專利名稱:傾斜等離子摻雜的制作方法
傾斜等離子摻雜技術(shù)領(lǐng)域本文所用的部分標(biāo)題僅用于組織目的且不應(yīng)理解為限制本申請(qǐng)案所描述 的主題。
背景技術(shù):
現(xiàn)有光束線離子植入器使用電場(chǎng)來(lái)加速離子。根據(jù)經(jīng)加速的離子的荷質(zhì)比(mass-to-charge ratio)將其過(guò)濾以選擇所要的離子以便植入。等離子摻雜 (plasma doping) 或浸入式等離子離子植入 (PIII, plasma immersion ion impantation)將目標(biāo)浸入含有摻雜劑離子(d叩antion)的等離子中并用一系列 負(fù)電壓脈沖使目標(biāo)偏壓。目標(biāo)上的負(fù)偏壓排斥來(lái)自目標(biāo)表面的電子借此形成正 離子的外鞘。正離子的外鞘在外鞘邊界與目標(biāo)表面之間形成電場(chǎng)。電場(chǎng)使離子 加速朝向目標(biāo)借此將離子植入目標(biāo)表面。
借由結(jié)合所附圖式參考下文的描述可更好地理解本發(fā)明的目的,其中在各 圖中相同數(shù)字表示相同結(jié)構(gòu)元件以及特征。圖式無(wú)需按照比例繪制。熟習(xí)此項(xiàng) 技術(shù)者應(yīng)了解下文所描述的圖式僅用于說(shuō)明的目的。并不希望圖式以任何方式 限制本教示的范疇。圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具有傾斜格柵的等離子摻雜裝置的一個(gè)實(shí)施例。 圖2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具有傾斜壓板的等離子摻雜裝置。 圖3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具有鋸齒形狀格柵的等離子摻雜裝置。 圖4A至圖4C展示所提取的離子的電腦模擬,其說(shuō)明改變格柵的孔大小的 影響。圖5A至圖5C展示所提取的離子的電腦模擬,其說(shuō)明兩個(gè)所提取的離子束 之間的相互作用。
具體實(shí)施方式
雖然本教示結(jié)合各種實(shí)施例以及實(shí)例進(jìn)行描述,但并不希望本教示受此等 實(shí)施例限制。相反,如熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者所了解,本教示涵蓋各種替代、修改以 及等效物。舉例而言,本發(fā)明的方法以及裝置可應(yīng)用于諸如離子蝕刻以及其他材料處 理應(yīng)用的任何離子束應(yīng)用,且并不限于等離子摻雜。而且,熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者應(yīng) 了解本發(fā)明的裝置以及方法并不限于淺角度摻雜劑植入且實(shí)際上可用來(lái)以任 何非垂直入射角植入摻雜劑離子。此外,關(guān)于傾斜格柵或傾斜目標(biāo)描述某些實(shí) 施例。熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者應(yīng)了解本發(fā)明的裝置以及方法亦可用定位于許多方位上 的目標(biāo)與格柵實(shí)踐,只要自格柵提取的摻雜劑離子以所要的非垂直入射角沖擊 目標(biāo)。應(yīng)了解,只要本發(fā)明仍可行,即可以任意次序以及/或同時(shí)執(zhí)行本發(fā)明的方 法的個(gè)別步驟。另外,應(yīng)了解,只要本發(fā)明仍可行,本發(fā)明的裝置即可包括任 意數(shù)目或所有所描述的實(shí)施例。圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具有傾斜格柵的等離子摻雜裝置100的一個(gè)實(shí)施例。等離子摻雜裝置100包括附著至處理反應(yīng)室(process chamber) 104的等離 子源(plasma source) 102。可使用形成所要摻雜劑離子密度的任何等離子源。 圖1中所示的等離子源102為射頻(RF)電感耦合等離子源,在2004年12月20 日申請(qǐng)的序號(hào)為10/905,172的名稱為"RF Plasma Source with Conductive Top Section"的美國(guó)專利申請(qǐng)中對(duì)其進(jìn)行了更詳細(xì)地描述,該申請(qǐng)案已轉(zhuǎn)讓予本發(fā) 明的受讓人。序號(hào)為10/905,172的美國(guó)專利申請(qǐng)的整個(gè)說(shuō)明書(shū)以引用的方式并 入本文中。等離子源102可為任何許多其他類型的等離子源。舉例而言,等離 子源102可為電感耦合等離子源(inductively coupled plasma source)、電容耦 合等離子源(capacitively coupled plasma source)、環(huán)形等離子源(toroidal plasma source)、螺旋形等離子源(helicon plasma source)、直流(DC)等離子源、遠(yuǎn) 端等離子源(remote plasma source)以及下游等離子源(downstream plasma source) o等離子源102包括由介電材料形成的第一部分106,其在水平方向上延伸。
