專利名稱：電荷中和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電荷中和裝置，更特別地，涉及一種應(yīng)用于離子植入裝置的電荷中和裝置，在生產(chǎn)半導(dǎo)體的工藝中，所述離子植入裝置用來(lái)在半導(dǎo)體基片上形成雜質(zhì)層；還涉及一種用該電荷中和裝置生產(chǎn)的半導(dǎo)體裝置；以及一種電子元件，諸如液晶顯示板，其上安裝有該半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
在已知的半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)中，廣泛應(yīng)用一種以固態(tài)氣體將各種類型的導(dǎo)電雜質(zhì)，諸如硼(B)、磷(P)、砷(As)植入半導(dǎo)體基片表面的離子植入工藝。在用于離子植入工藝的束線型離子植入器內(nèi)，為了防止在晶片上分裂該裝置的電荷或者為了防止由離子束的空間電荷效應(yīng)導(dǎo)致的射束偏轉(zhuǎn)，經(jīng)常使用電荷中和裝置，其通過(guò)向射束等離子或者晶片表面提供低能電子來(lái)降低電荷積累。
圖10示意性地圖示了一種機(jī)械掃描式的離子植入裝置，稱為高電流離子植入器。離子植入裝置1主要由3個(gè)部件形成，即，離子源室2；束線3；以及端站部件4。離子源室2包括離子源5，其通過(guò)電弧放電產(chǎn)生高密度等離子；以及引出電極6，其靜電引出離子從而為其加速。束線3包括磁偏轉(zhuǎn)型質(zhì)量分離器8，其從離子源室2發(fā)出的離子束7內(nèi)選擇希望的摻雜離子；用于塑造離子束7的微調(diào)縫(trimming aperture)9，或者質(zhì)量分解槽10，其設(shè)置在分析磁鐵的焦點(diǎn)上以選擇希望的摻雜離子。端站部件4包括法拉第筒11和射束捕集器12，用于測(cè)量射束電流；旋轉(zhuǎn)盤14，半導(dǎo)體基片13安裝于其上并且其掃描該基片使得離子束7均勻地施加在基片上；以及電子槍15，其用作電荷中和裝置。
利用上述離子植入裝置通過(guò)下述程序?qū)嵤╇x子植入。首先，利用所需的摻雜氣體或者固態(tài)蒸汽在離子源5內(nèi)產(chǎn)生高密度等離子。接著，在利用引出電極6引出離子的同時(shí)提供希望的加速能量。加速后的離子束7利用質(zhì)量分離器8選擇成為希望的摻雜離子，利用微調(diào)縫9或者質(zhì)量分解槽10塑形，然后誘導(dǎo)到目標(biāo)物上。同時(shí)，基片13傳送到旋轉(zhuǎn)盤14上，然后安裝在預(yù)定的位置。典型地，安裝了多個(gè)基片13。
接下來(lái)，設(shè)置在起始位置(A)的旋轉(zhuǎn)盤14旋轉(zhuǎn)預(yù)定次數(shù)，如圖所示，同時(shí)實(shí)施平移(B)。該過(guò)程稱為機(jī)械掃描型。在該過(guò)程中，離子植入在多個(gè)基片13的每個(gè)基片的全部表面。平移會(huì)重復(fù)幾次，以提高植入的均勻性。
通常，在植入離子前，會(huì)在基片13上形成門電極圖案。圖11圖示了圖案化的門電極的示例。在該圖中，基片23(13)例如是P型基片，較厚的場(chǎng)絕緣膜20形成在基片13的主表面部分，用作門絕緣膜的較薄的絕緣膜21形成在絕緣膜20之間的一部分活動(dòng)區(qū)域上，并且門電極22形成在薄氧化物薄膜21上。在這種狀態(tài)下實(shí)施離子植入以形成雜質(zhì)區(qū)域，用作設(shè)置在門電極22兩側(cè)的基片13的源極和漏極。在本例中，離子束7可以由磷或者砷形成，以便形成N型的源極和漏極。
當(dāng)離子如上所述植入在絕緣膜上時(shí)，特別地，在離子利用1mA或者更大的射束電流植入的情況下，會(huì)增大發(fā)生門絕緣膜21破裂的可能性。為了防止破裂，在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)使用了如圖12所示的電荷中和裝置。電荷中和裝置利用300V的電場(chǎng)加速?gòu)碾娮訕?5發(fā)射出的第一電子，從而將第一電子輻射到相應(yīng)的法拉第筒，這樣，產(chǎn)生了第二電子23。一部分第二電子23提供給基片13，用來(lái)中和積累在門電極22上的正電荷。因此，可以防止門絕緣膜21破裂。
如上所述，在已知的電荷中和裝置中，提供有電子源或者等離子源，使得電子源或者等離子源在束線中點(diǎn)處靠近射束，并且從此發(fā)射出的電子電流與射束和等離子交疊。
