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TW201442077A - 用於處理基底的系統與方法 - Google Patents

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TW201442077A
TW201442077A TW103105301A TW103105301A TW201442077A TW 201442077 A TW201442077 A TW 201442077A TW 103105301 A TW103105301 A TW 103105301A TW 103105301 A TW103105301 A TW 103105301A TW 201442077 A TW201442077 A TW 201442077A
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TW
Taiwan
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plasma
chamber
substrate
voltage
processing
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Application number
TW103105301A
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English (en)
Inventor
Svetlana B Radovanov
Ludovic Godet
Bon-Woong Koo
Original Assignee
Varian Semiconductor Equipment
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Publication date
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Abstract

一種用於處理基底的系統可包含：第一腔室，可操作以界定第一電漿；以及第二腔室，鄰近於第一腔室，其中所述第二腔室與所述第一腔室電隔離，且經配置以界定第二電漿。所述系統還可包含：提取組裝件，設置在所述第一腔室與第二腔室之間以在所述第一電漿與所述第二電漿之間至少提供電漿隔離；基底組裝件，經配置以在所述第二腔室中支撐所述基底；以及偏壓系統，經配置以在一個時間週期期間供應多個第一電壓脈衝以將第一離子從所述第一電漿通過所述第二腔室引導向所述基底，且在另一時間週期期間供應多個第二電壓脈衝以產生所述第二電漿且從所述第二電漿吸引第二離子。

Description

用於電漿輔助離子束處理的方法及系統
本發明的實施例涉及元件處理的領域。更明確地說，本發明涉及用於對基底進行圖案化的方法、系統和結構。
常規電漿摻雜系統(plasma doping systems,PLAD)用以對基底執行離子注入和薄膜沈積。然而，使用常規PLAD技術來塗佈三維(3-D)結構的能力面臨挑戰。明確地說，保形塗佈(conformal coating)可能難以實現。當用作沈積工具時，先前工作已示範高品質層可沈積在設置在基底表面區域中的三維結構(例如，溝槽)上。然而，為了實現例如鰭式場效應電晶體(FinFET)等三維結構的三維摻雜，需要可用以產生高品質層的撞擊離子(knock-on ion)的角度分佈的控制。在常規PLAD中，可撞擊在基底上的撞擊離子的入射角度通常接近於垂直於基底的平面，以使得與平行於基底平面的表面相比，相對於基底平面的垂直平面和以一角度傾斜的其他表面以不同的相對角度接收離子。因此，通常並非在PLAD系 統中撞擊離子的三維結構的所有表面都實現均勻暴露。
可藉由在一些入射角度範圍內提供離子的不同設備(例如，具有電漿鞘調整器(plasma sheath modifier)的工具)中執行獨立離子處理步驟來解決此問題。接著可實現三維結構的較均勻的覆蓋，然而缺點為所述處理需要獨立工具來實現三維結構的塗佈的所要結果。鑒於以上內容，應瞭解需要開發在基底表面上處理三維結構的較不複雜且較不昂貴的方法。
提供此發明內容以按簡化形式介紹概念的選擇，下文在實施方式中進一步描述所述概念。此發明內容不希望確定所主張標的物的關鍵特徵或基本特徵，也不希望輔助確定所主張標的物的範圍。
本揭露的實施例涉及用於改進基底中的三維結構的離子處理的系統方法。在一個實施例中，一種用於處理基底的系統包含：第一腔室，可操作以界定第一電漿；以及第二腔室，鄰近於第一腔室，其中所述第二腔室與所述第一腔室電隔離(electrically isolated)，且經配置以界定第二電漿。所述系統還可包含：提取組裝件，設置在所述第一腔室與第二腔室之間以在所述第一電漿與所述第二電漿之間至少提供電漿隔離；基底組裝件，經配置以在所述第二腔室中支撐所述基底；以及偏壓系統，經配置以在一個時間週期期間供應多個第一電壓脈衝以將第一離子從所述第一電 漿通過所述第二腔室引導向所述基底，且在另一時間週期期間供應多個第二電壓脈衝以產生所述第二電漿且從所述第二電漿吸引第二離子。
在另一實施例中，一種用於處理基底的方法包含：在第 一腔室中產生第一電漿；將多個第一電壓脈衝供應到所述第一腔室，所述第一電壓脈衝經配置以將第一離子從所述第一電漿引導向所述基底；以及將多個第二電壓脈衝供應到所述基底，所述第二電壓脈衝經配置以在第二腔室中產生第二電漿以作為一系列電漿脈衝且從所述第二電漿吸引第二離子。
