三維金屬沉積技術(shù)的制作方法
【專利摘要】揭示一種等離子體處理設(shè)備(200)。所述等離子體處理設(shè)備包括經(jīng)配置以在處理腔室(202)中產(chǎn)生等離子體(140)的源(206)與等離子體鞘調(diào)節(jié)器(208)，處理腔室(202)具有鄰近工件(138)的前表面的等離子體鞘(242)。等離子體鞘調(diào)節(jié)器控制等離子體與等離子體鞘之間的邊界(241)的形狀，使得所述邊界的形狀的一部分不平行于由工件的朝向等離子體的前表面定義的平面(151)。金屬靶材(209)附加于等離子體鞘調(diào)節(jié)器的后表面，以與等離子體鞘調(diào)節(jié)器電性地隔離，且金屬靶材被電性地施加偏壓，使得離開等離子體且穿過等離子體鞘調(diào)節(jié)器中的孔洞的離子(102)被吸引朝向金屬靶材。這些離子造成金屬靶材被濺射，從而允許工件的三維金屬沉積。
【專利說明】
三維金屬沉積技術(shù)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種等離子體處理，且特別是有關(guān)于一種金屬沉積的等離子體處理設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]等離子體處理設(shè)備在處理工件的制程腔室中產(chǎn)生等離子體。在處理腔室中，工件是藉由平臺(tái)所支撐的。等離子體處理設(shè)備可包括(但不受限于)摻雜系統(tǒng)、蝕刻系統(tǒng)、以及沉積系統(tǒng)。等離子體通常是離子(通常是具有正電荷)和電子(具有負(fù)電荷)的準(zhǔn)中性集合(quas1-neutral collect1n)。在等離子體的主體(bulk)中，等離子體具有每公分約O伏特的電場。在一些等離子體處理設(shè)備中，來自等離子體的離子被朝向工件吸引。在等離子體摻雜設(shè)備中，以足夠的能量來吸引離子，以將離子植入于工件(例如是一案例中的半導(dǎo)體基板)的物理結(jié)構(gòu)中。
[0003]等離子體由接近工件的通常被稱為等離子體鞘(plasma sheath)的區(qū)域定界。等離子體鞘是與等離子體相比具有較少電子的區(qū)域。來自此等離子體鞘的光發(fā)射的強(qiáng)度小于等離子體，這是因?yàn)榇嬖谳^少電子，且因此鮮有激發(fā)-馳豫碰撞(excitat1n-relaxat1ncollis1n)發(fā)生。因此,等離子體鞘有時(shí)被稱為“暗區(qū)(dark space)”。
[0004]轉(zhuǎn)到圖1，說明已知等離子體處理設(shè)備的多個(gè)部分的橫截面圖，其中等離子體140具有等離子體鞘142，其鄰近待處理的工件138的前表面。工件138之前表面定義平面151，且工件138由平臺(tái)134支撐。等離子體140與等離子體鞘142之間的邊界141平行于平面151。來自等離子體140的離子102可越過等離子體鞘142被朝工件138吸引。因此，朝工件138加速的離子102通常相對于平面151以約0°的入射角(angle of incidence)(例如，垂直于平面151)撞擊工件138。入射角可能存在小于約3°的小的角展(angularspread)。此外,藉由控制等離子體處理參數(shù)(plasma process parameter)(諸如處理腔室內(nèi)的氣體壓力)，可使所述角展增加至多達(dá)約5°。
[0005]已知等離子體處理的缺點(diǎn)為缺乏對離子102的角展控制。隨著工件上的結(jié)構(gòu)變小，且隨著三維結(jié)構(gòu)變得更常見(例如溝槽式電容器(trench capacitor)、垂直通道電晶體(vertical channel transistor)(諸如FinFET)),具有較大的角度控制將是有益的。舉例而言，在圖1中，為清楚說明而展示具有夸大尺寸的溝槽(trenCh)144。在以約0°的入射角或甚至至多達(dá)5°的角展來導(dǎo)向離子102，可能難以均勻地處理溝槽144的側(cè)壁147。
[0006]此外，此系統(tǒng)可使用于摻質(zhì)(例如磷)的沉積，然而，對金屬沉積來說是無效的。因此，需要一種等離子體處理設(shè)備，其克服上述不足之處及缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]揭示一種等離子體處理設(shè)備與濺鍍系統(tǒng)。等離子體處理設(shè)備包括處理腔室；平臺(tái)，經(jīng)配置以支撐工件；源，經(jīng)配置以在具有鄰近所述工件的前表面的等離子體鞘的處理腔室中產(chǎn)生等離子體；以及等離子體鞘調(diào)節(jié)器。等離子體鞘調(diào)節(jié)器經(jīng)配置以控制所述等離子體與所述等離子體鞘之間的邊界的形狀，使得所述邊界的形狀的一部分不平行于由所述工件的朝向所述等離子體的前表面定義的平面。金屬靶材附加于所述等離子體鞘調(diào)節(jié)器的后表面，以與等離子體鞘調(diào)節(jié)器電性地隔離，且金屬靶材被電性地施加偏壓，使得離開等離子體且穿過等離子體鞘調(diào)節(jié)器中的孔洞的離子被吸引朝向金屬靶材。這些離子造成金屬靶材被濺射，從而允許工件的三維金屬沉積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]為了使本發(fā)明更易被理解，參照附圖，圖中相似的元件符號是指相似的元件，且在圖中:
