CN113261074A - 氟离子植入方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述用于氟离子植入的方法和系统，其中将能够形成多种氟离子物质的氟化合物在预定流速下引入到离子植入机中。氟离子物质是在预定电弧功率和源磁场下产生，从而提供用于所需氟离子物质的优化束电流。将所需氟离子物质(如具有多个氟原子的离子物质)在所选择的操作条件下植入到衬底中。

Description

氟离子植入方法和系统

技术领域

本发明涉及氟离子植入方法和系统。

背景技术

氟植入用于供缺陷工程改造、浅接面形成和材料改性的先进半导体器件制造中。用于氟植入的常见设置包括将氟化物掺杂剂源气体馈入到离子源中以提供氟(F)作为分解副产物中的一者。

然而，常规氟植入工艺一般关于所植入氟离子的类型和氟离子植入的特异性受限制，如关于氟离子植入深度。此外，在分解含氟化合物时产生的离子物质也可不合需要地与氟共植入。

此外，使用含氟馈料气体产生卤素循环，其可不利地影响离子源性能、源寿命、植入工具生产率和工具所有权的成本。考虑到氟离子束的广泛潜在应用，本领域中仍继续存在用于改良氟离子束性能的各种挑战。

发明内容

本发明涉及用于在离子植入工艺中将一或多种所需氟离子物质植入到衬底中的方法和系统。所述方法和系统允许多个氟离子物质由含氟化合物产生。使用预定流速、电弧功率和源磁场条件，可产生用于所需氟离子物质的优化束电流，其又可以植入到衬底为目标。因此，当前方法实现对所植入氟物质和如何将其植入到衬底中的较大控制，其又提供有较高水平的化学改性的衬底，如具有改良电子特性的微电子器件。

根据一个实施例，氟离子植入方法包含以下步骤：使包含氟化合物的组合物在预定流速下流入离子植入机中，所述氟化合物包含一个非氟原子和一或多个氟原子，所植入离子经配置以用于氟离子植入到衬底中。所述方法还包括操作所述离子植入机在预定电弧功率和磁场下从所述氟化合物产生氟离子物质，其中所述氟离子物质包含用于衬底植入的所需氟离子物质。在操作期间，流速、电弧功率和磁场经选择以提供用于所述所需氟离子物质的优化束电流。因此，在所选择的操作条件下将所述所需氟离子物质植入到所述衬底中。

在一些实施例中，所述方法可有益于植入F⁺离子物质。离子植入系统在预定流速、电弧功率和源磁场下操作以提供氟离子物质F⁺的优化的束电流。在所选择的操作条件下将氟离子物质F⁺植入到衬底中。在一些实例中，氟离子物质F⁺可使用含氟化合物(如SiF₄、BF₃、GeF₄和CF₄)获得，但不限于这些化合物。在一些情况下，当相比于在相同或类似条件下从SiF₄、BF₃或GeF₄产生的氟离子物质F⁺时，当在某些条件下从CF₄产生氟离子物质F⁺时，观测到较高束电流。较高束电流似乎可在较低气体流速下获得。此外，向CF₄气流中添加氢气(H₂)共伴气体似乎不会显著影响含有至多33％氢气的混合物或共流气流的束电流。

其它实施例涉及用于植入具有多个氟原子的离子物质的方法，在本文中称作“分子植入”或“丛集植入”，通过获得用于此类离子物质的最佳束电流来实现。丛集植入可由包括如硼、硅、锗、锑、砷、氙、钼、碳、硒、硫和氮的原子的氟化化合物实现。示例性氟化合物为

SiF₄，其产生包括F⁺、SiF⁺、SiF₂ ⁺、SiF₃ ⁺和SiF₄ ⁺的氟离子物质。另一示例性氟化合物为BF₃，其产生包括F⁺、BF⁺、BF₂ ⁺和BF₃ ⁺的氟离子物质。示例性氟化合物为GeF₄，其产生包括F⁺、GeF⁺、GeF₂ ⁺、GeF₃ ⁺和GeF₄ ⁺的氟离子物质。另一示例性含氟化合物为CF₄，其产生包括F⁺、F₂ ⁺、CF⁺、CF₂ ⁺、CF₃ ⁺和CF₄ ⁺的氟离子物质。

