CN101432840A - 离子源的前板 - Google Patents

Abstract

本发明是关于适于离子植入机的离子源的前板。根据本发明的前板包含：正及反侧；出口孔洞，其允许离子由离子源移出，且出口孔洞在正及反侧之间是实质平直地延伸穿过前板；及狭缝，由正侧向反侧以其至少一部分厚度的倾斜而穿透前板，且狭缝由前板的一侧延伸以与出口孔洞连结。狭缝是经过倾斜以阻挡在由前方观看时进入离子源的视线，且提供膨胀间隙。

Description

离子源的前板

技术领域

本发明是关于一种适于离子植入机的离子源的前板。

背景技术

本发明的预期的应用为在离子植入机的离子源中，离子植入机可用在半导体组件或其它材料的制造中，不过许多其它的应用亦是可行。在这一类的应用中，半导体晶片通过植入所需的掺质(dopant)物种原子至晶片本体以形成具有不同导电率的区域来加以修改。常见的掺质范例为硼、磷、砷、及锑。这些掺质在离子源中产生。

典型地，离子植入机包含位于一真空腔内部的保持在真空中的离子源。离子源使用在电弧腔内部产生的等离子来制造离子。在电弧腔中的等离子使用电位差及热电子源撞击。热电子可使用多种不同配置之一来产生，例如：费曼源(Freeman source)或伯纳源(Bernas source)(包含间接加热的阴极)。

在一典型的伯纳源中，热电子由阴极射出，并在电场作用下加速，且由磁场限制以沿着朝反向阴极(counter-cathode)的螺旋形路径行进。在电弧腔内部与前驱物气体分子互动制造所需的等离子。

等离子离子通过设置在前板中的孔洞而由电弧腔汲取出。在「离子云(ion shower)」模式中，离子行进以在例如半导体晶片的目标中植入。或者，汲取出的离子可通过质量分析台，以致具有所需质量及能量的离子被挑选向前行进以在半导体晶片中植入。更详细的离子植入机叙述可参见美国专利第4,754,200号。

离子源将包含电弧腔以容纳等离子。如图图1及图图2所示的腔壁及前板是包围住电弧腔。此二部件式(two-piece)构造是经组装以形成如槽状的孔洞，以允许离子由电弧腔中被汲取出。在A处显示的舌状物及凹槽的配置是设置以协助前板的两个部件的对准。离子汲取电极组件通常设置在孔洞的前方，以由离子源汲取出离子，而前板可形成前述组件的电极之一。

发明内容

以此为背景，本发明存在于离子源的前板，其包含：允许离子由离子源移出的出口孔洞，且出口孔洞是在正及反侧之间而实质平直地延伸穿过前板；及一狭缝，是由正侧向反侧而以其至少一部分厚度的倾斜穿透前板，狭缝由前板的一侧延伸以与出口孔洞连结。

倾斜狭缝的构造允许容纳前板的膨胀，从而减轻热应力。这是有利的，因为离子源的前板会变热。举例来说，在前板与电弧腔并用处，等离子中的热在某种程度上会转移给前板，而这将使前板膨胀。由于前板典型由金属制成，温度上升快速且膨胀显著。石墨亦常用于前板。

出口孔洞允许视线直接进入离子源，以致离子可自由地由离子源汲取出以用于随后的植入，其中，本发明用于离子植入机中。倾斜狭缝使视线无法进入离子源中。此外，倾斜狭缝的使用增加穿过前板的路径长度。结果，离子及气体由离子源穿过狭缝而逸出的倾向因而大大缩减。尤其，倾斜狭缝的构造有效地防止电场穿入离子源。这些场可为用来由离子源汲取取离子的电极组件所产生的。平直的出口孔洞及倾斜狭缝的组合意谓汲取场是通过出口孔洞而穿入离子源，但不通过狭缝。

可选择地，狭缝可由侧边而直线延伸至出口孔洞。出口孔洞亦可为线形的，及可选择地是实质与狭缝为共直线。因此，平直的出口孔洞及倾斜狭缝可相交于一点，以致在狭缝的任一侧的前板部分与出口孔洞未相连结，并可随着前板膨胀而相对于彼此移动。在一较佳的实施例中，前板是单一部件的。举例来说，前板可延伸环绕出口孔洞未与狭缝结合的末端以便形成一般的C形或其类似物。

由单部件材料制作前板是有利的，因为与多部件设计相比，前板的对准变得简单。举例来说，汲取孔洞边缘的对准变得容易控制。此外，前板可精确成形，且当以机器制造单部件材料时，可更容易控制此形状。精确的成形对前板形成电极的处是非常重要的，且对用于周密地成形一电场来说亦然。

