KR20220055522A - Gas mixture for Ion Implantation. - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이온 주입용 가스 혼합물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온 주입용 가스 혼합물은 도판트 가스 및 희석 가스를 포함하고, 희석 가스가 99 부피% 이상의 순도를 갖는 듀테륨을 포함한 이온 주입용 가스 혼합물에 관한 것이다.The present invention relates to a gas mixture for ion implantation, and more particularly, the ion implantation gas mixture includes a dopant gas and a diluent gas, and the diluent gas contains deuterium having a purity of 99% by volume or more. is about
일반적으로 반도체 공정 중 이온 주입(Ion Implantation) 공정은 반도체가 전기적 특성을 갖게 하기 위해 이온을 목표물의 표면을 뚫고 들어갈 만큼 큰 에너지를 갖도록 전기장으로 가속하여 반도체 내부로 넣어주는 방법이다.In general, an ion implantation process in a semiconductor process is a method of accelerating ions with an electric field so as to have energy large enough to penetrate the surface of a target to give the semiconductor electrical characteristics and then put it into the semiconductor.
붕소의 주입은 도핑 영역의 전기적 성질 개질을 위해 반도체 산업에서 널리 사용되어 왔으며, 이온 공급원 수명을 개선하기 위해 계속 노력하고 있다.Implantation of boron has been widely used in the semiconductor industry to modify the electrical properties of doped regions, and continues to work to improve the ion source lifetime.
이온 주입 공정에 있어 이온 공급원의 수명은 다음과 같은 이유로 개선이 요구되는데, 이온 주입 공정 동안에 아크 챔버 벽의 온도가 상승함에 따라 삼불화 붕소로부터 방출되는 활성 플루오린에 의해 텅스텐(W) 챔버 벽이 육불화텅스텐(WF6)으로 반응하고, 반응이 일어난 육불화텅스텐(WF6)은 식각 및 부식이 빠르고, 능력을 저하시키는 문제가 있다.The lifetime of the ion source in the ion implantation process is required to be improved for the following reasons. During the ion implantation process, as the temperature of the arc chamber wall rises, the tungsten (W) chamber wall is damaged by active fluorine released from boron trifluoride. Tungsten hexafluoride (WF6) reacts with tungsten hexafluoride (WF6), and the tungsten hexafluoride (WF6) in which the reaction occurs has a problem in that etching and corrosion are fast, and the ability is reduced.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이온 공급원의 수명을 개선하는 이온 주입용 가스 혼합물을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas mixture for ion implantation that improves the lifetime of an ion source.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일실시예에 따른 이온 주입용 가스 혼합물은 도판트 가스 및 희석 가스를 포함하고, 상기 도판트 가스는, 삼불화 붕소 가스를 99.7 부피% 이상 포함하고, 상기 삼불화 붕소 가스는, 붕소의 중성자가 6인 삼불화 붕소를 99.7 부피% 이상 및 붕소의 중성자가 5인 삼불화 붕소를 0.3 부피% 미만 포함하고, 상기 희석 가스는 듀테륨을 99 부피% 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the gas mixture for ion implantation according to an embodiment of the present invention includes a dopant gas and a diluent gas, and the dopant gas contains 99.7% by volume of boron trifluoride gas. or more, wherein the boron trifluoride gas contains 99.7% by volume or more of boron trifluoride having a boron neutron of 6 and less than 0.3% by volume of boron trifluoride having a boron neutron of 5, and the diluent gas contains 99 deuterium It is characterized in that it contains more than volume %.
본 발명에 따른 이온 주입용 가스 혼합물은 붕소의 중성자가 6인 삼불화 붕소의 부피 %를 유지시킬 수 있어 보다 안정된 이온 주입 공정을 가능하게 하는 효과가 있다.The gas mixture for ion implantation according to the present invention has the effect of enabling a more stable ion implantation process because the volume % of boron trifluoride having a boron neutron of 6 can be maintained.
또한, 희석가스에 포함된 듀테륨은 후속 공정의 가스 처리를 보다 용이하게 하는 효과가 있다.In addition, deuterium included in the dilution gas has an effect of facilitating gas treatment in a subsequent process.
본 발명의 실시예들에 의한 이온 주입용 가스 혼합물에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.A gas mixture for ion implantation according to embodiments of the present invention will be described in detail. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Also, terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
이하 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
본 발명은 이온 주입용 가스 혼합물을 제공한다.The present invention provides a gas mixture for ion implantation.
