CN102396048B - 半导体制造***中的离子源清洁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明系关于藉由监测阴极偏压功率且取决于比较值采取校正动作而藉由利用能够生长/蚀刻在一离子植入***之间接加热的阴极中的该阴极的温度及/或反应性清洗试剂来蚀刻或再生长该阴极以清洗一离子植入***或其部件。

Description

半导体制造***中的离子源清洁方法
技术领域
本发明系关于半导体处理***，特别是离子植入***之部件上的材料沈积的监测、控制以及清洗。
背景技术
离子植入被用于集成电路的制造以便精确地向半导体晶圆中引入受控制量的掺杂杂质并且是微电子/半导体生产中的重要制程。在此类植入***中，一离子源使一所希望的掺杂元素气体电离成离子并且该等离子以具有所希望能量的一离子束的形式从源中萃取。萃取系藉由施加一高的电压跨过合适成型的萃取电极而实现，该等萃取电极将多个孔合并成了萃取束的通道。离子束然后在工件的表面，例如一半导体晶圆上进行定向，以便向该工件植入掺杂元素。该束中的离子穿透该工件的表面来形成具有所希望的导电率之区域。
几种类型的离子源一般用于商业的离子植入***中，包括：使用热电电极并且藉由一电弧供电的弗里曼(Freeman)以及贝尔纳(Bernas)类型、使用一磁控管的微波型、间接加热的阴极源、以及RF电浆源，所有该等离子源通常在一真空中运行。离子源藉由向填充了掺杂气体(一般称为「原料气体」)的一真空室中引入电子来产生离子。电子与气体中的掺杂原子及分子的碰撞引起了由正的及负的掺杂离子组成的电离电浆的产生。具有一负的或正的偏压的萃取电极将分别允许该正的或负的离子作为一准直离子束通过孔并且从离子源中出来，该离子束向着工件被加速。原料气体包括但不限于BF3、B10H14、B18H22、PH3、AsH3、PF5、AsF5、H2Se、N2、Ar、GeF4、SiF4、O2、H2、以及GeH4。
目前，在现有技术的器件的制造中达10-15个植入步骤。增加晶圆大小、减小临界尺寸、以及生长电路的复杂性正在提出对离子植入工具就更好的处理控制、低能高束电流的释放、以及平均无故障时间(MTBF)减小而言更多的要求。
最需要维护的离子植入机工具的部件包括：离子源，它必须在大约100到300小时的运行时间之后进行检修(取决于其运行条件)；萃取电极以及高电压绝缘子，它们在运行几百小时之后通常需要清洗；离子植入真空***的前级管道以及真空泵，包括离子源涡轮泵及其关联的前级管道。另外，离子源之各种部件(诸如丝极、阴极及其类似者)在运行后可能需要更换。
在理想的情况下，所有的原料分子均会被电离并且萃取，但是实际上会发生一定量的原料分解，这导致了在离子源区域上的沈积以及污染。举例而言，磷的残余物(例如由使用诸如磷化氢之原料气体得来)迅速地沈积在该离子源区域的表面上。该残余物可在离子源中之低电压绝缘子上形成，引起电短路，这可能中断产生热电子所需要的电弧。这种现象通常称为「源闪烁(glitching)」，并且它系离子束不稳定性的重要因素，并且可能最终引起该源的过早损坏。残余物还在离子植入机的高电压部件(例如该源的绝缘子或萃取电极的表面)上形成，引起高能的高电压发电花。此类电花系束流不稳定性的另一因素，并且由该等电花所释放的能量可以损坏灵敏的电子部件，导致增加的装备故障以及差的MTBF。
对于使用Sb2O3作为固体掺杂材料的锑(Sb+)的植入，会发生另一常见的问题，这可以藉由甚至仅在Sb+植入几小时之后流入硼(B)而恶化。该硼束电流可以使该明显受损的离子源的性能及寿命显着地变坏。此类性能退化的原因归因于在源的室及其部件上过度沈积的Sb。因为产量由于更频繁的预防性维护或更少的束电流而降低了，所以离子源的故障显着地降低了植入机的生产率。由于Sb的植入广泛地用于类似的双极器件中，并且还用作对于MOS(金属氧化物半导体)器件的浅接面形成的n-型掺杂，因此本领域有发展一方法的需要，即当Sb+用作掺杂剂时，特别是Sb植入之后转换成B时，该方法可以从源的腔室及其部件上移除沈积的Sb。
此外，掺杂原子(例如B、Ge、Si、P及As)可沈积在离子源涡轮泵、其关联的真空前级管道的下游，及位于前级管道下游的低真空泵中。经时间的推移，该等沈积物积累起来并且需要清洗，其中过去系手动完成的。但是有些沈积物(例如固体磷)系生火花的并且可能在手动维护的操作过程中着火。这不仅是火灾危险，而且还可能释放出有毒的化合物。因此在本领域存在着发展一改良的方法的需要，该方法可使用一气体清洗剂来如愿地原位清洗该等沈积物。
在离子源故障的另一原因中，各种材料(例如钨，W)可以在长期的离子植入过程中累积在阴极上。一旦该等材料累积达到一临界程度，该阴极电源不再能保持足以满足束电流设定点的温度。这引起离子束电流的损失，需要更换离子源。所产生的离子源性能退化及寿命缩短降低了离子植入机***的生产率。
而离子源故障的另一原因系阴极材料的蚀刻(或溅镀)。举例而言，来自阴极的金属材料(例如W、Mo等)被电弧室中电浆中的离子溅镀。因为溅镀受到电浆中的最重的离子的控制，所以随着离子质量增加，溅镀效果可能变坏。事实上，连续的材料的溅镀使该阴极「变薄」，最后导致在阴极上形成一孔洞(「阴极穿通」)。结果系离子源的性能及寿命大大降低。因此本领域继续寻求能保持材料在阴极上的累积及腐蚀之间的平衡的方法来延长离子源的寿命。
其它残余物可能由该离子源材料与该离子植入***的部件之间的反应产生，这取决于***内的条件。此类反应可以导致残余物沈积在***的额外部件上。举例而言，钨须晶可形成于电弧室萃取孔上，从而导致束不均匀性问题。
沈积物在离子源的组件上很常见，例如丝极以及反射极电极。此类内部沈积物总体上是由电弧室材料构成的，并且最常见的是当具有一氟化物源的原料的高电浆电源与由钨或钼构成的一电弧室结合而操作时。尽管使用非含卤化物源的材料的离子植入***的离子源的预期寿命一般是大约100小时到300小时，而有些含卤化物材料(例如GeF4)由于在离子源操作中内部沈积物的有害影响，离子源的寿命可以低至10小时到50小时。
除了由于在该离子植入机中的残余物引起的操作困难之外，由于为了清洗而移除部件时散发出有毒或腐蚀蒸气，还存在重大的人员安全问题。安全问题会在残余物存在的任何地方发生，但特别受关注的是在离子源区域，因为离子源系离子植入机最经常维护的部件。为了最小化停机时间，经常在显着地高于室温的温度下将受污染的离子源从植入机中移除，这增加了蒸气的散发并且加深了安全问题。
处理以上困难的已有方法已包括尝试阻止沈积物的形成以及清洗在萃取电极及离子源上产生的沈积物(即，在该萃取电极上，如公布的美国专利申请2006/0272776、公布的美国专利申请2006/0272775以及公布的国际专利申请WO 2005/059942A2中所讨论)。然而，依然需要清洗离子植入***的所有元素的额外过程。
因此在离子植入领域中希望提供具有一单独的清洗台的一离位的清洗方法，由此可以安全地对已经从该植入机移除的受污染部件进行清理而没有任何机械磨损，该机械磨损可能损害例如石墨电极之精细部件。因此提供一离线清洗台还将是在离子植入领域中的一显着进步，它可以用来在部件从该植入***移除之后选择性并且非破坏地清洗它们，而停机时间最短。
提供一原位的清洗方法也将是离子植入领域中的一显着进步，该方法用于在植入过程中有效地、选择性地移除不必要的遍及该植入机(特别是该离子源区域)沈积的残余物。这种原位清洗会提高人员安全并且促进稳定的、不间断的植入装备的操作。
可以进行一原位清洗过程而不拆开该处理室。对于原位过程，将一气体试剂从该处理室中流过以便以连续的、脉冲的或混合的连续-脉冲方式来移除累积的薄膜。取决于情况，一电浆可以在或不在这种清洗过程中产生。
使用三氟化氯(ClF3)以及其它的氟源的材料(例如，CF4、NF3、C2F6、C3F8、SF6以及ClF3)的无电浆的或干燥清洗方法可用于从半导体处理室中移除固体残余物，例如藉由与固体残余物进行反应以形成藉由真空或其它的移除条件从该处理室中可移除的挥发性反应产物，并且在此类情况下，该等清洗试剂可能需要高温的清洗条件。见Y.Saito等，「Plasmaless Cleaning Process of Silicon Surface Using Chlorine Trifluoride 」，APPLIEDPHYSICS LETTERS，第56(8)卷，第1119-1121页(1990)；还见D.E.Ibbotson等，「PlasmalessDry Etching of Silicon with Fluorine-Containing Compounds 」，JOURNAL OF APPLIEDPHYSICS，第56(10)卷，第2939-2942页(1984)。
