專利名稱：離子束輻射裝置以及用于該裝置的觸發(fā)等離子體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子束輻射裝置，該裝置用于通過以離子束照射襯底而進(jìn)行將離子束植入襯底的工藝，并涉及一種操縱離子束輻射裝置的方法。本發(fā)明也涉及一種以用離子束照射襯底的方式通過將離子束植入到半導(dǎo)體襯底中而制造半導(dǎo)體器件的方法，并更具體地說，涉及一種裝置，在襯底以離子束照射時該裝置用于抑制襯底表面內(nèi)的累積性充電(充電)。
背景技術(shù)：
當(dāng)通過離子植入而制造半導(dǎo)體器件時，至關(guān)重要的是當(dāng)襯底以離子束照射時抑制襯底表面內(nèi)充電。充電抑制技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中提出。在所提出的技術(shù)中，將等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體施加到襯底的上游區(qū)域，等離子體中所包含的電子用于中和離子束照射時所產(chǎn)生的襯底的正電荷。當(dāng)與利用從燈絲發(fā)射的初級電子或利用在物體被該燈絲發(fā)射的初級電子照射時所發(fā)出的次級電子的技術(shù)相比較時，所提出的技術(shù)將低能量的電子施加到襯底上。于是，所提出的技術(shù)具有降低襯底中的負(fù)電荷的優(yōu)點。
射頻放電型等離子體發(fā)生器被公知為通過利用射頻放電離子化引入等離子體發(fā)生室內(nèi)的等離子體發(fā)生氣體而產(chǎn)生等離子體。這種類型的等離子體發(fā)生器在以下幾點優(yōu)于利用燈絲放電的等離子體發(fā)生器a)等離子體具有較長的壽命，以及b)其可以在較低的氣壓下工作，并由此可以維持處理室(process chamber)內(nèi)的真空，同時產(chǎn)生等離子體。
在利用射頻放電以產(chǎn)生等離子體的射頻(RF)放電型等離子體發(fā)生器中所包含的一個問題在于等離子體觸發(fā)。
射頻放電型等離子體發(fā)生器一般包括電極(電容耦合)，例如，用于將射頻波引入等離子體發(fā)生室內(nèi)的天線或線圈(電感耦合)。一般，向等離子體發(fā)生室內(nèi)施加用于產(chǎn)生等離子體并維持所產(chǎn)生的等離子體的磁場。
在這種情況下，至少一個電子必須存在于等離子體發(fā)生室內(nèi)。由較高的射頻電場加速的該電子轟擊原子或分子以使他們離子化。然后，作為離子化的結(jié)果而發(fā)射的電子持續(xù)離子化其它原子或分子。從而，等離子體在某一時間點突然產(chǎn)生，或換句話說，等離子體被觸發(fā)(ignite)。
一般認(rèn)為第一個電子以如下方式產(chǎn)生，即，來自外部空間的高能粒子束將氣體離子化。通過高能粒子束轟擊一氣體所產(chǎn)生的電子數(shù)量遠(yuǎn)小于例如由燈絲發(fā)射的熱離子(一般為若干mA)的數(shù)量。于是，難于僅通過將射頻波引入等離子體發(fā)生室內(nèi)而可靠地觸發(fā)等離子體。
為了可靠地觸發(fā)射頻等離子體，在現(xiàn)有技術(shù)中采用以下方法1)在等離子體發(fā)生室內(nèi)形成放電間隙。高壓橫跨該間隙施加以導(dǎo)致放電，而該放電又產(chǎn)生大量的電子。
2)高能量強(qiáng)度的激光引入等離子體發(fā)生室內(nèi)，等離子體通過直接利用激光熱離子化等離子體發(fā)生氣體而觸發(fā)。
在上面的方法1)中，在等離子體發(fā)生室內(nèi)至少設(shè)置一個具有外露的金屬部分的放電間隙電極，此外，也必須提供用于向電極提供高壓的高壓源，結(jié)果，用于方法1)的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而這會增高成本。
在等離子體觸發(fā)后，放電間隙電極暴露于等離子體并被濺射，濺射出的顆粒(金屬顆粒)到達(dá)襯底，這導(dǎo)致襯底的金屬污染。
此外，放電導(dǎo)致沖擊電壓，于是，存在沖擊電壓不利地影響裝置(如在離子束輻射裝置中的低壓控制裝置)各元件的危險。
方法2)需要激光源和用于將激光源發(fā)出的激光引入等離子體發(fā)生室內(nèi)的激光透射窗口。同樣，與方法1)相同，用于方法2)的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這會增大成本。
