KR20220021028A - 이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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로버트 카임
조셉 디 스위니
안쏘니 엠 아빌라
리차드 에스 레이
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

본 발명은 이온 공급원의 성능 및 수명을 개선시킨 이온 주입 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상기 개선은 동위원소-풍부한 도판트 물질을 사용하거나, 또는 도판트 물질을, 상기 개선을 제공하기에 효과적인 보충 가스와 함께 사용함으로써 달성된다.

Description

이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCED LIFETIME AND PERFORMANCE OF ION SOURCE IN AN ION IMPLANTATION SYSTEM}
본 발명은 도판트 및 도판트 가스 혼합물을 사용하여 이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하는 이온 주입에 관한 것이다.
관련 출원과의 상호 참조
본원은 35 USC 119 하에서 "이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하기 위한 방법 및 장치"에 대해 로버트 카임(Robert Kaim) 등의 명의로 2010년 2월 26일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제 61/308,428 호 및 "이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하기 위한 방법 및 장치"에 대해 로버트 카임 등의 명의로 2010년 10월 7일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제 61/390,715 호를 우선권으로 주장한다. 상기 미국 임시 특허 출원 제 61/308,428 호 및 제 61/390,715 호의 개시내용을 각각 그 전체로 모든 목적을 위해 본원에 참고로 인용한다.
반도체 제조에서 실시되는 이온 주입은 화학종의 에너지 이온을 기판에 충돌시켜 마이크로전자 장치 웨이퍼 등의 기판 내로 화학종을 침착시키는 것을 포함한다. 이온성 주입 종(species)을 생성하기 위해, 예를 들어 도판트 종의 할로겐화물 또는 수소화물을 포함할 수 있는 도판트 가스를 이온화시킨다. 이러한 이온화는 이온 공급원을 사용하여 이온 빔을 발생시킴으로써 수행된다.
이온 공급원에서 생성된 이온 빔은 추출, 자성 여과, 가속/감속, 분석기 자석 가공, 시준, 주사 및 자성 교정에 의해 가공되어 기판에 충돌되는 최종 이온 빔을 생성한다.
유도 가열된 캐쏘드 이온 공급원, 프리만(Freeman), 버나스(Bernas) 등을 비롯한 다양한 형태의 이온 공급원이 개발되었지만, 사용되는 이온 공급원의 특정 형태에 관계없이, 이온 공급원은 이온 공급원의 중단, 유지 또는 수리를 필요로 하는 "고장(glitching)" 또는 다른 손상을 일으키지 않으면서 연장된 기간 동안 계속 작동될 수 있어야 한다. 따라서, 이온 공급원 수명은 이온 주입 시스템의 효율적이고 비용-효과적인 작동과 관련하여 이온 주입 시스템의 중요한 특징이다.
이온 공급원 파손은, 전류 저하, 이온 공급원의 성능 및 수명 감소를 일으키는 이온의 열이온성 방출에 부정적인 영향을 주는 아크(arc) 캐쏘드 표면상에의 침착물 축적, 아크 챔버에서의 유리 불소의 발생으로 인한 사불화 게르마늄과 같은 도판트 가스로부터의 유해한 에칭 반응, 및 캐쏘드의 물리적 일체성을 손상시키고 그에 따라 이온 공급원의 성능 및 수명 감소를 초래하는 캐쏘드 물질의 스트리핑 또는 스퍼터링을 비롯한 다양한 요인에 기인한다.
이온 공급원 파손을 방지하고 이온 공급원의 작동 효율 및 수명을 높은 수준으로 유지하는 것이 필요한 결과, 업계에서는 이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하기 위해 계속 노력하고 있다.
본 발명은 이온 주입 시스템 및 방법, 및 이러한 시스템 및 방법에서의 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
하나의 양태에서, 본 발명은 이온 공급원으로 도판트 조성물을 흘려보내 주입용 이온성 도판트 종을 생성하는 것을 포함하는 이온 주입 방법에 관한 것으로서, 이때 상기 도판트 조성물은
(i) 질량 70, 72, 73, 74 또는 76 중 하나 이상의 게르마늄 동위원소가 자연존재 비 수준 초과량으로 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물(이때, 상기 하나 이상의 게르마늄 동위원소의 동위원소-풍부 수준은 질량 70 게르마늄 동위원소가 21.2%를 초과하고, 질량 72 게르마늄 동위원소가 27.3%를 초과하고, 질량 73 게르마늄 동위원소가 7.9%를 초과하고, 질량 74 게르마늄 동위원소가 37.1%를 초과하고, 질량 76 게르마늄 동위원소가 7.4% 초과이며, 단 상기 도판트 조성물이 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄으로 이루어진 경우, 상기 동위원소-풍부 수준은 질량 72 게르마늄 동위원소가 51.6% 초과이다); 및
(ii) 도판트 가스 및 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 제형(이때, 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종(co-species) 가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은 동위원소-풍부함)
으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기 기재된 유형의 이온 주입 방법에서 이온 공급원의 작동 방법에 관한 것으로서, 이는
상기 이온 공급원으로 상기 도판트 조성물에 포함된 상이한 도판트 물질들을 순차적으로 흘려보내는 단계;
상기 이온 공급원으로 상이한 도판트 물질들을 순차적으로 흘려보내는 동안 상기 이온 공급원의 작동 중에 캐쏘드 바이어스 전력을 모니터링하는 단계; 및
상기 모니터링된 캐쏘드 바이어스 전력에 응답하여, 상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물 중 하나 이상을 조절하여 이온 공급원, 캐쏘드 및/또는 상기 이온 공급원의 하나 이상의 다른 구성요소의 작동 수명을 연장시키는 단계
를 포함한다.
본 발명의 또 하나의 양태는 도판트 공급원료로부터 이온 주입을 위한 이온성 도핑 종을 발생시키도록 구성된 이온 공급원의 성능 및 수명을 개선하는 방법에 관한 것으로서, 이는 본 발명의 이온 주입 방법과 관련하여 상기 기재된 도판트 조성물로부터 상기 이온성 도핑 종을 발생시키는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 도판트 공급원료 장치에 관한 것으로서, 이는 내부 체적을 갖는 용기 및 상기 내부 체적 안의 도판트 공급원료를 포함하되, 상기 도판트 공급원료는 본 발명의 이온 주입 방법과 관련하여 상기 기재된 도판트 조성물을 포함한다.
본 발명의 또 하나의 양태는 게르마늄 이온을 기판에 주입시키는 이온 주입 시스템에서 공급원 수명 및 터보 펌프 수명 중 하나 이상을 증가시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 상기 이온 주입 시스템의 이온화 챔버에서 게르마늄-함유 도판트 가스를 이온화하는 것을 포함하되, 이때 상기 게르마늄-함유 도판트 가스는 저메인과 수소, 아르곤, 질소 및 헬륨 중 하나 이상의 혼합물을 포함하고, 상기 도판트 가스는 임의적으로 하나 이상의 Ge 동위원소 종들이 풍부하다.
본 발명의 또 다른 양태는 사불화 게르마늄을 주입하고 이온 공급원에서 이온화시키는 이온 주입 시스템에서 이온 공급원 수명을 증가시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 상기 사불화 게르마늄과 함께 암모니아를 상기 이온 공급원에 주입하는 것을 포함하되, 이때 상기 사불화 게르마늄은 임의적으로 하나 이상의 Ge 동위원소 종들이 풍부하다.
본 발명의 또 하나의 양태는 도판트 가스 및 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 조성물에 관한 것으로서, 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은 동위원소-풍부하다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 이온 공급원을 작동시키는 방법에 관한 것으로서, 이는
상기 이온 공급원으로 상이한 도판트 물질들을 순차적으로 흘려보내는 단계;
상기 이온 공급원으로 상이한 도판트 물질들을 순차적으로 흘려보내는 동안 상기 이온 공급원의 작동 중에 캐쏘드 바이어스 전력을 모니터링하는 단계; 및
상기 모니터링된 캐쏘드 바이어스 전력에 응답하여, 상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물 중 하나 이상을 조절하여 이온 공급원, 캐쏘드 및/또는 상기 이온 공급원의 하나 이상의 다른 구성요소의 작동 수명을 연장시키는 단계
를 포함한다.
본 발명의 또 하나의 양태는 이온 공급원을 작동시키는 방법에 관한 것으로서, 이는
상기 이온 공급원으로 도판트 물질들을 흘려보내는 단계;
상기 이온 공급원으로 상기 도판트 물질들을 흘려보내는 동안 상기 이온 공급원의 작동 중에 캐쏘드 바이어스 전력을 모니터링하는 단계; 및
상기 모니터링된 캐쏘드 바이어스 전력에 응답하여, 세정제 또는 침착제를 상기 이온 공급원으로 흘려보내어, 세정제 또는 침착제를 이온 공급원으로 흘려보내지 않는 상응하는 이온 공급원에 비해, 이온 공급원, 캐쏘드 및/또는 상기 이온 공급원의 하나 이상의 다른 구성요소의 작동 수명을 연장시키는 단계
를 포함한다.
