半导体加工系统的清洁方法和装置的制作方法

专利名称：半导体加工系统的清洁方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体加工系统的清洁。在多个具体方面，本发明涉及清洁用于微电子器件制造的离子注入系统(离子注入机，ion implantation system)的一个或多个组件的方法及设备。在另外的方面，本发明涉及清洁用于微电子器件制造的CVD系统中使用的一个或多个组件的方法及设备。在一个方面,本发明涉及系统及其内包含的组件(部件，component)上的残余物的原位去除，通过使该系统和/或组件与气相反应性材料且在充分条件下接触足够时间，以至少部分地去除这些组件上的残余物。当该残余物和构成这些组件的材料不同时，该气相反应性材料选择性地与该残余物反应，并与构成该系统的这些组件的材料有最少的反应。当残余物和构成这些组件的材料相同时，则气相反应性材料可与残余物和该组件部分两者反应。在若干具体实施方式
中，本发明涉及动态清洁，其中从进入点连续引入清洁剂通过系统，并透过排出装置(exhaust means)排出，以实现原位清洁；静态清洁,其中清洁蒸气通入系统中，然后将该系统保持为封闭状态，以使该蒸气可与沉积材料反应，之后将气态产物抽出该系统；以及使用氟化的氙化合物，例如XeF2，作为维持离子源内的等离子体的蒸气。
背景技术：
离子注入是用于集成电路制造中以精准地将受控制的掺杂杂质量引入半导体晶片内，并且在微电子/半导体制造中是一项关键技术。在这种注入系统中，离子源离子化期望掺杂元素气体，并且这些离子是以具有期望能量的离子束形式从该来源提取出。提取是通过在适当形状的提取电极上施加高电压来实现的，这些电极整合有用于提取束通过的孔。然后将离子束导向工作件例如半导体晶片的表面，以利用掺杂元素注入该工作件。该提取束的离子穿透该工作件表面而形成具有期望导电性(传导性,conductivity)的区域。有几种常用于商业离子注入系统的离子源，包括使用热电极并由电弧供电的Freeman和Bernas型、使用磁控管的微波型、非直接加热阴极源、以及RF等离子体源，所有这些通常都在真空中操作。离子源通过将电子引入充满掺杂气体(通常称为“原料气体(feedstock gas)”)的真空反应室内来产生离子。这些电子与气体中的掺杂原子和分子的碰撞，导致由正负掺杂离子组成的离子化等离子体的产生。具有负或正偏压的提取电极会分别允许正或负离子通过该孔洞并离开该离子源成为准直(平行，collimated)离子束，其是朝向该工作件被加速。原料气体包括，但不限于，BF3> B10H14, B18H22, PH3> AsH3、PF5, AsF5,H2Se、N2、Ar2、GeH4、SiF4、O2、H2、和 GEH4。目前，在本领域装置的制造中有高达10-15个注入步骤。对于更好的加工控制、以低能量传送高射束流(beam current)、以及平均故障时间(MTBF)的缩短,增加的晶片尺寸、降低的临界尺寸、以及增加的电路复杂度对离子注入工具有更多的要求。该离子注入机工具最要保养的部件包括离子源，根据其操作条件其必须在运作约100至300小时后进行维护；提取电极(extraction electrode)和高电压绝缘器,其通常需要在数百小时的运作后进行清洁。此外，系统的灯丝在运作后可能需要更换。
在理想情况下，所有的原料分子都被离子化并提取，但实际上，发生一定量的原料分解，这造成离子源区的沉积及污染。例如，磷残余物(例如，源于使用例如磷化氢的原料气体)会容易地沉积在离子源区中的表面上。残余物可在离子源内的低电压绝缘器上形成而造成电短路，这可阻碍需要产生热离子电子(thermionic electron)的电弧。该现象通常称为“来源故障(source glitching) ”，并且是离子束不稳定的主要因素，且最终可造成该来源的早期故障。残余物也会形成在离子注入机的高电压组件上，例如来源绝缘器或提取电极表面，造成能量化高电压火花。这种火花是射束不稳定的另一个因素，并且这些火花所释放的能量可造成敏感的电子组件的伤害，导致设备故障增加和较差的MTBF。此外，在离子源构件(例如灯丝和排斥电极(impeller electrode))上的沉积是很普遍的。这种内部沉积物通常是由电弧反应室的材料组成，并且在使用高等离子体功率连同氟化物来源原料联合由钨或钥构成成的电弧反应室时最常见到。虽然使用不含卤化物来源材料的离子注入系统的离子源预期寿命通常约在100至300小时左右，但使用例如GeF4的一些含卤化物材料，离子源寿命可低至10至50小时，因为来源操作上的内部沉积的有害效应。除了离子注入机中的残余物造成的操作困难之外，由于取出组件以进行清洁时的有毒或腐蚀性蒸气的放出，所以也有重要的人员安全问题。只要有残余物存在的地方就会有安全问题，但在离子源区内是特别关注的，因为离子源是离子注入机最经常维护的组件。为了最小化停机时间，受到污染的离子源常在显著高于室温的温度下从注入机移出，这增大了蒸气的放出并使安全问题加剧。处理上述困难的现有方法包括试图防止沉积物形成以及清洁形成在提取电极和离子源上的沉积物(即，在提取电极上，如在公开的美国专利申请第2006/0272776号、公开的美国专利申请第2006/0272775号和公开的美国专利申请WO 2005/059942 A2号中讨论的)。但是，仍然需要清洁离子注入系统的所有构件的其他加工。因此，在离子注入领域中希望能提供具有分离的清洁站的异位清洁加工，由此安全地清洁从注入机移出的受到污染的组件，而不会出现可能伤害例如石墨电极的脆弱组件的任何机械磨损。因此，离子注入领域中提供可用来在从注入系统移出后选择性且非破坏性地清洁组件并具有最短停机时间的离线清洁站也会是一个显著的进步。在离子注入领域中提供原位清洁工艺以在注入期间有效地、选择性地去除不想要的沉积在注入机各处的残余物，特别是在离子源区内，也是一个显著的进步。这种原位清洁增强了人员安全并使注入设备稳定地、不中断地运作。
近几年来，开发了两种新颖的硼离子注入方法作为传统离子注入的替代方案。两种替代方法都使用含硼分子，而没有任何反应性齒化物物种。这可能使硼大量沉积在该离子源区内，而原位清洁方法会有帮助。注入的第一替代方法是等离子体浸没离子注入，其中该晶片是浸没在由二硼烷气体(B2H6)或三氟化硼(BF3)形成的含有B+离子的等离子体中。第二替代方法是由例如十硼烷(BltlH14)或十八硼烷(B18H22)的分子物种产生的分子的注入。因此，离子注入领域中提供例如等离子体浸没和分子离子注入的替代注入方法用的原位清洁工艺是一个显著的进步。化学气相沉积(CVD)提供低成本、高产率的元件制造方法。化学气相沉积(CVD)是一种涉及一系列化学反应以在衬底(基底，substrate)表面上产生固体物质的薄层的化学(加工)工艺。该工艺广泛用来生产微电子器件及产品。
在典型的CVD工艺中，衬底暴露于一种或多种相对具有挥发性的前体(即，含硅
(Si)、钨(W)、钛(Ti)或钽(Ta))，以形成复合金属氧化物或硅酸盐。这些前体与衬底表面反应而在该表面上产生固态物质的沉积物。CVD非常适于在衬底上提供均匀覆盖的沉积材料。化学气相沉积可由常规热CVD工艺产生，其涉及供应反应性气体至衬底表面，在此产生热诱导化学反应(均相和非均相)而产生所希望的薄膜。在该替代方法中，可实施一种等离子体工艺，其中形成受控制的等离子体以分解和/或激活(激励，energize)反应性物种，以产生所希望的膜。无论是使用热或等离子体CVD工艺，所沉积材料的薄膜会累积在CVD沉积反应室内部。因此，必须周期性去除这些薄膜沉积物，因为其会通过改变反应室的尺寸而有影响薄膜沉积加工的再现性的倾向。而且，这些薄膜沉积物可能剥落而污染在反应室中处理的晶片。用来清洁半导体加工反应室和反应器的传统方法包括湿式洗涤和原位清洁。湿式清洁方法需要破除加工反应室的真空密封、拆卸反应室和手动擦净反应室内表面。常用强酸溶液来溶解在反应室表面上的沉积物。在清洁工艺完成后，必须重新组装和重新密封反应室。与该方法相关的固有问题包括必须在清洁工艺中使用大量危险化学品。此外，手动拆解加工系统和随后的再组装是劳力密集又耗时的，增加加工反应室组件的耗损，并且可能在反应室内留下残余物污染。实施原位清洁工艺不需要拆解加工反应室。通常，为干蚀刻工艺或气态溶剂产生的等离子体会流动通过该加工反应室，以去除累积的薄膜。最近证实使用三氟化氯(ClF3)和其它氟自由基和/或含氟卤间化合物(interhalogen)(即，CF4> NF3> C2F6、C3F8、SF6)的无等离子体或干式清洁工艺在从半导体加工反应室去除固体残余物方面是有效的。ClF3和其他氟自由基和/或含氟卤间化合物与这种固体残余物反应而形成挥发性反应产物，其通过真空可易于从加工室或其他装置去除，见 Y. Saito 等在应用物理手札(APPLIED PHYSICS LETTERS)第 56(8)卷第 1119-1121 页(1990)的“使用三氟化氯的硅表面的无等离子体清洁工艺”；也参见D. E. Ibbotson等在应用物理期刊(JOURNAL OF APPLIED PHYSICS)第 56 (10)卷第 2939-2942 页(1984)的“利用含氟化合物的硅的无等离子体干蚀刻”。
美国专利第4，498，953号描述一种原位清洁方法，其中卤间化合物，例如BrF5、BrF3XlF3、或IF5连续流动通过加工反应室，同时在反应室内维持预定压力。在处理结束时，终止卤间化合物流。但是，大量的危险物质在该系统中流通。显然，该方法所使用的大量物质不仅增加生产成本，并且也存在与危险物质的处理有关的附加成本。类似的问题也存在于美国专利第5，565，038号所披露的工艺中，其中连续通入卤间化合物气体流至加工反应室以作为清洁剂。同样，该反应性气体流是连续的，并且直到薄膜去除完成之前不会终止。更进一步，如上面引用的现有技术，因为大量的危险物质的使用，以及相关的制造成本和/或环境成本，该方法有其固有问题。此外，该连续气流清洁加工在非常低的压力下进行，而清洁效率在这种条件下会降低。也见美国专利第6，534，007号。用于去除加工室内的沉积物增长的其他已知方法使用NF3，包括用于热CVD加工中的类型，例如垂直管。但是，需要非常高的温度来裂解NF3，以释放反应性氟离子。若未达到和/或维持这些温度，危害性(有毒)NF3会排出至周围环境。此外，氟离子不良的反应选择性会造成不希望的石英反应器的蚀刻。仍然更进一步地，取决于加工室的形状，不总是能够预测或完成均匀的清洁。·但是，使用氟自由基或含氟卤间化合物来清洁半导体加工设备面临实施和商业可行性的实际问题。例如，氟自由基或含氟卤间化合物，包括ClF3的供应，是极具腐蚀性的，并且例如储存和配送容器的相容性的问题，以及相关的加工管线和组件问题，都需要实质的关注及昂贵的解决方案。而且，卤间化合物对于人类呼吸道而言是极具刺激性的。人类忍受ClF3蒸气的极限标准低至lOOppb，而LC50为I小时300ppm。因此这种高度毒性流动的不经意泄漏对于人类健康是极危险的。此外，大部分的卤间化合物在室温下是液体，并且是以液态传输，而液体超越气体的固有密度加重与传输这些化合物相关的许多危险。因此，在本领域中提供一种产生清洁剂的系统和方法会是一个显著的进步，其中该系统和方法最小化暴露在这些化合物中的危险，并且克服与传输及储存高度反应性氟自由基和含氟卤间化合物相关的其他问题。同样，希望在CVD领域提供异位及原位清洁工艺(或方法)以及可用于这样的工艺的清洁剂。

发明内容
本发明总体涉及离子注入机和CVD清洁系统及方法，例如，用于清洁半导体加工系统的内部组件，以及可有效用于这种清洁的组合物。特别地，本发明在广义方面涉及使用气相反应性材料对离子注入机组件的原位清洁，其中该气相反应性材料与残余物在足够时间和充分条件下进行接触，以便从至少一个组件上至少部分地去除该残余物。在一个方面，本发明涉及一种清洁半导体加工系统的至少一个组件的方法，该方法包括(a)将来自清洁组合物源容器的气相反应性材料引入包括至少一个要清洁组件的系统的至少一部分中；
(b)在该系统内达到预定特性时，终止该气相反应性材料的引入；以及(C)使该气相反应性材料与系统内的残余物反应足够时间，以便从至少一个要清洁组件至少部分地去除该残余物；该气相反应性材料选择性地与在至少一个组件上的残余物反应。用于确定终止气相反应性材料的引入的预定特性可以包括，如以下更充分论述的，温度、压力、物种检测等。在另一方面，本发明涉及一种清洁半导体加工系统的离子源区的方法，所述方法包括(a)将来自清洁组合物源容器的气相材料引入至该离子源区的真空室(真空反应室，vacuum chamber)中；(b)在真空室中达到预定压力时，终止气相材料至真空反应室的引入；(C)在真空室中使用等离子体，将所述真空反应室中的气相反应性材料离解(分解，dissociate)成反应性卤化物物种；以及(d)使该反应性卤化物物种与真空反应室内的残余物反应足够时间，以便从该真空室至少部分地去除该残余物；在又一方面，本发明涉及一种用于清洁半导体加工系统的至少一个组件的设备，所述设备包括(a)其内设置有气相反应性材料的清洁组合物源，其中该清洁组合物源与要清洗的至少一个组件相连接，并且位于其上游；以及
