提供的是用于增加离子注入器中的离子源寿命的系统、设备和方法。通过采用氢助气控制由含碳和氧的源气导致的离子源氧化和离子源室中毒，所述氢助气与自由氧原子反应以形成氢氧化物和水。
1.一种用于改善束电流的离子注入系统，所述离子注入系统包括：离子源组件，所述离子源组件包括含碳源气和相关的气流控制器、氢助气和相关的气流控制器以及离子源室；
束线组件，所述束线组件从所述离子源接收离子束并且处理所述离子束；以及标靶位置，所述标靶位置从所述束线组件接收所述离子束；
其中，来自所述氢助气的氢离子与来自所述源气的氧原子反应，以减少室中毒并增加离子源寿命，并且其中所述离子注入系统进一步包括真空泵系统，以从所述离子源室移除水分子和氢氧化物，并且其中所述离子注入系统还包括用于通过在离子注入器的操作过程中的束组成的分析决定引入所述离子源室的助气的量的工具。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述含碳源气包含二氧化碳或一氧化碳。
3.如权利要求1所述的系统，其中将所述含碳源气和所述氢助气同时引入至所述离子源室中。
4.如权利要求1所述的系统，其中将所述含碳源气和所述氢助气依序引入至所述离子源室中。
5.如权利要求2所述的系统，其中将所述含碳源气和所述助气在引入至所述离子源室中之前预先混合。
6.一种用于提高离子注入器中的离子源的性能的设备，所述设备包括：源气控制器，所述源气控制器控制含碳源气至离子源室的供应和速率；以及助气控制器，所述助气控制器控制来自氢气源的氢助气至所述离子源室的供应和速率；
其中来自所述氢助气的氢离子与来自所述源气的氧原子反应，以减少室中毒并增加离子源寿命，并且其中所述设备进一步包括真空泵系统，以从所述离子源室移除水分子和氢氧化物，其中所述设备还包括用于通过在所述离子注入器的操作过程中的束组成的分析决定引入所述离子源室的助气的量的工具。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述源气控制器和所述助气控制器是分开的控制器。
8.如权利要求6所述的设备，其中所述源气控制器和所述助气控制器是相同的控制器。
9.如权利要求6所述的设备，其中将所述源气和所述助气经由分开的入口供应至所述离子源室。
10.如权利要求6所述的设备，其中将所述源气和所述助气经由共同的入口供应至所述离子源室。
11.如权利要求10所述的设备，其中将所述源气和所述助气从单一的源供应至所述离子源室。
12.一种增加离子注入器中的离子源寿命的方法，所述方法包括：将气态物质引入至所述离子注入器的离子源室中，所述气态物质包含含碳物种；
激发所述室内的含碳气态物种，以生成解离并离子化的碳和氧成分的等离子体；以及使所述含碳气态物种的解离并离子化的氧成分与所述氢助气反应，以减少所述离子源室的中毒并增加离子源寿命；
将水或氢氧化物通过真空泵系统从所述离子源室移除；以及通过在离子注入器的操作过程中的束组成的分析决定引入所述离子源室的助气的量。
13.如权利要求12所述的方法，所述气态物质包含含碳物种，所述含碳物种包括二氧化碳或一氧化碳。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述氢助气与氧反应以产生水或氢氧化物。
15.如权利要求12所述的方法，其中将所述气态物质和所述助气同 时引入至所述离子源室中。
16.如权利要求12所述的方法，其中将所述含碳气态物种和所述助气依序引入至所述离子源室中。
17.如权利要求12所述的方法，其中将所述气态物质和所述助气在引入至所述离子源室中之前预先混合。
用于碳注入的氢助气
发明领域