第二部分108由介電材料形成,其自第一部分106在垂直方向上延伸一高度。 在圖l中所示的實(shí)施例中,第二部分108形成為圓柱體形狀。當(dāng)然,熟習(xí)此項(xiàng) 技術(shù)者應(yīng)了解第一部分106不需要精確地在水平方向上延伸且第二部分108不 需要精確地在垂直方向上延伸。可選擇等離子源102的第一以及第二部分106、 108的尺寸以改良等離子 源102中所產(chǎn)生的等離子的均一性。在一個(gè)實(shí)施例中,第二部分108在垂直方 向上的高度與第二部分108在水平方向上的長(zhǎng)度之比為約1.5與5.5之間。第一以及第二部分106、 108中的介電材料提供用于將RF功率自RF天線 傳送至等離子源102內(nèi)的等離子的介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中,用以形成第一以及 第二部分106、 108的介電材料為高純度陶瓷材料,其在化學(xué)上耐摻雜劑氣體 且其具有良好的熱性質(zhì)(thermal proterty)。舉例而言,在某些實(shí)施例中,介 電材料為99.6%氧化鋁(AL203)或氮化鋁(A1N)。在其他實(shí)施例中,介電材 料為Yittria以及YAG。等離子源102的頂部110由導(dǎo)電材料形成,其越過(guò)第二部分108的頂端在 水平方向上延伸。在某些實(shí)施例中,導(dǎo)電材料為鋁。用以形成頂部110的材料 通常經(jīng)選擇為在化學(xué)上耐摻雜劑氣體。用以形成頂部110的材料的導(dǎo)電性經(jīng)選 擇為足夠高以分散大部分的熱負(fù)荷并使由二次電子發(fā)射(secondary electron emission)而引起的充電效應(yīng)(charging effect)降至最低。在一個(gè)實(shí)施例中,用由氟碳聚合物制成的高溫耐鹵O形環(huán)將頂部IIO耦接 至第二部分108,諸如由Chemrz以及/或Kalrex材料形成的O形環(huán)。頂部IIO 通常以使第二部分108上的壓力降至最低但亦提供足夠的壓力來(lái)將頂部110密 封至第二部分108的方式而安裝至第二部分108。由于二次電子發(fā)射,某些等離子摻雜過(guò)程在等離子源102的內(nèi)表面上產(chǎn)生 大量的非均勻分布熱量。非均勻分布熱量在等離子源102的內(nèi)表面上形成溫度 梯度(temperature gradient),其可高至足以在等離子源102內(nèi)引起可導(dǎo)致故障 的熱應(yīng)力點(diǎn)。在某些實(shí)施例中,頂部110包含冷卻系統(tǒng),其調(diào)節(jié)頂部110的溫 度以便分散處理期間所產(chǎn)生的熱負(fù)荷。冷卻系統(tǒng)可為流體冷卻系統(tǒng),流體冷卻 系統(tǒng)包括頂部110中的冷卻通道112,其使來(lái)自冷卻劑源的流體冷卻劑循環(huán)。RF天線定位于距等離子源102的第一部分106以及第二部分108的至少
一者最近處。圖1中所說(shuō)明的等離子摻雜裝置100說(shuō)明鄰近等離子源102的第 一部分106而定位的平面線圈天線114以及圍繞等離子源102的第二部分108 的螺旋形線圈天線116。然而,等離子源102可具有多種不同的天線組態(tài)。平面線圈天線114以及螺旋形線圈天線116的至少一者為主動(dòng)式天線 (active antenna)。本文將術(shù)語(yǔ)"主動(dòng)式天線"定義為由電源直接驅(qū)動(dòng)的天線。 換言的,將由電源產(chǎn)生的電壓直接施加至主動(dòng)式天線。在某些實(shí)施例中,形成 平面線圈天線114以及螺旋形線圈天線116的至少一者,因而其可為液冷式的。 冷卻平面線圈天線114以及螺旋形線圈天線116的至少一者將減小由RF天線 114、 116中的RJF功率傳播而引起的溫度梯度。在某些實(shí)施例中,平面線圈天線114以及螺旋形線圈天線116的一者為寄 生天線(parasitic antenna)。本文將術(shù)語(yǔ)"寄生天線"定義為意謂與主動(dòng)式天 線進(jìn)行電磁通信但并不直接連接至電源的天線。換言之,寄生天線并非由電源 直接激勵(lì)而是由主動(dòng)式天線激勵(lì)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中,寄生天線的一端 電連接至地面電位以便提供天線調(diào)諧能力。在此實(shí)施例中,寄生天線包括線圈 調(diào)節(jié)器(coil adjuster) 115,其用以改變寄生天線線圈中的有效圈數(shù)。可使用 許多不同類型的線圈調(diào)節(jié)器,諸如金屬短路(metal short)。RF電源118電連接至平面線圈天線114以及螺旋形線圈天線116的至少 一者。RF電源118借由最大化自RF電源U8傳送至RF天線114、 116的功率 的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)120而電耦接至RF天線114、 116的至少一者。展示自阻抗匹 配網(wǎng)絡(luò)120的輸出至平面線圈天線114以及螺旋形線圈天線116的虛線以指示 可自阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)120的輸出與平面線圈天線114以及螺旋形線圈天線116的 一者或兩者進(jìn)行電連接。氣體源122經(jīng)由比例閥(proportional valve) 124而耦接至等離子源102。 在某些實(shí)施例中,氣體擋板(gas baffle) 126用以將氣體擴(kuò)散至等離子源102 中。壓力計(jì)(pressure gauge) 128量測(cè)等離子源102內(nèi)的壓力。處理反應(yīng)室104 中的排氣口 (exhaust port) 130耦接至抽空處理反應(yīng)室104的真空泵(vacuum pump) 132。排氣閥(exhaust valve) 134經(jīng)由排氣口 130控制排氣傳導(dǎo)。氣壓 控制器136電連接至比例閥124、壓力計(jì)128以及排氣閥134。氣壓控制器136 借由在對(duì)壓力計(jì)128作出回應(yīng)的反饋回路中用排氣閥134控制排氣傳導(dǎo)并用比
