TWI467621B - 選擇性控制離子源之離子組成物之系統和方法 - Google Patents

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Description

選擇性控制離子源之離子組成物之系統和方法
本發明是有關於一種電漿產生場(field)，且特別是有關於一種在次大氣壓電漿(sub-atmospheric pressure plasma)中選擇性地控制離子、自由基(radicals)之密度、溫度和組成、以及電子之密度和能量之系統和方法。
電漿以多種方式而使用在半導體製程中，如電漿增強型化學氣相沈積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)、以及基板摻雜。這些製程涉及到在作為靶材基板(如矽晶圓)之表面上或表面下進行離子之有方向性的沈積或摻雜。其它製程包括電漿蝕刻，其中蝕刻用物種之方向性決定了將被蝕刻之溝槽之品質。
典型的電漿摻雜製程利用電漿內的離子之帶電本質，以便在靶材表面上或表面下沈積離子，同時，電漿沈積製程是與基板表面上所沈積的中性粒子(neutrals)有關。由於中性粒子未帶電，其不易控制且因此將形成在表面上而防礙最後的製程。
又，電漿典型上含有不同離子和中性物種。為了進行特定的製程，期望使電漿中的特定物種最大化且使其它物種最小化。有利的方式是，提供一種較目前方法更能受到控制的方法以控制電漿的組成物(composition)。
因此，需要一種用來控制電漿的離子組成物和密度的方法，以使摻雜應用時所期望的離子物種之存在最大化， 且使不期望的離子物種和中性粒子之存在最小化。就其它應用(例如，蝕刻和沈積)而言，則上述的最大化和最小化的對象較佳是互換，即中性粒子較需要。
電漿處理工具(plasma processing tools)之性能是與所含有的電漿之組成物有關。所揭示的方法可讓使用者藉由修飾電漿中所存在的電子之能量分佈，來控制電漿組成物(包括離子和中性粒子(即，自由基)的物種、這些物種的激發狀態、和電子能量分佈)以及密度。使用一或多個很快速的電場(E-場)脈衝使一些電子加速，而使電漿中產生有能量的電子。脈衝需足夠長以影響電子，但太短將不能對離子造成顯著影響，此乃因離子的質量相對較大。有能量的電子和電漿之組成物之間的碰撞，造成電漿組成物中的變化。對電子能量小心地進行控制，則電漿組成物可最佳化以符合所使用的特定製程之需求。在一些實施例中，需要修飾電漿中離子物種之比例、改變離子化相對於分解(dissociation)的比例、或改變電漿之激發狀態群(population)。
在一些實施例中，上述方法可用在電漿植入(即，摻雜)期間，以使氣體中分子的離子化對分解(dissociation)的比例高於使用目前方法所可得到的比例。這樣可造成較高的電漿密度，且使待處理的基板上的沈積物較少。
很快速的電場脈衝可施加至與電漿面對的電性絕緣表面。例如，此表面可以是調節板或已植入的基板。電場脈 衝的上升時間基本上可等於或小於電漿(電子)頻率之倒數，脈衝寬度可較電漿鞘(sheath)中的離子傳輸時間短很多。電子受到所施加的快速上升電場的影響且穿過電漿，使電子的路徑中的氣體分子被離子化、激發或分解。每一電子所產生的離子化、激發或分解等等的數目(number)是與特定製程中的電子能量(由電場脈衝而得)、氣體密度、以及電子/分子碰撞橫截面有關。
本發明揭示一種修飾次大氣壓電漿的方法，包括：提供一饋送氣體至一腔室；激發此饋送氣體以產生電漿；以及施加電場脈衝至電漿。電場脈衝的上升時間基本上可等於或小於電子電漿頻率之倒數。電場脈衝所具有的期間亦可小於離子電漿頻率之倒數；其中，電場脈衝選擇性地影響電漿的電子，但基本上不影響電漿的離子；且受影響的電子修飾了電漿中離子和中性粒子的組成物、密度和溫度。
本發明揭示一種修飾次大氣壓電漿的方法，包括：提供一饋送氣體至腔室；激發此饋送氣體以產生電漿；以及施加電場脈衝至電漿。電場脈衝的上升時間基本上可等於或小於電子電漿頻率之倒數。電場脈衝所具有的期間亦可小於離子電漿頻率之倒數；其中，電場脈衝選擇性地影響電漿的電子，但基本上不影響電漿的離子；且藉由電子密度和能量分佈之控制來控制脈衝上升時間、脈衝期間、和脈衝振幅的至少其一，以修飾電漿中的離子和中性粒子之組成物、密度、和溫度。
