离子收集器、等离子体系统的控制方法及处理基板的方法与流程

本发明涉及一种等离子体系统。

背景技术：

等离子体系统常用于工业中执行多种半导体工艺。例如，等离子体系统已经用以清理晶圆表面的污染、沉积材料层、用于蚀刻、用于离子布植，及用于等离子体掺杂。数百个晶圆可在给定一日内经受给定的工艺步骤。因此，等离子体系统的任何状况或是问题皆会对每一晶圆的良好芯片数目具有显著影响。

测量等离子体中离子数目的特殊检测器(有时被称作剂量计)可用以测量工艺期间的等离子体离子分布。可监测离子分布以决定是否需要令等离子体系统离线以便进行重新调整。

技术实现要素：

本发明的一实施方式为一种等离子体系统的控制方法，包含决定在一基板支撑件周围的多个可单独测量位置处的离子分布；比较在至少两个可单独测量位置测得的离子分布；以及若至少两个可单独测量位置测得的离子分布之间的差异大于临限值，则调整等离子体系统的参数。

本发明的另一实施方式为一种使用等离子体处理基板的方法，包含将基板设置于等离子体腔室内的支撑件上；向基板施加一偏压；使用等离子体系统以在等离子体腔室内产生等离子体；引导来自等离子体的离子前往基板；在彼此实体相隔离且围绕支撑件间隔设置的多个区段处收集离子中的至少一些离子，其中每一区段包含一导电元件，导电元件配置以传导因接收自等离子体的离子而产生的电流；以及至少根据在对应的导电元件传导的电流而决定所对应的导电元件的离子分布。

本发明的又一实施方式为一种离子收集器，包含多个区段，彼此实体相隔离且围绕基板支撑件间隔设置，其中每一区段包含导电元件，导电元件配置以 传导因接收自等离子体的离子而产生的电流；以及多个积分器，每一积分器耦接至对应的导电元件，其中每一积分器配置以至少根据在对应的导电元件处的传导电流来决定所对应的导电元件的离子分布。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附的附图的详细说明如下。应注意，依据工业中的标准实务，多个特征并未按比例绘制。实际上，多个特征的尺寸可任意增大或缩小，以便使论述明晰。

图1A及图1B分别为依据一些实施例的晶圆载物台俯视示意图与剖视示意图，此载物台具有整合的离子收集器；

图2为依据一些实施例对离子收集器的区段进行的连接的电路示意图；

图3为依据一些实施例的控制系统的示意图；

图4A至图4C分别为依据一些实施例的另一晶圆载物台的俯视示意图与剖视示意图，此载物台具有整合的离子收集器；

图5为依据一些实施例的控制系统的示意图；

图6为依据一些实施例的范例方法的流程图；

图7为于一些实施例的范例等离子体腔室的示意图；

图8为依据一些实施例的范例方法的流程图；

图9A与图9B为依据一实施例的鳍式场效晶体管装置于一工艺的不同视角的横剖视视图；

图10A与图10B为依据一实施例的鳍式场效晶体管装置于另一工艺的不同视角的横剖视视图；

图11为依据一实施例的鳍式场效晶体管装置于另一工艺的横剖视视图；

图12为依据一实施例的鳍式场效晶体管装置于另一工艺的横剖视视图；

图13为依据另一实施例的鳍式场效晶体管装置的横剖视视图。

其中，附图标记

100 载物台系统

102 支撑件

104 晶圆

106a 区段

106b 区段

106c 区段

106d 区段

106e 区段

106f 区段

106g 区段

106h 区段

112 导电元件

114 电流

116 磁性元件

202 积分器

202a 积分器

202b 积分器

202c 积分器

202d 积分器

202e 积分器

202f 积分器

202g 积分器

202h 积分器

300 控制系统

302 控制器

304 步骤

306 步骤

308 区段

310 积分器

400 载物台系统

401 导电元件

402 覆盖物

404 窗口

500 控制系统

502 控制器

504 步骤

506 步骤

510 积分器

512 位置数据

600 方法

602 步骤

604 步骤

606 步骤

608 步骤

610 步骤

612 步骤

700 反应器

702 高频产生器

704 低频产生器

706 阻抗匹配网路

708 歧管

710 源气体管线

712 入口

714 喷淋头

716 基板

718 晶圆载物台

720 加热器组件

722 出口

724 处理腔室

726 真空泵

728 系统控制器

800 方法

802 步骤

804 步骤

806 步骤

808 步骤

810 步骤/圆盘

812 步骤

901 介面

902 基板

903 介面

904 鳍片

905 绝缘区域

906 介电层

906' 介电层

907 功函数层

908 栅极层

908' 栅极层

910 栅极结构

910' 栅极结构

911 介面

913 介面

1002 等离子体

1004 区域

1102 图案化间隔物

1202 等离子体

1204 掺杂区域

具体实施方式

以下揭示内容提供众多不同的实施例或范例以用于实施本发明提供的标的物的不同特征。下文中描述组件及排列的特定范例以简化本发明。此些组件及排列仅为范例，及不意欲进行限制。例如，在下文的描述中，第一特征在第 二特征上方或之上的形成可包含其中第一特征与第二特征以直接接触方式形成的实施例，及亦可包含其中在第一特征与第二特征之间形成额外特征以使得第一特征与第二特征无法直接接触的实施例。此外，本发明在多个范例中可重复元件符号及/或字母。此重复用于实现简化与明晰的目的，及其自身并不规定所论述的多个实施例及/或配置之间的关系。

