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TWI788551B - 用於離子植入系統之四氟化鍺與氫之混合物及使用彼等之離子植入方法 - Google Patents

用於離子植入系統之四氟化鍺與氫之混合物及使用彼等之離子植入方法 Download PDF

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TWI788551B
TWI788551B TW108111843A TW108111843A TWI788551B TW I788551 B TWI788551 B TW I788551B TW 108111843 A TW108111843 A TW 108111843A TW 108111843 A TW108111843 A TW 108111843A TW I788551 B TWI788551 B TW I788551B
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美商恩特葛瑞斯股份有限公司
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Abstract

本發明係關於經組態以將四氟化鍺(GeF4)與氫(H2)氣體之混合物遞送至離子植入裝置之方法及總成，因此H2以該氣體混合物之25%至67%(體積)範圍內之量存在，或GeF4及H2以3：1至33：67範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。該H2氣體在混合物中之使用量或相對於該GeF4氣體之使用量防止陰極材料揮發，藉此改良該離子植入裝置之效能及使用壽命。根據本發明之氣體混合物亦在離子植入程序期間產生顯著的Ge+電流增益及W+峰減小。

Description

用於離子植入系統之四氟化鍺與氫之混合物及使用彼等之離子植入方法
本發明係關於用於離子植入系統之組件之經增強使用壽命及效能的四氟化鍺及氫氣混合物。
如半導體製造中所實踐之離子植入涉及藉由撞擊基板上之此類物種之高能離子來將化學物種沈積至諸如微電子器件晶圓之基板中。為了產生離子植入物種，使可例如為摻雜物種之鹵化物或氫化物之摻雜氣體經受離子化。此離子化係使用離子源進行以產生離子束。
一旦在離子源處產生，則藉由提取、磁性過濾、加速/減速、分析器磁體處理、準直、掃描及磁力校正來處理離子束以產生撞擊於基板上之最終離子束。
已開發各種類型之離子源，包括經間接加熱之陰極離子源、Freeman、Bernas及各種其他離子源，但無論所採用之特定類型之離子源如何，離子源必須能夠持續延長時段連續操作，而合乎需要地不出現將需要離子源之停機、維護或修復之系統問題或減損。因此，離子源壽命為關於系統之有效及有成本效益的操作之離子植入系統之關鍵特徵。
離子源故障可歸因於各種原因，包括導致離子源之電弧電 流降低、效能降低及使用壽命縮短之負面地影響離子之熱離子發射的沈積物在陰極表面上之積聚，以及由於電弧室中自由氟之產生而來自作為四氟化鍺之此類摻雜氣體的有害蝕刻反應，以及導致陰極之物理完整性之損失及隨之而來的離子源之效能及使用壽命減少的陰極材料之剝離或濺鍍。
由於避免離子源故障且為了將離子源之操作效率及使用壽命維持在高位準下之需要，此項技術不斷努力以增強離子源在離子植入系統中之使用壽命及效能。
本發明係關於以所需量使用四氟化鍺(GeF4)及氫(H2)氣體以改良離子植入系統之組件之效能及使用壽命的方法及總成。該等方法及總成以彼此相對之所需量將GeF4及H2提供為預混合物或分開遞送以在離子植入腔室中提供混合物，其中GeF4及H2之相對量減少將以其他方式削弱離子植入系統之功能的陰極或其他源組分上之不合需要的材料積聚。
在一個態樣中，本發明係關於一種用於在離子植入腔室中提供包含四氟化鍺(GeF4)與氫(H2)氣體之氣體混合物的氣體供應總成。氣體供應總成包括一或多個流體供應封裝，其包括GeF4及H2氣體。氣體供應總成經組態以在離子植入腔室中提供包括GeF4與H2之氣體混合物，其中H2以氣體混合物之25%-67%(體積)範圍內之量存在，或GeF4及H2氣體以3：1至33：67範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
氣體供應總成可甚至經組態及操作以提供彼此相對之GeF4及H2氣體之更特定量，諸如其中H2以氣體混合物之37%-67%範圍內之量存在，或GeF4及H2以63：37至33：67範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
氣體供應總成可甚至經組態及操作以提供彼此相對之GeF4 及H2氣體之更特定量，諸如其中H2以氣體混合物之51-53%範圍內之量存在，或GeF4及H2以49：51至47：53範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
