用于改善注入束和源寿命性能的碳掺杂剂气体和协流的制作方法

用于改善注入束和源寿命性能的碳掺杂剂气体和协流的制作方法
【专利摘要】描述了离子注入的方法和系统，其中使用碳掺杂剂源材料实施碳掺杂。描述了各种气体混合物，包括碳掺杂剂源材料，以及用于所述碳掺杂剂的协流气体结合物。描述了在碳掺杂剂源材料中提供原位清洗，以及描述了具体的碳掺杂剂源气体、氢化物气体、氟化物气体、惰性气体、氧化物气体和其他气体的结合物。
【专利说明】用于改善注入束和源寿命性能的碳掺杂剂气体和协流
[0001]相关申请的互相参引
[0002]根据35USC119的规定，要求于2012年2月14日提交的美国临时专利申请第61/598，817号和于2012年4月17日提交的美国临时专利申请第61/625，571号的优先权。美国临时专利申请第61/598，817号和美国临时专利申请第61/625，571号的公开内容的全文在均通过参引的方式纳入本说明书中。

【技术领域】
[0003]本公开涉及离子注入(1n implantat1n)的方法和系统，更具体而言，涉及在所述方法和体系中用于碳离子注入的碳源材料。

【背景技术】
[0004]离子注入用于集成电路制造中以将可控量的掺杂剂杂质准确引入到半导体晶片中，并且，离子注入是微电子/半导体制造的方法之一。在这种注入系统中，离子源电离出所需的掺杂剂元素气体，这些离子以所需能量离子束的形式从离子源提取出来。提取通过在适当形状的提取电极(extract1n electrode)两端施加高压而实施，所述提取使被提取的离子束的通路的孔隙合并在一起。随后，离子束被引导至工件例如半导体晶片的表面，以将掺杂剂元素引入工件中。离子束穿透工件表面以形成所需导电性的区域。
[0005]在离子注入系统中使用几种类型的离子源，所述离子源包括采用热电电极且由电弧驱动的Freeman型和Bernas型、使用磁控管的微波型、旁热式阴极(IHC，indirectlyheated cathode)源以及RF等离子体源，所有这些离子源通常是在真空环境下运行的。在任何系统中，离子源通过将电子引入到充满掺杂剂气体(通常被称为“原料气”)的真空电弧室中(以下简称“室”)产生离子。电子与掺杂剂气体中的原子和分子的碰撞产生由正掺杂剂离子和负掺杂剂离子组成的电离等离子体。带有正偏压或负偏压的提取电极将分别使正离子或负离子作为平行离子束通过孔隙，这可以加快到达目标材料的速度。
[0006]在许多离子注入系统中，将碳——其已知可以抑制扩散——注入到目标材料中可以在集成电路器件中产生预期的效果。碳通常由进料气体如一氧化碳或二氧化碳注入。一氧化碳或二氧化碳气体的使用会使位于离子注入机的等离子体源(电弧室)内的金属的表面发生氧化，也会产生沉积在电绝缘体上的碳残留物。这些现象会使离子注入机的使用性能下降，从而导致需要对其进行频繁的维护。氧化可导致注入过程中的低效。
[0007]预防性维护(PM)的频率和持续时间是离子注入机的性能因素之一。一般的趋势是，应降低离子注入机的PM频率和持续时间。离子注入机最需要维护的部分包括:离子源，离子源通常在工作约30至500h后就需要检修，这取决于运行环境；提取电极和高压绝缘体，其通常在运行几百小时后就需要清洗；以及与离子注入机相关的泵和真空系统的真空管路。此外，离子源的灯丝是需要定期更换的。
[0008]理想情况下，投入电弧室中的进料分子会被电离并成为碎片，而不与电弧室本身或离子注入机的任何其他部件实质性相互作用。事实上，进料气体的电离和碎片化会导致一些不希望的效果，如电弧室组件的蚀刻或溅射、在电弧室表面的沉积、电弧室壁材料的再分布(redistribut1n)等。尤其是，一氧化碳和二氧化碳气体的使用会导致碳沉积在电弧室内。这可造成离子束的不稳定，并最终可能导致离子源过早失效。残留物还会在离子注入机的高压部件如源绝缘体或提取电极的表面形成，这导致高能(energetic)高压火花派射。这些火花会同样会造成离子束的不稳定，并且，由这些火花释放的能量会损坏灵敏的电子元件，从而导致设备故障增加以及故障之间的平均时间(MTBF)缩短。
[0009]因此，本领域持续探索克服上述缺陷的新的碳掺杂剂源材料和组合物。


【发明内容】

[0010]本公开涉及向基底中注入碳离子的方法和系统，所述基底例如半导体制品、平板显示器制品或太阳能电池板制品。
[0011]一方面，本公开涉及一种离子注入的方法，包括:
[0012]使一种碳掺杂剂剂源组合物流入离子注入机中，所述离子注入机被配置为用于基底的碳掺杂剂；以及
[0013]操作离子注入机，以从碳掺杂剂源组合物中产生碳掺杂剂物质并将碳掺杂剂物质注入到基底中，
[0014]其中碳掺杂剂源组合物包括至少一种选自以下的碳掺杂剂源材料:
[0015]CO ；C02 ；CF4 ；CH4 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；C2H6 ;式 CxFw0yHzClvNu 的化合物，其中 x 大于或等于1，w大于或等于0，y大于或等于0，Z大于或等于0，V大于或等于0，u大于或等于0，条件是w、y、z、v和u的至少一个为非零值；烃；烧烃(如CH4、C2H6等)；环烷烃(包括铋bi 和多环化合物，如 C4H8、C5H10 等);烯烃(如 C2H4、C3H6、...CnH2n);环烯烃(如 C4H6、C5H8、CnH2n_2);多烯(如 C4H8 等);环多烯；炔烃(如 C2H2、C3H4、CnH2n_2);环炔烃；芳烃(如 C6H6、C10H8等)，及其衍生物；部分卤代和完全卤代的烃(如CH2F2、CF4、C2H2F4、C2H3F3、C6F6等)；通式为R0H的醇，其中R为有机物部分(如CH30H、C2H50H等)；卤代醇(如FCH20H、F2CHCH20H等)；醛(如 ch2o、ch3coh 等)；醚(如 ch3och3 等);齒代醚(如 fch2och2f 等)；酯(如 hcooch3、CH3COOCH3 等)；卤代酯(如 f2chcooch3 等);伯胺(如 ch3nh2 等);仲胺(如:(ch3) 2nh 等)；叔胺(如:(CH3) 3N 等)；It代胺(如 CF3NH2、(CFH2) 3N 等)；N-1t代胺(如:CH3NF2、(CFH2) 2NF等)；硝基(RN02)和亚硝基(RN0)烷基和卤代烷基化合物(如CH3N02、CH3NO, FH2CN0等)；卤化物，其中碳原子数为 1 (如 chf3、coci2、ch2f2、ch2f2、ch3f、f3c-oh、f2hc-oh 等);含有两个碳原子的卤化物(如 F3C-C0H、F2HC-C0H、H3C-CH2F、H3C-CHF2、H3C-CF3, h2fc-cfh2 等);含有多个碳原子的卤化物和氢化物(如c6H6、c6h5f、c6h4f2、c6h3f3、c6h2f4、c6hf5等);
[0016]其中碳掺杂剂源材料任选地与至少一种协流(co-flow)气体共同流入离子注入机或与至少一种额外的气体混合流入离子注入机，其中所述的至少一种协流气体或至少一种额外的气体选自:H2 ；PH3 ；AsH3 ；CH4 ；GeH4 ；SiH4 ；NH3 ；F2 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；NF3 ；N2F4 ；HF ；WF6 ；MoF6 ；Ar ；Ne ；Kr ；Xe ；He ；N2 ；02 ；03 ；H202 ；H20 ；C12 ；HC1 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；PF3 ；PF5 ；CF4 ；CF3H ；CF2H2 ；CFH3 ；B2F4 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡1且z彡1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1;式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0, z彡0 ;以及含氟气体。
