TWI479531B - 離子源與來自其之特定離子物種離子電流輸出的改善方法 - Google Patents

離子源與來自其之特定離子物種離子電流輸出的改善方法 Download PDF

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Description

離子源與來自其之特定離子物種離子電流輸出的改善方法
本發明是有關於一種離子植入控制的技術。
離子植入機(ion implanters)通常用於生產半導體晶圓(semiconductor wafers)。離子源(ion source)用以產生將導向晶圓之帶電離子束。當離子擊中晶圓時，它們在撞擊的區域中授與電荷。這電荷容許晶圓的特定區域被適當地「摻雜」。摻雜區域的組態定義其功能，並且經由使用導電內連線，可將這些晶圓轉換成複雜的電路。
典型的離子植入機1的方塊圖繪示於圖1。電源供應器(power supply)2供應必需的能量給離子源3以便能夠產生離子。離子源3產生想要的種類的離子。在某些實施例中，這些物種(species)是最適合應用於高能植入之單原子。在其他的實施例中，這些物種是較適合應用於低能植入之分子。離子源3具有離子可藉以通過之孔隙。電極(electrodes)4吸引這些離子到達且穿越孔隙。這些離子變成將通過質量分析器(mass analyzer)6之離子束95。具有鑑別孔隙(resolving aperture)之質量分析器6用以由離子束(ion beam)移除不想要的成分，使得具有想要的能量及質量特徵之離子束經由鑑別孔隙通過。然後想要的種類的離子通過可包括一個或多個電極之減速平臺(deceleration stage)8。減速平臺的輸出是發散的離子束。
校正器磁鐵(corrector magnet)13用以使發散的離子束 轉向成為具有實質上平行的軌道之一組小離子束。校正器磁鐵13最好包括彼此分開以形成小離子束藉以通過之缺口之磁線圈(magnet coil)及磁極部(magnetic pole pieces)。提供能量給線圈以便在缺口內產生磁場，這使小離子束根據所施加的磁場的強度及方向而轉向。磁場藉由變更通過磁線圈的電流予以調整。另一方面，也可利用例如平行放置的透鏡之其他的結構來執行這項功能。
遵循校正器磁鐵13，帶狀離子束將導向工件(workpiece)。在某些實施例中，可加入第二減速平臺11。工件依附在工件支撐器(workpiece support)15。工件支撐器15對各種植入應用提供多樣化位移。
參照圖2，圖中繪示可併入離子植入機1之傳統的離子源。圖2所示之離子源可包括界定離子源處理室(ion source chamber)14之處理室外殼(chamber housing)10。處理室外殼10的一邊具有離子藉以通過之萃取孔隙(extraction aperture)12。在某些實施例中，這孔隙是洞，而在例如大電流植入之其他應用中，這孔隙則是狹縫或一組洞。
陰極(cathode)20位於離子源處理室14的一末端。燈絲(filament)30位於陰極20的附近及離子處理室的外部。斥拒極(repeller)60位於離子源處理室14的另一末端。
燈絲電源電壓54供應能量給燈絲30。通過燈絲30之電流將其充分地加熱(亦即超過2000℃)以便產生熱電子(thermo-electrons)。偏壓電源電壓(bias supply voltage)52用 以施加正電壓實質上高於燈絲30之偏壓於陰極20。這個大電壓差的效果導致燈絲所放射的熱電子加速朝向陰極。當這些電子衝擊陰極時，陰極明顯地變熱，常常達到溫度超過2000℃。稱為旁熱式陰極(indirectly heated cathode,IHC)之陰極接著放射熱電子進入離子源處理室14。
電弧電源(arc supply)50用以施加正電壓高於陰極之偏壓於離子處理室外殼10。電弧電源通常施加偏壓於外殼10至正電壓高於陰極20大約50-100伏特(Volts)之電壓。這個電壓差使陰極20所放射的電子加速朝向外殼10。
最好依照方向62產生磁場，通常利用位於處理室外部的磁極86。磁場的效果是將放射電子禁閉於磁力線(magnetic field lines)內。以靜電方式禁閉於陰極與斥拒極之間的放射電子沿著離子源磁場進行螺旋移動，因而有效地離子化背景氣體(background gases)且形成離子(如圖3所示)。
