專利名稱：用于碳注入的氫助氣的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及半導體裝置制造和離子注入，并且尤其涉及提高離子注入器中的離子源的性能和延長所述離子源的壽命的方法。
背景技術：
離子注入是在半導體裝置制造中為將摻雜物選擇性地注入至半導體和/或晶片材料中采用的物理過程。因此，注入的過程不依賴摻雜物與半導體材料之間的化學相互作用。為了離子注入，將摻雜物原子/分子離子化、加速、形成束、解析、掃過晶片，或者將晶片掃過此束。摻雜物離子物理轟擊晶片、進入表面并且停留在表面之下，位于與離子的能量相關的深度。參見

圖1，系統(tǒng)100包括用于沿束路徑產(chǎn)生離子束的離子源102。束線組件110設置在離子源102的下游以從其接收該束。束線系統(tǒng)110可以包括(未顯示)質量解析器、加速結構，所述加速結 構可以包括，例如，一或更多個間隙，以及角度能量過濾器。束線組件110位于沿所述路徑之處以接收該束。質量解析器包括場生成構件，如磁鐵，并且操作為提供跨越束路徑的場，如此以根據(jù)質量(例如，電荷質量比)以使離子在不同的軌道從離子束偏離。經(jīng)過磁場的離子經(jīng)歷力的作用，其將所需質量的個別離子沿束路徑引導，并且將不想要質量的離子偏折離開束路徑。處理室112設置在系統(tǒng)100中，其包含標靶位置，所述標靶位置從束線組件接收離子束并且沿用于使用最終質量解析過的離子束注入的路徑支持一個或多個工件114，如半導體晶片。之后處理室112接收朝向工件114引導的離子束。可以理解在系統(tǒng)100中可以采用不同類型的處理室112。例如，“間歇”型處理室112可以同時將多個工件114支持在旋轉的支持結構上，其中將工件114旋轉經(jīng)過離子束的路徑，直至將所有工件114都完全注入。另一方面，“連續(xù)”型等離子體室114沿用于注入的束路徑支持單一工件114，其中將多個工件114以連續(xù)的方式一次一個地注入，在每個工件114完全注入之后開始下一個工件114的注入。處理室112還可以包括用于將束相對于工件移動，或者將工件相對于束移動的掃描設備。離子注入器中的離子源典型地通過在源室內(nèi)將其成分之一是所需的摻雜元素的源氣離子化并且以離子束的形式抽取離子化的源氣。離子化的過程是通過激發(fā)器實現(xiàn)的，所述激發(fā)器可以采取以下形式:發(fā)熱加熱細絲、細絲加熱陰極(間接加熱陰極(IHC))或射頻(RF)天線。組成源氣的所需的摻雜元素的實例可以包括碳、氧、硼、鍺、硅等。越來越感興趣的是碳的使用，其可以在許多注入步驟中采用，例如，材料改性。用于碳注入的最常見的前體源氣包括二氧化碳和一氧化碳。在建構圖1在所示的離子源室中，耐火金屬如鎢和鑰通常用于形成室102的陰極和內(nèi)壁表面。在采用二氧化碳或一氧化碳源氣產(chǎn)生碳離子的過程中，自由氧原子在離子室中產(chǎn)生，并且與建構電極、室襯里、室主體、電弧縫的材料反應。室102將與自由氧離子反應形成鎢和鑰氧化物，其累積在這些表面上并且有害地影響離子源的效率并且毒化室102。
為了對抗這種效應，已知使助氣隨二氧化碳源氣一起流動以減輕自由氧的破壞傾向。用于此目的的助氣包括膦(PH3)等。然而，例如膦的助氣對離子源增加了氣流和壓力，卻沒有加入任何可用的前體材料，并且比其他備選更昂貴并且有毒。

發(fā)明內(nèi)容
下面給出簡化概述以便提供對本發(fā)明的一個或多個方面的基本理解。本概述不是本發(fā)明的廣泛綜述，并且既非意圖指定本發(fā)明的關鍵或重要構成，也不意圖描述其范圍。相反，本概述的主要目的是以簡化形式給出本發(fā)明的一些概念，作為之后給出的更詳細描述的前序。本發(fā)明的各方面通過以下方式有助于離子注入處理:移除從含碳源氣的解離和離子化產(chǎn)生的可以氧化(毒化)離子源的氧原子，從而減少從陰極發(fā)射的電子。離子源的束電流以及壽命因而增加。在本文公開了用于實施本方法的相關設備和離子注入系統(tǒng)。為了完成前述和相關方面，本發(fā)明包括下文完整描述并在權利要求書中特別指出的特征。以下敘述和附圖詳細給出本發(fā)明特定示例性方面和實施。然而，這些只是其中可以采用本發(fā)明的原理的多種方式中僅僅數(shù)種的表示。當結合附圖考慮時，本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點和新特征將從本發(fā)明的以下詳述變得明顯。