[0017]另一方面，本公开涉及使用碳掺杂剂将碳聚集(cluster)或分子注入到基底中的方法，所述碳掺杂剂选自:碳离子cx+，其中X大于1 ;和式CxFwOyHzClvNu+的离子，其中X大于或等于1，且其中w、y、z、v和u为0或大于0,但其中至少一个不为0。
[0018]另一方面，本公开涉及一种离子注入的方法，包括:通过使一种碳掺杂源组合物电离产生碳掺杂剂；并将碳掺杂剂物质注入到基底中，
[0019]其中碳掺杂剂源组合物所包含选自以下的碳掺杂剂源材料:
[0020]CO ；C02 ；CF4 ；CH4 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；C2H6 ;式 CxFw0yHzClvNu 的化合物，其中 x 大于或等于1，w大于或等于0，y大于或等于0，Z大于或等于0，V大于或等于0，且u大于或等于0，其条件为w、y、z、v和u中的至少一个为非零值；烃；烷烃(如CH4、C2H6等)；环烷烃(包括铋bi和多环化合物，如C4H8、C5H1Q等);烯烃(如C2H4、C3H6、...CnH2n);环烯烃(如C4H6、C5H8、CnH2n_2);多烯(如 C4H8 等);环多烯；炔烃(如 C2H2、C3H4、CnH2n_2);环炔烃；芳烃(如 C6H6、C10H8等)，及其衍生物；部分卤代和完全卤代的烃(如CH2F2、CF4、C2H2F4、C2H3F3、C6F6等)；通式为R0H的醇，其中R为有机物部分(如CH30H、C2H50H等)；卤代醇(如FCH20H、F2CHCH20H等)；醛(如 ch2o、ch3coh 等)；醚(如 ch3och3 等);齒代醚(如 fch2och2f 等)；酯(如 hcooch3、CH3COOCH3 等)；卤代酯(如 f2chcooch3 等);伯胺(如 ch3nh2 等);仲胺(如:(ch3) 2nh 等)；叔胺(如:(CH3) 3N 等)；It代胺(如 CF3NH2、(CFH2) 3N 等)；N-1t代胺(如:CH3NF2、(CFH2) 2NF等)；硝基(RN02)和亚硝基(RN0)烷基和卤代烷基化合物(如CH3N02、CH3NO, FH2CN0等)；卤化物，其中碳原子数为 1 (如 chf3、coci2、ch2f2、ch2f2、ch3f、f3c-oh、f2hc-oh 等);含有两个碳原子的卤化物(如 F3C-C0H、F2HC-C0H、H3C-CH2F、H3C-CHF2、H3C-CF3, h2fc-cfh2 等);含有多个碳原子的卤化物和氢化物(如c6H6、c6h5f、c6h4f2、c6h3f3、c6h2f4、c6hf5等);
[0021]其中碳掺杂剂源材料与至少一种协流(co-flow)气体共同流入离子注入机或与至少一种额外的气体混合流入离子注入机，其中所述的至少一种协流气体或至少一种额外的气体选自:H2 ；PH3 ；AsH3 ；CH4 ；GeH4 ；SiH4 ；NH3 ；F2 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；NF3 ；N2F4 ；HF ；WF6 ；MoF6 ；Ar ；Ne ；Kr ；Xe ；He ；N2 ；02 ；03 ；H202 ；H20 ；C12 ；HC1 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；PF3 ；PF5 ；CF4 ；CF3H ；CF2H2 ；CFH3 ；B2F4 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡1且z彡1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1;式CxFyHz的化合物，其中X彡0, y>0, z彡0 ;以及含氟气体。
[0022]本公开的另一方面涉及一种离子注入系统，包括:
[0023]一个离子注入机，其被配置为接收碳掺杂剂源材料、由此产生碳掺杂剂并将碳掺杂剂物质注入至基底中；以及
[0024]一个供应组件，其被布置为将碳掺杂剂源材料输送至离子注入机，
[0025]其中供应组件包含选自以下的碳掺杂剂源材料:
[0026]CO ；C02 ；CF4 ；CH4 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；C2H6 ;式 CxFw0yHzClvNu 的化合物，其中 x 大于或等于1，w大于或等于0，y大于或等于0，Z大于或等于0，V大于或等于0，且u大于或等于0，条件为w、y、Z、v和u中的至少一个为非零值；烃；烧烃(如CH4、C2H6等)；环烷烃(包括铋bi和多环化合物，如C4H8、C5H1Q等);烯烃(如C2H4、C3H6、...CnH2n);环烯烃(如C4H6、C5H8、CnH2n_2);多烯(如 C4H8 等);环多烯；炔烃(如 C2H2、C3H4、CnH2n_2);环炔烃；芳烃(如 C6H6、C10H8等)，及其衍生物；部分卤代和完全卤代的烃(如CH2F2、CF4、C2H2F4、C2H3F3、C6F6等)；通式为R0H的醇，其中R为有机物部分(如CH30H、C2H50H等)；卤代醇(如FCH20H、F2CHCH20H等)；醛(如 ch2o、ch3coh 等)；醚(如 ch3och3 等);齒代醚(如 fch2och2f 等)；酯(如 hcooch3、ch3cooch3 等)；卤代酯(如 f2chcooch3 等);伯胺(如 ch3nh2 等);仲胺(如:(ch3) 2nh 等)；叔胺(如:(CH3) 3N 等)；It代胺(如 CF3NH2、(CFH2) 3N 等)；N-1t代胺(如:CH3NF2、(CFH2) 2NF等)；硝基(RN02)和亚硝基(RNO)烷基和卤代烷基化合物(如CH3N02、CH3N0、FH2CN0等)；卤化物，其中碳原子数为 1 (如 chf3、coci2、ch2f2、ch2f2、ch3f、f3c-oh、f2hc-oh 等);含有两个碳原子的卤化物(如 F3C-C0H、F2HC-C0H、H3C-CH2F、H3C-CHF2、H3C-CF3, h2fc-cfh2 等);含有多个碳原子的卤化物和氢化物(如c6H6、c6h5f、c6h4f2、c6h3f3、c6h2f4、c6hf5等);
[0027]其中碳掺杂剂源材料与至少一种协流(co-flow)气体共同流入离子注入机或与至少一种额外的气体混合流入离子注入机，其中所述的至少一种协流气体或至少一种额外的气体选自:H2 ；PH3 ；AsH3 ；CH4 ；GeH4 ；SiH4 ；NH3 ；F2 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；NF3 ；N2F4 ；HF ；WF6 ；MoF6 ；Ar ；Ne ；Kr ；Xe ；He ；N2 ；02 ；03 ；H202 ；H20 ；C12 ；HC1 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；PF3 ；PF5 ；CF4 ；CF3H ；CF2H2 ；CFH3 ；B2F4 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡1且z彡1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1;式CxFyHz的化合物，其中X彡0, y>0, z彡0 ;以及含氟气体。
[0028]本公开的另一方面涉及一种气体结合组合物，其包含(A)本公开的一种或多种碳掺杂剂源气体和至少一种额外的气体，所述额外的气体选自(B) —种或多种氟化物气体、(C) 一种或多种惰性气体、(D) —种或多种氧化物气体，和(E)其他气体(如N2。H2)。
[0029]本公开的另一方面涉及一种将碳离子注入至基底中的方法，包括使用本公开的气体结合组合物对基底进行碳掺杂。所述气流结合组合物包含至少两种不同的气体化合物，并可能包含任何合适数量的气体组分，如2、3或更多种组分。
