專利名稱：注入硼烷時在半導(dǎo)體基片上的粒子控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子注入系統(tǒng)，更具體而言，涉及在離子注入系統(tǒng)中控制粒子污染的 系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置及其它產(chǎn)品的制造中，使用離子注入系統(tǒng)來給予雜質(zhì)，該雜質(zhì)通常 習(xí)知為加入半導(dǎo)體基片、顯示器面板或其它工件的摻雜物元素。傳統(tǒng)離子注入系統(tǒng)或離子 注入機以離子束處理工件以產(chǎn)生η-型或ρ-型的摻質(zhì)區(qū)域，或在工件中形成鈍化層。當用 于摻質(zhì)半導(dǎo)體時，離子注入系統(tǒng)會注入被選定的離子種類以產(chǎn)生所需要的非本質(zhì)材料。舉 例來說，以產(chǎn)生自例如是銻、砷或磷的來源材料的離子來進行注入會產(chǎn)生η-型非本質(zhì)材料 基片?；蛘?，以產(chǎn)生自例如是硼、鎵或銦的材料的離子來進行注入會產(chǎn)生在半導(dǎo)體基片中的 ρ-型非本質(zhì)材料部分。傳統(tǒng)的離子注入系統(tǒng)包括離子化所期望摻雜物元素的離子源，該摻雜物元素接著 被加速以形成預(yù)定能量的離子束。離子束指向工件的表面以使用摻雜物元素注入該工件。 離子束的能量離子穿透工件的表面，如此一來它們被嵌入工件材料中的結(jié)晶晶格中以形成 具有所期望傳導(dǎo)率的區(qū)域。注入處理典型地在高真空處理腔室中實行，該高真空處理腔室 會預(yù)防由離子束與殘留物氣體分子碰撞產(chǎn)生的離子束分散，也會最小化由空中粒子造成的 工件污染的風(fēng)險。離子劑量與能量是兩種通常用來定義離子注入的變量。離子劑量與用于給定半導(dǎo) 體材料的注入離子的濃度有關(guān)。典型地來說，高電流注入機(通常大于10毫安(mA)離子 束電流)用于高劑量注入，而中等電流注入機(通?？梢缘竭_大約1毫安的束電流)則是 用于較低劑量的應(yīng)用。離子能量用于控制在半導(dǎo)體裝置中的接面深度。形成離子束的離子 的能量決定了所注入離子的深度等級。高能量處理(像是用于形成半導(dǎo)體裝置的退化式 井區(qū))典型地需要到達數(shù)百萬電子伏特(MeV)的注入，而淺接面可以只需求在一千電子伏 特(keV)以下的能量。 往越來越小的半導(dǎo)體裝置發(fā)展的持續(xù)的趨勢需要具有作為在低能源傳送高束電 流的離子源。高束電流提供必須的劑量層級，而低能量層級允許了淺注入。舉例來說，在互 補式金屬-氧化物-半導(dǎo)體(CMOS)裝置中的源極/漏極接面需要高電流低能源的應(yīng)用。用于獲得從固態(tài)型式離子化的原子的典型離子源包含一對蒸餾器與離子化腔室。 蒸餾器中的每一個具有坩鍋，坩鍋中放置固態(tài)元素或化合物，該坩鍋由加熱器線圈加熱以 蒸發(fā)該固態(tài)來源材料。被蒸發(fā)的來源材料通過噴嘴，或者被壓縮的氣體也可以直接注入離子化腔室，其中該 氣態(tài)的/蒸發(fā)的來源材料藉由電弧腔室燈絲加以離子化，該電弧腔室燈 絲被加熱至以熱離子化的方式發(fā)射電子。傳統(tǒng)離子源利用可離子化的摻雜物氣體，而該氣體可以直接由壓縮氣體的來源獲 得，或是間接從蒸發(fā)的固體獲得。典型的來源元素是硼(B)、磷(P)、鎵(Ga)、銦(In)、銻(Sb) 與砷(As)。除了硼之外，大部分的來源元素通常以固體與氣體的型式被使用。硼幾乎是排 他性地以氣體型式被提供，如三氟化硼(BF3)。在注入三氟化硼的狀況下建立包括單電荷硼(B+)離子的等離子區(qū)。假如該束的 能量層級不是一個因素的話，建立與注入充足的高劑量硼進入基板通常不是問題。但是在 低能量的應(yīng)用中，硼離子束將遭受習(xí)知為“束擴大”的狀態(tài)的難題，“束擴大”指的是在離子 束內(nèi)的類似帶電荷離子互相排斥的趨勢。這一類的互相排斥導(dǎo)致離子束在傳輸時直徑擴 張，在束線的多個孔導(dǎo)致束的周邊暗角(Vignetting)。當束能量減少時，這種現(xiàn)象嚴重地減 少束的傳輸。十硼烷(BltlH14)是一種用于硼注入的輸入材料的最好來源的化合物，因為每一個 十硼烷分子(BltlH14)在蒸發(fā)且離子化時可以提供由十個硼原子組成的分子離子。這樣的一 種來源特別適用于用來建立淺接面的高劑量/低能量注入處理，因為分子十硼烷離子束在 每一單位電流中可以注入單原子硼離子束十倍的硼劑量。此外，因為十硼烷分子在工件表 面上分解成大約原本束能量十分之一的個別原子，該束可以以同等劑量的單原子硼離子 束的十倍能量被傳送。這個特性可以使分子離子束避免典型的由低能量離子束傳送造成的 傳輸損耗。在圖1中說明的示例性的離子注入系統(tǒng)10，其中該離子注入系統(tǒng)包含終端12、束 線組件14與終端站16。終端12包括由電源供應(yīng)22提供電力的合適離子源20，其中終端 被配置以產(chǎn)生并指引分子十硼烷離子束24通過束線組件14，并且最后到達終端站16。舉 例來說，該束線組件14具有與其有關(guān)的束導(dǎo)引器26和質(zhì)譜分析器28，其中雙極磁場被建立 以僅讓合適荷質(zhì)比的離子在束導(dǎo)引器26的出口端通過孔30到達配置在終端站16的工件 32 (例如半導(dǎo)體基片、顯示器面板等等)。