TW201344765A - 處理基板的方法 - Google Patents

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Abstract

揭露處理基板的技術。在一示範實施例中，此技術可被理解為處理基板的方法，此方法包括：在離子源的離子源腔室中離子化第一材料及第二材料，第一材料為含硼(B)材料，第二材料為含磷(P)材料及含砷(As)材料中的一者；產生包含B的第一離子及包含P及As中的一者的第二離子；以及從離子源腔室中萃取第一離子及第二離子，且將第一離子及第二離子朝著基板導向。

Description

處理基板的技術 【優先權】
本申請案是2012年3月30申請的美國臨時申請案編號第61/617,904號的非臨時申請案，且本案主張美國臨時申請案編號第61/617,904號的優先權。美國臨時申請案編號第61/617,904號的標題為「改善離子源效能及延長離子源壽命的技術(Techniques For Improving The Performance And Extending The Lifetime Of An Ion Source)」。上述美國臨時申請案編號第61/617,904號以全文參考的方式併入。
本揭露是有關於處理基板的技術，更特別是有關於使用具有經改善的離子源的離子植入來處理基板的技術。
離子植入製程是使用於製造(特別是)電子及光學元件。使用離子植入來植入雜質或摻質以改變基板的一個或多個性質。在積體電路(IC)製造中，基板可以是矽基板，且可使用上述製 程來改變基板的電性。在太陽能電池製造中，可使用上述製程來改變基板的光學性質及/或電性。由於經植入在基板中的雜質或摻質可影響最終元件的效能，一個精確且均勻的植入輪廓(implant profile)是需要的。
請參考圖1，其繪示習知離子植入系統的習知間接加熱陰極(indirectly heated cathode；IHC)離子源100及萃取系統112，此離子植入系統可被使用於植入雜質或摻質。如圖1繪示，典型的IHC離子源100包括離子源腔室102，離子源腔室102包括一個或多個導電腔壁(conductive chamber wall)102a，導電腔壁102a定義離子產生區104。離子源腔室102亦包括萃取孔(extraction aperture)102b。在離子源腔室102的一側，可具有陰極106及燈絲108。與陰極108相反的另一側，可具有斥拒極(repeller)110。
可將包含饋入材料(feed material)的饋入源(feed source)114耦接於離子源腔室102。饋入材料可包含需要的植入物種(例如摻質物種)。
靠近離子源腔室102的萃取孔102b，可具有萃取系統112。萃取系統112可包括萃取孔102b前方的抑制電極112a及接地電極112b。抑制電極112a可電性耦接於抑制電源供應器116a，而接地電極112b可電性耦接於萃取電源供應器116a。為了萃取來自離子源腔室102的離子20，抑制電極112a及接地電極112b各自具有與萃取孔102b對準的孔洞。
操作上，將饋入材料從饋入源110引入至離子源腔室 102。將可耦接於電源供應器(未繪示)的燈絲108(filament)活化。供應至燈絲108的電流可加熱燈絲108及產生熱電子發射(thermionic emission of electrons)。可在相當高的電位下對可耦接於另一電源供應器(未繪示)的陰極106施加偏壓。接著將從燈絲108發射的電子朝著陰極106加速且加熱陰極106。作為回應，經加熱的陰極106可朝著離子產生區104發射電子。亦可相對於陰極106來對腔壁102a施加偏壓，因此電子在高能量下被加速至離子產生區104。源磁體(未繪示)可在離子產生區104內產生磁場B以約束高能電子(energetic electron)，而離子源腔室102另一端的斥拒極110可在與陰極106相同或相似的電位下被施加偏壓以排斥高能電子。
在離子產生區104中，高能電子可與饋入材料相互作用並離子化饋入材料以產生電漿10，電漿10包含(特別是)所需物種20(例如所需的摻質或雜質)的離子。電漿10亦可包含不需要的離子或饋入材料的其他碎體(fragment)。
為了從離子源腔室102萃取離子束20，萃取電源供應器116b可提供萃取電壓給接地電極112b。可根據離子束20所需的能量來調整萃取電壓。抑制電源供應器116a可對抑制電壓112施加偏壓以抑止離子束20中的電子移動。
