專利名稱：一種離子植入裝置和一種通過植入氫化硼簇離子制造半導(dǎo)體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體的方法，其中P型摻雜是通過植入由電離氫化硼分子 形成的離子射束來完成，所述離子為BnH+和BnHx_形式，其中10彡η彡100且0彡χ彡n+4。
背景技術(shù)：
離子棺入過稈
半導(dǎo)體裝置的制造部分地涉及將雜質(zhì)引入半導(dǎo)體基板中以形成摻雜區(qū)域。選擇雜 質(zhì)元素以與半導(dǎo)體材料適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合，以制成電載體，由此改變半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率。電載體 可為電子(由N型摻雜物生成)或電子洞(由P型摻雜物生成)。如此引入的摻雜物雜質(zhì) 的濃度決定了所得區(qū)域的電導(dǎo)率。必須制造許多該等N型和P型雜質(zhì)區(qū)域以形成晶體管結(jié) 構(gòu)、隔離結(jié)構(gòu)和其它該等電子結(jié)構(gòu)，其共同充當(dāng)半導(dǎo)體裝置。
將摻雜物引入半導(dǎo)體基板的常規(guī)方法是通過離子植入。在離子植入中，將含有所 要元素的進(jìn)料物質(zhì)引入離子源中并引入能量以電離該進(jìn)料物質(zhì)，創(chuàng)造含有摻雜物元素(例 如，元素75As、31P和121Sb在硅中為供體或N型摻雜物，而11B和115M為受體或P型摻雜物) 的離子。提供加速電場以提取和加速通常帶正電的離子，因此創(chuàng)造離子射束(在某些情況 下，可使用帶負(fù)電離子來代替)。接著，如此項(xiàng)技術(shù)中已知，使用質(zhì)譜分析來選擇待植入的種 類，并隨后使經(jīng)質(zhì)譜分析的離子射束穿過離子光學(xué)器，離子光學(xué)器在將該離子射束導(dǎo)入半 導(dǎo)體基板或工件之前改變其最終速度或改變其空間分布。經(jīng)加速的離子擁有明確定義的動 能，該動能使該等離子體能在各能量值下滲透靶到明確定義的、預(yù)確定深度。離子的能量和 質(zhì)量兩者確定其滲透入該靶的深度，其中較高能量和/或較低質(zhì)量的離子因其較大速度而 滲透入該靶較深。構(gòu)造該離子植入系統(tǒng)以仔細(xì)地控制植入過程中的關(guān)鍵變量，如離子能量、 離子質(zhì)量、離子射束電流(每單位時(shí)間的電荷)和靶處的離子劑量(每單位面積滲透入靶 中的離子總數(shù))。此外，也必須控制射束角偏差(離子擊打基板角度的變化)和射束空間均 勻性和程度以保持半導(dǎo)體裝置產(chǎn)量。
制造半導(dǎo)體的關(guān)鍵過程是在半導(dǎo)體基板內(nèi)創(chuàng)造P-N接合。此需要形成P型和N型 摻雜的相鄰區(qū)域。形成此一接合的重要實(shí)例是將P型摻雜物植入已含有N型摻雜物均勻分布的半導(dǎo)體區(qū)域。在此情況下，一個(gè)重要的參數(shù)是接合深度，其被定義為距離P型和N型摻 雜物具有相等濃度的半導(dǎo)體表面的深度。此接合深度為植入摻雜物質(zhì)量、能量和劑量的函 數(shù)。
現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的一個(gè)重要方面是對更小和更快裝置的連續(xù)演變。此過程稱為定 標(biāo)(scaling)。定標(biāo)是由平版處理方法的不斷進(jìn)步而驅(qū)動的，其允許界定含有集成電路的半 導(dǎo)體基板中的越來越小的特性。已發(fā)展大致已接受的定標(biāo)理論來引導(dǎo)晶片制造商同時(shí)(意 即，在各個(gè)技術(shù)或定標(biāo)節(jié)點(diǎn))適當(dāng)調(diào)整所有半導(dǎo)體裝置設(shè)計(jì)方面的大小。離子植入過程定 標(biāo)的最大影響是接合深度的定標(biāo)，隨著裝置尺寸的減小其愈加需要淺接合。隨著集成電路 技術(shù)規(guī)模的擴(kuò)大，對于增大淺接合的此一需求應(yīng)理解為下列要求各定標(biāo)步驟必須減小離 子植入能量?，F(xiàn)代小于0. 13微米的裝置所要的極淺接合稱為“超淺接合”或USJ。
對低能射束傳遞的物理限制
由于CMOS過程中接合深度的侵略性擴(kuò)大，許多關(guān)鍵植入器所需的離子能量減小 到最初研制用于生成高很多的能量射束的常規(guī)離子植入系統(tǒng)的點(diǎn)，其將經(jīng)大量減小的離子 電流遞送到晶圓，減小晶圓生產(chǎn)量。常規(guī)離子植入系統(tǒng)在低射束能量下的限制在從離子源 提取離子和其隨后穿過植入器射束線的傳送中是最明顯的。由Child-Langmuir關(guān)系(其 代表經(jīng)提取的射束電流密度與提取電壓(意即，提取時(shí)的射束能量)成比例)支配的離子 提取升高到3/2功率。圖2是最大提取硼射束電流與提取電壓的圖表。為了簡潔起見，已 經(jīng)假設(shè)僅11B+存在于提取射束中。圖2顯示隨著能量的減小，提取電流快速下降。在一常 規(guī)的離子植入器中，此“提取限制”操作體系在小于約IOkeV的能量下看到。類似的約束影 響低能量射束在提取后的傳送。較低能量的離子射束以較小的速度傳播，因此，對于一給定 的射束電流值而言，離子靠近在一起，意即，離子密度增大。此可從關(guān)系式J= nev看到， 其中J是單位為mA/cm2的離子射束電流密度，η是單位為離子數(shù)/cm—3的離子密度，e是電 荷(=6. 02X 10_19庫侖)，且ν是單位為cm/s的平均離子速度。此外，因?yàn)殡x子之間的靜 電力與其間距離的平方成反比例關(guān)系，所以低能量下的靜電排斥要強(qiáng)得多，導(dǎo)致離子射束 分散增大。此現(xiàn)象成為“射束爆炸”，且其是低能量傳送中射束損耗的主要原因。雖然植入 器射束線中存在的低能量電子傾向于被帶負(fù)電的離子射束捕獲，補(bǔ)償了傳送期間空間電荷 爆炸，但爆炸仍然會發(fā)生，且其在靜電聚焦透鏡存在下最顯著，其傾向于從射束剝除寬松束 縛且具高移動性的補(bǔ)償電子。特定言之，存在嚴(yán)重的輕離子提取和傳送困難，諸如質(zhì)量僅為 Ilamu的P型摻雜物硼。由于輕的硼原子比其它原子更深滲透到基板中，因此硼的所需植入 能量比其它植入種類的要低。事實(shí)上，小于IkeV的極低的植入能量是某些前期USJ方法所 需的。事實(shí)上，從通常的BF3源極等離子體提取和傳送大多數(shù)離子并非為所要的離子11B+, 而是諸如19F+和49BF2+的離子片段；此等用于增大提取離子射束的電荷密度和平均質(zhì)量，其 進(jìn)一步增大空間電荷爆炸。對于一給定的射束能量而言，已經(jīng)增大的質(zhì)量導(dǎo)致較大的射束 導(dǎo)流系數(shù)；因?yàn)檩^重的離子移動較慢，所以給定射束電流的離子密度n增大，其根據(jù)以上 討論增大空間電荷影響。
分子離子植入
