CN102047376A - 注入硼烷时在半导体基片上的粒子控制 - Google Patents

注入硼烷时在半导体基片上的粒子控制 Download PDF

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Abstract

本发明公开用于在离子注入期间减少粒子污染的方法，该方法包含提供用于通过离子束(210)将离子注入工件(228)的注入系统(200)，其中一个或多个组件处在选择性的真空下而且具有配置在其上的一个或多个第一状态污染物。引入气体至注入系统(200)，其中该气体大体与一种或多种污染物的至少一部分反应，在其中将该一种或多种污染物的至少一部分转换成第二状态。该第二状态的一种或多种污染物的至少一部分保持配置在该一个或多个组件上，而且其中该第二状态的一种或多种污染物的至少一部分大体而言不会在该一个或多个工件上产生污染。

Description

注入硼烷时在半导体基片上的粒子控制 
相关申请的引用
本申请要求于2008年5月30日递交的题目为注入硼烷时在半导体基片上的粒子控制的美国临时专利申请第61/057485号的优先权和权益，所述申请这里通过参考全部并入。
技术领域
本发明涉及离子注入系统，更具体而言，涉及在离子注入系统中控制粒子污染的系统与方法。 
背景技术
在半导体装置及其它产品的制造中，使用离子注入系统来给予杂质，该杂质通常习知为加入半导体基片、显示器面板或其它工件的掺杂物元素。传统离子注入系统或离子注入机以离子束处理工件以产生n-型或p-型的掺质区域，或在工件中形成钝化层。当用于掺质半导体时，离子注入系统会注入被选定的离子种类以产生所需要的非本质材料。举例来说，以产生自例如是锑、砷或磷的来源材料的离子来进行注入会产生n-型非本质材料基片。或者，以产生自例如是硼、镓或铟的材料的离子来进行注入会产生在半导体基片中的p-型非本质材料部分。 
传统的离子注入系统包括离子化所期望掺杂物元素的离子源，该掺杂物元素接着被加速以形成预定能量的离子束。离子束指向工件的表面以使用掺杂物元素注入该工件。离子束的能量离子穿透工件的表面，如此一来它们被嵌入工件材料中的结晶晶格中以形成具有所期望传导率的区域。注入处理典型地在高真空处理腔室中实行，该高真空处理腔室会预防由离子束与残留物气体分子碰撞产生的离子束分散，也会最小化由空中粒子造成的工件污染的风险。 
离子剂量与能量是两种通常用来定义离子注入的变量。离子剂量与用于给定半导体材料的注入离子的浓度有关。典型地来说，高电流注入机(通常大于10毫安(mA)离子束电流)用于高剂量注入，而中等电流注入机(通常可以到达大约1毫安的束电流)则是用于较低剂量的应用。离子能量用于控制在半导体装置中的接面深度。形成离子束的离子的能量决定了所注入离 子的深度等级。高能量处理(像是用于形成半导体装置的退化式井区)典型地需要到达数百万电子伏特(MeV)的注入，而浅接面可以只需求在一千电子伏特(keV)以下的能量。 
往越来越小的半导体装置发展的持续的趋势需要具有作为在低能源传送高束电流的离子源。高束电流提供必须的剂量层级，而低能量层级允许了浅注入。举例来说，在互补式金属-氧化物-半导体(CMOS)装置中的源极/漏极接面需要高电流低能源的应用。 
用于获得从固态型式离子化的原子的典型离子源包含一对蒸馏器与离子化腔室。蒸馏器中的每一个具有坩锅，坩锅中放置固态元素或化合物，该坩锅由加热器线圈加热以蒸发该固态来源材料。被蒸发的来源材料通过喷嘴，或者被压缩的气体也可以直接注入离子化腔室，其中该气态的/蒸发的来源材料藉由电弧腔室灯丝加以离子化，该电弧腔室灯丝被加热至以热离子化的方式发射电子。 
传统离子源利用可离子化的掺杂物气体，而该气体可以直接由压缩气体的来源获得，或是间接从蒸发的固体获得。典型的来源元素是硼(B)、磷(P)、镓(Ga)、铟(In)、锑(Sb)与砷(As)。除了硼之外，大部分的来源元素通常以固体与气体的型式被使用。硼几乎是排他性地以气体型式被提供，如三氟化硼(BF3)。 
在注入三氟化硼的状况下建立包括单电荷硼(B+)离子的等离子区。假如该束的能量层级不是一个因素的话，建立与注入充足的高剂量硼进入基板通常不是问题。但是在低能量的应用中，硼离子束将遭受习知为“束扩大”的状态的难题，“束扩大”指的是在离子束内的类似带电荷离子互相排斥的趋势。这一类的互相排斥导致离子束在传输时直径扩张，在束线的多个孔导致束的周边暗角(Vignetting)。当束能量减少时，这种现象严重地减少束的传输。 
