离子注入系统及方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年10月25日，名称为"离子注入系统及方法"，申请号为 201080054595.9的发明专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请基于35USC 119(e)在此要求W下美国临时专利申请的优先权:在2009年10 月27 日由Robert Kaim等人提出的名称为 "BORON ION IMPLANTATION APPARATUS AND MET册护的美国临时专利申请No. 61/255，097;在2010年6月25日由Edward Jones等人提出 的名称为"ACTIVE COOLING FOR ION IMPLANT GAS呢LIV邸Y SYSTEM"的美国临时专利申 请No. 61/358,541; W及在2010年5月27日由Edward Jones等人提出的名称为"ACTIVE COOLING FOR ION IMPLANT GAS DELIVERY SYSTEM"的美国临时专利申请No.61/349,202。 所述美国临时专利申请Nos.61/358,541、61/255,097、61/349,202所有公开的内容皆在此 W其各自的全部内容并用于任意的目的，W参考的方式引入本申请。
技术领域
[0004] 本公开设及离子注入系统及处理工艺，并且设及在性能上提供意想不到的优点的 运样系统的热管理;还设及使用四氣化二棚(B2F4)的离子注入处理工艺与系统，W及设及棚 离子注入装置与方法，该装置与方法大体上例如用在诸如集成电路的微电子设备与半导体 产品的制造中。
【背景技术】
[0005] 离子注入用于集成电路制造中，W将控制量的渗杂杂质精确地引入半导体晶片 中，且离子注入是微电子/半导体制造中关键的处理工艺。
[0006] 在运样的注入系统中，离子源使渗杂源气体的期望渗杂元素离子化。通过将电子 引入W渗杂源气体(通常也称为"原料气体"）填充的真空腔室，而使离子源生成离子。用于 生成注入物料（species)的原料气体包括，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。电子与气体中渗杂原子及分子的碰撞，导致产生了包 含正和负渗杂离子的离子化等离子体。
[0007] W期望能量的离子束的形式将所得离子从离子源中提取出来。通过在适当形状的 提取电极两端施加高电压，而实现提取，该提取电极结合有通孔W用于提取束通过。该提取 束作为朝向衬底加速的准直离子束，穿过通孔并离开离子源。
[000引离子束撞击在诸如半导体晶片的衬底表面上，W在衬底中注入渗杂元素。该束的 离子穿透衬底表面，W形成期望的渗杂特征，例如特定传导率的区域。所注入的渗杂原子随 后能够通过退火而激活，W形成电活性的渗杂区域。所注入的各种离子物料包括B、P、As、 Se、N、Ar、Ge、Si、0、及H。棚是特别广泛使用的注入物料。
[0009]在微电子设备的通常制造中，具有许多注入步骤。关于更好的过程控制、W较低的 能量传送高束电流W及减少注入装置故障(MTBF)之间的平均时间而言，增加晶片尺寸、减 少临界维度W及增加电路复杂度逐渐愈来愈依赖离子注入工具。
[0010]离子注入系统的经济性操作要求最小化系统的停工时间，W及有效地操作离子源 W生成用于注入操作的离子物料。
[0011]传统上，S氣化棚(BF3)已是用于微电子设备结构的棚渗杂的标准源。然而，BF3所 存在的问题在于，与用在离子注入中的诸如神化氨(As-H=274kJ/mole^i)及憐化氨(P-H = 29化J/mole-i)的其它渗杂物料相比，它需要巨大的能量去断裂B-F键(757kJ/mole)。因此， 当注入棚时，离子源必须在高电弧电压下操作。然而高电弧电压产生了轰击离子源区域中 的热灯丝或阴极的高能量离子，从而造成瓣射侵蚀W及阴极失效。
[0012] 已有报道指出提供给离子注入器的BF3渗杂物的80%可能原封不动地排出，即意 味着BF3并未离子化，或即使离子化，由初始离子化所得到的组分已重新结合。因此，在高电 弧电压下B的的低离子化对于棚离子注入而言是显著的效率问题。
[0013] 此外，发生在注入器装置的离子源区域中的离子化反应可能设及在注入操作中的 离子源的活性操作期间所生成或W其它方式存在的离子化/分解物料的显著沉积。
[0014] 因此，在本领域中需要替代性的含棚渗杂前驱物W用于微电子设备结构的棚渗杂 中，并且需要改善的处理工艺与系统，W实现注入器的增强的MTBF、处理效率与操作寿命， 并且最小化注入器装置的离子源区域中非挥发性物料的累积。
【发明内容】
[0015] 本发明设及离子注入系统与方法。
[0016] 在一方面，本发明设及离子注入系统，包括：
[0017] 离子源，所述离子源包括设置为在其中对气体进行离子化的电弧腔室；
[001引渗杂气体源，其中所述渗杂气体包括至少一种从B2F4、B3Fs、BHF2与B出F之中选择的 棚化合物；
[0019] 渗杂气体馈送线路，用于将渗杂气体从所述渗杂气体源引入所述电弧腔室；W及
