離子植入系統(tǒng)以及處理基板的方法
【專利摘要】處理基板的技術(shù)可由離子植入系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，此離子植入系統(tǒng)包括具有離子源腔室的離子源。離子源腔室具有定義離子產(chǎn)生區(qū)及萃取孔的壁，經(jīng)由萃取孔萃取離子產(chǎn)生區(qū)中產(chǎn)生的離子。萃取系統(tǒng)位于靠近萃取孔的離子源下游。材料源包括包含第一材料的第一源、包含第二材料的第二源、及第一導(dǎo)管與第二導(dǎo)管，第一導(dǎo)管可與第一源及離子源腔室連通，以提供來自第一源的第一材料至離子源腔室，且第二導(dǎo)管與第二源連通。離子源腔室外側(cè)的第一區(qū)提供來自第二源的第二材料至第一區(qū)。
【專利說明】離子植入系統(tǒng)以及處理基板的方法
[0001]交叉引用
[0002]本發(fā)明是2011年3月30申請(qǐng)的美國臨時(shí)申請(qǐng)案編號(hào)第61/617，904號(hào)的非臨時(shí)申請(qǐng)案，且本發(fā)明主張美國臨時(shí)申請(qǐng)案編號(hào)第61/617，904號(hào)的優(yōu)先權(quán)。美國臨時(shí)申請(qǐng)案編號(hào)第61/617，904號(hào)的標(biāo)題為“改善離子源效能及延長離子源壽命的技術(shù)(Techniques ForImproving The Performance And Extending The Lifetime Of An 1n Source) ”。上述美國臨時(shí)申請(qǐng)案編號(hào)第61/617，904號(hào)以全文參考的方式并入。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本揭示涉及處理基板的技術(shù)，更特別是涉及使用具有經(jīng)改善的離子源的離子植入來處理基板的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0004]離子植入制程是使用于制造(特別是)電子及光學(xué)組件。使用離子植入來植入雜質(zhì)或摻質(zhì)以改變基板的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)。在集成電路(IC)制造中，基板可以是硅基板，且可使用上述制程來改變基板的電性。在太陽能電池制造中，可使用上述制程來改變基板的光學(xué)性質(zhì)和/或電性。由于經(jīng)植入在基板中的雜質(zhì)或摻質(zhì)可影響最終組件的效能，一個(gè)精確且均勻的植入輪廓(implant profile)是需要的。
[0005]請(qǐng)參考圖1，其顯示已知離子植入系統(tǒng)的已知間接加熱陰極(indirectly heatedcathode ；IHC)離子源100及萃取系統(tǒng)112,此離子植入系統(tǒng)可被使用于植入雜質(zhì)或摻質(zhì)。如圖1顯示，典型的IHC離子源100包括離子源腔室102，離子源腔室102包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電腔壁(conductive chamber wall) 102a,導(dǎo)電腔壁102a定義離子產(chǎn)生區(qū)104。離子源腔室102亦包括萃取孔(extract1n aperture) 102b。在離子源腔室102的一側(cè),可具有陰極106及燈絲108。與陰極108相反的另一側(cè),可具有斥拒極(repelIer) 110。
[0006]可將包含饋入材料(feed material)的饋入源(feed source) 114稱接于離子源腔室102。饋入材料可包含需要的植入物種(例如摻質(zhì)物種)。
[0007]靠近離子源腔室102的萃取孔102b，可具有萃取系統(tǒng)112。萃取系統(tǒng)112可包括萃取孔102b前方的抑制電極112a及接地電極112b。抑制電極112a可電性耦接于抑制電源供應(yīng)器116a，而接地電極112b可電性耦接于萃取電源供應(yīng)器116a。為了萃取來自離子源腔室102的離子20，抑制電極112a及接地電極112b各自具有與萃取孔102b對(duì)準(zhǔn)的孔洞。
[0008]操作上，將饋入材料從饋入源110引入至離子源腔室102。將可耦接于電源供應(yīng)器(未顯示)的燈絲108 (filament)活化。供應(yīng)至燈絲108的電流可加熱燈絲108及產(chǎn)生熱電子發(fā)射(therm1nic emiss1n of electrons)?？稍谙喈?dāng)高的電位下對(duì)可稱接于另一電源供應(yīng)器(未顯示)的陰極106施加偏壓。接著將從燈絲108發(fā)射的電子朝著陰極106加速且加熱陰極106。作為響應(yīng)，經(jīng)加熱的陰極106可朝著離子產(chǎn)生區(qū)104發(fā)射電子。亦可相對(duì)于陰極106來對(duì)腔壁102a施加偏壓，因此電子在高能量下被加速至離子產(chǎn)生區(qū)104。源磁體(未顯示)可在離子產(chǎn)生區(qū)104內(nèi)產(chǎn)生磁場B以約束高能電子(energetic electron),而離子源腔室102另一端的斥拒極110可在與陰極106相同或相似的電位下被施加偏壓以排斥聞能電子。
[0009]在離子產(chǎn)生區(qū)104中，高能電子可與饋入材料相互作用并離子化饋入材料以產(chǎn)生等離子體10，等離子體10包含(特別是)所需物種20 (例如所需的摻質(zhì)或雜質(zhì))的離子。等離子體10亦可包含不需要的離子或饋入材料的其他碎體(fragment)。