100‧‧‧處理系統
102‧‧‧離子束腔室
104‧‧‧電漿腔室
106‧‧‧電漿
108‧‧‧電漿
110‧‧‧氣體入口
112‧‧‧RF線圈
114‧‧‧基底組裝件
116‧‧‧提取組裝件/提取系統/提取板
118‧‧‧離子
120‧‧‧泵口
121‧‧‧絕緣體
122‧‧‧氣體入口
124‧‧‧排氣口
126‧‧‧軌跡
128‧‧‧偏壓電壓供應器VBIAS
130‧‧‧基底固持器
132‧‧‧基底
134‧‧‧時序電路
137‧‧‧偏壓系統
138‧‧‧VEXT
140‧‧‧平面
202‧‧‧電壓信號
204‧‧‧電壓脈衝
206‧‧‧低電壓信號
212‧‧‧電壓信號
214‧‧‧電壓脈衝
216‧‧‧低電壓信號
218‧‧‧時間週期
220‧‧‧時間週期
230‧‧‧週期
240‧‧‧離子
302‧‧‧電壓信號
304‧‧‧電壓脈衝
306‧‧‧低電壓信號
312‧‧‧電壓信號
314‧‧‧信號部分
316‧‧‧低電壓信號
318‧‧‧信號部分
320‧‧‧時間週期
322‧‧‧時間週期
402‧‧‧電壓信號
404‧‧‧電壓脈衝
406‧‧‧低電壓信號
412‧‧‧電壓信號
414‧‧‧負電壓脈衝
416‧‧‧低電壓信號
418‧‧‧信號部分
420‧‧‧時間週期
502‧‧‧電壓信號
504‧‧‧低電壓信號
508‧‧‧時間週期
510‧‧‧時間週期
602‧‧‧電壓信號
604‧‧‧負電壓脈衝
606‧‧‧負電壓脈衝
608‧‧‧正電壓脈衝
610‧‧‧時間週期
612‧‧‧時間週期
702‧‧‧電壓信號
704‧‧‧電壓脈衝
706‧‧‧低電壓信號
708‧‧‧重疊週期
802‧‧‧電壓信號
804‧‧‧間隔
900‧‧‧處理系統
902‧‧‧遠程電漿源
904‧‧‧口
906‧‧‧活性物質
圖1為根據本發明實施例的示範性處理系統的示意性描繪。
圖2A描繪根據本發明實施例的設備的第一電漿的示範性電壓信號。
圖2B描繪可結合圖2A的電壓信號使用的第二電漿的示範性第二電壓信號。
圖2C描繪第一實例中的圖1的處理系統的一個操作情形的細節。
圖2D描繪第二實例中的圖2C的操作情形的細節。
圖3A描繪根據本發明實施例的設備的第一電漿的示範性電壓信號。
圖3B描繪可結合圖3A的電壓信號使用的第二電漿的示範性第三電壓信號。
圖4A描繪根據本發明實施例的設備的第一電漿的示範性電壓信號。
圖4B描繪可結合圖4A的電壓信號使用的第二電漿的示範性第四電壓信號。
圖4C描繪由圖4A和圖4B的電壓信號產生的一實例中的圖1的處理系統的額外操作情形的細節。
圖5A描繪根據本發明實施例的設備的第一電漿的示範性電壓信號。
圖5B描繪可結合圖5A的電壓信號使用的第二電漿的示範性第五電壓信號。
圖6A描繪根據本發明實施例的設備的第一電漿的示範性電壓信號。
圖6B描繪可結合圖6A的電壓信號使用的第二電漿的示範性第六電壓信號。
圖7A描繪根據本發明實施例的設備的第一電漿的示範性電壓信號。
圖7B描繪可結合圖7A的電壓信號使用的第二電漿的示範性第七電壓信號。
圖8A描繪根據本發明實施例的設備的第一電漿的示範性電壓信號。
圖8B描繪可結合圖8A的電壓信號使用的第二電漿的示範性第八電壓信號。
圖9為根據本發明實施例的另一示範性處理系統的示意性描繪。
現將在下文中參考附圖更全面地描述本發明，附圖中展示了本發明的較佳實施例。然而，本發明可按許多不同形式體現且不應視為限於本文中所闡述的實施例。而是，提供這些實施例以使得本揭露將為詳盡且完整的，且將向所屬領域的技術人員全面地傳達本發明的範圍。在圖式中，相似參考數字在全文中指相似元件。
在目前的元件製造中，許多基底可在多個不同處理期間暴露於離子。根據本發明實施例，提供多腔室處理系統以按常規設備無法實現的方式來執行基底的多個不同離子處理。
在各種實施例中，系統或設備可提供電漿輔助離子束處理。在特定實施例中，所述系統包含：離子源，用以產生離子束；提取系統，用以提取所述離子束；電漿源，用以獨立於產生所述離子束的所述離子源而產生電漿。基底台或組裝件可佈置在所述系統中以支撐基底，以使得所述基底可同時或以交替方式暴露於所述離子束和所述電漿。
如下所述，本發明的優點包含沈積相關離子處理和撞擊 式離子處理的獨立控制，包含不同處理之間的離子劑量和離子能量的獨立控制。其他優點包含在從離子源提取離子的提取點處和離子撞擊基底平面之處控制引導向基底的離子的入射角度的分佈的能力。此外，從離子源提取的離子可用以調製電漿源中的電漿參數，進而實現離子劑量控制。
圖1描繪根據本發明實施例的示範性處理系統100。處理 系統100包含第一腔室，其充當離子源且在本文中稱為離子束腔室102。處理系統100更包含稱為電漿腔室104的第二腔室，其設置成鄰近於離子束腔室102。電漿腔室104經由絕緣體121而與離子束腔室102電隔離。離子束腔室102經配置以界定電漿106，其可在氣體物質被允許進入到離子束腔室102中且在RF線圈112被供給能量時產生。儘管圖1描繪電漿106是藉由RF線圈112而產生，但在其他實施例中，其他已知技術可用以產生電漿106。舉例來說，在各種實施例中，電漿106的電漿源可為原位的(in-situ)或遠程的(remote)電感式耦合電漿源(inductively coupled plasma source)、電容式耦合電漿源(capacitively coupled plasma source)、螺旋波源(helicon source)、微波源，或任何其他類型的電漿源。 在圖1中，描繪氣體入口110，其可允許任何所要氣體物質進入離子束腔室102。然而，在其他實施例中，可使用多個不同氣體入口來允許不同的或相同的氣體物質進入。泵口120經設置以將氣體物質排出離子束腔室102之外。
