CN104285273B - 离子植入系统以及处理基板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的处理基板的方法可由离子植入系统来实现，此离子植入系统包括具有离子源腔室的离子源。离子源腔室具有定义离子产生区及萃取孔的壁，经由萃取孔萃取离子产生区中产生的离子。萃取系统位于靠近萃取孔的离子源下游。材料源包括包含第一材料的第一源、包含第二材料的第二源、及第一导管与第二导管，第一导管可与第一源及离子源腔室连通，以提供来自第一源的第一材料至离子源腔室，且第二导管与第二源连通。离子源腔室外侧的第一区提供来自第二源的第二材料至第一区。

Description

离子植入系统以及处理基板的方法
交叉引用
本发明是2011年3月30申请的美国临时申请案编号第61/617,904号的非临时申请案，且本发明主张美国临时申请案编号第61/617,904号的优先权。美国临时申请案编号第61/617,904号的标题为“改善离子源效能及延长离子源寿命的技术(Techniques ForImproving The Performance And Extending The Lifetime Of An Ion Source)”。上述美国临时申请案编号第61/617,904号以全文参考的方式并入。
技术领域
本揭示涉及处理基板的离子植入系统和方法，更特别是涉及使用具有经改善的离子源的离子植入来处理基板的离子植入系统和方法。
背景技术
离子植入制程是使用于制造(特别是)电子及光学组件。使用离子植入来植入杂质或掺质以改变基板的一个或多个性质。在集成电路(IC)制造中，基板可以是硅基板，且可使用上述制程来改变基板的电性。在太阳能电池制造中，可使用上述制程来改变基板的光学性质和/或电性。由于经植入在基板中的杂质或掺质可影响最终组件的效能，一个精确且均匀的植入轮廓(implant profile)是需要的。
请参考图1，其显示已知离子植入系统的已知间接加热阴极(indirectly heatedcathode；IHC)离子源100及萃取系统112，此离子植入系统可被使用于植入杂质或掺质。如图1显示，典型的IHC离子源100包括离子源腔室102，离子源腔室102包括一个或多个导电的腔室壁(conductive chamber wall)102a，导电的腔室壁102a定义离子产生区104。离子源腔室102亦包括萃取孔(extraction aperture)102b。在离子源腔室102的一侧，可具有阴极106及灯丝108。与阴极106相反的另一侧，可具有斥拒极(repeller)110。
可将包含馈入材料(feed material)的馈入源(feed source)114耦接于离子源腔室102。馈入材料可包含需要的植入物种(例如掺质物种)。
靠近离子源腔室102的萃取孔102b，可具有萃取系统112。萃取系统112可包括萃取孔102b前方的抑制电极112a及接地电极112b。抑制电极112a可电性耦接于抑制电源供应器116a，而接地电极112b可电性耦接于萃取电源供应器116b。为了萃取来自离子源腔室102的离子束20，抑制电极112a及接地电极112b各自具有与萃取孔102b对准的孔洞。
操作上，将馈入材料从馈入源114引入至离子源腔室102。将可耦接于电源供应器(未显示)的灯丝108(filament)活化。供应至灯丝108的电流可加热灯丝108及产生热电子发射(thermionic emission of electrons)。可在相当高的电位下对可耦接于另一电源供应器(未显示)的阴极106施加偏压。接着将从灯丝108发射的电子朝着阴极106加速且加热阴极106。作为响应，经加热的阴极106可朝着离子产生区104发射电子。亦可相对于阴极106来对腔室壁102a施加偏压，因此电子在高能量下被加速至离子产生区104。源磁体(未显示)可在离子产生区104内产生磁场B以约束高能电子(energetic electron)，而离子源腔室102另一端的斥拒极110可在与阴极106相同或相似的电位下被施加偏压以排斥高能电子。
在离子产生区104中，高能电子可与馈入材料相互作用并离子化馈入材料以产生等离子体10，等离子体10包含(特别是)所需物种(例如所需的掺质或杂质)的离子。等离子体10亦可包含不需要的离子或馈入材料的其他碎体(fragment)。
为了从离子源腔室102萃取离子束20，萃取电源供应器116b可提供萃取电压给接地电极112b。可根据离子束20所需的能量来调整萃取电压。抑制电源供应器116a可对抑制电极112a施加偏压以抑止离子束20中的电子移动。
