用於在離子植入中延長設備正常運行時間的方法及裝置的製作方法

2023-05-07 22:52:31

專利名稱：用於在離子植入中延長設備正常運行時間的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及離子束的產生，其中在一離子源中將一種或多種氣態或氣化的進料離子化。本發明還涉及一種用於操作一離子源來產生一離子束以對半導體襯底及平板顯示器的襯底進行離子植入的方法及裝置。具體而言，本發明涉及到延長用於產生離子束的系統的生產時間(即「正常運行時間」)。
背景技術：
離子束是由從離子源提取出的離子形成。離子源通常採用一連接至高電壓電源的離子化室。所述離子化室與一離子化能量源相關聯，所述離子化能量源例如(舉例而言)為電弧放電、來自發射電子的陰極的高能電子、或者射頻或微波天線。將所需離子物質以氣態或氣化形式作為進料引入至離子化室內，以在離子化室中經受離子化能量的作用。通過一提取孔從所述室中提取所產生的離子是基於離子的電荷來進行的。一提取電極位於所述離子化室之外、與提取孔對齊、並處於一低於離子化室之電壓。所述電極用於抽取出離子—通常形成一離子束。視所需用途而定，可對所述離子束進行質量分析以建立質量及能量純度、使其加速、聚焦及承受掃描力。然後將離子束傳輸至其使用地點，例如傳輸至一處理室內。由於離子束具有精確的能量質量，因而可將其離子以高的精確度植入於半導體襯底內的所需深度。
離子束的精確的能量質量會受到進料或其分解產物在離子束產生系統的表面上—且具體而言在會影響離子化、離子提取及加速的表面上—冷凝及沉積的嚴重影響。
離子植入工藝傳統的向半導體晶片內引入摻雜元素的方法是通過引入一受控能量離子束來進行植入。此會將所需的雜質物質引入半導體襯底的材料內而形成所需深度的摻雜(或「雜質」)區。雜質元素被選擇成與半導體材料相鍵合而形成電載流子，從而改變半導體材料的導電率。電載流子既可為電子(由N型摻雜劑產生)也可為由P型摻雜劑產生的空穴(即不存在電子)。由此引入的摻雜劑雜質的濃度會決定摻雜區的導電率。為形成電晶體結構、絕緣結構及其他此等電子結構(其統統用作半導體器件)，必須形成許多此種N型及P型雜質區。
為形成一離子束來進行離子植入，將氣體或蒸氣進料選擇成包含所需摻雜元素。將所述氣體或蒸氣引入高壓真空離子化室內，同時引入能量來將其離子化。此會形成包含摻雜元素的離子(例如，在矽中，元素As、P及Sb為施主或N型摻雜劑，而B及In為受主或P型摻雜劑)。由所述提取電極提供一加速電場來將通常帶正電荷的離子提取出離子化室並使其加速，從而形成所需離子束。當需要具有高的純度時，通過質量分析來傳輸離子束以選擇要植入的物質，此在所屬領域中眾所周知。所述離子束最終被傳輸至一處理室以供植入至半導體晶片內。
在平板顯示器(FPD)的製造中也使用類似的技術，這種顯示器包含單襯底驅動電路來操作組裝於顯示器上的薄膜電晶體。在此種情形中，襯底是一已塗覆有半導體層的透明板(例如玻璃)。在FPD製造中所用的離子源通常在實體上較大，以便形成含硼、磷及砷的材料的大面積離子束，這些離子束被引至一含納要接受植入的襯底的室內。大多數EPD植入機並不在離子束到達襯底之前對離子束進行質量分析。
離子汙染一般而言，例如P或As等N型摻雜劑的離子束不應包含任何明顯的P型摻雜劑離子部分，且例如B或In等P型摻雜劑的離子束不應包含任何明顯的N型摻雜劑離子部分。此種狀態稱作「交叉汙染」且是人們所不希望看到的。當源進料在離子源中積聚並隨後改變源進料時，例如當首先使用元素磷進料來產生N型P+束、並隨後變換成BF3氣體來產生P型BF2+束時，就可能會出現交叉汙染。
當進料在離子源內積聚從而幹擾所述源成功地運行時，會出現嚴重的汙染效應。此種狀態總是要求移出所述離子源及所述提取電極來進行清理或更換，從而導致整個離子植入系統的「停機」時間延長並因而造成生產率損傷。
在用於器件晶片製造的離子植入機中所用的許多離子源是「熱的」源，也就是說，其通過維持電弧放電及產生稠密等離子體來工作；此種「熱的」源的離子化室可達到800℃或更高的工作溫度，在許多情況下會顯著降低固體沉積物的積聚。此外，在這些源中使用BF3來產生含硼的離子束會進一步減少沉積物，這是因為在產生BF3等離子體時會產生大量的氟離子；而氟可蝕刻離子源的壁，且具體而言，通過以化學方式產生氣態的BF3而回收所沉積的硼。然而，對於其他進料而言，則已在熱的離子源中形成有害的沉積物。其實例包括銻(Sb)金屬、及固態的銦(In)，其離子用於摻雜矽襯底。
在離子源的設計包含必須保持低於其居裡溫度的永久磁鐵的應用中、或在離子源被設計成使用如果暴露於熱的表面就會被分解的熱敏進料的應用中、或者在同時存在這兩種狀態的應用中，則使用冷的離子源，例如使用浸沒式RF天線來激勵源等離子體的RF桶型離子源(例如參見Leung等人的第6,094,012號美國專利，其以引用方式併入本文中)。冷的離子源會比熱的離子源在更大程度上受到進料的沉積的影響。
使用滷代進料來形成摻雜劑可有助於在一定程度上減少沉積物，然而在某些情形中，卻偏好使用例如氫化物等非滷素進料而不使用滷代化合物。在非滷素應用中，使用例如氣態B2H6、AsH3及PH3等離子源進料。在某些情形中，使用氣化形式的元素As及P。在冷的離子源中使用這些氣體及蒸氣已造成了明顯的材料沉積且要求移出並清理所述離子源—有時要頻繁進行。使用B2H6及PH3的冷離子源目前在FPD植入工具中很常用。這些離子源會受到交叉汙染(N型摻雜劑與P型摻雜劑之間)且還會因存在沉積物而形成微粒。當傳輸至襯底時，微粒會對良率產生不良影響。在歷史上，交叉汙染效應一直迫使FPD製造商使用專用的離子植入機對N型離子使用一種離子植入機，對P型離子使用一種離子植入機，這已嚴重影響了所有者的成本。
氫化硼作為離子植入源材料，例如B10H14(十硼烷)及B18H22(十八硼烷)等氫化硼材料已引起了人們的關注。在正確的條件下，這些材料會形成如下離子B10Hx+，B10Hx-，B18Hx+及B18Hx-。當被植入時，這些離子會形成非常淺的高劑量P型植入劑以在CMOS製造中形成淺的接面。由於這些材料在室溫下為固體，因而必須將其氣化並將蒸氣引入至離子源來進行離子化。其為低溫材料(例如十硼烷在100℃下熔化，且在室溫下的蒸氣壓力約為0.2乇；此外，十硼烷還在350℃以上離解)，且因而必須在冷離子源中使用。其為脆弱的分子，例如在熱的等離子體源中容易離解。
氫化硼的汙染問題例如十硼烷及十八硼烷等氫化硼在用於形成離子束時會因其易於在離子源內離解這一傾向而造成嚴重的沉積問題。在Bernas型式的電弧放電離子源中以及在電子碰撞(「軟」)式離子源中使用這些材料已證實了含硼的沉積物會以一可觀的速率在離子源內積聚。實際上，引入至所述源內的氫化硼蒸氣有多達一半會以離解的、冷凝的材料形式滯留於離子源中。最終，視離子源的設計而定，所堆積的冷凝材料會干擾所述源的運行並使得需要移出及清理所述離子源。
在使用這些材料時，提取電極的汙染也一直是一個問題。直接離子束轟擊及冷凝的蒸氣二者均可形成會使離子束形成光學元件的工作劣化的層，因為這些含硼的層看起來為電絕緣性的。一旦沉積形成一電絕緣層，其就會積聚電荷並在擊穿時形成真空放電或者所謂的「閃信號」。這些不穩定性會影響離子束的精確質量並可能導致形成汙染離子。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種會延長使用壽命並減少設備停機時間的用於產生離子束的方法及裝置。
本發明的特徵是一種用於一離子源和相關提取電極以及離子束產生系統中的類似組件的就地清理程序及裝置，其會周期性地以化學方式移除沉積物，從而延長使用壽命及增強性能而無需將設備解體。
本發明的特徵還在於一種有效受熱的離子提取電極，其由一種會減少放電的頻率及發生率的材料組成，該材料較佳為一種金屬。
另一特徵在於，大體而言，將一提取電極加熱至一離子源的進料的冷凝溫度以上，在較佳情形中，該電極由金屬(較佳為鋁或鉬)構成。
本發明的特徵還在於會促進離子的產生及利用的步驟及構造特徵。此會減小在離子源中所需的進料的濃度，並相關地降低有害沉積物在離子束產生系統的表面上積聚的速率。
本發明的這些及其他創新之處可包括一個或多個如下特徵提供一反應性氣體供應源並將其引入所述離子源，並通過將所述離子源暴露於來自該供應源的反應產物(例如氟原子F或氟分子F2)而就地清理所述離子源；將所述氟原子或氟分子從一遠端等離子體源注入所述離子源內；通過暴露於自一遠端供應源流來的氣態ClF3來清理所述離子源；在所述清理作用階段期間，將所述離子化裝置的反應性組件與反應性氣體隔開而免受影響；所述離子源由鋁製成，所述提取電極由鋁製成，所述提取電極的正面不存在尖的或粗糙的形體；所述提取電極的板有效地受到溫度控制；所述提取電極的板有效地受到加熱；對所述提取電極的加熱是輻射性或電阻性加熱；在其他情形中，所述提取電極的所述板有效地受到冷卻。
另一特徵是將所述特徵與適於形成特別易於熱分解及沉積的進料的「簇」或「分子」離子束的裝置一起使用。
儘管大多數離子植入專家認同，使用氫化硼來形成例如B10Hx+及B18Hx+等「簇」離子束對於形成淺的接面而言極具吸引力，然而用於離子化及傳輸這些大的分子的構件已造成了某些問題。例如，第6,288,403號及第6,452,338號美國專利闡述了已成功產生十硼烷離子束的離子源。然而，已發現，與其他用於進行離子植入的市售離子源相比，這些十硼烷離子源具有特別短的使用壽命。這樣短的使用壽命主要歸因於含硼沉積物在離子源內的積聚及絕緣塗層在離子提取電極上的沉積—此造成了離子束不穩定性，從而需要使植入機停機並進行維護。