附圖簡述圖1是適合實施本發(fā)明的一個或多個方面的框圖形式的離子注入系統(tǒng)。圖2A是示例根據(jù)本發(fā)明的某方面的離子源組件的一個實施方案的離子注入系統(tǒng)。圖2B是示例根據(jù)本發(fā)明的某方面的離子源組件的備選實施方案的離子注入系統(tǒng)。圖2C是示例根據(jù)本發(fā)明的某方面的離子源組件的另外的備選實施方案的離子注入系統(tǒng)。圖3是示例根據(jù)本發(fā)明的某方面的方法的流程圖。圖4是示例根據(jù)本發(fā)明的某方面在不同比例的氫下二氧化碳/氫的質譜的圖示。圖5是示例根據(jù)本發(fā)明的某方面的來自不同比例的氫助氣的真實束電流的圖示。發(fā)明詳述現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，其中遍及全文使用相同的附圖標記指代相同的組件。本領域技術人員將明白本發(fā)明并不限于下文所示例和敘述的示例性實施和方面。先參考圖2，其以框圖的形式描述適合用于實施本發(fā)明的一個或多個方面的離子注入系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括用于沿束路徑產(chǎn)生離子束204的離子源組件202。離子束組件202包括，例如，具有附帶的電源208的離子源室206。離子源室206可以，例如，包括相對長的等離子體限制室，離子束從所述等離子體限制室抽取并被加速。定位抽取電極207用于離子束從離子源室206的抽取。

包含含碳源氣的源氣供應216經(jīng)由共同的入口 224連接至離子源室206。源氣供應可以包括含碳源氣，例如，二氧化碳或一氧化碳。氣流調(diào)節(jié)器218控制至離子源室206的源氣216的量和速率。包含氫助氣的助氣供應220經(jīng)由共同的入口 224連接至離子源室206。氣流調(diào)節(jié)器222控制要供應至離子源室206的助氣的量和速率。在離子源室206的操作過程中，將含碳源氣216和氫助氣220經(jīng)由入口 224引入至離子源室206中。含碳源氣216解離和/或離子化以形成含有碳離子和氧離子的帶電粒子的等離子體。自由氧離子與氫助氣220反應以形成水分子和氫氧化物，通過真空泵系統(tǒng)234將其從室206移除。圖2B-2C示例本發(fā)明的備選實施方案。在前面的實施方案中從分開的供應獲得源氣216和助氣220，并且在進入至離子源室206中之前在入口 224中混合，但也預期源氣216和助氣220可以作為預先混合的產(chǎn)品獲得，并且以一種產(chǎn)品供應至離子源室206，如圖2B所示。這里，將源氣和助氣的混合物226以具有附帶的氣流計228的單一源供應，所述氣流計控制混合物226至離子源室206中的速率和流動。單一源226經(jīng)由入口 224進入離子源室206。

在離子源室206的操作過程中，將含碳源氣和助氣混合物226經(jīng)由入口 224釋放至離子源室206中。含碳源氣被解離和/或離子化以形成含有碳離子和氧離子的帶電粒子等離子體。自由氧離子與來自助氣的氫離子反應以形成水分子和氫氧化物，將其通過真空泵系統(tǒng)234從室206移除。圖2C示例另外的實施方案，其中提供二分的入口 230、232，一個用于源氣216并且另一個用于助氣220。之后將氣體216、220在離子源室206中混合。用于源氣216的氣流計218和用于助氣220的氣流計224分別控制氣體經(jīng)由入口 230和232進入離子源室206中的流動。