CN103189956A - 延长离子源寿命的方法 - Google Patents

延长离子源寿命的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103189956A
CN103189956A CN2011800542423A CN201180054242A CN103189956A CN 103189956 A CN103189956 A CN 103189956A CN 2011800542423 A CN2011800542423 A CN 2011800542423A CN 201180054242 A CN201180054242 A CN 201180054242A CN 103189956 A CN103189956 A CN 103189956A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composition
ion
ionization chamber
fluorine
dopant gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800542423A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103189956B (zh
Inventor
A.辛哈
L.A.布朗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Praxair Technology Inc
Original Assignee
Praxair Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Praxair Technology Inc filed Critical Praxair Technology Inc
Publication of CN103189956A publication Critical patent/CN103189956A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103189956B publication Critical patent/CN103189956B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/002—Cooling arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/02—Details
    • H01J2237/022—Avoiding or removing foreign or contaminating particles, debris or deposits on sample or tube

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明部分地涉及防止或减少在半导体及微电子制造中使用的离子注入机的离子源组件中形成及/或积聚沉积物的方法。所述离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于所述电离室内的组件。所述方法涉及将掺杂剂气体引入所述电离室中，其中，所述掺杂剂气体具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成。随后在足以防止或减少在所述电离室的内部及/或在所述一个或一个以上含于所述电离室内的组件上形成及/或积聚沉积物的条件下使所述掺杂剂气体电离。所述沉积物不利地影响所述离子注入机的正常操作，从而造成频繁停工时间且减少工具利用。

Description

延长离子源寿命的方法
 
发明领域
本发明部分地涉及防止或减少在半导体及微电子制造中使用的离子注入机的离子源组件中形成及/或积聚沉积物的方法。离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于电离室内的组件。沉积物不利地影响离子注入机的正常操作，从而造成频繁停工时间且减少工具利用。
 
发明背景
离子注入在半导体/微电子器件制造中是一项重要的工艺。在集成电路制造中使用离子注入工艺将掺杂剂杂质引入半导体晶圆中。将期望的掺杂剂杂质引入半导体晶圆中以便在期望深度形成掺杂区。选择掺杂剂杂质以便与半导体晶圆材料结合从而产生电载体且由此改变半导体晶圆材料的导电性。引入的掺杂剂杂质的浓度决定掺杂区的导电性。必需产生许多此类杂质区以便形成晶体管结构、隔离结构及其它电子结构，这些结构共同作为半导体装置。
在离子注入工艺中，使用含有期望掺杂剂元素的掺杂剂源材料(例如，气体)。参照图3，将气体引入离子源室(即，电离室)中，并将能量引入室中以便使气体电离。电离产生含有掺杂剂元素的离子。使用离子引出系统从离子源室引出呈期望能量的离子束形式的离子。引出可通过在引出电极的两端施加高电压来实施。使束传输通过质量分析器/过滤器以便选择打算注入的物质。随后可使离子束加速/减速并传输到位于终端站中的靶标加工件的表面上，以便将掺杂剂元素注入加工件中。加工件可为(例如)半导体晶圆或需要离子注入的类似靶标物体。束中的离子碰撞加工件的表面并穿透所述表面，以便形成具有期望电及物理性质的区域。
关于离子注入工艺的一个问题涉及在离子源室的表面上及在含于离子源室内的组件上形成及/或积聚沉积物。沉积物干扰离子源室的成功操作，例如，由离子源室中的低电压绝缘体上形成的沉积物引起的电短路及由离子源室中的绝缘体上形成的沉积物引起的有力的高电压火花。沉积物可不利地影响离子注入机的正常操作，造成频繁停工时间且减少工具利用。由于在移除离子源室及含于离子源室内的组件以便进行清洁时可能放出毒性或腐蚀性蒸气，因此还可引起安全性问题。因此，需要最小化或防止在离子源室的表面及含于离子源室内的组件上形成及/或积聚沉积物，从而最小化对离子源室的成功操作的任何干扰。
当使用SiF4作为掺杂剂源时，在离子源室及离子注入工具的附近区域中形成沉积物。当在离子源室中电离期间由SiF4解离形成的氟离子/氟自由基与室材料(主要是钨)反应而生成挥发性氟化钨(WFx)时，出现沉积物。这些挥发性氟化物迁移到室中的更热区域并作为W沉积。经常形成沉积物的室组件包括阴极、推斥电极及接近灯丝的区域。下文图1显示IHC离子源的各个组件的示意图。
在阴极上积聚材料会降低其热离子发射速率，从而使其难以使源气体电离。而且，在这些组件上存在过多沉积物会造成电短路，从而导致束电流瞬时下降及离子源操作中断。还在离子源室的孔板上形成沉积物，这会使引出的离子束的均匀性降级。这个区域还由于接近抑制电极而非常敏感。抑制电极通常经受高电压负载(高达± 30 kV)且这个区域中的沉积物使其非常容易电短路。
可由于上文列出的机制中的任一种机制或其组合而发生离子源故障。在离子源发生故障后，注入机使用者不得不停止加工，亲自打开离子源室并清洁或更换室中的各个组件。除清洁或更换室组件的成本以外，这个操作还会导致大量的工具停工时间且减少工具利用。通过防止或减少此类沉积物的形成及/或积聚，注入机使用者将获得显著的生产力提高，延长离子源的寿命。
因此，需要防止或减少在离子源室的表面及含于离子源室内的组件上形成及/或积聚沉积物。本领域期望研发防止或减少在离子源室的表面及含于离子源室内的组件上形成及/或积聚沉积物以便最小化对离子源室的成功操作的任何干扰从而延长离子源寿命的方法。
 
