專利名稱：延長(zhǎng)離子源壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明部分地涉及防止或減少在半導(dǎo)體及微電子制造中使用的離子注入機(jī)的離子源組件中形成及/或積聚沉積物的方法。離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件。沉積物不利地影響離子注入機(jī)的正常操作，從而造成頻繁停工時(shí)間且減少工具利用。
背景技術(shù)：
離子注入在半導(dǎo)體/微電子器件制造中是一項(xiàng)重要的工藝。在集成電路制造中使用離子注入工藝將摻雜劑雜質(zhì)引入半導(dǎo)體晶圓中。將期望的摻雜劑雜質(zhì)引入半導(dǎo)體晶圓中以便在期望深度形成摻雜區(qū)。選擇摻雜劑雜質(zhì)以便與半導(dǎo)體晶圓材料結(jié)合從而產(chǎn)生電載體且由此改變半導(dǎo)體晶圓材料的導(dǎo)電性。引入的摻雜劑雜質(zhì)的濃度決定摻雜區(qū)的導(dǎo)電性。必需產(chǎn)生許多此類雜質(zhì)區(qū)以便形成晶體管結(jié)構(gòu)、隔離結(jié)構(gòu)及其它電子結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)共同作為半導(dǎo)體裝置。在離子注入工藝中，使用含有期望摻雜劑元素的摻雜劑源材料(例如，氣體)。參照?qǐng)D3，將氣體引入離子源室(S卩，電離室)中，并將能量引入室中以便使氣體電離。電離產(chǎn)生含有摻雜劑元素的離子。使用離子引出系統(tǒng)從離子源室引出呈期望能量的離子束形式的離子。引出可通過在引出電極的兩端施加高電壓來實(shí)施。使束傳輸通過質(zhì)量分析器/過濾器以便選擇打算注入的物質(zhì)。隨后可使離子束加速/減速并傳輸?shù)轿挥诮K端站中的靶標(biāo)加工件的表面上，以便將摻雜劑元素注入加工件中。加工件可為(例如)半導(dǎo)體晶圓或需要離子注入的類似靶標(biāo)物體。束中的離子碰撞加工件的表面并穿透所述表面，以便形成具有期望電及物理性質(zhì)的區(qū)域。關(guān)于離子注入工藝的一個(gè)問題涉及在離子源室的表面上及在含于離子源室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物。沉積物干擾離子源室的成功操作，例如，由離子源室中的低電壓絕緣體上形成的沉積物引起的電短路及由離子源室中的絕緣體上形成的沉積物引起的有力的高電壓火花。沉積物可不利地影響離子注入機(jī)的正常操作，造成頻繁停工時(shí)間且減少工具利用。由于在移除離子源室及含于離子源室內(nèi)的組件以便進(jìn)行清潔時(shí)可能放出毒性或腐蝕性蒸氣，因此還可引起安全性問題。因此，需要最小化或防止在離子源室的表面及含于離子源室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物，從而最小化對(duì)離子源室的成功操作的任何干擾。當(dāng)使用SiF4作為摻雜劑源時(shí)，在離子源室及離子注入工具的附近區(qū)域中形成沉積物。當(dāng)在離子源室中電離期間由SiF4解離形成的氟離子/氟自由基與室材料(主要是鎢)反應(yīng)而生成揮發(fā)性氟化鎢(WFx)時(shí)，出現(xiàn)沉積物。這些揮發(fā)性氟化物遷移到室中的更熱區(qū)域并作為W沉積。經(jīng)常形成沉積物的室組件包括陰極、推斥電極及接近燈絲的區(qū)域。下文

圖1顯示IHC離子源的各個(gè) 組件的示意圖。在陰極上積聚材料會(huì)降低其熱離子發(fā)射速率，從而使其難以使源氣體電離。而且，在這些組件上存在過多沉積物會(huì)造成電短路，從而導(dǎo)致束電流瞬時(shí)下降及離子源操作中斷。還在離子源室的孔板上形成沉積物，這會(huì)使引出的離子束的均勻性降級(jí)。這個(gè)區(qū)域還由于接近抑制電極而非常敏感。抑制電極通常經(jīng)受高電壓負(fù)載(高達(dá)土 30 kV)且這個(gè)區(qū)域中的沉積物使其非常容易電短路?？捎捎谏衔牧谐龅臋C(jī)制中的任一種機(jī)制或其組合而發(fā)生離子源故障。在離子源發(fā)生故障后，注入機(jī)使用者不得不停止加工，親自打開離子源室并清潔或更換室中的各個(gè)組件。除清潔或更換室組件的成本以外，這個(gè)操作還會(huì)導(dǎo)致大量的工具停工時(shí)間且減少工具利用。通過防止或減少此類沉積物的形成及/或積聚，注入機(jī)使用者將獲得顯著的生產(chǎn)力提高，延長(zhǎng)離子源的壽命。因此，需要防止或減少在離子源室的表面及含于離子源室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物。本領(lǐng)域期望研發(fā)防止或減少在離子源室的表面及含于離子源室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物以便最小化對(duì)離子源室的成功操作的任何干擾從而延長(zhǎng)離子源壽命的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明部分地涉及防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件中形成及/或積聚沉積物的方法，其中，離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件，所述方法包括:
