CN1190821C - 离子束辐射装置以及用于该装置的触发等离子体的方法 - Google Patents

Abstract

当等离子体在等离子体发生器中触发时，使离子束在等离子体发生器中运行，并且在这种状态下，将相对于地的正电压从DC电源施加到等离子体发生室上。当离子束与从等离子体发生室流出而进入离子束路径的等离子体发生气体相碰撞时产生次级电子。次级电子被正电压引入等离子体发生室内，并且在等离子体发生室内，利用被引入等离子体发生室内的次级电子和射频引发等离子体的触发。

Description

离子束辐射装置 以及用于该装置的触发等离子体的方法

                        技术领域

本发明涉及一种离子束辐射装置，该装置用于通过以离子束照射衬底而进行将离子束植入衬底的工艺，并涉及一种操纵离子束辐射装置的方法。本发明也涉及一种以用离子束照射衬底的方式通过将离子束植入到半导体衬底中而制造半导体器件的方法，并更具体地说，涉及一种装置，在衬底以离子束照射时该装置用于抑制衬底表面内的累积性充电(充电)。

                       背景技术

当通过离子植入而制造半导体器件时，至关重要的是当衬底以离子束照射时抑制衬底表面内充电。充电抑制技术已经在现有技术中提出。在所提出的技术中，将等离子体发生器产生的等离子体施加到衬底的上游区域，等离子体中所包含的电子用于中和离子束照射时所产生的衬底的正电荷。当与利用从灯丝发射的初级电子或利用在物体被该灯丝发射的初级电子照射时所发出的次级电子的技术相比较时，所提出的技术将低能量的电子施加到衬底上。于是，所提出的技术具有降低衬底中的负电荷的优点。

射频放电型等离子体发生器被公知为通过利用射频放电离子化引入等离子体发生室内的等离子体发生气体而产生等离子体。这种类型的等离子体发生器在以下几点优于利用灯丝放电的等离子体发生器：a)等离子体具有较长的寿命，以及b)其可以在较低的气压下工作，并由此可以维持处理室(process chamber)内的真空，同时产生等离子体。

在利用射频放电以产生等离子体的射频(RF)放电型等离子体发生器中所包含的一个问题在于等离子体触发。

射频放电型等离子体发生器一般包括电极(电容耦合)，例如，用于将射频波引入等离子体发生室内的天线或线圈(电感耦合)。一般，向等离子体发生室内施加用于产生等离子体并维持所产生的等离子体的磁场。

在这种情况下，至少一个电子必须存在于等离子体发生室内。由较高的射频电场加速的该电子轰击原子或分子以使他们离子化。然后，作为离子化的结果而发射的电子持续离子化其它原子或分子。从而，等离子体在某一时间点突然产生，或换句话说，等离子体被触发(ignite)。

一般认为第一个电子以如下方式产生，即，来自外部空间的高能粒子束将气体离子化。通过高能粒子束轰击一气体所产生的电子数量远小于例如由灯丝发射的热离子(一般为若干mA)的数量。于是，难于仅通过将射频波引入等离子体发生室内而可靠地触发等离子体。

为了可靠地触发射频等离子体，在现有技术中采用以下方法：

1)在等离子体发生室内形成放电间隙。高压横跨该间隙施加以导致放电，而该放电又产生大量的电子。

2)高能量强度的激光引入等离子体发生室内，等离子体通过直接利用激光热离子化等离子体发生气体而触发。

在上面的方法1)中，在等离子体发生室内至少设置一个具有外露的金属部分的放电间隙电极，此外，也必须提供用于向电极提供高压的高压源，结果，用于方法1)的装置结构复杂，而这会增高成本。

在等离子体触发后，放电间隙电极暴露于等离子体并被溅射，溅射出的颗粒(金属颗粒)到达衬底，这导致衬底的金属污染。

此外，放电导致冲击电压，于是，存在冲击电压不利地影响装置(如在离子束辐射装置中的低压控制装置)各元件的危险。

方法2)需要激光源和用于将激光源发出的激光引入等离子体发生室内的激光透射窗口。同样，与方法1)相同，用于方法2)的装置结构复杂，这会增大成本。

另外，在等离子体发生过程中沉积的材料累积地附着到激光透射窗口上，如果所沉积的材料量增长到中断激光，等离子体触发变得不可能进行。在这种情况下，要频繁地进行维护，以便清除所沉积的材料，这会变得很麻烦。