发明内容
本发明部分地涉及防止或减少在离子注入机的离子源组件中形成及/或积聚沉积物的方法，其中，离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于电离室内的组件，所述方法包括：
将掺杂剂气体引入电离室中，其中，掺杂剂气体具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成；及
在足以防止或减少在电离室的内部及/或在一个或一个以上含于电离室内的组件上形成及/或积聚沉积物的条件下使掺杂剂气体电离。
本发明还部分地涉及将离子注入靶标中的方法，所述方法包括：
a) 提供具有离子源组件的离子注入机，其中，离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于电离室内的组件；
b) 提供离子源反应物气体以便提供打算注入的离子物质源，其中，离子源反应物气体具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成；
c) 将离子源反应物气体引入电离室中；
d) 在足以防止或减少在电离室的内部及/或在一个或一个以上含于电离室内的组件上形成及/或积聚沉积物的条件下使离子源反应物气体在电离室中电离，以便形成打算注入的离子；及
e) 将打算注入的离子从电离室引出并将其引导至靶标(例如，加工件)。
本发明方法进一步部分地涉及延长离子注入机中的离子源组件的寿命的方法，其中，离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于电离室内的组件，所述方法包括：
a) 将掺杂剂气体引入电离室中，其中，掺杂剂气体具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成；及
b) 在足以防止或减少在电离室的内部及/或在一个或一个以上含于电离室内的组件上形成及/或积聚沉积物的条件下使掺杂剂气体电离。
本发明方法提供与其它已知的离子注入工艺(例如基于SiF4的工艺)相比，改进的防止或减少在离子注入机的离子源组件上形成及/或积聚沉积物。本发明方法的执行使得消费者能够缩短离子注入机的离子源的故障之间的平均时间(MTBF)及在需要清洁离子注入机的离子源之前实施期望的离子注入达较长的时间段，且因此可提高工具利用。因此，使用者可缩短工具停工时间且减少清洁及组件更换期间遇到的安全问题。
本领域的技术人员根据下文详细说明将容易地了解本发明的其它目标及优点。本发明涵盖其它不同实施方式，且其若干细节涵盖各个显而易见方面的修改形式，这并不背离本发明。相应地，应将图及说明视为本质上例示性而非限制性的。
 
附图简述
图1是IHC (间接加热式阴极)离子源的示意图。
图2是显示不同Si-卤化物的解离机制(最低能量途径)及解离能的表格(Prascher等人，Chem Phy, (359), 2009，第1至13页)。
图3是离子注入系统的示意图。
 
