TW201737288A

TW201737288A - 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

Info

Publication number: TW201737288A
Application number: TW105110985A
Authority: TW
Inventors: 本雄具; 維克拉姆 M. 博斯爾; 約翰 A. 弗龍梯柔
Original assignee: 瓦里安半導體設備公司
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-10-16
Also published as: TWI707378B

Abstract

本發明揭露一種提高鹵素系源氣體的離子束品質的設備及各種方法。出乎意料地，將例如氬或氖等惰性氣體引入至離子源腔室可增加所期望的離子物質的百分比，同時減少污染物及含鹵素的離子的量。此在未經質量分析的離子植入機中尤其有益，於所述離子植入機中所有離子被植入至工件內。在一實施例中，將包含加工物質及鹵素的第一來源氣體引入至離子源腔室中，還引入包含氫化物的第二來源氣體及包含惰性氣體的第三來源氣體。這三種來源氣體的組合與在不使用第三來源氣體時所將發生的相比，可產生具有更高百分比的純加工物質離子的離子束。

Description

使用共同氣體的硼植入

本發明實施例涉及一種用於在離子植入系統中提高離子束品質的設備及各種方法，且更具體而言，涉及使用共同氣體來提高硼離子束的品質。

半導體工件常常被植入有摻雜劑的物質以產生所需的傳導性。舉例而言，太陽電池可被植入有摻雜劑的物質以產生發射區。此植入可使用各種不同的機構來進行。在一個實施例中，使用離子源來進行。

為提高過程效率及降低成本，在某些實施例中，使自離子源提取的離子直接朝工件加速，而未進行任何質量分析（mass analysis）。換言之，使在離子源中產生的離子加速並將其直接植入工件中。使用質量分析器以自離子束移除不需要的物質。質量分析器進行的移除暗指自離子源提取的所有離子均將被植入工件中。因此，也可能在離子源內產生的不需要的離子，所述不需要的離子隨後被植入工件中。

此種現象在來源氣體為例如氟化物等鹵素系化合物時可能最為明顯。氟離子及中性物（介穩態的或受激發的）可與離子源的內表面發生反應，從而釋放例如矽、氧、碳及鋁等不想要的離子以及作為雜質元素而存在的重金屬。此外，也可將鹵素離子植入工件中。

因此，提高射束品質的設備及方法（尤其對於其中採用鹵素系源氣體的實施例而言）將為有益的。

在一實施例中揭露一種植入工件的方法，所述方法包括：在腔室中對包含加工物質及氟的第一來源氣體以及氖提供能量，以在腔室中形成等離子體；以及自等離子體提取離子並將所述離子引向工件，其中與不使用氖時的基線相比，自等離子體提取的純加工物質離子的量占所有含加工物質的離子的百分比增加了至少5%。在某些實施例中，與基線相比，自等離子體提取的純加工物質離子的量占所有含加工物質的離子的百分比增加了至少10%。在某些實施例中，與基線相比，自等離子體提取的加工物質離子對氟離子的比率減小了至少5%。在某些實施例中，與基線相比，純加工物質離子的射束電流增加了至少10%。

在另一實施例中揭露一種將摻雜劑植入工件中的方法，所述方法包括：在腔室中對包含摻雜劑及氟的第一來源氣體、包含氫以及鍺與矽中的至少一者的第二來源氣體以及氖供能，以在腔室中形成等離子體；以及使來自等離子體的離子朝工件加速且未使用質量分析，其中引入的氣體的總體積的20%與90%之間包含氖，且其中自等離子體提取的離子的組成受氖的引入的影響。在某些實施例中，引入的氣體的總體積的25%與50%之間包含氖。在某些實施例中，摻雜劑包含硼。

在另一實施例中揭露一種用於加工工件的設備。所述設備包括：離子源，具有由腔室壁界定的腔室，其中所述離子源在腔室中產生等離子體；第一來源氣體容器，含有加工物質及氟，與腔室連通；第二來源氣體容器，含有氫以及矽與鍺中的至少一者，與腔室連通；第三來源氣體容器，含有氖，與腔室連通；以及用以保持工件的工件支撐件，其中與不使用氖時的基線相比，用於加工工件的設備以足以使自等離子體提取的純加工物質離子的量占所有含加工物質的離子的百分比增加至少5%的量，將氖引入至腔室中。在某些實施例中，摻雜劑包含硼。在某些實施例中，來自等離子體的離子被引向工件且未進行質量分析。在某些實施例中，引入至腔室的氣體的總量的20%至90%包含氖。在某些實施例中，氖的量足以使純加工物質離子的射束電流相對於基線增加至少10%。

如上所述，例如氟化物等鹵素系物質的離子化可導致自離子源的內表面釋放的顆粒被植入工件中。這些污染物可包含鋁、碳、氧、矽、氟系化合物以及其他不想要的物質（包括作為雜質元素而存在的重金屬）。一種解決由自由鹵素離子造成的損害的方法可為引入額外的來源氣體。