根據另一特徵，提供用於明顯減少此種沉積物在氫化硼離子源中及在離子提取電極上的沉積的構件，並提供用於清理這些組件上的沉積物而無需將其移出離子植入機(即就地進行)的構件。本發明能實現氫化硼簇離子束在半導體製造中的長使用壽命商用應用。
本發明的一個特定方面是一種用於產生一離子束的系統，其包括一離子源與一提取電極及一反應性氣體清理系統的組合，所述離子源包括一連接至一高電壓電源並具有一氣態或氣化進料入口的離子化室、一用於在所述離子化室內將所述進料離子化的可通電的離子化系統及一與一真空室連通的提取孔，所述真空室由一真空抽吸系統抽成真空，所述提取電極設置於所述離子化室外面的所述真空室中、與所述離子化室的所述提取孔對齊並適於維持在一低於所述離子化室的電壓以下的電壓，以通過所述孔從所述離子化室內提取離子，且所述反應性氣體清理系統可在所述離子化室及離子化系統被斷電時工作，以提供一通過所述離子化室及所述離子提取孔的反應性氣體流來與所述離子產生系統的至少某些表面上的沉積物反應並移除所述沉積物。
此一方面的較佳實施例具有一種或多種如下特徵所述系統構造成用於在半導體晶片中植入離子，所述離子化室具有一小於約100ml的容積及一小於約200cm2的內表面面積。
所述系統經過構造而產生一以小於約2標準升/分鐘的流速流入所述離子化室內的反應性氣體流。
所述提取電極構造成產生一適於傳輸至一利用點的加速的離子束。
所述提取電極位於一自所述提取孔向所述真空抽吸系統移動的反應性氣體路徑內，以使所述反應性氣體清理所述提取電極。
所述提取電極與一加熱器相關聯，以在所述提取電極提取形成於所述離子化室中的離子期間使所述電極維持一高的溫度，例如高於從固體形成的熱敏蒸氣的冷凝溫度、低於離解溫度。
所述提取電極與一冷卻器件相關聯，例如當所述電極由熱敏材料製成並與一熱的離子源一起使用時。
所述提取電極具有一光滑的、無形體的外表。
所述反應性氣體清理系統包括一等離子體室，所述等離子體室設置成接收一能夠被等離子體離解的饋入氣體以產生一通過一室出口的反應性氣體流；及一用於將所述反應性氣體傳輸至所述離子化室的導管。
所述等離子體室構造及設置成接收及離解一種能夠被離解成氟原子的化合物，例如NF3、C3F8或CF4。
所述反應性氣體清理系統構造及設置成共享一與所述離子源相關的軸助設施。
所述系統構造成引導一離子束穿過一質量分析器，其中所述反應性氣體清理系統構造及設置成與所述質量分析器共享一輔助設施。
所述反應性氣體清理系統包括一來自一高壓反應性氣體(例如ClF3)容器的導管。
所述系統與一終點檢測系統相結合，所述終點檢測系統適於至少協助檢測所述反應性氣體與所述用於產生一離子束的系統的一表面上的汙染物的反應基本完成。
所述終點檢測系統包括一用於分析在所述反應性氣體清理系統運行期間已暴露至所述表面的氣體的化學組成的分析系統。
一溫度檢測器設置成檢測所述反應性氣體與所述系統一表面上的汙染物的放熱反應基本結束。
所述可通電的離子化系統包括一位於所述離子化室內或與所述離子化室連通的易於受到所述反應性氣體損壞的組件，且設置有用於將所述組件與流過所述系統的反應性氣體屏蔽開的構件。
所述用於屏蔽所述組件的構件包括一用於產生一穿過所述組件的惰性氣體(例如氬)流的結構。
所述用於屏蔽一組件的構件包括一不能透過所述反應性氣體的屏蔽元件。
所述系統構造成與作為所述反應性氣體的反應性滷素氣體一起使用，且所述提取電極及相關部件包含鋁(Al)或氧化鋁(Al2O3)。
所述離子源構造成通過電弧放電、RF場、微波場或電子束在所述離子化室內產生離子。
所述系統與一可冷凝固態進料氣化器相關聯以用於產生饋送給所述離子化室的潰入蒸氣。
所述離子源構造成將能夠形成簇離子或分子離子的進料氣化，且所述離子化系統構造成將所述材料離子化以形成用於植入的簇離子或分子離子。
所述系統的所述真空室與一抽吸系統相關聯，所述抽吸系統包括一能夠產生高真空的高真空泵及一能夠產生真空的預抽泵，所述高真空泵可在所述離子源運行期間運行，且能夠在所述反應性氣體清理系統運行期間與所述真空室隔離，所述預抽泵可在所述反應性氣體清理系統運行期間運行。
所述系統與一離子植入裝置相關聯，所述裝置構造成在一真空室內的提取電極植入站之後傳輸離子。在較佳實施例中，包含一隔離閥以在所述反應性氣體清理系統運行期間將所述植入站與所述離子化室及所述提取電極相隔離。
所述離子源構造成及適於產生用於半導體處理的摻雜劑離子，且所述反應性氣體清理系統適於向所述離子化室或所述提取電極輸送氟(F)離子或氯(Cl)離子以便清理表面上的沉積物。
所述離子源適於被溫控至一給定溫度。
所述離子源適於產生一含硼的離子束，在較佳實施例中，所述含硼的離子束是通過向所述離子源內饋送氣化氫化硼材料來產生，尤其是十硼烷(B10H14)或十八硼烷(B18H22)來產生所述含硼的離子束。
所述離子源適於產生含砷的離子束。
所述離子源適於產生含磷的離子束。
所述離子源的所述離子化室包含鋁。
所述離子源的所述離子化室或者所述提取電極包含一耐受例如氟(F)等滷素氣體侵蝕的材料。
本發明的另一個特定方面是一種使用前面所述的任一種系統或與一離子植入機相關聯的一離子源系統進行就地清理的方法，其中在一離子源斷電且處於真空狀態時反應性滷素氣體流入所述離子源內。
該方面的實施例具有一種或多種如下特徵所述反應性滷素氣體為氟(F)。
所述反應性滷素氣體為氯(Cl)。
所述氟氣體是從一遠端等離子體源引入所述離子源內。
所述氟氣體是通過一NF3等離子體而在所述遠端等離子體源內產生。
所述氟氣體是通過一C3F8或CF4等離子體而在所述遠端等離子體源內產生。
所述反應性滷素氣體為ClF3。
在所述離子源已將十硼烷B10H14離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將十八硼烷B18H22離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含砷的化合物(例如砷化三氫AsH3)或元素砷As離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含磷的化合物(例如元素磷P或磷化三氫PH3)離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含銻的化合物(例如三甲基銻Sb(CH4)3或五氟化銻SbF5)離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
在為植入一不同的離子物質而更換離子源進料中間在一離子植入機中就地對一離子源實施所述清理程序。
本發明的另一個特定方面是一種離子植入系統，其具有一離子源及一用於從所述離子源提取離子的提取電極，其中所述提取電極包括一加熱器，所述加熱器構造成使所述電極維持一足以明顯減少正被離子化的氣體或蒸氣及自其產生的產物在所述電極上的冷凝的高的溫度。
該方面的實施例具有一種或多種如下特徵所述電極包含鋁。
所述電極由鉬構成。
所述電極由輻射式加熱器進行加熱。
所述電極由電阻式加熱器進行加熱。
所述電極的溫度被控制至一所需溫度，在某些實施例中，所述溫度介於150℃與250℃之間。
所述電極通過暴露於含滷素的反應性氣體而周期性地得到清理。
本發明的另一個特定方面是一種就地清理任一前述系統的離子提取電極或一與一離子植入機相關聯的離子提取電極的方法，其中在所述電極位於原位且處於真空狀態時使反應性滷素氣體在所述離子提取電極上流動。
該方面的實施例具有一種或多種如下特徵所述反應性滷素氣體為氟(F)或氯(Cl)。
將氟氣體從一遠端等離子體源引入一其中裝有所述提取電極的真空室內。
所述氟氣體是通過一NF3等離子體而在所述遠端等離子體源內產生。
所述氟氣體是通過一C3F8或CF4等離子體而在所述遠端等離子體源內產生。
所述反應性氣體為ClF3。
在所述離子源已將十硼烷B10H14離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將十八硼烷B18H22離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含砷的化合物(例如砷化三氫AsH3)或元素砷As離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
在所述離子源已將含磷的化合物(例如元素磷P或磷化三氫PH3)離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
在為植入一不同的離子物質而更換離子源進料的中間實施所述清理程序。
設置為在原位進行時刻清理的離子源根據一較佳實施例，所述就地化學清理方法利用F原子氣體在所述離子源及提取電極仍保持安裝於離子束產生系統中的同時有效地清理所述離子源及所述離子提取電極上的沉積物。在一較佳實施例中，採用一具有受冷卻室壁的電子碰撞離子源。較佳地，所述離子化室及源塊是由鋁或一種含鋁的絡合物製成，從而使得在鋁表面上形成氟化鋁來充當鈍化層從而防止受到F的進一步化學腐蝕。
此種特徵的一個實施例使用直接耦接至所述離子源的一入口的一遠端反應性氣體源的出口。
