[发明专利]宽带离子束产生与控制用的共轭ICP与ECR等离子源

说明书

背景技术

在生产集成电路(integrated circuit，IC)时通常会使用离子植入器(implanter)，以藉由p型或n型掺杂(doping)在半导体晶圆(通常为硅)中形成具有不同导电性的区。在此类装置中，用等离子源使掺杂气体离子化。自所述源中提取正离子束，将所述离子束加速至所要能量，对其进行质量过滤，然后引导向所述晶圆。当离子撞击晶圆时，离子穿透至特定深度(依据其动能及质量)，并在晶圆内形成具有不同导电性(依据掺杂元素的浓度)的区。此等区的n或p掺杂特性伴随其在晶圆上的几何组态界定其功能性，例如电晶体内的n-p-n或p-n-p接面(junction)。藉由许多此类掺杂区的互相连接，晶圆可转变成复合集成电路。

图1中显示代表性离子植入器50的方块图。功率源1将所需的能量(DC或RF)传递至等离子源2，以致能掺杂气体的离子化。在毫托(mTorr)范围内的压力下(由抽真空系统(vacuum pumping system)所确认)藉由质量流量受控系统(mass-flow controlled system)(未图示)将气体馈入至等离子腔内。依据所要的掺杂剂，在带有或不带有共载气(co-carrier gas)的情况下引入不同的氟化物或氢化物掺杂气体，如BF₃、PF₃、AsF₃、GeF₄、B₂H₆、PH₃、AsH₃、GeH₄等。等离子腔具有孔径(aperture)3，透过此孔径藉由电极4的组合来提取离子。常用方案为三极体(triode)组合，其中等离子腔孔径处于高正电势下，然后是负电势下的第二电极(抑制电极)，最后是接地电势下的第三电极。第二电极的作用是阻止二次电子(secondary electron)流回至等离子腔。然而，其它提取电极组合如四极体、五极体或单透镜(Einzel lenses)亦是可能的。此等退出的离子形成为射束(beam)20，该射束20随后穿过质量分析器磁铁6。所提取的离子束由离子的混合体组成。例如，自BF₃气体提取的射束将主要由BF₃⁺、BF₂⁺、BF⁺、B⁺及F⁺离子组成。因此，必须使用质量分析器来自离子束中移除多余成份，从而产生具有所要能量且由单离子物质(在BF₃的情况下为B⁺离子)组成的离子束。为了将能量减小至所要级别，所要物质的离子随后穿过减速级(deceleration stage)8，该减速级8可包含一或多个电极。减速级的输出是分散的离子束。校正器磁铁10用来扩展离子束，接着将所述离子束转变成平行的带状离子束。带状射束顺着角度校正器10指向晶圆或工件。在一些实施例中，可添加第二减速级12。晶圆或工件附接至晶圆支撑件14。晶圆支撑件14提供垂直运动，使得晶圆可被带入射束路径中，然后上下穿过固定带状离子束。晶圆支撑件14亦可被旋转，以便可相对于晶圆表面成不同入射角来执行植入。在晶圆位于射束路径以外时，可藉由法拉第杯(Faraday cup)16来量测所述射束电流。基于射束电流值及所要剂量，计算晶圆曝露时间或扫描速度以及穿过带状离子束的次数。

考虑到自等离子源提取离子的速率由

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