專利名稱：用于在離子植入中延長設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子束的產(chǎn)生，其中在一離子源中將一種或多種氣態(tài)或氣化的進(jìn)料離子化。本發(fā)明還涉及一種用于操作一離子源來產(chǎn)生一離子束以對半導(dǎo)體襯底及平板顯示器的襯底進(jìn)行離子植入的方法及裝置。具體而言，本發(fā)明涉及到延長用于產(chǎn)生離子束的系統(tǒng)的生產(chǎn)時(shí)間(即“正常運(yùn)行時(shí)間”)。
背景技術(shù)：
離子束是由從離子源提取出的離子形成。離子源通常采用一連接至高電壓電源的離子化室。所述離子化室與一離子化能量源相關(guān)聯(lián)，所述離子化能量源例如(舉例而言)為電弧放電、來自發(fā)射電子的陰極的高能電子、或者射頻或微波天線。將所需離子物質(zhì)以氣態(tài)或氣化形式作為進(jìn)料引入至離子化室內(nèi)，以在離子化室中經(jīng)受離子化能量的作用。通過一提取孔從所述室中提取所產(chǎn)生的離子是基于離子的電荷來進(jìn)行的。一提取電極位于所述離子化室之外、與提取孔對齊、并處于一低于離子化室之電壓。所述電極用于抽取出離子—通常形成一離子束。視所需用途而定，可對所述離子束進(jìn)行質(zhì)量分析以建立質(zhì)量及能量純度、使其加速、聚焦及承受掃描力。然后將離子束傳輸至其使用地點(diǎn)，例如傳輸至一處理室內(nèi)。由于離子束具有精確的能量質(zhì)量，因而可將其離子以高的精確度植入于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的所需深度。
離子束的精確的能量質(zhì)量會受到進(jìn)料或其分解產(chǎn)物在離子束產(chǎn)生系統(tǒng)的表面上—且具體而言在會影響離子化、離子提取及加速的表面上—冷凝及沉積的嚴(yán)重影響。
離子植入工藝傳統(tǒng)的向半導(dǎo)體晶片內(nèi)引入摻雜元素的方法是通過引入一受控能量離子束來進(jìn)行植入。此會將所需的雜質(zhì)物質(zhì)引入半導(dǎo)體襯底的材料內(nèi)而形成所需深度的摻雜(或“雜質(zhì)”)區(qū)。雜質(zhì)元素被選擇成與半導(dǎo)體材料相鍵合而形成電載流子，從而改變半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率。電載流子既可為電子(由N型摻雜劑產(chǎn)生)也可為由P型摻雜劑產(chǎn)生的空穴(即不存在電子)。由此引入的摻雜劑雜質(zhì)的濃度會決定摻雜區(qū)的導(dǎo)電率。為形成晶體管結(jié)構(gòu)、絕緣結(jié)構(gòu)及其他此等電子結(jié)構(gòu)(其統(tǒng)統(tǒng)用作半導(dǎo)體器件)，必須形成許多此種N型及P型雜質(zhì)區(qū)。
為形成一離子束來進(jìn)行離子植入，將氣體或蒸氣進(jìn)料選擇成包含所需摻雜元素。將所述氣體或蒸氣引入高壓真空離子化室內(nèi)，同時(shí)引入能量來將其離子化。此會形成包含摻雜元素的離子(例如，在硅中，元素As、P及Sb為施主或N型摻雜劑，而B及In為受主或P型摻雜劑)。由所述提取電極提供一加速電場來將通常帶正電荷的離子提取出離子化室并使其加速，從而形成所需離子束。當(dāng)需要具有高的純度時(shí)，通過質(zhì)量分析來傳輸離子束以選擇要植入的物質(zhì)，此在所屬領(lǐng)域中眾所周知。所述離子束最終被傳輸至一處理室以供植入至半導(dǎo)體晶片內(nèi)。
在平板顯示器(FPD)的制造中也使用類似的技術(shù)，這種顯示器包含單襯底驅(qū)動電路來操作組裝于顯示器上的薄膜晶體管。在此種情形中，襯底是一已涂覆有半導(dǎo)體層的透明板(例如玻璃)。在FPD制造中所用的離子源通常在實(shí)體上較大，以便形成含硼、磷及砷的材料的大面積離子束，這些離子束被引至一含納要接受植入的襯底的室內(nèi)。大多數(shù)EPD植入機(jī)并不在離子束到達(dá)襯底之前對離子束進(jìn)行質(zhì)量分析。
離子污染一般而言，例如P或As等N型摻雜劑的離子束不應(yīng)包含任何明顯的P型摻雜劑離子部分，且例如B或In等P型摻雜劑的離子束不應(yīng)包含任何明顯的N型摻雜劑離子部分。此種狀態(tài)稱作“交叉污染”且是人們所不希望看到的。當(dāng)源進(jìn)料在離子源中積聚并隨后改變源進(jìn)料時(shí)，例如當(dāng)首先使用元素磷進(jìn)料來產(chǎn)生N型P+束、并隨后變換成BF3氣體來產(chǎn)生P型BF2+束時(shí)，就可能會出現(xiàn)交叉污染。
當(dāng)進(jìn)料在離子源內(nèi)積聚從而干擾所述源成功地運(yùn)行時(shí)，會出現(xiàn)嚴(yán)重的污染效應(yīng)。此種狀態(tài)總是要求移出所述離子源及所述提取電極來進(jìn)行清理或更換，從而導(dǎo)致整個(gè)離子植入系統(tǒng)的“停機(jī)”時(shí)間延長并因而造成生產(chǎn)率損傷。
在用于器件晶片制造的離子植入機(jī)中所用的許多離子源是“熱的”源，也就是說，其通過維持電弧放電及產(chǎn)生稠密等離子體來工作；此種“熱的”源的離子化室可達(dá)到800℃或更高的工作溫度，在許多情況下會顯著降低固體沉積物的積聚。此外，在這些源中使用BF3來產(chǎn)生含硼的離子束會進(jìn)一步減少沉積物，這是因?yàn)樵诋a(chǎn)生BF3等離子體時(shí)會產(chǎn)生大量的氟離子；而氟可蝕刻離子源的壁，且具體而言，通過以化學(xué)方式產(chǎn)生氣態(tài)的BF3而回收所沉積的硼。然而，對于其他進(jìn)料而言，則已在熱的離子源中形成有害的沉積物。其實(shí)例包括銻(Sb)金屬、及固態(tài)的銦(In)，其離子用于摻雜硅襯底。
在離子源的設(shè)計(jì)包含必須保持低于其居里溫度的永久磁鐵的應(yīng)用中、或在離子源被設(shè)計(jì)成使用如果暴露于熱的表面就會被分解的熱敏進(jìn)料的應(yīng)用中、或者在同時(shí)存在這兩種狀態(tài)的應(yīng)用中，則使用冷的離子源，例如使用浸沒式RF天線來激勵(lì)源等離子體的RF桶型離子源(例如參見Leung等人的第6,094,012號美國專利，其以引用方式并入本文中)。冷的離子源會比熱的離子源在更大程度上受到進(jìn)料的沉積的影響。
使用鹵代進(jìn)料來形成摻雜劑可有助于在一定程度上減少沉積物，然而在某些情形中，卻偏好使用例如氫化物等非鹵素進(jìn)料而不使用鹵代化合物。在非鹵素應(yīng)用中，使用例如氣態(tài)B2H6、AsH3及PH3等離子源進(jìn)料。在某些情形中，使用氣化形式的元素As及P。在冷的離子源中使用這些氣體及蒸氣已造成了明顯的材料沉積且要求移出并清理所述離子源—有時(shí)要頻繁進(jìn)行。使用B2H6及PH3的冷離子源目前在FPD植入工具中很常用。這些離子源會受到交叉污染(N型摻雜劑與P型摻雜劑之間)且還會因存在沉積物而形成微粒。當(dāng)傳輸至襯底時(shí)，微粒會對良率產(chǎn)生不良影響。在歷史上，交叉污染效應(yīng)一直迫使FPD制造商使用專用的離子植入機(jī)對N型離子使用一種離子植入機(jī)，對P型離子使用一種離子植入機(jī)，這已嚴(yán)重影響了所有者的成本。
氫化硼作為離子植入源材料，例如B10H14(十硼烷)及B18H22(十八硼烷)等氫化硼材料已引起了人們的關(guān)注。在正確的條件下，這些材料會形成如下離子B10Hx+，B10Hx-，B18Hx+及B18Hx-。當(dāng)被植入時(shí)，這些離子會形成非常淺的高劑量P型植入劑以在CMOS制造中形成淺的接面。由于這些材料在室溫下為固體，因而必須將其氣化并將蒸氣引入至離子源來進(jìn)行離子化。其為低溫材料(例如十硼烷在100℃下熔化，且在室溫下的蒸氣壓力約為0.2乇；此外，十硼烷還在350℃以上離解)，且因而必須在冷離子源中使用。其為脆弱的分子，例如在熱的等離子體源中容易離解。
氫化硼的污染問題例如十硼烷及十八硼烷等氫化硼在用于形成離子束時(shí)會因其易于在離子源內(nèi)離解這一傾向而造成嚴(yán)重的沉積問題。在Bernas型式的電弧放電離子源中以及在電子碰撞(“軟”)式離子源中使用這些材料已證實(shí)了含硼的沉積物會以一可觀的速率在離子源內(nèi)積聚。實(shí)際上，引入至所述源內(nèi)的氫化硼蒸氣有多達(dá)一半會以離解的、冷凝的材料形式滯留于離子源中。最終，視離子源的設(shè)計(jì)而定，所堆積的冷凝材料會干擾所述源的運(yùn)行并使得需要移出及清理所述離子源。
在使用這些材料時(shí)，提取電極的污染也一直是一個(gè)問題。直接離子束轟擊及冷凝的蒸氣二者均可形成會使離子束形成光學(xué)元件的工作劣化的層，因?yàn)檫@些含硼的層看起來為電絕緣性的。一旦沉積形成一電絕緣層，其就會積聚電荷并在擊穿時(shí)形成真空放電或者所謂的“閃信號”。這些不穩(wěn)定性會影響離子束的精確質(zhì)量并可能導(dǎo)致形成污染離子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種會延長使用壽命并減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間的用于產(chǎn)生離子束的方法及裝置。
本發(fā)明的特征是一種用于一離子源和相關(guān)提取電極以及離子束產(chǎn)生系統(tǒng)中的類似組件的就地清理程序及裝置，其會周期性地以化學(xué)方式移除沉積物，從而延長使用壽命及增強(qiáng)性能而無需將設(shè)備解體。
本發(fā)明的特征還在于一種有效受熱的離子提取電極，其由一種會減少放電的頻率及發(fā)生率的材料組成，該材料較佳為一種金屬。
另一特征在于，大體而言，將一提取電極加熱至一離子源的進(jìn)料的冷凝溫度以上，在較佳情形中，該電極由金屬(較佳為鋁或鉬)構(gòu)成。
本發(fā)明的特征還在于會促進(jìn)離子的產(chǎn)生及利用的步驟及構(gòu)造特征。此會減小在離子源中所需的進(jìn)料的濃度，并相關(guān)地降低有害沉積物在離子束產(chǎn)生系統(tǒng)的表面上積聚的速率。
本發(fā)明的這些及其他創(chuàng)新之處可包括一個(gè)或多個(gè)如下特征提供一反應(yīng)性氣體供應(yīng)源并將其引入所述離子源，并通過將所述離子源暴露于來自該供應(yīng)源的反應(yīng)產(chǎn)物(例如氟原子F或氟分子F2)而就地清理所述離子源；將所述氟原子或氟分子從一遠(yuǎn)端等離子體源注入所述離子源內(nèi)；通過暴露于自一遠(yuǎn)端供應(yīng)源流來的氣態(tài)ClF3來清理所述離子源；在所述清理作用階段期間，將所述離子化裝置的反應(yīng)性組件與反應(yīng)性氣體隔開而免受影響；所述離子源由鋁制成，所述提取電極由鋁制成，所述提取電極的正面不存在尖的或粗糙的形體；所述提取電極的板有效地受到溫度控制；所述提取電極的板有效地受到加熱；對所述提取電極的加熱是輻射性或電阻性加熱；在其他情形中，所述提取電極的所述板有效地受到冷卻。
另一特征是將所述特征與適于形成特別易于熱分解及沉積的進(jìn)料的“簇”或“分子”離子束的裝置一起使用。
盡管大多數(shù)離子植入專家認(rèn)同，使用氫化硼來形成例如B10Hx+及B18Hx+等“簇”離子束對于形成淺的接面而言極具吸引力，然而用于離子化及傳輸這些大的分子的構(gòu)件已造成了某些問題。例如，第6,288,403號及第6,452,338號美國專利闡述了已成功產(chǎn)生十硼烷離子束的離子源。然而，已發(fā)現(xiàn)，與其他用于進(jìn)行離子植入的市售離子源相比，這些十硼烷離子源具有特別短的使用壽命。這樣短的使用壽命主要?dú)w因于含硼沉積物在離子源內(nèi)的積聚及絕緣涂層在離子提取電極上的沉積—此造成了離子束不穩(wěn)定性，從而需要使植入機(jī)停機(jī)并進(jìn)行維護(hù)。
根據(jù)另一特征，提供用于明顯減少此種沉積物在氫化硼離子源中及在離子提取電極上的沉積的構(gòu)件，并提供用于清理這些組件上的沉積物而無需將其移出離子植入機(jī)(即就地進(jìn)行)的構(gòu)件。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)氫化硼簇離子束在半導(dǎo)體制造中的長使用壽命商用應(yīng)用。