[0010]為了從離子源腔室102萃取離子束20，萃取電源供應(yīng)器116b可提供萃取電壓給接地電極112b?？筛鶕?jù)離子束20所需的能量來調(diào)整萃取電壓。抑制電源供應(yīng)器116a可對(duì)抑制電壓112施加偏壓以抑止離子束20中的電子移動(dòng)。
[0011]為了制造具有最佳效能的組件，通常期望是以具有高束流(beam current)的均勻離子束(亦即高濃度或劑量的所需離子)來處理基板。再者，期望是以具有低干擾率(glitch rate)的離子束來植入基板。干擾(glitch)被定義成在離子植入操作期間的束質(zhì)量(beam quality)的突然劣化。若植入制程被干擾打斷或影響，則基板可能被負(fù)面地影響或甚至有可能變得不可使用。低束流可能增加達(dá)成基板中的適當(dāng)植入劑量所需要的時(shí)間，且低束流可能導(dǎo)致較低的生產(chǎn)率(throughput)。同時(shí),不均勻的束和/或高干擾率可能造成非均勻的摻質(zhì)輪廓(dopant profile)。常見于具有已知IHC離子源的離子植入系統(tǒng)中的此種缺陷可能降低生產(chǎn)率和/或增加組件的制造成本。
[0012]以上缺陷可能由(特別是)形成在離子源腔室102的內(nèi)壁、萃取孔102b、以及萃取電極112上的膜或沉積物所造成。如以上提及，在離子產(chǎn)生區(qū)104中產(chǎn)生的等離子體10包含高反應(yīng)性離子及饋入材料的其他碎體。此些離子及碎體可能蝕刻、濺鍍離子源腔室100中的材料，或以其他方式與離子源腔室100中的材料反應(yīng)。接著，被蝕刻的材料可能會(huì)凝結(jié)(condense)以在離子源腔室內(nèi)壁102a、萃取孔102b、以及萃取電極112上形成膜或沉積物。上述的膜或沉積物可能阻擋萃取孔102b而造成不均勻的離子束20，不均勻的離子束20在離子束20的不同區(qū)域中具有不同的劑量。此外，被萃取的離子束20可能具有低的束流。在一些情況下，膜或沉積物可能為導(dǎo)電的(electrically conductive)且提供可能發(fā)生微/巨電弧的燃點(diǎn)(ignit1n point)。此種電弧可能導(dǎo)致束干擾(beam glitch)。
[0013]一種減少此種缺陷離子束20比例的方法，是定期地以新的/干凈的離子源100來取代離子源100。然而，離子源100的取代需要整個(gè)離子源100及將附加在離子源100的真空泵系統(tǒng)斷電。再者，需要手動(dòng)來取代離子源102。進(jìn)一步地說，用來清潔離子源100的制程是勞力密集的制程(labor intensive process)。因此,頻繁取代離子源100可能降低離子植入制程的效率。
[0014]隨著用于制造先進(jìn)電子組件及太陽能電池組件的較高離子束流的需求增加，在離子源腔室100中將較大量的饋入材料引入且離子化。因此，在離子植入制程期間觀察到較高比例的缺陷束。已知IHC離子源可能具有低的效能及低的壽命，且在包含已知IHC離子源的系統(tǒng)中處理基板可能是不理想的。
[0015]從前述觀點(diǎn)來看，期望提供一個(gè)所需要的新技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明揭示處理基板的技術(shù)。在一示范實(shí)施例中，此技術(shù)可被理解為處理基板的離子植入系統(tǒng)。離子植入系統(tǒng)可包括:離子源，包括離子源腔室，離子源腔室包括定義離子產(chǎn)生區(qū)及萃取孔的離子源腔室壁，經(jīng)由萃取孔萃取離子產(chǎn)生區(qū)中產(chǎn)生的離子；萃取系統(tǒng)，位于靠近萃取孔的離子源下游(downstream);材料源，包括包含第一材料的第一源、包含第二材料的第二源、以及第一導(dǎo)管(conduit)及第二導(dǎo)管，其中第一導(dǎo)管可以與第一源及離子源腔室連通，以提供來自第一源的第一材料至離子源腔室，且其中第二導(dǎo)管可以與第二源及離子源腔室外側(cè)的第一區(qū)連通，以提供來自第二源的第二材料至第一區(qū)。
[0017]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的其他態(tài)樣，第一區(qū)可位于在離子源與基板之間的離子源下游。
[0018]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的再其他態(tài)樣，第一區(qū)鄰近萃取孔。
[0019]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的其他態(tài)樣，萃取系統(tǒng)可包括抑制電極及配置在抑制電極下游的接地電極。
[0020]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的額外態(tài)樣，第一區(qū)可位于萃取孔與抑制電極之間。
[0021]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的再其他態(tài)樣，第一區(qū)可位于接地電極與抑制電極之間。
[0022]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的其他態(tài)樣，第一區(qū)可位于抑制電極下游。
