[發明專利]脈沖陽極等離子體浸沒注入

無效

• 申請號: 98104114.0
• 申請日: 1998-01-09
• 公開（公告）號: CN1198072A
• 公開（公告）日: 1998-11-04
• 發明（設計）人: A·S·德諾姆;J·沙奧
• 申請（專利權）人: 易通公司
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;C30B31/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 林長安

本專利申請是Shao等人于1996年10月10日提交的待審美國專利申請號08/727.000的繼續，其題目為“脈沖平板等離子體注入系統”。

本發明涉及離子注入系統，通過把工件浸入離子等離子體中并加速等離子體中的注入工件的離子，用離子雜質來處理工件。

商用離子注入系統所用離子源包括源室，源室與注入室彼此隔開，在注入室中，從源中來的離子將處理一個或多個工作件。在源室中有一個出口，它使離子能離開源以便被成形、分析和加速為離子束。離子束沿撤離束軌跡直接進入離子注入室，在注入室里離子束碰撞一個或多個工作件，一般是些已放入注入室里的園晶片。離子束的能量足以使碰撞晶片的離子穿入注入室中的那些晶片。在該種系統的一個典型應用中，晶片是硅晶片，離子用來“摻雜”晶片形成半導體材料。利用這種現有技術的注入機，用掩模和鈍化層進行選擇注入就可加工集成電路。這種注入技術所用設備龐大、復雜、費用高，并且在低能離子注入時其性能受限。

Conrad申請的題為“等離子體源離子注入方法和設備”的美國專利US4,764,394公開了用離子轟擊方法處理靶的離子注入系統。在密封室中，通過在靶的周圍形成電離的等離子體以完成三維靶表面的離子注入。一旦在圍繞靶的一個區域建立起等離子體，等離子體中離子從各個方向打入靶目標而不需要用離子束掃描靶。這種注入的完成是通過向一個或多個靶工件提供重復高壓負脈沖。這些脈沖導致離子打入靶的被暴露出的表面。關于建立等離子體的’394專利中討論的一個技術是在靶的周圍引入中性氣體，然后用電離輻射電離該氣體。Conrad的’394專利公開的系統在圍繞工件的區域建立等離子體，然后選擇性地脈沖調節支持工件的電極以吸引等離子體中帶電離子趨向工件。

Lieberman的關于等離子體實現過程的理論研究表明當一個突然負電壓加到靶工件上時，在納秒時間范圍內，表面附近電子被從圍繞工件的區域趕走，留下一個均勻密度的離子陣鞘套。M.A.Lieberman，“等離子體浸沒離子注入模型”，應用物理，66卷(1989)，2926頁。接下來，在反相離子等離子體頻率時刻，鞘套中的離子被加速進入一個或多個工件。依次，這將使鞘套邊界越來越遠離靶工件，暴露出更多的打入工件的離子。在較大時間范圍內，一般形成一個穩態離子空間電荷條件。在毫秒時間范圍內，形成厚約1厘米的鞘套。例如參看，M.M.Shamim等人的“等離子體源離子注入中高能離子轟擊產生的電子發射的測量”，應用物理，70(1991)4756頁。

等離子體中的電場很低，實質上，提供于靶上用來加速離子的全部電壓存在于鞘套兩端。一般，當從等離子體中出來的離子碰撞到靶面上時將產生二次電子。這些電子通過鞘套間壓降被加速離開靶，終至于密封室的壁上。有關二次發射系數的一般討論，例如可參看s.Qin等人的“微波多極桶式等離子體對具有有限上升時間的高壓脈沖的響應”，IEEE，Trans.plas.，sci，20(1992)569頁。

一些離子注入系統，例如Conrad公開的，維持注入室于地電位而加于靶工件上相對負的電位脈沖。對于要求在一個面上處理的實際平面靶工件，例如半導體晶片或平板顯示基底，給靶上加負脈沖的注入系統可能就不適宜。在這種離子注入系統中，靶工件一般不得不被抬高到高的負電位上。這會使裝架工件更困難、用一些監視儀器如法拉第杯或量熱計來監視電位復雜化，電位是被送到靶工件上電荷收集極上的，這是因為這些監視儀器也得經受高的負電位。

本發明提供了一種用于靶工件離子注入的新的和改進的方法和設備。根據本發明，靶工件維持在一個參考電位上，工件表面附近的電場是由用正電壓脈沖加到工件附近的導電電極上產生的。

為了減少能量消耗，減少了注入室中相對正脈沖電極為負電位的表面面積。注入所需總電流被減小，因此注入所需總能量也被減小。

在本發明的優先實施例中，一個或多個工件由導電工件支架支撐，該支架在注入室內部區域支撐一個或多個工件。注入室包括鄰近室內部的一個導電內壁部分。在注入室中還置有一個導電電極，其被安置在與導電工件支架相對應的地方。中性荷電氣體分子被注入到注入室中，接下來被電離以便在工件的注入表面附近形成被電離的氣體或離子等離子體。根據本發明的特征，導電工件支架，工件和注入室的導電壁部分都維持在一個參考電位上。然后在導電電極上加上相對該參考電位為正的脈沖以提供一個電場，通過該電場氣體分子中形成的離子在碰撞工件注入面之前被加速。