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TWI785057B - 一種離子植入系統、一種用於將鋁離子植入到工件中的方法，以及一種使用產生殘餘的碘化鋁的碘化鋁源材料來清潔離子植入系統的方法 - Google Patents

一種離子植入系統、一種用於將鋁離子植入到工件中的方法，以及一種使用產生殘餘的碘化鋁的碘化鋁源材料來清潔離子植入系統的方法 Download PDF

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TWI785057B
TWI785057B TW107119282A TW107119282A TWI785057B TW I785057 B TWI785057 B TW I785057B TW 107119282 A TW107119282 A TW 107119282A TW 107119282 A TW107119282 A TW 107119282A TW I785057 B TWI785057 B TW I785057B
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奈爾 Ｋ 卡爾文
澤仁 謝
奈爾 貝松
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美商艾克塞利斯科技公司
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Abstract

本發明提供一種離子植入系統，其具有經配置以從碘化鋁形成離子束的離子源。束線總成選擇性地輸送離子束至終端站，該終端站經配置以接收用於鋁離子植入進入工件的離子束。電弧腔室從碘化鋁形成電漿，其中來自電力供應器的電弧電流經配置以使碘化鋁解離為鋁離子。一個或多個提取電極從電弧腔室提取離子束。一種氫共伴氣體源進一步引入氫共伴氣體以使殘餘的碘化鋁和碘化物反應，其中將反應後的殘餘碘化鋁和碘化物從系統中抽空。

Description

一種離子植入系統、一種用於將鋁離子植入到工件中的方法，以及一種使用產生殘餘的碘化鋁的碘化鋁源材料來清潔離子植入系統的方法 相關申請案之參考
本申請案主張以下權益：2017年6月5日申請之名為「HYDROGEN CO-GAS WHEN USING ALUMINUM IODIDE AS AN ION SOURCE MATERIAL」的美國臨時申請案第62/515,324號之權益，該臨時申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。
本發明大體上係關於離子植入系統，且更具體言之，係關於一種具有使用氫共伴氣體的碘化鋁離子源材料的離子植入系統以及具有原位清潔離子植入系統的機制的相關束線部件。
離子植入是在半導體裝置製造中採用的物理過程以選擇性地將 摻雜劑植入到半導體及/或晶圓材料中。因此，植入行為不是依賴於摻雜劑和半導體材料之間的化學相互作用。對於離子植入，來自離子植入機的離子源的摻雜劑原子/分子被電離化、被加速、被形成為離子束、被分析並掃過晶圓，或者晶圓平移通過(translated through)離子束。摻雜劑離子物理性地轟擊晶圓，進入表面並停留在表面之下，處於其能量有關的深度。
離子植入機中的離子源一般藉由使在電弧腔室中的源材料電離化來產生離子束，其中源材料的一個成分是所欲的摻雜劑元素。然後以離子束的形式從電離化的源材料中提取所欲的摻雜劑元素。
習知地，當鋁離子是所欲的摻雜劑元素時，出於離子植入的目的，諸如氮化鋁(AlN)和氧化鋁(Al2O3)之類的材料已被用作鋁離子的源材料。氮化鋁或氧化鋁是固體絕緣材料，其通常放置在形成電漿的電弧腔室中(在離子源中)。