发明详述
本发明涉及将离子注入加工件中的方法，所述方法改进或延长离子注入机的离子源寿命。而且，本发明方法提供离子注入机源的改进寿命而没有伴随的设备产出量的损失。
本发明可用于使用加热式阴极型离子源(例如图1中显示的IHC (间接加热式阴极)离子源)来操作离子注入机。图1中显示的离子源包括界定电弧室112的电弧室壁111。在注入机的操作中，将源气体引入源室中。气体可在室侧通过(例如)气体进料口113引入源室中。离子源包括灯丝114。灯丝典型地为含钨灯丝。例如，灯丝可包含钨或含有至少50%钨的钨合金。通过连接的电源向灯丝114施加电流以便电阻加热灯丝。灯丝将紧邻放置的阴极115间接加热至热离子发射温度。提供绝缘体118以便将阴极115与电弧室壁111电隔离。
使由阴极115发射的电子加速，且所述电子使由气体进料口113提供的气体分子电离以便产生等离子体环境。推斥电极116聚集负电荷以便推斥电子从而维持气体分子电离及电弧室中的等离子体环境。电弧室外壳还包括引出孔117以便将离子束121引出电弧室。引出系统包括位于引出孔117前面的引出电极120及抑制电极119。引出电极及抑制电极均具有与引出孔对准的孔，以便引出打算用于离子注入的明确界定的束121。当用含氟的掺杂剂气体(例如SiF4、GeF4及BF3等)操作时，上文所述离子源的寿命可受暴露于含有高度活性F离子的等离子体环境的电弧室组件上W的金属生长所限制。
本发明不限于图1中显示的IHC型离子源。其它适宜的离子源(例如，伯纳斯(Bernas)或弗里曼(Freeman)型离子源)可用于本发明的操作。另外，本发明不限于使用任意一种类型的离子注入设备。相反，本发明方法适用于与本领域已知的任意一种类型的离子注入设备一起使用。
根据本发明，将气体或源材料引入图1中显示的离子源室中。气体可以控制量引入源室中，以便产生期望的打算注入的离子。如上文所指示，某些源气体可导致在离子源室的表面及含于离子源室内的组件上形成及/或积聚沉积物，例如，钨从源室壁离开及钨沉积在其它区域(包括但不限于灯丝、阴极、孔及推斥极)上。这些沉积物不利地影响离子注入机的正常操作，造成频繁停工时间且减少工具利用。
根据本发明，提供防止或减少在离子注入机的离子源组件上形成及/或积聚沉积物的方法，其中，离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于电离室内的组件。所述方法包括将掺杂剂气体引入电离室中，其中，掺杂剂气体具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成。随后在足以防止或减少在电离室的内部及/或在一个或一个以上含于电离室内的组件上形成及/或积聚沉积物的条件下使掺杂剂气体电离。
具体来说，本发明提供改进离子源的性能及延长其寿命的方法，所述离子源从掺杂剂前体(例如，掺杂剂气体)产生至少含硅离子，其中，没有稀释气体与掺杂剂气体同时引入离子室中。仅掺杂剂气体作为离子物质源。
根据本发明，提供延长离子注入机中的离子源组件的寿命的方法，其中，离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于电离室内的组件。所述方法包括将掺杂剂气体引入电离室中，其中，掺杂剂气体具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成。随后在足以防止或减少在电离室的内部及/或在一个或一个以上含于电离室内的组件上形成及/或积聚沉积物的条件下使掺杂剂气体电离。
掺杂剂源包括具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成的那些。例示性掺杂剂源包括(例如)包含以下的掺杂剂气体：(i) 含氢氟化组合物，(ii) 含烃氟化组合物，(iii) 含烃氢化物组合物，(iv) 除氟化组合物以外的含卤化物组合物，或(v) 包含含氟及非氟的卤化物的含卤化物组合物。具体来说，掺杂剂气体可选自单氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)、三氟甲硅烷(SiHF3)、单氯甲硅烷(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)、单甲基甲硅烷(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。
例示性含氢氟化组合物包括(例如)单氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)、三氟甲硅烷(SiHF3)等。
例示性含烃氟化组合物包括(例如)二氟甲烷(CH2F2)、三氟甲烷(CHF3)等。
例示性含烃氢化物组合物包括(例如)单甲基甲硅烷(Si(CH3)H3)、二甲基甲硅烷(Si(CH3)2H2)及三甲基甲硅烷(Si(CH3)3H)等。
例示性除氟化组合物以外的含卤化物组合物包括(例如)单氯甲硅烷(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卤化物的含卤化物组合物包括(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。
含氢氟化组合物降低每个分子中F的量且在电离时也产生H离子/H自由基。H离子/H自由基与产生的F离子/F自由基反应，以便进一步减少氟对室组件的攻击且延长离子源的寿命。含氢氟化组合物与未经稀释的SiF4相比保持相同的每单位气体流中的掺杂剂原子(例如，Si)数。
除氟化组合物以外的含卤化物组合物(例如，氯化组合物)用Cl原子完全取代F原子。它们在解离时产生Cl离子或Cl自由基。Cl离子或Cl自由基在与W反应时产生WClx，它与在F离子或F自由基与W反应期间产生的对应WFx相比挥发性显著较低。例如，WF6在20℃下的蒸气压是925托，而WCl6在20℃下是固体，且甚至在180℃下，其蒸气压也仅为2.4托。由于与F环境相比在Cl环境中蚀刻产物的挥发性显著较低，Cl不像F那么容易地蚀刻W，因此产生较少量的挥发性WClx。挥发性卤化钨的量降低使得较少W沉积，由此延长离子源的寿命。
