專利名稱：穩(wěn)定的和可重復(fù)的等離子體離子注入的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及襯底的等離子體離子注入的系統(tǒng)和方法，更特別地，涉及至少部分地 補(bǔ)償被注入的離子和襯底之間的相互作用的非期望效應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
離子注入是將電導(dǎo)率變化的雜質(zhì)引入半導(dǎo)體晶片的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在傳統(tǒng)的射束線 (beamline)離子注入系統(tǒng)中，所需的雜質(zhì)材料在離子源中被離子化，離子被加速以形成規(guī) 定能量的離子束，并且離子束被指引到晶片的表面。離子束中的高能離子透入半導(dǎo)體材料 的本體，并嵌入半導(dǎo)體材料的晶格中以形成所需電導(dǎo)率的區(qū)。半導(dǎo)體工業(yè)中眾所周知的趨勢(shì)是更小，更高速的器件。特別而言，半導(dǎo)體器件的橫 向尺度和特征深度都正在降低。摻雜劑材料的注入深度至少部分地由注入半導(dǎo)體晶片的離 子的能量來(lái)確定。射束線離子注入器被典型地設(shè)計(jì)用于在相對(duì)高的注入能量下高效地工 作，而在淺結(jié)注入所需的低能量下可能不高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。已研究了用于在半導(dǎo)體晶片中形成淺結(jié)的等離子體摻雜系統(tǒng)。在等離子體摻雜系 統(tǒng)中，半導(dǎo)體晶片置于導(dǎo)電臺(tái)板上，其起到陰極的作用并且位于工藝室中。含有所需摻雜 劑材料的可離子化的工藝氣體被引入工藝室，且在臺(tái)板和陽(yáng)極或室壁之間施加電壓脈沖， 使得形成等離子體鞘在晶片附近的等離子體。所施加的脈沖使得等離子體中的離子穿過(guò) 等離子體鞘并被注入晶片。注入的深度與在晶片和陽(yáng)極之間施加的電壓有關(guān)?？梢詫?shí)現(xiàn) 非常低的注入能量。等離子體摻雜系統(tǒng)在例如1994年10月11日授予Sheng的美國(guó)專利 No. 5，354，381,2000 年 2 月 1 日授予 Liebert 等人的美國(guó)專利 No. 6，020，592 和 2001 年 2 月6日授予Goeckner等人的美國(guó)專利No. 6，182，604中有描述。如上所述的等離子體摻雜系統(tǒng)中，所施加的電壓脈沖產(chǎn)生等離子體，并將正離子 從等離子體向著晶片加速。在稱為等離子體浸入系統(tǒng)的其他類型的等離子體系統(tǒng)中，持續(xù) 的或脈沖的RF能量被施加到工藝室，由此產(chǎn)生持續(xù)的或脈沖的等離子體。每隔一段時(shí)間， 在臺(tái)板和陽(yáng)極之間施加可與RF脈沖同步的負(fù)電壓脈沖，使得等離子體中的正離子向著晶 片加速。待被注入的表面可能以非期望的方式與被注入的離子相互作用。例如，離子注入 可造成襯底表面上的絕緣或半絕緣結(jié)構(gòu)的充電。襯底表面上的諸如光致抗蝕劑掩模的膜或 層可在注入期間釋放氣體和改變成分。開始注入時(shí)光致抗蝕劑可為絕緣體，而隨著注入的 進(jìn)行其可變得更導(dǎo)電。這些效應(yīng)可導(dǎo)致不穩(wěn)定的和/或不可重復(fù)的注入狀況。處理這些等離子體離子注入中的問(wèn)題的現(xiàn)有技術(shù)方法包括用紫外光預(yù)處理光致 抗蝕劑或烘焙以減少放氣。光致抗蝕劑還可以通過(guò)惰性離子種類的等離子體離子注入或通 過(guò)等離子體浸入來(lái)預(yù)處理，其中襯底被正偏置以從等離子體中提取電子，這些提取的電子 預(yù)處理光致抗蝕劑。這些方法在摻雜劑材料的離子注入之前需要額外的工藝步驟，因此降 低了處理量。射束線離子注入系統(tǒng)使用了較低的初始射束流以降低光致抗蝕劑效應(yīng)。此方法應(yīng)用于射束線系統(tǒng)且具有如下缺點(diǎn)改變射束的空間電荷分布并因此影響可取決于瞬時(shí)劑量 率的注入缺陷產(chǎn)生和注入均一性。