为了制造具有最佳效能的组件，通常期望是以具有高束流(beam current)的均匀离子束(亦即高浓度或剂量的所需离子)来处理基板。再者，期望是以具有低干扰率(glitchrate)的离子束来植入基板。干扰(glitch)被定义成在离子植入操作期间的束质量(beamquality)的突然劣化。若植入制程被干扰打断或影响，则基板可能被负面地影响或甚至有可能变得不可使用。低束流可能增加达成基板中的适当植入剂量所需要的时间，且低束流可能导致较低的生产率(throughput)。同时，不均匀的束和/或高干扰率可能造成非均匀的掺质轮廓(dopant profile)。常见于具有已知IHC离子源的离子植入系统中的此种缺陷可能降低生产率和/或增加组件的制造成本。
以上缺陷可能由(特别是)形成在离子源腔室102的内壁、萃取孔102b、以及萃取系统112上的膜或沉积物所造成。如以上提及，在离子产生区104中产生的等离子体10包含高反应性离子及馈入材料的其他碎体。此些离子及碎体可能蚀刻、溅镀离子源腔室102中的材料，或以其他方式与离子源腔室102中的材料反应。接着，被蚀刻的材料可能会凝结(condense)以在离子源腔室壁102a、萃取孔102b、以及萃取系统112上形成膜或沉积物。上述的膜或沉积物可能阻挡萃取孔102b而造成不均匀的离子束20，不均匀的离子束20在离子束20的不同区域中具有不同的剂量。此外，被萃取的离子束20可能具有低的束流。在一些情况下，膜或沉积物可能为导电的(electrically conductive)且提供可能发生微/巨电弧的燃点(ignition point)。此种电弧可能导致束干扰(beam glitch)。
一种减少此种缺陷离子束20比例的方法，是定期地以新的/干净的离子源100来取代离子源100。然而，离子源100的取代需要整个离子源100及将附加在离子源100的真空泵系统断电。再者，需要手动来取代离子源100。进一步地说，用来清洁离子源100的制程是劳力密集的制程(labor intensive process)。因此，频繁取代离子源100可能降低离子植入制程的效率。
随着用于制造先进电子组件及太阳能电池组件的较高离子束流的需求增加，在离子源100中将较大量的馈入材料引入且离子化。因此，在离子植入制程期间观察到较高比例的缺陷束。已知IHC离子源可能具有低的效能及低的寿命，且在包含已知IHC离子源的系统中处理基板可能是不理想的。
从前述观点来看，期望提供一个所需要的新技术。
发明内容
本发明揭示处理基板的离子植入系统和方法。在一示范实施例中，本发明提供处理基板的离子植入系统。离子植入系统可包括：离子源，包括离子源腔室，离子源腔室包括定义离子产生区及萃取孔的离子源腔室壁，经由萃取孔萃取离子产生区中产生的离子；萃取系统，位于靠近萃取孔的离子源下游(downstream)；材料源，包括包含第一材料的第一源、包含第二材料的第二源、以及第一导管(conduit)及第二导管，其中第一导管可以与第一源及离子源腔室连通，以提供来自第一源的第一材料至离子源腔室，且其中第二导管可以与第二源及离子源腔室外侧的第一区连通，以提供来自第二源的第二材料至第一区。
根据此特别示范实施例的其他态样，第一区可位于在离子源与基板之间的离子源下游。
根据此特别示范实施例的再其他态样，第一区邻近萃取孔。
根据此特别示范实施例的其他态样，萃取系统可包括抑制电极及配置在抑制电极下游的接地电极。
根据此特别示范实施例的额外态样，第一区可位于萃取孔与抑制电极之间。
根据此特别示范实施例的再其他态样，第一区可位于接地电极与抑制电极之间。
根据此特别示范实施例的其他态样，第一区可位于抑制电极下游。
根据此特别示范实施例的再其他态样，第一材料可为含硼材料(B containingmaterial)，且第二材料可为含磷材料(P containing material)及含砷材料(Ascontaining material)中的一个。
根据此特别示范实施例的再其他态样，第一材料可为BF3及B2F4中的一个，且第二材料可为PF3及PH3中的一个。
根据此特别示范实施例的额外态样，第一材料可为含磷材料及含砷材料中的一个，且第二材料可为含硼材料。
根据此特别示范实施例的再其他态样，第一材料可为PF3及PH3中的一个，且第二材料可为BF3及B2F4中的一个。
根据此特别示范实施例的再其他态样，离子植入系统还可包括位在萃取系统与基板之间的一个或多个的束线组件(beam-line component)，此一个或多个的束线组件经设置以对穿过的离子进行质量分析。
