TWI423735B - 具有導電性頂端區域之射頻電漿源 - Google Patents

Description

具有導電性頂端區域之射頻電漿源 【相關申請案】

此申請案係於西元2004年3月22日所提出之標題為“電漿浸入(immersion)離子植入裝置及方法”的美國專利申請案序號10/805,966號之一件部分接續案，其整體內容係以參照方式而納入於本文。

本發明係關於一種電漿源。

本文所運用之段落標題係僅為針對整體化目的，而非構成以任何方式描述的標的之限制。

電漿源係常用於半導體產業與其他產業以實施蝕刻及沉積。電漿浸入系統係浸入一基板或標靶於一電漿，以供處理。基板或目標係相對於電漿電位而偏壓，藉以吸引離子而供處理。

近來，電漿浸入系統係已經運用以實施半導體晶圓之離子植入。離子係非為如同於習用的離子植入系統而加速朝向晶圓，而是晶圓係浸入於其含有摻雜離子之一電漿。離子穿透深度係可為極淺。因此，電漿浸入系統係可實施極淺的離子植入，其可為運用以製造現代電子及光學構件。

一種型式之電漿浸入源係運用一種脈衝式直流電源供 應器，以產生電漿。直流電源供應器係產生一電壓，其從於一室中的處理氣體之一電漿放電。直流電壓及其為碰撞於室表面與目標所產生的二次電子係持續該電漿。其他型式的電漿浸入源係運用一射頻(RF)源，以產生電漿。射頻源係產生一射頻電壓。射頻電壓將來自一電極的射頻能量跨於電漿被覆(sheath)而電容性耦合至電漿之中的電子，以產生及維持電漿。其他型式的電漿浸入源係運用微波功率施加器以產生及維持電漿。

用於離子植入之電漿源係相較於用於其他的電漿處理應用(諸如：電漿蝕刻及電漿沉積)之電漿源而具有更為嚴格的要求。舉例而言，用於離子植入之電漿浸入源係必須產生在徑向與方位角上具有高度均勻的電漿離子通量之電漿，使得均勻的離子通量為撞擊於晶圓表面。

此外，電漿浸入系統係必須耗散熱負載，且將由於來自晶圓的二次電子放射所造成之充電效應為最小化。典型而言，二次電子係以植入電壓加速而遠離基板之表面，且由此等電子所載有的電力係沉積於該室頂端。習用的電漿浸入源係運用其為由絕緣材料所形成之室頂端。二次電子係傾向以加熱及充電該室頂端，其將為不利影響離子能量均勻度與處理反覆性。

本發明特徵在於一種電漿源，其包括含有一處理氣體之一室。該室係具有一室頂端，其包含以水平方向延伸之一介電材料所形成之第一區域。一第二區域係自第一區域 以一垂直方向延伸一高度之介電材料所形成。一頂端區域係以水平方向跨越第二區域而延伸一長度之導電性材料所形成。該頂端區域可以包含一液體冷卻系統。該室頂端可以電連接至地電位。

一射頻天線係定位為鄰近於第一區域與第二區域之至少一者。該射頻天線係感應射頻電流至該室，其將該處理氣體激發及離子化以產生一電漿於該室。在一實施例中，該射頻天線係一平面線圈，其定位於鄰近第一區域。在一實施例中，該射頻天線包含一圍繞第二區域之線圈。在一實施例中，該射頻天線包含一平面線圈，其係定位於鄰近第一區域，並且一線圈係圍繞第二區域。該鄰近於第一區域之平面線圈以及圍繞第二區域之線圈可以是電連接或是可以是電磁通訊。

在一實施例中，該射頻天線包含一主動天線，其係電連接至一射頻電源供應器，並且一寄生電容係電磁的連接至主動天線。寄生天線的一端可以電連接至地電位。用於支持一目標的台板係定位為相鄰於該頂端區域。該電漿源可以包含一偏壓電源供應器，其具有一輸出，該輸出電連接至該台板。該篇壓電源在該台板上產生一電壓，其吸引電漿中的離子至該目標。

本發明的另一特徵在於一電漿源，其包含具有一處理氣體之一室，該室係具有一室頂端，該室頂端包含由其以第一方向延伸之介電材料所形成的第一區域，一第二區域係由自第一區域於第二方向而延伸一高度之介電材料所形 成，在一實施例中，該第一區域係彎曲的。在一實施例中，該第一與第二方向係非正交。一頂端區域係與由跨越第二區域而延伸一長度之一導電性材料所形成。一射頻天線係定位為鄰近於該第一區域與第二區域之至少一者，該射頻天線係感應射頻電流至該室，其激發及離子化該處理氣體以產生一電漿於該室。

本發明的另一特徵在於一電漿源，其包含具有一處理氣體之一室，該室係具有一室頂端，該室頂端包含其以水平方向延伸之介電材料所形成的第一區域，一第二區域係由自第一區域於一垂直方向而延伸一高度之介電材料所形成，一頂端區域係在水平方向由跨越第二區域而延伸一長度之一導電性材料所形成。

一射頻天線係定位為鄰近於該第一區域與第二區域之至少一者，該射頻天線係感應射頻電流至該室，其激發及離子化該處理氣體以產生一電漿於該室。

一陽極係定位於該室且相鄰於該頂端區域，該陽極之位置係可調整。該室之陽極對於頂端區域之位置係選取以達成一預定的電漿均勻度。該陽極包含一調節板，其分散該處理氣體。該陽極可以包含一噴射頭，其分配該處理氣體。該陽極可電氣連接至接地電位。