現轉向電漿腔室104，展示了氣體入口122，其可用以將 氣體物質直接提供到電漿腔室104。然而，在其他實施例中，可使用多個不同氣體入口來允許不同的或相同的氣體物質進入到電漿腔室104中。電漿腔室104還包含排氣口124以將氣體物質排出電漿腔室104之外。藉由在離子束腔室102和電漿腔室104中的每一者中設置氣體入口和排氣口，處理系統100促進同時地或以交替方式在不同相應腔室中產生不同類型的電漿的能力，所述不同類型的電漿包含具有不同離子和中性物質，以及不同壓力範圍的電漿。
如圖1進一步展示，基底組裝件114鄰近於電漿腔室104 的一部分而設置。基底組裝件114經配置以支撐基底(例如，基底132)，以便將基底132的表面暴露於來自離子束腔室102和電漿腔室104的物質。基底組裝件114包含可耦接到台(stage)或形成台的一部分的基底固持器130(未獨立展示)，其在基底暴露於來自電漿腔室104和離子束腔室102的物質之前、在此期間或在此之後提供基底的掃描和/或加熱/冷卻。
處理系統100還包含位於離子束腔室102與電漿腔室104 之間的提取組裝件116。如關於此後諸圖詳述，提取組裝件116用以從離子束腔室提取離子118以便將離子提供到基底132。提取組裝件116在一些實施例中可包含單一提取板(電極)，或在其他實施例中可包含多個提取板。提取板116還與離子束腔室102隔離且可電連接到電漿腔室104。在一些實施例中，電漿腔室104和提取組裝件116接地，以使得提取組裝件116用藉由施加到離子束 腔室102的電壓界定的能量來提取離子118，如下文詳述。在其他實施例中，提取組裝件116或提取組裝件116的部分可為絕緣的且可具有浮置電位，在此狀況下按由電漿106的電漿電位與提取組裝件116的浮置電位之間的差確定的能量而從離子束腔室提取離子。
提取組裝件116還在離子束腔室102與電漿腔室104之 間提供氣體和電漿隔離，以使得可具有不同電漿物質的獨立電漿106、108得以維持。如圖1所說明，離子束腔室102、電漿腔室104和基底組裝件114互相佈置以使得從電漿106提取的離子以及電漿108可按照視線軌跡(sight trajectories)引導到基底132。
如圖1特定展示，提取組裝件116可包含多個絕緣體特 徵，其用以調整接近提取組裝件的電漿邊界形狀且進而產生在一角度範圍內離開電漿的離子118。如圖1所說明，從離子束腔室102提取的離子118可在撞擊在基底132上之前沿著軌跡126行進穿過電漿腔室104。另外，在電漿腔室104中產生的離子和/或其他氣體物質(為了清楚起見未在圖1中展示)可撞擊在基底132上。
如下文詳述，處理系統100設置偏壓系統，其包含離子 束腔室電壓源和偏壓電壓供應器，離子束腔室電壓源和偏壓電壓供應器經操作以產生來自離子束腔室102的離子的脈衝和來自電漿腔室104的離子的脈衝。可在第一時間週期中產生來自離子束腔室102的離子的脈衝，所述第一時間週期與產生來自電漿腔室 104的離子的脈衝的第二時間週期不同。
在操作中，當電漿106相對於基底132偏壓於一電位(電壓)時，來自離子束腔室102的離子可被引導到基底132。偏壓系統137包含離子束腔室電壓源(稱為電壓源VEXT 138)，其經配置以將離子束腔室102相對於提取組裝件116偏壓於一電位(例如，正電位)。此用以藉由提取組裝件116用由電漿106的電漿電位與提取組裝件116(其可接地)處的電壓之間的差界定的能量從電漿106提取正離子。從電漿106提取的離子118用由電漿106的電漿電位與基底132處的電位之間的差界定的能量而引導到基底132。另外，電漿108可在基底組裝件114相對於電漿腔室104偏壓時產生。如圖1所說明，處理系統100的偏壓系統137更包含耦接到基底組裝件114的偏壓電壓供應器VBIAS 128，而電漿腔室104可獨立地偏壓或耦接到地。在一些狀況下，電漿108可在如常規PLAD系統中偏壓電壓供應器VBIAS 128供應相對於電漿腔室電位的充足的偏壓電壓(也稱為VBIAS)時點燃。在其他狀況下，如下文所解釋，VBIAS可為施加到基底132以調整離子118的性質的正電壓。舉例來說，在各種實施例中，VBIAS的範圍可為約+500伏到約-5000伏。
處理系統100的偏壓系統137還包含耦接到供應器VEXT 138和偏壓電壓供應器VBIAS 128的時序電路(timing circuit)134。如下文所詳述，時序電路134經配置以調整由供應器VEXT 138和偏壓電壓供應器VBIAS 128提供的電壓信號的時序，以使得藉由來 自電漿108的離子和離子118對基底進行的處理可根據所要處理而修整。
在各種實施例中，處理系統100可用以按常規處理設備 無法實現的新穎方式來處理基底132。此可特別用於修改傳統處理步驟，其中暴露於離子涉及暴露於單一電漿或離子束，或者需要在獨立設備中或獨立步驟中暴露於不同的離子束/電漿。舉例來說，傳統PLAD工具可執行離子輔助沈積以在基底上沈積摻雜層。 摻雜層的沈積可能需要物質的離子輔助凝聚(condensation)來形成摻雜層，且需要離子撞擊處理(ion knock-on process)來處理生長層。按照慣例，這些處理作為單一PLAD處理步驟的一部分而發生且不以彼此獨立的方式調整。