本發明揭示一種調整電漿的方法，包括：施加電場脈 衝至電漿。此電場脈衝的上升時間基本上可等於或小於電子電漿頻率之倒數。此電場脈衝所具有的期間亦可小於離子電漿頻率之倒數；其中，電場脈衝選擇性地影響電漿的電子，但基本上不影響電漿的離子。
本發明揭示一種調整電漿的方法，包括：施加連續的電磁波脈衝至電漿。此連續電磁波脈衝包括無振盪極性的電場、且具有的頻率大於或等於電子電漿頻率。此連續電磁波脈衝的上升時間基本上等於或小於電子電漿頻率之倒數。此連續電磁波脈衝所具有的期間小於離子電漿頻率之倒數；其中，此連續電磁波脈衝選擇性地影響電漿的電子，但基本上不影響電漿的離子。
本發明揭示一種電漿摻雜系統，包括：一腔室；一調節板，支撐在腔室中，此調節板與該腔室絕緣；以及脈衝產生器，經由高壓饋送通道而連接至該調節板。此脈衝產生器設置成：提供電場脈衝至容納在該腔室中的電漿，此電場脈衝的上升時間基本上等於或小於電子電漿頻率之倒數，且此電場脈衝所具有的期間小於離子電漿頻率之倒數。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
各附圖顯示所揭示的方法之較佳實施例，其用於各實施例之原理之實際應用。
揭示一種對電漿源中的離子/中性組成物進行修飾 (modify)的方法。所揭示的方法能以一般的離子源來實現，且特別是所揭示的方法可與間接加熱的陰極(Indirectly Heated Cathode,IHC)源、伯納斯(Bernas)源之類的源、以及與電漿摻雜(Plasma Doping,PLAD)、電漿蝕刻、電漿沈積/電漿氣相沈積(Plasma Vapor Deposition,PVD)一起使用。本方法可用來改變/增加電漿中的平均電子溫度/能量，其因此可改變電子碰撞過程(離子化、分解、激發)之機率。
在電漿中，期望具有可選擇性地修飾離子與自由基(radical)組成物之能力，以增加所期望的粒子類型之濃度、且使不期望的粒子類型之濃度下降。在使用奈秒電場脈衝產生器(nanosecond E-field pulser)時，電子能量可選擇性地被修飾，這樣的結果是可修飾電漿之離子組成物。所揭示的方法之應用包括任何電漿源的應用，其希望用來控制離子及/或中性粒子的組成物、密度、溫度以及電子之密度和能量分佈。這些應用之非限制性的例子包括、但不限於：(1)高分子量離子源；例如，碳硼烷(carborane)、癸硼烷(decaborane)、十八硼烷(octadecaborane)；(2)絕緣體上矽(SOI,Silicon-on-Insulator)製程所涉及的氫離子源(H2 ion source)；以及(3)電漿摻雜(PLAD)的應用。
所揭示的方法包括施加電場脈衝(E-field pulse)至電漿。在模擬時，電場脈衝只持續數奈秒、且具有大約是1奈秒的上升時間(rise time)，結果是，在整個電漿(不只在電漿鞘(plasma sheath))中產生電場。該電場驅使電子能量增加。由於涉及小的時間尺度(奈秒)，只有電漿中的電子 受到電場的影響，同時，相對較重的離子不受影響。這樣就可不與電漿中的離子一起而各別地來控制電子能量。
由傳統上的看法而言，通常不可能維持著橫越電漿的電場。然而，只有在時間尺度大於電漿頻率或電子頻率之倒數時才可能維持著橫越電漿的電場，由以下式子來表示：
其中，ω pe 是電漿頻率或電子頻率，q是電荷，n e 是電子密度，m e 是電子質量，且ε o 是自由空間的介電係數(permittivity)。在n e =1010 cm-3 ,ωpe 0.9GHz時τe =1.1ns，其中τe 是電子反應時間。
大於1.1奈秒之電場脈衝施加至電漿的情況下，電子幾乎立刻對脈衝起反應而使鞘改變，以適應所施加的偏壓。橫越該鞘的電壓降主動地防止電場橫越該電漿。