一射頻天線，其定位為鄰近於該第一區域與第二區域之至少一者，該射頻天線係感應射頻電流至該室，其激發及離子化該處理氣體以產生一電漿於該室。

本發明之一種電漿源係提供一均勻的離子通量，且亦為耗散二次電子之效應。針對於說明本發明之目的，本發明之電漿源的一些層面係關連於電漿摻雜(doping)而描述。然而，瞭解的是：本發明之電漿源係具有諸多應用且為不受限於用於電漿摻雜之電漿浸入源。

第1圖係說明根據本發明之一種射頻電漿源100，其具有垂直與水平的射頻線圈及導電性的頂端區域。射頻電漿源100包括一室102，其含有一處理氣體。一氣體源104係透過一比例閥106而耦接至室102，氣體源104係供應該處理氣體至室102。一壓力計108係測量於室102之內的壓力。於室102之的一個排氣埠110係耦接至一真空泵112，其抽真空該室102。一個排氣閥114係控制其透過排氣埠110之排氣傳導率(conductance)。

一氣體壓力控制器116係電氣連接至比例閥106、壓力計108、與排氣閥114。氣體壓力控制器116係維持於室102之期望的壓力，藉著排氣閥114以控制排氣傳導率且藉著於其為響應於壓力計108的一個回授迴路之比例閥106以控制處理氣體流量率。

於一些實施例，示跡氣體(trace gas)物種之一比率控制係由一質流計(mass flow meter)(未顯示)所提供，質流計係線上式(in-line)耦接於其提供主要氣體物種之處理氣體。此外，於一些實施例，一種分離式氣體注入機構(未顯示)係運用以供就地(in-situ)調整物種。舉例而言，摻雜具 有適當的摻雜質之矽係可運用以提供一個均勻的覆層於室102，其降低污染物。再者，於一些實施例，一種多埠的氣體注入機構(未顯示)係運用以提供氣體，致使其造成跨於晶圓變化之中性的化學效應。

室102係具有一室頂端118，其包括由延伸於一概括水平方向的一介電材料所形成之一第一區域120。室頂端118之一第二區域122係由其自第一區域120於一概括垂直方向而延伸一高度之一介電材料所形成。室頂端118之第一與第二區域120、122的尺寸係可選擇，以改善於室102所產生的電漿之均勻度。

於第一與第二區域120、122之介電材料係提供一媒體，以供轉移射頻功率自該射頻天線至室102之內的一電漿。於一個實施例，運用以形成第一與第二區域120、122之介電材料係高純度的陶瓷材料，其對於該處理氣體為化學穩定且具有良好的熱性質。舉例而言，於一些實施例，該介電材料係99.6%的Al₂ O₃ 或AlN。於其他實施例，介電材料係Yittria與YAG。

室頂端118之一頂端區域124係由其跨越第二區域122於水平方向而延伸一長度之一種導電性材料所形成。於諸多的實施例，運用以形成頂端區域124之材料的導電性係足夠高以耗散熱負載且使得由於二次電子放射所造成之充電效應為最小化。典型而言，用以形成頂端區域124之導電性材料係對於該處理氣體為化學穩定。於一些實施例，該導電性材料係鋁。

頂端區域124係可為耦接至第二區域122，藉著由碳氟聚合物所作成之一種抗鹵素(halogen resistant)的O形環，諸如：由Chemrz及/或Kalrex材料所形成之O形環。頂端區域124係典型為安裝至第二區域122，安裝方式係使得於第二區域122之壓縮為最小化而提供足夠的壓縮以密封頂端區域124至第二區域。於一些操作模式，頂端區域124係射頻及直流接地，如於第1圖所示。

於一些實施例，頂端區域124係包含一冷卻系統，其調整頂端區域124之溫度，藉以耗散於處理期間所產生的熱負載。該冷卻系統係可為其包括冷卻通道128於頂端區域124之一種流體冷卻系統，其循環來自一冷卻劑源之一液體冷卻劑。一些處理(諸如：電漿摻雜處理)係因為二次電子放射而產生可觀量之非均勻分布的熱量於電漿室之內表面。非均勻分布的熱量係產生溫度梯度，其為足夠高以引起於室102之內的熱應力點，而可造成室102之失效。

於一個實施例，室頂端118之第二區域122於垂直方向的高度130與其跨越室頂端118之第二區域122於水平方向的長度132之一比值係約為於1.5與5.5之間。於第1圖所示之實施例，第二區域122係形成於圓柱的形狀。然而，於本發明之其他的實施例，室頂端118之第一區域120係未必為延伸於一水平方向。此外，於其他實施例，室頂端118之第二區域122係未必為延伸於一垂直方向。

一台板134係定位於室102而在室頂端118的頂端區域124之下方的一高度136且在室頂端118的第一區域120 之下方的一高度138。台板134係可為一基板支持物，其支持一晶圓140以供處理。舉例而言，若電漿源100係構成為一電漿浸入離子植入源，台板134係支持一個目標，諸如：欲作植入之一個半導體晶圓。於一個實施例，台板134係尺寸為使得其為定位於室頂端118的內徑142之內。

