CN101071752B - 高电流离子植入系统及其中的改良装置和绝缘体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高电流离子植入系统及其中的改良装置和绝缘体。该离子植入系统，包括保持高电位的一离子源，一接地末端平台用以支撑基板，以及多个萃取电极从一离子源加速离子，并指引一离子束到末端平台的基板上，该离子植入系统包括：一绝缘体放置在一第一元件和一第二元件之间，第一元件是高电压元件而第二元件是低电压或接地元件；绝缘体包括具有一外部圆柱体围绕的一内部圆柱体，且外部圆柱体和内部圆柱体之间有一裂口；以及外部圆柱体有对应的二个末端，且其中一末端放射状地与内部圆柱体连接。本发明还公开了一种改良装置和绝缘体。本发明可以防止绝缘体被包含离子束的气体所包覆而形成一漏电流路径，而无需替换源头元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种将离子植入一基板(如半导体晶圆)的离子植入系统的离子光束源头(ion bean source head)和萃取装置(ext ract ion as sembly)，特别是涉及一种在源头使用的改良绝缘体，可用于绝缘高电位元件和低电位元件。
背景技术
离子植入技术普遍用于改进半导体物质的导电特性。为了产生足够的离子植入到半导体晶圆，利用一离子源产生具有选择元素的离子。在离子进入质量分析仪(mass analyzer)和选择仪(selector)然后到达晶圆之前，提供包括多个电极的萃取装置从顺流的离子源来萃取、加速和聚焦离子。
美国专利公告号6,777,882B2描述一离子源产生器的装置，美国专利公告号6,777,882B2的全部内容于此提出并作为参考。图1绘示习知的萃取仪11，此萃取仪11用于产生离子光束30并指引离子光束30到放置在接地末端平台(未图示)的半导体晶圆。每个萃取、抑制和接地电极23、24和25分别包括可供离子光束通过的孔洞。每个具孔洞的电极23、24和25包括具有贯穿孔洞的单一导电平板，允许离子光束30从离子源20透出后通过。离子源头包括离子源20和电弧反应室(art chamber)20A，对于正离子光束而言，离子源头藉由电源供应器提供相对于接地的正电压。藉由提供离子源的电源供应器决定从萃取仪释放的离子光束能量。一般的电压值是20000伏特，可提供萃取光束20000电子伏特(eV)的能量。而其它的萃取光束能量，例如80000电子伏特或更高的光束能量，可以使用在其它的安排中。利用相对于接地的负电位的供给电压以施加偏压于抑制电极24。对于有正离子的光束，藉由电源供应器使萃取电极23保持在电位低于离子源的电位(如离子源电极22)，因而可从离子源萃取正离子。对于低能量光束，萃取电极的电位可设在低于抑制电压24的电位，对于高能量光束，萃取电极的电位可设在高于抑制电压24的电位。
被施加偏压的萃取电极23藉由绝缘体44而离子源20分离，绝缘体44与离子源20和被施加偏压的萃取电极23接触，此离子源20保持与离子源电极22相同电位。在其它实施例中，如绝缘体44的绝缘体可用于绝缘接地或低电压的元件与其它高电压的元件之间。
此类绝缘体，包括绝缘体44，可被包含离子束的气体所包覆，而此包含离子束的气体是从离子源20散发出来，而且可移动而自萃取仪和源头逸出。当绝缘体44的表面被包含离子束的气体所包覆时，绝缘体的阻抗降低，因而在需被绝缘的元件之间，如绘示的萃取电极23及离子源20之间形成一漏电流路径(leakage path)。这会造成离子光束30的光束电流变得不稳定，结果需要替换萃取仪11以保持离子植入系统的整体性能。
因此，需要提供一种绝缘体，可以防止其被包含离子束的气体所包覆而形成一漏电流路径，而无需替换源头元件。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的高电流离子植入系统及其中的装置和绝缘体存在的缺陷，而提供一种新型结构的高电流离子植入系统及其中的改良装置和绝缘体，所要解决的技术问题是使其可以防止绝缘体被包含离子束的气体所包覆而形成一漏电流路径，而无需替换源头元件，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种离子植入系统，包括保持高电位的一离子源，一接地末端平台用以支撑基板，以及多个萃取电极从一离子源加速该离子，并指引一离子束到该末端平台的该基板上，该离子植入系统包括：一绝缘体放置在一第一元件和一第二元件之间，该第一元件是高电压元件而该第二元件是低电压或接地元件；该绝缘体包括具有一外部圆柱体围绕的一内部圆柱体，且该外部圆柱体和该内部圆柱体之间有一裂口；以及该外部圆柱体有对应的二个末端，且其中一末端放射状地与该内部圆柱体连接。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的离子植入系统，其中所述的内部圆柱体的长度较外部圆柱体的长度长，且包括接触第一元件和第二元件的对应的二个末端。
