[发明专利]一种无灯丝等离子体溢流枪电荷中和体系结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种无灯丝等离子体溢流枪电荷中和体系结构，特别地涉及离子注入机，属于半导体器件制造领域。

背景技术

离子注入参杂工艺是半导体器件制造不可缺少的一步。在离子注入过程中，带正电荷的离子注入到晶片上半导体器件的各个部分。对导体部分来说，这些正电荷离子可以在器件内部被来自衬底材料的电子中和。然而当这些正离子撞击到器件的绝缘层时(如：栅极氧化层)，它们就会在此绝缘层中累积正电荷，从而导致在此薄薄的氧化层间形成高电场。当此电场的强度高于某个阈值时，薄的栅极氧化层就会被击穿损坏，因而导致器件损坏。随着半导体器件的尺寸缩小，栅极氧化层会变得越来越薄，所以需要在离子注入时消除掉这些累积的正电荷离子。

大多数的离子注入机采用等离子体溢流枪或是等离子体溢流枪提供负电子来中和离子束中的正离子。传统的方法是先加热钨丝来产生热电子，继而热电子轰击小型弧室内的惰性气体使其离化，离化后的气体从设计好的缝隙中扩散出来形成一束电子源，提供电子与晶片上的累积正离子中和。然而采用此种方法，加热的钨灯丝会在晶片表面沉积钨元素，造成钨污染；另外惰性气体的等离子体溅射到灯丝上会使得灯丝断裂，需停工更换损坏部件，影响正常生产。

发明内容

本发明即是针对现有技术中存在的问题而提出的一种无灯丝等离子体溢流枪电荷中和体系结构，该结构采用的是RF射频能源和低能中和电子，在“电荷中和”技术上明显优于灯丝溢流枪的性能，又消除了重金属钨对晶片的污染。大大提高了器件的性能和降低了晶片上器件的损坏率。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种无灯丝等离子体溢流枪电荷中和体系结构，其特征在于：一个射频电源，一个气体源，一个加长的放电起弧室，一个引出电极，一个引出电源和一个溢流枪控制器组成了无灯丝等离子体溢流枪的体系结构，如图1所示。

所述的射频电源与加长的放电起弧室相关联，所述的气体源与加长的放电起弧室相连，所述的引出电极与加长的放电起弧室相关联，所述的引出电源与引出电极电极相连，所述的溢流枪控制器与射频电源、气体源和引出电源相连接。在本发明等离子体溢流枪工作时，所述的气体源向加长的放电起弧室输入惰性气体，所述的射频电源向加长的放电起弧室输送射频能量，惰性气体在射频能量的激发下在起弧室内放电起弧产生等离子体；所述的加长的放电起弧室的一侧有一长长的缝隙，所述的引出电极安放在起弧室缝隙的前面，所述引出电源给引出电极提供一正电势，在此正电势的牵引下，电子从放电起弧室的长长的缝隙中溢出，形成一宽宽的电子束，该电子束的宽度可设计为覆盖晶圆片直径；所述的溢流枪控制器统一控制和管理着射频电源、气体源和引出电源，在溢流枪控制器的协调控制下，本发明的无灯丝等离子体溢流枪可按要求发射出无重金属污染的一宽宽带状低能电子束。

本发明具有如下显著优点：

1.本发明在溢流枪控制器的控制协调下可将溢出电子的能量控制在低能范围，并覆盖离子束宽度范围，组成了性能非常优秀的电荷中和系统，使离子束的正电荷得到中和，使注入工艺中电荷聚集导致的器件损坏的风险大大降低。由于采用了低能中和电子，消除了电子“反充电”对器件的损坏。

2.传统的等离子体和等离子体溢流枪采用钨灯丝设计，加热钨丝的污染就会沉积在硅晶片上，导致器件性能的降低。本发明采用无灯丝设计，使被注入的硅晶片上消除了重金属钨的污染。

3.本发明采用无灯丝设计，不存在灯丝断裂引起的故障和停工对生产的影响，有效提高了设备的可靠性和生产率。

附图说明

图1为本发明的一种无灯丝等离子体溢流枪结构的框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍，但不作为对本发明的限定。

本发明只是在离子注入机中为提高器件性能和成品率所开发的一个电荷中和部件。在注入工艺中，离子注入机既可以产生水平方向带状离子束，也可产生水平向的点扫描束，具有带宽的离子束水平向覆盖了硅晶片的宽度；而被注入的硅晶片则面向射来的均匀的离子束带沿垂直方向作均匀的扫描运动。要进行适当的电荷中和就要求沿水平方向在整个硅晶片直径距离内引入电子流。

参照图1，无灯丝溢流枪结构包括一个射频电源1，一个气体源2，一个加长的放电起弧室3，一个引出电极4，一个引出电源5和一个溢流枪控制器6。