본 발명의 일 실시예에 따르면 이온 주입용 가스 혼합물에 있어서, 상기 가스 혼합물은 도판트 가스 및 희석 가스를 포함하고, 상기 도판트 가스는, 삼불화 붕소 가스를 99.7 부피% 이상 포함하고, 상기 삼불화 붕소 가스는, 붕소의 중성자가 6인 삼불화 붕소를 99.7 부피% 이상 및 붕소의 중성자가 5인 삼불화 붕소를 0.3 부피% 미만 포함하고, 상기 희석 가스는 듀테륨을 99 부피% 이상 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the gas mixture for ion implantation, the gas mixture includes a dopant gas and a diluent gas, and the dopant gas includes 99.7% by volume or more of boron trifluoride gas, and the three The boron fluoride gas may contain 99.7% by volume or more of boron trifluoride having a neutron of boron of 6 and less than 0.3% by volume of boron trifluoride having a neutron of boron of 5, and the diluent gas may contain 99% by volume or more of deuterium there is.
본 발명의 일 실시예에 따르는 가스 혼합물은 도판트 가스, 희석 가스 외에도 기타 가스 등을 더 포함할 수 있다. 도판트 가스는 이온 주입 기판에 주입되는 종을 비롯한 기상 물질을 나타내며, 희석 가스는 도판트 가스와 혼합되어 이온 공급원의 수명 및 성능을 개선하는 가스이다.The gas mixture according to an embodiment of the present invention may further include other gases in addition to the dopant gas and the diluent gas. The dopant gas represents a gaseous material, including a species, that is implanted into the ion implantation substrate, and the diluent gas is a gas that is mixed with the dopant gas to improve the lifespan and performance of the ion source.
본 발명의 일 실시예에 따르면 도판트 가스는 삼불화 붕소를 포함하는데, 이때 삼불화 붕소는 99.7 부피 % 이상 포함한다. 또한 삼불화 붕소는 붕소의 동위원소에 의해 11BF3와 10BF3를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the dopant gas includes boron trifluoride, wherein the boron trifluoride contains 99.7 volume % or more. In addition, boron trifluoride includes 11BF3 and 10BF3 by isotopes of boron.
본 발명에서 언급된 종성물의 구성 요소 중 어느 하나를 언급하는 것은 천연 화학종 및 그의 동위원소 농축 화학종을 둘다 나타낼 수 있다. 예를 들어 BF3는 자연 상태의 BF3 뿐 아니라 특정 동위원소, 10B 또는 11B 중 어느 하나가 자연 존재비 이상으로 동위원소 농축된 형태의 BF3를 의미할 수 있다. 11B는 중성자가 6이고, 10B는 중성자가 5이다. 붕소는 자연에서 10B와 11B 두 종류의 동위 원소로 구성되어 있으며, 11B는 전체 붕소의 약 80%, 10B는 전체 붕소의 약 20%를 차지하고 있다.Reference to any one of the constituents of a species referred to herein may refer to both a natural species and an isotopically enriched species thereof. For example, BF3 may refer to BF3 in an isotope-enriched form in which any one of a specific isotope, 10B or 11B, as well as BF3 in a natural state is isotopically enriched. 11B has 6 neutrons and 10B has 5 neutrons. Boron is composed of two isotopes of 10B and 11B in nature, 11B accounts for about 80% of the total boron, and 10B accounts for about 20% of the total boron.
동위원소 농축이란 의미는 도판트 가스가 질량 동위원소 중 어느 하나가 자연 수준에서 존재하는 것 보다 높은 농축 수준을 갖는 자연 동위원소 분포와 상이한 질량 동위원소 분포를 함유하는 것을 의미한다. 예를 들어 99.7% 11BF3는 붕소 질량 동위원소 11B가 99.7% 농축되어 함유된 동위원소 농축 또는 농축된 도판트 가스를 나타내고, 자연 BF3는 붕소 질량 동위원소 11B를 80% 자연 존재비 수준으로 함유한다. 자연 상태의 BF3와 비교하여 99.7% 11BF3는 B가 19.7% 풍부화된 것이다.By isotopic enrichment it is meant that the dopant gas contains a distribution of mass isotopes that differs from the distribution of the natural isotopes, with one of the mass isotopes having a higher enrichment level than is present at the natural level. For example, 99.7% 11BF3 represents an isotopically enriched or enriched dopant gas containing 99.7% enriched boron mass isotope 11B, and native BF3 contains boron mass isotope 11B at an 80% natural abundance level. Compared to native BF3, 99.7% 11BF3 is 19.7% enriched in B.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명의 도판트 가스는 구성 요소 중 하나 이상의 2종 이상의 동위원소 형태를 함유할 수 있다. BF3는 11B와 10B가 각각 자연 존재비로 존재하거나 각각이 자연 존재비 보다 농축된 형태로 존재할 수도 있다. 바람직하게는 11B가 99.7% 이상, 10B가 0.3% 미만이다. 이는 11B가 99.7 미만인 경우와 10B가 0.3%가 초과하는 경우 문제가 발생한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the dopant gas of the present invention may contain two or more isotopic forms of one or more components. In BF3, 11B and 10B may exist in a natural abundance, respectively, or each may exist in a more concentrated form than the natural abundance. Preferably, 11B is 99.7% or more and 10B is less than 0.3%. This causes a problem when 11B is less than 99.7 and 10B exceeds 0.3%.
