專利名稱：介電質(zhì)基板的等離子體浸沒(méi)離子植入的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體處理系統(tǒng)(plasma processing systems),尤其涉及一種改善及調(diào)節(jié)用于等離子體浸沒(méi)離子植入(plasma immersionion implantation,PHI)的絕緣目標(biāo)基板(insulating target substrates)的電壓稱合的裝置及方法。
背景技術(shù)：
等離子體(plasmas)以多種方式使用于將各種摻雜物(dopants)植入晶圓(wafers)或基板(substrates)的半導(dǎo)體制程(semiconductor processing)中，以便沉積(deposit)或蝕刻(etch)薄膜(thin films)。此種制程包含目標(biāo)基板表面上或表面之下的離子(ions)的定向沉積(directional deposition)或摻雜。其他的制程包括等離子體 蝕刻，其中蝕刻物種的定向性(directionality)決定要蝕刻的溝槽(trenches)的品質(zhì)。通常，等離子體浸沒(méi)離子植入(亦稱為等離子體摻雜(plasma doping, PLAD))將摻雜物植入基板。藉由供應(yīng)能量給導(dǎo)入處理室(chamber)中的中性氣體(neutral gas)可產(chǎn)生等離子體以形成要植入至目標(biāo)基板的帶電載子(charged carriers)。等離子體摻雜(PLAD)系統(tǒng)通常使用于需要淺接面(shallow junctions)的半導(dǎo)體元件制造,其離子植入的能量較低因而使摻雜物離子受限于目標(biāo)基板或晶圓的表面附近。在這些情況下，植入的深度是與施加至晶圓與等離子體摻雜(PLAD)系統(tǒng)或工具的等離子體處理室內(nèi)的陽(yáng)極(anode)之間的電壓有夫。尤其，在處理室內(nèi)將晶圓定位于當(dāng)作陰極(cathode)的平臺(tái)(platen)上。包含想要的摻雜物材料的可離子化氣體(ionizable gas)將導(dǎo)入至等離子體處理室。此氣體藉由幾種等離子體產(chǎn)生方法之一予以離子化，其中包括(但不局限干)直流輝光放電(DC glowdischarge)、電容稱合射頻(capacitively coupled RF)、電感稱合射步頁(yè)(inductively coupled RF)等等。一旦產(chǎn)生等離子體，在此等離子體與所有的周圍表面(包含目標(biāo)基板)之間將存在等離子體鞘層(sheath)。相較于目標(biāo)基板表面上相反的負(fù)電荷，鞘層本質(zhì)上是具有較大密度的正電離子(亦即，過(guò)多的正電荷)的等離子體中的層。接著施加負(fù)電壓的偏壓至平臺(tái)及基板，以便離子可從等離子體跨越等離子體鞘層而植入或沉積在晶圓上達(dá)到與所施加的偏壓成正比的深度。使用等離子體摻雜(PLAD)工具的植入通常局限于導(dǎo)電的基板或半導(dǎo)電的(例如硅)エ件(workpiece)，這是因?yàn)槟軌蚴┘悠珘褐翆?dǎo)電的基板以便吸引離子跨越等離子體鞘層而植入其中。為了制造某些類型的元件，需要將特殊的摻雜物植入至例如玻璃、石英(quartz)等等的絕緣基板或絕緣體基板(insulator substrates)之中。然而，為了維持適當(dāng)?shù)幕迤珘簛?lái)吸引離子跨越等離子體鞘層而植入，將難以經(jīng)由絕緣基板來(lái)耦合電壓。尤其，對(duì)于較厚的絕緣基板，比基板表面上方的等離子體鞘層的電容小的絕緣體基板的電容將限制電壓耦合。這導(dǎo)致一種在跨越基板時(shí)下降大部分的電壓的分壓器電路(voltagedivider circuit)。對(duì)于使用于例如平面顯示器(flat panel displays)的薄絕緣基板，電壓的合理的部分與基板耦合但迅速衰退。這是部分由于在植入離子時(shí)絕緣體基板的正電充電，并且部分由于在離子撞擊絕緣體基板表面時(shí)產(chǎn)生二次電子(secondaryelectrons)所造成。這大略地顯示于

