專(zhuān)利名稱(chēng)：用于離子源組件清洗的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明部分涉及一種用于清洗在半導(dǎo)體和微電子制造中使用的離子注入機(jī)的離子源組件的方法。所述方法涉及在摻雜物注入期間使用清洗氣體混合物去除沉積物。沉積物不利地影響離子注入機(jī)的正常操作，導(dǎo)致頻繁停工時(shí)間和降低工具利用率。
背景技術(shù)：
離子注入是半導(dǎo)體/微電子制造中的重要工藝。將離子注入工藝用于集成電路制造以將摻雜物雜質(zhì)引入至半導(dǎo)體晶片中。將所需摻雜物雜質(zhì)引入至半導(dǎo)體晶片中以在所需深度形成摻雜區(qū)。選擇摻雜物雜質(zhì)以與半導(dǎo)體晶片材料結(jié)合，生成電載體并因此改變半導(dǎo)體晶片材料的導(dǎo)電率。引入的摻雜物雜質(zhì)的濃度決定摻雜區(qū)的導(dǎo)電率。必需生成許多這種雜質(zhì)區(qū)來(lái)形成晶體管結(jié)構(gòu)、隔離結(jié)構(gòu)和其它電子結(jié)構(gòu)，它們共同地充當(dāng)半導(dǎo)體裝置。在離子注入工藝中，使用含有所需摻雜物元素的氣體材料。將氣體引入至離子源室即電離室中，并且將能量引入至該室中以使該氣體電離。電離生成含有摻雜物元素的離子。以具有所需能量的離子束的形式從離子源室提取離子?？梢酝ㄟ^(guò)在提取電極兩端施加高電壓來(lái)進(jìn)行提取。當(dāng)期望高純度時(shí)，經(jīng)由質(zhì)量分析儀/過(guò)濾器輸送該束以選擇待注入物質(zhì)。離子束可以隨后被加速/減速并輸送至半導(dǎo)體晶片的表面以便將摻雜物元素注入至半導(dǎo)體晶片中。該束的離子穿透半導(dǎo)體晶片的表面以形成具有所期望導(dǎo)電率的區(qū)域。離子注入工藝的問(wèn)題涉及在離子源室和該離子源室內(nèi)所容納的組件的表面上氣體材料殘余物的沉積。這可導(dǎo)致聚集的殘余物沉積物，其干擾離子源室的成功操作，例如， 由離子源室中低電壓絕緣體上形成的殘余物沉積物導(dǎo)致的電氣短路和由離子源室中絕緣體上形成的殘余物沉積物導(dǎo)致的高能高電壓火花。殘余物沉積物可不利地影響離子注入機(jī)的正常操作，導(dǎo)致頻繁停工時(shí)間和降低工具利用率。當(dāng)移走離子源室和該離子源室內(nèi)所容納的組件以進(jìn)行清洗時(shí)，由于毒性或腐蝕性氣體的排放還可能產(chǎn)生安全問(wèn)題。因此必需從離子源室和該離子源室內(nèi)所容納的組件的表面上去除累積的沉積形成物而使對(duì)離子源室的成功操作的任何干擾最小化。因此，存在對(duì)從離子源室和該離子源室內(nèi)所容納的組件的表面上去除累積的沉積形成物的需要。本領(lǐng)域中期望的是開(kāi)發(fā)清洗方法，用于從離子源室和該離子源室內(nèi)所容納的組件的表面上去除累積的沉積形成物從而使對(duì)離子源室的成功操作的任何干擾最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明部分涉及一種用于清洗離子注入機(jī)的離子源組件的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，并且其中所述電離室的內(nèi)部和 /或所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件在其上具有摻雜氣體內(nèi)所含元素的至少一些沉積物，所述方法包括
將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和在足以從所述電離室的內(nèi)部和/或從所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上去除所述沉積物的至少一部分的條件下，使所述清洗氣體與所述沉積物反應(yīng)。本發(fā)明還部分涉及一種用于清洗離子注入機(jī)的離子源組件的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，并且其中所述電離室的內(nèi)部和/或所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件在其上具有碳硼烷(C2BltlH12)摻雜氣體內(nèi)所含元素的至少一些沉積物，所述方法包括
將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和
在足以從所述電離室的內(nèi)部和/或從所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上去除所述沉積物的至少一部分的條件下，使所述清洗氣體與所述沉積物反應(yīng)。本發(fā)明還部分涉及一種用于防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件中形成摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，所述方法包括
將摻雜氣體引入至所述電離室中；
將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和
