[發明專利]提供多模式離子源的技術

有效

• 申請號: 200980129479.6
• 申請日: 2009-06-09
• 公開（公告）號: CN102105966A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 彼得·E·庫魯尼西;拉傑許·都蕾;科斯特爾·拜洛;威爾漢·P·普拉托
• 申請（專利權）人: 瓦里安半導體設備公司
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明

技術領域

本發明大體上是有關于半導體制造裝備，且更明確而言，是有關于提供多模式離子源的技術。

背景技術

離子植入是通過用受激(energized)離子直接轟擊基板來將化學物質沉積至基板中的制程。在半導體制造中，離子植入器主要用于摻雜制程，其更改目標材料的導電性的類型及位準。集成電路(integrated?circuit，IC)基板及其薄膜結構中的精確摻雜輪廓對適當IC效能而言常常是至關緊要的。為達成所要摻雜輪廓(profile)，可以不同劑量且以不同能量位準來植入一或多個離子種類。

圖1描繪已知離子植入器系統100。離子植入器系統100可包括離子源102及一系列復雜的組件，離子束10可穿過所述組件。所述系列的組件可包含(例如)萃取調處器(extraction?manipulator)104、過濾器磁鐵106、加速或減速柱108、分析器磁鐵110、旋轉質量狹縫(mass?slit)112、掃描器114以及校正器磁鐵116。非常類似于調處光束的一系列光學透鏡，離子植入器組件可在將離子束10向目標晶圓120(位于晶圓平面12中)導引之前，對離子束10進行過濾及聚焦。可使用許多量測裝置(諸如劑量控制法拉第杯(Faraday?cup)118、行進(traveling)法拉第杯124以及設置(set?up)法拉第杯122，來監視并控制離子束條件。

離子源102為離子植入器系統100的關鍵組件。需要離子源102來針對多種不同離子種類及萃取電壓而產生穩定且可靠的離子束10。

圖2描繪可用于離子植入器系統100中的離子源200的典型實施例。離子源200可為感熱式陰極(inductively?heated?cathode，IHC)離子源，其通常用于高電流離子植入裝備。離子源200包括弧室(arc?chamber)202，其具有導電腔室壁214。在弧室202的一端處，存在具有鎢絲204位于其中的陰極206。鎢絲204耦合至能夠供應高電流的第一電源208。所述高電流可加熱鎢絲204，以導致電子的熱離子發射。第二電源210可以比鎢絲204高得多的電位偏壓陰極206，以致使所發射的電子向陰極206加速并加熱陰極206。加熱陰極206導致陰極206將熱離子電子發射至弧室202中。第三電源212可相對于陰極206而偏壓腔室壁214，使得電子以高能量加速至弧室中。源磁鐵(未圖示)可在弧室202內部產生磁場B，以限制高能(energetic)電子，且位于弧室202另一端的反射極(repeller)216可以與陰極206相同或類似電位偏壓以反射高能電子。氣體源218可將前驅物植入物質(例如AsH₄、PH₄、BF₃、GeF₄)供應至弧室202中。高能電子可與前驅物植入物質交互作用以產生等離子體20。萃取電極(未圖示)可接著經由萃取孔220自等離子體20萃取離子22，供離子植入器100中使用。

已知離子植入中當前存在的問題在于通常為相對較高植入能量(例如，數十kV(10’s?kV))下的有效操作而設計的離子植入器無法在較低能量(例如，kV以下(sub-kV))下有效地起作用。舉例而言，使用低能量摻雜劑束的一個應用為在互補金屬氧化物半導體(complimentary?metal-oxide?semiconductor，CMOS)制造中形成超淺電晶體接面。具體而言，將低能量硼(p型摻雜劑)植入硅晶圓中是特別重要的。

較低能量下的此低效性通常是由空間電荷限制導致。柴耳得-蘭牟(Child-Langmuir)關系J～(Z/A)^1/2V^3/2/d²描述受空間電荷控制的束的電流密度限制。此處，離子束的電流密度限制J與電荷質量比(Z/A)的平方根且與萃取電位V的二分之三次冪成比例地縮放。因此，在較低束能量(例如，較低萃取電位V)下，當與較高能量下的相同物質的萃取相比，可獲得較小離子電流密度。

舉例而言，因為離子沿束線前進(“束沖散(beam?blow-up)”)，低能量束中的空間電荷趨向于導致束橫截面面積(“輪廓”)變大。當束輪廓(profile)超過植入器的傳輸光學器件已為之設計的輪廓時，發生經漸暈現象(vignetting)的束損失。舉例而言，在500eV的傳輸能量下，已知離子植入器通常無法傳輸足夠的硼束電流以用于有效的商業制造。晶圓產量由于較低植入劑量速率而減小。