CN112640025B - 离子植入机及离子植入设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半导体处理设备，其包括具有导电或不导电多孔材料的一个或多个组件。具体而言，公开一种离子植入机及离子植入设备。在一些实施例中，离子植入机可包括用于将离子束引导到目标的多个束线组件以及沿着所述多个束线组件中的至少一者的表面设置的多孔材料。
Description
相关申请的交叉参考
本申请是在2018年10月16日提出申请的美国非临时专利申请第16/161,989号的部分接续案，所述美国非临时专利申请主张在2018年9月7日提出申请的美国临时专利申请第62/728,429号的优先权，所述各申请的全部内容并入本文中供参考。
技术领域
本发明的实施例涉及离子植入机及离子植入设备。更具体来说，本发明的实施例涉及在离子植入系统中使用导电或不导电发泡体(foam)。
背景技术
离子植入是一种用于将杂质离子掺杂到衬底(例如半导体晶片)中的工艺。通常，将离子束从离子源腔室朝向衬底引导。向离子源腔室供应不同的馈送气体，以获得用于形成具有特定掺杂剂特性的离子束的等离子。例如，从馈送气体PH3、BF3或AsH3，在离子源内产生各种原子离子及分子离子，且随后对所述离子进行加速并进行质量选择。所生成的离子到衬底中的植入深度是基于离子植入能量及离子质量。可以不同的剂量及不同的能量级在目标晶片或衬底中植入一种或多种类型的离子物质，以获得所期望的装置特性。衬底中精确的掺杂分布对于正常的装置操作来说至关重要。
当在植入工艺期间植入某些物质时，来自晶片的溅射朝向离子植入系统的各种组件往回反射。此外，离子束可直接造成污染物沉积。因此，组件被严重地涂布有污染物/颗粒，从而导致脱落。脱落通常会使得颗粒数量升高，从而影响装置性能良率。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一系列概念，所述一系列概念在下文的具体实施方式中进一步阐述。本发明内容并不旨在识别所主张主题的关键特征或本质特征，本发明内容也不旨在帮助确定所主张主题的范围。
在一个实施例中，一种离子植入机可包括：多个束线组件，用于将离子束引导到目标；以及多孔材料，沿着所述多个束线组件中的至少一者的表面设置。
在另一实施例中，一种设备可包括：多个束线组件，用于将离子束引导到晶片；以及多孔材料，沿着所述多个束线组件中的至少一者的表面设置。
在又一实施例中，一种离子植入机可包括：多个束线组件，用于将离子束引导到处理腔室内的晶片；以及多孔材料，沿着所述处理腔室的表面设置。
附图说明
图1示出根据本发明实施例并入有等离子泛射枪总成的离子植入机系统。
图2是根据本发明实施例的图1所示等离子泛射枪总成的端视图。
图3是根据本发明实施例用于图1所示离子植入机系统中的金属发泡体的实例。
附图未必按比例绘制。附图仅仅是代表图，并不旨在描绘本发明的具体参数。附图旨在示出本发明的示例性实施例，且因此不应被认为对范围进行限制。在附图中，相同的编号代表相同的元件。
此外，为使说明清楚起见，一些图中的某些元件可被省略或者不按比例示出。为使说明清楚起见，剖视图可呈“切片”或“近视”剖视图的形式，从而省略了在“真实”剖视图中原本可见的某些背景线。此外，为了清楚起见，可在某些附图中省略一些参考编号。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更全面地阐述根据本发明的设备及离子植入机，其中示出了方法的实施例。所述设备及装置可实施为许多不同的形式，且不应被解释为仅限于本文所陈述的实施例。而是，提供这些实施例是为了使本发明彻底及完整起见，且将向所属领域中的技术人员全面地传达系统及方法的范围。
离子植入机广泛用于半导体制造中，以选择性地更改材料的导电性。在一些离子植入机中，从离子源生成的离子被引导穿过一系列束线组件，例如，包括一个或多个分析磁体及多个电极。束线组件选择所期望的离子物质，滤除污染物物质及具有非期望能量的离子，并调整目标晶片处的离子束品质。合适形状的电极可修改离子束的能量及形状。
