[发明专利]使用过氧化氢作为主掺杂剂的共伴气体或吹扫气体进行原位清洁以尽量减少离子源中的积碳

说明书

本发明提供一种用于改善离子注入性能的离子源组件和方法。该离子源组件具有离子源腔室，并且源气体供应源向离子源腔室提供分子碳源气体。激发源激发分子碳源气体，形成碳离子和原子碳。引出电极从离子源腔室中引出碳离子，形成离子束。过氧化氢共伴气体供应源向离子源腔室提供过氧化氢共伴气体。过氧化氢共伴气体分解并与原子碳反应，在离子源腔室内形成碳氢化合物。进一步引入惰性气体并使其离子化，以抵消因过氧化氢分解所致的阴极氧化。真空泵除去碳氢化合物，其中减少原子碳的沉积并且延长离子源腔室的使用寿命。

相关申请的引用

本申请要求名称为“IN-SITU CLEANING USING HYDROGEN PEROXIDE AS CO-GASTO PRIMARY DOPANT OR PURGE GAS FOR MINIMIZING CARBON DEPOSITS IN AN IONSOURCE”、申请日为2016年9月30日、申请序列号为15/281,844的美国专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及半导体器件制造和离子注入，更具体涉及一种改善离子注入机中的离子源性能并延长离子源使用寿命的方法。

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。

参照图1，系统100包括用于沿射束路径106产生离子束104的离子源102。束线组件110设置于离子源102的下游，用于自其接收射束。束线系统110可包括(未示出)质量分析器、例如可包括一个或多个间隙的加速结构以及角能量滤波器。束线组件110位于接收射束的路径上。质量分析器包括诸如磁体的场发生部件并且操作成提供跨越射束路径106的场，以使来自离子束104的离子在根据质量(例如荷质比)变化的轨迹上转向。行经磁场的离子受力，该力引导射束路径106上所需质量的各个离子并使非所需质量的离子远离射束路径转向。

在系统100中设置处理腔室112，该处理腔室所包含的目标位置从束线组件110接收离子束104并沿射束路径106支撑一个或多个工件114，如半导体晶片，以便使用最终经质量分析的离子束来进行注入。然后，处理腔室112接收指向工件114的离子束104。应当领会，系统100中可采用不同类型的处理腔室112。例如，“分批型”处理腔室能够同时在旋转支撑结构上支撑多个工件114，其中工件114旋转通过离子束的路径，直至所有工件114经完全注入。另一方面，“串列型”处理腔室112沿射束路径106支撑单个工件114以供注入，其中以串列方式每次一个地注入多个工件114，每一工件完全经注入之后才开始对下一工件的注入。处理腔室112还可包括扫描设备(未示出)，用于使离子束104相对于工件114移动或使工件相对于离子束移动。

离子注入机中的离子源生成离子束104通常是通过在源腔室102内使源气体离子化，该源气体的组分可为所需的掺杂元素，并以离子束的形式引出离子化的源气体。由激励器实现离子化过程，该激励器可采用加热丝极、丝热阴极(间热阴极“IHC”)或射频(RF)天线的形式。

组成源气体的所需掺杂元素的示例能够包括碳、氧、硼、锗、硅等。碳的使用日益增多，碳可用于许多注入步骤，如材料改性。碳注入物所用的最常见前体源气体包括二氧化碳和一氧化碳。

构建如图1所示的离子源腔室102时，通常使用诸如钨和钼的耐熔金属来形成腔室102的阴极电极和内壁表面。利用含碳材料生成碳离子的过程中，在离子腔室中生成碳原子，并且碳原子与构建电极、腔室内衬、腔室本体和弧隙的材料反应。元素碳趋向于积聚到这些表面上，不利地影响离子源的效率并污染腔室102。

发明内容