習知地引入氣體(例如，氟)以化學蝕刻含鋁材料，藉此使源材料電離化，並且提取鋁並且將鋁沿著束線轉移到位於用於終端站中的碳化矽工件，以進行碳化矽工件植入。例如，含鋁材料通常與電弧腔室中的某種形式的蝕刻劑氣體(例如，BF3、PF3、NF3等)一起用作鋁離子的源材料。然而，這些材料具有產生與電弧腔室中的預期鋁離子一起發射的絕緣材料(例如，AlN、Al2O3等)的不良副作用。
絕緣材料隨後塗覆離子源的各種部件，例如提取電極，然後開始積聚電荷並且不利地改變提取電極的靜電特性。電荷積聚的結果導致通常被稱為提取電極的電弧放電(arcing)(或「故障(glitching)」)的行為，因為積聚的電荷電弧放電到其他組件及/或接地。在極端情況下，提取電極的電源供應行為可能會改變和扭曲。這通常會造成不可預知的射束行為，並導致束流減少，並導致頻繁預防性維護以清潔與離子源相關的各種組件。另外，這些材料的薄片和 其他殘餘物可能會在電弧腔室內形成，從而改變其操作特性，導致額外的頻繁清潔。
本案藉由提供用於改進鋁植入物的離子植入系統中的離子源的性能並延長其壽命的系統、裝置和方法來克服先前技術的限制。因此，下文呈現本案之簡化概述，以便提供本案之一些態樣之基本理解。此概述並非本案之廣泛綜述。其既不意欲識別本發明之關鍵或至關重要之要素，亦不描繪本發明之範圍。其目的在於以簡化形式呈現本案之一些概念以作為隨後呈現之更詳細描述的序言。
本案的態樣促進用於將鋁離子植入到工件中的離子植入方法。根據一個例示性態樣，提供了一種離子植入系統，該離子植入系統具有經配置以形成離子束的離子源，經配置以選擇性地輸送離子束的束線總成，以及經配置以接收用於鋁離子植入進入工件的離子束的終端站。
根據一個例示性態樣，提供一種碘化鋁源材料，其中該離子源經配置以使該碘化鋁源材料電離化並從其形成離子束。例如，氫引入裝置經配置以將包含氫的還原劑引入離子源。在一個實例中，氫引入裝置包含氫共伴氣體源，其中來自還原劑的氫改變非導電材料的化學性質以產生揮發性氣體副產物。氫引入裝置例如可包含經加壓氣體源，其中經加壓氣體源可包含氫氣和膦氣中的一或多者。
在另一個實例中，離子植入系統進一步包含經配置以將水蒸氣引入離子植入系統的水引入裝置。可進一步提供真空系統並配置為實質上抽空離子植入系統的一個或多個封閉部分。離子植入系統的一個或多個封閉部分(例如)可包含離子源。
在又一個實例中，碘化鋁源材料為呈固體形式和粉末形式中之一者。因此，離子植入系統可以進一步包含可操作地耦合到離子源的源材料蒸發器，其中源材料蒸發器經配置以蒸發碘化鋁源材料。
根據本案的另一例示性態樣，提供了一種用於將鋁離子植入到工件中的方法。在一個實例中，該方法包含蒸發碘化鋁源材料並且將該經蒸發的碘化鋁源材料提供給離子植入系統的離子源。碘化鋁源材料最初可以是呈固體和粉末形式中之一者。進一步向離子源提供氫共伴氣體而且碘化鋁源材料在離子源中電離化，其中在離子源內氫共伴氣體與經蒸發的碘化鋁反應以產生揮發性碘化氫氣體。揮發性碘化氫氣體經由真空系統以及來自電離化碘化鋁源材料的鋁離子被植入到工件中。
在一個實例中，將氫共伴氣體提供給離子源包含將氫氣和膦中的一或多者提供給離子源。在另一個實例中，藉由將水蒸氣引入離子植入系統的一個或多個內部組件，將離子植入系統的一個或多個內部組件中殘餘碘化鋁和氫碘酸中之一或多者清洗掉。將水蒸氣引入離子植入系統的內部組件(例如)包含將大氣引入離子植入系統的一個或多個內部組件。在另一個實例中，將水蒸氣引入離子植入系統的一個或多個內部組件包含控制到達一個或多個內部組件的水流通過在真空下的供應管線，從而使水蒸發。在另一個實例中，該方法進一步包含抽空離子植入系統，其中實質上除去水蒸氣和殘餘的碘化鋁和氫碘酸。
根據另一個實例，提供了一種使用產生殘餘的碘化鋁的碘化鋁源材料來清潔離子植入系統的方法，其中該方法包含將氫共伴氣體引入離子植入系統，其中使殘餘的碘化鋁與氫共伴氣體反應以形成碘化氫。此外，離子植入系統被抽空，其中從離子植入系統中除去碘化氫。氫共伴氣體(例如)可以包含氫氣和膦中的一或多者。將氫共伴氣體引入離子植入系統可包含從經加壓氣 體源引入氫氣和膦。在另一個實例中，使碘化鋁源材料蒸發並提供給離子植入系統的離子源，從而形成殘餘的碘化鋁。