十硼烷(B10H14)是一种用于硼注入的输入材料的最好来源的化合物，因为每一个十硼烷分子(B10H14)在蒸发且离子化时可以提供由十个硼原子组成的分子离子。这样的一种来源特别适用于用来建立浅接面的高剂量/低能量注入处理，因为分子十硼烷离子束在每一单位电流中可以注入单原子硼离子束十倍的硼剂量。此外，因为十硼烷分子在工件表面上分解成 大约原本束能量十分之一的个别原子，该束可以以同等剂量的单原子硼离子束的十倍能量被传送。这个特性可以使分子离子束避免典型的由低能量离子束传送造成的传输损耗。 
在图1中说明的示例性的离子注入系统10，其中该离子注入系统包含终端12、束线组件14与终端站16。终端12包括由电源供应22提供电力的合适离子源20，其中终端被配置以产生并指引分子十硼烷离子束24通过束线组件14，并且最后到达终端站16。举例来说，该束线组件14具有与其有关的束导引器26和质谱分析器28，其中双极磁场被建立以仅让合适荷质比的离子在束导引器26的出口端通过孔30到达配置在终端站16的工件32(例如半导体基片、显示器面板等等)。 
但是在分子十硼烷离子注入进入工件32期间，各种污染物(没有显示)典型地随着时间从分子十硼烷离子束24产生，并且打击、黏附或沉积在各种组件34上(这些组件像是沿着束路径配置的孔30与法拉第装置36)。举例来说，离子与各种组件34的碰撞可能进一步喷溅污染物(没有显示)在位于束路径沿途的其它表面上。然而当十硼烷分子的解离与B10HX+(所欲亲离子)的分裂可能会发生时，十硼烷离子源的施行会导致单一粒子的污染问题，而且本质大的粒子可以在离子注入系统10内的各种组件34与表面上快速累积。 
传统上来说，藉由手工清洁组件34与表面以从离子注入系统移除污染物，其中该各种组件被移除、清洁然后置换。这一类的清洁典型地在离子注入系统的排程维护期间由操作者实行。手工清洁典型地耗费成本，这不只是从操作者的时间与劳力的角度来看，也从与该维护相关停机时间的增加所造成的离子注入系统10减少的效率与生产率的角度来看。 
作为一个替代方案，蚀刻剂气体(像是高反应性的卤化物或氟气体)被导引进入离子注入系统10以企图藉由污染物与蚀刻剂气体之间的化学反应移除污染。但是这个解决方案典型地需要离子注入机10中气体的改变，其中从离子注入机吹除用于注入离子进入工件32的来源材料气体，然后使用蚀刻剂气体来移除污染，而且在再一次引入用于另一工件处理的来源材料气体之前，进一步从注入机吹除该蚀刻剂气体。这一类的蚀刻剂气体可以移除一些污染物或所有的污染物，但是使用蚀刻剂气体典型地需要大 量的时间，不仅仅是引入气体的时间，也需要允许蚀刻剂气体与污染物反应并蚀刻污染物的时间，与一旦蚀刻完成时从离子注入系统移除蚀刻剂气体的时间。这一类蚀刻剂气体的使用可能因此减少离子注入系统10的效率，因此减少注入机的产量。 
从而，本发明的目的是以有时间效率的方式提供充分减少在分子离子束线组件中的粒子污染的方法与设备，在其中促进了有效的污染物缓和且可以达成高产量与高可靠性的进入工件的分子离子注入。 
发明内容
本发明藉由提供减少在分子离子注入系统中粒子污染的方法以克服先前技术的限制，其中该污染不是一定要从离子注入系统中移除，而是可以被转换。之后下面会呈现本发明的简化概述以提供对于本发明一些方面的基本了解。这个概述不是本发明的延伸概要。该概述意图不在于指出本发明的关键或重要元素，也不会描述本发明的范围。它的目的是以简化的形式呈现本发明的一些观念，作为将在后面呈现的更详细说明的开始。 
本发明一般而言针对在离子注入系统中用于转换污染的气体来减少在离子注入系统中的粒子污染的设备与方法。该方法包含提供用于通过离子束将离子注入一个或多个工件的离子注入系统，该离子束例如分子离子束。举例来说，该离子束包含例如十硼烷或是十八硼烷的硼烷。举例来说，该离子注入系统包括在选择性真空下的一个或多个组件，其中该一个或多个组件具有配置在其上的与离子束形成相关的一种或多种污染物，且其中该一种或多种污染物大体处在第一状态。 
根据本发明，选择性地将包含水蒸气的气体进入离子注入系统，其中该气体大体与该一种或多种污染物的至少一部分反应。从而该一种或多种污染物的所述至少一部分通常会转换成第二状态。举例来说，十硼烷污染物大体被转换成硼酸与二硼烷气体之一或多种。 
