改善植入系統(tǒng)中離子束品質(zhì)的方法
【專利說明】改善植入系統(tǒng)中禹子束品質(zhì)的方法
[0001]相關(guān)申請案交叉參考
[0002]本發(fā)明主張于2013年7月18日提申的美國臨時專利申請案第61/847，776號的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以全文引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本揭示的實施例是關(guān)于一種改善離子植入系統(tǒng)中離子束品質(zhì)的方法，且特別是關(guān)于一種改善硼離子束品質(zhì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體工件通常以摻質(zhì)物種植入，來產(chǎn)生期望的電性。舉例來說，太陽能電池可以藉由植入摻質(zhì)物種以產(chǎn)生射極區(qū)(emitter reg1n)。這種植入可使用各種不同機制來完成。在一實施例中，使用一種離子源。這種離子源可包括腔室，其中源氣體在所述腔室中離子化。來自這些源氣體的離子可通過腔室中的孔隙，并使用一或多個電極來提取。這些提取的離子經(jīng)引導(dǎo)朝向工件，其中這些離子被植入至工件中以形成太陽能電池。
[0005]為了改善制程效率及降低成本，在一些實施例中，提取自離子源的離子經(jīng)加速而直接朝向工件，沒有經(jīng)過任何質(zhì)量分析。換句話說，離子源中產(chǎn)生的離子經(jīng)加速而直接植入工件中。質(zhì)量分析器是用于自離子束移除不期望的物種。將質(zhì)量分析器移除，表示所有提取自離子源的離子將會植入工件中。因此，在離子源中也會產(chǎn)生不想要的離子并接著植入所述工件中。
[0006]這種現(xiàn)象在源氣體為鹵素類化合物(例如氟化物)時最為明顯的。氟離子與中性粒子(半穩(wěn)態(tài)或激態(tài))可能與離子源的內(nèi)表面反應(yīng)，釋放出不想要的離子，例如硅、氧、碳與鋁以及以雜質(zhì)元素存在的重金屬。
[0007]因此，一種改善束品質(zhì)(beam quality)，特別是改善使用鹵素類源氣體的實施例的束品質(zhì)的方法，將會是有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]揭示一種用于改善離子植入機中離子束品質(zhì)的方法。在一些離子植入系統(tǒng)中，來自離子源的污染物與期望的離子一同被提取，而引入污染物至工件。這些污染物可以是離子源腔室中的雜質(zhì)。當(dāng)不進(jìn)行提取的離子束的質(zhì)量分析時，這個問題會變嚴(yán)重，而當(dāng)期望的饋入氣體包括鹵素時，這個問題會變得更嚴(yán)重。將稀釋氣體引入離子腔室中可減少腔室的內(nèi)表面上的鹵素有害影響、減少提取的離子束中的污染物。在一些實施例中，所述稀釋氣體可以是鍺烷或硅烷。
[0009]在一實施例中，揭示一種將摻質(zhì)植入工件中的方法。所述方法包括:將饋入氣體與稀釋氣體引入離子源的腔室中，所述饋入氣體包括包含摻質(zhì)與氟的分子，其中所述摻質(zhì)包括第三族或第五族元素，而所述稀釋氣體包括包含氫及第四族元素的分子或包括包含氫及具有與所述摻質(zhì)相反的電性的物種的分子，其中引入的氣體的總體積的3 %與40 %之間包括所述稀釋氣體，且總體積的剩余部分包括所述饋入氣體。在所述腔室中離子化所述饋入氣體與所述稀釋氣體，且從所述腔室提取離子，且將所述離子加速朝向所述工件。
[0010]在另一實施例中，揭示一種將硼植入工件中的方法。所述方法包括將饋入氣體及稀釋氣體引入離子源的腔室中，所述饋入氣體包括包含硼與氟的分子，所述稀釋氣體包括包含氫及第五族的分子，其中引入的氣體的總體積的3%與20%之間包括所述稀釋氣體，且總體積的剩余部分包括所述饋入氣體。在所述腔室中離子化所述饋入氣體與所述稀釋氣體，以及從所述腔室提取離子且將所述離子加速朝向所述工件，其中經(jīng)提取的所述離子在植入所述工件中之前，不會經(jīng)過質(zhì)量分析。
[0011 ] 在另一實施例中，揭示一種將硼植入工件中的方法。所述方法包括將饋入氣體及稀釋氣體引入離子源的腔室中，所述饋入氣體包括包含硼與氟的分子，所述稀釋氣體包括包含氫及鍺的分子，其中引入的氣體的總體積的10%與20%之間包括所述稀釋氣體，且總體積的剩余部分包括所述饋入氣體。在所述腔室中離子化所述饋入氣體與所述稀釋氣體，以及從所述腔室提取離子且將所述離子加速朝向所述工件，其中經(jīng)提取的所述離子在植入所述工件中之前，不會經(jīng)過質(zhì)量分析。
【附圖說明】
[0012]為更佳了解本揭示，將參照援引并入本文中的附圖且其中:
[0013]圖1A至圖1C示出根據(jù)不同實施例的植入系統(tǒng)。