此外，本发明中可使用诸如「下方(beneath)」、「以下(below)」、「下部(lower)」、「上方(above)」、「上部(upper)」等等的空间相对术语在以便于描述，以描述一个元件或特征与另一或更多个元件或特征的关系，如附图中所图示。空间相对术语意欲包含在使用或操作中的装置除附图中绘示的定向以外的不同定向。或者，设备可经定向(旋转90度或其他定向)，及本发明中使用的空间相对描述词同样可相应地进行解释。

应注意，本说明书中对「一个实施例(one embodiment)」、「一实施例(an embodiment)」、「一范例实施例(an example embodiment)」等等的引用指示所述实施例可包含特定特征、结构或特性，但每一实施例可并非必须包含此特定特征、结构，或特性。此外，此些短语未必是指相同实施例。此外，当结合一实施例描述特定特征、结构或特性时，将符合熟习此项技术者的知识范围，以结合无论明确描述与否的其他实施例而使此种特征、结构或特性产生效用。

图1A为根据一实施例的载物台系统100的俯视示意图。图1B为沿线A'-A'截取的载物台系统100的横剖视。载物台系统100包含支撑件102，此支撑件102设计以支撑晶圆104。支撑件102可包含用于微影系统中的任一材料，如熟悉此项技术的人员所知晓。例如，用于支撑件102的常用材料是钢。支撑件102可包含真空系统以用于将晶圆104固持定位。在另一实施例中，支撑件102包含静电卡盘，以经由施加电势而将晶圆104挟持定位。

根据一实施例，支撑件102包含围绕晶圆104外侧的沟槽状开口。每一沟槽状开口包含离子收集器的区段106a-106h。应理解，本发明中区段106a的描述亦可适用于任一其他区段。每一区段106a-106h可藉由壁108而实体隔离。每一区段106a-106h亦可藉由置于区段之间的绝缘材料或高介电常数介电材料而彼此电绝缘。区段的总数目及排列可改变。例如，任何数目的区段可如图所示以圆形图案而排列，每一区段藉由壁108而彼此隔离。区段排列并非限定于图示的圆形图案。例如，区段可以任一形状或配置排列，只要此些区段排列在 晶圆104的边缘外侧。此些区段可经排列以尽可能接近晶圆104的边缘。在一实施例中，区段106a-106h经排列以使得给定区段与其最邻近的两个相邻区段之间的距离对每一区段而言是相同的。

在等离子体工艺期间，利用等离子体产生的离子轰击晶圆104的整个表面，且离子将贯穿每一沟槽状开口及冲击离子收集器的每一区段106a-106h。藉由测量与贯穿每一沟槽状开口的离子关连的总电荷，可决定关于晶圆104处(或至少附近)的等离子体离子分布的信息。本发明中所使用的术语「离子分布」系关于由于冲击整个给定区域的离子而在整个给定区域(如给定区段)中积聚的总电荷。如若整个给定区域的离子总数目增大，则离子分布增大。此外，离子分布随着每一离子所带的的电荷增大而增大。

因为离子收集器包含多个彼此实体隔离及/或电隔离的区段106a-106h，因此亦可决定关于等离子体均匀性的信息。例如，区段106a与最邻近的晶圆104的A部分相关连，而区段106b与最邻近的晶圆104的B部分相关连，以此类推。由于离子分布在每一区段106a-106h处皆可单独测量，因此可监测整个晶圆表面的等离子体工艺的均匀性。随着晶圆104的尺寸增大，监测此均匀性的能力变得更重要。例如，当藉由使用450毫米或18英吋直径晶圆时，等离子体均匀性的任何变更可对此较大占用面积中的装置产率具有显著影响。此外，划分区段的离子收集器设计，如图1A中所绘示的设计，可用于单个晶圆系统或多个晶圆系统，以监测等离子体均匀性。等离子体可用以使晶圆104掺杂多种元素，如硼、磷、砷，或锗。