本發(fā)明的一個(gè)特定方面是一種用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其包括一離子源與一提取電極及一反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)的組合，所述離子源包括一連接至一高電壓電源并具有一氣態(tài)或氣化進(jìn)料入口的離子化室、一用于在所述離子化室內(nèi)將所述進(jìn)料離子化的可通電的離子化系統(tǒng)及一與一真空室連通的提取孔，所述真空室由一真空抽吸系統(tǒng)抽成真空，所述提取電極設(shè)置于所述離子化室外面的所述真空室中、與所述離子化室的所述提取孔對齊并適于維持在一低于所述離子化室的電壓以下的電壓，以通過所述孔從所述離子化室內(nèi)提取離子，且所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)可在所述離子化室及離子化系統(tǒng)被斷電時(shí)工作，以提供一通過所述離子化室及所述離子提取孔的反應(yīng)性氣體流來與所述離子產(chǎn)生系統(tǒng)的至少某些表面上的沉積物反應(yīng)并移除所述沉積物。
此一方面的較佳實(shí)施例具有一種或多種如下特征所述系統(tǒng)構(gòu)造成用于在半導(dǎo)體晶片中植入離子，所述離子化室具有一小于約100ml的容積及一小于約200cm2的內(nèi)表面面積。
所述系統(tǒng)經(jīng)過構(gòu)造而產(chǎn)生一以小于約2標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的流速流入所述離子化室內(nèi)的反應(yīng)性氣體流。
所述提取電極構(gòu)造成產(chǎn)生一適于傳輸至一利用點(diǎn)的加速的離子束。
所述提取電極位于一自所述提取孔向所述真空抽吸系統(tǒng)移動的反應(yīng)性氣體路徑內(nèi)，以使所述反應(yīng)性氣體清理所述提取電極。
所述提取電極與一加熱器相關(guān)聯(lián)，以在所述提取電極提取形成于所述離子化室中的離子期間使所述電極維持一高的溫度，例如高于從固體形成的熱敏蒸氣的冷凝溫度、低于離解溫度。
所述提取電極與一冷卻器件相關(guān)聯(lián)，例如當(dāng)所述電極由熱敏材料制成并與一熱的離子源一起使用時(shí)。
所述提取電極具有一光滑的、無形體的外表。
所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)包括一等離子體室，所述等離子體室設(shè)置成接收一能夠被等離子體離解的饋入氣體以產(chǎn)生一通過一室出口的反應(yīng)性氣體流；及一用于將所述反應(yīng)性氣體傳輸至所述離子化室的導(dǎo)管。
所述等離子體室構(gòu)造及設(shè)置成接收及離解一種能夠被離解成氟原子的化合物，例如NF3、C3F8或CF4。
所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)構(gòu)造及設(shè)置成共享一與所述離子源相關(guān)的軸助設(shè)施。
所述系統(tǒng)構(gòu)造成引導(dǎo)一離子束穿過一質(zhì)量分析器，其中所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)構(gòu)造及設(shè)置成與所述質(zhì)量分析器共享一輔助設(shè)施。
所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)包括一來自一高壓反應(yīng)性氣體(例如ClF3)容器的導(dǎo)管。
所述系統(tǒng)與一終點(diǎn)檢測系統(tǒng)相結(jié)合，所述終點(diǎn)檢測系統(tǒng)適于至少協(xié)助檢測所述反應(yīng)性氣體與所述用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)的一表面上的污染物的反應(yīng)基本完成。
所述終點(diǎn)檢測系統(tǒng)包括一用于分析在所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)運(yùn)行期間已暴露至所述表面的氣體的化學(xué)組成的分析系統(tǒng)。
一溫度檢測器設(shè)置成檢測所述反應(yīng)性氣體與所述系統(tǒng)一表面上的污染物的放熱反應(yīng)基本結(jié)束。
所述可通電的離子化系統(tǒng)包括一位于所述離子化室內(nèi)或與所述離子化室連通的易于受到所述反應(yīng)性氣體損壞的組件，且設(shè)置有用于將所述組件與流過所述系統(tǒng)的反應(yīng)性氣體屏蔽開的構(gòu)件。
所述用于屏蔽所述組件的構(gòu)件包括一用于產(chǎn)生一穿過所述組件的惰性氣體(例如氬)流的結(jié)構(gòu)。
所述用于屏蔽一組件的構(gòu)件包括一不能透過所述反應(yīng)性氣體的屏蔽元件。
所述系統(tǒng)構(gòu)造成與作為所述反應(yīng)性氣體的反應(yīng)性鹵素氣體一起使用，且所述提取電極及相關(guān)部件包含鋁(Al)或氧化鋁(Al2O3)。
所述離子源構(gòu)造成通過電弧放電、RF場、微波場或電子束在所述離子化室內(nèi)產(chǎn)生離子。
所述系統(tǒng)與一可冷凝固態(tài)進(jìn)料氣化器相關(guān)聯(lián)以用于產(chǎn)生饋送給所述離子化室的潰入蒸氣。
所述離子源構(gòu)造成將能夠形成簇離子或分子離子的進(jìn)料氣化，且所述離子化系統(tǒng)構(gòu)造成將所述材料離子化以形成用于植入的簇離子或分子離子。
所述系統(tǒng)的所述真空室與一抽吸系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，所述抽吸系統(tǒng)包括一能夠產(chǎn)生高真空的高真空泵及一能夠產(chǎn)生真空的預(yù)抽泵，所述高真空泵可在所述離子源運(yùn)行期間運(yùn)行，且能夠在所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)運(yùn)行期間與所述真空室隔離，所述預(yù)抽泵可在所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)運(yùn)行期間運(yùn)行。
所述系統(tǒng)與一離子植入裝置相關(guān)聯(lián)，所述裝置構(gòu)造成在一真空室內(nèi)的提取電極植入站之后傳輸離子。在較佳實(shí)施例中，包含一隔離閥以在所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)運(yùn)行期間將所述植入站與所述離子化室及所述提取電極相隔離。
所述離子源構(gòu)造成及適于產(chǎn)生用于半導(dǎo)體處理的摻雜劑離子，且所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)適于向所述離子化室或所述提取電極輸送氟(F)離子或氯(Cl)離子以便清理表面上的沉積物。
所述離子源適于被溫控至一給定溫度。
所述離子源適于產(chǎn)生一含硼的離子束，在較佳實(shí)施例中，所述含硼的離子束是通過向所述離子源內(nèi)饋送氣化氫化硼材料來產(chǎn)生，尤其是十硼烷(B10H14)或十八硼烷(B18H22)來產(chǎn)生所述含硼的離子束。
所述離子源適于產(chǎn)生含砷的離子束。
所述離子源適于產(chǎn)生含磷的離子束。
所述離子源的所述離子化室包含鋁。
所述離子源的所述離子化室或者所述提取電極包含一耐受例如氟(F)等鹵素氣體侵蝕的材料。
本發(fā)明的另一個(gè)特定方面是一種使用前面所述的任一種系統(tǒng)或與一離子植入機(jī)相關(guān)聯(lián)的一離子源系統(tǒng)進(jìn)行就地清理的方法，其中在一離子源斷電且處于真空狀態(tài)時(shí)反應(yīng)性鹵素氣體流入所述離子源內(nèi)。
該方面的實(shí)施例具有一種或多種如下特征所述反應(yīng)性鹵素氣體為氟(F)。
所述反應(yīng)性鹵素氣體為氯(Cl)。
所述氟氣體是從一遠(yuǎn)端等離子體源引入所述離子源內(nèi)。
所述氟氣體是通過一NF3等離子體而在所述遠(yuǎn)端等離子體源內(nèi)產(chǎn)生。
所述氟氣體是通過一C3F8或CF4等離子體而在所述遠(yuǎn)端等離子體源內(nèi)產(chǎn)生。
所述反應(yīng)性鹵素氣體為ClF3。
在所述離子源已將十硼烷B10H14離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將十八硼烷B18H22離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含砷的化合物(例如砷化三氫AsH3)或元素砷As離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含磷的化合物(例如元素磷P或磷化三氫PH3)離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含銻的化合物(例如三甲基銻Sb(CH4)3或五氟化銻SbF5)離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
在為植入一不同的離子物質(zhì)而更換離子源進(jìn)料中間在一離子植入機(jī)中就地對一離子源實(shí)施所述清理程序。
本發(fā)明的另一個(gè)特定方面是一種離子植入系統(tǒng)，其具有一離子源及一用于從所述離子源提取離子的提取電極，其中所述提取電極包括一加熱器，所述加熱器構(gòu)造成使所述電極維持一足以明顯減少正被離子化的氣體或蒸氣及自其產(chǎn)生的產(chǎn)物在所述電極上的冷凝的高的溫度。
該方面的實(shí)施例具有一種或多種如下特征所述電極包含鋁。
所述電極由鉬構(gòu)成。
所述電極由輻射式加熱器進(jìn)行加熱。
所述電極由電阻式加熱器進(jìn)行加熱。
所述電極的溫度被控制至一所需溫度，在某些實(shí)施例中，所述溫度介于150℃與250℃之間。
所述電極通過暴露于含鹵素的反應(yīng)性氣體而周期性地得到清理。
本發(fā)明的另一個(gè)特定方面是一種就地清理任一前述系統(tǒng)的離子提取電極或一與一離子植入機(jī)相關(guān)聯(lián)的離子提取電極的方法，其中在所述電極位于原位且處于真空狀態(tài)時(shí)使反應(yīng)性鹵素氣體在所述離子提取電極上流動。
該方面的實(shí)施例具有一種或多種如下特征所述反應(yīng)性鹵素氣體為氟(F)或氯(Cl)。
將氟氣體從一遠(yuǎn)端等離子體源引入一其中裝有所述提取電極的真空室內(nèi)。
所述氟氣體是通過一NF3等離子體而在所述遠(yuǎn)端等離子體源內(nèi)產(chǎn)生。
所述氟氣體是通過一C3F8或CF4等離子體而在所述遠(yuǎn)端等離子體源內(nèi)產(chǎn)生。
所述反應(yīng)性氣體為ClF3。
在所述離子源已將十硼烷B10H14離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將十八硼烷B18H22離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含砷的化合物(例如砷化三氫AsH3)或元素砷As離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含磷的化合物(例如元素磷P或磷化三氫PH3)離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
在為植入一不同的離子物質(zhì)而更換離子源進(jìn)料的中間實(shí)施所述清理程序。
設(shè)置為在原位進(jìn)行時(shí)刻清理的離子源根據(jù)一較佳實(shí)施例，所述就地化學(xué)清理方法利用F原子氣體在所述離子源及提取電極仍保持安裝于離子束產(chǎn)生系統(tǒng)中的同時(shí)有效地清理所述離子源及所述離子提取電極上的沉積物。在一較佳實(shí)施例中，采用一具有受冷卻室壁的電子碰撞離子源。較佳地，所述離子化室及源塊是由鋁或一種含鋁的絡(luò)合物制成，從而使得在鋁表面上形成氟化鋁來充當(dāng)鈍化層從而防止受到F的進(jìn)一步化學(xué)腐蝕。
