一种利用一个或多个螺旋等离子源以产生高密度宽带离子束的离子源。除了螺旋等离子源之外，离子源还包括一扩散室。扩散室具有一与螺旋等离子源的介电圆柱体的轴向同方向配置的提取孔径。在一实施例中，双螺旋等离子源位于扩散室的相对两端，用以产生一更均匀地被提取的离子束。在另一实施例中，一个多尖端的磁场用以进一步改善被提取的离子束的均匀性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】宽带离子束产生用的高密度螺旋等离子源
技术介绍
离子植入器常用在集成电路(IC)及平面显示器的生产上，以在半导体晶圆(通常为硅)上藉由P型或η型掺杂来产生不同导电性的区域。在此装置中，等离子源用以离子 化掺杂的气体。正离子的光束由等离子源中提取并加速到预定的能量，经过质量过滤然后 直接到达晶圆。当离子轰击晶圆时，离子贯穿至某个深度(由离子的动能及质量而定)并 产生不同导电性的区域(由掺杂元素的密度而定)于晶圆中。这些区域中的η或P掺杂的 性质及其在晶圆上的几何结构定义了这些区域的机能，例如定义了晶体管内部的η-ρ-η结 面(junctions)或p-n-p结面。藉由如此多个掺杂区域的互相连接，晶圆可转变成复杂的 集成电路。图1为一代表性的离子植入器50的方块图。电源供应器1传送所要求的能量(直 流或射频)至等离子源2，以便致能(enable)掺杂气体的离子化。气体经由一质量流控制 系统(未示出)而在压力为毫托(mTorr)范围下馈送至等离子室，并由真空泵系统来保持 着。由所欲掺杂物决定，不同的氟化物或氢化物掺杂的气体，例如BF3, PF3, AsF3, GeF4, B2H6, PH3,AsH3,GeH4或其他一起或不在一起的共同承载气体被引入。等离子室具有一可使离子通 过并且被一电极4的结合而提取的孔径3。常用的方案是一种三极管的组合，其中等离子室 孔径是在高的正电能，而第二电极(抑制电极)在负电能且第三电极在接地电能。第二电极 用来避免二次电子回流到等离子室。然而，其他提取电极的组合，例如八极管(thetrode)、 五极管或Eisel透镜也是可行的。这些射出的离子形成一束20并通过质量分析仪6。被提 取的离子束由相混合的离子所组成。例如，由BF3气体所提取的束主要包括BF3+, BF2+, BF+, B+，及F+离子。因此，必须使用质量分析仪移除离子束中的不要成份，致使离子束具有预定 的能量并包含单个离子的类别(在BF3, B+离子的情况下)。为减少到达预定位准(level) 的能量，预定类别(species)的离子通过可包括一个或多个电极的减速台8。减速台的输出 为发散的离子束。校正器磁铁10用来展开离子束并转换离子束为平行的带离子束。藉由 角校正器10，使带束到达晶圆或工件。在某些实施例中，第二减速台12可被加入。晶圆或 工件被贴附在晶圆支撑件14。晶圆支撑件14提供垂直的运动，以使晶圆可被带入到束路径 并上下地通过被固定的离子带束。晶圆也可被旋转以使植入可在相对于晶圆表面上以不同 的入射角度被执行。随着晶圆不在束路径上，束电流可以由法拉第杯(Faraday cup) 16来 测量。基于束电流值与所要的剂量(dose)，晶圆曝光时间或通过带离子束的次数被计算出。从等离子源中提取离子的速率经过考虑可由此公式得知dNextr/dt=AnvB其中A为提取孔径的面积，η为等离子密度，玻姆(Bohm)速度vB = (kBTe/mi)1/2 (kB, Te及Hli分别为波兹曼常数、电子温度及离子质量)。有限数量的等离子源已被证实具有足 够的等离子密度以成为等离子源。在某些实施例中，例如巴纳源(Barnas sources)，其利用 电弧放电来产生等离子。使用钨丝以产生需要承受高电弧等离子密度的电子通量。在其他 实施例中，例如非直接加热阴极(indirectly heated cathodes, IHC)也是一种电弧放电的 形式，可避免灯丝暴露在有害的等离子中因而可延长光源的寿命。必要的电子可由非直接加热阴极提供的热离子放射而取得。当这些热等离子源能有效产生必要离子时，基本上仅 用以产生原子的离子，是由于电弧室中所引入的高温所产生的。因为游离能量低，电弧等离 子中的热能量通常足以打破分子键结力以将馈入气体分为较小的分子或原子。可想而知，对于浅植入应用方面上低的离子能量是必要的，以克服有害的空 间-电荷效应(space-charge effect)并且增加离子植入步骤的导电性，可使用具有高含 量的主动掺杂物于分子中，例如C2BltlH12,BltlH14及B18H2215所使用的分子离子在较高能量下可 以被加速，因而避免了射束受到空间-电荷效应所损害。