[发明专利]用于离子源的集成提取电极操纵器

说明书

模块化离子源和提取设备200包括选择性地电连接到电压电位的离子源室202，其中离子源室包括提取孔203。提取电极206位于靠近离子源室的提取孔的位置，其中提取电极被配置为从离子源室提取离子，并且可以电接地。一个或多个连杆208可操作地连接到离子源室，并且一个或多个绝缘体210将提取电极连接到相应的一个或多个连杆，其中一个或多个绝缘体使相应的一个或多个连杆与提取电极电绝缘，其中提取电极与离子源室电绝缘。一个或多个致动器212、218、220可操作地将一个或多个连杆连接到离子源室，其中一个或多个致动器被配置成使一个或多个连杆相对于所述离子源室平移，其中使提取电极在一个或多个轴线上平移。

技术领域

本发明总体涉及离子注入系统，更具体地说涉及具有模块化离子源的离子源，该模块化离子源具有集成的提取电极操纵器，其减少与离子源和提取电极相关联的时间量和维护量。

背景技术

在半导体器件和其他离子相关产品的制造中，使用10个注入系统来将掺杂剂元素注入半导体晶片、显示面板或其它类型的工件。典型的离子注入系统或离子注入器利用已知配方或工艺用离子束冲击工件，以便产生n型或p型掺杂区域，或在工件中形成钝化层。当用于掺杂半导体时，离子注入系统注入选定的离子物质以产生所需的非本征材料。通常，掺杂剂原子或分子被离子化和隔离，有时被加速或减速，形成为离子束，并注入到工件中。掺杂剂离子物理地轰击并进入工件的表面，随后在其晶格结构中停留在工件表面下方。

离子注入已经成为工业上优先选择以在大规模制造集成电路中用杂质掺杂半导体的技术。离子剂量和离子能量是用于定义注入步骤的两个最重要的变量。离子剂量与给定半导体材料的注入离子的浓度有关。通常，高电流注入器(通常大于10毫安(mA))离子束电流)用于高剂量注入物，而中等电流注入器(通常能够达到约10mA的束电流)用于低剂量的应用。

离子能量是用于控制半导体器件的结深度的主要参数。构成离子束的离子的能级决定了注入离子的深度。诸如用于在半导体器件中形成逆行阱的那些高能量过程需要高达几百万电子伏(MeV)的注入物，而浅结可能需要低于1000电子伏(1keV)的超低能量(ULE)。

典型的离子注入器包括三个部分或子系统：(i)用于产生离子束的离子源，(ii)离子束提取系统，(iii)包括用于质量分辨离子束的质量分析磁体的束线，以及(iv)包含待由离子束注入的半导体晶片或其它基板的靶室。半导体器件越来越小的持续趋势是驱动束线结构以在低能量下传送高束电流。高离子束电流提供所需的剂量水平，白色低能量允许浅注入物。例如，CMOS器件中的源极/漏极扩展使得对于这种高电流，低能量应用是理想的。

离子注入器中的离子源通常通过在离子源室内离子化含有所需掺杂元素的源气体而产生离子束，并且提取系统以离子束的形式提取电离源气体。电离过程由电子束来实现，该电子束可以采取诸如热加热灯丝或射频(RF)天线的热离子发射器的形式。热离子发射器通常被电偏压，使得发射的电子获得足够的能量来电离，而RF天线将高能RF信号传送到源室以激励环境电子。

因此，高能电子离子化离子源室中的源气体以产生所需的离子。由源气体产生的所需掺杂剂离子的实例可包括硼(B)、磷(P)或砷(As)。在利用热离子发射器进行电离的离子源中，局部发射器温度通常超过2500℃，由发射器热照射的源极室可达到约700℃的温度。

在离子源内生成的离子通过与位于源室外部的一个或多个提取电极相关联的电场经过细长的源孔或狭缝提取。源极孔和提取电极可以由石墨制成，利用石墨在高温下的低蒸气压以及对工件的低污染风险，因为硅中非常小量的碳对半导体的电性能影响很小，每个提取电极系统通常包括间隔开的元件，其形成细长的提取间隙，离子束通过该提取间隙。如果需要带正电的离子束，则提取电极相对于源极孔被负电偏压。