TWI811695B - 離子植入機 - Google Patents

Abstract

本發明描述一種用於氟離子植入之方法及系統，其中將能夠形成多個氟離子物種之氟化合物在預定流速下引入至離子植入機中。氟離子物種在預定電弧功率及源磁場下產生，提供用於所需氟離子物種之最佳化束電流。所需氟離子物種(諸如具有多個氟原子之離子物種)在所選擇之操作條件下植入至基板中。

Description

離子植入機

本發明係關於氟離子植入方法及系統。

氟植入用於供缺陷工程改造、淺接面形成及材料改質之先進半導體器件製造中。用於氟植入之常見設置包括將氟化物摻雜劑源氣體饋入至離子源中以提供氟(F)作為分解副產物中之一者。

然而，習知氟植入製程一般關於所植入氟離子之類型及氟離子植入之特異性受限制，諸如關於氟離子植入深度。此外，在分解含氟化合物時產生之離子物種亦可不合需要地與氟共植入。

此外，使用含氟饋料氣體產生鹵素循環，其可不利地影響離子源效能、源壽命、植入工具生產率及工具所有權之成本。考慮到氟離子束之廣泛潛在應用，此項技術中仍繼續存在用於改良氟離子束效能的各種挑戰。

本發明係關於用於在離子植入製程中將一或多種所需氟離子物種植入至基板中之方法及系統。該等方法及系統允許複數個氟離子物種由含氟化合物產生。使用預定流速、電弧功率及源磁場條件，可產生用於所需氟離子物種之最佳化束電流，其又可以植入至基板為目標。因此， 當前方法實現對所植入氟物種及如何將其植入至基板中之較大控制，其又提供有較高水準之化學改質之基板，諸如具有改良電子特性之微電子器件。

根據一個實施例，氟離子植入方法包含以下步驟：使包含氟化合物之組合物在預定流速下流入離子植入機中，該氟化合物包含一個非氟原子及一或多個氟原子，所植入離子經組態以用於氟離子植入至基板中。該方法亦包括操作該離子植入機在預定電弧功率及磁場下自該氟化合物產生氟離子物種，其中該等氟離子物種包含用於基板植入之所需氟離子物種。在操作期間，流速、電弧功率及磁場經選擇以提供用於該所需氟離子物種之最佳化束電流。因此，在所選擇之操作條件下將該所需氟離子物種植入至該基板中。

在一些實施例中，該方法可有益於植入F⁺離子物種。離子植入系統在預定流速、電弧功率及源磁場下操作以提供氟離子物種F⁺之最佳化的束電流。在所選擇之操作條件下將氟離子物種F⁺植入至基板中。在一些實例中，氟離子物種F⁺可使用含氟化合物(諸如SiF₄、BF₃、GeF₄及CF₄)獲得，但不限於此等化合物。在一些情況下，當相比於在相同或類似條件下自SiF₄、BF₃或GeF₄產生之氟離子物種F⁺時，當在某些條件下自CF₄產生氟離子物種F⁺時，觀測到較高束電流。較高束電流似乎可在較低氣體流速下獲得。此外，向CF₄氣流中添加氫氣(H₂)共伴氣體似乎不會顯著影響含有至多33%氫氣之混合物或共流氣流的束電流。

其他實施例係關於用於植入具有多個氟原子之離子物種的方法，在本文中稱作「分子植入」或「叢集植入」，藉由獲得用於此類離子物種之最佳束電流來達成。叢集植入可由包括諸如硼、矽、鍺、銻、 砷、氙、鉬、碳、硒、硫及氮之原子的氟化化合物達成。例示性氟化合物為 SiF₄，其產生包括F⁺、SiF⁺、SiF₂ ⁺、SiF₃ ⁺及SiF₄ ⁺的氟離子物種。另一例示性氟化合物為BF₃，其產生包括F⁺、BF⁺、BF₂ ⁺及BF₃ ⁺的氟離子物種。例示性氟化合物為GeF₄，其產生包括F⁺、GeF⁺、GeF₂ ⁺、GeF₃ ⁺及GeF₄ ⁺的氟離子物種。另一例示性含氟化合物為CF₄，其產生包括F⁺、F₂ ⁺、CF⁺、CF₂ ⁺、CF₃ ⁺及CF₄ ⁺的氟離子物種。

