用于金属注入的离子源及其方法
【专利摘要】本公开涉及用于金属注入的离子源及其方法，具体地，用于注入机的离子源包括设置在离子源室中的第一固态源电极。第一固态源电极包括耦合至第一负电位节点的源材料。第二固态源电极设置在离子源室中。第二固态源电极包括耦合至第二负电位节点的源材料，并且第一固态源电极和第二固态源电极被配置为产生通过注入机注入的离子。
【专利说明】
用于金属注入的离子源及其方法
技术领域
[0001]本发明总体上涉及离子注入，在具体实施例中，涉及用于金属注入的离子源及其方法。【背景技术】
[0002]少数载流子寿命是许多半导体器件(诸如功率M0SFET、快速二极管、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)、双极功率晶体管和晶闸管)的重要方面。例如，长载流子寿命可以导致器件较差的截止特性。
[0003]定制少数载流子寿命的传统方法包括电子福射、引入载流子寿命减少金属(诸如金或铂)。电子辐射由于通过引入电荷态对诸如介电层的其他部件产生损伤而不受欢迎。金沉积也由于泄露电流的增加而具有缺陷。因此，传统地将铂用于调整少数载流子寿命。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一个实施例，一种用于注入机的离子源包括设置在离子源室中的第一固态源电极。第一固态源电极包括耦合至第一负电位节点的源材料。第二固态源电极设置在离子源室中。第二固态源电极包括耦合至第二负电位节点的源材料，并且第一固态源电极和第二固态源电极被配置为产生由注入机注入的离子。
[0005]根据本发明的另一实施例，一种注入机包括:离子源室，包括气体入口和离子出口；多个固态源电极，用于产生由离子源提供的离子；以及离子提取电极，与离子源室相关联，用于通过离子出口从室中提取离子。
[0006]根据本发明的另一方面，一种注入金属离子的方法包括:在离子源室中设置第一固态源电极。第一固态源电极包括耦合至第一负电位节点的源材料。该方法还包括提供设置在离子源室中的第二固态源电极。第二固态源电极包括源材料并耦合至第二负电位节点，第一固态源电极和第二固态源电极被配置为产生将由注入机注入的离子。该方法还包括通过溅射来自第一固态源电极和第二固态源电极的原子来生成金属离子。【附图说明】
[0007]为了更完整地理解本发明及其优势，现在结合附图进行以下描述，其中:
[0008]图1A示出了根据本发明实施例的离子注入装置；
[0009]图1B示出了根据本发明实施例的离子注入装置的更具体的示例；[〇〇1〇]图2A示出了根据本发明实施例的离子源的放大截面图；
[0011]图2B示出了根据本发明实施例的离子源的示意性工作原理；
[0012]图2C示出了根据本发明实施例的离子源的顶视图；[〇〇13]图2D至图2H示出了关于固态源电极和辅助固态源电极的形状的可选实施例；
[0014]图3示出了根据本发明实施例的离子源的可选截面图；
[0015]图4示出了根据本发明实施例的离子源的可选截面图，其中辅助固态源电极的数量大于固态源电极的数量；
[0016]图5A至图5D示出了根据本发明的各个实施例的辅助电极相对于固态源电极的不同结构的不同侧视图；
[0017]图6示出了根据本发明实施例的示出结构方面的离子源的截面图；
[0018]图7A示出了根据本发明实施例的示出可选结构方面的离子源的截面图；
[0019]图7B1和图7B2示出了根据本发明实施例的示出可选结构方面的截面图，其中图 7B1示出了前视截面图而图7B2示出了侧视图；
[0020]图8示出了根据本发明实施例的示出固态源电极的又一结构方面的离子源的截面图；[〇〇21]图9A至图9D示出了根据本发明实施例的固态源电极的示例性形状；[〇〇22]图10示出了根据实施例的离子源的截面图，其示出本发明的又一可选结构方面；
[0023]图11示出了根据本发明实施例的包括主动冷却的离子源的截面图；
[0024]图12A示出了根据本发明实施例的当改变辅助电极和/或固态源电极的电压时的粒子束电流的变化;以及
[0025]图12B示出了根据本发明实施例的当改变辅助电极和/或固态源电极的电压和弧电流时的粒子束电流的变化。【具体实施方式】
[0026]许多类型的高性能半导体器件要求在器件的服务寿命期间非常精确地限定有源器件中的载流子寿命。如上所述，在许多应用中，铂被用于减少载流子寿命。[〇〇27]在传统工艺中，铂被沉积在晶圆表面上并扩散到晶圆中，然后从衬底去除过量或未反应的铂。通过退火工艺控制的扩散工艺用于调整扩散到硅晶圆中的铂的剂量，因此确定硅中的铂的掺杂轮廓。然而，这种工艺具有许多限制，包括不能调整铂的掺杂轮廓。