但是在分子十硼烷離子注入進入工件32期間，各種污染物(沒有顯示)典型地隨 著時間從分子十硼烷離子束24產(chǎn)生，并且打擊、黏附或沉積在各種組件34上(這些組件像 是沿著束路徑配置的孔30與法拉第裝置36)。舉例來說，離子與各種組件34的碰撞可能進 一步噴濺污染物(沒有顯示)在位于束路徑沿途的其它表面上。然而當十硼烷分子的解離 與BlOHX+(所欲親離子)的分裂可能會發(fā)生時，十硼烷離子源的施行會導(dǎo)致單一粒子的污 染問題，而且本質(zhì)大的粒子可以在離子注入系統(tǒng)10內(nèi)的各種組件34與表面上快速累積。傳統(tǒng)上來說，藉由手工清潔組件34與表面以從離子注入系統(tǒng)移除污染物，其中該 各種組件被移除、清潔然后置換。這一類的清潔典型地在離子注入系統(tǒng)的排程維護期間由 操作者實行。手工清潔典型地耗費成本，這不只是從操作者的時間與勞力的角度來看，也 從與該維護相關(guān)停機時間的增加所造成的離子注入系統(tǒng)10減少的效率與生產(chǎn)率的角度來 看。作為一個替代方案，蝕刻劑氣體(像是高反應(yīng)性的鹵化物或氟氣體)被導(dǎo)引進入 離子注入系統(tǒng)10以企圖藉由污染物與蝕刻劑氣體之間的化學(xué)反應(yīng)移除污染。但是這個解 決方案典型地需要離子注入機10中氣體的改變，其中從離子注入機吹除用于注入離子進入工件32的來源材料氣體，然后使用蝕刻劑氣體來移除污染，而且在再一次引入用于另一 工件處理的來源材料氣體之前，進一步從注入機吹除該蝕刻劑氣體。這一類的蝕刻劑氣體 可以移除一些污染物或所有的污染物，但是使用蝕刻劑氣體典型地需要大量的時間，不僅 僅是引入氣體的時間，也需要允許蝕刻劑氣體與污染物反應(yīng)并蝕刻污染物的時間，與一旦 蝕刻完成時從離子注入系統(tǒng)移除蝕刻劑氣體的時間。這一類蝕刻劑氣體的使用可能因此減 少離子注入系統(tǒng)10的效率，因此減少注入機的產(chǎn)量。從而，本發(fā)明的目的是以有時間效率的方式提供充分減少在分子離子束線組件中 的粒子污染的方法與設(shè)備，在其中促進了有效的污染物緩和且可以達成高產(chǎn)量與高可靠性 的進入工件的分子離子注入
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明藉由提供減少在分子離子注入系統(tǒng)中粒子污染的方法以克服先前技術(shù)的 限制，其中該污染不是一定要從離子注入系統(tǒng)中移除，而是可以被轉(zhuǎn)換。之后下面會呈現(xiàn)本 發(fā)明的簡化概述以提供對于本發(fā)明一些方面的基本了解。這個概述不是本發(fā)明的延伸概 要。該概述意圖不在于指出本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元素，也不會描述本發(fā)明的范圍。它的目 的是以簡化的形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些觀念，作為將在后面呈現(xiàn)的更詳細說明的開始。本發(fā)明一般而言針對在離子注入系統(tǒng)中用于轉(zhuǎn)換污染的氣體來減少在離子注入 系統(tǒng)中的粒子污染的設(shè)備與方法。該方法包含提供用于通過離子束將離子注入一個或多個 工件的離子注入系統(tǒng)，該離子束例如分子離子束。舉例來說，該離子束包含例如十硼烷或是 十八硼烷的硼烷。舉例來說，該離子注入系統(tǒng)包括在選擇性真空下的一個或多個組件，其中 該一個或多個組件具有配置在其上的與離子束形成相關(guān)的一種或多種污染物，且其中該一 種或多種污染物大體處在第一狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，選擇性地將包含水蒸氣的氣體進入離子注入系統(tǒng)，其中該氣體大體 與該一種或多種污染物的至少一部分反應(yīng)。從而該一種或多種污染物的所述至少一部分通 常會轉(zhuǎn)換成第二狀態(tài)。舉例來說，十硼烷污染物大體被轉(zhuǎn)換成硼酸與二硼烷氣體之一或多 種。根據(jù)另一方面，該離子注入系統(tǒng)接著被抽空，其中處于第二狀態(tài)的該一種或多種 污染物的至少一部分保持配置在該一個或多個組件上。舉例來說，硼酸大體殘留在該一個 或多個組件上，而二硼烷氣體大體可以從離子注入系統(tǒng)被抽空。舉例來說，硼酸通常不會在 該一種或多種工件上產(chǎn)生粒子污染。舉例來說，當離子注入被進入該一個或多個工件時，可以讓含有水蒸氣的該氣體 持續(xù)流進離子注入系統(tǒng)?；蛘咴诜巧a(chǎn)時間時可以選擇性地讓該氣體流入離子注入系統(tǒng)， 該非生產(chǎn)時間例如在處理批量之間的時間或系統(tǒng)維護之間的時間。為了完成上述目標與相關(guān)目標，本發(fā)明包含以下全面性說明的特點與在申請專利 范圍中特別指出的特點。下列的說明與隨附圖會在本發(fā)明的具體示例性實施例中詳細提 出。但是這些實施例可以使用本發(fā)明的原則的各種方式中的一些方式來加以表示。在連結(jié) 圖式一起考慮時，從下列本發(fā)明的詳細說明中，本發(fā)明的其它目標、優(yōu)點與新穎特征將會變 得明顯。