(b)阀门，介于该清洁组合物源和至少一个待清洁的组件之间；本发明的又一方面涉及一种异位清洁半导体加工系统的至少一个组件的方法，该方法包括(a)将该组件置于异位真空室内；(b)将来自清洁组合物源容器的气相反应性材料引入至异位真空室中；(c)在该真空室内达到预定特性时，终止该气相反应性材料至真空反应室中的引入；以及(d)使气相反应性材料与真空室内的残余物反应足够时间，以便从其内容纳的至少一个组件上至少部分地去除残余物；其中气相反应性材料选择性地与至少一个组件上的残余物反应。本发明的又一方面涉及一种清洁离子注入系统的一个或多个组件以从该一个或多个组件至少部分地去除离子化相关的沉积物的方法，所述方法包括使所述一个或多个组件与包含气相反应性材料的清洁组合物相接触，其中在能够使该气相反应性材料与该沉积物反应的条件下以实现所述至少部分去除。本发明的另一方面提供了一种清洁半导体制造工具(装备，tool)的至少一个组件的方法，通过连续地使来自蚀刻剂容器的蚀刻剂气体流至半导体制造器械的真空室中，并使该蚀刻剂气体与真空室内的残余物反应，以便从真空室内部或其内容纳的至少一个组件上至少部分地去除残余物；以及通过利用在该室出口上的控制阀来调节蚀刻剂气体的分压。本发明的又一方面提供了一种异位清洁半导体制造器械的至少一组件的方法，通过将该组件置于异位真空室内，连续地将来自蚀刻剂容器的蚀刻剂气体流入至该异位真空室内，使该蚀刻剂气体与真空反应室内的残余物反应，以便从其内容纳的至少一个组件上至少部分地去除该残余物，以及利用位于该容器出口的控制阀来调节蚀刻剂气体的分压。本发明的另一方面涉及一种离子注入和清洁装置(组装件，assembly)，包括离子注入系统，包括在该系统中的离子注入加工期间在其上累积离子化相关沉积物的一个或多个组件；和清洁部件，包括清洁组合物源(其包括包含与这些沉积物发生反应的气态卤化物的清洁组合物，以便在涉及该清洁组合物与这些沉积物接触的清洁条件下，实现从该一个或多个组件的将它们至少部分地去除)；流动线路(flow circuity)，适于从清洁组合物源将清洁组合物传送至一个或多个组件，以在清洁条件下与其接触；以及流动组件部分(flow componentry)，适于在清洁条件下控制通过该流动线路的清洁组合物的流动，以实现从该一个或多个组件至少部分地去除该沉积物。 在另一方面，本发明涉及一种增加用来产生等离子体例如BF3、AsH3> PH3、GeF4,SiF4、或H2Se的离子源的稳定性的方法，所述方法包括利用气态卤化物等离子体(例如XeF2等离子体)来清洁所述离子源。本发明的又一方面涉及一种从其上具有沉积物的衬底上去除该沉积物的方法，其中沉积物包括硼、硅、砷、磷、锗、钨、钥、硒、锑、铟、钽、及碳中的至少一种，这种方法包括使衬底与气相反应性材料接触足够时间，以从该衬底上至少部分地去除该沉积物，其中气相反应性材料包括诸如 XeF2' XeF4' XeF6' NF3> IF5、IF7、SF6、C2F6' F2、CF4、KrF2, Cl2, HCl、ClF3'C102、N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F' HOBr, Br2 的气体；化学式为 CxFy 的化合物例如 C3F6' C3F8'C4F8 和 C5F8 ;化学式为 CxHyFz 的化合物例如 CHF3、CH2F2, CH3F, C2HF5, C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2 及C2H5F, COF2, HF ;或诸如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2, CH3Cl 的有机氯化物。本发明的又一方面涉及一种离子注入方法，包括在在离子注入系统的电弧室(电弧反应室，arc chamber)内从流过该电弧室的掺杂剂源气体产生等离子体以形成用于注入 的掺杂剂源离子，以及在该掺杂剂源气体流过该电弧室期间的至少部分时间内，使清洁气体(cleaning gas)与该掺杂剂源气体同时流过该电弧室，以在该离子注入系统内实现清洁，其中该清洁气体包括气态卤化物。本发明的另一方面涉及一种形成掺杂硅衬底的方法，包括在硅衬底内注入掺杂离子，以及在该所述衬底内另外注入Xe+离子。本发明在另一方面涉及一种清洁离子源的方法，该方法包括在离子源中产生气态卤化物等离子体(例如XeF2等离子体)，以便产生对该离子源的溅射清洁有效的Xe+离子，以及对离子源下游组件的溅射清洁有效的Xe+离子。本发明在另一方面涉及一种在牵涉到不同掺杂剂源气体的连续离子产生工艺之间清洁离子源的方法，其中这种方法包括在有或没有等离子体的这种工艺之间(即，在不存在或存在等离子体产生的离子源冷或离子源热条件下，在牵涉到不同掺杂剂源气体的连续离子产生工艺之间)，使气态卤化物例如XeF2等流过离子源。本发明的又一方面涉及一种在牵涉到相同掺杂剂源气体的连续离子产生工艺之间清洁离子源的方法，其中该方法包括在有或没有等离子体的这种工艺之间，使气态卤化物例如XeF2流过该离子源。特别地，本发明在另一广义方面涉及CVD系统或其一个或多个组件的清洁，使用气相反应性材料，其中该气相反应性材料与CVD系统内的残余物在充分条件下接触足够时间，以便从该CVD系统中的一个或多个组件上至少部分地去除残余物。在一个方面，本发明涉及一种清洁半导体加工系统的至少一个组件的方法，所述方法包括(a)将来自清洁组合物源容器的气相反应性材料引入该半导体加工系统的反应器内；(b)在该反应器内达到预定特性后，终止该气相反应性材料至该反应器内的引入；以及(C)使气相反应性材料与残余物在该反应器内反应一段足够长的时间，以便从该反应器内部或其内容纳的至少一个组件上至少部分地去除该残余物； 其中该气相反应性材料选择性地与残余物反应。本发明的另一方面涉及一种沉积和清洁装置(组装件，assembly),包括CVD系统，包括在该系统内的沉积加工期间在其上累积与沉积相关的沉积物的一个或多个组件；和清洁部件，包括清洁组合物源，该清洁组合物源含有包括易与这些沉积物发生反应的气态卤化物的清洁组合物，以在清洁组合物与沉积物相接触的清洁条件下至少部分地将沉积物从一个或多个组件去除；流动线路，适于将来自清洁组合物源的清洁组合物传送至该一个或多个组件，以在清洁条件下与其接触；以及流动组件，适于在清洁条件下控制通过该流动线路的清洁组合物的流动(流量，flow)，以便实现从该一个或多个组件至少部分地去除沉积物。本发明的又一方面涉及一种CVD方法，包括在衬底上由提供至反应器的前体形成固态薄膜，以及在该前体提供至该反应器期间的至少部分时间中，使清洁气体与该前体同步流过该反应器，以实现在该CVD系统内的清洁，其中该清洁气体包括气态卤化物。在另一方面，本发明涉及一种在牵涉到不同前体的连续沉积工艺之间清洁CVD系统的方法，其中这种方法包括在这种工艺之间使气态卤化物流过该源。在另一方面，本发明涉及一种在牵涉到相同前体的连续沉积工艺之间清洁CVD系统的方法，其中这种方法包括在这种工艺之间使气态卤化物流过该源。另一方面涉及一种用于延长离子源寿命的方法，包括清洁该离子源或其组件，该气相反应性材料包括选自由以下物质组成的组中的至少一种气体XeF2、XeF4' XeF6, NF3>IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6' F2、CF4、Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F' HOBr、Br2,C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、C0F2、HF、C2HF5、C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2^C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4,CHCl3'CH2Cl2 和 CH3Cl。本发明的另一方面涉及一种用于延长加工工具(加工器械，process tool)的MTBF的方法，包括利用气相反应性材料清洁该加工工具或其组件，其中气相反应性材料包括选自由以下物质组成的组中的至少一种气体XeF2、XeF4' XeF6, NF3> IF5, IF7, KrF2, SF6,C2F6, F2, CF4, Cl2、HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3>CH2F2, CH3F, COF2, HF、C2HF5' C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2, C2H5F' C3F6, COCl2, CCl4, CHCl3' CH2Cl2 和CH3Cl。本发明的其他方面、特征及实施方式可从以下的披露内容及所附的权利要求中更加显而易见。


图I是并入了根据本发明的一种实施方式的静态模式清洁的离子注入系统的示意图。图2是并入了根据本发明的另一种实施方式的动态模式清洁的离子注入系统的示意图。
图3是并入了根据本发明的又一种实施方式的直接离解等离子体清洁的离子注入系统的不意图。图4是适于利用XeF2清洁的加工系统的示意图。图5是作为时间的函数的RGA轨迹，示出了 XeF2在从玻璃显微玻片上的铝基层去除硼残余物中的效力(用于A1_B样品的RGA压力vs时间)。图6是作为时间的函数的RGA轨迹，示出了 XeF2与玻璃显微玻片上的铝基层上的钨层的反应性(用于A1_W样品的RGA压力vs时间)。图7是作为时间的函数的以mA计的射束电流的图示，示出了使用XeF2等离子体来改善离子源的稳定性(原位XeF2离子源温度-离子源开启；B+束稳定性=XeF2原位清洁)。图8是作为以秒计的时间的函数的RGA分压(log托)的图示，示出了使用XeF2作为用于冷离子源的清洁剂(原位XeF2蚀刻-离子源关闭)。图9是气相W和F2关于温度的图不。图10是作为以分钟计的时间的函数的RGA分压的图示，示出了使用XeF2作为用于清洁两个驱赶电极绝缘体(排斥电极，repeller insulator)的清洁剂(在STS驱赶电极绝缘体的循环蚀刻期间的129XeF+ RGA信号的时间分布)。图11是在两个排斥电极绝缘体的XeF2清洁中，反应产物的IR光谱的WF6区(驱赶电极绝缘体的XeF2循环蚀刻-反应产物的IR光谱-WF6区)。图12是在两个排斥电极绝缘体的XeF2清洁中，BF2+区的质谱(BF2+区的质谱，第I、第5、第8和第11次循环)。图13是在两个排斥电极绝缘体的XeF2清洁中，作为以分钟计的时间的函数的5点平均波峰强度的图示(在STS驱赶电极绝缘体的循环蚀刻期间的222WF3+RGA信号的5点平均时间分布)。图14是在使用XeF2作为用于清洁石墨排斥电极板的清洁剂中，作为以秒计的时间的函数的压力的图示(STS石墨驱赶电极的XeF2蚀刻剂-四次自动循环蚀刻设定的比较)。图15是在石墨排斥电极板的XeF2清洁中，反应产物的IR光谱(石墨驱赶电极的XeF2循环蚀刻-反应产物的IR光谱)。图16是在石墨排斥电极板的XeF2清洁中，反应产物的IR光谱的BF3区(石墨驱赶电极的XeF2循环蚀刻-反应产物的IR光谱-BF3区)。图17是在石墨排斥电极板的XeF2清洁中，反应产物的IR光谱的XeF2区(石墨驱赶电极的XeF2循环蚀刻-反应产物的IR光谱-XeF2区)。图18是在石墨排斥电极板的XeF2清洁中，反应产物的IR光谱的WF6区(石墨驱赶电极的XeF2循环蚀刻-反应产物的IR光谱-WF6区)。图19是在石墨排斥电极板的XeF2清洁中，BF3、XeF2和WF6的相对浓度分布的图示(在石墨驱赶电极的XeF2循环期间的XeF2、BF3和WF6区)。
具体实施例方式本发明涉及用于从衬底上去除沉积物的方法和设备，其中该衬底与包括气相反应性材料的清洁组合物相接触。如本文所使用的，术语“气相反应性材料”旨在广义地解释为包括卤化物化合物及复合物的材料，为气 态或蒸气形式，这样的化合物及复合物的离子及等离子体形式，以及从这类化合物、复合物和离子及等离子体形式衍生出的元素及离子。在本发明中所使用的气相反应性材料也可不同地称为但不限于“气相反应性组合物”、“清洁剂”、“清洁气体”、“蚀刻剂气体”、“气态齒化物”、“气态清洁剂”、“反应性齒化物”、“清洁化合物”、“清洁组合物”、“清洁蒸气”、“蚀刻剂蒸气”或其术语的任何组合。本发明考虑了在其正常的加工操作期间易于在其上形成沉积物的半导体加工系统及其他衬底和设备的清洁。离子沣入系统本发明在一种实施方案中考虑了一种清洁离子注入系统的一个或多个组件的方法，以便从所述一个或多个组件上至少部分地去除离子化相关的沉积物。该方法包括使这样的一个或多个组件与包含气相反应性材料的清洁组合物接触，在使该气相反应性材料能够与沉积物反应的条件下，从而实现所述至少部分地去除。除了上述离子化相关的沉积物之外，源自原料气体(进料气体，feedstock gas),本发明人还发现在离子注入系统内形成的沉积物或残余物可由原料气体与构成这些系统组件的材料的反应造成。例如，可用不锈钢或铝来构建离子注入系统的真空室。也可利用石墨(例如，标准的或玻璃的)、绝缘体材料(例如氮化硼)和/或诸如如Teflon (特氟龙)、Kel-F、vespel、Viton 、Buna-n、娃等的密封材料来构建真空室内的系统组件。其他系统组件，例如陶瓷，可由例如具有氧化铅悬浮在其中的环氧树脂、氮化铝、氧化铝、二氧化硅、氮化硼、Peek 、Delrin 、Teflon 、和 / 或 Vespel 等材料来构建。离子源可以由钨、石墨、钥或钽构成，有时候带有微量的铜和银。离子源电弧室通常可以由钨或钥构成，或具有钨或钥内衬的石墨主体。在这种情况下，例如BF3、GeF4或SiF4的氟化物源进料在操作温度下与电弧室的材料(例如来自该室或该室内衬的钨或钥)反应而形成中间副产物，并且所形成的副产物在另一温度下迁移至另一个位置，该副产物在该处分解，沉积钨或钥并释放氟。因此，本发明在另一实施方案中考虑了一种清洁离子注入系统的一个或多个组件的方法，以便从所述一个或多个组件至少部分地去除与电弧室材料相同的离子化相关沉积物。如本文所用的，“离子化相关沉积物”是指可干扰离子注入系统的正常操作的材料的任何沉积物。与气态卤化物是反应性的离子化相关沉积物可以是任何适合的类型，包括例如在离子源或其他离子化工艺设备中形成和累积的那些离子化相关沉积物。所沉积的材料可包括、包含、基本上由或由以下物质构成娃、硼、磷、锗、砷、鹤、钥、硒、铺、铟或钽。已经知晓,离子源电弧室和提取电极(引出电极,extraction electrode)内所沉积的掺杂材料会剥落而形成小微粒。这些微粒可在离子束内传输，例如植入晶片内的掺杂离子束。在某些情况下，这样传输的微粒可抵达晶片，造成晶片上微粒污染的显著增加并造成在晶片上制造时的器件(装置，device)收率严重降低。