宽离子束用的具多天线电感性耦合等离子体离子源的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案
[0002] 本申请主张于2012年8月13日申请的美国暂时案专利申请案第61/682, 356号 的优先权，并将该案中所揭示内容纳入此申请中的全部参考。
技术领域
[0003] 本揭示涉及半导体元件制备的领域，特别是，涉及具有多个天线的离子源，用以产 生宽离子束。
【背景技术】
[0004] 离子布植是一种用来掺杂离子进入工件或靶材的方法。大型的离子布植应用像是 将离子植入大面积平板需要相当宽（例如2~6米宽）的带状离子束。除了必须配备所需 的高密度等离子体用以维持高离子束流外，等离子体源使用于大型应用时，目标在于提供 十分良好的等离子体均匀度（1~2% )于延伸长度上。对于气态前驱物来说，电感性耦合 等离子体（inductivelycoupledplasma，ICP)源已被证明是一个适合用于产生带状宽离 子束的解决方法。举例而言，射频（radiofrequency，RF)电感性親合等离子体源提供了适 当的高离子束流（大约ImA/Boron)以及相对良好的等离子体均勾度（大于700毫米（mm) 时变异差小于2% )。然而，由于射频天线（antenna)与介电（dielectric)射频窗长度的 物理限制，不可能以单一射频天线来进一步扩展离子束宽度，举例而言，长天线具有高天线 阻抗，在一般的射频频率下，需要具有非物理性调校及负荷电容值的匹配装置。
[0005] 此外，由于驻波效应可能发展于天线回路间，因此天线长度会被设计成不超过射 频电磁波长的四分之一，而造成整体天线在长度上的限制。由于上述的考量，对于13. 56兆 赫兹（MHz)的运转频率而言，最大的天线长度（由加总所有天线回圈的长度取得）大约为 5米。
[0006] 除此之外，用来让射频功率传输穿过并提供等离子体腔体真空密封的介电窗在尺 寸上亦有限制，因为当介电窗尺寸变大时，其厚度也必须跟着变厚。举例而言，为了在摄氏 (Celsius) 250~300度的热应力（thermalstress)下承受一大气压力，长1米高15公分 的窗户，若以石英（quartz)制作，需要大约15毫米的厚度，而若以氧化错（alumina)制作， 则需要大约10毫米的厚度。然而，厚介电窗提供不良的射频功率耦合并伴随对等离子体密 度广生减损影响。
【发明内容】
[0007] 基于上述，揭示基于射频等离子体的新式宽离子束源。
[0008] 在本揭示的一示范实施例中，宽离子束源包括多个射频窗，以预设关系布置。单一 等离子体腔体配置在多个射频窗的第一侧。多个射频天线，每一多个射频天线配置在各别 的每一多个射频窗的第二侧，且第二侧与第一侧相对。宽离子束源还包括多个射频源，每一 多个射频源耦接于各别的每一多个射频天线，其中藉由耦接于第一射频天线的第一射频源 产生的第一射频信号及藉由耦接于与第一射频天线相邻的一射频天线的第二射频源产生 的第二射频信号之间的频率差异大于10千赫兹（kHz)。
[0009] 在另一实施例中，一种用以产生宽离子束源的方法包括：以预设关系布置多个射 频窗相邻于单一等离子体腔体，且单一等离子体腔体沿多个射频窗的第一侧配置；将每一 多个射频天线配置在各别的每一多个射频窗的第二侧，且第二侧相对于第一侧；以及耦接 每一多个射频源于各别的每一多个射频天线，其中藉由耦接于第一射频天线的第一射频源 产生的第一射频信号及藉由耦接于与第一射频天线相邻的一射频天线的第二射频源产生 的第二射频信号之间的频率差异大于10千赫兹。
[0010] 在又一实施例中，一种用以产生宽离子束的系统包括：
[0011] 多个射频窗，以预设关系布置；单一等离子体腔体，配置在多个射频窗的第一侧； 多个射频天线，其中每一多个射频天线配置在各别的每一多个射频窗的第二侧，且第二侧 相对于第一侧。系统还包括多个射频源，每一多个射频源经组态以于1356兆赫兹且变异在 2%之间的频率运转，其中每一多个射频源耦接于各别的每一多个射频天线，其中藉由耦接 于第一射频天线的第一射频源产生的第一射频信号及藉由耦接于与第一射频天线相邻的 一射频天线的第二射频源产生的第二射频信号之间的频率差异大于10千赫兹。
【附图说明】
[0012] 通过举例的方式，所揭示装置的特定实施例将被说明，并以所伴随附图作为参考， 其中：
[0013] 图1为说明根据本揭示一实施例的离子源俯视图。