圖1，此圖是典型的等離子體摻雜(PLAD)工具的某些電位的功能圖。絕緣體基板I配置在導(dǎo)電平臺(tái)2上。藉由將反應(yīng)氣體(reactive gas)導(dǎo)入至處理室來(lái)產(chǎn)生等離子體3是所屬技術(shù)領(lǐng)域眾所周知的。位于所產(chǎn)生的等離子體與絕緣體基板I的表面的間的鞘層4具有如下所示的有效植入電壓(effecive implant voltage) (Veff)
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理工具，包括 等離子體處理室，用以由導(dǎo)入該處理室中的氣體產(chǎn)生具有多個(gè)離子的等離子體； 平臺(tái)，用以支撐及電性連接至等離子體摻雜用的絕緣體基板，該平臺(tái)連接至電壓源，該電壓源供應(yīng)第一電位的多個(gè)負(fù)偏壓脈沖給該平臺(tái)及該基板；以及 電極，配置在所產(chǎn)生的該等離子體的上方，該電極接收第二電位的多個(gè)負(fù)偏壓脈沖，該第二電位大于該第一電位，其中該多個(gè)離子撞擊用來(lái)產(chǎn)生多個(gè)二次電子的該電極的表面，該多個(gè)二次電子以該第二電位加速朝向該基板，以中和該基板上的電荷聚集。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體處理工具，還包括 隔板，配置在該電極上方且與該平臺(tái)相隔一距離；以及 絕緣部分，配置在該隔板與該電極之間以電氣隔離該電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體處理工具，其中該電極是具有第一表面的電極板，該表面指向該平臺(tái)，該第一表面的輪廓可被組構(gòu)以增加與該電極上的該多個(gè)離子有關(guān)的入射角。
4.一種將等離子體處理工具中的絕緣體目標(biāo)基板表面上的電荷聚集予以中和的方法，包括 提供反應(yīng)氣體給處理室； 激發(fā)該反應(yīng)氣體以產(chǎn)生具有多個(gè)離子的等離子體； 施加多個(gè)第一偏壓脈沖至配置在該處理室中的絕緣體基板； 施加多個(gè)第二偏壓脈沖至配置在該等離子體上方的電極，該多個(gè)第二偏壓脈沖的電位高于該多個(gè)第一偏壓脈沖的電位，以吸引該多個(gè)離子朝向該電極； 當(dāng)所吸引的該些離子撞擊該電極的表面時(shí)產(chǎn)生多個(gè)二次電子；以及加速所產(chǎn)生的該多個(gè)二次電子使朝向該絕緣體基板，以中和出現(xiàn)在該基板的表面的電荷聚集。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的將等離子體處理工具中的絕緣體目標(biāo)基板表面上的電荷聚集予以中和的方法，其中該些第二偏壓脈沖是負(fù)電位且該多個(gè)第一偏壓脈沖與該多個(gè)第二偏壓脈沖同步。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的將等離子體處理工具中的絕緣體目標(biāo)基板表面上的電荷聚集予以中和的方法，其中該多個(gè)二次電子以對(duì)應(yīng)于該多個(gè)第二偏壓脈沖的電位而加速朝向該絕緣體基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的將等離子體處理工具中的絕緣體目標(biāo)基板表面上的電荷聚集予以中和的方法，還包括在該些二次電子到達(dá)該絕緣體基板的表面之前使該多個(gè)二次電子減速。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的將等離子體處理工具中的絕緣體目標(biāo)基板表面上的電荷聚集予以中和的方法，還包括在施加該多個(gè)第二偏壓脈沖之前加熱該電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的將等離子體處理工具中的絕緣體目標(biāo)基板表面上的電荷聚集予以中和的方法，還包括經(jīng)由配置在該絕緣體基板上方的隔板而在該處理室內(nèi)散布該反應(yīng)氣體，該電極配置在該隔板的指向該絕緣體基板的一側(cè)上。