[0030]本公开的另一方面涉及在碳离子注入过程中改善射束电流的方法，其中所述碳掺杂剂源材料与一种或多种氟化物气体混合和/或以协流关系被输送至离子注入机中，所述氟化物气体选自 F2 ；C0F2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；N2F4 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ;式 XyFz 的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y > 1且z > 1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1;式CxFyHz的化合物，其中x彡0，y>0且z彡0。
[0031]本公开的另一方面涉及一种离子注入系统，包括:
[0032]离子注入机，其被配置为接收碳掺杂剂源材料、由此产生碳掺杂剂并将碳掺杂剂物质注入至基底中；以及
[0033]供应组件，其被布置为将碳掺杂剂源材料输送至离子注入机中，
[0034]其中碳掺杂剂源材料与一种或多种氟化物气体混合或呈协流的关系，所述氟化物气体选自 F2 ；C0F2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；N2F4 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ；式 XyFz 的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y > 1且z > 1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1;式CxFyHz的化合物，其中x彡0，y>0且z彡0。
[0035]根据本公开内容，碳掺杂剂源材料与至少一种协流气体共同流入离子注入机或与至少一种额外气体混合流入离子注入机的使用可以用于提高离子注入机的操作特性，相比于未使用任何协流气体或其他额外气体的离子注入机的相应操作而言，所述离子注入机的操作特性在组成转换(recipe transit1n)、离子束稳定性、离子源寿命、离子束均勻性、射束电流和购置成本的至少一个方面得到了改善。
[0036]另一方面，本发明的特征和实施方案将由以下公开内容和所附权利要求更加完整地呈现。
[0037]附图简要说明
[0038]图1为离子注入系统的示意图，其说明了本公开的操作模式，其中一种碳掺杂剂源材料被供给至用于向基底注入碳的离子注入机中。
[0039]图2为在50mA的源射束电流下、以每分钟标准立方厘米计(seem)的碳掺杂剂物质射束电流(C+束，以毫安计)对nf3协流速率的变化绘制的图。
[0040]图3为在30mA的源射束电流下、以每分钟标准立方厘米计(seem)的碳掺杂剂物质射束电流(C+束，以毫安计)对nf3协流速率的变化绘制的图。

【具体实施方式】
[0041]本公开涉及向基底中注入碳的系统和方法，包括碳掺杂剂源材料和组合物。
[0042]如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括多个指示物，上下文另有明确说明的除外。
[0043]本说明书中化合物的有机部分和有机化合物本身可以为任何适用的类型，且可例如包含C、H和任选的杂原子如0、N、Si等。本公开的所述有机部分和有机化合物可以具有任何合适的碳数，例如q至C12，或者更高，该碳数与所述部分和有机化合物中的其他化学元素成化学计量比。
[0044]如本说明书中所使用的，碳数范围如在(^_(:12内的表示(idenficat1n)旨在包括在所述范围内的每个组成的碳数部分，从而涵盖每个介于中间的碳数和任何其他指定的碳数，或涵盖介于指定范围内的碳数，还应理解，在本发明的范围内，在指定碳数范围内的碳数子区间可以独立地被包含在较小的碳数范围内，并且明确排除一个碳数或多个碳数的碳数范围被包括在本发明中，以及排除指定范围的任一个或两个碳数限值的子区间也包括在本发明中。因此，匕-(:12烷基旨在包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基和十二烷基，包括这种类型的直链和支链基团。因此，应理解，在本发明的具体实施方案中，碳数范围如的确定——同样可宽泛地适用于取代基部分——能够使碳数范围被进一步限定为碳数范围在取代基部分的更宽指定内的子基团部分。例如在本发明的具体实施方案中，碳数范围如的烷基可以被具体限定于包括例如烷基、c2-c8烷基、c2-c4烷基、c3-c5烷基的子区间、或在宽碳数范围内的任何其他子区间。
[0045]在具体的实施方案中，本公开的化合物可以通过放弃(provis1)或限定而进一步指定，所述放弃或限定为排除与本文中提出的指定及其例证相关的特定的取代基、基团、部分或结构。因此，本公开考虑限制性定义的化合物，例如其中纪为(^_(:12烷基的一种组合物，条件是，其中当P为甲硅烷基时，R1古C4烷基。
[0046]本公开涉及使用不同类型的碳掺杂剂源材料的离子注入。本公开考虑使用下列碳掺杂剂源材料:C0 ；C02 ；CF4 ；CH4 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；C2H6 ;式 CxFw0yHzClvNu 的化合物，其中 x大于或等于l，w大于或等于0，y大于或等于0，z大于或等于0，v大于或等于0，u大于或等于0，条件是w、y、Z、v和u的至少一个为非零值；烃；烷烃(如CH4、C2H6等)；环烷烃(包括铋bi和多环化合物，如C4H8、C5H1Q等);烯烃(如C2H4、C3H6、...CnH2n);环烯烃(如C4H6、C5H8、CnH2n_2);多烯(如 C4H8 等);环多烯；炔烃(如 C2H2、C3H4、CnH2n_2);环炔烃；芳烃(如 C6H6、C10H8等)，及其衍生物；部分卤代和完全卤代的烃(如CH2F2、CF4、C2H2F4、C2H3F3、C6F6等)；通式为R0H的醇，其中R为有机物部分(如CH30H、C2H50H等)；卤代醇(如FCH20H、F2CHCH20H等)；醛(如 ch2o、ch3coh 等)；醚(如 ch3och3 等)；齒代醚(如 fch2och2f 等)；酯(如 hcooch3、CH3COOCH3 等)；卤代酯(如 f2chcooch3 等);伯胺(如 ch3nh2 等);仲胺(如:(ch3) 2nh 等)；叔胺(如:(CH3) 3N 等)；It代胺(如 CF3NH2、(CFH2) 3N 等)；N-1t代胺(如:CH3NF2、(CFH2) 2NF等)；硝基(RN02)和亚硝基(RNO)烷基和卤代烷基化合物(如CH3N02、CH3NO, FH2CN0等)；卤化物，其中碳原子数为 1 (如 chf3、coci2、ch2f2、ch2f2、ch3f、f3c-oh、f2hc-oh 等);含有两个碳原子的卤化物(如 F3C-C0H、F2HC-C0H、H3C-CH2F、H3C-CHF2、H3C-CF3, h2fc-cfh2 等);含有多个碳原子的卤化物和氢化物(如c6H6、c6h5f、c6h4f2、c6h3f3、c6h2f4、c6hf5等)。
[0047]上述碳掺杂剂源材料可以以纯的形式使用，或与不同的碳掺杂剂源材料混合，如用作气体混合物。此外，本公开考虑使用这种结合了协流气体的碳掺杂剂源材料。本公开中的这类与碳掺杂剂源材料一起使用的协流气体包括氢化物、氟化物、惰性气体、氧化物气体和其他气体。
[0048]在各个不同的实施例中，碳掺杂剂源材料与至少一种协流气体共同流入离子注入机或与至少一种额外的气体混合流入离子注入机，其中所述的至少一种协流气体或至少一种额外的气体选自 H2 ；PH3 ；AsH3 ；CH4 ；GeH4 ；SiH4 ；NH3 ；F2 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；NF3 ；N2F4 ；HF ；WF6 ；MoF6 ；Ar ；Ne ；Kr ；Xe ；He ；N2 ；02 ；03 ；H202 ；H20 ；C12 ；HC1 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；PF3 ；PF5 ；CF4 ；CF3H ；CF2H2 ；CFH3 ；B2F4 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡1且z彡1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1;式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0且z彡0 ;以及含氟气体。
