專利名稱：用于等離子攙雜系統(tǒng)的均勻性控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供工件的離子注入使用的等離子攙雜系統(tǒng)，更具體地說，涉及在等離子攙雜系統(tǒng)中用來控制注入工件的離子的劑量均勻性的方法和裝置。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)離子注入是用來將改變導(dǎo)電率的雜質(zhì)引入半導(dǎo)體晶片的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在傳統(tǒng)的射束線離子注入系統(tǒng)中，所需的雜質(zhì)材料在離子來源中電離，離子被加速以形成規(guī)定能量的離子束，而且離子束指向晶片表面。離子束中的高能離子刺入半導(dǎo)體材料的本體并且嵌進半導(dǎo)體材料的晶格，形成導(dǎo)電率符合要求的區(qū)域。
在半導(dǎo)體工業(yè)中眾所周知的趨勢趨向于較小的速度較高的器件。具體地說，半導(dǎo)體器件中特征的橫向尺寸和深度兩者都逐漸減少。技術(shù)水平最高的半導(dǎo)體器件要求結(jié)深度小于1,000埃而且可能最終要求結(jié)深度為大約200埃或更小。攙雜材料的注入深度至少部份地是由注入半導(dǎo)體晶片的離子的能量決定的。射束線離子注入機通常是為了在比較高的注入能量下有效的操作而設(shè)計的，而在淺結(jié)注入所需要的低能量下可能不有效地運行。
用來在半導(dǎo)體晶片中形成淺結(jié)的等離子攙雜系統(tǒng)已被研究。在等離子攙雜系統(tǒng)中，半導(dǎo)體晶片被放在作為陰極的位于等離子攙雜室中的導(dǎo)電的臺板上。包含所需要的攙雜材料的可電離的處理氣體被引入艙室，而電壓脈沖被加在臺板和陽極或艙室壁之間，引起在晶片附近形成有等離子殼層的等離子體。外加脈沖引起等離子體中的離子穿越等離子殼層注入晶片。注入深度與加在晶片和陽極之間的電壓有關(guān)。非常低的注入能量能夠?qū)崿F(xiàn)。例如，等離子攙雜系統(tǒng)是在1994年10月11日授權(quán)給Sheng的美國專利第5,354,381號、2000年2月1日授權(quán)給Liebert等人的美國專利第6,020,592號和2001年2月6日授權(quán)給Goeckner等人的美國專利第6,182,604號中描述的。
在上述的等離子攙雜系統(tǒng)中，外加的電壓脈沖產(chǎn)生等離子體而且使來自等離子體的陽離子向晶片加速。在被稱為等離子體浸漬系統(tǒng)的其它類型的等離子體系統(tǒng)中，連續(xù)的射頻電壓被加在臺板和陽極之間，因此產(chǎn)生連續(xù)的等離子體。不時地將電壓脈沖加在臺板和陽極之間，從而使等離子體中的陽離子向晶片加速。
關(guān)于注入晶片的累積離子劑量和橫跨晶片表面的空間劑量均勻性的嚴(yán)格要求被放在涉及離子注入的半導(dǎo)體制造工藝上。注入劑量決定注入?yún)^(qū)域的電荷活性，而劑量均勻性是保證要確定在半導(dǎo)體晶片之上的全部器件都具有在規(guī)定限度范圍內(nèi)的操作特性。
在等離子攙雜系統(tǒng)中，產(chǎn)生離子的等離子體位于晶片的表面。空間劑量均勻性取決于等離子體的均勻性和晶片附近的電場。然而，等離子體可能有空間的不均勻性而且可能隨著時間改變。這樣的等離子體不均勻性有可能在正在加工的晶片中產(chǎn)生劑量不均勻性。利用分開加偏壓的同心結(jié)構(gòu)圍住臺板來提高劑量均勻性的等離子攙雜系統(tǒng)是在1998年1月27日授權(quán)給Chapek等人的美國專利第5,711,812號中揭示的。不管這種途徑產(chǎn)生的改善，在等離子攙雜系統(tǒng)中劑量均勻性仍然是一個問題。
因此，存在對改進的等離子攙雜系統(tǒng)和用于等離子攙雜系統(tǒng)中的均勻性控制的技術(shù)的需求。
本發(fā)明的概述依照本發(fā)明的第一方面，等離子攙雜裝置包括等離子攙雜室、位于等離子攙雜室中用來支撐工件的臺板、在等離子攙雜室中與臺板隔開的陽極、與等離子攙雜室耦合的處理氣體源、用來把脈沖加在臺板和陽極之間的脈沖源和用來旋轉(zhuǎn)工件的機構(gòu)。包含工藝氣體的離子的等離子體是在陽極和臺板之間的等離子體放電區(qū)域中產(chǎn)生的。加在臺板和陽極之間的脈沖使來自等離子體的離子朝工件加速。工件的旋轉(zhuǎn)改善方位劑量均勻性。