[0028]例如，一个限制涉及不能产生逆向轮廓，因为铂和其他金属的内扩散轮廓具有“U” 形轮廓。类似地，晶圆内的铂的最大浓度受到铂在顶面处的溶解性的限制。此外，在不使用大热预算的情况下不能实现铂的高浓度，因为增加最大浓度所需的较高溶解度要求更高的温度。然而，空间局部的掺杂轮廓不能在较高的退火温度下实现，因为铂在升高温度下具有大的扩散率。[〇〇29] 使用注入引入铂可以显著地简化该单元工艺，因为可以在硅晶圆的窄区域内引入可控的剂量。然而，由于有效注入技术的缺乏，没有用于铂注入的商业应用工艺。
[0030]主要的困难在于源气体和液体源的缺乏。仅有的一种注入铂的可用方式是利用固态电极。然而，传统的固态电极注入不稳定并且不能提供稳定的离子源。因此，传统的用于注入的固态铂离子源由于低产量而仅提供了非常低的束电流。具体地，商业可用的注入工艺要求稳定的离子源来产生需要快速引入大剂量的铂所需的大束电流。此外，必须在不对源寿命产生负面影响的情况下产生这种大剂量。低束电流将导致较长的注入时间，这会显著增加注入工艺相对于沉积工艺的成本。
[0031]本申请的发明人发现，这是因为注入机的离子源中的铂的固态源的固定位置而由离子源室内电场和磁场的不适当控制所引起的。因此，如各个实施例所述，传统的离子源和/或传统的注入被修改和改善以产生稳定的铂离子的离子源，其适合于半导体批量生产。
[0032]如以下在各个实施例中所描述的，修改包括在离子源室内添加多个固态源电极。 附加的固态源电极被安装为与离子源室电隔离并且连接至独立的电源，使得可以在溅射产生金属原子/离子的固态源的方向上利用期望和很好限定的加速电压在离子室中加速等离子体离子。这显著增加了溅射效果，并且充足的金属(诸如铂)原子可以被提供用于等离子体的离子化。其他修改包括使用等离子体的不同组成(诸如Ar、Kr或BF3)以及用于固态源电极的不同参数。
[0033]因此，在各个实施例中，将描述高效离子溅射源的构造和操作。本发明的实施例被应用于离子注入，但是还可以应用于其他应用，包括要求重离子源的溅射和蚀刻。[〇〇34]图1A示出了根据本发明实施例的离子注入装置。图1B示出了根据本发明实施例的离子注入装置的更具体示例。
[0035] 参照图1A和图1B，在离子源10中生成用于注入的离子。在一个实施例中，离子源10 是Bernas离子源并且将在各个实施例中进行更详细的描述。然而，本发明的实施例还可以应用于使用固态源的其他类型的离子源。[〇〇36] 离子源10安装在室20内，并且可以与室20绝缘，使得离子源10可以相对于室20被偏置，这需要生成所要求的提取电位以从室20内生成的等离子体中提取离子。离子源10相对于提取电极15被电压偏置。因此，通过开口 25从室20中提取离子，并且通过室20和提取电极15之间的电压偏置将离子加速到提取速率。[〇〇37]可以通过改变提取电极15、离子源10处的电压和/或开口 25的大小以及提取电极 15相对于室20的位置来调整提取速率和束电流。在所示实施例中，从离子源10提取的离子被加速到约0_60keV的能量，并且在一个实施例中大约为30keV-50keV。横贯质量分离磁体组件40在所选能量处保持离子。因此，质量分离磁体组件40被保持在均匀的电位处以防止会干扰质量分离的加速或减速。[〇〇38]从离子源10提取的离子通过开口 25被传输到包括分析磁体的质量分离磁体组件中。在质量分离磁体组件40中，对提取的离子进行质量分析以去除除被注入的离子之外的具有其他质量的离子。质量分析使用通过磁场对提取离子施加的磁力的平衡，其中它们的离心力基于提取速率。因此，根据对应离子的质量/电荷比，离子采取具有不同的曲率半径的飞行路径。因此，只有具有被质量分离磁体组件40允许的飞行路径的离子才通过分解开口 50离开。分解开口 50的间隙被调整以控制具有特定的质量/电荷比或飞行路径的离子。
[0039]离开高压室100的离子进入加速管60,在加速管60中将离子加速到注入能量。在所示实施例中，离子被加速到大约OMeV至1 OMeV的能量。对于低能量注入，加速管60可以不提供进一步的加速。在一个实施例中，加速管60是线性加速计。
[0040]穿过加速管60的离子进入聚集组件70,聚集组件70帮助发散和汇聚，即聚集离子束。在一个或多个实施例中，聚集组件70可以包括磁四极。本发明的实施例包括具有这种磁四极的系列的聚集组件70。
[0041]在离开室20之后，一些离子可以仍然是中立的，即失去其电荷。要避免中性离子的注入，因为这会导致被注入的离子的未知剂量。为了避免中性物的注入，通过静电扫描仪80 引入行进路径中的偏差。在这种情况下，束路径包括由静电扫描仪80引入的倾斜，没有被静电扫描仪80偏移的中性原子被捕获并防止撞击晶圆。在各个实施例中，静电扫描仪80可以包括独立的)(扫描仪和Y扫描仪。)(扫描仪在朝向X轴的带电离子的路径中引入偏差，而Y扫描仪在朝向垂直Y轴的带电离子的路径中引入偏差。
[0042]在可选实施例中，加速管60、聚集组件70和静电扫描仪的顺序可以不同。