根据此特别示范实施例的再其他态样，离子植入系统还可包括经设置以分别控制被引入至离子源腔室及第一区中的第一材料及第二材料的量的至少一个控制器。
在另一示范实施例中，本发明提供处理基板的方法，此方法可包括：在离子源腔室中离子化馈入材料及产生馈入材料的离子；经由离子源腔室的萃取孔萃取来自离子源腔室的馈入材料的离子；在靠近萃取孔的离子源腔室外侧提供稀释剂(diluent)；以及植入馈入材料的离子至基板中。
根据此特别示范实施例的再其他态样，植入馈入材料的离子可包括不植入稀释剂的离子而植入馈入材料的离子。
根据此特别示范实施例的再其他态样，馈入材料及稀释剂可选自含硼材料、含磷材料、以及含砷材料组成的族群中。
根据此特别示范实施例的额外态样，其中馈入材料是BF3及B2F4中的一个，且其中稀释剂是PH3及AsH3中的一个。
现在参考如附图所示的本揭示示范实施例，将更详细地描述本揭示。虽然以下参考示范实施例来描述本揭示，应当理解的是本揭示不受示范实施例的限制。已获取本文教示的本技术领域具有通常知识者将理解额外的实施方法、改良方法、以及实施例、及其他领域的使用，其是在本文描述的本揭示的范畴之中、且相对于本揭示可显著利用的。
附图说明
为了促使更全面地理解本揭示，现在参考所附的图式，在图式中相似的组件符号表示相似的组件。这些图式不应被视为来限制本揭示，而仅是倾向于示范。
图1显示已知的间接加热阴极(IHC)离子源。
图2根据本揭示一实施例显示示范离子植入系统。
图3A根据本揭示一实施例显示可包括于图2的离子植入系统中的一示范离子源。
图3B根据本揭示另一实施例显示可包括于图2的离子植入系统中的另一示范离子源。
图3C根据本揭示另一实施例显示可包括于图2的离子植入系统中的另一示范离子源。
图4A根据本揭示另一实施例显示可包括于图2的离子植入系统中的另一示范离子源。
图4B根据本揭示另一实施例显示可包括于图2的离子植入系统中的另一示范离子源。
图4C根据本揭示另一实施例显示可包括于图2的离子植入系统中的另一示范离子源。
图5根据本揭示另一实施例显示可包括于图2的离子植入系统中的另一示范离子源。
图6根据本揭示另一实施例显示可包括于图2的离子植入系统中的另一示范离子源。
具体实施方式
本文中，揭示经改善的处理基板的离子植入系统和方法的多个实施例。为了清楚及简单起见，本揭示可着重在使用具有IHC离子源或RF离子源的离子植入系统的处理基板的技术上。然而，本技术领域具有通常知识者将理解的是本揭示也可应用于具有其他类型离子源的系统上，此其他类型离子源包括包括伯纳斯离子源(Bernas ion source)或微波离子源。
此外，本揭示着重于在硅(Si)基板上进行p型或n型掺杂的技术上。本技术领域具有通常知识者将理解的是本揭示并不受其限制。
请参考图2，图2根据本揭示一实施例表示离子植入系统200的简化块图。离子植入系统200可包括用于产生所需物种的离子30的离子源100。在离子源100下游处，可具有萃取系统112。离子30可导向于基板232，基板232可配置在萃取系统112下游。虽然是不必要的，但离子植入系统200可包括一个或多个的束线组件222，一个或多个的束线组件222可聚焦、过滤、或以其他方式来操控离子30成为具有所需性质(例如所需的离子物种、束流、束能量、植入角…等)的离子束。束线组件(未显示)的实例可包括质量分析器磁体(mass analyzermagnet)、加速/减速台(acceleration/deceleration stage)(未显示)、以及磁校正器(corrector magnet)(未显示)。质量分析器磁体可经设置具有特定的磁场，以使得唯有具有所需质荷比(mass-to-charge ratio)的离子能够穿越此分析器。因此，质量分析器可能够将所需植入物种与非所需物种的离子分开，且能够选择性将所需植入物种的离子导向于基板232。同时，磁校正器可被能量化以根据所施加的磁场的力及方向来偏转离子束，以提供具有所需尺寸及方向性的束。
离子植入系统200亦可包括耦接于离子源的材料源(未显示)。如以下详细的讨论，材料源可包含馈入材料和/或稀释剂。从材料源被提供至离子源100的馈入材料可被转换为(特别是)所需植入物种的离子。
请参考图3A至图3C，图3A至图3C表示根据本揭示多个实施例的多个示范离子源302a至离子源302c。图3A至图3C中显示的离子源302a至离子源302c各自可为图2表示的离子源100。为了清楚及简单起见，图3A至图3C表示的离子源302a至离子源302c将图1表示的离子源100的多个组件及图2表示的离子植入系统200合并。因此，应相对于图1及图2来理解离子源302a至离子源302c。可省略相同组件的详细描述。