[0001] 本发明一般地涉及半导体装置制造和离子注入，并且尤其涉及提高离子注入器中的离子源的性能和延长所述离子源的寿命的方法。
[0002] 发明背景
[0003] 离子注入是在半导体装置制造中为将掺杂物选择性地注入至半导体和/或晶片材料中采用的物理过程。因此，注入的过程不依赖掺杂物与半导体材料之间的化学相互作用。为了离子注入，将掺杂物原子/分子离子化、加速、形成束、解析、扫过晶片，或者将晶片扫过此束。掺杂物离子物理轰击晶片、进入表面并且停留在表面之下，位于与离子的能量相关的深度。
[0004] 参见图1，系统100包括用于沿束路径产生离子束的离子源102。束线组件110设置在离子源102的下游以从其接收该束。束线系统110可以包括(未显示)质量解析器、加速结构，所述加速结构可以包括，例如，一或更多个间隙，以及角度能量过滤器。束线组件110位于沿所述路径之处以接收该束。质量解析器包括场生成构件，如磁铁，并且操作为提供跨越束路径的场，如此以根据质量(例如，电荷质量比)以使离子在不同的轨道从离子束偏离。经过磁场的离子经历力的作用，其将所需质量的个别离子沿束路径引导，并且将不想要质量的离子偏折离开束路径。
[0005] 处理室112设置在系统100中，其包含标靶位置，所述标靶位置从束线组件接收离子束并且沿用于使用最终质量解析过的离子束注入的路径支持一个或多个工件114，如半导体晶片。之后处理室112接收朝向工件114引导的离子束。可以理解在系统100中可以采用不同类型的处理室112。例如，“间歇”型处理室112可以同时将多个工件114支持在旋转的支持结构上，其中将工件114旋转经过离子束的路径，直至将所有工件114都完全注入。另一方面，“连续”型等离子体室114沿用于注入的束路径支持单一工件114，其中将多个工件114以连续的方式一次一个地注入，在每个工件114完全注入之后开始下一个工件114的注入。处理室112还可以包括用于将束相对于工件移动，或者将工件相对于束移动的扫描设备。
[0006] 离子注入器中的离子源典型地通过在源室内将其成分之一是所需的掺杂元素的源气离子化并且以离子束的形式抽取离子化的源气。离子化的过程是通过激发器实现的，所述激发器可以采取以下形式：发热加热细丝、细丝加热阴极(间接加热阴极(IHC))或射频(RF)天线。
[0007] 组成源气的所需的掺杂元素的实例可以包括碳、氧、硼、锗、硅等。越来越感兴趣的是碳的使用，其可以在许多注入步骤中采用，例如，材料改性。用于碳注入的最常见的前体源气包括二氧化碳和一氧化碳。
[0008] 在建构图1在所示的离子源室中，耐火金属如钨和钼通常用于形成室102的阴极和内壁表面。在采用二氧化碳或一氧化碳源气产生碳离子的过程中，自由氧原子在离子室中产生，并且与建构电极、室衬里、室主体、电弧缝的材料反应。室102将与自由氧离子反应形成钨和钼氧化物，其累积在这些表面上并且有害地影响离子源的效率并且毒化室102。
[0009] 为了对抗这种效应，已知使助气随二氧化碳源气一起流动以减轻自由氧的破坏倾向。用于此目的的助气包括膦(PH3)等。然而，例如膦的助气对离子源增加了气流和压力，却没有加入任何可用的前体材料，并且比其他备选更昂贵并且有毒。
发明内容
[0010] 下面给出简化概述以便提供对本发明的一个或多个方面的基本理解。本概述不是本发明的广泛综述，并且既非意图指定本发明的关键或重要构成，也不意图描述其范围。相反，本概述的主要目的是以简化形式给出本发明的一些概念，作为之后给出的更详细描述的前序。
[0011] 本发明的各方面通过以下方式有助于离子注入处理：移除从含碳源气的解离和离子化产生的可以氧化(毒化)离子源的氧原子，从而减少从阴极发射的电子。离子源的束电流以及寿命因而增加。在本文公开了用于实施本方法的相关设备和离子注入系统。
