TWI449078B - 用於離子植入之設備、多模式離子源以及用於多種模式中的離子植入之方法 - Google Patents
用於離子植入之設備、多模式離子源以及用於多種模式中的離子植入之方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI449078B TWI449078B TW098118780A TW98118780A TWI449078B TW I449078 B TWI449078 B TW I449078B TW 098118780 A TW098118780 A TW 098118780A TW 98118780 A TW98118780 A TW 98118780A TW I449078 B TWI449078 B TW I449078B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- mode
- ion source
- ion
- cathode
- modes
- Prior art date
Links
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 title claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 135
- UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N borane Chemical compound B UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 12
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 7
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 7
- 229910000085 borane Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- AIGRXSNSLVJMEA-FQEVSTJZSA-N ethoxy-(4-nitrophenoxy)-phenyl-sulfanylidene-$l^{5}-phosphane Chemical compound O([P@@](=S)(OCC)C=1C=CC=CC=1)C1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 AIGRXSNSLVJMEA-FQEVSTJZSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 17
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 13
- -1 BF 3 Inorganic materials 0.000 description 12
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 8
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 7
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- JFRWMPCYIMWDKK-UHFFFAOYSA-N B.CCCCCCCC Chemical compound B.CCCCCCCC JFRWMPCYIMWDKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 1
- 238000012777 commercial manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
- H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/061—Construction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0815—Methods of ionisation
- H01J2237/0817—Microwaves
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0815—Methods of ionisation
- H01J2237/082—Electron beam
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/08—Ion sources
- H01J2237/0822—Multiple sources
- H01J2237/0827—Multiple sources for producing different ions sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
- H01J2237/304—Controlling tubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
本揭露案大體上是有關於半導體製造裝備,且更明確而言,是有關於提供多模式離子源的技術。
離子植入是藉由用受激(energized)離子直接轟擊基板來將化學物質沈積至基板中的製程。在半導體製造中,離子植入器主要用於摻雜製程,其更改目標材料之導電性的類型及位準。積體電路(integrated circuit,IC)基板及其薄膜結構中之精確摻雜輪廓對適當IC效能而言常常是至關緊要的。為達成所要摻雜輪廓(profile),可以不同劑量且以不同能量位準來植入一或多個離子種類。
圖1描繪習知離子植入器系統100。離子植入器系統100可包括離子源102及一系列複雜的組件,離子束10可穿過所述組件。所述系列之組件可包含(例如)萃取調處器(extraction manipulator)104、過濾器磁鐵106、加速或減速柱108、分析器磁鐵110、旋轉質量狹縫(mass slit)112、掃描器114以及校正器磁鐵116。非常類似於調處光束之一系列光學透鏡,離子植入器組件可在將離子束10向目標晶圓120(位於晶圓平面12中)導引之前,對離子束10進行過濾及聚焦。可使用許多量測裝置(諸如劑量控制法拉第杯(Faraday cup)118、行進法拉第杯124以及設置法拉第杯122,來監視並控制離子束條件。
