TWI416577B - 利用由多氣體噴嘴形成之氣體團簇離子束照射基板之方法 - Google Patents

利用由多氣體噴嘴形成之氣體團簇離子束照射基板之方法 Download PDF

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利用由多氣體噴嘴形成之氣體團簇離子束照射基板之方法 【相關申請案之交互參照】
依照37 C.F.R.§1.78(a)(4)，本申請案係基於並且主張共同申請中之美國臨時專利申請案第61/149,930號的優先權，其標題為「MULTIPLE NOZZLE GAS CLUSTER ION BEAM SYSTEM AND A METHOD OF OPERATION」(Ref. No. EP-166 PROV)，申請於2009年2月4日。本申請案係關於共同申請中的美國非臨時專利申請案第12/367,697號，其標題為「METHOD FOR FORMING TRENCH ISOLATION USING A GAS CLUSTER ION BEAM GROWTH PROCESS」(Ref. No. EP-154)，申請於2009年2月9日；以及美國臨時專利申請案第61/149,917號，其標題為「METHOD FOR FORMING TRENCH ISOLATION USING GAS CLUSTER ION BEAM PROCESSING」(Ref. No. EP-169 PROV)，申請於2009年2月4日。本申請案亦關於共同申請中的美國專利申請案第12/428,945號，其標題為「MULTIPLE NOZZLE GAS CLUSTER ION BEAM SYSTEM」(Ref. No. EP-166)；以及共同申請中的美國專利申請案第12/428,856號，其標題為「METHOD FOR FORMING TRENCH ISOLATION USING GAS CLUSTER ION BEAM PROCESSING」(Ref. No. EP-169)，各自於與本案相同日期提出申請。所有這些申請案的內容皆以參考文獻方式合併於此。
本發明係關於一種具有使用氣體團簇離子束(GCIB)來照射基板之多噴嘴的系統，以及一種使用此多噴嘴GCIB系統來照射基板以在基板上摻雜、成長、沉積、或修改層的方法。
氣體團簇離子束(GCIBs，gas cluster ion beams)可用於在基板上摻雜、蝕刻、清理、修勻、以及成長或沉積層。為了此討論之目的，氣體團簇係在標準溫度與壓力條件下為氣態之材料的奈米尺寸聚集體。此種氣體團簇可由包含數個到數千個分子或更多的聚集體所組成，這些聚集體鬆散地結合在一起。此些氣體團簇藉由電子轟擊而離子化，此允許氣體團簇形成可控制能量的引導束流。此種團簇離子一般各自攜帶正電荷，該正電荷由電荷之數值與表示團簇離子之電荷狀態之整數(其大於或等於一)的乘積所給定。較大尺寸的團簇離子通常最為有用，因為其每個團簇離子可攜帶大量能量，而每個單獨分子僅具有適度能量。離子團簇在與基板撞擊時產生崩解。在特定崩解之離子團簇中的每一單獨分子僅攜帶總團簇能量的一小部分。因此，大離子團簇的撞擊效果係顯著的，但不限於極淺的表面區域。此可使氣體團簇離子對種種表面修改處理有效，但不具有產生較深之次表面(sub-surface)損傷(其為習知離子束處理的特徵)的傾向。
習知團簇離子源可產生團簇離子，其具有以每一團簇(其可達到數千個分子)中之分子數量進行定標(scaling)的寬尺寸分佈。原子的團簇可藉由在高壓氣體從噴嘴進入真空而產生絕熱膨脹時單獨氣體原子(或分子)的冷凝而形成。具有小孔口的氣體分離器可除去自此膨脹氣體流之核心偏離的流，以產生團簇的準直束流。具有各種尺寸的中性團簇可藉由弱原子間力(稱為凡得瓦力)而產生並且固定在一起。此方法已用於從例如氦、氖、氬、氪、氙、氮、氧、二氧化碳、六氟化硫、一氧化氮、一氧化二氮、以及這些氣體之混合物的種種氣體產生團簇的束流。數個工業級之基板GCIB處理的新興應用係在於半導體領域方面。雖然基板的GCIB處理係使用多樣化的氣體團簇來源氣體(其中許多為惰性氣體)加以執行，但許多半導體處理應用可使用反應性來源氣體(有時與惰性氣體或鈍氣結合或混合)，以形成GCIB。某氣體或氣體混合物結合會因為其反應性而呈現不相容，故存在對於可克服不相容性問題之GCIB系統的需求。
本發明係關於一種具有使用氣體團簇離子束(GCIB)來照射基板之多噴嘴的組件與系統，以及一種使用多噴嘴GCIB系統來照射基板以在基板上摻雜、成長、沉積、或修改層的方法。
依照一實施例，提供一種操作多噴嘴GCIB系統以照射基板的方法。此方法包含下列步驟：設置多噴嘴組件，此組件具有多噴嘴、單一氣體分離器、以及各自與第一與第二噴嘴支組流體連通的第一與第二氣體供應器；裝載基板；使來自第一與第二氣體供應器的各第一與第二氣體混合物流動至第一與第二噴嘴支組，以形成單一氣體團簇束；將此束流引導通過氣體分離器，然後將氣體團簇束離子化而形成GCIB；加速GCIB；以及照射基板，而摻雜、成長、沉積、或修改於基板上的一層。第一與第二氣體混合物為不同，以及多噴嘴係以彼此緊鄰的方式排列，而使自此噴嘴所發射之氣體團簇束至少部分地合併成單一氣體團簇束。依照進一步的實施例，基板被GCIB所照射，以藉由在基板之至少一區域內成長或沉積一層而形成淺溝渠隔離(STI)結構。依照更進一步的實施例，此方法包含流動來自第一氣體供應器的含矽氣體混合物以及流動來自第二氣體供應器的含氧氣體混合物，其中所形成的層為SiO2 STI結構。
依照另一實施例，提供一種操作多噴嘴GCIB系統以照射基板的方法。此方法包含下列步驟：設置多噴嘴組件，此組件具有多噴嘴、單一氣體分離器、以及與噴嘴流體連通的至少一氣體供應器。此噴嘴被傾斜而使每一束軸朝向單一相交點會合，以形成一組相交氣體團簇束。此至少一氣體供應器包含：第一氣體供應器，與第一噴嘴支組流體連通以對其供應第一氣體混合物；以及可選第二氣體供應器，用以供應第二氣體混合物。此方法更包含下列步驟：裝載基板；使第一氣體混合物自第一氣體供應器流動通過第一噴嘴支組，並且使第一或第二氣體混合物自各第一與第二氣體供應器流動通過第二噴組支組，以形成相交束流；將相交束流離子化而形成GCIB；加速GCIB；以及照射基板，而摻雜、成長、沉積、或修改於基板上的一層。依照進一步的實施例，基板被GCIB所照射，以藉由在基板之至少一區域內成長或沉積一層而形成淺溝渠隔離(STI)結構。依照更進一步的實施例，此方法包含流動來自第一氣體供應器的含矽氣體混合物以及流動來自第二氣體供應器的含氧氣體混合物，其中所形成的層為SiO2 STI結構。
在以下說明中，為了促進對本發明的徹底瞭解並且為了解釋且非限制之目的，將提出具體的細節，例如量測系統的特定幾何形狀以及各種構件與處理的說明。然而，吾人應瞭解在背離這些具體細節的其他實施例中，仍可實施本發明。
以下參考圖1，依照一實施例描繪出用以修改、沉積、成長、或摻雜層的GCIB處理系統100。GCIB處理系統100包含真空槽102；基板載台150，於其上固定待處理的基板152；以及真空抽氣系統170A、170B、以及170C。基板152可為半導體基板、晶圓、平面顯示器(FPD，flat panel display)、液晶顯示器(LCD，liquid crystal display)、或任何其他工作件。GCIB處理系統100用以產生用來處理基板152的GCIB。
依舊參考圖1之GCIB處理系統100，真空槽102包含三個連通腔室，即，來源室104、離子化/加速室106、以及處理室108，以提供一減壓密閉區域。此三個腔室分別藉由真空抽氣系統170A、170B、以及170C而被排空至適當的操作壓力。在此三個連通腔室104、106、108中，氣體團簇束可形成在第一腔室(來源室104)內，而GCIB可形成在第二腔室(離子化/加速室106)內，於其中氣體團簇束被離子化並且加速。然後，在第三腔室(處理室108)中，已加速的GCIB可用以處理基板152。
在圖1的示範實施例中，GCIB處理系統100包含兩個氣體供應器115、1015以及兩個噴嘴110、1010。稍後將說明附加實施例，其具有不同於2的噴嘴數量以及不同於2的氣體供應器數量，這些附加實施例皆落入本發明之範圍。此兩氣體供應器115與1015的其中每一者分別被連接至兩停滯室116與1016(以及噴嘴110與1010)其中之一。第一氣體供應器115包含第一氣體源111、第二氣體源112、第一氣體控制閥113A、第二氣體控制閥113B、以及氣體計量閥113。例如，儲存在第一氣體源111內的第一氣體組成物在壓力下透過第一氣體控制閥113A而供給至氣體計量閥113。此外，例如，儲存在第二氣體源112內的第二氣體組成物在壓力下透過第二氣體控制閥113B而供給至氣體計量閥113。又，例如，第一氣體供應器115的第一氣體組成物或第二氣體組成物或兩者能夠包含可冷凝惰性氣體、載氣或稀釋氣體。舉例而言，此惰性氣體、載氣或稀釋氣體可包含鈍氣，即，He、Ne、Ar、Kr、Xe、或Rn。
同樣地，第二氣體供應器1015包含第一氣體源1011、第二氣體源1012、第一氣體控制閥1013A、第二氣體控制閥1013B、以及氣體計量閥1013。例如，儲存在第一氣體源1011內的第一氣體組成物在壓力下透過第一氣體控制閥1013A而供給至氣體計量閥1013。此外，例如，儲存在第二氣體源1012內的第二氣體組成物在壓力下透過第二氣體控制閥1013B而供給至氣體計量閥1013。又，例如，第二氣體供應器1015的第一氣體組成物或第二氣體組成物或兩者能夠包含可冷凝惰性氣體、載氣或稀釋氣體。舉例而言，此惰性氣體、載氣或稀釋氣體可包含鈍氣，即，He、Ne、Ar、Kr、Xe、或Rn。
再者，第一氣體源111與1011、以及第二氣體源112與1012各自用以產生離子化團簇。第一與第二氣體源111、1011、112、以及1012的材料組成物包含主要原子(或分子)物質，即，被期望導入以進行摻雜、沉積、修改、或成長層的第一與第二原子組分。