克服由上述Child-Langmuir關(guān)系所強(qiáng)加的限制的一個(gè)方法是通過將含有相關(guān)摻 雜物的分子而非單一摻雜物原子電離來增大摻雜物離子的傳送能量。以此方式，雖然分子 的動能在傳送期間較高，但在進(jìn)入基板后，分子分裂為其組成原子，根據(jù)其在物質(zhì)中的分布在個(gè)別原子之間分享分子能量，以使得摻雜物原子的植入能量比分子離子的原始傳送動能 低得多?？紤]摻雜物原子“X”束縛到基團(tuán)“Y”上(忽視討論“Y”是否影響裝置形成過程問 題的目的)。若離子XY+代替τ植入，則必須在較高能量(以等于XY的質(zhì)量除以X的質(zhì)量 所得的因數(shù)而增大)下提取和傳送XY+；此確保了 χ的速度在任一情況下均相同。因?yàn)樯鲜?Child-Langmuir關(guān)系所述的空間電荷影響關(guān)于離子能量為超線性，所以最大的可傳送離子 電流增大。在過去，使用多原子分子來改善低能量植入的問題在此項(xiàng)技術(shù)中是熟知的。一個(gè) 普通的實(shí)例是使用BF2+分子離子代替B+來植入低能量硼。此方法將BF3進(jìn)料氣體分離為用 于植入的BF2+離子。以此方式，離子質(zhì)量增加到49AMU，其允許提取和傳送能量比使用單一 硼原子增大超過4倍(意即，49/11)。然而，一旦植入，硼能量減小了同樣的倍數(shù)(49/11)。 值得注意的是此方法不會減小射束中的電流密度，因?yàn)樵谏涫忻繂挝浑姾蓛H存在一個(gè)硼 原子。此外，此方法也將氟原子與硼一起植入半導(dǎo)體基板中，此是此項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)不良特 征，因?yàn)橐阎鷮Π雽?dǎo)體裝置展現(xiàn)出不利影響。
簇棺入
原則上，比上述XY+模型增大劑量速率更有效的方法是植入摻雜物原子簇，意即， 形式XnY:的分子離子，其中η和m為整數(shù)且η大于1。最近，存在將十硼烷用作離子植入的 進(jìn)料物質(zhì)的研究工作。被植入的離子是含有10個(gè)硼原子的十硼烷分子(BltlH14)的正離子， 且其因此為硼原子的“簇”。此技術(shù)不僅增大了離子的質(zhì)量且因此增大了傳送離子能量，而 且對于一給定的離子電流而言，其實(shí)質(zhì)性地增大了植入劑量速率，因?yàn)槭鹜殡x子BltlHx+具 有十個(gè)硼原子。重要的是，通過顯著地減小離子射束中攜帶的電流(在十硼烷離子情況下 為10倍)不僅減小了射束空間電荷效應(yīng)，增大了射束傳輸，而且也降低了晶圓充電效果。因 為已知正離子轟擊用于通過對晶圓充電尤其是破壞靈敏性柵極隔離來減小裝置產(chǎn)量，所以 通過使用簇離子射束減小電流對于必須容納更薄的柵極氧化物和極低的柵極閾電壓的USJ 裝置制造而言是非常有吸引力的。因此，關(guān)鍵是需要解決面對現(xiàn)今半導(dǎo)體制造工業(yè)的兩個(gè) 特殊問題晶圓充電和低能量離子植入的低生產(chǎn)量。如我們在此文獻(xiàn)的稍后部分顯示，本發(fā) 明提出通過使用具有η > 10的顯著較大的氫化硼簇來進(jìn)一步增大簇植入的益處。特定言 之，我們已植入B18Hx+離子，并進(jìn)一步提出使用固體進(jìn)料物質(zhì)十八硼烷或B18H22來植入 6Ηχ+ 離子。我們將提供顯示此項(xiàng)技術(shù)是先前在硼簇植入中所作的努力的一個(gè)顯著進(jìn)步的首要結(jié)果。
離子植入系統(tǒng)
在過去，離子植入器已被分割成三個(gè)基本類別高電流型、中電流型和高能量型植 入器。簇射束適用于高電流和中電流植入處理。特定言之，現(xiàn)今的高電流植入器主要用于 形成晶體管的低能量、高劑量區(qū)域，諸如漏極結(jié)構(gòu)和多晶硅柵極的摻雜。其通常為批量植入 器，意即，處理安裝在旋轉(zhuǎn)盤上的多個(gè)晶圓，離子射束保持固定。高電流傳送系統(tǒng)傾向于比 中電流傳送系統(tǒng)簡單，且結(jié)合了離子射束的大接受性。在低能量和高電流下，現(xiàn)有技術(shù)植入 器在傾向于大的基板下產(chǎn)生具有大角度偏差(例如，高達(dá)7度的半角)的射束。相反，中電 流植入器通常并入串行的(每次一個(gè)晶圓)處理室，其提供高傾斜能力(例如，與基板法線 呈高達(dá)60度)。離子射束通常在一維方向(例如，橫向)上高達(dá)2千赫茲的高頻率下電磁 性地或電動地掃描過晶圓，且在小于1赫茲的低頻率下以正交方向機(jī)械地掃描以獲得覆蓋 區(qū)并在基板上提供劑量均勻性。中電流植入器的處理必要條件比高電流植入器的處理必要條件更復(fù)雜。為了滿足通常的商用植入器劑量均勻性和僅百分之幾變化的可重復(fù)性必要 條件，離子射束必須擁有優(yōu)良的角度和空間均勻性(例如，射束在晶圓上的角度均勻性< 1 度)。由于這些要求，設(shè)計(jì)中電流射束線在減小接受性的代價(jià)下給出優(yōu)良的射束控制。意 即，離子穿過植入器的傳輸效率受到離子射束的發(fā)射度的限制。目前，在低(< IOkeV)能 量下產(chǎn)生較高的電流(約ImA)離子射束在串行植入器中尚是問題，使得晶圓生產(chǎn)量對于某 些更低能量的植入器(例如，前沿CMOS方法中的源極和漏極結(jié)構(gòu)的創(chuàng)造)而言不可接受地 低。類似的傳送問題也存在于每個(gè)離子< ^ieV的低射束能量下的批量植入器(處理安裝 在旋轉(zhuǎn)盤上的多個(gè)晶圓)中。
雖然可設(shè)計(jì)幾乎無像差的射束傳送光學(xué)器，但離子射束特征(空間程度、空間均 勻性、角偏差和角均勻性仍然大部分由離子源自身的發(fā)射度特性(意即，在確定植入器光 學(xué)器可聚焦和控制離子源發(fā)射的射束的程度的離子提取下的射束特性)來決定。使用簇射 束代替單體射束可通過升高射束傳送能量和減小射束攜帶的電流來顯著地增強(qiáng)離子射束 的發(fā)射度。然而，離子植入的現(xiàn)有技術(shù)離子源在產(chǎn)生或保存所需N型和P型摻雜物的電離 簇上并不有效。因此，需要簇離子和簇離子源技術(shù)以在靶上提供更好聚焦、瞄得更準(zhǔn)且控制 得更緊密的離子射束，且此外提供更高的有效劑量速率和更高的半導(dǎo)體制造生產(chǎn)量。
用于摻雜半導(dǎo)體的射束線離子植入的替代方法為所謂的“等離子體浸沒”。此技 術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)中具有若干其它名稱，諸如PLAD (等離子體摻雜),PPLAD (脈沖等離子體摻 雜)和PI3(等離子體浸沒離子植入)。使用此等技術(shù)的摻雜要求在已被抽空并接著經(jīng)含有 諸如三氟化硼、乙硼烷、胂或膦的選擇物的摻雜物的氣體回填的大真空容器中擊打等離子 體。根據(jù)定義等離子體中具有正離子、負(fù)離子和電子。接著靶被負(fù)偏壓，由此引起等離子體 中的正離子朝向該靶加速。離子的能量由等式U = QV來描述，其中U為離子的動能、Q為 離子上的電荷且V為晶圓上的偏壓。通過此技術(shù)，不存在質(zhì)量分析。等離子體中的所有正 離子被加速且被植入晶圓中。因此，必須生成極清潔的等離子體。通過此摻雜技術(shù)，形成乙 硼烷、膦或胂氣體的等離子體，然后在晶圓上應(yīng)用負(fù)偏壓。偏壓可為時(shí)間恒定型、時(shí)間變化 型或脈沖型。通過知道容器中的蒸汽壓力、溫度、偏壓的數(shù)量和偏壓電壓的工作循環(huán)和靶上 的離子到達(dá)速率之間的關(guān)系可參數(shù)地控制劑量。也可以直接地測量靶上的電流。雖然等離 子體摻雜被認(rèn)為是研制中的新技術(shù)，但它是很有吸引力，因?yàn)槠渚哂袦p小執(zhí)行低能量的平 均晶圓成本、高劑量植入(尤其是對于大號晶圓(例如，300mm)而言)的潛能。一般來說， 該系統(tǒng)的晶圓生產(chǎn)量受晶圓處理時(shí)間限制，該處理包括評估處理室和一晶圓或晶圓批量每 次載入處理室時(shí)凈化與重新引入處理氣體。此必要條件已將等離子體摻雜系統(tǒng)的生產(chǎn)量減 小到約100晶圓/每小時(shí)(WPH)，剛好低于可處理超過200WPH的射束線離子植入系統(tǒng)的最 大機(jī)械處理能力。