美国专利号4,498,953描述了一原位清洗方法，其中将一种卤素间化合物(例如BrF5、BrF3、ClF3、或IF5)连续地流过该处理室，同时维持在该室内的一预定的压力。在该处理结束时，终止该卤素间化合物气体的流动。此类方法可以产生含Cl、Br、或I的副产物，连同含氟的副产物，由此产生大量的需要处理或其它处置的危险废料。此外，此类连续流动清洗在非常低的压力条件下进行，在此压力下清洗效率实质上降低了。
在某些离子源应用中，已经进行了BF3、PH3、及/或AsH3的策略性排序以便实现更长的离子源寿命。
氟基或含氟的卤素间化合物用于清洗半导体处理装备的应用有限制其商业活力的相关不足。氟基或含氟的卤素间化合物(包括ClF3)具有高度腐蚀的特点。此外，卤素间化合物系对人类呼吸道的强烈刺激物。举例而言，对于ClF3蒸气的临限人体耐受水平可以低到100ppb，LC50为在300ppm下1小时的级别。
本领域继续寻求新的清洗试剂以及离位及原位***与方法，以及相关的监测及控制装置及方法。
发明内容
本发明总体上系关于用于监测、控制以及清洗离子植入***或其部件的装置以及方法，也系关于有效地用于此种清洗的组合物。
在一态样本发明提供了在***操作过程中监测一离子植入***的丝极状态之方法，该方法包含：(a)在一离子源的电弧室中使用足以在所述电弧室中产生一电浆的一初始电流向一丝极供电；(b)在连续电浆生成的一预定时间量测对该丝极的电流输入以便保持该电弧室中的电浆；(c)将在该预定时间量测的电流输入与该初始电流进行比较，并且(d)根据此模拟较确定材料是否已经沈积到该丝极上或是否已经发生该丝极的蚀刻，其中，相对于该初始电流在该预定时间的一更大的电流表示材料在该丝极上的沈积，而相对于该初始电流在该预定时间的一更小的电流表示该丝极的蚀刻。
在另一态样本发明提供了在该***操作过程中控制一离子植入***的一丝极的状态之方法，包含：(a)在一离子源的电弧室中使用足以在所述电弧室中产生一电浆的一初始电流向一丝极供电；(b)在连续电浆生成的一预定时间量测对该丝极的电流输入以便保持该电弧室中的电浆；(c)将在该预定时间量测的电流输入与该初始电流进行比较，(d)根据此模拟较确定材料是否已经沈积到该丝极上或是否已经发生该丝极的蚀刻，其中，相对于该初始电流在该预定时间的一更大的电流表示材料在该丝极上的沈积，而相对于该初始电流在该预定时间的一更小的电流表示该丝极的蚀刻，并且(e)回应于该确定，从该丝极移除沈积的材料或在该丝极上沈积附加的材料，至一程度，在该程度重新建立了该初始电流输入、或在所述初始电流输入的一预定范围内的一电流输入。在此态样之另一实施方式中，步骤(a)至步骤(d)可在离子植入过程期间进行；步骤(e)可在离子植入过程之前、之后或之间进行。
在另一态样中，本发明提供了在***操作期间控制一离子植入***之一间接加热的阴极(IHC)源之状态的方法，其包含：(a)藉由在一预定时间量测阴极偏压功率供应来确定间接加热的阴极源的使用功率；(b)比较该预定时间的该使用功率与初始功率；及(c)响应于该比较采取校正动作(i)或(ii)以控制该间接加热的阴极之状态，藉此(i)若在该预定时间的该使用功率高于该初始功率，则蚀刻该间接加热的阴极；或(ii)若在该预定时间之该使用功率低于该初始功率，则再生长该间接加热的阴极。初始功率包括在一预定时间之量测之前的一时间的阴极偏压功率之值，例如，其可为启动时的功率，或正常操作条件下的功率，或任何其它预设定时间点或值。如熟习此项技术者将理解，阴极偏压功率量测及初始功率值取决于植入过程或其它情况可呈一范围或多个范围的形式。该(c)(i)的蚀刻包括在足以蚀刻的低温至中等温度的条件下操作该间接加热的阴极。在此方面之低温至中等温度经例示为自约室温高达约2000℃。该(c)(ii)的再生长包括使一氟化气体在一电浆状况下在该间接加热的阴极上流动，其中该氟化气体包含以下中之一或多者：XeF2、XeF4、XeF6、GeF4、SiF4、BF3、AsF5、AsF3、PF5、PF3、F2、TaF3、TaF5、WF6、WF5、WF4、NF3、IF5、IF7、KrF2、SF6、C2F6、CF4、ClF3、N2F4、N2F2、N3F、NFH2、NH2F、BrF3、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6及MoF6。该(c)(ii)的再生长包括在足以发生金属沈积的高温的状况下操作该间接加热的阴极。在此方面之高温经例示为大于2000℃。校正步骤(c)可于离子植入过程之前、之后或之间进行。另外，针对再生长，若经植入的物质系选自上文直接描述之氟化气体中之一者，则可在植入过程期间进行校正步骤。上文或本文其它处所论述的方法步骤可由适当控制装置(诸如微控制器、控制器、微处理器等)及相关联的电气、电子及/或机电部件进行，该等控制装置经适当程序化及/或经组态以进行离子源的部件(诸如丝极、反射极电极、阴极及反电极)的自动修复或清洗。
在另一态样中，本发明提供了操作在一离子源的电弧室中包括一丝极或阴极(或可经蚀刻或具有诸如但不限于反电极、反射极及其类似者的沈积物的离子源的其它部件)的离子植入***的方法，来保持该离子源的操作效率，所述方法包含将该丝极或阴极或如前述的离子源的其它部件在以下条件下与一钨试剂进行接触，该等条件选自构成如下的组：
(a)实现钨在该丝极上沈积的条件；以及
(b)实现从该丝极上蚀刻所沈积材料的条件。
在此方面的一实施方式中，(例如)阴极、反射极(其分别对应于阴极及丝极)或其类似者的其它离子源部件可具备适当加热组件以调整部件之表面温度，以选择性地蚀刻来自其的材料或在其上沈积材料。
在另一实施方式中，间接加热的阴极(IHC)离子源可包括两个阴极(替代阴极及反电极)。在植入期间，一个阴极可作为反阴极来操作，且在修复或校正过程期间，两个阴极之温度可根据需要经控制以沈积或蚀刻材料。
本发明系关于在另一态样中系关于清洗一离子植入***的一或多个部件的方法，用于从所述一或多个部件至少部分地移除与电离作用有关的沈积物，所述方法包含将一清洗气在以下条件下流过该***，该等条件选自构成如下的组：
(a)实现材料在该丝极、阴极或如前述之其它离子源部件上沈积的条件；以及
(b)实现从该丝极、阴极或如前述之其它离子源部件上蚀刻所沈积材料的条件。
本发明的另一态样系关于将在一电弧室中的离子源的一丝极保持一预定的电阻的方法，该方法包含将该丝极与取决于丝极的温度相对于该电弧室壁的温度有效地在该丝极上沈积材料或有效地从该丝极上蚀刻材料的一试剂进行接触，并且控制该丝极的温度及该电弧室壁中的温度来有效地在该丝极上沈积或蚀刻材料，以保持所述预定的电阻。总体上，若在电弧室壁系低温至中等温度(小于丝极的温度)时，丝极的温度足够高(例如大于2000℃)，则发生丝极上材料的沈积。若不考虑电弧室壁之温度(虽然电弧室壁的温度小于或大于丝极的温度为较佳的)，丝极的温度系低温至中等温度(例如，小于约1500℃至2000℃)，则发生自丝极蚀刻材料。
在另一态样中，本发明系关于清洗一离子植入***或其一或多个部件以便从中移除与电离作用有关的沈积物的方法，该方法包含将该离子植入***或其一或多个部件在其中BrF3与该等沈积物具有化学反应性的条件下与所述BrF3接触以便实现它们至少部分地移除。
在另一态样中，本发明系关于清洗一离子植入***的一前级管道以便从中移除一与电离作用有关的沈积物的方法，该方法包含将一离子植入***的前级管道与一清洗气体在其中所述清洗气体与该沈积物具有化学反应性的条件下进行接触以便至少部分地移除它们。此方法可以改良一离子植入***的性能并且延长其寿命。
在另一态样中，本发明系关于改良一离子植入***的性能并且延长其寿命的方法，该方法包含将该阴极与包含至少一种清洗气体以及至少一种沈积气体的一气体混合物进行接触，其中所述气体混合物平衡了材料在阴极上的沈积以及该沈积材料或其它材料从该阴极上的腐蚀。