如图3A至图3C所显示，离子源302a至离子源302c可包括(特别是)离子源腔室102。离子源腔室102可耦接于材料源310。在本揭示中，材料源310可包括提供馈入材料至离子源腔室102的馈入源312a。材料源310亦可包括提供稀释剂至离子源腔室102的稀释剂源312b。虽然在图式中显示单一馈入源312a及单一稀释剂源312b，本揭示并不排除额外的馈入源和/或额外的稀释剂源。本技术领域具有通常知识者亦将理解的是，本揭示不排除同时在单一容器中提供馈入材料及稀释剂并将馈入材料及稀释剂提供至离子源腔室102的情形。
在本揭示中，馈入源312a中的馈入材料及稀释剂源312b中的稀释剂可较佳为气体或蒸气的形式。然而，本技术领域具有通常知识者将理解的是，一些馈入材料及稀释剂可为固体、液体、或其他的形式。若为液体或固体的形式，则在靠近馈入源312a和/或稀释剂源312b处可提供汽化器(vaporizer)(未显示)。汽化器可将固体/液体的馈入材料和/或稀释剂转换为气体或蒸气形式，且将馈入材料及稀释剂以此种形式提供至离子源腔室102中。为了控制馈入材料及稀释剂引入至离子源腔室102中的量，可选择性地提供一个或多个的控制器314a及控制器314b。
在一实施例中，如图3A描示，馈入材料及稀释剂可各自分开地包含在馈入源312a及稀释剂源312b中。可接着在第一导管316中将馈入材料及稀释剂预先混合且一起提供至离子源腔室102中。在另一实施例中，如图3B所描示，可经由第一导管318a将来自馈入源312a的馈入材料提供至稀释剂源312b中。可经由第二导管318b将馈入材料及稀释剂提供至离子源腔室102中。或者，可将来自稀释剂源312b的稀释剂提供至馈入源312a中。然而在另一实施例中，可提供包含馈入材料及稀释剂的混合物的单一源，且可同时将馈入材料及稀释剂提供至离子源腔室102中。在一实施例中，如图3C所描示，亦可经由分开的导管316a及导管316b将馈入材料及稀释剂提供至离子源腔室102中。
在本揭示中，可使用多种馈入材料。在一些实施例中，馈入材料可包括两个或多个的物种，至少一种物种可为将要被植入至基板232的植入物种(或第一馈入物种)。视基板及应用而定，可使用不同的植入物种。在本揭示中，植入物种可以是在第13族至第16族中找到的多价物种。本文中，多价物种可指能够与两个或多个在周期表的第1族或第17族中发现的单价(univalent)原子或离子(例如H或卤素物种)键结的物种，以形成(在稳定的状态下)由XYn表示的分子。符号X可表示多价物种，而符号Y可表示单价物种。对硅(Si)基板的p型掺杂来说，馈入材料中的植入物种例如是周期表的第13族中的一个或多个的物种，其例如是硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、以及铊(Tl)。对硅(Si)基板的n型掺杂来说，植入物种例如是周期表的第15族和/或第16族中的物种，其例如是磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硫(S)、硒(Se)、以及碲(Te)。
亦可使其他族中的物种。举例而言，可使用周期表的第14族中的物种(其例如是碳(C)、硅、锗(Ge)、锡(Sn)、以及铅(Pb))作为植入例如是化合物半导体基板(例如是氮化镓(GaN)或砷化镓(GaAs)基板)的植入物种。同时，亦可使用物种C、Si、Ge、Sn、以及Pb、或氮(N)或氧(O)植入物种以改变其他基板或靶材的化学性质和/或机械性质。
在一些实施例中，馈入材料可包含至少一个不同于植入物种的第二馈入物种。在Si基板的p型掺杂的实例中，馈入材料中的第二馈入物种可较佳为氟(F)、氯(Cl)、以及氢(H)中的一个。在其他实施例中，第二馈入物种例如是一些其他的物种。在本揭示中，第二馈入物种可以是单价或多价物种。
用于Si基板的p型掺杂的较佳馈入材料的多个实例可包括三氟化硼(BF3)、四氟化二硼(B2F4)、硼烷(BH3)、二硼烷(B2H6)、碳硼烷(C2B10H12)、以及其他含B、以及H及F中的一个或两个的材料。在以上实例中，B可为植入物种，而H和/或F可为第二馈入物种。对Si基板的n型掺杂来说，较佳馈入材料的实例可包括磷化氢(PH3)、三氟化磷(PF3)、三氢化砷(AsH3)、三氟化砷(AsF3)、五氟化砷(AsF5)以及其他含P及As中的一个或两个、以及H及F中的一个或两个的材料。在此些实例中，P和/或As可为植入物种，而H和/或F可为第二馈入物种。亦可将包含其他物种的其他馈入材料使用于其他基板和/或其他应用。此些其他馈入材料的实例可包括硅烷(SiH4)、四氟硅烷(SiF4)、锗烷(GeH4)、以及氟化锗(GeF4)。本技术领域具有通常知识者将理解的是，以上清单并不是详尽的。可具有可使用于Si基板掺杂应用、其他基板掺杂应用、以及其他应用的其他馈入材料。再者，亦可将以上所列的用于Si基板掺杂的馈入材料使用于非Si基板掺杂，反之亦然。