負(fù)離子植入
最近己認(rèn)識至Ij (例如，參看 Junzo Ishikawa 等人的 “Negative—Ionlmplantation Technique，，，Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch B 96(1995)7-12) 植入負(fù)離子提供優(yōu)于植入正離子的優(yōu)勢。負(fù)離子植入的一個(gè)非常重要的優(yōu)勢是在CMOS制 造中減小VLSI裝置的由離子植入誘導(dǎo)的表面帶電。一般來說，正離子高電流(大約ImA或 更大)的植入在柵極氧化物和可容易地超過柵極氧化破壞閾的半導(dǎo)體裝置的其它組份上 創(chuàng)造正電勢。當(dāng)正離子沖擊半導(dǎo)體裝置的表面時(shí)，其不僅沉積凈正電荷，其同時(shí)也釋放二級電子，增加帶電影響。因此，離子植入系統(tǒng)轂的設(shè)備買主研制尖端的電荷控制裝置(所謂的 電子泛射槍)以在植入過程期間將低能電子引入帶正電荷的離子射束并引入裝置晶圓的 表面上。該等電離泛射系統(tǒng)將額外的變量引入制造過程中，且歸因于表面帶電不會完全消 除產(chǎn)量損耗。隨著半導(dǎo)體裝置變得越來越小，晶體管操作電壓和柵極氧化物厚度亦變得越 小，其減小半導(dǎo)體裝置制造中的破壞閾，并進(jìn)一步減小產(chǎn)量。因此，負(fù)離子植入潛在地提供 一在產(chǎn)量上優(yōu)于許多前期方法所用的常規(guī)正離子植入的實(shí)質(zhì)改良。不行地，此技術(shù)目前并 未市售，且事實(shí)上，據(jù)作者所知，負(fù)離子植入尚未用于制造集成電路，甚至于研究和開發(fā)中 也尚未用之。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，此方法可在半導(dǎo)體基板中 形成P型(意即，受體)電導(dǎo)率的超淺雜質(zhì)摻雜區(qū)域，而且是以高生產(chǎn)率來完成。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，此方法可使用BnHx+和 BnHx_(其中10 < η < 100且0彡χ彡η+4)形式的電離簇在半導(dǎo)體基板中形成P型(意即， 受體)電導(dǎo)率的超淺的雜質(zhì)摻雜區(qū)域。
本發(fā)明的另一目的是提供一種通過植入形式B18Hx+或Β18Ηχ_的B18H22(其中χ為小 于或等于22的整數(shù))的十八硼烷的電離分子制造半導(dǎo)體裝置的方法。
本發(fā)明的又一目的是提供制造半導(dǎo)體裝置的離子植入系統(tǒng)，其已設(shè)計(jì)為通過使用 簇離子在半導(dǎo)體基板中形成N或P電導(dǎo)率類型的超淺的雜質(zhì)摻雜區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，提供一種植入簇離子的方法，其包含以下步驟提供將各含 有復(fù)數(shù)個(gè)摻雜物原子的分子源提供到一電離室中，將所述分子電離為摻雜物簇離子，以電 場提取和加速該等摻雜物簇離子，通過質(zhì)量分析選擇所要的簇離子，通過后分析離子光學(xué) 器改質(zhì)簇離子的最終植入能量，和將摻雜物簇離子植入到半導(dǎo)體基板中。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種允許半導(dǎo)體裝置制造商改善通過植入η個(gè)摻雜物 原子(在B18Hn+情況下η = 18)而非一次植入單一原子提取低能量離子射束的困難。該 簇離子植入方法提供極低能量的單原子植入等價(jià)物，因?yàn)樵摯氐母髟又踩胗屑sΕ/η的能 量。因此，植入器在高于所需的植入能量約η倍的提取電壓下運(yùn)作，其使得較高的離子射束 電流成為可能，尤其是在USJ成形所需的低植入能量下。此外，簇電流的各毫安皆提供18mA 單體硼的等價(jià)物?？紤]到離子提取級數(shù)，由簇離子植入而成為可能的傳送效率中的相對改 良之處可通過評估Child-Langmuir極限來量化。應(yīng)了解，此極限可通過下式來估算
(1) Jmax = 1. 72 (Q/A) 1/2v3/2d"2
其中Jmax以mA/cm2為單位，Q為離子電荷狀態(tài)，A為以AMU為單位的離子質(zhì)量，ν 為以kV為單位的提取電壓且d為以cm為單位的間隙。圖2是d = 1. 27cm的11B+情況下 的等式(1)的圖表，其中提取射束的平均質(zhì)量假定為15AMU。在實(shí)踐中，許多離子植入器所 用的提取光學(xué)器可接近此極限。通過延伸等式(1)，可定義下列優(yōu)良指數(shù)△來量化相對于 單原子植入的簇離子植入的生產(chǎn)率或植入劑量速率的增加
(2) Δ = η (U1ZU1)3/2 (HinAi1) 。
此處，Δ是通過在與能量Ul (U1 = eV)下單一原子植入一個(gè)質(zhì)量為m的原子相對 的能量Un下植入具有η個(gè)相關(guān)摻雜物原子的簇來達(dá)成的劑量速率(原子數(shù)/秒)的相對改良。在其中Un被調(diào)節(jié)以給出與單原子(n = 1)情況下相同的摻雜物植入深度的情況下， 等式⑵簡化為
(3) Δ = η2。
因此，η個(gè)摻雜物原子的簇的植入具有提供比常規(guī)植入單一原子高的劑量速率η2 的潛力。在B18Hx情況下，此最大的劑量速率改良大于300。將簇離子用于離子植入明確解 決了低能量(尤其小于keV)離子射束的傳送。應(yīng)注意的是簇離子植入方法每簇僅需要一 個(gè)電荷，而非常規(guī)情況中的攜帶一個(gè)電荷的每一個(gè)摻雜物原子。因此，傳送效率(射束傳 輸)被改良，因?yàn)閿U(kuò)散庫侖力由于電荷密度的減小而減小了。重要的是，此特性可減小晶圓 充電，因?yàn)閷τ谝唤o定的劑量速率而言，晶圓上所發(fā)生的射束電流被戲劇性地減小。同樣， 因?yàn)楸景l(fā)明產(chǎn)生許多量的氫化硼負(fù)離子(諸如^8Hx-)，所以其可使高劑量速率下負(fù)離子植 入商業(yè)化。因?yàn)樨?fù)離子植入比正離子植入產(chǎn)生較小的晶圓充電，且因?yàn)榇说入娏饕餐ㄟ^使 用簇而被大大減小，所以由晶圓充電而導(dǎo)致的產(chǎn)量損耗可進(jìn)一步被降低。因此，植入η個(gè)摻 雜物原子的簇而非單一原子改善了低能量離子植入中的基礎(chǔ)傳送問題并可使更具戲劇性 的生產(chǎn)能力的方法成為可能。
此方法的可用性需要形成簇離子。商業(yè)離子植入器中所用的現(xiàn)有技術(shù)離子源相對 于其單體的產(chǎn)生僅產(chǎn)生一小部分主要為低次序的簇(例如，η =幻，且因此此等植入體不能 有效地實(shí)現(xiàn)以上所列的低能量簇射束植入優(yōu)點(diǎn)，事實(shí)上，由許多常規(guī)離子源提供的強(qiáng)烈等 離子體更適合將分子和簇分離成其組份元素。本文中所述的新穎的離子源由于其使用“軟” 電離方法(即電子沖擊電離)產(chǎn)生充足的簇離子。本發(fā)明的離子源是專門為了產(chǎn)生和保存 摻雜物簇離子的目的而設(shè)計(jì)的。代替打擊弧形放電等離子體來創(chuàng)造離子，本發(fā)明的離子源 利用了通過以一或多個(gè)聚焦電子射束的形式注射的電子對處理氣體進(jìn)行電子沖擊電離。