於一些實施例，一偏壓電壓電源供應器144係電氣連接至台板134。偏壓電壓電源供應器144係偏壓該台板134於一電壓，其吸引於電漿之離子至晶圓140。偏壓電壓電源供應器144係可為一直流電源供應器或一射頻電源供應器。

一射頻天線係定位為鄰近於室頂端118的第一區域120與第二區域122之至少一者。於第1圖所示之電漿源100係顯示其為電氣隔離之二個分離的射頻天線。具有複數個匝之一平面線圈天線146係定位為鄰近於室頂端118的第一區域120，且具有具有複數個匝之一螺旋線圈天線148係環繞室頂端118的第二區域122。

諸如一射頻電源供應器之一射頻源150係電氣連接至平面線圈天線146與螺旋線圈天線148之至少一者。射頻源150係藉由一阻抗匹配網路152而耦接至射頻天線146、148，阻抗匹配網路152係使得由射頻源150所轉移至射頻天線146、148之功率為最大化。由阻抗匹配網路152之輸出至平面線圈天線146與螺旋線圈天線148的虛線係用以指出：電氣連接為可由阻抗匹配網路152之輸出至平面線圈天線146與螺旋線圈天線148之任一者或二者而作 成。

射頻源150係共振射頻電流於射頻天線146、148。於射頻天線146、148之射頻電流係感應射頻電流至室102。於室102之射頻電流係激發及離子化該處理氣體以產生一電漿於室102。

本發明之電漿源係可具有諸多不同的天線架構。平面線圈天線146與螺旋線圈天線148之至少一者係一種主動(active)天線。術語“主動天線”係定義於本文為其由一電源供應器所直接驅動之一種天線。換言之，由電源供應器所產生的一電壓係直接施加於一主動天線。

於一些實施例，平面線圈天線146與螺旋線圈天線148之至少一者係形成，俾使其可為液體冷卻。舉例而言，平面線圈天線146與螺旋線圈天線148係可為管狀構件，其為連接至一個加壓的流體源。冷卻該平面線圈天線146與螺旋線圈天線148之至少一者係將降低由其傳播於射頻天線146、148的射頻功率所引起之溫度梯度。

於一些實施例，平面線圈天線146與螺旋線圈天線148之至少一者係一種寄生(parasitic)天線。術語“寄生天線”係定義於本文為意指其為電磁相通於一主動天線而非為直接連接至一電源供應器之一種天線。換言之，一寄生天線係非為直接由一電源供應器所激發而是為由一主動天線所激發。

舉例而言，於一個實施例，平面線圈天線146係其為連接至電源供應器150的輸出之一主動天線，而螺旋線圈 天線148係其定位為電磁相通於平面線圈天線146之一寄生天線。於另一個實施例，螺旋線圈天線148係其為連接至電源供應器150的輸出之一主動天線，而平面線圈天線146係其定位為電磁相通於螺旋線圈天線148之一寄生天線。

於本發明之一些實施例，寄生天線之一端係電氣連接至接地電位，藉以提供天線調諧(tuning)能力。於此實施例，寄生天線係包括一線圈調整器，其為運用以改變於寄生天線的線圈之有效匝數。諸多不同型式的線圈調整器係可運用。舉例而言，第1圖所示之線圈調整器154係一金屬短路(short)，其為定位於寄生天線的一浮接端與螺旋線圈天線148的一期望匝數之間。於其他的實施例，寄生天線係電氣浮接於二端。於此等其他的實施例，一開關(未顯示)係運用以選擇於寄生天線的線圈之期望匝數。

於一些實施例，電漿源100係包括一電漿點火器156。諸多型式的電漿點火器係可運用於本發明之電漿源。於一個實施例，電漿點火器156係包括：撞擊(strike)氣體之一貯藏器158，撞擊氣體為諸如氬(Ar)之一高度可離子化的氣體，其為助於點火該電漿。貯藏器158係可為已知的容積與已知的壓力之一個相當小的貯藏器。貯藏器158係藉著一高傳導率的氣體接線160而耦接至電漿室102。一猝發(burst)閥162係隔離該貯藏器158與室102。於另一個實施例，一撞擊氣體源係運用一低傳導率的氣體接線而直接鋪設至猝發閥162。

於操作時，室102係抽真空至高度真空。處理氣體係接著為由比例閥106而引入至室102且為由真空泵112所排出自該室102。氣體壓力控制器116係運用以針對於一期望的處理氣體流量率與排氣傳導率而維持期望的氣體壓力。

射頻源150係產生其為施加至射頻天線146、148之一射頻訊號。於一些實施例，射頻源150係產生一相當低頻的射頻訊號。運用一相當低頻的射頻訊號係將使得電容性耦合為最小化，且因此將降低該室壁部之濺鍍及所造成的污染。舉例而言，於此等實施例，射頻源150係產生其為低於27百萬赫茲(MHz)的射頻訊號，諸如：400kHz、2MHz、4MHz、或13.56MHz。

施加至射頻天線146、148之射頻訊號係產生一射頻電流於射頻天線146、148。由射頻天線146、148之射頻電流所感應的電磁場係耦接透過介電材料所形成的第一區域120與介電材料所形成的第二區域122之至少一者且耦接至室102。於一些操作模式，射頻電流係藉著其為電氣耦接至射頻源150之一主動天線而感應透過室頂端118之第一區域120，且藉著一寄生天線而透過室頂端118之第二區域122。於其他的操作模式，射頻電流係藉著其為電氣耦接至射頻源150之一主動天線而感應透過室頂端118之第二區域122，且藉著一寄生天線而透過室頂端118之第一區域120。

