KR20160089490A - 주입 생산성 향상을 위한 방법 - Google Patents

Abstract

작업물을 프로세싱하는 방법이 개시되며, 여기에서 이온 챔버는 먼저 희망되는 도펀트 종 및 다른 종으로 코팅된다. 이러한 컨디셔닝 프로세스 다음에, 불소 및 희망되는 도펀트를 포함하는 공급가스가 챔버로 도입되고 이온화된다. 그런 다음, 이온들이 챔버로부터 추출되고 작업물을 향해 가속되며, 여기에서 이온들이 먼저 질량 분석되지 않은 상태로 주입된다. 컨디셔닝 프로세스 동안 사용되는 다른 종은 3 족, 4 족, 또는 5 족 원소일 수 있다. 희망되는 도펀트 종은 붕소일 수 있다.

Description

주입 생산성 향상을 위한 방법{METHOD FOR IMPLANT PRODUCTIVITY ENHANCEMENT}

본 출원은 2013년 7월 18일자로 출원된 미국 가특허 출원 일련번호 61/847,776호에 대한 우선권을 주장하며, 이러한 출원의 개시내용이 참조로서 통합된다.

기술분야

본 개시의 실시예들은 이온 주입 시스템에서 이온 빔 품질을 개선하기 위한 방법들에 관한 것이며, 더 구체적으로, 붕소 이온 빔 품질을 개선하기 위한 방법들에 관한 것이다.

반도체 작업물들은 보통 희망되는 전도성을 생성하기 위하여 도펀트 종으로 주입된다. 예를 들어, 솔라 셀들은 방출 영역을 생성하기 위하여 도펀트 종으로 주입될 수 있다. 이러한 주입은 여러 가지의 상이한 메커니즘들을 사용하여 이루어질 수 있다. 일 실시예에 있어, 이온 소스가 사용된다. 이러한 이온 소스는 그 안에서 소스 가스들이 이온화되는 챔버를 포함할 수 있다. 이러한 소스 가스들로부터의 이온들은, 하나 이상의 전극들을 사용하여 챔버 내에서 개구를 통해 추출될 수 있다. 이러한 추출된 이온들은 작업물을 향해 보내지며, 여기에서 이온들이 솔라 셀을 형성하기 위해 작업물 내로 주입된다.

프로세스 효율성을 개선하고 비용을 낮추기 위한 노력에 있어서, 일부 실시예들에 있어, 이온 소스로부터 추출된 이온들이 어떠한 질량 분석도 없이 직접적으로 작업물을 향해 가속된다. 다시 말해서, 이온 소스 내에서 생성된 이온들이 가속되고 작업물 내로 직접적으로 주입된다. 질량 분석기는 이온 빔으로부터 희망되지 않는 종을 제거하기 위해 사용된다. 질량 분석기의 제거는, 이온 소스로부터 추출된 모든 이온들이 작업물 내로 주입될 것임을 의미한다. 결과적으로, 그러면 이온 소스 내에서 또한 생성될 수 있는 희망되지 않는 이온들이 작업물 내로 주입된다.

이러한 현상은, 소스 가스가 할로겐-기반 화합물, 예컨대 불화물일 때 가장 두드러질 수 있다. (준안정성 또는 여기된) 중성입자들 및 불소 이온들이 이온 소스의 내부 표면들과 반응할 수 있으며, 이는 원치 않는 이온들, 예컨대 불순물 원소들로서 존재하는 실리콘, 산소, 탄소, 및 알루미늄 및 중 금속들을 릴리즈(release)한다.

따라서, 빔 품질을 개선하는 방법, 특히 할로겐 기반 소스 가스들이 이용되는 실시예들에 대한 빔 품질을 개선하는 방법이 유익할 것이다.

작업물을 프로세싱하는 방법이 개시되며, 여기에서 이온 챔버는 먼저 희망되는 도펀트 종 및 다른 종으로 코팅된다. 이러한 컨디셔닝(conditioning) 프로세스 다음에, 불소 및 희망되는 도펀트 종을 포함하는 공급가스(feedgas)가 챔버로 도입되고 이온화된다. 그런 다음, 이온들이 챔버로부터 추출되고 작업물을 향해 가속되며, 여기에서 이온들이 먼저 질량 분석되지 않은 상태로 주입된다. 컨디셔닝 프로세스 동안 사용되는 다른 종은 3 족, 4 족, 또는 5 족 원소일 수 있다. 희망되는 도펀트 종은 붕소일 수 있다.

일 실시예에 있어, 작업물을 프로세싱하기 위한 방법이 개시된다. 방법은, 컨디셔닝 가스를 이온 소스의 챔버 내로 도입하는 단계로서, 컨디셔닝 가스는 희망되는 도펀트 종을 포함하는 수소화물 및 컨디셔닝 코-가스(co-gas)를 포함하고, 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스, 4 족 원소의 수소화물, 또는 희망되는 도펀트 종과 반대되는 전도성을 갖는 종의 수소화물을 포함하며, 도입되는 가스의 총 체적의 10% 내지 40% 사이가 컨디셔닝 코-가스를 포함하는, 단계; 챔버의 벽들 상에 코팅을 형성하기 위하여 컨디셔닝 가스 및 컨디셔닝 코-가스를 이온화하는 단계; 코팅이 형성된 후 챔버 내로 도입되는 가스들을 변경하고 공급가스를 챔버 내로 도입하는 단계로서, 공급가스는 불소 및 희망되는 도펀트 종을 포함하는, 단계; 이온들을 생성하기 위하여 공급가스를 챔버 내에서 이온화하는 단계; 및 이온들이 질량 분석 없이 작업물 내로 주입될 수 있도록 챔버로부터 이온들을 추출하고 이온들을 작업물을 향해 가속하는 단계를 포함한다.

