KR102202345B1 - 질소 이온 주입에서의 이온 소스 성능 개선을 위한 플루오르화된 조성물 - Google Patents
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Abstract
질소 이온 주입 이후에 글리칭에 민감한 또 다른 이온 주입 작동 예를 들어 비소 및/또는 인 이온성 종들의 주입이 뒤따르는 경우 심각한 글리칭의 발생을 회피하는 질소 이온 주입을 수행하기 위한 조성물, 방법 및 장치가 기재된다. 상기 질소 이온 주입 작동은 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 도입되거나 이온 소스 챔버 내에 형성되는 질소 이온 주입 조성물에 의해 유리하게 수행되며, 이때 상기 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스 예컨대 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 포함한다.
Description
본 발명은 일반적으로 질소 이온 주입에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다양한 양태에서 질소 이온 주입의 이온 소스 성능 개선을 위한 플루오르화된 조성물, 이러한 플루오르화된 조성물을 사용하는 이온 소스 성능 개선 방법, 및 질소 이온 주입 시스템에 사용하기 위한 가스 공급 장치 및 키트에 관한 것이다.
이온 주입은 마이크로전자 및 반도체 제품의 제조에서 널리 사용되는 공정이며, 반도체 웨이퍼와 같은 기판 내로 제어된 양의 도펀트 불순물을 정확하게 도입하는 데 사용되고 있다.
이러한 용도에 사용되는 이온 주입 시스템에서, 전형적으로, 원하는 도펀트 원소 기체를 이온화하는 데 이온 소스가 사용되며, 상기 소스로부터 원하는 에너지의 이온 빔 형태로서 이온들을 추출한다. 열전극을 사용하고 전기적 아크에 의해 전원이 공급되는 프리맨 앤드 버나스(Freman and Bernas) 유형, 마그네트론을 사용하는 마이크로파 유형, 간접 가열식 캐쏘드(IHC) 소스, 및 RF 플라즈마 소스(이들 모두 전형적으로 진공에서 작동됨)를 비롯한 다양한 유형의 이온 소스가 이온 주입 시스템에 사용된다. 이온 주입 시스템에 사용되는 도펀트는 광범위하게 변하는 유형이며, 특히 무엇보다도 비소, 인, 붕소, 산소, 질소, 텔루륨, 탄소 및 셀레늄을 포함한다. 이온 주입 장비는 다양한 도펀트 종의 주입을 위해 지속적으로 사용되며, 상기 장비는 상이한 도펀트 종을 주입하기 위해 연속적으로 작동되고 대응하는 작동 조건 및 화학적 변화를 갖는다.
임의의 시스템에서 상기 이온 소스는, 도펀트 기체(통상 "공급원료 기체"로 지칭됨)로 충전된 진공 아크 챔버(이후로는, "챔버")내로 전자를 도입함으로써 이온을 생성한다. 도펀트 기체 내의 원자 및 분자에 전자를 충돌시키는 것은, 양성 및 음성 도펀트 이온으로 이루어지는 이온화된 플라즈마의 생성을 야기한다. 음성 또는 양성 바이어스에 의한 전극의 추출은 각각, 상기 양성 또는 음성 이온들이 개구부를 시준된(collimated) 이온 빔으로서 통과하게 하며, 이는 타겟 물질 쪽으로 가속화되어 원하는 전도도의 영역을 형성한다.
예방적 보수(PM))의 빈도수 및 기간이 이온 주입 장비의 하나의 성능 인자이다. 일반적인 목적으로서 상기 장비 PM의 빈도수 및 기간은 감소되어야 한다. 대부분의 보수를 필요로 하는 상기 이온 주입기 장비 부분은 이온 소스, 추출 전극 및 고전압 절연체를 포함하며, 상기 장비와 결합된 진공 시스템의 펌프 및 진공 라인에 따라 대략 50 내지 300 시간 후에 제공된다. 추가적으로, 이온 소스의 필라멘트는 정기적으로 대체된다.
이상적으로, 아크 챔버내로 투입된 공급원료 분자는, 아크 챔버 자체 또는 이온 주입기의 임의의 다른 컴포넌트와 실질적으로 상호작용하지 않고 이온화되고 분절화된다. 실제로, 공급원료 기체 이온화 및 분절화는, 아크 챔버 컴포넌트 에칭 또는 스퍼터링, 아크 챔버 표면 상의 침착, 아크 챔버 벽 물질의 재분포 등과 같은 원치 않는 영향을 야기할 수 있다. 이러한 영향은 이온 빔 불안정성에 기여하고 결국은 이온 소스의 조기 불량을 야기할 수 있다. 공급원료 기체 및 이의 이온화 생성물의 잔류물은, 이온 주입기 장비의 고 전압 컴포넌트, 예컨대 소스 절연체 또는 추출 전극의 표면 상에 침착될 때, 또한 에너지가 많은 고 전압 스파킹(sparking)을 야기할 수 있다. 그러한 스파크는 빔 불안정에 대한 또 다른 기여 요인이며, 이 스파크에 의해 방출된 에너지는 민감성 전자 컴포넌트에 손상을 가하여 증가된 장비 고장 및 불량한 평균 무고장 시간(MTBF)을 초래한다.
절연 표면 상에 과도한 고체 침착으로 인한 전기적 단락은 "글리칭(glitching)"으로 알려져 있으며, 이온 주입 시스템에서 효율적인 이온 주입의 달성에 매우 불리하다.
이온 주입 조작에 사용되는 도펀트의 특정 유형과 상관없이, 공급원료 기체가 효율적으로 가공되고, 이온 종의 주입이 효과적이고 경제적인 방식으로 수행되고, 유지 필요성이 최소화되고 시스템 컴포넌트의 평균 무고장 시간이 최대화되어 주입 장비 생산성이 가능한 한 높도록 주입기 장치가 운전되는 것을 보장하는 것이 공통 목적이다.
집적 회로 및 다른 마이크로전자 제품의 제조에서 마주치는 특정 글리칭 문제는 질소 이온 주입과 관련된다. 그 후, 질소(N+)의 주입에 이용되는 이온 주입 장비가 비소(As+) 또는 인(P+)의 주입을 위한 동작으로 스위칭될 때, 상기 장비는 심한 글리칭-민감성일 수 있다. 이러한 글리칭의 메커니즘은 완전히 설명되지는 않았지만, 전도성 텅스텐 질화물(WNx)이 이온 소스 절연체 상으로의 침착에 관여할 수 있다.