本发明的其它态样、特征以及实施方式从随后的揭示内容以及所附申请专利范围将会更加明显。
附图说明
图1系在引入原位清洗过程之前及之后的源寿命数据的一图表，示出了由于该过程而带来的寿命的延长。
图2系图表显示了XeF2对抑制器的泄漏电流的影响的一图表，如在实例1中所详述。
图3A及3B系示出了证明原位清洗的清洗效果的照片，如在实例1中所详述。
图4A及4B示出了原位清洗的清洗效果，如在实例5中所详述。
图5A及5B系用XeF2流经过一实耗时间段的增加的丝极重量(图5A)以及丝极电流(图5B)的图表。
图6系对于用XeF2流在该***内的钨传送，丝极重量变化作为丝极电流的一函数的一图表。
图7系显示了阴极偏压功率的变化作为时间及气体类型的一函数的图表。
图8系显示了阴极W重量变化作为偏压功率的一函数的图表。
具体实施方式
本发明系关于用于监测、控制以及清洗半导体处理***及/或其部件的装置以及方法，并且系关于用于此种清洗的组合物。
在一态样中，本发明系关于从该半导体处理***或半导体处理***的部件中移除沈积物，其中将该***或***部件与包括一气相反应性材料的一清洗组合物进行接触。
如此处所使用，术语「气相反应性材料」旨在宽泛地解释为指以下材料，包含：一或多种卤化物及/或错合物(以气态或蒸气的形式)，该一或多种化合物及/或错合物的离子及电浆形式，以及从该一或多种化合物、一或多种错合物以及离子及电浆形式衍生的元素以及离子。如在本发明的宽泛的操作中所使用的一气相反应性材料还可以不同地是指(但不限于)一「气相反应性组合物」、一「清洗剂」、一「清洗气体」、一「蚀刻气体」、一「气态卤化物」、一「气态清洗剂」、一「反应性卤化物」、一「清洗化合物」、一「清洗组合物」、一「清洗蒸气」、一「蚀刻蒸气」或此类术语的任何组合。
如此处所使用，就一离子植入机而言，「离子源区域」包括，但不限于真空室、源电弧室、源绝缘子、萃取电极、抑制电极、高电压绝缘子、源套管、丝极、阴极以及反射极电极。如熟习此项技术者将理解，用语「离子源区域」以其最广意义使用，例如，贝尔纳(Bernas)或弗里曼(Freemen)离子源总成包括一丝极及反射极电极，且IHC源总成包括阴极及反阴极。
本发明考虑了半导体处理***及其部件的清洗，连同其它基板及装置，该等基板及装置在其正常处理操作中易受其上形成的沈积物影响。该操作包括，但不限于真空前级管道及低真空泵的清洗。鉴于此处的描述，如熟习此项技术者将理解，清洗气体可能流经复数个口中之选定口以绕过植入机的某些区及/或目标特定区。举例而言，XeF2或其它清洗气体可经递送通过接近需要清洗之区的口。清洗效能亦可增强，只要大多数清洗气体将沿流通路径被引入目标区且不被与残余物进行之反应所耗尽(如在(例如)清洗气体仅引入通过离子源室的情况下可能发生)。选定的口可预先存在或针对此目的而形成/产生。此技术可用于清洗(但非限制)植入机的离子源区域、磁性/分析器区域、真空***、处理室等。清洗可藉由将清洗气体连续流动通过及/或穿过植入机的所要区或区域历经预定的时间量来实现。替代地，或与之组合，清洗气体可经封闭于***中历经预定的时间量来允许清洗气体扩散且与不需要的残余物及/或沈积物反应。
本发明在不同的态样提供了一离子植入***，该***具有以下能力：藉由适当地控制在电弧室中的温度而生长/蚀刻在电弧室的离子源内的丝极以便实现所希望的丝极的生长或可替代的丝极的蚀刻。
本发明的额外态样系关于使用反应性的气体例如WFx、AsFx、PFx及TaFx(其中x具有一化学计量地适当的值或值的范围)用于在原位或离位的清洗安排中在电浆或高温条件下来清洗离子植入机的区域或离子植入机的部件。
本发明的另一系关于态样系关于BrF3用于在原位或离位的清洗安排中在环境温度、高温或电浆的条件下来清洗离子植入***或其一或多个部件的用途。
一离子植入***的操作导致在该***或其部件中产生与电离作用有关的材料的沈积。本发明考虑了监测、控制及/或清洗该离子植入***及/或其一或多个部件，以便从该***及/或其部件上至少部分地移除此类与电离作用有关的沈积物。该清洗方法系关于将该***及/或其部件与包含一气相反应性材料的一清洗组合物在能够使该气相反应性材料与该沈积物进行反应的条件下进行接触以实现它们至少部分的移除。
除了由原料气体本身引起的与电离作用有关的沈积物之外，还已经发现了在一离子植入***内形成的沈积物或残余物可能起因于原料气体与构成该***部件的材料的反应性。举例而言，一离子植入***的真空室可以使用不锈钢或铝来构成。在该真空室内的***部件可以使用石墨(例如，标准的或玻璃质的)，绝缘材料(例如，氮化硼)及/或密封材料(例如TeflonKel-FTM、PEEKTM、DelrinTM、VespelTM、VitonTM、Buna-N、硅等)来构造。可以在该离子植入***中存在的并且对其中沈积物产生的化学反应易感的其它材料包括但不限于陶瓷、含氧化铅的环氧组合物、氮化铝、氧化铝、二氧化硅以及氮化硼。
该离子源本身可以是由钨、石墨、钼或钽、有时有少量的铜及银构成。该离子源电弧室通常由钨或钼构成、或一石墨体，该石墨体衬有钨或钼。在这种情况下，一种氟化物源的进料材料(例如BF3、GeF4、SiF4、AsF5、AsF3、PF5、及/或PF3)在操作温度下与电弧室的材料(例如来自电弧室或该室的衬里的钨或钼)进行反应，以形成一中间副产物，该副产物进而可以在该***中迁移并且分解以沈积钨或钼并释放出氟。
举例而言，一原料气体例如GeF4会在该离子源室中解离并且产生的游离的氟化物会蚀刻腐蚀该电弧室中的材料，例如钨。在一更冷的表面上钨将会发生此种反应，所以如果是在电浆经撞击并且因此该丝极系热的，则该氟化物会与钨在电弧室的该等壁上进行反应，蚀刻该等壁并形成WF6气体。WF6然后会在该热的丝极上沈积钨，引起其尺寸的增长。
当GeF4产生大量游离的氟时，原料气体例如BF3或SiF4产生更少量的游离氟以及相应地在丝极上更少程度的钨沈积，它尽管少，但仍然很重要。
不含氟的原料气体(例如PH3及AsH3)系有问题的，因为可能引起丝极上的金属沈积到电弧室的壁上，而结果丝极变细。
本发明因此考虑了清洗一离子植入***或其一或多个部件，用于至少部分地移除与该电弧室的材料相同的与电离作用有关的沈积物。
根据本发明的清洗可以在一离子植入***中进行，其中多种原料气体同时引入该***中。原料气体还可以与一或多种气相反应性材料同时使用，或可以与一或多种气相反应性材料交替脉冲输入到该***中。
本发明的清洗方法所指的与电离作用有关的沈积物包括多种材料，该等材料可以例如藉由在离子源或其它电离过程的装备中形成并且累积来干扰离子植入***的正常操作。所沈积的材料可以不同地包含、由以下组成、或基本由以下组成：硅、硼、磷、锗、砷、钨、钼、硒、锑、铟、碳、铝及/或钽。
在离子源电弧室中以及萃取电极上的与电离作用有关的沈积物可以形成薄片并且形成小的颗粒。该等颗粒一旦形成，则能够以一离子束传送，例如植入到一晶圆中的一掺杂离子的束。如果此类的传送颗粒到达该晶圆，则在该晶圆上产生的颗粒污染可能严重地降低可以在该晶圆上制造的有用器件的产率。本发明的清洗方法在此类与电离作用有关的沈积物能够形成薄片以及颗粒之前将其移除，并且由此实现在产品晶圆上颗粒的减少并且提高半导体器件的产率。
根据本发明用于清洗的气相反应性材料或清洗气体可以包括对至少部分地移除该离子植入***中的与电离作用有关的沈积物有效的任何材料。
本发明还考虑了使用气相反应性材料以藉由适当地控制反应而从不希望的位置移除与电离作用有关的沈积物，及/或在希望的位置沈积材料。在本发明的特别的实施方式中，钨构成了作为不希望的沈积物经移除的材料，而在其它的实施方式中，钨被期望地沈积在受益于其存在的表面上。因此，反应性地形成的氟化钨中间产物的一气体(例如XeF2、GeF4、SiF4、BF3、AsF5、AsF3、PF5、及/或PF3)可以用在本发明的控制以及清洗方法中。另外，多种钨氟化物气体例如WF6、WF5、及/或WF4可以直接用于本发明的控制以及清洗方法中。因而，本发明的气相反应性材料包括，但不限于XeF2、GeF4、SiF4、BF3、AsF5、AsF3、PF5、PF3、F2、TaF3、TaF5、WF6、WF5、及/或WF4。