圖1為傳統(tǒng)離子注入系統(tǒng)的平面圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個方面的示例性離子注入系統(tǒng)的系統(tǒng)層級方塊圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一方面的示例性離子注入設(shè)備的平面圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一示例性方面在注入離子進入一個或多個工件期間時用 于減少粒子污染的示例性方法的方塊圖。
具體實施例方式本發(fā)明通常針對用于在離子注入進入一個或多個工件期間減少粒子污染的方法 與設(shè)備。更特別的是，該方法提供引入含有水蒸氣的非蝕刻劑氣體至可以從硼烷化學(xué)物質(zhì) 產(chǎn)生離子的離子注入系統(tǒng)，其中污染物通常從離子注入系統(tǒng)中被轉(zhuǎn)換，而不是從離子注入 系統(tǒng)中被移除。從而，本發(fā)明現(xiàn)在將參照附圖詳細說明，其中相同的附圖標記表示相同的部 件。應(yīng)該了解的是，這些方面的說明僅僅是解釋性的，而不應(yīng)該以限制性的理解加以看待。 在接下來的說明中，為了解釋說明，會提出更多種具體的細節(jié)以提供對本發(fā)明深入的了解。 然而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，本發(fā)明可以在沒有這些特定細節(jié)下實施。為了得到對本發(fā)明更詳細的理解，圖2說明了以方塊圖形式描繪的示例性離子 注入系統(tǒng)100，其中該示例性離子注入系統(tǒng)適用于施行本發(fā)明的一個或多個方面。該系統(tǒng) 100包含離子注入設(shè)備101，該離子注入設(shè)備101包含離子源102，該離子源102用于產(chǎn)生一 定數(shù)量的離子，該數(shù)量的離子可操作以沿著離子束路徑P移動，因此定義了用于注入離子 進入工件104(例如半導(dǎo)體基片、顯示器面板等等)的離子束103。舉例來說，該離子源102 通常包含等離子體腔室105、處理氣體源106與電源108，其中藉由應(yīng)用來自電源的電力在 等離子體腔室內(nèi)從處理氣體產(chǎn)生正電荷離子。處理氣體源106可以包含像是可離子化氣體 的來源材料或蒸發(fā)的固體來源材料或先前已經(jīng)被蒸發(fā)的種類。舉例來說，對于注入進入工 件104的η-型注入，該來源材料可以包含硼、鎵或銦。舉例來說，對于P-型注入，該來源材 料可以包含砷、磷或銻。該離子源102進一步包含與其有關(guān)的抽取組件109，其中帶電離子在施加至此的 抽取電壓vExtea。t下從離子源被抽取出來。抽取電源110可操作以提供抽取電壓vExtea。t，其 中該抽取電壓可以進一步被調(diào)制。束線組件112進一步被提供在離子源102的下游，其中 該束線組件通常接收該帶電離子。舉例來說，該束線組件112包含一個或多個組件114，像 是束導(dǎo)引器116、質(zhì)譜分析器118與孔120，其中該一個或多個組件可操作以形成及成形離 子束103。舉例來說，質(zhì)譜分析器118進一步包含場產(chǎn)生組件，像是磁鐵(沒有顯示)，其中該 質(zhì)譜分析器通常提供橫跨該離子束103的磁場，因此根據(jù)離子的荷質(zhì)比以變動的軌跡偏斜 來自離子束的離子。舉例來說，行經(jīng)磁場的離子經(jīng)歷了指引所期望荷質(zhì)比的個別離子沿著 束路徑P行進且偏斜不希望荷質(zhì)比的離子遠離束路徑的力。一旦經(jīng)由該質(zhì)譜分析器118，離 子束103被指引通過孔120，其中該離子束通常被限制以產(chǎn)生用于注入進入工件104的精確 束ο 離子注入系統(tǒng)100進一步包含終端站124，其中該工件104通常放置在終端站 124。在集成電路裝置、顯示器面板與其它產(chǎn)品的制造中，通常希望均勻地注入摻雜物種類橫跨工件104的全部表面。離子注入設(shè)備101可以因此被配置以注入離子進入單一工件 104(例如一“序列”離子注入機)，其中該工件通常放置在位于終端站124內(nèi)的基座或夾 具上(沒有顯示)?；蛘?，該離子注入設(shè)備101可以被配置以注入離子進入更多個工件 104 (例如「批量」離子注入機)，其中該終端站124包含旋轉(zhuǎn)鍛坯(沒有顯示)，在其上有多 個工件相對于離子束103平放。應(yīng)該注意的是任何可操作以從離子源抽取離子并且注入離 子進入一個或多個工件的離子注入設(shè)備被視為落在本發(fā)明的范圍之中。在一個例子 中，離子注入設(shè)備101進一步包含通常位于沿著離子束103的路徑P 的阻障126。在一個例子中，該阻障126通常放置在束線組件112與終端站124之間。舉 例來說，該阻障126可操作以選擇性地阻擋離子束103進入終端站124。舉例來說，該阻障 126可操作以平移及/或旋轉(zhuǎn)移入或移出離子束路徑P，其中該離子束103通常被避免進入 終端站124或是撞擊在工件104上?；蛘撸撟枵?26位在終端站124內(nèi)，其中該阻障通常 放置在工件104下游沿著離子束路徑P的位置。該阻障126可以充當一個或多個目的，像 是大致上阻擋離子束103及/或提供用于分析離子束(例如法拉第裝置)的測量組件。離子注入系統(tǒng)100進一步包含控制器128，其中該控制器可操作以控制離子注入 設(shè)備101。舉例來說，控制器128可操作以控制用于產(chǎn)生離子的電源108與抽取電源110， 其中該離子束路徑P通常被控制。該控制器128進一步可操作以調(diào)整與質(zhì)譜分析儀118和 其它裝置相關(guān)的磁場的強度與偏向。