為了製造具有最佳效能的元件，通常期望是以具有高束流(beam current)的均勻離子束(亦即高濃度或劑量的所需離子)來處理基板。再者，期望是以具有低干擾率(glitch rate)的離子 束來植入基板。干擾(glitch)被定義成在離子植入操作期間的束品質(beam quality)的突然劣化。若植入製程被干擾打斷或影響，則基板可能被負面地影響或甚至有可能變得不可使用。低束流可能增加達成基板中的適當植入劑量所需要的時間，且低束流可能導致較低的生產率(throughput)。同時，不均勻的束及/或高干擾率可能造成非均勻的摻質輪廓(dopant profile)。常見於具有習知IHC離子源的離子植入系統中的此種缺陷可能降低生產率及/或增加元件的製造成本。
以上缺陷可能由(特別是)形成在離子源腔室102的內壁、萃取孔102b、以及萃取電極112上的膜或沈積物所造成。如以上提及，在離子產生區104中產生的電漿10包含高反應性離子及饋入材料的其他碎體。此些離子及碎體可能蝕刻、濺鍍離子源腔室100中的材料，或以其他方式與離子源腔室100中的材料反應。接著，被蝕刻的材料可能會凝結(condense)以在離子源腔室內壁102a、萃取孔102b、以及萃取電極112上形成膜或沈積物。上述的膜或沈積物可能阻擋萃取孔102b而造成不均勻的離子束20，不均勻的離子束20在離子束20的不同區域中具有不同的劑量。此外，被萃取的離子束20可能具有低的束流。在一些情況下，膜或沈積物可能為導電的(electrically conductive)且提供可能發生微/巨電弧的燃點(ignition point)。此種電弧可能導致束干擾(beam glitch)。
一種減少此種缺陷離子束20比例的方法，是定期地以新 的/乾淨的離子源100來取代離子源100。然而，離子源100的取代需要整個離子源100及將附加在離子源100的真空泵系統斷電。再者，需要手動來取代離子源102。進一步地說，用來清潔離子源100的製程是勞力密集的製程(labor intensive process)。因此，頻繁取代離子源100可能降低離子植入製程的效率。
隨著用於製造先進電子元件及太陽能電池元件的較高離子束流的需求增加，在離子源腔室100中將較大量的饋入材料引入且離子化。因此，在離子植入製程期間觀察到較高比例的缺陷束。習知IHC離子源可能具有低的效能及低的壽命，且在包含習知IHC離子源的系統中處理基板可能是不理想的。
從前述觀點來看，期望提供一個所需要的新技術。
揭露處理基板的技術。在一示範實施例中，此技術可被理解為處理基板的方法，此方法包括：在離子源的離子源腔室中離子化第一材料及第二材料，第一材料為含硼(B)材料，第二材料為含磷(P)材料及含砷(As)材料中的一者；產生包含B的第一離子及包含P及As中的一者的第二離子；以及從離子源腔室中萃取第一離子及第二離子，且將第一離子及第二離子朝著基板導向。
根據此特別示範實施例的其他態樣，上述的方法更可包括：植入第一離子及第二離子至基板中。
根據此特別示範實施例的再其他態樣，上述的方法更可包括：植入第一離子及第二離子中的一者至基板中，不植入第一離子及第二離子中的另一者至基板中。
根據此特別示範實施例的其他態樣，上述的方法更可包括：將第一離子及第二離子導向於束線組件；以及在束線組件中將第一離子及第二離子分開。
根據此特別示範實施例的額外態樣，第一材料可為B的氫化物或氟化物，且第二材料可為P的氫化物或氟化物。
根據此特別示範實施例的再其他態樣，第一材料可為BF3及B2F4中的一者，且第二材料可為PF3及PH3中的一者。
根據此特別示範實施例的其他態樣，第一材料可為B的氫化物或氟化物，且第二材料可為As的氫化物或氟化物。
根據此特別示範實施例的再其他態樣，第一材料可為BF3及B2F4中的一者，且第二材料可為AsF3及AsH3中的一者。
根據此特別示範實施例的再其他態樣，可提供第一材料及第二材料中的一者作為離子源腔室中的固體源，且可提供第一材料及第二材料中的另一者作為釋放至離子源腔室中的氣體。
根據此特別示範實施例的額外態樣，固體源可配置在離子源腔室的離子源腔室壁上。
根據此特別示範實施例的再其他態樣，離子源更可包括介電窗(dielectric window)及RF源，其中固體源可配置在介電窗上。
根據此特別示範實施例的其他態樣，可提供第一材料及第二材料至離子源腔室中作為氣體。
根據此特別示範實施例的再其他態樣，第二材料包括離子源腔室中全部氣體體積的大約5%至大約20%。
根據此特別示範實施例的額外態樣，第一材料可包括離子源腔室中全部氣體體積的大約90%，且第二材料可包括離子源腔室中全部氣體體積的大約10%。
在另一示範實施例中，此技術可被理解為處理基板的方法，此方法可包括：在離子源的離子源腔室中提供饋入材料及稀釋劑，第一材料為含硼(B)材料，第二材料為含磷(P)材料及含砷(As)材料中的一者；在離子源腔室中離子化饋入材料及稀釋劑且產生包含B的第一離子及包括P及As中的一者的第二離子；以及從離子源腔室萃取第一離子及第二離子。