在一個實施方案中，工件包括半導(dǎo)體晶片，而所述機構(gòu)這樣旋轉(zhuǎn)臺板，以致晶片圍繞著它的中心旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選，脈沖源有比工件的旋轉(zhuǎn)速度高得多的脈沖重復(fù)頻率。
依照本發(fā)明的另一方面，等離子攙雜裝置包括包含用來支撐工件的臺板的等離子攙雜室、用來在等離子攙雜室中產(chǎn)生等離子體而且使來自等離子體的離子朝工件加速的等離子體來源、以及用來旋轉(zhuǎn)工件的驅(qū)動機構(gòu)。
依照本發(fā)明的第三方面，用于等離子攙雜的方法包括下述步驟把工件在支撐在等離子攙雜室中的臺板上、產(chǎn)生等離子體并且使來自等離子體的離子朝工件加速，以及旋轉(zhuǎn)工件。
依照本發(fā)明的第四方面，等離子攙雜裝置包括等離子攙雜室、用來在等離子攙雜室中支撐工件的臺板、在等離子攙雜室中與臺板隔開的陽極、與等離子攙雜室耦合的處理氣體源、以及用來把脈沖加在臺板和陽極之間的脈沖源。包含工藝氣體的離子的等離子體是在陽極和臺板之間的等離子體放電區(qū)域中產(chǎn)生的。加在臺板和陽極之間的脈沖使來自等離子體的離子朝工件加速。陽極與臺板之間的間隔在陽極區(qū)域內(nèi)改變。
在一個實施方案中，陽極包括兩個以上陽極元件，例如環(huán)形陽極元件，它們與臺板之間的間隔能個別調(diào)整。為了在工件中產(chǎn)生預(yù)期的劑量均勻性，陽極可以包括兩個以上陽極元件和用來個別調(diào)整各個陽極元件和臺板之間的間隔的執(zhí)行機構(gòu)。
依照本發(fā)明的第五方面，用于等離子攙雜的方法包括下述步驟把工件支撐在等離子攙雜室中的臺板上；按照與臺板隔開的關(guān)系把陽極放置在等離子攙雜室中，陽極有兩個以上陽極元件；調(diào)整一個或多個陽極元件和臺板之間的間隔；在陽極和臺板之間產(chǎn)生等離子體以及使來自等離子體的離子朝工件加速。
依照本發(fā)明的第六方面，等離子攙雜裝置包括等離子攙雜室、用來在等離子攙雜室中支撐工件的臺板、在等離子攙雜室中與臺板隔開的陽極、與等離子攙雜室耦合的處理氣體源、用來把脈沖加在臺板和陽極之間的脈沖源、以及安排在等離子體放電區(qū)域周圍的眾多磁性元件。包含工藝氣體的離子的等離子體是在等離子體放電區(qū)域中產(chǎn)生的。加在臺板和陽極之間的脈沖使來自等離子體的離子朝工件加速。磁性元件是為了控制等離子體在等離子體放電區(qū)域中的徑向密度分布而配置的，借此控制注入工件的離子的劑量均勻性。
在一個實施方案中，磁性元件被安排在陽極之上或附近。在另一個實施方案中，磁性元件有環(huán)繞等離子體放電區(qū)域的圓筒形布局。在進一步的實施方案中，裝置包括圍住等離子體放電區(qū)域的空心電極，而且磁性元件被安排在空心電極之上或附近。優(yōu)選，磁性元件以交替的極性面對等離子體放電區(qū)域。
依照本發(fā)明的第七方面，用于等離子攙雜的方法包括下述步驟把工件支撐在等離子攙雜室中的臺板上、在等離子攙雜室中產(chǎn)生等離子體和使來自等離子體的離子朝工件加速、以及憑借磁性控制等離子體的徑向密度分布，借此控制注入工件的離子的劑量均勻性。
附圖簡要說明為了更好地理解本發(fā)明，參照在此通過引證被并入的附圖，其中
圖1是簡化的等離子攙雜系統(tǒng)的示意方框圖；圖2是舉例說明本發(fā)明的一個實施方案的等離子攙雜系統(tǒng)的示意局部剖視圖；圖3是等離子攙雜系統(tǒng)沿著圖2的3-3線截取的俯視剖視圖；圖4是等離子攙雜系統(tǒng)沿著圖2的4-4線截取的俯視剖視圖；圖5A是舉例說明磁性元件安排在陽極之上或附近的第一實施方案的等離子攙雜系統(tǒng)的示意局部剖視圖；圖5B是圖5A展示的實施方案的局部俯視圖；圖6是舉例說明磁性元件安排在陽極之上或附近的第二實施方案的等離子攙雜系統(tǒng)的示意局部剖視圖；圖7是舉例說明磁場徑向分布實例的在等離子體放電區(qū)域中磁場隨半徑變化的曲線圖。
