[发明专利]半导体制造系统中的离子源清洁方法

说明书

技术领域

本发明系关于半导体处理系统，特别是离子植入系统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。在此类植入系统中，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系统中，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；离子植入真空系统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。