제 2 실시예에 있어서, 작업물을 프로세싱하는 방법이 개시되며, 방법은, 컨디셔닝 가스를 이온 소스의 챔버 내로 도입하는 단계로서, 컨디셔닝 가스는 보레인(borane) 및 컨디셔닝 코-가스를 포함하고, 컨디셔닝 코-가스는 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는, 단계; 챔버의 벽들 상에 코팅을 형성하는 단계로서, 코팅은 붕소 및 4 족 또는 5 족 원소를 포함하는, 단계; 코팅이 형성된 후 공급가스를 챔버 내로 도입하는 단계로서, 공급가스는 불소 및 붕소를 포함하는, 단계; 이온들을 생성하기 위하여 공급가스를 챔버 내에서 이온화하는 단계; 및 챔버로부터 이온들을 추출하고 이온들을 작업물을 향해 가속하는 단계를 포함한다.

제 3 실시예에 있어, 작업물들을 프로세싱하는 방법이 개시된다. 이러한 방법은, 챔버의 벽들을 붕소 및 4 족 또는 5 족 원소로 코팅하기 위하여 이온 소스의 챔버 상에서 컨디셔닝 프로세스를 수행하는 단계; 및 벽들 상에 코팅이 형성된 후 주입 프로세스를 수행하는 단계로서, 불소 및 붕소를 포함하는 공급가스는 이온들을 생성하기 위하여 이온화되고, 이온들이 챔버로부터 추출되고 작업물들을 향해 가속되며, 이온들이 질량 분석 없이 작업물들 내로 주입되는, 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어, 컨디셔닝 프로세스는 보레인을 포함하는 컨디셔닝 가스 및 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는 컨디셔닝 코-가스를 챔버 내에서 이온화하는 단계를 포함한다. 일부 추가적인 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 포스핀(PH₃), 아르신(AsH₃), 게르만(GeH₄) 또는 실란(SiH₄)일 수 있다.

본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로써 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1a 내지 도 1c는 상이한 실시예들에 따른 주입 시스템을 도시한다.
도 2는 희석 가스 농도의 함수로서 도펀트 전류 및 오염물질 레벨의 대표적인 그래프이다.
도 3의 A 내지 도 3의 B는 2개의 상이한 컨디셔닝 절차들을 사용하는 전체 빔 전류의 퍼센트로서 오염물질들을 도시한다.
도 4의 A 내지 도 4의 B는 2개의 컨디셔닝 절차들 사이의 차이점을 보여준다.

이상에서 설명된 바와 같이, 불화물들과 같은 할로겐-기반 종의 이온화는 이온 소스의 내부 표면들로부터 릴리즈되는 입자들이 작업물 내로 주입되게 하는 것을 초래할 수 있다. 이러한 오염물질들은, 알루미늄, 탄소, 질소, 산소, 실리콘, 불소-기반 화합물들, 및 (불순물 원소들로서 존재하는 중 금속들을 포함하는) 다른 원치 않는 종을 포함할 수 있다. 자유 할로겐 이온들에 의해 초래되는 손상을 해결하기 위한 하나의 접근방식은 주입 동안 제 2 소스 가스를 도입하는 것일 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 제 2 소스 가스가 이온 소스(100)의 챔버(105)로 도입될 수 있는 다양한 실시예들을 도시한다. 이러한 도면들의 각각에 있어, 이온 소스(100)는, 흑연 또는 다른 적절한 재료로 구성될 수 있는 몇몇 챔버 벽들(107)에 의해 획정(define)되는 챔버(105)를 포함한다. 이러한 챔버(105)에, 소스 가스 컨테이너(170) 내에 저장된 하나 이상의 소스 가스들이 가스 주입구(110)를 통해 공급될 수 있다. 이러한 소스 가스는 RF 안테나(120) 또는 다른 메커니즘에 의해 에너지를 공급받을 수 있다. RF 안테나(120)는, RF 안테나(120)에 전력을 공급하는 RF 전원 공급장치(미도시)와 전기적으로 연통한다. 석영 또는 알루미나 윈도우(window)와 같은 유전체 윈도우(125)는 RF 안테나(120)와 이온 소스(100)의 내부 사이에 배치될 수 있다. 이온 소스(100)는 또한 이온들이 통과할 수 있는 개구(140)를 포함한다. 네거티브(negative) 전압이, 챔버(105) 내로부터 개구(140)를 통해 그리고 작업물(160)을 향해 포지티브하게(positively) 대전된 이온들을 추출하기 위하여 개구(140) 외부에 배치된 추출 억제 전극(130)에 인가된다. 접지 전극(150)이 또한 이용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 개구(140)는 유전체 윈도우(125)를 포함하는 측(side)에 대향되는 이온 소스(100)의 측 상에 위치된다. 챔버(105)로부터 추출되는 이온들이 이온 빔(180)으로 형성되며, 이온 빔은 작업물(160)을 향해 보내진다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이온들이 작업물(160)과 충돌하기 전에 어떠한 질량 분석기도 이온들을 필터링하기 위해 사용되지 않는다. 도 1a에 도시된 특정한 일 실시예에 있어, 2차 소스 가스가 제 2 가스 컨테이너(175) 내에 저장되며, 제 2 가스 주입구(111)를 통해 챔버(105)로 도입된다. 도 1b에 도시된 다른 실시예에 있어, 2차 소스 가스가 제 2 가스 컨테이너(176) 내에 저장되며, 제 1 소스 가스에 의해 사용되는 것과 동일한 가스 주입구(110)를 통해 챔버(105)로 도입된다. 도 1c에 도시된 또 다른 실시예에 있어, 제 2 소스 가스는 단일 가스 컨테이너(178) 내에서 제 1 소스 가스와 혼합될 수 있다. 그런 다음 가스들의 이러한 혼합물이 가스 주입구(110)를 통해 챔버(105)로 도입된다.