在足以防止在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體與所述清洗氣體反應(yīng)；或者在足以減少在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體、和在所述摻雜氣體的電離期間在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成的沉積物與所述清洗氣體反應(yīng)。本發(fā)明還部分涉及一種用于防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件中形成碳硼烷(C2BltlH12)摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物的方法，其中所述離子源組件包括電離室和在所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，所述方法包括
將摻雜氣體引入至所述電離室中，所述摻雜氣體包含碳硼烷(C2BltlH12)； 將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和
在足以防止在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體與所述清洗氣體反應(yīng)；或者在足以減少在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體、和在所述摻雜氣體的電離期間在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成的沉積物與所述清洗氣體反應(yīng)。與其它已知工藝如基于NF3的工藝相比，本發(fā)明的方法提供針對(duì)在碳硼烷注入期間形成的殘余沉積物的更高去除速率。本發(fā)明的方法的實(shí)施可使客戶(hù)能夠更快地進(jìn)行所需清洗操作并因此改進(jìn)工具利用率。例如，通過(guò)將基于NF3的清洗替換為根據(jù)本發(fā)明的用于碳硼烷沉積物去除的基于F2/ArA)2的清洗工藝，用戶(hù)每天可獲得額外1小時(shí)的工具利用率。更快的清洗操作還可導(dǎo)致更少使用清洗氣體以及因此較不頻繁的氣瓶替換。因此，用戶(hù)還可減少在氣瓶替換期間經(jīng)歷的工具停工時(shí)間和安全問(wèn)題。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是離子注入系統(tǒng)的示意圖。
圖2是可用于本發(fā)明的不同氣體連接模式的示意圖。
圖3是可用于本發(fā)明的不同等離子體和熱活化模式的示意圖。
圖4圖解示出清洗氣體流量和腔室壓力對(duì)去除速率的影響。
圖5圖解示出氧添加對(duì)去除速率的影響。
發(fā)明詳述在進(jìn)行離子注入工藝過(guò)程中，在離子源室的壁和其它組件上形成一層沉積物。沉積物是諸如汽化碳硼烷(C2BltlH12)的摻雜氣體內(nèi)所含元素的至少一部分。摻雜氣體可以得自固體來(lái)源，例如，碳硼烷(C2BltlH12)是通過(guò)加熱而汽化的固體來(lái)源。這些沉積物可不利地影響離子注入機(jī)的正常操作，導(dǎo)致頻繁停工時(shí)間和降低工具利用率。圖1顯示離子注入系統(tǒng)的示意圖。在作為虛線框示出的離子源室的壁和組件上形成沉積物，并且本發(fā)明的清洗方法從那些區(qū)域去除沉積物。
為上文所示，本發(fā)明部分涉及一種用于清洗離子注入機(jī)的離子源組件的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，并且其中所述電離室的內(nèi)部和/或所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件在其上具有摻雜氣體內(nèi)所含元素的至少一些沉積物，所述方法包括將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和在足以從所述電離室的內(nèi)部和/或從所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上去除沉積物的至少一部分的條件下，使所述清洗氣體與所述沉積物反應(yīng)。
本發(fā)明的方法提供一種清洗化學(xué)品和方法，以去除在注入期間特別是碳硼烷 (C2B10H12)注入期間形成的沉積物。本發(fā)明的方法涉及使用清洗氣體混合物來(lái)去除摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物，所述清洗氣體混合物含有&、選自稀有氣體(He、Ar、Xe和Kr)和/ 或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選的02。在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2和Ar 的混合物，或F2、Ar和&的混合物。
清洗氣體混合物的組成包括約0. 1至約0. 3的F2/ [Ar+F2]摩爾比。清洗氣體混合物的組成包括約0. 01至約0. 6的02/[F2+02]摩爾比。優(yōu)選的氣體混合物組成包括約0. 15 至約0. 25的F2/[Ar+F2]摩爾比和約0. 25至約0. 45的02/[F2+02]摩爾比。在優(yōu)選實(shí)施方案中，在最佳條件下向F2和Ar氣體混合物添加&可將沉積物移除速率提高約30-40%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，代替使用O2和F2作為單獨(dú)氣體，與Ar混合的諸如二氟化氧(OF2)的含氧/氟氣體也可以用作清洗氣體。