射束線方法還可導(dǎo)致電荷中和困難，因?yàn)橹T如電子流槍 的中和系統(tǒng)可能是針對(duì)特定射束流條件而優(yōu)化的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了襯底的等離子體離子注入的方法。所述方法包括 提供等離子體離子注入系統(tǒng)，所述等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室、用于在工藝室中產(chǎn) 生等離子體的源、用于在工藝室中承托襯底的臺(tái)板和用于產(chǎn)生將離子從等離子體向著襯底 中加速的注入脈沖的脈沖源；根據(jù)具有一劑量率的注入工藝的襯底的等離子體離子注入； 以及在注入工藝期間改變所述劑量率。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了襯底的等離子體離子注入的方法。所述方法包括 提供等離子體離子注入系統(tǒng)，所述等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室、用于在工藝室中產(chǎn) 生等離子體的源、用于在工藝室中承托襯底的臺(tái)板、與臺(tái)板隔開的陽(yáng)極和用于產(chǎn)生將離子 從等離子體向著襯底中加速的注入脈沖的脈沖源；將離子從等離子體向著陽(yáng)極加速以引起 二次電子從陽(yáng)極發(fā)射；將二次電子從陽(yáng)極向著襯底加速；以及根據(jù)注入工藝的襯底的等離 子體離子注入。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了襯底的等離子體離子注入的方法。所述方法包 括提供等離子體離子注入系統(tǒng)，所述等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室、用于在工藝室中 產(chǎn)生等離子體的源、用于在工藝室中承托襯底的臺(tái)板和用于產(chǎn)生將離子從等離子體向著襯 底中加速的注入脈沖的脈沖源；根據(jù)注入工藝的襯底的等離子體離子注入；以及在注入工 藝期間調(diào)整離子能量，以至少部分地補(bǔ)償被注入的離子和襯底之間的相互作用的非期望效 應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室；用于在工藝室中 產(chǎn)生等離子體的源；用于在工藝室中承托襯底的臺(tái)板；和用于產(chǎn)生將離子從等離子體向著 襯底加速的注入脈沖的脈沖源；以及注入控制器，其被配置用于根據(jù)具有一劑量率的注入 工藝的襯底的等離子體離子注入并且被配置用于在注入工藝期間改變所述劑量率。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室；用于在工藝室中 產(chǎn)生等離子體的源；用于在工藝室中承托襯底的臺(tái)板；與臺(tái)板隔開的陽(yáng)極；用于產(chǎn)生將離 子從等離子體向著襯底中加速的注入脈沖的脈沖源；和電源，用于將離子從等離子體向著 陽(yáng)極加速以引起二次電子從陽(yáng)極發(fā)射，并且用于將二次電子從陽(yáng)極向著襯底加速。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室；用于在工藝室中 產(chǎn)生等離子體的源；用于在工藝室中承托襯底的臺(tái)板；用于產(chǎn)生將離子從等離子體向著襯 底中加速的注入脈沖的脈沖源；和注入控制器，其被配置用于根據(jù)注入工藝的襯底的等離 子體離子注入并且被配置用于在注入工藝期間調(diào)整離子能量以至少部分地補(bǔ)償被注入的 離子和襯底之間的相互作用的非期望效應(yīng)。


為更好地理解本發(fā)明，參考通過(guò)引用結(jié)合于此的附圖，其中圖1是等離子體離子注入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的示意框4