狭缝可以固定倾斜而形成穿过前板，或其可在延伸穿过前板时形成折线形(dog-let)。折线形的一部分可平直地延伸穿过前板。

根据进一步的实施态样，本发明存在于离子源，其包含任何上述的前板配置，同时存在于离子植入机，其包含任何此类的离子源。

附图说明

为了让本发明更加容易理解，一较佳的实施例现将参照伴随的图式加以叙述，其中：

图1为根据先前技术的经过组装的前板的透视图；

图2为图1的前板在组装前的透视图；

图3为离子植入机的示意图；

图4为图3的离子源的侧视图；

图5为图4的前板的前视图；

图6为沿着图5的线VI-VI的剖面图；

图7为始于图5的线VII-VII的侧视图；

图8为始于图5的线VIII-VIII的侧视图；

图9为始于图5的前板前方的透视图；及

图10为始于图5的前板后方的透视图。

主要组件符号说明

10  离子植入机               12  晶片

14  离子源                   15  真空腔

16  电弧腔                   18  壁

20  阴极                     21  电源供应器

22  供气装置                 23  汽化器

26  汲取电极                 27  前板

28  出口孔洞/槽              30  质量分析台

32  质量解析缝               34  螺旋形路径

36  晶片架/旋转料架       38  束终止件

44  (反向)阴极            46  磁组件

48  定位器                50  本体

52  绝缘块                54  屏蔽

56  衬套                  58  端盖

60  电子管                62  灯丝

70  前表面                72  后表面

76  角                    78  圆形端

78a 端                    80  狭缝

82  邻接侧                84  凸缘

具体实施方式

为了提供本发明的背景，一示范的应用是显示于图3，然而须注意这只是本发明的一应用范例，绝非用以限制本发明。

图3显示根据本发明的用于在半导体晶片12中植入离子的已知的离子植入机10，其包含离子源14及前板28。在此实施例中，由离子源14产生的离子是被汲取出并通过一质量分析台30。具有所需质量的离子被挑选以通过质量解析缝32，接着撞击半导体晶片12。

离子植入机10包含用于产生所需物种的离子束的离子源14，其是位于真空腔15内部。离子源14大体上包含电弧腔16，而电弧腔16包含位于其一端的阴极20。离子源14可被操作以致阳极由电弧腔16的壁18提供。阴极20经过充分加热以产生热电子。

由阴极20射出的热电子是被吸引至阳极，而在此实例中，阳极即为邻接的腔壁18。热电子在其横越电弧腔16时使气体分子离子化，从而形成等离子并产生所需的离子。

热电子行进的路径可加以控制以防止电子只沿着最短路径行进至腔壁18。磁组件46提供一延伸穿过电弧腔16的磁场，以致热电子沿着电弧腔16的长度的螺旋形路径而朝反向阴极44行进，其中阴极44是位于电弧腔16的相对端。

供气装置22使电弧腔16充满欲植入的物种或充满前驱物气体物种。电弧腔16在真空腔15内部是保持减压。行进穿过电弧腔16的热电子是将存在于电弧腔16中的气体分子离子化，亦可使分子断裂。在等离子中产生的离子亦将包含微量的污染物离子(例如：由腔壁的材料产生者)。

来自电弧腔16内部的离子是利用负偏压(相对于接地线)汲取电极26而被汲取穿过设置在电弧腔16的前板27中的出口孔洞28。通过电源供应器21而在离子源14及接续的质量分析台30之间施加电位差，以加速汲取出的离子，且离子源14及质量分析台30是通过一绝缘体(未显示)而与彼此为电性绝缘。所汲取的离子的混合物接着通过质量分析台30，以使其在磁场的影响下通过弯曲的路径。任何离子行进的曲率半径由其质量、电荷状态、及能量来决定，且磁场是受到控制以便在一设定的束能量下，只有那些具有所需质荷比(mass to charge ratio)及能量的离子能够沿着符合质量解析缝32的路径出去。射出的离子束接着传送至目标，亦即，欲植入的半导体晶片12，或在目标位置处不存在有晶片12时传送至束终止件38。在其它模式中，亦可使用设置在质量分析台30及目标位置之间的透镜组件来使离子束加速或减速。

半导体晶片12将固定在晶片架36之上，在连续植入时，晶片12会连续地传送至晶片架36或传送离开晶片架36。或者，在许多晶片12被放置于旋转料架36上的情况下，可加以使用平行处理，其中旋转料架36是转动以依次将晶片12提供至入射离子束。