清洗氣體組成優(yōu)選為F2/02/Ar混合物。在極值點(diǎn)處，即在F2/[Ar+F2] = 0. 3并且 02/
= 0. 6處，1摩爾氣體混合物將分別含有0. 21,0. 31和0. 48摩爾F2、O2和Ar。 10-25% OF2和余量的Ar的稀釋混合物也可以用作有用的清洗氣體混合物。與構(gòu)成電離室和該電離室內(nèi)所容納的組件的材料相比，清洗氣體應(yīng)具有更高的與沉積物的反應(yīng)性。
各氣體可以單獨(dú)地或以預(yù)混形式進(jìn)料?？梢詫怏w單獨(dú)地通入源室或者以預(yù)混形式提供。各種氣體連接模式適于在本發(fā)明的方法中使用。例如，可以混合來(lái)自分開(kāi)的來(lái)源的F2、Ar和A并且將混合物引入至電離室中?；蛘?，可以混合來(lái)自一個(gè)來(lái)源的F2和Ar以及來(lái)自分開(kāi)的來(lái)源的O2并且將混合物引入至電離室中。同樣，可以將來(lái)自一個(gè)來(lái)源的F2、 Ar和&引入至電離室中。參見(jiàn)例如示出不同氣體連接模式的圖2。
示冽性的摻雜物源包括但不限于碳硼烷(C2BltlH12)。取決于在工藝室中的位置，在碳硼烷注入期間形成的沉積物含有不同數(shù)量的B、C和W。組成摻雜氣體的其它示冽性元素包括磷(P)和砷(As)。其它示例性摻雜氣體包括例如磷化氫(PH3)、砷化氫(AsH3)、鍺烷 (GeH4)、四氟化鍺(GeF4)和二硼烷(B2H6)。在注入工藝期間使用這些其它示例性摻雜物源形成的沉積物可能分別含有P、As、Ge和B。離子源室中形成的沉積物可以通過(guò)使其在期望工藝條件下與F2、Ar和任選&接觸來(lái)去除。一旦在期望操作條件下暴露于清洗氣體，該沉積物與F2、02、F基、0基和OxFy基反應(yīng)，并且作為揮發(fā)性產(chǎn)物去除。Ar用作載體氣體并且還減少導(dǎo)致活性物質(zhì)的損失的復(fù)合反應(yīng)(recombination reaction)。由于Ar的電離電勢(shì)比He和Ne更低，所以與稀有氣體如He和Ne相比，Ar是優(yōu)選的載體氣體。同樣，與Kr、Xe 和1 相比，Ar的較低成本使其是優(yōu)選的候選物。與Ar相比，N2具有極類(lèi)似的成本結(jié)構(gòu)和電離電勢(shì)。然而，使用Ar/F2比使用隊(duì)汗2對(duì)W的蝕刻速率結(jié)果更低，使得Ar作為載體氣體比N2優(yōu)選。W是用于構(gòu)造電離室和該電離室內(nèi)所容納的組件的普通材料。
本發(fā)明的方法可以采用熱和/或等離子體活化來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的清洗作用。清洗氣體可以通過(guò)等離子體遠(yuǎn)程活化并將活性物質(zhì)輸送至源室的或可在源室中就地產(chǎn)生等離子體。 優(yōu)選模式使用熱和等離子體活化的組合。在清洗工藝期間反應(yīng)溫度的范圍可為約25°C至約 1000°C。優(yōu)選地，電離室的溫度的范圍可為約200°C至約1000°C。在清洗工藝期間反應(yīng)壓力的范圍可為約0. 1托至約10托。優(yōu)選地，電離室中壓力的范圍可為約0. 1托至約1托。
清洗氣體經(jīng)受熱、等離子體或這兩者的組合以產(chǎn)生活性基團(tuán)/離子。參見(jiàn)例如示出不同等離子體和熱活化模式的圖3。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，引入等離子體活化另加熱活化可顯著提高移除速率，例如提高約3倍?？赏ㄟ^(guò)將離子源室或該離子源室的至少一部分維持在期望溫度下來(lái)提供熱活化。使用遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)如圖3A和圖;3B的遠(yuǎn)程等離子體模式，氣體可經(jīng)受等離子體活化，并隨后將基團(tuán)/離子輸送至源室。
在將清洗氣體引入至電離室中之前，可將清洗氣體引入至等離子室中。在等離子室中激發(fā)該清洗氣體以生成等離子體。來(lái)自等離子體的離子、基團(tuán)、中性物和其它分離物質(zhì)隨后被引入至電離室中。參見(jiàn)例如圖3A。
在將所述清洗氣體引入至電離室中之前，可將包含&/^1·的清洗氣體引入至等離子室中。在等離子室中激發(fā)該清洗氣體以生成等離子體。將來(lái)自等離子體的離子、基團(tuán)、中性物和其它分離物質(zhì)從所述等離子室中移走并與A混合以生成氣體流。該氣體流隨后被引入至電離室中。參見(jiàn)例如圖3B。
或者，等離子體可在源室中就地產(chǎn)生，例如，圖3C的直接等離子體模式。在優(yōu)選實(shí)施方案中，在離子源室中就地產(chǎn)生等離子體，其可通過(guò)在源室中在陰極和反陰極兩端提供期望電勢(shì)來(lái)容易地獲得。直接等離子體模式具有比遠(yuǎn)程等離子體模式更好的若干潛在優(yōu)點(diǎn)(i)在流程線中無(wú)活性基團(tuán)或離子的損失；(ii)不需要另外的遠(yuǎn)程等離子體設(shè)備；和 (iii)就地等離子體產(chǎn)生充分的熱能以將離子源室壁的溫度提高至熱活化所需的期望值。
