专利名称：使用离子束的半导体装置的制作方法
技术领域：
这里公开的示范性实施例涉及用于制造半导体器件的半导体装置，例 如，用于制造半导体器件的使用离子束的半导体装置。
背景技术：
半导体装置可用于各种半导体制造工艺。例如，半导体装置可用于材料 层或衬底蚀刻、氧化、氮化、掺杂剂离子注入或表面处理。
通常，使用离子束的半导体装置包括第一和第二档4册(grid)以及其中 可产生等离子体的腔。第一格栅可相对靠近等离子体，第二格栅可相对远离 等离子体。例如，第二档，栅可靠近待处理的半导体衬底。相对高的正电势可 施加到第一格栅，地电势可施加到第二格栅。由于第一和第二格栅之间的电 势差，由腔中的正等离子体形成的离子束会从第 一格栅通过第二格栅运行到 半导体衬底。
然而，这样的半导体装置具有局限性。例如，因为地电势通常施加到腔 壁，腔内的等离子体的电势会通过施加到第一格栅的高的正电势而增大。因 此，由于例如腔壁和第一格栅之间的电势差的变化，等离子体会变得不稳定。 结果，溅射会通过等离子体的离子而发生在腔壁上，或者会发生离子束的波 动或挠曲，导致半导体器件的制造有缺陷。此外，因为半导体装置会需要精 度调节来解决这样的局限性，所以工艺窗(process window)减小。
发明内容
示范性实施例提供一种使用离子束同时保持等离子体稳定的半导体装 置。示范性实施例还提供一种能够诱发具有足够能量水平的离子束同时保持 等离子体稳定的半导体装置。
示范性实施例提供一种半导体装置，包括等离子体腔，包括可向其施 加参考电压的壁部分和其中可产生等离子体的内部空间；以及多个格栅，邻
近该等离子体腔且从等离子体诱发离子束。每个格栅可包括离子束可从其穿
过的多个诱发孔。具有与参考电压相同电势电平的电压可施加到多个格冲册中 最靠近等离子体的第一格栅，具有与参考电压不同电势电平的电压可施加到 多个格栅中最远离等离子体的最后格栅。
因为施加到第 一格栅的电压可具有与参考电压相同的电势电平，所以等 离子体的稳定性不会受第一格栅和等离子体腔的壁部分之间的电势差的影 响。此外，因为施加到最后格栅的电压可具有与参考电压不同的电势电平， 所以与第 一和最后格栅之间的电势电平差相应的能量可提供给离子束。
在示范性实施例中，离子束可以是正离子束。施加到最后格栅的电压可 具有比参考电压低的电势电平。所述多个格栅可包括至少一个布置在第一和 最后格栅之间作为通量调整格栅的格栅。具有比参考电压低的电势电平的电 压可施加到通量调整格栅。施加到通量调整格栅的电压可具有比施加到最后 格栅的电压低的电势电平。
在另一示范性实施例中，离子束可以是负离子束。施加到最后格栅的电 压可具有比参考电压高的电势电平。该多个格栅可包括至少一个在第一和最 后格栅之间作为通量调整格栅的格栅。具有比参考电压高的电势电平的电压 可施加到通量调整格栅。施加到通量调整格栅的电压可具有比施加到最后格 栅的电压高的电势电平。
在又一示范性实施例中，半导体装置还可包括用于将离子束转化为中性 束的中性化单元。该多个格栅可设置在等离子体腔和中性化单元之间。具有 与施加到最后格栅的电压相同电势电平的电压可施加到中性化单元。中性化 单元可包括与离子束成角度定位的多个反射板。供选地，中性化单元可包括 板，可穿过其形成多个穿孔。离子束在通过穿孔时可转化为中性束。中性化 单元的穿孔可对准格栅的诱发孔。穿孔可具有比诱发孔大的高宽比。
在又一示范性实施例中，等离子体腔的壁部分可包括外壁和内壁，外壁 可由导电材料形成，内壁可在外壁上且可由介电材料形成。内壁可毗邻等离 子体腔的内部空间，参考电压可施加到外壁。在再一示范性实施例中，参考 电压可具有地电势电平。
包括附图以提供对示范性实施例的进一步理解，附图并入本说明书中且 构成本说明书的一部分。附图示出半导体装置的示范性实施例，且与文字描
述一起用来说明示范性实施例的原理。图中
图l是根据示范性实施例的半导体装置的示意图； 图2是示出图1的A部分的放大图3是曲线图，示出在离子束的离子是正离子的情况下提供给等离子体 腔、中性化单元(neutralizing unit)和格栅的电压；
图4是曲线图，示出在离子束的离子是负离子的情况下提供给等离子体 腔、中性化单元和格栅的电压；以及
