供等离子体浸没枪(PFG)操作的使用含氟和惰性气体的方法和组件技术

本发明专利技术描述一种用于将包括惰性气体和含氟气体的气体递送至等离子体浸没枪的气体供应组件，其中所述组件被配置成将体积不超过所述含氟气体和所述惰性气体的总体积的10％的所述含氟气体递送至所述浸没枪。所述含氟气体可自所述等离子体浸没枪中的材料沉积物产生挥发性反应产物气体，且从而引起所述等离子体浸没枪中等离子体生成细丝的再金属化。与所述气体量组合，所述组件和所述方法可使用气体流动速率以使清理效果优化且减少使用期间细丝材料自所述等离子体浸没枪的损失。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】供等离子体浸没枪(PFG)操作的使用含氟和惰性气体的方法和组件
本专利技术大体上涉及离子植入装置和过程，且更具体来说涉及用于改进离子植入等离子体浸没枪性能的设备和方法。
技术介绍
在半导体制造领域中，离子植入是半导体组件制造的基础单位操作。离子植入装置可为广泛不同的类型，且可包括束离子植入系统、等离子体浸没系统和其它不同类型的系统。在使用束离子植入系统时，带正电离子冲击待植入的晶片衬底，且此冲击可使正电荷积聚于晶片衬底的绝缘区域上，产生正表面电位。晶片充电也可导致电子自晶片衬底的二次发射。晶片衬底表面电荷可能极强，从而不利地影响或甚至永久地损害晶片的集成电路特点，如金属-氧化物-半导体场效晶体管(MOSFET)电路。等离子体浸没枪设备可用于通过产生包含低能电子的等离子体解决所述表面电荷积聚，因而低能电子可分散于离子束中且转移至晶片表面以中和可能出现的电荷积聚。等离子体浸没枪设备可具有不同类型，但其在特征上包含设有离子化细丝组件且与由螺旋管线圈限定的等离子体管耦合的电弧室，且所述室与离子束室连接。电弧室中的离子化细丝组件由耐火金属、通常钨形成，且在其它可能性中，用于形成低能电子等离子体的气体在特征上是如氩气、氪气或氙气的惰性气体。可包括法拉第组件(Faradayassembly)用以将中和电子限于晶片的附近，借此帮助缓解晶片衬底充电，且通常包括电子剂量、均一性和电荷测量和监测组件。因此，等离子体浸没枪设备解决束离子植入系统中的操作问题，功能是中和束等离子体电荷以控制粒子增加，且降低晶片衬底上的充电电压以防止薄膜集成电路组件的静电破坏。在等离子体浸没枪操作期间，将中和电荷的低能电子引入离子束中且其在衬底晶片上作用以中和晶片上积聚的正电荷。然而，在此过程期间，惰性气体可偶然溅射等离子体浸没枪细丝且使其缓慢退化。经溅射的细丝材料变为气体材料，其可沉积于离子植入系统的绝缘体和石墨组件上形成沉积污染物。更一般来说，在延长操作时，离子束和可凝气体蒸气沉积于等离子体浸没枪电弧室和其组件的内部、上部和周围。所述蒸气也沉积于等离子体浸没枪所电耦合的法拉第(剂量测量)组件上。不考虑其具体来源，那些沉积物不利于等离子体浸没枪系统的性能，且不利于系统的操作寿命。举例来说，就性能来说，这些沉积物趋于因短路而引发电气故障。也与性能相关的是，经溅射的细丝材料(例如，钨)可进入经离子植入的晶片衬底中，经溅射的细丝材料(例如，钨)作为污染物置于衬底中且降低离子植入系统和过程的产率。这些沉积物也可降低等离子体浸没枪发射电流，降低细丝漏泄电流，且因等离子体浸没枪是剂量测量系统的一部分而产生法拉第漏泄电流。浸没枪的电弧室中的沉积污染物的所有这些影响均可在操作期间以可能需要定期维护的方式具有累积影响，维护包括清理沉积污染物，且其可随时间减小等离子体浸没枪的有效寿命。
技术实现思路
本专利技术大体上涉及离子植入装置和过程，且更具体来说涉及用于改进离子植入等离子体浸没枪性能的设备和方法。本公开内容的一个方面提供用于将气体递送至等离子体浸没枪的气体组件。组件包括被配置成将惰性气体递送至等离子体浸没枪的流体供应包装，其用于产生惰性气体等离子体，所述等离子体包括用于在离子植入操作中调节衬底的表面电荷的电子。组件还包括含氟气体，其与惰性气体混合，或位于单独气体供应包装中，所述包装被配置成相对于惰性气体的递送同时或依序将含氟气体递送至等离子体浸没枪。组件被配置成递送一定体积的含氟气体，其不超过含氟与惰性气体的总体积的10％。与此相关，本专利技术还提供改进等离子体浸没枪性能的方法，其中所述方法包括以下步骤：(a)将含氟气体引入PFG中，PFG包含细丝，和(b)将惰性气体引入PFG中。在所述方法中，所引入的含氟气体不超过所引入的含氟与惰性气体的总体积的10％。