根据另一方面，该离子注入系统接着被抽空，其中处于第二状态的该一种或多种污染物的至少一部分保持配置在该一个或多个组件上。举例来说，硼酸大体残留在该一个或多个组件上，而二硼烷气体大体可以从离子注入系统被抽空。举例来说，硼酸通常不会在该一种或多种工件上产生粒 子污染。 
举例来说，当离子注入被进入该一个或多个工件时，可以让含有水蒸气的该气体持续流进离子注入系统。或者在非生产时间时可以选择性地让该气体流入离子注入系统，该非生产时间例如在处理批量之间的时间或系统维护之间的时间。 
为了完成上述目标与相关目标，本发明包含以下全面性说明的特点与在申请专利范围中特别指出的特点。下列的说明与随附图会在本发明的具体示例性实施例中详细提出。但是这些实施例可以使用本发明的原则的各种方式中的一些方式来加以表示。在连结图式一起考虑时，从下列本发明的详细说明中，本发明的其它目标、优点与新颖特征将会变得明显。 
附图说明
图1为传统离子注入系统的平面图。 
图2为根据本发明的一个方面的示例性离子注入系统的系统层级方块图。 
图3为根据本发明的另一方面的示例性离子注入设备的平面图。 
图4为根据本发明的另一示例性方面在注入离子进入一个或多个工件期间时用于减少粒子污染的示例性方法的方块图。 
具体实施方式
本发明通常针对用于在离子注入进入一个或多个工件期间减少粒子污染的方法与设备。更特别的是，该方法提供引入含有水蒸气的非蚀刻剂气体至可以从硼烷化学物质产生离子的离子注入系统，其中污染物通常从离子注入系统中被转换，而不是从离子注入系统中被移除。从而，本发明现在将参照附图详细说明，其中相同的附图标记表示相同的部件。应该了解的是，这些方面的说明仅仅是解释性的，而不应该以限制性的理解加以看待。在接下来的说明中，为了解释说明，会提出更多种具体的细节以提供对本发明深入的了解。然而对于本领域技术人员来说明显的是，本发明可以在没有这些特定细节下实施。 
为了得到对本发明更详细的理解，图2说明了以方块图形式描绘的示 例性离子注入系统100，其中该示例性离子注入系统适用于施行本发明的一个或多个方面。该系统100包含离子注入设备101，该离子注入设备101包含离子源102，该离子源102用于产生一定数量的离子，该数量的离子可操作以沿着离子束路径P移动，因此定义了用于注入离子进入工件104(例如半导体基片、显示器面板等等)的离子束103。举例来说，该离子源102通常包含等离子体腔室105、处理气体源106与电源108，其中藉由应用来自电源的电力在等离子体腔室内从处理气体产生正电荷离子。处理气体源106可以包含像是可离子化气体的来源材料或蒸发的固体来源材料或先前已经被蒸发的种类。举例来说，对于注入进入工件104的n-型注入，该来源材料可以包含硼、镓或铟。举例来说，对于p-型注入，该来源材料可以包含砷、磷或锑。 
该离子源102进一步包含与其有关的抽取组件109，其中带电离子在施加至此的抽取电压VExtract下从离子源被抽取出来。抽取电源110可操作以提供抽取电压VExtract，其中该抽取电压可以进一步被调制。束线组件112进一步被提供在离子源102的下游，其中该束线组件通常接收该带电离子。举例来说，该束线组件112包含一个或多个组件114，像是束导引器116、质谱分析器118与孔120，其中该一个或多个组件可操作以形成及成形离子束103。 
举例来说，质谱分析器118进一步包含场产生组件，像是磁铁(没有显示)，其中该质谱分析器通常提供横跨该离子束103的磁场，因此根据离子的荷质比以变动的轨迹偏斜来自离子束的离子。举例来说，行经磁场的离子经历了指引所期望荷质比的个别离子沿着束路径P行进且偏斜不希望荷质比的离子远离束路径的力。一旦经由该质谱分析器118，离子束103被指引通过孔120，其中该离子束通常被限制以产生用于注入进入工件104的精确束。 
离子注入系统100进一步包含终端站124，其中该工件104通常放置在终端站124。在集成电路装置、显示器面板与其它产品的制造中，通常希望均匀地注入掺杂物种类横跨工件104的全部表面。离子注入设备101可以因此被配置以注入离子进入单一工件104(例如一“序列”离子注入机)，其中该工件通常放置在位于终端站124内的基座或夹具上(没有显示)。 或者，该离子注入设备101可以被配置以注入离子进入更多个工件104(例如「批量」离子注入机)，其中该终端站124包含旋转锻坯(没有显示)，在其上有多个工件相对于离子束103平放。应该注意的是任何可操作以从离子源抽取离子并且注入离子进入一个或多个工件的离子注入设备被视为落在本发明的范围之中。 
