專利名稱：法拉第系統(tǒng)和包括該法拉第系統(tǒng)的離子注入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體制造設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種適合于決定晶片上照射的離子束濃度的法拉第系統(tǒng)，以及涉及一種使用該法拉第系統(tǒng)的離子注入設(shè)備。
本申請(qǐng)要求2005年9月22日申請(qǐng)的韓國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0-2005-0088151的優(yōu)先權(quán)，因此將其主旨全部引入作為參考。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)在于增加集成度、減小總體尺寸和提高性能。這些結(jié)果通過(guò)用來(lái)制造半導(dǎo)體器件的制造工序的復(fù)雜順序中的小心改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些制造工序的一種工序通常涉及將導(dǎo)電雜質(zhì)離子注入硅晶片中。
離子注入是基礎(chǔ)制造工序，通過(guò)其將雜質(zhì)有選擇地引入半導(dǎo)體襯底中。離子注入工序常常與熱擴(kuò)散工序結(jié)合執(zhí)行。盡管在半導(dǎo)體器件的制造中它已將使用很長(zhǎng)時(shí)間，但是與當(dāng)前半導(dǎo)體器件相關(guān)的小尺寸和越來(lái)越精確的制造公差更強(qiáng)調(diào)離子注入工序的精確控制。此外，從批量生產(chǎn)觀點(diǎn)，要求較精確控制注入雜質(zhì)濃度，以提高半導(dǎo)體器件的可重復(fù)性。
有各種離子注入設(shè)備，其中可以執(zhí)行精確的離子注入工序。一種常規(guī)離子注入設(shè)備包括，用于產(chǎn)生導(dǎo)電雜質(zhì)離子的離子源，用于雜質(zhì)離子的分開(kāi)和提取的質(zhì)譜分析儀(mass analyzer)，用于聚集分開(kāi)/提取的雜質(zhì)離子的磁集電極，以及用于輸出限定束寬的離子束的掃描系統(tǒng)，該離子束包括聚集的雜質(zhì)離子。該常規(guī)離子注入設(shè)備還包括用于加速被掃描系統(tǒng)輸出的離子束的加速器、用于保持(即，固定)晶片和在至少一維上移動(dòng)晶片的靶以及鄰近于該靶布置并用于決定離子束的濃度(即，劑量)的法拉第系統(tǒng)。
法拉第系統(tǒng)可以精確決定注入雜質(zhì)離子到晶片中的離子束的濃度，以便離子注入設(shè)備可以防止雜質(zhì)離子被注入過(guò)高或過(guò)低的濃度。由此，該法拉第系統(tǒng)鄰近于保持晶片的靶布置，但是與該靶隔開(kāi)，以便法拉第系統(tǒng)可以聚集在晶片上照射的離子束的邊緣部分，以由此計(jì)算離子束中的雜質(zhì)離子的濃度。
示例性地，在美國(guó)專利號(hào)4,922,106，4,980,562和6,723,988中公開(kāi)了常規(guī)法拉第系統(tǒng)，因此將其主旨引入作為參考。
下面，將參考附圖(圖)1描述常規(guī)法拉第系統(tǒng)，圖1是截面示意性示圖。
如圖1所示，常規(guī)法拉第系統(tǒng)10包括用于聚集離子束20和產(chǎn)生相應(yīng)電流的法拉第筒12。法拉第系統(tǒng)10還包括用于鄰近于法拉第筒12的入口形成限定大小的電場(chǎng)的抑制電極14，以免在法拉第筒12中聚集的二次電子響應(yīng)于離子束20放電。法拉第系統(tǒng)10還包括圍繞抑制電極14和法拉第筒12以及具有孔徑15的外殼16，通過(guò)該孔徑15離子束20可以穿過(guò)并進(jìn)入法拉第筒12。
法拉第筒12是碗狀的金屬結(jié)構(gòu)。假定離子束20包括具有正電荷的大量導(dǎo)電雜質(zhì)離子，例如，響應(yīng)于離子束20的碰撞，在法拉第筒12中將引起電子流動(dòng)(即，電流)。該電流可以被法拉第筒12和地線19之間串聯(lián)連接的安培表17檢測(cè)。
圍繞法拉第筒12的開(kāi)口的抑制電極14可以被連接到外部電壓源元件18，以便形成需要的電場(chǎng)。該電場(chǎng)防止離子束20與法拉第筒12的外表面碰撞，且由此阻止與法拉第筒12相關(guān)的二次電子的產(chǎn)生、累積和放電。
此外，外殼16將法拉第筒12的外表面與離子束20屏蔽，同時(shí)允許離子束20通過(guò)外殼16中形成的孔徑15進(jìn)入法拉第筒12。外殼16被連接到地線19，以便通過(guò)離子束20在外殼16上形成電荷電位?？讖?5的尺寸限定提供到法拉第筒12中的部分離子束20。
如圖1所示，外殼16的第一表面被定向?yàn)榇怪庇陔x子束20的方向?？讖?5通常是矩形形狀以及被布置在外殼16的第一表面的中心。