본 개시 내용의 다른 양태, 특징 및 실시양태는 하기 기술 및 첨부된 청구 범위로부터 충분히 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
본 발명은 이온 주입 시스템의 이온 공급원의 수명(서비스 수명) 및 성능을 개선하기 위해 동위원소-풍부한 도판트 및/또는 보충 물질을 사용하는 것에 관한 것이다.
본원에 사용된 단수 형태는 문맥상 달리 명백히 나타내지 않는 한 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 조합을 본 발명의 범주 내에 드는 것으로 규정한다. 따라서, 본 발명은 이들 특정 특징, 양태 및 실시양태, 또는 이들 중 선택된 것(들)의 임의의 변형 및 조합을 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 물질, 동위원소, 잔기, 구조, 성분, 특징, 단계 또는 조건을 배제하는 단서 또는 한정에 의해 특정 실시양태로 더 구체화된다.
상기 동위원소-풍부한 도판트 및/또는 보충 물질을 사용한 결과 본 발명의 이온 주입 시스템 및 방법은 상기 동위원소-풍부한 도판트 및/또는 보충 물질을 사용하지 않은 상응하는 이온 주입 시스템 및 방법에 비해 개선된 이온 공급원 수명 및 성능을 달성한다.
본원에 사용된 "도판트 가스"라는 용어는 비-도판트 성분, 예를 들어 수소화물, 할로겐화물, 유기 또는 다른 잔기에 배위되거나 회합되는 도판트 종, 즉 이온 주입 기판에 주입되는 종을 비롯한 기상 물질을 나타낸다. 도판트 가스의 예는 사불화 게르마늄, 저메인, 삼불화 붕소, 다이보레인, 사불화 규소, 실란, 포스핀 및 아르신을 포함한다.
본원에 사용된 "보충 가스"라는 용어는 희석 가스 또는 보조-종 가스를 나타낸다.
희석 가스는, 도판트 종을 함유하지 않으며 도판트 가스를 갖는 혼합물에서 효과적이어서 희석 가스의 부재 하에 도판트 가스를 처리하는 상응하는 이온 공급원의 수명 및 성능에 비해 상기 도판트 가스를 갖는 희석 가스-함유 혼합물을 처리하는 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하는 가스이다. 예시적인 희석 가스의 예는 수소, 아르곤, 불소 및 제논을 포함한다.
보조-종(co-species) 가스는, 도판트 가스와 동일한 도판트 종을 함유하는 가스로서, 상기 동일한 도판트 종은 상기 도판트 가스의 비-도판트 성분과 상이한 비-도판트 성분에 배위되거나 회합된다.
예를 들어, 도판트 가스는 사불화 게르마늄일 수 있고, 보조-종 가스는 저메인(GeH4)일 수 있다.
본 발명은 하나의 양태에서 도판트 조성물을 이온 공급원으로 흘려보내 주입용 이온성 도판트 종을 생성하는 것을 포함하는 이온 주입 방법에 관한 것으로서, 이때 상기 도판트 조성물은
(i) 질량 70, 72, 73, 74 또는 76 중 하나 이상의 게르마늄 동위원소가 자연 존재 비 수준 초과량으로 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물(이때, 상기 하나 이상의 게르마늄 동위원소의 동위원소-풍부 수준은 질량 70 게르마늄 동위원소가 21.2%를 초과하고, 질량 72 게르마늄 동위원소가 27.3%를 초과하고, 질량 73 게르마늄 동위원소가 7.9%를 초과하고, 질량 74 게르마늄 동위원소가 37.1%를 초과하고, 질량 76 게르마늄 동위원소가 7.4%를 초과하며, 단 상기 도판트 조성물이 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄으로 이루어진 경우, 상기 동위원소-풍부 수준은 질량 72 게르마늄 동위원소가 51.6%를 초과함); 및
(ii) 도판트 가스 및 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 제형(이때, 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은 동위원소-풍부함)
으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
이러한 방법의 다양한 실시양태에서, 상기 도판트 조성물은 질량 70, 72, 73, 74 또는 76 중 하나 이상의 게르마늄 동위원소가 자연 존재비 수준 초과량으로 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 따라서, 상기 도판트 조성물은 21.2% 초과량으로 질량 70 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 27.3% 초과량으로 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 51.6% 초과량으로 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 7.9% 초과량으로 질량 73 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 37.1% 초과량으로 질량 74 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 또는 7.4% 초과량으로 질량 76 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물을 포함할 수 있다.
상기 방법은 다른 실시양태에서 사불화 게르마늄 및 저메인 중 하나 이상을 포함하는 게르마늄 화합물에 의해 실시될 수 있다. 예를 들어, 상기 게르마늄 화합물은 사불화 게르마늄을 포함하되, 상기 사불화 게르마늄 중의 게르마늄은 21.2%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 70 게르마늄 동위원소; 27.3%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 72 게르마늄 동위원소; 51.6%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 72 게르마늄 동위원소; 7.9%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 73 게르마늄 동위원소; 37.1%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 74 게르마늄 동위원소; 또는 7.4%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 76 게르마늄 동위원소를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태가 실시될 수 있으며, 이때 도판트 조성물은 저메인(germane)을 포함하고, 상기 저메인 중의 게르마늄은 21.2%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 70 게르마늄 동위원소; 51.6%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 72 게르마늄 동위원소; 7.9%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 73 게르마늄 동위원소; 37.1%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 74 게르마늄 동위원소; 또는 7.4%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 76 게르마늄 동위원소를 갖는다.
상기 광범위하게 기재된 이온 주입 방법은 다른 실시양태로 실시될 수 있으며, 이때 도판트 조성물은 도판트 가스 및 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 제형으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이때 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은 동위원소-풍부하다. 다양한 실시양태에서, 동위원소-풍부한 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은 상기 자연 존재비 수준 초과량으로 질량 70, 72, 73, 74 또는 76 중 하나 이상의 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이러한 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물의 예시적인 예는 21.2% 초과량으로 질량 70 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 27.3% 초과량으로 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 51.6% 초과량으로 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 7.9% 초과량으로 질량 73 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 37.1% 초과량으로 질량 74 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 및 7.4% 초과량으로 질량 76 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물을 포함한다.
상기 이온 주입 방법의 다양한 실시양태에서, 상기 도판트 조성물은 사불화 게르마늄 및 저메인 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도판트 조성물은 사불화 게르마늄을 포함할 수 있으며, 이때 상기 게르마늄은 21.2%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 70 게르마늄 동위원소; 27.3%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 72 게르마늄 동위원소; 51.6%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 72 게르마늄 동위원소; 7.9%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 73 게르마늄 동위원소; 37.1%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 74 게르마늄 동위원소; 또는 7.4%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 76 게르마늄 동위원소를 갖는다.
다르게는, 상기 도판트 조성물은 저메인을 포함할 수 있으며, 이때 상기 게르마늄은 21.2%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 70 게르마늄 동위원소; 27.3%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 72 게르마늄 동위원소; 7.9%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 73 게르마늄 동위원소; 37.1%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 74 게르마늄 동위원소; 또는 7.4%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 76 게르마늄 동위원소를 갖는다.
상기 방법의 다른 실시양태에서, 상기 보충 가스는 희석 가스, 예를 들어 아르곤, 수소, 불소 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스 종을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태는 보조-종 가스를 포함하는 보충 가스를 포함할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시양태는 사불화 게르마늄, 저메인, 삼불화 붕소, 사불화 규소 및 실란 중 하나 이상을 포함하는 도판트 조성물을 사용한다.
상기 방법의 또 다른 실시양태는 사불화 게르마늄, 저메인, 삼불화 붕소, 다이보레인, 사불화 규소 및 실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 도판트 가스, 및 아르곤, 수소, 불소 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 희석 가스 종을 포함하는 희석 가스를 사용한다.
상기 방법의 다른 실시양태에서의 도판트 조성물은, (i) 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄, 및 제논 및 수소; (ii) 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄 및 저메인; (iii) 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄 및 동위원소-풍부한 저메인; (iv) 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 제논 및 수소; (v) 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 및 다이보레인; 및 (vi) 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 및 동위원소-풍부한 다이보레인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 도판트 가스 제형을 포함한다.
상기 방법의 다양한 실시양태에서, 상기 도판트 가스 및 보조-종 가스는 서로 혼합된 상태로 이온 공급원으로 흘러가서 주입용 이온성 도판트 종을 발생시킨다. 상기 방법의 다른 실시양태는 상기 도판트 가스 및 보조-종 가스가 순차적으로 이온 공급원으로 흘러가서 주입용 이온성 도판트 종을 발생시키도록 수행된다.