[0049]说明性的协流氢化物气体包括H2、PH3、AsH3、CH4、GeH4、SiH4和NH3。
[0050]与本公开的碳掺杂剂源材料一起使用的说明性协流氟化物气体包括F2、XeF2、BF3、SF6、GeF4、SiF4、NF3、HF、WF6 和 MoF6。
[0051]可以作为协流组分与本公开的碳掺杂剂源材料的使用的惰性气体包括Ar、Ne、Kr、Xe 和 He。
[0052]可以与碳掺杂剂源材料一起使用的氧化物气体协流组分包括02、03、H202和H20。
[0053]可作为作为协流组分用在本公开的碳掺杂剂源材料中的其他气体包括Cl2、F2、N2和 HC1。
[0054]在一个实施方案中，一氧化碳(C0)被用作碳掺杂剂源气体,其可以与协流气体混合或共流，所述协流气体例如氢化物(如H2、PH3、AsH3、CH4、GeH4、SiH4);氟化物气体(如F2、XeF2、BF3、SF6、GeF4、CF4、SiF4);惰性气体(如 Ar、Kr、Xe、He);氧化物气体(如 02、03、H202和H20);和/或其他气体如Cl2、C0F2、CH20或C2F4H2。在这些混合物或者协流布置中，多种上述气体可以与C0以不同的混合比例或协流比例一起使用，以实现离子注入操作中的理想性能。
[0055]另一方面，本公开涉及碳掺杂剂气体的(例如CF4、CH4、C0F2、CH20或C2F4H2)与氢化物(H2、PH3、AsH3、CH4、GeH4、SiH4);氟化物气体(F2、XeF2、BF3、SF6、GeF4、CF4、SiF4);惰性气体(Ar、Kr、Xe、He);或其他气体(如Cl2、C0F2、CH20、C2F4H2、PF3、PF5)或其他含氟气体的混合使用或协流使用。协流气体可以包含多种具有不同协流比例的上述气体，或碳掺杂剂气体可以与多组分气体混合物的多个成分结合使用，其中气体组分的相对比例可以适当变化以实现离子注入操作中的理想或所需的结果。
[0056]另一方面，本公开所考虑的特定气体混合物或协流布置包含下述气体:
[0057]C0+H2
[0058]C0+H2+XeF2
[0059]C0+CH4
[0060]C0+C0F2[0061 ] C0+C0F2+02+H2
[0062]C0+BF3
[0063]CO+PH3
[0064]C0+SF6
[0065]C0+SiF4
[0066]C02+H2
[0067]C02+H2+XeF2
[0068]C02+CH4
[0069]C02+C0F2
[0070]C02+C0F2+02+H2
[0071]C02+BF3
[0072]C02+PH3
[0073]C02+SF6
[0074]C02+SiF4
[0075]CxHy+02
[0076]CxHy+F2
[0077]CxHy+惰性气体
[0078]C0F2+H2
[0079]其中x和y具有任何适当的化学计量比。
[0080]上述包括气体混合物和协流气体组分的碳掺杂剂源组合物可在离子注入操作中使用，以注入到用于制备相应产品的多种不同的基底上。例如，使用本公开的碳注入的基底可以包括一种用于制造半导体制品的半导体器件、一种平板显示器制品、LED制品、或一种太阳能电池板制品。该制品可以为成品制品的一个组件，一个部件或结构部分。
[0081]本公开考虑在不同组合、浓度以及体积流率下的碳掺杂剂源气体材料的使用，从而为离子注入系统提供所需的离子源寿命，或改善离子注入机的性能。
[0082]另一个方面，本公开考虑将少量清洁气体与碳掺杂剂源材料混合中以实现清洁和将传输回离子源中的钨丝，并且通过与系统中的沉积物反应而形成挥发性氟化物或其他的挥发性物质，从而使这些挥发的沉积物从系统中泵送出来。清洁气体可以是任何合适类型的气体，例如可以包括氟气或cof2，或者其他任何含氧气体，或任何其他含氟气体，且惰性气体可以任选地作为载体介质以将清洁气体运送到离子注入机中。
[0083]原位清洁气体的使用显著地改善离子注入机的性能，延长离子注入系统的故障(MTBF)之间的平均时间，并增加正常运行的时间和减少停机时间。
[0084]本公开进一步考虑利用诸如上述气体的碳掺杂剂源气体或含有该碳掺杂剂源气体的混合物或含有多组分掺杂剂源材料的气体进行聚集或分子注入。可仅利用碳离子Cx+进行聚集或分子注入，其中X大于1。还可以利用式CxFw0yHzClvNu+的离子进行聚集或分子注入，其中x大于或等于1，且其中w、y、z、v和u中的每个值均为0或大于0，但其中至少一个不为0。在其他实施方案中，可使用C6H6+进行聚集注入。
[0085]现参照附图，图1为本公开的一种实施方式用于对基底碳掺杂的离子注入系统的示意图。
[0086]如图1所示，注入系统10包括离子注入机12，其被布置为接收掺杂剂源气体14、16和18，用以将掺杂剂源气体输送至离子注入机中。
[0087]碳掺杂剂源气体14包括一个含有碳掺杂剂源气体的容器。该容器包括一个带有出料口 24的阀头组件22，该出料口 24连接至碳掺杂剂源气体供料管线44。阀头组件22配备有一个手轮38，用于手动调节阀头组件中的阀门，从而根据需要调动阀门至完全开启或完全关闭的位置，以实现对容器20中所含气体的的分配(dispensing)或密闭储存。
[0088]协流气体也包含于协流源16和18中，每一个都以类似于源14的方式构建。协流源16包含一个配备有阀头组件28的容器26，该阀头组件28连接有手轮40。阀头组件28包括一个连接至协流气体供料管线52的出料口 30。
[0089]源18包括配备有阀头组件34的容器32，该阀头组件34连接有用于操作阀头组件中的阀门的手轮42。阀头组件34还包括一个连接至协流气体供料管线60的出料口 36。
[0090]在所不布置中，可以任何所需组合供应一种或多种掺杂剂源气体，或一种或多种掺杂剂气体，以及一种或多种非掺杂剂协流气体。因此，该示意性结构使得三种掺杂剂源气体、或可选的一种掺杂剂源气体和两种协流气体、或者可选的两种掺杂剂源气体和一种协流气体能够选择性地分配流入到混合室68中。
[0091]为了控制来自各个源的流量，在各个气体供料管线44、52和60上分别安装流量控制阀46,54和62。
[0092]流量控制阀46配备有自动阀门致动器48，并具有将致动器与CPU78相连接的信号传输线50，CPU78从而可将控制信号经信号传输线50传送至阀门致动器以调节阀门46的位置，进而相应的控制从容器20流向混合室68的气体流量。
[0093]以类似的方式，气体排出管线52包括连接有阀门致动器56的流量控制阀54，所述阀门致动器56依次通过信号传输线58连接至CPU78。相应地，气体排出管线60中的流量控制阀62配备有阀门致动器64，其通过信号传输线66连接至CPU78。
[0094]用这种方式，CPU可以有效地控制从相应的容器20、26和30流出的各个气体的流量。
[0095]在气体同向流(协流)至混合室68的情况下，所得气体随后被排出至用于通向离子注入机12的供料管线70中。
[0096]相应地，如果在分配模式仅运行单一源14、16或18，则对应的单一气体随后在通过配备的流量控制阀进行调节的情况下流过混合室，并通过气体供料管线70，进入离子注入机中。
[0097]供料管线70连接有一个由分流线(bypass line) 72和76组成的分流环路(bypassflow loop),该分流线连通着供料管线和气体分析仪74。气体分析仪74因而可接收来自供料管线70中的主流的一个支流，并响应性地产生与气流的浓度、流速等相关的监测信号，并在使气体分析仪74与CPU78相互连接的信号传输线中传送监测信号。用这种方式，CPU78接收来自气体分析仪74的监测信号、处理该监测信号并响应性地产生传送至各个阀门致动器48、56和64的输出控制信号——或如果合适选择它们中的一个或两个，从而实现所需的气体进入到离子注入机中的分配操作。