[0009]圖1是符合現(xiàn)有技術(shù)的已知等離子體處理設(shè)備的簡化塊圖。
[0010]圖2是符合本發(fā)明的一實(shí)施例的等離子體處理設(shè)備的塊圖。
[0011]圖3是符合本發(fā)明的一實(shí)施例的等離子體處理設(shè)備的塊圖。
[0012]圖4是控制一對調(diào)節(jié)器與工件之間的垂直間距的系統(tǒng)的塊圖。
[0013]圖5是一對調(diào)節(jié)器之間的水平間距的系統(tǒng)的塊圖。
[0014]圖6表示調(diào)節(jié)器板材與盤形工件之間的相對移動(dòng)。
[0015]圖7表示根據(jù)另一實(shí)施例的等離子體鞘調(diào)節(jié)器及金屬靶材的塊圖。
[0016]圖8A至圖SB表示根據(jù)其他實(shí)施例的供選擇的金屬靶材的形狀。
[0017]圖9表不代表性時(shí)序圖。
[0018]圖10是符合本發(fā)明的一實(shí)施例的等離子體摻雜設(shè)備的塊圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]圖2是符合本發(fā)明一實(shí)施例的等離子體處理設(shè)備200的塊圖，其具有等離子體鞘調(diào)節(jié)器208及與等離子體鞘調(diào)節(jié)器電性絕緣的金屬靶材209。等離子體鞘調(diào)節(jié)器208經(jīng)配置以調(diào)節(jié)等離子體鞘242中的電場，以控制等離子體140與等離子體鞘242之間的邊界241的形狀。等離子體鞘調(diào)節(jié)器208可為絕緣體、導(dǎo)體、或半導(dǎo)體材料。若等離子體鞘調(diào)節(jié)器208為絕緣材料時(shí)，金屬靶材209可直接附加于等離子體鞘調(diào)節(jié)器208，如圖2所示。在其他實(shí)施例中，等離子體鞘調(diào)節(jié)器208可為半導(dǎo)體或?qū)w材料。在這些情況下，金屬靶材209可附加于等離子體鞘調(diào)節(jié)器208并與等離子體鞘調(diào)節(jié)器208電性地隔離，例如是藉由將絕緣材料層700插置于金屬靶材209與等離子體鞘調(diào)節(jié)器208之間，如圖7所示。因此，詞匯“附加(affix) ”是指金屬靶材209與等離子體鞘調(diào)節(jié)器209之間直接接觸，或者在等離子體鞘調(diào)節(jié)器208與金屬靶材209之間配置絕緣材料層700而間接接觸。
[0020]回到圖2，可對金屬靶材209電性地施加偏壓。因此，從等離子體140穿越等離子體鞘242所吸引的離子102可以特定范圍的入射角撞擊金屬靶材209。這些撞擊金屬靶材209的離子造成祀材被派射(sputter),從而以寬范圍的入射角沉積金屬粒子211。
[0021]在本文中，還可將等離子體處理設(shè)備200描述為等離子體摻雜設(shè)備。然而，等離子體處理設(shè)備200也可包括(但不受限于)蝕刻系統(tǒng)及沉積系統(tǒng)。再者，等離子體摻雜系統(tǒng)可在經(jīng)處理的工件上進(jìn)行許多不同材料的改良處理。一此種處理包括以所需的摻質(zhì)摻雜工件(例如是半導(dǎo)體基板)。
[0022]等離子體處理設(shè)備200可包括處理腔室202、平臺(tái)134、源206、以及等離子體鞘調(diào)節(jié)器208。將平臺(tái)134放置在處理腔室202中，平臺(tái)134是用來支撐工件138。工件138可包括(但不受限于)半導(dǎo)體晶圓、平板面板、太陽能面板、以及聚合物基板。在一實(shí)施例中，半導(dǎo)體晶圓可為直徑為300至450毫米(mm)的盤形。如本【技術(shù)領(lǐng)域】已知的一樣,源206經(jīng)配置以在處理腔室202中產(chǎn)生等離子體140。在圖2的實(shí)施例中，等離子體鞘調(diào)節(jié)器208可由絕緣材料制成，且等離子體鞘調(diào)節(jié)器208包括在其間定義間隙的一對調(diào)節(jié)器212及214，調(diào)節(jié)器212及214之間具有水平間距(G)。在其他實(shí)施例中，等離子體鞘調(diào)節(jié)器208可僅包括一個(gè)調(diào)節(jié)器，其具有孔洞。如上所述，在其他實(shí)施例中，等離子體鞘調(diào)節(jié)器208可為半導(dǎo)體材料或?qū)w材料。雖然圖2說明等離子體鞘調(diào)節(jié)器208是絕緣體，其中金屬靶材209是直接附接至調(diào)節(jié)器212及214，應(yīng)理解的是本發(fā)明并不僅受限于絕緣的等離子體鞘調(diào)節(jié)器208。圖7顯示金屬靶材209可與半導(dǎo)體或?qū)w的等離子體鞘調(diào)節(jié)器208使用的機(jī)構(gòu)。