以上概述僅旨在給出對本案的一些具體實例的一些特徵的簡要概述，並且其他具體實例可包含另外的及/或與上述特徵不同的特徵。具體而言，此概述不被解釋為限制本申請案的範圍。因此，為實現前述及相關目的，本案包含在下文中描述且在申請專利範圍中特別指出之特徵。以下描述及隨附圖式詳細闡述本案之某些說明性具體實例。然而，此等具體實例指示可使用本案原理之各種方式中之若干方式。當結合圖式考慮時，本案之其他目標、優點及新穎特徵將自本案之以下詳細描述而變得明顯。
100:真空系統
101:離子植入系統
102:終端
104:束線總成
106:終端站
108:離子源
110:電力供應器
112:離子束
113:離子源材料
114:射束轉向設備
116:孔
118:工件
120:夾盤
122:處理腔室
124:真空腔室
126:處理環境
128:真空源
130:控制器
140:蒸發器
145:共伴氣體源
200:方法
202:提供碘化鋁
204:使碘化鋁蒸發
206:引入含氫共伴氣體
208:使碘化鋁電離化
210:將揮發性殘餘的產物抽走
212:將鋁離子植入到工件中
300:方法
302:提供碘化鋁
304:使碘化鋁蒸發
306:使碘化鋁電離化
308:將鋁離子植入到工件中
310:將氫共伴氣體及水提供給離子植入系統
312:使水和氫與殘餘的碘化鋁和碘化物反應
314:抽空殘餘的產物
圖1為根據本案之若干態樣的利用碘化鋁離子源材料之例示性真空系統的方塊圖。
圖2說明一種使用碘化鋁作為源材料將鋁離子植入到工件中的例示性方法。
圖3說明一種用於清潔使用碘化鋁作為源材料的離子植入系統的例示性方法。
本案大體上係關於離子植入系統及與其相關之離子源材料。更具體而言，本案係關於用於該離子植入系統的組件，該系統使用碘化鋁(AlI3)固體源材料來產生原子鋁離子，以在各種溫度下(範圍最多到1000℃)電摻雜矽、碳化矽或其他半導體基板。此外，當使用碘化鋁作為離子源蒸發器材料時，本 案使得在提取電極和源腔室組件上的碘化物沉積物最小化。因此，本案將減少相關的電弧放電和故障，並將進一步增加離子源和相關電極的總體壽命。
因此，本發明現將參考圖式描述，其中通篇中之相同元件符號可用於指代相同元件。應理解，此等態樣之描述僅為說明性的且其不應以限制意義來解譯。在以下描述中，出於解釋之目的，闡述眾多具體細節以便提供對本發明之透徹理解。然而，對於熟習此項技術者而言，本發明顯然可在無此等具體細節之情況下實踐。另外，本發明之範圍並不意欲受下文參考隨附圖式所述之具體實例或實施例限制，但意欲僅受其所附申請專利範圍及其等效物限制。
還要注意的是，圖式係提供以說明本案具體實例之一些態樣且因此應視為僅示意性的。尤其，圖式中所示元件彼此不一定按比例繪製，且各種元件在圖式中之置放經選擇以提供各別具體實例之清楚理解且不應理解為必定表示根據本發明之具體實例的實施中各個組件之實際相對位置。此外，除非以其他方式特定指出，否則本文中所述之各個具體實例及實施例之特徵可彼此組合。
要理解的是，在以下描述中，在圖式中所示或本文中所述之功能區塊、裝置、組件、電路元件或其他實體或功能單元之間的任何直接連接或耦接亦可藉由間接連接或耦接來實施。此外，應瞭解，圖式中所展示之功能區塊或單元在一個具體實例中可經實施為單獨特徵或電路，且在另一具體實例中亦可或替代地被完全或部分地以共同特徵實施或電路。舉例而言，若干個功能區塊可實施為在諸如信號處理器的共同處理器上運行的軟體。另外應瞭解，除非有相反的指明，在後續的說明書中被描述為有線的任何連接，也可以實施為無線通訊。
根據本案之一個態樣，圖1說明例示性真空系統100。本實施例 中之真空系統100包含離子植入系統101，然而，亦涵蓋諸如電漿處理系統或其他半導體處理系統的各種其他類型之真空系統。離子植入系統101(例如)包含終端102、束線總成104及終端站106。