氣體供應總成之實施例可為其中GeF4及H2氣體以混合物形式存在於單一氣體供應單元(例如，罐或貯槽)中的彼等實施例，該混合物視情況包括一種或多種其他氣體(例如，惰性氣體)。氣體供應總成之實施例亦包括其中GeF4及H2氣體存在分離氣體供應單元中的彼等實施例，其中該總成經組態以根據本發明之所需量提供GeF4及H2氣體。舉例而言，氣體供應總成可視情況包括經組態以接收用於混合及分配至離子植入腔室之GeF4及H2氣體的流動線路系統，因此氣體在遞送之後以所需量存在於腔室中。
在另一態樣中，本發明係關於一種在基板中植入鍺之方法。該方法包括將GeF4及H2氣體引入至離子植入腔室中之步驟，其中引入將包含GeF4與H2之氣體混合物提供於離子植入腔室中，其中H2以25%-67%範圍內之量存在，或GeF4及H2以3：1至33：67範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
可使用所需操作條件，諸如所需射束電流、電弧電壓、源極射束電流、氣流速率及壓力執行方法。在例示性實踐模式中且根據與本發明相關聯之本發明研究，當離子植入裝置包括在離子植入製程期間在腔室中產生氟化鎢之鎢電弧室、襯墊、長絲及/或陰極時，H2氣體在混合物中之使用量或相對於GeF4氣體之使用量攔截鎢-氟反應且減少氟化鎢形成。此外，使用根據本發明之GeF4及H2氣體之所需量在離子植入程序期間產生顯著的Ge+電流增益及W+峰減小。
繼而，此減少離子植入裝置之陰極及其他源組件上之氟化 鎢塗層或沈積，藉此改良功能且顯著降低植入程序將被離子源故障中斷之可能性。
本發明之各種新穎及創造性主題之其他態樣、特徵及實施例將自隨後描述及所附申請專利範圍更充分地顯而易見。
100:離子植入處理系統
101:離子植入腔室
102:儲存及分配容器
104:容器壁
105:離子束
108:閥頭
110:壓力感測器
114:質量流量控制器
116:離子源
117:分配管線
118:管線
120:泵
122:質量分析器單元
124:加速電極陣列
126:偏轉電極
128:基板元件
130:可旋轉固持器
132:轉軸
140:管線
142:泵
144:管線
146:泵
200:離子植入處理系統
201:離子植入腔室
202:儲存及分配容器
204:容器壁
205:離子束
208:閥頭
210:壓力感測器
212:排出管線
214:質量流量控制器
216:離子源
217:分配管線
218:管線
220:泵
222:質量分析器單元
224:加速電極陣列
226:偏轉電極
228:基板元件
230:可旋轉固持器
232:轉軸
240:管線
242:泵
244:管線
246:泵
260:混合腔室
262H:2氣體供應容器
266容:器進料管線
270:氣體進料管線
280:閥頭
圖1為根據本發明之一個態樣的具有單一流體供應封裝及相關聯離子植入裝置之氣體供應總成的示意性表示。
圖2為根據本發明之另一態樣的具有多個流體供應封裝及相關聯離子植入裝置之氣體供應總成的示意性表示。
圖3為顯示在使用GeF4之恆定流動的離子植入製程中呈各種H2混合物百分比之射束電流變化的圖式。
圖4為顯示在使用GeF4及各種電弧電壓之恆定流動的離子植入製程中各種H2混合物百分比下之陰極重量變化速率的圖式。
圖5為顯示對產生於使用GeF4及各種H2混合物百分比之恆定流動的離子植入製程中之各種離子物種的射束電流變化之AMU射束光譜分析的圖式。
本申請案主張2018年5月17日申請之美國臨時申請案第62/672,879號之權益，該文獻出於所有目的特此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設備及製程，且更具體言之，係關於用於改良離子植入裝置之效能及使用壽命之裝置及方法。
本發明描述以所需量向離子植入系統提供四氟化鍺(GeF4) 及氫(H2)氣體之氣體供應總成。另外，本發明係關於用於以所需量將GeF4及H2氣體遞送至離子植入系統，以便在離子植入製程期間提供操作改良之方法。本發明亦提供用於離子植入以及使用GeF4與H2氣體之混合物的方法，及離子植入系統，其包括與離子植入系統之一或多個組件氣體連通的氣體供應總成。
如在本文中關於其特徵、態樣及實施例不同陳述之本發明可在特定實施方案中構成為包含以下、由以下組成或主要由以下組成：此等特徵、態樣及實施例中之一些或全部，以及經聚集以構成本發明之各種其他實施方式的元件及其組件。本發明在本文中陳述於各種實施例中，且參考本發明之各種特徵及態樣。本發明涵蓋在本發明之範疇內的各種排列及組合中之此類特徵、態樣及實施例。因此，本發明可指定為包含此等特定特徵、態樣及實施例之此類組合及排列中之任一者或其所選擇之一或多者、由其組成或基本上由其組成。
本發明之化合物、組合物、特徵、步驟及方法可在特定實施例中藉由在相對於本文中所闡述之其各種規格及例證適當時，排除特定取代基、同位素、部分、結構、成分、特徵、步驟或條件之條件或限制來進一步指定。除非另外提及，否則在體積方面描述氣體物種之量。
以所需量向離子植入系統提供GeF4及H2氣體的本發明之氣體供應總成及方法提供優於使用與本發明所涵蓋之物不同的氣體之量或類型之總成及方法的益處。可藉由比較根據本發明及如此項技術中所理解之各種氣體混合物及操作條件來理解該等益處。