비소 또는 인 이온 주입이 따르는 질소 이온 주입과 관련된 심각한 글리칭을 해결하고 최소화하기 위한 종래의 노력은 만족스럽지 않다. 예를 들어, 이온 주입 장비에서의 초기 질소 이온 주입과 이후의 비소 또는 인 이온 주입 사이에 붕소 공급원료 가스를 처리, 즉 이온화하는 중간 짧은 기간(예컨대, 5분 길이) 단계를 수행하는 것이 글리칭 거동을 약화시킬 수 있지만, 이는 장비 작동 조건을 재설정하고 장비에 대한 기타 적용가능한 처리 순서를 중단해야 하는 것으로 결정되었다.
따라서, 효과적이고 비용-효율적이며 이온 주입 작업의 예정된 순서를 중단할 필요 없이 장비의 불리한 글리칭 거동을 억제하는 예방적 접근 방식에 의해 상기 장비가 질소 이온 주입으로부터 예를 들어 비소 이온 주입 또는 인 이온 주입과 같은 글리칭-민감성인 다른 이온 주입 작동으로 전환될 때 겪게 되는 이온 주입 장비의 심각한 글리칭을 방지하는 것이 매우 유리할 것이다.
본 발명은 질소 이온 주입 후에 비소 또는 인 이온성 종들의 주입과 같은 글리칭-민감성인 또 다른 이온 주입 작동이 뒤따르는 경우 심각한 글리칭의 발생을 피하는 질소 이온 주입을 수행하기 위한 조성물, 방법 및 장치에 관한 것이다.
다양한 양태에서, 본 발명은 질소 도펀트 가스(N2) 및 불소 및/또는 산소의 소스를 포함하는 글리칭 억제 가스를 포함하는 질소 이온 주입 조성물에 관한 것이다. 이론에 구속되기를 바라지 않고, 불소 및/또는 산소는 질소와 이온 소스의 내부의 반응을 차단하여 예를 들어 글리칭과 관련된 침착물의 형성을 완화할 수 있는 질화물을 형성할 수 있는 것으로 생각된다.
일 양태에서, 본 발명은 질소 이온 주입 후에 글리칭-민감성인 또 다른 이온 주입 작동이 뒤따르는 경우, 이온 주입 시스템에서 글리칭을 제거하기 위한 질소 이온 주입 조성물에 관한 것으로, 상기 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 질소 이온 주입 후에 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입이 뒤따르는 경우, 이온 주입 시스템에서 글리칭을 제거하기 위한 질소 이온 주입 조성물에 관한 것으로, 상기 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스를 포함한다.
다양한 양태에서, 본 발명은 이온 주입 시스템에 질소 도펀트 가스(N2) 및 불소 및/또는 산소의 소스를 포함하는 글리칭-억제 가스를 전달하기 위한 가스 공급 패키지 및 키트에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 질소 이온 주입 조성물을 이온 주입 시스템에 공급하기 위한 가스 공급 패키지에 관한 것으로, 상기 가스 공급 패키지는 본원에 다양하게 기재된 질소 이온 주입 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함한다.
추가의 양태에서, 본 발명은 질소 이온 주입 조성물을 이온 주입 시스템에 공급하는 가스 공급 키트에 관한 것으로, 상기 가스 공급 키트는 질소(N2) 도펀트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분배 용기, 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스를 함유하는 제 2 가스 저장 및 분배 용기를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 이온 주입 시스템에서 글리칭 제거를 목적으로 본원에 다양하게 기술된 이온 주입 조성물, 가스 공급 패키지 또는 가스 공급 키트의 용도에 관한 것으로, 이온 주입 시스템에서 질소 이온 주입 작동에 이어서 예를 들어 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입과 같은 글리칭-민감성인 또 다른 이온 주입 작동이 뒤따른다. 이온 주입 시스템은 질화물 예컨대 텅스텐을 형성하기 쉬운 물질을 포함하는 내부를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는, (i) 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4, 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스를 패키징된 가스 혼합물로서 포함하는 질소 이온 주입 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 가스 공급 패키지; 및 (ii) 질소(N2) 도펀트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분배 용기, 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4, 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스를 함유하는 제 2 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는, 이온 주입 시스템에 질소 이온 주입 조성물을 공급하기 위한 가스 공급 키트 중 하나 이상을 포함하는 패키지 형태의 이온 주입 시스템에 가스를 전달하는 것을 포함하는 질소 이온 주입용 가스를 공급하는 방법에 관한 것으로, 이때 임의적으로 상기 가스 공급 키트는, 제 3 가스 저장 및 분배 용기에 또는 제 1 및 제 2 가스 저장 및 분배 용기 중 하나 이상에, 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 추가로 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는, 이온 주입 시스템에서의 글리칭 방지 방법에 관한 것으로, 이온 주입 시스템에서의 질소 이온 주입 동작 후에 글리칭-민감성인 또 다른 이온 주입 동작 예를 들어 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입이 따르며, 상기 방법은 본원에 다양하게 기재된 바와 같은 질소 이온 주입 조성물을 이온화하여 질소 이온 주입 작업을 위한 질소 주입 종들을 생성하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본원에 다양하게 기재된 바와 같은 질소 이온 주입 조성물을 이온화하여 질소 이온 주입 종들을 생성하는 단계 및 상기 질소 이온 주입 종들을 기판에 주입하는 단계를 포함하는 질소 이온 주입 방법에 관한 것으로, 이때 예를 들어 상기 주입 단계는 상기 질소 이온 주입 종들의 빔을 상기 기판에 지향시키는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 양태들, 특징들 및 실시양태들은 후속하는 설명 및 첨부된 청구범위들로부터 더욱 완전히 명백해질 것이다.
도 1은 기판에 질소를 주입하기 위한 이온 주입기에 질소 도펀트 소스 물질이 공급되는 본 발명에 따른 작동 모드를 예시하는 이온 주입 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따라 순수한 N2 공급물 및 혼합된 N2 및 BF3 공급물을 사용하여 이온 소스로부터 수득된 빔 스펙트럼을 비교한다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따라 순수한 N2 공급물 및 혼합된 N2 및 BF3 공급물을 사용하여 이온 소스로부터 수득된 빔 스펙트럼을 비교한다.