一般而言，終端102中之離子源108被耦接至電力供應器110以使摻雜劑氣體電離成離子源的複數個離子以形成離子束112。緊密接近提取電極之個別電極可經偏壓以抑制中和電子往回串流接近於源或返回至提取電極。本案的離子源材料113被提供在離子源108中，其中離子源材料包含碘化鋁(AlI3)，如將在下文中進一步詳細討論者。
在本實施例中之離子束112經由射束轉向設備114導引且孔116朝向終端站106。在終端站106中，離子束112轟擊工件118(例如，諸如矽晶圓之半導體、顯示面板等)，該工件被選擇性地夾持或安裝至夾盤120(例如，靜電夾盤或ESC)。一旦嵌入至工件118之晶格中，所植入之離子便改變工件之物理及/或化學性質。鑒於此，離子植入係用於半導體裝置製造及金屬表面處理，以及材料科學研究中之各種應用。
本案之離子束112可採用任何形式，諸如筆形束或點狀束、帶狀束、掃描束或使離子朝向終端站106導引之任何其他形式，且所有此等形式係預期屬於本案之範圍內。
根據一個例示性態樣，終端站106包含諸如真空腔室124的處理腔室122，其中處理環境126與處理腔室相關聯。處理環境126一般存在於處理腔室122內，且在一個實施例中，包含藉由耦接至處理腔室且經組態以實質上抽空處理腔室之真空源128(例如，真空泵)產生之真空。另外，控制器130經提供用於真空系統100之整體控制。
本案認識到，已經發現具有基於碳化矽的裝置形成在其上的工件118比基於矽的裝置具有更好的熱和電特性，特別是用於高電壓和高溫裝置 (諸如電動汽車)的應用中等等。然而，離子植入到碳化矽中使用與用於矽工件者相比不同種類的植入摻雜劑。在碳化矽植入物中，常常執行鋁和氮植入物。例如，氮植入物為相對簡單，因為氮可以作為氣體引入，並提供相對容易的調整、清理等等。然而，鋁就比較困難了，因為目前鮮有已知的良好的鋁氣體溶液。
習知地，已經使用諸如氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)等材料作為離子植入目的的鋁離子源。氮化鋁或氧化鋁是固體絕緣材料，其通常放置在形成電漿的電弧腔室中(在離子源中)。習知地引入氣體(例如，氟)以化學蝕刻含鋁材料，藉此使材料電離化，並且提取鋁並且將鋁沿著束線轉移到位於用於終端站中的碳化矽工件。例如，含鋁材料通常與電弧腔室中的某種形式的蝕刻劑氣體(諸如，BF3、PF3、NF3等)一起用作鋁離子的源。這些材料具有產生與電弧腔室中的預期離子一起發射的絕緣材料(例如，AlN、Al2O3等)的不良副作用。
這個絕緣材料隨後塗覆離子源的各種部件(諸如提取電極)然後開始充電，並且不利地改變這些電極的靜電特性並且在電極上積聚電荷。這導致通常被稱為這些電極的故障(或電弧放電)的行為，因為積聚的電荷電弧放電到其他組件及/或接地。在極端情況下，電源供應行為可能會改變和扭曲。這造成不可預知的射束行為並導致頻繁預防性維護以清潔這些種組件並導致減少的束流。另外，這些材料的薄片和其他殘餘物在電弧腔室內形成，從而改變其操作特性，導致頻繁清潔。
本案涵蓋使用碘化鋁(AlI3)來產生原子鋁離子，藉此不會產生並且不會積聚上述絕緣材料、薄片等，從而延長離子源和電極的壽命，產生更穩定的離子束操作，並允許實質上更高的束流。
因此，本案從碘化鋁(AlI3)固體源材料產生單原子鋁離子以從室溫至約1000℃的溫度下電摻雜碳化矽、矽或其他基板，與目前的技術相比具有 經改良的源壽命、束流和操作特性。
根據本案，將碘化鋁(AlI3，通常以粉末或其它固體形式存在)插入到離子植入系統101(例如，由Beverley,MA的Axcelis Technologies製造的合適的離子植入機)的固體源蒸發器140中。碘化鋁是吸濕性溫度敏感的粉末狀材料，其可以在離子源108的蒸發器140中加熱以產生被引入用於離子植入的電弧腔室中的大致恆定的分子流。
