[发明专利]离子源清净终点侦测

说明书

技术领域

本发明的实施例是有关于半导体元件制造的领域。更明确而言，本发明是有关于用于清净离子植入设备中所使用的离子源腔室的装置及方法。

背景技术

离子植入(Ion implantation)为用以将杂质离子(impurity ion)掺杂至半导体基板(semiconductor substrate)中以获得所要元件特性的制程。将离子束自离子源腔室(ion source chamber)导向基板。植入至基板中的植入深度是基于离子植入能量(ion implant energy)以及源腔室中所产生的离子的质量。图1为包含离子源腔室102的离子植入机(ion implanter)100的方块图。电源(power supply)101将所需能量供应给源102，源102经组态以产生特定物种的离子。所产生的离子经由一连串电极(electrode)104而自所述源提取，且形成为穿过质量分析器磁体(mass analyzer magnet)106的束(beam)95。所述质量分析器以特定磁场(magnetic field)组态，以使得仅具有所要质荷比(mass-to-charge ratio)的离子能够行进通过分析器，以最大量地传输通过质量解析狭缝(mass resolving slit)107。所要物种的离子自质量狭缝107穿过减速台(deceleration stage)108而到达校正器磁体(corrector magnet)110。使校正器磁体110通电，以使离子小束(ion beamlet)根据所施加的磁场的强度及方向而偏转，从而提供指向位于支撑件(support)(例如，压板(platen))114上的工件(work piece)或基板的带状束。在一些实施例中，第二减速台112可安置于校正器磁体110与支撑件114之间。离子在与基板中的电子及原子核相撞时损失能量，且基于加速能量(acceleration energy)而静止在基板内所要深度处。

离子源腔室102通常包含受热细丝(heated filament)，所述受热细丝使引入至腔室中的馈入气体(feed gas)离子化，以形成带电离子及电子(等离子体)。加热元件(heating element)可为(例如)伯纳斯源细丝(Bernas source filament)、间热式阴极(indirectly heated cathode，IHC)总成或其他热电子源(thermal electron source)。将不同馈入气体供应至离子源腔室，以获得具有特定掺杂剂特性的离子束(ion beam)。举例而言，在相对较高的腔室温度下H₂、BF₃以及AsH₃的引入被分解成具有高植入能量的单原子。高植入能量通常与大于20keV的值相关联。对于低能量离子植入，将较重带电分子(诸如，癸硼烷、碳硼烷等)引入至处于较低腔室温度下的源腔室中，此举保存具有较低植入能量的经离子化的分子的分子结构。低植入能量通常具有低于20keV的值。在将特定馈入气体供应至源腔室102以产生所要离子物种时，亦可能产生额外非所欲物种(离子或中性粒子)。此等非所欲物种通常具有低蒸气压(vapor pressure)，且可冷凝并粘附至源腔室的内表面。举例而言，在将磷化氢(phosphine，PH₃)馈入至源腔室中时，可能在腔室壁(chamber wall)上形成磷(P)沉积物。在将重分子(诸如，癸硼烷及碳硼烷)馈入至源腔室中时，源腔室壁及电极上的非所欲沉积物更多。此等固体沉积物可改变腔室壁的电特性(电压不稳定性)，且可能干扰从中提取离子的离子源孔(ion source aperture)，藉此引致不稳定的源操作及非均一的束提取。