另外，在等離子體發(fā)生過程中沉積的材料累積地附著到激光透射窗口上，如果所沉積的材料量增長到中斷激光，等離子體觸發(fā)變得不可能進(jìn)行。在這種情況下，要頻繁地進(jìn)行維護(hù)，以便清除所沉積的材料，這會變得很麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的基本目的是提供一種方法和裝置，他們能夠在如上所述用于抑制襯底充電的射頻放電型等離子體發(fā)生器中可靠并簡單觸發(fā)等離子體，而不會產(chǎn)生諸如金屬污染的問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種操縱離子束輻射裝置的方法。在該操縱方法中，當(dāng)?shù)入x子體在等離子體發(fā)生器中觸發(fā)時，離子束在等離子體發(fā)生器旁邊或附近運(yùn)行，并在該狀態(tài)下，相對于地為正的電壓施加到等離子體發(fā)生室內(nèi)。此外，當(dāng)離子束與從等離子體發(fā)生室流出而進(jìn)入離子束路徑中的等離子體發(fā)生氣體碰撞所產(chǎn)生的次級電子被正電壓引導(dǎo)到等離子體發(fā)生室內(nèi)，而在等離子體發(fā)生室內(nèi)，用引導(dǎo)到等離子體發(fā)生室內(nèi)的次級電子引發(fā)等離子觸發(fā)。
在該操縱方法中，足夠大而可以可靠觸發(fā)等離子體的次級電子量可以引導(dǎo)到等離子體發(fā)生室內(nèi)。于是，在等離子體發(fā)生室內(nèi)可以可靠地觸發(fā)等離子體。
該操縱方法有利地利用離子束，該離子束最初用于處理襯底、用于產(chǎn)生次級電子、并接下來用于觸發(fā)等離子體。等離子體可以通過利用離子束并通過向等離子體發(fā)生室施加正電壓而觸發(fā)。于是，等離子體觸發(fā)操作非常簡單，并且不需要復(fù)雜的裝置以用于等離子體觸發(fā)。此外，該操縱方法不會導(dǎo)致金屬污染、沖擊電壓產(chǎn)生或維護(hù)復(fù)雜問題。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種離子束輻射裝置，該裝置特征在于直流(DC)電源，該電源將相對于地為正的電壓施加到等離子體發(fā)生室上，并將離子束與從等離子體發(fā)生室流出并進(jìn)入離子束路徑中的等離子體發(fā)生氣體碰撞時產(chǎn)生的次級電子由正電壓引導(dǎo)到等離子體發(fā)生室內(nèi)，而用被引導(dǎo)到等離子體發(fā)生室內(nèi)的次級電子在等離子體發(fā)生室內(nèi)引發(fā)等離子體觸發(fā)。
在該離子束輻射裝置中，足夠大而可以可靠觸發(fā)等離子體的次級電子量被引入等離子體發(fā)生室內(nèi)。于是，可以在等離子體發(fā)生室內(nèi)可靠地觸發(fā)等離子體。
該離子束輻射裝置優(yōu)選地利用離子束，該離子束最初用于處理襯底、用于產(chǎn)生次級電子、并接下來用于觸發(fā)等離子體。觸發(fā)等離子體而額外使用的裝置僅為DC電源，該電源用于將正電壓施加到等離子體發(fā)生室上。于是，等離子體觸發(fā)操作非常簡單，并由此不需要使用復(fù)雜的觸發(fā)等離子體用的裝置。此外，離子束輻射裝置不會導(dǎo)致金屬污染、沖擊電壓產(chǎn)生、或維護(hù)復(fù)雜的問題。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種離子束輻射裝置，該裝置特征在于能夠選擇以下操作之一的DC電源a)將相對于地為正的電壓施加到等離子體發(fā)生室上，并通過正電壓將離子束與從等離子體發(fā)生室流出而進(jìn)入離子束路徑中的等離子體發(fā)生氣體碰撞時所產(chǎn)生的次級電子引導(dǎo)到等離子體發(fā)生室內(nèi)，從而用被引導(dǎo)到等離子體發(fā)生室內(nèi)的次級電子在等離子體發(fā)生室內(nèi)引發(fā)等離子觸發(fā)；以及b)將相對于地為負(fù)的電壓施加到等離子體發(fā)生室上，從而控制從等離子體發(fā)生室內(nèi)發(fā)射的電子量。
在離子束輻射裝置中，DC電源不僅如上所述控制等離子體發(fā)生操作，而且控制在等離子體觸發(fā)后從等離子體發(fā)生室發(fā)射的電子量。通過控制所發(fā)射的電子量，在襯底表面內(nèi)的充電被抑制得很低，并且可以進(jìn)一步降低襯底表面內(nèi)的充電電壓。此外，一個DC電源可以用于等離子體觸發(fā)控制和所發(fā)射的電子量控制二者。因此，與各電源分別用于這些控制的情況相比，結(jié)構(gòu)得以簡化并降低了成本。