본 발명의 이온 주입 방법에서, 이온 공급원은, 하나의 실시양태에서, 상기 도판트 조성물에 포함된 상이한 도판트 물질들을 상기 이온 공급원으로 순차적으로 흘려보내는 단계; 상기 상이한 도판트 물질들의 상기 이온 공급원으로의 순차적 흐름 동안 상기 이온 공급원의 작동 중에 캐쏘드 바이어스 전력을 모니터링하는 단계; 및 상기 모니터링된 캐쏘드 바이어스 전력에 응답하여, 상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물 중 하나 이상을 조절하여 이온 공급원, 캐쏘드 및/또는 상기 이온 공급원의 하나 이상의 다른 구성요소의 작동 수명을 연장시키는 단계를 포함하는 방법에 따라 작동될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 도판트 공급원료로부터 이온 주입을 위한 이온성 도핑 종을 발생시키도록 구성된 이온 공급원의 성능 및 수명을 개선하는 방법에 관한 것으로서, 이는 본원에 다양하게 기재된 바와 같은 본 발명의 임의의 도판트 조성물로부터 상기 이온성 도핑 종을 발생시키는 것을 포함한다. 이러한 방법의 하나의 실시양태에서, 도판트 가스 및 보조-종 가스는 서로 혼합된 형태로 주입용 이온성 도판트 종의 생성을 위해 이온 공급원으로 흘러간다. 이러한 방법의 또 다른 실시양태에서, 도판트 가스 및 보조-종 가스는 순차적으로 주입용 이온성 도판트 종의 생성을 위해 이온 공급원으로 흘러간다.
본 발명의 또 하나의 양태는 이온 공급원 및 상기 이온 공급원에 도판트 조성물을 공급하도록 구성된 도판트 조성물 공급원을 포함하는 이온 주입 시스템에 관한 것으로서, 상기 도판트 조성물 공급원은 본원에 다양하게 기재된 임의의 도판트 조성물을 포함한다. 이러한 이온 주입 시스템에서, 상기 도판트 조성물은 도판트 가스 및 보조-종 가스를 포함할 수 있고, 상기 도판트 조성물 공급원은 도판트 가스 및 보조-종 가스를 서로 혼합된 형태로 상기 이온 공급원으로 흘려보내 이곳에 도판트 조성물을 공급하도록 구성될 수 있다. 다르게는, 상기 도판트 조성물 공급원은 도판트 가스 및 보조-종 가스를 이온 공급원에 순차적으로 흘려보내 이곳에 도판트 조성물을 공급하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 양태는 도판트 공급원료 장치에 관한 것으로서, 이는 내부 체적을 갖는 용기 및 상기 내부 체적 안의 도판트 공급원료를 포함하되, 상기 도판트 공급원료는 본원에 다양하게 기재된 임의의 도판트 조성물을 포함한다.
본 발명은 또 다른 양태에서 게르마늄 이온을 기판에 주입시키는 이온 주입 시스템에서 공급원 수명 및 터보 펌프 수명 중 하나 이상을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 이온 주입 시스템의 이온화 챔버에서 게르마늄-함유 도판트 가스를 이온화하는 것을 포함하되, 이때 상기 게르마늄-함유 도판트 가스는 저메인과 수소, 아르곤, 질소 및 헬륨 중 하나 이상의 혼합물을 포함하고, 상기 도판트 가스는 임의적으로 하나 이상의 Ge 동위원소 종들이 풍부하다.
예를 들어, 저메인은 상기 혼합물의 총 부피를 기준으로 상기 혼합물에 5 내지 35부피% 범위의 농도로 존재할 수 있다.
본 발명은 또 하나의 양태에서 사불화 게르마늄을 주입하고 이온 공급원에서 이온화시키는 이온 주입 시스템에서 이온 공급원 수명을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 사불화 게르마늄과 함께 암모니아를 상기 이온 공급원에 주입하는 것을 포함하되, 이때 상기 사불화 게르마늄은 임의적으로 하나 이상의 Ge 동위원소 종들이 풍부하다. 이러한 방법에서, 상기 암모니아 및 사불화 게르마늄은 혼합물을 이온 공급원에 도입하기 위한 공급 용기에 혼합물로 제공될 수 있다. 다르게는, 이러한 방법에서, 상기 암모니아 및 사불화 게르마늄은 이들을 이온 공급원에 도입하기 위한 별개의 공급 용기에 제공될 수 있다. 또 하나의 실시양태로서, 상기 암모니아 및 사불화 게르마늄은 이온 공급원에 이들을 도입한 후 이온 공급원에서 서로 혼합될 수 있다.
이러한 방법의 또 다른 변형양태는 상기 이온 공급원에 제논을 도입시키는 것을 포함한다. 제논은 암모니아 및/또는 사불화 게르마늄과의 혼합물로 도입될 수 있다.
상기 광범위하게 기재된 상기 방법의 또 다른 실시양태에서, 사불화 게르마늄은 하나 이상의 Ge 동위원소 종이 풍부하며, 예를 들면 하나 이상의 Ge 동위원소 종은 70Ge, 72Ge 및 74Ge로 이루어진 군으로부터 선택되는 게르마늄 동위원소를 포함한다.
본 발명의 또 하나의 양태는 도판트 가스 및 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 조성물에 관한 것으로서, 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은 동위원소-풍부하다. 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상이 동위원소-풍부한 조성물은 질량 70, 72, 73, 74 또는 76 중 하나 이상의 게르마늄 동위원소가 상기 자연 존재비 수준 초과량으로 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
이러한 화합물은 21.2% 초과량으로 질량 70 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 27.3% 초과량으로 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 51.6% 초과량으로 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 7.9% 초과량으로 질량 73 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 37.1% 초과량으로 질량 74 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물; 또는 7.4% 초과량으로 질량 76 게르마늄 동위원소-풍부한 게르마늄 화합물을 포함할 수 있다.
상기 도판트 조성물은 또 다른 실시양태에서 사불화 게르마늄 및 저메인 중 하나 이상을 포함한다.
상기 조성물이 사불화 게르마늄을 포함하는 경우, 사불화 게르마늄 중의 게르마늄은 21.2%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 70 게르마늄 동위원소; 27.3%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 72 게르마늄 동위원소; 51.6%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 72 게르마늄 동위원소; 7.9%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 73 게르마늄 동위원소; 37.1%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 74 게르마늄 동위원소; 또는 7.4%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 76 게르마늄 동위원소를 가질 수 있다.
상기 조성물이 저메인을 포함하는 경우, 상기 저메인 중의 게르마늄은 21.2%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 70 게르마늄 동위원소; 27.3%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 72 게르마늄 동위원소; 7.9%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 73 게르마늄 동위원소; 37.1%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 74 게르마늄 동위원소; 또는 7.4%를 초과하는 동위원소-풍부 수준의 질량 76 게르마늄 동위원소를 가질 수 있다.
상기 도판트 조성물은 다른 실시양태에서 보조-종 가스, 또는 다르게는 희석 가스, 또는 다르게는 보조-종 가스 및 희석 가스 둘 다를 포함하는 보충 가스를 포함하도록 구성될 수 있다. 희석 가스는 예를 들어 아르곤, 수소, 불소 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스 종을 포함할 수 있다.
상기 도판트 조성물은 또 다른 실시양태에서 사불화 게르마늄, 저메인, 삼불화 붕소, 다이보레인, 사불화 규소 및 실란 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또 하나의 도판트 조성물은 사불화 게르마늄, 저메인, 삼불화 붕소, 다이보레인, 사불화 규소 및 실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 도판트 가스, 및 아르곤, 수소, 불소 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 희석 가스를 포함할 수 있다.
상기 도판트 조성물은 특정 실시양태에서 (i) 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄, 및 제논 및 수소; (ii) 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄 및 저메인; (iii) 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄 및 동위원소-풍부한 저메인; (iv) 동위원소-풍부한 삼불화 붕소, 및 제논 및 수소; (v) 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 및 다이보레인; 및 (vi) 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 및 동위원소-풍부한 다이보레인 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 도판트 조성물은, 동위원소-풍부한 도판트 가스 및 동위원소-풍부한 보충 가스를 사용하지 않는 사응하는 방법의 수명 및 성능에 비해 이온 주입 방법의 수명 및 성능을 개선하는 데 효과적이다.
도판트 가스 및/또는 보조-종 가스와 관련하여 본원에 사용된 "동위원소-풍부한" 또는 "풍부한"이라는 용어는 이러한 가스(들) 중의 도판트 종이 도판트 종들의 자연 동위원소 분포로부터 변함을 의미한다. 예를 들어, 사불화 게르마늄 도판트 가스 내 게르마늄의 자연 존재 동위원소 분포 농도 및 예시적인 동위원소-풍부 사불화 게르마늄 도판트 가스 내 게르마늄 농도의 동위원소 분포를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1] 자연 및 동위원소-풍부 사불화 게르마늄 중의 동위원소 분포
Figure pat00001
상기 표 1에 나타낸 정보는 게르마늄 동위원소가 질량 70, 72, 73, 74 및 76에서 생성되며, 여기서 74Ge가 가장 풍부함을 보여준다.
