CN114245930B - 具有电弧室材料混合的离子植入系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种用于离子植入的系统及方法，其包含：气体或包含至少一种可离子化气体的气体混合物，其用来产生离子物种；及电弧室，其包含两种或更多种不同电弧室材料。使用所述系统，在具有衬垫组合的所述电弧室中产生离子物种，且一或多个所要离子物种显示所述经产生的离子物种当中的更高束电流，这通过使用所述不同材料来促进。继而可实现将所述所要离子物种改进地植入到衬底中。此外，所述系统可在系统操作期间最小化金属沉积物的形成，由此延长源寿命且促成改进的系统性能。

Description

具有电弧室材料混合的离子植入系统
相关申请案的交叉引用
本申请案主张2019年7月18日申请且以引用方式并入本文中的第62/875,869号美国临时申请案的优先权及权益。
技术领域
本公开涉及一种具有使用两种或更多种不同材料的混合物的电弧室的离子植入系统，及使用所述系统进行离子植入的方法。
背景技术
离子植入涉及通过使化学物种的高能离子撞击于例如微电子设备晶片的衬底上来将此物种沉积到所述衬底中。为了产生离子植入物种，使可例如包括卤化物或氢化物物种的气体经历离子化。此离子化使用离子源来实行以产生离子束。离子源通常为气体或气体混合物。
一旦在离子源处产生，离子束便通过提取、磁过滤、加速/减速、分析器磁体处理、准直、扫描及磁校正进行处理以产生撞击于衬底上的最终离子束。
在离子化后，可离子化气体通常产生多个离子物种。从起始化合物(例如，气体)衍生的每一离子物种具有不同于另一离子物种的原子组合物，且基于这些原子组合物及所要衬底改质，可期望植入特定物种，期望避免植入特定物种或两者。然而，在离子化后及在用来产生用于植入的离子束的条件下，每一离子物种具有可影响将物种植入到衬底中的束电流。
当通过使气体物种与室材料反应(例如使氟化物离子与钨电弧室反应以产生氟化钨)而在电弧室中产生额外离子物种时，离子植入工艺也可能变得越来越复杂。
改进离子束性能仍然面临各种挑战，尤其是随着离子植入工艺变得更加复杂。
发明内容
本公开涉及用于在离子植入工艺中将离子物种植入到衬底中的系统及方法。在许多方面中，本公开提供用来通过选择及使用不同电弧室材料与一或多种可离子化气体一起的混合物来改变或改进从气体或气体混合物产生的离子物种的性能的方式。所述系统包含具有两种或更多种不同电弧室材料的电弧室。不同于所述第一电弧室材料的第二不同电弧室材料的存在促进在可离子化气体离子化后增加一或多个所要离子物种的束电流性能。这允许使用其较高束电流将一或多个所要离子物种改进地植入到所述衬底中。其也可最小化非所要地引入于所述衬底中的离子物种的沉积，这是因为这些物种将具有较低束电流。
用于构建所述电弧室的部分的不同材料的混合物也可最小化不需要的电弧室沉积物的形成，所述沉积物否则在系统操作期间形成，例如起因于气体(例如，氟化物气体)与室材料(例如，钨)的反应。因而，可最小化由电弧室材料的反应致使的不需要的沉积物由此延长源寿命且促成改进的系统性能。
在一个方面中，本公开提供一种用于将离子物种植入到衬底中的系统，其中所述系统包含气体源，所述气体源包括能够在被离子化时形成至少一个离子物种的气体或气体混合物。所述系统包含电弧室，所述电弧室包括两种或更多种不同电弧室材料，其中第一电弧室材料不同于第二电弧室材料。所述电弧室包含：电弧室壁，其具有内部面向等离子体的表面；及任选的一或多个电弧室衬垫，其经配置以接触所述内部面向等离子体的表面的全部或部分。
在一些方面中，两种或更多种不同电弧室材料包含具有一或多个原子的第一电弧室材料及第二电弧室材料，包含但不限于钨、钼、碳、硅、硼、镁、钙、铝、氟、铟、氮、氧、镓、锗及镧。所述第一电弧室材料及所述第二电弧室材料可包含个别化合物、介金属、合金、复合材料、固溶体(由基质“溶剂”金属与原子地分散在其晶体结构中的另一“溶质”元素形成的合金，其中溶质与溶剂的比在小范围内连续)及固体材料的混合物。在一些实施例中，所述第一电弧室材料或所述第二电弧室材料可包含含石墨材料、含碳材料、含硼材料、含锗材料、含锑材料、含钨材料、含钼材料、含氟材料、含氮材料、含氧材料、陶瓷材料或合金。例如，所述第一电弧室材料或所述第二电弧室材料可包含石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、(氧化硼)B2O3、(氧化锗)GeO2、碳化硅(Sick)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗W2Ge3、碳化钙(CaC2)、Al4C3、(碳化镁)Mg2C、(氟化铝)AlF3、(氟化镓)GaF3、(氟化铟)InF3、(氮化镓)GaN、氮化铝(AlN)、(氮化铟)InN、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、(氧化铟)In2O3、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。所述第一电弧室材料或所述第二电弧室材料还可包含钨合金。示范性基于钨的合金为WB2-x,x＝0.001-0.5。
在一个示范性实施例中，第一电弧室材料是钨且第二电弧室材料包含呈石墨或碳化物化合物形式的碳。
在另一示范性实施例中，第一电弧室材料是钨且第二电弧室材料包含呈元素硼、硼化物化合物或含硼合金形式的含硼材料。
然而，在另一示范性实施例中，第一电弧室材料或第二电弧室材料选自在一或多个同位素上相对于其天然丰度同位素浓化的材料。在一个示范性实施例中，第一电弧室材料或第二电弧室材料是具有在B-11同位素上同位素浓化的硼的含硼材料。在另一示范性实施例中，第一电弧室材料或第二电弧室材料是在例如Ge-72同位素的一或多个锗同位素上浓化的含锗材料。
这些不同电弧室材料可以各种布置存在于所述电弧室中。所述第一电弧室材料或所述第二电弧室材料可存在于(若干)电弧室衬垫或(若干)电弧室件中的一或多者的全部或部分中。在一种类型的布置中，所述第二电弧室材料经涂布到所述电弧室壁的部分或全部上或经表面分层到所述电弧室壁的部分或全部上，其中所述电弧室壁由所述第一电弧室材料制成。在另一布置中，所述电弧室具有一或多个电弧室衬垫，其中所述一或多个电弧室衬垫包含所述第一电弧室材料或所述第二电弧室材料中的至少一者。在再一实施例中，所述第一电弧室材料或所述第二电弧室材料可被提供为安置在所述电弧室中的单独件或靶。
在另一方面中，本公开提供一种用于将一或多个离子物种植入到衬底中的方法。所述方法包含提供如本文中所描述的系统，所述系统具有：气体源，其包括能够在被离子化时产生至少一个离子物种的气体或气体混合物；电弧室，其至少具有不同的第一电弧室材料及第二电弧室材料。在所述方法中，衬底存在于植入室中且操作所述系统以将所述一或多个离子物种植入到所述衬底中。示范性可离子化气体包含但不限于含硅气体、含硼气体、含锗气体、含碳气体、含磷气体、含砷气体、含锑气体、含钨气体、含氮气体、含镓气体、含铟气体、含锡气体及含铝气体。所述可离子化气体可与至少一种其它气体共流或混合提供。所述至少一种其它气体可包含含有与所述可离子化气体相同的物种的共种气体(co-gas)及/或稀释气体或载气。