根據此特別示範實施例的其他態樣，上述的方法更可包括植入第一離子至基板中。
根據此特別示範實施例的再其他態樣，可提供饋入材料及稀釋劑至離子源腔室中作為氣體，且其中稀釋劑包括離子源腔室中全部氣體體積的大約5%至大約20%。
根據此特別示範實施例的額外態樣，饋入材料可為BF3及B2F4中的一者，且其中稀釋劑可為PF3及PH3中的一者。
根據此特別示範實施例的再其他態樣，饋入材料可為BF3及B2F4中的一者，且其中稀釋劑可為AsF3及AsH3中的一者。
現在參考如附圖所示的本揭露示範實施例，將更詳細地描述本揭露。雖然以下參考示範實施例描述本揭露，應當理解的是本揭露不受示範實施例的限制。已獲取本文教示的本技術領域具有通常知識者將理解額外的實施方法、改良方法、以及實施例、及其他領域的使用，其是在本文描述的本揭露的範疇之中、且相對於本揭露可顯著利用的。
10‧‧‧電漿
20‧‧‧離子/離子束
22‧‧‧電漿
30‧‧‧離子
100‧‧‧離子源
102‧‧‧離子源腔室
102a‧‧‧腔壁
102b‧‧‧萃取孔
104‧‧‧離子產生區
106‧‧‧陰極
108‧‧‧燈絲
110‧‧‧斥拒極/饋入源
112‧‧‧萃取系統
112a‧‧‧抑制電極
112b‧‧‧接地電極
116a‧‧‧抑制電源供應器
116b‧‧‧萃取電源供應器
200‧‧‧離子植入系統
222‧‧‧束線組件
232‧‧‧基板
302a‧‧‧離子源
302b‧‧‧離子源
302c‧‧‧離子源
310‧‧‧材料源
312a‧‧‧饋入源
312b‧‧‧稀釋劑源
314a‧‧‧控制器
314b‧‧‧控制器
316‧‧‧導管
316a‧‧‧導管
316b‧‧‧導管
318a‧‧‧導管
318b‧‧‧導管
402a‧‧‧離子源
402b‧‧‧離子源
402c‧‧‧離子源
410‧‧‧離子源腔室
412‧‧‧
412a‧‧‧饋入源
412b‧‧‧稀釋劑源
416a‧‧‧導管
416b‧‧‧導管
502‧‧‧離子源
512‧‧‧材料源
516‧‧‧導管
522‧‧‧固體源
602‧‧‧離子源
612‧‧‧離子源腔室
612a‧‧‧腔壁
612b‧‧‧萃取孔
614‧‧‧電漿源
616‧‧‧介電窗
622‧‧‧固體源
B‧‧‧磁場
為了促使更全面地理解本揭露，現在參考所附的圖式，在圖式中相似的元件符號表示相似的元件。這些圖式不應被視為來限制本揭露，而僅是傾向於示範。
圖1繪示習知的間接加熱陰極(IHC)離子源。
圖2根據本揭露一實施例繪示示範離子植入系統。
圖3A根據本揭露一實施例繪示可包括於圖2的離子植入系統中的一示範離子源。
圖3B根據本揭露另一實施例繪示可包括於圖2的離子植入系統中的另一示範離子源。
圖3C根據本揭露另一實施例繪示可包括於圖2的離子植入系統中的另一示範離子源。
圖4A根據本揭露另一實施例繪示可包括於圖2的離子植入系統中的另一示範離子源。
圖4B根據本揭露另一實施例繪示可包括於圖2的離子植入 系統中的另一示範離子源。
圖4C根據本揭露另一實施例繪示可包括於圖2的離子植入系統中的另一示範離子源。
圖5根據本揭露另一實施例繪示可包括於圖2的離子植入系統中的另一示範離子源。
圖6根據本揭露另一實施例繪示可包括於圖2的離子植入系統中的另一示範離子源。
本文中，揭露經改善的處理基板的技術的多個實施例。為了清楚及簡單起見，本揭露可著重在使用具有IHC離子源或RF離子源的離子植入系統的處理基板的技術上。然而，本技術領域具有通常知識者將理解的是本揭露也可應用於具有其他類型離子源的系統上，此其他類型離子源包括包括伯納斯離子源(Bernas ion source)或微波離子源。
此外，本揭露著重於在矽(Si)基板上進行p型或n型摻雜的技術上。本技術領域具有通常知識者將理解的是本揭露並不受其限制。
請參考圖2，圖2根據本揭露一實施例表示離子植入系統200的簡化塊圖。離子植入系統200可包括用於產生所需物種的離子30的離子源100。在離子源100下游處，可具有萃取系統112。離子30可導向於基板232，基板232可配置在萃取系統112下游。 雖然是不必要的，但離子植入系統200可包括一個或多個的束線組件222，一個或多個的束線組件222可聚焦、過濾、或以其他方式來操控離子30成為具有所需性質(例如所需的離子物種、束流、束能量、植入角…等)的離子束。束線組件(未繪示)的實例可包括質量分析器磁體(mass analyzer magnet)、加速/減速臺(acceleration/deceleration stage)(未繪示)、以及磁校正器(corrector magnet)(未繪示)。質量分析器磁體可經設置具有特定的磁場，以使得唯有具有所需質荷比(mass-to-charge ratio)的離子能夠穿越此分析器。因此，質量分析器可能夠將所需植入物種與非所需物種的離子分開，且能夠選擇性將所需植入物種的離子導向於基板232。同時，磁校正器可被能量化以根據所施加的磁場的力及方向來偏轉離子束，以提供具有所需尺寸及方向性的束。