[0023]此對調(diào)節(jié)器212及214可為具有薄、平形狀的一對板材。在其他實(shí)施例中，此對調(diào)節(jié)器212及214可為其他形狀，例如是管形、楔形、及或具有靠近上述間隙的斜角邊緣。
[0024]在一實(shí)施例中，藉由此對調(diào)節(jié)器212及214定義的間隙的水平間距可為約6毫米(mm)。也可將此對調(diào)節(jié)器212及214放置在平面151上方的垂直間距(Z)，平面151是由工件138的前表面所定義。在一實(shí)施例中，垂直間距(Z)可為約3.0_。
[0025]在調(diào)節(jié)器212及214的背表面上附加金屬靶材209 (靠近上述間隙)。若調(diào)節(jié)器212及214是絕緣體，則可在調(diào)節(jié)器212及214上直接沉積金屬靶材209?；蛘撸蓪⒔饘侔胁?09粘合、作為涂層涂布或機(jī)械式附接。金屬靶材209的厚度可從幾微米變化至數(shù)毫米。靶材209的厚度可決定自身的壽命。若調(diào)節(jié)器212及214是半導(dǎo)體或?qū)w材料，則在調(diào)節(jié)器212及214上配置絕緣層700，如圖7所示。接著，使用上述任意方法將金屬靶材209涂布在絕緣材料700上。
[0026]金屬靶材209可為任何適當(dāng)?shù)幕衔锇雽?dǎo)體的金屬，包括(但不受限于)Cu、Al、W、T1、Hf、Ta、Co、Pd、Pt、Ru、Zn、ZnTe,以及CuTe，且可基于所需要的沉積層組份來選擇金屬靶材209。金屬靶材209可具有特定結(jié)構(gòu)以控制濺鍍處理的效率。這些特定的結(jié)構(gòu)包括錐形、多孔、波形或任何適當(dāng)?shù)男螤睢?br> [0027]在一些實(shí)施例中，約在整個(gè)上述間隙或孔洞的周圍配置金屬靶材209。在一些實(shí)施例中，僅約在孔洞的部分周圍配置金屬靶材209?？墒褂秒娫垂?yīng)器221來對金屬靶材209電性地施加偏壓，以吸引穿過間隙的離子102。這些離子102撞擊金屬靶材209以將其濺射。接著，這些被濺射的金屬粒子211被吸引朝向平臺(tái)134，并以寬范圍的入射角沉積在工件138上。這些金屬粒子211可為離子或可為中子。
[0028]雖然圖2表示金屬靶材209為平的片狀金屬，但本發(fā)明不受限于此形狀。舉例而言，為了改善濺鍍產(chǎn)率，可優(yōu)化金屬靶材209的形狀。舉例而言，金屬靶材209可為彎曲的、傾斜的、或曲線形的，其例如是圖8A至圖SB所表示的。因此，可使用非線性或彎曲的形狀。此外，金屬靶材209可為最接近工件138的金屬靶材的表面不平行于工件138的前表面的形狀。
[0029]在操作中，氣體源288對處理腔室202供應(yīng)可離子化的氣體。可離子化的氣體的實(shí)例可包括(但不受限于)BF3、BI3、N2、Ar、PH3> AsH3> B2H6, H2, Xe、Kr、Ne、He、SiH4, SiF4,GeH4, GeF4, CH4, CF4, AsF5, PF3>以及PF5。也可使用與金屬靶材209發(fā)生除了濺射效應(yīng)之外的化學(xué)反應(yīng)的HC1、Cl2、氯型分子及其他化合物。此外，也可使用包括N2、He、!12及Ar的氣體混合物。源206可藉由激發(fā)及離子化提供至處理腔室202的氣體來產(chǎn)生等離子體140。可藉由不同的機(jī)制從等離子體140吸引離子102穿過等離子體鞘242。在圖2的實(shí)施例中，偏壓源221經(jīng)配置以對金屬靶材138施加負(fù)偏壓，以吸引來自等離子體140穿過等離子體鞘242的離子102。偏壓源221可為DC電源供應(yīng)器以提供DC電壓偏壓信號(DC voltagebias signal)，或者偏壓源221可為RF電源供應(yīng)器以提供RF偏壓信號。此外，偏壓源221可為恒壓式輸出(constant voltage output)或者可為脈沖式(pulsed)。可在高溫下的室溫下進(jìn)行此操作。
[0030]有利地說，等離子體鞘調(diào)節(jié)器208調(diào)節(jié)等離子體鞘242中的電場，以控制等離子體140與等離子體鞘242之間的邊界241的形狀。在圖2的實(shí)施例中，等離子體鞘調(diào)節(jié)器208包括一對調(diào)節(jié)器212及214，調(diào)節(jié)器212及214為絕緣體且可由石英、氧化鋁、氮化硼、玻璃、氮化硅等來制造。在其他實(shí)施例中，如圖7，可將半導(dǎo)體或?qū)w材料使用于調(diào)節(jié)器212及214。在這些實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料可由硅、經(jīng)摻雜的硅、碳化硅及其他適合的材料來制造。
