專利名稱：半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的清潔方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的清潔。在多個具體方面，本發(fā)明涉及清潔用于微電子器件制造的離子注入系統(tǒng)(離子注入機(jī)，ion implantation system)的一個或多個組件的方法及設(shè)備。在另外的方面，本發(fā)明涉及清潔用于微電子器件制造的CVD系統(tǒng)中使用的一個或多個組件的方法及設(shè)備。在一個方面,本發(fā)明涉及系統(tǒng)及其內(nèi)包含的組件(部件，component)上的殘余物的原位去除，通過使該系統(tǒng)和/或組件與氣相反應(yīng)性材料且在充分條件下接觸足夠時間，以至少部分地去除這些組件上的殘余物。當(dāng)該殘余物和構(gòu)成這些組件的材料不同時，該氣相反應(yīng)性材料選擇性地與該殘余物反應(yīng)，并與構(gòu)成該系統(tǒng)的這些組件的材料有最少的反應(yīng)。當(dāng)殘余物和構(gòu)成這些組件的材料相同時，則氣相反應(yīng)性材料可與殘余物和該組件部分兩者反應(yīng)。在若干具體實施方式
中，本發(fā)明涉及動態(tài)清潔，其中從進(jìn)入點連續(xù)引入清潔劑通過系統(tǒng)，并透過排出裝置(exhaust means)排出，以實現(xiàn)原位清潔；靜態(tài)清潔,其中清潔蒸氣通入系統(tǒng)中，然后將該系統(tǒng)保持為封閉狀態(tài)，以使該蒸氣可與沉積材料反應(yīng)，之后將氣態(tài)產(chǎn)物抽出該系統(tǒng)；以及使用氟化的氙化合物，例如XeF2，作為維持離子源內(nèi)的等離子體的蒸氣。
背景技術(shù)：
離子注入是用于集成電路制造中以精準(zhǔn)地將受控制的摻雜雜質(zhì)量引入半導(dǎo)體晶片內(nèi)，并且在微電子/半導(dǎo)體制造中是一項關(guān)鍵技術(shù)。在這種注入系統(tǒng)中，離子源離子化期望摻雜元素氣體，并且這些離子是以具有期望能量的離子束形式從該來源提取出。提取是通過在適當(dāng)形狀的提取電極上施加高電壓來實現(xiàn)的，這些電極整合有用于提取束通過的孔。然后將離子束導(dǎo)向工作件例如半導(dǎo)體晶片的表面，以利用摻雜元素注入該工作件。該提取束的離子穿透該工作件表面而形成具有期望導(dǎo)電性(傳導(dǎo)性,conductivity)的區(qū)域。有幾種常用于商業(yè)離子注入系統(tǒng)的離子源，包括使用熱電極并由電弧供電的Freeman和Bernas型、使用磁控管的微波型、非直接加熱陰極源、以及RF等離子體源，所有這些通常都在真空中操作。離子源通過將電子引入充滿摻雜氣體(通常稱為“原料氣體(feedstock gas)”)的真空反應(yīng)室內(nèi)來產(chǎn)生離子。這些電子與氣體中的摻雜原子和分子的碰撞，導(dǎo)致由正負(fù)摻雜離子組成的離子化等離子體的產(chǎn)生。具有負(fù)或正偏壓的提取電極會分別允許正或負(fù)離子通過該孔洞并離開該離子源成為準(zhǔn)直(平行，collimated)離子束，其是朝向該工作件被加速。原料氣體包括，但不限于，BF3> B10H14, B18H22, PH3> AsH3、PF5, AsF5,H2Se、N2、Ar2、GeH4、SiF4、O2、H2、和 GEH4。目前，在本領(lǐng)域裝置的制造中有高達(dá)10-15個注入步驟。對于更好的加工控制、以低能量傳送高射束流(beam current)、以及平均故障時間(MTBF)的縮短,增加的晶片尺寸、降低的臨界尺寸、以及增加的電路復(fù)雜度對離子注入工具有更多的要求。該離子注入機(jī)工具最要保養(yǎng)的部件包括離子源，根據(jù)其操作條件其必須在運作約100至300小時后進(jìn)行維護(hù)；提取電極(extraction electrode)和高電壓絕緣器,其通常需要在數(shù)百小時的運作后進(jìn)行清潔。此外，系統(tǒng)的燈絲在運作后可能需要更換。
在理想情況下，所有的原料分子都被離子化并提取，但實際上，發(fā)生一定量的原料分解，這造成離子源區(qū)的沉積及污染。例如，磷殘余物(例如，源于使用例如磷化氫的原料氣體)會容易地沉積在離子源區(qū)中的表面上。殘余物可在離子源內(nèi)的低電壓絕緣器上形成而造成電短路，這可阻礙需要產(chǎn)生熱離子電子(thermionic electron)的電弧。該現(xiàn)象通常稱為“來源故障(source glitching) ”，并且是離子束不穩(wěn)定的主要因素，且最終可造成該來源的早期故障。殘余物也會形成在離子注入機(jī)的高電壓組件上，例如來源絕緣器或提取電極表面，造成能量化高電壓火花。這種火花是射束不穩(wěn)定的另一個因素，并且這些火花所釋放的能量可造成敏感的電子組件的傷害，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和較差的MTBF。此外，在離子源構(gòu)件(例如燈絲和排斥電極(impeller electrode))上的沉積是很普遍的。這種內(nèi)部沉積物通常是由電弧反應(yīng)室的材料組成，并且在使用高等離子體功率連同氟化物來源原料聯(lián)合由鎢或鑰構(gòu)成成的電弧反應(yīng)室時最常見到。雖然使用不含鹵化物來源材料的離子注入系統(tǒng)的離子源預(yù)期壽命通常約在100至300小時左右，但使用例如GeF4的一些含鹵化物材料，離子源壽命可低至10至50小時，因為來源操作上的內(nèi)部沉積的有害效應(yīng)。除了離子注入機(jī)中的殘余物造成的操作困難之外，由于取出組件以進(jìn)行清潔時的有毒或腐蝕性蒸氣的放出，所以也有重要的人員安全問題。只要有殘余物存在的地方就會有安全問題，但在離子源區(qū)內(nèi)是特別關(guān)注的，因為離子源是離子注入機(jī)最經(jīng)常維護(hù)的組件。為了最小化停機(jī)時間，受到污染的離子源常在顯著高于室溫的溫度下從注入機(jī)移出，這增大了蒸氣的放出并使安全問題加劇。處理上述困難的現(xiàn)有方法包括試圖防止沉積物形成以及清潔形成在提取電極和離子源上的沉積物(即，在提取電極上，如在公開的美國專利申請第2006/0272776號、公開的美國專利申請第2006/0272775號和公開的美國專利申請WO 2005/059942 A2號中討論的)。但是，仍然需要清潔離子注入系統(tǒng)的所有構(gòu)件的其他加工。因此，在離子注入領(lǐng)域中希望能提供具有分離的清潔站的異位清潔加工，由此安全地清潔從注入機(jī)移出的受到污染的組件，而不會出現(xiàn)可能傷害例如石墨電極的脆弱組件的任何機(jī)械磨損。因此，離子注入領(lǐng)域中提供可用來在從注入系統(tǒng)移出后選擇性且非破壞性地清潔組件并具有最短停機(jī)時間的離線清潔站也會是一個顯著的進(jìn)步。在離子注入領(lǐng)域中提供原位清潔工藝以在注入期間有效地、選擇性地去除不想要的沉積在注入機(jī)各處的殘余物，特別是在離子源區(qū)內(nèi)，也是一個顯著的進(jìn)步。這種原位清潔增強了人員安全并使注入設(shè)備穩(wěn)定地、不中斷地運作。
近幾年來，開發(fā)了兩種新穎的硼離子注入方法作為傳統(tǒng)離子注入的替代方案。兩種替代方法都使用含硼分子，而沒有任何反應(yīng)性齒化物物種。這可能使硼大量沉積在該離子源區(qū)內(nèi)，而原位清潔方法會有幫助。注入的第一替代方法是等離子體浸沒離子注入，其中該晶片是浸沒在由二硼烷氣體(B2H6)或三氟化硼(BF3)形成的含有B+離子的等離子體中。第二替代方法是由例如十硼烷(BltlH14)或十八硼烷(B18H22)的分子物種產(chǎn)生的分子的注入。因此，離子注入領(lǐng)域中提供例如等離子體浸沒和分子離子注入的替代注入方法用的原位清潔工藝是一個顯著的進(jìn)步?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)提供低成本、高產(chǎn)率的元件制造方法?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)是一種涉及一系列化學(xué)反應(yīng)以在襯底(基底，substrate)表面上產(chǎn)生固體物質(zhì)的薄層的化學(xué)(加工)工藝。該工藝廣泛用來生產(chǎn)微電子器件及產(chǎn)品。
在典型的CVD工藝中，襯底暴露于一種或多種相對具有揮發(fā)性的前體(即，含硅
(Si)、鎢(W)、鈦(Ti)或鉭(Ta))，以形成復(fù)合金屬氧化物或硅酸鹽。這些前體與襯底表面反應(yīng)而在該表面上產(chǎn)生固態(tài)物質(zhì)的沉積物。CVD非常適于在襯底上提供均勻覆蓋的沉積材料?；瘜W(xué)氣相沉積可由常規(guī)熱CVD工藝產(chǎn)生，其涉及供應(yīng)反應(yīng)性氣體至襯底表面，在此產(chǎn)生熱誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)(均相和非均相)而產(chǎn)生所希望的薄膜。在該替代方法中，可實施一種等離子體工藝，其中形成受控制的等離子體以分解和/或激活(激勵，energize)反應(yīng)性物種，以產(chǎn)生所希望的膜。無論是使用熱或等離子體CVD工藝，所沉積材料的薄膜會累積在CVD沉積反應(yīng)室內(nèi)部。因此，必須周期性去除這些薄膜沉積物，因為其會通過改變反應(yīng)室的尺寸而有影響薄膜沉積加工的再現(xiàn)性的傾向。而且，這些薄膜沉積物可能剝落而污染在反應(yīng)室中處理的晶片。用來清潔半導(dǎo)體加工反應(yīng)室和反應(yīng)器的傳統(tǒng)方法包括濕式洗滌和原位清潔。濕式清潔方法需要破除加工反應(yīng)室的真空密封、拆卸反應(yīng)室和手動擦凈反應(yīng)室內(nèi)表面。常用強酸溶液來溶解在反應(yīng)室表面上的沉積物。在清潔工藝完成后，必須重新組裝和重新密封反應(yīng)室。與該方法相關(guān)的固有問題包括必須在清潔工藝中使用大量危險化學(xué)品。此外，手動拆解加工系統(tǒng)和隨后的再組裝是勞力密集又耗時的，增加加工反應(yīng)室組件的耗損，并且可能在反應(yīng)室內(nèi)留下殘余物污染。實施原位清潔工藝不需要拆解加工反應(yīng)室。通常，為干蝕刻工藝或氣態(tài)溶劑產(chǎn)生的等離子體會流動通過該加工反應(yīng)室，以去除累積的薄膜。最近證實使用三氟化氯(ClF3)和其它氟自由基和/或含氟鹵間化合物(interhalogen)(即，CF4> NF3> C2F6、C3F8、SF6)的無等離子體或干式清潔工藝在從半導(dǎo)體加工反應(yīng)室去除固體殘余物方面是有效的。ClF3和其他氟自由基和/或含氟鹵間化合物與這種固體殘余物反應(yīng)而形成揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物，其通過真空可易于從加工室或其他裝置去除，見 Y. Saito 等在應(yīng)用物理手札(APPLIED PHYSICS LETTERS)第 56(8)卷第 1119-1121 頁(1990)的“使用三氟化氯的硅表面的無等離子體清潔工藝”；也參見D. E. Ibbotson等在應(yīng)用物理期刊(JOURNAL OF APPLIED PHYSICS)第 56 (10)卷第 2939-2942 頁(1984)的“利用含氟化合物的硅的無等離子體干蝕刻”。
美國專利第4，498，953號描述一種原位清潔方法，其中鹵間化合物，例如BrF5、BrF3XlF3、或IF5連續(xù)流動通過加工反應(yīng)室，同時在反應(yīng)室內(nèi)維持預(yù)定壓力。在處理結(jié)束時，終止鹵間化合物流。但是，大量的危險物質(zhì)在該系統(tǒng)中流通。顯然，該方法所使用的大量物質(zhì)不僅增加生產(chǎn)成本，并且也存在與危險物質(zhì)的處理有關(guān)的附加成本。類似的問題也存在于美國專利第5，565，038號所披露的工藝中，其中連續(xù)通入鹵間化合物氣體流至加工反應(yīng)室以作為清潔劑。同樣，該反應(yīng)性氣體流是連續(xù)的，并且直到薄膜去除完成之前不會終止。更進(jìn)一步，如上面引用的現(xiàn)有技術(shù)，因為大量的危險物質(zhì)的使用，以及相關(guān)的制造成本和/或環(huán)境成本，該方法有其固有問題。此外，該連續(xù)氣流清潔加工在非常低的壓力下進(jìn)行，而清潔效率在這種條件下會降低。也見美國專利第6，534，007號。用于去除加工室內(nèi)的沉積物增長的其他已知方法使用NF3，包括用于熱CVD加工中的類型，例如垂直管。但是，需要非常高的溫度來裂解NF3，以釋放反應(yīng)性氟離子。若未達(dá)到和/或維持這些溫度，危害性(有毒)NF3會排出至周圍環(huán)境。此外，氟離子不良的反應(yīng)選擇性會造成不希望的石英反應(yīng)器的蝕刻。仍然更進(jìn)一步地，取決于加工室的形狀，不總是能夠預(yù)測或完成均勻的清潔?！さ牵褂梅杂苫蚝u間化合物來清潔半導(dǎo)體加工設(shè)備面臨實施和商業(yè)可行性的實際問題。例如，氟自由基或含氟鹵間化合物，包括ClF3的供應(yīng)，是極具腐蝕性的，并且例如儲存和配送容器的相容性的問題，以及相關(guān)的加工管線和組件問題，都需要實質(zhì)的關(guān)注及昂貴的解決方案。而且，鹵間化合物對于人類呼吸道而言是極具刺激性的。人類忍受ClF3蒸氣的極限標(biāo)準(zhǔn)低至lOOppb，而LC50為I小時300ppm。因此這種高度毒性流動的不經(jīng)意泄漏對于人類健康是極危險的。此外，大部分的鹵間化合物在室溫下是液體，并且是以液態(tài)傳輸，而液體超越氣體的固有密度加重與傳輸這些化合物相關(guān)的許多危險。因此，在本領(lǐng)域中提供一種產(chǎn)生清潔劑的系統(tǒng)和方法會是一個顯著的進(jìn)步，其中該系統(tǒng)和方法最小化暴露在這些化合物中的危險，并且克服與傳輸及儲存高度反應(yīng)性氟自由基和含氟鹵間化合物相關(guān)的其他問題。同樣，希望在CVD領(lǐng)域提供異位及原位清潔工藝(或方法)以及可用于這樣的工藝的清潔劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體涉及離子注入機(jī)和CVD清潔系統(tǒng)及方法，例如，用于清潔半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的內(nèi)部組件，以及可有效用于這種清潔的組合物。特別地，本發(fā)明在廣義方面涉及使用氣相反應(yīng)性材料對離子注入機(jī)組件的原位清潔，其中該氣相反應(yīng)性材料與殘余物在足夠時間和充分條件下進(jìn)行接觸，以便從至少一個組件上至少部分地去除該殘余物。在一個方面，本發(fā)明涉及一種清潔半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的至少一個組件的方法，該方法包括(a)將來自清潔組合物源容器的氣相反應(yīng)性材料引入包括至少一個要清潔組件的系統(tǒng)的至少一部分中；
(b)在該系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到預(yù)定特性時，終止該氣相反應(yīng)性材料的引入；以及(C)使該氣相反應(yīng)性材料與系統(tǒng)內(nèi)的殘余物反應(yīng)足夠時間，以便從至少一個要清潔組件至少部分地去除該殘余物；該氣相反應(yīng)性材料選擇性地與在至少一個組件上的殘余物反應(yīng)。用于確定終止氣相反應(yīng)性材料的引入的預(yù)定特性可以包括，如以下更充分論述的，溫度、壓力、物種檢測等。在另一方面，本發(fā)明涉及一種清潔半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的離子源區(qū)的方法，所述方法包括(a)將來自清潔組合物源容器的氣相材料引入至該離子源區(qū)的真空室(真空反應(yīng)室，vacuum chamber)中；(b)在真空室中達(dá)到預(yù)定壓力時，終止氣相材料至真空反應(yīng)室的引入；(C)在真空室中使用等離子體，將所述真空反應(yīng)室中的氣相反應(yīng)性材料離解(分解，dissociate)成反應(yīng)性鹵化物物種；以及(d)使該反應(yīng)性鹵化物物種與真空反應(yīng)室內(nèi)的殘余物反應(yīng)足夠時間，以便從該真空室至少部分地去除該殘余物；在又一方面，本發(fā)明涉及一種用于清潔半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的至少一個組件的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)其內(nèi)設(shè)置有氣相反應(yīng)性材料的清潔組合物源，其中該清潔組合物源與要清洗的至少一個組件相連接，并且位于其上游；以及