離子植入系統200亦可包括耦接於離子源的材料源(未繪示)。如以下詳細的討論，材料源可包含饋入材料及/或稀釋劑。從材料源被提供至離子源202的饋入材料可被轉換為(特別是)所需植入物種的離子。
請參考圖3A至圖3C，圖3A至圖3C表示根據本揭露多個實施例的多個示範離子源302a至離子源302c。圖3A至圖3C中繪示的離子源302a至離子源302c各自可為圖2表示的離子源202。為了清楚及簡單起見，圖3A至圖3C表示的離子源302a至離子源302c將圖1表示的離子源100的多個組件及圖2表示的離子植入系統200合併。因此，應相對於圖1及圖2來理解離子源 302a至離子源302c。可省略相同組件的詳細描述。
如圖3A至圖3C所繪示，離子源202a至離子源202c可包括(特別是)離子源腔室102。離子源腔室102可耦接於材料源310。在本揭露中，材料源310可包括提供饋入材料至離子源腔室102的饋入源312a。材料源310亦可包括提供稀釋劑至離子源腔室102的稀釋劑源312b。雖然在圖式中繪示單一饋入源312a及單一稀釋劑源312b，本揭露並不排除額外的饋入源及/或額外的稀釋劑源。本技術領域具有通常知識者亦將理解的是，本揭露不排除同時在單一容器中提供饋入材料及稀釋劑並將饋入材料及稀釋劑提供至離子源腔室102的情形。
在本揭露中，饋入源312a中的饋入材料及稀釋劑源312b中的稀釋劑可較佳為氣體或蒸氣的形式。然而，本技術領域具有通常知識者將理解的是，一些饋入材料及稀釋劑可為固體、液體、或其他的形式。若為液體或固體的形式，則在靠近饋入源312a及/或稀釋劑源312b處可提供汽化器(vaporizer)(未繪示)。汽化器可將固體/液體的饋入材料及/或稀釋劑轉換為氣體或蒸氣形式，且將饋入材料及稀釋劑以此種形式提供至離子源腔室102中。為了控制饋入材料及稀釋劑引入至離子源腔室102中的量，可選擇性地提供一個或多個的控制器314a及控制器314b。
在一實施例中，如圖3A描示，饋入材料及稀釋劑可各自分開地包含在饋入源312a及稀釋劑源312b中。可接著在第一導管316中將饋入材料及稀釋劑預先混合且一起提供至離子源腔室 102中。在另一實施例中，如圖3B所描示，可經由第一導管318a將來自饋入源312a的饋入材料提供至稀釋劑源312b中。可經由第二導管318b將饋入材料及稀釋劑提供至離子源腔室102中。或者，可將來自稀釋劑源312b的稀釋劑提供至饋入源312a中。然而在另一實施例中，可提供包含饋入材料及稀釋劑的混合物的單一源，且可同時將饋入材料及稀釋劑提供至離子源腔室102中。在一實施例中，如圖3C所描示，亦可經由分開的導管316a及導管316b將饋入材料及稀釋劑提供至離子源腔室102中。
在本揭露中，可使用多種饋入材料。在一些實施例中，饋入材料可包括兩個或多個的物種，至少一種物種可為將要被植入至基板232的植入物種(或第一饋入物種)。視基板及應用而定，可使用不同的植入物種。在本揭露中，植入物種可以是在第13族至第16族中找到的多價物種。本文中，多價物種可指能夠與兩個或多個在週期表的第1族或第17族中發現的單價(univalent)原子或離子(例如H或鹵素物種)鍵結的物種，以形成(在穩定的狀態下)由XYn表示的分子。符號X可表示多價物種，而符號Y可表示單價物種。對矽(Si)基板的p型摻雜來說，饋入材料中的植入物種例如是週期表的第13族中的一個或多個的物種，其例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、以及鉈(Tl)。對矽(Si)基板的n型摻雜來說，植入物種例如是週期表的第15族及/或第16族中的物種，其例如是磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)、硫(S)、硒(Se)、以及碲(Te)。
亦可使其他族中的物種。舉例而言，可使用週期表的第14族中的物種(其例如是碳(C)、矽、鍺(Ge)、銻(Sn)、以及鉛(Pb))作為植入例如是化合物半導體基板(例如是氮化鎵(GaN)或砷化鎵(GaAs)基板)的植入物種。同時，亦可使用物種C、Si、Ge、Sn、以及Pb、或氮(N)或氧(O)植入物種以改變其他基板或靶材的化學性質及/或機械性質。