[0031]回到圖2，相對于平面151，等離子體140與等離子體鞘242之間的邊界241可為凸?fàn)?convex shape)。當(dāng)偏壓源221對金屬祀材209施加偏壓時(shí),吸引離子102以預(yù)定的入射角范圍越過等離子體鞘242穿過調(diào)節(jié)器212及214之間的間隙。視數(shù)個(gè)因素而定，離子102可以預(yù)定范圍的入射角撞擊金屬靶材209。上述因素包括(但不受限于)調(diào)節(jié)器212及214之間的水平間距(G)、平面151上方的調(diào)節(jié)器的垂直間距(Z)、調(diào)節(jié)器212及214的介電常數(shù)、偏壓源221的電壓、以及其他的等離子體處理參數(shù)。
[0032]撞擊金屬靶材209的離子102使得金屬粒子211從金屬靶材209濺射。因此，離子102撞擊金屬靶材209的角度可決定金屬粒子211朝向工件138濺鍍的角度。藉由變化離子102撞擊金屬靶材209的角度，可藉由金屬離子102均勻地處理工件138上的小的三維結(jié)構(gòu)。此外，藉由變化離子102撞擊金屬靶材209的角度，也可控制濺鍍速率。
[0033]轉(zhuǎn)到圖3，說明一例示性等離子體摻雜設(shè)備300的塊圖。符合圖2的設(shè)備，等離子體摻雜設(shè)備300具有一對調(diào)節(jié)器212及214，以控制等離子體140與等離子體鞘242之間的邊界241的形狀。
[0034]此對調(diào)節(jié)器212及214定義調(diào)節(jié)器212及214之間的間隙或孔洞?？拷鲜鲩g隙或孔洞配置一個(gè)或更多的金屬靶材209。此一個(gè)或更多的金屬靶材209可電性耦接至金屬靶材電源供應(yīng)器391。根據(jù)需要，金屬靶材電源供應(yīng)器391可提供恒壓式或脈沖式電壓。
[0035]等離子體摻雜設(shè)備300包括定義封閉體積303的處理腔室202。氣體源304經(jīng)由質(zhì)流控制器306對處理腔室302的封閉體積303提供主要摻質(zhì)氣體。可將氣體擋板370放置在處理腔室202中，以使來自氣體源304的氣流轉(zhuǎn)向。壓力計(jì)308量測處理腔室202內(nèi)側(cè)的壓力。真空泵312經(jīng)由排氣口 310抽出處理腔室202的排氣(exhaust)。排氣閥314經(jīng)由控制穿過排氣口 310排氣傳導(dǎo)(exhaust conductance)。
[0036]等離子體摻雜設(shè)備300還可包括氣壓控制器316，氣壓控制器316電性連接至質(zhì)流控制器306、壓力計(jì)308、以及排氣閥314。在反應(yīng)壓力計(jì)308的反饋電路(feedback loop)中，氣壓控制器316可經(jīng)配置以藉由以排氣閥314控制排氣傳導(dǎo)、或藉由與質(zhì)流控制器306控制處理氣流速率的兩個(gè)之一來維持處理腔室202中所需的壓力。
[0037]處理腔室202可具有腔頂318，腔頂318包括由在大致水平方向上延伸的由介電材料所形成的第一區(qū)域320。腔頂318亦包括由介電材料所形成的第二區(qū)域322，其在大致垂直方向上自第一區(qū)域320延伸一高度。腔頂318還包括由導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性材料所形成的蓋324，蓋324在水平方向上穿過第二區(qū)域322延伸。
[0038]等離子體摻雜設(shè)備還包括源301，源301經(jīng)配置以在處理腔室202中產(chǎn)生等離子體140。源301可包括RF源350，RF源350例如是電源供應(yīng)器，以對平面天線326及螺旋天線346兩個(gè)之一或兩個(gè)供應(yīng)RF電源，以產(chǎn)生等離子體140。為了最大化從RF源350傳送至RF天線326、346的功率，RF源350可藉由阻抗匹配網(wǎng)路(impedance matching network) 352耦接至天線326、346，阻抗匹配網(wǎng)路352將RF源350的輸出阻抗與RF天線326、346的阻抗匹配。
[0039]等離子體摻雜設(shè)備也可包括偏壓電源供應(yīng)器390，其電性耦接至平臺(tái)134。等離子體摻雜系統(tǒng)還可包括控制器356及使用者介面系統(tǒng)358。控制器356可為或包括通常用途電腦或通常用途電腦的網(wǎng)路，通常用途電腦或通常用途電腦的網(wǎng)路可經(jīng)程式化以執(zhí)行所需的輸入/輸出功能?？刂破?56也可包括通訊裝置、資料儲(chǔ)存裝置、以及軟體。使用者介面系統(tǒng)358可包括例如是觸控屏幕、鍵盤、使用者點(diǎn)擊裝置、顯示器、印表機(jī)等裝置，以允許使用者得以經(jīng)由控制器356來輸入指令和/或資料，和/或監(jiān)視等離子體摻雜設(shè)備。可在平臺(tái)134周圍配置遮蔽環(huán)394，以改善工件138邊緣附近的植入離子分布的均勻性。也可將一個(gè)或更多的法拉第感應(yīng)器(Faraday sensor)放置于遮蔽環(huán)394中以感應(yīng)離子束電流,法拉第感應(yīng)器例如是法拉第杯(Faraday cup) 399。