본 발명은 이러한 임의의 하나 이상의 안정한 게르마늄 동위원소가 게르마늄 도판트 가스 중에서 풍부한, 즉 농도가 상기 자연 존재비보다 더 높은 이온 주입에 대해 고려된다. 따라서, 도판트 가스는 하나의 실시양태에서 게르마늄이 하나 이상의 동위원소에서 상기 자연 존재비 수준보다 더 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄 또는 저메인을 포함할 수 있다. 본 발명은 또 다른 실시양태에서 도판트 가스가 사불화 게르마늄이고 이러한 도판트 가스가 질량 70, 72, 73 또는 74에서 상기 자연 존재비 수준 초과량으로 풍부한 게르마늄 도판트 가스에 관한 것이며, 단 다양한 실시양태에서 상기 자연 존재비 초과량으로 풍부한 게르마늄 동위원소가 예를 들어 사불화 게르마늄에서 72Ge인 경우 상기 풍부 농도는 51.6%를 초과하고, 상응하는 실시양태에서 72Ge 농도는 52%, 55%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99% 또는 99.99%를 초과한다. 다른 실시양태에서, 도판트 조성물 내 게르마늄 화합물 중의 72Ge의 풍부 수준은 27.3%를 초과할 수 있다.
특정 실시예에서, 동위원소-풍부한 도판트 가스는
(i) 다양한 상응하는 실시양태에서 21.2% 초과, 예를 들어 22%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99% 또는 99.99% 초과의 70Ge 농도를 갖는 70Ge 동위원소-풍부한 저메인(GeH4);
(ii) 27.3% 초과, 예를 들어 상응하는 다양한 실시양태에서 28%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 90%, 99% 또는 99.99% 초과의 72Ge 농도를 갖는 72Ge 동위 원소 풍부한 저메인(GeH4);
(iii) 37.1% 초과, 예를 들어 상응하는 다양한 실시양태에서 38%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99% 또는 99.99% 초과의 74Ge 농도를 갖는 74Ge 동위 원소 풍부한 저메인(GeH4);
(iv) 21.2% 초과, 예를 들어 상응하는 다양한 실시양태에서 22%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99% 또는 99.99% 초과의 70Ge 농도를 갖는 70Ge 동위 원소 풍부한 사불화 게르마늄(GeF4);
(v) 일부 실시양태에서 27.3% 초과, 다른 실시양태에서 51.6% 초과, 예를 들어 상응하는 다양한 실시양태에서 52%, 55%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99% 또는 99.99% 초과의 72Ge 농도를 갖는 72Ge 동위 원소 풍부한 사불화 게르마늄(GeH4); 및
(vi) 37.1% 초과, 예를 들어 상응하는 다양한 실시양태에서 38%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99% 또는 99.99% 초과의 74Ge 농도를 갖는 74Ge 동위 원소 풍부한 사불화 게르마늄(GeF4)
으로 이루어진 군으로부터 선택되는 도판트를 포함할 수 있다.
74Ge를 함유하는 게르마늄 도판트의 사용을 고려하면, 주입되는 게르마늄 종으로서 74Ge의 사용 또는 이의 도판트 조성물 내의 존재는 이러한 74Ge-함유 도판트가 또한 75의 질량을 갖는 비소를 처리하는 주입기에 사용되는 경우에 Ge 주입 중의 비소 잔사로부터 카운터-도핑이 일어날 수 있기 때문에 상호 오염의 위험을 수반한다. 결국 이러한 카운터-도핑은 주입된 마이크로전자 장치 구조를 그 의도된 목적에 불충분하거나 심지어 무익하게 만들 수 있다. 따라서, 자연 풍부 게르마늄 도판트 가스의 사용은, 동일한 주입기의 다른 용도에서 비소를 또한 주입시키고 이온 공급원 및 빔라인(beamline)을 포함하는 세정 작동의 효율을 감소시킬 수 있는 경우에 원하지 않은 종들을 분해시키고 원하는 동위원소의 고 전류 빔을 생성하는 주입기의 능력을 요구한다.
이러한 75As와의 상호-오염 외에도, 이온 주입 시스템 내 74Ge의 존재는 도판트 가스를 아크 챔버에 전달하는 스테인리스 스틸 배관과 BF3 또는 GeF4의 부식 부산물, 예를 들어 FeF에 의한 상호-오염을 생성할 수 있다. 그러나, 이러한 상호-오염 문제는 비소를 도판트로 사용하지 않고 아크 챔버 계면에 대한 도판트 가스 전달 튜브가 FeF의 생성을 제거하거나 최소화하는 그래파이트, 텅스텐 또는 기타 적합한 물질의 성분들을 사용하는 주입기 시스템에서는 존재하지 않는다. 이러한 주입기 시스템에서, 74Ge를 함유하는 도판트 가스는 이러한 상호-오염의 단점 없이 사용될 수 있다.
74Ge를 함유하는 도판트 가스를 부작용없이 사용할 수 있는 이온 주입 시스템에서, 본 발명은 본 발명의 하나의 양태에서 자연 존재비 초과량으로 74Ge 풍부한 게르마늄-함유 도판트 가스를 사용하는 것을 고려하여, 74Ge의 자연 존재비 농도가 상기 표 I에 나타낸 다른 안정한 게르마늄 동위원소(70Ge, 72Ge 및 73Ge)보다 높다는 사실을 이용한다. 자연 풍부 동위원소 조성물 중의 다른 안정한 동위원소보다 더 높은 농도의 74Ge의 고 농도는, 자연 존재비를 초과하는 풍부 수준이, 상응하는 풍부 수준으로 농축된 비교적 낮은 자연 풍부 농도를 갖는 다른 게르마늄 동위원소보다 74Ge에서 더 경제적으로 달성할 수 있도록 한다. 다르게는, 자본 장비 및 공정 비용의 관점에서, 74Ge의 비교적 높은 자연 풍부 농도는 다른 안정한 게르마늄 동위원소(70Ge, 72Ge 및 73Ge)와 동일한 비용에서 얻을 수 있는 더 높은 풍부 함량을 달성하는 데 유리할 수 있다.
비소 도핑이 수행되는 이온 주입 시스템에서, 비소 오염의 게르마늄 주입 문제를 해결하기 위해, 덜 풍부한 질량 72 게르마늄 동위원소를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 예를 들어 사불화 게르마늄 내 질량 72 게르마늄 동위원소의 자연 존재비는 질량 74 게르마늄 동위원소의 37.1%와 비교시 27.3%이다(상기 표 1 참조). 따라서, 자연 존재 게르마늄의 사용은 이용가능한 빔 전류의 감소, 처리량의 잠재적 감소 및 주입 비용의 증가를 유발한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 사불화 게르마늄 또는 저메인 내 동위원소-풍부한 질량 72의 사용은, 도판트 조성물 내 질량 74 게르마늄의 존재로 인해 상호-오염되기 쉬운 시스템에서 이용가능한 빔 전류를 증가시키고 처리량을 증가시키고 주입 비용을 감소시키는 데 상당한 이점을 달성한다. 예를 들어, 사불화 게르마늄 또는 저메인 내 질량 72 게르마늄 동위원소의 예를 들어 27.3% 초과 수준으로의 존재는, 결국 이온 주입 시스템에서의 처리량을 상응하게 증가시키는 데 이점이 있는 빔 전류를 상응하게 증가시키는 데 유리하다.
빔 전류, 처리량 및 전체 성능을 증가시키는 것과 유사한 이점은 70Ge 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄 또는 저메인과 같은 다른 동위원소-풍부한 도판트 조성물에 의해 달성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 동위원소-풍부한 도판트 가스 및/또는 동위원소-풍부한 보조-종 가스를 광범위하게 고려하며, 이때 유리한 동위원소의 농도는, 도판트 및/또는 보조-종 가스가 자연 풍부 농도 수준으로부터 동위원소 조절되지 않은 상응하는 시스템에서의 이온 주입 시스템 내 이온 공급원의 성능 및 수명을 개선시키는 정도로 상기 도판트 및/또는 보조-종 가스가 자연 발생하는 것에 비해 증가한다. 따라서, "동위원소-풍부한"이라는 용어는 해당되는 특정 동위원소 종의 농도가 자연 풍부 수준보다 증가된 것을 나타내는 것으로 이해해야한다.
다양한 특정 실시양태에서, 유리한/원하는 동위원소는 상기 동위원소의 자연 풍부 농도 수준보다 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% 또는 그 이상 정도 높게 증가할 수 있다. 다른 특정 실시양태에서, 유리한/원하는 동위원소는 관련된 특정 동위원소 종에 따라 자연 풍부 농도 수준보다 더 높은 농도 수준, 예를 들어 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99%, 99.99% 또는 그 이상 정도 풍부할 수 있다.
"자연 풍부 농도보다 ... 의 양 정도 증가한"이라는 구절에서와 같이 자연 풍부 농도를 초과하는 동위원소 퍼센트 증가와 관련하여 본원에 사용된 "정도"라는 용어는 퍼센트 증가가 특정 요소 또는 화합물 내 특정 동위원소의 자연 존재 원자 퍼센트를 기준으로 함을 의미한다. 따라서, 예를 들어 "예컨대 GeF4 중의 70Ge에 대해 자연 풍부 농도보다 20%의 양 정도 증가한"이라는 표현은 GeF4 중의 70Ge에 대해 21.2% 원자 퍼센트 자연 존재비는 동위원소-풍부 GeF4 화합물 내 70Ge가 21.2% x 1.20 = 25.4% 정도 증가된 것을 의미한다.