在一些實施例中，饋入材料可包含至少一個不同於植入物種的第二饋入物種。在Si基板的p型摻雜的實例中，饋入材料中的第二饋入物種可較佳為氟(F)、氯(Cl)、以及氫(H)中的一者。在其他實施例中，第二饋入物種例如是一些其他的物種。在本揭露中，第二饋入物種可以是單價或多價物種。
用於Si基板的p型摻雜的較佳饋入材料的多個實例可包括三氟化硼(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中的一者或兩者的材料。在以上實例中，B可為植入物種，而H及/或F可為第二饋入物種。對Si基板的n型摻雜來說，較佳饋入材料的實例可包括磷化氫(PH3)、三氟化磷(PF3)、三氫化砷(AsH3)、三氟化砷(AsF3)、五氟化砷(AsF5)以及其他含P及As中的一者或兩者、以及H及F中的一者或兩者的材料。在此些實例中，P及/或As可為植入物種，而H及/或F可為第二饋入物種。亦可將包含其他物種的其他饋入材料使用於其他基板及/或其他應用。此些其他饋入材料的實例可包括矽烷(SiH4)、四氟矽烷(SiF4)、鍺 烷(GeH4)、以及氟化鍺(GeF4)。本技術領域具有通常知識者將理解的是，以上清單並不是詳盡的。可具有可使用於Si基板摻雜應用、其他基板摻雜應用、以及其他應用的其他饋入材料。再者，亦可將以上所列的用於Si基板摻雜的饋入材料使用於非Si基板摻雜，反之亦然。
在本揭露中，稀釋劑亦可包括一個或多個的各種物種。若兩個或多個的物種包括於稀釋劑中，則第一物種可為第13族至第16族中發現的多價物種。此外，第一稀釋劑可不同於第一饋入物種。若包括第二稀釋劑物種，則第二稀釋劑物種亦可不同於第一饋入物種。然而，第二稀釋劑物種可相同於或不同於第二饋入物種。舉例而言，若第二饋入物種為H，則第二稀釋劑物種可為F，反之亦然。在另一實例中，第二饋入物種及第二稀釋劑物種兩者可為H或F。
使用BF3作為饋入材料的實例，本揭露的第一稀釋劑物種可為C、N、O、Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb、以及Bi中的至少一者。雖然可使用多種物種，較佳第一稀釋劑物種的實例可為N、C、Si、P、以及As。同時，第二稀釋劑物種可為H及/或F。此種稀釋劑的多個具體實例可包括甲烷(CH4)、四氟化碳(CF4)、氨(NH3)、三氟化氮(NF3)、水蒸氣(H2O)、二氟化氧(OF2)、氫化鋁(AlH3)、氟化鋁(AlF3)、矽烷(SiH4)、四氟化矽(SiF4)、磷化氫(PH3)、三氟化磷(PF3)、硫化氫(H2S)、六氫化二鎵(digallen)(Ga2H6)、氟化鎵(GaF3)、 鍺烷(GeH4)、四氟化鍺(GeF4)、三氫化砷(AsH3)、三氟化砷(AsF3)、硒化氫(H2Se)、氫化銦(InH3)、氟化銦(InF3)、錫烷(SnH4)、氟化錫(SnF2)、四氟化錫(SnF4)、氫化銻(SbH3)、三氟化銻(SbF3)、碲化氫(H2Te)、四氟化碲(TeF4)、氫化鉈(TlH3)氟化鉈(TlF)、鉛烷(PbH4)、四氟化鉛(PbF4)、鉍烷(bismuthane)(BiH3)、以及三氟化鉍(BiF3)。使用PH3作為饋入材料的實例，第一稀釋劑物種的實例可包括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較佳。同時，第二稀釋劑物種可為H及/或F。本技術領域具有通常知識者將理解的是，以上清單並不是詳盡的。同樣可應用以上提及的第一稀釋劑物種的其他氫化物或氟化物。
雖然以上提供的實例包括化合物形式的稀釋劑，本揭露並不排除混合形式的稀釋劑。舉例而言，在一些實施例中的稀釋劑可為N2氣體(包含多價物種)及H2氣體的混合物。本揭露亦不排除利用包含多個多價物種的稀釋劑的情形，多價物種例如是B、C、N、O、Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、PB、以及Bi中的一個或多個。本技術領域具有通常知識者將理解的是，以上實例並不是詳盡的。室溫下，多個示範稀釋劑可以固體的形式存在。此稀釋劑可較佳在離子源腔室102中被蒸氣化，或被蒸氣化且以氣體或蒸氣形式提供至離子源腔室102中。
請再次參考圖3A至圖3C，可將饋入材料及稀釋劑引入 (同時或依次)至離子源腔室102中。饋入材料及稀釋劑可經離子化以形成包含(特別是)饋入材料及稀釋劑的離子及其他碎體的電漿22。特別是，接著藉由萃取系統112經由萃取孔102b將饋入材料及稀釋劑的離子30從離子源腔室102萃取出來。
若離子植入系統能夠做質量分析(圖2)，則所需的植入物種可選擇性地被導向基板及被植入。同時，除了植入物種外的物種可與植入物種分開及被摒棄。在使用BF3饋入材料及PH3稀釋劑的Si基板的p型摻雜的實例中，可對包含H、B、F、以及P的離子進行質量分析，且可將包括B的離子分開。下文中，含B離子可選擇性地導向基板232。同時，可較佳防止其他離子到達基板232。
