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TW201331976A - 在電漿浸入模式中控制離子植入機之方法 - Google Patents

在電漿浸入模式中控制離子植入機之方法 Download PDF

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Abstract

本發明關於一種控制離子植入機的方法，具有電漿電源供應(AP)和基板電源供應，基板電源供應包含：．發電機；．第一開關(SW1)，連接於發電機和基板電源供應的輸出端子之間；以及．第二開關(SW2)，連接於輸出端子和中性化端子之間；此方法包括植入階段(A-D)和中性化階段(E-H)。此方法亦包括重疊植入階段和中性化階段的鬆弛階段(C-F)，在其鬆弛階段期間，電漿電源供應被鈍化。此外，中性化階段包括用於閉合第二開關的初步步驟(E-F)，本初步步驟隨後係用於啟動電漿電源供應(AP)的取消步驟(F-G)。

Description

在電漿浸入模式中控制離子植入機之方法
本發明關於在電漿浸入模式中控制離子植入機的方法。
本發明的領域是在電漿浸入模式中操作的離子植入機的領域。因此，在基板中植入的離子由浸入在電漿中的基板以及在以幾十伏到幾十千伏(一般小於100千伏)的負電壓偏壓它所組成，藉以創建能夠朝向基板加速電漿的離子之電場，藉此它們成為植入其中。以這種方式植入的原子被稱為「摻雜劑」。
離子的穿透深度取決於它們的加速能量。它首先取決於施加於基板的電壓和其次於離子和基板各自的性質。植入原子的濃度取決於表示為每平方厘米的離子數之劑量，和於植入深度。
由於與電漿之物理相關的原因，在電壓被施加的些許奈秒後，離子的護套被創建在基板的周圍。負責用於將離子朝向基板加速的電位差橫跨此護套的邊界。
本護套的生長作為時間的函數遵循Child-Langmuir方程式： 其中：．jc是電流密度；．ε0是真空介電常數；．e是離子的電荷；．M是離子的質量；．V0是橫跨護套的電位差；以及．s是護套的厚度。
藉由規定電流密度是相等於每單位時間經過護套的邊界的電荷的量，ds/dt代表這個邊界的行進速度：
在此表達式中，s0係給定以
其被理解為u0=(2eV0/M)是離子的特徵速度，以及n0是電漿的密度。
護套的厚度主要與所施加的電壓，電漿的密度，以及離子的質量相關聯。
電漿的等效阻抗是與護套的厚度的平方成正比，其調節植入電流。當護套變得更厚時，植入電流因此減小非常迅速。
在一定的時間長度後，以重新初始化繼續進行是必要 的。一旦護套到達外殼的壁，這變得實際必要，藉此停止植入機制。
為了重新初始化系統，當保持電漿點燃時，幾乎所有的植入機製造者在基板上閉合高電壓。因此，有製造高電壓脈衝的脈衝發電機是必要的。
因此，參照圖1，文件WO01/15200建議藉由電源供應偏壓基板，其包含：．發電機GEN具有其連接到地之正極；．電容器Ct與發電機GEN並聯；．第一開關IT1具有其連接到發電機GEN的負極之第一極和具有其連接到電源供應的輸出端子O之第二極；以及．第二開關IT2具有其連接到輸出端子O之第一極，並具有其連接到地之第二極。
此方法包括以下階段：．植入階段，在此期間：．電漿電源被啟動；．第一開關IT1被閉合；以及．第二個開關IT2被斷開；．中性化階段，在此期間：．第一開關IT1被斷開；以及．第二開關IT2被閉合。
電漿在外殼內持續的存在引起不欲的副作用：．粒子被產生； ．熱量被傳送到基板；．外殼受到攻擊，引起正被處理的部分會受到金屬污染的風險；．電荷效應被創建，其效應在微電子應用領域中特別麻煩；．在其中施加到基板的電壓上升和下降的階段期間，植入發生在加速電壓，其沒有被穩定。
此外，美國文件2007/069157提供用於以下一連串的操作：．啟動基板電源；．在一定的時間延遲後，啟動用於脈衝的持續時間之電漿電源供應；．停用電漿電源供應；以及．在一定的時間段後，停用基板電源供應。
因此，隨後在此週期期間，基板電源供應被啟動，並且電漿電源供應被停用，其對應鬆弛階段。
植入階段期間，在基板和電絕熱的區域成為帶正電荷，隨此以累積的方式發生。不用說，如果只是因為對植入過程產生的干擾，這種情況不是所欲的。因此，藉由供給電子中性化這些正電荷是所欲的。
因此，可提供一種燈絲，但是燈絲傾向會蒸發。另外，也可提供一種電子槍，但其構成相對繁重的附加設備。
因此，本發明的目的是使中性化正電荷更容易。
本發明因此提供一種控制離子植入機的方法，具有電漿電源供應和基板電源供應，基板電源供應包含：．發電機，具有其連接到地之正極；．第一開關，具有其連接到發電機的負極之第一極並具有其連接到基板電源供應的輸出端子之第二極；以及．第二開關，具有其連接到輸出端子之第一極並具有其連接到中性化端子之第二極；此方法包括植入階段，在此期間：．電漿電源供應被啟動；．第一開關被閉合；以及．第二開關被斷開；此方法亦包括中性化階段，在此期間：．第一開關被斷開；以及．第二開關被閉合；此方法顯著在於：．其也包括重疊植入階段和中性化階段的鬆弛階段，在其鬆弛階段中，電漿電源供應被鈍化；以及．中性化階段包括用於閉合第二開關的初步步驟，初步步驟隨後係用於啟動電漿電源供應的取消步驟。
因此，在取消步驟期間，基板的正電荷被電漿的電子中性化。
有利地，取消步驟隨後係用於停用電漿電源供應的鈍 化步驟。
較佳地，鈍化步驟隨後係斷開第二開關的中斷步驟。
此外，當電漿被點燃時，如果施加到基板上的電壓變化，植入參數對應地變化。這特別適用於摻雜劑的穿透深度，其深度直接取決於加速電壓。
因此，本發明的第二態樣是穩定的植入參數。