根據(jù)本發(fā)明的額外方面，提供了一種通過用離子束輻射襯底而將離子植入半導(dǎo)體襯底中制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法利用等離子體發(fā)生器，該發(fā)生器通過用射頻放電離子化引入等離子體發(fā)生室內(nèi)的等離子體發(fā)生氣體而產(chǎn)生等離子體，并將所產(chǎn)生的等離子體提供到半導(dǎo)體襯底的上游區(qū)域，由此抑制半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)由于離子束照射而導(dǎo)致的充電。
在該半導(dǎo)體制造方法中，進(jìn)行以下步驟A)離子束在等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生，并在該狀態(tài)下將相對于地為正的電壓施加到等離子體發(fā)生室上，而在離子束與從等離子體發(fā)生室流出并流入離子束路徑的等離子體發(fā)生氣體碰撞時產(chǎn)生的次級電子由該正電壓引入等離子體發(fā)生室內(nèi)，并在等離子體發(fā)生室內(nèi)用引入等離子體發(fā)生室的次級電子引發(fā)等離子體觸發(fā)；以及B)然后，在相對于地為負(fù)的電壓施加到等離子體發(fā)生室的情況下，等離子體從等離子體發(fā)生室射出，并引導(dǎo)向半導(dǎo)體襯底的上游區(qū)域，由此，在抑制半導(dǎo)體襯底中由于離子束照射而導(dǎo)致充電的同時將離子束照射到半導(dǎo)體襯底上。
在使用這種方法的情況下，等離子體可以如上所述地在等離子體發(fā)生器內(nèi)可靠觸發(fā)，并且不需要復(fù)雜的裝置以用于等離子體觸發(fā)。此外，離子束輻射裝置不會導(dǎo)致金屬污染、沖擊電壓產(chǎn)生或維護(hù)復(fù)雜的問題。半導(dǎo)體襯底的金屬污染是半導(dǎo)體器件制造中的嚴(yán)重問題。本發(fā)明可以防止這種問題。于是，本發(fā)明改善了半導(dǎo)體器件的性能，并提高了半導(dǎo)體器件制造階段的生產(chǎn)率。
另外，從等離子體發(fā)生室發(fā)射的電子量可以通過在半導(dǎo)體襯底用離子束照射時向等離子體發(fā)生室施加負(fù)電壓予以控制。通過電子量控制，襯底表面內(nèi)的充電可以被抑制得很低，結(jié)果，防止了離子束照射過程中的半導(dǎo)體器件介電故障(dielectric breakdown)，從而提高了半導(dǎo)體器件制造階段的生產(chǎn)率。此外，該制造方法也可以應(yīng)用到半導(dǎo)體裝置的微制造(microfabrication)上。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的離子束輻射裝置的橫截面圖；圖2是示出操縱圖1的離子束輻射裝置的方法示例的流程圖；以及圖3是示出半導(dǎo)體器件的示例的放大橫截面圖。
具體實施例方式
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的離子束輻射裝置的橫截面圖。
在圖1所示的離子束輻射裝置中，在真空腔8內(nèi)，由固定器6固定的襯底4(例如，半導(dǎo)體襯底)用離子束2照射。然后，進(jìn)行將離子植入襯底4的工藝。
為了用離子束2均勻照射襯底4的整個表面，離子束2或襯底4被移動以用于在離子束2照射時掃掠。在這個實施例中，離子束2和襯底4分別在X和Y方向移動。如圖所示，X和Y方向彼此垂直。當(dāng)然，這并不排除離子束2在X方向移動而襯底4在Y方向移動的實施例。
設(shè)置了射頻放電型等離子體發(fā)生器10以通過射頻放電產(chǎn)生等離子體16，并然后將所產(chǎn)生的等離子體提供到襯底4的上游區(qū)域。具體地說，等離子體發(fā)生器10將所產(chǎn)生的等離子體提供到上游側(cè)的區(qū)域以及靠近在上游側(cè)掃描的離子束2的位置上，由此抑制利用離子束2照射的襯底4表面上的充電。
等離子體發(fā)生氣體18被引入等離子體發(fā)生器10的等離子體發(fā)生室12中。等離子體發(fā)生氣體18被射頻放電離子化，由此產(chǎn)生等離子體16。然后，等離子體16通過等離子體發(fā)射孔14發(fā)射到等離子體發(fā)生室12外側(cè)以與離子束2相遇。所發(fā)射的等離子體16包括電子和離子。
