[发明专利]宽带离子束产生用的高密度螺旋等离子源

说明书

背景技术

离子植入器常用在集成电路(IC)及平面显示器的生产上，以在半导体晶圆(通常为硅)上藉由P型或n型掺杂来产生不同导电性的区域。在此装置中，等离子源用以离子化掺杂的气体。正离子的光束由等离子源中提取并加速到预定的能量，经过质量过滤然后直接到达晶圆。当离子轰击晶圆时，离子贯穿至某个深度(由离子的动能及质量而定)并产生不同导电性的区域(由掺杂元素的密度而定)于晶圆中。这些区域中的n或p掺杂的性质及其在晶圆上的几何结构定义了这些区域的机能，例如定义了晶体管内部的n-p-n结面(junctions)或p-n-p结面。藉由如此多个掺杂区域的互相连接，晶圆可转变成复杂的集成电路。

图1为一代表性的离子植入器50的方块图。电源供应器1传送所要求的能量(直流或射频)至等离子源2，以便致能(enable)掺杂气体的离子化。气体经由一质量流控制系统(未示出)而在压力为毫托(mTorr)范围下馈送至等离子室，并由真空泵系统来保持着。由所欲掺杂物决定，不同的氟化物或氢化物掺杂的气体，例如BF₃，PF₃，AsF₃，GeF₄，B₂H₆，PH₃，AsH₃，GeH₄或其他一起或不在一起的共同承载气体被引入。等离子室具有一可使离子通过并且被一电极4的结合而提取的孔径3。常用的方案是一种三极管的组合，其中等离子室孔径是在高的正电能，而第二电极(抑制电极)在负电能且第三电极在接地电能。第二电极用来避免二次电子回流到等离子室。然而，其他提取电极的组合，例如八极管(thetrode)、五极管或Eisel透镜也是可行的。这些射出的离子形成一束20并通过质量分析仪6。被提取的离子束由相混合的离子所组成。例如，由BF₃气体所提取的束主要包括BF₃⁺，BF₂⁺，BF⁺，B⁺，及F⁺离子。因此，必须使用质量分析仪移除离子束中的不要成份，致使离子束具有预定的能量并包含单个离子的类别(在BF₃，B⁺离子的情况下)。为减少到达预定位准(level)的能量，预定类别(species)的离子通过可包括一个或多个电极的减速台8。减速台的输出为发散的离子束。校正器磁铁10用来展开离子束并转换离子束为平行的带离子束。藉由角校正器10，使带束到达晶圆或工件。在某些实施例中，第二减速台12可被加入。晶圆或工件被贴附在晶圆支撑件14。晶圆支撑件14提供垂直的运动，以使晶圆可被带入到束路径并上下地通过被固定的离子带束。晶圆也可被旋转以使植入可在相对于晶圆表面上以不同的入射角度被执行。随着晶圆不在束路径上，束电流可以由法拉第杯(Faraday cup)16来测量。基于束电流值与所要的剂量(dose)，晶圆曝光时间或通过带离子束的次数被计算出。

从等离子源中提取离子的速率经过考虑可由此公式得知：

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