[发明专利]离子植入控制的激发气体注入

说明书

背景技术

离子植入机(ion implanters)通常用于生产半导体晶圆(semiconductor wafers)。离子源(ion source)用以产生将导向晶圆的带电离子束。当离子击中晶圆时，它们在撞击的区域中授与电荷。这电荷容许晶圆的特定区域被适当地“掺杂”。掺杂区域的组态定义其功能，并且经由使用导电内连线，可将这些晶圆转换成复杂的电路。

典型的离子植入机1的方块图显示于图1。电源供应器(power supply)2供应必需的能量给离子源3以便能够产生离子。离子源3产生想要的种类的离子。在某些实施例中，这些物种(species)是最适合应用于高能植入的单原子。在其他的实施例中，这些物种是较适合应用于低能植入的分子。离子源3具有离子可藉以通过的孔隙。电极(electrodes)4吸引这些离子到达且穿越孔隙。这些离子变成将通过质量分析器(mass analyzer)6的离子束95。具有鉴别孔隙(resolving aperture)的质量分析器6用以由离子束(ion beam)移除不想要的成分，使得具有想要的能量及质量特征的离子束经由鉴别孔隙通过。然后想要的种类的离子通过可包括一个或多个电极的减速平台(deceleration stage)8。减速平台的输出是发散的离子束。

校正器磁铁(corrector magnet)13用以使发散的离子束转向成为具有实质上平行的轨道的一组小离子束。校正器磁铁13最好包括彼此分开以形成小离子束藉以通过的缺口的磁线圈(magnet coil)及磁极部(magnetic pole pieces)。提供能量给线圈以便在缺口内产生磁场，这使小离子束根据所施加的磁场的强度及方向而转向。磁场藉由变还通过磁线圈的电流予以调整。另一方面，也可利用例如平行放置的透镜的其他的结构来执行这项功能。

遵循角度校正器13，带状离子束将导向工件(workpiece)。在某些实施例中，可加入第二减速平台11。工件依附在工件支撑器(workpiece support)15。工件支撑器15对各种植入应用提供多样化位移。

参照图2，图中显示可并入离子植入机1的传统的离子源。图2所示的离子源可包括界定离子源处理室(ion source chamber)14的处理室外壳(chamber housing)10。处理室外壳10的一边具有离子藉以通过的萃取孔隙(extraction aperture)12。在某些实施例中，这孔隙是洞，而在例如大电流植入的其他应用中，这孔隙则是狭缝或一组洞。

阴极(cathode)20位于离子源处理室14的一末端。灯丝(filament)30位于阴极20的附近及离子处理室的外部。斥拒极(repeller)60位于离子源处理室14的另一末端。

灯丝电源电压54供应能量给灯丝30。通过灯丝30的电流将其充分地加热(亦即超过2000℃)以便产生热电子(thermo-electrons)。偏压电源电压(bias supply voltage)52用以施加正电压实质上高于灯丝30的偏压于阴极20。这个大电压差的效果导致灯丝所放射的热电子加速朝向阴极。当这些电子冲击阴极时，阴极明显地变热，常常达到温度超过2000℃。称为旁热式阴极(indirectly heated cathode，IHC)的阴极接着放射热电子进入离子源处理室14。

电弧电源(arc supply)50用以施加正电压高于阴极的偏压于离子处理室外壳10。电弧电源通常施加偏压于外壳10至正电压高于阴极20大约50-100伏特(Volts)的电压。这个电压差使阴极20所放射的电子加速朝向外壳10。

最好依照方向62产生磁场，通常利用位于处理室外部的磁极86。磁场的效果是将放射电子禁闭于磁力线(magnetic field lines)内。以静电方式禁闭于阴极与斥拒极之间的放射电子沿着离子源磁场进行螺旋移动，因而有效地离子化背景气体(background gases)且形成离子(如图3所示)。

蒸汽或气源(gas source)40用以提供原子或分子进入离子源处理室14。分子可以是多样的物种，包括但不局限于惰性气体(inert gases)(例如氩或氢)、含氧气体(例如氧及二氧化碳)、含氮气体(例如氮或三氟化氮)以及其他的含掺杂物气体(例如二硼烷、三氟化硼或五氟化砷)。这些背景气体藉由电子撞击予以离子化，因而形成等离子体(plasma)80。