等離子體發(fā)射孔14不需限制為單獨一個等離子體發(fā)射孔14，而可以按需要使用多個孔。例如，如在本實施例中所述，當(dāng)離子束2被移動以掃掠時，可以在離子束的掃掠方向X布置多個等離子體發(fā)射孔14。
射頻電波從射頻電源22經(jīng)由阻抗匹配裝置24提供到天線20，射頻波可以為大約13.56MHz的射頻波或大約2.45GHz的微波。在該說明書中，術(shù)語射頻用于描述在微波范圍內(nèi)的頻率的廣義概念。
天線20可以采取任何適宜的形式。作為非限定性示例，天線20可以如圖所示采取環(huán)形和板電極形式或桿狀形式。另外，對于電感性耦合過程，取代天線20，可以使用線圈產(chǎn)生等離子體16。
鑒于避免污染等離子體發(fā)生室12以及避免發(fā)生有機(jī)材料的產(chǎn)生，優(yōu)選地將化學(xué)惰性氣體用于等離子體發(fā)生氣體18。優(yōu)選地用于等離子體發(fā)生氣體18的各種氣體的示例為諸如氬、氪或氙的惰性氣體(惰性氣體)。
優(yōu)選地是將磁場施加到等離子體發(fā)生室12的內(nèi)部，以利于等離子體16的產(chǎn)生和維持。在本實施例中，磁場產(chǎn)生裝置被作成為磁性線圈26圍繞等離子體發(fā)生室12放置。另外，可以用永久磁鐵替代磁性線圈26。由磁場發(fā)生裝置所產(chǎn)生的磁場方向不限于特定的方向。然而，優(yōu)選地是，其指向等離子體16通過等離子體發(fā)射孔14而發(fā)射的方向(軸向，如圖1所示)。如果磁場如此指向，等離子體16的發(fā)射以及將次級電子40引導(dǎo)到等離子體發(fā)生室12中將變得更容易。在這個實施例，磁性線圈26產(chǎn)生具有如此方向的磁場。
如本實施例中所示等離子體發(fā)生室12的內(nèi)壁和天線20優(yōu)選地分別覆蓋有絕緣元件30和32，以便抑制內(nèi)壁12和天線20的金屬污染。金屬污染一般是由于等離子體16濺射所導(dǎo)致的。
等離子體發(fā)生室12與地(地電勢部分)通過利用置于它們之間的絕緣元件28電絕緣。真空腔8一般設(shè)定為地電勢。DC電源36連接在等離子體發(fā)生室12和地之間。
為了在等離子體發(fā)生室12內(nèi)觸發(fā)等離子體16，DC電源36可以為普通的DC電源，該電源將相對于地為正的電壓施加到等離子體發(fā)生室12上。這個實施例利用能夠選擇性向等離子體發(fā)生室12施加正電壓或負(fù)電壓(相對于地)的DC電源。此原因?qū)⒃诤竺婷枋?。DC電源36可以為能夠施加正電壓或負(fù)電壓的雙極電源，或可以為單極型普通DC電源與用于倒置輸出電壓極性的轉(zhuǎn)換電路的組合。
作為非限定性示例，將參照圖2示例性地描述操縱粒子束輻射裝置的方法。
1)直到等離子體觸發(fā)為止的過程為了在等離子體發(fā)生器10內(nèi)觸發(fā)等離子體，等離子體發(fā)生氣體18被引入等離子體發(fā)生室12中(步驟50)。如圖1所示，產(chǎn)生離子束2并使之移動以用于在等離子體發(fā)生器10前面掃描(步驟51)。為了防止還未被中和的離子束2照射到半導(dǎo)體襯底4上，襯底4和固定器6優(yōu)選地從離子束2處縮回。
被引入到等離子體發(fā)生室12內(nèi)的等離子體發(fā)生氣體18通過等離子體發(fā)射孔14流出而進(jìn)入離子束2的掃描路徑中，并與離子束2碰撞，如圖1所示。更具體地說，包含在離子束2中的離子撞擊流出的等離子體發(fā)生氣體18中的原子或分子。作為離子束2撞擊的結(jié)果，一部分等離子體發(fā)生氣體18離子化并產(chǎn)生次級電子40。一些所產(chǎn)生的次級電子40向離子束2的離子被吸引，并引入離子束2中，而一些次級電子40從離子束2中彈出。此原因為所產(chǎn)生的次級電子40具有一定程度的動能。
此時，當(dāng)正電壓從DC電源36施加到等離子體發(fā)生室12上(步驟52)時，從離子束2彈出的次級電子40在正電壓作用下被吸引到等離子體發(fā)生室12上，且部分次級電子40通過等離子體發(fā)射孔14被引導(dǎo)到等離子體發(fā)生室12內(nèi)。這些電子作用為用于觸發(fā)等離子體的引發(fā)電子。電子數(shù)量遠(yuǎn)大于來自于外界空間的粒子束自然產(chǎn)生的電子數(shù)量。