[0043]将被注入的晶圆110安装在目标室130中的晶圆保持器120上，并且包括晶圆保持器120和目标室130的目标保持在低电位。然而，为了降低注入能量，目标还可以被正向偏置，或者还可以通过在特定开口处施加减速电压来在束线中发生离子的减速。静电扫描仪 80(任选地与晶圆保持器120的运动(例如使用底座140)—起)扫描进入晶圆110的离子。
[0044]法拉第杯90用于测量被注入的离子的剂量。注入剂量通过测量收集的束电流(由于离子的电荷)并随时间积分并在收集器95的区域上方标准化来测量。在注入工艺期间，例如使用栗(未示出)，装置保持在非常低的压力以避免污染。
[0045]对离子注入机的设计的各种修改都是可以的，如此都包括在本发明的范围内，这描述了生成被注入到晶圆110中的离子的离子源10的设计。
[0046]图2A示出了根据本发明实施例的离子源的放大截面图。图2A可用作在图1A或图1B 中描述的离子源。图2B示出了离子源的示意性工作原理。图2C示出了根据本发明实施例的离子源的顶视图。[〇〇47] 参照图2A和图2B，离子源室210包括热电子枪220以生成电子。热电子枪220包括热阴极，其具有通过施加通过耦合至正电位的第一细丝导体232和耦合至负电位的第二细丝导体234来自细丝电源212的细丝加热电流来加热的细丝。由热电子枪220发出的电子可以具有多达100eV以上的能量。
[0048]细丝可以是任何适当的形状，包括具有均匀截面的螺旋线圈或猪尾细丝、具有非均匀截面的带状细丝、发夹细丝等。在一个或多个实施例中，热电子枪220还可以被间接地加热。本发明的实施例不仅应用于细丝在离子源室210的一端处具有回路形式的Bernas源， 而且还应用于细丝为延伸到离子源室210中的杆状细丝的形式的Freeman源。
[0049]离子源室210通过电弧电源214来供电，电弧电源214在热电子枪220和离子源室 210之间建立弧电流，使得热电子枪220和离子源室210之间的电位差近似为20V至120V。电弧电源214耦合至细丝电源212以确保离子源室210相对于热电子枪220保持在正电压。 [0〇5〇] 在传统的Bernas源中，妈反射极(tungsten repeller)被直接设置在热电子枪220 两端，并且引入浮置铂源。这种设计导致较差的离子化效率，如此对于商业生产来说不可接受。然而，在本发明的各个实施例中，用铂固态源电极230来替换钨反射极。
[0051] 离子源室210还包括与离子源室210电隔离的一个或多个辅助固态源电极240。在各个实施例中，一个或多个辅助固态源电极240和固态源电极230包括由相同材料(其是被生成用于注入的金属离子)形成的暴露表面。例如，一个或多个辅助固态源电极240和固态源电极230具有包括铂的顶层或涂层。铂可以是纯铂，或者可以是合金或化合物形式。可选地，在另一实施例中，一个或多个辅助固态源电极240和固态源电极230包括单块的铂合金或与非金属的铂化合物。[〇〇52]在各个实施例中，通过使用正固态源导体242和负固态源导体244的固态源电源 216,固态源电极230和一个或多个辅助固态源电极240相对于离子源室210被负偏置。在各个实施例中，固态源电极230和一个或多个辅助固态源电极240利用一个或多个绝缘区域 205与尚子源室210隔尚。[〇〇53]在各个实施例中，固态源电极230和一个或多个辅助固态源电极240的位置可以调整地安装在离子源室210内。[〇〇54] 从离子源开口 260中提取由离子源室210生成的铂离子。在一个实施例中，一个或多个辅助固态源电极240被居中定位为与尚子源开口 260相对。[〇〇55]提取电极250用于提取在等离子体245内生成的铂离子。提取电极250用于从离子源室210中提取出离子束，更具体地，从等离子体245中提取离子束。在所示示例中，通过单片电极来构造提取电极250,尽管在其他实施例中，提取电极250可以包括多个电极片。
[0056]气体供给线211引入将在离子源室210内被离子化的气体。气体可以是诸如氩、氙、 氣等的惰性气体。[〇〇57] 源磁场从外部施加并且与离子源室210的侧壁221平行定向。产生离子的能量化原电子在包括潘宁类型的电子限制的水平方向上被电磁地捕获。良好的限制增加了电子和离子源室210内的气体原子/分子之间的碰撞的可能性。电子限制导致形成等离子体245的进入气体的离子化。
[0058]来自热电子枪220的能量电子离子化形成离子(诸如氩离子)的气体原子。等离子体245中的正离子(诸如Ar+)被吸引并加速到带负电的固态源电极230和一个或多个辅助固态源电极240以及来自固态源电极230和一个或多个辅助固态源电极240的溅射铂原子。因此，与铂处于浮置电位的传统设计相比，大大增加了铂离子的生成效率。这是因为固态源表面增加的表面积以及增加氩离子的撞击速率和密度的负电压。中性铂原子可进一步在等离子体245内被尚子化。
[0059]因此，电子电流Ie从热电子枪220被引导至离子源室210的内侧，同时电子电流Ie’ 从等离子体245流至离子源室210的壁。由于固态源电极230和一个或多个辅助固态源电极 240上的负电压，等离子体245中的离子朝向它们流动作为离子电流Ii，但是一些离子电流 I i ’还可以朝向热电子枪220的细丝流动，这会例如由于溅射而降低细丝的寿命。