在图1B的剖视图中，晶圆104的边缘可见于支撑件102上方。根据一实施例，支撑件102具有沟槽状开口，区段106a位于穿过此沟槽状开口之处。开口允许来自等离子体108的离子穿过及冲击导电元件112。开口宽度可基于应用及预期将产生的离子总数目而定制。例如，开口宽度可在1毫米与3毫米之间、在3毫米与5毫米之间，或在5毫米与10毫米之间。等离子体108可利用将广泛系列的源气体进行离子化而产生，此些源气体如氩、氟氯化碳、氦，等等，具体情况依据应用而定。本发明中不再进一步详细论述等离子体的产生及物理特性。

导电元件112可为能够传导电流的任何金属材料。范例性的导电材料包含铜、铝、不锈钢、碳，及石墨。导电元件112可为法拉第杯，此种导电元件 112的形状如同杯子，此杯的侧壁设计为可利用多个角度捕获离子以及捕获在离子击中导电元件112及被中和时产生的逸散电荷。杯壁可为直角，如图所示，或可为弯曲。导电元件112可包含开放区域，宽度为w的「杯」位于此开放区域上方，如图1B中所图示，此宽度w类似于此开口的宽度。在一些实施例中，杯壁可具有第一深度d1，此深度在导电元件112总深度d2的约25％至约50％之间延伸。在一些其他实施例中，杯壁可具有第一深度d1，此深度在导电元件112总深度d2的约50％至约75％之间延伸。导电元件112的总深度d2的范围在任何情况下可在约10毫米与100毫米之间。请注意，本发明中所提供的全部尺寸仅为范例，在不脱离本发明中所描述的实施例的范畴或精神的情况下亦可使用其他尺寸。

导电元件112作为电路中的元件，以便可直接利用导电元件112测量电流114。测得的电流与在区段106a中冲击导电元件112的离子数目及离子电荷相关。根据一实施例，载物台系统100包含磁性元件116。利用磁性元件116产生的磁场可有助于阻止二次电子逸散离开导电元件112。

导电元件112与支撑件102之间的间距可利用材料充填以将导电元件112固持定位。充填材料理想中可是非导电的，如聚合物或环氧树脂。在另一实施例中，导电元件112与支撑件102之间的间距大部分为开放空间，但在导电元件112与支撑件102之间为将导电元件112固持定位而制作的附接点则除外。

导电元件112与晶圆104相隔一段距离d3，但导电元件112可配置接近晶圆104以更准确地测量整个晶圆104表面的等离子体离子均匀性。在一些实施例中，导电元件112与晶圆104相隔的距离d3的范围自约2毫米至约5毫米。在一些其他实施例中，导电元件112与晶圆104相隔的距离d3的范围自约5毫米至约10毫米。在一些其他实施例中，导电元件112与晶圆104相隔的距离d3的范围自约10毫米至约20毫米。

本发明中描述的离子收集器的实施例可在任何等离子体工艺期间用于制作多种半导体装置。一些范例性的等离子体工艺包含离子布植、等离子体蚀刻、等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition；PECVD)、等离子体增强原子层沉积(plasma enhanced atomic layer deposition；PEALD)，及外延生长。

图2为根据一实施例的并联电路排列，此排列连接至每一离子收集器区段 106a-106h。每一区段106a-106h分别与积分器202a-202h电耦接。每一积分器202a-202h可包含基于对应区段中积聚的电荷而测量电流所需的多个被动及/或主动电组件。例如，每一积分器202a-202h可包含安培计或电流计，此安培计或此电流计的操作将为熟习此项技术者所理解。根据接收的电流，每一积分器202a-202h基于接收的电流及对应导电元件曝露于离子的面积而决定离子分布。由此，每一积分器202a-202h可包含设计以进行此种决定的处理电路系统及/或逻辑。此外，离子分布信息可储存在与每一积分器202a-202h关连的暂存器或可定址记忆体中。

经由使用者介面可向使用者提供从每一积分器202a-202h所决定的离子分布信息。例如，安装至或电耦接等离子体系统的显示器可以图形方式或数值方式显示在电流等离子体工艺中来自晶圆周围多个位置的离子分布信息。在另一实施例中，离子分布信息传送至控制器，此控制器提供对等离子体系统的多个参数的自动控制以补偿任何所决定的整个晶圆的离子分布不均匀性。

在另一实施例中，单个积分器用于多个输入以接收来自每一区段106a-106h的电流。单个积分器可包含用以决定每一接收电流的离子分布的处理电路系统及/或逻辑电路。单个积分器可在多个输出上提供离子分布信息。

在一实施例中，单个积分器可使用单个输入及单个输出，以及使用多种调时或调频技术以接收不同的电流值。单个积分器可提供多个区段106a-106h的离子分布信息。例如，可执行频分多路复用(frequency division multiplexing)以指定对接收到的来自每一区段106a-106h的每一信号的不同频率(或相位)调变，以便此些信号能够在一个积分器输入中被接收。然后，信号可经解调变以匹配来自个别区段的信号。

