用于碳离子注入的掺杂物组合物的储存和负压输送制造技术

本发明专利技术提供用于输送含CO的掺杂物气体组合物的供应源。所述组合物包括控制量的稀释剂气体混合物例如氙气和氢气，其各自以控制的体积比率提供以确保最佳的碳离子注入性能。所述组合物可包装为由含CO的供应源和稀释剂混合物供应源组成的掺杂物气体套件。备选地，所述组合物可预先混合并从单一来源引入，所述单一来源可响应沿排流路径所达到的负压条件而启动以允许掺杂物混合物从所述装置的内部体积受控流入离子源设备中。

Storage and negative pressure transportation of dopant compositions for carbon ion implantation

The invention provides a supply source for transporting dopant gas compositions containing CO. The composition includes a controlled volume diluent gas mixture such as xenon and hydrogen, each provided at a controlled volume ratio to ensure optimal carbon ion implantation performance. The composition may be packaged as a dopant gas kit comprising a CO-containing supply source and a diluent mixture supply source. Alternatively, the composition may be premixed and introduced from a single source, which may be activated in response to negative pressure conditions achieved along the drainage path to allow dopant mixtures to flow from the internal volume of the device controlled into the ion source device.

【技术实现步骤摘要】
用于碳离子注入的掺杂物组合物的储存和负压输送本申请是申请日为2013年12月20日、专利技术名称为“用于碳离子注入的掺杂物组合物的储存和负压输送”、申请号为201380067226.7的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及改善的CO基配方以及这类CO基配方的负压输送和储存装置，所述CO基配方包括用于碳注入的掺杂物气体组合物。
技术介绍
离子注入为半导体/微电子制造中的重要工序。离子注入工序被用于集成电路生产中以将控制量的掺杂物离子引入半导体晶圆中。离子源被用来从掺杂物气体产生多种离子种类的明确定义的离子束。所述掺杂物气体的离子化产生可被随后注入给定工件内的离子种类。碳作为广泛使用的掺杂物在半导体工业中出现，用于多种材料改性应用例如抑制共掺杂物的扩散或增强掺杂区域的稳定性。在这点上，二氧化碳(CO2)作为碳离子注入的常见掺杂物源出现。然而，已观察到，CO2的表现为一种氧化气体，其有氧化钨离子腔室组件的倾向，从而沿离子设备的电极表面和腔室组件形成各种的氧化钨(WOx)沉积物。这类沉积物的出现是有问题的，因为它们降低电学性能，由此需要更高的电压以维持稳定的等离子体。然而，更高的电压会导致电压放电，其引起电气短路和瞬时的束流降。束流降通常被称为“束流突波(束流闪变，beamglitching)”。束流突波降低离子源性能至所述工艺过程不能以可接受的效率运转的程度。在这类情况下，可能需要使用者紧急停止注入操作并进行维修或替换离子源。这类停工期造成离子注入系统的生产率损失。因此，为了进行高质量的注入工序，需要长时间维持离子源的正常运作。考虑到与作为离子注入的掺杂物源的CO2相关的非期望沉积物，由于CO中较低的含氧量，一氧化碳(CO)作为备选的掺杂物气体源出现。较低的含氧量减少了WOx形成量。然而，在离子源的运行期间已观察到CO形成大量碳(C)和碳化钨(WC)沉积物。C沉积物为CO的等离子体分解的结果，而WC沉积物的形成是CO和它的等离子体裂解产物与钨基腔室组件相互作用的结果。所述C/WC沉积物可产生束流突波，由此产生对短的离子源寿命的关注。此外，CO为有毒气体，其引起重大的安全和环境上的挑战。典型地将CO高压储存在圆筒内。高压储存CO是不可接受的，因为有出现圆筒泄漏或灾难性破裂的可能性。因此，CO的标准高压圆筒引发这些液体从高压圆筒非计划释放的危险。存在未被满足的需要：当使用碳基掺杂物气体源进行碳注入时，减少在离子腔室内的沉积物，以及碳基掺杂物气体源的安全储存和输送装置的方法和系统。本专利技术的其它方面对阅读完本说明书、附图和附录的权利要求书后的本领域普通技术人员而言会是显而易见的。
技术实现思路
本专利技术涉及碳离子注入系统和方法，其能够实现这类离子源的改善的寿命和性能。本专利技术部分地涉及在负压条件下输送的CO基掺杂物气体混合物的单一供应源。在第一方面，提供掺杂物气体混合物的单一供应源，其包含：一种或更多种的含碳掺杂物源气体，其以预先确定的浓度与稀释剂气体混合物预先混合，所述一种或更多种的含碳源至少包含CO，并且所述稀释剂气体混合物包含惰性气体和含氢气体；以及负压输送和储存装置，其用于维持在所述装置的内部体积内的所述掺杂物气体混合物处于加压状态，所述输送装置与排流路径是流体相通的，其中所述输送装置响应沿所述排流路径所达到的负压条件而启动以允许所述掺杂物组合物从所述装置的内部体积受控流出。在第二方面，提供输送用于离子注入的掺杂物气体组合物的方法，其包括：提供一种或更多种的含碳掺杂物气体；提供包含惰性气体和含氢气体的稀释剂气体组合物；响应预先确定的真空条件启动所述一种或更多种的含碳掺杂物气体的受控流动；响应所述预先确定的真空条件启动所述稀释剂气体组合物的受控流动；将所述一种或更多种的含碳掺杂物气体引入离子源腔室内；将所述稀释剂气体组合物引入所述离子源腔室内；使所述一种或更多种的含碳掺杂物气体源离子化以产生碳离子；以及将所述碳离子注入基底内；其中所述一种或更多种的含碳掺杂物气体源与所述稀释剂气体组合物相互作用以减少沿所述碳离子源的沉淀物，而并不引起与纯CO相比碳离子束流的大幅度减少。在第三方面，提供气体组合物，其包含：包含一氧化碳的碳基材料；包含氙气(Xe)和氢气的惰性稀释剂气体混合物，其中所述Xe和所述氢气以有效量被包含在内，所述有效量为约0.02至约0.20的Xe:H2的体积比率；并且所述(Xe+H2):CO以在约0.10至约0.30范围内的体积比率被包含在内。附图说明将从以下对本专利技术优选实施方案的详述连同附图更好地理解本专利技术的目的和益处，其中全文各处同样的数字表示相同的特征并且其中：图1a显示用于根据本专利技术的原理分配含CO的掺杂物组合物的负压输送和储存装置；图1b显示真空启动的止回阀，其完整地被安置在图1a的输送和储存装置内；图2显示在所述阀体上不存在卸压装置的铝圆筒，其中所述圆筒具有被设计成使含CO的掺杂物气体组合物的内储存体积最大化的尺寸；图3显示根据本专利技术的原理使用的离子注入机；图4显示在碳注入的注入系统和方法内的图3的离子注入机；图5显示CO+H2+Xe掺杂物气体组合物的不同组合物的相对C+束流；图6显示在三种不同的电弧电流水平下CO+H2+Xe的不同掺杂物组合物的相对C+束流；和图7a和7b分别显示在仅使用CO和使用本专利技术的含CO掺杂物组合物进行碳注入期间沉积物形成。具体实施方式通过以下详述更好地理解本专利技术各要素的关系和机能。详述考虑了以各种排列和组合的特征、方面和实施方案，其属于本公开的范围内。本公开可因此被具体描述为包含、由以下组成或主要由以下组成：这些特定的特征、方面和实施方案的任何这类排列和组合，或它们中选定的一种或几种。如本文使用的，除非另外指出，所有的浓度被表述为体积百分比(“vol％”)。本专利技术可包括以各种组合的任何以下实施方案并且还可包括下面在文字描绘或附图中所述的任何其它方面。如所述的，虽然纯CO可产生相对高的C+束流，显著大量的碳(C)和碳化钨(WC)沉积物可产生束流突波从而减短离子源的寿命。向CO添加氢气(H2)来减少沉积物的形成已为人所知。当使用CO作为含碳源材料时，所述H2和CO相互作用以减少在离子腔室内的总体沉积物形成。然而，沉积物形成减少的发生是以更低的C+束流为代价的。本专利技术通过以特定体积比率添加Xe对CO-H2混合物加以改进，如将被描述的，以改善所述C+束流。具体地，并且如将在实施例中所述的，与使用由CO和H2组成的掺杂物气体混合物所获得的C+束流相比，C+离子束流可增加超过20％。以这种方式，与现有技术不同，本专利技术允许实现与CO和H2相比的延长的离子源寿命和增加的C+束流的能力。本专利技术的一个实施方案针对含碳掺杂物气体组合物，其优选地含有CO和稀释剂混合物。所述CO可与所述稀释剂混合物(其包括惰性气体和含氢气体)预先混合。如此处以及遍及说明书各处使用的术语“掺杂物气体组合物”旨在指离子源腔室的上游或内部所形成的产物组合物。如此处以及遍及说明书各处使用的术语“掺杂物气体组合物”还旨在指被包含在单一供应源内的混合物，如将被更详细地解释的。已发现，将包含CO和稀释剂气体混合物(其包括以选定的体积比率存在的惰性气体和含氢气体)的掺杂物气体组合物引入离子源腔室允许离子源寿命与离子源性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于离子注入工序的掺杂物气体组合物，其包含：包含氙气(Xe)和氢气(H2)的惰性稀释剂气体混合物，其中所述Xe和所述H2以有效量被包含在内，所述有效量为约0.02至约0.20的Xe：H2体积比率；和以约0.10至约0.30的范围内的(Xe+H2)：(碳基材料)体积比率被包含在内的碳基材料。

