[发明专利]用于提高离子注入系统中的离子源的寿命和性能的方法和设备

说明书

对相关申请的引用

根据美国法典第35条119款，本申请要求于2010年2月26日由Robert Kaim等人提交的名为“METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCED LIFETIME AND PERFORMANCE OF ION SOURCE IN ANION IMPLANTATION SYSTEM（用于提高离子注入系统中的离子源的寿命和性能的方法和设备）”的美国临时专利申请号61/308,428的优先权，以及于2010年10月7日由Robert Kaim等人提交的名为“METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCED LIFETIME AND PERFORMANCE OF ION SOURCE IN AN ION IMPLANTATION SYSTEM（用于提高离子注入系统中的离子源的寿命和性能的方法和设备）”的美国临时专利申请号61/390,715的优先权。所述美国临时专利申请号61/308,428和61/390,715的公开内容为了所有目的而以其相应的全部内容结合于此以供参考。

技术领域

本公开涉及利用掺杂剂和掺杂气体混合物来提高离子注入系统中的离子源的寿命和性能的离子注入。

背景技术

如在半导体制造中所实践的，离子注入涉及通过将这种物质的高能离子（energetic ion）撞击在基底上而将化学物质沉积在基底，例如微电子装置（器件）晶片中。为了产生离子注入物质，使掺杂气体经受电离，例如，该掺杂气体可以包括掺杂物质的卤化物或氢化物。用离子源执行此电离，以产生离子束。

一旦在离子源产生，便通过萃取（抽取）、磁过滤、加速/减速、分析器磁处理、准直、扫描和磁校正来处理离子束，以产生撞击在基底上的最终离子束。

已经开发了各种类型的离子源，包括感应加热的阴极离子源、弗里曼离子源、伯纳斯离子源，以及各种其他离子源，但是，不管使用何种特定类型的离子源，该离子源必须能够在延长的时间周期内连续操作，不会出现“小故障（瞬发性波动，glitching）”或其他将使得必须关闭、维护或维修离子源的事件（occurrence）。因此，在离子注入系统的有效且节省成本的操作方面，离子源寿命是该系统的关键特性。

离子源故障可归因于各种原因，包括在对离子的热离子发射产生负面影响的阴极表面上堆积沉积物，导致离子源的电弧电流减小、性能变差且寿命缩短，以及由于在电弧室中产生游离氟而导致与诸如四氟化锗的掺杂气体的有害蚀刻反应，并且，阴极材料的剥离或溅射导致阴极的物理完整性受损，从而使离子源的性能变差并缩短其寿命。

由于需要避免离子源故障，并需要将离子源的操作效率和寿命保持在较高水平，本领域不断地努力尝试以提高离子注入系统中的离子源的寿命和性能。

发明内容

本公开涉及离子注入系统和方法，并涉及用于实现这样的系统和方法中的离子源的提高的寿命和性能的方法和设备。

在一个方面中，本公开涉及一种离子注入方法，包括，使掺杂剂成分（掺杂剂组合物，dopant composition）流至离子源，以产生用于注入的离子掺杂物质，其中，从由以下物质组成的组中选择掺杂剂成分：

（i）富含同位素（同位素富集的，isotopically enriched）以高于至少一种质量70、72、73、74或76的锗同位素的天然丰度水平（等级）的锗化合物，其中，所述至少一种锗同位素的富含同位素的水平（富含同位素的等级，同位素富集水平，isotopically enriched level）比质量70的锗同位素大21.2%，比质量72的锗同位素大27.3%，比质量73的锗同位素大7.9%，比质量74的锗同位素大37.1%，比质量76的锗同位素大7.4%，限制条件是，当掺杂剂成分由以质量72的锗同位素富含同位素的四氟化锗组成时，所述富含同位素的水平比质量72的锗同位素大51.6%；以及

（ii）包括掺杂气体和补充气体的掺杂气体配制品，其中，补充气体包括稀释气体和同质气体（同种类气体，co-species gas）中的至少一种，并且其中，掺杂气体和，当存在时，同质气体，中的至少一种是富含同位素的（同位素富集的）。

在另一方面中，本公开涉及一种在上述类型的离子注入方法中操作离子源的方法，包括：

使包括在所述掺杂剂成分中的不同的掺杂剂材料（掺杂剂物质，dopant materials）连续地流至离子源；

在使所述不同的掺杂剂材料（掺杂剂物质）连续地流至离子源的过程中，监测离子源的操作过程中的阴极偏压功率；并且