KR20220032621A - 아크 챔버 물질들의 혼합물을 갖는 이온 주입 시스템 - Google Patents
아크 챔버 물질들의 혼합물을 갖는 이온 주입 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
이온 종들을 생성하기 위해 사용되는 적어도 하나의 이온화가능한 가스를 포함하는 가스 또는 가스 혼합물, 및 2종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들을 포함하는 아크 챔버를 포함하는, 이온 주입을 위한 시스템 및 방법이 설명된다. 시스템을 사용하여, 이온 종들은 라이너 조합을 이용하여 아크 챔버에 생성되고, 하나 이상의 원하는 이온 종은 생성된 이온 종들 중에서 더 높은 빔 전류를 나타내며, 이는 상이한 물질들의 사용에 의해 용이해진다. 결국, 기판 내로의 원하는 이온 종들의 개선된 주입이 달성될 수 있다. 또한, 시스템은 시스템 작동 동안 금속 퇴적물들의 형성을 최소화할 수 있고, 그에 의해 소스 수명을 연장시키고 개선된 시스템 성능을 촉진한다.
Description
본 출원은, 2019년 7월 18일자로 출원되었고 본원에 참조로 포함되는 미국 가출원 번호 62/875,869에 대한 우선권 및 그의 이익을 주장한다.
본 개시내용은 2종 이상의 상이한 물질들의 혼합물을 사용하는 아크 챔버를 갖는 이온 주입 시스템, 및 시스템을 사용하는 이온 주입 방법들에 관한 것이다.
이온 주입은 기판, 예컨대, 마이크로전자 디바이스 웨이퍼 상의 화학적 종들의 활성 이온들의 충돌에 의한, 기판으로의 그러한 종들의 퇴적을 수반한다. 이온 주입 종들을 생성하기 위해, 예를 들어, 할로겐화물 또는 수소화물 종들을 포함할 수 있는 가스가 이온화를 겪는다. 이 이온화는 이온 빔을 생성하기 위해 이온 소스를 사용하여 수행된다. 이온 소스는 전형적으로, 가스 또는 가스 혼합물이다.
일단 이온 소스에서 생성되면, 이온 빔은 추출, 자기 필터링, 가속/감속, 분석기 자석 처리, 시준, 스캐닝 및 자기 보정에 의해 처리되어, 기판 상에 충돌되는 최종 이온 빔을 생성한다.
이온화 시에, 이온화가능한 가스는 전형적으로, 다수의 이온 종들을 생성한다. 출발 화합물(예를 들어, 가스)로부터 유래된 각각의 이온 종은 다른 이온 종들과 상이한 원자 조성을 가지며, 이 원자 조성 및 기판의 원하는 개질에 기초하여, 특정 종들을 주입하고자 하는 요구, 특정 종들을 주입하는 것을 피하고자 하는 요구, 또는 이들 둘 다가 존재할 수 있다. 그러나, 이온화 시에 그리고 주입을 위한 이온 빔을 생성하는데 사용되는 조건들 하에서, 각각의 이온 종은 기판 내로의 종들의 주입에 영향을 미칠 수 있는 빔 전류를 갖는다.
또한, 이온 주입 프로세스들은, 가스 종들과 챔버 물질의 반응, 예컨대, 플루오린화물 이온들과 텅스텐 아크 챔버의 반응에 의해 아크 챔버에서 추가적인 이온 종들이 생성되어 플루오린화물텅스텐을 생성할 때 점점 더 복잡해질 수 있다.
특히 이온 주입 프로세스들이 더 복잡해짐에 따라 이온 빔 성능을 개선하기 위한 다양한 난제들이 남아있다.
본 개시내용은 이온 주입 프로세스에서 기판 내에 이온 종들을 주입하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 많은 양상들에서, 본 개시내용은 하나 이상의 이온화가능한 가스와 함께 상이한 아크 챔버 물질들의 혼합물들을 선택하고 사용함으로써 가스 또는 가스 혼합물로부터 생성된 이온 종들의 성능을 변경하거나 개선하는 방식들을 제공한다. 시스템은 2종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들을 갖는 아크 챔버를 포함한다. 제1 아크 챔버 물질과 상이한 제2의 상이한 아크 챔버 물질의 존재는 이온화가능한 가스의 이온화 시에 하나 이상의 원하는 이온 종에 대한 증가된 빔 전류 성능을 용이하게 한다. 이는 더 높은 빔 전류를 사용하여 기판 내로의 하나 이상의 원하는 이온 종의 개선된 주입을 허용한다. 이는 또한, 기판에 바람직하게 도입되지 않는 이온 종들의 퇴적을 최소화할 수 있는데, 그 이유는 그러한 종들이, 더 낮은 빔 전류들을 가질 것이기 때문이다.
아크 챔버의 부분들의 구성을 위해 사용되는 상이한 물질들의 혼합물은 또한, 가스들(예를 들어, 플루오린화물 가스들)과 챔버 물질들(예를 들어, 텅스텐)의 반응으로부터 초래되는 것과 같이, 시스템 작동 동안 달리 형성되는 원하지 않는 아크 챔버 퇴적물들의 형성을 최소화할 수 있다. 이와 같이, 아크 챔버 물질의 반응에 의해 야기되는 원하지 않는 퇴적물들이 최소화됨으로써, 소스 수명을 연장시키고 개선된 시스템 성능을 촉진할 수 있다.
일 양상에서, 본 개시내용은 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 시스템을 제공하고, 시스템은 이온화될 때 적어도 하나의 이온 종을 형성할 수 있는 가스 또는 가스 혼합물을 포함하는 가스 소스를 포함한다. 시스템은 2종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들을 포함하는 아크 챔버를 포함하고, 제1 아크 챔버 물질은 제2 챔버 물질과 상이하다. 아크 챔버는 내부 플라즈마 대면 표면들을 갖는 아크 챔버 벽들, 및 선택적으로, 내부 플라즈마 대면 표면들의 전부 또는 일부와 접촉하도록 구성된 하나 이상의 아크 챔버 라이너를 포함한다.
일부 양상들에서, 2종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들은 텅스텐, 몰리브데넘, 탄소, 규소, 붕소, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 플루오린, 인듐, 질소, 산소, 갈륨, 게르마늄, 및 란타넘을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 원자를 갖는 제1 및 제2 아크 챔버 물질들을 포함한다. 제1 및 제2 아크 챔버 물질들은 개별 화합물들, 금속간 화합물들, 합금들, 복합물들, 고용체(그 결정 구조에 원자적으로 분산된 다른 "용질" 원소를 갖는 매트릭스 "용매" 금속에 의해 형성된 합금으로서, 용질 대 용매 비율은 작은 범위에 걸쳐 연속적임), 및 고체 물질들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 또는 제2 아크 챔버 물질들은 흑연 함유 물질, 탄소 함유 물질, 붕소 함유, 게르마늄 함유, 안티모니 함유, 텅스텐 함유, 몰리브데넘 함유, 플루오린 함유, 질소 함유, 산소 함유 물질, 세라믹 물질, 또는 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 또는 제2 아크 챔버 물질은 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(Sick), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), Al4C3, 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3), 또는 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다. 제1 또는 제2 아크 챔버 물질은 또한, 텅스텐 합금을 포함할 수 있다. 예시적인 텅스텐계 합금은 WB2-x이고, x = 0.001-0.5이다.
하나의 예시적인 실시예에서, 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고, 제2 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화물 화합물 형태의 탄소를 포함한다.
다른 예시적인 실시예에서, 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고, 제2 아크 챔버 물질은 원소 붕소, 붕화물 화합물 또는 붕소 함유 합금 형태의 붕소 함유 물질을 포함한다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 제1 아크 챔버 물질 또는 제2 아크 챔버 물질은 그들의 천연 존재비에 비해 하나 이상의 동위원소가 동위원소 농축된 물질로부터 선택된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 제1 또는 제2 아크 챔버 물질은 B-11 동위원소가 동위원소 농축된 붕소를 갖는 붕소 함유 물질이다. 다른 예시적인 실시예에서, 제1 또는 제2 아크 챔버 물질은 Ge-72 동위원소와 같은 하나 이상의 게르마늄 동위원소가 농축된 게르마늄 함유 물질이다.
이러한 상이한 아크 챔버 물질들은 아크 챔버에 다양한 배열들로 존재할 수 있다. 제1 또는 제2 아크 챔버 물질들은 아크 챔버 라이너(들) 또는 아크 챔버 피스(들) 중 하나 이상의 아크 챔버 라이너 또는 아크 챔버 피스의 전부 또는 일부에 존재할 수 있다. 일 유형의 배열에서, 제2 아크 챔버 물질은 아크 챔버 벽들의 일부 또는 전부 상에 코팅되거나 아크 챔버 벽들의 일부 또는 전부 내에 표면 그레이딩되고, 아크 챔버 벽들은 제1 아크 챔버 물질로 이루어진다. 다른 배열에서, 아크 챔버는 하나 이상의 아크 챔버 라이너를 갖고, 하나 이상의 아크 챔버 라이너는 제1 또는 제2 아크 챔버 물질들 중 적어도 하나를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제1 또는 제2 아크 챔버 물질은 아크 챔버에 배치되는 개별 피스 또는 타겟으로서 제공될 수 있다.
다른 양상에서, 본 개시내용은 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 방법을 제공한다. 방법은, 이온화될 때 적어도 하나의 이온 종을 생성할 수 있는 가스 또는 가스 혼합물을 포함하는 가스 소스, 상이한 적어도 제1 및 제2 아크 챔버 물질들을 갖는 아크 챔버를 갖는, 본원에 설명된 바와 같은 시스템을 제공하는 단계를 포함한다. 방법에서, 기판은 주입 챔버에 존재하고, 시스템은 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하도록 작동된다. 예시적인 이온화가능한 가스들은 규소 함유 가스들, 붕소 함유 가스들, 게르마늄 함유 가스들, 탄소 함유 가스들, 인 함유 가스들, 비소 함유 가스들, 안티모니 함유 가스들, 텅스텐 함유 가스들, 질소 함유 가스들, 갈륨 함유 가스들, 인듐 함유 가스들, 주석 함유 가스들, 및 알루미늄 함유 가스들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 이온화가능한 가스는 적어도 하나의 다른 가스와 함께 공동 유동되거나 혼합되어 제공될 수 있다. 적어도 하나의 다른 가스는 이온화가능한 가스와 동일한 종들을 함유하는 공동 가스, 및/또는 희석제 또는 캐리어 가스를 포함할 수 있다.