在所述方法中，能够产生离子物种的气体或气体混合物可按预定流率流入所述电弧室。在所述电弧室中施加预定功率及电压后，可从所述气体或气体混合物产生离子物种，其中所述物种包含用于衬底植入的一或多个所要离子物种。使用所述系统的所要操作条件，相对于在相同操作条件下没有所述第二电弧室材料的情况下产生的离子物种的束电流，归因于存在所述第二电弧室材料而将离子物种的束电流增加到大于其它离子物种中的任一者的程度。使用此方法，可选择具有最大束电流的离子物种用于植入到所述衬底中。
在示范性实践模式中，所述可离子化气体或气体混合物按预定流率流入所述电弧室。示范性气体可包含CO、CO2、CF4、CH4、CxHyFz、BF3、B2F4、B2H6、PH3、PF3、PF5、AsH3、AsF3、AsF5、GeF4、GeH4、Ge2H6、SiF4、Si2F6、SiH5、Si2H6、Si3H8、SbH3、SbF5。在一些实施例中，所述气体或气体混合物可包含同位素浓化气体，例如举例来说同位素浓化BF3气体或同位素浓化GeF4气体，但不限于这些气体。在一些实施例中，所述可离子化气体是包含BF3及至少一种额外气体的含硼气体混合物。所述至少一种额外气体可包含共种(co-species)气体(例如，B2F4、B2H6)及/或稀释气体(例如，H2、Xe、Xe/H2、N2、Kr、Ar、He)。气体混合物的具体实例可包含：BF3/H2；BF3/B2F4；BF3/B2F4/H2；BF3/B2H6；BF3/B2H6/H2；BF3/Xe+H2；及BF3/B2H6/Xe+H2，但不限于这些气体混合物。所述BF3气体可为浓化BF3气体。
在所述电弧室中施加预定功率及电压后，可从所述可离子化气体或气体混合物产生一或多个离子及一或多个离子物种。示范性离子物种包含以下离子，例如C+离子、B+离子、N+离子、F+离子、Si+离子、Ge+离子、P+离子、As+离子、Ga+离子、Sb+离子、In+离子、Al+离子、Sn+离子等。也可产生多原子离子物种，例如CF3 +、CF2 +、CF+、BF+、BF2 +、SiF3 +、Si2 +、SiF+、GeF3 +、GeF2 +。
在具有两种不同电弧室衬垫材料的电弧室中，所述离子物种每一者具有使用所要操作条件产生的束电流，其中所要离子物种具有经优化的束电流，如相对于使用相同最佳条件但没有所述第二电弧室材料的情况下产生的离子物种束电流所测量。即，与由仅一种材料组成的电弧室相比，在使用不同电弧室材料的混合物的情况下，所述所要离子物种显示显著束电流增加，其中与单个衬垫相较，在使用衬垫混合物的情况下，其它非所要离子物种(例如，具有非金属离子或类金属离子的离子物种)未显示任何显著电流增加，具有相同电流或具有减小的束电流。继而，所述所要离子物种的较高束电流促进其改进地植入到所述衬底中，同时可最小化其它非所要离子物种的植入。
附图说明
图1是离子植入系统的示意图，其包含电弧室，所述电弧室具有用于将掺杂剂源气体馈送到所述电弧室用于其在所述室中的离子化的气体馈送管线。
图2是图1离子植入系统的截面，其示意性地展示在此系统的电弧室中等离子体的产生。
图3是包括离子源设备的离子源组合件的截面透视图。
图4是离子植入工艺系统的示意图，其包含容纳气体的存储及施配容器，所述气体经供应用于在所说明的离子植入室中衬底的离子植入掺杂。
图5是如所描述的离子源室的自上而下视图，其容纳不同衬垫。
图6是如所描述的离子源室的自上而下视图，其容纳不同衬垫。
图7A是如所描述的离子源室的自上而下视图，其容纳不同衬垫。第一侧衬垫、第二侧衬垫及底部衬垫是单件式的。
图7B是如所描述的离子源室的侧视截面图，其容纳不同衬垫。第一侧衬垫、第二侧衬垫及底部衬垫是单件式的。
图8展示来自在存在混合钨/石墨衬垫的情况下使用CF4气体进行的实验的F+束电流数据，与石墨及钨衬垫相比，所述混合钨/石墨衬垫在更低气体流率下产生更高F+束。
图9展示来自使用CF4气体进行的实验的离子化物种，其中与石墨及钨衬垫相比，使用混合钨/石墨衬垫具有更高F+束，且与钨衬垫相比，使用混合钨/石墨衬垫具有更低W+及WFx +束。
具体实施方式
本公开的实施例涉及用于离子植入的系统及方法，其中所述系统包含用于离子植入且具有至少两种不同电弧室材料的电弧室。任何类型的离子植入系统可用于如本文中所描述的离子植入方法。所述电弧室具有具内部面向等离子体的表面的电弧室壁。任选地，存在经配置以接触所述电弧室的壁的内部面向等离子体的表面的全部或部分的一或多个电弧室衬垫。在所述电弧室中，两种或更多种不同电弧室材料存在于所述电弧室壁中，存在于一或多个任选电弧室衬垫中或两者。所述系统还包含气体源，所述气体源提供在被离子化时能够形成至少一个离子物种的气体或气体混合物。此外，所述系统可包含植入室，在所述植入室中可将在所述电弧室中产生的一或多个离子物种植入到衬底中。
具有两种不同电弧室材料的系统可用于提供改进的离子植入，且在各个方面中用于其中离子产生气体或气体混合物产生多个离子物种的方法。所述系统可在所述离子产生气体或气体混合物的预定流率、预定电弧功率及预定源磁场下操作。所述操作条件可提供所述多个离子物种当中的所要离子物种的经优化的束电流，所述所要离子物种又可以植入到衬底中为目标。
在一些布置中，所述电弧室具有具内部面向等离子体的表面(即，当所述系统在使用时接触等离子体的电弧室的这些表面)的壁。所述内部面向表面可由所述电弧室的第一侧壁、第二侧壁、阴极侧壁、反阴极侧壁、底部及顶部呈现。所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述阴极侧壁、所述反阴极侧壁、所述底部及/或所述顶部的内部面向等离子体的表面的全部或部分可包含呈涂层、表面分层或电弧室衬垫形式的第二不同电弧室材料。所述电弧室的内部面向等离子体的表面可呈现总内部面向等离子体的表面区域，且电弧室材料的量可根据所述总内部面向等离子体的表面区域的材料的百分比量来界定。例如，所述系统可包含由所述第二电弧室材料形成的电弧室衬垫的至少一部分，其中所述电弧室衬垫覆盖所述室的总内部面向等离子体的表面区域的特定百分比。作为另一实例，所述系统可包含表面分层或涂布有所述第二电弧室材料的一个电弧室壁表面的内部面向等离子体的表面中的一或多者的至少一部分，其中总内部面向等离子体的表面区域的所要百分比涂布或表面分层有所述第二电弧室材料。
所述电弧室包含两种或更多种不同电弧室材料。这些不同电弧室材料可以各种布置存在于所述电弧室中。所述第一电弧室材料或所述第二电弧室材料可存在于(若干)电弧室衬垫或(若干)电弧室件中的一或多者的全部或部分中。在一个实施例中，所述第二电弧室材料经涂布到所述电弧室壁的部分或全部上或经表面分层到所述电弧室壁的部分或全部中，其中所述电弧室壁由所述第一电弧室材料制成。在另一实施例中，所述电弧室具有一或多个电弧室衬垫，其中所述一或多个电弧室衬垫包含所述第二电弧室材料。衬垫可为具有两个相对主表面及其之间的厚度的平坦，例如平面结构件。衬垫可为矩形的、弯曲的(例如，圆形的)、角形的或其它形状。衬垫可为可移除的，这意味着可将所述衬垫插入到所述离子源室的内部空间中及从所述离子源室的内部空间移除。在其它情况下，衬垫可为永久性的且不可从所述室移除。在又其它实施例中，所述第一电弧室材料或所述第二电弧室材料可被提供为出于此目的而安装在所述电弧室中或接纳在形成在所述衬垫或电弧室壁中的凹部中的单独件或靶。所述单独件可具有任何合适形状或大小，使得其可经安置在所述电弧室中。在一个实施例中，所述单独件包含所述第二电弧室材料且所述电弧室壁及/或所述衬垫包含所述第一电弧室材料，所述第一电弧室材料及所述第二电弧室材料彼此不同。在实施例中，所述单独件是可消耗结构且与所述可离子化气体或气体混合物反应。在一个实例中，所述单独件是溅射靶。
