高密度宽带离子束产生用的小外观因子等离子源制造技术

揭示一种离子源(200)，其能够利用电感耦合等离子生产来产生高密度宽带离子束。与常规电感耦合等离子源相反，本揭示所描述的电感耦合等离子源不是圆柱形的。事实上，将所述源界定成使得其宽度(w)大于其高度(h)，所述宽度(w)为沿着其提取所述束的维度。可界定所述源的深度(d)，使从天线(203)到等离子的能量转移最大化。在另一实施例中，使用包围所述电感耦合等离子源的多尖形磁场(210，211，212)，进一步增加电流密度且改良所提取的离子束的均匀性。亦可通过包含气流率以及输入射频功率的若干个独立的控制要素来控制离子束的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
离子植入器常用在生产集成电路中以在半导体晶片(通常为硅)中由p型掺杂或n型掺杂形成不同传导性区。在此类装置中，使用等离子源来电离掺杂气体。从源中提取一束正离子(positive ion)，将其加速至所要的能量，对其进行质量过滤，然后将其引导朝向晶片。当离子撞击晶片时，其穿透晶片到一定深度(取决于其动能和质量)并形成不同导电性的区(取决于掺杂元素浓度)。这些区的n掺杂性质或p掺杂性质，以及其在晶片上的几何配置界定其在晶体管内的功能性(例如，n-p-n结或p-n-p结)。通过许多此类掺杂区的相互连接，晶片可转换成复杂的集成电路。离子束电流的量由来自等离子源的离子提取率给定，如方程式1所展示： dN extr / dt ≅ An si v B - - - ( 1 ) ]]>其中A＝h0×w0为提取孔的横截面面积(其中h0和w0分别为缝(slit)高度和宽度)，nsi为在等离子鞘层边缘处的离子密度(大约等于电子主体密度ne的0.61倍)，且VB＝(kBTe/mi)1/2为博姆速度(Bohm velocity)(其中kB、Te和mi分别为玻尔兹曼常数(Boltzmann constant)、电子温度和离子质量)。由于用于同一离子种类的离子博姆速度随着电子温度(其略微随等离子操作参数而变)的平方根而变化，所以可得到的等离子密度为在设计离子源时所关注的特性。现有技术展示，已证实有限数目的等离子源具有足够的等离子密度以用作离子源。在一些实施例(例如伯纳源(Bernas source))中，电弧放电(arc discharge)形成等离子。使用由来自钨丝(tungsten filament)的热离子发射而产生的电子通量以产生且维持高电弧等离子密度。在其它实施例中，使用例如间接加热阴极(indirectly heated cathode，IHC)的电弧放电形式以减少细丝到等离子的有害暴露，且因此以延长源的使用寿命，由来自间接加热阴极的热离子发射提供必要的电子。基于电弧的等离子源形成可接受量的提取束电流，且因此在半导体工业中用作目前多数离子植入器上的离子源。然而，基于电弧的等离子源的可缩放性有限。如在方程式1中所见，可用于增加离子束电流的另一因素为提取缝的横截面面积。对于使用矩形提取缝的带束，缝高度受限于提取光学器件(extraction optics)，所述器件为了实现低光行差效应(aberration effects)所以需要窄的提取缝。因此，缝高度通常仅为几毫米。缝宽度受限于等离子源在较大空间维度上形成具有均匀密度的等离子的可用性。即使使用外部磁场来改良等离子的均匀性，基于电弧放电的离子源仍然无法为宽于90毫米(mm)的缝提供良好(＜5％)均匀性。因此，为了允许当前300mm直径的硅晶片工业标准的离子植入，必须扩展离子束，这个过程意味着束电流会发生显着损失。对于高产量太阳能电池应用或对于下一代450mm直径的晶片标准，必须开发具有超过至少450mm的良好均匀性的宽带(wide ribbon)离子束(且因此开发此种等离子源)。一个可能的候选物为电感耦合等离子源(inductively coupled plasmasource，ICP)。不同于将等离子限制为电弧电极的电弧放电，在此放电中，通过天线将来自RF产生器的功率耦合到工作气体(working gas)来产生等离子。流经天线的高RF电流(i(t))引起时间变化磁场(B(t))，如方程式2所展示：B(t)～i(t)    (2)根据麦克斯韦第三电动力学定律(Maxwell′s 3rd electrodynamicslaw)，如方程式3所展示： curl E → = ∂ B → / ∂ t - - - ( 3 ) ]]>其在位于天线附近的空间区中产生强烈的电场(electric field)，E。因此，电子获得来自感应电场的能量，且能够通过电离碰撞来电离气体原子和/或分子。