대조적으로, "자연 존재 농도 수준보다 ... 더 높은 농도 수준으로 풍부한"이라는 구절에서와 같이 자연 존재 농도를 초과하는 동위원소의 퍼센트와 관련하여 "으로"라는 용어는 동위원소-풍부 요소 또는 화합물 내 원자 퍼센트 농도가 특정된 수치 값임을 의미한다. 따라서, 예를 들어 "GeF4 내 70Ge에 대한 자연 존재 농도 수준보다 40% 더 높은 수준으로"라는 표현은 70Ge가 동위원소-풍부한 GeF4 내에서 40 원자%의 양으로 존재함을 의미한다. 상기 동위원소 농도 또는 수준과 관련하여 "정도" 또는 "으로"라는 용어는 확인된 특정 수치 값을 갖는 동위원소-풍부한 요소 또는 화합물의 원자 퍼센트 농도를 나타내는 것으로 이해해야 한다.
다양한 실시양태에서, 유리한 동위원소는 조성물 내 전체 동위원소의 주요 부분까지, 즉 조성물에서 50%를 초과하는 동위원소 농도로 증가할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서 사불화 게르마늄 및 저메인 중의 질량 72 게르마늄 동위원소는 각각 52% 이상 및 27.3% 초과로 농축될 수 있다. 다른 특정 실시양태에서, 사불화 게르마늄 또는 저메인 중의 질량 70 게르마늄 동위원소는 21.2%로 농축될 수 있다.
따라서, 질량 72 게르마늄 동위원소가 풍부한 사불화 게르마늄은 유리하게는 52% 이상 100% 이하 수준으로 또는 다른 특정 범위의 농축 수준, 예컨대 55% 내지 100%, 60% 내지 90%, 75% 내지 95%, 80% 내지 100%, 또는 기타 이들 하한 중 하나 및 이들 상한 중 또 다른 하나를 포함하는 범위의 순열 수준으로 농축될 수 있으며, 이때 원하는 수준의 빔 전류 상승, 처리량 개선 및/또는 주입 작동의 경제적 특징 개선이 이루어진다. 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 저메인은 27.3% 초과 100% 이하 수준, 또는 다른 특정 범위에서는 예를 들어 30% 내지 100%, 35% 내지 85%, 40% 내지 60%, 50% 내지 99%, 75% 내지 95%, 또는 기타 이들 하한 중 하나 및 이들 상한 중 또 다른 하나를 포함하는 순열 범위의 농축 수준으로 유리하게 농축될 수 있으며, 이때 빔 전류, 처리량 개선 및 비용의 상기 언급된 공정 특징의 원하는 개선이 이루어진다.
상응하게, 질량 70 게르마늄 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄은 유리하게는 21.2% 초과 100% 이하 수준으로 또는 다른 특정 범위의 농축 수준, 예컨대 45% 내지 100%, 50% 내지 99%, 60% 내지 85%, 75% 내지 98%, 또는 기타 이들 하한 중 하나 및 이들 상한 중 또 다른 하나를 포함하는 범위의 순열 수준으로 농축될 수 있으며, 이때 원하는 수준의 빔 전류, 처리량 및/또는 비용의 개선이 이루어진다. 상응하는 질량 70 게르마늄 동위원소-풍부한 저메인을 사용할 수 있으며, 이때 70Ge의 풍부도는 21.2% 초과 100% 수준이거나 또는 다른 범위의 농축 수준, 예컨대 25% 내지 100%, 30% 내지 99%, 40% 내지 95%, 50% 내지 90%, 75% 내지 95%, 80% 내지 99%, 또는 기타 이들 하한 중 하나 및 이들 상한 중 또 다른 하나를 포함하는 범위의 순열 수준으로 농축될 수 있으며, 이는 동위원소-풍부한 도판트 가스가 사용되는 특정 이온 주입 작동 및 장치에 적합할 수 있다.
따라서, 본 발명은 이제까지 이온 주입에서 알려지지 않은 수준으로 동위원소-풍부한 도판트 가스 및/또는 보충 가스를 사용함으로써 이온 주입 시스템 내 이온 공급원의 개선된 수명 및 성능의 달성을 고려한다. 도판트 가스가 자연 존재비 초과량으로 동위원소-풍부할 수 있거나, 존재하는 경우의 보조-종 가스 자연 존재비 초과량으로 동위원소-풍부할 수 있거나, 또는 도판트 가스 및 보조-종 가스 모두가 자연 존재비 초과량으로 동위원소-풍부할 수 있다. 자연 존재비 초과량의 동위원소-풍부한 도판트 가스, 보조-종 가스 및 희석 가스를 포함하는 모든 조합을 본 발명의 범주로 간주한다.
이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하기 위해 본 발명의 실시에 유용하게 사용될 수 있는 도판트 가스 혼합물의 예는 비제한적으로 (1) 희석 가스로서 제논 및 수소와 조합된 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄; (2) 보조-종 가스로서 저메인과 조합된 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄; (3) 보조-종 가스로서 동위원소-풍부한 저메인과 조합된 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄; (4) 희석 가스로서 제논 및 수소와 조합된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소; (5) 희석 가스로서 다이보레인과 조합된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소; 및 (6) 보조-종 가스로서 동위원소-풍부한 다이보레인과 조합된 동위원소-풍부한 삼불화 붕소를 포함하는 도판트 가스 조성물을 포함한다.
하나의 특정 실시양태에서, 도판트 가스 혼합물은, 높은 수준의 빔 전류, 처리량 및 공급원 수명을 모두 개선하기 위해, 존재하는 게르마늄의 전체 동위원소 종을 기준으로 55% 초과, 예를 들어 60% 초과, 70% 초과, 80% 초과 또는 90% 초과의 농도를 갖는 원자 질량 72 게르마늄을 포함한다.
도판트 가스 혼합물이 사불화 게르마늄을 포함하지 않는 또 다른 특정 실시양태에서, 도판트 가스 혼합물은, 높은 수준의 빔 전류, 및 처리량 및 공급원 수명을 모두 개선하기 위해, 존재하는 게르마늄의 전체 동위원소 종을 기준으로 25% 초과, 예컨대 30% 초과, 40% 초과, 50% 초과, 60% 초과, 70% 초과, 80% 초과 또는 90% 초과의 농도를 갖는 원자 질량 72 게르마늄을 포함한다.
또 다른 특정 실시양태에서, 도판트 가스 혼합물은 높은 수준의 빔 전류, 및 처리량 및 공급원 수명의 상응하는 개선을 제공하기 위해, 존재하는 게르마늄의 전체 동위원소 종을 기준으로 25% 초과, 예컨대 30% 초과, 40% 초과, 50% 초과, 60% 초과, 70% 초과, 80% 초과 또는 90% 초과의 농도를 갖는 원자 질량 70 게르마늄을 포함한다.
본 발명의 특정 실시양태에서 도판트 가스 조성물은 게르마늄-함유 도판트 가스 및 임의적으로 보충 가스를 포함할 수 있으며, 이때 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 도판트 가스 조성물은 하나 이상의 Ge 동위원소 종이 풍부하다. 이러한 조성물은 특정 실시양태에서 동위원소-풍부한 저메인, 또는 다르게는 동위원소-풍부한 사불화 게르미늄, 또는 다르게는 동위원소-풍부한 저메인 및 사불화 게르마늄 모두, 또는 다르게는 저메인 및 사불화 게르마늄 모두를 포함하며, 이때 상기 게르마늄-함유 성분들 중 하나만이 동위원소-풍부하다. 다른 실시양태에서, 사불화 게르마늄이 동위원소-풍부한 형태로 존재하는 경우, 도판트 가스 조성물은 질량 70, 72, 73, 74 또는 76의 게르마늄이 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄을 포함할 수 있다. 다른 실시양태는 질량 70, 73 또는 74의 게르마늄이 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태는 질량 70, 72 또는 74의 게르마늄이 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 질량 72의 게르마늄이 사불화 게르마늄에 존재하는 경우, 이러한 질량 72 동위원소의 동위원소-풍부도는 51.6% 초과, 예컨대 특정 실시양태에서는 52% 초과, 55% 초과, 60% 초과, 65% 초과, 70% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 95% 초과, 99% 초과, 99.9% 초과 또는 99.99% 초과일 수 있고, 상기 임의의 수치 값 내지 100%의 동위원소-풍부도는 본 발명의 넓은 범주에서 고려된다.