但是，在該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)，在緊鄰孔徑15的區(qū)域中的外殼16的第一表面上，第一導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)離子仍然可以聚集。此后，當(dāng)隨后通過(guò)外殼16的15應(yīng)用第二導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)離子時(shí)，在外殼16的第一表面上聚集的第一導(dǎo)電類(lèi)型的離子可以被離子束20拾取(picked-up)，該離子束20連通隨后應(yīng)用的第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)離子，由此污染在法拉第系統(tǒng)10中處理的晶片表面。這種雜質(zhì)減小晶片上形成的半導(dǎo)體器件的產(chǎn)品成品率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種離子注入設(shè)備，用于防止在法拉第系統(tǒng)外殼的某些部分上無(wú)意地聚集的雜質(zhì)離子污染目標(biāo)晶片。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種法拉第系統(tǒng)包括，用于聚集離子束以產(chǎn)生電流的法拉第筒(Faraday cup)、用于鄰近于法拉第筒的入口形成電場(chǎng)，以防止響應(yīng)于離子束從法拉第筒釋放二次電子的抑制電極、以及圍繞法拉第筒和抑制電極以及包括大量孔徑的外殼，其中每個(gè)孔徑適合于有選擇地接收包括相應(yīng)的導(dǎo)電雜質(zhì)類(lèi)型的離子束。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種離子注入設(shè)備，包括用于產(chǎn)生導(dǎo)電雜質(zhì)離子的離子源、用于分開(kāi)-提取具有選擇質(zhì)量的導(dǎo)電雜質(zhì)離子的質(zhì)譜分析儀、以及用于聚焦由質(zhì)譜分析儀分開(kāi)提取的導(dǎo)電雜質(zhì)離子的磁聚焦電極。該離子注入設(shè)備還包括掃描系統(tǒng)，用于控制離子束的束寬和濃度，該離子束包括被磁聚焦電極集中的導(dǎo)電雜質(zhì)離子，以及用于提供離子束到晶片表面；加速器，用于加速被掃描系統(tǒng)掃描的離子束；靶，用于保持和移動(dòng)晶片，同時(shí)晶片暴露于被加速器加速的離子束；以及，法拉第系統(tǒng)，包括鄰近于靶布置、圍繞用于決定離子束的濃度的法拉第筒的外殼，該外殼包括大量孔徑，以及用于根據(jù)導(dǎo)電雜質(zhì)離子的類(lèi)型旋轉(zhuǎn)由掃描系統(tǒng)提供的離子束，其中每個(gè)孔徑適合于有選擇地接收包括相應(yīng)類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)離子的離子束。


下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中，相同的參考標(biāo)記指相同或相類(lèi)似的元件。在圖中圖1是示意地說(shuō)明常規(guī)法拉第系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例包括法拉第系統(tǒng)的離子注入設(shè)備結(jié)構(gòu)的平面圖；圖3示出了圖2的靶和圖2的法拉第系統(tǒng)的透視圖；以及圖4是圖2的法拉第系統(tǒng)的詳細(xì)剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將相對(duì)于相互垂直方向的通常理解系統(tǒng)描述圖2至4所示的示例性設(shè)備；X-方向(第一方向)，Y-方向(第二方向)以及Z-方向(第三方向)。在此使用的每個(gè)方向包括正向和負(fù)向(例如，“X-方向”可以包括正X-方向和負(fù)X-方向)。這些任意地選擇和相對(duì)方向的使用完全是方便的以及僅僅用來(lái)弄清楚以下撰寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，參考方向用來(lái)解釋某些例子相關(guān)的空間關(guān)系并不打算限制本發(fā)明的范圍。
圖2示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例包括法拉第系統(tǒng)的離子注入設(shè)備結(jié)構(gòu)的平面圖。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的離子注入設(shè)備包括用于產(chǎn)生導(dǎo)電雜質(zhì)離子的離子源102、用于分開(kāi)/提取選擇的導(dǎo)電雜質(zhì)離子的質(zhì)譜分析儀104以及用于聚焦由質(zhì)譜分析儀104獲得的導(dǎo)電雜質(zhì)離子的第一磁聚焦電極106。圖2的離子注入設(shè)備還包括用于控制離子束100的束寬(即，線寬)和離子濃度的掃描系統(tǒng)108。因此離子束100包括在第一磁聚焦電極106中聚焦的導(dǎo)電雜質(zhì)離子，以及由此被提供到晶片“W”的表面。
加速器109用于加速被掃描系統(tǒng)108輸出的離子束100朝向靶120，其用于保持和移動(dòng)晶片W的靶120緊鄰法拉第系統(tǒng)110。參考圖2和4，法拉第系統(tǒng)110包括鄰近于靶120和圍繞法拉第筒112布置的外殼116。法拉第系統(tǒng)110用于測(cè)量(例如，計(jì)算離子)離子束100的濃度，以及還用于旋轉(zhuǎn)以便垂直于離子束100設(shè)置的外殼116的選擇表面將對(duì)應(yīng)于離子束100內(nèi)包含的導(dǎo)電雜質(zhì)的選擇類(lèi)型。