例閥124控制摻雜劑氣體流動(dòng)速率來(lái)維持等離子源102以及處理反應(yīng)室104中 所要的壓力。在某些實(shí)施例中,微量氣體種類的比率控制由質(zhì)量流量計(jì)(mass flow meter)(未圖示)提供,質(zhì)量流量計(jì)與提供主要摻雜劑氣體種類的摻雜劑氣體 成直線耦接。而且,在某些實(shí)施例中,獨(dú)立氣體注入構(gòu)件(未圖示)用于原位 調(diào)整種類。舉例而言,摻雜有適當(dāng)摻雜劑的硅可用以在處理反應(yīng)室104中提供 減少污染物的均一涂層。此外,在某些實(shí)施例中,多口氣體注入構(gòu)件(未圖示) 用以提供引起中和化學(xué)效應(yīng)的氣體,中和化學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致跨晶圓變化。在某些實(shí)施例中,等離子摻雜裝置IOO包括等離子點(diǎn)火器(plasma igniter) 138。許多類型的等離子點(diǎn)火器可與本發(fā)明的等離子摻雜裝置一起使用。在一 個(gè)實(shí)施例中,等離子點(diǎn)火器138包括點(diǎn)火氣體(strike gas)儲(chǔ)集器140,點(diǎn)火 氣體為輔助點(diǎn)燃等離子的高度電離的氣體,諸如氬氣(Ar)。用高傳導(dǎo)氣體連 接142將儲(chǔ)集器140耦接至處理反應(yīng)室104。爆發(fā)閥(burstvalve) 144將儲(chǔ)集 器140與處理反應(yīng)室104分離。在另一實(shí)施例中,使用低傳導(dǎo)氣體連接而使點(diǎn) 火氣體源直接垂直于爆發(fā)閥144。在某些實(shí)施例中,借由在初始高流動(dòng)速率爆 發(fā)的后提供穩(wěn)定流動(dòng)速率的有限傳導(dǎo)節(jié)流孔146或計(jì)量閥而將儲(chǔ)集器140的一 部分分離。壓板148定位于處理反應(yīng)室104中低于等離子源102的頂部110 —高度處。 壓板148固定諸如基板的目標(biāo)150以便離子植入。在許多實(shí)施例中,目標(biāo)150 電連接至壓板148。在圖l中所示的實(shí)施例中,壓板148平行于等離子源102。 然而,在本發(fā)明的其他實(shí)施例中,壓板148相對(duì)于等離子源102傾斜。在一個(gè)實(shí)施例中,壓板148機(jī)械耦接至可移動(dòng)臺(tái)152。在一個(gè)實(shí)施例中, 可移動(dòng)臺(tái)152為在至少一個(gè)方向上掃描目標(biāo)150的平移臺(tái)(translation stage)。 在一個(gè)實(shí)施例中,可移動(dòng)臺(tái)152為抖動(dòng)或振蕩目標(biāo)150的抖動(dòng)產(chǎn)生器或振蕩器。 在一個(gè)實(shí)施例中,可移動(dòng)臺(tái)152為旋轉(zhuǎn)目標(biāo)150的旋轉(zhuǎn)臺(tái)。平移、抖動(dòng)、振蕩 以及/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)減小或消除遮蔽效應(yīng)(shadowing effect)并改良沖擊目標(biāo)150 的表面的離子束流量的均一性。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)亦可用以控制多步摻雜劑離子植入。格柵154定位于處理反應(yīng)室104中鄰近壓板148處。本文將術(shù)語(yǔ)"格柵" 定義為形成至等離子源102所產(chǎn)生的等離子的障壁且界定格柵適當(dāng)偏壓時(shí)等離
子中的離子所穿過(guò)的通道的結(jié)構(gòu)??闪繙y(cè)格柵154與壓板148之間的區(qū)域156 的尺寸以減小區(qū)域156中離子碰撞的數(shù)目。目標(biāo)150與格柵154—起定向以使 得自格柵154提取的摻雜劑離子以所要的非垂直入射角沖擊目標(biāo)150。在圖1 中所示的實(shí)施例中,格柵154以所要的非零入射角定向。在一個(gè)實(shí)施例中,格柵154由非金屬材料或完全用非金屬材料涂覆的金屬 材料形成。舉例而言,格柵154可由慘雜硅(多晶或單晶)、碳化硅以及涂覆 鋁的硅形成。這些材料與氫化物以及氟化物化學(xué)性質(zhì)作用良好。格柵154可如圖1中所示為直的或可形成為許多其他形狀,諸如關(guān)于圖3 所描述的鋸齒形狀。在一個(gè)實(shí)施例中,格柵154為具有孔的柵格。在另一實(shí)施 例中,格柵154為界定槽的結(jié)構(gòu)。在又一實(shí)施例中,格柵154為多孔篩網(wǎng) (perforated mesh)結(jié)構(gòu)。格柵154的填充因數(shù)可經(jīng)選擇以在目標(biāo)150的表面 上達(dá)成某一離子電流或限制等離子擴(kuò)展至格柵154與壓板148之間的區(qū)域156 中。填充因數(shù)亦可經(jīng)選擇以防止在格柵154與壓板148之間的區(qū)域156中形成 等離子。本文將術(shù)語(yǔ)"填充因數(shù)"定義為意謂傳遞摻雜劑離子的格柵154的開(kāi) 放面積(open area)與阻斷離子的格柵154的實(shí)心面積(solid area)的比率。