在這種狀態(tài)下，射頻電波通過天線20引入等離子體發(fā)生室12中，然后，引入其內(nèi)的次級電子可靠地引發(fā)等離子體16的觸發(fā)(步驟54)。
因此，既不需要放電間隙，也不需要通過高能量強(qiáng)度的激光照射來觸發(fā)等離子體。于是，由于放電間隙和激光照射所產(chǎn)生的問題被輕易解決。用于觸發(fā)等離子體的裝置可以減少到包括向等離子體發(fā)生室提供正電壓的DC電源36。于是，不需要用于等離子體觸發(fā)的復(fù)雜裝置。這當(dāng)然導(dǎo)致裝置成本降低。此外，本發(fā)明的離子束輻射裝置不會導(dǎo)致金屬污染、沖擊電壓產(chǎn)生或維護(hù)復(fù)雜的問題。
從DC電源36施加到等離子體發(fā)生室12上的正電壓功能為將所產(chǎn)生的次級電子40拉入等離子體發(fā)生室12中，并加速次級電子40以增加其能量。將進(jìn)一步描述所施加的電壓。引入等離子體發(fā)生室12內(nèi)的次級電子40在其能量為預(yù)定能級或更高之前不會作用為引發(fā)電子。此原因為為了離子化等離子體發(fā)生氣體18，至少次級電子40的能量必須處于等離子體發(fā)生氣體18的原子或分子第一離子化能級。假設(shè)等離子體發(fā)生氣體18的原子的第一離子化能級為E1[eV]，而由等離子體發(fā)生氣體18與離子束2碰撞所產(chǎn)生的次級電子40的能量為E2[eV]，那么，施加到等離子體發(fā)生室12上的正電壓，即，DC電源36的輸出電壓VD[V]優(yōu)選地被選擇成滿足以下關(guān)系式。在下面所示的關(guān)系式中，e為元電荷，通過用元電荷除以方程的右側(cè)，可以將能量轉(zhuǎn)化為電壓。
VD≥(E1-E2)/e [V]具有能量E2的次級電子40進(jìn)一步被電壓VD加速，以具有超過第一離子化能量E1的能量。結(jié)果，次級電子被拉入等離子體發(fā)生室12中，因此，等離子體被可靠地觸發(fā)。
包括等離子體發(fā)生氣體18的原子的第一離子化能量E1對于氬大約為16eV，對于氪大約為14eV，而對于氙大約為12eV。由于撞擊而被彈出的次級電子40的能量E1在離子束2為磷離子(P+)束并且等離子體發(fā)生氣體18為氙的情況下最大約為8eV，于是，在這種狀態(tài)下，輸出電壓VD被選擇為優(yōu)選地為4V或更高，這是由于從上面方程1所教導(dǎo)的12-8＝4[V]。
實際上，輸出電壓VD的值選擇成比滿足方程1的值稍大的值，原因如下a)一般地，等離子體發(fā)生氣體18被電子離子化的離子化橫截面積在電子的能量為第一離子化能量E1的二倍到三倍那么大時最大，因此，優(yōu)選地是，將輸出電壓VD選擇成次級電子40的能量大約為這些相同值；
b)當(dāng)離子束2與等離子體發(fā)生氣體18碰撞時彈出的次級電子40以低能量充分并同位素地(substantially and isotopically)發(fā)射。由于輸出電壓VD升高，向等離子體發(fā)生室12移動的次級電子40的量可以增大；c)一般地，磁場如已經(jīng)描述的那樣施加到等離子體發(fā)生室12上，于是，當(dāng)次級電子40處于某方向的磁場下，次級電子由于被磁場偏轉(zhuǎn)而脫離軌道，從而難于拉到等離子體發(fā)生室12中。在這種情況下，如果輸出電壓VD升高到一定的電壓大小，以強(qiáng)有力地將次級電子40向等離子體發(fā)生室12方向加速，可以減輕偏轉(zhuǎn)的影響。當(dāng)磁場在沿著等離子體16通過等離子體發(fā)生孔14發(fā)射的方向的方向上施加到等離子體發(fā)生室12上時，次級電子40容易通過等離子體發(fā)射孔14進(jìn)入到等離子體發(fā)生室12中。如此，磁場在優(yōu)選的方向上起作用。
將給出其特定的示例。在這個示例中，引入等離子體發(fā)生室12內(nèi)的等離子體發(fā)生氣體Xe18的流速為0.2ccm；真空腔8的真空度為1.2×10-3Pa；70keVP+離子束的離子電流為1mA；而從離子束2的方向看的等離子體發(fā)生室的有效區(qū)域約為10cm2。此外，輸出電壓VD設(shè)定為10V。當(dāng)次級電子40撞擊到等離子體發(fā)生室12上時，在上述條件下流過DC電源36的電流約為50μA，該值相對大，從而，可以明白當(dāng)正電壓施加到等離子體發(fā)生室12上，大量次級電子40被吸引到等離子體發(fā)生室12上。部分被吸引的次級電子40通過等離子體發(fā)射孔14被拉入等離子體發(fā)生室12內(nèi)，并作用為引發(fā)電子。因此，等離子體由引發(fā)電子觸發(fā)。