在一个例子中，离子注入设备101进一步包含通常位于沿着离子束103的路径P的阻障126。在一个例子中，该阻障126通常放置在束线组件112与终端站124之间。举例来说，该阻障126可操作以选择性地阻挡离子束103进入终端站124。举例来说，该阻障126可操作以平移及/或旋转移入或移出离子束路径P，其中该离子束103通常被避免进入终端站124或是撞击在工件104上。或者，该阻障126位在终端站124内，其中该阻障通常放置在工件104下游沿着离子束路径P的位置。该阻障126可以充当一个或多个目的，像是大致上阻挡离子束103及/或提供用于分析离子束(例如法拉第装置)的测量组件。 
离子注入系统100进一步包含控制器128，其中该控制器可操作以控制离子注入设备101。举例来说，控制器128可操作以控制用于产生离子的电源108与抽取电源110，其中该离子束路径P通常被控制。该控制器128进一步可操作以调整与质谱分析仪118和其它装置相关的磁场的强度与偏向。在另一个例子中，该控制器128进一步可操作以控制阻障126相对于离子束路径P的位置，并控制工件104在离子注入设备101内的位置。将可了解的是，该控制器128可以包含处理器、计算机系统及/或用于系统100的全部控制的操作器(例如与由操作者的输入相连结的计算机系统)。 
现在参照图3，图3说明一示例性离子注入设备200，像是图2中的离子注入设备101，其中该例示性离子注入设备被更详细显示。应该再一次注意的是，虽然离子注入设备200被当成一个例子说明，本发明可以使用各种其它型式的离子注入设备与系统实施，像是高能量系统，低能量系统或其它注入系统，而且所有这一类的系统都被视为落在本发明的范围内。 
举例来说，该离子注入系统200包含终端212、束线组件214与终端 站216(例如整体被称为处理腔室)，其中该离子注入系统通常处在藉由一个更多个真空泵218达成的真空下。举例来说，该终端212包含：由来源电源供应222提供电力的离子源220；与抽取组件224，该抽取组件224由抽取电力供应226以从离子源220抽取离子并因此提供抽取离子束210至束线组件214。举例来说，与束线组件214连结的抽取组件224可操作以指引离子往工件228行进，该工件228放置在用于以给定能阶注入于其中的终端站216的支撑物229上。 
在一个例子中，该离子源220包含等离子体腔室(没有显示)其中处理材料Msource的离子以高正电位Vsource提供能量。应该注意到的是，大致而言会产生正离子，虽然本发明也可以应用于由离子源220产生负离子的系统。该抽取组件224进一步包含等离子体电极230与一个或多个抽取电极232，其中该等离子体电极相对于该一个或多个抽取电极被偏压，但是相对于在离子源220内的等离子体而浮动(例如该等离子体电极相对于该工件228为120千伏特，其中该工件典型地为接地)。举例来说，该一个或多个抽取电极232以小于等离子体电极230的电压(例如0-100千伏特的抽取电压VExtract)来偏压。位在该一个或多个抽取电极232的负相对电位相对于该等离子体建立了可操作以抽取并加速来自离子源220的正离子的静电场。举例来说，该一个或多个抽取电极232具有一个或多个与其相关的一个或多个抽取孔234，其中正电荷离子经由该一个或多个抽取孔离开离子源220以形成离子束210，及其中该抽取离子的速度通常由提供至该一个或多个抽取电极的电位VExtract决定。 
根据本发明的一个示例性方面，该束线组件214包含具有靠近离子源220的入口(例如与抽取孔234有关)的束导引器235；与具有解析平板236的出口；与接收抽取离子束210并且建立双极磁场以仅让合适荷质比或在合适荷质比范围内的离子从中通过(例如具有所期望质量范围的离子的质量分析离子束)至位于终端站216的工件228的质谱分析器238。在离子源220的来源材料的离子化产生具有所期望原子质量的正电荷离子的种类。然而，除了所期望离子种类之外，该离子化处理也产生一部分具有其它原子质量的离子。具有大于或小于合适原子质量的原子质量的离子并不适用于注入并且被视作为不期望的种类。由质谱分析器238产生的磁场通常会 导致在离子束210中的离子以曲线轨迹移动，因此建立了该磁场，如此一来只有原子质量与所期望离子种类的原子质量相等的离子可以行经束路径P而到达终端站216。 