이러한 실시예들 중 임의의 실시예에 있어, 제 1 소스 가스 및 제 2 소스 가스는 동시에 또는 순차적으로 챔버(105)로 도입될 수 있다.

공급 가스로도 지칭되는 제 1 소스 가스는 불소와 결합된 붕소와 같은 도펀트를 포함할 수 있다. 따라서, 공급 가스는 DF_n 또는 D_mF_n의 형태일 수 있으며, 여기에서 D는 도펀트 원자를 나타내고, 이는 붕소, 갈륨, 인, 비소, 또는 다른 3 족 또는 5 족 원소일 수 있다. 희석 가스로도 지칭될 수 있는 제 2 소스 가스는 XH_n 또는 X_mH_n의 화학식을 갖는 분자일 수 있으며, 여기에서 H는 수소이다. X는 이상에서 설명된 것들 중 임의의 것과 같은 도펀트 종일 수 있다. 대안적으로, X는 또한 작업물(160)의 전도성에 영향을 주지 않는 원자일 수 있다. 예를 들어, 작업물(160)이 실리콘을 포함하는 경우, X는 실리콘 및 게르마늄과 같은 4 족 원소일 수 있다.

다시 말해서, 공급 가스는 BF₃ 또는 B₂F₄일 수 있으며, 반면 희석 가스는, 예를 들어, PH₃, SiH₄, NH₃, GeH₄, B₂H₆, 또는 AsH₃일 수 있다. 이러한 목록은 사용될 수 있는 일부 가능한 종을 나타낸다. 다른 공급 가스 종 및 희석 종이 또한 가능하다는 것이 이해되어야 한다.

공급 가스와 희석 가스를 결합함으로써, 불소 이온들의 유해한 효과들이 감소될 수 있다. 예를 들어, 임의의 특정 이론에 한정되지 않고, 수소의 도입이 유전체 윈도우(125) 상에 필름 또는 코팅을 생성할 수 있다. 이는 유전체 윈도우(125)를 보호하는데 기여하며, 이는 추출되는 이온 빔(180) 내에 포함되는 유전체 윈도우(125)로부터 기인하는 오염물질들의 양을 감소시킨다. 이에 더하여, 희석 가스는, 오염물질들의 다른 소스일 수 있는 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들을 코팅할 수 있다. 이러한 코팅은 불소 이온들과 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들 사이의 상호작용을 감소시킬 수 있으며, 이는 생성되는 오염물질들의 양을 감소시킨다.

희석 가스의 도입은, 오염물질들의 생성 및 이러한 오염물질들의 이온 빔 내로의 포함을 감소시킬 수 있다. 반대로, 많은 양의 희석 가스의 도입은 이온 빔 내에서 사용될 도펀트 이온들의 생성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 과도한 양의 희석 가스의 도입은 이온 소스에 의해 생성되는 도펀트 빔 전류를 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 수소를 포함하는 과도한 양의 희석 가스는 에칭 및 그에 따른 추가적인 오염을 야기할 수 있다. 수소는 특정 재료들을 에칭하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 수소는 흑연 벽들과 반응할 수 있으며, 이는 CH_x 가스가 생성되는 것을 초래한다.

의외로, 오염물질 감소가 희석제 농도의 증가에 따라 비례적으로 감소하지 않는다는 것이 결정되었다. 다시 말해서, 희석제의 양이 어떤 문턱값 이상으로 증가하는 경우, 오염물질 전류 대 도펀트 전류의 비율이 실제로 증가한다. 이는, 어떤 문턱값 이상에서, 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들 상의 추가적인 코팅이 불소 이온들에 대한 추가적인 보호를 거의 제공하지 않거나 또는 제공하지 않는다는 사실에 의해 초래될 수 있다. 추가적으로, 고 플라즈마 전위와 같은 플라즈마 파라미터들이 희석 가스의 높은 퍼센트와 함께 변경될 것이며, 이는 희석 가스 이온들에 의한 챔버 벽들의 추가적인 스퍼터링을 야기할 수 있다. 이에 더하여, 높은 희석 가스 퍼센트는 벽 재료의 에칭을 야기할 수 있으며, 따라서 오염물질을 추가한다. 챔버 벽들의 추가적인 스퍼터링은 증가된 오염물질 레벨을 야기할 수 있다. 따라서, 도펀트 전류가 희석제 농도의 함수로서 감소하고, 오염물질 농도가 어떤 문턱값 이후 일정하게 남아 있거나 또는 증가하는 경우, 이온 빔 내의 오염물질의 퍼센트는 필연적으로 증가한다.