(b)閥門，介于該清潔組合物源和至少一個待清潔的組件之間；本發(fā)明的又一方面涉及一種異位清潔半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的至少一個組件的方法，該方法包括(a)將該組件置于異位真空室內(nèi)；(b)將來自清潔組合物源容器的氣相反應(yīng)性材料引入至異位真空室中；(c)在該真空室內(nèi)達(dá)到預(yù)定特性時，終止該氣相反應(yīng)性材料至真空反應(yīng)室中的引入；以及(d)使氣相反應(yīng)性材料與真空室內(nèi)的殘余物反應(yīng)足夠時間，以便從其內(nèi)容納的至少一個組件上至少部分地去除殘余物；其中氣相反應(yīng)性材料選擇性地與至少一個組件上的殘余物反應(yīng)。本發(fā)明的又一方面涉及一種清潔離子注入系統(tǒng)的一個或多個組件以從該一個或多個組件至少部分地去除離子化相關(guān)的沉積物的方法，所述方法包括使所述一個或多個組件與包含氣相反應(yīng)性材料的清潔組合物相接觸，其中在能夠使該氣相反應(yīng)性材料與該沉積物反應(yīng)的條件下以實現(xiàn)所述至少部分去除。本發(fā)明的另一方面提供了一種清潔半導(dǎo)體制造工具(裝備，tool)的至少一個組件的方法，通過連續(xù)地使來自蝕刻劑容器的蝕刻劑氣體流至半導(dǎo)體制造器械的真空室中，并使該蝕刻劑氣體與真空室內(nèi)的殘余物反應(yīng)，以便從真空室內(nèi)部或其內(nèi)容納的至少一個組件上至少部分地去除殘余物；以及通過利用在該室出口上的控制閥來調(diào)節(jié)蝕刻劑氣體的分壓。本發(fā)明的又一方面提供了一種異位清潔半導(dǎo)體制造器械的至少一組件的方法，通過將該組件置于異位真空室內(nèi)，連續(xù)地將來自蝕刻劑容器的蝕刻劑氣體流入至該異位真空室內(nèi)，使該蝕刻劑氣體與真空反應(yīng)室內(nèi)的殘余物反應(yīng)，以便從其內(nèi)容納的至少一個組件上至少部分地去除該殘余物，以及利用位于該容器出口的控制閥來調(diào)節(jié)蝕刻劑氣體的分壓。本發(fā)明的另一方面涉及一種離子注入和清潔裝置(組裝件，assembly)，包括離子注入系統(tǒng)，包括在該系統(tǒng)中的離子注入加工期間在其上累積離子化相關(guān)沉積物的一個或多個組件；和清潔部件，包括清潔組合物源(其包括包含與這些沉積物發(fā)生反應(yīng)的氣態(tài)鹵化物的清潔組合物，以便在涉及該清潔組合物與這些沉積物接觸的清潔條件下，實現(xiàn)從該一個或多個組件的將它們至少部分地去除)；流動線路(flow circuity)，適于從清潔組合物源將清潔組合物傳送至一個或多個組件，以在清潔條件下與其接觸；以及流動組件部分(flow componentry)，適于在清潔條件下控制通過該流動線路的清潔組合物的流動，以實現(xiàn)從該一個或多個組件至少部分地去除該沉積物。 在另一方面，本發(fā)明涉及一種增加用來產(chǎn)生等離子體例如BF3、AsH3> PH3、GeF4,SiF4、或H2Se的離子源的穩(wěn)定性的方法，所述方法包括利用氣態(tài)鹵化物等離子體(例如XeF2等離子體)來清潔所述離子源。本發(fā)明的又一方面涉及一種從其上具有沉積物的襯底上去除該沉積物的方法，其中沉積物包括硼、硅、砷、磷、鍺、鎢、鑰、硒、銻、銦、鉭、及碳中的至少一種，這種方法包括使襯底與氣相反應(yīng)性材料接觸足夠時間，以從該襯底上至少部分地去除該沉積物，其中氣相反應(yīng)性材料包括諸如 XeF2' XeF4' XeF6' NF3> IF5、IF7、SF6、C2F6' F2、CF4、KrF2, Cl2, HCl、ClF3'C102、N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F' HOBr, Br2 的氣體；化學(xué)式為 CxFy 的化合物例如 C3F6' C3F8'C4F8 和 C5F8 ;化學(xué)式為 CxHyFz 的化合物例如 CHF3、CH2F2, CH3F, C2HF5, C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2 及C2H5F, COF2, HF ;或諸如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2, CH3Cl 的有機(jī)氯化物。本發(fā)明的又一方面涉及一種離子注入方法，包括在在離子注入系統(tǒng)的電弧室(電弧反應(yīng)室，arc chamber)內(nèi)從流過該電弧室的摻雜劑源氣體產(chǎn)生等離子體以形成用于注入 的摻雜劑源離子，以及在該摻雜劑源氣體流過該電弧室期間的至少部分時間內(nèi)，使清潔氣體(cleaning gas)與該摻雜劑源氣體同時流過該電弧室，以在該離子注入系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)清潔，其中該清潔氣體包括氣態(tài)鹵化物。本發(fā)明的另一方面涉及一種形成摻雜硅襯底的方法，包括在硅襯底內(nèi)注入摻雜離子，以及在該所述襯底內(nèi)另外注入Xe+離子。本發(fā)明在另一方面涉及一種清潔離子源的方法，該方法包括在離子源中產(chǎn)生氣態(tài)鹵化物等離子體(例如XeF2等離子體)，以便產(chǎn)生對該離子源的濺射清潔有效的Xe+離子，以及對離子源下游組件的濺射清潔有效的Xe+離子。本發(fā)明在另一方面涉及一種在牽涉到不同摻雜劑源氣體的連續(xù)離子產(chǎn)生工藝之間清潔離子源的方法，其中這種方法包括在有或沒有等離子體的這種工藝之間(即，在不存在或存在等離子體產(chǎn)生的離子源冷或離子源熱條件下，在牽涉到不同摻雜劑源氣體的連續(xù)離子產(chǎn)生工藝之間)，使氣態(tài)鹵化物例如XeF2等流過離子源。本發(fā)明的又一方面涉及一種在牽涉到相同摻雜劑源氣體的連續(xù)離子產(chǎn)生工藝之間清潔離子源的方法，其中該方法包括在有或沒有等離子體的這種工藝之間，使氣態(tài)鹵化物例如XeF2流過該離子源。特別地，本發(fā)明在另一廣義方面涉及CVD系統(tǒng)或其一個或多個組件的清潔，使用氣相反應(yīng)性材料，其中該氣相反應(yīng)性材料與CVD系統(tǒng)內(nèi)的殘余物在充分條件下接觸足夠時間，以便從該CVD系統(tǒng)中的一個或多個組件上至少部分地去除殘余物。在一個方面，本發(fā)明涉及一種清潔半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的至少一個組件的方法，所述方法包括(a)將來自清潔組合物源容器的氣相反應(yīng)性材料引入該半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的反應(yīng)器內(nèi)；(b)在該反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到預(yù)定特性后，終止該氣相反應(yīng)性材料至該反應(yīng)器內(nèi)的引入；以及(C)使氣相反應(yīng)性材料與殘余物在該反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)一段足夠長的時間，以便從該反應(yīng)器內(nèi)部或其內(nèi)容納的至少一個組件上至少部分地去除該殘余物； 其中該氣相反應(yīng)性材料選擇性地與殘余物反應(yīng)。本發(fā)明的另一方面涉及一種沉積和清潔裝置(組裝件，assembly),包括CVD系統(tǒng)，包括在該系統(tǒng)內(nèi)的沉積加工期間在其上累積與沉積相關(guān)的沉積物的一個或多個組件；和清潔部件，包括清潔組合物源，該清潔組合物源含有包括易與這些沉積物發(fā)生反應(yīng)的氣態(tài)鹵化物的清潔組合物，以在清潔組合物與沉積物相接觸的清潔條件下至少部分地將沉積物從一個或多個組件去除；流動線路，適于將來自清潔組合物源的清潔組合物傳送至該一個或多個組件，以在清潔條件下與其接觸；以及流動組件，適于在清潔條件下控制通過該流動線路的清潔組合物的流動(流量，flow)，以便實現(xiàn)從該一個或多個組件至少部分地去除沉積物。本發(fā)明的又一方面涉及一種CVD方法，包括在襯底上由提供至反應(yīng)器的前體形成固態(tài)薄膜，以及在該前體提供至該反應(yīng)器期間的至少部分時間中，使清潔氣體與該前體同步流過該反應(yīng)器，以實現(xiàn)在該CVD系統(tǒng)內(nèi)的清潔，其中該清潔氣體包括氣態(tài)鹵化物。在另一方面，本發(fā)明涉及一種在牽涉到不同前體的連續(xù)沉積工藝之間清潔CVD系統(tǒng)的方法，其中這種方法包括在這種工藝之間使氣態(tài)鹵化物流過該源。在另一方面，本發(fā)明涉及一種在牽涉到相同前體的連續(xù)沉積工藝之間清潔CVD系統(tǒng)的方法，其中這種方法包括在這種工藝之間使氣態(tài)鹵化物流過該源。另一方面涉及一種用于延長離子源壽命的方法，包括清潔該離子源或其組件，該氣相反應(yīng)性材料包括選自由以下物質(zhì)組成的組中的至少一種氣體XeF2、XeF4' XeF6, NF3>IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6' F2、CF4、Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F' HOBr、Br2,C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、C0F2、HF、C2HF5、C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2^C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4,CHCl3'CH2Cl2 和 CH3Cl。本發(fā)明的另一方面涉及一種用于延長加工工具(加工器械，process tool)的MTBF的方法，包括利用氣相反應(yīng)性材料清潔該加工工具或其組件，其中氣相反應(yīng)性材料包括選自由以下物質(zhì)組成的組中的至少一種氣體XeF2、XeF4' XeF6, NF3> IF5, IF7, KrF2, SF6,C2F6, F2, CF4, Cl2、HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3>CH2F2, CH3F, COF2, HF、C2HF5' C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2, C2H5F' C3F6, COCl2, CCl4, CHCl3' CH2Cl2 和CH3Cl。本發(fā)明的其他方面、特征及實施方式可從以下的披露內(nèi)容及所附的權(quán)利要求中更加顯而易見。


圖I是并入了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的靜態(tài)模式清潔的離子注入系統(tǒng)的示意圖。圖2是并入了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的動態(tài)模式清潔的離子注入系統(tǒng)的示意圖。
圖3是并入了根據(jù)本發(fā)明的又一種實施方式的直接離解等離子體清潔的離子注入系統(tǒng)的不意圖。圖4是適于利用XeF2清潔的加工系統(tǒng)的示意圖。圖5是作為時間的函數(shù)的RGA軌跡，示出了 XeF2在從玻璃顯微玻片上的鋁基層去除硼殘余物中的效力(用于A1_B樣品的RGA壓力vs時間)。圖6是作為時間的函數(shù)的RGA軌跡，示出了 XeF2與玻璃顯微玻片上的鋁基層上的鎢層的反應(yīng)性(用于A1_W樣品的RGA壓力vs時間)。圖7是作為時間的函數(shù)的以mA計的射束電流的圖示，示出了使用XeF2等離子體來改善離子源的穩(wěn)定性(原位XeF2離子源溫度-離子源開啟；B+束穩(wěn)定性=XeF2原位清潔)。圖8是作為以秒計的時間的函數(shù)的RGA分壓(log托)的圖示，示出了使用XeF2作為用于冷離子源的清潔劑(原位XeF2蝕刻-離子源關(guān)閉)。圖9是氣相W和F2關(guān)于溫度的圖不。圖10是作為以分鐘計的時間的函數(shù)的RGA分壓的圖示，示出了使用XeF2作為用于清潔兩個驅(qū)趕電極絕緣體(排斥電極，repeller insulator)的清潔劑(在STS驅(qū)趕電極絕緣體的循環(huán)蝕刻期間的129XeF+ RGA信號的時間分布)。圖11是在兩個排斥電極絕緣體的XeF2清潔中，反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜的WF6區(qū)(驅(qū)趕電極絕緣體的XeF2循環(huán)蝕刻-反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜-WF6區(qū))。圖12是在兩個排斥電極絕緣體的XeF2清潔中，BF2+區(qū)的質(zhì)譜(BF2+區(qū)的質(zhì)譜，第I、第5、第8和第11次循環(huán))。圖13是在兩個排斥電極絕緣體的XeF2清潔中，作為以分鐘計的時間的函數(shù)的5點平均波峰強度的圖示(在STS驅(qū)趕電極絕緣體的循環(huán)蝕刻期間的222WF3+RGA信號的5點平均時間分布)。圖14是在使用XeF2作為用于清潔石墨排斥電極板的清潔劑中，作為以秒計的時間的函數(shù)的壓力的圖示(STS石墨驅(qū)趕電極的XeF2蝕刻劑-四次自動循環(huán)蝕刻設(shè)定的比較)。圖15是在石墨排斥電極板的XeF2清潔中，反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜(石墨驅(qū)趕電極的XeF2循環(huán)蝕刻-反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜)。圖16是在石墨排斥電極板的XeF2清潔中，反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜的BF3區(qū)(石墨驅(qū)趕電極的XeF2循環(huán)蝕刻-反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜-BF3區(qū))。圖17是在石墨排斥電極板的XeF2清潔中，反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜的XeF2區(qū)(石墨驅(qū)趕電極的XeF2循環(huán)蝕刻-反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜-XeF2區(qū))。圖18是在石墨排斥電極板的XeF2清潔中，反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜的WF6區(qū)(石墨驅(qū)趕電極的XeF2循環(huán)蝕刻-反應(yīng)產(chǎn)物的IR光譜-WF6區(qū))。圖19是在石墨排斥電極板的XeF2清潔中，BF3、XeF2和WF6的相對濃度分布的圖示(在石墨驅(qū)趕電極的XeF2循環(huán)期間的XeF2、BF3和WF6區(qū))。