格柵154的面積通常大于或等于所植入的目標(biāo)150的面積??蓪⒏駯?54 與目標(biāo)150之間的區(qū)域156抽汲至壓力低于等離子源102以防止由與背景摻雜 劑氣體分子碰撞而引起的區(qū)域156中的離子的散射。亦可將格柵154與目標(biāo)150 之間的區(qū)域156抽汲至壓力低于等離子源102以防止在格柵154與目標(biāo)150之 間的區(qū)域156中形成等離子。在一個(gè)實(shí)施例中,格柵154機(jī)械耦接至可移動(dòng)臺(tái)158??梢苿?dòng)臺(tái)158可為 抖動(dòng)或振蕩格柵154的抖動(dòng)產(chǎn)生器或振蕩器。在此實(shí)施例中,可移動(dòng)臺(tái)158在 垂直于格柵154中的槽的方向上抖動(dòng)或振蕩格柵154。若格柵154形成孔或篩 網(wǎng)圖案,則可移動(dòng)臺(tái)158在兩個(gè)方向上抖動(dòng)或振蕩格柵154??梢苿?dòng)臺(tái)158亦 可為旋轉(zhuǎn)格柵154的旋轉(zhuǎn)臺(tái)。平移、抖動(dòng)、振蕩以及/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)減小或消除遮 蔽效應(yīng)并改良沖擊目標(biāo)的表面的離子束流量的均一性。偏壓電源160用以使格柵154以及目標(biāo)150的至少一者偏壓以使得等離子 中的摻雜劑離子自格柵154提取并以非垂直入射角沖擊目標(biāo)150。偏壓電源160 可為DC電源、脈沖電源或RF電源。偏壓電源160的輸出電連接至格柵154
以及目標(biāo)150的至少一者。展示自偏壓電源160的輸出至格柵154以及至目標(biāo) 150的虛線以指示可自偏壓電源160的輸出與格柵154以及目標(biāo)150的任一者 或兩者進(jìn)行電連接。在圖1中所示的實(shí)施例中,偏壓電源160的輸出電連接至格柵154以及目 標(biāo)150以使得格柵154與目標(biāo)150處于實(shí)質(zhì)上相同的電位。在此實(shí)施例中,格 柵154與目標(biāo)150之間的區(qū)域156處于實(shí)質(zhì)上恒定的電位且因此為無(wú)場(chǎng)區(qū)域。 然而,熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者應(yīng)了解圖1的等離子摻雜裝置具有許多不同的可能偏壓 組態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中,電極162定位于距格柵154最近處。如圖1中所示,電 極162可定位于鄰近格柵154處。在此實(shí)施例中,電極162具有與格柵154相 同的填充因數(shù)以及格柵圖案并與格柵154對(duì)準(zhǔn)以使得離子穿過(guò)格柵154以及電 極162。電極162偏壓至與格柵154實(shí)質(zhì)上相同電位以使得電極162吸收由目 標(biāo)150產(chǎn)生的至少一部分電子。在一個(gè)實(shí)施例中,磁體或任何磁場(chǎng)源定位于距格柵154以及距目標(biāo)150最 近處以便在格柵154與目標(biāo)150之間的區(qū)域156中產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)截獲位于距 目標(biāo)150最近處的至少一部分電子。圖2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具有傾斜壓板202的等離子摻雜裝置200。除了格 柵154平行于等離子源102而定位且壓板202經(jīng)設(shè)計(jì)以使得目標(biāo)150的表面以 相對(duì)于格柵154成所要的非零角度而定位以外,等離子摻雜裝置200類似于等 離子摻雜裝置100。在其他實(shí)施例中,格柵154以相對(duì)于等離子源102成非零 角度而定位,且壓板202經(jīng)設(shè)計(jì)以使得目標(biāo)150的表面以相對(duì)于格柵154以及 等離子源102成非零角度而定位??扇珀P(guān)于圖l所描述地用可移動(dòng)臺(tái)152機(jī)械平移、抖動(dòng)、振蕩以及/或旋轉(zhuǎn) 壓板202。亦可如關(guān)于圖l所描述地用可移動(dòng)臺(tái)152機(jī)械移動(dòng)、抖動(dòng)、振蕩以 及/或旋轉(zhuǎn)格柵154。目標(biāo)150以及格柵154的至少一者的平移、抖動(dòng)、振蕩以 及/或旋轉(zhuǎn)可最小化或消除離子遮蔽效應(yīng)且因此可改良沖擊目標(biāo)150的表面的 離子流的均一性。圖3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具有鋸齒形狀格柵302的等離子摻雜裝置300的一 個(gè)實(shí)施例??谆虿鄞笮?、鋸齒圖案的角度304以及鋸齒圖案的長(zhǎng)度306經(jīng)選擇