清洗氣體與沉積物的反應(yīng)的反應(yīng)條件如溫度、壓力和接觸時(shí)間也可有很大不同。 本文可以采用足以從電離室的內(nèi)部和/或從該電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件上去除沉積物的至少一部分的此類(lèi)條件的任何適宜組合。在清洗工藝期間電離室壓力的范圍可為約0. 1至約10托，優(yōu)選約0. 1至約1. 0托。在清洗工藝期間電離室溫度的范圍可為約25°C 至約1000°C，優(yōu)選約400°C至約600°C。在電離室中清洗氣體與沉積物的反應(yīng)時(shí)間的范圍可為約30秒至約45分鐘。取決于用戶(hù)實(shí)施的清洗的頻率，優(yōu)選反應(yīng)時(shí)間各不相同。清洗氣體流速的范圍可為約10至約lOOOsccm，優(yōu)選約50至約250sccm。
在清洗氣體與沉積物反應(yīng)并且從電離室的內(nèi)壁和/或從該電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件上去除沉積物的至少一部分之后，沉積物從電離室中作為揮發(fā)性產(chǎn)物被去除?？呻S后將該電離室排空并且按需要將清洗工藝重復(fù)許多次。排空的揮發(fā)性產(chǎn)物可被引導(dǎo)至消除裝置，例如焚化爐、濕式/干式洗滌器等等。
也如上文所示，本發(fā)明還部分涉及一種用于清洗離子注入機(jī)的離子源組件的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，并且其中所述電離室的內(nèi)部和/或所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件在其上具有碳硼烷 (C2B10H12)摻雜氣體內(nèi)所含元素的至少一些沉積物，所述方法包括將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和在足以從所述電離室的內(nèi)部和/或從所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上去除沉積物的至少一部分的條件下，使所述清洗氣體與所述沉積物反應(yīng)。
本發(fā)明的方法涉及在前述注入工藝期間形成沉積物之后清洗該沉積物。在替代性模式中，可以和摻雜源氣體一起連續(xù)地提供清洗氣體混合物，同時(shí)進(jìn)行注入工藝。
如上文所示，本發(fā)明部分涉及一種用于防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件中形成摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，所述方法包括將摻雜氣體引入至所述電離室中；將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和在足以防止在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體與所述清洗氣體反應(yīng)；或者在足以減少在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體、和在所述摻雜氣體的電離期間在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成的沉積物與所述清洗氣體反應(yīng)。
具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明部分涉及一種用于防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件中形成碳硼烷(C2BltlH12)摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，所述方法包括將摻雜氣體引入至所述電離室中；所述摻雜氣體包含碳硼烷(C2BltlH12)；將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和在足以防止在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體與所述清洗氣體反應(yīng)?；蛘咴谧阋詼p少在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體、和在所述摻雜氣體的電離期間在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成的沉積物與所述清洗氣體反應(yīng)。該方法還包括從所述電離室中提取離子束以便注入至基底中。
對(duì)于防止或減少在電離室的內(nèi)部上和/或在電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的方法，清洗氣體混合物的組成可如本文所述。該沉積物防止方法是就地清洗方法并且可稱(chēng)為操作的共同抽氣(co-bleed)模式。
清洗氣體與摻雜氣體的反應(yīng)的反應(yīng)條件如溫度、壓力和接觸時(shí)間也可有很大不同。本文可以采用足以防止或減少?gòu)碾婋x室的內(nèi)部和/或從該電離室內(nèi)所容納一個(gè)或多個(gè)組件形成沉積物的此類(lèi)條件的任何適宜組合。清洗氣體與摻雜氣體的比率的范圍可為約 0. 1:1至大于約3:1。電離室壓力的范圍可為約0. 1至約5毫托，優(yōu)選約0.5至約2. 5毫托。 電離室溫度的范圍可為約25°C至約1000°C，優(yōu)選約400°C至約600°C。清洗氣體流速和摻雜氣體流速在該過(guò)程中一般具有類(lèi)似量級(jí)。優(yōu)選地，清洗氣體和摻雜氣體的流速的范圍可為約0. 1至約IOsccm,更優(yōu)選約0. 5至約3sccm。