[0060]图2D至图2H示出了用于固态源电极和辅助固态源电极的形状的可选实施例。
[0061]在各个实施例中，固态源电极和辅助固态源电极的形状可以改变以获得更好的溅射效率。系统的溅射效率主要受固态源电极的形状和表面影响。[〇〇62]图2D示出了立方形的固态源电极，图2E示出了圆形或圆柱形的固态源电极，图2F 示出了环状或同轴状的固态源电极，以及图2G示出了框状的固态源电极。框状的固态源电极是具有中心开口的任何一般形状。在一个实施例中，框状的固态源是正方形或矩形的，而在其他实施例中，其还可以是圆形(同心)、椭圆形或者其他非标准形状。
[0063] 在又一些实施例中，固态源电极可以具有固态表面的部分切割。例如，固态源电极可以是同心圆柱的一部分，使得如图2H所示形成凹面。这种圆化的表面可以优化等离子体限制与固态源电极或辅助固态源电极之间的距离，例如建立等离子体限制与固态源电极或辅助固态源电极之间的等距离。此外，圆化的表面降低了电场和磁场线中的浓度，因此提高了溅射效率，通过避免热点而不会损伤源寿命。[〇〇64]图3示出了根据本发明实施例的离子源的可选截面图。
[0065]本发明的实施例包括改变离子源室210内的固态源的位置。例如，一个或多个辅助固态源电极240可以定位为朝向离子源室的水平边缘而非如图2所示居中定位。在各个实施例中，可以使用在离子源室210内定位一个或多个辅助固态源电极240的机械杠杆来修改一个或多个辅助固态源电极240的位置。例如，可以根据为注入选择的注入能量和剂量来改变一个或多个辅助固态源电极240的位置。当一个或多个辅助固态源电极240被放置在接近热电子枪220时(不改变一个或多个辅助固态源电极240上的电压)，电场密度增加导致较大的溅射产量。
[0066]图4示出了根据本发明实施例的具有比固态源电极多的辅助固态源电极的离子源的可选截面图。
[0067]如先前实施例中参考，可以在各个实施例中使用多于一个的辅助电极。如图4清楚示出，第一辅助电极241A和第二辅助电极241B被设置在离子源室210中。在所示实施例中， 第一辅助电极241A被居中定位，而第二辅助电极241B位于离子源室210的边缘处。然而，这仅是为了说明。
[0068]图5A至图5D示出了根据本发明实施例的辅助电极相对于固态源电极的不同结构的不同侧视图。
[0069]在各个实施例中，可以修改各个固态源电极的相对位置。作为一个不例，在图5A 中，一个或多个辅助固态源电极240被设置在固态源电极230的边缘周围。图5A示出了通过形成凹面电极在两个方向上环绕固态源电极230的一个或多个辅助固态源电极240,而图5B 示出了同心放置。
[0070]类似地，在另一实施例中，图5C示出了环绕第二辅助电极241B的第一辅助电极 241A。图5D示出了又一实施例，其示出形成固态源电极230的正方形块以及框状的辅助固态源电极240。[〇〇71]图6示出了根据示出本发明的结构方面的实施例的离子源的截面图。
[0072]在各个实施例中，辅助电极的位置和大小是重要的，因为其调制离子源室210内的电场。因此，在一个或多个实施例中，作为纸平面的X-Y平面中的第一辅助电极241A和第二辅助电极241B的每一个的位置可以在一个实施例中被优化。使第一辅助电极241A或第二辅助电极241B沿着X轴更接近中心增加了第一辅助电极241A更接近等离子体245的边缘周围的电场，导致这些位置中更多的溅射。类似地，当第一辅助电极241A和第二辅助电极241B居中定位时(例如，如图2A所示)，固态源电极230比第一辅助电极241A和第二辅助电极241B更少地溅射。[〇〇73]因此，在各个实施例中，第一辅助电极241A和第二辅助电极241B以及固态源电极 230的相对位置均可以在所有三个平面中配置。例如，固态源电极230可以被移动更接近等离子体245。在一个实施例中，第一辅助电极241A和第二辅助电极241B的相对位置可沿着X 轴和Y轴移动，同时固态源电极230可沿着X轴移动。
[0074]在一个实施例中，基于注入剂量，即从离子源要求的束电流来选择辅助电极和固态源电极的每一个的位置。
[0075]类似地，在另一实施例中，这些电极中的每一个的表面积可配置。例如，第一辅助电极241A的第一表面积A241A和第二辅助电极241B的第一表面积A241B以及固态源电极230的表面积A23Q可以独立地改变。[〇〇76] 如图10所示，第一辅助电极241A、第二辅助电极241B和固态源电极230中的每一个都可以被偏置到不同电位。[〇〇77]图7A示出了根据实施例的离子源的截面图，其示出了本发明的可选结构方面。 [〇〇78]在一个或多个实施例中，第一辅助电极241A和第二辅助电极241B的形状可以被改变以在离子源室210内产生均匀的电场和磁场。例如，在图7A中，第一辅助电极241A和第二辅助电极241B的厚度可以朝向等离子体245减小。[〇〇79]图7B1和图7B2示出了离子源的截面图，其示出根据本发明实施例的可选结构方面。图7B1示出了前截面图，而图7B2示出了侧视图。
