KR20050012006A - Method of manufacturing pmosfet device including plug implantation using decaborane ion beam - Google Patents
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Abstract
본 발명은49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법으로 플러그 이온주입을 수행한 경우와 유사한 수준의 낮은 콘택저항의 전기적 특성을 지니면서 제조 비용을 절감할 수 있는 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 피모스 트랜지스터의 제조 방법은 p형 소스/드레인이 형성된 반도체 기판 상에 절연막을 형성하는 단계, 상기 p형 소스/드레인의 일부를 노출시키도록 상기 절연막내에 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 콘택홀의 바닥에 노출된 상기 반도체층에 데카보렌(B10H14) 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 플러그 이온주입영역을 형성하는 단계, 및 도전막으로 상기 콘택홀을 채우는 단계를 포함한다.The present invention provides a method of manufacturing a pMOS transistor capable of reducing the manufacturing cost while having electrical properties of a low contact resistance similar to that of plug ion implantation using a mixed ion implantation method of 49 BF 2 + ions and 11 B + ions. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a PMOS transistor, the method including forming an insulating film on a semiconductor substrate on which a p-type source / drain is formed, and contact holes in the insulating film to expose a portion of the p-type source / drain. Forming a plug ion implantation region by ion implanting boron ions extracted from decarborene (B 10 H 14 ) molecules into the semiconductor layer exposed to the bottom of the contact hole; and forming a plug ion implantation region in the contact layer. Filling the hole.
Description
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 플러그 이온주입(Plug implantation)을 포함하는 pMOSFET의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing techniques, and more particularly, to a method of manufacturing a pMOSFET that includes plug implantation.
0.15㎛ 이상의 메모리 소자에서는 pMOS 소자의 소스/드레인 접합을 금속배선과 연결시키는 콘택홀의 크기가 0.04㎛2이상으로 통상의 콘택홀 형성 방법을 이용하여 요구되는 금속배선과 소스/드레인접합간의 콘택저항을 만족시킬 수 있었으나, 0.15㎛ 이하의 고집적 메모리 소자에서는 콘택홀의 크기가 0.04㎛2이하로 매우 작아지므로 소스/드레인접합 형성 및 콘택홀 형성후 추가 이온주입과정을 수행하여 콘택저항을 확보할 수 있다.In the memory device of 0.15㎛ or more, the contact hole connecting the source / drain junction of the pMOS device to the metal wiring is 0.04㎛ 2 or more, and the contact resistance between the metal wiring and the source / drain junction required by the conventional contact hole forming method is required. However, in the highly integrated memory device having a thickness of 0.15 μm or less, the contact hole size becomes very small, such as 0.04 μm 2 or less, so that the contact resistance may be secured by performing an additional ion implantation process after forming the source / drain junction and forming the contact hole.
이와 같은 추가 이온주입과정은 플러그 이온 주입(plug implantation) 공정이라고도 일컬으며, 일반적으로 반도체 소자의 금속 콘택 형성 공정에서 소스/드레인 접합에 콘택홀을 형성한 후 금속 배선을 형성하기 전에 접합의 콘택 저항을 개선하기 위하여 소스/드레인 접합과 동일한 형태의 도펀트로 추가 이온 주입 공정을 실시한다.This additional ion implantation process is also referred to as a plug implantation process. In general, a contact resistance of a junction is formed before forming a metal wiring after forming a contact hole in a source / drain junction in a metal contact formation process of a semiconductor device. In order to improve the performance, an additional ion implantation process is performed with the same type of dopant as the source / drain junction.
pMOS 트랜지스터의 경우를 예로 들면, 종래 플러그 이온 주입은 소스/드레인 접합에 콘택홀 형성시 접합의 식각 손상(damage) 보상, 식각시 기판 손실에 따른 접합 누설전류 개선, 그리고 금속배선 공정중 실리사이드 형성시 실리사이드로의 도펀트 손실 및 그에 따른 콘택저항 증가를 방지하기 위한 목적으로 소스/드레인 접합에49BF2 +이온 또는11B+이온을 주입한다.For example, in the case of a pMOS transistor, the conventional plug ion implantation is used to compensate for etch damage of a junction when forming a contact hole in a source / drain junction, to improve junction leakage current due to substrate loss during etching, and to form silicide during a metallization process. the dopant loss and 49 BF 2 + ions, or 11 B + ions in the source / drain junctions for the purpose of preventing an increase in contact resistance of the silicide and hence injection.
그러나,49BF2 +이온만을 이용한 플러그 이온 주입 공정은 불소(F) 이온에 의한 붕소(B) 이온의 확산 억제 측면에서는 유리하지만, 과도한 불소(F) 이온은 열처리시 콘택홀내 기판 표면에 불소와 실리콘의 화합물 및 석출물을 형성하여 실리사이드막의 균일한 형성을 방지하므로 콘택저항 및 그 불균일도를 증가시키는 요인이 된다.However, the plug ion implantation process using only 49 BF 2 + ions is advantageous in terms of suppressing diffusion of boron (B) ions by fluorine (F) ions. Since silicon compounds and precipitates are formed to prevent uniform formation of the silicide film, it becomes a factor of increasing contact resistance and nonuniformity thereof.
그리고,11B 이온만을 이용한 플러그 이온 주입 공정은 질량(mass)이 작은 붕소(B) 이온의 채널링(channeling) 현상 및 TED(Transient Enhanced Diffusion)으로 인하여 기형성된 소스/드레인 접합이 깊어지는 문제가 있다.In addition, the plug ion implantation process using only 11 B ions has a problem of deeply forming source / drain junctions due to channeling phenomenon of boron (B) ions having a small mass and transient enhanced diffusion (TED).
따라서,49BF2 +이온 또는11B+이온을 주입하는 경우에는 고집적 소자에서 원하는 수준의 낮은 콘택저항을 얻는 방법으로 적용하는데 부적합하다.Therefore, in the case of implanting 49 BF 2 + ions or 11 B + ions, it is not suitable for application by a method of obtaining a desired low contact resistance in a highly integrated device.
한편,11B+이온만을 주입하는 경우의 문제를 개선하고자 게르마늄(Ge) 또는 실리콘(Si)을 이온주입하여 선비정질화시킨 후11B+이온을 주입하는 선비정질화법이 제안되었다.On the other hand, 11 B + ions to only improve the issue of when to inject the amorphous speech line for implanting B + ions was 11 lines amorphous by implanting germanium (Ge) or silicon (Si) have been proposed.
그러나, 게르마늄(Ge) 또는 실리콘(Si)의 이온주입에 의한 선비정질화후 저에너지로 붕소(B)를 이온주입하는 선비정질화법은 게르마늄 이온주입 또는 실리콘 이온주입시 이온주입기의 이온소스 영역이 심하게 오염되어 잦은 정비를 필요로 하고, 아울러 저에너지 붕소 이온주입시의 생산성 문제 등으로 소자 제조의 고비용을초래하므로 메모리 반도체 소자의 양산에는 적용되지 못하고 있다.However, the preamorphization method in which boron (B) is ion implanted with low energy after preamorphous crystallization by ion implantation of germanium (Ge) or silicon (Si) is heavily contaminated with the ion source region of the ion implanter during germanium ion implantation or silicon ion implantation. As a result, frequent maintenance is required, and the production cost of low energy boron ions is incurred due to the high cost of device manufacturing, it is not applicable to mass production of memory semiconductor devices.
이러한 문제점을 개선하기 위해49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법(Mixed implantation), 즉 낮은 불소(F) 주입량을 갖는 혼합이온주입법을 소스/드레인접합 이온주입 또는 플러그 이온주입에 사용하는 방법이 제안된 바 있다.To improve this problem, mixed implantation of 49 BF 2 + and 11 B + ions, that is, mixed ion implantation with low fluorine (F) implantation, is used for source / drain junction ion implantation or plug ion implantation. How to do this has been proposed.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법을 이용한 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a pMOS transistor using a mixed ion implantation method of 49 BF 2 + ions and 11 B + ions according to the prior art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11)의 소정영역에 소자분리막인 필드산화막(12)을 형성한 후 반도체 기판(11) 내에 pMOS 영역을 정의하는 n형 웰(13)을 형성하고, 반도체 기판(11)의 선택된 영역상에 게이트절연막(14) 및 게이트전극(15)을 포함하는 게이트 구조를 공지의 방법으로 형성한다.As shown in FIG. 1A, after forming a field oxide film 12 as an isolation layer in a predetermined region of the semiconductor substrate 11, an n-type well 13 defining a pMOS region is formed in the semiconductor substrate 11. A gate structure including the gate insulating film 14 and the gate electrode 15 is formed on a selected region of the semiconductor substrate 11 by a known method.