然而，根據本發明實施例，由從離子束腔室102提取的 離子118進行的第一離子處理可獨立於由從電漿腔室104產生的離子執行的第二離子處理而對基底132執行。在各種實施例中，來自電漿腔室104中產生的離子的第二離子處理可包含基底132的離子輔助沈積、離子輔助鈍化、離子輔助蝕刻和/或離子輔助清潔。
在一個實例中，從電漿108和/或其他反應物質提取的離 子(在圖1中未獨立展示)可經配置以沈積到基底132上的生長層中，而從電漿106提取的離子118可用以對生長層執行撞擊處理。在特定實施例中，電漿108中產生的物質的沈積週期可與使用離子118進行的處理週期交替。舉例來說，電壓源VEXT 138可 為經配置以提供高電壓的脈衝的脈衝DC電力供應器。在一些實施例中，脈衝可在1千赫茲或更大的頻率下產生。在離子118被提供作為脈衝離子的一些實施例中，由電壓源VEXT 138施加的脈衝電壓可在約100伏到20千伏的範圍中。電壓脈衝的RF功率、所施加的電壓、脈衝重複頻率和工作因數(duty factor)的值可經修整以控制電漿106中的電子能量分佈函數、電子密度和電子溫度來控制引導在基底132處的離子118的性質。這些性質可包含離子劑量和離子118相對於基底132的平面的入射角度。
在各種實施例中，電漿108可被提供作為脈衝電漿。在 一些實施例中，電漿106的離子118以及來自電漿108的離子(未獨立展示)可包含從惰性氣體物質(例如，H2、He、Ne、Ar、Xe和N2等)衍生的惰性氣體離子。在其他實施例中，離子118可從凝聚物質(condensing species)(例如，SiH4)衍生以在基底132上凝聚為生長膜，或可從半導體摻雜氣體物質(例如，BF3、B2F4、AsH3、PH3等)衍生。在其他實施例中，所提取的離子118和電漿108的離子可為從反應氣體(例如，O2、XeF2、CF4等等)衍生的反應氣體離子。在其他實施例中，離子118和電漿108的離子可為上述惰性氣體、反應氣體或凝聚氣體的任何組合。在此上下文中，所述實施例不受限制。明確地說，此實施例使得能夠藉由注入從電漿106提取的離子118來控制電漿108的電漿參數。
在特定實施例中，電漿108可脈衝化以使得電漿108點燃的週期可與離子118的脈衝被引導向基底132的週期交替。以 此方式，不同離子處理可迅速連續地提供到基底132。交替的不同離子處理的製程可提供(例如)用於沈積層的離子，以及用以緻密或處理沈積層的表面以便影響沈積膜的結構的離子。藉由提供來自兩個不同腔室的獨立離子處理，處理系統100可類比由兩個獨立設備提供的處理，而不必在設備之間輸送基底132或執行獨立步驟。另外，藉由提供迅速連續地交替離子處理的能力，處理系統100可提供常規系統中無法實現的有效處理。
圖2A描繪可由電壓源VEXT 138產生而供應到離子束腔 室102的示範性電壓信號202。電壓信號202表示隨時間而變的電壓位準(voltage level)VEXT。如圖2A所說明，電壓信號202包含交替的電壓脈衝204(其中施加相對高的電壓)與低電壓信號206(其中在一些實例中電壓位準可為零)。當施加電壓脈衝204時，離子束腔室的電位升高到高的正電壓(例如，100伏以上)。 在一些狀況下，提取組裝件116的電位可維持為接地。因此，因為電漿106的電漿電位相對於VEXT略顯正性(通常達約2到30伏的量)，所以離子118通過經歷稍大於VEXT的電位降的提取組裝件116而加速。離子可接著在撞擊基底132之前沿著軌跡(一般如軌跡126所說明)而繼續。軌跡126相對於基底132的平面140的入射角度的分佈可如下文所描述而修整。在施加低電壓信號206的週期期間，電漿106的電漿電位與提取組裝件116之間的差可為輕微的(例如，小於30伏)，以使得離子118通常不會加速超過電漿106且因此不會撞擊在基底132上。
因此，電壓信號202可產生週期性地撞擊在基底(例如， 基底132)上的離子束脈衝。在一些實施例中，交替的電壓脈衝204按規則的週期性方式在1千赫茲或更大的連續脈衝之間的頻率下產生，但在其他實施例中，電壓脈衝204的頻率可小於1千赫茲。在一個實例中，電壓脈衝204佔用50%的工作週期(duty cycle)，以使得電壓脈衝204的時間週期220佔用一個週期的一半，一個週期包含低電壓信號206的一個時間週期218和一個時間週期218的總和。因此，對於對應於100微秒的週期的1千赫茲的頻率，電壓脈衝204的持續時間為500微秒。
圖2B說明根據各種實施例的可施加到基底的電壓信號 212。如所說明，電壓信號212(表示施加到基底組裝件114的VBIAS的電壓位準)包含一系列電壓脈衝214，其中電壓位準相對於零伏而被負偏壓。根據一些實施例，電壓信號212的時序與電壓信號202同步，如連接圖2A和圖2B的虛線所示。因此，VBIAS的電壓脈衝214在時間週期218期間發生，在時間週期218中VEXT作為低電壓信號206而施加到離子束腔室102。另外，低電壓信號216(意指VBIAS為零或絕對值小於電壓脈衝214的絕對值的信號)在週期220期間發生，在週期220中VEXT作為電壓脈衝204而施加到離子束腔室102。因為產生VBIAS的電壓信號212相對於電漿腔室104而施加到基底組裝件114，且因為電漿腔室104與離子束腔室102電隔離，所以由電壓信號212設定的電壓位準完全獨立於由電壓信號202設定的電壓。VBIAS的電壓位準因此可設定為用於 在電漿腔室104內產生電漿的適當位準，而不管VEXT的電壓位準和離子118的離子能量如何。以此方式，VBIAS的電壓位準和脈衝性質可針對基底的特定處理沈積/蝕刻而優化。以此方式，在週期218期間，電漿108可在電漿腔室104中產生以處理基底132，而在週期220期間離子118可經引導以處理基底132。