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的示意框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的示意框圖；圖4A是作為劑量的函數(shù)的劑量率的曲線圖，圖示了在襯底的等離子體離子注入 期間劑量率的臺(tái)階式增加；圖4B是作為劑量的函數(shù)的劑量率的曲線圖，圖示了在襯底的等離子體離子注入 期間劑量率的持續(xù)增加；圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的示意框圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的示意框圖；和圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的襯底的等離子體離子注入方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式適用于實(shí)施本發(fā)明的等離子體離子注入系統(tǒng)的一個(gè)例子示意性地顯示于圖1中。 結(jié)合圖2-7描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1-7中同樣的元件具有相同的參考標(biāo)號(hào)。工藝室10限定封閉空間12。位于室10內(nèi)的臺(tái)板14提供用于承托諸如半導(dǎo)體晶 片20的襯底的表面。晶片20可例如在其周邊被夾持到臺(tái)板14的平坦表面。在一種實(shí)施 方式中，臺(tái)板具有用于支撐晶片20的導(dǎo)電的表面。在另一種實(shí)施方式中，臺(tái)板包括用于連 接到晶片20的導(dǎo)電的釘(沒(méi)有顯示)。陽(yáng)極24位于室10內(nèi)，與臺(tái)板14隔開。陽(yáng)極24可以在由箭頭26表示的垂直于臺(tái) 板14的方向上移動(dòng)。陽(yáng)極典型地連接到室10的導(dǎo)電的壁，兩者都可以接地。在另一種實(shí) 施方式中，臺(tái)板14接地，且陽(yáng)極24被提供負(fù)電壓的脈沖。在其他的實(shí)施方式中，陽(yáng)極24和 臺(tái)板14都可以相對(duì)于地偏置。晶片20 (通過(guò)臺(tái)板14)和陽(yáng)極24連接到高壓脈沖源30，使得晶片20起到陰極的 作用。脈沖源30典型地提供幅度為約20 20，000伏、持續(xù)時(shí)間為約1 200微秒且脈沖 重復(fù)率為約100Hz 20kHz的脈沖。將理解，這些脈沖參數(shù)值僅為示例性的，在本發(fā)明的范 圍內(nèi)可使用其它的值。室10的封閉空間12通過(guò)可控制的閥32耦合到真空泵34。工藝氣體源36通過(guò) 質(zhì)量流量控制器38耦合到室10。位于室10內(nèi)的壓力傳感器48向控制器46提供指示室 壓力的信號(hào)?？刂破?6將所感測(cè)的室壓力與所需的壓力輸入相比較，并向閥32或質(zhì)量流 量控制器38提供控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)控制閥32或質(zhì)量流量控制器38，以便使室壓力與所 需的壓力之間的差最小化。真空泵34、閥32、質(zhì)量流量控制器38、壓力傳感器48和控制器 46組成閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)。壓力典型地控制在約1毫托 約500毫托的范圍內(nèi)，但是不局 限于此范圍。氣源36供給含有用于注入工件的所需摻雜劑的可離子化氣體?？呻x子化氣 體的例子包括BF3、N2、Ar、PH3、AsH3和B2H6。質(zhì)量流量控制器38調(diào)節(jié)向室10供給氣體的速 率。圖1所示的配置以所需的流速和恒定的壓力提供持續(xù)的工藝氣體流。優(yōu)選地調(diào)節(jié)壓力 和氣體流速以提供可重復(fù)的結(jié)果。在另一種實(shí)施方式中，可以使用由控制器46控制的閥調(diào) 節(jié)氣流，而閥32保持在固定位置。這種設(shè)置稱為上游壓力控制。還可以使用其他的調(diào)節(jié)氣 體壓力的配置。等離子體摻雜系統(tǒng)可包括連接到空心陰極脈沖源56的空心陰極54。在一種實(shí)施 方式中，空心陰極54包括導(dǎo)電的空心柱體，所述空心柱體圍繞陽(yáng)極24和臺(tái)板14之間的空間。可以在需要非常低離子能量的應(yīng)用中使用空心陰極。特別而言，空心陰極脈沖源56提 供足以在室12內(nèi)形成等離子體的脈沖電壓，且脈沖源30建立所需的注入電壓。