2)直到襯底處理為止的過程當(dāng)?shù)入x子體16在等離子體發(fā)生室內(nèi)以上述方式觸發(fā)時，等離子體16自然由壓差或其他因素通過等離子體發(fā)射孔14發(fā)射到真空腔8內(nèi)(步驟55)。所發(fā)射的等離子體16擴(kuò)散并施加到靠近半導(dǎo)體襯底4上游部分的區(qū)域和靠近為了對其掃描而移動的離子束2的區(qū)域上。
等離子體16通過等離子體發(fā)射孔14發(fā)射的事實意味著電子和離子二者被發(fā)射。所發(fā)射的電子一般能量較低。此時，DC電源36的輸出電壓極性被逆轉(zhuǎn)，并且相對于地為負(fù)的電壓施加到等離子體發(fā)生室12上(步驟56)。然后，DC電源的輸出電壓VD在將電子從等離子體發(fā)生室12中拉出的方向起作用。于是，從等離子體發(fā)生器10中發(fā)射的電子量可以予以控制，更精確地說，所發(fā)射的電子量可以通過調(diào)節(jié)輸出電壓VD值及其極性加以控制。
當(dāng)半導(dǎo)體襯底4通過用離子束2照射它而處理時，等離子體16施加到離子束2的附近和半導(dǎo)體襯底4上。然后，等離子體16中的電子被吸引到由離子照射而充正電的襯底表面上，并中和正電荷。電子也被形成一束等離子體的離子束2捕捉，并通過半導(dǎo)體襯底4(當(dāng)其被充電時)的電勢向該束等離子體中的半導(dǎo)體襯底4移動。因此，電子中和襯底的正電荷。當(dāng)表層上的正電荷被中和時，電子向半導(dǎo)體襯底4上的吸引自動終止。以這種方式，抑制了由于離子束照射而在襯底表面上充電。
在這種情況下，施加到半導(dǎo)體襯底4上的所發(fā)射的電子量可以通過將來自DC電源的負(fù)電壓施加到等離子體發(fā)生室12上而予以適當(dāng)?shù)乜刂?。通過控制所發(fā)射的電子量，在襯底表面上的充電被抑制得較低。此外，也降低了襯底表面上的充電電壓。
為了進(jìn)行等離子體觸發(fā)和所發(fā)射的電子量二者的控制，DC電源可以單獨提供。例如，用于將正電壓施加到等離子體發(fā)生室12上的DC電源和用于將負(fù)電壓施加到后者上的另一個DC電源。在這個實施例中，一個DC電源36用于控制等離子體觸發(fā)操作和所發(fā)射的電子量二者。因此，結(jié)構(gòu)得以簡化，并且與針對這些控制利用單獨的DC電源的情況相比，降低了成本。
來自DC電源36的DC電壓輸出極性的轉(zhuǎn)換以及DC電壓的大小可以通過控制單元38控制。
等離子體發(fā)生器10可以設(shè)置在真空腔8內(nèi)，以便將其靠近離子束2定位。等離子體發(fā)生器10也可以設(shè)置在管狀容器中，該容器插入到真空腔8內(nèi)。在任何方式中，由于如上所述的電壓施加到等離子體發(fā)生室12上，因此其與地電絕緣。
現(xiàn)在將描述圖3所示通過基于離子照射的離子植入方法制造半導(dǎo)體器件60的方法。FET(場效應(yīng)晶體管)，更精確地說，MOSFET(MOS場效應(yīng)晶體管)作為半導(dǎo)體器件60的示例。為了制造這種半導(dǎo)體器件60，半導(dǎo)體襯底(例如，硅襯底)用于半導(dǎo)體襯底4。柵極氧化物薄膜62和元件隔離氧化物薄膜64形成在襯底表面的預(yù)定區(qū)域中。電極66形成在柵極氧化物薄膜62的表面上。
離子束2照射到半導(dǎo)體襯底4上，從而實現(xiàn)將摻雜離子(例如，硼、磷、砷)植入到襯底中。兩個雜質(zhì)摻雜的層68形成在半導(dǎo)體襯底4的表面區(qū)域內(nèi)以及柵極電極66和柵極氧化物薄膜62的兩側(cè)上。當(dāng)硼作為摻雜離子時，雜質(zhì)摻雜的層68為p型，而當(dāng)磷或砷被植入時，該層為n型。在半導(dǎo)體襯底4為n型的情況下，通過形成p型雜質(zhì)摻雜層68而形成p/n結(jié)。一個雜質(zhì)摻雜層68作用為源極，而另一個為漏極。從而，p溝道MOSFET形成為半導(dǎo)體器件60。在半導(dǎo)體襯底4為p型的情況下，通過形成n型的雜質(zhì)摻雜層68而形成p/n結(jié)。一個雜質(zhì)摻雜層68作用為源極，而另一個作用為漏極。從而，n溝道MOSFET形成為半導(dǎo)體器件60。實際上，由此構(gòu)成的多個半導(dǎo)體器件60形成在半導(dǎo)體襯底4的表面區(qū)域內(nèi)。