前述的离子植入系统，其中所述的外部圆柱体长度至少是内部圆柱体长度的60％。
前述的离子植入系统，其中所述的内部圆柱体和外部圆柱体有共同圆心。
前述的离子植入系统，其中所述的裂口包括一圆柱体凹穴。
前述的离子植入系统，其中所述的绝缘体放置于源头内，且更包括一同心圆柱体凹穴从每个末端向内延伸。
前述的离子植入系统，其中所述的内部圆柱体的半径厚度大于外部圆柱体的半径厚度。
前述的离子植入系统，其中在第一元件和第二元件之间的电位差至少是20000伏特。
前述的离子植入系统，其中所述的内部圆柱体环绕地连接外部圆柱体，因此裂口有一开口和一闭口。
前述的离子植入系统，其中所述的绝缘体放置在源头内，内部圆柱体的对应的所述末端的一第一末端接触第一元件，且该内部圆柱体的该第一末端非常靠近外部圆柱体的闭口末端。
前述的离子植入系统，其中所述的绝缘体放置在源头内，且与开口比较，闭口放置在较靠近离子束。
前述的离子植入系统，其中所述的绝缘体放置于垂直离子束的方向。
前述的离子植入系统，其中所述的外部圆柱体与内部圆柱体分离一固定距离。
前述的离子植入系统，其中每个第一元件和第二元件包括电极。
前述的离子植入系统，其中所述的第二元件是一低电压元件，且每个第一元件和第二元件包括电极。
前述的离子植入系统，其中所述的外部圆柱体的另一个对应的末端藉由裂口与内部圆柱体分离。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种改良装置，包括保持在高电压的一第一元件的一腔室，保持在低电压的一第二元件，以及一离子气体，该改良装置包括：一绝缘体放置在保持在高电压的该第一元件和保持在低电压或接地的该第二元件之间，并与该第一元件和该第二元件具体接触；该绝缘体包括有一外部圆柱体围绕的一内部圆柱体，且该外部圆柱体和该内部圆柱体之间有一裂口；以及该外部圆柱体有对应的二个末端，且其中一末端放射状地与该内部圆柱体连接。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的改良装置，其中所述的外部圆柱体长度至少是内部圆柱体长度的60％。
本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种绝缘体，在一离子气体环境中用于绝缘保持在接地的一第二元件和保持在高电压的一第一元件，该绝缘体包括有对应的二个末端的一内部圆柱体，该内部圆柱体的对应的该末端放置在该第一元件和该第二元件之间，该内部圆柱体的对应的该末端并与该第一元件和该第二元件具体接触，该内部圆柱体与一外部圆柱体同心环绕且两者之间有一裂口，该外部圆柱体有对应的二个末端，该外部圆柱体的一末端藉由在该内部圆柱体周围延伸的一凸缘与该内部圆柱体放射地连接。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的绝缘体，其中所述的外部圆柱体长度至少是内部圆柱体长度的60％。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：
为了达到上述目的，本发明提供了一种离子植入系统，其是将改良的绝缘体于一离子植入系统，该离子植入系统包括保持高电位的离子源，一接地末端平台用以握持晶圆(例如基板)，以及多个萃取电极从离子源加速离子并指引离子光束到末端平台的晶圆上。此改良装置包括放置绝缘体于第一高电压元件和第二元件之间，其中第二元件是一低电压元件或保持接地的元件。此绝缘体包括一具有外部圆柱体围绕的内部圆柱体，且外部圆柱体和内部圆柱体之间有一裂口。外部圆柱体有对应的末端，且有一末端放射状地与内部圆柱体连接。
另外，为了达到上述目的，本发明另提供了一种改良装置，是将绝缘体放置在一装置内，此装置包括一腔室，此腔室包括保持在高电位的第一元件，紧邻低电位或接地的第二元件，及具有离子气体存在于其内。此绝缘体放置在第一元件和第二元件之间，且与二者具体接触。绝缘体包括具有同中心围绕外部圆柱体的内部圆柱体，且外部圆柱体和内部圆柱体之间有一裂口。外部圆柱体有对应的末端，且有一末端藉由延伸围绕内部圆柱体的凸缘放射状地与内部圆柱体连接。
再者，为了达到上述目的，本发明再提供了一种绝缘体，该绝缘体在具离子气体环境中，绝缘保持高电位的第一元件与保持接地的第二元件。此绝缘体包括具有对应的末端的内部圆柱体，此对应的末端放置在第一元件和第二元件之间，并分别具体地接触第一元件和第二元件。绝缘体藉由一外部圆柱体同圆心地围绕此内部圆柱体，且在外部圆柱体和内部圆柱体之间有一裂口。此外部圆柱体有对应的末端，且有一末端藉由延伸围绕内部圆柱体的凸缘放射状地与内部圆柱体连接。