若離子植入系統不能夠做質量分析，則植入物種及其他物種的離子亦可被導向於及被植入於基板232中。在一些情況下，稀釋劑物種的植入可造成植入物種的有效劑量的損失。在Si基板的p型摻雜中使用BF3饋入材料及PH3稀釋劑可導致伴隨著B而植入P(n型摻質)。因為補償作用(compensation)，此共同植入(co-implantation)的p型摻質及n型摻質可減少B植入的效果。因此，可觀察到B的有效劑量的減少。
然而，若提供至離子源腔室102的稀釋劑的量是低的(例如饋入材料及稀釋劑全部體積的5%至20%)，則可將上述的減少最小化。此外，若所選擇的稀釋劑物種具有非常大或非常小的質量/直徑，則此效果可能不顯著。在以上實例中，植入P至基板中 可在接近基板的表面處造成較大的植入輪廓。同時，具有非常小的質量/直徑的B可造成更深的植入。再者，P的活化溫度(activation temperature)可低於B的活化溫度。因此，在Si基板的整體性質上，P的共同植入可具有非常小的影響。藉由額外的B植入可減少上述的不利影響。
為了進一步減少上述影響，期望選擇對基板232是惰性的第二饋入物種及第一稀釋劑物種及第二稀釋劑物種。在Si基板的p型摻雜中使用BF3饋入材料，可期望的是使用N2、SiH4、SiF4、GeH4、或GeF4作為稀釋劑。N、Si、以及Ge物種的離子(即使被引入至Si基板中)對基板的電性影響可為最小的。同時，可在植入後處理(例如退火處理)期間，經由擴散可將被植入於基板232中的H及/或F物種從基板232移除。
在本揭露中，將以上提及的稀釋劑與饋入材料離子化可以在減少的干擾率及延長離子源202的壽命上造成顯著的改善。不受限於特定的理論基礎，其相信第二饋入物種的離子及其他碎體可易於與離子源腔室102中的組件(例如離子源腔室壁102a、陰極106、以及斥拒極110)反應，以形成容易凝結的副產物。因此，可在離子源腔室壁102a、萃取孔102b、以及萃取系統112上形成膜或沈積物。藉由引入易於與第二稀釋劑物種的離子及其他碎體反應的稀釋劑物種的離子及其他碎體，其相信可抑制第二稀釋劑物種的離子及其他碎體與離子源腔室102中的組件之間的反應。同時，上述稀釋劑物種及第二稀釋劑物種的離子及其他碎體 之間的反應可導致蒸氣相副產物的形成，且上述蒸氣相副產物易於從離子源腔室102中排出。
其亦相信第一稀釋劑物種可與來自已經蝕刻或經濺鍍的離子源腔室102中的組件的材料反應，以形成蒸氣相的副產物。移除這些副產物可抑制第二饋入物種的離子及其他碎體與離子源腔室102中的組件之間的反應，且可抑制可以凝結而形成膜及沈積物的材料的形成。隨著此減少，可減少導致束干擾的微/巨電弧。再者，可延長離子植入系統100中的離子源202的壽命。
在多個實驗中，已觀察到干擾率顯著減少及離子源的壽命顯著增加。相較於僅離子化BF3的離子源而言，BF3及少量的PH3(例如，全部體積的30%或更少)的離子化使得干擾率減少為1/20及離子源的壽命增加10倍。使用本揭露中的其他稀釋劑後，亦觀察到干擾率顯著減少及壽命顯著增加。因此，儘管是在高束流下，上述稀釋劑的使用可顯著地改善離子源的效能。
在本揭露中，可變動可被引入至離子源腔室102中的饋入材料及稀釋劑的量。在一實施例中，稀釋劑的量可為饋入材料及稀釋劑全部體積的約5%至30%，較佳約10%至15%。雖然本揭露並不排除提供額外量的稀釋劑，但額外的量可能不是較佳的。過量的稀釋劑可減少植入物種的離子束流。
請參考圖4A至圖4C，其根據本揭露的多個實施例表示多個示範離子源402a至402c。圖4A至圖4C中繪示的離子源402a至離子源402c各自可為圖2表示的離子源202。為了清楚及簡單 起見，圖4A至圖4C表示的離子源402a至離子源402c將圖1及圖3A至圖3C表示的離子源100及離子源302a至離子源302c的多個組件、以及圖2表示的離子植入系統200合併。因此，應相對於圖1、圖2、以及圖3A至圖3C來理解離子源402a至離子源402c。將不提供相同組件的詳細描述。
如圖4A至圖4C所繪示，離子源402a至離子源402c可包括(特別是)離子源腔室102。離子源腔室102可耦接於材料源410。在本揭露中，材料源410可包括提供饋入材料至離子源腔室102的饋入源412a。材料源410亦可包括提供稀釋劑至離子源腔室102的稀釋劑源412b。雖然在圖中繪示單一饋入源312a及單一稀釋劑源312b，本揭露並不排除額外的饋入源及/或額外的稀釋劑源。