在操作中，当以不超过含氟与惰性气体的总体积的10％的量引入浸没枪的电弧室中时，含氟气体可在操作期间于浸没枪电弧室中产生所要效果，且反过来改善等离子体浸没枪性能和寿命。以本文所述的量使用的含氟(≤10％)和惰性气体可使电弧室中存在于表面的残余物挥发。由等离子体浸没枪的细丝产生且通过使用含氟气体挥发的残余物可能再沉积于细丝上，使等离子体浸没枪中的细丝有效再金属化。结果在于，相对于在缺乏含氟气体情况下所用细丝的寿命，等离子体浸没枪细丝的细丝寿命可得到延长。或者或此外，清理效果可在于，含氟气体有效减少细丝的溅射。经溅射的细丝材料(例如，钨)可经植入成为通过涉及等离子体浸没枪的过程经离子植入的衬底中的污染物，导致所述过程的产率降低。减少细丝的溅射将降低衬底因细丝材料的离子植入而污染的可能性，因而提高如所述涉及用含氟和惰性气体操作的等离子体浸没枪的离子植入方法的产率。可在使用等离子体浸没枪一段时间后观测到含氟气体关于细丝的有利影响。举例来说，在操作等离子体浸没枪的时段期间，在引入含氟气体和引入惰性气体时，电流流过细丝。在所述时段结尾，细丝的重量损失小于在相同时段和操作条件下不引入含氟气体的细丝的重量损失。举例来说，在理想条件下，含氟气体可消除任何细丝的重量损失，或可显著减少任何细丝的重量损失。举例来说，使用含氟气体，重量损失的减少可为在相同时段和操作条件下不使用含氟气体的细丝重量损失的至少50％，或至少25％。本专利技术的各种新颖和专利技术性目标物的其它方面、特点和实施例将在随后描述和所附权利要求书中更完全地显现。附图说明图1是等离子体浸没枪设备的示意图，其显示所述设备的结构细节。图2是束离子植入系统的示意图，所述系统在经离子植入的晶片衬底上游的束线结构中使用等离子体浸没枪设备。图3是根据本专利技术的阐释性实施例经配置用以将气体递送至等离子体浸没枪的气体供应组件的示意图。具体实施方式本专利技术大体上涉及离子植入装置和过程，且更具体来说涉及用于改进离子植入等离子体浸没枪性能的设备和方法。本专利技术的一个方面提供用于将惰性和含氟气体递送至等离子体浸没枪的气体供应组件。组件包括被配置成将惰性气体递送至等离子体浸没枪的流体供应包装，其用于产生惰性气体等离子体，所述等离子体包括用于在离子植入操作中调节衬底的表面电荷的电子。组件还包括含氟气体，其与惰性气体混合，或位于单独气体供应包装中，所述包装被配置成相对于惰性气体的递送同时或依序将含氟气体递送至等离子体浸没枪。组件被配置成递送一定体积的含氟气体，其不超过含氟与惰性气体的总体积的10％。如本文所用，“含氟气体”是在等离子体浸没枪操作条件下呈气体形式且包括一或多个氟原子的化合物。在实施例中，例示性含氟气体选自由以下组成的群组：F2、HF、SiF4、GeF4、PF3、PF5、BF3、B2F4、NF3、N2F4、N2F2、SF6、MoF6、WF6、CF4、COF2、C2F4H2和CxOzHyFw，其中w、x、y和z各自独立地是零或非零化学计量适合值。在一些实施例中，含氟气体分别是含氮或含钨气体，如NF3或WF6。在气体供应组件中，含氟气体可表示为单一含氟气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将气体递送至等离子体浸没枪PFG的气体供应组件，其包含：/n流体供应包装，其被配置成将惰性气体递送至PFG以产生惰性气体等离子体，所述惰性气体等离子体包括用于在离子植入操作中调节衬底的表面电荷的电子；和/n含氟气体，其与所述惰性气体混合，或位于单独气体供应包装中，所述包装被配置成相对于惰性气体的递送同时或依序将所述含氟气体递送至所述PFG，/n其中所述组件被配置成递送体积不超过所述含氟气体和所述惰性气体的总体积的10％的所述含氟气体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171215 US 62/599,0981.一种用于将气体递送至等离子体浸没枪PFG的气体供应组件，其包含：
流体供应包装，其被配置成将惰性气体递送至PFG以产生惰性气体等离子体，所述惰性气体等离子体包括用于在离子植入操作中调节衬底的表面电荷的电子；和
含氟气体，其与所述惰性气体混合，或位于单独气体供应包装中，所述包装被配置成相对于惰性气体的递送同时或依序将所述含氟气体递送至所述PFG，
其中所述组件被配置成递送体积不超过所述含氟气体和所述惰性气体的总体积的10％的所述含氟气体。