본 발명은 질소 이온 주입 시스템, 방법 및 조성물에 관한 것이다. 적합하게는, 질소 이온, 대부분의 질소 이온을 포함하는 주입가능한 이온 또는 본질적으로 질소 이온들로 이루어진 주입가능한 이온을 포함하는 주입가능한 이온들을 제공하도록 질소 이온 주입, 시스템, 방법 및 조성물이 배열될 수 있다.
다양한 양태에서, 본 발명은 질소 이온 주입이 수행되는 이온 주입 시스템에서의 이온 소스 성능 개선을 위한 플루오르화 또는 옥시계 조성물, 이러한 플루오르화 또는 옥시계 조성물을 사용하는 이온 소스 성능의 개선 방법 및 질소 이온 주입 시스템용 가스 공급 장치 및 키트에 관한 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 질소 이온 주입 이후에 글리칭-민감성인 다른 이온 주입 작동이 뒤따르는 경우, 이온 주입 시스템에서 글리칭을 방지하기 위한 질소 이온 주입 조성물에 관한 것으로, 상기 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스를 포함한다.
본 발명의 조성물, 방법 및 장치는 질소 이온 주입 후에 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입이 수행되는 이온 주입 작동을 참조하여 본원에 예시적으로 기재되지만, 이러한 본 발명의 조성물, 방법 및 장치는 질소 이온 주입 후에 이온 주입 동작의 시퀀스에서 글리칭-민감성인 임의의 이온 주입 동작이 뒤따르는 임의의 이온 주입 동작에도 적용가능하다. 비소 이온 주입 및 인 이온 주입 이외에, 글리칭-민감성인 이러한 후속 이온 주입 작업은 다양한 구현에서 붕소 이온 주입, 탄소 이온 주입, 규소 이온 주입 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 특정 양태에서 질소 이온 주입 후에 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입이 수행될 때 이온 주입 시스템에서 글리칭 방지를 위한 질소 이온 주입 조성물에 관한 것으로, 상기 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4, 및 CxHy(x≥1, y≥1) 일반식의 다른 탄화수소, 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 포함한다.
글리칭-억제 가스는 글리칭 억제에 효과적인 임의의 적합한 양으로, 즉 질소 이온 주입 조성물이 질소 이온 주입 이후 글리칭에 민감한 또 다른 이온 주입 작업 예를 들어 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입이 뒤따르는 경우에 글리칭-억제 가스가 부족한 대응하는 조성물과 관련하여 질소 이온 주입 조성물에 대해 글리칭 발생이 감소되도록 이온 주입 시스템에서 글리칭을 방지하는 데 효과적인 임의의 적합한 양으로 질소 이온 주입 조성물에 존재할 수 있다.
실제 문제로서, 질소 이온 주입 조성물이 이온 주입에 이용되기 때문에, 질소(N2) 도펀트 가스는 유리하게는 질소 이온 주입 조성물의 대부분, 즉 50 부피% 초과를 차지하고, 여기서 질소(N2) 도펀트 가스, 글리칭-억제 가스 및 임의적인 수소-함유 가스(존재하는 경우)의 부피 퍼센트는 총 100 부피%이다. 그러나, 본 발명은 질소(N2) 도펀트 가스가 질소 이온 주입 조성물의 소량 부피 부분으로서 존재하고 글리칭-억제 가스가 질소 이온 주입 조성물의 대량 부피 부분으로 존재하는 실시양태를 고려한다. 그러나, 대부분의 적용례에 있어서, 질소(N2) 도펀트 가스는 질소 이온 주입 조성물의 대부분을 구성할 것이다.
특정 실시양태에서, 글리칭-억제 가스는 질소 이온 주입 조성물의 1 부피% 내지 49 부피%일 수 있는 양으로 질소 이온 주입 조성물에 존재할 수 있다. 다른 실시양태에서, 글리칭-억제 가스는 질소 이온 주입 조성물의 5 부피% 내지 45 부피%일 수 있는 양으로 질소 이온 주입 조성물에 존재할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 글리칭-억제 가스는 질소 이온 주입 조성물 중에 하한 종점 부피% 값이 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 34, 35, 37, 38 및 40 중 어느 하나이고 상한 종점 부피% 값이 하한 종점 값보다 크고 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 34, 35, 37, 38, 40, 42, 44, 45, 47, 48 및 49 중 어느 하나인 범위의 양으로 질소 이온 주입 조성물에 존재할 수 있다. 따라서, 질소 이온 주입 조성물은 예를 들어 2 내지 4 부피%, 또는 20 내지 40 부피%, 또는 15 내지 37 부피%와 같은 범위가 고려되거나, 또는 상기 종점 값들에 의해 정의되는 순열 중에서 선택될 수 있는 임의의 다른 범위가 고려된다.
다양한 실시양태에서, 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 플루오로화합물 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소, 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 플루오로화합물 글리칭-억제 가스를 포함할 수 있다. 추가의 특정 실시양태에서, 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3를 서로 혼합하여, 임의적으로 수소-함유 가스와 함께 포함할 수 있다.
추가의 실시양태에서, 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 예를 들어 COF2, OF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 옥시계(산소-함유) 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 질소 이온 주입 조성물은 N2 및 O2를 포함할 수 있다.
글리칭-억제 가스가 불화 수소(HF)를 포함하는 경우에, 임의적인 수소-함유 가스를 포함하는 대응하는 질소 이온 주입 조성물이 불화 수소 이외의 수소-함유 가스를 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본원에 개시된 임의의 질소 이온 주입 조성물 또는 기타 기체 조성물에서, 구체적으로 기술된 기체 성분을 포함하는 것으로 광범위하게 개시되었지만, 상기 구체적으로 기술된 기체 성분으로 택일적으로 구성되거나 또는 이들로 본질적으로 구성될 수 있다.
질소 이온 주입 조성물은 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 전달될 수 있고, 여기서 이것은 이를 함유하는 가스 공급 패키지로부터 공급되는 가스 혼합물로서 이용될 수 있다. 대안적으로, 질소 이온 주입 조성물을 구성하는 가스 혼합물의 각각의 가스 성분은 하나 이상의 그러나 모든 성분보다 적게 함유된 별도의 가스 공급 패키지로부터 공급될 수 있어, 개별 가스 공급 패키지로부터 공급되는 가스가 공동-유동 가스 스트림으로서 이온 소스 챔버에서 함께 혼합되는 별개의 가스 스트림으로서 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 공급될 수 있다. 따라서, 질소 이온 주입 작업은 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버에 도입되거나 형성되는 질소 이온 주입 조성물에 의해 유리하게 수행된다. 대안적으로, 개별 가스 공급 패키지는 이온 소스 챔버의 상류에 있는 유동 회로에 도입되는 가스를 공급하여 각각의 가스 스트림이 가스 유동 회로에서 서로 혼합되고 질소 이온 주입 조성물의 가스 혼합물로서 이온 소스 챔버로 전달된다. 또 다른 대안으로서, 개별 가스 공급 패키지는 유동 라인을 통해 혼합 챔버 또는 다른 결합 장치 또는 구조에 가스를 공급하여 이온 소스 챔버의 상류측 가스 혼합물로서 질소 이온 주입 조성물을 생성할 수 있으며, 가스 혼합물 라인이 상기 생성된 혼합물을 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버로 전달할 수 있다.