以使得相對(duì)均一的離子流沖擊目標(biāo)150的表面。在一個(gè)實(shí)施例中,鋸齒形狀格柵302經(jīng)設(shè)計(jì)以最小化或消除格柵302的離子遮蔽效應(yīng)。鋸齒形狀格柵302可機(jī)械耦接至在至少一個(gè)方向上掃描格柵302的可移動(dòng) 臺(tái)308。在一個(gè)實(shí)施例中,可移動(dòng)臺(tái)308為抖動(dòng)或振蕩格柵302的抖動(dòng)產(chǎn)生器 或振蕩器。在此實(shí)施例中,在垂直于格柵302中的槽的方向上抖動(dòng)或振蕩格柵 302。若格柵形成孔或篩網(wǎng)圖案,則在兩個(gè)方向上抖動(dòng)或振蕩格柵302。在一個(gè) 實(shí)施例中,可移動(dòng)臺(tái)308為旋轉(zhuǎn)格柵302的旋轉(zhuǎn)臺(tái)。移動(dòng)、抖動(dòng)、振蕩以及/ 或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)減小或消除遮蔽效應(yīng)并改良沖擊目標(biāo)150的表面的離子束流量的均 一性。關(guān)于圖1至圖3描述的等離子摻雜裝置100、 200、 300的操作為類似的。 操作中將等離子源102抽為高真空。隨后借由比例閥124將摻雜劑氣體注入等 離子源102中并借由真空泵132將摻雜劑氣體自處理反應(yīng)室104排出。在一個(gè) 實(shí)施例中,將摻雜劑氣體對(duì)稱地注入等離子源102中并將其對(duì)稱地抽出處理反 應(yīng)室104。氣壓控制器136用以為所要的摻雜劑氣體流動(dòng)速率以及排氣傳導(dǎo)而 維持所要的氣體壓力。RF電源118產(chǎn)生施加至RF天線114、 116的RF信號(hào)。在某些實(shí)施例中, 平面線圈天線114以及螺旋形線圈天線116的一者為寄生天線且調(diào)諧寄生天線 以便改良或最大化等離子的均一性。在某些實(shí)施例中,RF源118產(chǎn)生相對(duì)低頻 率RF信號(hào)。使用相對(duì)低頻率RF信號(hào)將使電容耦合降至最低且因此將減小反應(yīng) 室壁的濺鍍以及引起的污染。舉例而言,在此等實(shí)施例中,RF電源118產(chǎn)生諸 如400千赫茲、2兆赫茲、4兆赫茲或1 3.56兆赫茲的低于27兆赫茲的RF信 號(hào)。施加至RF天線114、 116的RF信號(hào)在RF天線114、 116中產(chǎn)生RF電流。 由RF天線114、 116中的RF電流感應(yīng)的電磁場(chǎng)經(jīng)由形成第一部分106的介電 材料以及形成第二部分108的介電材料的至少一者并進(jìn)入等離子源102而耦 合。等離子源102中所感應(yīng)的電磁場(chǎng)激勵(lì)并電離摻雜劑氣體分子。當(dāng)少量自由 電子(free electron)以使得其電離某些摻雜劑氣體分子的方式移動(dòng)時(shí),發(fā)生等 離子點(diǎn)火。經(jīng)電離的摻雜劑氣體分子釋放更多自由電子,自由電子電離更多氣 體分子。電離過(guò)程繼續(xù)直至等離子中存在電離氣體與自由電子的穩(wěn)定狀態(tài)。
對(duì)于某些摻雜劑氣體而言,等離子點(diǎn)火是困難的,諸如二硼垸在氦中(15%B2H6在85。/。He中)。對(duì)于這些氣體而言,需要使用點(diǎn)火氣體來(lái)激發(fā)等離子。 在一個(gè)實(shí)施例中,借由打開(kāi)并隨后關(guān)閉爆發(fā)閥144而在預(yù)定時(shí)間將諸如氬(Ar) 的點(diǎn)火氣體可控制地引入處理反應(yīng)室104中。爆發(fā)閥144將點(diǎn)火氣體的較短高 流動(dòng)速率爆發(fā)傳遞至等離子源102中以便輔助點(diǎn)燃等離子。RF源調(diào)諧102RF天線114、 116中的RF電流。RF天線114、 116中的RF 電流感應(yīng)進(jìn)入等離子源102中的RF電流。等離子源102中的RF電流激勵(lì)并電 離摻雜劑氣體以便在等離子源102中產(chǎn)生等離子。借由格柵154、 302將等離 子限制于等離子反應(yīng)室102中。使格柵154、 302以及目標(biāo)150的至少一者偏壓以使得摻雜劑離子自格柵 154、 302提取并以所要的非垂直入射角沖擊目標(biāo)150。等離子中的離子經(jīng)由格 柵154、 302中的孔或槽而加速。格柵154、 302與目標(biāo)150之間的任何等離子 將非常快速地熄滅(取決于背景氣體,此時(shí)間可自數(shù)微秒至數(shù)毫秒而變化)。 當(dāng)偏壓電壓消失后,等離子將經(jīng)由孔或槽擴(kuò)散并中和目標(biāo)150的表面上的至少 某些電荷。大多數(shù)所提取的慘雜劑離子用約等于偏壓電壓與等離子電位之和的能量 沖擊目標(biāo)150。在格柵154、 302與目標(biāo)150之間存在的殘余等離子中可存在某 些相對(duì)低能量熱離子。此等離子在格柵154、 302與目標(biāo)150之間被截獲且通 常不沖擊目標(biāo)150。離子的正電位吸收由沖擊目標(biāo)150的離子所產(chǎn)生的許多二 次電子(secondary electron)。格柵154、 302上的負(fù)電壓迅速排斥格柵154、 302的上的電子。當(dāng)偏壓電壓消失時(shí),等離子經(jīng)由槽擴(kuò)散并中和目標(biāo)150的表 面上的電荷。非垂直入射角可經(jīng)調(diào)整用于特殊應(yīng)用。舉例而言,對(duì)于使用無(wú)擴(kuò)散退火制 程的組件而言,某些延展源極汲極(source drain extension)植入需要相對(duì)低的 入射角。取決于特殊組件結(jié)構(gòu),對(duì)于具有溝槽與障壁結(jié)構(gòu)的某些組件以及對(duì)于 鰭狀場(chǎng)效晶體管(FinFET)組件而言,需要低至高的傾斜角來(lái)執(zhí)行側(cè)壁摻雜。非垂直入射角也可經(jīng)選擇以達(dá)成某些離子植入?yún)?shù)。舉例而言,非垂直入 射角可經(jīng)選擇以達(dá)成目標(biāo)150中的摻雜劑離子的預(yù)定橫向分散。而且非垂直入 射角可經(jīng)選擇以達(dá)成目標(biāo)150中的摻雜劑離子的預(yù)定通道作用或減小目標(biāo)150