在共同抽氣(co-bleed)模式的操作中，清洗時(shí)間等于摻雜物和清洗氣體流動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。所以該持續(xù)時(shí)間取決于用戶(hù)的工藝時(shí)間。該清洗時(shí)間不僅取決于工藝處方，而且取決于晶片的數(shù)量和快速原子轟擊離子源(fab)負(fù)荷。在操作的共同抽氣模式中，即便在中止摻雜氣體之后用戶(hù)可以繼續(xù)使清洗氣體流動(dòng)以確保去除任何留下的沉積物。
防止或減少在電離室的內(nèi)部上和/或在該電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的方法采用如本文所述的熱/等離子體活化。通過(guò)在電離室中撞擊等離子體使摻雜氣體電離，并且由于來(lái)自受熱陰極的傳導(dǎo)和/或輻射，電離室壁和該電離室內(nèi)所容納的組件的溫度升高。
在熱/等離子體活化中，該等離子體可包含該摻雜氣體即碳硼烷(C2BltlH12)的分離和電離的成分；和該清洗氣體即F2、Ar和任選&的混合物的分離和電離的成分。摻雜氣體的分離和電離的成分與清洗氣體的分離和電離的成分反應(yīng)，以防止或減少在電離室的內(nèi)部上和/或在該電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件上形成可電離摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物?？墒褂觅|(zhì)量流量控制器來(lái)控制引入至電離室中的清洗氣體與摻雜氣體的比率。清洗氣體與摻雜氣體的比率的范圍可為約0. 1:1至大于約3:1。
本發(fā)明的各種修改和變型對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的，并且應(yīng)理解，此類(lèi)修改和變型將包括在本申請(qǐng)的范疇和權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍之內(nèi)。
實(shí)施例1比較NF3清洗氣體與本發(fā)明中所用清洗氣體化學(xué)品的不同變型的性能。在類(lèi)似加工條件下，F(xiàn)2/Ar和F2/ArA)2混合物證實(shí)比NF3具有更佳移除速率(參見(jiàn)表A和下表B)。對(duì)于熱活化的清洗方法，即便在較低溫度下，F(xiàn)2/ArA)2導(dǎo)致快2倍的殘余物沉積物移除速率。同樣，當(dāng)在等離子體和熱活化的組合下操作時(shí)，基于F2/ArA)2的化學(xué)品具有比基于NF3的化學(xué)品更佳的移除速率。另外，由于F2中F-F鍵比NF3中N-F鍵更低的鍵裂解能量，與NF3等離子體相比，需要更少等離子體功率來(lái)維持完全裂解的F2等離子體。與低功率需要組合的較高殘余物沉積物移除速率為用戶(hù)提供更寬的工藝窗口以進(jìn)行期望的清洗操作。
表A 活化模式熱.洗氣體O2ZF2摩爾比壓力 _瀛度移除速.率 (C) (pivmia'lOOscc-i7)碼/Arm3.0_ 0.7F2ZArZO2_3.0_ IJ表B:活化模式等離子體+熱清洗氣體I O2IF2摩爾比 A力 _SA 移涂逯率 (1C) (lun/iuiii/lOi see-F)NF3ZAr 丨 NA I 3.0400 I 1.2F2ZArZO2 0.0 3.0棚 IJF2ZArZO2 丨 0,4 | 3.0400 2.1實(shí)施例2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以評(píng)估在不同操作條件下來(lái)自碳硼烷摻雜氣體的沉積物的移除速率。圖4示出在 F2/02/Ar 混合物(F2:02: Ar - 0. 18:0. 09:0. 73)和 F2/Ar 混合物(F2: Ar - 0. 20:0. 80) 的不同流速下觀察的移除速率。這些實(shí)驗(yàn)中所用的混合物組成為F2/02/Ar 混合物=F2O2:Ar = 0. 18:0. 09:0. 73，即，F(xiàn)2/[F2+Ar] = 0. 20 和 O2/
=0. 33V2Zkr 混合物=F2 Ar = 0. 20:0. 80，即 F2/ [F2+Ar] = 0. 20。
圖4示出清洗氣體流量和腔室壓力對(duì)移除速率的影響。除各數(shù)據(jù)點(diǎn)之外所列的壓力值為在對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)期間的腔室壓力。觀察到在清洗氣體流量(和對(duì)應(yīng)腔室壓力)減少約5 倍的情況下，F(xiàn)2/Ar和F2/02/Ar混合物移除速率下降僅約1. 9倍和約1. 6倍，從而表明在低流量-低壓力模式中清洗氣體的更高效的利用率。由于所產(chǎn)生等離子體的物理位置，還期望當(dāng)以直接等離子體模式進(jìn)行清洗時(shí)，在離子源室中維持低壓(小于1.0托)。在較高壓力下，等離子體可趨于定位在電弧室中陰極區(qū)域的周?chē)煌诘蛪翰僮?，其中等離子體趨于散布在腔室周?chē)⑶乙虼颂峁└鶆虻那逑础＝Y(jié)果證實(shí)，在約200sCCm和0. 7托的腔室壓力下使用F2/ArA)2混合物可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高的移除速率。基于特定注入機(jī)構(gòu)造的進(jìn)一步優(yōu)化也是可能的。