在本發明之氣體供應總成及方法中，GeF4被用作「摻雜氣體」，其係指包括鍺摻雜物種，亦即，待植入於離子植入基板中之物種的 氣相材料。GeF4之氟可被稱作GeF4摻雜氣體之非摻雜組分。在本發明之較佳態樣中，摻雜氣體由GeF4組成，或基本上由GeF4(亦即，其中如相對於GeF4之量所量測，存在小於1%體積之不同於GeF4之任何其他一或多種摻雜氣體物種)組成。在其他態樣中，GeF4可視情況與一或多種其他不同摻雜氣體物種，諸如鍺烷、三氟化硼、二硼烷、四氟化矽、矽烷、膦及胂一起使用。若使用一或多種不同摻雜氣體物種，則GeF4較佳為用於系統中之主要氣體物種(亦即，以高於任何其他視情況選用之摻雜氣體物種之量使用)，諸如較佳大於50%、60%或更高、70%或更高、80%或更高、90%或更高、或95%或更高之用於氣體供應總成或相關聯方法中之摻雜氣體之總量。若一或多種視情況選用之摻雜氣體物種被用於供應總成或相關聯方法中，則可相對於GeF4氣體之量量測所用H2之量。
所用GeF4氣體可基於Ge之天然同位素組合物，或可經同位素增濃以用於某些Ge同位素。鍺具有五種天然存在之同位素，其為70Ge、72Ge、73Ge、74Ge及76Ge，其中74Ge為最常見之鍺同位素，天然豐度為36.28%。此後為天然豐度為27.54%之72Ge、天然豐度為20.84%之70Ge、天然豐度為7.73%之73Ge及天然豐度為7.61%之76Ge。在一較佳實施例中，本發明之氣體供應總成及方法使用GeF4中之Ge之天然同位素分佈作為摻雜氣體。
在其他實施例中，經同位素增濃之GeF4氣體可與H2一起用於本發明之方法中。舉例而言，若使用經同位素增濃之GeF4氣體，則GeF4包括經同位素增濃至高於70Ge、72Ge、73Ge、74Ge及76Ge中之至少一種鍺同位素之天然豐度水準的鍺。舉例而言，經同位素增濃之GeF4氣體可包括至少經同位素增濃以用於72Ge同位素，諸如增濃至高於鍺同位素總 量之50%之量的鍺。作為另一實例，經同位素增濃之GeF4氣體可包括至少經同位素增濃以用於72Ge同位素，諸如增濃至高於鍺同位素總量之50%之量的鍺。適用於本發明之離子植入氣體供應總成及方法之經同位素增濃之GeF4氣體描述於美國專利第8237134號(Kaim等人)中，該文獻之揭示內容以引用之方式併入本文中。
在本發明之氣體供應總成及方法中，H2被用作「非摻雜氣體」，但其在與GeF4氣體一起使用以攔截鎢-氟反應且減少氟化鎢形成時有效。根據本發明之H2之使用亦可提供其他益處，諸如在離子植入程序期間改良Ge+電流增益及W+峰減小。在本發明之較佳態樣中，非摻雜氣體由H2組成，或基本上由H2組成(亦即，其中如相對於H2之量所量測，存在小於1%體積之不同於H2之任何其他一或多種非摻雜氣體物種)。在其他態樣中，H2可視情況與一或多種其他不同非摻雜氣體物種一起使用。此類其他非摻雜氣體物種可描述為「稀釋氣體」或「補充氣體」或「共物種氣體」。不同於H2之非摻雜氣體物種之實例包括氦、氮、氖、氬、氙及氪，其亦被視為惰性氣體且不與與本發明之氣體供應總成或離子植入裝置相關聯之其他化合物或材料反應。
若使用一或多種不同非摻雜氣體物種，則H2較佳為用於該系統中之主要氣體物種(亦即，以高於任何其他視情況存在之非摻雜氣體物種之量使用)，諸如較佳高於50%、60%或更高、70%或更高、80%或更高、90%或更高、或95%或更高之用於氣體供應總成或相關聯方法中之非摻雜氣體物種的總量。若一或多種視情況選用之非摻雜氣體物種被用於供應總成或相關聯方法中，則可相對於GeF4氣體之量量測所用H2之量。
一般而言，氣體供應總成能夠在離子植入腔室中提供包括 四氟化鍺(GeF4)與氫(H2)氣體之氣體混合物，其中H2以約25%至約67%(體積)範圍內之量存在於混合物中，或GeF4及H2以約3：1至約33：67範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。舉例而言，在一些實施例中，氣體供應總成能夠提供由GeF4與H2組成或基本上由其組成之氣體混合物(亦即，若存在，則小於非GeF4或非H2氣體中之一或多者之1%)。因此，混合物可包含約33%至約75%範圍內之GeF4的體積及在約25%至約67%範圍內之H2的體積。氣體供應總成可能夠提供由在如本文中所描述之較特定量或比率範圍中之任一者的GeF4及H2組成或基本上由其組成的氣體混合物。
若與GeF4及氫H2氣體一起使用不同於GeF4之摻雜氣體或不同於H2之非摻雜氣體中之一或多者，則GeF4及H2之相對量可保持於如本文中所描述之比率範圍內。舉例而言，若氣體供應總成能夠提供GeF4與H2之約90%的氣體混合物，則剩餘10%之氣體可為不同於GeF4之摻雜氣體及/或不同於H2之非摻雜氣體中的一或多者。因此，在此類情境中且藉助於實例，混合物可包括約20%至約60%範圍內之GeF4的體積及約30%至約70%範圍內之H2的體積。在其中使用非GeF4或非H2氣體中之一或多者之不同量的實施例中，可鑒於本文中所提供之指導容易地測定GeF4及H2之其他量範圍。
在一更特定實施例中，氣體供應總成能夠在離子植入腔室中提供包括GeF4與H2氣體之氣體混合物，其中H2以約37%至約67%(體積)範圍內之量存在於混合物中，或GeF4及H2以約63：37至約33：67範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