[0040]在操作中，氣體源304供應(yīng)主要摻質(zhì)氣體，其包含需要植入工件中的摻質(zhì)。源301經(jīng)配置以產(chǎn)生處理腔室302中的等離子體140?？山逵煽刂破?56來控制源301。為了產(chǎn)生等離子體140, RF源350與RF天線326、346的至少一個(gè)中的RF電流共振(resonate),以產(chǎn)生振動(dòng)磁場(oscillating magnetic field)。振動(dòng)磁場誘發(fā)RF電流至處理腔室202中。處理腔室202中的RF電流激發(fā)及離子化主要摻質(zhì)氣體，以產(chǎn)生等離子體140。
[0041]在一實(shí)施例中，金屬靶材電源供應(yīng)器391是經(jīng)施加負(fù)偏壓的，且偏壓電源供應(yīng)器390被維持在接地電位(ground potential)。來自等離子體140的離子102被加速朝向金屬靶材209。藉由變化間隙寬度、調(diào)節(jié)器212及214的相對垂直位置、調(diào)節(jié)器212及214與工件138之間的垂直距離、以及金屬靶材電源供應(yīng)器391的電壓，可調(diào)整離開等離子體140的離子102的入射角。離子102撞擊金屬靶材209且造成金屬靶材209濺射且產(chǎn)生金屬粒子211，金屬粒子211以寬范圍的角度射向工件138。接著，將這些金屬粒子211沉積或植入工件138的三維結(jié)構(gòu)中?？捎?100V與-20kV之間的電壓對金屬靶材209施偏壓。在一些實(shí)施例中，在濺鍍處理中，可變化對金屬靶材209所施加的偏壓。舉例而言，起始時(shí)，偏置電壓可為-0.5kV，此偏壓產(chǎn)生具有一定能量的被濺射金屬粒子211。隨著對工件138進(jìn)行涂布，偏置電壓可達(dá)到_2kV，使得金屬粒子211在隨后的穿越中以增加的能量被射向工件138。
[0042]藉由優(yōu)化離子102的角度分布，可優(yōu)化金屬粒子211的軌道，以得到足夠的側(cè)壁覆蓋率(sidewall coverage)。再者,派鍍良率(yield)是取決于入射離子角度及金屬祀材溫度。舉例而言，60°入射角的濺鍍良率可能是10°入射角的三倍。藉由并行地利用多個(gè)入射角，例如是從0°至60°，可產(chǎn)生具有多個(gè)角度的經(jīng)濺鍍金屬粒子211的變化。
[0043]在另一實(shí)施例中，可對偏壓電源供應(yīng)器390施加負(fù)偏壓。相較于對金屬靶材209所施加的電壓而言，上述負(fù)偏壓的負(fù)值可較小，使得離子102更易被吸引至金屬靶材209。舉例而言，在一實(shí)施例中，可對金屬靶材209施加-2kV的偏壓，同時(shí)對工件138施加-1kV的偏壓。在此案例中，離開等離子體140的離子102同時(shí)被加速朝向工件138及金屬靶材209。因此，除了上面所列出的參數(shù)外，離子102與由金屬靶材209及工件138所產(chǎn)生的電場之間的相互作用將影響離子102撞擊金屬靶材209的角度。
[0044]在另一實(shí)施例中，金屬靶材電源供應(yīng)器391及偏壓電源供應(yīng)器390可提供隨時(shí)間變化輸出，例如是脈沖。這些脈沖可為同步的或協(xié)調(diào)的以產(chǎn)生所需的性質(zhì)。舉例而言，在一實(shí)施例中，金屬靶材電源供應(yīng)器391及偏壓電源供應(yīng)器390可同時(shí)產(chǎn)生負(fù)電壓脈沖。在其他實(shí)施例中，這些電源供應(yīng)器的一個(gè)提供脈沖電壓輸出。在此脈沖電壓輸出開始的之后的一些時(shí)間，其他電源供應(yīng)器提供脈沖電壓輸出。在一些實(shí)施例中，第二電源供應(yīng)器可在第一脈沖輸出的末期輸出脈沖輸出。圖9表不代表性時(shí)序圖，其表不金屬祀材電源供應(yīng)器391與偏壓電源供應(yīng)器390之間的關(guān)系。在一實(shí)施例中，金屬祀材電源供應(yīng)器391產(chǎn)生脈沖頻率約5kHz的脈沖，且各脈沖的期間為25微秒(us)至100微秒。上述偏壓電源供應(yīng)器390亦產(chǎn)生期間為25微秒至100微秒的脈沖。在圖9中，這些脈沖是協(xié)調(diào)的，因此偏置電壓脈沖隨著金屬靶材脈沖。因此，離子102首先被吸引至金屬靶材209。隨著金屬粒子211被濺射，將偏置電壓脈沖化，將那些金屬粒子211牽引朝向工件138。在另一實(shí)施例中，金屬靶材偏壓可為連續(xù)的DC電壓，同時(shí)偏置電壓是脈沖的。
[0045]可選擇脈沖平臺(tái)信號的頻率和/或脈沖的工作周期(duty cycle)，以提供所需的濺鍍速率?？蛇x擇脈沖平臺(tái)信號的振幅，以提供所需的能量。
[0046]在一些實(shí)施例中，例如圖4所示，可調(diào)整由工件138的前表面所定義的等離子體鞘調(diào)節(jié)器與平面151之間的垂直間距(Z)?？蓹C(jī)械式地將致動(dòng)器402耦接至此對調(diào)節(jié)器212及214，以在相對于平面151的垂直方向上(如線420及422所指示)分別驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器212及214。此對調(diào)節(jié)器212及214相對于平面151以及亦彼此的相對的Z位置影響等離子體與等離子體鞘之間的邊界形狀，且亦影響離子撞擊工件138或金屬靶材209的軌道?？山逵煽刂破鱽砜刂拼酥聞?dòng)器402，上述控制器例如是控制器356。