而且，例如在含Si掺杂剂气体的情况下，与Si-F键相比，使Si-Cl及Si-H键解离需要较少的能量。参见图2。因此，使用者可在与SiF4相比降低的负载(即，较低的灯丝电流及电弧电压)下操作离子源以便获得类似的Si束电流。这也有助于延长离子源的寿命。
二氯乙硅烷每个分子具有两个Si原子。使用这种分子可获得对于相同量的气体流进一步增加Si束电流的附加优点。束电流增加提供缩短加工晶圆的周期的机会。
可用于本发明的掺杂剂可在没有用作离子源的稀释气体下使用。
在注入期间形成的沉积物典型地视在加工室中的位置而含有不同量的钨(W)。W是电离室及含于电离室内的组件的常见构筑材料。沉积物还可含有来自掺杂剂气体的元素。
现有技术中论述的方法依赖于两种减少沉积物形成的机制。与注入气体混合的惰性物质物理溅射形成的沉积物且在沉积物形成时将其移除。另外，如本发明所显示，氢混合降低活性氟的浓度以便减轻氟对室组件的攻击。氢与F自由基/F离子反应形成HF。
然而，使任何其它气体与注入气体共流也物理稀释混合物中注入气体的浓度，且因此对于给定的注入气体流注入离子(例如，Si)的浓度较低。这导致可用于离子注入的束电流较低。使用者不得不将晶圆加工较长时间，以便实现与未经稀释的工艺类似量的剂量。这延长了加工周期，因此导致降低的工具产出速率。因此，离子注入工具的总体性能仍然受损。由于在重物理溅射作用下存在阴极变细的风险，因此使用重原子(例如Xe、Kr或As)也不合意。
与这些方法相反，本发明使用替代掺杂剂以便解决用其它掺杂剂(例如，SiF4)时面临的源寿命问题。具体来说，本发明使用掺杂剂源组合物中纳入氢的掺杂剂。例如，对于含Si掺杂剂来说，可用于本发明的适宜的掺杂剂分子包括单氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)、三氟甲硅烷(SiHF3)等。所有这些分子均在电离时产生H及F。氢作为F清除剂且减少氟对室组件的攻击。与现有技术方法不同，本发明方法不稀释注入气体流，因此与未经稀释的SiF4相比保持相同的每单位气体流中的掺杂剂原子(例如，Si)数。
在实施方式中，本发明使用氯化分子作为掺杂剂源。对于含Si掺杂剂源来说，适宜的掺杂剂分子包括(例如)单氯甲硅烷(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。这些分子在电离时产生Cl原子。与氟等离子体相比，在氯等离子体下W以较缓慢的速率蚀刻。因此，当使用氯化分子作为掺杂剂源时，W从室壁离开及W迁移至源室中/附近的不同位置显著减少。而且，注入气体流未经稀释。因此，使用者可实现与未经稀释的SiF4工艺类似的束电流且仍然实现延长的离子源寿命。
由于每单位气体流中可利用的掺杂剂原子(例如，Si)的量较小，稀释导致较长的周期。本发明方法延长离子源的寿命而周期没有任何损失。对于使用稀释气体的方法来说，每一种稀释气体需要额外的气体棒(gas stick)(流量控制装置、压力监测装置、阀及电子接口)。本发明消除了对于任何额外气体棒的需要且节省了提供额外气体棒所需要的资本支出。此外，键解离能表明，使用者可使用与SiF4相比较少的能量使本发明的替代掺杂剂分子电离。参见图2。
除氟化组合物以外的含卤化物组合物(例如，氯化组合物)由于完全替代源分子中的氟原子及较低的解离能而为优选的掺杂剂。优选的用于本发明的掺杂剂是二氯甲硅烷(DCS)。可用于替代SiF4的其它优选的掺杂剂源包括(例如) Si(CH3)H3、Si(CH3)2H2及Si(CH3)3H。
在本发明的优选方法中，将DCS的控制流供应至离子注入工具的离子源室。可将DCS包装在高压圆筒或负压递送包装(例如UpTime?负压递送系统)中。负压包装由于其增强的安全性而为优选的气体递送方式。DCS的流速可在1-20 sccm、更优选地1-5 sccm的范围内。常用于商业离子注入机中的离子源包括弗里曼及伯纳斯型源、间接加热式阴极源及RF等离子体源。调整离子源的操作参数(包括压力、灯丝电流及电弧电压等)以便实现期望的DCS电离。通过向引出组合件提供负偏压来引出离子(例如，Si或含Si正离子)，并使用磁场进行过滤。随后使所引出的束加速跨过电场并注入衬底中。
如上文所指示，本发明部分地涉及将离子注入靶标中的方法。所述方法包括提供具有离子源组件的离子注入机，其中，离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于电离室内的组件。离子源反应物气体提供打算注入的离子物质源。离子源反应物气体具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成。将离子源反应物气体引入电离室中。使离子源反应物气体在电离室中电离以便形成打算注入的离子。在足以防止或减少在电离室的内部及/或在一个或一个以上含于电离室内的组件上形成及/或积聚沉积物的条件下实施电离。随后将打算注入的离子从电离室引出并引导至靶标(例如，加工件)。
离子注入机可通过本领域中已知的常规方法操作。半导体加工领域的技术人员应意识到，实际操作需要特定的流量控制装置(例如，质量流量控制器(MFC)、压力变换器、阀等)及经校准用于特定掺杂剂的监测系统。另外，需要调整注入工艺参数(包括灯丝电流、电弧电压、引出电压及抑制电压等)，以便最优化使用特定掺杂剂的工艺。调整方案包括最优化束电流及其稳定性以便实现期望的掺杂剂剂量。在引出离子束之后，应要求下游工艺没有改变。
电离条件可大幅地变化。在本发明中可使用此类条件的任意适宜的组合，所述组合足以防止或减少从电离室的内部及/或从一个或一个以上含于电离室内的组件形成沉积物。电离室的压力可在约0.1毫托至约10毫托、优选地约0.5毫托至约2.5毫托的范围内。电离室的温度可在约25℃至约1000℃、优选地约400℃至约600℃的范围内。掺杂剂气体的流速可在约0.1 sccm至约20 sccm、更优选地约0.5 sccm至约3 sccm的范围内。
通过使用本发明方法，可延长离子注入机的离子源的寿命。这代表离子注入工业的进步，因为它缩短修理或清洁工具所需要的停工时间。
本发明方法适用于宽范围的需要离子注入的应用。本发明方法非常适用于半导体工业，以便提供具有源/漏区的半导体晶圆、芯片或衬底、预非晶化衬底的半导体晶圆或用于其表面修饰。
本领域的技术人员将明了本发明的各种修改形式及变化，且应了解，此类修改形式及变化打算包括在本申请案的范围以及权利要求书的精神及范畴内。

