[发明专利]采用具有磁约束的等离子体源的基于等离子体的材料改性

说明书

技术领域

本发明总体涉及材料改性，具体涉及一种采用具有磁约束的等离子体源的基于等离子体的材料改性。

背景技术

基于离子的材料改性用于半导体制造的一种重要工艺。例如，基于离子的材料改性可被用来非晶化结晶材料、合金，使材料的多个层稠密或混合，辅助材料的去除，或者向材料引入掺杂物。在基于离子的材料改性期间，离子被加速以轰击工件表面(例如，半导体衬底)。离子可以是正离子或负离子，包括相对于工件表面在化学上活跃或惰性的物质或元素。因此，离子可改变工件表面的物理、化学或电特性。

当前，基于离子的材料改性主要采用束线离子注入系统执行。在束线离子注入系统中，离子束由离子源导出并在朝着工件加速之前通过磁分析器按照质量、电荷和电能进行过滤。然而，如刘维定理所述，离子束的传递效率随着离子能量的减小而下降。因此，对于低能量处理，束线离子注入系统承受低束流，因此要求较长的处理时间来实现期望的剂量。而且，离子束的截面显著地小于工件面积，其中在任意给定时刻仅仅可以处理工件表面的一部分。因此，离子束或衬底必须被扫描以均匀地处理工件的整个表面。结果，束线离子注入系统存在针对高剂量的低吞吐量、低能量注入工艺的不足。

基于等离子体的材料改性系统是束线离子注入系统的替代方案。图1描绘了示例性基于等离子体的材料改性系统100。基于等离子体的材料改性系统100包括与处理腔104耦接的等离子体源腔102。等离子体源腔102中产生包含离子、不带电物质和电子的等离子体106。工件118被支撑结构116支撑在处理腔104中。在该示例中，基于等离子体的材料改性系统100具有布置在等离子体106和工件118之间的一个或多个偏置栅格120以从等离子体106提取离子束112并使得离子束112向工件118加速。然而，在其它示例中，基于等离子体的材料改性系统100可以不包括栅格120。相反，工件118可在电势下偏置并通过支撑结构116沉入等离子体106中。因此，离子从等离子体106经由等离子体106和工件118之间形成的等离子壳层向工件118加速。在一些情况下，工件118可由来自等离子体106的离子和中性物质处理。当前，大部分传统的基于等离子体的材料改性系统不具有栅格。

不同于束线离子注入系统，基于等离子体的材料改性系统不采用磁分析器来按照质量或能量来过滤离子。相反，工件由直接来自很近的等离子体的离子处理。因此，基于等离子体的材料改性系统可在比束线离子注入系统显著更高的离子流下处理工件。此外，基于等离子体的材料改性系统的等离子体源可具有比工件面积大的截面面积。这就使得工件的大部分或整个表面能够被同时处理，而无需扫描工件。因此，基于等离子体的材料改性系统针对高剂量、低流的处理提供了显著更高的生产能力。

然而，传统的基于等离子体的材料改性系统存在较差的系统可靠性和工艺控制。由于等离子体靠近处理腔，来自等离子体的中性物质流入处理腔，并碰到工件。中性物质产生了诸如处理腔的壁上的以及工件表面上的刻蚀、氧化和膜沉积之类的不期望的寄生效果。在传统基于等离子体的材料改性系统中，这种寄生效果是严重的而且会导致频繁的工艺偏移以及低产率。

发明内容

在一个示例性实施例中，一种用于利用离子处理工件的基于等离子体的材料改性系统包括耦接至等离子体源腔的处理腔。配置成支撑工件的支撑结构布置在工艺腔内。等离子体源腔包括布置在等离子体源腔的第一端的端壁、以及至少一个侧壁，至少一个侧壁定义了等离子体源腔的第一端与第二端之间的腔体内部，第二端与第一端相对。等离子体源腔还包括布置在端壁上的第一多个磁体、布置在至少一个侧壁上并围绕腔体内部的第二多个磁体、以及延伸穿过腔体内部的第三多个磁体。端壁、至少一个侧壁、和第三多个磁体定义了腔体内部内的等离子体产生区域。等离子体源腔被配置成在等离子体产生区域内产生具有离子的等离子体。第三多个磁体被配置成限制等离子体产生区域内能量大于10eV的等离子体的大多数电子同时允许来自等离子体的离子穿过第三多个磁体而进入处理腔以用于工件的材料改性。

附图说明

图1图示出示例性基于等离子体的材料改性系统。

图2图示出示例性包含具有磁约束的等离子体源的基于等离子体的材料改性系统的截面图。

图3图示出示例性等离子体源腔的截面图。

图4A和图4B分别图示出示例性等离子体源腔的透视图和截面透视图。

图5A和图5B分别图示出示例性等离子体源腔的透视图和截面透视图。

图6图示出基于等离子体的材料改性系统的示例性吸收器。