離子源102為離子植入器系統100之關鍵組件。需要
離子源102來針對多種不同離子種類及萃取電壓而產生穩定且可靠的離子束10。
圖2描繪可用於離子植入器系統100中之離子源200的典型實施例。離子源200可為感熱式陰極(inductively heated cathode,IHC)離子源,其通常用於高電流離子植入裝備。離子源200包括弧室(arc chamber)202,其具有導電腔室壁214。在弧室202之一端處,存在具有鎢絲204位於其中之陰極206。鎢絲204耦合至能夠供應高電流的第一電源208。所述高電流可加熱鎢絲204,以導致電子之熱離子發射。第二電源210可以比鎢絲204高得多的電位偏壓陰極206,以致使所發射的電子向陰極206加速並加熱陰極206。加熱陰極206導致陰極206將熱離子電子發射至弧室202中。第三電源212可相對於陰極206而偏壓腔室壁214,使得電子以高能量加速至弧室中。源磁鐵(未圖示)可在弧室202內部產生磁場B,以限制高能(energetic)電子,且位於弧室202另一端之反射極(repeller)216可以與陰極206相同或類似之電位偏壓以反射高能電子。氣體源218可將前驅物植入物質(例如AsH4
、PH4
、BF3
、GeF4
)供應至弧室202中。高能電子可與前驅物植入物質交互作用以產生電漿20。萃取電極(未圖示)可接著經由萃取孔220自電漿20萃取離子22,供離子植入器100中使用。
習知離子植入中當前存在之問題在於通常為相對較高植入能量(例如,數十kV(10’s kV))下之有效操作而
設計的離子植入器無法在較低能量(例如,kV以下(sub-kV))下有效地起作用。舉例而言,使用低能量摻雜劑束之一個應用為在互補金屬氧化物半導體(complimentary metal-oxide semiconductor,CMOS)製造中形成超淺電晶體接面。具體而言,將低能量硼(p型摻雜劑)植入矽晶圓中是特別重要的。
較低能量下之此低效性通常是由空間電荷限制導致。柴耳得-蘭牟(Child-Langmuir)關係J~(Z/A)1/2
V3/2
/d2
描述受空間電荷控制之束的電流密度限制。此處,離子束之電流密度限制J與電荷質量比(Z/A)之平方根且與萃取電位V之二分之三次冪成比例地縮放。因此,在較低束能量(例如,較低萃取電位V)下,當與較高能量下之相同物質之萃取相比,可獲得較小離子電流密度。
舉例而言,因為離子沿束線前進(“束沖散(beam blow-up)”),低能量束中之空間電荷趨向於導致束橫截面面積(“輪廓”)變大。當束輪廓超過植入器之傳輸光學器件已為之設計之輪廓時,發生經漸暈現象(vignetting)之束損失。舉例而言,在500eV之傳輸能量下,習知離子植入器通常無法傳輸足夠的硼束電流以用於有效的商業製造。晶圓產量由於較低植入劑量速率而減小。
一種克服低能量束之空間電荷限制之方法是將所需摻雜劑以其分子形式植入。舉例而言,美國專利申請案第11/504,355號及第11/342,183號(其全文特此以引用之方式併入本文中)描述一種分子離子植入且具體而言自
C2
B10
H12
(碳硼烷(carborane))產生之C2
B10
Hx離子之植入的方法。分子離子植入允許使用較高萃取能量來達成與自低能量原子離子植入獲得之植入深度等效的植入深度。較高分子萃取能量與等效原子植入深度之間的關係可由以下等式表達:E分子
=(分子質量/原子質量)x E等效
,其中E分子
為分子離子之能量,且E等效
為僅使用原子離子達成所要植入深度所需之植入能量。舉例而言,代替以能量E植入原子B+
離子之離子電流I,可以近似13 x E之能量且以0.10 xI
之離子電流來植入(例如)碳硼烷分子離子(C2
B10
H12 +
)。儘管已將兩種方法之所得植入深度及摻雜劑濃度(劑量)顯示為大體上均等,但分子植入技術可具有相當大的潛在優勢。舉例而言,由於碳硼烷離子之傳輸能量是均等劑量之硼離子之傳輸能量的十三倍,且碳硼烷電流是硼電流之十分之一,因此當與單原子硼植入相比時,空間電荷力可實質上減小。
然而,使用IHC離子源102之習知離子植入器在產生較大分子離子方面相對低效。舉例而言,雖然習知離子源通常使用BF3
氣體來產生B+
離子,但必需使用碳硼烷(C2
B10
H14
)來產生碳硼烷離子C2
B10
Hx +
。碳硼烷為具有相當大之蒸氣壓力(在20℃下大約為1托),在100℃下熔化,且在750℃下分解的固體材料。為有效地產生C2
B10
Hx +
,碳硼烷必須在100℃以下氣化(vaporized),且必須在局部環境(例如,腔室壁及腔室組件)低於750℃之離子源中
操作,以避免經氣化分子之大多數發生分解。然而,IHC源之操作溫度自腔室主體至經加熱之鈕扣陰極(button cathode)通常為800℃至2300℃。雖然BF3
之熱離解及隨後之B+
離子形成需要此等溫度,但此等溫度並不有助於產生可由高操作溫度輕易離解的碳硼烷離子。另外,此些極高溫度縮短IHC離子源之效能及壽命。因此,IHC離子源之效能降級及短壽命大大降低離子植入器之生產力。
此外,離子源氣化器通常由於自離子源至氣化器之輻射加熱而無法在碳硼烷所需之較低溫度下可靠地操作。舉例而言,氣化器饋送線(feed line)可能容易被來自碳硼烷蒸氣與其熱表面相互作用時分解的蒸氣的沈積物阻塞。因此,習知離子源與碳硼烷離子植入不相容。
鑒於前述內容,可理解存在與當前離子源技術相關聯的顯著問題及缺點。
揭露用於提供多模式離子源之技術。在一個特定例示性實施例中,可將所述技術實現為用於離子植入之設備,其包括在多個模式下操作之離子源,使得第一模式為弧放電模式,且第二模式為RF模式。
根據本特定例示性實施例之其它態樣,所述設備可更包括用於在所述多個模式之間切換的開關。
根據本特定例示性實施例之進一步態樣,所述設備可更包括RF電源以及RF匹配網路,用於在RF模式下操作離子源。
根據本特定例示性實施例之額外態樣,所述離子源可基於乙硼烷、戊硼烷、碳硼烷、辛硼烷、癸硼烷、硼、砷、磷、銦、鍺及碳中之至少一者而產生電漿。
根據本特定例示性實施例之其它態樣,所述設備可更包括陰極、反射極以及第一額外電極以提供較大電極面積。
