離子注入系統(tǒng)及方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2010年10月25日，名稱為"離子注入系統(tǒng)及方法"，申請?zhí)枮?201080054595.9的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002] 相關申請的交叉引用
[0003] 本申請基于35USC 119(e)在此要求W下美國臨時專利申請的優(yōu)先權:在2009年10 月27 日由Robert Kaim等人提出的名稱為 "BORON ION IMPLANTATION APPARATUS AND MET冊護的美國臨時專利申請No. 61/255，097;在2010年6月25日由Edward Jones等人提出 的名稱為"ACTIVE COOLING FOR ION IMPLANT GAS呢LIV邸Y SYSTEM"的美國臨時專利申 請No. 61/358,541; W及在2010年5月27日由Edward Jones等人提出的名稱為"ACTIVE COOLING FOR ION IMPLANT GAS DELIVERY SYSTEM"的美國臨時專利申請No.61/349,202。 所述美國臨時專利申請Nos.61/358,541、61/255,097、61/349,202所有公開的內容皆在此 W其各自的全部內容并用于任意的目的，W參考的方式引入本申請。
技術領域
[0004] 本公開設及離子注入系統(tǒng)及處理工藝，并且設及在性能上提供意想不到的優(yōu)點的 運樣系統(tǒng)的熱管理;還設及使用四氣化二棚(B2F4)的離子注入處理工藝與系統(tǒng)，W及設及棚 離子注入裝置與方法，該裝置與方法大體上例如用在諸如集成電路的微電子設備與半導體 產品的制造中。
【背景技術】
[0005] 離子注入用于集成電路制造中，W將控制量的滲雜雜質精確地引入半導體晶片 中，且離子注入是微電子/半導體制造中關鍵的處理工藝。
[0006] 在運樣的注入系統(tǒng)中，離子源使?jié)B雜源氣體的期望滲雜元素離子化。通過將電子 引入W滲雜源氣體(通常也稱為"原料氣體"）填充的真空腔室，而使離子源生成離子。用于 生成注入物料（species)的原料氣體包括，但不限于BF3、Bi〇出4、Bi出22、P也、As也、PF5、AsFs、 也Se、化、A;r、GeF4、SiF4、02、H2及Ge也。電子與氣體中滲雜原子及分子的碰撞，導致產生了包 含正和負滲雜離子的離子化等離子體。
[0007] W期望能量的離子束的形式將所得離子從離子源中提取出來。通過在適當形狀的 提取電極兩端施加高電壓，而實現提取，該提取電極結合有通孔W用于提取束通過。該提取 束作為朝向襯底加速的準直離子束，穿過通孔并離開離子源。
[000引離子束撞擊在諸如半導體晶片的襯底表面上，W在襯底中注入滲雜元素。該束的 離子穿透襯底表面，W形成期望的滲雜特征，例如特定傳導率的區(qū)域。所注入的滲雜原子隨 后能夠通過退火而激活，W形成電活性的滲雜區(qū)域。所注入的各種離子物料包括B、P、As、 Se、N、Ar、Ge、Si、0、及H。棚是特別廣泛使用的注入物料。
[0009]在微電子設備的通常制造中，具有許多注入步驟。關于更好的過程控制、W較低的 能量傳送高束電流W及減少注入裝置故障(MTBF)之間的平均時間而言，增加晶片尺寸、減 少臨界維度W及增加電路復雜度逐漸愈來愈依賴離子注入工具。
[0010]離子注入系統(tǒng)的經濟性操作要求最小化系統(tǒng)的停工時間，W及有效地操作離子源 W生成用于注入操作的離子物料。
