TW201126562A - System and method for selectively controlling ion composition of ion sources - Google Patents
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Description
201126562
a A 六、發明説明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種電漿產生場(field),且特別是有 關於一種在次大氣壓電漿(sub-atmospheric pressure plasma) 中選擇性地控制離子、自由基(radicals)之密度、溫度和組 成、以及電子之密度和能量之系統和方法。 【先前技術】 電漿以多種方式而使用在半導體製程中,如電漿增強 型化學氣相沈積(Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition,PECVD)、以及基板摻雜。這些製程涉及到在 作為乾材基板(如矽晶圓)之表面上或表面下進行離子之有 方向性的沈積或摻雜。其它製程包括電漿蝕刻,其中蝕刻 用物種之方向性決定了將被蝕刻之溝槽之品質。 Χ 、典型的電漿摻雜製程利用電漿内的離子之帶電本質, =在乾材表面上或表面下沈積離子,㈣,電漿沈積製 程是與基板表面上所沈積的中性粒子(職她)有關。由於 電’其不易控制且因此將形成在表面上而防 錢典型上含有不同離子和^性物種。為了進行 種:小化程有!!望使電?中的特定物種最大化且使其它物 π制的方m的方式是,提供—種較目前方法更能受到 控制^ t 制電漿的組成物(e。—_。 )¾ itK J Φ* 西 _ 方法,以 雄换放 用來控制電漿的離子組成物和密度的 吏摻雜應㈣所膽_子物種之存在最大化, 4 201126562
-----r I 且使不期望的離子物種和中性粒子之存在最小化。就其它 應用(例如’蝕刻和沈積)而言’則上述的最大化和最小化 的對象較佳是互換,即中性粒子較需要。 【發明内容】 電毁處理工具(plasma processing tools)之性能是與所 含有的電漿之組成物有關。所揭示的方法可讓使用者藉由 修飾電漿中所存在的電子之能量分佈,來控制電漿組成物 (包括離子和中性粒子(即,自由基)的物種、這些物種的激 發狀態、和電子能量分佈)以及密度。使用一或多個很快速 的電場(E-場)脈衝使一些電子加速,而使電漿中產生有能 量的電子。脈衝需足夠長以影響電子,但太短將不能對離 子造成顯著影響,此乃因離子的質量相對較大。有能量的 電子和電漿之組成物之間的碰撞,造成電漿組成物中的變 化。對電子能量小心地進行控制,則電漿組成物可最佳化 以符合所使用的特定製程之需求。在一些實施例中,需要 修飾電漿中離子物種之比例、改變離子化相對於分解 (dissociation)的比例、或改變電漿之激發狀態群 (population) 〇 在一些實施例中’上述方法可用在電漿植入(即,摻雜) 期間,以使氣體中分子的離子化對分解(diss〇ciati〇n)的比 例高於使用目前方法所可得到的比例。這樣可造成較高的 電漿密度,且使待處理的基板上的沈積物較少。 很快速的電場脈衝可施加至與電漿面對的電性絕緣表 面。例如,此表面可以是調節板或已植入的基板。電場脈 201126562 衝的上升時間基本上可等於或小於電漿(電子)頻率之倒 數,脈衝寬度可較電漿鞘(sheath)中的離子傳輪時間短很 多。電子受到所施加的快速上升電場的影響且穿過電裝, 使電子的路徑中的氣體分子被離子化、激發或分解。每一 電子所產生的離子化、激發或分解等等的數目(number)是 與特疋中的電子能1(由電場脈衝而得)、氣體密产、 以及電子/分子碰撞橫截面有關。 又 本發明揭示一種修飾次大氣壓電漿的方法,包括:提 供一饋送氣體至一腔室;激發此饋送氣體以產生電漿;以 及施加電場脈衝至電漿。脈衝的上升時間基本上可等於或 小於電子電漿頻率之倒數。脈衝所具有的期間亦可小於L 子電漿頻率之倒數;其中,電場脈衝選擇性地影響電漿的 電子,但基本上不影響電漿的離子;且受影響的電子修 了電漿中離子和中性粒子的組成物、密度和溫度。/ 本發明揭示一種修飾次大氣壓電漿的方法,包括: 供一饋送氣體至腔室丨激發此饋送氣體以產生電漿;以 施加電場脈衝至電漿。脈衝的上井眭肋罝士 “
