[发明专利]使用离子束的半导体装置

说明书

技术领域

这里公开的示范性实施例涉及用于制造半导体器件的半导体装置，例如，用于制造半导体器件的使用离子束的半导体装置。

背景技术

半导体装置可用于各种半导体制造工艺。例如，半导体装置可用于材料层或衬底蚀刻、氧化、氮化、掺杂剂离子注入或表面处理。

通常，使用离子束的半导体装置包括第一和第二格栅(grid)以及其中可产生等离子体的腔。第一格栅可相对靠近等离子体，第二格栅可相对远离等离子体。例如，第二格栅可靠近待处理的半导体衬底。相对高的正电势可施加到第一格栅，地电势可施加到第二格栅。由于第一和第二格栅之间的电势差，由腔中的正等离子体形成的离子束会从第一格栅通过第二格栅运行到半导体衬底。

然而，这样的半导体装置具有局限性。例如，因为地电势通常施加到腔壁，腔内的等离子体的电势会通过施加到第一格栅的高的正电势而增大。因此，由于例如腔壁和第一格栅之间的电势差的变化，等离子体会变得不稳定。结果，溅射会通过等离子体的离子而发生在腔壁上，或者会发生离子束的波动或挠曲，导致半导体器件的制造有缺陷。此外，因为半导体装置会需要精度调节来解决这样的局限性，所以工艺窗(process window)减小。

发明内容

示范性实施例提供一种使用离子束同时保持等离子体稳定的半导体装置。示范性实施例还提供一种能够诱发具有足够能量水平的离子束同时保持等离子体稳定的半导体装置。

示范性实施例提供一种半导体装置，包括：等离子体腔，包括可向其施加参考电压的壁部分和其中可产生等离子体的内部空间；以及多个格栅，邻近该等离子体腔且从等离子体诱发离子束。每个格栅可包括离子束可从其穿过的多个诱发孔。具有与参考电压相同电势电平的电压可施加到多个格栅中最靠近等离子体的第一格栅，具有与参考电压不同电势电平的电压可施加到多个格栅中最远离等离子体的最后格栅。

因为施加到第一格栅的电压可具有与参考电压相同的电势电平，所以等离子体的稳定性不会受第一格栅和等离子体腔的壁部分之间的电势差的影响。此外，因为施加到最后格栅的电压可具有与参考电压不同的电势电平，所以与第一和最后格栅之间的电势电平差相应的能量可提供给离子束。

在示范性实施例中，离子束可以是正离子束。施加到最后格栅的电压可具有比参考电压低的电势电平。所述多个格栅可包括至少一个布置在第一和最后格栅之间作为通量调整格栅的格栅。具有比参考电压低的电势电平的电压可施加到通量调整格栅。施加到通量调整格栅的电压可具有比施加到最后格栅的电压低的电势电平。

在另一示范性实施例中，离子束可以是负离子束。施加到最后格栅的电压可具有比参考电压高的电势电平。该多个格栅可包括至少一个在第一和最后格栅之间作为通量调整格栅的格栅。具有比参考电压高的电势电平的电压可施加到通量调整格栅。施加到通量调整格栅的电压可具有比施加到最后格栅的电压高的电势电平。

在又一示范性实施例中，半导体装置还可包括用于将离子束转化为中性束的中性化单元。该多个格栅可设置在等离子体腔和中性化单元之间。具有与施加到最后格栅的电压相同电势电平的电压可施加到中性化单元。中性化单元可包括与离子束成角度定位的多个反射板。供选地，中性化单元可包括板，可穿过其形成多个穿孔。离子束在通过穿孔时可转化为中性束。中性化单元的穿孔可对准格栅的诱发孔。穿孔可具有比诱发孔大的高宽比。

在又一示范性实施例中，等离子体腔的壁部分可包括外壁和内壁，外壁可由导电材料形成，内壁可在外壁上且可由介电材料形成。内壁可毗邻等离子体腔的内部空间，参考电压可施加到外壁。在再一示范性实施例中，参考电压可具有地电势电平。

附图说明

包括附图以提供对示范性实施例的进一步理解，附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出半导体装置的示范性实施例，且与文字描述一起用来说明示范性实施例的原理。图中：

图1是根据示范性实施例的半导体装置的示意图；

图2是示出图1的A部分的放大图；

图3是曲线图，示出在离子束的离子是正离子的情况下提供给等离子体腔、中性化单元(neutralizing unit)和格栅的电压；

图4是曲线图，示出在离子束的离子是负离子的情况下提供给等离子体腔、中性化单元和格栅的电压；以及

图5是根据示范性实施例的半导体装置的示意图。