包含第一氣體組成物及/或第二氣體組成物的高壓、可冷凝氣體可透過氣體供給管114，而從第一氣體供應器115被導入到停滯室116內，並且透過適當成型的噴嘴110而噴射到實質上較低壓的真空內。由於高壓、可冷凝氣體從停滯室116到來源室104之較低壓區域所產生的膨脹，所以氣體速度會加速至超音速，並且從噴嘴110放射出氣體團簇束。
同樣地，包含第一氣體組成物及/或第二氣體組成物的高壓、可冷凝氣體可透過氣體供給管1014，而從第二氣體供應器1015被導入到停滯室1016內，並且透過適當成型的噴嘴1010而噴射到實質上較低壓的真空內。由於高壓、可冷凝氣體從停滯室1016到來源室104之較低壓區域所產生的膨脹，所以氣體速度會加速至超音速，並且從噴嘴1010放射出氣體團簇束。
噴嘴110與1010係以下列緊鄰方式而安裝：由噴嘴110、1010所產生的個別氣體團簇束在來源室104的真空環境中，於到達氣體分離器120之前實質上合併成單一氣體團簇束118。氣體團簇束118的化學組成物係相當於由第一與第二氣體供應器115與1015所提供並且經由噴嘴110與1010所注入之組成物的混合物。
當靜焓(static enthalpy)被轉換為動能時之噴射流的自然冷卻(此係由噴射流的膨脹所引起)，可使一部分的氣體噴射流冷凝並且形成具有團簇的氣體團簇束118，每一個團簇係由數個到數千個弱鍵結原子或分子所組成。位於噴嘴110與1010之出口下游並且位在來源室104與離子化/加速室106之間的氣體分離器120，可部分地將位於氣體團簇束118之周緣上的氣體分子(尚未冷凝成團簇)與位於氣體團簇束118之核心的氣體分子(已形成團簇)加以分離。在其他理由之中，選擇一部分的氣體團簇束118可導致下游區域(例如離子化器122以及處理室108，於此處，較高的壓力可能係有害的)內的壓力降低。再者，氣體分離器120可定義氣體團簇束在進入離子化/加速室106時的初始尺寸。
第一與第二氣體供應器115與1015可用以獨立控制被導入到停滯室116與1016之氣體混合物的停滯壓力以及溫度。吾人可藉由在每一個氣體供應器中使用適當的溫度控制系統(例如加熱器及/或冷卻器，未顯示)而達到溫度控制。此外，操縱器117可例如經由停滯室116而機械式地耦合至噴嘴110，操縱器117用以使耦合的噴嘴110相對於氣體分離器120進行定位，而獨立於噴嘴1010。又，操縱器1017可例如經由停滯室1016而機械式地耦合至噴嘴1010，操縱器1017用以使耦合的噴嘴1010相對於氣體分離器120進行定位，而獨立於噴嘴110。於是，為了相對於單一氣體分離器120而進行適當定位，多噴嘴組件中的每一個噴嘴可被個別操縱。
在氣體團簇束118已形成於來源室104內之後，氣體團簇束118中的組成氣體團簇會被離子化器122離子化而形成GCIB 128。離子化器122可包含電子衝擊離子化器，其可從一或多個絲極(filaments)124產生電子，這些電子被加速並且引導而與離子化/加速室106內部之氣體團簇束118中的氣體團簇碰撞。在與氣體團簇撞擊時，具有充足能量的電子可將電子轟出氣體團簇中的分子，而產生離子化分子。氣體團簇的離子化能夠造成帶電氣體團簇離子的群體，一般具有淨正電荷。
如圖1所示，束流電子元件130用以離子化、擷取、加速、以及集中GCIB 128。束流電子元件130包含絲極電源136，其可提供電壓VF 以加熱離子化器絲極124。
此外，束流電子元件130包含位在離子化/加速室106內的一組適當偏壓之高壓電極126，其可擷取來自離子化器122的團簇離子。然後高壓電極126可將所擷取的團簇離子加速至期望的能量，並且將其集中而定義GCIB 128。位於GCIB 128中之團簇離子的動能一般從約1000電子伏特(1keV)分佈至數十keV。舉例來說，GCIB 128可被加速至1到100keV。
如圖1所示，束流電子元件130更包含陽極電源134，其可將電壓VA 提供至離子化器122的陽極，而加速自離子化器絲極124所發射的電子，並且使這些電子轟擊氣體團簇束118中的氣體團簇，此可產生團簇離子。
此外，如圖1所示，束流電子元件130包含擷取電源138，其可提供電壓VE ，以對至少其中一高壓電極126進行偏壓，而擷取來自離子化器122之離子化區域的離子，並且形成GCIB 128。舉例而言，擷取電源138將電壓提供至高壓電極126的第一電極，此電壓係小於或等於離子化器122的陽極電壓。
再者，束流電子元件130可包含加速器電源140，其提供電壓VAcc 以相對於離子化器122而對其中一高壓電極126進行偏壓，俾能產生約等於VAcc 電子伏特(eV)的總GCIB加速能量。舉例來說，加速器電源140可將電壓提供至高壓電極126的第二電極，此電壓係小於或等於離子化器122的陽極電壓以及第一電極的擷取電壓。
又，束流電子元件130可包含透鏡電源142、144，其可被提供電位(例如VL1 與VL2 )以對其中一些高壓電極126進行偏壓而集中GCIB 128。舉例而言，透鏡電源142可將電壓提供至高壓電極126的第三電極，此電壓係小於或等於離子化器122的陽極電壓、第一電極的擷取電壓、以及第二電極的加速器電壓；而透鏡電源144可將電壓提供至高壓電極126的第四電極，此電壓係小於或等於離子化器122的陽極電壓、第一電極的擷取電壓、第二電極的加速器電壓、以及第三電極的第一透鏡電壓。
吾人可注意到離子化與擷取機構兩者的許多變化體皆可被使用。雖然在此所述之機構係有助於教示之目的，但相似的擷取機構可涉及在VAcc 之下，安置離子化器以及擷取電極(或擷取透鏡)的第一元件。此一般需要針對離子化器電源之控制電壓的光纖程式化(fiber optic programming)，而產生較簡易的整個光學元件列(optics train)。不論離子化器與擷取透鏡偏壓的細節，在此所述之本發明係有用的。
位於離子化/加速室106內之高壓電極126下游的束流過濾器146，可用以消除來自GCIB 128的單分子或單分子與輕團簇離子，而定義已過濾的處理GCIB 128A(其可進入處理室108)。在一實施例中，束流過濾器146實質上可減少具有100以下之原子或分子或兩者之團簇的數量。束流過濾器146可包含磁體組件，其可將磁場加於整個GCIB 128而促進過濾處理。
依然參考圖1，束流閘148被配置在離子化/加速室106內之GCIB 128的路徑中。束流閘148具有：開啟狀態，於其中GCIB 128被允許從離子化/加速室106到處理室108而定義處理GCIB 128A；以及關閉狀態，於其中GCIB 128被阻擋進入處理室108。控制纜線可將控制信號從控制系統190傳導至束流閘148。控制信號可控制地將束流閘148在開啟或關閉狀態之間進行切換。
在處理室108內之處理GCIB 128A的路徑中配置基板152，其可為待藉由GCIB處理進行處理之晶圓或半導體晶圓、平面顯示器(FPD)、液晶顯示器(LCD)、或其他基板。由於大多數應用皆考慮到具有空間均勻結果的大型基板處理，所以會期望掃描系統使處理GCIB 128A均勻掃描橫過大區域，以產生空間均勻結果。
X掃描驅動機構160可在X掃描運動方向(進入與離開紙面)上提供基板載台150的線性運動。Y掃描驅動機構162可在Y掃描運動方向164(一般係正交於X掃描運動)上提供基板載台150的線性運動。X掃描與Y掃描運動的結合可使被基板載台150所固定的基板152以似逐行掃描(raster-like)的掃描運動方式移動通過處理GCIB 128A，而使基板152之表面被處理GCIB 128A均勻(或以其他程式化方式)照射，以進行基板152的處理。
基板載台150以相對於處理GCIB 128A之軸的一角度來配置基板152，俾能使處理GCIB 128A具有相對於基板152之表面的束流入射角166。束流入射角166可為90度或其他角度，但一般為90度或近90度。在Y掃描期間，基板152與基板載台150可分別從所顯示的位置移動到由標號152A與150A所標示的另一個位置「A」。吾人可注意到在兩個位置之間進行移動時，基板152可透過處理GCIB 128A而被掃描，並且在兩末端位置上，可被完全移出處理GCIB 128A的路徑(超出掃描)。雖然沒有明確地顯示在圖1中，但相似的掃描以及超出掃描可在(典型上)正交X掃描運動方向(進入與離開紙面)上被執行。
束流電流感測器180可配置在位於處理GCIB 128A之路徑中的基板載台150後方，俾能當掃描基板載台150超出處理GCIB 128A之路徑時，截取處理GCIB 128A的樣品。束流電流感測器180一般為法拉第杯或相似物(其除了束流進入開口以外，皆為密閉)，並且一般以電絕緣座182固定於真空槽102的壁上。
如圖1所示，控制系統190透過電纜連接至X掃描驅動機構160以及Y掃描驅動機構162，並且控制X掃描驅動機構160與Y掃描驅動機構162，以將基板152置入或置出處理GCIB 128A，以及相對於處理GCIB 128A而均勻掃描基板152，以藉由處理GCIB 128A來達到基板152的期望處理。控制系統190藉由電纜來接收由束流電流感測器180所收集的取樣束流電流，藉以監測GCIB，並且在已供應預定劑量時，藉由將基板152從處理GCIB 128A移開而控制基板152所接受的GCIB劑量。
在圖2所示之實施例中，GCIB處理系統100'係相似於圖1之實施例，並且更包含X-Y定位台253，此定位台能夠固定基板252並且使其在兩軸移動，以相對於處理GCIB 128A而有效掃描基板252。舉例而言，X運動可包含進入與離開紙面的運動，而Y運動可包含沿著方向264的運動。
處理GCIB 128A可在位於基板252之表面上的投射衝擊區域286，以相對於基板252之表面的束流入射角266來衝擊基板252。藉由X-Y運動，X-Y定位台253可將基板252之表面的每一個部分定位在處理GCIB 128A的路徑中，俾能使此表面的每一個區域與投射衝擊區域286一致，而藉由處理GCIB 128A進行處理。X-Y控制器262可透過電纜而將電信號提供至X-Y定位台253，以控制X軸與Y軸方向其中每一者的位置與速度。X-Y控制器262可透過電纜而接收來自控制系統190的控制信號，並且被控制系統190所操作。X-Y定位台253可藉由依照習知X-Y台定位技術的連續式運動或步進式運動而進行移動，以在投射衝擊區域286內對基板252的不同區域進行定位。在一實施例中，X-Y定位台253被控制系統190可程式地操作，透過投射衝擊區域286以可程式速度對基板252的任何部分進行掃描，而藉由處理GCIB 128A來進行GCIB處理。