[0098]离子注入机12产生废气，所述废气在排出管线80中流入废气处理单元82中，所述废气处理单元82可通过包括洗涤、催化氧化等的废气处理操作来处理废气，所产生的经处理的气体排出物从处理单元82经放气管线84排放出去，且可能会做进一步的处理或其他处置。
[0099]CPU78可以是任何适合的类型，且可以不同程度地包括:通用可编程计算机、专用可编程计算机、可编程逻辑控制器、微处理器或有效用于上述监测信号的信号处理和输出控制信号或信号的产生的其他计算单元。
[0100]CPU由此可以程序化地配置，以实现包括来自源14、16和18中的两种或三种气体的同向流的循环操作。因此，任何流动模式——包括气体协流或混合流动或者气体顺次流动——均是合适的。
[0101]因此，应理解，在离子注入机中对基底的碳掺杂可以任何不同的方式进行，从而单独使用碳掺杂剂气体或与其他气体物质相结合使用。因此，应理解，在如图1所示的离子注入系统的各种实施方式中或在本公开的相应配置用于操作的离子注入系统中，碳掺杂剂气体可以与氢化物气体、氟化物气体、惰性气体、氧化物气体或其他气体不同程度地结合。
[0102]在一个实施方案中，气体混合物被用于离子注入操作中。例如采用多种碳掺杂剂气体，例如最高达10种或更多，所用的气体种类如前文所述。
[0103]可以使用碳掺杂剂源气体与氢化物气体、氟化物气体、惰性气体、氧化物气体或其他气体的混合物，其中，在不同的实施方案中，对于一个单独的碳掺杂剂源气体而言，气体种类的数量可从1变化至20。或者，如果使用多种碳掺杂剂源气体，则使用的其他气体的种类可选自氢化物气体、氟化物气体、惰性气体、氧化物气体或所描述的其他气体，这些气体种类的数量最高达20种以上。在这种多组分气体混合物或多种气体种类的协流中，可改变每种气体相对于其他气体种类的百分比。例如在混合物中，混合物中每种气体的百分比可以独立地在0.001体积％至99.999体积％的范围内，基于气体混合物中各气体的总体积计，同时要求混合物中所有气体种类的体积百分比总计为100体积％。
[0104]因此，本公开考虑包含(A) —种或多种碳掺杂剂源气体和至少一种额外的气体的气体结合组合物，所述额外的气体选自(B) —种或多种氟化物气体、(C) 一种或多种惰性气体、(D) —种或多种氧化物气体，和(E)其他气体(如N2、H2等。)。一种或多种碳掺杂剂源气体可包含本文中公开的任何碳掺杂剂源气体。
[0105]在具体的实施方案中，气体结合组合物包含(A) —种或多种碳掺杂剂源气体和(B) 一种或多种氟化物气体，其中碳掺杂剂源气体㈧选自CO、C02、0)&和Ca0xHyFz，其中a 彡 l、x 彡 0、y 彡 0 且 z 彡 0，且氟化物气体(B)选自 F2 ；C0F2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；N2F4 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡1且z彡1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1 ;和式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0且z彡0，如CF4、CF3H、CF2H2、CFH3等。在这种气体结合组合物中，组
(A)和/或组(B)中可以为既含有碳原子又含有氟原子的气体。
[0106]另一方面，本公开涉及包含(A) —种或多种碳掺杂剂源气体和(B) —种或多种氟化物气体的气体结合组合物，所述气体结合组合物被用于对基底例如半导体、太阳能、LED或平板基底的碳掺杂，所述掺杂相比较于在缺乏氟化物气体下的相应碳掺杂改善了离子注入性能。例如氟化物气体可以导致更高的束电流，减少离子注入机中沉积的残留物量，缩短故障之间的平均时间，降低需要维护的水平。
[0107]在这种气体结合组合物中，碳掺杂剂源气体㈧选自C0、C02、CF4、C0F2和Ca0xHyFz，其中 a 彡 1，X 彡 0，y 彡 0，z 彡 0，氟化物气体(B)选自 F2 ；C0F2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；N2F4 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡1且z彡1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1(如CF4或C0F2)；和式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0且z彡0 (如CF4、CF3H、CF2H2、CFH3)。在这些气体结合组合物中，组(A)和/或组(B)中可以为既含有碳原子又含有氟原子的气体，条件是有至少两种不同的气体种类存在于组合物中。
[0108]在不同的具体实施方案中，气体结合组合物可包含至少一种、最高达10种的组
(A)中的气体，以及至少一种、最高达10种的组(B)中的气体。
[0109]气体结合组合物可以组(A)和(B)中的各个气体的气体混合物的形式存在，或各个气体可以彼此呈协流关系。如本文中使用的，“协流关系”是指是组(A)的气体与组(B)的气体同时流入相同的离子注入机中，且期间所述流体的至少一部分与另一部分例如在不同的流道中彼此分离。因此，在一个含有组㈧和组⑶气体的共有供应容器中，组㈧和组(B)气体最初可以以混合的形式存在。或者，组(A)气体可以经与组(B)气体的供料管线不同的供料管线进入离子注入机中。作为另一个替代方案，组(A)气体的供料管线和组
(B)气体的供料管线可以终止于离子注入机上游的流道，使得气体在流道中相互混合，并且所得的气体混合物从该流道进入离子注入机中，使得各个组(A)和组(B)的气体作为它们流体的一部分彼此分离地流入离子注入机中，并作为它们流体的一部分彼此混合地流入离子注入机中。
[0110]关于组(A)气体和组(B)气体的相关部分，基于组(A)气体和组(B)气体的总体积计，两者各自的部分可以为0.001体积％至99.999体积％，且组(A)气体和组(B)气体在组合物中的的体积百分比总计为100体积％。
[0111]在一个实施例中，基于组㈧和组⑶气体的总体积计，组⑶气体在组㈧和组
(B)的结合组合物中的相关部分为0.001体积％至20体积％。
[0112]在另一个实施方案中，已说明，在将NF3作为组(B)氟化物与组(A)碳掺杂剂源气体结合使用时，在NF3浓度为0.5体积％ -15体积％、更优选为0.5体积％ -10体积％时，可显著改善离子注入机中的射束电流。
[0113]因此，本公开考虑包含(A) —种或多种碳掺杂剂源气体和(B) —种或多种氟化物气体的气体结合组合物，其中碳掺杂剂源气体(A)选自CO、C02、CF4、C0F2和Ca0xHyFz，其中a 彡 l，x 彡 0，y 彡 0 且 z 彡 0，且氟化物气体(B)选自 F2 ；C0F2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡1且z彡1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1 ;和式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0且z彡0。在这种气体结合组合物中，组⑷和/或组⑶中可为既含有碳原子又含有氟原子的气体。
[0114]在各个具体实施方案中，气体结合组合物中可存在至少1种至最高达10种的组(A)气体，所述组(A)气体与至少1种至最高达10种的组(B)气体相结合。在不同的实施方案中，可构成不同的气体结合组合物，以使组(A)气体和组(B)气体的浓度均在0.001体积％至99.999体积％范围内，基于两者的总体积计，且所有组(A)气体和组(B)气体在组合物中的体积百分比总计为100体积％。在一个具体的实施方案中，组(B)气体在组(A)气体和组(B)气体的结合组合物中的相关部分为0.001体积％至20体积％，基于组(A)气体和组⑶气体的总体积计，所有组㈧气体和组⑶气体在组合物中的体积百分比总计为100体积％。在一个实施例中，组⑶气体包括NF3。NF3的浓度约为0.5体积％ -15体积％时，更优选为0.5体积％ -10体积％，基于组(A)气体和组(B)气体的总体积计，所有组(A)气体和组(B)气体在组合物中的体积百分比总计为为100体积％。