在不同的特别的实施方式中，该气相反应性材料可以与增加该气相反应性材料的挥发性的一「清洗增强剂」或「共反应剂」共同施用，导致比使用无清洗增强剂或共反应剂的气相反应性材料更多的沈积物的移除。举例而言，用XeF2移除铱沈积物可以藉由刘易斯(Lewis)碱以及电子回馈键种类的共同施用而增强。在特定的应用中，可以使用一氧化碳、三氟膦，以及三烷基膦类。
作为一另外的实例，在一离子植入***中，其中进料气体在具有钨壁的一电弧室中被电离成连续的电浆，在该等壁上，一边安装有一丝极而另一边安装有一反射极并且他们藉由陶瓷的绝缘子与该等壁分开，该电弧室的部件可能会被进料气体的分解产物、电弧室的元素以及碳污染。
在这种情况下，有用于移除形成挥发性的氟化物的金属污染物(例如钨)的一清洗剂(例如XeF2)可以与一含氧添加剂进行组合，该含氧添加剂藉由将污染物碳转变成CO、CO2、及/或COF2而有效地将其移除。有用于此目的的含氧添加剂组分在本发明的特别的实施方式中包括但不限于NO、N2O、NO2、CO2及/或O2。
因此本发明考虑了包括有效移除一金属污染物(藉由反应形成此金属的一挥发性(气态)的氟化物化合物)的一清洗剂以及有效移除碳污染物(藉由由其形成一挥发性的氧化物或氟氧化物)的一清洗剂两者的清洗组合物。该等清洗试剂可以同时地或顺序地流入该电弧室中。
在一实施方式中，该等试剂在电离作用的条件下同时流入该电弧室中，这样该等清洗剂均进行了电离以便将金属以及碳的污染物转变成从该室中藉由将其机械抽吸而容易移除的挥发性化合物。
能够使该气相反应性材料与沈积物进行反应的条件可以包括任何适当的温度、压力、流速、组成等条件，在此等条件下，该气相反应性材料与污染物进行接触并且化学上相互作用以便从该基板中(例如受所沈积材料污染的植入机装备的表面)移除此类材料。
可以使用的不同条件的实例包括但不限于环境温度、超过环境温度的温度、存在电浆、没有电浆、低于大气压力、大气压力以及超级大气压。
用于气相反应性材料的接触来移除沈积物的确切温度在不同的实施方式中可以在从大约0℃到大约2000℃的范围中。接触可以包括该气相反应性材料在一载气中、或以一纯的形式、或在与一另外的清洗剂、掺杂剂等的混合物中进行递送。该气相反应性材料可以进行加热以便与在环境温度下的沈积物进行化学反应，以提高反应动力学。
该气相反应性材料与污染物沈积物之间的反应可以基于改变清洗剂与污染物之间的反应特性进行监测及/或调节。此类反应特性可以包括压力、时间、温度、浓度、一具体物质的存在、压力改变的速度、(一具体种类)浓度改变的速度、电流的改变等等。因此，向***中引入该气相反应性材料可以基于一预定的反应特性的实现而终止，例如在真空室中的一预定电压、渡过了一预定的时间量、或一预定的温度、在该***中一具体元素的浓度、一具体副产物的存在、在该***中的反应产物或其它的物质、或在该监测操作中一预定的电流条件的实现。
钨沈积物可以由进料气体与一植入机***的电弧室的反应引起。用于清洗此类沈积物的方法可以取决于该***的温度梯度及/或流到以及经由丝极的电流、及/或有效地确定并且能够监测的任何其它特性。
举例而言，来自进料材料的氟可以与该电弧室在一第一温度下进行反应，藉由以下反应(1)或(2)形成WF6：
3F2(g)+W(s)→WF6(g)    (1)
6F(g)+W(s)→WF6(g)     (2)
还可以存在清洗气体与该电弧室的钨材料之间的反应，例如：
3XeF2+W→3Xe+WF6       (3)
替代地，WF6(或WF5或WF4)可以直接地提供给该***。
在该***中曾经形成或者以其它方式存在的钨氟化物然后可以迁移到该***的另一位置。取决于其它位置的温度，该钨氟化物会在该位置蚀刻或沈积钨。在该丝极上，温度将主要取决于通过它的实际电流通量。在该电弧室的其它位置的温度可以变化，这取决于具体的位置以及电弧室的设计、丝极电流、连同其它非丝极电流。
如果第二位置系在高温，则钨氟化物分解，钨被沈积而氟被释放，只要钨氟化物继续存在，钨沈积物的尺寸就会生长。沈积反应可以包括以下的反应(4)、(5)及/或(6)：
WF6→W+3F2    (4)
2WF5→2W+5F2    (5)
WF4→W+2F2      (6)
相反，如果第二位置系在中等温度，钨氟化物可以蚀刻该位置，移除钨并且在反应产物中保留氟，这样蚀刻的位置随着蚀刻的进行而缩小。此蚀刻反应可以包括以下反应(7)、(8)及/或(9)：
WF6(g)+2W(s)→3WF2(g)    (7)
2WF6(g)+W(s)→3WF4(g)    (8)
5WF6(g)+W(s)→6WF5(g)    (9)
因此，对于钨沈积物的移除，可以选择带有沈积物的部件的温度以使移除的速度及范围最大化。
在本发明的其它实施方式中，在电弧室中硼及/或钼沈积物以一相应的方式移除。
在本发明的方法中清洗剂与处理装备的接触可以藉由监测在接触过程中压力的变化而进行，当压力变化为零时，则接触终止。
替代地，该接触可以藉由监测该气相反应性材料或由此得到的反应物，或在该接触中产生的反应产物的分压而进行，当该分压达到一预定的值，即，一终点时，该接触终止。例如，此种终点监测可以使用一合适的终点监测器进行，例如在美国专利号6,534,007以及美国专利申请号：10/273,036、10/784,606、10/784,750、及10/758,825中所更全面描述的一类型的终点监测器，或一热电堆红外(TPIR)或其它红外探测器。
在另一实施方式中，该接触可以使用该处理装备***的部件藉由气相反应性材料的受控制的流动而进行，该等部件允许调节气相反应性材料的分压并且因此控制反应速率。
在又一实施方式中，使用一预定流速的气体反应性材料的连续流来进行该清洗操作。
如在上文中关于反应(1)-(9)所讨论的，与电离作用有关的钨的沈积物可以在非常高的温度下进行沈积并且在低温至中等温度下进行蚀刻。在此方面，与电离作用有关的沈积物意谓归因于电浆但未必归因于离子的操作而形成的沈积物。因此，只要仍然存在足够热的表面，钨的沈积亦可于没有电浆(例如，不存在离子)的情况下发生。在沈积或蚀刻的位置系植入机***的丝极的情况下，温度及电流通量系彼此直接相关的。当该丝极经蚀刻时，丝极会变细而对电流的阻力会随着该丝极的截面的减小而增加，这样通过该丝极的电流流量会减小。如果该丝极的条件促进了在其之上的沈积，则对电流的阻力会随着不断地沈积而减小，因为该丝极的截面增加并且丝极***，相应地其中通过的电流流量也有了增加。
在另一态样，本发明系关于监测在源丝极上的沈积以及所致的丝极生长的方法，系关于监测通过该丝极的电流流量。因为，由于沈积，丝极的截面增大了，所以对电流的阻力会减小并且电流会增大以便保持该丝极处于支持在电弧室中的电浆所需要的温度。因此电流的一监测到的增大可以用来表示对丝极清洗的一需要。
在另外一态样，本发明系关于藉由监测通过丝极的电流流量来监测该丝极的蚀刻或清洗蚀刻的方法。因为，由于蚀刻、溅镀或蒸发，丝极截面减小，对电流的阻力会增大并且电流会减小以便保持该丝极处于支持在电弧室中的电浆所需要的温度。因此此电流的一监测到的减小可以用来表示将附加的材料沈积到一受蚀刻的丝极上的一需要，或终止一清洗或电离过程的需要。
本发明的另一实施方式包括基于如以上所详述的监测流过该丝极的电流来控制该丝极的状态的方法。
在一实施方式中，受监测的丝极电流的减小提供了丝极接近断裂的一指示，作为响应，一气相反应性材料流入该***中(例如当在撞击电浆时，或者可替代地，使电浆关闭但是丝极仍然是热的(例如，～2000℃))，以诱发产生金属在该丝极上的沈积的反应，例如，来自该电弧室壁的钨。此反应可以允许进行到直至该电流在有效操作该离子植入***的一预定范围内，指示该丝极已经「再生长」到一令人满意的程度。
在另一实施方式中，所监测的丝极电流的增大提供了一指示，即：由于材料的沈积丝极正在生长。作为响应，允许该丝极冷却一段预定的时间后，或到一预定的温度(它可以是在例如从室温到高达约2000℃的一范围内)之后，该气相反应性材料流入该***，这样，丝极被冷却到足以允许蚀刻该丝极。此后，由该气相反应性材料作为媒体的随后的蚀刻反应其后可以允许进行到直至电流在有效操作该离子植入***的一预定范围内，指示该丝极已经变细至一适当的程度。