图3为根据一实施例的控制系统300的示意图，此控制系统用于校正整个晶圆的离子分布的不均匀性。根据一实施例，控制系统300可用于图1A中所绘示的划分区段的离子收集器设计。控制系统300包含控制器302，此控制器302包含用以接收来自每一积分器310的离子分布信息及使用此信息以控制等离子体系统参数以实时补偿任何不均匀的测量结果的处理电路系统及/或逻辑电路。多个区段308可排列在晶圆载物台周围以收集自等离子体产生的离子。在一实施例中，区段308以圆形图案排列在固持晶圆的卡盘周围，如图1A中所绘示的图案。虽然附图中仅以三个区段308进行说明，本技术领域人员应可 理解，可使用任何数目的区段308及对应积分器310。

若是离子分布的不均匀性大于给定临限值，则控制器302可关闭等离子体源。此举可基于任何数目的可能的比较。例如，参考图1A与图3，若区段106a测得一离子分布，此离子分布为次一最高离子分布测量结果的两倍高，则控制器302将关闭等离子体源并向使用者发出系统需要维护的警戒或警告。控制器302亦可向使用者提供包含具体是哪些区段超出范围的信息。在另一实施例中，若全部离子分布测量结果的标准差高于给定临限值，则控制器302亦会关闭等离子体源及发出警戒或警告。熟习此项技术者当可理解其他可用比较测量结果以决定均匀程度的方法亦可使用。

在其他实施例中，控制器302可仅发出关于等离子体均匀性的警戒，但继续执行等离子体工艺。测试晶圆可在测量等离子体离子分布的工艺期间用以确保在使用产出晶圆的前的均匀分布。在此情境下，在测试晶圆上执行工艺时将无需关闭等离子体系统。

在一实施例中，在接收到来自多个区段308的离子分布信息的后，控制器302可调整施加至正在处理的一或更多个晶圆中的全部(或部分)晶圆的偏压，以试图实时纠正等离子体均匀性。步骤304表示对晶圆偏压进行调整。晶圆偏压的变化改变了晶圆周围的电场强度，进而影响离子与晶圆表面的互动。

可选地或可替代地，在接收到来自多个区段308的离子分布信息之后，控制器302可调整等离子体源参数以影响等离子体特性。步骤306表示对等离子体源进行调整。待控制的等离子体源参数例如包含气体浓度、气流速率，及电场强度。多区域等离子体系统可经控制以影响晶圆特定区域上的等离子体。例如，同时参考图1A，若区段106a所测得的离子分布高于相邻区段的离子分布测量结果，则多区域等离子体系统可由控制器302调整以便离子浓度(或总离子电荷)将主要在晶圆104的区段A上变更。在另一实施例中，多区域等离子体系统可由控制器302调整以影响晶圆104的每一区段上的离子浓度。

控制器302可比较接收到的离子分布测量结果并决定无需对任何等离子体系统参数进行变更。例如，若离子分布测量结果全部在给定的临限值内，则控制器302可继续监测而不采取任何操作变更晶圆偏压电势(步骤304)或等离子体源参数(步骤306)。

图4A绘示根据另一实施例的载物台系统400的俯视示意图。载物台系统 400包含支撑件102，此支撑件设计以类似于载物台系统100的方式支撑晶圆104。然而，载物台系统400包含位于导电元件401中的单个连续沟槽状开口。导电元件401具有连续封闭形状，如围绕支撑件102上的晶圆卡盘而排列的圆形，如图所示。根据一实施例，导电元件401大部分由覆盖物402保护以隔绝等离子体离子，但窗口404则除外。如双头箭头所指示，覆盖物402可旋转以便窗口404相应地在导电元件401的整个封闭形状顺时针或逆时针移动。通过此方式，可控制导电元件401中用以接收来自等离子体的离子的区域。覆盖物402的材料为可阻止离子穿透覆盖物402的厚度的任何材料。尽管图中仅绘示一个窗口404，但应理解，可使用任何数目的窗口于覆盖物402中。多个窗口可以等距地围绕覆盖物402设置。窗口404的尺寸设计为，当窗口404以给定速度旋转时，窗口404可提供对晶圆104边缘周围的等离子体离子分布的完整测量。在一些实施例中，窗口404在自覆盖物402总周长的约1％至约5％的范围中延伸。在一些其他实施例中，窗口404在自覆盖物402总周长的约5％至约10％的范围中延伸。在一些其他实施例中，窗口404在自覆盖物402总周长的约10％至约15％的范围中延伸。

覆盖物402的转速是可调整的。在一个实施例中，转速可基于导电元件401直径而调整。对于用于更大晶圆尺寸的更大离子收集器，可增大覆盖物402的转速以经由窗口404更快测量晶圆周围区域。窗口404尺寸亦可增大以允许收集更多离子，对应的解析度将会下降。熟习此项技术者将理解如何设计窗口404的尺寸及设定覆盖物402的速度，以充分地测量给定应用中的离子分布。

