[发明专利]用浸润式低电感RF线圈和多尖端磁铁配置的感应耦合等离子体流体枪

说明书

技术领域

本发明实施例涉及半导体结构的离子布植领域。尤其涉及具有浸润式RF线圈及偏离式多尖端孔的等离子体流体枪(plasma flood gun，PFD)，其用来产生且导引低能量等离子体接触离子束。

背景技术

离子布植是一种用于将杂质离子掺杂至基材(诸如半导体晶圆)中的程序。一般而言，离子束自离子源腔室被导向基材。多种进料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离子束的等离子体。举例来说，于离子源中由进料气体磷化氢(PH3)、三氟化硼(BF3)或砷化氢(AsH3)生成多种原子离子与分子离子，且接着加速及以质量选择原子离子与分子离子。所产生的离子在基材中的布植深度是以离子植入能量及离子质量为根据。可按不同剂量及不同能阶将一种或多种离子物种(ion species)植入至目标晶圆或基材中以得到所需特性的装置。在基材中精确的掺杂轮廓(doping profile)对于适当的装置操作是重要的。

在布植程序期间，正电荷离子在目标基材上的轰击(bombardment)可在晶圆表面的绝缘部分上累积正电荷且在其上产生正电位。高能离子亦可有助于经由自晶圆的二次电子发射进行进一步晶圆充电(wafer charging)。所得正电位可在一些微型结构中引起较强电场且可引起永久破坏。等离子体流体枪(PFG)可以用来缓解此电荷累积。特别是，PFG通常可在进来的离子束撞击晶圆或目标基材之前，才位在与进来的离子束接近的平板(platen)附近。PFG通常包括等离子体腔室，其中经由惰性气体(诸如氩(Ar)、氙(Xe)、氪(Kr))的原子的离子化而产生等离子体。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以中和过度正电荷的晶圆。

现有的PFG具有许多缺点。显著缺点为金属污染。特别是，某些传统的PFG使用热钨丝来产生等离子体。于操作期间，钨丝会逐渐消耗，且钨原子可能污染离子布植系统以及处理中的晶圆。另一常见的金属污染源为PFG等离子体腔室本身。等离子体腔室的内表面通常含有一种或多种金属或金属化合物。内表面的持续曝露于等离子体放电可能会将金属原子释放至离子布植系统中。置放在等离子体腔室内的金属电极或其他金属组件可能导致类似污染。

虽然可藉由以完全无介电材料来建构等离子体腔室而缓解污染问题，但因为非导电性内表面会增加等离子体电位且进而影响所发射的电子的能量，所以此解决方法为较不适当的。对于离子布植系统中的电荷中和，相对低的电子能量通常为较佳的。低能量电子可以轻易地被陷于(trap)离子束的正电位中，且接着在束线里朝向正电荷晶圆行进。相较而言，较高能量电子可以脱离束线且不会到达晶圆。若较高能量电子到达晶圆，其会对晶圆表面上进行净负电荷充电。此可在晶圆表面上累积过量负电荷，其中可累积于晶圆表面上的此负静电荷的程度与电子到达晶圆的能量有关。

在设计PFG的另一挑战为使PFG足够紧密以配装于为现有PFG所保留的预定空间中，而不需要对现有的离子布植系统进行实质性修饰。对完善的离子植入系统进行修改以刚好容纳新的PFG在经济上通常为不可行的。因此，升级PFG以用于其他可操作的离子植入器需要一种对目前系统能简易改进的PFG设计。所以，有提供能克服上述不足之处及缺点的PFG的需求。

发明内容

本发明的例示性实施例是一种具有浸润式RF线圈及偏离式多尖端孔的等离子体流体枪，其用来产生且导引低能量电子接触离子束。在一例示性实施例中，使用于离子植入系统中的等离子体流体枪包括具有出口孔的等离子体腔室、气体源、单匝射频(radio frequency，RF)线圈以及电源。气体源能够供应气体物质至等离子体腔室。单匝RF线圈设置在等离子体腔室中，电源耦接于RF线圈以经由RF线圈将RF电功率(radio frequency electrical power)感应耦合至等离子体腔室中，以激发气体物质产生等离子体。等离子体腔室的出口孔具有足以允许等离子体的带电粒子流穿过其的宽度。

在提供离子布植系统中的等离子体流体枪的例示性方法中，提供具有出口孔的等离子体腔室，其中等离子体腔室的整个内表面无金属或无金属化合物。供应至少一种气体物质至等离子体腔室，以及藉由经由设置于等离子体腔室中的单匝线圈将RF功率耦合至等离子体腔室中，如此激发至少一种气体物质以生成具有带电粒子的等离子体。至少一部分的带电粒子从等离子体经由一个或多个孔离开等离子体腔室。

附图说明

图1描述依照本揭示案实施例的结合所揭示的等离子体流体枪的一种离子布植系统。