感應於室102之電磁場係激發及離子化該處理氣體分 子。電漿點火係發生在當少數的自由電子為移動使得其離子化一些處理氣體分子。離子化的處理氣體分子係釋放更多的自由電子，其係離子化更多的氣體分子。該離子化過程係持續而直到離子化的氣體與自由電子之一穩定狀態為存在於電漿。於一些實施例，電漿之特性係藉著線圈調整器154以改變於寄生天線的線圈之有效匝數而調整。

電漿點火係對於一些處理氣體而言為困難，諸如：乙硼烷(diborane)於氦(He)(15%的B₂ H₆ 於85%的He)。針對於此等氣體，合意為運用一撞擊氣體以起始電漿。於一個實施例，一撞擊氣體係於一預定時間而可控制式引入至電漿室102，藉著打開且接著閉合猝發閥162。猝發閥162係通過一短的高流量率猝發之撞擊氣體至電漿室102，藉以助於點火該電漿。

猝發氣體輪廓(profile)係由振幅、形狀與猝發持續期間而描述特徵。猝發氣體輪廓係由數個因素而定義，諸如：猝發閥162為打開之時間長度、於貯藏器158之撞擊氣體的壓力與體積、氣體線路160之傳導率、真空泵之抽氣速度、與排氣閥114之位置。於一些實施例，貯藏器158之一部分係由一限制傳導率的孔164或計量閥所分離，孔164或計量閥係在該初始的高流量率猝發之後而提供一穩定的流量率之撞擊氣體。

氣體壓力控制器116係感測於室壓力之一增大與於處理氣體流量之一對應的減小，其為由猝發之撞擊氣體而造成。壓力控制器116係接著調整排氣傳導率且改變於一個 回授迴路之處理氣體流量率，其為響應於壓力計108，使得室壓力係於期望的響應時間內而恢復至期望的處理條件。

舉例而言，包含氬(Ar)之一撞擊氣體係可運用以點火乙硼烷於氦(He)(15%的B₂ H₆ 於85%的He)。於此實施例，一電漿係可為撞擊以一猝發之氬，其為於一0.5至5.0秒的時間區間而引入自其具有壓力為約500托(Torr)之一限制傳導率的氣體供應器。猝發之氬係增大於該室之壓力為約20毫托(mTorr)，其提供電漿之可靠的點火。

第2圖係說明根據本發明之一種射頻電漿源200，其具有於一第一方向的一第一射頻線圈、於一第二方向的一第二射頻線圈、及一導電性的頂端區域。射頻電漿源200係類似於其為關連於第1圖所述之射頻電漿源100。電漿源200係包括其含有一處理氣體之一室102。透過一比例閥106而耦接至該室之一氣體源104係供應該處理氣體至室102。

一壓力計108係測量於室102之內的壓力。一氣體壓力控制器116係運用以維持於室102之期望的壓力，藉著建立一排氣傳導率且藉著改變於其為響應於壓力計108的一個回授迴路之處理氣體流量率。室102係包括其為耦接至一真空泵112之一個排氣埠110，真空泵112係抽真空該室102。

室102係具有一室頂端202，其包括由延伸於一概括彎曲方向的一介電材料所形成之一第一區域204。室頂端 202之一第二區域206係由其延伸於一概括垂直方向之一介電材料所形成。第一與第二區域204、206係非為正交。第一與第二區域204、206之形狀與尺寸係可選擇，以改善於室102所產生的電漿之均勻度。室頂端202之一頂端區域124係由一導電性材料所形成，且延伸一長度132而跨越第二區域206。於一些實施例，室頂端202之頂端區域124係包括冷卻通道128，用於通過冷卻流體以控制頂端區域124之溫度。

一台板134係定位於室102而在該室102的頂端區域124之下方的一高度136。台板134係可為一基板支持物，其支持一晶圓140以供處理，如於本文所述。於一些實施例，一偏壓電壓電源供應器144係電氣連接至台板134。

一射頻天線係定位為鄰近於第一區域204與第二區域206之至少一者。該射頻天線係可具有諸多不同的天線架構，如於本文所述。於第2圖所示之電漿源200係顯示其為電氣隔離之二個分離的射頻天線。具有複數個匝之一線圈天線208係環繞該室頂端202的第一區域204之彎曲部分。具有具有複數個匝之一螺旋線圈天線210係環繞該室頂端202的第二區域206。線圈天線208與螺旋線圈天線210之至少一者係一主動天線，如於本文所述。於一些實施例，線圈天線208與螺旋線圈天線210之至少一者係形成，俾使其可為液體冷卻。

諸如一射頻電源供應器之一射頻源150係電氣連接至線圈天線208與螺旋線圈天線210之至少一者。射頻源150 係藉由一阻抗匹配網路152而耦接至射頻天線208、210，阻抗匹配網路152係使得由射頻源150所轉移至射頻天線208、210之功率為最大化。於一些實施例，電漿源200係包括一電漿點火器156，其為助於點火該電漿。射頻源200之操作係類似於其為關連於第1圖所述的電漿源100之操作。