在一較佳實施例中，所述反應性氣體源是一用於向一輔助離子化室內引入例如NF3或C3F8等蝕刻潰入氣體的等離子體源。通過在所述輔助室中維持一等離子體，會產生例如F及F2等反應性氣體，且這些反應性氣體在引入至主離子源中之後會對所沉積的材料進行化學腐蝕。在氣體相中所釋放的副產物通過所述離子化室的提取孔吸出並通過所述設備的真空系統抽離，從而對所述室進行清理。
沉積模型通常所遵循的物理學原理是當兩個物體相互作用時，可存在不止一種結果。此外，可為每一種結果指配概率或可能性，以便當考慮所有可能的結果時，其單獨的概率之和為100％。在原子及分子物理學中，有時將此等可能的結果稱為「通道」並將與每一相互作用通道相關的概率稱為「截面」。更確切地說，兩個微粒(比如電子與氣體分子)彼此以任何方式相互作用的可能性為「總截面」，而以某些類型相互作用(例如由電子自身粘附至氣體分子從而形成一負離子、或由從氣體分子上移除電子從而形成一正離子、或由將分子離解成片斷、或者由以靜電方式從分子散開而分子無任何化學變化所表示的相互作用)的可能性為「部分截面」。
此種事件狀態可由一數學關係式來表示，該數學關係式將總的截面σT表示為其i個部分截面之和(1)σT＝σ1+σ2+σ3+...σi，或(2)σT＝∑σi。
在離子植入機中所用的離子源通常顯示出不太大的離子化比例。換句話說，饋送入離子源內的氣體或蒸氣僅有一小的比例(從百分之幾到百分之幾十)得到離子化。其餘氣體或蒸氣通常以氣相形式以其原始狀態或以某種其他中性狀態離開所述源。換句話說，離子化截面遠小於總截面。當然，某些氣體組分可作為沉積材料滯留於離子源中，儘管對於常用的植入進料而言此往往為總量中一小的比例。儘管例如元素As或P等通過加熱而氣化的進料比通常為氣態的進料更易於產生沉積物，然而如果離子源的壁處於比氣化器更高的溫度且不會造成嚴重的沉積風險，則受熱蒸氣往往以氣相形式滯留。然而，當例如從氣態BF3潰入氣體產生硼離子束以及從In及Sb產生離子束時，仍可能會產生大量的有害沉積物。
此外，一般而言，隨著時間的進行，在離子產生系統的某些其他組件上確實會出現可冷凝材料的沉積物，從而會影響其在解體及清理之前的工作壽命。
此外，在使用氫化硼的情況下，代表與離子化介質(即離子源中的電子)的所有相互作用的總截面看起來較大，而離子化截面較小，且最大的截面代表氫化硼分子離解成非揮發性片斷並隨後留存於離子源表面上的通道。這些片斷的沉積的問題會受到為減小進料熱分解而對離子化室的壁進行冷卻的不利影響。總之，看起來所述源中來自含硼片斷的氫化硼的沉積是一種基本的現象，在任一類作用於此種材料的離子源中均會觀察到此種現象，且該問題的解決受到半導體製造行業的廣泛、密切關注。
適用於氫化硼的電子碰撞離子源一種特別適用於氫化硼的離子源是一種受到完全溫度控制的電子碰撞式離子源(參見第6,452,338號及第6,686,595號美國專利；以及第PCT/US03/20197號國際專利申請案—其均以引用方式併入本文中)；還參見圖7。所述離子源並非轟擊一電弧放電等離子體來形成離子，而是藉助以一個或多個聚焦電子束形式注入的高能電子對工藝氣體使用「軟」的電子碰撞離子化。此種「軟」的離子化方法會保持這些大的分子從而形成離子化的簇。如在圖7中所示，固體氫化硼材料在一氣化器中受到加熱且蒸氣通過一蒸氣導管流至一金屬室，即離子化室。一位於所述離子化室外部的電子槍將一高能電子的高電流流輸送至離子化室內，該電子流大體平行於所述室正面中的一伸長槽定向並與其毗鄰。通過一離子提取電極從該槽提取出離子從而形成一高能離子束。在將升華的氫化硼蒸氣傳輸至離子化室期間，使所有表面保持於一高於氣化器溫度(但遠低於離解溫度)的溫度，以防止蒸氣冷凝。很多個小時的測試已證實，當採用此種溫度控制時，蒸氣潰入表面及閥門表面確實會保持清潔。
延長在使用十硼烷時在各次清理之間的離子源壽命以定量方式對蒸氣流速對源壽命(維護降格)的影響進行了研究。使電子碰撞式離子源以給定蒸氣流速在受控條件下以十硼烷進料連續運行，直至斷定材料堆積正導致十硼烷束電流顯著降低為止。測試了從約0.40sccm到1.2sccm不等的五種不同的流速。結果得到了從約150μA到700μA不等的經質量分析的十硼烷束電流(B10Hx+)。應注意，在離子植入中所用離子源中的典型潰入氣體流速介於1至約3sccm之間，因而將該測試範圍視為一「低」流速區域。
在圖5中歸納了這些壽命測試的結果。其顯示為一簡單的模型—一雙曲線函數。這不會使人感到意外；如果採用0蒸氣流速，則源壽命將原理上為無限大；而如果採用極高的蒸氣流速，則源壽命將漸進地降低至0。因而，可將該模型表達為(3)(流速)×(流動持續時間)＝常數。
方程式(3)簡單地表明壽命(即流動持續時間)反比於流速；該常數為所沉積材料的量。如果方程式(3)是精確的，則所沉積材料的比例就與材料的流速無關，此與我們的描述離解及隨後的沉積為固定截面的模型相一致。這些數據表明，在以約0.5sccm的十硼烷蒸氣流速使用電子碰撞式離子源時，可使得專門使用十硼烷保持100個小時以上。儘管在許多情況下這是可以接受的，然而在商業化半導體製作工廠中，卻希望使源壽命遠高於200個小時。而當將離子源與本發明的新穎的就地清理程序結合使用時，就會獲得大大延長的源壽命。
就地離子源化學清理的某些特徵的優點使用一輔助離子源產生反應性氣體以便就地清理離子源會存在幾種非常重要的優點。人們已開發出此種等離子體源來用於從過程排放系統中除去流出物的應用(例如由Advanced Energy公司提供的Litmus 1501)、及用於清理大的CVD處理室(例如MKSAstron反應性氣體產生器)，但就本發明發明者所知，此前人們還未認識到可將遠端反應性氣體產生器有用地應用於對用於產生離子束的離子源的離子化室及提取電極進行清理。人們已使用例如MKS Astron等遠端反應性氣體產生器來清理處理室(即其中處理半導體晶片的相對大的真空室)，此係一種使用高潰入氣體流量(數標準升/分鐘(SLM))的應用且其中對等離子體源施加高RF功率(約6kW)。本發明的系統可對於被清理離子源中離子化室的極小容積(半導體晶片植入機的離子化室的容積通常小於約100ml，例如僅約75ml，且表面積小於約200cm2，例如約100cm2)使用小得多的潰入氣體流速(例如小於約0.5SLM的NF3)及小得多的RF功率(小於約2.5kW)。流入離子化室內的反應性氣體流小於約2標準升/分鐘。
人們可能會對使用一外部離子源產生等離子體副產物來引入至系統的主離子源內感到奇怪；為什麼不只是將(例如NF3)氣體直接引入主離子源內以在該源內直接形成等離子體副產物？理由看起米並不明顯。為在離子植入系統的正常運行時間(生產周期)的一小的比例中實現遠超過潰入氣體沉積速率的蝕刻速率，已發現必須使反應性氣體以相對極高的流量產生及引入至小的離子化室內(例如流量處於102至103sccm數量級)—與在離子植入時主離子源的典型潰入流速處於1-3sccm範圍內相比；如此高的流量將會使主離子源的離子化室內的壓力遠超過其進行離子植入的設計工作壓力。此外，在主離子源內維持一高密度NF3等離子體將會蝕刻掉敏感組件，例如熱的鎢燈絲。這是因為滷素氣體會以隨溫度以指數方式升高的高速率蝕刻掉耐高溫金屬。(例如，Rosner等人即提出一種用於對鎢襯底進行F蝕刻的模型(4)速率(微米/分鐘)＝2.92×10-14T1/2NFe-3900/T，其中NF為氟的濃度，單位為原子/cm3，且T為以開爾文溫度表示的襯底溫度。)由於實際上所有用於離子植入的離子源均包含熱的燈絲，且由於在許多情形中，離子源室也由例如Mo及W等耐高溫金屬或石墨(其會受到F的強烈腐蝕)製成，因而在高溫工作條件下這些離子源將很快地失效，從而無法使用蝕刻清理過程。
在本較佳實施例中，使氟原子以100sccm或以上的流速進入斷電的主離子源的低溫離子化室中，且流入離子化室內的總氣體流量為500sccm或以上。在這些條件下，離子化室內的氣體壓力約為0.5乇，而植入機的真空源室內的壓力則為數十毫乇或以上。在一較佳工作模式中，在清理階段之前，關閉離子源的真空室與植入機真空系統之間的一隔離閥，並對離子源的渦輪分子泵進行隔離。然後，用真空系統中的大容量低真空泵(即通常對渦輪分子泵進行支持並將真空系統抽空至「低」真空的泵)來抽吸離子源的所述室。
圖5所示的一相關蝕刻清理過程的一不同實施例是利用一種「幹蝕刻」氣體，例如ClF3。如在上文所看到，ClF3分子在接觸到要清理的沉積表面時會分解；從而釋放出氟原子及氯原子而無需產生等離子體。儘管ClF3氣體因具有高度的反應性而需要使用專門設備來運送，然而其在原理上可將化學清理過程簡化成不需要輔助的反應性氣體等離子體源。由於有毒氣體是按例行程序饋入離子植入機的離子源內，因而所述設備中的大部分已構造成「有毒氣體友好」形式，且可直接增設一包含ClF3的單獨的氣體分配系統。
對離子植入機的離子源進行就地化學清理的優點包括a)將源的壽命延長至數百或者可能數千小時後才需要維護；b)減輕或消除因更換物質而引起的交叉汙染，例如當從十八硼烷離子植入變換至砷或磷離子植入時，及從砷或磷離子植入變換至十八硼烷離子植入時；及c)在離子源的使用壽命期間保持最高的離子源性能。
例如，每八個小時(即操作人員每換一次班)及在每一次物質更換的中間實施一10分鐘化學清理方案對植入機正常運行時間的影響將微乎其微，且對於現代半導體製作工廠而言將是可接受的。