中的慘雜劑離子的通道作用。在圖1至圖3中所示的實(shí)施例中,格柵154、 302與目標(biāo)150偏壓至相同 電位以便在格柵154、 302與目標(biāo)150之間形成無(wú)場(chǎng)區(qū)域156。存在許多其他偏 壓組態(tài)。舉例而言,可相對(duì)于目標(biāo)150而將格柵154、 302偏壓。而且可在時(shí) 間上同步或在時(shí)間上不同步地將格柵154、 302以及目標(biāo)150偏壓。而且,格 柵154、 302以及目標(biāo)150的一者可偏壓而另一者可處于漂移電位。在一個(gè)實(shí)施例中,格柵154、 302以及目標(biāo)150的至少一者借由以脈沖頻 率脈動(dòng)格柵154、 302以及目標(biāo)150的至少一者而偏壓。在包括機(jī)械耦接至格 柵154、 302以及目標(biāo)150的至少一者的諸如平移臺(tái)、振蕩器以及/或抖動(dòng)產(chǎn)生 器的可移動(dòng)臺(tái)152、 158、 308的實(shí)施例中,偏壓電壓的脈沖頻率可經(jīng)選擇以與 可移動(dòng)臺(tái)152、 158、 308的掃描速度、抖動(dòng)頻率或振蕩頻率成比例。格柵154、 302以及目標(biāo)150的至少一者可偏壓至至少部分中和目標(biāo)150 上或距目標(biāo)150最近的電荷的電位。而且格柵154、 302以及目標(biāo)150的至少 一者可偏壓至相對(duì)于格柵154、 302為正的電位以便含有二次電子。此外,格 柵154、 302可周期性地接地以便至少部分中和目標(biāo)150上或距目標(biāo)150最近 的電荷。根據(jù)本發(fā)明的等離子摻雜方法可具有相對(duì)高的產(chǎn)量。格柵154、 302以及 目標(biāo)150需要偏壓以達(dá)成所要離子植入的時(shí)間通常與目標(biāo)150的尺寸無(wú)關(guān)。而 且根據(jù)本發(fā)明的等離子摻雜方法可比現(xiàn)有低能量光束線摻雜更經(jīng)濟(jì)且更高效 地產(chǎn)生淺結(jié)(shallowjunction)。圖4A至圖4C展示所提取的離子的電腦模擬,其說(shuō)明改變格柵154、 302 的孔大小的影響。格柵孔必須相對(duì)較小以防止由電場(chǎng)引起的所提取離子的分散 穿過(guò)孔并進(jìn)入格柵154、 302與目標(biāo)150之間的無(wú)場(chǎng)區(qū)域。而且格柵孔必須相 對(duì)較小以防止來(lái)自等離子的電子丟失。另外,格柵孔必須相對(duì)較小以便維持沖擊目標(biāo)150的表面所要的角度。因 為所提取的離子的軌跡沿格柵154的邊緣彎曲,所以通常沖擊目標(biāo)150的表面 的離子具有較小的角分布(angular distribution)。所提取的離子的軌跡的彎曲 導(dǎo)致某些所提取的離子以不同于沖擊的傾斜角或所要角的角度沖擊目標(biāo)150的 表面。減小格柵154、 302中的孔的大小將減小所提取的離子的角分布。然而,
減小格柵154、 302中的孔的大小亦將減小離子電流。圖4A展示穿過(guò)具有與等離子外鞘厚度約相同尺寸的槽或孔寬度的格柵 154、 302的所提取的離子的電腦模擬400。電腦模擬400展示所提取的離子的 角分布約為士IO度。電腦模擬400指示大于或等于等離子外鞘厚度的槽或孔寬 度產(chǎn)生高至足以顯著改變植入概況的所提取的離子角分布。圖4B展示穿過(guò)具有為約等離子外鞘厚度的一半的槽或孔寬度的格柵154、 302的所提取的離子的電腦模擬402。電腦模擬402展示所提取的離子的角分 布約為±4.5度。每一槽或孔的所提取的離子電流比其中槽或孔寬度約為與等離 子外鞘厚度相同尺寸的圖4A中所示的每一槽或孔的所提取的離子電流低約因 數(shù)2。然而,自格柵154、 302提取的總離子電流取決于格柵的填充因數(shù)。圖4C展示穿過(guò)具有為約等離子外鞘厚度的四分之一的槽或孔寬度的格柵 154、 302的所提取的離子的電腦模擬404。電腦模擬展示所提取的離子的角分 布約為±2度。每一槽或孔的所提取的離子電流比其中槽或孔寬度為與等離子外 鞘厚度約相同尺寸的圖4A中所示的每一槽或孔的所提取的離子電流低約因數(shù) 4。然而,自格柵154、 302提取的總離子電流取決于格柵的填充因數(shù)。外鞘厚度為等離子密度以及偏壓電壓的函數(shù)。外鞘厚度隨著等離子密度的 減小而增大。外鞘厚度亦隨著偏壓電壓的增大而增大。因此,所要的孔寬度隨 著植入能量的增大而增大。電腦模擬已展示可借由將孔寬度減小至外鞘寬度的 八分之一并借由產(chǎn)生相對(duì)較低密度的等離子(ne=2X109cm—3)來(lái)達(dá)成所提取的 離子的1度角分布。圖5A至圖5C展示所提取的離子的電腦模擬,其說(shuō)明兩個(gè)所提取的離子束 之間的相互作用。圖5A展示所提取的離子的電腦模擬500,其中格柵槽或孔寬 度以及兩個(gè)相鄰格柵槽或孔之間的間隔皆等于一個(gè)外鞘厚度。電腦模擬500展 示等于一個(gè)外鞘厚度的兩個(gè)相鄰槽或孔之間的間隔導(dǎo)致兩個(gè)所提取的離子束 之間不明顯的相互作用。圖5B展示所提取的離子的電腦模擬502,其中槽或孔寬度以及兩個(gè)相鄰 槽或孔之間的間隔皆等于外鞘厚度的一半。電腦模擬502展示等于外鞘厚度的 一半的兩個(gè)相鄰槽或孔之間的間隔導(dǎo)致兩個(gè)所提取的離子束之間不明顯的相 互作用。圖5C展示所提取的離子的電腦模擬504,其中槽或孔寬度以及兩個(gè)相鄰 槽或孔之間的間隔皆等于外鞘厚度的八分之一。