蒸汽或氣源(gas source)40用以提供原子或分子進入離子源處理室14。分子可以是多樣的物種，包括但不侷限於惰性氣體(inert gases)(例如氬或氫)、含氧氣體(例如氧及二氧化碳)、含氮氣體(例如氮或三氟化氮)以及其他的含摻雜物氣體(例如二硼烷、三氟化硼或五氟化砷)。這些背景氣體藉由電子撞擊予以離子化，因而形成電漿(plasma)80。
在離子源處理室14的較遠末端，陰極20的反向，最好施加偏壓於斥拒極60至等同陰極20之電壓。這使得放射電子以靜電方式禁閉於陰極20與斥拒極60之間。在離 子源處理室14的每一個末端使用這些結構將最大化放射電子與背景氣體的交互作用，因而產生高密度電漿。
圖3繪示圖2之離子源的不同視圖。源磁鐵(source magnet)86產生跨越離子處理室之磁場62。陰極20與斥拒極60維持在相同的電位，以便有效地禁閉與背景氣體碰撞而產生電漿80之電子。施加偏壓於電極組90以便吸引離子到達且穿越萃取孔隙12。然後這些萃取的離子將形成離子束95且如上所述般使用。
圖4繪示離子植入系統的另一實施例，亦即電漿浸沒(plasma immersion)。電漿摻雜系統(plasma doping system)100包括界定內容積103之處理室(process chamber)102。平台(platen)134配置於處理室102以便支撐工件138。在一例中，工件138包括碟形半導體晶圓，例如在一實施例中是直徑300毫米(mm)的矽晶圓。可藉由靜電力或機械力箝制工件138於平台134的平坦表面。在一實施例中，平台134可包括用以連接工件138之導電腳位(pins)(未繪示)。
氣源104經由質量流量控制器(mass flow controller,MFC)106提供摻雜氣體(dopant gas)給處理室102的內容積103。氣擋板(gas baffle)170配置於處理室102中以便均勻地分佈來自氣源104的氣體。壓力計(pressure gauge)108測量處理室102的內部壓力。真空泵(vacuum pump)112經由處理室102的排氣口(exhaust port)110從處理室102排除廢氣。排氣閥(exhaust valve)114藉由排氣口110控制排氣 氣導(exhaust conductance)。
電漿摻雜系統100可更包括電性連接質量流量控制器106、壓力計108以及排氣閥114之氣壓控制器(gas pressure controller)116。氣壓控制器116可用以在處理室102中維持想要的壓力，其方式為在響應於壓力計108之反饋迴路中利用排氣閥114控制排氣氣導或利用質量流量控制器106控制製程氣體流量速率。
處理室102可具有處理室頂端118，其中包括由依水平方向延伸之介電質所構成的第一區段120。處理室頂端118也包括由依垂直方向從第一區段120延伸一高度之介電質所構成的第二區段122。處理室頂端118更包括由依水平方向延伸跨越第二區段122之導電導熱材料所構成的蓋子124。
電漿摻雜系統可更包括用以在處理室102內產生電漿140之電漿源101。電漿源101可包括例如電源供應器之射頻源(RF source)150，以便供應射頻功率給平面天線(planar antenna)126及螺旋天線(helical antenna)146之一或兩者來產生電漿140。射頻源150可藉由阻抗匹配網路(impedance matching network)152耦合平面天線126、螺旋天線146，阻抗匹配網路152匹配射頻源150的輸出阻抗與射頻天線(平面天線126、螺旋天線146)的阻抗以便最大化從射頻源150轉移到射頻天線(平面天線126、螺旋天線146)之功率。
電漿摻雜系統100也可包括電性耦合平台134之偏壓電源供應器(bias power supply)148。偏壓電源供應器148 用以提供具有脈衝開啟(ON)及關閉(OFF)週期之脈衝式平台訊號(pulsed platen signal)來施加偏壓於平台134(由此也施加偏壓於工件138)，以便在脈衝開啟(ON)週期期間加速離子從電漿140朝向工件138，而在脈衝關閉(OFF)週期期間則否。偏壓電源供應器148可以是直流電(DC)或射頻(RF)電源供應器。