在另一個例子中，該控制器128進一步可操作以控制 阻障126相對于離子束路徑P的位置，并控制工件104在離子注入設(shè)備101內(nèi)的位置。將 可了解的是，該控制器128可以包含處理器、計算機系統(tǒng)及/或用于系統(tǒng)100的全部控制的 操作器(例如與由操作者的輸入相連結(jié)的計算機系統(tǒng))?，F(xiàn)在參照圖3，圖3說明一示例性離子注入設(shè)備200，像是圖2中的離子注入設(shè)備 101，其中該例示性離子注入設(shè)備被更詳細顯示。應(yīng)該再一次注意的是，雖然離子注入設(shè)備 200被當成一個例子說明，本發(fā)明可以使用各種其它型式的離子注入設(shè)備與系統(tǒng)實施，像是 高能量系統(tǒng)，低能量系統(tǒng)或其它注入系統(tǒng)，而且所有這一類的系統(tǒng)都被視為落在本發(fā)明的 范圍內(nèi)。舉例來說，該離子注入系統(tǒng)200包含終端212、束線組件214與終端站216 (例如 整體被稱為處理腔室)，其中該離子注入系統(tǒng)通常處在藉由一個更多個真空泵218達成的 真空下。舉例來說，該終端212包含由來源電源供應(yīng)222提供電力的離子源220 ；與抽取 組件224，該抽取組件224由抽取電力供應(yīng)226以從離子源220抽取離子并因此提供抽取離 子束210至束線組件214。舉例來說，與束線組件214連結(jié)的抽取組件224可操作以指引離 子往工件228行進，該工件228放置在用于以給定能階注入于其中的終端站216的支撐物 229 上。在一個例子中，該離子源220包含等離子體腔室(沒有顯示)其中處理材料Ms。urce 的離子以高正電位Vs。ura提供能量。應(yīng)該注意到的是，大致而言會產(chǎn)生正離子，雖然本發(fā)明 也可以應(yīng)用于由離子源220產(chǎn)生負離子的系統(tǒng)。該抽取組件224進一步包含等離子體電極 230與一個或多個抽取電極232，其中該等離子體電極相對于該一個或多個抽取電極被偏 壓，但是相對于在離子源220內(nèi)的等離子體而浮動(例如該等離子體電極相對于該工件228 為120千伏特，其中該工件典型地為接地)。舉例來說，該一個或多個抽取電極232以小于等 離子體電極230的電壓(例如0-100千伏特的抽取電壓VExtea。t)來偏壓。位在該一個或多個抽取電極232的負相對電位相對于該等離子體建立了可操作以抽取并加速來自離子源220 的正離子的靜電場。舉例來說，該一個或多個抽取電極232具有一個或多個與其相關(guān)的一 個或多個抽取孔234，其中正電荷離子經(jīng)由該一個或多個抽取孔離開離子源220以形成離 子束210，及其中該抽取離子的速度通常由提供至該一個或多個抽取電極的電位VExtea。t決 定。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面，該束線組件214包含具有靠近離子源220的入口 (例如與抽取孔234有關(guān))的束導(dǎo)引器235 ；與具有解析平板236的出口 ；與接收抽取離子 束210并且建立雙極磁場以僅讓合適荷質(zhì)比或在合適荷質(zhì)比范圍內(nèi)的離子從中通過(例如 具有所期望質(zhì)量范圍的離子的質(zhì)量分析離子束)至位于終端站216的工件228的質(zhì)譜分析 器238。在離子源220的來源材料的離子化產(chǎn)生具有所期望原子質(zhì)量的正電荷離子的種類。 然而，除了所期望離子種類之外，該離子化處理也產(chǎn)生一部分具有其它原子質(zhì)量的離子。具 有大于或小于合適原子質(zhì)量的原子質(zhì)量的離子并不適用于注入并且被視作為不期望的種 類。由質(zhì)譜分析器238產(chǎn)生的磁場通常會導(dǎo)致在離子束210中的離子以曲線軌跡移動，因 此建立了該磁場，如此一來只有原子質(zhì)量與所期望離子種類的原子質(zhì)量相等的離子可以行 經(jīng)束路徑P而到達終端站216。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性方面，該離子注入設(shè)備200包含可樞軸耦合至此的阻障 239，其中該阻障可操作以沿樞軸旋轉(zhuǎn)以選擇性地截斷離子束210的路徑P以測量離子束的 特性及/或大致上預(yù)防離子束210進入終端站216。舉例來說，該阻障包含可以沿樞軸旋轉(zhuǎn) 以截斷離子束210的路徑P的旗標法拉第裝置(flag Faraday)，其中圖2的控制器128可 操作以決定離子束的特性是否可以適用于注入。在做了這樣一個決定之后，該控制器128 可操作以將旗標法拉第裝置平移出束路徑P以免阻礙離子注入進入工件124?；蛘?，圖3的 阻障239包含與終端站216有關(guān)的法拉第杯(沒有顯示)，其中在缺少工件228時，該離子 束210可操作以撞擊法拉第杯。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，圖3中位于束導(dǎo)引器235的出口的解析平板236連結(jié)質(zhì) 譜分析器238 —同操作以消除來自抽取離子束210的不期望離子種類，該不期望離子種類 的原子質(zhì)量接近但不同于所期望種類離子的原子質(zhì)量。舉例來說，該解析平板236由玻璃 石墨或像是鎢或鉭的另一材料組成，并且包括一個或多個加長孔240，其中在離子束210中 的離子在離開束導(dǎo)引器235時通過該孔。