本發(fā)明的詳細描述適合實現(xiàn)本發(fā)明的等離子攙雜系統(tǒng)的例子被示意地展示在圖1中。等離子攙雜室10限定封閉體積12。位于艙室10里面的臺板14提供支撐半導(dǎo)體晶片20之類的工件的表面。例如，晶片20的緣周可以被夾到臺板14的平坦表面上。在一個實施方案中，臺板有用來支撐晶片20的導(dǎo)電的表面。在另一個實施方案中，臺板包括用于連接晶片20的導(dǎo)電針(未示出)。
陽極24按與臺板14隔開的關(guān)系放置在艙室10里面。陽極24可以按照用箭頭26指示的方向垂直于臺板14移動。陽極通常被接到艙室10的導(dǎo)電的室壁上，兩個室壁可以接地。在另一個實施方案中，如同下面描述的那樣，臺板14接地，而陽極24接脈沖。
晶片20(經(jīng)由臺板14)和陽極24被接到高電壓脈沖源30上，所以晶片20作為陰極起作用。脈沖源30通常提供幅度在大約100到5000伏特范圍內(nèi)、持續(xù)時間大約1到50微秒、脈沖重復(fù)頻率大約為100赫茲到2仟赫的脈沖。人們將理解這些脈沖參數(shù)值僅僅是作為例子給出的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以利用其它的數(shù)值。
艙室10的封閉體積12通過可控制的閥門32與真空泵34耦合。處理氣體源36通過質(zhì)量流量控制器38與艙室10耦合。位于艙室10里面的壓力傳感器44把指示艙室壓力的信號提供給控制器46?？刂破?6將感知的艙室壓力與預(yù)期的壓力輸入進行比較而且把控制信號提供給閥門32?？刂菩盘栠@樣控制閥門32，以使艙室壓力與預(yù)期壓力的差減到最小。真空泵34、閥門32、壓力傳感器44和控制器46構(gòu)成閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)。壓力通常被控制在大約1毫托到大約500毫托的范圍內(nèi)，但是不局限于這個范圍。處理氣體源36供應(yīng)包含需要注入工件的攙雜物的可電離的氣體。可電離的氣體的實例包括BF3、N23、Ar、PH3、AsH3和B2H6。質(zhì)量流量控制器38調(diào)節(jié)給艙室10供應(yīng)氣體的速率。圖1展示的配置以恒定的氣體流速和恒定的壓力提供連續(xù)的工藝氣體流動。壓力和氣體流速優(yōu)選被調(diào)節(jié)到提供可重復(fù)的結(jié)果。
等離子攙雜系統(tǒng)可以包括與空心陰極脈沖源56連接的空心陰極54。在一個實施方案中，空心陰極54包括包圍陽極24和臺板14之間的空間的導(dǎo)電的空心圓筒?？招年帢O可以被用在需要非常低的離子能量的應(yīng)用中。具體地說，空心陰極脈沖源56提供足以在艙室12里面形成等離子體的脈沖電壓，而脈沖源30建立預(yù)期的注入電壓。關(guān)于空心陰極的用途的補充細節(jié)是在上述的通過引證被并入的美國專利第6,182,604號中提供的。
一個或多個法拉第杯可以被放在毗鄰臺板14附近用來測量注入晶片20的離子劑量。在圖1的實施方案中，法拉第杯50、52等環(huán)繞晶片20的緣周等間隔排列。每個法拉第杯包括有面對等離子體40的入口60的導(dǎo)電的封閉物。每個法拉第杯優(yōu)選如同實踐中那樣靠近晶片20放置并且攔截從等離子體40向臺板14加速的陽離子樣品。在另一個實施方案中，環(huán)形法拉第杯56(見圖2)環(huán)繞著晶片20和臺板14放置。
法拉第杯被電連接到劑量處理器70或其它的劑量監(jiān)控電路。通過入口60進入每個法拉第杯的陽離子在與法拉第杯連接的電路中產(chǎn)生代表離子電流的電流。劑量處理器70可以處理電流以確定離子劑量。
如同在上述的美國專利第5,711,812號中描述的那樣，等離子攙雜系統(tǒng)可以包括包圍臺板14的護圈66。護圈66可以加上偏壓，以改善靠近晶片20的邊緣注入的離子分布的均勻性。法拉第杯50、52可以被放置在護圈66之內(nèi)靠近晶片20和臺板14的緣周。