此種特征的一個(gè)實(shí)施例使用直接耦接至所述離子源的一入口的一遠(yuǎn)端反應(yīng)性氣體源的出口。
在一較佳實(shí)施例中，所述反應(yīng)性氣體源是一用于向一輔助離子化室內(nèi)引入例如NF3或C3F8等蝕刻潰入氣體的等離子體源。通過在所述輔助室中維持一等離子體，會產(chǎn)生例如F及F2等反應(yīng)性氣體，且這些反應(yīng)性氣體在引入至主離子源中之后會對所沉積的材料進(jìn)行化學(xué)腐蝕。在氣體相中所釋放的副產(chǎn)物通過所述離子化室的提取孔吸出并通過所述設(shè)備的真空系統(tǒng)抽離，從而對所述室進(jìn)行清理。
沉積模型通常所遵循的物理學(xué)原理是當(dāng)兩個(gè)物體相互作用時(shí)，可存在不止一種結(jié)果。此外，可為每一種結(jié)果指配概率或可能性，以便當(dāng)考慮所有可能的結(jié)果時(shí)，其單獨(dú)的概率之和為100％。在原子及分子物理學(xué)中，有時(shí)將此等可能的結(jié)果稱為“通道”并將與每一相互作用通道相關(guān)的概率稱為“截面”。更確切地說，兩個(gè)微粒(比如電子與氣體分子)彼此以任何方式相互作用的可能性為“總截面”，而以某些類型相互作用(例如由電子自身粘附至氣體分子從而形成一負(fù)離子、或由從氣體分子上移除電子從而形成一正離子、或由將分子離解成片斷、或者由以靜電方式從分子散開而分子無任何化學(xué)變化所表示的相互作用)的可能性為“部分截面”。
此種事件狀態(tài)可由一數(shù)學(xué)關(guān)系式來表示，該數(shù)學(xué)關(guān)系式將總的截面σT表示為其i個(gè)部分截面之和(1)σT＝σ1+σ2+σ3+...σi，或(2)σT＝∑σi。
在離子植入機(jī)中所用的離子源通常顯示出不太大的離子化比例。換句話說，饋送入離子源內(nèi)的氣體或蒸氣僅有一小的比例(從百分之幾到百分之幾十)得到離子化。其余氣體或蒸氣通常以氣相形式以其原始狀態(tài)或以某種其他中性狀態(tài)離開所述源。換句話說，離子化截面遠(yuǎn)小于總截面。當(dāng)然，某些氣體組分可作為沉積材料滯留于離子源中，盡管對于常用的植入進(jìn)料而言此往往為總量中一小的比例。盡管例如元素As或P等通過加熱而氣化的進(jìn)料比通常為氣態(tài)的進(jìn)料更易于產(chǎn)生沉積物，然而如果離子源的壁處于比氣化器更高的溫度且不會造成嚴(yán)重的沉積風(fēng)險(xiǎn)，則受熱蒸氣往往以氣相形式滯留。然而，當(dāng)例如從氣態(tài)BF3潰入氣體產(chǎn)生硼離子束以及從In及Sb產(chǎn)生離子束時(shí)，仍可能會產(chǎn)生大量的有害沉積物。
此外，一般而言，隨著時(shí)間的進(jìn)行，在離子產(chǎn)生系統(tǒng)的某些其他組件上確實(shí)會出現(xiàn)可冷凝材料的沉積物，從而會影響其在解體及清理之前的工作壽命。
此外，在使用氫化硼的情況下，代表與離子化介質(zhì)(即離子源中的電子)的所有相互作用的總截面看起來較大，而離子化截面較小，且最大的截面代表氫化硼分子離解成非揮發(fā)性片斷并隨后留存于離子源表面上的通道。這些片斷的沉積的問題會受到為減小進(jìn)料熱分解而對離子化室的壁進(jìn)行冷卻的不利影響?？傊雌饋硭鲈粗衼碜院鹌瑪嗟臍浠鸬某练e是一種基本的現(xiàn)象，在任一類作用于此種材料的離子源中均會觀察到此種現(xiàn)象，且該問題的解決受到半導(dǎo)體制造行業(yè)的廣泛、密切關(guān)注。
適用于氫化硼的電子碰撞離子源一種特別適用于氫化硼的離子源是一種受到完全溫度控制的電子碰撞式離子源(參見第6,452,338號及第6,686,595號美國專利；以及第PCT/US03/20197號國際專利申請案—其均以引用方式并入本文中)；還參見圖7。所述離子源并非轟擊一電弧放電等離子體來形成離子，而是借助以一個(gè)或多個(gè)聚焦電子束形式注入的高能電子對工藝氣體使用“軟”的電子碰撞離子化。此種“軟”的離子化方法會保持這些大的分子從而形成離子化的簇。如在圖7中所示，固體氫化硼材料在一氣化器中受到加熱且蒸氣通過一蒸氣導(dǎo)管流至一金屬室，即離子化室。一位于所述離子化室外部的電子槍將一高能電子的高電流流輸送至離子化室內(nèi)，該電子流大體平行于所述室正面中的一伸長槽定向并與其毗鄰。通過一離子提取電極從該槽提取出離子從而形成一高能離子束。在將升華的氫化硼蒸氣傳輸至離子化室期間，使所有表面保持于一高于氣化器溫度(但遠(yuǎn)低于離解溫度)的溫度，以防止蒸氣冷凝。很多個(gè)小時(shí)的測試已證實(shí)，當(dāng)采用此種溫度控制時(shí)，蒸氣潰入表面及閥門表面確實(shí)會保持清潔。
延長在使用十硼烷時(shí)在各次清理之間的離子源壽命以定量方式對蒸氣流速對源壽命(維護(hù)降格)的影響進(jìn)行了研究。使電子碰撞式離子源以給定蒸氣流速在受控條件下以十硼烷進(jìn)料連續(xù)運(yùn)行，直至斷定材料堆積正導(dǎo)致十硼烷束電流顯著降低為止。測試了從約0.40sccm到1.2sccm不等的五種不同的流速。結(jié)果得到了從約150μA到700μA不等的經(jīng)質(zhì)量分析的十硼烷束電流(B10Hx+)。應(yīng)注意，在離子植入中所用離子源中的典型潰入氣體流速介于1至約3sccm之間，因而將該測試范圍視為一“低”流速區(qū)域。
在圖5中歸納了這些壽命測試的結(jié)果。其顯示為一簡單的模型—一雙曲線函數(shù)。這不會使人感到意外；如果采用0蒸氣流速，則源壽命將原理上為無限大；而如果采用極高的蒸氣流速，則源壽命將漸進(jìn)地降低至0。因而，可將該模型表達(dá)為(3)(流速)×(流動持續(xù)時(shí)間)＝常數(shù)。
方程式(3)簡單地表明壽命(即流動持續(xù)時(shí)間)反比于流速；該常數(shù)為所沉積材料的量。如果方程式(3)是精確的，則所沉積材料的比例就與材料的流速無關(guān)，此與我們的描述離解及隨后的沉積為固定截面的模型相一致。這些數(shù)據(jù)表明，在以約0.5sccm的十硼烷蒸氣流速使用電子碰撞式離子源時(shí)，可使得專門使用十硼烷保持100個(gè)小時(shí)以上。盡管在許多情況下這是可以接受的，然而在商業(yè)化半導(dǎo)體制作工廠中，卻希望使源壽命遠(yuǎn)高于200個(gè)小時(shí)。而當(dāng)將離子源與本發(fā)明的新穎的就地清理程序結(jié)合使用時(shí)，就會獲得大大延長的源壽命。
就地離子源化學(xué)清理的某些特征的優(yōu)點(diǎn)使用一輔助離子源產(chǎn)生反應(yīng)性氣體以便就地清理離子源會存在幾種非常重要的優(yōu)點(diǎn)。人們已開發(fā)出此種等離子體源來用于從過程排放系統(tǒng)中除去流出物的應(yīng)用(例如由Advanced Energy公司提供的Litmus 1501)、及用于清理大的CVD處理室(例如MKSAstron反應(yīng)性氣體產(chǎn)生器)，但就本發(fā)明發(fā)明者所知，此前人們還未認(rèn)識到可將遠(yuǎn)端反應(yīng)性氣體產(chǎn)生器有用地應(yīng)用于對用于產(chǎn)生離子束的離子源的離子化室及提取電極進(jìn)行清理。人們已使用例如MKS Astron等遠(yuǎn)端反應(yīng)性氣體產(chǎn)生器來清理處理室(即其中處理半導(dǎo)體晶片的相對大的真空室)，此係一種使用高潰入氣體流量(數(shù)標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(SLM))的應(yīng)用且其中對等離子體源施加高RF功率(約6kW)。本發(fā)明的系統(tǒng)可對于被清理離子源中離子化室的極小容積(半導(dǎo)體晶片植入機(jī)的離子化室的容積通常小于約100ml，例如僅約75ml，且表面積小于約200cm2，例如約100cm2)使用小得多的潰入氣體流速(例如小于約0.5SLM的NF3)及小得多的RF功率(小于約2.5kW)。流入離子化室內(nèi)的反應(yīng)性氣體流小于約2標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
人們可能會對使用一外部離子源產(chǎn)生等離子體副產(chǎn)物來引入至系統(tǒng)的主離子源內(nèi)感到奇怪；為什么不只是將(例如NF3)氣體直接引入主離子源內(nèi)以在該源內(nèi)直接形成等離子體副產(chǎn)物？理由看起米并不明顯。為在離子植入系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)間(生產(chǎn)周期)的一小的比例中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超過潰入氣體沉積速率的蝕刻速率，已發(fā)現(xiàn)必須使反應(yīng)性氣體以相對極高的流量產(chǎn)生及引入至小的離子化室內(nèi)(例如流量處于102至103sccm數(shù)量級)—與在離子植入時(shí)主離子源的典型潰入流速處于1-3sccm范圍內(nèi)相比；如此高的流量將會使主離子源的離子化室內(nèi)的壓力遠(yuǎn)超過其進(jìn)行離子植入的設(shè)計(jì)工作壓力。此外，在主離子源內(nèi)維持一高密度NF3等離子體將會蝕刻掉敏感組件，例如熱的鎢燈絲。這是因?yàn)辂u素氣體會以隨溫度以指數(shù)方式升高的高速率蝕刻掉耐高溫金屬。(例如，Rosner等人即提出一種用于對鎢襯底進(jìn)行F蝕刻的模型(4)速率(微米/分鐘)＝2.92×10-14T1/2NFe-3900/T，其中NF為氟的濃度，單位為原子/cm3，且T為以開爾文溫度表示的襯底溫度。)由于實(shí)際上所有用于離子植入的離子源均包含熱的燈絲，且由于在許多情形中，離子源室也由例如Mo及W等耐高溫金屬或石墨(其會受到F的強(qiáng)烈腐蝕)制成，因而在高溫工作條件下這些離子源將很快地失效，從而無法使用蝕刻清理過程。
在本較佳實(shí)施例中，使氟原子以100sccm或以上的流速進(jìn)入斷電的主離子源的低溫離子化室中，且流入離子化室內(nèi)的總氣體流量為500sccm或以上。在這些條件下，離子化室內(nèi)的氣體壓力約為0.5乇，而植入機(jī)的真空源室內(nèi)的壓力則為數(shù)十毫乇或以上。在一較佳工作模式中，在清理階段之前，關(guān)閉離子源的真空室與植入機(jī)真空系統(tǒng)之間的一隔離閥，并對離子源的渦輪分子泵進(jìn)行隔離。然后，用真空系統(tǒng)中的大容量低真空泵(即通常對渦輪分子泵進(jìn)行支持并將真空系統(tǒng)抽空至“低”真空的泵)來抽吸離子源的所述室。
圖5所示的一相關(guān)蝕刻清理過程的一不同實(shí)施例是利用一種“干蝕刻”氣體，例如ClF3。如在上文所看到，ClF3分子在接觸到要清理的沉積表面時(shí)會分解；從而釋放出氟原子及氯原子而無需產(chǎn)生等離子體。盡管ClF3氣體因具有高度的反應(yīng)性而需要使用專門設(shè)備來運(yùn)送，然而其在原理上可將化學(xué)清理過程簡化成不需要輔助的反應(yīng)性氣體等離子體源。由于有毒氣體是按例行程序饋入離子植入機(jī)的離子源內(nèi)，因而所述設(shè)備中的大部分已構(gòu)造成“有毒氣體友好”形式，且可直接增設(shè)一包含ClF3的單獨(dú)的氣體分配系統(tǒng)。
對離子植入機(jī)的離子源進(jìn)行就地化學(xué)清理的優(yōu)點(diǎn)包括a)將源的壽命延長至數(shù)百或者可能數(shù)千小時(shí)后才需要維護(hù)；b)減輕或消除因更換物質(zhì)而引起的交叉污染，例如當(dāng)從十八硼烷離子植入變換至砷或磷離子植入時(shí)，及從砷或磷離子植入變換至十八硼烷離子植入時(shí)；及c)在離子源的使用壽命期間保持最高的離子源性能。
例如，每八個(gè)小時(shí)(即操作人員每換一次班)及在每一次物質(zhì)更換的中間實(shí)施一10分鐘化學(xué)清理方案對植入機(jī)正常運(yùn)行時(shí)間的影響將微乎其微，且對于現(xiàn)代半導(dǎo)體制作工廠而言將是可接受的。