在本揭示中，稀释剂亦可包括一个或多个的各种物种。若两个或多个的物种包括于稀释剂中，则第一物种可为第13族至第16族中发现的多价物种。此外，第一稀释剂可不同于第一馈入物种。若包括第二稀释剂物种，则第二稀释剂物种亦可不同于第一馈入物种。然而，第二稀释剂物种可相同于或不同于第二馈入物种。举例而言，若第二馈入物种为H，则第二稀释剂物种可为F，反之亦然。在另一实例中，第二馈入物种及第二稀释剂物种两个可为H或F。
使用BF3作为馈入材料的实例，本揭示的第一稀释剂物种可为C、N、O、Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb、以及Bi中的至少一个。虽然可使用多种物种，较佳第一稀释剂物种的实例可为N、C、Si、P、以及As。同时，第二稀释剂物种可为H和/或F。此种稀释剂的多个具体实例可包括甲烷(CH4)、四氟化碳(CF4)、氨(NH3)、三氟化氮(NF3)、水蒸气(H2O)、二氟化氧(OF2)、氢化铝(AlH3)、氟化铝(AlF3)、硅烷(SiH4)、四氟化硅(SiF4)、磷化氢(PH3)、三氟化磷(PF3)、硫化氢(H2S)、六氢化二镓(digallen)(Ga2H6)、氟化镓(GaF3)、锗烷(GeH4)、四氟化锗(GeF4)、三氢化砷(AsH3)、三氟化砷(AsF3)、硒化氢(H2Se)、氢化铟(InH3)、氟化铟(InF3)、锡烷(SnH4)、氟化锡(SnF2)、四氟化锡(SnF4)、氢化锑(SbH3)、三氟化锑(SbF3)、碲化氢(H2Te)、四氟化碲(TeF4)、氢化铊(TlH3)氟化铊(TlF)、铅烷(PbH4)、四氟化铅(PbF4)、铋烷(bismuthane)(BiH3)、以及三氟化铋(BiF3)。使用PH3作为馈入材料的实例，第一稀释剂物种的实例可包括B、C、N、O、Al、Si、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb、以及Bi，但B、C、以及Si较佳。同时，第二稀释剂物种可为H和/或F。本技术领域具有通常知识者将理解的是，以上清单并不是详尽的。同样可应用以上提及的第一稀释剂物种的其他氢化物或氟化物。
虽然以上提供的实例包括化合物形式的稀释剂，本揭示并不排除混合形式的稀释剂。举例而言，在一些实施例中的稀释剂可为N2气体(包含多价物种)及H2气体的混合物。本揭示亦不排除利用包含多个多价物种的稀释剂的情形，多价物种例如是B、C、N、O、Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb、以及Bi中的一个或多个。本技术领域具有通常知识者将理解的是，以上实例并不是详尽的。室温下，多个示范稀释剂可以固体的形式存在。此稀释剂可较佳在离子源腔室102中被蒸气化，或被蒸气化且以气体或蒸气形式提供至离子源腔室102中。
请再次参考图3A至图3C，可将馈入材料及稀释剂引入(同时或依次)至离子源腔室102中。馈入材料及稀释剂可经离子化以形成包含(特别是)馈入材料及稀释剂的离子及其他碎体的等离子体22。特别是，接着藉由萃取系统112经由萃取孔102b将馈入材料及稀释剂的离子30从离子源腔室102萃取出来。
若离子植入系统能够做质量分析(图2)，则所需的植入物种可选择性地被导向基板及被植入。同时，除了植入物种外的物种可与植入物种分开及被摒弃。在使用BF3馈入材料及PH3稀释剂的Si基板的p型掺杂的实例中，可对包含H、B、F、以及P的离子进行质量分析，且可将包括B的离子分开。下文中，含B离子可选择性地导向基板232。同时，可较佳防止其他离子到达基板232。
若离子植入系统不能够做质量分析，则植入物种及其他物种的离子亦可被导向于及被植入于基板232中。在一些情况下，稀释剂物种的植入可造成植入物种的有效剂量的损失。在Si基板的p型掺杂中使用BF3馈入材料及PH3稀释剂可导致伴随着B而植入P(n型掺质)。因为补偿作用(compensation)，此共同植入(co-implantation)的p型掺质及n型掺质可减少B植入的效果。因此，可观察到B的有效剂量的减少。