[0047]轉(zhuǎn)到圖5，說明符合本發(fā)明的另一實(shí)施例的塊圖，其中調(diào)節(jié)器212及214之間的水平間距(G)是可調(diào)整的。水平間距(G)調(diào)整可以代替(或補(bǔ)充)之前圖4詳細(xì)描述的垂直間距調(diào)整。致動(dòng)器502可機(jī)械式地耦接至該對調(diào)節(jié)器212及214中的至少一個(gè)，以在箭頭506表示的方向上相對于一調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)另一調(diào)節(jié)器?？山逵煽刂破骺刂浦聞?dòng)器502，控制器例如是控制器356。
[0048]如圖6所示，在一些實(shí)施例中，等離子體處理設(shè)備200可具有掃描系統(tǒng)602，以相對工件138而驅(qū)動(dòng)等離子體鞘調(diào)節(jié)器。掃描系統(tǒng)602可包括機(jī)械式耦接至調(diào)節(jié)器212及214的致動(dòng)器，以驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器212及214?？山逵煽刂破骺刂浦聞?dòng)器(未顯示)，控制器例如是控制器356 (見于圖3)。在圖6的實(shí)施例中，掃描系統(tǒng)602可將調(diào)節(jié)器212及214從位置A驅(qū)動(dòng)至位置B及位置C，因此工件138的所有部分暴露于由此對調(diào)節(jié)器212及214定義的間隙下。若笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)如圖6所詳細(xì)定義，則在圖6的X方向上驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器212及214。在其他實(shí)施例中，可在Y方向或介于X方向與Y方向之間的任意角度上驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器212及214或另一組不同的調(diào)節(jié)器。此外，隨著掃瞄系統(tǒng)602在一方向上驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器212及214，可旋轉(zhuǎn)工件138。也可在掃瞄系統(tǒng)602在一方向上驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器212及214后，以預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角度來旋轉(zhuǎn)工件138。在一實(shí)例中，如箭頭624所顯示，可在工件的中心軸周圍旋轉(zhuǎn)。
[0049]圖10表示離子植入機(jī)的另一實(shí)施例，其可根據(jù)一實(shí)施例來使用。離子源910包括腔室921，腔室921具有側(cè)壁920及開口端930。等離子體940產(chǎn)生在腔室921中。可使用任何適當(dāng)?shù)姆绞絹懋a(chǎn)生等離子體，包括間接加熱陰極(IHC)、RF能量或其他方式。在腔室921中，靠近開口端930配置一個(gè)或更多的等離子體鞘調(diào)節(jié)器950。等離子體鞘調(diào)節(jié)器950經(jīng)配置以具有萃取孔931。當(dāng)從離子源910的腔室921萃取離子時(shí)，使用等離子體鞘調(diào)節(jié)器950以控制靠近萃取孔931的等離子體940與等離子體鞘之間的邊界942的形狀。等離子體鞘調(diào)節(jié)器950可包括一對調(diào)節(jié)器951、952，調(diào)節(jié)器951及952定義其之間的間隙。其他實(shí)施例可具有定義多個(gè)間隙的多對調(diào)節(jié)器。
[0050]調(diào)節(jié)器951、952可由半導(dǎo)體材料所制造，半導(dǎo)體材料包括(但不受限于)硅、鍺、碳化硅、硅鍺、銻化鋁、氮化鋁、以及砷化鎵。調(diào)節(jié)器951、952也可由經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體材料所制造，包括(例如)經(jīng)摻雜的硅及經(jīng)摻雜的碳化硅。為了形成經(jīng)摻雜的碳化硅，可用例如是氮、硼、以及鋁(僅為數(shù)種摻質(zhì)的幾例)來摻雜碳化硅。
[0051]此對調(diào)節(jié)器951、952也可為具有薄、平形狀的一對板材。此對調(diào)節(jié)器951、952在其之間定義間隙，此對調(diào)節(jié)器951、952之間具有間距(G)。也可將此對半導(dǎo)體951、952放置在工件138上方一垂直間距(Z)。
