用于产生铝离子的方法及系统与流程

本发明大体上涉及离子植入装置、系统及方法，且特定来说，本发明涉及可用于产生铝离子束的离子源。

背景技术：

1、将铝离子植入到例如半导体材料的衬底中用于半导体及微电子装置制造中。作为单个实例，铝已用作p型掺杂剂以掺杂微电子装置的晶体管结构的部分。例如，铝可植入到硅或碳化硅中。

2、如半导体制造中所实践的离子植入涉及通过使化学物种的能量离子撞击于衬底上来将此类物种掺杂到衬底(例如微电子装置晶片)中。为产生离子掺杂剂物种，掺杂剂的来源(其可(例如)呈掺杂剂物种的卤化物或氢化物的形式)经受离子化。使用离子源(也称“离子源设备”)来实施此离子化以产生含有掺杂剂物种的离子束。离子源在“离子室”或“电弧室”内产生离子。

3、由离子源产生铝离子的过去方法通过组合电弧室中的铝掺杂剂源与氟化化合物(即，“共伴气体”(有时也称为“载体气体”或“共反应物”)，其为三氟化硼(bf3)、三氟化磷(pf3))来产生铝离子。铝作为固体含铝靶材引入到离子化工艺。氟化化合物与固体铝反应(包含化学反应且通过物理溅镀)且将铝从铝靶施放到电弧室中，其中铝被离子化。

4、电弧室中还存在例如钨或钼的其它固体材料，作为电弧室的结构。在离子化期间，含氟共伴气体在电弧室内离子化或降解以产生中性或离子化含氟物种。这些含氟物种与电弧室的固体材料(包含钨)而非固体铝靶反应。结果是产生离子物种而非所要铝离子，例如离子钨(w+)或氟化钨化合物(wfx+)或离子钼(mo+)或氟化钼化合物(mofx+)。在电弧室内，在使用电弧室一段时间后，这些非所要非铝离子物种可作为残余物在电弧室内积累。残余物可沉积于操作组件(例如阴极、对阴极、绝缘体或其它结构)上。沉积材料可对离子源的性能产生不利影响，例如随时间推移离子束减小或离子源寿命缩短。

5、随着引出电极或其它源区部件中的绝缘体与wfx+或mofx+残余物一起沉积，微电弧(有时称为“突波”)变得更加普遍。微电弧会在撞击衬底的光束中产生不均匀性，从而影响装置良率。

6、用于电弧室的耐熔金属因氟反应(wfx+或mofx+)而受侵蚀对电弧室出口孔产生不利影响。当离子束穿过装备到达目标衬底时，电弧室出口孔产生初始离子束形状。归因于电弧室内的钨或钼输运，离子束形状可由孔腐蚀扭曲。腐蚀将出口孔的形状改变成装备无法补偿适当离子束形状及/或均匀性的程度。此不均匀离子束形状会在衬底中产生不均匀掺杂且影响装置良率。

技术实现思路

1、在一个方面中，本发明涉及一种在具有离子源室的离子源中产生铝离子的方法。所述方法包含：在含有铝离子源(或“铝掺杂剂源”)的离子源室中，使以下物种流入到所述离子源室中：选自bf3、pf3、pf5、gef4、xef2、cf4b2f4、sif4、si2f6、asf3、asf5、xef4、xef6、wf6、mof6、cnf2n+2、cnf2n、cnf2n-2、cnhxf2n+2-x、cnhxf2n-x、cnhxf2n-2-x(n＝1、2、3...，x＝0、1、2...)、cof2、sf6、sf4、sef6、nf3、n2f4、hf、f2或其组合的含氟气体及含氢气体；及在所述离子源室内产生铝离子。

2、在另一方面中，本发明涉及一种在离子源室中形成铝离子的方法。所述方法包括：使pf5流入到含有铝源的离子源室中；及在所述离子源室内产生铝离子。

3、在另一方面中，本发明涉及一种能够产生含有铝离子的离子混合物的离子源设备。所述设备包含：离子源室，其包括内部及包括铝靶的内部结构；含氟气体源，其与所述内部流体连通，所述含氟气体选自bf3、pf3、pf5、gef4、xef2、cf4b2f4、sif4、si2f6、asf3、asf5、xef4、xef6、wf6、mof6、cnf2n+2、cnf2n、cnf2n-2、cnhxf2n+2-x、cnhxf2n-x、cnhxf2n-2-x(n＝1、2、3...，x＝0、1、2...)、cof2、sf6、sf4、sef6、nf3、n2f4、hf、f2或其组合；及含氢气体源，其与所述内部流体连通。

4、在又一方面中，本发明涉及一种能够产生含有铝离子的离子混合物的离子源设备。所述设备包含：离子源室，其包括内部及包括铝靶的内部结构；及pf5源，其与所述内部流体连通。

1.一种在具有离子源室的离子源中产生铝离子的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铝掺杂剂源包括选自以下的固体铝靶：氧化铝、氮化铝、碳化铝、硼化铝及这些的组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其中含氢气体及含氟气体基于总的含氢气体及含氟气体以含氢气体2(体积)％到60(体积)％的相对量流入所述离子源室中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中含氢气体及含氟气体基于总的含氢气体及含氟气体以含氢气体5(体积)％到60(体积)％的相对量流入所述离子源室中。

5.根据权利要求1所述的方法，其中含氢气体流入到所述离子源作为共伴气体使所述离子源的操作寿命相对于由所述离子源在无所述含氢气体的情况下的可比较操作引起的操作寿命延长至少10％。

6.根据权利要求1所述的方法，其中含氢气体流入到所述离子源作为共伴气体使所述离子源的突波相对于由所述离子源在无所述含氢气体的情况下的可比较操作引起的突波量减少至少20％。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在大于0％到60％的含氢气体的范围内，出现最大离子束电流，且其中所述含氢气体以在所述最大离子束电流的60个百分点内的量流动。

8.根据权利要求1所述的方法，其包括：从所述含氟气体产生中性或离子化含氟物种，且使所述含氟物种与所述铝靶反应以产生铝离子。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述离子源室包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

11.根据权利要求1所述的方法，其中：

12.根据权利要求1所述的方法，其中：

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氢气体选自h2、ph3、ash3、sih4、b2h6、ch4、nh3、geh4或axhy(a是除h外的任何元素，x、y＝1、2、3、4、5、6、7、8、8或10)及其组合。

14.一种在离子源室中形成铝离子的方法，所述方法包括：

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述铝掺杂剂源包括选自以下的固体铝靶：氧化铝、氮化铝、碳化铝、硼化铝及其组合。

16.根据权利要求14所述的方法，其包括将含氢气体流入所述离子源室。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述含氢气体选自：h2、ph3、ash3、sih4、b2h6、ch4、nh3、geh4或axhy(a是除h外的任何元素，x、y＝1、2、3、4、5、6、7、8、8或10)及其组合。

18.根据权利要求16所述的方法，其包括将pf5及所述含氢气体基于总的含氢气体及含氟气体以含氢气体2(体积)％到60(体积)％的相对量流入所述离子源室中。

19.根据权利要求16所述的方法，其包括将pf3及所述含氢气体基于总的含氢气体及含氟气体以含氢气体2(体积)％到60(体积)％的相对量流入所述离子源室中。

20.根据权利要求14所述的方法，其包括：从所述含氟气体产生中性或离子化含氟物种，及使所述含氟物种与所述铝掺杂剂源反应以产生铝离子。