終點檢測已認識到，在清理過程期間提供終點檢測將是有益的，以便可產生關於清理過程的效力及所需持續時間的定量信息並可確保所述化學清理過程的重複性。圖3顯示一用於對該清理過程進行取樣的壓差四極質量分析器。通過監測例如F、Cl、BF3、AsF3、AlF3、Wf6等清理氣體產物的濃度，可對清理過程進行調整及檢驗。或者，可使用監測該過程的光學構件。一FTIR光學分光計可通過一視口來監測存在於植入機離子源的真空室中的氣體。在某些情形中，對於就地監測器件而言，可能偏好使用此種非侵入性(移地)方法來識別化學物質。另一選擇為，參見圖4，一可抽取的FTIR分光計可耦合至所述源真空室來進行終點監測。一種用於實現終點檢測的新穎方法是由如下來組成在清理期間監測離子化室的溫度。由於化學反應會放出熱量，因而在反應期間會釋放出能量，從而使室的溫度升高。原則上可使用此種效應來確定反應速率何時減小。
新穎的離子提取電極例如十硼烷及十八硼烷等氫化硼是熱敏材料。其在氣化並在溫度為20℃與100℃之間冷凝。因此，使這些材料所接觸到的所有表面的溫度保持高於氣化器溫度(但低於其離解溫度)以防止冷凝是很重要的。我們已發現，當使用此種氫化硼時，對提取電極的汙染會成為一個問題。直接離子束轟擊與冷凝的潰入蒸氣或其分子離解產物二者均可使用於形成離子束的光學器件的工作變差，因為這些含硼的層看起來為電絕緣性的。一旦沉積形成電絕緣層，其就會獲取電荷(「充電」)並在電擊穿時形成真空放電或「閃信號」。此种放電會導致離子束電流不穩定並可導致形成可到達離子束所射向的處理室的微粒。在現代半導體製作工廠中，一其離子束產生系統每小時經歷許多次閃信號的離子植入機將被認為不具備生產用價值。此外，甚至在因絕緣塗層變厚而不存在此种放電時，電極表面上的電荷也會形成可造成束導引效應的討厭的雜散電場，從而造成離子束損失並可能不利地影響離子束的質量。
新的信息的發現已促成了一種對該問題的健壯的解決方案。大多數植入機離子提取電極是由石墨製成。人們已發現石墨在該應用中具有許多優點，包括材料成本低、易於機加工、導電率高、熱膨脹係數低、及在高溫下具有良好的機械穩定性。然而，在使用石墨提取電極時，卻發現在產生氫化硼離子束之後存在不穩定性。懷疑是電極表面已變成絕緣性。收集了電極沉積物的樣本並用x射線螢光分光計進行了化學分析。研究表明，其化學計量成分與一種B2C形式的硼-碳化合物相一致，而人們發現B2C為絕緣性的。此外，離子源附近的金屬表面，包括離子源的前面板(即離子提取孔板)在長期使用後看起來也已沉積有絕緣塗層。當時設想使所述電極由鋁製成，並提供輻射式加熱器來使電極板(即抑制電極及接地電極)保持處於一經過良好控制的高到足以防止十硼烷及十八硼烷冷凝的高溫(參見圖9、11)。此外，面朝離子源的抑制電極是由單件經過機加工的鋁製成，具有一光滑、無形體的外觀，且所有緊固件均位於板的背面上。此種構造顯著減小了在萬一形成絕緣塗層時放電點的數量及嚴重程度，其利用了如下原理一「點」或尖銳形體處的電場強度要比一光滑表面處的電場強度大許多倍。
由此形成的提取電極表現出優異的性能，並以極低的閃信號出現頻率可靠地運行了100小時以上(至少為石墨電極的十倍)。此種巨大的改良歸因於i)採用了Al構造(即金屬與石墨相比)，ii)對電極板進行了有效的加熱及溫度控制，及(iii)電極表面光滑。我們發現，當使用十硼烷時使電極板在200℃下工作會得到良好的結果，從而顯著減少沉積材料量。一般而言，應使提取電極的溫度保持低於進料的離解溫度。在使用十硼烷的情況下，應使溫度保持低於350℃，較佳處於150℃至250℃範圍內。在使用十八硼烷進行工作時，溫度則不應超過160℃，因為在高於該溫度時會在十八硼烷中發生化學變化；當使用十八硼烷工作時，使提取電極溫度處於120℃與150℃之間會得到良好的結果。
圖11中所示的輻射式設計表現出極佳的溫度均勻性。在包含電阻式加熱器、尤其是如圖12所示使用鋁電極時，也可產生良好的均勻性並得到一種需要更少維護的更緊湊的設計。
其他金屬(例如鉬)也將適用於構造一受熱提取電極。鉬具有耐高溫的優點，因而其可耐受極高的溫度。其還具有良好的導熱性。另一方面，鋁像In及B一樣是周期表中的III族元素，因此具有僅是矽中的輕微汙染物的優點(其是矽中的p型摻雜劑)，而例如鉬等過渡金屬則非常不利於集成電路中的載流子壽命。鋁還不易受到滷素的腐蝕，而例如鉬等過渡金屬則易於受到腐蝕，尤其是在高溫情況下。然而，鋁的主要缺點在於其不是高溫材料且應在約400℃以下使用。
出於這些原因，視具體用途而定，所述受熱電極通常由一種所選的耐高溫材料構成，當與就地蝕刻清理結合使用時，通常偏好使用鋁或含鋁的絡合物。


圖1包含反應性氣體清理的離子束產生系統。
圖2包含反應性氣體清理的離子束產生系統的第二實施例。
圖3類似於圖1但包含一氣化器及某些氣體分配元件的離子束產生系統。
圖4類似於圖2但包含一氣化器及某些氣體分配元件的離子束產生系統。
圖5包含通過引入ClF3來進行反應性氣體清理的離子產生系統。
圖6離子植入機的氣箱，其包括一反應性氣體等離子體源、潰入蒸氣源、離子源電子器件、及用於等離子體源的設備。
圖6A類似於圖6的視圖，其顯示一蒸氣流控制系統。
圖6B一離子束產生系統的閥門示意圖。
圖7電子碰撞離子源。
圖7A圖7的一部分的放大圖，其顯示對各元件的屏蔽。
圖7B一實施例的控制圖。
圖8離子提取電極。
圖9離子提取電極光學器件。
圖9aB18Hx+離子束的曲線圖。
圖10提取電極及操縱裝置。
圖11電極的端頭分解圖。
圖12電極端頭的第二實施例。
圖13B10Hx+離子束電流-十硼烷流速曲線圖。
圖14壽命-十硼烷蒸氣流速曲線圖。
圖15Si試樣的蝕刻速率。
圖16離子植入機。
具體實施例方式
新穎的離子束產生系統圖1顯示一離子束產生系統。如在該實例中所示，其適於產生一用於傳輸至一離子植入室以供植入半導體晶片或平板顯示器內的離子束。圖中顯示離子源400、提取電極405、真空室410、由電絕緣材料製成的電壓絕緣套管415、真空抽吸系統420、真空室隔離閥425、反應性氣體入口430、潰入氣體及蒸氣入口441、蒸氣源445、潰入氣體源450、反應性氣體源455、離子源高電壓電源460、及所形成之離子束475。在411處顯示一離子束傳輸室。離子源400構造成提供簇離子及分子離子，例如氫化硼離子B10Hx+、B10Hx-、B18Hx+及B18Hx-，或者另外提供更傳統的離子束，例如P+、As+、B+、In+、Sb+、Si+及Ge+。離子源400可為一Bernas型式的電弧放電式離子源—其在離子植入中最為常用，或者一「桶」型水冷離子源—其使用例如一用於形成RF場以產生離子的浸沒式RF(射頻)天線、一微波離子源或者一電子撞擊離子化源。用於待離子化的氣態進料的氣體及蒸氣入口441連接至一適當的蒸氣源445，蒸氣源445可緊靠氣體及蒸氣入口441或者可位於一更遠的位置，例如位於一終端殼體內其他位置的氣體分配箱中。終端殼體是一封閉所述離子束產生系統的金屬箱(未圖示)。其容納離子源所需的設備，例如抽吸系統、電源分配、氣體分配及控制設備。當利用質量分析來選擇離子束中的離子物質時，所述質量分析系統也可位於所述終端殼體內。
為提取出能量界定分明的離子，由高電壓電源460使離子源400相對於提取電極405及真空室410保持一高的正電壓(在其中產生帶正電荷的離子束的更常見情形中)。提取電極405靠近離子化室的提取孔504布置並與其對齊。其由至少兩個包含孔的電極板組成一最靠近離子化室500的所謂的抑制電極406及一「接地」電極407。抑制電極406相對於接地電極407承受負偏壓，以拒斥當產生帶正電荷的離子束時被吸引至承受正偏壓的離子源400上的不希望有的電子。接地電極407、真空室410及終端殼體(未圖示)全部處於所謂的終端電位—其處於地電位，除非希望使整個終端在地電位以上浮動—在某些植入系統(例如對於中等電流離子植入機而言)中即為此種情形。提取電極405可為下文所述的新穎的溫控金屬設計。
(若產生帶負電荷的離子束，則使離子源保持處於一高的負電壓並進行其他適當的變化，終端殼體通常仍保持在地電位)圖1顯示反應性氣體源455處於終端電位，其中反應性氣體入口430包含一高電壓斷口431，該高電壓斷口431通常由例如(舉例而言)Al2O3等絕緣陶瓷製成。由於一般而言可將用於離子植入的離子源偏壓至高達約90kV的最高電壓，因而在該種應用中，該高電壓斷口必須耐受90kV。如下文所將說明，所述清理系統僅在離子化源及高電壓斷開(斷電)時使用，因而當真空室410處於高真空狀態時僅存在斷口431兩端的高電壓，此使高電壓隔離間隙要求更易得到滿足。一與真空室410連通的專用的終點檢測器470用於在化學清理期間檢測反應性氣體產物。
對於適合與離子植入系統一起使用的離子源(例如用於摻雜半導體晶片)而言，離子化室較小—容積小於約100ml，具有小於約200cm2的內表面面積，並構造成以低於約200標準升/分鐘的流速接收反應性氣體流(例如氟原子或含氟的反應性化合物)。
可以看出，圖1所示的系統能實現就地清理，即無需將離子源從其在真空室中的工作位置移出，且幾乎不會使運行中斷。
圖2顯示另一實施例。圖2相對於圖1的主要差別在於，反應性氣體源455及反應性氣體入口430處於離子源的電位。此種方法具有雙重優點其結構更加緊湊，且其允許將反應性氣體源455及其相關氣體供應源容納於處於離子源電位的向離子源400提供氣體及功率的氣箱中—在商用離子植入系統中通常如此。