[0115]在另一个实施方案中，本公开涉及一种将碳离子注入至基底中的方法，包括使用上述气体结合组合物对基底进行碳掺杂。用于该方法中的基底可以为任何适合的类型。在不同的实施方案中，所述基底可包含微电子基板、光电子基板，光学基板、超导体基板、半导体基板，光电伏基板或其它类型的基底。在其他具体的实施方案中，基底可以包含选自半导体基板、太阳能电池板基板、LED基底和平板基板中的一种基底。
[0116]本公开的另一个方面涉及在碳离子注入过程中改善射束电流的方法，其中所述碳掺杂剂源材料与一种或多种氟化物气体混合和/或以协流关系输送至离子注入机中，所述氟化物气体选自 F2 ；C0F2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；N2F4 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ;式 XyFz 的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y > 1且z > 1 ;式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡0且z彡1 ;和式CxFyHz的化合物，其中x彡0，y>0且z彡0。在这种方法的一个实施例中，氟化物气体包括NF3。
[0117]本公开的另一个方面涉及一种离子注入系统，包括:
[0118]一个离子注入机，其被配置为接收碳掺杂剂源材料、由此产生碳掺杂剂并将碳掺杂剂物质注入至基底中；以及
[0119]一个供应组件，其被布置为将碳掺杂剂源材料输送至离子注入机，
[0120]其中碳掺杂剂源材料与一种或多种氟化物气体混合或呈协流关系，所述氟化物气体选自 F2 ；C0F2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；N2F4 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ;式 XyFz 的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡1且z彡1，式Ca0xHyFz的化合物，其中a彡0，X彡0，y彡0且z彡1 ;和式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0且z彡0。在所述系统的一个实施方案中，碳掺杂剂源材料包括一种或多种选自以下的气体:C0、C02、CF4、C0F2和Ca0xHyFz，其中a彡l，x彡0，y彡0且z彡0。在所述系统的另一个实施方案中，氟化物气体包括NF3。在本公开的其他实施方案中，氟化物气体包括CF4或CFH3。在本公开的其他的实施方案中，碳掺杂剂源材料包括C02或C0H2。
[0121]根据本公开，碳掺杂剂源材料与至少一种协流气体共同流入离子注入机或与至少一种额外的气体混合流入离子注入机的使用可以用于提高离子注入机的操作特性，相比于未使用任何协流气体或其他额外气体的离子注入机的相应操作而言，在组成转换、离子束稳定性、离子源寿命、离子束均匀性、射束电流和购置成本的至少一个方面得到了改善。
[0122]在本公开的实施中使用的用于输送碳掺杂剂源气体或协流气体的容器可以为任何适合的类型，且可例如包括利用固体吸附剂介质存储相应气体的容器，该类气体容器可以商品名SDS和SAGE购自ATMI，Inc.(美国康涅狄格州丹伯里)。
[0123]或另一方面，在本公开内容的实施中使用的用于输送碳掺杂剂源气体和其他气体的容器可包含这样一种容器，其在容器的内部空间内置一个或多个调节器，其中每个调节器均设置在一个设定点下，从而当与所述容器连接的外流线路处于低于设定点的压力下时，分配处于设定点以下的气体。这种类型的容器可以商品名VAC商购自ATMI，Inc.(美国康涅狄格州丹伯里)。
[0124]本公开的离子注入方法和系统可用于制造半导体产品制品、太阳能电池板或太阳能电池、LEDs、LED显示器、平板显示器、或这些产品的组件、部件或部分。
[0125]除了供应本公开的特定的碳掺杂剂源气体之外，本公开还考虑与离子注入操作相关的其他协流的气体，例如，作为载体介质。清洁气体等的氪和氢的协流，或其他非掺杂剂气体的流体或协流。
[0126]在各实施方案中，本文描述的碳掺杂剂源气体包括同位素富集的掺杂剂气体。
[0127]在各实施方案中，将卤化物清洁剂与碳掺杂剂源气体混合提供至离子注入机或其部件(如离子源、束线(beamline)、涡轮泵、低真空泵等)，以提供原位清洁功能。
[0128]参照以下的非限制性实施例，将更充分地描述本公开的离子注入方法和系统的特点和优势。
[0129]实施例
[0130]利用一个带有IHC源的离子注入源试验台进行测试。在这些测试中，一氧化碳(C0)被用作碳掺杂剂源气体，三氟化氮(NF3)和二氟化氙(XeF2)在每个测试运行中作为与C0共同流入离子注入机中的氟物质单独使用。
[0131]在利用NF3作为氟物质的测试中，在110V的弧电压(ArcV)下测定离子注入的碳离子(C+)射束电流，在每个运行中，射束电流为50mA和30mA。CO的流速保持在7sCCm。NF3协流的流速的变化范围0至0.48sccm。测试结果显示，在NF3协流的流速于0.2sccm至0.3sccm范围内时(对应于基于NF3和C0的总流量约3体积％至4体积％的NF3)，射束电流达到最大值。测试结果如图2和3所示，在每个图中，碳掺杂剂物质射束电流(C+束，以毫安计)相对于即3协流速率(以每分钟标准立方厘米计(seem))作图。
[0132]使用与C0碳掺杂剂源气体共流的XeF2可获得类似的结果。
[0133]因此，尽管在具体实施方案描述中阐述了本公开，但应理解，本公开可对示出的实施方案进行各种修改、变型和替代，且所有这些变型、修改和替代方案均应视为落在本公开的宽泛范围内，所述范围由所附权利要求限定。
【权利要求】
1.一种离子注入的方法，包括: 使一种碳掺杂剂剂源组合物流入离子注入机中，所述离子注入机被配置为用于基底的碳掺杂剂；以及 操作离子注入机，以从碳掺杂剂源组合物中产生碳掺杂剂物质并将碳掺杂剂物质注入到基底中， 其中碳掺杂剂源组合物包括至少一种选自以下的碳掺杂剂源材料:
CO ；C02 ；CF4 ；CH4 ；COF2 ；CH20 ；C2F4H2 ；C2H6 ;式 CxFwOyHzClvNu 的化合物，其中 x 大于或等于1，w大于或等于0，y大于或等于0，z大于或等于0，V大于或等于0，u大于或等于0，条件是W、1、z、V和u的至少一个为非零值；烃；烷烃；环烷烃；烯烃；环烯烃；多烯；环多烯；炔烃；环炔烃；芳烃，及其衍生物；部分卤代和完全卤代的烃；通式为ROH的醇，其中R为有机部分；卤代醇-M ;醚滷代醚;酯;卤代酯;伯胺；仲胺；叔胺;卤代胺；N-細安;硝基(RNO2)和亚硝基(RNO)烷基和卤代烷基化合物；卤化物，其中碳原子数为I ;含有两个碳原子的卤化物；含有多个碳原子的卤化物和氢化物；且其中碳掺杂剂源材料任选地与至少一种协流气体共同流入离子注入机或与至少一种额外的气体混合流入离子注入机，其中所述至少一种协流气体或至少一种额外的气体选自=H2 ；PH3 ；AsH3 ；CH4 ；GeH4 ；SiH4 ；NH3 ；F2 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；NF3 ；N2F4 ；HF ；WF6 ；MoF6 ；Ar ；Ne ；Kr ；Xe ；He ；N2 ；02 ；03 ；H202 ；H20 ；C12 ；HC1 ；COF2 ；CH20 ；C2F4H2 ；PF3 ；PF5 ；CF4 ；CF3H ；CF2H2 ；CFH3 ；B2F4 ;式 XyFz 的化合物，其中 X 为与 F 成化学计量比的任何元素，y彡I且z彡I ;式CaOxHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡O且z彡I ;式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0, z彡O ;以及含氟气体。