圖3是示例根據(jù)本發(fā)明某方面的用于通過離子注入器中利用含碳源氣的離子源的性能和延長所述離子源的壽命的方法300的流程圖。方法300在離子注入系統(tǒng)的操作過程中采用氫助氣，以便有助于當采用含碳源氣時產(chǎn)生的自由氧離子的移除。上圖和敘述也可以參考方法300用于進一步描述。方法300在框302處開始，其中供應含碳源氣和氫助氣。該方法在306處繼續(xù)，其中將源氣和助氣進料至離子源室中，在308處，在離子源室內(nèi)將由陰極發(fā)射的電子加速并且將源氣的氣體分子離子化，以裂解源氣并生成所需的離子。在310處，氫助氣與自由氧離子反應以形成水或氫氧化物。將離子化的碳離子、碳同位素和氧在312處抽取。在314處，將水和氫氧化物分子通過真空泵系統(tǒng)移除。在316處，將抽取的碳離子從離子束注入至工件中。含碳源氣和氫助氣的所選流速可以變化，以使得將最大量的氧離子移除而不有害地影響束電流。助氣供應的量可以至少部分地通過操作過程中束組成的分析決定。在圖4中示例了采用二氧化碳做為源氣具有不同比例的氫氣的離子注入方法的質譜圖的圖示。在所有的情況中，將碳12的質量峰正規(guī)化為相同的數(shù)值。在CO2為3sccm的固定流動的情況下，將H2流動從Osccm變化至4sccm。在每種流動水平下取得質譜圖以監(jiān)視關鍵AMU峰12 (碳)、16 (O)和28 (CO)。隨H2增加，AMU峰16和28都相對碳峰減小，顯示氧與氫助氣反應。這進一步由AMU 16的峰/最大處向右位移(至更高的AMU)證實。該肩峰是在AMU 17從氧化氫(氫化物)的形成和在AMU 18處H2O的形成。在圖5中是對于碳12和其他感興趣的峰的從不同比例的助氣獲得的實際束電流的圖示。在該圖中還顯示了碳束電流的傳輸(定義為束電流除以抽取電流和抑制電流之差)作為流過的氣體混合物中碳的量的函數(shù)。使用無助氣調(diào)控的束做為基線，看到增加氫的流動增加氫與氧之間的還原反應，而所有其他峰(O和CO)強度減小。雖然傳輸隨著氫增加繼續(xù)爬升，碳束電流在不同的氫流動下保持幾乎不變，直到它開始在3SCCm處開始降低，這顯示過多助氣的引入。在這種特定的情況中，最佳比例顯示為3: 2sCCm的流動設定，因為束電流在H2流動為I至3SCCm之間是基本上固定不變的。該設定最小化陰極、反射極和其他內(nèi)部室構件的氧化。通過使氧與助氣反應掉，極大地增加了電弧室壽命，附帶的益處是貫穿源的壽命的穩(wěn)定的束電流。雖然，為了簡化說明的目的，將方法300描繪并敘述為連續(xù)執(zhí)行，應當明白并理解的是，本發(fā)明不限于所示次序，因為根據(jù)本發(fā)明，某些方面可以與在本文描繪并敘述的其他方面以不同的順序出現(xiàn)和/或同時出現(xiàn)。例如，可預期含碳源氣和氫助氣至離子源室中的流動可以同時發(fā)生。在另一個實施方案中，預期這些氣體的流動可以依序發(fā)生，以使得將含碳源氣引入至離子源室中，之后是含氫助氣至離子源室中的流動。此外，不是所有所示特征或框都需要用于實施根據(jù)本發(fā)明的某方面的方法。雖然已關于一個或多個實施示例并敘述本發(fā)明，但本領域技術人員在閱讀并了解本說明書和附圖后會知道等價的變化和修改。尤其關于由上述構件(組件、裝置、線路、系統(tǒng)...等)執(zhí)行的不同功能，除非另外指出，用于描述這種構件的術語(包括提及“方式”)預期對應于進行所述構件的特定功能的任何構件(例如，功能上等價的構件)，即使其在結構上不單價于在本文示例的本發(fā)明的示例性實施中進行該功能的所公開的結構。此外，雖然本發(fā)明的特定特征 可能已關于幾個實施中的僅一個公開，但這種特征可以與其他實施的一個或多個其他特征按需要并且有利于任何給定或特別應用組合。此外，在于該詳述或權利要求中使用術語“包含”、“含有”、“具有”、“有”、“帶有”或其變化用語的范圍內(nèi)，這些術語意圖是以類似于術語“包括”的方式成為開放式的。此外，術語“示例”意圖給出實例，而不是最好的或較佳的方面或實施。