[0011]傳統(tǒng)上，S氣化棚(BF3)已是用于微電子設備結構的棚滲雜的標準源。然而，BF3所 存在的問題在于，與用在離子注入中的諸如神化氨(As-H=274kJ/mole^i)及憐化氨(P-H = 29化J/mole-i)的其它滲雜物料相比，它需要巨大的能量去斷裂B-F鍵(757kJ/mole)。因此， 當注入棚時，離子源必須在高電弧電壓下操作。然而高電弧電壓產生了轟擊離子源區(qū)域中 的熱燈絲或陰極的高能量離子，從而造成瓣射侵蝕W及陰極失效。
[0012] 已有報道指出提供給離子注入器的BF3滲雜物的80%可能原封不動地排出，即意 味著BF3并未離子化，或即使離子化，由初始離子化所得到的組分已重新結合。因此，在高電 弧電壓下B的的低離子化對于棚離子注入而言是顯著的效率問題。
[0013] 此外，發(fā)生在注入器裝置的離子源區(qū)域中的離子化反應可能設及在注入操作中的 離子源的活性操作期間所生成或W其它方式存在的離子化/分解物料的顯著沉積。
[0014] 因此，在本領域中需要替代性的含棚滲雜前驅物W用于微電子設備結構的棚滲雜 中，并且需要改善的處理工藝與系統(tǒng)，W實現注入器的增強的MTBF、處理效率與操作壽命， 并且最小化注入器裝置的離子源區(qū)域中非揮發(fā)性物料的累積。

【發(fā)明內容】

[0015] 本發(fā)明設及離子注入系統(tǒng)與方法。
[0016] 在一方面，本發(fā)明設及離子注入系統(tǒng)，包括：
[0017] 離子源，所述離子源包括設置為在其中對氣體進行離子化的電弧腔室；
[001引滲雜氣體源，其中所述滲雜氣體包括至少一種從B2F4、B3Fs、BHF2與B出F之中選擇的 棚化合物；
[0019] 滲雜氣體饋送線路，用于將滲雜氣體從所述滲雜氣體源引入所述電弧腔室；W及
[0020] 冷卻結構，與所述滲雜氣體饋送線路相關聯，并且設置為冷卻所述滲雜氣體饋送 線路中的滲雜氣體，從而對抗由所述電弧腔室的操作中生成的熱量對所述滲雜氣體的加 熱，W及由于運樣的熱量造成的所述滲雜氣體的分解，其中，所述冷卻結構包括冷卻通道， 所述冷卻通道設置為冷卻所述滲雜氣體饋送線路W及流經其中的滲雜氣體，及其中，所述 滲雜氣體饋送線路設置為在其遠端將滲雜氣體釋放到所述電弧腔室，并且其中，所述冷卻 通道定位在所述滲雜氣體饋送線路的遠端部分。
[0021] 另一方面，本發(fā)明設及在襯底中注入離子的方法，包括:在產生所述滲雜氣體的離 子化的條件下，將滲雜氣體從相同的源傳送到離子源的電弧腔室；W及在所述滲雜氣體進 入所述電弧腔室之前冷卻一滲雜氣體饋送線路中的所述滲雜氣體，從而對抗由所述電弧腔 室的操作中生成的熱量對于所述滲雜氣體的加熱，W及由運樣的熱量造成的所述滲雜氣體 的分解，其中所述滲雜氣體包括至少一種從B2F4、BsFs、BHF2與冊2F之中選擇的棚化合物。
[0022] 另一方面，本發(fā)明設及一種離子注入系統(tǒng)，包括:離子源腔室，設置為在其中對氣 體進行離子化;冷卻結構，設置為恰在供應至一氣體饋送線路中的所述離子源腔室的所述 氣體進入所述離子源腔室之前對所述氣體進行冷卻；W及至少一個氣體源容器，設置為將 氣體供應至所述離子源腔室，其中，所述氣體包括至少一個從B2F4、B3Fs、BHF2與B此F中選擇 的棚化合物。
[0023] 另一方面，本發(fā)明設及一種在襯底中注入離子的方法，包括:將氣體供應至離子源 腔室，用W生成離子化滲雜物料;恰在供應至所述離子源腔室的所述氣體進入所述離子源 腔室之前對所述氣體進行冷卻；W及在所述襯底中注入離子化滲雜物料，其中，所述氣體包 括至少一個從B2F4、BsFs、BHF2與冊2F中選擇的棚化合物。
[0024] 另一方面，本發(fā)明設及操作利用四氣化二棚的離子注入系統(tǒng)W生成用于注入的棚 離子的方法，所述方法包括在四氣化二棚進入所述離子注入系統(tǒng)的電弧腔室之前，使冷卻 劑從離子源冷卻劑供應器流出，所述冷卻劑與所述四氣化二棚成熱交換關系。