本发明的一个目的在于在掺杂材料沉积物能够形成碎片和微粒之前先将其去除，从而减少晶片上的微粒并增大半导体设备的收率。在该方法中所使用的气相反应性材料可包括任何适合的卤化物，例如是选自由XeF2' XeF4' XeF6' NF3> IF5、IF7、SF6、C2F6' F2、CF4、KrF2, Cl2, HCl、ClF3' C102、N2F4' N2F2' N3F'NFH2、NH2F、HOBr、Br2, C3F8' C4F8' C5F8' CHF3> CH2F2' CH3F、COF2' HF、C2HF5' C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2、C2H5F, C3F6,以及有机氯化物如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2, CH3Cl, HOBr 和 Br2 组成组中的卤化物。在一种实施方案中，气相反应性材料包括选自由以下物质组成的组中的卤化物NF3、CF4, KrF2, Cl2, HCl、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3>CH2F2^CH3F, C0F2、HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2^C2H5F, C3F6,以及有机氯化物如 C0C12、CCl4,CHCl3' CH2Cl2' CH3CUHOBr 和 Br2。在另一实施方案中，气相反应性材料与·增大该气相反应性材料的挥发性的“清洁增强剂”或“共反应剂”共同给予，导致比不使用清洁增强剂或共反应剂的气相反应性材料去除更多的沉积物。例如，可通过路易斯碱和电子背成键(back-bonding)物种,和/或选自由一氧化碳、三氟化膦、和三烷基膦组成的组中的物质的共同给予来加强通过XeF2的铱沉积物的去除，如美国专利第6，709，610号和美国专利第6，254，792号。能够使气相反应性材料和这些沉积物发生反应的条件可包括任何适合的温度、压力、流速、组成等的条件，在该条件下，气相反应性材料与要从衬底上去除的材料接触并起化学反应以便去除这样的物质。可采用的各种条件的实例包括环境温度、高于环境温度的温度、存在等离子体、不存在等离子体、低于大气压、大气压等。对于这种气相反应性材料的接触的具体温度可在约(TC至约1000°C范围内。接触可包括在载气中的该气相反应性材料，或以纯净物形态、或以与其他清洁剂、掺杂剂等的混合物中的传送。可以对在环境温度下与沉积物发生化学反应的气相反应性材料进行加热，以增大该反应的动力学。可通过观察该反应的不同特性来监控和/或调整气相反应材料和这些沉积物之间的反应。这类特性可包括压力、时间、温度、浓度、特定物种的存在、压力改变的速率、特定物种浓度变化的速率等。因此，可在达到反应的预定特性时停止将该气相反应性材料通入系统内，例如在真空反应室内达到预定压力、经过一段预定时间、达到预定温度、在该系统内的元素达到预定浓度、系统内存在特定副产物、反应产物或其他物种。在一种实施方案中，沉积物包括与离子注入系统的组件发生反应所形成的材料。例如，要去除的沉积物可包括与系统的电弧室反应所产生的钨。在这种沉积物的清洁中，清洁方法取决于系统的温度梯度。来自进料材料的氟可在一个温度下与电弧室反应，而通过如下反应⑴或⑵形成wf6。3F2(g)+ff(s) -WF6(g) (I)6F(g)+W(s) — WF6(g) (2)WF6然后迁移至系统内的另一个位置，通常是较高温的位置，在这里WF6分解，钨沉积下来并且释放出氟。因此，为了清洁这种钨沉积物，含有这些沉积物的组件的温度必须从形成这些沉积物的温度降低。在另一个实施例中，如果电弧室或其他金属部件中存在硼沉积物，则还可能形成少量的BF3及其他金属氟化物(例如，可能导致MoF6形成的钥螺丝)。接触可在监控在接触期间的总压力改变的情况下执行，以使该接触在压力改变变为零时终止。可替换地，接触可在监控气相反应性材料、或由其衍生出的反应物或在接触中产生的反应产物的分压的情况下执行，并在该分压达到预定值时，即终点时终止该接触。这样的终点监控器可以是任意合适的类型，例如，包括以下文件中更充分描述的类型的终点监控系统美国专利申请第10/273，036号的“用于自动检测在半导体加工系统中的氟物种的装置和方法(Apparatus and Process for Sensing Fluoro Species inSemiconductor Processing System) ”、美国专利第6，534，007号的“用于探测反应室清洁的终点的方法和装置(Method and Apparatus for Detecting the Endpoint of a ChamberCleaning)”、美国专利申请第10/784，606号的“用于自动检测半导体加工系统中的氟或卤素物种的涂覆镍的不含支撑性碳化硅的结构，以及制造并使用其的方法(Nickel-coatedfree-standing silicon carbide structure for sensing fluoro or halogen speciesin semiconductor processing system, and processes of making and using thesame) ”、美国专利申请第10/784，750号的“用于自动检测在半导体加工系统中的氟物种的装置和方法(Apparatus and process for sensing fluoro species in semiconductorprocessing system) ”、美国专利申请第10/758,825号的“用于自动检测在半导体加工系 统中的目标气体物种的装置和方法(Apparatus and process for sensing target gasspecies in semiconductor processing system) ”均全文引入于此，以供参考。另外的不例性监控器可包括MEMS基气体传感电容，用于确定半导体反应室清洁工艺的终点，如在美国专利第6，534，007号的“用于检测半导体加工系统中的氟物种的装置和方法(Apparatusand process for sensing fluoro species in semiconductor processing systems)，，中描述的，其通过引用结合于此。该发明提供的MEMS基检测，由于需要对于在半导体反应室清洁中使用的高度氟化气体具有可测量的响应的薄膜材料(“检测薄膜”)，所以在以前是不可行的，而这种检测膜以可靠形式整合和包装将克服这种高度氟化气体苛刻环境。在另一种实施方案中，接触可以通过可控制的气相反应性材料流连同该系统的组件来执行，其允许调节气相反应性材料的分压，由此控制反应速率。在又一种实施方案中，连续的预定气相反应性材料流允许在系统中可以获得宽范围的工艺条件，例如流量及温度。本发明的一种特定实施方案涉及一种从其上具有沉积物的衬底上去除这种沉积物的方法，其中这种沉积物包括硼、硅、砷、磷、锗、钨、钥、硒、锑、铟、钽和碳中的至少一种。该方法包括使衬底与气相反应性接触一段足够长的时间，以便从该衬底上至少部分地去除沉积物。关于在本发明的实施中使用氟化氙化合物作为清洁剂及等离子体源试剂，该氟化氙化合物可包括任何数量的氟原子。但是，注意到，认为F相对于Xe的高比例可允许实现更快且更有效率的清洁。较高的蒸气压有助于传送更多材料，因为较高的蒸气压会增大清洁剂的传送速率。在一种实施方案中，使用六氟化氙作为清洁剂或等离子体源试剂。虽然XeF6在室温下的蒸气压比XeF2高约七倍，但XeF6、以及XeF4是非常容易与水起反应的。在不牵涉到水、碳水化合物、氢或还原剂的存在或产生的清洁环境下使用XeF6是最有利的。但是，当使用具有较低蒸气压的清洁化合物时，可对流动线路进行调整以避免流动路径的压降并保持清洁剂的高传送速率。在本发明的实施中，作为清洁剂的气相反应性材料可包括，但不限于XeF2、XeF4'XeF6' NF3> F2、SF6, C2F6' CF4、IF5, IF7, KrF2, Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F'HOBr、Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6,以及有机氯化物如 C0C12、CCl4, CHC13、012(12、及 CH3Cl。实施本发明方法的设备可以由任何适合方法构建及配置，以适合利用气相反应性材料的清洁。在一种实施方案中，本发明提供了一种离子注入及清洁装置，包括(i)离子注入系统，其包括在该系统中的离子注入加工期间其上累积离子化相关沉积物的一个或多个组件；(ii)清洁部件，包括清洁组合物来源，该来源容纳(包含)有包括与这些沉积物发生反应的气相反应性卤化物的清洁组合物，以便在涉及该清洁组合物与这些沉积物的接触的清洁条件下，实现将其从该一个或多个组件至少部分地去除；(iii)流动线路，适于将清洁组合物从该清洁组合物来源传输至该一个或多个组件，以在这些清洁条件下与其接触；以及(iv)流动组件，适于在这些清洁条件下控制通过流动线路的清洁组合物流动，以便实现将这些沉积物从该一个或多个组件至少部分地去除。上述装置中的流动部件部分可以是任何适合类型，包括例如阀门、阀门致动器、 泵、质流控制器、压力计、残余气体分析器、中央处理单元、膜等。这种流动部件部分适于在所使用的特定清洁条件下进行操作。在该系统的离子注入加工期间在其上累积离子化相关沉积物的装置中的一个或多个组件可以是任何适合类型，例如，真空室、电弧室、电极、灯丝、高电压套管、磁波导管(magnet waveguides)、晶片处理组件、夹紧环(固定环,clamp rings)、滚轮、盘片等。在一种实施方案中，该组件不是其内包含一个组件的真空室。该清洁组合物来源可包括含有该清洁组合物的材料储存及分配包装(dispensingpackage)。该材料储存及分配包装包括一容器，其可以大体上是，例如圆柱状，在其内限定有内部容积。在这个特定实施方案中，该清洁组合物在环境温度条件下可以是固体，并且这种清洁组合物可被支撑在该容器内的强化的表面区域上。这种强化的表面区域可包括在其内的结构，例如托盘(tray)，如在美国专利第6，921，062号中的描述，或例如阳极铝的多孔惰性泡沫材料或镍泡沫材料、不锈钢、镍、黄铜等，以提供该清洁材料固定的蒸发速率，以便为配送相关的清洁工艺的离子化步骤提供足够的蒸气压。当使用托盘时，该清洁组合物可被支撑在具有与其连接的流动通道管路的托盘的表面上，以在该容器内使蒸气往上流动至该阀头部分，以便使用该容器来分配。上述装置内的流动线路适于在这些清洁条件下将该清洁组合物从该清洁组合物源传输至该电弧室。这种适用性可基于该清洁组合物的各种性能。例如，当该清洁组合物具有低蒸气压时，高传导性可用来避免流动路径中不必要的压降。最大化流动传导性和最小流动压缩(flow constriction)的方法在本领域是熟知的。这些离子化相关沉积物可包括在掺杂离子的产生期间所沉积的材料，例如硼、磷、砷、锗、娃、钥、鹤、硒、铺、铟、钽等。在本发明的所有清洁方法中，清洁能够可选地与其他用于延长离子注入系统的寿命的方法及设备特别是离子源相结合。其可包括对本发明中使用的离子注入系统的修改，以便适应衬底、形成的沉淀物和/或气相反应性材料的选择。系统设备修改可包括，但不限于地包括具有有源(活性，active)热控制系统的提取电极、减少放电的频率/次数有源加热提取电极、包括金属(优选铝、钥或氧化铝(Al2O3))的提取电极、远距离的等离子源，利用加热器与提取电极相连接、利用冷却装置与提取电极相连接、平滑的普通提取电极、设置用于接收能够由等离子体而分离的源气体的等离子体室以产生反应性气体流，用于通过反应室的出口和导管将反应性气体传输至离子化室、设计为探测反应性气体与系统表面上的污染物的放热反应的基本结束的温度探测器、系统中容易受到气相反应性材料的损害的组件的保 护(在一种包括惰性气体流诸如氩气的一种实施方案中，这种保护可包括在组件的周围提供护罩，优选是气相反应性材料不透过的)、和/或利用包括铝或氧化铝的系统组件。延长设备的寿命的方法可包括，但不限于有源加热提取电极，以便降低放电的频率和次数，在原材料的凝结温度以上加热提取电极成为离子源，活化控制这种类型的离子源所适用提取电极的温度(结合加热的或冷却的离子源操作，该温度应包括对电极的加热或冷却)，和/或在提取期间维持提取电极在升高的温度。这种额外的装置修改和方法在以下文件中有更完整的描述美国专利申请公开2006/0272776的“用于从离子源中提取离子以用于离子注入的方法和装置(Method and Apparatus for Extracting Ionsfrom an Ion Source for Use in Ion Implantation)，，、美国专利申请公开 2006/0272775的“用于从离子源中提取离子以用于离子注入的方法和装置(Method and Apparatus forExtracting Ions from an Ion Source for Use in Ion Implantation)，，、国际专利公开WO 2005/059942 A2的“用于延长离子注入中的装备正常运行时间的方法和装置(Methodand Apparatus for Extending Uptime in Ion Implantation) ”,其全文弓I入于此以供参考。在一种具体实施方案中，离子注入系统包括电弧室以及掺杂剂源。在一个实施例中，该掺杂剂源可包括BF3,并且可适于将BF3供应至电弧室。在该实施方案中的电弧室适于利用从掺杂源供应至电弧室的掺杂剂以在其中产生掺杂等离子体。在一个实施例中，该清洁组合物源中包含的清洁组合物包括XeF2。电弧室可适于在有用的清洁条件下利用从由该清洁组合物源供应至电弧室的XeF2以在其中产生XeF2等离子体，以便清洁从三氟化硼等离子体衍生出的含硼沉积物。可替换地，可使用其他掺杂剂源，包括AsH3、PH3、GeF4, SiF4,H2Se及其他含硼、硅、砷、磷和锗的掺杂剂源。此外，可使用其他等离子体源试剂。在一种具体应用中，本发明提供了一种增大用来产生BF3等离子体的离子源稳定度的方法，其中该方法包括用氟化氙等离子体，例如XeF2等离子体来清洁离子源。在另一种实施中，本发明涉及一种离子注入方法，包括在离子注入系统的电弧室内从流经电弧室的掺杂剂源气体产生等离子体，以形成注入用的掺杂剂源离子。在该掺杂剂源气体流经电弧反应室期间的至少部分时间中，气相反应性材料包括与该掺杂源气体同步流经该电弧反应室，以便实现在离子注入系统中的清洁。一般来说，虽然可执行掺杂剂源气体和气相反应性材料的共流以实现原位清洁，但通常优选以连续方式进行清洁操作，例如，当离子源从第一掺杂剂源产生第一等离子体，随后该离子源从第二掺杂剂源产生第二等离子体时，采用了介入清洁步骤，其中气相反应性材料流过该离子源，有或没有等离子体产生。在一种实施方案中，本发明提供了一种形成掺杂娃衬底的方法，包括在娃衬底中注入Xe+离子，之后在该硅衬底中注入掺杂剂离子。在该工艺中，这些Xe+离子的注入用于使该衬底的结晶结构非晶化(无定形化，amorphize)。