在示范性实施例中，至少两种不同的第一电弧室材料及第二电弧材料室中的一者可为以下材料中的任何一或多者：石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。在一些情况下，所述电弧室包含三种或更多种不同电弧室材料，其中至少两种电弧室材料是不同的，选自石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。在一些情况下，所述电弧室包含四种或更多种不同电弧室材料，其中至少三种电弧室材料是不同的，选自石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。在一些情况下，所述电弧室包含五种或更多种不同电弧室材料，其中至少四种电弧室材料是不同的，选自石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。
在一些实施例中，所述第一电弧室材料、所述第二电弧室材料、所述第三电弧室材料、所述第四电弧室材料等中的至少一者可选自在一或多个同位素上相对于其天然丰度同位素浓化的材料。在一个示范性实施例中，第一电弧室材料或第二电弧室材料是具有在B-11同位素上同位素浓化的硼的含硼材料。在另一示范性实施例中，第一电弧室材料或第二电弧室材料是在例如Ge-72同位素的一或多个锗同位素上浓化的含锗材料。
两种或更多种不同电弧室材料的所得混合物可改进离子植入性能，包含针对包含用于离子植入的一或多个离子的气体或气体混合物的束电流及源寿命。在一些实施例中，两种或更多种不同电弧室材料的存在可减少在植入工艺期间形成的氟化钨的量。
在一些布置中，本公开的系统可包含两个或更多个电弧室衬垫，其中第一电弧室衬垫由钨或钨及一或多种材料的组合制成，且第二电弧室衬垫由材料或不同于第一电弧室衬垫的材料的组合制成。所述电弧室衬垫可为具有两个相对主表面及其之间的厚度的平坦，例如平面结构件。衬垫可为矩形的、弯曲的(例如，圆形的、U形的)、角形的或其它形状。衬垫可为可移除的，这意味着可将所述衬垫插入到所述离子源室的内部空间中及从所述离子源室的内部空间移除。在其它情况下，衬垫可为永久性的且不可从所述室移除。在实施例中，所述电弧室包含两个或更多个可插入衬垫，其中所述可插入衬垫中的一者由钨形成，且所述电弧室衬垫由以下材料形成：例如石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。
在一些实施例中，所述系统包含由含钨材料制成的第一电弧室衬垫及由不含钨的材料制成的第二电弧室衬垫，例如由石墨、碳化物或陶瓷制成的第二电弧室衬垫，如本文中所描述。在其它实施例中，所述系统包含由含钨材料制成的第一电弧室衬垫以及由含钨材料及不含钨的材料的混合物制成的第二电弧室衬垫。例如，所述第二电弧室衬垫可由含钨材料形成但经表面分层或经涂布有石墨、碳化物或陶瓷。
在实例中，所述离子植入系统的第二衬垫可包括以下项，由以下项组成或本质上以下项组成：石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)，或其组合。实例可消耗结构可包括至少50、60、70、80、90或95重量％的石墨(C)、碳化硅(SiC)、元素硼(B)、碳化硼(B4C、B12C3)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)。根据本描述，被称为“本质上由”所列材料或材料组合“组成”的材料或结构是含有所述所列材料或材料组合且不超过非实质量的任何其它成分或材料的材料或结构；据此，本质上由石墨(C)、元素硼(B)、碳化硅(SiC)或其组合组成的结构含有至少97、99或99.5重量％的石墨(C)、元素硼(B)、碳化硅(SiC)或其组合，且不超过3、1或0.5重量％的任何其它材料。
在一些实施例中，所述电弧室包含由碳化钨(WC、W2C)制成的第一衬垫及由碳化硅(SiC)制成的第二衬垫。在一些实施例中，所述电弧室包含由碳化钨(WC、W2C)制成的第一衬垫及由石墨(C)制成的第二衬垫。在一些实施例中，所述电弧室包含由碳化钨(WC、W2C)制成的第一衬垫及由碳化硼(B4C、B12C3)制成的第二衬垫。在一些实施例中，所述电弧室包含由碳化钨(WC、W2C)制成的第一衬垫及由碳化钙(CaC2)制成的第二衬垫。在一些实施例中，所述电弧室包含由碳化钨(WC、W2C)制成的第一衬垫及由碳化铝(Al4C3)制成的第二衬垫。在一些实施例中，所述电弧室包含由碳化钨(WC、W2C)制成的第一衬垫及由碳化镁(Mg2C)制成的第二衬垫。
在一些制造模式中，一或多种非钨材料经集成到电弧室壁或电弧室衬垫的结构材料中。例如，电弧室壁或电弧室衬垫可“经表面分层”(例如，“经注入”)有本文中所描述的任何一或多种材料：例如石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)，包含本文中所描述的任何特定形式。表面分层可通过将所要非钨材料(石墨、碳化物等)施加到电弧室壁或衬垫的金属表面且接着加热所述表面以将所述非钨材料集成到所述电弧室壁或衬垫的金属中来实现。所述非钨材料以高密度存在于所述结构的表面处且可提供保护性势垒。表面分层可在所述电弧室壁或电弧室衬垫的表面(内部)的全部或部分上方。
在一些实施例中，所述电弧室壁或电弧室衬垫被完全地或部分地改质或由呈颗粒形式的含石墨材料、含碳化物材料或陶瓷制成。这些材料的示范性形式可为PLS(10微米石墨)、DFP(5微米石墨)、DFP3-2(致密石墨)、SCF(硬石墨)、SCF-PYC(具有热解碳涂层的5微米硬石墨)、SCF-IF(具有热解碳渗透的5微米硬石墨)、ZEE(1微米硬石墨)、ZEE-PYC(具有热解碳涂层的1微米硬石墨)、ZEE-IF(具有热解碳渗透的1微米硬石墨)、SUPERSiC、SUPERSiC-GS(具有SiC复合层的石墨)或这些材料中的任何两者或更多者的组合。这些材料中的任一者可用来制作可插入衬垫，其中这些材料中的任何一或多者用来形成非分层衬垫、表面分层衬垫或表面涂布衬垫。
替代地，所述电弧室壁或衬垫可为非分层的但可以其它方式改质以使所要非钨材料与所述电弧室壁或衬垫的材料相关联。例如，在另一改质模式中，所要非钨材料(石墨、碳化物等)经表面涂布在所述电弧室壁或衬垫的金属表面的全部或部分上。在表面涂布中，所述非钨材料在所述金属表面上形成涂布层，但不一定集成到所述金属中。所述涂布层可通过多种技术中的一者来形成，例如使用热涂布所述非钨材料，使用压力涂布或通过溅射涂布。所述涂布层可具有所要厚度，例如在约1纳米到约5毫米的范围内的布厚度。表面涂布可在所述电弧室内壁的表面(内部)的全部或部分上方。
如本文中所述，所述电弧室的不同材料可根据所述电弧室的一定百分比的内部面向等离子体的表面的区域来描述。所述电弧室的一定百分比的内部面向等离子体的表面的区域可包含所述第二不同电弧室材料。所述第二电弧室材料可呈所述内表面的部分上衬垫、涂层或表面分层的形式。所述电弧室的内部面向表面可包含所述电弧室的第一侧壁、第二侧壁、阴极侧壁、反阴极侧壁、底部及顶部。这些内部面向等离子体的表面中的任何一或多者的全部或部分可包含所述第二不同电弧室材料。