[0080]在图7B1和图7B2中，辅助固态源电极240的形状可以更加凹进以保持与等离子体 245的恒定距离。例如，如图7B2所示，在与具有固态源电极230的一侧平行的y-z平面中，辅助固态源电极240具有凹状。在一个或多个实施例中，固态源电极230和/或辅助固态源电极 240根据等离子体245来成形。然而，等离子体245不受固态源电极230和/或辅助固态源电极 240的形状的影响。
[0081]图8示出了根据实施例的离子源的截面图，其示出根据本发明的又一可选结构方面。
[0082]在该实施例中，辅助电极的形状被修改以增加或减小有效表面积。例如，在一个实施例中，辅助电极包括将辅助固态源电极240分为多个部分的多个间隙243。多个间隙243可以具有不同的结构，并且可以被修改以调整和分配离子源室210内的电场。可选地，作为一种不例，多个间隙243用于改变第一辅助电极241A的表面积A241A的表面积和与辅助电极240 相邻的电场的相对比率。[〇〇83]尽管固态源电极230没有被示为包括间隙，但在各个实施例中，固态源电极230也可以包括这种间隙。[〇〇84]图9A至图9D示出了根据本发明实施例的固态源电极的示例性形状。[〇〇85]在各个实施例中，间隙可以形成为沟槽或孔。如图9A和图9B所示，形成多个沟槽 243A，而在图9C和图9D中，形成多个孔243B。[〇〇86]在图9B所示的一个实施例中，多个沟槽243A将辅助固态源电极240划分为多个部分240S，它们在辅助固态源电极240内相互电隔离。然后，辅助固态源电极240的每个部分 240S可以耦合至不同电位，诸如“^2、‘"抑。例如，在一个实施例中，可变电阻器(或者具有不同固定电阻的电阻器)可以耦合在辅助固态源电极240的每个部分240S与电源之间。电阻器的值可以变化，以调整离子源室210内的电场。[〇〇87]图9D示出了多个孔243B的孔的行相对于相邻行交错的实施例。这种实施例可用于使由多个孔243B引起的电场中的扰动均匀化。
[0088]图10示出了根据实施例的离子源的截面图，其示出本发明的又一可选结构方面。
[0089]在又一可选实施例中，包括辅助电极的每个固态源电极连接至不同电源。因此，如图所示，第一辅助电极241A耦合至提供第一电压VI的第一辅助电源218,而第二辅助电极 241B耦合至提供第二电压V2的第二辅助电源222。固态源电极230耦合至固态源电源216,其提供第三电压V3。在各个实施例中，第一电压VI不同于第二电压V2和第三电压V3。类似地， 第二电压V2不同于第三电压V3。
[0090]在一个实施例中，基于离子剂量，即从离子源所要求的束电流来选择电压。[0091 ]图11示出了根据本发明实施例的包括主动冷却的离子源的截面图。
[0092]在又一些实施例中，在上面各个实施例中描述的离子源(图2-10)可以被进一步修改以包括主动冷却。主动冷却可用于减少固态源电极230和/或一个或多个辅助固态源电极 (诸如第一辅助电极241A和/或第二辅助电极241B)的加热。如图11所示，具有承载液体冷却剂的一个或多个冷却管263的冷却系统可用于主动地冷却固态源电极。在各个实施例中，可以主动地控制或被动地控制冷却剂的流动。在一个实施例中，冷却剂可以在达到特定温度之后接通。可选地，如果观察到一个或多个固态源电极或者固态源电极230的局部加热，则可以增加冷却剂的流动速率。在一个或多个实施例中，可以针对每个固态源独立地控制冷却剂的流动速率。例如，第一控制阀VI调节冷却剂向第一辅助电极241A的流动，第二控制阀 V2调节冷却剂向第二辅助电极241B的流动，以及第三控制阀V3调节冷却剂向固态源电极 230的流动。
[0093]图12A示出了根据本发明实施例的当改变辅助电极和/或固态源电极的电压时改变离子束电流。
[0094]参照图12A，随着辅助电极和/或固态源电极的电压增加，离子化效率增加，从而增加离子束电流。虽然增加固态源电压增加了粒子束电流和效率，但这不是最佳解决方案，因为较高的固态源电压增加了电场，这会导致系统的故障。
[0095]在各个实施例中，引入多个固态源电极帮助最小化过加热而不损害离子提取效率或离子束电流。因此，如使用图12B进一步描述的，实现具有增加的源寿命的强健离子源室。
[0096]图12B示出了根据本发明实施例的当改变辅助电极和/或固态源电极的电压和弧电流时改变粒子束电流。