도 2는, 이온 빔 내의 도펀트와 비교하여 도펀트 빔 전류 및 오염물질의 퍼센트 둘 모두에 대한 희석 가스 농도의 영향들을 보여주는 대표적인 그래프를 도시한다. 이상에서 설명된 바와 같이, 오염물질은, 실리콘, 질소, 산소, 수소, 알루미늄, 탄소, 탄소-기반 화합물들, 불소, 불소-기반 화합물들, 또는 다른 비-도펀트 종을 함유하는 이온 종일 수 있다.

도 2에서 확인될 수 있는 바와 같이, 바 그래프에 의해 표현되는 도펀트 전류는 희석제가 존재하지 않을 때 최대이다. 이러한 예에 있어 GeH₄인 희석 가스의 농도가 증가됨에 따라, 도펀트 전류의 거의 선형적인 감소가 존재한다. 이러한 그래프가 도펀트 전류와 희석제 농도 사이의 특정 관계를 도시하지만, 이러한 관계가 사용된 테스트 조건들에 특유할 수 있다는 것을 주의해야만 한다. 예를 들어, 플라즈마 챔버 내부의 상이한 희석 가스, 상이한 RF 전력 레벨, 또는 상이한 압력(또는 흐름 레이트(rate))이 상이한 결과들을 생성할 수 있다. 따라서, 이러한 바 그래프는 도펀트 전류와 희석제 농도 사이의 일반적인 경향을 나타내도록 의도된다.

라인(300)은 이온 빔 내의 도펀트와 비교하여 특정 오염물질의 퍼센트로서 정의되는 빔 불순물의 측정을 도시하며, 여기에서 오염물질은 이상에서 식별된 것들 중 하나일 수 있다. 예상된 바와 같이, 빔 불순물은 희석제 농도가 0%로부터 10%로 증가됨에 따라 감소한다. 이상에서 언급된 바와 같이, 이는 희석 가스 내의 수소의 코팅 작용에 기인할 수 있다. 희석 가스 내의 다른 종이 코팅 작용에 영향을 미칠 수 있는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, GeH₄의 경우에 있어, 수소 분자들이 가벼우며, 그에 따라 빠르게 밖으로 펌핑될 수 있다. 그러나, GeH₄는 부착된 수소를 갖는 무거운 분자이며, 그에 따라 챔버 표면들과 반응하고 이러한 표면들을 코팅하기 위한 긴 체류 시간 및 높은 가능성을 가질 수 있다. 예를 들어, 조성 GeH_x를 갖는 화합물들이 벽을 코팅할 수 있으며, 그에 따라 벽 재료를 불소 에칭으로부터 보호할 수 있다. 그러나, 의외로, 빔 불순물은 희석제 농도가 약 30%에 도달할 때까지 상대적으로 평평하게 남아 있는다. 다시 말해서, 더 많은 희석제 가스의 도입에도 불구하고, 도펀트의 양에 대하여 오염물질의 양이 상대적으로 일정하게 남아 있는다. 약 5% 내지 30%의 범위 전체에 걸쳐, 빔 불순물은 약 1% 미만이다. 놀랍게도, 희석제 농도가 약 30%를 넘어 증가되는 경우, 빔 불순물은 상당히 극적으로 증가하며, 가스 혼합물이 60% 희석 가스인 경우, 5%를 초과하는 레벨에 도달한다. 빔 불순물은 희석 가스의 농도가 5% 내지 30% 사이일 때 최소화될 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 필요한 이온들을 생성하기 위한 RF 안테나(120) 및 RF 전원 공급장치를 갖는 이온 소스를 사용한다. 그러나, IHC, 중공형(hollow)-캐소드, 헬리콘, 및 마이크로파 이온 소스를 포함하는 다른 이온 소스들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 전자들의 열이온 방출을 야기하기 위해 열을 사용하는 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC)가 또한 일부 실시예들에 있어 사용될 수 있다. 다른 이온 소스들이 또한 본 개시의 범위 내에 속한다.

따라서, 2개의 소스 가스들을 사용함으로써 감소된 빔 불순물을 갖는 추출되는 이온 빔(180)이 생성될 수 있다. 제 1 소스 가스, 또는 공급 가스는, BF₃ 또는 B₂F₄와 같은 붕소 및 불소 둘 모두를 함유하는 종일 수 있다. 제 2 소스 가스, 또는 희석제는, 실란(SiH₄) 또는 게르만(GeH₄)과 같은 실리콘 또는 게르마늄 중 하나 및 수소를 함유하는 종일 수 있다. 이러한 2개의 소스 가스들은, 이들이 이온화되는 이온 소스(100)의 챔버(105) 내로 동시에 또는 순차적으로 도입된다. 이온 소스는 RF 안테나(120)에 의해 생성되는 RF 에너지를 사용할 수 있다. 다른 실시예에 있어, 이온 소스는 IHC를 사용하여 전자들의 열이온 방출을 사용할 수 있다. 가스를 이온화하는 다른 방법들이 또한 이온 소스에 의해 사용될 수 있다. 이러한 2개의 소스 가스들은, (체적으로) 총 가스의 5%-30%가 희석 가스가 되고 동시에 나머지가 공급가스가 되도록 도입될 수 있다. 둘 모두의 소스 가스들로부터의 이온들은 전극들(130, 150)의 사용을 통해 개구(140)를 통해 추출되고 작업물(160)을 향해 가속되며, 여기에서 이들이 작업물(160) 내로 주입된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이러한 이온들은 질량 분석되지 않을 수 있으며, 이는 추출된 모든 이온들이 작업물(160) 내로 주입된다는 것을 의미한다.