在氟化氙等离子体例如XeF2等离子体的产生中，为了清洁，Xe+离子可进行一些来源本身的低能量溅射清洁。在提取之后，Xe+离子可进行一些离子源下游的组件，例如真空壁、离子光学组件、晶片盘片和晶片固定件的高能量溅射。在一种具体实施方案中，本发明涉及一种清洁用于微电子器件制造的离子注入系统的离子源区的方法及设备。该离子源区例如可包括非直接加热的阴极离子源、Freeman离子源或Bernas离子源。具体地，在一种实施方案中，本发明涉及从离子注入机的真空室及其内容纳的组件的残余物的原位去除，通过使该真空室和/或组件与气相反应性卤化物组合物，例如XeF2' XeF4' XeF6' NF3> F2、SF6、C2F6' CF4、IF5、IF7、KrF2, Cl2, HCl、ClF3' C102、N2F4' N2F2' N3F'NFH2、NH2F、HOBr、Br2, C3F8' C4F8' C5F8' CHF3> CH2F2' CH3F、COF2' HF、C2HF5' C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2、C2H5F, C3F6,以及诸如C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2及CH3Cl的有机氯化物，在充分条件下接触一段足够长的时间，以从这些组件上至少部分地去除残余物，并且以这样的方式进行，使得当该残余物和构成这些组件的材料不同时，气相反应性材料选择性地与残余物反应，并且与构成该离子注入机的这些组件的材料有最少的反应(例如，基本上不反应，且优选完全 不反应)；而当该残余物和构成这些组件的材料相同时，气相反应性材料可与残余物和该组件部件两者反应。如本文所使用的，如应用于气相反应性卤化物与残余物的反应性的术语“选择性地”，用于描述气相反应性卤化物与残余物之间的优先反应。虽然剩余物与构成离子注入机的组件的材料基本不反应，但是如果那些组件包括与其残余物本身相同或相似的元素，气相反应性卤化物可与构成离子注入机的组件的材料的某些发生反应。例如，尽管可进行选择性反应并从组件去除钨沉积物，但是，气相反应性材料还可能与组件本身中的钨发生反应。对于要发生的共反应，残余物和组件不必是完全相同的材料，但是会包括一些共同的材料。在另一种实施方案中，这些离子注入机组件在这些组件从离子注入机拆下后所移往的单独专用反内是异位清洁的。更详细地考虑原位清洁，这种清洁主要取决于三个因素清洁前体的反应特性、清洁反应副产物的挥发性、以及化学清洁中所使用的反应条件。该清洁组合物必须去除不想要的残余物，同时使注入机的构成材料的耗损最小化。清洁反应所产生的副产物必须具有足够的挥发性，以有利于将其通过该离子注入机的真空系统的去除。由与该组件(或这些组件)相同的材料形成的残余物的清洁确实会造成组件本身某种程度的耗损。具体地，利用XeF2作为清洁剂以从使用钨电弧室的系统去除钨沉积物，会致使一些钨从该电弧室内部去除。但是，从最大化系统效力的角度，当从如果系统不清洁且使钨沉积物在该系统内积累而降低系统性能的观点来看时，电弧室的某些内部材料损失并不重要。如本文所使用的，“离子源区”包括真空室、离子源电弧室、离子源绝缘体、提取电极、抑制电极(suppression electrode)、高电压绝缘体、离子源绝缘套管、灯丝以及驱赶电极。气相反应性材料可包括例如包括氟化氣化合物蒸气,例如XeF2蒸气。XeF2是优选的反应性卤化物气体，并且会在室温下升华，但可使用加热器加热以增大升华速率。已知XeF2是有效的硅蚀刻剂，并且已用来在微电子机械系统(MEMS)器件加工中作为硅的选择性蚀刻剂。具体地，XeF2与硅根据以下反应来发生反应。2XeF2 (g) +Si (s) — 2Xe (g) +SiF4 (g) (3)重要地，硅/XeF2反应可在没有活化作用(即，等离子体或加热)下发生。XeF2与Si的反应速率比XeF2与SiO2的反应速率大得多，这使得XeF2选择性地与Si发生反应。XeF2或其他氟化氙化合物在本发明的实施中通常用来作为金属硼的蚀刻剂。虽然不愿被理论限制，但人们认为硼根据以下反应进行蚀刻。3XeF2(g)+2B(s) — 3Xe(g)+2BF3(g) (4) 使用XeF2作为砷、磷和锗的蚀刻剂并非已知技术中最佳的选择；但是，也可根据如下反应(5)、(6)和(7)证实XeF2是这些材料的有效蚀刻剂。5XeF2 (g)+2As (S) — 5Xe (g)+2AsF5 (g) (5)5XeF2 (g)+2P (s) — 5Xe (g)+2PF5 (g) (6)2XeF2 (g)+Ge (s) — 2Xe (g)+GeF4 (g) (7)与硅/XeF2反应类似，本文披露的反应可在有或没有能量活化作用(主动活化，energetic activation)下发生。重要地，本文所述的方法及设备是用来从离子注入机的组件上至少部分地去除残余物，并且当残余物与这些材料不同时，相对于构成离子注入机的组件的材料(例如铝、钨、钥、石墨、绝缘材料、密封材料等)以这样的方式选择性地去除残余物。如本文所使用的，术语“至少部分地去除”是限定去除要去除的残余物的至少约25%，更优选至少约50%，并且最优选至少约75%。但是，当该残余物和构成这些组件的材料相同时，则气相反应性材料组合物可与残余物及组件部分两者反应一定量并持续一段时间，使得去除残余物的至少约25%，更优选至少约50%，并且最优选至少约75%去除。在这种条件下，可使该组件内部的去除最小化，通常在几微米或几十微米的范围内。当组件的总厚度可高达约四分之一英寸或更高时，该去除不会显著影响组件的性能。因为沉积物通常不会有均匀的厚度或沉积，这些沉积物在该清洁工艺中会比该组件的材料本身更易反应。因此，气相反应性材料组合物与残余物的反应会比与组件部分的反应更具选择性。下面将更完整地讨论将气相反应性材料组合物传送至该离子源区，以便在其中进行原位清洁的多种模式，包括停滞模式(stagnant mode)、连续模式、以及直接导入模式。虽然本文中提及的是XeF2组合物，但应该理解也能使用其他的氟化氙化合物及其他反应性卤化物组合物，包括但不限于，XeF2' XeF4' SF6、C2F6' IF5、IF7、KrF2, CF4、Cl2, HCl、ClF3' C102、N2F4、N2F2、N3F、NFH2、NH2F、HOBr、Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3^C2H4F2,C2H5F,C3F6,以及诸如 C0C12、CC14、CHC13、CH2Cl2、及 CH3Cl 的有机氯化物。还应注意到气相反应性材料可包括、主要由或由反应性卤化物化合物组成。XeF2对于原位清洁大部分的离子注入残余物具有若干优势，XeF2在室温下是具有4托蒸气压的可升华白色固体。为了减少使用XeF2清洁产生的副产物气体，优选使用基于化学吸附的洗涤器来减少氢化物及包括XeF2的氟化注入机物种。该清洁组合物可由特别适于传送XeF2或其他清洁试剂的来源供应，例如在“用于传送来自固体来源的试剂的系统(SYSTEM FOR DELIVERY OF REAGENT FROM SOLID SOURCES) ” 的国际专利申请 PCT/US06/08530中更完整描述的固体源传送系统，该国际专利申请基于美国临时专利申请第60/662, 515号以及美国临时专利申请第60/662，396号，分别将其披露内容全文引入于此
以供参考。在另外的实施方式中，其他氟化氙在本发明的实施中是优选的组合物。XeF4的分子量为207. 28，熔点为117. 1°C，沸点(升华)为115.751并且密度为4.04§/1^。另一种化合物XeF6的分子量为245. 28，熔点为49. 5°C，沸点为75. 6°C并且密度为3. 56g/mL。注意到随着氟原子的数量增加，熔点随之降低并且蒸气压可能会更高。更高的蒸气压会有助于清洁剂的传送，并且可实现更快且更有效的清洁。在另一种实施方案中，本发明提供了清洁剂KrF2，其分子量为121. 8，并且分解温度约为25 °C。
在另一种实施方案中，本发明提供了清洁剂N2F4，其临界温度为37°C。N2F4的蒸气压在22°C时约为380psi。N2F4具有如此高的蒸气压，所以是本发明非常有效的清洁剂。在一种具体实施方案中，本发明提供了一种清洁离子注入系统的至少一个组件的方法，其中该系统具有包括钨或钥的电弧室，并且该组件(或多个组件)包括与该电弧室相同的材料的沉积物。在这样的清洁方法中，清洁剂可以是XeF2。可使用如本文前述的其他清洁剂。传送气相反应性材料组合物的停滞模式在停滞模式(也称为静态模式)中，真空室被密封，真空泵被隔离或关闭，并将清洁蒸气从清洁组合物源通入该室内直到达到适当压力为止。关闭清洁蒸气流，在环境(室内)温度下且没有等离子体活化作用下，使清洁蒸气与该室内沉积的沉积材料反应，等离子体保持在该室内直到消耗掉该清洁蒸气、达到反应终点或已经通过一段预定时间为止。然后抽出清洁的气态副产物。可能需要多个用清洁蒸气填充真空室、使该蒸气与该室内的沉积物反应、以及将产物抽出该室的循环，以便有效去除所有的沉积材料。该工艺可称为“净化/抽气工艺”。在该工艺期间，涡轮泵是关闭的，或者可替换地，以适合的闸阀(例如VAT闸阀)将该泵与真空系统隔离。在停滞传送模式的一种实施方案中，这些沉积物是由该掺杂剂与系统的一个或多个组件的材料反应所造成的沉积物。在清洁这类沉积物时，降低其上存有残余物的系统或组件的温度。因为该材料是在高于其形成温度下沉积的，较低的温度可允许实现该沉积物的去除。例如，如果该沉积物是在灯丝上的钨沉积物，则减小或断开灯丝电流，而使灯丝温度降低以进行清洁。在另一个实施例中，如果该沉积物是在驱赶电极上的钨沉积物，减小或断开等离子体电弧电流，而使驱赶电极电极温度降低以进行清洁。在气相反应性材料组合物的停滞传送模式的另一种实施方案中，其内设置有气相反应性卤化物组合物的蚀刻剂容器是与待清洁的离子注入机的反应室相连接，其中该蚀刻剂容器和待清洁的反应室之间设置有阀门。在清洁期间，该阀门可手动或遥控开启，由此可使气相反应性材料蒸气填充待清洁的反应室，直到达到预定压力为止。可适度加热该蚀刻剂容器以增大升化速率和/或升华压力。在一种更优选的实施方案中，该清洁设备包括具有足够容量的相分离的容置室(holding chamber),设置在蚀刻剂容器和真空反应室之间。气相反应性材料可首先流入容置室，储存在其中直到达到预定压力阈值为止。容置室的作用为实现根据指示立即将气流通入至真空室，并且缩短与升华有关的“等待期”。可加热容置室的壁以实现较高的压力储存，同时避免气相反应性材料凝结在反应室内表面上。容置室可进一步包括流动(流量)调节装置，例如质流控制器，以达到气相反应性材料至该真空反应室的可再现的传送。为了促进蒸发，该供应容器内的气相反应性材料可分散在导热材料(例如多孔铝材)的孔洞内。在另一种实施方式中，蚀刻剂容器安装在可移动车上，因此其可连接至在工厂生产环境下操作的若干真空反应室中的任何一个或多个。可移动车也可选择性地具有阀门、电子控制器、容置室、真空泵以及一段真空波纹管，以便容易地连接至不同真空反应室。该车也可选择性地被密封件环绕，该密封件开口至毒物消除系统(toxic abatementsystem)，以便提高工厂的安全性。因此该可移动车可根据需要在工厂四处移动，以便在制造真空设备(例如离子注入机)排定的维修期期间能够清洁真空反应室。在一种优选的实施方案中，本发明涉及一种清洁半导体制造工具的至少一个组件 的方法，该方法包括