Claims (25)

1.一种防止或减少在离子注入机的离子源组件中形成及/或积聚沉积物的方法，其中，所述离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于所述电离室内的组件，所述方法包括：
将掺杂剂气体引入所述电离室中，其中，所述掺杂剂气体具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成；及
在足以防止或减少在所述电离室的内部及/或在所述一个或一个以上含于所述电离室内的组件上形成及/或积聚沉积物的条件下使所述掺杂剂气体电离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含(i) 含氢氟化组合物，(ii) 含烃氟化组合物，(iii) 含烃氢化物组合物，(iv) 除氟化组合物以外的含卤化物组合物，或(v) 包含含氟及非氟的卤化物的含卤化物组合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含选自单氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)及三氟甲硅烷(SiHF3)的含氢氟化组合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含选自二氟甲烷(CH2F2)及三氟甲烷(CHF3)的含烃氟化组合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含选自单甲基甲硅烷(Si(CH3)H3)、二甲基甲硅烷(Si(CH3)2H2)及三甲基甲硅烷(Si(CH3)3H)的含烃氢化物组合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含除氟化组合物以外的含卤化物组合物，所述含卤化物组合物选自单氯甲硅烷(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.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含含卤化物组合物，所述含卤化物组合物包含含氟及非氟的卤化物，所述含卤化物组合物选自氯三氟甲烷(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.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积物包含来自所述电离室及/或来自所述一个或一个以上含于所述电离室内的组件的钨。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法是在不存在稀释气体下实施。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法是在不降低打算注入的离子的浓度下实施。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离子源室包括由含钨材料制成的壁。
12.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括将离子束从所述电离室引出以便注入衬底中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述衬底是半导体晶圆。
14.一种将离子注入靶标中的方法，所述方法包括：
a) 提供具有离子源组件的离子注入机，其中，所述离子源组件包括电离室及一个或一个以上含于所述电离室内的组件；
b) 提供离子源反应物气体以便提供打算注入的离子物质源，其中，所述离子源反应物气体具有足以防止或减少在电离期间形成氟离子/氟自由基的组成；
c) 将所述离子源反应物气体引入所述电离室中；
d) 在足以防止或减少在所述电离室的内部及/或在一个或一个以上含于所述电离室内的组件上形成及/或积聚沉积物的条件下使所述离子源反应物气体在所述电离室中电离，以便形成打算注入的离子；及
e) 将所述打算注入的离子从所述电离室引出并将其引导至所述靶标。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述离子源反应物包含(i) 含氢氟化组合物，(ii) 含烃氟化组合物，(iii) 含烃氢化物组合物，(iv) 除氟化组合物以外的含卤化物组合物，或(v) 包含含氟及非氟的卤化物的含卤化物组合物。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含选自单氟甲硅烷(SiH3F)、二氟甲硅烷(SiH2F2)及三氟甲硅烷(SiHF3)的含氢氟化组合物。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含选自二氟甲烷(CH2F2)及三氟甲烷(CHF3)的含烃氟化组合物。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含选自单甲基甲硅烷(Si(CH3)H3)、二甲基甲硅烷(Si(CH3)2H2)及三甲基甲硅烷(Si(CH3)3H)的含烃氢化物组合物。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含除氟化组合物以外的含卤化物组合物，所述含卤化物组合物选自单氯甲硅烷(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.根据权利要求14所述的方法，其中，所述掺杂剂气体包含含卤化物组合物，所述含卤化物组合物包含含氟及非氟的卤化物，所述含卤化物组合物选自氯三氟甲烷(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.根据权利要求14所述的方法，其中，所述沉积物包含来自所述电离室及/或来自所述一个或一个以上含于所述电离室内的组件的钨。
22.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法是在不存在稀释气体下实施。
23.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法是在不降低打算注入的离子的浓度下实施。
24.根据权利要求14所述的方法，其中，所述离子源室包括由含钨材料制成的壁。
25.根据权利要求14所述的方法，其中，所述靶标是半导体晶圆。
CN201180054242.3A 2010-09-15 2011-09-12 延长离子源寿命的方法 Active CN103189956B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US38321310P 2010-09-15 2010-09-15
US61/383213 2010-09-15
PCT/US2011/051172 WO2012037007A2 (en) 2010-09-15 2011-09-12 Method for extending lifetime of an ion source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103189956A true CN103189956A (zh) 2013-07-03
CN103189956B CN103189956B (zh) 2018-06-22