終點(diǎn)檢測已認(rèn)識到，在清理過程期間提供終點(diǎn)檢測將是有益的，以便可產(chǎn)生關(guān)于清理過程的效力及所需持續(xù)時(shí)間的定量信息并可確保所述化學(xué)清理過程的重復(fù)性。圖3顯示一用于對該清理過程進(jìn)行取樣的壓差四極質(zhì)量分析器。通過監(jiān)測例如F、Cl、BF3、AsF3、AlF3、Wf6等清理氣體產(chǎn)物的濃度，可對清理過程進(jìn)行調(diào)整及檢驗(yàn)?；蛘撸墒褂帽O(jiān)測該過程的光學(xué)構(gòu)件。一FTIR光學(xué)分光計(jì)可通過一視口來監(jiān)測存在于植入機(jī)離子源的真空室中的氣體。在某些情形中，對于就地監(jiān)測器件而言，可能偏好使用此種非侵入性(移地)方法來識別化學(xué)物質(zhì)。另一選擇為，參見圖4，一可抽取的FTIR分光計(jì)可耦合至所述源真空室來進(jìn)行終點(diǎn)監(jiān)測。一種用于實(shí)現(xiàn)終點(diǎn)檢測的新穎方法是由如下來組成在清理期間監(jiān)測離子化室的溫度。由于化學(xué)反應(yīng)會放出熱量，因而在反應(yīng)期間會釋放出能量，從而使室的溫度升高。原則上可使用此種效應(yīng)來確定反應(yīng)速率何時(shí)減小。
新穎的離子提取電極例如十硼烷及十八硼烷等氫化硼是熱敏材料。其在氣化并在溫度為20℃與100℃之間冷凝。因此，使這些材料所接觸到的所有表面的溫度保持高于氣化器溫度(但低于其離解溫度)以防止冷凝是很重要的。我們已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用此種氫化硼時(shí)，對提取電極的污染會成為一個(gè)問題。直接離子束轟擊與冷凝的潰入蒸氣或其分子離解產(chǎn)物二者均可使用于形成離子束的光學(xué)器件的工作變差，因?yàn)檫@些含硼的層看起來為電絕緣性的。一旦沉積形成電絕緣層，其就會獲取電荷(“充電”)并在電擊穿時(shí)形成真空放電或“閃信號”。此種放電會導(dǎo)致離子束電流不穩(wěn)定并可導(dǎo)致形成可到達(dá)離子束所射向的處理室的微粒。在現(xiàn)代半導(dǎo)體制作工廠中，一其離子束產(chǎn)生系統(tǒng)每小時(shí)經(jīng)歷許多次閃信號的離子植入機(jī)將被認(rèn)為不具備生產(chǎn)用價(jià)值。此外，甚至在因絕緣涂層變厚而不存在此種放電時(shí)，電極表面上的電荷也會形成可造成束導(dǎo)引效應(yīng)的討厭的雜散電場，從而造成離子束損失并可能不利地影響離子束的質(zhì)量。
新的信息的發(fā)現(xiàn)已促成了一種對該問題的健壯的解決方案。大多數(shù)植入機(jī)離子提取電極是由石墨制成。人們已發(fā)現(xiàn)石墨在該應(yīng)用中具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括材料成本低、易于機(jī)加工、導(dǎo)電率高、熱膨脹系數(shù)低、及在高溫下具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。然而，在使用石墨提取電極時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)生氫化硼離子束之后存在不穩(wěn)定性。懷疑是電極表面已變成絕緣性。收集了電極沉積物的樣本并用x射線熒光分光計(jì)進(jìn)行了化學(xué)分析。研究表明，其化學(xué)計(jì)量成分與一種B2C形式的硼-碳化合物相一致，而人們發(fā)現(xiàn)B2C為絕緣性的。此外，離子源附近的金屬表面，包括離子源的前面板(即離子提取孔板)在長期使用后看起來也已沉積有絕緣涂層。當(dāng)時(shí)設(shè)想使所述電極由鋁制成，并提供輻射式加熱器來使電極板(即抑制電極及接地電極)保持處于一經(jīng)過良好控制的高到足以防止十硼烷及十八硼烷冷凝的高溫(參見圖9、11)。此外，面朝離子源的抑制電極是由單件經(jīng)過機(jī)加工的鋁制成，具有一光滑、無形體的外觀，且所有緊固件均位于板的背面上。此種構(gòu)造顯著減小了在萬一形成絕緣涂層時(shí)放電點(diǎn)的數(shù)量及嚴(yán)重程度，其利用了如下原理一“點(diǎn)”或尖銳形體處的電場強(qiáng)度要比一光滑表面處的電場強(qiáng)度大許多倍。
由此形成的提取電極表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，并以極低的閃信號出現(xiàn)頻率可靠地運(yùn)行了100小時(shí)以上(至少為石墨電極的十倍)。此種巨大的改良?xì)w因于i)采用了Al構(gòu)造(即金屬與石墨相比)，ii)對電極板進(jìn)行了有效的加熱及溫度控制，及(iii)電極表面光滑。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用十硼烷時(shí)使電極板在200℃下工作會得到良好的結(jié)果，從而顯著減少沉積材料量。一般而言，應(yīng)使提取電極的溫度保持低于進(jìn)料的離解溫度。在使用十硼烷的情況下，應(yīng)使溫度保持低于350℃，較佳處于150℃至250℃范圍內(nèi)。在使用十八硼烷進(jìn)行工作時(shí)，溫度則不應(yīng)超過160℃，因?yàn)樵诟哂谠摐囟葧r(shí)會在十八硼烷中發(fā)生化學(xué)變化；當(dāng)使用十八硼烷工作時(shí)，使提取電極溫度處于120℃與150℃之間會得到良好的結(jié)果。
圖11中所示的輻射式設(shè)計(jì)表現(xiàn)出極佳的溫度均勻性。在包含電阻式加熱器、尤其是如圖12所示使用鋁電極時(shí)，也可產(chǎn)生良好的均勻性并得到一種需要更少維護(hù)的更緊湊的設(shè)計(jì)。
其他金屬(例如鉬)也將適用于構(gòu)造一受熱提取電極。鉬具有耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，因而其可耐受極高的溫度。其還具有良好的導(dǎo)熱性。另一方面，鋁像In及B一樣是周期表中的III族元素，因此具有僅是硅中的輕微污染物的優(yōu)點(diǎn)(其是硅中的p型摻雜劑)，而例如鉬等過渡金屬則非常不利于集成電路中的載流子壽命。鋁還不易受到鹵素的腐蝕，而例如鉬等過渡金屬則易于受到腐蝕，尤其是在高溫情況下。然而，鋁的主要缺點(diǎn)在于其不是高溫材料且應(yīng)在約400℃以下使用。
出于這些原因，視具體用途而定，所述受熱電極通常由一種所選的耐高溫材料構(gòu)成，當(dāng)與就地蝕刻清理結(jié)合使用時(shí)，通常偏好使用鋁或含鋁的絡(luò)合物。


圖1包含反應(yīng)性氣體清理的離子束產(chǎn)生系統(tǒng)。
圖2包含反應(yīng)性氣體清理的離子束產(chǎn)生系統(tǒng)的第二實(shí)施例。
圖3類似于圖1但包含一氣化器及某些氣體分配元件的離子束產(chǎn)生系統(tǒng)。
圖4類似于圖2但包含一氣化器及某些氣體分配元件的離子束產(chǎn)生系統(tǒng)。
圖5包含通過引入ClF3來進(jìn)行反應(yīng)性氣體清理的離子產(chǎn)生系統(tǒng)。
圖6離子植入機(jī)的氣箱，其包括一反應(yīng)性氣體等離子體源、潰入蒸氣源、離子源電子器件、及用于等離子體源的設(shè)備。
圖6A類似于圖6的視圖，其顯示一蒸氣流控制系統(tǒng)。
圖6B一離子束產(chǎn)生系統(tǒng)的閥門示意圖。
圖7電子碰撞離子源。
圖7A圖7的一部分的放大圖，其顯示對各元件的屏蔽。
圖7B一實(shí)施例的控制圖。
圖8離子提取電極。
圖9離子提取電極光學(xué)器件。
圖9aB18Hx+離子束的曲線圖。
圖10提取電極及操縱裝置。
圖11電極的端頭分解圖。
圖12電極端頭的第二實(shí)施例。
圖13B10Hx+離子束電流-十硼烷流速曲線圖。
圖14壽命-十硼烷蒸氣流速曲線圖。
圖15Si試樣的蝕刻速率。
圖16離子植入機(jī)。
具體實(shí)施例方式
新穎的離子束產(chǎn)生系統(tǒng)圖1顯示一離子束產(chǎn)生系統(tǒng)。如在該實(shí)例中所示，其適于產(chǎn)生一用于傳輸至一離子植入室以供植入半導(dǎo)體晶片或平板顯示器內(nèi)的離子束。圖中顯示離子源400、提取電極405、真空室410、由電絕緣材料制成的電壓絕緣套管415、真空抽吸系統(tǒng)420、真空室隔離閥425、反應(yīng)性氣體入口430、潰入氣體及蒸氣入口441、蒸氣源445、潰入氣體源450、反應(yīng)性氣體源455、離子源高電壓電源460、及所形成之離子束475。在411處顯示一離子束傳輸室。離子源400構(gòu)造成提供簇離子及分子離子，例如氫化硼離子B10Hx+、B10Hx-、B18Hx+及B18Hx-，或者另外提供更傳統(tǒng)的離子束，例如P+、As+、B+、In+、Sb+、Si+及Ge+。離子源400可為一Bernas型式的電弧放電式離子源—其在離子植入中最為常用，或者一“桶”型水冷離子源—其使用例如一用于形成RF場以產(chǎn)生離子的浸沒式RF(射頻)天線、一微波離子源或者一電子撞擊離子化源。用于待離子化的氣態(tài)進(jìn)料的氣體及蒸氣入口441連接至一適當(dāng)?shù)恼魵庠?45，蒸氣源445可緊靠氣體及蒸氣入口441或者可位于一更遠(yuǎn)的位置，例如位于一終端殼體內(nèi)其他位置的氣體分配箱中。終端殼體是一封閉所述離子束產(chǎn)生系統(tǒng)的金屬箱(未圖示)。其容納離子源所需的設(shè)備，例如抽吸系統(tǒng)、電源分配、氣體分配及控制設(shè)備。當(dāng)利用質(zhì)量分析來選擇離子束中的離子物質(zhì)時(shí)，所述質(zhì)量分析系統(tǒng)也可位于所述終端殼體內(nèi)。
為提取出能量界定分明的離子，由高電壓電源460使離子源400相對于提取電極405及真空室410保持一高的正電壓(在其中產(chǎn)生帶正電荷的離子束的更常見情形中)。提取電極405靠近離子化室的提取孔504布置并與其對齊。其由至少兩個(gè)包含孔的電極板組成一最靠近離子化室500的所謂的抑制電極406及一“接地”電極407。抑制電極406相對于接地電極407承受負(fù)偏壓，以拒斥當(dāng)產(chǎn)生帶正電荷的離子束時(shí)被吸引至承受正偏壓的離子源400上的不希望有的電子。接地電極407、真空室410及終端殼體(未圖示)全部處于所謂的終端電位—其處于地電位，除非希望使整個(gè)終端在地電位以上浮動—在某些植入系統(tǒng)(例如對于中等電流離子植入機(jī)而言)中即為此種情形。提取電極405可為下文所述的新穎的溫控金屬設(shè)計(jì)。
(若產(chǎn)生帶負(fù)電荷的離子束，則使離子源保持處于一高的負(fù)電壓并進(jìn)行其他適當(dāng)?shù)淖兓K端殼體通常仍保持在地電位)圖1顯示反應(yīng)性氣體源455處于終端電位，其中反應(yīng)性氣體入口430包含一高電壓斷口431，該高電壓斷口431通常由例如(舉例而言)Al2O3等絕緣陶瓷制成。由于一般而言可將用于離子植入的離子源偏壓至高達(dá)約90kV的最高電壓，因而在該種應(yīng)用中，該高電壓斷口必須耐受90kV。如下文所將說明，所述清理系統(tǒng)僅在離子化源及高電壓斷開(斷電)時(shí)使用，因而當(dāng)真空室410處于高真空狀態(tài)時(shí)僅存在斷口431兩端的高電壓，此使高電壓隔離間隙要求更易得到滿足。一與真空室410連通的專用的終點(diǎn)檢測器470用于在化學(xué)清理期間檢測反應(yīng)性氣體產(chǎn)物。
對于適合與離子植入系統(tǒng)一起使用的離子源(例如用于摻雜半導(dǎo)體晶片)而言，離子化室較小—容積小于約100ml，具有小于約200cm2的內(nèi)表面面積，并構(gòu)造成以低于約200標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的流速接收反應(yīng)性氣體流(例如氟原子或含氟的反應(yīng)性化合物)。
可以看出，圖1所示的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)就地清理，即無需將離子源從其在真空室中的工作位置移出，且?guī)缀醪粫惯\(yùn)行中斷。
圖2顯示另一實(shí)施例。圖2相對于圖1的主要差別在于，反應(yīng)性氣體源455及反應(yīng)性氣體入口430處于離子源的電位。此種方法具有雙重優(yōu)點(diǎn)其結(jié)構(gòu)更加緊湊，且其允許將反應(yīng)性氣體源455及其相關(guān)氣體供應(yīng)源容納于處于離子源電位的向離子源400提供氣體及功率的氣箱中—在商用離子植入系統(tǒng)中通常如此。