본 발명의 희석 가스는 듀테륨을 99 부피% 이상 포함한다. 듀테륨은 수소의 동위원소로, 일반적 수소에 중성자가 하나 더 포함되는 형태로 중양성자를 갖고, 안정하여 붕괴되지 않는다. 듀테륨의 CAS 등록번호는 7782-39-0로, 수소의 CAS No인 1333-74-0와 구분되어 사용되고 있는데 CAS 등록번호는 이제까지 알려진 화합물, 중합체 등을 기록하는 번호로 미국 화학회에서 운영하고 있어 화학 물질을 중복 없이 찾을 수 있게 하는 분류 체계이다. The diluent gas of the present invention contains 99% by volume or more of deuterium. Deuterium is an isotope of hydrogen, has a deuterium in a form in which hydrogen contains one more neutron, and is stable and does not decay. The CAS registration number of deuterium is 7782-39-0, which is used separately from the CAS number 1333-74-0 of hydrogen. The CAS registration number is a number that records known compounds, polymers, etc. It is a classification system that allows chemical substances to be found without duplication.
본 발명에 의한 이온 주입용 가스 혼합물에 포함된 듀테륨은, 기존의 희석 가스로 수소를 이용하는 것과 비교하여, 붕소의 중성자가 6인 삼불화 붕소(11BF3)를 99.7 부피% 이상 유지하게 하는 기능이 있다. 이는 이온 주입 공정에서 플라즈마 상태일 때 자연 수준에서 존재하는 것 보다 높은 농축 상태인 11B(붕소의 중성자가 6인 붕소)가 10B(붕소의 중성자가 5인 붕소)로 전환되어 이온 주입 공정의 효율을 저하시키는 것을 방지할 수 있다. 따라서 수소를 이용하는 것에 비해 10B로 전환되는 비율을 낮춤으로써 자연 수준에서 존재하는 것 보다 높은 농축 상태인 11B(붕소의 중성자가 6인 붕소)의 농도를 지속적으로 일정 수준 유지하게 함으로써 보다 안정된 이온 주입 공정을 가능하게 한다.The deuterium contained in the gas mixture for ion implantation according to the present invention has a function of maintaining 99.7% by volume or more of boron trifluoride (11BF3) having 6 neutrons of boron, compared to using hydrogen as a conventional dilution gas. . This is because in the ion implantation process, 11B (boron with 6 neutrons of boron) is converted to 10B (boron with 5 neutrons of boron), which is a higher concentration than exists in the natural level when plasma is present in the ion implantation process, thereby reducing the efficiency of the ion implantation process. deterioration can be prevented. Therefore, by lowering the conversion rate to 10B compared to using hydrogen, the concentration of 11B (boron with 6 neutrons in boron), which is higher than that existing in the natural level, is continuously maintained at a constant level, making the ion implantation process more stable makes it possible
본 발명에 의한 이온 주입용 가스 혼합물에 포함된 듀테륨은, 수소를 이용하는 것에 비해 후속 공정의 가스 처리를 보다 용이하게 하는 효과를 갖는다. 이는 이온 주입 공정 장비, 이온 챔버 등의 수명을 더욱 개선할 수 있는 효과가 있다.Deuterium included in the gas mixture for ion implantation according to the present invention has an effect of facilitating gas treatment in a subsequent process compared to using hydrogen. This has the effect of further improving the lifespan of the ion implantation process equipment, the ion chamber, and the like.
이온 주입 공정에서는 장비의 플라즈마 생성, 발진 과정 중에 삼불화 붕소에서 해리된 불소(F, Fluorine)가 플라즈마 전극을 강하게 부식시킨다. 일 실시예에 따르면 장비, 챔버, 전극 등의 재질은 텅스텐(W) 재질일 수 있는데, 이는 불소와 반응하여 육불화 텅스텐(WF6)로 반응된다.In the ion implantation process, fluorine (F, Fluorine) dissociated from boron trifluoride during the plasma generation and oscillation process of equipment strongly corrodes the plasma electrode. According to an embodiment, the material of the equipment, the chamber, the electrode, etc. may be a tungsten (W) material, which reacts with fluorine to form tungsten hexafluoride (WF6).
