하나 이상의 동축류 기체 또는 하나 이상의 추가적인 기체는 H₂, PH₃, AsH₃, CH₄, GeH₄, SiH₄, NH₃, N₂F₄, F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, NF₃, HF, WF₆, MoF₆, Ar, Ne, Kr, Xe, He, N₂, O₂, O₃, H₂O₂, H₂O, Cl₂, HCl, COF₂, CH₂O, C₂F₄H₂, PF₃, PF₅, CF₄, CF₃H, CF₂H₂, CFH₃, B₂F₄, 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물, 및 플루오르-함유 기체로 이루어진 군으로부터 선택된다.

예시적인 동축류 하이드라이드 기체는 H₂, PH₃, AsH₃, CH₄, GeH₄, SiH₄ 및 NH₃를 포함한다.

본 발명의 탄소 도판트 소스 물질과 함께 유용한 예시적인 동축류 플루오라이드 기체는 F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, NF₃, HF, WF₆, 및 MoF₆를 포함한다.

본 발명의 탄소 도판트 소스 물질과 함께 동축류 성분으로서 사용될 수 있는 불활성 기체는 Ar, Ne, Kr, Xe, 및 He를 포함한다.

탄소 도판트 소스 물질과 함께 유용한 옥사이드 기체 동축류 성분은 O₂, O₃, H₂O₂, 및 H₂O를 포함한다.

본 발명의 탄소 도판트 소스 물질을 사용함에 있어서 동축류 기체로서 사용될 수 있는 다른 기체는 Cl₂, F₂, N₂ 및 HCl을 포함한다.

하나의 실시양태에서는, 일산화탄소(CO)가 하이드라이드(예를 들어, H₂, PH₃, AsH₃, CH₄, GeH₄, SiH₄); 플루오라이드 기체(예를 들어, F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, CF₄, SiF₄); 불활성 기체(예를 들어, Ar, Kr, Xe, He); 옥사이드 기체(예를 들어, O₂, O₃, H₂O₂, 및 H₂O); 및/또는 Cl₂, COF₂, CH₂O, 또는 C₂F₄H₂ 같은 다른 기체 등과 혼합물일 수 있거나 이들과 같은 동축류 기체와 함께 유동될 수 있는 탄소 도판트 소스 기체로서 사용된다. 이러한 혼합물 또는 동축류 배열에서는, 상기 기체중 다수의 기체를 다양한 혼합물로 또는 동축류 비로 CO와 함께 사용하여 이온 주입 작업에서 목적하는 성능을 달성할 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명은 하이드라이드(H₂, PH₃, AsH₃, CH₄, GeH₄, SiH₄); 플루오라이드 기체(F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, CF₄, SiF₄); 불활성 기체(Ar, Kr, Xe, He); Cl₂, COF₂, CH₂O, C₂F₄H₂, PF₃, PF₅ 또는 다른 플루오르-함유 기체 같은 다른 기체와의 혼합물로서 또는 이들 기체와의 동축류로서의 탄소 도판트 기체(예컨대, CF₄, CH₄, COF₂, CH₂O 또는 C₂F₄H₂)의 용도에 관한 것이다. 동축류 기체가 상기 기체중 다수를 상이한 동축류 비로 포함할 수 있거나, 탄소 도판트 기체를 다성분 기체 혼합물중 다수의 성분과 함께 사용할 수 있는데, 기체 성분의 상대적인 비는 이온 주입 작업에서 목적하거나 필요한 결과를 달성하도록 적절하게 변화될 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명은 하기 기체를 포함하는 구체적인 기체 혼합물 또는 동축류 배열을 고려한다:

상기 식에서, x 및 y는 임의의 적절한 화학량론적 값이다.

기체 혼합물뿐만 아니라 동축류 기체 성분을 포함하는 상기 탄소 도판트 소스 조성물을 이온 주입 작업에 사용하여 상응하는 제품을 생성시키기 위해 다양한 기재에 주입할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따라 탄소가 주입되는 기재는 반도체 제품, 평면 패널 디스플레이 제품, LED 제품 또는 태양 전지판 제품을 제조하기 위한 반도체를 포함할 수 있다. 이러한 제품은 구성요소, 반조립품 또는 최종 제품의 구조적 일부일 수 있다.