圖1A至圖1C繪示出工件加工系統的各種實施例，所述工件加工系統可將多種來源氣體引入至離子源。在這些圖中的每一者中，存在離子源100。此離子源100包括由等離子體腔室壁107界定的腔室105，等離子體腔室壁107可由石墨或另一合適的材料構造而成。此腔室105可經由氣體入口110而被供以存儲於例如第一來源氣體容器170等一個或多個來源氣體容器中的一種或多種來源氣體。此來源氣體可由射頻（RF）天線120或另一等離子體產生機構提供能量，以產生等離子體。射頻天線120與向射頻天線120供應功率的射頻電源（圖中未示出）電性通信。可在射頻天線120與腔室105的內部之間設置例如石英窗或氧化鋁窗等介電窗125。腔室105更包括可供離子穿過的孔140。對設置於孔140外部的提取抑制電極130施加負電壓，以經由孔140自腔室105中的等離子體提取為離子束180的形式的帶正電荷的離子，並引向可設置於工件支撐件165上的工件160。也可採用接地電極150。在某些實施例中，孔140位於腔室105的一側上（與包括介電窗125的相對側）。如圖1A所示，第二來源氣體可存儲於第二來源氣體容器171中，並經由第二氣體入口111而被引入至腔室105。第三來源氣體可存儲於第三來源氣體容器172中，並經由第三氣體入口112而被引入至腔室105。在另一實施例中，在圖1B中所示，第二來源氣體可存儲於第二來源氣體容器171中，且第三來源氣體可存儲於第三來源氣體容器172中。第二來源氣體及第三來源氣體均可經由第一來源氣體使用的同一氣體入口110而被引入至腔室105。在另一實施例中，如圖1C中所繪示，第二來源氣體與第三來源氣體可在單一氣體容器178中與第一來源氣體混合。此氣體的混合物然後經由氣體入口110而被引入至腔室105。

在這些實施例的任一實施例中，第一來源氣體、第二來源氣體及第三來源氣體可同時地或依序地引入至腔室105。儘管這些圖繪示出使用三種不同的來源氣體，但本發明並非僅限於任何特定的數量。這些圖旨在繪示出可將多種來源氣體引入至腔室105的各種實施例。然而，其他實施例也是可能實行的，且處於本發明的範圍內。

圖1A至圖1C繪示出工件加工系統的實施例。然而，本發明並非僅限於這些實施例。舉例而言，圖5繪示出工件加工系統的另一實施例，所述工件加工系統可為束線離子植入機500。束線離子植入機500包括離子源510，其中來源氣體被引入離子源510。離子源510可包括具有孔的腔室，可經由所述孔提取離子。第一來源氣體可存儲於第一來源氣體容器170中，第二來源氣體可存儲於第二來源氣體容器171中，且第三來源氣體可存儲於第三來源氣體容器172中。這些來源氣體可經由氣體入口110而被引入至離子源510。當然，這些來源氣體可以其他方式而引入，例如圖1A及圖1C所繪示的方式。

離子源510通過對來源氣體供能使其成為等離子體而產生離子。在某些實施例中，可使用旁熱式陰極（indirectly heated cathode，IHC）（但可使用其他機制）來產生等離子體。然後使來自等離子體的離子加速穿過離子源510中的孔作為離子束180。然後將此離子束180引向對離子束180進行操縱的一組束線元件520。舉例而言，束線元件520可對來自離子束180的離子進行加速、減速或重新導向。在某些實施例中，束線組件520可包括質量分析器。所述質量分析器可用於在不想要的物質撞擊工件160之前，自離子束180移除所述不想要的物質。工件160可設置於工件支撐件165上。

圖6繪示出可與本發明一起使用的另一工件加工設備。此工件加工設備600包括由等離子體腔室壁607界定的腔室605。與圖1B纇似，腔室605可經由氣體入口110而與第一來源氣體容器170、第二來源氣體容器171及第三來源氣體容器172連通。然而，在其他實施例中，來源氣體可如圖1A或圖1C所示進行配置。此外，與圖1B纇似，所述設備可包括在上面設置有射頻天線620的介電窗625。與圖1B纇似，所述射頻天線用於在腔室605內產生等離子體。當然，也可使用其他等離子體產生器。在此工件加工設備600中，工件160設置於腔室605內。使用壓板610來保持工件160。在某些實施例中，可對壓板610施加偏壓將來自等離子體的離子以離子束180的形式朝工件160加速。

第一來源氣體（也被稱為進料氣體（feed gas））可包含例如與氟結合的硼等摻雜劑。因此，進料氣體可為DF_n 或D_m F_n 的形式，其中D表示摻雜劑原子，所述摻雜劑原子可為硼、鎵、磷、砷或另一3族或5族元素。在其他實施例中，第一來源氣體可包含與氟結合的加工物質。因此，儘管在本發明通篇中使用用語“摻雜劑”，但應理解存在可使用的且可能不是摻雜劑的其他加工物質。因此，第一來源氣體包含加工物質及氟。在某些實施例中，加工物質為摻雜劑。

第二來源氣體可為具有化學式XH_n 或X_m H_n 的分子，其中H為氫。X可為摻雜劑物質，例如以上所述摻雜劑物質中的任一者。作為另一選擇，X也可為不影響工件160的導電性的原子。舉例而言，如果工件160包含矽，則X可為4族元素，例如矽及鍺。第三來源氣體可為惰性氣體，例如氦、氬、氖、氪及氙。

換言之，第一來源氣體可為BF₃ 或B₂ F₄ ，而第二來源氣體可為例如PH₃ 、SiH₄ 、NH₃ 、GeH₄ 、B₂ H₆ 或AsH₃ 。在這些實施例的每一實施例中，第三來源氣體可為惰性氣體，例如氦、氬、氖、氪或氙。此列表表示可使用的可能的物質。應理解其他物質也是可能使用的。