借由上述技术方案，本发明高电流离子植入系统及其中的改良装置和绝缘体至少具有下列优点：
1、可以防止绝缘体被包含离子束的气体所包覆而形成一漏电流路径。
2、在没有增加额外成本的情况下，延长源头的寿命，并使光束电流保持稳定以增进效益以及延伸对系统的监视，而无需时常更换源头的部分元件。
综上所述，本发明新颖的高电流离子植入系统及其中的改良装置和绝缘体，其包括藉由内部圆柱体结构及与内部圆柱体结构一末端耦合的外部圆柱体结构的组态以增加表面积。圆柱体凹穴延伸于两圆柱体之间以增加表面区域，并使绝缘体在被包含离子束的气体所包覆时避免形成漏电流路径。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1绘示依照习知的萃取仪。
图2绘示使用本发明的绝缘体的一般装置图。
图3绘示本发明的绝缘体的透视图。
图4绘示本发明的绝缘体的透视图。
图5A绘示本发明绝缘体的侧视的工程概略图。
图5B绘示本发明绝缘体的底视的工程概略图。
图6绘示本发明萃取仪的平面图。
11：萃取仪 120：源头
20：离子源 121：萃取装置
20A：电弧反应室 125：厚度
22：离子源电极 126：半径厚度
23：萃取电极 128：半径厚度
24：抑制电极 130：离子源
25：接地电极 132：源头
30：离子源 134：高电压
44：绝缘体 136：G2墨电极
100：色缘体 138：电极带
102：末端 140：G1电弧室狭缝
104：末端 142：G1电弧室
106：内部圆柱体 144：激态电浆
108：外部圆柱体 146：气体供应输送管
110：裂口 150：G2萃取电极
112：长度 160：G3抑制电极
113：末端 170：G4接地电极
114：凹穴 180：离子光束
115：末端 190：萃取场
116：长度 200：加速场
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高电流离子植入系统及其中的改良装置和绝缘体其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提供一绝缘体绝缘接地或低电位的低电压元件与偏压在高电位的高电压元件。本发明的绝缘体揭示特殊的应用在离子植入系统的离子源头中，特别是在半导体制程使用的高电流离子植入系统。在此应用中，本发明的绝缘体可绝缘具高电位的电极、电极带或高电压线与接地或低电位的另一电极或其它元件。此绝缘体亦可应用于在不同工业的其他工具或系统中，高电压电位可与一接地或低电压元件绝缘。并使绝缘体在被包含离子束的气体所包覆时避免形成漏电流路径，因为在包含离子束的气体环境中，绝缘体的表面将被包含离子束的气体所包覆，会造成高电压元件与接地之间短路。
绝缘体亦可使用如图1所示的离子植入系统中的绝缘体44，然此绝缘体并不被限制于配合使用在此图形所示的系统或一般的离子植入系统中。
图2绘示使用本发明的绝缘体的一般装置。图2显示使用本发明的绝缘体的萃取装置121和源头(source head)120的组成。在源头120内包括离子源130、G1电弧室狭缝(arc chamber slit)140和G2萃取电极150。萃取装置121包括G3抑制电极160和G4接地电极170。在一实施例中，G3抑制电极160和G4接地电极170皆保持在接地电位。源头120和萃取装置121结合产生离子光束180。萃取场190包括G1电弧室狭缝140和G2萃取电极150，其用于设定离子光束180的光束电流。光束能量是根据包括G1电弧室狭缝140、G2萃取电极150、G3抑制电极160和G4接地电极170的加速场200所设定。G1电弧室狭缝140可保持在正电位，G2萃取电极150的电位可低于离子源-G1电弧室狭缝140的电位从离子源130翠取出正离子。在一实施例中，G2萃取电极150的电位可以保持在-2000伏特到-30000伏特之间，且小于G1电弧室狭缝140的电位。
如图示所安排，设置于G1电弧室狭缝140和G2萃取电极150之间，包括末端102和末端104的绝缘体100仅为一例示，绝缘体100亦可以用在不同的位置或装置中。如图2所绘示的装置可以用在应用材料公司(Applied Materials，Inc.；AMAT)的高电流植入机，应用材料公司是位于美国加州圣他克拉拉市(Santa Clara)。绝缘体100可以选择性地使用在需要绝缘高电压和低电压或接地之间的不同工具中。例如，在其他高电流植入机和高能量植入机亦可应用本发明的绝缘体。