化學(xué)清理系統(tǒng)圖3所示實(shí)施例具有許多類似于圖1的特征，其構(gòu)造成選擇性地產(chǎn)生簇離子及單體離子二者。其具有一用于通常為氣態(tài)的進(jìn)料的專用氣體入口435并通過閥門443與一用于產(chǎn)生氫化硼及其他氣化進(jìn)料的蒸氣源445相連通。為對離子源及電極實(shí)施就地化學(xué)清理，一遠(yuǎn)端等離子體源455將由一清理氣體供應(yīng)源465所提供的氣體(例如NF3)離解成分解產(chǎn)物(例如F，F(xiàn)2)及含N的化合物。當(dāng)希望進(jìn)行清理時(shí)，在將離子源斷電后，通過專用反應(yīng)性氣體入口430將所述分解產(chǎn)物從遠(yuǎn)端等離子體源455饋入離子化室內(nèi)。遠(yuǎn)端等離子體源455安裝于電壓隔離套管415的終端電位側(cè)上。由于離子源400以高電壓運(yùn)行，因而一處于真空中的高電壓斷口431會提供電壓隔離。
在要啟動一清理循環(huán)時(shí)，將離子源關(guān)閉并關(guān)閉真空室隔離閥425；將真空抽吸系統(tǒng)420的高真空泵421隔離并通過在由預(yù)抽泵422有效地抽吸真空室410時(shí)引入干燥的N2而將真空室410置于一＜1乇的低真空狀態(tài)。一旦處于低真空狀態(tài)，即向等離子體源455引入氬氣(自Ar氣源466)并由將射頻(RF)功率耦合至等離子體源455內(nèi)的板上電路對等離子體源通電。一旦開始進(jìn)行等離子體放電，Ar就會減少且含F(xiàn)的潰入清理氣體465(例如NF3)就會被引入至等離子體源455內(nèi)。呈中性形式的反應(yīng)性F氣體及經(jīng)離解的潰入清理氣體465的其他副產(chǎn)物通過反應(yīng)性氣體入口430被引入至離子源400的已斷電的離子化室500內(nèi)。Ar及NF3的流速較高，介于0.1SLM(標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘)與數(shù)SLM之間。因此，可通過此種方式以離解產(chǎn)物的形式向離子源400內(nèi)引入最多約1SLM的反應(yīng)性F。由于離子化室500的容積及表面積較小，因而此會得到對所沉積材料的極高的蝕刻速率。離子化室500具有一面向所述提取電極且包含截面積介于約0.2cm2與2cm2之間的提取孔504的前面板，在通電運(yùn)行過程中，由提取電極405通過提取孔504提取出離子。在清理過程中，由真空室410通過孔504從離子化室500中吸出反應(yīng)性氣體負(fù)載；然后由低真空泵422從室410中抽吸出所述氣體負(fù)載。由于提取電極405靠近并面朝離子化室500的孔504，因而電極表面會截交相當(dāng)大量的反應(yīng)性氣體流。由此形成電極清理作用，從而移除電極表面上的沉積物，尤其是移除抑制電極406正面(其處于接收到最多沉積物的位置上)上的沉積物。因此，較佳使提取電極及其基座由例如Al及Al2O3等耐F的材料制成。
圖3所示實(shí)施例也具有一終點(diǎn)檢測器，所述終點(diǎn)檢測器由一構(gòu)造成在腐蝕性環(huán)境中應(yīng)用的壓差殘余氣體分析器(RGA)組成。分析器RGA與真空室410相連通。其將通過監(jiān)測含F(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物(例如通過B與F相結(jié)合而得到的BF3氣體)的分壓而用作清理作業(yè)的終點(diǎn)檢測器。也可使用其他類型的終點(diǎn)檢測器，圖中顯示RGA只是為了例示一個(gè)特定實(shí)施例。當(dāng)RGA處的含硼分壓減小時(shí)，該清理過程即基本結(jié)束。一旦該清理過程結(jié)束，即可將等離子體源455關(guān)閉并用Ar氣(其還吹掃離子化室500、室410及其中所包含的元件)短時(shí)地吹掃等離子體源455。然后將低真空泵422隔離而不再與真空室410連通，開啟高真空泵421的隔離閥，并使真空室410恢復(fù)至高真空狀態(tài)(約為1×10-5乇或以下)。然后開啟真空室隔離閥425。此時(shí)，該系統(tǒng)即準(zhǔn)備重新進(jìn)行離子束的產(chǎn)生?？蓪﹄x子源電壓源460通電并按正常方式操作離子源400。
圖3所示實(shí)施例的一優(yōu)點(diǎn)在于，為支持遠(yuǎn)端等離子體源455所需的輔助設(shè)施(例如冷卻水循環(huán)及電源)可處于離子植入機(jī)的終端電位(參見圖16中的208)。此使得能夠與植入機(jī)的質(zhì)量分析器磁鐵230共享在S處所標(biāo)記的設(shè)施，例如冷卻水及電源。在清理模式過程中，當(dāng)對等離子體源455通電時(shí)，分析器230被斷電并因而不需要使用水或電源，在離子束產(chǎn)生模式中則與此相反。此種“共享”可通過在S’處所示意性表示的適當(dāng)控制方案來實(shí)現(xiàn)，所述控制方案視所用的工作模式而將例如冷卻水循環(huán)及電源接線等輔助設(shè)施或者引至分析器磁鐵230(虛線箭頭S)或者引至遠(yuǎn)端等離子體源455(實(shí)線箭頭S)。
圖4顯示一類似于圖2的用于對源400及提取電極405實(shí)施就地化學(xué)清理的實(shí)施方案。在離子源400內(nèi)整合有三個(gè)入口通道，以分別用于來自等離子體源455的反應(yīng)性氣體430、來自若干個(gè)所選存儲空間450之一的潰入氣體435、及來自氣化器445的潰入蒸氣440。不同于圖3，圖4所示實(shí)施例具有處于離子源400的高電壓的基于等離子體的反應(yīng)性氣體源455。此使遠(yuǎn)端等離子體源455能夠共享離子源400的控制點(diǎn)，且還使得能夠從處于離子源電位的離子源氣體分配箱(還參見圖6及6A)提供清理用潰入氣體465及來自存儲器466的氬吹掃氣體。圖中還顯示一不同類型的終點(diǎn)檢測器，即一傅立葉變換紅外線(FTIR)光學(xué)分光計(jì)。該檢測器可通過一石英窗而移地(在真空室外)工作。如圖4所示，也可轉(zhuǎn)而使用一種提取類型的FTIR分光計(jì)，其在清理過程中直接在真空室410中對氣體進(jìn)行取樣。此外，一溫度傳感器TD可通過感測離子化室的表面中一絕熱的代表性區(qū)域而感測斷電的離子化室的溫度。傳感器TD可監(jiān)測由F與污染性沉積物的放熱反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，以用作一終點(diǎn)檢測。
圖5顯示一類似于圖4但包含一從根本上不同類型的反應(yīng)性氣體源455的離子束產(chǎn)生系統(tǒng)。在此種情形中，將包含于一氣瓶中的反應(yīng)性ClF3氣體直接饋送入離子源400中而不使用一遠(yuǎn)端等離子體源。由于不需要用于遠(yuǎn)端等離子體源的電源及控制器件，因而此會潛在地降低設(shè)備成本及占用面積。然而，由于ClF3為自燃性的，因而其屬于危險(xiǎn)品并需要進(jìn)行專門的氣體運(yùn)送，而NF3(例如)主要是一種窒息性物質(zhì)，且其毒性小于例如BF3、PH3或AsH3等許多半導(dǎo)體氣體，因而更為安全。
圖6顯示包含于一氣箱B內(nèi)的等離子體源455、蒸氣源445、源電子器件、及用于所述等離子體源的輔助設(shè)施S，所述氣箱B意在改裝至一現(xiàn)有離子植入機(jī)設(shè)備內(nèi)。
圖6a所示實(shí)施例不同于上文圖6所示實(shí)施例之處在于，其包含一如下文所述的較佳的氣化器及流量控制系統(tǒng)。圖6B為圖4所示離子源及自清理系統(tǒng)的閥門示意圖。
較佳的離子源及氣化器圖7為一較佳離子源10及其各種組件的圖式，并參見圖7A。其詳細(xì)構(gòu)造以及其較佳工作模式類似于由Horsky等人在2003年6月26日提出申請且名稱為“一種離子植入裝置及一種通過植入氫化硼簇離子來制造半導(dǎo)體的方法(An ion implantationdevice and a method of semiconductor manufacturing by the implantation of boron hydridecluster ions)”的第PCT/US03/20197號國際申請案中以及由Horsky在2002年6月26日提出申請且名稱為“電子碰撞式離子源(Electron impact ion source)”的第10/183,768號美國專利申請案中所揭示，這兩個(gè)申請案均以引用方式并入本文中。離子源10為一種新穎電子碰撞式離子化系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。圖7為所述源構(gòu)造的一剖面示意圖，其用于闡明構(gòu)成離子源10的各組件的功能。離子源10制作成通過一安裝法蘭36介接至一離子植入機(jī)的已抽空的真空室。因此，圖7中所示離子源10的處于法蘭36右側(cè)的部分處于高真空狀態(tài)(壓力＜1×10-4乇)。將氣態(tài)材料引入離子化室44內(nèi)，在其中通過來自電子束70的電子碰撞將氣體分子離子化，電子束70通過電子入口孔71進(jìn)入離子化室44以使電子束70對準(zhǔn)離子提取孔81(毗鄰、平行于提取孔81延伸)。由此，毗鄰于離子提取孔81(其看上去為離子提取孔板80中的一個(gè)槽)形成離子。然后，由位于離子提取孔板80前面的提取電極220(圖8及9)提取所述離子并使其形成一高能離子束475。參見圖7，例如氬、磷化氫、或砷(舉例而言)等氣體可通過氣體導(dǎo)管33饋送入離子化室44內(nèi)。而例如十硼烷或十八硼烷等固體進(jìn)料29則可在氣化器28中氣化，并將蒸氣通過源塊35內(nèi)的蒸氣導(dǎo)管32饋送入離子化室44內(nèi)。通常，離子化室44、離子提取孔板80、源塊35(包括蒸氣導(dǎo)管32)及氣化器室30均由鋁制成。通過氣化器室30的閉環(huán)溫度控制使固體進(jìn)料29保持均一的溫度。在壓載空間(ballastvolume)31中積聚的升華的蒸氣50通過導(dǎo)管39及節(jié)流閥100和截止閥110饋送。節(jié)流閥100與截止閥110之間的蒸氣50的標(biāo)稱壓力是由受熱的壓力表60(較佳為一電容式壓力計(jì))來監(jiān)測。由于蒸氣50通過位于源塊35中的蒸氣導(dǎo)管32饋送入離子化室44內(nèi)，且氣體通過氣體導(dǎo)管33饋送，因而該離子源—其能夠根據(jù)需要形成由分子離子(例如B18Hx+)或單體離子(例如As+)組成的離子束475-既可對氣態(tài)材料也可對氣化材料進(jìn)行離子化。
流入離子產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的蒸氣流量控制流至圖7所示離子化室的蒸氣流量(并參見圖7B)取決于剛好位于蒸氣饋送通道32之前的區(qū)域(即位于圖7所示截止閥110內(nèi))中的蒸氣壓力。這是由位于節(jié)流閥100與截止閥110之間的壓力表60(例如一電容式壓力計(jì))來測量。一般而言，流速與蒸氣壓力成正比。這使壓力信號能夠代表流量，并用作一設(shè)定點(diǎn)來對流量進(jìn)行選擇。為產(chǎn)生一流入離子源內(nèi)的所需蒸氣流量，使氣化器室30到達(dá)一當(dāng)節(jié)流閥100處于其完全開啟位置時(shí)會超過所需流速的溫度。然后，調(diào)節(jié)節(jié)流閥100以達(dá)到所需的壓力輸出。
為形成一隨時(shí)間穩(wěn)定的流量，使用雙PID控制器(例如Omron E5CK控制回路數(shù)字控制器)來分別構(gòu)建對氣化器溫度及蒸氣壓力的單獨(dú)的閉環(huán)控制?？刂?反饋)變量對于溫度而言為熱電偶的輸出、對于壓力而言為壓力表的輸出。圖7B所示圖式顯示一用于執(zhí)行這些閉環(huán)控制功能的數(shù)字蒸氣饋送控制器220。
在圖7B中，將來自壓力表60的壓力表輸出250施加至節(jié)流閥位置控制器件245，由節(jié)流閥位置控制器件245對節(jié)流閥100施加節(jié)流閥位置控制信號247。將來自氣化器28的熱電偶輸出225施加至氣化器加熱器控制器件215，由氣化器加熱器控制器件215控制施加至氣化器28的加熱器功率248。