對於叢集植入，使用本發明之方法可達成較高束電流。此外，不同於F⁺離子之氟離子物種(分子或叢集離子)可更易於電離，使得電弧功率及對於離子源及植入工具的壓力減小。此外，在較高能量下可達成所需植入深度，其可容易達成且對於植入工具的壓力較小。可使用本發明之方法在較低束電流下執行之分子或叢集植入亦可延長源壽命。另外，本發明之方法可視情況用於植入不同於氟之原子或化學物質，藉此允許植入步驟之數目總體減少。

本發明之實施例亦包括使不同於氟化合物之含氫氣體流入離子植入機中。本發明之實施例亦包括使不同於氟化合物之含氧氣體流入離子植入機中。甚至進一步，本發明之實施例亦可包括使惰性氣體流入離子植入機中。本發明之方法包括使此等氣體中之一或多者與氟化合物獨立或與彼此混合流動。在一些實施例中，可使氫氣(H₂)與含氟氣體獨立流動(同向流動)或混合流動。使用不同於氟化合物之此等氣體中之一或多者可改良植入束電流、源壽命效能或兩者。

10:離子植入系統

12:電弧室

14:氣體饋料管線

16:電漿

50:散熱器裝置

70:離子源裝置

72:含氟氣體饋料管線

80:基底

82:開口

84:氣體饋料塞中之氣流通道

86:氣體套管中之氣流通道

300:離子植入製程系統

301:離子植入腔室

302:儲存及分配容器

305:離子束

308:閥頭

310:壓力感測器

312:排出管線

314:質量流量控制器

316:離子發生器

318:管線

320:泵

322:質量分析器單元

324:加速度電極陣列

326:偏轉電極

328:基板

330:可旋轉固持器

332:開啟軸

340:管線

342:泵

344:管線

346:泵

A:指示方向

TC1:監測熱電偶

TC2:監測熱電偶

圖1為離子植入系統之示意性圖示，其包括具有氣體饋料 管線之電弧室，該氣體饋料管線用於將摻雜劑源氣體饋入至電弧室中以用於其在腔室中之電離。

圖2為圖1離子植入系統之截面，其示意性地展示電漿在此類系統之電弧室中之產生。

圖3為離子源總成之截面透視圖，該離子源總成包含離子源裝置及用於離子源裝置之熱管理的散熱器裝置。

圖4為離子植入製程系統的示意性圖示，該離子植入製程系統包括含有氣體的儲存及分配容器，該氣體經供應以用於在所說明之離子植入腔室中基板的離子植入摻雜。

圖5展示在具有鎢襯墊之鎢電弧室存在下使用在不同流速下之SiF₄的束譜資料。

圖6展示來自在鎢襯墊相對石墨襯墊存在下使用GeF₄氣體之實驗的F⁺束電流資料。

圖7展示來自當使用石墨襯墊時使用GeF₄氣體及較少W⁺及WF _x ⁺束之實驗的電離物種。

圖8展示來自使用BF₃及H₂氣體之混合物之實驗的F⁺束電流資料。

圖9展示來自使用BF₃/H₂混合物且當H₂與BF₃氣體混合時減少W⁺及WF _x ⁺束之實驗的電離物種。

圖10比較在對於不同含氟氣體之不同流速下產生的F⁺束電流。

圖11展示在具有鎢襯墊之鎢電弧室存在下，CF₄氣體在不同流速下之束譜資料。

圖12展示針對含有CF₄及H₂之氣體混合物中氫氣之百分比所繪製的F⁺束電流資料。

圖13展示針對含有CF₄及H₂之氣體混合物中氫氣之百分比所繪製的HF⁺及W⁺束電流資料。

圖14展示當CF₄氣體在離子植入系統中經歷電離時，F⁺束電流隨用於CF₄氣體之時間演變的曲線，該離子植入系統包括具有鎢襯墊之鎢電弧室。