定位台253的基板固定表面254具有導電性並且被連接至由控制系統190所操作的劑量測定處理器。定位台253的電絕緣層255可使基板252以及基板固定表面254與定位台253的基部260隔離。藉由衝擊處理GCIB 128A而在基板252所引發的電荷可透過基板252以及基板固定表面254而傳導，以及信號可透過定位台253而耦合至控制系統190以進行劑量測定量測。劑量測定量測具有用以整合GCIB電流以判定GCIB處理劑量的整合裝置。在某些情況下，電子的目標中和源(target-neutralizing source)(未顯示)，有時稱為電子潮(electron flood)，可用以中和處理GCIB 128A。在此種情況下，法拉第杯(未顯示，但可相似於圖1的束流電流感測器180)可用以確保準確的劑量測定而不論增加的電荷來源，此原因為典型的法拉第杯僅允許高能量的正離子進入並且被量測。
在操作時，控制系統190發出開啟束流閘148的信號，而以處理GCIB 128A照射基板252。控制系統190可監測由基板252所收集之GCIB電流的量測，以計算基板252所接受的累積劑量。當基板252所接受的劑量到達預定劑量時，控制系統190會關閉束流閘148並且完成基板252的處理。基於對基板252之已知區域所接受之GCIB劑量的量測，控制系統190可調整掃描速度，以達到適當的束流照射目標時間(beam dwell time)而處理基板252的不同區域。
或者，處理GCIB 128A可在橫過基板252之表面的固定圖案內以固定速度進行掃描；然而，GCIB強度可被調變(可稱為X軸調變)而對樣品供應故意非均勻劑量。在GCIB處理系統100'中可藉由種種方法的任何其中一種來調變GCIB強度，這些方法包含：改變來自GCIB供應源的氣體流；藉由改變絲極電壓VF 或改變陽極電壓VA 而調變離子化器122；藉由改變透鏡電壓VL1 及/或VL2 而調變透鏡焦點；或者以可變的束流阻擋物(beam block)、可調整的快門(shutter)、或可變的孔口(aperture)機械式地阻擋一部分的GCIB。調變變量可為連續類比變量或者可為時間調變切換或閘控。
處理室108可更包含原位(in-situ)量測系統。舉例而言，原位量測系統可包含光學診斷系統，此光學診斷系統具有光發送器280以及光接收器282，其分別以入射光信號284照射基板252以及接收來自基板252的散射光信號288。此光學診斷系統包含光學窗，其可允許入射光信號284及散射光信號288通過進出處理室108。再者，光發送器280以及光接收器282可分別包含發送透鏡以及接收透鏡。光發送器280可接收來自控制系統190的控制電信號，並且因應於此控制電信號。光接收器282可將量測信號傳回控制系統190。
此原位量測系統可包含任何用以監測GCIB處理之進度的儀器。依照一實施例，此原位量測系統可構成光學散射量測(scatterometry)系統。此散射量測系統可包含散射計，其與束流輪廓橢圓偏振技術(橢圓偏振儀)以及束流輪廓反射量測技術(反射儀)合併，並且可從Therma-Wave,Inc.(1250 Reliance Way,Fremont,CA 94539)或Nanometrics,Inc.(1550 Buckeye Drive,Milpitas,CA 95035)購得。
例如，此原位量測系統可包含整合光學數位輪廓量測(iODP，integrated Optical Digital Profilometry)散射量測模組，其用以量測在GCIB處理系統100'中由處理程序所產生的處理性能資料。此量測系統可例如量測或監測由處理程序所產生的量測資料。此量測資料可例如用以判定以處理程序為特徵的處理性能資料，例如處理速率、相對處理速率、特徵部輪廓角度、臨界尺寸(CD，critical dimension)、特徵部厚度或深度、特徵部形狀等等。例如，在指向性地將材料沉積於基板上的處理中，處理性能資料可包含臨界尺寸(例如特徵部(即，穿孔、線等等)中的上、中或下CD)、特徵部深度、材料厚度、側壁角度、側壁形狀、沉積速率、相對沉積速率、其任何參數的空間分佈、以其任何空間分佈之均勻性為特徵的參數等等。經由來自控制系統190的控制信號來操作X-Y定位台253，原位量測系統可測繪基板252的一或多個特性。
在圖3所示之實施例中，GCIB處理系統100"可相似於圖1之實施例，並且更包含壓力槽室350，其例如位在或靠近離子化/加速室106的出口區域。壓力槽室350包含惰性氣體源352以及壓力感測器354，此惰性氣體源用以將背景氣體供應至壓力槽室350而升高壓力槽室350內的壓力，以及此壓力感測器用以量測壓力槽室350內的升高壓力。
壓力槽室350可用以修改GCIB 128的束流能量分佈，而產生修改的處理GCIB 128A'。此種束流能量分佈的修改可藉由下列方式來達成：將沿著GCIB路徑的GCIB 128引導通過壓力槽室350內的增加壓力區域，以使至少一部分的GCIB穿過此增加壓力區域。對束流能量分佈的修改程度可以沿著至少一部分GCIB路徑的壓力-距離積分為特徵，此處的距離(或壓力槽室350的長度)係以路徑長度(d)加以標示。當壓力-距離積分的數值增加(藉由增加壓力及/或路徑長度(d))時，束流能量分佈會變寬，而峰值能量會減少。當壓力-距離積分的數值減少(藉由減少壓力及/或路徑長度(d))時，束流能量分佈會變窄，而峰值能量會增加。對於壓力槽設計的進一步細節，可由美國專利第7,060,989號加以確定，其標題為METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVED PROCESSING WITH A GAS-CLUSTER ION BEAM；其內容藉由參考文獻方式合併於此。
控制系統190包含能夠產生控制電壓的微處理器、記憶體、以及數位I/O埠，此控制電壓足以傳達並啟動通往GCIB處理系統100(或100'、100")的輸入並且監測來自GCIB處理系統100(或100'、100")的輸出。此外，控制系統190可耦合至真空抽器系統170A、170B、以及170C、第一氣體源111與1011、第二氣體源112與1012、第一氣體控制閥113A與1013A、第二氣體控制閥113B與1013B、束流電子元件130、束流過濾器146、束流閘148、X掃描驅動機構160、Y掃描驅動機構162、以及束流電流感測器180，並與其交換資訊。例如，儲存於記憶體中的程式可依照處理處方而用以啟動通往GCIB處理系統100之上述構件的輸入，以在基板152上執行GCIB處理。
然而，控制系統190可如通用電腦系統般被執行，其可因應用以實行容納於記憶體中之一或多個指令的一或多個順序的一處理器，而執行部分或全部本發明之微處理器處理步驟。此種指令可從另一個電腦可讀取媒體(例如硬碟或可移除式媒體驅動裝置)被讀取到控制器記憶體內。多重處理裝置中的一或多個處理器亦可被使用作為控制器微處理器，以實行容納於主記憶體中之指令的順序。在替代實施例中，硬佈線(hard-wired)電路可被使用而取代軟體指令，或者與其結合。因此，實施例並不限於硬體電路與軟體的任何特定結合。
如上所述，控制系統190可用以配置任何數量的處理元件，以及控制系統190可收集、提供、處理、儲存、以及顯示來自處理元件的資料。控制系統190可包含若干應用程式與若干控制器，以控制其中一個以上的處理元件。舉例而言，控制系統190可包含圖形使用者介面(GUI，graphic user interface)構件(未顯示)，其可提供能夠讓使用者監測及/或控制一或多個處理元件的介面。
控制系統190可相對於GCIB處理系統100(或100'、100")而設置在近處，或者其可相對於GCIB處理系統100(或100'、100")而設置在遠端。舉例來說，控制系統190可使用直接連接、內部網路、及/或網際網路，而與GCIB處理系統100交換資料。控制系統190可被耦合至例如位在客戶位置(即，裝置製造商等等)的內部網路，或者其可被耦合至位在供應商位置(即，設備製造商)的內部網路。或者或此外，控制系統190可被耦合至網際網路。再者，另一個電腦(即，控制器、伺服器等等)可存取控制系統190，而經由直接連接、內部網路、及/或網際網路來交換資料。
基板152(或252)可經由例如機械箝制系統或電箝制系統(如靜電箝制系統)的箝制系統(未顯示)，而被固定於基板載台150(或基板載台250)。再者，基板載台150(或250)可包含加熱系統(未顯示)或冷卻系統(未顯示)，其可調整及/或控制基板載台150(或250)以及基板152(或252)的溫度。
真空抽器系統170A、170B、以及170C可包含渦輪分子式真空幫浦(TMP，turbo-molecular vacuum pumps)以及閘閥，此渦輪分子式真空幫浦的抽氣速度可上至每秒約5000升(以上)，而此閘閥可用以調節腔室壓力。在習知真空處理裝置中，可使用每秒1000到3000升的渦輪分子式真空幫浦。渦輪分子式真空幫浦可用於低壓處理，一般小於約50mTorr。雖然沒有顯示，但吾人可瞭解壓力槽室350亦可包含真空抽氣系統。再者，用以監測腔室壓力的裝置(未顯示)可被耦合至真空槽102，或此三個真空室104、106、108中的任何一者。壓力量測裝置可例如為電容式真空計(capacitance manometer)或離子真空計(ionization gauge)。
噴嘴操縱器的一替代實施例亦顯示於圖2與3中。噴嘴110、1010可相互耦合並且一起耦合至單一操縱器117A，而不像在圖1中每一個噴嘴110、1010係耦合至單獨操作的操縱器117、1017。於是，相對於氣體分離器120之噴嘴110、1010的定位可如一整組般共同進行操縱，而非獨立操縱。