通過將第一來源氣體與第二來源氣體進行組合，氟離子的有害效應可減小。舉例而言，不受任何特定理論的限制，氫的引入可在介電窗125上產生膜或塗層。此用於保護介電窗125，從而減少源於介電窗125的包含於所提取離子束180中的污染物的量。此外，第二來源氣體可塗布等離子體腔室壁107的內表面，其可為污染物的另一來源。此塗布可減小氟離子與等離子體腔室壁107的內表面之間的相互作用，從而減少所產生的污染物的量。

第二來源氣體的引入可減少污染物的產生，並減少這些污染物併入離子束180中。然而，在某些實施例中，使用第一來源氣體及第二來源氣體產生的所得離子束可能不包含足量的所需離子。

圖2A繪示出多個條形圖，所述條形圖繪示出當氬（Ar）（氬在本實施例中用作第三來源氣體）的量變化時，由使用BF₃ 作為第一來源氣體及使用GeH₄ 作為第二來源氣體的離子源產生的離子物質。在這些條形圖的每一條形圖中，射頻功率為8 kW，且BF₃ 與GeH₄ 組合的流動速率為18 sccm。此外，BF₃ 對GeH₄ 的比保持恒定，為9:1。

在所述條形圖的每一條形圖中，可以看出離子源100對BF₃ 進行離子化以形成硼離子（即，B⁺ ）以及BF_x ⁺ 離子，其中BF_x 包括BF、BF₂ 及BF₃ 。此外，產生氟離子。最後，還產生可為第二來源氣體的組分或可為雜質的多種其他離子物質。

如上所述，第二來源氣體的引入可減少在離子束中引入的污染物的量。如上所陳述，在使用離子束來植入工件而未進行質量分析時，此意義重大。

條形圖250繪示出在不引入氬的情況下，（也被稱為基線）離子束的組成。如線200中所見，在此種配置中，離子束中幾乎69%的離子為含摻雜劑的離子，其中在本實例中所述摻雜劑為硼（B）。此度量指標被稱為硼分數（boron fraction）或摻雜劑分數（dopant fraction）。然而，諸多含摻雜劑的離子也含有氟化物，例如為BF⁺ 、BF₂ ⁺ 及BF₃ ⁺ 的形式。事實上，如線210中所示，僅約45%的含摻雜劑的離子為純摻雜劑（即，B⁺ ）。此比率被稱為硼純度百分比或摻雜劑純度百分比。在其他實施例中，此比率可被稱為加工物質純度百分比。最後，儘管69%的離子束含有硼，但非常大的百分比的離子也含有氟。事實上，線220示出作為離子束180的一部分而提取的氟離子對摻雜劑離子的比率。以此比率使用的氟離子為對被提取的所有氟離子的測量。換言之，此包含純氟離子（F_x ⁺ ）以及包含例如BF_x ⁺ 等其他物質的離子。每一氟離子被單獨計數；因此，舉例而言，BF₂ ⁺ 被計數為兩個氟離子。摻雜劑離子的數量以相同的方式來計算。線220示出存在實際上比硼離子多的氟離子。此度量指標被稱為F/B比率。

條形圖260繪示出在引入至離子腔室的總氣體的大約19%為第三來源氣體的情況下離子束的組成，所述第三來源氣體在本實施例中可為氬。應注意含摻雜劑的離子（即，B⁺ 及BF_x ⁺ ）的總射束電流幾乎保持不變，為約360 mA。然而，離子束的組成存在著變化。具體而言，如線200上所見，硼分數已主要由於已產生的額外氬離子而略有減小。然而，出乎意料地，如線210中所示，與含摻雜劑的離子的總數量相比，純摻雜劑離子的百分比（硼純度百分比或摻雜劑純度百分比）實際上已增加！事實上，純硼離子的射束電流也已增加。此外，如線220中所示，作為離子束的一部分而提取的氟離子對硼離子的比率（即，F/B比率）也已出乎意料地減小至約100%。此外，氟化物離子的射束電流也已減小。換言之，氬作為第三來源氣體而引入，對所得離子束的組成產生了影響。具體而言，氬的引入已使得純硼離子的形成相對於含硼的離子的總數量而增加。有趣的是，氬的引入還減小了氟離子對硼離子的比率。如上所陳述，在不執行質量分析的實施例中，這些變化可提高所植入工件的性能。

諸多這些趨勢隨著引入更大百分比的氬而繼續。條形圖270繪示出在引入至腔室105中的所有氣體的約32%包含氬的情況下，離子束的組成。在此濃度下，含硼的離子的射束電流開始略有減小（自360 mA減小至約320 mA）。硼分數也已由於氬離子的數量增加而略有減小。然而，其他度量指標已得到改善。具體而言，硼純度百分比實際上增加至幾乎50%。此外，F/B比率減小至約95%。有趣的是，包含並非含硼的離子、氟離子、或氬離子的所有離子的其他物質的量實際上在此氬百分比下減少。氟離子的射束電流也減小至小於約20 mA。

條形圖280繪示出在引入至腔室105中的所有氣體的約48%包含氬的情況下，離子束的組成。在此濃度下，含硼離子的射束電流再次略有減小（自320 mA減小至約290 mA）。硼分數也已由於氬離子的數量增加而略微減少至約60%。然而，其他度量指標已繼續改善。具體而言，硼純度百分比實際上增加至約50%。此外，F/B比率減小至約90%。此外，其他物質的射束電流也已減小。氟離子的射束電流也減小至約10 mA。