따라서, 완전한 유연성은 질소 이온 주입 조성물의 개별 성분들이 별도로 전달되는 이온 소스 챔버 또는 질소 이온 주입 조성물의 전달이 이를 포함하는 가스 공급 패키지로부터의 혼합물을 포함하는 다양한 유동 구조에서 질소 도펀트 가스 및 상기 보충 가스(들)의 결합으로 수득되며, 여기서 상기 질소 이온 주입 조성물은 이온 주입 시스템의 이온 소스 챔버의 상류에서의 가스 혼합에 의해 형성된다.
따라서, 본 발명의 질소 이온 주입 조성물은 질소 이온 주입 후 및 N+ 주입으로부터 As+ 및/또는 P+ 주입 동작으로 전환하기 전에 중간 시즈닝(seasoning) 또는 컨디셔닝(conditioning) 단계를 피함으로써 공정 효율을 증가시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, N2F4 및 N2 가스 혼합물 또는 N2O 및 N2 가스 혼합물과 같은 특정 질소-함유 조성물은 필라멘트 및/또는 이온 주입 시스템의 다른 구성요소로부터의 질소와 텅스텐의 반응으로부터 야기된 WNx 축적을 방지하기 위해 그리고 N+ 빔 전류를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우, 보충 가스는 총 질소의 양을 감소시키지 않으며, 또한 보다 높은 이온화 단면 및 보다 낮은 이온화 에너지로 인해 N2보다 N+에 기여한다.
따라서, 불화물/N2 조성물은 본 발명에 따른 WNx 층 형성을 방지하는 데 사용될 수 있다. 이러한 조성물 중의 불화물 함량은 비교적 낮을 수 있지만, WNx 형성을 불충분하게 분열시킬만큼 충분히 낮지는 않고 해로운 WFx의 이동 현상, 즉 할로겐 사이클을 야기할 만큼 충분히 높지는 않다. NF3은 비교적 안전한 보충 가스로서 불소만을 도입하기 때문에 NF3는 바람직한 보충 가스 종이다. 기타 플루오르화 가스(NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 CxFy(x≥1, y≥1) 일반식의 다른 플루오르화 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4 및 XeF2 등)는 패키지 안전성(CF4, SF6) 또는 공정 효율(GeF4, F2, HF)을 높이기 위해 N2와 함께 사용될 수있다. 유사한 효과가 산화 조성물을 사용하여 달성될 수 있다. WOx는 전도성이지만 고온에서 덜 안정하다. 간단한 O2/N2 조성물을 N2와 동일한 안전 특성을 제공하는 데 사용되지만, 글리칭을 감소시키는 추가의 장점이 있다. 전술한 바와 같이, N2 및 보충 가스는 단일 가스 공급 용기에 공동 패키징되거나 또는 두 개의 별도의 가스 공급 용기로부터 공동-유입될 수 있다. 또한, 전술한 논의에 반영된 바와 같이, 하나 이상의 수소-함유 가스가 이온 소스 조건을 더욱 균형을 이루기 위한 보충 가스로서 포함될 수 있다. 수소-함유 가스는, 임의의 적절한 특성을 가질 수 있으며, 예를 들면 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4 등을 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 본 발명은 질소 이온 주입으로부터 비소 및/또는 인의 이온 주입과 같은 후속 글리칭-민감성 이온 주입 작동으로 전이할 때 취해질 수 있는 다른 작동들을 고려한다. 이러한 작동은 이온 주입 시스템의 라인 및 챔버로부터의 잠재적인 오염물을 제거하기 위해 연속적인 이온 주입 작동들 사이에서 시스템을 통해 퍼지 가스를 유동시키는 것을 포함할 수 있다. 퍼지 가스는 아르곤과 같은 불활성 가스 또는 삼불화 붕소와 같은 가스를 이온화시키지 않고 플라즈마를 형성할 수 있다. 추가의 또는 대안적인 작용으로서, 다른 실시양태에서, 질소 오염물에 대해 선택적인 흡착제와 같은 정화기 또는 스크러버 물질이 유동 회로 예를 들어 질소 이온 주입 가스를 이온 주입 시스템에 전달하기 위해 사용되는 매니폴드 또는 유동 라인에서 질소 이온 주입 가스를 정제하는 데 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 다양한 실시양태에서, 유동 회로의 가스 매니폴드는 질소 가스로 퍼징되어 예를 들어 물 또는 다른 오염물을 제거하여 후속 글리칭 거동에 기여할 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 또한 이온 주입 시스템에 질소 이온 주입 조성물을 공급하기 위한 가스 공급 패키지에 관한 것으로, 이때 가스 공급 패키지는 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4, 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 패키징된 가스 혼합물로서 포함하는 질소 이온 주입 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함한다.
추가의 양태에서, 본 발명은 이온 주입에 사용하기 위한 패키징된 가스 혼합물에 관한 것이다. 가스 공급 패키지는 단일 공급 용기로부터 제공될 수 있는 공-패키징된 혼합물로서 존재한다. 패키징된 가스 혼합물은 질소(N2) 도펀트 가스를 포함하는 질소 가스 혼합물 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4, 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 패키징된 가스 혼합물로서 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 이온 주입 시스템에 질소 이온 주입 조성물을 공급하기 위한 가스 공급 키트에 관한 것으로, 여기서 상기 가스 공급 키트는 질소(N2) 도펀트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분배 용기, 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4, 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스를 함유하는 제 2 가스 저장 및 분배 용기를 포함한다. 임의적으로 상기 가스 공급 키트는 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 제 3 가스 저장 및 분배 용기에 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로, 수소-함유 가스는 제 1 가스 저장 및 분배 용기 내의 질소(N2) 도펀트 가스와 혼합되어 가스 공급 키트에 제공될 수 있고/있거나 상기 수소-함유 가스는 제 2 가스 저장 및 분배 용기 내의 글리칭-억제 가스와 혼합되어 가스 공급 키트에 제공될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 이온 주입 시스템에서 글리칭 제거를 목적으로 본원에 다양하게 기술된 이온 주입 조성물, 가스 공급 패키지 또는 가스 공급 키트의 용도에 관한 것으로, 이온 주입 시스템에서 질소 이온 주입 작동에 이어서 예를 들어 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입과 같은 글리칭-민감성인 또 다른 이온 주입 작동이 뒤따른다. 적합하게는, 글리칭은 이온 주입 시스템 내의 하나 이상의 질소-함유 침착물, 특히 WNx 침착물의 축적을 감소시킴으로써 제거될 수 있다.