以下參考圖4，其顯示用以離子化氣體團簇噴射流(氣體團簇束118，圖1、2以及3)之氣體團簇離子化器(122，圖1、2以及3)的剖面300。剖面300係與GCIB 128的軸垂直。對於一般氣體團簇尺寸(2000到15000原子)而言，離開氣體分離器孔口(120，圖1、2以及3)並且進入離子化器(122，圖1、2以及3)的團簇會以約130到1000電子伏特(eV)的動能進行移動。在低能量的情況下，離子化器122內之空間電中性(space charge neutrality)的任何偏移會造成伴隨顯著束流電流損失的噴射流快速分散。圖4顯示自中和(self-neutralizing)離子化器。如同其他離子化器，氣體團簇可藉由電子衝擊而離子化。在此種設計中，熱電子(由310所標示的7個範例)從多線性熱離子(thermionic)絲極302a、302b、以及302c(一般為鎢)發射，並且藉由電子反射極(electron-repeller)電極306a、306b、以及306c與束流形成電極304a、304b、以及304c所提供之適當電場的作用而被擷取與聚焦。熱電子310通過氣體團簇噴射流以及噴射流軸，然後打擊對向的束流形成電極304b，而產生低能量的二次電子(標示作為範例的312、314、以及316)。
雖然沒有顯示(為了簡化)，但線性熱離子絲極302b與302c亦可產生熱電子，而這些熱電子隨後可產生低能量的二次電子。當需要維持空間電中性時，所有的二次電子可協助確保藉由提供低能量電子而使離子化的團簇噴射流保持空間電中性，此低能量電子會被吸向帶正電的離子化氣體團簇噴射流。束流形成電極304a、304b、以及304c係相對於線性熱離子絲極302a、302b、以及302c而被正偏壓；以及電子反射極電極306a、306b、以及306c係相對於線性熱離子絲極302a、302b、以及302c而被負偏壓。絕緣體308a、308b、308c、308d、308e、以及308f可支撐電極304a、304b、304c、306a、306b、以及306c並與其電絕緣。例如，此種自中和離子化器係有效的並且可達到超出1000微安培的氬GCIBs。
或者，離子化器可使用出自電漿的電子擷取而對團簇進行離子化。這些離子化器的幾何形狀與在此所述的三個絲極離子化器極為不同，但操作原理以及離子化器控制卻非常相似。舉例而言，離子化器的設計可相似於美國專利第7,173,252號所述的離子化器，標題為IONIZER AND METHOD FOR GAS-CLUSTER ION-BEAM FORMATION；其內容藉由參考文獻方式合併於此。
氣體團簇離子化器(122，圖1、2以及3)可藉由改變GCIB 128的電荷狀態而用以修改GCIB 128的束流能量分佈。舉例來說，電荷狀態可藉由調整在進行氣體團簇之電子碰撞引發離子化時所利用之電子的電子通率(electron flux)、電子能量、或電子能量分佈而加以修改。
以下參考圖5-9，於其中分別描繪出圖1、2、以及3之GCIB處理系統100(或100'、100")之多噴嘴與氣體供應組件的各種實施例。圖5描繪多噴嘴與氣體供應組件的一實施例，其包含單一氣體供應器2010以及被氣體供應器2010所供給的兩個噴嘴2110與2120。舉例而言，如圖1之GCIB處理系統100的第一氣體供應器115，氣體供應器2010(以及圖5-9的所有其他氣體供應器)可包含第一氣體源、第二氣體源、第一氣體控制閥、第二氣體控制閥、以及氣體計量閥，以允許形成由第一與第二氣體源提供之氣體所構成的氣體混合物，或者僅使來自第一或第二氣體源的一氣體流動。圖5之多噴嘴與氣體供應組件係適合於需要單一氣體或氣體混合物之大氣體流、需要使用多噴嘴的GCIB應用，故可在位於噴嘴前方的停滯室內部維持相同或相似的停滯條件(即壓力與溫度)，並且可如習知單一氣體供應器與單一噴嘴GCIB系統般使用相同或相似尺寸製作的噴嘴。
圖6實質上分別描繪圖1、2、以及3之GCIB處理系統100(或100'、100")之多噴嘴與氣體供應組件的實施例。圖6的組件包含兩個氣體供應器3010與3020、以及兩個氣體噴嘴3110與3120，而使其用於需要形成氣體團簇束(由不相容氣體及/或發火性(pyrophoric)氣體之混合物所構成)的GCIB應用中。由於會在單一氣體供應器之零件以及管路之內部的不相容氣體混合物成分間發生至少不良化學反應，所以此種不相容氣體混合物無法輕易在經由單一或多噴嘴進行注入的單一氣體供應器(例如圖5之氣體供應器2010)中被預混。圖6之多噴嘴與氣體供應組件可克服此種問題，其係藉由對不相容及/或發火性氣體混合物成分提供獨立氣體供應器3010、3020，這些成分僅在從彼此緊鄰安裝的噴嘴3110與3120注入時混合，俾能至少部分地合併並且產生單一氣體團簇束。一個更進一步的優點為不同的稀釋氣體可被用於不同的氣體混合物，例如，第一氣體混合物可使用He作為稀釋氣體，而第二氣體混合物則可使用Ar。吾人亦可設置圖6之多噴嘴與氣體供應組件的氣體供應器3010與3020，以使相同組成的氣體混合物流到噴嘴3110與3120。再者，舉例而言，若氣體混合物的最佳團簇結合條件不同並因此需要不同的停滯條件時，圖6之多噴嘴與氣體供應組件可允許氣體混合物在不同停滯壓力及/或溫度下從噴嘴3110與3120注入。停滯壓力控制通常可藉由設定氣體供應器的氣體計量閥來達到，而停滯溫度控制則可藉由使用適當的加熱器或冷卻裝置(未顯示)來達到。
圖7描繪相似於圖5與6之結合的多噴嘴與氣體供應組件，其包含氣體供應器4010與4020、以及三個噴嘴4110、4120、以及4130，其中氣體供應器4010可分別供應兩個噴嘴4110與4120以提供較高流率的一氣體混合物，而氣體供應器4020可僅供應噴嘴4130。此種構造係適合於需要高流率之一氣體混合物成分的應 用，而同時保留處理不相容及/或發火性氣體的能力。圖8描繪相似於圖6的實施例，其延伸包含三個氣體供應器5010、5020、以及5030、以及三個噴嘴5110、5120、以及5130，以允許三個不同的氣體混合物單獨導入到噴嘴，若GCIB處理如此要求時。圖9描繪相似於圖5與8之結合的組件，其包含三個氣體供應器6010、6020、以及6030、以及四個噴嘴6110、6120、6130、以及6140，其中氣體供應器6010被連接至噴嘴6110與6120，以透過其而提供高氣體混合物流率，並且具有單獨提供兩添加氣體混合物成分的能力。
雖然圖5-9的實施例在處理條件要求時可被設定同時使多氣體或氣體混合物流到個別噴嘴，但吾人亦可以順序式的方式來操作多氣體供應器與噴嘴，其中在處理步驟的順序中，使用至少一涉及同時流動多氣體或氣體混合物的步驟。舉例來說，在圖6的實施例中，第一GCIB處理步驟可涉及僅流動單一氣體或氣體混合物，此單一氣體或氣體混合物係由氣體供應器3010所產生並且經由噴嘴3110而導入；而第二處理步驟可涉及第一與第二氣體或氣體混合物，此第一與第二氣體或氣體混合物分別係由氣體供應器3010與3020所產生並且經由噴嘴3110與3120而導入。
吾人可立即明白多噴嘴與氣體供應組件的其他實施例係可行的，其包含不同數量的噴嘴(例如高於四)以及不同數量的氣體供應器(例如高於三)，其中一些氣體供應器可被連接至多噴嘴以供應高流率，所有這些實施例皆落入本發明之範圍。
圖10A-12B係描繪多噴嘴之各種空間排列以及與特定噴嘴排列一起使用之單一氣體分離器之各種橫剖面形狀的橫剖面示意圖。在組件內之噴嘴的彼此緊鄰可確保離開噴嘴的個別氣體團簇束在到達氣體分離器之前，可實質上或至少部分地合併成單一氣體團簇束。若氣體團簇束在到達氣體分離器之前合併成單一氣體團簇束，吾人便可使用與習知單一氣體供應器以及單一噴嘴GCIB系統中相同之位於氣體分離器下游的GCIB系統構件。假定這些下游構件可為相同，則吾人可想像到既有的GCIB系統能夠被轉換成多噴嘴系統，其主要在GCIB系統的來源室區域內具有多氣體供應器以及相當小的修改及/或零件替代。
圖10A描繪包含兩個噴嘴7010與7020之多噴嘴組件的橫剖面圖，這些噴嘴以並排方式加以安裝(或者以堆疊方式垂直定向)，以形成通過實質上圓形橫剖面之氣體分離器7000的氣體團簇束。圖10B描繪相似的雙噴嘴組件以及卵形或橢圓形的氣體分離器7100，此氣體分離器與噴嘴7110以及7120對正。圖10C描繪雙噴嘴組件以及雙瓣葉氣體分離器7200，此雙瓣葉氣體分離器與噴嘴7210以及7220對正。圖10A-C之實施例可輕易延伸至具有較大數量之噴嘴的組件。例如，圖11A描繪具有三個噴嘴7310、7320、以及7330的組件，其用以將氣體團簇束注入而通過實質上圓形的氣體分離器7300。圖11B描繪相似的三噴嘴組件以及三瓣葉氣體分離器7400，此三瓣葉氣體分離器與噴嘴7410、7420、以及7430對正。以相似的風格，圖12A-B可將此觀念延伸至分別具有四個噴嘴7510、7520、7530、以及7540與四個噴嘴7610、7620、7630、以及7640的組件，其分別用以將氣體團簇束注入而通過實質上圓形的氣體分離器7500以及四瓣葉氣體分離器7600。吾人可輕易想像到其他實施例，所有這些實施例皆落入本發明之範圍。
再者，如圖13A-13D之部分示意圖所描繪，為了促進氣體團簇束合併，可以微小角度來安裝噴嘴(顯示三個噴嘴410、412、414，但本發明並非被如此限制)，此角度係指向沿著圖1、2以及3之氣體團簇束118之束軸119的單一相交點420。舉例而言，如圖13A所描繪，個別噴嘴410、412、414的氣體團簇束軸411、413、415可在沿著束軸119而位於(例如圖1之GCIB處理系統100之)離子化器122內部的單一相交點420相交。或者，如圖13B所描繪，個別噴嘴410、412、414的氣體團簇束軸411、413、415可在沿著束軸119而位於氣體分離器120下游但位於離子化器122上游的單一相交點420相交。在另一替代方式中，如圖13C所描繪，個別噴嘴410、412、414的氣體團簇束軸411、413、415可在沿著束軸119而位於氣體分離器120的輸入與輸出之間的單一相交點420相交。又或者，如圖13D所描繪，個別噴嘴410、412、414的氣體團簇束軸411、413、415可在沿著束軸119而位於噴嘴410、412、414的輸出與氣體分離器120的輸入之間的單一相交點420相交。內傾角度(即，自平行方位偏斜)可從0.5分佈到10度，或從0.5分佈到5度，或從1分佈到2度。