然而，當電場脈衝之大小的上升較電子反應時間τe (即，使用奈秒或次奈秒脈衝)還快時，則可建立一電場橫越該電漿，雖然只持續短的期間。這是因為在電子具有足夠的時間來反應之前(即，次奈秒)電場已產生，使電子處於(immersed)電場中。
為了確認此事實，發明人使用電漿裝置碼XPDP1(該裝置碼可由http：//ptsg.eecs.berkeley.edu/ 獲得)的裝置，來發展一種1-維單元中粒子(Particle-In-Cell，下稱PIC)電漿的情況模擬。該模型之方塊圖以及外部電路顯示在圖1A。 結果如下所示：
PIC模擬之輸入情況如下：
電子密度，ne =1010 cm-3
電子溫度，Te =4eV
腔室長度，L-0.3m
空間單元(spatial cell)之數目10,000
單元寬度=0.3μm
時間步進值(step)=10-12 s
100,000電腦粒子
壓力=1mTorr
L,R,C是分別是與XPDP1模擬用的外部電路有關的電感、電阻和電容。在此情況下，產生電場的電壓脈衝(雖然亦可用其它方法)可用來產生相同的電場。
XPDP1，1-維PIC模擬解算器(Solver)在奈秒脈衝之前已運作5奈秒(無偏壓)，以允許該鞘形成且達成平衡(即，穩定的電漿情況)。該輸入電壓奈秒脈衝顯示在圖1B中，其中，大約-1.1x103 V之負電壓脈衝所施加的期間大約1奈秒。
在圖2至圖8中，左手側(Left-Hand Side,LHS)電極電位10(LHS-使用在模擬中的電漿反應器之左手側電極上的電壓)、橫越電漿的電位20、橫越電漿的電場30、電子能量分佈函數40(Electron Energy Distribution Function,EEDF)(表示電子之分佈相對於該電子於電漿中的能量)、 以及電子速度(x-方向)50的快照圖顯示在整個模擬期間。
圖2顯示電壓脈衝開始之前的電漿性質(plasma property)。由電位20可看出，電漿電位已穩定(即，表示電位20之線及表示電場30之線，顯示成平坦狀)。
圖3顯示電壓脈衝的上升時間中的0.1奈秒時的電漿性質。電壓脈衝可被視為LHS電位20中的向下轉入(downward turn)。又，可看出橫越電漿的輕微之電壓降(電位20)。電壓的上升是快速的(在與電子反應時間τe 相比較下)、且由於鄰接的電極之電位的突然上升，該鞘不能適應此電壓降。因此，橫越電漿的電壓降(電位)由下式來表示：
其中V =電位； ρ =帶電物種之淨密度，且 ε o =介電常數。
由上可知，電壓變化(電位20)應為線性而橫越該電漿。這顯示在圖4中，其是電壓脈衝的上升時間中的0.5奈秒時的電漿性質的快照。
即使當電壓脈衝已上升到其最大的絕對值(maximum absolute magnitude)(請參閱LHS電位10和電位20)，在此情況下，對應於其在t=6奈秒(在電壓脈衝開始之後1奈秒；請參閱圖5)時的值，所施加的電壓顯示仍然橫越整個電漿而下降。如先前所提及者，此種電壓降是由於以下事實所造成：電子具有不足夠的時間對該脈衝起反應。
圖6顯示t=7奈秒時電子已對電場起反應。結果是， 靠近該腔室的壁面形成增加的電荷分離現象、且因此形成較厚的鞘。於是，橫越整個電漿的電壓降慢慢地被增長中的鞘所適應。圖7顯示定值電壓脈衝開始之後的2.5奈秒、即t=8.5奈秒時的電漿性質。圖7中可看出平均電子速度50已增加，平均值較圖2至圖6中者更大。
現在請參閱圖8，此圖8顯示定值電壓脈衝開始之後的3.0奈秒、即t=9奈秒時的電漿性質。又，圖8中可看出平均電子速度50繼續增加。圖9亦明顯地顯示電子能量分佈函數(EEDF)40亦明確地更為陡峭，其是電子能量分佈函數(EEDF)(對數尺度)相對於電子能量(電子伏特)的圖表。曲線52表示t=6奈秒(即，電壓脈衝開始之後的1奈秒)時電漿中的電子能量的情況。曲線54表示t=7奈秒，曲線56表示t=8奈秒，曲線58表示t=9奈秒，且曲線59表示t=10奈秒時電漿中的電子能量的情況。
如上述各圖所示，可使用奈秒/次奈秒電場脈衝來修飾電漿中的電子能量分佈函數(EEDF)。因此，亦可修飾電漿中的離子/中性粒子組成物、密度和溫度，因這些參數是與電子能量分佈函數(EEDF)有關。
