半导体制造系统中的离子源清洁方法技术方案

本发明专利技术系关于藉由监测阴极偏压功率且取决于比较值采取校正动作而藉由利用能够生长/蚀刻在一离子植入系统之间接加热的阴极中的该阴极的温度及/或反应性清洗试剂来蚀刻或再生长该阴极以清洗一离子植入系统或其部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术系关于半导体处理系统，特别是离子植入系统之部件上的材料沈积的监测、控制以及清洗。
技术介绍
离子植入被用于集成电路的制造以便精确地向半导体晶圆中引入受控制量的掺杂杂质并且是微电子/半导体生产中的重要制程。在此类植入系统中，一离子源使一所希望的掺杂元素气体电离成离子并且该等离子以具有所希望能量的一离子束的形式从源中萃取。萃取系藉由施加一高的电压跨过合适成型的萃取电极而实现，该等萃取电极将多个孔合并成了萃取束的通道。离子束然后在工件的表面，例如一半导体晶圆上进行定向，以便向该工件植入掺杂元素。该束中的离子穿透该工件的表面来形成具有所希望的导电率之区域。几种类型的离子源一般用于商业的离子植入系统中，包括使用热电电极并且藉由一电弧供电的弗里曼(Freeman)以及贝尔纳(Bernas)类型、使用一磁控管的微波型、间接加热的阴极源、以及RF电浆源，所有该等离子源通常在一真空中运行。离子源藉由向填充了掺杂气体(一般称为「原料气体」)的一真空室中引入电子来产生离子。电子与气体中的掺杂原子及分子的碰撞引起了由正的及负的掺杂离子组成的电离电浆的产生。具有一负的或正的偏压的萃取电极将分别允许该正的或负的离子作为一准直离子束通过孔并且从离子源中出来，该离子束向着工件被加速。原料气体包括但不限于BF3、B1(1H14、B18H22、PH3、 AsH3、PF5, AsF5, H2Se, N2, Ar, GeF4, SiF4, 02、H2,以及 GeH4。目前，在现有技术的器件的制造中达10-15个植入步骤。增加晶圆大小、减小临界尺寸、以及生长电路的复杂性正在提出对离子植入工具就更好的处理控制、低能高束电流的释放、以及平均无故障时间(MTBF)减小而言更多的要求。最需要维护的离子植入机工具的部件包括离子源，它必须在大约100到300小时的运行时间之后进行检修(取决于其运行条件)；萃取电极以及高电压绝缘子，它们在运行几百小时之后通常需要清洗；离子植入真空系统的前级管道以及真空泵，包括离子源涡轮泵及其关联的前级管道。另外，离子源之各种部件(诸如丝极、阴极及其类似者)在运行后可能需要更换。在理想的情况下，所有的原料分子均会被电离并且萃取，但是实际上会发生一定量的原料分解，这导致了在离子源区域上的沈积以及污染。举例而言，磷的残余物(例如由使用诸如磷化氢之原料气体得来)迅速地沈积在该离子源区域的表面上。该残余物可在离子源中之低电压绝缘子上形成，引起电短路，这可能中断产生热电子所需要的电弧。这种现象通常称为「源闪烁(glitching)」，并且它系离子束不稳定性的重要因素，并且可能最终引起该源的过早损坏。残余物还在离子植入机的高电压部件(例如该源的绝缘子或萃取电极的表面)上形成，引起高能的高电压发电花。此类电花系束流不稳定性的另一因素，并且由该等电花所释放的能量可以损坏灵敏的电子部件，导致增加的装备故障以及差的MTBF。对于使用SId2O3作为固体掺杂材料的锑(Sb+)的植入，会发生另一常见的问题，这可以藉由甚至仅在Sb+植入几小时之后流入硼(B)而恶化。该硼束电流可以使该明显受损的离子源的性能及寿命显着地变坏。此类性能退化的原因归因于在源的室及其部件上过度沈积的Sb。因为产量由于更频繁的预防性维护或更少的束电流而降低了，所以离子源的故障显着地降低了植入机的生产率。由于Sb的植入广泛地用于类似的双极器件中，并且还用作对于MOS (金属氧化物半导体)器件的浅接面形成的η-型掺杂，因此本领域有发展一方法的需要，即当Sb+用作掺杂剂时，特别是Sb植入之后转换成B时，该方法可以从源的腔室及其部件上移除沈积的Sb。