因此本发明的方法可以藉由将一基板与一气相反应性材料接触足以至少部分地从该基板移除沈积物的时间来从该基板移除一沈积物，该沈积物包括硼、硅、砷、磷、锗、钨、钼、硒、锑、铟、钽以及碳的至少之一。用于此目的的气相反应性材料可以包括一或多种以下物质：XeF2、XeF4、XeF6、GeF4、SiF4、BF3、AsF5、AsF3、PF5、PF3、F2、TaF3、TaF5、WF6、WF5、WF4、NF3、IF5、IF7、KrF2、SF6、C2F6、CF4、Cl2、HCl、ClF3、ClO2、N2F4、N2F2、N3F、NFH2、NH2F、HOBr、Br2、BrF3、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6、COCl2、CCl4、CHCl3、CH2Cl2、以及CH3Cl。
在本发明的操作中，氟化的氙化合物可以用作清洗剂以及电浆源试剂，并且可以包括任何合适数目的氟原子。相对于更低的F/Xe化合物，F与Xe的一更高的比值使之能够相对更快并且更有效地进行清洗。更高的蒸气压力提高了清洗剂的递送速率并且使之能够递送更多的材料。
在本发明的一实施方式中，六氟化氙被用作一清洗剂或电浆源试剂。尽管XeF6的蒸气压力在室温下比XeF2的蒸气压力大约高七倍，XeF6，以及XeF4，系与水非常易反应的。Xe F6最有利地是在不系关于水、烃类、氢或还原剂的存在或生成的清洗环境中使用。然而，当使用具有更低蒸气压力的清洗化合物时，可能需要调整流通线路以便避免在流通路径中不适当的压降并且保持清洗剂的适当高的递送速率。
实施本发明的方法的装置能以任何适当的方式构成并安排，以便向该清洗提供气相反应性材料。
在一实施方式中，本发明提供了一离子植入以及清洗总成，包含：(i)一离子植入***，该***包括一或多个部件，在该***的离子植入处理的过程中在该等部件上累积有与电离作用有关的沈积物，(ii)一清洗总成，包括含一清洗组合物的一清洗组合物源，该清洗组合物包括一气相反应性材料，例如一种卤化物化合物，该卤化物化合物与沈积物呈反应性以便实现在清洗条件下从一或多个部件至少部分地移除沈积物，该清洗条件包括该清洗组合物与沈积物的接触，(iii)流通线路，它适合于将清洗组合物从清洗组合物源传送到一或多个用来与它在清洗条件下进行接触的部件，以及(iv)流通部件，它适合于控制在清洗状态的过程中清洗组合物流动通过该流通线路，以便实现从一或多个部件上至少部分地移除沈积物。
上述总成中的流通部件可以是任何合适的类型，包括例如阀、阀致动器、限流器、调节器、泵、质量流量控制器、压力计、残余气体分析器、中央处理单元、隔膜、等等。此类流通部件系适配的以便在所使用的具体的清洗条件下工作。
在植入机装置中的一或多个部件(该等部件在该***中的离子植入处理过程中在其上累积有与电离作用有关的沈积物)可以是任何合适的类型，例如，真空室、电弧室、电极、丝极、高压套管、电磁波导、晶圆处理部件、夹环、轮、盘、等等。在一实施方式中，该部件系一真空室或含在其中的一部件。
清洗组合物源可以包含含有该清洗组合物的一材料存储及分配套件。该材料存储及分配套件包括一容器，该容器可以是，例如，限定了其内体积的总体上为圆柱形的容器。在一特别的实施方式中，该清洗组合物在环境温度的条件下可以为固体并且此清洗组合物可以在该容器内的一增强的表面区域上受到支持。此增强的表面区域可以包括其中的结构体，例如托盘、如在美国专利号6,921,062中所描述，或多孔惰性泡沫体，例如受过阳极化处理的铝、不锈钢、镍、青铜等等，以提供该清洗材料的一个一致的蒸发速率并且进而提供足以进行相关的清洗过程的分配以及电离步骤的蒸气压力。在利用托盘的情况下，在分配操作中，清洗组合物可以受到一些托盘表面的支持，该等托盘具有与其相关的流动通道管，用于蒸气在该容器中向上流入其分配口。
在上述装备安排中的流通线路适配于将该清洗组合物在清洗条件下从该清洗组合物源传送到电弧室中。此适配可以是基于清洗组合物的不同特性。例如当该清洗组合物具有一低的蒸气压力时，可以使用高的传导来避免在流通路径中的不必要的压降。最大化流导以及最小化流通压缩的方法在本领域系众所周知的。
在本发明的所有清洗方法中，可以任选地用另外的方法以及装置进行清洗从而延长离子植入***(特别是离子源)的寿命。此类延长寿命的方法可以包括改变一离子植入***以便适应具体的基板、沈积的材料及/或气相反应性材料。***装置的改变可以包括但不限于提供以下各项：具有主动热控制***的萃取电极；降低放电的频率/发生的主动加热的萃取电极(actively heated extraction electrode)；包含金属优选铝、钼或氧化铝(Al2O3)的萃取电极；远程电浆源；萃取电极与加热器的关联；萃取电极与冷却器件的关联；光滑的无特征的(featureless)萃取电极；电浆室，该等电浆室经安排为接收多种源气体，该等源气体能够被电浆分解以产生通过该室的出口以及导管的反应性气体的流束，以便将该反应性的气体输送至电离作用室；温度探测器，该等温度探测器经设计为探测反应性的气体与在处理***的表面上的污染的放热反应的实质上的结束；在该处理装备中的易受气相反应性材料的损害的部件的保护(例如，在对气相反应性材料易感的部件的周围提供了对抗此类材料的挡护物)；及/或包含铝或氧化铝的***部件的使用。
延长处理装备的寿命的方法可以包括但不限于：对萃取电极进行主动加热以降低放电的频率以及发生；在高于递送至离子源的源材料的冷凝温度之上加热萃取电极；主动地控制适合于所使用的具体类型的离子源的萃取电极的温度(例如与一加热或冷却的离子源进行组合加热或冷却该电极)；及/或在萃取过程中保持该萃取电极处于高温下。此类附加的装置的改变以及方法在美国专利申请公布号2006/0272776及2006/0272775以及国际专利公布号WO 05/059942中进行了更全面的描述，将其全文以引用的方式并入本文。
在一特别的实施方式中，该离子植入***包括一电弧室以及一掺杂剂源，其中该掺杂剂源可以包括例如BF3、XeF2、AsH3、PH3、GeF4、SiF4、H2Se、AsF5、AsF3、PF5、PF3或其它硼、硅、砷、磷或含锗的掺杂剂源。
在另一实施方式中，本发明系关于一离子植入的方法，该方法包括在一离子植入***的电弧室中由一掺杂剂源气体产生一电浆，该掺杂剂源气体流动通过该电弧室以形成用于植入的掺杂剂源离子，其中在该掺杂剂源气体流动通过该电弧室的过程中的至少一部分时间的过程中，气相反应性材料与掺杂剂源气体并行地流动通过该电弧室，以便实现在该离子植入***中的清洗。
总体上，尽管掺杂剂源气体与气相反应性材料可以进行并行的流动以便实现原位清洗，但是典型地是优选以一相继的方式进行清洗操作，例如当该离子源从一第一掺杂剂源产生一第一电浆，并且随后该离子源从一第二掺杂剂源产生一第二电浆时，使用一介入的清洗步骤，其中气相反应性材料流动通过该离子源，有或没有电浆生成。
在一实施方式中，本发明提供了形成一掺杂的硅基板的方法，该方法包含将Xe+离子植入一硅基板中，并且在这之后在该硅基板中植入掺杂剂离子。在此过程中，植入Xe+离子用于无定形化(amorphize)该基板的晶体结构。
在用于清洗的氟化的氙电浆(例如XeF2电浆)的生成中，Xe+离子可以进行一些源本身的低能溅镀清洗。萃取之后，Xe+离子可以进行离子源下游部件，例如真空壁、离子光学部件、晶圆盘以及晶圆支架的一些高能溅镀。
类似地，在使用钨氟化物种类，例如WF6、WF5、及/或WF4的情况下，游离的氟化物可以溅镀洁净的、不同的离子源部件及/或钨可以沈积在离子源的不同部件上。在清洗以及沈积之间发生的行为取决于在***中各个部件的温度。
本发明在不同的态样系关于在一微电子装置的制造中所使用的清洗一离子植入***的离子源区域的方法及装置。该离子源区域可以包括例如一间接加热的阴极源，一弗里曼(Freeman)源或一贝尔纳(Bernas)源。
本发明在一实施方式中系关于从离子植入机以及其中所含的部件藉由将该真空室及/或部件与一气相反应性卤化物组合物在足够的时间以及足够条件下进行接触而原位移除残余物以便至少部分地从该真空室及/或部件中移除残余物，并且系关于藉由这样一方式来完成，即，当残余物与构成真空室及/或部件的材料不同时，该气相反应性材料与残余物选择性地进行反应并且与构成离子植入机的真空室及/或部件的材料最低限度地进行反应(例如基本上不反应，并且优选完全不反应)；而当残余物与构成真空室及/或部件的材料相同时，则气相反应性材料可以是与残余物以及真空室及/或部件均呈反应性的。