10.一種監(jiān)測(cè)等離子體浸沒(méi)離子植入的裝置，包括 等離子體處理室，用以由導(dǎo)入該處理室中的氣體來(lái)產(chǎn)生具有多個(gè)離子的等離子體；平臺(tái)，用以支撐及電性連接至用于植入該多個(gè)離子的絕緣體基板，該平臺(tái)連接至電壓源，該電壓源供應(yīng)第一電位的多個(gè)負(fù)偏壓脈沖給該平臺(tái)及該基板； 屏蔽環(huán)，配置在該處理室內(nèi)且與該平臺(tái)相鄰，該屏蔽環(huán)電性連接至該平臺(tái)且偏壓至該第一電位； 絕緣體，配置在該屏蔽環(huán)上； 金屬層，配置在該絕緣體上，該金屬層的電荷對(duì)應(yīng)于在植入該多個(gè)離子期間該基板的電荷聚集；以及 探測(cè)器，連接至該金屬層，以測(cè)量該電荷聚集。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的監(jiān)測(cè)等離子體浸沒(méi)離子植入的裝置，還包括配置在所產(chǎn)生的該等離子體上方的電極，該電極接收第二電位的多個(gè)負(fù)偏壓脈沖，該第二電位大于該第一電位以便從該等離子體吸引該多個(gè)離子且產(chǎn)生多個(gè)二次電子，該多個(gè)二次電子以該第二電位加速朝向該基板以便中和該基板上的電荷聚集。
12.—種調(diào)節(jié)經(jīng)歷等離子體浸沒(méi)離子植入的絕緣體基板的表面電壓的方法，包括 在等離子體處理室內(nèi)激發(fā)反應(yīng)氣體以產(chǎn)生具有多個(gè)離子的等離子體； 在該等離子體處理室內(nèi)監(jiān)測(cè)配置在平臺(tái)上的絕緣體基板的表面電壓； 對(duì)與配置在該處理室內(nèi)所產(chǎn)生的該等離子體上方的電極有關(guān)的多個(gè)參數(shù)之一進(jìn)行調(diào)整； 吸引離子從所產(chǎn)生的該等離子體朝向該電極； 當(dāng)該多個(gè)離子撞擊該電極時(shí)產(chǎn)生多個(gè)二次電子；以及 引導(dǎo)所產(chǎn)生的該多個(gè)二次電子朝向該基板以便調(diào)節(jié)該基板的該表面電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)節(jié)經(jīng)歷等離子體浸沒(méi)離子植入的絕緣體基板的表面電壓的方法，其中對(duì)與該電極有關(guān)的該多個(gè)參數(shù)之一進(jìn)行調(diào)整包括調(diào)整該電極的偏壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)節(jié)經(jīng)歷等離子體浸沒(méi)離子植入的絕緣體基板的表面電壓的方法，其中對(duì)與該電極有關(guān)的該多個(gè)參數(shù)之一進(jìn)行調(diào)整包括調(diào)整施加至該電極的電壓脈沖的寬度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)節(jié)經(jīng)歷等離子體浸沒(méi)離子植入的絕緣體基板的表面電壓的方法，還包括施加偏壓脈沖至該絕緣體基板，其中對(duì)與該電極有關(guān)的該多個(gè)參數(shù)之一進(jìn)行調(diào)整包括調(diào)整在施加至該絕緣體基板的該多個(gè)脈沖電壓的每一個(gè)脈沖期間施加至該電極的多個(gè)偏壓脈沖的數(shù)目。
全文摘要
一種介電質(zhì)基板的等離子體浸沒(méi)離子植入的控制裝置，包括配置在等離子體處理室中所產(chǎn)生的等離子體上方的電極。利用電位高于用以接收離子植入的基板或陰極的電位的負(fù)電壓脈沖而對(duì)該電極施予偏壓。電極的電位較低，以便對(duì)由該電極產(chǎn)生的當(dāng)作二次電子的電子給予足夠的能量來(lái)克服基板周圍的高電壓鞘層的負(fù)電壓而使電子到達(dá)基板。這些電子將加速朝向基板以便中和基板上的電荷聚集。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102959675SQ201180031969
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者提摩太·J·米勒, 維克拉姆·辛, 盧多維克·葛特, 克里斯多夫·J·里維特 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司