根据本发明的另一示例性方面，该离子注入设备200包含可枢轴耦合至此的阻障239，其中该阻障可操作以沿枢轴旋转以选择性地截断离子束210的路径P以测量离子束的特性及/或大致上预防离子束210进入终端站216。举例来说，该阻障包含可以沿枢轴旋转以截断离子束210的路径P的旗标法拉第装置(flag Faraday)，其中图2的控制器128可操作以决定离子束的特性是否可以适用于注入。在做了这样一个决定之后，该控制器128可操作以将旗标法拉第装置平移出束路径P以免阻碍离子注入进入工件124。或者，图3的阻障239包含与终端站216有关的法拉第杯(没有显示)，其中在缺少工件228时，该离子束210可操作以撞击法拉第杯。 
根据本发明的另一方面，图3中位于束导引器235的出口的解析平板236连结质谱分析器238一同操作以消除来自抽取离子束210的不期望离子种类，该不期望离子种类的原子质量接近但不同于所期望种类离子的原子质量。举例来说，该解析平板236由玻璃石墨或像是钨或钽的另一材料组成，并且包括一个或多个加长孔240，其中在离子束210中的离子在离开束导引器235时通过该孔。在解析平板236，来自离子束210的路径P(例如图示为P’)的离子的分散位于最小值，其中该离子束(P’-P’)的宽度位于最小值而该离子束210通过解析孔240。 
如同上面所解释的，图3的质谱分析器238的磁场的强度与偏向与从离子源220抽取出来的离子速度一样由图2的控制器所建立，如此一来，一般而言只有原子量与所期望种类的原子量(或是荷质比)相等的离子将会行经到达终端站216的预定的所期望离子束路径P。具有比所期望离子原子质量大很多或小很多的原子质量的不期望种类的离子将会剧烈地偏斜并且冲击图3的束导引器235的外壳245。 
然而，假如不期望离子的原子质量几乎近似于所期望种类的原子质量，则不期望离子的轨迹将只会稍微偏离该所期望离子束路径P。从而，这样稍微偏离该所期望离子束路径P的离子将会有撞击解析平板236的上游接触面242的趋势。在经过一段时间之后，冲击解析平板236的这一类 不期望种类离子将会优先形成在解析平板236上。 
在操作离子注入设备200的期间，例如不期望种类离子的污染物材料；来自解析平板236、束导引器235等的溅射出来的碳；与来自离子源220的掺杂物材料将优先形成在邻近于离子束210的注入机组件的表面250。举例来说，在重复地注入离子进入工件228之后，该解析平板236的上游接触面242将具有形成污染物(没有显示)的趋势。此外，来自工件228的光阻材料也可以形成在离子注入设备200的内表面上。 
污染物材料在例如解析平板236的组件表面250的形成具有最终在注入期间成片剥落的趋势，因此产生了不利的电气放电和粒子问题。进一步来说，沿着解析孔240周围(例如图4A到4B的解析平板236的上游接触面242)形成的污染物进一步造成离子束路径P’外端附近的所期望离子撞击并且驱离其形成的污染物。该被驱离的污染物可以进一步移动至工件228的表面，因此潜在性地导致在所得注入工件上的各种不期望的影响。 
晶体管特性(没有显示)是形成在工件228上的特性的其中一种，其中在科技进步时，特性尺寸持续变得越来越小的时候，产生的晶体管会在非常靠近工件的表面形成。举例来说，超浅接面(USJ)的形成典型地需要离子注入以位于几千电子伏特到仅仅几百伏特的能量进行。但是在低能量的离子束传送受限于空间电荷效应，因此限制了产量。已经使用了例如在非常靠近工件228的地方作离子减速的缓和工具；但是产量可能因为使用这样的工具而受限，或是处理的结果可能会被影响。这些问题当中的某些问题可以藉由使用分子注入来解决。举例来说，使用大型硼烷分子(例如十八硼烷，B18H22)作为处理材料Msource，藉由在单一分子中传送更多个硼原子，直接加强了注入机的生产量，其中该分子被提高到单一离子带电状态。可以操控例如B18H22的分子的设计系统可以呈现生产上的优点。举例来说，共有的美国专利第6958481号说明了用于产生分子束的离子源系统，该专利案的内容在这里并入参考。 