도판트 가스 조성물은 다른 실시양태에서 아르곤, 헬륨, 수소, 질소, 암모니아 및 제논 중 하나 이상과의 혼합물 형태로 게르마늄-함유 성분, 예컨대 저메인 및/또는 사불화 게르마늄을 포함할 수 있으며, 이때 게르마늄-함유 성분은 필요에 따라 예를 들어 질량 70, 72, 73, 74 또는 76의 게르마늄으로 동위원소-풍부할 수 있고, 사불화 게르마늄이 질량 72의 게르마늄으로 동위원소-풍부한 또 다른 실시양태에서 이러한 질량 72 동위원소의 동위원소-풍부도는 특정 실시양태에서 51.6% 초과, 예컨대 52% 초과, 55% 초과, 60% 초과, 65% 초과, 70% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 95% 초과, 99% 초과, 99.9% 초과 또는 99.99% 초과일 수 있고, 상기 임의의 수치 값 내지 100%의 동위원소-풍부도는 본 발명의 넓은 범주에서 고려된다.
하나의 예시적인 실시양태에서, 본 발명은 이온 주입 방법에 관한 것으로서, 도판트 가스 및 필요에 따라 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 혼합물은 주입용 이온성 도판트 종을 발생시키기 위한 이온 공급원으로 제공되며, 이때 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 상기 보충 가스 중 하나 이상은 동위원소-풍부한 성분을 포함한다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명은 도판트 가스로부터 이온 주입용 이온성 도핑 종을 발생시키도록 구성된 이온 공급원의 성능 및 수명을 개선하는 것에 관한 것으로서, 이는 도판트 가스 및 필요에 따라 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 혼합물을 사용하는 것을 포함하되, 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 상기 보충 가스 중 하나 이상은 동위원소-풍부한 성분을 포함한다.
본 발명의 또 하나의 실시양태는 이온 주입 시스템에 관한 것으로서, 이는 도판트 가스 공급원 및 임의적인 보충 가스 공급원(이때, 상기 가스 공급원 각각은 각각의 도판트 가스 및 보충 가스를 상기 도판트 가스 및 보충 가스를 혼합하여 도판트 가스 혼합물을 형성하도록 조절된 시스템의 혼합 로커스에 분배하도록 구성됨) 및 상기 혼합 로커스를 구성하고 상기 혼합 로커스로부터 상기 도판트 가스 혼합물을 수용하도록 구성된 이온 공급원을 포함하며, 이때 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 상기 보충 가스 중 하나 이상은 동위원소-풍부한 성분을 포함한다. 따라서, 상기 도판트 가스 혼합물은 도판트 가스 및 보충 가스를 포함할 수 있고, 이때 상기 도판트 가스 및 상기 보충 가스 모두는 동위원소-풍부한 성분(예컨대, 유리한/원하는 동위원소)을 포함하거나, 상기 도판트 가스 및 상기 보충 가스는 모두 상이한 동위원소 성분들로 동위원소-풍부할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시양태는 이온 주입에서 동위원소 질량 70 게르마늄 도판트 가스 및/또는 보조-종 가스의 사용에 관한 것으로서, 상기 도판트 가스 및/또는 보조-종 가스는 원자 질량 70 게르마늄에서 자연 존재비 초과량으로, 예컨대 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 99% 이상, 99.5% 이상, 99.99% 이상, 또는 기타 사용되는 특정 이온 주입 용도에 적합한 수준으로 동위원소-풍부하다.
본 발명의 추가의 실시양태는 도판트 가스 및 보조-종 가스를 포함하는 도판트 가스 시약을 사용하는 것에 관한 것으로서, 상기 가스는 동위원소-풍부한 도판트 가스 및/또는 보조-종 가스 성분을 포함하는 본원에 기재된 조성물을 가질 수 있다.
또 하나의 실시양태에서, 상기 도판트 가스 및 보조-종 가스를 포함하는 도판트 시약은 이온 공급원에 이를 공급하기 위해 흐르도록 이온 주입 시스템 내에 구성되며, 이때 상기 도판트 가스 및 상기 보조-종 가스는 서로 혼합된 상태로 존재한다.
또 하나의 실시양태에서, 상기 도판트 가스 및 상기 보조-종 가스는 순차적으로 이들의 이온화를 위해 이온 공급원으로 흐른다. 이러한 순차적인 작동은 각각의 도판트 가스 및 보조-종 가스의 시간-기반 흐름을 사용하여 임의의 적합한 방식으로 수행되거나, 또는 다르게는 상기 각각의 시간-기반 흐름은 서로에 대해 상이하거나, 또는 다르게는 원하는 특징의 도핑된 기판을 제공하도록 조절될 수 있다.
본 발명에 따라 이온성 종에 의해 이온 주입되는 기판은 임의의 적합한 유형의 것일 수 있다.
기판은 규소, 탄화 규소, 질화 갈륨, 또는 임의의 다른 적합한 기판 조성일 수 있다. 기판은 마이크로전자 장치 기판, 즉 마이크로전자 장치 또는 장치 전구체 요소를 제조하기 위해 마이크로전자 구조를 제조하는 데 사용되는 기판을 포함할 수 있다.
다른 실시양태에서, 기판은 디스플레이 및 태양열 패널과 같은 제품의 제조용으로 주입될 수 있다. 본 발명은 임의의 적합한 특징을 갖는 이온 주입 제품에 적용할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 본 발명은 내부 체적을 갖는 용기 및 상기 내부 체적 안의 도판트 조성물을 포함하는 도판트 조성물 공급 장치에 관한 것으로서, 상기 도판트 조성물은 본원에 기재된 임의의 적합한 유형의 것일 수 있다. 이러한 도판트 조성물 공급 장치는 적합한 수단 및 도판트 조성물을 이온 공급원에 적당하게 흘려보내는 데 효과적인 제어 요소를 함유하는 적합한 유동 회로에 의해 이온 공급원과 커플링되도록 구성될 수 있다.
이하, 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 하나의 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다.
이온 주입 공정 시스템(300)은 예시된 이온 주입 챔버(301)에서 기판(328)의 이온 주입 도핑용으로 공급되는 도판트 가스를 함유하는 내부 체적을 갖는 저장 및 분배 용기(302)를 포함한다. 저장 및 분배 용기는 도판트 가스가 가스의 저장을 위해 물리적으로 흡착되는 흡착제 매질을 함유하는 유형의 것일 수 있고, 이때 가스는 분배 조건 하에서 상기 흡착제 매질로부터 탈착되어 상기 용기로부터 배출된다. 흡착제 매질은 고상(solid-phase) 탄소 흡착성 매질일 수 있다. 이러한 유형의 흡착제-계 용기는 에이티엠아이 인코포레이티드(ATMI, Inc.)(미국 콘넥티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 SDS 및 SAGE로서 상업적으로 입수가능하다. 다르게는, 상기 용기는 용기의 내부 체적에 하나 이상의 압력 조절기를 함유하는 내부 압력-조절된 형태의 것일 수 있다. 이러한 압력-조절된 용기는 ATMI, Inc.(미국 콘넥티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 VAC로 입수가능하다. 또 하나의 대안으로서, 상기 용기는 예를 들어 용기 및/또는 그 내용물을 가열함으로써 휘발되어 증발 또는 승화 생성물로서 도판트 가스를 발생시키는 고체 형태의 도판트 공급원 물질을 함유할 수 있다. 이러한 유형의 고체 전달 용기는 ATMI, Inc.(미국 콘넥티컷주 댄버리 소재)로부터 상표명 ProEvap로 입수가능하다.
도 1에서, 저장 및 분배 용기(302)는 도판트 가스를 흡착된 상태, 유리 가스 또는 액화 가스 상태로 유지하는 내부 체적을 감싸는 관형 용기 벽(304)을 포함한다.
저장 및 분배 용기(302)는 혼합 챔버(360)(임의적 요소)와 분배 라인(372)을 통해 기류 연통 방식으로 커플링되고 결국 배출 라인(312)에 연결되는 밸브 헤드(308)를 포함한다. 압력 센서(310)는 질량 유량 조절기(314)와 함께 라인(312)에 배치될 수 있고, 다른 임의적인 모니터링 및 센서 요소들이 상기 라인과 커플링되고 액추에이터, 피드백 및 컴퓨터 제어 시스템, 사이클 타이머 등과 같은 제어 수단과 인터페이스될 수 있다.
혼합 챔버(360)는 또한 사용되는 경우 가스 공급 라인(370)과 유체 연통 방식으로 결합될 수 있고, 여기에 보충 가스 공급 용기(362 및 364)와 커플링되고, 이들 각각은 서로 동일하거나 상이한 유형의 것일 수 있고, 상기 기재된 용기(302)와 동일하거나 상이한 유형의 것일 수 있다. 용기(362)는 예를 들어 희석 가스를 함유할 수 있고, 용기(364)는 예를 들어 보조-종 가스를 함유하도록 구성되어, 희석 가스 및/또는 보조-종 가스와 함께 도판트 가스를 함유하는 도판트 가스 혼합물을 제조할 수 있다.
