离子注入系统及方法技术方案

一种离子注入系统及方法，提供掺杂气体馈送线路中掺杂气体的冷却，以对抗由于电弧腔室生成的热量而造成掺杂气体的加热与分解,例如使用诸如B2F4的硼源材料，或其它BF3的替代物。在此描述了各种电弧腔室热管理的设置，以及等离子体特性的改变、特定流动设置、清洗处理过程、功率管理、平衡偏移、提取光学器件的最优化、流动通道中的沉积物的探测，以及源寿命的最优化，以实现离子注入系统的有效操作。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2010年10月25日，名称为“离子注入系统及方法”，申请号为201080054595.9的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请基于35USC119(e)在此要求以下美国临时专利申请的优先权：在2009年10月27日由RobertKaim等人提出的名称为“BORONIONIMPLANTATIONAPPARATUSANDMETHOD”的美国临时专利申请No.61/255,097；在2010年6月25日由EdwardJones等人提出的名称为“ACTIVECOOLINGFORIONIMPLANTGASDELIVERYSYSTEM”的美国临时专利申请No.61/358,541；以及在2010年5月27日由EdwardJones等人提出的名称为“ACTIVECOOLINGFORIONIMPLANTGASDELIVERYSYSTEM”的美国临时专利申请No.61/349,202。所述美国临时专利申请Nos.61/358,541、61/255,097、61/349,202所有公开的内容皆在此以其各自的全部内容并用于任意的目的，以参考的方式引入本申请。
本公开涉及离子注入系统及处理工艺，并且涉及在性能上提供意想不到的优点的这样系统的热管理；还涉及使用四氟化二硼(B2F4)的离子注入处理工艺与系统，以及涉及硼离子注入装置与方法，该装置与方法大体上例如用在诸如集成电路的微电子设备与半导体产品的制造中。r>
技术介绍
离子注入用于集成电路制造中，以将控制量的掺杂杂质精确地引入半导体晶片中，且离子注入是微电子/半导体制造中关键的处理工艺。在这样的注入系统中，离子源使掺杂源气体的期望掺杂元素离子化。通过将电子引入以掺杂源气体(通常也称为“原料气体”)填充的真空腔室，而使离子源生成离子。用于生成注入物料(species)的原料气体包括，但不限于BF3、B10H14、B12H22、PH3、AsH3、PF5、AsF5、H2Se、N2、Ar、GeF4、SiF4、O2、H2及GeH4。电子与气体中掺杂原子及分子的碰撞，导致产生了包含正和负掺杂离子的离子化等离子体。以期望能量的离子束的形式将所得离子从离子源中提取出来。通过在适当形状的提取电极两端施加高电压，而实现提取，该提取电极结合有通孔以用于提取束通过。该提取束作为朝向衬底加速的准直离子束，穿过通孔并离开离子源。离子束撞击在诸如半导体晶片的衬底表面上，以在衬底中注入掺杂元素。该束的离子穿透衬底表面，以形成期望的掺杂特征，例如特定传导率的区域。所注入的掺杂原子随后能够通过退火而激活，以形成电活性的掺杂区域。所注入的各种离子物料包括B、P、As、Se、N、Ar、Ge、Si、O、及H。硼是特别广泛使用的注入物料。在微电子设备的通常制造中，具有许多注入步骤。关于更好的过程控制、以较低的能量传送高束电流以及减少注入装置故障(MTBF)之间的平均时间而言，增加晶片尺寸、减少临界维度以及增加电路复杂度逐渐愈来愈依赖离子注入工具。离子注入系统的经济性操作要求最小化系统的停工时间，以及有效地操作离子源以生成用于注入操作的离子物料。传统上，三氟化硼(BF3)已是用于微电子设备结构的硼掺杂的标准源。然而，BF3所存在的问题在于，与用在离子注入中的诸如砷化氢(As-H＝274kJ/mole-1)及磷化氢(P-H＝297kJ/mole-1)的其它掺杂物料相比，它需要巨大的能量去断裂B-F键(757kJ/mole)。因此，当注入硼时，离子源必须在高电弧电压下操作。然而高电弧电压产生了轰击离子源区域中的热灯丝或阴极的高能量离子，从而造成溅射侵蚀以及阴极失效。已有报道指出提供给离子注入器的BF3掺杂物的80％可能原封不动地排出，即意味着BF3并未离子化，或即使离子化，由初始离子化所得到的组分已重新结合。因此，在高电弧电压下BF3的低离子化对于硼离子注入而言是显著的效率问题。此外，发生在注入器装置的离子源区域中的离子化反应可能涉及在注入操作中的离子源的活性操作期间所生成或以其它方式存在的离子化/分解物料的显著沉积。因此，在本领域中需要替代性的含硼掺杂前驱物以用于微电子设备结构的硼掺杂中，并且需要改善的处理工艺与系统，以实现注入器的增强的MTBF、处理效率与操作寿命，并且最小化注入器装置的离子源区域中非挥发性物料的累积。
技术实现思路