在解析平板236，來自離子束210的路徑P (例如 圖示為P’)的離子的分散位于最小值，其中該離子束(P’-P’)的寬度位于最小值而該離子 束210通過解析孔240。 如同上面所解釋的，圖3的質(zhì)譜分析器238的磁場的強度與偏向與從離子源220 抽取出來的離子速度一樣由圖2的控制器所建立，如此一來，一般而言只有原子量與所期 望種類的原子量(或是荷質(zhì)比)相等的離子將會行經(jīng)到達終端站216的預(yù)定的所期望離子 束路徑P。具有比所期望離子原子質(zhì)量大很多或小很多的原子質(zhì)量的不期望種類的離子將 會劇烈地偏斜并且沖擊圖3的束導(dǎo)引器235的外殼245。然而，假如不期望離子的原子質(zhì)量幾乎近似于所期望種類的原子質(zhì)量，則不期望 離子的軌跡將只會稍微偏離該所期望離子束路徑P。從而，這樣稍微偏離該所期望離子束路 徑P的離子將會有撞擊解析平板236的上游接觸面242的趨勢。在經(jīng)過一段時間之后，沖 擊解析平板236的這一類不期望種類離子將會優(yōu)先形成在解析平板236上。
在操作離子注入設(shè)備200的期間，例如不期望種類離子的污染物材料；來自解析 平板236、束導(dǎo)引器235等的濺射出來的碳；與來自離子源220的摻雜物材料將優(yōu)先形成在 鄰近于離子束210的注入機組件的表面250。舉例來說，在重復(fù)地注入離子進入工件228之 后，該解析平板236的上游接觸面242將具有形成污染物(沒有顯示)的趨勢。此外，來自 工件228的光阻材料也可以形成在離子注入設(shè)備200的內(nèi)表面上。

污染物材料在例如解析平板236的組件表面250的形成具有最終在注入期間成片 剝落的趨勢，因此產(chǎn)生了不利的電氣放電和粒子問題。進一步來說，沿著解析孔240周圍 (例如圖4A到4B的解析平板236的上游接觸面242)形成的污染物進一步造成離子束路 徑P’外端附近的所期望離子撞擊并且驅(qū)離其形成的污染物。該被驅(qū)離的污染物可以進一 步移動至工件228的表面，因此潛在性地導(dǎo)致在所得注入工件上的各種不期望的影響。晶體管特性(沒有顯示)是形成在工件228上的特性的其中一種，其中在科技進 步時，特性尺寸持續(xù)變得越來越小的時候，產(chǎn)生的晶體管會在非?？拷ぜ谋砻嫘纬?。舉 例來說，超淺接面(USJ)的形成典型地需要離子注入以位于幾千電子伏特到僅僅幾百伏特 的能量進行。但是在低能量的離子束傳送受限于空間電荷效應(yīng)，因此限制了產(chǎn)量。已經(jīng)使 用了例如在非?？拷ぜ?28的地方作離子減速的緩和工具；但是產(chǎn)量可能因為使用這樣 的工具而受限，或是處理的結(jié)果可能會被影響。這些問題當中的某些問題可以藉由使用分 子注入來解決。舉例來說，使用大型硼烷分子(例如十八硼烷，B18H22)作為處理材料， 藉由在單一分子中傳送更多個硼原子，直接加強了注入機的生產(chǎn)量，其中該分子被提高到 單一離子帶電狀態(tài)?？梢圆倏乩鏐18H22的分子的設(shè)計系統(tǒng)可以呈現(xiàn)生產(chǎn)上的優(yōu)點。舉例 來說，共有的美國專利第6958481號說明了用于產(chǎn)生分子束的離子源系統(tǒng)，該專利案的內(nèi) 容在這里并入?yún)⒖?。當分子束相對地有生產(chǎn)效率，與傳統(tǒng)的高電流單一種類離子注入系統(tǒng)相比，它們 可能對于在離子注入設(shè)備200內(nèi)的粒子污染會出現(xiàn)特定的難題。舉例來說，目前用在制造 半導(dǎo)體裝置的大部分的典型離子注入系統(tǒng)(也稱為離子注入機)依賴作為離子源處理材料 Mstjura的氣體種類(例如氫化物氣體，例如PH3、AsH3等)被提供作為在注入前的初始摻雜 物材料或來源氣體。典型處理材料Mswra的另一個例子是氣態(tài)的BF3?；蛘吲e例來說，像是 用于硼烷化學(xué)物質(zhì)的離子注入的離子源處理材料Mstjurre可以以固體型式被提供，在被引入 作為用于離子化的離子源220的氣體之前，該固體來源材料在加熱的坩鍋中升華。典型的 升華溫度處于90到150°C的等級。但是在離子源220內(nèi)的離子化處理通常小于10%的效 率，當殘留氣體經(jīng)由抽取孔234或離子源220 (也稱為離子化腔室)的圓弧狹縫被吹除的時 候，該殘留氣體變成不期望的污染物。當殘留氣體冷卻的時候，與其有關(guān)的殘留物材料沉積 在遍及離子注入系統(tǒng)200的組件表面250上。在先前技術(shù)上導(dǎo)入清潔技術(shù)以化學(xué)蝕刻來自 表面250的殘留物材料，在其中至少部分移除來自表面的殘留物材料并且形成可以藉由真 空泵218從系統(tǒng)抽出的氣體。舉例來說，當使用十八硼烷(B18H22)分子時實施的一種傳統(tǒng)清潔方法涵蓋了原子 氟的產(chǎn)生與后續(xù)引入氟到離子注入系統(tǒng)200，其中該殘留物材料在相關(guān)組件的表面250上 固體化。該氟因此蝕刻來自表面250的殘留物材料，并且后續(xù)藉由一個或多個真空泵218 被抽出系統(tǒng)200。雖然這一類的清潔技術(shù)在用于延長離子源220預(yù)防維護之間的時間的目 的下在控制污染物上適度地有效率，但是這些技術(shù)對于在處理期間自己找到路徑到達工件228的粒子污染的控制是沒有效的。到目前為止，典型的清潔方法或技術(shù)促進了在該系統(tǒng) 200 (也稱作“真空系統(tǒng)”)內(nèi)來自表面250的殘留物涂層或粒子污染的驅(qū)離及/或移除。 