具體實施例方式本發(fā)明涉及用于從襯底上去除沉積物的方法和設(shè)備，其中該襯底與包括氣相反應(yīng)性材料的清潔組合物相接觸。如本文所使用的，術(shù)語“氣相反應(yīng)性材料”旨在廣義地解釋為包括鹵化物化合物及復(fù)合物的材料，為氣 態(tài)或蒸氣形式，這樣的化合物及復(fù)合物的離子及等離子體形式，以及從這類化合物、復(fù)合物和離子及等離子體形式衍生出的元素及離子。在本發(fā)明中所使用的氣相反應(yīng)性材料也可不同地稱為但不限于“氣相反應(yīng)性組合物”、“清潔劑”、“清潔氣體”、“蝕刻劑氣體”、“氣態(tài)齒化物”、“氣態(tài)清潔劑”、“反應(yīng)性齒化物”、“清潔化合物”、“清潔組合物”、“清潔蒸氣”、“蝕刻劑蒸氣”或其術(shù)語的任何組合。本發(fā)明考慮了在其正常的加工操作期間易于在其上形成沉積物的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)及其他襯底和設(shè)備的清潔。離子灃入系統(tǒng)本發(fā)明在一種實施方案中考慮了一種清潔離子注入系統(tǒng)的一個或多個組件的方法，以便從所述一個或多個組件上至少部分地去除離子化相關(guān)的沉積物。該方法包括使這樣的一個或多個組件與包含氣相反應(yīng)性材料的清潔組合物接觸，在使該氣相反應(yīng)性材料能夠與沉積物反應(yīng)的條件下，從而實現(xiàn)所述至少部分地去除。除了上述離子化相關(guān)的沉積物之外，源自原料氣體(進(jìn)料氣體，feedstock gas),本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)在離子注入系統(tǒng)內(nèi)形成的沉積物或殘余物可由原料氣體與構(gòu)成這些系統(tǒng)組件的材料的反應(yīng)造成。例如，可用不銹鋼或鋁來構(gòu)建離子注入系統(tǒng)的真空室。也可利用石墨(例如，標(biāo)準(zhǔn)的或玻璃的)、絕緣體材料(例如氮化硼)和/或諸如如Teflon (特氟龍)、Kel-F、vespel、Viton 、Buna-n、娃等的密封材料來構(gòu)建真空室內(nèi)的系統(tǒng)組件。其他系統(tǒng)組件，例如陶瓷，可由例如具有氧化鉛懸浮在其中的環(huán)氧樹脂、氮化鋁、氧化鋁、二氧化硅、氮化硼、Peek 、Delrin 、Teflon 、和 / 或 Vespel 等材料來構(gòu)建。離子源可以由鎢、石墨、鑰或鉭構(gòu)成，有時候帶有微量的銅和銀。離子源電弧室通?？梢杂涉u或鑰構(gòu)成，或具有鎢或鑰內(nèi)襯的石墨主體。在這種情況下，例如BF3、GeF4或SiF4的氟化物源進(jìn)料在操作溫度下與電弧室的材料(例如來自該室或該室內(nèi)襯的鎢或鑰)反應(yīng)而形成中間副產(chǎn)物，并且所形成的副產(chǎn)物在另一溫度下遷移至另一個位置，該副產(chǎn)物在該處分解，沉積鎢或鑰并釋放氟。因此，本發(fā)明在另一實施方案中考慮了一種清潔離子注入系統(tǒng)的一個或多個組件的方法，以便從所述一個或多個組件至少部分地去除與電弧室材料相同的離子化相關(guān)沉積物。如本文所用的，“離子化相關(guān)沉積物”是指可干擾離子注入系統(tǒng)的正常操作的材料的任何沉積物。與氣態(tài)鹵化物是反應(yīng)性的離子化相關(guān)沉積物可以是任何適合的類型，包括例如在離子源或其他離子化工藝設(shè)備中形成和累積的那些離子化相關(guān)沉積物。所沉積的材料可包括、包含、基本上由或由以下物質(zhì)構(gòu)成娃、硼、磷、鍺、砷、鶴、鑰、硒、鋪、銦或鉭。已經(jīng)知曉,離子源電弧室和提取電極(引出電極,extraction electrode)內(nèi)所沉積的摻雜材料會剝落而形成小微粒。這些微?？稍陔x子束內(nèi)傳輸，例如植入晶片內(nèi)的摻雜離子束。在某些情況下，這樣傳輸?shù)奈⒘？傻诌_(dá)晶片，造成晶片上微粒污染的顯著增加并造成在晶片上制造時的器件(裝置，device)收率嚴(yán)重降低。本發(fā)明的一個目的在于在摻雜材料沉積物能夠形成碎片和微粒之前先將其去除，從而減少晶片上的微粒并增大半導(dǎo)體設(shè)備的收率。在該方法中所使用的氣相反應(yīng)性材料可包括任何適合的鹵化物，例如是選自由XeF2' XeF4' XeF6' NF3> IF5、IF7、SF6、C2F6' F2、CF4、KrF2, Cl2, HCl、ClF3' C102、N2F4' N2F2' N3F'NFH2、NH2F、HOBr、Br2, C3F8' C4F8' C5F8' CHF3> CH2F2' CH3F、COF2' HF、C2HF5' C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2、C2H5F, C3F6,以及有機(jī)氯化物如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2, CH3Cl, HOBr 和 Br2 組成組中的鹵化物。在一種實施方案中，氣相反應(yīng)性材料包括選自由以下物質(zhì)組成的組中的鹵化物NF3、CF4, KrF2, Cl2, HCl、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3>CH2F2^CH3F, C0F2、HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2^C2H5F, C3F6,以及有機(jī)氯化物如 C0C12、CCl4,CHCl3' CH2Cl2' CH3CUHOBr 和 Br2。在另一實施方案中，氣相反應(yīng)性材料與·增大該氣相反應(yīng)性材料的揮發(fā)性的“清潔增強劑”或“共反應(yīng)劑”共同給予，導(dǎo)致比不使用清潔增強劑或共反應(yīng)劑的氣相反應(yīng)性材料去除更多的沉積物。例如，可通過路易斯堿和電子背成鍵(back-bonding)物種,和/或選自由一氧化碳、三氟化膦、和三烷基膦組成的組中的物質(zhì)的共同給予來加強通過XeF2的銥沉積物的去除，如美國專利第6，709，610號和美國專利第6，254，792號。能夠使氣相反應(yīng)性材料和這些沉積物發(fā)生反應(yīng)的條件可包括任何適合的溫度、壓力、流速、組成等的條件，在該條件下，氣相反應(yīng)性材料與要從襯底上去除的材料接觸并起化學(xué)反應(yīng)以便去除這樣的物質(zhì)?？刹捎玫母鞣N條件的實例包括環(huán)境溫度、高于環(huán)境溫度的溫度、存在等離子體、不存在等離子體、低于大氣壓、大氣壓等。對于這種氣相反應(yīng)性材料的接觸的具體溫度可在約(TC至約1000°C范圍內(nèi)。接觸可包括在載氣中的該氣相反應(yīng)性材料，或以純凈物形態(tài)、或以與其他清潔劑、摻雜劑等的混合物中的傳送。可以對在環(huán)境溫度下與沉積物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣相反應(yīng)性材料進(jìn)行加熱，以增大該反應(yīng)的動力學(xué)?？赏ㄟ^觀察該反應(yīng)的不同特性來監(jiān)控和/或調(diào)整氣相反應(yīng)材料和這些沉積物之間的反應(yīng)。這類特性可包括壓力、時間、溫度、濃度、特定物種的存在、壓力改變的速率、特定物種濃度變化的速率等。因此，可在達(dá)到反應(yīng)的預(yù)定特性時停止將該氣相反應(yīng)性材料通入系統(tǒng)內(nèi)，例如在真空反應(yīng)室內(nèi)達(dá)到預(yù)定壓力、經(jīng)過一段預(yù)定時間、達(dá)到預(yù)定溫度、在該系統(tǒng)內(nèi)的元素達(dá)到預(yù)定濃度、系統(tǒng)內(nèi)存在特定副產(chǎn)物、反應(yīng)產(chǎn)物或其他物種。在一種實施方案中，沉積物包括與離子注入系統(tǒng)的組件發(fā)生反應(yīng)所形成的材料。例如，要去除的沉積物可包括與系統(tǒng)的電弧室反應(yīng)所產(chǎn)生的鎢。在這種沉積物的清潔中，清潔方法取決于系統(tǒng)的溫度梯度。來自進(jìn)料材料的氟可在一個溫度下與電弧室反應(yīng)，而通過如下反應(yīng)⑴或⑵形成wf6。3F2(g)+ff(s) -WF6(g) (I)6F(g)+W(s) — WF6(g) (2)WF6然后遷移至系統(tǒng)內(nèi)的另一個位置，通常是較高溫的位置，在這里WF6分解，鎢沉積下來并且釋放出氟。因此，為了清潔這種鎢沉積物，含有這些沉積物的組件的溫度必須從形成這些沉積物的溫度降低。在另一個實施例中，如果電弧室或其他金屬部件中存在硼沉積物，則還可能形成少量的BF3及其他金屬氟化物(例如，可能導(dǎo)致MoF6形成的鑰螺絲)。接觸可在監(jiān)控在接觸期間的總壓力改變的情況下執(zhí)行，以使該接觸在壓力改變變?yōu)榱銜r終止?？商鎿Q地，接觸可在監(jiān)控氣相反應(yīng)性材料、或由其衍生出的反應(yīng)物或在接觸中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物的分壓的情況下執(zhí)行，并在該分壓達(dá)到預(yù)定值時，即終點時終止該接觸。這樣的終點監(jiān)控器可以是任意合適的類型，例如，包括以下文件中更充分描述的類型的終點監(jiān)控系統(tǒng)美國專利申請第10/273，036號的“用于自動檢測在半導(dǎo)體加工系統(tǒng)中的氟物種的裝置和方法(Apparatus and Process for Sensing Fluoro Species inSemiconductor Processing System) ”、美國專利第6，534，007號的“用于探測反應(yīng)室清潔的終點的方法和裝置(Method and Apparatus for Detecting the Endpoint of a ChamberCleaning)”、美國專利申請第10/784，606號的“用于自動檢測半導(dǎo)體加工系統(tǒng)中的氟或鹵素物種的涂覆鎳的不含支撐性碳化硅的結(jié)構(gòu)，以及制造并使用其的方法(Nickel-coatedfree-standing silicon carbide structure for sensing fluoro or halogen speciesin semiconductor processing system, and processes of making and using thesame) ”、美國專利申請第10/784，750號的“用于自動檢測在半導(dǎo)體加工系統(tǒng)中的氟物種的裝置和方法(Apparatus and process for sensing fluoro species in semiconductorprocessing system) ”、美國專利申請第10/758,825號的“用于自動檢測在半導(dǎo)體加工系 統(tǒng)中的目標(biāo)氣體物種的裝置和方法(Apparatus and process for sensing target gasspecies in semiconductor processing system) ”均全文引入于此，以供參考。另外的不例性監(jiān)控器可包括MEMS基氣體傳感電容，用于確定半導(dǎo)體反應(yīng)室清潔工藝的終點，如在美國專利第6，534，007號的“用于檢測半導(dǎo)體加工系統(tǒng)中的氟物種的裝置和方法(Apparatusand process for sensing fluoro species in semiconductor processing systems)，，中描述的，其通過引用結(jié)合于此。該發(fā)明提供的MEMS基檢測，由于需要對于在半導(dǎo)體反應(yīng)室清潔中使用的高度氟化氣體具有可測量的響應(yīng)的薄膜材料(“檢測薄膜”)，所以在以前是不可行的，而這種檢測膜以可靠形式整合和包裝將克服這種高度氟化氣體苛刻環(huán)境。在另一種實施方案中，接觸可以通過可控制的氣相反應(yīng)性材料流連同該系統(tǒng)的組件來執(zhí)行，其允許調(diào)節(jié)氣相反應(yīng)性材料的分壓，由此控制反應(yīng)速率。在又一種實施方案中，連續(xù)的預(yù)定氣相反應(yīng)性材料流允許在系統(tǒng)中可以獲得寬范圍的工藝條件，例如流量及溫度。本發(fā)明的一種特定實施方案涉及一種從其上具有沉積物的襯底上去除這種沉積物的方法，其中這種沉積物包括硼、硅、砷、磷、鍺、鎢、鑰、硒、銻、銦、鉭和碳中的至少一種。該方法包括使襯底與氣相反應(yīng)性接觸一段足夠長的時間，以便從該襯底上至少部分地去除沉積物。關(guān)于在本發(fā)明的實施中使用氟化氙化合物作為清潔劑及等離子體源試劑，該氟化氙化合物可包括任何數(shù)量的氟原子。但是，注意到，認(rèn)為F相對于Xe的高比例可允許實現(xiàn)更快且更有效率的清潔。較高的蒸氣壓有助于傳送更多材料，因為較高的蒸氣壓會增大清潔劑的傳送速率。在一種實施方案中，使用六氟化氙作為清潔劑或等離子體源試劑。雖然XeF6在室溫下的蒸氣壓比XeF2高約七倍，但XeF6、以及XeF4是非常容易與水起反應(yīng)的。在不牽涉到水、碳水化合物、氫或還原劑的存在或產(chǎn)生的清潔環(huán)境下使用XeF6是最有利的。但是，當(dāng)使用具有較低蒸氣壓的清潔化合物時，可對流動線路進(jìn)行調(diào)整以避免流動路徑的壓降并保持清潔劑的高傳送速率。在本發(fā)明的實施中，作為清潔劑的氣相反應(yīng)性材料可包括，但不限于XeF2、XeF4'XeF6' NF3> F2、SF6, C2F6' CF4、IF5, IF7, KrF2, Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F'HOBr、Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6,以及有機(jī)氯化物如 C0C12、CCl4, CHC13、012(12、及 CH3Cl。實施本發(fā)明方法的設(shè)備可以由任何適合方法構(gòu)建及配置，以適合利用氣相反應(yīng)性材料的清潔。在一種實施方案中，本發(fā)明提供了一種離子注入及清潔裝置，包括(i)離子注入系統(tǒng)，其包括在該系統(tǒng)中的離子注入加工期間其上累積離子化相關(guān)沉積物的一個或多個組件；(ii)清潔部件，包括清潔組合物來源，該來源容納(包含)有包括與這些沉積物發(fā)生反應(yīng)的氣相反應(yīng)性鹵化物的清潔組合物，以便在涉及該清潔組合物與這些沉積物的接觸的清潔條件下，實現(xiàn)將其從該一個或多個組件至少部分地去除；(iii)流動線路，適于將清潔組合物從該清潔組合物來源傳輸至該一個或多個組件，以在這些清潔條件下與其接觸；以及(iv)流動組件，適于在這些清潔條件下控制通過流動線路的清潔組合物流動，以便實現(xiàn)將這些沉積物從該一個或多個組件至少部分地去除。上述裝置中的流動部件部分可以是任何適合類型，包括例如閥門、閥門致動器、 泵、質(zhì)流控制器、壓力計、殘余氣體分析器、中央處理單元、膜等。這種流動部件部分適于在所使用的特定清潔條件下進(jìn)行操作。在該系統(tǒng)的離子注入加工期間在其上累積離子化相關(guān)沉積物的裝置中的一個或多個組件可以是任何適合類型，例如，真空室、電弧室、電極、燈絲、高電壓套管、磁波導(dǎo)管(magnet waveguides)、晶片處理組件、夾緊環(huán)(固定環(huán),clamp rings)、滾輪、盤片等。在一種實施方案中，該組件不是其內(nèi)包含一個組件的真空室。該清潔組合物來源可包括含有該清潔組合物的材料儲存及分配包裝(dispensingpackage)。該材料儲存及分配包裝包括一容器，其可以大體上是，例如圓柱狀，在其內(nèi)限定有內(nèi)部容積。在這個特定實施方案中，該清潔組合物在環(huán)境溫度條件下可以是固體，并且這種清潔組合物可被支撐在該容器內(nèi)的強化的表面區(qū)域上。這種強化的表面區(qū)域可包括在其內(nèi)的結(jié)構(gòu)，例如托盤(tray)，如在美國專利第6，921，062號中的描述，或例如陽極鋁的多孔惰性泡沫材料或鎳泡沫材料、不銹鋼、鎳、黃銅等，以提供該清潔材料固定的蒸發(fā)速率，以便為配送相關(guān)的清潔工藝的離子化步驟提供足夠的蒸氣壓。當(dāng)使用托盤時，該清潔組合物可被支撐在具有與其連接的流動通道管路的托盤的表面上，以在該容器內(nèi)使蒸氣往上流動至該閥頭部分，以便使用該容器來分配。上述裝置內(nèi)的流動線路適于在這些清潔條件下將該清潔組合物從該清潔組合物源傳輸至該電弧室。這種適用性可基于該清潔組合物的各種性能。例如，當(dāng)該清潔組合物具有低蒸氣壓時，高傳導(dǎo)性可用來避免流動路徑中不必要的壓降。最大化流動傳導(dǎo)性和最小流動壓縮(flow constriction)的方法在本領(lǐng)域是熟知的。這些離子化相關(guān)沉積物可包括在摻雜離子的產(chǎn)生期間所沉積的材料，例如硼、磷、砷、鍺、娃、鑰、鶴、硒、鋪、銦、鉭等。在本發(fā)明的所有清潔方法中，清潔能夠可選地與其他用于延長離子注入系統(tǒng)的壽命的方法及設(shè)備特別是離子源相結(jié)合。其可包括對本發(fā)明中使用的離子注入系統(tǒng)的修改，以便適應(yīng)襯底、形成的沉淀物和/或氣相反應(yīng)性材料的選擇。系統(tǒng)設(shè)備修改可包括，但不限于地包括具有有源(活性，active)熱控制系統(tǒng)的提取電極、減少放電的頻率/次數(shù)有源加熱提取電極、包括金屬(優(yōu)選鋁、鑰或氧化鋁(Al2O3))的提取電極、遠(yuǎn)距離的等離子源，利用加熱器與提取電極相連接、利用冷卻裝置與提取電極相連接、平滑的普通提取電極、設(shè)置用于接收能夠由等離子體而分離的源氣體的等離子體室以產(chǎn)生反應(yīng)性氣體流，用于通過反應(yīng)室的出口和導(dǎo)管將反應(yīng)性氣體傳輸至離子化室、設(shè)計為探測反應(yīng)性氣體與系統(tǒng)表面上的污染物的放熱反應(yīng)的基本結(jié)束的溫度探測器、系統(tǒng)中容易受到氣相反應(yīng)性材料的損害的組件的保 護(hù)(在一種包括惰性氣體流諸如氬氣的一種實施方案中，這種保護(hù)可包括在組件的周圍提供護(hù)罩，優(yōu)選是氣相反應(yīng)性材料不透過的)、和/或利用包括鋁或氧化鋁的系統(tǒng)組件。延長設(shè)備的壽命的方法可包括，但不限于有源加熱提取電極，以便降低放電的頻率和次數(shù)，在原材料的凝結(jié)溫度以上加熱提取電極成為離子源，活化控制這種類型的離子源所適用提取電極的溫度(結(jié)合加熱的或冷卻的離子源操作，該溫度應(yīng)包括對電極的加熱或冷卻)，和/或在提取期間維持提取電極在升高的溫度。這種額外的裝置修改和方法在以下文件中有更完整的描述美國專利申請公開2006/0272776的“用于從離子源中提取離子以用于離子注入的方法和裝置(Method and Apparatus for Extracting Ionsfrom an Ion Source for Use in Ion Implantation)，，、美國專利申請公開 2006/0272775的“用于從離子源中提取離子以用于離子注入的方法和裝置(Method and Apparatus forExtracting Ions from an Ion Source for Use in Ion Implantation)，，、國際專利公開WO 2005/059942 A2的“用于延長離子注入中的裝備正常運行時間的方法和裝置(Methodand Apparatus for Extending Uptime in Ion Implantation) ”,其全文弓I入于此以供參考。在一種具體實施方案中，離子注入系統(tǒng)包括電弧室以及摻雜劑源。在一個實施例中，該摻雜劑源可包括BF3,并且可適于將BF3供應(yīng)至電弧室。在該實施方案中的電弧室適于利用從摻雜源供應(yīng)至電弧室的摻雜劑以在其中產(chǎn)生摻雜等離子體。在一個實施例中，該清潔組合物源中包含的清潔組合物包括XeF2。電弧室可適于在有用的清潔條件下利用從由該清潔組合物源供應(yīng)至電弧室的XeF2以在其中產(chǎn)生XeF2等離子體，以便清潔從三氟化硼等離子體衍生出的含硼沉積物?？商鎿Q地，可使用其他摻雜劑源，包括AsH3、PH3、GeF4, SiF4,H2Se及其他含硼、硅、砷、磷和鍺的摻雜劑源。此外，可使用其他等離子體源試劑。在一種具體應(yīng)用中，本發(fā)明提供了一種增大用來產(chǎn)生BF3等離子體的離子源穩(wěn)定度的方法，其中該方法包括用氟化氙等離子體，例如XeF2等離子體來清潔離子源。在另一種實施中，本發(fā)明涉及一種離子注入方法，包括在離子注入系統(tǒng)的電弧室內(nèi)從流經(jīng)電弧室的摻雜劑源氣體產(chǎn)生等離子體，以形成注入用的摻雜劑源離子。在該摻雜劑源氣體流經(jīng)電弧反應(yīng)室期間的至少部分時間中，氣相反應(yīng)性材料包括與該摻雜源氣體同步流經(jīng)該電弧反應(yīng)室，以便實現(xiàn)在離子注入系統(tǒng)中的清潔。一般來說，雖然可執(zhí)行摻雜劑源氣體和氣相反應(yīng)性材料的共流以實現(xiàn)原位清潔，但通常優(yōu)選以連續(xù)方式進(jìn)行清潔操作，例如，當(dāng)離子源從第一摻雜劑源產(chǎn)生第一等離子體，隨后該離子源從第二摻雜劑源產(chǎn)生第二等離子體時，采用了介入清潔步驟，其中氣相反應(yīng)性材料流過該離子源，有或沒有等離子體產(chǎn)生。在一種實施方案中，本發(fā)明提供了一種形成摻雜娃襯底的方法，包括在娃襯底中注入Xe+離子，之后在該硅襯底中注入摻雜劑離子。在該工藝中，這些Xe+離子的注入用于使該襯底的結(jié)晶結(jié)構(gòu)非晶化(無定形化，amorphize)。