[0014]圖2是以稀釋氣體的濃度作為函數(shù)的摻質(zhì)電流(dopant current)與污染程度(contaminant level)的代表圖。
【具體實施方式】
[0015]如上述，鹵素類物種(諸如氟化物)的離子化會造成粒子自離子源的內(nèi)表面釋放而植入工件中。這些污染物可包括鋁、碳、氧、硅、氟類化合物以及其他不想要的物種(包括以雜質(zhì)元素存在的重金屬)。一種對付由自由鹵素離子所造成的損害的方式可以是引入一第二源氣體。
[0016]圖1A至圖1C示出各種實施例，其中可將第二源氣體引入離子源100的腔室105。在這些圖的每一個中，所述離子源100包括由數(shù)個壁107界定的腔室105，其可由石墨或其他合適的材料構(gòu)成。這個腔室105可經(jīng)由氣體入口 110來供應(yīng)一或多個儲存于源氣體容器170中的源氣體，這個源氣體可由射頻天線(RF天線)120或其他機制來激發(fā)。所述RF天線120與RF能源(未示出)電連通(electrical communicat1n)，其供能至所述RF天線120。介電窗125，例如石英或氧化鋁窗，可配置于所述RF天線120與所述離子源100的內(nèi)部之間。所述離子源100也包括孔隙140，離子可通過所述孔隙140。施加一負(fù)壓至配置于所述孔隙140外側(cè)的提取抑制電極130，以自所述腔室105中通過所述孔隙140提取帶正電離子且朝向所述工件160。也可使用接地電極150。在一些實施例中，所述孔隙140位于所述離子源100的含有所述介電窗125的一側(cè)的相對側(cè)。自所述腔室105提取的離子形成為離子束180，其經(jīng)引導(dǎo)朝向所述工件160。如上述，在所述離子撞擊所述工件160之前，未使用質(zhì)量分析器過濾所述離子。在一特定實施例中，在圖1A中示出，所述第二源氣體可儲存在第二氣體容器175中，且通過第二氣體入口 111引入所述腔室105。在另一實施例中，在圖1B中示出，所述第二源氣體可儲存在第二氣體容器176中，且通過與第一源氣體使用的相同氣體入口 110而引入所述腔室105。在又一實施例中，在圖1C中示出，所述第二源氣體可與第一源氣體在單一氣體容器178中混合。此氣體混合物接著通過氣體入口 110引入所述腔室105。
[0017]在這些實施例的任一個中，所述第一源氣體與第二源氣體可同時引入或相繼地引入所述腔室105。
[0018]所述第一源氣體，也稱作饋入氣體，可包括例如硼的摻質(zhì)與氟的組合，因此，所述饋入氣體可以是DFnSD?Fn的形式，其中D表示摻質(zhì)原子，其可以是硼、鎵、磷、砷或其他第三族或第五族的元素。所述第二源氣體，也稱作稀釋氣體，可以是具有XHj X幾的化學(xué)式的分子，其中Η是氫，X可以是摻質(zhì)物種，例如以上描述的任何一種。或者，X也可以是不影響所述工件160的電性的原子。舉例來說，若所述工件160包括硅，則X可以是第四族的元素，例如娃及鍺。
[0019]換句話說，所述饋入氣體可以是BF3S B 2F4，而所述稀釋氣體可例如是PH3、SiH4、NH3、GeH4、B2H6SAsH3。所列出的是表示一些可用的可能物種。將理解到，其他饋入氣體物種及稀釋物物種也是可能的。
[0020]藉由將所述饋入氣體與所述稀釋氣體結(jié)合，可減少氟離子的有害影響。舉例來說，在不限于任何特定理論的情況下，將氫引入可在所述介電窗125上產(chǎn)生膜或涂層。這可用于保護(hù)所述介電窗125，其減少了來自所述介電窗125的包含于提取的所述離子束180中的污染物的量。此外，所述稀釋氣體可涂覆腔室壁107的內(nèi)表面，其可為污染物的另一來源。這個涂層可減少氟離子與所述腔室壁107的內(nèi)表面之間的反應(yīng)、減少所產(chǎn)生的污染物的量。
[0021]將稀釋氣體引入可減少污染物的產(chǎn)生，且減少離子束中包含的這些污染物。相反地，大量稀釋氣體的引入會消極地影響用于離子束中的摻質(zhì)離子的產(chǎn)量。舉例來說，將過量稀釋氣體引入可能減少由離子源產(chǎn)生的摻質(zhì)束電流。
[0022]未預(yù)料到的是，污染物的減少量已確定不會與增加的稀釋物濃度成比例。換句話說，若稀釋物的量增加超過特定臨界值(threshold)時，污染物電流對摻質(zhì)電流的比例實際上會增加。這可能是由以下原因造成:在特定臨界值以上時，所述腔室壁107的內(nèi)表面上的額外涂層提供很少或不會另外提供針對氟離子的防護(hù)。此外，高稀釋氣體百分比會改變等離子體參數(shù)(例如高等離子體電位)，而由稀釋氣體離子導(dǎo)致所述腔室壁107額外濺鍍。所述腔室壁107的額外濺鍍可能造成污染程度增加。因此，若摻質(zhì)電流隨著稀釋物濃度為函數(shù)而下降，且污染物濃度維持定值或在特定臨界值之后增加，則離子束中污染物的百分比必然會增加。
[0023]圖2示出稀釋氣體