如圖4A所描示，饋入材料及稀釋劑可各自包含在獨立的饋入源412a及稀釋劑源412b中。可經由第一導管416a將來自饋入源412a的饋入材料引入至離子源腔室102中。不相似於圖3A至圖3C表示的實施例，可經由第二導管416b在離子源腔室102外側提供稀釋劑。如圖4A所示，可在離子源腔室102與萃取系統112之間的離子源腔室102下游提供稀釋劑。舉例而言，可靠近萃取孔102b、靠近抑制電極112a的孔洞、或靠近兩者提供稀釋劑。在另一實施例中，如圖4B描示，可經由第二導管416a在萃取系統112中(較佳在抑制電極112a與接地電極112b之間)提供稀釋劑。在此實施例中，可靠近抑制電極112a的孔洞、接地電極112b 的孔洞、或靠近兩者提供稀釋劑。然而，在另一實施例中，如圖4C繪示，可經由第二導管416b在萃取系統112下游(較佳靠近接地電極112b的孔洞)提供稀釋劑。雖然並未繪示，本技術領域具有通常知識者將理解的是，稀釋劑可朝著萃取孔102b、抑制電極112a的孔洞及/或接地電極112b的孔洞導向。
藉由在離子源腔室102外側提供稀釋劑，離子源腔室102外側且靠近萃取電極112處發生干擾抑制，可由干擾抑制來解耦(decouple)包含植入物種的離子的形成(發生在離子源腔室102中)。藉由在離子源腔室外側引入稀釋劑，植入物種的離子及其密度將不容易顯著地減少。因此，可在所給予的離子源參數下，將植入物種流最小化。同時，可將稀釋劑的離子化最小化，且稀釋劑的流動可抑制在萃取孔以及萃取電極12外側的膜或沈積物的形成。因此，可減少干擾。
在非質量分析的離子植入系統中，減少稀釋劑的離子化作用可能是有利的。藉由減少稀釋劑物種的離子化，亦可減少稀釋劑物種的植入，稀釋劑物種的植入可以其他方式減少植入物種的有效劑量。
請參考圖5，其表示根據本揭露另一實施例的另一示範離子源502。圖5繪示的離子源502可為圖2的離子源202。為了清楚及簡單起見，圖5表示的離子源502將圖1、圖3A至圖3C、以及圖4A至圖4C表示的離子源100、離子源302a至離子源302c、以及離子源402a至離子源402c的多個組件、以及圖2表示的離 子植入系統200合併。因此，應當相對於圖1、圖2、圖3A至圖3C、以及圖4A至圖4C來理解離子源502。將不提供相同組件的詳細描述。
在本揭露中，離子源腔室102中可包含固體源552。若離子源502是IHC或伯納斯源，則可在離子源腔室壁102a內側提供固體源。若離子源502是RF電漿/離子源，則亦可在面對離子產生區104的介電窗(dielectric window)中提供固體源522。
在本揭露中，固體源522可包含饋入材料及稀釋劑中的一者或兩者。若僅有饋入材料及稀釋劑中的一者包含於固體源522中，則可將饋入材料及稀釋劑中的另一者從材料源522提供至離子源腔室102。
請參考圖6，其表示根據本揭露另一實施例的另一示範離子源602。在此圖式中，表示有RF電漿/離子源，且此RF電漿/離子源可為圖2表示的離子源202。為了清楚及簡單起見，圖6表示的離子源602將圖1、圖3A至圖3C、圖4A至圖4C以及圖5表示的離子源100、離子源302a至離子源302c、離子源402a至離子源402c、以及離子源5的多個組件、以及圖2表示的離子植入系統200合併。因此，應當相對於圖1、圖2、圖3A至圖3C、圖4A至圖4C、以及圖5來理解離子源602。將不提供相同組件的詳細描述。
如圖6繪示，本揭露的離子源602可包括離子源腔室612。離子源腔室612可包括定義離子產生區104的一個或多個的 導電腔壁612a及介電窗616。離子源腔室602亦包括萃取孔612b。離子源腔室612可耦接於材料源512。在本揭露中，材料源512可為饋入源及稀釋劑源中的一者，其提供饋入材料及稀釋劑中的一者至離子源腔室602中。可藉由導管516提供來自材料源512的饋入材料或稀釋劑。不相似於圖1、圖2至圖5表示的離子，離子源602包括用於產生電漿20的RF電漿源614。
在本實施例中，可在離子源腔室壁612a及/或介電窗616上提供固體源622。在本實施例中，固體源622可包含饋入材料及稀釋劑中的一者或兩者。同時，可將饋入材料及稀釋劑中的另一者從材料源512提供至離子源腔室102。
本文中，揭露經改善的處理基板的技術的多個實施例。應當理解的是，雖然本揭露的實施例是關於引入一個或多個的稀釋劑氣體來改善束線離子植入系統中的離子源的效能及壽命，亦可提供多個其他實施方法。事實上，除了本文所揭露的實施例外，從前述及所附圖式來說，其他多種對本揭露的實施例及改良方式，對於本技術領域具有通常知識者來說將是顯而易見的。因此，此些其他實施例及改良方式傾向於落入本揭露的範疇之中。進一步地說，雖然本文已在上下文中以用於特定目的的特定環境的特定實施方式來描述本揭露，本技術領域具有通常知識者將理解的是，其實用性並不受限於此，且可為了任意數個目的及在任意數個環境中有效地實施本揭露。