본 발명은 이온 주입 시스템에서 이온 소스의 목적하는 소스 수명을 제공하기 위하여 또는 다르게는 이온 주입기의 성능을 개선하기 위하여 변화될 수 있는 농도 및 부피 유속에서의 조합된 탄소 도판트 기체 물질의 용도를 고려한다.

다른 양태에서, 본 발명은 소량의 세정 기체를 탄소 도판트 소스 물질과 혼합하여 이온 소스에서 세정 및 텅스텐의 텅스텐 필라멘트로의 복귀를 수행하고, 시스템의 침착물과의 반응에 의해 휘발성 플루오라이드 또는 다른 휘발성 물질을 형성시킴으로써, 이러한 휘발된 침착물을 시스템 밖으로 펌핑할 수 있도록 함을 고려한다. 세정 기체는 임의의 적합한 유형일 수 있고, 예를 들어 플루오르 또는 COF₂, 또는 임의의 다른 산소-함유 기체, 또는 임의의 다른 플루오르-함유 기체를 포함할 수 있으며, 임의적으로는 세정 기체를 이온 주입기로 수송하기 위한 담체 매질로서 불활성 기체를 사용할 수 있다.

동일 반응계 내 세정 기체의 사용은 이온 주입기의 성능을 현저히 개선시켜, 고장 사이의 평균 시간(MTBF)을 연장시키고, 이온 주입기 시스템의 가동 시간을 개선하고 가동 중지 시간을 감소시킨다.

본 발명은 또한 다성분 도판트 소스 물질중에 상기 기재된 기체 같은 탄소 도판트 소스 기체, 또는 이러한 탄소 도판트 소스 기체 또는 기체들을 함유하는 혼합물을 사용하는 클러스터 또는 분자 주입을 고려한다. 탄소 이온(C_x ⁺, 여기에서 x는 1보다 큼)만을 사용하여 클러스터 또는 분자 주입을 수행할 수 있다. 또한 화학식 C_xF_wO_yH_zCl_vN_u ⁺(여기에서, x는 1 이상이고, w, y, z, v 및 u 각각의 값은 0 이상이지만, 적어도 하나는 0이 아님)의 이온을 사용하여 클러스터 또는 분자 주입을 수행할 수 있다. 또 다른 실시양태에서는, C₆H₆ ⁺를 사용하여 클러스터 주입을 수행할 수 있다.

이제 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 한 실행에 따른 기재의 탄소 도핑에 적합화된 이온 주입 시스템의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 주입 시스템(10)은 도판트 소스 기체를 주입기에 전달하기 위하여 도판트 기체 소스(14, 16, 18)에 수용 관계로 배열된 이온 주입기(12)를 포함한다.

탄소 도판트 기체 소스(14)는 탄소 도판트 소스 기체를 함유하는 용기를 포함한다. 용기는 탄소 도판트 소스 기체 공급 라인(44)에 연결된 방출 포트(24)를 갖는 밸브 헤드 어셈블리(22)를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리(22)에는 밸브 헤드 어셈블리의 밸브를 수작업으로 조정하기 위한 핸드 휠(38)이 장치되어, 밸브를 목적하는 바와 같이 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 바꿈으로써 용기(20)에 함유된 기체를 분배하거나 다르게는 폐쇄 상태로 저장한다.

동축류 기체는 또한 각각 소스(14)와 유사한 방식으로 구성된 동축류 소스(16, 18)에 함유된다. 동축류 소스(16)는 핸드 휠(40)이 연결된 밸브 헤드 어셈블리(28)가 장치된 용기(26)를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리(28)는 동축류 기체 공급 라인(52)이 연결된 방출 포트(30)를 포함한다.

소스(18)는 밸브 헤드 어셈블리(34)의 밸브를 작동시키기 위한 핸드 휠(42)이 연결된 밸브 헤드 어셈블리(34)가 장치된 용기(32)를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리(34)는 또한 동축류 기체 방출 라인(60)에 연결된 방출 포트(36)를 포함한다.