此外，掺杂原子(例如B、Ge、Si、P及As)可沈积在离子源涡轮泵、其关联的真空前级管道的下游，及位于前级管道下游的低真空泵中。经时间的推移，该等沈积物积累起来并且需要清洗，其中过去系手动完成的。但是有些沈积物(例如固体磷)系生火花的并且可能在手动维护的操作过程中着火。这不仅是火灾危险，而且还可能释放出有毒的化合物。 因此在本领域存在着发展一改良的方法的需要，该方法可使用一气体清洗剂来如愿地原位清洗该等沈积物。在离子源故障的另一原因中，各种材料(例如钨，W)可以在长期的离子植入过程中累积在阴极上。一旦该等材料累积达到一临界程度，该阴极电源不再能保持足以满足束电流设定点的温度。这引起离子束电流的损失，需要更换离子源。所产生的离子源性能退化及寿命缩短降低了离子植入机系统的生产率。而离子源故障的另一原因系阴极材料的蚀刻(或溅镀)。举例而言，来自阴极的金属材料(例如W、Mo等)被电弧室中电浆中的离子溅镀。因为溅镀受到电浆中的最重的离子的控制，所以随着离子质量增加，溅镀效果可能变坏。事实上，连续的材料的溅镀使该阴极「变薄」，最后导致在阴极上形成一孔洞(「阴极穿通」)。结果系离子源的性能及寿命大大降低。因此本领域继续寻求能保持材料在阴极上的累积及腐蚀之间的平衡的方法来延长离子源的寿命。其它残余物可能由该离子源材料与该离子植入系统的部件之间的反应产生，这取决于系统内的条件。此类反应可以导致残余物沈积在系统的额外部件上。举例而言，钨须晶可形成于电弧室萃取孔上，从而导致束不均勻性问题。沈积物在离子源的组件上很常见，例如丝极以及反射极电极。此类内部沈积物总体上是由电弧室材料构成的，并且最常见的是当具有一氟化物源的原料的高电浆电源与由钨或钼构成的一电弧室结合而操作时。尽管使用非含卤化物源的材料的离子植入系统的离子源的预期寿命一般是大约100小时到300小时，而有些含卤化物材料(例如GeF4)由于在离子源操作中内部沈积物的有害影响，离子源的寿命可以低至10小时到50小时。除了由于在该离子植入机中的残余物引起的操作困难之外，由于为了清洗而移除部件时散发出有毒或腐蚀蒸气，还存在重大的人员安全问题。安全问题会在残余物存在的任何地方发生，但特别受关注的是在离子源区域，因为离子源系离子植入机最经常维护的部件。为了最小化停机时间，经常在显着地高于室温的温度下将受污染的离子源从植入机中移除，这增加了蒸气的散发并且加深了安全问题。处理以上困难的已有方法已包括尝试阻止沈积物的形成以及清洗在萃取电极及离子源上产生的沈积物(即，在该萃取电极上，如公布的美国专利申请2006/0272776、公布的美国专利申请2006/0272775以及公布的国际专利申请WO 2005/059942A2中所讨论)。 然而，依然需要清洗离子植入系统的所有元素的额外过程。因此在离子植入领域中希望提供具有一单独的清洗台的一离位的清洗方法，由此可以安全地对已经从该植入机移除的受污染部件进行清理而没有任何机械磨损，该机械磨损可能损害例如石墨电极之精细部件。因此提供一离线清洗台还将是在离子植入领域中的一显着进步，它可以用来在部件从该植入系统移除之后选择性并且非破坏地清洗它们，而停机时间最短。提供一原位的清洗方法也将是离子植入领域中的一显着进步，该方法用于在植入过程中有效地、选择性地移除不必要的遍及该植入机(特别是该离子源区域)沈积的残余物。这种原位清洗会提高人员安全并且促进稳定的、不间断的植入装备的操作。可以进行一原位清洗过程而不拆开该处理室。对于原位过程，将一气体试剂从该处理室中流过以便以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟·D·史威尼，莎拉德·N·叶达夫，欧利格·拜，罗伯·金姆，大卫·艾德瑞吉，丰琳，史蒂芬·E·毕夏普，W·卡尔·欧兰德，唐瀛，
申请(专利权)人：先进科技材料公司，
类型：发明
国别省市：