範例1
以下，顯示出由電漿摻雜(PLAD)工具上進行的實驗所得到的結果。請參閱圖10，離子分數比(fractionation)的變化顯示成：奈秒脈衝產生器上所施加的尖峰電壓之函數。分數比是指：電漿中被形成的離子(即，若採用二硼烷(diborane)，則可形成B2 H5 + 或B2 H4 + )。由圖10中可看出： 例如，當電壓脈衝的值增加(當施加在奈秒脈衝產生器上)時，He+ 離子之相對分數比(即，濃度)下降，但H+ 之濃度(在其它物種之間)增加。因此，藉由使奈秒脈衝產生器的電壓改變，則使用者可調整感興趣的離子之生成，以符合特定的製程。
圖11顯示脈衝電壓(pulse voltage)的改變已對產生的離子濃度所達成的效應。圖11是0.1% B2 H6 (在氦中)電漿之飛行時間(Time-of-Fly,TOF)頻譜(spectra)作為脈衝產生器電壓(pulser voltage)之函數的圖表。此圖表中，可看出He+ 和Bx Hy 分數比的生成是隨著脈衝產生器電壓而改變。就B3 Hx + 而言，可看出脈衝產生器電壓增加時使離子濃度減少；但就BHx + 和B2 Hx + 而言，脈衝產生器電壓增加時使離子濃度增加。因此，藉由調整脈衝產生器電壓，可使離子濃度更加精細(refinement)。
圖12顯示電漿中二硼烷(B2 H6 )的濃度變化如何影響使用脈衝電壓時所產生的離子濃度。圖12是0.5% B2 H6 (在氦中)電漿之飛行時間頻譜作為脈衝產生器電壓之函數的圖表。圖11和圖12中唯一的不同點是：二硼烷濃度不同(圖12中的0.5%對圖11中的0.1%)。可看出的是：藉由二硼烷濃度的改變，使奈秒-脈衝產生器的效果不同。特別是，在與圖11之B3 Hx + 尖峰比較下，可使B3 Hx + 濃度增加5倍。
圖13是硼濃度變化之二次離子質譜(Secondary Ion Mass Spectrometer,SIMS)的輪廓(profile)作為矽基板之表面下方之深度的函數圖。由此輪廓可知，相較於使用相同 的電漿濃度但無電壓脈衝(曲線60，80)來進行的類似之植入(implants)，有電壓脈衝時(曲線70，90)的淨劑量增加了大約20%。如此，曲線60和70是使用0.1%之二硼烷濃度的電漿且晶圓偏壓為0.325kV所達成的二次離子質譜的輪廓。然而，曲線70顯示了使用250V的奈秒-脈衝所達成的植入劑量，同時，曲線60顯示未使用奈秒-脈衝所達成的植入劑量。由此，所得到的結論是，使用上述所揭示的方法可在較大的深度達成較高的離子濃度。發明人相信：這是使用所揭示的電壓脈衝方法在電漿中產生較大的離子密度、以及使B2 Hx + 和B3 Hx + 的密度增加所造成的結果。圖13顯示有脈衝和無脈衝時之二次離子質譜的輪廓之比較。
類似地，曲線80和90是使用0.5%之二硼烷濃度的電漿、且晶圓偏壓為0.325kV所達成的二次離子質譜的輪廓。然而，曲線90顯示了使用250V的奈秒-脈衝所達成的植入劑量，曲線80顯示未使用奈秒-脈衝所達成的植入劑量。又，由此結果可得到的結論是：使用上述所揭示的方法可在較大的深度達成較高的離子濃度。又，二硼烷組成物的變化亦可用來影響上述濃度。奈秒-脈衝使電漿的組成發生變化，導致電漿中產生不同的化學物(chemistries)且植入機構(implant mechanism)中亦發生變化。
所示的結果揭露了可使用上述已揭示的奈米脈衝方法來修飾一植入輪廓，電漿中的二硼烷濃度可改變或未改變。
圖14是電子能量分佈函數(EEDF)之變化作為脈衝產 生器電壓的函數圖。圖14是能量分佈函數(EEDF)相對於電子能量(eV)之對數值的關係圖。所示的值是使用氬電漿在6毫托(m Torr)、550瓦且插入探針，以測得電子能量分佈的實驗中計算而得。電子能量分佈是在不同的奈秒脈衝電壓0V(100),150V(110),300V(120),450V(130),600V(140)時測得。如圖14所示，在與奈秒脈衝存在時所測得的資料(100至140)比較下，通常是無奈秒脈衝時所得到之資料(100)顯示出具有更多低能量的電子。能量分佈函數(EEDF)之斜率(表示電子溫度，Te)的增加可在XPDP1模擬中看到。