                         发明内容

于是，本发明的基本目的是提供一种方法和装置，他们能够在如上所述用于抑制衬底充电的射频放电型等离子体发生器中可靠并简单触发等离子体，而不会产生诸如金属污染的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种操纵离子束辐射装置的方法。在该操纵方法中，当等离子体在等离子体发生器中触发时，离子束在等离子体发生器旁边或附近运行，并在该状态下，相对于地为正的电压施加到等离子体发生室内。此外，当离子束与从等离子体发生室流出而进入离子束路径中的等离子体发生气体碰撞所产生的次级电子被正电压引导到等离子体发生室内，而在等离子体发生室内，用引导到等离子体发生室内的次级电子引发等离子触发。

在该操纵方法中，足够大而可以可靠触发等离子体的次级电子量可以引导到等离子体发生室内。于是，在等离子体发生室内可以可靠地触发等离子体。

该操纵方法有利地利用离子束，该离子束最初用于处理衬底、用于产生次级电子、并接下来用于触发等离子体。等离子体可以通过利用离子束并通过向等离子体发生室施加正电压而触发。于是，等离子体触发操作非常简单，并且不需要复杂的装置以用于等离子体触发。此外，该操纵方法不会导致金属污染、冲击电压产生或维护复杂问题。

根据本发明另一方面，提供了一种离子束辐射装置，该装置特征在于直流(DC)电源，该电源将相对于地为正的电压施加到等离子体发生室上，并将离子束与从等离子体发生室流出并进入离子束路径中的等离子体发生气体碰撞时产生的次级电子由正电压引导到等离子体发生室内，而用被引导到等离子体发生室内的次级电子在等离子体发生室内引发等离子体触发。

在该离子束辐射装置中，足够大而可以可靠触发等离子体的次级电子量被引入等离子体发生室内。于是，可以在等离子体发生室内可靠地触发等离子体。

该离子束辐射装置优选地利用离子束，该离子束最初用于处理衬底、用于产生次级电子、并接下来用于触发等离子体。触发等离子体而额外使用的装置仅为DC电源，该电源用于将正电压施加到等离子体发生室上。于是，等离子体触发操作非常简单，并由此不需要使用复杂的触发等离子体用的装置。此外，离子束辐射装置不会导致金属污染、冲击电压产生、或维护复杂的问题。

根据本发明的再一方面，提供了一种离子束辐射装置，该装置特征在于能够选择以下操作之一的DC电源：

a)将相对于地为正的电压施加到等离子体发生室上，并通过正电压将离子束与从等离子体发生室流出而进入离子束路径中的等离子体发生气体碰撞时所产生的次级电子引导到等离子体发生室内，从而用被引导到等离子体发生室内的次级电子在等离子体发生室内引发等离子触发；以及

b)将相对于地为负的电压施加到等离子体发生室上，从而控制从等离子体发生室内发射的电子量。

在离子束辐射装置中，DC电源不仅如上所述控制等离子体发生操作，而且控制在等离子体触发后从等离子体发生室发射的电子量。通过控制所发射的电子量，在衬底表面内的充电被抑制得很低，并且可以进一步降低衬底表面内的充电电压。此外，一个DC电源可以用于等离子体触发控制和所发射的电子量控制二者。因此，与各电源分别用于这些控制的情况相比，结构得以简化并降低了成本。

根据本发明的额外方面，提供了一种通过用离子束辐射衬底而将离子植入半导体衬底中制造半导体器件的方法，该方法利用等离子体发生器，该发生器通过用射频放电离子化引入等离子体发生室内的等离子体发生气体而产生等离子体，并将所产生的等离子体提供到半导体衬底的上游区域，由此抑制半导体衬底表面内由于离子束照射而导致的充电。

在该半导体制造方法中，进行以下步骤：

A)离子束在等离子体发生器内产生，并在该状态下将相对于地为正的电压施加到等离子体发生室上，而在离子束与从等离子体发生室流出并流入离子束路径的等离子体发生气体碰撞时产生的次级电子由该正电压引入等离子体发生室内，并在等离子体发生室内用引入等离子体发生室的次级电子引发等离子体触发；以及