關(guān)于使用 空心陰極的其它細(xì)節(jié)在上述美國(guó)專利No. 6，182, 604中提供，該專利通過(guò)引用結(jié)合于此。一個(gè)或多個(gè)法拉第杯可與臺(tái)板14鄰近地放置，以便測(cè)量注入晶片20的離子劑量。 在圖1的實(shí)施方式中，法拉第杯50、52等以相等的間距圍繞在晶片20的外圍。每個(gè)法拉第 杯包括具有面對(duì)等離子體40的入口 60的導(dǎo)電外殼。每個(gè)法拉第杯優(yōu)選地盡可能接近晶片 20地放置，并截取從等離子體40向臺(tái)板14加速的正離子的樣本。在另一種實(shí)施方式中，環(huán) 形的法拉第杯置于晶片20和臺(tái)板14的周圍。法拉第杯電連接到劑量處理器70或其他的劑量監(jiān)視電路。通過(guò)入口 60進(jìn)入每個(gè) 法拉第杯的正離子在連接到法拉第杯的電路中產(chǎn)生表示離子流的電流。劑量處理器70可 處理該電流以確定離子劑量。等離子體離子注入系統(tǒng)可包括圍繞臺(tái)板14的護(hù)圈66。護(hù)圈66可以被偏置以改善 晶片20邊緣附近的注入離子分布的均一性。法拉第杯50、52可以置于靠近晶片20和臺(tái)板 14的外圍的護(hù)圈66內(nèi)。取決于系統(tǒng)的配置，等離子體離子注入系統(tǒng)可包括另外的部件。利用持續(xù)的或脈 沖的RF能量的系統(tǒng)包括耦合到天線或感應(yīng)線圈的RF源。所述系統(tǒng)可包括磁性元件，其提 供限制電子和控制等離子體密度和空間分布的磁場(chǎng)。在等離子體離子注入系統(tǒng)中使用磁性 元件在例如2003年6月12日公布的W0 03/049142中有描述，其通過(guò)引用結(jié)合于此。工作中，晶片20置于臺(tái)板14上。壓力控制系統(tǒng)、質(zhì)量流量控制器38和氣源36在 室10內(nèi)產(chǎn)生所需的壓力和氣體流速。舉例來(lái)說(shuō)，室10可用10毫托壓力的BF3氣體來(lái)工作。 脈沖源30向晶片20施加一系列高壓脈沖，導(dǎo)致在晶片20和陽(yáng)極24之間的等離子體放電 區(qū)44中形成等離子體40。如本領(lǐng)域中公知的，等離子體40含有源于氣源36的可離子化 氣體的正離子。等離子體40包括在晶片20附近、典型地在晶片20表面的等離子體鞘42。 在高壓脈沖期間存在于陽(yáng)極24和臺(tái)板14之間的電場(chǎng)將正離子從等離子體40穿過(guò)等離子 體鞘42向著臺(tái)板14加速。加速的離子注入晶片20以形成雜質(zhì)材料區(qū)。選擇脈沖電壓以 將正離子注入到晶片20的所需深度。選擇脈沖的數(shù)目和脈沖持續(xù)時(shí)間，以提供晶片20中 的所需的雜質(zhì)材料劑量。每脈沖的流為脈沖電壓、氣體壓力和種類以及電極的任何可變位 置的函數(shù)。例如，可以針對(duì)不同電壓調(diào)節(jié)陰極與陽(yáng)極間的間距。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意框圖顯示于圖2 中。等離子體注入工藝子系統(tǒng)100包括顯示于圖1的一些或所有的等離子體離子注入系統(tǒng) 部件，除了工藝控制部件之外。注入控制器110控制工藝子系統(tǒng)100，以根據(jù)注入工藝進(jìn)行 等離子體離子注入。注入工藝可規(guī)定諸如離子種類、離子能量、離子劑量、劑量率、室壓力、注入脈沖參 數(shù)等的參數(shù)。在一些實(shí)施方式中，注入控制器110以其中參數(shù)被預(yù)編程的開環(huán)配置工作。在 注入工藝期間，注入?yún)?shù)可為常數(shù)，或參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)可具有預(yù)編程的變化。在其他的 實(shí)施方式中，注入控制器110可以以閉環(huán)配置工作，在該閉環(huán)配置中，至少一個(gè)任選的傳感 器120感測(cè)工藝子系統(tǒng)100的參數(shù)，并將傳感器信號(hào)122提供給注入控制器110。注入控制 器110可響應(yīng)于傳感器信號(hào)122而調(diào)節(jié)工藝子系統(tǒng)100的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。在另外的實(shí)施 方式中，注入控制器110可使用預(yù)編程的控制和閉環(huán)反饋控制的組合。