따라서, 해리된 불소가 텅스텐과 반응하기 전에 희석 가스 등을 통해, 해리된 불소가 선제적으로 반응하여 배출되는 과정을 필요로 한다. 결국 가스 혼합물에 포함되는 희석 가스는, 상기와 같이 해리되는 불소가 텅스텐과 반응하여 육불화 텅스텐으로서 수명을 저하시키는 것을 개선하는 목적으로 사용될 수 있다.Therefore, before the dissociated fluorine reacts with tungsten, a process in which the dissociated fluorine reacts and is discharged through a dilution gas or the like is required. As a result, the diluent gas included in the gas mixture may be used for the purpose of improving the degradation of lifespan as tungsten hexafluoride by reacting fluorine dissociated as described above with tungsten.
본 발명의 일 실시예에 따르면 희석 가스는 듀테륨을 99 부피% 이상 포함하는데, 이는 듀테름 대신 수소를 사용하는 것과 비교하여 다음과 같은 효과를 갖는다.According to an embodiment of the present invention, the dilution gas contains 99% by volume or more of deuterium, which has the following effects compared to using hydrogen instead of deuterium.
수소는 해리되는 불소와 결합하여 부산물 HF를 생성하고, 듀테륨은 해리되는 불소와 결합하여 부산물 DF를 생성하는데, 해리 에너지를 비교하였을 때 듀테륨의 부산물인 DF가 수소의 부산물인 HF 보다 낮다. 결국 DF가 HF 보다 더 잘 분해되고, 이는 이온 주입 공정 이후 가스 반응물을 제거하는 가스 스크러버와 같은 후속 공정 등을 용이하게 한다.Hydrogen combines with fluorine to dissociate to form a by-product HF, and deuterium combines with fluorine to dissociate to form a by-product DF. When comparing the dissociation energy, DF, a by-product of deuterium, is lower than HF, a by-product of hydrogen. As a result, DF decomposes better than HF, which facilitates subsequent processes such as gas scrubbers that remove gaseous reactants after the ion implantation process.
듀테륨은 희석 가스에서 99 부피% 이상 포함해야 하는데 이는 이온 주입 공정에서 요구되는 삼불화 붕소의 요구 순도가 2N7(99.7%)이기 때문에 이에 상응하기 위한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따르면 이온 주입용 가스 혼합물에서 요구되는 듀테륨의 제품 요구 사항은, 밸브 타입이 DISS724이고, 실린더 사이즈가 47L인 실린더에 듀테륨은 99 부피% 이상이고, 듀테륨 중의 불순물 요구 최소 순도는 다음과 같다.Deuterium should be contained in a dilution gas of 99% by volume or more, which corresponds to the required purity of boron trifluoride required in the ion implantation process is 2N7 (99.7%). According to an embodiment of the present invention, the gas for ion implantation The product requirements for deuterium required in the mixture are: the valve type is DISS724, the deuterium is 99% by volume or more in a cylinder with a cylinder size of 47L, and the minimum purity required for impurities in the deuterium is as follows.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예 및 실험예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. will be able Therefore, the disclosed embodiments and experimental examples should be considered in an illustrative rather than a restrictive point of view. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
Claims (1)
상기 가스 혼합물은 도판트 가스 및 희석 가스를 포함하고,
상기 도판트 가스는, 삼불화 붕소 가스를 99.7 부피% 이상 포함하고,
상기 삼불화 붕소 가스는, 붕소의 중성자가 6인 삼불화 붕소를 99.7 부피% 이상 및 붕소의 중성자가 5인 삼불화 붕소를 0.3 부피% 미만 포함하고,
상기 희석 가스는 듀테륨을 99 부피% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입용 가스 혼합물.In the gas mixture for ion implantation,
The gas mixture comprises a dopant gas and a diluent gas,
The dopant gas contains 99.7% by volume or more of boron trifluoride gas,
The boron trifluoride gas contains 99.7% by volume or more of boron trifluoride having a neutron of boron 6 and less than 0.3% by volume of boron trifluoride having a neutron of boron of 5,
The dilution gas is a gas mixture for ion implantation, characterized in that it contains 99% by volume or more of deuterium.
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|---|---|---|---|---|
| CN117038423A (en) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 上海凡森璞瑞新材料股份有限公司 | Ion implantation system, method and dopant species comprising germanium tetrafluoride gas mixtures |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990077255A (en) * | 1996-01-16 | 1999-10-25 | 크레이그 에스. 바짜니 | Semiconductor device and processing method |
| CN102487007A (en) * | 2010-12-01 | 2012-06-06 | 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 | Method for forming semiconductor device |
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