圖15展示隨用於F+、W+、C+及CF+束電流之時間而變的束電流趨勢，該等束電流在具有鎢襯墊之鎢電弧室存在下自CF₄氣體產生。

本發明係關於氟離子植入，且在各種態樣中係關於使用產生複數個氟離子物種之氟化合物的方法及系統，且該系統在氟化合物之預定流速、預定電弧功率及預定源磁場下操作。該操作條件提供用於所需氟離子物種之最佳化束電流，其又可以植入至基板中為目標。在一些情況下，所需氟離子物種可為單原子F⁺。在其他情況下，所需氟物種可含有多原子或分子或叢集氟離子物種，諸如用於「叢集植入」之F₂ ⁺或SiF3+。

在本發明之方法中，使用能夠經電離成為含氟離子物種之一或多種氟化合物。

一種類型之氟化合物由具有式Q _x F _y 之化合物表示。在Q _x F _y 中，Q為能夠與氟(F)形成鍵之元素，且x與y兩者皆為1或更大之整數。在實施例中，x為1至3之範圍內之整數，且y為1至8之範圍內之整數；在實施例中，x為1或2，且y為1至6之範圍內之整數。對於一些式Q _x F _y 之化合物，y等於x，例如y及x皆為1。對於一些式Q _x F _y 之化合物，y大於x。例如，y為兩倍x、y為三倍x、y為四倍x、y為五倍x或y為六倍x。對於一些式Q _x F _y 之化合物，y為1+x、y為2+x、y為3+x、y為4+x或y為5+x。

在諸如使用本文中所描述之條件電離時，具有式Q _x F _y 之化合物可產生包括式F⁺、式Q _u F _v ⁺及式F₂ ⁺之化合物的氟離子物種。具有多個氟原子之物種稱為分子或叢集物種。u與v兩者皆為整數，且可關於式Q _x F _y 之x及y描述，其中x為大於或等於u之整數，且u為大於或等於1之整數；且其中y為大於或等於v之整數，且v為大於或等於1之整數。因此，對於式Q _u F _v ⁺之離子物種，u與v兩者皆為1或更大之整數。在實施例中，u為1至3之範圍內之整數，且v為1至8之範圍內之整數；在實施例中，u為1或2，且v為1至6之範圍內之整數。對於一些式Q _u F _v ⁺之離子物種，u等於v，例如u與v兩者皆為1。對於一些式Q _u F _v ⁺之離子物種，v大於u。例如，v為兩倍u、v為三倍u、v為四倍u、v為五倍u或v為六倍u。對於一些式Q _u F _v ⁺之離子物種，v為1+u、v為2+u、v為3+u、v為4+u或v為5+u。

含矽及含氟化合物之實例包括彼等具有式SiF₄及式Si₂F₆之化合物，其可經電離以產生氟離子物種，包括選自由以下各者組成之群的離子物種：F⁺、F₂ ⁺、SiF⁺、SiF₂ ⁺、SiF₃ ⁺、SiF₄ ⁺、Si₂F⁺、Si₂F₂ ⁺、Si₂F₃ ⁺、Si₂F₄ ⁺、Si₂F₅ ⁺及Si₂F₆ ⁺。在一較佳態樣中，SiF₄經電離以產生兩個或更多個選自由F⁺、SiF⁺、SiF₂ ⁺、SiF₃ ⁺及SiF₄ ⁺組成之群的物種。

含硼及含氟化合物之實例包括彼等式BF₃及式B₂F₄之化合物，其可經電離以產生氟離子物種，包括選自由以下各者組成之群的離子物種：F⁺、F₂ ⁺、BF⁺、BF₂ ⁺、BF₃ ⁺、B₂F⁺、B₂F₂ ⁺、B₂F₃ ⁺及B₂F₄ ⁺。在一較佳態樣中，BF₃經電離以產生兩個或更多個選自由F⁺、BF⁺、BF₂ ⁺及BF₃ ⁺組成之群的物種。