參考下列說明書和附圖，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)將變得容易理解，其中
圖IA是根據(jù)本發(fā)明的示例性高電流簇離子植入系統(tǒng)的示意圖。
圖IB是圖IA的植入系統(tǒng)中所用的加減速電極的示意圖。
圖IC是根據(jù)本發(fā)明的高電流簇離子植入系統(tǒng)的替代實(shí)施例。
圖ID是根據(jù)本發(fā)明的高電流簇離子植入系統(tǒng)的另一替代實(shí)施例。
圖IE是根據(jù)本發(fā)明的示例性中電流簇離子植入系統(tǒng)的示意圖。
圖2是說明根據(jù)等式(1)的Child-Langmuir Law的最大IlB-射束電流與提取能 量的符號圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的離子源的透視圖，以剖面顯示來展示其內(nèi)部組件。
圖4A是圖3中所示的離子源的一個(gè)實(shí)施例的一部分的側(cè)面圖，以剖面顯示電子射 束和磁場重疊于其上。
圖4B類似于圖4A但說明了具有兩個(gè)電子射束源極的替代配置。
圖5A是圖3的簇離子離子源的透視圖表，其顯示電離區(qū)域的細(xì)節(jié)。
圖5B類似于圖5A但說明了具有兩個(gè)電子射束源極的替代配置。
圖5C是形成圖5B中所說明的離子源的電子射束的簡化頂視圖。
圖6是本發(fā)明離子源中所用的3區(qū)溫度控制系統(tǒng)的圖表。
圖7A是磁軛總成的透視圖，其說明包括永久磁鐵的磁性電路。
圖7B是整合于本發(fā)明的離子源的電離室中的磁軛總成的透視圖。
圖7C是穿過磁軛總成截面的在xy平面中的磁通量的說明。
圖7D是圖7A中所說明的磁軛總成的替代實(shí)施例的透視圖，該替代實(shí)施例包括一 電磁鐵。
圖7E除了其是涉及圖7D中所示的實(shí)施例之外，其余類似于圖7B。
圖7F是穿過圖7E中所述的磁軛總成截面的在yz平面中的的磁通量的說明。
圖7G類似于圖7F，除了其說明在xz平面中的磁通量。
圖7H描述具有圖7B的軛總成與電子槍之間的接近滲透性的磁性屏蔽的本發(fā)明的離子源。
圖8A是使用本發(fā)明的離子源的十八硼烷射束電流和汽化壓力與汽化器溫度的圖 解說明。
圖8B是B18H22分子的球和棒模型。
圖9是由本發(fā)明的離子源產(chǎn)生、在高質(zhì)量分辨下收集的BliA2的正離子質(zhì)譜的圖解 說明。
圖10是覆蓋有在高質(zhì)量分辨下收集并由本發(fā)明的離子源產(chǎn)生WBliA2的正離子質(zhì) 譜的B18H22的負(fù)離子質(zhì)譜的圖解說明。
圖IlA是由本發(fā)明的離子源產(chǎn)生、在高質(zhì)量分辨下收集的BliA2的負(fù)離子質(zhì)譜的圖 解說明。
圖IlB是B18H22的負(fù)質(zhì)譜的圖解說明，該B18H22由本發(fā)明的離子源產(chǎn)生、在最高質(zhì) 量分辨下收集且具有膨脹的水平比例以使得可分辨?zhèn)€別離子質(zhì)量。
圖12是&8氏+射束電流所謂射束提取能量的函數(shù)的圖解說明，其通過本發(fā)明的簇 離子植入系統(tǒng)在晶圓位置附近測量。
圖13是使用本發(fā)明的簇離子植入系統(tǒng)，將圖12的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為作為硼植入能量的 函數(shù)的硼劑量速率(使用B18Hx+植入)的圖解說明。
圖14是NMOS漏極延伸形成期間CMOS制造次序的圖表。
圖15是PMOS漏極延伸形成期間CMOS制造次序的圖表。
圖16是制造NMOS半導(dǎo)體裝置方法中的N型漏極延伸植入步驟處的半導(dǎo)體基板的 圖表。
圖17是制造NMOS半導(dǎo)體裝置方法中的源極/漏極植入步驟處的半導(dǎo)體基板的圖表。
圖18是制造PMOS半導(dǎo)體裝置方法中的半導(dǎo)體基板在P型漏極延伸植入步驟的圖表。
圖19是制造PMOS半導(dǎo)體裝置方法中的半導(dǎo)體基板在源極/漏極植入步驟的圖表。
圖20是來自20KeV B18Hx+離子射束的硼濃度的類植入SIMS分布的圖解說明，該離 子射束通過根據(jù)本發(fā)明的簇離子植入系統(tǒng)植入硅晶圓中。
圖21是電離截面σ作為氨(NH3)的電子能量T的函數(shù)的圖解說明。
具體實(shí)施方式
簇離子棺入系統(tǒng)
圖IA是根據(jù)本發(fā)明的高電流型簇離子植入系統(tǒng)的示意圖。也可以是除圖IA中所 示的配置之外的配置。一般來說，離子植入體的靜電光學(xué)器采用埋置于固持在不同電勢下 的導(dǎo)電板中的槽(在一維方向上顯示大縱橫比率的縫隙)，其傾向于產(chǎn)生帶狀射束，意即， 在一維方向上延伸的射束。已證明此方法在減小空間電荷力上是有效的，且其通過允許分 離色散(短軸)和非色散(長軸)方向中的聚焦元件簡化了離子光學(xué)器。使本發(fā)明的簇 離子離子源10與提取電極220相耦合以創(chuàng)造含有諸如^8Hx+或As4+的簇離子的離子射束 20Q。該等離子體通過提取電極220從稱為離子提取縫隙的離子源10中的加長槽提取，該 提取電極220也結(jié)合了尺寸比離子提取縫隙的尺寸稍大的槽形透鏡典型的離子提取縫隙 的尺寸可(例如)50mm高XSmm寬，但可為其它尺寸。電極是四極管配置中的加速減速電 極，意即，在較高能量下從離子源提取離子并接著在其退出電極之前將其減速的電極。
圖IB顯示加速減速電極的示意圖。其包含通過電源極Vs偏壓的抑制板300、通 過電源極Vf偏壓的提取板302和在植入體終端接地處的接地板304 (不必在減速機(jī)器中接 地)。離子提取縫隙板80與通過電源極Va固持于離子源電勢下的離子源10中的電離室 44固持于等電勢下。對于正離子的產(chǎn)生而言，Va>0、Vf <0且Vs <0。對于負(fù)離子的產(chǎn) 生而言，Va< 0、Vf = 0且Vs >0。舉例而言，為了產(chǎn)生20keV正離子，通常的電壓為Va = 20kV、Vs = -5KV、Vf = -15kV。注意此意謂各種板的實(shí)際電壓為提取縫隙板80 = 20kV、 抑制板300 = -20KV、提取板302 = -15KV、接地板304 = 0V。對于產(chǎn)生負(fù)離子而言，電源極 電壓反向。通過使用雙極電源極，負(fù)離子或正離子可通過圖1A、1C、1D和IE的新穎植入體 設(shè)計(jì)而生成。因此，離子在較高能量下從離子源提取，且其通過離開接地板304、使得較高提 取電流和改良所得離子射束200的聚焦和傳輸成為可能來減速。