图3和图4绘示本发明的绝缘体的透视图。此绝缘体可以由如氧化铝(Al2O3)的传统物质所组成，在其他实施例中此绝缘体亦可以由其他物质组成。而在一实施例中，此绝缘体可以由99.7％的氧化铝(Al2O3)所组成。相对于具有如长度112的固定长度的传统绝缘体，绝缘体100包括增加的表面区域，因此，当绝缘体放置于高电压与接地或低电压之间特定尺寸的间隙时，增加的表面区域不会被包含离子束的气体所包覆以形成一漏电流路径。增加的表面区域可降低连续涂层形成于其上的可能。进一步来说，设计几何结构包括增加的表面，此表面不向外暴露于环境中的气体中，且增加从绝缘体100的末端连续地形成薄膜或涂层的困难度。
绝缘体100包括对应的末端102和末端104以及由内部圆柱体106和外部圆柱体108所形成。对应的末端102和末端104分别与欲被绝缘的元件具体接触。如图3和图4所示，在此实施例中，内部圆柱体106和外部圆柱体108是同圆心的，而在其他实施例中可以有不同的配置。同心圆柱体凹穴114向内延伸到对应的末端102的深处，在其他实施例中，同心圆柱体凹穴114可能不会出现。外部圆柱体108的长度116小于内部圆柱体106的长度112，长度112和长度116在其他实施例中可以相同，或长度116可以相对小于长度112。裂口110是在外部圆柱体108和内部圆柱体106之间形成的一圆柱体凹穴。内部圆柱体106的半径厚度大于外部圆柱体108的半径厚度。外部圆柱体108包括对应的末端113和末端115。在末端115中，内部圆柱体106和外部圆柱体108藉由在内部圆柱体106和外部圆柱体108之间的凸缘放射状地连接。凸缘可以是延续的，因此内部圆柱体106可完全环绕地连接到外部圆柱体108。在裂口110间形成的凹穴在一末端(113)开口且在另一末端(115)闭口。在一实施例中，外部圆柱体108从内部圆柱体106分离一固定距离以形成固定距离的裂口110。
图5A和图5B绘示本发明绝缘体的侧视和底视的工程概略图。如图5A的侧视图，在此一实施例中，内部圆柱体106的长度112可以是50公分，但藉由元件之间的绝缘体100可绝缘的空间来决定，内部圆柱体106的长度112可以是任何长度。在此实施例中，当长度122是50公分，长度116大约是31公分，但根据使用绝缘体100的系统组态，可以使用于其他相对空间和绝对空间。在一较佳实施例中，外部圆柱体108的长度116可以是内部圆柱体106的长度112的60％。
图5B是一底视平面图，其绘示内部圆柱体106和外部圆柱体108相关的半径空间。在此实施例中，内部圆柱体106的半径厚度126大于对应的外部圆柱体108的半径厚度128，但在其他实施例中，相对的半径厚度是可以改变的。在此实施例中，半径厚度126可以是半径厚度128的四倍，但在其它实施例中的源头设计可以使用其他的相关厚度。裂口110的厚度125可有效地保持在较小值，使气体不容易在源头出现，不容易使其进入裂口110的凹穴，最后在表面上形成连续的涂层。依旧参考图5A，为了让一漏电流路径可以从绝缘体100的一末端到另一末端形成，连续涂层必须在所有的外部表面和裂口110的内部表面(虚线表示)形成。绝缘体100的外部直径124可以是任意数值，在此实施例中的直径大约是25公分。
绝缘体100的形状可以依据在特定位置使用而改变。绝缘体100的对应的末端102和末端104分别有效地连接不同电位的元件，在不同电位的元件之间提供绝缘的功效。在图6绘示一组合。
在图6中显示一源头132，其介绍使用绝缘体100的另一种组合。在此实施例中，藉由电极带138的装置提供高电压134给G2石墨电极136，高电压134可以是-2000伏特，但在其他实施例中，可以使用不同的电压。G2石墨电极136可保持在较G1电弧室142大的负电位，举例来说，G2石墨电极132可以保持在-2000伏特到-30000伏特较G1电弧室142大的负电位。电弧室(G1)142产生从电极136萃取的电浆，用以制造激态电浆144以聚焦一离子光束。源头132也包括细丝电极148和气体供应输送管146。绝缘体100放置在高电位电极带138和保持在G1电位的源头的任何位置之间，并在两者之间提供绝缘。在一实施例中，绝缘体100可放置在高电位电极带138和气体供应输送管146之间。根据此实施例，绝缘体100的末端102(换言之外部圆柱体108的末端相连的闭口末端115可以是向内的)接触气体供应输送管146。在其他组合中，放置绝缘体100如同在源头132内有气体流动时，末端地放置开口末端113，进一步降低在延长时间中气体完全填充裂口110然后在表面上形成一连续涂层的可能性。本发明的绝缘体100的优点是利用此绝缘体100从气体供应输送管146有效地绝缘电极带138(反之亦然)，绝缘体100阻止在电极带138和接地元件之间形成漏电流路径。因此，在没有增加额外成本的情况下，延长源头的寿命，并使光束电流保持稳定以增进效益以及延伸对系统的监视，而无需时常更换源头的部分元件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (19)