含鍺及含氟化合物之實例包括彼等式GeF₄及Ge₂F₆之化合物，其可經電離以產生氟離子物種，包括選自由以下各者組成之群的離子 物種：F⁺、F₂ ⁺、GeF⁺、GeF₂ ⁺、GeF₃ ⁺、GeF₄ ⁺、Ge₂F⁺、Ge₂F₂ ⁺、Ge₂F₃ ⁺、Ge₂F₄ ⁺、Ge₂F₅ ⁺及Ge₂F₆ ⁺。在一較佳態樣中，GeF₄經電離以產生兩個或更多個選自由F⁺、GeF⁺、GeF₂ ⁺、GeF₃ ⁺及GeF₄ ⁺組成之群的物種。

含磷及含氟化合物之實例包括彼等式PF₃及式PF₅之化合物，其可經電離以產生氟離子物種，包括選自由以下各者組成之群的離子物種：F⁺、F₂ ⁺及PF⁺、PF₂ ⁺、PF₃ ⁺、PF₄ ⁺及PF₅ ⁺。

含砷及含氟化合物之實例包括彼等式AsF₃及式AsF₅之化合物，其可經電離以產生氟離子物種，包括選自由F⁺、F₂ ⁺及AsF⁺、AsF₂ ⁺、AsF₃ ⁺、AsF₄ ⁺及AsF₅ ⁺組成之群的離子物種。

含銻及含氟化合物之實例包括式SbF₅之化合物，其可經電離以產生氟離子物種，包括選自由F⁺、F₂ ⁺及SbF⁺、SbF₂ ⁺、SbF₃ ⁺、SbF₄ ⁺及SbF₅ ⁺組成之群的離子物種。

含鎢及含氟化合物之實例包括彼等式WF₆之化合物，其可經電離以產生氟離子物種，包括選自由F⁺、F₂ ⁺及WF⁺、WF₂ ⁺、WF₃ ⁺、WF₄ ⁺、WF₅ ⁺及WF₆ ⁺組成之群的離子物種。

含氮及含氟化合物之實例包括彼等式NF₃及式N₂F₄之化合物，且氟離子物種包括兩個或更多個選自由以下各者組成之群之物種：F⁺、F₂ ⁺、NF⁺、NF₂ ⁺、NF₃ ⁺、N₂F⁺、N₂F₂ ⁺、N₂F₃ ⁺、N₂F₄ ⁺、N₂F₅ ⁺及N₂F₆ ⁺。

含碳及含氟化合物之實例包括彼等式CF₄及C₂F₆之化合物，且氟離子物種包括選自由以下各者組成之群的兩個或更多個物種：F⁺、F₂ ⁺、CF⁺、CF₂ ⁺、CF₃ ⁺、CF₄ ⁺、C₂F⁺、C₂F₂ ⁺、C₂F₃ ⁺、C₂F₄ ⁺、C₂F₅ ⁺及C₂F₆ ⁺。

可產生氟離子物種之其他類型之含氟化合物包括式Q _x R _z F _y 之化合物，其中Q及R為能夠與氟(F)形成鍵之元素，且x、z及y為1或更大之整數。在實施例中，Q選自由以下各者組成之群：B、Si、Ge、P、As、C及N；且R選自H及O。在實施例中，x為1至3之範圍內之整數，且較佳為1或2；z為1至4之範圍內之整數，且較佳為1、2或3；且y為1至8、較佳1至6之範圍內之整數。

在諸如使用本文種所描述之條件電離時，具有式Q _x R _z F _y 之化合物可產生氟離子物種，包括彼等式Q _u R _w F _v ⁺及式F⁺、式F₂ ⁺之氟離子物種。u、w及v全部均為整數，且可關於式Q _x R _z F _y 之x、z及y描述，其中x為大於或等於u之整數，且u為大於或等於1之整數；且其中y為大於或等於v之整數，且v為大於或等於1之整數，且其中z為大於或等於w之整數，且w為大於或等於1之整數。因此，對於式Q _u R _w F _v ⁺之離子物種，u、w及v全部均為整數1或更大。較佳地，u為1至3之範圍內之整數，且較佳為1或2；w為1至4之範圍內之整數，且較佳為1、2或3；且v為1至8、較佳1至6之範圍內之整數。