[0097]参照图12B，离子源室210中较大的弧电流由于增加的加热而导致固态源的熔化。 这在图12B中示出，其随着弧电流(Iarc)的增加示出了多条曲线((:1、02、03、04、05、06)。较大的弧电流导致较大的离子化，从而导致等离子体中更多的离子，它们朝向包括辅助固态源电极的固态源电极而被加速。因此，增加弧电流导致固态源电极的加热，使得它们最终熔化。固态源电极的这种熔化剧烈地降低了固态源电极的寿命(源寿命)以及会创建短路。在又一实施例中，为了提高固态源电极以及一个或多个辅助固态源电极的寿命，例如使用液体冷却剂，主动地冷却这些电极。
[0098]因此，第七曲线C7示出了用于每个弧电流的最大可允许固态源电压。在较大的弧电流下，最大可允许固态源电压较低。类似地，第八曲线C8示出了不熔化固态源电极的最大可允许弧电流。由于固态源电压降低，所有允许较大的弧电流。[〇〇99]在各个实施例中，本发明的发明人发现，用于增加源寿命并具有高离子化效率的最佳工艺窗使用最低可能的弧电流和最高可能的固态源电压。因此，第一曲线C1与第九曲线C9示出了用于在各个实施例中使用离子源的最佳工艺工作曲线。如图所示，对于低束电流(例如，低注入剂量)，在将弧电流保持在最低值的同时调制固态源电压。对于较大的束电流要求，还增加了弧电流。
[0100]由于故障考虑和等离子体的稳定性，限制气体压力。
[0101]尽管上面描述了铂的注入，但本发明的实施例还可以应用于注入其他元素，包括金属、掺杂物等。示例包括钼、金、银、络、镍、钼、铅、铪、错、铁、锌和IL等的注入。
[0102]本发明的实施例可以包括器件以及用于制造器件的工艺和装置。一个一般方面包括用于注入机的离子源。离子源包括:第一固态源电极，设置在离子源室中，第一固态源电极包括耦合至第一负电位节点的源材料；以及第二固态源电极，设置在离子源室中。第二固态源电极包括耦合至第二负电位节点的源材料，并且第一固态源电极和第二固态源电极被配置为产生由注入机注入的离子。
[0103]实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。在该离子源中，第一固态源电极面向电子源，并且第二固态源电极相对于电子源以一角度倾斜。在该离子源中，第一固态源电极居中地位于用于提取离子的狭缝下方。在该离子源中，第一固态源电极和第二固态源电极被定位在离子源室的同一侧壁附近。该离子源还可以包括:第三固态源电极，包括耦合至第三负电位节点的源材料。在该离子源中，第一固态源电极包括圆柱形电极、框架形电极。 在该离子源中，第一固态源电极环绕第二固态源电极。在该离子源中，第一固态源电极以框架形方式完全环绕第二固态源电极。该离子源还可以包括:第三固态源电极，包括耦合至第三负电位节点的源材料，第三固态源电极环绕第一固态源电极和第二固态源电极。在该离子源中，第一固态源电极包括多个间隙。在该离子源中，第一固态源电极包括多个部分，每个部分均被配置为连接至不同的电压节点。在该离子源中，第一固态源电极在离子源室内可移动。在该离子源中，第一固态源电极具有凹面。在该离子源中，第一固态源电极的厚度朝向离子源室的侧壁增加。在该离子源中，第一负电位节点被配置为耦合至第一电压，并且第二负电位节点被配置为耦合至不同于第一电压的第二电压。该离子源还包括:冷却系统， 被配置为冷却第一固态源电极和第二固态源电极。在该离子源中，离子包括选自由铂、金、 银、铬、镍、钼、铅、铪、铝、铁、锌和钆组成的组中的金属离子。在离子注入机中，多个固态源电极包括耦合至第一电压节点的第一固态源电极和耦合至第二电压节点的第二固态源电极。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个面向电子源，并且多个固态源电极中的至少一个相对于热电子枪以一角度倾斜。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个居中地位于用于提取离子的狭缝下方。在离子注入机中，多个固态源电极被定位在离子源室的同一侧壁附近。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个包括圆柱形电极或框架形电极。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个包括多个间隙。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个包括多个部分，每个部分均被配置为连接至不同的电压节点。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个在离子源室内可移动。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个具有凹面。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个的厚度朝向离子源室的侧壁增加。在离子注入机中，离子包括金属离子。在离子注入机中，金属离子选自由铂、金、银、铬、镍、钼、铅、铪、铝、铁、锌和钆组成的组。该方法还包括:使用生成的金属离子注入衬底。所述技术的实施可以包括方法或工艺或设备或装置。