[0025] 另一方面，本發(fā)明設及用于棚離子注入的離子注入裝置，其包括：氣態(tài)棚源供應 器；W及離子源，該離子源設置為接收來自該供應器的氣態(tài)棚源，并且離子化所述氣態(tài)棚源 W形成離子態(tài)的棚物料，用于注入在襯底中，其中該氣態(tài)棚源包括從B2F4、B2此、Bs曲、B3F5、 BHF2及B出F中選擇的至少一種棚化合物。
[0026] 本發(fā)明另一方面設及離子注入方法，其包括:離子化離子源中的氣態(tài)棚源，W形成 離子態(tài)的棚物料，用于注入在襯底中，其中該氣態(tài)棚源包括從B2F4、B2此、Bs曲、BsFs、BHF2及 B出F中選擇的至少一種棚化合物。
[0027] 本發(fā)明另一方面設及用于離子注入裝置的固體沉積監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其包括與流 動通道相關聯的離子源，該流動通道易于受到在該離子注入裝置的操作中源自滲雜源材料 的固體沉積的影響，運樣的固體沉積監(jiān)測與控制系統(tǒng)包括:監(jiān)測設備，其設置為探測并提供 指示該流動通道中源自所述滲雜氣體的沉積固體的累積的輸出；W及控制組件，響應于所 述監(jiān)測設備的輸出，W調節(jié)所述離子注入裝置的操作，從而在所述離子注入裝置的后續(xù)操 作中防止、減少或逆轉來自所述滲雜源材料的沉積固體的所述累積。
[0028] 本發(fā)明的另一方面設及對抗離子注入系統(tǒng)中固體沉積的方法，該系統(tǒng)包括與流動 路徑相關聯的離子源，該流動路徑易于受到該離子注入系統(tǒng)的操作中源于該滲雜源材料的 固體沉積的影響，運樣的方法包括:監(jiān)測并且響應式地生成指示所述流動路徑中來自所述 滲雜氣體的沉積固體的累積的輸出；W及
[0029] 響應式地調節(jié)所述離子注入系統(tǒng)的操作，W在所述離子注入系統(tǒng)的后續(xù)操作中防 止、減少或逆轉來自所述滲雜源材料的沉積固體的所述累積。
[0030] 參照隨后的說明書與所附的權利要求將更加全面地明了本發(fā)明的其它方面、特征 與實施例。
【附圖說明】
[0031] 圖1是離子注入系統(tǒng)的示意圖，該離子注入系統(tǒng)包括具有氣體饋送線路的電弧腔 室，該氣體饋送線路用于將滲雜源氣體饋送至該電弧腔室，W用于在該腔室中將其離子化；
[0032] 圖2是圖1的離子注入系統(tǒng)的截面圖，其示意性地示出了在運樣的系統(tǒng)的電弧腔室 中生成等離子體；
[0033] 圖3是圖1的離子注入系統(tǒng)的截面圖，其示意性地示出了在運樣系統(tǒng)的電弧腔室中 生成等離子體，其中相對于圖2的系統(tǒng)來修改氣體饋送線路，W提供運樣的線路的主動冷 卻；
[0034] 圖4是離子源裝置的透視圖，其中已設置跨接線，W使離子源冷卻水從離子源的冷 卻水出口流動至設置用于冷卻滲雜源氣體的散熱器(在該視圖中未示出散熱器)的入口；
[0035] 圖5是散熱器裝置的透視圖，該散熱器裝置機械地緊固到滲雜源氣體饋送通道，其 中冷卻水流過該散熱器主體W冷卻滲雜源氣體；
[0036] 圖6是具有散熱器裝置的離子源裝置的透視圖，該散熱器裝置機械地緊固到滲雜 源氣體饋送通道，W冷卻流至離子源裝置的滲雜源氣體；
[0037] 圖7是圖6的已安裝了散熱器裝置的離子源裝置的分解透視圖，圖中示出了離子源 裝置的細節(jié)；
[0038] 圖8是包括圖5至圖7中所示的各種離子源裝置W及散熱器裝置的離子源組件的截 面透視圖；
[0039] 圖9是W攝氏度為單位的溫度及所去除的W瓦為單位的熱量作為時間的函數的曲 線圖，該曲線圖示出了針對包括圖5至圖8中所示的各種離子源裝置W及散熱器裝置的離子 源組件的操作數據；
[0040] 圖10是用于利用BF3等離子體的棚