(a)将蚀刻剂气体从蚀刻剂容器通入至半导体制造工具的真空室内；(b)在真空室内达到预定特性时，终止将该蚀刻剂气体通入至真空室内；以及(c)在真空室内使该蚀刻剂气体与残余物反应一段足够长的时间，以便从真空室内部或其内容纳的至少一个组件上至少部分地去除残余物；其中当残余物和真空室内部的材料不同时，蚀刻剂气体在该真空室内与残余物进行选择性反应，同时与该真空室内部或其内容纳的这些组件基本上是不反应的。用于确定终止将蚀刻剂气体通入至真空室中的预定特性可以是基于诸如温度、压力、物种的测量等的特性。当该真空室中的残余物和真空室内部或其内容纳的组件为相同材料时，蚀刻剂气体与残余物以及真空反应室内部或其内容纳的组件以相似的速率进行反应。然而，在一种优选的实施方案中，当真空室中的残余物和该真空反应室内部或其内容纳的组件为相同材料时，由于残余物的形态，例如残余物的更高表面积，蚀刻剂气体与残余物的反应相比于与反应室或其内的组件的反应具有更高的速率。—旦已经在真空室内达到所要的压力，即密封该真空室，并允许气相反应性材料在充分条件下反应一段足够长的时间，以便从该真空反应室和其内容纳的组件上至少部分地去除残余物。接着可排空该真空室，并且按照需要重复该清洁工艺。可进一步将排出的气体混合物引导至处理单元(消除单元，abatement unit),其包括但不限于化学和/或物理吸附床、焚化炉、湿式洗涤器、或它们的组合。本领域技术人员可容易地确定内部压力、时间、及重复清洁的次数。残余物清洁的性质及程度可由经验判定，同时改变时间和/或气相反应性材料的接触条件(例如温度、压力、浓度和分压)，以确定产生预期残余物去除结果的工艺条件。例如，XeFJi合物在真空室内的分压可以是约0. I托至约4. 0托，优选地约0. 3托至约2. 0托，而清洁时间约I至约4分钟，其可重复约2至100次。优选地，XeF2的分压约2. 0托，而清洁时间约0. I至I. 0分钟。重要地，应谨慎监控清洁期间真空室内的压力，因为压力会随着清洁反应的进行而逐渐增大，并且应该在反应完成时达到平稳(压力变化变为零)。可使用残余气体分析器来测量气相反应性材料及其他反应副产物的浓度，其也可用来监控清洁工艺的进展。残余气体分析器(RGA)，如图3示意性示出的，可与真空室连接，并用来监控残余物去除反应的副产物。RGA可以是I至100amu、l至200amu或I至300amu分析器，最优选是I至300amu分析器。优选地，尽管本文考虑了活化作用，但气相反应性材料在无能量活化下反应。因此，虽然考虑到清洁的温度根据环境在约0°C至约1000°C范围内，但是可在室温下进行有效的清洁。当沉积物与构成该系统的一个或多个组件的材料相同时，清洁温度应比发生沉积的温度低。气体状态的钨(W)和&与温度的关系对应于图9示出的图形(图形是由G. M. Neumann>G. Gottschalk. Zeitschrift fuer Naturforschung、Teil A Astrophysik>Physikalische Chemie 26(5)870(1971)的“在钨-卤素(氟、氯、溴)系统中的的气相组合物及化学传输反应的异质气体平衡II的热力学”)。可观察到随着温度增加，胃和&的比例会改变。具体地，具有高W/F比例的氟化钨的量在约1000K下开始随着温度而锐减，同时自由氟原子(F)和分子氟(F2)的分压随着温度而增加。因此，若该系统在低温及高温下 都具有数量有限的氟，则气相中的钨的浓度会比在某些中间温度下还要低。在低温的情况下，由于消耗氟以形成更富含氟的氟化钨(例如，这个因素而造成了气相的钨的损耗。在高温的情况下，大量的氟以自由F或F2物种存在。该现象是钨从中间温度区(“热”点)传输至低温及高温区两者(分别是“冷”点和灯丝)的原因。因为电弧室内等离子体的存在，改变了钨的传输，而使沉积仅发生在灯丝上，反之钨在低温区的再沉积被来自等离子体的离子轰击中断。因此，必须在低温范围内进行灯丝的清洁，以避免钨发生再沉积。优选地，该清洁是在约o°c至约1000°C范围内进行。更优选地，该清洁在约室温至约800K范围内进行。因此，当待去除的残余物与系统的这些组件的材料不相同时，选择工艺参数以确保气相反应性材料基本上不与该离子源区组件的构成材料反应。如本文所使用的，“基本上不反应”是指低于约5 %的总气相反应性材料与离子源区的这些组件反应，优选低于约2 %，最优选低于约1%。图I是整合根据本发明的一种实施方式的静态模式清洁的离子注入系统10的示意性图示。图I所示的注入机系统10的离子源区包括真空室100、电弧室16、加速电极14、减速电极12、阴极18、对阴极(阳极,anticathode) 20和闸阀110。容置清洁组合物的清洁组合物源容器(这里也称为“蚀刻剂容器”)80可通过专用的蒸气进气管线90与该真空室100联通。为了将气相反应性材料通入该电弧室16中，阀门84手动或自动开启，以实现气相反应性材料从容器80流至真空室100。气相反应性材料源的升华可通过利用加热器86来加热蚀刻剂容器80来促进，加热器包括但不限于加热线圈88、或烘箱。蚀刻剂加热器也可利用电阻加热法、对流加热法、来自空气或来自热源、来自加热灯或其他辐射机构的传导加热或利用任何其他有效加热法来加热。整个蚀刻剂容器外罩82可以是水冷式的。可替换地，可将来自例如清洁组合物源容器40的气相反应性材料连同来自载气源44的载气例如氩气，流入清洁气体进料管线47而进入电弧室16。在该操作中，进料管线47中的阀门42和46两者都是开启的。可加热或以其他方式蒸发容器40内的气相反应性材料，以将气态的清洁剂流入电弧室和真空室。作为另一种选择，可通过关闭阀门46来隔离载气源44，以使气相反应性材料流入进料管线47至真空室100内的电弧室16。开启阀门42以进行该操作。可通入其他清洁气体至进气管线22以与管线47内的气相反应性材料(图I中的XeF2)混合，以形成多组分清洁气体。可替换地，例如，通过在清洁工艺期间关闭其内的阀门(未示出)，可关闭该进气管线。在正常离子注入操作期间，掺杂剂气体是从进气管线22中流入电弧室16内的。因此，可将该气相反应性材料以纯净物形态，或与其他气体物种(例如，载气或第二或其他清洁气体)的组合通入至电弧室、至真空室。尽管并未在图I中示出，但是可在蚀刻剂容器和真空或电弧室之间设置容置室。在从待清洁的反应室内部至少部分地去除残余物后，开启阀门92并利用泵96通过出料管线94排出这些气体。 因此，图I的系统10适于以停滞清洁模式操作，其中真空室是密封的，真空泵96被隔离或关闭，并且将气相反应性材料通入反应室内直到达到预定压力为止。之后，气相反应性材料与这些沉积物发生反应，并实现真空室100和电弧室16以及真空室内的其他组件的化学反应清洁。当达到需要的清洁反应程度时，从真空室排出这些反应清洁产物气体(未反应的清洁剂、载气、反应副产物气体、真空室内从系统组件原位放出的气体等)。可利用系统10在冷条件下实施停滞清洁模式，也就是说，未加热真空室及其内部的组件，并且在环境温度下(例如20-40°C范围内的温度下)，以便通入该清洁组合物而在该环境温度下清洁真空室和其内部的组件。可替换地，该停滞清洁模式操作可利用离子源(电弧室)热来进行，通过使灯丝能量化，但不在灯丝和电弧室主体之间施加电弧电压，该灯丝由此加热气相反应性材料，且未撞击出(strike)等离子体。但是，如前所述，当待去除的残余物与系统的一个或多个组件的材料相同时，该清洁在低于该残余物的形成温度下进行。一旦清洁组合物已通入真空室内，并且密封了该室，则该清洁组合物即留置在该反应室内一段适当时间，达到所期望程度的清洁作用。除了在完成该清洁操作之后，将来自真空室的清洁气体流出物的真空泵抽吸之外，也可通过置换从清洁过的反应室去除该清洁气体流出物，例如，通过泵抽吸惰性或其他气体流经该反应室直到去除该流出物为止。一种清洁模式，其中反应室100未完全密封但阀门92是具有可控制开口的阀门，其响应于反应室100内的压力来控制，达到恒定压力以进行清洁，但不需要泵抽吸/净化(吹洗)循环。因此，在一种实施方案中，本发明提供了通入该注入室或待清洁的其他组件内的连续清洁剂流。然后可利用该反应室出口的压力控制阀来调节该室内的压力。这种压力调节可以是脉冲方式或正弦方式。通过调节来自反应室的输出，可在该反应室内维持相当恒定的清洁剂分压。如此，可保持较高的反应速率，并避免重复泵抽吸/吹洗循环的需要。本实施方式提供了减小的边界材料层厚度的其他优势，因为清洁气体持续流动，因而向该衬底表面提供了较高的清洁剂质量传递速率。在该实施方案中所使用的阀门可以是本领域中已知的任何类型，适于调节该反应室的输出。在另一种实施方式中，可调整反应室的进气阀门，其允许清洁气体的流动，以便还可以调节进入该反应室的清洁气体流。这种连续清洁可具有优势，例如缩短反应时间、减少副产物物种累积、以及在不需要关闭涡轮泵和/或任何吹洗气体(例如N2)下清洁系统的能力。这是本领域中所希望的，因为循环地开启或关闭涡轮泵会明显降低其寿命，并且实际上关闭涡轮泵来实施清洁操作会增加该操作的控制复杂度，并增加注入和清洁工艺的总时间要求。传送气相反■应性材料的连续模式在连续模式(也称为动态模式)中，气相反应性材料是以高真空泵吸速率流经真空室(优选通过电弧室)，其保持真空室内的低压(低于10_2托，并且优选低于10_4托)，而电弧室内的压力较高(高于10_2托，并且优选低于0. I托)，因此大部分的化学清洁发生在电弧室内或附近。连续模式可以若干方式执行。在“连续等离子体操作”的第一技术中，气相反应性材料是在电弧开启时流经电弧室，并产生等离子体。在“离子源冷操作”的第二技术中，气相反应性材料是在该反应室是冷的，并且电弧关闭时流经电弧室，因此没有产生等离子体。在“离子源热操作”的第三技术中，气相反应性材料是在该灯丝被能量化但未施加电弧电压下流经电弧室，因此灯丝加热电弧室，但不会击出等离子体。 因此，可在离子源工作的同时将清洁蒸气通入离子注入机，以便由所形成的等离子体来进行清洁。清洁蒸气可与掺杂剂物种同时通入，以便使系统在正常离子注入操作期间进行清洁。但是，当这些沉积物包括钨或钥时，不会在该系统工作以进行正常离子注入时实施该清洁。可替换地，可在改变掺杂剂物种期间用单独的清洁等离子体来清洁离子源。离子源也可在其未运行时进行化学清洁。在这种情况下，清洁蒸气必须能够在无等离子体下清洁冷离子源。若该蒸气无法在没有等离子体活化下清洁，则必须将单独的等离子体自由基源外部施加至离子注入机。当清洁蒸气从其进入点流经电弧室，并经过离子注入机的泵出气岐管排出时，该反应室的这些沉积物的最高程度去除主要是沿着蒸气的流动路径发生。在一种具体实施方案中，其内设置有清洁剂组合物的蚀刻剂容器与真空室或电弧室直接或间接地连通，且至少一个阀门设置在蚀刻剂容器和待清洁的该室(多个室)之间的清洁气体流动路径内。可在蚀刻剂容器内的气相反应性材料上方设置连续流动的惰性载气，以传送稳定的气相反应性材料流至待清洁的反应室。载气的流速、蚀刻剂容器的温度、以及清洁时间是本领域技术人员容易确定的实验参数。与停滞模式类似，可将容置室设置在蚀刻剂容器和待清洁的反应室之间。图2示出了连续清洁模式的一个实施例，其中容置清洁组合物的蚀刻剂容器与电弧室相连通，其中系统10的对应组件相应于上述图I的系统的相同或相似组件进行编号。在图2示出的系统10中，容置清洁组合物的蚀刻剂容器122通过内含阀门130的气体排放管线与歧管(总管)137连通，并且歧管137又与和电弧室16连接的进气管线139接合，以使气体流入该室。在该布置中，蚀刻剂容器122容纳在源气体箱120中。源气体箱120还容纳气体容器124、126和128，可在一个或多个这种容器124、126和128内容纳例如掺杂剂源气体、惰性载气、其他清洁气体等。气体容器124利用内含阀门132的的气体排放管线与歧管137连接，气体容器126利用内含阀门134的气体排放管线与歧管137连接，而气体容器128利用内含阀门136的气体排放管线与歧管137连接。
在图2系统的具体实施中，与歧管137连接的气体排放管线内的各个阀门130、132、134和136可以是任何适合类型，包括气动阀、电磁阀等是期望和合适的。根据实现连续模式清洁的循环时间程序或其他程序，在等离子体产生期间(在掺杂剂源气体流至电弧室期间，和/或在掺杂剂源气体不流动的状态下)或在无等离子体条件下(包括离子源热和/或离子源冷条件)，这类阀门可通过适合的阀门致动器连接至中央处理器(CPU)，例如微处理器、可程序化的逻辑控制器、通用目的的可程序化电脑、或其他可程序化地调节这些阀门130、132、134和136的CPU设备。在气体流经真空室100期间，气体从真空室的抽离通过出气阀92、泵96及出气线94进行。例如，容器122可容置清洁气体，容器124可容置惰性载气，容器126可容置第二清洁气体，而容器128可容置掺杂剂源气体。在这样的布置中，容器128中的掺杂剂气体可流经电弧室，以在等离子体产生条件下产生掺杂剂物种。同时，或随后，清洁气体、载气和第二清洁气体可流经电弧室，以原位进行电弧室的清洁。泵96在这种流动期间制动，并且开启阀门92，以便将气体从真空室100抽出。
本文考虑到的惰性气体包括，但不限于，氩气、氮气、氙气、及氦气。其他可替换方式包括利用加热器来加热蚀刻剂容器122的升华辅助，如前面关于图I的实施方式中的停滞模式所述的。应认识到，图2的实施方案可以一种变形方式提供有与真空室100流动连通的第二清洁气体源，以提供清洁气体至真空室的其他入口，例如，用于实施停滞模式和连续模式两种清洁，例如如果以连续模式清洁作为主要清洁模式并且周期性进行，则使真空室进行停滞模式清洁。出气管线94可与终端监控单元连接，该监控单元适于感测来自真空室的废气的一种或多种成分的浓度，并且产生清洁加工终点的相应输出指示。该终点监控器可以是任何适合类型，如前所述的。。脉冲压力清洁在脉冲压力传送模式中，离子注入系统的清洁是由该系统的反应室内压力的改变来进行。在一种实施方案中，系统在反应室出口处含有控制阀。因此，这种脉冲压力清洁可通过将恒定的清洁组合物流提供至反应室内并改变控制阀的位置来执行，以在反应室内达到如所希望的压力改变。脉冲压力清洁也可通过在预定固定位置设置控制阀，并且将变化的清洁组合物流提供至反应室来进行，而使反应室内的压力改变。传送气相反应性材料的直接引入模式在直接引入模式中，将具有预先测量数量的清洁剂组合物(例如粒状的XeF2)的蚀刻剂容器弓I入至密封的真空室内。XeF2在该真空室内完全升华，并且允许XeF2在充分条件下反应足够长的时间，以便从离子源区组件上至少部分地去除残余物。本领域技术人员可容易地确定清洁所需的蚀刻剂的量和时间，本领域技术人员可容易地设计机械分配，即使用蚀刻剂容器的方法。在从待清洁的反应室内部至少部分地去除残余物之后，可排出真空室的清洁流出气体，以与关于图I的实施方案中的泵96、排出阀92和排出管线94的使用所述的相似方式，通过制动泵并开启排出管线的流量控制阀。可根据需要重复进行直接通入清洁。在本发明的另一种实施方案中，该气相反应性材料可包括，例如，包括三氟化氮(NF3)蒸气。半导体产业使用NF3来作为等离子体蚀刻的氟来源，例如CVD反应器的原位反应室清洁。其他应用包括多晶硅、氮化硅、硅化钨和钨薄膜的蚀刻。具体地，NF3在等离子体中分解为反应性卤化物物种，例如氟自由基和/或氟化物离子，该反应性卤化物物种随后与待去除的残余物反应。例如，若该残余物包括硼，清洁可根据如下反应(8)或(9)发生。3F2 (g)+2B (S) — 2BF3 (8)3F(g)+B(s) — BF3(g) (9)可采用各种技术来将NF3化合物传送至离子源区，以便在其中进行原位清洁，包括直接离解等离子体技术，如下面参考图3的更完整描述。传送气相反应性材料的肓接离解(分解)模式在直接离解等离子体布置中，如图3的示意性布置所示出的，NF3源222与电弧室210连通，并具有设置在其间的阀门220。该直接分解等离子体传送工艺包括使清洁组合物处于足以进行该清洁组合物的离解的等离子体条件，由此产生离子清洁物种。在图3的系统中，NF3源与反应性气体进气管218连通，由此将反应性掺杂剂例如BF3，引入电弧室210。该流动线路布置使NF3可与其他离子源掺杂剂材料同步引入。但是，在可替换的实施方式中考虑了将NF3引入电弧室的其他方法，例如透过专用的NF3进气管线引入NF3。在清洁期间，NF3进入电弧室210，并利用存在的等离子体设备(例如，灯丝212、阴极214和对阴极216)，或利用设置在该电弧室210内的一些其他电子部件部分来产生氟化物离子。可利用进气管218或其他稀释剂流动管线来将稀释气体添加至电弧室，以稀释具有高度反应性的氟化物离子。