根據本特定例示性實施例之進一步態樣,所述設備可更包括陰極、反射極、第一額外電極以及第二額外電極以提供較大電極面積。
在另一特定例示性實施例中,可將所述技術實現為多模式離子源,其包括支援多種操作模式之腔室,使得第一操作模式為弧放電模式,且第二操作模式為RF模式。
根據本特定例示性實施例之其它態樣,所述多模式離子源可更包括用於在多個模式之間切換的開關。
根據本特定例示性實施例之進一步態樣,所述多模式離子源可更包括RF電源以及RF匹配網路,用於在RF模式下操作離子源。
根據本特定例示性實施例之額外態樣,所述多模式離子源可基於乙硼烷、戊硼烷、碳硼烷、辛硼烷、癸硼烷、硼、砷、磷、銦、鍺及碳中之至少一者而產生電漿。
根據本特定例示性實施例之其它態樣,所述多模式離子源可更包括陰極、反射極以及第一額外電極以提供較大電極面積。
根據本特定例示性實施例之進一步態樣,所述多模式離子源可更包括陰極、反射極、第一額外電極以及第二額
外電極以提供較大電極面積。
在另一特定例示性實施例中,可將所述技術實現為用於多種模式中的離子植入之方法,其包括:基於弧放電模式而提供離子源之第一操作模式;基於RF模式而提供離子源之第二操作模式;以及使用至少一個開關在第一模式與第二模式之間切換。
根據本特定例示性實施例之其它態樣,所述離子源可包括用於在多個模式之間切換的開關。
根據本特定例示性實施例之進一步態樣,所述離子源可包括RF電源以及RF匹配網路,用於在RF模式下操作離子源。
根據本特定例示性實施例之額外態樣,所述離子源可基於乙硼烷、戊硼烷、碳硼烷、辛硼烷、癸硼烷、硼、砷、磷、銦、鍺及碳中之至少一者而產生電漿。
根據此特定例示性實施例之其它態樣,所述離子源可包括陰極、反射極以及第一額外電極以提供較大電極面積。
根據此特定例示性實施例之進一步態樣,所述離子源可包括陰極、反射極、第一額外電極以及第二額外電極以提供較大電極面積。
現將參考如隨附圖式中所示之本揭露案之例示性實施例來更詳細地描述本揭露案。雖然下文參考例示性實施例來描述本揭露案,但應理解,本揭露案不限於此。可以理解本文之教示的熟習此項技術者將認識到在本文所述之本揭露案之範疇內的額外實施方案、修改及實施例以及其
它使用領域,且相對於此,本揭露案可具有顯著效用。
本揭露案之實施例藉由提供多模式離子源而對上文所述之技術加以改良,以與習知離子源技術相比,獲得較大分子離子植入,以及增加之離子源效能及壽命。另外,本揭露案之實施例提供各種例示性離子源組態。
參看圖3,根據本揭露案之一實施例繪示多模式離子源300。舉例而言,在一實施例中,多模式離子源300可具有若干操作模式。此等操作模式可包含至少一弧放電模式(例如,感熱式陰極(IHC)模式)以及非弧放電模式(例如,射頻(radio frequency,RF)模式)。亦可提供其它各種操作模式,包含其它間接或高頻操作模式。類似於圖2之離子源200,圖3之多模式離子源300可包含具有導電腔室壁214之弧室202。在弧室202之一端,可存在具有鎢絲204位於其中之陰極206。鎢絲204可耦合至能夠供應高電流之第一電源208。所述高電流可加熱鎢絲204,以導致電子之熱離子發射。第二電源210可以比鎢絲204高得多的電位偏壓陰極206,以致使所發射的電子向陰極206加速並加熱陰極206。加熱陰極206可導致陰極206將電子發射至弧室202中。第三電源212可相對於陰極206而偏壓腔室壁214,使得電子以高能量加速至弧室中。源磁鐵(未圖示)可在弧室202內部產生磁場B,以限制高能電子,且位於弧室202另一端之反射極216可以與陰極206相同或類似之電位偏壓以反射高能電子。氣體源218
可將前驅物離子植入物質(例如AsH4
、PH4
、BF3
、碳硼烷(C2
B10
H12
))供應至弧室202中。高能電子可與前驅物離子植入物質交互作用以產生電漿20。萃取電極(未圖示)可接著經由萃取孔220自電漿20萃取離子22,供離子植入器100中使用。
然而,不同於圖2,多模式離子源300亦可包含額外電源322及匹配網路(matching network)324。在一實施例中,額外電源322可為置放於離子源電路內的射頻(RF)電源。舉例而言,RF電源322可與IHC弧室電源212平行置放。此外,亦可將RF電源322與IHC電源置放於同一功率架(未圖示)中。匹配網路324可為RF匹配網路,其耦合至RF電源322。在一實施例中,RF匹配網路324可定位於相對較靠近多模式離子源300之反射極216(或凸緣(flange))。RF電源322及匹配網路324可進一步藉由開關326而耦合至IHC電源208、210及212,以啟用兩種離子源模式之間的“按鈕”轉換。
舉例而言,在IHC操作模式下,開關326可“閉合”,以啟用電源208、210及212。因此,多模式離子源300可作為弧模式離子源,其使用IHC絲204、偏壓(電線/電路)以及電源208、210及212來提供典型離子植入。應瞭解,匹配網路234可保持連接至IHC電源208、210及212以及電路,因為來自IHC電源208、210及212之DC電流可由匹配網路234中之高通調諧電容器(high-pass tuning capacitors)有效地阻斷。
舉例而言,在RF操作模式下,多模式離子源300可作為電容耦合電漿(capacitively coupled plasma,CCP)源而操作。在此實例中,電源208、210及212可自多模式離子源300斷開。在一實施例中,斷開電源208、210及212可經由經激勵之繼電器(energized relay)在遠端達成。在另一實施例中,此斷開可由一或多個局部開關326提供。亦可提供其它各種阻斷技術。一旦有效地阻斷(或斷開)IHC組件,且開關326“打開”,額外電源322便可“連接”至陰極206及反射極216兩者,以啟用多模式離子源300,以作為經增強之分子離子植入之CCP源。
應瞭解,可藉由更改氣體源218處之氣體流、所施加之磁場(未圖示)、所施加之RF功率及頻率以及其它各種組件來調節電漿參數。此外,應瞭解,由於當弧室202內存在高壓力時通常出現帕申最小值(Paschen minimum),因此在多模式離子源300中之其它地方,幾乎不可能預期到任何不需要的“雜散”電漿之形成。
來自在RF模式下操作之多模式離子源300之電漿密度可在自1e10
至1e11
cm-3
之範圍內變動。在較高密度(例如~1e11
cm-3
)下,對於120原子質量單位(atomic mass unit,amu),對應的離子通量(flux)可為0.75mA/cm2