根據本發明，植入階段包括閉合第一開關的初始化步驟，本初始化步驟係接在用於啟動電漿電源供應的啟動步驟的穩定期間之後。
在被施加到基板拖架的電壓穩定之後，電漿隨後被點燃。
在一較佳的實施中，啟動步驟隨後係停用電漿電源供應的消光步驟。
此外，消光步驟隨後係用於斷開第一開關的暫停步驟。
結果，在整個電漿被供電期間，施加到板拖架的電壓被保持恆定。
本發明亦提供一種離子植入機，其包括用於實施上述方法之裝置。
在一個圖以上所示的元件在它們的每一者被給予相同的符號。
參照圖2，離子植入機包括複數個元件配置在真空外 殼ENV的內部和外部。對於微電子應用，如果欲限制被金屬元素，如鐵，鉻，鎳，或鈷的污染，推薦使用氧化鋁合金製成的外殼。也可以使用矽或碳化矽的塗佈。
基板拖架平台PPS是以光碟的形式在水平面上，其是可繞其垂直軸AXT旋轉的，並且它接收要進行離子植入的基板SUB。
外殼ENV的頂部接收電漿源體CS，其是圓柱形的，並在垂直軸AXP上。此體是由石英製成。它首先藉由限制線圈BOCi和BOCj，其次藉由外部射頻天線ANT外部地被圍繞。用於電漿產生氣體的進氣口ING與源體CS的垂直軸AXP同軸。這種垂直軸AXP符合基板拖架平台的表面PPS，其上放置用於植入的基板SUB。
使用任何類型的脈衝電漿源是可能的：電感耦合電漿(Inductively coupled plasma；ICP)，螺旋波，微波，電弧。這些來源需要在足夠低的壓力準位操作以確保在高電壓的平台PPS和在接地電位的外殼ENV之間產生的電場不點燃會干擾源的脈衝操作之放電電漿。
離子植入機的控制模組基本上包含三個元件：．用於傳送高電壓到基板SUB的基板電源供應PS；．用於供電射頻天線ANT和限制線圈BOCi和BOCj的電漿電源供應AP；以及．用於控制兩個電源供應之控制電路CC。
參照圖3，基板電源供應PS包含：．高電壓發電機HT，具有其正極連接到地； ．第一開關SW1具有其連接到發電機HT的負極的第一極和具有其連接到電源的輸出端子S的第二極；．第二開關SW2具有其連接到輸出端子S的第一極，並具有其連接到中性化端子N第二極，或者直接或者透過放電電阻Rd，典型地具有1千歐的電阻(kΩ)；以及．較佳地，調節電容器Cr與發電機HT並聯連接。
輸出端子S連接到植入機的基板拖架平台PPS。
中性化端子可以被連接到地。它可同樣佳地連接到具有其負極連接到接地之電壓源的正極。這個正的電壓，一般落在0到100伏(V)的範圍是有利地的選擇為與電漿電位實質相等，其常常落在於在+10V至+20V的範圍內。
參照圖4，控制電路CC控制電漿電源供應AP和基板電源供應PS的兩個開關SW1和SW2，如下所示。
在初始狀態下，這三個元件被以下述方式配置：．電漿電源供應鈍化；．第一開關SW1斷開；以及．第二開關SW2斷開。
在週期的開始，植入階段發生，其藉由在圖4中的A點表示的初始化步驟開始。
這個初始化步驟藉由閉合第一開關SW1開始。它延伸過穩定期，典型地持續在1微秒(microsecond；μs)到5微秒的範圍中。
這個初始化步驟之後，有如下的活化步驟(圖4中的 B點)，在其步驟中電漿電源供應AP被啟動。此啟動步驟的持續時間典型地落在5微秒至100微秒的範圍中。
隨後有消光步驟(在圖4中的C點)，在其之開始電漿電源供應AP被鈍化。此步驟典型地持續20微秒到200微秒，在此期間電漿被熄滅。此步驟結束植入階段。
暫停步驟(圖4中的點D)藉由斷開第一開關SW1開始，並終止在中性化階段的開始。此步驟可為相對地短，但只要第一開關SW1未完全斷開，並且只要電漿沒有完全熄滅，它必須持續。因此，它的持續時間是大於0.1微秒，並典型地落在1μs到10μs的範圍。
中性化階段以初步步驟(在圖4中的點E)開始，第二開關SW2在其之開始被閉合。只要基板拖架平台的電壓還沒有回到施加到中性化端子N的電壓，此初步步驟持續。其持續時間典型地落在1微秒到40微秒的範圍內。
隨後有取消步驟(在圖4中的點F)，電漿電源供應AP在此期間被啟動。電漿中的電子被吸引向的基板的區域，其是帶正電的，並且它們中性化此電荷。此消除步驟的持續時間典型地落在1微秒到80微秒的範圍內。
隨後有鈍化步驟(在圖4中的點G)，電漿電源供應AP在其之開始被停用。此步驟持續時間典型地是幾十微秒。
週期以中斷步驟(圖4中的點H)終止，其以第二開關SW2被斷開開始。只要第二開關是不完全斷開，並且只要電漿沒有完全熄滅，為了返回到初步步驟，此中斷步 驟持續。
然後可以開始新的週期。
可以看出鬆弛階段(在圖4中的點C和F之間)重疊植入階段和中性化階段，電漿電源供應AP在此期間被鈍化。
本發明的上述實施已被選擇，因為它的具體性質。然而，不可能詳盡無遺地列出本發明所涵蓋的所有可能的實施。特別地，在不超越本發明的範圍的情況下，任何步驟或任何所述的設施工具可由等效的步驟或等效的設施工具替換。
IT1‧‧‧第一開關
IT2‧‧‧第二開關
PPS‧‧‧基板拖架平台
ENV‧‧‧外殼
AXT‧‧‧垂直軸
SUB‧‧‧基板
CS‧‧‧源體
AXP‧‧‧垂直軸
BOCi‧‧‧限制線圈
BOCj‧‧‧限制線圈
ANT‧‧‧天線
PS‧‧‧電源供應
CC‧‧‧控制電路
AMP‧‧‧測量電路
HT‧‧‧發電機
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
N‧‧‧中性化端子
Cr‧‧‧調節電容器
Rd‧‧‧放電電阻
ING‧‧‧進氣口
AP‧‧‧電源供應
S‧‧‧輸出端子
本發明在以下藉由說明並參照附圖所提供的實現之接下來的描述的上下文中更詳細地顯現，其中：．圖1示出先前技術的高電壓電源供應；．圖2示出離子植入機，設置有控制模組；．圖3示出根據本發明的高電壓的電源供應；以及．圖4是時序圖，示意地示出本發明的方法。