圖5示出氧添加對(duì)清洗氣體混合物的移除速率性能的影響。起初，當(dāng)氣體混合物中A的相對(duì)濃度增加時(shí)，移除速率增加，然而當(dāng)O2濃度繼續(xù)增加時(shí)，觀察到相反效果。當(dāng)樣品經(jīng)受純氧氣流時(shí)，移除速率下降至零。結(jié)果表明，清洗氣體混合物中O2摩爾分?jǐn)?shù)[O2/(摩爾A +摩爾F2)]的優(yōu)選范圍是約0. 3至0. 5。
權(quán)利要求
1.一種用于清洗離子注入機(jī)的離子源組件的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，并且其中所述電離室的內(nèi)部和/或所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件在其上具有摻雜氣體內(nèi)所含元素的至少一些沉積物，所述方法包括將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和在足以從所述電離室的內(nèi)部和/或從所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上去除所述沉積物的至少一部分的條件下，使所述清洗氣體與所述沉積物反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述清洗氣體包含F(xiàn)2和Ar的混合物，F(xiàn)2、Ar和仏的混合物，或二氟化氧(OF2)和Ar的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將來(lái)自分開(kāi)的來(lái)源的F2、Ar和&混合并將所述混合物引入至所述電離室中；將來(lái)自一個(gè)來(lái)源的F2和Ar與來(lái)自分開(kāi)的來(lái)源的&混合并將所述混合物引入至所述電離室中；或?qū)?lái)自一個(gè)來(lái)源的F2、Ar和O2引入至所述電離室中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中F2/[Ar+ F2]摩爾比為約0. 1至約0. 3，并且O2/ [F2 + O2]摩爾比為約0. 01至約0. 6。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述F2/[Ar+ F2]摩爾比為約0. 15至約0. 25，并且O2/[F2 + O2]摩爾比為約0. 25至約0. 45。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述摻雜氣體包含碳硼烷(C2BltlH12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積物包含選自B(硼)、C (碳)、W (鎢)和它們的混合物的元素。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法采用所述清洗氣體的熱和/或等離子體活化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括(i)在將所述清洗氣體引入至所述電離室中之前，將所述清洗氣體引入至等離子室中，在所述等離子室中激發(fā)所述清洗氣體以生成等離子體，并且將來(lái)自所述等離子體的離子、基團(tuán)、中性物和其它分離物質(zhì)引入至所述電離室中；(ii)將所述清洗氣體引入至所述電離室中并且在所述電離室中激發(fā)所述清洗氣體以生成等離子體；或(iii)在將所述清洗氣體引入至所述電離室中之前，將包含i^/Ar的所述清洗氣體引入至等離子室中，在所述等離子室中激發(fā)所述清洗氣體以生成等離子體，從所述等離子室中去除來(lái)自所述等離子體的離子、基團(tuán)、中性物和其它分離物質(zhì)，將來(lái)自所述等離子體的所述離子、基團(tuán)、中性物和其它分離物質(zhì)與O2混合以生成氣體流，并且將所述氣體流引入至所述電離室中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述電離室中于約25°C至約1000°C的溫度下使所述清洗氣體與所述沉積物反應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述電離室中于約0.1托至約10托的壓力下使所述清洗氣體與所述沉積物反應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述電離室中進(jìn)行使所述清洗氣體與所述沉積物反應(yīng)約30秒至約45分鐘的反應(yīng)時(shí)間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中以約IOsccm至約lOOOsccm的流速將所述清洗氣體引入至所述電離室中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在所述反應(yīng)之后排空所述電離室。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其還包括重復(fù)所述方法一次或多次。
