[發明專利]具有氣體混合的離子源的效能改良與生命期延長的技術

有效

• 申請號: 200880015524.0
• 申請日: 2008-03-18
• 公開（公告）號: CN101681782A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 阿塔爾·古普塔
• 申請（專利權）人: 瓦里安半導體設備公司
• 主分類號: H01J37/08
• 分類號: H01J37/08;H01J37/317;H01J27/00;H01J37/32;H01L21/265;H01L27/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司
• 代理人: 臧建明

技術領域

本揭示案大體而言涉及半導體制造設備，尤其涉及具有氣體混合的離子源的效能改良與生命期延長的技術。?

背景技術

離子注入為通過用賦能離子直接轟擊基材而使化學物質沉積至基材內的方法。在半導體制造中，離子注入機主要用于改變目標材料的導電類型及導電位準的摻雜方法。積體電路(IC)基材及其薄膜結構中的精確摻雜分布通常為適當IC效能的關鍵所在。為實現所要的摻雜分布，可將一或多種離子物質以不同劑量且在不同能級下注入。?

圖1描繪現有離子注入機系統100。離子注入機系統100可包含離子源102及一系列被離子束10穿過的復雜組件。所述系列的組件可包括例如引出操控器104、過濾器磁體106、加速或減速管柱108、分析器磁體110、旋轉體狹縫112、掃描器114及校正器磁體116。甚如一系列操控光束的光學透鏡，離子注入機組件可在過濾并聚焦于離子束10后再將其導向終端站120。?

終端站120在離子束10的路徑中支撐一或多個工件，諸如工件122，以便將所要物質的離子注入工件122內。工件122可為(例如)半導體晶片或需要離子注入的其他類似目標物件。終端站120亦可包括壓板124以支撐工件122。壓板124可利用靜電力或其他類似力緊固工件122。終端站120亦可包括機械工件掃描器(未圖示)以便沿所要方向移動工件122。終端站120亦可包括其他組件，諸如將工件122導入離子注入機系統100內及在離子注入后將工件122移除的自動化工件操作元件。?離子注入機系統100亦可包括控制器(未圖示)以控制離子注入機系統100的諸多子系統及組件。離子注入機系統100亦可包括諸多量測部件，諸如劑量控制法拉第杯(dose?control?Faraday?cup)118、行進法拉第杯(traveling?Faraday?cup)128及設置法拉第杯(setup?Faraday?cup)126。所述部件可用于監視及控制離子束狀況。所屬領域技術人員應了解，離子束10所穿越的整個路徑通常在離子注入期間抽空。?

離子源102為離子注入機系統100的關鍵組件。各種各樣不同的離子物質及引出電壓(extraction?voltage)需要離子源102產生界限分明的穩定離子束10。因此希望離子源102可長期操作而無需維護或維修。因此，離子源102的生命期或平均無故障時間(mean?time?betweenfailures，MTBF)為離子源102的一個效能標準及離子注入機系統100效能的關鍵量度。?

圖2描繪離子注入機系統100的離子源102的一典型實施例。離子源102可為常用于高電流離子注入設備中的感應式加熱陰極(inductively?heated?cathode，IHC)離子源。亦可使用其他不同的離子源。離子源102包括界定電弧室(即離子源腔室)206的電弧室外殼202。電弧室外殼202亦包括離子束10的引出孔204。陰極208及排斥電極210(或陽極)可安置于電弧室206內。排斥電極210可具有電絕緣性。陰極絕緣體212可相對于陰極208安置以使陰極208電絕緣且熱絕緣于電弧室外殼202。陰極208亦可由真空間隙與絕緣體212隔開以控制熱傳導。燈絲214可安置于電弧室206外部，且緊鄰陰極208以加熱陰極208。撐桿216可支撐陰極208及燈絲214。陰極208可相對于燈絲214正偏壓，以便使燈絲214所發射的電子加速移向陰極208。亦可提供一或多個離子源磁體220以便在電弧室206內在朝向陰極208的方向上(參見圖2的箭頭222)產生磁場B。?

引出電極的組合的狀態，諸如接地電極240及抑制電極242，可安?置于引出孔204前方。接地電極240及抑制電極242各自具有與引出孔204對齊的孔以便將界限分明的離子束10自電弧室206中引出以供離子注入機系統100使用。?

引出電源248可在電弧室206與接地電極240之間提供引出電壓以便將離子束10自電弧室206中引出。引出電壓可根據離子束10的所要能量加以調整。抑制電源246可使抑制電極242相對于接地電極240負偏壓，以便抑制離子束10內的電子損耗(回流至離子源102)。亦可向離子注入機系統100提供一或多個其他電源，諸如燈絲電源或電弧電源。燈絲電源(未圖示)可向燈絲214提供電流以便加熱燈絲，燈絲轉而產生電子，使電子加速移向陰極208以便加熱陰極208。電弧電源(未圖示)可與電弧室外殼202耦聯以促進電子自陰極208射入電弧室206內所形成的電漿20中。此電源可使陰極208相對于電弧室206偏壓至負電位。?