衆頻率之倒數4中,輯脈衝選擇性地影響電聚的電 ’且藉由電子密度和能量
子,但基本上不影響電漿的離子; 之控 Α·Ι difL U jtL 门士 的至少其一, 密度、和溫度。
本發明揭示一種調 6 201126562 響其影響_電子: 本發明揭示一種調整電漿的方法, =二,聚。此脈衝包括無振細生二昜= 率大於或等於電子電漿頻率。此脈衝的上升時間基 =專於或小於電子魏鮮之倒數。此雌所具有的期 二=離子電漿頻率之倒數;其中’此電磁波脈衝選擇性 衫曰電漿的電子,但基本上不影響電漿的離子。 本發明揭示一種電漿摻雜系統,包括:一腔室;一調 =。支樓在腔室中,此調節板與該腔室絕緣 ;以及脈衝 器^由高壓饋送而連接至朗節板。此脈衝產生器 :成.提供電場脈衝至容納在該腔室中的電漿,此脈衝 、六升時間基本上料或彳、於電子電㈣率之倒數,且此 脈衝所具有的期間小於離子電_率之倒數。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 董,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說 明如下。 【實施方式】 各附_示所揭示的方法之較佳實施例,其用於各實 施例之原理之實際應用。 揭示種對電漿源中的離子/中性組成物進行修飾 (modify)的方法。所揭示的方法能以—般的離子源來實 201126562 現且特別疋所揭示的方法可與間接加熱的陰極(Indiredy Heated Cathode,IHC)源、伯納斯(Bernas)源之類的源、以及 與電漿摻雜(Plasma Doping,PLAD)、電漿蝕刻、電漿沈積/ 電漿氣相沈積(Plasma Vapor Deposition,PVD) —起使用。本 方法可用來改變/增加電漿中的平均電子溫度/能量,其因 此可改變電子碰撞過程(離子化、分解、激發)之機率。 在電漿中,期望具有可選擇性地修飾離子與自由基 (radical)組成物之能力,以增加所期望的粒子類型之濃度、 且使不期望的粒子類型之濃度下降。在使用奈秒電場脈衝 產生(nanosecond E-field pulser)時,電子能量可選擇性地 被修飾,這樣的結杲是可修飾電漿之離子組成物。所揭示 的方法之應用包括任何電漿源的應用,其希望用來控制離 子及/或中性粒子的組成物、密度、溫度以及電子之密度和 能量分佈。這些應用之非限制性的例子包括、但不限於: (1)高分子量離子源;例如’碳硼烷(carborane)、癸硼院 (decaborane)、十八棚烧(〇ctadecab〇rane) ; (2)絕緣體上石夕 (SOI,Silicon-on-Insulator)製程所涉及的氫離子源(h2 i〇n source);以及(3)電漿摻雜(PLAD)的應用。 所揭示的方法包括施加電場脈衝(E_field pulse)至電 漿。在模擬時,電場脈衝只持續數奈秒、且具有大約是i 奈秒的上升時間(rise time),結果是,在整個電漿(不只在 電漿鞘(plasma sheath))中產生電場。該電場驅使電子能量 增加。由於涉及小的時間尺度(奈秒),只有電漿中的電子 受到電場的影響,同時,相對較重的離子不受影響。這樣 8 201126562 [i 就了不與電聚中的離子一起而各別地來控制電子能量。 1統上的看法而言’通常不可能維持著橫越電製的 電琢H只有在時間尺度大於電_率或f子頻 倒數時才可能維持著橫越電漿的電場,由以下式子來表示. C0Pe = J-^- * 900〇Jne(cm_3) Hz \me^〇 其中,是電漿頻率或電子頻率,q是電荷,〜是 子密度’ me是電子質量,且心是自由空間的介電係 (permittivity)。在 „e = i〇i〇 cm-3, % s 〇 9 GHz 時 3 ή ns,其中%是電子反應時間。 e 1 大於1·1奈秒之電場脈衝施加至電漿的情況下,電 幾乎立刻對脈衝起反應而使變,以適應所施加的偏 壓。橫越該鞘的電壓降主動地防止電場橫越該電漿。 然而,當電場脈衝之大小的上升較電子反應時間τ (即,使用奈秒或次奈秒脈衝)還快時,則可建立一電場橫e 越該電漿,雖然只持續短的期間。這是因為在電子具有足 夠的時間來反應之前(即,次奈秒)電場已產生,使^子處 於(immersed)電場中。 