图5是根据示范性实施例的半导体装置的示意图。
应注意，这些图意在示出某些示范性实施例中使用的方法、结构和/或材 料的一般特征且意在补充下面提供的书面描述。然而，这些图不是按比例的， 并不精确地反映任何所给实施例的精确结构或性能特征，且不能解释为对示 范性实施例所包含的值的范围或属性的定义或限制。特别地，为清楚起见， 元件的相对尺寸或定位可能被减小或放大。各个图中相似或相同的附图标记 的使用意在指示相似或相同的元件或特征的存在。
具体实施例方式
下面参考附图更充分地描述示范性实施例，附图中示出示范性实施例。
然而，示范性实施例可以以许多不同的形式体现，且不应理解为局限于这里
阐述的示范性实施例。而是，提供这些实施例以使本公开彻底和完全，且向
本领域技术人员充分传达示范性实施例的范围。在图中，为了清楚起见，放
大了层和区域的尺寸和相对尺寸。
将理解，当一元件称作在另一元件"上"，"连接到"或"耦合到"另一
元件等时，其能直接在另一元件或层上，连接到或耦合到另一元件或层，或 者可存在居间元件或层。相反，当一元件称作"直接在，，另一元件或层"上"、 "直接连接到，，或"直接耦合到"另一元件或层时，不存在居间元件或层。 贯穿全文，相同的附图标记代表相同的元件。这里使用时，术语"和/或"包 括一个或多个相关所列项的任一和全部组合。
将理解，虽然术语第一、第二、第三等可在这里用来描述各种元件、组 元、区域、层和/或部分，但是这些元件、组元、区域、层和/或部分不应被 这些术语限制。这些术语仅用于将一元件、组元、区域、层或部分与另一区 域、层或部分区分开。因此，下文论述的第一元件、组元、区域、层或部分
能被称为第二元件、组元、区域、层或部分而不偏离示范性实施例的教导。 空间相关术语例如"下面"、"下方"、"下"、"上面"、"上，，等可在此用 于简化叙述，以描述如图所示的一个元件或特征与另一 (另外多个)元件或 特征的关系。将理解，空间相关术语意在包括除图中所示取向之外器件在使 用或操作中的不同取向。例如，如果图中的器件被倒置，则描述为在其他元 件或特征"下方"或"下面"的元件将取向为在其他元件或特征"上方"。 因此，示范性术语"下方"可包含上方和下方两种取向。器件可以另外地取
向(旋转90度或在其他方向)，相应地解释这里使用的空间相关描述语。
这里使用的术语仅用于描述特定的实施例，无意限制示范性实施例。这 里使用时，单数形式"一"、"一个"和"该"意在也包括复数形式，除非上 下文清楚地另外说明。还将理解，本说明书中使用时术语"包括，，和/或"由... 组成"表明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组元的存在，但是不排
除一个或多个其他特征、整体、步骤、揚:作、元件、组元和/或其组群的存在 或添力口。
下面将参考附图更详细地描述示范性实施例。然而，示范性实施例可以 是不同的形式，不应解释为局限于这里阐述的实施例。而是，提供这些实施 例以使本7>开彻底和完全，且向本领域技术人员全面地传达示范性实施例的 范围。贯穿全文，相同的附图标记代表相同的元件。
图1是根据一示范性实施例的半导体装置的示意图，图2是示出图1的 A部分的放大图。参考图l和2，半导体装置可包括等离子体腔106。等离 子体腔106可包括壁部分102和盖部分104,其封围一内部空间，该内部空 间中可产生等离子体110。壁部分102可包括外壁103a和内壁103b。壁部 分102可全部由导电材料形成，例如金属。供选地，外壁103a可由导电材 料形成，而内壁103b可由介电材料形成，从而等离子体IIO可远离外壁103a 飘浮。
参考电压Vr可施加到外壁103a。如果盖部分104包括导电材料，则参 考电压Vr也可施加到盖部分104。如果盖部分104由介电材料形成，则参考 电压Vr可以不施加到盖部分104。
工艺气体可通过穿过壁部分102的气体注入管(未示出)提供到等离子 体腔106的内部空间且通过等离子体发生器(未示出)在其中转化成等离子 体110。装配在等离子体腔上的等离子体发生器106可以是缠绕壁部分102
的线圈或设置在盖部分104上的线圏。在后一情况下，盖部分104可由介电 材料形成。