離子射束200(圖1A)通常含有許多不同質(zhì)量的離子，意即，離子源210中所創(chuàng)造 的具有給定電荷極性的所有離子種類。離子射束200接著進(jìn)入分析器磁鐵230。由于電流 在磁鐵線圈中的作用，分析器磁鐵230在離子射束傳送路徑內(nèi)創(chuàng)造雙極磁場；磁場的方向 顯示為與圖IA的平面正交，其也沿著一維光學(xué)器的非色散軸。分析器磁鐵230也是在質(zhì)量 分辨縫隙270位置處形成離子提取縫隙(意即，離子的光學(xué)“目標(biāo)”或源)的實(shí)像的聚焦元 件。因此，質(zhì)量分辨縫隙270具有縱橫比率與離子提取縫隙的類似但尺寸比其稍大的槽形 式。在一個(gè)實(shí)施例中，分辨縫隙270的寬度連續(xù)可變以允許選擇植入體的質(zhì)量分辨此特性 對于將氫化硼簇離子的傳遞射束電流最大化而言是重要的，該等氫化硼簇離子顯示通過一 個(gè)AMU分離的許多離子狀態(tài)，其實(shí)例說明于圖IlA中。分析器磁鐵230的主要作用是通過 以一弧形彎曲離子射束來使離子射束空間地分離或分散為一組組份射束泄出，該弧的半徑 視離散離子的質(zhì)荷比而定。該弧在圖IA顯示為射束分量MO (所選離子射束)。分析器磁 鐵230沿著以下等式(4)所給定的半徑彎曲一給定射束
(4) R= (2mU) 1/3/qB,
其中R為彎曲半徑，B為磁通量密度，m為離子質(zhì)量，U為離子動能且q為離子電荷 狀態(tài)。
所選離子射束僅包含狹窄范圍的質(zhì)量能量產(chǎn)物的離子，以使得通過磁鐵的離子射 束彎曲半徑發(fā)送該射束穿過質(zhì)量分辨縫隙270。未選擇的射束分量不穿過質(zhì)量分辨縫隙270，但其在別處被截取。對于具有比所選射束240小的質(zhì)荷比m/q 250的射束(例如包含 具有1或2AMU質(zhì)量的氫離子)而言，磁場誘導(dǎo)較小的彎曲半徑且射束截取磁鐵真空室的內(nèi) 部半徑墻300或質(zhì)量分辨縫隙的上游。對于具有比所選射束240大的質(zhì)荷比m/q 260的射 束而言，磁場誘導(dǎo)較大的彎曲半徑且射束擊打磁鐵室的外半徑墻290或質(zhì)量分辨縫隙的上 游。如此項(xiàng)技術(shù)中完善的建立，分析器磁鐵230與質(zhì)量分辨縫隙270的組合形成質(zhì)量分析 系統(tǒng)，其從提取自離子源10的多種類射束200選擇離子射束M0。所選射束240接著穿過 后分析加速/減速電極310。此階段310可將射束能量調(diào)整到特定植入過程所需的所要最 終能量值。舉例而言，在低能量、高劑量過程中，若形成離子射束并將其在較高能量下傳送 且接著在到達(dá)晶圓之前減速到所要的較低植入離子能力，則可獲得較高電流。后分析加速 /減速透鏡310是構(gòu)造與減速電極220類似的靜電透鏡。為了產(chǎn)生低能量正離子射束，由 終端外殼208密閉植入器的前面部分并將其在地面下浮動。為了安全起見，接地的法拉第 籠(Faraday cage) 205圍繞外殼208。因此，離子射束可在較高能量下傳送或質(zhì)量分析，并 在到達(dá)工件之前減速。因?yàn)闇p速電極300是強(qiáng)烈聚焦光學(xué)器，所以雙重四極子320重新聚 焦離子射束MO以減小交偏差和空間程度。為了防止在分辨縫隙和基板312經(jīng)受電荷交換 或中和反應(yīng)(并因此不擁有正確能量)的離子傳播到基板312，將中性射束過濾器310a (或 “能量過濾器”)并入此射束路徑中。舉例而言，所示的中性射束過濾器310a在射束路徑中 并入所選離子射束240被束縛以穿過施加的PC電磁場的“狗腿”型或小角偏轉(zhuǎn)；然而，已成 電中性或多重帶電的射束分量不一定穿過此路徑。因此，僅相關(guān)的且具有正確離子能量的 離子穿過過濾器310a的出口縫隙314的下游。
一旦射束由四極對320定型并通過中性射束過濾器310a過濾，離子射束240就進(jìn) 入亦固持于高真空環(huán)境中的晶圓處理室330，其中其擊打安裝于旋轉(zhuǎn)盤315上的基板312。 基板的各種材料適合本發(fā)明，諸如硅、絕緣硅應(yīng)變超晶格基板和硅鍺(SiGe)應(yīng)變超晶格基 板。許多基板被安裝于盤上以使得許多基板如硅、絕緣硅應(yīng)變超晶格基板和硅鍺(SiGe)應(yīng) 變超晶格基板。許多基板被安裝于盤上以使得許多基板可同時(shí)植入，意即，以批模式植入。 在分批系統(tǒng)中，盤的渦流提供徑向方向的機(jī)械掃描，且旋轉(zhuǎn)盤的垂直或水平掃描亦同時(shí)奏 效，離子射束保持固定。
圖IC和圖ID中說明高電流植入器的替代實(shí)施例。詳言之，圖IC說明與圖IA中所 述類似的加速減速植入器，除了射束線已通過移除雙重四極子320和中性射束過濾器310a 顯著縮短之外。此配置導(dǎo)致穿過植入器的更好的射束傳輸，并提供基板312上更高的射束 電流。
圖ID說明非加速減速植入器，意即，其中整個(gè)植入器的真空系統(tǒng)在地面上。因此， 相對于圖IC中所示的實(shí)施例刪除減速透鏡310和終端外殼208。簇射束植入方法在低于 keV能量下遞送非常高效的摻雜物射束電流，甚至在無減速時(shí)。圖ID中所說明的簇射束植 入系統(tǒng)被大大簡化且制造更經(jīng)濟(jì)。其亦具有較短的射束線，因此增大了射束到基板312的 傳輸。
圖IE示意性地說明并入本發(fā)明的所提議的中電流植入器。存在圖IE中所示的植 入器的許多替代性配置。在通過提取電極401提取且傳送過分析器磁鐵402和質(zhì)量分辨縫 隙403的離子源400中產(chǎn)生通常高幾厘米且寬小于1厘米的離子射束。此產(chǎn)生特定質(zhì)量能 量產(chǎn)物的射束404。因?yàn)槟芰坑商崛‰妷豪补潭?，所以單一質(zhì)量通常在給定分析器磁鐵402場下穿過質(zhì)量分析器和分辨縫隙。以上等式(4)描述此方法。氫化硼簇離子射束退出分辨 縫隙并進(jìn)入加速減速電極405。特定設(shè)計(jì)此電極亦添加能量到離子射束或減小離子射束的 能量。對于低能量植入而言，射束傳送通過在較高能量下提取射束并接著在減速電極中減 小能量來增強(qiáng)。如圖2中所說明的Child-Langmuir Law限制可從離子源提取的電流。電流 密度限制對能量的U3/2依賴(其中U為提取能量)是造成較高提取能量下電流增大的原 因。對于較高能量植入而言，加速減速電極用于將離子射束的能量增大到高于提取能量的 能量。提取能量通常為20_40keV且可減速到小于IkeV或加速到單一帶電離子高達(dá)200keV 和多個(gè)帶電離子高達(dá)500keV的能量。加速后，射束被傳送入四極透鏡406中以使能量經(jīng)加 速減速電極調(diào)整后的射束重新聚焦。此步驟通過植入器的休息(rest)增大了傳輸效率。若 允許射束通過離開加速減速區(qū)域膨脹，則其將撞擊射束線的墻并通過射束擊打射束線408 的墻引起生成粒子以及不可用于植入靶中。緊接著射束遭遇到通常水平地以一維方式掃描 射束的掃描模組407。掃描頻率通常在千赫茲范圍。此引起射束具有非常大的角變化，導(dǎo)致 射束在靶的不同部分以不同的角擊打靶。為了消除此掃描所誘導(dǎo)的偏差，用射束瞄準(zhǔn)儀410 導(dǎo)引射束。射束瞄準(zhǔn)儀為磁性或靜電性且其產(chǎn)生寬的平行射束409。瞄準(zhǔn)儀亦從射束移除 離子，歸因于射束線中遭遇的電荷交換反應(yīng)，該射束為與預(yù)定的能量不同的能量。在退出瞄 準(zhǔn)儀后，射束進(jìn)入晶圓處理室411中并擊打靶412。中電流植入器通常一次處理一個(gè)晶圓。 此在工業(yè)中已知為串行處理。晶圓的覆蓋區(qū)通過以與射束清掃器方向正交(orthogonal) 的方向平移晶圓，例如以垂直尺度。與具有每周期5-10或更多秒時(shí)間的“快速”掃描頻率 相比，垂直的頻率非常慢。晶圓上的劑量(離子數(shù)/cm2)通過監(jiān)視安裝于晶圓附近的法拉 第杯413中的射束電流來控制。一旦各掃描出于掃描極端，射束就進(jìn)入法拉第杯并被監(jiān)視。