然而，發(fā)明人目前了解到離子注入的重要參數(shù)量是實際上沉積在注入工件228上的粒子數(shù) 量，其中在該離子注入設(shè)備200內(nèi)的涂層與粒子并沒有污染該工件，并不是一個處理上的 問題。在工件228上的粒子沉積 機制是變動的，而且可能難以分析。舉例來說，粒子將要 沉積在工件228上或傳送至工件228的可能性是各種傳送機制的函數(shù)，例如任何偏斜場 的存在或不存在；粒子的數(shù)量、尺寸與位置；粒子或薄膜黏附至基板上的黏附品質(zhì)；離子束 210的存在與接近與否；粒子帶電荷的能力；粒子及/或工件與系統(tǒng)200內(nèi)的其它機械組件 的關(guān)系。先前對于控制粒子污染的努力都集中在經(jīng)由下列各種以減少系統(tǒng)中粒子的數(shù)量 粒子污染的清潔與移除、藉由設(shè)計工件與基板改善黏附力，或是控制靜電場以減少至工件 的粒子傳送。除了這些努力之外，本發(fā)明提供的有利之處在于僅僅經(jīng)由反應(yīng)或轉(zhuǎn)換處理變動粒 子的組成而不依賴實質(zhì)上的粒子移除。舉例來說，當十八硼烷(B18H22)用來當作分子注入的 來源材料Mstjurre，固體十八硼烷最終將會分解或轉(zhuǎn)換成硼酸(H3BO3)與二硼烷氣體(B2H6)及 /或在水的持續(xù)存在下的其它化合物。因此，根據(jù)本發(fā)明，例如水蒸氣或是含有水蒸氣(例如預(yù)定數(shù)量的水蒸氣或已知 的濕度)的空氣的氣體經(jīng)由氣體源260通過一個或多個閥262被引入離子注入系統(tǒng)200，其 中沉積在表面250上的至少一部分的污染物或粒子從第一狀態(tài)(例如主要是例如十八硼烷 或十硼烷的固體硼烷)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)(硼酸與二硼烷氣體)。這樣的轉(zhuǎn)換也被發(fā)明人稱 為污染物的穩(wěn)定化或鈍化。應(yīng)該注意的是氣體源260與一個或多個真空泵218可以選擇性 地流體連通至終端212、束線組件214與終端站216其中一個或多個。舉例來說，與例如氟的蝕刻劑氣體比較，引入離子注入系統(tǒng)200的氣體較佳地包 含非蝕刻劑氣體。舉例來說，產(chǎn)生的二硼烷氣體可以從離子注入系統(tǒng)或真空腔室200藉由 一個或多個真空泵218被抽出，而硼酸可以留在離子注入系統(tǒng)內(nèi)的某處。或者，該二硼烷氣 體(或轉(zhuǎn)換的其它產(chǎn)物)可以留在離子注入系統(tǒng)200內(nèi)而不用特別從該系統(tǒng)抽出。就此而 言，本發(fā)明了解到殘留在表面250上(或在該系統(tǒng)內(nèi))的一種或多種污染物的第二狀態(tài)的 至少一部分(例如硼酸)通常不會產(chǎn)生粒子污染在該一個或多個工件上。舉例來說，該一 種或多種污染物的第二狀態(tài)的至少一部分的機械特性(像是尺寸或黏附力特性)可以允許 該一種或多種污染物的第二狀態(tài)的至少一部分殘留在離子注入系統(tǒng)200內(nèi)而沒有對后續(xù) 離子注入造成有害的效應(yīng)。因此，舉例來說，本發(fā)明理解到在引入水蒸氣之后硼烷的分解產(chǎn)物對于粒子控制 可以是有利的，因為分解產(chǎn)物相對于上述的一種或多種傳送機制可以具有不同特性。為了 初始化轉(zhuǎn)換處理，氣體可以連續(xù)性地被引入離子注入系統(tǒng)200的真空腔室或是根據(jù)該系統(tǒng) 的活動，例如在預(yù)防維護期間或是停機時間被引入，其中該一個或多個閥262及/或氣體源 260的控制可以進一步經(jīng)由控制器128控制。在連續(xù)導(dǎo)入氣體的例子中，提供氣體的流量可以充分低到不具有其它處理上的影 響，例如劑量偏移。應(yīng)該要注意的是，在一個例子中，大部分(例如大于50%)的污染物殘 留在離子注入系統(tǒng)內(nèi)，但是該污染物可能處于變換后的狀態(tài)。也應(yīng)該注意的是，氣體源260可以包含其它含水氣體，而且所有這一類的氣體被視為落在本發(fā)明的范圍中。也應(yīng)該注意 的是，在離子注入系統(tǒng)200中經(jīng)由導(dǎo)入氣體的殘留物硼烷污染物的穩(wěn)定化或鈍化可以應(yīng)用 在多種形式的硼烷上。其它硼烷的例子包括但不限于B1c1H14、B18H22、B2(1H24和例如C2BltlH12的 碳硼烷。因此一般而言，本發(fā)明可以應(yīng)用在使用BnHx+和民氏_(其中10<n< 10 0而且0 <=x<=n+4)與使用具有三元素分子QnBnHx.(其中Q是額外元素)的離子注入系統(tǒng)中。 一個這一類元素的例子是C2BltlH1215因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，圖4說明了用于在離子注入系統(tǒng)中減少粒子污染 的方法300，這些污染例如由分子硼烷(例如十八硼烷)離子注入所引起的污染。根據(jù)本發(fā) 明，當示例性的方法在這里被當作一系列的動作或事件來解釋并說明時，將被了解的是本 發(fā)明不該被這一類動作或事件的說明的順序所限制，某些步驟可以以不同順序發(fā)生及/或 與偏離這里顯示與說明的其它步驟同時發(fā)生。此外，根據(jù)本發(fā)明，可能不需要所有解釋性的 步驟來施行本發(fā)明的方法。