在一更特定實施例中，氣體供應總成能夠在離子植入腔室中提供包括GeF4與H2氣體之氣體混合物，其中H2以約42%至約62%(體 積)範圍內之量存在於混合物中，或GeF4及H2以約29：21至約19：31範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
在一更特定實施例中，氣體供應總成能夠在離子植入腔室中提供包括GeF4與H2氣體之氣體混合物，其中H2以約45%至約59%(體積)範圍內之量存在於混合物中，或GeF4及H2以約11：9至約41：59範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
在一更特定實施例中，氣體供應總成能夠在離子植入腔室中提供包括GeF4與H2氣體之氣體混合物，其中H2以約47%至約57%(體積)範圍內之量存在於混合物中，或GeF4及H2以約53：47至約43：57範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
在一更特定實施例中，氣體供應總成能夠在離子植入腔室中提供包括GeF4與H2氣體之氣體混合物，其中H2以約49%至約55%(體積)範圍內之量存在於混合物中，或GeF4及H2以約51：49至約9：11範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
在一更特定實施例中，氣體供應總成能夠在離子植入腔室中提供包括GeF4與H2氣體之氣體混合物，其中H2以約51%至約53%(體積)範圍內之量存在於混合物中，或GeF4及H2以約49：51至約47：53範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
如本文中所論述，在本發明之氣體供應總成中，GeF4及H2可混合於單一流體供應封裝，諸如單一罐或貯槽中。GeF4及H2可以本文中所描述之比率範圍中之任一者存在於單一流體供應封裝中而無存在於貯槽中之任何其他氣體；可具有極小量(小於1%)之一或多種其他非GeF4及非H2氣體存在於單一流體供應封裝中；或可具有較高量，諸如多於1%， 諸如在1-20%、1-10%或1-5%範圍內的量之一或多種其他非GeF4及非H2氣體存在於單一流體供應封裝中。
氣體供應總成可屬於任何適合的類型，且可例如包含高壓氣缸或內部壓力調節之氣體供應容器，諸如可以商標VAC®商購自Entegris,Inc.(Billerica,Massachusetts,USA)之彼等內部壓力調節之氣體供應容器，或基於吸附劑之氣體供應容器，諸如可以商標SDS®商購自Entegris,Inc.(Billerica,Massachusetts,USA)之彼等基於吸附劑之氣體供應容器。
使用單一流體供應封裝，GeF4及H2經配置於待流動至離子源以供應其之離子植入系統中，其中GeF4氣體與H2氣體彼此混合。
替代地，在氣體供應總成中，GeF4及H2可存在於分離的流體供應封裝(例如，諸如罐或貯槽A以及罐或貯槽B)中。若GeF4及H2存在於呈分離流體供應封裝中之總成中，則GeF4及H2可處於呈無溶劑/純形式之封裝中。替代地，GeF4及H2流體供應封裝體可視需要包括一或多種其他非GeF4及非H2氣體。
若GeF4及H2氣體存在於分離流體供應封裝中，則總成可進一步包括流動線路系統，其經組態以接收來自含GeF4之氣體供應封裝的GeF4氣體及來自含H2之氣體流體供應封裝的H2氣體，以用於其混合以形成用於分配至離子植入腔室之GeF4與H2氣體之混合物。流動線路系統可經組態以分配GeF4及H2氣體，使得其以如本文中所描述之範圍中之任一者中的量存在於離子植入腔室中。
在各種實施例中，流動線路系統可包括混合腔室，其經配置以自各別流體供應封裝接收GeF4氣體及H2氣體，以用於其混合以形成 用於分配至離子植入腔室之GeF4氣體與H2氣體之混合物。
在各種實施例中，流動線路系統可包括閥調，其經組態以選擇性地實現混合腔室中之GeF4氣體與H2氣體的混合，以及替代地選擇性地使得GeF4氣體與H2氣體能夠分開流動至離子植入裝置之腔室。閥調可組態以調節氣體之流動，因此GeF4氣體及H2氣體之量在如本文中所描述之範圍中的任一者內。
在各種實施例中，流動線路系統可包括諸如導管之氣流管道，其中H2氣體之管道大於GeF4氣體之管道，其中導管之較大尺寸設定允許相對於GeF4氣體提供較大體積之H2氣體的流動。如此，導管之尺寸設定可提供氣體之流量，因此GeF4氣體及H2氣體之量在如本文中所描述之範圍中的任一者中。
流動線路系統可經組態以分配GeF4及H2氣體，使得當其存在於離子植入腔室中時，GeF4及H2以約1：3至約33：67範圍內、約63：37至33：67範圍內、約29：21至約19：31範圍內、約11：9至約41：59範圍內、約53：47至約43：57範圍內、約51：49至約9：11範圍內或約49：51至約47：53範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