此允許射束電流在等于該射束掃描頻率的速率(例如每秒1000次)下測量。此信 號接著用于控制射束掃描在正交方向上的垂直平移速度以獲得晶圓間的均勻劑量。此外， 串行處理室允許相對于離子射束定位晶圓的自由。在植入過程期間晶圓可旋轉(zhuǎn)且可傾斜到 大角度，與射束法線呈多達(dá)60度。
諸如B18Hx_或As4Hx+的簇離子射束的使用允許射束提取和傳輸在比諸如B+或 As"的單體情況下高的能量下發(fā)生。打擊靶后，離子能量按個(gè)別組份原子的質(zhì)量比分割。 對于B18H22而言，有效的硼能量為射束能量的10. 8/216. 4，因?yàn)槠骄鹪泳哂械馁|(zhì)量為 10. Samu且分子具有的平均質(zhì)量為216. 4amu。此允許射束在植入能量20倍下提取和傳送。 此外，劑量速率比單體離子的速率高18倍。此導(dǎo)致晶圓的較高生產(chǎn)率和較少帶電。晶圓充 電減小，因?yàn)槊?8個(gè)原子僅有一個(gè)電荷植入晶圓中而非每一原子有一個(gè)電荷與單體射束 植入。
摻雜有簇的等離子體
用于摻雜半導(dǎo)體的射束線離子植入的替代性方法為所謂的“等離子體浸沒”。此技 術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)已知為若干其它名稱，諸如PLAD (等離子體摻雜),PPLAD (脈沖等離子體摻 雜和PI3 (等離子體浸沒離子植入)。使用此等技術(shù)的摻雜要求在已被抽空并接著經(jīng)含有諸 如三氟化硼、乙硼烷、胂或膦的選擇物的摻雜物的氣體回填的大真空容器中擊打等離子體。 根據(jù)定義等離子體中具有正離子、負(fù)離子和電子。接著靶被負(fù)偏壓，因此引起等離子體中的 正離子朝向該靶加速。離子的能量由等式U = QV來描述，其中U為離子的動能、Q為離子 上的電荷且V為晶圓上的偏壓。通過此技術(shù)，不存在質(zhì)量分析。等離子體中的所有正離子被加速且被植入晶圓中。因此，必須生成極清潔的等離子體。通過此摻雜技術(shù)，諸如B18H22 的硼簇或諸如As4Hx的蒸汽可被引入容器和點(diǎn)燃的等離子體中，然后在晶圓上應(yīng)用負(fù)偏壓。 偏壓可為時(shí)間恒定型、時(shí)間變化型或脈沖型。此等簇的使用是有益的，因?yàn)闅浠锎氐膿诫s 物原子與氫的比率(例如使用A8H22對比IH6和As4Hx對比AsH3)大于簡單氫化物的比率， 且當(dāng)使用簇時(shí)劑量速率亦可高的多。通過已知容器中的蒸汽的壓力、溫度、偏壓的數(shù)量和偏 壓電壓的工作循環(huán)和靶上的離子到達(dá)速率之間的關(guān)系可參數(shù)地控制劑量。亦可直接地測量 靶上的電流。由于射束線植入，若十八硼烷為所選蒸汽，則使用十八硼烷將產(chǎn)生所需的劑量 速率的18倍增強(qiáng)和高20倍的加速電壓。若使用As4Hx，則存在所需的4倍劑量速率增強(qiáng)和 4倍電壓。由于利用簇的射束線植入，亦存在變化減小。
簇離子源
圖3是簇離子源10和其各種組份的圖表。其構(gòu)造以及其操作的較佳模式詳細(xì) 揭示于2002年6月沈日遞交的發(fā)明人為T. N. Horsky的共同擁有的美國專利申請案第 10/183，768號“Electron Impact Ion Source”中，該案以引用的方式并入本文中。離子源 10是新穎的沖擊電離源極的一個(gè)實(shí)施例。圖3是用于闡明補(bǔ)足離子源10的組份的功能性 的源極構(gòu)造的截面示意圖表。通過安裝法蘭36的方式將離子源10應(yīng)用到離子植入器的抽 空真空室或其它處理工具的界面。因此，如圖3所示，到法蘭36右邊的離子源10在高真空 下(壓力< 1X10_4托)。將氣態(tài)物質(zhì)引入電離室44中，其中氣體分子通過來自電子射束 70A或70B的電子沖擊來電離，其通過電子入口縫隙7IB進(jìn)入電離室44以使得電子射束70A 或70B與離子提取縫隙81對準(zhǔn)，并通過電子出口縫隙71A退出電離室44。在如圖4A和圖 5A中所示的結(jié)合單一電子槍和射束收集器的一個(gè)實(shí)施例中，在離開電離室44后，電子射束 通過位于電離室44外部的射束收集器72來停止。因此，在鄰近似乎為離子提取縫隙板80 中的槽的離子提取縫隙81處創(chuàng)造離子。接著通過位于離子提取縫隙板80前面的提取電極 (未顯示)提取該等離子體并形成為有能量的離子射束。電離區(qū)域詳細(xì)顯示于圖4A與4B 和圖5A與5B中。
現(xiàn)參考圖3，氣體可經(jīng)由氣體管道33進(jìn)料于電離室44中。固體進(jìn)料物質(zhì)可在汽 化器觀中汽化，且蒸汽通過源極組塊35內(nèi)的蒸汽管道32進(jìn)料于電離室44中。將位于穿 孔的分離屏障3 下的固體進(jìn)料物質(zhì)四固持于通過汽化器外殼30的溫度控制的均勻溫度 下。在壓載體積31中累積的蒸汽50穿過管道39和穿過一或多個(gè)中斷閥100和110進(jìn)料。 中斷閥110內(nèi)的蒸汽50的極小的壓力通過電容壓力計(jì)規(guī)格60來監(jiān)視。通過位于源極組塊 35的蒸汽管道32將蒸汽50進(jìn)料于電離室44中。因此，氣態(tài)的和固體的含摻雜物物質(zhì)均可 通過此離子源電離。
圖4A、4B、5A和5B說明離子源光學(xué)器設(shè)計(jì)的替代性實(shí)施例。特定言之，圖4A和5A 說明結(jié)合單一電子源極的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖4B和5B說明結(jié)合雙電子源極的本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例。
單一電子源極
特定言之，圖4A是說明根據(jù)本發(fā)明的離子源配置的光學(xué)器設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施例的 截面?zhèn)纫晥D。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，電子射束70從經(jīng)加熱的燈絲110發(fā)射并歸因于射束 引導(dǎo)器的影響執(zhí)行90度軌道，例如，將靜態(tài)的磁場B135(以與所指示的紙平面正交的方向) 并入電離室44中，首先通過基底板105中的基底板縫隙106，并接著通過電離室44中的電子入口縫隙70a。通過穿過電離室44的所有道路(意即，穿過電子入口縫隙70a和電子出 口縫隙71)的電子通過射束收集器72來截取。發(fā)射體屏蔽102與基底板105等電勢并為 傳播電子射束70提供靜電屏蔽。隨著電子射束70傳播過基底板縫隙106，其在進(jìn)入電離室 44之前通過應(yīng)用電壓Va到基底板105 (但是為正向電源極115)和Vc到燈絲135 (但是為 負(fù)向電源極116)(相對于電離室44均被偏壓)減速。維持電子射束能量顯著高于形成射 束和傳送區(qū)域(意即，電離室44的外側(cè))的電離通常所需的能量是重要的。此是歸因于在 低能量下嚴(yán)重減小射束電流和增大電子射束直徑的空間電荷影響。因此，需要將此區(qū)域中 的電子射束能量維持在約1. ^eV和^eV之間。
所有電壓均相對于電離室44。舉例而言，若Vc = -0. 5KV且Va = 1. 5kV，則電子射 束的能量因此由e (Va-Vc)給出，其中e是電子電荷(6. 02X 10_19庫侖)。因此，在此實(shí)例中， 電子射束70在^ceV能量下形成和偏離，但在進(jìn)入電子入口縫隙70a后，其僅具有0. 5keV 的能量。