然而，在上述技術(shù)中，即使電荷中和發(fā)生在靠近電子源的點(diǎn)，電荷中和也可能不發(fā)生在相對(duì)的點(diǎn)(該點(diǎn)是離電子源最遠(yuǎn)的點(diǎn))，導(dǎo)致該裝置的電荷分裂或者射束偏轉(zhuǎn)。
另外，在射束掃描型離子植入器中，提供的電子電流和射束等離子的耦合效率較差，這樣就很難利用已知的電荷中和裝置實(shí)施高電流離子植入。
另外，在離子植入器中，如上所述，積累在門電極22上的正電荷由第二電子23中和，由于電子槍15發(fā)射的第一電子的輻射而從法拉第筒11的表面產(chǎn)生了該第二電子。然而，一部分第一電子由于偏轉(zhuǎn)到達(dá)基片13。因此，存在的問(wèn)題是，具有300eV能量的高速電子為基片13充電，使得基片具有負(fù)電荷。另外，由于負(fù)電荷的存在，會(huì)產(chǎn)生破裂，并且即使不產(chǎn)生破裂也會(huì)導(dǎo)致門絕緣膜22變劣。
圖13和14圖示了一種電荷中和裝置，其中，用于提供能量為50eV或者更低的電子的磁偶極子型等離子發(fā)生器設(shè)置在將要處理的基片的前表面上，該發(fā)生器包括用于從等離子引出電子的引出電極和用于將引出電極引出的電子減速的減速電極(專利文件1)。在該文件中，由于磁偶極子型等離子發(fā)生器用作電子源，并且等離子內(nèi)不存在磁場(chǎng)的尖端磁場(chǎng)形成在該磁偶極子型等離子發(fā)生器內(nèi)，所以可以容易地在僅通過(guò)施加磁場(chǎng)而引出具有預(yù)定電子溫度的、具有數(shù)個(gè)eV的高密度等離子。低能量電子提供給半導(dǎo)體基片的前表面，該基片是形成電子云的目標(biāo)物。因此，電子僅提供到半導(dǎo)體基片的正充電的部分上，由此實(shí)施電荷中和。因此，即使充電取決于離子植入條件或者裝置條件，也能實(shí)施希望的電荷中和。另外，利用磁偶極子型等離子發(fā)生器，可以形成大面積的均勻電子云。
專利文件1JP-B-8-21361發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問(wèn)題在已知的具有如圖12所示的電荷中和裝置的離子植入裝置中，如上所述，能量為300eV的高速電子給基片13充電，使得基片具有負(fù)電荷，導(dǎo)致絕緣因負(fù)電荷而產(chǎn)生破裂。即使不發(fā)生破裂，門絕緣膜22也會(huì)變劣。另外，即使電荷中和發(fā)生在靠近電子源的點(diǎn)，電荷中和也不會(huì)產(chǎn)生在相對(duì)的點(diǎn)(該點(diǎn)離電子源最遠(yuǎn))，導(dǎo)致裝置的電荷分裂或者射束偏轉(zhuǎn)。
另外，在射束掃描型離子植入器中，提供的電子電流和射束等離子的耦合效率較差，這樣利用已知的電荷中和裝置很難實(shí)施高電流離子植入。
同時(shí)，在采用具有電荷中和裝置的離子植入裝置時(shí)，如圖14所示，上述問(wèn)題就可以避免，其中磁偶極子型等離子發(fā)生器用于產(chǎn)生能量為50eV或者更少的電子。因此，可以形成大面積的均勻電子云。
然而，分裂電荷的允許電壓相應(yīng)于裝置集成度的增加而減小，對(duì)于射束的空間電荷效應(yīng)相應(yīng)于離子植入能量的降低而增加，因此需要改善電荷中和裝置的性能。在電荷中和裝置中，在尖端裝置要求內(nèi)部電壓為1V或者更小的情況下，很難保證希望的效果。
本發(fā)明借鑒發(fā)生在相關(guān)領(lǐng)域的上述缺陷而做出，并且本發(fā)明的目的是提供一種電荷中和裝置，其能夠應(yīng)用于大面積的基片13，其中可提供能量為5eV或者更少，優(yōu)選地為2eV的電子，使得相對(duì)于尖端裝置避免了因離子植入導(dǎo)致的充電和由電子導(dǎo)致的損壞。
解決該問(wèn)題的手段本發(fā)明的電荷中和裝置包括微波發(fā)生單元；等離子發(fā)生單元，其利用該微波發(fā)生單元產(chǎn)生的微波產(chǎn)生等離子；以及接觸單元，其使等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的電子等離子與包括離子束的射束等離子區(qū)域接觸。