본 발명은 또 다른 양태에서, (i) 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4, 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 패키징된 가스 혼합물로서 포함하는 질소 이온 주입 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 가스 공급 패키지; 및 (ii) 질소(N2) 도펀트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분배 용기, 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4, 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1) 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4, 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스를 함유하는 제 2 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는, 이온 주입 시스템에 질소 이온 주입 조성물을 공급하기 위한 가스 공급 키트 중 하나 이상을 포함하는 패키지 형태의 이온 주입 시스템에 가스를 전달하는 것을 포함하는 질소 이온 주입용 가스를 공급하는 방법에 관한 것으로, 이때 임의적으로 상기 가스 공급 키트는, 제 3 가스 저장 및 분배 용기에, 또는 제 1 및 제 2 가스 저장 및 분배 용기 중 하나 이상에, 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소, 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 추가로 포함한다.
본 발명의 추가의 양태는 이온 주입 시스템에서 질소 이온 주입 작동에 이어서 예를 들어 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입과 같은 글리칭에 민감한 또 다른 이온 주입 작동이 수행될 때 이온 주입 시스템에서의 글리칭 방지 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 질소 이온 주입 조성물을 이온화하여 질소 이온 주입 작동을 위한 질소 주입 종들을 생성하는 단계를 포함하고, 이때 상기 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소, 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 포함한다.
이하 도면을 참조하면, 도 1은 기판에 질소를 주입하기 위한 이온 주입기에 질소 도펀트 소스 물질이 공급되는 본 발명에 따른 작동 모드를 예시하는 이온 주입 시스템(10)의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 주입 시스템(10)은 본 발명의 질소 이온 주입 조성물 또는 이의 성분들을 상기 주입기에 전달하기 위한 가스 공급 패키지(14,16 및 18)와 수용 관계로 배치된 이온 주입기(12)를 포함한다. 따라서, 각각의 가스 공급 패키지(14, 16 및 18)는 본 발명의 질소 이온 주입 조성물을 함유할 수 있으므로, 각각은 후술하는 관련된 유동 회로를 통해 이온 주입기의 이온 소스 챔버로의 흐름에 의해 이온 주입기에 연속적으로 상기 조성물을 제공할 수있다.
대안적으로, 각각의 가스 공급 패키지(14, 16 및 18)는 질소 이온 주입 조성물의 모든 성분들 중 하나 이상이지만 모든 성분들보다 적은 성분을 함유할 수 있다. 예를 들어, 가스 공급 패키지(14)는 질소(N2) 도펀트 가스를 함유할 수 있고, 가스 공급 패키지(16)는 글리칭-억제 가스 예를 들어 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4, 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유할 수 있고, 가스 공급 패키지(18)는 임의적인 수소-함유 가스를 함유할 수 있어서 이러한 가스 공급 패키지로부터의 각각의 가스는 이온 주입기(12)로 함께 유동된다.
다른 대안으로서, 임의의 다른 조합 배치가 가능하다. 예를 들어, 임의적인 수소-함유 가스를 사용하지 않을 수 있으며, 대신에 가스 공급 패키지(14, 16)는 질소(N2) 도펀트 가스를 함유할 수 있고, 가스 공급 패키지(18)는 글리칭-억제 가스를 함유하며, 이는 질소 이온 주입 조성물의 주요 부분으로서 공급되므로, 질소(N2) 도펀트 가스가 먼저 가스 공급 패키지(14)로부터 이온 주입 작업을 위해 공급될 수 있고, 가스 공급 패키지(14) 내의 질소(N2) 도펀트 가스의 재고가 소진되면, 이온 주입기에 질소(N2) 도펀트 가스의 연속적인 공급을 위해 가스 공급 패키지(16)가 작동될 수 있고, 이러한 가스 공급 패키지(14 및 16) 중 어느 하나로부터 질소(N2) 도펀트 가스를 분배하는 동안, 글리칭-억제 가스가 가스 공급 패키지(18)로부터 이온 주입기로 공급되어, 이온 소스 챔버가 질소(N2) 도펀트 가스 및 글리칭-억제 가스를 연속적으로 수용하여 이온 소스 챔버 중의 질소 이온 주입 조성물을 혼합 및 구성한다. 대안적으로, 각각의 가스 공급 패키지로부터 분배된 질소(N2) 도펀트 가스와 글리칭-억제 가스는 유동 회로에서 또는 이온 주입기의 상류 혼합 챔버 또는 구조에서 혼합될 수 있다.
가스 공급 패키지의 구성을 보다 상세히 고려하면, 가스 공급 패키지(14)는, 수소 가스 공급 라인(44)에 결합된 방출 포트(24)를 가진 밸브 헤드 어셈블리(22)를 포함하는 용기를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리(22)에는, 그 밸브 헤드 어셈블리 내의 밸브의 수동 조절을 위한 핸드 휠(38)이 구비되어 이를 완전 개방된 위치와 완전 폐쇄된 위치 사이에서 원하는 대로 바꾸어 용기(20)에 함유된 가스의 분배 또는 달리 폐쇄된 저장을 수행한다.
가스 공급 패키지(16 및 18)는 각각 가스 공급 패키지(14)와 유사한 방식으로 구성된다. 가스 공급 패키지(16)는, 핸드 휠(40)이 결합되어 있는 밸브 헤드 어셈블리(28)가 구비된 용기(26)를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리(28)는, 가스 공급 라인(52)이 결합되어 있는 방출 포트(30)를 포함한다.
가스 공급 패키지(18)는, 밸브 헤드 어셈블리(34)에서의 밸브의 작동을 위해 핸드 휠(42)이 결합되어 있는 밸브 헤드 어셈블리(34)가 구비된 용기(32)를 포함한다. 밸브 헤드 어셈블리(34)는 또한 가스 방출 라인(60)이 결합되어 있는 방출 포트(36)를 포함한다.