圖4A中所示的其它元件包括提取離子射束120、源極靜電屏蔽101和發(fā)射體屏蔽 102。發(fā)射體屏蔽102屏蔽電子射束70以免受與基底板105與源極屏蔽101之間的電勢差 異相關(guān)的場，該源極屏蔽101與電離室44等電勢。源極屏蔽101屏蔽離子射束120以免受 由基底板105與電離室44之間的電勢差異所生成的場，并用于吸收可另外沖擊離子源元件 的散落電子和離子。由于此原因，發(fā)射體屏蔽102和源極屏蔽101為難熔金屬(諸如鉬) 構(gòu)造?；蛘?，免受磁場B 135和B' 119的離子射束120的更完全屏蔽可通過制造鐵磁物質(zhì) (諸如磁性不銹鋼)的源極屏蔽101來完成。
圖5是說明機(jī)械細(xì)節(jié)的剖面圖且其明確顯示圖4A的內(nèi)容物如何并入圖3的離子 源中。電子從燈絲110熱離子地發(fā)射并加速到陽極140，形成電子射束70。因?yàn)殡娮由涫?70在電離室外部生成，所以相對于已知的配置，發(fā)射體壽命被延伸，因?yàn)榘l(fā)射體在存在離子 源的植入器真空外殼的低壓環(huán)境中，且因?yàn)榘l(fā)射體亦有效地防止離子轟擊。
來自永久磁鐵130和磁極總成125的磁通量通過在傳播電子射束70的磁極總成 125的末端之間的空氣間隙間建立均勻的磁場而用于引導(dǎo)射束。使磁場B 135和電子射束 70的電子射束能量相匹配以使得電子射束70偏離約90度，并如所示般進(jìn)入電離室44。通 過偏離電子射束70 (例如)90度，無視線存在于發(fā)射體110和含有離子的電離室44之間， 因此通過帶有能量的電荷的粒子防止了發(fā)射體的轟擊。
因?yàn)閂a相對于電離室44而言是正性的，所以當(dāng)電子射束70通過由基底板縫隙 106和電子入口縫隙70a界定的間隙時(shí)其被減速。因此，基底板縫隙106和電子入口縫隙 70a與其之間的間隙的組合形成靜電透鏡，在此情況下，形成減速透鏡。減速透鏡的使用允 許調(diào)整電子射束的電離能量而大體不影響電子射束生成和偏離。
間隙可通過一或多個(gè)陶瓷間隔132來建立，該等間隔支持基底板105并用作遠(yuǎn)離 源極組塊35的固定器，其在電離室電勢下。陶瓷間隔132提供電隔離和機(jī)械支持兩者。應(yīng) 注意，為了清楚起見，圖5A中不顯示發(fā)射體屏蔽102和源極屏蔽101。圖7A-7H中所示的磁 軛總成亦不顯示。
因?yàn)殡娮尤肟诳p隙106可限制電子射束70的傳輸，所以基底板可截取顯著部分的 有能量的電子射束70。因此基底板105必須經(jīng)積極冷卻或消極冷卻。積極冷卻可通過將液 體冷卻劑(諸如水)通過基底板105或迫使壓縮空氣流過所述基底板105來完成。在一個(gè)替代性實(shí)施例中，消極冷卻通過允許基底板105達(dá)到一定溫度來完成，借此其通過輻射冷 卻到其周圍溫度。此穩(wěn)定狀態(tài)的溫度取決于基底板的截取射束功率、表面積與發(fā)射率和周 圍組份的溫度。當(dāng)流動可在曝露的冷表面形成污染和形成粒子的膜的可冷凝氣體時(shí)，允許 基底板105在高溫下(例如在250°C下)操作是有利的。
雙電子源極
圖4B時(shí)說明雙電子射束離子源配置的光學(xué)器設(shè)計(jì)的一個(gè)替代性實(shí)施例。在本發(fā) 明的此實(shí)施例中，一對空間分離的電子射束70a與70b從一對空間分離的經(jīng)加熱的燈絲 IlOa與IlOb發(fā)射并電子射束70從經(jīng)加熱的燈絲110發(fā)射并歸因于射束引導(dǎo)器或進(jìn)入電 離室44中的靜態(tài)的磁場B135與13 (以與所指示的紙平面正交的方向)的影響執(zhí)行90 度軌道，其首先通過一對基底板縫隙106a與106b和一對間隔開的基底板10 與105b，并 接著通過一對電子入口縫隙71a與71b。通過射束引導(dǎo)器或靜態(tài)的磁場13 與13 將通 過穿過電離室44的所有道路(意即，穿過電子入口縫隙71a與71b)的電子朝向一對發(fā)射 體屏蔽10 與102b彎曲。隨著電子射束傳播過基底板縫隙106a與106b，其在進(jìn)入電離 室44之前通過應(yīng)用電壓Va到基底板10 與10 (但是為正向電源極115)和Ve到燈絲 13 與135b (但是為負(fù)向電源極116)來減速。維持電子射束能量顯著高于形成射束和傳 送區(qū)域(意即，電離室44的外側(cè))的電離通常所需的能量是重要的。此是歸因于在低能量 下嚴(yán)重減小射束電流和增大電子射束直徑的空間電荷影響。因此，需要將此區(qū)域中的電子 射束能量維持在約1. 5keV和^eV之間。
類似于單一電子源極的實(shí)施例，所有雙電子源極的電壓亦均相對于電離室44。舉 例而言，若Ve = -0. 5kV且Va = 1. 5kV，則電子射束的能量因此由e (Va-Vc)給出，其中e是 電子電荷(6.02父10-19庫侖)。因此，在此實(shí)例中，電子射束70a、70b在^ceV能量下形成和 偏離，但在進(jìn)入電子入口縫隙71a、71b后，其僅具有0. 5keV的能量。
下列表給出將具有能量E的電子射束彎曲90度所需的磁場B的近似值
^ 1
為完成本發(fā)明中的90度偏離的磁場強(qiáng)度對電子能量的依賴
能量E磁場B
權(quán)利要求
1.一種植入離子的方法，其包含以下步驟(a)產(chǎn)生一體積的氫化硼B(yǎng)nHm的氣相分子，其中η和m為整數(shù)，且η> 10及m彡0 ；(b)將定義電離氫化硼分子的氫化硼分子電離；及(c)通過一電場加速該等電離氫化硼分子到一靶中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包含產(chǎn)生一體積的十八硼烷B18H22的氣相 分子。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(c)包含加速B18Hx+分子，其中0彡χ彡22。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(c)包含加速B18Hx+分子，其中0彡χ彡22。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包含藉由加熱到20°C以上使一固體升華來 產(chǎn)生一體積氣體。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟(c)包含加速所述氫化硼離子到一硅靶中。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)包含加速氫化硼離子到一絕緣體上外延硅 基板靶中。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)包含加速氫化硼離子到一應(yīng)變超晶格基板 靶中。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)包含加速氫化硼離子到一硅鍺(SiGe)應(yīng)變 超晶格靶中。