B)然后，在相对于地为负的电压施加到等离子体发生室的情况下，等离子体从等离子体发生室射出，并引导向半导体衬底的上游区域，由此，在抑制半导体衬底中由于离子束照射而导致充电的同时将离子束照射到半导体衬底上。

在使用这种方法的情况下，等离子体可以如上所述地在等离子体发生器内可靠触发，并且不需要复杂的装置以用于等离子体触发。此外，离子束辐射装置不会导致金属污染、冲击电压产生或维护复杂的问题。半导体衬底的金属污染是半导体器件制造中的严重问题。本发明可以防止这种问题。于是，本发明改善了半导体器件的性能，并提高了半导体器件制造阶段的生产率。

另外，从等离子体发生室发射的电子量可以通过在半导体衬底用离子束照射时向等离子体发生室施加负电压予以控制。通过电子量控制，衬底表面内的充电可以被抑制得很低，结果，防止了离子束照射过程中的半导体器件介电故障(dielectric breakdown)，从而提高了半导体器件制造阶段的生产率。此外，该制造方法也可以应用到半导体装置的微制造(microfabrication)上。

                         附图说明

图1是示出根据本发明构造的离子束辐射装置的横截面图；

图2是示出操纵图1的离子束辐射装置的方法示例的流程图；以及

图3是示出半导体器件的示例的放大横截面图。

                       具体实施方式

图1是示出根据本发明构造的离子束辐射装置的横截面图。

在图1所示的离子束辐射装置中，在真空腔8内，由固定器6固定的衬底4(例如，半导体衬底)用离子束2照射。然后，进行将离子植入衬底4的工艺。

为了用离子束2均匀照射衬底4的整个表面，离子束2或衬底4被移动以用于在离子束2照射时扫掠。在这个实施例中，离子束2和衬底4分别在X和Y方向移动。如图所示，X和Y方向彼此垂直。当然，这并不排除离子束2在X方向移动而衬底4在Y方向移动的实施例。

设置了射频放电型等离子体发生器10以通过射频放电产生等离子体16，并然后将所产生的等离子体提供到衬底4的上游区域。具体地说，等离子体发生器10将所产生的等离子体提供到上游侧的区域以及靠近在上游侧扫描的离子束2的位置上，由此抑制利用离子束2照射的衬底4表面上的充电。

等离子体发生气体18被引入等离子体发生器10的等离子体发生室12中。等离子体发生气体18被射频放电离子化，由此产生等离子体16。然后，等离子体16通过等离子体发射孔14发射到等离子体发生室12外侧以与离子束2相遇。所发射的等离子体16包括电子和离子。

等离子体发射孔14不需限制为单独一个等离子体发射孔14，而可以按需要使用多个孔。例如，如在本实施例中所述，当离子束2被移动以扫掠时，可以在离子束的扫掠方向X布置多个等离子体发射孔14。

射频电波从射频电源22经由阻抗匹配装置24提供到天线20，射频波可以为大约13.56MHz的射频波或大约2.45GHz的微波。在该说明书中，术语射频用于描述在微波范围内的频率的广义概念。

天线20可以采取任何适宜的形式。作为非限定性示例，天线20可以如图所示采取环形和板电极形式或杆状形式。另外，对于电感性耦合过程，取代天线20，可以使用线圈产生等离子体16。

鉴于避免污染等离子体发生室12以及避免发生有机材料的产生，优选地将化学惰性气体用于等离子体发生气体18。优选地用于等离子体发生气体18的各种气体的示例为诸如氩、氪或氙的惰性气体(惰性气体)。

优选地是将磁场施加到等离子体发生室12的内部，以利于等离子体16的产生和维持。在本实施例中，磁场产生装置被作成为磁性线圈26围绕等离子体发生室12放置。另外，可以用永久磁铁替代磁性线圈26。由磁场发生装置所产生的磁场方向不限于特定的方向。然而，优选地是，其指向等离子体16通过等离子体发射孔14而发射的方向(轴向，如图1所示)。如果磁场如此指向，等离子体16的发射以及将次级电子40引导到等离子体发生室12中将变得更容易。在这个实施例，磁性线圈26产生具有如此方向的磁场。