為了進一步說明實施例的操作，圖2C和圖2D描繪根據 圖2A和圖2B所描繪的實施例的處理系統100的操作期間的兩個不同實例。明確地說，圖2C描繪對應於時間週期218的一個情形。 如所說明，電漿106存在於離子束腔室102中。然而，VEXT設定為零伏，從而導致電漿106的低電漿電位，例如，約正的幾伏到二十伏。因此，電漿106中形成的(正)離子118不會通過提取組裝件116加速超過電漿106且不會撞擊在基底132上。在電漿腔室104中，在時間週期218期間，電漿108藉由施加VBIAS而形成。此時，可為正離子的離子240和電漿腔室104中的其他物質可撞擊在基底132上。因為電漿腔室104可接地，從而導致電漿108的電漿電位僅略顯正性(小於約+30伏)，所以離子240可獲得主要由VBIAS的位準確定的能量。在離子240和/或電漿腔室104中的其他物質經配置以沈積到基底132上的塗層中的實例中，生長層的沈積速率可尤其由VBIAS的量值、時間週期218的工作週期和電漿腔室104內的氣體壓力控制。
現轉向圖2D，展示了對應於時間週期220的一個情形。如所說明，電漿106存在於離子束腔室102中。因為VEXT設定為 對應於電壓脈衝204的正電壓，所以電漿106的電漿電位可達到大的正電壓，例如，在VEXT設定為+1000伏時為約+1010伏。因此，電漿106中形成的(正)離子118通過提取組裝件116加速超過電漿106且撞擊在基底132上。在低電壓信號216的電壓設定為零的狀況下，離子118可接著用由電漿106的電漿電位與基底132的零伏位準之間的~1010伏的電位差界定的能量來撞擊基底，所述能量在單獨帶電的正離子的狀況下可為約1010電子伏特。
在圖2A到圖2D中大體概括的情形中，基底132用離子 118和離子240交替地處理。因為腔室102和腔室104中的每一者設有獨立氣體入口(110、122)和獨立排氣口(120、124)，所以氣體組合物和氣體壓力可在腔室102、腔室104中的每一者內個別地修整，進而提供大的處理靈活度。舉例來說，反應沈積氣體可被提供到施加到電漿腔室104的電漿電壓脈衝214中，進而產生電漿108且使離子240向基底132加速。在一些狀況下，電漿沈積可需要比用於離子束腔室102中的電漿的操作所需的壓力相對高的壓力。因為所設置的獨立的氣體入口和出口，與離子束腔室102相比，較高氣體壓力可維持於電漿腔室104內。提取系統116還可限制電漿腔室104與離子束腔室102之間的氣體傳導性，進而進一步支持維持兩個腔室102、104之間的壓力差的能力。
另一方面，惰性氣體可被提供到離子束腔室102中，離子束腔室102在時間週期220期間產生惰性氣體離子束以處理基底132。因為通過提取組裝件116的氣體傳導性和通過排氣口124 將氣體泵吸到電漿腔室104中的能力受限制，所以反應氣體到離子束腔室102中的流動可受限制，進而確保電漿106中形成的離子118的組成符合需要，例如在一個實例中主要由惰性氣體離子組成。
此外，因為時間週期218、時間週期220中的每一者可與 相應連續時間週期218、時間週期220分開達僅約幾百微妙的等級的持續時間，所以基底132的處理可如同由電壓脈衝204、電壓脈衝214產生的個別離子處理是連續的一樣而進行。作為實例，在半導體層保形地沈積在具有三維表面結構的基底上的狀況下，可需要使用惰性氣體離子來准連續地(on a quasi-continuous basis)提供撞擊離子處理，以使得惰性氣體離子在生長層中恰當地重新佈置原子。因此，電壓脈衝204、電壓脈衝214可設定足夠短的持續時間，以使得僅少量半導體層沈積在惰性氣體離子進行的連續處理之間發生。在各種額外實施例中，可允許氣體通過氣體入口122脈衝式進入以在電漿腔室104中產生脈衝電漿。氣體脈衝可與離子束脈衝(例如，由電壓脈衝204產生的脈衝)同步以便產生交替的電漿脈衝和離子束脈衝，其與上文參看圖2A、圖2B描述的交替的電漿/離子束脈衝類似。然而，由於將由氣體流控制強加的電漿點燃和熄滅的速率的限制，當脈衝週期大於約1毫秒時，使用氣體脈衝來產生脈衝電漿可較有效。
圖3A和圖3B描繪根據其他實施例的可由處理系統100產生的示範性電壓信號302、電壓信號312。根據各種實施例，示 範性電壓信號302可由電壓源VEXT 138施加到離子束腔室102，而電壓信號312可作為VBIAS施加到基底。如所說明，電壓信號302和電壓信號312的時序可同步以便界定與時間週期322交替的一系列時間週期320。在一個實例中，包含電壓脈衝304和低電壓信號306的電壓信號302可類似於電壓信號202。因此，可施加電壓脈衝304以產生從電漿106提取且朝基底132加速的正離子的一系列脈衝。類似於上述電壓信號212，電壓信號312可用以在時間週期320期間產生脈衝電漿。然而，在此狀況下，除了在時間週期322期間產生的低電壓信號316之外，電壓信號312還包含每一時間週期320內的信號部分318和信號部分314。信號部分318表示具有比信號部分314大的負偏壓的電壓脈衝。此可用於在初始週期期間點燃電漿108，而由信號部分314設定的VBIAS的電壓位準可界定用於時間週期320的大部分的處理的所要電壓位準，此可反映較小負偏壓和因此比初始信號部分314產生的能量低的離子能量。
