[发明专利]离子注入组合物、系统和方法

说明书

描述了用于掺杂物的注入的离子注入组合物、系统和方法。描述了具体的硒掺杂源组合物，以及并流气体用以实现在注入系统特征方面的优势的用途，所述注入系统特征为例如方法转变、束稳定性、源寿命、束均匀性、束流和购置成本。

相关申请的相互参引

根据35USC 119的规定，要求以Oleg Byl等人的名义于2013年3月5日提交的美国临时专利申请第61/773,135号“离子注入组合物、系统和方法(ION IMPLANTATIONCOMPOSITIONS,SYSTEMS,AND METHODS)”的优先权的权益。美国临时专利申请第61/773,135号的公开内容其全文在此以引证的方式纳入本公开。

技术领域

本公开涉及离子注入系统和方法，并且涉及用于离子注入的组合物。

背景技术

离子注入是微电子和半导体产品的制造中广泛使用的方法，用于将受控量的掺杂杂质精确地引入基底如半导体晶片(wafer)中。

在用于这种应用中的离子注入系统中，通常利用离子源将所需的掺杂元素气体离子化，并且该离子以具有所需能量的离子束的形式从所述源中提取。离子注入系统中使用各种类型的离子源，包括利用热电极并由电弧供电的Freeman型和Bernas型，使用磁控管的微波型，间接被加热的阴极(IHC)源，以及RF等离子体源，所有所述源通常在真空中操作。

在任何系统中，通过将电子引入充满掺杂气体(通常称为“原料气体”(feedstockgas))的真空电弧腔室(下文中称为“腔室”)，离子源产生离子。电子与掺杂气体中的原子和分子的碰撞形成由正掺杂离子和负掺杂离子组成的离子化的等离子体。具有负偏压(bias)或正偏压的提取电极将分别使得正离子或负离子作为平行离子束通过孔隙，所述平行离子束朝向靶材料加速以形成具有所需电导率的区域。

预防性维护(PM)的频率和持续时间是离子注入工具的一个性能因素。作为一般趋势，应降低工具PM频率和持续时间。需要最多的维护的离子注入工具的部件包括：离子源，其通常在大约50至300小时的操作后进行维护，这取决于操作条件；提取电极和高电压绝缘体，其通常在几百个小时的操作后进行清洁；以及泵和与所述工具相关联的真空系统的真空线路。此外，定期更换离子源的灯丝。

理想地，计量加入电弧腔室的原料分子被离子化和破碎，而不与电弧腔室本身或离子注入机的任何其他组件发生实质性地相互作用。事实上，原料气体离子化和破碎会导致如下不希望的影响，如电弧腔室组件蚀刻或溅射、于电弧腔室表面上沉积、电弧腔室壁物质的再分配等。这些影响归因于离子束不稳定性，并且可最终导致离子源的过早失效。当原料气体及其离子化产品的残留物沉积在离子注入工具的高电压组件如源绝缘体上或提取电极的表面上时，也可引起有能量的高电压火花。这种火花是束不稳定性的另一贡献因素，并且这种火花所释放的能量会损坏敏感的电子组件，从而导致增加的设备故障和短的平均故障间隔时间(mean time between failure,MTBF)。

在运行高比例的作为原料气体或并流气体(并流气体是与原料气体同时流至注入机的气体，其或者与原料气体混合，或者在与流动原料气体的管道分开的流管道中被输送至注入机的离子化腔室)的氢化物气体的离子注入机中，离子源故障模式通常包括：(i)阴极的过度溅射，导致所谓的阴极的“穿通”(punch-through)，(ii)固体在绝缘表面上的过度沉积，导致电短路或“噪声(glitching)”，(iii)固体积聚，其引起不同电位的两个组件之间的短路，以及(iv)阴极上的固体积聚，其引起导致离子束流的损失的电子发射效率的损失。

随着微电子器件和半导体器件变得越来越小，离子注入越来越需要在相对较低的能量下进行，以提供浅注入区域，而该低能量操作带来了成本较高和工具生产率降低的缺陷。