[0052]視數(shù)個(gè)因素而定，可控制邊界942的形狀。上述因素包括(但不受限于)調(diào)節(jié)器951及952之間的水平間距(G)、工件138上方的調(diào)節(jié)器的垂直間距(Z)、各調(diào)節(jié)器951及952之間在工件138上方的垂直間距差、調(diào)節(jié)器的材料(包括自身的相對導(dǎo)電性)、調(diào)節(jié)器951及952的厚度(T)、此對調(diào)節(jié)器951及952的溫度、以及其他離子源的處理參數(shù)。
[0053]靠近調(diào)節(jié)器951、952最接近工件138的一側(cè)配置金屬靶材209。如上所述，可藉由金屬IE材電源供應(yīng)器391對金屬IE材209施加偏壓。
[0054]離子源910可為離子植入機(jī)的組件，此離子植入機(jī)具有放置在離子源910的萃取孔931下游的終端站980?？煞浅＝咏x子源910的萃取孔931放置終端站980 (例如在一實(shí)施例中，小于12英寸)，從而使得粒子歷經(jīng)相對短的距離。終端站980可包括平臺(tái)985以支撐工件138。如本【技術(shù)領(lǐng)域】已知的一樣,平臺(tái)985可為靜電平臺(tái)(electrostatic platen)以靜電力穩(wěn)固工件138。工件138可包括(但不受限于)太陽能電池、平板面板、磁性媒體、半導(dǎo)體晶圓等。
[0055]在一些實(shí)施例中，可藉由金屬祀材電源供應(yīng)器391對金屬祀材209施加偏壓以產(chǎn)生力，以從萃取孔931萃取離子朝向金屬靶材209。也可藉由偏壓電源供應(yīng)器390對工件138施加偏壓。對工件138的偏壓信號可為具有開啟(ON)及關(guān)閉(OFF)時(shí)間區(qū)間的脈沖偏壓信號，因此在開啟區(qū)間時(shí)粒子被吸引，但在關(guān)閉區(qū)間時(shí)則否。相似地，至金屬靶材209偏壓信號可為脈沖偏壓信號。脈沖偏壓信號的一個(gè)原因?yàn)?，在離子處理期間，控制堆積在工件138上的電荷量至可接受的程度，同時(shí)嘗試將電荷控制與相關(guān)離子植入機(jī)的生產(chǎn)需求平衡。在此實(shí)施例中，金屬靶材電源供應(yīng)器391與電源供應(yīng)器390之間的相互作用可如圖9中所描述的一樣。
[0056]在另一實(shí)施例中，使用電源供應(yīng)器990以對離子源910的側(cè)壁920施加偏壓。也可對工件138施加偏壓(例如是藉由偏壓電源供應(yīng)器390)，且可藉由金屬靶材電源供應(yīng)器391對金屬靶材209施加偏壓。在此實(shí)施例中，可對離子源的側(cè)壁920施加正偏壓(例如是約2Kv)。在此實(shí)施例中，金屬靶材209可為接地的，從而吸引來自腔室921中的正離子朝向金屬靶材209。相較于金屬靶材209，可對工件138施加較小的負(fù)偏壓(例如是IkV)，因此離子主要是被吸引至金屬靶材209。如上所述，電源供應(yīng)器(例如是電源供應(yīng)器990、金屬靶材電源供應(yīng)器391及偏壓電源供應(yīng)器390)可為脈沖式或彼此同步，以優(yōu)化工件138上的粒子沉積。
[0057]本發(fā)明并不受限于本文描述的特定實(shí)施例的范疇。事實(shí)上，從以上描述及附圖來說，除了本文所描述的這些之外，本發(fā)明的其他各種實(shí)施例及改良方法對本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，此些其他實(shí)施例及改良方法傾向于落入本發(fā)明的范疇之中。此外，雖然本文已以用于特殊目的的特殊環(huán)境的特殊實(shí)施方式的上下文描述本發(fā)明，本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員將理解的是本發(fā)明的效用不受限于此，且可用任意數(shù)量目的的任意數(shù)量環(huán)境來有效地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，應(yīng)該從本文描述的本發(fā)明的全廣度及精神的觀點(diǎn)來看本文所閘述的申請專利范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體處理設(shè)備，包括: 處理腔室； 平臺(tái)，置在所述處理腔室中用來支撐工件； 源，經(jīng)配置以在具有鄰近所述工件的前表面的等離子體鞘的處理腔室中產(chǎn)生等離子體； 具有間隙的等離子體鞘調(diào)節(jié)器，配置在所述等離子體與所述平臺(tái)之間，經(jīng)配置以控制所述等離子體與所述等離子體鞘之間的邊界的形狀，使得所述邊界的形狀的一部分不平行于由所述工件的朝向所述等離子體的前表面定義的平面；以及 金屬靶材，附加于所述等離子體鞘調(diào)節(jié)器的鄰近所述平臺(tái)的后表面，且與所述等離子體鞘調(diào)節(jié)器電性地隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理設(shè)備，還包括電源供應(yīng)器，所述電源供應(yīng)器經(jīng)配置以對所述金屬靶材施加偏壓，以從所述等離子體穿越所述等離子體鞘吸引離子朝向所述金屬靶材，從而自所述金屬靶材引起金屬粒子以濺鍍。