在氟化氙等離子體例如XeF2等離子體的產(chǎn)生中，為了清潔，Xe+離子可進(jìn)行一些來源本身的低能量濺射清潔。在提取之后，Xe+離子可進(jìn)行一些離子源下游的組件，例如真空壁、離子光學(xué)組件、晶片盤片和晶片固定件的高能量濺射。在一種具體實施方案中，本發(fā)明涉及一種清潔用于微電子器件制造的離子注入系統(tǒng)的離子源區(qū)的方法及設(shè)備。該離子源區(qū)例如可包括非直接加熱的陰極離子源、Freeman離子源或Bernas離子源。具體地，在一種實施方案中，本發(fā)明涉及從離子注入機(jī)的真空室及其內(nèi)容納的組件的殘余物的原位去除，通過使該真空室和/或組件與氣相反應(yīng)性鹵化物組合物，例如XeF2' XeF4' XeF6' NF3> F2、SF6、C2F6' CF4、IF5、IF7、KrF2, Cl2, HCl、ClF3' C102、N2F4' N2F2' N3F'NFH2、NH2F、HOBr、Br2, C3F8' C4F8' C5F8' CHF3> CH2F2' CH3F、COF2' HF、C2HF5' C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2、C2H5F, C3F6,以及諸如C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2及CH3Cl的有機(jī)氯化物，在充分條件下接觸一段足夠長的時間，以從這些組件上至少部分地去除殘余物，并且以這樣的方式進(jìn)行，使得當(dāng)該殘余物和構(gòu)成這些組件的材料不同時，氣相反應(yīng)性材料選擇性地與殘余物反應(yīng)，并且與構(gòu)成該離子注入機(jī)的這些組件的材料有最少的反應(yīng)(例如，基本上不反應(yīng)，且優(yōu)選完全 不反應(yīng))；而當(dāng)該殘余物和構(gòu)成這些組件的材料相同時，氣相反應(yīng)性材料可與殘余物和該組件部件兩者反應(yīng)。如本文所使用的，如應(yīng)用于氣相反應(yīng)性鹵化物與殘余物的反應(yīng)性的術(shù)語“選擇性地”，用于描述氣相反應(yīng)性鹵化物與殘余物之間的優(yōu)先反應(yīng)。雖然剩余物與構(gòu)成離子注入機(jī)的組件的材料基本不反應(yīng)，但是如果那些組件包括與其殘余物本身相同或相似的元素，氣相反應(yīng)性鹵化物可與構(gòu)成離子注入機(jī)的組件的材料的某些發(fā)生反應(yīng)。例如，盡管可進(jìn)行選擇性反應(yīng)并從組件去除鎢沉積物，但是，氣相反應(yīng)性材料還可能與組件本身中的鎢發(fā)生反應(yīng)。對于要發(fā)生的共反應(yīng)，殘余物和組件不必是完全相同的材料，但是會包括一些共同的材料。在另一種實施方案中，這些離子注入機(jī)組件在這些組件從離子注入機(jī)拆下后所移往的單獨專用反內(nèi)是異位清潔的。更詳細(xì)地考慮原位清潔，這種清潔主要取決于三個因素清潔前體的反應(yīng)特性、清潔反應(yīng)副產(chǎn)物的揮發(fā)性、以及化學(xué)清潔中所使用的反應(yīng)條件。該清潔組合物必須去除不想要的殘余物，同時使注入機(jī)的構(gòu)成材料的耗損最小化。清潔反應(yīng)所產(chǎn)生的副產(chǎn)物必須具有足夠的揮發(fā)性，以有利于將其通過該離子注入機(jī)的真空系統(tǒng)的去除。由與該組件(或這些組件)相同的材料形成的殘余物的清潔確實會造成組件本身某種程度的耗損。具體地，利用XeF2作為清潔劑以從使用鎢電弧室的系統(tǒng)去除鎢沉積物，會致使一些鎢從該電弧室內(nèi)部去除。但是，從最大化系統(tǒng)效力的角度，當(dāng)從如果系統(tǒng)不清潔且使鎢沉積物在該系統(tǒng)內(nèi)積累而降低系統(tǒng)性能的觀點來看時，電弧室的某些內(nèi)部材料損失并不重要。如本文所使用的，“離子源區(qū)”包括真空室、離子源電弧室、離子源絕緣體、提取電極、抑制電極(suppression electrode)、高電壓絕緣體、離子源絕緣套管、燈絲以及驅(qū)趕電極。氣相反應(yīng)性材料可包括例如包括氟化氣化合物蒸氣,例如XeF2蒸氣。XeF2是優(yōu)選的反應(yīng)性鹵化物氣體，并且會在室溫下升華，但可使用加熱器加熱以增大升華速率。已知XeF2是有效的硅蝕刻劑，并且已用來在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件加工中作為硅的選擇性蝕刻劑。具體地，XeF2與硅根據(jù)以下反應(yīng)來發(fā)生反應(yīng)。2XeF2 (g) +Si (s) — 2Xe (g) +SiF4 (g) (3)重要地，硅/XeF2反應(yīng)可在沒有活化作用(即，等離子體或加熱)下發(fā)生。XeF2與Si的反應(yīng)速率比XeF2與SiO2的反應(yīng)速率大得多，這使得XeF2選擇性地與Si發(fā)生反應(yīng)。XeF2或其他氟化氙化合物在本發(fā)明的實施中通常用來作為金屬硼的蝕刻劑。雖然不愿被理論限制，但人們認(rèn)為硼根據(jù)以下反應(yīng)進(jìn)行蝕刻。3XeF2(g)+2B(s) — 3Xe(g)+2BF3(g) (4) 使用XeF2作為砷、磷和鍺的蝕刻劑并非已知技術(shù)中最佳的選擇；但是，也可根據(jù)如下反應(yīng)(5)、(6)和(7)證實XeF2是這些材料的有效蝕刻劑。5XeF2 (g)+2As (S) — 5Xe (g)+2AsF5 (g) (5)5XeF2 (g)+2P (s) — 5Xe (g)+2PF5 (g) (6)2XeF2 (g)+Ge (s) — 2Xe (g)+GeF4 (g) (7)與硅/XeF2反應(yīng)類似，本文披露的反應(yīng)可在有或沒有能量活化作用(主動活化，energetic activation)下發(fā)生。重要地，本文所述的方法及設(shè)備是用來從離子注入機(jī)的組件上至少部分地去除殘余物，并且當(dāng)殘余物與這些材料不同時，相對于構(gòu)成離子注入機(jī)的組件的材料(例如鋁、鎢、鑰、石墨、絕緣材料、密封材料等)以這樣的方式選擇性地去除殘余物。如本文所使用的，術(shù)語“至少部分地去除”是限定去除要去除的殘余物的至少約25%，更優(yōu)選至少約50%，并且最優(yōu)選至少約75%。但是，當(dāng)該殘余物和構(gòu)成這些組件的材料相同時，則氣相反應(yīng)性材料組合物可與殘余物及組件部分兩者反應(yīng)一定量并持續(xù)一段時間，使得去除殘余物的至少約25%，更優(yōu)選至少約50%，并且最優(yōu)選至少約75%去除。在這種條件下，可使該組件內(nèi)部的去除最小化，通常在幾微米或幾十微米的范圍內(nèi)。當(dāng)組件的總厚度可高達(dá)約四分之一英寸或更高時，該去除不會顯著影響組件的性能。因為沉積物通常不會有均勻的厚度或沉積，這些沉積物在該清潔工藝中會比該組件的材料本身更易反應(yīng)。因此，氣相反應(yīng)性材料組合物與殘余物的反應(yīng)會比與組件部分的反應(yīng)更具選擇性。下面將更完整地討論將氣相反應(yīng)性材料組合物傳送至該離子源區(qū)，以便在其中進(jìn)行原位清潔的多種模式，包括停滯模式(stagnant mode)、連續(xù)模式、以及直接導(dǎo)入模式。雖然本文中提及的是XeF2組合物，但應(yīng)該理解也能使用其他的氟化氙化合物及其他反應(yīng)性鹵化物組合物，包括但不限于，XeF2' XeF4' SF6、C2F6' IF5、IF7、KrF2, CF4、Cl2, HCl、ClF3' C102、N2F4、N2F2、N3F、NFH2、NH2F、HOBr、Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3^C2H4F2,C2H5F,C3F6,以及諸如 C0C12、CC14、CHC13、CH2Cl2、及 CH3Cl 的有機(jī)氯化物。還應(yīng)注意到氣相反應(yīng)性材料可包括、主要由或由反應(yīng)性鹵化物化合物組成。XeF2對于原位清潔大部分的離子注入殘余物具有若干優(yōu)勢，XeF2在室溫下是具有4托蒸氣壓的可升華白色固體。為了減少使用XeF2清潔產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體，優(yōu)選使用基于化學(xué)吸附的洗滌器來減少氫化物及包括XeF2的氟化注入機(jī)物種。該清潔組合物可由特別適于傳送XeF2或其他清潔試劑的來源供應(yīng)，例如在“用于傳送來自固體來源的試劑的系統(tǒng)(SYSTEM FOR DELIVERY OF REAGENT FROM SOLID SOURCES) ” 的國際專利申請 PCT/US06/08530中更完整描述的固體源傳送系統(tǒng)，該國際專利申請基于美國臨時專利申請第60/662, 515號以及美國臨時專利申請第60/662，396號，分別將其披露內(nèi)容全文引入于此
以供參考。在另外的實施方式中，其他氟化氙在本發(fā)明的實施中是優(yōu)選的組合物。XeF4的分子量為207. 28，熔點為117. 1°C，沸點(升華)為115.751并且密度為4.04§/1^。另一種化合物XeF6的分子量為245. 28，熔點為49. 5°C，沸點為75. 6°C并且密度為3. 56g/mL。注意到隨著氟原子的數(shù)量增加，熔點隨之降低并且蒸氣壓可能會更高。更高的蒸氣壓會有助于清潔劑的傳送，并且可實現(xiàn)更快且更有效的清潔。在另一種實施方案中，本發(fā)明提供了清潔劑KrF2，其分子量為121. 8，并且分解溫度約為25 °C。
在另一種實施方案中，本發(fā)明提供了清潔劑N2F4，其臨界溫度為37°C。N2F4的蒸氣壓在22°C時約為380psi。N2F4具有如此高的蒸氣壓，所以是本發(fā)明非常有效的清潔劑。在一種具體實施方案中，本發(fā)明提供了一種清潔離子注入系統(tǒng)的至少一個組件的方法，其中該系統(tǒng)具有包括鎢或鑰的電弧室，并且該組件(或多個組件)包括與該電弧室相同的材料的沉積物。在這樣的清潔方法中，清潔劑可以是XeF2?？墒褂萌绫疚那笆龅钠渌鍧崉?。傳送氣相反應(yīng)性材料組合物的停滯模式在停滯模式(也稱為靜態(tài)模式)中，真空室被密封，真空泵被隔離或關(guān)閉，并將清潔蒸氣從清潔組合物源通入該室內(nèi)直到達(dá)到適當(dāng)壓力為止。關(guān)閉清潔蒸氣流，在環(huán)境(室內(nèi))溫度下且沒有等離子體活化作用下，使清潔蒸氣與該室內(nèi)沉積的沉積材料反應(yīng)，等離子體保持在該室內(nèi)直到消耗掉該清潔蒸氣、達(dá)到反應(yīng)終點或已經(jīng)通過一段預(yù)定時間為止。然后抽出清潔的氣態(tài)副產(chǎn)物?？赡苄枰鄠€用清潔蒸氣填充真空室、使該蒸氣與該室內(nèi)的沉積物反應(yīng)、以及將產(chǎn)物抽出該室的循環(huán)，以便有效去除所有的沉積材料。該工藝可稱為“凈化/抽氣工藝”。在該工藝期間，渦輪泵是關(guān)閉的，或者可替換地，以適合的閘閥(例如VAT閘閥)將該泵與真空系統(tǒng)隔離。在停滯傳送模式的一種實施方案中，這些沉積物是由該摻雜劑與系統(tǒng)的一個或多個組件的材料反應(yīng)所造成的沉積物。在清潔這類沉積物時，降低其上存有殘余物的系統(tǒng)或組件的溫度。因為該材料是在高于其形成溫度下沉積的，較低的溫度可允許實現(xiàn)該沉積物的去除。例如，如果該沉積物是在燈絲上的鎢沉積物，則減小或斷開燈絲電流，而使燈絲溫度降低以進(jìn)行清潔。在另一個實施例中，如果該沉積物是在驅(qū)趕電極上的鎢沉積物，減小或斷開等離子體電弧電流，而使驅(qū)趕電極電極溫度降低以進(jìn)行清潔。在氣相反應(yīng)性材料組合物的停滯傳送模式的另一種實施方案中，其內(nèi)設(shè)置有氣相反應(yīng)性鹵化物組合物的蝕刻劑容器是與待清潔的離子注入機(jī)的反應(yīng)室相連接，其中該蝕刻劑容器和待清潔的反應(yīng)室之間設(shè)置有閥門。在清潔期間，該閥門可手動或遙控開啟，由此可使氣相反應(yīng)性材料蒸氣填充待清潔的反應(yīng)室，直到達(dá)到預(yù)定壓力為止?？蛇m度加熱該蝕刻劑容器以增大升化速率和/或升華壓力。在一種更優(yōu)選的實施方案中，該清潔設(shè)備包括具有足夠容量的相分離的容置室(holding chamber),設(shè)置在蝕刻劑容器和真空反應(yīng)室之間。氣相反應(yīng)性材料可首先流入容置室，儲存在其中直到達(dá)到預(yù)定壓力閾值為止。容置室的作用為實現(xiàn)根據(jù)指示立即將氣流通入至真空室，并且縮短與升華有關(guān)的“等待期”?？杉訜崛葜檬业谋谝詫崿F(xiàn)較高的壓力儲存，同時避免氣相反應(yīng)性材料凝結(jié)在反應(yīng)室內(nèi)表面上。容置室可進(jìn)一步包括流動(流量)調(diào)節(jié)裝置，例如質(zhì)流控制器，以達(dá)到氣相反應(yīng)性材料至該真空反應(yīng)室的可再現(xiàn)的傳送。為了促進(jìn)蒸發(fā)，該供應(yīng)容器內(nèi)的氣相反應(yīng)性材料可分散在導(dǎo)熱材料(例如多孔鋁材)的孔洞內(nèi)。在另一種實施方式中，蝕刻劑容器安裝在可移動車上，因此其可連接至在工廠生產(chǎn)環(huán)境下操作的若干真空反應(yīng)室中的任何一個或多個。可移動車也可選擇性地具有閥門、電子控制器、容置室、真空泵以及一段真空波紋管，以便容易地連接至不同真空反應(yīng)室。該車也可選擇性地被密封件環(huán)繞，該密封件開口至毒物消除系統(tǒng)(toxic abatementsystem)，以便提高工廠的安全性。因此該可移動車可根據(jù)需要在工廠四處移動，以便在制造真空設(shè)備(例如離子注入機(jī))排定的維修期期間能夠清潔真空反應(yīng)室。在一種優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明涉及一種清潔半導(dǎo)體制造工具的至少一個組件 的方法，該方法包括