如此处所使用，应用于该气相反应性卤化物与一残余物的反应性的术语「选择性地」系用于描述在该气相反应性卤化物与一残余物的间的一优先的反应。尽管与构成离子植入机的真空室及/或部件的材料保持实质上不反应，如果该真空室及/或部件包含与那些残余物本身相同或相似的元素，气相反应性卤化物可以与构成离子植入机的真空室及/或部件的某些材料进行反应。例如，当与来自一部件的钨沈积物选择性地反应并且将其移除时，该气相反应性材料可能也与在部件本身中的钨反应。对于此共反应的发生，残余物以及部件不必精确地是相同的材料，但是会包含一些共同的材料。
在另一实施方式中，离子植入机部件在一单独的专门的室(部件从一离子植入机中移入其中)中离位地进行清洗。
进一步详细地考虑原位清洗，此种清洗主要取决于以下三个因素：清洗前体的反应性的性质，清洗反应副产物的挥发性，以及在化学清洗中所使用的反应条件。该清洗组合物必须移除不必要的残余物同时最小化构成离子植入机的材料的磨损。藉由清洗反应所产生的副产物必须是足够挥发性的以便藉由离子植入机的真空***或其它的抽吸装置方便它们的移除。
对于与离子植入机的一或多个部件相同的材料形成的残余物的清洗会导致部件本身的一些磨损。确切地说，使用XeF2作为一清洗剂从一利用钨电弧室的***中移除钨沈积物会导致来自电弧室的内部的某些钨的移除。然而，为了使***效率最大化，从***性能降低的角度来看(如果该***不进行清洗并且允许钨沈积物累积在该***中)电弧室的某些内部材料的损失不是很要紧的。
该气相反应性材料可以包括例如一种氟化的氙化合物蒸气，例如XeF2蒸气。XeF2系一优选的反应性卤化物气体，并且在室温下会升华，但是可以使用一加热器进行加热以增加升华速率。已知XeF2系一有效的硅蚀刻剂并且已经在微电子机械***(MEMS)器件处理中用作一硅选择性蚀刻剂。确切地说，XeF2与硅根据以下反应进行反应。
2XeF2(g)+Si(s)→2Xe(g)+SiF4(g)(10)
该硅/XeF2反应可以不用活化而发生，即，不用电浆或热致加热。XeF2与Si的反应速率远高于XeF2与SiO2的反应速率，使得XeF2选择性地与Si反应。
XeF2或其它氟化的氙化合物作为用于金属硼的一蚀刻剂有用地用于本发明的操作。尽管不希望受理论的束缚，但是认为硼根据以下反应(11)被蚀刻：
3XeF2(g)+2B(s)→3Xe(g)+2BF3(g)(11)
本发明考虑使用XeF2作为用于砷、磷以及锗的一蚀刻剂，并且可以系关于以下的反应：
5XeF2(g)+2As(s)→5Xe(g)+2AsF5(g)(12)
5XeF2(g)+2P(s)→5Xe(g)+2PF5(g)  (13)
2XeF2(g)+Ge(s)→2Xe(g)+GeF4(g)  (14)
此类反应可以使用或不使用高能活化而进行。
当残余物材料与那些材料不同时，本发明的方法及装置用于至少部分地从离子植入机的部件中移除残余物，例如，移除至少25％，更优选至少50％并且最优选至少75％的此种残余物，并且藉由这样一方式来完成：就构成离子植入机部件的材料而言，例如铝、钨、钼、石墨、绝缘材料、密封剂材料等，对残余物进行选择性地移除。
当残余物与构成部件的材料系相同的材料时，希望有相似程度的残余物移除，同时保持材料从部件中的移除处于低的程度，例如在微米或数十微米的范围内，以便不显着地影响部件的性能。此外，由于沈积物一般没有均匀的厚度或沈积，它们在清洗过程中可以比部件本身的材料更具反应性，这样该气相反应性材料组合物比与部件部分的反应更选择性地与该残余物进行反应。
可以采用几种形式将气相反应性材料组合物递送到可能进行原位清洗的离子源区域，包括一不流动的方式、一连续的方式、以及一直接引入的方式。此类清洗方式更全面地描述于国际公布WO 07/127865中，连同在本发明的操作中有效使用的装置以及方法学。国际公布WO 07/127865的披露内容藉由引用作为整体结合在此。尽管结合本发明的不同实施方式在此描述了使用XeF2作为一清洗组合物，但应理解的是，可以使用其它氟化的化合物，例如WF6、WF5、及/或WF4，替代或结合XeF2，或可以使用其它的以及额外的氟化的化合物。例如可以使用BrF3来蚀刻钨而不需要电浆。在另一态样，本发明系关于改良使用固体掺杂材料的一离子植入***的性能以及延长其寿命的方法，该方法包含使用XeF2或N2F4作为所述固体掺杂材料的一载气。该固体掺杂材料包括，但不限于元素砷、磷、硒、锑、SbF3、InCl、SeO2、Sb2O3及InCl3。如本发明所考虑的，使用XeF2或N2F4作为Sb2O3、InCl3或其它固体掺杂材料的一载气移除了该源室以及其部件上所沈积的Sb、In以及其它掺杂剂。该瞬时方法即使在Sb植入之后切换为硼也具有效用。藉由本方法所得的优点至少是两重的：首先，它提供了实时的源清洗来防止或减少掺杂剂累积到该离子源室及其部件上，因此改良了离子源性能同时延长离子源的寿命；第二，它增强及/或稳定了电浆及/或束电流。
在另一态样，本发明系关于改良使用气态掺杂材料的一离子植入***的性能并且延长其寿命的方法，该方法包含用XeF2或N2F4作为与所述气体掺杂材料的一并流气体。该气态掺杂材料包括，但不限于GeH4及BF3。如本发明所考虑的，使用XeF2或N2F4作为与GeH4或其它气态掺杂材料的一并流气体移除了沈积在源室以及其部件上的Ge或其它的掺杂剂。藉由本发明的这种操作所获得的优点至少是两重的：首先，它提供了实时的源清洗来阻止或减少掺杂剂累积到该离子源室及其部件上，因此改良了离子源性能并且延长了离子源寿命；第二，它增强及/或稳定了电浆及/或束电流。
在另一态样，本发明系关于清洗一离子植入***的一前级管道以便移除此处与电离作用有关的沈积物的方法，包含将一离子植入***的前级管道与一清洗气体在以下反应条件下进行接触，其中所述清洗气体与该沈积物具有化学反应性以实现其中至少部分地移除。沈积物包括，但不限于包括B、Ge、Si、P及As，或它们的混合物的那些物质。该清洗气体包括但不限于XeF2、N2F4、F2以及与前述构成的一沈积物呈反应性的其它氟化的物质。如熟习该项技术者所理解，所需要的清洗气体的量取决于存在的沈积物的量。类似地，在清洗气体与沈积物反应的过程中释放出的热的量取决于清洗气体的流速。从清洗过程中产生的副产物种类的识别以及浓度取决于清洗气体的流速、沈积物的组合性构成、以及泵吹扫流速。仅用于非限制性说明的目的，以下对使用XeF2从一前级管道中清洗磷的一实例进行说明：
用于确定在清洗过程中所需要的XeF2量的化学反应系：5XeF2(g)+2P(s)→5Xe(g)+2PF5(g)。形成焓(以kJ/mol)系取自Lange′s Handbook of Chemistry(14th ed)并且在此列出用于确定在反应过程中所释放的热：XeF2(-164)；Xe(0)；P(0)；以及PF5(-1594.4)。XeF2的流速决定了清洗过程所需要时间的长度连同所释放的热。没有提供加热XeF2气瓶的手段，最大的持续流速系大约50sccm，假定有足够的递送管道传导率。如果藉由使用一加热夹套保持该气瓶在室温下，则流速可以增加到100sccm或更大。清洗磷沈积物所需的XeF2的量在表1中示出，且在该清洗反应过程中释放的热的量在表2中示出。
表1
 磷沈积物的质量(g)  所需的XeF2的量(g)
 10  137
  100   1367
  1000   13,666
表2
  XeF2的流速(sccm)   产生热的速率(瓦特)
  50   17.6
  100   35
  200   70
来自上述的清洗反应中的不同副产物的最大产生速率在表3中示出。
如熟习该项技术者所理解，由于残余物的组成可能不同，因此在表3中示出的数据系基于以下假设：副产物的量系确定为对于每种元素假定100％系那种元素的组成性构成。此外，该等物质的最大浓度取决于在排气***中的稀释流速。例如，如果低真空泵具有一10slpm的氮气清洗，则就在该泵的下游，PF3的最大稳定态浓度系3330ppm。如果XeF2的流速大于50sccm，则该值可以增加。
