[发明专利]用于改善注入束和源寿命性能的碳掺杂剂气体和协流

说明书

描述了离子注入的方法和系统，其中使用碳掺杂剂源材料实施碳掺杂。描述了各种气体混合物，包括碳掺杂剂源材料，以及用于所述碳掺杂剂的协流气体结合物。描述了在碳掺杂剂源材料中提供原位清洗，以及描述了具体的碳掺杂剂源气体、氢化物气体、氟化物气体、惰性气体、氧化物气体和其他气体的结合物。

相关申请的互相参引

根据35USC119的规定，要求于2012年2月14日提交的美国临时专利申请第61/598,817号和于2012年4月17日提交的美国临时专利申请第61/625,571号的优先权。美国临时专利申请第61/598,817号和美国临时专利申请第61/625,571号的公开内容的全文在均通过参引的方式纳入本说明书中。

技术领域

本公开涉及离子注入(ion implantation)的方法和系统，更具体而言，涉及在所述方法和体系中用于碳离子注入的碳源材料。

背景技术

离子注入用于集成电路制造中以将可控量的掺杂剂杂质准确引入到半导体晶片中，并且，离子注入是微电子/半导体制造的方法之一。在这种注入系统中，离子源电离出所需的掺杂剂元素气体，这些离子以所需能量离子束的形式从离子源提取出来。提取通过在适当形状的提取电极(extraction electrode)两端施加高压而实施，所述提取使被提取的离子束的通路的孔隙合并在一起。随后，离子束被引导至工件例如半导体晶片的表面，以将掺杂剂元素引入工件中。离子束穿透工件表面以形成所需导电性的区域。

在离子注入系统中使用几种类型的离子源，所述离子源包括采用热电电极且由电弧驱动的Freeman型和Bernas型、使用磁控管的微波型、旁热式阴极(IHC，indirectlyheated cathode)源以及RF等离子体源，所有这些离子源通常是在真空环境下运行的。在任何系统中，离子源通过将电子引入到充满掺杂剂气体(通常被称为“原料气”)的真空电弧室中(以下简称“室”)产生离子。电子与掺杂剂气体中的原子和分子的碰撞产生由正掺杂剂离子和负掺杂剂离子组成的电离等离子体。带有正偏压或负偏压的提取电极将分别使正离子或负离子作为平行离子束通过孔隙，这可以加快到达目标材料的速度。

在许多离子注入系统中，将碳——其已知可以抑制扩散——注入到目标材料中可以在集成电路器件中产生预期的效果。碳通常由进料气体如一氧化碳或二氧化碳注入。一氧化碳或二氧化碳气体的使用会使位于离子注入机的等离子体源(电弧室)内的金属的表面发生氧化，也会产生沉积在电绝缘体上的碳残留物。这些现象会使离子注入机的使用性能下降，从而导致需要对其进行频繁的维护。氧化可导致注入过程中的低效。

预防性维护(PM)的频率和持续时间是离子注入机的性能因素之一。一般的趋势是，应降低离子注入机的PM频率和持续时间。离子注入机最需要维护的部分包括：离子源，离子源通常在工作约30至500h后就需要检修，这取决于运行环境；提取电极和高压绝缘体，其通常在运行几百小时后就需要清洗；以及与离子注入机相关的泵和真空系统的真空管路。此外，离子源的灯丝是需要定期更换的。

理想情况下，投入电弧室中的进料分子会被电离并成为碎片，而不与电弧室本身或离子注入机的任何其他部件实质性相互作用。事实上，进料气体的电离和碎片化会导致一些不希望的效果，如电弧室组件的蚀刻或溅射、在电弧室表面的沉积、电弧室壁材料的再分布(redistribution)等。尤其是，一氧化碳和二氧化碳气体的使用会导致碳沉积在电弧室内。这可造成离子束的不稳定，并最终可能导致离子源过早失效。残留物还会在离子注入机的高压部件如源绝缘体或提取电极的表面形成，这导致高能(energetic)高压火花溅射。这些火花会同样会造成离子束的不稳定，并且，由这些火花释放的能量会损坏灵敏的电子元件，从而导致设备故障增加以及故障之间的平均时间(MTBF)缩短。

因此，本领域持续探索克服上述缺陷的新的碳掺杂剂源材料和组合物。

发明内容