在將離子源108插入離子植入機的真空系統100之後，將這個材料加熱到合適的溫度以產生足夠材料的釋放到離子源以形成電漿(具有或不具有諸如氬的共伴氣體以幫助啟動離子源中電漿的形成)。當碘化鋁達到合適的溫度時，釋放出足夠的材料，使得穩定的電漿可以藉由單獨碘化鋁或與共伴氣體的組合在離子源108中產生。然後將單原子鋁離子靜電提取並操縱以形成離子束112並且將其輸送到要植入鋁的工件120(例如，碳化矽、矽等)。
分子微弱地鍵結且可以在電漿中解離，諸如：Al I 3 →AL(s)+3I(s) (1)。
例如，碘的副產物是一般為固體形式的絕緣體，其塗覆各種組件(諸如離子源108的電極板)，藉此該塗覆可導致充電並隨後在高電場中產生電弧放電。與提取電極和抑制電極相關的這種電弧放電或「故障」負面地影響離子束112的利用及其穩定性。例如，在這種高電壓應力區域中的電接地回路可以進一步塗覆有這種非導電材料，藉此由於離子束112產生的二次電子的存在可以發生充電和放電。
因此，本案將諸如氫的還原劑從氫共伴氣體源145引入離子源108，藉此還原劑改變非導電材料的化學性質以將之轉化為揮發性氣體副產物(例如，碘化氫，HI)。例如，還原劑可以被稱為共伴氣體。例如，下面的反應式就是一個實例： Al I 3 +H 2 +H 2 O→AL(s)+3HI(g)+OH (2)。反應式(2)中的水(H2O)可以存在於先前暴露於大氣的離子源108的表面(例如，源腔室壁或其他內部表面)上，藉此當經受來自離子源的熱時，水可以從這些表面釋放出來。因此，揮發性材料可以利用反應式(2)中的與處理腔室122相關聯的一個或多個真空泵128(例如，高真空泵)而被進一步抽走。應該注意的是，本案進一步涵蓋了提供其他含氫的共伴氣體(諸如膦(PH3)或氫氣(H2))的氫共伴氣體源145。氫共伴氣體源145因此提供將氫共伴氣體原位引入到圖1的系統100。使用膦作為共伴氣體(例如)可能優於使用氫氣(H2)，因為高壓(例如，瓶裝)氫氣是高度易揮發的並且由於其危險和爆炸本質而在製造設施中經常不被允許。
例如，反應式(2)所示的碘化物和氫的反應動力學一般是有利的。例如，反應式(2)所示的反應降低了形成揮發性氣體副產物(例如，HI)後的總能量。例如，揮發性氣體副產物在其形成時藉由真空源128的一個或多個真空泵被連續地抽走。
本案指出，氫的引入已經提供了在離子源108的內表面上形成粉末的反應的跡象，以及I++(amu-63.5)的束強度降低，這指出反應式(2)的化學反應發生。再者，在amu-127(I+離子位置)處發現束強度的降低。
本案進一步提供了一種原位清洗碘化鋁及其任何來自離子源108和源區的副產物的技術，產自使用碘化鋁(All3等)作為用於植入原子鋁離子進入矽、碳化矽或其他半導體基板的鋁源材料。
例如，碘化鋁是位於離子植入系統101中的源蒸發器140中的固體材料。藉由在源蒸發器140中將固體材料加熱到合適的溫度來蒸發固體材料，並且在源電離腔室中使得到的碘化鋁蒸氣解離，然後電離化以產生原子鋁離子，其被提取而用於離子植入方法。任何未電離化的(分子或未解離的)材料可以積聚在內表面上或分解成若干組分，主要組分是碘化物、碘化鋁和鋁。例 如，鋁是該方法的目標材料，而碘是相對惰性的，不過是絕緣體。當殘餘的碘化鋁在暴露於水及/或大氣時具有高度反應性，並且當暴露於大氣時，形成氫碘酸(非常強的腐蝕性酸)，然後其進一步分解形成碘化氫。
源中的蒸發器在惰性環境(例如，氬、氮等)中裝載有碘化鋁材料，以使材料不會開始與空氣中的水分反應。然後將源安裝在離子植入機中，並抽真空至植入機的操作壓力。碘化鋁在蒸發器中被加熱直到碘化鋁形成蒸汽，該蒸汽遷移到電離腔室，在電離腔室中鋁被電離化並沿著束線被提取。在源殼體(和其他束線組件)內，未反應的碘化鋁蒸氣在較冷的表面上再凝固。碘化物(反應的一個副產物)也塗覆源(和其他束線組件)壁。當最初的碘化鋁材料耗盡或用完時，將源移走、清洗並重新裝載碘化鋁以繼續該方法。此時未反應的碘化鋁和碘化物可暴露於空氣中，其中I2昇華成氣體或與水及/或氧反應形成碘化氫和惰性的完全反應的碘氧化物(iodide oxide)。