由數(shù)字潰入控制器220構(gòu)建一第二級慢速控制，以將固體進(jìn)料氣化速率調(diào)節(jié)為其開口表面積(尤其是固體-真空接口處可用表面積)的函數(shù)。隨著氣化器內(nèi)的進(jìn)料隨時(shí)間的進(jìn)行而被消耗，該可用表面積會穩(wěn)定地減小，直至蒸氣的散發(fā)速率不能支持所需的蒸氣流速，從而造成節(jié)流閥100上游的蒸氣壓力降低。這稱作“散發(fā)速率有限”運(yùn)行。因此，當(dāng)向氣化器中新添加進(jìn)料時(shí)，在標(biāo)稱節(jié)流閥位置處于其動態(tài)范圍的低端(即節(jié)流閥僅部分地開啟)時(shí)，比如25℃的氣化器溫度就可支持所需的蒸氣流量。隨著時(shí)間的進(jìn)行(例如，在進(jìn)料消耗掉20％之后)，閥門位置將一再地進(jìn)一步開啟以維持所需的流量。當(dāng)節(jié)流閥接近其動態(tài)范圍的高導(dǎo)通極限(即開啟量最大)時(shí)，由控制器220感測到該閥門位置并向氣化器加熱器控制器件215發(fā)送一新的更高加熱器設(shè)定點(diǎn)溫度。該增量被選擇成一旦氣化器溫度穩(wěn)定至其新的值，即會使標(biāo)稱節(jié)流閥工作點(diǎn)重新接近其動態(tài)范圍的低端。因此，數(shù)字控制器220既能適應(yīng)沒定點(diǎn)蒸氣壓力的短時(shí)間變化又能適應(yīng)氣化器溫度的長時(shí)間變化的能力使在所填充進(jìn)料的壽命內(nèi)對蒸氣流量的控制非常強(qiáng)大。此種控制會防止向離子化室內(nèi)過量地饋送蒸氣。其效果是限制離子產(chǎn)生系統(tǒng)表面上不希望有的沉積物的量，從而延長在清理之間的離子源壽命。
圖8顯示一面朝新穎的離子源10的離子提取電極220的俯視圖(向下看)。離子源10相對于處于本地地電位(即處于真空室的電位)的離子提取電極220保持處于一正電位VA。離子提取電極220是一簡單的二極管；電極板302為“接地”電極而板300為“抑制”電極—通常由抑制電源VS使其保持低于地電位數(shù)千伏特。圖中顯示離子源10的離子化室44及離子提取孔板80面朝提取電極220。這三個(gè)板80、300、302包含用于通過其提取出離子90的矩形槽或孔；圖8沿“短”的或散開的方向顯示槽的外形。
新穎的受熱電極在圖14所示的十硼烷壽命測試過程中，使用了一種新穎的受熱鋁電極。圖9在一維“槽”孔徑透鏡的發(fā)散平面中顯示該提取系統(tǒng)的基本光學(xué)設(shè)計(jì)的俯視圖。在所用的植入機(jī)中，由圖8所示的高電壓正電源VA使離子源的離子化室490保持處于所需的離子束能量。例如，如果希望得到一20keV的離子束，則使VA＝20kV。使離子提取孔板500與離子化室490電絕緣，以使可由雙極電源VB對其施加-750-750V的偏壓。所述絕緣是通過一夾于離子提取孔板500與離子化室490之間的導(dǎo)熱性電絕緣聚合物襯墊來實(shí)現(xiàn)。離子源本體中暴露于蒸氣的各個(gè)部件(圖7中的源塊35、離子化室44及提取孔板80)彼此保持良好的熱接觸，以在源工作過程中使各表面保持處于受控溫度。在離子化室490中所產(chǎn)生的離子由提取電極540通過離子提取孔板500中的孔提取出，所述提取電極540由抑制電極510及接地電極520組成。離子以一聚焦離子束的形式沿離子束軸線530傳播。被電源VS偏壓至負(fù)的數(shù)千伏特的抑制電極510用于抑制因離子束轟擊而從抑制電極的上游產(chǎn)生的二級電子，從而防止這些高能電子回流至承受正偏壓的離子源內(nèi)。離子化室490、離子提取孔板500、抑制電極510及接地電極520全部由鋁制成，并具有光滑的、經(jīng)仔細(xì)拋光的表面以使局部電場最小化。
對離子提取孔板500施加偏壓的一重要效應(yīng)是改變圖9所示離子光學(xué)系統(tǒng)的焦距。負(fù)的偏壓會使焦距最大，而正的偏壓則使焦距減小。在偏壓較大時(shí)，此種效應(yīng)可能會很明顯。出于診斷目的，安裝了一位于分析器磁鐵入口處、剛好位于源室隔離閥下游的掃描線輪廓曲線儀(圖16中的210)。該掃描儀記錄了離子束電流在發(fā)散平面中的分布，此適用于確定離子束在發(fā)散平面中聚焦的良好程度。在圖9a中針對-483V、0及+300V三種不同的偏壓條件顯示了20keV十八硼烷離子束的輪廓。在0伏特條件下基本上過聚焦，在正電壓條件下過聚焦的程度變大，而在負(fù)電壓條件下則正確地聚焦。在這三次測量中，電極位置保持恒定不變。如人們所預(yù)期，正確的聚焦條件得到了最高的離子束電流。
能改變光學(xué)焦距并由此對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)以獲得最高離子束電流的能力使得可向氣化器中引入最少量的進(jìn)料。同樣，此具有能限制離子產(chǎn)生系統(tǒng)表面上不希望有的沉積物的量、從而延長清理之間的離子源壽命的有利效果。
除了剛才所述的對提取孔板施加偏壓以使系統(tǒng)聚焦外，本發(fā)明還提供用于使提取電極光學(xué)元件相對于系統(tǒng)中的其他組件移動的構(gòu)件。圖10顯示安裝于一三軸線操縱器610上的新穎電極600，所述三軸線操縱器610能允許沿由座標(biāo)系620所界定的X、Z及Θ方向運(yùn)動(相對于離子源)。致動器613控制X方向的運(yùn)動，終端機(jī)612控制Z方向的運(yùn)動，而致動器611控制Θ方向的運(yùn)動。操縱器610通過安裝法蘭615安裝至植入機(jī)真空室的側(cè)面上。
圖11顯示所述新穎電極端頭的受輻射加熱型式的局部分解圖。圖中顯示抑制電極700、接地電極710、加熱器板720及輻射加熱絲730。所述抑制電極及接地電極是由鋁制成，加熱器板是由不銹鋼制成，而加熱絲730是由鎳鉻鐵合金制成。當(dāng)所述電極在200℃下工作時(shí)，用于維持所述溫度的功率消耗約為60W。加熱器功率是由一閉環(huán)PDD控制器Omron E5CK根據(jù)熱電偶的反饋來控制。
圖12顯示所述新穎電極端頭的一受電阻加熱型式的局部分解圖。圖中顯示抑制電極800、接地電極810及電阻加熱器820。這四個(gè)電阻加熱器820裝入套管830內(nèi)，其中每一電極板內(nèi)兩個(gè)。套管830為一對分式設(shè)計(jì)，以使加熱器壓配合于所述套管內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)緊密接觸。加熱器與電極之間的緊密接觸對于確保對電極正確地加熱、及防止加熱器過早燒壞而言頗為重要。同樣，Omron E5CK或同等控制器可根據(jù)熱電偶的反饋來控制電極溫度。
如上文所述，對提取電極使用這些加熱方案可維持一受到充分控制的足夠高的高溫，以防止例如因圖7及7A中由以相對低的溫度運(yùn)行的離子源所產(chǎn)生的十硼烷及十八硼烷的冷凝。由耐氟材料(例如鋁)制成的提取電極能實(shí)現(xiàn)對所述電極的周期性就地清理，以移除任何由通過提取孔抽吸出的氟蒸氣所形成的沉積物。
對于固有運(yùn)行方式會熱到熱量可能會損壞提取電極總成(若由低溫材料制成)的等離子體離子源，會遇到一種不同的情形。參見圖9，其以虛線形式顯示分別與鋁電極構(gòu)件510及522的背面成熱傳遞關(guān)系緊固的循環(huán)冷卻盤管512及522。冷卻流體在這些冷卻盤管中循環(huán)可對鋁電極進(jìn)行冷卻，以防止來自熱離子源的熱量引起變形。這使得能夠?qū)μ崛‰姌O使用耐氟材料，例如鋁或含鋁的絡(luò)合物，這些耐氟材料能耐受任何由進(jìn)料或反應(yīng)性清理氣體所帶來的氟的腐蝕。
當(dāng)使用十硼烷工作時(shí)源的壽命的測量圖14顯示在一寬廣的十硼烷流量范圍內(nèi)進(jìn)行測試的源的壽命結(jié)果。對這些數(shù)據(jù)的擬合是根據(jù)方程式(3)進(jìn)行的。在這些測試過程中未記錄到離子源故障；而是，當(dāng)十硼烷離子電流降至其初始水平的大約一半時(shí)結(jié)束各個(gè)測試。在檢查離子源時(shí)，發(fā)現(xiàn)在離子化室內(nèi)沉積有大量的含硼材料，這些材料大多粘附于所述室的內(nèi)壁上。在某些情形中，離子提取孔也被部分地堵塞。方程式(3)中的模型看起來與該數(shù)據(jù)非常相符，并表明“貧乏”作業(yè)是在兩次就地化學(xué)清理程序或解體之間延長離子源壽命的關(guān)鍵。
在F清理過程中對離子化室內(nèi)蝕刻速率的測量使用具有圖7所示離子源10的系統(tǒng)對位于離子化室44內(nèi)的1mm厚硅試樣進(jìn)行F清理過程測試，并進(jìn)行了如下修改并非包含一專用的反應(yīng)性進(jìn)料導(dǎo)管，而是使用蒸氣進(jìn)料導(dǎo)管32來引入反應(yīng)性氣體。使用Si是因?yàn)镕對Si的蝕刻已眾所周知，且純Si材料可按Si晶片形式得到。該測試需要在兩個(gè)清理循環(huán)之間移出氣化器。對兩個(gè)試樣位置進(jìn)行了測試其中一個(gè)試樣位置與反應(yīng)性氣體入口(即蒸氣進(jìn)料32)成視線關(guān)系，另一個(gè)則不成視線關(guān)系。在圖15中顯示蝕刻速率隨NF3的流速而變化。在該過程中，使流入遠(yuǎn)端等離子體源內(nèi)的氬的流速保持為700sccm，而NF3的流速則在50sccm至500sccm之間變化。視線幾何排列顯示蝕刻速率增大到五倍，因而如果可均勻地進(jìn)行，則其為一種較佳的幾何排列。
為此，圖3所示的幾何排列應(yīng)比圖4所示的幾何排列提供對離子源離子化室44的更好的蝕刻均勻性。該測試還表明，將對蝕刻敏感的組件的位置與氣體流屏蔽開能有效地為這些組件提供一定程度的保護(hù)。
為延長自清理離子產(chǎn)生系統(tǒng)中各組件的壽命，應(yīng)選擇能耐受反應(yīng)性氣體的構(gòu)造材料，并可采取措施對敏感組件進(jìn)行屏蔽。
在離子化室的內(nèi)部，如上文所述，在離子化作用的溫度允許的情況下采用鋁，因?yàn)殇X組件能耐受反應(yīng)性氣體氟。當(dāng)希望進(jìn)行更高溫度的離子化作業(yè)時(shí)，鋁-碳化硅(AlSiC)合金是離子化室或提取電極表面的一個(gè)較佳選擇。用于離子化室中的表面的其他材料為硼化鈦(TiB2)、碳化硼(B4C)及碳化硅(SiC)。
對于暴露于氟但不暴露于離子化作用的組件—例如電子源組件(例如電極)，可使這些組件由鎳基合金(Hastelloy)、耐氟的不銹鋼及鍍鎳的金屬(例如鍍鎳的鉬)制成。
惰性氣體保護(hù)及可移動的實(shí)體障蔽二者均可保護(hù)系統(tǒng)中的組件在清理過程中免受反應(yīng)性氣體的作用。例如，參見圖7A，一用于惰性氣體(例如氬)的導(dǎo)管113從一氣體源(未圖示)延伸出。其出口在離子源中處于一關(guān)鍵位置，以便在啟動惰性氣體流進(jìn)行清理循環(huán)時(shí)使惰性氣體流籠罩要保護(hù)的組件。在圖7A中，惰性氣體導(dǎo)管113的出口113a將一充斥的氬氣流引導(dǎo)到電子槍112的各有效組件(包括發(fā)射電子的陰極)上。在圖7A中還顯示一可移動的屏蔽構(gòu)件73，其可在清理循環(huán)中移動就位。在所示實(shí)例中，其可在通至束流收集器72或另一電子槍(當(dāng)設(shè)置于離子化室44的那一側(cè)上時(shí))的孔71A上方移動。
實(shí)施上述清理過程來觀察其對硼在離子化室內(nèi)及在圖7所示新穎離子源10中離子提取孔內(nèi)側(cè)上的沉積的影響。所觀察到的蝕刻速率的特性類似于圖15中的曲線，但降低到三分之一。因而，在NF3流速為500sccm時(shí)，對十硼烷沉積物的蝕刻速率為7μm/min(不成視線關(guān)系)及36μm/min(成視線關(guān)系)。在以0.8sccm的蒸氣流量以十硼烷運(yùn)行4小時(shí)后，離子提取孔內(nèi)側(cè)在清理之前具有約133μm厚的含硼沉積物。在使用這些流速進(jìn)行一次5分鐘的F清理之后及進(jìn)行一次15分鐘的F清理之后進(jìn)行觀察。孔板的一側(cè)與蒸氣進(jìn)料口成視線關(guān)系。從清理圖案觀察到蒸氣進(jìn)料孔在豎直方向上居中。在經(jīng)過15分鐘的清理之后，所述板上的沉積物幾乎完全被清除。此外，在長期運(yùn)行之后移出圖10所示的新穎的受熱鋁制提取電極并進(jìn)行檢查。其非常干凈而不存在任何明顯的十硼烷沉積物。這無疑是由于所述電極被暴露于反應(yīng)性的F(F可經(jīng)過位于蒸氣導(dǎo)管前面的離子源離子提取孔流至其正前面的提取電極)。此外，Al電極總成的高溫也會增大對其沉積物的有效蝕刻速率。