다른 예에 있어, 희석 가스는 반대되는 전도성을 갖는 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 소스 가스, 또는 공급 가스는, BF₃ 또는 B₂F₄와 같은 붕소 및 불소 둘 모두를 함유하는 종일 수 있다. 제 2 소스 가스, 또는 희석제는, 인, 질소 또는 비소와 같은 5 족 원소 및 수소를 함유하는 종일 수 있다.

이상의 개시는 가스의 총 체적의 약 5%-30% 사이의 범위의 희석제를 논의한다. 그러나, 일부 실시예들에 있어, 이러한 범위가 상이할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어, 희석제 농도는, 1-10%, 2-10%, 3-10% 또는 5-10%와 같이 10%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 1-15%, 2-15%, 3-15%, 5-15%, 또는 7-15%와 같이 15%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 2-20%, 3-20%, 5-20%, 7-20%, 또는 10-20%와 같이 20%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 3-30%, 5-30%, 7-30%, 10-30% 또는 15-30%와 같이 30%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 3-40%, 5-40%, 7-40%, 10-40%, 15-40% 또는 20-40%와 같이 40%에 이를 수 있다. 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 5-50%, 7-50%, 10-50%, 15-50%, 20-50%, 또는 25-50%와 같이 50%에 이를 수 있다. 마지막으로, 다른 실시예에 있어, 희석제 농도는, 5-60%, 7-60%, 10-60%, 15-60%, 20-60%, 25-60% 또는 30-60%와 같이 60%만큼 높을 수 있다.

이상의 설명은 비-질량 분석된 이온 빔을 사용하여 작업물 내로 주입될 이온들을 생성하기 위해 사용되는 플라즈마를 생성하기 위하여 공급가스와 함께 희석 가스를 사용하는 것을 상세화한다. 그러나, 다른 기술들이 또한 이러한 방법에 더하여 또는 이러한 방법 대신에 사용될 수 있다.

예를 들어, 일 실시예에 있어, 이온 소스(100)의 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들이 주입 프로세스 이전에 컨디셔닝될 수 있다. 컨디셔닝은, 재료가 이러한 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면들 상으로 코팅되는 프로세스이다. 이러한 재료는 플라즈마 챔버 벽들(107)을 할로겐들의 유해한 효과들로부터 보호하는데 기여할 수 있으며, 이는 이러한 플라즈마 챔버 벽들(107)로부터 에칭되고 추출되는 이온 빔 내로 도입되는 오염물질들의 양을 감소시킨다.

컨디셔닝은 다수의 방식들로 수행될 수 있다. 제 1 실시예에 있어, 컨디셔닝은 주입과 동일한 방식으로 수행된다. 다시 말해서, 플라즈마는 RF 안테나(120) 또는 다른 플라즈마 생성기로부터의 에너지를 사용하여 챔버(105) 내에서 생성된다. 그런 다음, 플라즈마로부터의 이온들이 전극들(130, 150)로의 바이어스 전압들의 인가를 통해 챔버(105)로부터 추출된다. 이러한 시간 동안, 추출되지 않는 플라즈마로부터의 이온들이 챔버(105)의 플라즈마 챔버 벽들(107)뿐만 아니라 유전체 윈도우(125) 상에 증착될 수 있다.

제 2 실시예에 있어, 바이어스 전압들이 전극들(130, 150)에 인가되지 않는다. 이러한 방식에 있어, 플라즈마 및 이온들이 챔버(105) 내에 남아 있는다. 다시, 플라즈마로부터의 이온들이 챔버(105)의 플라즈마 챔버 벽들(107) 상에 증착될 수 있다.

각각의 실시예에 있어, 이러한 플라즈마의 생성이 이온들을 생성하며, 이들 중 일부가 플라즈마 챔버 벽들(107)의 내부 표면에 들러 붙고, 이는 이러한 표면들 상에 코팅을 생성한다. 이러한 컨디셔닝 프로세스는 약 60분 동안 수행될 수 있지만, 시간의 양이 본 개시에 의해 제한되지 않는다. 다른 실시예들에 있어, 이러한 컨디셔닝 프로세스는 특정 두께의 코팅이 생성될 때까지 수행될 수 있다.

일부 실시예들에 있어, 희망되는 도펀트 종을 함유하는 수소화물이 플라즈마 챔버 벽들(107)을 컨디셔닝하기 위해 사용된다. 희망되는 도펀트 종은 후속 주입 프로세스 동안 사용될 도펀트일 수 있다. 다시 말해서, 공급가스가 주입 프로세스 동안 작업물 내로 주입될 붕소를 포함하는 시나리오들에 있어서, 보레인이 컨디셔닝 프로세스 동안 컨디셔닝 가스로서 사용될 수 있다. 이러한 보레인은, 다이보레인(B₂H₆), 펜타보레인(B₅H₉), 데카보레인(B₁₀H₁₄), 또는 임의의 다른 보레인일 수 있다. 상이한 도펀트가 주입될 예정인 경우, 상이한 수소화물이 컨디셔닝 가스로서 사용될 수 있다.