Family

ID=45218848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180054242.3A Active CN103189956B (zh) 2010-09-15 2011-09-12 延长离子源寿命的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20120235058A1 (zh)
EP (1) EP2617050A2 (zh)
JP (1) JP5934222B2 (zh)
KR (2) KR20180104171A (zh)
CN (1) CN103189956B (zh)
SG (2) SG188998A1 (zh)
TW (1) TWI595526B (zh)
WO (1) WO2012037007A2 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106611690A (zh) * 2015-10-22 2017-05-03 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 减少或防止在离子注入机的离子源内形成沉积物的方法
CN108411273A (zh) * 2018-02-02 2018-08-17 信利（惠州）智能显示有限公司 一种用于离子注入设备的辅助加热系统及方法
CN113936984A (zh) * 2021-09-14 2022-01-14 长江存储科技有限责任公司 碳离子产生方法、组件及离子注入设备

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG11201500684RA (en) * 2012-08-28 2015-04-29 Praxair Technology Inc Silicon-containing dopant compositions, systems and methods of use thereof for improving ion beam current and performance during silicon ion implantation
US9147550B2 (en) * 2012-12-03 2015-09-29 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Gas mixture method and apparatus for generating ion beam
US9187832B2 (en) * 2013-05-03 2015-11-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Extended lifetime ion source
US9524849B2 (en) * 2013-07-18 2016-12-20 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method of improving ion beam quality in an implant system
US20150034837A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Lifetime ion source
US11062906B2 (en) 2013-08-16 2021-07-13 Entegris, Inc. Silicon implantation in substrates and provision of silicon precursor compositions therefor
US9887067B2 (en) 2014-12-03 2018-02-06 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Boron implanting using a co-gas
US9818570B2 (en) * 2015-10-23 2017-11-14 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion source for multiple charged species
JP6889181B2 (ja) * 2016-04-05 2021-06-18 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド ワークピースの中に処理種を注入する方法及びワークピースにドーパントを注入する方法、並びに、ワークピースを処理する装置
TWI707378B (zh) * 2016-04-08 2020-10-11 美商瓦里安半導體設備公司 將加工物質植入工件中與將摻雜劑植入工件中的方法及用於加工工件的設備
CN109943801B (zh) * 2019-04-30 2023-11-14 泰安东大新材表面技术有限公司 一种气体弧光放电装置、与真空腔体的耦合系统及离子渗氮工艺