보충 용기(362)는 결국 보충 용기 공급 라인(366)과 커플링되는 밸브 헤드(380)에 고정된 주요 용기 부분으로 형성된다. 유사한 방식으로, 보충 용기(364)가 고정된 밸브 헤드(382)에 고정된 주 용기 부분으로 형성된다. 밸브 헤드(382)는 보충 용기 공급 라인(368)에 커플링된다. 이러한 구성에 의한 공급 라인(366 및 368)은 희석 및/또는 보조-종 가스(들)를 혼합 챔버(360)에 전달하여 희석 및/또는 보조-종 가스(들)를 함유하는 도판트 가스 혼합물을 제공하여 주입기의 이온 공급원으로 보낸다. 이러한 목적을 위해, 보충 용기 공급 라인(366 및 368) 및 분배 라인(372)은 용기로부터 분배된 물질의 흐름 또는 다른 특성들을 수동 또는 자동으로 조절하기에 적합한 밸브, 제어기 및/또는 센서를 구비할 수 있고, 이러한 밸브, 제어기 및/또는 센서는 임의의 적합한 방식으로 상응하는 공급/분배 라인과 커플링되거나 그와 연결될 수 있다.
이러한 밸브는 결국 중앙 처리 유닛(CPU)과 연결되어 작동되는 밸브 액추에이터와 커플링될 수 있다. CPU는 상기 언급된 제어기 및/또는 센서와 신호 전달 관계로 커플링되고, 서로 용기 각각으로부터 분배되는 유체의 속도, 조건 및 양을 제어하도록 프로그래밍되어, 라인(312)에서 혼합 챔버(360)로부터 흐르는 도판트 가스 혼합물이 이온 주입 작업을 수행하기에 바람직한 조성물, 온도, 압력 및 유속을 갖는다.
예시된 시스템(300)에서, 이온 주입 챔버(301)는 라인(312)으로부터 분배된 도판트 가스 혼합물을 수용하는 이온 공급원(316)을 함유하고 이온 빔(305)을 발생시킨다. 이온 빔(305)은, 필요한 이온들을 선택하고 비-선택된 이온들을 거부하는 질량 분석기 유닛(312)을 통과한다.
선택된 이온은 가속 전극 어레이(324)를 통과한 후에 편향 전극(326)을 통과한다. 생성 집속 이온 빔은 스핀들(332) 위에 장착된 회전가능한 홀더(330) 위에 배치된 기판 요소(328)에 충돌한다. 도판트 이온의 이온 빔을 사용하여 원하는 기판을 도핑하여 도핑된 구조를 형성한다.
이온 주입 챔버(301)의 개개의 구역은 각각 펌프(320, 342 및 346)에 의해 라인(318, 340 및 344)을 통해 배출된다.
도 2는 본 발명의 또 다른 양태에 따른 이온 주입 공정 시스템의 개략도이다. 도 2 시스템은 도 1과 동일한 구성요소 및 특징에 따라 상응하게 번호를 붙였지만 도 2 시스템은 유동 회로 구성의 개별적인 도판트 가스 및 보충 가스 용기를 사용하며, 이때 용기(304, 362 및 364) 각각은 그의 분배 라인에 독립적인 질량 흐름 제어기(314, 400 및 402)를 갖는다. 이러한 구성에 의해, 각각의 용기로부터의 가스 흐름은 관련 분배 라인에서 전용 질량 흐름 제어기에 의해 조절되어, 작동 중인 각각의 가스들의 선택된 유속 또는 유속 비를 달성한다. 각각의 질량 흐름 제어기는, 각각의 질량 흐름 제어기를 시스템의 최적화를 위해 작동시키는 데 필요한 만큼 또는 원하는 만큼 작동 중에 조절할 수 있는 중앙 처리 유닛(CPU)과 연결되어 작동될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 양태에서, 도판트 가스는 일례로 하나 이상의 보충 가스(들), 즉 희석 및/또는 보조-종 가스를 함유하는 혼합물로 공급될 수 있으며, 여기서 도판트 가스 및 보충 가스의 혼합물은 단일 공급 용기에 함유되며, 이로부터 가스 혼합물은 이온 주입 시스템의 이온 공급원으로 분배 및 흘려보낼 수 있다. 예를 들어, 도 1 시스템에서, 용기(302)는 도판트 가스 및 보충 가스 혼합물을 함유하는 단일 가스 공급 용기(보충 용기(362 및 364)는 없음)를 구성할 수 있다.
이러한 접근법을 사용하여, 단일 공급 용기로부터 제공될 수 있는 공동 패키징된 혼합물로서 수소, 불활성 가스 또는 기타 희석 가스를 포함하는 혼합물 중의 도판트 가스로서 저메인을 제공할 수 있다. 이는 고압 100% 저메인에 비해 안전한 패키징 기법이고 사불화 게르마늄 대신에 저메인을 사용할 수 있게 하는데, 그 이유는 사불화 게르마늄은 일부 이온 주입 제품에서 저메인을 사용함으로써 회피되는 일부 수명 및 터보 펌프 수명과 관련하여 문제를 일으킬 수 있기 때문이다.
단일 공급 용기에 제공되는 본 발명의 광범위한 실시에 유리하게 사용될 수 있는 저메인 가스 혼합물의 구체적인 예로서, 상기 저메인-함유 가스 조성물은 조성물의 총 부피를 기준으로 5 내지 35부피% 또는 다른 적합한 농도의 저메인, 및 나머지량으로 수소, 아르곤, 질소 및 헬륨 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 저메인은 자연 존재 저메인이거나, 또는 70Ge 또는 72Ge 또는 기타 게르마늄 동위원소-풍부한 저메인이거나, 또는 다르게는 저메인 함유 도판트 가스 혼합물이 임의적으로 하나 이상의 Ge 동위원소 종으로 풍부하다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 사불화 게르마늄과 순방향 흐름(co-flow) 가스로서 암모니아를 사용하여 이온 주입 시스템의 공급원 수명을 증가시키는 것에 관한 것이며, 이때 사불화 게르마늄은 도판트 가스로서 사용되고 사불화 게르마늄은 필요에 따라 하나 이상의 Ge 동위원소 종들로 동위원소-풍부하다. 게르마늄을 주입시키는 경우 사불화 게르마늄과 혼합물 형태로 암모니아를 보충 가스로 사용함으로써, 암모니아(NH3)의 질소 및 수소 성분은 사불화 게르마늄으로부터 불소를 효과적으로 제거할 것이다. 이러한 불소 제거의 결과, GeF4/NH3 혼합물은, 캐쏘드 및/또는 애노드 상에 침착되는 아크 슬릿(slit) 및/또는 텅스턴 상에서 성장하는 텅스텐 휘스커로 인해 불량한 공급원 수명을 일으키는 이온 공급원 내의 할로겐 사이클을 적어도 부분적으로 억제할 것이다.
GeF4와 순방향 흐름 가스로서의 암모니아는 임의의 다양한 구성에서 사용될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 암모니아 및 사불화 게르마늄에 대한 별도의 가스 공급 용기가 사용되고, 각각의 가스 공급 용기로부터의 가스들은 이온 공급원에 순방향으로 흐른다. 순방향으로 흐르는 가스들은 질량 흐름 제어기를 통과하기 전에 혼합되거나, 또는 질량 제어기와 이온 공급원 사이에서 혼합되거나, 또는 이온 공급원 내에서 혼합될 수 있다.
다르게는, 암모니아 및 사불화 게르마늄의 혼합물을 임의의 적합한 상대 비율로 함유하는 단일 공급 용기가 제공될 수 있다.
또 하나의 대안으로서, 제논은 별도의 공급 용기에서 보충 가스로서 제공될 수 있다. 공급 용기로부터 분배된 후, 제논은 암모니아 및/또는 사불화 게르마늄과 혼합될 수 있다. 제논은 또한 암모니아 및/또는 사불화 게르마늄과 혼합된 제논을 함유하는 가스 용기에서 보충 가스로서 제공될 수 있다. 이온 공급원에 도입되는 가스 중의 제논의 존재는 제논의 캐쏘드 상에의 스퍼터링 효과에 의해 공급원 수명을 개선하여 상기 캐쏘드 상에 침착되는 임의의 과잉의 텅스텐을 제거한다.
본 발명은 또 다른 양태에서 하나 이상의 동위원소-풍부한 도판트 물질, 예컨대 저메인 또는 사불화 게르마늄을 이온화 챔버 내로 흘려보내 이온성 도판트 종을 발생시키고, 상기 이온화 챔버로부터 상기 이온성 도판트 종을 추출하고, 사전 결정된 이온성 도판트 종을 선택하고, 상기 선택된/원하는 이온성 도판트 종을 마이크로전자 또는 반도체 기판 내로 주입하는 것을 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어지는 개선된 이온 주입 방법에 관한 것이다.