化學清理系統圖3所示實施例具有許多類似於圖1的特徵，其構造成選擇性地產生簇離子及單體離子二者。其具有一用於通常為氣態的進料的專用氣體入口435並通過閥門443與一用於產生氫化硼及其他氣化進料的蒸氣源445相連通。為對離子源及電極實施就地化學清理，一遠端等離子體源455將由一清理氣體供應源465所提供的氣體(例如NF3)離解成分解產物(例如F，F2)及含N的化合物。當希望進行清理時，在將離子源斷電後，通過專用反應性氣體入口430將所述分解產物從遠端等離子體源455饋入離子化室內。遠端等離子體源455安裝於電壓隔離套管415的終端電位側上。由於離子源400以高電壓運行，因而一處於真空中的高電壓斷口431會提供電壓隔離。
在要啟動一清理循環時，將離子源關閉並關閉真空室隔離閥425；將真空抽吸系統420的高真空泵421隔離並通過在由預抽泵422有效地抽吸真空室410時引入乾燥的N2而將真空室410置於一＜1乇的低真空狀態。一旦處於低真空狀態，即向等離子體源455引入氬氣(自Ar氣源466)並由將射頻(RF)功率耦合至等離子體源455內的板上電路對等離子體源通電。一旦開始進行等離子體放電，Ar就會減少且含F的潰入清理氣體465(例如NF3)就會被引入至等離子體源455內。呈中性形式的反應性F氣體及經離解的潰入清理氣體465的其他副產物通過反應性氣體入口430被引入至離子源400的已斷電的離子化室500內。Ar及NF3的流速較高，介於0.1SLM(標準升/分鐘)與數SLM之間。因此，可通過此種方式以離解產物的形式向離子源400內引入最多約1SLM的反應性F。由於離子化室500的容積及表面積較小，因而此會得到對所沉積材料的極高的蝕刻速率。離子化室500具有一面向所述提取電極且包含截面積介於約0.2cm2與2cm2之間的提取孔504的前面板，在通電運行過程中，由提取電極405通過提取孔504提取出離子。在清理過程中，由真空室410通過孔504從離子化室500中吸出反應性氣體負載；然後由低真空泵422從室410中抽吸出所述氣體負載。由於提取電極405靠近並面朝離子化室500的孔504，因而電極表面會截交相當大量的反應性氣體流。由此形成電極清理作用，從而移除電極表面上的沉積物，尤其是移除抑制電極406正面(其處於接收到最多沉積物的位置上)上的沉積物。因此，較佳使提取電極及其基座由例如Al及Al2O3等耐F的材料製成。
圖3所示實施例也具有一終點檢測器，所述終點檢測器由一構造成在腐蝕性環境中應用的壓差殘餘氣體分析器(RGA)組成。分析器RGA與真空室410相連通。其將通過監測含F反應產物(例如通過B與F相結合而得到的BF3氣體)的分壓而用作清理作業的終點檢測器。也可使用其他類型的終點檢測器，圖中顯示RGA只是為了例示一個特定實施例。當RGA處的含硼分壓減小時，該清理過程即基本結束。一旦該清理過程結束，即可將等離子體源455關閉並用Ar氣(其還吹掃離子化室500、室410及其中所包含的元件)短時地吹掃等離子體源455。然後將低真空泵422隔離而不再與真空室410連通，開啟高真空泵421的隔離閥，並使真空室410恢復至高真空狀態(約為1×10-5乇或以下)。然後開啟真空室隔離閥425。此時，該系統即準備重新進行離子束的產生。可對離子源電壓源460通電並按正常方式操作離子源400。
圖3所示實施例的一優點在於，為支持遠端等離子體源455所需的輔助設施(例如冷卻水循環及電源)可處於離子植入機的終端電位(參見圖16中的208)。此使得能夠與植入機的質量分析器磁鐵230共享在S處所標記的設施，例如冷卻水及電源。在清理模式過程中，當對等離子體源455通電時，分析器230被斷電並因而不需要使用水或電源，在離子束產生模式中則與此相反。此種「共享」可通過在S』處所示意性表示的適當控制方案來實現，所述控制方案視所用的工作模式而將例如冷卻水循環及電源接線等輔助設施或者引至分析器磁鐵230(虛線箭頭S)或者引至遠端等離子體源455(實線箭頭S)。
圖4顯示一類似於圖2的用於對源400及提取電極405實施就地化學清理的實施方案。在離子源400內整合有三個入口通道，以分別用於來自等離子體源455的反應性氣體430、來自若干個所選存儲空間450之一的潰入氣體435、及來自氣化器445的潰入蒸氣440。不同於圖3，圖4所示實施例具有處於離子源400的高電壓的基於等離子體的反應性氣體源455。此使遠端等離子體源455能夠共享離子源400的控制點，且還使得能夠從處於離子源電位的離子源氣體分配箱(還參見圖6及6A)提供清理用潰入氣體465及來自存儲器466的氬吹掃氣體。圖中還顯示一不同類型的終點檢測器，即一傅立葉變換紅外線(FTIR)光學分光計。該檢測器可通過一石英窗而移地(在真空室外)工作。如圖4所示，也可轉而使用一種提取類型的FTIR分光計，其在清理過程中直接在真空室410中對氣體進行取樣。此外，一溫度傳感器TD可通過感測離子化室的表面中一絕熱的代表性區域而感測斷電的離子化室的溫度。傳感器TD可監測由F與汙染性沉積物的放熱反應所產生的熱量，以用作一終點檢測。
圖5顯示一類似於圖4但包含一從根本上不同類型的反應性氣體源455的離子束產生系統。在此種情形中，將包含於一氣瓶中的反應性ClF3氣體直接饋送入離子源400中而不使用一遠端等離子體源。由於不需要用於遠端等離子體源的電源及控制器件，因而此會潛在地降低設備成本及佔用面積。然而，由於ClF3為自燃性的，因而其屬於危險品並需要進行專門的氣體運送，而NF3(例如)主要是一種窒息性物質，且其毒性小於例如BF3、PH3或AsH3等許多半導體氣體，因而更為安全。
圖6顯示包含於一氣箱B內的等離子體源455、蒸氣源445、源電子器件、及用於所述等離子體源的輔助設施S，所述氣箱B意在改裝至一現有離子植入機設備內。
圖6a所示實施例不同於上文圖6所示實施例之處在於，其包含一如下文所述的較佳的氣化器及流量控制系統。圖6B為圖4所示離子源及自清理系統的閥門示意圖。
較佳的離子源及氣化器圖7為一較佳離子源10及其各種組件的圖式，並參見圖7A。其詳細構造以及其較佳工作模式類似於由Horsky等人在2003年6月26日提出申請且名稱為「一種離子植入裝置及一種通過植入氫化硼簇離子來製造半導體的方法(An ion implantationdevice and a method of semiconductor manufacturing by the implantation of boron hydridecluster ions)」的第PCT/US03/20197號國際申請案中以及由Horsky在2002年6月26日提出申請且名稱為「電子碰撞式離子源(Electron impact ion source)」的第10/183,768號美國專利申請案中所揭示，這兩個申請案均以引用方式併入本文中。離子源10為一種新穎電子碰撞式離子化系統的一個實施例。圖7為所述源構造的一剖面示意圖，其用於闡明構成離子源10的各組件的功能。離子源10製作成通過一安裝法蘭36介接至一離子植入機的已抽空的真空室。因此，圖7中所示離子源10的處於法蘭36右側的部分處於高真空狀態(壓力＜1×10-4乇)。將氣態材料引入離子化室44內，在其中通過來自電子束70的電子碰撞將氣體分子離子化，電子束70通過電子入口孔71進入離子化室44以使電子束70對準離子提取孔81(毗鄰、平行於提取孔81延伸)。由此，毗鄰於離子提取孔81(其看上去為離子提取孔板80中的一個槽)形成離子。然後，由位於離子提取孔板80前面的提取電極220(圖8及9)提取所述離子並使其形成一高能離子束475。參見圖7，例如氬、磷化氫、或砷(舉例而言)等氣體可通過氣體導管33饋送入離子化室44內。而例如十硼烷或十八硼烷等固體進料29則可在氣化器28中氣化，並將蒸氣通過源塊35內的蒸氣導管32饋送入離子化室44內。通常，離子化室44、離子提取孔板80、源塊35(包括蒸氣導管32)及氣化器室30均由鋁製成。通過氣化器室30的閉環溫度控制使固體進料29保持均一的溫度。在壓載空間(ballastvolume)31中積聚的升華的蒸氣50通過導管39及節流閥100和截止閥110饋送。節流閥100與截止閥110之間的蒸氣50的標稱壓力是由受熱的壓力表60(較佳為一電容式壓力計)來監測。由於蒸氣50通過位於源塊35中的蒸氣導管32饋送入離子化室44內，且氣體通過氣體導管33饋送，因而該離子源—其能夠根據需要形成由分子離子(例如B18Hx+)或單體離子(例如As+)組成的離子束475-既可對氣態材料也可對氣化材料進行離子化。
流入離子產生系統內的蒸氣流量控制流至圖7所示離子化室的蒸氣流量(並參見圖7B)取決於剛好位於蒸氣饋送通道32之前的區域(即位於圖7所示截止閥110內)中的蒸氣壓力。這是由位於節流閥100與截止閥110之間的壓力表60(例如一電容式壓力計)來測量。一般而言，流速與蒸氣壓力成正比。這使壓力信號能夠代表流量，並用作一設定點來對流量進行選擇。為產生一流入離子源內的所需蒸氣流量，使氣化器室30到達一當節流閥100處於其完全開啟位置時會超過所需流速的溫度。然後，調節節流閥100以達到所需的壓力輸出。
為形成一隨時間穩定的流量，使用雙PID控制器(例如Omron E5CK控制迴路數字控制器)來分別構建對氣化器溫度及蒸氣壓力的單獨的閉環控制。控制(反饋)變量對於溫度而言為熱電偶的輸出、對於壓力而言為壓力表的輸出。圖7B所示圖式顯示一用於執行這些閉環控制功能的數字蒸氣饋送控制器220。