再次參考圖2，離子源102將各種導(dǎo)電雜質(zhì)，如硼、BF2、磷、砷等等激發(fā)為具有正電荷的離子態(tài)并將這種雜質(zhì)提供到質(zhì)譜分析儀104。
離子源102包括，例如，用于以源氣體的形式提供導(dǎo)電雜質(zhì)的源氣體供應(yīng)元件、用于釋放熱電子以使導(dǎo)電雜質(zhì)的源氣體帶電的細(xì)絲(filament)、用于捕獲從被熱電子充電的導(dǎo)電雜質(zhì)離子釋放的二次電子的源抑制電極以及用于使導(dǎo)電雜質(zhì)離子朝向質(zhì)譜分析儀104加速的源加速電極。
源氣體與熱電子碰撞，產(chǎn)生大量離子種類(lèi)，其具有各種電荷，以及由此產(chǎn)生具有各種質(zhì)量的原子離子或分子離子。例如，當(dāng)磷(P)用作源氣體時(shí)，離子源102可以產(chǎn)生P+離子(單帶電離子)和P++離子(雙帶電離子)。此外，離子源102可以產(chǎn)生原子離子如P+，具有不同于原子離子的質(zhì)量的P2+離子，和/或分子離子如P4+。另外，離子源102可以產(chǎn)生原子離子如P++或分子離子如P2++。在由源氣體通過(guò)離子源102產(chǎn)生第一導(dǎo)電類(lèi)型的離子之后，在由離子源102產(chǎn)生第二導(dǎo)電類(lèi)型的離子之前，典型地使用凈化氣體，如氮?dú)饣驓鍤?，清洗離子源102。例如，在產(chǎn)生磷(P)離子102之后，在由離子源102產(chǎn)生硼、BF2或砷之前，將用凈化氣體清洗離子源102。
質(zhì)譜分析儀104包括分解磁鐵(未示出)，用于施加垂直于離子束100的方向的偶極磁場(chǎng)，以便從離子源102產(chǎn)生的大量離子和原子種類(lèi)有選擇地提取希望的離子種類(lèi)。以此方式，具有不同質(zhì)量和電荷的各種離子根據(jù)它們各自的質(zhì)量和/或電荷給出不同的偏轉(zhuǎn)角。質(zhì)譜分析儀104還包括蔭罩(mask)103，該蔭罩103包括縫隙103a，用于允許具有類(lèi)似的偏轉(zhuǎn)角的雜質(zhì)離子通過(guò)。
穿過(guò)質(zhì)譜分析儀104的每個(gè)離子的特點(diǎn)在于電能、動(dòng)能和向心力之間的下列關(guān)系r=constBmVQ,]]>其中“r”是偏轉(zhuǎn)角的曲率半徑，“const”是常量，“B”是磁場(chǎng)強(qiáng)度，“m”是離子的質(zhì)量，“V”是離子的能量，以及“Q”是離子的電荷。
由此，質(zhì)譜分析儀104可以分開(kāi)、提取和僅僅使具有被其質(zhì)量和電荷限定的預(yù)定曲率半徑(r)的導(dǎo)電雜質(zhì)離子有選擇地穿過(guò)縫隙103a。如同離子源102一樣，在使用，特別涉及提取不同導(dǎo)電類(lèi)型的離子的相鄰使用之間，在質(zhì)譜分析儀104上也執(zhí)行使用凈化氣體的清洗工序。
由于離子束100，如由質(zhì)譜分析儀104提供，可以被分散，同時(shí)穿過(guò)縫隙103a且因此徑向地分散，因此離子束100被第一磁聚焦電極106聚焦。實(shí)際上，第一磁聚焦電極106用于形成具有預(yù)定方向的聚焦電場(chǎng)。
例如，第一磁聚焦電極106可以包括多個(gè)四極磁透鏡極板105，用于聚焦離子束100，在加工例子中假定具有由質(zhì)譜分析儀104提供的正電荷。四極磁透鏡極板105可以由具有圍繞離子束100的傳輸路徑交替地設(shè)置的北(N)和南(S)極的磁鐵或電磁體構(gòu)成，以及形成滿足Fleming’s右手定則，以便離子束100被聚焦和朝向在逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的感應(yīng)磁場(chǎng)的中心前進(jìn)。
由第一磁聚焦電極106聚焦的離子束100被提供到掃描系統(tǒng)108。掃描系統(tǒng)108限制離子束100，以具有均勻的束寬和/或預(yù)定離子濃度。
掃描系統(tǒng)108包括，例如，大量靜電偏轉(zhuǎn)板107a，離子束100穿過(guò)該偏轉(zhuǎn)板107a，以及用于在多個(gè)方向上分散離子束100。掃描系統(tǒng)108還包括，例如，磁偏轉(zhuǎn)板107b，用于聚焦被靜電偏轉(zhuǎn)板107a徑向地分散的離子束100，以便離子束100在一個(gè)方向上前進(jìn)，(即，在Z-方向)。具有限定頻率的電壓可以被施加到多個(gè)靜電偏轉(zhuǎn)板107a的兩端，以分散在多個(gè)靜電偏轉(zhuǎn)板107a之間通過(guò)的離子束100。盡管第一靜電偏轉(zhuǎn)板107a平行于離子束100進(jìn)入掃描系統(tǒng)108時(shí)的方向布置，但是另一靜電偏轉(zhuǎn)板107a以與平行于第一靜電偏轉(zhuǎn)板107a的線成大于0°的角度布置。在所示的實(shí)施例中，由于離子束100包括具有正電荷的導(dǎo)電雜質(zhì)，當(dāng)離子束100在多個(gè)靜電偏轉(zhuǎn)板107a之間通過(guò)時(shí)，排斥力可以周期性地施加到離子束100(通過(guò)施加電壓)；因此離子束100可以在具有預(yù)定角度的徑向圖形中分散。