当分子束相对地有生产效率，与传统的高电流单一种类离子注入系统相比，它们可能对于在离子注入设备200内的粒子污染会出现特定的难题。举例来说，目前用在制造半导体装置的大部分的典型离子注入系统(也称为离子注入机)依赖作为离子源处理材料Msource的气体种类(例如氢化物气 体，例如PH3、AsH3等)被提供作为在注入前的初始掺杂物材料或来源气体。典型处理材料Msource的另一个例子是气态的BF3。或者举例来说，像是用于硼烷化学物质的离子注入的离子源处理材料Msource可以以固体型式被提供，在被引入作为用于离子化的离子源220的气体之前，该固体来源材料在加热的坩锅中升华。典型的升华温度处于90到150℃的等级。但是在离子源220内的离子化处理通常小于10％的效率，当残留气体经由抽取孔234或离子源220(也称为离子化腔室)的圆弧狭缝被吹除的时候，该残留气体变成不期望的污染物。当残留气体冷却的时候，与其有关的残留物材料沉积在遍及离子注入系统200的组件表面250上。在先前技术上导入清洁技术以化学蚀刻来自表面250的残留物材料，在其中至少部分移除来自表面的残留物材料并且形成可以藉由真空泵218从系统抽出的气体。 
举例来说，当使用十八硼烷(B18H22)分子时实施的一种传统清洁方法涵盖了原子氟的产生与后续引入氟到离子注入系统200，其中该残留物材料在相关组件的表面250上固体化。该氟因此蚀刻来自表面250的残留物材料，并且后续藉由一个或多个真空泵218被抽出系统200。虽然这一类的清洁技术在用于延长离子源220预防维护之间的时间的目的下在控制污染物上适度地有效率，但是这些技术对于在处理期间自己找到路径到达工件228的粒子污染的控制是没有效的。到目前为止，典型的清洁方法或技术促进了在该系统200(也称作“真空系统”)内来自表面250的残留物涂层或粒子污染的驱离及/或移除。然而，发明人目前了解到离子注入的重要参数量是实际上沉积在注入工件228上的粒子数量，其中在该离子注入设备200内的涂层与粒子并没有污染该工件，并不是一个处理上的问题。 
在工件228上的粒子沉积机制是变动的，而且可能难以分析。举例来说，粒子将要沉积在工件228上或传送至工件228的可能性是各种传送机制的函数，例如：任何偏斜场的存在或不存在；粒子的数量、尺寸与位置；粒子或薄膜黏附至基板上的黏附品质；离子束210的存在与接近与否；粒子带电荷的能力；粒子及/或工件与系统200内的其它机械组件的关系。先前对于控制粒子污染的努力都集中在经由下列各种以减少系统中粒子的数量：粒子污染的清洁与移除、藉由设计工件与基板改善黏附力，或是控制静电场以减少至工件的粒子传送。 
除了这些努力之外，本发明提供的有利之处在于仅仅经由反应或转换处理变动粒子的组成而不依赖实质上的粒子移除。举例来说，当十八硼烷(B18H22)用来当作分子注入的来源材料Msource，固体十八硼烷最终将会分解或转换成硼酸(H3BO3)与二硼烷气体(B2H6)及/或在水的持续存在下的其它化合物。 
因此，根据本发明，例如水蒸气或是含有水蒸气(例如预定数量的水蒸气或已知的湿度)的空气的气体经由气体源260通过一个或多个阀262被引入离子注入系统200，其中沉积在表面250上的至少一部分的污染物或粒子从第一状态(例如主要是例如十八硼烷或十硼烷的固体硼烷)转换至第二状态(硼酸与二硼烷气体)。这样的转换也被发明人称为污染物的稳定化或钝化。应该注意的是气体源260与一个或多个真空泵218可以选择性地流体连通至终端212、束线组件214与终端站216其中一个或多个。 
举例来说，与例如氟的蚀刻剂气体比较，引入离子注入系统200的气体较佳地包含非蚀刻剂气体。举例来说，产生的二硼烷气体可以从离子注入系统或真空腔室200藉由一个或多个真空泵218被抽出，而硼酸可以留在离子注入系统内的某处。或者，该二硼烷气体(或转换的其它产物)可以留在离子注入系统200内而不用特别从该系统抽出。就此而言，本发明了解到残留在表面250上(或在该系统内)的一种或多种污染物的第二状态的至少一部分(例如硼酸)通常不会产生粒子污染在该一个或多个工件上。举例来说，该一种或多种污染物的第二状态的至少一部分的机械特性(像是尺寸或黏附力特性)可以允许该一种或多种污染物的第二状态的至少一部分残留在离子注入系统200内而没有对后续离子注入造成有害的效应。 
因此，举例来说，本发明理解到在引入水蒸气之后硼烷的分解产物对于粒子控制可以是有利的，因为分解产物相对于上述的一种或多种传送机制可以具有不同特性。为了初始化转换处理，气体可以连续性地被引入离子注入系统200的真空腔室或是根据该系统的活动，例如在预防维护期间或是停机时间被引入，其中该一个或多个阀262及/或气体源260的控制可以进一步经由控制器128控制。 