도시된 배열에서는, 도판트 소스 기체 또는 다수의 도판트 소스 기체가 공급될 수 있거나, 도판트 기체 또는 기체들과 비-도판트 동축류 기체 또는 기체들이 임의의 목적하는 조합으로 공급될 수 있다. 따라서, 도시된 배열은 3개의 도판트 소스 기체, 또는 다르게는 하나의 도판트 소스 기체와 2개의 동축류 기체, 또는 다르게는 2개의 도판트 소스 기체와 하나의 동축류 기체를 혼합 챔버(68)로 유동시키기 위하여 선택적으로 분배할 수 있다.

개별적인 소스로부터의 유동을 제어하기 위하여, 개별적인 기체 공급 라인(44, 52, 60)에는 각각 유동 제어 밸브(46, 54, 62)가 제공된다.

유동 제어 밸브(46)에는 작동기를 CPU(78)에 연결하는 신호 전송 라인(50)을 갖는 자동 밸브 작동기(48)가 장치되고, 이에 의해 CPU(78)는 제어 신호를 신호 전송 라인(50)에서 밸브 작동기로 전송하여 밸브(46)의 위치를 조정하고, 따라서 용기(20)에서 혼합 챔버(68)로의 기체의 유동을 제어한다.

유사한 방식으로, 기체 방출 라인(52)은 밸브 작동기(56)와 연결된 유동 제어 밸브(54)를 함유하고, 상기 밸브 작동기는 다시 신호 전송 라인(58)에 의해 CPU(78)에 연결된다. 상응하게, 기체 방출 라인(60)의 유동 제어 밸브(62)에는 신호 전송 라인(66)에 의해 CPU(78)에 연결된 밸브 작동기(64)가 장치된다.

이러한 방식으로, CPU는 상응하는 용기(20, 26, 32)로부터의 개별적인 기체의 유동을 작동가능하게 제어할 수 있다.

기체가 혼합 챔버(68)로 동시에 유동하는(함께 유동하는) 경우, 생성되는 기체를 이온 주입기(12)로 통과시키기 위하여 공급 라인(70)으로 방출한다.

상응하게는, 하나의 소스(14, 16 또는 18)만 분배 모드로 작동되는 경우에는, 상응하는 하나의 기체가 연결된 유동 제어 밸브에 의해 조정되는 바와 같이 혼합 챔버를 통해 유동하고, 공급 라인(70)에서 이온 주입기로 통과한다.

공급 라인(70)에는 공급 라인 및 기체 분석기(74)와 연통되는 우회 라인(72, 76)이 포함된 우회 유동 루프가 연결된다. 따라서, 기체 분석기(74)는 공급 라인(70)의 주류(main flow)로부터의 측류(side stream)를 수용하고, 기체 스트림의 농도, 유속 등과 상관되는 모니터링 신호를 발생시킨 다음 CPU(78)와 분석기(74)를 연결하는 신호 전송 라인에서 모니터링 신호를 전송한다. 이러한 방식으로 CPU(78)는 기체 분석기(74)로부터 모니터링 신호를 수용하고 이를 처리하여 개별적인 밸브 작동기(48, 56, 64) 또는 이들중 선택된 하나 또는 여러개에 적절하게 전송되는 출력 제어 신호를 생성시킴으로써, 이온 주입기로의 기체의 목적하는 분배 작업을 수행한다.

이온 주입기(12)는 유출물 라인(80)에서 유출물 처리 단위장치(82)로 유동되는 유출물을 생성시키며, 유출물 처리 단위장치는 세척, 촉매에 의한 산화 등을 비롯한 유출물 처리 작업에 의해 유출물을 처리하여, 배출 라인(84)에서 처리 단위장치(82)로부터 방출되고 추가적인 처리 또는 다른 폐기로 통과될 수 있는 처리된 기체 유출물을 생성시킬 수 있다.

CPU(78)는 임의의 적합한 유형일 수 있고, 범용 프로그래밍 가능한 컴퓨터, 특수 목적의 프로그래밍 가능한 컴퓨터, 프로그래밍 가능한 논리 제어기, 마이크로프로세서, 또는 상기 기재된 바와 같이 모니터링 신호의 신호 처리 및 출력 제어 신호 또는 신호들의 생성에 효과적인 다른 컴퓨터 단위장치를 다양하게 포함할 수 있다.