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1891856A (zh) * 2005-07-08 2007-01-10 气体产品与化学公司 远等离子体室清理中的自由基引发剂
CN101291742A (zh) * 2005-08-30 2008-10-22 先进科技材料公司 使用替代的氟化含硼前驱体的硼离子注入和用于注入的大氢化硼的形成
CN101473073A (zh) * 2006-04-26 2009-07-01 高级技术材料公司 半导体加工系统的清洁
WO2009102762A2 (en) * 2008-02-11 2009-08-20 Sweeney Joseph D Ion source cleaning in semiconductor processing systems
CN101681782A (zh) * 2007-03-29 2010-03-24 瓦里安半导体设备公司 具有气体混合的离子源的效能改良与生命期延长的技术
WO2010093380A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-19 Advanced Technology Materials, Inc. Ion source cleaning in semiconductor processing systems

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5089746A (en) * 1989-02-14 1992-02-18 Varian Associates, Inc. Production of ion beams by chemically enhanced sputtering of solids
US5262652A (en) * 1991-05-14 1993-11-16 Applied Materials, Inc. Ion implantation apparatus having increased source lifetime
JP2830666B2 (ja) * 1991-11-29 1998-12-02 日本電気株式会社 半導体に発光層を作製する方法
EP0587181B1 (en) * 1992-09-11 1998-12-23 Hitachi, Ltd. Highly corrosion-resistant metal, method and apparatus of manufacturing the same, and use thereof
US5972235A (en) * 1997-02-28 1999-10-26 Candescent Technologies Corporation Plasma etching using polycarbonate mask and low pressure-high density plasma
US5943594A (en) * 1997-04-30 1999-08-24 International Business Machines Corporation Method for extended ion implanter source lifetime with control mechanism
US20020003208A1 (en) * 1997-12-01 2002-01-10 Vadim G. Dudnikov Space charge neutralization of an ion beam
US6319850B1 (en) * 1999-04-19 2001-11-20 United Microelectronics Corp. Method of forming dielectric layer with low dielectric constant
KR101027485B1 (ko) * 2001-02-12 2011-04-06 에이에스엠 아메리카, 인코포레이티드 반도체 박막 증착을 위한 개선된 공정
US6592653B2 (en) * 2001-11-12 2003-07-15 Advanced Technology Materials, Inc. Fluid storage and delivery system utilizing low heels carbon sorbent medium
EP1525333A2 (en) * 2002-08-02 2005-04-27 Varian Semiconductor Equipment Associates Inc. Method and apparatus for plasma implantation without deposition of a layer of byproduct
US7079370B2 (en) * 2003-04-28 2006-07-18 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and method for removal of surface oxides via fluxless technique electron attachment and remote ion generation
US7791047B2 (en) * 2003-12-12 2010-09-07 Semequip, Inc. Method and apparatus for extracting ions from an ion source for use in ion implantation
WO2005060602A2 (en) 2003-12-12 2005-07-07 Semequip, Inc. Controlling the flow of vapors sublimated from solids
JP4939213B2 (ja) * 2004-03-23 2012-05-23 金子 博之 材料膜の製造方法及び製造装置
US7488958B2 (en) * 2005-03-08 2009-02-10 Axcelis Technologies, Inc. High conductance ion source
US20060292809A1 (en) * 2005-06-23 2006-12-28 Enicks Darwin G Method for growth and optimization of heterojunction bipolar transistor film stacks by remote injection
US7514375B1 (en) * 2006-08-08 2009-04-07 Novellus Systems, Inc. Pulsed bias having high pulse frequency for filling gaps with dielectric material
US7456634B2 (en) * 2006-10-26 2008-11-25 Brooks Automation, Inc. Method and apparatus for shielding feedthrough pin insulators in an ionization gauge operating in harsh environments
US7569913B2 (en) * 2006-10-26 2009-08-04 Atmel Corporation Boron etch-stop layer and methods related thereto
US8809800B2 (en) * 2008-08-04 2014-08-19 Varian Semicoductor Equipment Associates, Inc. Ion source and a method for in-situ cleaning thereof
CN102150482B (zh) * 2008-09-30 2013-07-10 揖斐电株式会社 电子零件内置线路板及其制造方法
US7977235B2 (en) * 2009-02-02 2011-07-12 Tokyo Electron Limited Method for manufacturing a semiconductor device with metal-containing cap layers
US9627180B2 (en) * 2009-10-01 2017-04-18 Praxair Technology, Inc. Method for ion source component cleaning
US20110108058A1 (en) * 2009-11-11 2011-05-12 Axcelis Technologies, Inc. Method and apparatus for cleaning residue from an ion source component
US20110143527A1 (en) * 2009-12-14 2011-06-16 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for generating uniform ion beam
US8173980B2 (en) * 2010-05-05 2012-05-08 Tel Epion Inc. Gas cluster ion beam system with cleaning apparatus