为此，本领域技术人员可容易地确定清洁所需的例如NF3进入电弧反应室的流速、稀释气体的量、反应室压力及时间等参数。还考虑了多种压力及流速，其中相继使用不同的压力和流速来获得不同的等离子体形式，以及随即的不同浓度分布。不同分布对于清洁电弧室的不同区域，即外部角落等可以是有用的。在从反应室内部至少部分地去除残余物之后，经由出气管线排空该气体并进行可选地清除。使用直接离解等离子体引入模式引入所考虑的其他清洁气体，除了 NF3之外，还包括 XeF2' XeF4' XeF6' IF5、IF7、KrF5, SF6、C2F6' CF4、Cl2, HCl、ClF3' C102、N2F4' N2F2' N3F、NFH2'NH2F、HOBr, Br2, C3F8, C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6,以及有机氯化物，例如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2 以及 CH3Cl。当使用直接离解等离子体引入模式将清洁气体引入离子源电弧室内时，可从该来源等离子体提取离子，并且用于除了清洁电弧室之外的有用用途。例如，从XeF2等离子体或其他氟化氙化合物等离子体提取出的Xe+离子可植入硅晶片内，而其高质量会使其对于注入区的硅晶格非晶化是特别有效的，这对某些注入工艺而言有一些优势。可替换地，或另外地，从氟化氙化合物等离子体(例如XeF2等离子体)提取出的Xe+离子可用来溅射清洁内表面，例如侧壁、孔洞、注入架及板。可在将注入机物种从第一掺杂物种变换成第二掺杂物种时使用利用Xe+的溅射清洁。因为其高的质量，这些Xe+离子对于避免注入物与第二物种通过第一物种的掺杂原子的交叉污染是特别有效的，该第一物种的掺杂原子在第一次注入期间已注入这些侧壁、孔洞、注入架及板内。在本发明的另一种实施方案中，反应性卤化物气体是氟，例如从VAC 离子源容器传送的，可由ATMI公司购得(美国康乃狄克州Danbury市)。氟是一种极具腐蚀性的气体，并且可在进行或不进行热或电活化作用下使用。在无活化作用下，可使氟气直接进入离子源区，其中允许该气体在充分条件下自发反应足够长的时间以至少部分地去除残余物。若需要额外的活化，可加热组件或使其处于高温下，并允许该气体反应足够长的时间以便至少部分地去除该残余物。在该可替换方案中，可在电弧室内产生等离子体(如前所述的)，以进一步诱导氟活化。在另一种实施方案中，本发明涉及一种在对于相同掺杂剂源气体的连续离子产生工艺之间清洁离子源的方法，或者可替换地在连续工艺中不同的掺杂剂气体。该方法包括使XeF2或其他氟化氙化合物或其他反应性齒化物化合物流经包括在具有或不具有等离子体的这些工艺之间的离子源。本文所述的实施方案可以直接利用新制造的离子注入工具来实施，或者在另一种选择中，已经在使用中的注入机可以容易地利用本文所述的清洁系统进行改进。
在其他的实施方式中，蚀刻剂气体(清洁组合物)可与注入物种例如BF3混合，因此蚀刻和注入可同时发生，其在最小化停机时间和排除其他昂贵的传送系统上是具有成本效益的。但是，当沉积物含有钨或钥时，则不会同时进行蚀刻和注入。本发明在其各个实施方式中的优势包括，但不限于，(i)选择性地清洁离子注入系统的离子源区内的不想要的残余物，(ii)在不使用等离子体诱导的自由基下清洁残余物的能力，因此，最小化对于离子源区的组件的伤害，以及(iii)有效清洁温度，包括室温。使用本发明的清洁技术的从离子源区去除残余物，减少了离子源故障及提取电弧(extractionarcing)，因此使离子注入机的操作更稳定。此外，增大了离子源的寿命及MTBF，同时减少了预防性维修的成本及时间。基于本文的披露，可理解在本发明的实施的广义范围内的清洁离子注入系统的频率和/或持续性可大幅改变，并且本领域技术人员可容易地确定特定离子注入系统所需要或所希望的特定清洁安排。例如，在根据本发明的某些具体实施方式
中，每周可进行约I到2次离子源区的静态原位清洁；虽然清洁次数可根据离子注入机的使用率来增减。通常，尽管在特定应用中清洁时间可更长或更短，但整个清洁操作的时间约为I小时。尽管清洁次数可根据该离子注入机的使用率来增减；然而每日可进行约I到2次离子源区的动态原位清洁。尽管在特定应用中清洁时间可更长或更短，然而，通常整个清洁操作的时间约为10分钟，。在本发明的另一种实施方式中，运用使用蒸气相的离子源区的这些组件的离线(异位)清洁。在该实施方式中，可离线清洁来自离子注入机的任何部位的灵敏组件(例如，含石墨组件)，因此排除了在传统离线清洁剂下的暴露，例如有害的研磨物或液体。使用蒸气相材料的离线清洁在本领域是一个突破，因为研磨物会破坏这些灵敏组件，并且清洁期间进入这些灵敏组件的孔内的液体必须在抽空离子源区期间从该孔中抽出。在异位清洁工艺中，关闭离子源或任何其他电源，关闭相关的隔离阀，并且将离子源或其他真空反应室抽至(通风，vent)大气压。优选地，在从待清洁的这些组件的离子源区脱离之前，将该离子源区冷却至室温。然后将这些待清洁的真空系统组件从注入机移出，并置于配备有简单的泵系统及阀门的单独离线真空反应室内。将蚀刻剂气体通入该离线真空反应室，在充分条件下持续足够长的时间，以从这些组件上至少部分地去除残余物。在每一次清洁阶段之后，将有毒副产物抽离至处理(消除)单元，以适当地处置这些有毒蒸气。清洁可在异位环境中以连续的泵吸/净化循环进行，或是由如上所述的连续流动清洁工艺来进行。在该实施方式中，离子注入系统的组件包括在清洁容器内，并且清洁气体流通过输出和/或输入阀来调节。如此，可调节清洁剂及任何副产物的分压，并且可根据需要调节反应速率，增大或减小。优选地，离线真空反应室是能够在晶片厂内服务于多个离子注入机的独立单元，例如，多至10-12个离子注入机。图4是适于利用XeF2进行清洁的加工系统300的示意性图示，示出了可用来评估该清洁操作的功效及特性，并且为特定应用将其最佳化的布置。如图所示，系统300包括与容纳样品晶片304的工艺室302连接的XeF2的源312。所示的工艺室302具有4个端口。第一个端口与进气管线308连接，其与在图4中由箭头A简要表示的氩气载气源相连接。进气管线308包括流量控制阀V3、V4和V5，以及质流控制器306。与进气管线308连接的是进气支线310，其又与清洁气体来源312连接，在该实 施方式中包含XeF2。进气支线310包括流量控制阀Vl和V2。在各个阀门中，阀门V2和V4可以是致动阀，即配备有阀门致动器以进行自动操作的阀门，并且阀门Vl可以是手动阀，应认识到到可在该系统的特定实施方案中根据需要或所希望的手动、自动、或以其他方法配置及操作各个阀门。工艺室302的第二个端口与具有两个支脚的管路316连接，第一支脚与压力释放阀318连接，而第二支脚与压力计320连接。工艺室302的第三个端口与致动阀V6连接，其又利用导管330连接至涡轮泵324。该涡轮泵324与机械泵326相互连接。机械泵326放出气体至与洗涤器328连接的排放管线332，该洗涤器328包括容纳化学吸附材料的外罩。洗涤器328设置有流出管线341，以使净化的气体以箭头D所示方向流经其间。工艺室302的第四个端口与和洗涤器328连接的流出物排放管线340连接。该流出物排放管线340在其内设置有残余气体分析器质谱仪342、残余气体分析器涡轮泵344以及残余气体分析器前级泵(backing pump) 346。从该工艺室的第四个端口排放进入流出物排放管线340的流出物分别以箭头B和C所表示的方向在其中流动至洗涤器328。如图4所示，在操作中，来自来源A的氩气经过开启的流量控制阀V3、V4和V5、以及质流控制器306可流至进气管线308内。来自清洁气体来源312的XeF2流经开启的阀门Vl和V2进入进气支线310和进气管线308，进入工艺室302。工艺室302内的压力是由压力释放阀318 (Ipsi压力释放阀)维持，并由压力计320监控，以在工艺室302内达到预定压力。清洁流出气体是从工艺室302流经导管330至涡轮泵324和机械泵326，至洗涤器328，并且最后排放至流出管线341至大气中或其他处理途径。流出物同步从工艺室302抽离，并流入流出物排放管线340，通过残余气体分析器质谱仪342、残余气体分析器涡轮泵344以及残余气体分析器前级泵346，以进行流出物的分析。然后，在流出管线341内从系统排出之前，经分析的流出物在流出物排放管线340内流至洗涤器328。CVD 系统在一种实施方案中，本发明考虑了一种清洁CVD系统的一个或多个组件的方法，以从一个或多个组件上至少部分地去除沉积相关的沉积物。该方法包括使含有气相反应性材料的清洁组合物与一个或多个组件相接触，在使该气相反应性材料可与这些沉积物发生反应的条件下，以实现沉积物的至少部分地去除。如本文中使用的，“沉积相关的沉积物”是指可干扰CVD系统的正常工作的任何材料沉积物。气相反应性材料易与其发生反应的沉积相关沉积物可以是任何适合类型，包括形成并累积在CVD反应器或其他CVD工艺设备内的沉积相关沉积物。所沉积的材料可包括、包含、主要由、或由以下物质构成硅、硼、磷、锗、砷、钨、钥、硒、锑、铟、钽和碳。在一种实施方案中，用于该方法的气相反应性材料是气态卤化物，其可包括任何适合的卤化物，例如，选自由 XeF2、XeF4、XeF6, NF3、IF5, IF7、SF6、C2F6、F2、CF4、KrF2、Cl2、HCl、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3> CH2F2, CH3F, COF2, HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2, C2H5F, C3F6,以及有机氯化物，例如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2 以及CH3Cl所组成的组中的卤化物。在一种实施方案中，气相反应性材料包括选自由以下物质组成的组中的卤化物NF3> CF4、KrF2, Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F' HOBr, Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3' C2H4F2, C2H5F, C3F6,以及有机氯化物，例如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2, CH3Cl,及 HCffir 和 fc2。使气相反应性材料可与这些沉积物发生反应的条件可包括任何适合的温度、压力、流速、组成等条件，气相反应性材料在该条件下与要从衬底上去除的材料产生化学反应以去除该材料。可使用的若干条件的实例包括上面关于离子注入系统的清洁所论述的那些。可用本发明的方法来清洁具有残余物或微粒累积的CVD系统的任何组件。一般来说，CVD系统可包括例如要沉积的蒸气的含前体来源、从该来源引导至反应器的配管及阀门、反应器、以及导离反应器的排放工具等元件。反应器本身主要容纳用于分配前体的分配器，基座(susceptor)，以及衬底。如本文使用的，反应器可替换地也可指“反应室”。反应器也可包括加热系统及温度感应器。排放装置可包括导离该反应器的阀门及配管，和/或设计用来吸取蒸气及在其回到反应室之前将其从反应器去除的活门(trap)。通常，一些前体会在CVD工艺期间分解并沉积在CVD系统的组件上。可替换地，前体可与CVD系统的一个或多个组件的材料反应，并在系统中的别处沉积该材料。该沉积物最常见于在分配器(本文也称为“喷头”)、基座、衬底下游的反应器、以及引导至排放工具的阀门表面上。某些前体比其他的更易分解，比一般前体留下更多沉积物及残余物。这类前体也可在该来源、引导至反应器的配管及阀门、以及在喷头上方或分配器内部的任何混合空间留下沉积物及残余物。前体来源提供蒸气形态的前体至系统的其余部分。可利用本领域已知的任何类型的气化器来产生气化作用。例如，气化器可以是ProEVap系统的闪蒸器(flashvaporizer)、起泡器。本领域技术人员知晓其他的气化器及来源类型。因此，无论所使用的气化器类型如何，该来源上的沉积物可包括在该气化器上的沉积物。可在CVD系统的组件上造成残余物及沉积物的系统内所使用的前体，可包括适合CVD并且本领域技术人员已知的任何前体。因此，本发明提供可清洁包含来自前体本身或任何反应产物或其副产物的残余物或沉积物的CVD系统的任何组件的方法。这些清洁方法也可清洁来自该前体与系统组件自身发生反应所形成的任何沉积物。