그러므로, CPU는 소스(14, 16, 18)중 둘 또는 셋 모두로부터 동시에 유동하는 기체(개별적인 기체는 연속적으로 유동함)를 포함하는 환상 작업을 수행하도록 프로그램에 의해 구성될 수 있다. 따라서, 기체의 동축류 또는 혼합물, 또는 연속적인 기체 유동을 비롯한 임의의 유동 모드가 허용될 수 있다.

따라서, 이온 주입기에서의 기재의 탄소 도핑은 탄소 도판트 기체를 단독으로 또는 다른 기체 물질과 조합하여 사용하는 임의의 다양한 방식으로 수행될 수 있음을 알게 될 것이다. 그러므로, 도 1에 도시된 이온 주입 시스템 또는 본 발명에 따라 작동하도록 상응하게 구성된 이온 주입 시스템의 다양한 실행에서, 탄소 도판트 기체를 하이드라이드 기체, 플루오라이드 기체, 불활성 기체, 옥사이드 기체 또는 다른 기체와 다양하게 합칠 수 있음을 알게 될 것이다.

하나의 실시양태에서는, 이온 주입 작업에 기체의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 앞서 기재된 기체 물질을 사용하여 다수(예컨대, 10개 이하, 또는 그 이상)의 탄소 도판트 소스 기체를 사용할 수 있다.

탄소 도판트 소스 기체와 하이드라이드(들), 플루오라이드(들), 불활성 기체(들), 옥사이드 기체(들) 또는 다른 기체(들)의 기체 혼합물을 사용할 수 있는데, 이 때 다양한 실시양태에서 기체 물질의 수는 단일 탄소 도판트 소스 기체의 수 면에서 1개 내지 20개일 수 있다. 다르게는, 다수의 탄소 도판트 소스 기체를 사용하는 경우에는, 하이드라이드 기체, 플루오라이드 기체, 불활성 기체, 옥사이드 기체 및/또는 기재된 다른 기체로부터 선택되는 추가적인 기체 물질을 수 면에서 20개 이하 또는 그 이상으로 사용할 수 있다. 이러한 다성분 기체 혼합물, 또는 다수의 기체 물질의 동축류에서, 각각의 기체의 백분율은 다른 기체 물질에 대해 변할 수 있다. 혼합물에서, 예를 들어 혼합물중 각 기체의 백분율은 기체 혼합물중 개별적인 기체의 총 부피에 기초하여 독립적으로 0.001부피% 내지 99.999부피%일 수 있으며, 기체 혼합물중 모든 기체 물질의 부피%는 총 100부피%여야 한다.

따라서, 본 발명은 (A) 하나 이상의 탄소 도판트 소스 기체(들), 및 (B) 하나 이상의 플루오로 화합물 기체(들), (C) 하나 이상의 불활성 기체, (D) 하나 이상의 옥사이드 기체, 및 (E) 다른 기체(예를 들어, N₂, H₂ 등)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 추가적인 기체를 포함하는 기체 조합 조성물을 고려한다. 하나 이상의 탄소 도판트 소스 기체(들)는 본원에 개시된 탄소 도판트 소스 기체(들)중 임의의 것을 포함할 수 있다.

구체적인 실시양태에서, 기체 조합 조성물은 (A) 하나 이상의 탄소 도판트 소스 기체(들), 및 (B) 하나 이상의 플루오로 화합물 기체(들)를 포함하며, 이 때 상기 탄소 도판트 소스 기체(들)(A)는 CO, CO₂, COF₂ 및 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥1, x≥0, y≥0 및 z≥1임)로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 플루오로 화합물 기체(들)(B)는 F₂, COF₂, CF₄, MoF₆, B₂F₄, NF₃, N₂F₄, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, WF₆, 및 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적인 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 및 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물, 예를 들어 CF₄, CF₃H, CF₂H₂, CFH₃ 등과 같은 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 이러한 기체 조합 조성물에서, 탄소 및 플루오르 원자를 둘 다 함유하는 기체는 군 (A) 및/또는 군 (B)에 존재할 수 있다.

다른 양태에서 본 발명은 플루오로 화합물 기체(들)의 부재하에서의 상응하는 탄소 도핑에 비해 이온 주입기의 성능이 개선된, 기재, 예를 들어 반도체, 태양 전지판, LED 또는 평면 패널 기재의 탄소 도핑에 유용한, 하나 이상의 탄소 도판트 소스 기체(들) 및 (B) 하나 이상의 플루오로 화합물 기체(들)를 포함하는 기체 조합 조성물에 관한 것이다. 예를 들어, 플루오로 화합물 기체(들)는 더 높은 빔 전류, 이온 주입기 내에 침착된 잔류물의 감소된 양, 감소된 고장 사이의 평균 시간, 요구되는 유지 작업의 감소된 수준 등을 야기할 수 있다.