電漿摻雜系統100可更包括配置在平台134周圍之防護環(shield ring)194。如同所屬技術領域所周知，可施加偏壓於防護環194以便改善工件138的邊緣附近之植入離子分佈的均勻度。例如環狀法拉第感測器(annular Faraday sensor)199之一個或多個法拉第感測器可配置於防護環194中以便感測離子束電流。
電漿摻雜系統100可更包括控制器(controller)156及使用者介面系統(user interface system)158。控制器156可以是或可包括能夠程式設計來執行想要的輸入/輸出功能之通用電腦或通用電腦的網路。控制器156也可包括其他的電子電路或元件，例如特殊應用積體電路、其他的硬體線路或可程式化電子裝置、離散元件電路等等。控制器156也可包括通訊裝置、資料儲存裝置以及軟體。為了繪示的清楚起見，控制器156繪示成只提供輸出訊號給電源供應器148、150，且只從法拉第感測器199接收輸入訊號。任何所屬技術領域中具有通常知識者將明瞭控制器156可提供輸出訊號給電漿摻雜系統100的其他元件且可由此接收輸入訊號。使用者介面系統158可包括例如觸控螢幕(touch screens)、鍵盤、使用者指向裝置(user pointing devices)、顯示器、印表機等等之裝置，以便容許使用者藉由控制器156輸入命令及/或資料並且/或者監控電漿摻雜系統。
在操作中，氣源104供應包含想要的植入摻雜物之初始摻雜氣體給工件138。氣壓控制器116調節供應初始摻雜氣體給處理室102之速率。電漿源101用以在處理室102內產生電漿140。電漿源101可藉由控制器156予以控制。為了產生電漿140，射頻源150使射頻電流在射頻天線(平面天線126、螺旋天線146)其中至少一個中共振以便產生振盪磁場。振盪磁場感應射頻電流使其流入處理室102。處理室102的射頻電流激發及離子化初始摻雜氣體以產生電漿140。
偏壓電源供應器148提供脈衝式平台訊號來施加偏壓於平台134(由此也施加偏壓於工件138)，以便在脈衝式平台訊號的脈衝開啟(ON)週期期間加速離子從電漿140朝向工件138。可選擇脈衝式平台訊號的頻率及/或脈衝的工作週期以便提供想要的劑量率(dose rate)。可選擇脈衝式平台訊號的振幅以便提供想要的能量。當所有的其他參數相等時，較大的能量將導致較大的植入深度。
須知在兩種系統中，供應給處理室之氣體用以產生將植入晶圓之離子。傳統上，這些氣體包括例如氫、氬、氧、氮之元素氣體，或者包括但不侷限於二氧化碳、三氟化氮、二硼烷、三氟化磷、三氟化硼或五氟化砷等等之其他分子。
如上所述，將離子化這些氣體以產生想要的植入離 子。當應用於離子源時，為了最大化特定的離子物種的產生，必須控制幾個變數，其中包括來源氣體流量、電弧電流、離子源材料、側壁溫度以及其他的變數。同樣地，當應用於電漿植入時，將利用因子(factors)在晶圓區域上產生均勻的帶電物種。修改例如電漿源天線設計、壓力、功率、標靶的偏壓電壓、側壁/標靶溫度以及其他之因子以便產生想要的離子分佈。
尚未予以完整地利用之一個因子是控制進來的來源氣體的特性。如上所述，將根據應用而使用不同類型的氣體。然而，一旦選定氣體，就不對此來源氣體作其他的修改。藉由變更來源氣體的特性來控制離子物種的成分及其空間分佈是有益的。
本發明解決先前技藝的問題，其內容說明利用變化氣體(altered gas)及/或原子氣體注入之離子源。當應用於離子束時，可直接使用來源氣體，如同傳統的供應方式。另一方面或除此之外，可在引導來源氣體至離子源處理室之前藉由使其通過遠端電漿源(remote plasma source)而予以變換。這可用以產生受激中性粒子(neutrals)，因而可提供用以產生特定的原子離子、重離子、介穩態分子(metastable molecules)或多價離子之有利的離子源條件。在另一實施例中，使用多樣的氣體，其中一種或多種氣體通過遠端電漿產生器(remote plasma generator)。在某些實施例中，氣體 在供應給離子源處理室之前先在單一電漿產生器中組合。
當應用於電漿浸沒時，電漿經由一個或多個額外的氣體注入位置(gas injection locations)注入處理室。這些注入位置容許流入處理室外部的遠端電漿源所產生的額外分子。