以下參考圖14，依照一實施例來說明一種使用GCIB照射基板的方法。此方法包含流程圖8000，其開始於8010，於其中設置具有一組至少兩個的噴嘴以及第一氣體供應器的GCIB處理系統，這些噴嘴係以彼此緊鄰的方式排列而確保個別氣體團簇束在到達單一氣體分離器之前合併，或者以能夠具有相交束軸的方式排列，而此第一氣體供應器可以氣體混合物來供應整組噴嘴的至少一支組(例如支組的單一噴嘴、或多噴嘴)。此GCIB處理系統可為以上圖1、2或3所述之GCIB處理系統(100、100'或100")的任何其中一者或其任何結合，其具有圖5-13D所示之噴嘴以及氣體供應器的任何排列。
在步驟8020中，將基板裝載到此GCIB處理系統內。此基板可包含導電性材料、非導電性材料、或半導電性材料、或其兩者以上之結合。此外，此基板可包含形成於其上的一或多個材料結構，或者此基板可為不具有材料結構的毯覆式(blanket)基板。此基板可被安置在GCIB處理系統內的基板載台上，並且可被基板載台穩固地固定住。基板的溫度可受或可不受控制。舉例而言，此基板可在膜形成處理期間被加熱或冷卻。環繞基板的環境被維持在減低的壓力。
在步驟8030中，從第一氣體供應器啟動第一氣體混合物流。通過連接至第一氣體供應器之噴嘴、所有噴嘴、或噴嘴支組的氣體流，可形成氣體團簇束或合併及/或相交的氣體團簇束，其中單一束流可通過單一氣體分離器而進入到GCIB處理系統的離子化室內。
在步驟8040中，從可選第二氣體供應器將可選第二氣體混合物導入到所有剩餘噴嘴(即，不被步驟8010之第一氣體供應器以步驟8030之第一氣體混合物所供應的噴嘴)內或剩餘噴嘴的支組內。可選第二氣體混合物可相同或不同於第一氣體混合物，而假使不同時，這些氣體混合物可為不相容。此外，其中一氣體混合物可具有發火性。可選第二氣體混合物亦可形成氣體團簇束，其可與來自第一噴嘴或噴嘴支組的束流合併及/或相交而形成單一氣體團簇束。
在步驟8050中，於離子化器(例如圖4之離子化器300)中將單一氣體團簇束離子化，而形成氣體團簇離子束(GCIB)。在步驟8060中，藉由對此GCIB施加束流加速電位而加速此GCIB。
在步驟8070中，將由第一氣體混合物與可選第二氣體混合物所構成的GCIB用於照射裝載在GCIB處理系統內的基板。
束流加速電位以及束流劑量可被選擇，以在基板上達到藉由GCIB照射而影響的期望層特性。舉例而言，束流加速電位以及束流劑量可被選擇，以控制所沉積或成長的期望層厚度，或者達到位於基板頂面上之上層的期望表面粗糙度或其他修改，或控制滲透到基板內之摻雜物的濃度與深度。在此，束流劑量被賦予每單位面積之團簇數量的單位。然而，束流劑量亦可包含束流電流及/或時間(例如GCIB照射目標時間)。例如，束流電流可被量測並且維持固定，而時間可被變更以改變束流劑量。或者，舉例而言，每單位面積團簇照射基板表面的速率(即，每單位面積每單位時間的團簇數量)可被保持固定，而時間可被變更以改變束流劑量。
此外，可變更其他GCIB特性，其包含但不限於氣體流動速率、停滯壓力、團簇尺寸、或氣體噴嘴設計(例如噴嘴喉道直徑、噴嘴長度、及/或噴嘴分岔部分半角(divergent section half-angle))。
用於第一與可選第二氣體混合物之氣體組合的選擇可取決於基板待接受的處理。材料層的沉積或成長可包含在基板上或在基板上之既有層的頂面上沉積或成長SiOx 、SiNx 、SiCx 、SiCx Oy 、SiCx Ny 、BNx 、BSix Ny 、Ge、SiGe(B)、或SiC(P)層。於是，依照本發明之實施例，第一或可選第二氣體混合物可包含：含氮氣體、含碳氣體、含硼氣體、含矽氣體、含磷氣體、含硫氣體、含氫氣 體、或含鍺氣體、或其兩者以上之結合。可用以形成第一與可選第二氣體混合物的氣體範例為：He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH3 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、O2 、CO、CO2 、N2 、NO、NO2 、N2 O、NH3 、NF3 、B2 H6 、烷基矽烷(alkyl silane)、烷烴矽烷(alkane silane)、烯烴矽烷(alkene silane)、炔烴矽烷(alkyne silane)、以及Cx Hy ，其中x≧1，而y≧4，以及其兩者以上之結合。第一與可選第二氣體混合物可藉由GCIB處理系統的第一與可選第二氣體供應器而形成。
當沉積矽時，基板可被由第一或可選第二氣體混合物所形成的GCIB加以照射，此氣體混合物具有含矽氣體。舉例而言，氣體混合物可包含矽烷(SiH4 )。在另一範例中，氣體混合物可包含二矽烷(Si2 H6 )、二氯矽烷(SiH2 Cl2 )、三氯矽烷(SiCl3 H)、二乙基矽烷(C4 H12 Si)、三甲基矽烷(C3 H10 Si)、四氯化矽(SiCl4 )、四氟化矽(SiF4 )、或其兩者以上之結合。
當沉積或成長例如SiOx 的氧化物時，基板可被由分別具有含矽氣體以及含氧氣體之第一與可選第二氣體混合物所形成的GCIB加以照射。舉例來說，第一氣體混合物可包含矽烷(SiH4 )，而第二氣體混合物可包含O2 。在另一範例中，第二氣體混合物可包含O2 、CO、CO2 、NO、NO2 、或N2 O、或其兩者以上之任何結合。
當沉積或成長例如SiNx 的氮化物時，基板可被由分別具有含矽氣體以及含氮氣體之第一與可選第二氣體混合物所形成的GCIB加以照射。舉例來說，第一氣體混合物可包含矽烷(SiH4 )，而第二氣體混合物可包含N2 。在另一範例中，第二氣體混合物可包含N2 、NO、NO2 、N2 O、或NH3 、或其兩者以上之任何結合。
當沉積或成長例如SiCx 的碳化物時，基板可被由具有含矽氣體以及含碳氣體之加壓氣體混合物所形成的GCIB加以照射。舉例而言，第一氣體混合物可包含矽烷(SiH4 )以及CH4 。或者，第一氣體混合物可僅包含矽烷(SiH4 )，而可選第二氣體混合物可包含CH4 。此外，例如，第一氣體混合物可包含矽烷(SiH4 )，而可選第二氣體混合物可包含甲基矽烷(H3 C-SiH3 )。再者，例如，第一氣體混合物可包含含矽氣體以及CH4 (或更概括為碳氫氣體，即Cx Hy )，而可選第二氣體混合物可包含CO、或CO2 。又，第一氣體混合物與可選第二氣體混合物的任何其中一者可包含例如烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、或炔烴矽烷、或其兩者以上之任何結合。此外，例如，第一氣體混合物可包含矽烷、甲基矽烷(H3 C-SiH3 )、二甲基矽烷(H3 C-SiH2 -CH3 )、三甲基矽烷((CH3 )3 -SiH)、或四甲基矽烷((CH3 )4 -Si)、或其兩者以上之任何結合。當成長或沉積例如SiCx Ny 的碳氮化物時，可選第二氣體混合物可更包含含氮氣體。舉例而言，此含氮氣體可包含N2 、NH3 、NF3 、NO、N2 O、或NO2 、或其兩者以上之結合。含氮氣體的加入可允許形成碳氮化矽膜(SiCN)。
當成長或沉積例如BNx 的氮化物時，基板可被由具有含硼氣體之第一氣體混合物以及具有含氮氣體之可選第二氣體混合物所形成的GCIB加以照射。舉例而言，第一氣體混合物可包含二硼烷(B2 H6 )，而可選第二氣體混合物可包含N2 。在另一範例中，可選第二氣體混合物可包含N2 、NO、NO2 、N2 O、或NH3 、或其兩者以上之任何結合。
當成長或沉積例如BSix Ny 的氮化物時，基板可被由具有含矽氣體之第一氣體混合物以及具有含硼氣體與含氮氣體之可選第二氣體混合物所形成的GCIB加以照射。舉例來說，第一氣體混合物可包含矽烷(SiH4 )，而可選第二氣體混合物可包含二硼烷(B2 H6 )以及N2 。在另一範例中，可選第二氣體混合物可包含B2 H6 、N2 、NO、NO2 、N2 O、或NH3 、或其兩者以上之任何結合。
在例如浸漬、摻雜、以及層表面修改的其他處理中，除了層成長與沉積以外，另外的添加氣體可用以在GCIB處理系統的氣體供應器中形成氣體混合物。這些氣體包含含鍺、含磷、以及含砷氣體，例如GeH4 、Ge2 H6 、GeH2 Cl2 、GeCl3 H、甲基鍺烷(methylgermane)、二甲基鍺烷、三甲基鍺烷、四甲基鍺烷、乙基鍺烷(ethylgermane)、二乙基鍺烷、三乙基鍺烷、四乙基鍺烷、GeCl4 、GeF4 、BF3 、AsH3 、AsF5 、PH3 、PF3 、PCl3 、或PF5 、或其兩者以上之任何結合。
在上述範例的任何其中一者中，第一及/或第二氣體混合物可包含可選惰性稀釋氣體。此稀釋氣體可包含鈍氣，例如He、Ne、Ar、Kr、Xe、或Rn，其對於第一與第二氣體混合物而言可為不同。
進一步延伸上述處理，當此處理需要時，並且假使安裝在GCIB系統中之可用氣體供應器以及噴嘴的數量允許的話，吾人可導入可選第三、第四等等的氣體混合物(未顯示)。
本案發明人已在SiO2 沉積處理中測試過多噴嘴GCIB系統，其可用於毯覆式SiO2 沉積、或溝渠填充，例如淺溝渠隔離(STI，shallow trench isolation)結構填充。相似的處理亦可用於SiO2 膜的成長。構成雙噴嘴GCIB系統的硬體可設有如圖3之壓力槽室以及兩個氣體供應器。此GCIB系統的氣體供應器構造可為圖6的構造。每一個氣體供應器設有兩個氣體源：第一氣體源為處理氣體，而第二氣體源為稀釋氣體。所使用的噴嘴構造可為圖10A所描繪的構造，其具有以堆疊方式所安裝的噴嘴，以及具有圓形橫剖面的氣體分離器。此GCIB系統的所有其他構件可為單一噴嘴、單一氣體供應GCIB系統的構件。