將摻雜劑氣體引入電離室中，其中，摻雜劑氣體具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成；及
在足以防止或減少在電離室的內(nèi)部及/或在一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物的條件下使摻雜劑氣體電離。本發(fā)明還部分地涉及將離子注入靶標(biāo)中的方法，所述方法包括:
a)提供具有離子源組件的離子注入機(jī)，其中，離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件；
b)提供離子源反應(yīng)物氣體以便提供打算注入的離子物質(zhì)源，其中，離子源反應(yīng)物氣體具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成；
c)將離子源反應(yīng)物氣體引入電離室中；
d)在足以防止或減少在電離室的內(nèi)部及/或在一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物的條件下使離子源反應(yīng)物氣體在電離室中電離，以便形成打算注入的離子；及
e)將打算注入的離子從電離室引出并將其引導(dǎo)至靶標(biāo)(例如，加工件)。本發(fā)明方法進(jìn)一步部分地涉及延長(zhǎng)離子注入機(jī)中的離子源組件的壽命的方法，其中，離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件，所述方法包括:
a)將摻雜劑氣體引入電離室中，其中，摻雜劑氣體具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成；及
b)在足以防止或減少在電離室的內(nèi)部及/或在一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物的條件下使摻雜劑氣體電離。
本發(fā)明方法提供與其它已知的離子注入工藝(例如基于SiF4的工藝)相比，改進(jìn)的防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件上形成及/或積聚沉積物。本發(fā)明方法的執(zhí)行使得消費(fèi)者能夠縮短離子注入機(jī)的離子源的故障之間的平均時(shí)間(MTBF)及在需要清潔離子注入機(jī)的離子源之前實(shí)施期望的離子注入達(dá)較長(zhǎng)的時(shí)間段，且因此可提高工具利用。因此，使用者可縮短工具停工時(shí)間且減少清潔及組件更換期間遇到的安全問題。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)下文詳細(xì)說明將容易地了解本發(fā)明的其它目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明涵蓋其它不同實(shí)施方式，且其若干細(xì)節(jié)涵蓋各個(gè)顯而易見方面的修改形式，這并不背離本發(fā)明。相應(yīng)地，應(yīng)將圖及說明視為本質(zhì)上例示性而非限制性的。附圖簡(jiǎn)述
圖1是IHC (間接加熱式陰極)離子源的示意圖。圖2是顯示不同S1-鹵化物的解離機(jī)制(最低能量途徑)及解離能的表格(Prascher 等人，Chem Phy, (359), 2009,第 I 至 13 頁)。圖3是離子注入系統(tǒng)的示意圖。發(fā)明詳述
本發(fā)明涉及將離子注入加工件中的方法，所述方法改進(jìn)或延長(zhǎng)離子注入機(jī)的離子源壽命。而且，本發(fā)明方法提供離子注入機(jī)源的改進(jìn)壽命而沒有伴隨的設(shè)備產(chǎn)出量的損失。本發(fā)明可用于使用加熱式陰極型離子源(例如圖1中顯示的IHC (間接加熱式陰極)離子源)來操作離子注入機(jī)。圖1中顯示的離子源包括界定電弧室112的電弧室壁