。因此,假定離子分率為50% C2
B10
Hx +
,此可變換成來自55mm x 5mm之萃取孔220之1mA之C2
B10
Hx +
離子電流。
在RF CCP模式下操作之多模式離子源300之特定特性可為隨所施加之頻率之平方而按比例縮放的電漿密度,
例如n~ω2
。因此,在較高頻率下操作可啟用較大離子通量。在應用中,可用在近似40MHz或更高頻率下操作之RF電源322來達成近似1e11
cm-3
之較高電漿密度。此外,使用源磁鐵(未圖示)可有助於達成較高電漿密度。因此,根據本揭露案之至少一實施例,多模式離子源300可使用較寬種類之物質且以最小量之減小源壽命的沈積物,來潛在地產生近似1mA之分子束電流。
除圖3中所示之多模式離子源300之組態外,亦可提供其它各種組態。舉例而言,可包含額外RF電極。
圖4A描繪根據本揭露案之一替代實施例之多模式離子源400A的一不同視圖。在此實例中,多模式離子源400A可包含第一額外電極402。類似於陰極206及反射極216,第一額外電極402亦可耦合至額外電源322(例如,RF電源)。
圖4B描繪根據本揭露案之一替代實施例之多模式離子源400B的一不同視圖。在此實例中,多模式離子源400B可包含第一額外電極402以及第二額外電極404。類似於陰極206及反射極216,第一額外電極402及第二額外電極404亦可耦合至額外電源322(例如,RF電源)。
第一額外電極402及第二額外電極404中之每一者可類似於現存電極(例如,陰極206及反射極216)。然而,在一實施例中,第一額外電極402及第二額外電極404之面積可較大。亦可提供其它各種幾何形狀及尺寸。
在多模式離子源400A、400B中具有此等額外電極(例
如,第一額外電極402及/或第二額外電極404)可允許當在RF模式下操作時電漿暴露於更多電極面積。電極面積之增加可向源體積提供較大的所施加功率密度,且提供較高的分子束電流。另外,更均勻之電漿可在萃取孔220之整個長度上形成。
而且,如圖4B中所描繪,四個RF電極(例如,陰極206、反射極216、第一額外電極402及第二額外電極404)之限制效應可允許多模式離子源400B在中空陰極放電模式下操作。
電容耦合式電極(諸如第一額外電極402及/或第二額外電極404)亦可獲取負的DC自偏壓(self DC bias)。此負偏壓可限制放電體積內之電漿電子,且隨後增加離子化速率及電漿密度。
應理解,當圖4A及圖4B之多模式離子源不在RF模式或其它高頻模式下操作時,第一額外電極402及/或第二額外電極404可接地。
應瞭解,雖然本揭露案之實施例是針對在感熱式陰極(IHC)模式及射頻(RF)模式下操作之多模式離子源,但亦可提供其它各種操作模式。此等操作模式可包含其它弧放電及非弧放電操作模式,諸如中空陰極放電模式、感應耦合電漿模式、微波電漿模式、冷電漿陰極模式等。
亦應瞭解,雖然使用碳硼烷來描述本揭露案之實施例,但亦可提供其它植入物質。舉例而言,可使用諸如乙硼烷(diborane)、戊硼烷(pentaborane)、癸硼烷
(decaborane)及十八硼烷(octadecaborane)等氣體來產生分子離子束。另外,亦可使用諸如砷、磷、經氣化之鹵化銦、鹵化鍺(例如GeF3
)以及鹵化硼(例如BF3
、BCl3
)來產生原子及/或分子離子。
亦可瞭解,所揭露之實施例不僅提供若干操作模式,而且此等各種模式可提供原本將難以提供之額外植入的客製化。舉例而言,單個多模式離子源可經組態以便以特定序列(例如,特定植入配方(recipe))在各種模式下操作。因此,除在此製程中使用各種分子離子及/或原子離子外,使用若干操作模式可提供適合特定使用者之任何特定植入需要的客製化離子植入序列。亦可提供其它各種實施例。
本揭露案之範疇不受本文所描述之特定實施例限制。事實上,熟習此項技術者自前述描述及隨附圖式將明白除本文所述之實施例及修改之外的本揭露案之其它各種實施例及對本揭露案之修改。因此,這些其它實施例及修改意欲屬於本揭露案之範疇內。此外,儘管本文已出於特定目的而在特定環境中之特定實施方案的上下文中描述本揭露案,但熟習此項技術者將認識到其有用性不限於此,且本揭露案可出於任何數目之目的而在任何數目之環境下有益地實施。因此,應依據如本文所述之本揭露案之完整寬度及精神來解釋下文所陳述之申請專利範圍。
10‧‧‧離子束
12‧‧‧晶圓平面
20‧‧‧電漿
22‧‧‧離子
100‧‧‧離子植入器系統
102‧‧‧離子源
104‧‧‧萃取調處器
106‧‧‧過濾器磁鐵
108‧‧‧加速或減速柱
110‧‧‧分析器磁鐵
112‧‧‧旋轉質量狹縫
114‧‧‧掃描器
116‧‧‧校正器磁鐵
118‧‧‧劑量控制法拉第杯
120‧‧‧目標晶圓
122‧‧‧設置法拉第杯
124‧‧‧行進法拉第杯
200‧‧‧離子源
202‧‧‧弧室
204‧‧‧鎢絲
206‧‧‧陰極
208‧‧‧第一電源
210‧‧‧第二電源
212‧‧‧第三電源
214‧‧‧導電腔室壁/腔室壁
216‧‧‧反射極
218‧‧‧氣體源
220‧‧‧萃取孔
300‧‧‧多模式離子源
322‧‧‧RF電源
324‧‧‧RF匹配網路
326‧‧‧開關
400A‧‧‧多模式離子源
400B‧‧‧多模式離子源
402‧‧‧第一額外電極
404‧‧‧第二額外電極
B‧‧‧磁場
為便於更完整地理解本揭露案,現參考隨附圖式,其中相同元件以相同標號參考。不應將此等圖式解釋為限制
本揭露案,而是希望此等圖式僅為例示性的。
圖1描繪習知離子植入器系統。
圖2描繪習知離子源。
圖3描繪根據本揭露案之一實施例之多模式離子源。
圖4A描繪根據本揭露案之一替代實施例之多模式離子源。
圖4B描繪根據本揭露案之一替代實施例之多模式離子源。
20‧‧‧電漿
22‧‧‧離子
202‧‧‧弧室
204‧‧‧鎢絲
206‧‧‧陰極
208‧‧‧第一電源
210‧‧‧第二電源
212‧‧‧第三電源
214‧‧‧導電腔室壁/腔室壁
216‧‧‧反射極
218‧‧‧氣體源
220‧‧‧萃取孔
300‧‧‧多模式離子源
322‧‧‧RF電源
324‧‧‧RF匹配網路
326‧‧‧開關
B‧‧‧磁場
Claims (17)