在一些实施例中，所述电弧室壁具有总内部面向等离子体的表面区域且所述系统包含包括所述第二电弧室材料(例如，碳化物、石墨等)的至少一个电弧室衬垫，且所述至少一个电弧室衬垫覆盖所述壁的在约1％到约99％的范围内的量的总内部面向等离子体的表面区域。更具体来说，所述至少一个电弧室衬垫覆盖在约30％到约70％的范围内的量的总内部面向等离子体的表面区域。甚至更具体来说，所述至少一个电弧室衬垫覆盖在约40％到约60％的范围内的量。
在一些实施例中，所述系统包含至少两个电弧室衬垫，其中第一衬垫由例如钨的第一材料制成，且第二衬垫由例如石墨、硼化物或碳化物的第二材料制成，如本文中所描述，其中所述第二电弧室衬垫覆盖所述壁的在总内部面向等离子体的表面区域约1％到约99％、约30％到约70％或约40％到约60％的范围。
在一些实施例中，所述电弧室壁具有总内部面向等离子体的表面区域且所述系统包括涂布或表面分层有所述第二电弧室材料(例如，碳化物、石墨等)的内部面向壁的至少一部分，其中在约1％到约99％的范围内的量的总内部面向等离子体的表面区域经涂布或经表面分层有所述第二电弧室材料。更具体来说，在约1％到约99％的范围内的量的总内部面向等离子体的表面区域经涂布或经表面分层有所述第二电弧室材料。甚至更具体来说，在约1％到约99％的范围内的量的总内部面向等离子体的表面区域经涂布或经表面分层有所述第二电弧室材料。
在本公开的系统中且如本文中所述，所述电弧室可包含面向表面，所述面向表面包含所述电弧室的第一侧壁、第二侧壁、阴极侧壁、反阴极侧壁、底部及顶部的内部面向表面。一或多个电弧室衬垫可经配置以覆盖这些内表面中的任何一或多者的任何部分或全部。在实施例中，所述系统包括包含所述第二电弧室材料(例如，碳化物、石墨等)的一个电弧室衬垫，所述电弧室衬垫经配置以覆盖所述第一侧壁、第二侧壁、阴极侧壁、反阴极侧壁、底部及顶部的全部或部分。在实施例中，所述系统包括包含所述第二电弧室材料(例如，碳化物、石墨等)的两个、三个、四个、五个或六个电弧室衬垫，所述电弧室衬垫经配置以覆盖所述电弧室的所述第一侧壁、第二侧壁、阴极侧壁、反阴极侧壁、底部及顶部的全部或部分。
在其它实施例中，所述系统包含两个或更多个电弧室衬垫，每一电弧室衬垫由不同材料形成。例如，第一电弧室衬垫可由钨形成，且第二电弧室衬垫可由非钨材料形成，例如碳化物、石墨等。所述第一电弧室衬垫及所述第二电弧室衬垫可经配置以覆盖所述电弧室的第一侧壁、第二侧壁、阴极侧壁、反阴极侧壁、底部及顶部的内部面向表面中的两者或更多者的任何部分或全部。在一些实施例中，所述系统包含经配置以覆盖如本文中所描述的内部面向表面中的一者的全部的第一电弧室衬垫及经配置以覆盖如本文中所描述的内部面向表面中的一者的全部的第二电弧室衬垫。在又其它实施例中，所述系统提供由第一材料(例如，钨)制成的两个或更多个电弧室衬垫及由不同材料(例如，碳化物、石墨等)制成的一个电弧室衬垫。在又其它实施例中，所述系统提供由第一材料(例如，钨)制成的一个电弧室衬垫及由不同材料(例如，碳化物、石墨等)制成的两个或多个电弧室衬垫。在又其它实施例中，所述系统提供由第一材料(例如，钨)制成的两个或更多个电弧室衬垫及由不同材料(例如，碳化物、石墨等)制成的两个或更多个电弧室衬垫。
在又其它实施例中，所述第二电弧室材料可被提供为出于此目的而安装在所述电弧室中或接纳在形成在所述衬垫或电弧室壁中的凹部中的单独件或靶。所述单独件可具有任何合适形状或大小，使得其可经安置在所述电弧室中。在一个实施例中，所述单独件包含所述第二电弧室材料且所述电弧室壁及/或衬垫包含所述第一电弧室材料，所述第一电弧室材料及所述第二电弧室材料彼此不同。在实施例中，所述单独件是可消耗结构且在电弧室等离子体中与所述可离子化气体或气体混合物或从所述可离子化气体或气体混合物产生的离子或中性粒子发生化学反应，且将所要物种产生为等离子体。在实施例中，所述单独件是能够将所要物种产生为等离子体的溅射靶。用来形成所述单独件的第二材料可为以下项中的任一者：石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。在一些情况下，可基于待由所述离子植入系统离子化的气体或气体混合物选择用来形成所述单独件或靶的第二材料。由于所述件是单独的，因此可取决于所要离子植入应用将其移除且用不同材料替换。而且，如果是可消耗的，那么一旦被消耗，便可用新单独件替换所述单独件。
在使用中，能够产生离子物种的气体或气体混合物可按预定流率流入含有至少两种不同电弧室材料的电弧室。所述气体或气体混合物是包含待在离子植入工艺期间植入在衬底中的一或多个物种的可离子化气体或气体混合物。在所述电弧室中施加预定功率及电压后，可从所述气体或气体混合物产生离子物种，其中所述物种包含用于植入到所述衬底中的一或多个所要离子物种。使用所述系统的经优化的操作条件，相对于在相同操作条件下没有所述第二电弧室材料的情况下产生的离子物种的束电流，所述所要离子物种的束电流归因于所述第二电弧室材料的存在而增加到大于其它离子物种中的任一者的程度。使用此方法，可选择具有最大束电流的离子物种以植入到所述衬底中。在一些情况下，可将偏置电压施加到所述电弧室衬垫、形成所述电弧室衬垫的电弧室部分或安置在所述电弧室中的单独件。
用于组合至少两种不同电弧室材料进行离子化的气体包含但不限于含硅气体、含硼气体、含锗气体、含碳气体、含磷气体、含砷气体、含锑气体、含钨气体、含氮气体、含镓气体、含铟气体、含铝气体、含氟气体、含锡气体或含氢气体。在一些实施例中，所述气体可为在一或多个同位素上相对于其天然丰度同位素浓化的浓化气体。示范性浓化气体包含含有在B-11同位素上同位素浓化的硼的同位素浓化含硼气体及在例如Ge-72同位素的一或多个锗同位素上浓化的同位素浓化含锗气体。所述可离子化气体可与至少一种其它气体共流或混合提供。所述至少一种其它气体可包含含有与所述可离子化气体相同的物种的共种气体及/或稀释气体或载气。
用于组合至少两种不同室材料进行离子化的特定气体的实例包含但不限于SiF4、Si2F6、Si2H4、SiHF3、SiH2F2、SiH3F、Si2H3F3、Si2H5F、Si2HF5、BF3、B2F4、B2H6、BHF、BHF2、GeF4、Ge2F6、GeH4、GeHF3、GeH2F2、GeH3F、PF3、PF5、PH3、PHF2、PH2F、PH3F2、P2HF、AsHF2、AsH2F、AsH3F2、AsF3、AsF5、AsH3、SbF5、WF6、NF3、N2F4、NH3、NHF2、NH2F、NHF及N2H3F、CO、COF2、CH4、CF4、C2F6以及具有以下通式CnHxF2n+2-x、CnHxF2n-x、CnHxF2n-2-x的气体，其中n是在1到3的范围内的整数，且x是0、1或2。用于组合至少两种不同室材料进行离子化的浓化气体的实例包含但不限于同位素浓化BF3气体及同位素浓化GeF4气体。
现在参考附图，图1是离子植入系统10的示意图，其包含电弧室12，所述电弧室12具有用于将离子产生气体(例如，氟化物气体)馈送到所述电弧室中以使其在所述室中离子化的气体馈送管线14。电弧室12包含两种或更多种电弧室材料，所述材料或衬垫中的至少一者由非钨材料形成。