本专利技术涉及离子注入系统与方法。在一方面，本专利技术涉及离子注入系统，包括：离子源，所述离子源包括设置为在其中对气体进行离子化的电弧腔室；掺杂气体源，其中所述掺杂气体包括至少一种从B2F4、B3F5、BHF2与BH2F之中选择的硼化合物；掺杂气体馈送线路，用于将掺杂气体从所述掺杂气体源引入所述电弧腔室；以及冷却结构，与所述掺杂气体馈送线路相关联，并且设置为冷却所述掺杂气体馈送线路中的掺杂气体，从而对抗由所述电弧腔室的操作中生成的热量对所述掺杂气体的加热，以及由于这样的热量造成的所述掺杂气体的分解，其中，所述冷却结构包括冷却通道，所述冷却通道设置为冷却所述掺杂气体馈送线路以及流经其中的掺杂气体，及其中，所述掺杂气体馈送线路设置为在其远端将掺杂气体释放到所述电弧腔室，并且其中，所述冷却通道定位在所述掺杂气体馈送线路的远端部分。另一方面，本专利技术涉及在衬底中注入离子的方法，包括：在产生所述掺杂气体的离子化的条件下，将掺杂气体从相同的源传送到离子源的电弧腔室；以及在所述掺杂气体进入所述电弧腔室之前冷却一掺杂气体馈送线路中的所述掺杂气体，从而对抗由所述电弧腔室的操作中生成的热量对于所述掺杂气体的加热，以及由这样的热量造成的所述掺杂气体的分解，其中所述掺杂气体包括至少一种从B2F4、B3F5、BHF2与BH2F之中选择的硼化合物。另一方面，本专利技术涉及一种离子注入系统，包括：离子源腔室，设置为在其中对气体进行离子化；冷却结构，设置为恰在供应至一气体馈送线路中的所述离子源腔室的所述气体进入所述离子源腔室之前对所述气体进行冷却；以及至少一个气体源容器，设置为将气体供应至所述离子源腔室，其中，所述气体包括至少一个从B2F4、B3F5、BHF2与BH2F中选择的硼化合物。另一方面，本专利技术涉及一种在衬底中注入离子的方法，包括：将气体供应至离子源腔室，用以生成离子化掺杂物料；恰在供应至所述离子源腔室的所述气体进入所述离子源腔室之前对所述气体进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于硼离子注入的掺杂气体成分供应器，所述供应器选自由以下构成的组：(A)包含硼掺杂成分的气体存储与分配容器，所述硼掺杂成分包括与稀释、反应和/或清洗气体混合的B2F4；以及(B)气体供应套件，其包括(i)包含B2F4的第一气体存储与分配容器，以及(ii)包含稀释、反应和/或清洗气体中的任一种或多种气体的第二气体存储与分配容器。

【技术特征摘要】
2009.10.27 US 61/255,097;2010.05.27 US 61/349,202;1.一种用于硼离子注入的掺杂气体成分供应器，所述供应器选自由以
下构成的组：
(A)包含硼掺杂成分的气体存储与分配容器，所述硼掺杂成分包括与
稀释、反应和/或清洗气体混合的B2F4；以及
(B)气体供应套件，其包括(i)包含B2F4的第一气体存储与分配容
器，以及(ii)包含稀释、反应和/或清洗气体中的任一种或多种气体的第二
气体存储与分配容器。
2.根据权利要求1所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述稀释、反
应和/或清洗气体包括含硼的稀释、反应和/或清洗气体。
3.根据权利要求2所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述含硼的稀
释、反应和/或清洗气体包括B2H6、B5H9、BF3、B3F5、BHF2与BH2F中的
至少一种。
4.根据权利要求2所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述含硼的稀
释、反应和/或清洗气体包括B2H6、B5H9与BF3中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述稀释气体
包括惰性气体。
6.根据权利要求1所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述稀释气体
包括Ar、N2、Xe、XeF2、H2、CH4与NH3中的至少一种。
7.根据权利要求1(A)所述的掺杂气体成分供应器。
8.根据权利要求7所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述气体存储
与分配容器包含与稀释气体混合的B2F4。
9.根据权利要求7所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述气体存储
与分配容器包含与反应气体混合的B2F4。
10.根据权利要求7所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述气体存
储与分配容器包含与清洗气体混合的B2F4。
11.根据权利要求7所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述稀释、
反应和/或清洗气体包括含硼的稀释、反应和/或清洗气体。
12.根据权利要求11所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述含硼的
稀释、反应和/或清洗气体包括B2H6、B5H9、BF3、B3F5、BHF2与BH2F中
的至少一种。
13.根据权利要求7所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述含硼的
稀释、反应和/或清洗气体包括B2H6、B5H9与BF3中的至少一种。
14.根据权利要求7所述的掺杂气体成分供应器，其中，B2F4与稀释
气体混合。
15.根据权利要求14所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述稀释气
体包括惰性气体。
16.根据权利要求14所述的掺杂气体成分供应器，其中，所述稀释气
体包括Ar、N2、Xe、XeF2、H2、CH4与NH3中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·E·琼斯，S·N·叶德弗，唐瀛，B·L·钱伯斯，R·凯姆，J·D·斯威尼，O·拜尔，邹鹏，
申请(专利权)人：安格斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US