在各種實施例中，氣體供應總成可包含處理器，其經組態以控制來自含GeF4之氣體供應封裝之GeF4氣體的分配及來自H2氣體供應封裝之H2氣體的分離分配。在此類總成中，處理器可經組態以控制H2氣體之分配，使得H2氣體在離子植入期間持續分配，且處理器經組態以控制GeF4氣體之分配，使得GeF4在H2氣體之分配期間間歇地分配，或使得GeF4氣體在H2氣體之分配後依序分配。使用連續或間歇分配，處理器可經組態以分配氣體，因此H2及GeF4氣體之量在如本文中所描述之範圍中 的任一者中。
在一些實踐模式中，使GeF4氣體及H2氣體依序流動至離子源以用於其中之離子化。可利用各別GeF4氣體及H2氣體之相等基於時間之流動以任何適合的方式實施此類依序操作，或替代地，各別基於時間之流動可彼此不同，或以其他方式經調變以提供具有所需特徵之經摻雜基板。
在方法之各種實施例中，GeF4氣體及H2氣體彼此混合地流動至離子源以用於產生用於植入之鍺摻雜物種。進行其中使GeF4氣體及H2氣體依序流動至離子源以用於產生用於植入之鍺摻雜物種的方法之其他實施例。
在另一態樣中，本發明係關於一種改良經配置以自GeF4原料產生用於離子植入之鍺離子摻雜物種的離子源之效能及壽命的方法。在一實踐模式中，GeF4氣體及H2氣體彼此混合地流動至離子源以用於產生用於植入之鍺摻雜物種。在此類方法之另一實施例中，使GeF4氣體及H2氣體依序流動至離子源以用於產生用於植入之鍺摻雜物種。
可使用所需操作條件，諸如所需射束電流、電弧電壓、源極射束電流、氣流速率及壓力執行方法。在例示性實踐模式中且根據與本發明相關聯之本發明研究，當離子植入裝置包括可在離子植入製程期間在腔室中產生一或多種氟化鎢物種(WF6、WF5、WF4、WF3、WF2、WF)之鎢絲時，H2氣體在混合物之使用量或相對於GeF4氣體之使用量阻礙氟化鎢物種之形成且減少鎢沈積物之長絲損失及積聚。
在上文及各種方法實施例中不同描述之氣體供應總成中，以本文中所描述之量使用之H2氣體與GeF4氣體，且當存在於離子植入腔 室中之混合物中時攔截鎢-氟反應且減少氟化鎢形成。
結果可為防止材料沈積物形成於電弧室之表面上的效果。舉例而言，以本文中所描述之量使用的GeF4及H2氣體混合物可有效地防止在電弧室之壁表面、絕緣體或其他表面處的沈積物。電弧室中之殘餘物之經減少存在可影響離子植入系統的經改良效能。作為一個實例，存在於絕緣體處之殘餘物可藉由短路減少或防止發生電故障，該短路可直接由絕緣體上之殘餘物構建引起。
使用以本文中所描述之量使用的GeF4與H2氣體混合物亦可改良長絲效能或長絲使用壽命。舉例而言，使用H2氣體以防止鎢-氟反應可繼而減少氟化鎢形成且防止電弧室材料之損失。結果可為經延長使用壽命及經改良離子植入效能。
舉例而言，在操作離子植入系統之時段期間，電流或功率流經長絲及/或陰極，同時為植入腔室提供以本文中所描述之量使用的GeF4與H2之混合物。若存在長絲或陰極材料之任何損失或增益，諸如可藉由比較長絲或陰極在操作時段之前及之後的重量變化來測定，則重量損失或增益小於長絲在相同時段及操作條件(但不以本文中所描述之量引入H2)內之重量損失或增益。舉例而言，以相對於GeF4氣體之量使用H2氣體，長絲或陰極之重量損失或增益可在相同時段及操作條件(但不以本文中所描述之量使用H2)內減小。
本發明涵蓋如不同構成之包括氣體供應總成之離子植入系統。
在本發明之方法中，單獨或與GeF4氣體混合之H2氣體可以一或多種所需流動速率流動至離子植入腔室中。氣體或氣體混合物之流速 可以標準立方公分/分鐘(sccm)之流速單位量測。在本發明之方法實施例中，引入至離子植入腔室中之H2氣體之流量係以0.2sccm或更高之流動速率。在更特定實施例中，以0.5至2sccm範圍內之流動速率、以0.75至1.75sccm範圍內之流動速率或以1.0至1.5sccm範圍內之流動速率將H2氣體引入至離子植入腔室中。
在本發明之方法中，單獨或與H2氣體混合之GeF4氣體可以一或多種所需流動速率流動至離子植入腔室中。在本發明之方法實施例中，引入至離子植入腔室中之GeF4氣體之流量係以0.2sccm或更高之流動速率。在更特定實施例中，以0.5至2sccm範圍內之流動速率、以0.75至1.75sccm範圍內之流動速率或以1.0至1.5sccm範圍內之流動速率將惰性GeF4引入至離子植入腔室中。
若GeF4及H2自分離流體供應封裝遞送至離子植入腔室，則各氣體之流動速率可經調節以以本發明之範圍中之任一者的量提供GeF4/H2混合物。在實施例中，以大於GeF4氣體遞送至離子植入腔室中之速率的速率將H2氣體自其流體供應封裝遞送。舉例而言，H2氣體之流動速率可比GeF4氣體之流動速率高高達5%、高達10%、高達15%、高達20%、高達25%、高達30%、高達35%、高達40%、高達45%、高達50%、高達60%或高達70%。
在各種實踐模式中，可相對於H2氣體至離子植入腔室之流量而間歇將GeF4氣體引入至離子植入腔室中。在此類實施例中，GeF4氣體之間歇流動及H2氣體之恆定流動可以本發明範圍中之任一者的量提供GeF4/H2混合物。在各種實踐模式中，可相對於H2氣體至離子植入腔室之流量而連續將GeF4氣體引入至離子植入腔室中。在此類實施例中，GeF4 及H2氣體之連續流動可以本發明範圍中之任一者的量提供GeF4/H2混合物。