对于丛集植入，使用本发明的方法可实现较高束电流。此外，不同于F⁺离子的氟离子物质(分子或丛集离子)可更易于电离，使得电弧功率和对于离子源和植入工具的压力减小。此外，在较高能量下可实现所需植入深度，其可容易实现且对于植入工具的压力较小。可使用本发明的方法在较低束电流下执行的分子或丛集植入也可延长源寿命。另外，本发明的方法可任选地用于植入不同于氟的原子或化学物质，由此允许植入步骤的数目总体减少。

本发明的实施例还包括使不同于氟化合物的含氢气体流入离子植入机中。本发明的实施例还包括使不同于氟化合物的含氧气体流入离子植入机中。甚至进一步，本发明的实施例还可包括使惰性气体流入离子植入机中。本发明的方法包括使这些气体中的一或多者与氟化合物独立或与彼此混合流动。在一些实施例中，可使氢气(H₂)与含氟气体独立流动(同向流动)或混合流动。使用不同于氟化合物的这些气体中的一或多者可改良植入束电流、源寿命性能或两者。

附图说明

图1为离子植入系统的示意性图示，其包括具有气体馈料管线的电弧室，所述气体馈料管线用于将掺杂剂源气体馈入到电弧室中以用于其在腔室中的电离。

图2为图1离子植入系统的截面，其示意性地展示等离子体在此类系统的电弧室中的产生。

图3为离子源总成的截面透视图，所述离子源总成包含离子源装置和用于离子源装置的热管理的散热器装置。

图4为离子植入工艺系统的示意性图示，所述离子植入工艺系统包括含有气体的储存和分配容器，所述气体经供应以用于在所说明的离子植入腔室中衬底的离子植入掺杂。

图5展示在具有钨衬垫的钨电弧室存在下使用在不同流速下的SiF₄的束谱数据。

图6展示来自在钨衬垫相对石墨衬垫存在下使用GeF₄气体的实验的F⁺束电流数据。

图7展示来自当使用石墨衬垫时使用GeF₄气体和较少W⁺和WF_x ⁺束的实验的电离物质。

图8展示来自使用BF₃和H₂气体的混合物的实验的F⁺束电流数据。

图9展示来自使用BF₃/H₂混合物且当H₂与BF₃气体混合时减少W⁺和WF_x ⁺束的实验的电离物质。

图10比较在对于不同含氟气体的不同流速下产生的F⁺束电流。

图11展示在具有钨衬垫的钨电弧室存在下，CF₄气体在不同流速下的束谱数据。

图12展示针对含有CF₄和H₂的气体混合物中氢气的百分比所绘制的F⁺束电流数据。

图13展示针对含有CF₄和H₂的气体混合物中氢气的百分比所绘制的HF⁺和W⁺束电流数据。

图14展示当CF₄气体在离子植入系统中经历电离时，F⁺束电流随用于CF₄气体的时间演变的曲线，所述离子植入系统包括具有钨衬垫的钨电弧室。

图15展示随用于F+、W+、C+和CF+束电流的时间而变的束电流趋势，所述束电流在具有钨衬垫的钨电弧室存在下从CF4气体产生。

具体实施方式

本发明涉及氟离子植入，且在各种方面中涉及使用产生多种氟离子物质的氟化合物的方法和系统，且所述系统在氟化合物的预定流速、预定电弧功率和预定源磁场下操作。所述操作条件提供用于所需氟离子物质的优化束电流，所述氟离子物质继而可靶向用于植入到衬底中。在一些情况下，所需氟离子物质可为单原子F⁺。在其它情况下，所需氟物质可含有多原子或分子或丛集氟离子物质，如用于“丛集植入”的F₂ ⁺或SiF3+。

在本发明的方法中，使用能够经电离成为含氟离子物质的一或多种氟化合物。

一种类型的氟化合物由具有式Q_xF_y的化合物表示。在Q_xF_y中，Q为能够与氟(F)形成键的元素，且x与y两者均为1或更大的整数。在实施例中，x为1到3的范围内的整数，且y为1到8的范围内的整数；在实施例中，x为1或2，且y为1到6的范围内的整数。对于一些式Q_xF_y的化合物，y等于x，例如y和x均为1。对于一些式Q_xF_y的化合物，y大于x。例如，y为两倍x、y为三倍x、y为四倍x、y为五倍x或y为六倍x。对于一些式Q_xF_y的化合物，y为1+x、y为2+x、y为3+x、y为4+x或y为5+x。