出人意料地，以非常大的百分比（例如高達約50%）引入氬仍使得諸多離子束度量指標得到改善。圖2B示出以不同格式表示的諸多這些度量指標。具體而言，含硼離子的總射束電流繪示於線290中。應注意，即使當氬的量增加至引入至腔室105中的總氣體的約47%時，總含硼射束電流仍保持高於約290 mA。然而，當氬的量超過約20%時，總含硼射束電流減小。有趣的是，如線291中所示，純含硼離子的射束電流隨著引入至腔室105中的氬的量增加至約20%而增大。然而，在更大百分比的氬下，純離子的射束電流略有減小。事實上，純硼射束電流在無氬時為約160 mA，且在總氣體的約20%為氬時增加至約172 mA。純硼射束電流然後隨著氬百分比的繼續增加，而減小至約145 mA。F/B比率繪示為線292，所述線292相同於圖2A中的線220。如上所述，F/B比率隨著氬的量貫穿所述範圍下增加而減小。類似地，硼分數繪示為線293，所述線293相同於圖2A中的線200。最後，硼純度分數繪示於線294中，且相同於圖2A中的線410。圖2B繪示出隨著引入至腔室105中的氬的百分比增加，含硼的離子的總射束電流（線290）在氬的百分比超過約20%時減小。純硼的射束電流（線291）也在氬的百分比超過約20%時減小。然而，硼純度分數（線294）貫穿此整個範圍下增加。此外，氟離子對硼離子的比率（如線292所示的F/B比率）貫穿此範圍下減小。最後，儘管硼分數穩定地減少（線293），但含有硼的離子的百分比在貫穿整個範圍下保持高於約60%。

也可使用其他惰性氣體。舉例而言，可使用氖而非使用氬來作為第三氣體。

圖4A至圖4B繪示出多個條形圖，所述多個條形圖繪示出當氖（Ne）的量變化時由使用BF₃ 作為第一來源氣體以及使用GeH₄ 作為第二來源氣體的離子源產生的離子物質，其中氖在本實施例中用作第三來源氣體。類似於氬，氖作為第三氣體而引入對離子束組成及其他度量指標具有正面的有益效果。然而，出人意料地，引入氖的量且其可達成的這些有益效果比氬大得多。事實上，如下文更詳細所示，即使當引入至腔室105的總氣體的超過80%為氖時，仍能達成正面的有益效果。

在這些條形圖中的每一條形圖中，射頻功率為8 kW，且BF₃ 與GeH₄ 的組合流動速率為18 sccm。此外，BF₃ 對GeH₄ 的比率保持恒定，為9:1。

如上所述，在所述條形圖中的每一條形圖中，可以看出離子源100對BF₃ 進行離子化以形成硼離子（即，B⁺ ）以及BF_x ⁺ 離子，其中BF_x 包括BF、BF₂ 及BF₃ 。此外，產生氟離子。最後，還產生可為第二來源氣體的組分或可為雜質的多種其他離子物質。

條形圖450繪示出在不引入氖的情況下離子束的組成（也被稱為基線）。如線400中所見，在此配置中，離子束中幾乎75%的離子為含摻雜劑的離子，其中在本實例中摻雜劑為硼。如上所述，此度量指標稱為硼分數或摻雜劑分數。然而，諸多含摻雜劑的離子也含有氟化物，例如為BF⁺ 、BF₂ ⁺ 及BF₃ ⁺ 的形式。事實上，如線410中所示，僅約41%的含摻雜劑的離子為純摻雜劑（即，B⁺ ）。此比率稱為硼純度分數或摻雜劑純度分數。在其他實施例中，此比率可稱為加工物質純度百分比。最後，儘管75%的離子束含有硼，但非常大的百分比的離子也含有氟。事實上，線420繪示出作為離子束180的一部分而提取的氟離子對摻雜劑離子的比率。以此比率使用的氟離子為對經提取的所有氟離子的測量。換言之，此包含純氟離子（F_x ⁺ ）以及包含例如BF_x ⁺ 等其他物質的離子。每一氟離子單獨計數；因此，舉例而言，BF₂ ⁺ 計數為兩個氟離子。摻雜劑離子的數量以相同的方式進行計數。線420繪示出存在實際上比硼離子多的氟離子。此度量指標稱為F/B比率。

條形圖455繪示出在引入至離子腔室的總氣體的大約37.8%為第三來源氣體的情況下，離子束的組成，其中第三來源氣體在本實施例中可為氖。儘管圖4A繪示出使用至少37.8%的資料，但應注意，觀察到其中氖的百分比低至20%的正面有益效果。應注意，含摻雜劑的離子（即，B⁺ 及BF_x ⁺ ）的總射束電流已自不使用氖時的約420 mA增加至約440 mA。此外，離子束的組成存在變化。具體而言，如線400上所見，硼分數已主要由於已產生的額外氖離子而略有減小。然而，出人意料地，如線410中所示，與含摻雜劑的離子的總數量相比，純摻雜劑離子的百分比（硼純度百分比或摻雜劑純度百分比）實際上已增加！事實上，純硼離子的射束電流也已增加。此外，如線420中所示，氟離子對硼離子的比率（即，F/B比率）也已出乎意料地減小至約105%。此外，氟化物離子的射束電流也已減小。換言之，氖作為第三來源氣體被引入，對自等離子體提取的所得離子束的組成產生了影響。具體而言，氖的引入已使純硼離子的形成相對於含硼的離子的總數量而增加。有趣的是，氖的引入還減小了氟離子對硼離子的比率。如上所陳述，在不執行質量分析的實施例中，這些變化可提高所植入工件的性能。