现在参考附图，图1是离子植入系统10的示意图，其包含电弧室12，所述电弧室12具有用于将例如氟化物气体的离子形成气体馈送到所述电弧室以使其在所述室中离子化的气体馈送管线14。因此，电弧室12提供包含如本文中所公开的两种或更多种电弧室材料的离子源室。两种不同电弧室材料的使用可提供例如改进束电流、降低源功率、更长源寿命、更低气体流量及减少所述室中的不需要的污染物的积聚或其任何组合的益处。
图2是图1的离子植入系统10的截面，其示意性地展示在此系统的电弧室12中等离子体16的产生。所述气体(例如，氟化物气体)沿由箭头A所指示的方向流入气体馈送管线14，所述气体馈送管线14具有以监测关系固定到其的监测热电偶TC1及TC2以确定所述馈送管线及进入所述电弧室的气体的热状态的质量，如可能结合离子植入系统的热管理系统的使用所要。
图3是包括用于所述系统的热管理的离子源设备70及任选散热器设备50的离子源组合件的截面透视图。此截面图展示连接到气体馈送塞中的气流通道84及与离子源相关联的气体套管中的气流通道86的气体馈送管线72。
图3中所展示的离子源设备包含由第一电弧室材料制成的基底衬垫80。基底衬垫80可在其中包含开口82。图3中所展示的离子源设备还包含由不同于第一电弧室材料的第二电弧室材料制成的侧衬垫90。在一个实施例中，第一电弧室材料是含钨材料且第二电弧室材料是不含钨的材料。第一电弧室材料及第二电弧室材料可选自本文中先前所公开的材料。
图4是离子植入工艺系统300的示意图，其包含保存反应气体的存储及施配容器302，所述反应气体经供应以在离子源室中与离子产生气体就地反应以产生用于所说明的离子植入室301中的衬底328的离子植入的离子物种。存储及施配容器302包括围封保存所述气体的内部容积的容器壁304。
所述容器可为常规类型的气瓶，其中内部容积经布置以仅保存气体，或替代地所述容器可容纳对所述反应气体具有吸附亲和力的吸附剂材料，且共反应物源气体可从所述吸附剂材料解吸以在施配条件下从所述容器排放。
存储及施配容器302包含与排放管线312气流连通地耦合的阀头308。压力传感器310与质量流量控制器314一起安置在管线312中。其它监测及感测组件可与所述管线耦合，且与例如致动器、反馈及计算机控制系统、循环定时器等的控制构件介接。
离子植入室301含有从管线312接收所施配的离子产生气体(例如，氟化物气体)的离子化器316，所述离子化器316在所述离子化器室中的离子化条件下产生离子束305。离子束305穿过选择所需离子且拒斥非选定离子的质量分析器单元322。
选定离子穿过加速电极阵列324且接着穿过偏转电极326。所得聚焦离子束撞击于安置在继而安装在心轴332上的可旋转支架330上的衬底元件328上，以形成经掺杂(经氟掺杂)衬底作为离子植入产物。
离子植入室301的相应区段分别借助泵320、342及346通过管线318、340及344排出。
图5是包含电弧室壁102a、102b、102c及102d的离子源室100的内部的自上而下视图。在所述室中，一端是阴极104且另一端是反阴极106。电弧室壁在侧壁上被电弧室衬垫110、112、114及116覆盖且在底侧上也被电弧室衬垫118覆盖。在底壁上还存在气体输入开口108。在实施例中，电弧室衬垫110、112、114、116及/或118中的一者、两者、三者、四者或五者可由选自钨材料或非钨材料的不同材料制成：例如石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。在实施例中，所述非钨衬垫中的一或多者由硼化物、碳化物或石墨材料制成。
图6是包含电弧室壁202a、202b、202c及202d的另一离子源室200的内部的自上而下视图。在所述室中，一端是阴极204且另一端是反阴极206。电弧室壁在侧壁上覆盖有电弧室衬垫210、212、214及216且在底侧上也覆盖有电弧室衬垫218、220及222。在底壁上还存在气体输入开口208。在实施例中，电弧室衬垫210、212、214、216、218、220及/或222中的一者、两者、三者、四者、五者或六者可由选自钨材料或非钨材料的不同材料制成：例如石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。在实施例中，两个不同非钨衬垫中的一或多者由碳化物制成，且所述不同非钨衬垫的一或多个其它者具有石墨材料或是石墨材料。
图7A是离子源室400的内部的自上而下视图。离子源室400包含电弧室壁402a、402b、402c及402d。在所述室中，一端是阴极404且另一端是反阴极406。电弧室壁402d及402c分别覆盖有电弧室衬垫414及416。电弧室衬垫418是覆盖侧壁402a及402b以及所述室的底侧的非平面单件式衬垫。在底部上，还存在气体输入开口408a及408b。在实施例中，电弧室衬垫414、416及/或418中的一者、两者或全部三者可由钨材料或非钨材料制成：例如石墨(C)、硼(B)、锗(Ge)、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、氧化锗(GeO2)、碳化硅(SiC)、碳化钨(WC、W2C)、硼化钨(WB、W2B、WB2、WB4)、碳化硼(B4C、B12C3)、钨锗(W2Ge3)、碳化钙(CaC2)、碳化铝(Al4C3)、碳化镁(Mg2C)、氟化铝(AlF3)、氟化镓(GaF3)、氟化铟(InF3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氧化钨镧(WLa2O3)、氧化镓(Ga2O3)、氧化铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)或氧化铝(Al2O3)。在实施例中，所述非钨衬垫中的一或多者由硼、硼化物、碳化物或石墨材料制成。
图7B是图7A的离子源室400的透视截面图。展示电弧室壁402a、402b及402c。离子源室400还包含顶盖420。电弧室衬垫418(如从截面所见呈“U形”)是覆盖侧壁402a及402b的内部面向表面以及也覆盖底部422的单件式衬垫。虽然图7A及7B中展示非平面U形电弧室衬垫，但所述系统可包含能够覆盖电弧室的内部的两个或多个相邻表面(例如选自第一侧壁、第二侧壁、阴极侧壁、反阴极侧壁、底部及顶部的两个、三个、四个或五个表面)的其它形状(例如，“L形”、“V”形”等)的其它单件式电弧室衬垫。