為了通過利用這種離子照射方法制造這種半導(dǎo)體器件60，上述充電抑制技術(shù)被應(yīng)用于等離子體發(fā)生器10中。將再次簡要描述該技術(shù)(同時見圖1)。
具體地說，在第一步驟，產(chǎn)生離子束2。在這種狀態(tài)下，相對于地的正電壓從DC電源36施加到地上。然后在從等離子體發(fā)生室12流出到離子束2的掃描路徑上的等離子體發(fā)生氣體18與離子束2碰撞時，產(chǎn)生次級電子40。所產(chǎn)生的次級電子40被正電壓引入等離子體發(fā)生室12中，所產(chǎn)生的次級電子40在等離子體發(fā)生室12中引發(fā)等離子體觸發(fā)。
在第二步驟中，相對于地的負(fù)電壓從DC電源36施加到等離子體發(fā)生室12上，而等離子體16從等離子體發(fā)生室12發(fā)出并施加到靠近半導(dǎo)體襯底4的區(qū)域中。以這種方式，在抑制由離子束照射所導(dǎo)致的半導(dǎo)體襯底4內(nèi)充電的同時將離子束照射到半導(dǎo)體襯底4上。
在應(yīng)用這種方法的情況下，如上所述，等離子體可以可靠地在等離子體發(fā)生器10內(nèi)觸發(fā)。此外，不需要用于觸發(fā)等離子體的復(fù)雜裝置。此外，離子束輻射裝置不會導(dǎo)致金屬污染、沖擊電壓產(chǎn)生或維護(hù)復(fù)雜的問題。半導(dǎo)體襯底的金屬污染在半導(dǎo)體器件制造過程中是嚴(yán)重的問題。本發(fā)明可以防止這種問題。于是，本發(fā)明同時提高了半導(dǎo)體器件的性能以及制造半導(dǎo)體器件過程中的生產(chǎn)率。
另外，從等離子體發(fā)生室12發(fā)射的電子量可以通過在半導(dǎo)體襯底4被離子束2照射時向等離子體發(fā)生器10施加負(fù)電壓予以控制。通過控制電子量，抑制了襯底表面的充電，并且可以進(jìn)一步降低襯底表面的充電電壓。結(jié)果，可以防止在離子束照射過程中的半導(dǎo)體器件的介電故障，這會提高半導(dǎo)體器件制造階段的生產(chǎn)率。隨著半導(dǎo)體器件微制造的進(jìn)行，在離子植入時襯底表面的充電電壓必須保持為盡可能低的電勢，以便防止半導(dǎo)體器件的介電故障。本發(fā)明的制造方法可以滿足這種要求。于是，該制造方法可以應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的微制造中。
從上面描述可以看出，本發(fā)明具有以下有益的效果足夠大而可以有效觸發(fā)等離子體的次級電子量可以被引入等離子體發(fā)生室內(nèi)，從而等離子體可以可靠地在等離子體發(fā)生室內(nèi)觸發(fā)；本發(fā)明有利地使用離子束，該離子束最初用于處理襯底、用于產(chǎn)生次級電子、并接下來用于觸發(fā)等離子體。等離子體可以通過利用離子束并通過向等離子體發(fā)生室施加正電壓而觸發(fā)。于是，等離子體觸發(fā)操作非常簡單，并且不需要復(fù)雜的裝置以用于等離子體觸發(fā)。此外，該操縱方法不會導(dǎo)致金屬污染、沖擊電壓產(chǎn)生或維護(hù)復(fù)雜問題。
同樣，在本發(fā)明中，DC電源控制不僅如上所述控制等離子體發(fā)生操作，而且控制在等離子體觸發(fā)后從等離子體發(fā)生室發(fā)射的電子量。通過控制所發(fā)射的電子量，在襯底表面內(nèi)的充電被抑制，并且可以進(jìn)一步降低襯底表面內(nèi)的充電電壓。此外，一個DC電源可以用于等離子體觸發(fā)控制和所發(fā)射的電子量控制二者。因此，與這些控制需要多個電源的情況相比，結(jié)構(gòu)得以簡化并降低了成本。
在使用這種方法的情況下，等離子體可以在等離子體發(fā)生器內(nèi)可靠地觸發(fā)，而不需要用于觸發(fā)等離子體的復(fù)雜裝置。此外，離子束輻射裝置不會導(dǎo)致金屬污染、沖擊電壓產(chǎn)生或維護(hù)復(fù)雜的問題。半導(dǎo)體襯底的金屬污染在半導(dǎo)體器件制造過程中是嚴(yán)重的問題。本發(fā)明可以防止這種問題。于是，本發(fā)明改善了半導(dǎo)體器件的性能以及半導(dǎo)體器件制造階段的生產(chǎn)率。
