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CN104465292A - 一种离子注入机的预处理方法 - Google Patents

一种离子注入机的预处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离子注入机的预处理方法，该方法包括两个预处理阶段；在第一预处理阶段，向所述离子注入机的离子源反应室通入一预处理气体，对所述离子源反应室进行清洗处理；在第二预处理阶段，将离子源能量调节至50keV，终端电压调节至10kV，以产生预设束流，使所述预设束流沿着离子注入机的束流通道射出，用于对所述离子注入机进行清洗处理。采用二氟化硼代替Ar气体作为预处理气体进行清洗处理，缩短了预处理时间，提高了生产周期，以及高清洗和换源效率，并保证了离子束的均一性，其中，清洗效率高达80％～95％。

Description

一种离子注入机的预处理方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种可提高离子注入机生产周期的预处理方法。
背景技术
在半导体制造技术发展的同时，晶圆制造厂也在逐步扩展产能，注入工艺作为半导体工艺流程中非常重要的一环，尤其是集成前段涉及到的离子注入步骤也相当多，因而离子注入的效率对制造工厂的产能的贡献尤为关键。
离子注入的种类繁多，通常要求机台能够在不同源种之间进行切换。因此在换源之前需要进行一步或多步预处理(pretreatment)，通入氩气(Ar)，对离子源反应室(source chamber)部分进行清洗(purge)处理；然后将离子源能量(source HV)加到20kev，终端电压(terminal HV)加到40kev，以产生Ar+束流，使之沿着束流通道(beam guide)射出，从而达到对整个离子注入机(imp)清洗处理的目的。
当机台在离子注入完成之后，在反应室以及束流通道上都会有不同程度沉积物1(含有多种元素的附着物)产生，如果仅仅通过Ar气体进行预处理，沉积物1还是会残留在通道壁上，如图1a和图1b所示。当进行目标离子源注入时，沉积物1在受热情况下会进行挥发，以干扰离子束2，从而影响束流纯度。
中国专利(CN1977351A)公开了一种衬底的等离子体离子注入方法，所述方法包括：提供包含处理室、在处理室内生产等离子体的源、在处理室内支持衬底的台板和加速离子从等离子体进入衬底的电压电源的等离子体离子注入系统；在处理室的内表面上沉积新涂层，所述涂层在组成上类似于由衬底的等离子体离子注入所产生的沉积膜；在沉积新涂层之前，通过使用一种或多种活性清洗前体除去旧膜来清洗处理室的内表面；根据等离子体离子注入方法进行衬底的等离子体离子注入和在一个或多个衬底的等离子体离子注入之后重复清洗处理室的内表面和沉积新涂层的步骤。
该专利解决了可将衬底处理系统中的处理室保持恒定的条件，从而保证过程控制的可重复性，但并没有解决当进行目标离子源注入时，沉积物在受热情况下会进行挥发，以干扰离子束，从而影响束流纯度的问题。
中国专利(CN102668016A)公开了一种离子注入系统及方法，提供掺杂气体馈送线路中掺杂气体的冷却，以对抗由于电弧腔室生成的热量而造成掺杂气体的加热与分解，例如使用诸如B2F4的硼源材料，或其它BF3的替代物。在此描述了各种电弧腔室热管理的设置，以及等离子体特性的改变、特定流动设置、清洗处理过程、功率管理、平衡偏移、提取光学器件的最优化、流动通道中的沉积物的探测，以及源寿命的最优化，以实现离子注入系统的有效操作。
该专利通过改善处理工艺与系统，从而实现了注入器的增强、提高了处理效果、延长了操作寿命，并且实现了最小化注入器装置的离子源区域中非挥发性物料的积累。但并没有解决当进行目标离子源注入时，沉积物在受热情况下会进行挥发，以干扰离子束，从而影响束流纯度的问题。
发明内容
针对现有的预处理方法存在的上述问题，现提供一种旨在实现提高离子注入机的换源效率、提高生产周期、且保持离子束的均一性的离子注入机的预处理方法。
具体技术方案如下：
一种离子注入机的预处理方法，包括两个预处理阶段；
在第一预处理阶段，向所述离子注入机的离子源反应室通入一预处理气体，对所述离子源反应室进行清洗处理；
在第二预处理阶段，将离子源能量调节至50keV，终端电压调节至10kV，以产生预设束流，使所述预设束流沿着离子注入机的束流通道射出，用于对所述离子注入机进行清洗处理。
优选的，所述预处理气体采用二氟化硼。
优选的，所述第一预处理阶段消耗的时间在5min至10min之间。
优选的，所述第二预处理阶段消耗的时间在2min至5min之间。