圖5繪示應用於離子束之氣體注入系統之第一實施例。傳統上，氣源40直接與離子源處理室14交流。然而，圖5繪示依照第一實施例之氣體注入系統的元件。在這實施例中，氣源40可與質量流量控制器(MFC)220交流。質量流量控制器(MFC)負責調節氣源40的氣體流量至想要的流量速率。質量流量控制器(MFC)的輸出與可調節式旁通閥(adjustable bypass valve)210及遠端電漿源200交流。然後可調節式旁通閥210及遠端電漿源200的輸出合併在一起且與離子源處理室14交流。
遠端電漿源200可以是任何適合的類型。然而，最好是對於高密度電漿及/或受激中性粒子物種產生能力具有廣泛操作範圍之電漿源。在一實施例中，使用其操作壓力介於10-6 托(Torr)與10-1 托(Torr)之間之微波電漿源(電子迴旋加速器共振類型)來產生高密度、高度電離化物種及/或高度受激中性粒子物種。在第二實施例中，使用其操作壓力介於10-1 托(Torr)與大氣壓力之間之微波電漿源(例如MKS Instruments公司所製造的ASTRON®)來產生分解或受激的中性粒子。在其他的實施例中，第二旁熱式陰極 (IHC)離子源用以產生將供應給離子源14之較重的中性粒子及離子化物種。在其他的實施例中，可使用螺旋電漿源(helicon source)、電感式耦合電漿(inductively-coupled plasma,ICP)源、電容式耦合電漿源(capacitively-coupled plasma source)、中空陰極(hollow cathode,HC)電漿源或基於燈絲的電漿源(filament-based plasma source)。術語「遠端電漿源」意指包含任何能夠將分子轉換成變化狀態(altered state)之裝置。變化狀態不只包括電漿，也包括離子、受激中性粒子以及介穩態分子。眾所周知，離子只是帶有電荷的原子或分子，例如BF2 + 。與原子或分子有關的受激中性粒子在電性上仍然是中性粒子。然而，這些原子或分子具有一個或多個處於受激能量狀態之電子。最後，可產生與分子組態有關的介穩態分子，例如四氟化二硼(B2 F4 )或五氟化四硼(B4 F5 )。然而，這些分子無法長時間保持那些組態，因為它們很可能重新組合或分解成更常見的分子組態。這些變化狀態之每一狀態：電漿、離子、受激中性粒子以及介穩態分子都有其重要性。因此，遠端電漿產生器未必需要實際產生電漿作為其輸出。
當啟用遠端電漿源200時，氣源40的分子將通過質量流量控制器(MFC)220且進入電漿源。來源氣體可根據遠端電漿源的類型及其操作參數予以變換。在某些例子中，來源氣體用以產生受激中性粒子、介穩態分子或離子態分子。在其他的例子中，來源氣體分解成原子及/或較小的分子物種。在另外的實施例中，將組合來源氣體以產生較 重的分子或介穩態分子。
若特定物種的最大萃取電流必需的，則可照著調整來源氣體注入以便最佳化(或最大化)離子源處理室14之此特定離子的濃度。例如，以低壓力及高功率操作遠端電漿源可促進受激中性粒子的產生。當這些受激中性粒子進入離子源處理室14時，將強化單原子離子及/或多價離子的產生，因而增加單原子離子及/或多價離子電流的萃取。
例如，一般供應像是三氟化硼之來源氣體給離子源處理室。旁熱式陰極離子化這氣體，藉以產生多樣的離子物種，例如BF2 + 、BF+ 、F+ 、Bx Fy + 以及B+ 。在本發明中，供應此來源氣體給最好以高功率及低壓力操作之遠端電漿源。這遠端電漿源接著產生受激分解的中性粒子或各種分解的離子化物種。然後供應這些多樣物種給離子源處理室14。因為已經修改所供應的氣體的成分及能階(energy levels)，所以離子源的輸出同樣受影響，因而產生更多特定種類的離子。在這例子中，將產生更小的離子物種，例如B+ 及BF+ 。
在其他的實施例中，想要產生較重的離子，例如二聚物(dimmers)、三聚物(trimers)或四聚物(tetramers)。可能以極高的壓力操作遠端電漿源，藉以使分子組合成較重的中性粒子物種或介穩態分子。然後供應這些受激重分子及介穩態分子給離子源處理室14。