在圖7B中，將來自壓力表60的壓力表輸出250施加至節流閥位置控制器件245，由節流閥位置控制器件245對節流閥100施加節流閥位置控制信號247。將來自氣化器28的熱電偶輸出225施加至氣化器加熱器控制器件215，由氣化器加熱器控制器件215控制施加至氣化器28的加熱器功率248。
由數字潰入控制器220構建一第二級慢速控制，以將固體進料氣化速率調節為其開口表面積(尤其是固體-真空接口處可用表面積)的函數。隨著氣化器內的進料隨時間的進行而被消耗，該可用表面積會穩定地減小，直至蒸氣的散發速率不能支持所需的蒸氣流速，從而造成節流閥100上遊的蒸氣壓力降低。這稱作「散發速率有限」運行。因此，當向氣化器中新添加進料時，在標稱節流閥位置處於其動態範圍的低端(即節流閥僅部分地開啟)時，比如25℃的氣化器溫度就可支持所需的蒸氣流量。隨著時間的進行(例如，在進料消耗掉20％之後)，閥門位置將一再地進一步開啟以維持所需的流量。當節流閥接近其動態範圍的高導通極限(即開啟量最大)時，由控制器220感測到該閥門位置並向氣化器加熱器控制器件215發送一新的更高加熱器設定點溫度。該增量被選擇成一旦氣化器溫度穩定至其新的值，即會使標稱節流閥工作點重新接近其動態範圍的低端。因此，數字控制器220既能適應沒定點蒸氣壓力的短時間變化又能適應氣化器溫度的長時間變化的能力使在所填充進料的壽命內對蒸氣流量的控制非常強大。此種控制會防止向離子化室內過量地饋送蒸氣。其效果是限制離子產生系統表面上不希望有的沉積物的量，從而延長在清理之間的離子源壽命。
圖8顯示一面朝新穎的離子源10的離子提取電極220的俯視圖(向下看)。離子源10相對於處於本地地電位(即處於真空室的電位)的離子提取電極220保持處於一正電位VA。離子提取電極220是一簡單的二極體；電極板302為「接地」電極而板300為「抑制」電極—通常由抑制電源VS使其保持低於地電位數千伏特。圖中顯示離子源10的離子化室44及離子提取孔板80面朝提取電極220。這三個板80、300、302包含用於通過其提取出離子90的矩形槽或孔；圖8沿「短」的或散開的方向顯示槽的外形。
新穎的受熱電極在圖14所示的十硼烷壽命測試過程中，使用了一種新穎的受熱鋁電極。圖9在一維「槽」孔徑透鏡的發散平面中顯示該提取系統的基本光學設計的俯視圖。在所用的植入機中，由圖8所示的高電壓正電源VA使離子源的離子化室490保持處於所需的離子束能量。例如，如果希望得到一20keV的離子束，則使VA＝20kV。使離子提取孔板500與離子化室490電絕緣，以使可由雙極電源VB對其施加-750-750V的偏壓。所述絕緣是通過一夾於離子提取孔板500與離子化室490之間的導熱性電絕緣聚合物襯墊來實現。離子源本體中暴露於蒸氣的各個部件(圖7中的源塊35、離子化室44及提取孔板80)彼此保持良好的熱接觸，以在源工作過程中使各表面保持處於受控溫度。在離子化室490中所產生的離子由提取電極540通過離子提取孔板500中的孔提取出，所述提取電極540由抑制電極510及接地電極520組成。離子以一聚焦離子束的形式沿離子束軸線530傳播。被電源VS偏壓至負的數千伏特的抑制電極510用於抑制因離子束轟擊而從抑制電極的上遊產生的二級電子，從而防止這些高能電子回流至承受正偏壓的離子源內。離子化室490、離子提取孔板500、抑制電極510及接地電極520全部由鋁製成，並具有光滑的、經仔細拋光的表面以使局部電場最小化。
對離子提取孔板500施加偏壓的一重要效應是改變圖9所示離子光學系統的焦距。負的偏壓會使焦距最大，而正的偏壓則使焦距減小。在偏壓較大時，此種效應可能會很明顯。出於診斷目的，安裝了一位於分析器磁鐵入口處、剛好位於源室隔離閥下遊的掃描線輪廓曲線儀(圖16中的210)。該掃描儀記錄了離子束電流在發散平面中的分布，此適用於確定離子束在發散平面中聚焦的良好程度。在圖9a中針對-483V、0及+300V三種不同的偏壓條件顯示了20keV十八硼烷離子束的輪廓。在0伏特條件下基本上過聚焦，在正電壓條件下過聚焦的程度變大，而在負電壓條件下則正確地聚焦。在這三次測量中，電極位置保持恆定不變。如人們所預期，正確的聚焦條件得到了最高的離子束電流。
能改變光學焦距並由此對光學系統進行微調以獲得最高離子束電流的能力使得可向氣化器中引入最少量的進料。同樣，此具有能限制離子產生系統表面上不希望有的沉積物的量、從而延長清理之間的離子源壽命的有利效果。
除了剛才所述的對提取孔板施加偏壓以使系統聚焦外，本發明還提供用於使提取電極光學元件相對於系統中的其他組件移動的構件。圖10顯示安裝於一三軸線操縱器610上的新穎電極600，所述三軸線操縱器610能允許沿由座標系620所界定的X、Z及Θ方向運動(相對於離子源)。致動器613控制X方向的運動，終端機612控制Z方向的運動，而致動器611控制Θ方向的運動。操縱器610通過安裝法蘭615安裝至植入機真空室的側面上。
圖11顯示所述新穎電極端頭的受輻射加熱型式的局部分解圖。圖中顯示抑制電極700、接地電極710、加熱器板720及輻射加熱絲730。所述抑制電極及接地電極是由鋁製成，加熱器板是由不鏽鋼製成，而加熱絲730是由鎳鉻鐵合金製成。當所述電極在200℃下工作時，用於維持所述溫度的功率消耗約為60W。加熱器功率是由一閉環PDD控制器Omron E5CK根據熱電偶的反饋來控制。
圖12顯示所述新穎電極端頭的一受電阻加熱型式的局部分解圖。圖中顯示抑制電極800、接地電極810及電阻加熱器820。這四個電阻加熱器820裝入套管830內，其中每一電極板內兩個。套管830為一對分式設計，以使加熱器壓配合於所述套管內，從而實現緊密接觸。加熱器與電極之間的緊密接觸對於確保對電極正確地加熱、及防止加熱器過早燒壞而言頗為重要。同樣，Omron E5CK或同等控制器可根據熱電偶的反饋來控制電極溫度。
如上文所述，對提取電極使用這些加熱方案可維持一受到充分控制的足夠高的高溫，以防止例如因圖7及7A中由以相對低的溫度運行的離子源所產生的十硼烷及十八硼烷的冷凝。由耐氟材料(例如鋁)製成的提取電極能實現對所述電極的周期性就地清理，以移除任何由通過提取孔抽吸出的氟蒸氣所形成的沉積物。
對於固有運行方式會熱到熱量可能會損壞提取電極總成(若由低溫材料製成)的等離子體離子源，會遇到一種不同的情形。參見圖9，其以虛線形式顯示分別與鋁電極構件510及522的背面成熱傳遞關係緊固的循環冷卻盤管512及522。冷卻流體在這些冷卻盤管中循環可對鋁電極進行冷卻，以防止來自熱離子源的熱量引起變形。這使得能夠對提取電極使用耐氟材料，例如鋁或含鋁的絡合物，這些耐氟材料能耐受任何由進料或反應性清理氣體所帶來的氟的腐蝕。
當使用十硼烷工作時源的壽命的測量圖14顯示在一寬廣的十硼烷流量範圍內進行測試的源的壽命結果。對這些數據的擬合是根據方程式(3)進行的。在這些測試過程中未記錄到離子源故障；而是，當十硼烷離子電流降至其初始水平的大約一半時結束各個測試。在檢查離子源時，發現在離子化室內沉積有大量的含硼材料，這些材料大多粘附於所述室的內壁上。在某些情形中，離子提取孔也被部分地堵塞。方程式(3)中的模型看起來與該數據非常相符，並表明「貧乏」作業是在兩次就地化學清理程序或解體之間延長離子源壽命的關鍵。
在F清理過程中對離子化室內蝕刻速率的測量使用具有圖7所示離子源10的系統對位於離子化室44內的1mm厚矽試樣進行F清理過程測試，並進行了如下修改並非包含一專用的反應性進料導管，而是使用蒸氣進料導管32來引入反應性氣體。使用Si是因為F對Si的蝕刻已眾所周知，且純Si材料可按Si晶片形式得到。該測試需要在兩個清理循環之間移出氣化器。對兩個試樣位置進行了測試其中一個試樣位置與反應性氣體入口(即蒸氣進料32)成視線關係，另一個則不成視線關係。在圖15中顯示蝕刻速率隨NF3的流速而變化。在該過程中，使流入遠端等離子體源內的氬的流速保持為700sccm，而NF3的流速則在50sccm至500sccm之間變化。視線幾何排列顯示蝕刻速率增大到五倍，因而如果可均勻地進行，則其為一種較佳的幾何排列。
為此，圖3所示的幾何排列應比圖4所示的幾何排列提供對離子源離子化室44的更好的蝕刻均勻性。該測試還表明，將對蝕刻敏感的組件的位置與氣體流屏蔽開能有效地為這些組件提供一定程度的保護。
為延長自清理離子產生系統中各組件的壽命，應選擇能耐受反應性氣體的構造材料，並可採取措施對敏感組件進行屏蔽。
在離子化室的內部，如上文所述，在離子化作用的溫度允許的情況下採用鋁，因為鋁組件能耐受反應性氣體氟。當希望進行更高溫度的離子化作業時，鋁-碳化矽(AlSiC)合金是離子化室或提取電極表面的一個較佳選擇。用於離子化室中的表面的其他材料為硼化鈦(TiB2)、碳化硼(B4C)及碳化矽(SiC)。
對於暴露於氟但不暴露於離子化作用的組件—例如電子源組件(例如電極)，可使這些組件由鎳基合金(Hastelloy)、耐氟的不鏽鋼及鍍鎳的金屬(例如鍍鎳的鉬)製成。
惰性氣體保護及可移動的實體障蔽二者均可保護系統中的組件在清理過程中免受反應性氣體的作用。例如，參見圖7A，一用於惰性氣體(例如氬)的導管113從一氣體源(未圖示)延伸出。其出口在離子源中處於一關鍵位置，以便在啟動惰性氣體流進行清理循環時使惰性氣體流籠罩要保護的組件。在圖7A中，惰性氣體導管113的出口113a將一充斥的氬氣流引導到電子槍112的各有效組件(包括發射電子的陰極)上。在圖7A中還顯示一可移動的屏蔽構件73，其可在清理循環中移動就位。在所示實例中，其可在通至束流收集器72或另一電子槍(當設置於離子化室44的那一側上時)的孔71A上方移動。