[0020] 冷却结构，与所述渗杂气体馈送线路相关联，并且设置为冷却所述渗杂气体馈送 线路中的渗杂气体，从而对抗由所述电弧腔室的操作中生成的热量对所述渗杂气体的加 热，W及由于运样的热量造成的所述渗杂气体的分解，其中，所述冷却结构包括冷却通道， 所述冷却通道设置为冷却所述渗杂气体馈送线路W及流经其中的渗杂气体，及其中，所述 渗杂气体馈送线路设置为在其远端将渗杂气体释放到所述电弧腔室，并且其中，所述冷却 通道定位在所述渗杂气体馈送线路的远端部分。
[0021] 另一方面，本发明设及在衬底中注入离子的方法，包括:在产生所述渗杂气体的离 子化的条件下，将渗杂气体从相同的源传送到离子源的电弧腔室；W及在所述渗杂气体进 入所述电弧腔室之前冷却一渗杂气体馈送线路中的所述渗杂气体，从而对抗由所述电弧腔 室的操作中生成的热量对于所述渗杂气体的加热，W及由运样的热量造成的所述渗杂气体 的分解，其中所述渗杂气体包括至少一种从B2F4、BsFs、BHF2与册2F之中选择的棚化合物。
[0022] 另一方面，本发明设及一种离子注入系统，包括:离子源腔室，设置为在其中对气 体进行离子化;冷却结构，设置为恰在供应至一气体馈送线路中的所述离子源腔室的所述 气体进入所述离子源腔室之前对所述气体进行冷却；W及至少一个气体源容器，设置为将 气体供应至所述离子源腔室，其中，所述气体包括至少一个从B2F4、B3Fs、BHF2与B此F中选择 的棚化合物。
[0023] 另一方面，本发明设及一种在衬底中注入离子的方法，包括:将气体供应至离子源 腔室，用W生成离子化渗杂物料;恰在供应至所述离子源腔室的所述气体进入所述离子源 腔室之前对所述气体进行冷却；W及在所述衬底中注入离子化渗杂物料，其中，所述气体包 括至少一个从B2F4、BsFs、BHF2与册2F中选择的棚化合物。
[0024] 另一方面，本发明设及操作利用四氣化二棚的离子注入系统W生成用于注入的棚 离子的方法，所述方法包括在四氣化二棚进入所述离子注入系统的电弧腔室之前，使冷却 剂从离子源冷却剂供应器流出，所述冷却剂与所述四氣化二棚成热交换关系。
[0025] 另一方面，本发明设及用于棚离子注入的离子注入装置，其包括：气态棚源供应 器；W及离子源，该离子源设置为接收来自该供应器的气态棚源，并且离子化所述气态棚源 W形成离子态的棚物料，用于注入在衬底中，其中该气态棚源包括从B2F4、B2此、Bs曲、B3F5、 BHF2及B出F中选择的至少一种棚化合物。
[0026] 本发明另一方面设及离子注入方法，其包括:离子化离子源中的气态棚源，W形成 离子态的棚物料，用于注入在衬底中，其中该气态棚源包括从B2F4、B2此、Bs曲、BsFs、BHF2及 B出F中选择的至少一种棚化合物。
[0027] 本发明另一方面设及用于离子注入装置的固体沉积监测与控制系统，其包括与流 动通道相关联的离子源，该流动通道易于受到在该离子注入装置的操作中源自渗杂源材料 的固体沉积的影响，运样的固体沉积监测与控制系统包括:监测设备，其设置为探测并提供 指示该流动通道中源自所述渗杂气体的沉积固体的累积的输出；W及控制组件，响应于所 述监测设备的输出，W调节所述离子注入装置的操作，从而在所述离子注入装置的后续操 作中防止、减少或逆转来自所述渗杂源材料的沉积固体的所述累积。
[0028] 本发明的另一方面设及对抗离子注入系统中固体沉积的方法，该系统包括与流动 路径相关联的离子源，该流动路径易于受到该离子注入系统的操作中源于该渗杂源材料的 固体沉积的影响，运样的方法包括:监测并且响应式地生成指示所述流动路径中来自所述 渗杂气体的沉积固体的累积的输出；W及
[0029] 响应式地调节所述离子注入系统的操作，W在所述离子注入系统的后续操作中防 止、减少或逆转来自所述渗杂源材料的沉积固体的所述累积。
[0030] 参照随后的说明书与所附的权利要求将更加全面地明了本发明的其它方面、特征 与实施例。
【附图说明】
[0031] 图1是离子注入系统的示意图，该离子注入系统包括具有气体馈送线路的电弧腔 室，该气体馈送线路用于将渗杂源气体馈送至该电弧腔室，W用于在该腔室中将其离子化；
[0032] 图2是图1的离子注入系统的截面图，其示意性地示出了在运样的系统的电弧腔室 中生成等离子体；
[0033] 图3是图1的离子注入系统的截面图，其示意性地示出了在运样系统的电弧腔室中 生成等离子体，其中相对于图2的系统来修改气体馈送线路，W提供运样的线路的主动冷 却；
[0034] 图4是离子源装置的透视图，其中已设置跨接线，W使离子源冷却水从离子源的冷 却水出口流动至设置用于冷却渗杂源气体的散热器(在该视图中未示出散热器)的入口；
[0035] 图5是散热器装置的透视图，该散热器装置机械地紧固到渗杂源气体馈送通道，其 中冷却水流过该散热器主体W冷却渗杂源气体；
[0036] 图6是具有散热器装置的离子源装置的透视图，该散热器装置机械地紧固到渗杂 源气体馈送通道，W冷却流至离子源装置的渗杂源气体；
[0037] 图7是图6的已安装了散热器装置的离子源装置的分解透视图，图中示出了离子源 装置的细节；
[0038] 图8是包括图5至图7中所示的各种离子源装置W及散热器装置的离子源组件的截 面透视图；
[0039] 图9是W摄氏度为单位的溫度及所去除的W瓦为单位的热量作为时间的函数的曲 线图，该曲线图示出了针对包括图5至图8中所示的各种离子源装置W及散热器装置的离子 源组件的操作数据；
[0040] 图10是用于利用BF3等离子体的棚