다음에, 반도체 기판(11) 상부에 절연층을 증착한 후, 전면식각을 진행하여 게이트전극(15)의 양측벽에 스페이서(16)를 형성한다.Next, after the insulating layer is deposited on the semiconductor substrate 11, the entire surface is etched to form spacers 16 on both side walls of the gate electrode 15.
그 다음, 스페이서(16) 외측의 반도체 기판(11)에 p형 도펀트, 예를들어,49BF2 +이온 또는11B+이온을 주입하여 p형 소스/드레인 접합(17)을 형성한다. 이때, p형 소스/드레인 접합(17)은 SDE(Source-Drain Extension) 구조를 가지며, SDE 구조는 스페이서(16) 형성전에 이온주입을 통해 형성할 수 있다.Next, a p-type dopant, for example, 49 BF 2 + ions or 11 B + ions is implanted into the semiconductor substrate 11 outside the spacer 16 to form the p-type source / drain junction 17. In this case, the p-type source / drain junction 17 may have a source-drain extension (SDE) structure, and the SDE structure may be formed by ion implantation before forming the spacer 16.
그후, 반도체 기판(11) 상부에 층간절연막(18)을 증착한 후, 층간절연막(18)상에 p형 소스/드레인 접합(17)을 노출시키기 위한 감광막 패턴(19)을 공지의 포토리소그래피 방식에 의하여 형성한다. 그후, 감광막 패턴(19)을 식각마스크로 층간절연막(18)을 식각하여 콘택홀(20)을 형성한다. 이때, 콘택홀(20)을 형성하기 위한 식각 공정으로, p형 소스/드레인 접합(17)의 표면이 소정 부분 손상되거나 반도체 기판(11) 표면층이 손상될 수 있다.Thereafter, after the interlayer insulating film 18 is deposited on the semiconductor substrate 11, a photosensitive film pattern 19 for exposing the p-type source / drain junction 17 on the interlayer insulating film 18 is known. Form by Thereafter, the interlayer insulating layer 18 is etched using the photoresist pattern 19 as an etch mask to form the contact hole 20. In this case, as an etching process for forming the contact hole 20, the surface of the p-type source / drain junction 17 may be partially damaged or the surface layer of the semiconductor substrate 11 may be damaged.
다음으로, p형 소스/드레인 접합(17)의 손상 부위를 치유하면서 콘택저항을 확보하기 위하여 플러그 이온주입을 진행하여 플러그 이온주입 영역(21)을 형성하는데, 먼저 1차로 p형 소스/드레인 접합(17)에49BF2 +이온을 이온주입하여 p형 소스/드레인 접합(17)의 표면을 비정질화시킨다.Next, in order to secure the contact resistance while healing the damaged portion of the p-type source / drain junction 17, plug ion implantation is performed to form the plug ion implantation region 21. First, the p-type source / drain junction is primarily used. by implanting BF 2 + ions 49 to 17, then screen the surface of an amorphous p-type source / drain junction (17).
그리고 나서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 다시 소스/드레인 접합(17)에 2차로11B+이온을 주입한다. 결국, 플러그 이온주입 영역(21)은49BF2 +이온과11B+이온이 혼합 주입된 영역이다.Then, as shown in FIG. 1B, again 11 B + ions are implanted into the source / drain junction 17 again. As a result, the plug ion implantation region 21 is a region in which 49 BF 2 + ions and 11 B + ions are mixed and implanted.
그후, 도 1c에 도시된 것과 같이, 감광막 패턴(19)을 제거한 후, 노출된 p형 소스/드레인 접합(17)과 콘택되는 실리사이드막(22)과 확산방지금속막(23)의 적층막을 형성한 후 금속배선(24)을 형성한다. 예를 들어 실리사이드막(22)은 티타늄막을 증착하여 반도체 기판(11)과 반응시켜 형성한 티타늄실리사이드막(Ti-silicide)이고, 확산방지금속막(23)은 티타늄나이트라이드막(TiN) 또는 티타늄막(Ti)과 티타늄나이트라이드막(TiN)의 적층막이다.Thereafter, as shown in FIG. 1C, after the photosensitive film pattern 19 is removed, a laminated film of the silicide film 22 and the diffusion barrier metal film 23 in contact with the exposed p-type source / drain junction 17 is formed. After that, the metal wiring 24 is formed. For example, the silicide film 22 is a titanium silicide film (Ti-silicide) formed by depositing a titanium film and reacting with the semiconductor substrate 11, and the diffusion preventing metal film 23 is a titanium nitride film (TiN) or titanium. It is a laminated film of the film Ti and the titanium nitride film TiN.
전술한 종래기술은 플러그 이온주입시 각각 요구되는 총 주입량중 일부를49BF2 +이온으로 미리 주입하여 후속의11B+이온의 이온주입시의 채널링 현상을 최소화할 수 있는 비정질층 또는 결정결함층을 먼저 형성한 후, 필요로 하는 나머지 주입량을11B+이온으로 이온주입하여 충족시키는 원리이다. 이와 같은 혼합이온주입법은 게르마늄(Ge) 또는 실리콘(Si) 이온을 이용한 선비정질화법에 대한 대응 기술로 고안되었으며, 선비정질화법에 비해 생산성이 향상되는 것으로 알려져 있다.The above-described prior art plug ion some of the total dose required for each hour infusion 49 BF 2 + ions previously implanted into and to minimize channeling phenomenon during ion implantation of a subsequent 11 B + ions in the amorphous layer or a crystal defect layer Is formed first, and then the remaining amount of implantation required is ionized with 11 B + ions to satisfy the principle. The mixed ion implantation method is designed as a countermeasure against preamorphization using germanium (Ge) or silicon (Si) ions, and is known to improve productivity compared to preamorphization.
전술한49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법은 낮은 농도의 불소량을 갖는 소스/드레인 접합 또는 플러그 이온주입 영역을 형성하게 되므로 도펀트 활성화 및 콘택을 이루는 실리사이드막 형성에 유리하고, 그 결과 콘택저항을 낮추고 pMOS 소자의 온전류(On-current)를 증가시키는 등의 장점을 갖는다.The above-described mixed ion implantation method of 49 BF 2 + ion and 11 B + ion forms a source / drain junction or plug ion implantation region having a low concentration of fluorine, which is advantageous for the formation of a silicide layer forming dopant activation and contact, As a result, the contact resistance is lowered and the on-current of the pMOS device is increased.
그러나,49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법또한 여전히 불소가 잔류하기 때문에 후속 열처리 공정시에 잔류하는 불소로 인한 불소 버블(Fluorine bubble) 및 불소화합물의 석출물(precipitates) 등이 발생하는 문제가 있다. 또한, 불소가 잔류하게 되면 소스/드레인 접합 상에 형성되는 실리사이드막의 형성을 방해하고, 그로 인해 콘택저항이 불균일해지는 문제가 있다.However, the mixed ion implantation method of 49 BF 2 + ion and 11 B + ion still retains fluorine, which causes fluorine bubbles and precipitates of fluorine compounds due to fluorine remaining in the subsequent heat treatment process. There is a problem. In addition, if fluorine remains, there is a problem that the formation of the silicide film formed on the source / drain junction is prevented, resulting in uneven contact resistance.
또한,49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법은 후속 이온주입과정인11B+이온주입시 5keV 이하의 저에너지 이온주입이 필요하므로 여전히 제조 비용이 증가되는 단점을 갖는다.In addition, the mixed ion implantation method of 49 BF 2 + ion and 11 B + ion requires a low energy ion implantation of 5 keV or less during the subsequent implantation process, 11 B + ion, and thus still has a disadvantage in that the manufacturing cost increases.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 혼합이온주입법과 유사한 수준의 낮은 콘택저항의 전기적 특성을 지니면서 제조 비용을 절감할 수 있는 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, to provide a method of manufacturing a pMOS transistor that can reduce the manufacturing cost while having an electrical characteristic of a low contact resistance similar to the mixed ion implantation method. There is this.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법을 이용한 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a pMOS transistor using a mixed ion implantation method of 49 BF 2 + ions and 11 B + ions according to the prior art.
