[发明专利]离子源

说明书

技术领域

本发明总体上涉及离子源，更具体地涉及适合于生成沿着电离室的纵轴具有相对均匀的离子密度剖面的离子束的离子源。

背景技术

离子注入已经是半导体器件制造中的关键技术并且当前用于许多工艺，包括晶体管中的pn结的制作，尤其是对于诸如存储器和逻辑芯片的CMOS器件。通过创建包含在硅衬底中制作晶体管所需的掺杂元素的带正电荷的离子，离子注入器能够选择性地控制引入到晶体管结构中的能量（由此，注入深度）和离子电流（由此，剂量）这二者。传统上，离子注入器已使用生成长度达到约50mm的带状束的离子源。该束被传送到衬底，并且通过跨过衬底的带的电磁扫描、跨过束的衬底的机械扫描、或这二者，来实现所需的剂量和剂量均匀性。在某些情况下，初始带状束能够通过沿着纵轴扩散而扩展为伸长的带状束。在某些情况下，束甚至能够假定具有椭圆或圆形的剖面。

当前，业界在扩展常规离子注入器的设计以产生更大程度的带状束方面存在兴趣。扩展带状束注入的这个业界兴趣是由于近来全行业转向诸如450nm直径硅晶圆的更大衬底而产生的。在注入期间，衬底能够跨过扩展的带状束被扫描，而束保持稳定。扩展的带状束使得能够更高的剂量率，这是因为，由于扩展的带状束的降低的空间电荷膨胀，得到的更高离子电流能够经过注入器束线而被传送。为了实现跨过衬底注入的剂量的均匀，带状束中的离子密度需要相对于沿其长度维度延伸的纵轴十分均匀。但是，在实践中难以实现这样的均匀。

在某些束注入器中，在束传送期间，校正器光学器件被包括在束线中以改变离子束的离子密度剖面。例如，博纳斯型（Bernas-type）离子源已被用于产生50mm到100mm长之间的离子束，其随后扩张为期望的带状尺寸并通过离子光学器件被校准以产生比要注入的衬底更长的束。如果从离子源提取时束极为不均匀，或者如果由空间电荷加载和/或束传送光学器件引入了畸变，则使用校正器光学器件通常不足以创建良好的束均匀性。

在某些束注入器设计中，使用了大容量离子源，其包括沿弧形狭缝的纵轴对准的多个阴极，使得能够调整从每个阴极的发射以修改离子源内的离子密度剖面。多个气体引入线沿着源的长轴分布，以提升离子密度剖面的更好的均匀性。这些特征试图在束提取期间产生均匀的剖面，同时限制束剖面校正光学器件的使用。尽管有这些努力，在提取的离子束中建立均匀的离子密度剖面的问题仍是带状束离子注入器的制造者最关注的之一，尤其是在使用提取孔尺寸超过100mm的离子源时。因此，需要改进的离子源设计，能够产生相对均匀的提取的离子束剖面。

发明内容

本发明提供一种改进的离子源，能够生成具有均匀离子密度剖面的带状束，并且充分地扩展以基本上沿其长度注入衬底，诸如300mm或450mm的衬底。在某些实施例中，扩展的带状束，诸如450mm带状束，由本发明的离子源生成，然后经过离子注入器被传送，而在传送期间，束尺寸基本保持。能够利用缓慢的水平机械扫描，跨过稳定的带状束扫描衬底。

在一个方面，提供了一种离子源，包括至少一个电子枪。电子枪包括用于生成电子束的电子源、用于接收气体的入口、等离子体区域和出口。等离子体区域至少由阳极和接地元件限定。等离子体区域适合于从经由入口接收的气体形成等离子体，等离子体由通过电子源生成的至少一部分电子束来维持。出口被配置为输送以下至少之一：（i）由等离子体所生成的离子或（ii）由电子源生成的电子束的至少一部分。

在另一方面，提供了一种离子源，包括电离室和两个电子枪。电离室包括：i）沿着延伸经过电离室的纵轴在两个相对端处的两个内部孔以及ii）沿着电离室的侧壁用于从电离室提取离子的排出孔。两个电子枪的各自相对于两个内部孔之一而定位。每个电子枪包括用于生成电子束的电子源、用于从电离室接收气体的入口、和用于从气体生成等离子体的等离子体区域。等离子体区域由通过电子源生成的电子束的至少一部分来维持。每个电子枪向电离室输送以下至少之一：（i）由对应的电子枪的等离子体所形成的离子或（ii）由对应的电子枪生成的电子束的至少一部分。

在又一方面，提供了一种用于操作离子源的方法。该方法包括：通过电子枪的电子源来生成电子束；在电子枪的入口处接收气体；在电子枪的等离子体区域中从气体和电子束形成等离子体；以及经由电子枪的出口向电离室提供以下至少之一：（i）由等离子体形成的离子或（ii）电子束的至少一部分。