在上述結(jié)構(gòu)中，利用微波產(chǎn)生等離子。因此，產(chǎn)生了低電壓的高密度等離子，以從其引出低能量電子。該中和器是非常有優(yōu)勢(shì)的，與常用的DC放電等離子或者RF等離子相比，它能夠獲得大量的低能量等離子。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，接觸單元包括環(huán)形包圍離子束的等離子管。這樣，可以從圍繞離子束的所有方向向離子束提供電子，因此根據(jù)電荷中和位置顯著降低了非均勻性。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，接觸單元包括等離子管，其設(shè)置成包圍離子束或者掃描區(qū)域，使得等離子管與離子束的掃描區(qū)域或者離子束的形狀對(duì)應(yīng)。這樣，即使掃描區(qū)域或者離子束的形狀復(fù)雜，也能根據(jù)電荷中和位置顯著地降低非均勻性。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，設(shè)置了波導(dǎo)以包圍等離子管的外表面，以引導(dǎo)微波，因此在等離子管內(nèi)產(chǎn)生等離子。這樣，容易在等離子管內(nèi)均勻地產(chǎn)生等離子。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，等離子發(fā)生單元是同軸電纜。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，波導(dǎo)和等離子管彼此靠近以便與導(dǎo)電管接觸。因此，可以產(chǎn)生行波等離子。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，向等離子管提供氣體以便產(chǎn)生等離子。因此，可以有效地實(shí)施等離子輻射。用于產(chǎn)生等離子的氣體是惰性氣體，諸如示蹤氣體。這樣，可以使對(duì)諸如半導(dǎo)體之類的物體的影響最小化到可以忽略的程度。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，單個(gè)縫隙或者多個(gè)縫隙設(shè)置在等離子管和波導(dǎo)之間的預(yù)定位置。因此，微波可以穿過(guò)縫隙傳輸，以便在該管內(nèi)產(chǎn)生低電壓的高密度等離子。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，多個(gè)縫隙或者開(kāi)口形成在等離子管的靠近離子束的側(cè)部。因此，由于易于向射束均勻地提供電子，所以可以容易地實(shí)現(xiàn)電荷中和的均勻性。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，波導(dǎo)具有這樣結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，氣體提供給等離子管，使得氣體在波導(dǎo)內(nèi)沿著微波傳輸方向從下游流到上游。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，由于微波衰減，所以提供了大量的氣體。因此，可以有效地和均勻地產(chǎn)生等離子。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，通過(guò)微波激發(fā)產(chǎn)生等離子，以便向包括離子束的射束等離子提供電子。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，通過(guò)微波激發(fā)產(chǎn)生等離子，以便向離子束的至少一部分以及包括固態(tài)氣體附近的離子束的射束等離子提供電子。除射束或者射束等離子外，諸如半導(dǎo)體基片之類的固體基片上的電荷也可以被中和。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，通過(guò)微波激發(fā)，等離子保持在低溫，從而提供了大量低能量電子。因此，中和器可以應(yīng)用于利用低能量電子和高射束電流植入的微裝置的過(guò)程。
在本發(fā)明的電荷中和裝置中，微波的駐波形成在波導(dǎo)內(nèi)以便產(chǎn)生等離子。由于產(chǎn)生了駐波以便有效地獲得穩(wěn)定的等離子，所以可以有效地保持穩(wěn)定的電荷中和。
一種安裝有本發(fā)明的電荷中和裝置的離子植入裝置，其優(yōu)勢(shì)在于，相對(duì)于半導(dǎo)體晶片的尺寸增大而言，可以提供5eV或2eV或更少的低能量電子，同時(shí)保持電荷中和的均勻性。
從相同的角度考慮，一種安裝有本發(fā)明的電荷中和裝置的束線裝置也是有優(yōu)勢(shì)的。
可以利用本發(fā)明的電荷中和裝置、離子植入裝置以及束線裝置，高產(chǎn)能地生產(chǎn)內(nèi)部電壓為1V或者更低的半導(dǎo)體裝置。
另外，本發(fā)明的微波等離子以O(shè)ff ECR模式產(chǎn)生。在ECR模式中，如果產(chǎn)生在等離子中的電子的能量增大，很難在利用低能量電子的同時(shí)防止電荷分裂。另一方面，在Off ECR模式中，可以抑制電子的能量，同時(shí)保持高的等離子密度。這樣，可以確保使晶片上的電荷中和的優(yōu)化條件。