關(guān)于離子化室，同樣，在進(jìn)行15分鐘的蝕刻清理后，在所述室中幾乎不存在沉積物。實(shí)施一其中以下列方式使所述系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)循環(huán)的測試采用十硼烷工作兩小時(shí)(所分析離子束電流＞500μA)，關(guān)閉所述源并使燈絲冷卻，隨后以500sccm的NF3潰入氣體及700sccm的Ar進(jìn)行15分鐘的化學(xué)清理，來看實(shí)施重復(fù)的化學(xué)清理步驟是否對離子源或提取電極有任何害處。在進(jìn)行21個(gè)循環(huán)之后，離子源或電極的工作特性未出現(xiàn)任何可測量到的變化。該結(jié)果證實(shí)此種F清理過程能使離子源在以可冷凝物質(zhì)工作時(shí)具有極長的壽命。
包含于一實(shí)例性離子植入機(jī)內(nèi)的離子產(chǎn)生系統(tǒng)圖16顯示一商業(yè)離子植入機(jī)中的各基本要素，其中安裝有包含圖7所示離子源的新穎離子束產(chǎn)生系統(tǒng)的一實(shí)施例。離子源10插入于離子植入機(jī)的源真空室209內(nèi)。其通過絕緣體211與室209進(jìn)行電絕緣。離子提取電極220從離子源10提取離子并使其加速以形成一離子束200。離子束200完全在真空中傳播；其自電極220進(jìn)入分析器室290、300，在此處由雙極分析器磁鐵230使其變彎并分散成若干以其電荷對質(zhì)量比相區(qū)分的單獨(dú)的細(xì)束。所關(guān)心的細(xì)離子束穿過質(zhì)量分辨孔270進(jìn)入一最終的加速(或減速)級310。由此產(chǎn)生、選取及加速的離子束240離開離子束形成系統(tǒng)208并被引入處理室330中，其在此處截交旋轉(zhuǎn)盤314上的一個(gè)或多個(gè)器件晶片312?？赏ㄟ^關(guān)閉隔離閥210來使離子源真空室209與植入機(jī)真空系統(tǒng)的其余部分相隔離。例如，在對離子源進(jìn)行就地清理之前關(guān)閉隔離閥210。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生一離子束(475或240)的系統(tǒng)，其包括一離子源(400或10)與一提取電極(405或220)及一反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)(455，430)的組合，所述離子源包括一連接至一高電壓電源并具有一氣態(tài)或氣化進(jìn)料入口(441，440或435)的離子化室(500)、一用于在所述離子化室內(nèi)將所述進(jìn)料離子化的可通電的離子化系統(tǒng)及一與一真空室(410或209)連通的提取孔(304)，所述真空室由一真空抽吸系統(tǒng)(420)抽成真空，所述提取電極(405或220)設(shè)置于所述離子化室外面的所述真空室中、與所述離子化室的所述提取孔(504)對齊并用于維持在一低于所述離子化室的電壓以下的電壓，以通過所述孔從所述離子化室內(nèi)提取離子，且所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)(455，430)可在所述離子化室及離子化系統(tǒng)斷電時(shí)工作，以提供一通過所述離子化室(500)及通過所述離子提取孔(504)的反應(yīng)性氣體流來與所述離子產(chǎn)生系統(tǒng)的至少某些表面上的沉積物反應(yīng)并移除所述沉積物。
2.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其構(gòu)造成用于在半導(dǎo)體晶片中植入離子，所述離子化室(500)具有一小于約100ml的容積及一小于約200cm2的內(nèi)表面面積。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其經(jīng)過構(gòu)造而產(chǎn)生一以小于約2標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的流速流入所述離子化室內(nèi)的所述反應(yīng)性氣體的流。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述提取電極(405或220)構(gòu)造成產(chǎn)生一適于傳輸至一利用點(diǎn)的加速的離子束。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述提取電極(405或220)位于一自所述提取孔(504)向所述真空抽吸系統(tǒng)移動的反應(yīng)性氣體路徑內(nèi)，以使所述反應(yīng)性氣體清理所述提取電極。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述提取電極(405或220)與一加熱器(720，730，820)相關(guān)聯(lián)，以在所述提取電極提取形成于所述離子化室中的離子期間使所述電極維持處于一高的溫度，例如高于從固體形成的熱敏蒸氣的冷凝溫度、低于其離解溫度。
7.如前述權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述提取電極(405；220)與一冷卻器件(512，522)相關(guān)聯(lián)，例如當(dāng)所述電極由熱敏材料制成并與一熱的離子源一起使用時(shí)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述提取電極具有一光滑的、無形體的外表。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)(455，430)包括一等離子體室，所述等離子體室設(shè)置成接收一能夠被等離子體離解的潰入氣體以產(chǎn)生一通過一室出口(456)的反應(yīng)性氣體流；及一用于將所述反應(yīng)性氣體傳輸至所述離子化室(500)的導(dǎo)管(430)。
10.如權(quán)利要求9所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述等離子體室構(gòu)造及設(shè)置成接收及離解一種能夠被離解成氟原子的化合物，例如NF3、C3F8或CF4。
11.如權(quán)利要求9或10所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)構(gòu)造及設(shè)置成共享一與所述離子源(400或10)相關(guān)聯(lián)的輔助設(shè)施(S)。
12.如權(quán)利要求9或10所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其構(gòu)造成引導(dǎo)一離子束穿過一質(zhì)量分析器(230)，其中所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)構(gòu)造及設(shè)置成與所述質(zhì)量分析器共享一輔助設(shè)施(S)。
13.如前述權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)包括一來自一高壓反應(yīng)性氣體—例如ClF3-容器的導(dǎo)管(430A)。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其與一終點(diǎn)檢測系統(tǒng)(470，RGA，F(xiàn)TIR，TD)相結(jié)合，所述終點(diǎn)檢測系統(tǒng)(470，RGA，F(xiàn)TIR，TD)用于至少協(xié)助檢測所述反應(yīng)性氣體與所述用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)的一表面上的污染物的反應(yīng)基本完成。
15.如權(quán)利要求14所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述終點(diǎn)檢測系統(tǒng)包括一用于分析在所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)運(yùn)行期間已暴露至所述表面的氣體的化學(xué)組成的分析系統(tǒng)(例如RGA或FTIR)。
16.如權(quán)利要求14或15所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其包括一溫度檢測器(TD)，所述溫度檢測器(TD)設(shè)置成檢測所述反應(yīng)性氣體與所述系統(tǒng)一表面上的污染物的一放熱反應(yīng)基本結(jié)束。
17.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述可通電的離子化系統(tǒng)包括一位于所述離子化室(500)內(nèi)或與所述離子化室(500)連通的易于受到所述反應(yīng)性氣體損壞的組件，且設(shè)置有用于將所述組件與流過所述系統(tǒng)的反應(yīng)性氣體屏蔽開的構(gòu)件。
18.如權(quán)利要求17所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述構(gòu)件包括一用于產(chǎn)生一穿過所述組件的惰性氣體-例如氬-流的結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求17或18所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述構(gòu)件包括一不能透過所述反應(yīng)性氣體的屏蔽元件。
20.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其構(gòu)造成與作為所述反應(yīng)性氣體的反應(yīng)性鹵素氣體一起使用，且所述提取電極(405或220)及相關(guān)部件包含鋁(Al)或氧化鋁(Al2O3)。
21.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述離子源(400或10)構(gòu)造成通過一電弧放電、一RF場、一微波場或一電子束在所述離子化室(500)內(nèi)產(chǎn)生離子。
22.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其與一可冷凝固態(tài)進(jìn)料氣化器(28，445)相關(guān)聯(lián)以用于產(chǎn)生饋送給所述離子化室的潰入蒸氣。
23.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述離子源構(gòu)造成將能夠形成簇離子或分子離子的進(jìn)料氣化，且所述離子化系統(tǒng)構(gòu)造成將所述材料離子化以形成用于植入的簇離子或分子離子。
24.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述真空室(410或209)與一抽吸系統(tǒng)(420)相關(guān)聯(lián)，所述抽吸系統(tǒng)(420)包括一能夠產(chǎn)生高真空的高真空泵(421)及一能夠產(chǎn)生低真空的預(yù)抽泵(422)，所述高真空泵(421)可在所述離子源(400或10)運(yùn)行期間運(yùn)行，且能夠在所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)運(yùn)行期間與所述真空室隔離，所述預(yù)抽泵(422)可在所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)運(yùn)行期間運(yùn)行。
25.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其與一離子植入裝置相關(guān)聯(lián)，所述裝置構(gòu)造成在所述提取電極(405或220)之后將離子傳輸至一真空室(330)內(nèi)的一植入站(312，314，圖16)。
26.如權(quán)利要求25所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其包括一隔離閥(425或200)以在所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)運(yùn)行期間將所述植入站(312)與所述離子化室(500)及所述提取電極(405或220)相隔離。
