[发明专利]等离子体流枪以及等离子体回路组件

说明书

本发明提供一种使用于离子植入系统的等离子体流枪以及等离子体回路组件。等离子体流枪包括绝缘块部分以及配置于绝缘块部分的相对两侧上的第一导电块部分与第二导电块部分。导电带可耦接于第一导电块部分与第二导电块部分之间。导电块部分与中心体部分包括一起形成密闭回路等离子体腔室的凹处。为了将射频电功率感应耦合至密闭回路等离子体腔室中以激发气体物质来产生等离子体，电源耦接于导电块部分。在第二导电块部分中的凹处包括紧缩区域，其中紧缩区域的截面尺寸小于与紧缩区域直接相邻的部分的密闭回路等离子体腔室的截面面积。紧缩区域可紧邻在形成于第二导电部分中的出口部分。

【相关申请案的交叉参考】

本发明为2013年10月25日申请的第61/895,787号待决美国临时专利申请案的非临时申请案，名称为“基板电荷中和用紧缩淹没式等离子体桥枪”所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明实施例涉及半导体结构的离子植入领域。更特别的是，本发明涉及一种用来产生低能量等离子体及导引其与离子束接触的具有紧缩出口布置的等离子体流枪。

背景技术

离子植入是一种用于将杂质离子掺杂至基材中的处理，所述基材例如半导体晶片。一般而言，离子束由离子源腔室被导向基材。不同的供给气体被供应至离子源腔室，以得到用于形成具有特定掺质特性的离子束的等离子体。举例来说，于离子源内由供给气体磷化氢(PH₃)、三氟化硼(BF₃)或砷化氢(AsH₃)产生不同的原子离子与分子离子，且接着加速以及以质量选择原子离子与分子离子。所产生的离子植入基材中的深度是以离子植入的能量及离子的质量为根据。可按不同剂量及不同能阶将一种或多种离子物种植入目标晶片或基材中，以得到想要的装置特性。在基材中精确的掺杂轮廓对于适当的装置操作是重要的。

在植入处理期间，正电荷离子在目标基材上的轰击可造成在晶圆晶片表面的绝缘部分上堆积正电荷，且随即导致正电位。高能离子也可帮助经由自晶圆晶片的二次电子发射进行进一步晶圆晶片充电。所得的正电位可在一些微型结构中产生强电场，并造成永久性的损害。等离子体流枪(Plasma Flood Gun；PFG)可用来缓解这种电荷堆积。特别的是，等离子体流枪通常可在入射的离子束撞击至晶圆晶片或目标基材上之前，才位在靠近入射的离子束的平板附近。等离子体流枪通常包括等离子体腔室，其中等离子体是经由惰性气体(例如是氩(Ar)、氙(Xe)或氪(Kr))的原子的离子化而产生。将来自等离子体的低能电子引入离子束中，并吸引至目标晶圆晶片以中和过度带正电荷的晶圆晶片。

现存的等离子体流枪具有许多缺点。其中一个显著的缺点为金属污染。尤其是，某些传统的等离子体流枪使用热钨丝来产生等离子体。在操作期间，钨丝会逐渐消耗，并且钨原子会污染离子植入系统及处理中的晶片。另一个常见的金属污染源为等离子体流枪的等离子体腔室本身。等离子体腔室的内表面通常包含有一种或多种的金属或金属化合物。内表面持续暴露于等离子体放电可能会释放金属原子至离子植入系统内。放置于等离子体腔室内的金属电极或其他的金属组件可能也会造成类似的污染。

虽然可藉由实质上用介电材料所建构的等离子体腔室来减轻污染的问题，但因为非导电性的内表面会增加等离子体电位，且必然会影响所发射的电子的能量，所以此解决方法应该是不适当的。对于离子植入系统中的电荷中和来说，相对低的电子能量通常是较佳的。低能电子可轻易地被陷在离子束的正电位内，且接着在束线内朝向带正电荷晶片行进。相较而言，过度高能电子可脱离束线且不会到达晶片。并且，如果过度高能电子到达晶片，会导致在晶片表面上形成净负电荷充电。此可造成在晶片表面上堆积过量的负电荷，其中于晶片表面上可累积这样的负静电电荷的程度与到达晶片的电子能量有关。