第3圖係說明根據本發明之一種射頻電漿源300，其具有垂直與水平的射頻線圈、一導電性的頂端區域、及一陽極。射頻電漿源300係類似於其為關連於第1圖所述之射頻電漿源100。電漿源300係包括其含有一處理氣體之一室102。透過一比例閥106而耦接至該室之一氣體源104係供應該處理氣體至室102。

一壓力計108係測量於室102之內的壓力。一氣體壓力控制器116係運用以維持於室102之期望的壓力，藉著建立一排氣傳導率且藉著改變於其為響應於壓力計108的一個回授迴路之處理氣體流量率。室102係包括其為耦接至一真空泵112之一個排氣埠110，真空泵112係抽真空該室102。

室102係具有一室頂端118，其包括由延伸於一水平方向的一介電材料所形成之一第一區域120。室頂端118之一第二區域122係由其自第一區域於一垂直方向而延伸一高度之一介電材料所形成。室頂端118之一頂端區域124係由其跨越第二區域122於水平方向而延伸一長度之一導電性材料所形成。於一些實施例，室頂端118之頂端區域 124係包含一冷卻系統，如本文所述。第一與第二區域120、122的尺寸係可選擇，以改善於室102所產生的電漿之均勻度，如本文所述。

一陽極302係定位於室102且為鄰近於室頂端118之頂端區域124。於一些實施例，陽極302的面積與室頂端118之頂端區域124的面積之比值係小於1。於一些實施例，陽極302係具有如於第3圖所示之平面的幾何性質。然而，於本發明之範疇內係存在諸多其他的陽極幾何性質。舉例而言，於一些實施例，陽極302係形成一調節板(baffle)，其分散於室102之處理氣體。此外，於一些實施例，陽極302係形成其分配該處理氣體至室102之一噴射頭(shower head)。再者，於一些實施例，相對於室頂端118的頂端區域124之於室102的陽極302之位置係可調整。舉例而言，相對於頂端區域124之於室102的陽極302之位置係可選取以達成一特定的電漿均勻度。

於一個實施例，如第3圖所示，一電源供應器304係電氣連接至陽極302。電源供應器304係可為一脈衝式直流電源供應器、一射頻電源供應器、或一脈衝式直流電源供應器與一射頻電源供應器之一組合。電源供應器304係偏壓該陽極302以放射電子。於其他的實施例，陽極302係電氣連接至接地電位或為電氣浮接狀態。

一台板134係定位於室102而在陽極302之下方的一高度306且在該室頂端118的第一區域120之下方的一高度138。台板134係可為一基板支持物，其支持一晶圓140 以供處理，如於本文所述。於一些實施例，一偏壓電壓電源供應器144係電氣連接至台板134。

一射頻天線係定位為鄰近於第一區域120與第二區域122之至少一者。於第3圖所示之電漿源300係顯示其為電氣隔離之二個分離的射頻天線。如為關連於第1圖所述，具有複數個匝之一平面線圈天線146係定位為鄰近於室頂端118的第一區域120，且具有具有複數個匝之一螺旋線圈天線148係環繞該室頂端118的第二區域122。平面線圈天線146與螺旋線圈天線148之至少一者係一主動天線。於一些實施例，平面線圈天線146與螺旋線圈天線148之至少一者係形成，俾使其可為液體冷卻。

諸如一射頻電源供應器之一射頻源150係電氣連接至平面線圈天線146與螺旋線圈天線148之至少一者。射頻源150係藉由一阻抗匹配網路152而耦接至射頻天線146、148，阻抗匹配網路152係使得由射頻源150所轉移至射頻天線146、148之功率為最大化。於一些實施例，電漿源300係包括一電漿點火器156，其為助於點火該電漿。

射頻源300之操作係類似於射頻源100之操作。然而，陽極302係偏壓以放射電子。射頻源150係共振射頻電流於射頻天線146、148。於射頻天線146、148之射頻電流係感應射頻電流至室102。電源供應器304係於一電壓而施加一脈衝式直流及/或一射頻場(field)至陽極302，致使陽極302以放射電子。由陽極所放射的電子以及電子感應的射頻電流係激發且離子化該處理氣體，以點火一電漿於 室102。一電漿點火器(igniter)156係可運用以助於點火該電漿。電漿係藉由陽極302所放射的電子與感應的射頻電流之一者或二者而持續。

根據本發明之電漿源係可運用以實施諸多型式的電漿處理。一些電漿處理係在等壓(isobaric)與等溫(isothermal)的條件之下而實施，以使得對於處理系統之衝擊為最小化。最小化對於系統之衝擊係將降低於室與於晶圓之特定的污染。舉例而言，根據本發明之電漿源係可運用於電漿浸入離子植入。電漿浸入離子植入係要求高度均勻的電漿之產生。此外，電漿浸入離子植入係要求的是：電源供應器144係偏壓台板134於一負電壓而使得離子為吸引至晶圓或目標140。

根據本發明之一種產生用於離子植入的均勻電漿之方法係包括：引入一處理氣體至一室102。一射頻電流係感應透過室頂端118的第一與第二區域120、122之至少一者的介電材料。射頻電流係激發及離子化該處理氣體以產生一電漿於該室102。室頂端118的第一與第二區域120、122之幾何性質及射頻天線之架構係選取，使得均勻的電漿係產生。此外，電磁耦合係可藉著線圈調整器154而調整，以改善電漿的均勻度。定位於台板134之一晶圓或目標140係偏壓，使得於電漿之離子係吸引至晶圓或目標140。