然而，由于分子离子的重量较重， 因此可执行浅植入。在此植入过程中需要富含分子离子的主动掺杂物，而非掺杂物原子离 子，低温的等离子源例如射频感应耦接放电(RF inductively coupled discharge)是很适 当的。在这放电中，等离子是经由天线耦接来自射频产生器的电源而产生的。高射频电流 根据麦斯威尔第三电动力学定律(Maxwell's 3rd electrodynamics law)流经天线而生成 一振荡的磁场，如下VxE = -SBZdt在一个有限的空间区域(皮肤深度)内产生强大的电场是射频激发频率及气体压 力的功能。电子被这些电场加速以获得足够的能量来离子化气体分子并产生等离子。被产 生的等离子不处在热平衡中因为电子的温度(通常 2-7eV)远高于离子或中性(neutral) 温度(通常稍微大于室温)。当此放电用在产生分子离子时，它的效能常常是小于渴望的因 为等离子密度小于IO11CnT3，约小于电弧放电的1到2级(order)的强度。在另一潜在的做为离子植入目的的等离子源为螺旋放电(helicon discharge), 其能在相当低的气体温度下产生高等离子密度。不同于其他射频等离子源之处是螺旋放电 中电子加热是根据螺旋波的碰撞阻尼。这些螺旋波是藉由射频天线被直流磁场所覆盖而激 发的，是特殊情况的哨声波(whistler wave)。低压工作气体被引入到介电室中，通常环绕 在介电室周围的是石英或Pyrex玻璃圆柱体及天线。来自此波的电子增益能量，当这些能 量高于离子化门槛能量时，这些能量及新的电子离子对是经由离子化碰撞中性气体或分子 而产生的。在每一次离子化事件后，这波能很快地带电子到最理想的能量是为了下一次离 子化过程。另外，除了引导螺旋波激发之外，磁场存在确保等离子的限制，因此减少带电的 粒子到室内的壁的损失。另一个能量转换机制，Trivelpiece-Gould模式，因快速阻尼而产 生的，可说明螺旋放电由电子-回旋波(electron-cyclotron wave)在室内壁的表面附近 所组成的高离子化效能。即使尚未说明，对螺旋放电的能量沉积机制是非常有效率的，因此 产生高离子化效能。因此，等离子密度对于已知的输入电源而言，通常高于其他射频等离子 电源，例如电容式耦合放电(CCP)或感应耦合放电(ICP)，1到3级的强度。相对于电子-回 旋共振(ECR)等离子源，从等离子密度点的角度来比较，螺旋能在低磁场(即200-300高斯 相对于875高斯)下运作，这对于2. 45GHz电子-回旋共振源而言是需要的且200-300高 斯对于高频率而言是高的。在之前螺旋等离子源所表示的特征让其具有魅力做为离子植入用的分子离子源 的选项。虽然已专利技术几乎四十年了，但只在最近的10-15年才将螺旋放电应用在工业用途 中。特别是，其在工业上用来处理半导体工业上的等离子蚀刻及等离子沉积。然而，在以下 所点出的地方，迄今，螺旋一直未被有效地做为工业本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种离子源，包括：ａ．一第一螺旋等离子源，包括：ｉ．一第一介电圆柱体，具有第一中心轴，一第一封闭端以及一第一开放端；ｉｉ．一第一磁铁，环绕于该第一介电圆柱体，适于产生一磁场于该中心轴的方向上，并面对于该第一介电圆柱体的该开放端；以及ｉｉｉ．一第一天线，位于该第一介电圆柱体内并能产生螺旋波；ｂ．一第二螺旋等离子源，包括：ｉ．一第二介电圆柱体，具有第二中心轴，一第二封闭端以及一第二开放端；ｉｉ．一第二磁铁，环绕于该第二介电圆柱体，适于产生一磁场于该中心轴的方向上，并面对于该第二介电圆柱体的该开放端；以及ｉｉｉ．一第二天线，位于该第二介电圆柱体内并能产生螺旋波；ｃ．一用来定义扩散室的腔体，包括第一端及第二端，其中该扩散室的第一端是与该第一介电圆柱体的该开放端相通，而该扩散室的第二端是与该第二介电圆柱体的该开放端相通，且一提取孔径具有一较第二尺寸长很多的尺寸，其中该较长的尺寸平行于该第一介电圆柱体的中心轴。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：科斯特尔·拜洛，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：发明
国别省市：US
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