在運行中，晶片28被放置在臺板14上。壓力控制系統(tǒng)、質(zhì)量流量控制器38和處理氣體源36在艙室10內(nèi)產(chǎn)生需要的壓力和氣體流速。作為例子，艙室10可以在10毫托的壓力下用BF3氣體操作。脈沖源30把一系列高電壓脈沖加到晶片20上，從而引起在晶片20和陽極24之間的等離子體放電區(qū)域44中形成等離子體40。如同現(xiàn)有技術(shù)，等離子體40包含來自處理氣體源36的可電離氣體的陽離子。等離子體40包括在晶片20附近(通常在晶片表面)的等離子殼層。在高電壓脈沖期間存在于陽極24和臺板14之間的電場使來自等離子體40的陽離子越過等離子殼層42向臺板14加速。被加速的離子注入晶片20，形成雜質(zhì)材料區(qū)。脈沖電壓是為將陽離子在晶片20中注入到預(yù)期的深度而選定的。脈沖的數(shù)量和脈沖持續(xù)時間是為在晶片20中提供雜質(zhì)材料的預(yù)期劑量而選定的。每個脈沖的電流是脈沖電壓、氣體壓力、物種和電極的任何位置變量的函數(shù)。例如，可以針對不同的電壓調(diào)整陰極到陽極的間隔。
在晶片20表面上的離子劑量均勻性取決于等離子體40的均勻性和晶片20附近的電場。然而，等離子體40可能有空間的不均勻性和可能隨時間變化。因此，在等離子攙雜系統(tǒng)中需要有劑量均勻性控制技術(shù)。
本發(fā)明的實施方案是參照圖2-4、5A、5B、6和7描述的，其中同樣的要素有相同的參考數(shù)字。等離子攙雜系統(tǒng)的實施方案的局部剖視圖被展示在圖2中。在圖2-6中舉例說明的特征可能在圖1所示的和前面描述的那種類型的等離子攙雜系統(tǒng)中或在任何其它的等離子攙雜系統(tǒng)中被利用。為了改善離子劑量均勻性，這些特征可以單獨使用或在任何組合中使用。
如圖2所示，等離子攙雜系統(tǒng)可以包括用來在等離子攙雜期間旋轉(zhuǎn)晶片20的驅(qū)動機構(gòu)100。驅(qū)動機構(gòu)100可以包括驅(qū)動馬達112和接在臺板14和驅(qū)動馬達112之間的軸110。優(yōu)選的是，驅(qū)動馬達112位于艙室10外面。在等離子攙雜期間，驅(qū)動馬達112被勵磁，從而使平臺14和晶片20在晶片20的平面中旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)中心是在或靠近晶片20的中心。晶片20優(yōu)選被以在大約10到600轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)的速度旋轉(zhuǎn)。在一個實施方案中，晶片20以每秒幾轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)。晶片20的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)選是這樣選定的，以致脈沖源30的脈沖重復(fù)頻率比旋轉(zhuǎn)速度高得多。此外，晶片20的旋轉(zhuǎn)不應(yīng)該與脈沖源30的操作同步。通過在等離子攙雜期間旋轉(zhuǎn)晶片20，方位角的均勻性變化在晶片表面上被平均，借此提高劑量均勻性。
依照本發(fā)明的另一個特征，等離子攙雜系統(tǒng)可以具有環(huán)繞等離子體放電區(qū)域安排的磁性元件，以便控制等離子體在等離子體放電區(qū)域44中的徑向密度分布并且借此改善注入晶片20的離子的劑量均勻性。陽極150的剖視圖展示在圖5A中，而陽極150的俯視圖展示在圖5B中。陽極150可以對應(yīng)于上述的在圖1中展示的陽極24。磁性元件160、162、164等被安裝在陽極150對著等離子體放電區(qū)域152的表面上。磁性元件160、162、164等可以是這樣安裝的永久磁鐵，以致交替的磁極面對放電區(qū)域152。在圖5A和5B的實施方案中，磁性元件160、162、164等被安排在一系列同心的環(huán)孔170、172和174中。這種配置在陽極150附近的區(qū)域中產(chǎn)生徑向變化的磁場，該磁場改變等離子體的徑向密度分布而且在比較寬廣的工藝參數(shù)范圍內(nèi)改善劑量均勻性。這樣的工藝參數(shù)可以包括氣體壓力、氣體種類、晶片偏壓和陽極到陰極的間隔。