(a)將蝕刻劑氣體從蝕刻劑容器通入至半導(dǎo)體制造工具的真空室內(nèi)；(b)在真空室內(nèi)達(dá)到預(yù)定特性時，終止將該蝕刻劑氣體通入至真空室內(nèi)；以及(c)在真空室內(nèi)使該蝕刻劑氣體與殘余物反應(yīng)一段足夠長的時間，以便從真空室內(nèi)部或其內(nèi)容納的至少一個組件上至少部分地去除殘余物；其中當(dāng)殘余物和真空室內(nèi)部的材料不同時，蝕刻劑氣體在該真空室內(nèi)與殘余物進(jìn)行選擇性反應(yīng)，同時與該真空室內(nèi)部或其內(nèi)容納的這些組件基本上是不反應(yīng)的。用于確定終止將蝕刻劑氣體通入至真空室中的預(yù)定特性可以是基于諸如溫度、壓力、物種的測量等的特性。當(dāng)該真空室中的殘余物和真空室內(nèi)部或其內(nèi)容納的組件為相同材料時，蝕刻劑氣體與殘余物以及真空反應(yīng)室內(nèi)部或其內(nèi)容納的組件以相似的速率進(jìn)行反應(yīng)。然而，在一種優(yōu)選的實施方案中，當(dāng)真空室中的殘余物和該真空反應(yīng)室內(nèi)部或其內(nèi)容納的組件為相同材料時，由于殘余物的形態(tài)，例如殘余物的更高表面積，蝕刻劑氣體與殘余物的反應(yīng)相比于與反應(yīng)室或其內(nèi)的組件的反應(yīng)具有更高的速率。—旦已經(jīng)在真空室內(nèi)達(dá)到所要的壓力，即密封該真空室，并允許氣相反應(yīng)性材料在充分條件下反應(yīng)一段足夠長的時間，以便從該真空反應(yīng)室和其內(nèi)容納的組件上至少部分地去除殘余物。接著可排空該真空室，并且按照需要重復(fù)該清潔工藝?？蛇M(jìn)一步將排出的氣體混合物引導(dǎo)至處理單元(消除單元，abatement unit),其包括但不限于化學(xué)和/或物理吸附床、焚化爐、濕式洗滌器、或它們的組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地確定內(nèi)部壓力、時間、及重復(fù)清潔的次數(shù)。殘余物清潔的性質(zhì)及程度可由經(jīng)驗判定，同時改變時間和/或氣相反應(yīng)性材料的接觸條件(例如溫度、壓力、濃度和分壓)，以確定產(chǎn)生預(yù)期殘余物去除結(jié)果的工藝條件。例如，XeFJi合物在真空室內(nèi)的分壓可以是約0. I托至約4. 0托，優(yōu)選地約0. 3托至約2. 0托，而清潔時間約I至約4分鐘，其可重復(fù)約2至100次。優(yōu)選地，XeF2的分壓約2. 0托，而清潔時間約0. I至I. 0分鐘。重要地，應(yīng)謹(jǐn)慎監(jiān)控清潔期間真空室內(nèi)的壓力，因為壓力會隨著清潔反應(yīng)的進(jìn)行而逐漸增大，并且應(yīng)該在反應(yīng)完成時達(dá)到平穩(wěn)(壓力變化變?yōu)榱??？墒褂脷堄鄽怏w分析器來測量氣相反應(yīng)性材料及其他反應(yīng)副產(chǎn)物的濃度，其也可用來監(jiān)控清潔工藝的進(jìn)展。殘余氣體分析器(RGA)，如圖3示意性示出的，可與真空室連接，并用來監(jiān)控殘余物去除反應(yīng)的副產(chǎn)物。RGA可以是I至100amu、l至200amu或I至300amu分析器，最優(yōu)選是I至300amu分析器。優(yōu)選地，盡管本文考慮了活化作用，但氣相反應(yīng)性材料在無能量活化下反應(yīng)。因此，雖然考慮到清潔的溫度根據(jù)環(huán)境在約0°C至約1000°C范圍內(nèi)，但是可在室溫下進(jìn)行有效的清潔。當(dāng)沉積物與構(gòu)成該系統(tǒng)的一個或多個組件的材料相同時，清潔溫度應(yīng)比發(fā)生沉積的溫度低。氣體狀態(tài)的鎢(W)和&與溫度的關(guān)系對應(yīng)于圖9示出的圖形(圖形是由G. M. Neumann>G. Gottschalk. Zeitschrift fuer Naturforschung、Teil A Astrophysik>Physikalische Chemie 26(5)870(1971)的“在鎢-鹵素(氟、氯、溴)系統(tǒng)中的的氣相組合物及化學(xué)傳輸反應(yīng)的異質(zhì)氣體平衡II的熱力學(xué)”)。可觀察到隨著溫度增加，胃和&的比例會改變。具體地，具有高W/F比例的氟化鎢的量在約1000K下開始隨著溫度而銳減，同時自由氟原子(F)和分子氟(F2)的分壓隨著溫度而增加。因此，若該系統(tǒng)在低溫及高溫下 都具有數(shù)量有限的氟，則氣相中的鎢的濃度會比在某些中間溫度下還要低。在低溫的情況下，由于消耗氟以形成更富含氟的氟化鎢(例如，這個因素而造成了氣相的鎢的損耗。在高溫的情況下，大量的氟以自由F或F2物種存在。該現(xiàn)象是鎢從中間溫度區(qū)(“熱”點)傳輸至低溫及高溫區(qū)兩者(分別是“冷”點和燈絲)的原因。因為電弧室內(nèi)等離子體的存在，改變了鎢的傳輸，而使沉積僅發(fā)生在燈絲上，反之鎢在低溫區(qū)的再沉積被來自等離子體的離子轟擊中斷。因此，必須在低溫范圍內(nèi)進(jìn)行燈絲的清潔，以避免鎢發(fā)生再沉積。優(yōu)選地，該清潔是在約o°c至約1000°C范圍內(nèi)進(jìn)行。更優(yōu)選地，該清潔在約室溫至約800K范圍內(nèi)進(jìn)行。因此，當(dāng)待去除的殘余物與系統(tǒng)的這些組件的材料不相同時，選擇工藝參數(shù)以確保氣相反應(yīng)性材料基本上不與該離子源區(qū)組件的構(gòu)成材料反應(yīng)。如本文所使用的，“基本上不反應(yīng)”是指低于約5 %的總氣相反應(yīng)性材料與離子源區(qū)的這些組件反應(yīng)，優(yōu)選低于約2 %，最優(yōu)選低于約1%。圖I是整合根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的靜態(tài)模式清潔的離子注入系統(tǒng)10的示意性圖示。圖I所示的注入機(jī)系統(tǒng)10的離子源區(qū)包括真空室100、電弧室16、加速電極14、減速電極12、陰極18、對陰極(陽極,anticathode) 20和閘閥110。容置清潔組合物的清潔組合物源容器(這里也稱為“蝕刻劑容器”)80可通過專用的蒸氣進(jìn)氣管線90與該真空室100聯(lián)通。為了將氣相反應(yīng)性材料通入該電弧室16中，閥門84手動或自動開啟，以實現(xiàn)氣相反應(yīng)性材料從容器80流至真空室100。氣相反應(yīng)性材料源的升華可通過利用加熱器86來加熱蝕刻劑容器80來促進(jìn)，加熱器包括但不限于加熱線圈88、或烘箱。蝕刻劑加熱器也可利用電阻加熱法、對流加熱法、來自空氣或來自熱源、來自加熱燈或其他輻射機(jī)構(gòu)的傳導(dǎo)加熱或利用任何其他有效加熱法來加熱。整個蝕刻劑容器外罩82可以是水冷式的。可替換地，可將來自例如清潔組合物源容器40的氣相反應(yīng)性材料連同來自載氣源44的載氣例如氬氣，流入清潔氣體進(jìn)料管線47而進(jìn)入電弧室16。在該操作中，進(jìn)料管線47中的閥門42和46兩者都是開啟的?？杉訜峄蛞云渌绞秸舭l(fā)容器40內(nèi)的氣相反應(yīng)性材料，以將氣態(tài)的清潔劑流入電弧室和真空室。作為另一種選擇，可通過關(guān)閉閥門46來隔離載氣源44，以使氣相反應(yīng)性材料流入進(jìn)料管線47至真空室100內(nèi)的電弧室16。開啟閥門42以進(jìn)行該操作。可通入其他清潔氣體至進(jìn)氣管線22以與管線47內(nèi)的氣相反應(yīng)性材料(圖I中的XeF2)混合，以形成多組分清潔氣體。可替換地，例如，通過在清潔工藝期間關(guān)閉其內(nèi)的閥門(未示出)，可關(guān)閉該進(jìn)氣管線。在正常離子注入操作期間，摻雜劑氣體是從進(jìn)氣管線22中流入電弧室16內(nèi)的。因此，可將該氣相反應(yīng)性材料以純凈物形態(tài)，或與其他氣體物種(例如，載氣或第二或其他清潔氣體)的組合通入至電弧室、至真空室。盡管并未在圖I中示出，但是可在蝕刻劑容器和真空或電弧室之間設(shè)置容置室。在從待清潔的反應(yīng)室內(nèi)部至少部分地去除殘余物后，開啟閥門92并利用泵96通過出料管線94排出這些氣體。 因此，圖I的系統(tǒng)10適于以停滯清潔模式操作，其中真空室是密封的，真空泵96被隔離或關(guān)閉，并且將氣相反應(yīng)性材料通入反應(yīng)室內(nèi)直到達(dá)到預(yù)定壓力為止。之后，氣相反應(yīng)性材料與這些沉積物發(fā)生反應(yīng)，并實現(xiàn)真空室100和電弧室16以及真空室內(nèi)的其他組件的化學(xué)反應(yīng)清潔。當(dāng)達(dá)到需要的清潔反應(yīng)程度時，從真空室排出這些反應(yīng)清潔產(chǎn)物氣體(未反應(yīng)的清潔劑、載氣、反應(yīng)副產(chǎn)物氣體、真空室內(nèi)從系統(tǒng)組件原位放出的氣體等)?？衫孟到y(tǒng)10在冷條件下實施停滯清潔模式，也就是說，未加熱真空室及其內(nèi)部的組件，并且在環(huán)境溫度下(例如20-40°C范圍內(nèi)的溫度下)，以便通入該清潔組合物而在該環(huán)境溫度下清潔真空室和其內(nèi)部的組件。可替換地，該停滯清潔模式操作可利用離子源(電弧室)熱來進(jìn)行，通過使燈絲能量化，但不在燈絲和電弧室主體之間施加電弧電壓，該燈絲由此加熱氣相反應(yīng)性材料，且未撞擊出(strike)等離子體。但是，如前所述，當(dāng)待去除的殘余物與系統(tǒng)的一個或多個組件的材料相同時，該清潔在低于該殘余物的形成溫度下進(jìn)行。一旦清潔組合物已通入真空室內(nèi)，并且密封了該室，則該清潔組合物即留置在該反應(yīng)室內(nèi)一段適當(dāng)時間，達(dá)到所期望程度的清潔作用。除了在完成該清潔操作之后，將來自真空室的清潔氣體流出物的真空泵抽吸之外，也可通過置換從清潔過的反應(yīng)室去除該清潔氣體流出物，例如，通過泵抽吸惰性或其他氣體流經(jīng)該反應(yīng)室直到去除該流出物為止。一種清潔模式，其中反應(yīng)室100未完全密封但閥門92是具有可控制開口的閥門，其響應(yīng)于反應(yīng)室100內(nèi)的壓力來控制，達(dá)到恒定壓力以進(jìn)行清潔，但不需要泵抽吸/凈化(吹洗)循環(huán)。因此，在一種實施方案中，本發(fā)明提供了通入該注入室或待清潔的其他組件內(nèi)的連續(xù)清潔劑流。然后可利用該反應(yīng)室出口的壓力控制閥來調(diào)節(jié)該室內(nèi)的壓力。這種壓力調(diào)節(jié)可以是脈沖方式或正弦方式。通過調(diào)節(jié)來自反應(yīng)室的輸出，可在該反應(yīng)室內(nèi)維持相當(dāng)恒定的清潔劑分壓。如此，可保持較高的反應(yīng)速率，并避免重復(fù)泵抽吸/吹洗循環(huán)的需要。本實施方式提供了減小的邊界材料層厚度的其他優(yōu)勢，因為清潔氣體持續(xù)流動，因而向該襯底表面提供了較高的清潔劑質(zhì)量傳遞速率。在該實施方案中所使用的閥門可以是本領(lǐng)域中已知的任何類型，適于調(diào)節(jié)該反應(yīng)室的輸出。在另一種實施方式中，可調(diào)整反應(yīng)室的進(jìn)氣閥門，其允許清潔氣體的流動，以便還可以調(diào)節(jié)進(jìn)入該反應(yīng)室的清潔氣體流。這種連續(xù)清潔可具有優(yōu)勢，例如縮短反應(yīng)時間、減少副產(chǎn)物物種累積、以及在不需要關(guān)閉渦輪泵和/或任何吹洗氣體(例如N2)下清潔系統(tǒng)的能力。這是本領(lǐng)域中所希望的，因為循環(huán)地開啟或關(guān)閉渦輪泵會明顯降低其壽命，并且實際上關(guān)閉渦輪泵來實施清潔操作會增加該操作的控制復(fù)雜度，并增加注入和清潔工藝的總時間要求。傳送氣相反■應(yīng)性材料的連續(xù)模式在連續(xù)模式(也稱為動態(tài)模式)中，氣相反應(yīng)性材料是以高真空泵吸速率流經(jīng)真空室(優(yōu)選通過電弧室)，其保持真空室內(nèi)的低壓(低于10_2托，并且優(yōu)選低于10_4托)，而電弧室內(nèi)的壓力較高(高于10_2托，并且優(yōu)選低于0. I托)，因此大部分的化學(xué)清潔發(fā)生在電弧室內(nèi)或附近。連續(xù)模式可以若干方式執(zhí)行。在“連續(xù)等離子體操作”的第一技術(shù)中，氣相反應(yīng)性材料是在電弧開啟時流經(jīng)電弧室，并產(chǎn)生等離子體。在“離子源冷操作”的第二技術(shù)中，氣相反應(yīng)性材料是在該反應(yīng)室是冷的，并且電弧關(guān)閉時流經(jīng)電弧室，因此沒有產(chǎn)生等離子體。在“離子源熱操作”的第三技術(shù)中，氣相反應(yīng)性材料是在該燈絲被能量化但未施加電弧電壓下流經(jīng)電弧室，因此燈絲加熱電弧室，但不會擊出等離子體。 因此，可在離子源工作的同時將清潔蒸氣通入離子注入機(jī)，以便由所形成的等離子體來進(jìn)行清潔。清潔蒸氣可與摻雜劑物種同時通入，以便使系統(tǒng)在正常離子注入操作期間進(jìn)行清潔。但是，當(dāng)這些沉積物包括鎢或鑰時，不會在該系統(tǒng)工作以進(jìn)行正常離子注入時實施該清潔?？商鎿Q地，可在改變摻雜劑物種期間用單獨的清潔等離子體來清潔離子源。離子源也可在其未運行時進(jìn)行化學(xué)清潔。在這種情況下，清潔蒸氣必須能夠在無等離子體下清潔冷離子源。若該蒸氣無法在沒有等離子體活化下清潔，則必須將單獨的等離子體自由基源外部施加至離子注入機(jī)。當(dāng)清潔蒸氣從其進(jìn)入點流經(jīng)電弧室，并經(jīng)過離子注入機(jī)的泵出氣岐管排出時，該反應(yīng)室的這些沉積物的最高程度去除主要是沿著蒸氣的流動路徑發(fā)生。在一種具體實施方案中，其內(nèi)設(shè)置有清潔劑組合物的蝕刻劑容器與真空室或電弧室直接或間接地連通，且至少一個閥門設(shè)置在蝕刻劑容器和待清潔的該室(多個室)之間的清潔氣體流動路徑內(nèi)。可在蝕刻劑容器內(nèi)的氣相反應(yīng)性材料上方設(shè)置連續(xù)流動的惰性載氣，以傳送穩(wěn)定的氣相反應(yīng)性材料流至待清潔的反應(yīng)室。載氣的流速、蝕刻劑容器的溫度、以及清潔時間是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易確定的實驗參數(shù)。與停滯模式類似，可將容置室設(shè)置在蝕刻劑容器和待清潔的反應(yīng)室之間。圖2示出了連續(xù)清潔模式的一個實施例，其中容置清潔組合物的蝕刻劑容器與電弧室相連通，其中系統(tǒng)10的對應(yīng)組件相應(yīng)于上述圖I的系統(tǒng)的相同或相似組件進(jìn)行編號。在圖2示出的系統(tǒng)10中，容置清潔組合物的蝕刻劑容器122通過內(nèi)含閥門130的氣體排放管線與歧管(總管)137連通，并且歧管137又與和電弧室16連接的進(jìn)氣管線139接合，以使氣體流入該室。在該布置中，蝕刻劑容器122容納在源氣體箱120中。源氣體箱120還容納氣體容器124、126和128，可在一個或多個這種容器124、126和128內(nèi)容納例如摻雜劑源氣體、惰性載氣、其他清潔氣體等。氣體容器124利用內(nèi)含閥門132的的氣體排放管線與歧管137連接，氣體容器126利用內(nèi)含閥門134的氣體排放管線與歧管137連接，而氣體容器128利用內(nèi)含閥門136的氣體排放管線與歧管137連接。
在圖2系統(tǒng)的具體實施中，與歧管137連接的氣體排放管線內(nèi)的各個閥門130、132、134和136可以是任何適合類型，包括氣動閥、電磁閥等是期望和合適的。根據(jù)實現(xiàn)連續(xù)模式清潔的循環(huán)時間程序或其他程序，在等離子體產(chǎn)生期間(在摻雜劑源氣體流至電弧室期間，和/或在摻雜劑源氣體不流動的狀態(tài)下)或在無等離子體條件下(包括離子源熱和/或離子源冷條件)，這類閥門可通過適合的閥門致動器連接至中央處理器(CPU)，例如微處理器、可程序化的邏輯控制器、通用目的的可程序化電腦、或其他可程序化地調(diào)節(jié)這些閥門130、132、134和136的CPU設(shè)備。在氣體流經(jīng)真空室100期間，氣體從真空室的抽離通過出氣閥92、泵96及出氣線94進(jìn)行。例如，容器122可容置清潔氣體，容器124可容置惰性載氣，容器126可容置第二清潔氣體，而容器128可容置摻雜劑源氣體。在這樣的布置中，容器128中的摻雜劑氣體可流經(jīng)電弧室，以在等離子體產(chǎn)生條件下產(chǎn)生摻雜劑物種。同時，或隨后，清潔氣體、載氣和第二清潔氣體可流經(jīng)電弧室，以原位進(jìn)行電弧室的清潔。泵96在這種流動期間制動，并且開啟閥門92，以便將氣體從真空室100抽出。