為了確認此事實,發明人使用電漿裝置碼xpDpi (該 裝置碼可由 hiip://r>tsg.eecs.berkelev.edu/蹲得)的装 m,來 發展一種1-維單元中粒子(Particle-In-Cell,下稱j>IC)電聚 的情況模擬。該模型之方塊圖以及外部電路顯示在圖1A。 結果如下所示: 201126562^ PIC模擬之輸入情況如下: 電子密度,ne=101Gcm·3 電子溫度,Te = 4eV 腔室長度,L-0.3m 空間單元(spatial cell)之數目10,000 單元寬度=〇.3μιη 時間步進值(step)= l〇-12s 100,000電腦粒子 壓力=1 mTorr L,R,C是分別是與XPDP1模擬用的外部電路有關的 電感、電阻和電容。在此情況下,產生電場的電壓脈衝(雖 然亦可用其它方法)可用來產生相同的電場。 XPDP卜1-維PIC模擬解算器(S〇ivei^奈秒脈衝之前 已運作5奈秒(無偏壓),以允許該鞘形成且達成平衡(即, 穩定的電漿情況)。該輸入電壓奈秒脈衝顯示在圖1B中, 其中,大約-l.lxlO3 V之負電壓脈衝所施加的期間大約j奈 秒。 在圖2至圖8中,左手側(Left-Hand Side,LHS)電極電 位10(LHS-使用在模擬中的電漿反應器之左手側電極上的 電壓)、橫越電漿的電位20、橫越電漿的電場30、電子能 量分佈函數 40 (Electron Energy Distribution Function, EEDF)(表示電子之分佈相對於該電子於電漿中的能量)、 以及電子速度(X•方向)4〇的快照圖顯示在整個模擬期間。 20112656孓 圖2顯示電壓脈衝開始之前的電漿性質 property)。由電位20可看出’電漿電位已穩定(即表^ 電位20之線及表示電場3〇之線,顯示成平坦狀)。 圖3顯示電壓脈衝的上升時間中的〇丨奈秒時的 性質。電壓脈衝可被視為LHS電位20中的向下轉^ (downwardtum)。又,可看出橫越電漿的輕微之電壓= (電位20)。電壓的上升是快速的(在與電子反應時間a相比 較下)、且由於鄰接的電極之電位的突然上升,該鞘不能 應此電壓降。因此,橫越電漿的電壓降(電位)由下式來表 示: *0 =>ν = αχ + β {α,β3Χ6constants} 其中V=電位;帶電物種之淨密度,且ε〃=介電常數。 由上可知,電壓變化(電位2〇)應為線性而橫越該電 漿。這顯示在圖4中,其是電壓脈衝的上升時間中的〇5 奈秒時的電漿性質的快照。 即使當電壓脈衝已上升到其最大的絕對值(maximum absolute magnitude^請參閱LHS電位1〇和電位2〇),在此 情況下,對應於其在t=6奈秒(在電壓脈衝開始之後丨奈 秒;請參閱圖5)時的值,所施加的電壓顯示仍然橫越整個 電漿而下降。如先則所提及者,此種電壓降是由於以下事 實所造成:電子具有不足夠的時間對該脈衝起反應。 圖6顯示t=7奈秒時電子已對電場起反應。結果是, 靠近該腔室的壁面形成增加的電荷分離現象、且因此形成 201126562 較厚的鞘。於疋,橫越整個電漿的電壓降慢慢地被增長中 的鞘所適應。圖7顯示定值電壓脈衝開始之後的2 5奈秒、 即t=8.5奈秒時的電聚性質。圖7中可看出平均電子速度 50已增加,平均值較圖2至圖6中者更大。 現在凊參閱圖8 ’此圖8顯示定值電壓脈衝開始之後 的3.0奈秒、即t=9奈秒時的電漿性質。又,圖8中可看 出平均電子速度50繼續增加。圖9亦明顯地顯示電子能量 为佈函數(EEDF) 40亦明確地更為陡續,其是電子能量分 佈函數(EEDF)(對數尺度)相對於電子能量(電子伏特)的圖 表。曲線52表示t=6奈秒(即,電壓脈衝開始之後的i奈 移)時電漿中的電子能量的情況。曲線54表示t=7奈秒, 曲線56表示t=8奈秒,曲線58表示t=9奈秒,且曲線59 表示t=l〇奈秒時電漿中的電子能量的情況。 如上述各圖所示,可使用奈秒/次奈秒電場脈衝來修飾 電漿中的電子能量分佈函數(EEDF)。因此,亦可修飾電聚 中的離子/中性粒子組成物、密度和溫度,因這些參數是與 電子能量分佈函數(EEDF)有關。 範例1 以下,顯示出由電漿摻雜(PLAD)工具上進行的實驗所 得到的結果。請參閱圖1〇,離子分數比(fracti〇nati〇n)的變 化顯示成:奈秒脈衝產生器上所施加的尖峰電壓之函數。 分數比是指:電漿中被形成的離子(即,若採用二硼烷 (dibomne) ’則可形成B2H5+或ΒζΗ/)。