然而，若提供至离子源腔室102的稀释剂的量是低的(例如馈入材料及稀释剂全部体积的5％至20％)，则可将上述的减少最小化。此外，若所选择的稀释剂物种具有非常大或非常小的质量/直径，则此效果可能不显著。在以上实例中，植入P至基板中可在接近基板的表面处造成较大的植入轮廓。同时，具有非常小的质量/直径的B可造成更深的植入。再者，P的活化温度(activation temperature)可低于B的活化温度。因此，在Si基板的整体性质上，P的共同植入可具有非常小的影响。藉由额外的B植入可减少上述的不利影响。
为了进一步减少上述影响，期望选择对基板232是惰性的第二馈入物种及第一稀释剂物种及第二稀释剂物种。在Si基板的p型掺杂中使用BF3馈入材料，可期望的是使用N2、SiH4、SiF4、GeH4、或GeF4作为稀释剂。N、Si、以及Ge物种的离子(即使被引入至Si基板中)对基板的电性影响可为最小的。同时，可在植入后处理(例如退火处理)期间，经由扩散可将被植入于基板232中的H和/或F物种从基板232移除。
在本揭示中，将以上提及的稀释剂与馈入材料离子化可以在减少的干扰率及延长离子源100的寿命上造成显著的改善。不受限于特定的理论基础，其相信第二馈入物种的离子及其他碎体可易于与离子源腔室102中的组件(例如离子源腔室壁102a、阴极106、以及斥拒极110)反应，以形成容易凝结的副产物。因此，可在离子源腔室壁102a、萃取孔102b、以及萃取系统112上形成膜或沉积物。藉由引入易于与第二稀释剂物种的离子及其他碎体反应的稀释剂物种的离子及其他碎体，其相信可抑制第二稀释剂物种的离子及其他碎体与离子源腔室102中的组件之间的反应。同时，上述稀释剂物种及第二稀释剂物种的离子及其他碎体之间的反应可导致蒸气相副产物的形成，且上述蒸气相副产物易于从离子源腔室102中排出。
其亦相信第一稀释剂物种可与来自已经蚀刻或经溅镀的离子源腔室102中的组件的材料反应，以形成蒸气相的副产物。移除这些副产物可抑制第二馈入物种的离子及其他碎体与离子源腔室102中的组件之间的反应，且可抑制可以凝结而形成膜及沉积物的材料的形成。随着此减少，可减少导致束干扰的微/巨电弧。再者，可延长离子植入系统中的离子源100的寿命。
在多个实验中，已观察到干扰率显著减少及离子源的寿命显著增加。相较于仅离子化BF3的离子源而言，BF3及少量的PH3(例如，全部体积的30％或更少)的离子化使得干扰率减少为1/20及离子源的寿命增加10倍。使用本揭示中的其他稀释剂后，亦观察到干扰率显著减少及寿命显著增加。因此，尽管是在高束流下，上述稀释剂的使用可显著地改善离子源的效能。
在本揭示中，可变动可被引入至离子源腔室102中的馈入材料及稀释剂的量。在一实施例中，稀释剂的量可为馈入材料及稀释剂全部体积的约5％至30％，较佳约10％至15％。虽然本揭示并不排除提供额外量的稀释剂，但额外的量可能不是较佳的。过量的稀释剂可减少植入物种的离子束流。
请参考图4A至图4C，其根据本揭示的多个实施例表示多个示范离子源402a至402c。图4A至图4C中显示的离子源402a至离子源402c各自可为图2表示的离子源100。为了清楚及简单起见，图4A至图4C表示的离子源402a至离子源402c将图1及图3A至图3C表示的离子源100及离子源302a至离子源302c的多个组件、以及图2表示的离子植入系统200合并。因此，应相对于图1、图2、以及图3A至图3C来理解离子源402a至离子源402c。将不提供相同组件的详细描述。
如图4A至图4C所显示，离子源402a至离子源402c可包括(特别是)离子源腔室102。离子源腔室102可耦接于材料源410。在本揭示中，材料源410可包括提供馈入材料至离子源腔室102的馈入源412a。材料源410亦可包括提供稀释剂至离子源腔室102的稀释剂源412b。虽然在图中显示单一馈入源412a及单一稀释剂源412b，本揭示并不排除额外的馈入源和/或额外的稀释剂源。
如图4A所描示，馈入材料及稀释剂可各自包含在独立的馈入源412a及稀释剂源412b中。可经由第一导管416a将来自馈入源412a的馈入材料引入至离子源腔室102中。不相似于图3A至图3C表示的实施例，可经由第二导管416b在离子源腔室102外侧提供稀释剂。如图4A所示，可在离子源腔室102与萃取系统112之间的离子源腔室102下游提供稀释剂。举例而言，可靠近萃取孔102b、靠近抑制电极112a的孔洞、或靠近两个提供稀释剂。在另一实施例中，如图4B描示，可经由第二导管416b在萃取系统112中(较佳在抑制电极112a与接地电极112b之间)提供稀释剂。在此实施例中，可靠近抑制电极112a的孔洞、接地电极112b的孔洞、或靠近两个提供稀释剂。然而，在另一实施例中，如图4C显示，可经由第二导管416b在萃取系统112下游(较佳靠近接地电极112b的孔洞)提供稀释剂。虽然并未显示，本技术领域具有通常知识者将理解的是，稀释剂可朝着萃取孔102b、抑制电极112a的孔洞和/或接地电极112b的孔洞导向。