本發明涵蓋一種操作離子植入系統以增加維持事件之間的使用壽命之方法，其中該方法包括以本發明範圍中之任一者的量提供GeF4/H2混合物，同時操作離子植入系統以將鍺沈積於基板中。
各種離子植入系統操作條件可結合至離子植入系統之腔室中之GeF4及H2氣體之流動而使用。在操作離子植入系統同時引入GeF4及H2氣體之方法中，射束電流可具有大於約0.5mA，諸如在約1至約3mA範圍內之射束電流、在約3至約5mA範圍內之射束電流、在約5至約7mA範圍內之射束電流、在約7至約10mA範圍內之射束電流或甚至高於10mA之射束電流。
在實踐模式中，以30V至150V範圍內之電弧電壓及5mA至80mA之源極射束提供所列舉範圍中之任一者中的射束電流。在使用離子植入系統之一個例示性操作模式中，以90V之電弧電壓及30mA之源極射束下提供所列舉範圍中之任一者中的射束電流。
現參看圖式，圖1為根據本發明之一個態樣的具有氣體供應總成之離子植入處理系統的示意性表示。
離子植入處理系統100包括儲存及分配容器102，其含有具有以本發明之範圍中之任一者的量容納GeF4與H2氣體之混合物的內部容積，該混合物供應以用於對所說明之離子植入腔室101中之基板128進行離子植入摻雜。儲存及分配容器可為含有在其上以物理方式吸附摻雜氣體以用於儲存氣體之吸著劑介質之類型，其中氣體在分配條件下自吸著劑介質解吸附以用於自容器排出。吸著劑介質可為固相碳吸附劑材料。此類類 型之基於吸著劑的容器可以商標SDS及SAGE商購自Entegris,Inc.(Danbury,Conn.,USA)。替代地，容器可屬於在容器之內部容積中含有一或多個壓力調節器之內部壓力調節類型。此類壓力調節之容器可以商標VAC商購自Entegris,Inc.(Danbury,Conn.,USA)。作為又另一替代方案，容器可含有呈固態形式之摻雜源材料，其例如藉由加熱容器及/或其內含物而揮發，以產生作為汽化或昇華產物之摻雜氣體。此類類型之固體遞送容器容器可以商標ProEvap商購自Entegris,Inc.(Danbury,Conn.,USA)。
在圖1中，儲存及分配容器102包含圓柱形容器壁104，其圍封容納呈吸附狀態、自由氣體狀態或液化氣體狀態或其混合物之GeF4與H2氣體之混合物的內部容積。
儲存及分配容器102包括閥頭108，其經由分配管線117以氣體流動連通方式耦接。壓力感測器110可與質量流量控制器114一起安置於管線117中；其他視情況選用之監視及感測組件可與管線耦接，且與控制構件，諸如致動器、回饋及電腦控制系統、循環計時器等介接。
在所說明之系統100中，離子植入腔室101含有接收來自管線117之GeF4與H2氣體之經分配混合物的離子源116且產生離子束105。離子束105通過質量分析器單元122，其選擇所需離子且拒絕非選擇之離子。
所選擇之離子通過加速電極陣列124且接著通過偏轉電極126。所得聚焦離子束撞擊於基板元件128上，該基板元件安置於安裝於轉軸132上之可旋轉固持器130上。摻雜離子之離子束視需要用以摻雜基板以形成經摻雜結構。
離子植入腔室101之各別部分分別藉助於泵120、142及146經由管線118、140及144排空。
圖2為根據本發明之另一態樣之離子植入處理系統系統的示意性表示，其中GeF4及H2氣體係自分離流體供應單元分配。在圖2中，儲存及分配容器202包含圓柱形容器壁204，其圍封容納呈吸附狀態、自由氣體狀態或液化氣體狀態之GeF4氣體之內部容積。
儲存及分配容器202包括閥頭208，其經由分配管線217與混合腔室260(其為視情況選用之)以氣體流動連通方式耦接，繼而接合至排出管線212。壓力感測器210與質量流量控制器214一起安置於管線212中；其他視情況選用之監視及感測組件可與管線耦接，且與控制構件，諸如致動器、回饋及電腦控制系統、循環計時器等介接。
混合腔室260(若使用)亦可與氣體進料管線270以流動連通方式接合，該氣體進料管線與H2氣體供應容器262耦接。容器262至少包括H2氣體，且視情況含有非H2氣體，諸如惰性氣體。
容器262由主要容器部分形成，該主要容器部分緊固閥頭280，其繼而與補充容器進料管線266耦接。進料管線266藉由此類配置將H2氣體遞送至混合腔室260，以提供含有GeF4及H2氣體之氣體混合物以用於傳遞至植入機之離子源。出於此類目的，容器進料管線266及分配管線217可配備有適合的閥、控制器及/或感測器以用於人工地或自動地控制自容器分配之材料的流動或其他特性，且此類閥、控制器及/或感測器可以任何適合方式與對應進料/分配管線耦接或連接至對應進料/分配管線。
此類閥可繼而與以操作方式連結至中央處理器單元(CPU)之閥致動器耦接。CPU可以信號通信關係與前述控制器及/或感測器耦 接，且以可程式化方式配置以相對於彼此控制自容器中之每一者分配之流體的速率、條件及量，使得來自混合腔室260於管線212中流動之GeF4與H2氣體混合物具有用於進行離子植入操的所需組成、溫度、壓力及流動速率。
在所說明之系統200中，離子植入腔室201含有接收自管線212分配之GeF4與H2氣體混合物的離子源216且產生離子束205。離子束205通過質量分析器單元222，其選擇所需離子且拒絕非選擇之離子。