在如使用本文中所描述的条件电离时，具有式Q_xF_y的化合物可产生包括式F⁺、式Q_uF_v ⁺和式F₂ ⁺的化合物的氟离子物质。具有多个氟原子的物质称为分子或丛集物质。u与v两者均为整数，且可针对式Q_xF_y的x和y描述，其中x为大于或等于u的整数，且u为大于或等于1的整数；且其中y为大于或等于v的整数，且v为大于或等于1的整数。因此，对于式Q_uF_v ⁺的离子物质，且u与v两者均为1或更大的整数。在实施例中，u为1到3的范围内的整数，且v为1到8的范围内的整数；在实施例中，u为1或2，且v为1到6的范围内的整数。对于一些式Q_uF_v ⁺的离子物质，u等于v，例如u与v两者均为1。对于一些式Q_uF_v ⁺的离子物质，v大于u。例如，v为两倍u、v为三倍u、v为四倍u、v为五倍u或v为六倍u。对于一些式Q_uF_v ⁺的离子物质，v为1+u、v为2+u、v为3+u、v为4+u或v为5+u。

含硅和含氟化合物的实例包括那些具有式SiF₄和式Si₂F₆的化合物，其可经电离以产生氟离子物质，包括选自由以下各者组成的群组的离子物质：F⁺、F₂ ⁺、SiF⁺、SiF₂ ⁺、SiF₃ ⁺、SiF₄ ⁺、Si₂F⁺、Si₂F₂ ⁺、Si₂F₃ ⁺、Si₂F₄ ⁺、Si₂F₅ ⁺和Si₂F₆ ⁺。在一个优选方面中，SiF₄经电离以产生两个或更多个选自由F⁺、SiF⁺、SiF₂ ⁺、SiF₃ ⁺和SiF₄ ⁺组成的群组的物质。

含硼和含氟化合物的实例包括那些式BF₃和式B₂F₄的化合物，其可经电离以产生氟离子物质，包括选自由以下各者组成的群组的离子物质：F⁺、F₂ ⁺、BF⁺、BF₂ ⁺、BF₃ ⁺、B₂F⁺、B₂F₂ ⁺、B₂F₃ ⁺和B₂F₄ ⁺。在一个优选方面中，BF₃经电离以产生两个或更多个选自由F⁺、BF⁺、BF₂ ⁺和BF₃ ⁺组成的群组的物质。

含锗和含氟化合物的实例包括那些式GeF₄和Ge₂F₆的化合物，其可经电离以产生氟离子物质，包括选自由以下各者组成的群组的离子物质：F⁺、F₂ ⁺、GeF⁺、GeF₂ ⁺、GeF₃ ⁺、GeF₄ ⁺、Ge₂F⁺、Ge₂F₂ ⁺、Ge₂F₃ ⁺、Ge₂F₄ ⁺、Ge₂F₅ ⁺和Ge₂F₆ ⁺。在一个优选方面中，GeF₄经电离以产生两个或更多个选自由F⁺、GeF⁺、GeF₂ ⁺、GeF₃ ⁺和GeF₄ ⁺组成的群组的物质。

含磷和含氟化合物的实例包括那些式PF₃和式PF₅的化合物，其可经电离以产生氟离子物质，包括选自由以下各者组成的群组的离子物质：F⁺、F₂ ⁺和PF⁺、PF₂ ⁺、PF₃ ⁺、PF₄ ⁺和PF₅ ⁺。

含砷和含氟化合物的实例包括那些式AsF₃和式AsF₅的化合物，其可经电离以产生氟离子物质，包括选自由F⁺、F₂ ⁺和AsF⁺、AsF₂ ⁺、AsF₃ ⁺、AsF₄ ⁺和AsF₅ ⁺组成的群组的离子物质。

含锑和含氟化合物的实例包括式SbF₅的化合物，其可经电离以产生氟离子物质，包括选自由F⁺、F₂ ⁺和SbF⁺、SbF₂ ⁺、SbF₃ ⁺、SbF₄ ⁺和SbF₅ ⁺组成的群组的离子物质。