二次電子係當於電漿之離子為衝擊晶圓或目標140而產生。此等二次電子係由於其形成室頂端118的頂端區域 124之導電性材料而耗散。耗散二次電子係降低或消除由二次電子所引起的充電效應，且因此改善電漿的均勻度。室頂端118的頂端區域124係可能需要流體冷卻，藉以耗散當該二次電子為衝擊於導電性材料時所產生的熱量。

關連於第1至3圖所述之電漿源100、200、300的室頂端118之尺寸係可為選取，使得電漿源100、200、300係達成非常高之徑向與方位角的電漿均勻度。徑向與方位角的電漿均勻度係可調整，藉著改變室頂端118的第一區域120之高度130與室頂端118的第二區域122之長度132的比值。改變第一區域120之高度130與第二區域122之長度132的比值係將影響至電漿之射頻耦合，且因此影響於台板134之離子通量的均勻度。

關連於第1至3圖所述之電漿源100、200、300的室頂端118之尺寸亦可為選取，使得電漿源100、200、300係最小化該二次電子於電漿密度、電漿均勻度、與電漿化學性之影響。再者，關連於第1至3圖所述之電漿源100、200、300的室頂端118之尺寸係可為選取，使得室容積以及因此之氣體停留時間係改善或最大化電漿均勻度與反覆性。然而，可瞭解的是：電漿源100、200、300的室頂端118之尺寸的最佳比值係亦為數個非幾何性質的因素之一函數，諸如：室材料、處理氣體、與射頻功率階層。

於本發明之一些實施例，第1至3圖所示之線圈調整器154係運用以調整寄生天線的線圈匝數，藉以改變其產生於室102之電漿的性質。第4A至4C圖係說明針對於二 個不同線圈調整器154位置之徑向電漿密度輪廓的圖形。

第4A圖係說明其作為針對於一種一匝垂直寄生線圈的半徑之一函數的離子飽和電流之圖形400，其中，室壓力為2毫托(mTorr)且射頻功率階層為750瓦(W)。此外，第4A圖係說明其作為針對於一種四匝垂直寄生線圈的半徑之一函數的離子飽和電流之圖形402，其中，室壓力為2毫托且射頻功率階層為750瓦。第4A圖之圖形400、402係說明的是：調整該線圈調整器154至其造成四個垂直匝的一位置係將造成相當均勻的電漿於約為15公分的半徑。

第4B圖係說明其作為針對於一種一匝垂直寄生線圈的半徑之一函數的離子飽和電流之圖形406，其中，室壓力為4毫托且射頻功率階層為750瓦。此外，第4B圖係說明其作為針對於一種四匝垂直寄生線圈的半徑之一函數的離子飽和電流之圖形408，其中，室壓力為4毫托且射頻功率階層為750瓦。第4B圖之圖形406、408係說明的是：調整該線圈調整器154至其造成四個垂直匝的一位置係將造成相當均勻的電漿於約為12公分的半徑。

第4C圖係說明其作為針對於一種一匝垂直寄生線圈的半徑之一函數的離子飽和電流之圖形410，其中，室壓力為8毫托且射頻功率階層為750瓦。此外，第4C圖係說明其作為針對於一種四匝垂直寄生線圈的半徑之一函數的離子飽和電流之圖形412，其中，室壓力為8毫托且射頻功率階層為約750瓦。第4C圖之圖形410、412係說明的是：調整該線圈調整器154至其造成四個垂直匝的一位 置係將造成相當均勻的電漿於約為8公分的半徑。比較第4A至4C圖所指出的是：垂直寄生線圈的匝數與室壓力係均影響該電漿之均勻度，且室壓力係影響該離子飽和電流。

第5A與5B圖係說明針對於一固定射頻功率階層之作為室壓力的一個函數之電漿均勻度與平均離子電流的圖形。第5A圖係說明其針對於一種一匝垂直寄生線圈且作為室壓力之一個函數於一15公分距離的離子飽和電流變化百分比之圖形500。射頻功率為750瓦。圖形500係指出的是：離子飽和電流變化百分比係於壓力範圍為約4至8毫托而為於一最小值。

第5A圖亦說明其針對於一種四匝垂直寄生線圈且作為室壓力之一函數於一15公分距離的離子飽和電流變化百分比之圖形502。射頻功率為750瓦。圖形502係指出的是：離子飽和電流變化百分比係於室壓力為約4毫托而為於一最小值。圖形500、502係指出的是：增加該寄生線圈之匝數係將改善該電漿之均勻度。

第5B圖係說明其針對於一種一匝垂直寄生線圈且作為室壓力之一函數的平均離子飽和電流之圖形504，其中，射頻功率階層為750瓦。第5B圖亦說明其針對於一種四匝垂直寄生線圈且作為室壓力之一個函數的平均離子飽和電流之圖形506，其中，射頻功率階層為750瓦。圖形504、506係指出的是：增加該寄生線圈之匝數係將減小該電漿密度。

等效者

儘管本揭示內容係關聯於種種的實施例與實例而描述，本揭示內容係無意為受限於該等實施例。反之，如將為熟悉此技藝人士所理解，本揭示內容係涵蓋種種的替代者、修改、與等效者。