[0023]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的再其他態(tài)樣，第一材料可為含硼材料(B containingmaterial),且第二材料可為含憐材料(P containing material)及含砷材料(Ascontaining material)中的一個(gè)。
[0024]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的再其他態(tài)樣，第一材料可為BF3及B2F4中的一個(gè)，且第二材料可為PF3及PH3中的一個(gè)。
[0025]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的額外態(tài)樣，第一材料可為含磷材料及含砷材料中的一個(gè)，且第二材料可為含硼材料。
[0026]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的再其他態(tài)樣，第一材料可為PF3及PH3中的一個(gè)，且第二材料可為BF3及B2F4中的一個(gè)。
[0027]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的再其他態(tài)樣，離子植入系統(tǒng)還可包括位在萃取系統(tǒng)與基板之間的一個(gè)或多個(gè)的束線組件(beam-line component),此一個(gè)或多個(gè)的束線組件經(jīng)設(shè)置以對(duì)穿過的離子進(jìn)行質(zhì)量分析。
[0028]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的再其他態(tài)樣，離子植入系統(tǒng)還可包括經(jīng)設(shè)置以分別控制被引入至離子源腔室及第一區(qū)中的第一材料及第二材料的量的至少一個(gè)控制器。
[0029]在另一示范實(shí)施例中，此技術(shù)可被理解為處理基板的方法，此方法可包括:在離子源腔室中離子化饋入材料及產(chǎn)生饋入材料的離子；經(jīng)由離子源腔室的萃取孔萃取來自離子源腔室的饋入材料的離子；在靠近萃取孔的離子源腔室外側(cè)提供稀釋劑(diluent);以及植入饋入材料的離子至基板中。
[0030]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的再其他態(tài)樣，植入饋入材料的離子可包括不植入稀釋劑的離子而植入饋入材料的離子。
[0031]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的再其他態(tài)樣，饋入材料及稀釋劑可選自含硼材料、含磷材料、以及含砷材料組成的族群中。
[0032]根據(jù)此特別示范實(shí)施例的額外態(tài)樣，其中饋入材料是BF3及B2F4中的一個(gè)，且其中稀釋劑是PH3及AsH3中的一個(gè)。
[0033]現(xiàn)在參考如附圖所示的本揭示示范實(shí)施例,將更詳細(xì)地描述本揭示。雖然以下參考示范實(shí)施例來描述本揭示，應(yīng)當(dāng)理解的是本揭示不受示范實(shí)施例的限制。已獲取本文教示的本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者將理解額外的實(shí)施方法、改良方法、以及實(shí)施例、及其他領(lǐng)域的使用，其是在本文描述的本揭示的范疇之中、且相對(duì)于本揭示可顯著利用的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]為了促使更全面地理解本揭示，現(xiàn)在參考所附的圖式，在圖式中相似的組件符號(hào)表示相似的組件。這些圖式不應(yīng)被視為來限制本揭示，而僅是傾向于示范。
[0035]圖1顯示已知的間接加熱陰極(IHC)離子源。
[0036]圖2根據(jù)本揭示一實(shí)施例顯示示范離子植入系統(tǒng)。
[0037]圖3A根據(jù)本揭示一實(shí)施例顯示可包括于圖2的離子植入系統(tǒng)中的一示范離子源。
[0038]圖3B根據(jù)本揭示另一實(shí)施例顯示可包括于圖2的離子植入系統(tǒng)中的另一示范離子源。
[0039]圖3C根據(jù)本揭示另一實(shí)施例顯示可包括于圖2的離子植入系統(tǒng)中的另一示范離子源。
[0040]圖4A根據(jù)本揭示另一實(shí)施例顯示可包括于圖2的離子植入系統(tǒng)中的另一示范離子源。
[0041]圖4B根據(jù)本揭示另一實(shí)施例顯示可包括于圖2的離子植入系統(tǒng)中的另一示范離子源。
[0042]圖4C根據(jù)本揭示另一實(shí)施例顯示可包括于圖2的離子植入系統(tǒng)中的另一示范離子源。
[0043]圖5根據(jù)本揭示另一實(shí)施例顯示可包括于圖2的離子植入系統(tǒng)中的另一示范離子源。
[0044]圖6根據(jù)本揭示另一實(shí)施例顯示可包括于圖2的離子植入系統(tǒng)中的另一示范離子源。

【具體實(shí)施方式】
[0045]本文中，揭示經(jīng)改善的處理基板的技術(shù)的多個(gè)實(shí)施例。為了清楚及簡單起見，本揭示可著重在使用具有IHC離子源或RF離子源的離子植入系統(tǒng)的處理基板的技術(shù)上。然而，本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者將理解的是本揭示也可應(yīng)用于具有其他類型離子源的系統(tǒng)上，此其他類型離子源包括包括伯納斯離子源(Bernas 1n source)或微波離子源。