這些趨勢中的每一趨勢隨著更大百分比的氖引入而繼續。條形圖460繪示出在引入至腔室105中的所有氣體的約54.9%包含氖的情況下，離子束的組成。在此濃度下，含硼的離子的射束電流開始略有減小，自440 mA減小至約430 mA。然而，含硼的離子的射束電流仍大於基線。繪示為線400的硼分數也已由於氖離子的數量增加而略有減小。然而，其他度量指標已得到改善。具體而言，線410中所示的硼純度分數實際上增加至接近50%。此外，線420中所示的F/B比率減小至約100%。有趣的是，在此氖百分比下，包含並非為含硼的離子、氟離子、或氖離子的所有離子的其他物質的量實際上減少。氟離子的射束電流也減小至小於約40 mA。

條形圖465繪示出在引入至腔室105中的所有氣體的約64.6%包含氖的情況下，離子束的組成。在此濃度下，含硼的離子的射束電流再次略有減小，自430 mA減小至約420 mA。然而，含硼的離子的射束電流仍大於在基線中的射束電流。線400中所示的硼分數也已由於氖離子的數量增加而略微減小至約70%。然而，其他度量指標已得到改善。具體而言，線410中所示的硼純度分數實際上增加至約48%。此外，線420中所示的F/B比率減小至低於100%。此外，其他物質的射束電流也已減小。氟離子的射束電流也保持相對恒定，為約20 mA。

條形圖470繪示出在引入至腔室105中的所有氣體的約70.9%包含氖的情況下，離子束的組成。在此濃度下，含硼的離子的射束電流保持相對恒定，為約420 mA。然而，含硼的離子的射束電流保持大於在基線中的射束電流。硼分數也已由於氖離子的數量增加而略微減小至約70%。然而，其他度量指標已得到改善。具體而言，線410中所示的硼純度百分比實際上增加至超過50%。此外，線420中所示的F/B比率減小至約95%。此外，其他物質的射束電流也已減小。氟離子的射束電流也保持相對恒定，為約20 mA。

條形圖475繪示出在引入至腔室105中的所有氣體的約75.3%包含氖的情況下，離子束的組成。在此濃度下，含硼的離子的射束電流保持相對恒定，為約420 mA。線400中所示的硼分數也已由於氖離子的數量增加而略微減小至略低於70%。然而，其他度量指標已得到改善。具體而言，線410中所示的硼純度分數實際上增加至約52%。此外，線420中所示的F/B比率減小至約90%。此外，其他物質的射束電流也已減小。氟離子的射束電流也略微減小至約15 mA。

條形圖480繪示出在引入至腔室105中的所有氣體的約83.0%包含氖的情況下，離子束的組成。在此濃度下，含硼的離子的射束電流略微減小至約410 mA。線400中所示的硼分數也已由於氖離子的數量增加而略微減小至約68%。然而，其他度量指標已得到改善。具體而言，線410中所示的硼純度分數實際上增加至約56%。此外，線420中所示的F/B比率減小至約80%。此外，其他物質的射束電流也已減小。氟離子的射束電流也略微減小至約15 mA。出人意料地，即使當總氣體的83%為氖時，氖離子束仍保持小於約40 mA。此可能歸因於氖的高離子化能量。

出人意料地，以非常大的百分比（例如介於20%與90%之間）引入氖仍使得諸多離子束度量指標得到改善。此與氬形成對比，其中氬的引入使射束度量指標改善至高達某一百分比，且然後使這些度量指標降低。事實上，氖的量可高達83%或83%以上是出乎意料的結果。圖4B繪示出以不同格式表示的諸多這些度量指標。具體而言，含硼的離子的總射束電流繪示於線490中。應注意，即使當氖的量增加至引入至腔室105中的總氣體的約83%時，總含硼射束電流保持高於400 mA。有趣的是，線491中所繪示的純含硼的離子的射束電流隨著引入至腔室105中的氖的量增加而增加。事實上，純硼射束電流在為不使用氖時的基線處為約175 mA，且在總氣體的83%為氖時增加至約230 mA。更具體而言，當引入37.8%的氖時，純硼射束電流相對於所述基線增加大於10%。在基線處，純硼射束電流為約175 mA。此在引入37.8%的氖時增加至約195 mA。此趨勢隨著氖的量的增加而繼續。舉例而言，在引入64.6%的氖時，純硼射束電流相對於基線增加15%。當氖的量增加時，此增加量為20%或大於20%。F/B比率繪示為線492，所述線492相同於圖4A中的線420。如上所述，F/B比率隨著氖的量在貫穿所述範圍下增加而減小。具體而言，F/B比率在不使用氖時的基線處為112.6%。所述F/B比率隨著37.8%的氖的引入，下降大於6%至105.7%。當氖的量增加時，F/B比率繼續下降。舉例而言，在54.9%的氖下，F/B比率與基線相比降低了幾乎10%。在75.3%的氖下，F/B比率相對於基線下降大於20%。類似地，硼分數繪示為線493，所述線493相同於圖4A中的線400。最後，硼純度分數繪示於線494中，且相同於圖4A中的線410。與基線相比，表示純加工物質離子對總加工物質離子的比率的此硼純度分數在引入37.8%的氖時增加了大於6%。在54.9%的氖下，硼純度分數相對於基線增加幾乎10%。事實上，在高水準的氖稀釋下，硼純度分數相對於基線的提高大於20%！此外，純摻雜劑離子或純加工物質離子的數量占總離子的百分比（稱為純摻雜劑比率）也隨著氖以更大的量引入而增加。此純摻雜劑比率繪示於線495中。舉例而言，在基線處，所有離子的約31%為純摻雜劑離子。然而，在37.8%的氖下，所述純摻雜劑比率增加了約4%至32.2%。在更高的氖水準下，純摻雜劑離子的百分比可相對於基線增加10%或大於10%。圖4B繪示出隨著引入至腔室105中的氖的百分比增加，含硼的離子的總射束電流（線490）保持大致恒定。然而，例如純硼的射束電流（線491）、硼純度分數（線494）及純摻雜劑比率（線495）等度量指標在貫穿此整個範圍下均有所改善。此外，氟離子對硼離子的比率（如線492所示的F/B比率）在貫穿此範圍下減小，其中當氖的百分比超過約60%時大大減小。最後，儘管硼分數穩定地減小（線493），但含有硼的離子的百分比在貫穿整個範圍下保持高於70%。