由圖1〇中可看出: 例如,當電壓脈衝的值增加(當施加在奈秒脈衝產生器上) 12 201126562, 時,He+離子之相對分數比(即,濃度)下降,但之濃度(在 其它物種之間)增加。因此,藉由使奈秒脈衝產生器的電壓 改變’則使用者可調整感興趣的離子之生成,以符合特定 的製程。 圖11顯示脈衝電壓(pulse voltage)的改變已對產生的 離子濃度所達成的效應。圖11是0.1% B#6 (在氛中)電聚 之飛行時間(Time-of-Fly,TOF)頻譜(spectra)作為脈衝產生 器電壓(pulser voltage)之函數的圖表。此圖表中,可看出 He和BxHy分數比的生成是隨著脈衝產生器電壓而改變。 就B3HX+而言,可看出脈衝產生器電壓增加時使離子濃度 減少;但就BH/和 B2HX+而言,脈衝產生器電壓增加時使 離子濃度增加。因此,藉由調整脈衝產生器電壓,可使離 子濃度更加精細(refinement) 〇 圖12顯示電漿中二硼烷(Β2Ηό)的濃度變化如何影響使 用脈衝電壓時所產生的離子濃度。圖12是〇.5〇/❶b2H6 (在 氦中)電聚之飛行時間頻譜作為脈衝產生器電壓之函數的 圖表。圖11和圖12中唯一的不同點是:二硼烧濃度不同(圖 12中的0.5%對圖11中的〇.1〇/0)。可看出的是:藉由二硼 烷濃度的改變,使奈秒_脈衝產生器的效果不同。特別是, 在與圖11之BsH/尖峰比較下,可使b3Hx+濃度增加5倍。 圖13是硼濃度變化之二次離子質譜(secondary ι〇η Mass Spectrometer,SIMS)的輪廓(profile)作為矽基板之表 面下方之深度的函數圖。由此輪廓可知,相較於使用相同 的電漿濃度但無電壓脈衝(曲線60,80)來進行的類似之植 13 201126562 入(implants) ’有電壓脈衝時(曲線7〇,9〇)的淨劑量增加 了大約20%。如此’曲線6〇和7〇是使用〇 1%之二硼烷濃 度的電漿且晶圓偏壓為0 325 kV所達成的二次離子質譜的 輪廓。然而’曲線70顯示了使用25〇 v的奈秒_脈衝所達 成的植入劑量,同時,曲線6〇顯示未使用奈秒_脈衝所達 成的植入劑量。由此,所得到的結論是,使用上述所揭示 ,方法可在較大的深度達成較高的濃度。發明人相信:這 是使用所揭示的電壓脈衝方法在電漿中產生較大的離子密 度L以及使B2HX+和B3HX+的密度增加所造成的結果。圖13 顯示有脈衝和無脈衝時之二次離子質譜的輪廓之比較。 類似地,曲線80和9〇是使用0.5%之二硼烷濃度的電 漿、且晶圓偏壓為0.325 kV所達成的二次離子質譜的輪 廓。然而’曲線90顯示了使用250 v的奈秒_脈衝所達成 的植入劑量’曲線80顯示未使用奈秒_脈衝所達成的植入 劑量。又,由此結果可得到的結論是:使用上述所揭示的 方法可在較大的深度達成較高的離子濃度。又,二硼烷組 成物的變化亦可用來影響上述濃度。奈秒-脈衝使電漿的組 成發生變化’導致電漿中產生不同的化學物(chemistries) 且植入機構(imPlant mechanism)中亦發生變化。 所示的結果揭露了可使用上述已揭示的奈米脈衝方法 來修飾一植入輪廓,電漿中的二硼烷濃度可改變或未改變。 。。圖Η是電子能量分佈函數(EEDF)之變化作為脈衝產 生器電壓的函數圖。圖14是能量分佈函數(EEDF)相對於 電子能量(eV)之對數值的關係圖。所示的值是使用氬電漿 201126562 在6毫托(m Ton·)、550瓦且插入探針,以測得電子能量分 佈的實驗巾計算而得。電子能量分佈是在列的奈秒脈ς 電壓 ov(_,150V(110),300V⑽),45〇v(13〇) 6〇〇v( 時測得。如圖14所示,在與奈秒脈衝存在時所測得的資料 (100至M0)比較下’通常是無奈秒脈衝時所得到之資料 (100)顯示dJ具有更多減量的電子。能量分佈函數(卿巧 之斜率(表示電子溫度,Te)的增加可在xpDP1模擬中看到。 ^總之,電漿的平均電子能量可藉由施加奈秒電壓脈 衝、或次奈秒電壓脈衝而改變,其中電壓脈衝較電子反應 時間%還快。這在高電聚密度時可藉由使用上升時間快的 脈衝(次奈秒脈衝)來達成,或在低電漿密度時可藉由使用 上升時間適度快的脈衝(奈秒脈衝)來達成(因為% π斤)。 電場脈衝所具有的上升_基本上等於或小於電子電聚頻 率之倒數,使上升時間的期間或結束時脈衝的振幅足以對 平均電子此畺造成所期望的修飾^本文令的術語,,基本上等 於(substantially eqUai t0)”是指該上升時間可稍微大於電子 電漿頻率之峨Ί雜小於離子錢頻率之倒數即可。 