111。在注入機(jī)的操作中，將源氣體引入源室中。氣體可在室側(cè)通過(例如)氣體進(jìn)料口113引入源室中。離子源包括燈絲114。燈絲典型地為含鎢燈絲。例如，燈絲可包含鎢或含有至少50%鎢的鎢合金。通過連接的電源向燈絲114施加電流以便電阻加熱燈絲。燈絲將緊鄰放置的陰極115間接加熱至熱離子發(fā)射溫度。提供絕緣體118以便將陰極115與電弧室壁111電隔離。使由陰極115發(fā)射的電子加速，且所述電子使由氣體進(jìn)料口 113提供的氣體分子電離以便產(chǎn)生等離子體環(huán)境。推斥電極116聚集負(fù)電荷以便推斥電子從而維持氣體分子電離及電弧室中的等離子體環(huán)境。電弧室外殼還包括引出孔117以便將離子束121引出電弧室。引出系統(tǒng)包括位于引出孔117前面的引出電極120及抑制電極119。引出電極及抑制電極均具有與引出孔對(duì)準(zhǔn)的孔，以便引出打算用于離子注入的明確界定的束121。當(dāng)用含氟的摻雜劑氣體(例如操作時(shí)，上文所述離子源的壽命可受暴露于含有高度活性F離子的等離子體環(huán)境的電弧室組件上W的金屬生長(zhǎng)所限制。本發(fā)明不限于圖1中顯示的IHC型離子源。其它適宜的離子源(例如，伯納斯(Bernas)或弗里曼(Freeman)型離子源)可用于本發(fā)明的操作。另外，本發(fā)明不限于使用任意一種類型的離子注入設(shè)備。相反，本發(fā)明方法適用于與本領(lǐng)域已知的任意一種類型的離子注入設(shè)備一起使用。根據(jù)本發(fā)明，將氣體或源材料引入圖1中顯示的離子源室中。氣體可以控制量引入源室中，以便產(chǎn)生期望的打算注入的離子。如上文所指示，某些源氣體可導(dǎo)致在離子源室的表面及含于離子源室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物，例如，鎢從源室壁離開及鎢沉積在其它區(qū)域(包括但不限于燈絲、陰極、孔及推斥極)上。這些沉積物不利地影響離子注入機(jī)的正常操作，造成頻繁停工時(shí)間且減少工具利用。
根據(jù)本發(fā)明，提供防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件上形成及/或積聚沉積物的方法，其中，離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件。所述方法包括將摻雜劑氣體引入電離室中，其中，摻雜劑氣體具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成。隨后在足以防止或減少在電離室的內(nèi)部及/或在一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物的條件下使摻雜劑氣體電離。具體來說，本發(fā)明提供改進(jìn)離子源的性能及延長(zhǎng)其壽命的方法，所述離子源從摻雜劑前體(例如，摻雜劑氣體)產(chǎn)生至少含硅離子，其中，沒有稀釋氣體與摻雜劑氣體同時(shí)引入離子室中。僅摻雜劑氣體作為離子物質(zhì)源。根據(jù)本發(fā)明，提供延長(zhǎng)離子注入機(jī)中的離子源組件的壽命的方法，其中，離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件。所述方法包括將摻雜劑氣體引入電離室中，其中，摻雜劑氣體具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成。隨后在足以防止或減少在電離室的內(nèi)部及/或在一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物的條件下使摻雜劑氣體電離。摻雜劑源包括具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成的那些。例示性摻雜劑源包括(例如)包含以下的摻雜劑氣體:(i)含氫氟化組合物，( )含烴氟化組合物，(iii)含烴氫化物組合物，(iv)除氟化組合物以外的含鹵化物組合物，或(V)包含含氟及非氟的鹵化物的含鹵化物組合物。具體來說，摻雜劑氣體可選自單氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)、三氟甲硅烷(SiHF3)、單氯甲硅烷(SiH3Cl)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiCl3H)、四氯化硅(SiCl4)、二氯乙硅烷(Si2Cl2H4)、二氟甲烷(CH2F2)、三氟甲烷(CHF3)、氯甲烷(CH3Cl)、二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)、四氯化碳(CCl4)、單甲基甲硅烷(Si (CH3)H3)、二甲基甲硅烷(Si(CH3)2H2)及三甲基甲硅烷(Si (CH3)3H)、氯三氟甲烷(CClF3) 、二氯二氟甲烷(CCl2F2)、三氯氟甲烷(CCl3F)、溴三氟甲烷(CBrF3)及二溴二氟甲烷(CBr2F2)等。例示性含氫氟化組合物包括(例如)單氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)、三氟甲硅烷(SiHF3)等。例示性含烴氟化組合物包括(例如)二氟甲烷(CH2F2)、三氟甲烷(CHF3)等。