[发明专利]使用固体碘化铝(AlI3)的注入制造原子铝离子及碘化铝与相关副产物的原位清洁

说明书

本发明涉及一种离子注入系统(101)，包括配置成由碘化铝形成离子束(116)的离子源(108)。束线总成选择性将离子束输送到配置成接受该离子束以将铝离子注入工件(128)中的终端站(106)。离子源可具有固态材料源(112)，该固态材料源具有固体形式的碘化铝。固体源蒸发器(146)可配置成蒸发碘化铝，界定气态碘化铝。电弧腔室(114)可由气态碘化铝形成等离子体，其中来自电源(110)的电弧电流配置成从碘化铝中离解铝离子。一个或多个引出电极(118)可配置成从电弧腔室中引出离子束。任选地，水蒸汽源(150)进一步引入水与残余碘化铝反应形成氢碘酸，其中从系统中排空残余碘化铝和氢碘酸。

技术领域

本申请要求于2016年6月21日提交的名称为《IMPLANTATION USING SOLIDALUMINUM IODIDE(ALI₃)FOR PRODUCING ATOMIC ALUMINUM IONS AND IN SITU CLEANINGOF ALUMINUM IODIDE AND ASSOCIATED BY-PRODUCTS》的美国临时申请第62/352,673号的权益，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及离子注入系统，更具体涉及一种利用碘化铝离子源材料和相关束线组件注入铝离子的离子注入系统，其具有用于原位清洁离子注入系统的机制。

背景技术

离子注入是半导体器件制造中所采用的物理过程，选择性将掺杂剂注入半导体和/或晶片材料。因此，注入行为并不依赖于掺杂剂及半导体材料间的化学交互作用。对于离子注入，使离子注入机的离子源中的掺杂剂原子/分子离子化、加速、形成离子束、分析并扫过晶片，或者使晶片扫过离子束。掺杂离子以物理方式轰击晶片、进入表面并在与其能量有关的深度下停止在该表面下方。

离子注入机中的离子源通常通过使电弧腔室中的源材料离子化来产生离子束，其中源材料的组分是所需的掺杂元素。然后以离子束的形式从离子化的源材料中提取所需的掺杂元素。

常规上，当铝离子是所需的掺杂元素时，出于离子注入的目的，使用诸如氮化铝(AlN)和氧化铝(Al₂O₃)的材料作为铝离子的源材料。氮化铝或氧化铝是固体绝缘材料，通常将其放置于(在离子源中)形成等离子体的电弧腔室中。

常规上，引入气体(例如氟)来化学蚀刻含铝材料，由此使源材料离子化，提取铝并使其沿束线转移到位于终端站中的碳化硅工件以便注入其中。含铝材料例如通常与电弧腔室中的某种形式的蚀刻剂气体(例如BF₃、 PF₃、NF₃等)一起用作铝离子的源材料。然而，这类材料具有产生绝缘材料(例如AlN、Al₂O₃等)并与来自电弧腔室的预期铝离子一起发射的不利副作用。

该绝缘材料随后涂覆离子源的各种组件，如引出电极，然后这些引出电极开始构建电荷并且不利地改变这些引出电极的静电特性。电荷积聚的后果导致引出电极通常称为电弧放电或“毛刺化”的行为，因为积聚的电荷电弧放电到其他组件和/或接地。在极端情况下，引出电极电源的行为可能发生改变和失真。这通常导致不可预测的光束行为并且导致束电流减小以及清洁与离子源相关联的各种组件的频繁预防性维护。此外，来自这类材料的薄片和其他残留物可在电弧腔室中形成，从而改变其操作特性，这就导致额外的频繁清洁。

发明内容

本发明通过提供改善用于铝注入物的离子注入系统中离子源性能并延长离子源寿命的系统、装置和方法而克服现有技术的局限性。据此，下文提出本发明的简要发明内容，提供对本发明某些方面的基本理解。本发明内容并非本发明的详尽综述。本发明内容既非旨在确认本发明的关键或关键要素，亦非旨在描述本发明的范围。其目的在于，以简化形式呈现本发明的某些构思，作为下文具体实施方式的引言。