在圖2A至圖2B以及圖4A至圖4B中所示的這些出乎意料的結果具有諸多的有益效果。

第一，較重的含摻雜劑的離子（例如BF⁺ 、BF₂ ⁺ 及BF₃ ⁺ ）比純摻雜劑離子（例如，B⁺ ）傾向於植入更淺的深度。在後續熱處理期間，這些經淺植入的離子更可能向工件外擴散。換言之，所有含摻雜劑的離子的總射束電流可能不指示出實際上植入且保持於工件中的摻雜劑的量。不希望受限於任何特定理論，據信等離子體中的氬及氖的亞穩態可將更大量的含摻雜劑的離子分解成更多所期望的純摻雜劑離子。

第二，以任何形式植入氟可具有有害效應。氟離子的植入可造成工件中的缺陷，從而影響其性能。所植入的氟也可導致摻雜劑自工件向外擴散。還已知氟阻礙摻雜劑擴散至工件中，使得已退火的摻雜劑分佈淺，此對於太陽電池應用而言為不佳的。

第三，氬及/或氖的引入對所產生的其他物質（也被稱為污染物）的產生具有限制效應。不希望受限於任何特定理論，據信這些氣體使等離子體穩定，從而使得腔室壁濺射減少。由於其大的離子化截面，氬及氖相對輕易地對放電進行離子化並使其穩定。因此，等離子體維持於相對低的等離子體電勢下，以使得來自壁材料的離子濺射可減少。

第四，在植入工件的期間，氬及/或氖離子可濺射於工件的表面沉積層上。此可用於移除在植入過程期間沉積的任何材料。這些材料中的某些材料可能難以在植入之後經由濕式化學過程來移除。

第五，在為氖的情形中，高離子化能量暗指產生很少的氖離子。此外，這些離子具有相對低的質量，且因此對工件造成最小的損害。因此，可使用氖來改善射束組成，且幾乎無不利的效應。

因此，可通過使用三種來源氣體來產生射束雜質減少且摻雜劑純度增加的離子束。第一來源氣體或進料氣體可為含有摻雜劑及氟兩者的物質，例如BF₃ 或B₂ F₄ 。第二來源氣體可為含有氫以及矽或鍺中的任一者的物質，例如矽烷（SiH₄ ）或鍺烷（GeH₄ ）。第三來源氣體可為氬、氖或另一惰性氣體。這三種來源氣體同時地或依序地引入至離子源100的腔室105中，所述三種源氣體於腔室105中離子化。所述離子源可使用由射頻天線120產生的射頻能量。在另一實施例中，所述離子源可使用旁熱式陰極以利用電子的熱離子發射。藉由離子源也可使用對氣體進行離子化的其他方法。當來自所述三種來源氣體的離子植入工件160時，來自所述三種來源氣體的所述離子被引向工件160。如之前所述，可能不對這些離子進行質量分析，意味著所有的經提取離子均植入工件160中。

在另一實例中，第二來源氣體可包含具有相反導電性的摻雜劑。舉例而言，第一來源氣體或進料氣體可為含有硼及氟兩者的物質，例如BF₃ 或B₂ F₄ 。第二來源氣體可為含有氫及V族元素的物質，例如磷、氮或砷。

儘管圖2A至圖2B以及圖4A至圖4B繪示出當使用硼作為第一來源氣體中摻雜劑時的結果，但本發明並非僅限於此實施例。可使用其他摻雜劑，例如鎵、磷、砷或其他3族及5族元素。

以上公開內容論述了第三來源氣體為氬時可以介於約19%至約48%的量而引入以及第三來源氣體為氖時可以介於約20%至90%的量而引入。然而，本發明並非僅限於此範圍。在某些實施例中，第三來源氣體可以介於約15%至約90%的量而引入。在第三來源氣體為氬的其他實施例中，第三來源氣體可以介於約15%至約40%的量而引入。在第三來源氣體為氬的其他實施例中，第三來源氣體可以介於約15%至約50%的量而引入。在第三來源氣體為氖的某些實施例中，第三來源氣體可以介於約20%至約90%的量而引入。在第三來源氣體為氖的某些實施例中，第三來源氣體可以介於約25%至60%的量而引入。在第三來源氣體為氖的某些實施例中，第三來源氣體可以大於40%（例如介於40%與90%之間）的量而引入。此外，第一來源氣體對第二來源氣體的比率可為約9:1，但也可使用其他比率。第一來源氣體與第二來源氣體的組合流動速率可介於10 sccm與20 sccm之間。