도 2는11B+,49BF2 +, B10H14 +이 실리콘기판에 이온주입되었을 때 기판내의 붕소농도분포를 보이는 그래프,2 is a graph showing the boron concentration distribution in the substrate when 11 B + , 49 BF 2 + , B 10 H 14 + are ion-implanted into the silicon substrate,
도 3은 B10H14 +과49BF2 +을 거의 동일한 깊이에 이온주입했을때의 붕소농도분포를 도시한 그래프,3 is a graph showing the boron concentration distribution when ion implantation of B 10 H 14 + and 49 BF 2 + at about the same depth;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 흐름도,4 is a process flowchart showing a manufacturing method of a pMOS transistor according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 흐름도,5 is a process flowchart showing the manufacturing method of the pMOS transistor according to the second embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한공정 흐름도,6 is a process flowchart showing a manufacturing method of a pMOS transistor according to a third embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 흐름도,7 is a process flowchart showing the manufacturing method of a pMOS transistor according to a fourth embodiment of the present invention;
도 8a 내지 도 8d는 도 4에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도,8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the pMOS transistor according to FIG. 4;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 콘택저항을 비교한 도면.9 is a view comparing the contact resistance according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 반도체기판 32 : 필드산화막31 semiconductor substrate 32 field oxide film
33 : n형 웰 34 : 게이트절연막33: n-type well 34: gate insulating film
35 : 게이트전극 36 : 스페이서35 gate electrode 36 spacer
37 : p형 소스/드레인 접합 38 : 층간절연막37: p-type source / drain junction 38: interlayer insulating film
39 : 감광막 패턴 40 : 콘택홀39: photosensitive film pattern 40: contact hole
41 : 플러그 이온주입 영역 42 : 실리사이드 형성용 금속막41 plug ion implantation region 42 metal film for silicide formation
43 : 확산방지금속막 44 : 실리사이드막43 diffusion barrier metal film 44 silicide film
45 : 금속배선45: metal wiring
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피모스 트랜지스터의 제조 방법은 p형 소스/드레인이 형성된 반도체 기판 상에 절연막을 형성하는 단계, 상기 p형 소스/드레인의 일부를 노출시키도록 상기 절연막내에 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 콘택홀의 바닥에 노출된 상기 반도체층에 데카보렌분자로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 플러그 이온주입영역을 형성하는 단계, 및 도전막으로 상기 콘택홀을 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 플러그 이온주입영역을 형성하는 단계는 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하되, 이온주입에너지는 5keV∼40keV로 하고, 이온주입량은 1.0E14ions/cm2∼1.0E15ions/cm2로 이온주입하는 것을 특징으로 하며, 상기 p형 소스/드레인은49BF2 +이온,11B+이온,49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온 및 데카보렌분자로부터 추출된 붕소 이온 중에서 선택하여 이온주입하여 형성하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a PMOS transistor of the present invention for achieving the above object comprises forming an insulating film on a semiconductor substrate on which a p-type source / drain is formed, and contact holes in the insulating film to expose a portion of the p-type source / drain. Forming a plug ion implantation region by ion implanting boron ions extracted from the decarborene molecule into the semiconductor layer exposed to the bottom of the contact hole, and filling the contact hole with a conductive film; Characterized in that, the step of forming the plug ion implantation region is decarborene (B10H14Boron extracted from Ion implantation, with ion implantation energy of 5keV ~ 40keV, ion implantation of 1.0E14ions / cm2-1.0E15ions / cm2It is characterized in that the ion implantation, the p-type source / drain49BF2 +ion,11B+ion,49BF2 +With ion11B+It is characterized in that the ion is selected from a mixture of ions and boron ions extracted from the decarborene molecule and formed by ion implantation.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
후술하는 본 발명의 실시예에서 적용하고자 하는 이온주입소스인 데카보렌(Decaborane)은 분자식이 B10H14인 질량이 큰 분자이며, 이온화되었을때 10개의 붕소 원자를 포함하는 분자 이온을 제공하므로 데카보렌은 붕소 주입용 물질의 우수한 공급소스인 화합물이다.Decaborane, an ion implantation source to be applied in an embodiment of the present invention described below, is a large molecule having a molecular formula of B 10 H 14 , and when ionized, provides molecular ions including 10 boron atoms. Decaborene is a compound that is a good source of boron implants.
특히, 데카보렌 이온빔은 1원자로 된 붕소 이온빔이 주입할 수 있는 전류 단위당 붕소이온 주입량의 10배를 주입할 수 있으므로, 이러한 데카보렌 이온빔은 얕은 깊이의 접합을 생성하는데에 사용되는 높은 주입량/저에너지 이온주입 공정에 적합하다.In particular, since the decaborene ion beam can inject 10 times the amount of boron ion per unit of current that can be injected by a monoatomic boron ion beam, these decarborene ion beams can be used to produce high implantation / Suitable for low energy ion implantation process.
또한, 데카보렌 이온빔은 이온주입될 시편(workpiece) 표면에서 원래의 빔에너지의 대략 1/11의 각각의 붕소 원자로 분할되므로, 주입량이 동등한 1원자로 된 붕소 이온빔 에너지의 11배의 에너지로 전송될 때 붕소 이온주입시와 거의 동일한 이온주입 깊이를 갖게 된다. 이러한 특징으로 인하여 데카보렌 이온빔은, 저에너지 이온빔 추출의 어려움없이 사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the decaborene ion beam is split into each boron atom of approximately 1/11 of the original beam energy at the workpiece surface to be ion implanted, the decaborene ion beam can be transferred at 11 times the energy of the boron ion beam energy having an equivalent atomic amount. When the boron ion implantation is almost the same ion implantation depth. Due to this feature, decarborene ion beam has an advantage that it can be used without difficulty of low energy ion beam extraction.
상술한 데카보렌분자(B10H14)를 이온화하여 B10H14 +형태의 질량이 큰 이온들을 이온주입하는 경우, 붕소이온주입법 대비 11배 정도의 높은 이온주입에너지를 사용할 수 있으므로 그만큼 높은 빔전류 확보가 가능할 뿐만 아니라, 데카보렌분자 이온 1개당 10개의 붕소를 포함하므로 붕소이온주입법 및49BF2+이온주입법에 비해 1/10 정도 낮은 이온주입량으로 동일한 붕소의 도핑효과를 얻는다.When ionizing the decarborene molecules (B 10 H 14 ) described above and ionizing large ions in the form of B 10 H 14 + , the ion implantation energy of 11 times higher than the boron ion implantation method can be used. Not only can beam current be secured, but also 10 boron per decarborene molecule ions can achieve the same doping effect with boron ion implantation by about 1/10 lower than the boron ion implantation method and 49 BF 2+ ion implantation method.
도 2는 각각11B+,49BF2 +, B10H14 +이 실리콘기판에 이온주입되었을 때 기판내의 붕소 농도분포를 보이는 그래프이다.2 is a graph showing the boron concentration distribution in the substrate when 11 B + , 49 BF 2 + and B 10 H 14 + are ion-implanted onto the silicon substrate, respectively.
도 2에서, 가로좌표는 기판내의 깊이를 나타내고, 세로좌표는 붕소 농도를 나타낸다. 그리고, 커브 p1, p2, 그리고 커브 p3는11B+,49BF2 +, B10H14 +의 경우를 나타낸다. 여기서, 붕소이온의 이온주입은 5keV의 이온주입에너지와 1×1014/cm2의 도즈로 이루어졌고,49BF2 +의 이온주입은 5keV의 이온주입에너지와 1×1014/cm2의 도즈로 이루어졌고, B10H14 +의 이온주입은 5keV의 이온주입에너지와 1×1013/cm2의 도즈로 진행되었다.In Figure 2, the abscissa represents the depth in the substrate and the ordinate represents the boron concentration. The curves p1, p2 and curve p3 represent the cases of 11 B + , 49 BF 2 + and B 10 H 14 + . Here, the ion implantation of boron ion is composed of 5keV ion implantation energy and 1 × 10 14 / cm 2 dose, and the 49 BF 2 + ion implantation is 5keV ion implantation energy and 1 × 10 14 / cm 2 dose The ion implantation of B 10 H 14 + proceeded with an ion implantation energy of 5 keV and a dose of 1 × 10 13 / cm 2 .
11B+의 이온주입시, 붕소 이온들은 기판내로 깊게 이온주입되고, 10nm보다 더깊은 위치에서 프로파일의 피크치가 위치한다.49BF2 +의 경우와 B10H14 +의 이온주입시에는 공통적으로 약 3nm에서 프로파일의 피크치가 위치하고, 더 깊은 위치에서는 급속하게 붕소의 농도가 감소한다.Upon implantation of 11 B + , boron ions are implanted deep into the substrate and the peak value of the profile is located at a position deeper than 10 nm. 49 In the case of BF 2 + B 10 H and when ion implantation of 14 + is commonly located at a peak value of about 3nm profile, more rapidly reduce the concentration of boron in the deep position.
