TWI455184B - 於離子植入過程中透過引入氣體而減輕污染和改變表面特性的系統和方法 - Google Patents
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Description
本申請案主張在2005年9月21日提申的美國臨時申請案序號第60/719,247號的優先權，該案的名稱為：於離子植入過程中透過引入氣體而減輕污染的系統和方法(SYSTEMS AND METHODS THAT MITIGATE CONTAMINATION DURING ION IMPLANTATION PROCESSES THROUGH THE INTRODUCTION OF REACTIVE GASES)。
本發明一般係關於通常用於半導體裝置製作中的離子植入，而更明確地說，本發明係關於於離子植入過程中透過引入氣體而減輕污染及/或改變目標裝置之表面特性。
離子植入通常係運用於半導體裝置製造的一物理製程，用以將摻雜物選擇性地植入半導體及/或晶圓材料之中。因此，植入的動作和一摻雜物與半導體材料之間的化學作用並不相關。對離子植入來說，摻雜物原子/分子會被離子化、加速、形成一離子束、分析、掃過一晶圓上或是該晶圓會透過該離子束被掃過。該等摻雜物離子實際上會撞擊該晶圓，進入其表面並且停止在該表面的下方，其深度則和它們的能量有關。
一離子植入系統係一群精密的子系統，每一個子系統均會對該等摻雜物離子實施一項特定動作。具有氣體或固體形式的摻雜物元素係被設置在一離子化反應室的內部，並且會被一合宜的離子化製程離子化。於一示範的製程中，該反應室係維持在低壓狀態(真空)。一燈絲會被設置在該反應室內，並且會被加熱至可從該燈絲源處創造出電子的溫度。帶負電的電子會被吸引至同樣位於該反應室內具有相反電性的陽極處。於從該燈絲行進至該陽極期間，該等電子會碰撞該等摻雜物源元素(舉例來說，分子或原子)，並且從該等分子元素中創造出大量帶正電的離子。
一般來說，除了所希望的摻雜物離子之外，還會創造出其它的正電離子。該等所希望的摻雜物離子係由一被稱為分析、質量分析、選擇、或是離子分離的製程從該等離子之中被選出的。選擇的作用可利用一質量分析器來達成，該質量分析器會創造一磁場，讓源自該離子化反應室的離子移動穿過該磁場。該等離子會以非常高的速度離開該離子化反應室並且會被該磁場彎折成一弧線。該弧線的半徑係由個別離子的質量、速度、以及該磁場的強度來表示。該分析器的出口僅允許一粒子種類(該等所希望的摻雜物離子)離開該質量分析器。
一加速系統會被用來將該等所希望的摻雜物離子加速或減速至一預設動量(舉例來說，一摻雜物離子的質量乘以其速度)，以便穿入該晶圓表面。對加速來說，該系統通常具有線性設計，於其軸線上則具有複數個環狀的被供電電極。當該等摻雜物離子進入其中時，它們便會於該處被加速。
一末端站會固持一或多片目標晶圓，源自該加速系統的一離子束便會將一或多個摻雜物植入該等目標晶圓之中。當該離子束撞擊該等一或多片目標晶圓，該末端站可運作用以依據一規定的離子植入製程於一或兩個維度中來移動或掃描該(等)目標晶圓，以便達成所希的目標晶圓覆蓋率以及劑量數。
於該離子植入過程中可能會發生的一項問題係，不必要的原子或分子污染粒子會被引入該離子束之中。該些污染粒子可能會於該系統的各級處(例如於質量分析子系統內、於該等加速電極處及/或該末端站處)被引入該離子束之中。不樂見的情況係，該些粒子可能會被植入一或多片目標晶圓之中或被沉積在一或多片目標晶圓之上，從而導致其上所形成之裝置發生品質變差或故障。
下文將對本發明的內容進行簡單的摘要說明，以便能夠對本發明的一或多項觀點產生基本的瞭解。本發明內容之摘要說明並未廣泛地論述本發明，而且其目的亦不在於確認本發明的關鍵或重要元素，或是描繪本發明的範疇。更確切地說，本發明內容之摘要說明的主要目的在於以簡單的形式來提出本發明的特定概念，用以作為稍後提出之更詳細說明的前文。
本發明揭示藉由於離子植入過程中引入大氣氣體或反應氣體而於離子植入過程中減輕污染及/或改變表面特性的方法和系統。本發明已經發現，該(些)被引入的氣體能夠防止或減輕污染物因一或更多項機制而被植入目標裝置(例如矽晶圓)之中。理論上雖然不受限制，不過，本發明假設該等機制中其中一者為由該反應氣體所形成的氣態揮發性化合物，它們會與該目標物表面處的污染物進行反應，從而便可接著藉由一深冷唧筒(cryogenic pump)或是渦輪分子唧筒(turbo－molecular pump)來移除該等揮發性化合物。另一項機制則涉及於離子植入期間因為有該反應氣體存在所導致的一表面層(例如一鈍化層)的形成。該表面層會減輕或防止污染物植入該裝置的下方層之中。
根據本發明的其中一項觀點，一種用於離子植入製程的污染減輕系統包含：一處理反應室，其具有一氣體源/供應器；一控制器；以及一與其耦接的閥門。該氣體源(舉例來說，一高壓汽缸)會透過一閥門將一反應氣體傳送至該處理反應室，其中，該閥門會選擇性地受該控制器而操作。該閥門係被設置在該處理反應室之中或是其附近，並且會以可控制的方式來調整該(等)被傳送至該處理反應室之氣體的流速及/或組成。該處理反應室會固持一目標裝置(例如一目標晶圓)，以便讓該(等)氣體與該離子束或該晶圓表面進行反應而減輕該目標晶圓的污染。於其中一實施例中，該控制器能夠根據存在於該離子束內或該裝置或目標物表面上受監視的污染物來選擇與調整該反應氣體的組成以及流速。本發明還揭示其它系統、方法、以及偵測器。
為達成前面以及相關目的，本發明包括下文完整說明以及申請專利範圍中特別提出的所有特點。下文說明以及圖式詳細提出本發明的特定解釋性觀點以及實施方式。不過，它們僅代表可運用本發明原理的各種方式中的其中數種。配合圖式來閱讀本發明下文中的詳細說明時，將會更明白本發明的其它目的、優點、以及新穎特點。
現在將參考圖式來說明本發明，其中，於所有圖式中會使用相同的元件符號來表示相同的元件。熟習本技術的人士將會明白，本發明並不僅限於下文所示與所述之示範施行方式與觀點。
隨著半導體裝置(例如次微米CMOS結構)越來越小，用以改變半導體裝置之電氣主動區所需要的離子植入製程也便得越來越淺並且更容易受到該等半導體裝置之表面與近表面區中的材料特性的影響。此外，半導體裝置會更容易受到源自在離子植入過程中所存在的已濺鍍材料與已吸附氣體的表面污染的影響，尤其是該等主動裝置區內的污染物濃度與分佈。污染物或粒子可利用離子束而被植入，並且會對已形成的結構及/或裝置的擴散性以及其它特性造成負面衝擊。因此，舉例來說，此污染可能會讓已製作完成的半導體裝置具有非所希望以及變動的裝置參數。
於離子植入期間，粒子或原子污染物(稍後亦稱為離子束污染物)可能會肇因於各種來源。舉例來說，該離子植入系統內的孔隙或其它表面可能會產生碳。一般來說，離子束撞擊碳型表面(例如石墨，其為離子植入系統內常用的材料)時便會產生該等碳粒子。此外，濺鍍製程以及其它沉積機制亦可能會釋放出不必要的碳粒子。此外，光阻材料(其通常係作為一用於離子植入的光罩)通常含有碳，因此其亦可能會於離子植入期間被釋放出去。本文中雖然以碳作為粒子或污染物類型的範例，不過，本發明亦涵蓋因其它粒子或污染物材料或類型所引起的污染。
本發明的觀點可於離子植入中減輕污染，其方式係藉由引入會與污染物或粒子進行反應的反應氣體，例如大氣氣體、含氧氣體、水蒸氣、以及類似的氣體，用以降低污染。此外，該反應氣體還能夠用來改變先前製程所決定之目標性質或特性。
首先，請參考圖1，圖中以方塊圖的形式繪出一適合用來施行本發明一或多項觀點的離子植入系統100。該系統100包含一離子源102，用於沿著一離子束路徑來產生一離子束104。舉例來說，該離子束源102包含一具有相關電源108的電漿源106。舉例來說，該電漿源106可能包括一相對長的電漿約束反應室，從中可抽出一離子束。
於該離子源102的下游處提供一束線組件110，用以接收其所送出的離子束104。該束線組件110包含：一質量分析器112；以及一加速結構114，舉例來說，其可能包含一或多個間隙。該束線組件110係被設置在該路徑之中，用以接收該離子束104。該質量分析器112包含一磁場產生組件(例如一磁鐵(圖中未顯示))，並且會運作用以跨越該離子束路徑來提供一磁場，用以根據質量(舉例來說，電荷與質量比)將源自該離子束104的離子偏離在不同的軌道處。於該磁場中移動的離子會受到一作用力，該作用力會沿著該離子束路徑來導引具有一所希望質量的個別離子並且讓具有非所希望質量的離子偏離該離子束路徑。
該加速結構114內的該或該等加速間隙可運作用以加速及/或減速該離子束內的離子，以便於一工件中達成所希的植入深度。據此，應該明白的係，本文中在說明本發明的一或多項觀點時雖然可能用到加速器及/或加速間隙等詞語，不過，此等詞語並不希望被狹隘地僅被視為受限於加速的字面意義；相反地，除此之外，還應廣義地將它們視為包含減速以及方向變更在內。進一步應該明白的係，在該質量分析器112進行磁場分析之前以及之後還可使用加速/減速構件。
於該系統100之中還提供一末端站118給源自該束線組件110的離子束104。該末端站118會於一處理反應室內且沿著該離子束路徑來支撐一或多個工件(例如半導體晶圓(圖中未顯示))，以便利用該經過質量分析的離子束104來進行植入。該末端站118包含一目標物掃描系統120，用於以相對於彼此的方式來平移或掃描一或多個目標工件以及該離子束104。舉例來說，在假定的環境、操作參數、及/或目的下，該目標物掃描系統120可視需要用於批次式或序列式植入中。
粒子或原子污染物可能會於離子植入期間進入該離子束104，倘若被植入的話，其便可能會破壞或損及形成於該等一或多個工件上之半導體裝置的運作。該等粒子或原子污染物可能係肇因於離子植入期間的各種來源。舉例來說，該加速結構114內的孔隙或其它表面可能會產生碳。一般來說，離子束撞擊碳型表面(例如石墨，其為離子植入系統內常用的材料)時便會產生該等碳粒子。此外，濺鍍製程以及其它沉積機制亦可能會釋放出不必要的碳粒子。此外，光阻材料(其通常係作為一用於離子植入的光罩)通常含有碳，因此其亦可能會於離子植入期間被釋放出去。本文中雖然以碳作為粒子或污染物類型的範例，不過，本發明亦涵蓋因其它粒子或污染物材料或類型所引起的污染。
於該末端站118之中還併入一氣體導入系統122，用以導入氣體(例如反應氣體或大氣氣體)，以便於離子植入期間減輕該等一或多個工件的污染。該氣體會與離子束104內的污染物或粒子進行反應，以便降低污染。該氣體能夠於數項機制中與污染物進行反應，以便降低該等工件的污染並且從該離子束104中移除該等粒子或原子污染物。
於其中一機制中，該氣體可能會因與離子束104進行反應而在形成於該等一或多個工件上的一目標半導體裝置的頂表面上形成一鈍化層。該鈍化層104能夠減少污染物通過抵達下方層及/或於後面的製造步驟中減輕摻雜物的擴散。舉例來說，該鈍化層可能係由氧化物、氮化物、以及類似的材料所組成，並且可藉由一離子束強化形成製程來構成。形成該鈍化層的製程係借助於該離子植入並且有該反應氣體存在。舉例來說，一離子束會破壞矽的至少部份表面鍵結，從而提高矽形成一氧化物的可能性。接著，藉由於該離子植入期間供應一含氧或含水蒸氣的氣體，氧化物便更容易形成一鈍化層。接著，該鈍化層便可充當一擴散屏障，用以於後面的製造步驟中減輕擴散。
降低污染的另一項機制係運用一氣體來消耗可能會被吸附在該表面上以及被該離子束驅使進入該材料之中的污染物(例如碳)。該氣體或該氣體內的成份能夠與該等污染物進行反應，並且形成不會被植入及/或可被掃除的化合物。舉例來說，形成揮發性化合物或氣態化合物(舉例來說，CO)便可利用一高真空系統來輕易地抽離或移除。此作法可降低或移除可能會被驅使進入複數個目標半導體裝置之中的污染物或粒子。
首先，請參考圖2，圖中所述的係根據本發明一項觀點的離子植入製程修正系統200。系統200係一目前離子植入製程的修正系統，其藉由於離子植入製程中引入大氣及/或反應氣體來改變以及控制因該離子植入製程所造成的材料性質。舉例來說，該系統200可配合單晶圓式離子植入系統來使用、配合批次式離子植入系統來使用、配合電漿沉浸式離子植入系統來使用、以及配合類似的離子植入系統來使用。
系統200包含：一氣體源/供應器202、一控制器204、一氣體分析器206、一可控制閥門210、以及一處理反應室。該氣體源/供應器202係一會以可控制的方式透過一可控制閥門210將一氣體(例如大氣或反應氣體)傳送至該處理反應室212的機制。該氣體係由一或多種個別大氣及/或反應氣體所組成。於其中一範例中，該氣體源/供應器202係由一或多個汽缸、一蒸發或昇華系統、及/或大氣入口(圖中未顯示)所組成。該汽缸含有一反應氣體或蒸氣，其壓力非常高，足以透過該可控制閥門210來提供一必要的氣流給該處理反應室212。該蒸發系統係由水或任何其它液體或固體材料所組成，用以產生一反應氣體蒸氣。於另一範例中，該氣體源/供應器202包括一氣體源貯存槽，其含有一液體或固體形式的反應材料，該反應材料能夠在足以提供該氣體的壓力處被蒸發或昇華。閥門210包括一或多個個別閥門，用以選擇最後要被送至該處理反應室的反應氣體的流速以及組成。閥門210會受控於控制器204，該控制器204會調整該反應氣體的流速以及組成，以便幫助移除污染物與粒子並且減輕該處理反應室212內一目標半導體裝置(圖中未顯示)的污染。
處理反應室212係一離子植入系統中一末端站的一部份，其中，該離子植入系統可能係一單晶圓式及/或批次式離子植入系統。該處理反應室212會固持或支撐一或多個目標裝置(例如目標晶圓)，用以進行離子植入。一離子束(其係被產生作為該離子植入系統的一部份)會進入該處理反應室212之中並且將該離子束內的摻雜物植入該(等)目標裝置之中。如上所述，一般來說，該離子束及/或該處理反應室會包含非所希望的粒子或污染物，其會導致污染該等目標裝置。
該反應氣體會透過閥門210進入該處理反應室212，並且會與該離子束進行反應而減輕因該等粒子或污染物所造成之該(等)目標裝置的污染。所運用的反應氣體係根據預期的粒子或污染物類型或組成來選擇。可運用的合宜氣體的特定範例包含大氣氣體，例如，氧氣、氮氣、水蒸氣、以及類似的氣體。不過，亦可運用其它的反應氣體。該氣體能夠於數項機制中與污染物進行反應，以便降低污染，例如與該等污染物進行結合並且變成揮發性，然後再由真空唧筒來移除，及/或創造一表面條件，以防止或減輕粒子被植入至該已創造之表面條件的後面或是其附近。
就一合宜機制的其中一範例來說，該氣體能夠藉由與該離子束進行反應而於一目標半導體裝置的頂表面上形成一鈍化層。該鈍化層可藉由一離子束強化形成製程來構成。舉例來說，位於該離子束內的離子或摻雜物能夠提高表面矽和該反應氣體內的一或多種材料進行反應的傾向，從而會形成該鈍化層。接著，該鈍化層便能夠充當一擴散屏障，用以於後面的製造步驟中減輕擴散並且可減輕粒子或污染物被植入該(等)目標裝置之中。和已於前面所沉積之材料或污染物所進行的表面反應亦可被改變或強化。
用以降低污染的一合宜機制的另一範例則係運用該反應氣體來消耗可能會被吸附在該表面上以及被該離子束驅使進入該材料之中的粒子或污染物(例如碳)。該氣體或該氣體內的成份能夠與該等污染物進行反應，並且形成不會被植入及/或可被掃除的化合物。舉例來說，形成揮發性化合物或氣態化合物便可利用一高真空系統來輕易地抽離或移除。此作法可降低或移除可能會被驅使進入(複數個)目標半導體裝置之中的污染物或粒子。
氣體分析器206係一殘留氣體分析器，其會分析存在於該離子植入反應室212內的背景氣體。該氣體分析器206會產生回授或一回授信號供該控制器204使用，用以調整或控制該等反應氣體的流速或引入速率及/或該反應氣體組成，以便幫助從該離子束及/或目標物表面中移除該等污染物或粒子。應該注意的係，根據本發明的替代觀點，亦可省略使用該氣體分析器206。
控制器204一開始會先根據製程條件(例如一特殊離子植入製程期間的預期污染物組成以及數額)來設定該反應氣體組成以及流速。該控制器204會調整該氣體源202以供應該反應氣體，並且會調整該閥門210以控制該反應氣體的流速及/或組成。該控制器204會接收與分析於離子植入期間由該氣體分析器206所產生的回授，並且會判斷是否需要進行修正性調整。接著，該控制器204便能夠實施該等修正性調整，藉由調整該反應氣體組成及/或藉由調整該反應氣體的流速而於該處理反應室212內取得一所希的壓力，用以幫助移除污染物以及減輕污染
圖3所示的係根據本發明一項觀點在一離子植入過程中的一處理反應室300的內部的方塊圖，其中會引入一氣體(例如一反應氣體或大氣氣體)以減輕污染。該圖式進一步圖解離子植入期間該反應氣體與污染物的反應，而其目的並非要將本發明侷限在特殊的結構或配置。
處理反應室300包含一目標裝置支撐結構302，其會支撐一目標晶圓304。該結構302可能係一用於一批次式離子植入系統中的處理盤或是一用於一單晶圓式離子植入系統的單晶圓固持器。目標晶圓304係接受離子植入製程(例如一種用於植入p型或n型摻雜物的離子植入製程)，以便形成主動區。該目標晶圓304可能係位於數個製造級中的其中一級處。
一氣體入口或閥門306會以可控制的方式將位於鄰近處的氣體310供應至該目標晶圓304。該氣體310(例如大氣或反應氣體)通常會被供應至目標晶圓304的表面附近，其中，於本範例中，其會與離子束308發生接觸。入口306能夠控制反應氣體310的數量或是流速，且於特定觀點中，其還可控制或調整該反應氣體的組成。離子束308包括要被植入之經過選擇的摻雜物或離子，而且具有一束能量與電流密度，以便在該目標晶圓304上達到所希望的植入深度及/或植入濃度。一般來說，離子束308或處理反應室300的週遭部份均會包含非必要的粒子或原子污染物。氣體310能夠藉由數項機制來減輕目標晶圓304的污染。其中一項此類機制便係讓該氣體310與該等粒子或污染物進行結合以形成化合物，然後再利用一真空唧筒從該處理反應室之中移除。另一項機制則係藉由一離子束強化形成製程來構成一鈍化層，其同樣可減輕目標晶圓304的污染，而且還可於後面的製造過程期間幫助進行擴散。本發明亦可採用運用氣體310來減輕污染的其它機制。
圖4所示的係根據本發明一項觀點的一離子植入製程修正系統400的示意圖。系統400係作為示範用途，並且藉由於離子植入製程中引入大氣及/或反應氣體來改變以及控制因該離子植入製程所造成的材料性質來修正一目前的離子植入製程。舉例來說，該系統400可配合單晶圓式離子植入系統來使用、配合批次式離子植入系統來使用、配合電漿沉浸式離子植入系統來使用、以及配合類似的離子植入系統來使用。
系統400包含：一氣體源或汽缸404、一處理反應室402、以及一反應室真空唧筒416。氣體源或汽缸404係一會以可控制的方式透過一可控制閥門408將氣體(例如反應或大氣氣體)傳送至該處理反應室402的機制。一氣體源(例如貯存槽)或汽缸閥門406係用來控制及/或調整該氣體源或汽缸404的運作。一流動機制418(例如一鐵氟龍管線)會讓氣體源閥門412與一處理反應室閥門408相連並且亦讓其與氣體源閥門406相連。
處理反應室閥門408包括一或多個個別閥門，用以選擇最後要被送至該處理反應室的氣體的流速以及組成。閥門408可受控於一外部控制器(圖中未顯示)或者亦可被調整。反應室閥門408通常會被設為用以調整該氣體的流速及/或組成，以便幫助移除污染物或粒子及/或減輕該處理反應室402內一目標半導體裝置(圖中未顯示)的污染。
處理反應室402係一離子植入系統中一末端站的一部份，其中，該離子植入系統可能係一單晶圓式及/或批次式離子植入系統。該處理反應室402會固持或支撐一或多個目標裝置(例如目標晶圓)，用以進行離子植入。一離子束(其係被產生作為該離子植入系統的一部份)會進入該處理反應室402之中並且將該離子束內的摻雜物植入該(等)目標裝置之中。如上所述，一般來說，該離子束及/或該處理反應室會包含非所希望的粒子或污染物，其會導致污染該等目標裝置。
反應室真空唧筒416會透過一真空線路420被連接至該處理反應室402，並且移除該處理反應室402中的空氣/氣體，以便達到一選定或所希望的大氣壓力以及移除該反應室402中之氣體的目的。
該氣體會透過反應室閥門408進入處理反應室402並且與該離子束進行反應，以便減輕因該等粒子或原子污染物所造成之該(等)目標裝置的污染。該氣體會藉由數項機制來與該等目標裝置之中或附近的污染物進行反應，以便如上述般地降低污染或是改變該目標物的表面。
接著，便可藉由真空唧筒416，透過該真空線路420，從該反應室中移除反應室殘留氣體，其可能包括該等非所希望的粒子或污染物的至少一部份。
圖5所示的係根據本發明一項觀點於離子植入期間藉由於一目標裝置的表面附近引入一氣體(例如一反應或大氣氣體)而減輕因污染物所造成之該目標裝置之污染的方法500的流程圖。方法500可運用於單件式及/或批次式離子植入系統之中。
應該明白的係，參考本發明的其它圖式便可進一步明白方法500及其變化例。此外，方法500及其說明還可用於幫助更瞭解上面所述之本發明的其它觀點。
雖然，為達簡化解釋的目的，方法500係以序列執行的方式來進行繪製以及說明，不過，應該瞭解且明白的係，本發明並不僅限於圖中所示之順序；因為根據本發明的特定觀點可以異於圖中所示與所述的順序來進行及/或亦可以和圖中所示與所述的其它觀點同時進行。再者，並非需要圖中所示之所有特徵圖形方能施行根據本發明一項觀點的方法。
方法500始於方塊502處，其中，於該處會提供一可能包括污染物的離子束。該離子束通常會被提供以作為一離子植入系統的一部份，其中，該離子植入系統包括一離子源、質量分析器、以及一束線組件。本發明並不希望該離子束包括可能會破壞及/或變更一目標裝置而未與一反應氣體進行反應的污染物(例如碳污染物)。該些污染物可能會於該離子植入系統的各級處被引入該離子束之中。該離子束包括位於一具有一選定束電流之選定能量的一或多個選定摻雜物。
於方塊504處，會根據製程特性(例如預期的污染物)來選擇一氣體(例如大氣或反應氣體)的組成與流速。舉例來說，一含有氧氣或水蒸氣的氣體組成可能適用於預期的碳污染物。該流速會經過選擇，用以於該處理反應室內達成一所希望的壓力並且允許該反應氣體與該等污染物進行反應。
於方塊506處，會根據該選定的組成及/或流速來產生該氣體。於一範例中，一或多個氣體源及/或貯存槽可能係一汽缸、蒸發系統、及/或大氣入口，其包括可能的來源氣體。該汽缸含有一氣體或蒸氣，其壓力非常高，足以透過該可控制閥門來提供一必要的氣流給該處理反應室。該蒸發系統係由水或任何其它液體或固體材料所組成，用以產生一反應氣體蒸氣。可以運用一或多個閥門來幫助選擇組成並且還可用以調整該流速。
該氣體會於方塊508處被導向一植入目標位置處。可以運用由合宜材料所組成的(複數條)管道、(複數條)管線、及/或(複數條)軟管來將該反應氣體從(複數個)氣體源攜載至該處理反應室。位於該處理反應室內或是該處理反應室之一部份的一入口或是閥門可被用來導引位於該目標裝置之植入目標位置附近的反應氣體，其中，該離子束會撞擊該目標位置。
於方塊510處，該氣體會與該等污染物進行反應及/或減輕該目標位置的污染。於其中一範例中，該氣體能夠結合該等污染物並且變成揮發性。而後，該等揮發性化合物便會藉由抽吸作用而被移除。於另一範例中，該氣體會創造一表面條件(例如一鈍化層)，其會防止或減輕粒子被植入至該已創造之表面條件的後面或是其附近。
圖6所示的係根據本發明一項觀點於離子植入期間藉由於一目標裝置的表面附近引入一氣體(例如一反應或大氣氣體)而減輕因污染物所造成之該目標裝置之污染的方法600的流程圖。方法600可運用於單件式及/或批次式離子植入系統之中。
應該明白的係，參考本發明的其它圖式便可進一步明白方法600及其變化例。此外，方法600及其說明還可用於幫助更瞭解上面所述之本發明的其它觀點。
雖然，為達簡化解釋的目的，方法600係以序列執行的方式來進行繪製以及說明，不過，應該瞭解且明白的係，本發明並不僅限於圖中所示之順序；因為根據本發明的特定觀點可以異於圖中所示與所述的順序來進行及/或亦可以和圖中所示與所述的其它觀點同時進行。再者，並非需要圖中所示之所有特徵圖形方能施行根據本發明一項觀點的方法。
方法600始於方塊602處，其中，於該處會提供一可能包括污染物的離子束。該離子束可能包括會破壞及/或變更一目標裝置而未與一反應氣體進行反應的污染物(例如碳污染物)。該些污染物可能會於用以提供該離子束的一離子植入系統的各級處被引入。該離子束包括使用一選定能量與劑量的一或多個選定摻雜物。
於方塊604處，會根據製程特性(例如預期的污染物)來選擇一初始氣體組成與流速。舉例來說，一含有氧氣或水蒸氣的氣體組成可能適用於預期的碳污染物。該流速會經過選擇，用以於該處理反應室內達成一所希望的壓力，允許該反應氣體與該等污染物進行反應，並且移除含有該等污染物的揮發性氣體。
於方塊606處，會根據該選定的組成及/或流速來產生該氣體。一或多個氣體源可能係一汽缸、蒸發系統、及/或大氣入口，其包括可能的來源氣體。該汽缸含有一反應氣體或蒸氣，其壓力非常高，足以透過該可控制閥門來提供一必要的氣流給該處理反應室。該蒸發系統係由水或任何其它液體或固體材料所組成，用以產生一反應氣體蒸氣。可以運用一或多個閥門來幫助選擇組成並且還可用以調整該流速。
該氣體會於方塊608處被導向一植入目標位置處。可以運用由合宜材料所組成的(複數條)管道、(複數條)管線、及/或(複數條)軟管來將該氣體從(複數個)氣體源攜載至該處理反應室。位於該處理反應室內或是該處理反應室之一部份的一入口或是閥門可被用來導引位於該目標裝置之植入目標位置附近的氣體，其中，該離子束會撞擊該目標位置。
於方塊610處，該氣體會與該等污染物進行反應及/或減輕該目標位置的污染。於其中一範例中，該氣體能夠結合該等污染物並且變成揮發性。而後，該等揮發性化合物便會藉由抽吸作用而被移除。於另一範例中，該反應氣體會創造一表面條件(例如一鈍化層)，其會防止或減輕粒子被植入至該已創造之表面條件的後面或是其附近。
於方塊612處會量測該反應室內的氣態分壓以及組成。一反應氣體分析器通常會被用來量測該反應室內的空氣/氣體的組成。該等量測可能包含量測所存在的污染物、量測總分壓或真空、量測所存在的反應氣體、以及類似量測。
於方塊614處，倘若該等量測結果落在一可接受範圍外面的話，便會於方塊616處決定出該氣體之流速與組成的修正性調整。此外，該等修正性調整可能還包含源自該處理反應室之廢氣的流速。
接著，便會於方塊618處使用該等氣體組成與流速修正性調整。一般來說，會運用該氣體源以及一或多個可控制閥門來達成該等修正性調整。接著，方法600便會返回方塊612處，於該處會取得新的量測值。
雖然上文已經針對一或多種實施方式來闡述與說明過本發明，不過，熟習本技術的人士於閱讀且瞭解本說明書及圖式之後將可對本發明進行變更與修正。尤其是針對上述組件(組件、裝置、電路、系統、...等)所實施的各項功能來說，除非特別提及，否則用來說明此等組件的詞語(包含「構件」相關詞在內)均在於涵蓋能夠實施所述組件之指定功能的任何組件(也就是，具有均等功能的組件)，即使結構上不等同於本文中所圖解之本發明示範實行方式中用來實施該項功能的揭示結構亦無妨。此外，雖然於數種實施例的每一實施例中均僅揭示本發明的某項特殊特點，不過此項特點卻可結合其它實施方式中的一或多項其它特點，此為任何假定或特殊應用所期望達成且相當有利者。此外，「示範」一詞的目的係在於明示某一範例，而並非在於明示其優越性或最適性。再者，詳細說明以及申請專利範圍中均用到「包含」、「具有」等詞語，甚至其變化詞語，此等詞語均與「包括」一詞類似，具有包容之意。
100．．．離子植入系統
102．．．離子源
104．．．離子束
106．．．電漿源
108．．．電源
110．．．束線組件
112．．．質量分析器
114．．．加速結構
118．．．末端站
120．．．目標物掃描系統
122．．．氣體導入系統
200．．．離子植入製程修正系統
202．．．氣體源/供應器
204．．．控制器
206．．．氣體分析器
210．．．閥門
212．．．處理反應室
300．．．處理反應室
302．．．目標裝置支撐結構
304．．．目標晶圓
306．．．閥門
308．．．離子束
310．．．氣體
400．．．離子植入製程修正系統
402．．．處理反應室
404．．．氣體源
406．．．閥門
408．．．閥門
416．．．反應室真空唧筒
418．．．流動機制
420．．．真空線路
圖1所示的係根據本發明一或多項觀點的一離子植入系統的方塊圖。
圖2所示的係根據本發明一項觀點的一離子植入製程修正系統的方塊圖。
圖3所示的係根據本發明一項觀點在一離子植入製程中的一處理反應室內部的方塊圖，其中會引入一反應氣體以減輕污染。
圖4所示的係根據本發明一項觀點的一離子植入製程修正系統的示意圖。
圖5所示的係根據本發明一項觀點於離子植入期間用以減輕因污染物所造成之一目標裝置之污染的方法的流程圖。
圖6所示的係根據本發明一項觀點於離子植入期間在一處理反應室內引入一反應氣體且量測氣體以於離子植入期間用以減輕因污染物所造成之一目標裝置之污染的方法的流程圖。
100．．．離子植入系統
102．．．離子源
104．．．離子束
106．．．電漿源
108．．．電源
110．．．束線組件
112．．．質量分析器
114．．．加速結構
118．．．末端站
120．．．目標物掃描系統
122．．．氣體導入系統
Claims (25)
- 一種離子植入系統，其包括：一離子源，用以產生一離子束；一束線組件，用以將該離子束導向一目標裝置；一處理反應室，其含有該用於接收該離子束的目標裝置；以及一氣體導入系統，其係被耦接至該處理反應室，用以為其提供一氣體輸入，其中，該氣體導入系統可運作用以提供一氣體至該處理反應室中的該目標裝置附近，以便減輕因污染物所造成之該目標裝置的污染，及/或改變一處理環境既有的性質，及/或改變該目標裝置以變更其物理或化學狀態。
- 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中，該氣體導入系統會提供大氣氣體給該處理反應室。
- 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中，該氣體導入系統會提供一反應氣體給該處理反應室。
- 如申請專利範圍第3項之系統，其中，該反應氣體包括氧氣及/或水蒸氣。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該氣體導入系統進一步包括：一來源貯存槽；以及一入口，用以將氣體從該來源貯存槽傳送至該處理反應室。
- 如申請專利範圍第5項之系統，其中，該來源貯存槽 含有一氣體或蒸氣形式的反應材料，其壓力足以提供一氣流給該處理反應室。
- 如申請專利範圍第5項之系統，其中，該氣體導入系統進一步包括一蒸發或昇華系統，其係被耦接至該來源貯存槽，且該來源貯存槽含有一液體或固體形式的反應材料，該反應材料能夠在足以提供一氣流給該處理反應室的壓力被蒸發或昇華。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該處理反應室進一步包括一入口閥門，用以選擇性地將該氣體傳送至該處理反應室。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其進一步包括一真空唧筒，其會以可控制的方式來移除該處理反應室中的廢氣。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其進一步包括一控制器，其會被耦接至該氣體導入系統，用以調整該氣體的組成與流速。
- 如申請專利範圍第10項之系統，其進一步包括一氣體分析器，用以量測該處理反應室內的部份真空壓力及/或組成，並且據以產生一回授信號。
- 如申請專利範圍第11項之系統，其中，該控制器會根據該氣體分析器所產生的回授信號來調整該氣體的組成及/或流速。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該離子束包括一帶狀束或是一筆狀束。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該處理反應 室包括一目標裝置處置系統，用以於單一批次中將多個目標裝置傳送至該離子束。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該處理反應室包括一目標裝置處置系統，用以將單一目標裝置傳送至該離子束。
- 一種處理反應室，其包括：一支撐結構，用以固持一目標裝置；一開口，其係界定於一殼體之中，用以接收一含有污染物且會被導向該目標裝置的離子束；以及一入口閥門，用以接收一氣體，其中，該入口閥門可運作用以供應該氣體至該目標裝置附近且係供應於該離子束的一路徑內，以便用以減輕因該等污染物所造成之該目標裝置的污染，及/或改變一處理環境既有的性質，及/或改變該目標裝置以變更其物理或化學狀態。
- 如申請專利範圍第16項之反應室，其進一步包括一真空唧筒，其會以可控制的方式來移除該反應室中的廢氣。
- 如申請專利範圍第17項之反應室，其中，該氣體會結合該離子束的該等污染物並且形成會被該廢氣閥門移除的廢氣。
- 如申請專利範圍第16項之反應室，其中，該氣體係一大氣氣體。
- 如申請專利範圍第16項之反應室，其中，該氣體係一反應氣體。
- 一種於離子植入中減輕因污染物所造成之污染的方 法，其包括：將一含有污染物的離子束導向一植入目標位置；根據預期的污染物來選擇一氣體組成與流速；根據該選定的反應氣體組成與該選定的流速來提供該氣體；將該氣體導向該植入目標位置；以及藉由讓該氣體與該植入目標位置附近的離子束進行反應以減輕該植入目標位置的污染。
- 如申請專利範圍第21項之方法，其中，讓該氣體與該離子束進行反應包括形成一鈍化層，其會阻隔該等污染物的非所希植入作用。
- 如申請專利範圍第21項之方法，其中，讓該反應氣體與該離子束進行反應包括產生含有該等污染物的揮發性化合物並且從該處理反應室中移除該等揮發性化合物。
- 如申請專利範圍第21項之方法，其進一步包括量測位於該植入目標位置附近的反應室氣體，用以量測污染物、反應氣體的存在情形、及/或殘留氣體的總分壓。
- 如申請專利範圍第24項之方法，其進一步包括根據所量測之污染物、反應氣體的存在情形、及/或所量測之殘留氣體的總分壓來決定出該氣體組成與該氣體流速的修正性調整。
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