更進一步來說，將被了解的是這些方法可以與這里所解釋與說 明的這些系統(tǒng)一起施行，也可以與在這里沒有解釋的其它系統(tǒng)一起施行。如同圖4所說明的，該方法300開始于在動作305中提供離子注入系統(tǒng)，其中該離 子注入系統(tǒng)被配置以經(jīng)由離子束注入離子進入該一個或多個工件，該離子束注入系統(tǒng)例如 是圖2中的離子注入系統(tǒng)100與圖3中的離子注入系統(tǒng)200。在一個具體的例子中，該離子 注入系統(tǒng)被配置以注入各種形式的硼烷進入該一個或多個工件。該離子注入系統(tǒng)包含一個 或多個在選擇性真空中的組件，其中該一個或多個組件具有與配置在其上的離子束形成有 關(guān)的一種或多種污染物。最初該一種或多種污染物通常是處于第一狀態(tài)。在動作310，氣體被導(dǎo)入或通入離子注入系統(tǒng)，其中該氣體通常與該一種或多種污 染物的至少一部分反應(yīng)。舉例來說，該氣體包含由水蒸氣構(gòu)成的非蝕刻劑氣體或者是包含 水蒸氣的非蝕刻劑氣體。從而該氣體通常會將該一種或多種污染物的至少一部分轉(zhuǎn)換成第 二狀態(tài)。舉例來說，該第二狀態(tài)可以包含硼酸與二硼烷氣體中的一個或多個。在動作315中，該離子注入系統(tǒng)100通常被抽空，其中該第二狀態(tài)的該一種或多種 污染物的至少一部分保持配置在該一個或多個組件上，而其中該第二狀態(tài)的該一種或多種 污染物的至少一部分優(yōu)先不在該一個或多個工件上產(chǎn)生粒子污染。舉例來說，硼酸可以留 下以殘留在該一個或多個組件上，而該二硼烷氣體經(jīng)由一個或多個真空泵被移除。應(yīng)該注意的是，動作310的氣體的引入可以被持續(xù)執(zhí)行(例如與動作315的抽空 一起執(zhí)行)或是以排序方式執(zhí)行。舉例來說，假如持續(xù)執(zhí)行的話，可以進一步地控制氣體的 流動，因此氣體的流動不會顯著影響該一個或多個工件的處理。也應(yīng)該被注意到的是，該硼烷分子(例如B12H22十八硼烷分子)可以使用任何適用 于控制硼烷或硼烷群組的任何注入裝置加以注入，該硼烷或硼烷群組例如揭露在美國專利 第 6013332 號；6107634 號；6288403 號；6958481 號；6452338 號；7185602 號與 6013332 號 中的那些硼烷或硼烷群組。由粒子離子注入裝置產(chǎn)生的離子束可以被配置作為聚束機械 掃描，其中該工件在垂直于通常靜止的聚束的兩個維度上被機械掃描，基于該聚束的特性， 該聚束具有近似圓形的粒子直徑橫截面；帶狀束，其中該束在橫跨工件的方向被固定，而該 工件以垂直方向被機械掃描，而其中該帶狀束可以具有大的寬高比，而且可以至少和該工 件一樣寬；或是電磁式或靜電場式掃描束，該掃描束以橫跨工件的方向掃描以垂直方向做 機械掃描的該工件。一個示例性的離子注入裝置是OPTIMA HD(TM)離子注入裝置，該來自于Axcelis科技公司 的裝置為商業(yè)上可得，該裝置可被配置以提供聚束二維機械掃描。
雖然本發(fā)明對于較佳實施例展示并說明，但顯而易見的是在閱讀與理解本說明書 與附圖之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員會想到等效的替代與修改。特別是關(guān)于由上述說明組件(組 件、裝置、電路等)執(zhí)行的各種功能，上述用以說明這一類組件的用語(包括對于“構(gòu)件”的 參照)意圖對應(yīng)或者指出任何執(zhí)行該說明組件的特定功能(也就是在功能上等效的)的任 何組件，即使在結(jié)構(gòu)上不等效于實行本發(fā)明所解釋的示例性實施例中功能的揭露構(gòu)造。此 夕卜，當本發(fā)明特定的特征對于只有多個實施例中其中之一揭露，這一類的特征可以與其它 實施例的一個或多個其它特征組合，這可能對于任何給定與特定的應(yīng)用來說是所希望的且 有利的。
權(quán)利要求
1.一種用于在離子注入一個或多個工件期間減少粒子污染的方法，該方法包含提供用于通過離子束將離子注入一個或多個工件的離子注入系統(tǒng)，其中該離子注入系 統(tǒng)包括在選擇性真空下的一個或多個組件，其中該一個或多個組件具有配置在其上的與離 子束形成有關(guān)的一種或多種污染物，及其中該一種或多種污染物大體處于第一狀態(tài)；及引入氣體至離子注入系統(tǒng)，其中該氣體大體與該一種或多種污染物的至少一部分反 應(yīng)，其中大體將該一種或多種污染物的所述至少一部分轉(zhuǎn)換成第二狀態(tài)，及其中處于第二 狀態(tài)的一種或多種污染物的所述至少一部分保持配置在該一個或多個組件上，其中該第二 狀態(tài)的一種或多種污染物的所述至少一部分優(yōu)先在該一個或多個工件上產(chǎn)生較低的粒子 污染。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氣體包括水蒸氣。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氣體包括空氣。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該空氣包括預(yù)定數(shù)量的水蒸氣。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該一個或多個組件包括離子注入系統(tǒng)的法拉第裝 置、孔與側(cè)壁中的一個或多個。