總之，電漿的平均電子能量可藉由施加奈秒電壓脈衝、或次奈秒電壓脈衝而改變，其中電壓脈衝較電子反應時間τ e 還快。這在高電漿密度時可藉由使用上升時間快的脈衝(次奈秒脈衝)來達成，或在低電漿密度時可藉由使用上升時間適度快的脈衝(奈秒脈衝)來達成(因為)。電場脈衝所具有的上升時間基本上等於或小於電子電漿頻率之倒數，使上升時間的期間或結束時脈衝的振幅足以對平均電子能量造成所期望的修飾。本文中的術語”基本上等於(substantially equal to)”是指該上升時間可稍微大於電子電漿頻率之倒數，只要保持小於離子電漿頻率之倒數即可。
所揭示的方法可對電漿中的能量分佈函數(EEDF)作修飾。這特別是可用於使間接加熱的陰極源中的H+ 分數比(fractionation)增加或發生變化，此製程可用在絕緣體上矽(SOI)的應用中。
請參考圖15，顯示了快速脈衝產生器之一種範例，其 應用在電漿摻雜(PLAD)工具中。奈秒脈衝產生器150可連接至電漿摻雜工具的調節板152(baffle)。調節板152藉由絕緣體154而與地面(ground)絕緣、且經由高壓饋送通道156而連接至脈衝產生器10。容器158中的電漿是藉由對垂直線圈160或水平線圈162線圈之一或兩者提供射頻(RF)功率而產生。
請參考圖16，顯示了快速脈衝產生器之第二範例應用在電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)工具中。奈秒脈衝產生器164連接至定位在電漿容器168內部中的圓柱形環166，且藉由例如石英之類的絕緣體170而與容器體絕緣。奈秒脈衝施加至圓柱形環166，且使出現在前鞘(presheath)中的電子”e”加速進入至電漿體172中。
請參考圖17，PECVD主要是由中性粒子、離子和基板174表面上的離子-輔助沈積來驅動。中性粒子所驅動的沈積可在高的長寬比(aspect ratio)結構178(溝槽或通孔180)之入口形成多個帽(caps)176，因此會在該結構178中形成空洞(voids)。由於此種方向性，則離子所驅動的沈積可在該結構的底部沈積所要的離子物種而不會堵塞該入口。又，在與其它平行的路徑比較下，離子-輔助沈積以快很多的速度來進行。因此，使用所揭示的方法使離子密度增加，這樣不只可藉由高長寬比結構的填充能力使處理性能獲得改進，而且沈積速度亦可獲得改進。
所揭示的方法可用來施加很快速的脈衝電壓至電漿，以使PECVD製程中的離子密度對中性粒子(即，自由基) 密度之比增大。在一實施例中，所使用的快速的負電壓脈衝所具有的上升時間小於或等於電漿頻率的倒數，但脈衝寬度小於電漿鞘中的離子傳輸時間。如上所述，電壓可施加至面對電漿的任一絕緣的表面。電子受到所施加的快速上升的電場而獲得能量且穿過電漿、使電子的路徑中的氣體分子發生離子化、激發或分解。每一電子所產生的離子化、激發、分解等等的數目是與特定製程中電子的初始能量(由電壓脈衝獲得)、氣體密度、和電子/分子碰撞截面有關。
增加電漿密度對CVD製程之方向性的影響顯示在圖18中，其中，製程方向性(正規化(normalized)的側壁：溝槽底部生長速率)針對電漿特性而繪示。由圖18可看出：電漿中的離子濃度增加將造成較大的方向性，然後提昇高長寬比的溝槽/通孔的填充性。
圖15和圖16之配置亦可在電漿中包括多個電極，且奈秒脈衝/次奈秒脈衝被施加至這些電極。多個電極和奈秒脈衝/次奈秒脈衝的組合可產生與目前的實施例不同的結果。例如，對於互相面對的二個電極(其間有電漿)非同步地施加”奈秒脈衝”時，可造成電子的鐘擺運動。電子的鐘擺運動使電漿上的電子具有放大器的效果。此種配置的同步偏壓可造成一富含電子的核心(core)。
所揭示的方法可用在期望增加/修飾離子組成物的多種應用中的任一種。例如，所揭示的方法特別是可與高分子量離子源一起使用；例如，碳硼烷、癸硼烷、十八硼烷。 沈積是與使用高分子量化合物的離子源有關的議題之一。重沈積(heavy deposition)導致源的壽命和效率下降。可藉由調整奈秒脈衝電壓而使沈積最小化，以產生較少的沈積自由基(radicals)。所施加的奈秒脈衝電場可被翻轉，而用來使自由基的產量下降，以回應於不期望的沈積。使在表面上反應的特殊的自由基的量下降，不期望的沈積可較少。