例示性含烴氫化物組合物包括(例如)單甲基甲硅烷(Si (CH3)H3)、二甲基甲硅烷(Si(CH3)2H2)及三甲基甲硅烷(Si(CH3)3H)等。例示性除氟化組合物以外的含鹵化物組合物包括(例如)單氯甲硅烷(SiH3Cl)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiCl3H)、四氯化硅(SiCl4)、二氯乙硅烷(Si2Cl2H4)、氯甲烷(CH3Cl)、二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)、四氯化碳(CCl4)等。例示性包含含氟及非氟的鹵化物的含鹵化物組合物包括(例如)氯三氟甲烷(CClF3)、二氯二氟甲烷(CCl2F2)、三氯氟甲烷(CCl3F)、溴三氟甲烷(CBrF3)及二溴二氟甲烷(CBr2F2)等。含氫氟化組合物降低每個(gè)分子中F的量且在電離時(shí)也產(chǎn)生H離子/H自由基。H離子/H自由基與產(chǎn)生的F離子/F自由基反應(yīng)，以便進(jìn)一步減少氟對(duì)室組件的攻擊且延長(zhǎng)離子源的壽命。含氫氟化組合物與未經(jīng)稀釋的SiF4相比保持相同的每單位氣體流中的摻雜劑原子(例如，Si)數(shù)。除氟化組合物以外的含鹵化物組合物(例如，氯化組合物)用Cl原子完全取代F原子。它們?cè)诮怆x時(shí)產(chǎn)生Cl離子或Cl自由基。Cl離子或Cl自由基在與W反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生WClx，它與在F離子或F自由基與W反應(yīng)期間產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)WFx相比揮發(fā)性顯著較低。例如，WF6在20°C下的蒸氣壓是925托，而WCl6在20°C下是固體，且甚至在180°C下，其蒸氣壓也僅為2.4托。由于與F環(huán)境相比在Cl環(huán)境中蝕刻產(chǎn)物的揮發(fā)性顯著較低，Cl不像F那么容易地蝕刻W，因此產(chǎn)生較少量的揮發(fā)性WC1X。揮發(fā)性鹵化鎢的量降低使得較少W沉積，由此延長(zhǎng)離子源的壽命。而且，例如在含Si摻雜劑氣體的情況下，與S1-F鍵相比，使S1-Cl及S1-H鍵解離需要較少的能量。參見圖2。因此，使用者可在與SiFd@比降低的負(fù)載(即，較低的燈絲電流及電弧電壓)下操作離子源以便獲得類似的Si束電流。這也有助于延長(zhǎng)離子源的壽命。二氯乙硅烷每個(gè)分子具有兩個(gè)Si原子。使用這種分子可獲得對(duì)于相同量的氣體流進(jìn)一步增加Si束電流的附加優(yōu)點(diǎn)。束電流增加提供縮短加工晶圓的周期的機(jī)會(huì)?？捎糜诒景l(fā)明的摻雜劑可在沒有用作離子源的稀釋氣體下使用。在注入期間形成的沉積物典型地視在加工室中的位置而含有不同量的鎢(W)。W是電離室及含于電離室內(nèi)的組件的常見構(gòu)筑材料。沉積物還可含有來自摻雜劑氣體的元素?，F(xiàn)有技術(shù)中論述的方法依賴于兩種減少沉積物形成的機(jī)制。與注入氣體混合的惰性物質(zhì)物理濺射形成的沉積物且在沉積物形成時(shí)將其移除。另外，如本發(fā)明所顯示，氫混合降低活性氟的濃度以便減輕氟對(duì)室組件的攻擊。氫與F自由基/F離子反應(yīng)形成HF。然而，使任何其它氣體與注入氣體共流也物理稀釋混合物中注入氣體的濃度，且因此對(duì)于給定的注入氣體流注入離子(例如，Si)的濃度較低。這導(dǎo)致可用于離子注入的束電流較低。使用者不得不將晶圓加工較長(zhǎng)時(shí)間，以便實(shí)現(xiàn)與未經(jīng)稀釋的工藝類似量的劑量。這延長(zhǎng)了加工周期，因此導(dǎo)致降低的工具產(chǎn)出速率。因此，離子注入工具的總體性能仍然受損。由于在重物理濺射作用下存在陰極變細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)，因此使用重原子(例如Xe、Kr或As)也不合意。與這些方法相反，本發(fā)明使用替代摻雜劑以便解決用其它摻雜劑(例如，SiF4)時(shí)面臨的源壽命問題。具體來說，本發(fā)明使用摻雜劑源組合物中納入氫的摻雜劑。例如，對(duì)于含Si摻雜劑來說，可用于本發(fā)明的適宜的摻雜劑分子包括單氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)、三氟甲硅烷(SiHF3)等。所有這些分子均在電離時(shí)產(chǎn)生H及F。氫作為F清除劑且減少氟對(duì)室組件的攻擊。與現(xiàn)有技術(shù)方法不同，本發(fā)明方法不稀釋注入氣體流，因此與未經(jīng)稀釋的SiF4相比保持相同的每單位氣體流中的摻雜劑原子(例如，Si)數(shù)。在實(shí)施方式中，本發(fā)明使用氯化分子作為摻雜劑源。