그리고, 커브 p1과 p2는 서로 다른 감소 프로파일을 보이고 있고, 커브 p3은 붕소가 더 좁은 분포를 보이며, 커브 p1과 커브 p2를 비교해보면, 커브 p1의 피크높이는 커브 p2의 피크높이보다 더 높다. 이것은 B10H14 +의 이온주입시49BF2 +의 이온주입도즈의 1/10의 주입량(dose)에서 동일한 붕소의 이온주입량을 얻을 수 있음을 의미한다.In addition, curves p1 and p2 show different reduction profiles, curves p3 have a narrower distribution of boron, and when comparing curves p1 and p2, the peak height of curve p1 is higher than the peak height of curve p2. This means that the same boron ion implantation can be obtained at an implantation rate of 1/10 of the 49 BF 2 + ion implantation dose when implanting B 10 H 14 + .
B10H14 +과49BF2 +이온들은 동일한 이온주입에너지로 이온주입되었다. 동일한 이온주입에너지에서 이온주입이 이루어질때, B10H14 +은49BF2 +보다 더 얕게 이온주입될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 동일한 깊이에 붕소를 이온주입하는 경우, B10H14 +을 위한 이온주입에너지는49BF2 +의 이온주입에너지보다 더 높게 세팅될 수 있음을 알 수 있다.B 10 H 14 + and 49 BF 2 + ions were implanted with the same ion implantation energy. When ion implantation is performed at the same ion implantation energy, it can be seen that B 10 H 14 + can be implanted more shallowly than 49 BF 2 + . In addition, when implanting boron at the same depth, it can be seen that the ion implantation energy for B 10 H 14 + can be set higher than the ion implantation energy of 49 BF 2 + .
도 3은 B10H14 +과49BF2 +을 거의 동일한 깊이에 이온주입했을때 실험결과로서, 가로좌표는 기판내 깊이를, 세로좌표는 붕소농도를 나타낸다. 커브 p4는 10keV의이온주입에너지와 1×1013/cm2의 주입량으로 B10H14 +을 이온주입했을때의 결과이고, 커브 p5는 5keV의 이온주입에너지와 1×1014/cm2의 주입량으로49BF2 +을 이온주입했을때의 결과이다. 도면에서 나타나듯이, 커브 p4과 커브 p5는 동일한 분포를 보인다. 결국, 이온주입소스로서 B10H14 +을 이용하여 붕소를 이온주입할 때, 그 이온주입에너지는 이온주입소스로서49BF2 +을 이용한 이온주입시의 이온주입에너지의 두배가 된다.3 is an experimental result when ion implantation of B 10 H 14 + and 49 BF 2 + at about the same depth, the abscissa represents the depth in the substrate, and the ordinate represents the boron concentration. Curve p4 is the result of ion implantation of B 10 H 14 + with 10keV ion implantation energy and 1 × 10 13 / cm 2 , and curve p5 is 5keV ion implantation energy and 1 × 10 14 / cm 2 . This is the result of ion implantation of 49 BF 2 + as the injection amount. As shown in the figure, curve p4 and curve p5 show the same distribution. As a result, when boron is ion-implanted using B 10 H 14 + as an ion implantation source, the ion implantation energy is doubled as ion implantation energy at the time of ion implantation using 49 BF 2 + as an ion implantation source.
이하, 데카보렌 이온주입을 이용한 반도체소자의 콘택 형성 방법에 대해 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for forming a contact of a semiconductor device using decarborene ion implantation will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 흐름도이다.4 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a pMOS transistor according to a first embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 크게 필드산화막 형성 과정(S1), n형 웰 형성 과정(S2), 게이트절연막 및 게이트전극 형성 과정(S3), p형 소스/드레인 접합 형성 과정(S4), 콘택홀 형성 과정(S5), 데카보렌(B10H14) 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 플러그 이온주입 과정(S6), 활성화 열처리 과정(S7), 실리사이드막 및 확산방지금속막 형성 과정(S8), 금속배선 형성 과정(S9)으로 이루어진다.As shown in FIG. 4, the field oxide film forming process (S1), the n-type well forming process (S2), the gate insulating film and gate electrode forming process (S3), the p-type source / drain junction forming process (S4), and the contact Hole formation process (S5), decaborene (B10H14Boron Extracted from Molecules The plug ion implantation process using ions (S6), the activation heat treatment process (S7), the silicide film and the anti-diffusion metal film forming process (S8), metal wiring forming process (S9).
도 4에서, 필드산화막 형성 과정(S1)은 STI 또는 LOCOS법을 통해 이루어지고, n형 웰 형성 과정(S2)은 인(P)과 같은 n형 도펀트를 이온주입하여 이루어지고, 게이트절연막 및 게이트전극 형성 과정(S3)에서 게이트절연막은 열산화막, 질화산화막(oxynitride), 고유전막 또는 산화막/고유전막의 적층막중에서 하나를 선택하여 사용하고, 게이트전극은 폴리실리콘막, 폴리실리콘막과 실리사이드의 적층막, 폴리실리콘막과 금속막의 적층막, 실리콘게르마늄막, 실리콘게르마늄막과 금속막의 적층막 또는 금속막중에서 하나를 선택하여 사용한다.In FIG. 4, the field oxide film formation process S1 is performed through the STI or LOCOS method, and the n-type well formation process S2 is performed by ion implantation of an n-type dopant such as phosphorus (P), and a gate insulating film and a gate. In the electrode forming process (S3), the gate insulating film is selected from a thermal oxide film, an oxynitride film, a high dielectric film, or a laminated film of an oxide film / high dielectric film, and the gate electrode is formed of a polysilicon film, a polysilicon film, and a silicide layer. One of a lamination film, a lamination film of a polysilicon film and a metal film, a silicon germanium film, a lamination film of a silicon germanium film and a metal film, or a metal film is selected and used.
그리고, p형 소스/드레인 접합 형성 과정(S4)은,49BF2 +이온 주입법,11B+이온 주입법 및49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법중에서 선택된다.The p-type source / drain junction formation process S4 is selected from 49 BF 2 + ion implantation method, 11 B + ion implantation method, and mixed ion implantation method of 49 BF 2 + ion and 11 B + ion.
그리고, 콘택홀 형성 과정(S5)은 층간절연막을 식각하여 p형 소스/드레인 접합의 일부를 노출시키는 과정이다.In the contact hole forming process S5, a portion of the p-type source / drain junction is exposed by etching the interlayer insulating layer.
그리고, 데카보렌(B10H14) 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 플러그 이온주입 과정(S6)은 노출된 p형 소스/드레인 접합에 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 플러그 이온주입 영역을 형성하는 과정으로서, 위에서 살펴본 바와 같이,49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법과 유사한 수준의 낮은 콘택저항의 전기적 특성을 지니면서 제조 비용을 절감할 수 있는 플러그 이온주입법이다.And decaboren (B10H14Boron Extracted from Molecules The plug ion implantation process using ions (S6) is performed by decaborene (B) at the exposed p-type source / drain junction.10H14Boron extracted from As a process of forming a plug ion implantation region by ion implantation of ions, as described above,49BF2 +With ion11B+It is a plug ion implantation method that can reduce manufacturing cost while having low contact resistance electrical characteristics similar to the mixed ion implantation method of ions.
그리고, 활성화 열처리 과정(S7)은 플러그 이온주입과정후 도펀트를 전기적으로 활성화시키기 위한 열처리 과정으로서 열처리중에 p형 소스/드레인 접합 형성 과정(S4)시 주입된 불소(F) 이온을 외부로 방출시키는 효과도 얻는다.In addition, the activation heat treatment process S7 is a heat treatment process for electrically activating the dopant after the plug ion implantation process, and releases fluorine (F) ions implanted during the p-type source / drain junction formation process (S4) during heat treatment to the outside. It also works.
그리고, 실리사이드막 및 확산방지금속막 형성 과정(S8)은 오믹콘택을 형성하기 용이한 실리사이드막의 형성, 그리고 p형 소스/드레인접합과 금속배선간 상호확산을 방지하는 확산방지금속막을 형성하는 과정으로서, 실리사이드막 형성을 위한 열처리 과정이 포함된다.In addition, the silicide film and the diffusion preventing metal film forming process (S8) is a process of forming a silicide film that is easy to form an ohmic contact, and forming a diffusion barrier metal film that prevents mutual diffusion between the p-type source / drain junction and the metal wiring. And a heat treatment process for forming the silicide film.