由于流经天线的电流增加(与施加的RF功率成比例)，所以感应电场同样增加，这意味着由电子获得的能量也会增加。通常从RF源到等离子电子的此功率转移通过奥姆(碰撞)加热或随机(无碰撞)加热在RF窗附近的表皮深度层内进行。对于碰撞支配的等离子，由方程式4给定层的厚度： δ = ( 2 ω μ 0 σ ) 1 / 2 - - - ( 4 ) ]]>其中ω＝2πf为RF脉动(f为RF频率)，μ0＝4π×10-7H/m为真空的磁导率，且如方程式5所界定， σ = ne 2 m e v c - - - ( 5 ) ]]>σ为dc等离子导电性(其中n、e、me及vc分别为电子密度、电荷、质量及碰撞频率)。对于大约1011cm-3的典型ICP等离子密度，表皮层厚度通常为几厘米。现有技术中描述的多数ICP源为圆柱形。图1A显示现有技术ICP等离子源100的横截面。优选使用介电圆柱101以容纳低压气体且允许RF功率发射。圆柱由两个金属凸缘102和103在两个开口端处真空密封。为了正常运行，介电圆柱101内的气压可由使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.26 US 12/767,1251.一种用于提取带离子束的电感耦合等离子源，包括：
腔室，包括：
腔室主体，包括顶部表面、底部表面以及侧表面，所述腔室主
体具有长度以及高度，其中所述高度小于所述长度；
介电窗；以及
端，与所述介电窗相对且具有平行于所述顶部表面以及所述底
部表面的至少一个提取缝；
至少一个气体入口，允许气体流动到所述腔室中；
细长的螺旋天线，经配置以在所述腔室中激发所述气体以形成等离
子，所述天线接近所述介电窗定位；以及
提取光学器件，接近所述提取缝定位以通过所述缝从所述等离子中
提取离子以便形成带离子束。
2.根据权利要求1所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源，
进一步包括接近所述顶部表面、所述底部表面以及所述侧表面的磁约束
结构。
3.根据权利要求2所述的电感耦合等离子源，其特征在于，所述
磁约束结构包括：
包括磁性材料的轭；
多个磁体；以及
定位于所述多个磁体的每一者之间的一个或多个非磁性间隔物。
4.根据权利要求3所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源，
其特征在于，布置所述多个磁体使得一个磁体的北极面向所述腔室，且
邻近磁体的南极面向所述腔室。
5.根据权利要求3所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源，
其特征在于，所述磁体的较长维度沿着所述腔室主体的周边定向。
6.根据权利要求3所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源，
其特征在于，所述磁体的较长维度沿着所述腔室主体的深度定向。
7.根据权利要求2所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源，
其特征在于，所述磁约束结构在所述腔室内形成磁场，以及确定所述宽

\t度的最小值使得在所述腔室的对应于垂直中线的那部分内不存在磁场。
8.根据权利要求1所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源，
其特征在于，所述腔室具有界定为所述介电窗与所述相对端之间的距离
的深度，且基于所述天线对于所述等离子的最佳产生来确定所述深度。
9.根据权利要求1所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源，
其特征在于，基于所述带束的所述所要的宽度来确定所述长度。
10.根据权利要求2所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源，
其特征在于，所述磁约束结构在所述腔室内形成磁场，且基于提取缝的
所述所要的数量以及所述磁场穿透深度来确定所述高度。
11.根据权利要求1所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源，
其特征在于，沿着水平中线定位所述气体入口。
12.根据权利要求1所述的用于提取带离子束的电感耦合等离子源...

【专利技术属性】
技术研发人员：科斯特尔·拜洛，杰·舒尔，约瑟·欧尔森，法兰克·辛克莱，丹尼尔·迪斯塔苏，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：
国别省市：