例如，一般供應像是砷及磷之來源氣體給離子源處理室14。為了產生較重的物種，必須以低功率操作離子源處 理室，並且所輸出的電流通常相當小。依照一實施例，可供應這些來源氣體給其操作壓力遠高於用以產生單原子物種的壓力之遠端電漿源200，以便產生這些較重的中性粒子物種，例如As2 、As3 、P2 、P3 以及P4 。然後供應這些較重的物種給離子源處理室14，並且在此予以離子化及萃取成離子束。因為藉由使用遠端電漿源來增加較重的物種的濃度，所以得到的離子束擁有較大的電流。
雖然上述說明只強調使用遠端電漿源200，但是本發明並未侷限於這實施例。使用可調節式旁通閥210容許混合分子來源氣體與來自遠端電漿源200的輸出。可調整混合結果以便能夠精密地控制分子來源氣體與遠端電漿源的輸出之比例而達成想要的效果。
圖6繪示氣體注入系統之第二實施例，可與圖3的離子源處理室一起使用。在這實施例中，兩種不同的來源氣體分別與各自的質量流量控制器(MFC)320、325交流。這些質量流量控制器(MFCs)320、325分別與遠端電漿源300、305以及可調節式旁通閥310、315交流。藉由使用質量流量控制器(MFCs)可控制每一種來源氣體的流量速率。此外，藉由使用可調節式旁通閥可單獨針對每一種來源氣體變更注入的分子來源氣體與處於變化狀態的來源氣體之比例。此外，藉由複製圖6所示之結構可利用多於兩種來源氣體。最後，圖6繪示容許注入來源氣體A、受激的來源氣體A、來源氣體B以及受激的來源氣體B之完全彈性的系統。每一種都能以變動數量供應，其中每一個流 量速率與其他的速率完全無關。然而，所繪示之元件並非全部都是必需的。例如，假設在特定的實施例中，只有來源氣體A與來源氣體B的兩狀態是必需的。在這種情況下，有可能排除遠端電漿源300及可調節式旁通閥310。另一方面，若來源氣體B只有在其受激狀態是必需的，則可排除可調節式旁通閥315。
在某些實施例中，兩種個別的來源氣體容許特殊化元件。例如，可提供一種來源氣體、旁通閥以及遠端電漿源給n型摻雜物，同時提供第二組元件給p型摻雜物以避免潛在的交互污染及/或改善服務能力(serviceability)。
圖7繪示適合與圖3的離子源處理室14一起使用之另一實施例。在這實施例中，利用共同的遠端電漿源330可使兩種來源氣體流入單一電漿源。兩種來源氣體(可以是元素或化合物氣體)的這種刻意反應可用以產生將注入離子源處理室14之新化合物氣體。
藉由這麼做，可產生想要的分子，其取得方式為在來源區域及/或遠端電漿區域的真空環境內組合多種不同的氣體。換言之，使不同的氣體進入真空環境或電漿處理室，以便能夠反應產生想要的分子。這些分子可能有助於特定的目的，例如植入、沈積或用於清洗。可修改分子的形成，其方式為藉由各種控制機制(例如磁場、流量、壓力或電場及/或屬性)來操控電漿條件以產生想要的效果。因此，可實現新分子或強化分子的形成且在製程中直接予以利用。這種情況的一個例子是使用兩種來源氣體引導氫化物及氟 化物，然後兩者將組合以產生氟化氫(HF)，這是更常見的分子之一。
加入多樣的氣體及操控處理室內反應的條件可容許修改分子的形成，否則這些分子可能是不穩定的、有毒的、自燃的、危險的或具有使其不方便儲存及散裝運輸之其他特性。因此，在這實施例中，只有為了使用的目的以及想達成的效果才產生這些分子。
再次，如上所述，圖7所示之元件不需要全部出現。例如，若來源氣體A及來源氣體B僅受激於組合狀態，則不需要包括個別的遠端電漿源300、305。另一方面，若不需要注入來源氣體之一的分子形式，則可排除相對應的旁通閥。
遠端電漿源300、305、330與離子源處理室14之間的路徑長度是重要的考量。萬一經過的路徑太長，任何介穩態、受激或分解的物種可能在進入離子源處理室14之前重新組合。可運用幾種技術最小化存在於遠端電漿源之物種重新組合。在某些實施例中，最小化遠端電漿源與離子源處理室之間的實際距離。在其他的實施例中，利用局部磁性禁閉架構(localized magnetic confinement scheme)以便能夠運送充滿能量的電子及離子到離子源處理室。在另外的實施例中，利用位於遠端電漿源的輸出附近之孔口(orifice)針對不同的操作條件提供必要的壓力差。
圖5至圖7之氣體注入系統主要想與離子束系統之現存的離子源結合使用。因此，氣體注入系統用以在氣體進 入離子源處理室14之前予以變換氣體。由此，所注入的氣體可依據能量、組態以及分解而處於不同的中性條件，這是因為接著將使用離子源來離子化進入的氣體。