在ECR模式中，當(dāng)使用微波時(shí)，電子形成與微波的回旋加速頻率相同的磁場(chǎng)，因此有效地增大了電子的能量。因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，產(chǎn)生等離子的系統(tǒng)不滿足ECR條件。詳細(xì)地說(shuō)，在使用2.45GHz的微波的情況下，產(chǎn)生與電子相同的回旋加速頻率的磁場(chǎng)強(qiáng)度是875高斯。因此，優(yōu)選的是，在系統(tǒng)中不出現(xiàn)875高斯的磁場(chǎng)。
因此，在采用磁場(chǎng)的情況下，由磁鐵提供的磁場(chǎng)的強(qiáng)度設(shè)定為偏離ECR點(diǎn)。實(shí)踐中，對(duì)于使用尖端磁場(chǎng)時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度而言，不存在問(wèn)題，因?yàn)榇艌?chǎng)為500高斯或者更低的弱強(qiáng)度。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)如上所述，在本發(fā)明中可以產(chǎn)生高密度低能量的等離子。
另外，利用根據(jù)本發(fā)明的電荷中和裝置、離子植入裝置以及束線裝置生產(chǎn)并且內(nèi)部電壓為1V或者更低的半導(dǎo)體裝置具有更高的可靠性。
另外，利用根據(jù)本發(fā)明的電荷中和裝置、離子植入裝置以及束線裝置生產(chǎn)的諸如電子裝置的物體，其優(yōu)勢(shì)在于，有效地實(shí)施了電荷中和并且可靠性很高。因此，在需要長(zhǎng)使用壽命和高可靠性的情況下，諸如空間開(kāi)發(fā)所用的火箭，可以采用該裝置。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電荷中和裝置的截面圖，沿平行于離子束的方向剖開(kāi)；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電荷中和裝置的截面圖，沿垂直于離子束的方向剖開(kāi)；圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電荷中和裝置的截面圖，沿平行于離子束的方向剖開(kāi)；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電荷中和裝置的截面圖，沿垂直于離子束的方向剖開(kāi)；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電荷中和裝置的截面圖，沿垂直于離子束的方向剖開(kāi)；圖6是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電荷中和裝置的截面圖，沿垂直于離子束的方向剖開(kāi)；圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的電荷中和裝置的截面圖，沿垂直于離子束的方向剖開(kāi)；
圖8是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的電荷中和裝置的截面圖，沿垂直于離子束的方向剖開(kāi)；圖9是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的電荷中和裝置的透視圖；圖10是示意圖，示出了已知的離子植入裝置；圖11圖示了在半導(dǎo)體基片上的離子植入；圖12圖示了已知的電荷中和裝置；圖13是示意圖，示出了已知的離子植入裝置；圖14圖示了已知的電荷中和裝置。
附圖數(shù)字和標(biāo)記說(shuō)明1B離子束P射束等離子100導(dǎo)電管101等離子管102波導(dǎo)103晶片支撐件104磁控管106縫隙107開(kāi)口108第二電源109第一電源110尖端磁鐵120尖端磁鐵130尖端磁體113硅晶片1離子植入裝置2離子源室3束線4端站5離子源6引出電極
7離子束8質(zhì)量分離器9微調(diào)縫10質(zhì)量分解槽11法拉第筒13基片14旋轉(zhuǎn)盤15電子槍20場(chǎng)絕緣膜21門絕緣膜22門電極23第二電子31電子源40電弧室41陰極42永久磁鐵43氣體鋼瓶44氣體入口45引出電極46減速電極47真空泵具體實(shí)施方式
以下，將說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例(第一實(shí)施例)如截面圖1和沿圖1中的線A-A’剖開(kāi)的截面圖2所示，本實(shí)施例的電荷中和裝置輻射射束等離子P并且防止硅晶片充電，所述射束等離子P包括從等離子發(fā)生器(未示出)向硅晶片113上提供的離子束IB，所述晶片是位于晶片支撐件103上的待處理基片。