沿线段A’-A’及线段B’-B’截取的横剖视分别绘示于图4B及图4C。沿线段A’-A’的横剖视为离子可穿过窗口404冲击导电元件401的处。沿线段B’-B’的横剖视为导电元件401中由覆盖物402保护的一部分，由此处阻止离子到达导电元件401的此区域中。因为导电元件401是一个连续形状，导电元件401仅需要进行单个电连接便可接收经由导电元件401传导的电流。此电流是因为离子穿过窗口404冲击导电元件401而产生。尽管图中未绘示，但应理解，导电元件401亦可包含磁性元件，如藉由参考图1B而描述的磁性元件116。

藉由沿导电元件401的封闭形状上移动窗口404，可决定晶圆104周围多个区域的离子分布。因此，监测窗口404位置及将此位置与在给定时间内测得电流相比较，以决定哪个区域对应于所决定的离子分布。可藉由利用如红外线 感测器的位置感测器执行窗口404位置的监测。亦可藉由在覆盖物402及支撑件102上图案化电极而使用电容式或静电感测器。

图5为根据一实施例的控制系统500的适意图，此控制系统用于校正整个晶圆的离子分布不均匀性。控制系统500可结合图4A中所示的连续离子收集器使用。控制系统500包含控制器502，此控制器502包含用以接收来自积分器510的离子分布信息的处理电路系统及/或逻辑电路，控制器502更使用此信息以控制等离子体系统参数以实时补偿任一不均匀的测量结果。根据一实施例，控制器502亦接收位置数据512。位置数据512包含关于窗口404在移动经过连续离子收集器的导电元件401上方时的位置信息。位置数据512可藉由使用用于监测先前提及的窗口404位置的多种技术中的任一者收集。然后，控制器502接收到位置数据512后，接着使位置数据512与从积分器510接收到的离子分布信息相关联，以决定一大致位置，在此位置处测量离子分布。或者，若覆盖物402的转速可被控制且为已知，则控制器502亦可使从积分器510接收到的离子分布信息与接收此信息的时间相关联，以决定一大致位置，在此位置处测量离子分布。

若量测到的离子分布不均匀性大于给定临限值，则控制器502可关闭等离子体源。此举可基于任何可能的比较。例如，若接收到的离子分布信息在窗口404进行一次完整旋转的时间中变更大于临限量，则控制器502将关闭等离子体源及向使用者发出系统需要维护的警戒或警告。控制器502亦可向使用者提供信息，此信息包含具体是哪一区域记录最高或最低的离子分布。熟习此项技术者将理解比较测量结果以决定均匀程度的其他方法亦可使用。

在一实施例中，在从积分器510处接收到离子分布信息之后，控制器502可调整施加至正经处理的一或更多个晶圆中的全部(或部分)晶圆的偏压，以试图实时纠正等离子体均匀性。步骤504表示对晶圆偏压电势进行调整。晶圆偏压的变更改变了晶圆周围的电场强度，进而影响离子与晶圆表面的互动。

可选地或可替代地，在接收到来自积分器510的离子分布信息之后，控制器502可调整等离子体源参数以影响等离子体特征。步骤506表示正在对等离子体源进行的调整。待控制的等离子体源参数范例包含气体浓度、气流速率，及电场强度。多区域等离子体系统可经控制以影响晶圆特定区域上的等离子体。例如，若离子分布测量结果显示围绕晶圆104外侧的一给定区域的读数异 常(例如过高或过低)，则多区域等离子体系统可藉由控制器502调整，以使得离子浓度(或总离子电荷)主要在晶圆104中最邻近于异常读数所来源于的区域的区段上方变更。在另一实施例中，多区域等离子体系统可由控制器502调整以影响晶圆104的多个区段上的离子浓度。

控制器502可连续地监测接收到的离子分布测量结果并决定无需对任何等离子体系统参数进行变更。例如，若离子分布测量结果随时间经过而继续维持在给定临限值内，则控制器502可继续监测，而非采取任一操作变更晶圆偏压电势(步骤504)或等离子体源参数(步骤506)。

图6绘示根据一实施例的一方法600的流程图。方法600可藉由图1A或图4A中绘示的离子收集器执行。方法600可为由控制器302/502结合积分器310/510而执行的演算法步骤。应理解，亦可在不脱离本发明所述的实施例的范畴或精神的情况下执行未被绘示的其他步骤。

方法600始于步骤602，根据一实施例，在此步骤中，决定来自晶圆周围(或晶圆群周围)不同位置的离子分布。可基于对多个区段的电流测量结果或基于对离子收集器的连续导电元件的电流测量结果(其中离子仅冲击连续导电元件的受控部分)而决定不同位置的离子分布。可由积分器决定离子分布，此积分器接收来自离子收集器的导电元件的电流测量结果。

在步骤604中，根据一实施例，可比较/对照离子分布测量结果以估计整个晶圆的离子分布均匀程度。此比较可由控制器302/502执行。此比较可涉及用以比较不同测量结果的任一数学技巧，如熟习此项技术者将理解。测量结果比较的一些范例可参照上文中对应于图3及图5的内容。