[0012] 为了完成前述和相关方面，本发明包括下文完整描述并在权利要求书中特别指出的特征。以下叙述和附图详细给出本发明特定示例性方面和实施。然而，这些只是其中可以采用本发明的原理的多种方式中仅仅数种的表示。当结合附图考虑时，本发明的其他目的、优点和新特征将从本发明的以下详述变得明显。附图简述
[0013] 图1是适合实施本发明的一个或多个方面的框图形式的离子注入系统。
[0014] 图2A是示例根据本发明的某方面的离子源组件的一个实施方案的离子注入系统。
[0015] 图2B是示例根据本发明的某方面的离子源组件的备选实施方案的离子注入系统。
[0016] 图2C是示例根据本发明的某方面的离子源组件的另外的备选实施方案的离子注入系统。
[0017] 图3是示例根据本发明的某方面的方法的流程图。
[0018] 图4是示例根据本发明的某方面在不同比例的氢下二氧化碳/氢的质谱的图示。
[0019] 图5是示例根据本发明的某方面的来自不同比例的氢助气的真实束电流的图示。
[0020] 发明详述
[0021] 现在将参考附图描述本发明，其中遍及全文使用相同的附图标记指代相同的组件。本领域技术人员将明白本发明并不限于下文所示例和叙述的示例性实施和方面。
[0022] 先参考图2，其以框图的形式描述适合用于实施本发明的一个或多个方面的离子注入系统200。
[0023] 系统200包括用于沿束路径产生离子束204的离子源组件202。离子束组件202包括，例如，具有附带的电源208的离子源室206。离子源室206可以，例如，包括相对长的等离子体限制室，离子束从所述等离子体限制室抽取并被加速。定位抽取电极207用于离子束从离子源室206的抽取。
[0024] 包含含碳源气的源气供应216经由共同的入口224连接至离子源室206。源气供应可以包括含碳源气，例如，二氧化碳或一氧化碳。气流调节器218控制至离子源室206的源气216的量和速率。包含氢助气的助气供应220经由共同的入口224连接至离子源室206。气流调节器222控制要供应至离子源室206的助气的量和速率。
[0025] 在离子源室206的操作过程中，将含碳源气216和氢助气220经由入口224引入至离子源室206中。含碳源气216解离和/或离子化以形成含有碳离子和氧离子的带电粒子的等离子体。自由氧离子与氢助气220反应以形成水分子和氢氧化物，通过真空泵系统234将其从室206移除。
[0026] 图2B-2C示例本发明的备选实施方案。在前面的实施方案中从分开的供应获得源气216和助气220，并且在进入至离子源室206中之前在入口224中混合，但也预期源气216和助气220可以作为预先混合的产品获得，并且以一种产品供应至离子源室206，如图2B所示。这里，将源气和助气的混合物226以具有附带的气流计228的单一源供应，所述气流计控制混合物226至离子源室206中的速率和流动。单一源226经由入口224进入离子源室206。
[0027] 在离子源室206的操作过程中，将含碳源气和助气混合物226经由入口224释放至离子源室206中。含碳源气被解离和/或离子化以形成含有碳离子和氧离子的带电粒子等离子体。自由氧离子与来自助气的氢离子反应以形成水分子和氢氧化物，将其通过真空泵系统234从室206移除。
[0028] 图2C示例另外的实施方案，其中提供二分的入口230、232，一个用于源气216并且另一个用于助气220。之后将气体216、220在离子源室206中混合。用于源气216的气流计218和用于助气220的气流计224分别控制气体经由入口230和232进入离子源室206中的流动。