- 一種用於離子植入之設備,所述設備包括:離子源,其在多種模式下操作,其中第一模式為弧放電模式,且第二模式為RF模式;RF電源;陰極;反射極;以及第一額外電極以提供較大電極面積,其中所述陰極、所述反射極以及所述第一額外電極連接至所述RF電源。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入之設備,更包括用於在所述多個模式之間切換的開關。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入之設備,包括RF匹配網路,用於在所述RF模式下操作所述離子源。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入之設備,其中所述離子源基於乙硼烷、戊硼烷、碳硼烷、十八硼烷、癸硼烷、硼、砷、磷、銦、鍺及碳中之至少一者而產生電漿。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入之設備,更包括第二額外電極以提供較大電極面積。
- 一種多模式離子源,所述離子源包括:腔室,其支援多種操作模式,其中第一操作模式為弧放電模式,且第二操作模式為RF模式感熱式陰極(IHC),包括絲(filament)以及陰極; 反射極;以及RF電源,其中所述RF電源連接至所述陰極以及所述反射極。
- 如申請專利範圍第6項所述之多模式離子源,更包括用於在所述多個操作模式之間切換的開關。
- 如申請專利範圍第6項所述之多模式離子源,更包括RF匹配網路,用於在所述RF模式下操作所述離子源。
- 如申請專利範圍第6項所述之多模式離子源,其中所述離子源基於乙硼烷、戊硼烷、碳硼烷、十八硼烷、癸硼烷、硼、砷、磷、銦、鍺及碳中之至少一者而產生電漿。
- 如申請專利範圍第6項所述之多模式離子源,更包括第一額外電極以提供較大電極面積。
- 如申請專利範圍第6項所述之多模式離子源,更包括第一額外電極以及第二額外電極以提供較大電極面積。
- 一種用於多種模式中的離子植入之方法,所述方法包括:基於弧放電模式而提供離子源之第一操作模式,其中所述離子源包括感熱式陰極,所述感熱式陰極包括絲、陰極以及與所述陰極相對的反射極,其中所述第一操作模式包括施加電流至所述絲;基於RF模式而提供所述離子源之第二操作模式,其中RF電源連接至所述陰極與所述反射極,其中第二操作模式包括使用所述RF電源以受激所述陰極與所述反射極以使作為電容耦合電漿源而操作;以及 使用至少一開關在所述第一模式與所述第二模式之間切換。
- 如申請專利範圍第12項所述之用於多種模式中的離子植入之方法,其中所述離子源包括用於在所述多個操作模式之間切換的開關。
- 如申請專利範圍第12項所述之用於多種模式中的離子植入之方法,其中所述離子源包括RF匹配網路,用於在所述RF模式下操作所述離子源。
- 如申請專利範圍第12項所述之用於多種模式中的離子植入之方法,其中所述離子源基於乙硼烷、戊硼烷、碳硼烷、十八硼烷、癸硼烷、硼、砷、磷、銦、鍺及碳中之至少一者而產生電漿。
- 如申請專利範圍第12項所述之用於多種模式中的離子植入之方法,其中所述離子源包括第一額外電極以提供較大電極面積。
- 如申請專利範圍第12項所述之用於多種模式中的離子植入之方法,其中所述離子源包括第一額外電極以及第二額外電極以提供較大電極面積。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/137,225 US7812321B2 (en) | 2008-06-11 | 2008-06-11 | Techniques for providing a multimode ion source |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW201003715A TW201003715A (en) | 2010-01-16 |
TWI449078B true TWI449078B (zh) | 2014-08-11 |
Family
ID=41413899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW098118780A TWI449078B (zh) | 2008-06-11 | 2009-06-05 | 用於離子植入之設備、多模式離子源以及用於多種模式中的離子植入之方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7812321B2 (zh) |
JP (1) | JP5568813B2 (zh) |
KR (1) | KR101595100B1 (zh) |
CN (1) | CN102105966B (zh) |
TW (1) | TWI449078B (zh) |
WO (1) | WO2009152127A2 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104882351A (zh) * | 2015-05-23 | 2015-09-02 | 浙江大学 | 基于常压等离子体的多模式离子源工作装置及应用 |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060236931A1 (en) * | 2005-04-25 | 2006-10-26 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Tilted Plasma Doping |
US7812321B2 (en) * | 2008-06-11 | 2010-10-12 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for providing a multimode ion source |
JP5342386B2 (ja) * | 2009-09-17 | 2013-11-13 | セイコーインスツル株式会社 | イオン発生装置のソースハウジングに堆積したフッ素化合物を除去する方法およびイオン発生装置 |
US8907307B2 (en) * | 2011-03-11 | 2014-12-09 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Apparatus and method for maskless patterned implantation |
US9396902B2 (en) * | 2012-05-22 | 2016-07-19 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Gallium ION source and materials therefore |
US8759788B1 (en) | 2013-03-11 | 2014-06-24 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ion source |
CN104217911A (zh) * | 2013-10-18 | 2014-12-17 | 常州博锐恒电子科技有限公司 | 一种侧引出mevva金属离子源 |
JP6238689B2 (ja) * | 2013-11-13 | 2017-11-29 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | イオン生成装置およびイオン生成方法 |
US9818570B2 (en) * | 2015-10-23 | 2017-11-14 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ion source for multiple charged species |
US9978554B1 (en) | 2017-01-26 | 2018-05-22 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Dual cathode ion source |
JP6898753B2 (ja) * | 2017-03-06 | 2021-07-07 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | イオン生成装置 |
CN109314025B (zh) * | 2017-04-06 | 2020-05-15 | 株式会社爱发科 | 离子源以及离子注入装置 |
KR102461901B1 (ko) * | 2017-12-12 | 2022-11-01 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 이온 소스 및 간접적으로 가열된 캐소드 이온 소스 |
US11404254B2 (en) | 2018-09-19 | 2022-08-02 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Insertable target holder for solid dopant materials |
US10748738B1 (en) * | 2019-03-18 | 2020-08-18 | Applied Materials, Inc. | Ion source with tubular cathode |
US10896799B1 (en) * | 2019-08-29 | 2021-01-19 | Applied Materials, Inc. | Ion source with multiple configurations |
US11232925B2 (en) * | 2019-09-03 | 2022-01-25 | Applied Materials, Inc. | System and method for improved beam current from an ion source |
US11170973B2 (en) | 2019-10-09 | 2021-11-09 | Applied Materials, Inc. | Temperature control for insertable target holder for solid dopant materials |
US11534626B2 (en) * | 2021-03-31 | 2022-12-27 | Varian Medical Systems Particle Therapy Gmbh & Co. Kg | Asymmetric dual-mode ionization systems and methods |
US11854760B2 (en) | 2021-06-21 | 2023-12-26 | Applied Materials, Inc. | Crucible design for liquid metal in an ion source |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030079688A1 (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-01 | Walther Steven R. | Methods and apparatus for plasma doping by anode pulsing |
JP2006107974A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Kanazawa Inst Of Technology | イオン源 |
TW200811903A (en) * | 2006-05-19 | 2008-03-01 | Axcelis Tech Inc | New and improved ion source |
TW200818231A (en) * | 2006-06-12 | 2008-04-16 | Axcelis Tech Inc | Beam angle adjustment in ion implanters |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60253138A (ja) | 1984-05-28 | 1985-12-13 | Seiko Epson Corp | イオン・ビ−ム装置 |
JPS6237382A (ja) * | 1985-08-08 | 1987-02-18 | Nissin Electric Co Ltd | 高融点金属のエツチング方法 |
JPH06290723A (ja) * | 1993-03-30 | 1994-10-18 | Canon Inc | イオンビーム装置 |