如本文将更详细地阐述，可使用导电或不导电多孔材料或“发泡体”来覆盖离子植入机内会积聚沉积物的任何及所有表面。在各种应用中，发泡体可为铝发泡体、碳化硅(SiC)发泡体、氧化铝发泡体、石墨发泡体和/或与所涉及的化学品及工艺兼容的其他导电或不导电材料。沉积物可由离子束直接造成，或者可由离子束所溅射/剥落(或以其他方式释放)的材料造成。例如，晶片工艺腔室中的所有表面通常暴露在从晶片溅射的材料沉积物中。这些表面包括腔室的壁、晶片固持及扫描设备的表面、腔室中的衬里、等离子泛射枪的表面以及一个或多个屏蔽件。可将发泡体应用于这些表面，以捕获直接或溅射的材料。
沉积也可能发生在束撞射区的瞄准线中的表面上。例如，未选束可能会撞击分析仪磁体中的石墨束集堆(beam dump)。这些石墨部件可被束侵蚀，且所产生的沉积物积聚在例如分析仪磁体及相邻腔室中的腔室表面及衬里上。此外，除腔室及腔室衬里表面之外，还可将发泡体应用于收集沉积物的一个或多个设备，例如法拉第(faraday)装置、质量狭缝装置、磁体及静电透镜。
图1中大体上示出示例性离子植入机系统100，且其包括离子源腔室102及用于将离子束95引导到晶片或衬底的一系列束线组件111。这些组件111容纳在真空环境中，且被配置成基于所期望的植入分布来提供离子剂量水平以及高或低能量植入。具体来说，植入机系统100包括离子源腔室(以下称为“腔室”)102，以产生所期望物质的离子。腔室102可具有由电源101供电的相关联热阴极，以将引入到腔室102中的馈送气体电离，从而形成带电离子及电子(等离子)。热阴极可为例如受热丝极或间热式阴极。
将不同的馈送气体供应到腔室102以产生具有特定掺杂剂特性的离子。可经由抽取电极配置104从源腔室102抽取离子，抽取电极配置104用于产生所期望的电场以将从腔室102抽取的离子束95聚焦。离子束95穿过质量分析仪腔室106，质量分析仪腔室106具有磁体，所述磁体的功能是仅将具有所期望荷质比的离子传递到分辨开孔。具体来说，分析仪磁体107可包括弯曲路径，在所述弯曲路径中，离子束95暴露在所施加的磁场中，从而使具有非期望荷质比的离子远离束路径而偏转。准直器磁体110位于质量狭缝装置108的下游，且被配置成将离子束95偏转成具有平行轨迹的带状束。可通过磁线圈使用磁场来调整离子的偏转。
离子束95对准附装到支撑件或台板114的工件。利用加速/减速级112，且加速/减速级112可设置在准直器磁体110与支撑件114之间。加速/减速级112(也被称为静电过滤器或透镜)可靠近台板114上的目标衬底而定位，且可包括多个电极(例如三个)，以将离子以所期望的能量级植入到目标衬底中。由于离子在与衬底中的电子及原子核碰撞时会损失能量，因此离子基于加速能量而在衬底内的所期望深度处停止。可通过束扫描、通过使用台板114进行的衬底移动、或者通过束扫描与衬底移动的组合将离子束95分布在目标衬底上。等离子泛射枪(plasma flood gun，PFG)总成116可位于台板114的正上游，以刚好在离子束撞击衬底之前将等离子施加到所述束。尽管未示出，可沿着束线组件111中的任一者的一个或多个表面(包括沿着PFG总成116的、分析仪磁体107的、准直器磁体110的、质量狭缝装置108的或加速/减速级112的表面)形成或沉积发泡体。此外，可沿着容纳束线组件111中每一者的腔室的任何表面设置发泡体。
参照图2，将更详细地阐述根据本发明实施例的总成116。在使用期间，离子束95被递送到离子束目标，例如支撑件或台板114。离子束95可在PFG115下方行进，PFG 115包括主体140且可运行以向离子束95供应等离子。如图所示，屏蔽总成120的第二屏蔽件134可从安装板132向下延伸，以保护PFG 115的出射开孔142。在一些实施例中，第二屏蔽件134及安装板132彼此垂直地定向。连接块128可例如沿着第一屏蔽件124的第二主侧130将第一屏蔽件124与安装板132耦合在一起。安装板132可通过托架136耦合到PFG 115的壳体122，其中托架136可为L形的。在一些实施例中，安装板132部分地环绕PFG 115的主体140的覆盖区(footprint)或周边143。
PFG 115通常位于离子束95附近，刚好在离子束95到达设置在台板114上的目标衬底之前。在PFG 115的壳体122中，出射开孔142被定位成容许使所生成的等离子流动而与离子束95接触。在离子束95撞击台板114时，会生成溅射144，且溅射144被朝向PFG 115往回重新引导。溅射144可由第一屏蔽件124的第一主侧126接收。在一些实施例中，第一屏蔽件124包括一个或多个类发泡体结构。作为另一选择，第一屏蔽件124可包括由发泡体125形成的外层，或者可完全由发泡体材料制成。将第一屏蔽件124提供为类发泡体组件不同于用于衬砌半导体设备机器的传统固体结构。