另外，從等離子體發(fā)生室發(fā)射的電子量可以通過在半導(dǎo)體襯底被離子束照射時向等離子體發(fā)生器施加負(fù)電壓予以控制。通過電子量控制，抑制了襯底表面的充電，并且可以進(jìn)一步降低襯底表面的充電電壓。結(jié)果，可以防止在離子束照射過程中的半導(dǎo)體器件的介電故障，從而提高半導(dǎo)體器件制造階段的生產(chǎn)率。此外，該制造方法也可以應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的微制造中。
權(quán)利要求
1.一種用于將離子束照射到襯底上的離子束輻射裝置，包括真空腔，用于在離子束與其內(nèi)的離子發(fā)生氣體碰撞時產(chǎn)生次級電子；連接到真空腔上的等離子體發(fā)生器，該等離子體發(fā)生器包括用于產(chǎn)生射頻放電的射頻放電發(fā)生器；用于將離子發(fā)生氣體引入到等離子體發(fā)生器中的離子發(fā)生氣體引導(dǎo)裝置；以及連接于等離子體發(fā)生器和地之間的DC電源，其中，DC電源將正電壓施加到等離子體發(fā)生器上，從而當(dāng)次級電子在真空腔內(nèi)產(chǎn)生時將次級電子引入到等離子體發(fā)生器中，而在射頻放電發(fā)生器將射頻引入真空腔中時，作為觸發(fā)引發(fā)器的被引導(dǎo)的次級電子在等離子體發(fā)生器中觸發(fā)等離子體。
2.如權(quán)利要求1所述的離子束輻射裝置，其特征在于，DC電源通過向等離子體發(fā)生器施加正電壓V而向每個次級電子提供能量，而由包含在等離子體發(fā)生氣體中的原子或分子的第一離子化能量E1所限定的正電壓與每個次級電子的能量E2滿足方程式V＞(E1-E2)/e[V]。
3.如權(quán)利要求1所述的離子束輻射裝置，其特征在于，在次級電子觸發(fā)等離子體后，DC電源通過轉(zhuǎn)換到向等離子體發(fā)生器提供負(fù)電壓而控制等離子體中的電子量。
4.一種操縱離子束輻射裝置的方法，包括以下步驟(a)當(dāng)離子束在真空腔內(nèi)運(yùn)行時，通過DC電源向等離子體發(fā)生器施加正電壓；(b)通過正電壓將次級電子從真空腔引導(dǎo)到等離子體發(fā)生器內(nèi)，次級電子通過離子束與從等離子體發(fā)生器內(nèi)流出而由于正電壓而進(jìn)入真空腔內(nèi)的等離子體發(fā)生氣體相碰撞而產(chǎn)生；(c)當(dāng)射頻發(fā)生器引入射頻時，由作為觸發(fā)引發(fā)器的次級電子觸發(fā)等離子體；(d)將離子束照射到襯底上；以及(e)將等離子體提供到襯底上以用于在將等離子體照射到襯底上的同時抑制襯底充電。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括以下步驟(f)轉(zhuǎn)換到由DC電源向等離子體發(fā)生器施加負(fù)電壓，以用于在將離子束照射到襯底上的同時控制等離子體量。
6.一種通過離子束照射而將離子植入半導(dǎo)體襯底中的方法，用于制造半導(dǎo)體器件，所述方法包括以下步驟(a)當(dāng)離子束在真空腔內(nèi)運(yùn)行時，通過DC電源向等離子體發(fā)生器施加正電壓；(b)通過正電壓將次級電子從真空腔引導(dǎo)到等離子體發(fā)生器內(nèi)，次級電子通過離子束與從等離子體發(fā)生器內(nèi)流出而由于正電壓而進(jìn)入真空腔內(nèi)的等離子體發(fā)生氣體相碰撞而產(chǎn)生；以及(c)當(dāng)射頻發(fā)生器將射頻引入等離子體發(fā)生器中時，由作為觸發(fā)引發(fā)器的次級電子觸發(fā)等離子體；(d)將離子束照射到襯底上；以及(e)將等離子體提供到襯底上，以用于在將等離子體照射到襯底上的同時抑制半導(dǎo)體襯底充電。
全文摘要
當(dāng)?shù)入x子體在等離子體發(fā)生器中觸發(fā)時,使離子束在等離子體發(fā)生器中運(yùn)行,并且在這種狀態(tài)下,將相對于地的正電壓從DC電源施加到等離子體發(fā)生室上。當(dāng)離子束與從等離子體發(fā)生室流出而進(jìn)入離子束路徑的等離子體發(fā)生氣體相碰撞時產(chǎn)生次級電子。次級電子被正電壓引入等離子體發(fā)生室內(nèi),并且在等離子體發(fā)生室內(nèi),利用被引入等離子體發(fā)生室內(nèi)的次級電子和射頻引發(fā)等離子體的觸發(fā)。
文檔編號H01J37/20GK1383182SQ02118469
公開日2002年12月4日 申請日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月26日
發(fā)明者濱本成顯 申請人:日新電機(jī)株式會社