如本实施例中所示等离子体发生室12的内壁和天线20优选地分别覆盖有绝缘元件30和32，以便抑制内壁12和天线20的金属污染。金属污染一般是由于等离子体16溅射所导致的。

等离子体发生室12与地(地电势部分)通过利用置于它们之间的绝缘元件28电绝缘。真空腔8一般设定为地电势。DC电源36连接在等离子体发生室12和地之间。

为了在等离子体发生室12内触发等离子体16，DC电源36可以为普通的DC电源，该电源将相对于地为正的电压施加到等离子体发生室12上。这个实施例利用能够选择性向等离子体发生室12施加正电压或负电压(相对于地)的DC电源。此原因将在后面描述。DC电源36可以为能够施加正电压或负电压的双极电源，或可以为单极型普通DC电源与用于倒置输出电压极性的转换电路的组合。

作为非限定性示例，将参照图2示例性地描述操纵粒子束辐射装置的方法。

1)直到等离子体触发为止的过程

为了在等离子体发生器10内触发等离子体，等离子体发生气体18被引入等离子体发生室12中(步骤50)。如图1所示，产生离子束2并使之移动以用于在等离子体发生器10前面扫描(步骤51)。为了防止还未被中和的离子束2照射到半导体衬底4上，衬底4和固定器6优选地从离子束2处缩回。

被引入到等离子体发生室12内的等离子体发生气体18通过等离子体发射孔14流出而进入离子束2的扫描路径中，并与离子束2碰撞，如图1所示。更具体地说，包含在离子束2中的离子撞击流出的等离子体发生气体18中的原子或分子。作为离子束2撞击的结果，一部分等离子体发生气体18离子化并产生次级电子40。一些所产生的次级电子40向离子束2的离子被吸引，并引入离子束2中，而一些次级电子40从离子束2中弹出。此原因为所产生的次级电子40具有一定程度的动能。

此时，当正电压从DC电源36施加到等离子体发生室12上(步骤52)时，从离子束2弹出的次级电子40在正电压作用下被吸引到等离子体发生室12上，且部分次级电子40通过等离子体发射孔14被引导到等离子体发生室12内。这些电子作用为用于触发等离子体的引发电子。电子数量远大于来自于外界空间的粒子束自然产生的电子数量。

在这种状态下，射频电波通过天线20引入等离子体发生室12中，然后，引入其内的次级电子可靠地引发等离子体16的触发(步骤54)。

因此，既不需要放电间隙，也不需要通过高能量强度的激光照射来触发等离子体。于是，由于放电间隙和激光照射所产生的问题被轻易解决。用于触发等离子体的装置可以减少到包括向等离子体发生室提供正电压的DC电源36。于是，不需要用于等离子体触发的复杂装置。这当然导致装置成本降低。此外，本发明的离子束辐射装置不会导致金属污染、冲击电压产生或维护复杂的问题。

从DC电源36施加到等离子体发生室12上的正电压功能为将所产生的次级电子40拉入等离子体发生室12中，并加速次级电子40以增加其能量。将进一步描述所施加的电压。引入等离子体发生室12内的次级电子40在其能量为预定能级或更高之前不会作用为引发电子。此原因为为了离子化等离子体发生气体18，至少次级电子40的能量必须处于等离子体发生气体18的原子或分子第一离子化能级。假设等离子体发生气体18的原子的第一离子化能级为E1[eV]，而由等离子体发生气体18与离子束2碰撞所产生的次级电子40的能量为E2[eV]，那么，施加到等离子体发生室12上的正电压，即，DC电源36的输出电压VD[V]优选地被选择成满足以下关系式。在下面所示的关系式中，e为元电荷，通过用元电荷除以方程的右侧，可以将能量转化为电压。

[方程1]

VD≥(E1-E2)/e       [V]

具有能量E2的次级电子40进一步被电压VD加速，以具有超过第一离子化能量E1的能量。结果，次级电子被拉入等离子体发生室12中，因此，等离子体被可靠地触发。

包括等离子体发生气体18的原子的第一离子化能量E1对于氩大约为16eV，对于氪大约为14eV，而对于氙大约为12eV。由于撞击而被弹出的次级电子40的能量E1在离子束2为磷离子(P+)束并且等离子体发生气体18为氙的情况下最大约为8eV，于是，在这种状态下，输出电压VD被选择为优选地为4V或更高，这是由于从上面方程1所教导的12-8＝4[V]。