마지막으로, 금속배선 형성 과정(S9)은 p형 소스/드레인 접합에 연결되는 금속배선을 형성하는 과정으로서, 확산방지금속막 상부에 알루미늄, 알루미늄합금, 텅스텐, 구리 또는 구리합금을 증착한 후 패터닝하여 형성한다.Finally, the metallization process (S9) is a process of forming a metallization connected to the p-type source / drain junction, and patterning after depositing aluminum, aluminum alloy, tungsten, copper or copper alloy on the diffusion barrier metal film To form.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 흐름도이다.5 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a pMOS transistor according to a second embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 크게 필드산화막 형성 과정(S11), n형 웰 형성 과정(S12), 게이트절연막 및 게이트전극 형성 과정(S13), 데카보렌(B10H14) 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 p형 소스/드레인 접합 형성 과정(S14), 콘택홀 형성 과정(S15), 데카보렌(B10H14) 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 플러그 이온주입 과정(S16), 활성화 열처리 과정(S17), 실리사이드막 및 확산방지금속막 형성 과정(S18), 금속배선 형성 과정(S19)으로 이루어진다.As shown in FIG. 5, a field oxide film forming process (S11), an n-type well forming process (S12), a gate insulating film and a gate electrode forming process (S13), and decaborene (B).10H14P-type source / drain junction formation process (S14), contact hole formation process (S15), and decaborene (B) using boron ions extracted from the molecule10H14Boron Extracted from Molecules The plug ion implantation process using ions (S16), the activation heat treatment process (S17), the silicide film and the anti-diffusion metal film forming process (S18), metal wiring forming process (S19).
도 5에서, 필드산화막 형성 과정(S11)은 STI 또는 LOCOS법을 통해 이루어지고, n형 웰 형성 과정(S12)은 인(P)과 같은 n형 도펀트를 이온주입하여 이루어지고, 게이트절연막 및 게이트전극 형성 과정(S13)에서 게이트절연막은 열산화막, 질화산화막, 고유전막 또는 산화막/고유전막의 적층막중에서 하나를 선택하여 사용하고, 게이트전극은 폴리실리콘막, 폴리실리콘막과 실리사이드의 적층막, 폴리실리콘막과 금속막의 적층막, 실리콘게르마늄막, 실리콘게르마늄막과 금속막의 적층막 또는 금속막중에서 하나를 선택하여 사용한다.In FIG. 5, the field oxide film forming process S11 is performed through the STI or LOCOS method, and the n-type well forming process S12 is performed by ion implantation of an n-type dopant such as phosphorus (P), and a gate insulating film and a gate. In the electrode forming process (S13), the gate insulating film is selected from a thermal oxide film, a nitride oxide film, a high dielectric film, or a laminated film of an oxide film / high dielectric film, and the gate electrode is a polysilicon film, a polysilicon film and a silicide laminated film, One of a polysilicon film and a metal film laminated film, a silicon germanium film, a silicon germanium film and a metal film laminated film, or a metal film is selected and used.
그리고, p형 소스/드레인 접합 형성 과정(S14)은,49BF2 +이온 주입법,11B+이온 주입법 및49BF2 +이온과11B+이온의 혼합이온주입법 중에서 선택되는 제1실시예와 다르다. 즉, 불소가 전혀 포함되지 않는 이온주입법, 예를 들면, 데카보렌(B10H14) 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 p형 소스/드레인 접합을 형성한다.In addition, the p-type source / drain junction forming process (S14) may include a first embodiment selected from 49 BF 2 + ion implantation method, 11 B + ion implantation method, and mixed ion implantation method of 49 BF 2 + ion and 11 B + ion. different. That is, an ion implantation method containing no fluorine, for example, boron ions extracted from the decarborene (B 10 H 14 ) molecule is ion implanted to form a p-type source / drain junction.
그리고, 콘택홀 형성 과정(S15)은 층간절연막을 식각하여 p형 소스/드레인 접합의 일부를 노출시키는 과정이다.In the contact hole forming process S15, a portion of the p-type source / drain junction is exposed by etching the interlayer insulating layer.
그리고, 데카보렌(B10H14) 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 플러그 이온주입 과정(S16)은 노출된 p형 소스/드레인 접합에 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 플러그 이온주입 영역을 형성하는 과정이다.And decaboren (B10H14Boron Extracted from Molecules The plug ion implantation process using ions (S16) is performed on decaborene (B) in the exposed p-type source / drain junction.10H14Boron extracted from A process of forming a plug ion implantation region by implanting ions.
그리고, 활성화 열처리 과정(S17)은 플러그 이온주입과정후 도펀트를 전기적으로 활성화시키기 위한 열처리 과정이다.In addition, the activation heat treatment process (S17) is a heat treatment process for electrically activating the dopant after the plug ion implantation process.
그리고, 실리사이드막 및 확산방지금속막 형성 과정(S18)은 오믹콘택을 형성하기 용이한 실리사이드막의 형성, 그리고 p형 소스/드레인접합과 금속배선간 상호확산을 방지하는 확산방지금속막을 형성하는 과정으로서, 실리사이드막 형성을 위한 열처리 과정이 포함된다.In addition, the silicide film and the diffusion barrier metal film forming process (S18) is a process of forming a silicide film that is easy to form an ohmic contact, and forming a diffusion barrier metal film that prevents mutual diffusion between the p-type source / drain junction and the metal wiring. And a heat treatment process for forming the silicide film.
마지막으로, 금속배선 형성 과정(S19)은 p형 소스/드레인 접합에 연결되는 금속배선을 형성하는 과정으로서, 확산방지금속막 상부에 알루미늄, 알루미늄합금, 텅스텐, 구리 또는 구리합금을 증착한 후 패터닝하여 형성한다.Finally, the metallization process (S19) is a process of forming a metallization connected to the p-type source / drain junction, and patterning after depositing aluminum, aluminum alloy, tungsten, copper or copper alloy on the diffusion barrier metal film To form.
전술한 제2실시예는 제1실시와 다르게, p형 소스/드레인접합을 형성하기 위한 이온주입과 플러그 이온주입을 모두 데카보렌분자로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 진행하고 있다.Unlike the first embodiment, the second embodiment described above proceeds with ion implantation of boron ions extracted from decarborene molecules for both ion implantation and plug ion implantation for forming a p-type source / drain junction.
이처럼, p형 소스/드레인접합과 플러그 이온주입을 데카보렌을 이용하면, 후속 실리사이드막 형성과정시 막내 불소 함유로 인한 문제점을 근본적으로 방지하고 있으므로, 콘택저항이 제1실시예에 비해 더욱 우수해진다.As described above, the use of decarborene for p-type source / drain junction and plug ion implantation fundamentally prevents problems due to fluorine content in the subsequent silicide film formation process, resulting in better contact resistance than the first embodiment. Become.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 흐름도이다.6 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a pMOS transistor according to a third embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 크게 필드산화막 형성 과정(S21), n형 웰 형성 과정(S22), 게이트절연막 및 게이트전극 형성 과정(S23), p형 소스/드레인 접합 형성 과정(S24), 콘택홀 형성 과정(S25), 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을이용한 플러그 이온주입 과정(S26), 실리사이드막(열처리시 플러그 이온주입과정시 주입된 도펀트가 활성화됨) 및 확산방지금속막 형성 과정(S27), 금속배선 형성 과정(S28)으로 이루어진다.Referring to FIG. 6, a field oxide film forming process (S21), an n-type well forming process (S22), a gate insulating film and a gate electrode forming process (S23), a p-type source / drain junction forming process (S24), and contact hole formation Course (S25), decaborene (B10H14Boron extracted from A plug ion implantation process using ions (S26), a silicide film (a dopant injected during the plug ion implantation process is activated during heat treatment), a diffusion barrier metal film formation process (S27), and a metal wiring formation process (S28).
도 6에 도시된 제3실시예는 제1실시예와 동일하게, 플러그 이온주입 과정(S26)을 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을 이용하여 진행하고 있다.The third embodiment shown in Figure 6 is the same as the first embodiment, the plug ion implantation process (S26) is decaboren (B10H14Boron extracted from It proceeds using ions.
다른 점이 있다면, 제1실시예에서는 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 플러그 이온주입 과정(S6)후 활성화 열처리 과정(S7)을 진행하였으나, 제3실시예에서는 실리사이드막 및 확산방지금속막 형성 과정(S27) 중에 플러그 이온주입 과정시 주입된 도펀트를 활성화시킨다. 즉, 실리사이드막을 형성하기 위한 열처리시 플러그 이온주입과정시 주입된 도펀트가 활성화된다.If there is a difference, the first embodiment decaborene (B10H14Boron extracted from After the plug ion implantation process using ions (S6), the activation heat treatment process (S7) was performed, but in the third embodiment, the dopant implanted during the plug ion implantation process during the formation of the silicide film and the diffusion barrier metal film (S27) is activated. . That is, the dopant implanted during the plug ion implantation process is activated during the heat treatment to form the silicide layer.