이에 더하여, 컨디셔닝 코-가스가 이러한 수소화물과 함께 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스, 예컨대 헬륨, 아르곤, 크립톤 또는 제논일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 4 족 원소를 함유하는 수소화물, 예컨대 비제한적으로 실리콘(즉, 실란, SH₄) 또는 게르마늄(즉, 게르만, GH₄)일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 희망되는 도펀트와 반대되는 전도성의 종을 함유하는 수소화물일 수 있다. 다시 말해서, 공급가스가 붕소를 함유하는 경우, 5 족 원소를 함유하는 수소화물이 컨디셔닝 코-가스로서 사용될 수 있다. 이러한 시나리오에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 포스핀(PH₃) 또는 아르신(AsH₃)일 수 있다.

컨디셔닝 코-가스의 양이 변화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 챔버(105) 내로 도입되는 총 가스의 10-40% 사이일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 총 가스의 20-40% 사이일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어, 컨디셔닝 코-가스는 컨디셔닝 프로세스 동안 도입되는 총 가스의 약 30%일 수 있다.

특정한 일 예에 있어, BF₃ 또는 B₂F₄가 작업물을 주입하기 위한 공급가스로서 사용된다. 이온 소스(100)의 플라즈마 챔버 벽들(107)을 컨디셔닝하기 위하여, 다이보레인이 컨디셔닝 코-가스와 함께 사용될 수 있다. 이러한 컨디셔닝 코-가스는, 예를 들어, 헬륨, 아르곤, 크립톤 또는 제논과 같은 비활성 가스; SH₄ 또는 GeH₄와 같은 4 족 수소화물; 또는 PH₃ 또는 AsH₃과 같은 5 족 수소화물일 수 있다. 물론, 이러한 목록이 철저한 것이 아니며, 다른 분자들이 컨디셔닝 프로세스 동안 컨디셔닝 코-가스로서 사용될 수 있다.

놀랍게도, 컨디셔닝 프로세스 동안의 컨디셔닝 코-가스의 추가가 후속 주입의 품질에 크게 영향을 준다. 예를 들어, 하나의 테스트에 있어, 컨디셔닝 프로세스가 컨디셔닝 가스로서 다이보레인만을 사용하여 이온 소스 상에서 수행되었다. 이러한 컨디셔닝이 1 시간 동안 수행되었다. 컨디셔닝 후, 챔버(105) 내에서 플라즈마를 생성하기 위하여 B₂F₄와 같은 공급가스가 약 3 KW의 RF 파워와 함께 사용되었으며, 작업물들이 붕소-기반 이온 빔으로 주입되었다. 추가적으로, 주입 프로세스 동안 도입된 총 가스의 10%가 GeH₄를 포함하는 희석 가스였다. 이러한 테스트에 있어서, 10keV의 추출 에너지가 사용되었다. 작업물이 주입되는 동안, 이온 빔의 분석이 수행되었다. 희석 가스로서 10% GeH₄를 사용하는 B₂F₄를 이용한 주입의 2 시간 미만 후에, 총 빔 전류의 퍼센트로서 오염물질이 1%를 초과하였다는 것이 발견되었다. 이는, 라인(400)이 이온 빔 내의 오염물질들의 퍼센트를 나타내는 도 3의 A에서 그래픽적으로 확인될 수 있다. 오염물질들은, 비제한적으로, 탄소, 질소, 산소, 불소, 알루미늄 및, 이러한 원소들 중 임의의 원소를 함유하는 화합물들을 포함한다.

두번째 테스트에 있어, 컨디셔닝이 컨디셔닝 가스(다이보레인) 및 컨디셔닝 코-가스(게르만)의 조합을 사용하여 수행되었다. 이러한 컨디셔닝이 또한 1 시간 동안 수행되었다. 다시, 컨디셔닝 후, 챔버(105) 내에서 플라즈마를 생성하기 위하여 B₂F₄와 같은 공급가스가 10% GeH₄ 희석 가스와 함께 사용되었으며, 작업물들이 붕소-기반 이온 빔으로 주입되었다. 작업물이 주입되는 동안, 이온 빔의 분석이 수행되었다. 첫번째 결과들과 달리, 이러한 경우에 있어서, 심지어 9 시간의 연속적인 동작 이후에도, 오염물질들의 레벨이 여전히 총 빔 전류의 1% 미만이었다. 이는, 라인(410)이 이온 빔 내의 오염물질들의 퍼센트를 나타내는 도 3의 B에 그래픽적으로 도시된다.

동작시, 이온 소스(100)의 플라즈마 챔버 벽들(107)을 재료로 코팅하기 위하여 컨디셔닝 사이클이 먼저 수행된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에 있어, 코팅은 다이보레인과 같은 보레인을 챔버(105) 내로 도입함으로써 생성되는 붕소-기반 재료이다. 그런 다음, 이러한 컨디셔닝 가스가 플라즈마로 활성화되며, 플라즈마로부터의 이온들이 챔버(105)의 플라즈마 챔버 벽들(107)에 들러 붙고 이를 코팅한다. 이상에서 설명된 바와 같이, 컨디셔닝 프로세스의 품질 및 두께를 개선하기 위하여, 컨디셔닝 코-가스가 보레인과 함께 사용될 수 있다. 이러한 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스, 예컨대 헬륨, 아르곤, 크립톤 또는 제논일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 이러한 컨디셔닝 코-가스는 PH₃ 또는 AsH₃과 같은 5 족 원소를 함유하는 수소화물일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 이러한 컨디셔닝 코-가스는 4 족 원소의 수소화물일 수 있다. 이러한 컨디셔닝 코-가스는 적어도 부분적으로 보레인과 동시에 도입될 수 있다.