实际上，输出电压VD的值选择成比满足方程1的值稍大的值，原因如下：

a)一般地，等离子体发生气体18被电子离子化的离子化横截面积在电子的能量为第一离子化能量E1的二倍到三倍那么大时最大，因此，优选地是，将输出电压VD选择成次级电子40的能量大约为这些相同值；

b)当离子束2与等离子体发生气体18碰撞时弹出的次级电子40以低能量充分并同位素地(substantially and isotopically)发射。由于输出电压VD升高，向等离子体发生室12移动的次级电子40的量可以增大；

c)一般地，磁场如已经描述的那样施加到等离子体发生室12上，于是，当次级电子40处于某方向的磁场下，次级电子由于被磁场偏转而脱离轨道，从而难于拉到等离子体发生室12中。在这种情况下，如果输出电压VD升高到一定的电压大小，以强有力地将次级电子40向等离子体发生室12方向加速，可以减轻偏转的影响。当磁场在沿着等离子体16通过等离子体发生孔14发射的方向的方向上施加到等离子体发生室12上时，次级电子40容易通过等离子体发射孔14进入到等离子体发生室12中。如此，磁场在优选的方向上起作用。

将给出其特定的示例。在这个示例中，引入等离子体发生室12内的等离子体发生气体Xe18的流速为0.2ccm；真空腔8的真空度为1.2×10^-3Pa；70keV P⁺离子束的离子电流为1mA；而从离子束2的方向看的等离子体发生室的有效区域约为10cm²。此外，输出电压VD设定为10V。当次级电子40撞击到等离子体发生室12上时，在上述条件下流过DC电源36的电流约为50μA，该值相对大，从而，可以明白当正电压施加到等离子体发生室12上，大量次级电子40被吸引到等离子体发生室12上。部分被吸引的次级电子40通过等离子体发射孔14被拉入等离子体发生室12内，并作用为引发电子。因此，等离子体由引发电子触发。

2)直到衬底处理为止的过程

当等离子体16在等离子体发生室内以上述方式触发时，等离子体16自然由压差或其他因素通过等离子体发射孔14发射到真空腔8内(步骤55)。所发射的等离子体16扩散并施加到靠近半导体衬底4上游部分的区域和靠近为了对其扫描而移动的离子束2的区域上。

等离子体16通过等离子体发射孔14发射的事实意味着电子和离子二者被发射。所发射的电子一般能量较低。此时，DC电源36的输出电压极性被逆转，并且相对于地为负的电压施加到等离子体发生室12上(步骤56)。然后，DC电源的输出电压VD在将电子从等离子体发生室12中拉出的方向起作用。于是，从等离子体发生器10中发射的电子量可以予以控制，更精确地说，所发射的电子量可以通过调节输出电压VD值及其极性加以控制。

当半导体衬底4通过用离子束2照射它而处理时，等离子体16施加到离子束2的附近和半导体衬底4上。然后，等离子体16中的电子被吸引到由离子照射而充正电的衬底表面上，并中和正电荷。电子也被形成一束等离子体的离子束2捕捉，并通过半导体衬底4(当其被充电时)的电势向该束等离子体中的半导体衬底4移动。因此，电子中和衬底的正电荷。当表层上的正电荷被中和时，电子向半导体衬底4上的吸引自动终止。以这种方式，抑制了由于离子束照射而在衬底表面上充电。

在这种情况下，施加到半导体衬底4上的所发射的电子量可以通过将来自DC电源的负电压施加到等离子体发生室12上而予以适当地控制。通过控制所发射的电子量，在衬底表面上的充电被抑制得较低。此外，也降低了衬底表面上的充电电压。

为了进行等离子体触发和所发射的电子量二者的控制，DC电源可以单独提供。例如，用于将正电压施加到等离子体发生室12上的DC电源和用于将负电压施加到后者上的另一个DC电源。在这个实施例中，一个DC电源36用于控制等离子体触发操作和所发射的电子量二者。因此，结构得以简化，并且与针对这些控制利用单独的DC电源的情况相比，降低了成本。