半导体装置还可包括用于从等离子体110诱发离子束的多个格栅120、 125和130。每个格栅120、 125和130可以是例如盘状或任何其他可应用形 状的导电板。格栅120、 125和130可从等离子体腔106顺序布置。格栅120 可最靠近等离子体腔106,因此在下文中将称作第一格栅120。格栅130可 最远离等离子体腔106，因此在下文中将称作最后档4册130。格栅125可用 于调整离子束的通量。根据需要，通量调整格栅125以及其他格栅(未示出) 可设置在半导体装置中在第一和最后格栅120和130之间，或者可以不设置 在第一和最后格柵120和130之间。下文中，将仅使用第一格栅120、通量 调整格栅125和最后格栅130描述示范性实施例。
#4册120、 125和130可互相间隔开。绝缘材料可设置在格栅120、 125 和130的边缘之间。此外，绝缘材料还可设置在等离子体腔106和第一格栅 120的边纟彖之间。
每个格栅120、 125和130可包括多个诱发孔122。例如，诱发孔122 可形成为穿过格栅120、 125和130。因此，离子束115可从等离子体110诱 发并经过诱发孔122，在第一格栅120、通量调整格栅125和最后格栅130 中的诱发孔122可互相对应并对准。
等离子体腔106可具有在等离子体腔106的壁的一部分上的至少一个开 口 。开口可以是与等离子体腔106的盖部分104相对的整面壁，如图1所示， 或者是所述壁上的与格栅120、 125和130的孔122对准的多个开口。至少 一个开口可被第一格栅120覆盖。等离子体腔106的总开口面积可由每个开 口的面积的总和确定。
为了从等离子体IIO诱发离子束，参考电压Vr可施加给第 一格栅120 ， 与Vr不同的电压Ve可施加给最后格栅130，从而电场可引入在格栅之间。 当通过两个格栅之间的电场驱动等离子体110的离子从第一格栅120流向最 后格栅130时，诱发了离子束115。 Ve是高于还是低于Vr,这取决于从等离 子体诱发正还是负电荷的离子。离子束115的通量可通过调节施加给通量格 栅125的通量电压Vx和施加给第一格栅120的参考电压Vr之间的电势差而 调整。
由于离子流过电场时势能转化为动能，所以离子束获得的动能等于第一
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格栅120和最后格栅130之间其势能的差。对于正离子，总能量可以是势能加上它们在等离子体中的初始能量水平，对于负离子，总能量为势能减去它 们在等离子体中的初始能量水平。
半导体装置还可包括中性化单元以使离子束115中性化。中性化单元可 以是置于多个格栅的序列之后的多个反射板150，且可以靠近最后格栅130。 反射板150可包括导电材料，可相对于离子束115具有角度。电压Vn可施 加给反射板且可具有与施加给最后格栅130的束电压Ve相同的电势电平， 从而通过最后格栅130的离子束115不^^射板150的电压Vn影响。当离 子束115遇到并碰撞反射板150时，离子束115可转化为中性束155。中性 束155可由电中性颗粒组成，且因此，可不^:通过施加电压Vn到反射》反150 (中性化单元)而产生的电场影响。中性束155可被引导至衬底160以实施 所期望的半导体制造工艺，例如蚀刻、离子注入、氧化、氮化和/或衬底处理。 衬底160可被电浮置，或供选地，地电压可施加到衬底160。
在半导体装置中，相同的电压Vr可以施加给等离子体腔106的壁部分 102和靠近等离子体110的第一格栅120。例如，壁部分102和第一格4册 之间的电势差可设置为零以防止或减少由电势差导致的等离子体110的不稳 定，由此防止或减少半导体制造工艺中的误差且增大工艺窗。
现在将参照曲线图根据离子束115的离子的状态更详细地说明施加给反 射板150和格栅120、 125和130的电压Vr、 Vx、 Ve和Vn。
首先说明离子束115的离子为正离子的情况。图3是曲线图，示出离子 束115的离子是正离子时可提供给中性化单元和格栅120、 125和130的电 压。y轴是电压，x轴电压可施加到的元件。