具有式Q _x R _z F _y 之化合物之實例包括但不限於彼等諸如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及N₂H₃F之化合物，其中n為1至3之範圍內之整數，且x為0、1或2。

可產生氟離子物種之其他類型之含氟化合物包括式F _y 之化合物，且氟離子物種包括式F _v ⁺之化合物，其中y為大於或等於v之整數， 且v為大於或等於1之整數。

本發明之方法亦可包括使用兩種或更多種式Q _x F _y 、式Q _x R _z F _y 及式F _y 之氟化合物之混合物。若使用兩種或更多種不同含氟化合物，則此等化合物可獨立流入植入腔室中，或可作為混合物流入腔室中。

在本發明之方法中，使一或多種含氟化合物流入植入腔室中以產生氟離子物種。氟離子物種可包括有最大數目氟原子之物種。在本發明之方法中，流速、電弧功率及源磁場經選擇以使得具有所需數目氟原子之物種經最佳化用於最大束電流。在其他方法中，流速、電弧功率及源磁場經選擇以使得氟離子物種F⁺經最佳化用於最大束電流。

可就電弧功率及電弧電壓而言描述氟離子植入之系統的操作。在一些實踐模式中，系統經操作以提供在約5W至約2500W之範圍內的電弧功率，或在一些實踐模式中，電弧功率在約90W至約1500W之範圍內。為了達成在此等範圍中之一者中的電弧功率，可操作該系統使電弧電壓在約30V至約150V之範圍內，或更特定言之，在約60V至約125V之範圍內的電弧電壓下產生。

亦可就含氟化合物流入離子植入腔室中之流速而言描述用於氟離子植入之系統的操作。在一些實施例中，含氟化合物以不超過10sccm之速率流入腔室中，且在實施例中，含氟化合物以在0.1sccm至6sccm範圍內之速率流動。在另其他實施例中，含氟化合物在0.2sccm至4sccm之範圍內且更特定言之在0.2sccm至2sccm之範圍內的流速流動至系統。

在一些特定實踐模式中，氟化合物為BF₃，且氟離子物種包括選自由F⁺、F₂+、BF⁺、BF₂ ⁺及BF₃ ⁺組成之群的兩個或更多個物種； 在30V至150V之範圍內的電弧電壓下產生的電弧功率在50W至2500W之範圍內，且流速在1.25sccm至1.75sccm之範圍內。

在一些特定實踐模式中，氟化合物為SiF₄，且氟離子物種包括選自由F⁺、F2+、SiF⁺、SiF₂ ⁺、SiF₃ ⁺及SiF₄ ⁺組成之群的兩個或更多個物種；在75V至125V之範圍內的電弧電壓下產生的電弧功率在50W至2500W之範圍內，且流速在1.0sccm至1.5sccm之範圍內。

在一些特定實踐模式中，氟化合物為GeF₄，且氟離子物種包括選自由F⁺、F2+、GeF⁺、GeF₂ ⁺、GeF₃ ⁺及GeF₄ ⁺組成之群的兩個或更多個物種；在30V至150V之範圍內的電弧電壓下產生的電弧功率在50W至2500W之範圍內，且流速在0.2sccm至0.8sccm之範圍內。

在一些特定實踐模式中，氟化合物為CF₄且氟離子物種包括F+、F₂ ⁺、CF⁺、CF₂ ⁺及CF₃ ⁺中之至少一者；用在30V至150V之範圍內的電弧電壓產生的電弧功率在50W至2500W之範圍內，且流速在0.2sccm至1.5sccm之範圍內且更特定言之在0.3sccm至1.0sccm之範圍內。

視情況，本發明之方法可包括使不同於氟化合物之(非氟化)含氫或含氫化物化合物流動至離子植入機中。此類化合物之實例包括但不限於化合物，諸如H₂、B₂H₆、SiH₄、Si₂H₆、GeH₄、Ge₂H₆、PH₃、AsH₃、CH₄、C₂H₆、C_xH_y(其中x及y等於或大於1)、NH₃及N₂H₄。在例示性實踐模式中，含氫或含氫化物化合物以0.05sccm至10sccm之速率流入電弧室中。