電腦模擬504展示等于外鞘厚 度的八分之一的兩個(gè)相鄰槽或孔之間的間隔亦導(dǎo)致兩個(gè)所提取的離子束之間 不明顯的相互作用。使用具有填充因數(shù)0.5的等于外鞘厚度的八分之一的槽或 孔寬度導(dǎo)致為約±1度的相對(duì)較低角分布(當(dāng)n^2x 109cm—3時(shí))以及相對(duì)均一 的離子流。等效物雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何熟 習(xí)此技藝者,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾,因 此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種等離子處理裝置,包含反應(yīng)室;等離子源,在所述反應(yīng)室中自進(jìn)料氣體產(chǎn)生離子;格柵,定位于所述反應(yīng)室中;以及壓板,用于支撐定位于所述反應(yīng)室中的工件,所述格柵經(jīng)定向以使得經(jīng)由所述格柵提取的所述離子以非垂直入射角沖擊所述工件。
2. 如權(quán)利要求1所述的等離子處理裝置,還包含具有電連接至所述格柵以 及所述工件的至少一者的輸出的電源,所述電源使所述格柵以及所述工件的至 少一者偏壓,以使得所述等離子中的所述離子經(jīng)由所述格柵提取并以所述非垂 直入射角沖擊所述工件。
3. —種等離子摻雜裝置,包含 反應(yīng)室;等離子源,在所述反應(yīng)室中自摻雜劑氣體產(chǎn)生離子; 格柵,定位于所述反應(yīng)室中;以及壓板,用于支撐定位于所述反應(yīng)室中的目標(biāo),所述格柵以及所述目標(biāo)的至 少一者經(jīng)定向以使得自所述格柵提取的摻雜劑離子以非垂直入射角沖擊所述 目標(biāo)。
4. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,其中所述等離子源包含電感耦合 等離子源、電容耦合等離子源、環(huán)形等離子源、螺旋形等離子源、直流等離子 源、遠(yuǎn)端等離子源以及下游等離子源的至少一者。
5. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,其中所述格柵形成為鋸齒形狀。
6. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,其中所述格柵界定傳遞所述離子的孔、槽以及篩網(wǎng)的至少一者。
7. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,其中所述格柵的面積大于或等于所述目標(biāo)的面積。
8. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,其中所述格柵與所述目標(biāo)處于相 同電位。
9. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,其中所述格柵由非金屬材料以及 用非金屬材料涂覆的金屬材料的至少一者形成。
10. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,其還包含具有電連接至所述格柵 以及所述目標(biāo)的至少一者的輸出的電源,所述電源使所述格柵以及所述目標(biāo)的 至少一者偏壓,以使得所述等離子中的摻雜劑離子自所述格柵提取并以所述非 垂直入射角沖擊所述目標(biāo)。
11. 如權(quán)利要求IO所述的等離子摻雜裝置,其中所述電源包含直流電源、 脈沖電源以及射頻電源的至少一者。
12. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,還包含定位于距所述柵格最近處 的電極,所述電極處于與所述格柵實(shí)質(zhì)上相同的電位,以使得所述電極吸收由 所述目標(biāo)產(chǎn)生的至少一部分電子。
13. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,還包含耦接至所述目標(biāo)的平移 臺(tái),所述平移臺(tái)在至少一個(gè)方向上掃描所述格柵以及所述目標(biāo)的至少一者。
14. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,還包含機(jī)械耦接至所述格柵以及 所述目標(biāo)的至少一者的至少一個(gè)振蕩器,所述至少一個(gè)振蕩器使所述格柵以及 所述目標(biāo)的至少一者相對(duì)于所述格柵以及所述目標(biāo)的另一者抖動(dòng)。
15. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,還包含耦接至所述格柵以及所述 目標(biāo)的至少一者的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái),所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)使所述格柵以及所述 目標(biāo)的至少一者相對(duì)于所述格柵以及所述目標(biāo)的另一者旋轉(zhuǎn)。
16. 如權(quán)利要求3所述的等離子摻雜裝置,還包含鄰近所述格柵而定位的第 二格柵。
17. —種傾斜等離子摻雜的方法,包含在反應(yīng)室中自摻雜劑氣體產(chǎn)生等離子,所述等離子含有摻雜劑離子;以及 定向目標(biāo)以及格柵的至少一者,以使得自所述格柵提取的所述摻雜劑離子 以非垂直入射角沖擊所述目標(biāo)。
18. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,其中所述非垂直入射角 經(jīng)選擇以達(dá)成所述目標(biāo)中的摻雜劑離子的預(yù)定橫向分散。
19. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,其中所述非垂直入射角經(jīng)選擇以減小摻雜劑離子進(jìn)入所述目標(biāo)中的通道作用。
20. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含使所述格柵以及 所述目標(biāo)的至少一者偏壓,以使得摻雜劑離子自所述格柵提取并以所述非垂直 入射角沖擊所述目標(biāo)。
21. 如權(quán)利要求20所述的傾斜等離子摻雜的方法,其中使所述格柵以及所 述目標(biāo)的至少一者偏壓包含使所述格柵相對(duì)于所述目標(biāo)而偏壓。
22. 如權(quán)利要求20所述的傾斜等離子摻雜的方法,其中使所述格柵以及所 述目標(biāo)的所述至少一者偏壓包含使所述格柵以及所述目標(biāo)的一者偏壓并使所 述格柵以及所述目標(biāo)的另一者漂移。
23. 如權(quán)利要求20所述的傾斜等離子摻雜的方法,其中使所述格柵以及所 述目標(biāo)的所述至少一者偏壓包含時(shí)間上同步地使所述格柵以及所述目標(biāo)偏壓。
24. 如權(quán)利要求20所述的傾斜等離子摻雜的方法,其中使所述格柵以及所 述目標(biāo)的所述至少一者偏壓包含時(shí)間上不同步地使所述格柵以及所述目標(biāo)偏 壓。
25.
26. 如權(quán)利要求25所述的傾斜等離子摻雜的方法,其中所述脈沖頻率與所 述格柵以及所述目標(biāo)的至少一者的掃描速度成比例。
27. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含周期性地將所述 格柵偏壓至至少部分中和所述目標(biāo)上或距所述目標(biāo)最近的電荷的電位。
28. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含使所述目標(biāo)偏壓 至相對(duì)于所述格柵為正的電位,以便含有由所述目標(biāo)產(chǎn)生的二次電子。
29. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,其還包含周期性地使所 述格柵接地至地面電位以至少部分中和所述目標(biāo)上或距所述目標(biāo)最近的電荷。
30. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含吸收由具有電位 處于地面電位的表面的所述目標(biāo)產(chǎn)生的電子。
31. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含在所述格柵與所 述目標(biāo)之間的區(qū)域中施加磁場(chǎng),以截獲位于距所述目標(biāo)最近處的至少一部分電 子。
32. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含使所述目標(biāo)以及 所述格柵的至少一者在至少一個(gè)方向上相對(duì)于所述目標(biāo)以及所述格柵的另一 者平移,以便改良沖擊所述目標(biāo)的所述摻雜劑離子的均一性。
33. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含使所述目標(biāo)以及 所述格柵的至少一者相對(duì)于所述目標(biāo)以及所述格柵的另一者旋轉(zhuǎn),以便改良沖 擊所述目標(biāo)的所述摻雜劑離子的均一性。
34. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含使所述目標(biāo)以及 所述格柵的至少一者相對(duì)于所述目標(biāo)以及所述格柵的另一者旋轉(zhuǎn),以控制多步 摻雜劑離子植入。
35. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含抖動(dòng)所述目標(biāo)以 及所述格柵的至少一者。
36. 如權(quán)利要求17所述的傾斜等離子摻雜的方法,還包含鄰近所述第一格 柵而定向第二格柵,以使得自所述第二格柵提取的所述摻雜劑離子以所述非垂 直入射角沖擊所述目標(biāo)。
37. 如權(quán)利要求36所述的傾斜等離子摻雜的方法,其中所述第二格柵的電 位不同于所述格柵的電位。
38. —種溝槽側(cè)壁摻雜的方法,包含 在定位于反應(yīng)室中的壓板上定位組件;在所述反應(yīng)室中自摻雜劑氣體產(chǎn)生等離子,所述等離子含有摻雜劑離子; 定向所述組件以及格柵的至少一者,以使得自所述格柵提取的所述摻雜劑離子以非垂直入射角沖擊所述組件;以及使所述格柵以及所述組件的至少一者偏壓,以使得所述等離子中的所述摻雜劑離子自所述格柵提取并以所述非垂直入射角沖擊所述組件。
全文摘要
等離子摻雜裝置包括反應(yīng)室以及等離子源,等離子源在反應(yīng)室中自摻雜劑氣體產(chǎn)生離子。格柵定位于反應(yīng)室中。用于支撐目標(biāo)的壓板定位于反應(yīng)室中。格柵以及目標(biāo)中至少一者經(jīng)定向以使得自格柵提取的摻雜劑離子以非垂直入射角沖擊目標(biāo)。
文檔編號(hào)H01J37/32GK101167155SQ200680013776
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者拉杰許·都蕾, 維克拉姆·辛區(qū), 詹姆士·S·貝福 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司