磁偏轉(zhuǎn)板107b用于聚焦離子束100，其通過(guò)多個(gè)靜電偏轉(zhuǎn)板107a在限定的徑向圖形中離子束100朝向磁偏轉(zhuǎn)板107b。以此方式，磁偏轉(zhuǎn)板107b可以精確限定離子束100的束寬。例如，在垂直于離子束100的方向上磁偏轉(zhuǎn)板107b可以施加磁場(chǎng)，以根據(jù)洛倫茲或法拉第定律改變其偏轉(zhuǎn)角。以此方式，當(dāng)從多個(gè)靜電偏轉(zhuǎn)板107a提供時(shí)，可以使形成離子束100的所有分量的前進(jìn)方向在一個(gè)方向(例如，在Z-方向)上均勻。
此外，磁偏轉(zhuǎn)板107b可以根據(jù)離子束100的偏轉(zhuǎn)角，用來(lái)修改磁場(chǎng)的強(qiáng)度或磁場(chǎng)施加面積，且由此將徑向地蔓延的離子束100轉(zhuǎn)變?yōu)榫劢沟碾x子束100，其具有恒定的束寬。例如，當(dāng)通過(guò)多個(gè)靜電偏轉(zhuǎn)板107a分散時(shí)，磁偏轉(zhuǎn)板107b可以形成為將離子束100暴露于具有與離子束100的偏轉(zhuǎn)角成正比的越來(lái)越寬面積的磁通量。換句話說(shuō)。磁偏轉(zhuǎn)板107b在離子束100通過(guò)的一側(cè)或兩側(cè)形成垂直于離子束100的磁場(chǎng)，由此使離子束100的前進(jìn)分量偏斜。
在所示的實(shí)施例中，由掃描系統(tǒng)108輸出的離子束100在X-方向上具有限定的束寬。除限定束寬之外，當(dāng)在磁偏轉(zhuǎn)板107b之間通過(guò)離子束100時(shí)，離子束100可以變?yōu)樵赮-方向上具有限定厚度(參見(jiàn)，圖3)。在一個(gè)實(shí)施例中，該距離可以被限定為基本上等于磁偏轉(zhuǎn)板107b之間的距離。由此，掃描系統(tǒng)108可以產(chǎn)生在Y-方向上具有限定的均勻厚度的離子束100，以及在X-方向上具有限定的均勻束寬。以此方式，離子束100的離子濃度可以被容易地控制作為照射的目標(biāo)晶片的單位面積的函數(shù)。
在被掃描系統(tǒng)108輸出之后，離子束100被加速器109加速。加速器109通過(guò)施加不同的電壓到多個(gè)加速電極的每一個(gè)(未示出)加速離子束100，每個(gè)加速電極具有一狹縫，離子束100穿過(guò)該狹縫。例如，對(duì)于多個(gè)加速電極，比第二加速電極更低的電壓被施加到第一加速電極，其中第一加速電極遠(yuǎn)離掃描系統(tǒng)108以及比第二加速電極更接近晶片W。此外，較高電壓被施加到最靠近掃描系統(tǒng)108的多個(gè)加速電極的加速電極，以及最靠近晶片W的加速電極被接地。因此，加速電極距晶片W越近，施加到加速電極的電壓越低，以便穿過(guò)狹縫的離子束100可以被逐漸地加速。由此，可以根據(jù)加速電極和施加到加速電極的電壓之間的距離決定離子束100的能量。此外，穿過(guò)加速電極的狹縫的離子束100可以被控制，對(duì)應(yīng)于該狹縫的束寬具有均勻或恒定濃度。盡管未示出，但是借助于第二磁聚焦電極，被加速器109加速的離子束100的束寬和厚度可以被改變，其中離子束100的束寬和厚度被預(yù)先限定在掃描系統(tǒng)108中。此外，在包括第一類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)的離子束100穿過(guò)掃描系統(tǒng)108、加速器和第二磁聚焦電極之后，在包括不同于第一類(lèi)型的第二類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)的離子束100穿過(guò)掃描系統(tǒng)108、加速器109和第二磁聚焦電極之前，應(yīng)該執(zhí)行使用凈化氣體的清洗工序。
圖3示出了圖2的靶120和法拉第系統(tǒng)110的透視圖。離子束100被提供到晶片W的表面，晶片W被靶120保持。根據(jù)加速電極控制離子束100的能量。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，離子束100的束寬可以大于晶片W的寬度。軸122以晶片W的整個(gè)表面可以暴露于離子束100的控制方式垂直地移動(dòng)靶120(例如，在Y-方向)。靶120的“加工表面”是其上布置晶片W的靶120的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，靶120的加工表面可以具有類(lèi)似于晶片W的形狀。在另一實(shí)施例中，靶120的加工表面可以是方形形狀，其中矩形的每一側(cè)比晶片W的直徑更長(zhǎng)。
當(dāng)離子束100被提供到靶120和晶片W時(shí)，離子束100的邊緣部分被提供到法拉第系統(tǒng)110，以便離子束100的濃度可以被檢測(cè)。由此，法拉第系統(tǒng)110是用來(lái)檢測(cè)提供到晶片W的離子束100濃度的離子束檢測(cè)設(shè)備，以便可以用最佳條件控制離子源102、質(zhì)譜分析儀104、第一磁聚焦電極106、掃描系統(tǒng)108和加速器109。此外，法拉第系統(tǒng)110可以檢測(cè)離子束100的濃度，直到離子束100已經(jīng)被提供到晶片W的整個(gè)前表面。在所示的實(shí)施例中，法拉第系統(tǒng)110未被垂直地移動(dòng)，盡管軸122垂直地移動(dòng)靶120和晶片W。圖3還示出了離子束制動(dòng)器124。