[0046]此外，本揭示著重于在硅(Si)基板上進(jìn)行P型或η型摻雜的技術(shù)上。本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者將理解的是本揭示并不受其限制。
[0047]請(qǐng)參考圖2，圖2根據(jù)本揭示一實(shí)施例表示離子植入系統(tǒng)200的簡化塊圖。離子植入系統(tǒng)200可包括用于產(chǎn)生所需物種的離子30的離子源100。在離子源100下游處，可具有萃取系統(tǒng)112。離子30可導(dǎo)向于基板232，基板232可配置在萃取系統(tǒng)112下游。雖然是不必要的，但離子植入系統(tǒng)200可包括一個(gè)或多個(gè)的束線組件222，一個(gè)或多個(gè)的束線組件222可聚焦、過濾、或以其他方式來操控離子30成為具有所需性質(zhì)(例如所需的離子物種、束流、束能量、植入角...等)的離子束。束線組件(未顯示)的實(shí)例可包括質(zhì)量分析器磁體(mass analyzer magnet)、力口速 / 減速臺(tái)(accelerat1n/decelerat1n stage)(未顯示)、以及磁校正器(corrector magnet)(未顯示)。質(zhì)量分析器磁體可經(jīng)設(shè)置具有特定的磁場，以使得唯有具有所需質(zhì)荷比(mass-to-charge rat1)的離子能夠穿越此分析器。因此，質(zhì)量分析器可能夠?qū)⑺柚踩胛锓N與非所需物種的離子分開，且能夠選擇性將所需植入物種的離子導(dǎo)向于基板232。同時(shí)，磁校正器可被能量化以根據(jù)所施加的磁場的力及方向來偏轉(zhuǎn)離子束，以提供具有所需尺寸及方向性的束。
[0048]離子植入系統(tǒng)200亦可包括耦接于離子源的材料源(未顯示)。如以下詳細(xì)的討論，材料源可包含饋入材料和/或稀釋劑。從材料源被提供至離子源202的饋入材料可被轉(zhuǎn)換為(特別是)所需植入物種的離子。
[0049]請(qǐng)參考圖3A至圖3C，圖3A至圖3C表示根據(jù)本揭示多個(gè)實(shí)施例的多個(gè)示范離子源302a至離子源302c。圖3A至圖3C中顯示的離子源302a至離子源302c各自可為圖2表示的離子源202。為了清楚及簡單起見，圖3A至圖3C表示的離子源302a至離子源302c將圖1表示的離子源100的多個(gè)組件及圖2表示的離子植入系統(tǒng)200合并。因此，應(yīng)相對(duì)于圖1及圖2來理解離子源302a至離子源302c?？墒÷韵嗤M件的詳細(xì)描述。
[0050]如圖3A至圖3C所顯示，離子源202a至離子源202c可包括(特別是)離子源腔室102。離子源腔室102可耦接于材料源310。在本揭示中，材料源310可包括提供饋入材料至離子源腔室102的饋入源312a。材料源310亦可包括提供稀釋劑至離子源腔室102的稀釋劑源312b。雖然在圖式中顯示單一饋入源312a及單一稀釋劑源312b，本揭示并不排除額外的饋入源和/或額外的稀釋劑源。本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者亦將理解的是，本揭示不排除同時(shí)在單一容器中提供饋入材料及稀釋劑并將饋入材料及稀釋劑提供至離子源腔室102的情形。
[0051]在本揭示中，饋入源312a中的饋入材料及稀釋劑源312b中的稀釋劑可較佳為氣體或蒸氣的形式。然而，本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者將理解的是，一些饋入材料及稀釋劑可為固體、液體、或其他的形式。若為液體或固體的形式，則在靠近饋入源312a和/或稀釋劑源312b處可提供汽化器(vaporizer)(未顯示)。汽化器可將固體/液體的饋入材料和/或稀釋劑轉(zhuǎn)換為氣體或蒸氣形式，且將饋入材料及稀釋劑以此種形式提供至離子源腔室102中。為了控制饋入材料及稀釋劑引入至離子源腔室102中的量，可選擇性地提供一個(gè)或多個(gè)的控制器314a及控制器314b。
[0052]在一實(shí)施例中，如圖3A描示，饋入材料及稀釋劑可各自分開地包含在饋入源312a及稀釋劑源312b中?？山又诘谝粚?dǎo)管316中將饋入材料及稀釋劑預(yù)先混合且一起提供至離子源腔室102中。在另一實(shí)施例中，如圖3B所描示，可經(jīng)由第一導(dǎo)管318a將來自饋入源312a的饋入材料提供至稀釋劑源312b中。可經(jīng)由第二導(dǎo)管318b將饋入材料及稀釋劑提供至離子源腔室102中。或者，可將來自稀釋劑源312b的稀釋劑提供至饋入源312a中。然而在另一實(shí)施例中，可提供包含饋入材料及稀釋劑的混合物的單一源，且可同時(shí)將饋入材料及稀釋劑提供至離子源腔室102中。在一實(shí)施例中，如圖3C所描示，亦可經(jīng)由分開的導(dǎo)管316a及導(dǎo)管316b將饋入材料及稀釋劑提供至離子源腔室102中。
[0053]在本揭示中，可使用多種饋入材料。在一些實(shí)施例中，饋入材料可包括兩個(gè)或多個(gè)的物種，至少一種物種可為將要被植入至基板232的植入物種(或第一饋入物種)。視基板及應(yīng)用而定，可使用不同的植入物種。在本揭示中，植入物種可以是在第13族至第16族中找到的多價(jià)物種。本文中，多價(jià)物種可指能夠與兩個(gè)或多個(gè)在周期表的第I族或第17族中發(fā)現(xiàn)的單價(jià)(univalent)原子或離子(例如H或鹵素物種)鍵結(jié)的物種，以形成(在穩(wěn)定的狀態(tài)下)由XYn表示的分子。符號(hào)X可表示多價(jià)物種，而符號(hào)Y可表示單價(jià)物種。對(duì)硅(Si)基板的P型摻雜來說，饋入材料中的植入物種例如是周期表的第13族中的一個(gè)或多個(gè)的物種，其例如是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、以及鉈(Tl)。對(duì)硅(Si)基板的η型摻雜來說，植入物種例如是周期表的第15族和/或第16族中的物種，其例如是磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)、硫(S)、硒(Se)、以及碲(Te)。