含钨和含氟化合物的实例包括那些式WF₆的化合物，其可经电离以产生氟离子物质，包括选自由F⁺、F₂ ⁺和WF⁺、WF₂ ⁺、WF₃ ⁺、WF₄ ⁺、WF₅ ⁺和WF₆ ⁺组成的群组的离子物质。

含氮和含氟化合物的实例包括那些式NF₃和式N₂F₄的化合物，且氟离子物质包括两个或更多个选自由以下各者组成的群组的物质：F⁺、F₂ ⁺、NF⁺、NF₂ ⁺、NF₃ ⁺、N₂F⁺、N₂F₂ ⁺、N₂F₃ ⁺、N₂F₄ ⁺、N₂F₅ ⁺和N₂F₆ ⁺。

含碳和含氟化合物的实例包括那些式CF₄和C₂F₆的化合物，且氟离子物质包括选自由以下各者组成的群组的两个或更多个物质：F⁺、F₂ ⁺、CF⁺、CF₂ ⁺、CF₃ ⁺、CF₄ ⁺、C₂F⁺、C₂F₂ ⁺、C₂F₃ ⁺、C₂F₄ ⁺、C₂F₅ ⁺和C₂F₆ ⁺。

可产生氟离子物质的其它类型的含氟化合物包括式Q_xR_zF_y的化合物，其中Q和R为能够与氟(F)形成键的元素，且x、z和y为1或更大的整数。在实施例中，Q选自由以下各者组成的群组：B、Si、Ge、P、As、C和N；且R选自H和O。在实施例中，x为1到3的范围内的整数，且优选为1或2；z为1到4的范围内的整数，且优选为1、2或3；且y为1到8、优选1到6的范围内的整数。

在如使用本文种所描述的条件电离后，具有式Q_xR_zF_y的化合物可产生氟离子物质，包括那些式Q_uR_wF_v ⁺和式F⁺、式F₂ ⁺的氟离子物质。u、w和v全部均为整数，且可关于式Q_xR_zF_y的x、z和y描述，其中x为大于或等于u的整数，且u为大于或等于1的整数；且其中y为大于或等于v的整数，且v为大于或等于1的整数，且其中z为大于或等于w的整数，且w为大于或等于1的整数。因此，对于式Q_uR_wF_v ⁺的离子物质，u、w和v全部均为整数1或更大。优选地，u为1到3的范围内的整数，且优选为1或2；w为1到4的范围内的整数，且优选为1、2或3；且v为1到8、优选1到6的范围内的整数。

具有式Q_xR_zF_y的化合物的实例包括但不限于那些如BHF、BHF₂、SiHF₃、SiH₂F₂、SiH₃F、Si₂H₃F₃、Si₂H₅F、Si₂HF₅、GeHF₃、GeH₂F₂、GeH₃F、PHF₂、PH₂F、PH₃F₂、P₂HF、AsHF₂、AsH₂F、AsH₃F₂、C_nH_xF_2n+2-x、C_nH_xF_2n-x、C_nH_xF_2n-2-x、COF₂、NHF₂、NH₂F、NHF和N₂H₃F的化合物，其中n为1到3的范围内的整数，且x为0、1或2。

可产生氟离子物质的其它类型的含氟化合物包括式F_y的化合物，且氟离子物质包括式F_v ⁺的化合物，其中y为大于或等于v的整数，且v为大于或等于1的整数。

本公开的方法还可包括使用两种或更多种式Q_xF_y、式Q_xR_zF_y和式F_y的氟化合物的混合物。如果使用两种或更多种不同含氟化合物，则这些化合物可独立流入植入腔室中，或可作为混合物流入腔室中。

在本发明的方法中，使一或多种含氟化合物流入植入腔室中以产生氟离子物质。氟离子物质可包括有最大数目氟原子的物质。在本发明的方法中，流速、电弧功率和源磁场经选择以使得具有所需数目氟原子的物质经优化用于最大束电流。在其它方法中，流速、电弧功率和源磁场经选择以使得氟离子物质F⁺经优化用于最大束电流。