權利要求
1.一種用于改善束電流的離子注入系統(tǒng)，所述離子注入系統(tǒng)包括: 離子源組件，所述離子源組件包括含碳源氣和相關的氣流控制器、氫助氣和相關的氣流控制器以及離子源室； 束線組件，所述束線組件從所述離子源接收所述離子束并且處理所述離子束；以及 標靶位置，所述標靶位置從所述束線組件接收所述離子束； 其中，來自所述氫助氣的氫離子與來自所述源氣的氧原子反應，以減少室中毒并增加離子源壽命。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述含碳源氣包含二氧化碳或一氧化碳。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中將所述含碳源氣和所述氫助氣同時引入至所述離子源室中。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中將所述含碳源氣和所述氫助氣依序引入至所述離子源室中。
5.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中將所述含碳源氣和所述助氣在引入至所述離子源室中之前預先混合。
6.如權利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進一步包括真空泵系統(tǒng)，以從所述離子源室移除水分子和氫氧化物。
7.一種用于提高離子注入器中的離子源的性能的設備，所述設備包括: 源氣控制器，所述源氣控制器控制含碳源氣至離子源室的供應和速率；以及 助氣控制器，所述助氣控制器控制氫氣源至所述離子源室的供應和速率； 其中來自所述氫助氣的氫離子與來自所述源氣的氧原子反應，以減少室中毒并增加離子源壽命。
8.如權利要求7所述的設備，其中所述源氣控制器和所述助氣控制器是分開的控制器。
9.如權利要求7所述的設備，其中所述源氣控制器和所述助氣控制器是相同的控制器。
10.如權利要求7所述的設備，其中將所述源氣和所述助氣經(jīng)由分開的入口供應至所述離子源室。
11.如權利要求7所述的設備，其中將所述源氣和所述助氣經(jīng)由共同的入口供應至所述離子源室。
12.如權利要求11所述的設備，其中將所述源氣和所述助氣從單一的源供應至所述離子源室。
13.一種增加離子注入器中的離子源壽命的方法，所述方法包括: 將氣態(tài)物質引入至所述離子注入器的離子源室中，所述氣態(tài)物質包含含碳物種； 將氫助氣引入至所述離子注入器的所述離子源室中； 激發(fā)所述室內(nèi)的含碳氣態(tài)物種，以生成解離并離子化的碳和氧成分的等離子體；以及使所述含碳氣態(tài)物種的解離并離子化的氧成分與所述氫助氣反應，以減少所述離子源室的中毒并增加離子源壽命。
14.如權利要求13所述的方法，所述氣態(tài)物質包含含碳物種，所述含碳物種包括二氧化碳或一氧化碳。
15.如權利要求13所述的方法，其中所述氫助氣與氧反應以產(chǎn)生水或氫氧化物。
16.如權利要求13所述的方法，其中將所述氣態(tài)物質和所述助氣同時引入至所述離子源室中。
17.如權利要求13所述的方法，其中將所述含碳源氣和所述助氣依序引入至所述離子源室中。
18.如權利要求162所述的方法，其中將所述氣態(tài)物質和所述助氣在引入至所述離子源室中之前預先混合。
19.如權利要求15所述的方法，其中將所述水或氫氧化物通過真空泵系統(tǒng)從所述離子源室移除 。
全文摘要
提供的是用于增加離子注入器中的離子源壽命的系統(tǒng)、設備和方法。通過采用氫助氣控制由含碳和氧的源氣導致的離子源氧化和離子源室中毒，所述氫助氣與自由氧原子反應以形成氫氧化物和水。
文檔編號H01J37/317GK103229271SQ201180055586
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權日2010年11月17日
發(fā)明者奈爾·卡爾文, 謝澤仁 申請人:艾克塞利斯科技公司