儘管以上說明公開了使用三種來源氣體，但在其他實施例中，可使用兩種來源氣體。舉例而言，在某些實施例中，如上所述，第一來源氣體可為DF_n 或D_m F_n 的形式，其中D表示摻雜劑（或加工物質）原子，所述摻雜劑（或加工物質）原子可為硼、鎵、磷、砷或另一3族或5族元素。在某些實施例中，不使用第二來源氣體。相反，在離子源100中僅將第一來源氣體與第三來源氣體進行組合。在本實施例中，第一來源氣體的流動速率可介於10 sccm與30 sccm之間。在第三氣體為氬的一個實施例中，第三來源氣體可構成引入至腔室105的15%與40%之間的總氣體。在第三氣體為氬的某些實施例中，第三來源氣體可以介於約15%至約30%的量而引入。在第三氣體為氬的其他實施例中，第三來源氣體可以介於約15%至約40%的量而引入。在第三氣體為氬的其他實施例中，第三來源氣體可以介於約15%至約50%的量而引入。在第三氣體為氖的某些實施例中，第三氣體可以介於約20%至約90%的量而引入。在第三來源氣體為氖的某些實施例中，第三來源氣體可以介於約25%至60%的量而引入。在第三來源氣體為氖的某些實施例中，第三來源氣體可以大於40%（例如介於40%與90%之間）的量而引入。

如上所述，例如氬或氖等第三氣體與BF_x 氣體的引入可對所得離子束的組成產生影響。具體而言，硼純度百分比可增加，而F/B比率可減小。換言之，離子束的組成的變化可在不使用第二來源氣體的情況下發生。

圖3繪示出另一實施例。在本實施例中，離子源300具有設置於腔室內的腔室分離器390，以有效地將所述腔室分離成第一子腔室305a及第二子腔室305b。第一子腔室305a及第二子腔室305b中的每一者具有各自的孔340a、340b。此外，接地電極350及提取抑制電極330可被修改成具有與孔340a、340b對應的兩個開口。如之前一樣，所述腔室具有介電窗125及設置於介電窗125上的射頻天線120。在本實施例中，第一來源氣體存儲於第一來源氣體容器170中，並經由氣體入口110而引入至第二子腔室305b。第一來源氣體可為以上所述的物質中的任一者。第二來源氣體存儲於第二來源氣體容器171中，並經由第二氣體入口111而引入至第二子腔室305b。第二來源氣體可為以上所述的物質中的任一者。如關於圖1B所述，在某些實施例中，第一來源氣體容器170及第二來源氣體容器171可連接至單一氣體入口。在另一實施例中，在圖1C中所示，第一來源氣體與第二來源氣體可在單一來源氣體容器中進行混合。此外，在某些實施例中，如上所述，不使用第二來源氣體。如上所述，第一來源氣體對第二來源氣體的比率可為約9:1，但可使用其他比率。組合流動速率可介於10 sccm與20 sccm之間。氬可存儲於第三來源氣體容器172中，並經由第三氣體入口112而引入至第一子腔室305a。

在本實施例中，經由孔340a提取氬離子束380a。同時發生地，經由孔340b提取摻雜劑離子束380b。此摻雜劑離子束380b包含含硼的離子及氟離子以及其他離子物質。

在圖3中，氬離子束380a與摻雜劑離子束380b平行於彼此，以使得其在不同的位置撞擊工件160。在本實施例中，工件沿由箭頭370指示的方向進行掃描。以此種方式，工件160上的每一位置首先由摻雜劑離子束380b植入，並然後藉由氬離子束380a撞擊。如上所述，氬離子束380a可用於自工件160的表面濺射在植入摻雜劑離子束380b期間沉積的沉積層材料。

如上所闡釋，氬植入可自表面沉積層移除使用濕式化學法難以移除的材料。

在另一實施例中，氬離子束380a及摻雜劑離子束380b被導向或集中，以使得其同時撞擊工件160上的位置。在本實施例中，工件160可沿任何方向掃描。

在再一實施例中，所述兩種植入可依序進行，以由摻雜劑離子束380b植入整個工件160。在隨後的時間，氬離子束380a被引向工件160。

在本文所述的且與圖3相關聯的實施例中的每一者中，可執行植入且不進行質量分析，以使得所有經提取的離子撞擊工件。

儘管使用氬來闡述圖3所繪示的實施例，但可用例如氖等其他氣體來替代氬以達成相同效應是可能的。

此外，儘管本文所公開的實施例闡述了使用氬及氖作為第三來源氣體，但本發明並非僅限於此實施例。如上所陳述，也可使用例如氦、氪及氙等其他惰性氣體作為第三來源氣體。作為另一選擇，惰性氣體的組合可用作第三來源氣體。

此外，本文所公開的實施例闡述了將例如摻雜劑等加工物質植入工件160中的植入過程。然而，本發明並非僅限於此實施例。舉例而言，可使用本文所述的來源氣體的組合來對工件執行其他過程。舉例而言，也可使用所公開的來源氣體的組合來對工件執行沉積或蝕刻過程。

本發明的範圍不受本文中所闡述的具體實施例的限制。事實上，通過以上的說明及附圖，除本文中所闡述的內容以外，本發明的其他各種實施例及對本發明的其他各種潤飾也將對所屬領域中具通常知識者顯而易見。因此，此類的其他實施例以及潤飾旨在落於本發明的範圍內。此外，儘管於本文中已在用於特定用途的特定環境中的特定實施方式的上下文中闡述了本發明，但所屬領域中具通常知識者將認識到本發明的有用性並非僅限於此，且本發明可在用於任意數目的用途的任意數目的環境中被有益地實施。因此，以下闡述的申請專利範圍應鑒於本文中闡述的本發明的全部寬度範圍及精神而進行理解。

