[發明專利]離子源清潔方法及其裝置

無效

• 申請號: 200980130611.5
• 申請日: 2009-06-18
• 公開（公告）號: CN102113094A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 科斯特爾·拜洛;奎格·R·錢尼;艾利克·R·科布;本雄·具;威爾漢·P·普拉托
• 申請（專利權）人: 瓦里安半導體設備公司
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明

技術領域

本發明的實施例涉及半導體元件制造領域。更確切地說，本發明涉及用于清潔離子植入裝備中使用的離子源腔室的裝置及其方法。

背景技術

離子植入是一種用于將雜質離子植入至半導體基板中以獲得所要的元件特性的過程。將離子射束自離子源腔室朝基板引導。植入至基板中的深度是基于離子植入能量以及在源腔室中產生的離子的質量。離子植入器(ionimplanter)一般包含一產生特定物種(species)的離子的離子源腔室、一系列用以控制所述離子射束的射線組件、以及一用以緊固接收所述離子射束的晶圓的壓板(platen)。所述射線組件可包含：一系列用以自源腔室提取離子的電極；一質量分析器(mass?analyzer)，其經組態而具有特定磁場，從而僅使具有所要質荷比(mass-to-charge?ratio)的離子能夠穿過所述分析器；以及一校正磁鐵(corrector?magnet)，其用以提供一帶狀射束，所述帶狀射束在晶圓表面上相對于離子射束正交地掃描，從而將離子植入至晶圓基板中。離子在與基板中的電子以及核碰撞時失去能量，并基于加速能量(accelerationenergy)而停留于基板內的所要深度處。

離子源腔室通常包含一經加熱燈絲，所述燈絲使引入至腔室中的饋入氣體離子化，從而形成帶電離子以及電子(等離子)。加熱元件可例如為間接加熱陰極(indirectly?heated?cathode，IHC)。將不同的饋入氣體供應至離子源腔室以獲得具有特定摻雜特性的離子射束。舉例而言，在相對高的腔室溫度下引入的H₂、BF₃及AsH₃分解為具有高植入能量的單原子。高植入能量通常與大于20keV的值相關聯。對于超淺離子植入，在較低的腔室溫度下將諸如十硼烷、碳硼烷等較重的帶電分子引入至源腔室中，較低的腔室溫度保持具有較低植入能量的離子化分子的分子結構。低植入能量通常具有20keV以下的值。特定離子腔室可經組態而藉由使用不同的饋入氣體以及提取組件來提供單原子或重分子物種。或者，特定離子腔室可經組態而供應高植入能量的單原子以及低能量植入分子兩者，以經由使用各種提取組件而植入至半導體基板中。然而，當將特定饋入氣體供應至源腔室以產生所要的離子物種時，亦可產生額外的不當物種，所述物種為離子或中性物種(neutrals)。此等不當物種通常具有非常低的蒸氣壓，且可能會凝結并附著于源腔室的內表面。舉例而言，當將磷化氫(PH₃)饋入至源腔室中時，磷(P)沉積物可形成于腔室壁上。當將諸如十硼烷以及碳硼烷的重分子饋入至源腔室中時，源腔室壁以及電極上的不當沉積物更多。此等固體沉積物可能會改變腔室壁的電特性(電壓不穩定性)且可能干擾提取離子的腔室孔，因而導致不穩定的源操作以及不均勻的射束提取。此外，當在一次循環中使用一種類型的饋入氣體污染了用于后續的使用不同饋入氣體的循環的源腔室時，可能會發生摻雜劑交叉污染(dopant?cross?contamination)。產生單原子的源腔室可能在運轉了一周或一周以上后就須進行清潔。相反，產生較重的分子物種的源腔室可能僅經過幾小時的操作便需要清潔。因此，在雙重模式(單原子以及分子物種)下操作的源腔室可能需要更頻繁地清潔。

一種用于清潔離子源腔室的方法包含引入清潔氣體，諸如三氟化氮(NF₃)或六氟化硫(SF₆)，其經由等離子增強化學反應蝕刻掉不當的所沉積材料且以氣體形式離開源腔室。此等清潔氣體的引入在原位(in?situ)執行，且可在裝備停機時及/或在物種改變間與摻雜劑物種同時引入或作為單獨的清潔等離子而引入。為了提供穩定的源操作并避免交叉污染，可能需要多達4至5個清潔循環來移除特定的不當沉積物。因此，需要增強腔室清潔以提高效率以及不必要的裝備停機時間。可藉由改變腔室中的反應溫度以及饋入氣體的流率而調諧清潔過程。此外，在清潔循環期間增加腔室內部的壓力是另一種增強清潔過程的方法。較高壓力下的等離子反應一般會促進活性中性物種(例如F*)的產生，所述物種為有效的沉積蝕刻劑。然而，由于氣體例如經由源腔室孔而損失，所以難以將源腔室中的壓力增加至足夠高的位準。此外，在清潔期間無法藉由縮小孔來增加腔室壓力，因為提取電流與對分子束提取處理而言特別重要的孔面積成正比。

發明內容