有用來控制等離子體在等離子體放電區(qū)域中的徑向密度分布的磁性元件的陽極的第二實施方案被展示在圖6。磁性元件180、182、184等被安裝在陽極190上。在圖6所示的實施方案中，磁性元件180、182、184等是加長的并且被徑向排列成輪輻狀配置。磁性元件180、182、184等產(chǎn)生徑向變化的磁場，該磁場改變等離子體的徑向密度分布而且改善注入晶片20的離子的劑量均勻性。
人們將理解多種磁性元件配置可以被利用而且圖5A、5B和6展示的實施方案僅僅是作為例子給出的。磁性元件被用來控制等離子體在等離子體放電區(qū)域中的徑向密度分布?？刂频入x子體的徑向密度分布的目的是改善注入晶片20的離子的劑量均勻性。磁場是毗鄰等離子體放電區(qū)域中需要提高等離子體密度的部分提供的。參照圖7，在等離子體放電區(qū)域中磁場隨半徑變化的曲線圖的例子被展示出來。在舉例說明的例子中，磁場在等離子體放電區(qū)域的外圍部分比較強，而在中心附近比較弱，借此增加在等離子體放電區(qū)域的外圍部分中的等離子體密度。圖7所示的磁場分布通常與圖5A、5B和6展示的配置相對應(yīng)，在那里磁性元件是毗鄰等離子體放電區(qū)域的外圍部分提供的。人們將理解在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以利用各種各樣的磁場分布。例如，在需要提高中心附近的等離子體密度的情況下，磁場在等離子體放電區(qū)域的中心附近可以比較強，而在外圍部分可以比較弱。
各種不同的磁性元件配置能被用來提供等離子體在等離子體放電區(qū)域中的預(yù)期的徑向密度分布。如同前面結(jié)合圖5A和5B描述那樣，磁性元件的環(huán)孔可以被利用。如同前面結(jié)合圖6描述的那樣，徑向取向的磁性元件可以被利用。磁性元件的強度可以是相同的或不同的，取決于預(yù)期的徑向磁場分布。此外，可以選擇磁性元件的位置，以提供預(yù)期的徑向磁場分布。除此之外，為了提供預(yù)期的徑向磁場分布，可以選擇磁性元件的徑向和方位角尺寸和磁性元件之間的徑向和方位角間隔。磁性元件優(yōu)選產(chǎn)生在大約20-5000高斯范圍內(nèi)的磁場。在一個實施方案中，磁性元件產(chǎn)生大約500高斯的磁場。
在圖5A、5B和6的實施方案中，磁性元件被放置在陽極對著等離子體放電區(qū)域的表面上。然而，為了控制等離子體的徑向密度分布，磁性元件可以環(huán)繞等離子體放電區(qū)域有任何預(yù)期的位置。
在用圖2-4舉例說明的另一個實施方案中，磁性元件120、122、124、126、128等圍繞著放電區(qū)域44被隔開。因為圖2-4的等離子攙雜系統(tǒng)具有圓筒形的幾何形狀，所以磁性元件120、122、124、126、128等可以呈圓形排列。在圖2-4的實施方案中，磁性元件120、122、124、126、128等包括固定在空心陰極54上而且有交替的磁極面對等離子體放電區(qū)域44的加長的永久磁鐵。磁性元件120、122、124、126、128等在晶片20半徑之外的環(huán)形區(qū)域中生產(chǎn)尖頭磁場130。磁性元件可以有跨越等離子體放電區(qū)域44的長度。為了產(chǎn)生控制等離子體在等離子體放電區(qū)域44中徑向密度分布的尖頭磁場130，可以選擇磁性元件的數(shù)目和磁鐵的強度。
優(yōu)選的是，尖頭磁場130位于環(huán)繞等離子體放電區(qū)域44的環(huán)形區(qū)域中而且實質(zhì)上不延伸到放電區(qū)域44中?？刂频入x子體在陽極100和晶片20之間的徑向密度分布的尖頭磁場130用等離子體在晶片20的邊緣的充份重疊來保證邊緣均勻性。因此，等離子體的空間分布受到控制，而且徑向劑量均勻性在寬廣的等離子體工藝參數(shù)范圍內(nèi)得到改善。
依照本發(fā)明進一步的特征，陽極可以有在陽極區(qū)域范圍內(nèi)變化的至陰極的間隔。陽極可以有固定的結(jié)構(gòu)，但是優(yōu)選有兩個以上可調(diào)整的陽極元件，以適應(yīng)不同的操作條件和不同的應(yīng)用。為了實現(xiàn)預(yù)期的等離子體特性和預(yù)期的劑量均勻性，可以調(diào)整陽極元件和陰極之間的間隔。