視情況，本發明之方法可包括使不同於氟化合物之(非氟化)含氧化合物流動至離子植入機中。此類化合物之實例包括但不限於化合物，諸如O₂、O₃、H₂O、H₂O2、CO、CO₂、NO、NO₂、N2O、N₄O、 N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅及N₂O₆。

視情況，本發明之方法可包括使惰性氣體流動至離子植入機中。惰性氣體之實例包括氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣及氙氣。

在實踐模式中，使含氫或含氫化物氣體、含氧氣體或惰性氣體中之一者連同含氟化合物一起流動至植入機；在其他實踐模式中，使該等氣體中之兩者流動；且在又其他實踐模式中，使全部三種氣體連同含氟化合物一起流動至植入機。

若多於一種氣體流動至腔室，則該等氣體可單獨流動。替代地，該等氣體可混合流動。例如，可在氣缸封裝中預混合含氟氣體、含氫氣體、含氧氣體及/或惰性氣體中之任何兩者或更多者。在又其他實施例中，兩種或更多種氣體混合且接著另一種氣體單獨流動至腔室。在一個實施例中，使氫氣與含氟氣體同向流動或預混合。

使用用於離子植入之離子源裝置可執行本發明之方法。可將任何類型之離子植入系統用於如本文中所描述之氟植入方法。該系統包括由一或多種含鎢材料或非含鎢材料形成之電弧室。在一些實施例中，利用含碳及含氟化合物(諸如CF₄或C₂F₆)與用於氟離子植入之鎢電弧室及/或含鎢襯墊之組合可改良F+植入效能，包括束電流及源壽命，且可減少在植入製程期間所形成之氟化鎢的量。

例示性非含鎢材料可包括但不限於含石墨材料、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。使用非含鎢材料之例示性系統描述於美國臨時申請案第62/780,222號中，其出於所有目的以全文引用之方式併入本文中。此等非鎢材料在腔室中之存在可替代鎢，其在一些實施例中可改良F+植入效能，包括束電流及源壽命。詳言 之，此等材料可減少在植入製程期間所形成之氟化鎢的量。

離子源裝置可包括安置於離子源腔室中之結構部件，諸如離子源腔室之襯墊或其他結構組件。襯墊可為平坦的，例如，具有兩個相對之主表面及其間之厚度的平面結構片件。襯墊可為矩形、曲線(例如圓形)、角形或另外成型。襯墊可為可移除的，意謂襯墊可插入離子源腔室之內部空間且自該內部空間移除襯墊。在其他情況下，襯墊可為永久的且不可自腔室移除。

現參看圖式，圖1為離子植入系統10之示意性圖示，其包括具有氣體饋料管線14之電弧室12，該氣體饋料管線14用於將含氟氣體饋入至電弧室中以用於其在腔室中之電離。電弧室12因此提供離子源腔室。在一些實施例中，電弧室可包括鎢電弧室及鎢襯墊。在其他實施例中，電弧室可包括鎢電弧室及非含鎢材料襯墊。在另其他實施例中，電弧室及襯墊兩者皆可包括非含鎢材料。適合之非含鎢材料可包括但不限於含石墨材料、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減少在植入製程期間形成的氟化鎢量及/或改良氟植入束電流。

圖2為圖1離子植入系統10之截面，其示意性地展示電漿16在此類系統之電弧室12中之產生。使含氟氣體在箭頭A指示之方向上流入含氟氣體饋料管線14中，該饋料管線具有緊固至其以監測關係之監測熱電偶TC1及TC2從而判定饋料管線及進入電弧室之氣體之熱狀態的品質，如可能需要與用於離子植入系統之熱管理系統結合使用。

圖3為離子源總成之截面透視圖，該離子源總成包含離子源裝置70及用於該系統之熱管理的視情況選用之散熱器裝置50。此截面視圖展示連接至氣體饋料塞中之氣流通道84及連接至與離子源相關聯之氣 體套管中之氣流通道86的含氟氣體饋料管線72。

圖3中展示之離子源裝置包括基底80。基底80可經含鎢材料塗佈或改質，或可經含石墨材料、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塗佈或改質。基底80可包括在其中之開口82。

