本发明专利技术揭示具有气体混合的离子源（２０２ａ）的效能改良与生命期延长的技术。在一特定例示性实施例中，所述技术可实现为离子注入机中的离子源的效能改良与生命期延长的方法。所述方法可包含将预定量的掺杂气体导入离子源腔室（２０２）内。所述掺杂气体可包含掺杂物质。所述方法亦可包含将预定量的稀释气体导入离子源腔室内。所述稀释气体可稀释掺杂气体以改良离子源的效能并延长离子源的生命期。所述稀释气体可进一步包含与掺杂物质相同的协同物质。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本揭示案大体而言涉及半导体制造设备，尤其涉及具有气体混合的 离子源的效能改良与生命期延长的技术。
技术介绍
离子注入为通过用赋能离子直接轰击基材而使化学物质沉积至基 材内的方法。在半导体制造中，离子注入机主要用于改变目标材料的导电类型及导电位准的掺杂方法。积体电路(IC)基材及其薄膜结构中的 精确掺杂分布通常为适当IC效能的关键所在。为实现所要的掺杂分布，可将一或多种离子物质以不同剂量且在不同能级下注入。图1描绘现有离子注入机系统100。离子注入才几系统100可包含离 子源102及一系列被离子束10穿过的复杂组件。所述系列的组件可包 括例如引出操控器104、过滤器磁体106、加速或减速管柱108、分析器 磁体IIO、旋转体狭缝112、扫描器114及校正器磁体116。甚如一系列 操控光束的光学透镜，离子注入机组件可在过滤并聚焦于离子束10后 再将其导向终端站120。终端站120在离子束10的路径中支撑一或多个工件，诸如工件122， 以便将所要物质的离子注入工件122内。工件122可为(例如)半导体 晶片或需要离子注入的其他类似目标物件。终端站120亦可包括压板124 以支撑工件122。压板124可利用静电力或其他类似力紧固工件122。 终端站120亦可包括机械工件扫描器(未图示)以便沿所要方向移动工 件122。终端站120亦可包括其他组件，诸如将工件122导入离子注入 机系统100内及在离子注入后将工件122移除的自动化工件操作元件。离子注入机系统100亦可包括控制器(未图示)以控制离子注入机系统 100的诸多子系统及组件。离子注入机系统100亦可包括诸多量测部件， 诸如剂量控制法拉第杯(dose control Faraday cup) 118、行进法拉 第杯(travel ing Faraday cup )128及设置法拉第杯(setup Faraday cup ) 126。所述部件可用于监视及控制离子束状况。所属领域技术人员应了 解，离子束10所穿越的整个路径通常在离子注入期间抽空。离子源102为离子注入机系统100的关键组件。各种各样不同的离 子物质及引出电压(extraction voltage )需要离子源102产生界限分 明的稳定离子束10。因此希望离子源102可长期操作而无需维护或维修。 因此，离子源102的生命期或平均无故障时间(mean time between failures, MTBF )为离子源102的一个效能标准及离子注入机系统100 效能的关键量度。图2描绘离子注入机系统100的离子源102的一典型实施例。离子 源102可为常用于高电流离子注入设备中的感应式加热阴极 (inductively heated cathode, IHC)离子源。亦可l吏用其他不同的离 子源。离子源102包括界定电弧室206的电弧室外壳202。电弧室外壳 202亦包括离子束10的引出孔204。阴极208及排斥电极210 (或阳极) 可安置于电弧室206内。排斥电极210可具有电绝缘性。阴极绝缘体212 可相对于阴极208安置以使阴极208电绝缘且热绝缘于电弧室外壳202。 阴极208亦可由真空间隙与绝缘体212隔开以控制热传导。灯丝214可 安置于电弧室206外部，且紧邻阴极208以加热阴极208。撑杆216可 支撑阴极208及灯丝214。阴极208可相对于灯丝214正偏压，以便使 灯丝214所发射的电子加速移向阴极208。亦可提供一或多个离子源磁 体220以便在电弧室206内在朝向阴极208的方向上(参见图2的箭头 222 )产生f兹场B。引出电极的组合的状态，诸如接地电极240及抑制电极242，可安置于引出孔204前方。接地电极240及抑制电极242各自具有与引出孔 204对齐的孔以便将界限分明的离子束10自电弧室206中引出以供离子 注入才几系统100 4吏用。引出电源248可在电弧室206与接地电极240之间提供引出电压以 便将离子束10自电孤室206中引出。引出电压可根据离子束10的所要 能量加以调整。抑制电源246可使抑制电极242相对于接地电极240负 偏压，以便抑制离子束10内的电子损耗(回流至离子源102)。亦可向 离子注入机系统100提供一或多个其他电源，诸如灯丝电源或电弧电源。 灯丝电源(未图示)可向灯丝214提供电流以便加热灯丝，灯丝转而产 生电子，使电子加速移向阴极208以便加热阴极208。电弧电源(未图 示)可与电弧室外壳202耦联以促进电子自阴极208射入电弧室206内 所形成的电浆20中。此电源可使阴极208相对于电弧室202偏压至负 电位。离子源控制器250提供对离子源102的控制。举例而言，离子源控 制器250可控制离子源的不同电源及/或亦可控制掺杂气体自掺杂气体 源260进入电弧室206内的流速。离子源控制器250可为程式化控制器 或专门用于特殊用途的控制器。