이러한 기체 조합 조성물에서, 탄소 도판트 소스 기체(들)(A)는 CO, CO₂, CF₄, COF₂ 및 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥1, x≥0, y≥0 및 z≥0임)로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 플루오로 화합물 기체(들)(B)는 F₂, COF₂, CF₄, MoF₆, B₂F₄, NF₃, N₂F₄, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, WF₆, 및 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적인 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물(예를 들어, CF₄ 또는 COF₂), 및 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물(예를 들어, CF₄, CF₃H, CF₂H₂, CFH₃)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 이러한 기체 조합 조성물에서, 둘 이상의 상이한 기체 물질이 조성물에 존재한다면 탄소 및 플루오르 원자를 둘 다 함유하는 기체는 군 (A) 및/또는 군 (B)에 존재할 수 있다.

다양한 구체적인 실시양태에서 기체 조합 조성물은 군 (A)로부터 하나 이상 10개 이하의 기체, 및 군 (B)로부터 하나 이상 10개 이하의 기체를 포함할 수 있다.

기체 조합 조성물은 군 (A) 및 군 (B)의 개별적인 기체의 기체 혼합물 형태일 수 있거나, 개별적인 기체는 서로 동축류 관계에 있을 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "동축류 관계"는 군 (A) 기체(들)가 군 (B) 기체(들)와 동시에 동일한 이온 주입기로 유동하고 상기 유동의 적어도 일부가 서로 분리됨(예를 들어, 분리 유동 통과)을 의미한다. 그러므로, 군 (A) 및 군 (B) 기체는 군 (A) 및 군 (B) 기체를 함유하는 통상적인 공급 용기에서 초기 혼합된 형태일 수 있다. 다르게는, 군 (A) 기체(들)는 군 (B) 기체(들)의 공급 라인(들)에 대해 이온 주입기로의 별도의 공급 라인(들)에 있을 수 있다. 또 다르게는, 군 (A) 기체(들)의 공급 라인(들) 및 군 (B) 기체(들)의 공급 라인(들)이 이온 주입기 앞쪽의 유동 통로에서 종결되어, 기체가 유동 통로에서 함께 혼합되고 생성된 기체 혼합물이 이들 유동 통로로부터 이온 주입기에 들어가게 함으로써, 개별적인 군 (A) 및 군 (B) 기체 유동이 이온 주입기로의 유동의 일부동안 서로 분리되고, 이온 주입기로의 유동의 다른 일부 동안 서로 혼합되도록 할 수 있다.

군 (A) 기체(들) 대 군 (B) 기체(들)의 상대적인 비와 관련하여, 군 (A) 기체(들) 및 군 (B) 기체(들)은 각각 군 (A) 기체와 군 (B) 기체의 총 부피에 기초하여 0.001부피% 내지 99.999부피%일 수 있으며, 조성물중 군 (A) 기체와 군 (B) 기체의 부피 백분율은 총 100부피%이다.

하나의 실시양태에서, 군 (A) 기체와 군 (B) 기체의 조합 조성물중 군 (B) 기체(들)의 상대적인 비는 군 (A) 기체와 군 (B) 기체의 총 부피에 기초하여 0.001부피% 내지 20부피%이다.

다른 실시양태에서, 군 (A) 탄소 도판트 소스 기체와 조합되는 군 (B) 플루오로 화합물로서의 NF₃의 사용은 기체 조합 조성물의 총 부피를 기준으로 하여 0.5 내지 15부피%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10부피% 정도의 NF₃ 농도에서 이온 주입기의 빔 전류 면에서 상당한 개선을 제공하는 것으로 입증되었다.