藉由在离子源腔室102外侧提供稀释剂，离子源腔室102外侧且靠近萃取系统112处发生干扰抑制，可由干扰抑制来解耦(decouple)包含植入物种的离子的形成(发生在离子源腔室102中)。藉由在离子源腔室外侧引入稀释剂，植入物种的离子及其密度将不容易显著地减少。因此，可在所给予的离子源参数下，将植入物种流最小化。同时，可将稀释剂的离子化最小化，且稀释剂的流动可抑制在萃取孔以及萃取系统112外侧的膜或沉积物的形成。因此，可减少干扰。
在非质量分析的离子植入系统中，减少稀释剂的离子化作用可能是有利的。藉由减少稀释剂物种的离子化，亦可减少稀释剂物种的植入，稀释剂物种的植入可以其他方式减少植入物种的有效剂量。
请参考图5，其表示根据本揭示另一实施例的另一示范离子源502。图5显示的离子源502可为图2的离子源100。为了清楚及简单起见，图5表示的离子源502将图1、图3A至图3C、以及图4A至图4C表示的离子源100、离子源302a至离子源302c、以及离子源402a至离子源402c的多个组件、以及图2表示的离子植入系统200合并。因此，应当相对于图1、图2、图3A至图3C、以及图4A至图4C来理解离子源502。将不提供相同组件的详细描述。
在本揭示中，离子源腔室102中可包含固体源522。若离子源502是IHC或伯纳斯源，则可在离子源腔室壁102a内侧提供固体源。若离子源502是RF等离子体/离子源，则亦可在面对离子产生区104的介电窗(dielectric window)中提供固体源522。
在本揭示中，固体源522可包含馈入材料及稀释剂中的一个或两个。若仅有馈入材料及稀释剂中的一个包含于固体源522中，则可将馈入材料及稀释剂中的另一个从材料源512提供至离子源腔室102。
请参考图6，其表示根据本揭示另一实施例的另一示范离子源602。在此图式中，表示有RF等离子体/离子源，且此RF等离子体/离子源可为图2表示的离子源100。为了清楚及简单起见，图6表示的离子源602将图1、图3A至图3C、图4A至图4C以及图5表示的离子源100、离子源302a至离子源302c、离子源402a至离子源402c、以及离子源502的多个组件、以及图2表示的离子植入系统200合并。因此，应当相对于图1、图2、图3A至图3C、图4A至图4C、以及图5来理解离子源602。将不提供相同组件的详细描述。
如图6显示，本揭示的离子源602可包括离子源腔室612。离子源腔室612可包括定义离子产生区104的一个或多个的导电的腔室壁612a及介电窗616。离子源腔室612亦包括萃取孔612b。离子源腔室612可耦接于材料源512。在本揭示中，材料源512可为馈入源及稀释剂源中的一个，其提供馈入材料及稀释剂中的一个至离子源腔室602中。可藉由导管516提供来自材料源512的馈入材料或稀释剂。不相似于图1、图2至图5表示的离子，离子源602包括用于产生等离子体22的RF等离子体源614。
在本实施例中，可在离子源腔室壁612a和/或介电窗616上提供固体源622。在本实施例中，固体源622可包含馈入材料及稀释剂中的一个或两个。同时，可将馈入材料及稀释剂中的另一个从材料源512提供至离子源腔室102。
本文中，揭示经改善的处理基板的离子植入系统和方法的多个实施例。应当理解的是，虽然本揭示的实施例是关于引入一个或多个的稀释剂气体来改善束线离子植入系统中的离子源的效能及寿命，亦可提供多个其他实施方法。事实上，除了本文所揭示的实施例外，从前述及所附图式来说，其他多种对本揭示的实施例及改良方式，对于本技术领域具有通常知识者来说将是显而易见的。因此，此些其他实施例及改良方式倾向于落入本揭示的范畴之中。进一步地说，虽然本文已在上下文中以用于特定目的的特定环境的特定实施方式来描述本揭示，本技术领域具有通常知识者将理解的是，其实用性并不受限于此，且可为了任意数个目的及在任意数个环境中有效地实施本揭示。

Claims (13)

1.一种处理基板的离子植入系统，包括：
离子源，包括离子源腔室，所述离子源腔室包括定义离子产生区及萃取孔的离子源腔室壁，经由所述萃取孔萃取所述离子产生区中产生的离子；