尽管是非限制性的，第一屏蔽件124可为导电或不导电的。例如，第一屏蔽件可为铝发泡体、碳化硅(SiC)发泡体、氧化铝发泡体、石墨发泡体和/或与所涉及的化学品及工艺兼容的其他导电或不导电材料。在一些情形中，在其中铝可能不足的类似应用中，使用SiC发泡体可能更合适。例如，对于衬砌对金属不敏感的区域来说，铝发泡体是一种具有成本效益的解决方案，而SiC涂层发泡体可用于其中铝发泡体会使得客户晶片上的金属数量过多的地方。发泡体能够通过捕获由植入工艺产生的再沉积涂层(例如溅射144)来延长机器维护之间的时间。溅射144被陷获在由发泡体125形成的层内，而非位于第一屏蔽件124的及总成116的其他组件的表面上，在这些表面处溅射144更有可能脱落。
在一些实施例中，系统100的各种其他组件可由导电或不导电发泡体制成或者涂布有导电或不导电发泡体。例如，由发泡体125形成的层也可设置在界定工艺腔室129的一个或多个工艺腔室壁127上。发泡体125充当用于陷获再沉积材料(例如溅射144)的衬里，比在现有技术方法中所使用的衬里材料及纹理显著更持久。
图3展示非限制性Al发泡体150。Al发泡体150可与沿着图2所示的第一屏蔽件124和/或工艺腔室壁127设置的由发泡体125形成的层相同或相似。在一些实施例中，Al发泡体150是由铝制造且界定多个孔隙152的金属发泡体。如本文所使用，Al发泡体150是由铝或铝合金制成的发泡体铝，其具有大体积分数的孔隙152或孔眼。所述多个孔隙152可设置成彼此流体连通，以形成互连的网状物并界定开孔发泡体。发泡体铝可包括非常高的孔隙率。
所述多个孔隙152中的每一者包括孔隙大小。所述多个孔隙152中的每一者的形状可为均匀的，但并非仅限于球形，或者可在不同的孔隙152之间变化。如本文所使用，孔隙大小可被定义为跨越由每一孔隙界定的空隙的最大距离。例如，如果孔隙界定球形，则孔隙大小可被定义为球体的直径。然而，由于孔隙152可包括非标准几何形状，例如非球形形状，因此应了解，孔隙152可能并不界定通常所理解的直径。因此，孔隙大小在本文中被定义为跨越由特定孔隙界定的空隙的最大距离。优选地，所述多个孔隙152中的任一者的孔隙大小在0.1mm与4.0mm之间。然而，应了解，孔隙大小可有所不同。
如上所述，Al发泡体150包括孔隙率，即孔隙密度。如本文所使用，孔隙密度是Al发泡体150的每单位体积的孔隙152数目。跨越Al发泡体150的横截面，孔隙密度可为均匀的。作为另一选择，孔隙密度可跨越Al发泡体150的横截面而变化，以在Al发泡体150的横截面内界定多个横截面区域。因此，Al发泡体150的每一横截面区域可包括与任何相邻的横截面区域不同的孔隙密度。
上述论述是出于例示及说明的目的而呈现，且不旨在将本发明限制于本文所公开的一种或多种形式。例如，为了简化本发明，可在一个或多个方面、实施例或配置中将本发明的各种特征聚集在一起。可在替代方面、实施例或配置中组合本发明的某些方面、实施例或配置的各种特征。此外，以上权利要求并入到具体实施方式中供参考，其中每一权利要求项独立地作为本发明的单独实施例。
如本文所使用，以单数形式叙述且跟在词语“一个(a或an)”后面的元件或步骤被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确叙述了此种排除。此外，本发明所提及的“一个实施例”不旨在被解释为排除也并入有所叙述特征的额外实施例的存在。
本文所使用的“包括(including、comprising)”或“具有”及其变型意在包含其后列出的项目及其等效物以及额外项目。因此，用语“包括”或“具有”及其变型是开放式的表达，且在本文可互换使用。
本文所使用的短语“至少一个”、“一个或多个”及“和/或”是开放式表达，且在操作中是合取及析取的。例如，表达“A、B及C中的至少一者”、“A、B或C中的至少一者”、“A、B及C中的一者或多者”、“A、B或C中的一者或多者”及“A、B和/或C”意指A单独地、B单独地、C单独地、A与B一起、A与C一起、B与C一起、或A、B及C一起。
所有方向参考(例如，近侧、远侧、上部、下部、向上、向下、左、右、横向、纵向、前、后、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、径向、轴向、顺时针及逆时针)仅用于识别目的，以帮助读者理解本发明。方向参考不产生限制，特别是关于本发明的位置、定向或使用。除非另有指示，否则连接参考(例如，附装、耦合、连接及接合)应被广义地解释，且可包括元件集合之间的中间构件及元件之间的相对移动。因此，连接参考未必推断出两个元件是直接连接的且彼此呈固定关系。