為了在基板上沉積SiO2 ，第一氣體供應器可用以流動作為含矽氣體的SiH4 ，其以He進行稀釋而形成供給到第一噴嘴內的第一氣體混合物。通過第一噴嘴的總流率被設定在300到700sccm的範圍內，一般為600sccm，但生產過程中的流率可高於或低於上述範圍，例如200到1000sccm。在第一氣體混合物中，SiH4 在He中的百分比一般被設定在10%，但在生產過程中，其可被設定高於或低於10%，例如2到20%。第二氣體供應器用以使作為含O氣體的O2 以從200分佈至500sccm的流率流過第二噴嘴，其選擇性地以從800分佈至1100sccm的額外He氣流來稀釋，而形成第二氣體混合物。在實際生產過程中，O2 與可選稀釋氣體的流率可為不同。上述對於兩氣體混合物的流率範圍可轉換成從3.3分佈至16.7的O2 /SiH4 比率，其在某種程度上可判定SiO2 膜的化學計量。
以上述兩氣體混合物以及從10分佈至50kV的加速電位VAcc 來執行沉積處理。進入壓力槽室內的氣體流率為零(即，關閉)或者設定在20sccm(「20P」)，其轉換成約0.003Torr-cm的壓力-距離積分。在這些條件下的GCIB束流電流可從15分佈至49μA。
隨著增加O2 /SiH4 比率，所沉積的SiO2 膜在顏色上可從棕色分佈至略帶顏色或無色。所有的膜皆可在所取得的FTIR光譜上顯示壓縮應力的跡象，其為大多數初沉積(as-deposited)GCIB膜的共同特徵。例如，吾人可使用後沉積回火處理，以從600分佈至1000度C的溫度並歷時15至60min而降低或消除此壓縮應力。此回火處理亦可使膜粗糙度Ra 由6.9到7.4的初沉積值減少約0.3Ra ，此初沉積值係微弱地取決於GCIB處理條件。間隙填充實驗亦被執行，於其中在溝渠夾止(pinch-off)之前，以SiO2 順利地填充溝渠。
圖15中之流程圖顯示程序9000的步驟，其係使用具有多噴嘴以及氣體供應器的GCIB系統來形成淺溝渠隔離(STI)結構。使用習知單一噴嘴GCIB處理系統來形成STI的程序被討論於美國臨時專利申請案第61/149,917號，標題為「METHOD FOR FORMING TRENCH ISOLATION USING GAS CLUSTER ION BEAM PROCESSING」(Ref. No. EP-169 PROV)，其內容藉由參考文獻方式合併於此。
此方法開始於步驟9010，於其中設置具有一組至少兩個的噴嘴、第一氣體供應器、以及第二氣體供應器的GCIB處理系統，這些噴嘴係以彼此緊鄰的方式排列而確保個別氣體團簇束在到達單一氣體分離器之前合併，或者以能夠具有相交束軸的方式排列，此第一氣體供應器可以氣體混合物來供應整組噴嘴的一支組(例如支組的單一噴嘴、或多噴嘴)，此第二氣體供應器可供應剩餘的噴嘴(即，不被第一氣體供應器所供應的噴嘴)。此GCIB處理系統可為以上圖1、2或3所述之GCIB處理系統(100、100'或100")的任何其中一者，其具有圖5-13D所示之噴嘴以及氣體供應器的任何排列。
在步驟9020中，將基板裝載到此GCIB處理系統內。此基板可包含導電性材料、非導電性材料、或半導電性材料、或其兩者以上之結合。此外，此基板可包含形成於其上的一或多個材料結構，或者此基板可為不具有材料結構的毯覆式基板。此基板可被安置在GCIB處理系統內的基板載台上，並且可被基板載台穩固地固定住。基板的溫度可受或可不受控制。舉例而言，此基板可在膜形成處理期間被加熱或冷卻。環繞基板的環境被維持在減低的壓力。
在步驟9030中，從第一氣體供應器啟動第一氣體混合物流。通過連接至第一氣體供應器之噴嘴、或噴嘴支組的氣體流，可形成氣體團簇束，此氣體團簇束可通過單一氣體分離器而進入到GCIB處理系統的離子化室內。
在步驟9040中，從第二氣體供應器將第二氣體混合物導入到所有剩餘噴嘴(即，不被第一氣體供應器所供應的噴嘴)內或剩餘噴嘴的支組內，以形成氣體團簇束，其可與來自第一噴嘴或噴嘴支組的束流合併及/或相交而形成單一氣體團簇束。
在步驟9050中，於離子化器(例如圖4之離子化器300)中將單一氣體團簇束離子化，而形成氣體團簇離子束(GCIB)。在步驟9060中，藉由對此GCIB施加束流加速電位而加速此GCIB。
在步驟9070中，將由第一氣體混合物與第二氣體混合物所構成的GCIB用於照射裝載在GCIB處理系統內的基板，以在基板上或在位於基板頂面的層上形成STI結構。此STI結構可被用於例如記憶體裝置。
為了形成SiO2 的STI結構(即，為了以SiO2 來填充STI溝渠)，第一氣體混合物可包含含矽氣體。舉例而言，第一氣體混合物可包含SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH3 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、炔烴矽烷、或其兩者以上之任何結合。可選地，第一氣體混合物可更包含惰性稀釋氣體。此稀釋氣體可包含鈍氣，例如He、Ne、Ar、Kr、Xe、或Rn。為了形成STI結構，第二氣體混合物可包含含氧氣體。舉例來說，第二氣體混合物可包含O2 、CO、CO2 、NO、NO2 、N2 O、或其兩者以上之任何結合。可選地，第二氣體混合物可更包含惰性稀釋氣體。此稀釋氣體可包含鈍氣，例如He、Ne、Ar、Kr、Xe、或Rn、或其兩者以上之任何結合。
在整個說明書中所提及的「一實施例」係指與此實施例結合說明的特殊特徵部、結構、材料、或特性被包含在本發明的至少一實施例中，但並不表示其存在於每一實施例中。因此，出現在整個說明書中之各處的「一實施例」一詞不必涉及本發明的同一實施例。再者，這些特殊特徵部、結構、材料、或特性可以任何適當方式而與一或多個實施例結合。
已利用最有助於瞭解本發明的方式，將各種操作依序描述成多個分離操作。然而，說明的順序不應被視為暗指這些操作必須順序相依。尤其，這些操作不必以描述的順序來執行。所描述之操作可以不同於所述之實施例的順序來執行。各種附加操作可被執行及/或在附加實施例中可省略所描述的操作。
熟習相關技藝者能夠明白根據上述教示，可進行許多的修改與變化。熟習本項技藝者可知悉圖式所示之各構件的等效結合物與替代物。因此，此意指本發明之範圍並非藉由此詳細說明來限制，而是藉由隨附請求項加以限制。
100．．．GCIB處理系統
100'．．．GCIB處理系統
100"．．．GCIB處理系統
102．．．真空槽
104．．．來源室
106．．．離子化/加速室
108．．．處理室
110．．．噴嘴
111．．．第一氣體源
112．．．第二氣體源
113．．．氣體計量閥
113A．．．第一氣體控制閥
113B．．．第二氣體控制閥
114．．．氣體供給管
115．．．第一氣體供應器
116．．．停滯室
117．．．操縱器
117A．．．操縱器
118．．．氣體團簇束
119．．．束軸
120．．．氣體分離器
122．．．離子化器
124．．．絲極
126．．．高壓電極
128．．．GCIB
128A．．．GCIB
128A'．．．GCIB
130．．．束流電子元件
134．．．陽極電源
136．．．絲極電源
138．．．擷取電源
140．．．加速器電源
142．．．透鏡電源
144．．．透鏡電源
146．．．束流過濾器
148．．．束流閘
150．．．基板載台
150A．．．位置
152．．．基板
152A．．．位置
160．．．X掃描驅動機構
162．．．Y掃描驅動機構
164．．．Y掃描運動方向
166．．．束流入射角
170A．．．真空抽氣系統
170B．．．真空抽氣系統
170C．．．真空抽氣系統
180．．．束流電流感測器
182．．．電絕緣座
190．．．控制系統
250．．．基板載台
252．．．基板
253．．．X-Y定位台
254．．．基板固定表面
255．．．電絕緣層
260．．．基部
262．．．X-Y控制器
264．．．方向
266．．．束流入射角
280．．．光發送器
282．．．光接受器
284．．．入射光信號
286．．．投射衝擊區域
288．．．散射光信號
300．．．剖面
302a．．．線性熱離子絲極
302b．．．線性熱離子絲極
302c．．．線性熱離子絲極
304a．．．束流形成電極
304b．．．束流形成電極
304c．．．束流形成電極
306a．．．電子反射極電極
306b．．．電子反射極電極
306c．．．電子反射極電極
308a．．．絕緣體
308b．．．絕緣體
308c．．．絕緣體
308d．．．絕緣體
308e．．．絕緣體
308f．．．絕緣體
310．．．熱電子
312．．．二次電子
314．．．二次電子
316．．．二次電子
350．．．壓力槽室
352．．．惰性氣體源
354．．．壓力感測器
410．．．噴嘴
411．．．氣體團簇束軸
412．．．噴嘴
413．．．氣體團簇束軸
414．．．噴嘴
415．．．氣體團簇束軸
420．．．單一相交點
1010．．．噴嘴
1011．．．第一氣體源
1012．．．第二氣體源
1013．．．氣體計量閥
1013A．．．第一氣體控制閥
1013B．．．第二氣體控制閥
1014．．．氣體供給管
1015．．．第二氣體供應器
1016．．．停滯室
1017．．．操縱器
2010．．．氣體供應器
2110．．．噴嘴
2120．．．噴嘴
3010．．．氣體供應器
3020．．．氣體供應器
3110．．．噴嘴
3120．．．噴嘴
4010．．．氣體供應器
4020．．．氣體供應器
4110．．．噴嘴
4120．．．噴嘴
4130．．．噴嘴
5010．．．氣體供應器
5020．．．氣體供應器
5030．．．氣體供應器
5110．．．噴嘴
5120．．．噴嘴
5130．．．噴嘴
6010．．．氣體供應器
6020．．．氣體供應器
6030．．．氣體供應器
6110．．．噴嘴
6120．．．噴嘴
6130．．．噴嘴
6140．．．噴嘴
7000．．．氣體分離器
7010．．．噴嘴
7020．．．噴嘴
7100．．．氣體分離器
7110．．．噴嘴
7120．．．噴嘴
7200．．．氣體分離器
7210．．．噴嘴
7220．．．噴嘴
7300．．．氣體分離器
7310．．．噴嘴
7320．．．噴嘴
7330．．．噴嘴
7400．．．氣體分離器
7410．．．噴嘴
7420．．．噴嘴
7430．．．噴嘴
7500．．．氣體分離器
7510．．．噴嘴
7520．．．噴嘴