[0104]另一个一般方面包括离子注入机，包括:离子源室，包括气体入口和离子出口；多个固态源电极，用于产生由离子源提供的离子；以及离子提取电极，与离子源室相关联，用于通过离子出口从室中提取离子。
[0105]又一些实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。在离子注入机中，多个固态源电极包括耦合至第一电压节点的第一固态源电极和耦合至第二电压节点的第二固态源电极。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个面向电子源，并且多个固态源电极中的至少一个相对于热电子枪以一角度倾斜。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个居中地位于用于提取离子的狭缝下方。在离子注入机中，多个固态源电极被定位在离子源室的同一侧壁附近。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个包括圆柱形电极或框架形电极。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个包括多个间隙。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个包括多个部分，每个部分均被配置为连接至不同的电压节点。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个在离子源室内可移动。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个具有凹面。在离子注入机中，多个固态源电极中的至少一个的厚度朝向离子源室的侧壁增加。在离子注入机中，离子包括金属离子。在离子注入机中，金属离子选自由铂、金、银、铬、镍、钼、铅、铪、铝、铁、锌和钆组成的组。该方法还包括:使用生成的金属离子注入衬底。所述技术的实施可以包括方法或工艺或设备或装置。
[0106]另一个一般的方面包括用于注入金属离子的方法，该方法包括:在离子源室中设置第一固态源电极，第一固态源电极包括耦合至第一负电位节点的源材料；以及在离子源室中提供第二固态源电极，第二固态源电极包括源材料并耦合至第二负电位节点，第一固态源电极和第二固态源电极被配置为产生将由注入机注入的离子；以及通过溅射来自第一固态源电极和第二固态源电极的原子来生成金属离子。
[0107]实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。该方法还包括:使用生成的金属离子注入衬底。所述技术的实施方式可以包括方法或工艺或设备或装置。
[0108]虽然参照所示实施例描述了本发明，但说明书不用于限制。本领域技术人员在参照说明书的基础上可以明白所示实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例。因此，所附权利要求包括任何这种修改或实施例。
【主权项】
1.一种用于注入机的离子源，所述离子源包括:第一固态源电极，设置在离子源室中，所述第一固态源电极包括耦合至第一负电位节 点的源材料；以及第二固态源电极，设置在所述离子源室中，其中所述第二固态源电极包括耦合至第二 负电位节点的源材料，并且其中所述第一固态源电极和所述第二固态源电极被配置为产生 将由所述注入机注入的离子。2.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一固态源电极面向电子源，并且其中所述 第二固态源电极相对于所述电子源以一角度倾斜。3.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一固态源电极居中地位于用于提取离子 的狭缝下方。4.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一固态源电极和所述第二固态源电极被 定位在所述离子源室的同一侧壁附近。5.根据权利要求1所述的离子源，还包括:第三固态源电极，包括耦合至第三负电位节点的源材料。6.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一固态源电极包括圆柱形电极、框架形电极。7.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一固态源电极环绕所述第二固态源电极。8.根据权利要求7所述的离子源，其中所述第一固态源电极以框架形方式完全环绕所 述第二固态源电极。9.根据权利要求7所述的离子源，还包括:第三固态源电极，包括耦合至第三负电位节点的源材料，其中所述第三固态源电极环 绕所述第一固态源电极和所述第二固态源电极。10.