基板電荷中和用緊縮淹沒式等離子體橋槍的制作方法
【專利說明】基板電荷中和用緊縮淹沒式等離子體橋槍
[0001]【相關申請案的交叉參考】
[0002]本發明為2013年10月25日申請的第61/895,787號待決美國臨時專利申請案的非臨時申請案，名稱為“基板電荷中和用緊縮淹沒式等離子體橋槍”所述申請案的全文以引用的方式并入本文中。
技術領域
[0003]本發明實施例涉及半導體結構的離子植入領域。更特別的是，本發明涉及一種用來產生低能量等離子體及導引其與離子束接觸的具有緊縮出口布置的等離子體流槍。
【背景技術】
[0004]離子植入是一種用于將雜質離子摻雜至基材中的處理，所述基材例如半導體晶片。一般而言，離子束由離子源腔室被導向基材。不同的供給氣體被供應至離子源腔室，以得到用于形成具有特定摻質特性的離子束的等離子體。舉例來說，于離子源內由供給氣體磷化氫(PH3)、三氟化硼(BF3)或砷化氫(AsH3)產生不同的原子離子與分子離子，且接著加速以及以質量選擇原子離子與分子離子。所產生的離子植入基材中的深度是以離子植入的能量及離子的質量為根據。可按不同劑量及不同能階將一種或多種離子物種植入目標晶片或基材中，以得到想要的裝置特性。在基材中精確的摻雜輪廓對于適當的裝置操作是重要的。
[0005]在植入處理期間，正電荷離子在目標基材上的轟擊可造成在晶圓晶片表面的絕緣部分上堆積正電荷，且隨即導致正電位。高能離子也可幫助經由自晶圓晶片的二次電子發射進行進一步晶圓晶片充電。所得的正電位可在一些微型結構中產生強電場，并造成永久性的損害。等離子體流槍(Plasma Flood Gun;PFG)可用來緩解這種電荷堆積。特別的是，等離子體流槍通常可在入射的離子束撞擊至晶圓晶片或目標基材上之前，才位在靠近入射的離子束的平板附近。等離子體流槍通常包括等離子體腔室，其中等離子體是經由惰性氣體(例如是氬(Ar)、氙(Xe)或氪(Kr))的原子的離子化而產生。將來自等離子體的低能電子引入離子束中，并吸引至目標晶圓晶片以中和過度帶正電荷的晶圓晶片。
[0006]現存的等離子體流槍具有許多缺點。其中一個顯著的缺點為金屬污染。尤其是，某些傳統的等離子體流槍使用熱鎢絲來產生等離子體。在操作期間，鎢絲會逐漸消耗，并且鎢原子會污染離子植入系統及處理中的晶片。另一個常見的金屬污染源為等離子體流槍的等離子體腔室本身。等離子體腔室的內表面通常包含有一種或多種的金屬或金屬化合物。內表面持續暴露于等離子體放電可能會釋放金屬原子至離子植入系統內。放置于等離子體腔室內的金屬電極或其他的金屬組件可能也會造成類似的污染。
[0007]雖然可藉由實質上用介電材料所建構的等離子體腔室來減輕污染的問題，但因為非導電性的內表面會增加等離子體電位，且必然會影響所發射的電子的能量，所以此解決方法應該是不適當的。對于離子植入系統中的電荷中和來說，相對低的電子能量通常是較佳的。低能電子可輕易地被陷在離子束的正電位內，且接著在束線內朝向帶正電荷晶片行進。相較而言，過度高能電子可脫離束線且不會到達晶片。并且，如果過度高能電子到達晶片，會導致在晶片表面上形成凈負電荷充電。此可造成在晶片表面上堆積過量的負電荷，其中于晶片表面上可累積這樣的負靜電電荷的程度與到達晶片的電子能量有關。
[0008]在設計等離子體流槍上的另一挑戰為使等離子體流槍可充分緊密以納入為現有等離子體流槍所保留的預定空間中，而不需要對現有的離子植入系統大幅修飾。僅為了容納新的等離子體流槍而去修改完善的離子植入系統，從經濟角度上通常是不可行的。所以，需要一種等離子體流槍的設計來升級等離子體流槍，以用于其他可操作的離子植入器，此等離子體流槍的設計可簡單地改裝到現有的系統中。因此，提供一種可克服上述不足的處及缺點的等離子體流槍是必要的。
【發明內容】