實施上述清理過程來觀察其對硼在離子化室內及在圖7所示新穎離子源10中離子提取孔內側上的沉積的影響。所觀察到的蝕刻速率的特性類似於圖15中的曲線，但降低到三分之一。因而，在NF3流速為500sccm時，對十硼烷沉積物的蝕刻速率為7μm/min(不成視線關係)及36μm/min(成視線關係)。在以0.8sccm的蒸氣流量以十硼烷運行4小時後，離子提取孔內側在清理之前具有約133μm厚的含硼沉積物。在使用這些流速進行一次5分鐘的F清理之後及進行一次15分鐘的F清理之後進行觀察。孔板的一側與蒸氣進料口成視線關係。從清理圖案觀察到蒸氣進料孔在豎直方向上居中。在經過15分鐘的清理之後，所述板上的沉積物幾乎完全被清除。此外，在長期運行之後移出圖10所示的新穎的受熱鋁製提取電極並進行檢查。其非常乾淨而不存在任何明顯的十硼烷沉積物。這無疑是由於所述電極被暴露於反應性的F(F可經過位於蒸氣導管前面的離子源離子提取孔流至其正前面的提取電極)。此外，Al電極總成的高溫也會增大對其沉積物的有效蝕刻速率。
關於離子化室，同樣，在進行15分鐘的蝕刻清理後，在所述室中幾乎不存在沉積物。實施一其中以下列方式使所述系統進行重複循環的測試採用十硼烷工作兩小時(所分析離子束電流＞500μA)，關閉所述源並使燈絲冷卻，隨後以500sccm的NF3潰入氣體及700sccm的Ar進行15分鐘的化學清理，來看實施重複的化學清理步驟是否對離子源或提取電極有任何害處。在進行21個循環之後，離子源或電極的工作特性未出現任何可測量到的變化。該結果證實此種F清理過程能使離子源在以可冷凝物質工作時具有極長的壽命。
包含於一實例性離子植入機內的離子產生系統圖16顯示一商業離子植入機中的各基本要素，其中安裝有包含圖7所示離子源的新穎離子束產生系統的一實施例。離子源10插入於離子植入機的源真空室209內。其通過絕緣體211與室209進行電絕緣。離子提取電極220從離子源10提取離子並使其加速以形成一離子束200。離子束200完全在真空中傳播；其自電極220進入分析器室290、300，在此處由雙極分析器磁鐵230使其變彎並分散成若干以其電荷對質量比相區分的單獨的細束。所關心的細離子束穿過質量分辨孔270進入一最終的加速(或減速)級310。由此產生、選取及加速的離子束240離開離子束形成系統208並被引入處理室330中，其在此處截交旋轉盤314上的一個或多個器件晶片312。可通過關閉隔離閥210來使離子源真空室209與植入機真空系統的其餘部分相隔離。例如，在對離子源進行就地清理之前關閉隔離閥210。
權利要求
1.一種用於產生一離子束(475或240)的系統，其包括一離子源(400或10)與一提取電極(405或220)及一反應性氣體清理系統(455，430)的組合，所述離子源包括一連接至一高電壓電源並具有一氣態或氣化進料入口(441，440或435)的離子化室(500)、一用於在所述離子化室內將所述進料離子化的可通電的離子化系統及一與一真空室(410或209)連通的提取孔(304)，所述真空室由一真空抽吸系統(420)抽成真空，所述提取電極(405或220)設置於所述離子化室外面的所述真空室中、與所述離子化室的所述提取孔(504)對齊並用於維持在一低於所述離子化室的電壓以下的電壓，以通過所述孔從所述離子化室內提取離子，且所述反應性氣體清理系統(455，430)可在所述離子化室及離子化系統斷電時工作，以提供一通過所述離子化室(500)及通過所述離子提取孔(504)的反應性氣體流來與所述離子產生系統的至少某些表面上的沉積物反應並移除所述沉積物。
2.如權利要求1所述的用於產生一離子束的系統，其構造成用於在半導體晶片中植入離子，所述離子化室(500)具有一小於約100ml的容積及一小於約200cm2的內表面面積。
3.如權利要求1或2所述的用於產生一離子束的系統，其經過構造而產生一以小於約2標準升/分鐘的流速流入所述離子化室內的所述反應性氣體的流。
4.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述提取電極(405或220)構造成產生一適於傳輸至一利用點的加速的離子束。
5.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述提取電極(405或220)位於一自所述提取孔(504)向所述真空抽吸系統移動的反應性氣體路徑內，以使所述反應性氣體清理所述提取電極。
6.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述提取電極(405或220)與一加熱器(720，730，820)相關聯，以在所述提取電極提取形成於所述離子化室中的離子期間使所述電極維持處於一高的溫度，例如高於從固體形成的熱敏蒸氣的冷凝溫度、低於其離解溫度。
7.如前述權利要求1-5中任一項所述的系統，其中所述提取電極(405；220)與一冷卻器件(512，522)相關聯，例如當所述電極由熱敏材料製成並與一熱的離子源一起使用時。
8.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述提取電極具有一光滑的、無形體的外表。
9.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述反應性氣體清理系統(455，430)包括一等離子體室，所述等離子體室設置成接收一能夠被等離子體離解的潰入氣體以產生一通過一室出口(456)的反應性氣體流；及一用於將所述反應性氣體傳輸至所述離子化室(500)的導管(430)。
10.如權利要求9所述的用於產生一離子束的系統，其中所述等離子體室構造及設置成接收及離解一種能夠被離解成氟原子的化合物，例如NF3、C3F8或CF4。
11.如權利要求9或10所述的用於產生一離子束的系統，其中所述反應性氣體清理系統構造及設置成共享一與所述離子源(400或10)相關聯的輔助設施(S)。
12.如權利要求9或10所述的用於產生一離子束的系統，其構造成引導一離子束穿過一質量分析器(230)，其中所述反應性氣體清理系統構造及設置成與所述質量分析器共享一輔助設施(S)。
13.如前述權利要求1-8中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述反應性氣體清理系統包括一來自一高壓反應性氣體—例如ClF3-容器的導管(430A)。
14.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其與一終點檢測系統(470，RGA，FTIR，TD)相結合，所述終點檢測系統(470，RGA，FTIR，TD)用於至少協助檢測所述反應性氣體與所述用於產生一離子束的系統的一表面上的汙染物的反應基本完成。
15.如權利要求14所述的用於產生一離子束的系統，其中所述終點檢測系統包括一用於分析在所述反應性氣體清理系統運行期間已暴露至所述表面的氣體的化學組成的分析系統(例如RGA或FTIR)。
16.如權利要求14或15所述的用於產生一離子束的系統，其包括一溫度檢測器(TD)，所述溫度檢測器(TD)設置成檢測所述反應性氣體與所述系統一表面上的汙染物的一放熱反應基本結束。
17.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述可通電的離子化系統包括一位於所述離子化室(500)內或與所述離子化室(500)連通的易於受到所述反應性氣體損壞的組件，且設置有用於將所述組件與流過所述系統的反應性氣體屏蔽開的構件。
18.如權利要求17所述的用於產生一離子束的系統，其中所述構件包括一用於產生一穿過所述組件的惰性氣體-例如氬-流的結構。
19.如權利要求17或18所述的用於產生一離子束的系統，其中所述構件包括一不能透過所述反應性氣體的屏蔽元件。
20.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其構造成與作為所述反應性氣體的反應性滷素氣體一起使用，且所述提取電極(405或220)及相關部件包含鋁(Al)或氧化鋁(Al2O3)。
21.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述離子源(400或10)構造成通過一電弧放電、一RF場、一微波場或一電子束在所述離子化室(500)內產生離子。
22.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其與一可冷凝固態進料氣化器(28，445)相關聯以用於產生饋送給所述離子化室的潰入蒸氣。
23.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述離子源構造成將能夠形成簇離子或分子離子的進料氣化，且所述離子化系統構造成將所述材料離子化以形成用於植入的簇離子或分子離子。