방법에서, 이온 종들을 생성할 수 있는 가스 또는 가스 혼합물이, 미리 결정된 유량으로 아크 챔버 내로 유동될 수 있다. 아크 챔버에서, 미리 결정된 전력 및 전압의 인가 시에, 이온 종들이 가스 또는 가스 혼합물로부터 생성될 수 있고, 종들은 기판 주입을 위한 하나 이상의 원하는 이온 종을 포함한다. 시스템의 원하는 작동 조건들을 사용하여, 빔 전류 이온 종은, 동일한 작동 조건들 하에서 제2 아크 챔버 물질 없이 생성된 이온 종의 빔 전류에 비해, 제2 아크 챔버 물질의 존재 때문에 임의의 다른 이온 종보다 더 큰 정도로 증가된다. 이 방법을 사용하여, 가장 큰 빔 전류를 갖는 이온 종이 기판 내로의 주입을 위해 선택될 수 있다.
예시적인 실시 모드에서, 이온화가능한 가스 또는 가스 혼합물은 미리 결정된 유량으로 아크 챔버 내로 유동된다. 예시적인 가스들은 CO, CO2, CF4, CH4, CxHyFz, BF3, B2F4, B2H6, PH3, PF3, PF5, AsH3, AsF3, AsF5, GeF4, GeH4, Ge2H6, SiF4, Si2F6, SiH5, Si2H6, Si3H8, SbH3, SbF5를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 또는 가스 혼합물은 동위원소 농축된 가스, 예컨대, 예를 들어, 동위원소 농축된 BF3 가스 또는 동위원소 농축된 GeF4 가스를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 이온화가능한 가스는 BF3 및 적어도 하나의 추가적인 가스를 포함하는 붕소 함유 가스 혼합물이다. 적어도 하나의 추가적인 가스는 공동 종 가스(예를 들어, B2F4, B2H6) 및/또는 희석 가스(예를 들어, H2, Xe, Xe/H2, N2, Kr, Ar, He)를 포함할 수 있다. 가스 혼합물들의 특정 예들은: BF3/H2; BF3/B2F4; BF3/B2F4/H2; BF3/B2H6; BF3/B2H6/H2; BF3/Xe+H2; 및 BF3/B2H6/Xe + H2를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. BF3 가스는 농축된 BF3 가스일 수 있다.
아크 챔버에서, 미리 결정된 전력 및 전압의 인가 시에, 하나 이상의 이온 및 하나 이상의 이온 종이, 이온화가능한 가스 또는 가스 혼합물로부터 생성될 수 있다. 예시적인 이온 종은 이온들, 예컨대, C+ 이온, B+ 이온, N+ 이온, F+ 이온, Si+ 이온, Ge+ 이온, P+ 이온, As+ 이온, Ga+ 이온, Sb+ 이온, In+ 이온, Al+ 이온, Sn+ 등을 포함한다. 다중 원자 이온 종들, 예컨대, CF3+, CF2+, CF+, BF+, BF2 +, SiF3 +, Si2+, SiF+, GeF3+, GeF2+이 또한 생성될 수 있다.
2종의 상이한 아크 챔버 라이너 물질들을 갖는 아크 챔버에서, 이온 종들은 각각, 원하는 작동 조건들을 사용하여 생성된 빔 전류들을 갖고, 원하는 이온 종들은, 제2 아크 챔버 물질 없이 동일한 최적 작동 조건들을 사용하여 생성된 이온 종 빔 전류들에 대해 측정된 바와 같이, 최적화된 빔 전류를 갖는다. 즉, 원하는 이온 종들은, 다른 원하지 않는 이온 종들(예를 들어, 비금속 이온들 또는 준금속 이온들을 갖는 것들)이, 단일 라이너와 비교하여, 라이너 혼합물을 사용하여 전류의 임의의 상당한 증가를 나타내지 않거나 동일한 전류를 갖거나 감소된 빔 전류를 갖는 경우에, 오직 하나의 물질로 구성된 아크 챔버와 비교하여, 상이한 아크 챔버 물질들의 혼합물을 사용하여 빔 전류의 상당한 증가를 나타낸다. 결국, 원하는 이온 종들에 대한 더 높은 빔 전류는 기판 내로의 그의 개선된 주입을 용이하게 하는 한편, 다른 원하지 않는 이온 종들의 주입이 최소화될 수 있다.
도 1은 도펀트 소스 가스를 아크 챔버 내에서의 그의 이온화를 위해 아크 챔버에 공급하기 위한 가스 공급 라인을 갖는 아크 챔버를 포함하는 이온 주입 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 이온 주입 시스템의 단면도로서, 그러한 시스템의 아크 챔버에서의 플라즈마의 생성을 개략적으로 도시한다.
도 3은 이온 소스 장치를 포함하는 이온 소스 조립체의 단면 사시도이다.
도 4는 예시된 이온 주입 챔버 내의 기판의 이온 주입 도핑을 위해 공급되는 가스를 함유하는 저장 및 분배 용기를 포함하는 이온 주입 프로세스 시스템의 개략도이다.
도 5는 상이한 라이너들을 포함하는, 설명된 바와 같은 이온 소스 챔버의 평면도이다.
도 6은 상이한 라이너들을 포함하는, 설명된 바와 같은 이온 소스 챔버의 평면도이다.
도 7a는 상이한 라이너들을 포함하는, 설명된 바와 같은 이온 소스 챔버의 평면도이다. 제1 측 라이너, 제2 측 라이너 및 바닥 라이너는 일체형이다.
도 7b는 상이한 라이너들을 포함하는, 설명된 바와 같은 이온 소스 챔버의 측단면도이다. 제1 측 라이너, 제2 측 라이너 및 바닥 라이너는 일체형이다.
도 8은 혼합된 텅스텐/흑연 라이너의 존재 하에서 CF4 가스를 사용하는 실험들로부터의 F+ 빔 전류 데이터를 도시하며, 이는 흑연 및 텅스텐 라이너들에 비해 더 낮은 가스 유량들에서 더 높은 F+ 빔을 생성하였다.
도 9는, 혼합된 텅스텐/흑연 라이너를 사용할 때 흑연 및 텅스텐 라이너들에 비해서는 더 높은 F+ 빔을 갖고, 텅스텐 라이너를 사용하는 것에 비해서는 더 낮은 W+ 및 WFx + 빔들을 갖는, CF4 가스를 사용하는 실험들로부터의 이온화된 종들을 도시한다.
도 2는 도 1의 이온 주입 시스템의 단면도로서, 그러한 시스템의 아크 챔버에서의 플라즈마의 생성을 개략적으로 도시한다.
도 3은 이온 소스 장치를 포함하는 이온 소스 조립체의 단면 사시도이다.
도 4는 예시된 이온 주입 챔버 내의 기판의 이온 주입 도핑을 위해 공급되는 가스를 함유하는 저장 및 분배 용기를 포함하는 이온 주입 프로세스 시스템의 개략도이다.
도 5는 상이한 라이너들을 포함하는, 설명된 바와 같은 이온 소스 챔버의 평면도이다.
도 6은 상이한 라이너들을 포함하는, 설명된 바와 같은 이온 소스 챔버의 평면도이다.
도 7a는 상이한 라이너들을 포함하는, 설명된 바와 같은 이온 소스 챔버의 평면도이다. 제1 측 라이너, 제2 측 라이너 및 바닥 라이너는 일체형이다.
도 7b는 상이한 라이너들을 포함하는, 설명된 바와 같은 이온 소스 챔버의 측단면도이다. 제1 측 라이너, 제2 측 라이너 및 바닥 라이너는 일체형이다.
도 8은 혼합된 텅스텐/흑연 라이너의 존재 하에서 CF4 가스를 사용하는 실험들로부터의 F+ 빔 전류 데이터를 도시하며, 이는 흑연 및 텅스텐 라이너들에 비해 더 낮은 가스 유량들에서 더 높은 F+ 빔을 생성하였다.
도 9는, 혼합된 텅스텐/흑연 라이너를 사용할 때 흑연 및 텅스텐 라이너들에 비해서는 더 높은 F+ 빔을 갖고, 텅스텐 라이너를 사용하는 것에 비해서는 더 낮은 W+ 및 WFx + 빔들을 갖는, CF4 가스를 사용하는 실험들로부터의 이온화된 종들을 도시한다.
본 개시내용의 실시예들은 이온 주입을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것으로, 시스템은 이온 주입을 위해 사용되고 적어도 2종의 상이한 아크 챔버 물질들을 갖는 아크 챔버를 포함한다. 임의의 유형의 이온 주입 시스템이, 본원에 설명된 바와 같은 이온 주입 방법들을 위해 사용될 수 있다. 아크 챔버는 내부 플라즈마 대면 표면들을 갖는 아크 챔버 벽들을 갖는다. 선택적으로, 아크 챔버의 벽들의 내부 플라즈마 대면 표면들의 전부 또는 일부와 접촉하도록 구성된 하나 이상의 아크 챔버 라이너가 존재한다. 아크 챔버에서, 2종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들은 아크 챔버 벽들에, 하나 이상의 선택적인 아크 챔버 라이너에, 또는 양쪽 모두에 존재한다. 시스템은 또한, 이온화될 때 적어도 하나의 이온 종을 형성할 수 있는 가스 또는 가스 혼합물을 제공하는 가스 소스를 포함한다. 또한, 시스템은, 아크 챔버에서 생성되는 하나 이상의 이온 종이 기판 내에 주입될 수 있는 주입 챔버를 포함할 수 있다.