在步骤606中，根据一实施例，根据比较在整个晶圆中的离子分布量测结果是否过于不均匀的结果作出判定。例如，若经比较的测量结果显示多个离子分布测量结果之间的差异大于给定临限值，则可在步骤608中关闭等离子体系统。此临限值可设定至一数值，此数值代表等离子体系统与其正常操作状态差距过大以至于无法进行实时调整，且必须关闭此等离子体系统以进行维修。

根据一实施例，如若离子分布并未被判定为过于不均匀(例如测量结果均在给定临限值内)，则方法600继续进行至步骤610，在此步骤中，决定是否需要对系统参数进行微调。此决定可基于第二临限值进行，第二临限值不同于用以决定是否需要关闭等离子体系统的临限值。例如，离子分布测量结果可展 现一些不均匀特性，在步骤606中，此特性不会超出于决定是否需要关闭等离子体系统的临限值，但在步骤610中，此特性超出第二临限值。如若离子分布测量结果之间的差异大于第二临限值，则方法继续进行至步骤612，在此步骤中，可实时执行微调，同时等离子体系统仍在操作。微调可涉及变更施加至晶圆或固持晶圆的晶圆卡盘的偏压。微调可涉及调整等离子体源参数以影响等离子体特性。

如若在步骤610中决定不需要进行微调(例如离子分布测量结果展现整个晶圆的良好均匀性)，则方法600返回步骤602，在此步骤中，连续监测不同位置的离子分布，并重复进行方法600。此外，在步骤612中执行微调之后，方法600返回至步骤602以继续监测不同位置的离子分布。

图7为根据本发明的多个实施例的范例等离子体腔室的示意图。如图所示，反应器700包含处理腔室724，处理腔室724围封反应器700的其他组件及用以容置等离子体。等离子体可由电容器类型系统产生，电容器类型系统包含结合接地加热器组件720作业的喷淋头714。高频(high-frequency；HF)射频产生器702及低频(low-frequency；LF)射频产生器704可连接至喷淋头714。反应器700可包含阻抗匹配网路706，阻抗匹配网路706具有高频产生器702及低频产生器704中的一者或两者。在一替代性实施例中，低频产生器704连接至晶圆载物台718或定位于晶圆载物台718下方。由高频产生器702供应的功率及频率可足以使处理气体/蒸气产生等离子体。在一工艺中，高频产生器702一般在范围自约2MHz至约60MHz的频率下操作。功率输出可为约3.3kW。低频产生器704一般在范围自约100kHz至约800kHz的频率下操作。

在反应器700内，晶圆载物台718支撑基板716。晶圆载物台718可包含卡盘、叉子，或升举销以在沉积及/或等离子体工艺反应期间及反应之间固持及转移基板716。卡盘可为静电卡盘、机械卡盘或多种其他类型的卡盘，如可用于工业及/或研究中的卡盘。晶圆载物台718可功能性地与接地加热器组件720耦接以用于加热基板716至所需温度。一般而言，基板716维持在自约25℃至约500℃的温度范围内。

晶圆载物台719可经排列以在等离子体工艺期间将高压脉冲传递至基板716。脉冲的电压范围可自约-0.2kV至约-10kV(在将正离子引导向基板716的情况下，负离子将使用正脉冲)、时长自约20微秒至约100微秒，及频率 范围自约0.5kHz至约10kHz。

根据一实施例，晶圆载物台718包含经排列在基板716周围的离子收集器区段(如图1A中图示的区段106a-106h)。根据另一实施例，晶圆载物台718包含离子收集器，此离子收集器具有经排列在基板716周围的覆盖物(如图4A中绘示的导电元件401及覆盖物402)。

可经由入口712而引入处理气体/蒸气。多个源气体管线710连接至歧管708。气体/蒸气可在歧管708中预混合或是不在歧管708中预混合。采用适当的阀控及流量控制机构以确保在工艺的沉积及等离子体工艺阶段期间传递正确的气体。倘若以液态形式传送化学前驱物，则采用液流控制机构。液体经汽化后在到达沉积腔室之前，在其运输期间，在经加热至液体汽化点以上的歧管708中与其他处理气体混合。

处理气体经由出口722离开腔室724。真空泵726(例如一级或两级机械烘干泵及/或涡轮分子泵)通常藉由如节流阀或摆式阀的闭环控制限流装置抽出处理气体以及维持反应器700内的适当低压。反应腔室724中的压力可维持在自约0.1托至约30托的范围中。

在某些实施例中，使用系统控制器728以控制反应器700的工艺条件及其他工艺操作。控制器728通常包含一或多个记忆体装置及一或多个处理器。处理器可包含CPU或电脑、模拟及/或数字输入/输出连接装置、步进马达、控制板等等。