所揭示的方法可對電漿中的能量分佈函數(EEDF)作 修飾。這特別疋可用於使間接加熱的陰極源中的狂f分數比 (fractionation)增加或發生變化,此製程可用在絕緣體上矽 (SOI)的應用中。 請參考圖15,顯示了快速脈衝產生ϋ之-種範例,其 m 1: t ##(PLAD):I1具中。奈秒脈衝產生 器150可連 接至電漿摻雜工具的調節板152(baffle)。調節板152藉由 15 201126562 絕緣體154而與地面(grouncj)絕緣、且經由高壓饋送通道 156而連接至脈衝產生器1〇。容器158中的電漿是藉由對 垂直線圈160或水平線圈162線圈之一或兩者提^射頻 (RF)功率而產生。 請參考圖16’顯示了快速脈衝產生器之第二範例應用 在電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)卫具巾。奈秒脈衝產 生器164連接至定位在電漿容器168内部中的圓柱形環 166且藉由例如石央之類的絕緣體1而與容器體絕緣。 奈秒脈衝施加至圓柱形環166,且使出現在前鞘(presheath) 中的電子”e”加速進入至電漿體172中。 請參考圖17, PECVD主要是由中性粒子、離子和基 板Π4表面上的離子_輔助沈積來驅動。中性粒子所驅動的 沈積可在高的長寬比(aspeet讀j)結構m(賴或通孔18〇) =入口形成多個帽(caps)176 ,因此會在該結構178中形成 空洞(voids卜由於此種方向性,則離子所驅動的沈積可在 該結構的底部沈躺要_子物種而不會堵塞該入口。 又,在與其它平行的路徑比較下,離子_辅助沈積以快很多 ,速度來進行。因此,使用所揭示的方法使離子密度增加, 這樣不只可藉由高長寬比結構的填充能力使處理性能獲得 改進,而且沈積速度亦可獲得改進。 所揭示的方法可用來施加很快速的脈衝電壓至電聚, =使PECVD製程巾的離子密度對巾性粒子(即自由基) :度之比增大。在—實施例中’所使用的快速的負電壓脈 _斤具有的上升時間小於或等於電漿頻率的倒數但脈衝 201126562 力 ==:的離子傳輪時間。如上所述,電壓可施 加至面對電漿的任一絕緣的表面。 上升的電場而獲得能量且穿過 =加的快速 化、激發、分解等等==特的離子 ,(由電壓脈衝獲得)、氣體密度、和“/分子碰=; 增度對CVD製程之方向性的影響顯示在圖 18中’其中,1程方向性(正規化(n_aiized)_^ 槽底部生長速率)針對電漿特性⑽示。^ ' 電槳中的軒濃度增轉造成較大的方祕 ^ 長寬比的溝槽/通孔的填充性。 …、傻扠拜円 圖15和® 16之配置亦可在電財包括多個電極,且 不秒脈衝/次奈秒脈衝被施加至這些電極。多個電極和夺秒 脈衝/次奈秒脈衝的組合可產生與目前的實施例不同的結 果。例如,對於互相面對的二個電極(其間有電漿)非 地施加,’奈秒脈衝,,時,可造成電子的鐘擺運動 擺運動使電紅的電子具找A||的絲。此種配置= 步偏壓可造成一富含電子的核心(c〇re)。 所揭示的方法可用在期望增加/修飾離子組成物的多 種應用中的任-種。例如,所揭示的方法特別是可與高分 子量離子源-域用;例如,碳職、癸观、十八/顺=刀。 沈積是與使用高分子量化合物的離子源有關的議題之 重沈積(heavy deposition)導致源的壽命和效率下降。可藉 17 201126562+ 由調整奈秒脈衝電壓而使沈積最小化,以產生較少的沈積 自由基(radicals)。所施加的奈秒脈衝電場可被翻轉,而用 來使自由基的產量下降,以回應於不期望的沈積。使在表 面上反應的特殊的自由基的量下降,不期望的沈積可較少。 所揭示的方法之其它所期望的應用是以使用%離子 源之絕緣體上矽(SOI)製程來進行。選擇性地增加η/之組 成物疋與此種離子源之生產率(thr〇UghpUt)的增加有直接 的關聯。 應 八「,丨调不的万凌可用在使用b2H6/h2混合物之plad =用中,其是在低植入電壓時需要高植入劑量的製程。目 剛,這些製程由於低的硼離子密度所造成 而使生產率較低。這絲料由於長的植人時間而造^ 5不期1:地増加。在應用所揭示的方法時期望使 子役度分數比獲得改進。 E咖本=的應用是多方面的。因此,可修飾電漿中的 0此可料料/巾錄子喊物 漿的任何應用可由上述方法獲得。 