圖4是圖2的法拉第系統(tǒng)110的詳細(xì)剖面圖。法拉第系統(tǒng)110包括用于聚集離子束100以產(chǎn)生電流的法法拉第筒112；抑制電極114，用于鄰近于法拉第筒112的入口形成電場(chǎng)(即，具有一大小的電場(chǎng))，以防止在法拉第筒112中聚集的二次電子響應(yīng)于離子束100從法拉第筒112放電；以及圍繞抑制電極114和法拉第筒112并具有多個(gè)孔徑115的外殼116，每個(gè)孔徑用于有選擇地接收在法拉第筒112中聚集的大量類(lèi)型的離子束100的相應(yīng)類(lèi)型的離子束100。在此使用的離子束的“類(lèi)型”根據(jù)離子束包括的雜質(zhì)離子的類(lèi)型定義。例如，如果第一離子束是不同于第二離子束的離子束類(lèi)型，那么第一和第二離子束包括不同類(lèi)型的雜質(zhì)離子。
法拉第筒112是碗狀的，在與其中離子束100前進(jìn)的方向相反的方向中具有開(kāi)口表面(如圖4所示)以及用于聚集離子束100。法拉第筒112可以由例如具有優(yōu)異的電導(dǎo)率以及能吸收碰撞法拉第筒112的離子束100的電荷的金屬如鋁形成。碰撞法拉第筒112的離子束100的電荷被計(jì)算以及根據(jù)每時(shí)間單位的電荷數(shù)目在安培表117上示出。在所示的實(shí)施例中，在法拉第筒112和地線119之間串聯(lián)連接安培表117。由此，法拉第筒112聚集具有正電荷的離子束100，以允許安培表117檢測(cè)電流。
此外，當(dāng)離子束100與法拉第筒112的表面碰撞時(shí)，法拉第筒112中聚集的離子束100可以產(chǎn)生二次電子。法拉第筒112中的二次電子可以被濺射在靶120上布置的晶片W上，該靶120鄰近法拉第系統(tǒng)110，由此影響離子束100的能量。但是，使用抑制電極114可以保持法拉第筒中產(chǎn)生的二次電子在法拉第筒112內(nèi)。例如，抑制電極114可以是環(huán)形的，可以圍繞法拉第筒112的入口，以及外部電壓源元件118可以施加負(fù)直流電壓到抑制電極114，以防止二次電子的放電。
此外，抑制電極114和法拉第筒112被外殼116圍繞，這保護(hù)法拉第筒112和抑制電極114不被離子束100影響，以便離子束100未施加到法拉第筒112的外表面和抑制電極114。外殼116還包括用于有選擇地接收提供到法拉第系統(tǒng)110的離子的孔徑115，離子束100通過(guò)孔徑115被提供給抑制電極114和法拉第筒112。此外，外殼116通過(guò)地線119接地，以便它不會(huì)由于與具有正電荷的離子束100接觸而變?yōu)閹щ姾伞?br> 外殼116可以由例如能吸收離子束100和使由離子束100接觸外殼116引起的反應(yīng)最小的石墨形成。在離子束100接觸外殼116之后，來(lái)自離子束100的導(dǎo)電雜質(zhì)留在外殼116的表面上，此處離子束100接觸孔徑115的邊緣。留在外殼116的表面上的導(dǎo)電雜質(zhì)可能對(duì)后續(xù)離子注入工序具有不利影響。例如，當(dāng)包括第一類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)的離子束100與不同于聚集在外殼116上的第一類(lèi)型的第二類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)碰撞時(shí)，第二類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)可以被濺射在靶120上布置的晶片W上，靶120鄰近法拉第系統(tǒng)110，由此污染晶片W的表面。例如，在其中磷(P)(V族元素)聚集在鄰近于孔徑115的外殼116上的工序和隨后執(zhí)行的使用硼(III族元件)的離子注入工序過(guò)程中，當(dāng)包括硼的離子束100與外殼116上聚集的磷碰撞時(shí)，磷可能被濺射在晶片W的表面上。因此，晶片W的表面可能被磷污染。
在包括第一類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)的離子束100的濃度被檢測(cè)之后，在包括第二類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)的離子束100被提供到法拉第系統(tǒng)110之前，可以執(zhí)行使用凈化氣體的清洗工序。但是，因?yàn)槭褂脙艋瘹怏w的清洗工序不完全清洗外殼116的表面，其上照射具有高能量能級(jí)的離子束100，即使在清洗工序之后，某些導(dǎo)電雜質(zhì)也可能殘留在外殼116的表面。