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1891856A (zh) * 2005-07-08 2007-01-10 气体产品与化学公司 远等离子体室清理中的自由基引发剂
CN101291742A (zh) * 2005-08-30 2008-10-22 先进科技材料公司 使用替代的氟化含硼前驱体的硼离子注入和用于注入的大氢化硼的形成
CN101473073A (zh) * 2006-04-26 2009-07-01 高级技术材料公司 半导体加工系统的清洁
US20100154835A1 (en) * 2006-04-26 2010-06-24 Advanced Technology Materials, Inc. Cleaning of semiconductor processing systems
CN101681782A (zh) * 2007-03-29 2010-03-24 瓦里安半导体设备公司 具有气体混合的离子源的效能改良与生命期延长的技术
WO2009102762A2 (en) * 2008-02-11 2009-08-20 Sweeney Joseph D Ion source cleaning in semiconductor processing systems
WO2010093380A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-19 Advanced Technology Materials, Inc. Ion source cleaning in semiconductor processing systems

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106611690A (zh) * 2015-10-22 2017-05-03 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 减少或防止在离子注入机的离子源内形成沉积物的方法
CN108411273A (zh) * 2018-02-02 2018-08-17 信利（惠州）智能显示有限公司 一种用于离子注入设备的辅助加热系统及方法
CN113936984A (zh) * 2021-09-14 2022-01-14 长江存储科技有限责任公司 碳离子产生方法、组件及离子注入设备

Also Published As

Publication number Publication date
SG188998A1 (en) 2013-05-31
KR20130102595A (ko) 2013-09-17
US20120235058A1 (en) 2012-09-20
JP2013545217A (ja) 2013-12-19
WO2012037007A3 (en) 2012-07-26
KR101898597B1 (ko) 2018-09-14
TWI595526B (zh) 2017-08-11
EP2617050A2 (en) 2013-07-24
TW201234400A (en) 2012-08-16
WO2012037007A2 (en) 2012-03-22
KR20180104171A (ko) 2018-09-19
SG10201507319XA (en) 2015-10-29
CN103189956B (zh) 2018-06-22
JP5934222B2 (ja) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103189956A (zh) 延长离子源寿命的方法
KR101822779B1 (ko) 반도체 가공 시스템에서의 이온 공급원 세정법
US9318298B2 (en) Ion generator and ion generating method
CN101473073B (zh) 半导体加工系统的清洁
CN105453225B (zh) 离子注入组合物、系统和方法
CN102396048B (zh) 半导体制造系统中的离子源清洁方法
CN104584183B (zh) 用于改进硅离子注入期间的离子束电流和性能的含硅掺杂剂组合物、使用该组合物的系统和方法
US20080248636A1 (en) Boron Ion Implantation Using Alternative Fluorinated Boron Precursors, and Formation of Large Boron Hydrides for Implanation
KR20120093242A (ko) 이온 소스 구성요소의 세척 방법
KR101699841B1 (ko) 이온 소스 및 이를 동작시키기 위한 방법
US11299802B2 (en) Germanium tetraflouride and hydrogen mixtures for an ion implantation system
JP2021524124A (ja) イオン源ハウジングのための水素ブリードガス
CN109075000A (zh) 镧钨离子源及束线组件
US7927986B2 (en) Ion implantation with heavy halogenide compounds
JP2021511623A (ja) イオン注入装置用の水素発生装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant