[发明专利]提供多模式离子源的技术

说明书

技术领域

本发明大体上是有关于半导体制造装备，且更明确而言，是有关于提供多模式离子源的技术。

背景技术

离子植入是通过用受激(energized)离子直接轰击基板来将化学物质沉积至基板中的制程。在半导体制造中，离子植入器主要用于掺杂制程，其更改目标材料的导电性的类型及位准。集成电路(integrated circuit，IC)基板及其薄膜结构中的精确掺杂轮廓对适当IC效能而言常常是至关紧要的。为达成所要掺杂轮廓(profile)，可以不同剂量且以不同能量位准来植入一或多个离子种类。

图1描绘已知离子植入器系统100。离子植入器系统100可包括离子源102及一系列复杂的组件，离子束10可穿过所述组件。所述系列的组件可包含(例如)萃取调处器(extraction manipulator)104、过滤器磁铁106、加速或减速柱108、分析器磁铁110、旋转质量狭缝(mass slit)112、扫描器114以及校正器磁铁116。非常类似于调处光束的一系列光学透镜，离子植入器组件可在将离子束10向目标晶圆120(位于晶圆平面12中)导引之前，对离子束10进行过滤及聚焦。可使用许多量测装置(诸如剂量控制法拉第杯(Faraday cup)118、行进(traveling)法拉第杯124以及设置(set up)法拉第杯122，来监视并控制离子束条件。

离子源102为离子植入器系统100的关键组件。需要离子源102来针对多种不同离子种类及萃取电压而产生稳定且可靠的离子束10。

图2描绘可用于离子植入器系统100中的离子源200的典型实施例。离子源200可为感热式阴极(inductively heated cathode，IHC)离子源，其通常用于高电流离子植入装备。离子源200包括弧室(arc chamber)202，其具有导电腔室壁214。在弧室202的一端处，存在具有钨丝204位于其中的阴极206。钨丝204耦合至能够供应高电流的第一电源208。所述高电流可加热钨丝204，以导致电子的热离子发射。第二电源210可以比钨丝204高得多的电位偏压阴极206，以致使所发射的电子向阴极206加速并加热阴极206。加热阴极206导致阴极206将热离子电子发射至弧室202中。第三电源212可相对于阴极206而偏压腔室壁214，使得电子以高能量加速至弧室中。源磁铁(未图示)可在弧室202内部产生磁场B，以限制高能(energetic)电子，且位于弧室202另一端的反射极(repeller)216可以与阴极206相同或类似电位偏压以反射高能电子。气体源218可将前驱物植入物质(例如AsH₄、PH₄、BF₃、GeF₄)供应至弧室202中。高能电子可与前驱物植入物质交互作用以产生等离子体20。萃取电极(未图示)可接着经由萃取孔220自等离子体20萃取离子22，供离子植入器100中使用。

已知离子植入中当前存在的问题在于通常为相对较高植入能量(例如，数十kV(10’s kV))下的有效操作而设计的离子植入器无法在较低能量(例如，kV以下(sub-kV))下有效地起作用。举例而言，使用低能量掺杂剂束的一个应用为在互补金属氧化物半导体(complimentary metal-oxide semiconductor，CMOS)制造中形成超浅电晶体接面。具体而言，将低能量硼(p型掺杂剂)植入硅晶圆中是特别重要的。

较低能量下的此低效性通常是由空间电荷限制导致。柴耳得-兰牟(Child-Langmuir)关系J～(Z/A)^1/2V^3/2/d²描述受空间电荷控制的束的电流密度限制。此处，离子束的电流密度限制J与电荷质量比(Z/A)的平方根且与萃取电位V的二分之三次幂成比例地缩放。因此，在较低束能量(例如，较低萃取电位V)下，当与较高能量下的相同物质的萃取相比，可获得较小离子电流密度。

举例而言，因为离子沿束线前进(“束冲散(beam blow-up)”)，低能量束中的空间电荷趋向于导致束横截面面积(“轮廓”)变大。当束轮廓(profile)超过植入器的传输光学器件已为之设计的轮廓时，发生经渐晕现象(vignetting)的束损失。举例而言，在500eV的传输能量下，已知离子植入器通常无法传输足够的硼束电流以用于有效的商业制造。晶圆产量由于较低植入剂量速率而减小。