来自DC电源36的DC电压输出极性的转换以及DC电压的大小可以通过控制单元38控制。

等离子体发生器10可以设置在真空腔8内，以便将其靠近离子束2定位。等离子体发生器10也可以设置在管状容器中，该容器***到真空腔8内。在任何方式中，由于如上所述的电压施加到等离子体发生室12上，因此其与地电绝缘。

现在将描述图3所示通过基于离子照射的离子植入方法制造半导体器件60的方法。FET(场效应晶体管)，更精确地说，MOSFET(MOS场效应晶体管)作为半导体器件60的示例。为了制造这种半导体器件60，半导体衬底(例如，硅衬底)用于半导体衬底4。栅极氧化物薄膜62和元件隔离氧化物薄膜64形成在衬底表面的预定区域中。电极66形成在栅极氧化物薄膜62的表面上。

离子束2照射到半导体衬底4上，从而实现将掺杂离子(例如，硼、磷、砷)植入到衬底中。两个杂质掺杂的层68形成在半导体衬底4的表面区域内以及栅极电极66和栅极氧化物薄膜62的两侧上。当硼作为掺杂离子时，杂质掺杂的层68为p型，而当磷或砷被植入时，该层为n型。在半导体衬底4为n型的情况下，通过形成p型杂质掺杂层68而形成p/n结。一个杂质掺杂层68作用为源极，而另一个为漏极。从而，p沟道MOSFET形成为半导体器件60。在半导体衬底4为p型的情况下，通过形成n型的杂质掺杂层68而形成p/n结。一个杂质掺杂层68作用为源极，而另一个作用为漏极。从而，n沟道MOSFET形成为半导体器件60。实际上，由此构成的多个半导体器件60形成在半导体衬底4的表面区域内。

为了通过利用这种离子照射方法制造这种半导体器件60，上述充电抑制技术被应用于等离子体发生器10中。将再次简要描述该技术(同时见图1)。

具体地说，在第一步骤，产生离子束2。在这种状态下，相对于地的正电压从DC电源36施加到地上。然后在从等离子体发生室12流出到离子束2的扫描路径上的等离子体发生气体18与离子束2碰撞时，产生次级电子40。所产生的次级电子40被正电压引入等离子体发生室12中，所产生的次级电子40在等离子体发生室12中引发等离子体触发。

在第二步骤中，相对于地的负电压从DC电源36施加到等离子体发生室12上，而等离子体16从等离子体发生室12发出并施加到靠近半导体衬底4的区域中。以这种方式，在抑制由离子束照射所导致的半导体衬底4内充电的同时将离子束照射到半导体衬底4上。

在应用这种方法的情况下，如上所述，等离子体可以可靠地在等离子体发生器10内触发。此外，不需要用于触发等离子体的复杂装置。此外，离子束辐射装置不会导致金属污染、冲击电压产生或维护复杂的问题。半导体衬底的金属污染在半导体器件制造过程中是严重的问题。本发明可以防止这种问题。于是，本发明同时提高了半导体器件的性能以及制造半导体器件过程中的生产率。

另外，从等离子体发生室12发射的电子量可以通过在半导体衬底4被离子束2照射时向等离子体发生器10施加负电压予以控制。通过控制电子量，抑制了衬底表面的充电，并且可以进一步降低衬底表面的充电电压。结果，可以防止在离子束照射过程中的半导体器件的介电故障，这会提高半导体器件制造阶段的生产率。随着半导体器件微制造的进行，在离子植入时衬底表面的充电电压必须保持为尽可能低的电势，以便防止半导体器件的介电故障。本发明的制造方法可以满足这种要求。于是，该制造方法可以应用于半导体器件的微制造中。

从上面描述可以看出，本发明具有以下有益的效果：

足够大而可以有效触发等离子体的次级电子量可以被引入等离子体发生室内，从而等离子体可以可靠地在等离子体发生室内触发；

本发明有利地使用离子束，该离子束最初用于处理衬底、用于产生次级电子、并接下来用于触发等离子体。等离子体可以通过利用离子束并通过向等离子体发生室施加正电压而触发。于是，等离子体触发操作非常简单，并且不需要复杂的装置以用于等离子体触发。此外，该操纵方法不会导致金属污染、冲击电压产生或维护复杂问题。