圖4為離子植入製程系統300的示意性圖示，該離子植入製程系統包括容納反應物氣體的儲存及分配容器302，該反應物氣體經供應以用於與含氟氣體在離子源腔室中當場反應以產生用於在所說明之離子植入腔室301中之基板328的離子植入之氟離子物種。

儲存及分配容器302包含圍封容納氟氣之內部容積的容器壁304。

容器可為習知類型之氣缸，其中內部容積經配置以僅容納氣體，或替代地，容器可含有對反應物氣體具有吸附親和力之吸附材料，且其中共反應物源氣體在分配條件下為可解吸附的以自容器排出。

儲存及分配容器302包括與排出管線312以氣體流動連通方式耦接的閥頭308。壓力感測器310與質量流量控制器314一起安置於管線312中。其他監測及感測組件可與管線耦接，且與諸如致動器、回饋系統及電腦控制系統、循環計時器等之控制構件接合。

離子植入腔室301含有自管線312接收經分配之含氟氣體的離子發生器316，其與設置於離子發生器腔室中或與離子發生器腔室相關聯之摻雜劑源反應物反應以產生氟離子物種，該氟離子物種在離子發生器腔室中之電離條件下產生離子束305。離子束305穿過質量分析器單元322，該質量分析器單元選擇所需之離子且排斥非選擇之離子。

所選擇之離子穿過加速度電極陣列324且隨後穿過偏轉電極326。所得聚焦離子束撞擊於基板元件328上，該基板元件安置在安裝於開啟軸332上之可旋轉固持器330上，以形成經摻雜之(經氟摻雜之)基板作為離子植入產品。

離子植入腔室301之對應部分分別藉助於泵320、342及346經由管線318、340及344排出。

實例1

根據本發明，使含氟氣體SiF₄在預定電弧功率及磁場下以各種流速(0.5、1.5及2.5sccm)流入電離室中。在不同流速下量測離子物種之束電流。如圖5中所示，藉由針對SiF₃ ⁺物種進行調節而最佳化條件及束來獲得高SiF₃ ⁺束電流。

實例2

使含氟氣體GeF₄流入具有鎢襯墊之電離室中及具有石墨襯墊之電離室中。在110V之電弧電壓及20mA之源束下操作系統。在各種氣體GeF₄流速下量測F⁺離子束電流。在所測試之各流速下，與具有鎢襯墊之系統相比，具有石墨襯墊之系統提供較高F⁺束電流。結果展示於圖6中。

實例3

測定由描述於實例2中之製程產生之各種電離物種的束譜。結果展示在有石墨襯墊之情況下，自GeF₄束譜可見顯著較少之W⁺及WF _x ⁺束。參見圖7。

實例4

使含氟氣體BF₃獨自且在氫氣(H₂)存在下流入電離室中。BF₃之流速為1.5sccm，且在110V之電弧電壓及20mA之源束下操作系統。圖8展示在增加濃度之H₂下之F⁺束電流，顯露在H₂增加至50%時電流僅稍受影響。然而，當分析電離物種之BF₃束譜時，其展示當H₂與BF₃混合時W⁺及WF_x ⁺束之顯著減少。參見圖9。

實例5

評估在相同操作條件下自不同氟氣(BF₃、SiF₄、GeF₄、CF₄)產生之F+束電流。氣體獨立流入具有鎢腔室(具有鎢襯墊)的電離室中。在110V之電弧電壓及90V之電弧電壓及20mA之源束下操作系統。針對氣體中之每一者，在各種流速下量測F+離子束電流。在較低流速下，CF₄產生比BF₃、SiF₄及GeF₄顯著更高的F⁺束電流。結果展示於圖10中。

實例6

圖11展示在描述於實例5中之條件下以不同氣體流速自CF₄產生之F⁺束譜。如可見，在較低氣體流速下產生較高F⁺束電流。當氣體流速自0.42sccm增加至1sccm時，F⁺及W⁺⁺束電流減少且W⁺、C⁺及CF⁺束電流增加。