图4更详细地显示用于图3的离子植入机10中的离子源14。图4是符合间接加热的阴极配置，然而，其它例如灯丝或费曼型的配置也可使用。

在图4中，阴极由电子管60的端盖58提供，而电子管60是略微突出至电弧腔16之中，并包含加热灯丝62。加热灯丝62及端盖58是保持在不同电位以确保由灯丝62射出的热电子可加速进入端盖58，而电子管60及电弧腔16的衬套56之间是留有一间隙以保持电性绝缘。电子加速进入端盖58是能够传送能量至端盖58，以使其充分加热而射出热电子至电弧腔16中。反向阴极44是位在电弧腔16的远程，且同样与衬套56之间具有小间隔以确保电性绝缘。磁组件46(只示于图3)可操作以提供磁场，其致使由端盖58射出的电子沿着电弧腔16的长度的螺旋形路径34而朝反向阴极44行进。电弧腔16通过供气装置22或通过一或多个可加热固体或液体的汽化器23而充满前驱物气体物种。

加热灯丝62通过两个定位器48而保持在适当位置，该些定位器48是使用绝缘块52而各自连接至离子源14的本体50。绝缘块52是配备有屏蔽54，以防止任何由电弧腔16逸出的气体分子到达绝缘块52。

电弧腔16由壁形成，且其后壁、侧壁、上及下壁皆设有衬套56。电弧腔16的前面由前板27形成，其密封除了出口孔洞28的外的电弧腔16，而离子是穿过出口孔洞28而汲取出，且下方将加以叙述出口孔洞28。

图5至图10是显示根据本发明的一实施例的前板27。前板27由单部件材料而以机器加工制成，其具有前表面70及后表面72。前板27将以导电的高熔点材料制成，其中石墨以及金属为良好的选择。前板27的前表面70(如安装至离子源时所视)为具有圆形角76的矩形。具有圆形端78的伸长槽28是设置在其中央以用作出口孔洞28。较窄的狭缝80由槽28的一端78a延伸至前板27的邻接侧82。

前板27的后表面72具有毗连于电弧腔16的侧边的直立凸缘84。出口孔洞28位于由凸缘84所包围住的区域内部，反之，狭缝80延伸至接触凸缘84然后穿过凸缘84。如同所见，出口孔洞28以直角由前板27的前表面70延伸，而狭缝80则是呈一角度。因此，当由前方观看时，出口孔洞28提供通往离子源14内的直接视线，而狭缝80则否。由于此角度及较长的路径长度，由电弧腔16穿过狭缝80的离子损耗及气体损耗被最小化。

熟悉此技艺者须注意，在不偏离本发明由权利要求定义的范围的情况下，上述实施例可加以变化。

举例来说，前板27的总形状可由所示的矩形形状作变化。此外，角76不需为圆形。伸长的出口孔洞28并非必要，且可采用其它形状。出口孔洞28及狭缝80不需为共直线。事实上，出口孔洞28或狭缝80两者皆不需为线形，且可使用其它形状。虽然狭缝80显示为采用固定的倾斜，但倾斜可随着狭缝80延伸穿过前板28而变化，及/或狭缝80可扭结以形成例如折线形(dog-Ieg)。

虽然电弧腔16在一较佳的离子源14中加以叙述，但本发明亦可延伸至其它离子源14。举例来说，本发明的优点将由任何由于离子化制程而变热的离子源14所享有。

Claims (11)

1.一种用于离子源的前板，其包含：

正侧及反侧；

出口孔洞，其允许离子由该离子源而移出，且该出口孔洞是在该正侧及该反侧之间实质平直地延伸穿过该前板；以及

狭缝，由该正侧向该反侧以其至少一部分厚度的倾斜而穿透该前板，该狭缝由该前板的一侧延伸以与该出口孔洞连结。

2.如权利要求1所述的前板，其中该狭缝由该侧而直线地延伸至该出口孔洞。

3.如权利要求1或2所述的前板，其中该出口孔洞为线形。

4.如上述任一项权利要求所述的前板，其中该狭缝及该出口孔洞实质上为共直线。

5.如上述任一项权利要求所述的前板，其中该狭缝是以固定倾斜而形成穿过该前板。

6.如权利要求1至5中任一项所述的前板，其中该狭缝在其延伸穿过该前板时形成折线形(dog-leg)。

7.如上述任一项权利要求所述的前板，其中该前板包含单一部件(piece)。

8.如上述任一项权利要求所述的前板，其中该反侧的表面包含设置于周围的凸缘。

9.一种离子源，其包含如上述任一项权利要求所述的该前板。

10.如权利要求9所述的离子源，其中该离子源包含电弧腔。

11.一种离子植入机，其包含如权利要求9或10所述的该离子源。

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