可就电弧功率和电弧电压来说描述氟离子植入的系统的操作。在一些实践模式中，系统经操作以提供在约5W到约2500W的范围内的电弧功率，或在一些实践模式中，电弧功率在约90W到约1500W的范围内。为了实现在这些范围中的一者中的电弧功率，可操作所述系统使电弧功率在约30V到约150V的范围内，或更特定地说，在约60V到约125V的范围内的电弧电压下产生。

也可就含氟化合物流入离子植入腔室中的流速来说描述用于氟离子植入的系统的操作。在一些实施例中，含氟化合物以不超过10sccm的速率流入腔室中，且在实施例中，含氟化合物以在0.1sccm到6sccm范围内的速率流动。在其它实施例中，含氟化合物在0.2sccm到4sccm的范围内且更特定地说在0.2sccm到2sccm的范围内的流速流动到系统。

在一些特定实践模式中，氟化合物为BF₃，且氟离子物质包括选自由F⁺、F2+、BF⁺、BF₂ ⁺和BF₃ ⁺组成的群组的两个或更多个物质；在30V到150V的范围内的电弧电压下产生的电弧功率在50W到2500W的范围内，且流速在1.25sccm到1.75sccm的范围内。

在一些特定实践模式中，氟化合物为SiF₄，且氟离子物质包括选自由F⁺、F2+、SiF⁺、SiF₂ ⁺、SiF₃ ⁺和SiF₄ ⁺组成的群组的两个或更多个物质；在75V到125V的范围内的电弧电压下产生的电弧功率在50W到2500W的范围内，且流速在1.0sccm到1.5sccm的范围内。

在一些特定实践模式中，氟化合物为GeF₄，且氟离子物质包括选自由F⁺、F2+、GeF⁺、GeF₂ ⁺、GeF₃ ⁺和GeF₄ ⁺组成的群组的两个或更多个物质；在30V到150V的范围内的电弧电压下产生的电弧功率在50W到2500W的范围内，且流速在0.2sccm到0.8sccm的范围内。

在一些特定实践模式中，氟化合物为CF₄且氟离子物质包括F+、F₂ ⁺、CF⁺、CF₂ ⁺和CF₃ ⁺中的至少一者；用在30V到150V的范围内的电弧电压产生的电弧功率在50W到2500W的范围内，且流速在0.2sccm到1.5sccm的范围内且更特定地说在0.3sccm到1.0sccm的范围内。

任选地，本公开的方法可包括使不同于氟化合物的(非氟化)含氢或含氢化物化合物流动到离子植入机。此类化合物的实例包括但不限于化合物，如H₂、B₂H₆、SiH₄、Si₂H₆、GeH₄、Ge₂H₆、PH₃、AsH₃ CH₄、C₂H₆、C_xH_y(其中x和y等于或大于1)、NH₃和N₂H₄。在示例性实践模式中，含氢或含氢化物化合物以0.05sccm到10sccm的速率流入电弧室中。

任选地，本公开的方法可包括使不同于氟化合物的(非氟化)含氧化合物流动到离子植入机。此类化合物的实例包括但不限于化合物，如O₂、O₃、H₂O、H₂O2、CO、CO₂、NO、NO₂、N2O、N₄O、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅和N₂O₆。

任选地，本公开的方法可包括使惰性气体流动到离子植入机。惰性气体的实例包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气。

在实践模式中，使含氢或含氢化物气体、含氧气体或惰性气体中的一者连同含氟化合物一起流动到植入机；在其它实践模式中，使所述气体中的两者流动；且在又其它实践模式中，使全部三种气体连同含氟化合物一起流动到植入机。

如果多于一种气体流动到腔室，则所述气体可单独流动。替代地，所述气体可混合流动。例如，可在气缸封装中预混合含氟气体、含氢气体、含氧气体和/或惰性气体中的任两者或更多者。在又其它实施例中，两种或更多种气体混合且接着另一种气体单独流动到腔室。在一个实施例中，使氢气与含氟气体同向流动或预混合。

可使用用于离子植入的离子源装置执行本发明的方法。可将任何类型的离子植入系统用于如本文中所描述的氟植入方法。所述系统包括由一或多种含钨材料或非含钨材料形成的电弧室。在一些实施例中，利用含碳和含氟化合物(如CF₄或C₂F₆)与用于氟离子植入的钨电弧室和/或含钨衬垫的组合可改良F+植入性能(包括束电流和源寿命)，且可减少在植入工艺期间所形成的氟化钨的量。