在连续导入气体的例子中，提供气体的流量可以充分低到不具有其它处理上的影响，例如剂量偏移。应该要注意的是，在一个例子中，大部分 (例如大于50％)的污染物残留在离子注入系统内，但是该污染物可能处于变换后的状态。也应该注意的是，气体源260可以包含其它含水气体，而且所有这一类的气体被视为落在本发明的范围中。也应该注意的是，在离子注入系统200中经由导入气体的残留物硼烷污染物的稳定化或钝化可以应用在多种形式的硼烷上。其它硼烷的例子包括但不限于：B10H14、B18H22、B20H24和例如C2B10H12的碳硼烷。因此一般而言，本发明可以应用在使用BnHx+和BnHx-(其中10＜n＜100而且0＜＝x＜＝n+4)与使用具有三元素分子QnBnHx.(其中Q是额外元素)的离子注入系统中。一个这一类元素的例子是C2B10H12。 
因此，根据本发明的另一方面，图4说明了用于在离子注入系统中减少粒子污染的方法300，这些污染例如由分子硼烷(例如十八硼烷)离子注入所引起的污染。根据本发明，当示例性的方法在这里被当作一系列的动作或事件来解释并说明时，将被了解的是本发明不该被这一类动作或事件的说明的顺序所限制，某些步骤可以以不同顺序发生及/或与偏离这里显示与说明的其它步骤同时发生。此外，根据本发明，可能不需要所有解释性的步骤来施行本发明的方法。更进一步来说，将被了解的是这些方法可以与这里所解释与说明的这些系统一起施行，也可以与在这里没有解释的其它系统一起施行。 
如同图4所说明的，该方法300开始于在动作305中提供离子注入系统，其中该离子注入系统被配置以经由离子束注入离子进入该一个或多个工件，该离子束注入系统例如是图2中的离子注入系统100与图3中的离子注入系统200。在一个具体的例子中，该离子注入系统被配置以注入各种形式的硼烷进入该一个或多个工件。该离子注入系统包含一个或多个在选择性真空中的组件，其中该一个或多个组件具有与配置在其上的离子束形成有关的一种或多种污染物。最初该一种或多种污染物通常是处于第一状态。 
在动作310，气体被导入或通入离子注入系统，其中该气体通常与该一种或多种污染物的至少一部分反应。举例来说，该气体包含由水蒸气构成的非蚀刻剂气体或者是包含水蒸气的非蚀刻剂气体。从而该气体通常会将该一种或多种污染物的至少一部分转换成第二状态。举例来说，该第二 状态可以包含硼酸与二硼烷气体中的一个或多个。 
在动作315中，该离子注入系统100通常被抽空，其中该第二状态的该一种或多种污染物的至少一部分保持配置在该一个或多个组件上，而其中该第二状态的该一种或多种污染物的至少一部分优先不在该一个或多个工件上产生粒子污染。举例来说，硼酸可以留下以残留在该一个或多个组件上，而该二硼烷气体经由一个或多个真空泵被移除。 
应该注意的是，动作310的气体的引入可以被持续执行(例如与动作315的抽空一起执行)或是以排序方式执行。举例来说，假如持续执行的话，可以进一步地控制气体的流动，因此气体的流动不会显著影响该一个或多个工件的处理。 
也应该被注意到的是，该硼烷分子(例如B12H22十八硼烷分子)可以使用任何适用于控制硼烷或硼烷群组的任何注入装置加以注入，该硼烷或硼烷群组例如揭露在美国专利第6013332号；6107634号；6288403号；6958481号；6452338号；7185602号与6013332号中的那些硼烷或硼烷群组。由粒子离子注入装置产生的离子束可以被配置作为：聚束机械扫描，其中该工件在垂直于通常静止的聚束的两个维度上被机械扫描，基于该聚束的特性，该聚束具有近似圆形的粒子直径横截面；带状束，其中该束在横跨工件的方向被固定，而该工件以垂直方向被机械扫描，而其中该带状束可以具有大的宽高比，而且可以至少和该工件一样宽；或是电磁式或静电场式扫描束，该扫描束以横跨工件的方向扫描以垂直方向做机械扫描的该工件。一个示例性的离子注入装置是OPTIMA HD(TM)离子注入装置，该来自于Axcelis科技公司的装置为商业上可得，该装置可被配置以提供聚束二维机械扫描。 
虽然本发明对于较佳实施例展示并说明，但显而易见的是在阅读与理解本说明书与附图之后，本领域技术人员会想到等效的替代与修改。特别是关于由上述说明组件(组件、装置、电路等)执行的各种功能，上述用以说明这一类组件的用语(包括对于“构件”的参照)意图对应或者指出任何执行该说明组件的特定功能(也就是在功能上等效的)的任何组件，即使在结构上不等效于实行本发明所解释的示例性实施例中功能的揭露构造。此外，当本发明特定的特征对于只有多个实施例中其中之一揭露，这一类的 特征可以与其它实施例的一个或多个其它特征组合，这可能对于任何给定与特定的应用来说是所希望的且有利的。 

Claims (23)