該電荷中和裝置設(shè)置有等離子管101和波導(dǎo)102。等離子管101設(shè)置在導(dǎo)電管100的預(yù)定位置，該導(dǎo)電管是離子束IB所經(jīng)過(guò)的路徑，經(jīng)由這里等離子垂直于導(dǎo)電管的軸線包圍導(dǎo)電管的側(cè)部圓周。設(shè)置波導(dǎo)102是為了包圍等離子管101的外表面。電子等離子在等離子管101內(nèi)產(chǎn)生，以補(bǔ)償包圍離子束IB的射束等離子P的電子缺失，由此防止充電。
在中和器中，從作為微波發(fā)生單元的磁控管104經(jīng)由波導(dǎo)102向等離子管101施加微波，同時(shí)向等離子管101內(nèi)提供氣體以在等離子管101內(nèi)產(chǎn)生電子等離子。如果在包括離子束IB的系統(tǒng)中產(chǎn)生電子缺失并且產(chǎn)生電荷從而形成正電荷，則經(jīng)由形成在等離子管101內(nèi)壁上的開(kāi)口107提供電子(等離子)以中和離子束IB的電荷。
與此相關(guān)，經(jīng)由波導(dǎo)101從磁控管104傳輸?shù)奈⒉?，?jīng)由形成在波導(dǎo)102和等離子管101之間的界面上的縫隙106，傳輸進(jìn)入等離子管101。經(jīng)由形成在等離子管101的等離子電流下游的氣體入口105提供的氣體被離子化，產(chǎn)生電子等離子。
等離子管101內(nèi)的電子經(jīng)由穿過(guò)導(dǎo)電管形成的開(kāi)口107提供給射束等離子P。
導(dǎo)電管100的表面電勢(shì)Vc由第一電源109在0到10V的范圍內(nèi)變化。
波導(dǎo)102的表面電勢(shì)Vg由第二電源108在0到100V的范圍內(nèi)變化。
如果在離子束系統(tǒng)P內(nèi)沒(méi)有產(chǎn)生足夠的電子，則立即從等離子管101提供電子來(lái)補(bǔ)償電子缺失。
可以通過(guò)調(diào)節(jié)Vc和Vg來(lái)控制所提供的電子數(shù)量。
如上所述，在射束等離子內(nèi)的電子數(shù)量略微減少之后，立即通過(guò)開(kāi)口107向射束等離子提供電子。
接下來(lái)將說(shuō)明離子植入過(guò)程。在離子植入過(guò)程中，離子植入到硅晶片的表面上，在硅晶片的表面上，利用電荷中和裝置，以門電極作為掩模形成門氧化物膜。
首先，其上形成有門氧化物膜和門電極并且作為待處理基片113的硅晶片安裝在基片支撐件103上。
包括離子束的射束等離子P輻射在硅晶片上。與此有關(guān)的是，在沒(méi)有發(fā)生晶片充電的穩(wěn)定平穩(wěn)狀態(tài)下，射束等離子的電荷處于正離子和負(fù)電子之間的幾乎中性狀態(tài)(等離子中性)。
然而，如果在一種裝置中，絕緣膜諸如FET設(shè)置在硅晶片上，而該裝置在其表面上形成有絕緣膜，諸如門氧化物膜，則因離子束傳輸?shù)碾姾蓵?huì)產(chǎn)生無(wú)電。
如上所述，如果晶片充電超過(guò)絕緣膜的內(nèi)部電壓極限，則該裝置將破裂。為了防止這種情況產(chǎn)生，需要利用負(fù)電子電荷中和晶片上的正電荷。
與此相關(guān)，如果電子的能量較高，則會(huì)在該裝置中因電子的負(fù)充電而產(chǎn)生靜電分裂。因此，電子的能量必須低于該裝置的內(nèi)部電壓極限。
例如，當(dāng)門絕緣膜的厚度為1nm時(shí)，內(nèi)部電壓極限是約1V或者更低。
如果因射束而在硅晶片上產(chǎn)生正充電，則在充電點(diǎn)附近的射束等離子中存在的低能量等離子電子將傳輸?shù)骄系撵o電充電部分，從而中和電荷。
因此，射束等離子的電荷的中性狀態(tài)消散，其中電荷傾向?yàn)檎?br> 如果上述狀態(tài)的過(guò)程持續(xù)下去，則因?yàn)樯涫入x子破裂，射束的電勢(shì)顯著升高，晶片上的電荷分裂就會(huì)產(chǎn)生。因此，射束因其正電荷而偏轉(zhuǎn)，這樣就不可能植入離子。
為了避免這種情況，在發(fā)生正充電的同時(shí)，從等離子管向射束等離子系統(tǒng)提供低能量電子，防止晶片充電，同時(shí)保持射束等離子的中性。因此，可以確保利用高產(chǎn)能的裝置實(shí)施穩(wěn)定的離子植入過(guò)程。
施加在晶片上的總的電子電流可以通過(guò)裝置條件和過(guò)程條件來(lái)控制。對(duì)此，可使用一些控制參數(shù)。
控制參數(shù)其中之一是施加在導(dǎo)電管上的負(fù)電壓。隨著電壓傾向?yàn)樨?fù)，提供到晶片上的電子電流增大。