本公开的系统及方法可包含或使用提供可离子化为一或多个所要离子物种的气体的气体源。在一些实施例中，气体源包含一或多个可离子化含硅气体，包含但不限于SiF4、Si2F6、Si2H6、SiHF3、SiH2F2、SiH3F、Si2H3F3、Si2H5F及Si2HF5。在一些实施例中，气体源包含一或多个可离子化含硼气体，包含但不限于BF3、B2F4、B2H6、BHF及BHF2。在一些实施例中，气体源包含一或多个可离子化含锗气体，包含但不限于GeF4、Ge2F6、GeH4、Ge2H6、GeHF3、GeH2F2及GeH3F。在一些实施例中，气体源包含一或多个可离子化含磷气体，包含但不限于PF3、PF5、PH3、PHF2、PH2F、PHF3及P2H4。在一些实施例中，气体源包含一或多个可离子化含砷气体，包含但不限于AsHF2、AsH2F、AsHF2、AsF3、AsF5及AsH3。在一些实施例中，气体源包含一或多个可离子化含锑气体，包含SbH3及SbF5。在其它实施例中，气体源可包含WF6。在一些实施例中，气体源可包含一或多个可离子化含氮气体，包含但不限于NF3、N2F4、NH3、NHF2、NH2F及N2H3F。在一些实施例中，气体源可包含一或多个可离子化含碳气体，包含但不限于CO、COF2、CH4、CF4、C2F6以及具有以下通式CnHxF2n+2-x、CnHxF2n-x、CnHxF2n-2-x的气体，其中n是在1到3的范围内的整数，且x是0、1或2。在再其它实施例中，气体源包含一或多个可离子化含氟气体，例如本文中所公开，其在被离子化时能够产生C+离子、B+离子、N+离子、F+离子、Si+离子、Ge+离子、P+离子、As+离子、Ga+离子、Sb+离子、In+离子、Al+离子物种。在一些实施例中，气体源包含选自由He、Ne、Ar、Kr、Xe及N2组成的群组的一或多个可离子化惰性气体。另外，如果使用两种或更多种不同的可离子化气体，那么这些气体可独立地流入植入室中，或可作为混合物流入所述室。
在优选实施例中，用于离子植入硼物种的气体源可包含：BF3气体、B2F4气体或B2H6气体；及气体混合物，其含有包含BF3气体、B2F4气体或B2H6气体的第一含硼气体，包含BF3气体、B2F4气体或B2H6气体的第二含硼气体及/或例如氢气、稀有气体(He、NE、Ar、Kr、Xe)或氢气与稀有气体的混合物(例如Xe/H2)的稀释气体。如本文中所描述，气体源被递送到电弧室，所述电弧室包含内含钨的第一电弧室材料及内含例如元素硼、碳化硼、氮化硼、氧化硼、硼化钨的含硼材料的第二电弧室材料。第一电弧室材料及第二电弧室材料可分别为第一衬垫材料及第二衬垫材料。在一个实施例中，第一衬垫材料包含钨且第二衬垫包含氮化硼。在另一实施例中，第一衬垫材料包含钨且第二衬垫材料包含碳化硼。在又一实施例中，第一衬垫材料包含钨且第二衬垫材料包含硼化钨。在又一实施例中，第一衬垫材料包含钨且第二衬垫材料包含氧化硼。在再一实施例中，第一衬垫材料包含钨且第二衬垫材料包含元素硼。
在一个优选实施例中，包含BF3的可离子化气体源可流入电弧室，其中第一电弧室材料是钨且第二电弧室材料是元素硼、氧化硼、氮化硼、碳化硼或硼化钨中的一者。第一电弧室材料可形成第一衬垫的全部或部分且第二电弧室材料可形成第二衬垫的全部或部分。在一些情况下，可离子化气体源是包含BF3及氢气的气体混合物。BF3可经同位素浓化，但这并非必需。
不希望受限于任何理论，据信可离子化气体产生可与第二衬垫材料发生化学反应且使硼物种优先从第二衬垫材料挥发以在电弧室等离子体中进一步离子化的反应性离子或中性物种，例如BF3 +、BF+、F+、BF2、BF、F。经挥发的硼物种增加等离子体中的含硼物种的浓度且连续地增加例如B+或BF2 +的所要含硼离子的束电流。此外，气体混合物可包含可促进通过化学反应或溅射使硼物种从第二衬垫挥发的一或多个气体。此类气体的实例是用于增强化学反应的F2、NF3、N2F4、XeF2或用于增强溅射的稀有气体。另外，气体混合物可包含可抑制减少所要硼物种的挥发或增强例如氟化钨的不需要的物种的挥发的不需要的效应的一或多个气体。此气体的实例包含可结合游离氟的H2或其它含氢气体，所述游离氟可致使钨的过度挥发。
在另一实施例中，包含CF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是石墨且第二电弧室材料是钨。在一些情况下，可离子化气体是包含CF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含GeF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是石墨且第二电弧室材料是钨。在一些情况下，可离子化气体是包含GeF4及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，GeF4可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含BF3的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是石墨且第二电弧室材料是钨。在一些情况下，可离子化气体是包含BF3及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，BF3可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含SiF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是石墨且第二电弧室材料是钨。在一些情况下，可离子化气体是包含SiF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含CF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是碳化硅且第二电弧室材料是钨。在一些情况下，可离子化气体是包含CF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含GeF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是碳化硅且第二电弧室材料是钨。在一些情况下，可离子化气体是包含GeF4及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，GeF4可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含BF3的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是碳化硅且第二电弧室材料是钨。在一些情况下，可离子化气体是包含BF3及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，BF3可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含SiF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是碳化硅且第二电弧室材料是钨。