本文考慮到的惰性氣體包括，但不限于，氬氣、氮氣、氙氣、及氦氣。其他可替換方式包括利用加熱器來加熱蝕刻劑容器122的升華輔助，如前面關(guān)于圖I的實施方式中的停滯模式所述的。應(yīng)認(rèn)識到，圖2的實施方案可以一種變形方式提供有與真空室100流動連通的第二清潔氣體源，以提供清潔氣體至真空室的其他入口，例如，用于實施停滯模式和連續(xù)模式兩種清潔，例如如果以連續(xù)模式清潔作為主要清潔模式并且周期性進(jìn)行，則使真空室進(jìn)行停滯模式清潔。出氣管線94可與終端監(jiān)控單元連接，該監(jiān)控單元適于感測來自真空室的廢氣的一種或多種成分的濃度，并且產(chǎn)生清潔加工終點的相應(yīng)輸出指示。該終點監(jiān)控器可以是任何適合類型，如前所述的。。脈沖壓力清潔在脈沖壓力傳送模式中，離子注入系統(tǒng)的清潔是由該系統(tǒng)的反應(yīng)室內(nèi)壓力的改變來進(jìn)行。在一種實施方案中，系統(tǒng)在反應(yīng)室出口處含有控制閥。因此，這種脈沖壓力清潔可通過將恒定的清潔組合物流提供至反應(yīng)室內(nèi)并改變控制閥的位置來執(zhí)行，以在反應(yīng)室內(nèi)達(dá)到如所希望的壓力改變。脈沖壓力清潔也可通過在預(yù)定固定位置設(shè)置控制閥，并且將變化的清潔組合物流提供至反應(yīng)室來進(jìn)行，而使反應(yīng)室內(nèi)的壓力改變。傳送氣相反應(yīng)性材料的直接引入模式在直接引入模式中，將具有預(yù)先測量數(shù)量的清潔劑組合物(例如粒狀的XeF2)的蝕刻劑容器弓I入至密封的真空室內(nèi)。XeF2在該真空室內(nèi)完全升華，并且允許XeF2在充分條件下反應(yīng)足夠長的時間，以便從離子源區(qū)組件上至少部分地去除殘余物。本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地確定清潔所需的蝕刻劑的量和時間，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地設(shè)計機(jī)械分配，即使用蝕刻劑容器的方法。在從待清潔的反應(yīng)室內(nèi)部至少部分地去除殘余物之后，可排出真空室的清潔流出氣體，以與關(guān)于圖I的實施方案中的泵96、排出閥92和排出管線94的使用所述的相似方式，通過制動泵并開啟排出管線的流量控制閥。可根據(jù)需要重復(fù)進(jìn)行直接通入清潔。在本發(fā)明的另一種實施方案中，該氣相反應(yīng)性材料可包括，例如，包括三氟化氮(NF3)蒸氣。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)使用NF3來作為等離子體蝕刻的氟來源，例如CVD反應(yīng)器的原位反應(yīng)室清潔。其他應(yīng)用包括多晶硅、氮化硅、硅化鎢和鎢薄膜的蝕刻。具體地，NF3在等離子體中分解為反應(yīng)性鹵化物物種，例如氟自由基和/或氟化物離子，該反應(yīng)性鹵化物物種隨后與待去除的殘余物反應(yīng)。例如，若該殘余物包括硼，清潔可根據(jù)如下反應(yīng)(8)或(9)發(fā)生。3F2 (g)+2B (S) — 2BF3 (8)3F(g)+B(s) — BF3(g) (9)可采用各種技術(shù)來將NF3化合物傳送至離子源區(qū)，以便在其中進(jìn)行原位清潔，包括直接離解等離子體技術(shù)，如下面參考圖3的更完整描述。傳送氣相反應(yīng)性材料的肓接離解(分解)模式在直接離解等離子體布置中，如圖3的示意性布置所示出的，NF3源222與電弧室210連通，并具有設(shè)置在其間的閥門220。該直接分解等離子體傳送工藝包括使清潔組合物處于足以進(jìn)行該清潔組合物的離解的等離子體條件，由此產(chǎn)生離子清潔物種。在圖3的系統(tǒng)中，NF3源與反應(yīng)性氣體進(jìn)氣管218連通，由此將反應(yīng)性摻雜劑例如BF3，引入電弧室210。該流動線路布置使NF3可與其他離子源摻雜劑材料同步引入。但是，在可替換的實施方式中考慮了將NF3引入電弧室的其他方法，例如透過專用的NF3進(jìn)氣管線引入NF3。在清潔期間，NF3進(jìn)入電弧室210，并利用存在的等離子體設(shè)備(例如，燈絲212、陰極214和對陰極216)，或利用設(shè)置在該電弧室210內(nèi)的一些其他電子部件部分來產(chǎn)生氟化物離子。可利用進(jìn)氣管218或其他稀釋劑流動管線來將稀釋氣體添加至電弧室，以稀釋具有高度反應(yīng)性的氟化物離子。
為此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地確定清潔所需的例如NF3進(jìn)入電弧反應(yīng)室的流速、稀釋氣體的量、反應(yīng)室壓力及時間等參數(shù)。還考慮了多種壓力及流速，其中相繼使用不同的壓力和流速來獲得不同的等離子體形式，以及隨即的不同濃度分布。不同分布對于清潔電弧室的不同區(qū)域，即外部角落等可以是有用的。在從反應(yīng)室內(nèi)部至少部分地去除殘余物之后，經(jīng)由出氣管線排空該氣體并進(jìn)行可選地清除。使用直接離解等離子體引入模式引入所考慮的其他清潔氣體，除了 NF3之外，還包括 XeF2' XeF4' XeF6' IF5、IF7、KrF5, SF6、C2F6' CF4、Cl2, HCl、ClF3' C102、N2F4' N2F2' N3F、NFH2'NH2F、HOBr, Br2, C3F8, C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6,以及有機(jī)氯化物，例如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2 以及 CH3Cl。當(dāng)使用直接離解等離子體引入模式將清潔氣體引入離子源電弧室內(nèi)時，可從該來源等離子體提取離子，并且用于除了清潔電弧室之外的有用用途。例如，從XeF2等離子體或其他氟化氙化合物等離子體提取出的Xe+離子可植入硅晶片內(nèi)，而其高質(zhì)量會使其對于注入?yún)^(qū)的硅晶格非晶化是特別有效的，這對某些注入工藝而言有一些優(yōu)勢。可替換地，或另外地，從氟化氙化合物等離子體(例如XeF2等離子體)提取出的Xe+離子可用來濺射清潔內(nèi)表面，例如側(cè)壁、孔洞、注入架及板?？稍趯⒆⑷霗C(jī)物種從第一摻雜物種變換成第二摻雜物種時使用利用Xe+的濺射清潔。因為其高的質(zhì)量，這些Xe+離子對于避免注入物與第二物種通過第一物種的摻雜原子的交叉污染是特別有效的，該第一物種的摻雜原子在第一次注入期間已注入這些側(cè)壁、孔洞、注入架及板內(nèi)。在本發(fā)明的另一種實施方案中，反應(yīng)性鹵化物氣體是氟，例如從VAC 離子源容器傳送的，可由ATMI公司購得(美國康乃狄克州Danbury市)。氟是一種極具腐蝕性的氣體，并且可在進(jìn)行或不進(jìn)行熱或電活化作用下使用。在無活化作用下，可使氟氣直接進(jìn)入離子源區(qū)，其中允許該氣體在充分條件下自發(fā)反應(yīng)足夠長的時間以至少部分地去除殘余物。若需要額外的活化，可加熱組件或使其處于高溫下，并允許該氣體反應(yīng)足夠長的時間以便至少部分地去除該殘余物。在該可替換方案中，可在電弧室內(nèi)產(chǎn)生等離子體(如前所述的)，以進(jìn)一步誘導(dǎo)氟活化。在另一種實施方案中，本發(fā)明涉及一種在對于相同摻雜劑源氣體的連續(xù)離子產(chǎn)生工藝之間清潔離子源的方法，或者可替換地在連續(xù)工藝中不同的摻雜劑氣體。該方法包括使XeF2或其他氟化氙化合物或其他反應(yīng)性齒化物化合物流經(jīng)包括在具有或不具有等離子體的這些工藝之間的離子源。本文所述的實施方案可以直接利用新制造的離子注入工具來實施，或者在另一種選擇中，已經(jīng)在使用中的注入機(jī)可以容易地利用本文所述的清潔系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
在其他的實施方式中，蝕刻劑氣體(清潔組合物)可與注入物種例如BF3混合，因此蝕刻和注入可同時發(fā)生，其在最小化停機(jī)時間和排除其他昂貴的傳送系統(tǒng)上是具有成本效益的。但是，當(dāng)沉積物含有鎢或鑰時，則不會同時進(jìn)行蝕刻和注入。本發(fā)明在其各個實施方式中的優(yōu)勢包括，但不限于，(i)選擇性地清潔離子注入系統(tǒng)的離子源區(qū)內(nèi)的不想要的殘余物，(ii)在不使用等離子體誘導(dǎo)的自由基下清潔殘余物的能力，因此，最小化對于離子源區(qū)的組件的傷害，以及(iii)有效清潔溫度，包括室溫。使用本發(fā)明的清潔技術(shù)的從離子源區(qū)去除殘余物，減少了離子源故障及提取電弧(extractionarcing)，因此使離子注入機(jī)的操作更穩(wěn)定。此外，增大了離子源的壽命及MTBF，同時減少了預(yù)防性維修的成本及時間?；诒疚牡呐?，可理解在本發(fā)明的實施的廣義范圍內(nèi)的清潔離子注入系統(tǒng)的頻率和/或持續(xù)性可大幅改變，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地確定特定離子注入系統(tǒng)所需要或所希望的特定清潔安排。例如，在根據(jù)本發(fā)明的某些具體實施方式
中，每周可進(jìn)行約I到2次離子源區(qū)的靜態(tài)原位清潔；雖然清潔次數(shù)可根據(jù)離子注入機(jī)的使用率來增減。通常，盡管在特定應(yīng)用中清潔時間可更長或更短，但整個清潔操作的時間約為I小時。盡管清潔次數(shù)可根據(jù)該離子注入機(jī)的使用率來增減；然而每日可進(jìn)行約I到2次離子源區(qū)的動態(tài)原位清潔。盡管在特定應(yīng)用中清潔時間可更長或更短，然而，通常整個清潔操作的時間約為10分鐘，。在本發(fā)明的另一種實施方式中，運用使用蒸氣相的離子源區(qū)的這些組件的離線(異位)清潔。在該實施方式中，可離線清潔來自離子注入機(jī)的任何部位的靈敏組件(例如，含石墨組件)，因此排除了在傳統(tǒng)離線清潔劑下的暴露，例如有害的研磨物或液體。使用蒸氣相材料的離線清潔在本領(lǐng)域是一個突破，因為研磨物會破壞這些靈敏組件，并且清潔期間進(jìn)入這些靈敏組件的孔內(nèi)的液體必須在抽空離子源區(qū)期間從該孔中抽出。在異位清潔工藝中，關(guān)閉離子源或任何其他電源，關(guān)閉相關(guān)的隔離閥，并且將離子源或其他真空反應(yīng)室抽至(通風(fēng)，vent)大氣壓。優(yōu)選地，在從待清潔的這些組件的離子源區(qū)脫離之前，將該離子源區(qū)冷卻至室溫。然后將這些待清潔的真空系統(tǒng)組件從注入機(jī)移出，并置于配備有簡單的泵系統(tǒng)及閥門的單獨離線真空反應(yīng)室內(nèi)。將蝕刻劑氣體通入該離線真空反應(yīng)室，在充分條件下持續(xù)足夠長的時間，以從這些組件上至少部分地去除殘余物。在每一次清潔階段之后，將有毒副產(chǎn)物抽離至處理(消除)單元，以適當(dāng)?shù)靥幹眠@些有毒蒸氣。清潔可在異位環(huán)境中以連續(xù)的泵吸/凈化循環(huán)進(jìn)行，或是由如上所述的連續(xù)流動清潔工藝來進(jìn)行。在該實施方式中，離子注入系統(tǒng)的組件包括在清潔容器內(nèi)，并且清潔氣體流通過輸出和/或輸入閥來調(diào)節(jié)。如此，可調(diào)節(jié)清潔劑及任何副產(chǎn)物的分壓，并且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)反應(yīng)速率，增大或減小。優(yōu)選地，離線真空反應(yīng)室是能夠在晶片廠內(nèi)服務(wù)于多個離子注入機(jī)的獨立單元，例如，多至10-12個離子注入機(jī)。圖4是適于利用XeF2進(jìn)行清潔的加工系統(tǒng)300的示意性圖示，示出了可用來評估該清潔操作的功效及特性，并且為特定應(yīng)用將其最佳化的布置。如圖所示，系統(tǒng)300包括與容納樣品晶片304的工藝室302連接的XeF2的源312。所示的工藝室302具有4個端口。第一個端口與進(jìn)氣管線308連接，其與在圖4中由箭頭A簡要表示的氬氣載氣源相連接。進(jìn)氣管線308包括流量控制閥V3、V4和V5，以及質(zhì)流控制器306。與進(jìn)氣管線308連接的是進(jìn)氣支線310，其又與清潔氣體來源312連接，在該實 施方式中包含XeF2。進(jìn)氣支線310包括流量控制閥Vl和V2。在各個閥門中，閥門V2和V4可以是致動閥，即配備有閥門致動器以進(jìn)行自動操作的閥門，并且閥門Vl可以是手動閥，應(yīng)認(rèn)識到到可在該系統(tǒng)的特定實施方案中根據(jù)需要或所希望的手動、自動、或以其他方法配置及操作各個閥門。工藝室302的第二個端口與具有兩個支腳的管路316連接，第一支腳與壓力釋放閥318連接，而第二支腳與壓力計320連接。工藝室302的第三個端口與致動閥V6連接，其又利用導(dǎo)管330連接至渦輪泵324。該渦輪泵324與機(jī)械泵326相互連接。機(jī)械泵326放出氣體至與洗滌器328連接的排放管線332，該洗滌器328包括容納化學(xué)吸附材料的外罩。洗滌器328設(shè)置有流出管線341，以使凈化的氣體以箭頭D所示方向流經(jīng)其間。工藝室302的第四個端口與和洗滌器328連接的流出物排放管線340連接。該流出物排放管線340在其內(nèi)設(shè)置有殘余氣體分析器質(zhì)譜儀342、殘余氣體分析器渦輪泵344以及殘余氣體分析器前級泵(backing pump) 346。從該工藝室的第四個端口排放進(jìn)入流出物排放管線340的流出物分別以箭頭B和C所表示的方向在其中流動至洗滌器328。如圖4所示，在操作中，來自來源A的氬氣經(jīng)過開啟的流量控制閥V3、V4和V5、以及質(zhì)流控制器306可流至進(jìn)氣管線308內(nèi)。來自清潔氣體來源312的XeF2流經(jīng)開啟的閥門Vl和V2進(jìn)入進(jìn)氣支線310和進(jìn)氣管線308，進(jìn)入工藝室302。工藝室302內(nèi)的壓力是由壓力釋放閥318 (Ipsi壓力釋放閥)維持，并由壓力計320監(jiān)控，以在工藝室302內(nèi)達(dá)到預(yù)定壓力。清潔流出氣體是從工藝室302流經(jīng)導(dǎo)管330至渦輪泵324和機(jī)械泵326，至洗滌器328，并且最后排放至流出管線341至大氣中或其他處理途徑。流出物同步從工藝室302抽離，并流入流出物排放管線340，通過殘余氣體分析器質(zhì)譜儀342、殘余氣體分析器渦輪泵344以及殘余氣體分析器前級泵346，以進(jìn)行流出物的分析。然后，在流出管線341內(nèi)從系統(tǒng)排出之前，經(jīng)分析的流出物在流出物排放管線340內(nèi)流至洗滌器328。CVD 系統(tǒng)在一種實施方案中，本發(fā)明考慮了一種清潔CVD系統(tǒng)的一個或多個組件的方法，以從一個或多個組件上至少部分地去除沉積相關(guān)的沉積物。該方法包括使含有氣相反應(yīng)性材料的清潔組合物與一個或多個組件相接觸，在使該氣相反應(yīng)性材料可與這些沉積物發(fā)生反應(yīng)的條件下，以實現(xiàn)沉積物的至少部分地去除。如本文中使用的，“沉積相關(guān)的沉積物”是指可干擾CVD系統(tǒng)的正常工作的任何材料沉積物。氣相反應(yīng)性材料易與其發(fā)生反應(yīng)的沉積相關(guān)沉積物可以是任何適合類型，包括形成并累積在CVD反應(yīng)器或其他CVD工藝設(shè)備內(nèi)的沉積相關(guān)沉積物。所沉積的材料可包括、包含、主要由、或由以下物質(zhì)構(gòu)成硅、硼、磷、鍺、砷、鎢、鑰、硒、銻、銦、鉭和碳。在一種實施方案中，用于該方法的氣相反應(yīng)性材料是氣態(tài)鹵化物，其可包括任何適合的鹵化物，例如，選自由 XeF2、XeF4、XeF6, NF3、IF5, IF7、SF6、C2F6、F2、CF4、KrF2、Cl2、HCl、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3> CH2F2, CH3F, COF2, HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2, C2H5F, C3F6,以及有機(jī)氯化物，例如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2 以及CH3Cl所組成的組中的鹵化物。在一種實施方案中，氣相反應(yīng)性材料包括選自由以下物質(zhì)組成的組中的鹵化物NF3> CF4、KrF2, Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F' HOBr, Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3' C2H4F2, C2H5F, C3F6,以及有機(jī)氯化物，例如 C0C12、CCl4, CHC13、CH2Cl2, CH3Cl,及 HCffir 和 fc2。使氣相反應(yīng)性材料可與這些沉積物發(fā)生反應(yīng)的條件可包括任何適合的溫度、壓力、流速、組成等條件，氣相反應(yīng)性材料在該條件下與要從襯底上去除的材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)以去除該材料?？墒褂玫娜舾蓷l件的實例包括上面關(guān)于離子注入系統(tǒng)的清潔所論述的那些?？捎帽景l(fā)明的方法來清潔具有殘余物或微粒累積的CVD系統(tǒng)的任何組件。一般來說，CVD系統(tǒng)可包括例如要沉積的蒸氣的含前體來源、從該來源引導(dǎo)至反應(yīng)器的配管及閥門、反應(yīng)器、以及導(dǎo)離反應(yīng)器的排放工具等元件。反應(yīng)器本身主要容納用于分配前體的分配器，基座(susceptor)，以及襯底。如本文使用的，反應(yīng)器可替換地也可指“反應(yīng)室”。反應(yīng)器也可包括加熱系統(tǒng)及溫度感應(yīng)器。排放裝置可包括導(dǎo)離該反應(yīng)器的閥門及配管，和/或設(shè)計用來吸取蒸氣及在其回到反應(yīng)室之前將其從反應(yīng)器去除的活門(trap)。通常，一些前體會在CVD工藝期間分解并沉積在CVD系統(tǒng)的組件上?？商鎿Q地，前體可與CVD系統(tǒng)的一個或多個組件的材料反應(yīng)，并在系統(tǒng)中的別處沉積該材料。該沉積物最常見于在分配器(本文也稱為“噴頭”)、基座、襯底下游的反應(yīng)器、以及引導(dǎo)至排放工具的閥門表面上。