参考图1、 2和3,参考电压Vr可施加给壁部分102和第一格栅l加。 参考电压Vr可以是预定或给定的电压，例如地电压。因为在电场中正电荷 从高电势位置向低电势位置移动，所以施加给最后格栅130的束电压Ve可 低于参考电压Vr,如图3所示。例如，当参考电压Vr具有地电压电平时， 束电压Ve可以在负电压电平。因此，可迫使等离子体110的正离子沿从第 一格栅120到最后格栅130的方向移动。结果，可以从等离子体IIO诱发正 离子束115。
离子束115的通量可通过调节通量电压Vx和参考电压Vr之间的电势差 来调整。通量电压Vx可低于参考电压Vr或/和束电压Ve。
施加给反射板150 (中性化单元)的电压Vn可具有与束电压Ve相同的 电压电平。因此，离子束115可从最后格栅130向反射板150移动而不受施 加给反射板150的电压Vn影响。因为施加给反射板150的电压Vn具有与 束电压Ve相同的电压电平，束电压Ve低于参考电压Vr,所以未在反射板 150处被中性化的离子束115的正离子可被反射板150捕荻并接收负电荷。 这可在Vr和Vn之间形成闭合电路。离子束115中的被反射板150中性化的 颗粒可以不具有要进入电路的额外电荷，因此不会被反射板150捕获。结果， 中性束155的质量可得到改善。
现在将说明离子束115的离子为负离子的情况。图4是曲线图，示出离 子束115的离子是负离子时提供给中性化单元和格栅120、 125和130的电 压。y轴是电压，x轴是电压可施加到的元件。
参考图1、 2和4，参考电压Vr可施加给壁部分102和第一格栅120。 参考电压Vr的电势电平可与图3中说明的相同。例如，参考电压Vr可具有 地电势电平。
因为在电场中负电荷从低电势位置向高电势位置移动，所以施加到最后 格栅130的束电压Ve可以高于参考电压Vr,如图4所示。例如，当参考电 压Vr具有地电势电平时，束电压Ve可具有正电势电平。因此，可迫^f吏等离 子体110的负离子沿从第一格栅120到最后格栅130的方向移动。结果，可 以从等离子体IIO诱发负离子束115。
负离子构成的离子束115的通量可通过通量电压Vx和参考电压Vr之间 的电势差来调节。通量电压Vx可高于参考电压Vr和/或束电压Ve。
施加给反射板150 (中性化单元)的电压Vn可具有与束电压Ve相同的 电压电平。因此，离子束115可从最后格栅130向反射板150移动而不受施 加给反射板150的电压Vn影响。因为施加到反射板150的电压Vn可具有 与束电压Ve相同的电压电平，束电压Ve高于参考电压Vr，所以离子束115 的未在反射板150处被中性化的负离子会被反射板150捕获并释放其负电 荷。这可在Vr和Vn之间形成闭合电路。离子束115中的被中性化的颗粒可 以不具有要进入电路的额外电荷，因此不会被反射板150捕获。结果，中性 束155的质量得到了改善。
依照示范性实施例，也可以在半导体装置中采用除了反射板150之外的 供选中性化结构。图5示出依照示范性实施例的另一半导体装置。
参考图5，等离子体腔106和中性化单元150a可彼此间隔开，多个格栅 l加、125和130可设置于等离子体腔106和中性化单元150a之间。中性化 单元150a可以具有板形。例如，中性化单元150a可具有圆盘状或任何其他 可应用的形状。多个穿孔152可形成为穿过中性化单元150a且可对应于格 栅120、 125和130的诱发孔122。穿孔152可对准相应的诱发孔122。中性 化单元150a可包括导电材料。与图1类似，电压Vn可施加到中性化单元 150a且可具有与施加到最后格才册130的束电压Ve相同的电压电平。
离开最后格栅130之后，离子束115可在通过中性化单元150a的穿孔 152时被中性化。穿孔152可具有比诱发孔122更大的高宽比(aspect ratio )。 例如，穿孔152可以足够长以有效地使通过穿孔152的离子中性化。此外， 因为施加到中性化单元150a的电压Vn可具有与施加到最后格栅130的束电 压Ve相同的电势电平，所以离子束115的通过穿孔152时没有被中性化的 离子可被中性化单元150a捕获。因此，中性束155的质量得到提升。
在半导体装置的示范性实施例中，中性化单元可用来将离子束115转化 成中性束155以实施预定或给定的半导体工艺。如果通过最后格栅130的离 子束115直接用于实施半导体工艺，则中性化单元亦可从半导体装置移除。