另一個(gè)控制參數(shù)是等離子管或者經(jīng)由等離子管向?qū)w提供的負(fù)電壓。隨著電壓傾向?yàn)樨?fù)，提供到晶片上的電子電流增大。
另一個(gè)控制參數(shù)是經(jīng)由波導(dǎo)傳播的微波強(qiáng)度。等離子管內(nèi)的等離子密度因該強(qiáng)度升高而增大，因此增大了電子的絕對(duì)數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明，從射束等離子向待處理基片(晶片)113引出電子，導(dǎo)致電子缺失。在該狀態(tài)下，從等離子管向射束等離子系統(tǒng)提供低能量電子，以保持射束等離子的中性，同時(shí)防止晶片充電。因此，可以確保利用高產(chǎn)能的裝置實(shí)施穩(wěn)定的離子植入過(guò)程。
(第二實(shí)施例)在上述第一實(shí)施例中，提供了等離子管101和波導(dǎo)102。設(shè)置等離子管101是為了包圍導(dǎo)電管的與其軸線垂直的側(cè)部的圓周。設(shè)置波導(dǎo)102是為了包圍等離子管101的外表面，并且電子等離子在等離子管101內(nèi)產(chǎn)生。根據(jù)本實(shí)施例的電荷中和裝置如截面圖3以及沿圖3中的線A-A’和B-B’剖開(kāi)的截面圖4和5所示。本實(shí)施例不同于第一實(shí)施例的地方在于，等離子管101和波導(dǎo)102彼此靠近以包圍導(dǎo)電管100。在本實(shí)施例中，利用行波實(shí)施等離子激發(fā)。
另外，從第二電源108經(jīng)由設(shè)置在等離子管101內(nèi)的偏壓線110提供控制偏壓的電勢(shì)。其余的組成部件與第一實(shí)施例相同。
在本實(shí)施例中，當(dāng)離子植入到如圖8所示的硅晶片上以形成源極和漏極時(shí)，由于電荷受到抑制，所述離子植入可有效實(shí)施。因此，當(dāng)FET具有1nm的薄的門絕緣膜時(shí)，破裂受到抑制。因此，可以高產(chǎn)地獲得FET，同時(shí)內(nèi)部電壓為2ev或者更低的FET不會(huì)發(fā)生破裂。
該電荷中和裝置設(shè)置有等離子管101和波導(dǎo)102。等離子管101設(shè)置在導(dǎo)電管100的預(yù)定位置，該導(dǎo)電管是離子束IB所經(jīng)過(guò)的路徑，經(jīng)由這里等離子包圍導(dǎo)電管的與其軸線垂直的側(cè)部的圓周。設(shè)置波導(dǎo)102是為了包圍等離子管101的外表面。電子等離子在等離子管101內(nèi)產(chǎn)生，以補(bǔ)償包圍離子束IB的射束等離子P的電子缺失，由此防止充電。
在中和器中，從作為微波發(fā)生單元的磁控管104經(jīng)由波導(dǎo)102向等離子管101施加微波，同時(shí)向等離子管101內(nèi)提供氣體，以在等離子管101內(nèi)產(chǎn)生電子等離子。如果在包括離子束IB的系統(tǒng)中不能產(chǎn)生足夠的電子并且產(chǎn)生充電而形成正電荷，則經(jīng)由形成在等離子管101內(nèi)壁上的開(kāi)口107來(lái)提供電子(等離子)，以中和離子束IB的電荷。
與此相關(guān)，經(jīng)由波導(dǎo)102從磁控管104傳輸?shù)奈⒉ń?jīng)由形成在波導(dǎo)102和等離子管101之間的界面上的縫隙106傳輸進(jìn)入等離子管101。經(jīng)由形成在等離子管101的等離子電流下游的氣體入口105提供的氣體被離子化，產(chǎn)生電子等離子。
(第三實(shí)施例)在第二實(shí)施例中，說(shuō)明了利用行波實(shí)施等離子激發(fā)。然而，也可以利用駐波實(shí)施激發(fā)。
如沿著垂直于射束方向剖開(kāi)的截面圖6所示，除波導(dǎo)102具有封閉的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)以形成駐波外，第三實(shí)施例與第二實(shí)施例相同。
沿著平行于射束的方向剖開(kāi)的截面圖與圖3相同。
在本實(shí)施例中，等離子管101和波導(dǎo)102彼此靠近以包圍導(dǎo)電管100，并且利用駐波來(lái)實(shí)施等離子激發(fā)。
(第四實(shí)施例)在本實(shí)施例中，如圖7所示，產(chǎn)生尖端磁場(chǎng)的尖端磁鐵110設(shè)置在等離子管102的截面上。尖端磁鐵110可以設(shè)置在等離子管102的兩個(gè)截面上，或者等離子管的任何一個(gè)截面上。
如沿著垂直于射束的方向剖開(kāi)的截面圖7所示，除設(shè)置有尖端磁鐵外，第四實(shí)施例與第二實(shí)施例相同。