16.一種用于清洗離子注入機(jī)的離子源組件的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，并且其中所述電離室的內(nèi)部和/或所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件在其上具有碳硼烷(C2BltlH12)摻雜氣體內(nèi)所含元素的至少一些沉積物，所述方法包括將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和在足以從所述電離室的內(nèi)部和/或從所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上去除所述沉積物的至少一部分的條件下，使所述清洗氣體與所述沉積物反應(yīng)。
17.一種用于防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件中形成摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件， 所述方法包括將摻雜氣體引入至所述電離室中；將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和在足以防止在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成所述摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物的條件下，使所述摻雜氣體與所述清洗氣體反應(yīng)；或者在足以減少在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體、和在所述摻雜氣體的電離期間在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成的沉積物與所述清洗氣體反應(yīng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其還包含從所述電離室提取離子束以便注入至基底中。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述方法采用所述摻雜氣體和所述清洗氣體的熱和/或等離子體活化。
20.一種用于防止或減少在離子注入機(jī)的離子源組件中形成碳硼烷(C2BltlH12)摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物的方法，其中所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件，所述方法包括將摻雜氣體引入至所述電離室中，所述摻雜氣體包含碳硼烷(C2BltlH12)；將清洗氣體引入至所述電離室中，所述清洗氣體包含F(xiàn)2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選A的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物；和在足以防止在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成所述碳硼烷(C2BltlH12)摻雜氣體內(nèi)所含元素的沉積物的條件下，使所述摻雜氣體與所述清洗氣體反應(yīng)；或者在足以減少在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成沉積物的條件下，使所述摻雜氣體、和在所述摻雜氣體的電離期間在所述電離室的內(nèi)部上和/或在所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件上形成的沉積物與所述清洗氣體反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明部分涉及一種用于清洗在半導(dǎo)體和微電子制造中使用的離子注入機(jī)的離子源組件的方法。所述離子源組件包括電離室和所述電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件。所述電離室的內(nèi)部和/或所述電離室內(nèi)所容納的所述一個(gè)或多個(gè)組件在其上具有如碳硼烷(C2B10H12)的摻雜氣體內(nèi)所含元素的至少一些沉積物。所述方法涉及將清洗氣體引入至電離室中，以及在足以從電離室的內(nèi)部和/或從電離室內(nèi)所容納的一個(gè)或多個(gè)組件上去除沉積物的至少一部分的條件下，使清洗氣體與沉積物反應(yīng)。所述清洗氣體為F2、選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體和任選O2的混合物，或含氧/氟氣體和選自稀有氣體和/或氮?dú)獾囊环N或多種惰性氣體的混合物。沉積物不利地影響離子注入機(jī)的正常操作，導(dǎo)致頻繁停工時(shí)間和降低工具利用率。
文檔編號(hào)H01J37/16GK102549705SQ201080043549
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日
發(fā)明者辛哈 A., A. 布朗 L., M. 坎珀 S. 申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司