注入控制器110可調(diào)節(jié)工藝子系統(tǒng)100的參數(shù)，如脈沖寬度、脈沖頻率、離子能量、 等離子體密度、RF功率、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和/或陽(yáng)極到陰極的間距，以便控制注入工藝，特別是控 制劑量率。對(duì)于特定的工藝，離子種類和總劑量通常是固定的。不固定的參數(shù)可以單獨(dú)地 調(diào)節(jié)或以任何組合調(diào)節(jié)?？梢酝ㄟ^(guò)控制若干參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)劑量率，所述參數(shù)包括但不限于注入脈沖寬度、注 入脈沖頻率或兩者。可通過(guò)控制注入脈沖幅度來(lái)調(diào)節(jié)離子能量。可例如通過(guò)控制輸入功率 (DC或RF)、電場(chǎng)或陰極與陽(yáng)極間的間距，或通過(guò)控制等離子體約束來(lái)調(diào)節(jié)等離子體密度。 等離子體密度的控制又控制劑量率。諸如脈沖寬度、脈沖頻率和/或等離子體密度的參數(shù) 可以迅速地調(diào)節(jié)，并從而允許動(dòng)態(tài)控制注入工藝期間的劑量率。劑量率可以動(dòng)態(tài)地改變，以 至少部分地補(bǔ)償被注入的離子和襯底之間的相互作用的非期望效應(yīng)。這樣的效應(yīng)包括但不 局限于光致抗蝕劑放氣和襯底充電。注入控制器110可以以通用計(jì)算機(jī)(如PC)、工藝控制器或被編程有注入工藝的專 用控制器來(lái)實(shí)施。包括常數(shù)和可變參數(shù)的注入工藝可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。傳感器120可感測(cè)工藝室內(nèi)的各種狀況，如襯底的表面狀況，源于襯底的放氣和/ 或襯底充電。例如，可以通過(guò)感測(cè)襯底附近的壓力變化來(lái)感測(cè)放氣?？梢岳弥T如殘余氣 體分析(RGA)和光發(fā)射光譜(0ES)的技術(shù)來(lái)感測(cè)工藝室參數(shù)。如上面所提到的那樣，可以 使用一個(gè)或多個(gè)傳感器。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意框圖顯示于圖3 中。在圖3的實(shí)施方式中，注入控制器110提供脈沖源30的開環(huán)控制以便控制劑量率、離 子能量或兩者。舉例來(lái)說(shuō)，注入控制器110可根據(jù)預(yù)編程的注入工藝來(lái)控制劑量率。通過(guò) 將脈沖寬度編程為時(shí)間或注入劑量的函數(shù)，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)注入脈沖寬度以直接地控制每 個(gè)脈沖中的劑量。這允許在每個(gè)注入脈沖中被注入的電荷的量針對(duì)注入環(huán)境和襯底表面狀 況而優(yōu)化。可以以同樣的方式調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率，以允許調(diào)節(jié)時(shí)間平均劑量率。在一些實(shí) 施方式中，脈沖寬度和脈沖重復(fù)頻率都可以被調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)所需的劑量率變化。在特定的實(shí) 施方式中，劑量率可在單個(gè)襯底的等離子體注入期間增大。低的初始劑量率導(dǎo)致源于光致 抗蝕劑的放氣得到控制，并使光致抗蝕劑穩(wěn)定以便隨后以較大劑量率進(jìn)行注入。例如，可以以臺(tái)階調(diào)節(jié)或持續(xù)地調(diào)節(jié)劑量率。可變的劑量率的第一個(gè)例子顯示在 圖4A中。隨著注入的進(jìn)行和注入劑量的增大，劑量率以臺(tái)階130、132、134增大，直至達(dá)到 最終劑量率136。