27.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述離子源構(gòu)造成及用于產(chǎn)生用于半導(dǎo)體處理的摻雜劑離子，且所述反應(yīng)性氣體清理系統(tǒng)(455，430)用于向所述離子化室(500)或所述提取電極(405或220)輸送氟(F)離子或氯(Cl)離子以便清理一表面上的沉積物。
28.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述離子源(400或10)適于被溫控至一給定溫度。
29.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述離子源(400或10)用于產(chǎn)生一含硼的離子束。
30.如權(quán)利要求29所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其用于通過向所述離子源(400或10)內(nèi)饋送氣化的氫化硼材料來產(chǎn)生所述含硼的離子束。
31.如權(quán)利要求30所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述氫化硼材料為十硼烷B10H14。
32.如權(quán)利要求30所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述氫化硼材料為十八硼烷B18H22。
33.如權(quán)利要求1-28中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述離子源(400或10)用于產(chǎn)生含砷的離子束。
34.如權(quán)利要求1-28中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述離子源(400或10)用于產(chǎn)生含磷的離子束。
35.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述離子源的所述離子化室(500)包含鋁。36、如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生一離子束的系統(tǒng)，其中所述離子源的所述離子化室(500)或者所述提取電極包含一耐受例如氟(F)等鹵素氣體侵蝕的材料。
37.一種使用如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或者與一離子植入機(jī)相關(guān)聯(lián)的一離子源系統(tǒng)進(jìn)行就地清理的方法，其中在一離子源斷電且處于真空時(shí)使反應(yīng)性鹵素氣體流入一離子源(400或10)內(nèi)。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述反應(yīng)性鹵素氣體為氟(F)。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述反應(yīng)性鹵素氣體為氯(Cl)。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，其中從一遠(yuǎn)端等離子體源將所述氟氣體引入所述離子源內(nèi)。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中通過一NF3等離子體在所述遠(yuǎn)端等離子體源內(nèi)產(chǎn)生所述氟氣體。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中通過一C3F8或CF4等離子體在所述遠(yuǎn)端等離子體源內(nèi)產(chǎn)生所述氟氣體。
43.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述反應(yīng)性鹵素氣體為ClF3。
44.如權(quán)利要求37-43中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述離子源已將十硼烷B10H14離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
45.如權(quán)利要求37-43中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述離子源已將十八硼烷B18H22離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
46.如權(quán)利要求37-43中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述離子源已將含砷的化合物，例如砷化三氫(AsH3)或元素砷(As)，離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
47.如權(quán)利要求37-43中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述離子源已將含磷的化合物，例如元素磷(P)或磷化三氫(PH3)，離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
48.如權(quán)利要求37-43中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述離子源已將含銻的化合物，例如三甲基銻(Sb(CH4)3)或五氟化銻(SbF5)，離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
49.如權(quán)利要求37-43中任一項(xiàng)所述的方法，其實(shí)施來進(jìn)行離子植入，其中在為植入一不同的離子物質(zhì)而更換離子源進(jìn)料的中間在一離子植入機(jī)中對一離子源就地實(shí)施所述清理程序。
50.一種離子植入系統(tǒng)，其具有一離子源(400或10)及一用于從所述離子源提取離子的提取電極(405或220)，其中所述提取電極包括一加熱器，所述加熱器構(gòu)造成使所述電極維持一足以明顯減少正被離子化的氣體或蒸氣及自其產(chǎn)生的產(chǎn)物在所述電極上的冷凝的高的溫度。
51.如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中所述電極包含鋁。
52.如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中所述電極由鉬構(gòu)成。
53.如權(quán)利要求50，51或52所述的系統(tǒng)，其中所述電極由輻射式加熱器(720，730)進(jìn)行加熱。
54.如權(quán)利要求50，51或52所述的系統(tǒng)，其中所述電極由電阻式加熱器(820)進(jìn)行加熱。
55.如權(quán)利要求53或54所述的系統(tǒng)，其中所述電極的溫度被控制至一所需溫度。
56.如權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其中所述溫度介于150℃與250℃之間。
57.如權(quán)利要求50-56中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述電極通過暴露于含鹵素的反應(yīng)性氣體而周期性地得到清理。
58.一種就地清理如權(quán)利要求1-36中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的一離子提取電極(405或220)或一與一離子植入機(jī)相關(guān)聯(lián)的離子提取電極(405或220)的方法，其中在所述電極位于原位且處于真空時(shí)使反應(yīng)性鹵素氣體在所述離子提取電極上流動。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述反應(yīng)性鹵素氣體為氟(F)。
60.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述反應(yīng)性鹵素氣體為氯(Cl)。
61.如權(quán)利要求59所述的方法，其中將所述氟氣體從一遠(yuǎn)端等離子體源(455)引入一其中存在有所述提取電極的真空室內(nèi)。
62.如權(quán)利要求61所述的方法，其中通過一NF3等離子體在所述遠(yuǎn)端等離子體源內(nèi)產(chǎn)生所述氟氣體。
63.如權(quán)利要求61所述的方法，其中通過一C3F8或CF4等離子體在所述遠(yuǎn)端等離子體源內(nèi)產(chǎn)生所述氟氣體。
64.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述反應(yīng)性氣體為ClF3。
65.如權(quán)利要求58-64中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述離子源已將十硼烷B10H14離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
66.如權(quán)利要求58-64中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述離子源已將十八硼烷B18H22離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
67.如權(quán)利要求58-64中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述離子源已將含砷的化合物，例如砷化三氫(AsH3)或元素砷(As)，離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
68.如權(quán)利要求58-64中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述離子源已將含磷的化合物，例如元素磷(P)或磷化三氫(PH3)離子化后實(shí)施所述清理程序來移除沉積物。
69.如權(quán)利要求58-64中任一項(xiàng)所述的方法，其與離子植入相結(jié)合地實(shí)施，其中在為植入一不同的離子物質(zhì)而更換離子源進(jìn)料的中間實(shí)施所述清理程序。
全文摘要
通過具有使用反應(yīng)性鹵素氣體(F1，F(xiàn)2)就地蝕刻清理一離子源(400)及一提取電極(405)的設(shè)置的源及通過具備可延長清理之間運(yùn)行持續(xù)時(shí)間的特征來增強(qiáng)或延長離子源(400)的運(yùn)行壽命。后者包括進(jìn)行精確的蒸氣流量控制，進(jìn)行離子束光學(xué)元件的精確聚焦，及對所述提取電極進(jìn)行溫度控制以防止形成沉積物或防止電極被破壞。一種由一用于產(chǎn)生摻雜劑離子以進(jìn)行半導(dǎo)體晶片處理的離子源構(gòu)成的裝置耦接至一遠(yuǎn)端等離子體源，所述遠(yuǎn)端等離子體源向第一離子源輸送F或Cl離子以便清理所述第一離子源及所述提取電極中的沉積物。這些方法及裝置能在以可冷凝的潰入氣體(例如升華的蒸氣源)運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)長的設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間，且尤其適用于與所謂的冷離子源一起使用。本文描述了當(dāng)使用十硼烷及十八硼烷作為進(jìn)料時(shí)以及當(dāng)使用氣化砷元素及磷元素時(shí)能實(shí)現(xiàn)長的設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間、并有助于在離子植入期間增強(qiáng)離子束穩(wěn)定性的方法及裝置。
文檔編號H01J37/317GK1894763SQ200480037117
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者托馬斯·N·霍爾斯基, 羅伯特·W·米爾加特三世, 小喬治·P·薩科, 戴爾·康拉德·雅各布森, 韋德·艾倫·科魯爾 申請人:山米奎普公司