2.权利要求1的方法，其中碳掺杂剂源材料与至少一种选自以下的协流气体共同流向离子注入机=H2 ；PH3 ；AsH3 ；CH4 ；GeH4 ；SiH4 ；NH3 ；N2F4 ；F2 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；NF3 ；N2F4 ；HF ；WF6 ；MoF6 ；Ar ；Ne ；Kr ；Xe ；He ；N2 ；02 ；03 ；H202 ；H20 ；C12 ；HC1 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；PF3 ；PF5 ；CF4 ；CF3H ；CF2H2 ；CFH3 ；B2F4 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡I且z彡I ;式CaOxHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡O且z彡I;式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0, z彡O ;以及含氟气体。
3.权利要求1的方法，其中碳掺杂剂源材料与至少一种选自以下的额外的气体混合流入离子注入机=H2 ；PH3 ；AsH3 ；CH4 ；GeH4 ；SiH4 ；NH3 ；N2F4 ；F2 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；NF3 ；N2F4 ；HF ；WF6 ；MoF6 ；Ar ；Ne ；Kr ；Xe ；He ；N2 ；02 ；03 ；H202 ；H20 ；C12 ；HC1 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；PF3 ；PF5 ；CF4 ；CF3H ；CF2H2 ；CFH3 ；B2F4 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡I且z彡I ;式CaOxHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡O且z彡I;式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0, z彡O ;以及含氟气体。
4.权利要求1的方法，其中碳掺杂剂源材料包括CO或CO2，并与至少一种选自以下的协流气体共同流入离子注入机=H2 ；PH3 ；AsH3 ；CH4 ；GeH4 ；SiH4 ；NH3 ；F2 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；NF3 ；HF ；WF6 ；MoF6 ；Ar ；Ne ；Kr ；Xe ；He ；N2 ；02 ；03 ；H202 ；H20 ；C12 ；HC1 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；PF3 ；PF5 ；CF4 ；CF3H ；CF2H2 ；CFH3 ；B2F4 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡I且z彡I ;式CaOxHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡O且z彡I;式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0, z彡O ;以及含氟气体。
5.权利要求1的方法，其中碳掺杂剂源材料包含选自CO、CO2,CF4, CH4, COF2, CH2O和C2F4H2 的气体与选自 H2、PH3> AsH3> SF6、CH4、GeH4' SiH4' F2、XeF2' BF3> GeF4' CF4、SiF4' Ar、Kr、Xe、He、Cl2, COF2, CH2O, C2F4H2, PF3> PF5和含氟气体的气体混合或协流。
6.权利要求1的方法，碳掺杂剂源材料与协流气体共同流入离子注入机，其中碳掺杂剂源材料和协流气体结合物选自以下结合物:
CCHH2
C0+H2+XeF2
CCHCH4
C0+C0F2
C0+C0F2+02+H2
C0+BF3
C0+PH3
C0+SF6
CCHSiF4
C02+H2
C02+H2+XeF2
C02+CH4
co2+cof2
co2+cof2+o2+h2
co2+bf3
co2+ph3
co2+sf6
C02+SiF4
CxHy+02
CxHy+F2 CxHy+惰性气体 C0F2+H2 其中X和y具有合适的化学计量值。
7.权利要求1的方法，其中基底选自半导体基板、平板显示器基板、LED基板和太阳能电池板基板。
8.权利要求1的方法，用在制造半导体制品、平板显示器制品、LED制品、LED显示器制品或太阳能电池板制品中。
9.权利要求1的方法，其中碳掺杂剂源材料与清洁气体混合流入离子注入机。
10.权利要求9的方法，其中碳掺杂剂源材料包括CO。
11.权利要求9的方法，其中清洁气体包括氟气或C0F2。
12.权利要求9的方法，其中清洁气体包括含氧气体。
13.权利要求9的方法，其中清洁气体包括含氟气体。
14.权利要求1的方法，进一步包括用清洁气体清洗离子注入机。
15.权利要求14的方法，其中清洁气体包括氟气或C0F2。
16.权利要求1的方法，其中碳掺杂剂源材料与至少一种协流气体共同流入离子注入机或与至少一种额外气体混合流入离子注入机，由此提高离子注入机的操作特性，相比于未使用任何协流气体或其他额外气体的离子注入机的相应操作而言，所述离子注入机的操作特性在组成转换、离子束稳定性、离子源寿命、离子束均匀性、射束电流和购置成本的至少一个方面得到了改善。
17.使用碳掺杂剂将碳聚集或分子注入到基底中的方法，所述碳掺杂选自碳离子Cx+，其中X大于I ;和式CxFwOyHzClvNu+的离子,其中X大于或等于1，且其中W、y、z、v和u为O或大于0，但其中至少一个不为O。
18.一种离子注入方法，包括: 通过使一种碳掺杂源组合物电离产生碳掺杂剂；并将碳掺杂剂物质注入到基底中， 其中碳掺杂剂源组合物所包含选自以下的碳掺杂剂源材料:
CO ；C02 ；CF4 ；CH4 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；C2H6 ;式 CxFwOyHzClvNu 的化合物，其中 x 大于或等于1，w大于或等于0，y大于或等于0，z大于或等于0，V大于或等于0，且u大于或等于0，其条件为w、y、z、v和u中的至少一个为非零值；烃；烷烃；环烷烃；烯烃；环烯烃；多烯；环多烯；炔烃；环炔烃；芳烃；和它们的衍生物；部分齒代和完全齒代的烃；通式为ROH的醇，其中R为有机部分；卤代醇；醛；醚；卤代醚；酯；卤代酯；伯胺、仲胺、叔胺；卤代胺；N-卤代胺；硝基(RNO2)和亚硝基(RNO)烷基和卤代烷基化合物；卤化物，其中碳原子数为I ;含有两个碳原子的卤化物；以及含有多个碳原子的卤化物和氢化物；且 其中碳掺杂剂源材料与至少一种协流气体共同流入离子注入机或与至少一种额外的气体混合流入离子注入机，其中所述的至少一种协流气体或额外的气体选自以下物质:H2、PH3> AsH3' CH4, GeH4' SiH4' NH3> F2、XeF2' BF3> SF6、GeF4' SiF4' NF3> N2F4' HF、WF6、MoF6' Ar、Ne、Kr、Xe、He、N2, 02、O3> H2O2' H20、Cl2, HCl、C0F2、CH20、C2F4H2' PF3> PF5、CF4、CF3H, CF2H2, CFH3>B2F4 ;化学式为XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡I且z彡I ;化学式为CaOxHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡O且z彡I ;化学式为CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0且z彡O ;以及含氟气体。