2종의 상이한 아크 챔버 물질들을 갖는 시스템은 개선된 이온 주입을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 다양한 양상들에서, 이온 생성 가스 또는 가스 혼합물이 복수의 이온 종들을 생성하는 방법들에 사용될 수 있다. 시스템은 이온 생성 가스 또는 가스 혼합물의 미리 결정된 유량, 미리 결정된 아크 전력, 및 미리 결정된 소스 자기장으로 작동될 수 있다. 작동 조건들은 복수의 이온 종들 중에서 원하는 이온 종에 대한 최적화된 빔 전류를 제공할 수 있고, 이는 차례로, 기판 내로의 주입을 위해 타겟팅될 수 있다.
일부 배열들에서, 아크 챔버는 내부 플라즈마 대면 표면들(즉, 시스템이 사용 중일 때 플라즈마와 접촉하는, 아크 챔버의 표면들)을 갖는 벽들을 갖는다. 내부 대면 표면들은 아크 챔버의 제1 측벽, 제2 측벽, 캐소드 측벽, 안티캐소드 측벽, 바닥, 및 최상부에 의해 제공될 수 있다. 제1 측벽, 제2 측벽, 캐소드 측벽, 안티캐소드 측벽, 바닥, 및/또는 최상부의 내부 플라즈마 대면 표면들의 전부 또는 일부는 코팅, 표면 그레이딩, 또는 아크 챔버 라이너 형태의 상이한 제2 아크 챔버 물질을 포함할 수 있다. 아크 챔버의 내부 플라즈마 대면 표면들은 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역을 제공할 수 있고, 아크 챔버 물질들의 양은 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 물질들의 백분율 양의 관점에서 정의될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 제2 아크 챔버 물질로 형성된 아크 챔버 라이너의 적어도 일부를 포함할 수 있고, 여기서 아크 챔버 라이너는 챔버의 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 특정 백분율을 커버한다. 다른 예로서, 시스템은 제2 아크 챔버 물질로 표면 그레이딩되거나 코팅된 하나의 아크 챔버 벽의 내부 플라즈마 대면 표면들 중 하나 이상의 내부 플라즈마 대면 표면의 적어도 일부를 포함할 수 있고, 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 원하는 백분율이 제2 아크 챔버 물질로 코팅되거나 표면 그레이딩된다.
아크 챔버는 둘 이상의 상이한 아크 챔버 물질들을 포함한다. 이러한 상이한 아크 챔버 물질들은 아크 챔버에 다양한 배열들로 존재할 수 있다. 제1 또는 제2 아크 챔버 물질들은 아크 챔버 라이너(들) 또는 아크 챔버 피스(들) 중 하나 이상의 아크 챔버 라이너 또는 아크 챔버 피스의 전부 또는 일부에 존재할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 아크 챔버 물질은 아크 챔버 벽들의 일부 또는 전부 상에 코팅되거나 아크 챔버 벽들의 일부 또는 전부 내에 표면 그레이딩되고, 아크 챔버 벽들은 제1 아크 챔버 물질로 이루어진다. 다른 실시예에서, 아크 챔버는 하나 이상의 아크 챔버 라이너를 갖고, 하나 이상의 아크 챔버 라이너는 제2 아크 챔버 물질을 포함한다. 라이너는 편평할 수 있는데, 예를 들어, 구조의 평면 피스는 2개의 대향하는 주 표면들 및 그들 사이의 두께를 갖는다. 라이너는 직사각형이거나, 만곡되거나(예를 들어, 둥글거나), 각지거나, 다른 형상일 수 있다. 라이너는 제거가능할 수 있고, 이는 라이너가 이온 소스 챔버의 내부 공간에 삽입되고 그로부터 제거될 수 있다는 것을 의미한다. 다른 경우들에서, 라이너는 챔버에 영구적이고 그로부터 제거불가능할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 제1 또는 제2 아크 챔버 물질은, 이러한 목적을 위해 라이너 또는 아크 챔버 벽들에 형성된 리세스에 수용되거나 아크 챔버에 장착되는 개별 피스 또는 타겟으로서 제공될 수 있다. 개별 피스는 개별 피스가 아크 챔버에 배치될 수 있도록 하는 임의의 적합한 형상 또는 크기로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 개별 피스는 제2 아크 챔버 물질을 포함하고, 아크 챔버 벽들 및/또는 라이너는 제1 아크 챔버 물질을 포함하고, 제1 및 제2 아크 챔버 물질들은 서로 상이하다. 실시예들에서, 개별 피스는 소모성 구조이고 이온화가능한 가스 또는 가스 혼합물과 반응한다. 일 예에서, 개별 피스는 스퍼터링 타겟이다.
예시적인 실시예들에서, 적어도 2종의 상이한 제1 및 제2 아크 챔버 물질들 중 하나는 다음의 물질들: 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3) 중 임의의 1종 이상의 물질일 수 있다.
일부 경우들에서, 아크 챔버는 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3)으로부터 선택된 상이한 적어도 2종의 아크 챔버 물질들을 갖는 3종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들을 포함한다. 일부 경우들에서, 아크 챔버는 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3)으로부터 선택된 상이한 적어도 3종의 아크 챔버 물질들을 갖는 4종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들을 포함한다. 일부 경우들에서, 아크 챔버는 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3)으로부터 선택된 상이한 적어도 4종의 아크 챔버 물질들을 갖는 5종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 제1, 제2, 제3, 제4 등의 아크 챔버 물질 중 적어도 하나는 그의 천연 존재비에 비해 하나 이상의 동위원소가 동위원소 농축된 물질들로부터 선택될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 제1 또는 제2 아크 챔버 물질은 B-11 동위원소가 동위원소 농축된 붕소를 갖는 붕소 함유 물질이다. 다른 예시적인 실시예에서, 제1 또는 제2 아크 챔버 물질은 Ge-72 동위원소와 같은 하나 이상의 게르마늄 동위원소가 농축된 게르마늄 함유 물질이다.
2종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들의 결과적인 혼합물은, 이온 주입을 위한 하나 이상의 이온을 포함하는 가스 또는 가스 혼합물에 대한 빔 전류 및 소스 수명을 포함하여, 이온 주입 성능을 개선할 수 있다. 일부 실시예들에서, 2종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들의 존재는 주입 프로세스 동안 형성되는 플루오린화텅스텐의 양을 감소시킬 수 있다.
일부 배열들에서, 본 개시내용의 시스템은 텅스텐, 또는 텅스텐 및 하나 이상의 물질의 조합으로 만들어진 제1 아크 챔버 라이너, 및 제1 아크 챔버 라이너와 상이한 물질 또는 물질들의 조합으로 만들어진 제2 아크 챔버 라이너를 갖는 둘 이상의 아크 챔버 라이너들을 포함할 수 있다. 아크 챔버 라이너는 편평할 수 있는데, 예를 들어, 구조의 평면 피스는 2개의 대향하는 주 표면들 및 그들 사이의 두께를 갖는다. 라이너는 직사각형이거나, 만곡되거나(예를 들어, 둥글거나 U 형상이거나), 각지거나, 다른 형상일 수 있다. 라이너는 제거가능할 수 있고, 이는 라이너가 이온 소스 챔버의 내부 공간에 삽입되고 그로부터 제거될 수 있다는 것을 의미한다. 다른 경우들에서, 라이너는 챔버에 영구적이고 그로부터 제거불가능할 수 있다. 실시예들에서, 아크 챔버는 둘 이상의 삽입가능한 라이너들을 포함하고, 삽입가능한 라이너들 중 하나는 텅스텐으로 형성되고, 아크 챔버 라이너는 물질, 예컨대, 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3)으로 형성된다.
일부 실시예들에서, 본원에서 설명된 바와 같이, 시스템은 텅스텐 함유 물질로 제조된 제1 아크 챔버 라이너, 및 비-텅스텐 함유 물질로 만들어진 제2 아크 챔버 라이너, 예컨대, 흑연, 탄화물, 또는 세라믹으로 만들어진 제2 아크 챔버 라이너를 포함한다. 다른 실시예들에서, 시스템은 텅스텐 함유 물질로 만들어진 제1 아크 챔버 라이너, 및 텅스텐 함유 물질과 비-텅스텐 함유 물질의 혼합물로 만들어진 제2 아크 챔버 라이너를 포함한다. 예를 들어, 제2 아크 챔버 라이너는 텅스텐 함유 물질로 형성될 수 있지만, 흑연, 탄화물, 또는 세라믹으로 표면 그레이딩되거나 코팅될 수 있다.
예들에서, 이온 주입 시스템의 제2 라이너는, 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있거나, 이들로 구성될 수 있거나, 이들로 본질적으로 구성될 수 있다. 예시적인 소모성 구조는 적어도 50, 60, 70, 80, 90, 또는 95 중량%의 흑연(C), 탄화규소(SiC), 원소 붕소(B), 탄화붕소(B4C, B12C3), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C)을 포함할 수 있다. 본 설명에 따르면, 열거된 물질 또는 물질들의 조합으로 "본질적으로 구성"된다고 하는 물질 또는 구조는, 열거된 물질 또는 물질들의 조합 및 비실질적인 양 이하의 임의의 다른 성분들 또는 물질들을 함유하는 물질 또는 구조이고; 이에 따라, 흑연(C), 원소 붕소(B), 탄화규소(SiC), 또는 이들의 조합으로 본질적으로 구성되는 구조는 적어도 97, 99, 또는 99.5 중량%의 흑연(C), 원소 붕소(B), 탄화규소(SiC), 또는 이들의 조합, 및 3, 1, 또는 0.5 중량% 이하의 임의의 다른 물질들을 함유한다.