所選擇之離子通過加速電極陣列224且接著通過偏轉電極226。所得聚焦離子束撞擊於安置於安裝於轉軸232上之可旋轉固持器230上的基板元件228上。摻雜離子之離子束視需要用以摻雜基板以形成經摻雜結構。
離子植入腔室201之各別部分分別藉助於泵220、242及246經由管線218、240及244排空。
最後，應瞭解，在如本文中不同揭示之在離子植入系統操作中利用GeF4與H2氣體混合物在此項技術中達成實質性進展，使得離子植入系統之操作壽命能夠大幅增加，且離子植入系統之總效率能夠增強。
實例
實例1
使用GeF 4 /H 2 混合物之離子植入(射束電流)
一種具有以下特徵之離子植入設備：具有鎢弧室及襯墊之經間接加熱陰極(IHC)源之植入物測試立件係在90V之電弧電壓(ArcV)及30mA之源極射束下操作。至植入腔室中之GeF4流量保持1sccm之恆定速率。至腔室中之H2之混合物在0%至67%範圍內變化。隨至腔室中之H2之 混合物百分比變化而量測射束電流。結果顯示於圖3中。
實例2
使用GeF 4 /H 2 混合物之離子植入(陰極重量變化)
在90V、75V及60V下之各種電弧電壓(ArcV)及30mA下之源極射束下操作根據實例1之離子植入裝置。至植入腔室中之GeF4流量保持1sccm之恆定速率。至腔室中之H2百分比之混合物在0%至56%範圍內變化。在運行時段之後量測陰極之重量變化之速率(公克/小時)。結果顯示於圖4中。
實例3
使用GeF 4 /H 2 混合物之離子植入(射束光譜分析)
在90V之電弧電壓及30mA之源極射束下操作根據實施例1之離子植入裝置。至植入腔室中之GeF4流量保持1sccm之恆定速率。至腔室中之H2百分比之混合物在0%、50%及67%下變化。執行AMU射束光譜分析，從而允許比較各種離子物種之射束電流的變化。結果顯示於圖5中。
態樣
態樣1. 一種用於在離子植入腔室中提供包含四氟化鍺(GeF4)與氫(H2)氣體之氣體混合物的第一氣體供應總成，其包含：一或多個包含GeF4及H2之流體供應封裝，其中該總成經組態以在離子植入腔室中提供包含GeF4與及H2之氣體混合物，其中H2以該氣體混合物之25%至67%(體積)範圍內之量存在，或GeF4及H2以3：1至33：67範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
態樣2. 如態樣1之氣體供應總成，其中H2以該氣體混合物 之37%至67%範圍內之量存在，或GeF4及H2以63：37至33：67範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
態樣3. 如態樣1之氣體供應總成，其中H2以該氣體混合物之42%至62%範圍內之量存在，或GeF4及H2以29：21至19：31範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
態樣4. 如態樣1之氣體供應總成，其中H2以該氣體混合物之45%至59%範圍內之量存在，或GeF4及H2以11：9至41：59範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
態樣5. 如態樣1之氣體供應總成，其中H2以該氣體混合物之47%至57%範圍內之量存在，或GeF4及H2以53：47至43：57範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
態樣6. 如態樣1之氣體供應總成，其中H2以該氣體混合物之49%至55%範圍內之量存在，或GeF4及H2以51：49至9：11範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
態樣7. 如態樣1之氣體供應總成，其中H2以該氣體混合物之51%至53%範圍內之量存在，或GeF4及H2以49：51至47：53範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
態樣8. 如前述態樣中任一項之氣體供應總成，其中該等氣體基本上由GeF4及H2組成。
態樣9. 如態樣1至7中任一項之氣體供應總成，其進一步包含選自由以下組成之群的惰性氣體：氬、氦、氖、氮、氙及氪。
態樣10. 如前述態樣中任一項之氣體供應總成，其中GeF4及H2混合於單一流體供應封裝中。
態樣11. 如態樣1至9中任一項之氣體供應總成，其中GeF4存在於含GeF4之氣體供應封裝中且H2存在於分離的含H2之氣體供應封裝中。
態樣12. 如態樣11之氣體供應總成，其中該總成進一步包含流動線路系統，其經組態以自該含GeF4之氣體供應封裝接收GeF4且自該含H2之氣體供應封裝接收H2，以用於其混合以形成用於分配至該離子植入腔室之GeF4與H2之混合物。
態樣13. 如態樣12之氣體供應總成，其中該流動線路系統包含：(i)混合腔室，其經配置以自其各別流體供應封裝接收該等GeF4及H2，以用於其混合以形成用於分配至該離子植入腔室之該GeF4與H2之混合物，或(ii)閥調，其經組態以選擇性地使得該等GeF4及H2能夠在混合腔室中混合，且替代地選擇性地使得該等GeF4及H2能夠分別流動至該離子植入腔室。