某些前體比其他的更易分解，比一般前體留下更多沉積物及殘余物。這類前體也可在該來源、引導(dǎo)至反應(yīng)器的配管及閥門、以及在噴頭上方或分配器內(nèi)部的任何混合空間留下沉積物及殘余物。前體來源提供蒸氣形態(tài)的前體至系統(tǒng)的其余部分?？衫帽绢I(lǐng)域已知的任何類型的氣化器來產(chǎn)生氣化作用。例如，氣化器可以是ProEVap系統(tǒng)的閃蒸器(flashvaporizer)、起泡器。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉其他的氣化器及來源類型。因此，無論所使用的氣化器類型如何，該來源上的沉積物可包括在該氣化器上的沉積物?？稍贑VD系統(tǒng)的組件上造成殘余物及沉積物的系統(tǒng)內(nèi)所使用的前體，可包括適合CVD并且本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何前體。因此，本發(fā)明提供可清潔包含來自前體本身或任何反應(yīng)產(chǎn)物或其副產(chǎn)物的殘余物或沉積物的CVD系統(tǒng)的任何組件的方法。這些清潔方法也可清潔來自該前體與系統(tǒng)組件自身發(fā)生反應(yīng)所形成的任何沉積物。具體地，本發(fā)明在一種實施方案中涉及從CVD系統(tǒng)及其內(nèi)包括的組件原位去除殘余物，通過使反應(yīng)器和/或其他組件與氣相反應(yīng)性鹵化物組合物，例如XeF2、XeF4、XeF6、NF3、F2, XeF6, SF6, C2F6, CF4, IF5, IF7, KrF2, Cl2, HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr,Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3' C2H4F2, C2H5F, C3F6,以及有機(jī)氯化物，例如C0C12、CC14、CHC13、CH2Cl2以及CH3Cl,在充分條件下接觸一段足夠長的時間，以從這些組件上至少部分地去除殘余物，當(dāng)該殘余物和構(gòu)成這些組件的材料不同時，以這樣的方式進(jìn)行，即殘余物相對于構(gòu)成CVD系統(tǒng)的這些組件的材料來進(jìn)行選擇性地去除，但當(dāng)該殘余物和構(gòu)成這些組件的材料相同時，則去除該殘余物及至少某些構(gòu)成這些組件的材料兩者。在另一種實施方式中，該CVD系統(tǒng)組件在單獨專用反應(yīng)室中進(jìn)行異位清潔，這些組件從該CVD系統(tǒng)拆下后移至反應(yīng)室內(nèi)。更詳細(xì)地考慮原位清潔,該清潔主要取決于三個因素清潔前體的反應(yīng)特性、清潔 反應(yīng)副產(chǎn)物的揮發(fā)性、以及化學(xué)清潔中所使用的反應(yīng)條件。清潔組合物必須去除不想要的殘余物，同時使構(gòu)成系統(tǒng)的材料的耗損最小化。清潔反應(yīng)所產(chǎn)生的副產(chǎn)物必須具有足夠的揮發(fā)性，以促進(jìn)其從系統(tǒng)的去除。關(guān)于離子注入系統(tǒng)清潔，以上更完整地討論了傳送氣相反應(yīng)性組合物，例如，包括XeF2的組合物，至反應(yīng)器區(qū)以在其中進(jìn)行原位清潔的數(shù)種模式。這些模式包括停滯模式、連續(xù)模式、以及直接引入模式。雖然本文引用了 XeF2組合物作為優(yōu)選的清潔劑材料，但應(yīng)當(dāng)理解能夠使用其他氟化氙化合物及其他反應(yīng)性鹵化物化合物，包括，但不限于，XeF4, XeF6,SF6, C2F6, IF5, IF7, KrF2, CF4, Cl2, HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8,C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4, C2H3F3' C2H4F2、C2H5F、C3F6,以及有機(jī)氯化物，例如C0C12、CC14、CHC13、CH2Cl2以及CH3Cl。應(yīng)進(jìn)一步注意到氣相反應(yīng)性材料可包括、主要由或由反應(yīng)性鹵化物化合物組成?？稍谇鍧嵠陂g改變CVD系統(tǒng)的溫度和壓力設(shè)定，以便使系統(tǒng)的清潔最優(yōu)化。本發(fā)明的特征及優(yōu)勢由如下非限制性實施例更完整地表明。實施例I測試樣品是利用鋁、硼、鎢和硅在玻璃顯微玻片上的電子束沉積物來制備的。鋁用來作為該玻片上的底層阻隔。某些樣品覆蓋有保護(hù)硅層，而其他的則未覆蓋并進(jìn)行氧化。這些測試樣品是依序置于異位XeF2反應(yīng)器內(nèi)，其為參考圖4所示及描述的類型，并且在室溫下于300-400毫托壓力下，蝕刻16個一分鐘脈沖蝕刻循環(huán)。圖5是作為時間的函數(shù)的RGA軌跡，示出了 XeF2從鋁基層去除硼殘余物的效力。該脈沖蝕刻循環(huán)由圖5的RGA壓力作圖中的峰示出。該RGA確定了從具有500nm的鋁基層玻片上去除硼，該基層上沉積有500nm的硼。并沒有硅覆蓋層，因此，硼可能會在蝕刻之前形成氧化層。該XeF2蝕刻加工在約4個循環(huán)內(nèi)去除大部分的硼，伴隨著未反應(yīng)的XeF2的增加，表示硼的去除減少或完全停止。圖5舉例說明了利用本發(fā)明的XeF2系統(tǒng)及方法可容易地去除硼層，即使在蝕刻之前已有氧化層形成在其上。圖6示出了由RGA確定從其上具有150nm鎢沉積物的500nm的鋁基層的玻片上去除鎢。沒有硅覆蓋層，因此，鎢可能會在蝕刻之前形成氧化層。RGA并未觀察到鎢化合物，但是，可能監(jiān)控到WF6'實施例2圖7和圖8示出了自一個離子源測試設(shè)備取得的數(shù)據(jù)，其包括具有鑰電弧室的單一燈絲Bernas離子源，以及具有分析離子束的法拉第杯 測量的80°分析磁鐵。在環(huán)境溫度下操作的XeF2圓筒安裝在該氣瓶內(nèi)，并利用傳統(tǒng)的高傳導(dǎo)氣體管線與離子源連接。圖7是作為時間的函數(shù)的以mA計的離子束電流的圖示，示出了改善離子源穩(wěn)定性的XeF2等離子體的使用。該離子源在其離子束電流規(guī)格極限內(nèi)以BF3等離子體運轉(zhuǎn)約12小時，其對應(yīng)約IOmA的11B+的分析離子束。當(dāng)圖7所示的離子束電流測量開始時，該離子源在50kV提取電壓下展現(xiàn)出嚴(yán)重的不穩(wěn)定性，并且該不穩(wěn)定性并沒有因為降低該電壓至40kV而有顯著改善。在使用XeF2等離子體運轉(zhuǎn)20分鐘后，意外地，該離子源可更加穩(wěn)定地再運轉(zhuǎn)約兩小時。關(guān)于這種穩(wěn)定性改善的機(jī)制，雖然不希望被任何理論或假設(shè)限制，但該改善可歸功于XeF2等離子體從離子注入設(shè)備的離子源絕緣體或從高壓間隙(高壓放電器，highvoltage gap)去除沉積物的能力。圖8是作為以秒計的時間的函數(shù)的RGA分壓(log托)的圖示，示出了 XeFjtS冷離子源的清潔劑的使用。圖8示出了來自RGA單元的測量，該RGA單元位于離子源真空室上該離子源正上方處。在這種情況下，使XeF2蒸氣流經(jīng)冷離子源約兩小時，該冷離子源先前已利用來自BF3的高電流B+離子束運轉(zhuǎn)過。在圖示中可清楚觀察到來自硼蝕刻的BF3和BF2的RGA峰。來自鑰電弧室的蝕刻的MoF5的強度約比BF3強度小約100倍。可看到在測量的初期，XeF2被嚴(yán)重消耗，并且信號隨后增強。該圖示與硼的連續(xù)蝕刻相符，直到XeF2流在6000秒之后中斷，蝕刻在該點停止。實施例3雖然上面的實施例I示出了 XeF2不與玻片上的鋁上方的鎢反應(yīng)，但發(fā)現(xiàn)對于工作的離子注入系統(tǒng)而言，XeF2是該系統(tǒng)組件(具體地電弧反應(yīng)室)與該氟化的原料氣體反應(yīng)所產(chǎn)生的鎢沉積物的有效清潔劑。Bernas離子源以BF3原料在最大B+離子束電流下運轉(zhuǎn)52小時。去除該離子源，并且去除兩個覆蓋有沉積物的氧化招驅(qū)趕絕緣體(repeller insulator)。兩個絕緣體都在清潔之前先進(jìn)行稱重。絕緣體I (絕緣套管)在清潔前重量為6. 1676g,而絕緣體2 (絕緣墊片)在清潔前重量為7. 0662g。這兩個絕緣體置于異位真空反應(yīng)室內(nèi)，并且在高至約3托的壓力下，利用十一個XeF2的填充/抽氣循環(huán)來清潔。每一個循環(huán)持續(xù)約10分鐘。每一次循環(huán)所使用的XeF2的質(zhì)量約為0. IOg0在執(zhí)行該清潔循環(huán)時，繼續(xù)測量RGA光譜(圖10)。在每一次循環(huán)之后測量IR光譜(圖11)。在完成這些循環(huán)后，再次稱重兩個絕緣體。清潔后的絕緣體I (絕緣套管)重量是6. 1583g，而清潔后的絕緣體2 (絕緣墊片)重量是7. 0371g。因此，絕緣體I通過清潔損失0. 0093g,也就是損失了 0. 2%，而絕緣體2通過清潔損失0. 0291g,也就是損失0. 4%。因此，發(fā)現(xiàn)約0. Ilg的XeF2 ( 一次循環(huán))從兩個絕緣體上總共去除0. 0358g的鎢沉積物。發(fā)現(xiàn)這些絕緣體上的沉積物不含硼(圖12)，這些沉積物的主要成分是鎢和碳(在此未示出碳數(shù)據(jù))。雖然利用XeF2蝕刻在室溫下一次循環(huán)可容易地去除0. 0358g的鎢污染(圖13)，但碳沉積物無法在室溫下的完整的11個循環(huán)內(nèi)從這些絕緣體上去除。沒有觀察到XeF2和氧化招絕緣體之間的反應(yīng)。實施例4人們發(fā)現(xiàn)嶄新的未用的石墨排斥電極板重量為5. 179g。該電極板安裝在Bernas離子源內(nèi)，然后其以BF3原料在最大B+離子束電流下運轉(zhuǎn)52小時。去除該離子源，并且去除覆蓋有沉積物的排斥電極板。在清潔之前先稱重該排斥電極板，發(fā)現(xiàn)其重量為7.091g。該排斥電極板置于異位真空反應(yīng)室內(nèi)，并且在約2-3托的壓力下利用五十二個XeF2的填充/抽氣循環(huán)來清潔。每一次循環(huán)持續(xù)約10分鐘。所使用的XeF2的質(zhì)量約為4. 62g。在進(jìn)行該清潔循環(huán)時，連續(xù)測量壓力(圖14)。在每一次循環(huán)之后測量IR光譜。圖15中說明了 IR測量結(jié)果的總結(jié)，而圖16-18分別示出了來自BF3區(qū)、XeF2區(qū)和胃 6區(qū)的 更詳細(xì)的光譜圖。在完成這些循環(huán)后，再次稱重該電極板，發(fā)現(xiàn)重量為5. 424g。因此，該電極板因為蝕刻而損失I. 667g。因此，發(fā)現(xiàn)約4. 60g的XeF2從該電極板上總共去除I. 667g的沉積物。發(fā)現(xiàn)該驅(qū)趕電極上的沉積物的鎢含量很高(約99% )，并且存在的其他材料，例如硼，以少于1%的量存在。人們發(fā)現(xiàn)XeF2的使用率很高，約90%。圖19示出在石墨驅(qū)趕電極的XeF2循環(huán)蝕刻期間，BF3、XeF2和WF6的相對濃度分布。該實驗結(jié)果也表明，可利用XeF2蝕刻從石墨離子源部件去除大量沉積的鎢及硼污染物。以XeF2蝕刻硼的產(chǎn)物是BF3,而以XeF2蝕刻鎢的產(chǎn)物是WF6。沒有觀察到XeF2和該石墨排斥電極本身之間的反應(yīng)。因此，利用靜態(tài)清潔可達(dá)到XeF2的高使用率。雖然本發(fā)明在此參考各種具體實施方式
進(jìn)行了描述，但可理解本發(fā)明并不局限于此，而是延伸至并包括各種其他調(diào)整及實施方式，如本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的那樣。據(jù)此，應(yīng)該根據(jù)所附的權(quán)利要求限定的范圍來廣義地理解和詮釋本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種清潔離子注入系統(tǒng)的一個或多個組件以從所述一個或多個組件至少部分去除離子化相關(guān)沉積物的方法，所述方法包括使所述一個或多個組件與包含氣相反應(yīng)性材料的清潔組合物接觸，其是在使所述氣相反應(yīng)性材料能夠與所述沉積物發(fā)生反應(yīng)的條件下，以實現(xiàn)所述至少部分去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述氣相反應(yīng)性材料包括選自由XeF2、XeF4'XeF6' NF3> IF5, IF7、KrF2, SF6、C2F6' F2、CF4、Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F'HOBr、Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6、COCl2, CCl4, CHC13、CH2Cl2 和 CH3Cl 組成的組中的氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述氣相反應(yīng)性材料包括XeF2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述條件包括環(huán)境溫度、高于環(huán)境溫度的溫度、有等離子體存在、或沒有等離子體存在。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，包括靜態(tài)模式清潔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述條件包括環(huán)境溫度、高于環(huán)境溫度的溫度、有等離子體存在、或沒有等離子體存在。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，包括動態(tài)清潔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述條件包括環(huán)境溫度、高于環(huán)境溫度的溫度、有等離子體存在、或沒有等離子體存在。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述離子化相關(guān)沉積物來源于摻雜劑源氣體等離子體，并且所述氣態(tài)鹵化物包括XeF2。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述離子注入系統(tǒng)適于執(zhí)行選自由等離子體浸沒和分子離子注入所組成的組中的離子注入工藝。
11.一種離子注入及清潔裝置，包括離子注入系統(tǒng)，其中所述離子注入系統(tǒng)包括在所述系統(tǒng)中的離子注入加工期間其上累積離子化相關(guān)沉積物的一個或多個組件；以及清潔部件，其中所述清潔部件包括包含清潔組合物的清潔組合物源，該清潔組合物包括與所述沉積物是反應(yīng)性的氣相反應(yīng)性材料，以在包括使所述清潔組合物與所述沉積物相接觸的清潔條件下從所述一個或多個組件至少部分地去除所述沉積物；流動線路，其適于將來自所述清潔組合物源的所述清潔組合物輸送至所述一個或多個組件，以在所述清潔條件下與其接觸；以及流動組件部分，其適于在清潔條件下控制通過所述流動線路的清潔組合物的流動，以實現(xiàn)將所述沉積物從所述一個或多個組件的所述至少部分去除。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述清潔組合物源包含清潔組合物，所述清潔組合物包括選自由 XeF2' XeF4' XeF6' NF3> IF5、IF7、KrF2, SF6、C2F6' F2、CF4、Cl2, HCl、ClF3'ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2^NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3> CH2F2, CH3F, C0F2、HF、C2HF5,C2H2F4, C2H3F3、C2H4F2, C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4, CHC13、CH2Cl2 和 CH3Cl 組成的組中的氣相反應(yīng)性材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述清潔組合物源包含包括XeF2的清潔組合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述流動組件部分特征在于選自以下特性中的至少一種相容性特征 所述流動組件部分包括選自由閥、閥致動器、泵、質(zhì)流控制器、壓力計、殘余氣體分析器以及中央處理單元組成的組中的至少一個組件； 所述流動組件部分適于在包括環(huán)境溫度的清潔條件下操作； 所述流動組件部分適于在包括超過環(huán)境溫度的溫度的清潔條件下操作； 所述流動組件部分適于在有等離子體存在的清潔條件下操作。