100‧‧‧射頻電漿源

102‧‧‧室

104‧‧‧氣體源

106‧‧‧比例閥

108‧‧‧壓力計

110‧‧‧排氣埠

112‧‧‧真空泵

114‧‧‧排氣閥

116‧‧‧氣體壓力控制器

118‧‧‧室頂端

120‧‧‧室頂端118之第一區域

122‧‧‧室頂端118之第二區域

124‧‧‧室頂端118之頂端區域

128‧‧‧冷卻通道

130‧‧‧高度

132‧‧‧長度

134‧‧‧台板

136、138‧‧‧高度

140‧‧‧晶圓

142‧‧‧室頂端118的內徑

144‧‧‧偏壓電壓電源供應器

146、148‧‧‧射頻天線

150‧‧‧射頻源

152‧‧‧阻抗匹配網路

154‧‧‧線圈調整器

156‧‧‧電漿點火器

158‧‧‧貯藏器

160‧‧‧氣體接線

162‧‧‧猝發閥

164‧‧‧孔

200‧‧‧射頻電漿源

202‧‧‧室頂端

204‧‧‧室頂端202之第一區域

206‧‧‧室頂端202之第二區域

208、210‧‧‧射頻天線

300‧‧‧射頻電漿源

302‧‧‧陽極

304‧‧‧電源供應器

306‧‧‧高度

400、402、404、406、410、412‧‧‧第4A至4C圖的圖形

500、502、504、506‧‧‧第5A與5B圖的圖形

本發明之諸個層面係藉由參考其關連於伴隨的圖式之以下說明而可獲得較佳瞭解，其中，相同的參考符號係指示於不同圖式中的相同結構元件與特徵。該等圖式係無須依比例繪製。熟悉此技藝人士將瞭解的是：說明於下文之圖式係僅為針對於說明之目的。該等圖式係並無意圖限制本揭示內容之範疇。

第1圖係說明根據本發明之一種具有垂直與水平的射頻線圈及導電性頂端區域之射頻電漿源。

第2圖係說明根據本發明之一種具有於第一方向的第一射頻線圈、於第二方向的第二射頻線圈、及導電性頂端區域之射頻電漿源。

第3圖係說明根據本發明之一種具有垂直與水平的射頻線圈、導電性的頂端區域、及陽極之射頻電漿源。

第4A至4C圖係說明針對於二個不同線圈調整器位置之徑向電漿密度輪廓的圖形。

第5A與5B圖係說明針對於一固定射頻功率階層之作為室壓力的一個函數之電漿均勻度與平均離子電流的圖 形。

100‧‧‧射頻電漿源

102‧‧‧室

104‧‧‧氣體源

106‧‧‧比例閥

108‧‧‧壓力計

110‧‧‧排氣埠

112‧‧‧真空泵

114‧‧‧排氣閥

116‧‧‧氣體壓力控制器

118‧‧‧室頂端

120‧‧‧室頂端118之第一區域

122‧‧‧室頂端118之第二區域

124‧‧‧室頂端118之頂端區域

128‧‧‧冷卻通道

130‧‧‧高度

132‧‧‧長度

134‧‧‧台板

136、138‧‧‧高度

140‧‧‧晶圓

142‧‧‧室頂端118的內徑

144‧‧‧偏壓電壓電源供應器

146、148‧‧‧射頻天線

150‧‧‧射頻源

152‧‧‧阻抗匹配網路

Claims (33)