[0054]亦可使其他族中的物種。舉例而言，可使用周期表的第14族中的物種(其例如是碳(C)、娃、鍺(Ge)、銻(Sn)、以及鉛(Pb))作為植入例如是化合物半導(dǎo)體基板(例如是氮化鎵(GaN)或砷化鎵(GaAs)基板)的植入物種。同時(shí)，亦可使用物種C、S1、Ge、Sn、以及Pb、或氮(N)或氧(O)植入物種以改變其他基板或靶材的化學(xué)性質(zhì)和/或機(jī)械性質(zhì)。
[0055]在一些實(shí)施例中，饋入材料可包含至少一個(gè)不同于植入物種的第二饋入物種。在Si基板的P型摻雜的實(shí)例中，饋入材料中的第二饋入物種可較佳為氟(F)、氯(Cl)、以及氫(H)中的一個(gè)。在其他實(shí)施例中，第二饋入物種例如是一些其他的物種。在本揭示中，第二饋入物種可以是單價(jià)或多價(jià)物種。
[0056]用于Si基板的P型摻雜的較佳饋入材料的多個(gè)實(shí)例可包括三氟化硼(BF3)、四氟化二硼(B2F4)、硼烷(BH3)、二硼烷(B2H6)、碳硼烷(C2BltlH12)、以及其他含B、以及H及F中的一個(gè)或兩個(gè)的材料。在以上實(shí)例中，B可為植入物種，而H和/或F可為第二饋入物種。對(duì)Si基板的η型摻雜來說，較佳饋入材料的實(shí)例可包括磷化氫(PH3)、三氟化磷(PF3)、三氫化砷(AsH3)、三氟化砷(AsF3)、五氟化砷(AsF5)以及其他含P及As中的一個(gè)或兩個(gè)、以及H及F中的一個(gè)或兩個(gè)的材料。在此些實(shí)例中，P和/或As可為植入物種，而H和/或F可為第二饋入物種。亦可將包含其他物種的其他饋入材料使用于其他基板和/或其他應(yīng)用。此些其他饋入材料的實(shí)例可包括硅烷(SiH4)、四氟硅烷(SiF4)、鍺烷(GeH4)、以及氟化鍺(GeF4)。本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者將理解的是，以上清單并不是詳盡的?？删哂锌墒褂糜赟i基板摻雜應(yīng)用、其他基板摻雜應(yīng)用、以及其他應(yīng)用的其他饋入材料。再者，亦可將以上所列的用于Si基板摻雜的饋入材料使用于非Si基板摻雜，反之亦然。
[0057]在本揭示中，稀釋劑亦可包括一個(gè)或多個(gè)的各種物種。若兩個(gè)或多個(gè)的物種包括于稀釋劑中，則第一物種可為第13族至第16族中發(fā)現(xiàn)的多價(jià)物種。此外，第一稀釋劑可不同于第一饋入物種。若包括第二稀釋劑物種，則第二稀釋劑物種亦可不同于第一饋入物種。然而，第二稀釋劑物種可相同于或不同于第二饋入物種。舉例而言，若第二饋入物種為H，則第二稀釋劑物種可為F，反之亦然。在另一實(shí)例中，第二饋入物種及第二稀釋劑物種兩個(gè)可為H或F。
[0058]使用BF3作為饋入材料的實(shí)例，本揭示的第一稀釋劑物種可為C、N、0、Al、S1、P、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb、以及Bi中的至少一個(gè)。雖然可使用多種物種，較佳第一稀釋劑物種的實(shí)例可為N、C、S1、P、以及As。同時(shí)，第二稀釋劑物種可為H和/或F。此種稀釋劑的多個(gè)具體實(shí)例可包括甲烷(CH4)、四氟化碳(CF4)、氨(NH3)、三氟化氮(NF3)、水蒸氣(H2O)、二氟化氧(OF2)、氫化鋁(AlH3)、氟化鋁(AlF3)、硅烷(SiH4)、四氟化硅(SiF4)、磷化氫(PH3)、三氟化磷(PF3)、硫化氫(H2S)、六氫化二鎵(digallen) (Ga2H6)、氟化鎵(GaF3)、鍺烷(GeH4)、四氟化鍺(GeF4)、三氫化砷(AsH3)、三氟化砷(AsF3)、硒化氫(H2Se)、氫化銦(InH3)、氟化銦(InF3)、錫烷(SnH4)、氟化錫(SnF2)、四氟化錫(SnF4)、氫化銻(SbH3)、三氟化銻(SbF3)、碲化氫(H2Te)、四氟化碲(TeF4)、氫化鉈(TlH3)氟化鉈(TlF)、鉛烷(PbH4)'四氟化鉛(PbF4)、鉍烷(bismuthane) (BiH3)、以及三氟化鉍(BiF3)。使用PH3作為饋入材料的實(shí)例，第一稀釋劑物種的實(shí)例可包括 B、C、N、O、Al、S1、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb、以及Bi，但B、C、以及Si較佳。同時(shí)，第二稀釋劑物種可為H和/或F。本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者將理解的是，以上清單并不是詳盡的。同樣可應(yīng)用以上提及的第一稀釋劑物種的其他氫化物或氟化物。