控制器728可控制反应器700的全部操作。控制器728可执行系统控制软体，软体包含指令集，指令集用于控制处理操作时序、低频产生器702及高频产生器704的操作频率及功率、前驱物及惰性气体及此两者相对混合物的流速及温度、加热器组件720的温度、腔室压力，及特定工艺的其他参数。根据一实施例，控制器728亦可接收来自排列在基板716周围的离子收集器区段的信号以作为输入，及使用接收信号以控制反应器700的多个工艺。

图8为根据一实施例的方法800的流程图。方法800可藉由使用等离子体系统(如图7中的反应器700)而执行，此等离子体系统包含图1A或图4A中所绘示的离子收集器。应理解，亦可在不脱离本发明所述的实施例的范畴或精神的情况下执行未被绘示的其他步骤。

方法800始于步骤802，在此步骤中，将基板设置于等离子体腔室内的支 撑件上。例如，可将基板置于图7中的晶圆载物台718上。

在步骤804中，经由基板所置于其上的支撑件将偏压施加于基板。此偏压可为直流电压，此直流电压在等离子体腔室内形成电场，以引导离子前往基板。可经由控制器施加偏压，此控制器接收来自使用者的输入或自动产生偏压。

在步骤806中，在等离子体腔室内产生等离子体。可利用熟习此项技术者所理解的任何方式产生等离子体。例如，可藉由使一或多种气体流动而产生等离子体，此些气体藉由射频能量而经离子化。射频能量的频率及振幅可调整以影响等离子体特性。类似地，所使用的气体，或进入等离子体腔室的气体流率可调整以影响等离子体特性。

在步骤808中，来自等离子体的离子被引导前往支撑件上的基板。离子被驱动前往基板的速度可依据施加至基板的偏压而定。

在步骤810中，至少部分的离子被在支撑件周围的多个区段处收集。例如，多个区段中的每一区段包含导电元件，此导电元件用以传导因从等离子体接收的离子而产生的电流。多个区段设置在支撑件上且位于基板的周围，区段之间彼此相隔一定距离(如图1A所示)。在另一实施例中，离子经由围绕导电元件旋转的窗口而被收集在单个导电元件处，细节可参照如图4A与其说明。

在步骤812中，根据从多个导电元件中的每一者接收到的电流而决定离子分布。根据一实施例，可比较/对照离子分布测量结果以估计整个晶圆上离子分布均匀程度。此比较可例如由控制器302/502执行。如熟习此项技术者当可理解，此比较可涉及用以比较不同测量结果的任何数学技巧。测量结果比较的一些范例可参照图3及图5的说明。

在制作鳍式场效晶体管的多个制造步骤期间可监测等离子体离子分布。鳍式场效晶体管装置的一些范例工艺步骤在图9-12中绘示。根据一实施例，此些步骤提供轻掺杂漏极(lightly doped drain；LDD)等离子体工艺。应理解，第9-12图中绘示的鳍式场效晶体管装置仅为此种装置的范例，为了明晰起见，忽略装置中某些特征。其他制造步骤及材料层可包含在鳍式场效晶体管装置中。

图9A是依据一些实施例的基板902上的鳍式场效晶体管装置的三个鳍片904的X-Y平面横剖视视图。图9B提供依据一些实施例沿图9A中图示的虚线截取的一个鳍片的Y-Z平面横剖视视图。每一鳍式场效晶体管装置包含半导体鳍片904，其具有介电层906及栅极层908。半导体鳍片904及基板902 通常为硅，但亦可使用诸如砷化镓或磷化铟的其他半导电的材料。介电层906包含二氧化硅、氮化物，及低介电常数介电材料。介电层906可包含绝缘材料层堆叠。栅极层908通常为掺杂多晶硅，但栅极层908亦可为诸如铜、金、铝，或金属合金的金属。栅极层908可包含导电性材料层堆叠。在一些实施例中，每一鳍片904包含绝缘区域905以隔离相邻鳍片904的源极/漏极区域。绝缘区域905可为使用绝缘材料的硅沟槽绝缘(silicon trench isolation；STI)，此绝缘材料例如二氧化硅。

根据一实施例，栅极层908为多晶硅。多晶硅层的图案化可藉由使用硬式遮罩(掩膜)而执行，此硬式遮罩包含氮化硅层及氧化层。介电层906可为藉由CVD、PVD、ALD、电子束蒸发或其他适合的工艺形成的氧化硅。在一些实施例中，介电层906可包含一或更多层氧化硅、氮化硅、氧氮化硅，或高介电常数介电材料。高介电常数介电材料可包含金属氧化物。用于高介电常数介电质的金属氧化物范例包含Li、Be、Mg、Ca、Sr、Sc、Y、Zr、Hf、Al、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，及/或上述各者的混合物的氧化物。在一些实施例中，介电层906的厚度处于约1纳米至约5纳米的范围中。在一些实施例中，介电层906可包含由二氧化硅制成的介面层。在一些实施例中，介电层906可包含单层或多层结构。栅极层908可利用均匀或不均匀掺杂来掺杂多晶硅。在一些替代性的实施例中，栅极层908包含金属，如Al、Cu、W、Ti、Ta、TiN、TiAl、TiAlN、TaN、NiSi、CoSi、具有与基板材料相容的功函数的其他导电材料，或上述各者的组合。栅极层908可使用适合的工艺而形成，如ALD、CVD、PVD、电镀，或上述各者的组合。在一些实施例中，栅极层908的宽度(在Z方向上)处于约30纳米至约60纳米的范围中。