1. 一種具有導電性頂端區域之電漿源，包含：一室，其含有一處理氣體，該室係具有一室頂端，包含：由其延伸於一水平方向之一介電材料所形成的一第一區域；由其自第一區域於一垂直方向而延伸一高度之一介電材料所形成的一第二區域；與由跨越第二區域於水平方向而延伸一長度之一導電性材料所形成的一頂端區域；及一射頻天線，其定位為鄰近於該第一區域與第二區域之至少一者，該射頻天線係感應射頻電流至該室，射頻電流係激發及離子化該處理氣體以產生一電漿於該室。
2. 如申請專利範圍第1項之電漿源，其中，自第一區域於垂直方向之高度與跨越第二區域於水平方向之長度的比值係約為於1.5與5.5之間。
3. 如申請專利範圍第1項之電漿源，其中，該射頻天線係包含其定位為鄰近於第一區域之一平面線圈。
4. 如申請專利範圍第1項之電漿源，其中，該射頻天線係包含其環繞第二區域之一線圈。
5. 如申請專利範圍第1項之電漿源，其中，該射頻天線係包含其定位為鄰近於第一區域之一平面線圈、及其環繞第二區域之一線圈。
6. 如申請專利範圍第5項之電漿源，其中，定位為鄰近於第一區域之該平面線圈及其環繞第二區域之該線圈係電氣連接。
7. 如申請專利範圍第5項之電漿源，其中，定位為鄰近 於第一區域之該平面線圈及其環繞第二區域之該線圈係定位為電磁相通。
8. 如申請專利範圍第1項之電漿源，其中，該射頻天線係包含其為電氣耦接至一射頻電源供應器之一主動天線、及其為電磁耦接至該主動天線之一寄生天線。
9. 如申請專利範圍第8項之電漿源，其中，該寄生天線之一端係電氣耦接至接地電位。
10. 如申請專利範圍第1項之電漿源，其中，該頂端區域係包含一流體冷卻系統，其調節該頂端區域之一溫度。
11. 如申請專利範圍第1項之電漿源，其中，該室頂端係電氣耦接至接地電位。
12. 如申請專利範圍第1項之電漿源，更包含：一台板，用於支持其為定位相鄰於該頂端區域之一目標。
13. 如申請專利範圍第12項之電漿源，更包含：一偏壓電壓電源供應器，其具有電氣連接至該台板之一輸出，該偏壓電壓電源供應器係產生一電壓於該台板，以吸引於電漿之離子至該目標。
14. 一種具有導電性頂端區域之電漿源，包含：一室，其含有一處理氣體，該室係具有一室頂端，包含：由其以第一方向延伸之介電材料所形成的第一區域、由其自第一區域於第二方向而延伸一高度之介電材料所形成的一第二區域、與由跨越第二區域而延伸一長度之一導電性材料所形成的一頂端區域；及一射頻天線，其定位為鄰近於該第一區域與第二區域 之至少一者，該射頻天線係感應射頻電流至該室，射頻電流係激發及離子化該處理氣體以產生一電漿於該室。
15. 如申請專利範圍第14項之電漿源，其中，該第一區域係彎曲的。
16. 如申請專利範圍第14項之電漿源，其中，該第一與第二方向係非為正交。
17. 一種藉由具有導電性頂端區域之電漿源以產生均勻電漿之方法，該種方法包含：引入一處理氣體至一室；感應一射頻電流，透過該室之一水平的介電窗部與一垂直的介電窗部之至少一者，射頻電流係激發及離子化該處理氣體以產生一電漿於該室；及偏壓一目標，使得於該電漿之離子為吸引至該目標，其中，當離子為擊中該目標時而產生的二次電子係由其為導電性材料所形成之該室的一頂端區域而耗散，藉以降低充電效應且改善該電漿之均勻度。
18. 如申請專利範圍第17項之方法，更包含：冷卻該室之頂端區域，以耗散當該二次電子為擊中該目標而產生的熱量。
19. 一種藉由具有導電性頂端區域之電漿源以產生均勻電漿之方法，該種方法包含：引入一處理氣體至一室；透過該室之一水平介電窗部與一垂直介電窗部其中之一而感應一射頻電流，射頻電流係激發及離子化該處理氣 體以產生一電漿於該室；自該水平介電窗部與垂直介電窗部其中之一者電磁耦合該感應的射頻電流至該水平介電窗部與垂直介電窗部之另一者；及偏壓一目標，使得於該電漿之離子係吸引至該目標，其中，當離子為擊中該目標時而產生的二次電子係由其為導電性材料所形成之該室的一頂端區域而耗散，藉以降低充電效應且改善該電漿之均勻度。
20. 如申請專利範圍第19項之方法，更包含：調整該電磁耦合以改善該電漿之均勻度。
21. 一種具有導電性頂端區域之電漿源，包含：一室，其含有一處理氣體，該室係具有一室頂端，包含：以一水平方向延伸之介電材料所形成的第一區域；自第一區域以一垂直方向延伸一高度之介電材料所形成的第二區域；與以水平方向跨越第二區域而延伸一長度之導電性材料所形成的頂端區域；一陽極，其為定位於該室且相鄰於該頂端區域；及一射頻天線，其定位為鄰近於該第一區域與第二區域之至少一者，該射頻天線係感應射頻電流至該室，射頻電流係激發及離子化該處理氣體以產生一電漿於該室。
22. 如申請專利範圍第21項之電漿源，其中，該室的陽極關於該頂端區域之位置係可調整。
23. 如申請專利範圍第21項之電漿源，其中，該室陽極對於頂端區域之位置係選取以達成一預定的電漿均勻度。
24. 如申請專利範圍第21項之電漿源，其中，該陽極面積與該頂端區域面積的比值係小於1。
25. 如申請專利範圍第21項之電漿源，其中，該陽極係包含一調節板，其分散該處理氣體。
26. 如申請專利範圍第21項之電漿源，其中，該陽極係包含一噴射頭，其分配該處理氣體。
27. 如申請專利範圍第21項之電漿源，其中，該陽極係電氣連接至接地電位。
28. 一種藉由具有導電性頂端區域之電漿源以產生電漿之方法，該種方法包含：引入一處理氣體至一室，其中該室之頂端區域係由一傳導材料所形成；偏壓其為定位於該室之一陽極，以自該陽極放射電子；透過該室之一水平介電窗部感應一射頻電流；及透過該室之一垂直介電窗部感應一射頻電流，其中，由該陽極所放射的電子與感應的射頻電流之至少一者係激發且離子化該處理氣體，以點火該室內之電漿。
29. 如申請專利範圍第28項之方法，其中，偏壓該陽極之步驟包含：施加一脈衝式直流電流至該陽極。
30. 如申請專利範圍第28項之方法，其中，偏壓該陽極之步驟包含：施加一射頻場至該陽極。
31. 如申請專利範圍第28項之方法，其中，偏壓該陽極之步驟包含：施加脈衝式直流電流與射頻訊號之一組合。
32. 如申請專利範圍第28項之方法，更包含：藉著感應 的射頻電流而持續該電漿。
33. 如申請專利範圍第28項之方法，更包含：藉著自該陽極所產生的電子而持續該電漿。