24.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述真空室(410或209)與一抽吸系統(420)相關聯，所述抽吸系統(420)包括一能夠產生高真空的高真空泵(421)及一能夠產生低真空的預抽泵(422)，所述高真空泵(421)可在所述離子源(400或10)運行期間運行，且能夠在所述反應性氣體清理系統運行期間與所述真空室隔離，所述預抽泵(422)可在所述反應性氣體清理系統運行期間運行。
25.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其與一離子植入裝置相關聯，所述裝置構造成在所述提取電極(405或220)之後將離子傳輸至一真空室(330)內的一植入站(312，314，圖16)。
26.如權利要求25所述的用於產生一離子束的系統，其包括一隔離閥(425或200)以在所述反應性氣體清理系統運行期間將所述植入站(312)與所述離子化室(500)及所述提取電極(405或220)相隔離。
27.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述離子源構造成及用於產生用於半導體處理的摻雜劑離子，且所述反應性氣體清理系統(455，430)用於向所述離子化室(500)或所述提取電極(405或220)輸送氟(F)離子或氯(Cl)離子以便清理一表面上的沉積物。
28.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述離子源(400或10)適於被溫控至一給定溫度。
29.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述離子源(400或10)用於產生一含硼的離子束。
30.如權利要求29所述的用於產生一離子束的系統，其用於通過向所述離子源(400或10)內饋送氣化的氫化硼材料來產生所述含硼的離子束。
31.如權利要求30所述的用於產生一離子束的系統，其中所述氫化硼材料為十硼烷B10H14。
32.如權利要求30所述的用於產生一離子束的系統，其中所述氫化硼材料為十八硼烷B18H22。
33.如權利要求1-28中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述離子源(400或10)用於產生含砷的離子束。
34.如權利要求1-28中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述離子源(400或10)用於產生含磷的離子束。
35.如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述離子源的所述離子化室(500)包含鋁。36、如前述權利要求中任一項所述的用於產生一離子束的系統，其中所述離子源的所述離子化室(500)或者所述提取電極包含一耐受例如氟(F)等滷素氣體侵蝕的材料。
37.一種使用如前述權利要求中任一項所述的系統或者與一離子植入機相關聯的一離子源系統進行就地清理的方法，其中在一離子源斷電且處於真空時使反應性滷素氣體流入一離子源(400或10)內。
38.如權利要求37所述的方法，其中所述反應性滷素氣體為氟(F)。
39.如權利要求37所述的方法，其中所述反應性滷素氣體為氯(Cl)。
40.如權利要求37所述的方法，其中從一遠端等離子體源將所述氟氣體引入所述離子源內。
41.如權利要求40所述的方法，其中通過一NF3等離子體在所述遠端等離子體源內產生所述氟氣體。
42.如權利要求40所述的方法，其中通過一C3F8或CF4等離子體在所述遠端等離子體源內產生所述氟氣體。
43.如權利要求37所述的方法，其中所述反應性滷素氣體為ClF3。
44.如權利要求37-43中任一項所述的方法，其中在所述離子源已將十硼烷B10H14離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
45.如權利要求37-43中任一項所述的方法，其中在所述離子源已將十八硼烷B18H22離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
46.如權利要求37-43中任一項所述的方法，其中在所述離子源已將含砷的化合物，例如砷化三氫(AsH3)或元素砷(As)，離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
47.如權利要求37-43中任一項所述的方法，其中在所述離子源已將含磷的化合物，例如元素磷(P)或磷化三氫(PH3)，離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
48.如權利要求37-43中任一項所述的方法，其中在所述離子源已將含銻的化合物，例如三甲基銻(Sb(CH4)3)或五氟化銻(SbF5)，離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
49.如權利要求37-43中任一項所述的方法，其實施來進行離子植入，其中在為植入一不同的離子物質而更換離子源進料的中間在一離子植入機中對一離子源就地實施所述清理程序。
50.一種離子植入系統，其具有一離子源(400或10)及一用於從所述離子源提取離子的提取電極(405或220)，其中所述提取電極包括一加熱器，所述加熱器構造成使所述電極維持一足以明顯減少正被離子化的氣體或蒸氣及自其產生的產物在所述電極上的冷凝的高的溫度。
51.如權利要求50所述的系統，其中所述電極包含鋁。
52.如權利要求50所述的系統，其中所述電極由鉬構成。
53.如權利要求50，51或52所述的系統，其中所述電極由輻射式加熱器(720，730)進行加熱。
54.如權利要求50，51或52所述的系統，其中所述電極由電阻式加熱器(820)進行加熱。
55.如權利要求53或54所述的系統，其中所述電極的溫度被控制至一所需溫度。
56.如權利要求55所述的系統，其中所述溫度介於150℃與250℃之間。
57.如權利要求50-56中任一項所述的系統，其中所述電極通過暴露於含滷素的反應性氣體而周期性地得到清理。
58.一種就地清理如權利要求1-36中任一項所述的系統的一離子提取電極(405或220)或一與一離子植入機相關聯的離子提取電極(405或220)的方法，其中在所述電極位於原位且處於真空時使反應性滷素氣體在所述離子提取電極上流動。
59.如權利要求58所述的方法，其中所述反應性滷素氣體為氟(F)。
60.如權利要求58所述的方法，其中所述反應性滷素氣體為氯(Cl)。
61.如權利要求59所述的方法，其中將所述氟氣體從一遠端等離子體源(455)引入一其中存在有所述提取電極的真空室內。
62.如權利要求61所述的方法，其中通過一NF3等離子體在所述遠端等離子體源內產生所述氟氣體。
63.如權利要求61所述的方法，其中通過一C3F8或CF4等離子體在所述遠端等離子體源內產生所述氟氣體。
64.如權利要求58所述的方法，其中所述反應性氣體為ClF3。
65.如權利要求58-64中任一項所述的方法，其中在所述離子源已將十硼烷B10H14離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
66.如權利要求58-64中任一項所述的方法，其中在所述離子源已將十八硼烷B18H22離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
67.如權利要求58-64中任一項所述的方法，其中在所述離子源已將含砷的化合物，例如砷化三氫(AsH3)或元素砷(As)，離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
68.如權利要求58-64中任一項所述的方法，其中在所述離子源已將含磷的化合物，例如元素磷(P)或磷化三氫(PH3)離子化後實施所述清理程序來移除沉積物。
69.如權利要求58-64中任一項所述的方法，其與離子植入相結合地實施，其中在為植入一不同的離子物質而更換離子源進料的中間實施所述清理程序。
全文摘要
通過具有使用反應性滷素氣體(F1，F2)就地蝕刻清理一離子源(400)及一提取電極(405)的設置的源及通過具備可延長清理之間運行持續時間的特徵來增強或延長離子源(400)的運行壽命。後者包括進行精確的蒸氣流量控制，進行離子束光學元件的精確聚焦，及對所述提取電極進行溫度控制以防止形成沉積物或防止電極被破壞。一種由一用於產生摻雜劑離子以進行半導體晶片處理的離子源構成的裝置耦接至一遠端等離子體源，所述遠端等離子體源向第一離子源輸送F或Cl離子以便清理所述第一離子源及所述提取電極中的沉積物。這些方法及裝置能在以可冷凝的潰入氣體(例如升華的蒸氣源)運行時實現長的設備正常運行時間，且尤其適用於與所謂的冷離子源一起使用。本文描述了當使用十硼烷及十八硼烷作為進料時以及當使用氣化砷元素及磷元素時能實現長的設備正常運行時間、並有助於在離子植入期間增強離子束穩定性的方法及裝置。
文檔編號H01J37/317GK1894763SQ200480037117
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月9日 優先權日2003年12月12日
發明者託馬斯·N·霍爾斯基, 羅伯特·W·米爾加特三世, 小喬治·P·薩科, 戴爾·康拉德·雅各布森, 韋德·艾倫·科魯爾 申請人:山米奎普公司