그러므로, 본 발명은 탄소 도판트 소스 기체(들)(A)가 CO, CO₂, CF₄, COF₂ 및 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥1, x≥0, y≥0 및 z≥1임)로 이루어진 군으로부터 선택되고, 플루오로 화합물 기체(들)(B)가 F₂, COF₂, CF₄, MoF₆, B₂F₄, NF₃, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, WF₆, 및 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적인 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 및 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, (A) 하나 이상의 탄소 도판트 소스 기체(들) 및 (B) 하나 이상의 플루오로 화합물 기체(들)를 포함하는 기체 조합 조성물을 고려한다.이러한 기체 조합 조성물에서, 탄소 및 플루오르 원자를 둘 다 함유하는 기체는 군 (A) 및/또는 군 (B)에 속할 수 있다.

기체 조합 조성물의 다양한 구체적인 실시양태에서는, 하나 이상 10개 이하의 군 (B)로부터의 기체와 조합된 하나 이상 10개 이하의 군 (A)로부터의 기체가 존재할 수 있다. 기체 조합 조성물은 군 (A) 기체(들) 및 군 (B) 기체(들) 각각이 군 (A) 및 군 (B) 기체의 총 부피에 기초하여 0.001부피% 내지 99.999부피%의 농도를 갖도록 다양한 실시양태로 구성될 수 있으며, 이 때 조성물중 모든 군 (A) 및 군 (B) 기체의 부피 백분율은 총 100부피%이다. 구체적인 실시양태에서, 군 (A) 기체와 군 (B) 기체의 조합 조성물중 군 (B) 기체(들)의 상대적인 비는 군 (A) 및 군 (B) 기체의 총 부피에 기초하여 0.001 내지 20부피%이며, 이 때 조성물중 군 (A) 기체 및 군 B) 기체 모두의 부피 백분율은 총 100부피%이다. 하나의 실시양태에서, 군 (B) 기체는 NF₃를 포함한다. 이러한 NF₃는 군 (A) 및 군 (B) 기체의 총 부피에 기초하여 약 0.5 내지 15부피%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10부피%의 농도로 존재할 수 있으며, 여기에서 조성물중 모든 군 (A) 및 군 (B) 기체의 부피 백분율은 총 100부피%이다.

추가적인 실시양태에서 본 발명은 본원에 기재된 기체 조합 조성물을 사용하여 기재를 탄소 도핑함을 포함하는, 기재에 탄소 이온을 주입하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법의 기재는 임의의 적합한 유형일 수 있다. 다양한 구체적인 실시양태에서, 기재는 미소전자 기재, 광전자 기재, 광학 기재, 초전도성 기재, 반전도성 기재, 광기전 기재 또는 다른 유형의 기재를 포함할 수 있다. 다른 구체적인 실시양태에서, 기재는 반도체 기재, 태양 전지판 기재, LED 기재 및 평면 패널 기재로부터 선택되는 기재를 포함할 수 있다.

본 발명의 추가적인 양태는, F₂, COF₂, CF₄, MoF₆, B₂F₄, NF₃, N₂F₄, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, WF₆, 및 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적인 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 및 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 플루오로 화합물 기체(들)와 혼합되고/되거나 동축류 관계인 탄소 도판트 소스 물질을 이온 주입 공정에 전달하는, 탄소 이온 주입 공정에서 빔 전류를 개선하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 탄소 도판트 소스 물질을 수용하고, 그로부터 탄소 도판트 물질을 발생시키고, 탄소 도판트 물질을 기재에 주입하도록 구성된 이온 주입기; 및 탄소 도판트 소스 물질을 이온 주입기에 전달하도록 배열된 공급 어셈블리를 포함하는, 이온 주입 시스템에 관한 것이며, 이 때 상기 탄소 도판트 소스 물질은 F₂, COF₂, CF₄, MoF₆, B₂F₄, NF₃, N₂F₄, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, WF₆, 화학식 X_yF_z(여기에서, X는 F와 화학량론적인 비의 임의의 원소이고, y≥1, z≥1임)의 화합물, 화학식 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥0, x≥0, y≥0 및 z≥1임)의 화합물, 및 화학식 C_xF_yH_z(여기에서, x≥0, y>0, z≥0임)의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 플루오로 화합물 기체(들)와 혼합되거나 동축류 관계에 있다. 이러한 시스템의 한 실시양태에서, 탄소 도판트 소스 물질은 CO, CO₂, CF₄, COF₂ 및 C_aO_xH_yF_z(여기에서, a≥1, x≥0, y≥0 및 z≥0임)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기체(들)를 포함한다. 이러한 시스템의 다른 실시양태에서, 플루오로 화합물 기체는 NF₃를 포함한다. 본 발명의 추가적인 실시양태에서, 플루오로 화합물 기체(들)는 CF₄ 또는 CFH₃를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, 탄소 도판트 소스 물질은 CO₂ 또는 COH₂를 포함한다.