圖4A和圖4B描繪根據其他實施例的可由處理系統100 產生的示範性電壓信號402、電壓信號412。根據各種實施例，示範性電壓信號402可由設備VEXT 138產生而供應到離子束腔室102，而電壓信號412可作為VBIAS施加到基底。如所說明，電壓信號402和電壓信號412的時序可同步以便界定與時間週期420交替的一系列時間週期418。在一個實例中，包含電壓脈衝404和低電壓信號406的電壓信號402可類似於電壓信號202。
因此，可在時間週期420期間施加電壓脈衝404以產生 從電漿106提取且朝基底132加速的正離子的一系列脈衝。類似於上述電壓信號212，電壓信號412可用以產生脈衝電漿。然而，替代於在與時間週期420交替的時間週期418期間的週期中產生脈衝電漿，電壓信號412在時間週期420中與電壓脈衝404同時產生負電壓脈衝414。另外，低電壓信號406與低電壓信號416同時發生以便界定時間週期418。在此佈置中，例如基底132等基底同時暴露於離子118和離子240。此情形描繪在圖4C中，圖4C描繪時間週期420期間的處理系統100的狀態。因此，在圖4C的情形中，惰性氣體離子(離子118)和沈積離子(離子240)兩者可被同時引導向基底。然而，不像在電漿中產生的離子通常用相同能量和入射角度撞擊在基底上的常規PLAD系統中，在圖4A到圖4C的實例中，兩個不同的離子能量由相應VEXT和VBIAS電壓脈衝(即，電壓脈衝404和414)設定，且從離子束腔室102和電漿腔室104提取的離子之間的離子軌跡可不同。
本發明實施例的處理系統的雙腔室配置實現的另一優點為可方便地在待處理的基底上維持電荷中和。舉例來說，VBIAS電壓信號可設定為雙極電壓信號，其中正電壓偏壓的週期與負電壓偏壓的週期交替。圖5A和圖5B描繪由圖4A和圖4B的電壓信號402、電壓信號412提供的情形的變化。在此狀況下，施加到離子束腔室102的VEXT信號可與如圖4A所示的電壓信號402相同。另外，如圖5B所示，電壓信號502含有如圖4B中的電壓脈衝414。 因此，在時間週期508中，來自離子118和離子240的對基底的同時處理可發生，如上文所描述。然而，在與時間週期508交替的時間週期510中，表示遞送到基底132的VBIAS的低電壓信號504展現小的正偏壓。舉例來說，VBIAS對於低電壓信號504可等於+10伏到+20伏。以此方式，電子可在時間週期508期間朝基底132加速，此可輔助中和在時間週期508中正離子的轟擊期間累積在基底132上的正電荷。
應注意，在其他實施例中，雙極VBIAS電壓信號還可施加 到基底，其中來自電漿腔室104中的離子的電漿離子處理的週期與來自離子束腔室102的離子束處理的週期交替，如大體在圖2A到圖3B中所描繪。
圖6A和圖6B根據其他實施例的用於將電壓信號證明到 雙腔室處理系統的另一情形。在此狀況下，施加到離子束腔室102的VEXT信號可與如圖4A所示的電壓信號402相似或相同。因此，電壓信號402可用以在時間週期610期間產生引導向基底(例如，基底132)的正離子的一系列離子束脈衝。
另外，如圖6B所示，提供電壓信號602以產生供應到基 底的VBIAS的脈衝。明確地說，在與時間週期610交替的每一時間週期612期間，提供負電壓脈衝604。負電壓脈衝604可為在時間週期612期間足以點燃和/或維持電漿的電壓，因此，基底在時間週期612期間經受來自電漿的離子。另外，電壓信號602在每一時間週期610內含有一系列多個脈衝，其在時間上與圖6A所示的 VEXT信號的電壓脈衝404產生的離子束脈衝相應地重疊。如圖6B所說明，電壓信號602在時間週期610中在負電壓值與正電壓值之間振盪，此產生與負電壓脈衝606交替的一系列正電壓脈衝608。正電壓脈衝608和負電壓脈衝606的脈衝頻率大於電壓脈衝404的脈衝頻率，此是因為在每一時間週期610內負電壓與正電壓之間的多個振盪針對電壓信號602而發生。此振盪的一個結果為交替的正離子串與電子串(bursts of positive ions and electrons)可被引導向基底。從偏壓到由電壓脈衝404設定的VEXT位準的離子束腔室提取的離子經歷基底(132)與電漿106之間的變化的電壓降。
在一個實例中，VEXT在電壓脈衝404期間等於1000伏， 且VBIAS在正電壓脈衝608期間等於+100伏且在負電壓脈衝606期間等於-150伏。因此，在正電壓脈衝608期間，正離子藉由900伏的電壓降從離子束腔室(例如，離子束腔室102)加速，而在負電壓脈衝606期間，離子藉由1150伏的電壓降加速。與時間週期612期間的不變的基底偏壓相比，變化的電壓的一個影響為產生從離子束腔室提取的離子的入射角度的較大分佈。以此方式，離子(例如，離子118)的平均入射角度可根據所要角度分佈而修整。 應注意，在一些實施例中，取決於應用，電漿可在負電壓脈衝606期間維持在電漿腔室104中，或電漿可在負電壓脈衝606期間熄滅。
另外，如圖6A所說明，藉由調整電壓脈衝404的電壓位 準，離子的整體平均離子能量可獨立於電壓脈衝606、608提供的離子能量的變化而調整。舉例來說，為了在基底中的三維結構上產生保形塗層，提供低能量下的離子的寬的角度分佈可為有用的。因此，正脈衝608與負電壓脈衝606的電壓位準(電壓振幅)之間的電壓擺動(voltage swing)(振幅差)可設定為相對較高的值以產生寬的角度分佈，而電壓脈衝404的電壓位準設定為相對較低的值以在基底處產生相對較低的平均離子能量。