在圖2-4的實施方案中，陽極100是用陽極元件以可垂直調(diào)整的環(huán)孔180、182、184等的形式構(gòu)成的。為了提供可隨至晶片中心的半徑變化的陽極-陰極間隔，可以調(diào)整環(huán)孔180、182、184等。這具有沿著徑向改變等離子體密度的效果。環(huán)孔180、182、184等能根據(jù)實測的晶片均勻性憑經(jīng)驗進行調(diào)整或者能使用現(xiàn)場的注入均勻性測量結(jié)果進行調(diào)整，以便減少徑向注入劑量變化。環(huán)孔180、182、184能進行個別調(diào)整。調(diào)整可以是人工的，或者把環(huán)孔180、182、184等分別接到能單獨控制的執(zhí)行機構(gòu)190、192、194上。
在其它的實施方案中，陽極可以是作為能單獨控制的陽極元件的網(wǎng)格或用每個都能單獨控制的組成任意形狀的陽極元件配置的。在每種情況下，陽極和晶片之間的間隔都能在陽極區(qū)域范圍內(nèi)變化，從而實現(xiàn)預(yù)期的劑量均勻性。在又一個實施方案中，陽極具有在陽極區(qū)域范圍內(nèi)允許陽極和晶片之間的間隔變化的固定結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)是較少優(yōu)選的，因為等離子體空間分布有可能因不同的等離子攙雜參數(shù)(例如離子物種、處理氣體壓力等)改變。
上述的用來改善等離子攙雜均勻性的特征(包括旋轉(zhuǎn)晶片、使用磁性元件控制等離子體空間分布和使用距晶片的間隔在陽極區(qū)域范圍內(nèi)變化的陽極)可以為了改善等離子攙雜均勻性而被單獨使用或按任何組合使用。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以利用其它的等離子攙雜體系結(jié)構(gòu)。例如，等離子體可以是脈動的或連續(xù)的。等離子體可以是用直流電壓、射頻電壓或微波電壓產(chǎn)生的，而且每個都可以是脈動的或連續(xù)的。可以利用不同的處理氣體壓力。
人們應(yīng)該理解在這份說明書中描述的并且用附圖展示的實施方案的各種不同的變化和修正可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)完成。因此，我們傾向于把包含在前面的描述中并且用附圖展示的全部內(nèi)容解釋成是說明性的而不是限制性的。本發(fā)明只受在權(quán)利要求書及其等價文件中定義的內(nèi)容限制。
權(quán)利要求
1.一種等離子攙雜裝置，其中包括等離子攙雜室；臺板，位于所述的等離子攙雜室中用來支撐工件；陽極，在所述的等離子攙雜室中與所述的臺板隔開；處理氣體源，與所述的等離子攙雜室耦合，其中包含處理氣體的離子的等離子體是在所述陽極和所述臺板之間的等離子體放電區(qū)域中產(chǎn)生的；脈沖源，用來在所述臺板和所述陽極之間施加脈沖使來自等離子體的離子朝工件加速；以及用來旋轉(zhuǎn)工件的機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子攙雜裝置，其中所述的臺板是為支撐半導(dǎo)體晶片而配置的，而且所述的機構(gòu)是為了這樣旋轉(zhuǎn)所述的臺板以致半導(dǎo)體晶片圍繞著它的中心旋轉(zhuǎn)而配置的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子攙雜裝置，其中所述的脈沖源有比工件的旋轉(zhuǎn)速度高得多的脈沖重復(fù)頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的等離子攙雜裝置，其中所述的機構(gòu)是為了以在大約10到600轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)的速度旋轉(zhuǎn)工件而配置的。
5.一種等離子攙雜裝置，其中包括等離子攙雜室，包括用來支撐工件的臺板；等離子源，用來在等離子攙雜室中產(chǎn)生等離子體而且用來使來自等離子體的離子朝工件加速；以及用來旋轉(zhuǎn)工件的驅(qū)動機構(gòu)。