然而，如果碘化鋁可以原位暴露於水蒸氣，形成液體狀的惰性殘留物，則殘留物的某部分可以處於氣相並且藉由植入機的真空系統排氣泵出並除去。這種原位暴露於水蒸氣可以是周期性的(如在每日停機循環期間)，或者在源壽命結束時(或者甚至在單獨的以此為目的的專用容器中)的單次暴露系列(吹掃和泵循環)。
在適當的時候使用引入源殼體內適當區域的水蒸氣，使碘化鋁和碘化物反應，以使其能夠藉由植入器的真空系統移除並幫助中和任何剩餘的材料並且允許其用鹼性溶液(諸如異丙醇或類似物)清洗。必須適當控制水蒸氣，以安全的方式反應碘化鋁副產物，從而使任何化學反應和腐蝕性態樣最小化。
如果沒有這種原位清洗，未反應的碘化鋁和碘化物的量將導致特殊的去污程序和處置。因此，本案係關於將水蒸氣引入到真空系統(或替代的 外部容器)中以允許AlI3副產物的形成，以允許這些釋氣副產物的去除，藉由真空源128的一個或多個真空泵。
這可以在正常機器停機期間原位完成，諸如藉由使用備用射束操作(例如，過夜)。可替代地，它可以在源蒸發器壽命結束時原位完成，通過一系列單獨的吹掃/泵循環(例如，在諸如大氣壓的較高壓力下)或單次吹掃(例如，高達大氣壓)，繼以抽空循環。可以進一步提供專用的外部容器用於上述吹掃和泵送。
因此，本案利用固體或粉末狀碘化鋁(AlI3)，其係置於藉由加熱盤管加熱的蒸發器(例如，圓柱形爐)中。使碘化鋁蒸發並且經蒸發的材料通過管出來到電弧腔室(例如，離子源108)，其中使經蒸發的材料電離化並沿著束線輸送以將之植入到工件112中。
圖2說明一種用於將鋁離子植入到工件中的例示性方法200。應該注意的是，儘管例示性方法在本文中被圖示和描述為一系列動作或事件，但可以意識到的是，本發明不受所說明的這些動作或事件的排序限制，因為根據本發明，一些步驟可能以不同的順序發生及/或與本文所示和所述之外的其他步驟同時發生。另外，可能並非所有說明的步驟可能都需要方可實施根據本發明的方法論。此外，可以意識到的是，這些方法可以與本文所圖示和描述的系統還有與未圖示的其他系統相關聯地實施。
根據一個例示性態樣，在圖2的動作202中，提供了碘化鋁。碘化鋁源材料(例如)可呈固體形式和粉末形式。在動作204中，例如使碘化鋁源材料蒸發並提供給離子源。在動作206中，將氫共伴氣體提供給離子源或以其他方式引入離子源。氫共伴氣體(例如)包含氫氣和膦氣中的一或多者。在動作208中，碘化鋁源材料在離子源中電離化，其中在離子源內氫共伴氣體與經蒸發的碘化鋁反應以產生揮發性碘化氫氣體。在動作210中，將揮發性碘化氫氣體抽 走或不然經由真空系統除去。此外，在動作212中，將來自電離化碘化鋁源材料的鋁離子植入到工件中。
根據本案的另一例示性態樣，圖3說明另一種用於將鋁離子植入到工件中的方法300。例如，方法300包含在動作302中提供碘化鋁源材料。在動作302中所提供的碘化鋁源材料(例如)可呈固體形式或粉末形式。在動作304中，例如使碘化鋁源材料蒸發並提供給離子源。在動作306中，使碘化鋁源材料在離子源中蒸發，而在動作308中，將來自電離化碘化鋁源材料的鋁離子植入到工件中。
在動作310中，將氫共伴氣體提供給離子源或以其他方式引入離子源。氫共伴氣體(例如)包含氫氣和膦氣中的一或多者。在另一個實例中，將水蒸氣引入離子植入系統的一個或多個內部組件。在動作310中，將水蒸氣引入離子植入系統的內部組件(例如)可包含將大氣引入離子植入系統的一個或多個內部組件。在一個替代方案中，將水蒸氣引入離子植入系統的一個或多個內部組件包含控制到達一個或多個內部組件的水流通過在真空下的供應管線，從而使水蒸發。
在動作312中，氫共伴氣體及/或經蒸發的水在離子源內與經蒸發的碘化鋁反應以產生揮發性碘化氫氣體。例如，動作312還包含經由氫共伴氣體和水與經蒸發的碘化鋁反應，將離子植入系統的一個或多個內部組件中殘餘的碘化鋁和碘化物中之一或多者清洗掉。