所揭示的方法之其它所期望的應用是以使用H2 離子源之絕緣體上矽(SOI)製程來進行。選擇性地增加H3 + 之組成物是與此種離子源之生產率(throughput)的增加有直接的關聯。
又，所揭示的方法可用在使用B2 H6 /H2 混合物之PLAD應用中，其是在低植入電壓時需要高植入劑量的製程。目前，這些製程由於低的硼離子密度所造成的長的植入時間而使生產率較低。這些製程亦由於長的植入時間而造成沈積物不期望地增加。在應用所揭示的方法時，期望使硼離子密度分數比獲得改進。
本發明的應用是多方面的。因此，可修飾電漿中的EEDF且因此可修飾離子/中性粒子組成物。於是，使用電漿的任何應用可由上述方法獲得。
此處所述的方法可明確地將指令所形成的程式具體形成在電腦可讀的儲存媒體上而達成自動化，該儲存媒體可由能執行指令的機器來讀取。通用電腦是此種機器的一個例子。習知的適當之儲存媒體之未受限制的例示性表列(list)包括了：可讀或可寫的CD、快閃記憶體晶片(例如， 大姆哥隨身碟(thumb drives))、各種磁性儲存媒體、及類似物等之類的裝置。
以上，雖然使用一些實施例來說明本發明，但以上的實施例中可施加多樣的修改、變更或改良而不偏離本發明的範圍，其如所附的申請專利範圍所定義者。因此，本發明不限於所述的實施例而是可具有由以下的申請專利範圍及其等效物所定義的整個範圍。
上述功能和製程中的步驟可對使用者的指令起反應而自動地或整體地或部份地執行。自動執行的動作(包括一種步驟)是回應於可執行的指令或裝置操作而進行，不需使用者直接起始該動作。
雖然已依據特殊實施例來說明本發明，但此處所述的各實施例及其變形只不過表示本發明的目的而已。此行的專家可對目前的設計作各種修改而不偏離本發明的範圍。在其它不同的實施例中，各製程和應用可位於一個或多個可對網路進行存取的(例如，分散式)處理裝置中。又，任何已揭示的功能和步驟可以硬體、軟體或其組合來實現且可設置在位於網路(包括網際網路(Internet))的任何位置上的一個或多個處理裝置中。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧左手側電位
20‧‧‧橫越電漿的電位
30‧‧‧橫越電漿的電場
40‧‧‧電子能量分佈函數
50‧‧‧電子速度(x-方向)
52、54、56、58、59‧‧‧曲線
60、70、80、90‧‧‧曲線
100、110、120、130、140‧‧‧資料
150‧‧‧奈秒脈衝產生器
152‧‧‧調節板
154‧‧‧絕緣體
156‧‧‧高壓饋送通道
158‧‧‧容器
160‧‧‧垂直線圈
162‧‧‧水平線圈
164‧‧‧奈秒脈衝產生器
166‧‧‧圓柱形環
168‧‧‧電漿容器
170‧‧‧絕緣體
172‧‧‧電漿體
174‧‧‧基板
176‧‧‧帽
178‧‧‧高長寬比結構
圖1A是1-維單元中粒子(PIC)電漿模擬之方塊圖，且具有外部電路。
圖1B是輸入電壓奈秒脈衝之圖表。
圖2是左手側電位、橫越電漿的電位、橫越電漿的電場、電子能量分佈函數、以及電子速度之一系列的圖表，其在電壓脈衝開始之前，使用圖1A之PIC電漿模擬來進行模擬。
圖3是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表，其在電壓脈衝中的0.1奈秒時顯示。
圖4是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表，其在電壓脈衝中的0.5奈秒時顯示。
圖5是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表，其在電壓脈衝的上升終點時顯示。
圖6是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表，其在電壓脈衝的上升已完成時顯示。