[0059]雖然以上提供的實(shí)例包括化合物形式的稀釋劑，本揭示并不排除混合形式的稀釋齊U。舉例而言，在一些實(shí)施例中的稀釋劑可為N2氣體(包含多價(jià)物種)及4氣體的混合物。本揭示亦不排除利用包含多個(gè)多價(jià)物種的稀釋劑的情形，多價(jià)物種例如是B、C、N、O、Al、S1、P、S、Ga、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、PB、以及 Bi 中的一個(gè)或多個(gè)。本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者將理解的是，以上實(shí)例并不是詳盡的。室溫下，多個(gè)示范稀釋劑可以固體的形式存在。此稀釋劑可較佳在離子源腔室102中被蒸氣化，或被蒸氣化且以氣體或蒸氣形式提供至離子源腔室102中。
[0060]請(qǐng)?jiān)俅螀⒖紙D3A至圖3C，可將饋入材料及稀釋劑引入(同時(shí)或依次)至離子源腔室102中。饋入材料及稀釋劑可經(jīng)離子化以形成包含(特別是)饋入材料及稀釋劑的離子及其他碎體的等離子體22。特別是，接著藉由萃取系統(tǒng)112經(jīng)由萃取孔102b將饋入材料及稀釋劑的離子30從離子源腔室102萃取出來。
[0061]若離子植入系統(tǒng)能夠做質(zhì)量分析(圖2)，則所需的植入物種可選擇性地被導(dǎo)向基板及被植入。同時(shí)，除了植入物種外的物種可與植入物種分開及被摒棄。在使用BF3饋入材料及PH3稀釋劑的Si基板的P型摻雜的實(shí)例中，可對(duì)包含H、B、F、以及P的離子進(jìn)行質(zhì)量分析，且可將包括B的離子分開。下文中，含B離子可選擇性地導(dǎo)向基板232。同時(shí)，可較佳防止其他離子到達(dá)基板232。
[0062]若離子植入系統(tǒng)不能夠做質(zhì)量分析，則植入物種及其他物種的離子亦可被導(dǎo)向于及被植入于基板232中。在一些情況下，稀釋劑物種的植入可造成植入物種的有效劑量的損失。在Si基板的P型摻雜中使用BF3饋入材料及PH3稀釋劑可導(dǎo)致伴隨著B而植入P (η型摻質(zhì))。因?yàn)檠a(bǔ)償作用(compensat1n),此共同植入(co-1mplantat1n)的p型摻質(zhì)及η型摻質(zhì)可減少B植入的效果。因此，可觀察到B的有效劑量的減少。
[0063]然而，若提供至離子源腔室102的稀釋劑的量是低的(例如饋入材料及稀釋劑全部體積的5%至20% )，則可將上述的減少最小化。此外，若所選擇的稀釋劑物種具有非常大或非常小的質(zhì)量/直徑，則此效果可能不顯著。在以上實(shí)例中，植入P至基板中可在接近基板的表面處造成較大的植入輪廓。同時(shí)，具有非常小的質(zhì)量/直徑的B可造成更深的植入。再者，P的活化溫度(activat1n temperature)可低于B的活化溫度。因此,在Si基板的整體性質(zhì)上，P的共同植入可具有非常小的影響。藉由額外的B植入可減少上述的不利影響。
[0064]為了進(jìn)一步減少上述影響，期望選擇對(duì)基板232是惰性的第二饋入物種及第一稀釋劑物種及第二稀釋劑物種。在Si基板的P型摻雜中使用BF3饋入材料，可期望的是使用N2, SiH4, SiF4, GeH4、或GeF4作為稀釋劑。N、S1、以及Ge物種的離子(即使被引入至Si基板中)對(duì)基板的電性影響可為最小的。同時(shí)，可在植入后處理(例如退火處理)期間，經(jīng)由擴(kuò)散可將被植入于基板232中的H和/或F物種從基板232移除。
[0065]在本揭示中，將以上提及的稀釋劑與饋入材料離子化可以在減少的干擾率及延長離子源202的壽命上造成顯著的改善。不受限于特定的理論基礎(chǔ)，其相信第二饋入物種的離子及其他碎體可易于與離子源腔室102中的組件(例如離子源腔室壁102a、陰極106、以及斥拒極110)反應(yīng)，以形成容易凝結(jié)的副產(chǎn)物。因此，可在離子源腔室壁102a、萃取孔102b、以及萃取系統(tǒng)112上形成膜或沉積物。藉由引入易于與第二稀釋劑物種的離子及其他碎體反應(yīng)的稀釋劑物種的離子及其他碎體，其相信可抑制第二稀釋劑物種的離子及其他碎體與離子源腔室102中的組件之間的反應(yīng)。同時(shí)，上述稀釋劑物種及第二稀釋劑物種的離子及其他碎體之間的反應(yīng)可導(dǎo)致蒸氣相副產(chǎn)物的形成，且上述蒸氣相副產(chǎn)物易于從離子源腔室102中排出。
[0066]其亦相信第一稀釋劑物種可與來自已經(jīng)蝕刻或經(jīng)濺鍍的離子源腔室102中的組件的材料反應(yīng)，以形成蒸氣相的副產(chǎn)物。移除這些副產(chǎn)物可抑制第二饋入物種的離子及其他碎體與離子源腔室102中的組件之間的反應(yīng)，且可抑制可以凝結(jié)而形成膜及沉積物的材料的形成。隨著此減少，可減少導(dǎo)致束干擾的微/巨電弧。再者，可延長離子植入系統(tǒng)100中的離子源202的壽命。
[0067]在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中，已觀察到干擾率顯著減少及離子源的壽命顯著增加。相較于僅離子化BF3的離子源而言，BF3及少量的PH3(例如，全部體積的30%或更少)的離子化使得干擾率減少為1/20及離子源的壽命增加10倍。使用本揭示中的其他稀釋劑后，亦觀察到干擾率顯著減少及壽命顯著增加。因此，盡管是在高束流下，上述稀釋劑的使用可顯著地改善離子源的效能。
[0068]在本揭示中，可變動(dòng)可被引入至離子源腔室102中的饋入材料及稀釋劑的量。在一實(shí)施例中，稀釋劑的量可為饋入材料及稀釋劑全部體積的約5%至30%，較佳約10%至15%。雖然本揭示并不排除提供額外量的稀釋劑，但額外的量可能不是較佳的。過量的稀釋劑可減少植入物種的離子束流。