在額外實施例中，可施加其他電壓波形以產生電壓信號 VEXT和VBIAS。舉例來說，VEXT或VBIAS的電壓波形的電壓可逐漸傾斜變化，而不是以方波展現突然的電壓改變。此外，VEXT與VBIAS電壓信號之間的同步可調整。舉例來說，在圖2A到圖3B所描繪的實施例中，電壓信號202的電壓脈衝204通常不與電壓信號212的電壓脈衝214重疊。然而，在其他實施例中，如圖7A和圖7B所說明，VEXT的正電壓脈衝可與VBIAS的負電壓脈衝重疊。在圖7B的實例中，施加到腔室的VBIAS信號作為上文參看圖2描述的電壓信號202而產生。然而，在圖7A中，VEXT信號作為電壓信號702而產生，電壓信號702包含低電壓信號706和與電壓脈衝214重疊的電壓脈衝704。此導致在電漿108存在於電漿腔室104中的週期的開始和結束時離子束存在於基底132處。當需要在電漿108用以將材料沈積在基底132上的狀況下，使撞擊注入(knock-on implantation)在膜沈積的週期的開始和結束期間發生時，這些重疊週期708可為有用的。
在其他實施例中，替代於提供重疊脈衝，VEXT和VBIAS 的電壓信號可按照一種方式產生，以使得VEXT的脈衝與VBIAS的脈衝欠重疊(underlap)，也就是說，存在正電壓脈衝不存在於離子束腔室102處而電壓脈衝也不存在於基底132處的週期。
在額外實施例中，VBIAS電壓信號可按照一種方式施加，其中電漿腔室104中的電漿108在持續施加到離子束腔室102的VEXT電壓脈衝的一個或一個以上週期保持熄滅。當需要(例如)使用從離子束腔室102提取的離子束來優化生長層的處理時，此佈置可為有用的。圖8A和圖8B描繪電壓信號時序的一個實例，其中在幾個週期內不施加VBIAS信號。如圖8A所說明，產生電壓信號202以按照如上所述的一系列電壓脈衝204施加VEXT電壓。明確地說，在每一週期230中規則地施加電壓脈衝204。相比之下，經產生以將VBIAS信號施加到基底的電壓信號802產生與電壓脈衝204交替的一系列電壓脈衝214。然而，如圖8B所說明，在橫跨多個週期230的間隔804期間，不產生電壓脈衝214。
在其他實施例中，提取組裝件116的一個或一個以上元件可經修改以增強在一入射角度範圍內產生離子的能力。在一些實施例中，提取組裝件包含提取板，其提供具有部分導電表面及部分絕緣表面的孔或槽，如(例如)全文以引用方式併入本文中的第7,767,977號美國專利所揭露。在其他實施例中，導電提取組裝件可設有塑形孔或槽，其可控制電漿106中的電漿邊界的形狀，如提取光學元件設計的領域中所熟知。在其他實施例中，減速柵 格(deceleration grid)(未圖示)可與一個或一個以上加速柵格一起設置於提取組裝件116內，以便調整從電漿106提取離子118的區域中的電場。此允許離開電漿106的離子的入射角度根據供應到減速柵格的電壓而變化。
在各種額外實施例中，除了離子束腔室和鄰近的電漿腔 室之外，處理系統可包含獨立的遠端電漿源。圖9描繪包含圖1的上述元件和額外遠端電漿源902的處理系統900。遠端電漿源902可產生電漿(未獨立展示)以將氣體物質供應到輔助電漿處理的電漿腔室104。一般來說，遠端電漿源902可經佈置以使得電漿源902的電漿中產生的離子或其他物質不會按照視線軌跡撞擊在基底132上。舉例來說，遠端電漿源可供應活性氣體物質，例如可根據已知機制增強電漿腔室104中的化學氣相沈積或化學蝕刻處理的中性基。
在一個實例中，在基底132的處理期間，活性氣體物質 可由遠端電漿源902經由口904持續地供應到電漿腔室104，同時電壓信號根據圖2A、圖2B的實例而產生。因此，在時間週期218期間，基底132暴露於由電壓脈衝214在電漿108中產生的離子和活性物質906，其可增強與基底132的反應。
總之，呈現組合來自多個電漿腔室的基底處理的新穎設 備和技術。多個處理的獨立控制可藉由將特定處理結合到電漿腔室而實現，例如在第一腔室中產生反應沈積電漿以在基底上沈積膜，且在另一電漿腔室(離子束腔室)中產生惰性氣體離子束以 提供基底/生長膜的撞擊處理。此可促進優化處理(例如，沈積和再濺鍍)以產生沈積層的優良表面品質，包含較低表面粗糙度。 藉由將兩個獨立脈衝電壓信號用於相應離子束腔室和基底組裝件，離子束處理可組合為准單步驟處理(quasi-single-step process)，其中基底裝載到發生獨立離子束處理的單一腔室中同時基底位於相同位置。另外，藉由提供時序電路，來自兩個不同的電漿腔室的脈衝處理的重疊可按需要調整以控制處理腔室中的離子電漿參數。此外，經施加以對電漿腔室中的基底加偏壓的電壓信號可用以調整從獨立的“離子束”腔室提取的離子產生的入射離子的角度和角度範圍，從而較好地控制包含三維結構上沈積的塗層的保形性的塗層性質。
本文中描述的方法可藉由(例如)將指令步驟有形地體 現在能夠由能夠執行指令的機器讀取的電腦可讀存儲媒體上而自動化。通用電腦為這種機器的一個實例。此項技術中所熟知的適當存儲媒體的非限制性示範性列表包含例如可讀或可寫CD、快閃記憶體晶片(例如，拇指驅動器(thumb drive))、各種磁性存儲媒體等元件。
本發明在範圍上不受本文中描述的具體實施例限制。實 際上，除本文中描述的實施例之外，根據上述描述和隨附圖式，本揭露的其他各種實施例和修改對於所屬領域的技術人員來說將為明顯的。
因此，希望這些其他實施例和修改落入本揭露的範圍 內。另外，儘管本文中已在特定實施方案的上下文中在特定環境中針對特定目的描述了本揭露，但所屬領域的技術人員應認識到，其用處不限於此且本揭露可有益地在任何數目個環境中針對任何數目個目的而實施。因此，本揭露的標的物應鑒於如本文中所描述的本揭露的全廣度和精神來解釋。
100‧‧‧處理系統
102‧‧‧離子束腔室
104‧‧‧電漿腔室