在動作314中，將揮發性碘化氫氣體抽走或不然經由真空系統除去。例如，將離子植入系統抽空，其中實質上除去水蒸氣和殘餘的碘化鋁和氫碘酸。
碘化鋁傳統上是用於離子植入的困難材料，因為它是從大氣吸收水的吸濕材料，形成HI和酸(例如，氫碘酸)以及氣態I2。因此，碘化鋁及其副 產物是難以處理的(例如，一般使用具有惰性氣體的手套箱來處理材料)，並且在使用後通常仔細清潔組件等等。儘管碘化鋁在蒸發器中並且處於所欲的處理溫度(例如，90-100℃的溫度範圍)下，但是其一般表現良好而沒有產生氧化鋁等副產物(byproducts seen in alumina,etc.)。
像任何源材料一樣，殘餘材料一般被留下。當使用氣態源材料進行植入時，一般可以經由真空系統將殘餘材料從系統中抽走。然而，當使用固體源材料進行植入時，殘餘物通常是離子源未電離化(unionized)所產生的固體，從此未電離化的材料會塗覆它沿著束線所遇到的下一個涼爽表面。使用碘化鋁時，未電離化的AlI3塗覆束線上較涼爽的組件，並且由於材料具有吸濕性，因此組件的移除和暴露於空氣中的水蒸氣可造成清潔上的困難。然而，本案在固體材料的充電壽命結束時或與操作離子源同時引入氫共伴氣體(例如，原位引入氫或諸如膦的含氫氣體)用於隨後將所得到的揮發性碘化氫藉由真空系統抽空。
本案認識到可能仍需要執行一些手動清潔，但是大部分AlI3 經由水蒸汽去除。手動清潔可以使用異丙醇進一步進行。
一種方法是在離子源正在冷卻的同時引入水蒸氣。如果定期引入少量水蒸氣，系統在運行過程中可以持續保持清潔，而在最後不需要大量清理。
可替代地，系統可以在源材料使用結束時暴露於大量的水蒸汽，其中系統被抽空，並且重複幾次暴露。由於低溫特性，認識到溫暖的組件受到材料積聚的影響沒那麼大，並且積聚經常發生在非射束撞擊區域。
在一個實例中，在使用固體源材料的工作週期結束時(例如，生產日結束時)，運行「關閉束」(例如，氬束)以保持電弧腔室中的活性電漿同時蒸發器溫度降低並且材料冷卻，因此在冷卻時實質上防止了非電離環境。因 此，氬束保持組件溫暖，並且在冷卻期間，在白天運行的最後幾小時的期間將受控量的水蒸汽注入系統內。
作為原位引入水蒸氣的替代方案，引入較大的水蒸汽暴露，並隨後使系統排氣到空氣中，藉此使AlI3液化或汽化，且然後經由真空系統泵出。
雖然本發明已關於某一或多個具體實例展示且描述，但應注意，上述具體實例僅充當本發明之一些具體實例之實施的實例，且本發明之應用不限於此等具體實例。尤其關於藉由上述組件(總成、裝置、電路等)執行之各種功能，除非另外指示，否則用於描述此類組件之術語(包括對「構件」之參考)意欲對應於執行所描述組件之指定功能(亦即，功能上等效)之任何組件，即使在結構上不等效於執行本文中本發明之所說明例示性具體實例中之功能的所揭示之結構亦如此。此外，雖然本發明之特定特徵可能已關於若干具體實例中之僅一者揭示，但該特徵可與其他具體實例之一或多個其他特徵組合為對於任何給定或特定應用可合乎需要及有利。因此，本發明不限於上述具體實例，但意欲僅受所附申請專利範圍及其等效物限制。
100:真空系統
101:離子植入系統
102:終端
104:束線總成
106:終端站
108:離子源
110:電力供應器
112:離子束
113:離子源材料
114:射束轉向設備
116:孔
118:工件
120:夾盤
122:處理腔室
124:真空腔室
126:處理環境
128:真空源
130:控制器
140:蒸發器
145:共伴氣體源

Claims (20)

  1. 一種離子植入系統，其包含：碘化鋁源材料；離子源，其經配置以使該碘化鋁源材料電離化並從其形成離子束，且藉此該碘化鋁源材料的電離化進一步形成包含含碘的非導電材料的副產物；氫引入裝置，其經配置以將包含氫的還原劑引入至該離子源，其中該還原劑經配置以改變該非導電材料的化學性質而產生揮發性氣體副產物；束線總成，其經配置以選擇性地輸送該離子束；終端站，其經配置以接收用於離子植入進入工件的該離子束。