가스 공급 패키지(14, 16 및 18)에 대해 예시된 핸드 휠 구성요소 대신에, 이러한 패키지에는 솔레노이드-작동 밸브 액추에이터, 공압 밸브 액츄에이터 또는 다른 유형의 밸브 액추에이터와 같은 자동 밸브 액추에이터가 장착될 수 있으며, 이는 각각의 가스 공급 패키지 내의 밸브 요소를 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 이동시키도록 작동될 수 있다.
도 1에 도시된 이온 주입 시스템에서, 가스는 전술한 바와 같이 임의의 변형된 배치로 이온 주입기에 공급될 수 있다. 따라서, 질소 이온 주입 조성물은 이러한 가스 공급 패키지로부터 공급되거나, 또는 질소 이온 주입 조성물의 다양한 성분이 그로부터 공급될 수 있다.
각각의 가스 공급 패키지로부터의 가스 유동을 제어할 목적으로, 각각의 가스 공급 라인(44, 52, 60)에는 거기에 각각 유동 제어 밸브(46, 54, 및 62)가 제공된다.
유동 제어 밸브(46)에는, 액츄에이터를 CPU(78)에 연결하는 신호 전송 라인(50)을 가진 자동 밸브 액츄에이터(48)가 구비되어 있으며, 이로써 CPU 48은 신호 전송 라인(50)에서의 제어 신호를 밸브 액츄에이터로 보내어 밸브(46)의 위치를 조절하고 상응하게 용기(20)으로부터 혼합 챔버(68)로의 유동을 제어할 수 있다.
유사한 방식으로, 가스 방출 라인(52)는, 신호 전송 라인(58)에 의해 CPU(78)에 결합되어 있는 밸브 액츄에이터(56)과 결합된 유동 제어 밸브(54)를 함유한다. 상응하게, 가스 방출 라인(60)에서의 유동 제어 밸브(62)는, 신호 전송 라인(66)에 의해 CPU(78)에 결합되어 있는 밸브 액츄에이터(64)를 구비하고 있다.
이 방식에서, 상기 CPU는 상응하는 밸브(20, 26, 및 32)로부터 각각의 가스의 유동을 작동 제어할 수 있다.
가스가 혼합 챔버(68)로 유동(공-유동)되는 경우, 생성 가스는 이어서 공급 라인(70)으로 방출되어 이온 주입기(12)로 보내진다.
상응하게, 단지 단일 가스 공급 패키지(14, 16 또는 18)가 질소 이온 주입 조성물을 이온 주입기에 분배하기 위해 주어진 시간에 분배 모드로 작동되면, 관련된 유동 제어 밸브에 의해 조절되는 상응하는 단일 기체가 혼합 챔버를 통해 유동하고, 공급 라인(70)에서 이온 주입기로 보내진다.
공급 라인(70)은, 공급 라인 및 가스 분석기(74)와 연결된 바이패스 라인(72 및 76)을 포함하는 바이패스 유동 루프와 결합되어 있다. 따라서, 가스 분석기(74)는 공급 라인(70)에서 주요 유동으로부터 부 스트림을 수용하고 이에 응답하여 가스 스트림의 농도, 유량 등과 관련있는 모니터링 신호를 발생시키고 분석기(74)와 CPU(78)을 결합하는 신호 전송 라인에서 모니터링 신호를 전송한다. 그러한 방식으로, CPU(78)은 가스 분석기(74)로부터 모니터링 신호를 수용하여 이를 처리하고, 이에 응답하여, 출력 제어 신호를 생성하며, 이는 각각의 밸브 액츄에이터(48, 56 및 64)로 보내지거나 또는 적절하게 그중 하나 또는 복수 개가 선택되어 이온 주입기로의 가스의 원하는 분배 조작을 수행하도록 한다. 이러한 방식으로, 질소(N2) 도펀트 가스 및 글리칭- 억제 가스(및 질소 이온 주입 조성물의 성분으로서 존재하는 경우 수소-함유 가스)의 상대 비율을 제어가능하게 조절하여 이온 주입기에 유동되는 질소 이온 주입 조성물의 성부들의 원하는 조성 혼합물을 달성할 수 있다.
이온 주입기(12)는, 유출물 라인(80)에서 유출물 처리 유닛(82)으로 유동되는 유출물을 생성하며, 상기 유닛은 스크러빙, 접촉 산화 등을 비롯한 유출물 처리 조작에 의해 유출물을 처리하여 처리된 가스 유출물을 생성할 수 있으며, 이 유출물은 처리 유닛(82)으로부터 벤트 라인(84)에서 방출되고 추가의 처리 또는 다른 위치로 보내질 수 있다.
상기 CPU(78)는 임의의 적합한 유형의 것일 수 있으며, 다양하게는 범용 프로그램가능한 컴퓨터, 특수용 프로그램가능한 컴퓨터, 프로그램가능한 로직 제어기, 마이크로프로세서, 또는 상술한 바와 같은 모니터링 신호의 신호 처리 및 출력 제어 신호 또는 신호들의 생성에 효과적인 다른 컴퓨터 유닛을 포함할 수 있다.
따라서, CPU는, 가스 공급 패키지(14, 16 및 18) 중 둘 또는 셋 모두로부터의 가스의 병행 유동을 비롯한 순환적 조작을 수행하도록 프로그램적으로 구성될 수 있다. 따라서, 가스들의 공-유동 또는 혼합물을 수반하는 임의의 유동 모드가 적합할 수 있다.
따라서, 본 발명은 다양한 양태에서 질소 이온 주입 이후에 이러한 글리칭-민감성인 이온 주입 동작이 뒤따를 때 이온 주입 시스템에서 글리칭 방지에 효과적인 질소 이온 주입 조성물에 관한 것으로, 상기 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스를 포함한다.
이러한 질소 이온 주입 조성물에서, 임의적인 수소-함유 가스는 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
전술한 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스가 질소 이온 주입 조성물의 50 부피%를 초과하도록 구성될 수 있으며, 이때 예를 들어 글리칭-억제 가스는 질소 이온 주입 조성물의 2 부피% 내지 49 부피%의 양으로 존재하거나, 또는 글리칭-억제 가스는 질소 이온 주입 조성물의 5 부피% 내지 45 부피%의 양으로 존재하거나, 또는 글리칭-억제 가스는 다른 양으로 존재한다. 예를 들어, 글리칭-억제 가스는 하한 종점 부피% 값이 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 34, 35, 37, 38 및 40 중 어느 하나이고 상한 종점 부피% 값이 하한 종점 값보다 크고 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 34, 35, 37, 38, 40, 42, 44, 45, 47, 48 및 49 중 어느 하나인 범위의 양으로 존재할 수 있다.