態樣14. 如態樣11之氣體供應總成，其進一步包含處理器，其經組態以控制自其各別流體供應封裝之GeF4及H2之分配。
態樣15. 如態樣14之氣體供應總成，其中該處理器經組態以控制H2之分配，使得其在離子植入期間持續分配，且該處理器經組態以控制H2之分配，使得GeF4在惰性氣體之分配期間間歇地分配，或使得GeF4在H2之分配後依序分配。
態樣16. 如前述態樣中任一項之氣體供應總成，其中GeF4未經同位素增濃。
態樣17. 一種離子植入系統，其包含如態樣1至16中之任一者之氣體供應總成。
態樣18. 如態樣17之離子植入系統，其包含含鎢之長絲。
態樣19. 一種將鍺植入於基板中之方法，其包含將四氟化鍺(GeF4)及氫(H2)氣體引入至離子植入腔室中，其包含，其中引入在離子植入腔室中提供包含GeF4與H2之氣體混合物，其中H2以25%至67%範圍內之量存在，或GeF4及H2以3：1至33：67範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
態樣20. 如態樣19之方法，其中該方法提供高於0.5mA之射束電流。
態樣21. 如態樣19之方法，其中該方法提供高於1mA至3mA之射束電流。
態樣22. 如態樣19之方法，其中該方法提供高於3mA至5mA範圍內之射束電流。
態樣23. 如態樣19之方法，其中該方法提供大於5mA至7mA之射束電流。
態樣24. 如態樣19之方法，其中該方法提供高於7mA至10mA之射束電流。
態樣25. 如態樣20至24中任一項之方法，其中該射束電流係在90V之電弧電壓及30mA之源極射束下提供。
態樣26. 如態樣20至24中任一項之方法，其中該射束電流係在30V至150V之電弧電壓及5mA至80mA之源極電流下提供。
態樣27. 如態樣19之方法，其中H2係以0.2sccm或更高之速率流動至該離子植入腔室中。
態樣28. 如態樣27之方法，其中H2係以0.5sccm至2.0sccm範圍內之速率流動至該離子植入腔室中。
態樣29. 如態樣19之方法，其中GeF4係以0.2sccm或更高之速率流動至該離子植入腔室中。
態樣30. 如態樣29之方法，其中GeF4係以0.5sccm至2.0sccm範圍內之速率流動至該離子植入腔室中。
態樣31. 如態樣19至30中任一項之方法，其中GeF4及H2分開流入該離子植入腔室中。
態樣32. 如態樣19至30中任一項之方法，其中GeF4及H2混合於單一流體供應封裝中。
儘管本發明已參照特定態樣、特徵及說明性實施例在本文中闡述，應瞭解，本發明之效用不因此具有侷限性，而延伸且涵蓋將基於本文中之說明書向本發明之領域中之一般技術者表明自身之大量其他變型、修改及替代性實施例。相應地，如在下文中所主張之本發明意欲概括地理解及解釋為包括在其精神及範疇內之所有此類變型、修改及替代性實施例。

Claims (9)

  1. 一種用於在離子植入腔室中提供包含四氟化鍺(GeF4)與氫(H2)氣體之氣體混合物的氣體供應總成，其包含：一或多個包含GeF4及H2之流體供應封裝，其中該總成經組態以在離子植入腔室中提供包含GeF4與H2之氣體混合物，其中H2以該氣體混合物之47體積%至57體積%範圍內之量存在，或GeF4及H2以53：47至43：57範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
  2. 如請求項1之氣體供應總成，其中H2以該氣體混合物之49體積%至55體積%範圍內之量存在，或GeF4及H2以51：49至9：11範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
  3. 如請求項1之氣體供應總成，其中H2以該氣體混合物之51體積%至53體積%範圍內之量存在，或GeF4及H2以49：51至47：53範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
  4. 如請求項1至3中任一項之氣體供應總成，其中該等氣體基本上由GeF4及H2組成。
  5. 如請求項1至3中任一項之氣體供應總成，其進一步包含選自由以下組成之群的惰性氣體：氬氣、氦氣、氖氣、氮氣、氙氣及氪氣。
  6. 如請求項1至3中任一項之氣體供應總成，其中GeF4及H2混合於單一流體供應封裝中。
  7. 如請求項1至3中任一項之氣體供應總成，其中GeF4存在於含GeF4之氣體供應封裝中且H2存在於分離的含H2之氣體供應封裝中。
  8. 如請求項1至3中任一項之氣體供應總成，其中GeF4未經同位素增濃。
  9. 一種將鍺植入於基板中之方法，其包含將四氟化鍺(GeF4)及氫(H2)氣體引入至離子植入腔室中，其中引入在離子植入腔室中提供包含GeF4與H2之氣體混合物，其中H2以47體積%至57體積%範圍內之量存在，或GeF4及H2以53：47至43：57範圍內之體積比(GeF4：H2)存在。
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