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一固态源电极包括多个间隙。11.根据权利要求10所述的离子源，其中所述第一固态源电极包括多个部分，每个部分 均被配置为连接至不同的电压节点。12.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一固态源电极在所述离子源室内可移动。13.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一固态源电极具有凹面。14.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一固态源电极的厚度朝向所述离子源室 的侧壁增加。15.根据权利要求1所述的离子源，其中所述第一负电位节点被配置为耦合至第一电 压，并且所述第二负电位节点被配置为耦合至不同于所述第一电压的第二电压。16.根据权利要求1所述的离子源，还包括:冷却系统，被配置为冷却所述第一固态源电 极和所述第二固态源电极。17.根据权利要求1所述的离子源，其中所述离子包括选自由铂、金、银、铬、镍、钼、铅、 铪、铝、铁、锌和钆组成的组中的金属离子。18.一种离子注入机，包括:离子源室，包括气体入口和离子出口；多个固态源电极，用于产生由所述离子源提供的离子；以及离子提取电极，与所述离子源室相关联，用于通过所述离子出口从所述室中提取所述 离子。19.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极包括耦合至第一电 压节点的第一固态源电极和耦合至第二电压节点的第二固态源电极。20.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极中的至少一个面向 电子源，并且其中所述多个固态源电极中的至少一个相对于热电子枪以一角度倾斜。21.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极中的至少一个居中 地位于用于提取所述离子的狭缝下方。22.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极被定位在所述离子 源室的同一侧壁附近。23.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极中的至少一个包括 圆柱形电极或框架形电极。24.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极中的至少一个包括 多个间隙。25.根据权利要求24所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极中的至少一个包括 多个部分，每个部分均被配置为连接至不同的电压节点。26.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极中的至少一个在所 述离子源室内可移动。27.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极中的至少一个具有凹面。28.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述多个固态源电极中的至少一个的厚 度朝向所述离子源室的侧壁增加。29.根据权利要求18所述的离子注入机，其中所述离子包括金属离子。30.根据权利要求29所述的离子注入机，其中所述金属离子选自由铂、金、银、铬、镍、 钼、铅、铪、铝、铁、锌和钆组成的组。31.—种注入金属离子的方法，所述方法包括:在离子源室中设置第一固态源电极，所述第一固态源电极包括耦合至第一负电位节点 的源材料；以及提供设置在所述离子源室中的第二固态源电极，其中所述第二固态源电极包括所述源 材料并且耦合至第二负电位节点，并且其中所述第一固态源电极和所述第二固态源电极被 配置为产生将由所述注入机注入的离子；以及通过溅射来自所述第一固态源电极和所述第二固态源电极的原子来生成金属离子。32.根据权利要求31所述的方法，还包括:使用所生成的金属离子注入衬底。
【文档编号】H01J37/317GK106098521SQ201610270946
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月27日 公开号201610270946.9, CN 106098521 A, CN 106098521A, CN 201610270946, CN-A-106098521, CN106098521 A, CN106098521A, CN201610270946, CN201610270946.9
【发明人】E·韦尔特斯彻, P·祖潘, W·舒斯特德, M·杰里纳克, R·埃伯维恩, F·科勒纳
【申请人】英飞凌科技股份有限公司