US5517084A (en) * | 1994-07-26 | 1996-05-14 | The Regents, University Of California | Selective ion source |
US5581156A (en) * | 1995-07-31 | 1996-12-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | HF sustained, DC discharge driven negative ion source with automatic control system |
JPH09129152A (ja) * | 1995-10-27 | 1997-05-16 | Nissin Electric Co Ltd | 高周波イオン源 |
US5661308A (en) * | 1996-05-30 | 1997-08-26 | Eaton Corporation | Method and apparatus for ion formation in an ion implanter |
US5861630A (en) * | 1997-11-22 | 1999-01-19 | Becker; Richard L. | Method for generating a boron vapor |
US6107634A (en) * | 1998-04-30 | 2000-08-22 | Eaton Corporation | Decaborane vaporizer |
US6288403B1 (en) * | 1999-10-11 | 2001-09-11 | Axcelis Technologies, Inc. | Decaborane ionizer |
US7838842B2 (en) * | 1999-12-13 | 2010-11-23 | Semequip, Inc. | Dual mode ion source for ion implantation |
WO2001043157A1 (en) * | 1999-12-13 | 2001-06-14 | Semequip, Inc. | Ion implantation ion source, system and method |
US6803585B2 (en) * | 2000-01-03 | 2004-10-12 | Yuri Glukhoy | Electron-cyclotron resonance type ion beam source for ion implanter |
US7064491B2 (en) * | 2000-11-30 | 2006-06-20 | Semequip, Inc. | Ion implantation system and control method |
GB2412488B (en) * | 2004-03-26 | 2007-03-28 | Applied Materials Inc | Ion sources |
US7491947B2 (en) * | 2005-08-17 | 2009-02-17 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Technique for improving performance and extending lifetime of indirectly heated cathode ion source |
US7586109B2 (en) * | 2007-01-25 | 2009-09-08 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Technique for improving the performance and extending the lifetime of an ion source with gas dilution |
US7655931B2 (en) * | 2007-03-29 | 2010-02-02 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for improving the performance and extending the lifetime of an ion source with gas mixing |
US7652270B2 (en) * | 2007-06-05 | 2010-01-26 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for ion beam current measurement using a scanning beam current transformer |
CN100584991C (zh) | 2007-12-19 | 2010-01-27 | 哈尔滨工业大学 | 复合多模式等离子体表面处理装置 |
US7700925B2 (en) * | 2007-12-28 | 2010-04-20 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for providing a multimode ion source |
US7812321B2 (en) * | 2008-06-11 | 2010-10-12 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for providing a multimode ion source |
US7767986B2 (en) * | 2008-06-20 | 2010-08-03 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Method and apparatus for controlling beam current uniformity in an ion implanter |
US7888662B2 (en) * | 2008-06-20 | 2011-02-15 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ion source cleaning method and apparatus |