在上述方法的一实施方式中，该清洗气体流入该植入源室，涡轮泵关闭而低真空泵打开。此操作增强了经过前级管道的沈积物上方的清洗气体的流速，因此提供了一更快的清洗过程。清洗气体流的速率可以进一步藉由对在其中使该清洗气体存储在室温或室温以上的该气瓶进行加热。优选在此操作中对从气瓶到离子植入机的递送管线类似地进行加热。
在上述方法的另一实施方式中，该清洗气体以一脉冲流方式流入该植入源室中，其中将该植入源室、该泵以及前级管道充到某一压力并且然后抽到更低的压力。重复此过程直至移除离子植入***的前级管道上的沈积物。此操作优选使用在该低真空泵的进口上的一隔离阀。
在一优选的操作中，上述实施方式进一步包含对在其中使该清洗气体存储在室温或室温以上的该气瓶进行加热。
对于所有实施方式，该方法优选进一步包含在该低真空泵出口上的一气体洗涤器以便从清洗过程中移除所产生的挥发性副产物。
每个实施方式优选进一步包含如从Air Products and Chemicals，Inc.(美国，宾夕法尼亚州)可商购的一Xe回收***，并且描述于http://www.fabtech.org/product_briefings/_a/new_product_air_products_offers_on_site_xenon_recovery.，中，其并入本文中。
清洗一离子植入***的一前级管道的方法的另一实施方式包含在一涡轮泵下游提供该清洗气体并且将所述清洗气体连续地流过该离子植入***的前级管道。所述清洗气体的连续流动可直接进入源壳、源壳与源涡轮泵之间的区域，或源涡轮泵的下游。此操作优选清洗前级管道上的沈积物(即使当该植入过程进行时)，由此减小离子植入操作的中断。
在上述的实施方式中，该清洗气优选存储在一气瓶中；该方法优选进一步包含对在其中使该清洗气体存储在室温或室温以上的该气瓶进行加热。
上述的实施方式优选进一步包含在该低真空泵的出口提供一气体洗涤器以便从该清洗过程中移除所产生的挥发性副产物。
上述的实施方式进一步包含提供一如从Air Products and Chemicals，Inc.(美国，宾夕法尼亚洲)可商购的Xe回收***，并且描述于http://www.fabtech.org/product_briefings/_a/new_product_air_products_offers_on_site_xenon_recovery.，中，其并入本文中。
在另一态样，本发明系关于改良具有一阴极的一离子植入***的性能并且延长其寿命的方法，该方法包含将该阴极与由至少一种清洗气体以及至少一种沈积气体构成的一气体混合物进行接触，其中所述气体混合物平衡了材料在该阴极上的沈积与该材料或其它材料从该阴极上的剥离。气体混合物的清洗气体移除了沈积在该阴极上的掺杂剂材料以及阴极的材料，而气体混合物的沈积气体直接或间接地引起掺杂剂材料沈积在该阴极上。此气体混合物保持了在该阴极上掺杂材料的累积以及它或其它材料的剥离之间的一平衡，并且因此延长了离子源的寿命。将理解不仅掺杂剂材料可经沈积或蚀刻，而且电弧室壁的材料(例如，W或Mo)可经沈积或蚀刻。清洗气体直接地(经由溅镀或化学蚀刻)或间接地(经由氟化钨/氟化钼的化学除气)防止沈积或降低沈积速率。沈积气体经由卤素循环(来自气体的氟蚀刻来自冷却壁的W或Mo，且接着将W或Mo分解至非常热的阴极上)，或藉由在阴极上实际地沈积掺杂剂分子/原子(例如，来自BF3的B)而造成阴极上的沈积，且一类似机制应用于贝尔纳离子源的丝极。对于绝缘体或电弧室的其它灵敏部件上的掺杂剂沈积的状况，清洗气体倾向于化学蚀刻经形成的掺杂剂沈积物，或清洗气体可在掺杂剂沈积之前首先与沈积气体反应以阻止或最小化沈积。以实例说明在第一情况中清洗气体可如何阻止沈积：沈积气体GeH4可使Ge沈积物形成于阴极、绝缘体或其它部件上。若清洗气体为XeF2，则其可与GeH4反应以形成比Ge更具挥发性的至少一些量的GeF2及/或GeF4，且因此可经由抽吸从源区域移除。此外，沈积气体及清洗气体之任一者或两者亦可系掺杂剂气体。该气体混合物在离子源植入机中的存储及分配可以藉由使用以下各项来完成：一吸附-解吸装置(被称为SDS-安全递送源)，它描述于美国专利号5,518,528中，并且其内容藉由引用并入本文；一包含用于保持一流体在所希望的一压力下的容器的流体存储及分配***(被称为VAC真空致动气瓶)描述于美国专利号6,101,816中，并且其内容藉由引用并入本文；或一SDS与VAC的混合流体存储及分配***(被称为VAC-Sorb)，它描述于美国专利号6,089,027中并且其内容藉由引用并入本文。该等流体存储及分配***提供了气体在低于大气压下的递送，并且由此比高压流体存储及分配***更安全并且更有效。此外，该气体混合物中的一些气体可以一起在SDS、VAC或VAC-Sorb***中存储及分配，该等气体在高压流体存储及分配***中的共存系不兼容的。
在以上方法的一实施方式中，气体混合物的多种气体同时地流动以便接触该阴极或易受沈积影响的其它灵敏部件。
在以上方法的另一实施方式中，气体混合物的多种气体顺序地流动以便接触该阴极或易受沈积影响的其它灵敏部件。
在以上方法的另一实施方式中，气体混合物包含至少一种含氢气体与至少一种含氟气体的一组合，其中该含氢气体作为清洗气体而该含氟气体作为沈积气体。
在以上方法的另一实施方式中，该气体混合物包含至少一种非掺杂气体(即不含As、P、Ge、B、Si、或C的气体)与至少一种掺杂气体的一组合，其中该非掺杂气体作为清洗气体而该掺杂气体作为沈积气体。
清洗气体的实例系但不限于Xe/H2、Ar/H2、Ne/H2、Xe/NH3、Ar/NH3、Ne/NH3、Ar/Xe、及Ar/Xe/H2。
沈积气体的实例系(但不限于)：F2、N2F4、ClF3、WF6、MoF6、GeF4及NF3。
气体混合物的实例系(但不限于)：AsH3/AsF3、AsH3/AsF5、PH3/PF3、PH3/PF5、SiH4/SiF4、H2/Xe/SiF4、GeH4/GeF4、H2/Xe/GeF4、H2/GeF4、B2H6/BF3、H2/BF3、F2/BF3、CO2/F2、CO2/CF4、CO/F2、CO/CF4、COF2/F2、COF2/CH4、COF2/H2。
本发明的特点及优点藉由以下非限制性的实例更全面地示出。
实例1
此实例示出了在离子源寿命上的改良以及植入机的利用，这藉由使用一化学清洗剂来移除沈积物可以实现。优选地，以有规律的间隔移除沈积物以便阻止植入机中的污染物薄片及传导膜的积累。
原位清洗系藉由以有规律的间隔自位于离子植入机的气体箱中的XeF2的供给容器引入XeF2来进行，其中XeF2清洗蒸气以每日两次每次10-15分钟引入该离子源中。使用一高电流植入机来试验以评估该清洗试剂的流动动力学。确定了XeF2清洗特性并且证实了该清洗剂对植入机的束流管道部件没有不利的影响。于是，使用XeF2试剂的清洗过程对于在一中度电流植入机装置中使用系合格的。
图1系由此类中度电流植入机在原位清洗过程的实施之前及之后所汇编的离子源寿命数据的一图表。该等数据系对于包括砷化氢以及磷化氢的一掺杂组合物来开发的。在清洗之前，受两种常见的故障模式的限制，该离子源具有大约250±90小时的平均操作寿命。
主要的故障模式系从一抑制器电压电源的过度泄露。为了成功萃取一稳定离子束，将抑制器电压施加到定位于该电弧室外部的一电极上。该电极藉由多个小的绝缘体进行电隔离，并且在该等绝缘体中的一或多个上的一传导膜的积累可能引起过度的抑制器泄露。
故障的一第二模式系可归因于所沈积材料的薄片的电弧室中部件的短路。
发现，该等故障模式可藉由原位的化学清洗过程而最小化。定期每日两次清洗增加了生产中源的寿命。
XeF2对抑制器的泄露电流的影响在图2中进一步示出，图2系对于中度电流工具在引入原位清洗操作之前以及之后的泄露电流的一图表。每个数据点表示在需要植入一晶圆批次的时间的过程中的一平均抑制器电流，并且该等点已经随着几个离子源的寿命标绘出。泄露的大小取决于从上一次预防性维护的绝缘体的更换开始的实耗时间。该等数据示出定期原位清洗大大降低了泄露电流，这样它从不达到1.5mA的上控制限，在该点需要一未经排程的源维护。
还使用包括BF3及PH3的一植入掺杂混合评估了原位清洗的效果。该源在该等条件下操作了497小时并且在一电弧限制条件下(系关于丝极上的钨或硼沈积物)发生了故障，这可归因于BF3的化学性质。操作系关于在试验***中497小时的单个源寿命与在相同***中长期的历史平均值299小时相比是有利的。这系一单个的数据点，但是它适合所建立的模型。在这种情况下，源寿命的改良看上去是由于在该源电弧室中用XeF2蚀刻了钨沈积物。