所述流動組件部分適于在沒有等離子體存在的清潔條件下操作； 所述流動組件部分適于實現(xiàn)靜態(tài)模式清潔； 所述流動組件部分適于實現(xiàn)動態(tài)模式清潔； 所述一個或多個組件包括選自由真空室、電弧室、電極、燈絲、高電壓絕緣套、磁波導(dǎo)管、晶片處理組件、夾緊環(huán)、滾輪和盤片組成的組中的至少一個組件； 所述一個或多個組件上具有沉積物，其中所述沉積物包括硼、砷、磷、鍺、鎢、鑰、硒、銻、銦、鉭或碳；以及 所述離子注入系統(tǒng)適于執(zhí)行選自由等離子體浸沒和分子離子注入組成的組中的離子注入工藝。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述離子注入系統(tǒng)包括電弧室和摻雜劑源，其中所述摻雜劑源包含摻雜劑源氣體且適于將摻雜劑源氣體供應(yīng)到所述電弧室，所述電弧室適于在其內(nèi)從所述摻雜劑源供應(yīng)到所述電弧室的摻雜劑源氣體產(chǎn)生等離子體，其中包含在所述清潔組合物源中的所述清潔組合物包括XeF2,并且其中所述摻雜劑源氣體包括選自由BF3> AsH3、PH3> GeF4, SiF4和H2Se組成的組中的氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述流動線路適于在所述清潔條件下將來自所述清潔組合物源的所述清潔組合物輸送至所述電弧室。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，在所述清潔條件下，所述電弧室適于在其內(nèi)從所述清潔組合物源供應(yīng)至所述電弧室的XeF2產(chǎn)生XeF2等離子體。
18.—種增大用來廣生BF3、AsH3、PH3、GeF4、SiF4或H2Se等尚子體的尚子源的穩(wěn)定性的方法，所述方法包括利用XeF2等離子體清潔所述離子源。
19.一種從其上具有沉積物的襯底上去除所述沉積物的方法，其中，所述沉積物包括硼、硅、砷、磷、鍺、鎢、鑰、硒、銻、銦、鉭和碳中的至少一種，所述方法包括使所述襯底與氣相反應(yīng)性材料接觸足夠的時間，以從所述襯底上至少部分地去除所述沉積物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于選自以下特性中的至少一種相容性特征 所述沉積物包括硼； 所述襯底包括鋁和鎢中的至少一種； 所述接觸是在低于大氣壓下進(jìn)行的； 所述方法包括所述襯底的停滯模式清潔；以及，可選地 進(jìn)一步包括以下之一 (i)在所述接觸期間監(jiān)控總壓力改變，并在壓力改變達(dá)到零時終止所述接觸；和(ii)監(jiān)控氣態(tài)XeF2或由其衍生的反應(yīng)物或在所述接觸中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物的分壓，并在所述分壓達(dá)到預(yù)定值時終止所述接觸。
21.根據(jù)權(quán)利要求19-20任一項所述的方法，其中，所述接觸是在約0°C至約1000°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行的。
22.根據(jù)權(quán)利要求19-20任一項所述的方法，其中，所述接觸包括中將在載氣的所述氣態(tài)XeF2遞送至所述襯底。
23.根據(jù)權(quán)利要求19-20任一項所述的方法，其中，在所述接觸之前加熱所述氣態(tài)XeF20
24.根據(jù)權(quán)利要求19-20任一項所述的方法，其中，所述接觸包括將所述氣態(tài)XeF2以與至少一種另外的清潔氣體的混合物遞送至所述襯底。
25.根據(jù)權(quán)利要求19-20任一項所述的方法，其中，所述氣態(tài)XeF2和所述襯底的接觸是在等離子體條件下進(jìn)行的。
26.一種離子注入方法，包括在離子注入系統(tǒng)的電弧室中從流過所述電弧室的摻雜劑源氣體產(chǎn)生等離子體以形成用于注入的摻雜劑源離子，以及在所述摻雜劑源氣體流過所述電弧室期間的至少部分時間內(nèi)，使清潔氣體與所述摻雜劑源氣體同時流過所述電弧室，以實現(xiàn)在所述離子注入系統(tǒng)內(nèi)的清潔，其中所述清潔氣體包括選自由XeF2、XeF4' XeF6, NF3、IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6' F2, CF4, Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F' HOBr、Br2,C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、C0F2、HF、C2HF5、C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2^C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4,CHC13、CH2Cl2和CH3Cl所組成的組中的至少一種氣體。
27.一種形成摻雜硅襯底的方法，包括在硅襯底中注入Xe+離子，以及之后在所述硅襯底中注入摻雜劑離子。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述摻雜劑離子的注入是通過等離子體浸沒或分子離子注入來進(jìn)行的。
29.—種清潔離子源的方法，所述方法包括以下之一 在所述離子源內(nèi)產(chǎn)生XeF2等離子體，以產(chǎn)生對于所述離子源的濺射清潔有效的Xe+離子和對于所述離子源下游的組件的濺射清潔有效的Xe+離子； 在涉及不同摻雜劑源氣體的連續(xù)離子產(chǎn)生工藝之間清潔離子源，其中，所述方法包括在有或沒有等離子體存在的情況下，在這些工藝之間使XeF2流過所述離子源；以及 在涉及相同摻雜劑源氣體的連續(xù)離子產(chǎn)生工藝之間清潔離子源，其中，所述方法包括在有或沒有等離子體存在的情況下，在這些工藝之間使XeF2流過所述離子源。
30.一種清潔半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的至少一個組件的方法，所述方法包括 (a)使來自清潔組合物源的氣相反應(yīng)性材料連續(xù)流入所述半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的真空室內(nèi)； (b)使所述氣相反應(yīng)性材料與所述真空室中的殘余物反應(yīng)，以從所述真空室內(nèi)部或其內(nèi)包含的至少一個組件上至少部分地去除所述殘余物；以及 (C)利用在所述室的輸出上的控制閥來調(diào)節(jié)所述室中的所述氣相反應(yīng)性材料的分壓，其中，所述氣相反應(yīng)性材料與所述真空室或其內(nèi)的至少一個組件上的所述殘余物選擇性地進(jìn)行反應(yīng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，特征在于選自以下特性中的至少一種相容性特征 所述半導(dǎo)體加工系統(tǒng)是離子注入機(jī)； 所述組件是所述離子注入機(jī)的離子源區(qū)組件； 所述至少一個組件選自由真空室、電弧室、電極、燈絲、高電壓絕緣套管、磁波導(dǎo)管、晶片處理組件、夾緊環(huán)、滾輪和盤片組成的組；所述氣相反應(yīng)性材料包括選自由 XeF2、XeF4' XeF6, NF3> IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6, F2, CF4,Cl2, HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8' C4F8' C5F8' CHF3, CH2F2, CH3F,COF2, HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3, C2H4F2, C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4, CHCl3, CH2Cl2 和 CH3Cl 組成的組中的氣體； 所述殘余物包括選自由硅、硼、磷、鍺、砷、鎢、鑰、硒、銻、銦、鉭和碳組成的組中的元素； 所述氣相反應(yīng)性材料的連續(xù)流以固定速率流動； 所述氣相反應(yīng)性材料的的連續(xù)流以可變速率流動； 所述可變化流動是利用位于所述室的輸出上的控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的； 所述控制閥是壓力控制閥；以及 當(dāng)所述殘余物與構(gòu)成所述真空室或所述組件的材料不相同時，所述氣相反應(yīng)性材料與構(gòu)成所述真空室或所述組件的所述材料基本上是不反應(yīng)的，并且其中當(dāng)所述殘余物與構(gòu)成所述真空室或所述組件的材料相同時，所述氣相反應(yīng)性材料與所述至少一個組件上的所述殘余物以及構(gòu)成所述真空室或所述組件的所述材料兩者都發(fā)生反應(yīng)。
32.—種異位清潔半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的至少一個組件的方法，所述方法包括 (a)將所述組件置于異位真空室內(nèi)； (b)將來自清潔組合物源容器的氣相反應(yīng)性材料連續(xù)引入到所述異位真空室內(nèi)； (C)使所述氣相反應(yīng)性材料與所述真空室中的殘余物反應(yīng)，以從其內(nèi)包含的所述至少一個組件上至少部分地去除所述殘余物；以及 (d)利用位于所述室的輸出上的控制閥來調(diào)節(jié)所述氣相反應(yīng)性材料的分壓， 其中，所述氣相反應(yīng)性材料與所述真空室或其內(nèi)的所述至少一個組件上的殘余物選擇性地進(jìn)行反應(yīng)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，特征在于選自以下特性中的至少一種相容性特征 所述半導(dǎo)體加工系統(tǒng)是離子注入機(jī)； 所述組件是所述離子注入機(jī)的離子源區(qū)組件； 所述至少一個組件選自由真空室、電弧室、電極、燈絲、高電壓絕緣套管、磁波導(dǎo)管、晶片處理組件、夾緊環(huán)、滾輪和盤片組成的組； 所述氣相反應(yīng)性材料包括選自由 XeF2、XeF4、XeF6、NF3、IF5、IF7、SF6、C2F6、F2、CF4、KrF2、Cl2, HC1、C1F3、ClO2, N2F4' N2F2' N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8' C4F8' C5F8' CHF3> CH2F2, CH3F,COF2, HF、C2HF5, C2H2F4, C2H3F3^ C2H4F2, C2H5F, C3F6, COCl2, CCl4, CHC13、CH2Cl2 和 CH3Cl 組成的組中的氣體； 所述殘余物包括選自由硅、硼、磷、鍺、砷、鎢、鑰、硒、銻、銦、鉭和碳組成的組中的元素； 所述氣相反應(yīng)性材料的連續(xù)流以可變速率流動； 所述可變化流動利用位于所述室的輸出上的控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)； 所述控制閥是壓力控制閥； 當(dāng)所述殘余物與構(gòu)成所述真空室或所述組件的材料不相同時，所述氣相反應(yīng)性材料與構(gòu)成所述真空室或所述組件的所述材料基本上是不反應(yīng)的，并且其中當(dāng)所述殘余物與構(gòu)成所述真空室或所述組件的材料相同時，所述氣相反應(yīng)性材料與所述至少一個組件上的所述殘余物以及構(gòu)成所述真空室或所述組件的所述材料兩者都發(fā)生反應(yīng)。
34.一種沉積及清潔裝置，包括CVD系統(tǒng)，所述CVD系統(tǒng)包括在所述系統(tǒng)中的沉積加工期間其上累積沉積相關(guān)沉積物的一個或多個組件；以及清潔部件，所述清潔部件包括包含清潔組合物的清潔組合物源，所述清潔組合物包括與所述沉積物是反應(yīng)性的氣相反應(yīng)性材料，以在涉及使所述清潔組合物與所述沉積物接觸的清潔條件下將所述沉積物從所述一個或多個組件至少部分地去除；流動線路，其適于將來自所述清潔組合物源的所述清潔組合物輸送至所述一個或多個組件，以在所述清潔條件下與其接觸；以及流動組件部分，其適于在所述清潔條件下控制通過所述流動線路的清潔組合物的流動，以實現(xiàn)將所述沉積物從所述一個或多個組件至少部分地去除。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其中，所述清潔組合物源包含包括氣相反應(yīng)性材料的清潔組合物，所述氣相反應(yīng)性材料包括選自由XeF2、XeF4' XeF6, NF3> IF5, IF7, KrF2, SF6,C2F6, F2, CF4, Cl2、HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3>CH2F2, CH3F, COF2, HF、C2HF5' C2H2F4, C2H3F3' C2H4F2, C2H5F' C3F6' COCl2, CCl4, CHCl3' CH2Cl2 和CH3Cl組成的組中的至少一種氣體。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述流動組件部分包括選自由閥門、閥門致動器、泵、質(zhì)流控制器、壓力計、殘余氣體分析器、以及中央處理單元組成的組中的至少一個組件。
37.一種CVD方法，包括在襯底上由提供至反應(yīng)器的前體形成固態(tài)膜，以及在所述前體提供至所述反應(yīng)器期間的至少部分時間內(nèi)，使清潔氣體與所述前體同步流過所述反應(yīng)器，以在所述CVD系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)清潔，其中，所述清潔氣體包括氣相反應(yīng)性材料。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述氣相反應(yīng)性材料包括選自由XeF2、XeF4'XeF6' NF3> IF5, IF7、KrF2, SF6、C2F6' F2、CF4、Cl2, HCl、ClF3' ClO2, N2F4' N2F2' N3F、NFH2' NH2F'HOBr、Br2、C3F8、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、COF2、HF、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C2H5F、C3F6、COCl2, CCl4, CHC13、CH2Cl2和CH3Cl組成的組中的至少一種氣體。
39.一種在涉及不同前體的連續(xù)沉積工藝之間清潔CVD系統(tǒng)的方法，其中，所述方法包括在這些工藝之間使氣相反應(yīng)性材料流過所述反應(yīng)器。
40.一種在涉及相同前體的連續(xù)沉積工藝之間清潔CVD系統(tǒng)的方法，其中，所述方法包括在這些工藝之間使氣相反應(yīng)性材料流過所述離子源。
41.一種用于延長離子源的壽命的方法，包括利用氣相反應(yīng)性材料來清潔所述離子源或其組件，所述氣相反應(yīng)性材料包括選自由XeF2、XeF4' XeF6, NF3> IF5, IF7, KrF2, SF6, C2F6,F2, CF4, Cl2、HCl、C1F3、C102、N2F4、N2F2、N3F、NFH2、NH2F、HOBr^Br2, C3F8, C4F8^C5F8, CHF3, CH2F2,CH3F, COF2, HF、C2HF5' C2H2F4' C2H3F3' C2H4F2' C2H5F' C3F6' COCl2, CCl4, CHCl3, CH2Cl2 和 CH3Cl 組成的組中的至少一種氣體。
42.一種用于延長加工工具的MTBF的方法，包括利用氣相反應(yīng)性材料來清潔所述加工工具或其組件，所述氣相反應(yīng)性材料包括選自由XeF2、XeF4, XeF6, NF3、IF5, IF7, KrF2, SF6,C2F6, F2、CF4, Cl2、HC1、C1F3、ClO2, N2F4, N2F2, N3F, NFH2, NH2F, HOBr, Br2, C3F8, C4F8, C5F8, CHF3,CH2F2, CH3F, COF2, HF、C2HF5' C2H2F4, C2H3F3, C2H4F2, C2H5F' C3F6, COCl2, CCl4, CHCl3' CH2Cl2 和CH3Cl組成的組中的至少一種氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工系統(tǒng)的清潔方法和裝置。本發(fā)明涉及一種清潔離子注入系統(tǒng)的一個或多個組件以從所述一個或多個組件至少部分去除離子化相關(guān)沉積物的方法，包括使所述一個或多個組件與包含氣相反應(yīng)性材料的清潔組合物接觸，在使所述氣相反應(yīng)性材料能夠與所述沉積物發(fā)生反應(yīng)的條件下，以實現(xiàn)所述至少部分去除。本發(fā)明的方法和裝置能夠最小化暴露在鹵間化合物中的危險。
文檔編號C23C14/48GK102747336SQ201210212418
公開日2012年10月24日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者W·卡爾·奧蘭德, 喬斯·I·阿爾諾, 保羅·J·馬爾甘斯基, 史蒂文·E·畢曉普, 奧列格·比爾, 小弗朗克·迪梅奧, 戴維·埃爾德里奇, 杰弗里·W·紐納, 格雷戈里·T·施陶夫, 沙拉德·葉戴夫, 約瑟夫·D·斯威尼, 羅伯特·凱姆, 詹姆斯·迪茨 申請人:高級技術(shù)材料公司