疋使用電 成在可明確地將指令所形成的程式具體形 器來讀取。通用電腦是此種機器 之儲存媒體之未受限制的例示 大姆4】碟(ΓίΓ的CD、快閃記憶體㈣ 物等之類各種磁性儲存媒體、及類似 201126562 以上,雖然使用一些實施例來 實施例中可施加錄的修改、變發明,但以上的 的範圍,其如所附的申請專利範=義良:不=本= 明:限於所述的實施例而是可具有由上 及其荨效物所定義的整個範圍。 月 上述功能和製程中的步驟可對傕用 自動地或整體地或部份地執行。自動勃=曰々起反應而 步驟)是回應於可執行的財作(包括-種 者直接起雜祕。城技料妨,不需使用 軸已依據特殊實_來說明本發明,但此 2施例及其變形只不過表示本發明的目的而已。此行的 2可對目前的設計作各種修改而不偏離本發明的範圍。 在其它不_實施射,各製程和制可位於—個或多個 可對網路進行存取的(例如,分散式)處理裝置中。又任 何已揭示的功能和步驟可以硬體、軟體或其組合來實現且 可設置在位於網路(包括網際網路(Internet))的任何位置上 的一個或多個處理裝置中。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以 限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神 和範圍内’當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1A是1-維單元中粒子(PIC)電漿模擬之方塊圖,且 具有外部電路。 201126562 圖1B是輸入電壓奈秒脈衝之圖表。 圖2是左手側電位、橫越電漿的電位、橫越電漿的電 場、電子能量分佈函數、以及電子速度之一系列的圖表, 其在電壓脈衝開始之前,使用圖1A之PIC電漿模擬來進 行模擬。 圖3是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表,其在 電壓脈衝中的0.1奈秒時顯示。 圖4是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表,其在 電壓脈衝中的0.5奈秒時顯示。 圖5是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表,其在 電壓脈衝的上升終點時顯示。 圖6是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表,其在 電壓脈衝的上升已完成時顯示。 圖7是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表,其在 電壓脈衝開始之後的3.5奈秒時顯示。 圖8是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表,其在 電壓脈衝開始之後的4奈秒時顯示。 圖9是電子能量分佈函數對電子能量的圖表。 圖10是離子分數比的變化作為奈秒脈衝產生器上所 施加的尖峰電壓的函數的圖表。 圖11是0.1% B2H6(在氦中)電漿之飛行時間頻譜作為 奈秒脈衝產生器電壓之函數的圖表。 圖12是0.5% B2H6 (在氦中)電漿之飛行時間頻譜作為 奈秒脈衝產生器電壓之函數的圖表。 201126562 圖13是硼濃度變化之二次離子質譜的輪廓作為矽基 板之表面下方之深度的函數圖。 圖14是電子能量分佈函數(EEDF)之對數值對不同的 奈秒脈衝產生器電壓之電子能量(eV)的圖表。 一圖15是電漿摻雜(PLAD)工具中奈秒脈衝產生器之例 示性實現方式。 圖16是電漿增強型化學氣相沈積(pECVD)工且中奈 秒脈衝產生器之第二例示性實現方式。 ^ ’、 圖Π是在電漿增強型化學氣相沈積期間,在高的長寬 比結構上及其周圍所建立的橫切面圖。 圖18是製程方向性相對於電漿特性的圖表。 【主要元件符號說明】 10 :左手侧電位 20 :橫越電漿的電位 30 :橫越電漿的電場 4〇 :電子能量分佈函數 5〇 :電子速度(X-方向) 52、54、56、58、59 :曲線 60、70、80、90 :曲線 100、110、120、130、140 :資料 150 :奈秒脈衝產生器 152 :調節板 154 :絕緣體 156 :高壓饋送通道 21 201126562ι 158 :容器 160 :垂直線圈 162 :水平線圈 164 :奈秒脈衝產生器 166 :圓柱形環 168 :電漿容器 170 :絕緣體 172 :電漿體 174 :基板 176 :帽 Π8 :高長寬比結構 22