优选的，所述离子注入机的起电弧电流为5A。
优选的，所述离子注入机的起电弧电压为110V。
优选的，在所述第一预处理阶段之前需关闭所述离子源能量和所述终端电压。
上述技术方案的有益效果：
采用二氟化硼代替Ar气体作为预处理气体进行清洗处理，缩短了预处理时间，提高了生产周期，以及高清洗和换源效率，并保证了离子束的均一性，其中，清洗效率高达80％～95％。
附图说明
图1a-1b为采用氩气作为预处理气体进行预处理的示意图；
图2为现有技术本发明技术的预处理效率对比曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种离子注入机的预处理方法，包括两个预处理阶段；
在第一预处理阶段，向离子注入机的离子源反应室通入一预处理气体，对离子源反应室进行清洗处理；
在第二预处理阶段，将离子源能量调节至50keV，终端电压调节至10kV，以产生预设束流，使预设束流沿着离子注入机的束流通道射出，用于对离子注入机进行清洗处理。
在本实施例中，预处理气体采用二氟化硼。采用二氟化硼代替Ar气体作为预处理气体进行清洗处理，缩短了预处理时间，提高了生产周期，以及高清洗和换源效率，并保证了离子束的均一性，其中，清洗效率高达80％～95％。
在现有的预处理过程中，通常将氩气作为预处理气体进行清洗处理，在第一预处理阶段所消耗的时间约为10min～20min，预处理第二预处理阶段所消耗的时间约为5min～10min，根据前一次源种的不同时间会稍微有所差异，清洗效率约为70～85％，如图2所示曲线表示氩气，图2中横坐标表示预处理时间，纵坐标表示预处理效率。
在本实施例中采用二氟化硼作为预处理气体进行清洗处理，在预处理的第一预处理阶段所耗时间为5min～10min，预处理第二预处理阶段所消耗的时间为2min～5min，根据前一源种的不同时间会稍有差异，总体时间约7min～15min，清洗效率约为80％～95％，如图2所示曲线表示二氟化硼。
离子源反应室及后段一些反射挡板上的沉积物中富含各种元素，在受热的情况，会挥发出来影响后续束流的均一性，而采用二氟化硼作为预处理气体，二氟化硼中的鹏原子团可以附加化学刻蚀的功效，提高清洗效率。
其工作原理为：
BF2＝B++2[F]+e，
y[F]+x[R]＝RxFy(g)，
其中R元素包括H，Ge，C等，g表示可挥发气体，二氟化硼可与上一个源种离子注入后残留的元素进行反应生成易挥发的气体，从而达到清洗效果。
在优选的实施例中，在第一预处理阶段之前需关闭离子源能量和终端电压；
离子注入机的起电弧电流为5A，离子注入机的起电弧电压为110V。如表1所示，表1为离子注入机传统换源(氩气作为预处理气体)与改良后(二氟化硼作为预处理气体)的参数对比表。
表1a
表1b
于一种较优的实施方式中，在上一个源种离子注入完成之后，切换下一个源种时，先关闭离子源能量、终端电压、额定电压和起电弧电流电压，向电弧腔内通入二氟化硼气体，对离子源反应室进行部分清洗处理，此为第一预处理阶段，最佳时间为10min；然后将离子源能量调节至50keV，终端电压调节至10kV，以产生BF3+束流，被牵引电极吸出，此为第二预处理阶段，最佳时间为3min。总的清洗效率可达到95％，预处理时间较传统Ar气处理会缩短一半时间，从而提高了机台的生产周期，同时有利于后续目标源离子束的均一性。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种离子注入机的预处理方法，其特征在于，包括两个预处理阶段；
在第一预处理阶段，向所述离子注入机的离子源反应室通入一预处理气体，对所述离子源反应室进行清洗处理；
在第二预处理阶段，将离子源能量调节至50keV，终端电压调节至10kV，以产生预设束流，使所述预设束流沿着离子注入机的束流通道射出，用于对所述离子注入机进行清洗处理。
2.如权利要求1所述的离子注入机的预处理方法，其特征在于，所述预处理气体采用二氟化硼。
3.如权利要求1所述的离子注入机的预处理方法，其特征在于，所述第一预处理阶段消耗的时间在5min至10min之间。
4.如权利要求1所述的离子注入机的预处理方法，其特征在于，所述第二预处理阶段消耗的时间在2min至5min之间。
5.如权利要求1所述的离子注入机的预处理方法，其特征在于，所述离子注入机的起电弧电流为5A。
6.如权利要求1所述的离子注入机的预处理方法，其特征在于，所述离子注入机的起电弧电压为110V。
7.如权利要求1所述的离子注入机的预处理方法，其特征在于，在所述第一预处理阶段之前需关闭所述离子源能量和所述终端电压。
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