對(duì)于含Si摻雜劑源來說，適宜的摻雜劑分子包括(例如)單氯甲硅烷(SiH3Cl)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiCl3H)、四氯化硅(SiCl4)、二氯乙硅烷(Si2Cl2H4)等。這些分子在電離時(shí)產(chǎn)生Cl原子。與氟等離子體相比，在氯等離子體下W以較緩慢的速率蝕刻。因此，當(dāng)使用氯化分子作為摻雜劑源時(shí)，W從室壁離開及W遷移至源室中/附近的不同位置顯著減少。而且，注入氣體流未經(jīng)稀釋。因此，使用者可實(shí)現(xiàn)與未經(jīng)稀釋的SiF4工藝類似的束電流且仍然實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)的離子源壽命。由于每單位氣體流中可利用的摻雜劑原子(例如，Si)的量較小，稀釋導(dǎo)致較長(zhǎng)的周期。本發(fā)明方法延長(zhǎng)離子源的壽命而周期沒有任何損失。對(duì)于使用稀釋氣體的方法來說，每一種稀釋氣體需要額外的氣體棒(gas stick)(流量控制裝置、壓力監(jiān)測(cè)裝置、閥及電子接口)。本發(fā)明消除了對(duì)于任何額外氣體棒的需要且節(jié)省了提供額外氣體棒所需要的資本支出。此外，鍵解離能表明，使用者可使用與SiF4相比較少的能量使本發(fā)明的替代摻雜劑分子電尚。參見圖2。除氟化組合物以外的含鹵化物組合物(例如，氯化組合物)由于完全替代源分子中的氟原子及較低的解離能而為優(yōu)選的摻雜劑。優(yōu)選的用于本發(fā)明的摻雜劑是二氯甲硅烷(DCS)?？捎糜谔娲鶶iF4的其它優(yōu)選的摻雜劑源包括(例如)Si (CH3) H3、Si (CH3)2H2及Si (CH3) 3H。在本發(fā)明的優(yōu)選方法中，將DCS的控制流供應(yīng)至離子注入工具的離子源室?？蓪CS包裝在高壓圓筒或負(fù)壓遞送包裝(例如UpTime 負(fù)壓遞送系統(tǒng))中。負(fù)壓包裝由于其增強(qiáng)的安全性而為優(yōu)選的氣體遞送方式。DCS的流速可在1-20 seem、更優(yōu)選地1-5 sccm的范圍內(nèi)。常用于商業(yè)離子注入機(jī)中的離子源包括弗里曼及伯納斯型源、間接加熱式陰極源及RF等離子體源。調(diào)整離子源的操作參數(shù)(包括壓力、燈絲電流及電弧電壓等)以便實(shí)現(xiàn)期望的DCS電離。通過向引出組合件提供負(fù)偏壓來引出離子(例如，Si或含Si正離子)，并使用磁場(chǎng)進(jìn)行過濾。隨后使所引出的束加速跨過電場(chǎng)并注入襯底中。如上文所指示，本發(fā)明部分地涉及將離子注入靶標(biāo)中的方法。所述方法包括提供具有離子源組件的離子注入機(jī)，其中，離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件。離子源反應(yīng)物氣體提供打算注入的離子物質(zhì)源。離子源反應(yīng)物氣體具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成。將離子源反應(yīng)物氣體引入電離室中。使離子源反應(yīng)物氣體在電離室中電離以便形成打算注入的離子。在足以防止或減少在電離室的內(nèi)部及/或在一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物的條件下實(shí)施電離。隨后將打算注入的離子從電離室引出并引導(dǎo)至靶標(biāo)(例如，加工件)。離子注入機(jī)可通過本領(lǐng)域中已知的常規(guī)方法操作。半導(dǎo)體加工領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，實(shí)際操作需要特定的流量控制裝置(例如，質(zhì)量流量控制器(MFC)、壓力變換器、閥等)及經(jīng)校準(zhǔn)用于特定摻雜劑的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。另外，需要調(diào)整注入工藝參數(shù)(包括燈絲電流、電弧電壓、引出電壓及抑制電壓等)，以便最優(yōu)化使用特定摻雜劑的工藝。調(diào)整方案包括最優(yōu)化束電流及其穩(wěn)定性以便實(shí)現(xiàn)期望的摻雜劑劑量。在引出離子束之后，應(yīng)要求下游工藝沒有改變。電離條件可大幅地變化。在本發(fā)明中可使用此類條件的任意適宜的組合，所述組合足以防止或減少從電離室的內(nèi)部及/或從一個(gè)或一個(gè)以上含于電離室內(nèi)的組件形成沉積物。電離室的壓力可在約0.1毫托至約10毫托、優(yōu)選地約0.5毫托至約2.5毫托的范圍內(nèi)。電離室的溫度可在約25°C至約1000°C、優(yōu)選地約400°C至約600°C的范圍內(nèi)。