圖7是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表，其在電壓脈衝開始之後的3.5奈秒時顯示。
圖8是圖2中所示的多種測量之一系列的圖表，其在電壓脈衝開始之後的4奈秒時顯示。
圖9是電子能量分佈函數對電子能量的圖表。
圖10是離子分數比的變化作為奈秒脈衝產生器上所施加的尖峰電壓的函數的圖表。
圖11是0.1% B2 H6 (在氦中)電漿之飛行時間頻譜作為奈秒脈衝產生器電壓之函數的圖表。
圖12是0.5% B2 H6 (在氦中)電漿之飛行時間頻譜作為奈秒脈衝產生器電壓之函數的圖表。
圖13是硼濃度變化之二次離子質譜的輪廓作為矽基板之表面下方之深度的函數圖。
圖14是電子能量分佈函數(EEDF)之對數值對不同的奈秒脈衝產生器電壓之電子能量(eV)的圖表。
圖15是電漿摻雜(PLAD)工具中奈秒脈衝產生器之例示性實現方式。
圖16是電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)工具中奈秒脈衝產生器之第二例示性實現方式。
圖17是在電漿增強型化學氣相沈積期間，在高的長寬比結構上及其周圍所建立的橫切面圖。
圖18是製程方向性相對於電漿特性的圖表。
150‧‧‧奈秒脈衝產生器
152‧‧‧調節板
154‧‧‧絕緣體
156‧‧‧高壓饋送通道
158‧‧‧容器
160‧‧‧垂直線圈
162‧‧‧水平線圈

Claims (28)

  1. 一種修飾次大氣壓電漿的方法，包括：提供一饋送氣體至一腔室；激發所述饋送氣體以產生一電漿；以及施加一電場脈衝至所述電漿，所述電場脈衝的上升時間基本上等於或小於電子電漿頻率之倒數，且所述電場脈衝所具有的期間小於離子電漿頻率之倒數；其中，所述電場脈衝選擇性地影響所述電漿的電子，但基本上不影響所述電漿的離子；且受影響的電子修飾了所述電漿中所述離子和中性粒子的組成物、密度和溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述電場脈衝被施加以一選取的值，使所述電漿中所期望的離子或自由基的濃度最大化。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述提供該饋送氣體至該腔室的步驟包括：提供一饋送氣體化學物，使所述電漿中所期望的離子或自由基的濃度最大化。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述電場脈衝被施加至一電漿摻雜工具。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述電場脈衝藉由施加電壓至與所述饋送氣體相接觸的表面而產生。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的修飾次大氣壓電漿的 方法，其中，施加多個電場脈衝源至所述電漿。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述多個電場脈衝源的第一個和第二個提供互相不同步的脈衝。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述多個電場脈衝源的第一個和第二個提供同步的脈衝。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述饋送氣體包括：選自於含有碳硼烷、癸硼烷和十八硼烷之表列的化合物。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，施加所述電場脈衝的步驟修飾了所述電漿的電子能量分佈函數、以及所述電漿的離子/中性粒子組成物。