20‧‧‧離子/離子束
22‧‧‧電漿
30‧‧‧離子
102‧‧‧離子源腔室
102a‧‧‧腔壁
102b‧‧‧萃取孔
104‧‧‧離子產生區
106‧‧‧陰極
108‧‧‧燈絲
110‧‧‧斥拒極/饋入源
112‧‧‧萃取系統
112a‧‧‧抑制電極
112b‧‧‧接地電極
116a‧‧‧抑制電源供應器
116b‧‧‧萃取電源供應器
302a‧‧‧離子源
310‧‧‧材料源
312a‧‧‧饋入源
312b‧‧‧稀釋劑源
314a‧‧‧控制器
314b‧‧‧控制器
316‧‧‧導管
B‧‧‧磁場

Claims (15)

  1. 一種處理基板的方法，包括：在離子源的離子源腔室中離子化第一材料及第二材料，所述第一材料為含硼(B)材料，所述第二材料為含磷(P)材料及含砷(As)材料中的一者；產生包含B的第一離子及包含P及As中的一者的第二離子；以及從所述離子源腔室中萃取所述第一離子及所述第二離子，且將所述第一離子及所述第二離子朝著基板導向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的處理基板的方法，更包括：植入所述第一離子及所述第二離子至所述基板中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的處理基板的方法，更包括：植入所述第一離子及所述第二離子中的一者至所述基板中，不植入所述第一離子及所述第二離子中的另一者至所述基板中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的處理基板的方法，其中所述第一材料為B的氫化物或氟化物，且其中所述第二材料為P的氫化物或氟化物。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的處理基板的方法，其中所述第一材料為BF3及B2F4中的一者，且其中所述第二材料為PF3及PH3中的一者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的處理基板的方法，其中所述第一材料為B的氫化物或氟化物，且其中所述第二材料為As的氫 化物或氟化物。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的處理基板的方法，其中所述第一材料為BF3及B2F4中的一者，且其中所述第二材料為AsF3及AsH3中的一者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的處理基板的方法，其中提供所述第一材料及所述第二材料至所述離子源腔室中作為氣體。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的處理基板的方法，其中所述第二材料包括所述離子源腔室中全部氣體體積的大約5%至大約20%。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的處理基板的方法，其中所述第一材料包括所述離子源腔室中全部氣體體積的大約90%，且所述第二材料包括所述離子源腔室中全部氣體體積的大約10%。
  11. 一種處理基板的方法，包括：在離子源的離子源腔室中提供饋入材料及稀釋劑，第一材料為含硼(B)材料，第二材料為含磷(P)材料及含砷(As)材料中的一者；在所述離子源腔室中離子化所述饋入材料及所述稀釋劑，且產生包含B的第一離子及包括P及As中的一者的第二離子；以及從所述離子源腔室萃取所述第一離子及所述第二離子。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的處理基板的方法，更包括：植入所述第一離子至所述基板中。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的處理基板的方法，其中提 供所述饋入材料及所述稀釋劑至所述離子源腔室中作為氣體，且其中所述稀釋劑包括所述離子源腔室中全部氣體體積的大約5%至大約20%。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的處理基板的方法，其中所述饋入材料為BF3及B2F4中的一者，且其中所述稀釋劑為PF3及PH3中的一者。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的處理基板的方法，其中所述饋入材料為BF3及B2F4中的一者，且其中所述稀釋劑為AsF3及AsH3中的一者。
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