6.一種用于等離子攙雜的方法，該方法包括下述步驟在等離子攙雜室中將工件支撐于臺板上；產(chǎn)生等離子體并且使來自等離子體的離子朝工件加速；以及旋轉(zhuǎn)工件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中工件包括半導(dǎo)體晶片，而且旋轉(zhuǎn)工件的步驟包括這樣旋轉(zhuǎn)臺板，以致半導(dǎo)體晶片圍繞著它的中心旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進一步包括在等離子攙雜室中把有脈沖重復(fù)頻率的脈沖加在臺板和陽極之間的步驟，其中脈沖重復(fù)頻率比工件的旋轉(zhuǎn)速率高得多。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中工件以在大約10到600轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)的速度旋轉(zhuǎn)。
10.一種等離子攙雜裝置，其中包括等離子攙雜室；臺板，在所述的等離子攙雜室中用來支撐工件；陽極，在所述的等離子攙雜室中與所述的臺板隔開，其中從所述的臺板到所述的陽極的間隔在所述陽極的區(qū)域內(nèi)變化；處理氣體源，與所述的等離子攙雜室耦合，其中包含處理氣體的離子的等離子體是在所述的陽極和所述的臺板之間的等離子體放電區(qū)域中產(chǎn)生的；以及脈沖源，用來把脈沖加在所述的臺板和所述的陽極之間使來自等離子體的離子朝工件加速。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的等離子攙雜裝置，其中所述的陽極包括兩個以上陽極元件和用來個別調(diào)整各個陽極元件和臺板之間的間隔以便在工件中產(chǎn)生預(yù)期的劑量均勻性的執(zhí)行機構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的等離子攙雜裝置，其中所述的兩個以上陽極元件包含環(huán)孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的等離子攙雜裝置，其中工件包括半導(dǎo)體晶片，而且所述陽極和所述臺板之間的間隔可以作為半徑的函數(shù)相對于半導(dǎo)體晶片的中心進行調(diào)整。
14.一種等離子攙雜裝置，其中包括等離子攙雜室，包括用來支撐工件的臺板；陽極，在所述的等離子攙雜室中與所述的臺板隔開，所述的陽極包括兩個以上陽極元件和用來個別調(diào)整所述的兩個以上陽極元件和臺板之間的間隔的執(zhí)行機構(gòu)；處理氣體源，與所述的等離子攙雜室耦合，包含處理氣體的離子的等離子體是在所述的陽極和所述的臺板之間等離子體放電區(qū)域中產(chǎn)生的；以及脈沖源，用來把脈沖加在所述的臺板和所述的陽極之間使來自等離子體的離子朝工件加速。
15.一種用于等離子攙雜的方法，該方法包括下述步驟在等離子攙雜室中把工件支撐于臺板上；在等離子攙雜室中按照與臺板隔開的關(guān)系放置陽極，所述的陽極有兩個以上陽極元件；調(diào)整一個或多個所述的陽極元件和臺板之間的間隔；以及在陽極和臺板之間產(chǎn)生等離子體而且使來自等離子體的離子朝工件加速。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中工件包括半導(dǎo)體晶片，而且調(diào)整間隔的步驟包括作為半徑的函數(shù)相對于半導(dǎo)體晶片的中心調(diào)整所述陽極元件的間隔。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中陽極元件包括環(huán)孔，而且調(diào)整間隔的步驟包括調(diào)整在一個或多個環(huán)孔和臺板之間的間隔。