示例性非含钨材料可包括但不限于含石墨材料、含碳化物材料、含氟化物材料、含氮化物材料、含氧化物材料或陶瓷。使用非含钨材料的示例性系统描述于美国临时申请案第62/780,222号中，其出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。这些非钨材料在腔室中的存在可替代钨，其在一些实施例中可改良F+植入性能(包括束电流和源寿命)。具体地说，这些材料可减少在植入工艺期间所形成的氟化钨的量。

离子源装置可包括安置于离子源腔室中的结构部件，如离子源腔室的衬垫或其它结构组件。衬垫可为平坦的，例如具有两个相对的主表面和其间的厚度的平面结构片件。衬垫可为矩形、曲线(例如圆形)、角形或其他形状。衬垫可为可移除的，此意指衬垫可插入离子源腔室的内部空间且从所述内部空间移除衬垫。在其它情况下，衬垫可为永久的且不可从腔室移除。

现参看图式，图1为离子植入系统10的示意性图示，其包括具有气体馈料管线14的电弧室12，所述气体馈料管线14用于将含氟气体馈入到电弧室中以用于其在腔室中的电离。电弧室12因此提供离子源腔室。在一些实施例中，电弧室可包括钨电弧室和钨衬垫。在其它实施例中，电弧室可包括钨电弧室和非含钨材料衬垫。在其它实施例中，电弧室和衬垫两者均可包括非含钨材料。适合的非含钨材料可包括但不限于含石墨材料、含碳化物材料、含氟化物材料、含氮化物材料、含氧化物材料或陶瓷以减少在植入工艺期间形成的氟化钨量和/或改良氟植入束电流。

图2为图1离子植入系统10的截面，其示意性地展示等离子体16在此类系统的电弧室12中的产生。使含氟气体在箭头A指示的方向上流入含氟气体馈料管线14中，所述馈料管线具有与其紧固以监测关系的监测热电偶TC1和TC2从而判定馈料管线和进入电弧室的气体的热状态的质量，如可能需要与用于离子植入系统的热管理系统结合使用。

图3为离子源总成的截面透视图，所述离子源总成包含离子源装置70和用于所述系统的热管理的任选的散热器装置50。此截面视图展示连接到气体馈料塞中的气流通道84和连接到与离子源相关联的气体套管中的气流通道86的含氟气体馈料管线72。

图3中展示的离子源装置包括基底80。基底80可经含钨材料涂布或改性，或可经含石墨材料、含碳化物材料、含氟化物材料、含氮化物材料、含氧化物材料或陶瓷涂布或改性。基底80可包括在其中的开口82。

图4为离子植入工艺系统300的示意性图示，所述离子植入工艺系统包括容纳反应物气体的储存和分配容器302，所述反应物气体经供应以用于与含氟气体在离子源腔室中当场反应以产生用于在所说明的离子植入腔室301中的衬底328的离子植入的氟离子物质。

储存和分配容器302包含围封容纳氟气的内部容积的容器壁306。

容器可为常规类型的气缸，其中内部容积经配置以仅容纳气体，或替代地，容器可含有对反应物气体具有吸附亲和力的吸附材料，且其中共反应物源气体在分配条件下为可解吸附的以从容器排出。

储存和分配容器302包括与排出管线312以气体流动连通方式耦接的阀头308。压力传感器310与质量流量控制器314一起安置于管线312中。其它监测和传感组件可与管线耦接，且与如致动器、回馈系统和计算机控制系统、循环计时器等的控制构件接合。

离子植入腔室301含有从管线312接收经分配的含氟气体的离子发生器316，其与设置于离子发生器腔室中或与离子发生器腔室相关联的掺杂剂源反应物反应以产生氟离子物质，所述氟离子物质在离子发生器腔室中的电离条件下产生离子束305。离子束305穿过质量分析器单元322，所述质量分析器单元选择所需的离子且排斥非选择的离子。

所选择的离子穿过加速度电极阵列324且随后穿过偏转电极326。所得聚焦离子束撞击于衬底元件328上，所述衬底元件安置在安装于开启轴332上的可旋转固持器330上，以形成经掺杂的(经氟掺杂的)衬底作为离子植入产品。