100、300、510‧‧‧離子源
105、605‧‧‧腔室
107、607‧‧‧等離子體腔室壁
110‧‧‧氣體入口
111‧‧‧第二氣體入口
112‧‧‧第三氣體入口
120、620‧‧‧射頻天線
125、625‧‧‧介電窗
130、330‧‧‧提取抑制電極
140、340a、340b‧‧‧孔
150、350‧‧‧接地電極
160‧‧‧工件
165‧‧‧工件支撐件
170‧‧‧第一來源氣體容器
171‧‧‧第二來源氣體容器
172‧‧‧第三來源氣體容器
178‧‧‧單一氣體容器
180‧‧‧離子束
200、210、220、290、291、292、293、294、400、410、420、490、491、492、493、494、495‧‧‧線
250、260、270、280、450、455、460、465、470、475、480‧‧‧條形圖
305a‧‧‧第一子腔室
305b‧‧‧第二子腔室
370‧‧‧箭頭
380a‧‧‧氬離子束
380b‧‧‧摻雜劑離子束
390‧‧‧腔室分離器
500‧‧‧束線離子植入機
520‧‧‧束線組件
600‧‧‧工件加工設備
610‧‧‧壓板

為了更佳地理解本發明，參照併入本案供參考的附圖，且在附圖中：圖1A至圖1C繪示出根據不同實施例的工件加工系統。圖2A是離子束電流隨著氬氣體濃度而變化的代表性圖表。圖2B是離子束電流隨著氬氣體濃度而變化的第二圖表。圖3繪示出根據另一實施例的植入系統。圖4A是離子電流隨著氖氣體濃度而變化的代表性圖表。圖4B是離子電流隨著氖氣體濃度而變化的第二圖表。圖5是工件加工系統的另一實施例。圖6是工件加工系統的另一實施例。

100‧‧‧離子源

105‧‧‧腔室

107‧‧‧等離子體腔室壁

110‧‧‧氣體入口

111‧‧‧第二氣體入口

112‧‧‧第三氣體入口

120‧‧‧射頻天線

125‧‧‧介電窗

130‧‧‧提取抑制電極

140‧‧‧孔

150‧‧‧接地電極

160‧‧‧工件

165‧‧‧工件支撐件

170‧‧‧第一來源氣體容器

171‧‧‧第二來源氣體容器

172‧‧‧第三來源氣體容器

180‧‧‧離子束

Claims

一種植入工件的方法，包括：在腔室中對包含加工物質及氟的第一來源氣體以及氖提供能量，以在所述腔室中形成等離子體；以及自所述等離子體提取離子並將所述離子引向所述工件，其中與不使用氖時的基線相比，自所述等離子體提取的純加工物質離子的量占所有含加工物質的離子的百分比增加了至少5%。
如申請專利範圍第1項所述的植入工件的方法，更包括：在所述腔室中對包含氫以及矽與鍺中的至少一者的第二來源氣體提供能量，以自所述第二來源氣體產生所述離子；以及自所述等離子體提取自所述第二來源氣體產生的所述離子並將來自所述第二來源氣體的所述離子引向所述工件。
如申請專利範圍第1項所述的植入工件的方法，其中所述離子被引向所述工件且未進行質量分析。
如申請專利範圍第1項所述的植入工件的方法，其中與所述基線相比，自所述等離子體提取的所述純加工物質離子的量占所述所有含加工物質的離子的百分比增加了至少10%。
如申請專利範圍第1項所述的植入工件的方法，其中與所述基線相比，自所述等離子體提取的加工物質離子對氟離子的比率減小了至少5%。
如申請專利範圍第1項所述的植入工件的方法，其中與所述基線相比，所述純加工物質離子的射束電流增加了至少10%。
如申請專利範圍第1項所述的植入工件的方法，其中氖構成引入至所述腔室中的總氣體的20%至90%。
如申請專利範圍第1項所述的植入工件的方法，其中所述第一來源氣體包含BF₃ 或B₂ F₄ 。
一種將摻雜劑植入工件中的方法，包括：在腔室中對包含摻雜劑及氟的第一來源氣體、包含氫以及鍺與矽中的至少一者的第二來源氣體以及氖供能，以在所述腔室中形成等離子體；以及使來自所述等離子體的離子朝所述工件加速且未使用質量分析，其中引入的氣體的總體積的20%與90%之間包含氖，且其中自所述等離子體提取的所述離子的組成受氖的引入的影響。
如申請專利範圍第9項所述的將摻雜劑植入工件中的方法，其中所述引入的氣體的所述總體積的25%與50%之間包含氖。
如申請專利範圍第9項所述的將摻雜劑植入工件中的方法，其中所述摻雜劑包含硼。
一種用於加工工件的設備，包括：離子源，具有由腔室壁界定的腔室，其中所述離子源在所述腔室中產生等離子體；第一來源氣體容器，含有加工物質及氟，與所述腔室連通；第二來源氣體容器，含有氫以及矽與鍺中的至少一者，與所述腔室連通；第三來源氣體容器，含有氖，與所述腔室連通；以及用以保持所述工件的工件支撐件，其中與不使用氖時的基線相比，所述用於加工工件的設備以足以使自所述等離子體提取的純加工物質離子的量占所有含加工物質的離子的百分比增加至少5%的量，將氖引入至所述腔室中。
如申請專利範圍第12項所述的用於加工工件的設備，其中所述加工物質包含硼。
如申請專利範圍第12項所述的用於加工工件的設備，其中來自所述等離子體的離子被引向所述工件且未進行質量分析。
如申請專利範圍第12項所述的用於加工工件的設備，其中引入至所述腔室的氣體的總量的20%至90%包含氖。