[0009]本發明揭示一種使用于離子植入系統的等離子體流槍，等離子體流槍可包括具有基座部分與中心體部分的絕緣塊部分、配置于基座部分上以及中心體部分的相對兩側上的第一導電塊部分與第二導電塊部分以及耦接第一導電塊部分與第二導電塊部分的導電帶。第一導電塊部分、第二導電塊部分與中心體部分可包括形成于其中的各自凹處，并且各自凹處一起形成密閉回路等離子體腔室。第一導電塊部分與第二導電塊部分可接收射頻(rad1 frequency;RF)電功率以在密閉回路等離子體腔室內藉由激發氣體物質來產生等離子體。在第二導電塊部分中的各自凹處可包括緊縮區域，其中緊縮區域的截面尺寸小于與緊縮區域直接相鄰的部分的密閉回路等離子體腔室的截面尺寸。緊縮區域可緊鄰具有出口孔的出口部分。
[0010]本發明揭示一種用于在離子植入系統中的等離子體流槍的等離子體回路組件。等離子體回路組件可包括絕緣塊部分以及配置于絕緣塊部分的相對兩側上的第一導電塊部分與第二導電塊部分。第一導電塊部分、第二導電塊部分與絕緣塊部分可具有一起形成密閉回路等離子體腔室的各自凹處。等離子體回路組件可更包括導電帶，導電帶耦接于第一導電塊部分與第二導電塊部分之間。第一導電塊部分與第二導電塊部分可接收射頻(RF)電功率以在密閉回路等離子體腔室內藉由激發氣體物質來產生等離子體。在第二導電塊部分中的各自凹處可包括緊鄰出口孔的緊縮區域。緊縮區域經裝配以允許輕易傳送等離子體通過出口孔，出口孔的尺寸允許等離子體的帶電粒子流過出口孔。
[0011]本發明揭示一種用于材料加工應用的等離子體回路組件。等離子體回路組件可包括絕緣塊部分以及配置于絕緣塊部分的相對兩側上的第一導電塊部分與第二導電塊部分。第一導電塊部分、第二導電塊部分與絕緣塊部分可具有一起形成密閉回路等離子體腔室的各自凹處。在第二導電塊部分中的各自凹處可包括出口孔，出口孔的尺寸允許等離子體的帶電粒子流過出口孔。等離子體回路組件可更包括耦接第一導電塊部分與第二導電塊部分的導電帶。第一導電塊部分與第二導電塊部分可接收射頻(RF)電功率以在密閉回路等離子體腔室內藉由激發氣體物質來產生等離子體。在第一導電塊部分、第二導電塊部分或絕緣塊部分中至少一個中的各自凹處可與出口孔耦接。
【附圖說明】
[0012]圖1是依照本發明一實施例的一種合并所揭示的等離子體流槍的離子植入系統所顯不的圖。
[0013]圖2是依照本發明一實施例的一種所揭示的等離子體流槍的透視圖。
[0014]圖3A是圖2中所揭示的等離子體流槍的旋轉透視圖。
[0015]圖3B是圖3A中沿3B-3B線所截取的圖2中所揭示的等離子體流槍的剖面圖。
[0016]圖4是圖2中部分所揭示的等離子體流槍的等角視圖。
[0017]圖5是圖2中部分所揭示的等離子體流槍的反面透視等角視圖。
[0018]圖6A是圖5中沿6A-6A線所截取的圖2中部分所揭示的等離子體流槍的剖面圖。
[0019]圖6B是圖6A的剖面圖的旋轉詳細圖。
[0020]圖7是圖4中沿7-7線所截取的圖2中部分所揭示的等離子體流槍的剖面圖。
[0021]圖8是圖7中沿8-8線已剪下的圖2中所揭示的部分等離子體流槍的底部透視圖。
[0022]圖9A與圖9B是圖2中等離子體流槍的等離子體回路組件的出口部分的局部剖面圖。
[0023]圖10是合并所揭示的等離子體流槍的圖1的部分離子植入系統的示意圖。
[0024]圖1lA是依照本發明一實施例的顯示另一等離子體腔室配置的所揭示等離子體流槍的一部分的等角視圖。
[0025]圖1IB是圖1IA中沿IIB-1IB線所截取的圖1IA中另一等離子體腔室配置的剖面圖。
[0026]圖12是圖1IB的部分剖面的詳細圖。
【具體實施方式】
[0027]離子植入器廣范使用在半導體工業上以有選擇地改變材料的導電系數。在典型的離子植入器中，通過一系列束線組件導引由離子源所產生的離子，其中束線組件可包括一個或多個分析磁鐵以及多個電極。束線組件選擇所需的離子物種、濾除污染物種與具有非所需能量的離子，以及于目標基板處調整離子束的質量。適當形狀的電極可修改離子束的形狀及能量。
[0028]例示性高電流離子植入機儀器100大體上如圖1所示，且其包括離子源腔室102及一系列束線組件，這些束線組件導引離子束至基材。在一例示性非限制的實施例中，所述基材可以是硅晶片。這些組件被設置在真空環境中，并被裝配以提供對應高或低能量植入的離子劑量能階，其中高或低能量植入是根據所需的植入輪廓而定。特別的是，