106、108‧‧‧電漿
110‧‧‧氣體入口
112‧‧‧RF線圈
114‧‧‧基底組裝件
116‧‧‧提取組裝件/提取系統/提取板
118‧‧‧離子
120‧‧‧泵口
121‧‧‧絕緣體
122‧‧‧氣體入口
124‧‧‧排氣口
126‧‧‧軌跡
128‧‧‧偏壓電壓供應器VBIAS
130‧‧‧基底固持器
132‧‧‧基底
134‧‧‧時序電路
137‧‧‧偏壓系統
138‧‧‧VEXT
140‧‧‧平面

Claims (15)

  1. 一種用於處理基底的處理系統，包括：第一腔室，可操作以界定第一電漿；第二腔室，與所述第一腔室電隔離，且可操作以界定第二電漿；提取組裝件，設置在所述第一腔室與所述第二腔室之間以在所述第一電漿與所述第二電漿之間至少提供電漿隔離；基底組裝件，經配置以在所述第二腔室中支撐所述基底；偏壓系統，經配置以在一個時間週期期間供應多個第一電壓脈衝，以將第一離子從所述第一電漿通過所述第二腔室引導向所述基底，且在另一時間週期期間供應多個第二電壓脈衝以產生所述第二電漿且從所述第二電漿吸引第二離子。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理基底的處理系統，其中所述偏壓系統包括：第一腔室電壓供應器，耦接到所述第一腔室且經配置以產生所述第一電壓脈衝以作為相對於所述提取組裝件的正電壓的多個脈衝。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理基底的處理系統，其中所述偏壓系統包括：基底偏壓電壓供應器，耦接到所述基底組裝件且經配置以產生所述多個第二電壓脈衝以作為相對於所述第一腔室和所述第二腔室偏壓的一系列電壓脈衝。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理基底的處理系統，更包括：時序電路，可操作以調整所述第一電壓脈衝相對於 所述第二電壓脈衝的時序。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的用於處理基底的處理系統，所述基底偏壓電壓供應器可操作以：在多個第一間隔期間產生第一偏壓電壓，所述第一偏壓電壓經配置以在所述第二腔室中點燃所述第二電漿；且在多個第二間隔期間產生具有小於所述第一偏壓電壓的量值的第二偏壓電壓，每一第二間隔緊接在相應第一間隔之後。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理基底的處理系統，所述提取組裝件包括：多個絕緣體，經配置以在相對於所述基底的角度範圍內引導所述第一離子。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理基底的處理系統，所述第一腔室更包括用以將氣體供應到所述第一腔室的第一入口；且所述第二腔室包括不同於所述第一入口的用以將氣體供應到所述第二腔室的第二入口。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理基底的處理系統，所述第一離子脈衝包括具有大於1千赫茲的頻率。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的用於處理基底的處理系統，所述第一離子脈衝包括電壓在100伏與20千伏之間的電壓脈衝；且所述第二離子脈衝包括電壓絕對值小於2千伏的電壓脈衝。
  10. 一種用於處理基底的方法，包括：在第一腔室中產生第一電漿； 將多個第一電壓脈衝供應到所述第一腔室，所述第一電壓脈衝經配置以將第一離子從所述第一電漿引導向所述基底；以及將多個第二電壓脈衝供應到所述基底，所述第二電壓脈衝經配置以在第二腔室中產生第二電漿以作為一系列電漿脈衝且從所述第二電漿吸引第二離子。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的用於處理基底的方法，其中供應所述第一電壓脈衝更包括：在所述第一腔室與所述第二腔室之間設置提取組裝件；以及產生相對於所述提取組裝件的正電壓的多個脈衝。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的用於處理基底的方法，其中將所述多個第二電壓脈衝供應到所述基底更包括產生相對於所述第一腔室和所述第二腔室偏壓的一系列電壓脈衝。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的用於處理基底的方法，更包括調整所述第一電壓脈衝相對於所述第二電壓脈衝的時序，所述第一電壓脈衝展現相對於所述第二電壓脈衝的完全重疊、相對於所述第二電壓脈衝的部分重疊或相對於所述第一電壓脈衝不重疊。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的用於處理基底的方法，更包括：在遠端電漿源中產生活性物質；以及在所述第二電壓脈衝期間將所述活性物質提供到所述第二腔室。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的用於處理基底的方法，所述第二離子包括經配置以在所述基底上沈積層的凝聚物質；且所述第一離子經配置以在所述層中產生撞擊碰撞，所述第二離子包括SiH4、BF3、B2F4、AsH3或PH3且所述第一離子包括H2、He、Ne、Ar、Xe、N2、O2、XeF2或CF4。
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