이러한 컨디셔닝 프로세스는, 플라즈마 챔버 벽들(107)에서 발견되는 불순물들 및 다른 오염물질들이 플라즈마로부터 분리되도록 플라즈마 챔버 벽들(107)을 코팅하는데 기여한다. 이러한 코팅은, 붕소와 같은 3 족 원소일 수 있는 컨디셔닝 가스 내에서 발견되는 도펀트를 함유한다. 코팅은 또한, 게르마늄 또는 실리콘과 같은 4 족 원소들; 또는 인 또는 비소와 같은 5 족 원소들과 같은 컨디셔닝 코-가스 내에서 발견되는 분자들을 함유할 수 있다. 충분한 두께의 코팅이 적용될 수 있다. 컨디셔닝 절차의 지속기간은 1-시간 컨디셔닝 사이클과 같은 경과 시간에 기초할 수 있거나, 또는 코팅이 플라즈마 챔버 벽들(107) 상에 축적됨에 따른 코팅의 측정된 두께에 기초할 수 있다.

그런 다음, 챔버(105)에 공급되는 가스들이 주입 프로세스 동안 사용될 가스들로 변경된다. 특히, 공급가스가 도입된다. 컨디셔닝 가스 및 컨디셔닝 코-가스는 챔버(105) 내로 계속해서 도입될 수 있거나 또는 도입되지 않을 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이러한 공급가스는 BF₃ 또는 B₂F₄와 같은 도펀트 및 불소를 함유하는 분자일 수 있지만, 다른 가스들이 또한 사용될 수 있다. 주입 프로세스에서 사용되는 도펀트가 컨디셔닝 프로세스와 관련하여 이상에서 설명된 것과 동일할 수 있다는 것을 주의해야 한다. 추가적으로, 희석 가스가 주입 프로세스 동안 챔버(105)에 공급될 수 있다. 이러한 희석 가스는, 비제한적으로, B₂H₆, GeH₄, SH₄, PH₃, AsH₃과 같은 3 족, 4 족, 또는 5 족 원소를 함유하는 수소화물일 수 있다. 이상에서 언급된 바와 같이, 희망되는 도펀트 종이 3 족 원소인 시나리오에 있어서, 희석 가스는 4 족 또는 5 족 원소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 희석 가스 및 컨디셔닝 코-가스는 동일한 가스일 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 희석 가슨 및 컨디셔닝 가스가 동일한 가스일 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어, 희석 가스는 컨디셔닝 가스 및 컨디셔닝 코-가스 둘 모두를 포함할 수 있다. 그런 다음, 전극들(130)에 바이어스 전압을 인가함으로써 주입 가스들이 플라즈마로 활성화되며 추출된다. 그런 다음, 추출된 이온들이 작업물을 향해 보내지며, 여기에서 이온들이 먼저 질량 분석되지 않고 주입된다.

이러한 주입 프로세스는 복수의 작업물들(160)에 대해 사용되며, 특정 시간 기간 동안 계속될 수 있거나, 또는, 추출된 이온 빔 내의 오염물질들의 레벨이 미리 결정된 레벨에 도달할 때 종료될 수 있다. 예를 들어, 주입 프로세스는 오염물질들의 레벨이 총 빔 전류의 약 1%에 도달할 때까지 계속될 수 있지만, 다른 오염 레벨들이 선택될 수도 있다. 도 4의 A 내지 도 4의 B는 2개의 컨디셔닝 절차들의 비교를 도시한다. 도 4의 A에 도시된 제 1 실시예에 있어, 컨디셔닝은 컨디셔닝 가스로서 오로지 다이보레인만을 사용하여 수행된다. 컨디셔닝은 1 시간 동안 수행되며, 그런 다음 주입 프로세스가 개시된다. 오염물질들의 레벨이 미리 결정된 레벨, 예컨대 1%에 도달할 때 주입 프로세스가 종료한다. 보여지는 바와 같이, 이는 약 50%의 듀티 사이클을 야기하며, 여기에서 작업물들을 주입하는데 소요되는 시간과 대략적으로 동일한 양의 시간이 챔버(105)를 컨디셔닝하는데 소요된다. 도 4의 B에 도시된 제 2 실시예에 있어, 컨디셔닝은 다이보레인과 함께 이러한 예에서 게르만일 수 있는 컨디셔닝 코-가스를 사용하여 수행된다. 도 3의 B에 도시된 바와 같이, 이러한 조합은 할로겐의 유해한 효과들에 저항하며, 더 긴 주입 시간을 가능하게 한다. 이러한 특정한 예에 있어, 컨디셔닝 프로세스가 1 시간 동안 수행되었으며, 그런 다음 주입 프로세스가 약 9 시간 동안 수행되었다. 9 시간 후, 오염물질의 레벨이 미리 결정된 레벨 이하였다. 다시 말해서, 이러한 특정한 실시예에 있어, 총 시간에 의해 나누어지는 주입 소요 시간으로서 정의되는 듀티 사이클이 약 90%이다. 듀티 사이클의 이러한 차이가 매우 크다. 달리 말하면, 10 일의 기간 동안, 90%의 듀티 사이클에서, 주입은 약 216 시간 동안 수행될 것이다. 대조적으로, 50% 듀티 사이클을 사용하면, 주입의 동일한 지속기간을 달성하기 위하여 18 일이 소요될 것이다. 이는 직접적으로 동작 효율 및 각 작업물의 비용으로 변환된다. 이러한 예가 예시적이며, 결과들이 상이한 가스들 및/또는 주입 에너지들의 선택에 따라 상이할 수 있다.