따라서, 제3실시예는 플러그 이온주입을 데카보렌분자를 이용함에 따른 효과를 구현하면서도 제1실시예와 달리 활성화 열처리 과정이 생략되므로 다수번의 열처리 과정에 따른 열부담을 줄일 수 있는 부가적인 효과를 얻는다.Therefore, while the third embodiment realizes the effect of using decarborene molecules for the plug ion implantation, unlike the first embodiment, the activation heat treatment process is omitted, and thus an additional effect of reducing the heat burden caused by a plurality of heat treatment processes is obtained. Get
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 흐름도이다.7 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing a pMOS transistor according to a fourth embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 크게 필드산화막 형성 과정(S31), n형 웰 형성 과정(S32), 게이트절연막 및 게이트전극 형성 과정(S33), 데카보렌(B10H14) 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 p형 소스/드레인 접합 형성 과정(S34), 콘택홀 형성과정(S35), 데카보렌(B10H14) 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 플러그 이온주입 과정(S36), 실리사이드막(열처리시 플러그 이온주입과정시 주입된 도펀트가 활성화됨) 및 확산방지금속막 형성 과정(S37), 금속배선 형성 과정(S38)으로 이루어진다.Referring to FIG. 7, a field oxide film forming process (S31), an n-type well forming process (S32), a gate insulating film and a gate electrode forming process (S33), and decaborene (B).10H14P-type source / drain junction formation process (S34), contact hole formation process (S35), and decaborene (B) using boron ions extracted from molecules10H14Boron Extracted from Molecules A plug ion implantation process using ions (S36), a silicide film (the dopant injected during the plug ion implantation process is activated during heat treatment), a diffusion barrier metal film formation process (S37), and a metal wiring formation process (S38).
도 7에 도시된 제4실시예는 제2실시예와 동일하게, p형 소스/드레인 접합 형성 과정(S34)과 플러그 이온주입 과정(S36)을 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을 이용하여 진행하고 있다.In the fourth embodiment shown in FIG. 7, the p-type source / drain junction formation process S34 and the plug ion implantation process S36 are performed in the same manner as in the second embodiment.10H14Boron extracted from It proceeds using ions.
다른 점이 있다면, 제2실시예에서는 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 플러그 이온주입 과정(S16)후 활성화 열처리 과정(S17)을 진행하였으나, 제3실시예에서는 실리사이드막 및 확산방지금속막 형성 과정(S37) 중에 플러그 이온주입 과정시 주입된 도펀트를 활성화시킨다. 즉, 실리사이드막을 형성하기 위한 열처리시 플러그 이온주입과정시 주입된 도펀트가 활성화된다.If there is a difference, the second embodiment decaborene (B10H14Boron extracted from After the plug ion implantation process using the ion (S16), the activation heat treatment process (S17) was performed, but in the third embodiment, the dopant implanted during the plug ion implantation process is activated during the silicide film and the diffusion barrier metal film formation process (S37). . That is, the dopant implanted during the plug ion implantation process is activated during the heat treatment to form the silicide layer.
따라서, 제4실시예는 플러그 이온주입을 데카보렌분자를 이용함에 따른 효과를 구현하면서도 제2실시예와 달리 활성화 열처리 과정이 생략되므로 다수번의 열처리 과정에 따른 열부담을 줄일 수 있는 부가적인 효과를 얻는다.Therefore, while the fourth embodiment realizes the effect of using the decarborene molecule for the plug ion implantation, and unlike the second embodiment, the activation heat treatment process is omitted, and thus the additional effect of reducing the heat burden caused by the multiple heat treatment processes Get
도 4 내지 도 7에서 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을 이용한 플러그 이온주입 과정시 이온주입에너지는 5keV∼40keV이고, 이온주입량은1.0E14ions/cm2∼1.0E15ions/cm2이다.Decaborene (B in FIGS. 4 to 7)10H14Boron extracted from In the plug ion implantation process using ions, the ion implantation energy is 5keV ~ 40keV, and the ion implantation amount is 1.0E14ions / cm2-1.0E15ions / cm2to be.
전술한 바와 같이, 데카보렌(B10H14)으로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 플러그 이온주입을 진행하기 때문에 불소가 전혀 포함되어 있지 않다. 이로써49BF2 +이온 또는11B+이온을 주입하여 형성할 때 과도한 불소 주입으로 인해 발생하는 후속 열처리 공정시 불소 버블(Fluorine bubble) 및 불소화합물의 석출물(precipitates) 등이 전혀 없고, 고농도의 불소 함유로 인한 실리사이드막 형성 방해 및 그로 인한 콘택저항의 불균일화를 근본적으로 방지한다.As mentioned above, decaborene (B10H14Boron extracted from Since ions are implanted and plug ions are implanted, fluorine is not contained at all. This49BF2 +Ion or11B+There is no fluorine bubble and precipitates of fluorine compounds in the subsequent heat treatment process caused by excessive fluorine injection when formed by implanting ions. It essentially prevents non-uniformity of contact resistance.
더욱이, 제2실시예 및 제4실시예와 같이, p형 소스/드레인접합과 플러그 이온주입을 데카보렌을 이용하면, 후속 실리사이드막 형성과정시 불소 함유로 인한 문제점을 근본적으로 방지하고 있으므로, 콘택저항이 제1,3실시예에 비해 더욱 우수해진다.Furthermore, as in the second and fourth embodiments, the use of p-type source / drain junction and plug ion implantation to decaborene fundamentally prevents problems due to fluorine content in the subsequent silicide film formation process. The contact resistance is further excellent as compared with the first and third embodiments.
도 8a 내지 도 8d는 도 4에 따른 pMOS 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the pMOS transistor according to FIG. 4.
도 8a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(31)의 소정 영역에 STI(Shallow Trench Isolation)법 또는 LOCOS(Local oxidation of silicon)법을 이용하여 소자분리막인 필드산화막(32)을 형성한다.As shown in FIG. 8A, a field oxide film 32 as an isolation layer is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 31 by using a shallow trench isolation (STI) method or a local oxidation of silicon (LOCOS) method.
다음에, 반도체 기판(31)에 인(Phosphorous; P)과 같은 n형 도펀트를 이온주입하여 n형 웰(33)을 형성한 후, 반도체 기판(31)상에 게이트절연막(34)과 게이트전극(35)을 형성한다.Next, an n-type dopant such as phosphorous (P) is ion-implanted into the semiconductor substrate 31 to form an n-type well 33, and then a gate insulating film 34 and a gate electrode on the semiconductor substrate 31 are formed. (35) is formed.
이때, 게이트절연막(34)으로는 열산화막, 질화산화막(oxynitride), 고유전막 또는 산화막/고유전막의 적층막중에서 하나를 선택하여 사용한다. 그리고, 게이트전극(35)은 폴리실리콘막, 폴리실리콘막과 실리사이드의 적층막, 폴리실리콘막과 금속막의 적층막, 실리콘게르마늄막, 실리콘게르마늄막과 금속막의 적층막 또는 금속막중에서 하나를 선택하여 사용하며, 실리콘질화막과 같은 하드마스크(hard mask)를 최상부에 포함할 수 있다.At this time, the gate insulating film 34 may be selected from a thermal oxide film, an oxynitride film, a high dielectric film, or a laminated film of an oxide film / a dielectric film. The gate electrode 35 is selected from among a polysilicon film, a polysilicon film and a silicide lamination film, a polysilicon film and a metal film lamination film, a silicon germanium film, a silicon germanium film and a metal film lamination film, or a metal film. In this case, a hard mask such as a silicon nitride film may be included on the top.
그리고, 반도체 기판(31) 상부에 절연층을 증착한 후, 전면식각을 진행하여 게이트전극(35)의 양측벽에 스페이서(36)를 형성한다. 이때, 스페이서(36)를 형성하는 절연층은 실리콘질화막, 실리콘산화막 또는 실리콘질화막과 실리콘산화막의 조합을 이용한다.After the insulating layer is deposited on the semiconductor substrate 31, the entire surface is etched to form spacers 36 on both sidewalls of the gate electrode 35. At this time, the insulating layer forming the spacer 36 uses a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a combination of a silicon nitride film and a silicon oxide film.
그 다음, 스페이서(36) 외측의 반도체 기판(31)에 p형 도펀트, 예를들어,49BF2 +이온 또는11B+이온을 주입하여 p형 소스/드레인 접합(37)을 형성한다. 이때, p형 소스/드레인 접합(37)은 SDE 구조를 가질 수 있으며, SDE 구조의 형성은 공지된 방법을 따른다. 한편, 매몰 채널(Buried channel) pMOS 소자의 경우에는 SDE가 없는 소스/드레인 접합이 사용될 수도 있다.Next, a p-type dopant, for example, 49 BF 2 + ions or 11 B + ions is implanted into the semiconductor substrate 31 outside the spacer 36 to form the p-type source / drain junction 37. At this time, the p-type source / drain junction 37 may have an SDE structure, and the formation of the SDE structure follows a known method. In the case of a buried channel pMOS device, a source / drain junction without SDE may be used.