일부 실시예들에서, 아크 챔버는 탄화텅스텐(WC, W2C)으로 만들어진 제1 라이너 및 탄화규소(SiC)로 만들어진 제2 라이너를 포함하는 둘 이상의 라이너를 포함한다. 일부 실시예들에서, 아크 챔버는 탄화텅스텐(WC, W2C)으로 만들어진 제1 라이너 및 흑연(C)으로 만들어진 제2 라이너를 포함한다. 일부 실시예들에서, 아크 챔버는 탄화텅스텐(WC, W2C)으로 만들어진 제1 라이너 및 탄화붕소(B4C, B12C3)로 만들어진 제2 라이너를 포함한다. 일부 실시예들에서, 아크 챔버는 탄화텅스텐(WC, W2C)으로 만들어진 제1 라이너 및 탄화칼슘(CaC2)으로 만들어진 제2 라이너를 포함한다. 일부 실시예들에서, 아크 챔버는 탄화텅스텐(WC, W2C)으로 만들어진 제1 라이너 및 탄화알루미늄(Al4C3)으로 만들어진 제2 라이너를 포함한다. 일부 실시예들에서, 아크 챔버는 탄화텅스텐(WC, W2C)으로 만들어진 제1 라이너 및 탄화마그네슘(Mg2C)으로 만들어진 제2 라이너를 포함한다.
일부 제조 모드들에서, 1종 이상의 비-텅스텐 물질은 아크 챔버 벽 또는 아크 챔버 라이너의 구조적 물질 내로 통합된다. 예를 들어, 아크 챔버 벽 또는 아크 챔버 라이너는 본원에 설명된 특정 형태들 중 임의의 형태를 포함하여, 본원에 설명된 물질들, 예컨대, 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3) 중 임의의 1종 이상의 물질로 "표면 그레이딩"(예를 들어, "주입")될 수 있다. 표면 그레이딩은, 원하는 비-텅스텐 물질(흑연, 탄화물 등)을 아크 챔버 벽 또는 라이너의 금속 표면에 도포한 다음 표면을 가열하여 비-텅스텐 물질을 아크 챔버 벽 또는 라이너의 금속 내로 통합함으로써 달성될 수 있다. 비-텅스텐 물질은 구조의 표면에 고밀도로 존재하게 되고 보호 장벽을 제공할 수 있다. 표면 그레이딩은 아크 챔버 벽 또는 아크 챔버 라이너의 표면(내부)의 전부 또는 일부에 걸쳐 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 아크 챔버 벽 또는 아크 챔버 라이너는 완전히 또는 부분적으로, 미립자 형태인, 흑연 함유 물질, 탄화물 함유 물질, 또는 세라믹으로 만들어지거나 개질된다. 이러한 물질들의 예시적인 형태들은 PLS(10 미크론 흑연), DFP(5 미크론 흑연), DFP3-2(치밀화된 흑연), SCF(경질 흑연), SCF-PYC(피로카본 코팅을 갖는 경질 5 미크론 흑연), SCF-IF(피로카본 침윤을 갖는 경질 5 미크론 흑연), ZEE(경질 1 미크론 흑연), ZEE-PYC(피로카본 코팅을 갖는 경질 1 미크론 흑연), ZEE-IF(피로카본 침윤을 갖는 경질 1 미크론 흑연), SUPERSiC, SUPERSiC-GS(SiC 복합물 층을 갖는 흑연), 또는 이러한 물질들 중 임의의 2종 이상의 물질들의 조합일 수 있다. 이러한 물질들 중 임의의 물질은 삽입가능한 라이너를 만들기 위해 사용될 수 있고, 이러한 물질들 중 임의의 1종 이상의 물질은 그레이딩되지 않은 라이너, 표면 그레이딩된 라이너, 또는 표면 코팅된 라이너를 형성하기 위해 사용된다.
대안적으로, 아크 챔버 벽 또는 라이너는 그레이딩되지 않고, 원하는 비-텅스텐 물질을 아크 챔버 벽 또는 라이너의 물질과 연관시키도록 다른 방식으로 개질될 수 있다. 예를 들어, 다른 개질 모드에서, 원하는 비-텅스텐 물질(흑연, 탄화물 등)이 아크 챔버 벽 또는 라이너의 금속 표면의 전부 또는 일부 상에 표면 코팅된다. 표면 코팅에서, 비-텅스텐 물질은 코팅된 층을 금속 표면 상에 형성하지만, 금속 내로 반드시 통합되는 것은 아니다. 코팅된 층은 열을 사용하여 비-텅스텐 물질을 코팅하는 것, 압력을 사용하여 코팅하는 것, 또는 스퍼터 코팅에 의한 것과 같은 다양한 기법들 중 하나에 의해 형성될 수 있다. 코팅된 층은 원하는 두께, 예컨대, 약 1 나노미터 내지 약 5 밀리미터 범위의 두께로 이루어질 수 있다. 표면 코팅은 아크 챔버 내측 벽들의 표면(내부)의 전부 또는 일부에 걸쳐 있을 수 있다.
본원에 언급된 바와 같이, 아크 챔버의 상이한 물질들은 아크 챔버의 내부 플라즈마 대면 표면들의 영역의 백분율의 관점에서 설명될 수 있다. 아크 챔버의 내부 플라즈마 대면 표면들의 영역의 백분율은 제2의 상이한 아크 챔버 물질을 포함할 수 있다. 제2 아크 챔버 물질은 내측 표면들의 일부 상에서 라이너, 코팅, 또는 표면 그레이딩의 형태일 수 있다. 아크 챔버의 내부 대면 표면들은 아크 챔버의 제1 측벽, 제2 측벽, 캐소드 측벽, 안티캐소드 측벽, 바닥, 및 최상부를 포함할 수 있다. 이러한 내부 플라즈마 대면 표면들 중 임의의 하나 이상의 표면의 전부 또는 일부는 제2의 상이한 아크 챔버 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 아크 챔버 벽들은 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역을 갖고, 시스템은 제2 아크 챔버 물질(예를 들어, 탄화물, 흑연 등)을 포함하는 적어도 하나의 아크 챔버 라이너를 포함하고, 적어도 하나의 아크 챔버 라이너는 벽들의 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 약 1% 내지 약 99% 범위의 양을 커버한다. 더 구체적으로, 적어도 하나의 아크 챔버 라이너는 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 약 30% 내지 약 70% 범위의 양을 커버한다. 훨씬 더 구체적으로, 적어도 하나의 아크 챔버 라이너는 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 약 40% 내지 약 60% 범위의 양을 커버한다.
일부 실시예들에서, 시스템은 적어도 2개의 아크 챔버 라이너들을 포함하고, 본원에 설명된 바와 같이 제1 라이너는 제1 물질, 예컨대, 텅스텐으로 만들어지고 제2 라이너는 제2 물질, 예컨대, 흑연, 붕화물, 또는 탄화물로 만들어지고, 제2 아크 챔버 라이너는 벽들의 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 약 1% 내지 약 99%, 약 30% 내지 약 70%, 또는 약 40% 내지 약 60%의 범위의 양의 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역을 커버한다.
일부 실시예들에서, 아크 챔버 벽들은 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역을 갖고, 시스템은 제2 아크 챔버 물질(예를 들어, 탄화물, 흑연 등)로 코팅되거나 표면 그레이딩된 내부 대면 벽들의 적어도 일부를 포함하며, 여기서 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 약 1% 내지 약 99% 범위의 양이 제2 아크 챔버 물질로 코팅되거나 표면 그레이딩된다. 더 구체적으로, 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 약 1% 내지 약 99% 범위의 양이 제2 아크 챔버 물질로 코팅되거나 표면 그레이딩된다. 훨씬 더 구체적으로, 전체 내부 플라즈마 대면 표면 영역의 약 1% 내지 약 99% 범위의 양이 제2 아크 챔버 물질로 코팅되거나 표면 그레이딩된다.
본 개시내용의 시스템에서, 그리고 본원에서 언급된 바와 같이, 아크 챔버는 아크 챔버의 제1 측벽, 제2 측벽, 캐소드 측벽, 안티캐소드 측벽, 바닥, 및 최상부의 내부 대면 표면들을 포함하는 대면 표면들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 아크 챔버 라이너(들)는 이러한 내부 표면들 중의 임의의 하나 이상의 표면의 임의의 부분 또는 전부를 커버하도록 구성될 수 있다. 실시예들에서, 시스템은, 아크 챔버의 제1 측벽, 제2 측벽, 캐소드 측벽, 안티캐소드 측벽, 바닥, 또는 최상부 중 하나의 전부 또는 일부를 커버하도록 구성되는, 제2 아크 챔버 물질(예를 들어, 탄화물, 흑연 등)을 포함하는 하나의 아크 챔버 라이너를 포함한다. 실시예들에서, 시스템은, 아크 챔버의 제1 측벽, 제2 측벽, 캐소드 측벽, 안티캐소드 측벽, 바닥, 및 최상부 중 둘의 전부 또는 일부를 커버하도록 구성되는, 제2 아크 챔버 물질(예를 들어, 탄화물, 흑연 등)을 포함하는 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 6개의 아크 챔버 라이너들을 포함한다.
다른 실시예들에서, 시스템은, 각각 상이한 물질로 형성되는 둘 이상의 아크 챔버 라이너들을 포함한다. 예를 들어, 제1 아크 챔버 라이너는 텅스텐으로 형성될 수 있고, 제2 아크 챔버 라이너는 비-텅스텐 물질, 예컨대, 탄화물, 흑연 등으로 형성될 수 있다. 제1 아크 챔버 라이너 및 제2 아크 챔버 라이너는 아크 챔버의 제1 측벽, 제2 측벽, 캐소드 측벽, 안티캐소드 측벽, 바닥, 및 최상부의 내부 대면 표면들 중 둘 이상의 임의의 부분들 또는 전부를 커버하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 본원에 설명된 바와 같은 내부 대면 표면들 중 하나의 표면의 전부를 커버하도록 구성된 제1 아크 챔버 라이너, 및 본원에 설명된 바와 같은 내부 대면 표면들 중 하나의 표면의 전부를 커버하도록 구성된 제2 아크 챔버 라이너를 포함한다. 또 다른 실시예들에서, 시스템은 제1 물질(예를 들어, 텅스텐)로 만들어진 아크 챔버 라이너들 중 둘 이상의 라이너들 및 상이한 물질(예를 들어, 탄화물, 흑연 등)로 만들어진 하나의 아크 챔버 라이너를 제공한다. 또 다른 실시예들에서, 시스템은 제1 물질(예를 들어, 텅스텐)로 만들어진 하나의 아크 챔버 라이너 및 상이한 물질(예를 들어, 탄화물, 흑연 등)로 만들어진 둘 이상의 아크 챔버 라이너들을 제공한다. 또 다른 실시예들에서, 시스템은 제1 물질(예를 들어, 텅스텐)로 만들어진 둘 이상의 아크 챔버 라이너 및 상이한 물질(예를 들어, 탄화물, 흑연 등)로 만들어진 둘 이상의 아크 챔버 라이너들을 제공한다.