萃取系统，位于靠近所述萃取孔的所述离子源下游；以及
材料源，包括包含第一材料的第一源、包含第二材料的第二源、以及第一导管及第二导管，
其中所述第一导管与所述第一源及所述离子源腔室连通，以提供来自所述第一源的所述第一材料至所述离子源腔室，且其中所述第二导管与所述第二源连通，所述第二导管的末端延伸至所述离子源腔室外侧的第一区，以提供来自所述第二源的所述第二材料至所述第一区，其中所述第一区邻近所述萃取孔。
2.根据权利要求1所述的处理基板的离子植入系统，其中所述萃取系统包括抑制电极及配置在所述抑制电极下游的接地电极。
3.一种处理基板的离子植入系统，包括：
离子源，包括离子源腔室，所述离子源腔室包括定义离子产生区及萃取孔的离子源腔室壁，经由所述萃取孔萃取所述离子产生区中产生的离子；
萃取系统，位于靠近所述萃取孔的所述离子源下游，所述萃取系统包括抑制电极及配置在所述抑制电极下游的接地电极；以及
材料源，包括包含第一材料的第一源、包含第二材料的第二源；以及
第一导管及第二导管，其中所述第一导管与所述第一源及所述离子源腔室连通，以提供来自所述第一源的所述第一材料至所述离子源腔室，且其中所述第二导管与所述第二源连通，所述第二导管的末端延伸至所述离子源腔室外侧的第一区，以提供来自所述第二源的所述第二材料至所述第一区，其中所述第一区位于所述萃取孔与所述抑制电极之间。
4.一种处理基板的离子植入系统，包括：
离子源，包括离子源腔室，所述离子源腔室包括定义离子产生区及萃取孔的离子源腔室壁，经由所述萃取孔萃取所述离子产生区中产生的离子；
萃取系统，位于靠近所述萃取孔的所述离子源下游，所述萃取系统包括抑制电极及配置在所述抑制电极下游的接地电极；以及
材料源，包括包含第一材料的第一源、包含第二材料的第二源；以及
第一导管及第二导管，其中所述第一导管与所述第一源及所述离子源腔室连通，以提供来自所述第一源的所述第一材料至所述离子源腔室，且其中所述第二导管与所述第二源连通，所述第二导管的末端延伸至所述离子源腔室外侧的第一区，以提供来自所述第二源的所述第二材料至所述第一区，其中所述第一区位于所述接地电极与所述抑制电极之间。
5.一种处理基板的离子植入系统，包括：
离子源，包括离子源腔室，所述离子源腔室包括定义离子产生区及萃取孔的离子源腔室壁，经由所述萃取孔萃取所述离子产生区中产生的离子；
萃取系统，位于靠近所述萃取孔的所述离子源下游，所述萃取系统包括抑制电极及配置在所述抑制电极下游的接地电极；以及
材料源，包括包含第一材料的第一源、包含第二材料的第二源；以及
第一导管及第二导管，其中所述第一导管与所述第一源及所述离子源腔室连通，以提供来自所述第一源的所述第一材料至所述离子源腔室，且其中所述第二导管与所述第二源连通，所述第二导管的末端延伸至所述离子源腔室外侧的第一区，以提供来自所述第二源的所述第二材料至所述第一区，其中所述第一区位于所述接地电极下游，且邻近所述接地电极的孔洞。
6.根据权利要求1、3、4以及5中任一项所述的处理基板的离子植入系统，其中所述第一材料是含硼材料，且所述第二材料是含磷材料及含砷材料中的一个。
7.根据权利要求6所述的处理基板的离子植入系统，其中所述第一材料是BF3及B2F4中的一个，且所述第二材料是PF3及PH3中的一个。
8.根据权利要求1、3、4以及5中任一项所述的处理基板的离子植入系统，其中所述第一材料是含磷材料及含砷材料中的一个，且其中所述第二材料是含硼材料。
9.根据权利要求8所述的处理基板的离子植入系统，其中所述第一材料PF3及PH3中的一个，且其中所述第二材料是BF3及B2F4中的一个。
10.一种处理基板的方法，包括：
在离子源腔室中离子化馈入材料及产生所述馈入材料的离子；
经由所述离子源腔室的萃取孔萃取来自所述离子源腔室的所述馈入材料的离子；
经由导管在靠近所述萃取孔的所述离子源腔室外侧提供稀释剂，所述导管的末端延伸邻近所述萃取孔、抑制电极的孔洞或接地电极的孔洞；以及
植入所述馈入材料的离子至所述基板中。
11.根据权利要求10所述的处理基板的方法，其中植入所述馈入材料的离子包括不植入所述稀释剂的离子而植入所述馈入材料的离子。
12.根据权利要求10所述的处理基板的方法，其中所述馈入材料及所述稀释剂是选自含硼材料、含磷材料、以及含砷材料组成的族群中。
13.根据权利要求12所述的处理基板的方法，其中所述馈入材料是BF3及B2F4中的一个，且其中所述稀释剂是PH3及AsH3中的一个。
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