[0069]請(qǐng)參考圖4A至圖4C,其根據(jù)本揭示的多個(gè)實(shí)施例表示多個(gè)示范離子源402a至402c。圖4A至圖4C中顯示的離子源402a至離子源402c各自可為圖2表示的離子源202。為了清楚及簡單起見，圖4A至圖4C表示的離子源402a至離子源402c將圖1及圖3A至圖3C表示的離子源100及離子源302a至離子源302c的多個(gè)組件、以及圖2表示的離子植入系統(tǒng)200合并。因此，應(yīng)相對(duì)于圖1、圖2、以及圖3A至圖3C來理解離子源402a至離子源402c。將不提供相同組件的詳細(xì)描述。
[0070]如圖4A至圖4C所顯示，離子源402a至離子源402c可包括(特別是)離子源腔室102。離子源腔室102可耦接于材料源410。在本揭示中，材料源410可包括提供饋入材料至離子源腔室102的饋入源412a。材料源410亦可包括提供稀釋劑至離子源腔室102的稀釋劑源412b。雖然在圖中顯示單一饋入源312a及單一稀釋劑源312b，本揭示并不排除額外的饋入源和/或額外的稀釋劑源。
[0071]如圖4A所描示，饋入材料及稀釋劑可各自包含在獨(dú)立的饋入源412a及稀釋劑源412b中。可經(jīng)由第一導(dǎo)管416a將來自饋入源412a的饋入材料引入至離子源腔室102中。不相似于圖3A至圖3C表示的實(shí)施例，可經(jīng)由第二導(dǎo)管416b在離子源腔室102外側(cè)提供稀釋劑。如圖4A所示，可在離子源腔室102與萃取系統(tǒng)112之間的離子源腔室102下游提供稀釋劑。舉例而言，可靠近萃取孔102b、靠近抑制電極112a的孔洞、或靠近兩個(gè)提供稀釋齊U。在另一實(shí)施例中，如圖4B描示，可經(jīng)由第二導(dǎo)管416a在萃取系統(tǒng)112中(較佳在抑制電極112a與接地電極112b之間)提供稀釋劑。在此實(shí)施例中，可靠近抑制電極112a的孔洞、接地電極112b的孔洞、或靠近兩個(gè)提供稀釋劑。然而，在另一實(shí)施例中，如圖4C顯示，可經(jīng)由第二導(dǎo)管416b在萃取系統(tǒng)112下游(較佳靠近接地電極112b的孔洞)提供稀釋劑。雖然并未顯示，本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者將理解的是，稀釋劑可朝著萃取孔102b、抑制電極112a的孔洞和/或接地電極112b的孔洞導(dǎo)向。
[0072]藉由在離子源腔室102外側(cè)提供稀釋劑，離子源腔室102外側(cè)且靠近萃取電極112處發(fā)生干擾抑制，可由干擾抑制來解耦(decouple)包含植入物種的離子的形成(發(fā)生在離子源腔室102中)。藉由在離子源腔室外側(cè)引入稀釋劑，植入物種的離子及其密度將不容易顯著地減少。因此，可在所給予的離子源參數(shù)下，將植入物種流最小化。同時(shí)，可將稀釋劑的離子化最小化，且稀釋劑的流動(dòng)可抑制在萃取孔以及萃取電極12外側(cè)的膜或沉積物的形成。因此，可減少干擾。
[0073]在非質(zhì)量分析的離子植入系統(tǒng)中，減少稀釋劑的離子化作用可能是有利的。藉由減少稀釋劑物種的離子化，亦可減少稀釋劑物種的植入，稀釋劑物種的植入可以其他方式減少植入物種的有效劑量。
[0074]請(qǐng)參考圖5，其表示根據(jù)本揭示另一實(shí)施例的另一示范離子源502。圖5顯示的離子源502可為圖2的離子源202。為了清楚及簡單起見，圖5表示的離子源502將圖1、圖3A至圖3C、以及圖4A至圖4C表示的離子源100、離子源302a至離子源302c、以及離子源402a至離子源402c的多個(gè)組件、以及圖2表示的離子植入系統(tǒng)200合并。因此，應(yīng)當(dāng)相對(duì)于圖1、圖2、圖3A至圖3C、以及圖4A至圖4C來理解離子源502。將不提供相同組件的詳細(xì)描述。
[0075]在本揭示中，離子源腔室102中可包含固體源552。若離子源502是IHC或伯納斯源，則可在離子源腔室壁102a內(nèi)側(cè)提供固體源。若離子源502是RF等離子體/離子源，則亦可在面對(duì)離子產(chǎn)生區(qū)104的介電窗(dielectric window)中提供固體源522。
[0076]在本揭示中，固體源522可包含饋入材料及稀釋劑中的一個(gè)或兩個(gè)。若僅有饋入材料及稀釋劑中的一個(gè)包含于固體源522中，則可將饋入材料及稀釋劑中的另一個(gè)從材料源522提供至離子源腔室102。
[0077]請(qǐng)參考圖6，其表示根據(jù)本揭示另一實(shí)施例的另一示范離子源602。在此圖式中，表示有RF等離子體/離子源，且此RF等離子體/離子源可為圖2表示的離子源202。為了清楚及簡單起見，圖6表示的離子源602將圖1、圖3A至圖3C、圖4A至圖4C以及圖5表示的離子源100、離子源302a至離子源302c、離子源402a至離子源402c、以及離子源5的多個(gè)組件、以及圖2表示的離子植入系統(tǒng)200合并。因此，應(yīng)當(dāng)相對(duì)于圖1、圖2、圖3A至圖3C、圖4A至圖4C、以及圖5來理解離子源602。將不提供相同組件的詳細(xì)描述。
[0078]如圖6顯示，本揭示的離子源602可包括離子源腔室612。離子源腔室612可包括定義離子產(chǎn)生區(qū)104的一個(gè)或多個(gè)的導(dǎo)電腔壁612a及介電窗616。離子源腔室602亦包括萃取孔612b。離子源腔室612可耦接于材料源512。在本揭示中，材料源512可為饋入源及稀釋劑源中的一個(gè)，其提供饋入材料及稀釋劑中的一個(gè)至離子源腔室602中。可藉由導(dǎo)管516提供來自材料源512的饋入材料或稀釋劑。不相似于圖1、圖2至圖5表示的離子，離子源602包括用于產(chǎn)生等離子體20的RF等離子體源614。