Claims (1)
- 20112656¾ 七、申請專利範圍: 1. 一種修飾次大氣壓電漿的方法,包括: 提供一饋送氣體至一腔室; 激發所述饋送氣體以產生一電漿;以及 施加一電場脈衝至所述電漿,所述脈衝的上升時間美 本上等於或小於電子電漿頻率之倒數,且所述脈衝所具有 的期間小於離子電漿頻率之倒數; ' 其中,所述電場脈衝選擇性地影響所述電漿的電子, 但基本上不影響所述電漿的離子;且 受影響的電子修飾了所述電漿中所述離子和中性粒子 的組成物、密度和溫度。 2. 如申請專利範圍第1項所述的修飾次大氣壓電漿的 方法,其中,所述電場脈衝被施加以一選取的值,使所述 電漿中所期望的離子或自由基的濃度最大化。 3. 如申請專利範圍第1項所述的修飾次大氣壓電漿的 方法,其中,所述提供該饋送氣體至該腔室的步驟包括·· 、提供一饋送氣體化學物,使所述電漿中所期望的離子 或自由基的濃度最大化。 4. 如申請專利範圍第丨項所述的修飾次大氣壓電浆的 方法’其中,所述電場脈衝被施加至—㈣摻雜工具。 5. 如中料利㈣第丨項所述的修飾次大氣壓電聚的 相心其巾,所述電場脈衝藉由施加電壓至與一製程氣體 相接觸的表面而產生。 6.如申4專職ϋ第1項所述的修飾次大氣壓電聚的 23 201126562t 方法,其中1加多個電場_源至所述電衆。 方法7: ί:凊專利範圍第6項所述的修飾次大氣壓電漿的 方1 πη* ’所述多個電場脈衝源的第—個和第二個提供 互相不同步的脈衝。 ,申π專利範ig第6項所述的修飾次大氣壓電漿的 方法,其+,所述多個電場__第 二個提供 同步的脈衝。 步 9.如申β月專利範圍第j項所述的修飾:欠大氣壓電衆的 方法,其中,所述電漿製程氣體包括: 選自於3有叙蝴烧、癸硼烧和十八獨烧之表列的化合 物。 10.如申請專利範圍第丨項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,施加所述電場脈衝的步驟修飾了所述電漿 的電子能量分佈函數、以及所述電漿的離子/中性粒子組成 物。 11· 一種修飾次大氣壓電漿的方法,包括: 提供一饋送氣體至一腔室; 激發所述饋送氣體以產生一電漿;以及 施加一電場脈衝至所述電漿,所述脈衝的上升時間基 本上等於或小於電子電漿頻率之倒數,且所述脈衝所具有 的期間小於離子電漿頻率之倒數; 其中,所述電場脈衝選擇性地影響所述電漿的電子, 但基本上不影響所述電漿的離子;且 藉由電子密度和能量分佈之控制來控制脈衝上升時 24 201126562α 間、脈衝期間、和脈衝振幅的至少其一,以修飾所述電漿 中的離子和中性粒子之組成物、密度、和溫度。 12. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,所述電場脈衝被施加以二選取的值,使所 述電漿中所期望的離子或自由基基的濃度最大化。 13. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,所述提供該饋送氣體至該腔室的步驟包括: 提供一饋送氣體化學物,使所述電漿中所期望的離子 或自由基的濃度最大化。 14. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,所述電場脈衝被施加至一電漿摻雜工具。 15. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,所述電場脈衝被施加至一電漿蝕刻工具。 16. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,所述電場脈衝被施加至一電漿增強化學氣 相沈積工具。 17. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,施加多個電場脈衝源至所述電漿。 18. 如申請專利範圍第17項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,所述多個電場脈衝源的第一個和第二個提 供互相不同步的脈衝。 19. 如申請專利範圍第17項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,所述多個電場脈衝源的第一個和第二個提 供同步的脈衝。 