도 8b에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(31) 상부에 층간절연막(38)을 증착한다. 이때, 층간절연막(38)은 실리콘산화막 또는 실리콘질화막 상부에 갭필(Gapfill)용 BPSG(Boro Phospho Silicate Glass), HDP CVD(High DensityPlasma Chemical Vapor Deposition)막 또는 저유전율막 등이 적층된 막이다.As shown in FIG. 8B, an interlayer insulating film 38 is deposited on the semiconductor substrate 31. In this case, the interlayer insulating film 38 is a film in which a BPSG (Bop Phospho Silicate Glass) for gap fill, a High Density Plasma Chemical Vapor Deposition (HDP CVD) film, or a low dielectric constant film is stacked on the silicon oxide film or the silicon nitride film.
다음에, 층간절연막(38)상에 p형 소스/드레인접합(37)을 노출시키기 위한 감광막 패턴(39)을 공지의 포토리소그래피 방식에 의하여 형성한다.Next, a photosensitive film pattern 39 for exposing the p-type source / drain junction 37 on the interlayer insulating film 38 is formed by a known photolithography method.
다음으로, 감광막 패턴(39)을 식각마스크로 층간절연막(38)을 식각하여 콘택홀(40)을 형성한다. 이때, 콘택홀(40)을 형성하기 위한 식각 공정으로 p형 소스/드레인 접합(37)의 표면은 소정 부분 손상될 수 있다.Next, the interlayer insulating layer 38 is etched using the photoresist pattern 39 as an etch mask to form the contact hole 40. In this case, the surface of the p-type source / drain junction 37 may be partially damaged by an etching process for forming the contact hole 40.
다음에, p형 소스/드레인 접합(37)의 손상 부위를 치유하면서 콘택저항을 확보하기 위하여 플러그 이온주입을 진행하는데, p형 소스/드레인 접합(37)에 데카보렌 분자(B10H14)로부터 추출된 붕소 이온을 5keV∼40keV의 이온주입에너지와 1.0E14ions/cm2∼1.0E15ions/cm2이의 주입량으로 주입하여 플러그 이온주입영역(41)을 형성한다.Next, plug ion implantation is performed in order to secure contact resistance while healing the damage site of the p-type source / drain junction 37. The decaborene molecule (B 10 H 14 ) is applied to the p-type source / drain junction 37. The boron ions extracted from the cavities are implanted at an ion implantation energy of 5 keV to 40 keV and an implantation amount of 1.0E14ions / cm 2 to 1.0E15ions / cm 2 to form a plug ion implantation region 41.
도 8c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(39)을 제거한 후, 플러그 이온주입 영역(41)에 주입된 도펀트를 전기적으로 활성화시키기 위한 열처리(annealing)를 진행하여 활성화된 플러그 이온주입 영역(41a)을 형성한다.As shown in FIG. 8C, after the photoresist pattern 39 is removed, the plug ion implantation region 41a is activated by performing annealing to electrically activate the dopant injected into the plug ion implantation region 41. To form.
이때, 도펀트의 활성화 열처리는 실리콘의 용융점인 1414℃보다 낮으면서 플러그 이온주입 영역(41)에 주입된 도펀트를 활성화시키는 온도, 예컨대 750℃∼1100℃의 범위에서 진행한다. 이와 같은 열처리중에 플러그 이온주입 영역(41)내에 주입된 도펀트들이 전기적으로 활성화되는데, 바람직하게 열처리는 급속열처리(RTP) 또는 스파이크 급속열처리(Spike-RTP)를 이용한다. 예컨대, 급속열처리는 750℃∼1050℃의 범위에서 진행하고, 스파이크 급속열처리는 850℃∼1100℃의 범위에서 진행한다.At this time, the activation heat treatment of the dopant proceeds at a temperature for activating the dopant injected into the plug ion implantation region 41 while being lower than 1414 ° C, which is the melting point of silicon, for example, 750 ° C to 1100 ° C. During this heat treatment, the dopants implanted in the plug ion implantation region 41 are electrically activated. Preferably, the heat treatment uses rapid heat treatment (RTP) or spike rapid heat treatment (Spike-RTP). For example, rapid heat treatment progresses in the range of 750 degreeC-1050 degreeC, and spike rapid heat processing progresses in the range of 850 degreeC-1100 degreeC.
위와 같이 플러그 이온주입영역(41)을 데카보렌 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 형성하므로, 근본적으로 불소(F)가 포함되어 있지 않고, 이러한 열처리를 통해 p형 소스/드레인 접합(37)내에 잔류하는 불소가 외부로 방출되는 효과가 있다. 이로써 후속 실리사이드막 형성시 불소(F) 화합물의 방해를 받지 않으므로 콘택저항이 균일해진다.Since the plug ion implantation region 41 is formed by ion implantation of boron ions extracted from the decaborene molecule as described above, fluorine (F) is not fundamentally contained, and the p-type source / drain junction is formed through such heat treatment. Fluoride remaining in the inside is released to the outside. As a result, since the fluorine (F) compound is not disturbed during the subsequent silicide film formation, the contact resistance is uniform.
결국, 열처리를 통해 활성화된 플러그 이온주입 영역(41a)은 이온주입된 도펀트들과 실리콘이 안정된 결합을 형성하면서 전기적으로 활성화된 p+도핑층으로 개질된다. 즉, 열처리중에 붕소(B)와 실리콘(Si)이 안정된 결합을 이룬다.As a result, the plug ion implantation region 41a activated through heat treatment is modified into an electrically activated p + doped layer while forming stable bonds between the implanted dopants and silicon. That is, boron (B) and silicon (Si) form a stable bond during the heat treatment.
도 8d에 도시된 바와 같이, 콘택홀(41)을 포함한 층간절연막(39)상에 실리사이드 형성용 금속막(42)과 확산방지금속막(43)을 차례로 증착한 후, 플러그 이온주입 영역(41a)의 실리콘 원자와 실리사이드 형성용 금속막(42)을 이루는 구성물의 반응을 유도하여 실리사이드막(44)을 형성한다.As shown in FIG. 8D, the silicide forming metal film 42 and the diffusion barrier metal film 43 are sequentially deposited on the interlayer insulating film 39 including the contact hole 41, and then the plug ion implantation region 41a is formed. The silicide film 44 is formed by inducing a reaction of the constituent elements constituting the silicon atom 42 with the silicon atom of ().
여기서, 실리사이드 형성용 금속막(42)으로는 공지된 바와 같이 티타늄막(Ti), 티타늄실리콘막(TiSix), 코발트막(Co), 니켈막(Ni) 또는 백금막(Pt)을 이용하고, 금속배선과 p형 소스/드레인 접합(37)간 상호반응을 방지하는 확산방지금속막(43)으로는 티타늄나이트라이드막(TiN) 또는 텅스텐나이트라이드막(WN)을 이용한다.Here, as the silicide-forming metal film 42, a titanium film (Ti), a titanium silicon film (TiSi x ), a cobalt film (Co), a nickel film (Ni), or a platinum film (Pt) is used as is known. For example, a titanium nitride film (TiN) or a tungsten nitride film (WN) is used as the diffusion barrier metal film 43 that prevents the interaction between the metal wiring and the p-type source / drain junction 37.
예컨대, 실리사이드 형성용 금속막(42)으로 티타늄막(Ti)을 이용하고 확산방지금속막(43)으로 티타늄나이트라이드막(TiN)을 이용하는 경우, 실리사이드막(44)의 형성은 650℃∼900℃에서 급속열처리(Rapid Thermal Process; RTP)를 실시하므로써 가능하다. 이러한 급속열처리(RTP) 과정중에 플러그 이온주입 영역(41a)을 이루는 실리콘원자와 실리사이드 형성용 금속막(42)인 티타늄막의 티타늄이 반응하여 티타늄실리사이드막(Ti-silicide)을 형성하는 것이다. 이와 같은 실리사이드막(44)은 잘 알려진 바와 같이 콘택저항 감소를 목적으로 사용하는 오믹콘택(ohmic contact) 형성을 용이하게 하는 역할을 한다.For example, when the titanium film Ti is used as the silicide formation metal film 42 and the titanium nitride film TiN is used as the diffusion barrier metal film 43, the silicide film 44 is formed at 650 ° C to 900. This is possible by carrying out Rapid Thermal Process (RTP) at ° C. During the rapid thermal treatment (RTP) process, the silicon atoms forming the plug ion implantation region 41a and the titanium of the titanium film, which is the silicide-forming metal film 42, react to form a titanium silicide film (Ti-silicide). As described above, the silicide layer 44 facilitates the formation of ohmic contacts used for the purpose of reducing contact resistance.