[0079]在本實(shí)施例中，可在離子源腔室壁612a和/或介電窗616上提供固體源622。在本實(shí)施例中，固體源622可包含饋入材料及稀釋劑中的一個(gè)或兩個(gè)。同時(shí)，可將饋入材料及稀釋劑中的另一個(gè)從材料源512提供至離子源腔室102。
[0080]本文中，揭示經(jīng)改善的處理基板的技術(shù)的多個(gè)實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然本揭示的實(shí)施例是關(guān)于引入一個(gè)或多個(gè)的稀釋劑氣體來改善束線離子植入系統(tǒng)中的離子源的效能及壽命，亦可提供多個(gè)其他實(shí)施方法。事實(shí)上，除了本文所揭示的實(shí)施例外，從前述及所附圖式來說，其他多種對(duì)本揭示的實(shí)施例及改良方式，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者來說將是顯而易見的。因此，此些其他實(shí)施例及改良方式傾向于落入本揭示的范疇之中。進(jìn)一步地說，雖然本文已在上下文中以用于特定目的的特定環(huán)境的特定實(shí)施方式來描述本揭示，本【技術(shù)領(lǐng)域】具有通常知識(shí)者將理解的是，其實(shí)用性并不受限于此，且可為了任意數(shù)個(gè)目的及在任意數(shù)個(gè)環(huán)境中有效地實(shí)施本揭示。
【權(quán)利要求】
1.一種處理基板的離子植入系統(tǒng)，包括: 離子源，包括離子源腔室，所述離子源腔室包括定義離子產(chǎn)生區(qū)及萃取孔的離子源腔室壁，經(jīng)由所述萃取孔萃取所述離子產(chǎn)生區(qū)中產(chǎn)生的離子； 萃取系統(tǒng)，位于靠近所述萃取孔的所述離子源下游；以及 材料源，包括包含第一材料的第一源、包含第二材料的第二源、以及第一導(dǎo)管及第二導(dǎo)管， 其中所述第一導(dǎo)管與所述第一源及所述離子源腔室連通，以提供來自所述第一源的所述第一材料至所述離子源腔室，且其中所述第二導(dǎo)管與所述第二源及所述離子源腔室外側(cè)的第一區(qū)連通，以提供來自所述第二源的所述第二材料至所述第一區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述第一區(qū)位于在所述離子源與所述基板之間的所述離子源下游。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述第一區(qū)鄰近所述萃取孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述萃取系統(tǒng)包括抑制電極及配置在所述抑制電極下游的接地電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述第一區(qū)位于所述萃取孔與所述抑制電極之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述第一區(qū)位于所述接地電極與所述抑制電極之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述第一區(qū)位于所述抑制電極下游。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述第一材料是含硼材料，且所述第二材料是含磷材料及含砷材料中的一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述第一材料是BF3及B2F4中的一個(gè)，且所述第二材料是pf3及ph3中的一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述第一材料是含磷材料及含砷材料中的一個(gè)，且其中所述第二材料是含硼材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的處理基板的離子植入系統(tǒng)，其中所述第一材料pf3&ph3*的一個(gè)，且其中所述第二材料是bf3及b2f4中的一個(gè)。
12.—種處理基板的方法，包括: 在離子源腔室中離子化饋入材料及產(chǎn)生所述饋入材料的離子； 經(jīng)由所述離子源腔室的萃取孔萃取來自所述離子源腔室的所述饋入材料的離子； 在靠近所述萃取孔的所述離子源腔室外側(cè)提供稀釋劑；以及 植入所述饋入材料的離子至所述基板中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的處理基板的方法，其中植入所述饋入材料的離子包括不植入所述稀釋劑的離子而植入所述饋入材料的離子。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的處理基板的方法，其中所述饋入材料及所述稀釋劑是選自含硼材料、含磷材料、以及含砷材料組成的族群中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的處理基板的方法，其中所述饋入材料是BF3&B2F4中的一個(gè)，且其中所述稀釋劑是PH3及AsH3中的一個(gè)。
【文檔編號(hào)】H01J37/317GK104285273SQ201380023331
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】具本雄, 理查爾·M·懷特, 史費(fèi)特那·B·瑞都凡諾, 凱文·M·丹尼爾斯, 艾利克·R·科步, 大衛(wèi)·W·皮特曼 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司