此外，识别参考(例如，初级、次级、第一、第二、第三、第四等)并不旨在暗含重要性或优先级，而是用于区分一个特征与另一特征。附图是出于例示的目的，且本文附图中反映的尺寸、位置、次序及相对大小可变化。
此外，用语“实质”或“大约”以及用语“近似”或“大约”在一些实施例中可互换使用，且可使用所属领域中的普通技术人员可接受的任何相对度量来进行阐述。例如，这些用语可用作与参考参数的比较，以指示能够提供预期功能的偏差。尽管是非限制性的，与参考参数的偏差可为例如小于1％、小于3％、小于5％、小于10％、小于15％、小于20％等等的量。
如本文所述，应了解，本发明至少提供了以下技术益处/优点。首先，发泡体能够通过捕获由离子束直接造成的沉积物和/或由植入工艺产生的再沉积涂层(例如溅射)来延长机器维护之间的时间。溅射被陷获在发泡体层内，而非位于离子植入机的表面上。其次，发泡体及屏蔽件的使用增加预防性维护之间的时间，从而改善了持有成本。与其中涂布在机器敏感区上的材料以使得需要过多停机时间来进行清洁的速率而积聚的现有技术不同，本发明的发泡体容许溅射材料有更大量的积聚。
虽然本文已阐述了本发明的某些实施例，但本发明并非仅限于此，因为本发明的范围与本领域将容许的一样广泛，并且说明书可同样进行解读。因此，以上说明不应被解释为限制性的。而是，以上说明仅为特定实施例的示例。所属领域中的技术人员将在所附权利要求的范围及精神内设想出其他修改。
Claims (14)
1.一种离子植入机，包括：
多个束线组件，用于将离子束引导到目标，其中所述多个束线组件包括等离子泛射枪；
屏蔽总成，直接耦合至所述等离子泛射枪，其中所述屏蔽总成包括具有面向所述目标的第一主侧的屏蔽件；以及
多孔材料，沿着所述屏蔽件的所述第一主侧设置。
2.根据权利要求1所述的离子植入机，其中所述目标是位于工艺腔室内的晶片。
3.根据权利要求2所述的离子植入机，其中所述多孔材料沿着所述工艺腔室的工艺腔室壁设置。
4.根据权利要求2所述的离子植入机，其中所述晶片由台板支撑，且其中所述多孔材料沿着所述台板的表面设置。
5.根据权利要求1所述的离子植入机，其中所述多孔材料包括铝发泡体、碳化硅发泡体、氧化铝发泡体或石墨发泡体。
6.根据权利要求1所述的离子植入机，其中所述多孔材料具有均匀的孔隙密度或不均匀的孔隙密度。
7.根据权利要求1所述的离子植入机，其中所述屏蔽件的所述第一主侧界定定向为与由所述离子束的行进方向界定的束线垂直的平面。
8.一种离子植入设备，包括：
多个束线组件，用于将离子束引导到晶片，其中所述多个束线组件包括等离子泛射枪；
屏蔽总成，直接耦合至所述等离子泛射枪，其中所述屏蔽总成包括具有面向目标的第一主侧的屏蔽件；以及
多孔材料，沿着所述屏蔽件的所述第一主侧设置。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述晶片位于工艺腔室内。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述多孔材料更沿着所述工艺腔室的工艺腔室壁设置。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述晶片由台板支撑，且其中所述多孔材料沿着所述台板的表面设置。
12.根据权利要求8所述的设备，其中所述多孔材料包括铝发泡体、碳化硅发泡体、氧化铝发泡体或石墨发泡体，且其中所述多孔材料具有均匀的孔隙密度或不均匀的孔隙密度。
13.一种离子植入机，包括：
多个束线组件，用于将离子束引导到处理腔室内的晶片，其中所述多个束线组件包括等离子泛射枪；
屏蔽总成，直接耦合至所述等离子泛射枪，其中所述屏蔽总成包括具有面向目标的第一主侧的屏蔽件；以及
多孔材料，沿着所述屏蔽件的所述第一主侧设置。
14.根据权利要求13所述的离子植入机，其中所述多个束线组件更包括分析仪磁体、准直器磁体、质量狭缝装置及静电过滤器，其中所述多孔材料更沿着所述分析仪磁体、所述准直器磁体、所述质量狭缝装置与所述静电过滤器中至少一个的表面设置。
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