摻雜劑氣體的流速可在約0.1 sccm至約20 sccm、更優(yōu)選地約0.5 sccm至約3 sccm的范圍內(nèi)。通過使用本發(fā)明方法，可延長(zhǎng)離子注入機(jī)的離子源的壽命。這代表離子注入工業(yè)的進(jìn)步，因?yàn)樗s短修理或清潔工具所需要的停工時(shí)間。本發(fā)明方法適用于寬范圍的需要離子注入的應(yīng)用。本發(fā)明方法非常適用于半導(dǎo)體工業(yè)，以便提供具有源/漏區(qū)的半導(dǎo)體晶圓、芯片或襯底、預(yù)非晶化襯底的半導(dǎo)體晶圓或用于其表面修飾。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了本發(fā)明的各種修改形式及變化，且應(yīng)了解，此類修改形式及變化打算包括在本申請(qǐng)案的范圍以及權(quán)利要求書的精神及范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件中形成及/或積聚沉積物的方法，其中，所述離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于所述電離室內(nèi)的組件，所述方法包括: 將摻雜劑氣體引入所述電離室中，其中，所述摻雜劑氣體具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成 '及 在足以防止或減少在所述電離室的內(nèi)部及/或在所述一個(gè)或一個(gè)以上含于所述電離室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物的條件下使所述摻雜劑氣體電離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含(i)含氫氟化組合物，(ii)含烴氟化組合物，(iii)含烴氫化物組合物，(iv)除氟化組合物以外的含鹵化物組合物，或(V)包含含氟及非氟的鹵化物的含鹵化物組合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含選自單氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)及三氟甲硅烷(SiHF3)的含氫氟化組合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含選自二氟甲烷(CH2F2)及三氟甲烷(CHF3)的含烴氟化組合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含選自單甲基甲硅烷(Si (CH3)H3)、二甲基甲硅烷(Si(CH3)2H2)及三甲基甲硅烷(Si(CH3)3H)的含烴氫化物組合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含除氟化組合物以外的含鹵化物組合物，所述含鹵化物組合物選自單氯甲硅烷(SiH3Cl)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiCl3H)、四氯化硅(SiCl4)、二氯乙硅烷(Si2Cl2H4)、氯甲烷(CH3Cl)、二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷( CHCl3)及四氯化碳(CCl4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含含鹵化物組合物，所述含鹵化物組合物包含含氟及非氟的鹵化物，所述含鹵化物組合物選自氯三氟甲烷(CClF3)、二氯二氟甲烷(CCl2F2)、三氯氟甲烷(CCl3F)、溴三氟甲烷(CBrF3)及二溴二氟甲烷(CBr2F2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述沉積物包含來自所述電離室及/或來自所述一個(gè)或一個(gè)以上含于所述電離室內(nèi)的組件的鎢。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法是在不存在稀釋氣體下實(shí)施。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法是在不降低打算注入的離子的濃度下實(shí)施。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述離子源室包括由含鎢材料制成的壁。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括將離子束從所述電離室引出以便注入襯底中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述襯底是半導(dǎo)體晶圓。