하나 이상의 동축류 기체와 함께 이온 주입기로 유동되거나 하나 이상의 추가적인 기체와 혼합되어 이온 주입기로 유동되는 본 발명에 따른 탄소 도판트 소스 물질을 사용하여, 임의의 이러한 동축류 기체 또는 추가적인 기체가 없는 이온 주입기의 상응하는 작동에 비해, 제법 변화, 빔 안정성, 소스 수명, 빔 균일성, 빔 전류 및 소유 비용중 하나 이상의 면에서 이온 주입기의 작동 특징을 향상시킬 수 있다.

탄소 도판트 소스 기체 또는 동축류 기체의 전달을 위해 본 발명의 실시에서 사용되는 용기는 임의의 적합한 유형일 수 있고, 예를 들어 상응하는 기체를 저장하기 위하여 고체 흡착제 매질을 사용하는 용기를 포함할 수 있으며, 이러한 유형의 기체 용기는 에이티엠아이 인코포레이티드(ATMI, Inc.)(미국 코네티컷주 댄버리)에서 상표명 SDS 및 SAGE로 구입할 수 있다.

다르게는, 또는 덧붙여서, 본 발명을 실시함에 있어서 탄소 도판트 소스 기체 또는 다른 기체를 전달하기 위해 사용되는 용기는 용기의 내부 부피에 배치되는 하나 이상의 조절기를 갖는 용기를 포함할 수 있으며, 이 때 각 조절기는 용기와 연결된 외부 유동 회로가 설정점 미만의 압력에 있을 때 설정점 압력으로 기체를 분배할 수 있도록 하는 설정점으로 설정된다. 이러한 유형의 용기는 에이티엠아이 인코포레이티드(미국 코네티컷주 댄버리)에서 상표명 VAC로 시판중이다.

본 발명의 이온 주입 공정 및 시스템을 이용하여 반도체 제품, 태양 전지판 또는 태양 전지, LED, LED 디스플레이, 평면 패널 디스플레이, 또는 이러한 제품의 구성요소, 반조립품 또는 일부를 제조할 수 있다.

본 발명에 따라 특정 탄소 도판트 소스 기체를 공급함에 덧붙여, 본 발명은 예를 들어 크립톤 및 수소의 동축류, 또는 담체 매질, 세정 기체 등으로서의 다른 비-도판트 기체의 유동 또는 동축류를 비롯한, 주입 작업과 관련하여 다른 기체의 동축류를 고려한다.

본원에 기재된 탄소 도판트 소스 기체는 다양한 실시양태에서 동위원소가 풍부한 도판트 소스 기체를 포함할 수 있다.

다양한 실시양태에서, 할라이드 세정제를 탄소 도판트 소스 기체에 혼입시켜, 이온 주입기 또는 그의 일부(예컨대, 이온 소스, 빔 라인, 터보펌프, 러핑(roughing) 펌프 등)에서 동일 반응계 내에서 세정 기능을 제공할 수 있다.

본 발명의 이온 주입 방법 및 시스템의 특징 및 이점은 하기 비한정적인 실시예를 참조하여 더욱 충분하게 설명된다.

실시예

IHC 소스를 갖는 이온 주입 소스 시험 스탠드를 사용하여 시험을 수행하였다. 이들 시험에서는, 탄소 도판트 소스 기체로서 일산화탄소(CO)를 사용하였고, 삼플루오르화질소(NF₃) 및 이플루오르화제논(XeF₂)을 CO와 함께 이온화 챔버로 함께 유동되는 플루오로 물질로서 개별적인 시험 실행에서 별도로 사용하였다.