  11. 一種修飾次大氣壓電漿的方法，包括：提供一饋送氣體至一腔室；激發所述饋送氣體以產生一電漿；以及施加一電場脈衝至所述電漿，所述電場脈衝的上升時間基本上等於或小於電子電漿頻率之倒數，且所述電場脈衝所具有的期間小於離子電漿頻率之倒數；其中，所述電場脈衝選擇性地影響所述電漿的電子，但基本上不影響所述電漿的離子；且藉由電子密度和能量分佈之控制來控制脈衝上升時 間、脈衝期間、和脈衝振幅的至少其一，以修飾所述電漿中的離子和中性粒子之組成物、密度、和溫度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述電場脈衝被施加以一選取的值，使所述電漿中所期望的離子或自由基基的濃度最大化。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述提供該饋送氣體至該腔室的步驟包括：提供一饋送氣體化學物，使所述電漿中所期望的離子或自由基的濃度最大化。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述電場脈衝被施加至一電漿摻雜工具。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述電場脈衝被施加至一電漿蝕刻工具。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述電場脈衝被施加至一電漿增強化學氣相沈積工具。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，施加多個電場脈衝源至所述電漿。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述多個電場脈衝源的第一個和第二個提供互相不同步的脈衝。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述多個電場脈衝源的第一個和第二個提供同步的脈衝。
  20. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述饋送氣體包括：選自含有碳硼烷、癸硼烷和十八硼烷之表列的化合物。
  21. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，施加所述電場脈衝的步驟修飾了所述電漿的電子能量分佈函數以及所述電漿的離子/中性粒子組成物。
  22. 如申請專利範圍第11項所述的修飾次大氣壓電漿的方法，其中，所述電場脈衝藉由施加電壓至與所述饋送氣體相接觸的表面而產生。
  23. 一種調整電漿的方法，包括：施加一電場脈衝至所述電漿，所述電場脈衝的上升時間基本上等於或小於電子電漿頻率之倒數，所述電場脈衝所具有的期間小於離子電漿頻率之倒數；其中，所述電場脈衝選擇性地影響所述電漿的電子，但基本上不影響所述電漿的離子。
  24. 一種調整電漿的方法，包括：施加一連續電磁波脈衝至所述電漿，所述連續電磁波脈衝包括無振盪極性的電場、且具有的頻率大於或等於電子電漿頻率，所述連續電磁波脈衝的上升時間基本上等於或小於電子電漿頻率之倒數，且所述連續電磁波脈衝所具有的期間小於離子電漿頻率之倒數；其中，所述連續電磁波脈衝選擇性地影響所述電漿的電子，但基本上不影響所述電漿的離子。
  25. 一種電漿摻雜系統，包括：一腔室；一調節板，支撐在所述腔室中，所述調節板與所述腔室絕緣；以及一脈衝產生器，經由一高壓饋送通道而連接至所述調節板；其中，所述脈衝產生器設置成：提供一電場脈衝至容納在所述腔室中的一電漿，所述電場脈衝的上升時間基本上等於或小於電子電漿頻率之倒數，且所述電場脈衝所具有的期間小於離子電漿頻率之倒數。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的電漿摻雜系統，其中，所述電場脈衝的上升時間等於或小於1奈秒。
  27. 如申請專利範圍第25項所述的電漿摻雜系統，其中，所述脈衝產生器更設置成：以一選取的值提供所述電場脈衝，使所述電漿中所期望的離子或自由基的濃度最大化。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的電漿摻雜系統，更包括：一射頻功率源，激發在所述腔室中的一饋送氣體以產生所述電漿。
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