具体地，本发明在一种实施方案中涉及从CVD系统及其内包括的组件原位去除残余物，通过使反应器和/或其他组件与气相反应性卤化物组合物，例如XeF2、XeF4、XeF6、NF3、F2, XeF6, SF6, C2F6, CF4, IF5, IF7, KrF2, Cl2, HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr,Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3' C2H4F2, C2H5F, C3F6,以及有机氯化物，例如C0C12、CC14、CHC13、CH2Cl2以及CH3Cl,在充分条件下接触一段足够长的时间，以从这些组件上至少部分地去除残余物，当该残余物和构成这些组件的材料不同时，以这样的方式进行，即残余物相对于构成CVD系统的这些组件的材料来进行选择性地去除，但当该残余物和构成这些组件的材料相同时，则去除该残余物及至少某些构成这些组件的材料两者。在另一种实施方式中，该CVD系统组件在单独专用反应室中进行异位清洁，这些组件从该CVD系统拆下后移至反应室内。更详细地考虑原位清洁,该清洁主要取决于三个因素清洁前体的反应特性、清洁 反应副产物的挥发性、以及化学清洁中所使用的反应条件。清洁组合物必须去除不想要的残余物，同时使构成系统的材料的耗损最小化。清洁反应所产生的副产物必须具有足够的挥发性，以促进其从系统的去除。关于离子注入系统清洁，以上更完整地讨论了传送气相反应性组合物，例如，包括XeF2的组合物，至反应器区以在其中进行原位清洁的数种模式。这些模式包括停滞模式、连续模式、以及直接引入模式。虽然本文引用了 XeF2组合物作为优选的清洁剂材料，但应当理解能够使用其他氟化氙化合物及其他反应性卤化物化合物，包括，但不限于，XeF4, XeF6,SF6, C2F6, IF5, IF7, KrF2, CF4, Cl2, HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8,C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4, C2H3F3' C2H4F2、C2H5F、C3F6,以及有机氯化物，例如C0C12、CC14、CHC13、CH2Cl2以及CH3Cl。应进一步注意到气相反应性材料可包括、主要由或由反应性卤化物化合物组成。可在清洁期间改变CVD系统的温度和压力设定，以便使系统的清洁最优化。本发明的特征及优势由如下非限制性实施例更完整地表明。实施例I测试样品是利用铝、硼、钨和硅在玻璃显微玻片上的电子束沉积物来制备的。铝用来作为该玻片上的底层阻隔。某些样品覆盖有保护硅层，而其他的则未覆盖并进行氧化。这些测试样品是依序置于异位XeF2反应器内，其为参考图4所示及描述的类型，并且在室温下于300-400毫托压力下，蚀刻16个一分钟脉冲蚀刻循环。图5是作为时间的函数的RGA轨迹，示出了 XeF2从铝基层去除硼残余物的效力。该脉冲蚀刻循环由图5的RGA压力作图中的峰示出。该RGA确定了从具有500nm的铝基层玻片上去除硼，该基层上沉积有500nm的硼。并没有硅覆盖层，因此，硼可能会在蚀刻之前形成氧化层。该XeF2蚀刻加工在约4个循环内去除大部分的硼，伴随着未反应的XeF2的增加，表示硼的去除减少或完全停止。图5举例说明了利用本发明的XeF2系统及方法可容易地去除硼层，即使在蚀刻之前已有氧化层形成在其上。图6示出了由RGA确定从其上具有150nm钨沉积物的500nm的铝基层的玻片上去除钨。没有硅覆盖层，因此，钨可能会在蚀刻之前形成氧化层。RGA并未观察到钨化合物，但是，可能监控到WF6'实施例2图7和图8示出了自一个离子源测试设备取得的数据，其包括具有钥电弧室的单一灯丝Bernas离子源，以及具有分析离子束的法拉第杯 测量的80°分析磁铁。在环境温度下操作的XeF2圆筒安装在该气瓶内，并利用传统的高传导气体管线与离子源连接。图7是作为时间的函数的以mA计的离子束电流的图示，示出了改善离子源稳定性的XeF2等离子体的使用。该离子源在其离子束电流规格极限内以BF3等离子体运转约12小时，其对应约IOmA的11B+的分析离子束。当图7所示的离子束电流测量开始时，该离子源在50kV提取电压下展现出严重的不稳定性，并且该不稳定性并没有因为降低该电压至40kV而有显著改善。在使用XeF2等离子体运转20分钟后，意外地，该离子源可更加稳定地再运转约两小时。关于这种稳定性改善的机制，虽然不希望被任何理论或假设限制，但该改善可归功于XeF2等离子体从离子注入设备的离子源绝缘体或从高压间隙(高压放电器，highvoltage gap)去除沉积物的能力。图8是作为以秒计的时间的函数的RGA分压(log托)的图示，示出了 XeFjtS冷离子源的清洁剂的使用。图8示出了来自RGA单元的测量，该RGA单元位于离子源真空室上该离子源正上方处。在这种情况下，使XeF2蒸气流经冷离子源约两小时，该冷离子源先前已利用来自BF3的高电流B+离子束运转过。在图示中可清楚观察到来自硼蚀刻的BF3和BF2的RGA峰。来自钥电弧室的蚀刻的MoF5的强度约比BF3强度小约100倍。可看到在测量的初期，XeF2被严重消耗，并且信号随后增强。该图示与硼的连续蚀刻相符，直到XeF2流在6000秒之后中断，蚀刻在该点停止。实施例3虽然上面的实施例I示出了 XeF2不与玻片上的铝上方的钨反应，但发现对于工作的离子注入系统而言，XeF2是该系统组件(具体地电弧反应室)与该氟化的原料气体反应所产生的钨沉积物的有效清洁剂。Bernas离子源以BF3原料在最大B+离子束电流下运转52小时。去除该离子源，并且去除两个覆盖有沉积物的氧化招驱赶绝缘体(repeller insulator)。两个绝缘体都在清洁之前先进行称重。绝缘体I (绝缘套管)在清洁前重量为6. 1676g,而绝缘体2 (绝缘垫片)在清洁前重量为7. 0662g。这两个绝缘体置于异位真空反应室内，并且在高至约3托的压力下，利用十一个XeF2的填充/抽气循环来清洁。每一个循环持续约10分钟。每一次循环所使用的XeF2的质量约为0. IOg0在执行该清洁循环时，继续测量RGA光谱(图10)。在每一次循环之后测量IR光谱(图11)。在完成这些循环后，再次称重两个绝缘体。清洁后的绝缘体I (绝缘套管)重量是6. 1583g，而清洁后的绝缘体2 (绝缘垫片)重量是7. 0371g。因此，绝缘体I通过清洁损失0. 0093g,也就是损失了 0. 2%，而绝缘体2通过清洁损失0. 0291g,也就是损失0. 4%。因此，发现约0. Ilg的XeF2 ( 一次循环)从两个绝缘体上总共去除0. 0358g的钨沉积物。发现这些绝缘体上的沉积物不含硼(图12)，这些沉积物的主要成分是钨和碳(在此未示出碳数据)。虽然利用XeF2蚀刻在室温下一次循环可容易地去除0. 0358g的钨污染(图13)，但碳沉积物无法在室温下的完整的11个循环内从这些绝缘体上去除。没有观察到XeF2和氧化招绝缘体之间的反应。实施例4人们发现崭新的未用的石墨排斥电极板重量为5. 179g。该电极板安装在Bernas离子源内，然后其以BF3原料在最大B+离子束电流下运转52小时。去除该离子源，并且去除覆盖有沉积物的排斥电极板。在清洁之前先称重该排斥电极板，发现其重量为7.091g。该排斥电极板置于异位真空反应室内，并且在约2-3托的压力下利用五十二个XeF2的填充/抽气循环来清洁。每一次循环持续约10分钟。所使用的XeF2的质量约为4. 62g。在进行该清洁循环时，连续测量压力(图14)。在每一次循环之后测量IR光谱。图15中说明了 IR测量结果的总结，而图16-18分别示出了来自BF3区、XeF2区和胃 6区的 更详细的光谱图。在完成这些循环后，再次称重该电极板，发现重量为5. 424g。因此，该电极板因为蚀刻而损失I. 667g。因此，发现约4. 60g的XeF2从该电极板上总共去除I. 667g的沉积物。发现该驱赶电极上的沉积物的钨含量很高(约99% )，并且存在的其他材料，例如硼，以少于1%的量存在。人们发现XeF2的使用率很高，约90%。图19示出在石墨驱赶电极的XeF2循环蚀刻期间，BF3、XeF2和WF6的相对浓度分布。该实验结果也表明，可利用XeF2蚀刻从石墨离子源部件去除大量沉积的钨及硼污染物。以XeF2蚀刻硼的产物是BF3,而以XeF2蚀刻钨的产物是WF6。没有观察到XeF2和该石墨排斥电极本身之间的反应。因此，利用静态清洁可达到XeF2的高使用率。虽然本发明在此参考各种具体实施方式
进行了描述，但可理解本发明并不局限于此，而是延伸至并包括各种其他调整及实施方式，如本领域技术人员可理解的那样。据此，应该根据所附的权利要求限定的范围来广义地理解和诠释本发明。
权利要求
1.一种清洁离子注入系统的一个或多个组件以从所述一个或多个组件至少部分去除离子化相关沉积物的方法，所述方法包括使所述一个或多个组件与包含气相反应性材料的清洁组合物接触，其是在使所述气相反应性材料能够与所述沉积物发生反应的条件下，以实现所述至少部分去除。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述气相反应性材料包括选自由XeF2、XeF4'XeF6' NF3> IF5, IF7、KrF2, SF6、C2F6' F2、CF4、Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F'HOBr、Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6、COCl2, CCl4, CHC13、CH2Cl2 和 CH3Cl 组成的组中的气体。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述气相反应性材料包括XeF2。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述条件包括环境温度、高于环境温度的温度、有等离子体存在、或没有等离子体存在。
5.根据权利要求I所述的方法，包括静态模式清洁。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述条件包括环境温度、高于环境温度的温度、有等离子体存在、或没有等离子体存在。
7.根据权利要求I所述的方法，包括动态清洁。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述条件包括环境温度、高于环境温度的温度、有等离子体存在、或没有等离子体存在。
9.根据权利要求I所述的方法，其中，所述离子化相关沉积物来源于掺杂剂源气体等离子体，并且所述气态卤化物包括XeF2。
10.根据权利要求I所述的方法，其中，所述离子注入系统适于执行选自由等离子体浸没和分子离子注入所组成的组中的离子注入工艺。
11.一种离子注入及清洁装置，包括离子注入系统，其中所述离子注入系统包括在所述系统中的离子注入加工期间其上累积离子化相关沉积物的一个或多个组件；以及清洁部件，其中所述清洁部件包括包含清洁组合物的清洁组合物源，该清洁组合物包括与所述沉积物是反应性的气相反应性材料，以在包括使所述清洁组合物与所述沉积物相接触的清洁条件下从所述一个或多个组件至少部分地去除所述沉积物；流动线路，其适于将来自所述清洁组合物源的所述清洁组合物输送至所述一个或多个组件，以在所述清洁条件下与其接触；以及流动组件部分，其适于在清洁条件下控制通过所述流动线路的清洁组合物的流动，以实现将所述沉积物从所述一个或多个组件的所述至少部分去除。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述清洁组合物源包含清洁组合物，所述清洁组合物包括选自由 XeF2' XeF4' XeF6' NF3> IF5、IF7、KrF2, SF6、C2F6' F2、CF4、Cl2, HCl、ClF3'ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2^NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3> CH2F2, CH3F, C0F2、HF、C2HF5,C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2, C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4, CHC13、CH2Cl2 和 CH3Cl 组成的组中的气相反应性材料。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述清洁组合物源包含包括XeF2的清洁组合物。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述流动组件部分特征在于选自以下特性中的至少一种相容性特征 所述流动组件部分包括选自由阀、阀致动器、泵、质流控制器、压力计、残余气体分析器以及中央处理单元组成的组中的至少一个组件； 所述流动组件部分适于在包括环境温度的清洁条件下操作； 所述流动组件部分适于在包括超过环境温度的温度的清洁条件下操作； 所述流动组件部分适于在有等离子体存在的清洁条件下操作。
所述流动组件部分适于在没有等离子体存在的清洁条件下操作； 所述流动组件部分适于实现静态模式清洁； 所述流动组件部分适于实现动态模式清洁； 所述一个或多个组件包括选自由真空室、电弧室、电极、灯丝、高电压绝缘套、磁波导管、晶片处理组件、夹紧环、滚轮和盘片组成的组中的至少一个组件； 所述一个或多个组件上具有沉积物，其中所述沉积物包括硼、砷、磷、锗、钨、钥、硒、锑、铟、钽或碳；以及 所述离子注入系统适于执行选自由等离子体浸没和分子离子注入组成的组中的离子注入工艺。
15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述离子注入系统包括电弧室和掺杂剂源，其中所述掺杂剂源包含掺杂剂源气体且适于将掺杂剂源气体供应到所述电弧室，所述电弧室适于在其内从所述掺杂剂源供应到所述电弧室的掺杂剂源气体产生等离子体，其中包含在所述清洁组合物源中的所述清洁组合物包括XeF2,并且其中所述掺杂剂源气体包括选自由BF3> AsH3、PH3> GeF4, SiF4和H2Se组成的组中的气体。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述流动线路适于在所述清洁条件下将来自所述清洁组合物源的所述清洁组合物输送至所述电弧室。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，在所述清洁条件下，所述电弧室适于在其内从所述清洁组合物源供应至所述电弧室的XeF2产生XeF2等离子体。