Claims (7)

  1. 一種控制離子植入機的方法，具有一電漿電源供應(AP)和一基板電源供應(PS)，該基板電源供應包含：．一發電機(HT)，具有其連接到地之正極；．一第一開關(SW1)，具有其連接到該發電機(HT)的該負極之第一極並具有其連接到該基板電源供應的該輸出端子(S)之第二極；以及．一第二開關(SW2)，具有其連接到該輸出端子(S)之第一極並具有其連接到一中性化端子(N)之第二極；該方法包括植入階段(A-D)，在此期間：．該電漿電源供應被啟動；．該第一開關(SW1)被閉合；以及．該第二開關(SW2)被斷開；該方法亦包括一中性化階段(E-H)，在此期間：．該第一開關(SW1)被斷開；以及．該第二開關(SW2)被閉合；該方法的特徵在於：．其也包括重疊該植入階段和該中性化階段的一鬆弛階段(C-F)，在其鬆弛階段中，該電漿電源供應(AP)被鈍化；以及．該中性化階段包括用於閉合該第二開關(SW2)的一初步步驟(E-F)，該初步步驟隨後係用於啟動該電漿電源供應(AP)的一取消步驟(F-G)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該取消步驟(F-G)隨後係用於停用該電漿電源供應(AP)的一鈍化步驟(G-H)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中該鈍化步驟(G-H)隨後係斷開該第二開關(SW2)的一中斷步驟。
  4. 一種如前述申請專利範圍之任一項的方法，其中：該植入階段包括用於閉合該第一開關的一初始化步驟(A-B)，本初始化步驟係接在用於啟動該電漿電源供應的一啟動步驟(B-C)的一穩定期間之後。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的方法，其中該啟動步驟(B-C)隨後係用於停用該電漿電源供應(AP)的一消光步驟(C-D)。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中該消光步驟(C-D)隨後係用於斷開該第一開關(SW1)的一暫停步驟(D-E)。
  7. 一種離子植入機，其特徵在於：其包括用於實施如申請專利範圍第1至3項中任一項的方法之裝置。
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