沿著平行于射束的方向剖開(kāi)的截面圖與圖3相同。
詳細(xì)地說(shuō)，磁場(chǎng)方向彼此相反的磁鐵交替地以預(yù)定間隔設(shè)置在組成等離子管的波導(dǎo)102的截面上，并且在等離子管101內(nèi)產(chǎn)生尖端磁場(chǎng)。利用尖端磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁力梯度以及由磁力梯度產(chǎn)生的磁力將低能量的電子非常密集地限制在等離子管內(nèi)。
由于尖端磁場(chǎng)是磁場(chǎng)強(qiáng)度為500高斯或者更低的弱磁場(chǎng)，該強(qiáng)度自動(dòng)從ECR點(diǎn)偏離，因此不會(huì)存在問(wèn)題。然而，在本發(fā)明中，必須設(shè)定磁場(chǎng)強(qiáng)度，使得該強(qiáng)度偏離ECR條件，以便增大等離子密度和電子能量密度。
在本實(shí)施例中，等離子管101和波導(dǎo)102彼此靠近以包圍導(dǎo)電管100，并且利用駐波實(shí)施等離子激發(fā)。
(第五實(shí)施例)在第四實(shí)施例中，尖端磁鐵120設(shè)置在等離子管102的截面上。然而，在本實(shí)施例中，尖端磁鐵120設(shè)置在等離子管102的外周表面上。
就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，如圖8所示，產(chǎn)生尖端磁場(chǎng)的尖端磁鐵120設(shè)置在等離子管102的外周表面上。
如沿著垂直于射束的方向剖開(kāi)的截面圖8所示，除如此設(shè)置尖端磁鐵外，第五實(shí)施例與第二實(shí)施例相同。
沿著平行于射束的方向剖開(kāi)的截面圖與圖3相同。
詳細(xì)地說(shuō)，磁場(chǎng)方向彼此相反的磁鐵交替地以預(yù)定間隔設(shè)置在組成等離子管的波導(dǎo)102的外周表面上，并且在等離子管101內(nèi)產(chǎn)生尖端磁場(chǎng)。利用尖端磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁力梯度以及由磁力梯度產(chǎn)生的磁力將低能量的電子非常密集地限制在等離子管內(nèi)。
(第六實(shí)施例)在上述第四和第五實(shí)施例中，尖端磁鐵110或者120設(shè)置在等離子管102的截面上或者外周表面上。然而，在本實(shí)施例中，尖端磁鐵130設(shè)置在等離子管102的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，使得等離子管夾在磁鐵之間。
就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，如圖9所示，產(chǎn)生尖端磁場(chǎng)的尖端磁鐵130設(shè)置在等離子管102的內(nèi)側(cè)表面和外側(cè)表面上。
如透視圖9所示，除第六實(shí)施例的尖端磁鐵位置與第二實(shí)施例不同外，第六實(shí)施例與第二實(shí)施例相同。
沿著平行于射束的方向剖開(kāi)的截面圖與圖3相同。
詳細(xì)地說(shuō)，磁場(chǎng)方向彼此相反的磁鐵交替地以預(yù)定間隔設(shè)置在組成等離子管的波導(dǎo)102的內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面上，并且在等離子管101內(nèi)產(chǎn)生尖端磁場(chǎng)。利用尖端磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁力梯度以及由磁力梯度產(chǎn)生的磁力將低能量的電子非常密集地限制在等離子管內(nèi)。
在上述的第一至第六實(shí)施例中，說(shuō)明了利用波導(dǎo)的等離子發(fā)生器。然而，可以利用同軸電纜代替波導(dǎo)實(shí)施等離子激發(fā)。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于，有效而均勻地提供低能量電子以防止因離子植入發(fā)生的充電以及由電子導(dǎo)致的損壞，并且有效地中和了低能量離子束的空間電荷，并且可以提供一種能夠應(yīng)用于大面積基片的電荷中和裝置。
權(quán)利要求
1.一種電荷中和裝置，包括微波發(fā)生單元；等離子發(fā)生單元，其利用微波發(fā)生單元產(chǎn)生的微波產(chǎn)生電子等離子；和接觸單元，其使等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的電子等離子與包括離子束的射束等離子區(qū)域接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的電荷中和裝置，其中接觸單元包括環(huán)形包圍離子束的等離子管。