鳍式场效晶体管装置包含鳍片904与基板902之间的介面903、介电层906与基板902之间的介面901、介电层906与鳍片904之间的介面911(位于鳍片904的顶表面上)，及沿鳍片904顶表面的介面913。在一实施例中，介面903与介面901共平面。在其他实施例中，介面903在介面901上方或下方。在一实施例中，介面911与介面913共平面。在其他实施例中，介面911在介面913上方或下方。

图10A与图10B为依据一些实施例的鳍式场效晶体管装置于第一等离子 体掺杂工艺的不同视角的横剖视视图。等离子体掺杂能够深入到达鳍片之间以更易于提供等形掺杂分布。在一实施例中，等离子体包含含砷气体(AsH3)以向鳍片904提供N型掺杂剂。另一掺杂气体例如是B2H6(用于提供P型掺杂剂)。等离子体亦通常与惰性气体混合，如氦、氙，或氩。此第一掺杂步骤提供第一掺杂剂浓度，此浓度由半导体鳍片904中的区域1004表示。如图10B所示，掺杂区域1004延伸进入鳍片904至深度d4。在一实施例中，深度d4可处于自约1纳米至约10纳米的范围中。在另一实施例中，深度d4可处于自约10纳米至约50纳米的范围中。此掺杂步骤在整个晶圆的均匀性对减少装置效能差异而言相当重要。等离子体掺杂步骤均匀性可使用本发明所述的任何离子收集器实施例进行监测。

图11为根据一实施例的鳍式场效晶体管装置的横剖视视图，其中图案化的间隔物1102在第一掺杂步骤之后形成。间隔物1102可由氮化物或二氧化硅形成，但亦可使用其他材料。间隔物1102可经由回蚀技术而形成，此技术中，先沉积材料层，然后蚀刻材料层，以使得材料仅保留在结构侧壁上。

栅极结构910包含在介电层906上经图案化的栅极层908，间隔物1102沿包含栅极层908及介电层906的堆叠的侧壁图案化。在一些实施例中，栅极层908用作硬式遮罩以用于蚀刻介电层906。

图12为根据一实施例的鳍式场效晶体管装置于另一工艺的的横剖视视图，此鳍式场效晶体管装置在使用等离子体1202进行的第二等离子体掺杂步骤期间具有图案化间隔物1102。第二等离子体气体向掺杂区域1204提供更高掺杂剂浓度。在第二等离子体掺杂步骤期间，间隔物1102保护轻掺杂区域1004。第二等离子体掺杂步骤使掺杂剂以深度d5延伸进入鳍片904。在一实施例中，深度d5可处于自约5纳米至约15纳米的范围中。在另一实施例中，深度d5可处于自约15纳米至约55纳米的范围中。此掺杂步骤在整个晶圆上的均匀性对减少装置效能差异而言相当重要。等离子体掺杂步骤均匀性可使用本发明所述的任何离子收集器实施例进行监测。

图13为根据另一实施例的鳍式场效晶体管装置的横剖视视图，此鳍式场效晶体管装置具有不同于前的栅极结构910'。栅极结构910'包含栅极层908'及介电层906'，此些栅极层及介电层可参照图9B中所绘示的栅极层908及介电层906。栅极结构910'亦包含设置于栅极层908'与介电层906'之间的一或更 多个功函数层907。

如图13所绘示的鳍式场效晶体管装置的一实施例中，位于鳍片904的顶表面处但不位在介电层906'以下的介面913，会高于介电层906'与鳍片904之间的介面903。根据一实施例，绝缘区域905与基板902之间的介面901，可高于鳍片904与基板902之间的介面903。

在多个实施例中，本发明所述的离子收集器可在等离子体掺杂工艺期间使用，如图9-12中所示的等离子体掺杂工艺。在此些等离子体掺杂步骤期间，一或多个晶圆的均匀性可藉由决定在离子收集器的多个区段处收集的离子分布而经测量，此些区段围绕此一或多个晶圆而相隔开。本发明所述的离子收集器的多个实施例可用以提高一或多个晶圆的均匀性测量结果的准确度，从而产生更佳的系统控制及更高的装置产率。

虽然本发明已以一较佳实施例发明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。