10.一種植入離子的方法，其包含以下步驟(a)產(chǎn)生一體積的氫化硼B(yǎng)nHm的氣相分子，其中η和m為整數(shù)，且η> 10及m彡0 ；(b)形成含有氫化硼分子、氫化硼離子和電子的等離子體；及(c)通過一電場加速該等氫化硼分子以植入到一靶中來執(zhí)行半導(dǎo)體摻雜。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電場是一時(shí)變或脈沖電場。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電場是一恒定或直流電(DC)電場。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(a)包含產(chǎn)生十八硼烷BliA2蒸汽。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(b)包含形成B18Hx+離子的等離子體，其中 0彡χ彡22。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(a)包含藉由加熱到20°C以上使一固體升華來產(chǎn)生一體積氣體。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(c)包含加速所述氫化硼離子到一硅靶中。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(c)包含加速所述氫化硼離子到一絕緣體上 外延硅基板靶中。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(c)包含加速所述氫化硼離子到一應(yīng)變超晶 格基板靶中。
19.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟(c)包含加速所述氫化硼離子到一硅鍺 (SiGe)應(yīng)變超晶格靶中。
20.一種產(chǎn)生一磁場的磁軛總成，該磁軛總成包含 一由一對極片形成的軛；一對具有安置在形成一磁軛總成的所述極片之間的相對的北磁極和南磁極的永久磁 鐵；及一對形成于所述極片中的對準(zhǔn)縫隙。
21.如權(quán)利要求20所述的磁軛總成，其中所述永久磁鐵被配置成使所述永久磁鐵的所 述北磁極和南磁極對準(zhǔn)。
22.一種磁軛總成，其包含一圍繞一第一軸卷繞的磁性線圈；和一磁性地耦合到所述磁性線圈的相對端的上軛和下軛，所述上軛和下軛形成有被配置 成使穿過所述縫隙的線大致與所述第一軸平行的對準(zhǔn)縫隙。
23.如權(quán)利要求22所述的磁軛總成，其進(jìn)一步包括一對磁性地耦合到所述上軛和下軛 的延伸端的極片。
24.一種形成具有一基板的金屬氧化物半導(dǎo)體(M0Q的方法，該方法包含以下步驟(a)在所述基板的一第一區(qū)域中形成一井和相對溝槽隔離；(b)在界定所述基板曝露部分的所述相對溝槽隔離之間的所述基板上形成一柵極堆 棧；所述形成包含以下步驟i)沉積或成長一柵極電介質(zhì)；ii)沉積一多晶硅柵極電極，和 iii)圖案化以形成該柵極堆棧；(c)將襯墊氧化物沉積在所述基板的所述曝露部分和所述柵極堆棧的頂部上；(d)植入BlSHx+離子以在所述柵極堆棧與所述相對溝槽隔離之間形成漏極延伸；(e)形成與所述柵極堆棧相鄰的間隔物；(f)植入P型簇離子以形成源極和漏極區(qū)域；(g)提供熱處理以活化通過所述摻雜步驟而植入的物質(zhì)，從而形成P型金屬氧化物半 導(dǎo)體(MOS)裝置(PMOS)。
25.如權(quán)利要求M所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟(a)隔離所述基板上的第一和第二區(qū)域；(b)在一第一區(qū)域中形成所述PMOS裝置；和(c)在一第二區(qū)域中形成NMOS裝置。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中步驟(c)包括將N型簇離子植入所述第二區(qū)域中。
27.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中所述N型簇離子是As4Hx+，其中0< χ < 6。
28.一種離子源，其包含一氣體源極；一與所述氣體源極流體連通的電離室，所述電離室形成具有一或多個(gè)用于接收一或多 個(gè)電子射束的電子出口縫隙、一可用于提取電離射束的離子提取縫隙和一氣體入口縫隙， 所述電離室被配置成可使所述氣體能通過電子轟擊電離；一或多個(gè)用于產(chǎn)生一或多個(gè)電子射束的電子源極，所述電子源極被安置于所述電離室 的外側(cè)；及一用于在所述電離室內(nèi)產(chǎn)生一磁場的第一磁通量源極，所述源極包括一安置于所述電 離室外側(cè)的磁軛總成。
29.如權(quán)利要求觀所述的離子源，其中所述磁軛總成包括一永久磁鐵。
30.如權(quán)利要求觀所述的離子源，其中所述磁軛總成包括一電磁鐵。
31.如權(quán)利要求觀所述的離子源，其中所述一或多個(gè)電子源極被配置成使所述電子射 束大致與含有該等一或多個(gè)電子出口縫隙的一或多個(gè)平面相平行，其進(jìn)一步包括一或多個(gè)用于彎曲所述一或多個(gè)電子射束的射束引導(dǎo)器(beam steerer)以大致與含有該等一或多 個(gè)電子出口縫隙的一或多個(gè)平面垂直。
32.如權(quán)利要求觀所述的離子源，其中所述一或多個(gè)射束引導(dǎo)器中的每一個(gè)均包括一第二磁通量源極。
33.如權(quán)利要求觀所述的離子源，其進(jìn)一步包括一個(gè)在所述電子源極和所述磁軛總成 之間的磁性屏蔽，以大體上防止由所述磁軛總成所產(chǎn)生的場滲透入所述電子源極區(qū)域中。
34.一種用于一離子源的蒸汽源極，該蒸汽源極包含 一界定一用于接收一坩堝的體積的汽化器體；一與所述坩鍋流體連通的管道； 至少一個(gè)耦合到所述管道的截流閥；一形成具有一蒸汽管道的源極組塊，該蒸汽管道形成用于一電離室的蒸汽進(jìn)料；及 一用于分別控制所述汽化器體、至少一個(gè)截流閥和源極組塊的溫度的多級溫度系統(tǒng)。
35.如權(quán)利要求34所述的蒸汽源極，其中所述坩堝和汽化器體體積緊密配合，它們之 間的間隙被氣體填充以在所述坩堝和汽化器體體積之間提供熱接觸。
36.如權(quán)利要求35所述的蒸汽源極，其中所述氣體在大氣壓或接近大氣壓下。
37.如權(quán)利要求35所述的蒸汽源極，其中所述間隙是通過真空密封而與真空分離。
38.如權(quán)利要求34所述的蒸汽源極，其中所述多級溫度控制系統(tǒng)包括與所述汽化器 體、至少一個(gè)截流閥和所述源極組塊中的每一個(gè)皆熱接觸的電阻加熱器，所述蒸汽源極也 包括一用于控制所述電阻加熱器的多級溫度控制器。
39.如權(quán)利要求38所述的蒸汽源極，其中所述多級溫度控制器是能分別控制所述汽化 器體、至少一個(gè)截流閥和源極組塊的溫度的三級溫度控制器。
全文摘要
本發(fā)明描述一種離子植入裝置和一種制造一半導(dǎo)體裝置的方法，其中植入電離氫化硼分子簇以形成P型晶體管結(jié)構(gòu)。舉例而言，在制造互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)裝置中，植入該等簇以為源極和漏極結(jié)構(gòu)與多柵極提供P型摻雜，此等摻雜步驟對于形成PMOS晶體管而言是至關(guān)重要的。該等分子簇離子具有化學(xué)形式BnHx+和BnHx-，其中10≤n≤100且0≤x≤n+4。
文檔編號H01L21/265GK102034665SQ201010552229
公開日2011年4月27日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月26日
發(fā)明者托馬斯·N·霍爾斯基, 達(dá)勒·C·雅各布森 申請人:山米奎普公司