또 다른 실시예들에서, 제2 아크 챔버 물질은, 이러한 목적을 위해 라이너 또는 아크 챔버 벽들에 형성된 리세스에 수용되거나 아크 챔버에 장착되는 개별 피스 또는 타겟으로서 제공될 수 있다. 개별 피스는 개별 피스가 아크 챔버에 배치될 수 있도록 하는 임의의 적합한 형상 또는 크기로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 개별 피스는 제2 아크 챔버 물질을 포함하고, 아크 챔버 벽들 및/또는 라이너는 제1 아크 챔버 물질을 포함하고, 제1 및 제2 아크 챔버 물질들은 서로 상이하다. 실시예들에서, 개별 피스는 소모성 구조이고, 아크 챔버 플라즈마의 이온화가능한 가스 또는 가스 혼합물, 또는 이온화가능한 가스 또는 가스 혼합물로부터 생성된 이온들 또는 중성과 화학적으로 반응하고, 원하는 종들을 플라즈마 내에 생성한다. 일 실시예에서, 개별 피스는 원하는 종들을 플라즈마 내에 생성할 수 있는 스퍼터 타겟이다. 개별 피스를 형성하기 위해 사용되는 제2 물질은 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3) 중 어느 하나일 수 있다. 일부 경우들에서, 개별 피스 또는 타겟을 형성하기 위해 사용되는 제2 물질의 선택은 이온 주입 시스템에 의해 이온화될 가스 또는 가스 혼합물에 기초하여 선택될 수 있다. 피스가 개별적이기 때문에, 이는 원하는 이온 주입 응용에 따라, 제거되고 상이한 물질로 대체될 수 있다. 또한, 소모성인 경우, 개별 피스는 소모되면 새로운 개별 피스로 대체될 수 있다.
사용 시에, 이온 종들을 생성할 수 있는 가스 또는 가스 혼합물은 미리 결정된 유량으로 적어도 2종의 상이한 아크 챔버 물질들을 함유하는 아크 챔버 내로 유동될 수 있다. 가스 또는 가스 혼합물은 이온 주입 프로세스 동안 기판에 주입될 하나 이상의 종을 포함하는 이온화가능한 가스 또는 가스 혼합물이다. 아크 챔버에서, 미리 결정된 전력 및 전압의 인가 시에, 이온 종들이 가스 또는 가스 혼합물로부터 생성될 수 있고, 종들은 기판 내로의 주입을 위한 하나 이상의 원하는 이온 종을 포함한다. 시스템의 최적화된 작동 조건들을 사용하여, 원하는 이온 종들의 빔 전류는, 동일한 작동 조건들 하에서 제2 아크 챔버 물질 없이 생성된 이온 종의 빔 전류에 비해, 제2 아크 챔버 물질의 존재 때문에 임의의 다른 이온 종보다 더 큰 정도로 증가된다. 이 방법을 사용하여, 가장 큰 빔 전류를 갖는 이온 종이 기판 내로의 주입을 위해 선택될 수 있다. 일부 경우들에서, 바이어스 전압이 아크 챔버 라이너(들), 아크 챔버 라이너를 형성하는, 아크 챔버의 부분들, 또는 아크 챔버에 배치된 개별 피스에 인가될 수 있다.
적어도 2종의 상이한 아크 챔버 물질들과 조합된, 이온화를 위한 가스들은 규소 함유 가스들, 붕소 함유 가스들, 게르마늄 함유 가스들, 탄소 함유 가스들, 인 함유 가스들, 비소 함유 가스들, 안티모니 함유 가스들, 텅스텐 함유 가스들, 질소 함유 가스들, 갈륨 함유 가스들, 인듐 함유 가스들, 알루미늄 함유 가스들, 플루오린 함유 가스들, 주석 함유 가스들, 또는 수소 함유 가스들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 가스는 그의 천연 존재비에 비해 하나 이상의 동위원소가 동위원소 농축된 농축 가스일 수 있다. 예시적인 농축 가스들은 B-11 동위원소가 동위원소 농축된 붕소를 포함하는 동위원소 농축된 붕소 함유 가스, 및 Ge-72 동위원소와 같은 하나 이상의 게르마늄 동위원소가 농축된 동위원소 농축된 게르마늄 함유 가스를 포함한다. 이온화가능한 가스는 적어도 하나의 다른 가스와 함께 공동 유동되거나 혼합되어 제공될 수 있다. 적어도 하나의 다른 가스는 이온화가능한 가스와 동일한 종들을 함유하는 공동 가스, 및/또는 희석제 또는 캐리어 가스를 포함할 수 있다.
적어도 2종의 상이한 챔버 물질들과 조합된, 이온화를 위한 특정 가스들의 예들은 SiF4, Si2F6, Si2H4, SiHF3, SiH2F2, SiH3F, Si2H3F3, Si2H5F, Si2HF5, BF3, B2F4, B2H6, BHF, BHF2, GeF4, Ge2F6, GeH4, GeHF3, GeH2F2, GeH3F, PF3, PF5, PH3, PHF2, PH2F, PH3F2, P2HF, AsHF2, AsH2F, AsH3F2, AsF3, AsF5, AsH3, SbF5, WF6, NF3, N2F4, NH3, NHF2, NH2F, NHF, 및 N2H3F, CO, COF2, CH4, CF4, C2F6 및 n은 1-3의 범위의 정수이고 x는 0, 1, 또는 2인 다음의 화학식 CnHxF2n+2-x, CnHxF2n-x, CnHxF2n-2-x을 갖는 가스들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 적어도 2종의 상이한 챔버 물질들과 조합된, 이온화를 위한 농축 가스들의 예들은 동위원소 농축된 BF3 가스 및 동위원소 농축된 GeF4 가스를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 이온 생성 가스(예를 들어, 플루오린화물 가스)를 아크 챔버 내에서의 그의 이온화를 위해 아크 챔버에 공급하기 위한 가스 공급 라인(14)을 갖는 아크 챔버(12)를 포함하는 이온 주입 시스템(10)의 개략도이다. 아크 챔버(12)는 2종 이상의 아크 챔버 물질들을 포함하고, 물질들 또는 라이너들 중 적어도 하나는 비-텅스텐 물질로 형성된다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 이온 형성 가스, 예컨대, 플루오린화물 가스를 아크 챔버 내에서의 그의 이온화를 위해 아크 챔버에 공급하기 위한 가스 공급 라인(14)을 갖는 아크 챔버(12)를 포함하는 이온 주입 시스템(10)의 개략도이다. 따라서, 아크 챔버(12)는 본원에 개시된 바와 같은 2종 이상의 상이한 아크 챔버 물질들을 포함하는 이온 소스 챔버를 제공한다. 2종의 상이한 아크 챔버 물질들의 사용은 이점들, 예컨대, 개선된 빔 전류, 감소된 소스 전력, 더 긴 소스 수명, 더 낮은 가스 유동, 및 챔버에서의 원하지 않는 오염물질들의 감소된 축적, 또는 이들의 임의의 조합을 제공할 수 있다.
도 2는 도 1의 이온 주입 시스템(10)의 단면도로서, 그러한 시스템의 아크 챔버(12)에서의 플라즈마(16)의 생성을 개략적으로 도시한다. 이온 주입 시스템을 위한 열 관리 시스템의 사용과 관련하여 바람직할 수 있는 바와 같이, 공급 라인 및 아크 챔버에 진입하는 가스의 열적 상태의 품질을 결정하기 위해 모니터링 관계로 그에 고정된 모니터링 열전대들(TC1 및 TC2)을 갖는 가스 공급 라인(14) 내로 가스(예를 들어, 플루오린화물 가스)가 화살표(A)에 의해 표시된 방향으로 유동된다.
도 3은 이온 소스 장치(70) 및 시스템의 열 관리를 위한 선택적인 히트 싱크 장치(50)를 포함하는 이온 소스 조립체의 단면 사시도이다. 이 단면도는 가스 공급 플러그 내의 가스 유동 통로(84) 및 이온 소스와 연관된 가스 부싱 내의 가스 유동 통로(86)에 연결되는 가스 공급 라인(72)을 도시한다.
도 3에 도시된 이온 소스 장치는 제1 아크 챔버 물질로 만들어진 베이스 라이너(80)를 포함한다. 베이스 라이너(80)는 그 안에 개구부(82)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 이온 소스 장치는 또한, 제1 아크 챔버 물질과 상이한 제2 아크 챔버 물질로 만들어진 측 라이너(90)를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐 함유 물질이고 제2 아크 챔버 물질은 비-텅스텐 함유 물질이다. 제1 및 제2 아크 챔버 물질들은 본원에 이전에 개시된 물질들로부터 선택될 수 있다.
도 4는 예시된 이온 주입 챔버(301) 내의 기판(328)의 이온 주입을 위한 이온 종을 생성하기 위해 이온 소스 챔버 내의 이온 생성 가스와의 인 시튜(in situ) 반응을 위해 공급되는 반응물 가스를 유지하는 저장 및 분배 용기(302)를 포함하는 이온 주입 프로세스 시스템(300)의 개략도이다. 저장 및 분배 용기(302)는 가스를 유지하는 내부 용적을 에워싸는 용기 벽(304)을 포함한다.