18.一種等離子攙雜裝置，其中包括有圓筒形幾何形狀的等離子攙雜室；臺板，在所述的等離子攙雜室中用來支撐工件；陽極，在所述的等離子攙雜室中與所述的臺板隔開；處理氣體源，與所述的等離子攙雜室耦合，包含工藝氣體的離子的等離子體是在所述的陽極和所述的臺板之間的等離子體放電區(qū)域中產(chǎn)生的；脈沖源，用來把脈沖加在所述的臺板和所述的陽極之間使來自等離子體的離子朝工件加速；以及眾多磁性元件，安排在等離子體放電區(qū)域周圍用來控制等離子體放電區(qū)域中的等離子體的徑向密度分布借此控制注入工件的離子的劑量均勻性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的等離子攙雜裝置，其中所述的磁性元件被安排在所述陽極之上或附近。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的等離子攙雜裝置，其中所述的磁性元件被安排在一個或多個環(huán)孔中。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的等離子攙雜裝置，其中所述的磁性元件徑向排列以形成輪輻狀配置。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的等離子攙雜裝置，其中所述的磁性元件以交替的極性面對等離子體放電區(qū)域。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的等離子攙雜裝置，其中所述的磁性元件是為增加等離子體放電區(qū)域外部的等離子體密度而配置的。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的等離子攙雜裝置，其中所述的磁性元件被安排在等離子體放電區(qū)域周圍的圓筒形陣列中。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的等離子攙雜裝置，其中所述的磁性元件包括面對等離子體放電區(qū)域極性交替的軸向磁性元件。
26.根據(jù)權(quán)利要求18的等離子攙雜裝置，進一步包括圍住等離子體放電區(qū)域的空心電極，其中所述的磁性元件安排在所述的空心電極之上或附近。
27.根據(jù)權(quán)利要求18的等離子攙雜裝置，其中所述的磁性元件在毗鄰等離子體放電區(qū)域的區(qū)域中產(chǎn)生尖頭磁場。
28.一種用于等離子攙雜的方法，該方法包括下述步驟在等離子攙雜室中把工件支撐臺板上；在等離子攙雜室中產(chǎn)生等離子體并且使來自等離子體的離子朝工件加速；以及憑借磁性控制等離子體的徑向密度分布，借此控制注入工件的離子的劑量均勻性。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中憑借控制等離子體的徑向密度分布的步驟包括用產(chǎn)生規(guī)定的徑向磁場分布圖的磁性元件控制徑向密度分布。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中憑借磁性控制等離子體的徑向密度分布的步驟包括用毗鄰等離子體安排的磁性元件的一個或多個環(huán)孔控制徑向密度分布。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中憑借磁性控制等離子體的徑向密度分布的步驟包括用徑向排列形成輪輻狀配置的磁性元件控制徑向密度分布。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中憑借磁性控制等離子體的徑向密度分布的步驟包括增加等離子攙雜室外部的等離子體密度。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中憑借磁性控制等離子體的徑向密度分布的步驟包括通過提供毗鄰等離子攙雜室的指定部分的磁場增加等離子攙雜室的指定部分中的等離子體密度。
全文摘要
這項發(fā)明提供一種用來在等離子攙雜系統(tǒng)中控制注入工件的離子的劑量均勻性的方法和裝置。等離子攙雜系統(tǒng)包括包含用來支撐工件的臺板和與臺板隔開的陽極的等離子攙雜室。劑量均勻性可以通過旋轉(zhuǎn)晶片均化方位角的變化得到改善。磁性元件可以放置在等離子體放電區(qū)域周圍，以便控制等離子體的徑向密度分布。從陽極到工件的間隔可以在陽極區(qū)域內(nèi)變化。陽極可以包括個別可調(diào)整的陽極元件。
文檔編號H01L21/265GK1613130SQ02826673
公開日2005年5月4日 申請日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月4日
發(fā)明者史蒂文·R·沃爾特 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備聯(lián)合公司