[发明专利]用于离子注入装置束流线内部部件的石墨部件

说明书

技术领域

本发明涉及用于离子注入装置束流线内部部件的石墨部件，所述内部部件 用于在半导体衬底等中注入离子的离子注入装置。束流线内部部件是用于离子 注入装置的内部真空空间的部件，且具体地包括离子源内部部件、从离子源到 注入处理室的束流通道内部部件以及注入处理室内部部件。

背景技术

加工半导体器件的其中一个步骤是在将作为衬底的例如硅、碳化硅(SiC)、 砷化镓(GaAs)及氮化镓(GaN)等等的半导体晶片衬底中离子注入杂质元素。图2 是将用于所述步骤的离子注入装置的一个实施方案的示意图。离子注入装置10 是用于将希望的杂质元素电离、将元素加速至设定能量且使该元素撞击半导体 衬底(晶片衬底16)等等的装置。图中所示的离子注入装置10装备有通过提供 等离子态的气体且包含希望的杂质元素产生离子的离子源11、用于引出产生的 离子的引出电极(extraction electrode)12、用于从引出的离子中选择希望的离子 的分离电磁体13、用于加速离子的加速电极14、以及用于使加速离子偏转的偏 转电极15，其中杂质元素的偏转离子通过闸(shutter)18和盒19撞击(注入)设 置在束终止器(beam stop)17前面的晶片衬底16。图中虚线表示待注入离子的 行程。

组成离子注入装置每一部件的材料要求是显示出优异耐热性和优异导热 性、由于离子束引起的烧蚀(腐蚀)较少且杂质含量低的高纯材料。例如采用 用于飞行管(flight tube)、各种狭缝、电极、电极罩、导管、束终止器等材料的石 墨材料。具体地，常规地将高密度和高强度的石墨部件用于高能离子注入装置， 其中杂质元素离子注入的能量不小于1MeV。涉及这些现有技术的专利参考文 献例如是JP-A-8-45467、JP-A-9-199073、JP-A-10-12180、JP-A-2000-323052、 JP-A-2004-158226、US-B-2003/38252和US-B-2003/79834。

除上述技术之外，用玻璃态碳或热解碳涂覆或浸渍的石墨部件可用作离子 注入装置的束流线内部部件。涉及此现有技术的专利参考文献例如是 JP-A-9-63522、JP-A-8-171883、JP-A-7-302568、JP-A-2000-128640和 JP-A-11-283553。

通过将焦炭烧结成团聚体(aggregate)及粘结剂制备石墨材料。因此，将 石墨材料用于离子注入装置担心由于离子束引起石墨颗粒脱落产生离子注入装 置的内部污染以及由于颗粒结合到晶片衬底中而降低半导体器件的产量的问 题。此外，还担心由于离子束照射引起石墨部件的烧蚀问题。

近年来，随着集成电路器件设计规则小型化以及通过集成电路器件实现超 高致密化和超高速度，MOS器件的选通脉冲宽度不大于90nm。作为实现以上 目的的离子注入技术，要求注入的杂质超浅分布。超浅分布使源/漏极(drain)能 够超浅连接。因而已研究和开发出作为低能离子注入方法的等离子体掺杂和采 用减速电场的低能离子注入。在这种情况下，在束流线中石墨上的离子放射能 即加速电压有时比常规水平更低，例如约2keV或以下。采用高能量，离子注入 是可能的，但是采用低能量可能发生溅射。

                          发明公开

本发明人的新发现揭示了采用低能离子注入可能暴露下列常规地未经历的 问题。在尝试低能离子注入时，在石墨部件的表面上发生溅射，从而增加了亚 微米碳颗粒作为不希望的颗粒到达晶片的可能性。因为紧凑装置缩短了束终止 器和晶片之间的距离，在晶片中还不希望地注入了通过采用束缝(beam slit)缩小 束流产生的超细碳颗粒。

考虑到这种情况，本发明旨在提供用于离子注入装置束流线内部部件的石 墨部件，在高电流低能离子注入方法中该部件可以显著地减少结合到加工对象 (晶片等)表面的颗粒。

本发明的特征如下。

(1)用于离子注入装置束流线内部部件的石墨部件，其具有不小于 1.80Mg/m³的堆积密度和不大于9.5μΩ·m的电阻率。

(2)(1)的石墨部件，具有不大于0.20的R值，其中通过在石墨部件的自发 断裂表面的拉曼光谱中用1370cm^-1处的D谱带强度除以1570cm^-1处的G谱带强 度获得R值。