在一些情况下，可离子化气体是包含SiF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含CF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是钨，第二电弧室材料是石墨且第三电弧室材料是碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含CF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含GeF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是钨，第二电弧室材料是石墨且第三电弧室材料是碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含GeF4及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，GeF4可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含BF3的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是钨，第二电弧室材料是石墨且第三电弧室材料是碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含BF3及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，BF3可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含SiF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是钨，第二电弧室材料是石墨且第三电弧室材料是碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含SiF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含CF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是钨，第二电弧室材料是石墨且第三电弧室材料是碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含CF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含GeF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是钨，第二电弧室材料是石墨且第三电弧室材料是碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含GeF4及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，GeF4可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含BF3的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是钨，第二电弧室材料是石墨且第三电弧室材料是碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含BF3及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，BF3可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含SiF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是钨，第二电弧室材料是石墨且第三电弧室材料是碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含SiF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含CF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是碳化钨，第二电弧室材料是钨且第三电弧室材料包含石墨或碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含CF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含GeF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是碳化钨，第二电弧室材料是钨且第三电弧室材料包含石墨或碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含GeF4及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，GeF4可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含BF3的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是碳化钨，第二电弧室材料是钨且第三电弧室材料包含石墨或碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含BF3及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，BF3可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含SiF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是碳化钨，第二电弧室材料是钨且第三电弧室材料包含石墨或碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含SiF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含CF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是硼化钨，第二电弧室材料是钨且第三电弧室材料包含石墨或碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含CF4及氢气的气体混合物。
在另一实施例中，包含GeF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是硼化钨，第二电弧室材料是钨且第三电弧室材料包含石墨或碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含GeF4及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，GeF4可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含BF3的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是硼化钨，第二电弧室材料是钨且第三电弧室材料包含石墨或碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含BF3及氢气的气体混合物。另外，在一些情况下，BF3可经同位素浓化。
在另一实施例中，包含SiF4的可离子化气体可流入电弧室，其中第一电弧室材料是硼化钨，第二电弧室材料是钨且第三电弧室材料包含石墨或碳化硅。在一些情况下，可离子化气体是包含SiF4及氢气的气体混合物。