용기는 가스만을 유지하도록 배열된 내부 용적을 갖는 통상적인 유형의 가스 실린더일 수 있거나, 대안적으로, 용기는 반응물 가스에 대한 흡착 친화도를 갖는 흡착제 물질을 함유할 수 있고, 그로부터 공반응물 소스 가스는 분배 조건들 하에서 용기로부터의 배출을 위해 탈착가능하다.
저장 및 분배 용기(302)는 배출 라인(312)과 가스 유동 연통 상태로 결합되는 밸브 헤드(308)를 포함한다. 압력 센서(310)가 질량 유동 제어기(314)와 함께 라인(312)에 배치된다. 다른 모니터링 및 감지 구성요소들이 라인과 결합될 수 있고, 제어 수단들, 예컨대, 작동기들, 피드백 및 컴퓨터 제어 시스템들, 주기 타이머들 등과 인터페이싱될 수 있다.
이온 주입 챔버(301)는, 이온화 장치 챔버에서의 이온화 조건들 하에서 이온 빔(305)을 생성하는, 라인(312)으로부터의 분배된 이온 생성 가스(예를 들어, 플루오린화물 가스)를 수용하는 이온화 장치(316)를 포함한다. 이온 빔(305)은 필요한 이온들을 선택하고 선택되지 않은 이온들을 거부하는 질량 분석기 유닛(322)을 통과한다.
선택된 이온들은 가속 전극 어레이(324)를 통과한 다음 편향 전극들(326)을 통과한다. 결과적으로 포커싱된 이온 빔은 스핀들(332) 상에 차례로 장착된 회전가능한 홀더(330) 상에 배치된 기판 요소(328) 상에 충돌하여, 이온 주입 생성물로서, 도핑된(플루오린화물 도핑된) 기판을 형성한다.
이온 주입 챔버(301)의 각각의 섹션들은, 각각, 펌프들(320, 342 및 346)에 의해 라인들(318, 340 및 344)을 통해 배기된다.
도 5는 아크 챔버 벽들(102a, 102b, 102c, 및 102d)을 포함하는 이온 소스 챔버(100)의 내부의 평면도이다. 챔버에서 일 단부에 캐소드(104)가 있고, 다른 단부에는 안티캐소드(106)가 있다. 아크 챔버 벽들은 측벽들 상에서는 아크 챔버 라이너들(110, 112, 114, 및 116)로, 그리고 또한, 바닥 측 상에서는 아크 챔버 라이너(118)로 커버된다. 바닥 벽 상에는 또한, 가스 입력 개구부(108)가 있다. 실시예들에서, 아크 챔버 라이너들(110, 112, 114, 116 및/또는 118) 중 1개, 2개, 3개, 4개, 또는 5개의 라이너는, 텅스텐 물질 또는 비-텅스텐 물질, 예컨대, 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3)으로부터 선택된 상이한 물질들로 만들어질 수 있다. 실시예들에서, 비-텅스텐 라이너(들) 중 하나 이상의 라이너는 붕화물, 탄화물, 또는 흑연 물질로 만들어진다.
도 6은 아크 챔버 벽들(202a, 202b, 202c, 및 202d)을 포함하는 다른 이온 소스 챔버(200)의 내부의 평면도이다. 챔버에서 일 단부에 캐소드(204)가 있고, 다른 단부에는 안티캐소드(106)가 있다. 아크 챔버 벽들은 측벽들 상에서는 아크 챔버 라이너들(210, 212, 214, 및 216)로, 그리고 또한, 바닥 측 상에서는 아크 챔버 라이너들(218, 220, 및 222)로 커버된다. 바닥 벽 상에는 또한, 가스 입력 개구부(208)가 있다. 실시예들에서, 아크 챔버 라이너들(210, 212, 214, 216, 218, 220 및/또는 222) 중 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 6개의 라이너는, 텅스텐 물질 또는 비-텅스텐 물질들, 예컨대, 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3)으로부터 선택된 상이한 물질들로 만들어질 수 있다. 실시예들에서, 2개의 상이한 비-텅스텐 라이너(들) 중 하나 이상은 탄화물로 만들어지고, 상이한 비-텅스텐 라이너(들) 중 다른 라이너의 하나 이상은 흑연 물질로 이루어지거나 흑연 물질이다.
도 7a는 이온 소스 챔버(400)의 내부의 평면도이다. 이온 소스 챔버(400)는 아크 챔버 벽들(402a, 402b, 402c 및 402d)을 포함한다. 챔버에서 일 단부에 캐소드(404)가 있고, 다른 단부에는 안티캐소드(406)가 있다. 아크 챔버 벽들(402d 및 402c)은, 각각, 아크 챔버 라이너들(414 및 416)로 커버된다. 아크 챔버 라이너(418)는 챔버의 측벽들(402a 및 402b) 및 바닥 측을 커버하는 비평면 일체형 라이너이다. 바닥 상에는 또한, 가스 입력 개구부들(408a 및 408b)이 존재한다. 실시예들에서, 아크 챔버 라이너들(414, 416 및/또는 418) 중 1개, 2개, 또는 3개 전부는, 텅스텐 물질 또는 비-텅스텐 물질, 예컨대, 흑연(C), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 질화붕소(BN), 산화붕소(B2O3), 산화게르마늄(GeO2), 탄화규소(SiC), 탄화텅스텐(WC, W2C), 붕화텅스텐(WB, W2B, WB2, WB4), 탄화붕소(B4C, B12C3), 텅스텐 게르마늄(W2Ge3), 탄화칼슘(CaC2), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화마그네슘(Mg2C), 플루오린화알루미늄(AlF3), 플루오린화갈륨(GaF3), 플루오린화인듐(InF3), 질화붕소(BN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN), 산화텅스텐란타넘(WLa2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화인듐(In2O3), 산화안티모니(Sb2O3) 또는 산화알루미늄(Al2O3)으로 만들어질 수 있다. 실시예들에서, 비-텅스텐 라이너(들) 중 하나 이상의 라이너는 붕소, 붕화물, 탄화물, 또는 흑연 물질로 만들어진다.
도 7b는 도 7a의 이온 소스 챔버(400)의 단면 사시도이다. 아크 챔버 벽들(402a, 402b, 및 402c)이 도시된다. 이온 소스 챔버(400)는 또한, 최상부 커버(420)를 포함한다. 단면으로 볼 때 "U 형상"을 갖는 아크 챔버 라이너(418)는 측벽들(402a 및 402b)의 내부 대면 표면들, 및 또한 바닥(422)을 커버하는 일체형 라이너이다. 비평면 U 형상 아크 챔버 라이너가 도 7a 및 7b에 도시되어 있지만, 시스템은 아크 챔버의 내부의 둘 이상의 인접한 표면들, 예컨대, 제1 측벽, 제2 측벽, 캐소드 측벽, 안티캐소드 측벽, 바닥, 및 최상부로부터 선택된 2개, 3개, 4개, 또는 5개의 표면들을 커버할 수 있는 다른 형상들(예를 들어, "L 형상", "V 형상" 등)의 다른 일체형 아크 챔버 라이너들을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 시스템 및 방법은 하나 이상의 원하는 이온 종으로 이온화가능한 가스를 제공하는 가스 소스를 포함하거나 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 소스는 SiF4, Si2F6, Si2H6, SiHF3, SiH2F2, SiH3F, Si2H3F3, Si2H5F, 및 Si2HF5를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 이온화가능한 규소 함유 가스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 소스는 BF3, B2F4, B2H6, BHF, 및 BHF2를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 이온화가능한 붕소 함유 가스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 소스는 GeF4, Ge2F6, GeH4, Ge2H6, GeHF3, GeH2F2, 및 GeH3F를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 이온화가능한 게르마늄 함유 가스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 소스는 PF3, PF5, PH3, PHF2, PH2F, PHF3 및 P2H4를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 이온화가능한 인 함유 가스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 소스는 AsHF2, AsH2F, AsHF2, AsF3, AsF5, 및 AsH3를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 이온화가능한 비소 함유 가스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 소스는 SbH3 및 SbF5를 포함하는 하나 이상의 이온화가능한 안티모니 함유 가스를 포함한다. 다른 실시예들에서, 가스 소스는 WF6를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 소스는 NF3, N2F4, NH3, NHF2, NH2F, 및 N2H3F를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 이온화가능한 질소 함유 가스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 소스는 CO, COF2, CH4, CF4, C2F6를 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 이온화가능한 탄소 함유 가스, 및 n은 1-3의 범위 내의 정수이고 x는 0, 1, 또는 2인 다음의 화학식 CnHxF2n+2-x, CnHxF2n-x, CnHxF2n-2-x를 갖는 가스들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 가스 소스는, 예컨대, 본원에 개시된, 이온화될 때, C+ 이온, B+ 이온, N+ 이온, F+ 이온, Si+ 이온, Ge+ 이온, P+ 이온, As+ 이온, Ga+ 이온, Sb+ 이온, In+ 이온, Al+ 이온 종을 생성할 수 있는 하나 이상의 이온화가능한 플루오린 함유 가스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 소스는 He, Ne, Ar, Kr, Xe 및 N2로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 이온화가능한 불활성 가스를 포함한다. 추가적으로, 2종 이상의 상이한 이온화가능한 가스들이 사용되는 경우, 이들은 독립적으로 주입 챔버 내로 유동될 수 있거나, 혼합물로서 챔버 내로 유동될 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 붕소 종의 이온 주입을 위한 가스 소스는: BF3 가스, B2F4 가스, 또는 B2H6 가스; 또는 BF3 가스, B2F4 가스, 또는 B2H6 가스를 포함하는 제1 붕소 함유 가스, BF3 가스, B2F4 가스, 또는 B2H6를 포함하는 제2 붕소 함유 가스, 및/또는 희석 가스, 예컨대, 수소 가스, 영족 가스(He, NE, Ar, Kr, Xe), 또는 수소 가스와 영족 가스의 혼합물(예를 들어, Xe/H2)을 함유하는 가스 혼합물을 포함할 수 있다. 가스 소스는, 본원에 설명된 바와 같이, 텅스텐을 포함하는 제1 아크 챔버 물질, 및 붕소 함유 물질, 예컨대, 원소 붕소, 탄화붕소, 질화붕소, 산화붕소, 붕화텅스텐을 포함하는 제2 아크 챔버 물질을 포함하는 아크 챔버에 전달된다. 제1 및 제2 아크 챔버 물질들은, 각각, 제1 라이너 물질 및 제2 라이너 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 라이너 물질은 텅스텐을 포함하고 제2 라이너 물질은 질화붕소를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제1 라이너 물질은 텅스텐을 포함하고 제2 라이너 물질은 탄화붕소를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제1 라이너 물질은 텅스텐을 포함하고 제2 라이너 물질은 붕화텅스텐을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제1 라이너 물질은 텅스텐을 포함하고 제2 라이너 물질은 산화붕소를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제1 라이너 물질은 텅스텐을 포함하고 제2 라이너 물질은 원소 붕소를 포함한다.