플루오로 물질로서 NF₃를 사용하는 시험에서는, 개별적인 실행시 110V의 아크 전압(ArcV) 및 50mA 및 30mA의 소스 빔 전류에서 이온 주입 탄소 이온(C+) 빔 전류를 결정하였다. CO 유속은 7sccm으로 유지하였다. NF₃ 동축류 유속을 0 내지 0.48sccm으로 변화시켰다. 시험은 NF₃와 CO의 총 유동에 기초하여 NF₃ 약 3부피% 내지 4부피%에 상응하는 0.2sccm 내지 0.3sccm의 NF₃ 동축류 유속에서 최대 빔 전류가 달성되었음을 보여주었다. 시험 결과는 각각 탄소 도판트 물질 빔 전류(C+ 빔, mA)가 NF₃ 동축류 유속(sccm)의 함수로서 플롯팅된 도 2 및 도 3에 도시된다.

CO 탄소 도판트 소스 기체와 함께 유동되는 XeF₂를 사용하여서도 유사한 시험 결과가 수득되었다.

그러므로, 본 발명이 특정 실시양태의 설명으로 기재되었으나, 본 발명은 보여진 것들에 대한 다양한 변형, 변화 및 다른 실시양태를 받아들일 수 있음을 알게 될 것이고, 이러한 변화, 변형 및 다른 실시양태는 모두 이후 기재되는 본 발명에 대한 특허청구범위와 관련하여 본원의 개시내용의 넓은 영역 내에 있는 것으로 간주되어야 한다.

Claims

하나 이상의 탄소 도판트 소스 물질;
동축류(co-flow) 기체; 및
하나 이상의 추가적인 기체
를 포함하는 이온 주입을 위한 탄소 도판트 소스 조성물로서,
상기 하나 이상의 동축류 기체 또는 하나 이상의 추가적인 기체가 GeH₄, SiH₄, NH₃, F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, NF₃, N₂F₄, HF, WF₆, PF₃, PF₅ 또는 B₂F₄를 포함하는, 탄소 도판트 소스 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 탄소 도판트 소스 물질이 CO, CO₂, CF₄, CH₄, COF₂, CH₂O, C₂F₄H₂ 또는 C₂H₆를 포함하는, 탄소 도판트 소스 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 탄소 도판트 소스 물질이 CO인, 탄소 도판트 소스 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 탄소 도판트 소스 물질이 CO₂인, 탄소 도판트 소스 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 탄소 도판트 소스 물질이 CF₄인, 탄소 도판트 소스 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 동축류 기체가 XeF₂, NF₃ 또는 CF₄를 포함하는, 탄소 도판트 소스 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소 도판트 소스 물질이 CO를 포함하고, 상기 하나 이상의 동축류 기체가 XeF₂, NF₃ 또는 CF₄를 포함하는, 탄소 도판트 소스 조성물.
탄소 도판트 소스 물질을 수용하고, 그로부터 탄소 도판트 종을 발생시키고, 탄소 도판트 종을 기재에 주입하도록 구성된 이온 주입기; 및
탄소 도판트 소스 물질을 이온 주입기에 전달하도록 배열된 공급 어셈블리를 포함하는 이온 주입 시스템으로서,
상기 탄소 도판트 소스 물질이 하나 이상의 동축류 기체와 함께 이온 주입기로 유동되어 기체 조성물을 형성하고, 상기 하나 이상의 동축류 기체가 GeH₄, SiH₄, NH₃, F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, NF₃, N₂F₄, HF, WF₆, PF₃, PF₅ 또는 B₂F₄를 포함하는, 이온 주입 시스템.
기재에 탄소를 도핑하도록 구성된 이온 주입기에 탄소 도판트 소스 조성물을 유동시키는 단계; 및
상기 이온 주입기를 작동시켜 탄소 도판트 소스 조성물로부터 탄소 도판트 종을 발생시키고 탄소 도판트 종을 기재에 주입하는 단계
를 포함하는 이온 주입 방법으로서,
상기 탄소 도판트 소스 조성물이 CO를 포함하고, 상기 탄소 도판트 소스 조성물이 하나 이상의 동축류 기체와 함께 이온 주입기로 유동되어 기체 조성물을 형성하고, 상기 하나 이상의 동축류 기체가 GeH₄, SiH₄, NH₃, F₂, XeF₂, BF₃, SF₆, GeF₄, SiF₄, NF₃, N₂F₄, HF, WF₆, PF₃, PF₅ 또는 B₂F₄를 포함하는, 이온 주입 방법.