在一实施例中，离子源控制器250被并 入离子注入机系统100的主控制电脑中。掺杂气体源260可经由气体流量控制器266将预定量的掺杂气体电 弧室206内。掺杂气体源260可提供含有所要掺杂元素的特定掺杂气体。 举例而言，掺杂元素可包括硼(B)、锗(Ge)、磷(P)、砷(As)或 硅(Si )且可作为含氟气体提供，含氟气体诸如三氟化硼(BF3)、四氟 化锗(GeF4)、三氟化磷(PF3)或四氟化硅(SiF4)。亦可使用其他不 同的掺杂气体及/或掺杂元素，诸如惰性气体，包括氩气(Ar)、氙气 (Xe)等。离子源失效的常见起因为，在离子注入机系统100的长期使用期间，某些物质在阴极表面上积聚。所积聚的物质倾向于使阴极表面的源离子 的热离子发射速率降低。因此，不能获得所要离子束电流且必须更换离子源102以便维持离子注入机系统100的正确才喿作。此外，若沉积物具 有导电性，则其会使阴极208与源腔室206之间产生短路，致使离子源 102中可能不产生电浆且离子源需要更换或重建。此外，阴极208、排 斥电极210或引出电极240的状况的所述变化可能导致极不需要的离子 源102离子的不稳定输出。不稳定输出可能导致离子束电流漂移且在有 些情况下可能导致较高频率的短时脉冲波形干扰(glitch)，两者皆为 离子源效能的关键量度。因此，离子源102的效能下降及短生命期使得 离子注入机系统100的生产率大大降低。上述问题对于(但不限于)锗离子注入而言尤其明显。锗离子注入 已在半导体工业中广泛用于硅晶片的预先非晶化(pre-amorphize )以防通道效应(channeling effect)。预计在未来半导体部件制造中对 预先非晶化锗离子注入的需要会大大增加。锗离子束的最常用离子源气 体之一为四氟化锗(GeF4)，因为四氟化锗化学性质稳定且具有经济效 益。然而，已观测到用GeF4掺杂气体操作时离子源的生命期极短。用于锗离子注入的离子源的短生命期可归因于电弧室206中因GeF4 分子化学解离而存在过量的自由氟原子。特定而言，电弧室外壳202材 料可能因与所述自由氟原子发生化学反应而被蚀刻掉。电弧室外壳202 材料最终可能沉积于阴极208的表面，导致阴极208表面的电子发射减 少。应了解，尽管上文论述关于锗本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使离子注入机中的离子源的效能改良及生命期延长的方法，所述方法包含： 将预定量的掺杂气体导入离子源腔室，其中所述掺杂气体包含掺杂物质；及 将预定量的稀释气体导入所述离子源腔室，其中所述稀释气体稀释所述掺杂气体以改良所述离子源的 效能并延长所述离子源的生命期。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-3-29 11/693,3081、一种使离子注入机中的离子源的效能改良及生命期延长的方法，所述方法包含将预定量的掺杂气体导入离子源腔室，其中所述掺杂气体包含掺杂物质；及将预定量的稀释气体导入所述离子源腔室，其中所述稀释气体稀释所述掺杂气体以改良所述离子源的效能并延长所述离子源的生命期。2、 根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂气体为含卣素气体 且所述稀释气体为含氢气体或惰性气体。3、 根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂气体为含氢气体且 所述稀释气体为含囟素气体或惰性气体。4、 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包含将预定量的 第二稀释气体释放至所述离子源腔室内。5、 根据权利要求4所述的方法，其中所述第二稀释气体包含含卣 素气体、含氢气体及惰性气体中的至少一种。6、 根据权利要求4所述的方法，其中所述第二稀释气体包含另外 掺杂气体、另外稀释气体、卣素气体、氢气及惰性气体中的至少一种。7、 根据权利要求1所述的方法，其中所述稀释气体包含协同物质。8、 根据权利要求7所述的方法，其中所述掺杂物质与所述协同物 质相同。9、 根据权利要求7所述的方法，其中所述掺杂物质与所述协同物 质不同。10、 根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂气体包含所述掺杂 物质的氢化物且所述稀释气体包含相同掺杂物质的卣化物。11、 根据权利要求1所述的方法，其中所述掺杂气体包含所述掺杂 物质的卣化物且所述稀释气体包含相同掺杂物质的氢化物。12、 一种使离子注入机中的离子源的效能改良及生命期延长的装 置，所述装置包含掺杂气体控制器，以便将预定量的掺杂气体自掺杂气体源释放至离 子源腔室内，其中所述掺杂气体包含掺杂物质；及第一稀释气体控制器，以便将预定量的第一稀释气体自第一稀释气 体源释放至所述离子源腔室内，其中所述第一稀释气体稀释所述掺杂气 体以改良所述离子源的效能并延长所述离子源的生命期。13、 根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿塔尔古普塔，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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