3.如權(quán)利要求1所述的電荷中和裝置，其中接觸單元包括等離子管，所述等離子管設(shè)置成包圍離子束或者掃描區(qū)域，使得等離子管與離子束的掃描區(qū)域或者離子束的形狀對(duì)應(yīng)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的電荷中和裝置，其中等離子發(fā)生單元包括波導(dǎo)，所述波導(dǎo)設(shè)置成包圍等離子管的外表面，并且微波從微波發(fā)生單元經(jīng)由波導(dǎo)傳輸?shù)降入x子管，同時(shí)氣體提供給等離子管，因此在等離子管內(nèi)產(chǎn)生等離子。
5.如權(quán)利要求4所述的電荷中和裝置，其中等離子發(fā)生單元是同軸電纜。
6.如權(quán)利要求5所述的電荷中和裝置，其中波導(dǎo)布置成與等離子管平行，以便與導(dǎo)電管接觸。
7.如權(quán)利要求4至6任一所述的電荷中和裝置，其中氣體是惰性氣體。
8.如權(quán)利要求4至7任一所述的電荷中和裝置，其中至少一個(gè)縫隙設(shè)置在等離子管和波導(dǎo)之間的預(yù)定位置處。
9.如權(quán)利要求8所述的電荷中和裝置，其中多個(gè)縫隙設(shè)置在等離子管和波導(dǎo)之間的預(yù)定位置處。
10.如權(quán)利要求2至9任一所述的電荷中和裝置，其中開(kāi)口形成在等離子管的靠近離子束的側(cè)部。
11.如權(quán)利要求10所述的電荷中和裝置，其中多個(gè)開(kāi)口形成在等離子管的靠近離子束的側(cè)部。
12.如權(quán)利要求2至11任一所述的電荷中和裝置，其中波導(dǎo)設(shè)置成在其側(cè)部包圍離子束，在該側(cè)部，波導(dǎo)內(nèi)的微波的傳輸方向與離子束的流動(dòng)方向垂直。
13.如權(quán)利要求12所述的電荷中和裝置，其中波導(dǎo)具有這樣的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，氣體提供給等離子管，使得氣體在波導(dǎo)內(nèi)沿著微波傳輸方向從下游流到上游。
14.如權(quán)利要求1至13任一所述的電荷中和裝置，其中通過(guò)微波激發(fā)產(chǎn)生等離子，以便向包括離子束的射束等離子提供電子。
15.如權(quán)利要求1至13任一所述的電荷中和裝置，其中通過(guò)微波激發(fā)產(chǎn)生等離子，以便向受到離子束輻射的固態(tài)氣體附近的各部分中的至少一部分提供電子。
16.如權(quán)利要求1至15任一所述的電荷中和裝置，其中通過(guò)微波激發(fā)使等離子保持在低溫，從而提供2eV或者更低的低能量電子。
17.如權(quán)利要求4所述的電荷中和裝置，其中如此構(gòu)造微波發(fā)生單元，使得在波導(dǎo)內(nèi)產(chǎn)生微波駐波。
18.如權(quán)利要求6所述的電荷中和裝置，其中如此構(gòu)造微波發(fā)生單元，使得在波導(dǎo)內(nèi)產(chǎn)生微波行波。
19.一種離子植入裝置，包括如權(quán)利要求1至18任一所述的電荷中和裝置。
20.一種束線裝置，包括如權(quán)利要求1至18任一所述的電荷中和裝置。
21.一種內(nèi)部電壓為1V或者更低的半導(dǎo)體裝置，并且其利用如權(quán)利要求1至18任一所述的電荷中和裝置實(shí)施離子植入而形成。
22.一種利用如權(quán)利要求1至18任一所述的電荷中和裝置實(shí)施離子植入而形成的物體。
全文摘要
提供了一種電荷中和裝置，其能夠提供5eV水平或者更低優(yōu)選地為2eV水平的低能量電子，從而消除甚至是前線裝置中的離子植入的充電和電子導(dǎo)致的損害，并且適用于大尺寸的基片(113)。電荷中和裝置包括微波發(fā)生裝置(104)；等離子發(fā)生裝置(101)，其利用微波發(fā)生裝置產(chǎn)生的微波產(chǎn)生電子等離子；和接觸裝置(107)，其使等離子發(fā)生裝置產(chǎn)生的電子等離子與包括離子束的射束等離子區(qū)域接觸。
文檔編號(hào)H05H1/24GK1969365SQ20058001929
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者伊藤裕之, 作道訓(xùn)之, 佐佐木雄一朗, 水野文二 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社