챔버(105) 내에서 생성된 모든 이온들이 궁극적으로 작업물 내에 주입되기 때문에, 질량 분석을 사용하지 않는 이온 주입 시스템 내에서 이러한 다양한 가스들 및 코-가스들을 사용하기 위한 능력은 놀라운 것이다. 작업물에 유해한 영향을 주지 않으면서, 컨디셔닝 프로세스 및 주입 프로세스 둘 모두 동안에 도펀트 종이 아닌 다른 종을 사용하기 위한 능력은 예측할 수 없는 것이다.

본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.

Claims (14)

1. 작업물을 프로세싱하는 방법으로서,
   컨디셔닝 가스(conditioning gas)를 이온 소스의 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 컨디셔닝 가스는 희망되는 도펀트 종을 함유하는 수소화물 및 컨디셔닝 코-가스(co-gas)를 포함하고, 상기 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스, 4 족 원소의 수소화물, 또는 상기 희망되는 도펀트 종과 반대되는 전도성을 갖는 종의 수소화물을 포함하며, 도입되는 가스의 총 체적의 10% 내지 40% 사이가 상기 컨디셔닝 코-가스를 포함하는, 단계;
   상기 챔버의 벽들 상에 코팅을 형성하기 위하여 상기 컨디셔닝 가스 및 상기 컨디셔닝 코-가스를 상기 챔버 내에서 이온화하는 단계;
   상기 코팅이 형성된 후 상기 챔버 내로 도입되는 가스들을 변경하고 공급가스(feedgas)를 상기 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 공급가스는 불소 및 상기 희망되는 도펀트 종을 포함하는, 단계;
   이온들을 생성하기 위하여 상기 공급가스를 상기 챔버 내에서 이온화하는 단계; 및
   상기 이온들이 질량 분석 없이 상기 작업물 내로 주입될 수 있도록, 상기 챔버로부터 상기 이온들을 추출하고 상기 이온들을 상기 작업물을 향해 가속하는, 단계를 포함하는, 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 희망되는 도펀트 종은 붕소를 포함하는, 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 컨디셔닝 코-가스는 4 족 원소의 수소화물을 포함하는, 방법.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 컨디셔닝 코-가스는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는, 방법.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 컨디셔닝 코-가스는 비활성 가스를 포함하는, 방법.
   
6. 작업물을 프로세싱하는 방법으로서,
   컨디셔닝 가스를 이온 소스의 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 컨디셔닝 가스는 보레인(borane) 및 컨디셔닝 코-가스를 포함하고, 상기 컨디셔닝 코-가스는 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는, 단계;
   상기 챔버의 벽들 상에 코팅을 형성하는 단계로서, 상기 코팅은 4 족 또는 5 족 원소 및 붕소를 포함하는, 단계;
   상기 코팅이 형성된 후 공급가스를 상기 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 공급가스는 불소 및 붕소를 포함하는, 단계;
   이온들을 생성하기 위하여 상기 공급가스를 상기 챔버 내에서 이온화하는 단계; 및
   상기 챔버로부터 상기 이온들을 추출하고 상기 이온들을 상기 작업물을 향해 가속하는 단계를 포함하는, 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 이온들은 질량 분석 없이 상기 작업물 내로 주입되는, 방법.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   희석 가스가 상기 공급가스와 함께 상기 챔버 내로 도입되며, 상기 희석 가스는 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하고,
   상기 방법은, 이온들을 생성하기 위하여 상기 챔버 내에서 상기 공급가스와 함께 상기 희석 가스를 이온화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
   
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 코팅은 상기 챔버 내에서 상기 컨디셔닝 가스 및 상기 컨디셔닝 코-가스를 이온화함으로써 형성되는, 방법.
   
10. 작업물들을 프로세싱하는 방법으로서,
    챔버의 벽들을 4 족 또는 5 족 원소 및 붕소로 코팅하기 위하여 이온 소스의 상기 챔버 상에서 컨디셔닝 프로세스를 수행하는 단계; 및
    상기 벽들 상에 코팅이 형성된 후 주입 프로세스를 수행하는 단계로서, 불소 및 붕소를 포함하는 공급가스가 이온들을 생성하기 위하여 이온화되며, 상기 이온들이 상기 챔버로부터 추출되고 상기 작업물들을 향해 가속되며, 상기 이온들은 질량 분석 없이 상기 작업물들 내로 주입되는, 단계를 포함하는, 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 컨디셔닝 프로세스는, 보레인을 포함하는 컨디셔닝 가스 및 상기 4 족 또는 5 족 원소의 수소화물을 포함하는 컨디셔닝 코-가스를 상기 챔버 내에서 이온화하는 단계를 포함하는, 방법.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 컨디셔닝 코-가스는 포스핀(PH₃) 또는 아르신(AsH₃)을 포함하는, 방법.
    
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 컨디셔닝 코-가스는 게르만(GeH₄) 또는 실란(SiH₄)을 포함하는, 방법.
    
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 추출된 이온들이 이온 빔을 형성하며,
    상기 방법은, 상기 이온 빔 내의 오염물질의 퍼센트가 미리 결정된 문턱값을 초과하는 경우, 상기 컨디셔닝 프로세스를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.

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