但是，如果第一和第二類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)是相同的或類(lèi)似的，那么將不會(huì)由注入第一類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)的工序過(guò)程中濺射在晶片W上的第二類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)導(dǎo)致如上所述的離子注入工序缺陷。由此，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，法拉第系統(tǒng)110用于使用外殼116的一個(gè)表面將法拉第筒112與離子束的一個(gè)類(lèi)別的離子束100屏蔽，同時(shí)使用外殼116的不同表面將法拉第筒112與不同類(lèi)別的離子束100屏蔽，由此防止如上所述的離子注入誤差。在此使用的離子束的“類(lèi)別”是其中離子束的一個(gè)類(lèi)別中的所有離子束100包括相同的或類(lèi)似的導(dǎo)電雜質(zhì)類(lèi)型的一組離子束100。
參考圖3和4，在此使用的離子束的“施加方向″是其中離子束從掃描系統(tǒng)108移動(dòng)到靶120和法拉第系統(tǒng)110的方向，其也垂直于靶120(即，在Z-方向(第三方向))。同時(shí)，在此使用的用于旋轉(zhuǎn)的外殼的“活動(dòng)(active)表面”是在外殼的某些取向(即，在外殼可以旋轉(zhuǎn)的某些取向)垂直于離子束的施加方向的表面，以及“不活動(dòng)(passive)表面”是外殼不是活動(dòng)的任意表面。在所示的實(shí)施例中，外殼116具有適合于旋轉(zhuǎn)的多面體形狀，以及圍繞法拉第筒112的外表面和抑制電極114。此外，多個(gè)孔徑115的每一個(gè)被布置在外殼116的活動(dòng)表面中(即，多個(gè)孔徑115被連續(xù)地設(shè)置在外殼116周?chē)?，在其中外?16旋轉(zhuǎn)的方向上，如圖3所示)。另外，只要離子束100通過(guò)孔徑115被施加到法拉第筒112和抑制電極114，外殼116被定向?yàn)槠渲行纬煽讖?15的外殼116的活動(dòng)表面垂直和面對(duì)離子束100。
在圖3所示的實(shí)施例中，外殼116是立方體，具有四個(gè)活動(dòng)表面，以及適合于圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)360度，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸穿過(guò)外殼116。在圖3示出的實(shí)施例中，垂直于四個(gè)活動(dòng)表面的每個(gè)的非活動(dòng)表面被連接到轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備110a，其用于旋轉(zhuǎn)外殼116。在使用硼、BF2、磷和砷的多個(gè)離子注入工序的每個(gè)過(guò)程中，外殼116旋轉(zhuǎn)以便四個(gè)活動(dòng)表面的不同活動(dòng)表面垂直和面對(duì)離子束100。因此，對(duì)于每種離子束110，外殼116可以將法拉第筒112與在孔徑115的周邊上照射的部分離子束110屏蔽，孔徑115的周邊接收離子束100到外殼116中，同時(shí)防止如上所述的離子注入誤差。此外，旋轉(zhuǎn)設(shè)備110a可以鄰近于靶120布置，或外殼116可以布置在旋轉(zhuǎn)設(shè)備110a和靶120之間。此外，多個(gè)孔徑115的孔徑115被布置在四個(gè)活動(dòng)表面的每一個(gè)的中心，以及每個(gè)孔徑115是相同的尺寸或它們尺寸類(lèi)似。
當(dāng)包括孔徑115的外殼116的活動(dòng)表面，圍繞在X-方向中布置的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)外殼116，法拉第系統(tǒng)110被布置在靶120和旋轉(zhuǎn)設(shè)備110a之間。盡管未示出，但是當(dāng)外殼116的活動(dòng)表面包括圍繞在Y-方向上布置的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的孔徑115，旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)外殼116，鄰近于靶120形成旋轉(zhuǎn)設(shè)備110a。法拉第筒112和抑制電極114被連接到引入立方體外殼116的旋轉(zhuǎn)中心的多個(gè)引線以及由此提供電流或電壓。換句話說(shuō)，外殼116中的法拉第筒112和抑制電極114被連接到從旋轉(zhuǎn)設(shè)備110a導(dǎo)向外殼116中的多個(gè)引線。該引線可以被連接到在與外殼116圍繞其旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸相同的方向中布置的中心棒(未示出)。中心棒將法拉第筒112和抑制電極114保持在原位，以及旋轉(zhuǎn)設(shè)備110a被連接到在管(未示出)的尖端上形成的齒輪，其中管?chē)@中心棒并用于旋轉(zhuǎn)外殼116。
此外，外殼116的四個(gè)活動(dòng)表面中形成的孔徑115有選擇地接收到法拉第筒112或抑制電極114中的離子束100?？讖?15可以是例如拉伸的矩形孔徑，每個(gè)具有相同的或類(lèi)似的尺寸。在此使用的“拉伸的矩形孔徑”是在外殼的活動(dòng)表面中形成的矩形孔徑，當(dāng)活動(dòng)表面被定向?yàn)樗旧洗怪庇陔x子束的施加方向時(shí)，該孔徑在Y-方向比在X-方向更長(zhǎng)。另外，孔徑的形狀不隨外殼旋轉(zhuǎn)改變，而是孔徑的取向相對(duì)于離子束的施加方向改變。此外，垂直貫穿外殼116的四個(gè)活動(dòng)表面中形成的孔徑115的各個(gè)中心的直線將在外殼116中的一個(gè)點(diǎn)相遇。
