用于改善注入束和源寿命性能的碳掺杂剂气体和协流制造技术

本申请涉及用于改善注入束和源寿命性能的碳掺杂剂气体和协流。具体讲，本申请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。

【技术实现步骤摘要】
用于改善注入束和源寿命性能的碳掺杂剂气体和协流本申请为申请日2013年02月13日，申请号201380019986.0，名称为“用于改善注入束和源寿命性能的碳掺杂剂气体和协流”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的互相参引根据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。
本公开涉及离子注入(ionimplantation)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。
技术介绍
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(extractionelectrode)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。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，indirectlyheatedcathode)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。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。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。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(redistribution)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)高压火花溅射。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。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。
技术实现思路
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。一方面，本公开涉及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；CO2；CF4；CH4；COF2；CH2O；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、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ROH的醇，其中R为有机物部分(如CH3OH、C2H5OH等)；卤代醇(如FCH2OH、F2CHCH2OH等)；醛(如CH2O、CH3COH等)；醚(如CH3OCH3等)；卤代醚(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)；卤代胺(如CF3NH2、(CFH2)3N等)；N-卤代胺(如：CH3NF2、(CFH2)2NF等)；硝基(RNO2)和亚硝基(RNO)烷基和卤代烷基化合物(如CH3NO2、CH3NO、FH2CNO等)；卤化物，其中碳原子数为1(如CHF3、COCl2、CH2F2、CH2F2、CH3F、F3C-OH、F2HC-OH等)；含有两个碳原子的卤化物(如F3C-COH、F2HC-COH、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)；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；O2；O3；H2O2；H2O；Cl2；HCl；COF2；CH2O；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≥1且z≥1；式CaOxHyFz的化合物，其中a≥0，x≥0，y≥0且z≥1；式CxFyHz的化合物，其中x≥0，y>0，z≥0；以及含氟气体。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C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于离子注入的碳掺杂剂源组合物，所述组合物包括：至少一种碳掺杂剂源材料；一种协流气体；和至少一种额外的气体，其中所述至少一种协流气体或所述至少一种额外的气体包括选自由以下组成的群组的气体：GeH4、SiH4、XeF2、BF3、SF6、GeF4、SiF4、NF3、N2F4、HF、WF6、MoF6、PF3、PF5和B2F4。

【技术特征摘要】
2012.02.14 US 61/598,817;2012.04.17 US 61/625,5711.一种用于离子注入的碳掺杂剂源组合物，所述组合物包括：至少一种碳掺杂剂源材料；一种协流气体；和至少一种额外的气体，其中所述至少一种协流气体或所述至少一种额外的气体包括选自由以下组成的群组的气体：GeH4、SiH4、XeF2、BF3、SF6、GeF4、SiF4、NF3、N2F4、HF、WF6、MoF6、PF3、PF5和B2F4。2.根据权利要求1所述的碳掺杂剂源组合物，其中所述至少一种碳掺杂剂源材料选自由以下组成的群组：CO、CO2、CF4、CH4、COF2、CH2O、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，条件是w、y、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、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1、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。3.根据权利要求1所述的碳掺杂剂源组合物，其中所述至少一种碳掺杂剂源材料选自由以下组成的群组：CO、CO2、CF4...

【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：恩特格里斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US