2.根据权利要求1所述的气体供应组件，其被配置成递送体积在所述含氟气体和所述惰性气体的总体积的0.1至10％范围内的所述含氟气体。


3.根据权利要求2所述的气体供应组件，其被配置成递送体积在所述含氟气体和所述惰性气体的总体积的0.5至5％范围内的所述含氟气体。


4.根据权利要求3所述的气体供应组件，其被配置成递送体积在所述含氟气体和所述惰性气体的总体积的0.75至4％范围内的所述含氟气体。


5.根据权利要求4所述的气体供应组件，其被配置成递送体积在所述含氟气体和所述惰性气体的总体积的1至3％范围内的所述含氟气体。


6.根据权利要求5所述的气体供应组件，其被配置成递送体积在所述含氟气体和所述惰性气体的总体积的1.5至2.5％范围内的所述含氟气体。


7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的气体供应组件，其中所述含氟气体选自由以下组成的群组：F2、HF、SiF4、GeF4、PF3、PF5、BF3、B2F4、NF3、N2F4、N2F2、SF6、MoF6、WF6、CF4、COF2、C2F4H2和CxOzHyFw，其中w、x、y和z各自独立地是零或非零化学计量适当值。


8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的气体供应组件，其中所述含氟气体是含氮或含钨气体。


9.根据权利要求8所述的气体供应组件，其中所述含氟气体是NF3或WF6。


10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的气体供应组件，其中所述惰性气体包含以下中的至少一种：氩气、氦气、氖气、氮气、氙气和氪气。


11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的气体供应组件，其中所述含氟气体于所述惰性气体流体供应包装中，与所述惰性气体混合。


12.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的气体供应组件，其中所述含氟气体于单独含氟气体供应包装中，且所述组件进一步包含流动线路系统，其被配置成接收来自所述含氟气体供应包装的含氟气体和来自所述惰性气体流体供应包装的惰性气体，用于使其混合以形成用于分配至所述等离子体浸没枪的惰性气体与含氟气体的混合物。


13.根据权利要求12所述的气体供应组件，其中所述流动线路系统包含(i)混合腔室，其被配置成接收来自其对应流体供应包装的所述含氟气体和所述惰性气体，用于使其混合以形成用于分配至所述PFG的含氟气体与惰性气体的所述混合物，或(ii)阀门，其被配置成能够在所述混合腔室中选择性地...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·德普雷，J·D·斯威尼，S·N·耶德卫，唐瀛，
申请(专利权)人：恩特格里斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US