한편, 티타늄나이트라이드막(TiN)은 확산방지금속막(43)의 역할을 수행함과 동시에 티타늄막(Ti)이 대기 중에 노출되는 것을 방지하여 장기간 노출에 따른 자연 산화막의 형성 및 오염원의 발생으로부터 티타늄막(Ti)을 보호하는 역할도 한다.Meanwhile, the titanium nitride film TiN serves as the diffusion preventing metal film 43 and prevents the titanium film Ti from being exposed to the atmosphere, thereby forming titanium oxide from the formation of a natural oxide film and the generation of pollutant sources. It also serves to protect the film (Ti).
실리사이드막(44) 형성후, 확산방지금속막(43) 상부에 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 텅스텐(W), 구리(Cu) 또는 구리합금 등의 금속막을 증착한 후, 금속배선을 형성하기 위한 패터닝 과정을 통해 금속배선(45)을 형성한다. 이때, 패터닝과정시 층간절연막(39)상에 형성된 확산방지금속막(43)과 실리사이드 형성용 금속막(42)막도 동시에 패터닝된다.After the silicide film 44 is formed, a metal film such as aluminum (Al), aluminum alloy, tungsten (W), copper (Cu) or copper alloy is deposited on the diffusion barrier metal film 43, and then metal wiring is formed. The metallization 45 is formed through a patterning process. At this time, the diffusion preventing metal film 43 and the silicide forming metal film 42 formed on the interlayer insulating film 39 are also patterned at the same time.
한편, p형 소스/드레인 접합(37)은49BF2 +이온 또는11B+이온을 주입하여 형성하고 있으나, 다른 방법으로49BF2 +이온과11B+이온을 연속해서 이온주입하여 형성할 수도 있다.The p-type source / drain junction 37 is formed by implanting 49 BF 2 + ions or 11 B + ions. Alternatively, the p-type source / drain junction 37 may be formed by continuously implanting 49 BF 2 + ions and 11 B + ions. It may be.
도 8a 내지 도 8d에 도시된 제조 방법에서는, p형 소스/드레인 접합(37)을49BF2 +이온,11B+이온,49BF2 +이온과11B+이온의 혼합 이온주입법으로 형성하고 있으나, 제2실시예(도 5) 및 제4실시예(도 7)와 같이, p형 소스/드레인 접합(37)을 데카보렌 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 형성할 수도 있다.8A to 8D, the p-type source / drain junction 37 is formed by a mixed ion implantation method of 49 BF 2 + ions, 11 B + ions, 49 BF 2 + ions, and 11 B + ions. However, as in the second embodiment (FIG. 5) and the fourth embodiment (FIG. 7), the p-type source / drain junction 37 may be formed by ion implantation of boron ions extracted from the decaborene molecule.
그리고, 제3실시예(도 6) 및 제4실시예(도 7)와 같이, 플러그 이온주입 영역에 주입된 도펀트의 활성화가 후속 실리사이드막을 형성하는 열처리과정중에 이루어질 수도 있다. 이경우, 데카보렌 분자로부터 추출된 붕소 이온을 이온주입하여 p형 소스/드레인 접합과 플러그 이온주입영역을 형성하는 경우(도 5 참조)가 불소 함유량이 가장 낮은 이온주입법이므로 다른 실시예에 비해 더욱더 낮은 콘택저항을 얻을 수 있다.And, as in the third embodiment (FIG. 6) and the fourth embodiment (FIG. 7), activation of the dopant implanted into the plug ion implantation region may be performed during the heat treatment process to form a subsequent silicide film. In this case, since the p-type source / drain junction and the plug ion implantation region are formed by ion implanting boron ions extracted from the decaborene molecule (see FIG. 5), the ion implantation method having the lowest fluorine content is more effective than other embodiments. Low contact resistance can be obtained.
도 9는 서로 다른 이온주입법 적용에 따른 콘택저항 분포도이다. 도 9에서 가로좌표는 콘택저항[㏀/콘택]을 나타내고, 세로좌표는 누적확률[%]을 나타내며, 커브 p6은49BF2 +/11B+의 혼합주입법을 통해 플러그이온주입한 결과이고, p7은49BF2 +이온주입법을 통해 플러그이온주입한 결과이며, p8은 B10H14이온주입법을 통해 플러그이온주입한 결과이다.9 is a contact resistance distribution diagram according to the application of different ion implantation method. In FIG. 9, the abscissa represents contact resistance [㏀ / contact], the ordinate represents cumulative probability [%], and the curve p6 is the result of plug ion injection through a mixed injection method of 49 BF 2 + / 11 B + , p7 is the result of plug ion implantation through 49 BF 2 + ion implantation method, and p8 is the result of plug ion implantation through B 10 H 14 ion implantation method.
도 9에 도시된 바와 같이,49BF2 +/11B+의 혼합주입법을 이용한 경우가49BF2 +이온주입법을 이용한 경우에 비해 콘택저항이 낮게 측정되었으며, B10H14이온주입법을 이용한 경우는 위의 두 이온주입법에 비해 현저히 콘택저항이 낮아지고 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, the contact resistance of 49 BF 2 + / 11 B + was lower than that of 49 BF 2 + ion implantation, and the B 10 H 14 ion implantation was used. It can be seen that the contact resistance is significantly lower than the above two ion implantation methods.
전술한 실시예들에서는 콘택플러그없이 소스/드레인 접합에 연결되는 금속배선을 형성하는 경우를 예로 들었으나, 콘택플러그를 갖는 금속배선을 형성하는 경우에도 적용 가능하다.In the above-described embodiments, the metal wiring connected to the source / drain junction without the contact plug is exemplified. However, the present invention is also applicable to the case of forming the metal wiring with the contact plug.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
상술한 본 발명은 불소 이온 함유량이 매우 적은 플러그 이온주입 영역을 형성하므로써 콘택홀 면적이 극히 작아지는 100nm급 이하의 고집적 소자에서 요구되는 콘택저항까지도 만족할 수 있어 고집적 소자의 수율을 확보할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a plug ion implantation region having a very low fluorine ion content can be formed to satisfy the contact resistance required in a highly integrated device of 100 nm or less in which the contact hole area is extremely small, thereby ensuring the yield of highly integrated devices. There is.
그리고, 일반적인 붕소 이온주입에 비해 11배 정도 높은 에너지 사용이 가능한 데카보렌 분자이온을 이용하므로 더 높은 빔전류를 추출할 수 있고, 또한 붕소이온주입에 비해 1/10의 이온주입량으로 주입되는 붕소 이온수를 동일하게 할 수 있어 플러그 이온주입 공정의 생산성을 10 배 이상 크게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the decaborene molecular ion can be used 11 times higher than the conventional boron ion implantation, a higher beam current can be extracted, and boron implanted at an ion implantation rate of 1/10 of the boron ion implantation. Since the ionized water can be the same, the productivity of the plug ion implantation process can be greatly improved by 10 times or more.
그리고, 저에너지 붕소 이온주입이 필요로 하는 선비정질화이온주입법 및 결합된 붕소이온주입법 및49BF2 +의 저에너지11B의 혼합주입법에 비해 저비용으로 고성능 소자를 구현할 수 있다.And, it is possible to implement a high-performance devices at a low cost compared to the low energy boron ion implantation a line that requires amorphization ion implantation and a combined boron ion implantation and the 49 BF twist legislation 2 + 11 B of the low-energy.
그리고, 통상적인 이온주입장치의 이온발생기만을 개조하여 사용 가능하므로, 새로운 이온주입장치의 개발없이 효율적으로 플러그 이온주입을 진행하므로 투자 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, since only the ion generator of the conventional ion implanter can be modified and used, the plug ion implantation can be efficiently performed without developing a new ion implanter, thereby reducing the investment cost.
그리고, 선비정질화 이온주입법 및 저에너지 붕소 이온주입법은 이온주입장치의이온소스 지역의 오염이 쉽게 진행되어 이온소스의 교체 및 정비 주기가 짧은데 반해, 본 발명은 이온소스의 정비 주기를 상대적으로 길게 함에 따라 이온소스 정비시 발생되는 환경 오염 물질의 배출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the pre-crystallization ion implantation method and the low energy boron ion implantation method facilitate the contamination of the ion source region of the ion implanter, so that the replacement and maintenance cycle of the ion source is short, but the present invention provides a relatively long maintenance cycle of the ion source. Therefore, there is an effect that can minimize the emission of environmental pollutants generated during the maintenance of the ion source.
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