18.—种增大用来广生BF3、AsH3、PH3、GeF4、SiF4或H2Se等尚子体的尚子源的稳定性的方法，所述方法包括利用XeF2等离子体清洁所述离子源。
19.一种从其上具有沉积物的衬底上去除所述沉积物的方法，其中，所述沉积物包括硼、硅、砷、磷、锗、钨、钥、硒、锑、铟、钽和碳中的至少一种，所述方法包括使所述衬底与气相反应性材料接触足够的时间，以从所述衬底上至少部分地去除所述沉积物。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于选自以下特性中的至少一种相容性特征 所述沉积物包括硼； 所述衬底包括铝和钨中的至少一种； 所述接触是在低于大气压下进行的； 所述方法包括所述衬底的停滞模式清洁；以及，可选地 进一步包括以下之一 (i)在所述接触期间监控总压力改变，并在压力改变达到零时终止所述接触；和(ii)监控气态XeF2或由其衍生的反应物或在所述接触中产生的反应产物的分压，并在所述分压达到预定值时终止所述接触。
21.根据权利要求19-20任一项所述的方法，其中，所述接触是在约0°C至约1000°C范围内的温度下进行的。
22.根据权利要求19-20任一项所述的方法，其中，所述接触包括中将在载气的所述气态XeF2递送至所述衬底。
23.根据权利要求19-20任一项所述的方法，其中，在所述接触之前加热所述气态XeF20
24.根据权利要求19-20任一项所述的方法，其中，所述接触包括将所述气态XeF2以与至少一种另外的清洁气体的混合物递送至所述衬底。
25.根据权利要求19-20任一项所述的方法，其中，所述气态XeF2和所述衬底的接触是在等离子体条件下进行的。
26.一种离子注入方法，包括在离子注入系统的电弧室中从流过所述电弧室的掺杂剂源气体产生等离子体以形成用于注入的掺杂剂源离子，以及在所述掺杂剂源气体流过所述电弧室期间的至少部分时间内，使清洁气体与所述掺杂剂源气体同时流过所述电弧室，以实现在所述离子注入系统内的清洁，其中所述清洁气体包括选自由XeF2、XeF4' XeF6, NF3、IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6' F2, CF4, Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F' HOBr、Br2,C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、C0F2、HF、C2HF5、C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2^C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4,CHC13、CH2Cl2和CH3Cl所组成的组中的至少一种气体。
27.一种形成掺杂硅衬底的方法，包括在硅衬底中注入Xe+离子，以及之后在所述硅衬底中注入掺杂剂离子。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述掺杂剂离子的注入是通过等离子体浸没或分子离子注入来进行的。
29.—种清洁离子源的方法，所述方法包括以下之一 在所述离子源内产生XeF2等离子体，以产生对于所述离子源的溅射清洁有效的Xe+离子和对于所述离子源下游的组件的溅射清洁有效的Xe+离子； 在涉及不同掺杂剂源气体的连续离子产生工艺之间清洁离子源，其中，所述方法包括在有或没有等离子体存在的情况下，在这些工艺之间使XeF2流过所述离子源；以及 在涉及相同掺杂剂源气体的连续离子产生工艺之间清洁离子源，其中，所述方法包括在有或没有等离子体存在的情况下，在这些工艺之间使XeF2流过所述离子源。
30.一种清洁半导体加工系统的至少一个组件的方法，所述方法包括 (a)使来自清洁组合物源的气相反应性材料连续流入所述半导体加工系统的真空室内； (b)使所述气相反应性材料与所述真空室中的残余物反应，以从所述真空室内部或其内包含的至少一个组件上至少部分地去除所述残余物；以及 (C)利用在所述室的输出上的控制阀来调节所述室中的所述气相反应性材料的分压，其中，所述气相反应性材料与所述真空室或其内的至少一个组件上的所述残余物选择性地进行反应。
31.根据权利要求30所述的方法，特征在于选自以下特性中的至少一种相容性特征 所述半导体加工系统是离子注入机； 所述组件是所述离子注入机的离子源区组件； 所述至少一个组件选自由真空室、电弧室、电极、灯丝、高电压绝缘套管、磁波导管、晶片处理组件、夹紧环、滚轮和盘片组成的组；所述气相反应性材料包括选自由 XeF2、XeF4' XeF6, NF3> IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6, F2, CF4,Cl2, HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8' C4F8' C5F8' CHF3, CH2F2, CH3F,COF2, HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3, C2H4F2, C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4, CHCl3, CH2Cl2 和 CH3Cl 组成的组中的气体； 所述残余物包括选自由硅、硼、磷、锗、砷、钨、钥、硒、锑、铟、钽和碳组成的组中的元素； 所述气相反应性材料的连续流以固定速率流动； 所述气相反应性材料的的连续流以可变速率流动； 所述可变化流动是利用位于所述室的输出上的控制阀进行调节的； 所述控制阀是压力控制阀；以及 当所述残余物与构成所述真空室或所述组件的材料不相同时，所述气相反应性材料与构成所述真空室或所述组件的所述材料基本上是不反应的，并且其中当所述残余物与构成所述真空室或所述组件的材料相同时，所述气相反应性材料与所述至少一个组件上的所述残余物以及构成所述真空室或所述组件的所述材料两者都发生反应。
32.—种异位清洁半导体加工系统的至少一个组件的方法，所述方法包括 (a)将所述组件置于异位真空室内； (b)将来自清洁组合物源容器的气相反应性材料连续引入到所述异位真空室内； (C)使所述气相反应性材料与所述真空室中的残余物反应，以从其内包含的所述至少一个组件上至少部分地去除所述残余物；以及 (d)利用位于所述室的输出上的控制阀来调节所述气相反应性材料的分压， 其中，所述气相反应性材料与所述真空室或其内的所述至少一个组件上的残余物选择性地进行反应。
33.根据权利要求32所述的方法，特征在于选自以下特性中的至少一种相容性特征 所述半导体加工系统是离子注入机； 所述组件是所述离子注入机的离子源区组件； 所述至少一个组件选自由真空室、电弧室、电极、灯丝、高电压绝缘套管、磁波导管、晶片处理组件、夹紧环、滚轮和盘片组成的组； 所述气相反应性材料包括选自由 XeF2、XeF4、XeF6、NF3、IF5、IF7、SF6、C2F6、F2、CF4、KrF2、Cl2, HC1、C1F3、ClO2, N2F4' N2F2' N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8' C4F8' C5F8' CHF3> CH2F2, CH3F,COF2, HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3^ C2H4F2, C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4, CHC13、CH2Cl2 和 CH3Cl 组成的组中的气体； 所述残余物包括选自由硅、硼、磷、锗、砷、钨、钥、硒、锑、铟、钽和碳组成的组中的元素； 所述气相反应性材料的连续流以可变速率流动； 所述可变化流动利用位于所述室的输出上的控制阀进行调节； 所述控制阀是压力控制阀； 当所述残余物与构成所述真空室或所述组件的材料不相同时，所述气相反应性材料与构成所述真空室或所述组件的所述材料基本上是不反应的，并且其中当所述残余物与构成所述真空室或所述组件的材料相同时，所述气相反应性材料与所述至少一个组件上的所述残余物以及构成所述真空室或所述组件的所述材料两者都发生反应。
34.一种沉积及清洁装置，包括CVD系统，所述CVD系统包括在所述系统中的沉积加工期间其上累积沉积相关沉积物的一个或多个组件；以及清洁部件，所述清洁部件包括包含清洁组合物的清洁组合物源，所述清洁组合物包括与所述沉积物是反应性的气相反应性材料，以在涉及使所述清洁组合物与所述沉积物接触的清洁条件下将所述沉积物从所述一个或多个组件至少部分地去除；流动线路，其适于将来自所述清洁组合物源的所述清洁组合物输送至所述一个或多个组件，以在所述清洁条件下与其接触；以及流动组件部分，其适于在所述清洁条件下控制通过所述流动线路的清洁组合物的流动，以实现将所述沉积物从所述一个或多个组件至少部分地去除。
35.根据权利要求34所述的装置，其中，所述清洁组合物源包含包括气相反应性材料的清洁组合物，所述气相反应性材料包括选自由XeF2、XeF4' XeF6, NF3> IF5, IF7, KrF2, SF6,C2F6, F2, CF4, Cl2、HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3>CH2F2, CH3F, COF2, HF、C2HF5' C2H2F4, C2H3F3' C2H4F2, C2H5F' C3F6' COCl2, CCl4, CHCl3' CH2Cl2 和CH3Cl组成的组中的至少一种气体。
36.根据权利要求35所述的装置，其中，所述流动组件部分包括选自由阀门、阀门致动器、泵、质流控制器、压力计、残余气体分析器、以及中央处理单元组成的组中的至少一个组件。
37.一种CVD方法，包括在衬底上由提供至反应器的前体形成固态膜，以及在所述前体提供至所述反应器期间的至少部分时间内，使清洁气体与所述前体同步流过所述反应器，以在所述CVD系统内实现清洁，其中，所述清洁气体包括气相反应性材料。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述气相反应性材料包括选自由XeF2、XeF4'XeF6' NF3> IF5, IF7、KrF2, SF6、C2F6' F2、CF4、Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F'HOBr、Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6、COCl2, CCl4, CHC13、CH2Cl2和CH3Cl组成的组中的至少一种气体。
39.一种在涉及不同前体的连续沉积工艺之间清洁CVD系统的方法，其中，所述方法包括在这些工艺之间使气相反应性材料流过所述反应器。
40.一种在涉及相同前体的连续沉积工艺之间清洁CVD系统的方法，其中，所述方法包括在这些工艺之间使气相反应性材料流过所述离子源。
41.一种用于延长离子源的寿命的方法，包括利用气相反应性材料来清洁所述离子源或其组件，所述气相反应性材料包括选自由XeF2、XeF4' XeF6, NF3> IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6,F2, CF4, Cl2、HCl、C1F3、C102、N2F4、N2F2、N3F、NFH2、NH2F、HOBr^Br2, C3F8, C4F8^C5F8, CHF3, CH2F2,CH3F, COF2, HF、C2HF5' C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2' C2H5F' C3F6' COCl2, CCl4, CHCl3, CH2Cl2 和 CH3Cl 组成的组中的至少一种气体。
42.一种用于延长加工工具的MTBF的方法，包括利用气相反应性材料来清洁所述加工工具或其组件，所述气相反应性材料包括选自由XeF2、XeF4, XeF6, NF3、IF5, IF7, KrF2, SF6,C2F6, F2、CF4, Cl2、HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3,CH2F2, CH3F, COF2, HF、C2HF5' C2H2F4, C2H3F3, C2H4F2, C2H5F' C3F6, COCl2, CCl4, CHCl3' CH2Cl2 和CH3Cl组成的组中的至少一种气体。
全文摘要
本发明涉及半导体加工系统的清洁方法和装置。本发明涉及一种清洁离子注入系统的一个或多个组件以从所述一个或多个组件至少部分去除离子化相关沉积物的方法，包括使所述一个或多个组件与包含气相反应性材料的清洁组合物接触，在使所述气相反应性材料能够与所述沉积物发生反应的条件下，以实现所述至少部分去除。本发明的方法和装置能够最小化暴露在卤间化合物中的危险。
文档编号C23C14/48GK102747336SQ201210212418
公开日2012年10月24日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者W·卡尔·奥兰德, 乔斯·I·阿尔诺, 保罗·J·马尔甘斯基, 史蒂文·E·毕晓普, 奥列格·比尔, 小弗朗克·迪梅奥, 戴维·埃尔德里奇, 杰弗里·W·纽纳, 格雷戈里·T·施陶夫, 沙拉德·叶戴夫, 约瑟夫·D·斯威尼, 罗伯特·凯姆, 詹姆斯·迪茨 申请人:高级技术材料公司