7530．．．噴嘴
7540．．．噴嘴
7600．．．氣體分離器
7610．．．噴嘴
7620．．．噴嘴
7630．．．噴嘴
7640．．．噴嘴
8000．．．流程圖
9000．．．程序
本發明的更完整瞭解以及其許多伴隨的優點可參考下列說明詳細說明而更顯清楚，尤其當考慮結合隨附圖式時，其中：
圖1係依照本發明之一實施例之多噴嘴GCIB系統的示意圖；
圖2係依照本發明之另一實施例之多噴嘴GCIB系統的示意圖；
圖3係依照本發明之又另一實施例之多噴嘴GCIB系統的示意圖；
圖4係用於GCIB系統之離子化器之一實施例的示意圖；
圖5-9係多噴嘴組件之各種實施例的示意圖，其包含多噴嘴、單一或多氣體供應器，並且具有設置在其間的各種氣體流互連結構；
圖10A-12B係多噴嘴組件之各種實施例的橫剖面圖，其描繪多噴嘴的各種排列，並且具有符合各種噴嘴排列的各種氣體分離器橫剖面形狀；
圖13A-D係多噴嘴組件之各種實施例的示意圖，這些多噴嘴組件具有以指向內之角度而安裝的噴嘴，以使氣體團簇束在沿著主GCIB軸的一點相交；
圖14係操作具有多噴嘴之GCIB系統之方法之一實施例的流程圖；及
圖15係使用具有多噴嘴之GCIB系統來形成淺溝渠隔離(STI)結構之方法之一實施例的流程圖。
9000．．．程序
9010．．．設置具有至少兩個噴嘴的一GCIB系統
9020．．．裝載一待被照射的基板
9030．．．流動一第一氣體混合物以形成一氣體團簇束
9040．．．流動一第二氣體混合物
9050．．．離子化此氣體團簇束
9060．．．加速此GCIB
9070．．．以此GCIB成長或沉積一STI結構

Claims (45)

  1. 一種以氣體團簇離子束(GCIB，gas cluster ion beam)照射基板的方法，包含下列步驟：設置一GCIB系統，該系統包含：一氣體分離器；一組至少兩個的噴嘴，用以形成並且發射氣體團簇束，該組至少兩個的噴嘴係以彼此緊鄰的方式排列，而使自該組至少兩個的噴嘴所發射之該氣體團簇束至少部分地合併成一單一氣體團簇束；一第一氣體供應器，與至少一第一噴嘴支組流體連通，該第一噴嘴支組包含出自該組至少兩個的噴嘴的至少一噴嘴；及一第二氣體供應器，與一第二噴嘴支組流體連通，該第二噴嘴支組係不同於該第一噴嘴支組，並且包含出自該組至少兩個的噴嘴的至少一噴嘴；裝載一待以GCIB照射的基板；使一第一氣體混合物自該第一氣體供應器流動通過至少該第一噴嘴支組，並且使一第二氣體混合物自該第二氣體供應器流動通過至少該第二噴組支組，以形成該單一氣體團簇束，其中該第一氣體混合物與該第二氣體混合物為不同；將該單一氣體團簇束引導通過該氣體分離器，然後將該單一氣體團簇束離子化而形成GCIB；加速該GCIB；及以該GCIB照射該基板的至少一區域，而摻雜、成長、沉積、或修改於該基板上的一層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物以及該第二氣體混合物為不相容。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物以及該第二氣體混合物至少其中一者具有發火性。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含：選自於由SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH3 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、O2 、CO、CO2 、N2 、NO、NO2 、N2 O、NH3 、NF3 、B2 H6 、GeH4 、Ge2 H6 、GeH2 Cl2 、GeCl3 H、甲基鍺烷、二甲基鍺烷、三甲基鍺烷、四甲基鍺烷、乙基鍺烷、二乙基鍺烷、三乙基鍺烷、四乙基鍺烷、GeCl4 、GeF4 、BF3 、AsH3 、AsF5 、PH3 、PF3 、PCl3 、或PF5 、烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、炔烴矽烷、以及Cx Hy 所組成之群組的至少一氣體，其中x≧1，而y≧4；以及選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、以及Rn所組成之群組的一可選稀釋氣體。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第二氣體混合物包含：選自於由SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH3 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、O2 、CO、CO2 、N2 、NO、NO2 、N2 O、NH3 、NF3 、B2 H6 、GeH4 、Ge2 H6 、GeH2 Cl2 、GeCl3 H、甲基鍺烷、二甲基鍺烷、三甲基鍺烷、四甲基鍺烷、乙基鍺烷、二乙基鍺烷、三乙基鍺烷、四乙基鍺烷、GeCl4 、GeF4 、BF3 、AsH3 、AsF5 、PH3 、PF3 、PCl3 、或PF5 、烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、炔烴矽烷、以及Cx Hy 所組成之群組的至少一氣體，其中x≧1，而y≧4；以及選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、以及Rn所組成之群組的一可選稀釋氣體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含一含Si氣體。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含：選自於由SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH3 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、炔烴矽烷所組成之群組的至少一氣體；以及選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、以及Rn所組成之群組的一可選稀釋氣體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含SiH4 以及He。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第二氣體混合物包含一含氧氣體。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第二氣體混合物包含：選自於由O2 、CO、CO2 、NO、NO2 、N2 O所組成之群組的至少一氣體；以及選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、以及Rn所組成之群組的一可選稀釋氣體。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第二氣體混合物包含O2 。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該層包含SiO2 。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該GCIB系統更包含：至少一操縱器，機械式地耦合至出自該組至少兩個的噴嘴的一噴嘴，該至少一操縱器用以使該耦合之噴嘴相對於該氣體分離器進行定位，而獨立於出自該組至少兩個的噴嘴的其他噴嘴。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該GCIB系統更包含：一操縱器，機械式地耦合至該組至少兩個的噴嘴中的每一個噴嘴，該操縱器用以使該組至少兩個的噴嘴整體相對於該氣體分離器進行定位。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體供應器以及該第二氣體供應器用以獨立控制該第一氣體混合物以及該第二氣體混合物的停滯壓力。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體供應器以及該第二氣體供應器各自更包含一溫度控制系統，以獨立控制該第一氣體混合物以及該第二氣體混合物的溫度。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該基板被該GCIB所照射，以藉由在該基板之至少一區域內成長或沉積一層而形成一淺溝渠隔離(STI)結構。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含一含Si氣體，而該第二氣體混合物包含一含氧氣體，其中該層包含SiO2 。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，更包含下列步驟：將該STI結構回火。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，更包含下列步驟：在一記憶體裝置中使用該STI結構。