[0029] 图3是示例根据本发明某方面的用于通过离子注入器中利用含碳源气的离子源的性能和延长所述离子源的寿命的方法300的流程图。方法300在离子注入系统的操作过程中采用氢助气，以便有助于当采用含碳源气时产生的自由氧离子的移除。上图和叙述也可以参考方法300用于进一步描述。
[0030] 方法300在框302处开始，其中供应含碳源气和氢助气。该方法在306处继续，其中将源气和助气进料至离子源室中，在308处，在离子源室内将由阴极发射的电子加速并且将源气的气体分子离子化，以裂解源气并生成所需的离子。在310处，氢助气与自由氧离子反应以形成水或氢氧化物。将离子化的碳离子、碳同位素和氧在312处抽取。在314处，将水和氢氧化物分子通过真空泵系统移除。在316处，将抽取的碳离子从离子束注入至工件中。
[0031] 含碳源气和氢助气的所选流速可以变化，以使得将最大量的氧离子移除而不有害地影响束电流。助气供应的量可以至少部分地通过操作过程中束组成的分析决定。在图4中示例了采用二氧化碳做为源气具有不同比例的氢气的离子注入方法的质谱图的图示。在所有的情况中，将碳12的质量峰正规化为相同的数值。在CO2为3sccm的固定流动的情况下，将H2流动从0sccm变化至4sccm。在每种流动水平下取得质谱图以监视关键AMU峰12(碳)、16(O)和28(CO)。随H2增加，AMU峰16和28都相对碳峰减小，显示氧与氢助气反应。这进一步由AMU 16的峰/最大处向右位移(至更高的AMU)证实。该肩峰是在AMU 17从氧化氢(氢化物)的形成和在AMU 18处H2O的形成。
[0032] 在图5中是对于碳12和其他感兴趣的峰的从不同比例的助气获得的实际束电流的图示。在该图中还显示了碳束电流的传输(定义为束电流除以抽取电流和抑制电流之差)作为流过的气体混合物中碳的量的函数。使用无助气调控的束做为基线，看到增加氢的流动增加氢与氧之间的还原反应，而所有其他峰(O和CO)强度减小。虽然传输随着氢增加继续爬升，碳束电流在不同的氢流动下保持几乎不变，直到它开始在3sccm处开始降低，这显示过多助气的引入。在这种特定的情况中，最佳比例显示为3∶2sccm的流动设定，因为束电流在H2流动为1至3sccm之间是基本上固定不变的。该设定最小化阴极、反射极和其他内部室构件的氧化。通过使氧与助气反应掉，极大地增加了电弧室寿命，附带的益处是贯穿源的寿命的稳定的束电流。
[0033] 虽然，为了简化说明的目的，将方法300描绘并叙述为连续执行，应当明白并理解的是，本发明不限于所示次序，因为根据本发明，某些方面可以与在本文描绘并叙述的其他方面以不同的顺序出现和/或同时出现。例如，可预期含碳源气和氢助气至离子源室中的流动可以同时发生。在另一个实施方案中，预期这些气体的流动可以依序发生，以使得将含碳源气引入至离子源室中，之后是含氢助气至离子源室中的流动。此外，不是所有所示特征或框都需要用于实施根据本发明的某方面的方法。
[0034] 虽然已关于一个或多个实施示例并叙述本发明，但本领域技术人员在阅读并了解本说明书和附图后会知道等价的变化和修改。尤其关于由上述构件(组件、装置、线路、系统...等)执行的不同功能，除非另外指出，用于描述这种构件的术语(包括提及“方式”)预期对应于进行所述构件的特定功能的任何构件(例如，功能上等价的构件)，即使其在结构上不单价于在本文示例的本发明的示例性实施中进行该功能的所公开的结构。此外，虽然本发明的特定特征可能已关于几个实施中的仅一个公开，但这种特征可以与其他实施的一个或多个其他特征按需要并且有利于任何给定或特别应用组合。此外，在于该详述或权利要求中使用术语“包含”、“含有”、“具有”、“有”、“带有”或其变化用语的范围内，这些术语意图是以类似于术语“包括”的方式成为开放式的。此外，术语“示例”意图给出实例，而不是最好的或较佳的方面或实施。