离子植入腔室301的对应部分分别借助于泵320、342和346经由管线318、340和344排出。

实例1

根据本发明，使含氟气体SiF₄在预定电弧功率和磁场下以各种流速(0.5、1.5和2.5sccm)流入电离室中。在不同流速下量测离子物质的束电流。如图5中所示，通过针对SiF₃ ⁺物质进行调节而优化条件和束来获得高SiF₃ ⁺束电流。

实例2

使含氟气体GeF₄流入具有钨衬垫的电离室中和具有石墨衬垫的电离室中。在110V的电弧电压和20mA的源束下操作系统。在各种气体GeF₄流速下量测F+离子束电流。在所测试的各流速下，与具有钨衬垫的系统相比，具有石墨衬垫的系统提供较高F⁺束电流。结果展示于图6中。

实例3

测定由描述于实例2中的工艺产生的各种电离物质的束谱。结果展示在有石墨衬垫的情况下，从GeF₄束谱可见显著较少的W⁺和WF_x ⁺束。参见图7。

实例4

使含氟气体BF₃独自且在氢气(H₂)存在下流入电离室中。BF₃的流速为1.5sccm，且在110V的电弧电压和20mA的源束下操作系统。图8展示在增加浓度的H₂下的F⁺束电流，显露在H₂增加到50％时电流仅稍受影响。然而，当分析电离物质的BF3束谱时，其展示当H2与BF3混合时W+和WFx+束的显著减少。参见图9。

实例5

评估在相同操作条件下从不同氟气(BF₃、SiF₄、GeF₄、CF₄)产生的F+束电流。气体独立流入具有钨腔室(具有钨衬垫)的电离室中。在110V的电弧电压和90V的电弧电压和20mA的源束下操作系统。针对气体中的每一者，在各种流速下量测F+离子束电流。在较低流速下，CF₄产生比BF₃、SiF₄和GeF₄显著更高的F⁺束电流。结果展示于图10中。

实例6

图11展示在描述于实例5中的条件下以不同气体流速从CF₄产生的F⁺束谱。如可见，在较低气体流速下产生较高F⁺束电流。当气体流速从0.42sccm增加到1sccm时，F⁺和W⁺⁺束电流减少且W⁺、C⁺和CF⁺束电流增加。

实例7

在0.5sccm的固定流速、110V的电弧电压和20mA的源束下，使含有CF₄和H₂的气体混合物流入包括钨电弧室(具有钨衬垫)的离子植入系统中。图12展示随混合物中氢气百分比变化的F⁺束电流。对于含有至多33％氢气的混合物，观测到对F⁺束电流无显著影响。图13展示随气体混合物中氢气量而变所绘制的HF⁺和W⁺束电流。如所预期，W⁺束电流显著减小且HF⁺束电流增加。

实例8

研究在0.5sccm的固定流速、110V的电弧电压和20mA的源束下，在具有钨衬垫的钨电弧室中由CF4的电离所产生的F⁺束电流的稳定性。图14展示F⁺束电流随时间而增加且在2-3小时之后变得稳定。图15比较在图14中所展示的评估时段内所产生的F+、C⁺、CF⁺、W⁺的束电流。C⁺束电流在第一半时段期间减少且在第二半时段期间开始增加。C⁺的初始减少可归因于从先前CO束移除碳残余物。C⁺束电流的后期增加趋势可能与从CF₄本身的碳沉积相关。CF⁺束电流具有与F⁺束电流对准的接触增加趋势。

Claims (15)

1.一种氟离子植入方法，其包含：

使包含氟化合物的组合物在预定流速下流入离子植入机中，所述氟化合物包含一个非氟原子和多于一个氟原子，所植入离子经配置以用于将氟离子植入到衬底中；

操作所述离子植入机以在预定电弧功率和磁场下从所述氟化合物产生氟离子物质，其中所述氟离子物质包含用于衬底植入的所需氟离子物质；

其中所述流速、电弧功率和磁场经选择以提供用于所述所需氟离子物质的优化束电流；和

将所述所需氟离子物质植入到所述衬底中。

2.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，其中所述氟离子物质包含具有最大数目氟原子的物质，且所述流速、电弧功率以及源磁场经选择以使得具有最大数目氟原子的物质的束电流大于具有较少数目氟原子的一或多种物质的一或多个束电流。