25 201126562 20. 如申請專利範圍第11項所述的修挪次大氣壓電漿 的方法,其中,所述電漿製程氣體包括: 選自含有碳硼烷、癸硼烷和十八硼烷之表列的化合物。 21. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法,其中,施加所述電場脈衝的步驟修飾了所述電漿 的電子能量分佈函數以及所述電漿的離子/中性粒子組成 物。 22. 如申請專利範圍第u項所述的修飾次大氣壓電漿 的方法’其中,所述電場脈衝藉由施加電壓至與一製程氣 體相接觸的表面而產生。 、 23. ’一種調整電漿的方法,包括: 施加一電場脈衝至所述電漿,所述脈衝的上升時間基 本上等於或小於電子電漿頻率之倒數,所述脈衝所具有的 期間小於離子電聚頻率之倒數; 其中,所述電場脈衝選擇性地影響所述電漿的電子, 但基本上不影響所述電漿的離子。 24. 一種調整電漿的方法,包括: 施加一連續電磁波脈衝至所述電漿,所述脈衝包括無 振盈極性的電場、且具有的頻率大於或等於電子電衆頻 率所述脈衝的上升時間基本上等於或小於電子電聚頻率 之倒數,且所述脈衝所具有的期間小於離子電漿頻率之倒 數; /、中所述電磁波脈衝選擇性地影響所述電漿的電 子,但基本上科響所述電漿的離子。 26 20112656¾ Λ 種電楽·摻雜系統,包括: 25.— 一腔室 一調節板,支撐在所述腔室中,所述調節板與所述腔 室絕緣;以及 -脈衝產生器,經由一高壓饋送而連接至所述調節板; 其中,所述脈衝產生器設置成:提供一電場脈 = —電漿,脈衝的上升時間基本上等於或 離子電漿頻率之倒Γ到數’且所述脈衝所具有的期間小於 26.如申請專利範圍帛25項 中,所述脈衝的上升時間等於或小们奈^糸統其 中,所乾圍第25項所述的電漿摻雜系統,其 場脈衝^所設置成:以―選取雜提供所述電 Γ 所電漿中所期望的離子或自由基的濃度最^ 28.如申請專利範圍第”項 包括:-射頻功率源,激發在所、十、晚=電漿摻雜系統’更 產生所述電漿。輕在所逆腔室中的一饋送氣體以 27
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DE19929278A1 (de) * | 1998-06-26 | 2000-02-17 | Nissin Electric Co Ltd | Verfahren zum Implantieren negativer Wasserstoffionen und Implantierungseinrichtung |
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US20030101935A1 (en) | 2001-12-04 | 2003-06-05 | Walther Steven R. | Dose uniformity control for plasma doping systems |
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US7878145B2 (en) | 2004-06-02 | 2011-02-01 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Monitoring plasma ion implantation systems for fault detection and process control |
WO2006099438A1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Profile adjustment in plasma ion implantation |
US7914692B2 (en) * | 2006-08-29 | 2011-03-29 | Ngk Insulators, Ltd. | Methods of generating plasma, of etching an organic material film, of generating minus ions, of oxidation and nitriding |
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