  2. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該氫引入裝置包含氫共伴氣體源，其中來自該還原劑的氫改變非導電材料的化學性質以產生碘化氫。
  3. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該氫引入裝置包含經加壓氣體源。
  4. 如請求項3所述之離子植入系統，其中該經加壓氣體源包含氫氣和膦中的一或多者。
  5. 如請求項1所述之離子植入系統，其進一步包含水引入裝置，其經配置以將水蒸氣引入至該離子植入系統。
  6. 如請求項1所述之離子植入系統，其進一步包含真空系統，其經配置以實質上抽空該離子植入系統的一個或多個封閉部分。
  7. 如請求項6所述之離子植入系統，其中該離子植入系統的一個或多個封閉部分包含該離子源。
  8. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該碘化鋁源材料為呈固體形式和粉末形式中之一者。
  9. 如請求項8所述之離子植入系統，其進一步包含可操作地耦合到 該離子源的源材料蒸發器，其中該源材料蒸發器經配置以蒸發該碘化鋁源材料。
  10. 一種用於將鋁離子植入到工件中的方法，該方法包含：蒸發碘化鋁源材料；將該經蒸發的碘化鋁源材料提供給離子植入系統的離子源；將包含氫的還原劑引入至該離子源；將氫共伴氣體提供給該離子源；使該碘化鋁源材料在該離子源中電離化，且藉此該碘化鋁源材料的電離化進一步形成包含含碘的非導電材料的副產物，其中該還原劑經配置以改變該非導電材料的化學性質，其中該氫共伴氣體在該離子源內與該經蒸發的碘化鋁反應以產生揮發性碘化氫氣體；將該揮發性碘化氫氣體經由真空系統除去；且將來自該電離化碘化鋁源材料的鋁離子植入到工件中。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該碘化鋁源材料最初是呈固體和粉末形式中之一者。
  12. 如請求項10所述之方法，其中將該氫共伴氣體提供給該離子源包含將氫氣和膦中的一或多者提供給該離子源。
  13. 如請求項10所述之方法，其進一步包含藉由將水蒸氣引入至該離子植入系統的一個或多個內部組件，將該離子植入系統的一個或多個內部組件中殘餘碘化鋁和碘化物中之一或多者清洗掉。
  14. 如請求項13所述之方法，其中將水蒸氣引入至該離子植入系統的內部組件包含將大氣引入至該離子植入系統的一個或多個內部組件。
  15. 如請求項13所述之方法，其中將水蒸氣引入至該離子植入系統的一個或多個內部組件包含控制到達一個或多個內部組件的水流通過在真空下 的供應管線，從而使該水蒸發。
  16. 如請求項13所述之方法，其進一步包含抽空該離子植入系統，其中實質上除去該水蒸氣和殘餘的碘化鋁和I2。
  17. 一種使用產生殘餘的碘化鋁的碘化鋁源材料來清潔如請求項1所述之離子植入系統的方法，該方法包含：將氫共伴氣體引入至該離子植入系統，其中使殘餘的碘化鋁和碘化物與氫共伴氣體反應以形成碘化氫和I2中的一或多者；且抽空該離子植入系統，其中除去該碘化氫。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該氫共伴氣體包含氫氣和膦中的一或多者。
  19. 如請求項18所述之方法，其中將該氫共伴氣體引入至該離子植入系統包含從經加壓氣體源引入該氫氣和膦。
  20. 如請求項17所述之方法，其進一步包含：蒸發碘化鋁源材料；且將該經蒸發的碘化鋁源材料提供給該離子植入系統的離子源，從而形成殘餘的碘化鋁和I2中的一或多者。
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