如上所述，依照示范性实施例，施加到最靠近等离子体的第一格栅的电 压可具有与施加给其中产生等离子体的等离子体腔的壁部分的参考电压相
同的电势电平。因此，第一格栅和等离子体腔的壁部分之间的电势电平差可 以为零。结果，由第一格栅和等离子体腔的壁部分之间的电势电平差导致的 等离子体不稳定性可被防止或减少。此外，在半导体装置的示范性实施例中， 第一和最后格栅之间的电势差可用于向离子束提供相应的能量。
以上公开的主题被认为是示例性的，且不是限制性的，所附权利要求意 在覆盖落入示范性实施例的真实思想和范围内的全部修改、增加和其他实施 例。因此，在法律允许的最大范围下，示范性实施例的范围由所附权利要求 及其等价物的最宽可行理解来确定，且不被前面的详细描述所约束和限制。
本申请要求2007年1月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请 No. 10-2007-0002098的优先权，在此引入其全部内容作为参考。
权利要求
1、一种半导体装置，包括等离子体腔，包括壁部分和内部空间，向壁部分施加参考电压，在内部空间中产生等离子体；以及多个格栅，邻近该等离子体腔且从等离子体诱发离子束，其中每个格栅包括离子束从其穿过的多个诱发孔，具有与该参考电压相同电势电平的电压施加到第一格栅，且具有与该参考电压不同电势电平的电压施加到最后格栅；其中第一格栅是最靠近等离子体的格栅，最后格栅是最远离等离子体的格栅。
2、 根据权利要求1的半导体装置，其中该离子束是正离子束，且施加 给最后格栅的电压具有比参考电压低的电势电平。
3、 根据权利要求2的半导体装置，其中该多个格栅包括至少一个在第 一和最后格栅之间的格栅，且该至少一个在第一和最后格栅之间的格栅包括通量调整格栅，其中 具有比参考电压低的电势电平的电压施加给该通量调整格栅。
4、 根据权利要求3的半导体装置，其中施加给通量调整格栅的电压具 有比施加给最后格栅的电压低的电势电平。
5、 根据权利要求1的半导体装置，其中该离子束是负离子束，且施加 给最后格栅的电压具有比参考电压高的电势电平。
6、 根据权利要求5的半导体装置，其中所述多个格栅包括至少一个在 第一和最后格栅之间的格栅，且该至少一个在第一和最后格栅之间的格栅包括通量调整格栅，其中 具有比参考电压高的电势电平的电压施加给该通量调整格^t。
7、 根据权利要求6的半导体装置，其中施加给通量调整格栅的电压具 有比施加给最后格栅的电压高的电势电平。
8、 根据权利要求1的半导体装置，还包括中性化单元，用于将离子束转化为中性束，其中所述多个格栅在等离子 体腔和中性化单元之间。
9、 根据权利要求8的半导体装置，其中具有与施加给最后格栅的电压 相同的电势电平的电压施加给中性化单元。
10、 根据权利要求8的半导体装置，其中中性化单元包括多个反射板， 其中该多个反射板与离子束成角度。
11、 根据权利要求8的半导体装置，其中中性化单元包括穿过其形成多 个穿孔的板，离子束在穿过穿孔时转化为中性束。
12、 根据权利要求11的半导体装置，其中中性化单元的多个穿孔对准 所述多个格栅的诱发孔，且穿孔具有比诱发孔更大的高宽比。
13、 根据权利要求1的半导体装置，其中等离子体腔的壁部分包括 外壁，由导电材料形成；以及内壁，在外壁上且由介电材料形成，其中内壁毗邻等离子体腔的内部空间，参考电压施加给外壁。
14、 根据权利要求l的半导体装置，其中参考电压具有地电势电平。
全文摘要
本发明提供一种使用离子束的半导体装置。该半导体装置可包括施加电压的第一格栅。施加到第一格栅的电压可具有与施加到等离子体腔的壁部分的参考电压相同的电势电平，等离子体腔中可产生等离子体。第一格栅可毗邻等离子体。因此，第一格栅和等离子体腔的壁部分之间的电势电平差可以为零，因此等离子体可以是稳定的。
文档编号H05H1/46GK101365290SQ20081016864
公开日2009年2月11日 申请日期2008年1月8日 优先权日2007年1月8日
发明者李振硕, 李英姬, 申哲浩, 黄盛煜 申请人:三星电子株式会社