3.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理設(shè)備，還包括偏壓源，經(jīng)配置以對所述工件施加偏壓，以從朝著所述工件吸引所述金屬粒子，從而在所述工件上沉積金屬，其中所述金屬粒子相對于所述平面的入射角范圍是受所述等離子體與所述等離子體鞘之間的所述邊的界形狀所影響的。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理設(shè)備，其中相較于所述金屬靶材，所述工件受到較少的負(fù)偏壓。
5.如權(quán)利要求3所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述電源供應(yīng)器對所述金屬靶材供應(yīng)第一脈沖偏壓信號，且所述偏壓源對所述工件供應(yīng)第二脈沖偏壓信號，其中所述第一脈沖偏壓信號及所述第二脈沖偏壓信號是協(xié)調(diào)的，以優(yōu)化所述工件上的所述金屬粒子的濺鍍。
6.如權(quán)利要求1-3或5中任一項(xiàng)所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述金屬靶材經(jīng)定形以使得所述金屬靶材最接近所述工件的表面不平行于所述工件的前表面。
7.一種派鍍系統(tǒng)，包括: 腔室，具有側(cè)壁及開口端，且所述腔室經(jīng)配置以產(chǎn)生具有等離子體鞘的等離子體； 等離子體鞘調(diào)節(jié)器，靠近所述腔室的所述開口端配置，所述等離子體鞘調(diào)節(jié)器經(jīng)配置以具有萃取孔，且所述等離子體鞘調(diào)節(jié)器經(jīng)配置以控制所述等離子體與所述等離子體鞘之間的邊界形狀； 金屬靶材，附加在所述等離子體鞘調(diào)節(jié)器遠(yuǎn)離所述腔室的一側(cè)，所述金屬靶材與所述等離子體鞘調(diào)節(jié)器是電性絕緣的；以及 平臺(tái)，經(jīng)配置以固持工件，定位所述平臺(tái)使得所述金屬靶材配置在所述腔室與所述平臺(tái)之間。
8.如權(quán)利要求7所述的濺鍍系統(tǒng)，包括偏壓供應(yīng)器，所述偏壓供應(yīng)器經(jīng)配置以對所述工件施加偏壓，以從所述金屬靶材朝著所述工件吸引金屬粒子，從而在所述工件上沉積金屬，其中所述金屬粒子相對于所述工件的入射角范圍是受所述等離子體與所述等離子體鞘之間的所述邊界形狀所影響的。
9.如權(quán)利要求8所述的濺鍍系統(tǒng)，還包括電源供應(yīng)器，相對于所述金屬靶材對所述側(cè)壁施加正偏壓。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的濺鍍系統(tǒng)，其中相較于所述金屬靶材，所述工件受到更大的正偏壓。
11.如權(quán)利要求9所述的濺鍍系統(tǒng)，其中所述電源供應(yīng)器對所述側(cè)壁供應(yīng)第一脈沖偏壓信號，且所述偏壓供應(yīng)器對所述工件供應(yīng)第二脈沖偏壓信號，且所述第一脈沖偏壓信號及所述第二脈沖偏壓信號是協(xié)調(diào)的，以優(yōu)化所述工件上的所述金屬粒子的濺鍍。
12.如權(quán)利要求8所述的濺鍍系統(tǒng)，包括電源供應(yīng)器，相對于側(cè)壁對所述金屬靶材施加負(fù)偏壓，以吸引來自所述等離子體的離子穿越所述等離子體鞘朝向所述金屬靶材，以從所述金屬靶材濺鍍所述金屬粒子。
13.如權(quán)利要求7-8或12中任一項(xiàng)所述的濺鍍系統(tǒng)，其中相較于所述金屬靶材，所述工件受到更大的正偏壓。
14.如權(quán)利要求12所述的濺鍍系統(tǒng)，其中所述電源供應(yīng)器對所述金屬靶材供應(yīng)第一脈沖偏壓信號，且所述偏壓供應(yīng)器對所述工件供應(yīng)第二脈沖偏壓信號，且所述第一脈沖偏壓信號及所述第二脈沖偏壓信號是協(xié)調(diào)的，以優(yōu)化所述工件上的所述金屬粒子的濺鍍。
15.如權(quán)利要求7-9、11-12或14中任一項(xiàng)所述的濺鍍系統(tǒng)，其中所述金屬靶材經(jīng)定形以使得所述金屬靶材最接近所述工件的表面不平行于所述工件的前表面。
【文檔編號】H01J37/32GK104508174SQ201380039732
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月27日
【發(fā)明者】盧多維克·葛特, 阿德金·沙拉積歷 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司