圖8繪示應用於離子束之另一實施例。在這實施例中，稱為前室(antechamber)400之第二處理室用以在來源氣體進入離子源處理室14之前予以激發。來自一個或多個氣源40之氣體進入前室400。前室400可具有旁熱式陰極420，並且具有位於其一末端之燈絲430及位於其另一末端之斥拒極460。雖然圖8繪示斥拒極460位於前室的左端且斥拒極60位於離子源的右端，然而未必要這樣。例如，前室的斥拒極460與離子源的斥拒極60可位於其各自的處理室的同一邊。若前室與離子源處理室如圖8所示排列成一線，則相同的源磁鐵86(用以禁閉電子及離子於離子源處理室14內)也可用以在前室400中提供相同的功能。
如上所述，氣體流入前室400，在此予以處理而形成受激中性粒子及某些離子。然後這些受激分子經由位於前室的頂端之小開口或洞450進入離子源處理室14。須知在這實施例中，前室的頂端也當作離子源處理室14的底部。因此，受激、分解及/或較重的中性粒子在前室400中予以處理之後將進入離子源處理室14。並且，因為電場與離子源處理室14及前室400平行，所以可使用一般的磁場(例如源磁鐵86所產生的磁場)來禁閉離子源操作所需要的電子於兩處理室內。
在某些實施例中，連接前室與離子源處理室14之洞 450極小，例如0.5毫米(mm)。以這種方式，前室400的壓力可明顯不同於離子源處理室的壓力。如上所述，藉由產生遠端電漿源可最佳化想要的物種的形成。例如，為了產生較重的物種及介穩態物種，前室的壓力保持遠高於離子源處理室14的壓力，例如大約100-500毫托(mTorr)。這樣能產生較重的受激中性粒子物種，例如P2 及P4 。然後這些分子容許經由連接處理室的小洞進入離子源處理室14予以離子化。
另一方面，高功率及低壓力用以產生單原子的物種。例如，可供應三氟化硼給前室400。前室400之陰極420用以使氣體碎裂成多種離子物種及受激中性粒子。然後這些物種進入離子源處理室，在萃取成離子束之前予以進一步碎裂。藉由預先處理氣體，將增加例如B+ 之特定帶電離子的濃度，導致特定物種的離子束電流變大。
雖然上述說明利用旁熱式陰極(IHC)離子源作為前室，然而也可使用其他類型的電漿源來產生前室。例如，也可使用傳統的Bernas式離子源、中空陰極式離子源或基於燈絲的離子源。在其他的實施例中，可使用如同稍早所說明之其他類型的電漿源。
在其他的實施例中，利用電漿浸沒來執行離子植入。同樣地，變化來源氣體注入也可用於電漿浸沒植入。如圖4所示，來源氣體經由靠近容積頂端的導管(conduit)進入處理室102。然後利用天線(平面天線126、螺旋天線146)予以轉換成電漿，並且在晶圓上擴散。氣擋板170用以在處 理室102內較均勻地散佈電漿。對於這些植入應用，控制電漿的均勻度及沈積圖案對達成可接受的植入均勻度而言是很關鍵的。然而，源自電漿產生及電漿禁閉之不對稱使得對於某些應用難以達成這目標，特別是對於低能量的應用。此外，不對稱的抽氣(pumping)可能使系統增加額外的不均勻度。
為了補償這均勻度，可將氣體注入位置510加入處理室102。圖9繪示幾個遠端電漿源500的加入。這些遠端電漿源可以是參考離子束植入系統之上述類型。每一個遠端電漿源接收來源氣體(例如來自中央儲存器(central reservoir))。然後變換這氣體以產生電漿、離子、受激中性粒子以及介穩態分子。如上所述，根據想要的特定物種，可使用不同的壓力及功率準位(power level)來產生不同的特性。然後可將這些變化狀態注入處理室102。在圖9中，繪示四個側邊注入位置。然而，這只是一個實施例；也可提供更多或更少的注入位置。須知較佳的注入位置是沿著處理室102的側邊，靠近平面天線126，如圖10所示。這容許平面天線126有效地激發所注入的氣體成為電漿，藉以幫助改善工件上的均勻度。在某些實施例中，受激氣體流入每一個氣體注入位置的速率是相同的，並且只調整每一個遠端電漿源500之功率。然而，若想要不對稱的氣體注入，則質量流量控制器(MFC)可位於來源氣體儲存器與每一個遠端電漿源500之間。由此，可改善處理室內電漿的均勻度及中性粒子的均勻度。