在注入工藝的剩余部分，最終劑量率136保持固定。在本發(fā)明的范圍內(nèi)， 臺(tái)階數(shù)目和臺(tái)階的寬度和幅度可以變化。在注入的至少一部分內(nèi)劑量率持續(xù)增大的例子顯 示于圖4B。在注入的初始部分內(nèi)，劑量率根據(jù)劑量率曲線140從初始劑量率142持續(xù)增大 到最終劑量率144，且在注入工藝的剩余部分，劑量率保持固定。在圖4B中，在本發(fā)明的范 圍內(nèi)，初始劑量率142、劑量率曲線140的形狀和持續(xù)時(shí)間以及最終劑量率144可以變化。 在圖4A和4B中的每一個(gè)中，通過(guò)將劑量率描繪為時(shí)間的函數(shù)來(lái)得到類似形狀的劑量率輪 廓。諸如圖4A和4B中所示的注入工藝期間的劑量率變化可以被預(yù)編程到注入控制器110 中。一般而言，理想的是，限制在其期間使用小于最大劑量率的注入的部分。小于最大 劑量率的時(shí)段的延長(zhǎng)會(huì)增加總的注入時(shí)間并降低處理量。作為控制每脈沖的劑量率和時(shí)間平均劑量率的替選方案或附加方案，可以通過(guò)在注入期間改變等離子體密度來(lái)動(dòng)態(tài)地控制瞬時(shí)劑量率。此控制技術(shù)依賴于等離子體產(chǎn)生方 法，但包括控制施加到等離子體源或被等離子體源吸收的功率如RF功率或微波功率、如 通過(guò)控制磁性的或靜電的元件來(lái)控制等離子體約束、以及如通過(guò)例如通過(guò)調(diào)節(jié)陽(yáng)極到陰極 的間距控制中性氣體密度或等離子體標(biāo)度長(zhǎng)度(scale length)來(lái)控制離子化的效率。可以通過(guò)改變注入期間的注入脈沖的幅度來(lái)動(dòng)態(tài)地控制注入深度。這改變了被注 入種類的深度輪廓，此效應(yīng)盡管減小了諸如揮發(fā)性種類的放氣的效應(yīng)，但可能是有限的。另 外，在脈沖等離子體實(shí)施方式中，可能理想的是，使得等離子體脈沖寬度比注入脈沖寬度長(zhǎng) 以確保注入脈沖之后的足夠的電荷中和。這可以通過(guò)使用替選等離子體源如空心電極脈沖 源56(圖1)供給中和電子來(lái)完成。根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意框圖顯示于圖5 中。顯示了對(duì)劑量率和/或離子能量進(jìn)行閉環(huán)控制的系統(tǒng)。傳感器120感測(cè)工藝室10的 參數(shù)，并提供傳感器信號(hào)122給注入控制器110。響應(yīng)于傳感器信號(hào)122，注入控制器110 控制脈沖源30的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，所述參數(shù)諸如注入脈沖寬度、注入脈沖頻率和注入脈沖 幅度。傳感器120提供來(lái)自注入處理環(huán)境的反饋，如壓力控制參數(shù)、襯底電壓、晶片偏置電 源電流、原位充電監(jiān)視器、光發(fā)射光譜、殘余氣體分析、基于傅里葉變換紅外線的氣體分析、 或等離子體放電的視頻分析。應(yīng)理解，一個(gè)或多個(gè)傳感器可提供傳感器信號(hào)給注入控制器 110。注入控制器110可進(jìn)行感測(cè)參數(shù)的分析，以確定注入系統(tǒng)的工作是否在正常工作范圍 內(nèi)。如果一個(gè)或多個(gè)感測(cè)參數(shù)在正常工作范圍之外，那么可以將控制信號(hào)提供給脈沖源30， 以如上所述地調(diào)節(jié)劑量率。調(diào)節(jié)被選擇為在正常范圍內(nèi)移動(dòng)工作條件。參考圖6和7說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施方式。圖6為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的被 配置用于用二次電子預(yù)處理襯底20的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的示意框圖。圖7是 圖示了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的襯底的等離子體離子注入的方法的流程圖。在預(yù)處理步驟期間，脈沖源30(圖1)與陽(yáng)極24和臺(tái)板14斷開，或被禁用。預(yù)處 理電源200連接到陽(yáng)極24和臺(tái)板14，使得陽(yáng)極24相對(duì)于臺(tái)板14負(fù)偏置。臺(tái)板14可以接 地或可以正偏置。電源200可向陽(yáng)極24供給負(fù)偏置電壓-V?？赏ㄟ^(guò)電源200或通過(guò)單獨(dú) 的等離子體源(未顯示在圖6中)來(lái)發(fā)起并維持等離子體放電區(qū)44中的等離子體40。等 離子體40可含有用于隨后注入的摻雜劑材料的離子，或可含有惰性氣體的離子。等離子體 40中的正離子向負(fù)偏置的陽(yáng)極24加速，并撞擊負(fù)偏置的陽(yáng)極24。正離子的撞擊致使從陽(yáng) 極24表面的二次電子發(fā)射。負(fù)陽(yáng)極偏置電勢(shì)將二次電子向著面對(duì)陽(yáng)極24的襯底20的表 面加速。襯底可被偏置或接地，使得二次電子的凈能量為發(fā)射能量加上陽(yáng)極偏置和施加到 襯底20的任何偏置之間的差?？赏ㄟ^(guò)襯底本身或通過(guò)另一接地表面來(lái)供給用于系統(tǒng)的地 基準(zhǔn)。高能的二次電子預(yù)處理襯底22上的光致抗蝕劑掩模，并減小隨后的離子注入步 驟期間的放氣。二次電子具有足夠的能量和劑量，使得在離子注入之前，光致抗蝕劑掩模的 放氣基本上完成。這使得離子注入能夠相對(duì)地免于光致抗蝕劑放氣的效應(yīng)，使對(duì)低能電子 或帶負(fù)電的離子的暴露最小化，并使得正離子能夠在電子暴露期間到達(dá)襯底表面以中和電 荷的不平衡。用于預(yù)處理步驟的適當(dāng)?shù)臍怏w種類可包括但不限于BF3，、AsF5、N2、Ar、PH3、AsH3和 B2H6。施加到陽(yáng)極24的電壓可為-500伏 -20KV。適當(dāng)?shù)碾娮觿┝靠蔀?E15 lE17cnT2。
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參照?qǐng)D7，在步驟250中，離子從等離子體40向陽(yáng)極24加速以引起二次電子發(fā)射。 如上所述，陽(yáng)極24上的負(fù)偏置將帶正電的離子從等離子體40向陽(yáng)極24加速。同一負(fù)偏置 將二次電子從陽(yáng)極24向襯底20加速以便預(yù)處理襯底20。持續(xù)二次電子轟擊，直到非期望 效應(yīng)如光致抗蝕劑放氣基本上完成為止。然后，針對(duì)等離子體離子注入來(lái)配置等離子體離 子注入系統(tǒng)。例如，可以將預(yù)處理電源200斷開或禁用，且可以使能脈沖源30，如圖1所示 和如上所述。然后，在步驟254中，根據(jù)預(yù)定的注入工藝來(lái)進(jìn)行襯底20的等離子體離子注 入。在一些實(shí)施方式中，在注入工藝期間變化等離子體離子注入工藝的參數(shù)，如劑量率、離 子能量或兩者，以至少部分地補(bǔ)償被注入的離子和襯底之間的相互作用的非期望效應(yīng)。由 于預(yù)處理步驟，所需的參數(shù)變化可減小。在其他的實(shí)施方式中，在等離子體離子注入期間， 注入工藝的參數(shù)可以保持恒定。由此描述了本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式的幾個(gè)方面，應(yīng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員將 很容易想到各種改變、修改和改進(jìn)。這些改變、修改和改進(jìn)旨在為本公開的一部分，并且旨 在落入本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。因此，上述的描述和附圖僅為舉例而言的。
權(quán)利要求
一種襯底的等離子體離子注入方法，包括提供等離子體離子注入系統(tǒng)，所述等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室、用于在所述工藝室中產(chǎn)生等離子體的源、用于在所述工藝室中承托襯底的臺(tái)板、與所述臺(tái)板隔開的陽(yáng)極和用于產(chǎn)生將離子從所述等離子體向著所述襯底中加速的注入脈沖的脈沖源；將離子從所述等離子體向所述陽(yáng)極加速，以引起來(lái)自所述陽(yáng)極的二次電子的發(fā)射；將所述二次電子從所述陽(yáng)極向所述襯底加速；以及根據(jù)注入工藝的所述襯底的等離子體離子注入。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述二次電子的能量在約500eV 20keV的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陽(yáng)極涂覆有電子發(fā)射性材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陽(yáng)極相對(duì)于所述等離子體負(fù)偏置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述臺(tái)板被接地。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述臺(tái)板被正偏置。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中空心陰極圍繞所述陽(yáng)極和所述等離子體之間的等離 子體放電區(qū)，且其中所述空心陰極被接地。
8.一種用于襯底的等離子體離子注入的方法，包括提供等離子體離子注入系統(tǒng)，所述等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室、用于在所述工 藝室中產(chǎn)生等離子體的源、用于在所述工藝室中承托襯底的臺(tái)板和用于產(chǎn)生將離子從所述 等離子體向著所述襯底加速的注入脈沖的脈沖源；根據(jù)注入工藝的所述襯底的等離子體離子注入；以及在所述注入工藝期間調(diào)節(jié)離子能量，以至少部分地補(bǔ)償被注入的離子和所述襯底之間 的相互作用的非期望效應(yīng)。
9.一種等離子體離子注入系統(tǒng)，包括工藝室；用于在所述工藝室中產(chǎn)生等離子體的源； 用于在所述工藝室中承托襯底的臺(tái)板； 與所述臺(tái)板隔開的陽(yáng)極；用于產(chǎn)生將離子從所述等離子體向著所述襯底中加速的注入脈沖的脈沖源；和 電源，用于將離子從所述等離子體向著所述陽(yáng)極加速以引起二次電子從所述陽(yáng)極發(fā) 射，并且用于將所述二次電子從所述陽(yáng)極向所述襯底加速。
10.一種等離子體離子注入系統(tǒng)，包括工藝室；用于在所述工藝室中產(chǎn)生等離子體的源； 用于在所述工藝室中承托襯底的臺(tái)板；用于產(chǎn)生將離子從所述等離子體向著所述襯底中加速的注入脈沖的脈沖源；和 注入控制器，其被配置用于根據(jù)注入工藝的所述襯底的等離子體離子注入，并且被配 置用于在所述注入工藝期間調(diào)節(jié)離子能量以至少部分地補(bǔ)償被注入的離子和所述襯底之 間的相互作用的非期望效應(yīng)。
全文摘要
一種用于襯底的等離子體離子注入的方法包括提供等離子體離子注入系統(tǒng)，所述等離子體離子注入系統(tǒng)具有工藝室(10)、用于在所述工藝室中產(chǎn)生等離子體(40)的源、用于在所述工藝室中承托襯底(20)的臺(tái)板(14)、與所述臺(tái)板隔開的陽(yáng)極(24)、和用于產(chǎn)生將離子從所述等離子體向著所述襯底加速的注入脈沖的脈沖源(30)。在一方面，改變注入工藝的參數(shù)以至少部分地補(bǔ)償被注入的離子和所述襯底之間的相互作用的非期望效應(yīng)。例如，在所述注入工藝期間，可以改變劑量率、離子能量或兩者。在另一方面，預(yù)處理步驟包括將離子從所述等離子體向所述陽(yáng)極加速以引起源于所述陽(yáng)極的二次電子的發(fā)射，和將所述二次電子從所述陽(yáng)極向襯底加速以便預(yù)處理所述襯底。
文檔編號(hào)H01L21/42GK101892463SQ20101022176
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者卡勒頓·F·埃利斯三世, 史蒂文·R·沃爾特, 方子偉, 賈斯廷·托科 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備聯(lián)合公司