[0014] 图2为图1的离子源沿图1的A-A'线的剖面图。
[0015] 图3为说明根据本揭示另一实施例的替代离子源俯视图。
[0016] 图4a为波形图，说明计算调变效应用于两个运转频率相差5赫兹的13. 56兆赫兹 波。
[0017] 图4b说明一具有两个设定于相同运转频率射频源的离子源其量测束流剖面曲线 图。
[0018] 图4c为波型图，说明计算调变效应用于两个运转频率相差100千赫兹的13. 56兆 赫兹波，图示于100毫秒。
[0019] 图4d为波型图说明计算调变效应用于两个运转频率相差100千赫兹的13. 56兆 赫兹波，图示于接近10毫秒。
[0020] 图5为说明一具有三个设定于不同运转频率射频源的离子源其量测束流剖面曲 线图。
【具体实施方式】
[0021] 以下伴随附图作为参考，对根据本揭示书的装置作更完整的叙述，其中所示为本 发明的较佳实施例。然而，本装置可以多种不同形式实施，不应限定解释为此处所阐述的实 施例。比较合理的解释是，提供这些实施例以使本揭示书更加详尽且完整，并且可完全地传 达本装置所欲涵盖的范围给本领域的技术人员。在图中，用相同的编号代表相同或相似的 元件。
[0022] 本发明提出的实施例是有关于使用射频等离子体提供宽离子源的装置与方法。在 不同的实施例中，宽离子源被揭示用以促进多重或空间重叠等离子体的运作以产生特别宽 的离子束，且不需要持续不断的监控与调整射频相位。
[0023] 参考图1与图2,在一实施例中射频等离子体离子源10(以下皆称"射频离子源 10"）根据本发明提出的揭示内容，射频离子源10可包括单一等离子体腔体12,多个射频源 14、16与18 (每一射频源包括射频产生器"rf"以及匹配网络"丽"）具有各别的射频天线 20、22与24 ;多个射频窗26、28与30 ;-个或一个以上的气体进气口 32,以及面板34,其具 有提取开口 36,藉由提取开口 36,离子从单一等离子体腔体12中被提取出来。为了叙述上 的清楚与方便，用词像是"前"、"后"、"上端"、"底端"、"上"、"下"、"里面"、"外面"、"水平"、 "垂直"、"横向"及"纵向"在此将用以叙述射频离子源10构件的相对定位与方向，每一构件 皆有相对于射频离子源10各别的几何位置与方向如图2所示。所述用词将包括特定用语 及其缩写以及其他相似意思的用语。图1与图2的叙述亦可参考XYZ坐标系统，如图1中 的水平方向与X轴平行，垂直方向与Y轴平行，以及Z轴垂直于图1平面。图2的坐标轴定 向例如为图2的水平方向与X轴平行，图2的垂直方向平行于Z轴以及Y轴垂直于图2平 面。
[0024] 上述等离子体腔体12形状可为矩形、圆柱型或其他更复杂形状的包封体，用以在 低压下保持住里面的原料气体。等离子体腔体12可包括垂直延伸（例如延伸于图2中的 z方向）的侧壁38、40、42及44,这些侧壁界定一个在x方向具有3米全宽的内部空间。等 离子体腔体12可依据期望的离子束宽度，像是带状离子束，被制作成较大或是较小。延长 的连接肩部46与48可沿y方向延伸（图2)跨越等离子体腔体12的开口顶端，并与射频 窗支撑件50、52以及54呈间隔平行关系，其可具有相同特征、形状与尺寸。面板34密封 等离子体腔体12底端；提取开口 36可延伸跨越等离子体腔体12的整个面板34,可提供 开口使得宽离子束得以如下所述从等离子体腔体12经开口被提取出来。提取开口 36可 以是一个几乎等于全长3米的射频离子源10的开口。在一实施例中，提取开口 36大约是 一个在y方向上长度为3~30毫米的矩形开口，并且为离子束的全尺寸（例如在x方向 上3米长）。面板34在z方向上的厚度为3~10毫米，且提取开口 36的边缘可经组态以 促使离子从等离子体被提取时更易形成离子束。侧壁38、40、42宇44以及连接肩部46与 48 可由错（aluminum)、错合金（aluminumalloys)或不锈钢（stainlesssteel)制成。面 板可由鹤（tungsten)、不锈钢、石墨（graphite)或是介电质材料，例如氧化错、石英或蓝宝 石（sapphire)制成。在等离子体腔体内，能用以覆盖金属等离子体腔体侧壁的薄阻障层 (thinliner)可由石英、石墨、碳化娃（siliconcarbide)或是喷覆娃错（siliconsprayed aluminum)制成。
[0025] 射频窗26、28、30可为平面构件，且在水平面上各自具有相似于射频窗支撑件50、 52、54的形状。射频窗26、