雖然圖9繪示遠端電漿源的輸出直接與注入位置交流，但是本發明未必要這樣。例如，可使用圖5至圖7所示之任何組態與圖9的系統結合。換言之，可供應來源氣體與變化分子(altered molecules)之混合物(如圖5所示)給一個或多個注入位置。同樣地，也可供應兩種氣體與其變化形式之混合物(如圖6所示)給多個注入位置之一。最後，也可使用圖7所示之組態來供應氣體給一個或多個注入位置。可對每一個注入位置複製這些組態之元件。另一方面，可分配一組此種元件給兩個或更多個注入位置。
在另一實施例中，如圖10所示，將供應來自遠端電漿源500e的分子給位於處理室102的頂端之氣體注入位置520。使用遠端電漿源預先處理氣體可用以補償電漿源及/或禁閉所導致的基本不對稱。遠端電漿源500e供應氣體給這個注入位置。這個遠端電漿源可以是任何適合的裝置，例如上述那些裝置。
在操作上，氣源104供應多種氣體之一給一個或多個遠端電漿源500。如上所述，這些遠端電漿源激發來源氣體。然後使變化氣體經由注入位置510進入電漿處理室102。在某些實施例中，每一個注入位置必須有不同的速率流量，因而每一個注入位置使用各自的質量流量控制器(MFC)。在某些實施例中，要供應給注入位置的變化氣體是相同的，因此只使用一個遠端電漿源來供應氣體給所有的注入位置，其中每一個位置的流量速率受到單獨的質量流量控制器(MFC)控制。在其他的實施例中，要供應給每 一個注入位置的變化氣體可以是不同的。例如，最好能在電漿處理室102的外緣附近注入較重的物種，這是因為這些物種無法像較輕的離子一樣迅速地擴散。在這種情況下，可使用多於一個遠端電漿源500。
雖然本發明已經說明上述特定實施例，但是任何所屬技術領域中具有通常知識者將明瞭可作許多變更及修改。
因此，所提及之實施例想要繪示而非限制本發明。在不脫離本發明的精神的情況下當可實現各種實施例。
1‧‧‧離子植入機
2‧‧‧電源供應器
3‧‧‧離子源
4‧‧‧電極
6‧‧‧質量分析器
8‧‧‧減速平臺
10‧‧‧處理室外殼
11‧‧‧第二減速平臺
12‧‧‧萃取孔隙
13‧‧‧校正器磁鐵
14‧‧‧離子源處理室
15‧‧‧工件支撐器
20、420‧‧‧陰極
30、430‧‧‧燈絲
40、104‧‧‧氣源
50‧‧‧電弧電源
52‧‧‧偏壓電源電壓
54‧‧‧燈絲電源電壓
60、460‧‧‧斥拒極
62‧‧‧磁場
80、140、480‧‧‧電漿
86‧‧‧源磁鐵
90‧‧‧電極組
95‧‧‧離子束
100‧‧‧電漿摻雜系統
101‧‧‧電漿源
102‧‧‧處理室
103‧‧‧處理室的內容積
106、220、320、325‧‧‧質量流量控制器
108‧‧‧壓力計
110‧‧‧排氣口
112‧‧‧真空泵
114‧‧‧排氣閥
116‧‧‧氣壓控制器
118‧‧‧處理室頂端
120‧‧‧第一區段
122‧‧‧第二區段
124‧‧‧蓋子
126‧‧‧平面天線
134‧‧‧平台
138‧‧‧工件
146‧‧‧螺旋天線
148‧‧‧偏壓電源供應器
150‧‧‧射頻源
152‧‧‧阻抗匹配網路
156‧‧‧控制器
158‧‧‧使用者介面系統
170‧‧‧氣擋板
194‧‧‧防護環
199‧‧‧環狀法拉第感測器
200、300、305、330、500a、500b、500c、500d、500e‧‧‧遠端電漿源
210、310、315、317、319‧‧‧可調節式旁通閥
400‧‧‧前室
450‧‧‧洞
510、520‧‧‧氣體注入位置
A、B‧‧‧來源氣體
圖1是習知之一種高電流離子植入機的方塊圖。
圖2是習知之一種應用於離子束之離子源的示意圖。
圖3是圖2之離子源的主要元件的示意圖。
圖4是一種電漿浸沒系統的示意圖。
圖5是依照本發明之第一實施例之一種應用於離子束之氣體注入系統的示意圖。
圖6是依照本發明之第二實施例之一種應用於離子束之氣體注入系統的示意圖。
圖7是依照本發明之第三實施例之一種應用於離子束之氣體注入系統的示意圖。
圖8是依照本發明之第四實施例之一種應用於離子束之氣體注入系統的示意圖。
圖9是依照本發明之一實施例之一種用於電漿浸沒系統之氣體注入系統的示意圖。
圖10是圖9之氣體注入系統的第二視圖。
14‧‧‧離子源處理室
200‧‧‧遠端電漿源
210‧‧‧可調節式旁通閥
220‧‧‧質量流量控制器

Claims (16)