1.一种用于在离子注入一个或多个工件期间减少粒子污染的方法，该方法包含：
提供用于通过离子束将离子注入一个或多个工件的离子注入系统，其中该离子注入系统包括在选择性真空下的一个或多个组件，其中该一个或多个组件具有配置在其上的与离子束形成有关的一种或多种污染物，及其中该一种或多种污染物大体处于第一状态；及
引入气体至离子注入系统，其中该气体大体与该一种或多种污染物的至少一部分反应，其中大体将该一种或多种污染物的所述至少一部分转换成第二状态，及其中处于第二状态的一种或多种污染物的所述至少一部分保持配置在该一个或多个组件上，其中该第二状态的一种或多种污染物的所述至少一部分优先在该一个或多个工件上产生较低的粒子污染。
2.如权利要求1所述的方法，其中该气体包括水蒸气。
3.如权利要求1所述的方法，其中该气体包括空气。
4.如权利要求3所述的方法，其中该空气包括预定数量的水蒸气。
5.如权利要求1所述的方法，其中该一个或多个组件包括离子注入系统的法拉第装置、孔与侧壁中的一个或多个。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括通过离子束将离子注入该一个或多个工件。
7.如权利要求1所述的方法，其中该离子束包括分子离子束。
8.如权利要求7所述的方法，其中该分子离子束包括硼烷。
9.如权利要求8所述的方法，其中该分子离子束包括十硼烷或十八硼烷。
10.如权利要求1所述的方法，其中引入气体至离子注入系统包括大体持续地通入气体至在真空下的离子注入系统。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括控制进入该离子注入系统的气体的流量。
12.如权利要求1所述的方法，其中引入气体至离子注入系统包括打开在离子注入系统与气体源之间流体连通的一个或多个阀。
13.如权利要求1所述的方法，其中该离子束包括碳硼烷。
14.如权利要求1所述的方法，其中处于第二状态的该一种或多种污染物的所述至少一部分包括硼酸与二硼烷气体中的一个或多个。
15.如权利要求1所述的方法，其中大体在抽空该离子注入系统后，大部分的该一种或多种污染物残留在该离子注入系统内。
16.一种离子注入系统，包括：
离子源，可操作以离子化至少硼烷化学物质；
处理腔室，所述处理腔室具有：一个或多个端部，所述端部包括硼烷离子源；束线组件，用于传送由离子源产生的离子束；以及终端站；
容纳工件的处理腔室，该工件用于接收用于离子注入的离子束；
真空源，与处理腔室选择性地流体连通；
气体源，与处理腔室选择性地流体连通，其中该气体源提供包含至少水蒸气的气体；及
控制器，其中该控制器配置成从气体源选择性地通入气体至处理腔室，及通过分别控制气体源与真空源而选择性地抽空该处理腔室，在处理腔室中硼烷的污染大体由气体与硼烷之间的互相作用而缓和。
17.如权利要求16所述的离子注入系统，进一步包括配置在处理腔室与气体源之间的一个或多个阀，其中该控制器进一步配置成通过控制该一个或多个阀来控制气体至处理腔室的流动。
18.如权利要求16所述的离子注入系统，其中该硼烷离子源的化学物质包括十硼烷或十八硼烷。
19.一种用于在离子注入一个或多个工件期间减少粒子污染的方法，该方法包括：
提供用于通过硼烷离子束将离子注入一个或多个工件的离子注入系统，其中该离子注入系统包括在选择性真空下的一个或多个组件，其中该一个或多个组件具有配置在其上的与硼烷离子束形成有关的一种或多种硼烷污染物；
引入气体至离子注入系统，其中该气体含有水蒸气，及其中该气体大体与该一种或多种硼烷污染物的至少一部分反应，其中大体将该一种或多种硼烷污染物的所述至少一部分转换成硼酸与二硼烷气体，其中硼酸与二硼烷气体中的一种或多种在后续将离子注入该一个或多个工件期间大体保留在离子注入系统内。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括将硼烷离子注入该一个或多个工件，其中该气体在注入的同时被引入。
21.如权利要求18所述的方法，其中该气体包括具有预定数量水蒸气的空气。
22.如权利要求18所述的方法，其中该硼烷离子束包括分子十硼烷或十八硼烷离子束。
23.如权利要求18所述的方法，进一步包括大体从离子注入系统抽出二硼烷气体，其中该硼酸大体保持配置在该一个或多个组件上。
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