同样，在本发明中，DC电源控制不仅如上所述控制等离子体发生操作，而且控制在等离子体触发后从等离子体发生室发射的电子量。通过控制所发射的电子量，在衬底表面内的充电被抑制，并且可以进一步降低衬底表面内的充电电压。此外，一个DC电源可以用于等离子体触发控制和所发射的电子量控制二者。因此，与这些控制需要多个电源的情况相比，结构得以简化并降低了成本。

在使用这种方法的情况下，等离子体可以在等离子体发生器内可靠地触发，而不需要用于触发等离子体的复杂装置。此外，离子束辐射装置不会导致金属污染、冲击电压产生或维护复杂的问题。半导体衬底的金属污染在半导体器件制造过程中是严重的问题。本发明可以防止这种问题。于是，本发明改善了半导体器件的性能以及半导体器件制造阶段的生产率。

另外，从等离子体发生室发射的电子量可以通过在半导体衬底被离子束照射时向等离子体发生器施加负电压予以控制。通过电子量控制，抑制了衬底表面的充电，并且可以进一步降低衬底表面的充电电压。结果，可以防止在离子束照射过程中的半导体器件的介电故障，从而提高半导体器件制造阶段的生产率。此外，该制造方法也可以应用于半导体器件的微制造中。

Claims (6)

1.一种用于将离子束照射到衬底上的离子束辐射装置，包括：

真空腔，用于在离子束与其内的离子发生气体碰撞时产生次级电子；

连接到真空腔上的等离子体发生器，该等离子体发生器包括：

用于产生射频放电的射频放电发生器；

用于将等离子体发生气体引入到等离子体发生器中的等离子体发生气体引导装置；以及

连接于等离子体发生器和地之间的DC电源，

其中，DC电源将正电压施加到等离子体发生器上，从而当次级电子在真空腔内产生时将次级电子引入到等离子体发生器中，而在射频放电发生器将射频引入真空腔中时，作为触发引发器的被引导的次级电子在等离子体发生器中触发等离子体。

2.如权利要求1所述的离子束辐射装置，其特征在于，DC电源通过向等离子体发生器施加正电压V而向每个次级电子提供能量，而由包含在等离子体发生气体中的原子或分子的第一离子化能量E1所限定的正电压与每个次级电子的能量E2满足方程式：

V＞(E1-E2)/e[V]。

3.如权利要求1所述的离子束辐射装置，其特征在于，在次级电子触发等离子体后，DC电源通过转换到向等离子体发生器提供负电压而控制等离子体中的电子量。

4.一种操纵离子束辐射装置的方法，包括以下步骤：

(a)当离子束在真空腔内运行时，通过DC电源向等离子体发生器施加正电压；

(b)通过正电压将次级电子从真空腔引导到等离子体发生器内，次级电子通过离子束与从等离子体发生器内流出而由于正电压而进入真空腔内的等离子体发生气体相碰撞而产生；

(c)当射频发生器引入射频时，由作为触发引发器的次级电子触发等离子体；

(d)将离子束照射到衬底上；以及

(e)将等离子体提供到衬底上；其中，相对于地为负的DC电源电压施加到所述等离子体发生器上，从而将电子从等离子体发生器中拉出，从等离子体发生器中发射的电子量通过调节输出电压值加以控制；等离子体中的电子被吸引到衬底表面上，并中和衬底上的正电荷。

5.如权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：

(f)转换到由DC电源向等离子体发生器施加负电压，以用于在将离子束照射到衬底上的同时控制等离子体中的电子的量。

6.一种通过离子束照射而将离子植入半导体衬底中的方法，用于制造半导体器件，所述方法包括以下步骤：

(a)当离子束在真空腔内运行时，通过DC电源向等离子体发生器施加正电压；

(b)通过正电压将次级电子从真空腔引导到等离子体发生器内，次级电子通过离子束与从等离子体发生器内流出而由于正电压而进入真空腔内的等离子体发生气体相碰撞而产生；以及

(c)当射频发生器将射频引入等离子体发生器中时，由作为触发引发器的次级电子触发等离子体；

(d)将离子束照射到衬底上；以及

(e)将等离子体提供到衬底上；其中，相对于地为负的DC电源电压施加到所述等离子体发生器上，从而将电子从等离子体发生器中拉出，从等离子体发生器中发射的电子量通过调节输出电压值加以控制；等离子体中的电子被吸引到衬底表面上，并中和衬底上的正电荷。

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