在存在使用例如本文中所描述的两种或更多种不同材料的电弧室的情况下，在预定气体流率下植入离子物种是有益的。例如，使用具有两种不同材料的电弧室，可在气体流率下实现特定离子物种的大体上较高束电流，否则当未使用不同电弧室物种的混合物时，所述气体流率提供这些离子物种的较低束电流。由于可使用电弧室材料的混合物实现较高离子物种束电流，因此这允许用户在特定实践模式中减小可离子化气体的流率，且此可继而提供各种处理益处，例如减小总体试剂消耗，更少装备维护及增加植入装备寿命。
而且，不同电弧室材料的混合物的使用可提供在离子物种产生气体离子化后产生的特定离子物种的更高束电流。这可有益于植入具有较高束电流的特定离子物种，同时最小化相对于在未使用不同电弧室材料的混合物时针对这些离子物种观察到的束电流具有较低束电流的其它离子物种的植入。因此，本公开提供用于将所要离子选择性地沉积到衬底中的方法，这可最终改进产物性质及性能。
甚至进一步，不同电弧室材料的混合物的使用可提供在沉积工艺期间产生的较低量的非所要离子物种。如果电弧植入室部分地使用含钨材料形成，那么气体源的离子化可致使产生离子物种，例如W++、WFx ++、W+及WFx +(x＝1,2,3,4,5,6)。与不使用非钨衬垫的系统相较，在所述室中使用非钨材料(例如石墨或碳化物衬垫)可减少在沉积工艺期间产生的W++、WFx ++、W+及WFx +(x＝1,2,3,4,5,6)离子物种的量。由于这些钨离子物种可能不需要地沉积在所述植入室中，因此所述减少可改进沉积工艺，减少植入装备的维护，且增加所述装备的总体寿命。
用于离子植入的系统的操作可根据离子产生气体流入所述室来描述。在所述工艺期间，离子产生气体以所要流率及方式流入植入室。离子产生气体的流率可维持于恒定流率，或在沉积工艺期间任选地波动。在一些实践模式中，离子产生气体(例如，氟化物气体)流按不大于10sccm的速率流入所述室，且在实施例中，离子产生气体按0.1sccm到6sccm的范围内或0.3sccm到4sccm的范围内的速率流动。
用于离子植入的系统的操作可根据电弧功率及电弧电压来描述。在一些实践模式中，所述系统经操作以提供在约5W到约2000W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，可操作所述系统因此在约20V到约200V的范围内或更具体来说在约30V到约150V的范围内或在约40V到约130V的范围内的电弧电压下产生电弧功率。
用于离子植入的系统的操作也可根据含有可离子化化合物的气体源进入离子植入室的流率来描述。在一些实施例中，可离子化气体按不大于10sccm的速率流入所述室，且在实施例中，氟化物化合物按0.1sccm到6sccm的速率流动。
如果多于一种的气体流到所述室，那么所述气体可个别地流动。替代地，所述气体可混合流动。例如，氟化物、含氢气体、含氧气体及/或惰性气体中的任何两者或更多者可在气瓶包装中预先混合。在又其它实施例中，两种或更多种气体混合在一起且接着另一气体个别地流到所述室。
实例
实例1
氟化物气体CF4流入具有钨衬垫的离子化室以及具有石墨及钨衬垫的离子化室。所述系统在110V的电弧电压及30mA的源束下操作。在各种气体CF4流率下测量F+离子束电流，且与具有石墨衬垫或钨衬垫的离子化室中的F+离子束电流进行比较。在每一测试流率下，与具有钨衬垫的系统相比，具有石墨及钨衬垫的系统提供更高F+束电流，且与具有石墨衬垫的系统相比，提供类似或更高F+束电流。结果在图8中展示。
实例2
确定起因于实例1中所描述的工艺的各种离子化物种的束频谱。结果表明，根据从CF4的离子化物种产生的束频谱，当在石墨衬垫或钨衬垫上方使用石墨及钨衬垫时，观察到更高F+离子束。然而，与一起使用石墨及钨衬垫或独自使用钨衬垫的情况相反，当石墨衬垫用作唯一衬垫时，从CF4衍生的其它物种(C+、CF+、CF2 +及CF3 +)具有更高的束电流。因此，一起使用石墨及钨衬垫允许选择性地改进F+离子束产生，这继而改进F+植入，同时最小化含碳离子物种的植入。此外，与单独使用钨衬垫相较，在使用石墨及钨衬垫时观察到更低W+及WFx +束。参见图9。
在已因此描述本公开的若干说明性实施例的情况下，所属领域的一般技术人员将容易明白，可在所附权利要求书的范围内制作及使用又其它实施例。

Claims (10)

1.一种用于将一或多个离子物种植入到衬底中的离子植入系统，所述系统包括：
气体源，其包括可离子化气体或含有至少一种可离子化气体的气体混合物；及
电弧室，其包括至少第一电弧室材料及第二电弧室材料，其中所述第一电弧室材料与所述第二电弧室材料是不同的，
其中所述电弧室包括具有内部面向等离子体的表面的电弧室壁及一或多个电弧室衬垫中的至少一者、安置在所述电弧室中的溅射靶或其组合，其中所述第一电弧室材料及所述第二电弧室材料存在于所述电弧室壁中，存在于安置在所述电弧室中的所述一或多个电弧室衬垫中，存在于安置在所述电弧室中的靶中或其组合，其中所述系统包括第一衬垫，所述第一衬垫包括由钨制成的第一电弧室材料。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电弧室壁包括所述第一电弧室材料，所述第一电弧室材料包括钨，且其中所述第二电弧室材料包含硼、氮化硼、氧化硼、硼化钨或碳化硼中的任一者。
3.根据权利要求1所述的系统，其包括第二衬垫，所述第二衬垫包括所述第二电弧室材料，其中所述第二电弧室材料为硼、氮化硼、氧化硼、硼化钨或碳化硼中的任一者。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述气体源包含BF3气体及氢气。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述气体源包含内含BF3的第一含硼气体及内含B2F4气体或B2H6气体的第二含硼气体。
6.根据权利要求1所述的系统，其包括安置在所述电弧室中的所述靶，所述电弧室包括所述第一电弧室材料且所述靶包括所述第二电弧室材料。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述气体源及/或至少所述第一电弧室材料或所述第二电弧室材料包括同位素浓化材料。
8.一种用于使用根据权利要求1所述的离子植入系统将一或多个离子物种植入到衬底中的方法，所述方法包括：
基于气体源选择第一电弧室材料及第二电弧室材料中的至少一者；
使所述气体源按预定流率流入电弧室；
在预定电弧功率及源磁场下从所述气体源产生离子物种，其中所述离子物种包括用于衬底植入的所要离子物种；
操作所述系统以将所述一或多个离子物种植入到所述衬底中，
其中选择所述流率、所述电弧功率及所述源磁场以提供所述所要离子物种的束电流，所述束电流相对于在相同的最佳操作条件下没有所述第二电弧室材料的情况下的所述离子物种的束电流增大到大于当使用所述第二电弧室材料时的其它离子物种中的任一者的程度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述气体源包含可离子化含硼气体，所述电弧室壁包括所述第一电弧室材料，所述第一电弧室材料包括钨，且其中所述第二电弧室材料包含硼、氮化硼、氧化硼、硼化钨或碳化硼中的任一者。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其进一步包括在所述电弧室中安置包括所述第二电弧室材料的可移除靶。
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