폭넓게 전술한 바와 같은 질소 이온 주입 조성물의 특정 실시양태에서, 글리칭-억제 가스는 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4, 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서 글리칭-억제 가스는 NF3를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 글리칭-억제 가스는 옥시계 가스 예를 들어 O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 옥시계 가스는 O2를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 질소 이온 주입 후에 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입이 수행될 때 이온 주입 시스템에서 글리칭 제거를 위한 질소 이온 주입 조성물에 관한 것으로, 이때 상기 상기 질소 이온 주입 조성물은 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4, 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스를 포함한다.
본 발명은 이온 주입 시스템에 질소 이온 주입 조성물을 공급하기 위한 가스 공급 패키지에 관한 것으로, 이때 상기 가스 공급 패키지는 본원에서 다양하게 기재된 질소 이온 주입 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 질소 이온 주입 조성물을 이온 주입 시스템에 공급하기 위한 가스 공급 키트에 관한 것으로, 이때 상기 가스 공급 키트는 질소(N2) 도펀트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분배 용기, 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스를 함유하는 제 2 가스 저장 및 분배 용기를 포함한다.
이러한 가스 공급 키트는 수소-함유 가스 예를 들면 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 함유하는 제 3 가스 공급 용기를 추가로 포함할 수 있다.
상기 가스 공급 키트는 제 1 가스 저장 및 분배 용기 내의 질소(N2) 도펀트 가스와 혼합된 수소-함유 가스 또는 대안적으로 제 2 가스 저장 및 분배 용기 내의 글리칭-억제 가스와 혼합된 수소-함유 가스를 추가로 포함할 수 있다.
가스 공급 키트는 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, 및 XeF2로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스와 함께 구성될 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명은, (i) 질소(N2) 도펀트 가스 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4, 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스, 및 임의적으로 수소-함유 가스를 패키징된 가스 혼합물로서 포함하는 질소 이온 주입 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 가스 공급 패키지; 및 (ii) 질소(N2) 도펀트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분배 용기, 및 NF3, N2F4, F2, SiF4, WF6, PF3, PF5, AsF3, AsF5, CF4 및 일반식 CxFy(x≥1, y≥1)의 다른 플루오르화된 탄화수소, SF6, HF, COF2, OF2, BF3, B2F4, GeF4, XeF2, O2, N2O, NO, NO2, N2O4 및 O3로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 글리칭-억제 가스를 함유하는 제 2 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는, 이온 주입 시스템에 질소 이온 주입 조성물을 공급하기 위한 가스 공급 키트 중 하나 이상을 포함하는 패키지 형태의 이온 주입 시스템에 가스를 전달하는 것을 포함하는 질소 이온 주입용 가스를 공급하는 방법에 관한 것으로, 이때 임의적으로 상기 가스 공급 키트는, 제 3 가스 저장 및 분배 용기에, 또는 제 1 및 제 2 가스 저장 및 분배 용기 중 하나 이상에, 수소-함유 가스 예를 들어 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소, 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 수소-함유 가스를 추가로 포함한다.
가스 공급 패키지(ⅰ) 또는 가스 공급 키트(ⅱ) 내의 수소-함유 가스는 다양한 실시양태에서 H2, NH3, N2H4, B2H6, AsH3, PH3, SiH4, Si2H6, H2S, H2Se, CH4 및 일반식 CxHy(x≥1, y≥1)의 다른 탄화수소 및 GeH4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
추가의 양태에서 본 발명은 이온 주입 시스템에서의 질소 이온 주입 작업 후에 글리칭-민감성인 이온 주입 작업 예를 들어 비소 이온 주입 및/또는 인 이온 주입이 뒤따르는 이온 주입 시스템에서의 글리칭 방지 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 질소 이온 주입 작업을 위한 질소 주입 종들을 생성하기 위해 본원에 다양하게 개시된 질소 이온 주입 조성물을 이온화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 질소 이온 주입 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 본원에 다양하게 개시된 질소 이온 주입 조성물을 이온화하여 질소 이온 주입 종들을 생성하는 단계, 및 기판에 상기 질소 이온 주입 종들을 주입하는 단계를 포함하며, 이때 예를 들어 상기 주입 단계는 상기 기판에 상기 질소 이온 주입 종들의 빔을 지향시키는 것을 포함한다.
따라서, 본 발명의 질소 이온 주입 조성물로 이온 주입기를 작동시키는 것은 이온 주입기 작업에서의 글리칭 제거에 효과적일 것이고, 이때 질소 이온 주입 후에 예를 들어 비소 및/또는 인 이온 주입과 같은 글리칭-민감성인 이온 주입 공정이 뒤따른다. 글리칭 거동의 억제는 결국에는 작동 효율, 평균 무고장 시간 및 이온 주입기 생산성을 증가시키고, 이온 주입기에 대한 유지보수 요건을 감소시키며, 질소 이온 주입과 후속 글리칭-민감성 이온 주입 작업 사이의 이온 주입기에서의 과도기적 B+ 이온화 공정의 필요성을 제거한다.
본 발명의 다양한 실시양태는 하기의 비-제한적인 실시예를 참조하여 추가로 기술될 것이다.
실시예 1
이온 주입기의 간접적으로 가열된 캐쏘드 이온 소스에 대한 N2에 의한 BF3의 동시 공급의 N+ 빔 전류에 대한 영향을 조사하였다. 이온 소스는 텅스텐 라이너로 구성되었다.
다양한 유속에서 순수한 N2 공급물로 달성된 N+ 빔 전류를 하기 표 1에 나타내었다:
| N 2 유속(sccm) | 2.5 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| N + 빔 (mA) | 2.98 | 4.50 | 4.60 | 4.42 | 4.08 |
다양한 유속의 N2 및 10 부피% BF3 동시-공급물 공급으로 달성된 N+ 빔 전류를 하기 표 2에 나타내었다:
| N 2 와 10 부피% BF 3 유속 (sccm) | 2.4 | 2.8 | 3.3 | 4.4 | 5.6 |
| N + 빔 (mA) | 3.22 | 4.26 | 4.34 | 3.99 | 2.86 |
시험은 상이한 날짜에 수행되었으므로 결과는 보통 날마다 변하는 소스에 따라 달라질 수 있다. 비교가능한 N+ 빔 전류는 두 가지 공급물 모두에서 달성되었다. N2/BF3(10% BF3) 혼합물 가스의 경우, 약 3+ sccm의 약간 낮은 유속에서 가장 높은 빔 전류가 달성되었다.