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括通過離子束將離子注入該一個或多個工件。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該離子束包括分子離子束。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該分子離子束包括硼烷。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該分子離子束包括十硼烷或十八硼烷。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中引入氣體至離子注入系統(tǒng)包括大體持續(xù)地通入氣 體至在真空下的離子注入系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括控制進入該離子注入系統(tǒng)的氣體的流量。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中引入氣體至離子注入系統(tǒng)包括打開在離子注入系 統(tǒng)與氣體源之間流體連通的一個或多個閥。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該離子束包括碳硼烷。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中處于第二狀態(tài)的該一種或多種污染物的所述至少 一部分包括硼酸與二硼烷氣體中的一個或多個。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中大體在抽空該離子注入系統(tǒng)后，大部分的該一種或 多種污染物殘留在該離子注入系統(tǒng)內(nèi)。
16.一種離子注入系統(tǒng)，包括離子源，可操作以離子化至少硼烷化學(xué)物質(zhì)；處理腔室，所述處理腔室具有一個或多個端部，所述端部包括硼烷離子源；束線組 件，用于傳送由離子源產(chǎn)生的離子束；以及終端站；容納工件的處理腔室，該工件用于接收用于離子注入的離子束；真空源，與處理腔室選擇性地流體連通；氣體源，與處理腔室選擇性地流體連通，其中該氣體源提供包含至少水蒸氣的氣體；及控制器，其中該控制器配置成從氣體源選擇性地通入氣體至處理腔室，及通過分別控 制氣體源與真空源而選擇性地抽空該處理腔室，在處理腔室中硼烷的污染大體由氣體與硼 烷之間的互相作用而緩和。
17.如權(quán)利要求16所述的離子注入系統(tǒng)，進一步包括配置在處理腔室與氣體源之間的一個或多個閥，其中該控制器進一步配置成通過控制該一個或多個閥來控制氣體至處理腔 室的流動。
18.如權(quán)利要求16所述的離子注入系統(tǒng)，其中該硼烷離子源的化學(xué)物質(zhì)包括十硼烷或 十八硼烷。
19.一種用于在離子注入一個或多個工件期間減少粒子污染的方法，該方法包括提供用于通過硼烷離子束將離子注入一個或多個工件的離子注入系統(tǒng)，其中該離子注 入系統(tǒng)包括在選擇性真空下的一個或多個組件，其中該一個或多個組件具有配置在其上的 與硼烷離子束形成有關(guān)的一種或多種硼烷污染物；引入氣體至離子注入系統(tǒng)，其中該氣體含有水蒸氣，及其中該氣體大體與該一種或多 種硼烷污染物的至少一部分反應(yīng)，其中大體將該一種或多種硼烷污染物的所述至少一部分 轉(zhuǎn)換成硼酸與二硼烷氣體，其中硼酸與二硼烷氣體中的一種或多種在后續(xù)將離子注入該一 個或多個工件期間大體保留在離子注入系統(tǒng)內(nèi)。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括將硼烷離子注入該一個或多個工件，其中 該氣體在注入的同時被引入。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中該氣體包括具有預(yù)定數(shù)量水蒸氣的空氣。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中該硼烷離子束包括分子十硼烷或十八硼烷離子束ο
23.如權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括大體從離子注入系統(tǒng)抽出二硼烷氣體，其 中該硼酸大體保持配置在該一個或多個組件上。
全文摘要
本發(fā)明公開用于在離子注入期間減少粒子污染的方法，該方法包含提供用于通過離子束(210)將離子注入工件(228)的注入系統(tǒng)(200)，其中一個或多個組件處在選擇性的真空下而且具有配置在其上的一個或多個第一狀態(tài)污染物。引入氣體至注入系統(tǒng)(200)，其中該氣體大體與一種或多種污染物的至少一部分反應(yīng)，在其中將該一種或多種污染物的至少一部分轉(zhuǎn)換成第二狀態(tài)。該第二狀態(tài)的一種或多種污染物的至少一部分保持配置在該一個或多個組件上，而且其中該第二狀態(tài)的一種或多種污染物的至少一部分大體而言不會在該一個或多個工件上產(chǎn)生污染。
文檔編號H01L21/265GK102047376SQ200980119765
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者安迪·雷 申請人:艾克塞利斯科技公司