다양한 실시양태에서, 유리한/원하는 동위원소는 상기 동위원소의 자연 존재 농도 수준보다 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60% 또는 그 이상의 양 정도로 자연 존재 농도보다 증가되거나, 또는 유리한/원하는 동위원소는 관계된 특정 동위원소 종의 자연 존재 수준에 따라 자연 존재 농도 수준으로부터 더 높은 농도 수준, 예컨대 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 그 이상의 퍼센트까지 풍부할 수 있다. 원하는 게르마늄 동위원소의 풍부도는 상기 동위원소의 풍부도 또는 농도를 증가시키고, 그에 따라 이온 빔 내 동위원소의 양을 증가시키도록 제공된다. 이는 결국 더 낮은 농도/양의 동일한/원하는 게르마늄 동위원소를 함유하는 게르마늄 공급원을 사용하는 시스템 및/또는 공정에 비해 처리량에서 상응하는 이점을 제공한다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 52% 이상의 원자 질량 72 게르마늄 동위원소를 함유하는 사불화 게르마늄 가스, 27.3% 초과의 원자 질량 72 게르마늄 동위원소를 함유하는 저메인 가스, 또는 이들 가스의 혼합물이 도판트 물질로서 사용된다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 21.2% 이상의 원자 질량 70 게르마늄 동위원소를 함유하는 사불화 게르마늄 가스, 21.2% 초과의 원자 질량 70 게르마늄 동위원소를 함유하는 저메인 가스, 또는 이들 가스의 혼합물이 도판트 물질로서 사용된다.
보충 가스가 희석 가스 및 보조-종 가스 중 하나 이상을 포함하고 도판트 가스 조성물이 하나 이상의 Ge 동위원소 종이 풍부한, 게르마늄-함유 도판트 가스 및 필요에 따라 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 조성물에서, 상기 조성물은 저메인 및 사불화 게르마늄 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 이때 이러한 성분들 중 하나 또는 둘 다는 예를 들어 질량 70, 72, 73, 74 또는 76의 게르마늄 또는 다르게는 질량 70, 72 또는 74의 게르마늄 동위원소가 풍부하다. 이러한 조성물에서, 사불화 게르마늄이 존재하고 질량 72 게르마늄 동위원소-풍부한 경우, 동위원소-풍부 수준은 51.6%를 초과할 수 있다. 상기 도판트 가스 조성물은 임의의 적합한 특성의 보충 가스를 포함할 수 있다.
게르마늄-함유 성분, 및 아르곤, 헬륨, 수소, 질소, 암모니아 및 제논 중 하나 이상을 포함하는 도판트 가스 조성물이 고려되며, 이때 상기 게르마늄-함유 성분은 임의적으로 동위원소-풍부하다. 상기 게르마늄-함유 성분은 특정 실시양태에서 저메인 및/또는 사불화 게르마늄을 포함할 수 있다. 상기 도판트 가스 조성물은 특정 실시양태에서 암모니아를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 조성물은 예를 들어 사불화 게르마늄 및 암모니아로 이루어질 수 있고, 이때 상기 사불화 게르마늄은 동위원소-풍부하다. 다르게는, 상기 조성물은 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄, 및 암모니아 및 제논 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 양태는 도판트 물질들의 순차적인 흐름에 관한 것으로서, 이때 캐쏘드 바이어스 전력은 이온 공급원의 작동 중에 모니터링되고, 상기 모니터링된 캐쏘드 바이어스된 공급원 전력은 예를 들어 이온 공급원의 작동 중에 사전 결정된 캐쏘드 바이어스 전력을 유지함으로써 이온 공급원에 전달되는 각각의 도판트 화합물들 사이를 제어/선택/교류하는 피드백 제어 공정에 사용되어 이온 공급원 또는 이의 성분들의 작동 수명을 연장한다. 이러한 방법은 이온 공급원의 작동 중에 사전 결정된 캐쏘드 바이어스 전력을 유지하거나 또는 달리 달성하는 데 필요한 정도로 이온 공급원의 캐쏘드를 수리 또는 교정, 즉 캐쏘드의 재성장 또는 에칭을 수행하는 데 사용될 수 있다.
이온 공급원은 상기 모니터링되고 제어된 공정에서 임의의 적합한 유형의 것, 예컨대 간접 열 캐쏘드(IHC) 이온 공급원일 수 있다. 이러한 방법에서 캐쏘드 바이어스 전력은 유리하게는 피드백 메커니즘으로 사용되어 상이한 도판트 화합물의 순차적 흐름을 제어함으로써 이온 공급원/캐쏘드의 작동 수명을 연장시킨다.
상기 상이한 도판트 화합물은 바람직하게는 도판트 종 게르마늄에 대한 도판트 화합물과 동일한 도판트 종, 예컨대 사불화 게르마늄 및 저메인에 대한 도판트 화합물일 수 있다. 이러한 상이한 도판트 공급원 화합물은 본원에 다양하게 기재된 동위원소-풍부한 하나 이상의 것을 포함할 수 있다.
이온 공급원의 작동 효율을 유지하기 위해 이온 공급원의 아크 챔버에 캐쏘드를 포함하는 이온 주입 시스템을 작동시키는 방법은, 하나의 실시양태에서, 순차적으로 공급되는 도판트 조성물과 캐쏘드를 접촉시키면서 캐쏘드 바이어스 전력을 측정하고, 상기 측정된 캐쏘드 바이어스 전력에 응답하여, 상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물의 하나 이상을 조절함으로써, 이온 공급원, 캐쏘드 및/또는 상기 이온 공급원의 하나 이상의 다른 구성요소의 작동 수명을 연장시킨다.
상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물과 관련하여 "조절하는"이라는 용어는 상기 순차적으로 공급된 도판트 조성물의 하나 이상에 대한 순서, 기간, 공정 조건 또는 도판트 조성물 선택을 상기 측정된 캐쏘드 바이어스 전력에 응답하여 제어하는, 즉 선택적으로 변하는 것을 의미한다. 따라서, 각각의 도판트 조성물에 대한 공급 기간은 설정 캐쏘드 바이어스 전력을 유지하도록 서로 변하거나, 또는 하나의 도판트 조성물이 다른 것보다 더 높은 전압 조건에서 공급될 수 있거나, 또는 피드백 모니터링 및 제어 시스템이 각각의 도판트 조성물 사이에서 달리 제어/선택/교류하도록 배열될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 상기 방법은 하나 이상의 도판트 조성물과 관련하여 이온 공급원을 통해 세정제 또는 침착제를 동시에 또는 순차적으로 흘려보내는 데 사용될 수 있으며, 이때 예를 들어 상기 모니터링된 전력 사용이 초기 또는 다른 사전 결정된 또는 설정 값 또는 수준보다 증가하는 경우, 상기 캐쏘드 바이어스 전력 또는 이온 공급원의 다른 전력 이용 변수는, 이온 공급원을 통해 에칭제를 흘려보냄으로써 캐소드의 에칭을 수행하여 이로부터의 침착물을 제거하는 데 이용되고/되거나 상기 모니터링된 전력 사용이 초기 또는 다른 사전 결정된 또는 설정 값보다 감소하는 경우, 상기 캐쏘드 바이어스 전력 또는 이온 공급원의 다른 전력 이용 변수는, 이온 공급원을 통해 침착제를 흘려보냄으로써 캐쏘드 물질의 재성장을 수행하는 데 이용된다.
따라서, 본 발명의 조성물, 공정, 방법, 장치 및 시스템은 폭넓고 다양한 방식으로 구현되고 적용될 수 있어 이온 주입 시스템의 이온 공급원의 성능 및 수명을 그에 따라 개선할 수 있음을 알 수 있을 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, 이하의 특허청구범위 발명은 본 발명의 진의 및 범주 내에 드는 이러한 모든 변형, 변경 및 다른 실시양태를 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 도판트 가스 및 보충 가스를 포함하는 도판트 가스 혼합물을 주입용 이온성 도판트 종의 생성을 위한 이온 공급원(ion source)으로 흘려보내는 단계를 포함하는 이온 주입 방법으로서, 이때 상기 보충 가스는 희석 가스 및 보조-종(co-species) 가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 도판트 가스 및 존재하는 경우의 보조-종 가스 중 하나 이상은 동위원소-풍부한(isotopically enriched) 것인, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도판트 가스는 사불화 게르마늄을 포함하는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 사불화 게르마늄은 원자 질량 72 게르마늄(Ge)의 동위원소-풍부한 것인, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도판트 가스 혼합물은 희석 가스를 포함하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 희석 가스는 아르곤, 수소, 불소 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스 종을 포함하는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도판트 가스는 사불화 게르마늄이고, 상기 보조-종 가스는 저메인(germane)인, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 사불화 게르마늄은 원자 질량 70 게르마늄 또는 원자 질량 72 게르마늄의 동위원소-풍부한 것인, 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 저메인은 원자 질량 70 게르마늄 또는 원자 질량 72 게르마늄의 동위원소-풍부한 것인, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 도판트 가스는 사불화 게르마늄, 저메인, 삼불화 붕소, 다이보레인, 사불화 규소 및 실란으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 희석 가스는 아르곤, 수소, 불소 및 제논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 희석 가스 종을 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 도판트 가스 혼합물은
    (i) 제논 및 수소와 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄;
    (ii) 저메인과 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄;
    (iii) 동위원소-풍부한 사불화 게르마늄 및 동위원소-풍부한 저메인;
    (iv) 제논 및 수소와 동위원소-풍부한 삼불화 붕소;
    (v) 다이보레인과 동위원소-풍부한 삼불화 붕소; 및
    (vi) 동위원소-풍부한 삼불화 붕소 및 동위원소-풍부한 다이보레인
    중에서 선택되는, 방법.
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