此外，由于包括孔徑115的四個(gè)活動(dòng)表面的每個(gè)彼此并行或垂直，以及因?yàn)榛顒?dòng)表面形成為立方體的表面，法拉第系統(tǒng)100可以操作，以便當(dāng)包括第一類(lèi)型導(dǎo)電雜質(zhì)的部分離子束100例如穿過(guò)第一孔徑115時(shí)，離子束100僅僅垂直照射在外殼116的第一活動(dòng)表面上(即，包括第一孔徑115的活動(dòng)表面)。如果在第一活動(dòng)表面上剩下任意導(dǎo)電雜質(zhì)，那么與第一活動(dòng)表面上剩下的第一類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)相同或相似。另外，當(dāng)法拉第系統(tǒng)110如上所述操作時(shí)，外殼116的第一活動(dòng)表面將離子束100與平行于第一活動(dòng)表面的活動(dòng)表面屏蔽，以及離子束110平行于外殼116的其他表面。如此，因?yàn)榭梢圆僮鞣ɡ谙到y(tǒng)110為離子束100每次僅僅照射在一個(gè)活動(dòng)表面上，所以可以防止不同于離子束100的導(dǎo)電雜質(zhì)類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)和外殼116的表面上剩下的導(dǎo)電雜質(zhì)被濺射在晶片W上。
由此，法拉第系統(tǒng)110包括外殼116，其用于旋轉(zhuǎn)，以便外殼116的不同活動(dòng)表面可以將法拉第筒112與包括不同類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)的離子束100屏蔽。因此，在使用包括第一類(lèi)型的雜質(zhì)離子的離子束100的離子注入工序過(guò)程中，可以防止離子束100濺射不同于第一類(lèi)型的第二類(lèi)型的雜質(zhì)離子在晶片W上，由此污染晶片W的表面。通過(guò)防止先前提及的問(wèn)題，可以增加在晶片上形成的半導(dǎo)體器件的產(chǎn)品成品率。
上面描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例；但是本發(fā)明的范圍不局限于公開(kāi)的示例性實(shí)施例。相反，本發(fā)明的范圍包括在所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員的能力內(nèi)的各種改進(jìn)和選擇性布置。例如，外殼116可以是多面體，如六面體、七面體、八面體、十面體等等。因此權(quán)利要求的范圍應(yīng)該給予最廣泛的解釋，以便包含或包括所有這種改進(jìn)和類(lèi)似的布置。
權(quán)利要求
1.一種法拉第系統(tǒng)，包括法拉第筒，用于聚集離子束并產(chǎn)生相應(yīng)電流；抑制電極，用于鄰近于法拉第筒的入口形成電場(chǎng)，以防止響應(yīng)于離子束從法拉第筒釋放二次電子；以及圍繞法拉第筒和抑制電極并包括大量孔徑的外殼，其中每個(gè)孔徑適合于有選擇地接收包括相應(yīng)的導(dǎo)電雜質(zhì)類(lèi)型的離子束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的法拉第系統(tǒng)，其中該外殼用于圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)外殼；以及旋轉(zhuǎn)軸被布置基本上垂直于離子束的施加方向，其中離子束的施加方向是第三方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的法拉第系統(tǒng)，其中該外殼是六面體，以及多個(gè)孔徑的每一個(gè)形成在外殼的活動(dòng)表面中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的法拉第系統(tǒng)，其中該外殼包括四個(gè)活動(dòng)表面。多個(gè)孔徑的孔徑被布置在外殼的四個(gè)活動(dòng)表面的每一個(gè)的中心；以及，該外殼用于在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的法拉第系統(tǒng)，其中四個(gè)活動(dòng)表面分別用于有選擇地接收包括硼、BF2、磷和砷的離子束。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的法拉第系統(tǒng)，其中多個(gè)孔徑的每個(gè)孔徑是拉伸的矩形孔徑，以及多個(gè)孔徑的每個(gè)孔徑基本上是相同的尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的法拉第系統(tǒng)，還包括垂直于離子束的施加方向布置并用于旋轉(zhuǎn)外殼的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其中外殼包括兩個(gè)非活動(dòng)表面，該非活動(dòng)表面沒(méi)有孔徑，以及旋轉(zhuǎn)設(shè)備垂直于兩個(gè)非活動(dòng)表面布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的法拉第系統(tǒng)，其中外殼被布置在旋轉(zhuǎn)設(shè)備和靶之間，以及旋轉(zhuǎn)軸被布置在第一方向中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的法拉第系統(tǒng)，其中靶鄰近旋轉(zhuǎn)設(shè)備和外殼，以及旋轉(zhuǎn)軸被布置在第二方向中。