1.一种离子植入系统，包括保持高电位的一离子源，一接地末端平台用以支撑基板，以及多个萃取电极从一离子源加速该离子，并指引一离子束到该末端平台的该基板上，其特征在于该离子植入系统包括：
一绝缘体放置在一第一元件和一第二元件之间，该第一元件是高电压元件而该第二元件是低电压或接地元件；
该绝缘体包括具有一外部圆柱体围绕的一内部圆柱体，且该外部圆柱体和该内部圆柱体之间有一裂口，其中该内部圆柱体具有两凹穴，分别配置于该内部圆柱体的相对两端，且该两凹穴不相连通；以及
该外部圆柱体有对应的二个末端，且其中一末端放射状地与该内部圆柱体连接。
2.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的内部圆柱体的长度较外部圆柱体的长度长，且包括接触第一元件和第二元件的对应的二个末端。
3.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的外部圆柱体长度至少是内部圆柱体长度的60％。
4.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的内部圆柱体和外部圆柱体有共同圆心。
5.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的裂口包括一圆柱体凹穴。
6.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的绝缘体放置于源头内，且该两凹穴为同心圆柱体凹穴。
7.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的内部圆柱体的半径厚度大于外部圆柱体的半径厚度。
8.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于在第一元件和第二元件之间的电位差至少是20000伏特。
9.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的外部圆柱体环绕地连接该内部圆柱体，因此裂口有一开口和一闭口。
10.根据权利要求9所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的绝缘体放置在源头内，且与开口比较，闭口放置在较靠近离子束。
11.根据权利要求10所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的绝缘体放置于垂直离子束的方向。
12.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的外部圆柱体与内部圆柱体分离一固定距离。
13.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中每个第一元件和第二元件包括电极。
14.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的第二元件是一低电压元件，且每个第一元件和第二元件包括电极。
15.根据权利要求1所述的离子植入系统，其特征在于其中所述的外部圆柱体的另一个对应的末端藉由裂口与内部圆柱体分离。
16.一种离子植入装置，包括保持在高电压的一第一元件的一腔室，保持在低电压的一第二元件，以及一离子气体，其特征在于该离子植入装置包括：
一绝缘体放置在保持在高电压的该第一元件和保持在低电压的该第二元件之间，并与该第一元件和该第二元件具体接触；
该绝缘体包括有一外部圆柱体围绕的一内部圆柱体，且该外部圆柱体和该内部圆柱体之间有一裂口，其中该内部圆柱体具有两凹穴，分别配置于该内部圆柱体的相对两端，且该两凹穴不相连通；以及
该外部圆柱体有对应的二个末端，且其中一末端放射状地与该内部圆柱体连接。
17.根据权利要求16所述的离子植入装置，其特征在于其中所述的外部圆柱体长度至少是内部圆柱体长度的60％。
18.一种绝缘体，在一离子气体环境中用于绝缘保持在接地的一第二元件和保持在高电压的一第一元件，其特征在于，该绝缘体包括有对应的二个末端的一内部圆柱体，该内部圆柱体的对应的该末端放置在该第一元件和该第二元件之间，该内部圆柱体的对应的该末端并与该第一元件和该第二元件具体接触，其中该内部圆柱体具有两凹穴，分别配置于该内部圆柱体的相对两端，且该两凹穴不相连通，该内部圆柱体与一外部圆柱体同心环绕且两者之间有一裂口，该外部圆柱体有对应的二个末端，该外部圆柱体的一末端藉由在该内部圆柱体周围延伸的一凸缘与该内部圆柱体放射地连接。
19.根据权利要求18所述的绝缘体，其特征在于其中所述的外部圆柱体长度至少是内部圆柱体长度的60％。
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