하나의 바람직한 실시예에서, BF3를 포함하는 이온화가능한 가스 소스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고, 여기서 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 원소 붕소, 산화붕소, 질화붕소, 탄화붕소 또는 붕화텅스텐 중 하나이다. 제1 아크 챔버 물질은 제1 라이너의 전부 또는 일부를 형성할 수 있고, 제2 아크 챔버 물질은 제2 라이너의 전부 또는 일부를 형성할 수 있다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스 소스는 BF3 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. BF3는 동위원소 농축될 수 있지만, 이는 요구되지 않는다.
임의의 이론에 얽매이는 것을 원치 않고, 이온화가능한 가스가, 제2 라이너 물질과 화학적으로 반응할 수 있고 아크 챔버 플라즈마에서의 추가의 이온화를 위해 제2 라이너 물질로부터 붕소 종을 우선적으로 휘발시킬 수 있는 반응성 이온성 또는 중성 종들, 예컨대, BF3+, BF+, F+, BF2, BF, F를 생성하는 것으로 여겨진다. 휘발된 붕소 종들은 플라즈마에서 붕소 함유 종들의 농도를 증가시키고 원하는 붕소 함유 이온들, 예컨대, B+ 또는 BF2+의 빔 전류를 연속적으로 증가시킨다. 또한, 가스 혼합물은 화학 반응 또는 스퍼터링을 통해 제2 라이너로부터 붕소 종들의 휘발을 용이하게 할 수 있는 하나 이상의 가스를 포함할 수 있다. 그러한 가스들의 예들은 화학 반응을 증진시키기 위한 F2, NF3, N2F4, XeF2 또는 스퍼터링을 증진시키기 위한 영족 가스들이다. 추가적으로, 가스 혼합물은 원하는 붕소 종들의 휘발을 감소시키거나 원하지 않는 종들, 예컨대, 플루오린화텅스텐의 휘발을 증진시키는 원하지 않는 효과들을 억제할 수 있는 하나 이상의 가스를 포함할 수 있다. 그러한 가스의 예는, 텅스텐의 과도한 휘발을 야기할 수 있는 자유 플루오린을 결합할 수 있는, H2 또는 다른 수소 함유 가스를 포함한다.
다른 실시예에서, CF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 흑연이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 CF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, GeF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 흑연이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 GeF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, GeF4는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, BF3를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 흑연이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 BF3 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, BF3는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, SiF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 흑연이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 SiF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, CF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 탄화규소이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 CF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, GeF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 탄화규소이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 GeF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, GeF4는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, BF3를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 탄화규소이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 BF3 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, BF3는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, SiF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 탄화규소이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 SiF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, CF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 흑연이고 제3 아크 챔버 물질은 탄화규소이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 CF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, GeF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 흑연이고 제3 아크 챔버 물질은 탄화규소이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 GeF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, GeF4는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, BF3를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 흑연이고 제3 아크 챔버 물질은 탄화규소이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 BF3 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, BF3는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, SiF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 흑연이고 제3 아크 챔버 물질은 탄화규소이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 SiF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, CF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 흑연이고 제3 아크 챔버 물질은 탄화규소이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 CF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, GeF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 흑연이고 제3 아크 챔버 물질은 탄화규소이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 GeF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, GeF4는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, BF3를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 흑연이고 제3 아크 챔버 물질은 탄화규소이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 BF3 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, BF3는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, SiF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 흑연이고 제3 아크 챔버 물질은 탄화규소이다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 SiF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, CF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 탄화텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제3 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화규소를 포함한다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 CF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, GeF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 탄화텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제3 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화규소를 포함한다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 GeF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, GeF4는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, BF3를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 탄화텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제3 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화규소를 포함한다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 BF3 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, BF3는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, SiF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 탄화텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제3 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화규소를 포함한다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 SiF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, CF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 붕화텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제3 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화규소를 포함한다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 CF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
다른 실시예에서, GeF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 붕화텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제3 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화규소를 포함한다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 GeF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, GeF4는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, BF3를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 붕화텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제3 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화규소를 포함한다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 BF3 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다. 추가적으로, 일부 경우들에서, BF3는 동위원소 농축될 수 있다.
다른 실시예에서, SiF4를 포함하는 이온화가능한 가스는 아크 챔버 내로 유동될 수 있고 여기서 제1 아크 챔버 물질은 붕화텅스텐이고 제2 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 제3 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화규소를 포함한다. 일부 경우들에서, 이온화가능한 가스는 SiF4 및 수소를 포함하는 가스 혼합물이다.
본원에 설명된 바와 같은 2종 이상의 상이한 물질들을 사용하는 아크 챔버의 존재 시에, 미리 결정된 가스 유량들로의 이온 종들의 주입에 대한 이점들이 있다. 예를 들어, 2종의 상이한 물질들을 갖는 아크 챔버를 사용하면, 특정 이온 종들에 대해 실질적으로 더 높은 빔 전류가, 그렇지 않고 상이한 아크 챔버 물질들의 혼합물들이 사용되지 않을 때 그러한 이온 종들에 대해 더 낮은 빔 전류들을 제공하는 가스 유량들에서 달성될 수 있다. 더 높은 이온 종 빔 전류가, 아크 챔버 물질들의 혼합물을 사용하여 달성될 수 있기 때문에, 이는 사용자가 특정 실시 모드들에서 이온화가능한 가스의 유량을 감소시키는 것을 허용하고, 이는 차례로, 다양한 처리 이점들, 예컨대, 전체 시약 소비의 감소, 더 적은 장비 유지, 및 주입 장비의 증가된 수명을 제공할 수 있다.
또한, 상이한 아크 챔버 물질들의 혼합물의 사용은 이온 종 생성 가스의 이온화 시에 생성된 특정 이온 종들에 대해 더 높은 빔 전류들을 제공할 수 있다. 이는 더 높은 빔 전류들을 갖는 특정 이온 종들의 주입에 유익할 수 있는 한편, 상이한 아크 챔버 물질들의 혼합물들이 사용되지 않을 때 이러한 종들에 대해 관찰되는 빔 전류들에 비해 더 낮은 빔 전류를 갖는 다른 이온 종들의 주입을 최소화할 수 있다. 그러므로, 본 개시내용은 궁극적으로 제품 특성들 및 성능을 개선할 수 있는, 원하는 이온들을 기판 내에 선택적으로 퇴적시키는 방법들을 제공한다.
또한, 상이한 아크 챔버 물질들의 혼합물의 사용은 퇴적 프로세스 동안 생성되는 더 적은 양의 바람직하지 않은 이온 종들을 제공할 수 있다. 아크 주입 챔버가 텅스텐 함유 물질을 부분적으로 사용하여 형성되는 경우, 가스 소스의 이온화는 W++, WFx ++, W+ 및 WFx +(x = 1, 2, 3, 4, 5, 6)와 같은 이온 종들의 생성을 야기할 수 있다. 챔버에서 비-텅스텐 물질, 예컨대, 흑연 또는 탄화물 라이너의 사용은 비-텅스텐 라이너를 사용하지 않는 시스템에 비해 퇴적 프로세스 동안 생성되는 W++, WFx ++, W+ 및 WFx +(x = 1, 2, 3, 4, 5, 6) 이온 종들의 양들을 감소시킬 수 있다. 이러한 텅스텐 이온 종들이 주입 챔버에 원하지 않게 퇴적될 수 있기 때문에, 감소는 퇴적 프로세스를 개선할 수 있고, 주입 장비의 유지보수를 감소시킬 수 있고, 장비의 전체 수명을 증가시킬 수 있다.
이온 주입을 위한 시스템의 작동은 챔버 내로의 이온 생성 가스의 유동의 관점에서 설명될 수 있다. 프로세스 동안, 이온 생성 가스는 원하는 유량 및 방식으로 주입 챔버 내로 유동된다. 이온 생성 가스의 유량은 일정한 유량으로 유지될 수 있거나, 퇴적 프로세스 동안 선택적으로 변동될 수 있다. 일부 실시 모드들에서, 이온 생성 가스(예를 들어, 플루오린화물 가스)의 유동은 10 sccm 이하의 유량으로 챔버 내로 유동되고, 실시예들에서, 이온 생성 가스는 0.1 sccm 내지 6 sccm의 범위, 또는 0.3 sccm 내지 4 sccm의 범위의 유량으로 유동된다.
이온 주입을 위한 시스템의 작동은 아크 전력 및 아크 전압의 관점에서 설명될 수 있다. 일부 실시 모드들에서, 시스템은 약 5 W 내지 약 2000 W의 범위의 아크 전력을 제공하도록 작동되거나, 일부 실시 모드들에서, 아크 전력은 약 90 W 내지 약 1500 W의 범위에 있다. 이러한 범위들 중 하나의 범위의 아크 전력을 달성하기 위해, 시스템은 아크 전력이 약 20 V 내지 약 200 V의 범위, 또는 더 구체적으로 약 30 V 내지 약 150 V의 범위, 또는 약 40 V 내지 약 130 V의 범위의 아크 전압에서 생성되도록 작동될 수 있다.