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的法拉第系統(tǒng)，其中法拉第筒和抑制電極被連接到從旋轉(zhuǎn)設(shè)備導(dǎo)向外殼的多個(gè)引線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的法拉第系統(tǒng)，其中該引線被連接到中心棒；中心棒垂直于離子束的施加方向布置，以及用于將法拉第筒和抑制電極保持在原位；以及，旋轉(zhuǎn)設(shè)備被連接到在圍繞中心棒的管尖端上形成的齒輪。
12.一種離子注入設(shè)備，包括用于產(chǎn)生導(dǎo)電雜質(zhì)離子的離子源；用于分開(kāi)/提取具有限定質(zhì)量和/或電荷的導(dǎo)電雜質(zhì)離子的質(zhì)譜分析儀；用于聚焦由質(zhì)譜分析儀接收的導(dǎo)電雜質(zhì)離子的磁聚焦電極；用于控制離子束的束寬和離子濃度并提供離子束到晶片表面的掃描系統(tǒng)；用于加速由掃描系統(tǒng)提供的離子束的加速器；用于保持和移動(dòng)晶片以便將晶片暴露于通過(guò)加速器提供的離子束的靶；以及，法拉第系統(tǒng)，包括鄰近于靶布置的外殼，其圍繞法拉第筒、用于決定離子束的濃度，包括大量孔徑，以及用于根據(jù)導(dǎo)電雜質(zhì)離子的類(lèi)型旋轉(zhuǎn)由掃描系統(tǒng)提供的離子束，包括，其中每個(gè)孔徑適合于有選擇地接收包括相應(yīng)類(lèi)型的導(dǎo)電雜質(zhì)離子的離子束。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的法拉第系統(tǒng)，其中該外殼適合于圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)外殼；以及旋轉(zhuǎn)軸被布置基本上垂直于離子束的施加方向，其中離子束的施加方向是第三方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的法拉第系統(tǒng)，其中該外殼是六面體，以及多個(gè)孔徑的每一個(gè)形成在外殼的活動(dòng)表面中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的法拉第系統(tǒng)，其中該外殼包括四個(gè)活動(dòng)表面。多個(gè)孔徑的孔徑被布置在外殼的四個(gè)活動(dòng)表面的每一個(gè)的中心；以及，該外殼用于在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的法拉第系統(tǒng)，其中四個(gè)活動(dòng)表面分別用于有選擇地接收包括硼、BF2、磷和砷的離子束。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的法拉第系統(tǒng)，其中多個(gè)孔徑的每個(gè)孔徑是拉伸的矩形孔徑以及多個(gè)孔徑的每個(gè)孔徑基本上是相同的尺寸。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的法拉第系統(tǒng)，還包括垂直于離子束的施加方向布置并用于旋轉(zhuǎn)外殼的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其中外殼包括兩個(gè)非活動(dòng)表面，非活動(dòng)表面沒(méi)有孔徑，以及旋轉(zhuǎn)設(shè)備垂直于兩個(gè)非活動(dòng)表面布置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的法拉第系統(tǒng)，其中該外殼被布置在旋轉(zhuǎn)設(shè)備和靶之間，以及旋轉(zhuǎn)軸被布置在第一方向中。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的法拉第系統(tǒng)，其中靶鄰近旋轉(zhuǎn)設(shè)備和外殼，以及旋轉(zhuǎn)軸被布置在第二方向中。
全文摘要
公開(kāi)了一種法拉第系統(tǒng)，其中該法拉第系統(tǒng)包括用于聚集離子束以產(chǎn)生電流的法拉第筒，用于鄰近于法拉第筒的入口形成電場(chǎng)，以防止響應(yīng)于離子束從法拉第筒釋放二次電子的抑制電極，以及圍繞法拉第筒和抑制電極以及包括大量孔徑的外殼，其中每個(gè)孔徑適合于有選擇地接收包括相應(yīng)的導(dǎo)電雜質(zhì)類(lèi)型的離子束。
文檔編號(hào)H01J37/147GK1937166SQ20061008462
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者樸炳鉉 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社