3.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，其中所述所需氟离子物质在所需深度处通过所选能量且使用所选流速、电弧功率以及源磁场植入所述衬底中。

4.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，其中所述电弧功率在5W到2500W的范围内。

5.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，其中所述流速不大于10sccm。

6.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，其中所述流速在0.2sccm到6sccm的范围内。

7.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，

其中(a)所述氟化合物具有式Q_xF_y，其中Q为能够与氟(F)形成键的元素，且所述氟离子物质包括式Q_uF_v ⁺和式F+、式F₂ ⁺的化合物，其中x为大于或等于u的整数，且u为大于或等于1的整数；且其中y为大于或等于v的整数，且v为大于或等于1的整数；

其中(b)所述氟化合物具有式Q_xR_zF_y，其中Q和R为能够与氟(F)形成键的元素，且所述氟离子物质包括式Q_uR_wF_v ⁺和式F+、式F₂ ⁺的化合物，其中x为大于或等于u的整数，且u为大于或等于1的整数；其中y为大于或等于的v整数，且v为大于或等于1的整数，且其中z为大于或等于w的整数，且w为大于或等于1的整数；或

其中(c)所述氟化合物具有式F_y，且所述氟离子物质包括式F_v ⁺化合物，其中y为大于或等于v的整数，且v为大于或等于1的整数；

(d)其中使用式Q_xF_y、式Q_xR_zF_y和式F_y的两种或更多种氟化合物的混合物。

8.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，其中所述氟化合物选自由以下各者组成的群组：F₂、BF₃、BHF、BHF₂、B₂F₄、SiF₄、Si₂F₆、SiHF₃、SiH₂F₂、SiH₃F、Si₂H₃F₃、Si₂H₅F、Si₂HF₅、GeF₄、Ge₂F₄、Ge₂F₆、GeHF₃、GeH₂F₂、GeH₃F、PF₃、PF₅、PHF₂、PH₂F、PH₃F₂、P₂HF、AsF₃、AsF₅、AsHF₂、AsH₂F、AsH₃F₂、SbF3、SbF₅、XeF₂、XeF₄、XeF₆、WF₆、MoF₆、C_nF_2n+2、C_nF_2n、C_nF_2n-2、C_nH_xF_2n+2-x、C_nH_xF_2n-x、C_nH_xF_2n-2-x、COF₂、SF₆、SF₄、SeF₆、NF₃、N₂F₄、NHF₂、NH₂F、NHF、N₂H₃F和HF，其中n为1到3的范围内的整数，且x为0、1或2。

9.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，其中流动进一步包含使不同于所述氟化合物的含氢化合物流入所述离子植入机中，其中所述含氢化合物选自由以下各者组成的群组：H₂、B₂H₆、SiH₄、Si₂H₆、GeH₄、Ge₂H₆、PH₃、AsH₃ CH₄、C₂H₆、C_xH_y、C_xH_yF_z(其中x和y和z等于或大于1)、NH₃和N₂H₄。

10.根据权利要求9所述的氟离子植入方法，其中所述含氢化合物以0.01sccm到10sccm的速率流入所述离子植入机中。

11.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，其中流动进一步包含使不同于所述氟化合物的含氧化合物流入所述离子植入机中，其中所述含氧化合物选自由以下各者组成的群组：O₂、O₃、H₂O、H₂O2、CO、CO₂、NO、NO₂、N2O、N₄O、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅、N₂O₆和COF₂。

12.根据权利要求1所述的氟离子植入方法，其中流动进一步包含使惰性气体流入所述离子植入机中，其中所述惰性气体选自由以下各者组成的群组：氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气。

13.根据权利要求12所述的氟离子植入方法，其中所述惰性气体选自由以下各者组成的群组：氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氟气体、所述含氢气体、所述含氧气体和/或所述惰性气体中的两者或更多者在汽缸封装中预混合。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氟气体、所述含氢气体、所述含氧气体和/或所述惰性气体中的两者或更多者在汽缸封装中预混合且一起同向流动。

Images