[发明专利]用于清洗离子注入机元件的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于清洗使用在微电子器件制备中的离子注入系统的真空室和束流线(beamline)的方法和装置。另外，本发明涉及用于低温泵的原位(in situ)清洗以移除抗净化的流出物材料的方法。

背景技术

离子注入被用在集成电路制造中以精确地把受控数量的掺杂杂质引入到半导体晶片中，并且这是微电子/半导体生产中非常重要的过程。在这样的注入系统中，离子源使所想要的掺杂元素气体离子化并且这些离子以想要能量的离子束形式从源中提取出来。通过将高电压施加到与用于传送通过所提取的束的孔结合的、合适形状的提取电极两端来实现该项提取。然后，为了使掺杂元素注入加工件，将离子束指向该加工件(例如，半导体晶片)的表面。该束中的离子穿透加工件的表面以形成所想要的电导率的区域。

在商业化的离子注入系统中通常使用多种类型的离子源，包括：使用热电极并通过电弧驱动的弗里曼(Freeman)类型和伯尔尼(Bernas)类型、使用磁电管、间接加热的阴极源、以及射频等离子体源的微波类型，所有这些离子源类型典型地都是在真空中进行操作的。离子源通过将电子引入到充满掺杂气体(一般称为“原料(feedstock)气体”)的真空室来产生离子。电子与气体中的掺杂原子和分子的碰撞导致生成由正的和负的掺杂离子所组成的被电离的等离子体。具有负、和正偏压的提取电极将分别允许正、和负离子传送经过作为被加速通向加工件的准直离子束的离子源的孔和外部。原料气体包括，但不限于，BF₃、B₁₀H₁₄、B₁₂H₂₂、PH₃、AsH₃、PF₅、AsF₅、H₂Se、N₂、Ar、GeF₄、SiF₄、O₂、H₂、和GeH₄。

目前，在技术器件的制备阶段中有多达10-15个注入步骤。对于更佳的过程控制、低能量高束流的释放、以及平均故障间隔时间(MTBF)的减少，增加晶片的尺寸、减小临界尺度、以及增加电路的复杂性都在对离子注入器具提出更大的要求。

需要最多维护的离子注入机器具的那些部分包括：离子源，根据其操作条件，在约100小时的操作之后必须进行保养；提取电极以及高电压绝缘装置，通常在几百小时的操作之后就需要清洗；以及低温泵。

在理想的情况下，所有原料分子都将被电离和提取，但事实上，会出现一定数量的原料分解，这就导致在真空室和束流线上的沉积以及对真空室和束流线的污染。例如，硼残留物很容易沉积在离子源区域中的表面上。残留物可以在离子源中的低电压绝缘装置上形成，导致电短路，这就可能中断产生热电子所需的电弧(arc)。这种现象通常被认为是“源故障”(“source glitching”)，其为离子束不稳定性的主要制造者，并且可能最终过早引起源的故障。残留物也在离子注入机的高电压元件(例如，源绝缘装置或提取电极的表面)上形成，从而引起带能量的高电压火花放电。这样的火花放电是束不稳定性的另一个制造者，并且由这些火花放电释放的能量会损坏灵敏的电子元件，因此导致设备故障增加和MTBF变差。用诸如GeF₄的含卤化物的材料，由于沉积在源操作中的残留物的有害效应，离子源寿命可低至10小时，而使用含非卤化物源材料的离子注入系统的离子源的平均寿命通常约为168小时。

目前，使用诸如NF₃和其它含氮气体以及氧化物质(species)来清洗真空室。例如，在姓名为Graf等人的、专利号为6,135，128的美国专利中涉及使用NF₃气体进行离子源的清洗。然而，NF₃清洗气体需要能量源来释放原子氟，一旦释放往往就会过于强烈，从而攻击到离子源区域的每个元件。另外，所需的能量源，例如，等离子体，也增加拥有的成本(COO)。在姓名为Tripsas等人的、专利号为6,355,933的美国专利中涉及把经氧化处理的气体向用于与沉积物形成物质发生反应的离子源进行引入。虽然，氧化的气体被证明对移除含碳物质是有用的，但是，如果真空室或束流线的任何元件是由碳/石墨碳材料制备的，则它是没有优势的。而且，氧化物质被引入到真空室中就可促进在大多数金属元件上形成表面氧化层，或“铁锈”，而所述氧化层潜在地导致粒子的形成、气体分子的诱捕、短路以及过早的丝极故障。