【技术特征摘要】
2012.12.21 US 61/745124;2013.05.08 US 61/8208731.用于离子注入工序的掺杂物气体组合物，其包含：包含氙气(Xe)和氢气(H2)的惰性稀释剂气体混合物，其中所述Xe和所述H2以有效量被包含在内，所述有效量为约0.02至约0.20的Xe：H2体积比率；和以约0.10至约0.30的范围内的(Xe+H2)：(碳基材料)体积比率被包含在内的碳基材料。2.权利要求1的掺杂物气体组合物，其中所述掺杂剂气体组合物位于离子源腔室的上游。3.权利要求1的掺杂物气体组合物，其中所述掺杂剂气体组合物位于离子源腔室内部。4.分配用于离子注入的掺杂物气体组合物的方法，所述方法包括：将一种或更多种的含碳掺杂物气体引入离子源腔室；将稀释剂气体组合物以约0.02至约0.20的Xe：H2体积比率引入所述离子源腔室；使所述一种或更多种的含碳掺杂物气体离子化以生产碳离子；以及将所述碳离子注入基底。5.制备适合用于离子注入的惰性稀释剂气体混合物的方法，所述方法包括：用Xe和H2充满负压输送和储存装置；产生加压混合物，其中所述Xe和所述H2以约0.02至约0.20的Xe：H2体积比率被包含在内；保持真空启动阀处于密封结构以维持在所述装置内的混合物处于预先确定的储存压力下。6.权利要求的方法，其进一步包括供应所述惰性稀释剂气体混合物作为配置用于离子注入的气体套件的部分的步骤。7.制备碳源混合物的方法，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：AK辛哈，DC海德曼，LA布朗，SM坎珀，R施，D卢，邱文斌，高建纲，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US