14.一種將離子注入靶標(biāo)中的方法，所述方法包括: a)提供具有離子源組件的離子注入機(jī)，其中，所述離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于所述電離室內(nèi)的組件； b)提供離子源反應(yīng)物氣體以便提供打算注入的離子物質(zhì)源，其中，所述離子源反應(yīng)物氣體具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成； c)將所述離子源反應(yīng)物氣體引入所述電離室中；d)在足以防止或減少在所述電離室的內(nèi)部及/或在一個(gè)或一個(gè)以上含于所述電離室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物的條件下使所述離子源反應(yīng)物氣體在所述電離室中電離，以便形成打算注入的離子；及 e)將所述打算注入的離子從所述電離室引出并將其引導(dǎo)至所述靶標(biāo)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述離子源反應(yīng)物包含(i)含氫氟化組合物，( )含烴氟化組合物，(iii)含烴氫化物組合物，(iv)除氟化組合物以外的含鹵化物組合物，或(V)包含含氟及非氟的鹵化物的含鹵化物組合物。
16.根據(jù)權(quán)利 要求14所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含選自單氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)及三氟甲硅烷(SiHF3)的含氫氟化組合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含選自二氟甲烷(CH2F2)及三氟甲烷(CHF3)的含烴氟化組合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含選自單甲基甲硅烷(Si (CH3)H3)、二甲基甲硅烷(Si(CH3)2H2)及三甲基甲硅烷(Si(CH3)3H)的含烴氫化物組合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含除氟化組合物以外的含鹵化物組合物，所述含鹵化物組合物選自單氯甲硅烷(SiH3Cl)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯甲硅烷(SiCl3H)、四氯化硅(SiCl4)、二氯乙硅烷(Si2Cl2H4)、氯甲烷(CH3Cl)、二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)及四氯化碳(CCl4)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述摻雜劑氣體包含含鹵化物組合物，所述含鹵化物組合物包含含氟及非氟的鹵化物，所述含鹵化物組合物選自氯三氟甲烷(CClF3)、二氯二氟甲烷(CCl2F2)、三氯氟甲烷(CCl3F)、溴三氟甲烷(CBrF3)及二溴二氟甲烷(CBr2F2)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述沉積物包含來自所述電離室及/或來自所述一個(gè)或一個(gè)以上含于所述電離室內(nèi)的組件的鎢。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述方法是在不存在稀釋氣體下實(shí)施。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述方法是在不降低打算注入的離子的濃度下實(shí)施。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述離子源室包括由含鎢材料制成的壁。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述靶標(biāo)是半導(dǎo)體晶圓。
全文摘要
本發(fā)明部分地涉及防止或減少在半導(dǎo)體及微電子制造中使用的離子注入機(jī)的離子源組件中形成及/或積聚沉積物的方法。所述離子源組件包括電離室及一個(gè)或一個(gè)以上含于所述電離室內(nèi)的組件。所述方法涉及將摻雜劑氣體引入所述電離室中，其中，所述摻雜劑氣體具有足以防止或減少在電離期間形成氟離子/氟自由基的組成。隨后在足以防止或減少在所述電離室的內(nèi)部及/或在所述一個(gè)或一個(gè)以上含于所述電離室內(nèi)的組件上形成及/或積聚沉積物的條件下使所述摻雜劑氣體電離。所述沉積物不利地影響所述離子注入機(jī)的正常操作，從而造成頻繁停工時(shí)間且減少工具利用。
文檔編號(hào)C23C14/48GK103189956SQ201180054242
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者A.辛哈, L.A.布朗 申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司