  21. 一種以氣體團簇離子束(GCIB)照射基板的方法，包含下列步驟：設置一GCIB系統，該系統包含：一氣體分離器；一組至少兩個的噴嘴，至少包含一第一噴嘴支組以及不同於該第一噴嘴支組的一第二噴嘴支組，該第一與第二噴嘴支組各自包含出自該組至少兩個的噴嘴之該至少兩個噴嘴中的至少一者，以及每一個噴嘴用於形成並且發射具有一束軸的一氣體團簇束，該組至少兩個的噴嘴被傾斜而使每一個束軸朝向一單一相交點會合以形成一組相交氣體團簇束，並且將該相交氣體團簇束引導到該氣體分離器內；及至少一氣體供應器，與該第一噴嘴支組以及該第二噴嘴支組流體連通，其中該至少一氣體供應器包含一第一氣體供應器以及一可選第二氣體供應器，該第一氣體供應器用以供應一第一氣體混合物，該可選第二氣體供應器用以供應一第二氣體混合物；裝載一待以GCIB照射的基板；使來自該第一氣體供應器的該第一氣體混合物流動通過該第一噴嘴支組，並且使來自該第二氣體供應器的該第二氣體混合物或來自該第一氣體供應器的該第一氣體混合物流動通過該第二噴組支組，以形成該相交氣體團簇束；將該相交氣體團簇束引導通過該氣體分離器，然後將該相交氣體團簇束離子化而形成GCIB；加速該GCIB；及以該GCIB照射該基板的至少一區域，而摻雜、成長、沉積、或修改於該基板上的一層。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH2 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、O2 、CO、CO2 、N2 、NO、NO2 、N2 O、NH3 、NF3 、B2 H6 、GeH4 、Ge2 H6 、GeH2 Cl2 、GeCl3 H、甲基鍺烷、二甲基鍺烷、三甲基鍺烷、四甲基鍺烷、乙基鍺烷、二乙基鍺烷、三乙基鍺烷、四乙基鍺烷、GeCl4 、GeF4 、BF3 、AsH3 、AsF5 、PH3 、PF3 、PCl3 、或PF5 、烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、炔烴矽烷、以及Cx Hy 所組成之群組的至少一氣體，其中x≧1，而y≧4。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該至少一氣體供應器包含與該第二噴嘴支組流體連通的該第二氣體供應器，並且其中該第二氣體混合物流動通過該第二噴嘴支組，該第二氣體混合物具有相同或不同於該第一氣體混合物的組成。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物與該第二氣體混合物為相同。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物與該第二氣體混合物包含選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH3 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、O2 、CO、CO2 、N2 、NO、NO2 、N2 O、NH3 、NF3 、B2 H6 、GeH4 、Ge2 H6 、GeH2 Cl2 、GeCl3 H、甲基鍺烷、二甲基鍺烷、三甲基鍺烷、四甲基鍺烷、乙基鍺烷、二乙基鍺烷、三乙基鍺烷、四乙基鍺烷、GeCl4 、GeF4 、BF3 、AsH3 、AsF5 、PH3 、PF3 、PCl3 、或PF5 、烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、炔烴矽烷、以及Cx Hy 所組成之群組的至少一氣體，其中x≧1，而y≧4。
  26. 如申請專利範圍第23項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物與該第二氣體混合物為不同。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物與該第二氣體混合物為不相容。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物以及該第二氣體混合物至少其中一者具有發火性。
  29. 如申請專利範圍第26項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含：選自於由SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH3 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、O2 、CO、CO2 、N2 、NO、NO2 、N2 O、NH3 、NF3 、B2 H6 、GeH4 、Ge2 H6 、GeH2 Cl2 、GeCl3 H、甲基鍺烷、二甲基鍺烷、三甲基鍺烷、四甲基鍺烷、乙基鍺烷、二乙基鍺烷、三乙基鍺烷、四乙基鍺烷、GeCl4 、GeF4 、BF3 、AsH3 、AsF5 、PH3 、PF3 、PCl3 、或PF5 、烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、炔烴矽烷、以及Cx Hy 所組成之群組的至少一氣體，其中x≧1，而y≧4；以及選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、以及Rn所組成之群組的一可選稀釋氣體。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第二氣體混合物包含：選自於由SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH3 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、O2 、CO、CO2 、N2 、NO、NO2 、N2 O、NH3 、NF3 、B2 H6 、GeH4 、Ge2 H6 、GeH2 Cl2 、GeCl3 H、甲基鍺烷、二甲基鍺烷、三甲基鍺烷、四甲基鍺烷、乙基鍺烷、二乙基鍺烷、三乙基鍺烷、四乙基鍺烷、GeCl4 、GeF4 、BF3 、AsH3 、AsF5 、PH3 、PF3 、PCl3 、或PF5 、烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、炔烴矽烷、以及Cx Hy 所組成之群組的至少一氣體，其中x≧1，而y≧4；以及選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、以及Rn所組成之群組的一可選稀釋氣體。
  31. 如申請專利範圍第26項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含一含Si氣體。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含：選自於由SiH4 、Si2 H6 、C4 H12 Si、C3 H10 Si、H3 C-SiH3 、H3 C-SiH2 -CH3 、(CH3 )3 -SiH、(CH3 )4 -Si、SiH2 Cl2 、SiCl3 H、SiCl4 、SiF4 、烷基矽烷、烷烴矽烷、烯烴矽烷、炔烴矽烷所組成之群組的至少一氣體；以及選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、以及Rn所組成之群組的一可選稀釋氣體。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含SiH4 以及He。
  34. 如申請專利範圍第31項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第二氣體混合物包含一含氧氣體。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第二氣體混合物包含：選自於由O2 、CO、CO2 、NO、NO2 、N2 O所組成之群組的至少一氣體；以及選自於由He、Ne、Ar、Kr、Xe、以及Rn所組成之群組的一可選稀釋氣體。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第二氣體混合物包含O2 。
  37. 如申請專利範圍第34項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該層包含SiO2 。
  38. 如申請專利範圍第21項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該GCIB系統更包含：至少一操縱器，機械式地耦合至出自該組至少兩個的噴嘴的一噴嘴，該至少一操縱器用以使該耦合之噴嘴相對於該氣體分離器進行定位，而獨立於出自該組至少兩個的噴嘴的其他噴嘴。
  39. 如申請專利範圍第21項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該GCIB系統更包含：一操縱器，機械式地耦合至該組至少兩個的噴嘴中的每一個噴嘴，該操縱器用以使該組至少兩個的噴嘴整體相對於該氣體分離器進行定位。
  40. 如申請專利範圍第26項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體供應器以及該第二氣體供應器用以獨立控制該第一氣體混合物以及該第二氣體混合物的停滯壓力。
  41. 如申請專利範圍第26項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體供應器以及該第二氣體供應器各自更包含一溫度控制系統，以獨立控制該第一氣體混合物以及該第二氣體混合物的溫度。
  42. 如申請專利範圍第21項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該基板被該GCIB所照射，以藉由在該基板之至少一區域內成長或沉積一層而形成一淺溝渠隔離(STI)結構。
  43. 如申請專利範圍第42項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，其中該第一氣體混合物包含一含Si氣體，而該第二氣體混合物包含一含氧氣體，其中該層包含SiO2 。
  44. 如申請專利範圍第42項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，更包含下列步驟：將該STI結構回火。
  45. 如申請專利範圍第42項所述之以氣體團簇離子束照射基板的方法，更包含下列步驟：在一記憶體裝置中使用該STI結構。
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