US8142607B2 (en) * | 2008-08-28 | 2012-03-27 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | High density helicon plasma source for wide ribbon ion beam generation |
-
2008
- 2008-06-11 US US12/137,225 patent/US7812321B2/en active Active
-
2009
- 2009-06-05 TW TW098118780A patent/TWI449078B/zh active
- 2009-06-09 JP JP2011513624A patent/JP5568813B2/ja active Active
- 2009-06-09 WO PCT/US2009/046701 patent/WO2009152127A2/en active Application Filing
- 2009-06-09 CN CN200980129479.6A patent/CN102105966B/zh active Active
- 2009-06-09 KR KR1020117000448A patent/KR101595100B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030079688A1 (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-01 | Walther Steven R. | Methods and apparatus for plasma doping by anode pulsing |
JP2006107974A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Kanazawa Inst Of Technology | イオン源 |
TW200811903A (en) * | 2006-05-19 | 2008-03-01 | Axcelis Tech Inc | New and improved ion source |
TW200818231A (en) * | 2006-06-12 | 2008-04-16 | Axcelis Tech Inc | Beam angle adjustment in ion implanters |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104882351A (zh) * | 2015-05-23 | 2015-09-02 | 浙江大学 | 基于常压等离子体的多模式离子源工作装置及应用 |
CN104882351B (zh) * | 2015-05-23 | 2017-01-11 | 浙江大学 | 基于常压等离子体的多模式离子源工作装置及应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2009152127A3 (en) | 2010-03-18 |
JP2011525036A (ja) | 2011-09-08 |
CN102105966A (zh) | 2011-06-22 |
US20090309041A1 (en) | 2009-12-17 |
TW201003715A (en) | 2010-01-16 |
KR20110039247A (ko) | 2011-04-15 |
KR101595100B1 (ko) | 2016-02-17 |
US7812321B2 (en) | 2010-10-12 |
CN102105966B (zh) | 2014-05-07 |
JP5568813B2 (ja) | 2014-08-13 |
WO2009152127A2 (en) | 2009-12-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI449078B (zh) | 用於離子植入之設備、多模式離子源以及用於多種模式中的離子植入之方法 | |
US8357912B2 (en) | Techniques for providing a multimode ion source | |
TWI436400B (zh) | 使離子植入機中的離子源之效能改良及生命期延長的方法、裝置及系統 | |
US9142379B2 (en) | Ion source and a method for in-situ cleaning thereof | |
US9093372B2 (en) | Technique for processing a substrate | |
US9530615B2 (en) | Techniques for improving the performance and extending the lifetime of an ion source | |
US20110143527A1 (en) | Techniques for generating uniform ion beam | |
US7679070B2 (en) | Arc chamber for an ion implantation system | |
US8937003B2 (en) | Technique for ion implanting a target | |
TWI446394B (zh) | 離子源及離子植入系統 | |
US5625195A (en) | High-energy implantation process using an ion implanter of the low-or medium-current type and corresponding devices | |
US11424097B2 (en) | Ion source with tubular cathode | |
US8350236B2 (en) | Aromatic molecular carbon implantation processes |