實例7

在0.5sccm之固定流速、110V之電弧電壓及20mA之源束下，使含有CF₄及H₂之氣體混合物流入包括鎢電弧室(具有鎢襯墊)的離子植入系統 中。圖12展示隨混合物中氫氣百分比變化之F⁺束電流。對於含有至多33%氫氣之混合物，觀測到對F⁺束電流無顯著影響。圖13展示隨氣體混合物中氫氣量而變所繪製的HF⁺及W⁺束電流。如所預期，W⁺束電流顯著減小且HF⁺束電流增加。

實例8

研究在0.5sccm之固定流速、110V之電弧電壓及20mA之源束下，在具有鎢襯墊之鎢電弧室中由CF₄之電離所產生之F⁺束電流的穩定性。圖14展示F⁺束電流隨時間而增加且在2-3小時之後變得穩定。圖15比較在圖14中所展示之評估時段內所產生之F+、C⁺、CF⁺、W⁺的束電流。C⁺束電流在第一半時段期間減少且在第二半時段期間開始增加。C⁺之初始減少可歸因於自先前CO束移除碳殘餘物。C⁺束電流之後期增加趨勢可能與自CF₄本身之碳沈積相關。CF⁺束電流具有與F⁺束電流對準之接觸增加趨勢。

300:離子植入製程系統

301:離子植入腔室

302:儲存及分配容器

305:離子束

308:閥頭

310:壓力感測器

312:排出管線

314:質量流量控制器

316:離子發生器

318:管線

320:泵

322:質量分析器單元

324:加速度電極陣列

326:偏轉電極

328:基板

330:可旋轉固持器

332:開啟軸

340:管線

342:泵

344:管線

346:泵

Claims (10)

1. 一種離子植入機，其包括：電弧室，其包含襯墊；氣體饋料管線，用於將含氟氣體流入該電弧室，其中該含氟氣體包含一個非氟原子及多於一個氟原子；及至少一個質量流量控制器，以監測該氣體饋料管線之該含氟氣體之流速，俾最佳化氟離子物種之束電流，且其中該氟離子物種包含用於基板植入之所需的氟離子物種。
2. 如請求項1之離子植入機，其中該氟離子物種包含具有最大數目氟原子之物種，且該流速、電弧功率以及源磁場經選擇以使得具有最大數目氟原子之物種的束電流大於具有較少數目氟原子之物種的束電流。
3. 如請求項1之離子植入機，其中該電弧室係由下述至少一種所製得：鎢、石墨、碳化物、氟化物、氮化物、氧化物或陶瓷。
4. 如請求項1之離子植入機，其中該襯墊係由下述至少一種所製得：鎢、石墨、碳化物、氟化物、氮化物、氧化物或陶瓷。
5. 如請求項1之離子植入機，其中該所需氟離子物種在所需深度處藉由所選能量且使用該所選流速、電弧功率以及源磁場植入該基板中。
6. 如請求項1之離子植入機，進一步包括含有反應物氣體的儲存及分配容器，該反應物氣體經供應以與該電弧室內的含氟氣體反應。
7. 如請求項1之離子植入機，其中該流速在0.2sccm至6sccm之範圍內。
8. 如請求項1之離子植入機，其中該含氟氣體選自由以下各者組成之群：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及HF，其中n為1至3之範圍內之整數，且x為0、1或2。
9. 如請求項1之離子植入機，進一步包括使不同於該含氟氣體之含氫化合物流入該離子植入機中，其中該含氫化合物選自由以下各者組成之群：H₂、B₂H₆、SiH₄、Si₂H₆、GeH₄、Ge₂H₆、PH₃、AsH₃ CH₄、C₂H₆、C_xH_y、C_xH_yF_z(其中x及y及z等於或大於1)、NH₃及N₂H₄。
10. 如請求項1之離子植入機，其中該流入進一步包含使不同於該含氟氣體之含氧化合物流入該離子植入機中，其中該含氧化合物選自由以下各者 組成之群：O₂、O₃、H₂O、H₂O₂、CO、CO₂、NO、NO₂、N₂O、N₄O、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅、N₂O₆及COF₂。