  1. 一種離子源，包括：a.離子處理室外殼，界定離子源處理室，其中分子經由一個或多個入口進入所述離子處理室外殼；b.氣源，與遠端電漿產生器交流；以及c.所述遠端電漿產生器，具有與所述入口之一交流之輸出，其中所述遠端電漿產生器將所述氣源所供應的氣體在運送到所述離子處理室之前予以轉換成變化狀態，且所述氣體經轉換成所述變化狀態用以產生離子束。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，更包括連接所述氣源與所述入口之一之旁通閥。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，更包括與第二遠端電漿產生器交流之第二氣源，並且所述第二遠端電漿產生器具有與所述入口之一交流之輸出，其中所述第二遠端電漿產生器將所述第二氣源所供應的氣體在運送到所述離子處理室之前予以轉換成變化狀態。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之離子源，更包括連接所述第二氣源與所述入口之一之旁通閥。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，更包括與所述遠端電漿產生器交流之第二氣源。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，其中所述遠 端電漿源是選自由微波電漿源、螺旋電漿源、電感式耦合電漿源、電容式耦合電漿源、中空陰極電漿源以及基於燈絲的電漿源所構成的群組。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之離子源，其中所述遠端電漿源包括具有旁熱式陰極之前室。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之離子源，其中所述前室包括外殼，並且所述外殼的頂端表面包含所述離子處理室外殼的底部表面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之離子源，其中所述前室的所述頂端表面包含變化分子藉以穿越所述離子處理室外殼之孔隙。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之離子源，其中使用磁場將離子禁閉於所述離子源處理室內，並且所述前室利用所述磁場。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之離子源，其中所述前室內的壓力大於所述離子源處理室內的壓力。
  12. 一種來自離子源之特定離子物種之離子電流輸出的改善方法，包括：a.提供離子源，所述離子源包括：i.離子處理室外殼，界定離子源處理室，其中分子經由一個或多個入口進入所述離子處理室外殼； ii.氣源，與遠端電漿產生器交流；以及iii.所述遠端電漿產生器，具有與所述入口之一交流之輸出，其中所述遠端電漿產生器將所述氣源所供應的氣體在運送到所述離子處理室之前予以轉換成變化狀態，且所述氣體經轉換成所述變化狀態用以產生離子束；以及b.提供能量給所述遠端電漿產生器，以便產生將運送到所述離子源之變化分子。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之來自離子源之特定離子物種之離子電流輸出的改善方法，其中所述遠端電漿產生器的操作壓力高於所述離子源，以便產生較重的中性粒子物種。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之來自離子源之特定離子物種之離子電流輸出的改善方法，其中所述特定的離子物種包括較重的離子物種。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之來自離子源之特定離子物種之離子電流輸出的改善方法，其中所述遠端電漿產生器的操作功率高於所述離子源，以便產生更多的受激及分解的中性粒子物種。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之來自離子源之特定離子物種之離子電流輸出的改善方法，其中所述特定的離 子物種包括單原子的離子物種，並且也包括多價離子物種。
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