19.一种尚子系统，包括: 一个离子注入机，其被配置为接收碳掺杂剂源材料、由此产生碳掺杂剂并将碳掺杂剂物质注入至基底中；以及 一个供应组件，其被布置为将碳掺杂剂源材料输送至离子注入机，其中供应组件包含选自以下的碳掺杂剂源材料:
CO ；C02 ；CF4 ；CH4 ；C0F2 ;CH20、C2F4H2 ；C2H6 ;式 CxFwOyHzClvNu 的化合物，其中 x 大于或等于1，w大于或等于0，y大于或等于0，z大于或等于0，V大于或等于0，且u大于或等于0，条件为W、1、z、V和u中的至少一个为非零值；烃；烷烃；环烷烃；烯烃；环烯烃；多烯；环多烯；炔烃；环炔烃；芳烃，及其衍生物；部分卤代和完全卤代的烃；通式为ROH的醇，其中R为有机部分適代醇；醒；醚滷代醚；酯滷代酯；伯胺；仲胺；叔胺滷代胺；N-齒代胺；硝基(RNO2)和亚硝基(RNO)烷基和卤代烷基化合物；卤化物，其中碳原子数为I ;含有两个碳原子的卤化物；含有多个碳原子的卤化物和氢化物；且 其中碳掺杂剂源材料与至少一种协流气体共同流入离子注入机或与至少一种额外的气体混合流入离子注入机，其中所述至少一种协流气体或额外的气体选自=H2 ；PH3 ；AsH3 ；CH4 ；GeH4 ；SiH4 ；NH3 ；F2 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；NF3 ；HF ；WF6 ；MoF6 ；Ar ；Ne ；Kr ；Xe ；He ；N2 ；O2 ；03 ；H202 ；H20 ；C12 ；F2 ；HC1 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；PF3 ；PF5 ；PF ；CF4 ；CF3H ；CF2H2 ；CFH3 ；B2F4 ；式XyFz的化合物；其中X为与F成化学计量比的任何元素，y彡I且z彡I ;式CaOxHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡O且z彡I ;式CxFyHz的化合物，其中x彡0，y>0且z彡O ;以及含氟气体。
20.一个气体结合组合物，包含:(A) —种或多种碳掺杂剂源气体和至少一种选自(B)一种或多种氟化物气体的额外气体、(C) 一种或多种惰性气体、(D) 一种或多种氧化物气体和(E)选自队和仏的其他气体，所述碳掺杂剂源气体选自:
CO ；C02 ；CF4 ；CH4 ；C0F2 ；CH20 ；C2F4H2 ；C2H6 ;式 CxFwOyHzClvNu 的化合物，其中 x 大于或等于1，w大于或等于0，y大于或等于0，z大于或等于0，V大于或等于0，u大于或等于0，条件是w、y、z、V和u的至少为非零值；烃；烧烃；环烷烃；烯烃；环烯烃；多烯；环多烯；炔烃；环炔烃；芳烃，及其衍生物；部分卤代和完全卤代的烃；通式为ROH的醇，其中R为有机物部分；卤代醇-M ;醚滷代醚;酯滷代酯;伯胺、仲胺、叔胺；卤代胺;N-細安;硝基(RNO2)和亚硝基(RNO)烷基和卤代烷基化合物；卤化物，其中碳原子数为I ;含有两个碳原子的卤化物；含有多个碳原子的卤化物和氢化物。
21.权利要求20的气体结合组合物，包含(A)—种或多种碳掺杂剂源气体和(B) —种或多种氟化物气体，其中碳掺杂剂源气体㈧选自:C0 ；C02 ；C0F2和CaOxHyFz，其中a彡1，X 彡 0，y 彡 O且z 彡 O ;氟化物气体(B)选自 F2 ；C0F2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；N2F4 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ;式XyFz的化合物，其中X为与F成化学计量比的任何元素，y > I且z彡I ;式CaOxHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡O且z彡I ;和式CxFyHz的化合物，其中x彡0，y>0 且 z > O。
22.权利要求21的气体结合组合物，包含至少一种且最高达10种的源自组的(A)气体，以及至少一种且最高达10种的源自组(B)气体。
23.权利要求21的气体化合物组分，组(A)气体和组⑶气体各自的浓度在0.001体积％至99.999体积％的范围内，基于组(A)气体和组(B)气体的总体积计，所有组(A)气体和组(B)气体在组合物中的的体积百分比总计为100体积％。
24.权利要求21的气体结合组合物，其中，在组(A)和组(B)的结合组合物中，组(B)气体的相对比例为0.001体积％至20体积％，基于组(A)和组(B)气体的总体积计,所有组(A)气体和组(B)气体在组合物中的的体积百分比总计为100体积％。
25.权利要求24的气体结合组合物，其中组(B)气体包括NF3。
26.权利要求25的气体结合组合物，其中，NF3的浓度为0.5体积％ -15体积％，更优选为0.5体积％ -10体积％，基于组(A)气体和组(B)气体的总体积计，所有组(A)气体和组(B)气体在组合物中的体积百分比总计为为100体积％。
27.—种使碳离子注入基底的方法，包括使用权利要求20-26任一项所述的气体结合组合物对基底进行碳掺杂。
28.权利要求27的方法，其中基底包括半导体基板、太阳能电池板基板、LED基板或平板基体。
29.—种在碳离子注入过程中改善射束电流的方法，其中碳掺杂剂源材料与一种或多种氟化物气体混合和/或以协流关系被输送至离子注入机中，所述氟化物气体选自F2 ；COF2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；N2F4 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ;式 XyFz 的化合物，其中 X 为与F成化学计量比的任何元素，y彡I且z彡I ;式CaOxHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡O且Z彡I ;式CxFyHz的化合物，其中X彡O，y>0且Z彡O。
30.权利要求29的方法，其中氟化合物气体包括NF3。
31.一种离子注入系统，包括: 离子注入机，其被配置为接收碳掺杂剂源材料、由此产生碳掺杂剂并将碳掺杂剂物质注入至基底中；以及 供应组件，其被布置为将碳掺杂剂源材料输送至离子注入机中，其中碳掺杂剂源材料与一种或多种氟化物气体混合或呈协流的关系，所述氟化物气体选自F2 ；COF2 ；CF4 ；MoF6 ；B2F4 ；NF3 ；N2F4 ；XeF2 ；BF3 ；SF6 ；GeF4 ；SiF4 ；WF6 ;式 XyFz 的化合物，其中 X 为与 F 成化学计量比的任何元素，y彡I且z彡I ;式CaOxHyFz的化合物，其中a彡0，x彡0，y彡O且z彡I;式CxFyHz的化合物，其中X彡0，y>0且z彡O。
32.权利要求31的离子注入系统，其中碳掺杂剂源材料包括一种或多种选自以下的气体:C0、CO2, COF2 和 CaOxHyFz，其中 a 彡 l，x 彡 0，y 彡 O且z 彡 O。
33.权利要求31的离子注入系统，其中氟化物气体包括NF3。
34.权利要求31的离子注入系统，其中氟化物气体包括CF4。
35.权利要求31的离子注入系统，其中氟化物气体包括CFH3。
36.权利要求31的离子注入系统，其中碳掺杂剂源材料包括C02。
37.权利要求31的离子注入系统，其中碳掺杂剂源材料包括C0F2。
【文档编号】H01J37/317GK104272433SQ201380019986
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2012年2月14日
【发明者】O·比尔, E·A·斯特姆, 唐瀛, S·N·耶德卫, J·D·斯威尼, S·G·瑟吉, B·L·钱伯斯 申请人:先进技术材料股份有限公司