실시예 2
이온 주입기의 간접적으로 가열된 캐쏘드 이온 소스에 N2와 동시-공급한 BF3의 빔 스펙트럼에 대한 영향을 조사하였다. 이온 소스는 텅스텐 라이너로 구성되었다.
순수한 N2 공급물(0% BF3), N2 및 10 부피% BF3 동시-공급물(10% BF3) 및 25 부피% BF3 동시-공급물(25% BF3)에 의해 수득된 빔 스펙트럼을 도 2에 도시하였다.
N2와 BF3을 동시-공급하는 것은 순수한 N2 공급물로 얻지 못하는 NF+ 및 WFx+ 종의 형성을 유도하였다. 이론에 구속되기를 바라지 않고, 불화물 가스로부터의 불소가 반응하여 질소 및 텅스텐 반응을 차단해 텅스텐 질화물을 형성할 수 있는 것으로 유추된다. 상기 차단은 기상에서 텅스텐 표면상의 N과 W 반응 동안, 또는 표면 상에 텅스텐 질화물이 형성된 후에 일어날 수 있다. 전반적으로, 이는 텅스텐 질화물 형성을 감소시킬 것이다. 빔 스펙트럼 중의 NF+ 피크는 N과 F 반응을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 텅스텐 질화물 형성 감소는 글리칭을 감소시키는 맥락에서 바람직하다.
본 발명은 특정 양태, 특징 및 예시적인 실시양태를 참조하여 본원에 개시되었지만, 본원의 설명에 기초하여 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명한 바와 같이, 본 발명의 유용성은 이에 제한되지 않고 오히려 다수의 다른 변형, 수정 및 대안의 실시양태로 확장되고 이들을 포함한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이하 청구되는 바와 같은 본 발명은 그 취지 및 범주 내에서 상기 모든 변형, 수정 및 대안의 실시양태를 모두 포함하는 것으로 광범위하게 해석되고 이해되어야 한다.
본원의 상세한 설명 및 청구범위에서, 용어 "포함하다" 및 "함유하다" 및 이들 용어의 변형 예를 들어 "포함하는" 및 "함유하는"은 "포함하지만 이에 한정되지 않는"을 의미하고, 다른 구성요소, 정수 또는 단계들을 배제하지 않는다. 또한, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 단수는 복수를 포함한다: 특히, 부정관사가 사용되는 경우, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 본원 명세서는 단수형뿐만 아니라 복수형을 고려하는 것으로 이해해야 한다.
본 발명의 각각의 양태의 바람직한 특징은 임의의 다른 양태들과 관련하여 기술될 수 있다. 본원의 범주 내에서, 청구범위 및/또는 상세한 설명 및 도면에 개시된 다양한 양태, 실시양태, 실시예 및 대안들, 특히 이들의 개별적인 특징은 독립적으로 또는 임의의 조합으로 취해질 수 있음은 자명하다. 즉, 모든 실시양태들 및/또는 임의의 실시양태의 특징들은, 이러한 특징들이 양립할 수 없는 경우가 아니라면, 임의의 방식 및/또는 조합으로 결합될 수 있다.
Claims (30)
- 질소 이온 주입 후에, 질소 이온 주입에 이어서 글리칭-민감성(glitching-susceptible)인 또 다른 이온 주입 작동이 뒤따르는 경우, 이온 주입 시스템에서의 글리칭을 제거하기 위한 질소 이온 주입 조성물로서,
상기 질소 이온 주입 조성물이, 질소(N2) 도펀트 가스, 및 NF3을 포함하는 글리칭-억제 가스를 포함하며, 상기 질소 이온 주입 조성물 내에 상기 글리칭-억제 가스가 2 부피% 내지 15 부피%의 양으로 존재하고,
상기 질소 이온 주입 시스템은, 질소 이온 주입에 이어서 글리칭에 민감한 또 다른 이온 주입 작동이 수행되는 경우, 상기 질소 이온 주입 조성물이 글리칭을 억제하도록 구성된, 질소 이온 주입 조성물. - 삭제
- 삭제
- 이온 주입 시스템에 질소 이온 주입 조성물을 공급하기 위한 가스 공급 패키지(package)로서,
상기 가스 공급 패키지가, 제 1 항에 따른 질소 이온 주입 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는, 가스 공급 패키지. - 질소 이온 주입용 가스를 공급하는 방법으로서,
(i) 질소(N2) 도펀트 가스, 및 NF3을 포함하는 글리칭-억제 가스를 포함하는 질소 이온 주입 조성물을 함유하는 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는 가스 공급 패키지로서, 상기 질소 이온 주입 조성물 내에 상기 글리칭-억제 가스가 2 부피% 내지 15 부피%의 양으로 존재하는, 가스 공급 패키지; 및
(ii) 질소(N2) 도펀트 가스를 함유하는 제 1 가스 저장 및 분배 용기, 및 NF3을 포함하는 글리칭-억제 가스를 함유하는 제 2 가스 저장 및 분배 용기를 포함하는, 이온 주입 시스템에 질소 이온 주입 조성물을 공급하기 위한 가스 공급 키트로서, 상기 질소 이온 주입 조성물 내에 상기 글리칭-억제 가스가 2 부피% 내지 15 부피%의 양으로 존재하는, 가스 공급 키트
중 하나 이상을 포함하는 패키징된 형태의 이온 주입 시스템에 상기 가스를 전달하는 단계;
상기 질소(N2) 도펀트 가스 및 상기 글리칭 억제 가스에 의해 질소 이온 주입 공정을 수행하는 단계; 및
글리칭을 유발하기 쉬운 도펀트 가스에 의해 제 2 이온 주입 공정을 수행함으로써 상기 글리칭을 억제하는 단계
를 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 조성물 중의 NF3 가스의 양이 2 부피% 내지 8 부피%의 범위인, 질소 이온 주입 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 조성물 중의 NF3 가스의 양이 5 부피%인, 질소 이온 주입 조성물. - 삭제
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