이온 주입을 위한 시스템의 작동은 또한, 이온화가능한 화합물을 함유하는 가스 소스의 이온 주입 챔버 내로의 유량의 관점에서 설명될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온화가능한 가스는 10 sccm 이하의 유량으로 챔버 내로 유동되고, 실시예들에서, 플루오린화물 화합물은 0.1 sccm 내지 6 sccm 범위의 유량으로 유동된다.
하나 초과의 가스가 챔버로 유동되는 경우, 가스들은 개별적으로 유동될 수 있다. 대안적으로, 가스들은 혼합되어 유동될 수 있다. 예를 들어, 플루오린화물, 수소 함유, 산소 함유 및/또는 불활성 가스들 중 임의의 둘 이상의 가스들은 가스 실린더 패키지의 사전 혼합물일 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 둘 이상의 가스들은 혼합되고, 그 다음, 다른 가스는 개별적으로 챔버로 유동된다.
예들
예 1
플루오린화물 가스(CF4)를 텅스텐 라이너를 갖는 이온화 챔버 및 흑연 및 텅스텐 라이너들을 갖는 이온화 챔버 내로 유동시켰다. 시스템을 110 V의 아크 전압 및 30 mA의 소스 빔으로 작동시켰다. 다양한 가스(CF4) 유량들에서 F+ 이온 빔 전류를 측정했고, 흑연 라이너 또는 텅스텐 라이너를 갖는 이온화 챔버들에서의 F+ 이온 빔 전류와 비교하였다. 시험된 각각의 유량에서, 흑연 및 텅스텐 라이너들을 갖는 시스템은 텅스텐 라이너를 갖는 시스템과 비교하여 더 높은 F+ 빔 전류들을, 그리고 흑연 라이너를 갖는 시스템과 비교하여 유사하거나 더 높은 F+ 빔 전류들을 제공하였다. 결과들을 도 8에 도시했다.
예 2
예 1에서 설명된 프로세스들로부터 초래된 다양한 이온화된 종들의 빔 스펙트럼들을 결정하였다. 결과들은, CF4의 이온화된 종들로부터 생성된 빔 스펙트럼으로부터, 흑연 라이너 또는 텅스텐 라이너를 사용한 것에 비해 흑연 및 텅스텐 라이너들을 사용했을 때 더 높은 F+ 이온 빔이 관찰되었음을 나타낸다. 그러나, CF4로부터 유래된 다른 종들(C+, CF+, CF2 + 및 CF3 +)은, 흑연 및 텅스텐 라이너들이 함께 사용된 때, 또는 텅스텐 라이너 그자체만 사용된 때와 대조적으로, 흑연 라이너를 단독 라이너로서 사용했을 때 더 높은 빔 전류들을 가졌다. 그러므로, 흑연 및 텅스텐 라이너들을 함께 사용하는 것은 F+ 이온 빔 생성을 위한 선택적 개선을 허용하고, 이는 차례로, 탄소 함유 이온 종들의 주입을 최소화하면서 F+ 주입을 개선한다. 또한, 흑연 및 텅스텐 라이너들이 사용될 때, 텅스텐 라이너들이 단독으로 사용된 때와 비교하여 더 낮은 W+ 및 WFx + 빔들이 관찰되었다. 도 9를 참고한다.
본 개시내용의 몇몇 예시적인 실시예들이 설명되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 또 다른 실시예들이, 본원에 첨부된 청구항들의 범주 내에서 이루어지고 사용될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
Claims (20)
- 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템으로서,
이온화가능한 가스 또는 적어도 하나의 이온화가능한 가스를 함유하는 가스 혼합물을 포함하는 가스 소스; 및
적어도 제1 아크 챔버 물질 및 제2 아크 챔버 물질을 포함하는 아크 챔버 - 상기 제1 및 제2 아크 챔버 물질들은 상이함 - 를 포함하고,
상기 아크 챔버는 내부 플라즈마 대면 표면들을 갖는 아크 챔버 벽들, 및 하나 이상의 아크 챔버 라이너, 상기 아크 챔버에 배치되는 스퍼터링 타겟, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 및 제2 아크 챔버 물질들은 상기 아크 챔버 벽들에, 상기 아크 챔버에 배치되는 상기 하나 이상의 아크 챔버 라이너에, 상기 아크 챔버에 배치되는 타겟에, 또는 이들의 조합에 존재하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 아크 챔버 벽들은 상기 제1 아크 챔버 물질을 포함하고, 상기 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐을 포함하고, 상기 제2 아크 챔버 물질은 붕소, 질화붕소, 산화붕소, 붕화텅스텐, 또는 탄화붕소 중 어느 하나를 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 제2 아크 챔버 물질은 상기 아크 챔버 벽들의 일부 또는 전부 상에 코팅되거나, 상기 아크 챔버 벽들의 일부 또는 전부 내에 표면 그레이딩되는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 아크 챔버 물질을 포함하는 제1 라이너, 및 제2 아크 챔버 물질을 포함하는 제2 라이너를 포함하고, 상기 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐이고 상기 제2 아크 챔버 물질은 붕소, 질화붕소, 산화붕소, 붕화텅스텐, 또는 탄화붕소 중 하나의 어느 하나인, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 소스는 BF3 가스 및 수소를 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 소스는, BF3를 포함하는 제1 붕소 함유 가스, 및 B2F4 가스 또는 B2H6 가스를 포함하는 제2 붕소 함유 가스를 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 가스 소스는 희석 가스를 더 포함하고, 상기 희석 가스는 수소, 크립톤, 네온, 헬륨, 아르곤, 크세논, 또는 크세논/수소 가스 혼합물 중 어느 하나일 수 있는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 가스 소스는 수소 가스 또는 크세논/수소 가스 혼합물 중 하나를 더 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 가스 소스는 하나 이상의 이온화가능한 플루오린화물 함유 가스를 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 아크 챔버 벽들은 텅스텐을 포함하고 상기 제2 아크 챔버 물질은 아크 챔버 라이너의 적어도 일부를 형성하고 흑연 또는 탄화물 함유 화합물을 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 아크 챔버에 배치된 타겟을 포함하고, 상기 아크 챔버는 제1 아크 챔버 물질을 포함하고 상기 타겟은 상기 제2 아크 챔버 물질을 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 타겟은 상기 이온화가능한 가스들 또는 그의 이온성 또는 중성 단편들 중 적어도 하나와 반응하거나 그에 의해 스퍼터링되는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 가스 소스 및/또는 적어도 상기 제1 또는 제2 아크 챔버 물질은 동위원소 농축된 물질을 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 가스 소스는 동위원소 농축된 붕소 또는 동위원소 농축된 게르마늄을 포함하는 이온화가능한 가스를 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제1 또는 제2 아크 챔버 물질들 중 적어도 하나는 동위원소 농축된 물질인, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 이온 주입 시스템. - 제1항의 이온 주입을 사용하여 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 방법으로서,
상기 가스 소스에 기초하여 상기 제1 아크 챔버 물질 및 상기 제2 아크 챔버 물질 중 적어도 하나를 선택하는 단계;
상기 가스 소스를 미리 결정된 유량으로 상기 아크 챔버 내로 유동시키는 단계;
미리 결정된 아크 전력 및 소스 자기장에서 상기 가스 소스로부터 이온 종들을 생성하는 단계 - 상기 이온 종들은 기판 주입을 위한 원하는 이온 종들을 포함함 -;
상기 하나 이상의 이온 종을 상기 기판 내에 주입하도록 상기 시스템을 작동시키는 단계를 포함하고,
상기 유량, 아크 전력 및 소스 자기장은, 동일한 최적 작동 조건들 하에서 상기 제2 아크 챔버가 없는 상기 이온 종들의 빔 전류들에 비해, 상기 제2 아크 챔버 물질이 사용될 때 다른 이온 종들 중 임의의 이온 종보다 더 큰 정도로 증가되는 상기 원하는 이온 종들에 대한 빔 전류를 제공하도록 선택되는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 방법. - 제16항에 있어서,
상기 가스 소스는 이온화가능한 붕소 함유 가스를 포함하고, 상기 아크 챔버 벽들은 상기 제1 아크 챔버 물질을 포함하고, 상기 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐을 포함하고, 상기 제2 아크 챔버 물질은 붕소, 질화붕소, 산화붕소, 붕화텅스텐, 또는 탄화붕소 중 어느 하나를 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 방법. - 제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 제2 아크 챔버 물질을 포함하는 제거가능한 타겟을 상기 아크 챔버에 배치하는 단계를 더 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 방법. - 제16항에 있어서,
상기 이온화가능한 가스 소스는 이온화가능한 플루오린화물 함유 가스 소스이고 플루오린화물 이온 종들은 상기 플루오린화물 가스들로부터 생성되고, 상기 플루오린화물 이온 종들은 기판 주입을 위한 원하는 플루오린화물 이온 종들을 포함하고; 상기 유량, 아크 전력 및 소스 자기장은, 동일한 최적 작동 조건들 하에서 상기 제2 아크 챔버 라이너가 없는 상기 플루오린화물 이온 종들의 빔 전류들에 비해, 상기 제2 아크 챔버 라이너가 사용될 때 상기 다른 플루오린화물 이온 종들 중 임의의 이온 종보다 더 큰 정도로 증가되는 상기 원하는 플루오린화물 이온 종들에 대한 빔 전류를 제공하도록 선택되는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 아크 챔버 물질은 텅스텐을 포함하고 상기 제2 아크 챔버 물질은 흑연 또는 탄화물 함유 화합물을 포함하는, 하나 이상의 이온 종을 기판 내에 주입하기 위한 방법.
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