图3A及3B的照片提供了清洗剂效果的另外的证据。在两幅照片中，示出了在每种情况下大约生产98天之后，移去周期性预防性维护的离子源总成之后离子源壳的外观。对于图3A中的照片，每天进行两次原位清洗，而对于图3B中的照片，没有进行清洗。
在没有清洗时，存在实质量的沈积的材料，其中有些已经开始层离及片落。在定期维护活动中，使用手动擦洗来从壳的内表面移除沈积的材料。用原位清洗该壳看上去更干净，无需花较少时间或不花时间进行手动清洗。沈积物藉由未反应的XeF2流出该电弧室并且传到真空室的壁上进行移除，而掺杂剂以及其它沈积物藉由化学反应移除。
在该离子源之中以及周围的沈积物产生所谓的「植入机记忆效应」。当从一掺杂剂源气体改变成另一种时，在该第一掺杂气体流入终止之后很长时间，来自该第一掺杂剂元素的离子继续从该离子源电浆中萃取。此效应在有些情况下引起所希望的离子束流的严重污染并且导致植入过程的恶化。
该植入机记忆效应的一实例系在一BF2植入中的P污染。这种污染对工艺产量的后果系如此严重，以致于众多的半导体生产设施都在避免将磷及硼的植入排程到相同工具上。这系在排程植入操作时的一实质性障碍。P/BF2污染起因于使用PH3的植入的源中的磷沈积物。当对于BF2 +植入更换成BF3气体时，一些氟反应形成了31P19F+。31P19F+的质量系50。这非常足以接近对于11B19F2所希望的49的质量，这样PF+与BF2 +离子共植入。结果系，BF2 +植入受到了在特定质量-能量范围具有最低限度的质量解析能力的某些高电流***的限制。
用来自PH3掺杂气体的P+离子束使用一高电流植入机在模拟生产中操作大约200小时对XeF2清洗进行评估，以确定它对该植入机记忆效应的影响。该***切换成BF3气体并且使用一高剂量(5×1015ions/cm2)的BF2+直接植入一裸露的硅监视器晶圆。在BF2 +植入的过程中，***的分析磁体的解析孔比通常更大地打开以确保污染效应对使用二次离子质谱(SIMS)分析的常规量测足够大。
BF3、氩以及XeF2的清洗效果系藉由操作这3种气体中的每一种并且然后藉由用BF2 +植入监视器晶圆周期地监测剩余污染物的量来进行比较。与BF2共植入的P的量藉由SIMS进行量测。在图4A中示出所植入的磷的一典型的SIMS谱，其中在磷谱中的峰对应于从该离子源萃取的PF+离子的植入深度，并且该剂量对应于在BF2中大约3％PF的一污染程度。
图4B系使用BF3或XeF2污染程度作为清洗时间的一函数的图，其中该图在从PH3转变成到BF3之后立即归一化(normalize)到污染程度。当操作BF3电浆时即使2小时之后对PF污染也几乎无影响。当使用氩电浆时，获得了类似的结果(未示出)。藉由比较，PF污染在用XeF2原位清洗仅15分钟之后减少了两倍，而在用XeF2原位清洗30分钟之后减少了几乎5倍。
使用原位清洗之前，该中等电流植入机单元每月每工具系平均3.3次源更换，其中平均的源更换过程以及随后的合格试验需要大约5小时，相当于每工具每年的生产时间损失近200小时。源寿命藉由原位清洗有效地加倍了，对于每个中等电流工具产生了约100小时的额外的生产时间。试验晶圆产生的节省，连同生产时间以及合格晶圆的后处理所需的度量衡工具的节省(对于每个中等电流植入机每年进行高达40次合格试验)，证明了原位清洗的有效性。
实例2
此实例证明了在一说明性的离子植入机***的离子源中丝极生长的控制。
图5A系示出了就增加的丝极电流及重量而言XeF2流以及电弧功率变化的效应的一图表。该图示出了丝极重量(以克计)作为植入机***的操作实耗时间(以小时计)的函数的图。该图中较高的线代表以每分钟2.2标准立方厘米(sccm)的XeF2流量以及100伏特/0.05安培的电弧功率操作，对此，在3小时操作之后确定了一319毫克/小时的丝极重量增加。该图中较低的线反映了0.5sccm的XeF2流量以及40伏特/0.05安培电弧功率，这在3小时的持续执行时间中产生了63毫克/小时的丝极重量增加。
图5B示出了就丝极电流而言XeF2流量以及电弧功率变化的效应的一图表。该图示出了丝极电流(以安培计)作为植入机***的执行时间的一函数的图。该图中较高的线代表以每分钟2.2标准立方厘米(sccm)的XeF2流量以及100伏特/0.05安培的电弧功率操作，对此，在确定了16安培/小时的丝极电流增加。图中较低的线反映了0.5sccm的XeF2流量以及40伏特/0.05安培的电弧功率，这在3小时的持续执行时间中产生了2.3安培/小时的丝极电流增加。
图6系丝极重量变化(以毫克每小时计)作为平均丝极电流(以安培计)的一函数的一图表。该图用对于低流量及高流量的热丝极条件以及对于低流量以及高流量的电浆条件下的数据示出了热流量(无电浆)以及电浆条件对于钨传送的效应。该等数据示出，钨在***中的传送可以藉由选择适当的处理条件选择性地进行调整以便实现材料在丝极上的沈积或可替代的蚀刻。
实例3
此实例显示出可藉由监测阴极偏压功率供应来实现的在离子源寿命以及植入机利用上的改良。
图7系显示了阴极偏压功率的变化作为时间及气体类型的一函数的图表。确切地说，当GeF4流动时，卤素循环使W沈积于阴极上，其引起偏压功率增加(以便保持设定离子束电流)。当PH3流动时，磷离子溅镀阴极，导致阴极偏压功率的下降。在此实例中，PH3与GeF4的比率系使得偏压功率最终在大约76小时之后到达其最大输出。以此方式监测该偏压功率，且采取适当动作将能够改良离子源寿命。
图8系显示了阴极W重量变化作为偏压功率的一函数的图表。确切地说，使用XeF2作为源气体，钨(W)可藉由简单改变阴极偏压功率而从阴极被蚀刻或沈积于阴极上。高偏压功率将阴极的温度增加至有利于W沈积反应的一程度，而低偏压功率至中等偏压功率将温度降低至有利于W蚀刻反应的条件。取决于阴极的状态，可选择偏压功率以从阴极蚀刻不需要的沈积物，或将需要的W沈积回至阴极上，且因此能够改良离子源寿命。
尽管已经参照不同的特别的实施方式对本发明进行了描述，应理解的是本发明并非因此受到限制，而且延伸到并涵盖如熟习该项技术者所理解的不同的其它变更及实施方式。因此，本发明旨在根据所附的申请专利范围来进行宽泛地解释及诠释。

Claims (5)

1.一种控制一离子植入***中一间接加热的阴极源的状态的方法，其特征在于，该方法包含：
a)藉由在一预定时间量测阴极偏压功率来确定该间接加热的阴极源的使用功率；
b)比较该预定时间的该使用功率与初始功率；及
c)响应于该比较采取校正动作(i)或(ii)以控制该间接加热的阴极的该状态，藉此
(i)若该预定时间的该使用功率高于该初始功率，则蚀刻该间接加热的阴极；或
(ii)若该预定时间的该使用功率低于该初始功率，则再生长该间接加热的阴极。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中该c)(i)的蚀刻包括在足以蚀刻的室温至2000℃的条件下操作该间接加热的阴极。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中该c)(ii)的再生长包括使一氟化气体在一电浆条件下在该间接加热的阴极上流动。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，其中该氟化气体包含以下中之一或多者：XeF2、XeF4、XeF6、GeF4、SiF4、BF3、AsF5、AsF3、PF5、PF3、F2、TaF3、TaF5、WF6、WF5、WF4、NF3、IF5、IF7、KrF2、SF6、C2F6、CF4、ClF3、N2F4、N2F2、N3F、NFH2、NH2F、BrF3、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6及MoF6。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中该c)(ii)的再生长包括在足以发生金属沉积的大于2000℃的条件下操作该间接加热的阴极。
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